JP2005069252A

JP2005069252A - 転がり軸受ユニット

Info

Publication number: JP2005069252A
Application number: JP2003208339A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nakajima; 秀樹中嶋
Original assignee: NSK Ltd; NSK Precision Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Precision Co Ltd
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】軸受まわりの温度変化の影響を受けること無く、機械的精度の変化を抑えて安定した動作を維持することが可能な低価格で軽量の転がり軸受ユニットを提供する。
【解決手段】転がり軸受ユニットは、内輪２ａ及び外輪２ｂと、内外輪間に転動自在に介在された複数の転動体２ｃとから成る転がり軸受２を備えると共に、内輪をベース４に固定する内輪固定手段と、外輪をロータ６に固定する外輪固定手段とを備える。外輪固定手段には、外輪をロータに押圧した状態で固定する外輪押え１２が設けられており、外輪押えは、断面略Ｌ字状を成し、外輪をロータに押圧した状態で固定する押圧部１２ａと、押圧部から外輪外周に沿って且つ外輪を被覆するように、外輪の高さ方向に且つ外輪全高Ｈの少なくとも半分以上の範囲（Ｈ／２＜Ｔ＜Ｈ）に亘って延出した高さＴの外輪被覆部１２ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばモータに組み込まれた転がり軸受ユニットに関し、特に、モータ駆動時における熱膨張による特性変化の対策を考慮した軸受まわりの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の転がり軸受ユニットが組み込まれた装置として、例えば特許文献１に示すような電磁ブレーキ付モータが知られている（図２参照）。かかる電磁ブレーキ付モータの転がり軸受ユニットにおいて、ベース１００とロータ１０２との間にはクロスローラ形軸受１０４が介在されており、クロスローラ形軸受１０４は、その内輪１０４ａ及び外輪１０４ｂの間には、直径が長さよりわずかに大きな略円筒状で隣り合うもの同士の自転軸が９０度傾くように配される複数のクロスローラ（ころ）１０４ｃと、複数のクロスローラ１０４ｃを略等間隔に保持するための図示しない保持器又は各クロスローラ１０４ｃ間に１個ずつ挿入される複数のスペーサとを含んで構成されている。このようなクロスローラ形軸受１０４は、その内輪１０４ａが環状の内輪押え１０６でベース１００に押圧された状態で締結され、その外輪１０４ｂが環状の外輪押え１０８でロータ１０２に押圧された状態で締結されている。
また、ベース１００の内輪１０４ａが嵌合される部分の外径の大きさと、内輪１０４ａの内径の大きさとの関係は、両者間のすきまの大きさが所定の温度において所定の最大値と最小値との間の値となるように選定されている。同様に、ロータ１０２の外輪１０４ｂが嵌合される部分の内径の大きさと、外輪１０４ｂの外径の大きさとの関係も、両者間のすきまの大きさが所定の温度において所定の範囲内となるように選定されている。
この場合、内輪押え１０６及び外輪押え１０８をボルトにより所定の締付トルクで固定することにより、クロスローラ形軸受１０４に前記所定の温度において所望の予圧を付与することができる。