JP2021014871A

JP2021014871A - クロスローラ軸受

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Publication number: JP2021014871A
Application number: JP2019129093A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎川上; Yuichiro Kawakami
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-11
Also published as: JP7431519B2; DE112020003307T5; TW202106991A; WO2021006209A1; CN114341511A

Abstract

【課題】モーメント負荷時に軌道面に作用する面圧の分布の均一化を図ったクロスローラ軸受を提供する。【解決手段】Ｖ溝状の外輪軌道面５が内径側に形成された外輪２と、外輪軌道面５と対向するＶ溝状の内輪軌道面６が外径側に形成された内輪３と、外輪軌道面５と、内輪軌道面６との間に、傾斜角度が交互に変わるように、周方向の全周に亘って配置された複数のローラ４と、を有し、外輪軌道面５又は内輪軌道面６の少なくとも一方に、各軌道面５、６の溝肩から溝底に向かう径方向の中間の位置よりも深い溝底側と、前記中間の位置よりも浅い溝肩側とでドロップ量を異ならせるようにクラウニング９、１０が形成された構成とする。【選択図】図２

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、高いモーメント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、環状に形成された一体構造の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字状の軌道面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字状の軌道面が円周方向に沿って形成されている。内外輪の軌道面間には、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。

一般的に、クロスローラ軸受の軌道面は、クラウニングが施されておらず、軸受の軸心方向に対し４５度傾斜したストレート部のみで構成されている。そして、この軌道面にローラの転動面が接触して転動する（特許文献１の段落００１２、図１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はクラウニングが施されていないため、図７に示すように、外輪２０と内輪２１にそれぞれ形成されたＶ字状の外輪軌道面２２及び内輪軌道面２３とローラ２４の転動面は、ローラ２４の軸方向の全体に亘って接触可能となっている。

ところが、モーメント荷重が負荷されたときは、図８に示すように、Ｖ溝の溝肩側（図７中の丸数字２’及び、丸数字３’を付した側）から溝底側（図７中の丸数字１’及び丸数字４’を付した側）に向かうほど、すなわち、溝底から溝肩までを軌道面に沿って１００等分した軌道面位置において、図７中の外輪２側に付した軌道面位置１００から１に向かうほど、又は、内輪３側に付した軌道面位置１から１００に向かうほど、接触面圧Ｓ_１’、Ｓ_２’が単調に高くなる分布を示すことがある。このとき、接触面圧が高い部分（例えば、図８中で接触面圧が最大値のＳ_ｍ１’、Ｓ_ｍ２’となる部分）を起点として不具合が生じる虞がある。ローラ２４にクラウニングを施して接触面圧の分布の均一化を図ることも考えられるが、ローラ２４の組み込み方向の管理が必要となるため実用化は難しい。

そこで、この発明は、モーメント負荷時に軌道面に作用する接触面圧の分布を均一化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、Ｖ溝状の外輪軌道面が内径側に形成された外輪と、前記外輪軌道面と対向するＶ溝状の内輪軌道面が外径側に形成された内輪と、前記外輪軌道面と、前記内輪軌道面との間に、傾斜角度が交互に変わるように、周方向の全周に亘って配置された複数のローラと、を有し、前記外輪軌道面又は前記内輪軌道面の少なくとも一方に、前記各軌道面の溝肩から溝底に向かう径方向の中間の位置よりも深い溝底側と、前記中間の位置よりも浅い溝肩側で、ドロップ量を異ならせるようにクラウニングが形成されているクロスローラ軸受を構成した。

このようにすると、モーメント負荷時の接触面圧の分布に対応して、溝底側と溝肩側で適切なドロップ量を設定することにより、軌道面に作用する接触面圧の分布を均一化することができる。これにより、接触面圧が局所的に高くなるのを防止して、接触面圧が高い部分を起点とする不具合の発生を防止することができる。

前記構成においては、前記溝底側と前記溝肩側の一方側にのみ前記クラウニングが形成されており、他方側にはストレート部が連設されている構成とすることができる。あるいは、前記各軌道面の前記中間の位置に前記クラウニングが形成されていないストレート部を有し、前記ストレート部の前記溝底側及び前記溝肩側の両方に前記クラウニングが連設されている構成とすることもできる。

このようにすると、ストレート部において軌道面とローラの接触状態を確保しつつ、ローラの軸方向の一方側端部又は両端において局所的に発生する高い接触面圧を低減することができる。

前記各構成においては、前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面の両方に前記クラウニングが形成されている構成とすることができる。

このようにすると、外輪と内輪の両方において、局所的に発生する高い接触面圧を低減することができ、軸受寿命の延長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、軌道面の溝底側と溝肩側で、ドロップ量を異ならせるようにクラウニングを形成したので、モーメント負荷時に軌道面に作用する接触面圧の分布を均一化して、接触面圧が高い部分を起点とする不具合の発生を防止することができる。

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（第一例）図１に示すクロスローラ軸受の要部の断面図（第一例）軌道面に作用する面圧分布の一例を示す図クロスローラ軸受の要部の断面図（第二例）クロスローラ軸受の要部の断面図（第三例）従来のクロスローラ軸受の要部の断面図従来のクロスローラ軸受において軌道面に作用する面圧分布を示す図

