JP7324715B2 - カム装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ローラギヤカム機構を動力伝達要素とし出力軸を回転させるカム装置において、出力軸を支持する軸受の構造に関する。
ローラギヤカム機構は、図１に示すように、入力軸であるスクリュー形状のカム１０と、ローラフォロア２０を備え入力軸に直交配置した出力軸（タレット）３０によって構成される。例えば特許文献１は、バックラッシがなく、高剛性、高伝達効率を有するローラギヤカム機構について開示している。このローラギヤカム機構の入力軸、出力軸をそれぞれ軸受によってハウジングに回転可能に支持し、カム装置とする場合がある。
特許文献１では、主にカム形状とローラフォロアの配置の工夫により性能の向上を得ているが、ローラギヤカム機構を動力伝達要素として出力軸を回転させるカム装置の性能は、入力軸、出力軸を支持する軸受の構造及び軸受の取付方法にも大きく依存する。軸受はそれぞれの要求特性により異なる型式の軸受が選定される。従来選定される軸受の一例として、例えば特許文献２に開示されているような、出力軸には特別な加工をせず、出力軸が、ハウジングに固定された出力軸用の軸受とは全く独立の要素として構成されているものもあるが、出力軸と軸受の回転中心が完全に一致しないために出力軸が偏心しながら回転し、回転精度や位置決め精度等に悪影響を及ぼす欠点と、カム装置全体のサイズが大きくなるという欠点を有する。一方、カム装置の小型化、回転の高精度化を図るため、出力軸と軸受をより一体化させた構造のカム装置が、特許文献３に開示されている。
回転の高精度化、小型化を目的とした出力軸の軸受には、良好な回転精度と高い剛性が同時に要求される。図２に示す従来技術のカム装置の他の一例では、１列のラジアル軸受部６１と２列のアキシャル軸受部６２、６３を組み合わせた３列構造とすることにより要求性能を得ている。アキシャル、ラジアルそれぞれの軸受は、予圧が加わるように隙間調整され、それぞれの軸受の組立は、内輪４１とアキシャル軸受部の軌道輪４２を出力軸３０に、外輪５０を第１のハウジング７１に、出力軸３０の周囲に同心円上に配置された複数のボルト８１、８２でそれぞれ固定する。また出力軸３０はハウジング７０にシール８３、８４を介して固定され、これによりハウジング内の潤滑剤は封入されている。
特開２０１７－０８９６６３号公報 特開２００１－２８７１３８号公報 特許第４８３４２１６号公報
図２において、断面がＬ字形状の内輪４１は、第１のアキシャル軸受部６２の出力軸側軌道面とラジアル軸受部６１の出力軸側軌道面を有しており、その内径面４３が出力軸と嵌め合わされている。内輪４１の出力軸３０への固定は、もう一方の第２のアキシャル軸受部６３が接するアキシャル軌道輪４２と共に、複数のボルト８１で共締めされている。このため、内輪４１にはボルト挿入用の貫通穴８５が複数あけられており、この内輪４１の貫通穴８５は図３の（Ａ）に示すように、ラジアル軸受部６１の出力軸側軌道面３１の近傍に位置する。このため、内輪４１の内径面４３からラジアル軸受部６１が接する内輪４１の出力軸側軌道面３１までの肉厚は、貫通穴８５のある部分がボルト８１周囲の隙間の分だけ他の箇所より薄肉となっており、全周が均一の肉厚ではない。その結果、ラジアル軸受部６１への予圧時やラジアル荷重負荷時に、内輪４１の出力軸側軌道面３１の形状が、無負荷時に真円であるものが負荷時にはボルト挿入用貫通穴の本数に倣った多角形状になってしまう。この真円度の劣化が出力軸の回転に悪影響を与え、回転精度の悪化や、回転トルクにムラが生じて高効率化を妨げるとともに振動や騒音を発生させるという課題があった。
この、内輪の軌道面の真円度が劣化する問題は、内輪の軌道面３１とボルト穴８５の距離を、予圧時に真円度に影響が出ない程度に十分に大きくする事で解決することもできるが、それによりハウジングの寸法が大きくなってしまうという別の問題が生じる。
