JP7401990B2

JP7401990B2 - 玉軸受

Info

Publication number: JP7401990B2
Application number: JP2019145443A
Authority: JP
Inventors: 康介鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2023-12-20
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: JP2021025614A

Description

本発明は、波動歯車減速機に組み込まれる玉軸受に関する。

波動歯車減速機は、サーキュラスプラインと、フレクスプラインと、楕円状カムと、フレクスプラインと楕円状カムとの間に介在する玉軸受を備える。玉軸受は、楕円状カムに嵌め合わされることにより楕円状に弾性変形させられる。フレクスプラインは、楕円状の玉軸受の外輪によって楕円状に弾性変形させられる。

フレクスプラインは、その楕円状の長軸方向の二箇所でサーキュラスプラインに噛み合わされている。楕円状カムの回転と一体に楕円状の玉軸受が回転すると、その回転方向へ楕円状の長軸方向の向きが変わりサーキュラスプラインとフレクスプラインの噛み合う位置が回転方向に移動して、フレクスプラインとサーキュラスプラインとの間に相対回転が発生する。その相対回転が減速回転として取り出される（例えば、特許文献１参照）。

図７を参照して説明すると、フレクスプライン１００は、一般に、薄肉の金属材で形成されており、軸方向一端で開口する筒部１０１と、軸方向他端で筒部１０１に連続する底１０２とで形成されたカップ状になっている。玉軸受１１０は、外輪１１１が外周両側の面取り部間に円筒面状に形成された外径面部１１２を有しており、外輪１１１と内輪１１３との間の軸方向両側が開口するシールのない、いわゆるオープンタイプのものである。

フレクスプライン１００の筒部１０１の内部には、グリース（図示省略）が充填されており、グリース潤滑によって玉軸受１１０が使用されている。

ここで、フレクスプライン１００の筒部１０１は、その楕円状の長軸方向の二箇所（図示断面上）において、開口縁１０３側に向かって外径側に傾く。このため、外輪１１１の円筒面状の外径面部１１２は、傾いた筒部１０１と外径面部１１２の底１０２側の端で接触する線状の接触状態となる。

線状の接触状態となる外輪１１１の外径面部１１２とフレクスプライン１００の筒部１０１との間にクリープが生じやすくなる。クリープが生じる外輪１１１の外径面部１１２と、フレクスプライン１００の筒部１０１との間に摩耗が発生する可能性がある。

このため、摩耗により発生する金属粉が玉軸受の外輪１１１と内輪１１３との間の軸方向一端側から侵入して、玉軸受の潤滑を阻害するという問題が生じる。また、上述のように、玉軸受１１０は、いわゆるオープンタイプのものであるため、グリース漏れを生じる問題もある。

この問題を解決するために、玉軸受の外輪とハウジングとの間にシール部材を備えた波動歯車減速機が提案されている（特許文献２参照）。シール部材はハウジングと接触しており、シール部材によって、玉軸受のグリース漏れの発生や、玉軸受の外輪とフレクスプラインとの摩耗により発生する金属粉の玉軸受内への侵入を防止することができる。

実開平７－３３２４４２号公報特開２０１８－１６８９５６号公報

しかしながら、特許文献２に記載の波動歯車減速機では、シール部材がハウジングと接触している。このため、波動歯車減速機の運転時に、シール部材とハウジングとの摩擦によるトルクの増加や、シール部材自体の摩耗に伴う異物が玉軸受内に侵入する可能性があった。

そこで、この発明は、異物の侵入を防止しつつ、潤滑性を確保することができる波動歯車減速機用の玉軸受を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、波動歯車減速機の楕円状のカムとフレクスプラインとの間に介在する玉軸受において、前記カムとの嵌合によって楕円状に変形させられる内輪と、前記内輪の楕円状変形に伴って楕円状に変形させられる外輪と、前記内輪および外輪間に形成される軸受空間に配置される転動体と、前記軸受空間の軸方向一方側の開口を覆う環状のシール部材とを備え、前記シール部材が軸方向の前記フレクスプラインの開口縁側に位置しており、前記内輪の軸方向一方側の端面が前記カムの軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置しており、前記シール部材の内周部が前記カムの外周部の軸方向一方側に固定されている状態であり、前記シール部材の外周部と前記外輪の内周面との間にラビリンスシールが形成されている構成を採用することができる。

