JP2020046008A

JP2020046008A - クロスローラ軸受

Info

Publication number: JP2020046008A
Application number: JP2018175831A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　秀司; Hideji Ito; 秀司伊藤; 雄一郎川上; Yuichiro Kawakami
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】ころと内輪及び外輪との間の面圧を均等化して、軸受の剛性及び寿命の向上を図ることができるクロスローラ軸受を提供する。【解決手段】互いに直交する対の傾斜軌道面５、５からなる内輪軌道溝６を外径面に有する内輪２と、互いに直交する対の傾斜軌道面７、７からなる外輪軌道溝８を内径面に有する外輪３と、内輪軌道溝６と外輪軌道溝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ころ４と、を有し、内輪軌道溝６の径方向深さｄ１が、外輪軌道溝８の径方向深さｄ２よりも大きいクロスローラ軸受を構成する。【選択図】図２

Description

この発明は、内輪と外輪の間に、周方向に交互に傾斜方向が異なるようにころ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は、例えば下記特許文献１に示すクロスローラ軸受が用いられることがある。このクロスローラ軸受には、高い位置決め精度や繰り返し精度、高い剛性等の特性とともに、所定期間安定的に使用を継続するための転がり寿命が求められる。

一般的なクロスローラ軸受を図７及び図８を用いて説明する。このクロスローラ軸受１００は、環状に形成された内輪１０１及び外輪１０２を有している。内輪１０１の外径面には、互いに直交する対の傾斜軌道面１０３、１０３からなる周方向断面がＶ字形の内輪軌道溝１０４が形成されている。また、外輪１０２の内径面には、互いに直交する対の傾斜軌道面１０５、１０５からなる外輪軌道溝１０６が形成されている。内輪軌道溝１０４と外輪軌道溝１０６の間には、周方向に交互に傾斜方向が変わるように複数のころ１０７が配置されている。

図７に示すように、内輪１０１と外輪１０２にそれぞれ形成された軌道溝１０４、１０６の径方向深さｄ_１’、ｄ_２’（あるいは、ころ１０７の回転軸に沿う方向の、ころ１０７と内輪軌道溝１０４及び外輪軌道溝１０６との間の接触長さｃ_１’、ｃ_２’）は、ほぼ同じ程度とされている。このようにすると、複数のころ１０７を保持器で保持する構成とする場合に、この保持器をころ１０７のころピッチ円径（ＰＣＤ）上に配置して、軸方向のポケット面と、ころ面取り部の接触によって、ころ１０７を案内することができるためである。

特許第３７３９０５６号公報

図７に示すクロスローラ軸受１００においては、既述の通り、内輪１０１と外輪１０２にそれぞれ形成された内外輪軌道溝１０４、１０６の径方向深さｄ_１’、ｄ_２’（各軌道溝１０４、１０６に対するころ１０７の回転軸方向の接触長さｃ_１’、ｃ_２’）がほぼ同じ程度である。また、図８に示すように、内輪１０１は、周方向に凸状の傾斜軌道面１０３を有する一方で、外輪１０２は、周方向に凹状の傾斜軌道面１０５を有する。

このため、クロスローラ軸受１００に対する荷重の負荷時において、ころ１０７の転動面と外輪軌道溝１０６との間の接触面積に対し、ころ１０７の転動面と内輪軌道溝１０４との間の接触面積の方が小さくなる。したがって、外輪軌道溝１０６に対して作用する面圧よりも、内輪軌道溝１０４に対して作用する面圧の方が大きく、内輪軌道溝１０４側の弾性変形量が大きくなる。すると、外輪１０２よりも内輪１０１で摩耗がより早く進行し、結果的に、クロスローラ軸受１００の寿命が内輪１０１の摩耗状況のみによって決まってしまうという問題がある。

そこで、この発明は、ころと内輪及び外輪との間の面圧を均等化して、軸受の剛性及び寿命の向上を図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、互いに直交する対の傾斜軌道面からなる内輪軌道溝を外径面に有する内輪と、互いに直交する対の傾斜軌道面からなる外輪軌道溝を内径面に有する外輪と、前記内輪軌道溝と前記外輪軌道溝との間に、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ころと、を有し、前記内輪軌道溝の径方向深さが、前記外輪軌道溝の径方向深さよりも大きいクロスローラ軸受を構成した。

