JP2009275838A - ベアリングの固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ベアリングの転動体案内部材を固定部材と固定子との間にボルトで共締めすることにより固定部材に固定する構造において、Ｖ溝に位置する転動体に対する与圧が変動してしまうことを防止できるベアリングの固定構造を提供する。
【解決手段】クロスローラベアリング２３は、外輪２９及び内輪３０が軸に対して直交する分割面を有していないと共に、クロスローラベアリング２３を押圧する固定子を、クロスローラベアリング２３の外輪２９或いは内輪３０に対する押圧部位の押圧方向への投影面がＶ溝２９ａ，３０ａから外れるような形状にしたので、ボルトを強く締め付けることによりクロスローラベアリング２３を固定部材と固定子との間に挟持状態で固定するにしても、押圧力がクロスローラベアリング２３の外輪２９及び内輪３０のＶ溝２９ａ，３０ａに作用することはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベアリングの転動体案内部材を固定部材と固定子との間にボルトで共締めすることにより固定部材に固定するベアリングの固定構造に関する。

例えば、多軸ロボットの腕を支持する手段としてクロスローラベアリングが使用されている。このクロスローラベアリングは、内輪のＶ溝と外輪のＶ溝とを対向して形成される空間部に円筒ローラを軸方向が交互に直交するように挿入したもので、ラジアル方向及びスラスト方向の何れの力に対しても大きな力を受けることが可能である。このようなクロスローラベアリングをロボットに固定するには、固定部材と固定子との間にクロスローラベアリングの内輪及び外輪をボルトによりそれぞれ共締めするようにしていた。
特開平５−２７６７６８号公報 特開平９−２６０１１号公報

ところが、固定部材と固定子との間にクロスローラベアリングの内輪及び外輪をボルトにより共締めした状態では、クロスローラベアリングに対する固定子の押圧部位の投影面がクロスローラベアリングのＶ溝に重なることから、固定子の押圧力がＶ溝に作用してしまう。このため、外輪或いは内輪がＶ溝で変形し、Ｖ溝間に位置する円筒ローラに設定した与圧以上の圧力が作用してしまい、クロスローラベアリングの動作に支障を生じる虞がある。

特許文献１及び特許文献２には、外輪分割式のクロスローラベアリングの外輪を固定部材に固定子と共にボルトにより共締めする構造が記載されていることから、それらを参考にして、ボルトによる与圧がベアリングのＶ溝に作用しないようにボルトとＶ溝とを離すことを考えた。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に用いられている外輪は分割タイプであり、ボルトの締め付け方向（押圧方向）と外輪の分割面とが直交することから、結局、ボルトの与圧がベアリングのＶ溝に作用しないようにボルトとＶ溝とを離すようにしても、外輪の分割面においてボルトによる与圧がＶ溝に作用してしまい、Ｖ溝間に位置する円筒ローラに設定した与圧以上の圧力が作用してしまう虞が依然として残されている。
特に、特許文献２のものは、ボルトは元々圧力調整用であり、Ｖ溝に圧力を作用させるものであることから、Ｖ溝に設定した圧力以上の圧力を作用させないこととは正反対の作用となり、両方の相反する機能を同時に発揮させることはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ベアリングの転動体案内部材を固定部材と固定子との間にボルトで共締めすることにより固定部材に固定する構造において、Ｖ溝に位置する転動体に対する与圧が変動してしまうことを防止できるベアリングの固定構造を提供することにある。

請求項１の発明によれば、固定部材と固定子との間に転動体案内部材を挟持した状態でボルトで共締めすることにより、転動体案内部材を固定部材に固定することができる。この場合、固定子が転動体案内部材を強く押圧するにしても、転動体案内部材はボルトと交差する分割面が存在しないので、転動体に対する与圧が変動することがないと共に、ボルトによる締め付け力が空間部の存在によりＶ溝に作用しないので、Ｖ溝が変形して転動体に対する与圧が変動してしまうこともない。

以下、本発明を多関節型ロボットに適用した一実施形態について図面を参照して説明する。
図２はロボットの外観構成を示している。この図２において、ロボット本体１は、組立て用の６軸の小型垂直多関節ロボットとして構成されている。即ち、ベース２上には、ショルダー３が垂直方向の軸Ｊ１を中心として水平方向に回動可能に連結されている。ショルダー３には、下アーム４の基端部が軸Ｊ２を中心として垂直方向に回動可能に連結されている。下アーム４の先端部には、上アーム５が軸Ｊ３を中心として垂直方向に回動可能に連結されている。上アーム５の先端部には、リスト６の基端部が軸Ｊ４を中心として回動可能に連結されている。リスト６の先端部には、ハンド取付体７がＪ５を中心として回動可能に連結されている。このハンド取付体７には、円板状のフランジ８がＪ６を中心として回動可能に連結されている。このフランジ８には、図示しないボルト穴が形成されており、ハンドや各種ツールが着脱可能に取付け可能となっている。

