JP5772260B2

JP5772260B2 - 多列組合せ玉軸受

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Publication number: JP5772260B2
Application number: JP2011129272A
Authority: JP
Inventors: 岡本　晋; 晋岡本; 美昭勝野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: JP2012255499A

Description

本発明は、多列組合せ玉軸受に関し、特に、ラジアル荷重に比べて大きなスラスト荷重を負荷する用途、例えば、電動射出成形機用ボールねじサポート転がり軸受、あるいはダイカストマシン用ボールねじサポート転がり軸受、電動サーボプレス機用ボールねじサポート転がり軸受など、軸方向に大きな荷重を受けて回転する用途に適用される多列組合せ玉軸受に関する。

プラスチック製品を製造する方法としては、射出成形による方法が一般的である。射出成形では成形材料がポリアミド（ＰＡ）・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）などの熱可塑性樹脂の場合、軟化する温度に加熱したプラスチック（通常１８０〜４５０℃）に対し、射出圧を加えて金型に充填し成形する。この成形過程においては、型に充填されたプラスチックが固化するまで、型の内部圧力を保持する必要があり、「型締め」と称される。

従来の射出成形機の型締めは、型締め力を与える方法として、油圧制御によるシリンダ駆動方式が主であった。しかし、最近では大量の油を用いず、環境にやさしく省エネ性に優れる高トルクモータを用いた電動サーボ制御によるボールねじ駆動方式が開発・実用化され始めている。

図４及び図５は、電動式の射出成形機１０１を示し、型締めユニット１０２と射出ユニット１０３を備える。型締めユニット１０２は、リアプラテン１０４、可動プラテン１０５および固定プラテン１０６を有し、可動プラテン１０５と固定プラテン１０６間に配置した金型１０７をリアプラテン１０４と可動プラテン１０５の間に配置した型締め機構１０８により、型開閉および型締めする。

型締め機構１０８は、トグル構造を有し、型締め用モータ１０９によってリアプラテン１０４に軸支された型締め用ボールねじ１１０が駆動回転されると、クロスヘッド１１１が前後移動して伸縮される。これによって、可動プラテン１０５が前後に移動される。型締め用ボールねじ１１０はサポート軸受１１２によってリアプラテン１０４に軸支されている。

また、可動プラテン１０５には、型成形後の製品を金型１０７から突き出すためのイジェクタピン１４０を作動させる駆動機構１４１が配置されている。この駆動機構１４１は、モータとボールねじとを備え、ボールねじのねじ軸をなすイジェクタ軸１４２を回転することでイジェクタピン１４０を移動させる。このイジェクタ軸用ボールねじはサポート軸受（図示せず）によって可動プラテン１０５に軸支されている。

射出ユニット１０３はリアプレート１１３、可動プレート１１４およびフロントプレート１１５を有し、フロントプレート１１５のシリンダアセンブリ１１６中に配置された計量・射出用スクリュー１１７の基部が可動プレート１１４の前面（型締めユニット側）にサポート軸受１１８（スクリュースリーブ）を介して軸支されている。計量・射出用スクリュー１１７は、成形用の樹脂を計量し、溶融・混練するときに、可動プレート１１４に取付けられた図示しない計量用モータで駆動回転される。

図５にも示すように、可動プレート１１４には、また、後面にボールナット１２０が固定されており、これに螺合された射出用ボールねじ１２１がリアプレート１１３に軸支され、射出機構１２２を構成している。射出用ボールねじ１２１は、サポート軸受１２３でリアプレート１１３に軸支され、また、リアプレート１１３に取付けられた射出用モータ１２４で駆動される。

射出用モータ１２４が正方向に駆動されると射出用ボールねじ１２１が正回転され、可動プレート１１４が前進してシリンダアセンブリ１１６内部の溶融樹脂が射出・計量用スクリュー１１７によって金型１０７内に射出される。射出後は計量用モータが駆動されて射出・計量用スクリュー１１７が回転され、新たに樹脂が計量・混練される。このとき射出・計量スクリュー１１７は、送り込む樹脂の圧力に押されて後退するが射出用モータ１２４によって背圧が掛けられ、混練と溶融が十分におこなわれるようになっている。計量が終わった段階ではノズル先端からの漏れを防止するために、射出用モータ１２４が逆転されて射出・計量スクリュー１１７がわずかに後退され、サックバックが行われる。

