JP2007205473A

JP2007205473A - ボールベアリングにおけるボール等間隔配列装置及び方法

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Publication number: JP2007205473A
Application number: JP2006025483A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Makishima; 豊巻島
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP4812001B2

Abstract

【課題】ボールの傷つきを防いでボールベアリング回転時における振動や騒音を抑えるとともに、設置位置や圧力の調整が不要で効率よくボールの均等配列を行うこと。
【解決手段】ボールベアリング１００を内輪１０１と外輪１０２の軸心Ｌが設置面に垂直となる向きで支持した状態でボールベアリング１００の上端面に円環状のエアー噴射口４２ｃを有するエアーノズル４２をセットし、そのエアー噴射口４２ｃからの圧縮エアーを内輪１０１と外輪１０２との間の円環状空間１０４の全域にわたって均等に噴射する。これにより各ボール間を流れる圧縮エアーの流量と流速に差があると、ボール間に生じる吸引力が互いに均衡を保とうとするため、ボール１０３はその吸引力によってボール間の距離が均一になるように移動し、円環状空間１０４内の円周上に等間隔で配列される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールベアリングに内蔵された複数個のボールを等間隔で配列する装置と方法に関する。

一般に、ボールベアリングは内輪、外輪、ボール及びリテーナから構成され、このボールベアリングの組立工程では、内輪と外輪との間に内蔵された複数個のボールを等間隔で配列する作業が行われる。そして、この配列作業の後、ボールにリテーナを装着する作業が行われ、これにより等間隔のボールが転動可能に保持されたボールベアリングが組み立てられる。ところで、従来ボールベアリングの配列作業は、例えば下記の特許文献に開示されているような方法が採られていた。

まず、第１の方法は、内部に爪が設けられたガイドリングを用いた方法である。まずボールベアリングに内蔵された複数個のボールをいったん片側に寄せ、その片寄せ状態のボールベアリングの上にガイドリングを載せる。そして螺旋状の段差部を備えたシャフトをガイドリングの内部へと挿通させる。するとシャフトの段差部が爪に当たって爪を押し下げ、その押し下げられた爪が隣接するボール間に割り込んでボール間の間隔を均等化するというものである（例えば、特許文献１参照）。

次に、第２の方法は、複数本のエアーノズルを用いた方法である。まずボールベアリングの内輪を内輪用載置ブロックの上に載せ、次いで外輪を外輪用載置ブロックの上に載せる。そして両ブロック間に均等に配置されたボールと同数のエアーノズルから各ボールに向けて圧縮エアーを吹き付ける。これにより、それぞれのボールがエアーノズルの上に移動し、ボールを均等に配列するというものである（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−２２５７５７号公報

特開２００１−２４１４５８号公報

ところが、上記のような従来の方法によると、以下のような問題があった。

まず、特許文献１の方法の場合、爪をボール間に割り込ませて間隔を調整するものであるため、爪とボールが必ず接触することによってボールが傷ついてしまう。つまりボールに傷がつくとボールベアリングを回転させたときに振動や騒音の発生要因となり、ボールベアリングの機能不良に繋がるという問題がある。

一方、特許文献２の方法の場合、ボールと同数本設置したエアーノズルによってボール間の間隔を調整するものであるため、エアーノズルから吹き付ける圧縮エアーが局所的なものになってしまう。すなわち、ボール間のエアー圧力を均等にする必要があり、そのためにはすべてのエアーノズルの設置位置と圧力の調整が必要になり、その調整が微妙で難しいという問題がある。

そこで、本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、ボールの傷つきを無くしてボールベアリング回転時における振動や騒音を抑えるとともに、設置位置や圧力の調整が不要で効率よくボールの均等配列を行うことを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、以下に示すボールベアリングにおけるボール等間隔配列装置と方法を提供するものである。

すなわち、本発明のボールベアリングにおけるボール等間隔配列装置は、同軸に配置された内輪と外輪の間の円環状空間に複数個のボールを内蔵したボールベアリングにおいて上記複数個のボールを上記円環状空間内の円周上に等間隔で配列する装置であって、上記ボールベアリングを上記内輪と上記外輪の軸心が設置面に垂直となる向きで支持する支持手段と、上記ボールベアリングの軸心方向のいずれか一方の端面側から他方の端面側へ向けて上記円環状空間の全域にわたって均等に圧縮エアーを噴射するエアー噴射手段と、を備えたことを特徴とする。

