JP2010090942A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化、低トルク化を図ると共に、高い剛性を有してロボットアームなどの他部品に容易に組付け可能な軸受装置を提供する。
【解決手段】背面組合せで配置された一対のアンギュラ玉軸受１１と、外輪１２に外嵌されて相対回転する一方の部材が締結される締結用外方部材２０と、内輪１３に内嵌されて相対回転する他方の部材が締結される締結用内方部材３０と、を備え、締結用外方部材２０と締結用内方部材３０の少なくとも一方は、チタン、アルミニウム、プラスチックのいずれかからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置に関し、より詳細には、背面組合せされた一対のアンギュラ玉軸受の外輪および内輪に、相対回転するそれぞれの部材に締結される締結用部材が嵌合固定されて、組み付けの容易性と共に、低トルク化、軽量化を図った、例えば、ロボットアームの回動部に用いるのに好適な軸受装置に関する。

例えば、ロボットアームの関節部、医療機器、半導体／液晶基盤搬送装置などの回動部には、高剛性、および低トルクが要求されるため、一般的にアンギュラ玉軸受やクロスローラ軸受などが用いられることが多い（例えば、特許文献１〜３参照。）。特許文献１及び２に記載の波動歯車装置では、外輪や内輪に固定用取付穴が設けられたクロスローラ軸受が記載されている。特許文献３に記載のロボットの台座や関節等の相対回転部の荷重を支持する荷重支持装置では、背面組合せ型アンギュラ玉軸受を組み込んだものが開示されている。
特開２０００−１８６７１８号公報 特開２００２−３３９９９０号公報 特開２００８−１８５０６２号公報

ところで、特許文献１や２に使用されているクロスローラ軸受では、他部品に締結するための固定用取付穴が外輪や内輪に設けられているが、円筒ころ同士が互いに９０度傾斜して回転する構造のために回転摩擦が大きく、回転トルクが大きくなる問題があった。一方、アンギュラ玉軸受は、他部品に締結するための固定用取付穴は外輪や内輪に設けられていないものが一般的であり、アンギュラ玉軸受を組み込むための専用設計された部品に取付穴を設ける必要がある。このため、これらの部品は、多大な製作工数や組付け工数を要し、制作費が増大する問題があり、また、これらの部品重量が増大すると、応答性に影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量化、低トルク化を図ると共に、高い剛性を有して他部品に容易に組付け可能な軸受装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外輪と、内輪と、前記外輪の外輪軌道面と前記内輪の内輪軌道面との間に配置される複数の玉と、をそれぞれ備えた一対の玉軸受と、
前記外輪に外嵌され、相対回転する一方の部材が締結可能な締結用外方部材と、
前記内輪に内嵌され、相対回転する他方の部材が締結可能な締結用内方部材と、
を備える軸受装置であって、
前記締結用外方部材と前記締結用内方部材の少なくとも一方が、チタン、アルミニウム、プラスチックのいずれかからなることを特徴とする軸受装置。
（２） 前記締結用外方部材と前記締結用内方部材には、締結用の穴が形成されることを特徴とする（１）に記載の軸受装置。
（３） 前記一対の玉軸受は、各外輪及び各内輪がそれぞれ複数の構成部品からなる前記締結用外方部材と前記締結用内方部材によって固定されることで予圧調整が為されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の軸受装置。
（４） ロボットアームに使用されることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の軸受装置。

本発明の軸受装置によれば、背面組合せされた一対のアンギュラ玉軸受の外輪、および内輪に、それぞれ相対回転する部材に締結可能な締結用外方部材、および締結用内方部材が嵌合固定されているので、相対回転する部材を直接軸受装置に締結することができ、製作工数や組立て工数を削減してコストを抑制することができる。また、締結用外方部材、および締結用内方部材が、チタン、アルミニウム、またはプラスチックから形成されるので、軸受装置が軽量化されて応答性を向上させることができ、ロボットアームなどの回動部に用いるのに好適な軸受装置が得られる。

また、締結用外方部材、および締結用内方部材には、ボルトやねじなどの締結具が挿通される穴が設けられているので、専用部品を準備することなく、他部品へ容易に締結することができ、組付け工数を低減することができ、さらに、外輪回転や内輪回転の両方に適用することができ、高い汎用性を有する。

