本発明の球面軸受を、添付の図面を用いて説明する。図2は、本発明の球面軸受の構成例を示す断面図であり、そして図3は、図2の球面軸受10の大球11を大球11に備えられたロッド21と共に傾斜移動させた状態を示す図である。但し、図2及び図3においては、球面軸受10をそのハウジング13及び環状保持器15のみを切断した断面として記入してある。
図4は、図2の球面軸受10が備える小球12及び環状保持器15をハウジング13の側から見た図であり、そして図5は、図4に記入した切断線I−I線に沿って切断した小球12及び保持器15の断面図である。すなわち、図5に示す環状保持器15は、球面軸受のハウジングの内部に収容された状態にて、その上面がハウジングの側に、そして下面が大球の側に配置される。
図2〜図5に示すように、本発明の球面軸受10は、大球11、そして大球11をその周囲に配設された複数個の小球12を介して収容保持するハウジング13などから構成されている。この球面軸受10の大球11には、ロッド21が固定されている。
本発明の球面軸受10は、前記の各々の小球12の周囲に、小球12を大球11の側及びハウジング13の側の各々に突き出させた状態にて回転自在に収容保持する透孔14を持つ環状の保持器15が装着され、そして保持器15の各々が下記の(1)〜(3)の要件を満たすことに主な特徴がある。
(1)保持器15の厚み(図5:T)が、小球12の直径(図5:D1)の50乃至95%の範囲内(例えば、78%)の長さにある。
(2)保持器15を厚み方向に均等に二分する平面27が、小球12の中心26よりも大球11の側(すなわち図5にて下側)にある。
(3)保持器15の前記平面27と小球12の中心26とが、小球12の直径(図5:D1)の1乃至24%の範囲内(例えば、6%)の距離にて離隔している。すなわち、保持器15の前記平面27と小球12の中心26との距離(図5:L)が、小球12の直径(図5:D1)の1乃至24%の範囲内(例えば、6%)の長さに設定されている。
また、この球面軸受10が備える小球(球体)12と環状の保持器15とが保持器付き球体を構成する。すなわち図5に示すように、保持器付き球体は、球体(小球)12、および球体12の周囲に装着されている、球体12を上下の各々に突き出させた状態にて回転自在に収容保持する透孔14を持つ環状の保持器15からなり、保持器15の厚みTが球体12の直径D1の50乃至95%の範囲内(例えば、78%)の長さにあり、そして保持器15を厚み方向に均等に二分する平面27と球体12の中心26とが、球体12の直径D1の1乃至24%の範囲内(例えば、6%)の距離にて離隔していることに主な特徴がある。
更にまた、前記の保持器付き球体が備える環状保持器15は、球体(小球)12を上下の各々に突き出させた状態にて回転自在に収容保持する、内側面が球体12に対応する球面14aに設定された透孔14を有しており、保持器15の厚みTが透孔14の球面14aの直径D2の50乃至95%の範囲内(例えば、78%)の長さにあり、そして保持器15を厚み方向に均等に二分する平面27と透孔の球面14aの中心(すなわち球体の中心)26とが、球面14aの直径D2の1乃至24%の範囲内(例えば、6%)の距離にて離隔していることに主な特徴がある。
なお、前記の透孔14の球面14aの直径D2は、球体(小球)12の直径D1よりも僅かに大きな直径(球体12のサイズにも依存するが、例えば、球体12の直径よりも5〜200μm、好ましくは10〜100μm程度大きな直径)に設定される。このように、環状保持器15の透孔14の球面14aの直径D2と、球体(小球)12の直径D1との差は僅かであるため、例えば、前記の保持器15の厚みT、そして保持器15を厚み方向に均等に二分する平面27と透孔14の球面14aの中心26との距離Lは、両者の直径の何れを用いて定めた場合であっても大きな差は生じない。
球面軸受10の大球11、小球12、ハウジング13、そしてロッド21の各々の材料としては、例えば、鋼、銅合金、あるいはステンレススチールなどの金属材料が用いられる。また、例えば、球面軸受が水中あるいは高温の環境下で使用される場合には、セラミック材料を用いることもできる。また、球面軸受を軽量化するために樹脂材料を用いることもできる。樹脂材料としては、球面軸受の剛性を高くするため、ポリフェニレンスルフィド樹脂に代表される結晶性の樹脂材料を用いることが好ましい。
球面軸受10では、大球11及びロッド21が傾斜移動することにより、大球11の表面に沿って配設された複数個の小球12の各々が転動する。このような複数個の小球12の転動によって、球面軸受10の大球11及びロッド21は、ハウジング13に対して大きな摩擦抵抗を生じることなく滑らかに傾斜移動(及び/又はロッド21の軸を中心に回転)することができる。
前記の複数個の小球12は、大球11とハウジング13との間隔が小球12の直径よりも僅かに小さな間隔(小球のサイズにも依存するが、例えば、小球の直径よりも1〜5μm程度小さな間隔)に設定されているため、大球11とハウジング13との間に加圧状態で配設される。このように、ハウジング13の内部には、大球11が複数個の小球12を介して緊密に支持された状態で嵌め合わされている。このため、球面軸受10は、特許文献1あるいは特許文献2の球面軸受の場合と同様に、その大球11及びロッド21を円滑かつ高精度に傾斜移動させることが可能であり、精密位置決め装置等への利用に適したものである。
