(57)【要約】【課題】  回転軸にラジアル荷重が負荷された場合に、ハウジングに対してすきまばめされたアンギュラ玉軸受の外輪の傾きを抑制し、軸受剛性の低下を防止する。【解決手段】  回転軸２とハウジング３との間に配置され、回転軸にしまりばめで接触する内輪４と、保持器５によって等間隔に保持された転動体としての玉６と、ハウジング３にすきまばめで接触する外輪７とを有し、外輪７の幅面にアキシャル予圧を負荷するばね８を設けたアンギュラ玉軸受装置において、外輪７の外径と、ハウジング３の内径の少なくとも一方に、軸方向に並ぶ微小な環状溝９を多数設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸とハウジングとの間に配置され、回転軸にしまりばめで接触する内輪と、保持器によって等間隔に保持された転動体としての玉と、ハウジングにすきまばめで接触する外輪とを有し、外輪の幅面にアキシャル予圧を負荷するばねを設けたアンギュラ玉軸受装置において、外輪の外径と、ハウジングの内径の少なくとも一方に、軸方向に並ぶ微小な環状溝を多数設けたことを特徴とするアンギュラ玉軸受装置。
【請求項２】
前記ハウジングと外輪の硬度が異なる場合、少なくとも硬度が高い方の部材に環状溝を設けることを特徴とする請求項１記載のアンギュラ玉軸受装置。
【請求項３】
前記外輪の外径とハウジングの内径の両方に、それぞれ同一のピッチで軸方向に並ぶ環状溝を設け、それぞれの環状溝の凹部の幅寸法Ｗを、相手方の環状溝間に形成される凸部の幅よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載のアンギュラ玉軸受装置。
【請求項４】
前記環状溝の深さが１マイクロメータ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受装置。
【請求項５】
前記外輪と内輪の材質がステンレス鋼である請求項１〜４のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受装置。
【請求項６】
ロケットエンジンターボポンプの回転軸の支持に用いられる請求項１〜５のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロケットエンジンターボポンプなどの高速回転軸をハウジングに支持するアンギュラ玉軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンターボポンプのように、高速回転軸をハウジングに支持する場合、アキシャル予圧を負荷したアンギュラ玉軸受が多く使用されている。
【０００３】
アンギュラ玉軸受１１は、図３に示すように、回転軸１２とハウジング１３との間に配置されている。
【０００４】
アンギュラ玉軸受１１は、回転軸１２にしまりばめで接触する内輪１４と、保持器１５によって等間隔に保持された転動体としての玉１６と、ハウジング１３にすきまばめで接触する外輪１７とを有し、外輪１７の幅面にはアキシャル予圧を負荷するためのばね１８が接触し、外輪１７と玉１６、内輪１４と玉１６の接触点を結んだ直線ａと回転軸に垂直な平面ｂとの間に接触角αを有する。
【０００５】
このようなアンギュラ玉軸受１１においては、回転軸１２にラジアル荷重（矢印Ａ）が負荷された際に誘起スラストが発生し、ハウジング１３に対してすきまばめされた外輪１７が、ハウジング１３に対して傾き剛性が低下するということが非特許文献１〜３に紹介されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Butner, M. F., Murphy, B. T., Akian, R. A., The Influence of Mounting Compliance and Operating Conditions on the Radial Stiffness of Ball Bearing: Analytic and Test Results, ASME, Rotating Machinery and Vehicle Dynamics, DE-Vol. 35 (1991)
