(57)【要約】【課題】  温度変化の大きい環境下でも、温度による変形を吸収し高剛性なアンギュラ玉軸受装置を提供する。【解決手段】  外輪４ａと玉４ｂと内輪４ｃからなる軸受の内輪４ｃは軸１に形成された内輪押え板１ａにより固定され、外輪４ａはその両側にアウタスペーサ５ａとインナスペーサ５ｂを配置し固定する。アウタスペーサ５ａとインナスペーサ５ｂは、軸１、軸受（４ａ、４ｂ、４ｃ）、ハウジング２に生じる熱変形量の差を吸収するように線膨張係数の異なる適切な材料の組み合わせとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸、ハウジング及び軸の両端近傍に正面つきあわせ、または、背面つきあわせと同等の配置で組み込まれたアンギュラ玉軸受装置であって、軸受、軸、ハウジングの線膨張係数が異なる場合、温度変動による軸受隙間の変動を抑制するように材料ごとの線膨張係数にもとづいてそれぞれ決定された長さの軸受外輪または軸受内輪にアウタスペーサおよびインナスペーサを備えるアンギュラ玉軸受装置。
【請求項２】
温度変動前後において軸受隙間を任意の値になるような長さ、線膨張係数を有する材料よりなる軸受外輪または軸受内輪の両側面にアウタスペーサおよびインナスペーサを備え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３】
前記軸受は、組み合わせ軸受であり、この軸受外輪または軸受内輪の両側面にアウタスペーサとインナスペーサを設け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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸方向への過重に対応でき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】
アンギュラ玉軸受装置には軸方向の荷重がかかった場合にも玉が軌道面から外れないように玉と軌道面には接触角が設けられている。このため、軸と一体化した内輪押さえ板で内輪を軸方向から押さえ、また、ハウジングと一体化した外輪押さえ板で外輪を内輪とは反対の軸方向から押さえることで、玉と軌道面の接触部分に予圧をかけ安定した軸受保持をすることが可能となる。
従来の予圧付加方式としては、定位置予圧保持と定圧予圧保持の２種類がある。定位置予圧保持方式の場合は、高い剛性での軸受保持が可能である一方、温度変動による軸・軸受（内輪／玉／外輪）、ハウジングの構成部材の熱変形により予圧が変動し、ガタが発生したり、または、過度な予圧が発生したりして軸受の機能に弊害を来すことがあった。また、定圧予圧保持方式の場合は、比較的剛性の低い弾性特性を持つ部材で内輪、または、外輪を押さえることで上記のような予圧変動の問題を回避できる一方、軸受保持の剛性が低いという問題があった。
従来のアンギュラ玉軸受装置は、温度変動のある環境下においても安定した高剛性での軸受保持を可能とする方法として、正面組み合わせ型アンギュラ玉軸受の片側の外輪保持部に形状記憶合金から成るスペーサを設けることにより、軸受外輪と内輪の温度差により生じる軸方向の軸受支持体の熱変形をスペーサの熱変形で相殺し、予圧を一定に維持することができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７４１４０号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、正面突き合わせのアンギュラ玉軸受では比較的精度の高い加工が可能な切削により、ハウジングにはハウジングと一体化したストッパを軸受嵌め合い部の外輪側に設け、軸には軸と一体化したストッパを内輪側に設けることで予圧管理を行う。しかし、前述した構造では、与圧の管理はナットの締め込み量、つまり、ハウジングに設けられたネジ深さの加工精度に依存することになる。このため、予圧管理を高い精度で行うことは困難である。
この問題を回避するためには軸受支持体と一体となるストッパを外輪内側に設ける必要があるが、その場合、外輪、軸受支持体、スペーサの材質の組み合わせによっては、スペーサの熱変形による収縮量（熱収縮量）が過大になり、軸受外輪にガタが発生し、剛性の著しい低下や振動による軸受の損傷などを生じる場合がある。また、逆にスペーサの熱変形による収縮量が過小になる場合には、軸受に過度な締まりを発生し軸受としての機能に弊害を来すという問題がある。
