JP2012197935A - ばね座金及びばね座金を備える軸受ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受に軸線方向の予荷重を加えるために使用されるばね座金であって、ばね効果に優れ、製造が容易であるものを提供すること。
【解決手段】本発明のばね座金１は、外側リング２、及びこの外側リングに対して同軸に配置される内側リング３を備える。この２つのリングによって軸線４が画定される。外側リングと内側リングは、いくつかの弾性連結ロッド５を介して連結される。本発明によれば、連結ロッドの中間でリングのうちの一方のリングから延在し、もう一方に位置するリングにおいて自由端７を有する弾性片持ちロッド６が設けられる。片持ちロッドは、軸線方向に上へ曲げられ、その結果、自由端が軸線方向にずれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、独立請求項の前文によるばね座金及び軸受ブロックに関する。このようなばね座金は、転がり軸受（減摩ベアリング）に軸線方向の予荷重を加えるために使用される。ばね座金は、外側リング、並びにこの外側リングと同軸の内側リングを備える。これら２つのリングによって軸線が画定される。外側リングと内側リングは、いくつかの弾性連結ロッドを介して連結される。

このようなばね座金は、軸受ブロックの転がり軸受に軸線方向の予荷重を加えるために使用される。このような軸受ブロックは普通、静止構成部品、シャフト、及びその間に配置された転がり軸受を備える。転がり軸受の外側リングが前述の構成部品に固定され、転がり軸受の内側リングがシャフトに固定される。

ばね座金又は従来型のコイルばねにより、転がり軸受に軸線方向の予荷重を加えることは、従来技術から一般に知られている。軸線方向の予荷重が数多くの用途において必要であるが、それは、転がり軸受、特に放射状に溝が付いた玉軸受の場合には、玉と軸受リングとの間に径方向の遊びが生じるからである。この遊びの結果として、特に回転速度が高いときに振動が増大することになる。こういう理由で軸受の動きが不安定になり、長く動作していると、玉と軸受リングとの間の摩擦によってフレッティング摩耗が生じやすくなる。軸線方向の予荷重により、この径方向の遊びを回避することができるが、それは、玉表面と走行軌道との間において既定の接触角で軸線方向の予荷重を加えることにより、軸受の玉が軸受リングと接触しているからである。

従来型の圧縮コイルばねによる軸線方向の予荷重には、圧縮コイルばねが比較的長く、それにより大きな設置空間が必要になるという不利な点がある。

したがって、軸線方向の予荷重を加えるために、ばね座金と呼ばれている構成部品が古くから使用されてきた。欧州特許第０３０３１４７（Ａ１）号明細書から、打ち抜き加工して曲げられた部品として一体で製造され、基本的に同心状に配置された２つのリングを備える、波形のばね座金が知られている。内側リングは、いくつかの連結ロッドによって外側リングに連結されている。内側リングは平坦であるが、外側リングは波形であり、したがってその軸線方向の周囲に沿って正弦曲線を示す。ばね力は主に、外側リングの波形形状によって生成される。軸線方向に加えられた力の衝撃により、波形の外側リングは平坦へと押され、したがって最大負荷においてリングは平面内にある。これら波形のばね座金には、時間の経過とともに、波形の外側リングの塑性変形が引き起こすクリープが生じるという不利な点がある。このことは、波形のばね座金によって生成されるばね力が、時間の経過とともにたわみと同じ比率で低減することを意味する。

スイス国特許第２４０８８７号明細書には、転がり軸受に軸線方向の予荷重を加えるためのばね座金が記載してある。ばね座金は主に、内側に向いた片持ち状の複数のロッドが突出する外側リングから構成され、これらの片持ちロッドは、ばね座金の周囲に沿って均等に広がっている。さらに、片持ちロッドは、軸線方向に上へ曲げられ、軸線方向の負荷がかかると外側リングの平面に平らに押圧される。

独国特許第１０２１４２７６（Ａ１）号明細書には、別のばね座金が記載されており、このばね座金は、スイス国特許第２４０８８７号明細書でのばね座金と同様の動作原理による。しかし、連続リングが内側に配置されるが、内側リングの片持ち状の弾性ロッドが外側に突出する。この弾性ロッドはまた、軸線方向に上へ曲げられている。