また、前記内輪が前記外輪の軌道輪幅よりも小さい軌道輪幅を有し、前記内輪の軸方向一方側の端面が、前記外輪の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置している構成を採用することができる。

また、前記内輪が前記外輪の軌道輪幅と同じ軌道輪幅を有し、前記内輪および前記外輪の軸方向一方側の端面が、前記カムの軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置している構成を採用することができる。

さらに、前記シール部材が金属板から形成されるシールドであり、前記シールドがその外周部に軸方向内側に折り曲げたフランジ状の外環部を有し、前記ラビリンスシールが前記外環部と前記外輪の内周面との間に形成されている構成を採用することができる。

また、前記シール部材が弾性体と前記弾性体を補強する芯金から形成され、前記弾性体がその外周部に位置するリップを有し、前記ラビリンスシールが前記リップと前記外輪の内周面との間に形成されている構成を採用することができる。

この発明は、内輪および外輪間に形成される軸受空間の軸方向一方側の開口を覆うシール部材を備えたので、軸受空間の軸方向一方側の開口からフレクスプライン内へ異物が入り込むことを防止することができる。

また、シール部材がカムと一体に回転し、シール部材の外周部と外輪の内周面との間にラビリンスシールが形成されているので、フレクスプライン内や軸受空間内のグリースが軸受空間の軸方向一方側の開口から外部に漏出することを防止することができる。

この発明の第一実施形態に係る玉軸受を備える波動歯車減速機の縦断面図同上の玉軸受を備える波動歯車減速機の正面図同上の玉軸受を示す断面図この発明の第二実施形態に係る玉軸受を示す縦断面図この発明の第三実施形態に係る玉軸受を示す縦断面図この発明の第三実施形態に係る玉軸受の変形例を示す縦断面図従来の玉軸受を備える波動歯車減速機を示す縦断面図

以下、図面に基づき、本発明の第一実施形態を説明する。図１～３に示すように、この実施形態に係る玉軸受１は、波動歯車減速機用のものである。この波動歯車減速機は、サーキュラスプライン２と、フレクスプライン３と、カム４と、フレクスプライン３とカム４との間に介在する玉軸受１とを備える。

玉軸受１は、内輪５と、外輪６と、内輪５の軌道溝７と外輪６の軌道溝８との間に介在する一列の玉９と、これら玉９間の周方向間隔を保つ保持器１０と、内輪５と外輪６との間の軸受空間の軸方向一方側の開口を覆うシール部材であるシールド１１を備える。それぞれの軌道溝７、８間には、通常、奇数個の玉９が配置されている。内輪５および外輪６は金属製である。

以下、「軸方向」は、玉軸受１の軸受中心軸（図示省略）に沿った方向のことをいう。玉軸受１の軸受中心軸は、設計上、内輪５、外輪６の各軌道輪の中心軸と同軸に設定され、また、波動歯車減速機の回転軸線と同軸に設定されている。以下、その軸受中心軸に対して直角な方向のことを「径方向」といい、その軸受中心軸回りの円周方向のことを「周方向」という。

カム４は、第一軸Ｓ１と一体に周方向に回転可能となっている。フレクスプライン３は、第一軸Ｓ１と同一軸線上に配置された第二軸Ｓ２と一体に周方向に回転可能となっている。図３に示すように、カム４は、楕円状に形成された外周部４ａを有する。カム４の外周部４ａは、軸方向一方側に全周に形成されるシール嵌合溝４ｂを有する。

