JP2009138824A - 軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 外輪が脆性材料製であってもその加工が容易であり、しかも、外輪の回り止めおよび軸方向移動を可能にすることができる軸受装置を提供する。
【解決手段】 外輪4端面に内径から外径までのびるキー溝11が設けられている。キー部材10は、環状本体12と、環状本体12内周側に設けられて外輪4のキー溝11内に嵌め入れられる内方凸部14と、環状本体12外周側に設けられて軸箱2のキー溝2a内に嵌め入れられる外方凸部13とを有している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、軸受装置に関し、特に、外輪が軸箱に軸方向移動可能に支持される軸受装置に関する。
従来、例えばモータで使用される軸受装置として、１対の転がり軸受の一方を固定側、他方を自由側とし、自由側の転がり軸受については、キー溝が設けられた軸箱にキー部材を介して外輪を回り止めしてかつ軸方向移動可能に支持することにより、運転時の回転軸の熱膨張の差を吸収するものが知られている（特許文献１）。この特許文献１には、軸受の外輪外周面に円柱状または四角柱状のキー孔を設けて、キー孔に円柱状または四角柱状のキー部材の下端部を嵌め入れ、軸箱のキー溝にキー部材の上部を移動可能に嵌め入れることにより、外輪と軸箱とが軸方向にキー溝の範囲内で移動可能とすることが開示されている。
特開２００４−２３９３８８号公報
熱膨張の考慮が必要な環境下で使用される転がり軸受の材料としては、セラミックスが好ましいが、セラミックスのような脆性材料に円柱状または四角柱状のキー孔を加工することは困難であり、上記特許文献１の軸受装置は、軸受材質が軸受鋼などの金属材料である場合に可能なもので、軸受材料が脆性材料の場合には適用できないという問題があった。
この発明の目的は、外輪が脆性材料製であってもその加工が容易であり、しかも、外輪の回り止めおよび軸方向移動を可能にすることができる軸受装置を提供することにある。
第１の発明による軸受装置は、外輪、内輪および転動体を備えており、キー溝が設けられた軸箱にキー部材を介して支持される軸受装置において、外輪端面に内径から外径までのびるキー溝が少なくとも１つ設けられており、キー部材は、環状本体と、環状本体内周側に設けられて外輪のキー溝内に嵌め入れられる内方凸部と、環状本体外周側に設けられて軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部とを有していることを特徴とするものである。
第１の発明による軸受装置において、外輪のキー溝は、１カ所にだけ設けられればよいが、複数カ所に設けられてもよい。いずれにしろ、１つのキー溝は、一部（孔の周縁部、孔の底部など）を残す加工が不要なように、内径から外径までのびるよう設けられる。これにより、外輪が脆性材料製であっても、切削加工により容易にキー溝を形成することができる。切削加工を行う上では、内径から外径までのびるキー溝を形成する加工と、外輪の一方の外径から他方の外径まで連続して切削する加工とは、加工の手間に差がないので、後者の加工を行い、内径から外径までのびるキー溝を１８０°互いに離れた位置に２つ形成するようにしてもよい。
外輪のキー溝内に嵌め入れられる内方凸部は、外輪の回り止めのために、通常、周方向にも軸方向にも移動不可能とされる。ただし、周方向の遊びがあっても、回り止め機能を果たすことはできるので、周方向にはある程度移動可能としてもよい。また、軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部は、通常、周方向に移動不可能かつ軸方向に移動可能とされる。これにより、外輪は、回り止めされるとともに軸箱に対して軸方向に移動することが可能となり、熱膨張によって長さが変動しやすい回転軸を支持するのに好適なものとなる。外輪の軸方向移動が不要な場合には、外方凸部が軸方向にも移動不可能とすればよく、これにより、外輪を軸箱に固定することができる。