独国特許第２９８０１１１０（Ｕ１）号明細書には、コイルばねと同様に形成されて、外側リングを内側リングに連結する円錐形のらせん状金属薄板ストリップになるばね座金が提示されている。外側リングと内側リングは、単一のらせん形状のロッドを介して連結されているだけなので、各リングは強固に同心状に配置されるのではなく、互いに対して容易に傾斜し得る。周囲全体に均等に作用するばね力は、このばね座金ではなし得ない。

最後に、初めに述べたタイプのばね座金が、独国特許第１０２００４０４１０７４（Ａ１）号明細書によって知られている。このばね座金は外側リング及び内側リングを備え、これらのリングは同心状に配置され、３つの弾性連結ロッドを介して連結される。外側リング及び内側リングは、軸線方向に互いにずれて（偏倚して）おり、したがって平面内にはない。これら３つの弾性連結ロッドは、所期のばね効果のための適切な長さを示すよう、わずかにらせん形状である。このタイプと同様のばね座金が、国際公開第０２／０９２２４４（Ａ１）号に記載されている。

弾性連結ロッドの長さを延ばすために、米国特許第４７９２７０８号明細書では、連結ロッドを蛇形状とすることが推奨されている。各連結ロッドは、ばね座金の周囲の特定部分に沿って、内側リングと外側リングとの間を、蛇形状で前後に延びている。

初めに述べたタイプの最新技術のばね座金を使用するとき、特に放射方向に利用可能な設置空間がほんの少ししかない場合には、ばね座金の内側リングと外側リングとの間の連結ロッドの長さを要求に応じて長手方向に変更して所要のばね効果を実現することができないという問題が生じる。米国特許第４７９２７０８号明細書で知られている連結ロッドの蛇形状のバージョンでは、例えば、内側リングを外側リングに対して安定かつ同心に保つことができないという結果につながる。したがって、本発明の目的は、最新技術のばね座金を改良し、特に、内側リングと外側リングとの間の安定した同軸の連結を損なうことなく弾性要素の有効長を延ばして、要求されるばね効果を実現する可能性を示すことである。さらに、本発明の目的は、最小の設置空間が実現可能であり、完全にたわむ場合のばね特性の所期効果からの逸脱がわずかであり、それに加えてコスト効率よく製造することができるばね座金を提案することである。

本発明は、独立請求項１の特徴によって解決される。すなわち、さらに、各連結ロッドの中間で２つのリングのうちの一方のリングから延在し、もう一方のリングにおいて自由端を有する複数の弾性的な片持ちロッドが設けられ、これらの片持ちロッドが軸線方向に上へ曲げられ、その結果、自由端が軸線方向にずれている場合、課題は解決される。

本発明により、非常にわずかな設置空間において弾性要素の有効長を延ばすことが可能になり、同時に、外側リングと内側リングと間の安定した連結が、特に両方のリングの同軸の位置に関して保証される。たわみ又は負荷が最大の場合でさえ、本発明によるばね座金においては、ばね特性が所期の特性を逸脱してしまうことは事実上起こりえない。本発明によるばね座金は、費用対効果が大きく簡略な方式で製造することができる。

本発明の有利な実施形態は各従属請求項に従う。

本発明の好ましい一実施形態では、連結ロッド及び／又はばね座金の軸線に垂直な平面に対して突出している片持ちロッドが、少なくとも１つの部分で曲げられている。したがって、求められるばね効果を実現するのに必要な弾性的な片持ちロッドの適切な長さは、放射状のサイズが小さいばね座金でも実現可能である。らせん形状に曲げられるとき、連結ロッド及び／又は片持ちロッドが特に好ましい。

本発明の別の好ましい一実施形態では、片持ちロッドの自由端が延長部を有し、この延長部が、自由端に隣接するリングに沿って延びており、このリングに向かって軸線方向に曲げ戻されている。したがって、例えば、電気モータを設置するのに使用されるばね座金が自動的に供給される場合、ばね座金がかみ合うことが回避される。

別の具体的な好ましい実施形態によれば、連結ロッドには、軸線方向に突出するビード（半球状部）が設けられている。これらのビードにより、必要ならば、軸線方向でのばねのピッチを制限することができる。

ばね座金を製造するのに特に適切な材料は、Ｐｆｉｎｏｄａｌ、ベリリウム銅、又はばね鋼、特にＤｕｒｉｍｐｈｙ若しくはＤｕｒｎｉｃｏである。

本発明の別の具体的な好ましい実施形態では、ばね座金は、打ち抜き加工して曲げることによって製造される。これにより、本発明によるばね座金の非常に簡略で費用対効果の大きい製造が可能になる。

