JP2010090952A - ボールねじ軸の支持構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】標準の規格寸法からなる転がり軸受を使用して低コスト化を図ったボールねじ軸の支持構造を提供する。
【解決手段】アウター側の支持軸受１０が、内周に外側転走面１４ａが形成された外輪１４と、外周に外側転走面１４ａに対向する内側転走面１６ａが形成された内輪１６と、両転走面間に保持器１７を介して転動自在に収容された複数の転動体１５を備えたＪＩＳ標準系列の４点接触玉軸受からなり、ねじ軸７の両端部に嵌合部１３と位置決め用の肩部１３ａが形成され、この肩部１３ａに支持軸受１０の内輪１６が当接された状態で嵌合部１３に所定のシメシロを介して圧入されると共に、外輪１４の外径側にフェノール樹脂にガラスファイバーが添加された嵌合部材１８が射出成形により一体に接合され、ハウジングの内径に対応して当該嵌合部材１８の外径Ｄが設定されて所定のシメシロを持って圧入されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械や自動車のアクチュエータ等に使用されるボールねじにおけるボールねじ軸の支持構造に関するものである。
一般工作機械や自動車のアクチュエータに使用されるボールねじにおいては、回転駆動されるねじ軸の両端は転がり軸受により回転自在に支持されている。一般的に、このねじ軸の軸方向荷重を受ける転がり軸受は、廉価で組立が容易な深溝玉軸受等の転がり軸受により支持されている場合が多い。
図６は、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブリフト量や作動角等を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置のアクチュエータを示している。このアクチュエータは、両端部が第１、第２の深溝玉軸受５０、５１によってボールねじ軸５２が回転自在に支持され、電動モータ５３の回転駆動によって回転させることにより、ボールねじ機構５４を介して制御軸５５を回転制御して吸気弁のバルブリフト量を可変制御している。すなわち、ボールねじ機構５４は、外周面に螺旋状のねじ溝５２ａが形成されたボールねじ軸５２と、このボールねじ軸５２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝５６ａが形成されたボールナット５６と、対向する両ねじ溝５２ａ、５６ａにより形成された転動路に収容された多数のボール５７とで構成され、ボールねじ軸５２を回転運動させることでボールナット５５を直線運動させ、このボールナット５６に連結されたリンク５８を介して制御軸５５を回転制御している。
ここで、第１の深溝玉軸受５０は、ハウジング５９の開口部５９ａとボールねじ軸５２の一端部に嵌挿されている。すなわち、図７に拡大して示すように、第１の深溝玉軸受５０は、外輪６０と内輪６１および複数のボール６２からなり、外輪６０がハウジング５９の開口部５９ａの内径Ｄに対応して肉厚に形成されているので、ボールねじ軸５２に圧入される内輪６１の肉厚を充分に薄くでき、ボールねじ軸５２の慣性質量を低減することができる。これにより、回転作動負荷を小さくして良好な作動応答性を確保し得るアクチュエータを提供することができる。
特開２００５−２９１１６６号公報
然しながら、こうした従来のボールねじ軸５２の支持構造は、第１の深溝玉軸受５０の外輪６０が、ハウジング５９の開口部５９ａの内径Ｄに対応して肉厚に形成されているため、特殊品として製作されることになる。このような特殊品からなる外輪６０は、素材寸法自体が特殊となり、鍛造素材の入手性が難しくコストアップになる。さらに、製造ラインにおいても特殊寸法のため、ライン内の治具等を全て専用にする必要があり、コスト的に量産性に乏しい。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、標準の規格寸法からなる転がり軸受を使用して低コスト化を図ったボールねじ軸の支持構造を提供することを目的とする。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ハウジングに対して支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造において、前記支持軸受が、内周に外側転走面が形成された外輪と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体を備えた転がり軸受からなり、前記ねじ軸の両端部に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、この肩部に前記支持軸受の内輪が当接された状態で前記嵌合部に所定のシメシロを介して圧入されると共に、前記支持軸受のうち少なくとも一方の支持軸受が、前記外輪の外径側に合成樹脂製の嵌合部材が射出成形により一体に接合され、前記ハウジングの内径に対応して当該嵌合部材の外径が設定されて所定のシメシロを持って圧入されている。
