JP2011247293A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】密封部材取付側の第１軌道部材の加工工数および加工コストを抑制できる転がり軸受を提供すること。
【解決手段】外輪の内周面の軌道溝１１の軸方向の一方側に、軸方向の一方側に行くにしたがって内径が大きくなる傾斜面１２を形成する。密封部材５の軸方向延在部５１の外周面に存在する傾斜面５３を、外輪１の傾斜面１２に圧接固定する。軸方向延在部５１の内周側から内輪２の外周面側に向けて延在する密封部材５の密封延在部５２で、外輪１と内輪２との間の軸方向の一方側の開口を密封する。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、例えば、半導体製造装置等、耐食性が要求される装置で使用されると好適な転がり軸受に関する。

従来、転がり軸受としては、特開２００５−１３３８１７号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この転がり軸受は、外輪、内輪、複数の玉および密封部材を備える。上記外輪は、内周軌道面と、第１密封部材取付溝と、第２密封部材取付溝とを有する一方、内輪は、外周軌道面を有する。また、上記複数の玉は、外輪の内周軌道面と、内輪の外周軌道面との間に、保持器によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

この転がり軸受では、第１密封部材取付溝および第２密封部材取付溝の夫々の内径を、上記外輪の内周軌道面の内径よりも小さくしている。また、上記第１密封部材取付溝および第２密封部材取付溝の夫々を、その断面がなだらかな円弧状になるように形成している。このようにして、第１密封部材取付溝および第２密封部材取付溝の加工を容易にして、外輪の製造コストを抑制するようにしている。

しかしながら、上記従来の転がり軸受でも、外輪の溝加工の加工が必要不可欠で、外輪の加工の加工工数が大きくて、外輪の製造コストの低減が不十分であるという問題がある。

特開２００５−１３３８１７号公報（第１図）

そこで、本発明の課題は、密封部材取付側の第１軌道部材の加工工数および加工コストを抑制できる転がり軸受を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の転がり軸受は、
軌道面と、その軌道面の軸方向の一方側に位置すると共に、上記軸方向に対して傾斜する傾斜面とを有する第１軌道部材と、
軌道面を有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の軌道面と、上記第２軌道部材の軌道面との間に配置された転動体と、
上記傾斜面に当接されて固定された傾斜面を有する軸方向延在部と、上記軸方向延在部から上記第２軌道部材側に向けて延在して、上記第１軌道部材と上記第２軌道部材との間の上記軸方向の一方側の開口を密封する密封延在部とを有する密封部材と
を備え、
上記第１軌道部材の上記傾斜面と、上記第２軌道部材の上記軌道面の軸方向の任意の位置での円を軸方向の一方側に延在した仮想円筒面との径方向の距離は、上記軸方向の一方側に行くにしたがって大きくなっていることを特徴としている。

尚、上記第１軌道部材の上記傾斜面は、傾斜外周面または傾斜内周面である。また、上記第１軌道部材の軸方向の断面において、上記第１軌道部材の上記傾斜面は、直線の形状を有していても良く、曲線の形状を有していても良く、または、直線と曲線とを接続してなる形状を有していても良い。

また、上記第１軌道部材の上記傾斜面と、上記第２軌道部材の上記軌道面の軸方向の任意の位置での円を軸方向の一方側に延在した仮想円筒面との径方向の距離とは、径方向の最短距離のことである。

本発明によれば、第１軌道部材の上記傾斜面に密封部材の上記傾斜面を固定する構成であるから、第１軌道部材の第２軌道部材側の周面に、密封部材固定用の溝を加工する必要が全くない。したがって、密封部材が固定される第１軌道部材の加工工数および加工コストを大幅に低減できる。

また、例えば、転がり軸受がアキシアル玉軸受である場合、外輪のカウンタボア（外輪の溝の肩の一方をおとした部分）を外輪の傾斜面としてそのまま利用できて、外輪の加工工数および加工コストを格段に低減することができる。

