JP3799555B2

JP3799555B2 - 玉ころ転動体

Info

Publication number: JP3799555B2
Application number: JP2004126152A
Authority: JP
Inventors: 博寺町
Original assignee: 博寺町
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: DE602004017564D1; EP1538356A2; JP2005188737A; EP1538356B1; EP1538356A3; US20050238272A1; US7600922B2

Description

本発明は、回転軸受や転がり案内装置の転動体として利用される玉ころ転動体に関する。

本発明者は、玉の自動調心性ところの高剛性とを合わせ持つ玉ころ転動体ついて既に特許を取得している（特許文献１参照）。
玉ころは本出願人の造語で、「ころ」と同等の大きな負荷容量を有すると同時に、「玉」と同様の扱い易さを有する転動体であり、端面球面部は一つの仮想球面上に位置し、転動球面部が端面球面部よりも曲率半径が大きい断面円弧状となっている。

しかし、従来の玉ころ転動体は、転動球面部の最大径よりも端面球面部間の長さが長くなっていたために、直交する軌道面を備えた一対の軌道溝間に転動体の回転軸が交互に直交するようにクロス配置する回転軸受や直線運動案内装置には使えないという問題があった。
また、転動球面部および端面球面部がいずれも球面なので、自由に転がすと玉と同様に転がる方向が定まらず、パーツフィーダによって玉ころ転動体を自動的に整列させたり不良品を分離したりすることが難しい。

さらに、玉ころ転動体をラップ盤で精密研磨をする際には、一般的に、螺旋状溝を備えた上下の円盤の螺旋状溝間の中心部から玉ころ転動体を入れ、円盤を相対回転させて玉ころ転動体を螺旋状溝を中心から外側に向けて転動させながら接触面を研磨していく。その際に、各螺旋状溝の外側縁と内側縁の周速差によって内側より外側の研磨代が大きくなってしまうので、一度研磨した玉ころ転動体を左右反対向きにしてラップ盤に再度セットして研磨することにより、左右均一に研磨するようになっている。ところが、従来の玉ころ転動体は左右対称形状なので、一度研磨した玉ころ転動体の左右どちらが螺旋溝の内側円側であったか区別がつかず、ラップ盤を使って精密に研磨することが困難であった。

また、本発明者は、素球を一列に磁気吸着して棒状の素球列を構成し、センタレス研削によって玉ころ転動体の転動面を同時研削する方法を既に提案している（特許文献２参照）。しかし、素球列を構成する素球同士の接触部が点接触であったので、研削時に接触部がずれて転動面の加工精度が悪くなるおそれがある。
特開２００１−１４０８９５特開２００２−１７８２４４

本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、クロス配置可能で、しかも整列，分離等の搬送を容易に自動化でき、左右の区別を簡単にでき、さらに転動球面部を高精度に研削できる玉ころ転動体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にあっては、転動球面部と、該転動球面部両端の球面状に膨らんだ左右の端面球面部と、を備え、前記転動球面部の円弧半径を端面球面部の曲率半径よりも大きくした玉ころ転動体において、
片側の端面球面部に端面球面部と同一曲率半径の球面状凹部を設けることにより、前記転動球面部の最大径よりも、球面状凹部の外縁部を通る面と他方の端面球面部の頂点間の長さである端面球面部間の長さを短くし、直交する軌道面を備えた一対の軌道溝間に回転軸を交互に直交するように配置可能としたことを特徴とする。
ここで、一対の軌道溝間に回転軸を交互に直交するように配置可能とするというのは、このような配置に限定するものではなく、文字通りこのような配置が可能という趣旨であって、回転軸を平行に配列するような使用例も含むものとする

このように転動球面部の最大径よりも端面球面部間の長さを短くすることにより、直交する軌道面を備えた一対の軌道溝間に配置可能となった。したがって、一列の玉ころ転動体によって、上下左右すべての方向の荷重を支承することができ、小型化を図ることができる。このようなクロス配置構造の転がり案内装置の場合には、高精度が要求されるが、玉ころ転動体を用いれば、従来のころに比べて取扱いが簡単となる。

