JP2006125433A - 深溝玉軸受および組合せ玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 深溝玉軸受とアンギュラ玉軸受の両方の特性を備え、取扱いが容易な深溝玉軸受を提供する。
【解決手段】 内輪（２）の幅（Ｗ１）と外輪（３）の幅（Ｗ２）を同一にし、内輪（２）の軌道溝（４）の曲率中心を含むラジアル方向の線（Ａ）と外輪（３）の軌道溝（５）の曲率中心を含むラジアル方向の線（Ｂ）とを互いにずらして軌道溝（４，５）を形成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、深溝玉軸受および組合せ玉軸受に関するものである。

例えば、半導体の製造装置用のボールねじサポート用軸受としては、内径６〜２０ｍｍサイズのラジアル玉軸受が多く使用されており、特に、ボールねじの一般的なサポートユニットには、接触角１５〜３０°のアンギュラ玉軸受が用途にあわせて採用されている。

アンギュラ玉軸受は、玉と内輪・外輪とによって構成される接触角を有しており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができ、深溝玉軸受と比較してアキシアル荷重の負荷能力が大きい。
しかしながら、アンギュラ玉軸受は、内輪、外輪のどちらかにかかり代を持っているため、外輪を温めて焼嵌め方式によって組付けなくてはならず、自動化ができず、コスト高になる。
また、アンギュラ玉軸受は一方向のアキシアル荷重しか負荷できないため、取扱いを間違えるとカウンターボアと軌道溝のつなぎめで玉が傷ついてしまう場合がある。特に、アンギュラ玉軸受を組み合わせて軸やハウジングに組み込む際には、背面組合せと正面組合せでは組み込み順序が異なるため注意が必要である。

そこで、深溝玉軸受を組み合わせる（組合せ軸受）ことによって、小径の回転軸を高い剛性で支持することが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。深溝玉軸受は、組立ての自動化が可能で、量産性もよくコストも安い。また、両方向のアキシアル方向の荷重を負荷できるため、取扱い時に傷がつきにくく扱いやすい。

特許文献１の組合せ軸受では、２個の単列深溝玉軸受を軸方向に並設させ、それらの深溝玉軸受の互いに隣接する軌道輪間にシムもしくは間座を介装させて、軸方向の予圧を付与することによって、複列アンギュラ玉軸受と同じように異なる方向の接触角をもたせるようにしている。
また、特許文献２の組合せ玉軸受では、２列の玉軸受を左右対称形状の深溝玉軸受で、内輪の幅に対して外輪の幅を僅かに狭くまたは広く形成し、幅の広い方の軌道輪を互いに密着させるとともに、幅の狭い方の軌道輪同士を幅締めすることによって、複列アンギュラ玉軸受と同じように異なる方向の接触角をもたせるようにしている。

実用新案登録第２５８９０５３号公報（図１、図５） 特開２００２−３３９９６１号公報（図１、図２）

しかしながら、上記した深溝玉軸受の組合せ軸受では、アンギュラ玉軸受と同じ接触角を持たせることは可能だが、取付けた状態において外輪と内輪の端面が軸方向にずれて一致しない。このため、このような深溝玉軸受を３個以上組合わせた組合せ軸受を構成することは困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、深溝玉軸受とアンギュラ玉軸受の両方の特性を備え、取扱いが容易な深溝玉軸受を提供することにある。

本発明の深溝玉軸受では、内輪の幅と外輪の幅とを同一寸法にし、内輪の軌道溝の曲率中心を含むラジアル方向の線と外輪の軌道溝の曲率中心を含むラジアル方向の線とがオフセットするように軌道溝を形成し、接触角を有したことを特徴としている。
この発明によれば、深溝玉軸受を軸およびハウジング間に取付けた状態で、内外輪の端面にずれがなく、接触角が構成される。これにより、深溝玉軸受とアンギュラ玉軸受の両方の特性を備え、低コストで取り扱い性がよく、さらに剛性を維持した深溝玉軸受を提供することができる。

また、本発明の深溝玉軸受では、上記発明において、前記オフセットの量（Ｌ）を以下の式で求められる値としたことを特徴としている（請求項２）。
Ｌ＝（ｒｉ ＋ ｒｅ ― Ｄａ）・ｓｉｎα
ここで、ｒｉは内輪溝半径、ｒｅは外輪溝半径、Ｄａは玉径、αは接触角である。

