JP3023677B1 - 球面軸受 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ３自由度の位置調整が高精度かつ高剛性で行
うことの可能な球面軸受を提供する。 【解決手段】 圧電アクチュエータ３０は、ハウジング
１７の少なくとも４箇所以上に均等に配設する。減摩材
３３と球体１間に均等に予圧がかけられるように電圧供
給部３９の印加電圧を図示しないボリュームで調節す
る。均等に予圧をかけるのは、適切な剛性を保つためで
ある。減摩材３３の材質は、球体１に比べ磨耗がし易
く、かつ摩擦の小さくなるように選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は球面軸受に係わり、
特に３自由度の位置調整が高精度かつ高剛性で行うこと
の可能な球面軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１に、転がり対偶による３自由度球
面軸受の一例を示す。図１１において、球体１の下端に
は連結用軸３が固着若しくは一体成形されている。この
球体１は、ハウジング上部５Ａ及びハウジング下部５Ｂ
により形成された球体収容部７内に収納されている。

【０００３】この球体収容部７の上方の一部には開口９
Ｂが、また下方の一部には開口９Ａが設けられている。
ハウジング上部５Ａ及びハウジング下部５Ｂは、ネジ１
１により締結されている。球体収容部７内には、球体１
と接するようにボール１３が複数個配設されている。ボ
ール１３はリテーナー１５により支持されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の転が
り対偶による３自由度球面軸受では、球面軸受を構成す
る各部品の要求精度が高く、製造工程が複雑であり、自
動ラインでの生産を実現するのは難しかった。コストも
その分高かった。

【０００５】また、球体１、ボール１３及び球体収容部
７の摩耗等によって精度と剛性が急に下がり、位置決め
精度と耐負荷能力が急激に低下し、修復不能となるおそ
れがあった。

【０００６】更に、ボール１３は軌道（ボール１３の中
心同士を連ねて結んだ円）からはみ出すことがあり、こ
のとき、ボール１３と球体１間又はボール１３と球体収
容部７間の接触面積が変化する。また、剛性も変動す
る。

【０００７】更に、はみ出したボール１３は軌道に戻る
とき衝撃があり、スムーズな揺動ができないおそれがあ
った。本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされた
もので、３自由度の位置調整が高精度かつ高剛性で行う
ことの可能な球面軸受を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、球体
と、該球体に連結された連結用軸と、該連結用軸が所定
角度回動可能なように所定部分が開口され、前記球体が
内部に収容されるハウジングと、該ハウジングの複数箇
所に圧電素子の伸縮方向が前記球体及び／又は前記ハウ
ジングの中心に向かうように取り付けた圧電アクチュエ
ータと、該圧電アクチュエータの圧電素子を伸縮させる
電圧を調節する電圧調節手段と、該電圧調節手段の調節
結果に基づき前記圧電素子に電圧を供給する電圧供給手
段と、前記圧電アクチュエータの圧電素子の先端に固着
され、前記電圧調節手段により圧電素子が伸長されたと
き前記球体表面を圧接しつつ摺動する減摩材と、前記ハ
ウジングの所定箇所に他の部材と連接するため配設され
た連接手段とを備えて構成した。

【０００９】ハウジングの複数箇所に、圧電アクチュエ
ータを圧電素子の伸縮方向が球体及び／又はハウジング
の中心に向かうように取り付ける。圧電素子の伸縮方向
を球体の中心に向かうように取り付けることで、均等な
予圧をかけやすくなる。電圧調節手段では、圧電アクチ
ュエータの圧電素子を伸縮させる電圧を調節する。

【００１０】球体の表面と圧電素子間の圧力は圧電アク
チュエータにかかる電圧の大小によって調節出来、これ
により均等な予圧をし易く、最適な剛性が得られ、ま
た、どのような状況でも最適な剛性にコントロールする
ことが出来る。圧電アクチュエータの圧電素子の先端に
は、減摩材を固着する。この減摩材は、圧電素子が伸長
されたとき、球体表面を圧接しつつ摺動する。

