JP4156623B2

JP4156623B2 - 超薄肉形転がり軸受およびその保持器

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Publication number: JP4156623B2
Application number: JP2005378703A
Authority: JP
Inventors: 梅光小林
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: JP2006177559A

Description

本発明は、産業用ロボット、工作機械、医療機器などに使用される超薄肉形の転がり軸受、および当該軸受の保持器に関する。

図８に、医療機器の一種であるＣＴスキャナ装置の一例を示す。図示のようにＣＴスキャナ装置では、Ｘ線管装置20で発生したＸ線を、その強度分布を一様ならしめるウェッジフィルター21、強度分布を制限するスリット22を介して被写体23に照射する。被写体23を通過したＸ線は検出器24で受けられ、電気信号に変換されて図示しないコンピューターに送られる。Ｘ線管装置20、ウェッジフィルター21、スリット22、検出器24などの各部品は、軸受25を介して固定架台26に回転自在に支持された略円筒状の回転架台27に装着され、この回転架台27の回転駆動によって被写体23の周囲を回転する。ＣＴスキャナ装置では、互いに対向させたＸ線管装置20および検出器24の被写体23まわりの回転運動により、被写体23の検査断面内のあらゆる点の全ての角度をカバーする投影データを得て、これらのデータから予めプログラムされた再構成プログラムにより断層画像を得る。

このＣＴスキャナ装置においては、固定架台26の内周面が被写体23が入る程度の大径（概ね直径１ｍ程度）に形成されるため、固定架台26と回転架台27の間の軸受部25には、直径に対して断面が著しく小さい、いわゆる超薄肉形転がり軸受が使用される。この超薄肉形転がり軸受の中でも特に１２０ｒｐｍ程度以上の高速回転で使用する場合は、図９に示すように２つのアンギュラ玉軸受Ｘ、Ｙを組合わせたいわゆる組合わせアンギュラ玉軸受が使用される。図示例の組合わせアンギュラ玉軸受は、２つのアンギュラ玉軸受Ｘ、Ｙの背面（スラスト荷重を負荷できる面）同士を接触させたいわゆる背面組合わせであり、一方の軸受Ｘの外輪31（外方部材）と他方の軸受Ｙの内輪32（内方部材）とに互いに向き合う方向の加圧力を作用させ、軸受内部に適正な予圧を付与して使用される。

従来では、一方の架台（例えば回転架台27）に外環体33を、他方の架台（例えば固定架台26）に内環体34をそれぞれねじ止めし、さらに外環体33の内周面に２つの軸受Ｘ、Ｙの各外輪31を、内環体34の外周面に２つの軸受Ｘ、Ｙの各内輪32をそれぞれ嵌合して、回転架台27を回転自在に支持している。内環体34の一端側と外環体33の他端側とにはそれぞれ締付けねじ35を用いて押え部材36が固定されており、この押え部材36で外輪31端面や内輪32端面を押圧し、かつその反対側の端面を外環体33および内環体34に設けた肩部33ａ、34ａで受けることによって軸受内部に予圧が負荷されている。

従来、上記ＣＴスキャナ装置用の超薄肉型転がり軸受には、保持器４’として樹脂製のものが使用されている。この樹脂製保持器４’は、図１０（ａ）に示すように、断面円弧状の複数のセグメント40’を円周方向でつなぎ合わせて環状にした分割型であり、従来では、同図（ｂ）に示すように各セグメント40’の両端に凹状もしくは凸状の嵌合部44ａ’、44ｂ’を形成し、この凹状もしくは凸状嵌合部44ａ’、44ｂ’を結合相手となるセグメント端部の凸状もしくは凹状嵌合部44ｂ’、44ａ’に嵌合し、円周方向で互いに係合させて各セグメント40’を結合している。

従来のＣＴスキャナ装置用超薄肉形転がり軸受は、上記のように外輪31や内輪32などの軸受部品の他、外環体33や内環体34、押え部材36などの数多くの部品で組立てられている。このように多くの部品を必要とするがゆえに組立時には各部品精度が加算されて全体の精度が大きく低下しやすく、そのため各部品には厳しい精度管理が要求されている。また、軸受部がごく薄肉であり、外環体や内環体の真円度が僅かでも狂えば軸受軌道輪がその形状に沿ってたわみ、軸受性能に悪影響を与えるので、外環体や内環体も高精度に仕上げる必要がある。以上から、従来では軸受の部品コストや組立コストが高騰しており、コスト低減が強く望まれている。