このように、ハウジングに対して支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造において、支持軸受が、内周に外側転走面が形成された外輪と、外周に外側転走面に対向する内側転走面が形成された内輪と、両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体を備えた転がり軸受からなり、ねじ軸の両端部に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、この肩部に支持軸受の内輪が当接された状態で嵌合部に所定のシメシロを介して圧入されると共に、支持軸受のうち少なくとも一方の支持軸受が、外輪の外径側に合成樹脂製の嵌合部材が射出成形により一体に接合され、ハウジングの内径に対応して当該嵌合部材の外径が設定されて所定のシメシロを持って圧入されているので、ハウジングの内径に対応して支持軸受の外輪を肉厚に形成しなくても、ＪＩＳの標準系列品からなる外輪を使用することができるため、量産性に優れ、低コスト化を図ることができる。
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記支持軸受がＪＩＳの標準系列品で構成されていれば、一層の低コスト化を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明のように、前記嵌合部材が、前記外輪の両端面を挟持する鍔部を備えていれば、嵌合部材に軸方向の荷重が負荷されても所望の抜け耐力を確保することができると共に、嵌合部材の強度を高めることができる。
また、請求項４に記載の発明のように、前記嵌合部材が熱硬化性の合成樹脂で形成されていれば、ボールねじ軸の支持構造が、例えば、自動車等のアクチュエータに使用され、高温雰囲気に曝されても充分な強度および耐熱性を有し、耐久性を向上させることができる。
また、請求項５に記載の発明のように、前記合成樹脂に繊維強化材が添加されていれば、嵌合部材の強度・耐久性を向上させることができる。
また、請求項６に記載の発明のように、前記支持軸受が４点接触玉軸受で構成されていれば、単列の転がり軸受でありながら、ねじ軸に負荷される両方向の軸方向荷重およびモーメント荷重を支承することができ、軽量・コンパクト化を図ることができる。
本発明に係るボールねじ軸の支持構造は、ハウジングに対して支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造において、前記支持軸受が、内周に外側転走面が形成された外輪と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体を備えた転がり軸受からなり、前記ねじ軸の両端部に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、この肩部に前記支持軸受の内輪が当接された状態で前記嵌合部に所定のシメシロを介して圧入されると共に、前記支持軸受のうち少なくとも一方の支持軸受が、前記外輪の外径側に合成樹脂製の嵌合部材が射出成形により一体に接合され、前記ハウジングの内径に対応して当該嵌合部材の外径が設定されて所定のシメシロを持って圧入されているので、ハウジングの内径に対応して支持軸受の外輪を肉厚に形成しなくても、標準系列品からなる外輪を使用することができるため、量産性に優れ、低コスト化を図ることができる。
ハウジングに対して支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造において、前記支持軸受が、内周に外側転走面が形成された外輪と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体を備えたＪＩＳ標準系列の４点接触玉軸受からなり、前記ねじ軸の両端部に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、この肩部に前記支持軸受の内輪が当接された状態で前記嵌合部に所定のシメシロを介して圧入されると共に、前記支持軸受のうちアウター側の支持軸受が、前記外輪の外径側にフェノール樹脂にガラスファイバーが添加された嵌合部材が射出成形により一体に接合され、前記ハウジングの内径に対応して当該嵌合部材の外径が設定されて所定のシメシロを持って圧入されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじ軸の支持構造を適用した電動リニアアクチュエータを示す縦断面図、図２は、図１の支持軸受部を示す要部拡大図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、図２の変形例を示す要部拡大図、図５は、図４の部分拡大図である。なお、本実施形態では、ボールねじ軸のモータ側をアウター側（図中左側）、反モータ側をインナー側（図中右側）と言う。
この電動リニアアクチュエータ１は、リンク２と、このリンク２を介して図示しない被駆動部材を揺動駆動するボールねじ３と、このボールねじ３を駆動し、ハウジング４に取付けられた電動モータ５とを主要な構成としている。
ボールねじ３は、電動モータ５のモータ軸５ａにカップリング６を介して連結され、電動モータ５により回転駆動されるねじ軸７と、このねじ軸７に外挿されたナット８と、ねじ軸７とナット８間に転動自在に収容された多数のボール９と備えている。ねじ軸７の外周面には螺旋状のねじ溝７ａが形成されると共に、ナット８の内周面には、このねじ溝７ａと対向する螺旋状のねじ溝８ａが形成されている。各ねじ溝７ａ、８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここでは、ボール９との接触角が大きくとれ、軸方向すきまが小さく設定することができるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、アキシアル荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。
