JP2011214661A - 多自由度軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で自由度を大きくとり得る転動体を備えた多自由度軸受を提供する。
【解決手段】転動体の転動溝を備えた内輪と、球面転動体の軌道面を備えた外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器を有し、外輪の軌道面が球面となっている構成で、前記外輪の軸方向の幅を内輪の軸方向の幅よりも長くし、内輪と外輪間の傾き可能角度を大きくしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内輪の中心軸に対して外輪の中心軸が任意の方向に傾動可能な多自由度を持つ多自由度軸受に関し、内輪と外輪間に複数の転動体が介装された多自由度軸受に関する。

従来のこの種の多自由度軸受としては、たとえば、特許文献に記載のような転がり接触型の球面軸受が知られており、高剛性化が図られている。
すなわち、軸の一端に設けられた球面状の太陽球と、太陽球を保持する球面状凹面が形成されたハウジングと、ハウジングの球面状凹面と太陽球との間に介装される多数の遊星球と、遊星球を保持するリテーナとを備えた構成となっており、これにより、ハウジングに対して太陽球から延びる軸があらゆる方向に傾動自在となっており、パラレルリンク機構等に適用されている。
この転がり接触型の球面軸受は、剛性が高く滑り接触に比べて高精度化が達成できるものの、太陽球とハウジングの球面状凹面の組み合わせであり、高精度が要求され非常に高価である。
一方、従来から自動調芯軸受が知られているが、これは外輪の回転中心軸と内輪の回転中心軸の間に傾きがあっても、内輪と外輪の回転を許容する調芯性を持たせるものであるが、その傾き角度は５°程度と僅かであった。

特開２００９−００８１９３号公報

本発明は、自動調芯軸受の構造を利用することにより、簡単な構成で自由度を大きくとり得る転動体を備えた多自由度軸受を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、転動体転動溝を備えた内輪と、転動体転動面を備えた外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持部材を有し、外輪の転動体転動面が外輪の中心軸上に曲率中心を有する球面となっており、
前記外輪の軸方向の幅を内輪の軸方向の幅よりも長くして、内輪の中心軸に対する外輪の中心軸の傾き可能角度を大きくしたことを特徴とする。
前記転動体を保持する保持部材を有することが好適である。
保持部材は有端で内輪の転動体転動溝に沿って変形自在の部材とすることができる。
転動体はボールでもよいし、球面ローラでもよい。
転動体は複列構成とすることが好ましい。

本発明によれば、外輪の軸方向長さを内輪の軸方向長さより長くするという簡単な構成で、高剛性で傾き角度を大きくとることができる多自由度軸受を実現できる。
製造にあたっては、たとえば、既存の自動調芯軸受の外輪と内輪の寸法を選択するだけで、製造することができる。

転動体を保持する保持部材を有していれば、転動体同士の干渉を防止することができる
。
また、一般的な自動調芯軸受の保持器は円環状の部材であるが、外輪の軸方向長さが内輪の軸方向長さより大きい場合には、外輪の最小径部が保持器より小さくなり、環状の保持器を組み付けることができない。本発明のように、保持部材を有端で変形自在の構成とすることにより、内輪を外輪内に斜めに組み付けた状態で、保持部材に保持された状態の一連の転動体を内輪の転動体転動溝に沿って巻き回すように装着することができ、転動体の組み込みが簡単にできる。
転動体としては、ボールや球面ローラを利用できるが、ボールとすれば、製造が簡単である。
転動体を複列構成とすれば、内輪と外輪を安定して保持することができる。

図１は本発明の一実施例に係る多自由度軸受の概略構成を示すもので、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は保持部材の平面図、同図（Ｃ）は（Ｂ）の保持部材の側面図である。 図２は図１の多自由度軸受のボール組み込み手順を示す概略図である。 図３は図１の多自由度軸受の保持部材を変更した例を示すもので、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は保持部材の平面図、同図（Ｃ）は（Ｂ）の側面図である。 図４は図１の多自由度軸受の内輪と軸が一体構成となった構成例を示す概略図である。