球面軸受10においては、図2に示すように大球11及びロッド21を図に記入した矢印22が示す方向に傾斜移動させると、複数個の小球12の各々は互いに同じ方向に(矢印23aが示す方向に)回転しながら矢印23bが示す方向に移動(転動)する。
このため、仮に各々の小球12に環状保持器15が備えられていないと、各々転動する幾つかの小球が互いに接触した場合に、これらの小球が、その接触部にて各々の小球の表面が互いに逆向きに移動しながら擦れ合うために停止する場合がある。このように幾つかの小球の転動が停止すると、大球11及びロッド21を傾斜移動させるために必要なトルクの大きさが変動するため、これらを滑らかに傾斜移動させることができなくなる。
本発明の球面軸受10には、その各々の小球12を回転自在に収容保持する透孔14を持つ環状の保持器15が備えられている。このような環状保持器15が備えられていると、各々の小球12は、別の小球と接触することなく保持器15の透孔14の内部にて滑らかに転動を続けることができる。このため、球面軸受10は、その大球11及びロッド21を滑らかに傾斜移動させることができる。
環状保持器15は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、あるいはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂などの樹脂材料から形成することが好ましい。環状保持器15は、例えば、前記の樹脂材料を公知の成形法(例、射出成形法、圧縮成形法、あるいは注型法など)で成形したり、あるいは前記の樹脂材料から形成した部材を機械加工(例、切削加工)したりするなどして、簡単に作製することができる。
次に、本発明の球面軸受10が備える環状保持器15の特徴の理解を容易とするため、先ず、球面軸受に仮に公知の環状保持器を使用した場合の問題点について説明する。
図6は、球面軸受に仮に公知の環状保持器を使用した場合において、この球面軸受の保持器5の近傍の部位の構成を示す拡大断面図である。また、図7及び図8は、それぞれ図6の球面軸受の大球11を回転(傾斜移動)させた際の小球12及び環状保持器5の動作を示す図である。
図6に示すように、公知の環状保持器5において、保持器5を厚み方向に均等に二分する平面(図6の紙面に垂直な面)27は、小球12の中心26を含んでいる(すなわち保持器5の前記平面27と小球12の中心26とは離隔していない)。
環状保持器5は、小球12を中心として自在に回転(揺動)することができる。そして、例えば、環状保持器5が小球12を中心として時計周り方向に回転した場合には、先ず保持器5の表面上のA点が矢印28aが示す方向に移動してハウジング13の内側面に接触する。このため、環状保持器5は時計周り方向には更に回転することができなくなる。従って、環状保持器5の表面上のB点は、矢印28bが示す方向に移動するが大球11の表面に接触(到達)することはない。
一方、環状保持器5が小球12を中心として反時計周り方向に回転した場合には、先ず保持器5の表面上のC点が矢印28cが示す方向に移動してハウジング13の内側面に接触する。このため、環状保持器5は反時計周り方向には更に回転することができなくなる。従って、環状保持器5の表面上のD点は、矢印28dが示す方向に移動するが大球11の表面に接触(到達)することはない。
このように、公知の環状保持器5を球面軸受に用いた場合には、保持器5は、球面軸受の大球11の表面(凸面)とハウジング13の内側面(凹面)との間に配設されるため、小球12を中心として何れの方向に回転した場合であっても、大球11の表面には接触することなくハウジング13の内側面にのみ接触する。
そして、公知の環状保持器5を用いた球面軸受において、例えば、大球11を図7に記入した矢印29aが示す方向に回転(傾斜移動)させると、小球12は矢印30aが示す方向に回転しながら矢印31aが示す方向に移動(すなわち転動)する。そして環状保持器5は、回転する小球12との摩擦によって矢印32aが示す方向に回転する。この際に、環状保持器5は、転動する小球12の移動方向(矢印31aが示す方向)の前方側にてハウジング13の内側面に接触する。
このように、環状保持器5が小球12の移動方向の前方側にてハウジング13の内側面(凹面)に接触すると、保持器5が転動する小球12によってハウジング13の内側面に強く押し付けられて減速し、この保持器5の内側面に転動する小球12が強く押し付けられて停止する場合がある。
一方、例えば、大球11を図8に記入した矢印29bが示す方向に回転(傾斜移動)させると、小球12は矢印30bが示す方向に回転しながら矢印31bが示す方向に移動(すなわち転動)する。そして環状保持器5は、回転する小球12との摩擦によって矢印32bが示す方向に回転する。この際にもまた、環状保持器5は、転動する小球12の移動方向(矢印31bが示す方向)の前方側にてハウジング13の内側面に接触する。このため、前記の場合と同様に小球12の転動が停止する場合がある。
