JP2008057634A - Spherical bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元位置決め装置あるいは産業用ロボットの部品として有利に用いられる球面軸受に関する。 The present invention relates to a spherical bearing that is advantageously used as a part of a three-dimensional positioning device or an industrial robot.
球面軸受は、三次元位置決め装置のステージあるいは産業用ロボットのアームと、各々の駆動装置との間に接続され、ステージやアームを多自由度で移動するために用いることは知られている。 It is known that spherical bearings are connected between a stage of a three-dimensional positioning device or an arm of an industrial robot and each driving device, and are used to move the stage and the arm with multiple degrees of freedom.
従来の球面軸受は、上面にて開口する球状の空洞部を有するハウジング、この空洞部に摺動可能に嵌め合わされている球体、そして球体に接続され、開口部を通ってハウジングの外部まで伸びるロッドから構成されている。このような球面軸受は、ハウジングと球体との隙間が広いとロッドの回転あるいは傾斜移動の精度が低くなり、また上記の隙間が狭いとロッドを円滑に回転あるいは傾斜移動することが難しくなるという問題を有している。このため従来の球面軸受は、例えば、高精度の三次元位置決め装置を構成するための部品としては十分に満足のできるものではなかった。 A conventional spherical bearing includes a housing having a spherical cavity opening at the upper surface, a sphere slidably fitted in the cavity, and a rod connected to the sphere and extending to the outside of the housing through the opening. It is composed of In such a spherical bearing, if the clearance between the housing and the sphere is wide, the accuracy of the rotation or tilting of the rod is low, and if the above clearance is narrow, it is difficult to smoothly rotate or tilt the rod. have. For this reason, the conventional spherical bearing has not been sufficiently satisfactory, for example, as a component for constituting a highly accurate three-dimensional positioning device.
上記の事情を考慮して、特許文献1では、先端に大球(球状の先端部)を有するロッドの前記大球を、複数個の小球(転動体)を介して保持している、上下に開口した中空球状の小球保持具(保持器)で包囲支持すると共に、この保持具を内側面に球面加工が施された円環状のハウジング(外周部材)の内側に支持して構成される球面軸受が提案されている。この球面軸受は、大球が上記の小球保持具に保持された複数個の小球を介してハウジングに緊密に嵌め合わされているため、ロッドを円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができ、精密位置決め装置等への利用に適した軸受であるとされている。
特許文献1の球面軸受の中空球状の小球保持具は、大球を包囲支持するために上下方向を中心に予め複数個(例えば、六個)に分割された分割体から構成される。そして、この大球が嵌め合わされるハウジング(外周部材)もまた、予め上下に分割された上側ハウジング部材(第二外周部材)と下側ハウジング部材(第一外周部材)とから構成される。 The hollow spherical small sphere holder of the spherical bearing of Patent Document 1 is composed of a divided body that is divided into a plurality (for example, six) in advance in the vertical direction to surround and support the large sphere. The housing (outer peripheral member) into which the large sphere is fitted is also composed of an upper housing member (second outer peripheral member) and a lower housing member (first outer peripheral member) that are divided in advance vertically.
そして、同文献の球面軸受は、先ず大球の周囲に各々小球を保持する複数個の分割体を配置し、次いでこれらを互いに接合して小球保持具を形成し、そしてこの保持具を上側ハウジング部材と下側ハウジング部材とで挟んで両者を互いにボルトで固定するという複雑な手順によって組み立てられる。 In the spherical bearing of the same document, first, a plurality of divided bodies each holding a small sphere are arranged around a large sphere, and then these are joined together to form a small sphere holder. The assembly is performed by a complicated procedure of sandwiching the upper housing member and the lower housing member and fixing them together with bolts.
本発明の課題は、ロッドを円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができ、そして組み立てが容易な球面軸受を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spherical bearing capable of rotating or tilting a rod smoothly and with high accuracy and easy to assemble.
本発明者は、上述の課題について研究を重ねた結果、従来の中空球状の小球保持具に代えて所定の外径と内径とを持つ円筒状の小球保持具を用いることにより、保持具やハウジングを予め分割して作製する必要がないために組み立てが容易で、そしてロッドを円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができる球面軸受を提供できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of repeated research on the above-mentioned problems, the present inventor has used a cylindrical small sphere holder having a predetermined outer diameter and inner diameter instead of the conventional hollow spherical small sphere holder. The present invention has been found by providing a spherical bearing that is easy to assemble because there is no need to divide the housing and the housing in advance, and that can rotate or tilt the rod smoothly and with high precision.