また、本発明の深溝玉軸受では、上記発明において、前記内輪の両端部と外輪の両端部との間にシールをそれぞれ配設した深溝玉軸受であって、両端部のシールを異なる色にしたことを特徴としている（請求項３）。
この発明によれば、接触角の方向が外部から容易に視認できるので、組合せ方向を誤ることがない。

また、上記深溝玉軸受では、前記オフセットした方向が部品単体で分かるように、両端部のシール溝を異なる形状にすることにより、組立方向を誤ることがなく、組立ての自動化も容易になる（請求項４）。また、接触角の方向が外部から容易に視認できるように、外輪の外周面に方向性を示すマークを表示して（請求項５）もよい。

また、上記深溝玉軸受は、予圧を負荷して使用されてもよい（請求項６）。さらに、本発明の組合せ玉軸受では、請求項１〜５に記載の深溝玉軸受を複数個並設され、前記複数の深溝玉軸受が予圧を負荷して使用されることを特徴としている。
この発明によれば、仕様に応じたアキシアル方向の負荷を得ることができる。特に、３個以上を並設することができるので、より多くの仕様に対応することができる。

本発明の深溝玉軸受によれば、両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、組立ての自動化が図れる等の深溝玉軸受の利点を有するばかりでなく、接触角を有しているので、アキシアル負荷能力が高く、アンギュラ玉軸受の利点も有している。
また、取付け状態において、内輪の端面と外輪の端面とが予圧が作用した状態で一致するため、複数個の深溝玉軸受を任意に並設させることができ、任意の仕様に対応できる。

本発明の組合せ軸受によれば、複数個の深溝玉軸受をその方向性を選択して組み合わせることによって、所望のアキシアル負荷を得ることができる。また、カウンターボアがない深溝玉軸受の構成では、軸やハウジングに組み込む際の順序を考慮する必要がなく、組み付け作業が容易となる。

以下に、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。

図１は本発明に係る深溝玉軸受の一実施形態の要部を示した断面図、図２（ａ），（ｂ）は組合せ軸受の態様を示した部分断面図、図３は接触角の方向を示したマークが付けられた深溝玉軸受の一部切欠き断面図である。

深溝玉軸受１は、内輪２と、外輪３と、内・外輪２，３の軌道溝４，５間に介在された直径Ｄａの玉６と、内輪２と外輪３の両端部２ａ，３ａ間に配設されたシール７，７と、玉６を周方向に等間隔に配置する冠状の樹脂製保持器１０と、を備える。
この深溝玉軸受１では、内輪２の幅Ｗ１と外輪３の幅Ｗ２を同一寸法にしてあり、内輪２の軌道溝４の曲率中心を含むラジアル方向の線Ａと、外輪３の軌道溝５の曲率中心を含むラジアル方向の線Ｂとをアキシアル方向に距離Ｌだけオフセットさせて半径ｒｉ，ｒｅの軌道溝４，５がそれぞれ形成されている。

オフセットの量（Ｌ）は、以下の式で求められる値である。
Ｌ＝（ｒｉ ＋ ｒｅ ― Ｄａ）ｓｉｎα
ここで、ｒｉは内輪溝半径、ｒｅは外輪溝半径、Ｄａは玉径、αは接触角である。

この深溝玉軸受１では、無負荷状態において接触角をつけた時、内輪２と外輪３の端面が軸方向に略一致し、一方向の接触角αが付与される。

そして、この深溝玉軸受１を複数個並設して組合せ軸受を構成することによって、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したように、それぞれの方向に対する所望のアキシアル負荷を得ることができる。

ところで、このような深溝玉軸受１では、取付けに際して予圧方向を考慮する必要があり、方向性を有する。このため、取付けの自動化を図る場合には、方向性を外部から容易に識別できることが必要である。
その識別手段としては、図３に示したように、外輪３の外周面に方向性を示すマーク（例えば矢印）８を表示したり、または、左右のシール７，７の色を異ならせたりすることが好ましい。また、オフセット方向が部品単体で分かるように両端部のシール溝９，９を異なる形状にすることにより、組立方向を誤ることがなく、組立ての自動化も容易になる。

