JP2003172341A

JP2003172341A - ボールねじ支持用多点接触玉軸受

Info

Publication number: JP2003172341A
Application number: JP2002245562A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Katsuno; 美昭勝野; Kazuhiro Hara; 和弘原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ボールねじのボールねじ軸を支持する軸受と
して好適な多点接触玉軸受を提供する。【解決手段】玉１０ｃの直径をＤ、外輪側軌道溝１０
ｅの曲率をＲｅ、内輪側軌道溝１０ｆの曲率をＲｉ、玉
１０ｃと軌道溝１０ａ，１０ｂとの接触角をαとしたと
き、接触角αを１２．５°＜α≦３２．５°とし、かつ
玉１０ｃの直径に対する軌道溝１０ｅ，１０ｆの曲率比
をＲｅ／Ｄ＝Ｒｉ／Ｄ＝０．５４〜０．６１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばＩＴ関連
製品の製造工程や組立工程などで半導体チップ、液晶等
の電子部品を基板上に実装もしくは装着する電子部品実
装装置や、放電加工機、レーザ加工機等の非切削型工作
機械あるいは小径ねじ、穴加工で使用されるタッピング
センター等の軽切削型工作機械などで使用される精密位
置決め用ボールねじのボールねじ軸を支持するボールね
じ支持用多点接触玉軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品実装装置や工作機械等で
使用される精密位置決め用ボールねじのボールねじ軸
は、図２０に示されるような軸受装置によって支持され
ていることが多い。この軸受装置は二列組合せ軸受１
と、この二列組合せ軸受１の周囲を密封する軸受ハウジ
ング２と、この軸受ハウジング２の軸方向両端部に設け
られたオイルシール３とからなり、二列組合せ軸受１
は、図２１に示されるように、二つのアンギュラ玉軸受
４から構成されている。これらのアンギュラ玉軸受４は
外輪４ａ、内輪４ｂ、玉４ｃ等からなり、内輪４ｂは、
図２０に示されるように、ボールねじ軸５の端部に形成
された大径軸部５ａの端面に押えリング６及びナット７
によって押付け固定されている。なお、軸受ハウジング
２は円筒状のハウジング本体２ａと、このハウジング本
体２ａのフランジ部２ｂにボルト接合される環状の外輪
押え２ｃとから構成されている。

【０００３】ところで、アンギュラ玉軸受は深溝玉軸受
に比べ、以下のような特徴を持っている。一列当りの玉数が多く、荷重負荷能力や剛性が大き
い。保持器形状が強固であり、高速回転が可能。単列では一方向のアキシャル荷重しか負荷すること
ができないが、アンギュラ玉軸受を二列の組合せとする
ことにより、両方向のアキシャル荷重を負荷することが
可能となる。

【０００４】二つのアンギュラ玉軸受の端面間に形
成されるギャップｇ（図２１参照）を調整することによ
り、軸受の内部すき間を無くし、予め内部荷重を発生さ
せること（いわゆる定位置予圧）が容易である。予圧を
かけることで、軸受剛性の向上や高回転精度を得ること
が可能となる。アンギュラ玉軸受は以上のような特徴を
持っていることから、旋盤やフライス盤、研削盤等の工
作機械においてスピンドルを支持する軸受と使用される
他、高精度の位置決めを必要とする機械（例えば工作機
械用精密ボールねじ、電子部品高速装着機用精密ボール
ねじ、搬送ロボット用ボールねじ等）にも広く使用され
ている。しかし、ボールねじのボールねじ軸を支持する
軸受としてアンギュラ玉軸受を使用する場合、ボールね
じ軸には両アキシャル方向の負荷荷重が作用するため、
単列のアンギュラ玉軸受のみではボールねじ軸に作用す
る負荷荷重を支持することができない。従って、切削型
あるいは研削型工作機械のベッドを移動させる手段とし
て用いられるボールねじでは、加工荷重の反力による変
位を最小限に抑え、かつ所要の加工精度を得るために、
軸方向剛性が極めて大きく、かつ接触角が６０°程度の
スラストアンギュラ玉軸受を２〜４列に組合せたものを
ボールねじ支持用軸受として使用している場合が多い。
この場合、ラジアル方向の負荷荷重は、ボールねじとセ
ットで使用されるリニアガイドやアリ溝が受ける構造と
なっている。

【０００５】一方、放電加工機、レーザ加工機等の電解
加工型工作機械や電子部品実装装置、部品搬送ロボット
等では、実加工時の負荷荷重が比較的小さいことから、
ボールねじ軸を支持する軸受として、例えば内径寸法が
６ｍｍ〜４０ｍｍ程度で、接触角が１５°〜３０°程度
の標準型アンギュラ玉軸受（寸法系列７０××、７２×
×等）を二列に組合せ、数十Ｎから数百Ｎの比較的小さ
な予圧をかけたものを使用する場合が多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなボールねじ支持用軸受は、単列のものに比較して約
２倍のスペースを必要とするため、ボールねじの軸方向
長さ増大を招くという問題があった。また、１つの機械
で数ヶ所に使用される場合、ボールねじ支持用軸受同士
が干渉することが懸念される。これに加えて、最近で
は、部品の実装速度を上げてタクトタイムを短縮化する
ことが要求されており、可動部分の軽量化による急加減
速時の慣性力軽減要求も非常に高い。