さらに、従来技術では、ハウジング７０や出力軸（タレット）３０に軸受６０を取付ける構造のために、ハウジング７０や出力軸３０及び軸受６０の加工誤差や組立誤差が累積することにより、出力軸３０の回転精度が保てず、要求性能を満たさない場合は再加工や再組立て作業を行なわねばならないという課題があった。
このような問題を解決する１つの方法として、上記特許文献３では、カム機構によって回転される回転軸体（タレット）を保持する軸受として、外側軌道部、内側軌道部、これらの間で転動する複数の転動体、及びこれらの複数の転動体を保持するための保持器からなるクロスローラ軸受を用い、転動体を案内するＶ形状の溝を回転軸体の円周上に回転方向に沿って直接加工し、内側軌道面とする方法がとられている。しかしながら、クロスローラ軸受では内側軌道部、及び外側軌道部が回転軸体、及び外輪にそれらの中心軸に対して斜めに形成され、転動体が荷重を受ける面を斜めに案内するため、カム装置の回転中にアキシャル方向（中心軸に平行な方向）、ラジアル方向（回転中心軸に垂直な方向）のそれぞれの荷重を受けると、転動体の傾きに応じて斜め方向の反力が発生して出力軸の回転中心が傾いてしまい、その結果回転精度が劣化する課題があった。また転動体が受けられる荷重は、転動体の接触面が荷重方向に対し垂直な場合と比較して低下し、その結果軸受剛性も相対的に低下する課題もあった。
更に前記軸受剛性が相対的に低下することにより、カム装置外部から受ける荷重に対して不利になるのみならず、カム装置内部で発生する荷重や回転トルク変動に対しても不利となる。例えばローラギヤカム機構の機構学的な矛盾（理論誤差）や構成部品の製造過程における加工精度や組立精度のバラツキに起因して、カム装置内部で入出力軸の回転トルクの変動が発生し、これが軸受に作用することで回転軸体（タレット）を変位させてしまう場合がある。その結果、カム装置の回転品位の低下や回転精度が劣化する課題もあった。
これらの問題を総合的に解決する手段として、本発明では、出力軸の外周にラジアル軸受部用とアキシャル軸受部用の２種類の軌道面を形成し、さらに内輪を出力軸と一体形状とし、従来ラジアル軌道面の近傍にあった、内輪取付けボルト８１の挿入用貫通穴８５のない構造とした。
本発明によるカム装置は以下のように構成される。
入力軸であるスクリュー形状のカムと、ローラフォロアを外周に備え入力軸と直交配置した出力軸（タレット）と、該出力軸をハウジングに回転可能に固定する軸受とを備え、前記入力軸の回転が前記カムフォロアを介して前記出力軸の回転に変換されるカム装置において、
前記軸受は、前記出力軸のラジアル方向の荷重を受ける１列のラジアル軸受部と、前記出力軸のアキシャル方向の対向する荷重をそれぞれ受ける２列のアキシャル軸受部とを含み、
前記１列のラジアル軸受部と前記２列のアキシャル軸受部はそれぞれ複数の転動体と保持器から構成され、
前記ラジアル軸受部の前記転動体の列が前記出力軸の外周面に回転可能に接触し、この接触面が前記ラジアル軸受部の出力軸側軌道面となり、前記２列のアキシャル軸受部の内の１列の前記アキシャル軸受部の前記転動体の列が前記出力軸の外周面に回転可能に接触し、他の１列の前記アキシャル軸受部の前記転動体の列は、前記出力軸の外周面、または前記出力軸に固定された第１のリング状部品の表面に回転可能に接触し、これら２列の接触面が前記アキシャル軸受部の出力軸側軌道面を形成し、
前記ラジアル軸受部と前記２列のアキシャル軸受部の内の１列のアキシャル軸の前記転動体の列が、前記出力軸の周囲に配置されて前記ハウジングに固定された第２のリング状部品の表面、または直接前記ハウジングの内面に回転可能に接触し、これらの接触面がそれぞれ前記ラジアル軸受部の外側軌道面、及び前記アキシャル軸受部の外側軌道面を形成し、他の１列の前記アキシャル軸受部の前記転動体の列は、前記第２のリング状部品の表面に回転可能に接触し、前記アキシャル軸受部の別の外側軌道面を形成し、