このようにすると、ころの回転軸に沿う方向における、ころと外輪軌道溝との間の接触長さよりも、ころと内輪軌道溝との間の接触長さの方を長くすることができる。すると、外輪軌道溝に作用する面圧の大きさと、内輪軌道溝に作用する面圧の大きさが均等化される方向に近付けることができ、外輪に対して内輪の摩耗が早く進行する状況を解消又は低減することができる。

前記構成においては、前記内輪軌道溝の径方向深さと、前記外輪軌道溝の径方向深さとの間の比率、又は、前記ころと前記内輪軌道溝との間の該ころの回転軸に沿う方向の接触長さと、前記ころと前記外輪軌道溝との間の前記方向の接触長さとの間の比率を、１．０５：１〜２：１の範囲内とするのが好ましい。

このようにすると、ころから内輪軌道溝と外輪軌道溝にそれぞれ作用する面圧の均等化を向上することができ、クロスローラ軸受の一層の長寿命化を図ることができる。

前記各構成においては、前記内輪の外径を、前記ころのころピッチ円径と同等するのが好ましい。

このようにすると、ころと内輪軌道溝との間の接触長さを最大限大きくすることができ、内輪の摩耗を最大限防止することができる。

前記各構成においては、周方向に隣り合う前記ころ間に所定の間隔を保持するための保持器又は間座を設けない総ころ形とすることができる。

このようにすると、保持器等を設けた場合と比較してより多くのころを内外輪間に設けることができ、クロスローラ軸受の剛性を向上することができるとともに、その一層の長寿命化を図ることができる。

この発明では、クロスローラ軸受において、内輪軌道溝の径方向深さが、外輪軌道溝の径方向深さよりも大きい構成とした。このようにすると、外輪軌道溝に作用する面圧の大きさと、内輪軌道溝に作用する面圧の大きさが均等化される方向に近付けることができ、外輪に対して内輪の摩耗が早く進行する状況を解消又は低減することができる。

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中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図図２に示すクロスローラ軸受の第一変形例を示す断面図図２に示すクロスローラ軸受の第二変形例を示す断面図図２に示すクロスローラ軸受の第三変形例を示す断面図図２に示すクロスローラ軸受の第四変形例を示す断面図一般的なクロスローラ軸受の要部断面図図７中のＡ方向から見た矢視図

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及び図２に示すように、内輪２、外輪３、及び、複数のころ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中のＩＩ−ＩＩ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。

内輪２の外径面には、互いに直交するＶ字形の対の傾斜軌道面５、５からなる内輪軌道溝６が形成されている。内輪２の周方向断面における、内輪２の外径面と傾斜軌道面５とのなす角度は４５度である。外輪３は、内輪２の径方向外側に設けられる。この外輪３の内径面には、互いに直交するＶ字形の対の傾斜軌道面７、７からなる外輪軌道溝８が形成されている。外輪３の周方向断面における、外輪３の内径面と傾斜軌道面７とのなす角度は４５度である。内輪軌道溝６及び外輪軌道溝８の溝底には、周方向に沿ってぬすみ部９、１０がそれぞれ形成されている。

内輪２及び外輪３は、いずれも軸方向に分割されていない一体構造とされている。ころ４は、内輪２の外径側に外輪３をアセンブリした状態で、内輪２又は外輪３に形成された、ころ貫通孔（図示せず）を通じて、内外輪軌道溝６、８間に設けられる。ころ４の直径は、その回転軸方向の長さよりも若干長く、このころ４が、内外輪２、３にそれぞれ形成された内外輪軌道溝６、８によって、ころ４の回転軸方向の端部がこの内外輪軌道溝６、８に対して同時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。

