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TWI771530B - 凸輪裝置 - Google Patents

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TWI771530B
TWI771530B TW107141714A TW107141714A TWI771530B TW I771530 B TWI771530 B TW I771530B TW 107141714 A TW107141714 A TW 107141714A TW 107141714 A TW107141714 A TW 107141714A TW I771530 B TWI771530 B TW I771530B
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TW
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axial
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勝又一久
幸
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日商三共製作所股份有限公司
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Abstract

[課題] 提供一種在以滾子齒輪凸輪機構作為動力傳達要件而使輸出軸旋轉之凸輪裝置中，可使輸出軸以高精度旋轉的軸承結構。 [解決手段]採用具有1列徑向軸承部與2列軸向軸承部的軸承，這些軸承部分別具有被保持器保持住的複數個滾動體，徑向軸承部之滾動體的列接觸於輸出軸之外周面，2列軸向軸承部或1列軸向軸承部之滾動體的列接觸於輸出軸的外周面，另1列軸向軸承部之滾動體的列接觸於被固定於輸出軸之第1環狀零件並形成輸出軸側軌道面，另一方面，徑向軸承部與2列軸向軸承部之滾動體的列被配置於輸出軸之周圍並接觸於被固定於殼體的第2環狀零件的表面，或是徑向軸承部與1列軸向軸承部之滾動體的列直接接觸於殼體之內面並分別形成外側軌道面，藉此，軸承可旋轉地被支撐於殼體。

Description

凸輪裝置
發明領域 本發明是有關於一種在以滾子齒輪凸輪機構作為動力傳達要件而使輸出軸旋轉之凸輪裝置中，支撐輸出軸之軸承的構造。
發明背景 滾子齒輪凸輪(roller gear cam)機構如圖1所示，是藉由作為輸入軸的螺旋形之凸輪10、與具備滾子從動件(roller follower)20並和輸入軸正交配置的輸出軸(turret：轉塔)30構成。舉例來說專利文獻1揭示一種無齒隙(backlash)、具有高剛性、及高傳達效率的滾子齒輪凸輪機構。有些狀況下會將此滾子齒輪凸輪機構的輸入軸與輸出軸分別藉由軸承可旋轉地支撐於殼體，並作為凸輪裝置。
於專利文獻1，雖主要藉由在凸輪形狀及滾子從動件之配置上下工夫而獲得性能的提升，但以滾子齒輪凸輪機構作為動力傳達要件並使輸出軸旋轉的凸輪裝置的性能，亦大幅地依賴於支撐輸入軸與輸出軸的軸承構造及軸承的安裝方法。軸承是由各自要求的特性來選定不同型式之軸承。作為以往被選定的軸承的一個例子，例如雖也有像專利文獻2所揭示的，於輸出軸不做特別的加工，且輸出軸與被固定於殼體的輸出軸用之軸承是作為完全獨立之要件而構成者，但其具有因輸出軸與軸承之旋轉中心不完全一致而使輸出軸一邊偏心一邊旋轉，對旋轉精度及定位精度等造成不良影響的缺點、及凸輪裝置整體大小變大的缺點。另一方面，為了企圖使凸輪裝置小型化、及使旋轉高精度化，將輸出軸與軸承更進一步一體化的構造之凸輪裝置揭示於專利文獻3。