また、射出ユニット１０３には、駆動用モータ１５０によりボールねじ１５１を正回転あるいは逆回転させ、シリンダアセンブリ１１６を固定プラテン１０６に前後進させるノズルタッチ機構１５３が設けられている。ノズルタッチ機構１５３は、シリンダアセンブリ１１６に取り付けられている先端のノズル１１６ａを所定の力で、固定プラテン１０６に取り付けられている金型１０７に押し付ける。このノズルタッチ用ボールねじ１５１は、サポート軸受（図示せず）で軸支されている。

ここで、電動サーボ制御による射出成形機において、上述した型締め用ボールねじサポート軸受１１２、イジェクタ軸用ボールねじサポート軸受、射出用ボールねじサポート軸受１２３、ノズルタッチ用ボールねじサポート軸受では、ボールねじの回転支持と型締め時等における大きな軸方向荷重を負荷するため、図６に示すような大径玉を用いた特殊な専用ボールねじサポート軸受が使用され始めている。

また、特許文献１に記載のボールねじ装置では、電動射出成形機に適用されるボールねじのねじ軸を支持する多列組合せ玉軸受において、接触角を４０度以上６５度以下として、スラスト荷重の負荷容量を大きく確保することが記載されている。

特開２００８−１０１７１１号公報

ところで、射出成形機の各軸に適用されるボールねじサポート部には、工作機械の主軸台や加工物を装着するベッドの送り機構に主に使用されている、図６に示すような標準的なボールねじサポート用アンギュラ玉軸受２００が用いられている。このようなアンギュラ玉軸受２００では、加工中の切削荷重によって発生するボールねじの軸方向荷重を負荷した場合でも軸受の転がり疲れ寿命を満足できるように、接触角をできるだけ荷重方向に合致させた仕様となっており、通常、接触角を６０度に設定している。このような接触角の向きが同じ軸受を隣り同士に並べて使用する並列組合せの場合、玉中心から各軌道溝内における接触楕円Ｃの径方向端点ａ，ｂを結ぶ線の延長線Ｌａ，Ｌｂが隣の軸受２００の軸方向端部平面内２０１に含まれないのが普通であった。このようなアンギュラ玉軸受は、転がり疲れ寿命を考慮して設計されており、工作機械用途の場合、軌道輪が曲げにより破損するような極めて大きな荷重が負荷されることはなく、このような並列組合せで仕様されたとしても問題を生じることはなかった。

一方、油圧であった射出成形機などが電動化されるに伴い、従来から使用されてきたボールねじサポート用アンギュラ玉軸受では想定していなかった大きなスラスト荷重を負荷する用途が出現してきた。このため、大きなスラスト荷重が作用すると、軌道輪の溝部に過大な荷重が負荷され、軌道輪割れなどの不具合が生じる可能性がある。

また、射出成形機の用途では、大きな荷重に対する軸受の疲れ寿命を満足するために、一方向の荷重を負荷できるように、従来ではほとんど採用されなかった４〜５列の多列組合せを適用することも多く、不具合の発生が想定される箇所も多くなる。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、非常に大きなスラスト荷重を負荷した場合であっても、軌道輪の破損・割れ等の不具合を防止することができる多列組合せ玉軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）外輪と内輪の少なくとも一方の軌道輪の溝肩にカウンターボアが形成される玉軸受を複数備え、接触角の向きが同じ前記玉軸受を隣り同士に並べて使用する並列組合せの前記玉軸受を少なくとも２列備える多列組合せ玉軸受において、
前記玉軸受は、内外径寸法及び幅寸法がＩＳＯ規格の標準軸受に相当し、
隣り合う前記並列組合せの玉軸受間には、外輪間座及び内輪間座が配置され、
隣り合う前記並列組合せの玉軸受のうち、一方の前記玉軸受の玉中心から前記カウンターボアが形成される前記軌道輪の軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線が、前記外輪間座と前記内輪間座の一方の軸方向端部平面を通過し、
隣り合う前記並列組合せの玉軸受を前記外輪間座及び前記内輪間座を介さずに配置したとき、前記一方の玉軸受の玉中心から前記カウンターボアが形成される前記軌道輪の軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線の少なくとも一方が、前記他方の玉軸受の前記軌道輪のカウンターボア側の軸方向端部平面と交差しないことを特徴とする多列組合せ玉軸受。
（２）少なくとも３列の前記玉軸受が前記外輪間座及び前記内輪間座を介してそれぞれ並列組合せで配置され、
該並列組み合わせの玉軸受のうち、軸方向中間に位置する前記玉軸受の玉中心から外輪軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線は、軸方向一方側で隣接する前記外輪間座の軸方向端部平面を通過し、前記軸方向中間に位置する玉軸受の玉中心から内輪軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線は、軸方向他方側で隣接する前記内輪間座の軸方向端部平面を通過することを特徴とする（１）に記載の多列組合せ玉軸受。