内側リングと外側リングの安定した連結のため、またもっとも対称的なばね効果を可能にするために、連結ロッド並びに片持ちロッドは、ばね座金の周囲にわたって均等に分散される。片持ちロッドと連結ロッドの数が等しいことが特に好ましい。したがって、利用可能な設置空間を最大限使用することができる。対称的なばね効果のためには、各片持ちロッドが２つの弾性的な連結ロッド間に配置されると有利である。

さらに、本発明は、静止構成部品、シャフト、及びこれらの間に配置された転がり軸受を有する軸受ブロックを提供し、転がり軸受の外側軸受リングが静止構成部品上に配置され、転がり軸受の内側軸受リングがシャフト上に配置され、本発明によれば、前記ばね座金を介して、転がり軸受に予荷重が加えられる。

本発明の好ましい一実施形態によれば、このために使用される転がり軸受は、放射状に溝が付いた玉軸受である。本発明による軸受ブロックは、電気モータ、特に小型の電気モータのシャフトの軸受に特に適しているが、それに限られない。

本発明の具体的な好ましい一実施形態では、ばね座金の内側リングがシャフトに固定され、片持ちロッドが外側リングから延在し、片持ちロッドの自由端が内側軸受リングに弾性的に接触する。ばね座金がシャフトに固定されるという事実によって、このばね座金はまた、既知の従来技術の解決策では追加の構成部品が必要となる軸線方向の固定具として機能する。片持ちロッドの自由端は、直接並びに間接的に、内側軸受リングに接触してもよいという事実に留意されたい。

本発明の別の具体的な好ましい実施形態では、ばね座金の外側リングが静止構成部品に固定され、片持ちロッドが内側リングから延在し、片持ちロッドの自由端が外側軸受リングに弾性的に接触する。この手段でも、軸線方向の固定具として追加の構成部品は必要でない。片持ちロッドの自由端は、直接並びに間接的に、外側軸受リングに接触してもよいという事実にやはり留意されたい。

シャフト若しくは静止構成部品に連結されるリングが、シャフト若しくは静止構成部品に溶接、プレス嵌め、又は接着される場合、簡略で費用対効果の大きい組立体が実現される。

本発明のさらに別の具体的な好ましい実施形態では、スラスト座金が、片持ちロッドの自由端とそれぞれ接触する軸受リングとの間に配置される。このために、片持ちロッドは、それぞれの軸受リングに間接的に接触する。スラスト座金を設けることにより、周囲全体に沿って実現可能なほとんど均等な予荷重が達成される。

以下の図面において、本発明の各実施形態をより詳細に説明する。各図面は以下の通りである。

本発明によるばね座金の第１の実施形態の平面図である。 図１のばね座金の斜視図である。 図１及び図２のばね座金の軸線方向の断面図である。 図１〜図３の第１の実施形態によるばね座金を有する、本発明による軸受ブロックの図である。 本発明によるばね座金の第２の実施形態の平面図である。 図５のばね座金の斜視図である。 図５及び図６のばね座金の軸線方向の断面図である。 図５〜図７のばね座金を有する軸受ブロックの図である。

以下の詳細説明では、同じ部品は常に同じ参照符号で示される。

図１〜図３には、本発明によるばね座金１の第１の実施形態が示してある。ばね座金１は外側リング２及び内側リング３から構成され、これらのリングは同心状に配置され、３つの連結ロッド５を介して連結される。図３に示すように、各連結ロッド５は平面内にある。両方のリング、すなわち外側リング及び内側リングは、安定性を理由に、短い円筒形管部として形成される。さらに、外側リングの外側縁部が９０度まで外側に曲げられ、それにより構成部品の安定性がさらに増す。図示の３つの連結ロッド５は、ばね座金１の周囲に沿って均等に配置され、内側リング３から外側リング２に向かってわずかにらせん形状に延びている。

固定された２つの連結ロッド５の間には、外側リングから内側に延在しらせん形状となっている１つの弾性的な片持ちロッド６がさらに配置されている。内側リング３側では、片持ちロッド６が自由端７を有し、この自由端７では、内側リング３に沿って延長部８が延びている。図３には、弾性片持ちロッド６が固定連結ロッド５と同一平面内にはなく、軸線方向に上へ曲げられて、その結果その自由端７が連結ロッド５又は両方のリングに対して軸線方向にずれている様子が示してある。

