JP2012172764A

JP2012172764A - 球面軸受

Info

Publication number: JP2012172764A
Application number: JP2011035512A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Hirose; 和也廣瀬; Ken Ichiyanagi; 健一柳
Original assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】ガタが無く摩擦抵抗が小さく、しかも許容傾斜角を比較的大きくとることのできる、転がり軸受構造の、球面軸受を提供する。
【解決手段】球面軸受は、軸体部３と、この軸体部の先端に形成された球体部４を有する軸部材１と、前記軸部材を、軸体部を外部に露出した状態で球体部を収容する室空間７が形成されたハウジング２と、前記ハウジングに、当該ハウジングの外部から前記室空間へ向けて形成されたネジ孔１２に螺合された調整ネジ１３と、前記室空間内において、収容された球体部の先端部に当接可能に設置された調整板８と、前記室空間内において、収容された球体部の側面に当接可能に設置され、当該球体部への当接部分において球体部に沿って湾曲したスライド片１４とから成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、シンプルでコンパクトな構造を持ち、しかも旋回運動範囲を大きくとることができる球面軸受に関する。

近年、ロボット技術の進歩にともない、例えばロボットのアームの連結部分に用いるための継手或いは軸受部分の小型化、及びアームの作動範囲が広いことなどに対する要求が高まっている。

このような継手或いは軸受の従来例としては、例えば特許文献１に示すようなものがある。この特許文献１では、それまでのいわゆる滑り軸受方式による球面軸受に対して、このような球面軸受では、ロッドの先端部と外周部材との間に、隙間が必要になるのでガタが生じるとか、この隙間を小さくすれば、ロッドの先端部と外周部材との接触抵抗が大となり、動きが鈍くなるとの欠点が指摘されていた。

特開２０００−３０４０３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明のような多数のボールを組み込んだころがり軸受け構造の球面軸受は、どうしても部品点数の増大を招いて製作が困難になる上、構造を簡潔にするという点では困難が生じる。これに比べて滑り軸受方式による球面軸受にはころがり軸受方式による球面軸受に比べて構成をシンプルにでき、且つ長年使用しても性能が低下しにくいという利点もある。

本発明は、かかる背景から提案されたものであって、構造がシンプルであり、ガタが無く摩擦抵抗が小さいすべり軸受構造の、球面軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の球面軸受は、軸体部と、この軸体部の先端に形成された球体部を有する軸部材と、前記軸部材を、軸体部を外部に露出した状態で球体部を収容する室空間が形成されたハウジングと、前記ハウジングに、当該ハウジングの外部から前記室空間へ向けて形成されたネジ孔に螺合されたネジと、前記室空間内において、収容された球体部の先端部に当接可能に設置された調整板と、前記室空間内において、収容された球体部の側面に当接可能に設置され、当該球体部への当接部分において球体部に沿って湾曲したスライド片とから成るものである。かかる構成において、前記ネジは、前記ネジ孔に沿って前進し、前記調整板に当たって押進し、当該調整板を球体部の先端部に当接させて前記軸部材とハウジングの奥面との隙間を調整する。これにより、すべり軸受構造の球面軸受が提供される。

本発明では、ハウジングの室空間内に軸部材の球体部を収容する一方で、前記室空間内において調整板を球体部の先端部に当接させ、また、スライド片を球体部の側面に当接させて支持するようにしたから、球体部は、調整板に対して点接触し、また、スライド片に対しても線または面接触して相対的に滑り動作することになり、ガタが無く摩擦抵抗の小さな球面軸受を実現することができる。また、調整板は球体部の先端部に当接し軸部材を軸体部の方（軸方向、室空間から押し出す方向）へ押進するから、軸部材が回動運動するときの許容傾斜角を可変させることができ、且つ傾斜角を比較的大きくとることができるという効果も得られる。

本発明の一実施の形態に係る球面軸受の構造を示す正面断面図である。前記実施の形態に係る球面軸受に用いられるスライド片の構造を示す部分断面図及び底面図である。前記実施の形態に係る球面軸受の内部構造を示す一部破断斜視図である。前記実施の形態に係る球面軸受をパラレルリンク機構に使用した例を示す斜視図である。

