JP2005147301A - 内輪付シェル型ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 焼結スリーブを内輪に圧入した内輪付シェル型ころ軸受において、耐スラスト性を向上させ、軸受内部の摩耗を防止し、かつ軸方向のがたつきを抑制する。
【解決手段】 シェル型の外輪１および内輪２と、複数のころ３と、焼結スリーブ４とを備える。外輪１は一端に内向きフランジ１ａを有し他端に外向きフランジ１ｂを有する。内輪２は、一端に外輪１の内向きフランジ１ａの軸方向外側に位置する外向きフランジ２ａを有する。焼結スリーブ４は焼結合金製であり、内輪２に圧入される。この焼結スリーブ４は、外輪１の外向きフランジ１ｂの軸方向外側にフランジ４ｂを有し、全体またはフランジ４ｂに含油したものとされる。このフランジ４ｂと外輪１の外向きフランジ１ｂとで滑り軸受８を構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複写機等のように、低価格が要求される事務機器等に使用される非分離型の内輪付シェル型ころ軸受に関する。

従来から、複写機やレーザプリンタ等の事務機器の回転駆動部には、取付用のフランジを有する玉軸受が用いられている。このフランジ付玉軸受は、切削・研摩加工によって生産されるために高価である。これに対して、内輪付シェル型軸受は、鋼板をプレス加工して生産されるために、安価である。図６（Ａ）（Ｂ）は、このような内輪付シェル型ころ軸受の一例を示す。

同図のころ軸受Ｂは、一端に内向きのフランジ２１ａを有するシェル型の外輪２１と、他端に外向きのフランジ２２ａを有するシェル型の内輪２２と、上記内輪２２と外輪２１との間に介在した複数のころ２３とより構成されている。外輪２１の他端部には、取付用の外向きフランジ２１ｂが形成されている。内輪２２には、フランジ２２ａとは反対側に、外輪２１および内輪２２の相互の分離止めのためのステーキング２２ｂが形成されている。内輪２２の外向きフランジ２２ａと、ころ２３の端面との間には滑りリング２５が介在させてある。内輪２２の内径面２２ｃには軸２６が圧入され、内輪２２が軸２６の外径面に倣うことで、内輪転走面の精度を得る。

実開平６−２２６１７号公報

上記の内輪付シェル型軸受Ｂは、鋼板をプレス加工するために安価であるが、精度が良くない。そのため、複写機等の事務機への使用に、フランジ付き玉軸受に変えて使用するには、精度が不足する。特に内輪２２と軸２６との隙間を抑えることが困難であり、クリープ発生の原因となる。また、内外輪２２，２１の分離止めのために内輪２２にステーキング２２ｂを設けるが、このステーキング２２ｂは運搬や取扱時に機能させるものであり、軸受設置状態では却って障害となる。例えば、図６（Ｂ）に示すように、内輪２２が軸方向に移動した時に、外輪２１の内向きフランジ２１ａとステーキング２２ｂとが接触すると不具合が発生する。そのため、軸受Ｂの取付時に、軸方向の隙間調整が必要となり、取付作業が煩雑になる。

なお、外輪に別部材を取付けることで、ステーキングを設けることなく、内輪と外輪とを非分離としたものも提案されているが（例えば特許文献１）、部品点数および組立工数が増加するという別の課題が生じる。

そこで、図７のように、筒部３４ａおよびこの筒部３４ａの一端から外径側に突出する係止フランジ３４ｂを有する焼結スリーブ３４を、その筒部３４ａで内輪３２の内径面に圧入する構成としたものが出願されている（例えば、特願２００３−１０７２４０号）。この構成の場合、焼結スリーブ３４として高精度のものが容易に製作できるので、軸受内径面の精度を向上させることができる。また、上記焼結スリーブ３４は、一端の係止フランジ３４ｂが外輪３１の内向きフランジ３１ａの外側面に係合するため、内輪３２と外輪３１が非分離となる。このため内輪３２に分離止め用のステーキングを設ける必要がない。またこのため、軸受取付時に行われていたステーキング干渉防止のための軸方向調整が不要となり、軸受Ｅの取付作業性が向上する。焼結スリーブ３４に設けられた係止フランジ３４ｂは、堅固でかつ円滑な表面に形成が可能であり、外輪３１の内向きフランジ３１ａとの接触部で滑り軸受を構成して、同図における右側（Ｒ側）からの軸方向荷重を負荷することもできる。

