JP2021008940A - Cross roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、減速機に採用されるクロスローラ軸受に関する。 The present invention relates to a cross roller bearing used in a speed reducer.
減速機用のクロスローラ軸受、中でも、ロボット用の減速機に搭載されるクロスローラ軸受は、高剛性が必要とされる。また、低トルクであることや安定して使用し続けられる転がり寿命を有することも要求される。 Cross-roller bearings for speed reducers, especially cross-roller bearings mounted on speed reducers for robots, are required to have high rigidity. It is also required to have low torque and a rolling life that can be used stably.
このクロスローラ軸受の従来品の多くは、例えば、下記特許文献1の「クロスローラベアリング」もそうであるように、軌道輪(内輪と外輪)の軌道面と転動体の外径面が凡そ直線的に接触する。 In many of the conventional products of this cross roller bearing, for example, as in the case of the "cross roller bearing" of Patent Document 1 below, the raceway surface of the raceway ring (inner ring and outer ring) and the outer diameter surface of the rolling element are approximately straight lines. Contact.
軸受に使用される転動体は通常円筒ころである。その円筒ころは、生産量が多く、コスト的に有利であることも多用される理由の一つと考えられる。 The rolling elements used for bearings are usually cylindrical rollers. It is considered that one of the reasons why the cylindrical roller is often used is that it has a large production volume and is advantageous in terms of cost.
しかし、円筒ころを用いたクロスローラ軸受は、内輪と外輪間においてころが45度径方向(円筒ころの転動面が接触する側の軌道面の幅方向)に自由に動けることから、円筒ころの端面が軌道面と接触して摩擦抵抗を生じるデメリットもある。 However, in a cross roller bearing using a cylindrical roller, the roller can move freely in the radial direction of 45 degrees between the inner ring and the outer ring (the width direction of the raceway surface on the side where the rolling surface of the cylindrical roller contacts). There is also a demerit that the end face of the wheel comes into contact with the raceway surface to generate frictional resistance.
円筒ころを用いたクロスローラ軸受は、上述した通り、軌道輪の軌道面と転動体(円筒ころ)の外径面が凡そ直線的に接触する。その接触は、厳密には円筒ころが傾いた状態でなされる。 In a cross roller bearing using a cylindrical roller, as described above, the raceway surface of the raceway ring and the outer diameter surface of the rolling element (cylindrical roller) come into contact with each other approximately linearly. Strictly speaking, the contact is made with the cylindrical roller tilted.
その接触状態を、図4〜図6を参照して説明する。図4において、内輪2は手前より奥側に向かって回転し、外輪3は固定されていると仮定する。
The contact state will be described with reference to FIGS. 4 to 6. In FIG. 4, it is assumed that the
また、円筒ころ4は、軸受の円周方向で隣り合う円筒ころ(図示せず)と90度交差した姿勢で内・外輪間に組み込まれているものとする。
Further, it is assumed that the
図4は、円筒ころ4が内輪2の傾斜軌道面7aと外輪3の傾斜軌道面8b間に挟み込まれている状態で、外部からの荷重や予圧すきまによって予め荷重を受けている状態とする。
FIG. 4 shows a state in which the
上記の条件において、内輪2の傾斜軌道面7aのa部の円周方向長さは、傾斜軌道面7aのb部の円周方向長さより短い。また、外輪3の傾斜軌道面8bのc部の円周方向長さは、傾斜軌道面8bのd部の円周方向長さより短い。
Under the above conditions, the circumferential length of the a portion of the
そのため、円筒ころ4の上記a部とc部に挟まれた部位は、b部とd部に挟まれた部位に比べて計算上は円周上を早く進むことになるが、一体の円筒ころ4は、実際にはそのような進み方はできないため、その円筒ころ4は、傾斜(スキュー)した状態になる。
Therefore, the portion of the
その傾斜した円筒ころ4は、傾斜状態を保って転がりながら図4のA方向に移動し、外輪3の傾斜軌道面8aに接触する。その接触した状態を表したのが図5である。さらに、図5のB方向から見たところを表したのが図6である。図6の矢印Cは、円筒ころ4の滑り方向を示している。
The inclined
内輪、外輪、転動体からなるクロスローラ軸受では、転動体の円筒ころとして、必ず、外径寸法よりも幅寸法(両端面間の長さ)の小さいものが使用される。 In a cross roller bearing composed of an inner ring, an outer ring, and a rolling element, a cylindrical roller of the rolling element is always used having a width dimension (length between both end faces) smaller than the outer diameter dimension.
