JP2020045927A - クロスローラ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】取付け部に対する高い寸法精度を維持することが可能な内外輪が一体構造のクロスローラ軸受を提供する。【解決手段】内径面に互いに直交する対の傾斜軌道面５、５を有する外輪２と、外径面に互いに直交する対の傾斜軌道面８、８を有する内輪３と、外輪２の傾斜軌道面５と内輪３の傾斜軌道面８との間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置された複数のローラ４と、を有し、内輪３が、外径面に傾斜軌道面８が形成された環状の大円筒６と、大円筒６の半径方向内側に圧入された小円筒７と、を有するクロスローラ軸受を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、外輪と内輪の間に、周方向に交互に傾斜方向が異なるようにローラが配置されたクロスローラ軸受に関する。

産業用ロボットの減速機等に用いられるクロスローラ軸受は、高い位置決め精度や繰り返し精度、高い剛性等の安定した特性が求められる。

例えば、特許文献１に示すクロスローラベアリングは、環状に形成された外輪及び内輪を有している。外輪の内周面には、内方に向かって開口するＶ字状の軌道溝が円周方向に沿って形成され、内輪の外周面には、外輪の軌道溝と対向するように外方に向かって開口するＶ字状の軌道溝が円周方向に沿って形成されている。内外輪は、いずれも両軌道溝間には、多数のローラが隣り合うもの同士の回転軸が交互に直交するように介装されている。両軌道溝の表面の硬度を高める等の目的で、内外輪には、所定の熱処理が行なわれるのが一般的である。

この外輪及び内輪は、軸方向に分割されていない一体構造であるため、内外輪のアセンブリ状態で、両軌道溝間にローラを挿入することができない。このため、外輪には、円周方向における所定の位置に、半径方向に貫通するローラを挿入するためのローラ挿入孔が形成されている。

ローラ挿入孔には、略円柱状に形成された蓋が嵌合されている。この蓋の内側には、外輪に形成されたＶ字状軌道溝と連続するように、Ｖ字状軌道溝が形成されている。外輪と蓋には、外輪の軸方向に直線的に連続する貫通孔がそれぞれ形成されている。この貫通孔には、蓋の回転と軸方向へのずれを規制する位置決めピンが嵌入されている（特許文献１の段落００１２〜００１７、図１、図３等参照）。

特許第３７３９０５６号公報

特許文献１に係るクロスローラベアリングにおいては、内外輪に熱処理を行うことによって寸法精度の誤差が生じ、例えば、内輪に形成されたねじ孔にボルトを通してハウジング等の取付け部に固定する際に、ボルトの挿入や締め付けが困難になる等の支障を来たす虞がある。

そこで、この発明は、内輪及び外輪の両方が軸方向に一体構造のクロスローラ軸受において、取付け部に対する高い寸法精度を維持することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明においては、内径面に互いに直交する対の傾斜軌道面を有する外輪と、外径面に互いに直交する対の傾斜軌道面を有する内輪と、前記外輪の傾斜軌道面と前記内輪の傾斜軌道面との間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置された複数のローラと、を有し、前記内輪が、外径面に前記傾斜軌道面が形成された環状の大円筒と、前記大円筒の半径方向内側に圧入された小円筒と、を有するクロスローラ軸受を構成した。

このようにすると、傾斜軌道面が形成された外輪、及び、内輪の大円筒に熱処理を行うことによって傾斜軌道面の表面の硬度等を確保しつつ、内輪の小円筒の高い寸法精度を維持することができる。また、大円筒に小円筒を圧入することにより、大円筒の外径面が半径方向外向きに拡径し、このクロスローラ軸受単体で予圧すきまを調整することができる。

前記構成においては、前記圧入の際に、前記大円筒の内径面と前記小円筒の外径面との間の面圧が、前記両円筒の軸方向両端ほど大きく、軸方向中央に向かうほど小さくなる構成とするのが好ましい。

内輪の大円筒には、Ｖ字状の傾斜軌道面が形成されており、この大円筒の軸方向両端部と比較して軸方向中央部は、半径方向の肉厚が小さく剛性が低い。このため、この大円筒に小円筒を圧入して、大円筒を内径側から外径側に向けて押圧すると、図５（ｂ）に示すように、大円筒の軸方向両端部と比較して軸方向中央部が半径方向外向きに大きく変形し、本来は直角に交差すべき対の傾斜軌道面の交差角が直角よりも拡がってしまう虞がある。この交差角が直角よりも拡がると、傾斜方向が交互に変わる複数のローラがスムーズに転動することができない。

