(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンギュラ玉軸受は、内周に外輪軌道と一対のシール溝が形成された外輪部材と、外周に内輪軌道が形成された内輪部材と、前記外輪軌道と前記内輪軌道の間で転動する複数の玉と、を有し、
ハウジングは、内周に外輪嵌合面と、前記外輪嵌合面の軸線方向両端部から径方向内方に縮径する一対の外輪押え面を有し、
２個の前記アンギュラ玉軸受の、前記内輪部材が軸部材に固定され、前記外輪部材が、前記ハウジングの外輪嵌合面に隙間嵌めで嵌入され、前記外輪部材の側面が、前記一対の外輪押え面によって軸線方向に押圧されて、前記ハウジングに固定される軸受装置であって、
前記外輪軌道は大端部と小端部を有し、一方の前記シール溝と前記外輪軌道の大端部との間の領域に、径方向に拡径する前記外輪軌道と同心の環状溝を有し、前記環状溝の最大径は前記シール溝の最大径より大きく形成されることにより、前記押圧による前記外輪軌道の変形を抑制することを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
前記外輪部材の前記環状溝は、軸方向の断面が径方向外方に頂点を有する三角形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置に係り、より詳しくは、ハウジングと、アンギュラ玉軸受とからなる軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械の主軸等には、複式のアンギュラ玉軸受がハウジング組込まれた軸受装置が使用される（特許文献１参照）。通常、前記軸受装置における複式のアンギュラ玉軸受は、回転精度を確保するために、運転時に予圧が付加されるように、静止状態で、所定の予圧または、微小なすきまとなるように設定されている。
【０００３】
また、前記アンギュラ玉軸受の外輪と前記ハウジングの間は、ルーズフィットの嵌合となっている。前記アンギュラ玉軸受は、前記ハウジングに嵌入された後、前記ハウジングを構成する押え部材で、前記アンギュラ玉軸受の外輪の側面を軸線方向に締付けられることにより、前記ハウジングに固定される。
【０００４】
前記アンギュラ玉軸受は、前記外輪の側面が軸線方向に締付けられ、前記ハウジングに固定されたとき、所定の予圧または微小なすきまとなるよう、予め、前記内輪の幅と前記外輪の幅が調整されている。しかし、前記外輪の側面に軸線方向に押圧されて固定される際、前記外輪に軸線方向の荷重が加わることで、前記外輪は、軸線方向に圧縮され、径方向に膨張する。
【０００５】
前記外輪軌道の転動体と接触する位置において、前記外輪軌道が、転動体から離れる方向に変形すると、予圧の低下、または、すきまの増加が生じ、運転時の回転精度が低下する場合がある。軸線方向に圧縮されることによる、前記外輪軌道の転動体と接触する位置における転動体から離れる方向の変形は、前記外輪の内周の両端部にシール溝が形成された外輪において著しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１３９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、アンギュラ玉軸受をハウジングに組込んだときの、予圧の低下、または、すきまの増加が少なく、回転精度の低下を防止でき、加工が容易な軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、アンギュラ玉軸受は、内周に外輪軌道と一対のシール溝が形成された外輪部材と、外周に内輪軌道が形成された内輪部材と、前記外輪軌道と前記内輪軌道の間で転動する複数の玉と、を有し、ハウジングは、内周に外輪嵌合面と、前記外輪嵌合面の軸線方向両端部から半径方向内方に縮径する一対の外輪押え面を有し、２個の前記アンギュラ玉軸受の、前記内輪部材が軸部材に固定され、前記外輪部材が、前期ハウジングの外輪嵌合面に隙間嵌めで嵌入され、前記外輪部材の側面が、前記一対の外輪押え面によって軸線方向に押圧されて、前記ハウジングに固定される軸受装置であって、前記外輪軌道は大端部と小端部を有し、一方の前記シール溝と前記外輪軌道の大端部との間の領域に、径方向に拡径する前記外輪軌道と同心の環状溝を有し、前記環状溝の最大径は前記シール溝の最大径より大きく形成されることにより、前記押圧による前記外輪軌道の変形を抑制することである。
