JP2002339947A

JP2002339947A - 球面軸受

Info

Publication number: JP2002339947A
Application number: JP2001144788A
Authority: JP
Inventors: Shoji Noguchi; 昭治野口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】組み立てを容易に実現することができるとと
もに、構成部材間による影響を少なくする。【解決手段】球面軸受１は、保持器４を、鋼球５の直
径よりも肉厚小として樹脂材料により略球形状に形成
し、複数の鋼球５を各通孔１２により保持して、内周面
４ａから突出させた鋼球５の一部をロッド２の先端部２
ａの表面に接触させ、外周面４ｂから突出させた鋼球５
の一部を第１及び第２の外周部材３ａ，３ｂによる保持
面６に接触させており、通孔１２を、保持器４の外周側
から鋼球５が圧入可能にして形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、球面軸受に関し、
特に多自由度の動作を可能とするパラレルリンク機構の
支持等の使用に好適な球面軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】軸受として、３自由度の動作を可能にす
る球面軸受が提案されている。球面軸受は、例えば多自
由度の動作を可能にするパラレルリンク機構の脚部支持
軸受に使用される。例えば、特許3141994号（以下、先
行技術という。）では、そのような球面軸受が開示され
ている。ここで先行技術にて開示されている球面軸受
は、多数の通孔により転動体を保持する保持器を備えて
いる。この球面軸受は、保持器により保持されている転
動体を介して、被支持部材であるロッドを旋回自在に支
持している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、軸受の組み
立てを容易とすることは、その性能を向上させ、コスト
を抑えることにつながる。よって、上述した球面軸受の
ように、保持器の各通孔により、複数の転動体を保持す
るような複雑な構成である場合についても、組み立てを
容易にできることが望まれる。

【０００４】例えば、先行技術に開示されている保持器
は、分割構造とされているが、一体として形成すること
ができれば、部品点数を減らし、組み立てを容易にする
ことができるといえる。ここで、保持器を構成する略半
球形状の２つの部材を、第１及び第２の分割体というこ
とにする。また、先行技術には開示されてはいないが、
保持器を第１及び第２の分割体として分割構造にするこ
とは、転動体の取り付けを前提としたものと考えられ
る。例えば、保持器の分割構造は、以下のような組み立
て工程を前提としていると考えられる。

【０００５】転動体を第１の分割体の内側面側から入れ
て、通孔内に配置する。そして、第１の分割体の全ての
通孔に転動体を配置してから、ロッドの先端部を第１の
分割体の内側面に配置して、ロッドの先端部と第１の分
割体とで転動体を挟持する。それから、転動体を挟持し
た状態で、方向を逆転させて、全ての通孔に転動体が配
置された第２の分割体を取り付ける。このような、組み
立て工程により、転動体が取り付けられ、保持器の分割
構造は、このように転動体が取り付けられることを前提
としていると考えられる。しかし、これでは、球面軸受
の組み立ては面倒である。

【０００６】また、金属材料により保持器を形成すれ
ば、転動体との摩擦により、摩擦粉としての金属粉が咬
み込んでしまい、転がりが不安定になったり、焼き付き
に至ってしまうこともある。さらに、金属製である保持
器は、転動体を保持するための通孔の数が多いことなど
から、高価になってしまうという問題もある。そこで、
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、組
み立てを容易に実現することができるとともに、構成部
材間による影響を少なくすることができる球面軸受を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被支持部材の一部をなす凸型球面形状の先端部の表面
と、この先端部の表面に離間させ、支持部材の凹型球面
形状の支持面とを球面対偶にして、前記先端部の表面と
前記支持部材の支持面との間に保持器を介在させて、こ
の保持器により、前記先端部の表面と前記支持部材の支
持面との間に複数の転動体を転動自在に保持し、前記被
支持部材を前記支持部材に対して所定角度の範囲内で旋
回可能に支持する球面軸受である。この球面軸受は、上
述の課題を解決するために、前記保持器を、前記転動体
の直径よりも肉厚小として樹脂材料により略球形状に形
成し、前記複数の転動体を各保持孔により保持して、内
周面から突出させた前記転動体の一部を前記先端部の表
面に接触させ、外周面から突出させた前記転動体の一部
を前記支持部材の内周面に接触させており、前記保持孔
を、前記保持器の外周側から前記転動体を圧入可能にし
て形成している。