このように、公知の環状保持器5を用いた球面軸受では、大球11を何れの方向に回転させた場合であっても、保持器5が小球12の移動方向の前方側にてハウジング13の内側面に接触する。このため、公知の環状保持器5を用いた球面軸受では、小球12の転動が停止して、大球11及び大球11に備えられたロッドを円滑に傾斜移動できない場合がある。また、小球12の転動が停止しなかった場合であっても、環状保持器5が転動する小球によりハウジング13の内側面に強く押し付けられて摩耗するため、球面軸受の耐久性が低下する傾向にある。
従って、前記のような小球の移動方向の前方側での環状保持器とハウジングの内側面との接触の発生を防止あるいは抑制することが望ましい。
図9は、図2に示す本発明の球面軸受10の環状保持器15の近傍の部位の構成を示す拡大図である。また、図10及び図11は、それぞれ図9の球面軸受の大球11を回転(傾斜移動)させた際の小球12及び環状保持器15の動作を示す図である。
図9に示すように、本発明の球面軸受の環状保持器15では、保持器15を厚み方向に均等に二分する平面(図9の紙面に垂直な面)27が、小球12の中心26よりも大球11の側に配置されており、そして保持器15の前記平面27と小球12の中心26とが、小球12の直径(図5:D1)の1乃至24%の範囲内(例えば、6%)の距離にて離隔している。すなわち、保持器15の前記平面27と小球12の中心26との距離(図5:L)が、小球12の直径(図5:D1)の1乃至24%の範囲内(例えば、6%)の長さに設定されている。
そして本発明の球面軸受においては、例えば、環状保持器15が小球12を中心として時計周り方向に回転した場合には、先ず保持器15の表面上のB点が矢印28bが示す方向に移動して大球11の表面に接触する。このため、環状保持器15は時計周り方向には更に回転することができなくなる。従って、環状保持器15の表面上のA点は、矢印28aが示す方向に移動するがハウジング13の内側面に接触(到達)することはない。
一方、環状保持器15が小球12を中心として反時計周り方向に回転した場合には、先ず保持器15の表面上のD点が矢印28dが示す方向に移動して大球11の表面に接触する。このため、環状保持器15は反時計周り方向には更に回転することができなくなる。従って、環状保持器15の表面上のC点は、矢印28cが示す方向に移動するがハウジング13の内側面に接触(到達)することはない。
このように、本発明の球面軸受において、環状保持器15は、小球12を中心として何れの方向に回転した場合であっても、ハウジング13の内側面には接触することなく大球11の表面にのみ接触する。
そして、本発明の球面軸受において、例えば、大球11を図10に記入した矢印29aが示す方向に回転(傾斜移動)させると、小球12は矢印30aが示す方向に回転しながら矢印31aが示す方向に移動(すなわち転動)する。そして環状保持器15は、回転する小球12との摩擦によって矢印32aが示す方向に回転する。この際に、環状保持器15は、転動する小球12の移動方向(矢印31aが示す方向)の後方側にて大球11の表面に接触する。
一方、例えば、大球11を図11に記入した矢印29bが示す方向に回転(傾斜移動)させると、小球12は矢印30bが示す方向に回転しながら矢印31bが示す方向に移動(すなわち転動)する。そして環状保持器15は、回転する小球12との摩擦によって矢印32bが示す方向に回転する。この際にもまた、環状保持器15は、転動する小球12の移動方向(矢印31bが示す方向)の後方側にて大球11の表面に接触する。
このように、図9〜図11に示す本発明の球面軸受においては、大球11を何れの方向に回転させた場合であっても、保持器15は小球12の移動方向の後方側にて大球の表面に接触し、転動する小球12によってハウジング13の内側面(凹面)に強く押し付けられることがないため、前記のような小球12の転動の停止を防止することができる。従って、本発明の球面軸受は、その大球11及び大球11に備えられたロッドを円滑に傾斜移動することができる。また、本発明の球面軸受は、転動する小球12によって保持器15がハウジング13の内側面(凹面)に強く押し付けられて摩耗することがないため、優れた耐久性を示す。
そして本発明の球面軸受では、環状保持器15の厚み(図5:T)が、小球12の直径(図5:D1)の50乃至95%の範囲内(例えば、78%)の長さに設定される。
環状保持器の厚みが小球の直径の50%未満の長さに設定されていると、保持器15による小球の保持が不十分になったり、あるいは互いに隣接する小球の各々に備えられた保持器が両者の小球の間において互いに重なり合い、そして一方の小球の保持器が他方の小球に接触し、この小球の転動を停止させたりするなどの問題を生じ易い。その一方で、環状保持器の厚みが小球の直径の95%を超える長さに設定されていると、保持器が大球に接触する頻度が高くなるため、球面軸受の耐久性が低下する傾向にある。
環状保持器により確実に小球を保持し、そして保持器の大球への接触頻度を低下させるため、保持器15の厚みは、小球12の直径の55乃至90%の範囲内にあることが好ましい。