従って、本発明は、上下の少なくとも一方にロッドを備える大球、この大球を間隙を介して収容する球面凹壁と上下の少なくとも一方に形成された開口面とで規定される空洞部を有するハウジング、上記間隙内に配設されている、周壁に複数個の透孔を備え、外径がハウジングの開口面の直径よりも小さく且つ内径が大球の直径よりも大きい円筒状の小球保持具、そして小球保持具の透孔の各々に収容されて大球表面と球面凹壁とに接触した状態で回転可能に上記間隙内に配設された複数個の小球を含む球面軸受にある。 Accordingly, the present invention has a large sphere provided with a rod on at least one of the upper and lower sides, a hollow portion defined by a spherical concave wall that accommodates the large sphere through a gap and an opening surface formed on at least one of the upper and lower sides. Housing, a cylindrical small sphere holding having a plurality of through holes in the peripheral wall disposed in the gap and having an outer diameter smaller than the diameter of the opening surface of the housing and an inner diameter larger than the diameter of the large sphere And a spherical bearing including a plurality of small balls disposed in each of the through holes of the small ball holder and rotatably disposed in contact with the large spherical surface and the spherical concave wall. is there.
このように、ロッドを備える大球を持つ球面軸受の構成を、以下、第一の構成という。第一の構成の球面軸受の好ましい態様は、次の通りである。
(1)ハウジングの上下の各々に開口面が形成されている。
(2)大球が上下の一方にのみロッドを備える。
The configuration of the spherical bearing having the large sphere including the rod as described above is hereinafter referred to as a first configuration. A preferable aspect of the spherical bearing of the first configuration is as follows.
(1) Opening surfaces are formed on the upper and lower sides of the housing.
(2) A large sphere has a rod only on one of the upper and lower sides.
本発明はまた、上下に開口する透孔を中央に備えた大球、この大球を間隙を介して収容する球面凹壁と上下の少なくとも一方に形成された開口面とで規定される空洞部を有するハウジング、上記間隙内に配設されている、周壁に複数個の透孔を備え、外径がハウジングの開口面の直径よりも小さく且つ内径が大球の直径よりも大きい円筒状の小球保持具、そして小球保持具の透孔の各々に収容されて大球表面と球面凹壁とに接触した状態で回転可能に上記間隙内に配設された複数個の小球を含む球面軸受にもある。 The present invention also provides a large sphere provided with a through-hole opening in the upper and lower sides, a spherical concave wall that accommodates the large sphere through a gap, and a cavity defined by at least one of the upper and lower opening surfaces. A cylindrical housing having a plurality of through holes in the peripheral wall, the outer diameter being smaller than the diameter of the opening surface of the housing and the inner diameter being larger than the diameter of the large sphere. A spherical surface including a plurality of small spheres accommodated in each of the through holes of the sphere holder and the small sphere holder and rotatably disposed in contact with the surface of the large sphere and the spherical concave wall There is also a bearing.
このように、透孔を備える大球を持つ球面軸受の構成を、以下、第二の構成という。第二の構成の球面軸受の好ましい態様は、次の通りである。
(1)ハウジングの上下の各々に開口面が形成されている。
(2)上記(1)の態様の球面軸受において、小球保持具の上端及び下端がそれぞれハウジングの上下の開口面から外側に突き出ていて、かつ大球の中心から保持具の上端面及び下端面の各々の外側周縁までの距離が、それぞれ大球の中心からハウジングの上下の各々の開口面の周縁までの距離よりも大きい。更に好ましくは、大球の開口の周囲もしくはその近傍に、大球が上下方向に対して傾斜移動した際に小球保持具に接触して上記の傾斜移動を制限する環状の大球制動具を備える。
In this manner, the configuration of the spherical bearing having the large sphere having the through hole is hereinafter referred to as a second configuration. A preferable aspect of the spherical bearing of the second configuration is as follows.
(1) Opening surfaces are formed on the upper and lower sides of the housing.
(2) In the spherical bearing of the above aspect (1), the upper end and the lower end of the small ball holder protrude outward from the upper and lower opening surfaces of the housing, respectively, and the upper end surface and the lower side of the holder from the center of the large sphere. The distance to the outer peripheral edge of each end face is greater than the distance from the center of the large sphere to the peripheral edges of the upper and lower opening faces of the housing. More preferably, an annular large sphere brake that restricts the inclination movement by contacting the small sphere holder when the large sphere tilts in the vertical direction around or near the opening of the large sphere. Prepare.
