JP5068346B2

JP5068346B2 - 軸受部構造

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Publication number: JP5068346B2
Application number: JP2010152928A
Authority: JP
Inventors: 淳広瀬; 敏晴日比野; 昌兆栗田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: JP2010230171A

Description

この発明は、針状ころ軸受を用いた軸受部構造に関する。

一般に、外側部材と、該外側部材に遊嵌された内側部材と、これら外側、内側部材間に介装された針状ころ軸受とからなる軸受部構造は、種々の装置、例えば内燃機関のクランク部、自動車のトランスミッション、複写機等において採用されており、偏心揺動型歯車装置に用いられた例としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。

特開２０００−１５４８４９号公報特開平９−２０３４５１号公報

このものは、内周に多数の内歯が形成された内歯歯車と、外周に前記内歯に噛み合う多数の外歯が形成され、内部に貫通孔が形成された外側部材としての外歯歯車と、該外歯歯車の貫通孔内に中心軸から偏心した偏心部が同軸関係を保って遊嵌され、回転駆動力を受けて中心軸回りに回転する内側部材としてのクランク軸と、前記クランク軸を回転可能に支持する支持体と、外歯歯車の貫通孔とクランク軸の偏心部との間に介装され、外歯歯車とクランク軸との相対回転を許容する針状ころ軸受とを備えたものである。

そして、前記針状ころ軸受は、周方向に離れて配置された複数の針状ころと、これら針状ころを回転可能に支持する保持器とから構成されているが、該保持器の両側壁の内、外周と偏心部、貫通孔との間にはそれぞれ若干幅の環状間隙しか存在しておらず、しかも、前記両側壁の内周と偏心部との間の環状間隙は該保持器の軸方向移動を規制するワッシャあるいは円錐ころ軸受のインナーレースによって閉止されているため、前記針状ころは、外歯歯車（貫通孔）とクランク軸の偏心部と針状ころ軸受の保持器の両側壁とによって画成された半密閉空間に収納されていることになる。

そして、このような従来の軸受部構造においては、通常、前記特許文献２に記載されているように、半密閉空間内に針状ころを潤滑する潤滑剤が該針状ころと共に収納されているが、このような潤滑剤は半密閉状態にあるため、殆ど入れ替わることがなく、この結果、長期間使用すると、該潤滑剤が劣化して潤滑性能が悪化し、針状ころ軸受が破損してしまうことがあるという課題があった。

この発明は、半密閉空間における潤滑剤を簡単な構造で容易に入れ替えることができる軸受部構造を提供することを目的とする。

このような目的は、内部に貫通孔が形成された外歯歯車と、外歯歯車の貫通孔内に偏心部が同軸関係を保って遊嵌されたクランク軸と、外歯歯車の貫通孔と該貫通孔に遊嵌されたクランク軸の偏心部との間に介装されるとともに、周方向に離れて配置された複数の針状ころ、および、これら針状ころを回転可能に支持し、その両側壁と前記外歯歯車、クランク軸とで前記針状ころが収納された半密閉空間を画成する保持器とから構成され、前記外歯歯車とクランク軸との相対回転を許容する針状ころ軸受と、前記針状ころ軸受の両側端に密着配置され、保持器の半径方向内側部に重なり合う一対のリング状を呈するワッシャと、前記クランク軸の偏心部との間にワッシャを挟持する円錐ころ軸受のインナーレースとを備えた軸受部構造において、少なくともいずれか一方のワッシャに、保持器の側壁内周とクランク軸との間の間隙を通じて半密閉空間に連通することができる貫通した複数の潤滑通路を前記インナーレースより半径方向外側において周方向に等距離離して形成し、前記インナーレースにより閉止されることのない潤滑通路および前記間隙を通じて半密閉空間に潤滑剤を流出入させるようにした軸受部構造により達成することができる。

前述の発明においては、少なくともいずれか一方のワッシャに、保持器の側壁内周とクランク軸との間の間隙を通じて半密閉空間に連通することができる貫通した複数の潤滑通路を形成したので、これら潤滑通路を通じて半密閉空間に潤滑剤が流出入するようになり、この結果、半密閉空間内における潤滑剤の入れ替わり量が増大し、針状ころ軸受の破損を効果的に抑制することができるとともに、クランク軸、外歯歯車の相対回転速度を高速とすることができる。

