(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、そして球体を円滑に傾斜移動及び／又は回転移動することができる球面軸受を提供すること。【解決手段】軸体１１を備えた球体１２及び軸体１１を外部に突き出させた状態で球体１２を回転可能に収容する開口部１３ａを持つ空洞部１３を有するハウジング１４を含む球面軸受であって、上記ハウジングの空洞部に収容された上記球体の中心Ｏの移動距離が上記球体の直径の１％以内に制限されており、かつ上記球体が、その静止時において、球体表面上の球体の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域１５にて上記空洞部１３の内面１３ｃと接触していることを特徴とする球面軸受。【選択図】図１
2011085173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体を備えた球体及び軸体を外部に突き出させた状態で球体を回転可能に収容する開口部を持つ空洞部を有するハウジングを含む球面軸受であって、上記ハウジングの空洞部に収容された上記球体の中心の移動距離が上記球体の直径の１％以内に制限されており、かつ該球体が、その静止時において、該球体表面上の球体の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域にて該空洞部の内面と接触していることを特徴とする球面軸受。
【請求項２】
上記球体の環状帯域の幅が、球体の直径の１０％以内である請求項１に記載の球面軸受。
【請求項３】
ハウジングが互いに結合された上側ハウジング部材と下側ハウジング部材とからなる請求項１もしくは２に記載の球面軸受。
【請求項４】
球体とハウジングのいずれもが金属製である請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の球面軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元位置決め装置あるいは産業用ロボットの部品として有利に用いられる球面軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
球面軸受は、三次元位置決め装置のステージあるいは産業用ロボットのアームと、各々の駆動装置との間に接続され、ステージやアームを多自由度で移動するために用いられている。
【０００３】
球面軸受は、軸体を備えた球体と、この軸体を外部に突き出させた状態で球体を回転可能に収容する開口部を持つ空洞部を有するハウジングとから構成される。球面軸受は、その軸体を球体と共に傾斜移動あるいは回転移動させることができ、この軸体に接続された各種機械部品（例えば、前記の産業用ロボットのアーム）の多自由度での移動を実現する。
【０００４】
球面軸受には、球体がハウジングの内部に複数個の小球を介して嵌め合わされたものと、このような小球を介することなく球体がハウジングの内部に嵌め合わされたもの（球面滑り軸受と呼ばれることもある）とが知られている。前者の球面軸受には、前記の各小球を保持する保持器（リテーナ）を備えるものも知られている。後者の球面軸受には、金属製のハウジングを用いたものと、球体との摩擦を低減するためハウジングの内面に樹脂ライナを設けたものとが知られている。また、球面軸受の上記軸体を球体から取り外し可能に構成することも知られている。
【０００５】
前記の小球を備える球面軸受は、球体がハウジングの内部に複数個の球体を介して緊密に支持されるため、軸体を高精度で傾斜移動及び／又は回転移動させることができるものの、その構成が複雑であるため小型化することが難しい。前記の金属製のハウジングを用いた球面軸受は、その小型化は容易であるものの、ハウジングと球体との間に微小な間隙を設けないと、ハウジングとの摩擦により球体の傾斜移動及び／又は回転移動が妨げられる。そして、これを回避するためハウジングと球体との間に設けられた微小な間隙が、軸体の傾斜移動及び／又は回転移動の精度を低下させる原因となっている。そして前記の樹脂ライナを備える球面軸受は、球体と樹脂ライナとが密着するため、球体を比較的に高い精度で傾斜移動及び／又は回転移動させることができるものの、ハウジングの内面（曲面）に樹脂ライナを設けることに手間がかかり、また長期間での使用により樹脂ライナが摩耗して耐久性に問題を生じることもある。
