JP7124301B2 - ４点接触玉軸受およびこれを備えるボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置に用いられる４点接触玉軸受およびこれを備えるボールねじ装置に関する。

比較的小さな入力トルクから大きな軸方向の出力を得る動力変換装置として、回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置が広く使用されている（例えば特許文献１参照）。
この種のボールねじ装置では、ボールねじ機構のナットを支持する４点接触玉軸受において、ナットが軸方向の一方側に突出する。ここで、この種の４点接触玉軸受に給脂する場合、ナット突出長さが短い側から軸受に給脂する方が給脂設備をコンパクトに構成できる。また、軸受への保持器の組み付けもナット突出長さが短い側からの方が作業性が良い。

特開２０１１－１７４０９号公報

しかし、ナット突出長さが短い側での軸受とナットとの隙間は、軸受の保持器によって覆われてしまう。そのため、この隙間の部分から給脂を試みても、潤滑油が保持器に阻まれてしまうので、軸受内部まで潤滑油を十分に行き渡らせることが困難である。よって、ナット突出長さが長い側から給脂することになるものの、この場合、ナット突出長さが長いため、ボールねじ装置の組立時における給脂設備が大型化するという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ボールねじ機構のナットを支持する４点接触玉軸受において、ボールねじ装置の組立時における給脂設備の大型化を防止し得る４点接触玉軸受およびこれを備えるボールねじ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る４点接触玉軸受は、ナットに伝達された回転運動をねじ軸の直線運動として変換するボールねじ装置に用いられ、前記回転運動を行う前記ナットを支持するための４点接触玉軸受であって、軌道面を構成するゴシックアーチ溝をそれぞれ有する内輪および外輪と、これら内輪および外輪の軌道面間に転動自在に介装される複数のボールと、を有し、前記内輪または外輪は、当該内輪または外輪の外面側から径方向に沿ってゴシックアーチ溝底まで連通する給脂部を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るボールねじ装置は、外周面に螺旋状の転動路を設けたねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の転動路に対応する螺旋状の転動路を設けたナットと、前記ねじ軸及び前記ナット相互の転動路間に転動自在に介装される複数の転動体と、前記ナットに回転運動を伝達するトルク伝達部材と、回転運動を行う前記ナットを支持する軸受と、を備え、前記ナットに伝達された回転運動を前記ねじ軸の直線運動として変換するボールねじ装置であって、前記軸受として、本発明の一態様に係る４点接触玉軸受を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ボールねじ機構のナットを支持する４点接触玉軸受に対し、内輪または外輪の径方向外側から当該内輪または外輪のゴシックアーチ溝底に給脂可能に連通形成された給脂部を設けたので、ボールねじ装置の組立時に、潤滑剤のボールねじへの封入に際し、この給脂部から、ゴシックアーチ溝とボールの周囲に潤滑油を直接給脂できる。そのため、給脂設備の大型化を防止できる。

本発明の一態様に係る防炭剤の浸入防止軸受構造を有する軸受を備えるボールねじ装置の第一実施形態を示す模式的説明図であり、同図では軸方向に沿った断面を示している。 本発明の一態様に係る防炭剤の浸入防止軸受構造を有する軸受を備えるボールねじ装置の第二実施形態を示す模式的説明図であり、同図では軸方向に沿った断面を示している。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

［第一実施形態］
図１に示すように、第一実施形態のボールねじ装置１０は、ねじ軸２０およびナット３０を備える。ねじ軸２０の外周面には螺旋状の転動路であるねじ溝２１が設けられ、ナット３０の内周にはねじ溝２１に対向する螺旋状の転動路であるねじ溝３１が設けられている。
図示を省略するが、ねじ軸２０およびナット３０相互のねじ溝２１、３１の間には、転動体である複数のボール（図示せず）が転動自在に介装され、これら複数のボールは、転動路の端を繋ぐボール循環路を介して循環可能に構成されている。ナット３０の軸方向の略中央部には、キー溝にキー３３が装着され、その外周の位置に、歯車等のトルク伝達部材７１が取り付けられている。トルク伝達部材７１は、外部からの回転入力Ｒにより、ねじ軸２０を中心として回転するようになっている。