【０００９】
通常、２個のアンギュラ玉軸受は、ハウジングに固定されたとき、所定の予圧が与えられるように、予め、前記内輪の幅と前記外輪の幅が調整されている。前記２個のアンギュラ玉軸受は、前記内輪部材が軸部材に固定され、前記外輪部材が、前記ハウジングの前記外輪嵌合面に隙間嵌めで嵌入されている。また、２個のアンギュラ玉軸受の前記外輪の側面が、前記カバーの前記外輪嵌合面側に形成された前記外輪押え面によって軸線方向に押圧されて前記ハウジングに固定されている。
【００１０】
前記外輪の側面が、前記外輪押え面によって軸線方向に押圧されることによって、前記外輪部材が、軸線方向に圧縮され、径方向に膨張し、前記外輪軌道の転動体と接触する位置においては、前記外輪軌道は転動体から離れる方向に変形し、予圧が、目的の値より低下することがある。前記外輪軌道の転動体から離れる方向の変形は、前記外輪の内周の両端部にシール溝が形成された外輪において著しい。
【００１１】
しかし、本発明の構成によれば、前記外輪の一方のシール溝と前記外輪軌道の間に、径方向に拡径する環状溝が形成されている。このため、前記外輪の側面が、前記外輪押え面によって軸線方向に押圧されたとき、環状溝２９の外方領域に圧縮荷重が集中し、外輪軌道２１周辺の応力増加が抑制される。前記外輪部材は、前記側面側の外周が径方向外方に拡径し、前記環状溝側の前記シール溝を含む端部が押圧方向に移動し、外輪軌道２１周辺の変形は小さい。
【００１２】
この結果、前記外輪軌道の前記転動体と接触する部位の軸線方向の圧縮変形および、径方向外方への変形は、通常のアンギュラ玉軸受にくらべ小さくなり、前記外輪部材の外輪軌道が、前記転動体から離れる方向に、大きく変形することはない。すなわち、前記２個のアンギュラ玉軸受の予圧が低下しにくく、予圧の低下による回転精度の低下が少ない。
【００１３】
上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記外輪部材の前記環状溝は、軸方向の断面が径方向外方に頂点を有する三角形に形成されたことである。
【００１４】
本発明の構成によれば、径方向に深い環状溝を、少ない切削量で、容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アンギュラ玉軸受を、ハウジングに組込んだときの、予圧の低下、または、すきまの増加が少なく、回転精度の低下を防止でき、加工が容易な軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の軸受装置の一部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の軸受装置の主要部の拡大説明図である。
【図３】本発明の一実施形態の軸受装置の作用を説明するＦＥＭ検討図である。
【図４】従来の軸受装置の作用を説明するＦＥＭ検討図である。
【図５】本発明の一実施形態の軸受装置の作用を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の一実施形態の軸受装置を、以下図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態の軸受装置の断面図である。
図２は、本発明の一実施形態の軸受装置１の主要部の拡大説明図であり、主要部を模式的に示している。図２において、実線は外輪部材２０が、ハウジング６０に固定される前の状態を示している。二点鎖線は外輪部材２０が外輪正面２５を軸方向に押圧され、ハウジング６０に固定された状態を示している。
図１、図２によると、本発明の一実施形態の軸受装置１は、軸部材８０に固定された２個のアンギュラ玉軸受１０と、２個のアンギュラ玉軸受１０を収容するハウジング６０とを有している。
【００１９】