【０００６】
特許文献１には、中央に軸体の取り付けが可能な透孔（ボア）を持つ球体（ボール）と、この球体を回転可能に収容する空洞部を有するハウジングとを備える球面軸受（前記の金属製のハウジングを用いた球面軸受に相当する）が開示されている。
【０００７】
この球面軸受の球体は、ハウジングの内面の一対の環状の軸受面により支持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５７８４２号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の球面軸受は、球体がハウジングの一対の環状の軸受面に挟まれて接触支持された構成を有している。このため球体の中心位置が殆ど変動することはない。従って、球体の高精度での傾斜移動及び／又は回転移動が実現される。しかしながら、この球体には、ハウジングから上記各軸受面を介して予圧が付与される。このため、球体と各軸受面との摩擦により、球体の円滑な傾斜移動及び／又は回転移動が妨げられる場合がある。また、上記摩擦により球体及び各軸受面の各々に摩耗を生じて、球面軸受の耐久性が低下する恐れもある。
【００１０】
本発明の課題は、耐久性に優れ、そして球体を円滑に傾斜移動及び／又は回転移動させることができる球面軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、軸体を備えた球体及び軸体を外部に突き出させた状態で球体を回転可能に収容する開口部を持つ空洞部を有するハウジングを含む球面軸受であって、上記ハウジングの空洞部に収容された上記球体の中心の移動距離が上記球体の直径の１％以内に制限されており、かつ上記球体が、その静止時において、球体表面上の球体の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域にて上記空洞部の内面と接触していることを特徴とする球面軸受にある。
【００１２】
本発明の球面軸受の好ましい態様は、次の通りである。
（１）上記球体の環状帯域の幅が、球体の直径の１０％以内である。
（２）ハウジングが互いに結合された上側ハウジング部材と下側ハウジング部材とからなる。
（３）球体とハウジングのいずれもが金属製である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の球面軸受は、球体がその表面上の球体の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域にてハウジングの内面に接触し、これにより球体とハウジングとの摩擦が低減されているため、優れた耐久性を示し、そして球体の円滑な傾斜移動及び／又は回転移動を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の球面軸受の構成例を示す部分断面図である。
【図２】図１の球面軸受１０をハウジング１４と球体１２との間隔を実際よりも大きな寸法で記入した状態で示す概念図である。
【図３】図２の球面軸受１０をその上下の向きを逆向きにして配置した状態で示す概念図である。
【図４】図１の球面軸受１０をその球体１２に図の下側の方向に荷重が付与された状態で示す拡大図である。
【図５】図１の球面軸受１０をその球体１２に図の上側の方向に荷重が付与された状態で示す拡大図である。
【図６】本発明の球面軸受の別の構成例を示す部分断面図である。
【図７】本発明の球面軸受の更に別の構成例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の球面軸受を、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の球面軸受の構成例を示す部分断面図である。
【００１６】
