JP2007232035A - Pressurization controlling bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、温度変化に依る与圧変化を抑制する機能を有する与圧管理軸受装置に関するものである。 The present invention relates to a pressurizing management bearing device having a function of suppressing a pressurization change due to a temperature change.
温度変化に依る与圧変化を抑制する機能を有する軸受装置、いわゆる与圧管理軸受装置は、例えば宇宙などの真空極低温下にある衛星などで使用される鏡の高精度支持機構に使用されるが、その事例としては特開平5−79514号公報(特許文献1)に記載のアンギュラ玉軸受装置がある。 A bearing device having a function of suppressing a pressure change due to a temperature change, a so-called pressure management bearing device, is used for a high-precision support mechanism of a mirror used in a satellite under a vacuum cryogenic temperature such as space. However, as an example, there is an angular ball bearing device described in JP-A-5-79514 (Patent Document 1).
この特許文献1に記載のアンギュラ玉軸受装置は、線膨張係数(以下、CTEと略記する)の異なるスペ−サを、玉軸受の内輪或いは外輪の軸方向両側に設けることにより、温度変化に依る軸受隙間の変化による与圧増大(与圧変化)を抑制/防止することで軸受の抵抗トルクの抑制/増大を防止している。
The angular ball bearing device described in
特許文献1に記載のアンギュラ玉軸受装置は、前述のようにCTEの異なるスペ−サを、玉軸受の内輪或いは外輪の軸方向両側に設けることにより、温度変化に依る軸受隙間の変化による与圧増大(与圧変化)を抑制/防止することで軸受の抵抗トルクの抑制/増大を防止している。しかし、玉軸受の外輪・内輪が嵌めあいになっている場合など外輪・内輪が軸方向に摩擦力以上の力が働かなければ動かない。従って、厳しい温度変化下においても前述のような与圧を所定範囲内に収める与圧管理の動作を、前記摩擦力に影響されずに的確に行えるようにすることが好ましい。
As described above, the angular ball bearing device described in
この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、与圧管理の動作を前記摩擦力に影響されずに的確に行えるようにすることを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to enable a pressure control operation to be performed accurately without being influenced by the frictional force.
この発明に係る与圧管理軸受装置は、軸側に軸受内輪が支持され、前記軸を囲繞するハウジング側に軸受外輪が支持され、前記軸側に螺合し前記軸受内輪を軸方向に押圧する内輪押さえおよび前記ハウジング側に螺合し前記軸受外輪を軸方向に押圧する外輪押さえにより所定の軸受与圧に調整されている与圧管理軸受装置において、前記ハウジングと直列に結合され温度変化による前記ハウジングと前記軸との軸方向の伸縮量の違いによる軸受与圧の変化を当該温度変化による軸方向の伸縮により前記ハウジング側で抑制する与圧自動調整スペーサを設けた与圧管理軸受装置であり、温度変化による前記ハウジングと前記軸との軸方向の伸縮量の違いによる前記軸受与圧の変化を抑制/防止するものである。 In the pressurized management bearing device according to the present invention, a bearing inner ring is supported on the shaft side, a bearing outer ring is supported on the housing side surrounding the shaft, and is screwed to the shaft side to press the bearing inner ring in the axial direction. In a pressurized management bearing device that is adjusted to a predetermined bearing pressure by an inner ring retainer and an outer ring retainer that is screwed to the housing side and presses the bearing outer ring in the axial direction, A pressurization management bearing device provided with a pressurization automatic adjustment spacer that suppresses a change in bearing pressure due to a difference in axial expansion / contraction between the housing and the shaft on the housing side by axial expansion / contraction due to the temperature change. The change of the bearing pressure due to the difference in the amount of expansion and contraction in the axial direction between the housing and the shaft due to a temperature change is suppressed / prevented.