本発明の第一の構成の球面軸受は、ハウジングの空洞部に円筒状の小球保持具を収容し、例えば、この保持具の下側部分の複数個の透孔の各々に小球を収容したのち、ロッドを下方に向けた状態にて大球を保持具の上端面の開口から内側に挿入し、そしてロッドを大球と共に傾斜移動させることでハウジングの上側に露出した保持具の上側部分の透孔に小球を収容することによって容易に組み立てることができる。 The spherical bearing of the first configuration of the present invention accommodates a cylindrical small ball holder in the hollow portion of the housing, for example, a small ball is accommodated in each of a plurality of through holes in the lower portion of the holder. After that, insert the large sphere inward from the opening of the upper end surface of the holder with the rod facing downward, and tilt the rod together with the large sphere to expose the upper part of the holder exposed above the housing. It can be easily assembled by accommodating small balls in the through holes.
そして本発明の第二の構成の球面軸受は、第一の構成の球面軸受の場合と同様にしてハウジングの空洞部に収容された円筒状の小球保持具の下側部分の複数個の透孔の各々に小球を収容したのち、透孔を備える大球を保持具の上端面の開口から内側に挿入し、そして大球を傾斜移動させることで大球と保持具との間に生じる隙間を利用して保持具の上側部分の透孔に小球を収容することによって容易に組み立てることができる。 The spherical bearing of the second configuration of the present invention is similar to the spherical bearing of the first configuration, and includes a plurality of transparent parts in the lower portion of the cylindrical small ball holder accommodated in the cavity of the housing. After the small sphere is accommodated in each of the holes, a large sphere having a through-hole is inserted inward from the opening of the upper end surface of the holder, and the large sphere is inclined to be generated between the large sphere and the holder. Assembling can be easily performed by accommodating the small spheres in the through holes in the upper portion of the holder using the gap.
このように、本発明の球面軸受は、小球保持具やハウジングを予め分割して作製する必要がないために容易に組み立てることができ、そして大球が保持具に保持された複数個の小球を介してハウジングの空洞部に緊密に嵌め合わされているため、そのロッドを円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができる。 As described above, the spherical bearing according to the present invention can be easily assembled because it is not necessary to divide the small ball holder and the housing in advance, and a plurality of small balls in which the large ball is held by the holder. Since it is closely fitted into the cavity of the housing via the sphere, the rod can be rotated or inclined and moved smoothly and with high accuracy.
先ず、本発明の第一の構成の球面軸受を、添付の図面を用いて説明する。図1は、本発明の第一の構成の球面軸受の一例を示す断面図であり、そして図2は、図1の球面軸受10のロッド11を傾斜移動した状態を示す断面図である。また、図3は、図1の球面軸受10が備える円筒状の小球保持具20の構成を示す正面図であり、そして図4は、図3の小球保持具20の平面図である。なお、図1及び図2(そして後述の図5〜図7)においては、ロッド11を備える大球12及び小球22は断面として記入していない。また、図1及び図2(そして後述の図面)においては、球面軸受の構成の理解を容易とするため、各々の図面に記入した小球よりも図の奥側にある小球及び小球保持具の透孔は記入していない。
First, the spherical bearing of the 1st structure of this invention is demonstrated using an accompanying drawing. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the spherical bearing of the first configuration of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the rod 11 of the spherical bearing 10 of FIG. 3 is a front view showing a configuration of a cylindrical
