KR20190077425A - 볼 나사 장치 - Google Patents

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가즈히토 야마모토
마사히로 노부토모
유타카 나가이
유스케 와타라이
마사히토 모리야마
요시아키 가츠노
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

볼 나사 장치(10)는, 나사축(1)과, 너트(2)와, 나사축의 나선홈(11)과 너트의 나선홈으로 구성되는 나선 궤도내에 전동이 자재(自在)로 배치된 복수의 제1의 볼과, 나사축의 축방향 일단부(12)의 외주면에 형성된 내륜 궤도홈과, 내륜 궤도홈과 대향하는 외륜 궤도홈을 가지는 외륜(41)과, 내륜 궤도홈과 외륜 궤도홈과의 사이에 전동이 자재로 배치된 복수 개의 제2의 볼을 가지고, 나선 궤도 내를 부하상태에서 전동하는 제1의 볼을 개재해서, 나사축의 회전을 너트의 직선운동으로 변환한다. 외륜은, 외주면에서부터 외륜 궤도홈까지 관통하는 전동체 삽입구멍(44)과, 전동체 삽입구멍을 막는 덮개(45)를 가지고, 덮개의 내면은 외륜 궤도홈의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있다.

Description

볼 나사 장치
본 발명은, 볼 나사 장치에 관한 것이다.
볼 나사는, 나사축과 너트와 복수의 볼을 가진다. 너트는, 나사축이 삽통되고, 나사축의 나사홈과 대향되는 나선홈을 가진다. 볼은, 나사축의 나선홈과 너트의 나선홈으로 구성되는 나선 궤도 내에 전동(轉動)이 자재(自在)로 배치되어 있다. 볼 나사는, 나선 궤도 내를 부하(負荷) 상태에서 전동하는 볼을 개재해서 나사축의 회전을 너트의 직선운동으로 변환하거나 너트의 회전을 나사축의 직선운동으로 변환하는 장치이다.
공작기계 등의 생산설비에 있어서, 볼 나사는, 나사축의 회전을 너트의 직선운동으로 변환하는 장치로서 사용된다. 이 경우, 나사축의 축방향 양단을 회전 자재로 지지하는 서포트 베어링이 필요하게 된다.
특허문헌 1에는, 나사축의 축방향 일단부의 외주면에, 서포트 베어링으로 하는 롤링 베어링의 내륜(內輪) 궤도홈을 형성하는 것이 기재되어 있다. 이것에 의해, 롤링 베어링의 내륜을 잠금 너트로 나사축에 고정할 필요가 없어져, 잠금 너트를 나사축에 나합(螺合)시키기 위한 나사부의 형성도 불필요하게 된다. 그리고 특허문헌 1의 실시예 1에서는, 서포트 베어링으로서 외륜(外輪)을 2 개 가지는 복렬(複列) 앵귤러 볼 베어링을 채용하고 있다.
즉, 특허문헌 1에는, 볼 나사와, 그 나사축의 축방향 일단부의 외주면에 형성된 내륜 궤도홈, 이 내륜 궤도홈과 대응하는 외륜 궤도홈을 가지는 외륜, 및 이들의 내륜 궤도홈과 외륜 궤도홈과의 사이에 전동(轉動)이 자재로 배치된 복수 개의 볼로 구성되는 롤링 베어링을 구비한 볼 나사 장치가 기재되어 있다.
일본국 특개 2007-285480호 공보
특허문헌 1의 실시예 1에 기재된 볼 나사 장치에서는, 나사축의 축방향 일단부에 마련한 내륜 궤도홈에 볼과 외륜을 조립해서 롤링 베어링으로 할 때에, 볼을 장착한 상태의 외륜을 나사축의 축방향 일단부로 통과할 필요가 있으므로, 조립에 수고와 시간이 든다. 그리고 내륜 궤도홈을 바꾸지 않으면 롤링 베어링의 부하용량을 바꿀 수 없다.
본 발명의 과제는, 나사축의 축방향 일단부에 마련한 내륜 궤도홈과, 외륜과, 볼로 구성되는 롤링 베어링을 구비한 볼 나사 장치로서, 조립에 드는 수고와 시간을 경감할 수 있어 내륜 궤도홈을 바꾸지 않고 롤링 베어링의 부하용량을 바꾸는 것이 가능한 볼 나사 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 태양(態樣)의 볼 나사 장치는, 하기의 구성 (1)~구성 (3)을 가진다.
(1) 나사축과, 상기 나사축이 삽통되고, 상기 나사축의 나선홈과 대향되는 나선홈을 가지는 너트와, 상기 나사축의 나선홈과 상기 너트의 나선홈으로 구성되는 나선 궤도 내로 전동(轉動)이 자재로 배치된 복수의 제1의 볼과, 상기 나사축에서 상기 나선홈이 형성된 부분과는 다른 부분의 외주면에 형성된 내륜 궤도홈과, 상기 내륜 궤도홈과 대향되는 외륜 궤도홈을 가지는 외륜과, 상기 내륜 궤도홈과 상기 외륜 궤도홈과의 사이에 전동이 자재로 배치된 복수 개의 제2의 볼을 가진다. 상기 내륜 궤도홈과 상기 외륜과 상기 제2의 볼로 롤링 베어링이 구성되어 있다.
(2) 상기 외륜은, 외주면에서부터 상기 외륜 궤도홈까지 관통하는 전동체(轉動體) 삽입구멍(상기 제2의 볼의 삽입구멍)과, 상기 전동체 삽입구멍을 막는 덮개를 가지고, 상기 덮개의 내면은 상기 외륜 궤도홈의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있다.
(3) 상기 나선 궤도 내를 부하 상태에서 전동하는 제1의 볼을 개재해서, 상기 나사축의 회전을 상기 너트의 직선운동으로 변환하는 장치이다.
본 발명에 의하면, 나사축의 축방향 일단부에 마련한 내륜 궤도홈과, 외륜과 볼로 구성되는 롤링 베어링을 구비한 볼 나사 장치로서, 조립에 드는 수고와 시간을 경감할 수 있어, 내륜 궤도홈을 바꾸지 않고 롤링 베어링의 부하 용량을 바꾸는 것이 가능한 볼 나사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1실시형태의 볼 나사 장치를 나타내는 일부 단면 측면도로서, 롤링 베어링의 외륜이 단면으로 표시되어 있다.
도 2는 제1실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 볼 나사를 부분적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 A 시시도(矢視圖)이다.
도 4는 제1실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1 및 도 4의 B 시시도이다.
도 6은 제1실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 외륜의 전동체 삽입구멍을 막는 덮개를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 저면도이다.
도 7은 제2실시형태의 볼 나사 장치를 나타내는 일부 단면 측면도로서, 롤링 베어링의 외륜이 단면으로 표시되어 있다.
도 8은 제3실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 9는 제4실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 10은 제5실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 11은 제6실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 12는 제7실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 13은 제8실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜을 나타내는 도면이다.
도 14는 제8실시형태의 볼 나사 장치가 해결할 수 있는 과제를 설명하는 도면이다.
도 15는 제9실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 나사축의 일단부와 롤링 베어링의 외륜, 및 이 볼 나사 장치의 하우징으로의 부착 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 제9실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링의 2 개의 외륜 분할체를 결합하는 순환멈춤부품을 나타내는 정면도(a)와, (a)의 b-b단면도(b)이다.
도 17은 도 15의 부분 확대도이다.
도 18은 제10실시형태의 볼 나사 장치를 나타내는 일부 단면 측면도로서, 롤링 베어링의 외륜이 단면으로 표시되어 있다.
도 19는 제10실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대 단면도이다.
도 20은 제10실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 평면도(a)와 측면도(b)이다.
도 21은 제10실시형태, 제11실시형태, 및 제16실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 외륜의 전동체 삽입구멍을 막는 덮개를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 b 시시도로서 일부가 B-B 단면으로 되어 있는 도면, (c)는 (a)의 C-C 단면도, (d)는 저면도이다.
도 22는 제11실시형태의 볼 나사 장치를 나타내는 일부 단면 측면도로서, 롤링 베어링의 외륜이 단면으로 표시되어 있다.
도 23은 제11실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대단면도이다.
도 24는 제11실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 평면도(a)와 측면도(b)이다.
도 25는 제12실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대 단면도이다.
도 26은 제13실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대 단면도이다.
도 27은 제14실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대 단면도이다.
도 28은 제15실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 도면으로서, 축 방향으로 수직인 단면이 나타나 있다.
도 29는 제16실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 평면도(a)와 측면도(b)이다.
도 30은 도 29의 C-C 단면도이다.
도 31은 도 29의 롤링 베어링이 가지는 보호유지 피스를 나타내는 도면으로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도, (c)는 (a)의 A-A 단면도이다.
