JP2008175337A - 軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】過酷な使用環境に耐え、簡単な構成で適正予圧の確保とクリープ防止ができる信頼性の高い軸受構造を提供する。
【解決手段】内輪１ｂに回転軸５を固着したベアリング１と、ベアリング１を収納するハウジング４と、ハウジング４の底部４ｂに当接する波形の予圧バネ２と、ベアリングの外輪１ａの端面と予圧バネ２に当接するワッシャ３とを備え、ワッシャ３は、ベアリング１の外周よりも外側に突出した複数の突出部３ａを有し、ベアリング１の外輪１ａに固定され、突出部３ａに対応する溝部４ａをハウジング４の内周面の軸方向に設けることで、予圧を保持した状態で外輪のクリープを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ等に使われる軸受構造、特に予圧をかけた状態でクリープを防止する軸受構造の改善に関する。

産業用機器の駆動源に用いられるモータは、メンテナンスフリーが求められ、両持ち軸受構造のブラシレスモータが一般的であり、軸受にボールベアリング（以下、ベアリング）が用いられている。

一般的にベアリングは、内輪と回転軸との間、外輪とハウジング内周面との間に隙間がある場合、伝達負荷によって回転軸にラジアル方向の力（側圧）が発生する。このとき、径方向の相対差によって滑り現象が発生しやすく、内輪を回転軸に圧入、外輪をハウジングに固定している（例えば、特許文献１参照）。

ベアリングの長寿命化のためには、内輪および外輪のレース面とボールを安定した状態で同一軌道にて転動させる必要があり、軸方向に波形バネなどを用いて予圧をかけている。

一方、軸受のクリープ防止及び軸受押えの抜け防止のため、ブラケットの軸受部内周に溝を設け、その溝に弾性体でできた軸受押えを挿入し、弾性体でできた軸受押えは、ブラケットの軸受部の外周より内側に多少突出させ、弾性力でベアリング外輪を固定する方式が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
特開平７−２２７０５７号公報 特開平５−２６８７４２号公報

解決しようとする問題点は、ベアリングの適正予圧の確保とクリープ防止の両立が困難な点である。

一般的に波形の板バネを用いて適正予圧を確保するが、予圧は軸方向に付勢されるため、予圧バネと外輪（あるいは内輪）とは点接触になる。

一方、予圧バネが当接する外輪（あるいは内輪）は、装着するハウジング（あるいは回転軸）に対して軸方向の移動が容易にできるように、径方向にわずかな隙間を設けている。

予圧バネによる軸方向の付勢力に対して、負荷伝達により発生するラジアル方向の力が勝ると、外輪はハウジング内周面に押し付けられ、滑り接触してクリープを発生する。すなわち、ラジアル方向の力と隙間が大きいほどクリープが発生しやすくなり、防止するのが困難であった。

これに対して、波形の予圧バネを平板のゴムに変更して接触面積を確保することも考えられる。しかし、圧縮量（変位）に対する予圧（圧縮力）のバラツキが大きくなり、適正予圧の確保ができにくい上、耐候性の面でも課題があった。

また、特許文献２に開示された軸受構造は、外輪のクリープ防止には効果があるものの
、外輪に対して弾性体の付勢力が印加されるため軸方向に負荷となり、安定した予圧をかけることができず、騒音や信頼性の面で課題があった。

さらに、両側のベアリングを定位置に固定する定位置予圧方式は、軸隙間の調整が難しく、ベアリングを固定した構造物や回転軸の熱膨張によってベアリング固定間の寸法が変化して、予圧が変化する。予圧がなくなると回転精度が悪化し、振動や騒音が大きくなる。また、予圧が大きくなるとベアリングの寿命が短くなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、過酷な使用環境に耐え、簡単な構成で適正予圧の確保とクリープを防止できる信頼性の高い軸受構造およびモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、内輪に回転軸を固着したベアリングと、前記ベアリングを収納するハウジングと、前記ハウジングの底部に当接する波形の予圧バネと、ベアリングの外輪の端面と波形の予圧バネに当接するワッシャとを備え、前記ワッシャは、ベアリング外周よりも外側に突出した複数の突出部を有し、ベアリング外輪に固定され、前記突出部に対応する溝部を前記ハウジング内周面の軸方向に設けたことを特徴とする軸受構造である。