そこで、上記のように軸方向における面圧の大小関係を規定すると、大円筒の半径方向の肉厚が大きい軸方向両端部における高い押圧力を確保しつつ、大円筒の半径方向の肉厚が小さい軸方向中央部における押圧力を相対的に小さくすることができ、大円筒に形成された傾斜軌道面が小円筒の圧入によって拡がるのを防止することができる。

内輪の大円筒と小円筒との間の面圧の大小関係を上記のように規定した場合、前記小円筒の外径面に、前記軸方向両端ほど半径方向外向きに突出する、周方向断面が凹状の拡径部が形成されている構成とするのが好ましい。

このようにすると、大円筒への小円筒の圧入によって、大円筒の軸方向両端部における高い押圧力を確保しつつ、軸方向中央部における押圧力を相対的に小さくすることができ、傾斜軌道面の広がりを防止することができる面圧分布を容易に形成することができる。

前記各構成においては、前記大円筒に、その内径面から外径面に貫通し、前記ローラを挿入するローラ挿入孔が形成され、前記ローラ挿入孔にこのローラ挿入孔を塞ぐ止め栓が嵌め込まれており、前記止め栓の嵌め込み状態において、この止め栓の前記大円筒の内径側端部が、前記小円筒の外径面に当接している構成とするのが好ましい。

この止め栓は、例えば上記の特許文献１に示すように、位置決めピンによって固定することも考えられるが（特許文献１の段落００１７、図３参照）、この場合、止め栓に形成された傾斜軌道面にローラから力が作用したときに、位置決めピンが変形して、止め栓が半径方向に動くことがある。すると、外輪又は内輪に形成された傾斜軌道面と、止め栓に形成された傾斜軌道面との間に段差が生じ、動作時に振動等の問題を生じる虞がある。

そこで、上記のように止め栓を小円筒の外径面に当接させることによって、ローラからの力が止め栓に作用しても、この止め栓が小円筒の外径面によって係止されて半径方向に動くことができない。このため、内輪の大円筒に形成された傾斜軌道面と、止め栓に形成された傾斜軌道面との間に段差が生じず、安定した動作状態を確保することができる。

前記各構成においては、前記圧入の前後における前記大円筒と前記小円筒の半径方向の変形量が、前記小円筒の方が小さく、前記小円筒に前記内輪の取付け用の取付け穴が形成されている構成とするのが好ましい。

このようにすると、取付け穴の高い寸法精度が確保され、この取付け穴へのボルト等の連結部材の挿入や締め付けを容易に行うことができる。

この発明では、クロスローラ軸受において、内輪が、外径面に傾斜軌道面が形成された環状の大円筒と、この大円筒の半径方向内側に圧入された小円筒とを有する構成とした。このようにすると、傾斜軌道面が形成された外輪、及び、内輪の大円筒に熱処理を行うことによって傾斜軌道面の表面の硬度等を確保しつつ、内輪の小円筒の高い寸法精度を維持することができる。このため、クロスローラ軸受の良好な動作特性や取扱い性を確保することができる。

この発明に係るクロスローラ軸受の一部を切り欠いた正面図 図１に示すクロスローラ軸受の要部の断面図 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図 図１に示すクロスローラ軸受のローラのアセンブリを示す断面図であって、（ａ）はローラを挿入している状態、（ｂ）は止め栓を挿入している状態 図１に示すクロスローラ軸受の内輪のアセンブリ（第一例）を示す断面図であって、（ａ）は小円筒を圧入途中の状態、（ｂ）は圧入を完了した状態 図１に示すクロスローラ軸受の内輪のアセンブリ（第二例）を示す断面図であって、（ａ）は小円筒を圧入途中の状態、（ｂ）は圧入を完了した状態 図１に示すクロスローラ軸受の内輪のアセンブリ（第三例）を示す断面図であって、（ａ）は小円筒を圧入途中の状態、（ｂ）は圧入を完了した状態

この発明に係るクロスローラ軸受１の一実施形態を、図面を用いて説明する。このクロスローラ軸受１は、図１から図３に示すように、外輪２、内輪３、及び、複数のローラ４を主要な構成要素としている。これらの構成要素は、いずれも鋼材からなる。図１はこの発明に係るクロスローラ軸受１の一部を切り欠いた正面図、図２は図１に示すクロスローラ軸受１の要部の断面図、図３は図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

なお、以下の説明では、クロスローラ軸受１の回転軸と平行な方向を軸方向、前記回転軸に対し直交する方向を半径方向、前記回転軸を中心とする円弧に沿う方向を周方向という。