このため、内輪と外輪のそれぞれの軌道面間に挟まれた円筒ころは、端面と軌道面との間に若干の隙間を持っており、ころ軸方向(自身の軸心の長手方向)に移動することができる。 For this reason, the cylindrical roller sandwiched between the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring has a slight gap between the end face and the raceway surface, and moves in the roller axial direction (longitudinal direction of its own axis). can do.
その円筒ころは、クロスローラ軸受を、荷重負荷を受けた状態で回転させた場合、図6に示したように、端面が外輪3の傾斜軌道面8aに対して若干傾いて接触し、その接触部における接触抵抗が軸受の回転トルクの大きさに影響を与える。
When the cross roller bearing is rotated under a load, the cylindrical roller makes contact with the end face of the
なお、接触部に加わる荷重の大きさは、内輪と外輪に挟まれた円筒ころ4をころ軸方向に滑らせる力にも関係し、荷重や予圧隙間の大きさによっても異なる。
The magnitude of the load applied to the contact portion is related to the force for sliding the
接触部分での抵抗は、細かく分けると、接触部分に付加されている荷重(面圧)、軸受の回転速度や潤滑剤の粘度による油膜の有無、油膜の厚さなどがその抵抗の大きさに影響を与える。 When the resistance at the contact part is subdivided, the load (surface pressure) applied to the contact part, the presence or absence of an oil film due to the rotation speed of the bearing and the viscosity of the lubricant, the thickness of the oil film, etc. are the magnitude of the resistance. Affect.
しかし、高速回転での使用はあまりなされない本軸受の場合、油膜厚さの確保はさほど期待できないため、円筒ころの端面と軌道面は一定の実金属接触(実質的な接触)をしていると考えるのがよい。 However, in the case of this bearing, which is rarely used at high speed rotation, it is not expected to secure the oil film thickness so much, so the end face of the cylindrical roller and the raceway surface are in constant real metal contact (substantial contact). It is good to think that.
この実金属接触状態も含めた接触状態がクロスローラ軸受の低トルク化や転がり寿命の延命に大きな影響を及ぼすが、その接触状態の改善が効果的になされているクロスローラ軸受は見当たらない。 The contact state including the actual metal contact state has a great influence on the reduction of torque and the extension of the rolling life of the cross roller bearing, but there is no cross roller bearing in which the contact state is effectively improved.
この発明は、上記の現状技術に鑑みてなされたものであって、円筒ころと軌道面の滑り接触抵抗を低減、あるいは、安定化させることで低トルク化や転がり寿命の延命を実現したクロスローラ軸受を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current technology, and is a cross roller that reduces torque and prolongs the rolling life by reducing or stabilizing the sliding contact resistance between the cylindrical roller and the raceway surface. It is intended to provide bearings.
上記の課題を解決するため、この発明においては、V字状軌道溝を外周に備えた内輪と、前記内輪のV字状軌道溝に対向するV字状軌道溝を内周に備える外輪と、前記内輪と外輪のV字状軌道溝内に円周方向に定ピッチで組み込まれる円筒ころを有し、
前記内輪と外輪のV字状軌道溝の各々は、傾き方向が90度異なる2つの傾斜軌道面を有し、
前記円筒ころは、円周方向に隣り合うものが90度交差した姿勢で組み込まれているクロスローラ軸受であって、
前記内輪と外輪のV字状軌道溝の前記傾斜軌道面の45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さが、次式(1)の比を満足するクロスローラ軸受を提供する。
45度傾斜方向面粗さ/円周方向面粗さ≦1.2・・・・(1)
In order to solve the above problems, in the present invention, an inner ring having a V-shaped raceway groove on the outer circumference and an outer ring having a V-shaped raceway groove facing the V-shaped raceway groove of the inner ring on the inner circumference. It has a cylindrical roller that is incorporated in the V-shaped raceway groove of the inner ring and the outer ring at a constant pitch in the circumferential direction.
