(57)【要約】【課題】玉３の直径ｄＢとピッチ円径ＰＣＤとの比の値が０．０３以下の超薄肉形転がり軸受の起動トルクを、転がり疲労寿命を短くすることなく、低減させる。【解決手段】軌道溝の曲率を外輪１、内輪２とも玉直径ｄＢの１０４％以上でかつ１０８％以下とする。【選択図】  図４
2005003152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
玉の直径とピッチ円径との比の値が０．０３以下の超薄肉形の大形転がり軸受であって、軌道溝の曲率直径を内輪、外輪とも玉直径の１０４％以上でかつ１０８％以下としたことを特徴とする超薄肉形転がり軸受。
【請求項２】
アンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１の超薄肉形転がり軸受。
【請求項３】
複列アンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項２の超薄肉形転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＴスキャナ装置を代表とする医療機器に使用される超薄肉形転がり軸受に関する。ここで、超薄肉形転がり軸受とは、内径６５０ｍｍ以上で、玉の直径とピッチ円径との比の値が０．０３以下の超薄肉の大形転がり軸受をいう。
【０００２】
【従来の技術】
図８に、医療機器の一種であるＣＴスキャナ装置の一例を示す。ＣＴスキャナ装置は、Ｘ線管装置２０で発生したＸ線を、その強度分布を一様ならしめるウェッジフィルタ２１、強度分布を制限するスリット２２を介して被写体２３に照射するようになっている。被写体２３を通過したＸ線は検出器２４で受けられ、電気信号に変換されて図示しないコンピュータに送られる。Ｘ線管装置２０、ウェッジフィルタ２１、スリット２２、検出器２４などの各部品は、軸受２５を介して固定架台２６に回転自在に支持された略円筒状の回転架台２７に装着され、この回転架台２７の回転に伴って被写体２３の周囲を回転する。互いに向かい合ったＸ線管装置２０と検出器２４が被写体２３の周囲を回転することにより、被写体２３の検査断面内のあらゆる点のすべての角度をカバーする投影データを得、これらのデータから予めプログラムされた再構成プログラムにより断層画像を得る。
【０００３】
このＣＴスキャナ装置においては、固定架台２６の内周面が、被写体２３が入る程度の大径（概ね直径１ｍ程度）に形成されるため、固定架台２６と回転架台２７との間の軸受２５には、直径に対して断面が著しく小さい、いわゆる超薄肉形転がり軸受が使用される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２９１４３号公報（段落番号０００２、図８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
医療機器では、検査を受ける患者に対して不安感や恐怖感を与えないような配慮が必要とされ、特にＣＴスキャナ装置の場合、患者自身がガントリと呼ばれるトンネルの入口のような部分に入るため、機械的な運転音や電気的な励磁音が嫌われ、また、病院の診察室では限られたスペースに設置されることも相俟って、駆動モータ類は極力小型のものが使用される。その結果、軸受に対しては低騒音と低振動、低トルクが要求される。また、ＣＴスキャナ装置は非常に高価な医療機器であることから、優れた耐久性が望まれ、軸受に対しては長寿命が要求される。
【０００６】
一般に、玉軸受の内外軌道溝の横断面は、使用される玉よりわずかに大きな曲率半径の円弧形状に仕上げられている。軸受は大量生産される機械部品であることから、この曲率は量産性を考慮して最も汎用性のある一定の曲率直径に設定されている。
【０００７】
