JP2006077881A - クリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外輪とハウジングの嵌合面への影響を及ぼすことなく、組み付けが簡単にできて、しかも、軸の膨張・収縮を逃がす性能とクリープ防止性能を十分に発揮することのできるクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 軸方向一端側に第１の外周面１２ａを形成すると共に、軸方向他端側において第１の外周面１２ａから径方向に突出し、第２の外周面１６ａを形成する円形フランジ１６を有する外輪１２を備え、第２の外周面１６ａには、その円周面を部分的に切欠いた少なくとも1つの平面部１７が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、クリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置に関し、より詳細には、回転体にアンバランスのある回転機器、例えば、高速スピンドルモータ、発電機、コンプレッサ等に使用されるクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置に関する。

一般に、機械装置の軸は、少なくとも２個の転がり軸受で支持されている。その場合、配列する軸受の１つを固定側転がり軸受として、軸をアキシアル方向に位置決め固定している。また、固定側軸受を除く他の軸受は、ラジアル荷重のみを負担する自由側転がり軸受とし、温度変化による軸の膨張・収縮を逃がすようにしている。

温度変化による軸の伸縮対策が不十分だと軸受に異常なアキシアル荷重が作用して、軸受の早期焼き付きの原因になることがある。そのため、自由側転がり軸受の外輪とハウジングの嵌合は、外輪の外周面とハウジングの内周面との間に軸の膨張・収縮を逃がすための隙間を持たせた「すきま嵌め」としている。

このようなはめあい隙間を持つ状態で、軸にアンバランスな回転があると、外輪に回転荷重が働くので、外輪にクリープが発生する。一旦クリープが発生すると、ハウジング及び外輪に摩耗が発生し、機械装置の振動増大、摩耗粉の軸受内部への侵入によるグリース劣化が進み、最悪、軸受の損傷に至る。

図７は電動機１０１の内部構造の例を示している。図７において、１０２は回転軸、１０３はロータ、１０４はステータ、１０５はモータケーシングである。モータケーシング１０５の前後端部には軸受ハウジング１０５ａ、１０５ｂが設けられており、各軸受ハウジング１０５ａ、１０５ｂに嵌合した転がり軸受１０６、１０７によって回転軸１０２が回転自在に支持されている。ここでは、前側の転がり軸受１０６が固定側転がり軸受、後側の転がり軸受１０７が自由側転がり軸受として組み付けられている。

図８は自由側転がり軸受１０７の組み付け状態を拡大して示す図、図９は自由側転がり軸受１０７を単体で示す断面図である。図９に示すように、この転がり軸受１０７は、内輪１１１と、外輪１１２と、保持器１１３に保持された状態で内輪１１１と外輪１１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）１１４と、玉１１４の両側で内輪１１１と外輪１１２の隙間を封じるシール板１１５とを備えている。

図８に示すように、温度変化での回転軸１０２の膨張・収縮によるアキシアル荷重増大を防止するために、自由側転がり軸受１０７の外輪１１２とハウジング１０５ｂのはめあいは、外輪１１２の外周面１１２ａとハウジング１０５ｂの内周面１０５ｃの間に所定の隙間δを確保したすきま嵌合としている。その結果、回転軸１０２のアンバランスが大きいと、外輪１１２に対して回転荷重が働き、外輪１１２とハウジング１０５ｂとの間にクリープが発生することになる。なお、１０８は予圧バネ、１０９はバネ押さえ板である。