【非特許文献２】Nakamura, T., Takada, S., Kikuchi, M., Sudou, T., Takano, T., Radial Stiffness of an Angular Contact Ball Bearing under Cryogenic Temperature, Proc. World Tribology Congress (2013)
【非特許文献３】坂口・筒井・谷・中村・内海，“アンギュラ玉軸受のラジアル剛性に及ぼす軌道輪の傾きの影響”，第72回ターボ機械協会（大分）講演会 (2014)
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１５−１３３５８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、回転軸の支持剛性は、回転機械の危険速度に大きく影響する。一般に、剛性が高くなるほど危険速度は高くなる傾向にあるが、回転軸の回転速度が危険速度に達すると共振し、機械に損傷を与える要因となるため、多くの場合は使用条件の回転速度より危険速度が高くなるよう設計され、一定値以上の剛性を有する軸受が必要とされる。
【０００９】
また、小型化、軽量化などの理由で十分な剛性が確保できず危険速度を超える設計も存在するが、そのような場合にも、危険速度と十分に離れた回転数で運転することが望ましく、回転軸の支持剛性を調整することが重要となる。
【００１０】
軸受の剛性は、軸受のサイズ、内部諸元である転動体径や転動体個数、接触角、軌道面曲率、または予圧量などを変えることでも調整が可能であるが、サイズや重量に制限があることも多く、また、転動体と軌道輪の接触面圧や、接触楕円の位置などが適正となる範囲に抑える必要があるため調整代には限界がある。
【００１１】
特許文献１には、外輪の軸方向寸法を長くして外輪の傾きを抑制することが記載されているが、軸受の収容スペースが大きくなってしまうほか、外径を精度よく加工することが困難であり、加工コストが増大するなどのデメリットがある。
【００１２】
そこで、この発明は、外輪の軸方向寸法を長くすることなく、回転軸にラジアル荷重が負荷された場合に、ハウジングに対してすきまばめされたアンギュラ玉軸受の外輪の傾きを抑制し、軸受剛性の低下を防止しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するために、この発明は、回転軸とハウジングとの間に配置され、回転軸にしまりばめで接触する内輪と、保持器によって等間隔に保持された転動体としての玉と、ハウジングにすきまばめで接触する外輪とを有し、外輪の幅面にアキシャル予圧を負荷するばねを設けたアンギュラ玉軸受装置において、外輪の外径と、ハウジングの内径の少なくとも一方に、軸方向に並ぶ微小な環状溝を多数設けたことを特徴とする。
【００１４】
前記環状溝の深さは、外輪とハウジングの間のはめあいに影響を与えないと共に、外輪の外径寸法、粗さに影響を及ぼさない、１マイクロメータ以下の微小な溝である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、この発明に係るアンギュラ玉軸受装置は、外輪とハウジングとの間にすきまを有し、ばねによりアキシアル予圧を受け、さらにラジアル荷重を受けた際に、外輪とハウジングの間の摩擦により外輪の傾きを抑えて剛性低下の抑制効果を発揮する。
【００１６】
この発明によれば、軸受サイズ、玉の径や個数、接触角、軌道面曲率、予圧量などを変えるような剛性向上ではないため、それらのパラメータに設計余裕がない場合にも実施することが可能であると共に、既存の軸受にも追加工で適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係るアンギュラ玉軸受装置の概略断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態に係るアンギュラ玉軸受装置の概略断面図である。
【図３】従来のアンギュラ玉軸受装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明に係るアンギュラ玉軸受の剛性低下を抑制する装置を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
この発明に係るアンギュラ玉軸受１は、回転軸２と円筒状のハウジング３との間に配置され、ロケットエンジンターボポンプのように、高速の回転軸２をハウジングに支持する場合に使用される。