図1及び図2に示す球面軸受10は、上下の一方(例えば、下方)にロッド11を備える大球12、大球12を間隙13を介して収容する球面凹壁14と上下の各々に形成された開口面15a、15bとで規定される空洞部16を有するハウジング17、上記間隙内に配設されている、周壁18に複数個の透孔19を備え、外径(D1 )がハウジング17の開口面の直径(DH )よりも小さく且つ内径(D2 )が大球12の直径(DB )よりも大きい円筒状の小球保持具20、そして小球保持具20の透孔19の各々に収容されて大球表面21と球面凹壁14とに接触した状態で回転可能に上記間隙内に配設された複数個の小球22などから構成されている。なお、図1及び図2に示す球面軸受10のハウジング17には、取り付け用の孔(ねじ孔であってもよい)17aが形成されている。
A
球面軸受10では、ロッド11が大球12と共に傾斜移動すると、この大球12の傾斜移動に伴い間隙13に配設された複数個の小球22が転動する。これらの小球22の転動によって、球面軸受10のロッド11は、ハウジング17に対して大きな摩擦抵抗を生じることなく滑らかに傾斜移動(あるいは長さ方向を軸として回転)することが可能とされている。球面軸受10は、大球12が円筒状の小球保持具20に保持された複数個の小球22を介してハウジング17の空洞部16に緊密に嵌め合わされているため、そのロッド11を円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができる。
In the
球面軸受10を構成する、ハウジング17、ロッド11、大球12、そして小球22の材料としては、通常、アルミニウム、銅合金(例、真鍮)、鋼あるいはステンレススチールなどの金属材料が用いられる。また、例えば、球面軸受が水中あるいは高温の環境下で使用される場合には、セラミック材料を用いることもできる。また、球面軸受を軽量化するために樹脂材料(例、後述の小球保持具20の材料として例示した樹脂材料)を用いることもできる。
As the material of the
小球保持具20は、大球12とハウジング17の球面凹壁14との間隙13において、その周壁18の複数個の透孔19の各々に収容された小球22を保持し、そしてロッド11を傾斜移動した際に、隣接配置している小球22が互いに転動しながら接触して摩耗することを防止して、球面軸受10の耐久性を向上させる働きをする。
The
前記のように球面軸受10の小球保持具20は、その外径(D1 )がハウジング17の開口面の直径(DH )よりも小さく、且つ内径(D2 )が大球12の直径(DB )よりも大きい円筒状の形状に設定されている。このような設定により、小球保持具20(及びハウジング17)を予め分割して作製しなくとも、後に説明するように球面軸受10を容易に組み立てることができるようになる。
As described above, the
図3及び図4に示す小球保持具20の周壁18には、保持具20の周方向に沿って等間隔に整列配置されている10個の透孔19からなる透孔の組が、長さ方向(図の上下方向)に沿って3組備えられている。
3 and 4, a set of through holes including ten through
小球保持具20の周壁18には、球面軸受に要求される耐荷重の大きさや大球12のサイズなどにも依るが、保持具20の周方向に沿って等間隔に配置されている3〜20個の透孔からなる透孔の組が、長さ方向に沿って2〜6組の範囲内にて備えられていることが好ましい。透孔の数が少なすぎるとハウジングの空洞内にて大球を支持する小球の数が少なくなるため、大球の回転や傾斜移動が不安定となり、そして球面軸受の耐荷重の大きさも小さくなる。その一方で、透孔の数が多すぎると小球保持具の作製に手間がかかり、また使用する小球の数が多くなるために球面軸受の製造コストが高くなる。
The
小球保持具20の材料としては、例えば、金属材料(例、前記のハウジング等の材料として例示した金属材料)あるいは樹脂材料が用いられる。また、上記のように球面軸受が水中あるいは高温の環境下で使用される場合には、セラミック材料を用いることもできる。小球保持具は、その製造が容易になり、そして製造コストも低くなることから、樹脂材料から形成されていることが望ましい。樹脂材料としては、小球保持具の耐熱性や強度が良好となることから、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、あるいはポリエーテルエーテルケトン樹脂を用いることが好ましい。
As a material of the
小球保持具20に保持された複数個の小球22の各々は、大球12とハウジング17とにより加圧された状態にて、大球12と球面凹壁14との間隙13に配設されていることが好ましい。これにより、大球12がハウジング17の空洞部16に更に緊密に嵌め合わされ、ロッドを回転あるいは傾斜移動する精度が向上するからである。このように各々の小球22を加圧するためには、大球表面21と球面凹壁14との間隔を小球22の直径よりも僅かに小さな間隔(小球のサイズにも依るが、例えば、小球の直径よりも1〜5μm程度小さな間隔)に設定すればよい。
Each of the plurality of
次に、第一の構成の球面軸受の組み立ての手順について説明する。図1及び図2に示す第一の構成の球面軸受10は、例えば、以下に説明する手順に従って組み立てることができる。
Next, a procedure for assembling the spherical bearing having the first configuration will be described. The
先ず、図5に示すようにハウジング17の空洞部16に円筒状の小球保持具20を収容し、この保持具20の下側部分の複数個の透孔19の各々に小球22を収容したのち、ロッド11を下方に向けた状態にて大球12を保持具20の上端面の開口から内側に挿入する。次に、図6に示すようにロッド11を大球12と共に傾斜移動させることでハウジング17の上側に露出した小球保持具20の上側部分の透孔19に小球22を収容する。そして、このように小球保持具20の上側部分の透孔に小球を収容する操作を、ロッド11及び大球12を傾斜移動させる方向を変えながら繰り返し、保持具20の上側部分の複数個の透孔19の各々に小球22を収容したのちにロッド11を垂直に配置することによって球面軸受10を組み立てることができる。