従来、外輪のクリープを防止するため、転がり軸受またはハウジングには種々の対策が施されている。
（１） 外輪とハウジングを液状高分子材料からなる接着剤で固着してクリープを防止する方法（例えば、特許文献１参照。）。
（２） ハウジング材料より線膨張係数の大きい高分子材料のバンドを外輪の外周面に形成した溝に装着し、ハウジングとバンドとの線膨張係数の差を利用して外輪のクリープを防止する方法（例えば、特許文献２参照。）。
（３） 外輪の外周面に形成した外周面と同心の溝に止め輪を嵌装して、止め輪のばね圧力でクリープを防止する方法。
（４） 外輪の外周面に形成した偏心溝に偏心リングを嵌装し、外輪と偏心リングが円周方向に相対的にずれる事で、偏心リングの切り口部とハウジングとの間にくさびを打ち込むようにしてクリープを防止する方法（例えば、特許文献３参照。）。
（５） 外輪の外周面に設けたピン孔に回り止め用のピンを圧入し、ハウジングの嵌合面にピンが挿入される軸方向の溝を形成してクリープを防止する方法（例えば、特許文献４、特許文献５参照。）。
（６） 外輪の外周面に外周面と同心の溝を形成し、その溝にＯリングを嵌め、Ｏリングの潰し力によりクリープを防止する方法（例えば、特許文献６参照）。
実開平４−９５１２９号公報 特開平９−２６９００９号公報 特開２０００−８７９８８号公報 実開平３−７８１３１号公報 実開昭６３−３５８１８号公報 特開２００２ー１３０３０９号公報

しかしながら、上記の（１）〜（６）の手法では以下の課題が存在する。（１）の手法ではクリープ防止効果は期待できるが、外輪とハウジングが接着固定されるので、自由側転がり軸受に本来要求される軸の膨張・収縮を逃がす性能を満足に発揮できなくなる可能性がある。このため、アキシアル荷重が増大し、軸受損傷の原因となる。また、接着固定されているため、機械からの取り外しが困難となる場合が生じる。

（２）の手法では、使用温度領域によっては、組込み時でもハウジングとの初期はめあいをしめしろにしなくてはならず、転がり軸受の組込みが困難になる場合が生じる。また、（３）の手法では、クリープ防止効果を上げるためばね圧力を大きくしなければならず、組付けが困難になる。また、長期使用により止め輪にてハウジングを摩耗させる可能性がある。（４）の手法では、くさびを打ち込む形でクリープが止まると、クリープは発生しないが、ハウジングと外輪は固定されるため固定側転がり軸受と同じ機能となり、軸の膨張・収縮によるアキシアル荷重が増大する可能性がある。

また、（５）の手法では、ピンによるクリープ防止効果は大きいが、軸受サイズによりピン径が決定されるため、クリープ力が大きくなるとピンが破損してしまう可能性がある。さらに、（６）の手法では、クリープ防止効果を上げるためＯリングゴムのつぶり量を大きくしなければならず、組付けが困難になる。また、ゴム材質の熱劣化等により使用温度が限られる。

本発明は、上記事情を考慮し、外輪とハウジングの嵌合面への影響を及ぼすことなく、組み付けが簡単にできて、しかも、軸の膨張・収縮を逃がす性能とクリープ防止性能を十分に発揮することのできるクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） クリープ防止用転がり軸受であって、
軸方向一端側に第１の外周面を形成すると共に、軸方向他端側において該第１の外周面から径方向に突出し、第２の外周面を形成する円形フランジを有する外輪を備え、
前記第２の外周面には、その円周面を部分的に切欠いた少なくとも1つの平面部が設けられたことを特徴とするクリープ防止用転がり軸受。
（２） クリープ防止用転がり軸受装置であって、
（１）に記載の転がり軸受と、
前記外輪の前記第１の外周面とすきま嵌合する第１の内周面と前記外輪の前記第２の外周面とすきま嵌合する第２の内周面とを形成するハウジングと、
を備え、
前記第２の内周面には、前記平面部に対応する係合壁部が設けられており、
前記第１の外周面と前記第１の内周面との間のすきまは、前記第２の外周面と前記第２の内周面との間のすきまより小さいことを特徴とするクリープ防止装置。
（３） クリープ防止用転がり軸受であって、
軸方向一端側に第１の外周面を形成すると共に、軸方向他端側において該第１の外周面から径方向に突出し、第２の外周面を形成する円形フランジを有する外輪を備え、
前記円形フランジには、軸方向に貫通する少なくとも１つのピン孔が設けられたことを特徴とするクリープ防止用転がり軸受。
（４） クリープ防止用転がり軸受装置であって、
（３）に記載の転がり軸受と、
前記外輪の前記第１の外周面とすきま嵌合する第１の内周面と、前記外輪の前記第２の外周面とすきま嵌合する第２の内周面とを形成するハウジングと、
を備え、
前記第１の内周面と前記第２の内周面間に形成される前記ハウジングの内側面には、前記ピン孔に対応した他のピン孔が設けられ、
前記円形フランジの前記ピン孔と前記ハウジングの前記他のピン孔を位置合わせした状態で、前記ピン孔と前記他のピン孔に回り止めピンが挿入されることを特徴とするクリープ防止用転がり軸受装置。