サーキュラスプライン２は、金属製である。サーキュラスプライン２の内周には、周方向に所定数の内歯２ａが設けられている。

フレクスプライン３は金属製である。フレクスプライン３は、筒部１２と、筒部１２の軸方向他端に連続する底部１３とで形成されたカップ状になっている。筒部１２の内側は、円筒面状に形成されている。筒部１２の軸方向一方側の先端は、フレクスプライン３の軸方向一方側で開口する開口縁１４になっている。

フレクスプライン３の筒部１２の外周には、サーキュラスプライン２の内歯２ａに噛み合う外歯３ａが、周方向に沿って設けられている。この実施形態では、フレクスプライン３の外歯３ａの数は、サーキュラスプライン２の内歯２ａの数よりも２つ少ない。内歯２ａの数と外歯３ａとの数は、外歯３ａの数が内歯２ａの数よりも少ない条件で適宜設定することがきる。底部１３の中央部に第二軸Ｓ２が連結されている。

玉軸受１の内輪５は、カム４の外周部４ａに対して一体に回転する状態に嵌め合わされる。内輪５が外輪６の軌道輪幅よりも小さい軌道輪幅を有している。内輪５の軌道輪幅はカム４の軸方向幅よりも小さい幅寸法に形成されている。

内輪５の軸方向一方側の端面がカム４の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置している。内輪５の軸方向他方側の端面とカム４の軸方向他方側の端面とは軸方向の位置が合致している。

外輪６の軌道輪幅は、カム４の軸方向幅と同じ幅寸法に形成されている。外輪６の軸方向両側の端面は、カム４の軸方向両側の端面とそれぞれ軸方向の位置が合致している。

玉９は、内輪５および外輪６間に形成される軸受空間に複数配置されている。複数の玉９が保持器１０により周方向に間隔をおいて転動可能に保持されている。保持器１０は、例えば、つの形保持器を採用することができる。

シールド１１は、環状の金属板から形成され、内輪５および外輪６間の前記軸受空間の軸方向一方側の開口を覆っている。図３に示すように、シールド１１は、環状の平板部１１ａと、平板部１１ａの内周縁に設けられる内環部１１ｂと、平板部１１ａの外周縁に設けられる外環部１１ｃとを有している。シールド１１は、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼板をプレス加工するなどの既知の手段により製造される。

平板部１１ａは、図２に示すように、内周縁および外周縁が楕円をなす環状に形成されるものである。平板部１１ａの内周縁および外周縁は、それぞれの長軸が合致する状態に形成されている。平板部１１ａの内周側部分には、軸方向内向きかつ径方向内向きに延び出すテーパ状部１１ｄが形成されている。テーパ状部１１ｄにより平板部１１ａが補強される。

内環部１１ｂは、平板部１１ａの内周縁から軸方向外向きに湾曲している。内環部１１ｂは、カム４の外周部４ａに沿う楕円状をなし、シール嵌合溝４ｂに圧入により嵌合されている。

外環部１１ｃは、平板部１１ａの外周縁から軸方向内向きにフランジ状に形成されている。外環部１１ｃは、外輪６の内周面に沿って楕円状をなし、外輪６の内周面との間にラビリンスシール３０を形成している。

シールド１１は、平板部１１ａの外周縁の長軸とカム４の長軸とが合致する状態で、内環部１１ｂがシール嵌合溝４ｂに圧入により嵌合されるものである。この嵌合により、シールド１１は、カム４と一体に回転する。また、ラビリンスシール３０がシールド１１の外環部１１ｃと外輪６の内周面との間の全周に形成される。

玉軸受１の内輪５は、そのカム４の外周部４ａに嵌合されることにより、楕円状に弾性変形させられる。この楕円状変形に伴い、外輪６が玉９を介して押されることにより、楕円状に弾性変形させられる。この状態で玉軸受１の外輪６がフレクスプライン３の筒部１２の内側に圧入されることにより、フレクスプライン３の筒部１２も楕円状に弾性変形させられる。