First, as shown in FIG. 5, a cylindrical
このように、本発明の球面軸受10は、小球保持具20やハウジング17を予め分割して作製する必要がないために容易に組み立てることができ、そして上記のように大球12が保持具20に保持された複数個の小球22を介してハウジング17の空洞部16に緊密に嵌め合わされているため、そのロッド11を円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができる。
As described above, the
前記のように、球面軸受10に用いる円筒状の小球保持具20は、その外径(図1:D1 )がハウジング17の開口面の直径(図1:DH )よりも小さく且つ内径(図1:D2 )が大球12の直径(図1:DB )よりも大きい円筒状の形状に設定される。これは、前述のようにして球面軸受10を組み立てる際に、小球保持具20の外径がハウジング17の開口面の直径よりも大きいと、ハウジング17の空洞部16に開口面から保持具20を挿入して収容することができず、そして保持具20の内径が大球12よりも小さいと、空洞部16に収容した保持具20の内側に大球12を挿入できないからである。
As described above, the cylindrical
このように、本発明の球面軸受に用いる円筒状の小球保持具は、ハウジングの開口面(図1の球面軸受のようにハウジングの上下の各々に開口面が形成されている場合には、いずれか一方の開口面)から空洞部に挿入することが可能で、更に保持具の上下のいずれかの開口から大球を内側に挿入可能な形状とサイズとを有している必要がある。 Thus, the cylindrical small ball holder used for the spherical bearing of the present invention has an opening surface of the housing (when the opening surfaces are formed on the upper and lower sides of the housing as in the spherical bearing of FIG. It is necessary to have a shape and a size that can be inserted into the hollow portion from any one of the opening surfaces) and that a large sphere can be inserted inward from any of the upper and lower openings of the holder.
すなわち、本明細書でいう「円筒状の小球保持具」には、厳密に円筒形である小球保持具のみが含まれるのではなく、上記の条件を満足する範囲で変形された小球保持具も含まれる。例えば、本発明の円筒状の小球保持具には、その長さ方向の中央が外側あるいは内側に僅かに膨らんだ形状のものも含まれる。この場合、小球保持具の「外径」とは最大の外径を意味し、そして「内径」とは最小の内径を意味する。更にまた、例えば、図5に示す球面軸受10のように、小球保持具20の上端面の開口から大球を内側に挿入する場合には、「円筒状の小球保持具」には、少なくともその上側半分の部分が大球の直径よりも大きな内径を有していれば、下側半分の部分が大球の表面に接触しない範囲で大球の直径よりも小さな内径を持つように変形されたものも含まれる。但し、通常は、作製が容易であることから、内径と外径とが長さ方向に変動しない円筒形の小球保持具が用いられる。
That is, the “cylindrical small sphere holder” in this specification does not include only a strictly cylindrical small sphere holder, but a small sphere deformed within a range that satisfies the above conditions. A holder is also included. For example, the cylindrical small sphere holder of the present invention includes one having a shape in which the center in the length direction is slightly expanded outward or inward. In this case, the “outer diameter” of the small ball holder means the maximum outer diameter, and the “inner diameter” means the minimum inner diameter. Furthermore, for example, when a large sphere is inserted from the opening of the upper end surface of the
図7は、本発明の第一の構成の球面軸受の別の一例を示す断面図である。図7の球面軸受70の構成は、ハウジング17の上下の一方(下方)にのみ開口面15bが形成されていること以外は図1の球面軸受10と同様である。例えば、三次元位置決め装置のステージの下面に、この球面軸受70の三個を各々のハウジング17の上面(平面)にて取り付けることにより、ステージをこれらの球面軸受で支持しながら多自由度で移動することが可能になる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the spherical bearing having the first configuration according to the present invention. The configuration of the