固定連結ロッド５並びに片持ちロッド６により、ばね座金１のばね効果を実現することができる。このように、片持ちロッド６の自由端７と内側リング３との間にばね効果が生成される。さらに、図３には、ばね座金の軸線４が示してある。同時に、その軸線４は、同心状に配置されたリング２及びリング３の両方の軸線を形成する。連結ロッド５には、ばね座金１のピッチを低減させる軸線方向に突出するビードが内側リング３の非常に近くに作られる。これらのビードは参照符号９で示してある。周囲の方向に沿って延びる片持ちロッド６の自由端７の延長部８が、内側リング３の方向へ軸線方向に曲げ戻される様子も図３に示してある。これらの延長部８により、いくつかのばね座金１がかみ合うことが防止される。このことは、例えば、組立て中に本発明のばね座金を自動供給する際に重要である。

図４には軸受ブロック１６が示してあり、右の軸受には、図１〜図３による本発明のばね座金１によって軸線方向の予荷重が加えられている。軸受ブロックは、静止した中空の円筒形状の構成部品１０及び同軸状に配置された回転シャフト１１を備える。このような軸受ブロックは、例えば電気モータに使用される。固定された軸受１５によって、静止構成部品１０の左端で回転シャフト１１が回転する。位置決め用の軸受１５が、溝付き玉軸受として形成される。位置決め用軸受は外側軸受リング及び内側軸受リングを備え、外側軸受リングは静止構成部品１０に固定され、内側軸受リングはシャフト１１に固定される。右端に浮動型の軸受が配置され、これはまた、外側軸受リング１２及び内側軸受リング１３から構成される。外側軸受リング１２は静止構成部品１０に固定されるが、内側軸受リング１３はシャフト１１上で軸線方向に再配置可能なように配置される。内側軸受リング１３には、本発明によるばね座金１により、軸線方向に左側へ予荷重が加えられる。このために、ばね座金１は、内側リング３によってシャフト１１に固定されている。この連結は、例えば、溶接、接着、又はプレス嵌めによってもたらすことができる。軸線方向のばね力が、片持ちロッド６の自由端７によって内側軸受リング１３上に作用するが、この自由端は、スラスト座金１４によって内側軸受リング１３に接する。ばね座金１のばね力により、左側の固定軸受１５の内側軸受リングには、軸線方向に右側へ予荷重が加えられる。

本発明よるばね座金１の第２の実施形態が、図５〜図７に示してある。ここでは、片持ちロッド６は、外側リング２に固定されず、内側リング３に固定される。片持ちロッド６の自由端７は、したがってばね座金１の外側リング２に配置される。図７に示すように、本出願の例での片持ちロッド６は、軸線方向に上へ曲げられ、その結果、ばね座金１の応力が解放された状態の場合にその自由端７が固定連結ロッド５の平面に対して軸線方向にずれる。この実施形態では、弾性的な連結ロッド５及び弾性的な片持ちロッド６が、わずかならせん形状で延びている。

図８には、図４の軸受ブロックと同様の軸受ブロック１６が示してあり、図５〜図７での実施形態によるばね座金により、浮動型の軸受の軸線方向の予荷重が実現される。図８に示した軸受ブロック１６の場合、右手側の浮動型軸受の内側軸受リング１３は、シャフト１１に固定されるが、右手側の浮動型軸受の外側軸受リング１２は、静止構成部品１０内で軸線方向に再配置可能なように保持される。ばね座金１の外側リング２は、静止構成部品１０のフランジ（図示せず）に固定される。これも、溶接、接着、又はプレス嵌めによって実行されることが好ましい。ばね座金１のばね力は、片持ちロッド６の自由端７により、右手側の浮動型軸受の外側軸受リング１２に作用する。この実施形態では、ばね座金１の内側リング３は、シャフト１１には固定されず、シャフト１１に対して軸線方向に再配置可能である。このために、シャフト１１とばね座金１の内側リング３との間に、ほんの少しの遊びが存在することが好ましい。

本発明によるばね座金、並びに本発明による軸受ブロックは、好ましくは小型の電気モータでの用途に適しているが、それだけに限らない。

１…ばね座金、２…外側リング、３…内側リング、４…軸線、５…連結ロッド、６…片持ちロッド（片持ち梁状のロッド）、７…自由端、８…延長部、９…ビード、１０…静止構成部品、１１…回転シャフト、１２…外側軸受リング、１３…内側軸受リング、１４…スラスト座金、１５…軸受、１６…軸受ブロック