Each of the V-shaped raceway grooves of the inner ring and the outer ring has two inclined raceway surfaces whose inclination directions differ by 90 degrees.
The cylindrical roller is a cross-roller bearing in which adjacent ones in the circumferential direction are incorporated in a posture of intersecting 90 degrees.
A cross roller bearing in which the arithmetic mean surface roughness in the 45-degree radial direction and the arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction of the inclined raceway surface of the V-shaped raceway groove of the inner ring and the outer ring satisfy the ratio of the following equation (1). I will provide a.
45 degree inclination direction surface roughness / circumferential direction surface roughness ≤ 1.2 ... (1)
ここでいう円周方向の算術平均面粗さは、軌道面の粗さを円周方向に沿って測定したもの、45度径方向の算術平均面粗さは、45度の傾きを持つ軌道面をその軌道面の幅方向に沿って測定したものである。 The arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction here is the roughness of the orbital surface measured along the circumferential direction, and the arithmetic mean surface roughness in the radial direction of 45 degrees is the orbital surface with an inclination of 45 degrees. Was measured along the width direction of the raceway surface.
このクロスローラ軸受は、45度径方向と円周方向の算術平均面粗さを0.1μmRa〜0.4μmRaにしたものが好ましい。 The cross roller bearing preferably has an arithmetic mean surface roughness of 0.1 μmRa to 0.4 μmRa in the 45-degree radial direction and the circumferential direction.
また、本発明による改善の対象が、円筒ころと傾斜軌道面間のすきまが負の値となる予圧すきまが設定されて軸受の使用時に円筒ころと軌道面の接触部に常に荷重が加わるタイプのクロスローラ軸受であるのも好ましい。 Further, the object of improvement by the present invention is a type in which a preload clearance is set so that the clearance between the cylindrical roller and the inclined raceway surface is a negative value, and a load is always applied to the contact portion between the cylindrical roller and the raceway surface when the bearing is used. Cross roller bearings are also preferred.
この発明のクロスローラ軸受は、傾斜軌道面の45度径方向の算術平均面粗さを円周方向の算術平均面粗さに近似させたことにより、円筒ころの端面と軌道面の滑り接触抵抗が低減して回転トルクが低減される。 The cross-roller bearing of the present invention has a sliding contact resistance between the end face of the cylindrical roller and the raceway surface by making the arithmetic mean surface roughness in the 45-degree radial direction of the inclined raceway surface approximate to the arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction. Is reduced and the rotational torque is reduced.
また、傾斜軌道面の45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さを近似させたことで、円筒ころの端面と軌道面が接触する箇所の接触面積が増加してその箇所の面圧が低減され、これにより、摩耗を起因とした転がり寿命も延びる。 In addition, by approximating the arithmetic mean surface roughness in the 45-degree radial direction of the inclined orbital surface with the arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction, the contact area at the point where the end face of the cylindrical roller and the raceway surface contact increases. The surface pressure at that location is reduced, which also extends the rolling life due to wear.
これらの効果をもたらす作用の詳細は、発明を実施するための形態の項で詳しく説明する。 Details of the actions that bring about these effects will be described in detail in the section on embodiments for carrying out the invention.
以下、この発明のクロスローラ軸受の実施の形態を添付図面の図1〜図3に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the cross roller bearing of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 of the accompanying drawings.