図１の球面軸受１０は、軸体１１を備えた球体１２及び軸体１１を外部に突き出させた状態で球体を回転可能に収容する開口部１３ａを持つ空洞部１３を有するハウジング１４から構成されている。そして球面軸受１０は、ハウジング１４の空洞部１３に収容された球体１２の中心Ｏの移動距離が球体１２の直径の１％以内に制限されており、かつ球体１２が、その静止時において、球体１２の表面上の球体１２の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域１５にて空洞部１３の内面１３ｃと接触していることに主な特徴がある。
【００１７】
球面軸受１０の球体１２の中心Ｏの位置が移動すると、この球体１２に接続された軸体１１の傾斜移動及び又は回転移動の精度が低下する。このため、実用上、球面軸受１０では、ハウジング１４の空洞部１３のサイズあるいは形状の調節により、空洞部１３に収容された球体１２の中心Ｏの移動距離が、球体１２の直径の１％以内（好ましくは０．５％以内）に制限される。
【００１８】
以下では、球面軸受１０の球体１２とハウジング１４の空洞部１３の内面１３ｃとの接触状態の理解を容易とするため、図１の球面軸受１０をハウジング１４と球体１２との間隔を実際よりも大きな寸法で記入した状態で示す概念図を参照して説明を行なう。
【００１９】
例えば、図２に示すように球面軸受１０がハウジング１４の開口部１３ａを上側にして配置されている場合、球体１２は、その静止時において、球体１２の表面上の球体１２の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域１５にて空洞部１３の内面１３ｃと接触する。この際、球体１２の表面の環状帯域１５以外の表面領域は、空洞部１３の内面１３ｃに接触することはない。
【００２０】
そして、この球体１２にハウジング１４から予圧が付与されることはないため、球体１２の環状帯域１５と空洞部１３の内面１３ｃとの摩擦が低減される。従って、球体１２は、一本の環状帯域１５にて空洞部１３の内面１３ｃに支持された状態で円滑に傾斜移動及び／又は回転移動することができる。また上記摩擦による球体１２の環状帯域１５及び空洞部１３の内面１３ｃの各々の摩耗が抑制されるため、球面軸受１０の耐久性が向上する。
【００２１】
その一方で、図３に示すように球面軸受１０がハウジング１４の上記開口部１３ａを下側にして配置されている場合もまた、球体１２は、その静止時において、球体１２の表面上の球体１２の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域１６にて空洞部１３の内面１３ｃと接触する。この際、球体１２の表面の環状帯域１６以外の表面領域は、空洞部１３の内面１３ｃに接触することはない。
【００２２】
すなわち、球面軸受１０は、その球体１２が、静止時において、球体１２の一本のみの環状帯域にてハウジング１４の空洞部１３の内面１３ｃに接触するように構成されている。
【００２３】
通常、球面軸受１０の球体１２（すなわち軸体１１）には、上下の何れかの方向に荷重（あるいは上下の何れかの方向の荷重成分を有する荷重）が付与される。
【００２４】
図４は、図１の球面軸受１０をその球体１２に図の下側の方向に荷重が付与された状態で示す拡大図である。球体１２は、一本の環状帯域１５にて空洞部１３の内面１３ｃと接触する。この際、球体１２の表面の前記環状帯域１５以外の表面領域は、空洞部１３の内面１３ｃに接触することはない。
【００２５】
図５は、図１の球面軸受１０をその球体１２に図の上側の方向に荷重が付与された状態で示す拡大図である。球体１２は、一本の環状帯域１６にて空洞部１３の内面１３ｃと接触する。この際、球体１２の表面の前記環状帯域１６以外の表面領域は、空洞部１３の内面１３ｃに接触することはない。
【００２６】
このように、球面軸受１０は、上下の何れの方向に荷重が付与された際にも、球体１２が一本のみの環状帯域にてハウジング１４の空洞部１３の内面１３ｃと接触するように構成されている。
【００２７】
球体１２の環状帯域１５、１６の各々の幅は、球体１２の直径の１０％以内であることが好ましく、５％以内であることが更に好ましい。これにより、球体１２の各環状帯域と空洞部１３の内面１３ｃとの摩擦が低減されるため、球体１２の更に円滑な傾斜移動及び／又は回転移動が実現される。