Claims (11)

1. 転がり軸受に軸線方向の予荷重を加えるためのばね座金（１）であって、
   外側リング（２）と、前記外側リング（２）に対して同軸状に配置された内側リング（３）と、前記外側リング（２）及び前記内側リング（３）の両方によって画定された軸線（４）とを有し、
   前記外側リング（２）と前記内側リング（３）とが複数の弾性的な連結ロッド（５）を介して連結され、前記外側リング（２）及び前記内側リング（３）が短い円筒形管部として形成される、ばね座金（１）において、
   隣り合う前記連結ロッド（５）の中間で前記外側リング（２）及び前記内側リング（３）のうちの一方のリングから延在し、もう一方のリングの側において自由端（７）を有する弾性的な片持ちロッド（６）が設けられ、前記片持ちロッド（６）が軸線方向に上へ曲げられ、その結果、前記自由端（７）が軸線方向にずれることを特徴とするばね座金（１）。
2. 前記連結ロッド（５）、及び／又は、前記軸線（４）に垂直な平面に対して突出している前記片持ちロッド（６）が、少なくとも１つの部分で曲げられていることを特徴とする、請求項１に記載のばね座金（１）。
3. 前記片持ちロッド（６）の前記自由端（７）が、前記自由端（７）に隣接する前記リングに沿って延び、このリングに向かって軸線方向に曲げ戻される延長部（８）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のばね座金（１）。
4. 前記連結ロッド（５）には軸線方向に突出するビード（９）が設けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のばね座金（１）。
5. Ｐｆｉｎｏｄａｌ、ベリリウム銅、又はばね鋼、特にＤｕｒｉｍｐｈｙ若しくはＤｕｒｎｉｃｏから製造されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のばね座金（１）。
6. 打ち抜き加工して曲げることによって製造されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のばね座金（１）。
7. 静止構成部品（１０）と、
   シャフト（１１）と、
   前記静止構成部品（１０）と前記シャフト（１１）との間に配置された転がり軸受と
   を有する軸受ブロック（１６）であって、
   前記転がり軸受の外側軸受リング（１２）が前記静止構成部品（１０）に配置され、前記転がり軸受の内側軸受リング（１３）が前記シャフト（１１）上に配置され、前記転がり軸受には、特に請求項１〜６のいずれか一項に記載のばね座金（１）によって予荷重が加えられ、前記ばね座金（１）が、外側リング（２）と、前記外側リング（２）に対して同軸状に配置された内側リング（３）と、前記外側リング（２）及び前記内側リング（３）の両方によって画定された軸線（４）を有し、前記外側リング（２）と前記内側リング（３）とが複数の弾性的な連結ロッド（５）を介して連結される、軸受ブロック（１６）において、
   隣り合う前記連結ロッド（５）の中間で前記外側リング（２）及び前記内側リング（３）のうちの一方のリングから延在し、もう一方のリングの側において自由端（７）を有する弾性的な片持ちロッド（６）が設けられ、前記片持ちロッド（６）が軸線方向に上へ曲げられ、その結果、前記自由端（７）が軸線方向にずれ、前記連結ロッド（５）及び前記片持ちロッド（６）の両方が前記予荷重に寄与することを特徴とする、軸受ブロック（１６）。
8. 前記ばね座金（１）の前記内側リング（３）が前記シャフト（１１）に固定され、前記片持ちロッド（６）が前記外側リング（２）から延在し、前記片持ちロッド（６）の前記自由端（７）が前記内側軸受リング（１３）に弾性的に接触することを特徴とする、請求項７に記載の軸受ブロック（１６）。
9. 前記ばね座金（１）の前記外側リング（２）が前記静止構成部品（１０）に固定され、前記片持ちロッド（６）が前記内側リング（３）から延在し、前記片持ちロッド（６）の前記自由端（７）が前記外側軸受リング（１２）に弾性的に接触することを特徴とする、請求項７に記載の軸受ブロック（１６）。
10. 前記シャフト（１１）又は前記静止構成部品（１０）に固定される前記リングが、前記シャフト（１１）又は前記静止構成部品（１０）に溶接、プレス嵌め又は接着されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の軸受ブロック（１６）。
11. 前記片持ちロッド（６）の前記自由端（７）と、該自由端に接触している前記軸受リングとの間にスラスト座金（１４）が配置されることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の軸受ブロック（１６）。

Images