本発明の多列組合せ玉軸受によれば、玉軸受は、内外径寸法及び幅寸法がＩＳＯ規格の標準軸受に相当し、隣り合う並列組合せの玉軸受のうち、一方の玉軸受の玉中心からカウンターボアが形成される軌道輪の軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線が、外輪間座と内輪間座の一方の軸方向端部平面を通過する。このような構成により、非常に大きなスラスト荷重が軸受に負荷された場合、転動体と内外輪の軌道溝との接触部間で発生する接触角方向の荷重は、当該軸受の内外輪のみで負荷せずに、外輪間座及び内輪間座とで該荷重をバックアップすることができる。その結果、該荷重は、外輪間座又は内輪間座に加えて、隣り合う軸受においてもバックアップすることができ、当該軸受の内外輪に作用する曲げ応力が大幅に軽減され、軌道輪の破損・割れ等の不具合を防止することが可能となる。その結果、多列組合せ玉軸受としての荷重負荷限界値も大きくできる。

加えて、隣り合う並列組合せの玉軸受を外輪間座及び内輪間座を介さずに配置したとき、一方の玉軸受の玉中心からカウンターボアが形成される軌道輪の軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線の少なくとも一方が、他方の玉軸受の軌道輪のカウンターボア側の軸方向端部平面と交差しないように構成されている。これにより、軸方向の負荷荷重が大きくなるように接触角が大きく設定され、転がり疲れ寿命と破損の防止を両立することができる。

本発明の第１実施形態に係る多列組合せ玉軸受の断面図である。図１の並列組合せの玉軸受を拡大して示す断面図である。本発明の多列組合せ玉軸受の変形例を示す断面図である。一般的な電動式の射出成形機の正面図である。一般的な電動式の射出成形機の要部拡大図である。従来の多列組合せ玉軸受の断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る多列組合せ玉軸受について図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施形態に係る多列組合せ玉軸受は、図４及び図５で説明した型締め用ボールねじサポート軸受、イジェクタ軸用ボールねじサポート軸受、射出用ボールねじサポート軸受、ノズルタッチ用ボールねじサポート軸受として組みつけられるものであるが、ここでは多列組合せ玉軸受のみ図示して説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の多列組合せ玉軸受１０では、３列のアンギュラ玉軸受１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが組み合わせて配置されており、そのうち、２列のアンギュラ玉軸受１１Ａ，１１Ｂが並列組合せで配置され、また、２列のアンギュラ玉軸受１１Ｂ，１１Ｃが背面組合せで配置されている。

各アンギュラ玉軸受１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、内周面に外輪軌道溝１２ａを有する外輪１２と、外周面に内輪軌道溝１３ａを有する内輪１３と、外輪軌道溝１２ａと内輪軌道溝１３ａとの間に接触角αを持って転動自在に配置される玉１４と、該玉１４を保持する保持器（図示省略）と、を備える。各アンギュラ玉軸受１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃとしては、内外径寸法及び幅寸法がＩＳＯ規格の標準軸受に相当するものが使用されている。

外輪１２の軸方向一方側（図中、右側）の溝肩１２ｂは、玉１４の中心に対して接触角αの延長線Ｌが通過する側の外輪軌道溝１２ａが長くなるように、軸方向他方側（図中、左側）の溝肩１２ｃよりも高く形成されている。また、玉１４の中心に対して接触角αの延長線Ｌが通過する側と反対側の外輪１２の溝肩１２ｃには、軸方向他方側に向かって拡径するように傾斜するカウンターボア１２ｄが内周面に形成されている。このカウンターボア１２ｄは、軸受の組立時、玉を挿入する際に必要な形状である。さらに図２より、カウンターボア１２ｄの傾斜角度βは、３度以上１５度以下とすることが好ましい。傾斜角度βが３度より小さいと、外輪端面の開口部が狭くなり、組立時に玉１４の挿入が困難となる。また、傾斜角度βを１５度以下とすることで、カウンターボア側の軸方向端部平面の平面幅を確保することができる。また、カウンターボア１２ｄの口元位置１２ｄ１（カウンターボア１２ｄと外輪軌道溝１２ａとの境界位置）は、組立時の玉挿入性の観点から、接触角αを決定することで与えられる。