なお、図9に示す球面軸受において、環状保持器15を厚み方向に均等に二分する平面27と小球12の中心26との距離Lの長さを、小球の直径の1%の長さから次第に大きな長さに設定していくと、保持器は、先ずハウジングの内側面にのみ接触する(すなわち図示した角度αと角度βとが、α<βの関係を満たす)構成、次にハウジングの内側面と大球の表面との両者に接触する(α=βの関係を満たす)構成になり、そして大球の表面にのみ接触する(α>βの関係を満たす)構成になる。
前記の図9〜図11を用いて説明した球面軸受の環状保持器15は、前記のα>βの関係を満たす、すなわち保持器15が大球11の表面にのみ接触する構成を有している。そして本発明の球面軸受のうち、環状保持器が前記のα<βあるいはα=βの関係を満たす構成を有するものは、保持器のハウジング内側面への接触を防止することはできないが、保持器のハウジング内側面への接触を抑制することはできる。
すなわち、本発明の球面軸受においては、環状保持器15を厚み方向に均等に二分する平面27が小球12の中心26から大球11の側に所定の距離にて離隔しているため、保持器15の厚みを公知の保持器と同じ厚みに設定した場合には、保持器15が公知の保持器を用いる場合よりも大球11の側に配置されるため、保持器15のハウジング13の内側面への接触が抑制される。
従って、本発明の球面軸受のうち、環状保持器が前記のα<βあるいはα=βの関係を満たす構成を有するものは、公知の保持器を用いた球面軸受と比較して、大球をロッドと共に円滑に傾斜移動することができ、そして優れた耐久性を示す。
なお、前記の角度αは、図9に示すように環状保持器15を透孔14の中心軸17が大球11の中心を通るように配置した状態で軸17に沿って切断した断面において、保持器15の外縁上で且つ保持器15の回転方向において最もハウジング13の内側面の近くにある点(すなわちC点)からハウジング13の内側面にまで至る小球12と同心の円弧の各々の端部と小球12の中心26とを結ぶ線分33c、33cにより形成される角度を意味する。そして角度βは、環状保持器15の透孔14の中心軸17を挟んで前記C点がある側とは逆側にて、保持器15の外縁上で且つ保持器15の回転方向において最も大球の表面の近くにある点(すなわちD点)から大球11の表面にまで至る小球12と同心の円弧の各々の端部と小球12の中心26とを結ぶ線分33d、33dにより形成される角度を意味する。
本発明の球面軸受において、環状保持器15の厚みを均等に二分する平面27と小球12の中心26との距離(図5:L)は、小球12の直径(図5:D1)の1乃至10%、特に2乃至10%の範囲にあることが好ましい。前記の距離Lが短すぎると環状保持器15のハウジング13の内側面への接触を十分に抑制することができず、その一方で距離Lが長すぎると保持器15が小球12を極端に大球11の側にて保持するようになり、保持器15による小球12の保持が不十分になる(小球12が保持器15から外れやすくなる)傾向にある。
更に、本発明の球面軸受においては、環状保持器15の厚みを均等に二分する平面27と小球12の中心26との距離(図5:L)を調節して、上記のように保持器15を大球11にのみ接触する構成とすることが特に好ましい。球面軸受に用いる大球の直径、小球の直径、そしてハウジングの内側面の直径が定まれば、環状保持器が大球にのみ接触するように前記の距離Lを幾何学的に決定する(例えば、図9に示す角度αと角度βとがα>βの関係を満足するように前記の距離Lを決定する)ことができる。
また、図9に示す環状保持器15の外径は、小球12の直径の約1.4倍の長さに設定されている。環状保持器15の外径は、小球12の直径の1.1乃至5.0倍、特に1.1乃至3.0倍の範囲内の長さに設定することが好ましい。
環状保持器15の外径が小さ過ぎると、小球を保持器の透孔に押し込む際に保持器に変形を生じ易くなり、その一方で保持器15の外径が大きすぎると、ハウジングの内部に収容できる小球の数が少なくなるために球面軸受の耐荷重が減少する。なお、環状保持器15の外径とは、保持器15を透孔14の中心軸17に垂直で且つ透孔14の中心(すなわち小球12の中心)26を含む平面に沿って切断した断面の外径を意味する。
図2及び図3に示すように、本発明の球面軸受10のハウジング13の内側面には、大球11とハウジング13の内側面との間隔を、小球12の直径よりも僅かに大きな間隔(例えば、小球の直径よりも1μm程度大きな間隔)に設定する凹部24が形成されていることが好ましい。これにより、図2に示す球面軸受10のロッド21に上下方向に加わる荷重は、凹部24にて加圧状態から解放された小球に集中して付与されることはなく、この凹部24の外側にて大球11の周囲に配設された多数の小球に分散して付与されるため、球面軸受10の耐荷重を増加させることができる。
このように、ハウジング13の内側面に凹部24が形成され、例えば、凹部24に配置された小球12aが、仮に環状保持器15aがハウジング13の内側面に接触した状態で凹部24の外側にまで転動すると、保持器15aと凹部24の端部にある段差とが係合して小球12aの転動が停止する場合がある。