また、片側の端面球面部に球面状凹部を設けたので、パーツフィーダで搬送していくにつれて、玉ころ転動体は色々の方向に転がりながら、端面球面部の球面状凹部を下にして安定し、整列する。
平坦面としただけでは、平面度を高精度に加工する必要があるが、球面状凹部とすることにより確実に球面状凹部の周縁全周が確実に搬送面に設置され、安定性がよい。また、加工精度もそれほど要求されず、加工も簡単にできる。

また、転動球面部をラッピングする際にも、転動球面部の左右の方向が分かるので、左右を均等に研磨することができる。
また、素球等の多数のワークを磁気吸着して一列のワーク列を構成し、センタレス研削によってワークを同時研削するような場合、ワークの接触部を一方のワークの球面状凹部と他方のワークの球面状凹部対極部との面接触することができるので、研削時に接触部が滑ってずれることがなく、転動球面部を正確に研削することができる。

以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る玉ころ転動体を示している。
この玉ころ転動体１は、転動球面部２と、この転動球面部２両端の球面状に膨らんだ左右の端面球面部３，４と、を備え、転動球面部２の円弧半径Ｒ０が端面球面部３，４の曲率半径Ｒ１，Ｒ１よりも大きく設定されている。
この転動球面部２の最大径ｄよりも端面球面部３，４間の長さＷは短くなっており、図１（Ｃ），（Ｄ）に示すように、相対移動する２部材の直交する軌道面１３０ａ，１３０ｂ；１４０ａ，１４０ｂを備えた一対の軌道溝１３０，１４０間に回転軸を交互に直交するように配置可能となっている。

端面球面部３，４の各曲率半径Ｒ１はほぼ同一径で、曲率中心Ｏが転動球面部２の中心軸線Ｘ上に位置し、各端面球面部３，４が一つのほぼ仮想球面上に位置している。もっとも、各端面球面部３，４の曲率中心がずれていてもよいし、各端面球面部３，４の曲率半径が異なっていてもよい。曲率中心のずれる方向は端面球面部３，４が軸方向に近づく方向にずれていることが好ましい。場合によっては離れる方向にずれていてもよい。

そして、片側の端面球面部３には他側の端面球面部４と同一の曲率半径Ｒ１の球面状凹部５が設けられている。この球面状凹部５は、端面球面部３の頂点部分を部分的に凹状に窪ませたもので、球面状凹部５の曲率中心Ｏ３も中心軸線Ｘ上に位置している。この球面状凹部５の外縁部５１は円形で、玉ころ転動体１の大きさに応じて設定される。端面球面部３，４間の軸方向長さＷは、片方の端面球面部３の球面状凹部５の外縁部５１を通る面と他方の端面球面部４の頂点（中心軸線Ｘの交点）間の長さである。

玉ころ転動体１は、たとえば、焼きを入れていない金属球よりなるワーク１０から製作される。ワーク１０は、ボールベアリング用の焼き入れ前の生ボールである素球を使用することが好適である。製作工程は、まずワーク１０に球面状凹部５を製作する塑性変形工程と、転動球面部２の研削工程とから構成される。

塑性変形工程は、たとえば、図３に示すような塑性成形治具１００を用いる。
塑性成形治具１００は、ワーク１０の外周を押さえる筒状のリング治具１０１と、リング治具１０１を挟んで上下に配置される上型１０３および下型１０２と、を備えている。リング治具１０１は筒形状で下型１０２に組み付けられている。リング治具１０１にはパンチ１０４が挿入され、このパンチ１０４の端面に、ワーク１０の一部が着座する所定深さの凹部１０４ａが設けられている。凹部１０４ａはワーク１００の曲率半径と同一の曲率半径の球面形状となっている。上型１０３には、ワーク１０と同一径の焼き入れ鋼球よりなる球形の押圧具１０５が取り付けられ、この押圧具１０５によりリング治具１０１内に挿入されたワーク１０を圧縮し、ワーク１０に球面状凹部５が成形される。

