JP6370540B2 - 冠形保持器および玉軸受 - Google Patents

Description

この発明は冠形保持器およびそれを用いた玉軸受に関するもので、限定する趣旨ではないが、ＣＴスキャナ装置をはじめとする医療機器に使用される超薄肉形の玉軸受に利用することができる。

ＣＴスキャナ装置は、被検者にＸ線などを照射して病理症状を診断解析する装置である。図３に例示したＣＴスキャナ装置は、開口２００Ａを設けた検査部２００と、被検者３００を載せて検査部２００の開口２００Ａ内を移動可能な寝台部２５０とを備えている。検査部２００には、Ｘ線照射装置２１１と検出部２１２とを直径方向に対向させて配置したリング状の回転体（ガントリ）２０１が設けてある。検査部２００は、回転支持部２１３によって、静止架台２１５に対して回転自在に支持されている（特許文献１参照）。

このＣＴスキャナ装置では、検査部２００の開口２００Ａを、被検者３００が通過できる程度の寸法（直径１ｍ程度）に形成し、かつ、ＣＴスキャナ装置自体の小形化を実現するために、軸受５１を配置する回転支持部２１３のスペースを小さくする必要がある。そのため、軸受５１には、ＰＣＤに対する玉直径が著しく小さい、いわゆる超薄肉形の玉軸受が使用される。

図４に例示した超薄肉形の玉軸受５１は、軸受の形式としては複列アンギュラ玉軸受であり、内輪５３と、外輪５２と、複列の玉（転動体）５４と、保持器６２を有する。内輪５３は外周に二つの軌道５３Ａａ、５３Ｂｂが形成してあり、外輪５２は内周に二つの軌道５２ａ、５２ｂが形成してある。そして、内輪５３を外輪５２の内側に配置し、内輪５３の軌道５３Ａａ、５３Ｂｂと外輪５２の軌道５２ａ、５２ｂとの間に複列の玉５４（転動体）が組み込んである。

内輪５３は、軸方向すきまＧを介して隣り合った２つの部材すなわち第一部材５３Ａと第二部材５３Ｂとで構成され、両者の外周にそれぞれ軌道５３Ａａ、５３Ｂｂが形成してある。第二部材５３Ｂは、軌道５３Ｂｂを形成した部分よりも外径が小さくなった小径部５６を有し、この小径部６２の外周に第一部材５３Ａが、適度の締めしろをもって、はまり合っている。すきまＧとは反対側の第一部材５３Ａの端面は、第二部材５３Ｂの端面よりも軸方向（図４の右側）へ突出している。

この複列アンギュラ玉軸受では、押さえ部材５５を使用して軸受に予圧を付与するようになっている。すなわち、押さえ部材５５の第一部材５３Ａおよび第二部材５３Ｂ側の面は、同心状の小径部５５Ａと大径部５５Ｂとからなり、小径部５５Ａは第二部材５３Ｂに対応し、大径部５５Ｂは第一部材５３Ａに対応している。固定用ボルト６０を用いて押さえ部材５５と第二部材５３Ｂを締結すると、小径部５５Ａが第二部材５３Ｂの端面に当たり、大径部５５Ｂが第一部材５３Ａの端面に当たる。

固定用ボルト６０をさらに締め付けて、押さえ部材５５を介して第一部材５３ＡをすきまＧが減少する向きに押すことにより、軸受に予圧が付与される。押さえ部材５５の小径部５５Ａが第二部材５３Ｂの端面と当接し、大径部５５Ｂが第一部材５３Ａの端面と当接したところで、第一部材５３Ａの軸方向位置決めがなされ、軸受に規定量の予圧が付与される。

複列アンギュラ玉軸受の保持器には、組立性を考慮して、図５に示すような冠形保持器６２を採用することが多い（特許文献２の図７参照）。冠形保持器とは、弾性変形によって、転動体と保持器とを組み合わせることができる形のつのをもった保持器と定義されている（ＪＩＳ Ｂ ０１０４−１９９１）。

