説明

多自由度軸受

【課題】簡単な構成で自由度を大きくとり得る転動体を備えた多自由度軸受を提供する。
【解決手段】転動体の転動溝を備えた内輪と、球面転動体の軌道面を備えた外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器を有し、外輪の軌道面が球面となっている構成で、前記外輪の軸方向の幅を内輪の軸方向の幅よりも長くし、内輪と外輪間の傾き可能角度を大きくしたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内輪の中心軸に対して外輪の中心軸が任意の方向に傾動可能な多自由度を持つ多自由度軸受に関し、内輪と外輪間に複数の転動体が介装された多自由度軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のこの種の多自由度軸受としては、たとえば、特許文献に記載のような転がり接触型の球面軸受が知られており、高剛性化が図られている。
すなわち、軸の一端に設けられた球面状の太陽球と、太陽球を保持する球面状凹面が形成されたハウジングと、ハウジングの球面状凹面と太陽球との間に介装される多数の遊星球と、遊星球を保持するリテーナとを備えた構成となっており、これにより、ハウジングに対して太陽球から延びる軸があらゆる方向に傾動自在となっており、パラレルリンク機構等に適用されている。
この転がり接触型の球面軸受は、剛性が高く滑り接触に比べて高精度化が達成できるものの、太陽球とハウジングの球面状凹面の組み合わせであり、高精度が要求され非常に高価である。
一方、従来から自動調芯軸受が知られているが、これは外輪の回転中心軸と内輪の回転中心軸の間に傾きがあっても、内輪と外輪の回転を許容する調芯性を持たせるものであるが、その傾き角度は5°程度と僅かであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−008193号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、自動調芯軸受の構造を利用することにより、簡単な構成で自由度を大きくとり得る転動体を備えた多自由度軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明は、転動体転動溝を備えた内輪と、転動体転動面を備えた外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持部材を有し、外輪の転動体転動面が外輪の中心軸上に曲率中心を有する球面となっており、
前記外輪の軸方向の幅を内輪の軸方向の幅よりも長くして、内輪の中心軸に対する外輪の中心軸の傾き可能角度を大きくしたことを特徴とする。
前記転動体を保持する保持部材を有することが好適である。
保持部材は有端で内輪の転動体転動溝に沿って変形自在の部材とすることができる。
転動体はボールでもよいし、球面ローラでもよい。
転動体は複列構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、外輪の軸方向長さを内輪の軸方向長さより長くするという簡単な構成で、高剛性で傾き角度を大きくとることができる多自由度軸受を実現できる。
製造にあたっては、たとえば、既存の自動調芯軸受の外輪と内輪の寸法を選択するだけで、製造することができる。
【0007】
転動体を保持する保持部材を有していれば、転動体同士の干渉を防止することができる

また、一般的な自動調芯軸受の保持器は円環状の部材であるが、外輪の軸方向長さが内輪の軸方向長さより大きい場合には、外輪の最小径部が保持器より小さくなり、環状の保持器を組み付けることができない。本発明のように、保持部材を有端で変形自在の構成とすることにより、内輪を外輪内に斜めに組み付けた状態で、保持部材に保持された状態の一連の転動体を内輪の転動体転動溝に沿って巻き回すように装着することができ、転動体の組み込みが簡単にできる。
転動体としては、ボールや球面ローラを利用できるが、ボールとすれば、製造が簡単である。
転動体を複列構成とすれば、内輪と外輪を安定して保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1は本発明の一実施例に係る多自由度軸受の概略構成を示すもので、同図(A)は縦断面図、同図(B)は保持部材の平面図、同図(C)は(B)の保持部材の側面図である。
【図2】図2は図1の多自由度軸受のボール組み込み手順を示す概略図である。
