JP2007064453A - 印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 予圧付与に伴う外輪の弾性変形を抑えて、予圧付与後にこの外輪をスリーブの内側に内嵌する作業を容易に行なえる構造を実現する。
【解決手段】 外輪肉厚ＨＥとし、円すいころ軸受の断面高さＨとし、各円すいころの数をＺとし、これら各円すいころのピッチ円直径をＰＣＤとし、これら各円すいころの軸方向中央部でのこれら各円すいころの外径をｄとし、これら各円すいころと外輪軌道との接触角をαとした場合に、０．３９≦ＨＥ／Ｈ≦０．４２、０．７≦（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）≦０．９７、０．０５≦ｄ／ＰＣＤ≦０．０６、２０゜≦α≦３０゜なる条件を総て満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大きな支持剛性を要求される印刷機用シリンダの軸部を回転自在に支持する為の、印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受の改良に関する。

大型の印刷機のシリンダは、重量が嵩むだけでなく、印字品質を確保する（印刷ずれを防止する）為に、ラジアル方向及びスラスト方向の剛性を十分に高くする必要がある。この様な事情で、印刷機のシリンダの回転支持部には、負荷容量及び剛性が大きい、複列円すいころ軸受ユニットを組み込んでいる。この様な印刷機のシリンダの回転支持部に使用する複列円すいころ軸受ユニットとして、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。図３は、このうちの特許文献１に記載された複列円すいころ軸受ユニット１を示している。この複列円すいころ軸受ユニット１は、内輪組立体２と、外輪組立体３と、複数の円すいころ４ａ、４ｂとから成る。このうちの内輪組立体２は、それぞれの外周面に円すい凸面状である内輪軌道５を有する１対の内輪６ａ、６ｂを、各内輪軌道５、５の小径側端部同士を対向させた状態で組み合わせて成る。これら両内輪６ａ、６ｂの小径側端部外周面には小径側鍔部７を、大径側端部外周面には大径側鍔部８を、それぞれ上記内輪軌道５を軸方向両側から挟む状態で形成している。

又、上記外輪組立体３は、それぞれの内周面に円すい凹面状である外輪軌道９を有する１対の外輪１０ａ、１０ｂを、各外輪軌道９、９の傾斜方向を互いに逆方向に（軸方向中央部に向かう程内径が小さくなる方向に）配置した状態で、外輪間座１１を介して突き合わせて成る。そして、上記各内輪６ａ、６ｂの外周面の内輪軌道５、５と、上記各外輪１０ａ、１０ｂの内周面の外輪軌道９、９との間に、上記各円すいころ４ａ、４ｂを、保持器１２、１２により保持した状態で、転動自在に設けている。尚、上記外輪間座１１には、上記複列円すいころ軸受ユニット１内に潤滑油を送り込む為の潤滑油流路１３を設けている。

上述の様な複列円すいころ軸受ユニット１は、上記各円すいころ４ａ、４ｂに適正な予圧を付与した状態で、印刷機の支持フレーム１４に設けた支持孔１５の内周面と、シリンダ１６の軸方向端面の中央部に突設した軸部１７の外周面との間（次述する図４〜６参照）に組み込む。上記予圧は、図４に示す様に、１対の内輪６ａ、６ｂを、シリンダ１６の端部外周面に形成した段差部１８と、軸部１７の先端部に螺合したナット１９との間で挟持し、このナット１９の緊締に基づいて上記両内輪６ａ、６ｂを互いに近づけ合う事により付与する。上記予圧の大きさは、上記ナット１９を緊締するトルクを規制する事により、或る程度は規制できるが、高品質の印刷を行なう為には、上記予圧を厳密に規制する必要がある。

上記予圧が低過ぎ、上記複列円すいころ軸受ユニット１の剛性が不足すると、上記シリンダ１６の変位を抑えられず、印刷の品質が悪化する印刷障害が発生する。逆に、上記予圧が高過ぎると、上記内輪、外輪両軌道５、９及び上記各円すいころ４ａ、４ｂの転動面の転がり疲れ寿命が低下し、上記複列円すいころ軸受ユニット１の耐久性が不足してしまう。この様な事情に鑑みて、印刷機のシリンダを回転自在に支持する為の複列円すいころ軸受ユニット１の予圧は、特許文献４〜６に記載された様な方法により、適正値に規制していた。