図1に示すように、例示のクロスローラ軸受1は、V字状軌道溝7を外周面に有する内輪2と、V字状軌道溝7に対向するV字状軌道溝8を内周面に有する外輪3と、内輪2と外輪3のV字状軌道溝7、8内に円周方向に定ピッチで組み込まれる円筒ころ4を有する
。
As shown in FIG. 1, the illustrated cross roller bearing 1 has an
内輪2と外輪3のV字状軌道溝7、8の各々は、傾き方向が90度異なる2つの傾斜軌道面7a、7b、8a、8bを有している。図1の5は、傾き方向が90度異なる2つの傾斜軌道面7a、7b間、および8a、8b間に形成される逃げ溝部である。
Each of the V-
円筒ころ4は、図2に示すように、円周方向に隣り合うものが交互に90度交差した姿勢で組み込まれている。各円筒ころ4は、両端の外周のエッジが面取りされたものが組み込まれている。
As shown in FIG. 2, the
図2の6は、円周方向に隣り合う円筒ころ4間に介在された円筒ころの配列間隔を一定に保持するための円盤状の間座である。なお、図2には、間座を用いたクロスローラ軸受を展開して示したが、この発明のクロスローラ軸受は、間座を用いない総ころ型であってもよい。
FIG. 6 in FIG. 2 is a disk-shaped spacer for keeping the arrangement interval of the cylindrical rollers interposed between the
例示のクロスローラ軸受1は、剛性を高めるために、専ら、内輪2及び外輪3間で予圧を与えた状態、即ち、その軸受の組み立て時に内輪2と円筒ころ4との間の隙間及び外輪3と円筒ころ4との間の隙間が負の値となるように予め内部応力を与えた状態で使用される。
In the illustrated cross roller bearing 1, in order to increase the rigidity, a preload is applied exclusively between the
内輪2と外輪3のV字状軌道溝7、8の傾斜軌道面7a、7b、8a、8bは、45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さが近似したものになっている。
The
各傾斜軌道面7a、7b、8a、8bの45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さの比は、理想的には、45度傾斜方向面粗さ/円周方向面粗さ≦1であるが
、例示のクロスローラ軸受1については、下式(1)を満足するものにしている。
45度傾斜方向面粗さ/円周方向面粗さ≦1.2・・・・(1)
The ratio of the arithmetic mean surface roughness in the 45 degree radial direction to the arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction of each
45 degree inclination direction surface roughness / circumferential direction surface roughness ≤ 1.2 ... (1)
通常の研磨加工で仕上げられる傾斜軌道面の45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さは、式(1)の比を満たしていない。 The arithmetic mean surface roughness in the 45-degree radial direction and the arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction of the inclined track surface finished by ordinary polishing do not satisfy the ratio of the equation (1).
軸受の内輪と外輪の軌道面の仕上げは、多くが研磨加工によってなされる。しかも、その研磨加工は、45度傾斜部を一度に加工するプランジカットである。このプランジカット加工では、研磨された面に形成される加工目は円周方向に連続したものになる。 Most of the finish of the raceway surfaces of the inner and outer rings of the bearing is by polishing. Moreover, the polishing process is a flange cut that processes a 45-degree inclined portion at a time. In this plunge cut process, the workpieces formed on the polished surface are continuous in the circumferential direction.
その加工目が生じた傾斜軌道面の面粗さを粗さ測定機で45度傾斜方向と円周方向にそれぞれ測定した場合、45度傾斜方向の面粗さが円周方向の面粗さよりも大きな値(山高さが高くて粗い面)になる。 When the surface roughness of the inclined orbital surface where the machined grain is generated is measured by a roughness measuring machine in the 45-degree inclined direction and the circumferential direction, respectively, the surface roughness in the 45-degree inclined direction is larger than the surface roughness in the circumferential direction. It becomes a large value (high mountain height and rough surface).
その傾斜軌道面に対して円筒ころ4は、上述した通り、若干傾斜した状態で回転しながら接触する。その接触は、円筒ころ4の端面が傾斜軌道面の加工目に対して斜め方向から滑りながらの接触となる。
As described above, the
円筒ころ4は、図4に示したe部(傾き方向が図4とは逆になっている円筒ころ4は図4のd部)とその近傍の傾斜軌道面8a、8bに対して端面が接触し、その接触状態を保って回転する。e部及びd部は、外輪3の傾斜軌道面8a、8bが凹円弧の逃げ溝部5と交わった交点である。
The
その端面の、交点e部、d部とその近辺の傾斜軌道面8a、8bとの接触部は、接触面積が極めて小さい。そのため、交点e部、d部および45度径方向の粗い面の加工目の山との接触部に生じる面圧は極めて大きいものになる。
The contact area between the intersection points e and d and the inclined
傾斜軌道面が通常のプランジカットの研磨加工で仕上げられた従来のクロスローラ軸受は、いわゆる超仕上げ加工で研磨された面と違って、傾斜軌道面の45度傾斜方向の面粗さが円周方向の面粗さよりも大きな値となったままになっている。 Unlike the surface polished by so-called super-finishing, the conventional cross-roller bearing whose inclined raceway surface is finished by normal plunge-cut polishing has a surface roughness in the 45-degree inclination direction of the inclined raceway surface. The value remains larger than the surface roughness in the direction.