前記外側軌道面により前記軸受が前記ハウジングに回転可能に支持されている。
なお、前記第１のリング状部品が前記出力軸の外周に固定されていてもよい。あるいは前記第１のリング状部品が前記出力軸と同じ内径を有し、前記出力軸の一部を構成していてもよい。
前記ラジアル軸受部の出力軸側軌道面と外側軌道面がそれぞれ前記アキシャル方向に平行で、前記２列のアキシャル軸受部の出力軸軌道面と外側軌道面がそれぞれ前記アキシャル方向に垂直であってよい。
これにより、上記の内輪の出力軸側軌道面の真円度が、予圧時やラジアル荷重負荷時にボルト挿入用貫通穴の本数に倣った多角形状になってしまい劣化するという問題を、ボルトとラジアル軸受部の出力軸側軌道面の間のラジアル方向の距離を拡大させることなく解決し、上記真円度の劣化を防止できる。その結果、出力軸の回転精度が改善されたカム装置を提供できる。
ローラギヤカム機構の構造を示す模式図である。 従来技術によるカム装置の一例の断面図である。 従来技術によるカム装置のＡ－Ａ面の断面図（Ａ）、及び本発明の第１の実施例によるカム装置のＢ－Ｂ面の断面図（Ｂ）である。 本発明の第１の実施例によるカム装置の断面図である。 本発明の第１の実施例によるカム装置の軸受近傍の拡大断面図である。 本発明の第１の実施例の別の形態によるカム装置の断面図である。 本発明の第１の実施例のまた別の形態によるカム装置の断面図である。 本発明の第２の実施例によるカム装置の断面図である。 本発明の第３の実施例によるカム装置の断面図である。 本発明の第３の実施例によるカム装置の軸受近傍の拡大断面図である。 ローラギヤカム機構の別の形態の構造を示す模式図である。 ローラギヤカム機構のまた別の形態の構造を示す模式図である。 ローラギヤカム機構の更に別の形態の構造を示す模式図である。 ローラギヤカム機構のまた更に別の形態の構造を示す模式図であり、ローラフォロアの回転軸が出力軸と平行な場合である。
本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら以下に説明する。
本発明の第１の実施例によるカム装置の断面図を図４に示す。図２の従来技術のカム装置と同様に、軸受６０は１列のラジアル軸受部６１と２列のアキシャル軸受部６２、６３を組合せた３列構造であり、ラジアル軸受部６１と第１と第２のアキシャル軸受部６２、６３は、それぞれ複数の転動体６５が保持器６６によりリング状に配列された構成で、それぞれの転動体６５が回転して出力軸（タレット）３０が回転する。図４の軸受近傍の拡大図を図５に示す。
本実施例では、出力軸３０の周囲にラジアル軸受部６１の出力軸側軌道面３１と第２のアキシャル軸受部６３の出力軸側軌道面３３が直接形成され、それぞれの転動体が出力軸側軌道面３１、３３に回転可能に接触している。図２に示した従来技術のカム装置の内輪４１とアキシャル軸受部の軌道輪４２は、本実施例では出力軸（タレット）３０と一体化した構成となっている。一方、第１アキシャル軸受部６２の出力軸側軌道面３２は、出力軸３０にボルト８１で固定された第１のリング状部品（アキシャル軌道輪）４０の表面に形成されている。また、ラジアル軸受部６１の外側軌道面５１と第１、第２のアキシャル軸受部６２、６３の外側軌道面５２、５３は外輪（第２のリング状部品）５０の表面に形成されている。この外輪５０は、第１ハウジング７１に固定ボルト８２によって固定されている。図３の（Ｂ）に示すように、この場合の固定ボルト８１もラジアル軸受部の軌道面３１の近傍にはあるものの、ボルト８１と出力軸３０は嵌合状態にあるため、このボルトの位置における出力軸の肉厚は、実質的に他の場所と差違がない。従って、ラジアル軸受部の軌道面の真円度が予圧時に劣化することはない。