本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る球面軸受の構造を示す正面断面図である。図１において、１は球面軸受の作動部となる軸部材、２は軸部材１を収容保持するハウジングである。軸部材１は、当該軸部材１に外部からの作動力を伝える棒状の軸体部３と、この軸体部３の先端において一体的に形成された球体部４とを有する。軸体部３の基端部（球体部４とは反対側の端部）には軸部材１を他の機械要素に結合するためのネジ部５が設けられている。ハウジング２は、第１凹部７ａを有しハウジング２の基部を構成するブロック構造の第１のハウジング分割体２ａと、第２凹部７ｂを有し上記第１のハウジング分割体２ａに組み合わせられ天井部を構成する第２のハウジング分割体２ｂとから成り、両ハウジング分割体２ａ、２ｂは結合ネジ６により結合されてハウジング２を構成する。ハウジング２の内部には、第１凹部７ａと第２凹部７ｂが合わせられて形成され、軸部材１を、軸体部３を外部に露出した状態で球体部４を収容する室空間７が形成されている。室空間７は、概略円筒空間の形状に形成され、室空間７の底面付近には収容された球体部４の先端部に当接して球体部４を支持する調整板８が設けられている。調整板８は、合成樹脂など摩擦抵抗の小さな材料からなる。室空間７の上下方向中間部分においては、室空間７の円筒空間の直径が下部から上部へかけて段状に拡開する棚部９が形成されている。さらに棚部９から所定の寸法だけ上方のハウジング２の天井部分には開口１０が形成され、室空間７を外部に連通させている。また、開口１０は、天井の厚み方向（上下方向）へ上面側（表面側）から下面側（裏面側）へかけて次第に縮径する逆円錐台のテーパ形状に形成され、開口１０に対応するハウジング２の天井下面が室空間７に対して半径方向内側へ延びた庇（ひさし）部１１を形成している。他方、ハウジング２の基部においては、第２のハウジング分割体２ｂの底板に当該ハウジング２の外部から室空間７へ連通するネジ孔１２が形成され、このネジ孔１２には調整ネジ１３がネジ係合されている。調整ネジ１３はネジ孔１２にねじ込まれることにより室空間７内へ進行し、調整板８に突当って球体部４を支持するように設置されている。また、調整ネジ１３のねじ込み量を増減することにより室空間７内における球体部４の支持具合をきつくしたり緩くしたり加減することができる。

さらに、ハウジング２の室空間７内においては、上述の棚部９と庇部１１とに挟まれた段状の拡開部分にスライド片１４が配置されている。スライド片１４は、調整板８と同様、合成樹脂など摩擦抵抗の小さな材料からなる。なお、ハウジング分割体２ａ、２ｂは金属材料からなる。図２は上記スライド片１４の構成を示す図で、図２（ａ）はスライド片１４の略右半分を断面で示す部分断面正面図、図２（ｂ）はスライド片１４の底面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示されているように、スライド片１４は、全体がリング構造に成形され、その内周面がリングの中心軸に対して非平行に延びるように成形されて成る。すなわち、図２（ａ）に示されているように、スライド片１４は、その上下方向の幅を中間部から上側のａ部と下側のｂ部に分けたとき、ａ部についてはスライド片１４の内周面が内部位置から上端の開口位置にかけてわずかに縮径するように曲線部１５が設けられている。この曲線部はスライド片１４の内周面において円周方向に延びて形成されている。他方、ｂ部についてはスライド片１４の内周面が内部位置から下端の開口位置にかけてまっすぐに延びる直線部１６となっている。スライド片１４の内周径について、直線部１６の直径は球体部４の直径とほぼ同じであり、曲線部１５の直径は球体部４の直径よりも小さい。このような構造を有するスライド片１４は、ハウジング２の中に軸部材１を装着したとき、室空間７に収容された球体部４の側面に当接して当該球体部４を支持し、軸部材１がハウジング２の天井部分の開口１０から抜け出ることを防止する。

なお、本実施の形態に係る球面軸受を組み立て上げるには次のような手順で作業が行われる。先ず第２のハウジング分割体２ｂの第２凹部７ｂにスライド片１４の上端を庇部１１に当接させて配置する。次に軸部材１を、その軸体部３が第２のハウジング分割体２ｂの開口部１０を内側から外側へ抜け出るようにして配置する。スライド片１４は上述したように曲線部１５が形成された構造を有するから、球体部４はスライド片１４により支持され、開口部１０から抜けることはない。他方、第１のハウジング分割体２ａにおいては、その第１凹部７ａ内に調整板を配置する。以上の各部材の配置作業の後、第１のハウジング分割体２ａ（下側）と第２のハウジング分割体２ｂ（上側）とを組み付けて結合ネジ６により結合するとハウジング２が構成される。その後、第１のハウジング分割体２ａに形成されたネジ孔１２に調整ネジ１３をネジ係合させて調整板８に当接させる。