そのために、接触部に大きな面圧が加わり、それが原因で滑り抵抗の増加や滑り接触を生じた面の摩耗促進を招いている。 Therefore, a large surface pressure is applied to the contact portion, which causes an increase in sliding resistance and an increase in wear of the surface on which the sliding contact occurs.
この発明では、外輪3の傾斜軌道面8a、8bと円筒ころ4の接触部の面圧を緩和するために、研磨加工によって生じた円周上で連続的となっている加工目を、タンブラー、バレル処理、ショットピーニング処理、酸による化学的研磨、或いは黒染め処理などを施すことによって調整して小さくし、その傾斜軌道面8a、8bの45度径方向(図3の矢印D方向)の算術平均面粗さと円周方向(図3において紙面の手前から奥に向かう方向)の算術平均面粗さの比を1.2以下にしている。
In the present invention, in order to relieve the surface pressure of the contact portion between the inclined raceway surfaces 8a and 8b of the
粗さのパラメータを算術平均粗さにしたのは、その算術平均粗さが軸受に一般的に適用されているからである。 The roughness parameter is set to the arithmetic mean roughness because the arithmetic mean roughness is generally applied to bearings.
加工目調整後の傾斜軌道面8a、8bの粗さは、研磨加工レベルの0.1μmRa〜0.4μmRa程度の範囲に収めるのがよい。 The roughness of the inclined track surfaces 8a and 8b after adjusting the work grain is preferably kept in the range of about 0.1 μmRa to 0.4 μmRa of the polishing process level.
なお、円筒ころ4の端面が滑り接触を生じるのは外輪3の傾斜軌道面8a、8bであるが、同一円筒ころの転動面(が接触する外周面)が接触する内輪2の傾斜軌道面7a、7bと外輪3の傾斜軌道面8a、8bの面性状が異なるのは好ましくないので、内輪2の傾斜軌道面7a、7bの45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さの比も
外輪3と同様のものにする。
The end faces of the
1 クロスローラ軸受
2 内輪
3 外輪
4 円筒ころ
5 逃げ溝部
6 間座
7、8 V字状軌道溝
7a、7b、8a、8b 傾斜軌道面
a〜e 傾斜軌道面と逃げ溝部との交点
1
Claims (3)
前記内輪と外輪のV字状軌道溝の各々は、傾き方向が90度異なる2つの傾斜軌道面を有し、
前記円筒ころは、円周方向に隣り合うものが90度交差した姿勢で組み込まれているクロスローラ軸受であって、
前記内輪と外輪のV字状軌道溝の前記傾斜軌道面の45度径方向の算術平均面粗さと円周方向の算術平均面粗さが、次式(1)の比を満足するクロスローラ軸受。
45度傾斜方向面粗さ/円周方向面粗さ≦1.2・・・・(1) An inner ring having a V-shaped raceway groove on the outer circumference, an outer ring having a V-shaped raceway groove facing the V-shaped raceway groove of the inner ring on the inner circumference, and a circle in the V-shaped raceway groove of the inner ring and the outer ring. It has a cylindrical roller that is incorporated at a constant pitch in the circumferential direction.
Each of the V-shaped raceway grooves of the inner ring and the outer ring has two inclined raceway surfaces whose inclination directions differ by 90 degrees.
The cylindrical roller is a cross-roller bearing in which adjacent ones in the circumferential direction are incorporated in a posture of intersecting 90 degrees.
A cross roller bearing in which the arithmetic mean surface roughness in the 45 degree radial direction and the arithmetic mean surface roughness in the circumferential direction of the inclined raceway surface of the V-shaped raceway groove of the inner ring and the outer ring satisfy the ratio of the following equation (1). ..
45 degree inclination direction surface roughness / circumferential direction surface roughness ≤ 1.2 ... (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220627 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221213 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230606 |