JP2007146930A - 転がり軸受および転がり軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製の転がり軸受用保持器の組み付けの際の変形を防止する。
【解決手段】転がり軸受用保持器40は、樹脂製で、円周方向に配列した複数のポケット46を有し、各ポケット46が保持器の半径方向に貫通し、かつ、一方の側面に開口しており、前記側面とは反対側の背面41が円周方向に凹凸の繰り返しである。
【選択図】図１

Description

この発明は転がり軸受およびその保持器に関するもので、より詳しくは、医療機器、産業用ロボット、工作機械等に使用される超薄肉大形転がり軸受に適用することができる。

図８に、医療機器の一種であるＣＴスキャナ装置の一例を示す。このＣＴスキャナ装置では、Ｘ線管装置７０で発生したＸ線を、その強度分布を一様ならしめるウェッジフィルタ７２、強度分布を制限するスリット７４を介して被写体７６に照射する。被写体７６を通過したＸ線は検出器７８で受けられ、電気信号に変換されて図示しないコンピュータに送られる。Ｘ線管装置７０、ウェッジフィルタ７２、スリット７４、検出器７８などの各部品は、軸受８０を介して固定架台８２に回転自在に支持された略円筒状の回転架台８４に取り付けられ、回転架台８４の回転に伴って被写体７６の周囲を回転する。そして、互いに対向するＸ線管装置７０と検出器７８が被写体７６まわりを回転することにより、被写体７６の検査断面内のあらゆる点ですべての角度をカバーする投影データを得、これらのデータから、あらかじめプログラムされた再構成プログラムにより断層画像を得るようになっている。

ＣＴスキャナ装置においては、固定架台８２の内周面を被写体７６が入る程度の概ね直径１ｍ程度の大径にするため、固定架台８２と回転架台８４との間の軸受８０には、直径に対して断面が著しく小さい、いわゆる超薄肉大形転がり軸受が使用される。この超薄肉大形転がり軸受８０は、図９（ａ）に示すように、外方部材８６と、内方部材８８と、外方部材８６と内方部材８８との間に介在する複数の転動体９０と、転動体９０を円周方向で所定間隔に保持するための保持器９２を具備する。

一般に、超薄肉大形転がり軸受に使用される保持器は、製造および組立上の理由から樹脂製のセグメントタイプが採用される。セグメントタイプの樹脂保持器は、図９（ｂ）に示すように、複数の円弧状のセグメントｓを円周方向に接続して構成される。そして、軸方向に押し込んで転動体（玉）をポケットにはまり込ませることによって軸受に組み付ける。このような組立方法であるため、軸方向の、ポケットが開口した側から挿入できる冠形やくし形が基本形状となり、ポケットが開口した側とは反対側の保持器背面はフラットである（特許文献１、２）。
特開２００４−２１８７４５号公報 特開２００４−１６２８７９号公報

図１０および図１１に、特許文献１および特許文献２に記載された保持器をそれぞれ示す。前者はくし形、後者は冠形と呼ばれる形状である。いずれも、ポケットが開口している側とは反対側の面すなわち背面はフラットである。保持器を玉側に押して玉をポケットにはまり込ませる時、保持器を無理に反らせる場合や（図１０（ｂ）参照）、カチコミ時に、ポケットの入口径Ｂ（図１０（ａ））より玉径Ｄｗが大となる箇所で無理な力（衝撃）が加わり、ポケット底部と保持器背面との間で変形するおそれがある。ポケットの底部が周辺よりも薄いため、保持器組み付けの際に応力集中を起こすためである。

セグメントタイプの保持器の場合、セグメントを連結した後、玉が等配された超薄肉大形玉軸受に組み付ける。軸受が薄肉であるため、保持器の挿入スペースは狭く、保持器のポケット部と玉の位置が合致しているか判別しにくい。したがって、玉とポケットの位置が若干ずれたまま組み込もうとすると、保持器に無理な力が加わることがある（図１０（ａ）の白抜き矢印部分）。また、保持器を１ポケットずつ組み込む際、保持器を無理に曲げる（反らす）場合でも同様である（図１０（ｂ）の白抜き矢印部分）。