アンギュラ玉軸受１０は、内周に外輪軌道２１が形成された外輪部材２０と、外周に内輪軌道３１が形成された内輪部材３０と、前記外輪軌道２１と前記内輪部材３０の内輪軌道３１の間に転動自在に配置された複数の玉４０と、複数の玉４０を保持する保持器４１と、外輪部材２０の内周と内輪部材３０の外周との間の内部空間を密封する２個のシール部材５０と、を有している。
【００２０】
外輪部材２０は軸受鋼等の鋼材からなる環体で、内周の軸線方向中間には外輪軌道２１が形成されている。内周部の軸線方向両端部には、それぞれ、径方向外方に凹むシール固定用のシール溝２７、２８が形成されている。外輪軌道２１の大径側の大端部２１ａとシール溝２７の間の領域が外輪カウンター面２３、外輪軌道２１の小径側の小端部２１ｂとシール溝２８の間の領域が外輪肩面２４となっている。
【００２１】
外輪カウンター面２３には、前記外輪軌道と同心で、軸方向の断面が径方向外方に頂点を有する三角形である環状溝２９が形成されている。環状溝２９の外輪軌道２１側の内側側面２９ａは軸線に直角な平面に、環状溝２９のシール溝２７側の外側側面２９ｂは、軸線方向シール溝２７側が小径、軸線方向内側側面２９ａ側が大径のテーパー面に形成されている。環状溝２９の頂点２９ｃは、断面が内側側面２９ａ、外側側面２９ｂに接する微小な円弧状に形成されている。
【００２２】
環状溝２９の頂点２９ｃの最大径ｄ２９は、シール溝２７の最大径ｄ２７より大きい。
また、外輪部材２０の外周は円筒形状の外輪外径面２２となっている。外輪部材２０の両端の側面のうち、外輪カウンター面２３側の側面は外輪正面２５、外輪肩面２４側の側面は外輪背面２６となっている。環状溝２９は、断面が三角形であり、矩形等の断面形状にくらべ、加工工数が少なく加工が容易である。
【００２３】
図１において、内輪部材３０は軸受鋼等の鋼材からなる環体で、外周の軸方向中間に、断面が円弧形状の内輪軌道３１が形成されている。内輪軌道３１の両側端部から軸線方向両側に内輪肩面３３が形成されている。両内輪肩面３３の内輪軌道３１と反対側の両端部には径方向内方に凹むシール摺動溝３５が形成されている。
【００２４】
保持器４１は強化ポリアミド等の樹脂からなり、射出成型等によって環体に形成され、円周上等配に、複数の玉４０を保持する複数のポケット４２が区画形成されている。
玉４０は軸受鋼等の鋼材からなる球体である。複数の玉４０は保持器４１の複数のポケット４２内にそれぞれ保持され、外輪軌道２１と内輪軌道３１に接して、転動自在に配置されている。
【００２５】
２個のシール部材５０は、金属性の芯金５１とアクリル等の合成ゴムからなる環体で、外周端部に合成ゴムからなる固定部５２、内周端部に合成ゴムからなるリップ部５３が形成されている。２個のシール部材５０は、それぞれの固定部５２が、外輪部材２０のシール溝２７、２８に圧入により固定され、それぞれのリップ部５３が内輪部材３０の両側のシール摺動溝３５に摺接して配置されている。
【００２６】
ハウジング６０は、鋼材からなるハウジング本体６１と、鋼材からなるカバー６２を有している。ハウジング本体６１の内周には、円筒穴形状の外輪嵌合面６３が形成されている。外輪嵌合面６３の直径は、２個のアンギュラ玉軸受１０の外輪外径面２２の直径よりわずかに大きい。ハウジング本体６１には、外輪嵌合面６３の一方側の端部から径方向内方に縮径して、本体外輪押え面６４が形成されている。ハウジング本体６１の他方側の側面は、カバー受面６５となっている。
【００２７】
本体外輪押え面６４、および、カバー受面６５はいずれも、軸線に直角な平面に形成されている。カバー受面６５には複数の軸線方向のネジ穴６６が、円周上等配に配置されている。
カバー６２は、環状の円板で、一方の側面には、ハウジング本体６１の外輪嵌合面６３の直径より径方向内方に、軸線に直角な平面である、カバー外輪押え面６７が形成されており、本体外輪押え面６４とで、一対の外輪押え面が構成されている。
【００２８】
前記一方の側面のカバー外輪押え面６７の径方向外方には、ハウジング本体６１のカバー受面６５に対峙して、軸線に直角な平面である、合せ面６８が形成されている。カバー６２は、合せ面６８をハウジング本体６１のカバー受面６５上に配置され、合せ面６８には、ハウジング本体６１の複数のネジ穴６６に対峙して、複数の通し穴６９が、円周上等配に形成されている。
【００２９】
