JP2008045630A - 転がり軸受の予圧調整構造 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的精度の変化を抑えて安定した動作を維持することが可能な低価格で軽量の転がり軸受の予圧調整構造を提供する。
【解決手段】ダイレクトドライブモータ１００は、クロスローラ軸受１４と、内輪１４ａに支持されるハウジングインナ２２０と、クロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成されて外輪１４ｂに支持されるロータ１２と、クロスローラ軸受１４に予圧を付与した状態でクロスローラ軸受１４を固定する外輪押え２８とを有して構成されている。そして、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成する。また、ベアリングサポート２４０の内周面および外周面に軸方向の切欠き２４０ｂ、２４０ｃを設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受の予圧を調整する構造に係り、特に、機械的精度の変化を抑えて安定した動作を維持することが可能な低価格で軽量の転がり軸受の予圧調整構造に関する。

従来、転がり軸受を備える軸受装置としては、例えば、特許文献１記載の軸受装置が知られている。
図４は、従来の軸受装置の軸方向の部分断面図である。
軸受装置２００は、図４に示すように、固定子であるハウジングインナ２２と、回転子であるロータ１２と、ロータ１２とハウジングインナ２２の間に介在してロータ１２を回転可能に支持するクロスローラ軸受１４とを有して構成されている。

ハウジングインナ２２の外周面には、環状のベアリングサポート２４が嵌合されている。
クロスローラ軸受１４は、内輪１４ａおよび外輪１４ｂを有して構成されている。内輪１４ａは、ホルダシンクロステータ２６によりベアリングサポート２４に軸方向に押圧された状態でベアリングサポート２４に固定され、外輪１４ｂは、外輪押え２８によりロータ１２に軸方向に押圧された状態でロータ１２に固定されている。

ここで、ベアリングサポート２４の外径の大きさと、内輪１４ａの内径の大きさとの関係は、両者間のすきまの大きさが所定の温度において所定の最大値と最小値との間の値となるように選定されている。同様に、ロータ１２の外輪１４ｂが嵌合する部分の内径の大きさと、外輪１４ｂの外径の大きさとの関係も、両者間のすきまの大きさが所定の温度において所定の範囲内となるように選定されている。そのため、外輪押え２８をボルト２８ａにより所定の締結トルクで固定することにより、クロスローラ軸受１４に所定の温度において所望の予圧を付与することができる。
特開２００４−１９０７３４号公報

ところで、従来の軸受装置２００では、モータ駆動時における軸受まわりの温度変化により軸受装置２００の予圧の変化により、起動摩擦トルクが変化し、ロータ１２を高精度に位置決めした状態で動作（回転）させることが困難になってしまったり、予圧抜けにより回転振れ精度が低下してしまったりする場合がある。なお、軸受まわりとは、クロスローラ軸受１４の周囲に配置された構成部材（例えば、ベアリングサポート２４またはホルダシンクロステータ２６のうち内輪１４ａに臨む側の部材、ロータ１２または外輪押え２８のうち外輪１４ｂに臨む側の部材）の総称である。

また、モータの軽量化を図るために、ロータ１２をアルミで構成することを考える。これに対し、他の構成品（ハウジングインナ２２、ベアリングサポート２４、クロスローラ軸受１４、ホルダシンクロステータ２６および外輪押え２８）は、機械的強度、耐熱性、寸法安定性等を確保するため、例えば、鉄やステンレス鋼で構成される。この場合、ロータ１２の熱膨張率が他の構成品よりも高くなるため、温度変化により軸受まわりに次のような機械的精度の変化が生じる。

第１に、軸受まわりの温度が上昇すると、ロータ１２および外輪１４ｂが軸方向に伸長するが、両者の熱膨張率の差によりロータ１２の熱膨張量に対して外輪１４ｂの熱膨張量が小さいため、ボルト２８ａの締結力が低下し、クロスローラ軸受１４の予圧が低下する。
第２に、軸受まわりの温度が上昇すると、ロータ１２が径方向外側に伸長するが、これに伴って外輪１４ｂも径方向外側に広がるため、クロスローラ軸受１４の予圧が低下する。

