JP7085430B2

JP7085430B2 - 玉軸受の組立方法

Info

Publication number: JP7085430B2
Application number: JP2018132975A
Authority: JP
Inventors: 康介鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2022-06-16
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: JP2020012474A

Description

本発明は、波動減速機等に組み込まれる玉軸受の組立方法に関する。

波動減速機は、図９に示すように、内歯１ａを有する環状のサーキュラースプライン１の径方向内側に、その内歯１ａと噛み合う外歯２ａを有する環状のフレックススプライン２を配するとともに、フレックススプライン２の径方向内側にフレックススプライン２を楕円形に撓ませるウェイブジェネレータ３を配し、サーキュラースプライン１を固定してウェイブジェネレータ３を回転させると、ウェイブジェネレータ３の１回転に対して、フレックススプライン２がサーキュラースプライン１との歯数差分だけ回転するようにしたものである。そして、そのウェイブジェネレータ３が、回転駆動される断面楕円形のカム４と、カム４の外周とフレックススプライン２の内周との間に組み込まれる玉軸受１０とで構成されている。

この波動減速機に用いられる玉軸受１０は、外輪１１および内輪１２が複数の玉１３を挟んでそれぞれ楕円形に変形した状態で組み込まれ、カム４および内輪１２の回転に伴って、玉１３に押された外輪１１が楕円形の姿勢を変化させるように変形していくので、使用中の外輪１１の変形挙動を安定させて軸受寿命を延長するために、一般的な用途に用いられるものよりも多くの玉１３を組み込むことが求められる。

一方、通常の深溝玉軸受に適用される組立方法は、図５に示すように、外輪２１に対して内輪２２を相対的に径方向に偏心させ、外輪２１と内輪２２との間に形成された三日月状の隙間に挿入した玉２３を外輪２１の軌道溝に沿って配置した後、外輪２１に径方向外側から図中の白抜き矢印方向の荷重を加えて、外輪２１を図中の実線矢印方向に弾性変形させ、内輪２２を外輪２１と同心となるまで移動させるものである（この方法は「かち込み」と呼ばれることもある。）。

しかしながら、この通常の組立方法では、図６に示すように外輪２１と内輪２２との間に組み込まれた玉２３を隙間なく並べた場合の、玉２３の列が軸受周方向（以下、単に「周方向」とも称する。）に占める角度をαとするとき、α／３６０×１００で表される玉２３の充填率が５０～６０％にとどまり、これ以上に組み込もうとすると、内輪２２を外輪２１と同心の位置に移動させる際に外輪２１の変形が過大となって、外輪２１が塑性変形したり割れたりしてしまう。

これに対して、特許文献１では、波動減速機用の玉軸受により多くの玉を組み込む方法として、図７および図８に示すような冶具５１を用いることが提案されている。この冶具５１は、玉軸受１０の外輪１１内周面の軸方向両側部に係合する突出部５２ａを有する外用部材５２と、玉軸受１０の内輪１２外周面の軸方向両側部に係合する突出部５３ａを有する内用部材５３と、内用部材５３の内梁５３ｂを貫通して外用部材５２の外梁５２ｂにねじ結合するボルト５４とからなる。その外用部材５２および内用部材５３には、それぞれ玉軸受１０の外輪１１と内輪１２の間へ玉１３を導くための通路５２ｃ、５３ｃが形成されている。

そして、ボルト５４を締め付けて内梁５３ｂと外梁５２ｂを接近させることにより、外用部材５２と内用部材５３の突出部５２ａ、５３ａどうしを径方向に離反させて、玉軸受１０の外輪１１と内輪１２の径方向隙間を周方向の一部で拡大し、その径方向隙間の拡大した部分へ、外用部材５２および内用部材５３の通路５２ｃ、５３ｃから玉１３を入れるようになっている。

特開２０１７－３６７４７号公報

上記特許文献１で提案されている玉軸受の組立方法では、通常の深溝玉軸受の組立方法よりも多くの玉を組み込むことができるが、その組込作業の際に玉を１箇所からしか外輪と内輪の間に挿入できず、また治具が大型化しやすく取扱いにくいという難点がある。

