JP2008180375A - 円錐ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の内径が９ｍｍ以下で高い動定格荷重を確保できる極小サイズの円錐ころ軸受を提供することである。
【解決手段】円錐ころ３の平均直径ＤＲ_AVEと内輪１の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０とすることにより、内輪１の内径ＤＩ_ｉが９ｍｍ以下の極小サイズの円錐ころ軸受で高い動定格荷重を確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、極小サイズの円錐ころ軸受に関する。

各種ロボットのアームやハンド等に取り付けられる減速機には、転がり軸受として、ラジアル荷重とアキシアル荷重を受けることができるアンギュラ玉軸受や円錐ころ軸受が使用されている（例えば、特許文献１参照）。精密加工用や医療用等の小型ロボットに取り付けられる減速機等に使用される転がり軸受では、内輪の内径が９ｍｍ以下の極小サイズのものが必要とされることがある。従来、このような極小サイズの転がり軸受は玉軸受しかなく、このような用途にはアンギュラ玉軸受が使用されている。

特開２００５−２４０９９７号公報

近年、精密加工用や医療用等のロボットは、より小型で高出力のものが要求される傾向があり、これらの減速機等に使用される転がり軸受は、従来の極小サイズのアンギュラ玉軸受では負荷能力が不足する問題が生じている。一般的に円錐ころ軸受はアンギュラ玉軸受よりも負荷能力が高いことが知られている。このため、このような用途でも十分な負荷能力、すなわち動定格荷重を確保できる極小サイズの円錐ころ軸受の出現が望まれている。

そこで、本発明の課題は、内輪の内径が９ｍｍ以下で高い動定格荷重を確保できる極小サイズの円錐ころ軸受を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、内輪と外輪の軌道面間に複数の円錐ころが保持器に保持されて配列された円錐ころ軸受において、前記内輪の内径ＤＩ_ｉを９ｍｍ以下とし、前記円錐ころの平均直径ＤＲ_AVEと前記内輪の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０とした構成を採用した。円錐ころの平均直径ＤＲ_AVEは、円錐ころの両端の面取り部を除いた有効長さの最小径と最大径の合計の１／２である。

一般的なころ軸受の動定格荷重Ｐｃは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ころの直径ＤＲおよび本数Ｎに対して、それぞれＤＲ^{２９／２７}とＮ^３／４に比例して増大することが知られている（ＪＩＳ Ｂ １５１８）。また、ころの直径ＤＲと本数Ｎの間には、ピッチ円直径の円周上にころを配列するという制約から、（１）式の関係がある。
（ＤＲ＋Ｃ）・Ｎ＝π（ＤＩ_Ｏ＋ＤＲ） （１）
ここに、Ｃはころ間の周方向隙間、ＤＩ_Ｏは内輪軌道面の外径である。
したがって、図３（ａ）、（ｂ）に示した動定格荷重Ｐｃに対するころの直径ＤＲおよび本数Ｎの関係と、（１）式で制約されるころの直径ＤＲと本数Ｎの関係とから、ころ軸受の動定格荷重Ｐｃは、（２）式で表すことができる。
Ｐｃ＝ａ{π（ＤＩ_Ｏ＋ＤＲ）/（ＤＲ＋Ｃ）}^３／４・ＤＲ^{２９／２７} （２）
ここに、ａは比例定数である。

本発明者らは、（２）式の関係から、円錐ころ軸受の動定格荷重Ｐｃを高めるためには、円錐ころの本数Ｎを増加するよりも、直径ＤＲを大きくすることが有利であると考え、（２）式中のころ直径ＤＲを円錐ころの平均直径ＤＲ_AVE、内輪軌道面の外径ＤＩ_Ｏを内輪軌道面の平均外径ＤＩ_ＯAVEとして円錐ころ軸受に適用し、後の実施例を説明する図２に示すように、内輪の内径ＤＩ_ｉが９ｍｍ以下の極小サイズの円錐ころ軸受について、円錐ころの平均直径ＤＲ_AVEと内輪の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを変化させたときの動定格荷重Ｐｃを計算した。この計算結果より、従来の標準円錐ころ軸受におけるこの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉが０．０２〜０．４４のものに対して、比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５以上としたものは、動定格荷重Ｐｃをかなり増大できることを確認した。