２個のアンギュラ玉軸受１０は、２個の外輪部材２０のそれぞれの外輪背面２６を接して配置され、軸部材８に固定されている。ここで、２個のアンギュラ玉軸受１０の内輪部材３０は、内輪内径面３２が軸部材８の外周面８１に嵌合され、一方側の内輪側面３４を軸肩部８２に接し、他方側の内輪側面３４をナット８３で締め付けられている。この状態で、２個のアンギュラ玉軸受１０には、所定の予圧が与えられている。
【００３０】
また、２個のアンギュラ玉軸受１０の外輪部材２０は、外輪外径面２２が、ハウジング本体６１の外輪嵌合面６３に隙間嵌めで嵌入され、一方側の外輪部材２０の外輪正面２５は、ハウジング本体６１の本体外輪押え面６４に接し、他方側の外輪部材２０の外輪正面２５は、カバー６２のカバー外輪押え面６７に接して配置されている。
【００３１】
図２は、図１の他方側の外輪部材２０の外輪正面２５と、カバー６２のカバー外輪押え面６７との関係を示している。図１の一方側の外輪部材２０の外輪正面２５と、ハウジング本体６１の本体外輪押え面６４との関係は、図２と全く同様である。  図２に実線で、外輪部材２０が、ハウジング６０に固定される前の状態が示されている。
【００３２】
２個のアンギュラ玉軸受１０は、カバー６２の合せ面６８の複数の通し穴６９を挿通し、ハウジング本体６１のカバー受面６５の複数のネジ穴６６に螺合する複数のボルト７０の締付けによってハウジング本体６１に固定される。
図２の二点鎖線は、複数のボルト７０の締付けによって、外輪部材２０の外輪正面２５が軸線方向に押圧され、ハウジング６０に固定された状態を示している。
【００３３】
図２において、外輪部材２０の外輪正面２５が、カバー外輪押え面６７によって軸線方向に押圧されることにより、環状溝２９の頂点２９ｃの外方の外輪外周２２が径方向外方に拡径している。また、環状溝２９、シール溝２７を含む端部が押圧方向に移動し、外輪軌道２１周辺の変形は小さい。
【００３４】
これは、外輪部材２０の一方のシール溝２７と外輪軌道２１の間に環状溝２９が形成されているため、環状溝２９の頂点２９ｃと外輪外径面２２の間の外方領域に、押圧による圧縮荷重が集中し、環状溝２９の頂点２９ｃを含む外方領域が押圧方向に移動し、外輪軌道２１を含む環状溝２９の頂点２９ｃより径方向内方の領域の応力増加が抑制されるためである。
【００３５】
この結果、外輪軌道２１の玉４０と接触する部位の軸線方向の圧縮変形および、径方向外方への変形は、通常のアンギュラ玉軸受にくらべ小さくなり、外輪部材２０の外輪軌道２１が、玉４０から離れる方向に、大きく変形することはない。すなわち、２個のアンギュラ玉軸受１０の予圧が低下しにくく、予圧の低下による回転精度の低下が少ない。
【００３６】
以下、図３、図４、に基づいて、本発明の実施形態の転がり軸受装置１の作用を詳しく説明する。
図３は、図２の二点鎖線の状態における、アンギュラ玉軸受１０の外輪部材２０のＦＥＭ検討結果の一例を示している。ここで、アンギュラ玉軸受１０は、内径寸法１００ｍｍ、外径寸法１４０ｍｍ、幅寸法２０ｍｍとなっている。
【００３７】
図３の検討条件は以下のとおりである。
（１）環状溝２９の頂点２９ｃの直径ｄ２９は、シール溝２７の最大径ｄ２７より大きく、外輪外径面２２の直径ｄ２２と直径ｄ２９の差は、直径ｄ２２と最大径ｄ２７の差の約２／３である。
（２）外輪部材２０は、平板によって軸線方向に３０ｋＮで押圧されている。
また、Ｐは外輪軌道２１と玉４０との接触位置を示している。
【００３８】
図４は、従来のアンギュラ玉軸受の外輪部材と同一形状、すなわち、環状溝２９を有しないときの、図３の検討条件と同じ諸元、条件での、外輪部材１２０のＦＥＭ検討結果を示している。図４においてＰ１は外輪軌道１２１と玉１３０との接触位置を示している。
【００３９】
図４に示すように、従来のアンギュラ玉軸受の外輪部材と同一形状の外輪部材１２０場合、Ｐ１は玉１３０から大きく離れる方向に変形している。しかし、図３における本発明の第１の実施形態の外輪部材２０の場合、外輪正面２５近くの外輪外周面２２の径方向外方への変形はみとめられるが、外輪軌道２１上のＰにおける玉３０から離れる方向への変形は認められない。すなわち、本発明の実施形態のアンギュラ玉軸受１０が外輪正面２５を軸方向に押圧され、ハウジングに固定されたのきの、アンギュラ玉軸受１０の予圧の減少や、すきまの増加は、従来のアンギュラ玉軸受にくらべ、はるかに小さい。