【００２８】
ハウジングを空洞部の中心軸に沿って切断した断面において、ハウジングの空洞部の内面上で、球体の各環状帯域と接触する表面領域は、球体よりも大きな曲率半径を有する曲線あるいは直線により形成されていることが好ましい。但し、前記曲線は、ハウジングの空洞部の内面を凹面とするものである。これにより、球体の各環状帯域が極めて細い幅（理論的には線）に設定されるため、球体とハウジングとの接触面積が極めて小さくなり、両者の摩擦が極めて低減される。
【００２９】
ハウジングの空洞部の内面の形状の設定が容易になるため、この内面の全体が、球体よりも大きな曲率半径を有する曲線あるいは直線により形成されていることが更に好ましい。
【００３０】
図１に示すように、ハウジング１４は、互いに結合された上側ハウジング部材１４ａと下側ハウジング部材１４ｂとから構成されていることが好ましい。これにより、ハウジング１４を、例えば、切削加工や研削加工などによって簡単に且つ高精度で作製することが可能になる。
【００３１】
また、上側ハウジング部材１４ａと下側ハウジング１４ｂとの接触面を平面研磨することにより、研磨の前と比較して球体１２の中心Ｏの上下方向への移動距離を微小な距離にて精密に短縮することができる。また、これと同時に球体１２とハウジング１４とのクリアランスを極僅かに小さく設定することができる。この平面研磨を繰り返して行なうという簡単な操作により、球体１２の中心Ｏの移動距離を極めて微小な距離に調節して、極めて高精度での球体の傾斜移動及び／又は回転移動を実現することができる。
【００３２】
そして、ハウジング１４をその空洞部１３の中心軸ｃに沿って切断した断面において、上側ハウジング部材１４ａの内面の上記中心軸ｃを挟んで対向する表面領域の各々（すなわち図にて中心軸ｃの左右の各々の側に位置する表面領域）が、上側ハウジング部材１４ａよりも下側の位置に中心を持つ、上記球体１２の半径よりも大きな半径を有する円弧の形状にあり、そして両者の表面領域の円弧の中心Ｏ1、Ｏ2が互いに異なる位置にあることが好ましい。
【００３３】
同様に、下側ハウジング部材１４ｂの内面の上記中心軸ｃを挟んで対向する表面領域の各々が、下側ハウジング部材１４ｂよりも上側の位置に中心を持つ、上記球体１２の半径よりも大きな半径を有する円弧の形状にあり、そして両者の表面領域の円弧の中心Ｏ3、Ｏ4が互いに異なる位置にあることが好ましい。
【００３４】
上側ハウジング部材１４ａと下側ハウジング１４ｂとの両者が、それぞれ上記条件を満足することが更に好ましい。
【００３５】
これにより、球体１２の環状帯域１５、１６の各々を極めて細い幅（理論的には線）に設定することが可能になる。これと同時に、ハウジング１４の空洞部１３の内面１３ｃを、内面１３ｃの形状と対応する形状の研磨具により研磨して形成する場合に、この研磨具の形状の設定が容易になる。更には、ハウジング１４の空洞部１３の内面１３ｃの形状を、例えば、形状測定器での測定により得られた半径の値に基づいて十分に精密な形状に管理することができる。
【００３６】
本発明の球面軸受においては、球体１２とハウジング１４のいずれもが金属製（代表例、鋼）であることが好ましい。これにより球面軸受１０の剛性が高くなるとともに、球体１２に大きな荷重が付与された際にも、球体１２とハウジング１４との接触面積の増加が抑制されるため、球体１２を円滑に傾斜移動及び／又は回転移動させることができる。
【００３７】
また、軸体１１を球体１２から取り外し可能に構成することもできる。この軸体１１として、各種機械部品（例えば、前記の産業用ロボットのアーム）が備える軸体を用いることもできる。
【００３８】
球体は、上下の各々に軸体を備えていてもよい。なお、球体が上下の一方にのみ軸体を備えている場合には、空洞部の前記軸体の側とは逆側に開口部（例えば、図１の球面軸受では、開口部１３ｂ）を設けなくてもよい。
【００３９】