上記の構成からなるボール等間隔配列装置においては、上記ボールベアリングの内輪を固定する固定手段と、上記ボールベアリングの外輪をその軸心周りに回転させる回転手段と、を更に備えていてもよい。一方、これとは逆に、上記ボールベアリングの外輪を固定する固定手段と、上記ボールベアリングの内輪をその軸心周りに回転させる回転手段と、を更に備えていてもよい。

また、本発明のボールベアリングにおけるボール等間隔配列方法は、同軸に配置された内輪と外輪の間の円環状空間に複数個のボールを内蔵したボールベアリングにおいて上記複数個のボールを上記円環状空間内の円周上に等間隔で配列する方法であって、上記ボールベアリングを上記内輪と上記外輪の軸心が設置面に垂直となる向きで支持した状態で上記ボールベアリングの軸心方向のいずれか一方の端面側から他方の端面側へ向けて上記円環状空間の全域にわたって均等に圧縮エアーを噴射することを特徴とする。

上記のボール等間隔配列方法においては、上記ボールベアリングの内輪又は外輪のいずれか一方を固定し、他方をその軸心周りに回転させながら上記圧縮エアーの噴射を行うことが好ましい。

［本発明による作用］
本発明のボール等間隔配列装置と方法においては、ボールベアリングを内輪と外輪の軸心が設置面に垂直となる向きで支持した状態でボールベアリングの軸心方向のいずれか一方の端面側から他方の端面側へ向けて円環状空間の全域にわたって均等に圧縮エアーを噴射するものとした。これにより、隣接するボール間の距離が異なると、各ボール間を流れる圧縮エアーの流量と流速に差が生じ、その結果として吸引力の差が発生する。このときベルヌーイの定理により、隣接するボール間の吸引力は互いに均衡を保とうとするため、ボールはその吸引力の影響を受けてすべてのボール間の距離が均一になるように円周方向に転がって移動する。よって、最終的にボールは円環状空間内の円周上に等間隔で配列される。

なお、ボールベアリングの内輪又は外輪のいずれか一方を固定し、他方をその軸心周りに回転させながら圧縮エアーの噴射を行うと、内輪又は外輪とボールとの接触面に生じる摩擦力が低下する。このため、ボールの円周方向への転がり動作が一層スムーズに行われるようになり、ボールを等間隔に配列するまでの時間が短縮化される。

本発明によれば、圧縮エアーを用いてボールベアリングのボールを等間隔で配列するようにしたので、従来のような爪とボールとの機械的な接触がなく、爪でボールを傷つけてしまうこともない。したがって、ボールの傷に起因して発生するボールベアリング回転時における振動や騒音を抑えることができ、ボールベアリングの品質が向上するという効果がある。

また、本発明によれば、従来のような複数本のエアーノズルから各々のボールに向けてエアーを吹き付ける方法と違って、各エアーノズルの設置位置やエアー圧力を調整する必要がない。よって、簡単かつ廉価な方法で効率よく均等配列することができるという効果もある。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は本発明によるボール等間隔配列装置を示す全体図、図２はエアーノズルを底面から見た平面図である。

図示したように、本実施形態のボール等間隔配列装置（以下この項においては「ボール等配装置」という。）１０は、ボールベアリング１００にリテーナを装着する前段階で内輪１０１と外輪１０２に挟まれた複数個のボール１０３，１０３，…を円周上に等間隔で配列するための装置である。同装置１０は支持機構２０と、回転機構３０と、エアー噴射機構４０とを備えて構成されている。

支持機構２０はボールベアリング１００をボール等配装置１０上で内輪１０１と外輪１０２の軸心Ｌが設置面に垂直となる向きで支持するためのものであり、円柱状の内輪受け治具２１を備えてなる。この受け治具の上面中央には所定厚みの凸部２１ａが形成されており、凸部２１ａに対し内輪１０１を嵌めることによって内輪底面が段部２１ｂの上に載置される。これによりボールベアリング１００が水平姿勢で支持される。

回転機構３０は内輪１０１と外輪１０２を相対的に移動させるためのものであり、駆動モータ３１とローラ３２とを備えてなる。そして駆動モータの出力軸３１ａはローラ３２の中心部に取り付けられている。したがって、駆動モータ３１を駆動させるとこれに連動してローラ３２が回転し、ローラ３２の外周面に当接した外輪１０２がローラ３２の回転力によってその軸心Ｌ周りに逆回転するようになっている。