キー部材の環状本体は、例えば、円筒部およびその一端部に設けられた内向きフランジ部からなるものとされ、円筒部が外輪の外周面をカバーするとともに、内向きフランジ部が外輪の一端面をカバーするようになされる。この場合の円筒部と外輪との嵌め合いは、圧入としてもよく、ルーズであってもよい。キー部材の環状本体は、軸箱の形状に応じて変更すればよく、例えば、軸箱と外輪との間に間隙がない場合には、断面方形とされて、外輪の一端面に当接するものとされる。いずれにしろ、キー部材は、その内方凸部を外輪のキー溝に嵌め入れることで、外輪に予め取り付けておくことができ、このようにすることで、キー部材が取り付けられた外輪を１つの部品として扱うことができる。
第２の発明による軸受装置は、外輪、内輪および転動体を備えており、キー溝が設けられた軸箱にキー部材を介して支持される軸受装置において、外輪外周面の少なくとも一部が偏心面とされており、キー部材は、外輪外周の偏心面に沿った内周面および円筒状外周面を有する環状本体と、環状本体外周側に設けられて軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部とを有していることを特徴とするものである。
第２の発明による軸受装置によると、キー部材の環状本体の内周面が外輪の偏心面に沿わされることで、キー部材に対する外輪の回り止めが果たされる。軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部は、通常、周方向に移動不可能かつ軸方向に移動可能とされ、これにより、外輪は、回り止めされるとともに軸箱に対して軸方向に移動することが可能となり、熱膨張によって長さが変動しやすい回転軸を支持するのに好適なものとなる。外輪の軸方向移動が不要な場合には、外方凸部が軸方向にも移動不可能とすればよく、これにより、外輪を軸箱に固定することができる。
第１および第２の発明による軸受装置において、キー部材は、鋼等の金属製とされることがある。この場合、軸箱との間で摺動するキー部材の外周面に、耐摩耗性および摺動性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等をコーティングするようにしてもよい。キー部材は、また、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の合成樹脂製とされることがある。合成樹脂製の場合、射出成形が可能となり、種々の形状のキー部材の加工が容易となる。また、樹脂モールド方法を使用して、外輪を樹脂によってモールド成形することで外輪に一体化されたキー部材を得ることも可能となり、キー部材の製作およびその後のキー部材の取扱いがより一層容易となる。第２の発明による軸受装置は、樹脂モールド方法を使用する場合に、特に適した構成となっている。
軸受装置を構成する転がり軸受としては、例えば、転動体が玉である深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受とされるが、これに限られるものではない。
なお、キー溝が設けられた軸箱と外輪との間に外輪と一体に移動する中間ハウジングが介在されることがあるが、この場合には、中間ハウジングまでを外輪とみなし、例えば、中間ハウジング端面に内径から外径までのびるキー溝が少なくとも１つ設けられており、キー部材は、環状本体と、環状本体内周側に設けられて中間ハウジングのキー溝内に嵌め入れられる内方凸部と、環状本体外周側に設けられて軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部とを有しているものとすればよい。
この発明の軸受装置によると、外輪が脆性材料製であってもその加工が容易であり、この外輪をキー部材を介して軸箱に取り付けることで、外輪の回り止めおよび軸方向移動を可能にすることができる。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右および上下は、図１、図３などの縦断面図における左右および上下をいうものとする。