図４（Ａ）は塑性変形工程の説明図である。
すなわち、プレス圧によって焼き入れ鋼球当接部は球面状凹部５となり、全体的にはリング治具１０１の軸方向に圧縮され、その分だけ径方向に膨らむ。ワーク１０の中央部周囲がリング治具１０１内周に押し付けられて直線状に塑性変形し、変形した中央直線部１０ａを挟んで両側の部分１０ｂ，１０ｃもワーク１０の初期の輪郭面よりも円弧状に膨らむので、元の球面よりも最終的な転動球面部の形状に近くなり、研磨代が少なくて済む。

この塑性変形したワーク１０について、図４（Ｂ）の２点鎖線で示すように、中央円筒部１０ａを含む所定範囲ｇを研削し、図４（Ｃ）に示すように、端面球面部３，４よりも曲率半径の大きい断面円弧状の転動球面部２を研削する。
研削は、図５（Ａ）に示すように、同一寸法の複数のワーク１０を互いに不動状態に接合して棒状のワーク列１１とし、各ワーク１０の中心を直線状に貫く仮想軸芯Ｘを形成し、センタレス研削盤の砥石車１５１と調整車１５２の間に送り込み、図５（Ｂ）に示すように、各中間ワーク１０の外周を同時研削し、所定寸法，形状の転動球面部２を加工する。

ワーク列１１は、隣接する一方のワーク１０の球面状凹部５に他方のワーク１０の球面状凹部５と球中心に対して反対側に位置する凹部対極部６を嵌合する。このように棒状に連結したワーク列１１の両端を、Ｎ極とＳ極の治具１２１，１２２によって挟み、各ワーク１０を磁気吸着して棒状にする。
このようにすれば、フーク１０の接触部が面接触となるので、接触部が滑ってずれることがなく、転動球面部２を正確に研削することができる。
また、上記玉ころ転動体１をパーツフィーダで搬送する場合、図２に示すように、色々の方向に転がりながら搬送されていくが、最終的に端面球面部３の球面状凹部５を下にした姿勢で安定し、整列する。

また、転動球面部４をラッピングする際にも、球面状凹部５の存在によって、転動球面部４の左右の方向が分かるので、中央から玉ころ転動体１を入れて螺旋溝を経て研磨され外周から出てきた玉ころ転動体の左右の向きを変え、再び中央からを挿入ラッピング送り左右を均等に研磨することができる。
さらに、玉ころ転動体１の寸法を測定する際にも、球面状凹部５を下にして立った状態で、球面状凹部５を基準にしてその幅および高さを正確に測定することができ、均質な玉ころ転動体１を得ることができる。

ベアリング，直線運動案内装置への玉ころ転動体１の組込を自動化する場合、玉ころ転動体１を整列させることが重要であり、本発明の玉ころ転動体によれば組込の自動化を進める重要な技術となる。
また、玉ころ転動体１は均一な寸法のものを揃えることが重要であり、本発明の玉ころ転動体１によれば、寸法を高精度に選別することができる。

図６には、本発明の玉ころ転動体を組み込んだ回転軸受２００を示している。
すなわち、内輪２０１外周と外輪２０２内周に設けられた対向する一対の軌道溝２０３，２０４間に玉ころ転動体１が組み込まれている。各軌道溝２０３，２０４は直交する軌道面２０３ａ，２０３ｂ；２０４ａ，２０４ｂを備えており、隣り合う玉ころ転動体１の回転軸が交互に直交するように配置されている。
このようなクロス配置構成とすれば、モーメント荷重対策としてアンギュラコンタクトの転動体列では２列必要なのに対して一列で済み、小型化を図ることができる。
また、玉ころ転動体１の組込は、外輪２０２に設けた組込穴２０５から組み込むようにすれば、玉ころ転動体１の特徴である整列性を活かして組み込みの自動化を図ることができる。組み込んだ後に栓体２０６にて閉塞される。