また、従来の樹脂保持器では、上記のように凹凸嵌合部を嵌合させてセグメント同士を結合しているが、樹脂成形の際の成形誤差によって凹凸嵌合部のハメアイがルーズになる場合がある。この場合、個々のセグメントが内径側や外径側にずれやすくなり、回転数の増大時に振動の発生源となるおそれがある。この問題を解消するには、凹凸嵌合部を高精度に成形すればよいが、その実現には成形型の修正などの多くの手間を要し、高コスト化を招く。

そこで、本発明は、部品点数の削減により製造コストの低減を図ることを目的とする。また、分割型保持器の結合部の円周方向および半径方向のずれを低コストにかつ確実に防止可能とすることも目的とする。

上記目的の達成のため、本発明にかかる超薄肉形転がり軸受は、外方部材と、外方部材の内周側に配置した内方部材と、内方部材および外方部材間に介装され、ピッチ円径との比が０．０３以下の径で形成された複数の転動体と、各転動体を保持する複数のポケットを有し、複数の樹脂製セグメントを結合して環状に形成され、各セグメントの隣り合うセグメントとの結合部に、円周方向で相手側と凹凸係合する凹凸何れかの形状からなる円周方向嵌合部と、セグメントの内周面および外周面から離隔した半径方向一部領域に形成された突起とこの突起に適合する凹部の何れかからなり、内・外径双方の半径方向で相手側と凹凸係合する半径方向嵌合部とが設けられ、各結合部で、円周方向嵌合部の軸方向両側に円周方向嵌合部と独立して半径方向嵌合部を配した保持器とを具備することを特徴とするものである。

上記外方部材および内方部材のうちの何れか一方は、被写体の周囲を回転するＣＴスキャナ装置の回転架台に、他方は当該装置の固定架台にそれぞれ固定することができる。

また、本発明にかかる超薄肉形転がり軸受用保持器は、転動体径とピッチ円径との比が０．０３以下の超薄型転がり軸受に使用され、転動体を保持する複数のポケットを備える保持器であって、樹脂製の複数のセグメントを結合して環状に形成され、各セグメントの隣り合うセグメントとの結合部に、円周方向で相手側と凹凸係合する凹凸何れかの形状からなる円周方向嵌合部と、セグメントの内周面および外周面から離隔した半径方向一部領域に形成された突起とこの突起に適合する凹部の何れかからなり、内・外径双方の半径方向で相手側と凹凸係合する半径方向嵌合部とが設けられ、各結合部で、円周方向嵌合部の軸方向両側に円周方向嵌合部と独立して半径方向嵌合部を配したことを特徴とするものである。

以上のように本発明によれば、セグメントの隣り合うセグメントとの結合部に、円周方向および半径方向で相手側セグメントの結合部と凹凸係合する嵌合部を設けることにより、セグメント同士の結合部間に締め代が付与され、セグメント同士の結合部分が円周方向および半径方向の二方向から係止される。従って、セグメント同士を確実に結合することができ、増速時にも保持器が異音の発生源となることはない。

以下、本発明の実施形態を図１乃至図９に基づいて説明する。

図１は、図８に示すＣＴスキャナ装置の軸受２５の構造を示すものである。この軸受２５は、リング状の外方部材１と、外方部材１の内周側に同心配置した同じくリング状の内方部材２と、内方部材２と外方部材１との間に介装した転動体３と、転動体３を円周方向等間隔で保持する保持器４と、軸受の両端開口部を密封するシール5a、5bを形成するシールワッシャ１２ａ、１２ｂと、軸受内部に予圧を付与するための予圧付与手段Ｓとを主な構成要素とする。

この軸受25は、転動体３の列数を２列とした複列軸受であり、本実施形態では、転動体としてのボール３を２列に配置した複列アンギュラ玉軸受を例示する。両軸受部分の組合わせは、図９に示す背面組合わせと同じであり、転動体荷重の作用線Ｑの交点はピッチ円Ｐの外側にある。両軸受部の接触角（転動体荷重の方向と軸受の中心軸に垂直な平面とのなす角）は、例えば３０°とされる。

この複列アンギュラ玉軸受は、ボール３の径（直径）ｄＢとピッチ円径（直径）ＰＣＤとの比φを０．０３以下（φ＝ｄＢ／ＰＣＤ≦０．０３）とした超薄肉形転がり軸受であり、例えばボール直径は１／２インチ（１２．７mm）、ＰＣＤは１０４１．４mm 、両者の比φは０．０１２に設定される。

