JP2010090943A - Bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受装置に関し、より詳細には、大きな負荷容量および剛性を備えると共に、薄肉且つ狭幅で小型化され、組付け性に優れた、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。 The present invention relates to a bearing device. More specifically, the present invention has a large load capacity and rigidity, and is thin, narrow and small in size, and excellent in assembling, for example, for use in a rotating part of a robot arm. The present invention relates to a suitable bearing device.
ラジアル荷重およびスラスト荷重を共に負荷することができる軸受として、内輪または外輪の少なくとも一方において、軌道面に隣接する溝肩の軸方向一方側を落してカウンタボアを形成したアンギュラ玉軸受が知られている( 例えば、特許文献1参照)。このようなアンギュラ玉軸受は、1対のアンギュラ玉軸受が正面組合せ、背面組合せ、または並列組合せされて使用されるのが一般的であり、特に、背面組合せは、荷重負荷性能の高さからロボットの関節部などに多用されている。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に、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(例えば、特許文献2参照。)。
ロボットアームの関節部などに用いられる軸受の軸は、配線や減速機構などの構造上の制約から中空軸が使用されることが多く、軸受断面積が極力小さいものが好ましい。また、構造の簡便さからグリース潤滑が多用されている。しかしながら、軸受断面積を小さくすると密封構造とすることが困難であり、更にもともと封入可能容量が少ないグリースが漏れ出す問題があり、潤滑不良が発生する虞があった。 A hollow shaft is often used as a bearing shaft used for a joint portion of a robot arm or the like due to structural restrictions such as wiring or a speed reduction mechanism, and a bearing having a smallest sectional area is preferable. In addition, grease lubrication is frequently used because of its simple structure. However, if the bearing cross-sectional area is reduced, it is difficult to obtain a sealed structure. Further, there is a problem that grease with a small capacity that can be enclosed originally leaks, and there is a possibility that poor lubrication may occur.
特許文献1に記載の密封型アンギュラ玉軸受は、グリース漏れを防止するためのシール構造を備えるが、シールの環状基部を、外輪の固定溝へ容易に嵌め込み可能としたものであり、軸受断面積についての格別の配慮はされておらず、ロボットアームの関節部などに用いる軸受としては改善の余地があった。また、特許文献2の荷重支持装置は、一対の単列アンギュラ玉軸受を背面組合せで配置し、ロボットの相対回転部の荷重を支持しているが、軸受断面積について同様に考慮されていなかった。 The sealed angular contact ball bearing described in Patent Document 1 has a seal structure for preventing leakage of grease, but the annular base portion of the seal can be easily fitted into the fixing groove of the outer ring, and the bearing cross-sectional area is No special consideration was given to the bearings, and there was room for improvement in bearings used for joints of robot arms. Moreover, although the load support apparatus of patent document 2 arrange | positions a pair of single row angular contact ball bearing by a back surface combination, and supports the load of the relative rotation part of a robot, it was not considered similarly about the bearing cross-sectional area. .
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、大きな負荷容量および剛性を備えると共に、薄肉且つ狭幅で小型化されて組付け性に優れ、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を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has an object of providing a large load capacity and rigidity, and being thin and narrow in size and excellent in assemblability. An object of the present invention is to provide a bearing device suitable for use in a moving part.
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接触角を持って配置される複数の玉と、をそれぞれ備え、互いに並んで配置される一対のアンギュラ玉軸受を有する軸受装置であって、
軸受寸法は、
玉径×玉数/((外径−内径)/2)>15、且つ、玉径×玉数/軸受幅>14となるように設定されることを特徴とする軸受装置。
(2) 前記接触角は、15°〜55°に設定されることを特徴とする上記(1)に記載の軸受装置。
(3) 前記一対のアンギュラ玉軸受は、前記外輪と前記内輪との間で、互いに並んで配置される状態において、前記玉に対して軸方向外側にのみ、シール部材又はシールド部材をそれぞれ有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の軸受装置。
(4) 前記一対のアンギュラ玉軸受には、合成炭化水素油からなる基油に、増ちょう剤としてウレアが配合されたグリースが封入されることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の軸受装置。
(5) ロボットアームに使用されることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の軸受装置。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A pair that includes an outer ring, an inner ring, and a plurality of balls that are arranged with a contact angle between the outer ring raceway surface of the outer ring and the inner ring raceway surface of the inner ring, and are arranged side by side. A bearing device having an angular ball bearing of
Bearing dimensions are
The bearing device is characterized by being set so that the ball diameter × the number of balls / ((outer diameter−inner diameter) / 2)> 15 and the ball diameter × the number of balls / the bearing width> 14.