【０００７】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、ボールねじ
支持用軸受として、現在使用されている二列組合せアン
ギュラ玉軸受からの代替が可能で、かつ正確な位置決め
と予圧付与が可能なボールねじ支持用多点接触玉軸受を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、外輪および内輪に形成された
軌道溝に対して３点以上で接触する多数の玉を有する多
点接触玉軸受であって、前記玉の直径をＤ、前記軌道溝
の曲率をＲ、前記玉と軌道溝との接触角をαとしたと
き、前記接触角αを１２．５°＜α≦１７．５°とし、
かつ前記玉の直径に対する前記軌道溝の曲率比Ｒ／Ｄを
Ｒ／Ｄ＝０．５４〜０．５５５としたことを特徴とす
る。

【０００９】請求項２の発明は、外輪および内輪に形成
された軌道溝に対して３点以上で接触する多数の玉を有
する多点接触玉軸受であって、前記玉の直径をＤ、前記
軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌道溝との接触角をαとし
たとき、前記接触角αを１７．５°＜α≦２２．５°と
し、かつ前記玉の直径に対する前記軌道溝の曲率比Ｒ／
Ｄを０．５５５＜Ｒ／Ｄ≦０．５７としたことを特徴と
する。

【００１０】請求項３の発明は、外輪および内輪に形成
された軌道溝に対して３点以上で接触する多数の玉を有
する多点接触玉軸受であって、前記玉の直径をＤ、前記
軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌道溝との接触角をαとし
たとき、前記接触角αを２２．５°＜α≦２７．５°と
し、かつ前記玉の直径に対する前記軌道溝の曲率比Ｒ／
Ｄを０．５７＜Ｒ／Ｄ≦０．５９としたことを特徴とす
る。

【００１１】請求項４の発明は、外輪および内輪に形成
された軌道溝に対して３点以上で接触する多数の玉を有
する多点接触玉軸受であって、前記玉の直径をＤ、前記
軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌道溝との接触角をαとし
たとき、前記接触角αを２７．５°＜α≦３２．５°と
し、かつ前記玉の直径に対する前記軌道溝の曲率比Ｒ／
Ｄを０．５９＜Ｒ／Ｄ≦０．６１としたことを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】本発明に係る多点接触玉軸受は、放電加工機、
レーザ加工機等の電解加工型工作機械や電子部品実装装
置、電子部品装着機、各種ボンダー、ハンドラー、搬送
ロボット等で使用される精密位置決め用ボールねじのボ
ールねじ軸を支持する軸受として好適である。

【００１３】一般産業機械の一部に使用されている多点
接触玉軸受は、図１８に示されるように、内部すき間Ｇ
が残っている状態で製作され、アキシャル荷重を専用で
負荷する用途で使用される場合が多い。例えば、多点接
触玉軸受をスクリューコンプレッサ等で使用する場合
は、ラジアル荷重負荷用円筒ころ軸受と並列に使用さ
れ、スクリューローダ軸に作用するアキシャル荷重のみ
を受ける構造となっている。また、ジェットエンジンや
ガスタービン等で多点接触玉軸受を使用する場合は、タ
ービン軸推力のみを負荷し、ラジアル荷重がほとんど負
荷しない条件での使用となる。つまり、多点接触玉軸受
とは呼びつつも実際の使用条件においては、図１９に示
されるように、軌道輪１０ａ，１０ｂに形成された軌道
溝１０ｅ，１０ｆと玉１０ｃとはそれぞれ一点で接触す
る標準の玉軸受としての使用がほとんどであった。この
理由は、玉と軌道溝とが多点で接触することによって、
通常の転がり運動と共に発生するスピン滑り等が標準ア
ンギュラ玉軸受に比べ玉と軌道溝との接触部間で極端に
増加するためである。このため、運転時の発生トルクも
大きく、発熱も異常に高くなり、安定した運転は望めな
い。

【００１４】このような理由から、多点で常時接触する
予圧条件下での使用は極めて少なく、インデックステー
ブルや旋回輪等、軸受のｄｍｎ値（ｄｍ：転動体ピッチ
円直径（ｍｍ）とｎ：回転数（ｍｉｎ^−１）との積）が
数万程度の回転数が極めて低い用途に限定されていた。
本発明に係る多点接触玉軸受は、加工物の位置決め精度
を確保するために、単列軸受でありながら予圧をかけら
れる構造である。また、予圧による多点接触条件下にお
いても玉と軌道溝との接触部のスピン滑り等を抑制し、
軸受の発熱や摩耗を抑え、低トルクで円滑に回転できる
構造である。