도 32는 제17실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대단면도이다.
도 33은 제17실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 외륜의 전동체 삽입구멍을 막는 덮개를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 b시시도, (c)는 정면도, (d)는 저면도이다.
도 34는 제17실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 평면도(a)와 측면도(b)이다.
도 35는 제18실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대단면도이다.
도 36은 제18실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 외륜의 전동체 삽입구멍을 막는 덮개를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A-A 단면도이다.
도 37은 제19실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링의 시일(seal)의 예를 나타내는 부분 확대단면도이다.
도 38은 제20실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 도면이다.
도 39는 제22실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링(급지(給脂) 구조를 가지는 롤링 베어링)을 나타내는 확대단면도로서, 외륜에 급지구조를 마련한 일례를 나타내는 도면이다
도 40은 제22실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대단면도로서, 나사축에 급지구조를 마련한 예를 나타내는 도면이다.
도 41은 제22실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 확대단면도로서, 외륜에 급지구조를 마련한 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 42는 제22실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 평면도로서, 덮개에 급지구조를 마련한 예를 나타내는 도면이다.
도 43은 제22실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 부분 파단 확대단면도로서, 궤도홈에 급지구조를 마련한 예를 나타내는 도면이다.
도 44는 제22실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링에 있어서, 외륜의 덮개 삽입구멍 급지구조를 마련한 예를 나타내는 도면으로서, (a)는 계합부(係合部)를 나타내고, (b)는 (a)의 부분확대도이다.
도 45는 제23실시형태의 볼 나사 장치(냉각기구를 가지는 볼 나사 장치)를 나타내는 일부 단면 측면도로서, 롤링 베어링의 외륜의 일부가 단면으로 표시되어 있다.
도 46은 제23실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링을 나타내는 도면으로서, 냉각액을 통과하는 관통구멍의 접속구조가 도 45의 예와는 다른 예를 나타내는 도면이다.
[본 발명의 일 태양의 볼 나사 장치에 대해]
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 태양의 볼 나사 장치는 상기 구성 (1)~구성 (3)을 가지나, 이에 더하여 하기의 구성 (4)~구성 (14) 및 구성 (21)~구성 (28) 중 어느 하나를 가질 수 있다.
(4) 상기 롤링 베어링에 예압(豫壓)이 부여되어 있다.
(5) 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈을 복수 열 가지고, 복수의 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈의 홈단면 형상은 단일 원호형상 또는 고딕 아크형상(Gothic arc shape)이다.
(6) 구성 (5)를 가지는 동시에, 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈을 2 열 가지고, 상기 롤링 베어링은 오프셋 예압방식으로 예압이 부여되어 있다.
(7) 구성 (5)를 가지는 동시에, 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈을 2 열 가지고, 상기 외륜은, 2 열의 상기 외륜 궤도홈의 사이에서 분할된 2 개의 분할체로 이루어지고, 상기 2 개의 분할체의 사이에 배치된 스페이서에 의해 상기 롤링 베어링에 예압이 부여되어 있다.
(8) 구성 (5)를 가지는 동시에, 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈을 2 열 가지고, 상기 롤링 베어링은, 오버 사이즈 볼 방식으로 예압이 부여되어 있다.
(9) 상기 외륜의 외주면은 구면(球面) 모양이다.
(10) 구성 (5)를 가지는 동시에, 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈을 2 열 가지고, 상기 외륜은, 2 열의 상기 외륜 궤도홈의 사이에서 분할된 2 개의 분할체로 이루어지고, 상기 2 개의 분할체가 서로 접촉하는 축방향 단면에 홈이 각각 형성되고, 이들 홈에서 형성된 공간에 배치된 순환멈춤부품에 의해, 상기 2 개의 분할체가 지름 방향 및 축 방향의 양 방향에서 구속되어 있다.
(11) 상기 외륜은, 외경(外徑)이 다른 소경부 및 대경부를 구비하고, 상기 대경부는 상기 외륜을 부착하는 하우징의 축 방향 단면에 접촉하는 축 방향 단면을 가지고, 상기 소경부는 상기 하우징의 내주면에 접촉하는 외주면을 가지고, 상기 대경부의 상기 소경부측의 축방향 단면과 상기 소경부의 상기 외주면으로 이루어지는 각부(角部)에 언더컷(undercut)을 가진다.
(12) 상기 나사축의 외주면의 외경은, 상기 나선홈이 형성되어 있는 부분과 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분과 같다.
(13) 구성 (12)를 가지는 동시에, 상기 나사축의 표면(표층부)의 잔류 오스테나이트(austenite) 량 γRS [체적 %]는, 상기 나선홈이 형성되어 있는 부분 및 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분에서, 하기의 식 (1)을 충족한다.
Figure pct00001
(식중 αS는, 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 나사축의 나선홈의 수명비로서, αS>1이다.)
(14) 구성 (12)를 가지는 동시에, 상기 나사축의 표면(표층부)의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]는, 축방향에 있어서의 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분에서부터 상기 나선홈이 형성되어 있는 부분까지의 범위에서, 상기 식(1)을 충족한다.
(21) 상기 제2의 볼은 금속제 또는 세라믹제이다.
(22) 상기 내륜 궤도홈 및 상기 외륜 궤도홈을 3 열 이상 가진다. 즉, 상기 롤링 베어링은 3 열 이상의 궤도를 가진다.
(23) 상기 롤링 베어링에 축 방향에서 불균일한 하중이 부여되는 용도(예를 들어, 전동사출성형기나 프레스기계의 직선 이동부에 너트가 고정되고, 큰 하중을 받는 용도)로 사용되는 볼 나사 장치로서, 구성 (22)를 가지는 동시에, 상기 롤링 베어링은, 상기 하중에 수반하여 생기는 축 방향에서의 변형량의 불균일성을 억제하는 구조를 가진다. 그리고 3 열 이상의 궤도 중의 1 열(상기 하중의 작용점에서 먼 측)을 예압 부여용의 궤도로 하고, 다른 복수 열(상기 하중의 작용점에 가까운 측)을 하중 부담용의 궤도로 한다. 이것에 의해, 롤링 베어링의 하중 부담용의 궤도의 1 열당에 작용하는 하중이 작아지기 때문에, 롤링 베어링의 수명을 길게 할 수 있다.
(24) 상기 롤링 베어링에 축 방향에서 불균일한 하중이 부여되는 용도로 사용되는 볼 나사 장치로서, 구성 (22)를 가지는 동시에, 상기 롤링 베어링은, 예압량이 복수 열의 하중 부담용의 궤도중 상기 하중의 작용점에 가까운 측의 궤도에서 먼 측의 궤도보다 작게 되어 있다. 예압량을 모두 같게 한 경우, 하중 작용점에 가까운 측의 궤도에서 먼 측의 궤도보다 롤링 베어링의 변형량이 커지지만, 이와 같이 차이를 냄으로써 예압량을 모두 같게 한 경우와 비교하여 롤링 베어링의 축 방향에서의 변형량의 불균일성이 개선된다.
(25) 상기 롤링 베어링에 축 방향에서 불균일한 하중이 부여되는 용도로 사용되는 볼 나사 장치로서, 구성 (22)를 가지는 동시에, 상기 제2의 볼의 직경이, 복수 열의 하중 부담용의 궤도중 하중의 작용점에 가까운 측의 궤도에서 다른 궤도보다도 크게 되어 있다. 이로 인해, 모든 궤도에서 제2의 볼의 크기를 같게 한 경우와 비교하여 하중의 작용점에 가까운 측의 궤도의 부하용량이 커져서 수명이 길어지기 때문에, 롤링 베어링 전체의 수명이 길어진다.
(26) 상기 롤링 베어링에 축 방향에서 불균일한 하중이 부여되는 용도로 사용되는 볼 나사 장치로서, 구성 (22)를 가지는 동시에, 각 열의 상기 전동체 삽입구멍은, 상기 외륜의 축방향에서 서로 이웃하는 것이 상기 외륜의 원주방향에서 다른 위치로 배치되어 있다. 이로 인해, 모든 열의 전동체 삽입구멍이 외륜의 원주방향에서 같은 위치에 배치되어 있는 경우와 비교하여, 축 방향 하중이 가해진 때의 축에 수직인 면(面) 내에서 외륜이 불균일하게 변형하는 것을 억제할 수 있다. 그리고 각 열의 전동체 삽입구멍이 외륜의 원주방향으로 균등하게 배치됨으로써, 축 방향 하중이 가해진 때의 축에 수직인 면 내에서의 외륜의 변형을 균일화할 수 있다.