図４は、このうちの特許文献５に記載された、予圧調整方法の実施状況を示している。予圧調整に先立って、上記複列円すいころ軸受ユニット１を、上記シリンダ１６の軸方向端面に突設した上記軸部１７の周囲に組み付け、上記ナット１９の緊締に基づいて、上記各円すいころ４ａ、４ｂに予圧を付与する。次いで、外輪組立体３（外輪１０ａ、１０ｂ、外輪間座１１とのうちの何れかの部分）の外周面にその一端側部分を巻付けた紐２０の他端を、作業者の手で引っ張る事により上記外輪組立体３を、一定の回転速度で回転させる。この際に上記紐２０を引っ張るのに要した力をプッシュプルゲージ２１により測定して、上記動トルクを求める。この様にして求めた動トルクと上記予圧との間には相関関係があるが、この相関関係は予め求めておく。

そして、上記動トルクから求められる上記予圧の値が適正範囲になったならば、上記複列円すいころ軸受ユニット１を、図５〜６に示す様に、印刷機の支持フレーム１４に設けた支持孔１５の内側に支持する。この支持孔１５の内側には、圧入メタルと呼ばれる円筒状のスリーブ２２が内嵌固定されており、上記複列円すいころ軸受ユニット１は、上記外輪組立体３をこのスリーブ２２の内径側に、軽い（予圧が変化しない程度の）締り嵌めで押し込む事により、上記支持フレーム１４に対し組み付ける。

上述の様にして組み立てる、従来の複列円すいころ軸受ユニット１の仕様に関しては、印刷機用シリンダの回転支持用として、特に工夫していなかった。言い換えれば、図７に示す様な汎用の円すいころ軸受２３を、図３、４、６に示す様に、外輪間座１１を介して組み合わせる事により、上記複列円すいころ軸受ユニット１としていた。図８に示す様な、内周面に複列の外輪軌道９、９を有する、一体型の外輪１０を備えた複列円すいころ軸受ユニット１ａも従来から知られているが、この様な複列円すいころ軸受ユニット１ａにしても、印刷機用シリンダの回転支持用特有の仕様を採用してはいなかった。

例えば、前記円すいころ４ａ（４ｂ）と前記外輪軌道９との転がり接触部の中心点での、前記外輪１０ａ（１０ｂ）の径方向に関する寸法を外輪肉厚ＨＥとし、この外輪１０ａ（１０ｂ）の外周面と前記内輪６ａ（６ｂ）の内周面との径方向に関する距離を円すいころ軸受の断面高さＨとし、各列毎の上記各円すいころ４ａ（又は４ｂ）の数をＺとし、これら各円すいころ４ａ（４ｂ）のピッチ円直径をＰＣＤとし、これら各円すいころ４ａ（４ｂ）の軸方向中央部でのこれら各円すいころ４ａ（４ｂ）の外径をｄとし、これら各円すいころ４ａ（４ｂ）と上記外輪軌道９との接触角をαとした場合に、ＨＥ／Ｈを０．１以上、０．３５未満の範囲で、（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）を０．７以上、０．９７以下の範囲で、ｄ／ＰＣＤを０．０７を越えて０．２７以下の範囲で、αを１０゜以上、３０゜以下の範囲で、それぞれ設定していた。

この為、印刷の品質をより向上させる為等の目的で、各円すいころ４ａ、４ｂに付与する予圧を（耐久性を確保できる範囲内で）大きくする場合には、次の様な問題を生じる可能性があった。即ち、この予圧を大きくすべく、前記ナット１９を緊締するトルクを大きくすると、上記各円すいころ４ａ、４ｂが前記両外輪軌道９、９の内側に、大きな力で、くさび状に食い込む。そして、これら各円すいころ４ａ、４ｂの転動面の一部が上記両外輪軌道９、９を、径方向外方に向け強く押圧し、前記両外輪１０ａ、１０ｂの形状を、真円から正多角形に向けて弾性変形させる（実際には、上記各円すいころ４ａ、４ｂが存在する部分が径方向外方に変形し、全体が大略花弁状に変形するが、以下、単に正多角形状とする）。尚、この際の正多角形の角数は、各外輪軌道９の内径側に配置している上記各円すいころ４ａ（４ｂ）の数である、Ｚになる。