実施例１の別の形態を図６に示す。上記実施例との違いは、第１アキシャル軸受部６２の出力軸側軌道面３２が接するアキシャル軌道輪４０が、中心軸３５の方向に延在されて出力軸３０と同一の内径の中心穴を有して出力軸３０の一部（第２の出力軸３７）を構成するようにされていることである。即ち、出力軸３０は第１の出力軸３６と第２の出力軸３７から構成され、両者はボルト８１により固定される。このような構成にすると、第１アキシャル軸受部６２の軌道面３２は出力軸（タレット）３０に直接形成されることになるので、上記実施例と比較すると、アキシャル方向の予圧や荷重に対する軌道面の変形を抑え、アキシャル方向の剛性を高める効果がある。
実施例１のまた別の形態を図７に示す。図６の実施例との違いは、第２の出力軸３７のアキシャル方向の厚さを厚くして、第１の出力軸３６との境界面をラジアル軸受部６１の上端部まで到達させたことであるが、剛性等の性能に差は殆ど無い。加工、測定、軸受部の組立の容易さから選択可能である。
本発明の第２の実施例を図８に示す。本実施例では、図２の従来技術のカム装置の内輪４１は出力軸（タレット）３０と一体化した構成としている。出力軸３０にラジアル軸受部の転動体の軌道面３１と第１アキシャル軸受部６２の転動体の軌道面３２を直接形成して出力軸側軌道面とし、一方、第２アキシャル軸受部６３の出力軸側アキシャル軌道面３３は、ローラフォロア２０を組付けるアキシャル軌道輪４０の、回転軸３５に垂直に形成された表面に形成されている。アキシャル軌道輪４０は出力軸３０にボルト８１で固定されている。また、ラジアル軸受部６１の外側軌道面５１と第１、第２のアキシャル軸受部６２、６３の外側軌道面５２、５３は、実施例１と同様に第１ハウジング７１に固定ボルト８２によって固定された外輪（第２のリング状部品）５０の３方向の表面に形成されている。実施例１と同様に、この場合の固定ボルト８１もラジアル軸受部６１の出力軸側軌道面３１の近傍にはあるものの、ボルト８１と出力軸３０は嵌合状態にあり、このボルトの位置における出力軸の肉厚は、実質的に他の場所と差違がない。
本発明の第３の実施例を図９に示す。また軸受近傍の拡大図を図１０に示す。従来技術、及び実施例１、２では、ラジアル軸受部６１の外側軌道面５１と第１と第２のアキシャル軸受部６２、６３の外側軌道面５２、５３が全て外輪５０（第２のリング状部品）に接する構造であったのに対して、本実施例では、ラジアル軸受部６１の出力軸側軌道面３１と第１と第２のアキシャル軸受部の出力軸側軌道面３２、３３が全て出力軸３０に直接形成された外周表面に接する構造となっている。一方、ラジアル軸受部６１の外側軌道面５１と第１のアキシャル軸受部６２の外側軌道面５２は第１のハウジング７１の内側の面に形成され、第２のアキシャル軸受部６３の外側軌道面５３は外輪（第２のリング状部品）５０の表面に形成されている。外輪５０は第１のハウジング７１にボルト８２で固定されている。この場合の固定ボルト８２は、ラジアル軸受部６１の外側軌道面５１の近傍にはあるものの、ボルト８２とハウジング７１は嵌合状態にあるため、このボルトの位置におけるハウジング７１の肉厚は、実質的に他の場所と差違がない。従って、ラジアル軸受部の軌道面の真円度が予圧時に劣化することはない。また本実施例は、実施例２（図８）のアキシャル軌道面４０と出力軸３０を一体形状した構造であっても、ラジアル軸受部６１と第１、第２のアキシャル軸受部６２、６３は組立可能であるので、第１と第２の実施例では必要であった、アキシャル軸受部固定用のボルト８１が不要となり、組立工数を減らせる効果がある。
