JP2015090168A - カムフォロア - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト荷重を負荷する能力を有し、かつ、カムフォロアの取り付け誤差等によるミスアライメントを吸収することができる自動調心性を有するカムフォロアを提供する。【解決手段】球面部２ａを有するシャンク２と、球面部２ａを取り囲み、球面部２ａに対向する球面状の凹面３ａを有する外輪３と、外輪３が転がるように、球面部２ａと、外輪３の凹面３ａとの間に転動自在に介装される複数の転動体と、を備え、前記転動体は、球面部２ａの外周面２ａ１に接触する中央凹面部４ａと、外輪３の球面状の凹面３ａに接触する端部凸面部４ｂとを有するグォードローラ４であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、カムフォロアに関するものである。

従来より、シャンクに設けられた内輪部材と、外輪部材との間にニードルベアリングが組込まれたカムフォロアが、カム機構や直線運動用のガイドローラ等として、様々な分野で使用されている。

このようなカムフォロアにおいては、カムフォロアに作用するスラスト荷重を負荷するために、ニードルベアリングの両側にスラストボールベアリングが設けられた構成が知られている。
さらには、図４に示すように、カムフォロアに作用するスラスト荷重を負荷する能力を有するとともに、カムフォロアの取り付け誤差等によりミスアライメントが生じた場合に、ミスアライメントを吸収することができる自動調心性を有するような構成（特許文献１参照）が知られている。

図４に示すカムフォロアには、内径面に軌道面を有する外輪１０１と、外径面に軌道面を有する内輪部材１０２と、外輪および内輪部材の軌道面に沿って配置される複数のころ１０３とが設けられている。そして、ころ１０３の転動面は凸形状の曲面に形成され、外輪１０１および内輪部材１０２の軌道面は、ころ１０３の転動面に沿う凹形状の曲面に形成されている。

特開２００７−１２０５９１号公報

しかしながら、従来のようなカムフォロアの構成では、カムフォロアに作用するスラスト荷重を負荷し、かつ、カムフォロアの取り付け誤差等によりミスアライメントが生じた場合にミスアライメントを吸収することができる自動調心性を発揮する効果が十分に得られるとはいえなかった。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、スラスト荷重を負荷する能力を有し、かつ、カムフォロアの取り付け誤差等によるミスアライメントを吸収することができる自動調心性を有するカムフォロアを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係るカムフォロアにあっては、
球面部を有するシャンク部材と、
前記球面部を取り囲み、前記球面部に対向する球面状の凹面を有する外輪と、
前記外輪が転がるように、前記球面部と、前記外輪の凹面との間に転動自在に介装される複数の転動体と、
を備え、
前記転動体は、前記球面部の外周面に接触する中央凹面部と、前記外輪の球面状の凹面に接触する端部凸面部とを有するグォードローラであることを特徴とする。

前記複数の転動体は、前記球面部の球中心を中心とする円周上に環状に配列された転動体列を構成していることも好適である。

前記転動体列は、単列構成であることも好適である。

前記転動体列は、複列構成であることも好適である。

前記転動体は、保持部材によって保持されていることも好適である。

本発明によれば、スラスト荷重を負荷する能力を有し、かつ、カムフォロアの取り付け誤差等によるミスアライメントを吸収することができる自動調心性を有するカムフォロアを提供することが可能となる。

実施例１のカムフォロアの概略構成を示す断面図 （ａ）は本実施例のグォードローラ４について説明するための図、（ｂ）はグォードローラをローラの回転軸方向から見たときの図 実施例２のカムフォロアの概略構成を示す断面図 従来のカムフォロアを示す図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
以下に、実施例１について説明する。
図１は、本実施例のカムフォロア１の概略構成を示す断面図である。
本実施例のカムフォロア１は、球面部２ａを有するシャンク部材（以下、シャンク）２と、球面部２ａを取り囲み球面部２ａに対向する球面状の凹面３ａを有する外輪３と、外輪３が転がるように、球面部２ａと外輪３の凹面３ａとの間に転動自在に介装される複数の転動体４と、を備えている。