上記各値、「ＨＥ／Ｈ」、「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」、「ｄ／ＰＣＤ」、「α」が、それぞれ上述の範囲である場合には、上述の様に、上記両外輪１０ａ、１０ｂの形状が真円から正多角形に向け弾性変形する程度が大きくなる（正多角形に近づく程度が著しくなる）。これら両外輪１０ａ、１０ｂの外周面の円周方向長さ（周長）が同じであるとした場合に、正多角形に向け弾性変形する程度が著しくなる程、又、上記正多角形の角数（Ｚ）が少ない程、上記両外輪１０ａ、１０ｂの外周面に関する外接円の直径が大きくなる程度が著しくなる。そして、この外接円の直径が大きくなる程、上記両外輪１０ａ、１０ｂを前記スリーブ２２の内径側に内嵌する作業を行ないにくくなる。

特開２００１−１８２７５３号公報 特開２００２−５２６８５号公報 特開２００４−６０７５８号公報 特開２００１−３３００３１号公報 特開２００１−３４９３２７号公報 特開２００２−５４６３０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、予圧付与に伴う外輪の弾性変形を抑えて、予圧付与後にスリーブの内側への内嵌作業を容易に行なえる印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受を実現すべく発明したものである。

本発明の印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受は、前述した従来から知られている印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受と同様に、内輪と、外輪と、複数個の円すいころとを備える。
このうちの内輪は、外周面に円すい凸面状である内輪軌道を有し、印刷機用シリンダの端面に突設された軸部に外嵌固定される。
又、上記外輪は、円すい凹面状である外輪軌道を内周面に有する。
更に、上記各円すいころは、この外輪軌道と上記内輪軌道との間に、転動自在に設けられている。
そして、上記内輪軌道と上記外輪軌道との距離が縮まる方向に、上記外輪に対して上記内輪を軸方向に押圧する事により、上記各円すいころに予圧を付与する。

特に、本発明の印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受に於いては、上記各円すいころと上記外輪軌道との転がり接触部の中心点での、上記外輪の径方向に関する寸法を外輪肉厚ＨＥとし、この外輪の外周面と上記内輪の内周面との径方向に関する距離を円すいころ軸受の断面高さＨとし、上記各円すいころの数をＺとし、これら各円すいころのピッチ円直径をＰＣＤとし、これら各円すいころの軸方向中央部でのこれら各円すいころの外径をｄとし、これら各円すいころと上記外輪軌道との接触角をαとした場合に、
０．３９≦ＨＥ／Ｈ≦０．４２
０．７≦（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）≦０．９７
０．０５≦ｄ／ＰＣＤ≦０．０６
２０゜≦α≦３０゜
なる条件を総て満たす。

上述の様に構成する本発明の印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受によれば、予圧付与に伴う外輪の弾性変形を抑えて、予圧付与後にスリーブの内側への内嵌作業を容易に行なえる。この理由は、次の通りである。
先ず、外輪肉厚ＨＥと円すいころ軸受の断面高さＨとの比「ＨＥ／Ｈ」を０．３９以上確保した為、外輪の径方向厚さを確保して、予圧付与に伴ってこの外輪が、真円から正多角形に弾性変形する程度を抑えられる。上記比「ＨＥ／Ｈ」の値は、大きくする程上記外輪の径方向厚さを大きくして、この外輪の弾性変形を抑えられる。但し、上記比「ＨＥ／Ｈ」の値を過度に大きくすると、各円すいころの直径や内輪の径方向厚さが過度に小さくなって、円すいころ全体としての耐久性確保が難しくなる。そこで、上記比「ＨＥ／Ｈ」の上限値を０．４２とした。

又、各円すいころの直径ｄと数Ｚとの積と、ピッチ円の周長との比「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」を０．７以上確保している為、上記各円すいころによるラジアル荷重及びスラスト荷重の負荷を十分に行なえる（負荷容量を確保できる）。尚、上記比「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」の最大値は、円すいころ軸受の成立性との関係から規制する。この比「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」の値が０．９７を越えると、仮に保持器をピッチ円直径からずらせた位置（ピッチ円直径よりも径方向外側）に配置しても、円すいころ軸受として成立しなくなる（円すいころの組み込みが困難になる）。尚、上記比「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」の値に関する限り、従来から一般的に使用されている円すいころ軸受と同様である。