図１および図２は、この発明の軸受装置の第１実施形態を示している。
この軸受装置(1)は、軸箱(2)と回転軸(3)との間に配されており、軸箱(2)に支持された外輪(4)と、回転軸(3)とともに回転する内輪(5)と、両輪(4)(5)間に配置された複数の玉（転動体）(6)と、複数の玉(6)を保持する保持器(7)と、軸箱(2)と外輪(4)との間に介在させられて外輪(4)を回転不可能にかつ軸方向移動可能に軸箱(2)に支持させる環状キー部材(10)とを備えている。
軸箱(2)は金属製で、軸箱(2)には、軸方向にのびるキー溝(2a)が設けられており、外輪(4)がキー溝(2a)で規定されている範囲内で軸方向移動可能とされていることにより、熱膨張によって長さが変動しやすい回転軸(3)が軸箱(2)に回転可能に支持されている。
内輪(5)は、回転軸(3)の右端部に設けられたフランジ部(3a)とスペーサ(8)との間に挟持されることにより、回転軸(3)に固定されている。外輪(4)は、予圧ばね(9)によって右方に付勢されているが固定はされておらず、軸方向に移動できるようになされている。
外輪(4)、内輪(5)および玉(6)は、熱膨張による変動が小さいようにセラミックス製とされている。
外輪が金属製である場合には、外輪にキー孔を形成し、このキー孔に嵌め入れたキーを軸箱のキー溝内に移動可能に挿入すればよいが、この軸受装置(1)では、外輪(4)が脆性材料であるセラミックス製であるため、外輪(4)にキー孔を加工することは困難なものとなっている。セラミックス製外輪(4)への加工性からすると、外輪(4)外周面において軸方向の一端から他端までのびるキー溝または外輪(4)一端部において内径から外径までのびるキー溝であれば、容易に加工することができる。軸方向の一端から他端までのびるキー溝とした場合、外輪が軸方向に変位した際にキー部材が脱落する可能性があるので、この軸受装置(1)では、キー溝(11)は、外輪(4)左端面において内径から外径までのびるように形成されている。
キー部材(10)は、円筒部(12a)およびその左端部に設けられた内向きフランジ部(12b)からなる環状本体(12)と、環状本体(12)の円筒部(12a)外周面上部にその軸方向全長にわたって設けられて軸箱(2)のキー溝(2a)内に挿入される外方凸部(13)と、環状本体(12)の内向きフランジ部(12b)右面に設けられて外輪(4)のキー溝(11)に挿入される内方凸部(14)とからなる。
外方凸部(13)は、軸箱(2)のキー溝(2a)内において軸方向に移動可能な形状とされており、内方凸部(14)は、外輪(4)のキー溝(11)内において周方向への移動不可能かつ軸方向内方への移動不可能な形状とされている。したがって、図１において、回転軸(3)の長さが熱膨張で変動した場合、外輪(4)が軸箱(2)に沿って軸方向に移動することで熱膨張による変動を吸収することができる。
キー部材(10)の円筒部(12a)は、外径が軸箱(2)の内径にほぼ等しく、内径が外輪(4)の外径にほぼ等しくされるとともに、その軸方向長さが外輪(4)の軸方向長さに内向きフランジ部(12b)の軸方向長さを加えたものとなされており、これにより、キー部材(10)の円筒部(12a)が外輪(4)の外周面全体をカバーするとともに、キー部材(10)の内向きフランジ部(12b)が外輪(4)の左端面全体をカバーするようになされている。したがって、キー部材(10)を左方から外輪(4)に装着することにより、キー部材(10)の円筒部(12a)が外輪(4)の外周面に嵌まり合うとともに、キー部材(10)の内方凸部(14)が外輪(4)のキー溝(11)に嵌まり合い、キー部材(10)と外輪(4)とは一体で扱うことが可能となる。
図３および図４は、この発明の軸受装置の第２実施形態を示している。
第２実施形態の軸受装置(1)は、キー部材(20)の構成のみが第１実施形態と相違している。以下の説明では、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