この問題を解決するため、例えば、耐熱性、寸法安定性に優れた金属材料でクロスローラ軸受１４の周囲を被覆することが考えられるが、こうすると、軸受装置２００を構成する部品点数が増加してしまう。その結果、製造コストの上昇を招くばかりか、モータの軽量化を図ることが困難となる。
なお、このような問題は、ロータ１２をアルミで構成する場合に限らず、ロータ１２をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成する場合には同様に想定される。

そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、機械的精度の変化を抑えて安定した動作を維持することが可能な低価格で軽量の転がり軸受の予圧調整構造を提供することを目的としている。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の転がり軸受の予圧調整構造は、内輪および外輪を有する転がり軸受と、前記内輪に支持される内輪被支持体と、前記転がり軸受よりも熱膨張率が高い材質で構成されて前記外輪に支持される外輪被支持体と、前記転がり軸受に予圧を付与した状態で前記転がり軸受を固定する軸受固定手段とを備え、前記転がり軸受の予圧を調整する構造であって、前記内輪被支持体と前記内輪の間に前記転がり軸受よりも熱膨張率が高い材質で構成される高膨張率部材を介挿し、前記高膨張率部材の内周面または外周面に軸方向の切欠きを設けた。

このような構成であれば、軸受固定手段により、転がり軸受に予圧を付与した状態で転がり軸受が固定され、転がり軸受により、内輪被支持体および外輪被支持体が相対的に回転可能に支持される。
軸受まわりの温度が上昇すると、外輪被支持体が径方向外側に伸長し、これに伴って外輪も径方向外側に広がるが、内輪被支持体と内輪の間に介挿された高膨張率部材が径方向外側に伸長するため、内輪が径方向外側に押圧される。そのため、転がり軸受の予圧が低下することが抑制される。

また、高膨張率部材の内周面または外周面に軸方向の切欠きが設けられているので、高膨張率部材が径方向内側に変形しやすくなり、内輪を効果的に押圧することができる。
ここで、高膨張率部材は、内輪被支持体および内輪とは別体に構成してもよいし、内輪被支持体または内輪の一部として構成してもよい。内輪被支持体の一部として構成する場合は、内輪被支持体のうち内輪に臨む側の部材を高膨張率部材で構成し、内輪の一部として構成する場合は、内輪のうち内輪被支持体に臨む側の部材を高膨張率部材で構成すればよい。

また、内輪被支持体は、内輪に支持されていればよく、内輪被支持体と内輪の間に、高膨張率部材のほか１または複数の部材が介挿されていてもよい。この場合、内輪被支持体が内輪に直接支持されるか、高膨張率部材および介挿される部材のいずれかを介して内輪被支持体が内輪に支持（間接支持）されればよい。また、介挿される部材は、高膨張率部材の場合と同様に、内輪被支持体、高膨張率部材および内輪とは別体に構成してもよいし、内輪被支持体、高膨張率部材または内輪の一部として構成してもよい。

また、外輪被支持体は、外輪に支持されていればよく、外輪被支持体と外輪の間に１または複数の部材が介挿されていてもよい。外輪被支持体と外輪の間に部材が介挿されていない場合は、外輪被支持体が外輪に直接支持され、外輪被支持体と外輪の間に部材が介挿されている場合は、直接支持されるか、介挿される部材のいずれかを介して外輪被支持体が外輪に支持（間接支持）されればよい。また、介挿される部材は、高膨張率部材の場合と同様に、外輪被支持体および外輪とは別体に構成してもよいし、外輪被支持体または外輪の一部として構成してもよい。

また、内輪被支持体および外輪被支持体は、転がり軸受により相対的に回転可能に支持されていればよく、内輪被支持体が固定されて外輪被支持体が回転可能に支持されていてもよいし、外輪被支持体が固定されて内輪被支持体が回転可能に支持されていてもよいし、両者が回転可能に支持されていてもよい。