なお、上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限定されず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更、及び修正をすることができることは当業者に明らかである。例えば、ラジアル軸受部の出力軸側と外側の軌道面はアキシャル方向に平行で、２列のアキシャル軸受部の出力軸側と外側の軌道面はそれぞれアキシャル方向に垂直である例を示したが、これらの角度が必要に応じて傾斜角度であってもよいことは明らかである。
また図１１～図１４に示すように、本発明が適用可能なローラギヤカム機構は図１に示した形態に限定されず、図１とは異なるカム１０及び出力軸３０の形状や、ローラフォロア２０の接触方向、接触状態を有する構成にも本発明が適用可能であることは明らかである。
１０ カム
２０ ローラフォロア
３０ 出力軸（タレット）
３１ ラジアル軸受部の出力軸側軌道面
３２ 第１アキシャル軸受部の出力軸側軌道面
３３ 第２アキシャル軸受部の出力軸側軌道面
３５ 回転軸
３６ 第１の出力軸
３７ 第２の出力軸
４０ 第１のリング状部品（アキシャル軌道輪）
４１ 内輪
４２ アキシャル軸受部の軌道輪
４３ 内輪の内径面
５０ 第２のリング状部品（外輪）
５１ ラジアル軸受部の外側軌道面
５２ 第１のアキシャル軸受部の外側軌道面
５３ 第２のアキシャル軸受部の外側軌道面
６０ 軸受部
６１ ラジアル軸受部
６２ 第１アキシャル軸受部
６３ 第２アキシャル軸受部
６５ 転動体
６６ 保持器
７０ ハウジング
７１ 第１ハウジング
７２ 第２ハウジング
８１、８２ ボルト
８３、８４ シール
９０ 入力軸軸受

Claims (2)

  1. 入力軸であるスクリュー形状のカムと、ローラフォロアを外周に備え入力軸と直交配置した出力軸と、該出力軸をハウジングに回転可能に固定する軸受とを備え、前記入力軸の回転が前記ローラフォロアを介して前記出力軸の回転に変換されるカム装置において、
    前記軸受は、前記出力軸のラジアル方向の圧力を受ける１列のラジアル軸受部と、前記出力軸のアキシャル方向の対向する圧力をそれぞれ受ける２列のアキシャル軸受部とを含み、
    前記１列のラジアル軸受部と前記２列のアキシャル軸受部はそれぞれ複数の転動体と保持器から構成され、
    前記ラジアル軸受部の前記転動体の列が前記出力軸の外周面に回転可能に接触し、この接触面が前記ラジアル軸受部の出力軸側軌道面となり、前記２列のアキシャル軸受部の内の１列の前記アキシャル軸受部の前記転動体の列が前記出力軸の外周面に回転可能に接触し、他の１列の前記アキシャル軸受部の前記転動体の列は、前記出力軸と同じ内径を有し、前記出力軸に固定されて前記出力軸の一部を構成する第１のリング状部品の表面に回転可能に接触し、これら２列の接触面が前記アキシャル軸受部の出力軸側軌道面を形成し、
    前記ラジアル軸受部と前記２列のアキシャル軸受部の内の１列のアキシャル軸の前記転動体の列が、前記出力軸の周囲に配置されて前記ハウジングに固定された第２のリング状部品の表面、または直接前記ハウジングの内面に回転可能に接触し、これらの接触面がそれぞれ前記ラジアル軸受部の外側軌道面、及び前記アキシャル軸受部の外側軌道面を形成し、他の１列の前記アキシャル軸受部の前記転動体の列は、前記第２のリング状部品の表面に回転可能に接触し、前記アキシャル軸受部の別の外側軌道面を形成し、
    前記外側軌道面により前記軸受が前記ハウジングに回転可能に支持されている
    ことを特徴とするカム装置。
  2. 前記ラジアル軸受部の前記出力軸側軌道面と前記外側軌道面がそれぞれ前記アキシャル方向に平行であり、
    前記２列のアキシャル軸受部の前記出力軸側軌道面と前記外側軌道面がそれぞれ前記アキシャル方向に垂直である、
    請求項１に記載のカム装置。
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