又、上記各円すいころの直径ｄと数Ｚとの積と、ピッチ円の周長との比「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」を０．７以上確保しつつ、上記各円すいころの直径ｄとピッチ円直径ＰＣＤとの比「ｄ／ＰＣＤ」を０．０６以下に抑えている為、これら各円すいころの数Ｚを確保（多く）できる。これら各円すいころの数Ｚを多くできる事は、予圧付与に伴ってこれら各円すいころの転動面が前記外輪軌道を径方向外方に押圧する点の数が多くなる事に結び付く。そして、この点の数が多くなる分だけ、これら各点毎に上記外輪軌道を径方向外方に押圧する力が小さくなり、これら各点が径方向外方に変位する程度が小さくなる。又、径方向外方に変位して、前記外輪が真円から正多角形に向け弾性変形する傾向になっても、角の数が多い為、外接円の直径が大きくなる程度を抑えられる。尚、上記比「ｄ／ＰＣＤ」の最小値は、円すいころの成立性、負荷容量の確保、低トルク性等、他の要件との関係で規制する。即ち、上記各円すいころの直径ｄは、これら各円すいころの軸方向中央部（ピッチ円上）でのこれら各円すいころの外径であるから、これら各円すいころの小径部の外径はこれよりも小さくなる。従って、上記直径ｄを過度に小さくすると、この小径部の外径が極端に小さくなり、円すいころとして必要な強度を確保できなくなる。又、上記各円すいころの数Ｚが多くなり過ぎると、これら各円すいころの転動面と、内輪軌道及び外輪軌道との転がり接触部での転がり摩擦損失が多くなり、低トルク性の面から不利になる。そこで、上記各円すいころの直径ｄとピッチ円直径ＰＣＤとの比「ｄ／ＰＣＤ」は、０．０５以上確保する。

更に、上記各円すいころと上記外輪軌道との接触角αを２０°以上確保している為、これら各円すいころがこの外輪軌道の内径側にくさび状に食い込む程度を、低く抑えられる。尚、上記接触角αの上限値は、ラジアル荷重に関する負荷容量を確保する面から規制する。即ち、この接触角αが小さい程、上記各円すいころが上記外輪軌道の内径側にくさび状に食い込む程度を低く抑えて、上記外輪のうちでこれら各円すいころの転動面と接触した部分が径方向外方に弾性変形する程度を低く抑えられる。これに対して、上記接触角αが大きくなる程、ラジアル荷重に関する負荷容量が低くなる。そこで、この接触角αを３０°以下に抑える。

本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験には、本発明の技術的範囲に属する、図１に示す様な実施例品と、本発明の技術的範囲からは外れる、図７に示す様な比較品との、２種類の円すいころ軸受を使用した。これら各円すいころ軸受の外径Ｄは２５０mm、内径Ｒは１８０mm、外輪の軸方向幅Ｂは３４mm、組立幅Ｗは４５mmとし、実施例品と比較品とで同じとした。これら各寸法は、ＩＳＯに規定された寸法である。又、外輪と内輪と各円すいころは、何れも高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）製とした。

そして、本発明品に関しては、外輪肉厚ＨＥと円すいころ軸受の断面高さＨとの比「ＨＥ／Ｈ」と、各円すいころの直径ｄと数Ｚとの積と、ピッチ円の周長との比「（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）」と、上記各円すいころの直径ｄとピッチ円直径ＰＣＤとの比「ｄ／ＰＣＤ」と、これら各円すいころと外輪軌道との接触角αとの値を、それぞれ次の様に規制した。
ＨＥ／Ｈ＝０．４０２
（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）＝０．７８
ｄ／ＰＣＤ＝０．０５４
α＝２１°
これに対して、比較品の場合には、上記各値を、ＩＳＯに沿って、それぞれ次の値とした。
ＨＥ／Ｈ＝０．２９
（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）＝０．８５
ｄ／ＰＣＤ＝０．０７６
α＝１７．７５°

この様な条件で、外輪に対して内輪を軸方向に押圧する方向の予圧荷重（アキシアル荷重）を付与する事により、各円すいころに予圧を付与し、この予圧荷重の大きさと上記外輪の外径（外接円の直径）の膨張量との関係を求めた。その結果を、図２に示す。この図２のうち、実線は、本発明品の場合に於ける、上記予圧荷重と上記膨張量との関係を、同じく破線は、比較品の場合に於ける、これら予圧荷重と膨張量との関係を、それぞれ表している。
この様な図２から明らかな通り、本発明によれば、予圧付与に伴う外輪の弾性変形を、従来に比べて１／２程度に抑えて、予圧付与後にスリーブの内側への内嵌作業を容易に行なえる。
尚、本発明は、前述の図８に示した構造でも実施できる。