図６は、本発明の球面軸受の別の構成例を示す部分断面図である。図６の球面軸受６０においても、球体１２は、その静止時において、球体１２の表面上の球体１２の直径よりも小さい直径を持つ一本の環状帯域６５にてハウジング６４の空洞部６３の内面６３ｃと接触している。球体１２の環状帯域６５以外の表面領域と空洞部６３の内面６３ｃとの間には間隙が形成されているが、この間隙は球体１２の中心の移動距離を１０μｍ程度に制限する極めて狭い間隙であるため図面には現れていない。
【００４０】
球面軸受６０では、空洞部６３の開口部６３ａ、６３ｂの各々に、孔部６６ａ、６６ｂが接続している。上側の孔部６６ａは、軸体１１を大きな角度にて傾斜移動可能とするために設けられている。下側の孔部６６ｂは、空洞部６３の内面６３ｃの機械加工を容易とするために形成されていて、この孔部６６ｂの下端部には、安全のための面取り６４ｃが施されている。
【００４１】
本発明の球面軸受では、例えば、前記の図２に示すように、球体１２が環状帯域１５にて空洞部１３の内面１３ｃに接触することを可能とするため、空洞部１３の内面１３ｃの直径は、環状帯域１５の下方（開口部１３ｂの側）に向かって次第に小さくなるように設定される。同様に、図３に示すように、空洞部１３の内面１３ｃの直径は、環状体帯域１６の下方（開口部１３ａの側）に向かって次第に小さくなるように設定される。
【００４２】
そして、図６の球面軸受６０のように、例えば、空洞部６３の上下の開口部６３ａ、６３ｂの各々に孔部６６ａ、６６ｂが接続されているような場合には、空洞部６３の内面６３ｃの前記直径の減少が最初に停止する位置が空洞部６３の端部である。従って、図６の球面軸受６０の空洞部６３とは、前記開口部６３ａと開口部６３ｂとの間の空間部を意味する。そして、図１の球面軸受１０の空洞部１３とは、開口部１３ａと開口部１３ｂとの間の空間部を意味する。
【００４３】
なお、例えば、図２に示す球体１２が空洞部１３の開口部１３ｂの下端部に接触すると、この下端部の凸面に球体が接触して摩耗による損傷（例、球体の表面の傷付きなど）を生じ易くなる。これを防止するため、球体１２の環状帯域１５は、空洞部１３の開口部１３ｂの端面２３ｂから、この端面２３ｂに垂直な方向にて空洞部１３の長さ（開口部１３ａと開口部１３ｂとの距離）の４／１００以内の領域には位置していないことが好ましい。同様に、図３に示す球体１２の環状帯域１６は、空洞部１３の開口部１３ａの端面２３ａから、この端面２３ａに垂直な方向にて空洞部１３の長さの４／１００以内の領域に位置していないことが好ましい。
【００４４】
図７は、本発明の球面軸受の更に別の構成例を示す部分断面図である。図７の球面軸受７０は、ハウジング７４をその空洞部７３の中心軸に沿って切断した断面において、ハウジング７４の空洞部７３の内面７３ｃが直線から形成されていること以外は図１の球面軸受１０と同様である。すなわち、上側ハウジング部材７４ａ及び下側ハウジング部材７４ｂの各々は、その内面の全体が円錐台の形状に設定されている。
【符号の説明】
【００４５】
１０  球面軸受
１１  軸体
１２  球体
１３  空洞部
１３ａ、１３ｂ  開口部
１３ｃ  ハウジングの空洞部の内面
１４  ハウジング
１４ａ  上側ハウジング部材
１４ｂ  下側ハウジング部材
１５、１６  環状帯域
２３ａ、２３ｂ  空洞部の開口部の端面
６０  球面軸受
６３  空洞部
６３ａ、６３ｂ  開口部
６３ｃ  ハウジングの空洞部の内面
６４  ハウジング
６４ａ  上側ハウジング部材
６４ｂ  下側ハウジング部材
６４ｃ  面取り
６５  環状帯域
６６ａ、６６ｂ  孔部
７０  球面軸受
７３  空洞部
７３ａ、７３ｂ  開口部
７３ｃ  ハウジングの空洞部の内面
７４  ハウジング
７４ａ  上側ハウジング部材
７４ｂ  下側ハウジング部材
７５  環状帯域
ｃ  ハウジングの空洞部の中心軸
Ｏ  球体の中心
Ｏ1、Ｏ2、Ｏ3、Ｏ4  円弧の中心
【図１】
2011085173.tif 000003
【図２】
2011085173.tif 000004
【図３】
2011085173.tif 000005
【図４】
2011085173.tif 000006
【図５】
2011085173.tif 000007
【図６】
2011085173.tif 000008
【図７】
2011085173.tif 000009