そこで、本発明は、外輪と内輪の間に組み込まれる玉の充填率を高めることができ、その玉の組込作業も効率よく行うことができる玉軸受の組立方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、内周面に軌道溝が形成された外輪と、前記外輪の径方向内側に配され、外周面に軌道溝が形成された内輪と、前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に転動自在に配される複数の玉とを備えた玉軸受の組立方法において、前記複数の玉を前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に組み込む際に、まず、前記複数の玉のうちの２つのみを、支点用玉として、前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に所定の角度間隔をおいて配置した後、前記外輪および内輪に、前記両支点用玉の角度間隔の中央位置付近で、外輪と内輪の径方向隙間を狭める方向の荷重を加えて、前記外輪および内輪を弾性変形させ、前記外輪および内輪の弾性変形によって外輪と内輪の径方向隙間が広がった領域から、前記複数の玉のうち、前記支点用玉以外の玉を、前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に入れていく構成を採用した。ここで、角度間隔とは、軸受中心を含む平面上の２点と軸受中心とを結ぶ２本の直線のなす角度のことをいう（以下同じ）。

上記の構成によれば、外輪と内輪の間の所定位置に２つの支点用玉を配置して、両支点用玉の間で外輪および内輪に荷重を加えるだけで、各支点用玉の位置に対して周方向で荷重が加えられる側と反対の側に、それぞれ外輪と内輪の径方向隙間が広がる領域が形成され、その２箇所の領域から外輪と内輪の間へ残りの玉を組み込むことができるので、通常の深溝玉軸受の組立方法よりも玉の充填率を高めることができ、従来の治具を用いた方法よりも効率よく玉の組込作業を行うことができる。

ここで、前記両支点用玉の角度間隔は７０～９０°、前記外輪と内輪の間に前記支点用玉以外の玉を入れていく位置は、前記各支点用玉の配置されている位置から周方向で前記荷重が加えられる側と反対の側に、角度間隔で３０～５０°離れた位置とすることが好ましい。

また、前記外輪と内輪の間に治具を挿入し、前記治具を周方向の両側から挟む位置に前記支点用玉を配置した後、前記外輪と内輪が弾性変形によって前記治具を径方向で挟み付けるまで、前記外輪および内輪に荷重を加えるようにすれば、所定の厚み寸法の治具を用いるだけで、外輪および内輪に加える荷重を管理しなくても、残りの玉の組み込みに必要な外輪と内輪の径方向隙間を形成できるようになるので、作業効率をさらに向上させることができる。

前記治具としては、前記外輪の内周面に沿う凸円弧面と前記内輪の外周面に沿う凹円弧面とを有する板状部材を採用し、その厚み寸法Ｔは、前記外輪の内径をＤ１、前記外輪の軌道溝の溝底径をＤ２、前記内輪の外径をｄ１、前記内輪の軌道溝の溝底径をｄ２とするとき、
Ｔ≦３／２（Ｄ１－ｄ１）－（Ｄ２－ｄ２）
とするとよい。

そして、本発明の玉軸受の組立方法は、波動減速機の内周側に組み込まれる玉軸受に対して、特に効果的に適用することができる。

本発明の玉軸受の組立方法では、上述したように、外輪と内輪の間に所定の角度間隔をおいて２つの支点用玉を配置して、両支点用玉の間で外輪および内輪に荷重を加えることにより、周方向の２箇所に外輪と内輪の径方向隙間が広がる領域を形成し、その２箇所の領域から残りの玉を外輪と内輪の間に入れられるようにしたので、通常の深溝玉軸受の組立方法よりも玉の充填率を高めることができ、従来の治具を用いた方法よりも効率よく玉の組込作業を行うことができる。