(2) The bearing device according to (1), wherein the contact angle is set to 15 ° to 55 °.
(3) Each of the pair of angular ball bearings has a seal member or a shield member only on the outer side in the axial direction with respect to the ball in a state in which the pair of angular ball bearings are arranged side by side between the outer ring and the inner ring. The bearing device according to (1) or (2) above.
(4) In the above (1) to (3), the pair of angular contact ball bearings is filled with grease containing urea as a thickener in a base oil made of synthetic hydrocarbon oil. The bearing apparatus in any one.
(5) The bearing device according to any one of (1) to (4), wherein the bearing device is used for a robot arm.
本発明の軸受装置によれば、互いに並んで配置される一対のアンギュラ玉軸受の寸法が、玉径×玉数/((外径−内径)/2)>15、且つ、玉径×玉数/軸受幅>14となるように設定されているので、アンギュラ玉軸受の厚さおよび幅、即ち、軸受断面積が比較的小さくなって軽量化されると共に、負荷容量、剛性を大きくすることができる。 According to the bearing device of the present invention, the dimensions of the pair of angular ball bearings arranged side by side are ball diameter × number of balls / ((outer diameter−inner diameter) / 2)> 15 and ball diameter × number of balls. / Because the bearing width is set to be greater than 14, the thickness and width of the angular ball bearing, that is, the bearing cross-sectional area becomes relatively small and light weight, and the load capacity and rigidity can be increased. it can.
また、一対のアンギュラ玉軸受の接触角が、15°〜55°に設定されているので、ラジアル荷重だけでなく、大きなスラスト荷重も負荷することができ、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、高負荷容量、高剛性、低トルクが要求される回動部に用いることができる。特に、ロボットアームの関節部などには、接触角が略40°のアンギュラ玉軸受が好ましい。 Further, since the contact angle of the pair of angular ball bearings is set to 15 ° to 55 °, not only a radial load but also a large thrust load can be applied. For example, a joint part of a robot arm, a medical device In addition, it can be used for a rotating part that requires high load capacity, high rigidity, and low torque, such as a semiconductor / liquid crystal substrate transfer device. In particular, an angular ball bearing having a contact angle of approximately 40 ° is preferable for a joint portion of a robot arm.
また、外輪、内輪間には、玉に対して軸方向外側にのみ、シール部材又はシールド部材が設けられているで、1対のアンギュラ玉軸受を並んで配置することにより、軸受の内部容量を大きくとることができ、多量のグリース封入が可能となると共に、シール部材又はシールド部材によってグリース漏れを防止することができる。これによって、潤滑不足に起因する損傷を低減し、軸受装置を長寿命化することができる。 Further, between the outer ring and the inner ring, a seal member or a shield member is provided only on the outer side in the axial direction with respect to the ball. By arranging a pair of angular ball bearings side by side, the internal capacity of the bearing can be reduced. A large amount of grease can be filled, and a large amount of grease can be enclosed, and grease leakage can be prevented by the seal member or shield member. As a result, damage due to insufficient lubrication can be reduced and the life of the bearing device can be extended.
更に、軸受内には、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ので、酸化安定性、熱安定性、低温流動性に優れると共に、耐熱性、耐水性を備え、磨耗を防止して軸受装置を長寿命化することができ、ロボットアームの回動部に用いるのに好適である。 Furthermore, the bearing is filled with grease containing a synthetic hydrocarbon oil as a base oil and containing a urea-based thickener, so that it has excellent oxidation stability, thermal stability, low temperature fluidity, heat resistance, It has water resistance, can prevent wear and extend the life of the bearing device, and is suitable for use in the rotating part of the robot arm.
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、図2は軸受寸法と剛性との関係を示すグラフである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a bearing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a bearing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the relationship between bearing dimensions and rigidity.