本発明の球面軸受では、環状保持器とハウジングの内側面との接触が防止あるいは抑制(接触の頻度が低減)されているため、前記の保持器とハウジングの凹部の段差との係合による小球の停止を防止あるいは抑制(小球が停止する頻度を低減)することができる。特に、図2及び図3に示す球面軸受10では、ハウジング13の内側面に凹部24が形成されている場合であっても、環状保持器15とハウジング13の内側面とが接触することがないため、保持器15と凹部24の段差とが係合して小球12が停止することはない。
また、球面軸受10のハウジング13の蓋13bの内周面には、蓋13bの内周面と大球11との間隔を小球12の直径よりも大きな間隔(例えば、小球12の直径よりも10〜20μm程度大きな間隔)に設定する環状の凹部81と、前記内周面と大球11との間隔を小球12の直径よりも小さな間隔(例えば、小球の直径よりも20〜50μm程度小さな間隔)に設定する環状の凸部82とが備えられていることが好ましい。この環状の凸部82は、ハウジング13の外部への小球12の脱落を防止するために設けられている。
仮に、ハウジング13の蓋13bの内周面に環状の凹部81が形成されていないと、大球11を極端に大きく傾斜移動させた際にハウジング13の本体13aの内部から蓋13bの内部へと転動する小球が、蓋13bの内周面に強く接触して停止する場合がある。そして、この停止した小球を保持する環状保持器に、別の環状保持器が接触してその内部に保持されて転動している小球が停止する場合がある。このように、幾つかの小球が停止すると、球面軸受の大球及びロッドの円滑な傾斜移動が妨げられる。
一方、ハウジング13の蓋13bの内周面に環状の凹部81が形成されていると、大球11を極端に大きく傾斜移動させた際にハウジング13の本体13aの内部から蓋13bの内部へと転動する小球は、前記の環状の凹部81に到達すると加圧状態から解放されて凹部81の内部を自由に移動することができるようになる。すなわち前記の小球が蓋13bの内周面に強く接触して停止することはない。このため、球面軸受10は、その大球11及びロッド21を滑らかに且つ大きく傾斜移動させることができる。なお、前記の環状の凹部は、ハウジング13の本体13aの内側面の下端部に形成されていてもよい。
図2及び図3に示す球面軸受10は、例えば、次のような手順によって簡単に組み立てることができる。
先ず、球面軸受10の大球11の周囲に配置される小球12の各々を、それぞれ環状保持器15の透孔14の内部に押し込んで、保持器15にて保持する。次に、ハウジング13の本体13aを開口が上方を向くようにして(図2の場合とは上下の向きが逆になるようにして)配置する。この本体13aの内部に、各々環状保持器15によって保持された所定の数(概ね本体13aの内側面の下側の半球部分に配置できる数)の小球12を、本体13aの内側面に沿って並べて配置する。そして、本体13aの内部に、ロッド21が固定された大球11を挿入する。この大球11とハウジング13の本体13aとの間隙に、各々環状保持器15によって保持された残りの小球12を押し入れる。最後に、ハウジング13の本体13aに、例えば、ボルト(図示は略する)を用いて蓋13bを固定することにより、球面軸受10を組み立てることができる。
このように、本発明の球面軸受は、保持器の製造に複雑な機械加工(例えば、特許文献1の球面軸受が備える中空球形の保持器を作製する際の保持器分割体の湾曲面への穴あけ加工)を必要としないため、その製造が容易である。そして、本発明の球面軸受では、各々の小球の周囲に環状の保持器が装着されているため、大球を傾斜移動(回転)させた際に転動する小球同士が互いに接触して停止することはない。また、本発明の球面軸受は、小球の移動方向の前方側での環状保持器とハウジング内側面との接触が防止あるいは抑制(接触の頻度が低減)されているため、このような接触により減速した保持器の内側面と転動する小球との接触による小球の停止を防止あるいは抑制(小球が停止する頻度を低減)することができる。更に本発明の球面軸受では、各々の環状保持器の厚みが小球の直径(すなわち大球とハウジングとの間隔)の50%以上の厚みを有しており、互いに隣接する小球の各々に備えられた保持器が両者の小球の間において互いに重なり合うことがないため、一方の小球が備える保持器が他方の小球に接触して、この小球の転動を停止させることがない。このように、本発明の球面軸受は、各々の小球が、小球の転動の停止を防止あるいは抑制することができる特に球面軸受に適した構成の環状保持器により保持されているため、その大球(あるいは大球及び大球に固定されたロッド)を円滑に傾斜移動することができる。
図12は、本発明の球面軸受の別の構成例を示す断面図であり、そして図13は、図12の球面軸受の大球11を大球11に備えられたロッド21と共に傾斜移動させた状態を示す図である。但し、図12及び図13においては、球面軸受10をそのハウジング13、環状保持器65、そして環状押圧具101のみを切断した断面として記入した。
この球面軸受60の環状保持器65の厚みは、小球12の直径の72%の長さに、保持器65を厚み方向に均等に二分する平面27と小球12の中心26との距離は、小球12の直径の8%の長さに、そして保持器65の外径は、小球12の直径の1.3倍の長さに設定されている。この環状保持器65は、大球11の表面にのみ接触する。