【００１５】本発明に係る多点接触玉軸受では、軸方向
の取付けスペースが従来の二列組合せアンギュラ玉軸受
の約半分で済むため、省スペース化が可能となり、部品
間の干渉問題が軽減される。また、内輪取付け分のねじ
軸端部寸法が短くなる分を含めた可動部分の軽量化が図
られ、急加速及び急減速時のイナーシャ（慣性力）が軽
減されるので、電子部品の製造工程や組立工程で使用さ
れる機械（例えば電子部品実装装置、各種ボンダー、ハ
ンドラー、搬送ロボット等）の実装速度を向上してタク
トタイムの短縮に寄与できる。

【００１６】本発明に係る多点接触玉軸受は、内外輪に
形成された軌道溝が単一の曲率ではなく、二種類の円弧
（いわゆるゴシックアーチ）で形成されている多点接触
玉軸受である。外輪または内輪のいずれか一方はラジア
ル方向にニ分割されている。保持器は一例として、冠型
で柔軟性のある形状を採用でき、保持器材質は例えばポ
リアミド・ポリアセタール・ポリフェニレンサルファイ
ド等の合成樹脂材を用いることができる。本発明に係る
多点接触玉軸受は、軸受の負荷容量や剛性を上げるため
に、隣り合う玉間の円周ピッチを極力小さくし、標準の
アンギュラ玉軸受に比べ、玉径を同等サイズかやや小さ
くし、玉数を多くしている。また、負荷容量を上げる等
の必要性が生じた場合、保持器のない総玉設計も可能で
ある。この場合、玉同士が接触して玉表面の摩耗が発生
することがあり得るが、表面を窒化処理して表面硬度を
高めたＤＳボール（特願2000−368602号）や窒化ケイ
素、ジルコニア等のセラミックからなる玉を用いれば、
玉の摩耗は解消できる。また、軌道溝の摩耗対策とし
て、軌道輪の軌道面にＮＶ窒化処理（特願2000−356211
号）やリン系被膜処理（特開平9−53641号公報）を施し
てもよい。さらに、転がり疲労寿命を向上させる方策と
して、従来の軸受鋼に対して材料内部の不純物濃度を少
なくした高清浄度ＥＰ鋼（特許第3018355号）を軌道輪
材料として用いてもよい。

【００１７】また、防水性や防塵性を向上させるため
に、必要に応じて軌道輪の両端面に接触または非接触タ
イプのシールを付属することもできる。従来のアンギュ
ラ玉軸受にシールを装着する場合、軸方向スペースがさ
らに増加する問題があったが、本発明では小径玉化と保
持器の考案により、単列の幅で可能である。仮に、旋
盤、フライス盤、マニシングセンター等の工作機械に使
用される精密位置決め用ボールねじの支持軸受として本
発明に係る軸受を使用する場合、内外輪端面の段差を調
整した（通称、差幅調整という）本発明品を２列〜３列
程度組合せ使用することで、負荷容量や剛性に対応する
ことができる。

【００１８】分割された内輪または外輪の隣り合う端面
間には、幾何的に４点接触した状態（軸受接触角α）で
適度な予圧すき間が形成されており、標準組合せアンギ
ュラ玉軸受同様に、軸受ナットや抑えふたで分割された
内輪または外輪端部を軸方向に押付け固定することで、
適正な予圧をかけることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に
係るボールねじ支持用軸受の構造を示す断面図であり、
同図に示されるように、第１の実施形態に係るボールね
じ支持用軸受は、ボールねじ軸５を支持する４点接触玉
軸受１０と、この玉軸受１０の周囲を密封する軸受ハウ
ジング２と、この軸受ハウジング２の軸方向両端部に設
けられたオイルシール３とから構成されている。

【００２０】図２は、４点接触玉軸受１０の軸方向断面
図である。同図に示されるように、４点接触玉軸受１０
は外輪１０ａ、内輪１０ｂ、玉１０ｃ及び保持器１０ｄ
等から形成されており、外輪１０ａの内周面には、軌道
溝１０ｅが外輪１０ａの円周方向に沿って形成されてい
る。この軌道溝１０ｅの軸方向断面は、図３に示される
ように、Ｒｅの曲率半径を有する二つの円弧つまりゴシ
ックアーチ状に形成されており、これにより、玉１０ｃ
は軌道溝１０ｅと二点で接触するようになっている。

