特開 2022-55746 クロスローラ軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022055746

(43)【公開日】2022-04-08

(54)【発明の名称】クロスローラ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/36 20060101AFI20220401BHJP

【ＦＩ】

F16C19/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020163338

(22)【出願日】2020-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100127340

【弁理士】

【氏名又は名称】飛永 充啓

(72)【発明者】

【氏名】川上 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】片渕 恵太

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA13

3J701AA26

3J701AA34

3J701AA42

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA53

3J701BA54

3J701BA69

3J701FA31

3J701FA38

3J701GA11

3J701GA32

3J701XB01

3J701XB03

3J701XB31

(57)【要約】

【課題】クロスローラ軸受の過剰な傾斜軌道面の加工を避けつつ、低トルク性及び転がり寿命の悪化原因を抑制する。
【解決手段】外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａを内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａよりも小さく設ける。傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａを０．３μｍ以下に設ける。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交する一対の傾斜軌道面を内周面に有する外輪と、互いに直交する一対の傾斜軌道面を外周面に有する内輪と、前記外輪の一対の傾斜軌道面と前記内輪の一対の傾斜軌道面との間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置された複数のローラとを備えるクロスローラ軸受において、
前記外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａが前記内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａよりも小さく設けられていることを特徴とするクロスローラ軸受。

【請求項2】

前記外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａ及び前記内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａがそれぞれ０．３μｍ以下に設けられている請求項１に記載のクロスローラ軸受。

【請求項3】

前記外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａ及び前記内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａがそれぞれ０．１μｍ以上に設けられている請求項２に記載のクロスローラ軸受。

【請求項4】

総ころ形式に設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載のクロスローラ軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、外輪と内輪の間に周方向に交互に傾斜方向が変わるようにローラを組み込んだクロスローラ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

クロスローラ軸受は、外輪の内周面に形成された互いに直交する一対の傾斜軌道面と、内輪の外周面に形成された互いに直交する一対の傾斜軌道面との間に、複数のローラを軸受周方向に交互に傾斜方向が変わるように配したものである（例えば、特許文献１）。

【0003】

一般的なクロスローラ軸受では、内輪と外輪の各傾斜軌道面における表面粗さは同等である。

【0004】

クロスローラ軸受は、大きなラジアル荷重やスラスト荷重、モーメント荷重を支えることが可能なため、産業機械、例えば、特に高い剛性が必要とされるロボット用の減速機等に広く使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３７３９０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ロボット用減速機に搭載されるクロスローラ軸受には、低トルク性や、安定して使用し続けられる転がり寿命が要求される。

【0007】

しかしながら、クラスローラ軸受では、傾斜軌道面に対して各ローラの端面が滑り接触する摩擦抵抗がある。この摩擦抵抗は、低トルク性を阻害し、また、摩耗の原因となるので、転がり寿命に悪影響を及ぼす。

【0008】

また、ロボット用減速機に備わるクロスローラ軸受は、使用回転速度が遅いため、傾斜軌道面とローラ間の油膜パラメータが小さい希薄潤滑条件下で使用される。ここで、油膜パラメータは、弾性流体潤滑理論によって求められる転動する二面間の最小油膜厚さと、これら二面の二乗平均平方根粗さの二乗和の平方根との比を意味する。

【0009】

油膜パラメータが小さい程、ローラにピーリングが発生する可能性が高まる。ここで、ピーリングは、大きさが１０μｍ程度、深さが数μｍから１０μｍ程度の微小はく離が密集した損傷のことをいう。ローラにピーリングが発生することは、転がり寿命を著しく悪化させる原因となる。希薄潤滑条件下で、かつ転動する二面間の表面粗さの差が大きい場合にピーリングが発生しやすいことが知られている。

【0010】

前述の滑り接触による摩擦抵抗の抑制やピーリングの発生を抑制するため、傾斜軌道面の表面粗さを小さくすることが好ましいが、加工性やコストの観点からすると、必要以上に表面粗さを小さくすることは好ましくない。

【0011】

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、クロスローラ軸受の過剰な傾斜軌道面の加工を避けつつ、低トルク性及び転がり寿命の悪化原因を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の課題を達成するため、この発明は、互いに直交する一対の傾斜軌道面を内周面に有する外輪と、互いに直交する一対の傾斜軌道面を外周面に有する内輪と、前記外輪の一対の傾斜軌道面と前記内輪の一対の傾斜軌道面との間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置された複数のローラとを備えるクロスローラ軸受において、前記外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａが前記内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａよりも小さく設けられている構成を採用したものである。ここで、表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３（対応ＩＳＯ４２８７：１９９７）で規定された粗さパラメータの算術平均粗さ：Ｒａのことをいう。