そして、本実施例においては、転動体４が、球面部２ａの外周面２ａ１に接触する中央凹面部４ａと、外輪３の球面状の凹面３ａに接触する端部凸面部４ｂとを有するグォードローラであることを特徴としている。以下、転動体４をグォードローラ４という。
この複数のグォードローラ４は、球面部２ａの球中心を中心とする円周上に環状に配列されたローラ列（転動体列）を構成している。このとき、複数のグォードローラ４は、保持部材（保持器、リテーナ）５により保持されることでローラ列を構成している。

以下、本実施例のカムフォロア１についてより詳細に説明する。
シャンク２の軸方向一端側には、上述のように、球面部２ａが設けられており、他端側には、取付部２ｂが設けられている。
球面部２ａは、軸受の内輪に相当するもので、球体で構成されている。本実施例においては、シャンク２の中心軸Ａ方向における球面部２ａの端部に、シャンク２の中心軸Ａに対して直交する端面２ａ２が形成されている。
また、本実施例においては、取付部２ｂにはネジが形成されており、相手取付部材に固定可能に構成されている。

ここで、本実施例においては、取付部２ｂにはネジが形成されているが、これに限るものではなく、取付部２ｂが、相手取付部材に取付け可能となるように構成されるものであればよい。例えば、取付部２ｂが相手取付部材にカシメにより固定されるものであってもよい。

また、本実施例においては、シャンク２の中心軸Ａ方向における球面部２ａの端面２ａ２が、シャンク２の中心軸Ａに対して直交するように形成されるものであるが、これに限るものではない。端面２ａ２は、シャンク２の中心軸Ａに対して直交するものでなくてもよく、また、球面部２ａは端面が形成されていない球面（球体）であってもよい。
また、シャンク２においては、軸部材と球体（球面部２ａ）とが一体に形成されるものであってもよいし、球体に軸部材が取付けられる（組付けられる）ことで構成されるものであってもよい。

外輪３は、外周面３ｂが円筒面となっており、内周の凹面３ａが、外輪３の中心軸上に曲率中心Ｏを有する球面の一部を構成するようになっている。ここで、外輪３は、転がる（カム等に接触しながら従動回転する）部材であるため、その端面にはＲ面取りが施されている。
そして、この曲率中心Ｏと、球面部２ａの外周面２ａ１の曲率中心とが一致するように、グォードローラ４が、球面部２ａの外周面２ａ１と、外輪３の球面状の凹面３ａとの間に介装されている。
このように、外輪３の内周の凹面３ａの曲率中心Ｏが、球面部２ａの外周面２ａ１の曲率中心（軸受としての曲率中心）と一致することで、調心性を有するようになる。

ここで、以下の説明において、曲率中心Ｏは、外輪３の内周の凹面３ａの曲率中心であり、球面部２ａの外周面２ａ１の曲率中心である。また、図１では、外輪３の中心軸と、シャンク２の中心軸Ａとが一致した状態を示しており、以下の説明では、説明の便宜上、この一致した中心軸を中心軸Ａという。

次に、グォードローラ４について説明する。
図２（ａ）は、本実施例のグォードローラ４について説明するための図である。図２（ａ）では、図１に示すカムフォロア１において中心軸Ａを含む断面をとり、グォードローラ４が、球面部２ａの外周面２ａ１（円弧状に凸形状となっているガイド面）と、外輪３の球面状の凹面３ａ（円弧状に凹形状となっているガイド面）との間に介装された状態を模式的に示している。
上述したように、球面部２ａの外周面２ａ１と、外輪３の球面状の凹面３ａとは、同一の曲率中心Ｏを有し、図２に示す断面では同心円上に位置している。
図２（ｂ）は、グォードローラ４をローラの回転軸方向（以下、ローラ軸方向）から見たときの図である。

グォードローラ４は、図２（ａ）に示すように、グォードローラ４の中心軸（以下、ローラ中心軸線）Ｎを通る面で切断した断面形状が、円弧状に凹形状となって凸形状の外周面２ａ１に接触する中央凹面部４ａと、中央凹面部４ａのローラ軸方向両端側に連続しローラ中心軸線Ｎを通る面で切断した断面形状が円弧状に凸形状となっており、凹形状の凹面３ａに接触する端部凸面部４ｂ，４ｂと、を備えている。