以上により、軸部材１の球体部４は室空間７内において、調整板８及びスライド片１４により先端部と側面部が支持され、これら調整板８及びスライド片１４に対して滑り運動可能な状態となり、軸部材１全体としては、３自由度回転体となる。図３は、本実施の形態に係る球面軸受の内部構造を示す一部破断斜視図である。さらに、調整ネジ１３をねじ込むと、この調整ネジ１３は、ネジ孔１２に沿って前進し、調整板８に当たって押進し、当該調整板８を球体部４の先端部に当接させて当該球体部４をスライド片１４の曲線部１５に押し付け、やや強力な支持力で支える。これにより、すべり軸受構造の球面軸受において軸部材１が回動運動するときにおける球体部４と調整板８及びスライド片１４の間の接触はより緊密となり、ガタなどは全くといってよいくらいに生じない。そして、軸部材１は許容傾斜角（図１中θで表す）の範囲で回転運動することができる。本実施の形態では調整板８を球体部４の先端に当接させ、またスライド片１４を球体部４の側面を取り囲むように当接させて支持するようにしたから、球体部４は、調整板８に対して点接触し、また、スライド片１４に対しても線接触または面接触して相対的に滑り動作することになり、ガタが無く摩擦抵抗の小さな球面軸受を実現することができる。

なお、図１及び図３において符号１７はスペーサ板を示す。これは、軸部材として寸法に何種類かのバリエーションをもたせた場合、球体部４の寸法が異なることになり、調整ネジ１３のねじ込み量が異なるのを補完するために調整板８の下側に配置されるものである。さらに、図１において符号１８は本発明の球面軸受を他の機械装置に取り付けるための取付ネジを表す。

本発明による上述のような構成を有する球面軸受は継手装置としても各種機構に利用することができる。図４は、その応用例として、球面軸受をパラレルリンク機構に使用した例を示す斜視図である。このパラレルリンク機構は、ベースとなるテーブル２０と、テーブル２０に取付られた駆動部材である複数のモータ２１と、モータ２０に連結されて駆動される複数の駆動側アーム２２と、駆動側アーム２２に作動連結された複数の従動側アーム２３と、従動側アーム２３の先端に取り付けられた作動テーブル２４とから成る。作動テーブル２４には工作物が取り付けられ、各モータ２１の種々の作動により作動テーブルが様々な動作をして工作物を加工したりする。或いは作動テーブル２４に加工ユニットを取り付け、加工ユニットの移動先にある工作物を加工したりすることもできる。このようなパラレルリンク機構において、例えば駆動側アーム２２と従動側アーム２３との連結部に本実施の形態の球面軸受２５を設けることにより、駆動側アーム２２と従動側アーム２３間の動力の伝達を円滑に行い、且つ駆動側アーム２２からの複雑な動きを従動側アーム２３が作動テーブル２４に正しく追従して伝えることができる。なお、図４においては、作動テーブル２４と従動側アーム２３との連結部にはトラニオン構造の継手が用いられているが、この部分においても本実施の形態の球面軸受２５を設けることができる。また、上述の説明では、ハウジング２は金属製とし、調整板８及びスライド片１４は合成樹脂製として説明したが、ハウジング２及びスライド片１４を合成樹脂により一体成形してもよい。

本発明では、ハウジングの室空間内に軸部材の球体部を収容する一方で、前記室空間内において調整板を球体部の先端部に当接させ、また、スライド片を球体部の側面に当接させて支持するようにしたから、構造がシンプルであり、ガタが無く摩擦抵抗の小さな球面軸受を実現することができる。また、調整板を球体部へ向けて押進することにより、軸部材が回動運動するときの許容傾斜角を可変させることができるなどの産業上の有用性が得られる。

１軸部材
２ハウジング
３軸体部
４球体部
５ネジ部
６結合ネジ
７室空間
８調整板
９棚部
１０開口
１１庇部
１２ネジ孔
１３調整ネジ
１４スライド片
１５曲線部
１６直線部
１７スペーサ板
１８取付ネジ
２４球面軸受

Claims

軸体部と、この軸体部の先端に形成された球体部を有する軸部材と、
前記軸部材を、軸体部を外部に露出した状態で球体部を収容する室空間が形成されたハウジングと、
前記ハウジングに、当該ハウジングの外部から前記室空間へ向けて形成されたネジ孔に螺合されたネジと、
前記室空間内において、収容された球体部の先端部に当接可能に設置された調整板と、
前記室空間内において、収容された球体部の側面に当接可能に設置され、当該球体部への当接部分において球体部に沿って湾曲したスライド片と、から成り、
前記ネジは、前記ネジ孔に沿って前進し、前記調整板に当たって押進し、当該調整板を球体部の先端部に当接させて当該球体部をスライド片に押し付け、前記軸部材をハウジング内で支持することを特徴とする球面軸受。
調整板は合成樹脂などの摩擦抵抗の小さな材料からなることを特徴とする請求項１記載の球面軸受。
スライド片は全体がリング構造に成形され、その内周面において、上側部分には下方から上端にかけてわずかに縮径するように曲線部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の球面軸受。
スライド片は合成樹脂など摩擦抵抗の小さな材料からなることを特徴とする請求項１記載の球面軸受。