また、前記突出部をワッシャの外周部に設けた複数の切り起し部で構成してもよい。また、前記予圧バネとワッシャとを一体化し、前記突出部を予圧バネの底部に切り起し部で構成してもよい。この切り起し部を、あらかじめベアリング外輪に圧入固定する。

さらに、両持ち軸受構造のモータの片方に上述した軸受構造を用いる。

本発明の軸受構造によれば、ベアリング外輪に固定した突出部を有するワッシャとハウジング内周面に設けた溝部との凹凸係合によってベアリング外輪のクリープを防止でき、予圧バネによって適正予圧を確保することができる。

また、突出部を、ワッシャの外周部に設けた切り起し部で構成すれば、ベアリング外輪に圧入固定することができ、ハウジングへの装着が容易化できる。

また、ワッシャと予圧バネを一体化して、突出部を予圧バネの底部に切り起し部で構成すれば、ワッシャを削減することができる。

したがって、適正予圧をかけながらクリープを防止でき、安価で信頼性の高い軸受構造およびモータが得られる。

内輪に回転軸を固着したベアリングと、前記ベアリングを収納するハウジングと、前記ハウジングの底部に当接する波形の予圧バネと、ベアリングの外輪の端面と波形の予圧バネに当接するワッシャとを備え、前記ワッシャは、ベアリング外周よりも外側に突出した複数の切り起し部を有し、ベアリング外輪に圧入固定され、前記切り起し部に対応する溝部を前記ハウジング内周面の軸方向に設けることで、適正予圧の確保と外輪クリープの防止を両立させることができる。

以下、図を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例１における軸受構造の要部断
面図であり、ワッシャの外周に突起部として切り起し部を設けたものである。

図１において、１はベアリング、２は波形の予圧バネ、３はワッシャ、４はブラケットに一体構成したハウジング、５は回転軸である。

まず、本発明の軸受構造の特徴について述べる。ワッシャ３は環状の薄板で、ベアリング１の外輪１ａと当接する位置に、ベアリング１の外径方向に突出する突出部３ａを、均等間隔に３箇所設けている。

この突出部３ａを平板で径方向に設ける場合、ワッシャ３と外輪１ａの当接部を溶接固定する必要があるため、溶接に適した材料を選定する。

一方、ハウジング４にベアリング１を装着する際に、ワッシャ３の外周に設けた突出部３ａが邪魔をするため、突出部３ａを逃げるための溝部４ａを設ける必要がある。このため、ハウジング４の内周面の軸方向に、突出部３ａに対応するよう溝部４ａを設けている。この溝部４ａの幅は、突出部３ａが軸方向に容易に移動でき、深さは突出部３ａに対して径方向に逃げる程度でよい。

また、ハウジング４には、予圧バネ２が当接する底部４ｂを設ける。ハウジング４が出力軸側であれば、回転軸用の貫通孔を設ければよい。

実施例１では、溶接固定をしなくてもよいように、突出部３ａを切り起し部で構成する。このため、ベアリング１の外周からの突出寸法は、板厚分である。この切り起し部を設けることで、あらかじめワッシャ３を外輪１ａに圧入固定することができる。

なお、ワッシャ３の突出部３ａの軸方向寸法（実施例１では折り曲げ長さ）をＸとし、ベアリング外輪１ａの軸方向長さをＬとしたとき、Ｘ＝０.３Ｌ程度を目安とするが、使用環境温度などを考慮して、クリープの発生を防止できる程度の保持力が確保できるように設定する。

ここで組み付けについて説明する。まず、ベアリング１の外輪１ａとワッシャ３の突出部である切り起し部３ａをあらかじめ圧入により機械的に固定する。これにより、ベアリング１の外輪１ａ片端に突起が付いた状態となる。

