(57)【要約】【課題】  転がり軸受における振動や異音の発生を抑制する。【解決手段】  軸受固定輪を装置に組み込み、軸受回転輪に回転体をボルトで固定した転がり軸受の固定構造において、装置全体の固有振動数が、転がり軸受の回転に起因する振動の周波数よりも大きくなるように、ボルトによる締結エリアを設定する。【選択図】  図１
2005273713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受固定輪を装置に組み込み、軸受回転輪に回転体をボルトで固定した転がり軸受の固定構造において、装置全体の固有振動数が、転がり軸受の回転に起因する振動の周波数よりも大きくなるように、ボルトによる締結エリアを設定した転がり軸受の固定構造。
【請求項２】
前記転がり軸受がＣＴスキャナ装置のガントリ用であることを特徴する請求項１の転がり軸受の固定構造。
【請求項３】
前記転がり軸受が、内周に軌道を有する外方部材と、外周に軌道を有する内方部材と、外方部材の軌道と内方部材の軌道との間に介在させた複数の転動体と、転動体を所定間隔に保持する保持器とを備えた超薄肉型転がり軸受であることを特徴とする請求項２の転がり軸受の固定構造。
【請求項４】
外方部材および内方部材のうちの一方が被写体の周囲を回転するＣＴスキャナ装置の回転架台に、他方がＣＴスキャナ装置の固定架台に固定された請求項３の転がり軸受の固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、産業用ロボット、工作機械、医療機器などに使用される超薄肉型の転がり軸受の固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴスキャナ装置のガントリ用軸受は、Ｘ線管球、画像処理を代表とする撮影機器等を搭載した回転体支持軸受として使用される。また、この軸受は軸受外径が１ｍ程度の超大型サイズであるため、ＣＴスキャナ本体フレームへの固定方法は、ボルトによる結合が一般的である。
【０００３】
図９に、医療機器の一種であるＣＴスキャナ装置の一例を示す。図示のようにＣＴスキャナ装置では、Ｘ線管装置５０で発生したＸ線を、その強度分布を一様にするウェッジフィルタ５２、強度分布を制限するスリット５４を介して被写体５６に照射する。被写体５６を通過したＸ線は検出器５８で受け、電気信号に変換して図示しないコンピュータに送られる。Ｘ線管装置５０、ウェッジフィルタ５２、スリット５４、検出器５８などの各部品は、軸受６０を介して固定架台６２に回転自在に支持された略円筒状の回転架台６４に装着され、この回転架台６４の回転によって被写体５６の周囲を回転する。ＣＴスキャナ装置では、互いに対向させたＸ線管装置５０と検出器５８が被写体５６のまわりを回転することにより、被写体５６の検査断面内のあらゆる点で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。
【特許文献１】特開２０００−３２９１４３号公報（段落番号００２３、図１、図２、図８）
【特許文献２】特開２００１−３０４２６６号公報（段落番号００１７、図１、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
装置の回転架台６４は軸受６０の内・外軌道輪のうち回転する軌道輪（以下、軸受回転輪という。）の幅面にボルトにより結合される。このボルトの本数あるいはボルトによる締結エリアの数と軸受６０の回転数によって、軸受６０の回転に起因して発生する振動の支配的な周波数が決定される。一方、軸受６０の内・外軌道輪のうち回転しない軌道輪（以下、軸受固定輪という。）と固定されるフレーム６２は、コンパクト化、簡素化の要請に応えるため、構造体の剛性が低下し、比較的低い固有振動数を有する傾向にある。このため、軸受６０の回転に起因して発生する振動の周波数と構造体の固有振動数が一致し、共振を誘発するという問題が生じる。
【０００５】
そこで、この発明の主要な目的は、転がり軸受の回転時の共振現象を抑制、回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
振動や、それに伴う異音にとって支配的な周波数が、軸受の回転速度（回転数）のボルト本数次成分で発生する。いわゆる固定ボルト本数の多角歪が発生し、例えば７箇所で固定した場合、回転周波数の７次成分が励起されることになる。この使用回転数とボルト本数次成分で決定される周波数を、構造体の固有振動数と一致させないことが、共振を抑制するためには必要である。この発明は、かかる知見に基づき、構造体の固有振動数との間で共振が生じない数のボルト（ないしボルトによる締結エリア）にて回転体を固定するようにした。すなわち、この発明は、軸受固定輪を装置に組み込み、軸受回転輪に回転体をボルトで固定した転がり軸受の固定構造において、装置全体の固有振動数が、転がり軸受の回転に起因する振動の周波数よりも大きくなるように、ボルトによる締結エリアを設定したことを特徴とするものである。