なお、この球面軸受70は、例えば、ハウジング17の空洞部16に円筒状の小球保持具20を収容し、この保持具20の上側部分の複数個の透孔19の各々に小球22を収容したのち、ロッド11を下方に向けた状態にて大球12を保持具20の下側の開口から内側に挿入し、そしてロッド11を大球12と共に傾斜移動させることでハウジング17の下側に露出した保持具20の下側部分の透孔19に小球22を収容することによって容易に組み立てることができる。
The
図8は、本発明の第二の構成の球面軸受の一例を示す断面図であり、そして図9は、図8に記入した切断線I−I線に沿って切断した球面軸受80の断面図である。なお、図8及び図9(そして後述の図10及び図11)においては、小球22は断面として記入していない。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the spherical bearing of the second configuration of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the
図8及び図9に示すように、本発明の第二の構成の球面軸受80は、上下に開口する透孔31を中央に備えた大球32、大球32を間隙13を介して収容する球面凹壁14と上下の開口面15a、15bとで規定される空洞部16を有するハウジング17、上記間隙内に配設されている、周壁18に複数個の透孔19を備え、外径(D1 )がハウジング17の開口面の直径(DH )よりも小さく且つ内径(D2 )が大球32の直径(DB )よりも大きい円筒状の小球保持具20、そして小球保持具20の透孔19の各々に収容されて大球表面41と球面凹壁14とに接触した状態で回転可能に上記間隙内に配設された複数個の小球22などから構成されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
第二の構成の球面軸受80は、その大球32にロッドを備えておらず、大球32の透孔31にロッドを挿入固定して、このロッドを回転あるいは傾斜移動するために用いること以外は第一の構成の球面軸受と同様に使用することができる。また、第一の構成の球面軸受の場合と同様に、第二の構成の球面軸受のハウジングとしても、その上下の一方にのみ開口面が形成されたものを用いることもできる。
The
このように大球とロッドとが分離されていると、使用者が球面軸受の大球の透孔に応じたサイズのロッドを複数本用意して、各々のロッドの端部を各種の用途に適したにサイズや形状に設定する(例えば、ロッドの端部を球面軸受で支持する対象物に適した径に加工したり、あるいはロッドの端部にねじ溝を設けたりする)ことが可能になるため、球面軸受の汎用性が高くなる。また、大球の表面に、例えば溶接等の方法によりロッドを固定する場合と比較して、大球に透孔を形成する場合のほうが容易に且つ高い精度で加工が行なえるため、球面軸受を低価格で提供できるようになる。 When the large sphere and the rod are separated in this way, the user prepares a plurality of rods of a size corresponding to the through-hole of the spherical ball of the spherical bearing, and the end of each rod is used for various purposes. It is possible to set the size and shape appropriately (for example, processing the end of the rod to a diameter suitable for the object supported by the spherical bearing, or providing a thread in the end of the rod) Therefore, the versatility of the spherical bearing increases. In addition, compared to the case where the rod is fixed to the surface of the large sphere by a method such as welding, the spherical ball can be processed more easily and with higher accuracy when the through hole is formed in the large sphere. It can be offered at a low price.
次に、第二の構成の球面軸受の組み立ての手順について説明する。図8及び図9に示す第二の構成の球面軸受80は、例えば、以下に説明する手順に従って組み立てることができる。
Next, a procedure for assembling the spherical bearing having the second configuration will be described. The
先ず、図10に示すようにハウジング17の空洞部16に円筒状の小球保持具20を収容し、この保持具20の下側部分の複数個の透孔19の各々に小球22を収容したのち、透孔31を備える大球32を保持具20の上端面の開口から内側に挿入する。次に、図11に示すように大球32を傾斜移動させることで大球32と小球保持具20との間に生じる隙間を利用して保持具20の上側部分の透孔19に小球22を収容する。そして、このように小球保持具20の上側部分の透孔に小球を収容する操作を、大球32を傾斜移動させる方向を変えながら繰り返し、保持具20の上側部分の複数個の透孔19の各々に小球22を収容したのちに大球32をその透孔31が上下方向を向くように配置することによって球面軸受80を組み立てることができる。
First, as shown in FIG. 10, a cylindrical
このように、本発明の第二の構成の球面軸受80もまた、小球保持具20やハウジング17を予め分割して作製する必要がないために容易に組み立てることができ、そして大球32が保持具20に保持された複数個の小球22を介してハウジング17の空洞部16に緊密に嵌め合わされているため、その透孔31に取り付けられたロッドを円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができる。