特に、図１１の冠形保持器は、図１０のくし形保持器よりも音響、グリース保持特性に優れているが、すべてのポケットがカチコミしろをもって玉をはまり込ませるようになっているため、軸受への組み込み時に無理な力が加わる可能性が比較的高い。さらに、セグメントが全周連結されたセグメントタイプ保持器の場合、最終数個の玉をはまり込ませる際、保持器が無理なカチコミを強いられ、このカチコミ時の衝撃で保持器が破損するおそれがある（図１１（ａ）の白抜き矢印部分）。

破損は、保持器のポケット底部から背面にかけて発生する場合が多い。その理由は、当該部位が周辺部位に比べて薄肉であるためと考えられる。すなわち、ポケットに玉をはまり込ませる時、保持器が背面側に曲げられ、この薄肉部分の剛性が周辺部位よりも著しく低く、応力集中を誘発する。

この発明の主要な目的は、樹脂製の転がり軸受用保持器の組み付けの際の変形を防止することにある。

この発明の転がり軸受用保持器は、樹脂製で、円周方向に配列した複数のポケットを有し、各ポケットが保持器の半径方向に貫通し、かつ、一方の側面に開口しており、前記側面とは反対側の背面が円周方向に凹凸の繰り返しであることを特徴とするものである。このような形状であるため、保持器のポケットに玉をはまり込ませるために保持器を曲げる時、保持器各部の応力が分散して応力集中を緩和させる。

背面の凹凸形状は、たとえば、背面の、ポケットに対応する部分を凸とする（請求項２）。この場合、ポケットの底部の肉厚が増して剛性が高まる。しかも、凸部がポケットに対応しているため、背面側からでもポケット位置を明確に視認できる。したがって、ポケットと玉の位置ずれの有無を即座に確認できる。

当該転がり軸受がグリース潤滑で運転する場合、保持器背面の凹部はグリース溜りとして機能する。このグリース溜り効果を向上させるためには、非ポケット底部に位置する背面をえぐってもよい。ただし、えぐりすぎるとこの部位からの破損を誘発するため、ポケットの底部から背面までの最短距離Ｌ_１よりも、ポケットから背面の凹凸間移行部までの距離Ｌ_２が大きくなるような設定（Ｌ_１＜Ｌ_２）とする（請求項３）。

この発明は、円周方向に連続した環状の保持器にも、また、複数の円弧状のセグメントを接続して構成したセグメントタイプの保持器にも適用することができる（請求項４）。セグメントタイプには、閉じた円形のもののほか、円周方向の一箇所に開口を設けたものも含まれる。

上述の保持器は転がり軸受に組み込んで使用される（請求項５）。そのような転がり軸受の用途としてはたとえばＣＴスキャナ装置用を例として挙げることができる（請求項６）。

この発明によれば、樹脂製の転がり軸受用保持器の組み込み時の破損を抑えることができる。

また、この発明の転がり軸受用保持器は、背面が円周方向に凹凸の繰り返しとなっているためグリース溜りとしての機能を有し、軸受回転時の信頼性向上に寄与することができる。

ポケットの底部に対応する部分が凹または凸であるため、ポケットの位置を保持器背面側から確認でき、保持器の組み付けがスムーズに行え、無理なカチコミによる保持器変形のおそれがない。

述べたような効果を奏することから、この発明の転がり軸受用保持器はたとえば次のような場合に有効である。（イ）保持器のポケット底部の肉厚が非常に薄い場合。（ロ）保持器材質が脆い場合。（ハ）軸受運転時、玉および保持器周辺部にグリースをできるだけ保持したい場合。