この発明に係るクロスローラ軸受１の実施形態（第一例）を、図面を用いて説明する。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。このクロスローラ軸受１は、図１及び図２に示すように、外輪２と、外輪２の内径側に、この外輪２と同軸に配置された内輪３、及び、外輪２と内輪３の間に介在する複数のローラ４を主要な構成要素としている。これらの構成要素は、いずれも鋼製である。

外輪２の内径側には、略直交するＶ溝状の外輪軌道面５が、内輪３の外径側には、外輪軌道面５と対向し、略直交するＶ溝状の内輪軌道面６が、それぞれ形成されている。以下においては、各軌道面５、６の溝肩から溝底に向かう径方向の中間の位置よりも深い側を溝底側（図３中の丸数字１、及び、丸数字４を付した側）、浅い側を溝肩側（図３中の丸数字２、及び、丸数字３を付した側）という。

図２に示すように、外輪軌道面５の溝底側と溝肩側、及び、内輪軌道面６の溝底側と溝肩側は、それぞれ軌道面の形状が異なっている。すなわち、内外輪軌道面５、６の溝肩側にはクラウニングが施されておらず、この溝肩側の軌道面は、軸方向に対し４５度傾斜したストレート部７、８で構成されている。その一方で、内外輪軌道面５、６の溝底側にはクラウニング９、１０が施されている。このように、ストレート部７、８及びクラウニング９、１０を連設したことにより、内外輪軌道面５、６の溝肩側のドロップ量（ローラ４の転動面と内外輪軌道面５、６との間の隙間の大きさ）がほぼ０であるのに対し、溝底側では溝底に向かうほどドロップ量が大きくなっており、内外輪軌道面５、６の溝底側と溝肩側でドロップ量は異なる。

なお、図２（クロスローラ軸受１の要部の断面図を示す図３、図５、及び、図６も同様）においては、内外輪軌道面５、６に形成されたクラウニング９、１０を視覚的に見やすくするために、クラウニング９、１０の傾斜角を誇張して描いているが、実際の傾斜角は小さく（例えば２度程度）、モーメント荷重の作用時に、内外輪軌道面５、６とローラ４の転動面が、ローラ４の軸方向の全体に亘って接触することが可能となっている。

ローラ４は、外輪軌道面５と内輪軌道面６との間に、周方向に隣り合うローラ４の傾斜角度が交互に９０度ずつ変わるように、周方向の全周に亘って配置されている。ローラ４の直径は、その回転軸方向の長さよりも若干長くなっている。このため、ローラ４の回転軸方向の端部が、このローラ４の転動面が転動する内外輪軌道面５、６のＶ字溝を構成する一方側の面と略直交する他方側の面に接触することなく、このローラ４をスムーズに転動させることができる。

ローラ４の転動面は、その軸方向の全体に亘って外径の大きさが一定の円柱面であり、クラウニングは施されていない。このため、ローラ４を内外輪軌道面５、６の間に組み込む際に、その組み込み方向の管理を行う必要がなく、その組み込み作業をスムーズに行うことができる。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。

図３に示すように、内外輪軌道面５、６の溝底側のみにクラウニング９、１０を施す一方で、溝肩側をストレート部７、８としたときに、ローラ４の転動面から内外輪軌道面５、６に作用する接触面圧の分布の計算結果の一例を図４に示す。この計算は、外径が８５ｍｍΦ、軸方向幅が１８．５ｍｍのクロスローラ軸受１をモデルとして行ったものである。本図は、溝底から溝肩までを軌道面に沿って１００等分し、その１００等分された軌道面位置のうちローラ４と接触している領域における接触面圧の分布を示している。図３及び図４中に示す丸数字１と丸数字４が溝底側に対応し、丸数字２と丸数字３が溝肩側に対応する。

このように、内外輪軌道面５、６の溝底側のみにクラウニング９、１０を施すことにより、溝底側で高くなりやすい接触面圧を低減して（従来のクロスローラ軸受に係る図８中に示した最大接触面圧Ｓ_ｍ１’、Ｓ_ｍ２’と、図４中に示した最大接触面圧Ｓ_ｍ１、Ｓ_ｍ２との大小関係が、Ｓ_ｍ１＜Ｓ_ｍ１’かつＳ_ｍ２＜Ｓ_ｍ２’）、この接触面圧の均一化を図ることができる。これにより、接触面圧が高い部分を起点とする不具合の発生を防止することができる。しかも、ストレート部７、８において軌道面とローラ４との間の安定的な接触状態を確保することができるため、クロスローラ軸受１の回転安定性を高めることができる。

なお、図４に示した接触面圧の分布はあくまでも一例に過ぎず、クラウニング９、１０の形状（傾斜角の大きさや、溝底から溝肩に向かう方向の長さ等）を変化させることにより、接触面圧が高い部分が生じないようにその分布を適宜変化させることもできる。