ローラ中心軸線Ｎを通る平面で中央凹面部４ａを切断した円弧形状を中央凹円弧Ｂとすると、この中央凹円弧Ｂの曲率半径Ｒｂは、凸形状の外周面２ａ１の曲率半径Ｒ１よりも若干大径に設定されており、外周面２ａ１との接触部Ｍｂは、幾何学的に点接触となる。実際には接触部は幅があり、幾何学的な接点を面圧のピークとする面圧分布を有する接触
構造となる。この曲率半径Ｒｂの大きさは、このような部分接触となるように、外周面２ａ１の曲率半径Ｒ１よりもやや大きくなっている。この曲率半径Ｒｂの大きさは、例えば、外周面２ａ１の曲率半径Ｒ１の１０２％程度、あるいはその近辺に設定すれば部分接触構造とすることができる。もちろん、１０２％に限定されるものではない。

一方、端部凸面部４ｂ，４ｂのローラ中心軸線Ｎを通る平面で切断した円弧を端部凸円弧Ｃ，Ｃとすると、この端部凸円弧Ｃの曲率半径Ｒｃは、凹形状の凹面３ａの曲率半径Ｒ２に対して若干小径となっており、凹面３ａとの接触部Ｍｃは、幾何学的に点接触となる。実際には接触部は幅があり、幾何学的な接点を面圧のピークとする面圧分布を有する接触構造となる。この曲率半径Ｒｃの大きさは、このような部分接触となるように、凹面３ａの曲率半径Ｒ２よりもやや小さくなっている。この曲率半径Ｒｃの大きさも、ローラ径や予圧の大きさ等によって適宜設定されるものであるが、例えば、凹面３ａの曲率半径Ｒ２の９８％程度、あるいはその近辺に設定すれば部分接触構造とすることができる。もちろん、９８％に限定されるものではない。

本実施例では、中央凹面部４ａの外周面２ａ１に接触する接触部Ｍｂにおけるローラ中心軸線Ｎからの半径Ｍｂｒと、端部凸面部４ｂ，４ｂの凹面３ａに接触する接触部Ｍｃ，Ｍｃにおけるローラ中心軸線Ｎからの半径Ｍｃｒとが、同一半径に設定されている。

接触部Ｍｂ，Ｍｃは、幾何学的な接点として設定されるもので、図示例では、接触部Ｍｂは中央凹面部４ａのローラ軸方向中点位置にあり、中央凹面部４ａの最小径部である。半径曲率中心Ｏｂは、外周面２ａ１から見て、曲率中心Ｏよりも所定距離離れた位置となる。
一方、端部凸面部４ｂ，４ｂの接触部Ｍｃ，Ｍｃは、中央凹面部４ａの接触部Ｍｂを通るローラ中心軸線Ｎと平行な線Ｎｂ上に位置し、その曲率中心Ｏｃ，Ｏｃは接触部Ｍｃの接線と直交する法線上に位置する。
この曲率中心Ｏｃ，Ｏｃは、外周面２ａ１、凹面３ａそれぞれの曲率中心Ｏを通りローラ中心軸線Ｎと直交する直交線Ｑに対して、所定寸法δだけずれており、かつ、凹面３ａから見て曲率中心Ｏよりも近い位置にある。
なお、図２（ａ）で左右となる端部凸面部４ｂ，４ｂのローラ中心軸線方向の長さは、本実施例では同一長さに設定されているが、左右で異なる長さであってもよい。

次に、グォードローラ４を保持する保持部材５について説明する。
本実施例においては、ローラ列が、球面部２ａの球中心を中心とする円周上に環状に配列されるように、複数のグォードローラ４が保持部材５により保持されている。保持部材５により保持されることで各グォードローラ４間の所定の相対位置関係が好適に維持される。