ナット３０は、トルク伝達部材７１の同図右側の位置で、ハウジング８０に対して４点接触玉軸受４０を介して回転自在に支持されている。本実施形態の４点接触玉軸受４０は、その外輪４１の端面が、ハウジング８０の端面に対して面一に固定部９０によって固定される。

本実施形態の固定部９０は、円環状に形成された板部材である固定プレート９１と、固定プレート９１の周方向に離隔して複数形成された装着穴に装着される固定ねじ９２とを有する。外輪４１の端面には、その外周側に円環状の凹部４１ｊが、固定プレート９１の内周側が嵌め込まれるとともに周方向の移動を拘束する係合が可能に追加工によって形成される。

また、ハウジング８０の端面には、その内周側に円環状の凹部８０ｊが固定プレート９１の外周側を嵌め込み可能に形成されるとともに、固定プレート９１の複数の装着穴に対向する位置それぞれに、雌ねじが形成される。これにより、固定プレート９１を凹部４１ｊ、８０ｊに嵌め込むとともに固定ねじ９２を締めこむことにより、外輪４１がハウジング８０に固定されるようになっている。これにより、本実施形態では、軸方向に固定されているナット３０が外部からの回転入力Ｒに応じて回転することにより、ねじ軸２０が軸方向に直線駆動されるようになっている。

本実施形態のボールねじ装置１０は、ナット３０の端面には、規制手段を構成する二つの係止部６１、６２が周方向に１８０°離隔した位置に設けられている。また、ねじ軸２０には、規制手段を構成するストッパ５０がスプライン嵌合により装着されている。ストッパ５０には、二つのストッパ部５１、５２が周方向に１８０°離隔した位置に設けられている。

これにより、本実施形態のボールねじ装置１０は、トルク伝達部材７１への外部からの回転入力Ｒにより、トルク伝達部材７１とともにナット３０が所定量の回転をすると、ねじ軸２０が所定の直線運動の行程を超えた場合に、ナット３０の係止部６１、６２がねじ軸２０のストッパ部５１、５２に同時に当接し、ボールねじ装置１０自身およびボールねじ装置１０に駆動される装置の破損を防止するために、ねじ軸２０の直線運動行程を強制的に制限可能になっている。

次に、上記４点接触玉軸受４０およびその外輪４１に設けられた給脂部４１ｍについて説明する。
第一実施形態の４点接触玉軸受４０は、円環状の外輪４１と、ナット３０の外周面に一体形成された内輪部４２と、転動体である複数のボール（玉）４３とを有する。ボール４３は、クラウン型保持器４４で円周方向に等間隔に且つ転動自在に保持されている。この４点接触玉軸受４０には、ボールねじ装置１０の組立時にグリース等の潤滑油が封入され、４点接触玉軸受４０の外輪４１と内輪４２とで形成される開口部は不図示のシール又はシールドで塞がれる。

より詳しくは、この４点接触玉軸受４０は、内輪軌道面４２ｋ及び外輪軌道面４１ｋの断面形状が、ゴシックアーチ形状（中心の異なる２つの同一円弧を組合せた略Ｖ字状）である。そして、内輪軌道面４２ｋ相互の境界部分には凹部からなるボール転動溝底（ゴシックアーチ溝底）４２ｄが形成され、外輪軌道面４１ｋ相互の境界部分には凹部からなるボール転動溝底（ゴシックアーチ溝底）４１ｄが形成されている。

第一実施形態の４点接触玉軸受４０は、内輪を構成する内輪部４２の部分がナット３０と一体形成されている。また、第一実施形態の外輪４１は、軸方向前後においてボール転動溝底４１ｄの位置で分割体４１ａ，４１ｂの二つに分離されている。なお、この４点接触玉軸受４０は、外輪４１の一端面（同図左側の端面）側からハウジング８０の端面に固定部９０によって軸方向に固定ねじ９２を締めこむことにより固定される。

これにより、この４点接触玉軸受４０は、外輪４１の分割体４１ａ，４１ｂの対向する端面間に、内外輪の軌道面４１ｋ，４２ｋとボール４３とが幾何的に４点接触した状態で適度な予圧が付与されるように分割体４１ａ，４１ｂが設計されている。さらに、この４点接触玉軸受４０は、外輪４１に給脂部４１ｍを有する。給脂部４１ｍは、外輪４１の径方向外型から外輪４１のボール転動溝底４１ｄに給脂可能に連通形成されている。第一実施形態においては、上述した外輪４１の分割体４１ａ，４１ｂの対向する端面間に画成された円環状隙間が給脂部４１ｍを構成している。