図12及び図13に示す球面軸受60の構成は、各々の環状保持器65の外周面に、大球11の中心を頂点16とし且つ保持器65の中心軸17に対して対称な円錐18の円錐面に相当する円錐面19が形成されていること、環状の押圧具101が備えられていること、そして保持器65の各々の開口の周縁部を、例えば、円筒状に切り欠いて形成した切り欠き部102a、102bが備えられていること以外は図2の球面軸受10と同様である。
図12及び図13に示すように、球面軸受60の各々の環状保持器65は、その外周面に形成された円錐面19にて隣りに配置された保持器と線接触するため、保持器65の中心軸17が大球11の中心を通るように配置された状態にて安定する。すなわち、各々の環状保持器65は、その周囲に配置された保持器に支えられた状態で安定に配置されるため、その大球11の表面との接触による摩耗が低減される。このため、球面軸受60は、更に優れた耐久性を示す。
また、本発明の球面軸受は、環状保持器がハウジングの内側面にのみ接触する、あるいはハウジングの内側面及び大球の表面の各々に接触する構成を有する場合であっても、保持器に前記の円錐面が形成されていると、ハウジングとの接触、あるいはハウジング及び大球の各々との接触による保持器の摩耗が低減されるため、更に優れた耐久性を示す。
なお、前記の「保持器の中心軸」とは、保持器65をその中心軸が大球11の中心を通るように配置した状態における中心軸17を意味している。また、「円錐18の円錐面に相当する円錐面19が形成されている」とは、円錐18の円錐面の一部分に相当する円錐面19が形成されていることを意味する。この「円錐18の円錐面に相当する円錐面19」には、円錐18の円錐面に対して±5度以内(好ましくは±3度以内)の角度を以て傾斜している円錐面が含まれる。
また、図12に示す球面軸受60のロッド21を、図に記入した矢印34aが示す方向に傾斜移動させると、小球12aが環状の凹部81に到達して加圧状態から解放される。
仮に、環状押圧具101が備えていない場合には、前記のように小球12aが環状の凹部81に配置された状態から、ロッド21を前記とは逆の方向に傾斜移動させた場合であっても、前記の小球12aは加圧状態から解放されて転動しないために凹部81に配置された状態を保つ。このように小球12aが環状の凹部81に配置されたままであると、この小球12aは、ロッド21に加わる荷重を受けることができないため、球面軸受60の耐荷重が低下する。
一方、環状押圧具101が備えられていると、前記のように小球12aが環状の凹部81に配置された場合であっても、図13に示すようにロッド21を図に記入した矢印34bが示す方向に傾斜移動させた際に、環状押圧具101の図の右端の部分がロッド21によって上方に押し上げられ、これにより凹部81に配置された小球12aが大球11とハウジング本体13aとの間に押し戻されるため、球面軸受の耐荷重の低下が抑制される。なお、環状押圧具101は、ハウジング13の蓋13bの環状の凸部82の径よりも大きな外径を有しているため、ハウジング13の外部に脱落することはない。
また、環状押圧具101は、ハウジング13の内部にゴミや埃等が侵入し、これが原因でハウジング内にて転動する小球が停止した場合であっても、この小球を保持する環状保持器を(直接的にあるいは別の小球を保持する環状保持器を介して)押圧して転動を再開させる機能も有している。例えば、図13に示す小球12bが停止した場合、ロッド21を図に記入した矢印34bが示す方向に更に傾斜移動させると、ロッド21が環状押圧具101の図の右端の部分を小球12aと共に上方に押し上げ、この小球12aを保持する保持器65aが保持器65bを小球12bと共に上方に押し上げるため、小球12bの転動を再開させることができる。
環状押圧具101は、大球11の場合と同様の材料から形成される。環状押圧具101は、押圧具101との接触による小球12の転動の停止を抑制するため、含油プラスチックや含油金属から形成することもできる。
また、前記のように環状保持器65が、その各々の開口の周縁部を、例えば、円筒状に切り欠いて形成した切り欠き部102a、102bを備えていると、保持器65の内側面に小球12が押し付けられた際の前記周縁部(機械的な強度が小さい部分)の破損を防止することができる。
図14は、本発明の球面軸受に有利に用いることができる環状保持器の更に別の構成例を示す平面図であり、図15は、図14に記入した切断線II−II線に沿って切断した環状保持器135の断面図であり、そして図16は、図15に示す環状保持器135の透孔14の内部に小球12を収容保持させた状態を示す断面図である。なお、図15及び図16に示す環状保持器135は、球面軸受のハウジングの内部に収容された状態にて、その上面がハウジングの側に、そして下面が大球の側に配置される。