【0013】

クロスローラ軸受の運転中に発生するローラの端面と軌道面の滑り接触は、外輪とローラ間で主に発生し、内輪とローラ間では殆ど発生しない。このため、外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａを内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａよりも小さく設ければ、低トルク性及び転がり寿命を悪化させる原因となる外輪とローラの端面間の摩擦抵抗が低減される一方、内輪の傾斜軌道面の表面粗さを過剰に小さくすることが避けられる。

【0014】

前記外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａ及び前記内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａがそれぞれ０．３μｍ以下に設けられているとよい。このようにすると、ローラにおけるピーリングの発生を抑制することができる。

【0015】

内外輪の傾斜軌道面の加工コストを抑える観点からは、前記外輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａ及び前記内輪の傾斜軌道面の表面粗さＲａがそれぞれ０．１μｍ以上に設けられていることがより好ましい。

【0016】

総ころ形式に設けられていることが好ましい。このようにすると、特に高剛性のクロスローラ軸受にすることできる。

【発明の効果】

【0017】

この発明は、上記構成の採用により、クロスローラ軸受の過剰な傾斜軌道面の加工を避けつつ、低トルク性及び転がり寿命の悪化原因を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明の実施形態に係るクロスローラ軸受を示す断面図

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線の切断面でクロスローラ軸受の運転中の様子を示す部分断面図

【図3】図１の外輪の傾斜軌道面の初期摩耗状態における母線形状の測定例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面に基づき、この発明の一例としての実施形態を説明する。

【0020】

図１に示すこのクロスローラ軸受は、外輪１と、内輪２と、外輪１と内輪２との間に単列に配置された複数のローラ３とを備える。このクロスローラ軸受は、特に、ロボット用の減速機に組み込まれるものを想定している。

【0021】

外輪１は、互いに直交する一対の傾斜軌道面１ａを内周面に有する。内輪２は、互いに直交する一対の傾斜軌道面２ａを外周面に有する。

【0022】

ローラ３は、円筒ころからなる。

【0023】

外輪１、内輪２及びローラ３は、それぞれ鋼を素材としたものである。その素材は、例えば、軸受鋼である。

【0024】

図１、図２に示すように、複数のローラ３は、外輪１の一対の傾斜軌道面１ａと内輪２の一対の傾斜軌道面２ａとの間に、周方向に交互に傾斜方向が変わるように配置されている。

【0025】

このクロスローラ軸受は、総ころ形式に設けられている。ここで、総ころ形式とは、傾斜軌道面１ａと２ａ間に一列に並ぶローラ３間のすきまの和が、ローラ３の直径を超えておらず、隣り合うローラ３間を隔てる軸受部品（保持器、スペーサ等）を備えていないが、軸受として機能するように隣り合うローラ３同士が接触可能に配置されていることを意味する。

【0026】

外輪１の一対の傾斜軌道面１ａは、その軸方向断面において、外輪１の内周面の軸方向中央部に形成された逃げ溝１ｂから軸方向両側へ直線状に延び、そのうちの一方の傾斜軌道面１ａがローラ３の転動面と直線的に接触する。同様に、内輪２の一対の傾斜軌道面２ａは、その軸方向断面において、内輪２の外周面の軸方向中央部に形成された逃げ溝２ｂから軸方向両側へ直線状に延び、そのうちの一方の傾斜軌道面２ａがローラ３の転動面と直線的に接触する。

【0027】

このクロスローラ軸受の傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａを変更したサンプルにて、一般的な使用条件で評価試験を行った。その評価内容は、触感による回転検査、ピーリング発生有無、および摩耗である。

【0028】

まず、サンプル組み立て後、触感による回転検査を行った。その結果、傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａが小さいものである程、滑らかに回転した。ただし、内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａの大小は、触感での回転検査の結果に殆ど影響を及ぼさず、外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａの大小は、触感での回転検査の結果に大きな影響を及ぼした。この理由は、運転中、図２に示すように、ローラ３が外輪１側に寄り、ローラ３の進行方向に覆いかぶさった傾斜軌道面１ａに対してローラ３の外輪１側の端面３ａが狭い接触領域Ｐにおいて滑り接触する一方、このとき、ローラ３の内輪２側の端面３ａが内輪２の傾斜軌道面２ａに殆ど接触しないためである。