一方、内輪１３の溝肩１３ｂ、１３ｃにおいては、軸方向一方側の溝肩１３ｂが、断面が傾斜形の図示しない保持器を内外輪１２，１３間に挿入するために低く形成される。また、内輪１３の軸方向他方側の溝肩１３ｃは、玉１４の中心に対して接触角αの延長線Ｌが通過する側の内輪軌道溝１３ａが長くなるように、軸方向一方側の溝肩１３ｂよりも高く形成されている。

また、各玉軸受１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの接触角αは、６０度以上に設定され、図６の玉軸受２００と同様、隣り合う並列組合せの玉軸受１１Ａ、１１Ｂを外輪間座及び内輪間座を介さずに配置したとき、一方の玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂの少なくとも一方が、他方の玉軸受１１Ｂの外輪１２の軸方向端部平面１２ｅと交差せず、他方の玉軸受１１Ｂの玉中心Ｏから内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂの少なくとも一方が、一方の玉軸受１１Ａの内輪１３の軸方向端部平面１３ｅと交差しないように構成される。即ち、玉軸受１１Ａ、１１Ｂの外輪１２同士、内輪１３同士をそれぞれ当接させて配置したとき、玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ内における接触楕円Ｃの径方向端点ｂを結ぶ線の延長線Ｌｂが、玉軸受１１Ｂの外輪１２の軸方向端部平面１２ｅよりも内径側を通過し、玉軸受１１Ｂの玉中心Ｏから内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向端点ａを結ぶ線の延長線Ｌａが、玉軸受１１Ａの内輪１３の軸方向端部平面１３ｅよりも外径側を通過する。これにより、各玉軸受１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃでは、軸方向の負荷荷重が大きくなるように接触角αが大きく設定されている。

また、並列組合せの２列のアンギュラ玉軸受１１Ａ，１１Ｂの外輪１２間、及び内輪１３間には、外輪間座２２と内輪間座２３とがそれぞれ配置されている。そして、左側の玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂが、外輪間座２２の軸方向端部平面２２ａを通過する。また、右側の玉軸受１１Ｂの玉中心Ｏから内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂが、内輪間座２３の軸方向端部平面２３ａを通過する。本実施形態では、これらの要件を満たすように、外輪間座２２の内径寸法、及び内輪間座２３の外径寸法が設定されている。

例えば、図２に示すように、内径ｄが５０ｍｍ、外径Ｄが１１０ｍｍ、幅Ｂが２７ｍｍ、接触角αが６０°、玉径Ｄａが２０．６３８ｍｍ、カウンターボア１２ｄの傾斜角βが５°である玉軸受１１Ａ，１１Ｂでは、互いに対向する軸方向端部平面同士を当接させるように玉軸受１１Ａ，１１Ｂを配置した場合、左側の玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂの少なくとも一方が、右側の玉軸受１１Ｂの外輪１２の軸方向端部平面１２ｅと交差せず、右側の玉軸受１１Ｂの玉中心Ｏから内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂの少なくとも一方が、左側の玉軸受１１Ａの内輪１３の軸方向端部平面１３ｅと交差しない。しかしながら、本実施形態のように、幅５ｍｍの外輪間座２２と内輪間座２３とを設けることにより、左側の玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂが、外輪間座２２の軸方向端部平面２２ａを通過し、右側の玉軸受１１Ｂの玉中心Ｏから内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂが、内輪間座２３の軸方向端部平面２３ａを通過する。