次に、外輪１ａにワッシャ３を装着したベアリング１の内輪１ｂを、回転軸５に設けた段付部まで圧入する。そして、ワッシャ３の上に予圧バネ２をのせ、ハウジング４に設けた溝４ａと、ワッシャ３の突出部３ａとを回転方向に合わせた状態で所定位置まで挿入し、ハウジング４の底部４ｂに当接させる。なお、予圧バネ２が軸方向に圧縮される量は、従来と同様に各部品寸法を考慮して初期的に決定している。

ワッシャ３と一体化されたベアリング１の外輪１ａは、ハウジング４の内周面に設けた溝部４ａ以外で保持することになるため、突出部３ａの幅は、ハウジング４の内周面への組み付け精度を考慮して小さく設定するのが好ましい。これにより、通常と同様にブラケットのハウジング４に高精度で挿入することができる。

この構成により、ワッシャ３を外輪１ａに圧入したベアリング１は、溝部４ａに沿ってハウジング４内を軸方向に移動させることができる。そして、予圧バネ２は、ワッシャ３の端面とハウジング４の底部４ｂ間で圧縮される。ベアリング１の内輪１ｂは回転軸５に圧入固着されているので、予圧バネ２の反発力はベアリング１に予圧として作用する。

一方、ワッシャ３の突出部３ａは、外輪１ａに圧入固定されており、かつ、溝部４ａと凹凸係合している。したがって、側圧などで回転方向に作用するトルクが、突出部３ａの圧入保持力によって得られるトルク以下であれば、ワッシャ３が回転方向に動くことはなく、確実にクリープを防止することができる。

なお、実施例１では、突出部を３ケ所で説明したが、クリープ防止に必要な保持力とハウジング内周の保持面積を考慮して決定すればよい。また、ハウジングは、ブラケットと別体で構成してもよい。

実施例２の軸受構造は、実施例１のワッシャと予圧バネを一体化し、ワッシャの突起部を予圧バネ側に設けたものであり、それ以外は、実施例１と同様である。

図２は、その要部断面図を示したものであり、図２において、２１はベアリング、２２は予圧バネ、２２ａは突出部としての切り起し部、２４はブラケットに一体構成したハウジング、２５は回転軸である。

ワッシャと予圧バネを一体化し、突起部を予圧バネ側に設ける実施例２では、予圧バネをベアリング２１の外輪に溶接することは困難である。

そこで、突起部としての切り起し部２２ａを、波形の予圧バネ２２がベアリング２１の外輪と当接する底部（３ケ所）に設けて、ベアリング２１の外周に対して圧入となるように寸法を設定する。なお、切り起し部２２ａの幅と軸方向の寸法については、実施例１と同様であり、ここでは説明を省略する。

一方、ハウジング２４の内周面には、切り起し部２２ａが軸方向に移動できるように溝部２４ａを備えている。

まず、切り起し部２２ａを有する予圧バネ２２を、あらかじめベアリング２１の外輪に圧入固定しておき、次に、ベアリング２１の内輪を回転軸２５に圧入する。

この後、切り起し部２２ａをハウジング２４の溝部２４ａに位置合わせして、所定位置まで挿入して固定すれば、予圧バネ２２は底部２４ｂに当接して圧縮され、反発力がベアリング２１の予圧として作用する。

実施例３は、両持ち軸受モータの出力軸側に、本発明の軸受構造を用いたものである。軸受構造は実施例１と同じであり、ここでは、代表的な組立工程を中心にして説明する。

図３において、３１はベアリング、３２は予圧バネ、３３はワッシャ、３４は出力軸側ブラケットに一体構成したハウジング、３５はロータで回転軸を備えている。３６は固定子、３７はフレーム、３８は反出力軸側のベアリング、３９は反出力軸側ブラケット、４０は押さえ板、４１は固定ネジである。

まず、出力軸側に使用するベアリング３１の外輪３１ａの片端側に、ワッシャ３３の切り起し部３３ａを圧入固定しておく。

次に、ブラケット３９のハウジングに反出力軸側のベアリング３８を挿入し、押さえ板４０と固定ネジ４１で、ベアリング３８の外輪３８ａをブラケット３９に固定して、外輪３８ａのクリープを防止する。そして、ブラケット３９にベアリング３８を装着した状態
で、内輪３８ｂの端面を押しながらロータ３５の反出力軸側の回転軸３５ａに圧入する。