上記ショルダー３、下アーム４、上アーム５、リスト６、ハンド取付体７、フランジ８は関節装置により互いに連結されていると共に、各関節装置に対応してサーボモータ及び減速機が設けられており、サーボモータの駆動に応じて各関節装置が駆動することにより上記各軸Ｊ１〜Ｊ６を中心としてショルダー３、下アーム４、上アーム５、リスト６、ハンド取付体７、フランジ８が回動するようになっている。この場合、ロボット本体１には図示しないロボットコントローラが接続されており、ロボットコントローラで制御されることにより各種の動作が実行されるようになっている。

図３は上記上アーム５とリスト６とを連結する関節装置の構造を示す破断面図である。この図３において、上アーム５はフレーム（固定部材に相当）９を筐体としてなり、このフレーム９内に一体形成された円筒支持部１０にサーボモータ１１が固定されている。サーボモータ１１の回転は、減速機１２で減速された状態で出力され、それに応じてリスト６が図２に示した軸Ｊ４を中心として回動するようになっている。この減速機１２としては、ハーモニックドライブ（商品名）が用いられている。

図４は減速機１２を分解して示す斜視図である。この図４において、減速機１２は、ウェーブ・ジェネレータ１３、フレクスプライン１４、サーキュラ・スプライン１５から構成されている。ウェーブ・ジェネレータ１３は、入力軸に取付けられた楕円状カム１６の外周に弾性変形可能に構成されたボールベアリング１７を装着してなる。このボールベアリング１７の内輪は楕円状カム１６に固定され、外輪は楕円状カム１６の回転に応じて弾性変形する。フレクスプライン１４は、薄肉カップ状の弾性を有する有底円筒状の金属からなり、その開口部外周に所定数の歯が形成されている。また、フレクスプライン１４の底部のダイヤフラムは出力軸に固定される。サーキュラ・スプライン１５は、内周に歯が形成されており、この歯数はフレクスプライン１４に形成された歯数よりも２枚多くなっている。

このような構成の減速機１２は、フレクスプライン１４とサーキュラ・スプライン１５とが１８０度対称の２か所のみで噛合っており、ウェーブ・ジェネレータ１３が回転すると、フレクスプライン１４とサーキュラ・スプライン１５の噛合い位置が回転して移動する。この場合、フレクスプライン１４の歯数はサーキュラ・スプライン１５の歯数よりも２枚少なく形成されているので、フレクスプライン１４はウェーブ・ジェネレータ１３の回転方向と反対方向に歯数差の２枚分だけ回転し、その回転が出力となる。このような構成の減速機１２によれば、簡単な構成で大きな減速比を得ることができる。

図３に戻って、減速機１２には連結体（固定子に相当）１８が連結されており、サーボモータ１１の回動に応じて連結体１８が回動するようになっている。この連結体１８は、湾曲形状のシャフト部１８ａの先端に環状フランジ部１８ｂを一体形成してなる。連結体１８のシャフト部１８ａは円筒支持部１０内に装着された軸受１９に支持されており、このシャフト部１８ａには上記減速機１２のフレクスプライン１４がボルト２０で固定されている。

円筒支持部１０には減速機１２のサーキュラ・スプライン１５がボルト２１で固定されている。円筒支持部１０にボルト２２で固定されたサーボモータ１１のシャフト１１ａには減速機１２のウェーブ・ジェネレータ１３の楕円状カム１６が固定されており、ウェーブ・ジェネレータ１３がフレクスプライン１４内に位置している。この状態では、フレクスプライン１４の１８０゜対向する２か所の部位がウェーブ・ジェネレータ１３により内側から押されており、その押圧部位に対応した位置に形成された外歯がサーキュラ・スプライン１５の内歯と噛合っている。

連結体１８の環状フランジ部１８ｂはフレーム９の先端開口部に位置している。この環状フランジ部１８ｂの中央には環状カバー２４が装着されており、この環状カバー２４の中央を図示しないケーブルが通過した状態でリスト６が上アーム５に対して回動可能とするために、連結体１８のシャフト部１８ａは、環状フランジ部１８ｂを片持ち支持した湾曲形状に形成されている。
上アーム５のフレーム９の先端開口部には軸受押え用フランジ（固定子に相当）２５が複数のボルト２６で固定されており、これにより、クロスローラベアリング２３がフレーム９の先端開口部に位置決め状態で装着されている。

連結体１８の環状フランジ部１８ｂにはリスト６が固定されている。つまり、連結体１８の環状フランジ部１８ｂとリスト６の筐体をなすフレーム（固定部材に相当）２７の基端部とは、環状フランジ部１８ｂ側から複数のボルト２８を螺着することにより連結されている。
以上のような構成により、サーボモータ１１が回動すると、サーボモータ１１の回転は減速機１２で減速された状態で連結体１８を介してリスト６に伝達されるので、リスト６が回動する。