【００１１】以上により、高精度、高剛性を有するスム
ーズな３自由度の揺動が可能である。また、球体と減摩
材間の接触面積がほぼ一定に保たれ、この間の摩擦抵抗
が軽減し、スムーズな揺動が得られる。

【００１２】減摩材が摩耗しても、電圧調節手段の電圧
を調節すれば精度と剛性を戻すことが可能である。この
ため、使用寿命を長くとれる。更に、各部品の加工精度
と組立精度を実現し易く、自動ラインでの生産性が良
く、コストの低減を期待できる。

【００１３】なお、ハウジングの表面に電圧供給手段と
圧電アクチュエータを結ぶ導線を印刷することで、ケー
ブル類を無くすことが可能である。また、圧電アクチュ
エータは、ハウジングの複数箇所に均等に配設すると、
剛性をバランスよく保てるため望ましい。

【００１４】更に、本発明は、前記圧電アクチュエータ
は、前記圧電素子の一端を支持する圧電素子支持部と、
該圧電素子支持部より前記圧電素子に沿って圧電素子と
所定距離を隔てつつ圧電素子の先端方向に向けて延長さ
れた延長部と、該延長部の内周に突設させた圧電素子歪
曲制限部とを備えて構成した。

【００１５】圧電素子支持部は、圧電素子の一端を支持
している。この圧電素子支持部より、圧電素子支持部の
一部を延長する。但し、延長部は、圧電素子支持部と独
立させた部品として圧電素子支持部に対し固着するよう
にしてもよい。延長部は、圧電素子に沿って圧電素子と
所定距離を隔てつつ、圧電素子の先端方向に向けて延長
する。そして、延長部の内周に圧電素子歪曲制限部を突
設させる。

【００１６】連結用軸の移動に伴い、球体も回動する。
圧電素子は、球体と所定圧力で押圧されているため、こ
の球体の回動に連れて球体の周方向に移動しようとす
る。圧電素子は、伸縮方向と垂直な方向の圧力にはもろ
いため、この方向の変位を圧電素子歪曲制限部により制
限する。このことにより、圧電素子の寿命を長くするこ
とが出来る。

【００１７】更に、本発明は、前記圧電アクチュエータ
は、前記圧電素子が前記ハウジングに貫通された貫通穴
に挿通され、該圧電素子の一端を支持する圧電素子支持
部と前記ハウジング外周囲間に所定の厚みを有する調整
リングを介して前記ハウジングに固定されたことを特徴
とする。

【００１８】調整リングを配設したことで、球面軸受の
組立誤差を無くすことが出来る。なお、防塵及び湿気防
止のため、ハウジングの開口と連結用軸間の隙間を覆う
蛇腹状の保護カバーを配設してもよい。

【００１９】更に、本発明は、前記圧電素子の伸縮に伴
う反力を検出する反力検出手段を更に備え、前記電圧調
節手段は、該反力検出手段で検出された反力を基に圧電
素子を伸縮させる電圧を調節することを特徴とする。

【００２０】反力検出手段は、反力に伴い圧電素子に帰
還された電気量から反力の大きさを推定してもよいし、
別途配設した圧力センサにより検出してもよい。電圧調
節手段では、反力検出手段で検出した反力を基に圧電素
子を伸縮させる電圧を調節する。以上により、圧電素子
の球体への予圧が常に一定に保たれる。

【００２１】なお、減摩材の球体と対する面は、凹状に
形成したり、凸状に形成することも可能である。また、
球体に接触しつつ回動可能なボールをボール保持部で保
持させてもよい。このようにすることで、減摩材の磨耗
を少なくしたり、あるいは摩擦を小さく出来る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に、本発明の第１実施形態の縦
断面図を示す。また、図２に本発明の第１実施形態の部
分拡大図を示す。尚、図１１と同一要素のものについて
は同一符号を付して説明は省略する。

【００２３】図１において、球体１は、ハウジング１７
内に収納されている。連結用軸３の下端は、可動部１９
と結合されている。ハウジング１７の下部は、連結用軸
３が所定角回動可能なように開口部１８が設けられてい
る。