この環状保持器135の厚みは、透孔14の球面の直径の78%の長さに、保持器135を厚み方向に均等に二分する平面27と透孔14の球面の中心(すなわち小球12の中心)26との距離Lは、透孔14の球面の直径の3%の長さに、そして保持器135の外径は、透孔14の球面の直径の1.4倍の長さに設定されている。このような環状保持器135を用いることにより、球面軸受の保持器とハウジングの内側面との接触を防止あるいは抑制することができる。
環状保持器135の構成は、保持器135の内側面(透孔14の球面)に複数本の溝131が形成されていること以外は図12に示す環状保持器65と同様である。
このように、環状保持器135の内周面に溝131が形成されていると、球面軸受の大球とハウジングとの間に潤滑剤(例、グリース)を充填した場合に、この潤滑剤が前記の溝131の内部に保持される。そして、この溝131に保持された潤滑剤が、小球12の表面に長期間にわたって供給され続け、小球と、保持器、大球あるいはハウジングとの摩耗が低減されるため、球面軸受の耐久性が向上する。なお、この溝131の形状に特に制限はなく、例えば、環状保持器の内周面に、その周方向に沿って溝が形成されていてもよいし、あるいは保持器の軸を中心として螺旋状に溝が形成されていてもよい。
図17は、本発明の球面軸受に有利に用いることができる環状保持器の更に別の構成例を示す断面図である。但し、図17においては、環状保持器165をその透孔14の内部に小球(球体)12を収容保持させた状態にて示した。なお、図17に示す環状保持器165は、球面軸受のハウジングの内部に収容された状態にて、その上面がハウジングの側に、そして下面が大球の側に配置される。
この環状保持器165の厚みは、透孔14の球面(小球12の球面に対応する球面)の直径の83%の長さに、保持器165を厚み方向に均等に二分する平面27と透孔14の球面の中心(すなわち小球12の中心)26との距離Lは、透孔14の球面の直径の4%の長さに、そして保持器165の外径は、透孔14の球面の直径の1.4倍の長さに設定されている。このような環状保持器165を用いることにより、球面軸受の保持器とハウジングの内側面との接触を防止あるいは抑制することができる。
図17に示す環状保持器165の構成は、保持器165の透孔14の球面(小球12の球面に対応する球面)に凹部161が形成されていること以外は図16に示す環状保持器135と同様である。このように、前記の溝に代えて凹部161を形成した場合であっても、潤滑剤が凹部161の内部に保持されるため、球面軸受の耐久性が向上する。
なお、環状保持器165では、透孔14の球面(小球の球面と対応する球面)のほぼ全域に凹部が形成されている。このような場合には、前記の「保持器の透孔の球面の直径」を「小球の直径」とし、そして「保持器の透孔の球面の中心」を「小球の中心」として、保持器の厚み、保持器を厚み方向に均等に二分する平面と透孔の球面の中心(すなわち小球の中心)との距離、そして保持器の外径の設定を行なうことにより環状保持器165を構成することができる。
図18は、本発明の球面軸受に有利に用いることができる環状保持器の更に別の構成例を示す断面図である。但し、図18においては、環状保持器175をその透孔14の内部に小球12を収容保持させた状態にて示した。なお、図18に示す環状保持器175は、球面軸受のハウジングの内部に収容された状態にて、その上面がハウジングの側に、そして下面が大球の側に配置される。
この環状保持器175の厚みは、透孔14の球面の直径の83%の長さに、保持器175を厚み方向に均等に二分する平面27と透孔14の球面の中心(すなわち小球12の中心)26との距離Lは、透孔14の球面の直径の3%の長さに、そして保持器175の外径は、透孔14の球面の直径の1.3倍の長さに設定されている。このような環状保持器175を用いることにより、球面軸受の保持器とハウジングの内側面との接触を防止あるいは抑制することができる。
図18に示す環状保持器175の構成は、保持器175に、その内周面と外周面とを結ぶ細孔171が備えられていること以外は図16に示す環状保持器135と同様である。このように、前記の溝に代えて細孔171を形成した場合であっても、潤滑剤が細孔171の内部に保持されるため、球面軸受の耐久性が向上する。
図19は、本発明の球面軸受の更に別の構成例を示す断面図である。但し、図19においては、球面軸受70をそのハウジング13のみを切断した断面として記入した。図20は、図19の球面軸受70が備える小球12及び環状保持器75の拡大図であり、そして図21は、図20に示す小球12及び環状保持器75の底面図である。
この球面軸受70の環状保持器75の厚みは、小球12の直径の71%の長さに、保持器を厚み方向に均等に二分する平面27と小球12の中心26との距離は、小球12の直径5%の長さに、そして保持器75の外径は、小球の直径の1.3倍の長さに設定されている。この環状保持器75もまた、大球11の表面にのみ接触する。
図19〜図21に示す球面軸受70の構成は、各々の環状保持器75の外周面に、大球11の中心を頂点76とし且つ保持器75の中心軸17に対して対称な角錐(八角錐)78の角錐面に相当する角錐面79が形成されていること以外は図2の球面軸受10と同様である。この環状保持器75の外周面は、図20及び図21に示すように前記の角錐面79が形成されている円錐状の表面75a、この表面75aに接続する球状の表面75b、及びこの表面75bに接続する円錐状の表面75cから構成されている。