これにより、この４点接触玉軸受４０では、ボールねじ装置１０の組立時に、給脂部４１ｍを介して、軌道面４１ｋ、４２ｋとボール４３の周囲に、グリース等の潤滑油を直接給脂できる。そのため、ボールねじ機構一体型の４点接触玉軸受４０において、給脂設備の大型化を防止しつつ、軸受内部まで潤滑油を十分に行き渡らせる上で好適である。
さらに、この４点接触玉軸受４０は、軌道面４１ｋの底を構成するボール転動溝底４１ｄの位置が、軸方向前後において内輪（つまり、上記内輪部４２）の反負荷側にオフセットしており、これにより、ボール転動溝底４１ｄの位置に対して、内輪の負荷側の軸方向での分割体４１ａの軸方向長さ（肉厚）αが、反負荷側の分割体４１ｂの軸方向長さ（肉厚）βよりも長くなっている（α＞β）。また、クラウン型保持器４４は、リム側が反負荷側となるように、反負荷側の分割体４１ｂの側から装着されている。

ここで、上述したように、この４点接触玉軸受４０は、追加工が施される外輪４１がハウジング８０に固定部９０によって固定される構成なので、外輪４１の端面は、予め防炭処理が施された防炭処理部４１ｙとされている。しかし、防炭処理にあっては、流動性を有する防炭剤を塗布または浸漬する。そのため、防炭処理部４１ｙから外輪４１の軌道面４１ｋへの防炭剤の垂れ落ち等による侵入を防ぐ必要がある。

そこで、この４点接触玉軸受４０は、防炭処理部４１ｙが形成された外輪４１の端面と外輪４１の軌道面４１ｋとの間の外輪内周側の位置（同図に符号Ｘで示す位置）に、塗布または浸漬後の防炭剤の軌道面４１ｋへの移動を防止または抑制する防炭剤トラップ部４１ｔを形成している。この４点接触玉軸受４０を製造する際は、防炭剤トラップ部４１ｔを防炭処理前に形成しておき、防炭剤トラップ部４１ｔの形成後に、外輪４１の端面の防炭処理部４１ｙに防炭剤を塗布または浸漬する。

防炭剤トラップ部４１ｔのトラップ形状は、防炭処理部４１ｙが形成される端面側から順に、該端面の端に連続して外側から内側に向けて縮径するスロープ面を有する円錐部４１ｓと、該円錐部４１ｓの端に連続するフラット面を有する円環部４１ｎと、を備えて構成されている。円環部４１ｎの奥側は、防炭処理部４１ｙが形成される端面と並行な壁面４１ｈとなっている。これにより、防炭剤トラップ部４１ｔのトラップ形状による多段の凹または凸の段部が防炭剤を滞留させて、防炭剤の垂れ落ち等による軌道面４１ｋへの浸入を防止または抑制可能になっている。

次に、上記４点接触玉軸受４０を備えるボールねじ装置１０の作用効果について説明する。
第一実施形態のボールねじ装置１０は、ハウジング８０への固定部９０による組み立て時に、分割体４１ａ，４１ｂ相互を軸方向に押し付けて、分割体４１ａ，４１ｂ相互の端面同士を接触させることで所期の予圧が付与される。なお、本実施形態では、ハウジング８０への固定部９０による組み立て例を示したが、これに限らず、例えば、軸受ナットや押え蓋によって分割体４１ａ，４１ｂ相互を軸方向に押し付けて、分割体４１ａ，４１ｂ相互の端面同士を接触させることで予圧を付与してもよい。

４点接触玉軸受４０は、正確な位置決めと予圧付与が可能であって、アキシャル荷重とラジアル荷重とモーメント荷重を同時に受けることができるとともに軸受幅を小さくできる。そのため、例えば二列組合せアンギュラ玉軸受よりも軽量でスペースをとらず、ボールねじ装置１０を一層小型化することができる。