本実施形態に係るクロスローラ軸受１は、周方向に隣り合うころ４、４間に所定の間隔を保持するための保持器又は間座を設けない総ころ形の軸受である。このように、総ころ形とすることにより、保持器等を設けた場合と比較してより多くのころ４を内外輪２、３間に設けることができ、クロスローラ軸受１の剛性を向上することができるとともに、その一層の長寿命化を図ることができる。

内輪２の軸芯には貫通孔が形成されており、この貫通孔には、例えば産業用ロボットの減速機等の回転軸（図示せず）が挿通される。そして、内輪２は、この回転軸とともに軸周りに回転する。また、外輪３は、例えば装置のハウジング等の取付け部（図示せず）に取り付けられる。

内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１は、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２よりも大きい（ｄ_１＞ｄ_２）。これにより、ころ４の回転軸に沿う方向における、ころ４と外輪軌道溝８との間の接触長さｃ_２よりも、ころ４と内輪軌道溝６との間の接触長さｃ_１の方を長くする（ｃ_１＞ｃ_２）ことができる。すると、外輪軌道溝８に作用する面圧の大きさと、内輪軌道溝６に作用する面圧の大きさが均等化される方向に近付けることができ、外輪３に対して内輪２の摩耗が早く進行する状況を解消又は低減することができる。本実施形態においては、内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１と外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２との間の比率（ｄ_１：ｄ_２）は、１．２：１とした。

計算機シミュレーションの結果によると、ころ４の直径が５ｍｍの場合、前記比率を１．１：１とすると、内外輪軌道溝６、８の径方向深さを同一とした場合と比較して、ころ４の回転軸方向の同一長さに対し、内輪軌道溝６と外輪軌道溝８に作用する面圧の差を半減することができる。さらに、本実施形態のように、前記比率を１．２：１とすると、内輪軌道溝６と外輪軌道溝８に作用する面圧をほぼ同等とすることができる。

内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１と、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２との間の比率は、１．０５：１〜２：１の範囲内とするのが好ましい。この比率が前記範囲の下限よりも小さいとき（内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１が、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２の１．０５倍よりも小さいとき）は、内輪軌道溝６に作用する面圧を十分低減することができないためである。

また、この比率が前記範囲の上限よりも大きいとき（内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１が、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２の２倍よりも大きいとき）は、ころ４の回転挙動に好ましくない影響が出る虞があるためである。

すなわち、クロスローラ軸受１のように、ころ４と傾斜軌道面５、７との間で所定の接触角を有する軸受（ころ４の回転軸が、内外輪２、３の回転軸に対して傾斜している軸受）においては、ころ４と傾斜軌道面５、７との接触部において、接触する傾斜軌道面５、７上の径寸法がクロスローラ軸受１の軸方向位置によって異なる。この傾斜軌道面５、７は、径寸法が大きいところで周速が大きく、径寸法が小さいところで周速が小さい。これに対し、回転軸周りに回転するころ４の周速は、その軸方向位置によらず一定である。このため、ころ４は、傾斜軌道面５、７との間で必ず滑りを生じながら自転している。

本実施形態のように内輪回転の場合においては、例えば内輪２側において、ころ４は、その軸方向長さの中央部近傍で、ころ４の周速と傾斜軌道面５の周速が一致して滑りは生じない。その一方で、この中央部近傍を境として、外径側においては、ころ４は内輪２の回転方向と同方向に滑り、内径側においては、ころ４は内輪２の回転方向と反対方向に滑っている。このことは、外輪３側でも同様であって、ころ４の軸方向長さの中央部近傍を境として、外径側と内径側で、ころ４と外輪３の回転方向が互いに逆である。

このことを踏まえると、内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１が、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２の２倍よりも大きいとき、ころ４と内輪２との間においては、同方向の滑りと反対方向の滑りが共存しているのに対し、ころ４と外輪３との間においては、同方向又は反対方向の一方の滑りしか生じず、ころ４と内外輪２、３との間の滑り量がアンバランスとなる。この滑り量のバランスは、軸受使用時の回転速度、荷重、予圧すきま、潤滑剤の粘度等の多くの要因が関係するが、少なくとも、内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１を、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２の２倍以下として、外輪３側におけるころ４の滑り方向が一方に偏らないようにするのが好ましい。