図19に示すように、球面軸受70の各々の環状保持器75は、その外周面に形成された角錐面79にて隣りに配置された環状保持器と面接触するため、保持器75の中心軸17が大球11の中心を通るように配置された状態にて安定する。すなわち、各々の環状保持器75は、その周囲に配置された保持器に支えられた状態で安定に配置されるため、その大球11の表面との接触による摩耗が低減される。このため、球面軸受70は、更に優れた耐久性を示す。
また、本発明の球面軸受は、環状保持器がハウジングの内側面にのみ接触する、あるいはハウジングの内側面及び大球の表面の各々に接触する構成を有する場合であっても、保持器に前記の角錐面が形成されていると、ハウジングとの接触、あるいはハウジング及び大球の各々との接触による保持器の摩耗が低減されるため、更に優れた耐久性を示す。
なお、前記の「保持器の中心軸」とは、保持器75をその中心軸が大球11の中心を通るように配置した状態における中心軸17を意味している。また、「角錐78の角錐面に相当する角錐面79が形成されている」とは、角錐78の角錐面の一部分に相当する角錐面79が形成されていることを意味する。この「角錐78の角錐面に相当する角錐面79」には、前記の角錐の角錐面に対して±5度以内(好ましくは±3度以内)の角度を以て傾斜している角錐面が含まれる。
図22は、本発明の球面軸受の更に別の構成例を示す断面図である。但し、図22においては、球面軸受180をそのハウジング183のみを切断した断面として記入した。
この球面軸受180が備える環状保持器105の厚みは、小球12の直径の69%の長さに、保持器105を厚み方向に均等に二分する平面と小球12の中心との距離は、小球12の直径5%の長さに、そして保持器105の外径は、小球12の直径の1.2倍の長さに設定されている。この環状保持器105は、大球11の表面にのみ接触する。
図22の球面軸受180の構成は、ハウジング183が上下の各々に開口する空洞部を持つ本体183aと、本体183aの各々の開口近傍の部位に形成された溝に嵌め合わされた環状の蓋183bとから構成されていること、大球11にハウジング183の本体183aの各々の開口から外部に突き出された合計で二本のロッド21a、21bが備えられていること、そして各々の環状保持器105の外周面に、大球11の中心を頂点16とし且つ保持器105の中心軸17に対して対称な円錐18の円錐面に相当する円錐面が形成されていること以外は図2の球面軸受10と同様である。
このように、本発明の球面軸受の大球11には、図22に示すように上下の各々に合計で二本のロッドが固定されていてもよい。球面軸受180は、例えば、各種の産業用ロボットの部品(例、駆動装置と駆動対象物とを連結するジョイント)として有利に用いることができる。
球面軸受180において、ハウジング183の本体183aは、図2に示すハウジング13の本体13aと同様の材料から形成される。一方、ハウジング183の蓋183bは、例えば、金属材料や樹脂材料などの弾性を示す材料から形成されており、周方向の一部分が切り欠かれて間隙が形成された環状の形状(図22の上側から見て略C字形状)を有している。
蓋183bは、その外周側から力を付与すると前記間隙が狭くなり、その外径が小さくなるように変形し、この力の付与を停止すると元の形状に復帰する。従って、蓋183bは、その外周側から力を付与してその外径が小さくなるように変形させた状態でハウジング183の本体183aの開口から内部に挿入されると、本体183aの開口近傍の部位に形成された溝に到達した際に外径が拡がって(蓋183bが元の形状に復帰して)前記溝に嵌め合わされる。このように、ハウジング183の本体183aに嵌め合わされた蓋183bを利用して、ハウジング183の外部への小球12の脱落を防止することもできる。
図23は、本発明の球面軸受の更に別の構成例を示す断面図である。但し、図23においては、球面軸受190をその大球191、ハウジング183、および環状押圧具192のみを切断した断面として記入した。
図23の球面軸受190の構成は、大球191がロッドを備えておらす、ロッドを挿入固定する透孔191aを備えていること、そして大球191の透孔191aの上下の開口の各々に環状押圧具192が圧入されて固定されていること以外は図22の球面軸受180と同様である。
球面軸受190は、図24に示すように大球191の透孔(図23:191a)の内部にロッド201を挿入し仮固定した状態にて使用される。ロッド201は、大球191の透孔に挿入されたのちに、例えば、ナット202a、202bを用いて大球191を締め付けることにより大球191に仮固定される。このように、本発明の球面軸受の大球には、必ずしも予めロッドが固定されている必要はない。
また、環状押圧具192は、ハウジング183の内部で転動する小球12が停止した場合であっても、この小球12を保持する環状保持器105を(直接的にあるいは別の小球を保持する環状保持器を介して)押圧して転動を再開させる機能を有している。このように、環状押圧具192は、大球191に固定されていてもよい。