以下、図面に従ってこの発明の実施形態を以下に詳述する。まず、図７は、超薄肉大形転がり軸受の一例として、図８に関連して既に述べたＣＴスキャナ装置に使用される軸受の断面を示す。この軸受は、外方部材１０と、内方部材２０と、転動体３０と、保持器４０とを主要な構成要素としている。

外方部材１０はリング状で、内周面１２に軌道１４が形成してある。内方部材２０もリング状で、外周面２２に軌道２４が形成してある。外方部材１０の軌道１４と内方部材２０の軌道２４との間に複数の転動体３０が介在させてあり、外方部材１０と内方部材２０は相対回転自在である。なお、ここでは転動体３０として玉が例示してあるが、ころを使用することもできる。保持器４０は外方部材１０と内方部材２０との間に介在し、複数の玉３０を円周方向で所定間隔に保持する。軸受の両端開口部をシールするためのゴムシール１８が外方部材１０に取り付けてある。

この軸受は、玉３０の直径Ｄ_Ｂとピッチ円径ＰＣＤとの比の値φを０．０３以下（φ＝Ｄ_Ｂ／ＰＣＤ≦０．０３）とした超薄肉大形転がり軸受で、主としてＰＣＤが５００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度の大径軸受に適用される。具体例を挙げるならば次のとおりである。
Ｄ_Ｂ：１／２インチ（１２．７ｍｍ）
ＰＣＤ：１０４１．４ｍｍ
φ：０．０１２

外方部材１０の一方（図７の右側）の端面に取付け孔１６が形成してある。この取付け孔１６に図示しないボルト等の締結手段をねじ込むことによって、外方部材１０がＣＴスキャナ装置の回転架台６４（図８）に固定される。内方部材２０の端面にも同様に取付け孔２６が形成してあり、この取付け孔２６に図示しないボルト等の締結手段をねじ込むことによって内方部材２０が固定架台６２（図８）に固定される。そして、外方部材１０が回転架台６４と共に回転する回転部材となり、内方部材２０が非回転の固定部材となる。ＣＴスキャナ装置の構造によっては、上記とは逆に外方部材１０を固定側、内方部材２０を回転側とすることもできる。

保持器４０は樹脂材料から成形される。図１にセグメントタイプの保持器４０を示す。セグメントタイプの保持器は、円弧形状のセグメントＳを円周方向につなぎ合わせて環状にしたもので、閉じた円形のもの（図１（ａ））、あるいは、円周方向の一箇所に開口を設けたもの（図１（ｂ））のいずれであってもよい。

セグメントＳは、図１（ｃ）に示すように、両端に互いにはまり合う形状の結合部４２，４４を有し、円周方向に隣り合うセグメントＳにおいて、一方のセグメントＳの結合部４２と他方のセグメントＳの結合部４４がはまり合う。

セグメントＳの両端の結合部４２，４４のうち、結合部４２は、セグメントＳの一端部を構成する結合部本体４２ａと、結合部本体４２ａから円周方向に突出した嵌合凸部４２ｂとを含む。結合部４４は、セグメントＳの他端部を構成する結合部本体４４ａと、結合部本体４４ａの端面に形成した嵌合凹部４４ｂとを含む。嵌合凸部４２ｂは、結合部本体４２ａから突出した首部に続いてこの首部よりも大きな頭部が形成され、その頭部は円柱状を呈している。嵌合凸部４２ｂと嵌合凹部４４ｂは相補的形状をしている。

セグメントＳは、長手方向（円周方向）の複数箇所に、転動体である玉３０を保持するためのポケット４６が形成してある。図２に示すように、ポケット４６はセグメントＳを半径方向（Ａ方向）に貫通し、また、セグメントＳの軸方向（Ｂ方向）の片面に開口している。ポケット４６を挟んで円周方向に向かい合った一対の爪部４８が設けてあり、爪部４８の内面がポケット４６の内面の一部を構成する。