(27) 상기 롤링 베어링에 축 방향에서 균일한 하중이 부여되는 용도로 사용되는 볼 나사 장치로서, 구성 (22)를 가지는 동시에, 상기 외륜은 플랜지를 가지고, 상기 플랜지는, 상기 하중의 작용점과 반대측의 단부(端部)에서 상기 외륜 궤도홈이 형성되어 있지 않은 부분, 또는 상기 복수 열의 하중 부담용의 외륜 궤도홈의 상기 하중 작용점에서 2 번째로 가까운 위치에서 상기 하중의 작용점에서부터 가장 먼 위치까지의 범위에 형성되어 있다. 이것에 의해, 플랜지가 상기 하중의 작용점에 가장 가까운 위치에 형성되어 있는 경우와 비교하여, 롤링 베어링의 축 방향에서의 변형량의 불균일성이 개선된다.
(28) 상기 롤링 베어링에 축 방향에서 불균일한 하중이 부여되는 용도로 사용되는 볼 나사 장치로서, 구성 (22)를 가지는 동시에, 롤링 베어링의 축 방향으로 수직인 단면에 있어서, 상기 외륜 궤도홈의 홈 바닥 위치에서의 상기 외륜의 단면적과, 상기 나사축의 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분의 상기 내륜 궤도홈의 홈 바닥 위치에서의 단면적이 같다. 이로 인해, 양자의 단면적에 차이가 있는 경우와 비교하여, 외륜과 나사축의 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분과의 변형량의 차이를 작게 할 수 있다.
[구성 (13)(14)에 대해]
볼 나사 장치의 장수명화에 관한 검토를 행한 결과, 스트로크가 짧은 (예를 들어, 스트로크계수 fS가 4.8 미만으로 사용되는) 볼 나사 장치에 있어서는, 구성부품중에서 나사축의 박리에 의한 파손이 많은 것을 발견하였다. 구성 (13) 및 구성 (14)는 이에 근거하는 것이다.
그리고 나사축의 나선홈 표면의 잔류 오스테나이트량을 너트의 나선홈이나 제1의 볼의 각 표면의 잔류 오스테나이트량보다도 크게 하는 것이 유효함을 발견하였다. 즉, 볼 나사부를 구성하는 나사축, 너트 및 제1의 볼의 조합을, 표면의 잔류 오스테나이트량의 대소 관계에서 규정하는 것에 이르렀다.
이에 근거하여 구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치에 있어서는, 상기 너트의 나선홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRN [체적 %]가 아래의 식 (2)를 충족하는 것이 바람직하다.
Figure pct00002
(식중, αN은, 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 너트의 나선홈의 수명비로서, αN>1이다.)
그리고 구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치에 있어서는, 상기 나사축의 상기 나선홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS과, 상기 너트의 상기 나선홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRN이, "γRS>γRN"의 관계에 있는 것이 바람직하다.
그리고 구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치에 있어서는, 상기 나사축의 상기 나선홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS과, 상기 너트의 나선홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRN과, 상기 제1의 볼의 표면의 잔류 오스테나이트량 γRB가, "γRS>γRN>γRB"의 관계에 있는 것이 바람직하다.
그리고 구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치는, 전동사출성형기용, 전동 서보 프레스기용, 전동 액추에이터용, 서보 실린더용, 또는 전동 잭(jack)용으로서 유용하다.
이하의 설명에서 "나사홈 표면"은 "나선홈의 표면"을 의미한다.
구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치에 의하면, 볼 나사 장치의 구성부품인 나사축 및 너트의 각 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량을 규정하는 동시에, 양자의 대소관계를 규정함으로써 수명을 길게 할 수 있다. 그리고 나사축의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량을 다른 구성부품보다도 크게 하는 것 만으로 좋으며, 너트나 제1의 볼은 종래품을 사용할 수도 있기 때문에, 볼 나사 장치의 생산효율을 높여 볼 나사 장치의 코스트 상승을 억제할 수 있다.
스트로크 계수 fs가 4.8 미만에서 사용되는 볼 나사 장치로서는, 전동사출성형기나 전동 서보 프레스기, 서보 실린더, 전동 잭 등이 있으며, 구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치는 이들에 유용하다. 또한, 제1의 볼 대신에 롤러를 사용하는 롤러 나사 장치의 경우도 같은 효과를 얻을 수 있다.
구성 (13)을 가지는 볼 나사 장치 및 구성 (14)를 가지는 볼 나사 장치에서는, 나사축의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]가 하기의 식 (1)을 만족한다.
Figure pct00003
(식중, αS는, 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 나사축의 나선홈의 수명비로서, αS>1이다.)
그리고 너트의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRN [체적 %]가 하기 식 (2)를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pct00004
(식중, αN은, 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 너트의 나선홈의 수명비로서, αN >1이다.)
통상의 운전조건 하에서의 볼 나사 장치에서는, 롤링 베어링과는 다르고, 궤도의 비틀림에 기인하는 볼과 나사축 혹은 너트의 궤도면(나선 궤도를 구성하는 나선홈)과의 사이에서의 미끄러짐이 크기 때문에, 롤링 피로에 의한 궤도면 파손의 형태가 표면 기점형 박리가 된다. 이 표면 기점형 박리에 이르는 손상의 발생이나 진전과 궤도면의 표면의 잔류 오스테나이트량 γR과의 사이에는 상호 관계가 있고, 궤도면의 표면의 잔류 오스테나이트량 γR을 종래보다 증가시킴으로써 장수명화 효과를 얻는 것을 기대할 수 있다.
그리고 본 발명자들은, 잔류 오스테나이트량 γR의 증가에 따른 장수명화 효과를 정량적으로 평가하기 때문에, 고주파 열처리된, 궤도면의 표면의 잔류 오스테나이트량 γR이 다른 여러 가지의 요소 시험편을 사용하여 표면 기점형 박리수명을 실험적으로 조사하였다. 그리고 종래의 나사축 재료(SAE4150)를 사용한 경우의 표면 기점형 박리수명(종래 수명)도 같은 방법으로 조사하였다.
그 결과, 고주파 열처리된 재료로 이루어지는 각 시험편 표면의 잔류 오스테나이트량 γR [체적 %]와, 종래 수명에 대한 각 시험편 수명의 비 α와의 사이에 이하의 관계식 (11)이 성립하는 것을 발견하였다.
Figure pct00005
식 (11)로부터 종래의 볼 나사 장치보다도 장수명 (α>1)으로 하기 위해서는, 나사축의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γR을 9 체적%보다 크게 할 필요가 있음을 알 수 있다. 그리고 식 (11)로부터 볼 나사 장치에 요구되는 수명보다도 수명이 너무 길거나 너무 짧지 않아 요구수명을 정확히 달성할 수 있는 최적인 잔류 오스테타이트량 γR를 추정할 수 있음도 알 수 있다.
그런데, 축방향으로 정하중(靜荷重)이 부가되어 있는 볼 나사 장치를, 나사축 회전으로 구동시키면, 너트는 나사축에 대해 상대적으로 직선 방향으로 이동한다. 이때 너트의 궤도면은, 임의의 개소에서 부하 볼의 통과에 의한 반복응력을 받는다. 한편, 나사축에서는 너트의 직선 이동에 수반하여, 궤도면(나선 궤도를 구성하는 나선홈)이 되는 부분이 축방향에서 이동한다. 즉, 나사축에서는 부하볼의 통과에 의해 응력을 받는 부분이 축방향의 일부가 된다.
따라서, 너트의 스트로크가 충분히 긴 경우, 부하 볼 통과에 의해 궤도면이 받는 응력의 반복수는 나사축측보다도 너트측이 많아지기 때문에, 최초의 전동피로 파손은 너트 궤도면 상에 생기(生起)하는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 종래는, 너트의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γR을, 나사축의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γR보다도 크게 하고 있다.
그러나 전동사출성형기 등에서 사용되는 볼 나사 장치에 있어서는, 너트의 스트로크가 짧기 때문에 부하 볼의 통과에 수반하는 궤도면으로의 응력반복수의 대소관계가 역전되고, 너트측보다도 나사축측이 많아진다. 이때문에, 스트로크가 짧은 운전 조건하에서의 볼 나사 내구시험에서는, 최초의 전동피로파손은 나사축측에서 생기하는 경향이 확인되었다.
그리고 볼과 궤도면과의 접촉면압이, 너트측보다도 나사축측에서 높아지는 것도, 최초의 파손발생개소가 나사축측에서 편향된 것을 뒷받침하는 근거가 되고 있다.
상기와 같은, 접촉면압과 응력반복수에 기인하는, 나사축 및 너트의 궤도면의 파손특성에 근거하면, 궤도면의 피로수명은 접촉면압의 9 제곱에 반비례하며, 또한 응력반복수에 반비례 하기 때문에 나사축 궤도면에 대한 너트 궤도면의 수명비 β는 다음 식 (12)로 나타낼 수 있다.