第１実施形態のものでは、キー部材(10)の円筒部(12a)が外輪(4)の外周面に嵌まり合っていることにより、キー部材(10)を外輪(4)に安定して装着することができる。一方、軸箱(2)と外輪(4)外径との間に円筒部(12a)が介在させられるため、既存の装置に適用する場合には、軸箱(2)の内径を大きくするか外輪(4)外径を小さくするかの変更が必要となる。
第２実施形態の軸受装置(1)は、既存の装置に適用するに際し、軸箱(2)の内径および外輪(4)外径を変更することなく適用できるもので、そのキー部材(20)は、断面方形の環状本体(22)と、環状本体(22)の外周側上部から右方にのびて軸箱(2)のキー溝(2a)内に挿入される外方凸部(23)と、環状本体(22)の右面に設けられて外輪(4)のキー溝(11)に挿入される内方凸部(24)とからなる。
すなわち、環状本体(22)は、第１実施形態のキー部材(10)における内向きフランジ部(12b)と同じ形状とされ、第１実施形態のキー部材(10)における円筒部(12a)が削除されたものとなっている。外方凸部(23)は、環状本体(22)の左端面から外輪(4)の右端面までのびる長さとされるとともに、軸箱(2)のキー溝(2a)内において軸方向に移動可能な形状とされている。内方凸部(24)は、外輪(4)のキー溝(11)内において周方向への移動不可能かつ軸方向内方への移動不可能な形状とされている。したがって、図３において、回転軸(3)の長さが熱膨張で変動した場合、外輪(4)が軸箱(2)に沿って軸方向に移動することで熱膨張による変動を吸収することができる。
キー部材(20)の外方凸部(23)の内径は、外輪(4)の外径にほぼ等しくされており、キー部材(20)を左方から外輪(4)に装着することにより、キー部材(20)の外方凸部(23)が外輪(4)の外周面と接触することで摩擦力が生じるとともに、キー部材(20)の内方凸部(24)が外輪(4)のキー溝(11)に嵌まり合い、キー部材(20)と外輪(4)とは一体で扱うことが可能となる。
上記第１および第２実施形態において、キー部材(10)(20)は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂製とされ、射出成形によって環状本体(12)(22)、外方凸部(13)(23)および内方凸部(14)(24)が一体で形成されている。
キー部材は、樹脂製に限られるものではなく、また、一体成形品に限られるものでもない。
図５は、この発明の軸受装置の第３実施形態を示している。第３実施形態のものは、キー部材(30)が２つの部材からなる点で第１および第２実施形態と相違している。
この実施形態のキー部材(30)は、環状本体に相当する環状保持部材(31)と、環状保持部材(31)に設けられた溝(35)に嵌め合わされた係合部材(32)とからなる。
環状保持部材(31)は、円筒部(33)およびその左端部に設けられた内向きフランジ部(34)からなり、その周方向１カ所において、内向きフランジ部(34)が切り欠かれるとともに、これに連なる円筒部(33)が軸方向中央部分まで切り欠かれることにより、係合部材(32)が嵌め合わされる溝(35)が形成されている。
係合部材(32)は、図５（ａ）に示すように、水平部(36a)および垂直部(36b)からなり溝(35)内に嵌まり合う逆Ｌ字状部(36)と、逆Ｌ字状部(36)の水平部(36a)上面から軸方向にのびて軸箱(2)のキー溝(2a)内に挿入される外方凸部(37)と、逆Ｌ字状部(36)の垂直部(36b)右部にあって外輪(4)のキー溝(11)に挿入される内方凸部(38)とからなる。
図５（ｂ）に示すように、環状保持部材(31)とこれと別部材の係合部材(32)とが組み合わされることで、図２に示したキー部材(10)と同じ形状のものが得られている。したがって、この環状保持部材(31)および係合部材(32)からなるキー部材(30)を外輪(4)に装着することにより、その断面形状は、図１に示すものと同じになり、第１実施形態の軸受装置(1)と同じ作用効果を奏することができる。
図６は、この発明の軸受装置の第４実施形態を示している。第４実施形態のものは、キー部材(40)が２つの部材からなる点で第２実施形態と相違している。
