特開 2022-136891 ボールベアリングの与圧構造および回転軸の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022136891

(43)【公開日】2022-09-21

(54)【発明の名称】ボールベアリングの与圧構造および回転軸の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 23/06 20060101AFI20220913BHJP

   F16C 35/07 20060101ALI20220913BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20220913BHJP

   F16C 19/54 20060101ALI20220913BHJP

【ＦＩ】

F16C23/06

F16C35/07

F16C19/16

F16C19/54

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021036714

(22)【出願日】2021-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】599161890

【氏名又は名称】ＮＥＣネットワーク・センサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(72)【発明者】

【氏名】丸田 浩司

【テーマコード（参考）】

3J012

3J117

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J012AB04

3J012BB03

3J012BB05

3J012CB01

3J012EB14

3J012FB10

3J012HB01

3J012HB02

3J117AA02

3J117AA05

3J117DA01

3J117DB02

3J701AA03

3J701AA42

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA77

3J701FA41

3J701GA60

(57)【要約】

【課題】軸を支持するベアリングの鋼球への与圧の付与を容易にする。
【解決手段】回転軸１に固定されたインナーレース２と、ハウジング３に設けられた取り付け穴４に配置されて前記インナーレース２との間に鋼球５を保持するアウターレース６と、前記取り付け穴４の内周の雌ねじ４ａに螺合する雄ねじ７ａを有し、該雄ねじ７ａの回転によって前記インナーレース２とアウターレース６との間の鋼球５に所定の与圧を与えるよう締め付けられた第１のリングナット７とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に固定されたインナーレースと、
ハウジングに設けられた取り付け穴に配置されて前記インナーレースとの間に鋼球を保持するアウターレースと、
前記取り付け穴の内周の雌ねじに螺合する雄ねじを有し、該雄ねじの回転によって前記インナーレースとアウターレースとの間の鋼球に所定の与圧を与えるよう締め付けられた第１のリングナットと、
を有するボールベアリングの与圧構造。

【請求項2】

前記取り付け穴の内周の雌ねじに螺合し、前記第１のリングナットとの間に前記回転軸に沿う方向への力を作用させる第２のリングナットを有する、
請求項１に記載のボールベアリングの与圧構造。

【請求項3】

前記アウターレースには、前記第１のリングナットの内径より大径の環状の支持部材が一体に設けられた、
請求項１または２のいずれか１項に記載のボールベアリングの与圧構造。

【請求項4】

前記インナーレースは、前記回転軸の一端と他端とに設けられ、
前記アウターレースは、前記一端と他端とのインナーレースのそれぞれの外周に設けられ、
前記第１のリングナットの一方は、前記一端のアウターレースの一部に接触して前記回転軸に沿う一方向へ与圧を与え、
前記第１のリングナットの他方は、前記他端のアウターレースの一部に接触して前記回転軸に沿う他方向へ与圧を与える、
請求項１～３のいずれか１項に記載のボールベアリングの与圧構造。

【請求項5】

前記第１のリングナットの外周に形成された雄ねじに代えて、前記アウターレースの外周に形成された雄ねじを有し、
該雄ねじを前記取り付け穴の雌ねじにねじ込むことによってアウターレースへ与圧を与える、
請求項１に記載のボールベアリングの与圧構造。

【請求項6】

インナーレースが回転軸に固定され、該インナーレースとの間に鋼球を保持するアウターレースが、ハウジングに設けられた取り付け穴に配置された回転軸の製造方法であって、
前記インナーレースを回転軸に固定する工程と、
前記アウターレースを前記取り付け穴に配置する工程と、
前記取り付け穴の内周の雌ねじに第１のリングナットの外周の雄ねじを螺合させて回転させることにより、前記アウターレースを前記回転軸に沿う方向へ移動させる工程と、
前記第１のリングナットを所定のトルクで締め付けることにより、前記インナーレースとアウターレースとの間の鋼球に前記回転軸に沿う方向への与圧を与える工程と、
を有する回転軸の製造方法。

【請求項7】

前記回転軸の一端と他端とに前記インナーレースとアウターレースとがそれぞれ設けられ、
前記回転軸の一端の前記第１のリングナットを所定のトルクで締め付けることにより、前記回転軸の一端の前記インナーレースとアウターレースとの間の鋼球に前記回転軸に沿う方向への与圧を与える工程と、
前記回転軸の他端の前記第１のリングナットを所定のトルクで締め付けることにより、前記インナーレースとアウターレースとの間の鋼球に前記回転軸に沿う方向への与圧を与える工程と、
を交互に実行することにより、
前記回転軸の一端の鋼球と前記回転軸の他端の鋼球とに所定の与圧を与える、
請求項６に記載の回転軸の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールベアリングの与圧構造および回転軸の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ベアリングの予圧方法には定位置予圧と定圧予圧があり、定位置予圧を用いられることが多い。また精密機器の支持等に用いられるジンバル機構を構成する軸の支持においては、ベアリングの内輪～鋼球～外輪の間のガタをなくすため、ハウジングと外輪との間に挟むシムの厚さ、枚数を調整するにより外輪を軸方向へ位置決めし、鋼球への予圧量の調整を実施してきた。