【００２４】ハウジング１７の上部には、連結用軸２３
がハウジング１７と一体成形されている。連結用軸２３
の上端は、ベース部２１と結合されている。ハウジング
１７の中心Ｏより等角度αを経た複数箇所には内周面に
ネジ溝を形成した貫通孔２５が設けられている。

【００２５】図２において、ハウジング１７の外面で貫
通孔２５の周囲には、平坦面３１が設けられている。こ
の平坦面３１は、ハウジング１７の外面で貫通孔２５の
中心と交差する点に仮想的に引いた接面と平行となるよ
うに配設されている。

【００２６】圧電アクチュエータ３０は、ハウジング１
７の外部より貫通孔２５に対し圧電素子３０ａが挿入さ
れ、圧電素子支持部３０ｂは貫通孔２５内に螺合固定さ
れている。但し、圧電素子支持部３０ｂは平坦面３１に
対してネジで固定するようにしてもよい。球体１の中心
Ｏはハウジング１７の中心と一致するように配設されて
いる。

【００２７】そして、圧電素子３０ａの中心線は、球体
１の中心Ｏを通過するように配設されている。ハウジン
グ１７、球体１及び圧電アクチュエータ３０の配設等
は、直交する平面ＸＯＺ、ＹＯＺに対し、対称な構造を
持つ。圧電素子３０ａの先端には、減摩材３３が固着さ
れている。

【００２８】また、圧電素子支持部３０ｂには、圧電素
子３０ａ用のコネクタ３５が埋め込まれている。コネク
タ３５は、ケーブル３７を介して電圧供給部３９と接続
されている。電圧供給部３９は、電圧供給手段に相当す
る。電圧供給部３９に対する電圧の調節は、図示しない
ボリュームにより行われるようになっている。このボリ
ュームは、電圧調節手段に相当する。

【００２９】次に、本発明の第１実施形態の動作を説明
する。圧電アクチュエータ３０は、ハウジング１７の少
なくとも４箇所以上に均等に配設するのが望ましい。但
し、均等に配設しなくとも、図３に示すようなハウジン
グ１７の形状が多面体の場合には、圧電素子３０ａの中
心線が球体１の中心Ｏを通過するように配設されていれ
ば、球体１の位置調整は十分に可能である。

【００３０】減摩材３３と球体１間に均等に予圧がかけ
られるように電圧供給部３９の印加電圧をボリュームで
調節する。均等に予圧をかけるのは、適切な剛性を保つ
ためである。減摩材３３の材質は、球体１に比べ磨耗が
し易く、かつ摩擦の小さくなるように選定する。球体１
に鋳鉄を使用した場合には、減摩材３３の材質は、例え
ば青銅、軟鋼や鋳鉄等とする。

【００３１】なお、連結用軸２３はハウジング１７とネ
ジ止めされてもよい。また、ハウジング１７の表面に導
線を印刷し、この導線をケーブル３７に代えることで、
ケーブル類を無くすことが可能である。

【００３２】このことにより、高精度、高剛性を有する
スムーズな３自由度の揺動が可能である。減摩材３３が
摩耗しても、電圧供給部３９の電圧を調節すれば精度と
剛性を戻すことが可能である。

【００３３】このため、使用寿命を長くとれる。なお、
圧電素子支持部３０ｂをハウジング１７の平坦面３１に
ネジ止めとした場合には、圧電アクチュエータ３０の交
換や保守が容易である。

【００３４】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。図４に、本発明の第２実施形態の縦断面図を示
す。尚、図１と同一要素のものについては同一符号を付
して説明は省略する。

【００３５】図４において、ハウジング１７の開口部１
８周縁と連結用軸３間の間隙に蛇腹状の保護カバー４１
が取り付けられている。これにより、開口部１８を通し
て塵や湿気がハウジング１７内に進入するのを防止出来
る。

【００３６】次に、本発明の第３実施形態について説明
する。図５に、本発明の第３実施形態の部分拡大図を示
す。尚、図２と同一要素のものについては同一符号を付
して説明は省略する。