また、一実施形態では、
上記密封部材の上記傾斜面は、上記第１軌道部材の上記傾斜面に締まり嵌めにより固定され、
上記密封延在部は、上記軸方向延在部の上記軸方向の中心よりも上記軸方向の一方側とは反対側の上記軸方向の他方側から上記第２軌道部材側に延在し、
上記第１軌道部材の上記傾斜面に対する上記密封部材の上記傾斜面の上記軸方向の一方側の締め代は、上記第１軌道部材の上記傾斜面に対する上記密封部材の上記傾斜面の上記軸方向の他方側の締め代よりも大きくなっている。

上記実施形態によれば、軸方向延在部と密封延在部との接続部から遠くて可撓性が大きい上記密封部材の上記傾斜面の上記軸方向の一方側の締め代が、大きく設定されているから、第１軌道部材が軸方向延在部をクランプする力を大きくすることができる。したがって、第１軌道部材に密封部材を確実に固定することができる。

また、一実施形態では、
上記第１軌道部材は、セラミックで形成されている。

軌道部材が、セラミックで形成されている場合、旋盤等を用いた旋削加工により密封部材取付溝を形成することができず、研磨により密封部材取付溝を形成するしかないから（形成することが強いられるから）、軌道部材に溝を形成する場合、その溝の溝加工が特に大変になる。

したがって、上記実施形態によれば、密封部材取付用の溝の溝加工をする必要がないから、従来のセラミック製の第１軌道部材を有する転がり軸受、すなわち、第１軌道部材に研磨により密封部材取付溝を形成していた転がり軸受よりも、第１軌道部材の加工工数を、格段に低減することができて、転がり軸受の加工コストを格段に低減することができる。

本発明の転がり軸受によれば、第１軌道部材の傾斜面に密封部材の傾斜面を固定する構成であるから、第１軌道部材の第２軌道部材側の周面に、密封部材固定用の溝を加工する必要が全くなくて、密封部材が固定される第１軌道部材の加工工数および加工コストを大幅に低減できる。

本発明の転がり軸受の一実施形態であるアンギュラ玉軸受の軸方向の模式断面図である。 取付前の密封部材の軸方向の模式断面図である。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の転がり軸受の一実施形態のアンギュラ玉軸受の軸方向の模式断面図である。

このアンギュラ玉軸受（以下、玉軸受という）は、耐食性が要求される半導体製造装置（図示せず）の回転軸をその半導体製造装置のハウジングに対して回転自在に支持している。この玉軸受は、第１軌道部材としての外輪１と、第２軌道部材としての内輪２と、転動体としての複数の玉３と、保持器４と、密封部材５とを備える。

上記外輪１、内輪２および玉３は、セラミックからなっている。また、玉軸受が、耐食性を要求される場合には、上記保持器は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンや、ＰＥＥＫ樹脂等、耐食性に優れる樹脂材料で構成すると好ましい。また、上記密封部材５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンや、ＰＥＥＫ樹脂や、フッ素系樹脂や、フッ素系ゴム材料等、耐食性に優れる樹脂材料から構成したり、オーステナイト系ステンレスＳＵＳ３０４等、耐食性に優れる鋼材から構成することができる。

上記外輪１は、軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝１１と、傾斜面１２とを有する一方、内輪２は、軌道面としての軌道溝２１を有する。上記傾斜面１２は、軌道溝１１の軸方向の一方側に位置している。上記傾斜面１２は、外輪１の軸方向に対して傾斜している。詳しくは、上記傾斜面１２の内径は、軸方向の外方側に行くにしたがって、大きくなっている。言い換えると、上記傾斜面１２と、内輪２の軌道溝２１の軸方向の任意の位置での円を軸方向の一方側に延在した仮想円筒面５５との径方向の最短距離ａは、軸方向の一方側に行くにしたがって、大きくなっている。

