JP3572710B2 - ラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置 - Google Patents
ラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置は、例えばガスタービン、或は圧縮機等のターボ機械の回転軸を回転自在に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
高速で回転するターボ機械の回転軸を支承する為に従来から、玉軸受と円筒ころ軸受とを組み合わせた転がり軸受装置が広く使用されている。この様な転がり軸受装置を構成する円筒ころ軸受は、上記回転軸を回転自在に支承すると共に、温度変化等に起因する回転軸或はハウジングの軸方向（アキシャル方向）に亙る伸縮を吸収する。又、玉軸受は、上記回転軸のアキシャル方向に亙る位置決めを図ると共に、この回転軸に加わるアキシャル荷重を支承する。
【０００３】
一般的にターボ機械の性能は、回転軸のアキシャル方向に亙るガタ（遊び）に大きく影響され、このガタが小さい程、性能は（著しく）向上する。この様な回転軸のアキシャル方向に亙るガタは、上記玉軸受のアキシャル隙間に起因し、このアキシャル隙間が小さい程ガタが小さくなる事が周知である。又、複数の玉軸受を組み合わせる事で構成される組み合わせ軸受の場合には、上記ガタの原因となるアキシャル隙間は、玉軸受単体のアキシャル隙間ではなく、組み合わせ軸受全体としての組み合わせアキシャル隙間である事も、従来から知られている。この為従来から、図１１に示す様な軸受装置により、ターボ機械の回転軸を支持する事が行なわれている。
【０００４】
この図１１に示した軸受装置は、ターボ機械の一種であるスクリューコンプレッサを構成するロータ１を固定した回転軸２の一端を、ハウジング３に支持する為のものである。尚、上記回転軸２の他端は上記ハウジング３に対して、円筒ころ軸受により回転及び軸方向に亙る変位自在に支持されるが、この部分の構造は本発明と関係ないので、図示及び説明を省略する。
【０００５】
上記回転軸２の一端をハウジング３に支持する為の軸受装置は、１対のアンギュラ型の玉軸受４、５を組み合わせる事で構成される。両玉軸受４、５を構成する玉６、６の接触角の方向は、互いに逆方向（本例では所謂背面組合せ＝ＤＢ）としている。又、上記各玉軸受４、５を構成する外輪８、８の端面同士を突き当てた状態で、これら各玉軸受４、５を構成する内輪７、７同士を互いに近づける方向に押圧して、これら両玉軸受４、５の内部隙間を負にしている。即ち、上記各玉６、６の転動面と上記各外輪８、８内周面の外輪軌道及び上記各内輪７、７外周面の内輪軌道を弾性変形させつつ、上記転動面と外輪軌道及び内輪軌道とを弾性的に当接させる、所謂予圧を付与した状態としている。従って、上記軸受装置は上記ハウジング３の内側に回転軸２を、ラジアル方向及びアキシャル方向に亙るがたつきなく支持する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示した様に１対の玉軸受４、５を組み合わせて成る軸受装置の場合には、高速回転に伴って予圧が上昇する為、玉軸受４、５の寿命が十分に確保しにくい。即ち、スクリューコンプレッサ等のターボ機械の回転軸は運転時に相当に高速で回転する。この為、上記各玉軸受４、５を構成する玉６、６に作用する遠心力により、これら各玉６、６が、外輪８、８内周面の外輪軌道に強く押し付けられる。この様にして各玉６、６から外輪軌道に加えられる押し付け力に基づき、上記外輪８、８の端面同士を押し付け合う力が強くなる。この状態では、上記アキシャル荷重Ｆａ を支承する側の玉軸受４（又は５）の内輪７は、上記アキシャル荷重Ｆａ により、このアキシャル荷重Ｆａ の作用方向（例えば図１１の左方）に押されている。従って、このアキシャル荷重Ｆａ を支承する側の玉軸受４（又は５）に付与された予圧は、設定時に付与された予圧に加えて、上記遠心力に基づく内部発生予圧が付加されたものになる。従って、ターボ機械の運転時には、上記アキシャル荷重Ｆａ を支承する側の玉軸受４（又は５）の予圧が過大になり、この玉軸受４（又は５）を構成する玉６、６の転動面と外輪軌道及び内輪軌道との接触面圧が大きくなる。この結果、これら転動面、外輪軌道、内輪軌道の疲れ寿命を十分に確保する事が難しくなる。
【０００７】
この為従来は、上記玉軸受４、５を大型化したり、或は上記軸受装置に予圧を付与せず、これら各玉軸受４、５の内部に正の隙間を形成したりして、これら玉軸受４、５の寿命確保を図っていた。大型化により玉軸受４の負荷容量を大きくすれば、十分な寿命を確保する事が比較的容易に行なえる。又、予圧付与を行なわないと、その分上記接触面圧を低減できて、上記転動面、外輪軌道、内輪軌道の疲れ寿命を確保し易くなる。
【０００８】
但し、玉軸受４、５の大型化は、コスト並びに重量の増大だけでなく、軸受装置部分の回転抵抗の増大により、ターボ機械の性能低下に結び付く為、好ましくない。又、予圧付与を行なわずに各玉軸受４、５の内部に正の隙間を形成すると、ハウジング３に対してロータ１がアキシャル方向及びラジアル方向に変位可能になって（ガタが発生して）、ロータリコンプレッサ等の性能が悪化する原因となる。
【０００９】
この様に、ターボ機械の回転軸を１対の玉軸受４、５を組み合わせて成る軸受装置により支承した場合には、ターボ機械の性能確保と軸受装置の耐久性確保とを両立させる事が難しい。この為、単列の玉軸受により、この回転軸を支承する事が考えられる。ところが従来は、単列の玉軸受によっても、ターボ機械の性能確保と軸受装置の耐久性確保とを両立させる事が難しかった。
【００１０】
何となれば、従来はハウジング３の内周面と回転軸２の外周面との間に単列の玉軸受を装着した後、この玉軸受に予圧を付与する技術が知られていなかった。この為、回転軸２をハウジング３の内側に単列の玉軸受により支持し、しかもこの玉軸受に予圧を付与した状態にする為には、予め予圧を付与した玉軸受を、上記回転軸２とハウジング３との間に装着する必要があった。ところが、予め予圧を付与した玉軸受の外輪をハウジング３に内嵌したり、或は回転軸２に外嵌したりする作業は困難で、無理に行なうと予圧量が過大になったり、更には玉を傷付ける原因となる。この様に予圧量が過大になったり玉が傷付いた玉軸受を高速回転させると、早期に焼き付く原因となる。勿論、予圧を付与していない単列玉軸受を回転軸２とハウジング３との間に組み付ける事は可能であるが、ガタの存在により性能確保が難しくなる事は、前述した軸受装置の場合と同様である。この為従来は、単列の玉軸受を使用する場合は、上記ガタを小さくできる３点接触型の玉軸受、又は４点接触型の玉軸受と言った、特殊な玉軸受を使用していた。ところが、これらの特殊な玉軸受は、軌道面の加工が面倒で、製作費が嵩む事が避けられない。