ポケット４６の内面における保持器径方向（Ａ方向）の両側部は、玉３０が接する球面状の玉保持面５０としてある。図２において、矢印Ａに付した「内」，「外」の文字は保持器径方向Ａにおける内径側と外径側の向きをそれぞれ示す。玉保持面５０は、玉３０と同心でそれよりも僅かに大きな曲率半径としてある。また、上記内面の径方向の中間部は、玉３０が非接触となる周方向逃がし面５２としてある。周方向逃がし面５２は、玉保持面５０に対して形成した周方向に延びる浅溝の底面となっている。具体的には、周方向逃がし面５２は、玉３０と同心でそれよりも僅かに大きな曲率半径を有する球面状の凹曲面、または、円筒面状の凹曲面としてある。ポケット４６の両側の玉保持面５０における玉３０との接触可能性のあるすべての縁部には面取り部５４が設けてある（図３，図５）。

ポケット４６の内面における保持器回転方向（すなわち保持器円周方向）に対して交差する方向となる一部分には、セグメント体Ｓの径方向（Ａ方向）に延びる凹面状の油溜りである交差部油溜り５６が設けてある。交差部油溜り５６は、たとえば玉３０の配列のピッチ円とほぼ一致する保持器軸方向位置の軸方向両側にまたがらせてある。図６は、その交差部油溜り５６の部分で断面にしたものである。この交差部油溜り５６は、ポケット４６内に転動自在に保持される玉３０と同心で、玉保持面５０の曲面よりもわずかに大きな曲率半径を有する曲面状の凹曲面か、円筒面状もしくは四角筒面状などの凹面としてある。図示の例では、交差部油溜り５６は底面が円筒面状で、かつ、図３に示すように開口側が広がり底面側が狭まった台形状となっている。

ポケット４６は、保持器軸方向（Ｂ方向）の片方に、上記のように一対の爪部４８で挟まれた開口（図３）を有するが、その開口と反対側にある底部には、凹面状の底部油溜り５８が設けてある。この底部油溜り５８は、保持器径方向（Ａ方向）に延びる形状となっている（図４）。底部油溜り５８は、玉３０がポケット４６の最下部にある状態で、玉３０と接する深さを最低限有するものとし、それ以上に玉３０が接触しない方向へ深く形成してもよい。この深さ条件を満たした上で、底部油溜り５８は、円筒面状、四角筒面状、あるいは玉３０と同心で上記周方向逃がし面５２の曲面よりもわずかに大きな曲率半径を有する球面状の凹曲面などとすることができる。

セグメントＳの厚さは、セグメントＳにおける各ポケット４６の周辺部分の径方向厚さＷ_１に対して、セグメントＳの一般部分の径方向厚さＷ２を薄くしてある。換言すれば、セグメントＳにおける各ポケット４６の周辺部分が、セグメントＳの一般部分の径方向厚さＷ_２よりも厚くなる厚肉部４７に形成され、この厚肉部４７によって保持器内面の必要な径方向幅が確保されている。セグメントＳの一般部分とは、セグメントＳにおける各ポケット４６の周辺部分を除く部分のことである。セグメントＳの一般部分は、たとえば全周にわたり均一厚さである。厚肉部４７は、ポケット４６の底部付近には設けられておらず、円周方向に対向する２箇所に分かれて形成されている。厚肉部４７は、爪部４８の先端からポケット４６の開口縁に沿って延びていて、爪部４８の基端よりもポケット底部側へ続いている。

ここでは、保持器４０の軸方向の両側面のうち、ポケット４６が開口している側とは反対側の面を背面４１と呼ぶ。図１（ｃ）に示すように背面４１は段付き構造となっている。すなわち、円周方向に凹部と凸部の繰り返しとなっている。図示する実施の形態では、ポケット４６の底部に対応する位置が凸部で、隣り合った凸部間が凹部となっている。その結果、従来の保持器（図１０、図１１）で極端に薄くなっていた部分、たとえば、ポケット底部ならびにポケット底部と保持器背面との間の部分の肉厚が増し、剛性が高まる。したがって、保持器を曲げたときの応力集中が緩和される。