【００２１】一方、内輪１０ｂの外周面には軌道溝１０
ｆが内輪１０ｂの円周方向に沿って形成されている。こ
の軌道溝１０ｆの軸方向断面は、図４に示されるよう
に、Ｒｉの曲率半径を有する二つの円弧つまりゴシック
アーチ状に形成されており、これにより、玉１０ｃは軌
道溝１０ｆと二点で接触するようになっている。４点接
触玉軸受１０の内輪１０ｂは、図１に示されるように、
ボールねじ軸５の端部に形成された大径軸部５ａの端面
に押えリング６及びナット７によって押付け固定されて
いる。また、この内輪１０ｂはその軸方向中央部がラジ
アル方向にニ分割されており、分割された内輪の隣り合
う端面間には、幾何的に４点接触した状態（軸受接触角
α）で適度な予圧すき間１１（図６参照）が形成されて
いる。

【００２２】図５は、玉１０ｃと保持器１０ｄの一部を
示す斜視図である。同図に示されるように、保持器１０
ｄは冠形の形状を有しており、ポリアミド・ポリアセタ
ール・ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材から
形成されている。なお、軸受ハウジング２は円筒状のハ
ウジング本体２ａと、このハウジング本体２ａのフラン
ジ部２ｂにボルト接合される環状の外輪押え２ｃとから
構成されている。

【００２３】このような構成において、玉１０ｃの直径
をＤ、軌道溝１０ｅ，１０ｆの曲率をＲｅ，Ｒｉ、玉１
０ｃと軌道溝１０ｅ，１０ｆとの接触角をαとすると、
本実施形態に係る４点接触玉軸受１０は、接触角αが１
２．５°＜α≦３２．５°の範囲内にあり、かつ玉の直
径に対する軌道溝１０ｅ，１０ｆの曲率比Ｒｅ／Ｄ，Ｒ
ｉ／ＤがＲｅ／Ｄ＝０．５４〜０．６１、Ｒｉ／Ｄ＝
０．５４〜０．６１の範囲内にある。

【００２４】図７は本発明の第２の実施形態に係るボー
ルねじ支持用軸受の構造を示す断面図であり、同図に示
されるように、第２の実施形態に係るボールねじ支持用
軸受は、ボールねじ軸５を支持する４点接触玉軸受１０
と、この玉軸受１０の周囲を密封する軸受ハウジング２
と、この軸受ハウジング２の軸方向両端部に設けられた
オイルシール３とから構成されている。

【００２５】４点接触玉軸受１０は、図８に示されるよ
うに、外輪１０ａ、内輪１０ｂ、玉１０ｃ等から形成さ
れており、外輪１０ａの内周面には、軌道溝１０ｅが外
輪１０ａの円周方向に沿って形成されている。この軌道
溝１０ｅの軸方向断面は曲率半径がＲｅの二つの円弧つ
まりゴシックアーチ状に形成されており、これにより、
玉１０ｃは軌道溝１０ｅと二点で接触するようになって
いる。

【００２６】一方、内輪１０ｂの外周面には軌道溝１０
ｆが軌道溝１０ｅに対向して形成されている。この軌道
溝１０ｆの軸方向断面は曲率半径がＲｉの二つの円弧つ
まりゴシックアーチ状に形成されており、これにより、
玉１０ｃは軌道溝１０ｆと二点で接触するようになって
いる。４点接触玉軸受１０の内輪１０ｂは、図７に示さ
れるように、ボールねじ軸５の端部に形成された大径軸
部５ａの端面に押えリング６及びナット７によって押付
け固定されている。また、外輪１０ａはその軸方向中央
部がラジアル方向にニ分割されており、分割された外輪
の隣り合う端面間には、幾何的に４点接触した状態（軸
受接触角α）で適度な予圧すき間１１（図８参照）が形
成されている。

【００２７】このような構成において、玉１０ｃの直径
をＤ、軌道溝１０ｅ，１０ｆの曲率をＲｅ，Ｒｉ、玉１
０ｃと軌道溝１０ｅ，１０ｆとの接触角をαとすると、
本実施形態に係る４点接触玉軸受１０は、接触角αが１
２．５°＜α≦３２．５°の範囲内にあり、かつ玉の直
径に対する軌道溝１０ｅ，１０ｆの曲率比Ｒｅ／Ｄ，Ｒ
ｉ／ＤがＲｅ／Ｄ＝０．５４〜０．６１、Ｒｉ／Ｄ＝
０．５４〜０．６１の範囲内にある。