ＣＴスキャナ装置のガントリ部に１２０ｒｐｍ程度以上の高速回転で使用される組合せアンギュラ玉軸受（背面配列）では、静粛かつ高剛性、低振動を目的として、軸受内部に適当な予圧（マイナスすきま）を付与するか、あるいは、極力小さなすきまを設定して使用されるが、駆動モータの小型軽量化に伴い、起動トルクの低減を図る必要がある。起動トルクの低減には、すきまを大きくしたり、軌道溝の曲率を小さく（曲率半径を大きく）したりするなどの方法があるが、前者には大形軸受で発生しやすい玉の落ち音の問題があり、後者には玉と軌道溝との接触面圧（ヘルツ圧力）が大きくなって転がり疲労寿命が短くなるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、これらの相反する要求を満足させつつ、超薄肉形転がり軸受の起動トルクを低減させることにある。より具体的には、本発明は、転がり疲労寿命を低下させることなく、起動トルクを低減させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の超薄肉形転がり軸受は、玉の直径とピッチ円径との比の値が０．０３以下の超薄肉形の大形転がり軸受であって、軌道溝の曲率直径を内輪、外輪とも玉直径の１０４％以上でかつ１０８％以下としたことを特徴とするものである。本発明によれば、従来の予圧条件下（小さなすきま条件下も含む）でも、要求される起動トルクと転がり疲労寿命を満足し、静粛かつ高剛性、低振動の超薄肉形転がり軸受を提供できる。
【００１０】
軸受形式としてはアンギュラ玉軸受が好ましく、とりわけモーメント荷重を受けるのに適した組合せアンギュラ玉軸受（背面配列）、あるいは、外輪が二列の軌道を持った複列アンギュラ玉軸受が好ましい。また、本発明は四点接触玉軸受にも適用できる。１２０ｒｐｍ程度以下のＣＴスキャナ装置では、コスト面で有利な四点接触玉軸受が一般的に使用される。ただし、四点接触玉軸受では、本アプリケーションのように自転軸が二本存在すると、すべり発熱が大きいという問題から、通常、組合せアンギュラ玉軸受（背面配列）より大きめのすきまを設定して使用される。したがって、組合せアンギュラ玉軸受（背面配列）に対して、音響、剛性、振動の点で不利になるが、低トルクで、かつ、要求される転がり疲労寿命を満足するという点で差異はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。なお、以下に述べる実施の形態はいずれも、玉の直径ｄＢとピッチ円径ＰＣＤとの比の値φを０．０３以下（φ＝ｄＢ／ＰＣＤ≦０．０３）とした超薄肉形転がり軸受であり、図８に示した既述のＣＴスキャナ装置における軸受２５の詳細構造に該当する。
まず、図１に示す実施の形態は、二つのアンギュラ玉軸受Ｘ，Ｙを組み合わせたいわゆる組合せアンギュラ玉軸受の場合である。この組合せアンギュラ玉軸受は、二つのアンギュラ玉軸受Ｘ，Ｙの外輪の背面同士を接触させたいわゆる背面配列である。この配列は、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。軸受Ｘの内輪３２と、双方の玉、外輪３１を介して軸受Ｙの内輪３２を互いに向かい合った方向の加圧力を作用させ、軸受内部に適正な予圧を付与して使用される。
【００１２】
ここでは、図８に示したＣＴスキャナ装置の回転架台２７に外環体３３を、固定架台２６に内環体３４をそれぞれねじ止めし、さらに、外環体３３の内周面に二つの軸受Ｘ，Ｙの各外輪３１を、内環体３４の外周面に二つの軸受Ｘ，Ｙの各内輪３２をそれぞれ嵌合させて、回転架台２７を回転自在に支持している。いま、軸受Ｘ，Ｙは無負荷では双方の外輪３１が背面で接触し合うと、双方の内輪３２の間には接触せずすきまが残る状態とし、内環体３４の一端側と外環体３３の他端側とにはそれぞれ締付けねじ３５を用いて押え部材３６が固定されており、この押え部材３６で外輪３１の端面や内輪３２の端面を押圧し、かつ、その反対側の端面を外環体３３および内環体３４に設けた肩部３３ａ，３４ａで受けることによって軸受内部に予圧が負荷される。
【００１３】