【００３７】図５において、圧電素子支持部３０ｂとハ
ウジング１７の平坦面３１間には、所定の厚みを有する
調整リング４３が介在されている。この、調整リング４
３を配設したことで、球面軸受の組立誤差を無くすこと
が出来る。また、調整リング４３の厚みを調整すること
により、減摩材３３が磨耗した分を補足出来る。

【００３８】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。図６に、本発明の第４実施形態の部分拡大図を示
す。尚、図５と同一要素のものについては同一符号を付
して説明は省略する。

【００３９】図６において、圧電素子支持部３０ｂの一
部を圧電素子３０ａに沿って圧電素子３０ａと所定距離
を隔てつつ、圧電素子３０ａの先端方向に向けて円筒状
の延長部４５を配設する。

【００４０】そして、この延長部４５の内周には、突設
部４７を配設する。突設部４７は、圧電素子歪曲制限部
に相当する。このことにより、圧電素子３０ａは、伸縮
方向と垂直な方向の変位が制限され、圧電素子の寿命を
長くすることが出来る。

【００４１】次に、本発明の第５実施形態について説明
する。本発明の第５実施形態は、減摩材の一構成例につ
いてである。図７に、減摩材の一構成図を示す。図７に
おいて、球体１と対する面４９は、球体１の形状に沿っ
て凹状に形成されている。

【００４２】このことにより、凹状に均等な磨耗が期待
されるため、磨耗後の剛性の調整を取りやすい。また、
球体１に対する剛性も、偏りが無く均等にかけることが
出来る。

【００４３】次に、本発明の第６実施形態について説明
する。本発明の第６実施形態は、減摩材の別構成例につ
いてである。図８に、減摩材の別構成図を示す。

【００４４】図８において、球体１と対する面５１は、
凸状に形成されている。このことにより、球体１に接触
する面積が最小であり、摩擦が小さくてすむ。

【００４５】次に、本発明の第７実施形態について説明
する。本発明の第７実施形態は、減摩材の別構成例につ
いてである。図９に、減摩材の別構成図を示す。

【００４６】図９において、球体１に接触しつつ回動可
能なボール５３が、ボール保持部５５により保持されて
いる。このことにより、球体１に接触する面積が最小で
あり、摩擦が小さくてすむ。また、磨耗も非常に少な
い。

【００４７】次に、本発明の第８実施形態について説明
する。図１０に、本発明の第８実施形態の部分拡大図を
示す。尚、図５と同一要素のものについては同一符号を
付して説明は省略する。

【００４８】図１０において、圧力センサ５７が圧電素
子支持部３０ｂの内部で圧電素子３０ａの端部に配設さ
れている。この圧力センサ５７は、圧電素子３０ａの伸
縮に伴う球体１からの反力の大きさを検出する。

【００４９】圧力センサ５７の出力信号は、図示しない
電圧調節部に入力され、予め設定された設定圧力との間
で差が算出される。そして、この差の大きさに基づき圧
電素子３０ａに印加する電圧の大きさが調節される。調
節された電圧は、電圧供給部３９より出力される。

【００５０】なお、圧力センサ５７を用いずに、反力に
伴い圧電素子３０ａに帰還された電気量から反力の大き
さを推定してもよい。この電気量の大きさは、例えば圧
電素子３０ａと直列に抵抗を接続し、この抵抗を流れる
電流の大きさを測定することで求める。この電流の大き
さは、図示しない電圧調節部に入力され、反力の大きさ
が推定される。

【００５１】そして、この推定された反力の大きさを予
め設定された設定圧力と比較し、その差の大きさに基づ
き圧電素子３０ａに印加する電圧の大きさを調節する。
調節された電圧は、電圧供給部３９より出力される。以
上により、圧電素子３０ａの球体１への予圧が常に一定
に保たれる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電アクチュエータの圧電素子を伸縮させることで、減摩
材を球体表面に対し圧接可能なため、高精度、高剛性を
有するスムーズな３自由度の揺動が可能である。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の縦断面図