外方部材１は、図９に示す従来品の外輪31と外環体33とを一体化した構造であり、その内周面にはボール３が転動する軌道面1cがボール３の列数に対応して複列に形成されている。

内方部材２は、従来品の一方の内輪32と内環体34とを一体化した構造の環状部材2aと、環状部材2aの外周に嵌合したリング状の嵌合部材2bとで構成される。環状部材2aの一端部外周面には他所より小径の段部２a1があり、この段部２a1に嵌合部材2bが嵌合固定される。環状部材2aおよび嵌合部材2bの外周面にはそれぞれ軌道面2cが形成されており、この２つの軌道面２ｃと外方部材１の複列の軌道面1cとの間にそれぞれボール３が介装されている。

予圧付与手段Ｓは、嵌合部材2bの軸受内部側への加圧により軸受内部に適正な予圧を付与するもので、例えば以下のように構成される。

嵌合部材2bは、環状部材2aに対し、後述する押え部材６の締込みで移動可能となる程度の緩いハメアイで嵌合固定される。押え部材６の締込み前は、環状部材2aの肩部２a2と嵌合部材2bの他端側（図面左側）の端面２b1との間に軸方向の隙間ｔがあり、かつ嵌合部材2bの一端側（図面右側）の端面２b2は、環状部材2aの一端側端面２a3よりも僅かに軸方向に突出している。この時の突出量は軸方向隙間ｔの幅と同じかあるいはこれよりも僅かに大きい。

外方部材１の一端側の端面には、取付け孔８が形成され、この取付け孔８に図示しないボルト等をねじ込むことによって、外方部材１が図８に示すＣＴスキャナ装置の回転架台27に固定される。内方部材２の他端側の端面（本実施形態では環状部材2aの他端側端面）にも同様に取付け孔９が設けられており、この取付け孔９に図示しないボルト等をねじ込むことによって内方部材２が固定架台26に固定される。以上から、外方部材１が回転架台27と共に回転する回転部材となり、内方部材２を構成する環状部材2aおよび嵌合部材2bが非回転の固定部材となる。ＣＴスキャナ装置の構造によっては、上記とは逆に外方部材１を非回転の固定側、内方部材２を回転架台27と共に回転する回転側とすることもできる。

環状部材2aの一端側の端面には、リング状の押え部材６がボルト等の締結手段７を用いて固定される。押え部材６の外径端は、嵌合部材2bの外周面とほぼ同一レベルにある。押え部材６の外径端の対向位置に上記一対のシールのうちの一端側のシール5aがある。

以上の構成において、締結手段７を締め込むと、押え部材６が嵌合部材2bを加圧してこれを軸受内部側に押し込む。これにより上記予圧付与手段Ｓが機能し、軸方向隙間ｔが縮小すると共に、加圧力がボール３を介して外方部材１に伝達され、外方部材１を軸方向他端側に押し込む。従って、双方の軸受部分で軸受すきまが殺され、予圧が付与される。軸方向隙間ｔが０になるまで嵌合部材2bを押し込んだところで所定の予圧量が得られるよう、当初の軸方向隙間ｔの幅を予め設定しておくことにより、予圧調整を高精度にかつ簡単な作業で行うことができる。この他、締結手段７の締付けトルクを管理する等の方法により、軸受部に定圧予圧を付与することもできる（この場合、予圧付与後の軸方向隙間ｔは０になるとは限らない）。

上記の構造であれば、図９に示す従来品に比べて外輪31や一方の押え部材36の分だけ部品点数を削減できるので、部品コストや組立コストを削減することができる。また、部品数が少ないが故に高精度を出しやすく、そのような精度を出すための仕上げ加工を簡略化することもできる。従って、さらなる低コスト化および高精度化が達成される。

図２に本発明の他の実施形態を示す。この軸受も図１と同様にボール径ｄB とピッチ円径ＰＣＤとの比φを０．０３以下とした超薄肉形の複列アンギュラ玉軸受である。この軸受は、環状部材2aの外周面に設けた段部２a1に一対の嵌合部材2bを嵌合したもので、各嵌合部材2bの外周面にそれぞれ軌道面2cが設けられている。他端側の嵌合部材2bは、環状部材2aの他端外周部に設けた肩部２a2で係止される。両嵌合部材2b間には軸方向の隙間ｔがあり、この隙間ｔが縮小するように押え部材６を締め込むことにより、予圧付与手段Ｓが機能し、軸受内部に所定の予圧が付与される。