カム４の回転と一体に楕円状の玉軸受１が回転すると、その回転方向へ楕円状の長軸方向の向きが変わり、サーキュラスプライン２の内歯２ａとフレクスプライン３の外歯３ａの噛み合う位置が回転方向に移動して、サーキュラスプライン２とフレクスプライン３との間に１周で２つ分の相対回転が発生する。その相対回転が減速回転として第二軸Ｓ２から取り出される。

この実施形態は以上のように構成される。この構成からなる波動歯車減速機の玉軸受１において、この発明では、内輪５および外輪６間の前記軸受空間の軸方向一方側の開口を覆うシールド１１を備えたことにより、前記軸受空間の軸方向一方側の開口からフレクスプライン３内へ異物が入り込むことを防止することができる。

また、シールド１１がカム４と一体に回転し、シールド１１の外環部１１ｃと外輪６の内周面との間にラビリンスシール３０が形成されている。このため、フレクスプライン３内や軸受空間内のグリースが外部に漏出することを防止することができ、玉軸受１の潤滑性が確保される。

ここで、波動歯車減速機は、第一軸Ｓ１および第二軸Ｓ２が上下方向に配置される縦軸状態で使用されることが多い。フレクスプライン３の開口縁１４が下方に位置する場合、グリースは自重によりフレクスプライン３の開口縁１４へ向かって下方に移動しやすくなる。

この発明では、玉軸受１は軸方向のフレクスプライン３の開口縁１４側となる玉軸受１の軸方向一方側にシールド１１を備えている。このため、グリースを玉軸受１の軸受空間内に留まらせることが可能となり、良好な潤滑状態を維持することができる。

この発明の第二実施形態に係る玉軸受を図４に示す。第二実施形態の玉軸受１は、シール部材が、弾性体２１と弾性体２１を補強する芯金２２とから形成されている点で、上述の第一実施形態と相違する。その他の構成において、第一実施形態と同一の構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施形態の玉軸受１のシール部材は、弾性体２１を金属板から形成される芯金２２により補強した環状部材である。弾性体２１は、芯金２２の径方向中間部分の内面側を除き芯金２２の全体を覆うように設けられる。

シール部材は、弾性体２１の内周縁の全周に設けられた嵌合部２１ａと、弾性体２１の外周縁の全周に設けられたリップ２１ｂとを有する。嵌合部２１ａは、カム４のシール嵌合溝４ｂの溝内面に沿って楕円状に形成されている。嵌合部２１ａがカム４のシール嵌合溝４ｂに圧入により固定され、シール部材はカム４と一体に回転する。

リップ２１ｂは、外輪６の内周面に対向する楕円状の外周面を有する。リップ２１ｂの外周面は、外輪６の内周面との間の全周にラビリンスシール３０を形成している。

この実施形態の玉軸受１では、外輪６と内輪５との間に軸受空間の軸方向一方側の開口を覆うシール部材を備えている。このため、第一実施形態と同様に、軸方向一方側の軸受空間の開口からフレクスプライン３内へ異物が入り込むことを防止することができる。

この発明の第三実施形態に係る玉軸受を図５に示す。第三実施形態の玉軸受１は、内輪５が外輪６の軌道輪幅と同じ軌道輪幅である点、内輪５および外輪６の軸方向一方側の端面が、カム４の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置している点で、上述の第一実施形態と相違する。その他の構成において、第一実施形態と同一の構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施形態の玉軸受１は、内輪５および外輪６の軌道輪幅が同じで状態となっている。また、内輪５および外輪６の軸方向他方側の端面がカム４の軸方向他方側の端面と軸方向位置が合致する状態で、内輪５がカム４の外周部４ａに圧入により嵌合している。

シールド１１は、平板部１１ａの内周側にテーパ状部１１ｄを有している。平板部１１ａは、径方向外向きに延び出している。平板部１１ａの外周縁に外環部１１ｃが軸方向内向きに形成されている。