【0029】

実際に、摩耗評価試験の外輪１の傾斜軌道面１ａの中央部には、図１に示すように、初期摩耗による接触痕Ｉｗが発生したが、内輪２の傾斜軌道面２ａには初期摩耗による接触痕が殆ど発生しなかった。図３に、摩耗評価試験を行った外輪１の傾斜軌道面１ａの母線形状を例示する。図３から明らかなように、初期摩耗状態の傾斜軌道面１ａには、母線形状の中央部近傍にローラ３の端面３ａの縁付近との接触による初期摩耗が認められる。なお、図１では、初期摩耗による接触痕を大幅に誇張して描いている。

【0030】

次に、ピーリング発生有無の評価結果を表１に示す。各サンプルでは、外輪１の傾斜軌道面１ａ及び内輪２の傾斜軌道面２ａを同等の表面粗さＲａに仕上げた。サンプル間での傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａの差は、０．０５μｍに設定した。

【0031】

【表1】

【0032】

表１の評価結果より、傾斜軌道面１ａ、２ａが粗面である方がローラ３にピーリングが発生し易くなり、傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａを０．３μｍ以下にすることがピーリング発生を防止することに有効であると考えられる。

【0033】

また、上述の摩耗評価試験で行った触感による回転検査の結果からは、外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａを小さくすることは、外輪１とローラ３の端面３ａ間の接触抵抗を抑制し、ひいてはトルク低減及び摩耗による転がり寿命の悪化を抑制することに特に有効であるが、内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａを小さくすることは有効性に乏しいと考えられる。

【0034】

一方、傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａを小さくする程、加工が難しくなり、コストを要することになる。

【0035】

上述の試験結果を踏まえつつ加工面の負担を考慮して、外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａは、内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａよりも小さく設けられている。

【0036】

また、傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａ及び傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａは、それぞれ０．１μｍ以上、０．３μｍ以下に設けられている。表１では０．１５μｍ以上における評価結果が記載されているが、加工面のばらつきを考慮して、０．１μｍ以上とした。

【0037】

このクロスローラ軸受は、上述のように、外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａが内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａよりも小さく設けられているため、低トルク性及び転がり寿命を悪化させる原因となる外輪１の傾斜軌道面１ａとローラ３の端面３ａ間の滑り接触部での摩擦抵抗が低減される一方、内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａを過剰に小さくすることが避けられる。したがって、このクロスローラ軸受は、過剰な傾斜軌道面の加工を避けつつ、低トルク性及び転がり寿命の悪化原因を抑制することができる。

【0038】

また、このクロスローラ軸受は、外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａ及び内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａがそれぞれ０．３μｍ以下に設けられているため、ローラ３におけるピーリングの発生を抑制することができる。

【0039】

また、このクロスローラ軸受は、外輪１の傾斜軌道面１ａの表面粗さＲａ及び内輪２の傾斜軌道面２ａの表面粗さＲａがそれぞれ０．１μｍ以上に設けられているため、前述のローラ３の端面３ａと傾斜軌道面１ａ間の滑り接触部での摩擦抵抗を抑制してトルク低減を図り、この摩擦による摩耗やローラ３でのピーリング発生を抑制して転がり寿命の向上を図りつつも、傾斜軌道面１ａ、２ａの過剰な加工を抑制して提供価格を抑えることもできる。

【0040】

また、このクロスローラ軸受は、総ころ形式に設けられているため、特に高剛性のものとすることができる。総ころ形式は、保持器やスペーサがなく、傾斜軌道面１ａと２ａ間に収容可能な最大数のローラ３が組み込まれているので、隣り合うローラ３同士の接触が生じ、ローラ３の本数が多くなる。このため、総ころ形式のクロスローラ軸受は、使用回転速度が遅く、希薄潤滑条件下になり易い上に、ローラ３の端面３ａと傾斜軌道面１ａの滑り接触箇所の数も多くなる。上述のように傾斜軌道面１ａ、２ａの表面粗さＲａを適正化することにより、低トルク性や転がり寿命の向上を図りつつ、総ころ形式の採用により、軸受の高剛性化を図ることができ、これにより、ロボット用の減速機に特に好適なクロスローラ軸受にすることができる。

【0041】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0042】

１ 外輪
１ａ 傾斜軌道面
２ 内輪
２ａ 傾斜軌道面
３ ローラ
３ａ 端面

【図1】

【図2】

【図3】