図１は、本発明の実施例に係る多自由度軸受の概略構成を示している。
すなわち、１は多自由度軸受全体を示しており、この多自由度軸受１は、転動体としてボールを利用した例で、転動体転動溝としての２列のボール転動溝１１、１１を備えた内輪１０と、転動体転動面としてのボール転動面２１を備えた外輪２０と、内輪１０と外輪２０との間に介装される多数のボール３０と、ボール３０を保持する保持部材４０を有する構成となっている。

図示例では、内輪１０は断面が矩形状のリング形状で、軸方向の端面が中心軸Ｎ１に対して直交する面で、内周面及び外周面が円筒面となっており、外周面に２列のボール転動溝１１、１１が形成されている。このボール転動溝１１、１１は断面円弧状のサーキュラアーク溝であるが、ゴシック溝であってもよい。
外輪２０は軸方向の端面が中心軸Ｎ２に対して直交する直交面で、外周面が円筒面となっており、内周のボール転動面２１が、外輪２０の中心軸Ｎ２上に曲率中心Ｏを有する球面Ｃの一部を構成するようになっている。

本発明では、この外輪２０の軸方向の幅Ａは内輪２０の軸方向の幅Ｂよりも長く、外輪２０の中心軸Ｎ２に対する内輪１０の中心軸Ｎ１の相対的な傾き可能角度θを大きくした構造となっている。
図示例では、この外輪２０の最小径となる軸方向両端部の内径Ｒ２が、内輪１０の軸方向両端部の外径Ｒ１とほぼ同じとなっているが、外輪２０の軸方向両端部の内径Ｒ２が、内輪１０の軸方向両端部の外径Ｒ１よりも小さくなっていてもよいし、大きくなっていてもよい。外輪２０の軸方向両端部の内径Ｒ２を、内輪１０の軸方向両端部の外径Ｒ１よりも小さくなるまで外輪２０の幅Ｂを大きくしておけば、外輪と内輪間の傾き可能角度θをより大きくとることができる。もっとも、傾き可能角度θは、外輪２０内周の軸方向両端部が軸２００に干渉するまでの範囲に制約される。

２列のボール３０は、外輪２０のボール転動面２１の曲率中心Ｏを通る中心軸に対して直交する直交面に対して対称的に配置され、一方のボール列のボール３０の接触角αと、
他方のボール列のボール接触角は互いに逆向きとなるアンギュラコンタクト構造となっている。
各列のボール３０は保持部材４０によって保持されるが、保持部材４０は有端で内輪１０のボール転動溝１１に沿って変形自在に構成される。保持部材４０の構成は特に限定されないが、たとえば、図１(Ｂ)、(Ｃ)に示すように、一列のボール３０を一連に保持するもので、可撓性の帯部材に保持孔を設けて、各ボール３０を保持するような部材を利用することができる。
この保持部材としては、一列のボール３０を保持する構成だけでなく、図３（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、一つの保持部材２４０で２列のボール３０を保持するような構成とすることもできる。この場合、２列のボール３０の保持孔の周方向の位相をずらして、一方のボール列の各ボールが他のボール列のボールの中間に位置するように配置しておくことが好適である。なお、図３において、図１と異なる点は、保持部材２４０のみであり、同一の構成部分については、図１と同一の符号を付して説明を省略する。

図２には、本発明の多自由度軸受の組み立て方法を示している。
すなわち、内輪１０を外輪２０内周側に挿入し、内輪１０の姿勢を外輪に対して斜めにし、内輪１０のボール転動溝１１の一部が、外輪２０の一方の端面側と他方の端面側に露出させる。この状態で、ボール３０を一連に保持した保持部材４０の一端を、外輪２０の一方の端面側に露出するボール転動溝１１の露出部から他方の端面側（裏面側）に挿通し、ボール転動溝１１に巻き回して一方の端面側に戻して一周させれば組み付けることができる。端部同士は連結してもよいし、連結しなくてもよい。

一般の自動調芯軸受の保持器は剛性のある円環状の部材で、外輪の最小径部が保持器の外径より大きくなるような本発明の多自由度軸受では、円環状の保持器を組み付けることができない。本発明のように、変形自在の保持器４０によって一連に保持しておけば、保持器４０をボール転動溝１１に沿って巻き付ければよいので、外輪の最小径部が小さくなっても組み付けることができる。