Figure pct00006
식중, PS 및 PN은, 나사축 및 너트의 궤도면에서의 접촉면압을 나타내고, NS 및 NN은, 1 스트로크 운전시켰을 때의 나사축 및 너트의 궤도에서의 응력반복수를 나타낸다.
그리고 실제의 사용조건 하에서의 볼 나사 장치에 대해, 나사축의 궤도면에 대한 너트의 궤도면의 수명화 β를 조사하기 위해, 실용에 제공되고 있는 합계 20의 모델 번호의 전동사출성형기용 볼 나사 장치의 축방향 하중과 스트로크로부터 PS 및 PN과 NS 및 NN을 구하였다. 그리고 이들의 값을 식 (12)에 대입해서 각 모델 번호의 β를 산출하였다.
그 결과, 장수명화 β와 스트로크 계수 fs와의 사이에 아래의 관계식 (13)이 성립하는 것을 발견하였다. 스트로크 계수 fs는, 식 (14)에 나타내는 바와 같이, 스트로크(St)를 볼 나사 장치의 유효권수(有效卷數) (ζ), 회로수 (ξ), 및 리드(l)의 곱에서 나눈 값이다.
Figure pct00007
Figure pct00008
식 (13)으로부터, 전동사출성형기용 등의 단(短) 스트로크 (fS<4.8)가 되는 조건하에서 구동되는 볼 나사 장치인 경우, 나사축에 비해 너트의 쪽이 궤도면의 수명이 길어짐(β＞１)을 알 수 있다.
따라서, 전술한 스트로크계수 fS가 4.8 미만인 경우의, 나사축과 너트의 궤도면 수명의 관계를 고려한 다음에, 볼 나사 장치의 요구수명을 만족하도록 나사축과 너트의 각 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γR을 각각 결정하는 것이 새로운 생산성 향상면에서 바람직하다.
그래서 식 (11)과 식 (13)을 사용해서 나사축과 너트의 각 나사홈 표면에 필요한 각 잔류 오스테나이트량 γRS과 γRN을 각각 추정하였다.
상술한 바와 같이, 식 (11)은 나사축에 관한 실험에서 얻어진 식이다. 그 때문에, 나사축의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]은, 식 (11)의 α를, 볼 나사 장치에 대한 나사축 궤도면의 수명화 αs로 하고, 식 (11)을 변형함으로써 하기의 (15) 식으로 표시된다.
Figure pct00009
그리고 나사축 궤도면에 대한 너트 궤도면의 수명화 β는, 볼 나사 장치에 대한 나사축 궤도면의 수명화 αS와, 볼 나사 장치에 대한 너트 궤도면의 수명화 αN에 의해 "β=αN/αS"로 표시된다. 이 식의 β에 (13) 식의 우변(右邊)을 대입하고, αS에 (11)의 우변을 대입해서 이 식을 변형함으로써 너트의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRN [체적 %]은 하기의 (16)식으로 표시된다.
Figure pct00010
따라서, 볼 나사 장치의 요구수명과, 나사축 궤도면의 수명과 너트 궤도면의 수명이 합치하는, 나사축과 너트의 각 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS과 γRN은 식 (15)와 식 (16)에 "αS=αN=α>1"을 대입함으로써 추정할 수 있다.
즉, 스트로크 계수 fs가 4.8 미만으로 사용되는 볼 나사 장치를, 생산성을 손상하지 않고 장수명화(α>1)하기 위해서는, 식 (15)에서 표시되는 나사축 궤도면의 잔류 오스테나이트량 γRS이, 식 (16)에서 표시되는 너트 궤도면의 잔류 오스테나이트량 γRN보다도 커지도록, 나사축과 너트를 조합하는 것이 합리적이다.
상술한 바와 같이, 일 태양의 볼 나사 장치의 바람직한 형태의 하나는, 나사축 및 너트의 각 나사홈 표면(나선홈의 표면)의 잔류 오스테나이트량 γRS 및 γRN이 (1)식 및 (2)식을 각각 충족하고, 더욱 바람직하게는 "γRS>γRN"이면, 나사축 및 너트의 소재는 제한되지 않는다.
그러나 볼 나사 장치의 생산성의 관점에서, 나사축에는 고주파 열처리의 적용이 주류로 되어 있고, 고주파 열처리에 적합한 재료 중에서, 나사축의 나사홈 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS를 상기와 같이 하기 위해서는, 나사축 재료로서 고탄소 베어링강이 바람직하다.
그리고 너트에 대해서는, 종래와 마찬가지로 표면 경화강(case-hardening steel)을 사용하고, 침탄질화처리하는 것이 바람직하다. 종래품의 너트를 그대로 사용함으로써 볼 나사 장치 전체적으로 염가로 할 수 있다.
또한, 고주파 열처리는 공지의 방법을 채용할 수 있다. 그 때에는, 오버히트(overheat)를 피하는 궁리가 수행된 상태에서 유도가열 코일의 출력을 제어한다.
그리고 볼 나사 장치의 다른 하나의 구성부품인 볼(제1의 볼, 전동체)에 관해서는, 볼이 랜덤 회전하기 때문에 동일한 기준으로 수명을 계산하는 것은 어렵다. 그러나 랜덤회전함으로써 볼이 나사축 및 너트의 궤도면에 부하상태에서 접촉하는 면은 시시각각 변화한다. 그 때문에, 나사축 및 너트의 궤도면과 비교해서 볼의 전동면의 각 부분이 하중을 받는 회수는 적어지기 때문에, 볼은 가장 장수명이 된다.
따라서, 볼 표면의 잔류 오스테나이트량 γRB는, 나사축이나 너트보다도 작은 것이 바람직하다.
즉, 볼을 포함한 3자의 잔류 오스테나이트량 γR의 대소관계는 "γRS>γRN>γRB"인 것이 바람직하다. 이 3자의 대소관계를 만족하면 어떠한 구성부품이 파손된 경우에도, 기능과 생산성의 밸런스를 최대화할 수 있다.
또한, 볼은 종래품을 사용할 수 있다. 볼로서 종래품, 즉 베어링강을 침지 담금질(immersion quenching) 한 것 등을 사용함으로써, 볼 나사 장치의 코스트 상승을 억제할 수 있다.
<고부하용도용 볼 나사 장치에 대해>
근년은, 사출 성형기 등의 고부하 기계에 대해 고 사이클화 환경개선이 니즈로서 높아지고 있으며, 구동축의 수명을 길게 하는 것 및 내구성을 향상시키는 것이 요구되고 있다.
사출 성형기 등의 고부하용도용 볼 나사는, 큰 부하가 결정된 방향에 걸리도록 설계되어 있다. 통상의 볼 나사에서는, 나사축의 축방향 양단부에 소경부(나선홈이 형성되어 있는 부분의 외경보다 외경이 작은 부분)을 마련해서, 앵귤러 볼 베어링 등을 축 방향으로 접촉시키는 면을 형성하고 있다. 즉, 절삭 혹은 연삭에 의한 단차가공(stepped cutting process)을 행하고 있다.
이 소경부가 베어링 지지부가 되지만, 베어링 지지부는, 통상 내륜이 베어링 지지부와 크리프(creep)하지 않게 간섭하도록 설계되어 있기 때문에, 많은 경우, 외주면과 베어링이 접촉하는 축 방향 단면이 연삭된 상태로 되어 있다. 이것에 수반하여, 베어링 지지부에 언더컷 또는 R 형상의 모서리부(隅部)가 만들어지고, 이 모서리부가 구조상의 약한 부분이 된다. 따라서, 큰 축방향 부하가 걸리는 용도에서는, 이 구석부에 응력이 집중해서 파괴하는 것을 방지하는 방책이 필요하게 된다.
이 대책으로서, 베어링 지지부를 소경부로 하는 것이 아니라, 나선홈이 형성되어 있는 부분보다도 외경이 큰 플랜지모양으로 형성해서, 이 플랜지면에 베어링의 축방향 단면을 꽉 누르는 것이 행해져 있다. 그러나 이 대책에서는, 나사축을 제작할 때에, 플랜지모양으로 하는 부분 이외의 외경을 작게 하기 위해, 나사축용 봉재(棒材)에 대해, 플랜지 모양으로 하는 부분보다도 축방향 중앙측의 부분(나선홈을 형성하는 부분)과 축방향 단부를 절삭, 연삭하는 가공을 행하기 때문에, 가공 코스트가 높아진다.