しかし、この構成では、取付け誤差などにより発生する軸方向の荷重が同図の左側（Ｌ側）から加わった場合に、軸受内部の軸方向隙間が詰まり、ころ３３や保持器（図示せず）が内外輪３２，３１に挟み込まれる形となり、その接触面で摩耗の発生やグリースの押出しによる潤滑不足等の問題が発生する。特に、この種の軸受Ｅの取付けは、経験上から図の左側（Ｌ側）に軸３６の肩部３６ａや止め輪（図示せず）が設けられることが多く、この場合には軸方向荷重は右側（Ｒ側）よりも左側（Ｌ側）からの方がより積極的にかかる。

また、例えば図７のように外輪３１をその外向きフランジ３１ｂで軸受使用機器のハウジング３７に取付け、内輪３２の外向きフランジ３２ａで軸肩部３６ａを受け止めることにより、軸３６の軸方向の位置決めを行う取付け構造の場合、次の課題がある。すなわち軸受Ｅの取付けにより発生する軸３６の軸方向がたつき量は、ハウジング３７の軸方向面３７ａから軸肩部３６ａまでの寸法（Ｗ１）と、軸受Ｅのハウジング軸方向面３７ａから軸肩部３６ａ側に張り出す部分の寸法（Ｗ２）との差分となるが、寸法（Ｗ２）のばらつきは外輪３１の幅、外輪３１のフランジ３１ａ，３１ｂの肉厚、内輪フランジ３２ａの肉厚、およびころ３３の長さの各ばらつきの合計であり、大きなものとなる。そのため、軸３６の軸方向がたつきも大きくなってしまう。

この発明の目的は、焼結スリーブを内輪に圧入した内輪付シェル型ころ軸受において、耐スラスト性を向上させ、軸受内部の摩耗を防止し、かつ軸方向のがたつきを抑制することである。

この発明の内輪付シェル型ころ軸受は、一端に内向きフランジを有し他端に外向きフランジを有するシェル型の外輪と、一端に上記外輪の内向きフランジの軸方向外側に位置する外向きフランジを有する内輪と、これら内外輪の間に介在した複数のころと、上記内輪に圧入された焼結合金製の焼結スリーブとを有し、この焼結スリーブは上記外輪の外向きフランジの軸方向外側に、含油したフランジを有しこのフランジと外輪の外向きフランジとで滑り軸受を構成したものである。
この構成によると、内輪の内径面に焼結合金製の焼結スリーブが嵌合しており、焼結合金製品は高精度のものが容易に製作できるため、軸受内径面の精度を向上させることができる。
特に、焼結スリーブのフランジと外輪の外向きフランジとの接触部で滑り軸受を構成したため、焼結スリーブのフランジ側からの軸方向荷重を負荷することができて、耐久スラスト性が向上する。焼結スリーブのフランジは、含油されたものであるため、滑り軸受面に油膜が形成され、摩耗が抑えられる。焼結スリーブは焼結合金製であるため、そのフランジは堅固でかつ円滑な表面に形成が可能であり、これによっても耐スラスト性、耐摩耗性が向上する。内輪の外向きフランジ側からの軸方向荷重は、内輪の外向きフランジと外輪の内向きフランジとの接触で負荷することができる。
焼結スリーブのフランジと外輪の外向きフランジとが接してスラスト荷重を受けることで、軸受内部でころが内外輪や焼結スリーブのフランジ間に挟み込まれることが防止されて、ころ端面、および各フランジのころ接触面の摩耗も抑制される。
また、例えば外輪をその外向きフランジで軸受使用機器のハウジングに取付け、焼結スリーブのフランジで軸肩部を受け止めることで、軸の軸方向の位置決めを行う取付け構造の場合に、次の利点が得られる。この取付け構造の場合、軸受の取付けにより発生する軸の軸方向がたつき量は、ハウジングの軸方向面から軸肩部までの寸法と、軸受のハウジング軸方向面から軸肩部側に張り出す部分の寸法との差分となるが、この差分寸法のばらつきは、上記従来例の場合に比べて小さくなるので、軸の軸方向がたつきも小さく抑えることができる。
さらに、この構成によると、内輪の外向きフランジが外輪の内向きフランジの軸方向の外側に位置すると共に、内輪に嵌合する焼結スリーブのフランジが外輪の外向きフランジの軸方向の外側に位置するので、内輪と外輪とが非分離となる。このため内輪に分離止め用のステーキングを設ける必要がない。このため、軸受取付時に行われていたステーキング干渉防止のための軸方向調整が不要となり、軸受の取付作業性が向上する。
焼結スリーブは種々の内径のものに容易に製作できるため、この焼結スリーブの内径を変えるだけで、軸受の他の部分の構成は変えずに、種々の軸径に対応することもできる。