【図3】図3は図1の多自由度軸受の保持部材を変更した例を示すもので、同図(A)は縦断面図、同図(B)は保持部材の平面図、同図(C)は(B)の側面図である。
【図4】図4は図1の多自由度軸受の内輪と軸が一体構成となった構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1は、本発明の実施例に係る多自由度軸受の概略構成を示している。
すなわち、1は多自由度軸受全体を示しており、この多自由度軸受1は、転動体としてボールを利用した例で、転動体転動溝としての2列のボール転動溝11、11を備えた内輪10と、転動体転動面としてのボール転動面21を備えた外輪20と、内輪10と外輪20との間に介装される多数のボール30と、ボール30を保持する保持部材40を有する構成となっている。
【0010】
図示例では、内輪10は断面が矩形状のリング形状で、軸方向の端面が中心軸N1に対して直交する面で、内周面及び外周面が円筒面となっており、外周面に2列のボール転動溝11、11が形成されている。このボール転動溝11、11は断面円弧状のサーキュラアーク溝であるが、ゴシック溝であってもよい。
外輪20は軸方向の端面が中心軸N2に対して直交する直交面で、外周面が円筒面となっており、内周のボール転動面21が、外輪20の中心軸N2上に曲率中心Oを有する球面Cの一部を構成するようになっている。
【0011】
本発明では、この外輪20の軸方向の幅Aは内輪20の軸方向の幅Bよりも長く、外輪20の中心軸N2に対する内輪10の中心軸N1の相対的な傾き可能角度θを大きくした構造となっている。
図示例では、この外輪20の最小径となる軸方向両端部の内径R2が、内輪10の軸方向両端部の外径R1とほぼ同じとなっているが、外輪20の軸方向両端部の内径R2が、内輪10の軸方向両端部の外径R1よりも小さくなっていてもよいし、大きくなっていてもよい。外輪20の軸方向両端部の内径R2を、内輪10の軸方向両端部の外径R1よりも小さくなるまで外輪20の幅Bを大きくしておけば、外輪と内輪間の傾き可能角度θをより大きくとることができる。もっとも、傾き可能角度θは、外輪20内周の軸方向両端部が軸200に干渉するまでの範囲に制約される。
【0012】
2列のボール30は、外輪20のボール転動面21の曲率中心Oを通る中心軸に対して直交する直交面に対して対称的に配置され、一方のボール列のボール30の接触角αと、
他方のボール列のボール接触角は互いに逆向きとなるアンギュラコンタクト構造となっている。
各列のボール30は保持部材40によって保持されるが、保持部材40は有端で内輪10のボール転動溝11に沿って変形自在に構成される。保持部材40の構成は特に限定されないが、たとえば、図1(B)、(C)に示すように、一列のボール30を一連に保持するもので、可撓性の帯部材に保持孔を設けて、各ボール30を保持するような部材を利用することができる。
この保持部材としては、一列のボール30を保持する構成だけでなく、図3(A)乃至(C)に示すように、一つの保持部材240で2列のボール30を保持するような構成とすることもできる。この場合、2列のボール30の保持孔の周方向の位相をずらして、一方のボール列の各ボールが他のボール列のボールの中間に位置するように配置しておくことが好適である。なお、図3において、図1と異なる点は、保持部材240のみであり、同一の構成部分については、図1と同一の符号を付して説明を省略する。
【0013】
図2には、本発明の多自由度軸受の組み立て方法を示している。
すなわち、内輪10を外輪20内周側に挿入し、内輪10の姿勢を外輪に対して斜めにし、内輪10のボール転動溝11の一部が、外輪20の一方の端面側と他方の端面側に露出させる。この状態で、ボール30を一連に保持した保持部材40の一端を、外輪20の一方の端面側に露出するボール転動溝11の露出部から他方の端面側(裏面側)に挿通し、ボール転動溝11に巻き回して一方の端面側に戻して一周させれば組み付けることができる。端部同士は連結してもよいし、連結しなくてもよい。
【0014】
一般の自動調芯軸受の保持器は剛性のある円環状の部材で、外輪の最小径部が保持器の外径より大きくなるような本発明の多自由度軸受では、円環状の保持器を組み付けることができない。本発明のように、変形自在の保持器40によって一連に保持しておけば、保持器40をボール転動溝11に沿って巻き付ければよいので、外輪の最小径部が小さくなっても組み付けることができる。
【0015】
もちろん、ボール30の保持部材として分離したスペーサを用いてもよい。また、剛性のある保持器であっても、分割しておけば、組み込むことは可能である。