この発明は、軸側に軸受内輪が支持され、前記軸を囲繞するハウジング側に軸受外輪が支持され、前記軸側に螺合し前記軸受内輪を軸方向に押圧する内輪押さえおよび前記ハウジング側に螺合し前記軸受外輪を軸方向に押圧する外輪押さえにより所定の軸受与圧に調整されている与圧管理軸受装置において、前記ハウジングと直列に結合され温度変化による前記ハウジングと前記軸との軸方向の伸縮量の違いによる軸受与圧の変化を当該温度変化による軸方向の伸縮により前記ハウジング側で抑制する与圧自動調整スペーサを設けているので、温度変化下において軸受与圧を所定値内に自動的におさめる与圧管理の動作を、軸受外輪や軸受内輪の摩擦力に影響されずに的確に行える効果がある。 The present invention includes a bearing inner ring supported on a shaft side, a bearing outer ring supported on a housing side surrounding the shaft, an inner ring pressing member that is screwed to the shaft side and presses the bearing inner ring in an axial direction, and a housing side. In a pressurizing management bearing device that is adjusted to a predetermined bearing pressurization by an outer ring presser that is screwed and presses the bearing outer ring in the axial direction, the shaft of the housing and the shaft that are coupled in series with the housing and that changes due to temperature change Since there is an automatic pressure adjustment spacer that suppresses changes in the bearing pressure due to differences in direction expansion and contraction on the housing side by axial expansion and contraction due to the temperature change, the bearing pressure is kept within a predetermined value under temperature changes. Therefore, it is possible to accurately perform the pressure management operation that is automatically performed without being influenced by the frictional force of the bearing outer ring and the bearing inner ring.
実施の形態1.
以下この発明の実施の形態1を図1〜図4により説明する。図1は与圧管理軸受装置の適用例を示す底面図、図1の一部を拡大して示す側面図、図3は与圧管理軸受装置の一例を断面で示す縦断側面図、図4は温度変化前の状態の事例と温度変化後の状態の事例とを比較して断面表示せずに図示する機能説明図である。なお、図1〜図4において、同一符合は同一部分を示す。
例えば衛星等に搭載する宇宙用望遠鏡は、図1および図2に示すように、鏡Mが例えば3個の支持装置SDにより所定の角度となるように支持され、各支持装置SDは周知のように4軸構成となっている。
このような支持装置には前述のような与圧管理軸受装置が利用される。
For example, in a space telescope mounted on a satellite or the like, as shown in FIGS. 1 and 2, the mirror M is supported at a predetermined angle by, for example, three support devices SD, and each support device SD is well known. It has a 4-axis configuration.
For such a support device, the pressure control bearing device as described above is used.
また、衛星等に搭載する宇宙用望遠鏡に適用される与圧管理軸受装置の環境温度は、衛星打ち上げ前と衛星打ち上げ後の軌道上にある場合とでは大幅に異なる。打ち上げ前の地上での環境温度は例えば15℃、打ち上げ後の軌道上での環境温度は約5°Kで、その差は300度である。一般的には衛星に搭載され宇宙空間に打ち上げられると300度程度も環境温度が低下するので、通常は軸受トルクが増大し軸受機能が低下する。つまり、宇宙空間の衛星に適用される与圧管理軸受装置は、与圧が増大して軸受機能が低下するので当該与圧の増大を抑制/防止して軸受機能の低下を抑制/防止する。その従来の一手段が前述の課題の特許文献1である。 In addition, the environmental temperature of the pressurization management bearing device applied to the space telescope mounted on the satellite or the like is significantly different between the case before the satellite is launched and the case in the orbit after the satellite is launched. The environmental temperature on the ground before the launch is, for example, 15 ° C., the environmental temperature on the orbit after the launch is about 5 ° K, and the difference is 300 degrees. Generally, when it is mounted on a satellite and launched into outer space, the environmental temperature decreases by about 300 degrees, so that normally the bearing torque increases and the bearing function decreases. That is, the pressurization management bearing device applied to the satellite in outer space suppresses / prevents a decrease in bearing function by suppressing / preventing an increase in the pressurization because the pressurization increases and the bearing function decreases. One conventional means is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-228620, which is the subject described above.