軸受部構造の一例を示す正面断面図である。図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。針状ころ軸受近傍の拡大正面断面図である。クランク軸の右側面図である。軸受部構造の他の例を示す針状ころ軸受の右側面図である。この発明の実施例１を示す図３と同様の針状ころ軸受近傍の拡大正面断面図である。クランク軸、針状ころ軸受近傍の右側面図である。

以下、軸受部構造の一例を図面に基づいて説明する。
図１、２、３において、11はロボット等に使用される偏心揺動型歯車装置であり、この歯車装置11は、例えば図示していないロボットのアーム、ハンド等に取り付けられた略円筒状の回転ケース12を有する。この回転ケース12の内周でその軸方向中央部には断面が半円形をした多数のピン溝13が形成され、これらのピン溝13は軸方向に延びるとともに周方向に等距離離れて配置されている。

14は多数（ピン溝13と同数）の円柱状をしたピンからなる内歯であり、これらの内歯14はそのほぼ半分がピン溝13内に挿入されることで回転ケース12の内周に周方向に等距離離れて設けられている。前述した回転ケース12、内歯14は全体として、内周に複数の円柱状ピンで構成された内歯14が設けられた内歯歯車15を構成する。

前記内歯歯車15内にはリング状をした外側部材としての外歯歯車18が複数（ここでは２個だけ）軸方向に並べられて収納され、これら外歯歯車18の外周にはトロコイド歯形、詳しくはペリトロコイド歯形からなる多数の外歯19がそれぞれ形成されている。ここで、前記外歯歯車18の外歯19の歯数は前記内歯14の歯数より若干少なく、また、これら外歯歯車18と内歯歯車15とは内接した状態で外歯19と内歯14とが噛み合っているが、２つの外歯歯車18の最大噛み合い部（噛み合いの最も深い部位）は 180度だけ位相がずれている。

各外歯歯車18には複数、ここでは３個の軸方向に貫通した遊嵌孔22が形成され、これらの遊嵌孔22は外歯歯車18の中心軸から半径方向に等距離離れるとともに、周方向に等距離離れて配置されている。そして、前記遊嵌孔22は半径方向外側に向かって周方向幅が広くなった略ベース形を呈している。

25は回転ケース12内に遊嵌され図示していない固定ロボット部材に取り付けられた支持体であり、この支持体25は外歯歯車18の軸方向両外側に配置された一対の略リング状を呈する端板部26、27と、一端が端板部26に一体的に連結され、他端が複数のボルト28により端板部27に着脱可能に連結された複数（遊嵌孔22と同数）の柱部29とから構成されている。そして、前記端板部26、27同士を連結する柱部29は軸方向に延びるとともに、外歯歯車18の遊嵌孔22内に若干の間隙を保持しながら遊嵌されている。

31、32は前記支持体25、詳しくは端板部26、27の外周と回転ケース12の軸方向両端部内周との間に介装された一対の軸受であり、これらの軸受31、32により内歯歯車15は支持体25に回転可能に支持される。33は各外歯歯車18の内部に少なくとも１個、ここでは３個だけ成形された軸方向に延びる貫通孔であり、これら複数の貫通孔33は周方向に等距離離れ、外歯歯車18の遊嵌孔22と交互に配置されるとともに、中心軸から半径方向に等距離離れて配置されている。

35は内側部材としての少なくとも１本（貫通孔33と同数）のクランク軸であり、これらのクランク軸35は周方向に等角度離れて配置されるとともに、その軸方向一端部に外嵌された円錐ころ軸受36およびその軸方向他端部に外嵌された円錐ころ軸受37によって支持体25、詳しくは端板部26、27に回転可能に支持されている。