図５に示すように、従来の冠形保持器６２は、円筒体６４の円周方向に、玉を収容するための複数のポケット６６を設けたものである。各ポケット６６の周縁には円筒体６４の内径側および外径側から立ち上がったリブ６８が設けてあり、リブ６８の内壁面がポケット６６を画成している。ポケット６６は軸方向の一方に開口し、その開口部の両側に一対のつの６８ａが配置してあり、つの６８ａの弾性変形を利用して玉をポケット６６に組み込むようになっている。図５（Ｄ）において、玉は二点鎖線で示してあり、符号δ₂は、その玉がポケット６６内で保持器の軸方向（図５（Ｄ）の上下方向）に動き得る距離を表している。この玉の動きは保持器との関係では相対的なもので、図３に示すようにＣＴスキャナ装置に組み込んだ状態の軸受５１においては、玉に対して保持器が軸方向に動くことになる。

従来の冠形保持器６２が述べたような形状をしていることから、従来の冠形保持器６２を用いた玉軸受は次のようにして組み立てるのが一般的である。１）外輪内に内輪を片寄せて配置する、２）内輪と外輪との間にできた三日月状の空間に所定の個数の玉を入れる、３）内輪と外輪が同心になるまで内輪を移動させる、４）玉を円周方向に等間隔に並べる（等配）、５）軸受の側面から保持器を挿入する。

特開２０１２−８２８４４号公報 特開２００４−１９９２１号公報

ＣＴスキャナ装置は、被検者にＸ線を照射することで、身体の断層画像を得る医療診断装置である。そして、検査時間の短縮のため、ＣＴスキャナ装置は高速化傾向にある。その一方で、被検者の不安や負担軽減を考慮して静粛性が求められる。しかしながら、従来の冠形保持器６２は、ポケットが軸方向の一方に開口しているという構造上、上で図５（Ｄ）に関連して述べたように、保持器６２の軸方向の動き量δ₂が大きくなることが避けられなかった。

しかも、ＣＴスキャナ装置（図３）は、被検者３００の被検査部位によってはガントリ２０１を傾斜（角度変位）させることがあり、それによって軸受５１には大きなモーメント荷重が発生する。大きなモーメント荷重が作用すると、軸受５１の玉列が正規の円形軌道からずれて楕円形状となり、保持器６２を軸方向に押す力が作用する。この現象は、保持器６２のがたつき、つまり、音や振動として被検者に伝わることになる。軸受５１の静粛性向上のためには、この保持器６２の動きを抑制して余計な音、振動を発生させないようにすることが必要である。

そこで、この発明の目的は、玉軸受における冠形保持器の軸方向移動を抑制することにある。

この発明は、冠形保持器のポケットをはさんで軸方向両側に玉と接触する部分を設けることによって課題を解決した。
すなわち、この発明の玉軸受用保持器は、玉を収容可能な複数のポケットを円筒体の円周方向に設け、各ポケットは軸方向の一方に開口し、前記開口の両側に一対のつのを配置した合成樹脂製の冠形保持器において、前記円筒体と一体成形され、前記円筒体の円周方向に走り、前記つのよりも反ポケット側に位置し、かつ前記玉の移動を規制する架橋部を備えており、前記複数のポケットは、周縁に前記円筒体の内径面および外径面から立ち上がったリブを備えており、前記一対のつのの離間距離が玉直径の８５〜９７％であることを特徴とするものである。

かかる形状を、従来の冠形保持器と比べると、ポケットが軸方向の一方に開口している点は同じであるが、その開口部よりも軸方向の外側、言い換えれば反ポケット側に、架橋部を配置した点で相違する。このように、この発明の保持器はその形状が従来の冠形保持器とは異なるものの、依然、弾性変形によって、転動体と保持器とを組み合わせることができる形のつのをもった保持器（ＪＩＳ Ｂ ０１０４−１９９１）との定義にあてはまることから、冠形保持器と呼ぶこととする。

架橋部が存在することによって、玉が軸方向の両側から位置規制を受けることなり、その結果、従来の冠形保持器に比べて、保持器の軸方向がたつきが抑制される。
架橋部とポケット内に収容した玉との間に、ポケットの球面状の内壁面と玉との間のすきまと同等のすきまを確保する。