【０００８】このような構成を備える球面軸受は、保持
孔の外周側から転動体が圧入されて組み立てられ、この
転動体が、前記保持器に転動自在の保持される。さら
に、保持器を樹脂材料により形成することから、摩擦粉
の発生は抑えられる。ここで、保持器は、被支持部材の
先端部の形状を包囲する一体の球体や分割されて組み立
て可能な球体である。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記保持孔を、前記保持器の内周面
における内周面側直径が前記転動体の直径よりも大と
し、前記保持器の外周面における外周面側直径が前記転
動体の直径よりも小としている。これにより、保持器
は、転動体が圧入可能な形状になる。また、請求項３記
載の発明は、請求項２記載の発明において、前記転動体
の直径をｄ₀としたときにおいて、前記外周面側直径ｄ₁
を、0.8×ｄ₀＜ｄ₁＜0.95×ｄ₀に形成している。これに
より、保持器は、転動体が圧入可能な形状になる。

【００１０】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記保持器の外周面における前記保
持孔の外周部に、切り欠き部又はスリット部を形成して
いる。これにより、保持器は、保持孔が変形されて転動
体が圧入される。また、請求項５記載の発明は、前記保
持孔を、円形状又は非円形状にしている。保持器は、こ
のように円形状又は非円形状の保持孔に転動体を圧入さ
れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。この実施の形態は、本
発明を球面軸受に適用したものである。球面軸受は、被
支持部材であるロッドを、支持部材である外周部材によ
り、旋回自在に支持している。図１には、ロッド２が取
り付けられている球面軸受１を示す。図２には、ロッド
２を示す。

【００１２】図１に示す球面軸受１は、支持部材をなす
第１の外周部材３ａと第２の外周部材３ｂとに、保持器
４を介してロッド２を所定角度の範囲内で旋回自在に保
持する構成としたもので、ロッド２は、外形を球面形状
に形成した先端部２ａを有し、この先端部２ａを保持器
４に、多数の鋼球５を介して保持している。ロッド２
は、図２に示すように、先端部２ａに首部２ｂ及び軸部
２ｃとによって構成している。先端部２ａは、略球形で
ある。首部２ｂ及び軸部２ｃは、一体とされた棒形状で
ある。ここで、例えば、先端部２ａの直径は次のような
関係を有している。

【００１３】先端部２ａの直径＞（首部２ｂの直径）×
２このような形状であるロッド２は、図１に示すように締
付ねじ７により互いに一体に固定した第１の外周部材３
ａと第２の外周部材３ｂとに対して、ロッド２を鉛直状
態に支持した状態から、首部２ｂが第１の外周部材３ａ
の孔部６ａの端部に接触するまでの角度まで変位傾斜さ
せることが可能な構造になる。

【００１４】第１の外周部材３ａ及び第２の外周部材３
ｂはそれぞれ、略円環形状であり、第１の外周部材３ａ
と第２の外周部材３ｂとが各接合面３ａ₁，３ｂ₁が接合
されて一体的になる構造としている。この第１の外周部
材３ａ及び第２の外周部材３ｂそれぞれの略中心に形成
している孔部６ａ，６ｂは、その外周面が、ロッド２の
先端部２ａを保持する保持面をなし、第１の外周部材３
ａと第２の外周部材３ｂとが一体とされた際において、
所定の球面形状をなす。