このような電磁ブレーキ付モータによれば、図示しない電源から図示しないモータにモータ電流を通電すると、ロータ１０２がベース１００の周りを回転運動するのに伴い、クロスローラ形軸受１０４の複数のクロスローラ１０４ｃが内外輪間を転動する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２４５９０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような転がり軸受ユニットでは、モータ駆動時における軸受まわりの温度変化により転がり軸受ユニットの予圧の変化により、起動摩擦トルクが変化し、ロータ１０２を高精度に位置決めした状態で動作（回転）させることが困難になってしまったり、予圧抜けにより回転振れ精度が低下してしまったりする場合がある。なお、軸受まわりとは、クロスローラ形軸受１０４の周囲に配置された構成部分（例えば、内輪１０４ａに隣接したベース１００の部分や内輪押え１０６、外輪１０４ｂに隣接したロータ１０２の部分や外輪押え１０８など）の総称である。
【０００５】
また、モータの軽量化を図るために、転がり軸受ユニットが組み付けられたロータ１０２を、他の構成品（ベース１００、クロスローラ形軸受１０４、内輪押え１０６、外輪押え１０８）とは異なる熱膨張率の材料（例えば、アルミニウム合金）で形成した場合を想定する。なお、他の構成品は、例えば機械的強度や耐熱性や寸法安定性に優れた金属材料で形成されているものとする。この場合、モータ駆動時における転がり軸受ユニットの温度上昇に伴って、その軸受まわりに以下のような機械的精度の変化があらわれる場合がある（図２〜図４参照）。
【０００６】
まず、モータにおける転がり軸受ユニットのラジアル方向において、外輪側すきま３（ａ）と内輪側すきま３（ｂ）とが、図３（ａ），（ｂ）に示すように軸受まわりの素材温度の上昇と共に変化する（従来：最小すきま、従来：最大すきま）。具体的には、外輪側すきま３（ａ）が温度上昇と共に大きくなり（図３（ａ）参照）、その結果、ラジアル方向にガタがでる。一方、内輪側すきま３（ｂ）も温度上昇と共に若干大きくなるが（図３（ｂ）参照）、この場合には、更に“しまり”の影響もあらわれる。なお、同図３（ａ），（ｂ）において、すきまが負になる場合は“しまりばめ”となる。
【０００７】
次に、モータにおける転がり軸受ユニットのアキシアル方向において、外輪側すきま４（ａ）と内輪側すきま４（ｂ）とが、図４（ａ），（ｂ）に示すように軸受まわりの素材温度の上昇と共に変化する（従来：最小すきま、従来：最大すきま）。この場合には、いずれも寸法公差については特に問題は生じない。
【０００８】
以上では、転がり軸受ユニットが組み付けられたロータ１０２を、他の構成品（ベース１００、クロスローラ形軸受１０４、内輪押え１０６、外輪押え１０８）とは異なる熱膨張率の材料（例えば、アルミニウム合金）で形成した場合を想定したが、これとは逆に、転がり軸受ユニットが組み付けられたベース１００を、他の構成品（ロータ１０２、クロスローラ形軸受１０４、内輪押え１０６、外輪押え１０８）とは異なる熱膨張率の材料（例えば、アルミニウム合金）で形成した場合には、軸受まわりの素材温度の上昇と共に転がり軸受（クロスローラ形軸受１０４）を圧迫する特性があらわれる。この結果、モータ駆動時における起動摩擦トルクが安定しないため、ロータ１０２を高精度に位置決めした状態で動作（回転）させることが困難になってしまう場合がある。
【０００９】
上述したような問題を解決するためには、例えば耐熱性や寸法安定性に優れた金属材料で転がり軸受周囲を被覆することも考えられるが、こうすると、転がり軸受ユニットを構成する部品点数が増加してしまう。この結果、転がり軸受ユニットを用いたモータの製造コストが上昇すると共に、モータの軽量化を図ることが困難になる。
【００１０】
本発明は、上述したような問題を解決するために成されており、その目的は、軸受まわりの温度変化の影響を受けること無く、機械的精度の変化を抑えて安定した動作を維持することが可能な低価格で軽量の転がり軸受ユニットを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、２つの部材の間に組み込まれることで、これら２つの部材を相対的に回転可能に構成する転がり軸受ユニットであって、この転がり軸受ユニットは、少なくとも、内輪及び外輪と、内外輪間に転動自在に介在された複数の転動体と、内輪を一方の部材に固定する内輪固定手段と、外輪を他方の部材に固定する外輪固定手段とを具備している。この場合、外輪固定手段には、外輪を他方の部材に押圧した状態で固定するための外輪押えが設けられており、この外輪押えは、外輪全高の少なくとも半分以上の範囲に亘って外輪を被覆することが可能に形成されている。