이에 대하여, 나사축의 베어링 지지부(축방향 단부)를 나선홈이 형성되어 있는 부분과 같게 하고, 베어링 지지부를 포함하는 나사축 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS을 상기 식 (1)을 충족하도록 하면, 가공 코스트를 높게 하지않고, 베어링 지지부에 응력이 집중하는 것을 피할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 태양의 볼 나사 장치에 있어서, 나사축 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS을, 나선홈이 형성되어 있는 부분 및 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분에서, 식 (1)을 충족하도록 하면 볼 나사 장치의 내구성이 향상된다.
[실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하는데, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태에 한정되지 않는다. 이하에 나타내는 실시형태에서는, 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 한정이 이루어져 있으나, 이 한정은 본 발명의 필수요건이 아니다.
[제1실시형태]
도 1~도 5에 나타내는 바와 같이, 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)는, 외주면에 나선홈(11)을 가지는 나사축(1), 내주면에 나선홈(21)을 가지는 너트(2), 및 볼(제1의 볼)(3)을 구비한 볼 나사를 가진다. 나사축(1)의 양단부는, 나선홈이 형성되어 있는 부분보다 지름이 작은 소경부(111)에 가공되어 있다. 나사축(1)의 모터에 접속되는 측인 축방향 일단부(도 1의 우단측)(12)에는, 소경부(111)와 나선홈 형성부와의 사이의 나선홈이 형성되어 있지 않은 부분에, 롤링 베어링(4)이 설치되어 있다. 나사축(1)의 축방향 타단부(13)에도 소경부(111)가 마련되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 너트(2)는, 원통부(2A)와 플랜지부(2B)로 이루어지고, 플랜지부(2B)에, 축방향으로 관통하는 볼트삽통구멍(22)이 형성되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4)은 나사축(1)의 축방향 일단부(12)의 외주면에 형성된 2 열의 내륜 궤도홈(12a, 12b)과, 내륜 궤도홈(12a, 12b)과 대향하는 외륜 궤도홈(401a, 401b)을 가지는 외륜(41)과, 복수 개의 볼(제2의 볼)(42)로 구성되어 있다. 복수 개의 볼(42)은, 내륜 궤도홈(12a, 12b)과 외륜 궤도홈(401a, 401b)과의 사이에 전동이 자재로 배치되어 있다. 복수 개의 볼(42)은, 금속제 또는 세라믹제이다.
그리고 롤링 베어링(4)은, 보호유지기를 갖지 않은 총 볼 베어링이다. 또한, 볼(42)과 볼(42)의 사이에, 합성수지제 또는 금속제의 스페이서 볼이나 합성수지제의 보호유지 피스가 배치되어 있어도 좋다.
그리고 내륜 궤도홈(12a, 12b) 및 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 홈 단면형상은, 고딕 아크형상(Gothic arc shape)이다. 롤링 베어링(4)에는, 오프셋 예압방식으로 DB(배면 조합)구조의 예압이 부여되어 있다. 즉, L1>L2로 되어 있다.
그리고 외륜(41)은, 외륜 궤도홈(401a)이 형성되어 있는 제1궤도부(41a)와, 외륜 궤도홈(401b)이 형성되어 있는 제2궤도부(41b)로 이루어진다. 제2궤도부(41b)의 외연부(제1궤도부(41a)로부터 외측으로 비어져나오는 부분)(41c)에, 축방향으로 관통하는 볼트삽통구멍(43)이 형성되어 있다. 제1궤도부(41a)와 제2궤도부(41b)에, 외주면에서부터 외륜 궤도홈(401a, 401b)까지 관통하는 전동체 삽입구멍(44)이 각각 형성되어 있다. 2 개의 전동체 삽입구멍(44)이 각각 덮개(45)로 막혀 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 덮개(45)는, 축부(45a)와 두부(頭部, 45b)로 이루어지고, 축부(45a)의 선단면(덮개부의 내면)(45c)은, 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 전동체 삽입구멍(44)은, 축부(45a)가 끼워지는 형상의 내측부(44a)와, 두부(45b)가 끼워지는 형상의 외측부(44b)로 이루어진다.
덮개(45)는, 내륜 궤도홈(12a, 12b)과 외륜 궤도홈(401a, 401b)과의 사이에 볼(42)을 넣은 후에, C형상의 멈춤링이나 접착제를 사용해서, 전동체 삽입구멍(44)으로부터 떠오르지 않도록 고정된다.
볼 나사 장치(10)는, 직선 이동시키는 부재에 너트(2)를 고정하고, 롤링 베어링(4)의 외륜(41)을 하우징을 개재해서 기대(基臺)에 고정하고, 나사축(1)의 축방향 일단부(12)의 소경부(111)에 모터를 접속해서 사용된다. 외륜(41)은, 제1궤도부(41a)를 하우징의 내부에 넣고, 제2궤도부(41b)를 하우징의 축방향 단면에 꽉 눌러서, 제2궤도부(41b)의 볼트삽통구멍(43)을 통과한 볼트에 의해 하우징에 고정된다. 또한, 축방향 타단부(13)의 소경부(111)에는, 예를 들어 깊은홈 볼 베어링을 부착하고, 그 외륜을 하우징을 개재해서 기대에 고정한다.
제1실시형태의 볼 나사 장치(10)에 의하면, 예압이 부여된 롤링 베어링(4)이 볼 나사와 일체로 되어 있기 때문에, 미리 요구에 따른 예압을 부여해 둠으로써, 고객이 공작기계 등에 부착할 때에 예압조정을 할 필요가 없다.
예압의 부여를 고객이 행하는 경우는, 조립 정도(精度)의 오차가 커져서 회전 정도가 저하될 우려가 있다. 이에 대하여, 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)에 의하면, 고객이 공작 기계 등에 부착할 때에 예압 조정을 할 필요가 없으므로, 예압 조정에 수반되는 회전 정도의 저하를 걱정할 필요가 없어진다.
그리고 볼 나사 장치(10)는, 복수 개의 볼(42)을 금속제 또는 세라믹제로 하고 있기 때문에, 롤링 베어링(4)의 내구성이 높다.
그리고 외륜(41)에 전동체 삽입구멍(44)이 형성되어 있기 때문에, 볼(42)이, 외륜(41)의 외주면측에서부터, 내륜 궤도홈(12a, 12b)과 외륜 궤도홈(401a, 401b)과의 사이에 간단하게 삽입할 수 있다. 그 때문에, 외륜(41)을 나사축(1)의 축방향 일단부(12)로 통과해서, 외륜 궤도홈(401a, 401b)을 내륜 궤도홈(12a, 12b)과 대향시킨 후에, 볼(42)을 양 궤도홈 사이에 배치할 수 있다.
따라서, 볼(42)을 장착한 상태의 외륜(41)을 나사축(1)의 축방향 일단부(12)로 통과할 필요가 있는 볼 나사 장치와 비교해서, 롤링 베어링의 조립에 대한 수고나 시간을 경감할 수 있다. 그리고 내륜 궤도홈(12a, 12b) 및 외륜 궤도홈(401a, 401b)로 바꾸지 않고, 사용하는 볼(42)의 직경을 바꿈으로써, 롤링 베어링(4)의 액시얼 방향 및 레이디얼 방향의 부하용량을 바꿀 수도 있다.
그리고 덮개의 선단면(45c)이, 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있기 때문에, 롤링 베어링(4)으로서의 기능에 지장을 초래하지 않는다.