【００１５】すなわち、第１の外周部材３ａの孔部６ａ
は、外周面が球面形状の一部をなす形状からなり、接合
面３ａ₁から外側面３ａ₂側に向かうに従い径が減少する
形状になっている。また、第２の外周部材３ｂについて
も同様に、その孔部６ｂは、外周面が球面形状の一部を
なす形状からなり、接合面３ｂ₁から外側面３ｂ₂側に向
かうに従い径が減少する形状になっている。このよう
に、第１の外周部材３ａ及び第２の外周部材３ｂそれぞ
れの孔部６ａ，６ｂを形成することにより、第１の外周
部材３ａと第２の外周部材３ｂとが一体的にされた際
に、その外周面が一体として所定の球面形状をなす保持
面６を形成する。

【００１６】保持面６の形状は、具体的には、第１の外
周部材３ａ及び第２の外周部材３ｂが、鋼球５を介し
て、ロッド２の先端部２ａを保持器４と共に等圧状態で
接触すると共に嵌合挟持するような形状として設計され
ている。また、このように第１の外周部材３ａと第２の
外周部材３ｂとを一体的にした状態において、第１の外
周部材３ａの孔部６ａにおける外側面３ａ₂側の端部面
は、保持器４における後述の受入開口部１０ａを外方に
臨ませる部分を構成し、第２の外周部材３ｂの孔部６ｂ
における外側面３ｂ₂側の端部面は、保持器４における
受入開口部１０ａに対向される開口部１０ｂを外方に臨
ませる部分を構成する。

【００１７】さらに、上述したように、ロッド２は、所
定角度の範囲内で旋回自在に保持されているが、第１の
外周部材３ａにおける外周面３ａ₂の孔部６ａの形状
（孔部６ａの外周面終端の径）は、そのようなロッド２
の旋回角度を所定範囲内で制限するような直径を有する
ものとして設計している。また、第１の外周部材３ａと
第２の外周部材３ｂとを一体的に固定する構造として、
第２の外周部材３ｂには、両外側に一面から他面に貫通
する締付ねじ７の頭部とねじ部を納める段付穴８を穿設
しており、第１の外周部材３ａには、ねじ穴９を螺刻し
ている。これにより、第１の外周部材３ａと第２の外周
部材３ｂとは、締付ねじ７によって一体的に固定され
る。

【００１８】このような第１及び第２の外周部材３ａ，
３ｂにより構成される保持面６に離間するように、保持
器４を配置している。この保持器４は、図３に示すよう
に、中空の略球体形状をなし、その対向する位置に２つ
の開口部を形成したものである。すなわち、保持器４
は、外周面を外方に球面状に膨出させており、内周面を
ロッド２の先端部２ａの表面形状に対応した球体形状を
なしている。ここで、保持器４の肉厚（ｔ）は、鋼球５
の直径（ｄ₀）に比較して小に形成している。この保持
器４は、樹脂材料により形成されており、例えば周知の
エンジニアリングプラスチックの成形体として一体物と
して形成されている。

【００１９】そして、保持器４には、所定径を有する対
向される２つの開口部を形成している。ここで対向する
開口部は、ロッド２の首部２ｂを介して先端部２ａを受
け入れている受入開口部１０ａ、及びこの受入開口部１
０ａに対向する開口部１０ｂをなす。この受入開口部１
０ａ及び開口部１０ｂの形状は略円形状である。例え
ば、受入開口部１０ａの直径については、ロッド２の先
端部２ａの直径より若干小としているまた、保持器４に
は、鋼球５を転動自在に保持する保持孔である通孔（或
いは保持ポケット）１２を複数形成している。例えば、
通孔１２は、受入開口部１０ａ、開口部１０ｂのなす軸
中心に対して同心円状に、等角度として、保持器４の周
面上に列設している。

【００２０】ここで、通孔１２の形状について詳述す
る。図４には、通孔１２の形状を示す。図４に示すよう
に、通孔１２は、内周面４ａにおける直径が鋼球５の直
径ｄ₀に比較して大きくなるように形成しており、外周
面４ｂにおける直径（以下、外周面直径という。）ｄ₁
が鋼球５の直径ｄ₀に比較して小さく形成している。そ
して、通孔１２の形状は、球面或いは楕円を一部をなす
ような形状とされている。すなわち例えば、通孔１２の
形状は、鋼球５の表面にほぼ沿った形状である。