【００１１】
本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置はこの様な事情に鑑みて発明したもので、単列の玉軸受を所望位置に組み付けた後、予圧を付与できる様にする事により、軸受部分の耐久性確保とターボ機械の性能確保とを両立させるものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置のうち、請求項１に記載したラジアル玉軸受の予圧付与方法は、内周面に深溝型の外輪軌道を有する外輪と、外周面に深溝型の内輪軌道を有する内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の玉とを備えたラジアル玉軸受に予圧を付与すべく、上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸とを相対的に傾斜させる事により、上記複数の玉のうちの一部の玉の転動面と上記外輪軌道及び内輪軌道との間のラジアル方向及びアキシャル方向の正の隙間をなくす。
【００１３】
又、請求項２に記載した予圧を付与されたラジアル玉軸受装置は、軸に外嵌固定された内輪と、この軸の周囲にこの軸に対する相対回転自在に配置された周囲部材と、この周囲部材に形成されて上記軸が挿通された円孔と、この円孔の内側に緩く嵌合した円筒状のホルダ筒と、このホルダ筒の端部で上記円孔外に突出した部分に形成された鍔部と、上記ホルダ筒に内嵌固定された外輪と、上記内輪の外周面に全周に亙って形成された深溝型の内輪軌道と、上記外輪の内周面に全周に亙って形成された深溝型の外輪軌道と、この外輪軌道と上記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の玉と、上記鍔部と上記周囲部材の外端面との間の円周方向一部にのみ挟持されたスペーサとを備える。そして、このスペーサの厚さに応じた分だけ上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸とが傾斜している。
【００１４】
【作用】
上述の様に構成される本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置によれば、単列の玉軸受を所望位置に組み付けた後、予圧を付与できる。この為、軸受部分の耐久性確保とターボ機械の性能確保とを両立させる事ができる。即ち、単列の玉軸受を構成する外輪と内輪とを、互いの中心軸同士を一致させ、予圧を付与していない状態で所定位置に組み付ける事で、これら外輪及び内輪と玉とを損傷する事なく、組み付け作業を行なえる。そして、組み付け後に上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸とを相対的に傾斜させれば、玉軸受を構成する複数の玉のうちの一部の玉の転動面が外輪軌道と内輪軌道との間で挟持されて、予圧を付与された状態となる。この結果、上記外輪と内輪とが、ラジアル方向及びアキシャル方向に亙るがたつきなく、相対回転自在に組み合わされる。上記複数の玉のうちの残りの玉の転動面は、外輪軌道と内輪軌道との間で挟持されず、これら残りの玉への予圧付与は行なわれない。勿論、予圧を付与された一部の玉と予圧を付与されない残りの玉とは、上記外輪と内輪との相対回転に伴って次々に入れ替わる。
【００１５】
又、上記一部の玉に付与する予圧の大きさ（玉軸受内部に発生する予圧量）は、上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸との傾斜角度を調整する事で、自由に調節できる。又、ラジアル剛性、アキシャル剛性、モーメント剛性に関しては、上記一部の玉の総てがこれら各剛性の向上に寄与する為、十分に確保できる。尚、本発明の効果をより多く得る為には、外輪軌道と内輪軌道との一方が転動面と２個所で当接し、他方が１個所で接触する、所謂３点接触型の玉軸受、或は外輪軌道と内輪軌道との両方が転動面と２個所ずつで当接する所謂４点接触型の玉軸受を使用する事が効果がある。これら３点接触型、或は４点接触型の玉軸受は、一般的な（転動面と外輪軌道及び内輪軌道とが１点ずつで接触する）深溝型の玉軸受に比べて、同じ予圧量を得る為に必要な傾斜角度が小さくて済む。従って、一般的な深溝型玉軸受を使用した場合に比べて、他の条件を同じとした場合に、アキシャル剛性及びモーメント剛性を高くできる。
【００１６】
【実施例】
図１〜２は本発明の第一実施例を示している。本実施例は、一般的な深溝型の玉軸受９を使用して、所定部分に装着後、この玉軸受９に予圧を付与した場合を示している。本発明を実施する場合、この玉軸受９を構成する内輪１０を例えば回転軸の外周面に外嵌固定し、同じく外輪１１を例えばハウジングの内周面に内嵌固定する。この嵌合固定作業の際には、これら内輪１０の中心軸と外輪１１の中心軸とは互いに一致させたままにする。又、複数の玉１２、１２には、何れも予圧を付与していない。即ち、総ての玉１２、１２の転動面と内輪１０外周面の内輪軌道１３と外輪１１内周面の外輪軌道１４とは、非接触若しくは軽く当接しているのみである。従って、上記嵌合固定作業に伴って上記玉１２、１２に過大な予圧付与が行なわれたり、或は玉１２、１２が傷んだりする可能性はない。
【００１７】
上述の様に、互いの中心軸を一致させた状態で、内輪１０と外輪１１とを所定位置に嵌合固定したならば、内輪１０の中心軸と外輪１１の中心軸との少なくとも一方を変位させ、これら両中心軸同士を相対的に傾斜させる。図１〜２の実施例では、内輪１０を矢印イ方向に少し傾斜させた状態を考える。この様に内輪１０を傾斜させる結果、上記内輪軌道１３の一部が、上記複数の玉１２、１２のうちの一部の玉１２、１２の転動面の一部に押し付けられ、当該玉１２、１２の転動面の直径方向反対位置が上記外輪軌道１４に押し付けられる。この状態で、上記一部の玉１２、１２には予圧が付与され、各玉１２、１２と内輪軌道１３及び外輪軌道１４との接触角がαｉ となる。上記両中心軸同士が傾斜している為、この接触角αｉ は各玉１２、１２毎に一様ではなく、円周方向位置に応じて変化する。そして、各軌道１３、１４から玉１２、１２に加わる荷重（＝転動体荷重＝アキシャル荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重）も、上記接触角αｉ に応じて変化する。