前記クランク軸35はその一部、ここでは軸方向中央部にクランク軸35の中心軸から等距離だけ偏心した２個の偏心部38を有し、これら偏心部38は軸方向に若干距離だけ離れるとともに、互いに 180度だけ位相がずれている。そして、前記クランク軸35の偏心部38は外歯歯車18の貫通孔33内にそれぞれ同軸関係を保って遊嵌されるとともに、これら外歯歯車18の貫通孔33とクランク軸35の偏心部38との間には針状ころ軸受39が介装され、これにより、前記外歯歯車18とクランク軸35との相対回転が許容される。

各クランク軸35の軸方向一端には外歯車40が固定され、これらの外歯車40には図示していない駆動モータの出力軸41の一端部に設けられた外歯車42が噛み合っている。この結果、駆動モータが作動して外歯車40が回転すると、クランク軸35は自身の中心軸回りに回転し、この結果、クランク軸35の偏心部38が外歯歯車18の貫通孔33内において偏心回転し、外歯歯車18が偏心揺動回転をする。このとき、前記外歯歯車18の外歯19の歯数が内歯14のピン数より若干、ここでは１個だけ少ないので、内歯歯車15およびロボットのアーム等は減速されて低速回転する。

前記回転ケース12の軸方向一端部と支持体25の端板部26との間にはシール部材45が介装されるとともに、端板部26の一端面には図示していないカバーが取付けられ、この結果、歯車装置11の一側はこれらシール部材45およびカバーにより閉止されている。一方、前記端板部27の他端面に固定された前記駆動モータのケースとロボットのアーム等との間には図示していないシール部材が介装されており、これにより、歯車装置11の他側は駆動モータおよびアーム等により閉止されている。この結果、歯車装置11内には密閉された貯留空間が形成されるとともに、該貯留空間内には少なくとも全ての貫通孔33が浸漬される程度の量、ここでは満杯の潤滑油、グリース等からなる潤滑剤が貯留されている。

ここで、前述の各針状ころ軸受39は、図２、３に示すように、周方向に等距離離れて配置され、貫通孔33の中心軸に平行に延びる円筒状をした複数の針状ころ48と、これら針状ころ48を回転可能に支持する保持器49とから構成されている。ここで、前記保持器49は軸方向両端にリング状をした側壁49ａ、49ｂをそれぞれ有しているが、これら側壁49ａ、49ｂの内径は偏心部38の外径より若干大きく、一方、その外径は貫通孔33の内径より若干小さい。この結果、前記側壁49ａ、49ｂの内、外周と偏心部38、貫通孔33との間には若干幅の環状間隙しか存在しない。

50は前記針状ころ軸受39の両側端に密着配置され、具体的には、円錐ころ軸受36、37のインナーレース36ａ、37ａと２個の偏心部38の軸方向外端面との間に挟持され、保持器49の軸方向移動を規制するリング状のワッシャであり、これらのワッシャ50は前記保持器49の両側壁49ａ、49ｂの半径方向内側部に密着しながら重なり合っており、この結果、前記ワッシャ50により側壁49ａ、49ｂの内周と偏心部38の外周との間に形成された半径方向内側の環状間隙は閉止されている。このようなことから、前記外歯歯車18（貫通孔33）とクランク軸35（偏心部38）と保持器49の両側壁49ａ、49ｂとワッシャ50とにより、前記針状ころ48が収納された半密閉空間51が画成される。

ここで、前述のように貯留空間内には全ての貫通孔33が浸漬される程度の量の潤滑剤が貯留されているため、半密閉空間51内にも針状ころ48を潤滑するための潤滑剤が充満しているが、このような潤滑剤は半密閉状態にあるため、殆ど入れ替わることがなく、この結果、長期間使用すると、該潤滑剤が劣化して潤滑性能が悪化し、針状ころ軸受39に破損が生じることがある。

このため、この例においては、クランク軸35内に潤滑通路53を形成し、該潤滑通路53を通じて半密閉空間51に潤滑剤を流入させ、半密閉空間51における潤滑剤を入れ替えるようにしたのである。ここで、前記潤滑通路53は、クランク軸35の中心軸上を貫通して延びクランク軸35の軸方向両端面において開口する軸孔54と、前記針状ころ48の外径より孔径が小径で、半径方向内端が前記軸孔54に連通する一方、半径方向外端が各偏心部38の外周に開口する複数（偏心部38と同数）の半径方向孔55とから構成されている。