ねじ軸７は、一対の転がり軸受からなる支持軸受１０、１１を介してハウジング４に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。一方、ナット８は、その外周面の対向する位置に一対の支持軸１２がねじ軸７の軸心に対して直角方向に突設されている。これらの支持軸１２は、リンク２の一端部に係合し、このリンク２を揺動自在に支承している。したがって、ナット８は、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支持されている。
このような構成により、電動モータ５の回転に伴ってねじ軸７が回転し、このねじ軸７の回転によりナット８が軸方向（図中左右方向）に移動される。すなわち、このボールねじ３により、モータ軸５ａの回転運動がボールねじ３を介してナット８の軸方向運動に変換され、ナット８の支持軸１２に係合されたリンク２が揺動運動する。
ねじ軸７の端部に形成された嵌合部１３に、内輪１６の端面が当接する肩部１３ａが形成されている。ねじ軸７のねじ端部は外径の円筒面が分断され、この肩部１３ａは完全なフラットな面にならないため、支持軸受１０が傾いた状態で固定される恐れがある。したがって、本実施形態では、肩部１３ａのフラットな当接面が充分確保されるよう、嵌合部１３の外径はねじ溝（図示せず）の底径よりも小径に形成されている。
ここで、支持軸受１０、１１は４点接触玉軸受からなり、ねじ軸７の端部に形成された嵌合部１３に圧入されている。これらの支持軸受１０、１１は単列の転がり軸受でありながら、ねじ軸７に負荷される両方向の軸方向荷重およびモーメント荷重を支承することができ、軽量・コンパクト化を図ることができる。なお、支持軸受１０、１１は、ＪＩＳ Ｂ１５１３「転がり軸受の呼び番号」にて規定された６２、６３等からなる、所謂標準系列品で構成されている。
アウター側の支持軸受１０は、図２に拡大して示すように、内周に外側転走面１４ａが形成された外輪１４と、外周に外側転走面１４ａに対向する内側転走面１６ａが形成された内輪１６と、両転走面１４ａ、１６ａ間に保持器１７を介して転動自在に収容された複数の転動体（ボール）１５とを備えている。外輪１４、内輪１６および転動体１５はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
ここで、外輪１４の外径側に合成樹脂製の嵌合部材１８が射出成形により一体に接合されている。そして、図示しないハウジングの内径に対応して嵌合部材１８の外径Ｄが設定され、所定のシメシロを持って圧入されている。本実施形態では、ハウジングのアウター側の内径に対応して外輪１４を肉厚に形成しなくても、外径ｄの標準系列品からなる外輪１４を使用することができるため、量産性に優れ、低コスト化を図ることができる。
嵌合部材１８は、図３に拡大して示すように、外輪１４の幅寸法ｈと略同一寸法に形成された嵌合部１８ａと、外輪１４の両端面を挟持するように嵌合部１８ａからΔｈだけ軸方向に突出して形成された鍔部１８ｂとで構成され、幅寸法Ｈ（＝ｈ＋２Δｈ）に形成されている。この鍔部１８ｂによって嵌合部材１８に軸方向の荷重が負荷されても所望の抜け耐力を確保することができると共に、嵌合部材１８の強度を高めることができる。さらに、例えば、温度上昇時、鋼製の外輪１４との線膨張係数の差によって嵌合部材１８が膨張して外輪１４との密着力が低下しても、嵌合部材１８が抜け出すのを確実に防止することができる。
嵌合部材１８は、フェノール樹脂（ＰＦ）にガラスファイバー（ＧＦ）の繊維強化材が添加された合成樹脂で形成されている。これにより、電動リニアアクチュエータが自動車に使用され、高温雰囲気に曝されても充分な強度および耐熱性を有し、耐久性を向上させることができる。なお、このようなフェノール樹脂以外にも、例えば、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等の熱硬化性の合成樹脂、ＰＡ（ポリアミド）６６、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の所謂エンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂、さらに、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン (ＰＥＥＫ)、ポリアミドイミド（ＰＡＩ） 等の所謂スーパーエンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂を例示することができる。
なお、ねじ軸７を支持する支持軸受１０、１１は例示した４点接触玉軸受に限らず、深溝玉軸受と４点接触玉軸受、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受、あるいはこのアンギュラ玉軸受を複列に組み合せたもの、さらに複列アンギュラ玉軸受であっても良い。