なお、上記実施の形態では、内輪２の軌道溝４の中心線Ａおよび外輪３の軌道溝５の中心線Ｂのいずれをも内輪２および外輪３の幅方向中心線からずらしているが、中心線ＡまたはＢのいずれか一方をずらせばよいことは言うまでもない。
このようにすれば、内外輪２，３の一方は、従来の深溝玉軸受の部品を共用できる。また、その他の部品、玉６、シール７、保持器１０等については、共用できることは勿論である。また、深溝玉軸受１の正面側、背面側の端面差幅を等しく管理しておくと、どのような組合せでも所定の予圧が得られ、色々な組合せで使用できる。

ここで、アンギュラ玉軸受と比較して、本実施形態の深溝玉軸受の内外輪の溝曲率と、玉が軌道溝から軸方向に逸れて肩乗り上げを起こす限界荷重である乗り上げ荷重との関係を求めた。
内径：１０ｍｍ，内外輪の溝深さ：玉径の２０％の本実施形態の深溝玉軸受において、内外輪溝曲率を玉径の５２％とすると、乗り上げ荷重は１３００Ｎであったが、内外輪溝曲率を５４％にした場合には、乗り上げ荷重が２５００Ｎになった。
また、内径：１０ｍｍ，内外輪の溝深さ：玉径の２３％，内外輪溝曲率：玉径の５２％のアンギュラ軸受の場合には、乗り上げ荷重が２７００Ｎである。
このように、本実施形態の深溝玉軸受では、内外輪の溝曲率を大きくすることによって、アンギュラ軸受とほぼ同等レベルの乗り上げ荷重を得ることができる。

図４及び図５は、本実施形態の深溝玉軸受及びアンギュラ玉軸受におけるアキシアルすきまの変化に対する起動トルクの関係を示す。図４に示されるように、本実施形態の深溝玉軸受では、アンギュラ玉軸受に比べてアキシアルすきまの変化に対して起動トルクを小さく抑えることが可能になり、差幅のばらつきによる起動トルクの変動も小さく、安定した性能を維持し易くなる。

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。図１のシール７の形状は、非接触ゴムシールのみでなく、鋼板シールド、接触ゴムシールタイプのものであってもよい。また、保持器１０は、玉案内方式が使用されているが、外輪案内であってもよく、また、保持器の形式、形状、材質は制限されない。

本発明に係る深溝玉軸受の一実施形態の要部を拡大して示した断面図である。 本発明に係る深溝玉軸受の各種組合わせ（ａ），（ｂ）を示した組合せ軸受を示した部分断面図である。 本発明に係る深溝玉軸受の接触角の方向を示したマークが付けられた深溝玉軸受の一部切欠き断面図である。 本発明の実施例に係る深溝玉軸受のアキシアルすきまに対する起動トルクの関係を示す図である。 本発明の比較例に係るアンギュラ玉軸受のアキシアルすきまに対する起動トルクの関係を示す図である。

符号の説明

１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４，５ 軌道溝
６ 玉
７ シール
８ マーク
９ シール溝
１０ 保持器
Ａ，Ｂ 軌道溝の中央
α 接触角
Ｌ 距離（オフセット量）
Ｗ１，Ｗ２ 幅

Claims (7)

1. 内輪の幅と外輪の幅とを同一寸法にし、内輪の軌道溝の曲率中心を含むラジアル方向の線と外輪の軌道溝の曲率中心を含むラジアル方向の線とがオフセットするように軌道溝を形成し、接触角を有したことを特徴とする深溝玉軸受。
2. 前記オフセットの量（Ｌ）を以下の式で求められる値としたことを特徴とする請求項１に記載の深溝玉軸受。
   Ｌ＝（ｒｉ ＋ ｒｅ ― Ｄａ）・ｓｉｎα
   ここで、ｒｉは内輪溝半径、ｒｅは外輪溝半径、Ｄａは玉径、αは接触角である。
3. 前記内輪の両端部と外輪の両端部との間にシールをそれぞれ配設した深溝玉軸受であって、両端部のシールを異なる色にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の深溝玉軸受。
4. 前記内輪の端部と外輪の端部との間にシールを配設した深溝玉軸受であって、両端部のシール溝を異なる形状にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の深溝玉軸受。
5. 前記外輪の外周面に方向性を示すマークを表示したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の深溝玉軸受。
6. 前記深溝玉軸受が予圧を負荷して使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の深溝玉軸受。
7. 請求項１〜５に記載の深溝玉軸受を複数個並設され、前記複数の深溝玉軸受が予圧を負荷して使用されることを特徴とする組合せ玉軸受。

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