上記複数の玉３は、外輪１の軌道溝１１と、内輪２の軌道溝２１との間に、保持器４に保持された状態で、互いに周方向に間隔をおいて位置している。上記傾斜面１２は、アンギュラ玉軸受の外輪１のみぞの肩の一方をおとした部分、すなわち、カウンタボアに存在している。上記傾斜面１２は、研磨により形成されている。上記傾斜面１２の表面粗さＲａは、２.５以上になっており、好ましくは、１０以上になっている。このように、上記傾斜面１２の表面粗さＲａは、通常のセラミックの軌道輪の表面の表面粗さ、すなわち、Ｒａ１．０〜１．６よりも意図的に粗くなっている。このように、外輪１の傾斜面１２の静止摩擦力を意図的に大きくして、傾斜面１２が密封部材５をクランプする力を意図的に大きくしている。尚、外輪１の傾斜面１２の表面粗さＲａは、Ｒａ１６以下であると、好ましい。

上記密封部材５は、軸方向延在部５１と、密封延在部５２とを有する。上記軸方向延在部５１は、外輪１の傾斜面１２に沿って延在している。上記軸方向延在部５１の外周面は、傾斜面５３になっていて、この傾斜面５３は、外輪１の傾斜面１２に圧接により当接している。換言すれば、上記軸方向延在部５１は、外輪１の傾斜面１２に圧入により締まり嵌めされている。上記軸方向延在部５１の延在方向の寸法は、外輪１の内周面と内輪２の外周面との間の軸方向の一方側の開口の径方向の長さの０.５倍から２倍程度の間の寸法に設定されている。

一方、上記密封延在部５２は、軸方向延在部５１の内周面の軸方向の内方側（軸方向の他方側）の端部から内輪２の外周面側に向けて延在している。上記密封延在部５２は、外輪１の内周面と内輪２の外周面との間の軸方向の一方側の開口を密封している。上記密封延在部５２の径方向の内方側の端部は、内輪２の外周面に対して僅かな隙間を介して径方向に対向している。上記密封延在部５２の径方向の内方側の端部と、内輪２の外周面とは、所謂ラビリンスシールを構成している。

図２は、外輪１への取付前の密封部材５の軸方向の模式断面図である。

図２に示すように、外輪１への取付前の形状において、軸方向延在部５１の軸方向の一方側の端部６１は、密封部材５が外輪１に取り付けられた状態で、その端部６１が当接する外輪１の傾斜面１２の部分５８（図１参照）の延在方向に対して径方向の外方側に反った形状をしている。

換言すれば、上記外輪１の傾斜面１２に対する密封部材５の傾斜面５３の軸方向の一方側の締め代は、外輪１の傾斜面１２に対する密封部材５の傾斜面５３の軸方向の他方側の締め代よりも大きくなっている。

上記密封部材５の傾斜面５３の軸方向の他方側の端部は、密封延在部５２が存在することによって剛性が高くなって可撓性が低くなっているから、その他方側の端部の締め代を過度に大きく設定すると、圧入が困難になる。

本実施形態では、軸方向延在部５１の軸方向の一方側の端部が、軸方向の外方側に反っているから、軸方向延在部５１の軸方向の他方側の端部の締め代をそれ程大きく設定せずに、密封部材５の圧入を円滑にできるようにしたとしても、軸方向延在部５１の軸方向の一方側の端部を、外輪１に確実かつ安定的に固定できる。したがって、上記外輪１から密封部材５が外れることを確実に防止することができる。

上記実施形態の玉軸受によれば、外輪１の傾斜面１２に密封部材５の傾斜面５３を固定する構成であるから、外輪１の内周面に密封部材固定用の溝を加工する必要が全くない。したがって、外輪１の加工工数および加工コストを大幅に低減できる。

更に述べると、上記実施形態の玉軸受によれば、アンギュラ玉軸受のカウンタボアに加工をしないか、あるいは、僅かな加工をしただけで、傾斜面１２を簡易に形成できて、外輪１に密封部材５を簡易に固定できる。したがって、玉軸受の加工工数および加工コストを大幅に低減できる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、上述のように、軸方向延在部５１と密封延在部５２との接続部８０（図１参照）から遠くて可撓性が大きい密封部材５の傾斜面５３の軸方向の一方側の締め代が、大きく設定されているから、外輪１が軸方向延在部５１をクランプする力を大きくすることができて、外輪１に密封部材５を確実に固定することができる。