【００２１】外周面直径ｄ₁については、具体的には、
鋼球５の直径をｄ₀としたときに下記の式が成り立つよ
うに形成している。 0.8×ｄ₀＜ｄ₁＜0.95×ｄ₀ このように外周面直径ｄ₁を決定しているのは、球面軸
受１の組み立て工程において、鋼球５を取り付けを容易
にするためである。これについては、後で詳述する。

【００２２】さらに、通孔１２には、保持器４の外周面
４ｂおける外周部に、切り欠き又はスリットを形成して
いる。図５には、具体例として、図４中に示す矢印Ａ方
向から見た通孔１２であって、切り欠き部１３が形成さ
れているものを示している。この図５に示すように、通
孔１２の外周部には、略三角形状とされた切り欠き部１
３が、等間隔に、４箇所に形成されている。このような
通孔１２の形状とすることで、球面軸受１の組み立て工
程において、鋼球５の取り付けを容易にしている。これ
についても、後で詳述する。

【００２３】このような形状をなす通孔１２を有する保
持器４は、上述したように、その肉厚ｔが鋼球５の直径
ｄ₀に比較して小にしていることから、図１及び図３に
示すように、鋼球５を通孔１２に配置した際、鋼球５が
内周面、外周面双方に突出させている。かかる状態で鋼
球５は、保持器４の内周面から突出される部分が、ロッ
ド２における先端部２ａに当接する一方、保持器４の外
周面から突出される部分が、第１の外周部材３ａと第２
の外周部材３ｂにおける保持面６と当接する。

【００２４】以上のように球面軸受１を構成すること
で、球面軸受１は、多数の鋼球５を介して、一体的にさ
れた第１及び第２の外周部材３ａ，３ｂにロッド２の先
端部２ａを嵌合させ、鋼球５によってころがり軸受を構
成し、ロッド２及び保持器４を所定角度の範囲内で旋回
自在に保持することができる。そして、この球面軸受１
は、組み立て工程において、鋼球５の取り付けが容易に
なされるようになっている。以下にこれを説明する。

【００２５】組み立て工程において、ロッド２の先端部
２ａに包囲するように保持器４が取り付けられる。例え
ば、取り付けは、ロッド２の先端部２ａを受入開口部１
０ａから圧入させることにより行う。そして、ロッド２
の先端部２ａに取り付けられた保持器４の通孔１２に対
して、鋼球５を取り付ける。具体的には、保持器４の外
周面４ｂ側から圧入して鋼球５を通孔１２に取り付け
る。

【００２６】そして、このような保持器４により複数の
鋼球５が取り付けられたロッド２の先端部２ａに、第１
及び第２の外周部材３ａ，３ｂを取り付ける。具体的に
は、先ず、ロッド２を、軸部２ｃから、第１の外周部材
３ａの孔部６ａに接合面３ａ ₁側から挿入して、孔部６
ａに先端部２ａを配置する。次に、第２の外周部材３ｂ
を、その接合面３ｂ₁と第１の外周部材３ａの接合面３
ａ₁とを接合させて、第１の外周部材３ａに取り付け
る。そして、締付ねじ７により、第１及び第２の外周部
材３ａ，３ｂを一体的に固定する。このように、ロッド
２に対して第１及び第２の外周部材３ａ，３ｂを取り付
けている。

【００２７】このように組み立てられる球面軸受１は、
上述したように、鋼球５の直径ｄ₀に対して、外周面直
径ｄ₁を0.8×ｄ₀＜ｄ₁＜0.95×ｄ₀にしている。これに
より、鋼球５の通孔１２への圧入は、容易になされる。
このように、外周面直径ｄ₁を最適設計することによ
り、鋼球５は容易に通孔１２に圧入されるようになる。
さらに、上述したように、通孔１２の外周部に切り欠き
部１３を形成することにより、鋼球５は通孔１２に容易
に圧入されるようになる。