【０００７】
ＣＴスキャナ装置のガントリ用軸受の場合、たとえば、内周に軌道を有する外方部材と、外周に軌道を有する内方部材と、外方部材の軌道と内方部材の軌道との間に介在させた複数の転動体と、転動体を所定間隔に保持する保持器とを備えた超薄肉型転がり軸受であって、外方部材および内方部材のうちの一方が被写体の周囲を回転するＣＴスキャナ装置の回転架台に、他方がＣＴスキャナ装置の固定架台に固定され、これによりＣＴスキャナ装置の回転架台が固定架台に対して回転自在に支持される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、支配的な周波数帯が変化し、共振現象が抑制される。
【０００９】
図１は本発明の基本的構想を図解した線図であって、フレーム等構造体の固有振動数が１１．５Ｈｚ、軸受使用回転数が最大１８０ｒｐｍの場合、軸受回転輪と重量物を搭載する回転体とのボルトによる締結を円周方向３箇所で行うことで、軸受の回転に起因する振動の周波数のピークがフレーム等構造体の固有振動数以下となり、共振を回避できる。すなわち、図１は例として６０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、１８０ｒｐｍのピーク周波数を示しているが、ボルトによる締結エリアの数が３であれば、軸受使用回転数６０〜１８０ｒｐｍのいずれの領域においても、軸受の回転に起因する振動の周波数のピークと構造体の固有振動数が合致することはないため、共振現象を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１１】
まず、図２および図３に示す超薄肉形転がり軸受について説明する。ここで、図３は図９のＣＴスキャナ装置に使用される軸受６０の断面図に相当する。この軸受６０は、外方部材１０と、内方部材１８と、転動体２６と、保持器２８を主要な構成要素として成り立っている。外方部材１０はリング状で内周に単列の軌道１２を有する。内方部材１８はリング状で、外方部材１０の内周側に同心配置され、外周に単列の軌道２０を有する。外方部材１０の軌道１２と内方部材１８の軌道２０との間に複数の転動体２６を単列で介在させてある。保持器２８は転動体２６を円周方向で所定間隔に保持する。転動体２６としてここでは玉を例示してあるが、ころを使用することもできる。符号４８で指してあるのは軸受の両端開口部を非接触で密封するシール装置である。
【００１２】
この軸受６０は、玉２６の直径ＤBとピッチ円径ＰＣＤとの比ＤB／ＰＣＤの値φを０．０３以下（φ≦０．０３）とした超薄肉形転がり軸受であって、通常、ＰＣＤが５００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度の大径軸受に適用されるものである。具体例を挙げるならば、玉径：１／２インチ（１２．７ｍｍ）、ＰＣＤ：１０４１．４ｍｍの場合、φは０．０１２にとなる。
【００１３】
保持器２８は、従来の金属材料とは異なり、樹脂材料で形成される。この樹脂製保持器２８は、図４に示すように、断面円弧状の複数の樹脂製セグメント３０を円周方向でつなぎ合わせて環状にした分割型である。図５に示すように、各セグメント３０の両端に凸状嵌合部３２と凹状嵌合部３４を形成し、結合相手となるセグメント端部の凹状嵌合部３４および凸状嵌合部３２と嵌合させることにより、セグメント３０どうしが結合され、環状の保持器２８が形成される。図示例のセグメント３０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３６と、基部３６から軸方向の一方に延びる柱部３８と、隣り合った柱部３８間に設けられた複数のポケット４０，４２とを備えている。
【００１４】
図示例のポケット４０，４２には二種類の形状がある。すなわち、玉２６の保持機能（等配機能を含む）を有する第一ポケット４２と、玉２６の等配機能のみを有する第二ポケット４２である。この実施の形態の保持器２８は、これら二種類のポケット４０，４２を円周方向に等間隔で交互に備えている。ポケット４０，４２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、構造のポケットを採用することができる。
【００１５】
第一ポケット４０および第二ポケット４２のいずれも玉２６の表面とポケット内面との間にはすきま（ポケットすきま）があり、軸受の回転中は、ポケットすきまの存在によって保持器２８が玉２６に対して半径方向に相対移動する。この相対移動に伴い、保持器２８が内方部材１８の外周面２２や外方部材１０の内周面１４のいずれか一方に接触し、保持器２８の回転が案内される。図示する実施の形態では保持器２８の外周面４４が外方部材１０の内周面１４に接触する場合を例示してあり、この場合、保持器２８は、外方部材１０との接触により外方部材１０から駆動力を受けて回転する。なお、保持器２８の内周面４６を内方部材１８の外周面２２に接触させて保持器２８の回転を案内するようにしてもよい。