【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、スペーサを外輪、または、内輪両側に設けることで、組み立て時の予圧管理が容易になると供に、温度変動に対する軸、軸受（外輪／玉／内輪）、ハウジングの熱変形の相対差を両スペーサの熱膨張、または、熱収縮により相殺することができ、軸受にガタあるいは過度な締まりが発生することを防止するので、温度変化の大きい環境下においても安定した高剛性な軸受を備えたアンギュラ玉軸受装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明におけるアンギュラ玉軸受装置においては、軸、ハウジング及び軸の両端近傍に正面つきあわせ、または、背面つきあわせと同等の配置で組み込まれたアンギュラ玉軸受保持構造であって、軸受、軸、ハウジングの線膨張係数が異なる場合、温度変動による軸受隙間の変動を抑制するように材料ごとの線膨張係数にもとづいてそれぞれ決定された長さの軸受外輪と軸受内輪とアウタスペーサおよびインナスペーサを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、軸受外輪とハウジングの間に、熱変形量の差と釣り合うような変形を生ずるよう、線膨張係数と厚みを適切に選ばれたアウタスペーサ、および、インナスペーサを、外輪をアウタスペーサおよびインナスペーサでアキシャル方向の両側から挟み込むような配置で設けているため、環境温度が大きく上昇あるいは下降した場合においても、安定した与圧を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるアンギュラ玉軸受装置の構造を示す断面図である。軸１は正面突き合わせで組み合わせたアンギュラ玉軸受４を介してハウジング２に取り付けられている。軸受内輪４ｃは軸１と圧入固定され、軸受外輪４ａはアウタスペーサ５ａ、及び、インナスペーサ５ｂにて両側面からはさまれて、ハウジング２の嵌合部に嵌め込まれた後に、外輪締め込み板３およびそれと対向するスットパ２ａにはさまれて、スラスト方向への予圧を与えられている。ストッパ２ａは、ハウジング２の外輪押さえ板と反対方向に、ハウジングと一体で突起あるいは段つき状に配設されているものである。
軸１、ハウジング２、軸受玉４ｂ、軸受内輪４ｃ、外輪４ａ、アウタスペーサ５ａ、及び、インナスペーサ５ｂの対象とする温度範囲での平均線膨張係数をそれぞれαｓ、αｈ、αｊ１、αｊ２、αｏ、及び、αｉとする。軸受の予圧調整後の玉と軌道面の軸方向隙間をδｊとし、温度変動ΔＴ（温度上昇の場合は正、温度低下の場合は負）による熱変形量は、左側軸受内輪内側〜右側軸受内輪内側の軸でδｓ＝Ｌｓ×ΔＴ×αｓ、軸受内輪内側〜内輪軌道面でδｊ２＝Ｌｊ２×ΔＴ×αｊ２、軸受内輪軌道面〜外輪軌道面でδｊ１＝Ｌｊ１×ΔＴ×αｊ１、軸受外輪外側〜外輪軌道面でδｊ２、左側外輪締め込み板〜右側外輪締め込み板のハウジングでδｈ＝Ｌｈ×ΔＴ×αｈとなり、軸受保持部に生じるガタは、δ＝δｈ−δｓ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δｊ）×２となる。
これより、アウタスペーサ５ａの熱変形量δ、インナスペーサ５ｂの熱変形量−δになる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。
上記構成部材において、インナスペーサ５ｂを左側からハウジング２に嵌め合わせ、右側軸受４を圧入固定した軸１を右側からハウジング２に挿入した後に、左側軸受４を軸１に圧入固定する。右側軸受外輪締め込み板３をハウジング２の嵌合い部に締め付けた後に、右側軸受４の外輪外側にアウタスペーサを嵌め合わせる。最後に、左側から軸受外輪締め込み板３を締め付けて運用上適正な予圧になるようにくみ上げる。 通常、このような作業は常温環境下でおこなう。
【０００９】
具体的な一例として、常温、大気中で予圧調整された軸受保持機構を極低温、高真空中で運用する場合について挙げる。軸受４は高真空域での焼き付き防止、及び、潤滑の観点から内輪・外輪がステンレス鋼、玉はセラミック素材で構成する。ハウジング２、及び、軸１は軽量化、及び、強度の観点からＴｉ合金を使用する。また、外輪量側面に設けられたスペーサ５ａ、５ｂは温度変動により生じる軸受４、軸１、及び、ハウジング２の熱変形量の差分δを吸収するように設計されるものである。
材料による常温〜極低温での平均線膨張係数はステンレス鋼＞Ｔｉ合金＞セラミックの順に大きくなり、温度変動による熱変形量もこの順となる。
温度低下により、玉４ｂの熱変収縮量は軸受内輪４ｃ、外輪４ａの熱収縮量より相対的に小さいため軸受の玉４ｂと軌道面の隙間は縮まる。このため、ハウジング２に対してアウタスペーサ５ａは熱収縮量が大きく、インナスペーサ５ｂは熱収縮量が小さくなるように、アウタスペーサ５ａにはＴｉ合金より平均線膨張係数の大きいアルミニウムを、インナスペーサ５ｂにはＴｉ合金より平均線膨張係数の小さいインバーを使用する。 
【００１０】
上記のような軸受保持構造において、温度低下があった場合に生じる玉４ｂと軌道面の隙間の相対的な収縮量を、インナスペーサ５ｂがハウジング２に対して相対的に膨張し、アウタスペーサ５ａが相対的に収縮することにより軸受外輪４ａを左軸方向に移動させ玉４ｂと軌道面の隙間を広げることで補正するため、結果的に常温下で調整したときと同様の予圧を維持できる。
また、逆に温度上昇があった場合にも同様に玉４ｂと軌道面に生じる隙間の相対的な膨張量を、アウタスペーサ５ａが膨張、インナスペーサ５ｂが収縮することにより軸受外輪４ａを右軸方向に移動させ玉４ｂと軌道面の隙間を縮めることで補正するため、予圧変動を抑制することができる。
なお、このとき、従来例のように、インナスペーサあるいはアウタスペーサのいずれか片方しかない場合には、上記のようにハウジングに対する外輪４ａの相対位置を変化させることが困難になり、与圧一定化をはかることができない。