エアー噴射機構４０はボールベアリング１００の軸心Ｌ方向のいずれか一方の端面側から他方の端面側（本実施形態では上端面から下端面）へ向けて圧縮エアーを均等に噴射するためのものであり、コンプレッサ４１とエアーノズル４２とを備え、両者はエアーホース４３によって接続されている。エアーノズル４２は略円柱状からなり、これを下降操作すると底面中央に形成された凸部４２ａが内輪１０１に嵌め込まれる。すなわち、内輪１０１はエアーノズル４２と内輪受け治具２１とによって上下に挟まれて固定される。

また、エアーノズル４２の内部にはエアーホース４３に連通するエアー通路４２ｂが設けられており、エアー通路４２ｂの下端には円周方向に沿ってエアー噴射口４２ｃが開口している。本実施形態のエアー噴射口４２ｃは、図２に示すように、円環状空間１０４とほぼ同一径に設定されており、これをエアーノズル４２の底面側から見ると円周上に一連に繋がった円環状の口を有している。

したがって、コンプレッサ４１から圧縮エアーを吐出すると、その圧縮エアーはエアーホース４３を介してエアーノズルのエアー通路４２ｂ内に供給される。そしてエアー通路４２ｂを通った圧縮エアーは、円環状のエアー噴射口４２ｃからボールベアリングの円環状空間１０４に向かって垂直下向きに噴射されるようになっている。

以上が本実施形態のボール等配装置の構成であるが、次に、このボール等配装置を利用して行うボール等間隔配列方法（以下この項においては「ボール等配方法」という。）について説明する。

図３はボール等配方法を適用する前のボールベアリングを示す全体図、図４は同ベアリングにおけるボール付近の拡大図である。

図示したように、リテーナを装着する前段階のボールベアリング１００は、内輪１０１と外輪１０２との間の円環状空間１０４内に複数個（本実施形態では１３個）のボール１０３，１０３，…が内蔵されている。これらのボール１０３はそれぞれ内輪１０１の外周面と外輪１０２の内周面とに沿って円環状空間１０４内を円周方向に自由に転がって移動できる状態になっている。また、隣接するボール間の距離、例えばボール１０３Ａと１０３Ｂとの間の距離と、ボール１０３Ｂと１０３Ｃとの間の距離が異なっている。

そして、この状態のボールベアリング１００を図１に示したボール等配装置１０にセットし、以下のようにしてボール等配方法を適用する。

まず、支持機構２０において内輪１０１を内輪受け治具２１に嵌め込み、その上からエアーノズル４２をかぶせてボールベアリング１００を内輪１０１と外輪１０２の軸心Ｌが設置面に垂直となる向きで支持する。このとき内輪１０１はエアーノズル４２と内輪受け治具２１とによって挟まれて固定される。次に、回転機構３０において駆動モータ３１を駆動してローラ３２を回転させ、その回転力によって外輪１０２をその軸心Ｌ周りに回転させる。そして最後に、エアー噴射機構４０においてコンプレッサ４１からエアーノズル４２に圧縮エアーを供給し、その圧縮エアーを円環状のエアー噴射口４２ｃからボールベアリングの円環状空間１０４の全域にわたって均等に噴射する。なお、この際に圧縮エアーの噴射圧を特に細かく設定する必要はない。

図５はエアー噴射時の作用を示す模式図である。

図示したように、ボールベアリング１００においては上述した通り隣接するボール間の距離が異なるので、ボール間を流れる圧縮エアーの流量と流速にも差が生じる。つまりボール１０３Ａと１０３Ｂとの間の距離は長いので、図中矢印アで示すように、ボール間を通過する圧縮エアーの流量が多く流速が速くなる。一方、ボール１０３Ｂと１０３Ｃとの間の距離はそれに比べて短いので、図中矢印イで示すように、ボール間を通過する圧縮エアーの流量は少なく流速が遅くなる。

このように、ボール間を通過する圧縮エアーの流量と流速に差が生じると、その結果として、ボール１０３Ａ−１０３Ｂ間と、ボール１０３Ｂ−１０３Ｃ間とで吸引力の差が発生する。このときベルヌーイの定理により、隣接するボール間の吸引力は互いに均衡を保とうとするため、各ボール１０３Ａ．１０３Ｂ，１０３Ｃは吸引力の影響を受けてすべてのボール間の距離が均一になるように円周方向（図において左右方向）に転がって移動する。つまり図の例では、中央のボール１０３Ｂと右側のボール１０３Ｃとの間に生じる吸引力Ｆ_２よりも中央のボール１０３Ｂと左側のボール１０３Ａとの間に生じる吸引力Ｆ_１の方が大きいので、中央のボール１０３Ｂはより大きな吸引力Ｆ_１によって左側のボール１０３Ａに向かって引き寄せられる。