この発明において、外輪の外向きフランジと焼結スリーブのフランジの間の軸方向最大隙間を、軸受内部の軸方向隙間よりも小さく設定しても良い。上記軸方向最大隙間は、外輪の内向きフランジと内輪の外向きフランジとが接触した状態で生じる隙間である。
このように各隙間の寸法関係を構成することで、取付け誤差などにより発生する軸方向の荷重が焼結スリーブのフランジ側から加わっても、油膜の介在する滑り軸受となる外輪の外向きフランジと焼結スリーブとの対向面が接触するだけで、軸受内部の軸方向隙間が常に確保されることになる。このため、ころ端面が外輪の内向きフランジと焼結スリーブのフランジ間に挟み込まれることが回避され、ころ端面の摩耗防止、および各フランジのころ接触面の摩耗防止がより確実となる。また、内外輪間の軸方向移動が生じても、軸受内部からのグリースの押出しが抑制され、潤滑性を維持することができる。

上記焼結スリーブの内径面の断面形状は非円形であっても良い。非円形とすることで、軸に対する回転止めの機能が得られる。焼結スリーブは焼結合金製であるため、例えばＤ形断面形状や、角穴状など、異形状への対応が容易である。

この発明の内輪付シェル型ころ軸受は、総ころ型としても良い。総ころ型とすることにより、ころ本数を増大できて、小型で負荷容量の大きなものとできる。

この発明において、内輪の外向きフランジと外輪の内向きフランジとの間に滑りリングを介在させても良い。滑りリングを介在させると、滑り接触となる内輪の外向きフランジと外輪の内向きフランジとの摩擦が緩和される。

この発明の内輪付シェル型ころ軸受は、一端に内向きフランジを有し他端に外向きフランジを有するシェル型の外輪と、一端に上記外輪の内向きフランジの軸方向外側に位置する外向きフランジを有する内輪と、これら内外輪の間に介在した複数のころと、上記内輪に圧入された焼結合金製の焼結スリーブとを有し、この焼結スリーブは上記外輪の外向きフランジの軸方向外側に含油したフランジを有しこのフランジと外輪の外向きフランジとで滑り軸受を構成したため、上記焼結スリーブの含油したフランジにより形成される滑り軸受によって、耐スラスト性が向上し、また軸方向荷重に起因するころ端面，フランジ面の摩耗が防止され、潤滑不良が回避される。取付け時に発生する軸の軸方向がたつきの低減も図れる。また、上記焼結スリーブの採用等のため、内輪内径精度の向上、内外輪の非分離化が図れる。

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この内輪付シェル型ころ軸受Ａは、外輪１および内輪２と、これら内輪２と外輪１の間に介在した複数のころ３と、焼結スリーブ４とを有する。外輪１は、一端に内向きフランジ１ａを有し他端に外向きフランジ１ｂを有する。内輪２は、一端に外輪１の内向きフランジ１ａの軸方向外側に位置する外向きフランジ２ａを有する。外輪１および内輪２は、それぞれシェル型としたもの、つまり鋼板のプレス成形品である。
焼結スリーブ４は、内輪２の内径面２ｂに圧入された筒部４ａ、およびこの筒部４ａの他端から外径側に突出して外輪１の外向きフランジ1ｂの軸方向外側に位置するフランジ４ｂを有し、このフランジ４ｂと外輪１の外向きフランジ１ｂとで滑り軸受８を構成している。焼結スリーブ４のフランジ４ｂの外径は、外輪１のフランジ１ｂの外径と同程度まで延長する。焼結スリーブ４は、焼結合金製とされ、全体または少なくともフランジ４ｂの部分に、潤滑油を含油している。外輪１の外向きフランジ１ｂと焼結スリーブ４のフランジ４ｂの間の最大となる軸方向隙間は、軸受内部の軸方向隙間よりも小さくなるように設定されている。上記の最大となる軸方向隙間は、外輪１の内向きフランジ１ａと内輪２の外向きフランジ２ａとが係合したときの隙間寸法である。

シェル型の外輪１および内輪２は、ステンレス鋼、低炭素鋼等の鋼板をプレス加工して得たものである。ころ３は、ニードルころまたは円筒ころであり、外輪１の内径面１ｃおよび内輪２の外径面２ｃからなる転走面間に、円周方向に沿って配列され保持器５で保持されている。

焼結スリーブ４は、焼結合金製であれば良いが、この実施形態では、金属射出成形製、すなわち溶融した合金素材を射出成形した後に焼結させたものとしてある。金属射出成形はＭＩＭ（Metal Injection Molding ）等と呼ばれている。詳しくは、金属粉とプラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒し、このペレットを射出成形機等に加熱溶融状態で押し込むことにより成形する。その成形体を焼結して焼結スリーブ４を得る。焼結合金の金属粉としては、例えば（Ｆｅ）に炭素（Ｃ），ニッケル（Ｎｉ）等を混合させたものが使用される。