外輪２の内径面には、互いに直交するＶ字形の対の傾斜軌道面５、５が形成されている（図３参照）。この外輪２は、その軸方向に分割されていない一体構造とされている。

内輪３は、外輪２の半径方向内側に設けられる。この内輪３は、中心に軸方向に延びる貫通孔が形成された環状の大円筒６と、この大円筒６に形成された貫通孔に圧入される環状の小円筒７を有する。大円筒６の外径面には、外輪２に形成された対の傾斜軌道面５、５と半径方向に対向するように、互いに直交するＶ字形の対の傾斜軌道面８、８が形成されている（図３参照）。小円筒７には、このクロスローラ軸受１をハウジング等の取付け部（図示せず）にボルト等の締結部材（図示せず）で固定するための取付け穴９が形成されている。

外輪２及び内輪３の大円筒６には、焼入れ等の高温の熱処理が行なわれる。この熱処理によって、傾斜軌道面５、８の表面の所定の硬度が確保される。その一方で、内輪３の小円筒７には、基本的に熱処理は行なわれない。このため、熱処理に伴う変形が生じず、この小円筒７に形成された取付け穴９の高い寸法精度が維持される。なお、この小円筒７には、寸法精度の点からは何も熱処理を行なわないのが好ましいが、調質のための比較的低温の熱処理のように、寸法精度を大きく変化させるものでなければ、その熱処理は許容される。

内輪３を構成する大円筒６及び小円筒７のいずれも、その軸方向に分割されていない一体構造とされている。このように、内外輪２、３をいずれも一体構造とすることにより、分割式とした場合と比較して、クロスローラ軸受１の高い剛性を確保することができる。

ローラ４は、外輪２の傾斜軌道面５と、内輪３の傾斜軌道面８との間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置されている（図２等参照）。ローラ４の直径ｄはその回転軸方向の長さＬよりも若干長く（図３参照）、このローラ４が、内外輪２、３にそれぞれ形成された対向する傾斜軌道面５、８によって、ローラ４の回転軸方向の端部がこの傾斜軌道面５、８に接触することなくスムーズに転動し得るようになっている。なお、隣り合うローラ４の間に間座を配置して、ローラ４間に所定の大きさの隙間を確保した構成とすることもできる。

内輪３の大円筒６には、その内径面から外径面に貫通するローラ貫通孔１０が形成されている。このローラ貫通孔１０は、ローラ４よりも若干大きい寸法をしており、図４（ａ）に示すように、外輪２の内径側に大円筒６をアセンブリした状態で、このローラ貫通孔１０から外輪２及び内輪３に形成された傾斜軌道面５、８間に、ローラ４を挿入し得るようになっている。

ローラ挿入孔１０には、傾斜軌道面５、８間に所定数のローラ４を挿入した後に、図４（ｂ）に示すように、このローラ挿入孔１０を塞ぐ止め栓１１が設けられる。この止め栓１１は、略円柱状をなし、この円柱の外輪２に臨む外径側端部には、内輪３の大円筒６に形成された傾斜軌道面８と周方向に連続する傾斜軌道面１２が形成されている。これにより、内外輪２、３間に挿入されたローラ４が、内外輪２、３及び止め栓１１に形成された各傾斜軌道面５、８、１２に沿ってスムーズに転動する。

止め栓１１の傾斜軌道面１２が形成されている外径側端部と反対側の内径側端部は、大円筒６に圧入された小円筒７の外径面と当接している（図２等参照）。この内径側端部が小円筒７の外径面と当接することにより、ローラ４から止め栓１１に対して半径方向内向きの力が作用しても、小円筒７の外径面からの反力によって、この止め栓１１が半径方向内向きに動くことができない。このため、内輪３の大円筒６に形成された傾斜軌道面８と、止め栓１１に形成された傾斜軌道面１２との間に段差が生じず、安定した動作状態を確保することができる。

内輪３の大円筒６にはＶ字状の傾斜軌道面８が形成されているため、この大円筒６の軸方向両端部と比較して軸方向中央部は、半径方向の肉厚が小さく剛性が低い。このため、図５（ａ）に示すように、大円筒６の内径面、及び、小円筒７の外径面がいずれも軸方向の内径又は外径が一定の円筒面で形成されていると、大円筒６への小円筒７の圧入に伴って、図５（ｂ）に示すように、大円筒６の軸方向両端部と比較して相対的に剛性が低い軸方向中央部が半径方向外向きに大きく変形し（図５（ｂ）中の上向きの矢印参照）、本来は直角に交差すべき対の傾斜軌道面８、８の交差角が直角よりも拡がってしまう虞がある（図５（ｂ）中の二点鎖線で示した形状参照）。