内輪の軌道溝と外輪の軌道溝との間に複数の玉が転動自在に介在させてあり、これらの玉は樹脂製保持器によって所定間隔に保持される。この樹脂製保持器４は、図２（ａ）に示すように、複数の円弧状のセグメント４０を円周方向につなぎ合わせて環状にした分割型（セグメントタイプ）である。図２（ｂ）に示すように、各セグメント４０の両端に凹状の嵌合部４４ａと凸状の嵌合部４４ｂを設け、隣接するセグメントのうち、一方のセグメントの凹状嵌合部４４ａ（もしくは凸状嵌合部４４ｂ）を他方のセグメントの凸状嵌合部４４ｂ（もしくは凹状嵌合部４４ａ）と嵌合させることにより、円周方向に隣り合ったセグメント４０を相互に連結するようになっている。
【００１４】
図３はセグメント４０を展開した平面図である。図示例のセグメント４０は、環状体を円周方向の複数箇所で分割した円弧形状をなす基部４１と、基部４１から軸方向の一方に延びる柱部４２と、隣り合った柱部４２間に設けられた複数のポケット４３ａ，４３ｂとを備えている。柱部４２は玉のピッチ円Ｐを超えて軸方向の一方に延びている。図示例のポケット４３ａ，４３ｂは二種類の形状をもっており、そのうちの一方はポケット中心よりもポケット開口側の壁面を平面視で凹状円弧面にした第一ポケット４３ａで、他方は当該壁面を軸方向のストレート面にした第二ポケット４３ｂである。第一ポケット４３ａと第二ポケット４３ｂは円周方向に交互に設けられる。どちらのポケット４３ａ，４３ｂの壁面も、半径方向の断面はポケット中心を曲率中心とする凹曲面である。ポケット４３ａ，４３ｂへの玉の収容は、ポケット４３ａ，４３ｂの軸方向開口部からポケット奥部側に玉を押し込むことによって行われる。このとき、第一ポケット４３ａでは、入口側の柱部４２を押し広げながら玉を押し込む必要があるが、第二ポケット４３ｂではそのような手間を必要としないので、保持器４への玉の組込み工程を簡略化することができる。なお、上述したポケット４３ａ，４３ｂの形状や構造は例示にすぎず、例えばポケットを単一形状とするなど、軸受の使用条件等に応じて種々の形状、構造のポケットが使用可能である。
【００１５】
次に、図４に示す実施の形態の超薄肉形転がり軸受は複列アンギュラ玉軸受の場合であって、リング状の外輪１と、外輪１の内周側に同心配置した同じくリング状の内輪２と、外輪１と内輪２との間に介在する複数の玉３と、玉３を円周方向で所定間隔に保持する保持器４とを主要な構成要素とし、さらに、軸受の両端開口部を密封するシール５ａ，５ｂと、軸受内部に予圧を付与するための予圧付与手段Ｓとを備えている。この軸受２５は、玉３が二列である点は図１の実施の形態と同じであるが、外輪１が二列の軌道を形成した一体型つまり複列外輪である点で相違する。両軸受部分の組合せは、図１の実施の形態における背面配列と同じであり、転動体荷重の作用線Ｑの交点はピッチ円Ｐの外側にある。両軸受部の接触角（転動体荷重の方向と軸受の中心軸に垂直な平面とのなす角）は、例えば３０°とされる。
【００１６】
外輪１は、図１の実施の形態における外輪３１と外環体３３とを一体化した構造であり、その内周面には玉３が転動する軌道溝１ｃが玉３の列数に対応して複列に形成されている。内輪２は、図１の実施の形態における一方の内輪３２と内環体３４とを一体化した構造の環状部材２ａと、環状部材２ａの外周に嵌合したリング状の嵌合部材２ｂとで構成される。環状部材２ａの一端部外周面には他所より小径の段部２ａ１があり、この段部２ａ１に嵌合部材２ｂが嵌合させてある。環状部材２ａおよび嵌合部材２ｂの外周面にはそれぞれ軌道溝２ｃが形成されており、この二つの軌道溝２ｃと外輪１の複列の軌道溝１ｃとの間にそれぞれ玉３が転動自在に介在している。
【００１７】