【００１８】
例えば、図１（Ａ）に矢印イで示す様に内輪１０を傾斜させた場合に、玉１２、１２の円周方向位置と接触角αｉ 及び転動体荷重Ｑｉ との関係は、図２に示す様になる。この図２の横軸は、玉１２、１２の円周方向位置（図１（Ｂ）参照）を表す角度ψである。この図２から明らかな通り、傾斜方向に位置する玉１２、１２の接触角αｉ 及び転動体荷重Ｑｉ が大きくなるが、傾斜方向に対して９０度側方に位置する玉１２、１２の接触角αｉ 及び転動体荷重Ｑｉ は小さくなる。接触角αｉ が大きな玉１２、１２は比較的大きな予圧が付与された状態であり、接触角αｉ が小さな玉１２、１２は、付与された予圧が小さいか、或は全く予圧が付与されていない（接触角αｉ ＝０の玉１２）状態である。尚、図２の縦軸には接触角αｉ の絶対値を示しており、方向は示していない。例えば、０〜９０度及び２７０〜３６０度の範囲で接触角αｉ の方向は互いに同じであるが、９０〜２７０度の範囲ではこれとは逆方向になる。従って、単列の玉軸受であるが、両方向のアキシャル荷重を支承できる。
【００１９】
例えば、上記玉軸受９を、スクリューコンプレッサ等のターボ機械に組み込んだ場合、この玉軸受９にはスラスト荷重が加わる。これに対して、本発明の方法により予圧を付与された玉軸受９では、単列の玉軸受であるにも拘らず、両方向のアキシャル荷重を支承できる。しかも、アキシャル方向の転動体荷重Ｑｉ が大きな玉１２、１２程接触角αｉ も大きくなる為、一部の玉１２、１２のみで大きなスラスト荷重を十分に支持できる。言い換えれば、スラスト荷重を一部の玉１２、１２のみで支承しても、十分な負荷容量を確保して、焼き付き等の故障の発生を防止できる。
【００２０】
尚、上記中心軸を傾斜させる方向とラジアル荷重が加わる方向との関係は特に定めないが、ラジアル剛性を確保する面からは、これら両方向に互いに一致させる事が好ましい。元々ラジアル荷重は、荷重の作用方向前側と後側とに位置する玉１２、１２が主として支承し、作用方向両側に位置する玉１２、１２は殆ど若しくは全く支承しない。従って、本発明がラジアル荷重支承に関して、従来に比べて不利になる事はない。又、ラジアル荷重とアキシャル荷重とが合わさって、玉１２、１２の転動面と内輪軌道１３及び外輪軌道１４との当接部の面圧が上昇するのを防止し、玉軸受９の耐久性向上を図る為には、上記両方向を互いに９０度ずらせても良い。
【００２１】
次に、図３〜６は本発明の第二実施例を示している。本実施例の場合には、内輪１０ａ外周面の内輪軌道１３ａと玉１２の転動面とが２個所で接触し、外輪１１内周面の外輪軌道１４と転動面とが１個所のみで接触する、所謂３点接触型の玉軸受９ａで、本発明を実施する状態を示している。上記内輪１０ａは、１対の内輪素子１５ａ、１５ｂの端面同士を突き合わせる状態に組み合わせる事で、深溝型の上記内輪軌道１３ａを形成している。そして、図５に示す様に、上記玉１２の転動面がこの内輪軌道１３ａに均一に当接した状態では、この玉１２と内輪軌道１３ａとの接触角は、レストアングルであるαｒ となる。
【００２２】
この様な３点接触型の玉軸受９ａを例えばハウジングの内周面と回転軸の外周面との間に組み付けた後、上記内輪１０ａを図３に矢印ロで示す方向に傾斜させると、前述した第一実施例と同様に、複数の玉のうちの一部の玉１２に予圧が付与される。特に、本実施例の場合には、玉１２の接触角が内輪軌道１３ａに対するものと外輪軌道１４に対するものとで相違する。即ち、各玉１２と内輪軌道１３ａとの接触角はαｉ となり、各玉１２と外輪軌道１４との接触角はαｅ となる。そして、玉１２と内輪軌道１３ａとの接触角αｉ は、円周方向に亙って図４に示す様に変化し、玉１２と外輪軌道１４との接触角αｅ は、円周方向に亙って図６に示す様に変化する。そして、上記内輪軌道１３ａ、外輪軌道１４から各玉１２に加わる転動体荷重Ｑｉ 、Ｑｅ も、図４、６に示す様に、上記接触角αｉ 、αｅ に応じて変化する。
【００２３】
尚、本実施例の場合、内輪軌道１３ａ側の接触角αｉ は、前記レストアングルαｒ よりも小さくはならない。又、上記内輪側での転動体荷重Ｑｉ は、上記内輪１０ａを構成する１対の内輪素子１５ａ、１５ｂのうちの一方の内輪素子のみが支承するのではなく、円周方向位置に応じて異なる内輪素子１５ａ、１５ｂが、上記転動体荷重Ｑｉ を支承する。例えば、図３で矢印ロ方向に内輪１０ａを傾斜させた場合には、図４のａ範囲では一方（図３の左方）の内輪素子１５ａが上記転動体荷重Ｑｉ を支承し、同じくｂ範囲では他方（図３の右方）の内輪素子１５ｂが上記転動体荷重Ｑｉ を支承する。外輪軌道１４側に関しては、前述した第一実施例と同様である。
【００２４】
次に、図７は、請求項２に対応する本発明の第三実施例として、より具体化された構造を示している。回転軸２の端部には１対の内輪素子１５ａ、１５ｂから成る内輪１０ａを外嵌し、更にナット１６によりこれら両内輪素子１５ａ、１５ｂを段部１７に押し付けて、上記回転軸２に固定している。この回転軸２の周囲には周囲部材であるハウジング３を設け、このハウジング３に形成した円孔１８に、上記回転軸２を挿通している。又、この円孔１８の内側には円筒状のホルダ筒１９を緩く嵌合している。即ち、このホルダ筒１９は、上記円孔１８の内径よりも少しだけ小さな外径を有し、ホルダ筒１９を円孔１８に挿入した状態では、このホルダ筒１９が大きくがたつく事はないが、この円孔１８内で少しだけ傾斜できる様にしている。
【００２５】