【００２０】
アンギュラ玉軸受１は、外周面に軌道面を有する内輪４と、内周面に軌道面を有する外輪７と、内輪４と外輪７との間に、保持器５によって等間隔に保持された、転動体としての複数の玉６とを有し、外輪７と玉６、内輪４と玉６の接触点を結んだ直線ａと回転軸に垂直な平面ｂとの間に接触角αを有する。
【００２１】
内輪４は、回転軸２にしまりばめで接触し、外輪７は、ハウジング３に対しすきまばめで接触し、外輪７の幅面にはアキシャル予圧を負荷するためのばね８が接触している。
【００２２】
この発明は、外輪７の外径と、円筒状のハウジング３の内径の少なくとも一方に、軸方向に並ぶ微小な環状溝９を多数設けている。図１は、外輪７の外径に微小な環状溝９を設けた実施形態を示しているが、理解をし易くするために、微小な環状溝９を強調して模式的に作図している。
【００２３】
環状溝９は、外輪７とハウジング３の間のはめあいに影響を与えないよう、外輪７の外径の寸法、粗さに影響を及ぼさない微小な溝とする必要があり、深さが１マイクロメータ以下であり、短パルスレーザなどの方法で加工している。
【００２４】
以上のように、この発明では、外輪７とハウジング３との間にすきまを有し、ばね８によりアキシアル予圧を受けるアンギュラ玉軸受１において、回転軸２にラジアル荷重（矢印Ａ）が負荷された場合に、誘起スラストによって外輪７が傾き、剛性が低下するという課題を、外輪７の外径と、円筒状のハウジング３の内径の少なくとも一方に、軸方向に並ぶ微小な環状溝９を多数設けるという構成によって解決している。
【００２５】
すなわち、外輪７の外径と、円筒状のハウジング３の内径の少なくとも一方に、軸方向に並ぶ微小な環状溝９を多数設けることにより、ハウジング３と外輪７の間に抵抗が働き、外輪７の傾きが抑制され、その結果、剛性の低下が抑制される。
【００２６】
図１に示す実施形態のアンギュラ玉軸受１は、外輪７の外周に環状溝９を設けることによって剛性の低下を抑制しているので、軸受のサイズ、内部諸元、予圧量等を変えずに、より剛性の高い状態で使用することが可能となる。
【００２７】
ところで、ハウジング３と外輪７の硬度が異なる場合には、少なくとも硬度が高い部品側に環状溝９を設けるようにする。例えば、外輪７の硬度は、ハウジング３の硬度より高いことが多いが、そのような場合には少なくとも外輪７の外径に環状溝９を設ける。そうすることによって、硬度の高い凸部が硬度の低い方の材料に食い込み、アンカー効果を発揮することによって抵抗が増す。
【００２８】
次に、図２は、外輪７の外径とハウジング３の内径の両方に環状溝９を設けた、この発明の第２の実施形態を示している。
【００２９】
この第２の実施形態では、外輪７の外径とハウジング３の内径の両方に環状溝９を設けている。図２の実施形態は、外輪７の外径に設けた環状溝９のピッチＰｏとハウジング３の内径に設けた環状溝９のピッチＰｈは、それぞれ同一のピッチで軸方向に並ぶ微小な溝である（Ｐｏ＝Ｐｈ）。外輪７の外径に設けた環状溝９の凹部の幅寸法Ｗｏは、ハウジング３の内径に設けた環状溝９の凹部間に形成される凸部の幅、即ち、Ｐｈ−Ｗｈの幅寸法よりも大きくしている。また、ハウジング３の内径に設けた環状溝９の凹部の幅寸法Ｗｈは、外輪７の外径に設けた環状溝９の凹部間に形成される凸部の幅、即ち、Ｐｏ−Ｗｏの幅寸法よりも大きくしている。
【００３０】
このような形態とすることによって、ハウジング３と外輪７の相互の凸部が相手方の凹部に係合し、アンカー効果が期待できないような場合においても抵抗を増し、その結果、剛性の低下を抑制することができる。
【００３１】
前記ハウジング３、内輪４および外輪７を形成する材質としては、ＳＵＳ４４０Ｃ、Ｃｒｏｎｉｄｕｒ３０、ＸＤ１５ＮＷなどのステンレス鋼を使用することができる。
【００３２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ：アンギュラ玉軸受
２    ：回転軸
３    ：ハウジング
４    ：内輪
５    ：保持器
６    ：玉
７    ：外輪
８    ：ばね
９    ：環状溝
【図１】
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【図２】
2019173888.tif 000004
【図３】
2019173888.tif 000005