Thus, the
図12は、図8の球面軸受80の使用の態様の一例を示す断面図であり、図13は図12に示す球面軸受80の拡大図であり、そして図14は、図12に示す球面軸受80に取り付けられたロッド51aを傾斜移動した状態を示す断面図である。なお、図12〜図14(そして後述の図15及び図16)においては、小球22、ロッド51a(そして後述の図15及び図16の各々におけるロッド51b及び51c)及びナット61は断面として記入していない。
12 is a cross-sectional view showing an example of use of the
図12〜図14に示すように、第二の構成の球面軸受80の大球32の透孔31には、ロッド51aが挿入され、このロッド51aの上側部分と下側部分との各々に形成されたねじ溝62に嵌め合わされたナット61を締め付けることにより固定されている。球面軸受80は、大球32の透孔31に挿入固定されたロッド51aを回転あるいは傾斜移動するために用いられている。このロッド51aの各々のねじ溝62は、球面軸受80と軸受80に支持される対象物(例えば、産業用ロボットのアーム等)とを接続する際にも用いられる。
As shown in FIGS. 12-14, the rod 51a is inserted in the through-
図12〜図14に示すように、第二の構成の球面軸受80においては、小球保持具20の上端及び下端がそれぞれハウジング17の上下の開口面15a、15bから外側に突き出ていて、かつ大球32の中心から保持具20の上端面及び下端面の各々の外側周縁までの距離(例、図13:L1 )が、それぞれ大球32の中心からハウジング17の上下の各々の開口面の周縁までの距離(例、図13:L2 )よりも大きいことが好ましい。
As shown in FIGS. 12 to 14, in the
これにより、例えば、図14に示すようにロッド51aが傾斜移動した場合に、小球保持具20の上端近傍の部位がハウジング17の開口面(図12:15a)の周縁の部位に接触するため、小球保持具20の傾斜移動を制限することができる。小球保持具20の傾斜移動が制限されると、小球22の転動が停止し、そして大球32の傾斜移動が停止するため、大球32及びその透孔31に挿入固定されたロッド51aの傾斜移動を制限(大球32及びロッド51aが極端に大きな角度で傾斜することを防止)することができる。
Thereby, for example, when the rod 51a is tilted as shown in FIG. 14, the portion near the upper end of the
更に、図12〜図14に示すように、球面軸受80は、その大球32の開口の周囲の近傍に、大球32が上下方向に対して傾斜移動した際に小球保持具20に接触して上記の傾斜移動を制限する環状の大球制動具23aを備えることが好ましい。各々の大球制動具23aは、ロッド51aのねじ溝62に嵌め合わされたナット61を締め付けることにより、大球32の各々の開口の周囲の近傍に固定されている。
Furthermore, as shown in FIGS. 12 to 14, the
このような大球制動具23aが備えられていると、図14に示すようにロッド51aが傾斜移動した場合に、例えば、上側の大球制動具23aが小球保持具20の上端近傍の部位に接触するため、大球32及びその透孔31に挿入固定されたロッド51aの傾斜移動を制限(大球32及びロッド51aが極端に大きな角度で傾斜することを防止)することができる。
When such a
大球制動具23aは、上記のように小球保持具20の上端近傍の部位がハウジングの開口面の周縁の部位に接触した状態において、ロッド51aに更に大きな力が加わり、小球22の転動が停止した状態で大球32が更に傾斜移動すること(大球32が小球22の転動が停止した状態で滑動すること)を防止することができる。すなわち、大球制動具23aを用いることにより、大球32及びその透孔31に挿入固定されたロッド51aの傾斜移動(傾斜角度)を確実に制限することができる。なお、大球制動具は、大球の上下の開口の一方にのみ備えられていてもよい。
In the state where the portion near the upper end of the
図15は、図8の球面軸受80の使用の態様の別の一例を示す断面図である。図15に示す球面軸受80の大球32の透孔31には、上側部分の直径が透孔31の直径よりも大きなサイズに設定されたロッド51bが挿入され、このロッド51bの下側部分に形成されたねじ溝62に嵌め合わされたナット61を締め付けることにより固定されている。このような構成のロッド51bを用いると、ロッド51bを大球32の透孔31に挿入固定するために必要なナットの数が一個であるため、球面軸受80にロッド51bを取り付ける作業が容易になる。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of how the
図16は、図8の球面軸受80の使用の態様の更に別の一例を示す断面図である。図16に示す球面軸受80の大球32の透孔31には、上側部分の直径が大球制動具23aの外径と同じサイズに設定されたロッド51cが挿入され、このロッド51cの下側部分に形成されたねじ溝62に嵌め合わされたナット61を締め付けることにより固定されている。図16に示すように、このロッド51cの上側部分は、ロッド51cが傾斜移動した場合に小球保持具20の上端近傍の部位に接触して大球32の傾斜移動を制限する大球制動具として用いられている。このような構成のロッド51cを用いると、図15に示すロッド15bを用いる場合と同様にロッド51cを大球32の透孔31に挿入固定するために必要なナットの数が一個であり、更に使用する大球制動具の数も一個であるため、球面軸受80にロッド51cを取り付ける作業が更に容易になる。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing still another example of the usage of the