この様なホルダ筒１９の端部で上記円孔１８外に突出した部分には、外向フランジ状の鍔部２０を形成し、この鍔部２０の片側面（図７の左側面）と上記ハウジング３の外端面（図７の右端面）とを対向させている。又、上記ホルダ筒１９には外輪１１を内嵌し、ナット２１によりこの外輪１１を係止鍔部２２に押し付けて、この外輪１１を上記ホルダ筒１９に固定している。上記内輪１０ａの外周面に全周に亙って形成された深溝型の内輪軌道１３ａ、１３ｂと上記外輪１１の内周面に全周に亙って形成された深溝型の外輪軌道１４との間には複数の玉１２、１２を、転動自在に設けている。更に、上記鍔部２０の片側面と上記ハウジング３の外端面との間にはスペーサ２３を、円周方向一部のみ挟持している。従って、上記内輪１０ａの中心軸と上記外輪１１の中心軸とは、このスペーサ２３の厚さに応じた分だけ傾斜している。この様に傾斜した状態で上記鍔部２０は上記ハウジング３の外端面に、ボルト等により結合固定している。尚、図示は省略したが、必要に応じて上記複数の玉１２、１２は、円環状の保持器に設けたポケットの内側に転動自在に保持する。
【００２６】
本実施例は、この様に構成する為、回転軸２とハウジング３との間に玉軸受９ａを装着した後、この玉軸受９ａを構成する内輪１０ａの中心軸と上記外輪１１の中心軸とを傾斜させて予圧を付与する作業を、容易且つ確実に行なえる。尚、この様に内輪１０ａの中心軸と上記外輪１１の中心軸とを傾斜させる事で発生する各玉１２、１２間の接触角の相違は、玉とポケットとの間に干渉力を発生させたり、各玉１２、１２の転動面と内輪軌道１３ａと外輪軌道１４との間に滑りを発生させる原因となる。この様な問題に対しては、ポケット形状の変更（円周方向に長いポケットを形成する）、最適材料の組み合わせを採用する（内輪１０、１０ａ、外輪１１と玉１２、１２とを耐摩耗性材料により構成したり、或は異種材料同士を接触させる組み合わせを採用する）事で、次述する実験結果からも明らかな通り、実用上問題のないレベルにできる。
【００２７】
図８は本発明が玉軸受の耐久性に及ぼす影響を知る為に行なった実験に使用した玉軸受を、図９〜１０はその実験の結果を、それぞれ表している。実験に使用した玉軸受９ａは、図８から明らかな通り、１対の内輪素子１５ａ、１５ｂにより構成される内輪１０ａを備えた、３点接触型の玉軸受である。内輪１０ａ及び外輪１１は耐熱軸受鋼（Ｍ５０）により造り、玉１２はセラミック（窒化珪素）により造った。玉１２の外径は１４．２８８ｍｍ、内輪１０ａの内径は６０ｍｍ、幅は２６．５ｍｍ、外輪１１の外径は１１０ｍｍ、幅は２１ｍｍとし、玉の数は１６個とした。
【００２８】
この様な玉軸受９ａを構成する外輪１１の中心軸を、図７に示す様な構造により、内輪１０ａの中心軸に対して２０分傾斜させ、次の条件で１００時間の連続運転をし、試験前後に於ける各部の表面形状を精密粗さ計で測定した。尚、範囲のある値は、その範囲内で変動させた事を表す。
回転数 １００００〜２２０００ｒ．ｐ．ｍ．
ラジアル荷重 ５０〜１５０ｋｇｆ
スラスト荷重 ０ｋｇｆ
給油温度 ４０℃
給油量 ３リットル／ｍｉｎ
【００２９】
実験結果を表す図９〜１０のうち、図９は試験前の表面形状を、図１０は試験後の表面形状を、それぞれ表している。又、各図の（Ａ）は内輪軌道１３ａの表面形状を、（Ｂ）は同じく内輪軌道１３ｂの表面形状を、（Ｃ）は外輪軌道１４の表面形状を、それぞれ表している。各図の縦軸は表面の凹凸を約２０００倍に拡大して示している。又、横軸は各軌道の曲率中心に対する角度を表すもので、１度が約１ｍｍに対応している。試験後の表面形状を表している図１０と試験前の表面形状を表している図９とを比較すれば明らかな通り、本発明によって各部の摩耗が促進される事は殆どない。又、各玉１２にも全く異常は見られなかった。これらの事から、本発明が十分に実用的な予圧付与方法である事が分る。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、軸受部分の耐久性確保とターボ機械の性能確保とを両立させる事ができる。又、単列の玉軸受で構成できる為、組み合わせ軸受により軸受装置を構成する場合に比べて軸方向寸法が小さくなり、ターボ機械の小型軽量化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示しており、（Ａ）は玉軸受の部分断面図、（Ｂ）は玉の配列状態を（Ａ）の側方から見た状態で示す図。
【図２】玉の位置と接触角及び転動体荷重との関係を示す線図。
【図３】本発明の第二実施例を示す、玉軸受の部分断面図。
【図４】玉の位置と内輪側での接触角及び転動体荷重との関係を示す線図。
【図５】内輪の中心軸と外輪の中心軸とが一致した状態での接触角の状態を示す、玉軸受の部分断面図。
【図６】玉の位置と外輪側での接触角及び転動体荷重との関係を示す線図。
【図７】本発明の第三実施例を示す断面図。
【図８】実験に使用した玉軸受の部分断面図。
【図９】試験前の表面形状を示す線図。
【図１０】試験後の表面形状を示す線図。
【図１１】従来の軸受装置を組み込んだスクリューコンプレッサの要部断面図。
【符号の説明】
１ ロータ
２ 回転軸
３ ハウジング
４、５ 玉軸受
６ 玉
７ 内輪
８ 外輪
９、９ａ 玉軸受
１０、１０ａ 内輪
１１ 外輪
１２ 玉
１３、１３ａ、１３ｂ 内輪軌道
１４ 外輪軌道
１５ａ、１５ｂ 内輪素子
１６ ナット
１７ 段部
１８ 円孔
１９ ホルダ筒
２０ 鍔部
２１ ナット
２２ 係止鍔部
２３ スぺーサ
【産業上の利用分野】
この発明に係るラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置は、例えばガスタービン、或は圧縮機等のターボ機械の回転軸を回転自在に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
高速で回転するターボ機械の回転軸を支承する為に従来から、玉軸受と円筒ころ軸受とを組み合わせた転がり軸受装置が広く使用されている。この様な転がり軸受装置を構成する円筒ころ軸受は、上記回転軸を回転自在に支承すると共に、温度変化等に起因する回転軸或はハウジングの軸方向（アキシャル方向）に亙る伸縮を吸収する。又、玉軸受は、上記回転軸のアキシャル方向に亙る位置決めを図ると共に、この回転軸に加わるアキシャル荷重を支承する。
【０００３】
一般的にターボ機械の性能は、回転軸のアキシャル方向に亙るガタ（遊び）に大きく影響され、このガタが小さい程、性能は（著しく）向上する。この様な回転軸のアキシャル方向に亙るガタは、上記玉軸受のアキシャル隙間に起因し、このアキシャル隙間が小さい程ガタが小さくなる事が周知である。又、複数の玉軸受を組み合わせる事で構成される組み合わせ軸受の場合には、上記ガタの原因となるアキシャル隙間は、玉軸受単体のアキシャル隙間ではなく、組み合わせ軸受全体としての組み合わせアキシャル隙間である事も、従来から知られている。この為従来から、図１１に示す様な軸受装置により、ターボ機械の回転軸を支持する事が行なわれている。