【００１１】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２によるアンギュラ玉軸受装置の構造を示す断面図である。インナスペーサ５ｂとアウタスペーサ５ａを軸１両端近傍のアンギュラ玉軸受４に設けた軸受保持構造である。温度変動ΔＴによる軸受保持部に生じるガタはδ＝δｈ−δｓ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δｊ）×２となる。
ここで、両サイドのスペーサ各々で軸受外輪４ａを移動させる距離はδ／２となる。
これより、アウタスペーサ５ａの熱変形量δ／２、インナスペーサ５ｂの熱変形量−δ／２になる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。
【００１２】
このような構成とすることで、ハウジング２の両端に設けられた正面突き合わせ軸受各々での温度低下、及び、上昇時の軸受玉４ｂと軌道面の隙間の縮み、及び、広がりをそれぞれの軸受外輪両側面に設けたスペーサが調整するため、軸１とハウジング２の相対位置関係を維持したまま、常温下で調整したときと同様の予圧を維持できる。
【００１３】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３による軸受保持構造を示す断面図である。実施の形態２で示したハウジング２の両端にある各々の軸受４を、外側軸受４−１と内側軸受４−２の背面突き合わせに変更している。これに伴い、アウタスペーサ５ａは外側軸受外輪４−１ａに、インナスペーサ５ｂは内側軸受外輪４−２ａに設けている。
温度変動ΔＴによる軸受保持部に生じるガタはδ＝δｈ−δｓ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δｊ）×４となる。
ここで、両サイドのスペーサ各々で軸受外輪４ａを移動させる距離はδ／２となる。
これより、アウタスペーサ５ａの熱変形量δ／２、インナスペーサ５ｂの熱変形量−δ／２になる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。
【００１４】
このような軸受保持構造は、より高負荷な荷重に対しても使用でき、かつ、軸１とハウジング２の相対位置関係を維持したまま、常温下で調整したときと同様の予圧を維持できる。
【００１５】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４による軸受保持構造を示す断面図である。軸１は背面突き合わせで組み合わせたアンギュラ玉軸受４を介してハウジング２に取り付けられている。軸受外輪４ａはハウジング２に圧入固定されている。軸受内輪４ｃの両側面にはアウタスペーサ５ａ、及び、インナスペーサ５ｂが設けられている。軸受内輪締め込み板６がアウタスペーサ５ａを介して軸受内輪４ｃを、外輪押さえ板２ｂが軸受外輪４ａを反対側面から軸方向へ押すことで軸受４に予圧を与えている。ストッパ１ｂは、軸１の内輪押さえ板と反対方向に、ハウジング２と一体で突起あるいは段つき状に設けられているものである。
【００１６】
軸１、ハウジング２、軸受玉４ｂ、軸受内輪４ｃ、外輪４ａ、アウタスペーサ５ａ、及び、インナスペーサ５ｂの対象とする温度範囲での平均線膨張係数をそれぞれαｓ、αｈ、αｊ１、αｊ２、αｏ、及び、αｉとする。軸受の予圧調整後の玉と軌道面の軸方向隙間をδｊとし、温度変動ΔＴ（温度上昇の場合は正、温度低下の場合は負）による熱変形量は、左側軸受外輪内側〜右側軸受外輪内側のハウジングでδｈ＝Ｌｈ×ΔＴ×αｈ、軸受外輪内側〜外輪軌道面でδｊ２＝Ｌｊ２×ΔＴ×αｊ２、軸受内輪軌道面〜外輪軌道面でδｊ１＝Ｌｊ１×ΔＴ×αｊ１、軸受内輪外側〜内輪軌道面でδｊ２、左側内輪締め込み板〜右側内輪締め込み板の軸でδｓ＝Ｌｓ×ΔＴ×αｓとなり、軸受保持部に生じるガタは、δ＝δｓ−δｈ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δｊ）×２となる。これより、アウタスペーサ５ａの熱変形量δ、インナスペーサ５ｂの熱変形量−δになる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。
上記構成部材において、ハウジング２に左側軸受４を圧入固定し、軸１を左側から挿入する。軸１のストッパ１ｂにインナスペーサ５ｂを取り付けた後に右側軸受４をハウジング２に圧入固定する。最期に、アウタスペーサ５ａを軸１に取り付けた後に内輪締め込み板６を締め付けて運用上適正な予圧になるようにくみ上げる。通常、このような作業は常温環境下でおこなう。
【００１７】
このような軸受保持構造において、温度低下があった場合に生じる玉４ｂと軌道面の隙間の相対的な収縮量を、インナスペーサ５ｂが軸１に対して相対的に膨張し、アウタスペーサ５ａが相対的に収縮することにより軸受内輪４ｃを左軸方向に移動させ玉４ｂと軌道面の隙間を広げることで補正をするため結果的に常温下で調整したときと同様の予圧を維持できる。