この実施形態のキー部材(40)は、環状本体に相当する環状保持部材(41)と、環状保持部材(41)に設けられた溝(45)に嵌め合わされた係合部材(42)とからなる。
環状保持部材(41)は、断面方形で、その周方向１カ所において、その外周面および右面が切り欠かれることにより、係合部材(42)が嵌め合わされる溝(45)が形成されている。
係合部材(42)は、図６（ａ）に示すように、水平部(46a)および垂直部(46b)からなり溝(45)内に嵌まり合う逆Ｌ字状部(46)と、逆Ｌ字状部(46)の水平部(46a)上面から軸方向にのびて軸箱(2)のキー溝(2a)内に挿入される外方凸部(47)と、逆Ｌ字状部(46)の垂直部(46b)右部にあって外輪(4)のキー溝(11)に挿入される内方凸部(48)とからなる。
図６（ｂ）に示すように、環状保持部材(41)とこれと別部材の係合部材(42)とが組み合わされることで、図４に示したキー部材(20)と同じ形状のものが得られている。したがって、この環状保持部材(41)および係合部材(42)からなるキー部材(40)を外輪(4)に装着することにより、その断面形状は、図３に示すものと同じになり、第２実施形態の軸受装置(1)と同じ作用効果を奏することができる。
上記各実施形態に示すキー部材(10)(20)の環状本体(12)(22)、外方凸部(13)(23)および内方凸部(14)(24)ならびにキー部材(30)(40)の環状保持部材(31)(41)、係合部材(32)(42)、外方凸部(37)(47)および内方凸部(38)(48)は、軸箱(2)の形状により、また、外輪(4)への加工のしやすさにより、変更が可能である。その一例を図７および図８に示す。
この第５実施形態の軸受装置(1)では、軸箱(2)は、外輪(4)の外径にほぼ等しい内径を有する小径内周面(2b)とこれより径が大きい大径内周面(2c)とを有しており、外輪(4)は、その左端部が大径内周面(2c)側にあり、他の部分が小径内周面(2b)側にある状態で、軸箱(2)に支持されている。軸箱(2)のキー溝(2a)は、小径内周面(2b)に設けられている。また、外輪(4)の左端部には、第１から第４までの実施形態で設けられているキー溝（上部キー溝）(11)に加えて、これから１８０°離れた位置にもキー溝（下部キー溝）(15)が形成されている。そして、キー部材(50)は、内径が外輪(4)の外径にほぼ等しくかつ外径が軸箱(2)の大径内周面(2c)よりも小さい断面方形の環状本体(52)と、本体(52)の外周側から右方にのびて軸箱(2)のキー溝(2a)内に挿入される外方凸部(53)と、本体(52)の内周面上部に設けられて外輪(4)の上部キー溝(11)に挿入される上部内方凸部(54)と、本体(52)の内周面下部に設けられて外輪(4)の下部キー溝(15)に挿入される下部内方凸部(55)とからなる。
切削加工を行う上では、内径から外径までのびる上部キー溝(11)だけを形成する加工と、外輪(4)の一方の外径から他方の外径まで連続して切削する加工、すなわち、上部キー溝(11)および下部キー溝(15)を形成する加工とは、加工の手間に差がなく、第５実施形態の外輪(4)は、第１から第４までの実施形態の外輪(4)と同様に容易に得ることができる。そして、これらの２つのキー溝(11)(15)に環状本体(52)に一体に形成された内方凸部(54)(55)をそれぞれ嵌め合わせることにより、円筒部を有していないキー部材(50)であっても外輪(4)に安定して装着することができる。
第５実施形態の軸受装置(1)は、軸箱(2)の内径および外輪(4)外径を変更することなく適用でき、第２実施形態の軸受装置(1)と同じ作用効果を奏することができる。
脆性材料であるセラミックス製の外輪(4)に加工する場合、外輪(4)の外周面を偏心面とすることも容易である。図９および図１０に示す第６実施形態の軸受装置(1)は、外輪(4)の外周面を軸心からＤだけ下方に偏心した円筒面とする加工を行うことで、外輪(4)の外周面全体に偏心面(4a)が形成されており、これに対応して、キー部材(60)は、外輪(4)の偏心面(4a)に沿った内周面(62a)および軸箱(2)の内径にほぼ等しい外径とされた円筒状外周面(62b)を有する環状本体(62)と、環状本体(62)外周面(62b)上部に設けられて軸箱(2)のキー溝(2a)内に嵌め入れられる外方凸部(63)とからなるものとされている。