内輪２の外径は、ころ４のころピッチ円径（ＰＣＤ）とほぼ同等である。このようにすると、ころ４と内輪軌道溝６との間の接触長さｃ_１を最大限大きくすることができる。なお、ころ面取り部１１（図３参照）は、内輪軌道溝６と接触しないので、実際には、ＰＣＤからころ面取り部１１の長さを差し引いた長さを内輪２の外径としている。このようにすると、ころ面取り部１１の長さに対応して内輪２を小径化することができ、軸受用鋼材料の使用量を削減することができる。あるいは、内輪軌道溝６の研磨量を減らすことができ、加工コストの削減を図ることができる。

なお、上記においては内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１と、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２の比率としたが、図２に示す構成においては、ころ４と内輪軌道溝６との間の該ころ４の回転軸に沿う方向の接触長さｃ_１と、ころ４と外輪軌道溝８との間の前記方向の接触長さｃ₂との比率としても上記範囲は同じである。この構成では、内外輪軌道溝６、８の径方向深さｄ_１、ｄ_２と、ころ４と内外輪軌道溝６、８との間の前記方向の接触長さｃ_１、ｃ_２とは、比例関係にあるためである。

ころ４と内輪軌道溝６及び外輪軌道溝８との間の面圧が同等であれば、ころ４と外輪軌道溝８との間の接触長さｃ_２は、ころ４と内輪軌道溝６との間の接触長さｃ_１よりも小さくてもよい。このように、外輪軌道溝８側の接触長さｃ_２を小さくすることにより、この外輪軌道溝８におけるグリース撹拌抵抗の低減や、外輪重量の低減を図ることができる。

さらに、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２よりも内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１を大きくすることは、内外輪軌道溝６、８の加工の点でもメリットがある。すなわち、内輪２の外径面に内輪軌道溝６を形成するための砥石は、内輪２自体との干渉がないため、この砥石径の大型化が容易であり、研磨効率を容易に向上することができる。これに対し、外輪３の内径面に外輪軌道溝８を形成するための砥石は、その内径面内に収まる砥石径としなければならず、その大型化が制限される。このため、外輪軌道溝８の研磨効率を向上することは難しい。そこで、本実施形態のように、外輪軌道溝８の径方向深さｄ_２を内輪軌道溝６の径方向深さｄ_１に対して相対的に小さくすることにより、外輪３の研磨量を減らすことができ、加工コストの削減を図ることができる。

図２に示すクロスローラ軸受１の第一変形例を図３に示す。このクロスローラ軸受１は、図２に示すクロスローラ軸受１と基本構成が共通し、内輪２の溝底のぬすみ部９の寸法ｗ_１を、ころ４の面取り寸法ｒよりも小さくした（ｗ_１＜ｒ）点においてのみ相違する。このようにすると、ころ４と内輪軌道溝６との間の接触長さｃ_３を、図２に示す基本構成における接触長さｃ_１よりも大きくすることができ（ｃ_３＞ｃ_１）、内輪軌道溝６に作用する面圧を一層低減することができる。

図２に示すクロスローラ軸受１の第二変形例を図４に示す。このクロスローラ軸受１は、図２に示すクロスローラ軸受１と基本構成が共通し、外輪３の溝底のぬすみ部１０の寸法ｗ_２を、ころ４の面取り寸法ｒよりも大きくした（ｗ_２＞ｒ）点においてのみ異なる。このようにすると、ころ４と外輪軌道溝８との間の接触長さｃ_４を、図２に示す基本構成における接触長さｃ_２よりも小さくすることができる（ｃ_４＜ｃ_２）。このため、ころ４と内輪軌道溝６との間の接触長さｃ_１を、ころ４と外輪軌道溝８との間の接触長さｃ_４に対して相対的に長くすることができ、内輪軌道溝６に作用する面圧を相対的に小さくすることができる。

