JP2010090944A

JP2010090944A - 軸受装置

Info

Publication number: JP2010090944A
Application number: JP2008259746A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yamada; 学山田; Kotetsu Denpo; 功哲傳寳
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】大きな負荷容量および剛性を備えると共に、薄肉で軽量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。
【解決手段】並んで配置される一対の深溝玉軸受１１は、軸受寸法が、軸受厚さを（外径−内径）／２とすると、軸受厚さ／軸受外径≦０．１５、玉径／軸受厚さ≧０．５、軸受厚さ／軸受幅＞０．５、且つ、（玉径×玉数）／（３．１４×ＰＣＤ）≧０．５となるように設定されている。また、軸受１１内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。
【選択図】図１

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、薄肉で軽量化され、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。

一般に、ロボットアームの回動部には、ラジアル荷重およびスラスト荷重を支承すべく、アンギュラ玉軸受や深溝玉軸受が組み込まれている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のロボットアームの間節部構造では、外輪にフランジ部が設けられた一対の深溝玉軸受が用いられており、弾性体を用いて定圧予圧方式としている。また、特許文献２に記載の深溝玉軸受では、薄肉軸受における耐荷重性能を向上したものが考案されている。
特開２００２−１１３６８６号公報特開２００７−８５５２０号公報

ロボットアームの関節部などに用いられる軸は、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、軸に取り付けられる軸受の厚さも極力薄いものが好ましい。また、ロボットも軽量／コンパクトにする傾向から、軸受も小型・軽量で、さらに高剛性が要求される。しかしながら、軸受の厚さを薄くすると、大きな玉径を採用することができず、軸受の負荷容量を大きくすることができない。

特許文献１に記載の深溝玉軸受では、軸受を薄肉に構成することについて何ら考慮されておらず、また、外輪にはフランジ部が設けられているため、煩雑な構成を有している。また、特許文献２では、軸受の薄肉化について開示されているが、ロボットアームへの適用については考慮されておらず、複列または多列の組合せについても記載されていない。

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、薄肉で軽量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。

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深溝玉軸受を有する軸受装置であって、
軸受寸法は、軸受厚さを（外径−内径）／２とすると、
軸受厚さ／軸受外径≦０．１５、
玉径／軸受厚さ≧０．５、
軸受厚さ／軸受幅＞０．５、且つ、
（玉径×玉数）／（３．１４×ＰＣＤ）≧０．５
となるように設定されることを特徴とする軸受装置。
（２）前記一対の深溝玉軸受は、軸方向外側に一対の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）に記載の軸受装置。
（３）前記一対の深溝玉軸受には、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）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上記（１）〜（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、互いに並んで配置される一対の深溝玉軸受の寸法が、軸受寸法は、軸受厚さを（外径−内径）／２とすると、軸受厚さ／軸受外径≦０．１５、玉径／軸受厚さ≧０．５、軸受厚さ／軸受幅＞０．５、且つ、（玉径×玉数）／（３．１４×ＰＣＤ）≧０．５となるように設定されているので、深溝玉軸受の厚さ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、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好適に用いることができる。

また、外輪、内輪間には、軸方向両側に一対のシール部材又はシールド部材が設けられて深溝玉軸受を密封構造とすることで、グリース封入された一対の深溝玉軸受を容易に組み立てることができる。

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、摩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。

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。

図１に示すように、軸受装置１０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、一対の深溝玉軸受１１を有する。

深溝玉軸受１１の寸法は、軸受厚さを（外径−内径）／２とすると、以下の４式を満たすように設定されている。
・軸受厚さ／軸受外径≦０．１５・・・（１）、
・玉径／軸受厚さ≧０．５・・・（２）、
・軸受厚さ／軸受幅＞０．５・・・（３）、且つ、
・（玉径×玉数）／（３．１４×ＰＣＤ）≧０．５・・・（４）
これにより深溝玉軸受１１の厚さが比較的小さくなり、軸受装置１０の小型化、軽量化が可能となる。

背面組合せされた一対の深溝玉軸受１１は、玉１４に対して軸方向両側に外輪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。

両端がシール部材１６によって封止された一対の深溝玉軸受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深溝玉軸受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、深溝玉軸受１１の長寿命化に寄与する。

一対の深溝玉軸受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。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、一対の深溝玉軸受１１の予圧調整が行なわれる。

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、互いに並んで配置される一対の深溝玉軸受１１の寸法が、軸受寸法は、軸受厚さを（外径−内径）／２とすると、
・軸受厚さ／軸受外径≦０．１５・・・（１）、
・玉径／軸受厚さ≧０．５・・・（２）、
・軸受厚さ／軸受幅＞０．５・・・（３）、且つ、
・（玉径×玉数）／（３．１４×ＰＣＤ）≧０．５・・・（４）
となるように設定されているので、深溝玉軸受１１が薄肉で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、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好適に用いることができる。

また、外輪１２、内輪１３間には、玉１４に対して軸方向両側にシール部材１６が設けられて深溝玉軸受１１を密封構造とすることで、グリース封入された一対の深溝玉軸受１１を容易に組み立てることができる。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。

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。

本発明の一実施形態に係る軸受装置の縦断面図である。

符号の説明

１０軸受装置
１１深溝玉軸受
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

Claims

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、互いに並んで配置される一対の深溝玉軸受を有する軸受装置であって、
軸受寸法は、軸受厚さを（外径−内径）／２とすると、
軸受厚さ／軸受外径≦０．１５、
玉径／軸受厚さ≧０．５、
軸受厚さ／軸受幅＞０．５、且つ、
（玉径×玉数）／（３．１４×ＰＣＤ）≧０．５
となるように設定されることを特徴とする軸受装置。
前記一対の深溝玉軸受は、軸方向外側に一対の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請求項１に記載の軸受装置。
前記一対の深溝玉軸受には、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請求項１又は２に記載の軸受装置。
ロボットアームに使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装置。