このため、この実施形態に係るクロスローラ軸受１においては、図６（ａ）に示すように、大円筒６の内径面を軸方向の内径が一定の円筒面とする一方で、小円筒７の外径面に、その軸方向両端ほど半径方向外向きに突出する、周方向断面が丸め加工の施された凹状の拡径部１３を形成している。

このようにすると、大円筒６に小円筒７を圧入したときに、小円筒７に形成された拡径部１３が、大円筒６の内径面に強く当接する。そして、大円筒６の内径面と小円筒７の外径面との間で、両円筒６、７の軸方向両端ほど大きく、軸方向中央に向かうほど小さくなる面圧の分布が形成される。これにより、図６（ｂ）中に上向きの矢印で示すように、大円筒６の半径方向外向きの変形量を軸方向全体に亘ってほぼ一定とすることができ、対の傾斜軌道面８、８の交差角が直角よりも拡がるのを防止することができる。

また、大円筒６に小円筒７を圧入することにより、大円筒６の外径面が半径方向外向きに拡径するため、このクロスローラ軸受１単体で予圧すきまを調整することができる。この圧入に際しては、大円筒６を高温に加熱して、その中心に形成された貫通孔の内径を拡径した上で、小円筒７をその貫通孔に挿入して大円筒６を冷却する焼き嵌め式とするのが好ましい。なお、図６（ａ）（後で説明する図７（ａ）も同様）における拡径部１３の突出量は、その突出状態を見やすくするために実際よりも誇張して描いている。

上記のように、小円筒７の外径面に拡径部１３を形成する代わりに、図７（ａ）に示すように、大円筒６の内径面に、その軸方向両端ほど半径方向内向きに突出する、周方向断面が丸め加工の施された凹状の縮径部１４を形成する一方で、小円筒７の内径面を軸方向の外径が一定の円筒面とすることもできる。

このようにすると、上記と同様、両円筒６、７の軸方向両端ほど大きく、軸方向中央に向かうほど小さくなる面圧の分布が形成される。これにより、図７（ｂ）中に上向きの矢印で示すように、大円筒６の半径方向外向きの変形量を軸方向全体に亘ってほぼ一定とすることができ、対の傾斜軌道面８、８の交差角が直角よりも拡がるのを防止することができる。

上記の実施形態に示すクロスローラ軸受１はあくまでも例示に過ぎず、外輪２及び内輪３の両方が軸方向に一体構造のクロスローラ軸受１において、取付け部に対する高い寸法精度を維持する、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、各構成部材の形状、配置、素材等を適宜変更することが許容される。

２ 外輪
３ 内輪
４ ローラ
５ （外輪の）傾斜軌道面
６ 大円筒
７ 小円筒
８ （内輪の）傾斜軌道面
９ 取付け穴
１０ ローラ貫通孔
１１ 止め栓
１２ （止め栓の）傾斜軌道面
１３ 拡径部

Claims (5)

1. 内径面に互いに直交する対の傾斜軌道面（５、５）を有する外輪（２）と、
   外径面に互いに直交する対の傾斜軌道面（８、８）を有する内輪（３）と、
   前記外輪（２）の傾斜軌道面（５）と前記内輪（３）の傾斜軌道面（８）との間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置された複数のローラ（４）と、
   を有し、
   前記内輪（３）が、外径面に前記傾斜軌道面（８）が形成された環状の大円筒（６）と、前記大円筒（６）の半径方向内側に圧入された小円筒（７）と、
   を有するクロスローラ軸受。
2. 前記圧入の際に、前記大円筒（６）の内径面と前記小円筒（７）の外径面との間の面圧が、前記両円筒（６、７）の軸方向両端ほど大きく、軸方向中央に向かうほど小さくなる請求項１に記載のクロスローラ軸受。
3. 前記小円筒（７）の外径面に、前記軸方向両端ほど半径方向外向きに突出する、周方向断面が凹状の拡径部（１３）が形成されている請求項２に記載のクロスローラ軸受。
4. 前記大円筒（６）に、その内径面から外径面に貫通し、前記ローラ（４）を挿入するローラ挿入孔（１０）が形成され、前記ローラ挿入孔（１０）にこのローラ挿入孔（１０）を塞ぐ止め栓（１１）が嵌め込まれており、前記止め栓（１１）の嵌め込み状態において、この止め栓（１１）の前記大円筒（６）の内径側端部が、前記小円筒（７）の外径面に当接している請求項１から３のいずれか１項に記載のクロスローラ軸受。
5. 前記圧入の前後における前記大円筒（６）と前記小円筒（７）の半径方向の変形量が、前記小円筒（７）の方が小さく、前記小円筒（７）に前記内輪（３）の取付け用の取付け穴（９）が形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載のクロスローラ軸受。

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