具体的には、外輪押えは、断面略Ｌ字状を成しており、外輪を他方の部材に押圧した状態で固定するための押圧部と、この押圧部から外輪外周に沿って且つ外輪を被覆するように、外輪の高さ方向に且つ外輪全高の少なくとも半分以上の範囲に亘って延出した外輪被覆部とを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受ユニットについて、添付図面を参照して説明する。
本発明の転がり軸受ユニットは、２つの部材の間に組み込まれることで、これら２つの部材を相対的に回転可能に構成することができるようになっている。この場合、２つの部材としては、一方の部材を非回転のベース、他方の部材を回転するロータとしても良いし、これとは逆に、一方の部材を回転するロータ、他方の部材を非回転のベースとしても良いが、本実施の形態の説明では、その一例として、一方の部材であるベースと他方の部材であるロータとの間に転がり軸受ユニットを介在させて、ベースに対してロータを回転させる場合を想定する。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係る転がり軸受ユニットは、内輪２ａ及び外輪２ｂと、内外輪間に転動自在に介在された複数の転動体２ｃとから成る転がり軸受２を備えていると共に、この転がり軸受２の内輪２ａをベース４に固定する内輪固定手段と、外輪２ｂをロータ６に固定する外輪固定手段とを具備している。この場合、転がり軸受２としては、玉軸受やころ軸受を適用することが可能であるが、ここでは、その一例として、ころ軸受に属するクロスローラ形軸受２を適用する。なお、クロスローラ形軸受２には、直径が長さよりわずかに大きな略円筒状の複数のころ（転動体）２ｃが組み込まれており、それらの隣り合うころ２ｃ同士の自転軸は互いに９０度だけ傾けてある。かかるクロスローラ形軸受２は、過大な負荷能力と剛性が要求される箇所に用いるのに好ましい。なお、図示は省略するが、クロスローラ形軸受２には、前記複数のころ２ｃを略等間隔に保持するための保持器又は各ころ２ｃ間に１個ずつ挿入される複数のスペーサが用いられる。また、必要に応じて、内輪２ａ、外輪２ｂのいずれかに固定されるシールが用いられる。なお、本実施の形態では、内輪２ａ、外輪２ｂとしてそれぞれ一体なものを用いているが、いずれかを軸方向に２分割したタイプを用いても良い。
【００１４】
内輪固定手段には、内輪２ａをベース４に押圧した状態で固定するための環状の内輪押え８と、円周方向に適宜の本数配される内輪固定用ボルト１０とが設けられており、内輪押え８で内輪２ａをベース４に押圧した状態で内輪固定用ボルト１０を締結することにより、内輪２ａをベース４に固定することができる。
また、ベース４の内輪２ａが嵌合される部分の外径の大きさと、内輪２ａの内径の大きさとの関係は、両者間のすきまの大きさが所定の温度（例えば２０℃）において、所定の最大値と最小値との間となるように選定されている。
【００１５】
外輪固定手段には、外輪２ｂをロータ６に押圧した状態で固定するための環状の外輪押え１２と、円周方向に適宜の本数配される外輪固定用ボルト１４とが設けられており、この外輪押え１２は、外輪全高Ｈの少なくとも半分（Ｈ／２）以上の範囲に亘って外輪２ｂを被覆することが可能に形成されている。具体的には、外輪押え１２は、断面略Ｌ字状を成しており、外輪２ｂをロータ６に押圧した状態で固定するための押圧部１２ａと、この押圧部１２ａから外輪外周に沿って且つ外輪２ｂを被覆するように、外輪２ｂの高さ方向に且つ外輪全高Ｈの少なくとも半分以上の範囲（Ｈ／２＜Ｔ＜Ｈ）に亘って延出した外輪被覆部１２ｂとを備えている。