図７には、玉ころ転動体を組み込んだ直線運動案内装置３００を示している。
この直線運動案内装置３００は、軌道レール３０１の側面と移動ブロック３０２の左右脚部３０２ａ，３０２ｂの内側面に設けられた一対の軌道溝３０３，３０４間に玉ころ転動体１が組み込まれている。各軌道溝３０３，３０４は直交する軌道面３０３ａ，３０３ｂ；３０４ａ，３０４ｂを備えており、玉ころ転動体１の回転軸が交互に直交するように配置されている。
このようなクロス配置構成とすれば、上下左右の４方向の荷重を支持するためには左右に上下２列ずつの転動体列が必要なのに対して左右一列ずつで４方向の荷重に対応することができ、小型化を図ることができる。

なお、本発明の玉ころ転動体はクロス配置に組むことが可能なことが特徴であるが、各玉ころ転動体の回転軸を平行に配列するような回転軸受や直線運動案内装置にも適用することができ、クロス配置に限定されない。図８は、玉ころ転動体１をアンギュラコンタクトの軸受４００に適用した例、図９は玉ころ転動体１を４列の直線運動案内装置５００に適用した例である。

図１は本発明の実施の形態に係る玉ころ転動体を示すもので、同図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は側面図、同図（Ｃ），（Ｄ）はクロス配置した構成例を示す断面図である。図２は図１の玉ころ転動体の整列状態を模式的に示す説明図である。図３（Ａ），（Ｂ）は図１の玉ころ転動体の球面状凹部成形工程を示す模式図である。図４（Ａ）は図３のプレス工程の要部拡大断面図、同図（Ｂ）はワークのプレス後の形状を示す図、同図（Ｃ）はワークの研磨終了後の形状を示す図である。図５（Ａ）は図４（Ｂ）のプレスしたワークを研磨のため棒状に連結した状態を示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のワーク列の研磨後の状態を示す図である。図６（Ａ）は図１の玉ころ転動体を組み込んだ回転軸受を示す部分断面平面図、図６（Ｂ）は同図（Ａ）の部分断面図、図６（Ｃ）は同図（Ｂ）の玉ころ転動体に対して直交する配置の玉ころ転動体部分の部分断面図、同図（Ｄ）は組み込み穴の構成例を示す断面図である。図７は図１の玉ころ転動体を組み込んだ直線運動案内装置を示すもので、同図（Ａ）は正面断面図、同図（Ｂ）は玉ころ転動体列の循環路の断面図である。図８は図１の玉ころ転動体を組み込んだアンギュラコンタクト軸受の要部断面図である。図９（Ａ）は図１の玉ころ転動体を組み込んだ４列構成の直線運動案内装置を示す正面断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の玉ころ転動体列の循環路の断面図である。

符号の説明

１玉ころ転動体、２転動球面部、３，４端面球面部
５球面状凹部、５１外縁部
Ｒ０転動球面部の円弧半径
Ｒ１，Ｒ２端面球面部の曲率半径
ｄ転動球面部最大径
Ｗ端面球面部間の長さ
１０ワーク
１００塑性成形治具、１０１リング治具、１０３上型、１０２下型
１０４パンチ、１０４ａ凹部、１０５押圧具
２００回転軸受（クロス配置）
３００直線運動案内装置（クロス配置）
４００アンギュラコンタクト軸受（平行配置）
５００直線運動案内装置（平行配置）

Claims

転動球面部と、該転動球面部両端の球面状に膨らんだ左右の端面球面部と、を備え、前記転動球面部の円弧半径を端面球面部の曲率半径よりも大きくした玉ころ転動体において、
片側の端面球面部に端面球面部と同一曲率半径の球面状凹部を設けることにより、前記転動球面部の最大径よりも、球面状凹部の外縁部を通る面と他方の端面球面部の頂点間の長さである端面球面部間の長さを短くし、直交する軌道面を備えた一対の軌道溝間に回転軸を交互に直交するように配置可能としたことを特徴とする玉ころ転動体。