〔発明２〕 さらに、発明２の転がり軸受の予圧調整構造は、発明１の転がり軸受の予圧調整構造において、前記高膨張率部材は、前記内輪の内周面に嵌合する環状の環状部材である。
このような構成であれば、高膨張率部材である環状部材が内輪に隣接しているので、環状部材により内輪を効果的に押圧することができる。

〔発明３〕 さらに、発明３の転がり軸受の予圧調整構造は、発明２の転がり軸受の予圧調整構造において、前記環状部材を前記内輪に中間ばめで固定した。
このような構成であれば、高膨張率部材である環状部材が内輪に中間ばめで固定されているので、環状部材により内輪を効果的に押圧することができる。

以上説明したように、発明１の転がり軸受の予圧調整構造によれば、温度の上昇により外輪が径方向外側に広がって転がり軸受の予圧が低下するところ、内輪被支持体と内輪の間に介挿された高膨張率部材がその膨張により内輪を径方向外側に押圧することにより抑制するため、従来に比して、転がり軸受の予圧が低下することを抑制することができるという効果が得られる。また、高膨張率部材を介挿するだけなので、部品点数の増加を抑え、低コスト化および軽量化を図ることができるという効果も得られる。さらに、高膨張率部材が内周面または外周面の切欠きにより径方向内側に変形しやすくなり、内輪を効果的に押圧することができるので、転がり軸受の予圧が低下することをさらに抑制することができるという効果も得られる。

さらに、発明２の転がり軸受の予圧調整構造によれば、内輪を効果的に押圧することができるので、転がり軸受の予圧が低下することをさらに抑制することができるという効果が得られる。
さらに、発明３の転がり軸受の予圧調整構造によれば、内輪を効果的に押圧することができるので、転がり軸受の予圧が低下することをさらに抑制することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図３は、本発明に係る転がり軸受の予圧調整構造の実施の形態を示す図である。
まず、本発明を適用するダイレクトドライブモータの構成を説明する。
図１は、ダイレクトドライブモータの軸方向の断面図である。
ダイレクトドライブモータ１００は、図１に示すように、固定子であるハウジングインナ２２０と、回転子であるロータ１２と、ロータ１２とハウジングインナ２２０の間に介在してロータ１２を回転可能に支持するクロスローラ軸受１４とを有して構成されている。

ロータ１２とハウジングインナ２２０の間には、ロータ１２に回転トルクを付与するコイル１６が設けられ、ロータ１２には、パルサーリング１８が一体に取り付けられている。そして、コイル１６に通電することにより、ロータ１２およびパルサーリング１８が一体に回転し、位置検出器２０によりパルサーリング１８の凹凸を検出し、制御器（不図示）により回転速度や位置決めの制御を行う構造となっている。本実施の形態では、モータの外側が回転するアウターロータ型にて説明しているが、モータの内側が回転するインナーロータ型に採用しても何等問題はない。ダイレクトドライブモータ１００は、軸受構成部分を除いて従来のダイレクトドライブモータと同一の周知構成であるため、以下、本発明の特徴的部分である軸受構成について説明する。なお、ダイレクトドライブモータ１００の軸受構成部分を除いた構成にあっては、特に図示例に限定されるものではなく、他の周知構成が本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。

図２は、ダイレクトドライブモータ１００の軸方向の部分断面図である。
クロスローラ軸受１４は、図２に示すように、内輪１４ａと、外輪１４ｂと、内輪１４ａおよび外輪１４ｂの間で転動可能に設けられた複数のクロスローラ（ころ）１４ｃとを有して構成されている。クロスローラ１４ｃは、直径が長さよりわずかに大きな略円筒状で、軌道上偶数番目の回転軸と、軌道上奇数番目の回転軸が互いに９０°傾斜している。