このような外輪押え１２で外輪２ｂをロータ６に押圧した状態で外輪固定用ボルト１４を締結することにより、外輪２ｂをロータ６に固定することができる。この場合、前記内輪押え８及び外輪押え１２をボルトにより所定の締付トルクで固定することにより、クロスローラ形軸受２に前記所定の温度において所望の予圧を付与することができる。本実施の形態では、ロータ６に加え、外輪押え１２についても、その外輪２ｂが嵌合される部分の内径の大きさと、外輪２ｂの外径の大きさとの関係が、両者間のすきまの大きさが前記所定の温度において所定の最大値と最小値との間の値となるように選定されている。
なお、符号Ｔは外輪被覆部１２ｂの全高、符号Ｈは外輪２ｂの全高をそれぞれ示しているが、これらの全高は、転がり軸受ユニットを組み込む箇所の形状や寸法、使用目的や使用環境などに応じて任意に設定されるため、ここでは各々の全高について数値限定（高さ寸法の特定）はしない。
【００１６】
上述したような転がり軸受ユニットによれば、外輪全高Ｈの少なくとも半分（Ｈ／２）以上の範囲に亘って外輪２ｂを被覆するように外輪押え１２を構成し、且つ、その材料を軸受２と熱膨張率の等しい材料としたことによって、ベース４に対してロータ６を高速回転させた際に軸受まわりの温度が変化（上昇）した場合でも、外輪押え１２の外輪被覆部１２ｂが外輪外周を確実にホールドするため、転がり軸受ユニットの機械的精度の変化（例えば、軸受まわりのすきま変化、摩擦トルクの変化）を最小に抑えることができ、ロータ６を高精度に位置決めした状態で動作（回転）させることが可能となる。
【００１７】
また、外輪押え１２の外輪被覆部１２ｂを外輪全高Ｈの少なくとも半分以上の範囲に亘って延出させたことによって、例えば高炭素クロム鋼製クロスローラ形軸受２に隣接する軸受まわりを同一の熱膨張率の材料で構成することができる。例えばベース４を球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、内輪押え８及び外輪押え１２を炭素鋼（ＪＩＳのＳＳ４００）で構成する。これによれば、軽量化を図るために、例えば転がり軸受ユニットが組み付けられたロータ６を、他の構成品（ベース４、クロスローラ形軸受２、内輪押え８、外輪押え１２）とは異なる熱膨張率の材料（例えば、アルミニウム合金）で形成した場合に、ロータ６の高速回転時に転がり軸受ユニットの温度が上昇しても、従来のような起動摩擦トルクの変化や、回転振れ精度の変化などを最小に抑えることができる。具体的には図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、ラジアル方向及びアキシアル方向における各内外輪側すきま（本発明：最小すきま、本発明：最大すきま）の変化を最小に抑えることができる。即ち、従来技術では生じたような外輪側におけるラジアル方向のガタを最小に抑えることができる。
図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）の従来の場合の結果から、温度変化により、特に外輪側のラジアル方向のすきまの変化が大きいことが分かる。従って、本実施の形態で、外輪押え１２を軸受２と熱膨張率の等しい材料とすると共に、外輪２ｂの外径面と対向する外輪被覆部１２ｂの高さＴを外輪２ｂの全高Ｈの半分以上の大きさとし、この部分のラジアル方向のすきまの温度変化に伴う変動を抑制したことの影響が大きいと思われる。
【００１８】
更に、本実施の形態の転がり軸受ユニットによれば、従来のように転がり軸受周囲を例えば耐熱性や寸法安定性に優れた金属材料で被覆するといった構成が不要となるため、転がり軸受ユニットを構成する部品点数を削減することができ、転がり軸受ユニットの軽量化と製造コストの低減とを同時に図ることが可能となる。
【００１９】