以下、本発明に係る軸受装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る軸受装置の縦断面図である。

図１に示すように、軸受装置１０は、背面組合せされた一対の単列アンギュラ玉軸受１１を備える。単列アンギュラ玉軸受１１は、内周面に外輪軌道面１２ａが形成された外輪１２と、外周面に内輪軌道面１３ａが形成された内輪１３と、外輪軌道面１２ａおよび内輪軌道面１３ａ間に接触角１５°〜５５°、例えば４０°の接触角を持って転動自在に配設された複数の転動体である玉１４と、玉１４を円周方向に所定の間隔で保持する保持器１５と、を備える。背面組合せされた一対の単列アンギュラ玉軸受１１は、玉１４に対して軸方向外側（外輪１２のカウンタボア側）にのみ、外輪１２および内輪１３間にシール部材１６が配設されて、封入されるグリースの漏洩と共に外部からの異物侵入が防止されている。

両端がシール部材１６によって封止された一対の単列アンギュラ玉軸受１１内には、合成炭化水素油を基油とし、ウレア系増ちょう剤を含有するグリースが封入されている。ウレア系増ちょう剤としては、ジウレア、トリウレア、テトラウレア、ウレア、ウレタン化合物などが例示されるが、音響を考慮するとジウレアが好ましい。グリースのちょう度は、２４０〜２５０、好ましくは２４３である。ちょう度が２４０未満では、飛散量、初期漏洩が多くなり、２５０を超えると、音響、トルク、初期始動性が悪い。また、動粘度は、４０℃において３０〜４００ｍｍ^２／ｓであり、音響やトルクを考慮すると４０〜１８０ｍｍ^２／ｓが好ましい。

背面組合せされた一対の単列アンギュラ玉軸受１１は、軸方向外側にのみシール部材１６が配設されているので一対の軸受１１の内部空間Ｓが大きく、多量のグリースを封入することができ、更に基油による酸化安定性、熱安定性、低温流動性と、ウレア系増ちょう剤による耐熱性、耐水性によって効果的に摩耗を防止し、アンギュラ玉軸受１１の長寿命化に寄与する。

一対の単列アンギュラ玉軸受１１の各外輪１２には締結用外方部材２０が外嵌され、各内輪１３には締結用内方部材３０が内嵌される。締結用外方部材２０、および締結用内方部材３０は、チタン、アルミニウム、プラスチックのいずれかから形成されて軽量化されており、ロボットアームなどのそれぞれ相対回転する一方の部材、および他方の部材（いずれも図示せず）に締結される。

締結用外方部材２０は、構成部品として、各外輪１２に外嵌される円筒状本体２１と、この円筒状本体２１の軸方向両側に配置される一対の円環板状の側板２２、２３とから構成されている。一対の側板２２、２３の内径は、円筒状本体２１の内径より小さく、各外輪１２の軸方向端面と当接して、各外輪１２を軸方向に規制する。円筒状本体２１は、各外輪１２にすきま嵌めで外嵌されて接着によって固定されてもよく、或いは、圧入によって固定されてもよい。また、これら円筒状本体２１と一対の円環板状の側板２２、２３は、圧入やねじ締結や接着によって固定されている。これにより、外輪１２は、締結用外方部材２０に固定される。

また、一方の側板２２には、ボルトなどの締結具（図示せず）を挿通するための複数個の貫通穴２４が円周方向に離間して所定の間隔で設けられている。円筒状本体２１には、これら複数個の貫通孔２４に対応する位置に軸方向に沿って逃げ溝２５が形成されており、また、他方の側板２３は、逃げ溝２５の最も深い部分より小さな外径を有する。尚、貫通穴２４は、相手部品の形状に合わせてねじ穴などとすることもできる。

締結用内方部材３０は、構成部品として、各内輪１３に内嵌される円筒状本体部３１と、この円筒状本体部３１の軸方向両側に配置される一対の円環板状の側板３２、３３とから構成されている。円筒状本体部３１は、軸芯を通る軸穴３４と、軸穴３４の半径方向外方に設けられて軸方向に貫通する締結用の貫通穴３５と、を備える。一対の円環板状の側板３２、３３の外径は、本体部３１の外径より大きく、各内輪１３の軸方向端面と当接して、各内輪１３を軸方向に規制する。また、一対の側板３２、３３の内径は、軸方向から見て貫通穴３５と重ならないように設定される。円筒状本体部３１は、各内輪１３にすきま嵌めで内嵌されて接着によって固定されてもよく、或いは、圧入によって固定されてもよい。これら円筒状本体部３１と一対の円環板状の側板３２、３３とは、圧入やねじ締結や接着によって固定されている。これにより、内輪１３は、締結用内方部材３０に固定される。