ハウジングインナ２２０の外周面には、環状のベアリングサポート２４０が嵌合されている。
ベアリングサポート２４０の底部には、径方向外側に突出したフランジ２４０ａが形成され、内輪１４ａの下面をフランジ２４０ａに接触させてベアリングサポート２４０の外周面に内輪１４ａが嵌合されている。そして、ホルダシンクロステータ２６の突起部を内輪１４ａの上面に接触させ、ホルダシンクロステータ２６をボルト２６ａでハウジングインナ２２０に締結することにより、内輪１４ａは、ベアリングサポート２４０に軸方向に押圧された状態でベアリングサポート２４０に固定される。

図３は、ベアリングサポート２４０の径方向の部分断面図である。
図３において、ベアリングサポート２４０の内周面には、軸方向に伸長する切欠き２４０ｂが設けられ、ベアリングサポート２４０の外周面には、軸方向に伸長する２つの切欠き２４０ｃが切欠き２４０ｂを挟んで設けられている。
ベアリングサポート２４０と内輪１４ａは、中間ばめで固定されている。すなわち、所定の温度において、内輪１４ａの内径の最小値よりもベアリングサポート２４０の外径の最大値が大きく、かつ、内輪１４ａの内径の最大値よりもベアリングサポート２４０の外径の最小値が小さくなるように選定されている。

一方、ロータ１２には、径方向内側に突出したフランジ１２ａが形成され、外輪１４ｂの下面をフランジ１２ａに接触させてロータ１２の内周面に外輪１４ｂが嵌合されている。そして、外輪押え２８を外輪１４ｂの上面に接触させ、外輪押え２８をボルト２８ａでロータ１２に締結することにより、外輪１４ｂは、ロータ１２に軸方向に押圧された状態でロータ１２に固定される。

ロータ１２の外輪１４ｂが嵌合する部分の内径の大きさと、外輪１４ｂの外径の大きさとの関係は、両者間のすきまの大きさが所定の温度において所定の最大値と最小値との間の値となるように選定されている。そのため、外輪押え２８をボルト２８ａにより所定の締結トルクで固定することにより、クロスローラ軸受１４に所定の温度において所望の予圧を付与することができる。

ロータ１２は、ダイレクトドライブモータ１００の軽量化を図るため、アルミで構成されている。これに対し、クロスローラ軸受１４、ホルダシンクロステータ２６および外輪押え２８は、機械的強度、耐熱性、寸法安定性等を確保するため、鉄やステンレス鋼で構成されている。この場合、ロータ１２の熱膨張率が周辺の構成品よりも高く、温度変化により軸受まわりに機械的精度の変化が生じるが、その変化による影響を低減するため、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０は、クロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質（例えば、アルミ）で構成される。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
コイル１６に通電すると、ロータ１２に回転トルクが付与され、ロータ１２が回転する。そして、位置検出器２０により、ロータ１２と一体に回転するパルサーリング１８の凹凸が検出され、制御器（不図示）により回転速度や位置決めの制御が行われる。
駆動中に軸受まわりの温度が上昇すると、ロータ１２が径方向外側に伸長し、これに伴って外輪１４ｂも径方向外側に広がるが、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０が径方向外側に伸長するため、内輪１４ａが径方向外側に押圧される。そのため、クロスローラ軸受１４の予圧が低下することが抑制される。

また、ベアリングサポート２４０の内周面および外周面に軸方向の切欠き２４０ｂ、２４０ｃが設けられているので、ベアリングサポート２４０が径方向内側に変形しやすくなり、内輪１４ａを効果的に押圧することができる。
また、ベアリングサポート２４０が内輪１４ａに中間ばめで固定されているので、内輪１４ａを効果的に押圧することができる。

このようにして、本実施の形態では、クロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成されて外輪１４ｂに支持されるロータ１２と、クロスローラ軸受１４に予圧を付与した状態でクロスローラ軸受１４を固定する外輪押え２８とを備え、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成した。

これにより、温度の上昇により外輪１４ｂが径方向外側に広がってクロスローラ軸受１４の予圧が低下するところ、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０がその膨張により内輪１４ａを径方向外側に押圧することにより抑制するため、従来に比して、クロスローラ軸受１４の予圧が低下することを抑制することができる。また、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成するだけなので、部品点数の増加を抑え、低コスト化および軽量化を図ることができる。