【０００４】
この図１１に示した軸受装置は、ターボ機械の一種であるスクリューコンプレッサを構成するロータ１を固定した回転軸２の一端を、ハウジング３に支持する為のものである。尚、上記回転軸２の他端は上記ハウジング３に対して、円筒ころ軸受により回転及び軸方向に亙る変位自在に支持されるが、この部分の構造は本発明と関係ないので、図示及び説明を省略する。
【０００５】
上記回転軸２の一端をハウジング３に支持する為の軸受装置は、１対のアンギュラ型の玉軸受４、５を組み合わせる事で構成される。両玉軸受４、５を構成する玉６、６の接触角の方向は、互いに逆方向（本例では所謂背面組合せ＝ＤＢ）としている。又、上記各玉軸受４、５を構成する外輪８、８の端面同士を突き当てた状態で、これら各玉軸受４、５を構成する内輪７、７同士を互いに近づける方向に押圧して、これら両玉軸受４、５の内部隙間を負にしている。即ち、上記各玉６、６の転動面と上記各外輪８、８内周面の外輪軌道及び上記各内輪７、７外周面の内輪軌道を弾性変形させつつ、上記転動面と外輪軌道及び内輪軌道とを弾性的に当接させる、所謂予圧を付与した状態としている。従って、上記軸受装置は上記ハウジング３の内側に回転軸２を、ラジアル方向及びアキシャル方向に亙るがたつきなく支持する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示した様に１対の玉軸受４、５を組み合わせて成る軸受装置の場合には、高速回転に伴って予圧が上昇する為、玉軸受４、５の寿命が十分に確保しにくい。即ち、スクリューコンプレッサ等のターボ機械の回転軸は運転時に相当に高速で回転する。この為、上記各玉軸受４、５を構成する玉６、６に作用する遠心力により、これら各玉６、６が、外輪８、８内周面の外輪軌道に強く押し付けられる。この様にして各玉６、６から外輪軌道に加えられる押し付け力に基づき、上記外輪８、８の端面同士を押し付け合う力が強くなる。この状態では、上記アキシャル荷重Ｆａ を支承する側の玉軸受４（又は５）の内輪７は、上記アキシャル荷重Ｆａ により、このアキシャル荷重Ｆａ の作用方向（例えば図１１の左方）に押されている。従って、このアキシャル荷重Ｆａ を支承する側の玉軸受４（又は５）に付与された予圧は、設定時に付与された予圧に加えて、上記遠心力に基づく内部発生予圧が付加されたものになる。従って、ターボ機械の運転時には、上記アキシャル荷重Ｆａ を支承する側の玉軸受４（又は５）の予圧が過大になり、この玉軸受４（又は５）を構成する玉６、６の転動面と外輪軌道及び内輪軌道との接触面圧が大きくなる。この結果、これら転動面、外輪軌道、内輪軌道の疲れ寿命を十分に確保する事が難しくなる。
【０００７】
この為従来は、上記玉軸受４、５を大型化したり、或は上記軸受装置に予圧を付与せず、これら各玉軸受４、５の内部に正の隙間を形成したりして、これら玉軸受４、５の寿命確保を図っていた。大型化により玉軸受４の負荷容量を大きくすれば、十分な寿命を確保する事が比較的容易に行なえる。又、予圧付与を行なわないと、その分上記接触面圧を低減できて、上記転動面、外輪軌道、内輪軌道の疲れ寿命を確保し易くなる。
【０００８】
但し、玉軸受４、５の大型化は、コスト並びに重量の増大だけでなく、軸受装置部分の回転抵抗の増大により、ターボ機械の性能低下に結び付く為、好ましくない。又、予圧付与を行なわずに各玉軸受４、５の内部に正の隙間を形成すると、ハウジング３に対してロータ１がアキシャル方向及びラジアル方向に変位可能になって（ガタが発生して）、ロータリコンプレッサ等の性能が悪化する原因となる。
【０００９】
この様に、ターボ機械の回転軸を１対の玉軸受４、５を組み合わせて成る軸受装置により支承した場合には、ターボ機械の性能確保と軸受装置の耐久性確保とを両立させる事が難しい。この為、単列の玉軸受により、この回転軸を支承する事が考えられる。ところが従来は、単列の玉軸受によっても、ターボ機械の性能確保と軸受装置の耐久性確保とを両立させる事が難しかった。
【００１０】
何となれば、従来はハウジング３の内周面と回転軸２の外周面との間に単列の玉軸受を装着した後、この玉軸受に予圧を付与する技術が知られていなかった。この為、回転軸２をハウジング３の内側に単列の玉軸受により支持し、しかもこの玉軸受に予圧を付与した状態にする為には、予め予圧を付与した玉軸受を、上記回転軸２とハウジング３との間に装着する必要があった。ところが、予め予圧を付与した玉軸受の外輪をハウジング３に内嵌したり、或は回転軸２に外嵌したりする作業は困難で、無理に行なうと予圧量が過大になったり、更には玉を傷付ける原因となる。この様に予圧量が過大になったり玉が傷付いた玉軸受を高速回転させると、早期に焼き付く原因となる。勿論、予圧を付与していない単列玉軸受を回転軸２とハウジング３との間に組み付ける事は可能であるが、ガタの存在により性能確保が難しくなる事は、前述した軸受装置の場合と同様である。この為従来は、単列の玉軸受を使用する場合は、上記ガタを小さくできる３点接触型の玉軸受、又は４点接触型の玉軸受と言った、特殊な玉軸受を使用していた。ところが、これらの特殊な玉軸受は、軌道面の加工が面倒で、製作費が嵩む事が避けられない。
【００１１】
本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置はこの様な事情に鑑みて発明したもので、単列の玉軸受を所望位置に組み付けた後、予圧を付与できる様にする事により、軸受部分の耐久性確保とターボ機械の性能確保とを両立させるものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置のうち、請求項１に記載したラジアル玉軸受の予圧付与方法は、内周面に深溝型の外輪軌道を有する外輪と、外周面に深溝型の内輪軌道を有する内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の玉とを備えたラジアル玉軸受に予圧を付与すべく、上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸とを相対的に傾斜させる事により、上記複数の玉のうちの一部の玉の転動面と上記外輪軌道及び内輪軌道との間のラジアル方向及びアキシャル方向の正の隙間をなくす。