上述の特長は、ＣＴスキャナ装置用軸受として適用した場合にとりわけ顕著となる。

この発明によれば、冠形保持器の軸方向移動が抑制されるため、異音や騒音の発生を防止することができる。そのため、静粛性が高く、ＣＴスキャナ装置用に採用することで、被検者の負担軽減を図ることができる。

この発明の実施の形態を示す玉軸受の断面図である。 図１の玉軸受における保持器を示し、（Ａ）は玉収容部周辺の展開平面図、（Ｂ）は保持器の軸線に垂直な展開断面図、（Ｃ）は図１（Ｂ）のＣ矢視図、（Ｄ）は図１（Ｃ）の拡大図である。 ＣＴスキャナ装置の断面図である。 従来の技術を示す玉軸受の断面図である。 従来の冠形保持器を示し、（Ａ）はポケット部分の展開平面図、（Ｂ）は保持器の軸線に垂直な断面図、（Ｃ）は図４（Ｂ）のＣ矢視図、（Ｄ）は図４（Ｃ）の拡大図である。 比較例の保持器を示し、（Ａ）はポケット部分の展開平面図、（Ｂ）は保持器の軸線に垂直な断面図、（Ｃ）は図６（Ｂ）のＣ矢視図である。

以下、図面を参照して、医療用のＣＴスキャナ装置に適用した場合を例にとってこの発明の実施の形態を説明する。

図１に示す玉軸受は、内輪１０と、外輪２０と、複数の玉３０と、保持器４０を有する。内輪１０は外周に二つの軌道１２を有し、外輪２０は内周に二つの軌道２２が形成してある。外輪２０の内側に内輪１０を同心状に配置し、内輪１０の軌道１２と外輪２０の軌道２２との間に複列の玉３０（転動体）を介在させてある。保持器４０は複数の玉３０を円周方向に所定の間隔で保持する役割を果たす。

この玉軸受は、内輪１０を回転側軌道輪、外輪２０を静止側軌道輪とした内輪回転で使用される。したがって、外輪２０には取付用穴２４が設けてある。この玉軸受は、玉直径ｄとピッチ円径ＰＣＤとの比ｄ：ＰＣＤの値φ＝ｄ／ＰＣＤを０．０３以下（φ≦０．０３）とした超薄肉形玉軸受である。

内輪１０と外輪２０との間の空間は、その軸方向両側に配置したゴム製のシール板２８で密封され、シール板２８で密封された空間を軸受内部空間と呼ぶこととする。図１は、外輪２０の内径面に形成した環状溝２６にシール板２８の外周縁をはめ込んで装着した例であるが、内輪１０の外径面に環状溝を形成してシール板２８の内周縁をはめ込むようにしてもよい。

図１に示す玉軸受は、内輪１０を、それぞれ外周に軌道１２を形成した二つのリング状の内輪部材１０Ａ、１０Ｂを固定用ボルト１４で締結して合わせ軌道輪とした例である。内輪１０を構成する内輪部材１０Ａ、１０Ｂを固定用ボルト１４で締め付けることによって予圧を付与する。そして、この玉軸受は、軸受形式としては背面配列のアンギュラ玉軸受に該当する。背面配列は、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、モーメント荷重が作用する場合に適している。

また、図１における符号αは接触角を表している。接触角とは、軸受中心軸に垂直な平面（ラジアル平面）と、軌道輪によって転動体へ伝えられる力の合力の作用線とがなす角度と定義されている。接触角が大きくなるほど軸受のアキシアル荷重の負荷能力が大きく、接触角が小さくなるほど軸受のラジアル荷重を負荷する能力が大きくなる。ラジアル軸受の呼び接触角は０°以上４５°以下の範囲にある。

次に、図２に、上記玉軸受における保持器４０の詳細を示す。
保持器４０は、合成樹脂製の円筒体４２からなり、その円周方向に所定の間隔で窓穴４４が設けてある。通常、窓穴の間隔は等間隔とするが、不等ピッチとすることもある。円筒体４２は、最初から筒状に成形したものでもよいが、とくに呼び径の大きな玉軸受用の場合などは長尺のリボン状の板材を円筒形状に丸めたものでもよい。