【0003】

また引用文献１には、本発明に関連するベアリングの構造として、自動車のステアリング軸を支持する複列式のベアリングをステアリング軸へ固定し、いわゆるダブルナットによって緩み止めする構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－０４０２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前記シムによる調整方法は、作業が複雑かつ繊細である為、熟練した作業者の触感に頼らざるを得ないという課題がある。
また特許文献１に記載されたベアリングの支持構造は、自動車のステアリング軸の支持に用いられる一のベアリングの調整に関するものであるから、両端支持を原則とするジンバルの軸を支持するベアリングの調整に直接適用することができるものでない。また、複列式のベアリングの相互間のガタをなくす技術をベアリングの内輪と外輪との間のガタをなくす構造にそのまま適用することができるものではない。

【0006】

この発明は、ベアリングのインナーレースとアウターレースと鋼球との間に適切な与圧を付与することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１の態様にかかるボールベアリングの与圧構造は、回転軸に固定されたインナーレースと、ハウジングに設けられた取り付け穴に配置されて前記インナーレースとの間に鋼球を保持するアウターレースと、前記取り付け穴の内周の雌ねじに螺合する雄ねじを有し、該雄ねじの回転によって前記インナーレースとアウターレースとの間の鋼球に所定の与圧を与えるよう締め付けられた第１のリングナットとを有する。

【0008】

本発明の第２の態様にかかる回転軸の製造方法は、インナーレースが回転軸に固定され、該インナーレースとの間に鋼球を保持するアウターレースが、ハウジングに設けられた取り付け穴に配置された回転軸の製造方法であって、前記インナーレースを回転軸に固定する工程と、前記アウターレースを前記取り付け穴に配置する工程と、前記取り付け穴の内周の雌ねじに第１のリングナットの外周の雄ねじを螺合させて回転させることにより、前記アウターレースを前記回転軸に沿う方向へ移動させる工程と、前記第１のリングナットを所定のトルクで締め付けることにより、前記インナーレースとアウターレースとの間の鋼球に前記回転軸方向への与圧を与える工程とを有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ボールベアリングのアウターレースとインナーレースと鋼球との間に適正な与圧を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明にかかるボールベアリングの与圧構造の最少構成例の縦断面図である。

【図2】本発明の一実施形態の縦断面図である。

【図3】図２のベアリング部分の詳細図である。

【図4】図２のベアリング部分の隙間の説明図である。

【図5】図４に示す隙間調整の一段階を示す説明図である。

【図6】図４に示す隙間調整の次段階を示す説明図である。

【図7】図２のベアリングの与圧付与後の状態を示す縦断面図である。

【図8】一実施形態におけるリングナットの締め付け工具の説明図である。

【図9】図８に示すリングナットの一態様の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の最少構成例について図１を参照して説明する。
このボールベアリングの与圧構造は、回転軸１に固定されたインナーレース２と、ハウジング３に設けられた取り付け穴４に配置されて前記インナーレース２との間に鋼球５を保持するアウターレース６と、前記取り付け穴４の内周の雌ねじ４ａに螺合する雄ねじ７ａを有し、該雄ねじ７ａの回転によって前記インナーレース２とアウターレース６との間の鋼球５に所定の与圧を与えるよう締め付けられた第１のリングナット７とを有する。

【0012】

上記構成によれば、前記第１のリングナット７を所定のトルクで回転させることにより、前記アウターレース６を回転軸１に沿って移動させることができ、前記第１のリングナット７に与えたトルクに応じてアウターレース６とインナーレース２との間の鋼球５に回転軸１方向への与圧を与えた状態で保持することができる。