【００４０】
図５は、本発明の実施形態の軸受装置１の作用を、従来の軸受装置と比較して、説明する説明図である。図５は、図３、図４の外輪部材２０、１２０のＦＥＭ検討結果を数値として表している。Ｉが図４の従来のアンギュラ玉軸受の外輪部材と同一形状の外輪部材１２０の変位、ＩＩが図３の本発明の実施形態の軸受装置１の外輪部材２０の変位を示している。
【００４１】
図５の縦軸は、外輪軌道２１、１２１の玉４０，１４０との接触位置Ｐ、Ｐ１の変位量を示している。図５には、軸線方向の変位量Δａと半径方向の変位量Δｒがプロットされている。軸線方向の変位量Δａは、プラスが圧縮側の変位、マイナスが引張り側の変位を示している。また、半径方向の変位量Δｒは、プラスが拡径側の変位、マイナスが縮径側の変位を示している。
【００４２】
図５によると従来のアンギュラ玉軸受の外輪部材と同一形状の外輪部材１２０の場合、半径方向の変位量Δｒは拡径側に約１μｍ、軸線方向の変位量Δａは圧縮側に約１．２μｍであり、本発明の実施形態の外輪部材２０場合は半径方向の変位量Δｒは拡径側に約０．８μｍ、軸線方向の変位量Δａは圧縮側に約０．１μｍである。
【００４３】
ここで、複式のアンギュラ玉軸受が組込まれた、軸受装置の軸線方向の予圧、または、すきまの変化をΔＣ（μｍ）とすると、ΔＣは簡略的に下記式１で表すことができる。αは接触角で、本検討においてはα＝３０°としている。
ΔＣ＝２×（Δｒ／tanα＋Δａ）（μｍ）---式１
従来のアンギュラ玉軸受を用いた軸受け装置の軸線方向の予圧、または、すきまの変化ΔＣ１を、式１にて求めると、ΔＣ１＝２×（１／ｔａｎ３０°＋１．２）＝５．９μｍとなる。すなわち、従来の軸受装置は、上述の検討条件において、５．９μｍの予圧の減少、または、すきまの増加が考えられる。
【００４４】
本発明の実施形態の軸受装置１の軸線方向の予圧、または、すきまの変化ΔＣ２を、式１にて求めると、ΔＣ２＝２×（０．８／ｔａｎ３０°＋０．１）＝１．５μｍとなる。すなわち、本発明の実施形態の軸受装置１は、上述の検討条件において、１．５μｍの予圧の増加、または、すきまの減少が考えられる。
上述の計算結果から、本発明の実施形態の軸受装置１は、従来のアンギュラ玉軸受を用いた軸受装置にくらべ、アンギュラ玉軸受の組込みによる、軸線方向の予圧の減少、または、すきまの増加がはるかに小さい。
【００４５】
このように、本発明の実施形態の軸受装置１は、アンギュラ玉軸受１０を、ハウジング６０に組込んだときの、予圧の低下が少なく、回転精度の低下を防止できる。
【００４６】
上述の実施形態において、環状溝２９は、軸方向の断面が径方向外方に頂点を有する三角形であるが、この発明では、環状溝は、軸方向の断面が矩形等、他の断面形状の環状溝であっても良い。
【００４７】
本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは当然である。
【符号の説明】
【００４８】
１            ‥  軸受装置
１０          ‥  アンギュラ玉軸受
２０、１２０  ‥  外輪部材
２１、１２１  ‥  外輪軌道
２１ａ        ‥  大端部
２１ｂ        ‥  小端部
２５          ‥  側面
２７、２８、１２７、１２８‥  シール溝
２９          ‥  環状溝
３０          ‥  内輪部材
３１          ‥  内輪軌道
４０，１４０  ‥  玉
５０          ‥  シール部材
６０          ‥  ハウジング
６１          ‥  外輪嵌合面
６３          ‥  本体外輪押え面（外輪押え面）
６８          ‥  カバー外輪押え面（外輪押え面）
８０          ‥  軸部材
【図１】
0006357979.tif 000002
【図２】
0006357979.tif 000003
【図３】
0006357979.tif 000004
【図４】
0006357979.tif 000005
【図５】
0006357979.tif 000006