JP4433922B2

JP4433922B2 - 軸受装置

Info

Publication number: JP4433922B2
Application number: JP2004216713A
Authority: JP
Inventors: 隆志下川; 晴三宮崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: JP2006038047A

Description

本発明は、例えばスピンドルドラムを有する情報機器(例えば、ＶＴＲ(ビデオテープレコーダ)、ＤＶＣ(デジタルビデオカメラ)、テープストリーマなど)をはじめ各種の回転機構に適用される軸受装置に関し、特に、所定の予圧が設定された軸受装置を軸に圧入して嵌合させる際の予圧変化を防止(低減)すると共に、情報機器(軸受装置)の運転時の温度変化による予圧変化を防止(低減)することが可能な軸受装置に関する。

従来、例えばスピンドルドラムを有する情報機器(回転機構)には各種の軸受装置が組み込まれており、特許文献１に例示したような磁気記録再生装置において、回転ドラム(図示しない)の上部側の回転軸には、予圧が設定された軸受装置が圧入固定されるようになっている。かかる軸受装置は、例えば図２に示すように、回転軸１００に圧入固定されるスリーブ１０２と、スリーブ１０２の外側に一対の転がり軸受104,106を介して固定されるハウジング１０８とを備えて構成されており、ハウジング１０８には、静止側ロータリートランス１１０が固定されるようになっている。この場合、一対の転がり軸受104,106の間には、ハウジング１０８から突出した凸部１０８ａが介在されており、この凸部１０８ａに向けて一対の転がり軸受104,106に予圧を与えることにより、定位置予圧が設定された軸受装置が構成される。

このような軸受装置を回転軸１００に圧入固定した状態において、静止側ロータリートランス１１０は、回転側ロータリートランス(図示しない)に対して微小な隙間で向き合うため、軸受装置には、傾きや振れが極力小さくなるような位置決め精度が要求される。更に、軸受装置の省スペース化(コンパクト化)を図るために軸受スパン(玉間ピッチ)Ｐも短く設定される。なお、軸受スパンＰとは、一対の転がり軸受104,106の配列間隔を転動体112,114の中心間距離で規定した値である。

ところで、上述した軸受装置は、傾きや振れが極力小さくなるような位置決め精度を確保するため、回転軸１００に対して圧入固定される。この場合、回転軸１００とスリーブ１０２との嵌め合いにおける“しめしろ”の大きさにより、設定した予圧が変化(例えば上昇)してしまう場合がある。例えば、軸受装置を回転軸１００に圧入固定する際、スリーブ１０２の膨張に伴って転がり軸受104,106の内輪104a,106aが膨張することにより、設定した予圧が変化(例えば上昇)してしまう場合がある。

また、上述した軸受装置において、スリーブ１０２及び転がり軸受104,106は例えば高炭素クロム鋼で形成されるが、ハウジング１０８には静止側ロータリートランス１１０が固定されるため、非磁性体(例えば、アルミニウム)で形成する必要がある。この場合、例えば情報機器の運転時における軸受装置の温度変化により、設定した予圧が変化(例えば上昇)してしまう場合がある。例えば、軸受装置の温度が上昇すると、スリーブ１０２及び転がり軸受104,106の材質(以下、軸側構成102,104,106の材質という)とハウジング１０８の材質との相違(線膨張係数の相違)により、軸側構成102,104,106の膨張量とハウジング１０８の膨張量とに差が生じる。即ち、転がり軸受104,106の外輪104b,106bが径方向に膨張する(引っ張られる)ことによる予圧の低下量が、短い軸受スパンＰに応じて軸方向に膨張することによる予圧の上昇量を大きく上回ってしまうため、設定した予圧が大きく低下してしまう場合(予圧抜けが生じる場合)がある。
特開２００３−２０３３０２号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、所定の予圧が設定された軸受装置を軸に圧入して嵌合させる際の予圧変化を防止(低減)すると共に、軸受装置の運転時の温度変化による予圧変化を防止(低減)することが可能な軸受装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、所定の予圧に設定した状態で軸に嵌合させる軸受装置であって、軸に圧入して嵌合させる軸嵌合部を有するスリーブと、スリーブの外周に取り付けられる転がり軸受と、転がり軸受に嵌合させる軸受嵌合部を有するハウジングとを備えており、軸嵌合部は、スリーブの内周面から内方に向けて突出して形成され、且つ、当該軸嵌合部の軸方向位置は、転がり軸受の内輪の軌道面から離間して規定されていると共に、スリーブにフランジ部を設けることにより、軸に圧入して嵌合させる軸嵌合部を軸方向２箇所以上に設定し、少なくとも１つの軸嵌合部をフランジ部の軸方向位置に合わせた。具体的には、軸受嵌合部は、転がり軸受の端部領域のみに嵌合する。