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°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。接触角は、アキシャル負荷容量を考慮すると30°以上、回転速度を考慮すると50°以下が好ましく、40°が好適である。
As shown in FIG. 1, the
単列アンギュラ玉軸受11の寸法は、玉径d×玉数N/((外径Do−内径di)/2)>15、且つ、玉径d×玉数N/軸受幅W>14となるように設定されている。これによりアンギュラ玉軸受11の厚さおよび幅が比較的小さくなり、アンギュラ玉軸受11の中心軸を含む縦断面での軸受断面積を小さくすることができ、軸受装置10の小型化、軽量化が可能となる。
The dimensions of the single-row angular contact ball bearing 11 are ball diameter d × number of balls N / ((outer diameter Do−inner diameter di) / 2)> 15 and ball diameter d × number of balls N / bearing width W> 14. Is set to Thereby, the thickness and width of the angular ball bearing 11 are relatively reduced, the bearing cross-sectional area in the longitudinal section including the central axis of the angular ball bearing 11 can be reduced, and the
また、図2に示すように、アンギュラ玉軸受11の剛性は、玉径d×玉数N/((外径Do−内径di)/2)、および玉径d×玉数N/軸受幅Wの値が略15以上で急激に大きくなることが実験的に実証されており、上式を満足する軸受寸法に設定することによって負荷容量を大きくすることができる。 Further, as shown in FIG. 2, the angular ball bearing 11 has a rigidity of ball diameter d × number of balls N / ((outer diameter Do−inner diameter di) / 2) and ball diameter d × number of balls N / bearing width W. It has been experimentally proved that the value of A is increased to about 15 or more, and the load capacity can be increased by setting the bearing size to satisfy the above equation.
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を防止している。
A pair of single-row
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30〜400mm2/sであり、音響やトルクを考慮すると40〜180mm2/sが好ましい。
A pair of single-row angular
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15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る。また、グリースは、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。
The pair of single-row angular
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。
A fastening
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。
The fastening
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。
In addition, a plurality of through
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。また、外輪12が締結用外方部材20に、内輪13が締結用内方部材30に固定される際に、一対の玉軸受11の予圧調整が行なわれる。
The fastening
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。
When the bearing
上記したように、本発明の軸受装置10によれば、互いに並んで配置される一対のアンギュラ玉軸受11の寸法が、玉径d×玉数N/((外径Do−内径di)/2)>15、且つ、玉径d×玉数N/軸受幅W>14となるように設定されているので、アンギュラ玉軸受11が薄肉、且つ狭幅となって軽量化されると共に、負荷容量、剛性を大きくすることができる。
As described above, according to the
また、一対のアンギュラ玉軸受11の接触角が15°〜55°、更に好ましくは40°に設定されているので、ラジアル荷重だけでなく、大きなスラスト荷重も負荷することができ、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、高負荷容量、高剛性、低トルクが要求される回動部に用いることができる。
Further, since the contact angle of the pair of
また、外輪12、内輪13間には、玉14に対して軸方向外側にのみ、シール部材16が設けられているで、軸受11の内部容量Sが大きくなり、多量のグリース封入が可能となって潤滑不足に起因する損傷を低減し、軸受装置10を長寿命化することができる。グリースは、酸化安定性、熱安定性、低温流動性に優れる合成炭化水素油を基油とし、耐熱性、耐水性を備えるウレア系増ちょう剤を含有するグリースとすることが好ましい。
Further, since the
(実施例)
玉径d×玉数N/((外径Do−内径di)/2)>15、且つ、玉径d×玉数N/軸受幅W>14となるアンギュラ玉軸受11の具体的な実施例を(表1)に示す。(表1)に示すように、上式を満足する実施例1から実施例5のアンギュラ玉軸受11は、径方向厚さ((外径Do−内径di)/2)が6〜9mmと薄肉であり、且つ幅が7〜10mmと狭幅となっている。これにより、厚さが8.5〜17.5、幅が9〜18の従来例1〜従来例10のアンギュラ玉軸受と比較して軸受断面積が小さくなり、小型化、軽量化されていることが分かる。
(Example)
Specific Example of
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。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.
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ことが好ましい。 In the present invention, the bearing device has been described as a combination of a pair of single-row angular ball bearings on the back, but the present invention is not limited to this, and a front combination or a parallel combination may also be used. However, it is preferable to use a back surface combination that can increase the radial load capacity.
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
16 シール部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
軸受寸法は、
玉径×玉数/((外径−内径)/2)>15、且つ、玉径×玉数/軸受幅>14となるように設定されることを特徴とする軸受装置。 A pair of angular balls each including an outer ring, an inner ring, and a plurality of balls arranged with a contact angle between the outer ring raceway surface of the outer ring and the inner ring raceway surface of the inner ring, and arranged side by side A bearing device having a bearing,
Bearing dimensions are
The bearing device is characterized by being set so that the ball diameter × the number of balls / ((outer diameter−inner diameter) / 2)> 15 and the ball diameter × the number of balls / the bearing width> 14.
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