実施形態の玉軸受の組立方法の最初の手順を説明する正面図図１に続く組立方法の手順を説明する正面図図２の状態の外輪と内輪の径方向隙間の解析結果を示すグラフ実施形態の組立方法で組み立てられた玉軸受の玉の充填率を示す正面図通常の深溝玉軸受の組立方法を説明する正面図図５の組立方法で組み立てられた深溝玉軸受の玉の充填率を示す正面図従来の波動減速機用の玉軸受の組立方法を説明する縦断側面図図７の正面図波動減速機の構成を説明する正面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この実施形態の玉軸受の組立方法は、前述の図９に示した波動減速機の内周側に組み込まれる玉軸受１０に適用されるものである。この玉軸受１０は、通常の深溝玉軸受と同じく、外輪１１の内周面に形成された軌道溝と、外輪１１の径方向内側に配される内輪１２の外周面に形成された軌道溝との間に、複数の玉１３を転動自在に配したものであるが、その外輪１１および内輪１２は、楕円形に変形した状態で使用されるため、通常の深溝玉軸受よりも薄肉に形成されている。

図１および図２は前記玉軸受１０の組立方法の手順を示す。この玉軸受１０の組み立てを行う際には、まず、図１に示すように、外輪１１に対して内輪１２を相対的に径方向に偏心させ、外輪１１と内輪１２との間に形成された三日月状の隙間に、外輪１１の内周面に沿う凸円弧面と内輪１２の外周面に沿う凹円弧面とを有する板状部材からなる治具２０を挿入し、この治具２０を周方向の両側から挟む位置に、支点用玉となる玉１３を１つずつ外輪１１の軌道溝１１ａに沿って配置する。

その後、図２に示すように、内輪１２を外輪１１と同心となるまで移動させることにより、２つの支点用玉１３が、外輪１１の軌道溝１１ａと内輪１２の軌道溝１２ａとの間に所定の角度間隔θをおいて配置されることになる。

ここで、治具２０の厚み寸法Ｔは、外輪１１の内径をＤ１、外輪１１の軌道溝１１ａの溝底径をＤ２、内輪１２の外径をｄ１、内輪１２の軌道溝１２ａの溝底径をｄ２とするとき、
Ｔ≦３／２（Ｄ１－ｄ１）－（Ｄ２－ｄ２）・・・（１）
となるように設定され、治具２０と外輪１１および内輪１２との間にわずかな径方向隙間が生じるようになっている。また、治具２０の周方向長さ寸法は、治具２０を挟み付ける２つの支点用玉１３の角度間隔θが７０～９０°となるように設定されている。

次に、図２に示すように、外輪１１および内輪１２に、両支点用玉１３の角度間隔θの中央位置付近で、外輪１１と内輪１２の径方向隙間を狭める方向（図中の白抜き矢印方向）の荷重を加えて、外輪１１および内輪１２を弾性変形させる。

このときの外輪１１と内輪１２の弾性変形による径方向隙間の変化を、解析によって求めた。その解析の結果を図３に示す（解析は図２の左右で対称な条件で行ったので、周方向の半分のみを記載している。）。この図３では、外輪１１および内輪１２に荷重を加える位置（荷重位置）を基準とする周方向位置において、支点用玉１３の配置されている位置（４０°付近）から荷重が加えられる側と反対の側に角度間隔で３０～５０°離れた位置（７０～９０°付近、図２中の領域Ａ付近）で、外輪１１と内輪１２の径方向隙間が最も広がっている。

したがって、図２に示すように、外輪１１および内輪１２に適切な荷重を加えて、周方向の２箇所の領域Ａ付近で、外輪１１と内輪１２の径方向隙間を玉１３の直径より大きくなるようにした状態で、これらの２箇所の領域Ａから支点用玉１３以外の玉１３を外輪１１の軌道溝１１ａと内輪１２の軌道溝１２ａとの間に入れていけばよい。

また、図３から、周方向位置が７０～９０°付近の隙間変化量は、外輪１１および内輪１２に加える荷重の大きさにつれて変化するが、荷重レベルによらず荷重位置（０°の位置）の隙間変化量の１／２程度の大きさになることがわかる。したがって、この解析結果から、図２中の領域Ａ付近で外輪１１と内輪１２の径方向隙間が玉１３の直径より大きくなるときの荷重位置の隙間変化量を推定し、これに応じて、治具２０の厚み寸法Ｔを前記（１）式の範囲で設定し、外輪１１と内輪１２を弾性変形させる際には、その弾性変形によって治具２０を径方向で挟み付けるまで荷重を加えるようにすれば、荷重の管理を行わなくても、残りの玉１３を入れられる状態を容易に実現することができ、作業効率の向上が図れる。