於以旋轉的高精度化及小型化為目的的輸出軸之軸承中，良好的旋轉精度及高剛性是同時被要求的。在顯示於圖2的先前技術之凸輪裝置的另一例，藉由將1列徑向(radial)軸承部61與2列軸向(axial)軸承部62、63組合為3列構造，可獲得所要求之性能。軸向、徑向各自的軸承是將間隙調整為可加載預壓，且各自的軸承的組裝如下：以配置於輸出軸30的周圍之同心圓上的複數個螺栓81、82，分別將內圈41與軸向軸承部之軌道輪42固定於輸出軸30、將外圈50固定於第1殼體71。又，輸出軸30透過密封件83、84固定於殼體70，藉此封閉殼體內的潤滑劑。
先行技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本專利特開2017-089663號公報 專利文獻2：日本專利特開2001-287138號公報 專利文獻3：日本專利特許第4834216號公報
發明概要 發明欲解決之課題 於圖2，截面為L形之內圈41具有第1軸向軸承部62之輸出軸側軌道面及徑向軸承部61之輸出軸側軌道面，且其內徑面43與輸出軸嵌合。內圈41對輸出軸30的固定，是與另一方之第2軸向軸承部63所接觸的軸向軌道輪42一起，以複數個螺栓81共同地緊固。因此，內圈41開有複數個螺栓插入用之貫通孔85，前述內圈41之貫通孔85如圖3之(A)所示，位於徑向軸承部61之輸出軸側軌道面31的附近。因此，自內圈41之內徑面43至徑向軸承部61所接觸的內圈41之輸出軸側軌道面31為止的厚度，在有貫通孔85的部分會較他處變薄螺栓81周圍之間隙的分量，全周並非均一厚度。其結果，在往徑向軸承部61施加預壓時或徑向外加負載時，內圈41之輸出軸側軌道面31的形狀在無負載下雖為真圓，但負載時會成為與插入用貫通孔的條數相仿之多邊形。此真圓度劣化會給予輸出軸之旋轉不良影響，有旋轉精度惡化、或旋轉扭矩產生不均而妨礙高效率化並且發出震動或噪音的課題。
此內圈軌道面之真圓度劣化的問題，雖也可藉由將內圈之軌道面31與螺栓孔85的距離充分放大至預壓時不對真圓度造成影響的程度而解決，但會因此產生殼體的尺寸變大之別的問題。
再者，先前技術中，由於是將軸承60安裝於殼體70或輸出軸(轉塔)30的構造，而有因為殼體70或輸出軸30及軸承60的加工誤差或組裝誤差累積，無法保持輸出軸30之旋轉精度，在未滿足要求性能之狀況下非得進行再加工或再組裝作業的課題。
作為解決如此問題之其中1個方法，於上述專利文獻3採用之方法為：使用由外側軌道部、內側軌道部、於該等軌道部間滾動之複數個滾動體、及用以保持該等複數個滾動體的保持器而構成的交叉滾子(cross roller)軸承，來作為保持藉由凸輪機構而旋轉的旋轉軸體(轉塔)之軸承，且將導引滾動體之V型溝沿著旋轉方向直接加工於旋轉軸體的圓周上來作為內側軌道面。但是，由於在交叉滾子軸承中，內側軌道部及外側軌道部是相對於旋轉軸體及外圈該等的中心軸斜向地形成，且會斜向地導引滾動體之承受載重的面，因此若於凸輪裝置的旋轉中分別承受軸向(平行於中心軸之方向)、及徑向(垂直於旋轉中心軸之方向)的載重，則對應於滾動體的傾斜，將產生斜向之反作用力，並且造成輸出軸之旋轉中心傾斜，其結果有旋轉精度劣化的課題。又，滾動體所承受的載重較滾動體之接觸面相對於載重方向為垂直之狀況降低，其結果也有軸承剛性也相對降低的課題。
再者，由於前述軸承剛性相對地降低，不只對於自凸輪裝置外部承受載重變得不利，對於在凸輪裝置內部所產生之載重或旋轉扭矩(torque)變動也變得不利。舉例來說有起因於滾子齒輪凸輪機構的機構學上的矛盾(理論誤差)或於構成零件的製造過程的加工精度或組裝精度之偏差，而在凸輪裝置內部產生輸出輸入軸的旋轉扭矩的變動，且因其作用於軸承而使旋轉軸體(轉塔)位移的狀況。其結果，也有凸輪裝置之旋轉品質降低或旋轉精度劣化的課題。 用於解決課題之手段
作為總和地解決這些問題之手段，於本發明中，在輸出軸之外周形成徑向軸承部用與軸向軸承部用之2種類的軌道面，且進一步將內圈做成與輸出軸為一體的形狀，做成沒有位於既存徑向軌道面附近之內圈安裝螺栓81的插入用貫通孔85之構造。