本発明の軸受装置によれば、所定の予圧が設定された軸受装置を軸に圧入して嵌合させる際の予圧変化を防止(低減)すると共に、軸受装置の運転時の温度変化による予圧変化を防止(低減)することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る軸受装置について、添付図面を参照して説明する。
本実施の形態の軸受装置は、例えばＶＴＲ、ＤＶＣ、テープストリーマなどの情報機器をはじめ各種の回転機構に適用することが可能であり、所定の予圧が設定された状態で軸(回転軸など)に圧入して嵌合させる際の予圧変化を防止(低減)することができると共に、情報機器(軸受装置)の運転時の温度変化による予圧変化を防止(低減)することができるようになっている。

このような作用効果を実現するために、本実施の形態の軸受装置は、図１(ａ)に示すように、軸(図示しない)に圧入して嵌合させる軸嵌合部２ａ及びフランジ部(軸嵌合部と言っても良い)２ｃを有する中空円筒状のスリーブ２と、スリーブ２の外周に取り付けられる転がり軸受(例えば２個の転がり軸受4,6)と、転がり軸受4,6に嵌合させる軸受嵌合部８ａを有するハウジング８とを備えている。なお、軸嵌合部２ａは、図面上１箇所にのみ設けているが、複数箇所に設けても良い。
軸受嵌合部８ａは、ハウジング８から転がり軸受4,6方向に突出した肉厚形状を成しており、転がり軸受4,6の端部領域4a,6aのみに嵌合するように設定されている。この場合、軸受嵌合部８ａ以外の部分は、転がり軸受4,6に接触しない逃げ部８ｂとして設定されている。

具体的には、転がり軸受4,6は、相対回転可能に配置された内輪１０及び外輪１２と、内輪１０の軌道面１０ｓと外輪１２の軌道面１２ｓとの間に転動自在に配列された複数の転動体(例えば、玉)１４とを備えており、ハウジング８の軸受嵌合部８ａは、内外輪10,12の各軌道面10s,12sに対向した位置を回避した転がり軸受4,6(各外輪１２)の端部領域4a,6aのみに嵌合する。例えば図１(ａ)に示すように、２個の転がり軸受4,6が軸方向に配列して取り付けられている場合、ハウジング８の軸受嵌合部８ａは、隣り合う転がり軸受4,6の各軌道面10s,12sよりも内側に規定された各端部領域4a,6aのみに嵌合する。

なお、軸受嵌合部８ａは、スリーブ２及び転がり軸受4,6と同心円状に形成されているが、この場合、軸受嵌合部８ａの全長に亘って外輪１２の外周面(特に参照符号は付さない)に連続的に嵌合するように形成しても良いし、或いは断続的に嵌合するように形成しても良い。
また、スリーブ２の軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃは、スリーブ２の内周面(特に参照符号は付さない)から内方に向けて突出して形成されていると共に、軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃの肉厚は他の部分よりも厚く設定されている。この場合、スリーブ２の軸嵌合部２ａは、ハウジング８の軸受嵌合部８ａに対向して位置付けることが好ましい。

更に、ハウジング８の軸受嵌合部８ａには、内方に突出した凸部８ｃが設けられおり、この凸部８ｃを挟んで２つの転がり軸受4,6が軸方向に配列して取り付けられている。この場合、スリーブ２とハウジング８とを相対的に移動させると、その移動量に応じて、例えば凸部８ｃにより転がり軸受４の外輪１２が押圧されると同時に、スリーブ２の段部２ｂにより転がり軸受４の内輪１０が押圧されることにより、最適な予圧を設定することができる。

このように最適な予圧に設定した軸受装置を軸(図示しない)に嵌合させる際に、スリーブ２を軸に圧入すると、スリーブ２内周面の軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃが圧入嵌合される。軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃは他の部分よりも肉厚化しているため、その剛性が他の部分よりも高くなっている。このため、圧入嵌合時にスリーブ２に作用する力(軸からの反作用によりスリーブ２を外方に膨張させようとする力)は、軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃにより受け止められ、その殆どが軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃに吸収される。この場合、スリーブ２が膨張することは殆ど無いため、転がり軸受4,6の内輪１０の膨張を抑える(膨張量を少なくする)ことができる。たとえ軸嵌合部２ａで膨張がある程度あっても、両内輪１０の転動体１４の走行位置から離れているため、予圧変化を小さくすることができる。

更に、ハウジング８の軸受嵌合部８ａは、転がり軸受4,6(外輪１２)の端部領域4a,6aのみに嵌合するように設定されており、軸受嵌合部８ａ以外の部分は、外輪１２に接触しない逃げ部８ｂとして設定されている。このため、温度変化によるハウジング８の寸法変化が転がり軸受4,6の変化よりも大きくても、外輪１２の軌道面１２ｓへの影響を小さくでき、予圧変化を小さくすることができる。

このように、スリーブ２の軸嵌合部２ａ及びフランジ部２ｃ並びにハウジング８の軸受嵌合部８ａを構成したことにより、設定した最適な予圧を維持した状態で軸受装置を軸に嵌合させることが可能となり、その際の予圧変化を防止(低減)することができる。