この結果、該潤滑通路53の一端（半径方向孔55の半径方向外端）は半密閉空間51に連通する位置のクランク軸35（偏心部38）の外表面（外周）に開口し、一方、その他端（軸孔54の軸方向両端）は半密閉空間51から離れた位置で前記一端より半径方向内側のクランク軸35の外表面（軸方向両端面）に開口していることになる。これにより、前記クランク軸35が回転したとき、潤滑通路53の一端開口（半径方向孔55の半径方向外端開口）近傍に位置する潤滑剤、即ちクランク軸35の回転中心軸から半径方向外側に大きく離れた位置の潤滑剤には、前記回転に基づく大きな遠心力が作用する。

この結果、貯留空間内の潤滑剤は潤滑通路53の他端開口（軸孔54の軸方向両端開口）から吸い込まれた後、潤滑通路53内を流れて一端開口（半径方向孔55の半径方向外端開口）から振り出されて前記半密閉空間51に供給される一方、半密閉空間51からは半径方向外側の環状間隙を通じて潤滑剤が貯留空間に排出され、貯留空間、潤滑通路53、半密閉空間51を循環する。

ここで、前述した潤滑通路53の一端は半密閉空間51に連通し、しかも、他端開口より半径方向外側に位置していれば、いずれの位置で開口していてもよく、例えば、２個の偏心部38間のクランク軸35外周に開口していてもよい。また、前記潤滑通路53の一端は、偏心部38の最大偏心位置または最小偏心位置の少なくともいずれか一方において開口させることが好ましい。

その理由は、クランク軸35の回転時、偏心部38の最大偏心位置または最小偏心位置には荷重が作用しないため、この荷重の作用しない位置に潤滑通路53の一端を開口させるようにすれば、荷重が不均一となったり、潤滑通路53の一端開口エッジにより針状ころ48が傷付く事態が防止され、針状ころ48、偏心部38の破損を防止することができる。そして、潤滑通路53の一端は、前述の荷重が作用しない範囲が比較的広く成形作業が容易となることから、この例のように偏心部38の最小偏心位置において開口させることがさらに好ましい。

次に、前記一例の作用について説明する。
今、駆動モータが作動し、クランク軸35が回転しているとする。このとき、クランク軸35の偏心部38が外歯歯車18の貫通孔33内において偏心回転して外歯歯車18を偏心揺動回転させるが、前記外歯歯車18の外歯19の歯数が内歯（ピン）14の数より若干（１個だけ）少ないので、回転ケース12およびロボットのアーム等は外歯歯車18の偏心揺動回転により低速で回転する。

ここで、前述のようにクランク軸35が回転すると、潤滑通路53の一端開口（半径方向孔55の半径方向外端開口）近傍に位置する潤滑剤に、前記回転に基づく大きな遠心力が作用し、この結果、貯留空間内の潤滑剤は潤滑通路53の他端開口（軸孔54の軸方向両端開口）から吸い込まれた後、潤滑通路53内を流れて一端開口（半径方向孔55の半径方向外端開口）から振り出されて前記半密閉空間51に供給される。

このとき、半密閉空間51から前記半径方向外側の環状間隙を通じて潤滑剤が貯留空間に排出されるため、該潤滑剤は貯留空間、潤滑通路53、半密閉空間51内を循環する。このように簡単な構造でありながら、半密閉空間51内の潤滑剤を容易に入れ替えることができ、しかも、長時間使用しても潤滑性能が悪化するようなことはなく、針状ころ軸受39の破損を効果的に抑制することができるとともに、クランク軸35の回転速度を高速とすることができる。

また、軸受部構造の他の例としては図５に示すようなものも知られている。この例においては、前記保持器49の少なくともいずれか一方の側壁、ここでは両側壁49ａ、49ｂに貫通する潤滑通路60を形成している。ここで、前記潤滑通路60は両側壁49ａ、49ｂに複数個、ここでは針状ころ48と同数だけ形成するとともに、針状ころ48間に位置するよう周方向に離れて配置している。なお、この潤滑通路60は前記針状ころ48に若干重なり合っていてもよい。