各窓穴４４は円筒体４２の半径方向に貫通しており（図２（Ｂ））、かつ、欠円形状の玉収容部４４ａと、かすがい形状の部分４４ｂとからなる（図２（Ｄ））。玉収容部４４ａとかすがい形状の部分４４ｂは連通しているが、窓穴４４全体としては外部に対して閉ざされている。言わば、玉収容部４４ａとかすがい形状の部分４４ｂが内海で、両者の間につの４６ａが半島のように突出したような形状である。一対のつの４６ａの離間距離は、玉３０を挿入する時につの４６ａに発生する応力を考慮して、玉直径ｄの８５〜９７％とするのが望ましい。

玉収容部４４ａは文字どおり玉３０を収容する部分であって、従来の冠形保持器６２（図５）におけるポケット６６にほぼ相当する。玉収容部４４ａの周囲には、円筒体４２の内径面、外径面から立ち上がった周縁リブ４６が形成してある。そして、図１（Ｂ）からわかるように、玉収容部４４ａの内壁面は部分球面状で、円筒体４２の肉厚相当分と、周縁リブ４６によって提供される部分とを含んでいる。

玉収容部４４ａは、図２（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）からわかるように、平面視では完全な円ではない欠円形状で、円の欠けた部分が従来の冠形保持器６２におけるポケット６６の軸方向開口に相当する。周縁リブ４６の、上記軸方向開口を挟んで保持器４０の円周方向に向かい合った部分をつの４６ａと呼ぶ。つの４６ａは、平面（図１（Ａ））で見ても、保持器４０の軸線に垂直な断面（図２（Ｂ））で見ても、円弧形状であることから、比較的高い剛性を有する。

かすがい形状の部分４４ｂは、つの４６ａの外側にまで入り込んでいる。この入り込みの程度や、つの４６ａの肉厚は、つの４６ａの剛性に影響を与える。図２に示した例では、窓穴４４は、欠円形状の玉収容部４４ａの上にかすがい形状の部分４４ｂを配置したような形状で、かすがい形状の部分４４ｂの上辺を架橋部４８の縁が規定している。かすがい形状の部分４４ｂという呼称は便宜上のもので、その形状は、図面に例示した形状に限られず、保持器４０の成形性や強度、つの４６ａの剛性等々を勘案して任意の形状を選択することができる。

実施の形態の保持器４０の形状は、図５に示した従来の冠形保持器６２の形状をもとにして述べるならば、図２（Ｄ）に破線斜線で示すように、ポケット６６（玉収容部４４ａ）の開口側に、円周方向に走る架橋部４８を追加した格好である。架橋部４８は、従来の冠形保持器６２では何も存在しなかった、ポケット６６（玉収容部４４ａ）の開口部側に位置している。なお、図２（Ｄ）は図２（Ｃ）の拡大図に相当するが、断面表示を省略し、代わりに破線の平行斜線を加えたものである。

架橋部４８は、円筒体４２の一部であって、保持器４０の円周方向に走っており、一対のつの４６ａを跨いでブリッジを架け渡した格好である。架橋部４８と玉３０との間の軸方向すきまは、たとえば、玉収容部４４ａにおける内壁面と玉３０との間のすきまと同一に設定することができ、そのため、保持器４０のバランスのよい挙動が実現する。これらのすきまは、図２（Ｄ）に、同じ符号δ₁で示してある。架橋部４８の形状は、保持器４０の軸方向において玉３０との間に所望のすきまを設定することができる限り、任意の形状を採用することができ、それに伴ってかすがい形状の部分４４ｂの形状も変わる。

架橋部４８が存在することで、図２（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）からわかるように、玉３０の移動が保持器４０の軸方向の両側から規制を受けることとなる。このことは、逆に保持器４０の側から見ると、保持器４０の軸方向動き量δ₁が従来の冠形保持器６２の場合に比べて一層小さい範囲（δ₁＜δ₂）に制限されることを意味する。その結果、保持器４０のがたつき（振動）が抑制され、軸受の音響精度が向上する。