このシェル型ころ軸受Ａは、ハウジング７の内径面に外輪１の外径面を嵌合させ、外輪１の外向きフランジ１ｂをハウジング７の軸方向面７ａに当接させて設置される。外向きフランジ１ｂは、ボルト等でハウジング７に結合しても良い。ハウジング７は、軸受使用機器のケーシングであっても、またギヤやプーリ等の部品であっても良い。内輪２は、その焼結スリーブ４を軸６の外径面６ａに嵌合させる。焼結スリーブ４の外向きフランジ１ｂは、例えば軸６の肩部６ｂに押し当てる。これにより、ころ軸受Ａが軸方向に位置決めされる。

この構成のシェル型ころ軸受Ａによると、内輪２の内径面に焼結合金製の焼結スリーブ４が嵌合しており、焼結合金の製品は高精度のものが容易に製作できるため、軸受内径面の精度を向上させることができる。特に、金属射出成形製とした場合は、高精度のものが簡単に製作できる。上記射出成形と粉末冶金の焼結技術との組み合わせ技術は、寸法精度の良いものが開発されており、その採用により焼結スリーブ４を精度良く生産できる。例えば、プレス加工による内輪２の内径精度はＨ９程度であるが、上記金属射出成形による焼結合金製とすれば、焼結スリーブ４の内径精度はＨ７にまで向上し、形状精度も向上する。また、金属射出成形によると、旋削や研削等の機械加工が不要であり、優れた生産性が得られる。

焼結スリーブ４は焼結合金製であるため、そのフランジ４ｂは堅固でかつ円滑な表面に形成が可能であり、また含油させることができる。焼結スリーブ４のフランジ４ｂと外輪１の外向きフランジ１ｂとの接触部で構成される滑り軸受８は、図１における左側（Ｌ側）からの軸方向荷重を負荷することができ、また含油した潤滑油が接触面に長期に保持器されることにより、摩耗を抑えることができる。同図における右側（Ｒ側）からの軸方向荷重は、内輪２の外向きフランジ２ａと外輪１の内向きフランジ１ａとの接触で負荷することができる。

また、外輪１の外向きフランジ１ｂと焼結スリーブ４のフランジ４ｂの間の軸方向隙間は、軸受内部の軸方向隙間よりも小さく設定されているので、取付け誤差などにより発生する軸方向の荷重が図１のＬ側から加わっても、外輪１の外向きフランジ１ｂと焼結スリーブ４ｂとが接触するだけで、軸受内部の軸方向隙間が常に確保されることになる。すなわち、ころ３と保持器５のポケット内面間の隙間、および保持器と焼結スリーブ４または外輪１の内向きフランジ１ａとの間に、常に軸方向隙間が確保され、ころ３が軸方向に挟み込まれることがない。このため、ころ３の端面およびころ端面に接する各フランジ面の摩耗が防止され、また軸受内部からのグリースの押出しが抑制され、潤滑性を長期に渡って維持することができる。

焼結合金製の焼結スリーブ４は、種々の内径のものに容易に製作でき、この焼結スリーブ４の内径を変えるだけで、軸受Ａの他の部分の構成は変えずに、いろいろな軸径に対応できる。また、焼結合金製の焼結スリーブ４は、非円径の様々な断面形状に形成することが可能であり、例えば図５（Ａ）に示すようなＤ型断面形状や、同図（Ｂ）のような角穴状などに形成でき、非円形とすることで、軸６に対して回り止め状態に嵌合させることができる。軸６の非円形とする部分は、後の図４の例のように、焼結スリーブ４から突出する部分がさらに小径の軸部６ｄとされている場合、焼結スリーブ４に嵌合する軸部６ｃだけでよい。

図１において、内輪２の外向きフランジ２ａは外輪１の内向きフランジ１ａの軸方向の外側に位置し、内輪２に嵌合する焼結スリーブ４のフランジ４ｂが外輪１の外向きフランジ１ｂの軸方向の外側に位置するので、内輪２と外輪１とが非分離となる。このため内輪２に従来の分離止め用のステーキングを設ける必要がない。このため、軸受Ａの取付時のステーキング干渉防止の軸方向の調整が不要となり、軸受Ａの取付作業性が向上する。
外輪１は他端に外向きフランジ１ｂを有するため、外輪１を軸受使用機器のハウジング７に取付けるときに、軸方向の位置決めや固定に使用できる。外輪１の内向きフランジ１ａは一端側に設けるだけで良く、他端側には設けないため、一端に内向きフランジ１ａを、他端に外向きフランジ１ｂを有する外輪１の全体を金属板や金属筒からプレス加工等で一体に成形できる。