特に、第一実施形態のボールねじ装置１０によれば、外輪４１には、外輪軌道面４１ｋ相互の境界部分に、凹部からなるボール転動溝底（ゴシックアーチ溝底）４１ｄが形成されるとともに、当該外輪４１の外面側から径方向に沿ってボール転動溝底４１ｄまで連通する給脂部４１ｍが形成されているので、ボールねじ装置１０の組立時に、グリースの給脂が容易であり、給脂設備の大型化を防止しつつ、軸受内部まで潤滑油を十分に行き渡らせることができる。

そして、給脂部４１ｍから給脂されたグリースは、ボール転動溝底４１ｄ、４２ｄ内に保持される。そのため、軌道面４１ｋ、４２ｋとボール（玉）４３との間にグリースが常に存在することとなって、ボール転動溝底４１ｄ、４２ｄ内のグリースは、内外の軌道面４１ｋ、４２ｋとボール４３の周囲に供給され、４点接触玉軸受４０の良好な潤滑が長期間にわたって維持できる。

ここで、この４点接触玉軸受４０は、ナット３０に伝達された回転運動をねじ軸２０の直線運動として変換するボールねじ装置１０に用いられ、回転運動を行うナット３０を支持するものであるところ、トルク伝達部材７１への外部からの回転入力Ｒにより、トルク伝達部材７１とともにナット３０が所定量の回転をするとき、４点接触玉軸受４０は、内輪側に軸方向負荷（同図に示す符号Ｆ）を受ける。

これに対し、この４点接触玉軸受４０は、ボール転動溝底４１ｄの位置に対して、内輪の負荷側の軸方向での分割体４１ａの軸方向長さ（肉厚）αが、反負荷側の分割体４１ｂの軸方向長さ（肉厚）βよりも長くなっている（α＞β）ので、４点接触玉軸受４０の負荷側での内容積を広げることができる。そのため、面圧大となる内輪の負荷側に、より多くのグリースが配分されるため、４点接触玉軸受４０の良好な潤滑を長期間にわたって維持する上で好適である。

また、クラウン型保持器４４は、そのリム側が反負荷側となるように、反負荷側の分割体４１ｂの側から装着されているので、保持器をコンパクトに構成しつつ、内輪の負荷側の軸方向での分割体４１ａの軸方向長さ（肉厚）αをより厚肉にすることができる。これにより、４点接触玉軸受４０の内部に保持されるグリースは、面圧が大となる内輪の負荷側により多く配分された状態が維持され、また、面圧大となる側でのグリース封入量を増量させた状態が可及的長期に亘って維持される。そのため、４点接触玉軸受４０の良好な潤滑を長期間にわたって維持する上でより一層好適である。

［第二実施形態］
図２に示すように、第二実施形態のボールねじ装置１０では、４点接触玉軸受４０は、内輪４２とナット３０とは別個の部品から構成されている点が上記第一実施形態と相違する。第二実施形態の内輪４２は、軸方向前後においてゴシックアーチ溝底の位置で分割され、円環状に形成された二つの分割体４２ａ，４２ｂから構成されている。

内輪４２は、各分割体４２ａ，４２ｂの内周面がナット３０の外周面に対して締め代を有し、内面に圧入用のねじが形成された円環状の装着ナット８２をトルク伝達部材７１とは反対の側から締めこむことにより圧入嵌合される。これにより、トルク伝達部材７１は、キー結合により円周方向に、軸受４０の内輪４２により軸方向に、それぞれナット３０と相対的に位置がずれることの無いように取り付けられる。

また、第二実施形態では、４点接触玉軸受４０の外輪４１は分割されておらず、一の円環状部材から構成されている点が上記第一実施形態と相違する。さらに、第二実施形態では、外輪４１の給脂部４１ｍは、外輪４１の径方向外型から外輪４１のボール転動溝底４１ｄに給脂可能なように、円形断面の貫通穴によって形成されている点が上記第一実施形態と相違する。

その他の構成は、上記第一実施形態と同様である。この第二実施形態のボールねじ装置１０においても、上記第一実施形態と同様に、外輪４１の径方向外型から外輪４１のボール転動溝底４１ｄに給脂可能な給脂部４１ｍを４点接触玉軸受４０に備えているので、ボールねじ装置１０の組立時に給脂が容易であり、給脂設備の大型化を防止しつつも、軸受内部まで潤滑油を十分に行き渡らせることができる。