図２では、軸受の両端開口部を密封する非接触型シール5a、5bを、環状部材2aおよび押え部材６の外径端を外径側に延ばし、外方部材１の内周面に近接させて構成した場合を図示しているが、図１と同様に外方部材１にシールワッシャ１２ａ、１２ｂなどの非接触型シール部材を取付けてもよい。もちろん接触型シールを採用することもできる。外方部材１の内周面であってシール5a、5bと両軌道面1cとの間には環状の油溝10が設けられ、この油溝10と対向する環状部材2aおよび押え部材６の各外周面には、肉取りにより油溜り11が形成されている。以上、図１との相違点を中心に説明したが、これ以外の構成、作用効果、および変形例等は図１の実施形態と概ね同様であるので、共通部分には同一参照番号を付して重複説明を省略する。

上記複列アンギュラ玉軸受の保持器４は、図１０（ａ）に示す従来品と同様に分割型の樹脂製保持器で、断面円弧型の複数のセグメント40を円周方向につなぎ合わせて環状に形成される。

図３はセグメント40を展開した平面図である。図示例のセグメント40は、環状体を円周方向の複数箇所で分割した円弧形状をなす基部41と、基部41から軸方向の一方に延びる柱部42と、隣り合った柱部42間に設けられた複数のポケット43ａ、43ｂとを備えている。柱部42はボール３のピッチ円Ｐを超えて軸方向の一方に延びている。図示例のポケット43ａ、43ｂは二種類の形状をもっており、そのうちの一方はポケット中心よりもポケット開口側の壁面を平面視で凹状円弧面にした第一ポケット43ａで、他方は当該壁面を軸方向のストレート面にした第二ポケット43ｂである。第一ポケット43ａと第二ポケット43ｂは円周方向に交互に設けられる。何れのポケット43ａ、43ｂの壁面も半径方向の断面は、ポケット中心を曲率中心とする凹曲面である。ポケット43ａ、43ｂへのボール３の収容は、ポケット43ａ、43ｂの軸方向開口部からポケット奥部側にボール３を押し込むことによって行われる。この時、第一ポケット43ａでは、入口側の柱部42を押し広げながらボール３を押し込む必要があるが、第二ポケット43ｂではそのような手間を必要としないので、保持器４へのボール３の組込み工程を簡略化することができる。なお、上述したポケット43ａ、43ｂの形状や構造は例示にすぎず、例えばポケットを単一形状とするなど、軸受の使用条件等に応じて種々の形状、構造のポケットが使用可能である。

各セグメント40の両端には、隣り合うセグメントと結合するための結合部Ａ、Ｂが設けられる。結合部Ａ、Ｂの形状には２種類あり、各セグメント40の両端にそれぞれ何れか一方の結合部が設けられる。両結合部Ａ、Ｂには、結合相手となるセグメントの結合部と円周方向および半径方向で凹凸係合する二種類の嵌合部、すなわち円周方向で凹凸係合する円周方向嵌合部44ａ、44ｂと、半径方向で凹凸係合する半径方向嵌合部45ａ、45ｂとがそれぞれ設けられる（図４および図５参照）。

一方の結合部（図３のＡ）の円周方向嵌合部44ａは、先端側を幅広にした凸状をなし、例えば図４に示すように、半径方向に延びるほぼ円筒面状の係合部46と、係合部46より軸方向幅の狭い幅狭部47とで構成される。また、当該結合部Ａの半径方向嵌合部45ａは凹状をなし、上記凸状の円周方向嵌合部44ａの軸方向両側でかつ保持器４の半径方向一部領域（例えば半径方向の中央部）に形成される。凸状の円周方向嵌合部44ａは、先端側を幅広にした形状であれば他の形状（例えば台形）であってもよく、また、凹状の半径方向係合部45ａは、保持器４の半径方向の一部領域が凹んでいるのであれば、その形状は特に問わない。

図５に示すように、他方の結合部Ｂの円周方向嵌合部44ｂは、上記凸状の円周方向嵌合部44ａに適合する凹状に形成される。また、当該結合部Ｂの半径方向嵌合部45ｂは、上記凹状の半径方向嵌合部44ａに適合する凸状に形成される。