この発明に係るクロスローラ軸受１の他の実施形態（第二例）を図５に示す。このクロスローラ軸受１の基本構成は第一例のものと共通しているが、内外輪軌道面５、６の形状が異なっている。

すなわち、第二例に係るクロスローラ軸受１においては、内外輪軌道面５、６が、溝底側（図５中の丸数字１、及び、丸数字４を付した側）と溝肩側（図５中の丸数字２、及び、丸数字３を付した側）の中間部に形成されたストレート部７、８と、ストレート部７、８の溝底側に連設された第一クラウニング９ａ、１０ａと、ストレート部７、８の溝肩側に連設された第二クラウニング９ｂ、１０ｂによって構成されている。第一クラウニング９ａ、１０ａと第二クラウニング９ｂ、１０ｂは、傾斜角の大きさや、溝底から溝肩に向かう方向の長さが相違し、ドロップ量は互いに異なる。

このように、内外輪軌道面５、６の溝底側と溝肩側の両方にクラウニング９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂを施すことにより、ローラ４の軸方向両端との接触に伴って高くなりやすい接触面圧を低減して、この接触面圧の均一化を図ることができる。このため、第一例に係るクロスローラ軸受１と同様に、接触面圧が高い部分を起点とする不具合の発生を防止することができる。しかも、ストレート部７、８において軌道面とローラ４との間の安定的な接触状態を確保することができるため、クロスローラ軸受１の回転安定性を高めることができる。

この発明に係るクロスローラ軸受１のさらに他の実施形態（第三例）を図６に示す。このクロスローラ軸受１の基本構成は第一例及び第二例のものと共通しているが、内外輪軌道面５、６の形状がさらに異なっている。

すなわち、第三例に係るクロスローラ軸受１においては、内外輪軌道面５、６が、溝底側（図６中の丸数字１、及び、丸数字４を付した側）に形成された第一クラウニング９ａ、１０ａと、溝肩側（図６中の丸数字２、及び、丸数字３を付した側）に形成された第二クラウニング９ｂ、１０ｂによって構成されている。第一クラウニング９ａ、１０ａと第二クラウニング９ｂ、１０ｂは、傾斜角の大きさや溝底から溝肩に向かう方向の長さが相違し、ドロップ量は互いに異なる。

このように、内外輪軌道面５、６の溝底側と溝肩側の両方にクラウニング９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂを施すことにより、第二例に係るクロスローラ軸受１と同様に、ローラ４の軸方向両端との接触に伴って高くなりやすい接触面圧を低減して、この接触面圧の均一化を図ることができる。このため、第一例に係るクロスローラ軸受１と同様に、接触面圧が高い部分を起点とする不具合の発生を防止することができる。

上記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、モーメント負荷時に軌道面に作用する接触面圧の分布を均一化する、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。

上記実施形態においては、Ｖ溝状の内外輪軌道面５、６を、傾斜角が異なる複数の部分（第一例ではストレート部７、８とクラウニング９、１０、第二例ではストレート部７、８と２か所のクラウニング９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、第三例では２か所のクラウニング９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ）によって構成したが、内外輪軌道面５、６の全体に連続したクラウニング９によって構成することもできる。また、上記実施形態においては、Ｖ溝状の内外輪軌道面５、６を、その溝中心に対して対称の形状としたが、非対称の形状とすることもできる。また、外輪軌道面５又は内輪軌道面６の一方側のみにクラウニング９を施すこともできる。

１クロスローラ軸受
２外輪
３内輪
４ローラ
５外輪軌道面
６内輪軌道面
７、８ストレート部
９、１０クラウニング
９ａ、１０ａ第一クラウニング
９ｂ、１０ｂ第二クラウニング

Claims

Ｖ溝状の外輪軌道面（５）が内径側に形成された外輪（２）と、
前記外輪軌道面（５）と対向するＶ溝状の内輪軌道面（６）が外径側に形成された内輪（３）と、
前記外輪軌道面（５）と、前記内輪軌道面（６）との間に、傾斜角度が交互に変わるように、周方向の全周に亘って配置された複数のローラ（４）と、
を有し、
前記外輪軌道面（５）又は前記内輪軌道面（６）の少なくとも一方に、前記各軌道面（５、６）の溝肩から溝底に向かう径方向の中間の位置よりも深い溝底側と、前記中間の位置よりも浅い溝肩側とでドロップ量を異ならせるようにクラウニング（９、１０）が形成されているクロスローラ軸受。
前記溝底側と前記溝肩側の一方側にのみ前記クラウニング（９、１０）が形成されており、他方側にはストレート部（７、８）が連設されている請求項１に記載のクロスローラ軸受。
前記各軌道面（５、６）の前記中間の位置に前記クラウニング（９、１０）が形成されていないストレート部（７、８）を有し、前記ストレート部（７、８）の前記溝底側及び前記溝肩側の両方に前記クラウニング（９、１０）が連設されている請求項１に記載のクロスローラ軸受。
前記外輪軌道面（５）及び前記内輪軌道面（６）の両方に前記クラウニング（９、１０）が形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のクロスローラ軸受。