本発明のクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置によれば、外輪の円形フランジの外周面に少なくとも１つの平面部が設けられているので、平面部とハウジングの係合壁部との位置を合わせながら、転がり軸受をハウジングにすきま嵌めすることにより、外輪のクリープを確実に防止することができる。また、平面部を外側より確認しながら転がり軸受をハウジングにすきま嵌めできるので、組み付けが簡単に行なわれる。

また、本発明のクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置によれば、回り止めピンを挿入するため、円形フランジに軸方向に貫通する少なくとも１つのピン孔が設けられているので、この回り止めピンによって、外輪のクリープを確実に防止することができる。また、後からピンを挿入するだけでよいので、組み付けも簡単にできる。

以下、本発明の各実施形態に係るクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態のクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置を適用した電動機の断面図、図２はその自由側転がり軸受の取付部を取り出して隙間を誇張して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。また、図３は同自由側転がり軸受のみを取り出して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

図１に示されるように、電動機１は、回転軸２、ロータ３、ステータ４、モータケーシング５、及び転がり軸受６，７を備える。ハウジング５は、その前後端部に軸受ハウジング５ａ、５ｂを備えており、回転軸２と前側の軸受ハウジング５ａとの間には固定側転がり軸受６が配置され、回転軸２と後側の軸受ハウジング５ｂとの間には自由側転がり軸受７が配置されている。回転軸２は、両転がり軸受６、７によってハウジング５に対して相対回転可能に支持されている。また、軸受ハウジング５ｂの軸方向端部には、予圧ばね８が取付けられたばね押さえ板９が配置されている。

自由側転がり軸受７は、図３に示すように、内輪１１と、外輪１２と、保持器１３に保持された状態で内輪１１及び外輪１２間に転動自在に配置された転動体である複数の玉１４と、外輪１２の内周面の軸方向両端部に取付けられ、内輪１１及び外輪１２の隙間を封じるシール板１５とを有する。外輪１２は、軸方向一端側から軸方向中間部にかけて円周面となる第１の外周面１２ａを形成し、軸方向他端側には、第１の外周面１２ａから径方向に突出し、第２の外周面１６ａを形成する円形フランジ１６を有する。また、円形フランジ１６の第２の外周面１６ａには、その円周面を部分的に切欠いた少なくとも１つの平面部１７が設けられている。

一方、軸受ハウジング５ｂは、図２に示すように、外輪１２の第１の外周面１２ａとすきま嵌合する第１の内周面１８と、円形フランジ１６の第２の外周面１６ａとすきま嵌合する第２の内周面１９と、第１の内周面１８と第２の内周面１９とをつなぐ内側面２０を有する。また、第２の内周面１９には、円形フランジ１６の平面部１７に対応して係合する、円周面から部分的に突出した平面である係合壁部２１が設けられている。

図２に示すように、自由側転がり軸受７は、内輪１１を回転軸２の外周にすきま嵌めにて嵌合させてナット２２（図１参照）で固定すると共に、外輪１２の第１の外周面１２ａを軸受ハウジング５ｂの第１の内周面１８にすきま嵌めし、同時に、平面部１７と係合壁部２１の位置を合わせながら、円形フランジ１６の第２の外周面１６ａを軸受ハウジング５ｂの第２の内周面１９にすきま嵌めすることで、軸受ハウジング５ｂに取り付けられている。