この発明の実施の形態1における与圧管理軸受装置は、前述の特許文献1における軸受外輪や軸受内輪の摩擦の影響を受けない新たな視点での与圧管理軸受装置を提供するもので、その具体的な構造の事例を、以下に、図3により説明する。
The pressurization management bearing device according to
図3に示すように、この発明の実施の形態1における与圧管理軸受装置は、軸受外輪1、軸受玉2、軸受内輪3、与圧自動調整スペーサ4、軸受ホルダー5、軸受ハウジング6、ボルト7、軸8、スペーサ9、内輪押さえ10、および外輪押さえ11で構成されている。
As shown in FIG. 3, the pressurizing management bearing device according to the first embodiment of the present invention includes a bearing
前記軸受外輪1は、前記軸受ホルダー5と前記外輪押さえ11とによって前記軸受ハウジング6側に固定されている。
The bearing
前記軸受内輪3は、前記軸8と前記内輪押さえ10とによって前記軸受玉2への適正な与圧状態で前記軸8側に固定されている。
The bearing
前記与圧自動調整スペーサ4は、図示のように、前記軸8の軸方向両端部に位置する対を成す前記軸受ホルダー5と、中央部の前記軸受ハウジング6との間に介在しる。
また、前記各与圧自動調整スペーサ4は、図示のように、先端部が前記軸受ハウジング6に螺着し頭部が前記軸受ホルダー5に当接した複数個のボルト7によって、前記軸受ホルダー5と前記軸受ハウジング6とで挟圧されている。
また、前記各与圧自動調整スペーサ4は、図示のように、内径および外径が、前記軸受ホルダー5および前記軸受ハウジング6と同じ円環状である。
また、前記各与圧自動調整スペーサ4は、それ自体の軸方向の肉厚は、その周方向および径方向の全てに亘って均一であり、且つ、それ自体の軸方向両端面は、前記軸受ハウジング6の対応する軸方向端面と、対応する前記軸受ホルダー5の対応する軸方向端面との双方に面接触
している。
また、前記各与圧自動調整スペーサ4の前記ボルト7が遊嵌状態で貫通するボルト貫通孔の内周面と前記ボルト7のねじ山外周面との間には隙間gap1が存在する。同様に、前記軸受ホルダー5の前記ボルト7が遊嵌状態で貫通するボルト貫通孔の内周面と前記ボルト7の頚部外周面との間には隙間gap2が存在する。
As shown in the figure, the automatic
Further, as shown in the drawing, each of the automatic
Moreover, each said pressurization
Each of the automatic
Further, a gap gap1 exists between the inner peripheral surface of the bolt through-hole through which the
前記軸8には、図示のように、その中央部の大径外周面とその両端部の小径外周面との各境界に内輪対応面8sが形成されており、該各内輪対応面8sは、所定軸受与圧状態で対応軸受内輪3の対応端面との間に隙間gap3が存在する。
As shown in the figure, an inner ring corresponding surface 8s is formed at each boundary between the large-diameter outer peripheral surface of the center portion and the small-diameter outer peripheral surfaces of both end portions of the
同様に、前記各軸受ホルダー5には、図示のように、その軸中心線CT1側の小径内周面と反軸中心線CT1側の大径内周面との各境界に外輪対応面5sが形成されており、該各外輪対応面5sには、所定軸受与圧状態で対応軸受外輪1の対応端面が前記軸受ホルダー5によって圧接されている。
Similarly, each
前記各軸受ホルダー5の前記大径内周面には前記外輪押さえ11が螺合しており、該各外輪押さえ11は、対応する前記軸受外輪1を、対応する前記外輪対応面5sに、押圧している。
The
前記軸8の両端の前記各小径外周面には前記内輪押さえ10が螺合しており、該各内輪押さえ10は、環状の前記スペーサ9を介して対応する前記軸受内輪3を、前記軸方向中心線CT1の方向に押圧している。
The
前記軸受外輪1および前記軸受内輪3の前記軸受玉2を受ける面は、何れも前記軸8の中心線CT2に対して同方向に傾斜したアンギュラ玉軸受を構成しており、一方、前述のように前記軸8の前記内輪対応面8sと前記軸受内輪3の端面との間には隙間gap3が存在している。従って、前記軸受外輪1は、前記軸受ホルダー5に堅固に高剛性に固定され、ひいては前記軸受ハウジング6に前記ボルト7により前記与圧自動調整スペーサ4を介して堅固に高剛性に固定される一方、前記軸受内輪3は、前記内輪押さえ10によって前記軸方向中心線CT1の方向に押圧されていることから前記軸受玉2を前記軸受外輪1に対して所定の与圧で押し付ける。つまり、前記内輪押さえ10は軸受与圧調整ねじの機能を有している。