[제2실시형태]
도 7에 나타내는 바와 같이, 제2실시형태의 볼 나사 장치(10A)에서는, 롤링 베어링(4A)에는, 오프셋 예압방식으로 DF(정면조합) 구조의 예압이 부여되어 있다. 즉, 도 4에서 L1<L2로 되어 있다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
[제3의 실시형태]
도 8에 나타내는 바와 같이, 제3실시형태의 볼 나사 장치(10B)에서는, 단열의 롤링 베어링(4B)를 사용하고, 예를 들어 오버 사이즈 볼 방식에 의해, 미리 요구에 응한 예압을 부여하고 있다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
[제4실시형태]
도 9에 나타내는 바와 같이, 제4실시형태의 볼 나사 장치(10C)에서는, 단열의 롤링 베어링(4C)을 사용하고, 예를 들어 오버 사이즈 볼 방식에 의해 미리 요구에 응한 예압을 부여하고 있다. 그리고 소경부(111)를 마련하고 있지 않다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
[제5실시형태]
도 10에 나타내는 바와 같이, 제5실시형태의 볼 나사 장치(10D)에서는, 단열의 롤링 베어링(4D)을 사용하고, 예를 들어 오버 사이즈 볼 방식에 의해, 미리 요구에 응한 예압을 부여하고 있다. 그리고 소경부(111)를 마련하지 않고, 축방향 일단부(12)의 외주면의 나선홈(11)이 형성되어 있는 부분에, 내륜 궤도홈(12a)을 마련하고 있다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
[제6실시형태]
도 11에 나타내는 바와 같이, 제6실시형태의 볼 나사 장치(10E)에서는, 롤링 베어링(4E)의 외륜(41E)이, 2 열의 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 사이에서 분할된 2 개의 분할체(411, 412)로 이루어지고, 2 개의 분할체(411, 412)의 사이에 스페이서(413)가 배치되어 있다. 스페이서(413)에 의해 2 개의 분할체(411, 412)의 사이를 넓히는 힘이 생김으로써, 롤링 베어링(4E)에 예압이 부여되어 있다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
[제7실시형태]
도 12에 나타내는 바와 같이, 제7실시형태의 볼 나사 장치(10F)에서는, 롤링 베어링(4F)의 볼(42)의 직경을, 외륜 궤도홈(401a, 401b) 및 내륜 궤도홈(12a, 12b)에서 형성되는 홈 직각단면의 대향하는 원호간 거리보다 크게 하고 있다. 이로써, 롤링 베어링(4E)은, 오버 사이즈 볼 방식으로 예압이 부여되어 있다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
[제8실시형태]
도 13에 나타내는 바와 같이, 제8실시형태의 볼 나사 장치(10G)에서는, 롤링 베어링(4G)의 외륜(41G)의 외주면이 구면(球面)모양으로 되어 있다. 이로써, 외륜(41G)에, 하우징에 대한 조심성(調芯性)을 갖게 하고 있다. 그 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
볼 나사의 부착 오차로서는, 구체적으로는, 도 14(a)에 나타내는 기울기 오차나 도 14(b)에 나타내는 오정렬 오차(misalignment error) 가 있다. 기울기 오차에 의해 모멘트 하중이 발생하고, 오정렬 오차에 의해 레이디얼 하중이 발생한다. 외륜(41G)이 조심성을 가짐으로써, 볼 나사 장치(10)의 사용시에, 이와 같은 볼 나사의 부착 오차에 수반하여 발생하는 모멘트 하중이나 레이디얼 하중을 흡수할 수 있다.
따라서, 제8실시형태의 볼 나사 장치(10G)에 의하면, 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)가 가지는 효과에 더하여, 내구성, 토오크특성, 및 전송 정도의 향상효과가 얻어진다.
[제9실시형태]
도 15에 나타내는 바와 같이, 제9실시형태의 볼 나사 장치(10H)에서는, 롤링 베어링(4H)의 외륜(41H)이, 2 열의 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 사이에서 분할된 2 개의 분할체(411, 412)로 이루어진다. 그리고 외륜(41H)은, 2 개의 분할체(411, 412)를 결합하는 순환멈춤부품(6)을 가진다.
제1의 분할체(411)는, 하우징(5)의 내주면(51)에 끼워지는 외주면(411a)을 가진다. 제2의 분할체(412)는, 외경이 제1의 분할체(411)보다 큰 대경부(414)와, 외경이 제1의 분할체(411)와 같은 소경부(415)로 이루어진다. 소경부(415)는, 하우징(5)의 내주면(51)에 끼워지는 외주면(415a)을 가진다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 순환멈춤부품(6)은, 일부가 끊어진 환상(環狀)부재로서, 내주면의 폭방향 중앙부에 원주홈(周溝, 61)을 가진다. 순환멈춤부품(6)의 재질로서는, 탄소강, 스테인레스강, 베릴륨강, 인코넬(inconel) 등을 들 수 있다. 그리고 하우징과 외륜과의 사이에 프레팅(fretting)이 발생하지 않는 경우는, POM 등의 합성수지도 사용할 수 있다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 제1의 분할체(411)는, 제2의 분할체(412)와 접촉하는 축방향 단면(411b)의 외주부 전체에, 외주면(411a)까지 도달하는 절결부(切欠部)(홈)(411c)를 가진다. 그리고 절결부(411c)의 축방향 단면(411b)측에, 지름방향 외측으로 돌출하는 볼록부(411d)가 형성되어 있다. 이로써, 제1의 분할체(411)가 하우징(5)의 내주면(51)에 끼워진 상태에서, 내주면(51)과 절결부(411c)에서 홈(54)이 형성된다.
제2의 분할체(412)는, 제1의 분할체(411)와 접촉하는 축 방향 단면(412b)의 외주부 전체에, 소경부(415)의 외주면(415a)까지 이르는 절결부(홈)(412c)를 가진다. 그리고 절결부(412c)의 축 방향 단면(412b)측에, 지름방향 외측으로 돌출하는 볼록부(412d)가 형성되어 있다. 이로써, 제2의 분할체(412)의 소경부(415)가 하우징(5)의 내주면(51)에 끼워진 상태에서, 내주면(51)과 절결부(412c)에서 홈(55)이 형성된다.
더욱이, 제2의 분할체(412)는, 대경부(414)의 소경부(415)측의 축방향 단면(414b)과, 소경부(415)의 외주면(415a)으로 이루어지는 각부(角部)에, 언더컷(16)을 가진다.
제1의 분할체(411)의 볼록부(411D)와 제2의 분할체(412)의 볼록부(412d)는 같은 치수로 형성되고, 이들 폭의 합계값은, 순환멈춤부품(6)의 원주홈(61)의 폭보다 조금 크다. 따라서, 제1의 분할체(411)와 제2의 분할체(412)의 폭방향 단면(411b, 412b) 끼리를 접촉시키고, 순환멈춤부품(6)을 열어서 원주홈(61)을 볼록부(411d, 412d)에 끼움으로써, 순환멈춤부품(6)에 의해 2 개의 분할체(411, 412)가 지름방향 및 축방향의 양 방향에서 구속된다.
그리고 롤링 베어링(4H)에는, 오프셋 예압방식으로 DF(정면 조합)구조의 예압이 부여되어 있다.
상기 이외의 점은 제1실시형태의 볼 나사 장치(10)와 같다.
볼 나사 장치(10H)의 사용시에는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 순환멈춤부품(6)에 의해 2 개의 분할체(411, 412)가 결합된 외륜(41H)의 제1의 분할체(411) 및 제2의 분할체(412)의 소경부(415)를, 기대(7)에 고정된 하우징(5)의 내주면(51)에 끼워넣고, 축방향 단면(411b)과는 반대측의 축방향 단면(411e)을 하우징(5)의 단차면(段差面, 53)에 꽉 누른다.
그리고 제2의 분할체(412)의 축방향 단면(412b)을 하우징(5)의 축방향 단면(52)을 항하여, 제2의 분할체(412)의 외연부에 마련한 볼트삽입구멍을 통과한 볼트에 의해, 외륜(41H)을 하우징(5)에 고정한다.
또한, 축방향 타단부(13)의 소경부(111)에는, 예를 들어 깊은홈 볼 베어링을 부착하고, 그 외륜을 하우징을 개재해서 기대(7)에 고정한다.
이 실시형태의 볼 나사 장치(10H)에서는, 순환멈춤부품(6)에 의해, 2 개의 분할체(411, 412)가 지름방향 및 축방향의 양 방향에서 구속되어 있기 때문에, 하우징(5)으로의 부착상태에서, 외륜(41H)의 제2의 분할체(412)의 축방향 단면(414b)과 하우징(5)의 축방향 단면(52)과의 사이에 극간(隙間)이 생겨 있어도 문제없다.
그리고 제2의 분할체(412)의 소경부(415)의 외주면(415a)이 하우징(5)의 내주면(51)에 끼워지는 것과, 하우징(5)의 내주면(51)과 축방향 단면(52)과의 각부(角部)가 언더컷(16) 내에 배치됨으로써, 외륜(41H)의 정렬(alignment) 작업을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 이 실시형태의 볼 나사 장치(10H)에서는, 제1의 분할체(411)의 볼록부(411d)와 제2의 분할체(412)의 볼록부(412d)의 폭의 합계값을, 순환멈춤부품(6)의 원주홈(61)의 폭보다 조금 크게 하고 있으나, 순환멈춤부품(6)의 원주홈(61)의 폭과 같거나 그것보다 조금 작게 하여도 좋다.
그리고 이 폭의 합계값이 원주홈(61)의 홈보다 작은 경우, 위에서 설명한 볼트에 의한 외륜(41H)의 하우징(5)으로의 고정시에, 볼트를 강하게 단단히 조임으로써, 원주홈(61) 내에서 볼록부(411d, 412d)가 하우징(5)의 단차면(53)측으로 이동하기 때문에, 제2의 분할체(412)의 축방향 단면(414b)을 하우징(5)의 축방향 단면(52)에 밀착시킬 수 있다.