【図２】 本発明の第１実施形態の部分拡大図

【図３】 ハウジングの別構成例

【図４】 本発明の第２実施形態の縦断面図

【図５】 本発明の第３実施形態の部分拡大図

【図６】 本発明の第４実施形態の部分拡大図

【図７】 減摩材の一構成図

【図８】 減摩材の別構成図

【図９】 減摩材の別構成図

【図１０】 本発明の第８実施形態の部分拡大図

【図１１】 転がり対偶による３自由度球面軸受の一例
を示す図

【符号の説明】

１ 球体 ３、２３ 連結用軸 １７ ハウジング １８ 開口部 ２５ 貫通孔 ３０ 圧電アクチュエータ ３０ａ 圧電素子 ３０ｂ 圧電素子支持部 ３１ 平坦面 ３３ 減摩材 ３９ 電圧供給部 ４１ 保護カバー ４３ 調整リング ４５ 延長部 ４７ 突設部 ４９ 凹面 ５１ 凸面 ５３ ボール ５５ ボール保持部 ５７ 圧力センサ

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球体と、該球体に連結された連結用軸
   と、該連結用軸が所定角度回動可能なように所定部分が
   開口され、前記球体が内部に収容されるハウジングと、
   該ハウジングの複数箇所に圧電素子の伸縮方向が前記球
   体及び／又は前記ハウジングの中心に向かうように取り
   付けた圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータの
   圧電素子を伸縮させる電圧を調節する電圧調節手段と、
   該電圧調節手段の調節結果に基づき前記圧電素子に電圧
   を供給する電圧供給手段と、前記圧電アクチュエータの
   圧電素子の先端に固着され、前記電圧調節手段により圧
   電素子が伸長されたとき前記球体表面を圧接しつつ摺動
   する減摩材と、前記ハウジングの所定箇所に他の部材と
   連接するため配設された連接手段とを備えたことを特徴
   とする球面軸受。
2. 【請求項２】 前記ハウジングの表面に前記電圧供給手
   段と前記圧電アクチュエータを結ぶ導線を印刷したこと
   を特徴とする請求項１記載の球面軸受。
3. 【請求項３】 前記圧電アクチュエータは、前記圧電素
   子の一端を支持する圧電素子支持部と、該圧電素子支持
   部より前記圧電素子に沿って圧電素子と所定距離を隔て
   つつ圧電素子の先端方向に向けて延長された延長部と、
   該延長部の内周に突設させた圧電素子歪曲制限部とを備
   えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の球面
   軸受。
4. 【請求項４】 前記圧電アクチュエータは、前記圧電素
   子が前記ハウジングに貫通された貫通穴に挿通され、該
   圧電素子の一端を支持する圧電素子支持部と前記ハウジ
   ング外周囲間に所定の厚みを有する調整リングを介して
   前記ハウジングに固定されたことを特徴とする請求項
   １、２又は３記載の球面軸受。
5. 【請求項５】 前記ハウジングの開口と前記連結用軸間
   の隙間を覆う蛇腹状の保護カバーを配設したことを特徴
   とする請求項１、２、３又は４記載の球面軸受。
6. 【請求項６】 前記圧電素子の伸縮に伴う反力を検出す
   る反力検出手段を更に備え、前記電圧調節手段は、該反
   力検出手段で検出された反力を基に圧電素子を伸縮させ
   る電圧を調節することを特徴とする請求項１、２、３、
   ４又は５記載の球面軸受。
7. 【請求項７】 前記減摩材の前記球体と対する面は、前
   記球体の表面形状に沿って凹状に形成されたことを特徴
   とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の球面軸
   受。
8. 【請求項８】 前記減摩材の前記球体と対する面は、凸
   状に形成されたことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、６又は７記載の球面軸受。
9. 【請求項９】 前記減摩材に代えて、前記球体に圧接し
   つつ回動可能なボールと、該ボールを保持するボール保
   持部とを備え、該ボール保持部は、前記圧電アクチュエ
   ータの圧電素子の先端に固着されたことを特徴とする請
   求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の球面軸
   受。
10. 【請求項１０】 前記圧電アクチュエータは、前記ハウ
    ジングの複数箇所に均等に配設されたことを特徴とする
    請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の球
    面軸受。