また、従来、特に、外輪が、本実施形態のようにセラミック製である場合、外輪に旋盤等で旋削加工により密封部材取付溝を加工できなくて、外輪に研磨により密封部材取付溝を形成することが強いられる。そして、このことに起因して、外輪の加工工数および加工コストが必然的に大きくなる。しかしながら、本実施形態の場合、外輪１に密封部材取付溝を形成する必要がないから、従来技術と比較して、玉軸受の加工コストおよび製造コストを格段かつ大幅に小さくすることができる。

尚、上記実施形態の玉軸受では、外輪１の傾斜面１２は、図１に示すように、軸方向の断面において、略直線の形状を有しているが、この発明では、第１軌道部材の傾斜面は、第１軌道部材の軸方向の断面において、曲線の形状を有していても良く、または、直線と曲線とを接続してなる形状を有していても良い。

要は、第１軌道部材が、外側軌道部材である場合、第１軌道部材の傾斜面（この場合、傾斜面は、内周面になる）は、軸方向の外方側に行くにしたがって、その傾斜面の内径が大きくなっていさえすれば良い。また、第１軌道部材が、内側軌道部材である場合、第１軌道部材の傾斜面（この場合、傾斜面は、外周面になる）は、軸方向の外方側に行くにしたがって、その傾斜面の外径が小さくなっていさえすれば良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、軸方向延在部５１の延在方向（軸方向延在部５１において外輪１の傾斜面１２に沿った方向）の寸法が、外輪１と内輪２との間の軸方向の一方側の開口の径方向の寸法の０.５倍〜２.０倍の間に設定されていた。しかしながら、この発明の軸方向延在部の延在方向（軸方向延在部において第１軌道部材の傾斜面に沿った方向）の寸法は、第１軌道部材と第２軌道部材との間の軸方向の一方側の開口の径方向の寸法に対する比較の倍率が、如何なる倍率であっても良い。というのは、仕様（例えば、転がり軸受の定格回転数等）によって、要求される密封部材をクランプするクランプ力が如何様にも変動するからである。

また、上記実施形態の玉軸受では、外輪１の傾斜面１２の表面粗さＲａを、２.５以上に設定していたが、第１軌道部材の傾斜面の表面粗さＲａは、仕様によって、如何なる値に設定されても良い。尚、第１軌道部材の傾斜面の表面粗さＲａを大きくして、第１軌道部材の傾斜面の静止摩擦力を大きくすれば、密封部材をクランプするクランプ力を大きくすることができることは言うまでもない。

また、上記実施形態の玉軸受では、外輪１、内輪２および玉３がセラミック製であったが、この発明では、第１軌道部材、第２軌道部材および転動体の少なくとも一つ（全部でも良い）は、例えば、普通焼入の軸受鋼ＳＵＪ２や、浸炭焼入を行っているＳＡＥ５１２０鋼等、軸受で周知に用いられるセラミック以外の材料からなっていても良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、第１軌道部材が、外側軌道部材（外輪１）であって、密封部材５が、外輪１に固定されていたが、この発明では、第１軌道部材が、内側軌道部材（内輪）であって、密封部材が、内輪に固定される形式であっても良い。

また、上記実施形態の玉軸受は、半導体製造装置に設置され、耐食性が要求される環境下に設置されたが、この発明の転がり軸受が、耐食性が要求されない環境下に設置されても良いことは、言うまでもない。

また、上記実施形態の玉軸受では、密封部材５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンや、ＰＥＥＫ樹脂や、フッ素系樹脂や、フッ素系ゴム材料等、耐食性に優れる樹脂材料から構成したり、オーステナイト系ステンレスＳＵＳ３０４等、耐食性に優れる鋼材から構成すると好ましいとした。しかしながら、この発明では、密封部材は、上記以外の軸受の密封部材の材料として周知な鋼材、樹脂材、ゴム材等で、形成されても良いことは勿論である。また、密封部材は、芯金部と、その芯金部に固着された弾性部とからなる構成を有していても良いことも言うまでもない。