【0013】

また本発明にかかる回転軸の製造方法の最少構成例は、インナーレース２が回転軸１に固定され、該インナーレース２との間に鋼球５を保持するアウターレース６が、ハウジング３に設けられた取り付け穴４に配置された回転軸の製造方法であって、前記インナーレース２を回転軸１に固定する工程と、前記アウターレース６を前記取り付け穴４に配置する工程と、前記取り付け穴４の内周の雌ねじ４ａに第１のリングナット７の外周の雄ねじ７ａを螺合させて回転させることにより、前記アウターレース６を前記回転軸１に沿う方向へ移動させる工程と、前記第１のリングナット７を所定のトルクで締め付けることにより、前記インナーレース２とアウターレース６との間の鋼球５に前記回転軸１方向への与圧を与える工程とを有する。

【0014】

上記構成によれば、前記第１のリングナット７を所定のトルクで回転させることにより、前記アウターレース６を回転軸１に沿って移動させることができ、前記第１のリングナット７に与えたトルクに応じてアウターレース６とインナーレース２との間の鋼球５に回転軸１方向への与圧を与えることができる。

【0015】

図１を具体化した本発明の第１実施形態に係る構成について図２～図８を参照して説明する。なお、図中図１と共通の構成には同一符号を付し、説明を簡略化する。
図２、３に示すように、ハウジング３は円筒状の外観をなし、その左右端にベアリング１０を有する。なお一実施形態においては、インナーレース２、アウターレース６、鋼球５により構成された軸受け全体をベアリング１０と称している。
このように、前記シャフト１は、一端および他端に設けられた前記ベアリング１０の間に支持されている。

【0016】

前記ベアリング１０のインナーレース２は、前記シャフト１にシャフト固定ナット１１によって取り付けられている。詳細には、前記シャフト１の両端には、雄ねじ１２が形成され、この雄ねじ１２に前記シャフト固定ナット１１の内周の雌ねじ１３をねじ込むことにより、シャフト１の中央の大径部１４と前記シャフト固定ナット１１との間に前記インナーレース２が挟まれて、前記シャフト１と前記インナーレース２とが一体に連結されている。

【0017】

前記ベアリング１０のアウターレース６は、一部が大径のフランジ部６１となっており、このフランジ部６１と、前記ハウジング３の端部の取り付け穴４の雌ねじ４ａに雄ねじ７ａがねじ込まれる第１のリングナット７とによって軸方向へ位置決めされている。また第１のリングナット７は、その内側の雌ねじ４ａにねじ込まれた第２のリングナット１５の外周の雄ねじ１５ａを雌ねじ４ａにねじ込むことにより、回転軸１に沿う外方への力が付与されて、回り止め状態で固定される。
なお前記ベアリング１０の予圧調整・管理は、第１のリングナット７の締め付けにより実施され、調整後に第２のリングナット１５を締め付けることにより、所定の与圧状態に固定される。

【0018】

前記シャフト１へのベアリング１０の取り付け、およびベアリング１０の鋼球５へ与圧を付与して回転軸を製造する工程について説明する。
前記ハウジング３の両端の取り付け穴４に第１のリングナット７，第２のリングナット１５をねじ込み、後の工程で配置されるベアリング１０のアウターレース６の側面と干渉しない程度の内側に寄せて配置する。

【0019】

前記シャフト１をハウジング３内に配置し、その端部をインナーレース２に挿入し、シャフト固定ナット１１をねじ込んで、インナーレース２をシャフト１に固定する。
図４に示すように、第１のリングナット７を締め付ける前の状態では、前記アウターレース６と、インナーレース２とのほぼ中央の位置に鋼球５が配置されていて、前記アウターレース６およびインナーレース２と鋼球５との間には、隙間δo、δiが存在する。

【0020】

前記第１のリングナット７を締め付けて軸端方向（図４の左方）へ移動させていくと、図５に示すように、アウターレース６の側面に接近する。この状態では、前記アウターレース６の側面と第１のリングナット７の側面との間にはｌの隙間が存在する。
この状態から、第１のリングナット７をさらに締め付けていくと、隙間δo、δiが小さくなっていき、図６に示すように、アウターレース６（詳細にはその内周の溝の側面）、インナーレース２（詳細にはその外周の溝の側面）と鋼球５とが接触する。

【0021】

図６の状態からさらに第１のリングナット７を締め付けて行くと、締め付けトルクに応じた推力により、アウターレース６、インナーレース２、鋼球５が僅かに弾性変形し、予圧がかかり、締め付けに応じて与圧が増加して行き、図７に示すように、インナーレース２と鋼球５との接点と、アウタ－レース６と鋼球５との接点とが鎖線Ｃ上に配置された状態でシャフト１にベアリング１０が位置決めされる。

【0022】

なお、上記第１のリングナット７の締め付けは、シャフト１の一端側、他端側で交互に僅かずつ繰り返すことにより、シャフト１の両端のベアリング１０に均等に所定の与圧を付与することが望ましい。