【００２８】ところで、多点接触玉軸受をボールねじ支
持用軸受として使用する場合、多点接触玉軸受に要求さ
れる点は動トルクをある範囲内に抑え、かつスムーズな
回転立上り性と回転立下り性を得られる点である。この
ような要求を満たすために、本発明者らは、種々の組合
せ条件についてコンピュータによる解析を行い、その解
析結果から表１に示すような仕様の実施例Ａ〜Ｄを見出
した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１において、実施例Ａは接触角αを１
２．５°＜α≦１７．５°とし、かつ玉１０ｃの直径Ｄ
に対する軌道溝１０ｅ，１０ｆの曲率比（以下、「溝曲
率比」という）ｆｉ，ｆｅを０．５４≦ｆｉ≦０．５５
５、０．５４≦ｆｅ≦０．５５５とした４点接触玉軸受
であり、実施例Ｂは接触角αを１７．５°＜α≦２２．
５°とし、かつ溝曲率比ｆｉ，ｆｅを０．５５５＜ｆｉ
≦０．５７、０．５５５＜ｆｅ≦０．５７とした４点接
触玉軸受である。また、実施例Ｃは接触角αを２２．５
°＜α≦２７．５°とし、かつ溝曲率比ｆｉ，ｆｅを
０．５７＜ｆｉ≦０．５９、０．５７＜ｆｅ≦０．５９
とした４点接触玉軸受であり、実施例Ｄは接触角αを２
７．５°＜α≦３２．５°とし、かつ溝曲率比ｆｉ，ｆ
ｅを０．５９＜ｆｉ≦０．６１、０．５９＜ｆｅ≦０．
６１とした４点接触玉軸受である。

【００３１】表１に示した実施例Ａ〜Ｄと従来例（二列
組合せアンギュラ玉軸受（７０１０Ａ、軸受内径：５０
ｍｍ）の玉径、玉数、玉ＰＣＤ及び予圧すき間の選定値
を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２に示される従来例Ｅ（従来軸受で製造
範囲内で最も動トルクが大きくなる条件）及び実施例Ａ
〜Ｄの接触角αをα_Ｅ＝３０°、α_Ａ＝１７．５°、α
_Ｂ＝２２．５°、α_Ｃ＝２７．５°、α_Ｄ＝３２．５°
とし、溝曲率比ｆｅ及びｆｉをｆｅ_Ｅ＝ｆｉ_Ｅ＝０．５
２、ｆｅ_Ａ＝ｆｉ_Ａ＝０．５４、ｆｅ_Ｂ＝ｆｉ_Ｂ＝０．
５５６、ｆｅ_Ｃ＝ｆｉ_Ｃ＝０．５７１、ｆｅ_Ｄ＝ｆｉ_Ｄ
＝０．５９１とした場合における動トルクを表３に示
す。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３の結果から、接触角αを１７．５°≦
α≦３２．５°とし、溝曲率比ｆｅ，ｆｉをｆｅ＝ｆｉ
＝０．５４〜０．５９１とすると、動トルクＴｒがＴｒ
＝０．２８〜０．２８２Ｎ・ｍとなり、従来例Ｅの動ト
ルクと同一かそれより低い値となることがわかる。次
に、実施例Ａ〜Ｄの接触角αをα_Ａ＝１５°、α_Ｂ＝２
０°、α_Ｃ＝２５°、α_Ｄ＝３０°とし、溝曲率比ｆｅ
及びｆｉをｆｅ_Ａ＝ｆｉ_Ａ＝０．５５、ｆｅ _Ｂ＝ｆｉ_Ｂ
＝０．５６、ｆｅ_Ｃ＝ｆｉ_Ｃ＝０．５８、ｆｅ_Ｄ＝ｆｉ
_Ｄ＝０．６０とした場合における動トルクを表４に示
す。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４の結果から、接触角αを１５°≦α≦
３０°とし、溝曲率比ｆｅ，ｆｉをｆｅ＝ｆｉ＝０．５
５〜０．６０とすると、動トルクＴｒがＴｒ＝０．２４
〜０．２５５Ｎ・ｍとなり、表２に示す従来例Ｅの動ト
ルクより低い値となることがわかる。次に、従来例Ｅ
（従来軸受で製造範囲内で最も動トルクが小さくなる条
件）及び実施例Ａ〜Ｄの接触角αをα_Ｅ＝２９°、α_Ａ
＝１２．６°、α_Ｂ＝１７．６°、α_Ｃ＝２２．６°、
α_Ｄ＝２７．６°とし、溝曲率比ｆｅ及びｆｉをｆｅ_Ｅ
＝ｆｉ_Ｅ＝０．５３、ｆｅ_Ａ＝ｆｉ_Ａ＝０．５５５、ｆ
ｅ_Ｂ＝ｆｉ_Ｂ＝０．５７、ｆｅ_Ｃ＝ｆｉ_Ｃ＝０．５９、
ｆｅ_Ｄ＝ｆｉ_Ｄ＝０．６１とした場合における動トルク
を表５に示す。

【００３８】

【表５】

【００３９】表５の結果から、接触角αを１２．６°≦
α≦２７．６°とし、溝曲率比ｆｅ，ｆｉをｆｅ＝ｆｉ
＝０．５５５〜０．６１とすると、動トルクＴｒがＴｒ
＝０．２１５〜０．２２２Ｎ・ｍとなり、表２に示す従
来例Ｅの動トルク下限値より大きい値となることがわか
る。つまり、表１に示す実施例Ａ〜Ｄを採用すること
で、従来例の（製造）実績範囲内の動トルク内に抑える
ことが可能となる。