また、上記実施形態の玉軸受では、密封部材５と、内輪２の外周面とが、ラビリンスシール（非接触シール）を構成したが、この発明では、密封部材が、第２軌道部材の周面または端面に摺接する構成であっても良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、密封部材５の軸方向延在部５１の軸方向の一方側（軸方向の外方側）の端部が、固定されるべき外輪１の傾斜面１２に対して径方向の外方側に反った形状をしていた。しかしながら、この発明では、密封部材の軸方向延在部の軸方向の一方側（取付状態で、軸方向の外方側）の端部は、第１軌道部材への取付前、反っていなくても良い。要は、密封部材の軸方向延在部は、第１軌道部材に圧接固定する際、第１軌道部材の傾斜面に圧入できる形状であれば如何なる形状であっても良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、密封部材５は、外輪１の傾斜面１２に圧接固定されたが、この発明では、密封部材は、第１軌道部材の傾斜面に接着剤等で固定されても良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、傾斜面５３を有する密封部材５が、外輪１の軌道溝１１の軸方向の一方側のみに固定されたが、この発明では、傾斜面を有する密封部材は、第１軌道部材の軌道面の軸方向の一方側および他方側の両側に配置されても良い。

尚、本発明では、潤滑剤としては、耐食性が要求される場合は、フッ素系グリース等が好適に使用できるが、用途は、耐食性に限定されるわけではないから、潤滑剤は、転がり軸受で使用されている周知な潤滑剤であれば、如何なるものであっても使用されることができる。

また、本発明では、密封部材の軸方向延在部の軸方向の一方側の端部の軸方向の端面に複数の切欠き（スリット）をその複数の切欠きが周方向に互いに間隔をおいた状態で形成することもできる。言い換えると、本発明では、密封部材の軸方向延在部の軸方向の一方側の端部を環状の櫛状に形成することもできる。このようにすると、取付時において、軸方向の外方側に位置することになる密封部材の軸方向延在部の軸方向の一方側の端部の可撓性を大きくすることができて、密封部材を、第１軌道部材に更に確実に固定することができる。

尚、上記実施形態では、転がり軸受が、玉軸受であって、転動体が、玉であったが、この発明では、転動体は、円筒ころ、円錐ころ、凸面ころ（球面ころ）等、玉以外であっても良い。

１ 外輪
２ 内輪
３ 玉
５ 密封部材
１１,２１ 軌道溝
１２ 外輪の傾斜面
５１ 軸方向延在部
５２ 密封延在部
５３ 密封部材の傾斜面
５５ 内輪の軌道溝の軸方向の任意の位置での円を軸方向の一方側に延在した仮想円筒面
６１ 軸方向延在部の軸方向の一方側の端部

Claims (3)

1. 軌道面と、その軌道面の軸方向の一方側に位置すると共に、上記軸方向に対して傾斜する傾斜面とを有する第１軌道部材と、
   軌道面を有する第２軌道部材と、
   上記第１軌道部材の軌道面と、上記第２軌道部材の軌道面との間に配置された転動体と、
   上記傾斜面に当接されて固定された傾斜面を有する軸方向延在部と、上記軸方向延在部から上記第２軌道部材側に向けて延在して、上記第１軌道部材と上記第２軌道部材との間の上記軸方向の一方側の開口を密封する密封延在部とを有する密封部材と
   を備え、
   上記第１軌道部材の上記傾斜面と、上記第２軌道部材の上記軌道面の軸方向の任意の位置での円を軸方向の一方側に延在した仮想円筒面との径方向の距離は、上記軸方向の一方側に行くにしたがって大きくなっていることを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記密封部材の上記傾斜面は、上記第１軌道部材の上記傾斜面に締まり嵌めにより固定され、
   上記密封延在部は、上記軸方向延在部の上記軸方向の中心よりも上記軸方向の一方側とは反対側の上記軸方向の他方側から上記第２軌道部材側に延在し、
   上記第１軌道部材の上記傾斜面に対する上記密封部材の上記傾斜面の上記軸方向の一方側の締め代は、上記第１軌道部材の上記傾斜面に対する上記密封部材の上記傾斜面の上記軸方向の他方側の締め代よりも大きいことを特徴とする転がり軸受。
3. 請求項１または２に記載の転がり軸受において、
   上記第１軌道部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする転がり軸受。

Images