保持器４０の背面４１の凹または凸とポケット４６の位置とを対応づけることにより、ポケット４６の位置が背面４１側から容易に確認できる。既に述べたように、超薄肉大形玉軸受に保持器を組み付けるに当たっては、玉３０が等配された軸受に保持器４０を挿入し、保持器の背面４１を押して各ポケット４６に玉３０をはまり込ませる。ところが、軸受が薄肉であるため、保持器の挿入スペースは狭く、保持器のポケット部と玉の位置が適切に配置されているか判別しにくいものであった。背面４１の凹または凸とポケット４６の位置が対応していれば、保持器の背面４１からポケット４６の位置が分かるため、玉３０とポケット４６の位置関係を合わせることが容易となる。

さらに、背面４１を凹凸形状とすることにより、凹部が軸受運転時のグリース溜りとして機能し、軸受回転時の信頼性向上に寄与する。図１（ｃ）に破線で示すように、凹部をさらにえぐることによって、このグリース溜りとしての機能を向上させることができる。ただし、この部位からの破損を防止するため、Ｌ_１＜Ｌ_２の関係が成り立つような設定とするのが望ましい。ここに、
Ｌ_１：ポケットの底部から保持器背面までの最短距離（＝ポケット底部の肉厚）、
Ｌ_２：ポケットから背面の凹凸間移行部までの距離（＝凹凸間移行部の肉厚）。

この発明の実施の形態を示し、（ａ）は閉じた円形のセグメントタイプの保持器の正面図、（ｂ）は開口を設けたセグメントタイプの保持器の正面図、（ｃ）は保持器を構成するセグメントの展開平面図 図１（ｃ）のセグメントの部分斜視図 図１（ｃ）のセグメントの部分正面図 図１（ｃ）のセグメントの部分平面図 図４の部分拡大図 図４の部分断面図 超薄肉大形転がり軸受の断面図 ＣＴスキャナ装置の断面図 （ａ）は図８における軸受の拡大図、（ｂ）は保持器の正面図 （ａ）は従来のくし型保持器の展開平面図、（ｂ）は組み付け時を示す保持器の展開平面図 （ａ）は従来の冠型保持器のセグメントの展開平面図、（ｂ）は展開側面図

符号の説明

１０ 外方部材
１２ 内周面
１４ 軌道
１６ 取付け孔
１８ シール
２０ 内方部材
２２ 外周面
２４ 軌道
２６ 取付け孔
３０ 転動体（玉）
４０ 保持器
４１ 背面
Ｓ セグメント
４２ 結合部
４２ａ 結合部本体
４２ｂ 嵌合凸部
４４ 結合部
４４ａ 結合部本体
４４ｂ 嵌合凹部
４６ ポケット
４７ 厚肉部
４８ 爪部
５０ 玉保持面
５２ 周方向逃がし部
５４ 面取り部
５６ 交差部油溜り
５８ 底部油溜り

Claims (6)

1. 樹脂製で、円周方向に配列した複数のポケットを有し、各ポケットが保持器の半径方向に貫通し、かつ、一方の側面に開口しており、前記側面とは反対側の背面が円周方向に凹凸の繰り返しである転がり軸受用保持器。
2. 前記背面の、ポケットの底部に対応する部分が凸である請求項１の転がり軸受用保持器。
3. ポケットの底部から背面までの最短距離よりもポケットから背面の凹凸間移行部までの距離が大きい請求項２の転がり軸受用保持器。
4. 複数の円弧状のセグメントを接続して構成した請求項１ないし３のいずれかの転がり軸受用保持器。
5. 外方部材と、内方部材と、転動体と、請求項１ないし４のいずれかの保持器とを有する転がり軸受。
6. ＣＴスキャナ装置用である請求項５の転がり軸受。

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