【００４０】表３〜表５の結果を基に動トルクＴｒと接
触角αおよび溝曲率比ｆｉ，ｆｅとの関係を三次元的に
解析した結果を図９に、また動トルクＴｒと溝曲率比ｆ
ｉ，ｆｅとの関係を解析した結果を図１０に示す。図９
及び図１０の結果からも明らかなように、動トルクを抑
えるためには、接触角αと溝曲率比ｆｉ，ｆｅを適正な
値で組合せる必要があることがわかる。また、接触角α
を１２．６°≦α≦２７．６°とし、溝曲率比ｆｅ，ｆ
ｉをｆｅ＝ｆｉ＝０．５５５〜０．６１とすると、動ト
ルクが小さくなっていくが、動トルクが小さ過ぎると、
ボールねじの回転停止時における減速イナーシャによ
り、速やかな停止ができず、指示位置に対してオーバー
シュートする可能性がある。また、軸受のアキシャル剛
性が小さくなり、やはり、オーバーシュートが発生し易
くなる。さらに、アキシャル負荷容量も小さくなるの
で、転がり疲労寿命も短くなる不具合が生じる。このこ
とから、動トルクを従来例のバラツキ範囲内に抑え、ス
ムーズな回転立上り性と回転立下り性を得るためには、
接触角αと溝曲率比ｆｅ，ｆｉを表１に示す範囲内で組
合せる必要があることがわかる。

【００４１】次に、実施例Ａ〜Ｄの接触角αをα_Ａ＝１
５°、α_Ｂ＝２０°、α_Ｃ＝２５°、α_Ｄ＝３０°と
し、溝曲率比ｆｅ及びｆｉをｆｅ_Ａ＝ｆｉ_Ａ＝０．５
５、ｆｅ _Ｂ＝ｆｉ_Ｂ＝０．５６、ｆｅ_Ｃ＝ｆｉ_Ｃ＝０．
５８、ｆｅ_Ｄ＝ｆｉ_Ｄ＝０．６０とした場合における各
軸受のＰＶ値を表６に示す。

【００４２】

【表６】

【００４３】表６の結果から、接触角αを１５°≦α≦
３０°とし、溝曲率比ｆｅ，ｆｉをｆｅ＝ｆｉ＝０．５
５〜０．６０とすることによって、内輪と玉とのＰＶ値
ＰＶｉがＰＶｉ＝４７〜８０ＭＰａ・ｍ／ｓになると共
に外輪と玉とのＰＶ値ＰＶｅがＰＶｅ＝３２〜５８ＭＰ
ａ・ｍ／ｓとなり、いずれも従来例のそれより高い値を
示すことがわかる。

【００４４】図１１は表６の結果を基に内輪ＰＶ値と溝
曲率比及び接触角との関係を示す図で、図１２は同じく
表６の結果を基に内輪ＰＶ値と溝曲率比との関係を示す
図である。また、図１３は表６の結果を基に外輪ＰＶ値
と溝曲率比及び接触角との関係を示す図で、図１４は同
じく表６の結果を基に外輪ＰＶ値と溝曲率比との関係を
示す図である。

【００４５】図１１〜図１４からわかるように、ＰＶ値
の大小は動トルク、軸受温度上昇以外に接触部の耐摩耗
特性にも影響する。半導体チップ等の電子部品を基板上
に実装する電子部品実装装置や放電加工機、レーザ加工
機等の電解加工機などでは、最近、ボールねじの高速回
転が要求されている。急加速及び急減速時の不安定な滑
り条件での耐摩耗特性を満足させるためには、ＰＶ値を
より小さくする必要がある。従来例Ｅ及び実施例Ａ〜Ｄ
におけるＰＶ値をまとめると、表６の通りとなる。動ト
ルク値を一定にした場合、接触角が小さく、かつ溝曲率
比の小さいほうがＰＶ値は小さくなる（実施例Ａの
方）。いずれの仕様も過去の軸受の実績から判断される
限界ＰＶ値以下であるので、摩耗の問題は極めて少ない
が、ボールねじ回転部の重量や急加速及び急減速時の発
生Ｇに対応して、必要とされるアキシャル剛性要求値や
軸受温度上昇特性に応じ、いずれの考案仕様（実施例Ａ
〜Ｄ）を選定してもよい。

【００４６】次に、実施例Ａ〜Ｄの接触角αをα_Ａ＝１
５°、α_Ｂ＝２０°、α_Ｃ＝２５°、α_Ｄ＝３０°と
し、溝曲率比ｆｅ及びｆｉをｆｅ_Ａ＝ｆｉ_Ａ＝０．５
５、ｆｅ _Ｂ＝ｆｉ_Ｂ＝０．５６、ｆｅ_Ｃ＝ｆｉ_Ｃ＝０．
５８、ｆｅ_Ｄ＝ｆｉ_Ｄ＝０．６０とした場合における各
軸受のアキシャル変位ａｄ（μｍ／1000Ｎ：1000Ｎのア
キシャル荷重を負荷した時のアキシャル変位を表す）を
表７に示す。