もちろん、ボール３０の保持部材として分離したスペーサを用いてもよい。また、剛性のある保持器であっても、分割しておけば、組み込むことは可能である。
本実施例のような保持部材４０を用いれば、ボール３０を一連に保持した保持部材４０によって、簡単にボールを組み込むことが可能となる。
本発明の多自由度軸受は、ハウジング２００内周に外輪２０が嵌合され、軸１００が内輪１０内周に嵌合される。基本的にボール３０を介して内輪１０と外輪２０が組み付けられているので、パラレルリンクの軸端等の軸受として用いた場合、転がり球面軸受と同様に、ガタつきなく、しかも傾動角度の大きい高剛性の支持構造を実現することができる。傾き角度は、外輪２０の軸方向長さが長ければ長いほど大きくすることができるが、同時に外輪２０の軸方向端部の内径が小さくなるので、そのままでは内輪１０の外径より小さくなると組み込むことができなくなる。ただ、外輪２０を二つ割り等の分割構成とすれば、内輪１０の外径より小さくなっても組み込み可能となり、組み込み上の制約はなくなる。
また、内輪１０を軸１００に組み込んだ際、傾き可能角度は外輪２０の内周面の軸方向端部が軸１００と干渉しない範囲に制約される。

内輪１０に対して外輪２０が傾動する場合、ボール３０は内輪１０側のボール転動溝１１に嵌合しているので、ボール３０は外輪２０内周のボール転動面２１に沿って滑るか、あるいは内輪１０のボール転動溝１１との接触部で滑って外輪２０側のボール転動面２１を転がるか、あるいはその複合的な挙動をして内輪１０と外輪２０間がボール３０を介して傾動する。
使用部位にもよるが、パラレルリンクの軸端の支持に利用した場合、内輪と外輪間は回
転方向にも多少は移動するので、ボールが外輪内周のボール転動面の同一の軌道を滑るわけではなく、局部摩耗は制限される。また、摺動面間は潤滑油等によって潤滑面とされる。

以上、外輪の軸方向長さを内輪の軸方向長さより長くするという簡単な構成で、高剛性で傾き角度を大きくとることができる多自由度軸受を実現できる。
また、製造にあたっては、既存の自動調芯軸受の外輪と内輪の寸法を選択するだけで、製造することができる。

なお、本実施例では、内輪に軸を挿入して組み立てる構成となっているが、たとえば、ロッドエンドとして用いる場合、図４に示すように、内輪１０と軸１１０が一体となった構成となっていてもよい。なお、図４において、図１と異なる点は、内輪１０と軸１１０が一体構成となっている点のみであり、同一の構成部分については、図１と同一の符号を付して説明を省略するものとする。図４においては、内輪１０が軸１１０の一端に設けた例を示しているが、軸１１の中途部に形成されていてもよいことはもちろんである。
また、上記実施の形態では、複列構成について説明したが、単列構成としてもよいし、３列以上の構成としてもよい。
また、保持部材を用いないで総ボール構成としてもよい。
さらに、転動体としては、ボールに限定されず、球面コロ等を利用することもできる。

１０ 内輪
１１ ボール転動溝
２０ 外輪
２１ ボール転動面
３０ ボール(転動体）
４０ 保持部材
θ 傾き可能角度

Claims (5)

1. 転動体転動溝を備えた内輪と、転動体転動面を備えた外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体とを有し、
   前記外輪の転動体転動面が外輪の中心軸上に曲率中心を有する球面となっており、
   前記外輪の軸方向の幅を内輪の軸方向の幅よりも長くして、内輪の中心軸に対する外輪の中心軸の傾き可能角度を大きくしたことを特徴とする多自由度軸受。
2. 前記転動体を保持する保持部材を有する請求項1に記載の多自由度軸受。
3. 前記保持部材が有端で内輪の転動体転動溝に沿って変形自在の部材である請求項２に記載の多自由度軸受。
4. 転動体はボールである請求項１乃至３のいずれかの項に記載の多自由度軸受。
5. 転動体は複列構成である請求項１乃至４のいずれかの項に記載の多自由度軸受。

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