【００２８】例えば、保持器を金属材料により形成する
こともできるが、外周面側から鋼球を圧入することはで
きなく、たとえ圧入したとしても保持器は塑性変形して
しまい、軸受性能に影響を与えてしまうと考えられる。
保持器４は、このような塑性変形をしてしまうことを防
止して、鋼球５を容易に取り付けることを可能にする。

【００２９】また、保持器４は、周知のエンジニアリン
グプラスチック等の樹脂材料の成形性として形成されて
いる。これにより、金属部材である鋼球５と保持器４と
の間に接触による摩擦が生じた場合でも、保持器４から
の摩擦粉が発生するだけなので、咬み込んでも軸受性能
に影響はなく、また、焼き付けも発生しない。さらに、
樹脂材料により成形することにより、保持器４は射出成
形により形成されるので、量産可能にすることができ
る。これにより、保持器４、さらにはそれを備える球面
軸受１は、安価に提供されるようになる。さらに、保持
器４を樹脂材料にすることで球面軸受１の軽量化を図る
ことができる。

【００３０】以上のように球面軸受を構成することがで
きる。しかし、上述の実施の形態に限定されるものでは
ない。上述の実施の形態では、通孔１２の形状を、図４
に示すように、鋼球５の外周面にほぼ沿う形状として内
周面を大体において球面にして説明しているが、これに
限定されるものではない。例えば、通孔１２の形状は、
図６に示すように、保持器４における内周面側から外周
面側に向かって直線的な形状をなすように形成する。す
なわち、通孔１２の形状を、円錐の側面の一部をなす形
状にする。ここで、外周面直径ｄ₁は、0.8×ｄ₀＜ｄ₁＜
0.95×ｄ₀になるようにする。これにより、鋼球５の通
孔１２への圧入は、容易になされるようになるともに、
鋼球５の表面と通孔１２の内周面との接触は、線接触に
よりなされるようになる。このように、鋼球５の表面と
通孔１２の内周面との接触部分を少なくすることによ
り、鋼球５と通孔１２間の摩擦を少なくすることがで
き、これにより、例えば、摩擦粉の発生を抑えることが
できる。

【００３１】また、上述の実施の形態では、通孔１２を
円形である場合について説明しているが、これに限定さ
れるものでもない。例えば、通孔１２は、非円形、例え
ば、楕円形、矩形でも良い。また、上述の実施の形態で
は、通孔１２の保持器４の外周面４ｂにおける外周部に
形成する切り欠き部１３を略三角形状として説明してい
るがこれに限定されるものではない。例えば、図７に示
すように、切り欠き部１３は、略矩形形状にしても良
く、図８に示すように、略半円形状としても良い。さら
に、形成位置や形成個所については、実施の形態で説明
したものに限定されるものではく、例えば、形成個所に
ついては、１箇所乃至３箇所でも良く、５個所以上でも
良い。また、切り欠き又はスリットの数、幅又は形状
は、このように多様に考えられるが、保持器４或いは通
孔１２の強度を考慮して決定する。

【００３２】また、上述の実施の形態では、保持器４を
一体物として形成した場合について説明したが、これに
限定されるものではない。例えば、特許3141994号に開
示されているように、分割構造として構成することもで
きる。また、上述の実施の形態では、保持器４を形成す
る樹脂材料としてエンジニアリングプラスチックを挙げ
て説明したが、これに限定されるものでもない。例え
ば、射出形成が容易とされるような樹脂材料により保持
器を形成することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、球面軸受は、保持器を、転動体の直径より
も肉厚小として樹脂材料により略球形状に形成し、前記
複数の転動体を各保持孔により保持して、内周面から突
出させた前記転動体の一部を前記先端部の表面に接触さ
せ、外周面から突出させた前記転動体の一部を前記支持
部材の内周面に接触させており、前記保持孔を、前記保
持器の外周側から前記転動体を圧入可能にして形成して
いるので、保持孔の外周側から転動体を圧入して組み込
むことで、球面軸受の組み立てを容易にすることができ
る。これにより、球面軸受は安価に製造される。