このような考えと計算による確認に基づいて、内輪の内径ＤＩ_ｉが９ｍｍ以下の極小サイズの円錐ころ軸受の円錐ころの平均直径ＤＲ_AVEと内輪の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０とし、高い動定格荷重Ｐｃを確保できる極小サイズの円錐ころ軸受を提供できるようにした。なお、比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉの上限を０．７０としたのは、この上限を超えると、円錐ころの本数Ｎが少なくなって、軸受の周方向バランスが悪くなるからである。

本発明は、内輪の内径ＤＩ_ｉを９ｍｍ以下とし、円錐ころの平均直径ＤＲ_AVEと内輪の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０としたので、高い動定格荷重Ｐｃを確保できる極小サイズの円錐ころ軸受を得ることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この円錐ころ軸受は、図１に示すように、内輪１と外輪２の軌道面１ａ、２ａ間に複数の円錐ころ３が保持器４に保持され、内輪１の内径ＤＩ_ｉが５ｍｍとされた極小サイズのものであり、円錐ころ３の平均直径ＤＲ_AVEと内輪１の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉが０．５８とされている。

前述した（２）式を、円錐ころ軸受に適用した以下の（３）式に基づいて、内輪１の内径ＤＩ_ｉを５ｍｍとした極小サイズの円錐ころ軸受について、円錐ころ３の平均直径ＤＲ_AVEと内輪１の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０としたもの（実施例）と、従来の標準円錐ころ軸受のように、比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４４以下としたもの（比較例）とについて、動定格荷重Ｐｃを計算した。
Ｐｃ＝ａ_１{π（ＤＩ_ＯAVE＋ＤＲ_AVE）/（ＤＲ_AVE＋Ｃ）}^３／４・ＤＲ_AVE ^{２９／２７} （３）
ここに、ａ_１は比例定数である。

図２のグラフは、内輪１の内径ＤＩ_ｉを５ｍｍとして、これに対応する軌道面１ａの平均外径ＤＩ_ＯAVEを７．８７ｍｍ、円錐ころ３間の周方向隙間Ｃを１．３ｍｍとしたときの計算結果を示す。グラフの横軸には、対応する円錐ころ３の平均直径ＤＲ_AVEも示し、グラフ中のプロット点には、（１）式で制約される円錐ころ３の本数Ｎも付記した。

この計算結果から分かるように、前記比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを大きくするほど円錐ころ３の本数Ｎは減るが、円錐ころ軸受の動定格荷重Ｐｃは顕著に増加し、比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０とした実施例のものは、０．４４以下とした比較例のものよりもかなり動定格荷重Ｐｃが大きくなる。したがって、比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０とすることにより、高い動定格荷重Ｐｃを確保できる極小サイズの円錐ころ軸受を得ることができる。

この発明の円錐ころ軸受は、高い動定格荷重Ｐｃを有する極小サイズのものであるから、小型で高出力のロボットの減速機用、小型で高出力の電動ドリル、電動ドライバーなどの電動工具の駆動軸支持用あるいは小型工作機のスピンドル支持用として使用すると好適である。

円錐ころ軸受の実施形態を示す縦断面図 円錐ころの平均直径と内輪の内径との比と動定格荷重の関係を示すグラフ ａ、ｂは、それぞれ一般的なころ軸受におけるころの直径および本数と動定格荷重の関係を示すグラフ

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
１ａ、２ａ 軌道面
３ 円錐ころ
４ 保持器

Claims (4)

1. 内輪と外輪の軌道面間に複数の円錐ころが保持器に保持されて配列された円錐ころ軸受において、前記内輪の内径ＤＩ_ｉを９ｍｍ以下とし、前記円錐ころの平均直径ＤＲ_AVEと前記内輪の内径ＤＩ_ｉとの比ＤＲ_AVE／ＤＩ_ｉを０．４５〜０．７０としたことを特徴とする円錐ころ軸受。
2. ロボットの減速機用に使用する請求項１記載の円錐ころ軸受。
3. 電動ドリル、電動ドライバーなどの電動工具の駆動軸支持用に使用する請求項１記載の円錐ころ軸受。
4. 小型工作機のスピンドル支持用に使用する請求項１記載の円錐ころ軸受。

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