図４に、図２に示したアウター側の支持軸受１０の変形例を示す。なお、ここでは、前述した実施形態と同一の部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。この支持軸受１９は、外輪１４と、この外輪１４に複数の転動体（ボール）１５を介して内嵌された内輪１６と、転動体１５を転動自在に保持する保持器１７とを備えている。外輪１４の外径側には合成樹脂製の嵌合部材２０が射出成形により一体に接合されている。
嵌合部材２０は、フェノール樹脂（ＰＦ）にカーボンファイバー（ＣＦ）の強化材が添加された合成樹脂で形成されている。そして、図５に拡大して示すように、嵌合部材２０は外輪１４の両端面を挟持する鍔部２０ａを備え、幅寸法Ｈに形成されている。これにより、嵌合部材２０に軸方向の荷重が負荷されても所望の抜け耐力を確保することができると共に、嵌合部材２０の強度を一層高めることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係るボールねじ軸の支持構造は、軸受の形式・構成に制約されず、ボールねじ軸を転がり軸受を介して回転自在に支持するあらゆるボールねじ軸の支持構造に適用できる。
本発明に係るボールねじ軸の支持構造を適用した電動リニアアクチュエータを示す縦断面図である。 図１の支持軸受部を示す要部拡大図である。 図２の部分拡大図である。 図２の変形例を示す要部拡大図である。 図４の部分拡大図である。 従来の可変動弁装置のアクチュエータを示す縦断面図である。 図６の支持軸受を示す要部拡大図である。
符号の説明
１・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２・・・・・・・・・・・・リンク
３・・・・・・・・・・・・ボールねじ
４・・・・・・・・・・・・ハウジング
５・・・・・・・・・・・・電動モータ
５ａ・・・・・・・・・・・モータ軸
６・・・・・・・・・・・・カップリング
７・・・・・・・・・・・・ねじ軸
７ａ、８ａ・・・・・・・・ねじ溝
８・・・・・・・・・・・・ナット
９・・・・・・・・・・・・ボール
１０、１１、１９・・・・・支持軸受
１２・・・・・・・・・・・支持軸
１３・・・・・・・・・・・嵌合部
１３ａ・・・・・・・・・・肩部
１４・・・・・・・・・・・外輪
１５・・・・・・・・・・・転動体
１６・・・・・・・・・・・内輪
１７・・・・・・・・・・・保持器
１８、２０・・・・・・・・嵌合部材
１８ａ・・・・・・・・・・嵌合部
１８ｂ、２０ａ・・・・・・鍔部
５０・・・・・・・・・・・第１深溝玉軸受
５１・・・・・・・・・・・第２深溝玉軸受
５２・・・・・・・・・・・ボールねじ軸
５２ａ、５６ａ・・・・・・ねじ溝
５３・・・・・・・・・・・電動モータ
５４・・・・・・・・・・・ボールねじ機構
５５・・・・・・・・・・・制御軸
５６・・・・・・・・・・・ボールナット
５７・・・・・・・・・・・ボール
５８・・・・・・・・・・・リンク
５９・・・・・・・・・・・ハウジング
５９ａ・・・・・・・・・・開口部
ｄ・・・・・・・・・・・・外輪の外径
Ｄ・・・・・・・・・・・・嵌合部材の外径
ｈ・・・・・・・・・・・・外輪の幅寸法
Ｈ・・・・・・・・・・・・嵌合部材の幅寸法
Δｈ・・・・・・・・・・・鍔の幅寸法

Claims (6)

  1. ハウジングに対して支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造において、
    前記支持軸受が、内周に外側転走面が形成された外輪と、
    外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内輪と、
    前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体を備えた転がり軸受からなり、
    前記ねじ軸の両端部に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、この肩部に前記支持軸受の内輪が当接された状態で前記嵌合部に所定のシメシロを介して圧入されると共に、
    前記支持軸受のうち少なくとも一方の支持軸受が、前記外輪の外径側に合成樹脂製の嵌合部材が射出成形により一体に接合され、前記ハウジングの内径に対応して当該嵌合部材の外径が設定されて所定のシメシロを持って圧入されていることを特徴とするボールねじ軸の支持構造。
  2. 前記支持軸受がＪＩＳの標準系列品で構成されている請求項１に記載のボールねじ軸の支持構造。
  3. 前記嵌合部材が、前記外輪の両端面を挟持する鍔部を備えている請求項１または２に記載のボールねじ軸の支持構造。
  4. 前記嵌合部材が熱硬化性の合成樹脂で形成されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ軸の支持構造。
  5. 前記合成樹脂に繊維強化材が添加されている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ軸の支持構造。
  6. 前記支持軸受が４点接触玉軸受で構成されている請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじ軸の支持構造。
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