保持部材５の構成は特に限定されるものではないが、本実施例においては、保持部材５は、球面部２ａの外周面２ａ１に沿って変形自在な可撓性を有する有端の帯状部材で構成され、帯状部材に設けられた複数の保持孔で、グォードローラ４をそれぞれ保持するように構成されている。
このようにして複数のグォードローラ４は保持部材５により保持されるが、ローラ列に配置されるグォードローラ４の数や、ローラ列の周方向（軌道方向）における配置間隔は特に限定されるものではなく、適宜設定されるとよい。

次に、本実施例のカムフォロア１の組立方法について説明する。
まず、シャンク２の球面部２ａの外周面２ａ１に保持部材５を環状に巻き付ける。このとき、外周面２ａ１に巻き付けることで円筒状となった状態の保持部材５の中心軸が、シャンク２の中心軸Ａに一致する（円筒状の保持部材５の母線が中心軸Ａに平行となる）と
よい。
そして、保持部材５が外周面２ａ１に巻き付けられた状態の球面部２ａを、外輪３の内部に挿入する。

次に、シャンク２の姿勢を外輪３に対して傾けた状態（図１に示すシャンク２と外輪３の状態に対し、シャンク２のみ斜めにした状態）とし、この状態で、シャンク２の球面部２ａの外周面２ａ１に巻き付けられている保持部材５に設けられた複数の保持孔にグォードローラ４を挿入して（嵌め込んで）いく。このとき、保持部材５を回転させながら、順次、各保持孔にそれぞれグォードローラ４を挿入していくとよい。全ての保持孔にグォードローラ４を挿入したら、外輪３に対するシャンク２の位置（角度）を元の位置（図１に示す位置）に戻すことで、組立が完了する。

以上説明したように、本実施例のカムフォロア１においては、内輪部材として球面部２ａをシャンク２に設け、球面部２ａの外周面２ａ１と、外輪３の球面状の凹面３ａとの間に、複数の転動体としてグォードローラ４を転動自在に配設している。
そして、グォードローラ４においては、球面部２ａの外周面２ａ１に接触する中央凹面部４ａと、外輪３の球面状の凹面３ａに接触する端部凸面部４ｂとを有するので、球面部２ａの外周面２ａ１に対して１点（接触部Ｍｂ）で接触し、外輪３の凹面３ａに対して２点（接触部Ｍｃ，Ｍｃ）で接触することとなる。このように、１つのグォードローラ４に関して、球面部２ａに対して１点で接触させ、外輪３に対して２点で接触させることができる。このとき、中心軸Ａ方向において、接触部Ｍｂと接触部Ｍｃ，Ｍｃの位置はそれぞれ異なっており、接触部Ｍｃ，Ｍｃの間に接触部Ｍｂが位置するように構成される。

このような構成にすることで、カムフォロア１にスラスト荷重が作用した場合に、そのスラスト荷重を負荷する能力を、従来の構成よりも、より大きくすることができる。
さらには、カムフォロア１の取り付け誤差等によりミスアライメントが生じた場合にミスアライメントを吸収することができる自動調心性を発揮する効果を、従来の構成よりも、より効果的に得ることができる。
すなわち本実施例によれば、スラスト荷重を負荷する能力を有し、かつ、カムフォロアの取り付け誤差等によるミスアライメントを吸収することができる自動調心性を有するカムフォロアを提供することができる。

また、本実施例では、グォードローラ４を保持部材５により保持しているので、各グォードローラ間の所定の相対位置関係をより好適に維持することができる。これにより、グォードローラ同士の干渉を防止することができる。また、上述した効果、すなわち、スラスト荷重を負荷する能力を得ることができる効果、及び、自動調心性を発揮することができる効果を、より安定して得ることが可能となる。

ここで、本実施例においては、グォードローラ４を保持する保持部材５が設けられている場合について説明したが、これに限るものではなく、グォードローラ４が、保持部材に保持されることなく、球面部２ａの外周面２ａ１と、外輪３の球面状の凹面３ａとの間に配設されるものであってもよい。

（実施例２）
以下に、実施例２について説明する。
図３は、本実施例のカムフォロア１の概略構成を示す断面図である。なお、本実施例においては、実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。

上述した実施例１においては、グォードローラ４が単列構成の場合について説明した。
これに対して、本実施例では、グォードローラ４が２列設けられた構成について説明する。