根據本發明的凸輪裝置構成如下。 凸輪裝置中具備：作為輸入軸的螺旋狀之凸輪、於外周具備滾子從動件且與輸入軸正交配置之輸出軸(轉塔)、及將該輸出軸可旋轉地固定於殼體之軸承，前述輸入軸之旋轉經由前述凸輪從動件轉換為前述輸出軸之旋轉， 前述軸承包含：承受前述輸出軸之徑向方向的載重之1列徑向軸承部、與分別承受前述輸出軸之軸向方向之對向的載重之2列軸向軸承部， 前述1列徑向軸承部與前述2列軸向軸承部分別由複數個滾動體及保持器構成， 前述徑向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述輸出軸之外周面，此接觸面成為前述徑向軸承部之輸出軸側軌道面，前述2列軸向軸承部中的1列前述軸向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述輸出軸之外周面，另1列前述軸向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述輸出軸之外周面、或是固定於前述輸出軸之第1環狀零件的表面，且該等2列之接觸面形成前述軸向軸承部之輸出軸側軌道面， 前述徑向軸承部與前述2列軸向軸承部中的1列軸向軸之前述滾動體的列，是可旋轉地接觸於配置在前述輸出軸之周圍並固定於前述殼體之第2環狀零件的表面、或可旋轉地直接接觸於前述殼體之內面，且這些接觸面分別形成前述徑向軸承部之外側軌道面、及前述軸向軸承部之外側軌道面，另1列前述軸向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述第2環狀零件的表面，且形成前述軸向軸承部之別的外側軌道面， 前述軸承藉由前述外側軌道面被可旋轉地支撐於前述殼體。
再者，前述第1環狀零件也可固定於前述輸出軸之外周。或者，也可為前述第1環狀零件具有與前述輸出軸相同之內徑，且構成前述輸出軸之一部分。
也可為前述徑向軸承部之輸出軸側軌道面與外側軌道面分別平行於前述軸向方向，前述2列軸向軸承部之輸出軸軌道面與外側軌道面分別垂直於前述軸向方向。 發明效果
藉此，能夠將上述的內圈之輸出軸側軌道面的真圓度於預壓時或徑向外加負載時變成與螺栓插入用貫通孔之條數相仿的多邊形而劣化的問題不以擴大螺栓與徑向軸承部之輸出軸側軌道面之間的徑向方向距離的方式解決，防止上述真圓度之劣化。其結果，可以提供一種輸出軸之旋轉精度被改善的凸輪裝置。
用以實施發明之形態 將用以實施本發明之形態，參照圖式說明於以下。 實施例1
根據本發明之第1實施例的凸輪裝置的截面圖顯示於圖4。與圖2之先前技術的凸輪裝置相同地，軸承60為將1列徑向軸承部61與2列軸向軸承部62、63組合之3列構造，徑向軸承部61與第1及第2軸向軸承部62、63分別為複數個滾動體65藉由保持器66環狀地配列的構成，且個別之滾動體65旋轉而輸出軸(轉塔)30旋轉。圖4之軸承附近之放大圖顯示於圖5。
在本實施例，徑向軸承部61之輸出軸側軌道面31與第2軸向軸承部63之輸出軸側軌道面33直接形成於輸出軸30的周圍，個別之滾動體可旋轉地接觸於輸出軸側軌道面31、33。顯示於圖2的先前技術之凸輪裝置的內圈41與軸向軸承部之軌道輪42，於本實施例為與輸出軸30(轉塔)一體化之構成。另一方面，第1軸向軸承部62之輸出軸側軌道側面32，形成於被螺栓81固定在輸出軸30的第1環狀零件(軸向軌道輪)40之表面。又，徑向軸承部61之外側軌道面51與第1、第2軸向軸承部62、63的外側軌道面52、53是形成於外圈(第2環狀零件)50的表面。此外圈50藉由固定螺栓82固定於第1殼體71。如圖3(B)所示，此狀況之固定螺栓81雖也位於徑向軸承部之軌道面31的附近，但由於螺栓81與輸出軸30處於嵌合狀態，因此前述螺栓的位置上的輸出軸之厚度實際上與他處並無差異。因此，徑向軸承部的軌道面之真圓度不會於預壓時劣化。
實施例1之另一形態顯示於圖6。與上述實施例之不同為，第1軸向軸承部62之輸出軸側軌道面32所接觸之軸向軌道輪40是做成：往中心軸35之方向延伸並與輸出軸30具有相同內徑之中心孔，且構成輸出軸30之一部分(第2輸出軸37)。也就是，輸出軸30是由第1輸出軸36與第2輸出軸37構成，兩者藉由螺栓81固定。若構成如此，由於第1軸向軸承部62之軌道面32成為直接形成於輸出軸(轉塔)30，因此若與上述實施例做比較，則有抑制相對於軸向方向之預壓或載重的軌道面之變形，且提升軸向方向的剛性之效果。