[제10실시형태]
도 18에 나타내는 바와 같이, 제10실시형태의 볼 나사 장치(10Q)는, 나사축(1Q), 너트(2), 및 볼(제1의 볼)(3)을 구비한 볼 나사와, 롤링 베어링(4Q)의 외륜(41Q)을 가진다.
나사축(1Q)은, 외주면에 나선홈(11)이 형성되어 있는 나선홈 형성부(15)와, 롤링 베어링(4)의 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 궤도홈 형성부(16)와, 이들 사이의 나사 절상부(切上部)(17)와, 모터접속단부(18)로 나누어진다. 궤도홈 형성부(16)는 외륜(41Q)으로 덮여 있다. 모터접속단부(18)는, 궤도홈 형성부(16)의 나사 절상부(17)와는 반대측에 연속되어 있는 축방향 단부이다.
나선홈 형성부(15), 궤도홈 형성부(16), 나사 절상부(17), 및 모터접속단부(18)의 모든 것에서, 외주면을 이루는 원의 직경은 같다. 즉, 나사축(1Q)의 외주면의 외경은, 모따기부를 제외하고 축방향 전체에서 같다. 나사축(1Q)의 양단부에 단차가공이 수행되어 있지 않다. 나사축(1Q)은, 도 1의 나사축(1)과 같은 소경부(111)를 갖지 않는다.
그리고 나사축(1Q)은, 축방향에 있어서의 도 18에 A에서 나타내는 범위, 즉, 나선홈 형성부(15)의 절상부(17)와는 반대측의 단부(端部, 15a)에서부터 궤도홈 형성부(16)의 모터접속단부(18)와의 경계 위치까지의 범위에서, 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]이 하기의 식 (1)을 충족하도록 열 처리되어 있다. 모터접속단부(18)에는 고주파 담금질 템퍼링이 수행되어 있다.
Figure pct00011
(식중, αS는 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 나사축의 나선홈의 수명비로서, αS>1이다.)
구체적으로는, 나사축(1Q)의 재료로서 고탄소 베어링강을 사용하고, 범위 A의 부분에 대해서는 고주파 열처리를 수행함으로써, 범위 A의 부분에서는 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]이 식 (1)을 충족하는 것으로 되어 있다.
그리고 너트(2)의 재료는 표면 경화강이고 탄소질화처리되어 있다. 볼(3)의 재료는 베어링강이며 침지 담금질이 이루어져 있다. 나사축(1), 너트(2), 볼(3)의 각 잔류 오스테나이트량 γR는 "γRS>γRN>γRB"를 충족하고 있다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 너트(2)의 내주면에 나선홈(21)이 형성되어 있다. 그리고 너트(2)는, 원통부(2A)와 플랜지부(2B)로 이루어지고, 축방향으로 관통하는 볼트삽통구멍이 플랜지부(2B)에 형성되어 있다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4Q)은, 나사축(1Q)의 궤도홈 형성부(16)에 형성된 9 열의 내륜 궤도홈(16a~16i)과, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 대향하는 외륜 궤도홈(401a~401i)을 가지는 외륜(41Q)과, 복수 개의 볼(제2의 볼)(42)과, 한 쌍의 시일(seal, 46)로 구성되어 있다. 복수 개의 볼(42)은, 대향하는 내륜 궤도홈(16a~16i) 및 외륜 궤도홈(401a~401i)의 사이에, 전동이 자재로 배치되어 있다. 각 시일(46)은, 나사축(1)의 나사 절상부(17)와, 모터접속단부(18)에 가까운 궤도홈 형성부(16)측에 접촉하고 있다.
도 19 및 도 20에 나타내는 바와 같이, 외륜(41Q)은 원통부(417)와 플랜지부(418)로 이루어진다. 원통부(417)에 외륜 궤도홈(401a~401i)이 형성되어 있다. 플랜지부(418)에, 축방향으로 관통하는 볼트삽통구멍(43)이 형성되어 있다. 그리고 원통부(417)에 외주면에서부터 각 외륜 궤도홈(401a~401i)까지 관통하는 전동체 삽입구멍(44)이 각각 형성되어 있다. 외륜(41Q)의 9 개의 전동체 삽입구멍(44)은, 축방향에 있어서의 이웃끼리의 것이 원통부(417)의 90°빗겨난 위치에 형성되어 있다. 각 전동체 삽입구멍(44)이 각각 덮개(47)로 막혀 있다.
도 21에 나타나는 바와 같이, 덮개(47)는, 축부(47a)와 두부(47b)로 이루어지고, 축부(47a)의 선단면(덮개부의 내면)(47c)은, 외륜 궤도홈(401a~401i)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있다. 두부(47b)에는 볼트삽통구멍(47d)과 카운터보어(counterbore)부(47e)가 형성되어 있다. 두부(47b)를 이루는 타원의 길이 방향을 직선 Lc는, 외륜(41Q)의 축방향으로 수직인 직선 Lt에 대해 기울어져 있다. 도 21(a)의 A-A단면이 도 19에 보이고 있다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 외륜(41Q)의 전동체 삽입구멍(44)은, 덮개(47)의 축부(47a)가 끼이는 형상의 내측부(44a)와, 두부(47b)가 끼이는 형상의 외측부(44b)로 이루어진다. 그리고 전동체 삽입구멍(44)의 내측부(44a)와 외측부(44b)와의 경계면(44c)에는, 덮개(47)의 각 볼트삽통구멍(47d)에 대응하는 위치에 암나사가 형성되어 있다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 각 전동체 삽입구멍(44)에서, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 외륜 궤도홈(401a~401i)으로 이루어지는 각 궤도에 볼(42)을 넣은 후에, 각 전동체 삽입구멍(44)에 덮개(47)를 끼운다. 그후, 도 20에 나타내는 바와 같이, 볼트삽통구멍(47d)에 볼트(49)를 넣어서 외륜(41Q)의 암나사에 나합함으로써, 덮개(47)가 전동체 삽입구멍(44)으로부터 떠오르지 않도록 고정한다.
롤링 베어링(4Q)은, 보호유지기를 갖지 않는 총 볼베어링이어도 좋으며, 볼(42)과 볼(42)의 사이에 합성수지제 또는 금속제의 스페이서 볼이나 합성수지제의 보호유지 피스가 배치되어 있어도 좋다.
그리고 도 19에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4Q)의 모터접속단부(18)측의 2 개의 궤도(외륜 궤도홈(401a, 401B)과 내륜 궤도홈(16a, 16b)에 의한 각 궤도) 사이에는 오프셋 예압방식으로 DB(배면조합)구조의 예압이 부여되어 있다. 즉, 가장 모터접속단부(18) 측의 궤도(외륜 궤도홈(401a)과 내륜 궤도홈(16a)에 의한 궤도)는, 예압부여를 위한 궤도이고, 그 이외의 궤도(하중부하용의 복수 열의 궤도)는 반대방향의 접촉각을 가진다.
그리고 볼 나사 장치(10Q)는, 직선 이동시키는 부재에 너트(2)를 고정하고, 롤링 베어링(4Q)의 외륜(41Q)을 하우징을 개재해서 기대에 고정하고, 나사축(1Q)의 모터접속단부(축방향 일단부)(18)에 모터를 접속해서 사용된다. 외륜(41Q)은, 원통부(417)를 하우징의 내부에 넣고, 플랜지부(418)를 하우징의 축방향 단면에 꽉 눌러서, 플랜지부(418)의 볼트삽통구멍(43)을 통과한 볼트에 의해 하우징에 고정된다.
나선홈 형성부(15)의 단부(15a)에는, 예를 들어 깊은 홈 볼 베어링을 부착하고, 그 외륜을 하우징을 개재해서 기대에 고정한다.
제10실시형태의 볼 나사 장치(10Q)에 의하면, 예압이 부여된 롤링 베어링(4Q)이 볼 나사와 일체로 되어 있기 때문에, 미리 요구에 응한 예압을 부여해둠으로써, 고객이 공작기계 등에 장착할 때에 예압조정을 할 필요가 없다.
예압의 부여를 고객이 행하는 경우는, 조립 정도의 오차가 커져서 회전 정도가 저하될 우려가 있다. 이에 대하여, 제10실시형태의 볼 나사 장치(10Q)에 의하면, 고객이 공작기계 등에 장착할 때에 예압조정을 할 필요가 없음으로써, 예압조정에 수반되는 회전 정도의 저하를 걱정할 필요가 없어진다. 잠금 너트를 사용해서 나사축에 롤링 베어링의 내륜을 부착하는 경우와 비교하여, 잠금 너트를 사용하지 않음으로써 모터 부착부의 훨링(whirling)을 억제할 수 있는 효과도 얻어진다. 그 때문에, 고객이 기계에 부착할 때에 흔들림의 조정이 불필요해지거나 용이하게 된다.