このようにすれば、貯留空間内の潤滑剤にクランク軸35、外歯歯車18の回転によって流れが生じていると、この流れにより潤滑剤は前記半径方向外側の環状間隙に加え潤滑通路60を通じて半密閉空間51に流出入し、半密閉空間51内の潤滑剤が容易に入れ替わる。なお、前記潤滑通路60を軸方向に対して同一方向に傾斜、例えば、軸方向他側に向かうに従い半径方向外側となるよう傾斜させるようにすれば、この傾斜に沿う潤滑剤の流れが発生し、入れ替わりが効果的に行われる。なお、他の構成、作用は前記一例と同様である。

図６、７はこの発明の実施例１を示す図である。この実施例においては、前記ワッシャ50の少なくともいずれか一方に、ここでは両ワッシャ50に、保持器49の両側壁49ａ、49ｂの内周とクランク軸35（偏心部38）との間に形成された半径方向内側の環状間隙を通じて半密閉空間51に連通することができる貫通した複数の潤滑通路63を形成している。ここで、前記潤滑通路63は円錐ころ軸受36、37のインナーレース36ａ、37ａによって閉止されないよう該インナーレース36ａ、37ａより半径方向外側に配置するとともに、周方向に等距離離して複数形成する。

このようにすれば、貯留空間内の潤滑剤にクランク軸35、外歯歯車18の回転によって流れが生じていると、この流れにより潤滑剤は前記半径方向外側の環状間隙に加え潤滑通路63、半径方向内側の環状間隙を通じて半密閉空間51に流出入し、半密閉空間51内の潤滑剤が容易に入れ替わる。なお、前記潤滑通路63を軸方向に対して同一方向に傾斜、例えば、軸方向他側に向かうに従い半径方向外側となるよう傾斜させるようにすれば、この傾斜に沿う潤滑剤の流れが発生し、入れ替わりが効果的に行われる。なお、他の構成、作用は前記一例と同様である。

さらに、前述の実施例１においては、外側部材（外歯歯車18）に対して内側部材（クランク軸35）を回転させるようにしたが、請求項１に係る発明においては、内側部材に対して外側部材を回転させるようにしてもよい。また、エッジが発生せず、しかも、荷重分布を均一にできる場合には、針状ころ48あるいは外歯歯車18に潤滑通路を形成するようにしてもよい。

この発明は、針状ころ軸受を用いた軸受部構造に適用できる。

18…外側部材 33…貫通孔
35…内側部材 38…偏心部
39…針状ころ軸受 48…針状ころ
49…保持器 49ａ、49ｂ…側壁
50…ワッシャ 51…半密閉空間
53…潤滑通路

Claims

内部に貫通孔が形成された外歯歯車と、外歯歯車の貫通孔内に偏心部が同軸関係を保って遊嵌されたクランク軸と、外歯歯車の貫通孔と該貫通孔に遊嵌されたクランク軸の偏心部との間に介装されるとともに、周方向に離れて配置された複数の針状ころ、および、これら針状ころを回転可能に支持し、その両側壁と前記外歯歯車、クランク軸とで前記針状ころが収納された半密閉空間を画成する保持器とから構成され、前記外歯歯車とクランク軸との相対回転を許容する針状ころ軸受と、前記針状ころ軸受の両側端に密着配置され、保持器の半径方向内側部に重なり合う一対のリング状を呈するワッシャと、前記クランク軸の偏心部との間にワッシャを挟持する円錐ころ軸受のインナーレースとを備えた軸受部構造において、少なくともいずれか一方のワッシャに、保持器の側壁内周とクランク軸との間の間隙を通じて半密閉空間に連通することができる貫通した複数の潤滑通路を前記インナーレースより半径方向外側において周方向に等距離離して形成し、前記インナーレースにより閉止されることのない潤滑通路および前記間隙を通じて半密閉空間に潤滑剤を流出入させるようにしたことを特徴とする軸受部構造。