予圧付与手段Ｓは、嵌合部材２ｂの軸受内部側への加圧により軸受内部に適正な予圧を付与するもので、例えば次のように構成される。嵌合部材２ｂは、環状部材２ａに対し、後述する押え部材６の締込みで移動可能となる程度の緩いハメアイで嵌合させる。押え部材６の締込み前は、環状部材２ａの肩部２ａ２と嵌合部材２ｂの他端側（図の左側）の端面２ｂ１との間に軸方向のすきまｔがあり、かつ、嵌合部材２ｂの一端側（図の右側）の端面２ｂ２は、環状部材２ａの一端側端面２ａ３よりも僅かに軸方向に突出している。この突出量は軸方向すきまｔの幅と同じか、あるいはこれよりも僅かに大きい。
【００１８】
外輪１の一端側の端面には、取付け孔８が形成され、この取付け孔８に図示しないボルト等をねじ込むことによって、外輪１がＣＴスキャナ装置（図８）の回転架台２７に固定される。内方部材２の他端側の端面（この実施の形態では環状部材２ａの他端側端面）にも同様に取付け孔９が設けられており、この取付け孔９に図示しないボルト等をねじ込むことによって内輪２が固定架台２６に固定される。このようにして、外輪１が回転架台２７と共に回転する回転部材となり、内輪２を構成する環状部材２ａおよび嵌合部材２ｂが非回転の固定部材となる。ＣＴスキャナ装置の構造によっては、上記とは逆に外輪１を非回転の固定側、内輪２を回転架台２７と共に回転する回転側とすることもできる。
【００１９】
環状部材２ａの一端側の端面には、リング状の押え部材６がボルト等の締結手段７を用いて固定される。押え部材６の外径端は、嵌合部材２ｂの外周面とほぼ同一レベルにある。押え部材６の外径端の対向位置に一対のシールのうちの一端側のシール５ａがある。
【００２０】
以上の構成において、締結手段７を締め込むと、押え部材６が嵌合部材２ｂを加圧してこれを軸受内部側に押し込む。これにより予圧付与手段Ｓが機能し、軸方向すきまｔが縮小するとともに、加圧力が玉３を介して外輪１に伝達され、外輪１を軸方向他端側に押し込む。したがって、双方の軸受部分で軸受すきまが殺され、予圧が付与される。軸方向すきまｔが零になるまで嵌合部材２ｂを押し込んだところで所定の予圧量が得られるよう、当初の軸方向すきまｔの幅を予め設定しておくことにより、予圧調整を高精度に、かつ、簡単な作業で行うことができる。この他、締結手段７の締付けトルクを管理する等の方法により、軸受部に定圧予圧を付与することもできる（この場合、予圧付与後の軸方向すきまｔは零になるとは限らない）。
【００２１】
上記の構造であれば、図１の実施の形態に比べて外輪３１や一方の押え部材３６の分だけ部品点数を削減できるので、部品コストや組立コストを削減することができる。また、部品数が少ないが故に高精度を出しやすく、そのような精度を出すための仕上げ加工を簡略化してさらなる低コスト化を図ることができる。
【００２２】
図５に示す実施の形態は、環状部材２ａの外周面に設けた段部２ａ１に一対の嵌合部材２ｂを嵌合させたもので、各嵌合部材２ｂの外周面にそれぞれ軌道溝２ｃが設けてある。他端側の嵌合部材２ｂは、環状部材２ａの他端外周部に設けた肩部２ａ２で係止される。両嵌合部材２ｂ間には軸方向のすきまｔがあり、このすきまｔが縮小するように押え部材６を締め込むことにより、予圧付与手段Ｓが機能し、軸受内部に所定の予圧が付与される。
【００２３】
図５の実施の形態では、軸受の両端開口部を密封するシール５ａ，５ｂを、環状部材２ａおよび押え部材６の外径端を外径側に延ばし、外輪１の内周面に近接させて非接触シールを構成した場合を図示しているが、図４の実施の形態と同様に外輪１にシールワッシャ５ａ，５ｂなどの非接触型シール部材を採用してもよい。もちろん接触型シールを採用することもできる。外輪１の内周面であってシール５ａ，５ｂと両軌道溝１ｃとの間には環状の油溝１０が設けられ、この油溝１０と対向する環状部材２ａおよび押え部材６の各外周面には、肉取りにより油溜り１１が形成されている。以上、図４の実施の形態との相違点を中心に説明したが、これ以外の構成、作用効果、および変形例等は図４の実施の形態と概ね同様であるので、共通部分に同一参照番号を付して重複説明を省略する。
【００２４】