【００３４】さらに、請求項１記載の発明によれば、球
面軸受は、保持器が樹脂材料により形成されているの
で、転動体との摩擦による摩擦粉の発生を抑えることが
でき、摩擦による構成部材への影響を少なくすることが
できる。また、請求項２記載の発明によれば、球面軸受
は、前記保持孔を、前記保持器の内周面における内周面
側直径が前記転動体の直径よりも大とし、前記保持器の
外周面における外周面側直径が前記転動体の直径よりも
小としているので、請求項１記載の発明の効果に加え
て、保持孔の外周側から転動体を容易に圧入することが
できる。

【００３５】また、請求項３記載の発明によれば、球面
軸受は、前記転動体の直径をｄ₀としたときにおいて、
前記外周面側直径ｄ₁を、0.8×ｄ₀＜ｄ₁＜0.95×ｄ₀に
形成しているので、請求項２記載の発明の効果に加え
て、転動体の圧入を容易にすることができるとともに、
転動体を確実に保持器により保持することができる。ま
た、請求項４記載の発明によれば、球面軸受は、前記保
持器の外周面における前記保持孔の外周部には、切り欠
き部又はスリット部を形成しているので、保持孔の外周
側から転動体を圧入する際に保持孔が変形するので、請
求項１記載の発明の効果に加えて、保持孔に転動体を容
易に圧入することができる。

【００３６】また、請求項５記載の発明によれば、球面
軸受は、前記保持孔が円形状又は非円形状として、保持
孔に転動体を容易に圧入することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の球面軸受の構成を示す断面図であ
る。

【図２】球面軸受に取り付けられるロッドの構成を示す
平面図である。

【図３】球面軸受の保持器の構成を示す断面図である。

【図４】保持器の通孔の形状を示す断面図である。

【図５】切り欠き又はスリッドが形成されている通孔の
外周形状を示す平面図である。

【図６】保持器の通孔の他の形状を示す断面図である。

【図７】他の形状の切り欠き又はスリッドが形成されて
いる通孔の外周形状を示す平面図である。

【図８】さらに他の切り欠き又はスリッドが形成されて
いる通孔の外周形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１球面軸受２ロッド３ａ，３ｂ外周部材４保持器５鋼球６保持面１２通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被支持部材の一部をなす凸型球面形状の
先端部の表面と、この先端部の表面に離間させ、支持部
材の凹型球面形状の支持面とを球面対偶にして、前記先
端部の表面と前記支持部材の支持面との間に保持器を介
在させて、この保持器により、前記先端部の表面と前記
支持部材の支持面との間に複数の転動体を転動自在に保
持し、前記被支持部材を前記支持部材に対して所定角度
の範囲内で旋回可能に支持する球面軸受であって、前記保持器は、前記転動体の直径よりも肉厚小として樹
脂材料により略球形状に形成し、前記複数の転動体を各
保持孔により保持して、内周面から突出させた前記転動
体の一部を前記先端部の表面に接触させ、外周面から突
出させた前記転動体の一部を前記支持部材の内周面に接
触させており、前記保持孔は、前記保持器の外周側から前記転動体が圧
入可能に形成されていることを特徴とする球面軸受。
【請求項２】前記保持孔は、前記保持器の内周面にお
ける内周面側直径が前記転動体の直径よりも大とし、前
記保持器の外周面における外周面側直径が前記転動体の
直径よりも小としていることを特徴とする請求項１記載
の球面軸受。
【請求項３】前記転動体の直径をｄ₀としたときにお
いて、前記外周面側直径ｄ₁は、0.8×ｄ₀＜ｄ₁＜0.95×
ｄ₀に形成していることを特徴とする請求項２記載の球
面軸受。
【請求項４】前記保持器の外周面における前記保持孔
の外周部には、切り欠き部又はスリット部を形成してい
ることを特徴とする請求項１記載の球面軸受。
【請求項５】前記保持孔は、円形状又は非円形状であ
ることを特徴とする請求項１記載の球面軸受。