また、外輪押え１２の外輪被覆部１２ｂを外輪全高Ｈの少なくとも半分以上の範囲に亘って延出させたことによって、外輪外周に接する軸受まわりの構成品に対する加工時間を短縮することが可能となり、その結果、製造コストの低減を図ることができる。具体的には、例えば従来ではアルミニウム合金製のロータ１０２を外輪外周を被覆するように加工しているが、この場合、公差５μｍ程度の高い加工精度が要求されるため、加工時間が長くなり、その結果、製造コストが上昇してしまう。これに対して、本実施の形態のように、炭素鋼製の外輪押え１２の外輪被覆部１２ｂの加工では、公差１６μｍ程度の加工精度で足りるため、加工時間が短縮化され、その結果、製造コストを低減させることができる。
【００２０】
なお、上述した実施の形態では、１個の転がり軸受（クロスローラ形軸受）２を備えた転がり軸受ユニットを想定したが、これに限定されることは無く、例えば図５に示すように、複数個（図５では２個）の転がり軸受２を備えた転がり軸受ユニットにも本発明の技術を適用することが可能である。この場合、外輪押え１２の外輪被覆部１２ｂを、２個目の転がり軸受２の外輪全高の少なくとも半分以上の範囲に亘って延出させれば良い。なお、その他の構成は上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００２１】
また、上記実施の形態では、外輪押え１２をＳＳ４００で構成したが、軸受２の材料と熱膨張率の差の小さい材料であればよく、可動部として使用される場合であれば、密度の小さな、すなわち軽量な材料が好ましい。
【００２２】
また、本発明の転がり軸受ユニットは、ベース４とロータ６が設けられた各種モータに適用することも可能であり、その場合、上述した実施の形態の作用効果に加えて、モータ駆動時における起動摩擦トルクを安定させて、ロータ６を高精度に位置決めした状態で動作（回転）させることが可能となる。更に、モータの軽量化と低価格化を実現することも可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受まわりの温度変化の影響を受けること無く、機械的精度の変化を抑えて安定した動作を維持することが可能な低価格で軽量の転がり軸受ユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る転がり軸受ユニットの構成を示す部分断面図。
【図２】従来の転がり軸受ユニットの構成を示す部分断面図。
【図３】（ａ）は、本発明と従来の素材温度変化に対するラジアル方向の外輪側すきま変化を示す図、（ｂ）本発明と従来の素材温度変化に対するラジアル方向の内輪側すきま変化を示す図。
【図４】（ａ）は、本発明と従来の素材温度変化に対するアキシアル方向の外輪側すきま変化を示す図、（ｂ）本発明と従来の素材温度変化に対するアキシアル方向の内輪側すきま変化を示す図。
【図５】本発明の変形例に係る転がり軸受ユニットの構成を示す部分断面図。
【符号の説明】
２転がり軸受
２ａ内輪
２ｂ外輪
２ｃ転動体
４ベース
６ロータ
１２外輪押え
１２ａ押圧部
１２ｂ外輪被覆部
Ｈ外輪全高
Ｔ外輪被覆部の高さ

Claims

２つの部材の間に組み込まれることで、これら２つの部材を相対的に回転可能に構成する転がり軸受ユニットであって、
この転がり軸受ユニットは、少なくとも、内輪及び外輪と、内外輪間に転動自在に介在された複数の転動体と、内輪を一方の部材に固定する内輪固定手段と、外輪を他方の部材に固定する外輪固定手段とを具備し、
外輪固定手段には、外輪を他方の部材に押圧した状態で固定するための外輪押えが設けられており、この外輪押えは、外輪全高の少なくとも半分以上の範囲に亘って外輪を被覆することが可能に形成されていることを特徴とする転がり軸受ユニット。
前記外輪押えは、断面略Ｌ字状を成しており、外輪を他方の部材に押圧した状態で固定するための押圧部と、この押圧部から外輪外周に沿って且つ外輪を被覆するように、外輪の高さ方向に且つ外輪全高の少なくとも半分以上の範囲に亘って延出した外輪被覆部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受ユニット。