The surfaces of the bearing
図3に示す状態で環境温度に変化が起きると、前記軸受玉2と前記軸受外輪1および前記軸受内輪3との線膨張係数差、および前記軸8と前記軸受ハウジング6との線膨張係数差により、前記軸受外輪1が、軸方向中心線CT1方向に移動しなければ軸受与圧が過大になり、軸受抵抗トルクが増大する(環境温度の常温から極低温への冷却時)。
When the environmental temperature changes in the state shown in FIG. 3, a difference in linear expansion coefficient between the
本実施の形態1では、前記軸受外輪1を熱変形時に軸方向に摩擦によらずに移動させるために、前記軸8と線膨張係数(以下、CTEと略記する)の異なる前記与圧自動調整スペーサ4を前記軸受ホルダー5と前記軸受ハウジング6との間に図示のように前記ボルト7により結合/締結する。これにより、前記軸受外輪1と前記軸受ホルダー5間にしめしろ(締め代)等による摩擦力が作用していても、前記軸受外輪1は、前記与圧自動調整スペーサ4のCTE差により、図4に点線で示すように、前記軸受ホルダー5と共に前記軸方向中心線CT1の方向に移動することができる。前記軸受玉2の接触角も図4に示すように、θ1からθ2へと変化する。
In the first embodiment, in order to move the bearing
図4において、実線は、環境温度が地上温度例えば15℃での与圧管理軸受装置の各部の状態を示し、点線は、環境温度が宇宙空間の衛星での温度数°Kでの与圧管理軸受装置の各部の状態を示してある。与圧管理軸受装置が地上温度例えば15℃から300度近く低い温度に冷却された場合、点線で示すように、前記与圧自動調整スペーサ4が熱収縮してその軸方向の厚さが薄くなり、その結果、前記軸受外輪1は、基準面SSを基準にして、前記ボルト7を介して前記軸受ホルダー5と共に前記軸方向中心線CT1の方向に移動し、従って、300度近く低い温度に冷却されても冷却前とほぼ同等の所定軸受与圧に自動的に管理される。
In FIG. 4, the solid line indicates the state of each part of the pressurization management bearing device when the environmental temperature is the ground temperature, for example, 15 ° C., and the dotted line indicates the pressurization management when the environmental temperature is a temperature of several degrees K in a satellite in outer space. The state of each part of the bearing device is shown. When the pressurized pressure management bearing device is cooled to a temperature lower than the ground temperature, for example, 15 ° C. by nearly 300 ° C., as shown by the dotted line, the pressurized
また、前記ボルト7は前記与圧自動調整スペーサ4と同じ材質にすることにより締め付け力が低下することを防いでいる。
Further, the
なお、この発明の実施の形態1では、前述のように300度近く低い温度に冷却されても冷却前とほぼ同等の所定軸受与圧に自動的に管理されるように、前記スペーサ9、前記軸受ハウジング6、前記軸受外輪1、前記軸受内輪3、前記軸8、および前記軸受玉2のCTE(線膨張率)の大小関係を次のようにしてある。即ち、前記スペーサ9>前記軸受ハウジング6、前記軸受外輪1、前記軸受内輪3、>前記軸8>前記軸受玉2。前記軸受玉2のCTEを最も小さくしてあるので、冷却後には、前記軸受玉2は、図4に点線で示すようにCTEが大きなもの(前記スペーサ9、前記軸受ハウジング6、前記軸受外輪1等)に比べ相対的に大きくなる。
また、前記大小関係にするために、材質は、例えば、前記スペーサ9はアルミ、前記軸受ハウジング6、前記軸受外輪1、および前記軸受内輪3はステンレス、前記軸8はチタン、前記軸受玉2はセラミックとすればよい。
In the first embodiment of the present invention, the
In order to make the size relationship, for example, the
また、前述のように300度近く低い温度に冷却されても冷却前とほぼ同等の所定軸受与圧に自動的に管理されるように、前記各スペーサ9の軸方向の肉厚L2は次のようにして求めればよい。