さらに、本実施の形態では、ベアリングサポート２４０の内周面および外周面に軸方向の切欠き２４０ｂ、２４０ｃを設けた。
これにより、ベアリングサポート２４０が径方向内側に変形しやすくなり、内輪１４ａを効果的に押圧することができるので、クロスローラ軸受１４の予圧が低下することをさらに抑制することができる。

さらに、本実施の形態では、内輪１４ａに密着嵌合する部材であるベアリングサポート２４０をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成した。
これにより、内輪１４ａを効果的に押圧することができるので、クロスローラ軸受１４の予圧が低下することをさらに抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、ベアリングサポート２４０を内輪１４ａに中間ばめで固定した。

これにより、内輪１４ａをさらに効果的に押圧することができるので、クロスローラ軸受１４の予圧が低下することをさらに抑制することができる。
上記実施の形態において、ハウジングインナ２２０は、発明１の内輪被支持体に対応し、ロータ１２は、発明１の外輪被支持体に対応し、外輪押え２８は、発明１の軸受固定手段に対応し、ベアリングサポート２４０は、発明１若しくは２の高膨張率部材、または発明２若しくは３の環状部材に対応している。

なお、上記実施の形態においては、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成したが、これに限らず、次の２つの構成を採用することもできる。

（１）ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０のいずれか一方をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成する。この場合、予圧の低下を効果的に抑制する観点からは、ベアリングサポート２４０をクロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成することが好ましい。
（２）ハウジングインナ２２０と内輪１４ａの間に、ハウジングインナ２２０およびベアリングサポート２４０とは別に、クロスローラ軸受１４よりも熱膨張率が高い材質で構成される部材を介挿する。

また、上記実施の形態においては、クロスローラ軸受１４を適用したが、これに限定するものではなく、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受などを適用してもよい。
また、上記実施の形態においては、本発明に係る転がり軸受の予圧調整構造を、ハウジングインナ２２０とロータ１２を回転可能に支持する構造に適用したが、これに限らず、２つの部材の間に介在してそれらを相対的に回転可能に支持する構造であればどのような構造にも適用することもできる。

ダイレクトドライブモータの軸方向の断面図である。 ダイレクトドライブモータ１００の軸方向の部分断面図である。 ベアリングサポート２４０の径方向の部分断面図である。 従来の軸受装置の軸方向の部分断面図である。

符号の説明

１００ ダイレクトドライブモータ
１２ ロータ
１４ クロスローラ軸受
１４ａ 内輪
１４ｂ 外輪
１４ｃ クロスローラ
１６ コイル
１８ パルサーリング
２０ 位置検出器
２２、２２０ ハウジングインナ
２４、２４０ ベアリングサポート
２６ ホルダシンクロステータ
２８ 外輪押え
１２ａ、２４０ａ フランジ
２４０ｂ、２４０ｃ 切欠き
２６ａ、２８ａ ボルト

Claims (3)

1. 内輪および外輪を有する転がり軸受と、前記内輪に支持される内輪被支持体と、前記転がり軸受よりも熱膨張率が高い材質で構成されて前記外輪に支持される外輪被支持体と、前記転がり軸受に予圧を付与した状態で前記転がり軸受を固定する軸受固定手段とを備え、前記転がり軸受の予圧を調整する構造であって、
   前記内輪被支持体と前記内輪の間に前記転がり軸受よりも熱膨張率が高い材質で構成される高膨張率部材を介挿し、前記高膨張率部材の内周面または外周面に軸方向の切欠きを設けたことを特徴とする転がり軸受の予圧調整構造。
2. 請求項１において、
   前記高膨張率部材は、前記内輪の内周面に嵌合する環状の環状部材であることを特徴とする転がり軸受の予圧調整構造。
3. 請求項２において、
   前記環状部材を前記内輪に中間ばめで固定したことを特徴とする転がり軸受の予圧調整構造。

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