また、上述した軸受装置において、特に、各転がり軸受4,6の複数の転動体１４の中心を結んで形成される仮想円の直径(P.C.D.)が、軸受スパンＰに対して２.５以上の寸法比に設定されていると共に、外輪１２の肉厚よりもハウジング８の肉厚が大きく設定されている場合、ハウジング８の線膨張係数は、外輪１２の線膨張係数に比して０.７４〜１.３７の範囲に設定することが好ましい。例えば、転がり軸受4,6の材料として高炭素クロム鋼(線膨張係数：１２.５×１０^−６/℃)を適用した場合には、線膨張係数(×１０^−６/℃)が９.２５〜１７.１２５となるような材料でハウジング８を形成すれば良い。
このような条件を満足することにより、例えば情報機器の運転時に軸受装置の温度が変化しても内輪１０と外輪１２との間の膨張による差を小さく抑えることができ、設定した予圧が変化するのを防止(低減)することができる。なお、転がり軸受4,6とハウジング８を同一材料で形成しても同様の効果を実現することができる。

また、上述した軸受装置の変形例として、例えば図１(ｂ)に示すように、転がり軸受4,6とハウジング８との間に、転がり軸受4,6の線膨張係数に近似した材料で形成された中間ハウジング１６を設けても良い。例えば、転がり軸受4,6の材料として高炭素クロム鋼(線膨張係数：１２.５×１０^−６/℃)を適用した場合には、それに近似した線膨張係数となるような材料で中間ハウジング１６を形成すれば良い。
このような条件設定は、例えば各転がり軸受4,6の複数の転動体１４の中心を結んで形成される仮想円の直径(P.C.D.)が、軸受スパンＰに対して２.５以上の寸法比に設定されていると共に、外輪１２の肉厚よりもハウジング８の肉厚が大きく設定された軸受装置にも適用することが可能である。

このような変形例に係る軸受装置によれば、所定の予圧が設定された状態で軸に圧入して嵌合させる際の予圧変化を防止(低減)することができると共に、情報機器(軸受装置)の運転時の温度変化による予圧変化を防止(低減)することができる。更に、転がり軸受4,6とハウジング８との間に、転がり軸受4,6の線膨張係数に近似した材料で形成された中間ハウジング１６を設けたことにより、例えば情報機器に用いられるロータリートランス１８の磁気信号の影響を受けない材料(アルミニウムなどの非磁性体材料)でハウジング８を形成することが可能となる。この場合、ハウジング８の材料として線膨張係数の大きな材料を使用することも可能である。

(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る軸受装置の構成例を示す断面図、(ｂ)は、本発明の変形例に係る軸受装置の構成例を示す断面図。従来の軸受装置の構成例を示す断面図。

符号の説明

２スリーブ
２ａ軸嵌合部
２ｃフランジ部
4,6 転がり軸受
８ハウジング
８ａ軸受嵌合部
８ｂ逃げ部
８ｃ凸部

Claims

所定の予圧に設定した状態で軸に嵌合させる軸受装置であって、
軸に圧入して嵌合させる軸嵌合部を有するスリーブと、
スリーブの外周に取り付けられる転がり軸受と、
転がり軸受に嵌合させる軸受嵌合部を有するハウジングとを備えており、
軸嵌合部は、スリーブの内周面から内方に向けて突出して形成され、且つ、当該軸嵌合部の軸方向位置は、転がり軸受の内輪の軌道面から離間して規定されていると共に、
スリーブにフランジ部を設けることにより、軸に圧入して嵌合させる軸嵌合部を軸方向２箇所以上に設定し、少なくとも１つの軸嵌合部をフランジ部の軸方向位置に合わせたことを特徴とする軸受装置。
ハウジングの軸受嵌合部は、転がり軸受の端部領域のみに嵌合することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
所定の予圧に設定された複数の転がり軸受を有しており、各転がり軸受の複数の転動体の中心を結んで形成される円の直径が、軸受スパンに対して２.５以上の寸法比に設定されていると共に、外輪の肉厚よりもハウジングの肉厚が大きく設定された軸受装置であって、ハウジングの線膨張係数は、外輪の線膨張係数に比して０.７４〜１.３７の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
所定の予圧に設定された複数の転がり軸受を有しており、各転がり軸受の複数の転動体の中心を結んで形成される円の直径が、軸受スパンに対して２.５以上の寸法比に設定されていると共に、外輪の肉厚よりもハウジングの肉厚が大きく設定された軸受装置であって、ハウジングの軸受嵌合部は、隣り合う転がり軸受の各軌道面よりも内側に規定された各端部領域のみに嵌合することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
転がり軸受とハウジングとの間には、転がり軸受の線膨張係数に近似した材料で形成された中間ハウジングが設けられていることを特徴とする請求項１,２,４のいずれかに記載の軸受装置。