Also, to be automatically managed approximately equal to a predetermined bearing preload and before being cooled to 300 degrees near the lower temperature cooling as described above, the axial thickness L 2 of each
温度変化前の前記軸受ハウジング6の軸方向の長さ(前記外輪対応面5s,5s間の長さ)をL、温度変化後の同ハウジング6の長さをL´、温度変化前の前記軸8の軸方向の長さ(前記軸8の前記中央部の大径外周面の軸方向長さ)をL0、温度変化後の同軸8の長さをL0´、前記軸受ハウジング6のCTE値をα、前記軸8のCTE値をα0、前記各軸受ホルダー5の前記ボルト7貫通部の軸方向肉厚をL1、同ボルト7貫通部のCTE値をα1、前記各与圧自動調整スペーサ4の軸方向肉厚をL2、同各与圧自動調整スペーサ4のCTE値をα2、前記軸受ハウジング6の前記両与圧自動調整スペーサ4との接触面間部の長さL3、同接触面間部のCTE値をα3、軸受すきまの前記温度変化に伴う軸方向変位量(前記軸受外輪1の前記軸方向中心線CT1方向への変位量と等価)をΔa、前記軸受すきまの前記温度変化に伴うラジアル方向への変位量(前記軸受玉2と前記軸受外輪1との温度変化前後の各接点の変位量と等価)をΔr、とした場合、
α>α0、温度変化量ΔT<0のとき、
L0´−L´=2Δa・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式1)
となる。
The length in the axial direction of the bearing housing 6 before the temperature change (the length between the outer ring corresponding surfaces 5s and 5s) is L, the length of the housing 6 after the temperature change is L ', and the shaft before the temperature change the axial length of 8 (the axial length of the large-diameter outer peripheral surface of the central portion of the shaft 8) the L 0, the length L 0 of the coaxial 8 after the temperature change ', CTE of the bearing housing 6 Α, the CTE value of the shaft 8 is α 0 , the axial thickness of the bolt 7 through portion of each bearing holder 5 is L 1 , the CTE value of the bolt 7 through portion is α 1 , The axial thickness of the automatic adjustment spacer 4 is L 2 , the CTE value of each pressure automatic adjustment spacer 4 is α 2 , and the length between the contact surfaces of the bearing housing 6 with the both pressure automatic adjustment spacers 4 L 3, the CTE value of the contact surface between section alpha 3, axial displacement amount due to the temperature change of the bearing gap (the bearing Δa is equivalent to the amount of displacement of the wheel 1 in the axial centerline CT1 direction, and the amount of displacement of the bearing clearance in the radial direction accompanying the temperature change (before and after the temperature change between the bearing ball 2 and the bearing outer ring 1). Is equivalent to the displacement amount of each contact point of Δr,
When α> α 0 and temperature change ΔT <0,
L 0 ′ −L ′ = 2Δa (Equation 1)
It becomes.