また、上記第一実施形態と同様に、ボール転動溝底４１ｄの位置に対して、内輪の負荷側の軸方向での分割体４１ａの軸方向長さ（肉厚）αが、反負荷側の分割体４１ｂの軸方向長さ（肉厚）βよりも長くなっている（α＞β）ので、軸受の内容積を広げることができるため、面圧大となる内輪の負荷側により多くのグリースが配分され、良好な潤滑を長期間にわたって維持する上で好適である。

なお、本発明に係る４点接触玉軸受およびこれを備えるボールねじ装置は、上記第一ないし第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、給脂部４１ｍが外輪４１に形成されている例を示したが、これに限定されず、円形断面の貫通穴やスリットを用いた給脂部を内輪４２に形成してもよく、このような構成であっても、ボールねじ装置１０の組立時に、グリースの給脂が容易であり、給脂設備の大型化を防止しつつ、軸受内部まで潤滑油を十分に行き渡らせることができる。

１０ ボールねじ装置
２０ ねじ軸
２１ （ねじ軸の）ねじ溝（転動路）
３０ ナット
３１ （ナットの）ねじ溝（転動路）
３３ キー
４０ ４点接触玉軸受
４１ 外輪
４１ａ，４１ｂ （外輪の）分割体
４１ｄ ボール転動溝底（ゴシックアーチ溝底）
４１ｇ 溝部
４１ｈ 壁面
４１ｋ （外輪の）軌道面
４２ｋ （内輪側の）軌道面
４１ｍ 給脂部
４１ｓ 円錐部
４１ｎ，４１ｐ 円環部
４１ｔ 防炭剤トラップ部
４１ｙ 防炭処理部
４２ 内輪、内輪部
４２ａ，４２ｂ （内輪の）分割体
４２ｄ ボール転動溝底
４２ｋ （内輪の）軌道面
４３ ボール（転動体）
４４ クラウン型保持器
５０ ストッパ
５１ ストッパ部
６１ 係止部
７１ トルク伝達部材
８０ ハウジング
８２ 装着ナット
９０ 固定部
９１ 固定プレート
９２ 固定ねじ
Ｒ 回転入力
Ｆ 内輪への負荷

Claims (3)

1. ナットに伝達された回転運動をねじ軸の直線運動として変換するボールねじ装置に用いられ、前記回転運動を行う前記ナットを支持するための４点接触玉軸受であって、
   軌道面を構成するゴシックアーチ溝を有する円環状の外輪と、前記ナットの外周面に一体形成されて軌道面を構成するゴシックアーチ溝を有する内輪部と、これら内輪部および外輪の軌道面間に転動自在に介装される複数のボールと、を有し、
   前記外輪は、当該外輪の外面側から径方向に沿ってゴシックアーチ溝底まで連通する給脂部を有し、
   前記内輪部または外輪のゴシックアーチ溝底の位置は、軸方向前後において内輪部の反負荷側にオフセットしており、内輪部の負荷側の軸方向での肉厚が内輪部の反負荷側の肉厚よりも厚くなっており、
   当該４点接触玉軸受は、クラウン型の保持器を有し、該保持器は、そのリム側が前記反負荷側となるように前記反負荷側から装着されていることを特徴とする４点接触玉軸受。
2. 前記外輪は、軸方向前後において、前記ゴシックアーチ溝底の位置で周方向に沿って二つの分割体に分割されており、
   前記給脂部は、前記二つの分割体相互の対向面の位置に隙間を設けることにより、当該外輪の全周に亘って円環状に形成されている請求項１に記載の４点接触玉軸受。
3. 外周面に螺旋状の転動路を設けたねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の転動路に対応する螺旋状の転動路を設けたナットと、前記ねじ軸及び前記ナット相互の転動路間に転動自在に介装される複数の転動体と、前記ナットに回転運動を伝達するトルク伝達部材と、回転運動を行う前記ナットを支持する軸受と、を備え、前記ナットに伝達された回転運動を前記ねじ軸の直線運動として変換するボールねじ装置であって、
   前記軸受として、請求項１または２に記載の４点接触玉軸受を備えることを特徴とするボールねじ装置。

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