【００１３】
又、請求項２に記載した予圧を付与されたラジアル玉軸受装置は、軸に外嵌固定された内輪と、この軸の周囲にこの軸に対する相対回転自在に配置された周囲部材と、この周囲部材に形成されて上記軸が挿通された円孔と、この円孔の内側に緩く嵌合した円筒状のホルダ筒と、このホルダ筒の端部で上記円孔外に突出した部分に形成された鍔部と、上記ホルダ筒に内嵌固定された外輪と、上記内輪の外周面に全周に亙って形成された深溝型の内輪軌道と、上記外輪の内周面に全周に亙って形成された深溝型の外輪軌道と、この外輪軌道と上記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の玉と、上記鍔部と上記周囲部材の外端面との間の円周方向一部にのみ挟持されたスペーサとを備える。そして、このスペーサの厚さに応じた分だけ上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸とが傾斜している。
【００１４】
【作用】
上述の様に構成される本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置によれば、単列の玉軸受を所望位置に組み付けた後、予圧を付与できる。この為、軸受部分の耐久性確保とターボ機械の性能確保とを両立させる事ができる。即ち、単列の玉軸受を構成する外輪と内輪とを、互いの中心軸同士を一致させ、予圧を付与していない状態で所定位置に組み付ける事で、これら外輪及び内輪と玉とを損傷する事なく、組み付け作業を行なえる。そして、組み付け後に上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸とを相対的に傾斜させれば、玉軸受を構成する複数の玉のうちの一部の玉の転動面が外輪軌道と内輪軌道との間で挟持されて、予圧を付与された状態となる。この結果、上記外輪と内輪とが、ラジアル方向及びアキシャル方向に亙るがたつきなく、相対回転自在に組み合わされる。上記複数の玉のうちの残りの玉の転動面は、外輪軌道と内輪軌道との間で挟持されず、これら残りの玉への予圧付与は行なわれない。勿論、予圧を付与された一部の玉と予圧を付与されない残りの玉とは、上記外輪と内輪との相対回転に伴って次々に入れ替わる。
【００１５】
又、上記一部の玉に付与する予圧の大きさ（玉軸受内部に発生する予圧量）は、上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸との傾斜角度を調整する事で、自由に調節できる。又、ラジアル剛性、アキシャル剛性、モーメント剛性に関しては、上記一部の玉の総てがこれら各剛性の向上に寄与する為、十分に確保できる。尚、本発明の効果をより多く得る為には、外輪軌道と内輪軌道との一方が転動面と２個所で当接し、他方が１個所で接触する、所謂３点接触型の玉軸受、或は外輪軌道と内輪軌道との両方が転動面と２個所ずつで当接する所謂４点接触型の玉軸受を使用する事が効果がある。これら３点接触型、或は４点接触型の玉軸受は、一般的な（転動面と外輪軌道及び内輪軌道とが１点ずつで接触する）深溝型の玉軸受に比べて、同じ予圧量を得る為に必要な傾斜角度が小さくて済む。従って、一般的な深溝型玉軸受を使用した場合に比べて、他の条件を同じとした場合に、アキシャル剛性及びモーメント剛性を高くできる。
【００１６】
【実施例】
図１〜２は本発明の第一実施例を示している。本実施例は、一般的な深溝型の玉軸受９を使用して、所定部分に装着後、この玉軸受９に予圧を付与した場合を示している。本発明を実施する場合、この玉軸受９を構成する内輪１０を例えば回転軸の外周面に外嵌固定し、同じく外輪１１を例えばハウジングの内周面に内嵌固定する。この嵌合固定作業の際には、これら内輪１０の中心軸と外輪１１の中心軸とは互いに一致させたままにする。又、複数の玉１２、１２には、何れも予圧を付与していない。即ち、総ての玉１２、１２の転動面と内輪１０外周面の内輪軌道１３と外輪１１内周面の外輪軌道１４とは、非接触若しくは軽く当接しているのみである。従って、上記嵌合固定作業に伴って上記玉１２、１２に過大な予圧付与が行なわれたり、或は玉１２、１２が傷んだりする可能性はない。
【００１７】
上述の様に、互いの中心軸を一致させた状態で、内輪１０と外輪１１とを所定位置に嵌合固定したならば、内輪１０の中心軸と外輪１１の中心軸との少なくとも一方を変位させ、これら両中心軸同士を相対的に傾斜させる。図１〜２の実施例では、内輪１０を矢印イ方向に少し傾斜させた状態を考える。この様に内輪１０を傾斜させる結果、上記内輪軌道１３の一部が、上記複数の玉１２、１２のうちの一部の玉１２、１２の転動面の一部に押し付けられ、当該玉１２、１２の転動面の直径方向反対位置が上記外輪軌道１４に押し付けられる。この状態で、上記一部の玉１２、１２には予圧が付与され、各玉１２、１２と内輪軌道１３及び外輪軌道１４との接触角がαｉ となる。上記両中心軸同士が傾斜している為、この接触角αｉ は各玉１２、１２毎に一様ではなく、円周方向位置に応じて変化する。そして、各軌道１３、１４から玉１２、１２に加わる荷重（＝転動体荷重＝アキシャル荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重）も、上記接触角αｉ に応じて変化する。
【００１８】
例えば、図１（Ａ）に矢印イで示す様に内輪１０を傾斜させた場合に、玉１２、１２の円周方向位置と接触角αｉ 及び転動体荷重Ｑｉ との関係は、図２に示す様になる。この図２の横軸は、玉１２、１２の円周方向位置（図１（Ｂ）参照）を表す角度ψである。この図２から明らかな通り、傾斜方向に位置する玉１２、１２の接触角αｉ 及び転動体荷重Ｑｉ が大きくなるが、傾斜方向に対して９０度側方に位置する玉１２、１２の接触角αｉ 及び転動体荷重Ｑｉ は小さくなる。接触角αｉ が大きな玉１２、１２は比較的大きな予圧が付与された状態であり、接触角αｉ が小さな玉１２、１２は、付与された予圧が小さいか、或は全く予圧が付与されていない（接触角αｉ ＝０の玉１２）状態である。尚、図２の縦軸には接触角αｉ の絶対値を示しており、方向は示していない。例えば、０〜９０度及び２７０〜３６０度の範囲で接触角αｉ の方向は互いに同じであるが、９０〜２７０度の範囲ではこれとは逆方向になる。従って、単列の玉軸受であるが、両方向のアキシャル荷重を支承できる。