図６はボール等配方法を適用した後のボールベアリングを示す全体図、図７は同ベアリングにおけるボール付近の拡大図である。

上述したように、本実施形態では円環状の噴射口構造を採用したことにより、ボールベアリングの円環状空間１０４の全域にわたって圧縮エアーが均等に噴射されるようになっている。したがって、図示したようにすべてのボール間に生じる吸引力が互いに均衡を保とうとするので、その結果すべての吸引力Ｆ_３がつり合った状態で安定する。このようにして、最終的には全部のボール１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，…が円環状空間１０４内の円周上に等間隔で配列される。

以上のようなボール等配方法は、本実施形態のように内輪１０１を固定し、外輪１０２をその軸心Ｌ周りに回転させながら圧縮エアーの噴射を行うのが好ましい。その理由は、外輪１０２が回転していると、外輪１０２とボール１０３との接触面に生じる摩擦力が低下し、ボール１０３が円周方向へと転がり易くなるからである。したがって、外輪１０２を回転させながら圧縮エアーの噴射を行うとボール１０３がスムーズに移動するので、等間隔に配列するまでの時間が短縮化され、効率よく均等配列することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、次のような各種の変形も可能である。例えば回転機構３０について、内輪１０１を固定して外輪１０２を回転させるものとしたが、内輪１０１と外輪１０２を相対的に移動させればよいのであって、これとは逆に外輪１０２を固定して内輪１０１を回転させるものでもよい。また、エアー噴射機構４０については、ボールベアリング１００の上端面側から円環状空間１０４に対して垂直下向きに圧縮エアーを噴射するものとしたが、ボールベアリング１００を内輪１０１と外輪１０２の軸心Ｌが設置面に垂直となる向きで支持してあれば、反対に下端面側から円環状空間１０４に対して垂直上向きに圧縮エアーを噴射しても同様な効果が得られる。

本発明によるボール等間隔配列装置を示す全体図。エアーノズルを底面から見た平面図。ボールが等間隔に配列される前のボールベアリングを示す全体図。図３のボールベアリングの部分拡大図。エアー噴射時の作用を示す模式図。ボールが等間隔に配列された後のボールベアリングを示す全体図。図６のボールベアリングの部分拡大図。

符号の説明

１０ボール等間隔配列装置
２０支持機構
２１内輪受け治具
３０回転機構
３１駆動モータ
３２ローラ
４０エアー噴射機構
４１コンプレッサ
４２エアーノズル
４３エアーホース
１００ボールベアリング
１０１内輪
１０２外輪
１０３ボール
１０４円環状空間

Claims

同軸に配置された内輪と外輪の間の円環状空間に複数個のボールを内蔵したボールベアリングにおいて上記複数個のボールを上記円環状空間内の円周上に等間隔で配列する装置であって、
上記ボールベアリングを上記内輪と上記外輪の軸心が設置面に垂直となる向きで支持する支持手段と、
上記ボールベアリングの軸心方向のいずれか一方の端面側から他方の端面側へ向けて上記円環状空間の全域にわたって均等に圧縮エアーを噴射するエアー噴射手段と、
を備えたことを特徴とするボールベアリングにおけるボール等間隔配列装置。
上記ボールベアリングの内輪を固定する固定手段と、上記ボールベアリングの外輪をその軸心周りに回転させる回転手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のボールベアリングにおけるボール等間隔配列装置。
上記ボールベアリングの外輪を固定する固定手段と、上記ボールベアリングの内輪をその軸心周りに回転させる回転手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のボールベアリングにおけるボール等間隔配列装置。
同軸に配置された内輪と外輪の間の円環状空間に複数個のボールを内蔵したボールベアリングにおいて上記複数個のボールを上記円環状空間内の円周上に等間隔で配列する方法であって、
上記ボールベアリングを上記内輪と上記外輪の軸心が設置面に垂直となる向きで支持した状態で上記ボールベアリングの軸心方向のいずれか一方の端面側から他方の端面側へ向けて上記円環状空間の全域にわたって均等に圧縮エアーを噴射する
ことを特徴とするボールベアリングにおけるボール等間隔配列方法。
上記ボールベアリングの内輪又は外輪のいずれか一方を固定し、他方をその軸心周りに回転させながら上記圧縮エアーの噴射を行うことを特徴とする請求項４に記載のボールベアリングにおけるボール等間隔配列方法。