ここで、前記式1のΔaを満たすような前記各与圧自動調整スペーサ4の軸方向肉厚L2を求めることで前記所望の軸受与圧に管理することができる。
つまり、
ΔL0=L0´−L0=α0L0ΔT・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式2)
ΔL=L´−L=(2α1L1+2α2L2+α3L3)ΔT・・・・・・・・・(式3)
Here, it is possible to manage the desired bearing preload by obtaining an axial thickness L 2 of the respective pressurized
That means
ΔL 0 = L 0 ′ −L 0 = α 0 L 0 ΔT (Equation 2)
ΔL = L′−L = (2α 1 L 1 + 2α 2 L 2 + α 3 L 3 ) ΔT (Equation 3)
ここで、L0=Lとして、前記式1〜3により、
L0´−L´=2Δa=(α0L0−2α1L1−2α2L2−α3L3)ΔT・・(式4)
故に、式4から、前記各与圧自動調整スペーサ4の軸方向肉厚L2は以下の式5で求まる。
L2=((2Δa/ΔT)+α0L0−2α1L1−α3L3)/2α2・・・・(式5)
Here, assuming that L 0 = L,
L 0 ′ −L ′ = 2Δa = (α 0 L 0 −2α 1 L 1 −2α 2 L 2 −α 3 L 3 ) ΔT (Equation 4)
Thus, from
L 2 = ((2Δa / ΔT) + α 0 L 0 −2α 1 L 1 −α 3 L 3 ) / 2α 2 ... (Formula 5)
前述のように、この発明の実施の形態1は、軸8側に軸受内輪3が支持され、前記軸8を囲繞するハウジング6側に軸受外輪1が支持され、前記軸8側に螺合し前記軸受内輪3を軸方向に押圧する内輪押さえ10および前記ハウジング6側に螺合し前記軸受外輪1を軸方向に押圧する外輪押さえ11により所定の軸受与圧に調整されている与圧管理軸受装置において、前記ハウジング6と直列に結合され温度変化による前記ハウジング6と前記軸8との軸方向の伸縮量の違いによる軸受与圧の変化を当該温度変化による軸方向の伸縮により前記ハウジング6側で抑制する与圧自動調整スペーサ4を設けた与圧管理軸受装置である。かくして、前述のように、与圧管理の動作を前記軸受内輪3および前記軸受外輪1の嵌めあい摩擦力に影響されずに的確に行える。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the bearing
実施の形態2.
なお、軸8側に軸受内輪3が支持され、前記軸8を囲繞するハウジング6側に軸受外輪1が支持され、前記軸8側に螺合し前記軸受内輪3を軸方向に押圧する内輪押さえ10および前記ハウジング6側に螺合し前記軸受外輪1を軸方向に押圧する外輪押さえ11により所定の軸受与圧に調整されている与圧管理軸受装置において、前記軸8と直列に結合され温度変化による前記ハウジング6と前記軸8との軸方向の伸縮量の違いによる軸受与圧の変化を当該温度変化による軸方向の伸縮により前記軸側で抑制する与圧自動調整スペーサを設けた与圧管理軸受装置としても、前述のこの発明の実施の形態1と同等な効果を奏する。
The bearing
1 軸受外輪、
2 軸受玉、
3 軸受内輪、
4 与圧自動調整スペーサ、
5 軸受ホルダー、
6 軸受ハウジング、
7 ボルト、
8 軸、
9 スペーサ、
10 内輪押さえ、
11 外輪押さえ。
1 bearing outer ring,
2 bearing balls,
3 Bearing inner ring,
4 Automatic pressure adjusting spacer,
5 Bearing holder,
6 Bearing housing,
7 volts,
8 axes,
9 Spacer,
10 Inner ring retainer,
11 Outer ring presser.
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