図17は、図8の球面軸受80の使用の態様の更に別の一例を示す断面図である。なお、図17においては、小球22及びロッド51dは断面として記入していない。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing still another example of the usage mode of the
図17に示す球面軸受80の大球32の透孔31には、上端近傍の部分の直径が大球制動具23aの外径と同じサイズに設定されたロッド51dが挿入され、このロッド51dをその下側部分に形成されたねじ溝62を球面軸受にて支持される対象物であるアーム63(例えば、産業用ロボットのアーム等)の上端に形成されたねじ孔に嵌め合わせて締め付けることにより固定されている。図17に示すように、上記のロッド51dの上端近傍の部分は、ロッド51dが傾斜移動した場合に小球保持具20の上端近傍の部位に接触して大球32の傾斜移動を制限する大球制動具として用いられている。このようにして、球面軸受80の大球32の透孔31に挿入されたロッド51dに、球面軸受に支持される対象物であるアーム63を簡単に固定することもできる。
A rod 51d whose diameter near the upper end is set to the same size as the outer diameter of the
図18は、本発明の第二の構成の球面軸受の別の一例を示す断面図である。なお、図18においては、小球22は断面として記入していない。図18の球面軸受90の構成は、各々の大球制動具23bが、予め大球32の各々の開口に圧入され固定されていること以外は図8の球面軸受80と同様である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing another example of the spherical bearing of the second configuration of the present invention. In FIG. 18, the
例えば、上記の図8の球面軸受80は、その大球32の透孔31に大球制動具23a及びロッド51aを取り付ける前の状態で運搬あるいは取り扱う際に、大球32が大きな角度(例えば、図11に示す角度にまで)で傾斜移動した場合には、小球保持具20の透孔19に収容された小球22が保持具20と大球32との隙間から脱落する恐れがある。図18の球面軸受90のように、大球23の各々の開口に予め大球制動具23bが固定されていると、このような小球の脱落を防止することができる。
For example, when the
図19は、本発明の第二の構成の球面軸受の更に別の一例とその使用の態様とを示す一部切り欠き斜視図であり、図20は、図19に記入した切断線II−II線に沿って切断した球面軸受100、ロッド51e及び取り付け用治具64の断面図であり、そして図21は、図20に記入した切断線III−III線に沿って切断した球面軸受100の断面図である。なお、図20及び図21においては、小球22は断面として記入していない。
FIG. 19 is a partially cutaway perspective view showing still another example of the spherical bearing of the second configuration of the present invention and a mode of use thereof, and FIG. 20 is a cutting line II-II entered in FIG. FIG. 21 is a cross-sectional view of the
図19〜図21に示す球面軸受100の構成は、ハウジング27に取り付け用のねじ孔27aが形成されていること以外は図18の球面軸受90と同様である。この球面軸受100の大球32の透孔31にはロッド51eが挿入され、例えば、接着剤によって固定されている。そして、ロッド51eには、取り付け用の治具64が固定されており、この治具64の上面には、球面軸受100により支持される対象物を取り付けるためのねじ孔65が形成されている。
The configuration of the
例えば、三次元位置決め装置のステージの下面に、各々のねじ孔27aに直動駆動装置の駆動軸が接続固定された球面軸受100の三個を、各々の治具64の上面にて取り付けることにより、ステージをこれらの球面軸受で支持しながら多自由度で移動することが可能になる。
For example, three
上述のように、本発明の球面軸受は、大球が保持具に保持された複数個の小球を介してハウジングの空洞部に緊密に嵌め合わされているため、大球に備えられたロッド(あるいは大球に挿入固定されたロッド)を円滑かつ高精度に回転あるいは傾斜移動することができという優れた性能を示すと共に、その組み立てが極めて容易であるために低価格にて提供できるという利点も有している。 As described above, since the spherical bearing of the present invention is closely fitted to the hollow portion of the housing via the plurality of small spheres held by the holding tool, the rod ( (The rod inserted and fixed in the large sphere) can be rotated or tilted smoothly and accurately, and has the advantage that it can be provided at low cost because its assembly is extremely easy. Have.
10 球面軸受
11 ロッド
12 大球
13 間隙
14 球面凹壁
15a、15b 開口面
16 空洞部
17 ハウジング
17a 取り付け用の孔
18 周壁
19 透孔
20 小球保持具
21 大球表面
22 小球
23a、23b 大球制動具
27 ハウジング
27a 取り付け用のねじ孔
31 透孔
32 大球
41 大球表面
51a、51b、51c、51d、51e ロッド
61 ナット
62 ねじ溝
63 アーム
64 取り付け用の治具
65 ねじ孔
70、80、90、100 球面軸受
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