また、逆に温度上昇があった場合にも同様に玉４ｂと軌道面に生じる隙間の相対的な膨張量を、アウタスペーサ５ａが膨張、インナスペーサ５ｂが収縮することにより軸受内輪４ｃを右軸方向に移動させ玉４ｂと軌道面の隙間を縮めることで補正するため、予圧変動を抑制することができる。
【００１８】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５による軸受保持構造を示す断面図である。 インナスペーサ５ｂとアウタスペーサ５ａを軸１両端近傍のアンギュラ玉軸受４に設けた軸受保持構造である。温度変動ΔＴによる軸受保持部に生じるガタはδ＝δｓ−δｈ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δｊ）×２となる。
ここで、両サイドのスペーサ各々で軸受内輪４ｃを移動させる距離はδ／２となる。
これより、アウタスペーサ５ａの熱変形量δ／２、インナスペーサ５ｂの熱変形量−δ／２になる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。
【００１９】
このような構成とすることで、ハウジング２の両端に設けられた背面突き合わせ軸受各々での温度低下、及び、上昇時の軸受玉４ｂと軌道面の隙間の縮み、及び、広がりをそれぞれの軸受内輪両側面に設けたスペーサが調整するため、軸１とハウジング２の相対位置関係を維持したまま、常温下で調整したときと同様の予圧を維持できる。
【００２０】
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６による軸受保持構造を示す断面図である。実施の形態５で示したハウジング２の両端にある各々の軸受４を、外側軸受４−１と内側軸受４−２の正面突き合わせに変更している。これに伴い、アウタスペーサは外側軸受内輪４−１ｃに、インナスペーサは内側軸受内輪４−２ｃに設けている。 
温度変動ΔＴによる軸受保持部に生じるガタはδ＝δｓ−δｈ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δｊ）×４となる。
ここで、両サイドのスペーサ各々で軸受内輪４ｃを移動させる距離はδ／２となる。
これより、アウタスペーサ５ａの熱変形量δ／２、インナスペーサ５ｂの熱変形量−δ／２になる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。
【００２１】
このような軸受保持構造は、より高負荷な荷重に対しても使用でき、かつ、軸１とハウジング２の相対位置関係を維持したまま、常温下で調整したときと同様の予圧を維持できる。
【００２２】
実施の形態７．
実施の形態１において、予圧調整後の温度変動による軸受隙間がδ１ｊとなるように、アウタスペーサ５ａの熱変形量がδ１、インナスペーサ５ｂの熱変形量が−δ１となる適切な長さと線膨張係数を有する材料を選択する。ただし、ここでδ１＝δｈ−δｓ−（δｊ２＋δｊ１＋δｊ２＋δ１ｊ）×２である。この２つのスペーサを図１に示すように軸受外輪両側面に設置する。
【００２３】
これにより、予圧調整時と温度変動後の予圧を任意に設定することができる。これは予圧調整環境における温度と運用環境における温度が異なり、それぞれの環境において必要な予圧が異なる場合に、特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１におけるのアンギュラ軸受保持装置の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２におけるアンギュラ軸受保持装置の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３におけるアンギュラ軸受保持装置の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４におけるアンギュラ軸受保持装置の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態５におけるアンギュラ軸受保持装置の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態６におけるアンギュラ軸受保持装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  軸、１ａ  内輪押さえ板、１ｂ  内輪ストッパ、２  ハウジング、２ａ  外輪ストッパ、２ｂ  外輪押さえ板、３  外輪締め込み板、４  アンギュラ玉軸受、４ａ  外輪、４ｂ  玉、４ｃ  内輪、４−１  外側軸受、４−１ａ  外側軸受外輪、４−１ｂ  外側軸受玉、４−１ｃ  外側軸受内輪、４−２  内側軸受、４−２ａ  内側軸受外輪、４−２ｂ  内側軸受玉、４−２ｃ  内側軸受内輪、５ａ  アウタスペーサ、５ｂ  インナスペーサ、６  内輪締め込み板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005325907.tif 000006
【図５】
2005325907.tif 000007
【図６】
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