保持器４０の軸方向移動を規制するという観点からは、玉収容部（ポケット）を図６に示すような単純な閉じた円形のポケット７４とすることも考えられる。図６に示す保持器７０は円筒体７２の円周方向に複数のポケット７４を設けた例である。しかしながら、実施の形態のように、玉収容部４４ａが一対のつの４６ａ間で開口し、かつ、一対のつの４６ａの円周方向外側にも肉抜き部分（かすがい形状の部分４４ｂの円周方向両端部）を設けることにより、つの４６ａの剛性が適度に弱められる。したがって、一対のつの４６ａが互いに離反する向きに弾性的に拡がることができる。

実施の形態の場合、玉３０を保持器４０に組み付けるにあたっては、保持器４０の半径方向に玉３０を押し込むことになるが、その際、一対のつの４６ａが相互の離間距離が拡がる向きに弾性変形することによって玉３０の通過を許容する。したがって、つの４６ａがたわみやすいほど玉収容部４４ａに玉３０を挿入するのに要する力が緩和され、組立作業が容易となり、作業能率が向上する。

なお、従来の冠形保持器６２におけるつの６８ａの場合、それ自体で玉の脱落を防止する役割もあったことから、剛性を弱めるには限界があった。それに対して実施の形態の場合、玉３０の脱出は架橋部４８によって阻止されるため、つの４６ａに求められる玉３０の脱出を防止する役割は比較的軽減された。

図５に関連してすでに述べたとおり、ポケット６６が軸方向の一方に開口している従来の冠形保持器６２は、軸受組立工程の最後に軸受の軸方向の一方から保持器６２を押し込んで組み付けていた。しかし、実施の形態の保持器４０は軸方向の外側から玉収容部４４ａに通じる開口がないため、あらかじめ外輪内径部に保持器４０をセットし、その内径側から玉を入れ（スナップイン）、最後に内輪を組み付けるといった組立方法になる。一見作業が煩わしくなるように思われるかもしれないが、あらかじめ保持器４０に玉３０を入れた状態にして外輪にセットするようにすれば、組立工数の簡素化が可能である。また、玉を等配するという工程がなくなるため、玉や軌道面を傷つける心配がない。つまり、軸受の音響品質を向上させることが可能である。

上述のとおり、実施の形態によれば、保持器４０の軸方向動き量が抑制され、軸受起因の振動が抑制され、音響品質を向上させることが可能である。

以上、図面に例示したこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、ここで挙げた実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

例えば、以上の説明では複列アンギュラ玉軸受に適用した場合を例にとったが、この発明は他の軸受形式の玉軸受にも適用することが可能である。

１０ 内輪
１０Ａ、１０Ｂ 内輪部材
１２ 軌道
１４ 固定用ボルト
２０ 外輪
２２ 軌道
２４ 取付用穴
２６ シール板
３０ 玉
４０ 保持器
４２ 円筒体
４４ 窓穴
４４ａ 玉収容部（ポケット）
４４ｂ かすがい形状の部分
４６ 周縁リブ
４６ａ つの
４８ 架橋部

Claims (4)

1. 玉を収容可能な複数のポケットを円筒体の円周方向に設け、各ポケットは軸方向の一方に開口し、前記開口の両側に一対のつのを配置した合成樹脂製の冠形保持器において、
   前記円筒体と一体成形され、前記円筒体の円周方向に走り、前記つのよりも反ポケット側に位置し、かつ前記玉の移動を規制する架橋部を備えており、
   前記複数のポケットは、周縁に前記円筒体の内径面および外径面から立ち上がったリブを備えており、
   前記一対のつのの離間距離が玉直径の８５〜９７％である冠形保持器。
2. 前記架橋部と前記玉との間のすきまと、前記ポケットの内壁面と前記玉との間のすきまが相等しい請求項１の冠形保持器。
3. 請求項１又は２の冠形保持器を用いた玉軸受。
4. ＣＴスキャナ装置用の超薄肉形玉軸受である請求項３の玉軸受。

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