本実施例のような保持部材40を用いれば、ボール30を一連に保持した保持部材40によって、簡単にボールを組み込むことが可能となる。
本発明の多自由度軸受は、ハウジング200内周に外輪20が嵌合され、軸100が内輪10内周に嵌合される。基本的にボール30を介して内輪10と外輪20が組み付けられているので、パラレルリンクの軸端等の軸受として用いた場合、転がり球面軸受と同様に、ガタつきなく、しかも傾動角度の大きい高剛性の支持構造を実現することができる。傾き角度は、外輪20の軸方向長さが長ければ長いほど大きくすることができるが、同時に外輪20の軸方向端部の内径が小さくなるので、そのままでは内輪10の外径より小さくなると組み込むことができなくなる。ただ、外輪20を二つ割り等の分割構成とすれば、内輪10の外径より小さくなっても組み込み可能となり、組み込み上の制約はなくなる。
また、内輪10を軸100に組み込んだ際、傾き可能角度は外輪20の内周面の軸方向端部が軸100と干渉しない範囲に制約される。
【0016】
内輪10に対して外輪20が傾動する場合、ボール30は内輪10側のボール転動溝11に嵌合しているので、ボール30は外輪20内周のボール転動面21に沿って滑るか、あるいは内輪10のボール転動溝11との接触部で滑って外輪20側のボール転動面21を転がるか、あるいはその複合的な挙動をして内輪10と外輪20間がボール30を介して傾動する。
使用部位にもよるが、パラレルリンクの軸端の支持に利用した場合、内輪と外輪間は回
転方向にも多少は移動するので、ボールが外輪内周のボール転動面の同一の軌道を滑るわけではなく、局部摩耗は制限される。また、摺動面間は潤滑油等によって潤滑面とされる。
【0017】
以上、外輪の軸方向長さを内輪の軸方向長さより長くするという簡単な構成で、高剛性で傾き角度を大きくとることができる多自由度軸受を実現できる。
また、製造にあたっては、既存の自動調芯軸受の外輪と内輪の寸法を選択するだけで、製造することができる。
【0018】
なお、本実施例では、内輪に軸を挿入して組み立てる構成となっているが、たとえば、ロッドエンドとして用いる場合、図4に示すように、内輪10と軸110が一体となった構成となっていてもよい。なお、図4において、図1と異なる点は、内輪10と軸110が一体構成となっている点のみであり、同一の構成部分については、図1と同一の符号を付して説明を省略するものとする。図4においては、内輪10が軸110の一端に設けた例を示しているが、軸11の中途部に形成されていてもよいことはもちろんである。
また、上記実施の形態では、複列構成について説明したが、単列構成としてもよいし、3列以上の構成としてもよい。
また、保持部材を用いないで総ボール構成としてもよい。
さらに、転動体としては、ボールに限定されず、球面コロ等を利用することもできる。
【符号の説明】
【0019】
10 内輪
11 ボール転動溝
20 外輪
21 ボール転動面
30 ボール(転動体)
40 保持部材
θ 傾き可能角度

【特許請求の範囲】
【請求項1】
転動体転動溝を備えた内輪と、転動体転動面を備えた外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体とを有し、
前記外輪の転動体転動面が外輪の中心軸上に曲率中心を有する球面となっており、
前記外輪の軸方向の幅を内輪の軸方向の幅よりも長くして、内輪の中心軸に対する外輪の中心軸の傾き可能角度を大きくしたことを特徴とする多自由度軸受。
【請求項2】
前記転動体を保持する保持部材を有する請求項1に記載の多自由度軸受。
【請求項3】
前記保持部材が有端で内輪の転動体転動溝に沿って変形自在の部材である請求項2に記載の多自由度軸受。
【請求項4】
転動体はボールである請求項1乃至3のいずれかの項に記載の多自由度軸受。
【請求項5】
転動体は複列構成である請求項1乃至4のいずれかの項に記載の多自由度軸受。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−214661(P2011−214661A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−83441(P2010−83441)
【出願日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【出願人】(597137682)トークシステム株式会社 (12)
【Fターム(参考)】