【００１９】
例えば、上記玉軸受９を、スクリューコンプレッサ等のターボ機械に組み込んだ場合、この玉軸受９にはスラスト荷重が加わる。これに対して、本発明の方法により予圧を付与された玉軸受９では、単列の玉軸受であるにも拘らず、両方向のアキシャル荷重を支承できる。しかも、アキシャル方向の転動体荷重Ｑｉ が大きな玉１２、１２程接触角αｉ も大きくなる為、一部の玉１２、１２のみで大きなスラスト荷重を十分に支持できる。言い換えれば、スラスト荷重を一部の玉１２、１２のみで支承しても、十分な負荷容量を確保して、焼き付き等の故障の発生を防止できる。
【００２０】
尚、上記中心軸を傾斜させる方向とラジアル荷重が加わる方向との関係は特に定めないが、ラジアル剛性を確保する面からは、これら両方向に互いに一致させる事が好ましい。元々ラジアル荷重は、荷重の作用方向前側と後側とに位置する玉１２、１２が主として支承し、作用方向両側に位置する玉１２、１２は殆ど若しくは全く支承しない。従って、本発明がラジアル荷重支承に関して、従来に比べて不利になる事はない。又、ラジアル荷重とアキシャル荷重とが合わさって、玉１２、１２の転動面と内輪軌道１３及び外輪軌道１４との当接部の面圧が上昇するのを防止し、玉軸受９の耐久性向上を図る為には、上記両方向を互いに９０度ずらせても良い。
【００２１】
次に、図３〜６は本発明の第二実施例を示している。本実施例の場合には、内輪１０ａ外周面の内輪軌道１３ａと玉１２の転動面とが２個所で接触し、外輪１１内周面の外輪軌道１４と転動面とが１個所のみで接触する、所謂３点接触型の玉軸受９ａで、本発明を実施する状態を示している。上記内輪１０ａは、１対の内輪素子１５ａ、１５ｂの端面同士を突き合わせる状態に組み合わせる事で、深溝型の上記内輪軌道１３ａを形成している。そして、図５に示す様に、上記玉１２の転動面がこの内輪軌道１３ａに均一に当接した状態では、この玉１２と内輪軌道１３ａとの接触角は、レストアングルであるαｒ となる。
【００２２】
この様な３点接触型の玉軸受９ａを例えばハウジングの内周面と回転軸の外周面との間に組み付けた後、上記内輪１０ａを図３に矢印ロで示す方向に傾斜させると、前述した第一実施例と同様に、複数の玉のうちの一部の玉１２に予圧が付与される。特に、本実施例の場合には、玉１２の接触角が内輪軌道１３ａに対するものと外輪軌道１４に対するものとで相違する。即ち、各玉１２と内輪軌道１３ａとの接触角はαｉ となり、各玉１２と外輪軌道１４との接触角はαｅ となる。そして、玉１２と内輪軌道１３ａとの接触角αｉ は、円周方向に亙って図４に示す様に変化し、玉１２と外輪軌道１４との接触角αｅ は、円周方向に亙って図６に示す様に変化する。そして、上記内輪軌道１３ａ、外輪軌道１４から各玉１２に加わる転動体荷重Ｑｉ 、Ｑｅ も、図４、６に示す様に、上記接触角αｉ 、αｅ に応じて変化する。
【００２３】
尚、本実施例の場合、内輪軌道１３ａ側の接触角αｉ は、前記レストアングルαｒ よりも小さくはならない。又、上記内輪側での転動体荷重Ｑｉ は、上記内輪１０ａを構成する１対の内輪素子１５ａ、１５ｂのうちの一方の内輪素子のみが支承するのではなく、円周方向位置に応じて異なる内輪素子１５ａ、１５ｂが、上記転動体荷重Ｑｉ を支承する。例えば、図３で矢印ロ方向に内輪１０ａを傾斜させた場合には、図４のａ範囲では一方（図３の左方）の内輪素子１５ａが上記転動体荷重Ｑｉ を支承し、同じくｂ範囲では他方（図３の右方）の内輪素子１５ｂが上記転動体荷重Ｑｉ を支承する。外輪軌道１４側に関しては、前述した第一実施例と同様である。
【００２４】
次に、図７は、請求項２に対応する本発明の第三実施例として、より具体化された構造を示している。回転軸２の端部には１対の内輪素子１５ａ、１５ｂから成る内輪１０ａを外嵌し、更にナット１６によりこれら両内輪素子１５ａ、１５ｂを段部１７に押し付けて、上記回転軸２に固定している。この回転軸２の周囲には周囲部材であるハウジング３を設け、このハウジング３に形成した円孔１８に、上記回転軸２を挿通している。又、この円孔１８の内側には円筒状のホルダ筒１９を緩く嵌合している。即ち、このホルダ筒１９は、上記円孔１８の内径よりも少しだけ小さな外径を有し、ホルダ筒１９を円孔１８に挿入した状態では、このホルダ筒１９が大きくがたつく事はないが、この円孔１８内で少しだけ傾斜できる様にしている。
【００２５】
この様なホルダ筒１９の端部で上記円孔１８外に突出した部分には、外向フランジ状の鍔部２０を形成し、この鍔部２０の片側面（図７の左側面）と上記ハウジング３の外端面（図７の右端面）とを対向させている。又、上記ホルダ筒１９には外輪１１を内嵌し、ナット２１によりこの外輪１１を係止鍔部２２に押し付けて、この外輪１１を上記ホルダ筒１９に固定している。上記内輪１０ａの外周面に全周に亙って形成された深溝型の内輪軌道１３ａ、１３ｂと上記外輪１１の内周面に全周に亙って形成された深溝型の外輪軌道１４との間には複数の玉１２、１２を、転動自在に設けている。更に、上記鍔部２０の片側面と上記ハウジング３の外端面との間にはスペーサ２３を、円周方向一部のみ挟持している。従って、上記内輪１０ａの中心軸と上記外輪１１の中心軸とは、このスペーサ２３の厚さに応じた分だけ傾斜している。この様に傾斜した状態で上記鍔部２０は上記ハウジング３の外端面に、ボルト等により結合固定している。尚、図示は省略したが、必要に応じて上記複数の玉１２、１２は、円環状の保持器に設けたポケットの内側に転動自在に保持する。
【００２６】
本実施例は、この様に構成する為、回転軸２とハウジング３との間に玉軸受９ａを装着した後、この玉軸受９ａを構成する内輪１０ａの中心軸と上記外輪１１の中心軸とを傾斜させて予圧を付与する作業を、容易且つ確実に行なえる。尚、この様に内輪１０ａの中心軸と上記外輪１１の中心軸とを傾斜させる事で発生する各玉１２、１２間の接触角の相違は、玉とポケットとの間に干渉力を発生させたり、各玉１２、１２の転動面と内輪軌道１３ａと外輪軌道１４との間に滑りを発生させる原因となる。この様な問題に対しては、ポケット形状の変更（円周方向に長いポケットを形成する）、最適材料の組み合わせを採用する（内輪１０、１０ａ、外輪１１と玉１２、１２とを耐摩耗性材料により構成したり、或は異種材料同士を接触させる組み合わせを採用する）事で、次述する実験結果からも明らかな通り、実用上問題のないレベルにできる。