實施例1之又另一種形態顯示於圖7。與圖6的實施例之不同雖為將第2輸出軸37之軸向方向的厚度加厚，使其與第1輸出軸36之邊界面到達徑向軸承部61的上端部，但剛性等性能幾乎無差別。可從加工、測定、與軸承部的組裝容易度中選擇。 實施例2
本發明之第2實施例顯示於圖8。於本實施例，是做成圖2之先前技術的凸輪裝置之內圈41為與輸出軸(轉塔)30一體化之構成。徑向軸承部之滾動體的軌道面31與第1軸向軸承部62之滾動體的軌道面32直接形成於輸出軸30而作為輸出軸側軌道面，另一方面，第2軸向軸承部63之輸出軸側軸向軌道面33是形成於組裝有滾子從動件20之軸向軌道輪40的形成為垂直於旋轉軸35之表面。軸向軌道輪40被以螺栓81固定於輸出軸30。又，徑向軸承部61之外側軌道面51與第1、第2軸向軸承部62、63之外側軌道面52、53，是與實施例1同樣地形成於外圈(第2環狀零件)50的3方向之表面，而前述外圈50是藉由固定螺栓82固定於第1殼體71。與實施例1同樣地，此狀況之固定螺栓81雖也位於徑向軸承部61的輸出軸側軌道面31的附近，但螺栓81與輸出軸30處於嵌合狀態，前述螺栓的位置中的輸出軸之厚度實質上與他處並無差異。 實施例3
本發明之第3實施例顯示於圖9。又，軸承附近的放大圖顯示於圖10。相對於先前技術以及實施例1、2為徑向軸承部61的外側軌道面51及第1與第2軸向軸承部62、63的外側軌道面52、53全部接觸於外圈50(第2環狀零件)的構造，於本實施例，為徑向軸承部61之輸出軸側軌道面31及第1與第2軸向軸承部之輸出軸側軌道面32、33全部接觸於直接形成在輸出軸30的外周表面的構造。另一方面，徑向軸承部61的外側軌道面51與第1軸向軸承部62的外側軌道面52是形成於第1殼體71的內側之面，第2軸向軸承部63的外側軌道面53是形成於外圈(第2環狀零件)50的表面。外圈50被以螺栓82固定於第1殼體71。此狀況之固定螺栓82雖位於徑向軸承部61之外側軌道面51的附近，但因螺栓82與殼體71處於嵌合狀態，因此前述螺栓的位置中的殼體71之厚度，實質上與他處並無差異。因此，徑向軸承部之軌道面的真圓度不會於預壓時劣化。又，本實施例即使為實施例2(圖8)之將軸向軌道面40與輸出軸30做成一體形狀的構造，徑向軸承部61與第1、第2軸向軸承部62、63仍可組裝，因此於第1與第2實施例為必要的用於固定軸向軸承部(軸向軸承部固定用)之螺栓81變得不需要，有減少組裝工時的效果。
再者，上述記載雖是針對實施例所進行，但本發明並不侷限於該等實施例，本發明之精神與能夠於附加的申請專利範圍之範圍內做出各種變更及修正之事對該技術領域中具有通常知識者來說是明顯的。例如，顯示之例子雖為：徑向軸承部的輸出軸側與外側之軌道面為平行於軸向方向，且2列軸向軸承部的輸出軸側與外側之軌道面分別垂直於軸向方向，但顯然這些角度也可順應需求而為傾斜角度。
又，如圖11~圖14所示，可適用本發明的滾子齒輪凸輪機構不侷限於圖1所示之形態，具有與圖1相異之凸輪10及輸出軸30的形狀、或滾子從動件20之接觸方向、接觸狀態的構成，顯然也可適用本發明。
10‧‧‧凸輪 20‧‧‧滾子從動件 30‧‧‧輸出軸(轉塔) 31‧‧‧徑向軸承部之輸出軸側軌道面 32‧‧‧第1軸向軸承部之輸出軸側軌道面 33‧‧‧第2軸向軸承部之輸出軸側軌道面 35‧‧‧旋轉軸 36‧‧‧第1輸出軸 37‧‧‧第2輸出軸 40‧‧‧第1環狀零件(軸向軌道輪) 41‧‧‧內圈 42‧‧‧軸向軸承部之軌道輪 43‧‧‧內圈之內徑面 50‧‧‧第2環狀零件(外圈) 51‧‧‧徑向軸承部之外側軌道面 52‧‧‧第1軸向軸承部之外側軌道面 53‧‧‧第2軸向軸承部之外側軌道面 60‧‧‧軸承部 61‧‧‧徑向軸承部 62‧‧‧第1軸向軸承部 63‧‧‧第2軸向軸承部 65‧‧‧滾動體 66‧‧‧保持器 70‧‧‧殼體 71‧‧‧第1殼體 72‧‧‧第2殼體 81、82‧‧‧螺栓 83、84‧‧‧油封 85‧‧‧貫通孔 90‧‧‧輸入軸軸承