上記構成において隣り合うセグメント同士の結合は、例えば一方の結合部（例えばＡ）を他方の結合部（例えばＢ）に対し、半径方向に押し込むことによって行われる。結合後は、円周方向嵌合部44ａ、44ｂの凹凸係合によりセグメント同士の円周方向の分離が防止され、半径方向嵌合部45ａ、45ｂの凹凸係合により、半径方向の分離が防止される。この時、仮に円周方向嵌合部44ａ、44ｂのハメアイがルーズであっても半径方向嵌合部45ａ、45ｂ同士の嵌合により、結合部Ａ、Ｂ間に締め代が付与されるので、セグメント40同士でぐらつきを生じることなく、両者を確実に結合することができる。

図４および図５では、一方の結合部（例えばＡ）において、円周方向嵌合部44ａ半径方向嵌合部45ａを凹状と凸状の組合わせとしているが、双方の嵌合部44ａ、45ａを凹状に、あるいは凸状に形成することもできる。

図６および図７に上記結合部Ａ、Ｂの他の構造を参考例として示す。図４および図５では、両結合部Ａ、Ｂにおいて、円周方向嵌合部と半径方向嵌合部（44ａ、45ａ）（44ｂ、45ｂ）とを別体に設けた場合を説明したが、図６および図７は両結合部Ａ、Ｂで円周方向および半径方向嵌合部（44ａ、45ａ）（44ｂ、45ｂ）を一体に設けたものであり、図４および図５と同様の効果が奏される。図面では、一方の結合部（例えばＡ）の両嵌合部44ａ、45ａを何れも凸状としているが、何れか一方の嵌合部を凹状にすることもできる。

本発明にかかる超薄肉形転がり軸受の断面図である。他の実施形態を示す断面図である。保持器を構成するセグメントの展開平面図である。セグメントの一方の結合部を示す拡大図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図はａ図中のｂ矢視方向からみた図である。セグメントの他方の結合部を示す拡大図で、（ｂ）図は平面図、（ａ）図はｂ図中のａ矢視方向からみた図である。セグメントの一方の結合部を示す拡大図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図はａ図中のｂ矢視方向からみた図である。セグメントの他方の結合部を示す拡大図で、（ｂ）図は平面図、（ａ）図はｂ図中のａ矢視方向からみた正面図である。ＣＴスキャナ装置の断面図である。従来の超薄肉形転がり軸受の断面図である。（ａ）図は保持器の側面図、（ｂ）図はａ図中のｂ矢視方向からみた平面図である。

符号の説明

１外方部材
２内方部材
３転動体（ボール）
４保持器
６押え部材
40 セグメント
44ａ円周方向嵌合部
44ｂ円周方向嵌合部
45ａ半径方向嵌合部
45ｂ半径方向嵌合部
Ａ結合部
Ｂ結合部
ｔ軸方向隙間
ｄＢボール径
ＰＣＤピッチ円径
Ｓ予圧付与手段

Claims

外方部材と、
外方部材の内周側に配置した内方部材と、
内方部材および外方部材間に介装され、ピッチ円径との比が０．０３以下の径で形成された複数の転動体と、
各転動体を保持する複数のポケットを有し、複数の樹脂製セグメントを結合して環状に形成され、各セグメントの隣り合うセグメントとの結合部に、円周方向で相手側と凹凸係合する凹凸何れかの形状からなる円周方向嵌合部と、セグメントの内周面および外周面から離隔した半径方向一部領域に形成された突起とこの突起に適合する凹部の何れかからなり、内・外径双方の半径方向で相手側と凹凸係合する半径方向嵌合部とが設けられ、各結合部で、円周方向嵌合部の軸方向両側に円周方向嵌合部と独立して半径方向嵌合部を配した保持器とを具備することを特徴とする超薄肉形転がり軸受。
上記外方部材および内方部材のうちの何れか一方が、被写体の周囲を回転するＣＴスキャナ装置の回転架台に、他方が当該装置の固定架台にそれぞれ固定されている請求項１記載の超薄肉形転がり軸受。
転動体径とピッチ円径との比が０．０３以下の超薄型転がり軸受に使用され、転動体を保持する複数のポケットを備える保持器であって、
樹脂製の複数のセグメントを結合して環状に形成され、各セグメントの隣り合うセグメントとの結合部に、円周方向で相手側と凹凸係合する凹凸何れかの形状からなる円周方向嵌合部と、セグメントの内周面および外周面から離隔した半径方向一部領域に形成された突起とこの突起に適合する凹部の何れかからなり、内・外径双方の半径方向で相手側と凹凸係合する半径方向嵌合部とが設けられ、各結合部で、円周方向嵌合部の軸方向両側に円周方向嵌合部と独立して半径方向嵌合部を配したことを特徴とする超薄肉形転がり軸受用保持器。