外方凸部(63)は、軸箱(2)のキー溝(2a)内において軸方向に移動可能な形状とされており、したがって、図９において、回転軸(3)の長さが熱膨張で変動した場合、外輪(4)が軸箱(2)に沿って軸方向に移動することで熱膨張による変動を吸収することができる。
この第６実施形態では、キー部材(60)の偏心内周面(62a)が外輪(4)の偏心外周面(4a)に嵌まり合っていることにより、キー部材(60)を外輪(4)に安定して装着することができる。キー部材(60)は、樹脂成形品として製作し、これを左方から外輪(4)に装着するようにしてももちろんよいが、樹脂モールド方法を使用して、外周に偏心面(4a)が加工された外輪(4)を樹脂によってモールド成形して、外輪(4)に一体化されたキー部材(60)を得ることがより好ましく、これにより、キー部材(60)の製作およびその後のキー部材(60)の取扱いをより一層容易にすることができる。
なお、この第６実施形態によると、キー部材(60)の外径を軸箱(2)の内径に合わせることで、軸箱(2)の形状の変更を不要とすることができる。また、偏心面(4a)は、外輪(4)全体に（軸方向の一端から他端までにわたって）設ける必要はないので、第５実施形態の図７に示されているキー溝(11)をこれと同じ軸方向長さの偏心溝に置き換えるようにして、外輪(4)の左端部にだけ偏心面(4a)を設けるようにしてもよく、このようにすることで、外輪(4)外径を維持することもできる。
図１は、この発明による軸受装置の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、同分解斜視図である。 図３は、この発明による軸受装置の第２実施形態を示す縦断面図である。 図４は、同分解斜視図である。 図５は、この発明による軸受装置の第３実施形態を示す斜視図である。 図６は、この発明による軸受装置の第４実施形態を示す斜視図である。 図７は、この発明による軸受装置の第５実施形態を示す縦断面図である。 図８は、同分解斜視図である。 図９は、この発明による軸受装置の第６実施形態を示す縦断面図である。 図１０は、第６実施形態のキー部材を軸方向ら見た図である。
符号の説明
(1) 軸受装置
(2) 軸箱
(2a) キー溝
(4) 外輪
(4a) 偏心面
(5) 内輪
(6) 玉（転動体）
(10)(20)(30)(40)(50)(60) キー部材
(11)(15) キー溝
(12)(22)(52)(62) 環状本体
(31)(41) 環状保持部材（環状本体）
(13)(23)(37)(47)(53)(63) 外方凸部
(14)(24)(38)(48)(54)(55) 内方凸部
(62a) 内周面
(62b) 外周面

Claims (2)

  1. 外輪、内輪および転動体を備えており、キー溝が設けられた軸箱にキー部材を介して支持される軸受装置において、
    外輪端面に内径から外径までのびるキー溝が少なくとも１つ設けられており、キー部材は、環状本体と、環状本体内周側に設けられて外輪のキー溝内に嵌め入れられる内方凸部と、環状本体外周側に設けられて軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部とを有していることを特徴とする軸受装置。
  2. 外輪、内輪および転動体を備えており、キー溝が設けられた軸箱にキー部材を介して支持される軸受装置において、
    外輪外周面の少なくとも一部が偏心面とされており、キー部材は、外輪外周の偏心面に沿った内周面および円筒状外周面を有する環状本体と、環状本体外周側に設けられて軸箱のキー溝内に嵌め入れられる外方凸部とを有していることを特徴とする軸受装置。
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