外環部１１ｃの先端縁は、外輪６の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置している。第一実施形態と同様に、このシールド１１の外環部１１ｃが外輪６の内周面との間にラビリンスシール３０を形成する。

なお、図６に示すように、シールド１１は、平板部１１ａに軸方向内向きに形成される中環部１１ｅを有するものであってもよい。平板部１１ａにおける中環部１１ｅの位置は、玉９、保持器１０にシールド１１が干渉しない位置に設けられる。中環部１１ｅを設けることで、シールド１１の外環部１１ｃの位置を、外輪６に対して軸方向へ近づけることができる。

また、シール部材は、弾性体を金属板から形成される芯金により補強した環状部材としてもよい。このシール部材は、弾性体を芯金の径方向中間部分の内面側を除き芯金の全体を覆うように設けられる。この弾性体は内周部に形成される嵌合部と外周部に形成されるリップを有する。弾性体の嵌合部がカム４のシール嵌合溝４ｂに圧入により固定され、リップが外輪６の内周面との間にラビリンスシール３０を形成している。

１玉軸受
２サーキュラスプライン
３フレクスプライン
４カム
４ａ外周部
４ｂシール嵌合溝
５内輪
６外輪
７、８軌道溝
９玉
１０保持器
１１シールド
１１ａ平板部
１１ｂ内環部
１１ｃ外環部
１２筒部
１３底部
１４開口縁
２１弾性体
２１ａ嵌合部
２１ｂリップ
２２芯金
３０ラビリンスシール
Ｓ１第一軸
Ｓ２第二軸

Claims

楕円状のカム（４）とフレクスプライン（３）との間に介在する玉軸受（１）を備える波動歯車減速機において、
前記カム（４）との嵌合によって楕円状に変形させられる内輪（５）と、前記内輪（５）の楕円状変形に伴って楕円状に変形させられる外輪（６）と、前記内輪（５）および外輪（６）間に形成される軸受空間に配置される転動体（９）と、前記軸受空間の軸方向一方側の開口を覆う環状のシール部材とを備え、
前記シール部材が軸方向の前記フレクスプライン（３）の開口縁（１４）側に位置しており、前記内輪（５）の軸方向一方側の端面が前記カム（４）の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置しており、前記シール部材の内周部が前記カム（４）の外周部（４ａ）の軸方向一方側に固定されている状態であり、前記シール部材の外周部と前記外輪（６）の内周面との間にラビリンスシール（３０）が形成されており、前記カム（４）の外周部が軸方向一方側に全周に形成されるシール嵌合溝（４ｂ）を有し、前記シール部材の内周部が前記カム（４）のシール嵌合溝（４ｂ）に嵌合されていることを特徴とする波動歯車減速機。
前記内輪（５）が前記外輪（６）の軌道輪幅よりも小さい軌道輪幅を有し、前記内輪（５）の軸方向一方側の端面が前記外輪（６）の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の波動歯車減速機。
前記内輪（５）が前記外輪（６）の軌道輪幅と同じ軌道輪幅を有し、前記内輪（５）および前記外輪（６）の軸方向一方側の端面が、前記カム（４）の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の波動歯車減速機。
前記シール部材が金属板から形成されるシールド（１１）であり、前記シールド（１１）がその外周部に軸方向内側に折り曲げたフランジ状の外環部（１１ｃ）を有し、前記ラビリンスシール（３０）が前記外環部（１１ｃ）と前記外輪（６）の内周面との間に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波動歯車減速機。
前記シール部材が弾性体（２１）と前記弾性体（２１）を補強する芯金（２２）から形成され、前記弾性体（２１）がその外周部に位置するリップ（２１ｂ）を有し、前記ラビリンスシール（３０）が前記リップ（２１ｂ）と前記外輪（６）の内周面との間に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波動歯車減速機。