また、図１のように焼結スリーブ４のフランジ４ｂで、例えば軸６の肩部６ａを受け止めることにより、軸６の軸方向の位置決めを行う取付け構造の場合、軸受Ａの取付けにより発生する軸６の軸方向のがたつき量は、図２において、ハウジング７の軸方向面７ａから軸６の肩部６ｂまでの寸法Ｗ１と、軸受Ａのハウジング軸方向面７ａから軸肩部６ｂ側に張り出す部分の寸法Ｗ２との差分（Ｗ１−Ｗ２）となる。寸法Ｗ２のばらつきは図６で示した提案例の場合に比べて小さくなるので、軸６の軸方向がたつきも小さく抑えることができる。すなわち、寸法Ｗ２のばらつきは、外輪１の外向きフランジ１ｂの肉厚および焼結スリーブ４のフランジ４ｂの肉厚のばらつきのみとなり、図６で示した提案例の場合に比べて小さくなり、軸受Ａの取付けにより発生する軸６の軸方向のがたつきを小さく抑えることができる。なお、図２では図１の保持器５を省略して図示してある。

このように、安価なシェル型の軸受と焼結合金製の焼結スリーブ４との組み合わせにより、安価で精度が良く、かつ非分離型の内輪付シェル型ころ軸受Ａを製造できる。そのため、複写機やレーザプリンタ等の事務機器等への適用性が向上する。

図３は第２の実施形態を示す。この内輪付シェル型ころ軸受Ｂは、図１に示す第１の実施形態において保持器５を省略したものであり、ころ３は円周方向に沿って略密に配列され、いわゆる総ころ形式とされる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。このように保持器５を省略することで、同一径に対して、ころ３の本数を多くもつことができて、負荷容量が増大する。

図４は第３の実施形態を示す。この内輪付シェル型ころ軸受Ｃは、図１に示す第１の実施形態において、内輪２の外向きフランジ２ａと外輪１の内向きフランジ１ａとの間に、滑りリング９を介在させたものである。滑りリング９は、例えば樹脂製とされる。その樹脂の材質によって自己潤滑性を有するものとされる。なお、同図の例では、軸６の焼結スリーブ４が嵌合した軸部６ｃから突出する部分は、さらに小径の軸部６ｄとされている。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。このように滑りリング９を介在させることにより、滑り接触となる外向きフランジ２ａと内向きフランジ１ａとの摩擦が緩和され、低トルクの軸受Ｃとすることができる。

この発明の第１の実施形態にかかる内輪付シェル型ころ軸受の設置状態を示す断面図である。 同軸受の取付けにより発生する軸の軸方向がたつき量の説明図である。 この発明の第２の実施形態にかかる内輪付シェル型ころ軸受の設置状態を示す断面図である。 この発明の第３の実施形態にかかる内輪付シェル型ころ軸受の設置状態を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ焼結スリーブの各変形例の側面図である。 （Ａ）は従来例の断面図であり、（Ｂ）は内輪が軸方向に移動した場合の同様の図である。 提案例の設置状態を示す断面図である。

符号の説明

１…シェル型外輪
１ａ…内向きフランジ
１ｂ…外向きフランジ
２…シェル型内輪
２ａ…外向きフランジ
３…ころ
４…焼結スリーブ
４ｂ…含油フランジ
８…滑り軸受
９…滑りリング

Claims (5)

1. 一端に内向きフランジを有し他端に外向きフランジを有するシェル型の外輪と、一端に上記外輪の内向きフランジの軸方向外側に位置する外向きフランジを有する内輪と、これら内外輪の間に介在した複数のころと、上記内輪に圧入された焼結合金製の焼結スリーブとを有し、この焼結スリーブは上記外輪の外向きフランジの軸方向外側に、含油したフランジを有しこのフランジと外輪の外向きフランジとで滑り軸受を構成した内輪付シェル型ころ軸受。
2. 請求項１において、外輪の外向きフランジと焼結スリーブのフランジの間の軸方向最大隙間を、軸受内部の軸方向隙間よりも小さく設定した内輪付シェル型ころ軸受。
3. 請求項１または請求項２において、上記焼結スリーブの内径面の断面形状が非円形である内輪付シェル型ころ軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、総ころ型とした内輪付シェル型ころ軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、内輪の外向きフランジと外輪の内向きフランジとの間に滑りリングを介在させた内輪付シェル型ころ軸受。
   

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