この場合、外輪１２の第１の外周面１２ａと軸受ハウジング５ｂの第１の内周面１８との間には、はめあい隙間δ１が確保され、第２の外周面１６ａと第２の内周面１９との間には、はめあい隙間δ１より大きなはめあい隙間δ２が全周に亘って確保されている。また、自由側転がり軸受７は、予圧ばね８を介して予圧が与えられる構造となっているが、円形フランジ１６の側面と軸受ハウジング５ｂの内側面２０との間には、予圧による軸方向の弾性変位量と初期アキシアルすきまの半分を積算した数値以上の隙間δ３を与えており、温度変化による回転軸２の膨張・収縮時の軸方向の動きを許容している。

この電動機１では、回転軸２をアンバランスな状態で回転させると、自由側転がり軸受７の外輪１２に対し回転荷重が作用して、外輪１２にクリープ力が発生することになるが、クリープ力が発生すると、外輪１２の円形フランジ１６に設けた平面部１７と、ハウジング５ｂの第２の円周面１９に設けた係合壁部２１が互いに接触する形となるので、外輪１２のクリープを確実に防止することができる。

また、軸方向一端側のはめあい隙間δ１は、クリープ防止機能を発揮するための軸方向他端側のはめあい隙間δ２より小さく設定されているので、軸受ハウジング５ｂと自由側転がり軸受７間に作用するラジアル荷重は、外輪１２の軸方向一端側で安定して支持される。さらに、組み付けの際には、円形フランジ１６の平面部１７を外側から確認しながら、平面部１７と第２の内周面１９の係合壁部２１を位置合わせし、外輪１２をハウジング５ｂに嵌合するだけでよいので、組み付けも簡単にできる。

なお、平面部１７と係合壁部２１の組み合わせは、図示例のように円周方向の１箇所だけに設けてもよいが、円周方向の複数箇所に設けてもよい。

また、上記実施形態では、自由側転がり軸受７の内輪１１と回転軸２の嵌合を、ナット２２を用いたすきま嵌めにしているが、機械装置の構造によってしまり嵌めにすることも可能である。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係るクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置について説明する。なお、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
図４は第２実施形態のクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置を適用した電動機の断面図、図５はその自由側転がり軸受の取付部を取り出して隙間を誇張して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。また、図６は同自由側転がり軸受のみを取り出して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

図４に示すように、電動機３１の自由側転がり軸受３２は、回転軸２と後側の軸受ハウジング５ｂとの間に配置されている。自由側転がり軸受３２は、図６に示すように、内輪１１と、外輪１２と、保持器１３に保持された状態で内輪１１及び外輪１２間に転動自在に配置された転動体である複数の玉１４と、外輪１２の内周面の軸方向両端部に取付けられ、内輪１１及び外輪１２の隙間を封じるシール板１５とを有する。外輪１２は、軸方向一端側から軸方向中間部にかけて第１の外周面１２ａを形成し、軸方向他端側には、第１の外周面１２ａから径方向に突出し、第２の外周面３３ａを形成する円形フランジ３３を有する。また、円形フランジ３３には、軸方向に貫通する複数のピン孔３４（本実施形態では４つ）が同一円周上に等間隔で配置されている。

一方、軸受ハウジング５ｂは、図５に示すように、外輪１２の第１の外周面１２ａとすきま嵌合する第１の内周面１８と、円形フランジ３３の第２の外周面３３ａとすきま嵌合する第２の内周面３５と、第１の内周面１８と第２の内周面３５とをつなぐ内側面３６を有する。また、内側面３６には、円形フランジ３３側のピン孔３４に対応した位置に他のピン孔３７が設けられている。

そして、図５に示すように、自由側転がり軸受３２は、内輪１１を回転軸２の外周にすきま嵌めにて嵌合させてナット２２（図４参照）で固定すると共に、外輪１２の外周面１２ａをハウジング５ｂの第１の内周面１８にすきま嵌めし、同時に、ピン孔３４と他のピン孔３７を位置合わせしながら、円形フランジ３３の第２の外周面３３ａを軸受ハウジング５ｂの第２の内周面３５にすきま嵌めする。さらに、円形フランジ３３のピン孔３４とハウジング５ｂの他のピン孔３７に回り止めピン３８を挿入することで、自由側転がり軸受３２は軸受ハウジング５ｂに組み付けられる。なお、本実施形態の各隙間δ１、δ２、δ３については第１実施形態のものと同様である。