【００４７】

【表７】

【００４８】表７の結果から、接触角αを１５°≦α≦
３０°とし、溝曲率比ｆｅ，ｆｉをｆｅ＝ｆｉ＝０．５
５〜０．６０とすることによって、各軸受のアキシャル
変位ａｄがａｄ＝４〜１４となり、いずれの場合も従来
例のアキシャル変位と同一かそれより大きい値を示すこ
とがわかる。ボールねじのアキシャル剛性は、ボールね
じ支持用軸受以外にボールねじ軸とナット間の剛性やボ
ールねじ軸自身の剛性にも影響する。また、使用される
機械の種類や使用条件により、要求される剛性値は変わ
る。

【００４９】表７の結果から、接触角が大きく、かつ溝
曲率比が大きいほう（実施例Ｄ）がアキシャル剛性は大
きくなる。前述のＰＶ値の要求も考慮し、必要とされる
アキシャル剛性要求に応じて、いずれの考案仕様（実施
例Ａ〜Ｄ）を選定してもよい。図１５は、予圧された多
点接触玉軸受（実施例Ｂに相当）に外部からアキシャル
荷重を負荷した時の動トルクを、３種類の予圧すき間
（Δα＝−５μｍ、−１０μｍ、−１５μｍ）の条件で
解析した結果を示す図である。いずれの予圧すき間の場
合も動トルクはアキシャル荷重の増加と共に一時的に上
昇し、その後、減少して再上昇するという傾向であるこ
とがわかる。これは、アキシャル荷重によって軸受の軸
方向弾性変形が生じ、内外輪と玉との接触点が初期外部
荷重時（０Ｎ）の４点接触から３点あるいは２点接触に
変化したことによるものである。このように、初期４点
接触からアキシャル荷重の増加と共に２点接触に移行す
ることで、アキシャル荷重が増加しても結果的に動トル
クを少なくすることができる。

【００５０】また、図１５からわかるように、予圧すき
間を小さく設定すると、４点から２点接触に移行する過
渡期の動トルク最大値も小さくできる。このことは、実
使用条件に置き換えれば適正な予圧すき間選定により、
急加速及び急減速時の往復動イナーシャ荷重による動ト
ルク増加を接触点の減少によって軽減できることを意味
する。種々の解析結果、最低限、ボールねじの軸方向が
たを抑え、かつスムーズな回転特性を得るためには、実
際の想定荷重条件を考慮した結果、予圧すき間を０〜−
１０μｍ程度に設定することで、動トルク軽減効果が出
て来ることがわかった。

【００５１】以上のことから、実施例Ａ及びＤは従来品
に比べＰＶ値およびアキシャル剛性の点で機能の低下が
やや大きめであり、実施例Ｂあるいは実施例Ｃはバラン
スがとれており、より好ましい。次に、表８に示される
仕様の試験軸受Ａ〜Ｅ（軸受内径：１２ｍｍ、軸受外
径：２８ｍｍ、玉ピッチ円径：２０ｍｍ）を使用して、
玉軸受の動トルク特性を回転数：１０〜５０００ｍｉｎ
^−１（５０００ｍｉｎ^−１は軸受のｄｍｎ値として１０
万に相当）、潤滑：グリース（基油粘度；１５×１０
^−６ｍ^２／ｓ）の条件で試験した結果を図１６に、また
玉軸受の温度上昇特性を上記と同じ条件で試験した結果
を図１７に示す。

【００５２】

【表８】

【００５３】図１６及び図１７に示される試験結果か
ら、表８の実施例Ａ〜Ｄは回転数が５０００ｍｉｎ^−１
（ボールねじ用多点接触玉軸受として使用した場合に想
定される最高回転数領域）のときに、その動トルクと軸
受温度上昇（軸受温度−室温）が従来のアンギュラ玉軸
受（従来例Ｅ）のそれらとほぼ同じ値を示すことがわか
る。

【００５４】また、図１６に示される試験結果から、表
８の実施例Ａ〜Ｄは回転数が低速域から高速域に移行し
たときに、その動トルクの変化が従来例Ｅに比べて小さ
いことがわかる。したがって、表８の実施例Ａ〜Ｄでは
急加減速したときの動トルク変動によるイナーシャ変動
を抑えることができ、その結果、ボールねじが急停止し
たときのオーバーシュート等をより効果的に防止するこ
とができる。