上記の組立方法で組み立てられた玉軸受１０では、図４に示すように、玉１３の充填率（α／３６０×１００）が８０％程度まで達し、波動減速機の内周側に組み込まれるのに適したものとなっている。

この玉軸受の組立方法は、上述したように、まず、外輪１１と内輪１２の間に２つの支点用玉１３を所定の角度間隔θをおいて配置し、次に、両支点用玉１３の角度間隔θの中央位置付近で、外輪１１と内輪１２にその径方向隙間を狭める方向の荷重を加えることにより、周方向の２箇所に外輪１１と内輪１２の径方向隙間が広がる領域Ａを形成し、その２箇所の領域Ａから残りの玉１３を外輪１１と内輪１２の間に入れていくようにしたものであり、通常の深溝玉軸受の組立方法よりも玉１３の充填率を高めることができる。

また、前述の図７および図８に示した従来の治具５１を用いる方法に比べると、玉１３を外輪１１と内輪１２の間に入れていく箇所が多いうえ、取扱いにくい大型の治具５１を操作する必要がないので、効率よく玉１３の組込作業を行うことができる。

さらに、外輪１１と内輪１２の間に挿入する治具２０の厚み寸法Ｔを適切に設定することにより、外輪１１と内輪１２が治具２０を径方向で挟み付けるまで荷重を加えたときに、支点用玉１３以外の玉１３の組み込みに必要な外輪１１と内輪１２の径方向隙間が形成されるようにできるので、荷重の管理が不要であり、この点でも作業効率を向上させることができる。

なお、本発明の治具は、上述した実施形態のものに限らず、２つの支点用玉の所定の角度間隔に対応する周方向長さを有し、外輪と内輪の径方向隙間に挿入されて、その径方向隙間の縮小を規制できるものであればよい。

また、本発明は、実施形態のような波動減速機の内周側に組み込まれる玉軸受に対して特に効果的に適用できるが、玉の充填率を高めることが求められる玉軸受の組立方法として広く用いることができる。

１サーキュラースプライン
２フレックススプライン
３ウェイブジェネレータ
４カム
１０玉軸受
１１外輪
１１ａ軌道溝
１２内輪
１２ａ軌道溝
１３玉
２０治具

Claims

内周面に軌道溝が形成された外輪と、前記外輪の径方向内側に配され、外周面に軌道溝が形成された内輪と、前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に転動自在に配される複数の玉とを備えた玉軸受の組立方法において、
前記複数の玉を前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に組み込む際に、
まず、前記複数の玉のうちの２つのみを、支点用玉として、前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に所定の角度間隔をおいて配置した後、前記外輪および内輪に、前記両支点用玉の角度間隔の中央位置付近で、外輪と内輪の径方向隙間を狭める方向の荷重を加えて、前記外輪および内輪を弾性変形させ、前記外輪および内輪の弾性変形によって外輪と内輪の径方向隙間が広がった領域から、前記複数の玉のうち、前記支点用玉以外の玉を、前記外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に入れていくようにしたことを特徴とする玉軸受の組立方法。
前記両支点用玉の角度間隔を７０～９０°としたことを特徴とする請求項１に記載の玉軸受の組立方法。
前記外輪と内輪の間に前記支点用玉以外の玉を入れていく位置を、前記各支点用玉の配置されている位置から周方向で前記荷重が加えられる側と反対の側に、角度間隔で３０～５０°離れた位置としたことを特徴とする請求項１または２に記載の玉軸受の組立方法。
前記外輪と内輪の間に治具を挿入し、前記治具を周方向の両側から挟む位置に前記支点用玉を配置した後、前記外輪と内輪が弾性変形によって前記治具を径方向で挟み付けるまで、前記外輪および内輪に荷重を加えるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の玉軸受の組立方法。
前記玉軸受が波動減速機の内周側に組み込まれるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の玉軸受の組立方法。