尚、前述の各パラメータ等、ＨＥ／Ｈ、（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）、ｄ／ＰＣＤ、αに関する本発明の範囲は、前述の通りであるが、印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受に付与する予圧の値等によっては、上記各パラメータ等に関して、より広い範囲で実施する事もできる。例えば、上記予圧の値が小さい等、予圧付与に伴う外輪の弾性変形が限られている場合には、下記の範囲で実施しても、前述した従来技術に比べて、予圧付与後にスリーブの内側への内嵌作業を容易に行なえる。
０．３５≦ＨＥ／Ｈ≦０．７
０．７≦（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）≦０．９７
０．０３≦ｄ／ＰＣＤ≦０．０７
１０゜≦α≦３０゜

又、上記印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受に付与する予圧が、（本発明が必要になる程大きくはないが）上述の場合よりも大きい場合には、次の範囲で実施しても、前述した従来技術に比べて、予圧付与後にスリーブの内側への内嵌作業を容易に行なえる。
０．３５≦ＨＥ／Ｈ≦０．４５
０．７≦（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）≦０．９７
０．０５≦ｄ／ＰＣＤ≦０．０６
１８゜≦α≦３０゜

本発明の実施例を示す半部断面図。 本発明の効果を確認する為に行なった実験の結果を示す線図。 従来から知られている、印刷機用シリンダの回転支持用の複列円すいころ軸受ユニットの第１例を示す半部断面図。 印刷機用シリンダ端面の軸部に組み付けた後、支持フレームに組み付ける以前に予圧を測定する状態を示す断面図。 支持フレームに組み付けた状態を示しており、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図。 図５の（Ａ）のＹ部拡大図。 上記複列円すいころ軸受ユニットを構成する、従来の円すいころ軸受の半部断面図。 従来から知られている、印刷機用シリンダの回転支持用の複列円すいころ軸受ユニットの第２例を示す半部断面図。

符号の説明

１ 複列円すいころ軸受ユニット
２ 内輪組立体
３ 外輪組立体
４ａ、４ｂ 円すいころ
５ 内輪軌道
６ａ、６ｂ 内輪
７ 小径側鍔部
８ 大径側鍔部
９ 外輪軌道
１０、１０ａ、１０ｂ 外輪
１１、１１ａ 外輪間座
１２ 保持器
１３ 潤滑油流路
１４ 支持フレーム
１５ 支持孔
１６ シリンダ
１７ 軸部
１８ 段差部
１９ ナット
２０ 紐
２１ プッシュプルゲージ
２２ スリーブ
２３ 円すいころ軸受

Claims (1)

1. 外周面に円すい凸面状である内輪軌道を有し、印刷機用シリンダの端面に突設された軸部に外嵌固定される内輪と、円すい凹面状である外輪軌道を内周面に有する外輪と、この外輪軌道と上記内輪軌道との間に、転動自在に設けられた複数個の円すいころとを備え、この内輪軌道と上記外輪軌道との距離が縮まる方向に、上記外輪に対して上記内輪を軸方向に押圧する事により、上記各円すいころに予圧を付与する、印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受に於いて、上記各円すいころと上記外輪軌道との転がり接触部の中心点での、上記外輪の径方向に関する寸法を外輪肉厚ＨＥとし、この外輪の外周面と上記内輪の内周面との径方向に関する距離を円すいころ軸受の断面高さＨとし、上記各円すいころの数をＺとし、これら各円すいころのピッチ円直径をＰＣＤとし、これら各円すいころの軸方向中央部でのこれら各円すいころの外径をｄとし、これら各円すいころと上記外輪軌道との接触角をαとした場合に、
   ０．３９≦ＨＥ／Ｈ≦０．４２
   ０．７≦（ｄ×Ｚ）／（ＰＣＤ×π）≦０．９７
   ０．０５≦ｄ／ＰＣＤ≦０．０６
   ２０゜≦α≦３０゜
   なる条件を総て満たす事を特徴とする印刷機用シリンダの回転支持用円すいころ軸受。
   

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