【００５５】以上のことから、本発明に係るボールねじ
支持用多点接触玉軸受は、アンギュラ玉軸受と同等レベ
ル若しくはそれ以上の動トルク特性と温度上昇特性を保
持しつつ省スペース化を得ることができる。なお、本発
明は上述した実施形態に限定されるものではない。たと
えば、上述した実施形態では本発明を４点接触玉軸受に
適用したが、本発明を３点接触玉軸受に適用してもよ
い。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
精密位置決めが必要とされるボールねじ支持用軸受とし
て、二列組合せアンギュラ玉軸受と同等の機能を単列多
点接触玉軸受で置き換えることが可能となる。これによ
り、従来の約半分の取付けスペースで済み、機械の省ス
ペース化による設計の多様性確保や構造簡素化によるコ
ストダウンができると共に、稼動部の軽量化ができ、タ
クトタイムの向上による生産効率アップにも寄与でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るボールねじ支持
用軸受の構造を示す断面図である。

【図２】図１に示される４点接触玉軸受の軸方向断面図
である。

【図３】図２に示される外輪側軌道溝の断面図である。

【図４】図２に示される内輪側軌道溝の断面図である。

【図５】図２に示される保持器の一部を示す斜視図であ
る。

【図６】図２に示される４点接触玉軸受の予圧すき間を
示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係るボールねじ支持
用軸受の構造を示す断面図である。

【図８】図７に示される４点接触玉軸受の軸方向断面図
である。

【図９】表３〜表５の結果を基に動トルクと接触角及び
溝曲率比との関係を三次元的に示す図である。

【図１０】表３〜表５の結果を基に動トルクと溝曲率比
との関係を示す線図である。

【図１１】表６の結果を基に内輪ＰＶ値と接触角と溝曲
率比との関係を三次元的に示す図である。

【図１２】表６の結果を基に内輪ＰＶ値と溝曲率比との
関係を示す線図である。

【図１３】表６の結果を基に外輪ＰＶ値と接触角と溝曲
率比との関係を三次元的に示す図である。

【図１４】表６の結果を基に外輪ＰＶ値と溝曲率比との
関係を示す線図である。

【図１５】外部からアキシャル荷重を負荷した時の動ト
ルクを解析した結果を示す図である。

【図１６】玉軸受の動トルクと回転数との関係を示す図
である。

【図１７】玉軸受の軸受温度上昇（軸受温度−室温）と
回転数との関係を示す図である。

【図１８】多点接触玉軸受の軸方向断面図である。

【図１９】二点接触玉軸受の軸方向断面図である。

【図２０】従来のボールねじ支持用軸受を示す断面図で
ある。

【図２１】図２０に示される二列組合せ玉軸受の軸方向
断面図である。

【符号の説明】

２軸受ハウジング３オイルシール５ボールねじ軸６押えリング７軸受ナット１０４点接触玉軸受１０ａ外輪１０ｂ内輪１０ｃ玉１０ｄ保持器１０ｅ外輪側軌道溝１０ｆ内輪側軌道溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J012 AB04 BB03 CB01 EB14 FB10 HB02 3J062 AA22 AA28 AB22 AC07 BA14 CD34 3J101 AA04 AA32 AA42 AA54 AA62 BA64 FA01 FA41 GA31 GA53 GA55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪および内輪に形成された軌道溝に対
して３点以上で接触する多数の玉を有する多点接触玉軸
受であって、前記玉の直径をＤ、前記軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌
道溝との接触角をαとしたとき、前記接触角αを１２．
５°＜α≦１７．５°とし、かつ前記玉の直径に対する
前記軌道溝の曲率比Ｒ／ＤをＲ／Ｄ＝０．５４〜０．５
５５としたことを特徴とするボールねじ支持用多点接触
玉軸受。
【請求項２】外輪および内輪に形成された軌道溝に対
して３点以上で接触する多数の玉を有する多点接触玉軸
受であって、前記玉の直径をＤ、前記軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌
道溝との接触角をαとしたとき、前記接触角αを１７．
５°＜α≦２２．５°とし、かつ前記玉の直径に対する
前記軌道溝の曲率比Ｒ／Ｄを０．５５５＜Ｒ／Ｄ≦０．
５７としたことを特徴とするボールねじ支持用多点接触
玉軸受。
【請求項３】外輪および内輪に形成された軌道溝に対
して３点以上で接触する多数の玉を有する多点接触玉軸
受であって、前記玉の直径をＤ、前記軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌
道溝との接触角をαとしたとき、前記接触角αを２２．
５°＜α≦２７．５°とし、かつ前記玉の直径に対する
前記軌道溝の曲率比Ｒ／Ｄを０．５７＜Ｒ／Ｄ≦０．５
９としたことを特徴とするボールねじ支持用多点接触玉
軸受。
【請求項４】外輪および内輪に形成された軌道溝に対
して３点以上で接触する多数の玉を有する多点接触玉軸
受であって、前記玉の直径をＤ、前記軌道溝の曲率をＲ、前記玉と軌
道溝との接触角をαとしたとき、前記接触角αを２７．
５°＜α≦３２．５°とし、かつ前記玉の直径に対する
前記軌道溝の曲率比Ｒ／Ｄを０．５９＜Ｒ／Ｄ≦０．６
１としたことを特徴とするボールねじ支持用多点接触玉
軸受。