【００２７】
図８は本発明が玉軸受の耐久性に及ぼす影響を知る為に行なった実験に使用した玉軸受を、図９〜１０はその実験の結果を、それぞれ表している。実験に使用した玉軸受９ａは、図８から明らかな通り、１対の内輪素子１５ａ、１５ｂにより構成される内輪１０ａを備えた、３点接触型の玉軸受である。内輪１０ａ及び外輪１１は耐熱軸受鋼（Ｍ５０）により造り、玉１２はセラミック（窒化珪素）により造った。玉１２の外径は１４．２８８ｍｍ、内輪１０ａの内径は６０ｍｍ、幅は２６．５ｍｍ、外輪１１の外径は１１０ｍｍ、幅は２１ｍｍとし、玉の数は１６個とした。
【００２８】
この様な玉軸受９ａを構成する外輪１１の中心軸を、図７に示す様な構造により、内輪１０ａの中心軸に対して２０分傾斜させ、次の条件で１００時間の連続運転をし、試験前後に於ける各部の表面形状を精密粗さ計で測定した。尚、範囲のある値は、その範囲内で変動させた事を表す。
回転数 １００００〜２２０００ｒ．ｐ．ｍ．
ラジアル荷重 ５０〜１５０ｋｇｆ
スラスト荷重 ０ｋｇｆ
給油温度 ４０℃
給油量 ３リットル／ｍｉｎ
【００２９】
実験結果を表す図９〜１０のうち、図９は試験前の表面形状を、図１０は試験後の表面形状を、それぞれ表している。又、各図の（Ａ）は内輪軌道１３ａの表面形状を、（Ｂ）は同じく内輪軌道１３ｂの表面形状を、（Ｃ）は外輪軌道１４の表面形状を、それぞれ表している。各図の縦軸は表面の凹凸を約２０００倍に拡大して示している。又、横軸は各軌道の曲率中心に対する角度を表すもので、１度が約１ｍｍに対応している。試験後の表面形状を表している図１０と試験前の表面形状を表している図９とを比較すれば明らかな通り、本発明によって各部の摩耗が促進される事は殆どない。又、各玉１２にも全く異常は見られなかった。これらの事から、本発明が十分に実用的な予圧付与方法である事が分る。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、軸受部分の耐久性確保とターボ機械の性能確保とを両立させる事ができる。又、単列の玉軸受で構成できる為、組み合わせ軸受により軸受装置を構成する場合に比べて軸方向寸法が小さくなり、ターボ機械の小型軽量化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示しており、（Ａ）は玉軸受の部分断面図、（Ｂ）は玉の配列状態を（Ａ）の側方から見た状態で示す図。
【図２】玉の位置と接触角及び転動体荷重との関係を示す線図。
【図３】本発明の第二実施例を示す、玉軸受の部分断面図。
【図４】玉の位置と内輪側での接触角及び転動体荷重との関係を示す線図。
【図５】内輪の中心軸と外輪の中心軸とが一致した状態での接触角の状態を示す、玉軸受の部分断面図。
【図６】玉の位置と外輪側での接触角及び転動体荷重との関係を示す線図。
【図７】本発明の第三実施例を示す断面図。
【図８】実験に使用した玉軸受の部分断面図。
【図９】試験前の表面形状を示す線図。
【図１０】試験後の表面形状を示す線図。
【図１１】従来の軸受装置を組み込んだスクリューコンプレッサの要部断面図。
【符号の説明】
１ ロータ
２ 回転軸
３ ハウジング
４、５ 玉軸受
６ 玉
７ 内輪
８ 外輪
９、９ａ 玉軸受
１０、１０ａ 内輪
１１ 外輪
１２ 玉
１３、１３ａ、１３ｂ 内輪軌道
１４ 外輪軌道
１５ａ、１５ｂ 内輪素子
１６ ナット
１７ 段部
１８ 円孔
１９ ホルダ筒
２０ 鍔部
２１ ナット
２２ 係止鍔部
２３ スぺーサ
Claims (2)
- 内周面に深溝型の外輪軌道を有する外輪と、外周面に深溝型の内輪軌道を有する内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の玉とを備えたラジアル玉軸受に予圧を付与すべく、上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸とを相対的に傾斜させる事により、上記複数の玉のうちの一部の玉の転動面と上記外輪軌道及び内輪軌道との間のラジアル方向及びアキシャル方向の正の隙間をなくす事を特徴とするラジアル玉軸受の予圧付与方法。
- 軸に外嵌固定された内輪と、この軸の周囲にこの軸に対する相対回転自在に配置された周囲部材と、この周囲部材に形成されて上記軸が挿通された円孔と、この円孔の内側に緩く嵌合した円筒状のホルダ筒と、このホルダ筒の端部で上記円孔外に突出した部分に形成された鍔部と、上記ホルダ筒に内嵌固定された外輪と、上記内輪の外周面に全周に亙って形成された深溝型の内輪軌道と、上記外輪の内周面に全周に亙って形成された深溝型の外輪軌道と、この外輪軌道と上記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の玉と、上記鍔部と上記周囲部材の外端面との間の円周方向一部にのみ挟持されたスペーサとを備え、このスペーサの厚さに応じた分だけ上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸とが傾斜している、予圧を付与されたラジアル玉軸受装置。
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|---|---|---|---|
| JP08048195A JP3572710B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | ラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08048195A JP3572710B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | ラジアル玉軸受の予圧付与方法と予圧を付与されたラジアル玉軸受装置 |
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-
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| JPH08277837A (ja) | 1996-10-22 |
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