このように上記要件を満たすことで、非常に大きなスラスト荷重が多列組合せ玉軸受１０に負荷された場合、玉１４と内外輪１２，１３の軌道溝１２ａ，１３ａとの接触部間で発生する接触角方向の荷重は、玉軸受１１Ａ，１１Ｂの内外輪１２，１３のみで負荷せずに、外輪間座２２及び内輪間座２３で該荷重をバックアップすることができる。その結果、該荷重は、外輪間座２２又は内輪間座２３に加えて、隣り合う軸受１１Ｂ，１１Ａにおいても、当該玉軸受１１Ａ，１１Ｂの内外輪に作用する曲げ応力が大幅に軽減され、軌道輪の破損・割れ等の不具合を防止することが可能となる。その結果、多列組合せ玉軸受としての荷重負荷限界値も大きくできる。

なお、外輪間座２２と内輪間座２３の幅を大きくしていくと、玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ又は内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂが隣り合う軸受１１Ｂ、１１Ａの軸方向端部平面内を通過せず、ハウジングの内周面、または軸の外周面と交差することになるが、この場合、該荷重は、これらの部材でバックアップすることができる。外輪間座２２と内輪間座２３の幅を大きくすることは、荷重を負荷するという点において特に問題とはならない。

また、本実施形態では、外輪側にカウンターボアを設けているが、内輪側にカウンターボアを設けてもよく、その場合も内輪１３のカウンターボアの傾斜角を適切に設定することで同様の効果が得られる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本発明の多列組合せ玉軸受１０は、一方向の大きな荷重を負荷できるように、図３に示すような、４〜５列の玉軸受１１Ａ〜１１Ｅの多列組合せにも適用することができる。
即ち、４列の玉軸受１１Ｂ、１１Ａ，１１Ｄ，１１Ｅが外輪間座２２及び内輪間座２３を介してそれぞれ並列組合せで配置され、例えば、軸方向中間に位置する玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから外輪軌道溝１２ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂは、軸方向一方側で隣接する外輪間座２２の軸方向端部平面２２ａを通過する。また、玉軸受１１Ａの玉中心Ｏから内輪軌道溝１３ａ内における接触楕円Ｃの径方向両端点ａ，ｂを結ぶ各線の延長線Ｌａ，Ｌｂは、軸方向他方側で隣接する内輪間座２３の軸方向端部平面２３ａを通過する。

１０多列組合せ玉軸受
１１Ａ，１１Ｂ玉軸受
１２外輪
１２ｂ，１２ｃ溝肩
１２ｄカウンターボア
１３内輪
１３ｂ，１３ｃ溝肩
１４玉
２２外輪間座
２２ａ軸方向端部平面
２３内輪間座
２３ａ軸方向端部平面
α 接触角
Ｃ接触楕円
Ｌ延長線
Ｌａ，Ｌｂ玉中心から接触楕円の径方向端点を結ぶ線の延長線
Ｏ玉中心

Claims

外輪と内輪の少なくとも一方の軌道輪の溝肩にカウンターボアが形成される玉軸受を複数備え、接触角の向きが同じ前記玉軸受を隣り同士に並べて使用する並列組合せの前記玉軸受を少なくとも２列備える多列組合せ玉軸受において、
前記玉軸受は、内外径寸法及び幅寸法がＩＳＯ規格の標準軸受に相当し、
隣り合う前記並列組合せの玉軸受間には、外輪間座及び内輪間座が配置され、
隣り合う前記並列組合せの玉軸受のうち、一方の前記玉軸受の玉中心から前記カウンターボアが形成される前記軌道輪の軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線が、前記外輪間座と前記内輪間座の一方の軸方向端部平面を通過し、
隣り合う前記並列組合せの玉軸受を前記外輪間座及び前記内輪間座を介さずに配置したとき、前記一方の玉軸受の玉中心から前記カウンターボアが形成される前記軌道輪の軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線の少なくとも一方が、前記他方の玉軸受の前記軌道輪のカウンターボア側の軸方向端部平面と交差しないことを特徴とする多列組合せ玉軸受。
少なくとも３列の前記玉軸受が前記外輪間座及び前記内輪間座を介してそれぞれ並列組合せで配置され、
該並列組み合わせの玉軸受のうち、軸方向中間に位置する前記玉軸受の玉中心から外輪軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線は、軸方向一方側で隣接する前記外輪間座の軸方向端部平面を通過し、前記軸方向中間に位置する玉軸受の玉中心から内輪軌道溝内における接触楕円の径方向両端点を結ぶ各線の延長線は、軸方向他方側で隣接する前記内輪間座の軸方向端部平面を通過することを特徴とする請求項１に記載の多列組合せ玉軸受。