このような構成の軸受装置１０は、内輪回転で使用される場合、締結用外方部材２０の貫通穴２４にボルトなどの締結具が挿通されて、相対回転する一方の部材として、例えば、ロボットアーム、歯車、モータ、プーリ、減速機、歯付ベルト機構が締結され、締結用内方部材３０の貫通穴３５には、相対回転する他方の部材として、例えば、ロボットアーム、歯車、モータ、プーリ、減速機、歯付ベルト機構が締結されて使用される。また、外輪回転で使用される場合、締結用内方部材３０の貫通穴３５にボルトなどの締結具が挿通されて、相対回転する他方の部材として、例えば、ロボットアーム、歯車、モータ、プーリ、減速機、歯付ベルト機構が締結され、締結用外方部材２０の貫通穴２４には、相対回転する一方の部材として、例えば、ロボットアーム、歯車、モータ、プーリ、減速機、歯付ベルト機構が締結されて使用される。

上記したように、本発明の軸受装置１０によれば、締結用外方部材２０、および締結用内方部材３０が、チタン、アルミニウム、またはプラスチックから形成されているので、軸受装置１０を軽量化することができ、これによって応答性が向上すると共に、省電力に繋がり、また、軸受の電触を防止することができる。また、アンギュラ玉軸受１１は、転動体である玉１４が軌道面１２ａ、１３ａと点接触するので、軌道面と線接触するころ軸受と比較して回転トルクが小さく、低トルク化することができ、例えば、ロボットアームなどの回動部に用いるのに好適である。

締結用外方部材２０、および締結用内方部材３０には、ボルトやねじなどの締結具が挿通される貫通穴２４，３５が設けられているので、専用部品を準備することなく、他部品へ容易に締結することができ、組付け工数を低減することができ、さらに、外輪回転や内輪回転の両方に適用することができ、高い汎用性を有する。

さらに、一対の玉軸受１１は、各外輪１２及び各内輪１３がそれぞれ円筒状本体２１と一対の円環板状の側板２２、２３からなる締結用外方部材２０と円筒状本体部３１と一対の円環板状の側板３２、３３とからなる締結用内方部材３０によって固定されるので、一対の玉軸受１１を軸受装置１０として組み立てる際に、寸法管理や予圧調整を行なうことができ、軸受装置１０を回動部として用いる製造業者において煩雑な予圧調整を行なう必要がなくなる。

なお、締結用外方部材２０は、図２（ａ）に示すように、円筒状本体２１と、一方の円環板状の側板２２とを一体に形成した本体４０と、他方の円環板状の側板２３との２部品から構成することもできる。また、図２（ｂ）に示すように、円筒状本体２１と他方の円環状の側板２３とを一体に形成した本体４１と、一方の円環状の側板２２との２部品から構成するようにしてもよい。各部材は、接着、またはねじ止めなどによって固定される。

更に、締結用内方部材３０は、図３に示すように、本体部３１と、円環板状の側板３２，３３の一方とを一体に形成した本体５０と、他方の円環板状の側板３２，３３との、２部品から構成することもできる。各部材は、接着、ねじ止め、圧入などによって固定される。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

また、本発明においては、軸受装置は一対の単列アンギュラ玉軸受を背面組合せしたものとして説明したが、これに限定されるものではなく、正面組合せや、並列組合せとすることもできる。但し、ラジアル荷重容量を高くとることができる背面組合せとするほうが、装置を小型化でき、省電力とすることができるので好ましい。また、深溝玉軸受（３点接触、４点接触）などにおいても同様に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受装置の縦断面図である。 図１に示す軸受装置の締結用外方部材の他の構成例を示す概略図である。 図１に示す軸受装置の締結用内方部材の他の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 軸受装置
１１ 単列アンギュラ玉軸受
１２ 外輪
１２ａ 外輪軌道面
１３ 内輪
１３ａ 内輪軌道面
１４ 玉
２０ 締結用外方部材
２４ 貫通穴（締結用の穴）
３０ 締結用内方部材
３５ 貫通穴（締結用の穴）

Claims (4)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪の外輪軌道面と前記内輪の内輪軌道面との間に配置される複数の玉と、をそれぞれ備えた一対の玉軸受と、
   前記外輪に外嵌固定され、相対回転する一方の部材が締結可能な締結用外方部材と、
   前記内輪に内嵌固定され、相対回転する他方の部材が締結可能な締結用内方部材と、
   を備える軸受装置であって、
   前記締結用外方部材と前記締結用内方部材の少なくとも一方が、チタン、アルミニウム、プラスチックのいずれかからなることを特徴とする軸受装置。
2. 前記締結用外方部材と前記締結用内方部材には、締結用の穴が形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記一対の玉軸受は、各外輪及び各内輪がそれぞれ複数の構成部品からなる前記締結用外方部材と前記締結用内方部材によって固定されることで予圧調整が為されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸受装置。
4. ロボットアームに使用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸受装置。

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