【００１６】
外方部材１０の一端側（図３の右側）の端面にねじ孔１６が形成してあり、このねじ孔１６に図示しないボルト等の締結手段をねじ込むことによって、外方部材１０がＣＴスキャナ装置の回転架台６４（図９参照）に固定される。内方部材１８の他端側の端面にも同様にねじ孔２４が形成してあり、このねじ孔２４に図示しないボルト等の締結手段をねじ込むことによって内方部材１８が固定架台６２（図９参照）に固定される。この場合、外方部材１０が回転架台６４と共に回転する回転部材となり、内方部材１８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、上記とは逆に外方部材１０を固定側とし、内方部材１８を回転架台６４と共に回転する回転側とすることもできる。
【００１７】
図２に示すように、ねじ孔１６は外方部材１０の円周方向に等配してあり、ねじ孔２４は内方部材１８の円周方向に等配してある。通常、ボルトによる締結エリアは円周方向に等間隔に配置され、各締結エリアにおけるボルトの数は１本に限らず複数の場合もあるが、ここでは簡略のため１本の場合を例にとって説明する。ＣＴスキャナ装置も軽量化のために構造体の剛性を低くしているので固有振動数が低い。また、ＣＴスキャナ装置のガントリ用軸受回転時に起因する振動の周波数のピークが発生する。この構造体の固有振動数と回転に起因するピーク周波数が近似してくると共振の問題が生じ、異音や振動の原因となる。構造体の剛性を変更して固有振動数を変えるか、軸受の使用回転数を変えることが可能であればそうすることによって共振を回避することもできるが、ここでは軸受回転輪に固定するためのボルトの数を変更することで共振を防止するようにしている。
【００１８】
たとえばボルトの数が７本で、軸受回転数が９８ｒｐｍ（＝１．６Ｈｚ）のとき、振動成分は１．６Ｈｚ×７本＝１１．２≒１１．５Ｈｚが最大になる（図６（Ｂ）参照）。この場合、回転数が９８ｒｐｍ（約１００ｒｐｍ）で、フレーム等の構造体の固有振動数がたとえば１１．５Ｈｚであれば、構造体の固有振動数と軸受の振動成分が同じになり、共振が発生する。そこで、ボルトの数をたとえば３本に変更すると、軸受の振動成分は１．６Ｈｚ（９８ｒｐｍ）×３本＝４．８Ｈｚ≒４．９Ｈｚとなり（図７（Ｂ）参照）、構造体の固有振動数からずれるので共振がなくなる。
【００１９】
ここで、図６ないし図８はパワースペクトルすなわち時間的または空間的に変動する量の二乗平均を周波数成分の分布として表したもので、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に騒音レベル（ｄＢ）をとってある。図６はボルトにより円周上７箇所を固定した場合、図７は同じく３箇所の場合、図８は同じく２箇所の場合である。各図において、Ａは６０ｒｐｍ（１Ｈｚ）、Ｂは９８ｒｐｍ（１．６Ｈｚ）、Ｃは１２０ｒｐｍ（２Ｈｚ）の場合を示す。
【００２０】
このように、円周上等配した締結エリアにて構造体にボルトで固定される軸受において、ボルトの数が構造体の固有振動数を使用回転数で割った値と近似しない値とするために、少なくとも１本、ボルトの数を増減させる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための線図である。
【図２】転がり軸受の正面図である。
【図３】転がり軸受の拡大断面図である。
【図４】保持器の正面図である。
【図５】保持器を構成するセグメントの展開平面図である。
【図６】ボルトにより７箇所を固定した場合のパワースペクトル図である。
【図７】ボルトにより３箇所を固定した場合のパワースペクトル図である。
【図８】ボルトにより２箇所を固定した場合のパワースペクトル図である。
【図９】ＣＴスキャナ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０      外方部材
１２    軌道面
１４    内周面
１６    ねじ孔
１８    内方部材
２０    軌道面
２２    外周面
２４    ねじ孔
２６    玉（転動体）
２８    保持器
３０    セグメント
３２    凹状嵌合部
３４    凸状嵌合部
３６    基部
３８    柱部
４０    第一ポケット
４２    第二ポケット
４４    外周面
４６    内周面
４８    シール装置
５０    Ｘ線管装置
５２    ウェッジフィルタ
５４    スリット
５６    被写体
５８    検出器
６０    軸受
６２    固定架台
６４    回転架台
【図１】
2005273713.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005273713.tif 000009
【図８】
2005273713.tif 000010
【図９】
2005273713.tif 000011