図１は、軸Ｊ４の構造を示す断面図である。クロスローラベアリング２３は、外輪（転動体案内部材に相当）２９のＶ溝２９ａと内輪（転動体案内部材に相当）３０のＶ溝３０ａとを組み合わせて形成される空間に、円筒ローラ（転動体に相当）３１を軸方向が交互に直交するように挿入したもので、ラジアル方向（軸と直交する方向）、アキシアル方向（軸方向）などの複合荷重を受けることが可能である。このクロスローラベアリング２３では、円筒ローラ３１をＶ溝２９ａ，３０ａに挿入する方法として、外輪２９の外周面或いは内輪３０の内周面に挿入孔を形成し、外輪２９と内輪３０とを組み合わせた状態で挿入孔から円筒ローラ３１を挿入した後に挿入孔を閉鎖するようにしている。つまり、本実施形態のクロスローラベアリング２３にあっては、従来において外輪或いは内輪を２分割することによりＶ溝に円筒ローラを挿入するために存在していた分割面（クロスローラベアリングの軸方向と直交する分割面）は存在しない。

ここで、クロスローラベアリング２３の外輪２９を軸受押え用フランジ２５と共に挟持状態で固定しているフレーム９は、外輪２９のＶ溝２９ａの形成面に開口部を有すると共にＶ溝２９ａから外れた位置まで延びる空間部９ａを形成するような形状に形成されている。これにより、クロスローラベアリング２３の外輪２９に対する押圧部位の押圧方向への投影面が外輪２９のＶ溝２９ａから外れた位置となるので、ボルト２６を強く締め付けることによりクロスローラベアリング２３の外輪２９をフレーム９と軸受押え用フランジ２５との間に挟持状態でフレーム９に固定するにしても、フレーム９及び軸受押え用フランジ２５の外輪２９に対する押圧力がＶ溝２９ａに作用することを防止できる。

同様に、クロスローラベアリング２３の内輪３０を連結体１８の環状フランジ部１８ｂと共に挟持状態で固定しているフレーム２７は、外輪３０のＶ溝３０ａの形成面に開口部を有すると共にＶ溝３０ａから外れた位置まで延びる空間部１８ｃを形成するような形状に形成されている。これにより、クロスローラベアリング２３の内輪３０に対する押圧部位の押圧方向への投影面が内輪３０のＶ溝３０ａから外れた位置となるので、ボルト２８を強く締め付けることによりクロスローラベアリング２３の内輪３０をフレーム２７と環状フランジ部１８ｂの間に挟持状態でフレーム２７に固定するにしても、フレーム２７と環状フランジ部１８ｂの内輪３０に対する押圧力がＶ溝３０ａに作用することを防止できる。

このような実施形態によれば、クロスローラベアリング２３は、外輪２９及び内輪３０が軸に対して直交する分割面を有していないと共に、クロスローラベアリング２３を押圧する固定子を、クロスローラベアリング２３の外輪２９或いは内輪３０に対する押圧部位の押圧方向への投影面がＶ溝２９ａ，３０ａから外れるような空間部９ａ，１８ｃを形成するような形状に構成したので、ボルトを強く締め付けることによりクロスローラベアリング２３を固定部材と固定子との間に挟持状態で固定するにしても、押圧力がクロスローラベアリング２３の外輪２９及び内輪３０のＶ溝２９ａ，３０ａに作用することはない。従って、ボルトを締め付けた際の押圧力によりＶ溝が変形してしまう虞がある従来例のものと違って、円筒ローラ３１に対する与圧が変動することはなく、クロスローラベアリング２３の特性が悪化してしまうこともない。
しかも、外輪２９及び内輪３０に対する与圧を調整する必要がないことから、製造コストが上昇してしまうこともない。

（他の実施形態）
クロスローラベアリングに限らず、Ｖ溝を有する構成であれば、ローラベアリング、ボールベアリングに適用するようにしてもよい。
ベアリングとして、直動ベアリングに適用するようにしてもよい。

本発明の一実施形態におけるロボットの関節装置を示す断面図 ロボットの側面図 ロボットの関節装置を示す破断面図 減速機の分解斜視図

符号の説明

図面中、１はロボット本体、５は上アーム、９はフレーム（固定部材）、９ａは空間部、１８は連結体（固定子）、１８ｃは空間部、２３はクロスローラベアリング、２５は軸受押え用フランジ（固定子）、２６，２８はボルト、２７はフレーム（固定部材）、２９は外輪（転動体案内部材）、２９ａはＶ溝、３０は内輪（転動体案内部材）、３０ａはＶ溝、３１は円筒ローラ（転動体）である。

Claims (3)

1. 固定部材と固定子との間に、転動体を案内するためのＶ溝を有する転動体案内部材を挟持した状態でボルトで共締めすることにより当該転動体案内部材を前記固定部材に固定するベアリングの固定構造において、
   前記転動体案内部材は、前記ボルトと交差する分割面が存在しないように構成されていると共に、前記固定子と前記Ｖ溝との間に、前記Ｖ溝形成面に開口部を有すると共に前記Ｖ溝から外れた位置まで延びる空間部が形成されるような形状に構成されていることを特徴とするベアリングの固定構造。
2. 前記固定部材及び前記固定子の何れか一方は、ロボットのアームを構成するフレームであることを特徴とする請求項１記載のベアリングの固定構造。
3. 前記ベアリングはクロスローラベアリングであることを特徴とする請求項２記載のベアリングの固定構造。

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