また、ぬすみ部１０の寸法ｗ_２をころ４の面取り寸法ｒよりも大きくしたことにより、ころ４をその軸方向長さの中央部近傍で外輪軌道溝８によって保持しつつ、このころ４の軸方向両端部の外輪２の内径側及びぬすみ部１０側のはみ出し量を同程度とすることができる。このため、ころ４の外輪３の傾斜軌道面７に対する同方向及び反対方向の滑り量をバランスさせることができ、ころ４の不安定な回転挙動を抑制することができる。

図２に示すクロスローラ軸受１の第三変形例を図５に示す。このクロスローラ軸受１は、図２に示すクロスローラ軸受１と基本構成が共通し、内輪２の外径面と傾斜軌道面５との交点部、及び、外輪３の内径面と傾斜軌道面７との交点部に傾斜部１２、１３を形成した点においてのみ異なる。このようにすると、傾斜部１２、１３の形状（傾斜角）に対応して、ころ４と内外輪軌道溝６、８との間の接触長さｃ_５、ｃ_６を適宜変更して、内輪軌道溝６に作用する面圧の大きさを調節することができる。なお、この第三変形例においては、内輪２と外輪３の両方に傾斜部１２、１３を形成した構成を示したが、外輪３にのみ傾斜部１３を形成した構成とすることもできる。

図２に示すクロスローラ軸受１の第四変形例を図６に示す。このクロスローラ軸受１は、図２に示すクロスローラ軸受１と基本構成が共通し、外輪３が軸方向に二分割された分割外輪３ａ、３ｂで構成されている点においてのみ異なる。このようにすると、一方の分割外輪３ａのみを内輪２の外径側にアセンブリした状態で、その分割外輪３ａと内輪２の隙間からころ４を内外輪軌道溝６、８間に設けることができる。このため、図１に示すクロスローラ軸受１のように、内輪２又は外輪３にころ貫通孔を形成する必要がなく、ころ貫通孔を形成するための加工コストを削減することができる。

上記の第一から第四変形例に係る構成は、図２に示すクロスローラ軸受１にそれぞれ個別に適用されるだけでなく、複数組み合わせた上で適用することもできる。

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、ころ４と内輪２及び外輪３との間の面圧を均等化して、軸受の剛性及び寿命の向上を図る、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。

上記の実施形態においては、総ころ形のクロスローラ軸受１について示したが、保持器や間座によって、隣り合うころ４、４間に所定の間隔を保持するようにした構成とすることもできる。

２内輪
３外輪
４ころ
５（内輪の）傾斜軌道面
６内輪軌道溝
７（外輪の）傾斜軌道面
８外輪軌道溝
ｄ_１（内輪軌道溝の）径方向深さ
ｄ_２（外輪軌道溝の）径方向深さ

Claims

互いに直交する対の傾斜軌道面（５、５）からなる内輪軌道溝（６）を外径面に有する内輪（２）と、
互いに直交する対の傾斜軌道面（７、７）からなる外輪軌道溝（８）を内径面に有する外輪（３）と、
前記内輪軌道溝（６）と前記外輪軌道溝（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ころ（４）と、
を有し、
前記内輪軌道溝（６）の径方向深さ（ｄ_１）が、前記外輪軌道溝（８）の径方向深さ（ｄ_２）よりも大きいクロスローラ軸受。
前記内輪軌道溝（６）の径方向深さ（ｄ_１）と、前記外輪軌道溝（８）の径方向深さ（ｄ_２）との間の比率、又は、前記ころ（４）と前記内輪軌道溝（６）との間の該ころ（４）の回転軸に沿う方向の接触長さ（ｃ_１）と、前記ころ（４）と前記外輪軌道溝（８）との間の前記方向の接触長さ（ｃ_２）との間の比率を、１．０５：１〜２：１の範囲内とした請求項１に記載のクロスローラ軸受。
前記内輪（２）の外径を、前記ころ（４）のころピッチ円径と同等とした請求項１又は２に記載のクロスローラ軸受。
周方向に隣り合う前記ころ（４、４）間に所定の間隔を保持するための保持器又は間座を設けない総ころ形とした請求項１から３のいずれか１項に記載のクロスローラ軸受。