一般的なＣＴスキャナ装置に使用されている代表的なアンギュラ玉軸受ユニットとして、図４に示す構成を例にとって、軸受仕様と荷重を示すならば次のとおりである。
内径：８２０ｍｍ
外径：９６０ｍｍ（フランジ部含まず）
幅：６０ｍｍ
玉直径：１／２インチ
玉数：１１０／列
ピッチ円径：９１４ｍｍ
モーメント荷重：７５０ｋｇｆ×１００ｍｍ
回転数：１２０ｒｐｍ
【００２５】
上述のすべての実施の形態において、軌道溝の曲率（直径）は、内外輪ともに、玉直径の１０４％以上１０８％以下である。実際のすきま条件でこの軸受の起動トルクを実測すると、起動トルクの上限値に対して約１／２のレベルであった。図６に計算値を示す。起動トルクに対する要求レベルを上限値とし、図６の「１」はこのレベルを示している。□印が実測値である。内外輪とも起動溝の曲率直径を玉直径の１０２％とした比較例１が推奨予圧レベルの上限値側で起動トルクの上限値を越えているのに対し、実施例１、実施例２、実施例３はいずれも起動トルクの上限値を満足する。なお、すきまの下限値（推奨予圧レベルの上限値）では、起動トルクが上限値の約８割に達することが予想される。今後、ＣＴスキャナ装置の大形化（４０インチサイズ以上もある）や駆動モータの小型軽量化により、起動トルクの低減の要求はますます厳しくなると思われ、軌道溝曲率をどこまで小さく設定できるかが重要になる。
【００２６】
軌道溝の曲率を小さくすることのデメリットとして、転がり疲労寿命が短くなることが挙げられるため、その影響について検証し、図７にＬｕｎｄｂｅｒｇ−Ｐａｌｍｇｒｅｎの理論式から求めた寿命について示す。実機使用１０年相当を要求レベルとし、図７の「１」はこのレベルを示している。図７より、推奨予圧レベルの範囲内では、実施例１、実施例２、実施例３はいずれも転がり疲労寿命の下限値を満足することが分かる。内外輪とも軌道溝の曲率直径を玉直径の１１０％とした比較例２は推奨予圧レベルの上限値側で転がり疲労寿命の下限値を下回っている。
【００２７】
図６および図７より、起動トルクの上限値を満足するためには、軌道溝の曲率直径は内輪、外輪ともに玉直径の１０４％以上が必要であり、一方、転がり疲れ寿命の点では、内輪、外輪ともに玉直径の１０８％以下が必要であることが分かる。したがって、起動トルクと転がり疲れ寿命の双方を満足するためには、軌道溝の曲率直径は、内輪、外輪とも、玉直径の１０４％以上でかつ１０８％以下の範囲で設定する必要がある。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＴスキャナ装置等医療機器用の超薄肉形転がり軸受で重要な起動トルクの低減と長寿命化という相反する要求に対して、両者を満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す超薄肉形転がり軸受の断面図である。
【図２】ａは保持器の側面図ｂはｂ矢視図である。
【図３】保持器を構成するセグメントの展開平面図である。
【図４】別の実施の形態を示す超薄肉形転がり軸受の断面図である。
【図５】別の実施の形態を示す超薄肉形転がり軸受の断面図である。
【図６】予圧と起動トルクの関係を示す線図である。
【図７】予圧と転がり疲労寿命の関係を示す線図である。
【図８】ＣＴスキャナ装置の断面図である。
【符号の説明】
１      外輪
１ｃ    軌道溝
２      内輪
２ｃ    軌道溝
３        玉
４        保持器
ｄＢ      玉直径
ＰＣＤ    ピッチ円径
【図１】
2005003152.tif 000003
【図２】
2005003152.tif 000004
【図３】
2005003152.tif 000005
【図４】
2005003152.tif 000006
【図５】
2005003152.tif 000007
【図６】
2005003152.tif 000008
【図７】
2005003152.tif 000009
【図８】
2005003152.tif 000010