本実施例においては、各ローラ列が、球面部２ａの球中心を中心とする円周上に環状に配列されるように、複数のグォードローラ４が保持部材５により保持されている。
保持部材５により保持されることで各グォードローラ４間の所定の相対位置関係が維持される。

本実施例においても、保持部材５の構成は特に限定されるものではなく、各ローラ列に配置されるグォードローラ４の数や、ローラ列の周方向（軌道方向）における配置間隔に応じて、適宜設定されるとよい。

ここで、本実施例のカムフォロア１においては、グォードローラ４が配設される球面部２ａは球体であるため、グォードローラ４が２列設けられた場合には、２つのローラ列の軌道は重なり交差することとなる。このような、２つのローラ列の軌道が重なり交差する領域では、グォードローラ４が接触しない（重ならない）ように、２つのローラ列のグォードローラ４が交互に配置されるものであるとよい。
それぞれのローラ列のグォードローラ４が交互に配置されるとは、２つのローラ列のグォードローラ４が千鳥状に配置されると換言することができ、また、ローラ列の周方向の位相をずらして（それぞれのローラ列のグォードローラ４が隣り合わないように）配置されると換言することもできる。

また、中心軸Ａ方向における、２つのローラ列の軌道の間隔（距離）に関しては、広がるように配置した方が、スラスト荷重を負荷する能力を大きくすることができるが、２つのローラ列の軌道の間隔を広げ過ぎると、差動すべりが生じてしまうことが懸念されるので、差動すべりによる影響が生じないような間隔に適宜設定されるとよい。

２つのローラ列の軌道の間隔を狭く設定する場合には、上述したように、２つのローラ列のグォードローラ４を、交互に配置するとよい。このとき、各ローラ列の軌道が、ローラ列の全周にわたって重なるように構成され、２つのローラ列のグォードローラ４が、ローラ列の全周にわたって交互に配置されるものであると、２つのローラ列の軌道の間隔を、より狭くできる。
２つのローラ列の軌道の間隔を狭くすることで、差動すべりの発生を抑えつつ、実施例１のような単列の場合のカムフォロアよりも、ラジアル荷重及びスラスト荷重を負荷する能力を大きくすることができる。

本実施例によれば、グォードローラ４のローラ列が２列設けられているので、実施例１で説明した効果を、より効果的に得ることができる。

ここで、本実施例においては、グォードローラ４のローラ列が２列設けられた場合について説明したが、ローラ列の数はこれに限るものではない。すなわち、グォードローラ４のローラ列は、複列で構成され、そのローラ列の数は、カムフォロア１の仕様等に応じて適宜設定されるものであればよい。
また、本実施例では、グォードローラ４のローラ列が２列構成で、保持部材を用いる形態について説明したが、カムフォロア１の形態としては、グォードローラ４のローラ列が複列構成で、保持部材を用いない形態であってもよい。

１ カムフォロア
２ シャンク
２ａ 球面部
２ａ１ 外周面
２ａ２ 端面
２ｂ 取付部
３ 外輪
３ａ 凹面
４ グォードローラ
４ａ 中央凹面部
４ｂ 端部凸面部
５ 保持部材
Ａ 中心軸
Ｏ 曲率中心

Claims (5)

1. 球面部を有するシャンク部材と、
   前記球面部を取り囲み、前記球面部に対向する球面状の凹面を有する外輪と、
   前記外輪が転がるように、前記球面部と、前記外輪の凹面との間に転動自在に介装される複数の転動体と、
   を備え、
   前記転動体は、前記球面部の外周面に接触する中央凹面部と、前記外輪の球面状の凹面に接触する端部凸面部とを有するグォードローラであることを特徴とするカムフォロア。
2. 前記複数の転動体は、前記球面部の球中心を中心とする円周上に環状に配列された転動体列を構成していることを特徴とする請求項１に記載のカムフォロア。
3. 前記転動体列は、単列構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のカムフォロア。
4. 前記転動体列は、複列構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のカムフォロア。
5. 前記転動体は、保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカムフォロア。
   

Images