さらに、出力軸側の回転軸３５ａに、ワッシャ３３を圧入固定したベアリング３１の内輪３１ｂを圧入する。このとき、内輪３８ｂの端面を受けた状態で、内輪３１ｂを押しながら圧入する。これにより、ブラケット３９とロータ３５とはベアリング３８を介して連結された状態となる。

この回転軸３５ａには、両方のベアリング内輪が所定位置で止まるように段付加工を施しており、内輪端面が当接するまで圧入する。

固定子３６の外周には、予めフレーム３７を焼バメなどで固定しておき、ロータ３５の外周を固定子３６の内周部に収納し、フレーム３７とブラケット３９とを所定位置で係合固定する。

最後に、出力軸側ブラケットのハウジング３４にベアリング３１の外輪３１ａを収納して、所定位置でフレーム３７と出力軸側ブラケットを固定する。このとき、ブラケットのハウジング３４に設けた溝３４ａとベアリング３１の外輪３１ａに圧入固定したワッシャ３３の切り起し部３３ａを係合させた上で、ベアリングの外輪３１ａをハウジング３４に収納する。

これにより予圧バネ３２は、ワッシャ３３の端面と、ハウジング３４の底部３４ｂで所定寸法に圧縮され、ベアリング３１とベアリング３８の予圧として作用し、適正予圧を確保することができる。

また、ベアリング３１の内輪３１ｂおよびベアリング３８の内輪３８ｂは、回転軸３５ａに圧入固定されており、両内輪のクリープを防止することができる。一方、ベアリング３１の外輪３１ａは、圧入固定したワッシャ３３の切り起し部３３ａを介してハウジング３４の溝３４ａに回転方向に係合しており、外輪３１ａのクリープを防止することができる。さらに、ベアリング３８の外輪３８ａは、ブラケット３９に押え板４０でネジ固定され、クリープを防止することができる。

したがって、適正予圧を保持しながらクリープを防止できる信頼性の高い両持ち軸受構造のモータを得ることができる。

本発明の軸受構造は、過酷な環境、条件下で使用される大型のサーボモータなどのクリープ防止に有用である。

本発明の実施例１における軸受構造の要部断面図 本発明の実施例２における軸受構造の要部断面図 本発明の軸受構造を用いたモータの構造断面図

符号の説明

１，２１，３１，３８ ベアリング
１ａ，３１ａ，３８ａ 外輪
１ｂ，３１ｂ，３８ｂ 内輪
２，２２，３２ 予圧バネ
３ａ，２２ａ，３３ａ 突出部（切り起し部）
３，３３ ワッシャ
４，２４，３４ ハウジング(ブラケット)
４ａ，２４ａ，３４ａ 溝部
４ｂ，２４ｂ，３４ｂ 底部
５，２５，３５ａ 回転軸
３５ ロータ
３６ 固定子
３７ フレーム
３８ ベアリング
３９ ブラケット
４０ 押さえ板
４１ 固定ネジ

Claims (5)

1. 内輪に回転軸を固着したベアリングと、前記ベアリングを収納するハウジングと、前記ハウジングの底部に当接する波形の予圧バネと、ベアリングの外輪の端面と波形の予圧バネに当接するワッシャとを備え、前記ワッシャは、ベアリング外周よりも外側に突出した複数の突出部を有し、ベアリング外輪に固定され、前記突出部に対応する溝部を前記ハウジング内周面の軸方向に設けたことを特徴とする軸受構造。
2. 前記突出部を、ワッシャの外周部に設けた複数の切り起し部で構成した請求項１に記載の軸受構造。
3. 前記予圧バネとワッシャとを一体化し、前記突出部を予圧バネの底部に切り起し部で構成した請求項１に記載の軸受構造。
4. 前記切り起し部を、ベアリング外輪に圧入固定した請求項２または請求項３に記載の軸受構造。
5. 両持ち軸受構造のモータにおいて、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の軸受構造を片方に用いたモータ。