圖1為顯示滾子齒輪凸輪機構之構造的示意圖。 圖2為根據先前技術之凸輪裝置的一例之截面圖。 圖3(A)為根據先前技術之凸輪裝置之A-A面的截面圖。(B)為根據本發明之第1實施例的凸輪裝置的B-B面之截面圖。 圖4為根據本發明之第1實施例的凸輪裝置的截面圖。 圖5為根據本發明之第1實施例的凸輪裝置的軸承附近之放大截面圖。 圖6為根據本發明之第1實施例的另一種形態的凸輪裝置之截面圖。 圖7為根據本發明之第1實施例的又另一種形態的凸輪裝置之截面圖。 圖8為根據本發明之第2實施例的凸輪裝置的截面圖。 圖9為根據本發明之第3實施例的凸輪裝置的截面圖。 圖10為根據本發明之第3實施例的凸輪裝置的軸承附近之放大截面圖。 圖11為顯示滾子齒輪凸輪機構之另一種形態之構造的示意圖。 圖12為顯示滾子齒輪凸輪機構之又另一種形態之構造的示意圖。 圖13為顯示滾子齒輪凸輪機構之進一步的另一種形態之構造的示意圖。 圖14為顯示滾子齒輪凸輪機構之又進一步的另一種形態之構造的示意圖，且為滾子從動件之旋轉軸與輸出軸平行的狀況。
10‧‧‧凸輪
20‧‧‧滾子從動件
30‧‧‧輸出軸(轉塔)
35‧‧‧旋轉軸
40‧‧‧第1環狀零件(軸向軌道輪)
50‧‧‧第2環狀零件(外圈)
60‧‧‧軸承部
61‧‧‧徑向軸承部
62‧‧‧第1軸向軸承部
63‧‧‧第2軸向軸承部
65‧‧‧滾動體
66‧‧‧保持器
70‧‧‧殼體
71‧‧‧第1殼體
72‧‧‧第2殼體
81、82‧‧‧螺栓
84‧‧‧油封

Claims (4)

  1. 一種凸輪裝置，具備：作為輸入軸的螺旋狀之凸輪、於外周具備滾子從動件且與輸入軸正交配置之輸出軸、及將該輸出軸可旋轉地固定於殼體之軸承，前述輸入軸之旋轉經由前述滾子從動件轉換為前述輸出軸之旋轉， 前述凸輪裝置之特徵在於：前述軸承包含：承受前述輸出軸之徑向方向的壓力之1列徑向軸承部、及分別承受前述輸出軸之軸向方向之對向的壓力之2列軸向軸承部， 前述1列徑向軸承部與前述2列軸向軸承部分別由複數個滾動體及保持器構成， 前述徑向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述輸出軸之外周面，此接觸面成為前述徑向軸承部之輸出軸側軌道面，前述2列軸向軸承部中的1列前述軸向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述輸出軸之外周面，另1列前述軸向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述輸出軸之外周面、或是固定於前述輸出軸之第1環狀零件的表面，且該等2列之接觸面形成前述軸向軸承部之輸出軸側軌道面， 前述徑向軸承部與前述2列軸向軸承部中的1列軸向軸之前述滾動體的列，是可旋轉地接觸於配置於前述輸出軸之周圍並被固定於前述殼體之第2環狀零件的表面、或可旋轉地直接接觸於前述殼體之內面，且這些接觸面分別形成前述徑向軸承部之外側軌道面、及前述軸向軸承部之外側軌道面，另1列前述軸向軸承部之前述滾動體的列可旋轉地接觸於前述第2環狀零件的表面，且形成前述軸向軸承部之別的外側軌道面， 前述軸承藉由前述外側軌道面被可旋轉地支撐於前述殼體。
  2. 如請求項1之凸輪裝置，其中前述第1環狀零件被固定於前述輸出軸之外周。
  3. 如請求項1之凸輪裝置，其中前述第1環狀零件具有與前述輸出軸相同之內徑，且構成前述輸出軸之一部分。
  4. 如請求項1至3中任一項之凸輪裝置，其中前述徑向軸承部之前述輸出軸側軌道面與前述外側軌道面分別平行於前述軸向方向， 前述2列軸向軸承部之前述輸出軸側軌道面與前述外側軌道面分別垂直於前述軸向方向。
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