【0023】

このようにして、前記シャフト１の両端で第１のリングナット７の締め付けトルクを調整した後、図７に示すように、第２のリングナット１５を第１リングナット７の側面に接する位置からさらに軸端方向へ移動させるべく締め付ける。この第２のリングナット１５の締め付けにより、第１のリングナット７、第２のリングナット１５、およびこれらの外周の雄ねじ７ａ、１５ａ、さらには、取り付け穴４の内周の雌ねじ４ａの弾性変形によって、雄ねじ７ａ、１５ａ、と雌ねじ４ａとの間の接触圧力が維持され、前記第１のリングナット７を所定の与圧が生じる位置に固定することができる。
以上の工程を経て所定の与圧を与えることにより、ハウジング３に両端がベアリング１０に支持されたシャフト１を備えた回転軸を製造することができる。

【0024】

なお、前記第１のリングナット７の締め付けは、例えば、図８、９に示すように、第１のリングナット７を厚さ方向へ貫通するように貫通孔７ｂ（図８では２つ示したが、図９に示すように、円周方向へ複数個設けられているものとする）を設けておき、これらの貫通孔７ｂに挿入される対のピン２０をアーム２１の先端の対角線上の位置に備えた工具を用いて回転させれば良い。また、前記アーム２１は、中心部の軸２２の先端（例えば六角ボルト状に形成されている）を、六角ナット状の穴を有するトルクレンチ２３（発生するトルクを表示し、あるいは、設定トルクにトルクを制限する機構を備えた工具）に挿入し、そのアーム２４の先端の把手２５を操作することにより行われる。なお、前記トルクレンチ２３に代えて、図示しないトルクドライバー等の所定のトルクで軸を駆動することができる工具を用いて回転させても良い。
さらに、図９に示すように、前記第１のリングナット７に弧状のスリット７ｃを（前記貫通孔７ｂを避ける配置で）円周方向の複数個所へ設けておくとともに、第２のリングナット１５にも、第１のリングナット７の貫通孔７ｂと同様の貫通孔７ｂを設けておき、図８に示すような工具のピン２０を前記第１のリングナット７のスリット７ｃを通して第２のリングナット１５の位置まで到達させて貫通孔７ｂに挿入し、第１のリングナット７と同様に工具を回転させることにより行うことができる。また、円筒状のハウジング３の一部に設けられた開口部（図２に符号３ａで示す）から挿入される工具によって第２のリングナット１５を操作することによっても行うことができる。

【0025】

一実施形態で説明したリングナットを使用して与圧を付与する構造によれば、第１のリングナット７を締め付けるトルクによってベアリング１０の予圧量を調節・管理することができる。
第１のリングナット７に発生する推力は、下記（１）式より締め付けトルクと呼び径とにより算出することができる。
Ｆ＝Ｔ／(Ｋ・ｄ) （１）式
Ｆ：推力
Ｔ：締め付けトルク
ｄ：呼び径
Ｋ：トルク係数

【0026】

上記１式により求めた推力を用い、ベアリングの軸方向荷重と軸方向変位との関係を示す特性曲線を参照することにより、予圧量を推定することができるようになる。以上より、作業者の触感にて調整・管理されていたベアリングの予圧を精密トルクドライバー等の軸トルクを所定の値に調整することができる工具にて数値化することができ、容易に調整・管理をすることができるようになる。
上記特性曲線は、ベアリングに荷重がかかると、軌道輪と転動体との接触部に弾性変形が生じる現象により、荷重の増加に伴って増加するベアリングの変位量を示すもので、前記特性曲線は、Axial Load-Axial Displacementとも呼ばれるものである。

【0027】

上記一実施形態では、第１、第２の二種類のリングナットを使用したが、アウターレースの外周に雄ねじを設けて、ハウジングの内周の雌ねじにねじ込むようにしても良い。この場合、第１のリングナットをアウターレースの外周部分が兼ねることになるので、リングナットはアウターレースの回り止めのための一種類（一実施形態の第２のリングナットに相当する）であれば足りる。

【0028】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、ベアリングの与圧構造および回転軸の製造方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0030】

１ 回転軸（シャフト）
２ インナーレース
３ ハウジング
３ａ 開口部
４ 取り付け穴
４ａ 雌ねじ
５ 鋼球
６ アウターレース
７ （第１の）リングナット
７ａ 雄ねじ
７ｂ 貫通孔
７ｃ スリット
１０ ベアリング
１１ シャフト固定ナット
１２ 雄ねじ
１３ 雌ねじ
１４ 大径部
１５ 第２のリングナット
６１ フランジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】