この電動機３１では、回転軸２をアンバランスな状態で回転させると、自由側転がり軸受３２の外輪１２に対し回転荷重が作用して、外輪１２にクリープ力が発生することになるが、外輪１２とハウジング５ｂがピン３８で回り止めされているので、外輪１２のクリープを確実に防止することができる。この場合、そのクリープ防止機能を発揮するピン３８は、円形フランジ３３のピン孔３４に挿入されるので、円形フランジの径の大きさを変えることでピンの大きさや数を変えることができる。

また、軸方向一端側のはめあい隙間δ１は、クリープ防止機能を発揮するための軸方向他端側のはめあい隙間δ２より小さく設定されているので、軸受ハウジング５ｂと自由側転がり軸受７間に作用するラジアル荷重は、外輪１２の軸方向一端側で安定して支持される。さらに、組み付けの際には、後から回り止めピン３８を挿入するだけでよいので、組み付けも簡単にできる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態のクリープ防止用の回り止めピン３８及びピン孔３４、３７の数は、任意に変更可能である。

本発明の第１実施形態のクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置を適用した電動機の断面図である。 図１の電動機の自由側転がり軸受の取付部を取り出して隙間を誇張して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 自由側転がり軸受のみを取り出して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 本発明の第２実施形態のクリープ防止用転がり軸受及びクリープ防止用転がり軸受装置を適用した電動機の断面図である。 図１の電動機の自由側転がり軸受の取付部を取り出して隙間を誇張して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 自由側転がり軸受のみを取り出して示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 従来の電動機の断面図である。 図７の電動機の自由側転がり軸受の取付部を取り出して隙間を誇張して示す断面図である。 図７の同自由側転がり軸受のみを取り出して示す断面図である。

符号の説明

５ａ，５ｂ 軸受ハウジング
７，３２ 自由側転がり軸受
１２ 外輪
１２ａ 第１の外周面
１６，３３ 円形フランジ
１６ａ 第２の外周面
１７ 平面部
１８ 第１の内周面
１９，３５ 第２の内周面
２０，３６ 内側面
２１ 係合壁部
３４，３７ ピン孔
３８ ピン

Claims (4)

1. クリープ防止用転がり軸受であって、
   軸方向一端側に第１の外周面を形成すると共に、軸方向他端側において該第１の外周面から径方向に突出し、第２の外周面を形成する円形フランジを有する外輪を備え、
   前記第２の外周面には、その円周面を部分的に切欠いた少なくとも1つの平面部が設けられたことを特徴とするクリープ防止用転がり軸受。
2. クリープ防止用転がり軸受装置であって、
   請求項１に記載の転がり軸受と、
   前記外輪の前記第１の外周面とすきま嵌合する第１の内周面と前記外輪の前記第２の外周面とすきま嵌合する第２の内周面とを形成するハウジングと、
   を備え、
   前記第２の内周面には、前記平面部に対応する係合壁部が設けられており、
   前記第１の外周面と前記第１の内周面との間のすきまは、前記第２の外周面と前記第２の内周面との間のすきまより小さいことを特徴とするクリープ防止装置。
3. クリープ防止用転がり軸受であって、
   軸方向一端側に第１の外周面を形成すると共に、軸方向他端側において該第１の外周面から径方向に突出し、第２の外周面を形成する円形フランジを有する外輪を備え、
   前記円形フランジには、軸方向に貫通する少なくとも１つのピン孔が設けられたことを特徴とするクリープ防止用転がり軸受。
4. クリープ防止用転がり軸受装置であって、
   請求項３に記載の転がり軸受と、
   前記外輪の前記第１の外周面とすきま嵌合する第１の内周面と、前記外輪の前記第２の外周面とすきま嵌合する第２の内周面とを形成するハウジングと、
   を備え、
   前記第１の内周面と前記第２の内周面間に形成される前記ハウジングの内側面には、前記ピン孔に対応した他のピン孔が設けられており、
   前記円形フランジの前記ピン孔と前記ハウジングの前記他のピン孔を位置合わせした状態で、前記ピン孔と前記他のピン孔に回り止めピンが挿入されることを特徴とするクリープ防止用転がり軸受装置。

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