그리고 외륜(41Q)에 전동체 삽입구멍(44)이 형성되어 있기 때문에, 볼(42)이 외륜(41Q)의 외주면측에서, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 외륜 궤도홈(401a~401I)과의 사이에 간단하게 삽입할 수 있다. 그 때문에, 외륜(41Q)을 나사축(1Q)의 축방향 일단부(12)를 통과해서, 외륜 궤도홈(401a~401i)을 내륜 궤도홈(16a~16i)과 대향시킨 후에, 볼(42)을 양 궤도홈 사이에 배치할 수 있다.
따라서, 볼(42)을 장착한 상태의 외륜(41Q)을 나사축(1Q)의 축방향 일단부인 모터접속단부(18)로 통과할 필요가 있는 볼 나사 장치와 비교해서, 롤링 베어링의 조립에 드는 수고와 시간을 경감할 수 있다. 그리고 내륜 궤도홈(16a~16i) 및 외륜 궤도홈(401a~401i)을 바꾸지 않고, 사용하는 볼(42)의 직경을 바꿈으로써, 롤링 베어링(4)의 액시얼 방향 및 레이디얼 방향의 부하용량을 바꿀 수도 있다.
그리고 덮개(47)의 선단면(47c)이, 외륜 궤도홈(401a~401i)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있기 때문에, 롤링 베어링(4)으로서의 기능에 지장을 초래하지 않는다.
그리고 제10실시형태의 볼 나사 장치(10Q)는, 궤도를 9 열 갖는 롤링 베어링(4Q)을 갖지만, 9 열의 내륜 궤도홈(16a~16i)을 나사축(1Q)에 형성하고, 9 열의 외륜 궤도홈(401a~401i)을 한 개의 외륜(41Q)에 형성하고 있다. 이것에 의해, 9 개의 롤링 베어링을 별개 부품으로서 볼 나사에 장착하는 경우와 비교해서 부품수가 적게 되어 있다. 부품의 표면은 반드시 균일하지 않고, 접촉에 의해 미크로인 변형이 생긴다. 그 때문에 볼 나사 장치(10Q)에 의하면, 부품간의 접촉이 적어지는만큼 변형이 적어져서 강성이 향상된다.
그리고 볼 나사 장치(10Q)의 사용시에, 나사축(1)의 궤도홈 형성부(16)에 대하여, 도 18 및 도 19에서 우향(右向)의 큰 하중이 걸리는 경우, 롤링 베어링(4Q)에 축방향에서 불균일한 하중(축방향에서 너트(2)에 가까운 측에 대하여 너트(2)로부터 먼 측보다도 큰 하중)이 부여된다. 이 경우, 롤링 베어링(4Q)은, 9 열의 궤도 중 가장 모터접속단부(18) 측의 예압부여용 궤도 이외의 8 열에서 하중을 부담하기 때문에, 1 열당의 하중이 작아진다. 따라서, 롤링 베어링(4Q)의 가장 큰 하중이 걸리는 플랜지부(418)측의 궤도에 존재하는 볼(42)이 조기에 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 9 열의 전동체 삽입구멍(44)이 외륜(41Q)의 원주방향으로 균등하게 배치되어 있기 때문에, 축방향 하중이 가해진 때의 축에 수직인 면 내에서의 외륜(41Q)의 변형을 균일화할 수 있다. 이로써, 외륜(41Q)의 수명이 길어진다.
이와 같이, 볼 나사 장치의 나사축의 궤도홈 형성부에 대하여 축방향에서 불균일한 큰 하중이 걸린 경우, 롤링 베어링의 궤도의 수를 3 열 이상으로 하고, 3 열 이상의 궤도 중의 1 열(상기 하중의 작용점으로부터 먼 측)을 예압부여용의 궤도로 하고, 다른 복수 열(상기 하중의 작용점에 가까운 측)을 하중 부하용의 궤도로 하여 1 열당의 하중을 가볍게 하는 것이 바람직하다.
그리고 나사축(1Q)의 외주면의 외경이 모따기부를 제외하고 축방향 전체에서 같고, 나사축(1Q)에 단차가공이 수행되어 있지 않다. 이것에 수반하여, 나선홈 형성부(15)의 단부(端部, 15a) 및 모터접속단부(18)에 응력집중이 생기지 않으므로 단차가공이 수행되어 있는 나사축과 비교해서, 나선홈 형성부(15)의 단부(15a) 및 모터접속단부(18)의 비틀림이나 굽힘에 대한 강성이 향상되기 때문에 내구성이 향상된다.
그리고 나사축(1Q)의 외주면의 외경이 나선홈 형성부(15)와 궤도홈 형성부(16)에서 같기 때문에, 나사축(1Q)의 외주면의 외경이 나선홈 형성부(15)와 궤도면 형성부(16)에서 외경이 다른 경우와 비교해서, 응력집중이 회피되기 때문에 내구성이 향상되는 동시에, 가공 코스트가 저감된다.
그리고 나선홈 형성부(15)의 단부(15a) 및 모터접속단부(18)에 단차가공시의 잔류응력이 존재하지 않기 때문에, 이들의 단부(端部)에 변형이 생기기 않으므로 이들의 단부의 흔들림의 정도가 양호해진다. 단차가공을 행하지 않음으로써 가공 코스트를 저감할 수 있다.
더욱이, 제10실시형태의 볼 나사 장치(10Q)에서는, 나사축(1Q)의 축방향에 있어서의 범위 A에서, 즉, 나선홈 형성부(15), 궤도홈 형성부(16), 및 나사 절상부(17)의 모든 것에 있어서, 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]가 식 (1)을 충족하기 때문에, 볼 나사부 및 베어링부의 양쪽의 내구성이 높아진다.
또한, 나사 절상부(17)에는 시일(seal, 46)의 립부가 접촉해서 접동(摺動)하지만, 나사 절상부(17)의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]가 식 (1)을 충족함으로써 나사 절상부(17)의 시일(46)에 따른 마모를 저감할 수 있다.
[제11실시형태]
도 22에 나타내는 바와 같이, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)는, 나사축(1J), 너트(2), 및 볼(제1의 볼)(3)을 구비한 볼 나사와, 롤링 베어링(4J)의 외륜(41J)을 가진다.
나사축(1J)은, 외주면에 나선홈(11)이 형성되어 있는 나선홈 형성부(15)와, 롤링 베어링(4)의 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 궤도홈 형성부(16)와, 이들 사이의 나사 절상부(17)와, 모터접속단부(18)로 나누어진다. 궤도홈 형성부(16)는 외륜(41J)으로 덮여 있다. 모터접속단부(18)는, 궤도홈 형성부(16)의 나사 절상부(17)와는 반대측에 연결되어 있는 축방향 단부이다.
나선홈 형성부(15), 궤도홈 형성부(16), 및 나사 절상부(17)에서는, 외주면을 이루는 원의 직경이 같다. 모터접속단부(18)의 직경은 궤도홈 형성부(16)의 외경보다 작다. 즉, 모터접속단부(18)는 소경부로 되어 있다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 너트(2)의 내주면에 나선홈(21)이 형성되어 있다. 그리고 너트(2)는, 원통부(2A)와 플랜지부(2B)로 이루어지고, 축방향으로 관통하는 볼트삽통구멍이 플랜지부(2B)에 형성되어 있다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4J)은, 나사축(1J)의 궤도홈 형성부(16)에 형성된 9 열의 내륜 궤도홈(16a~16i)과, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 대향하는 외륜 궤도홈(401a~401i)을 가지는 외륜(41J)과, 복수 개의 볼(제2의 볼)(42)과, 한 쌍의 시일(46)로 구성되어 있다. 복수 개의 볼(42)은, 대향하는 내륜 궤도홈(16a~16i) 및 외륜 궤도홈(401a~401i)의 사이에 전동이 자재로 배치되어 있다. 복수 개의 볼(42)은, 금속제 또는 세라믹제이다. 각 시일(46)은, 나사축(1)의 나사 절상부(17)와, 모터접속단부(18)에 가까운 궤도홈 형성부(16) 측에 접촉하고 있다.
도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 외륜(41J)은 원통부(417)와 플랜지부(418)로 이루어진다. 원통부(417)에 외륜 궤도홈(401a~401i)이 형성되어 있다. 플랜지부(418)에, 축방향으로 관통하는 볼트삽통구멍(43)이 형성되어 있다. 그리고 원통부(417)에, 외주면에서부터 각 외륜 궤도홈(401a~401i)까지 관통하는 전동체 삽입구멍(44)이 각각 형성되어 있다. 외륜(41J)의 9 개의 전동체 삽입구멍(44)은, 축방향에 있어서의 이웃끼리의 것이 원통부(417)의 90°빗겨난 위치에 형성되어 있다. 각 전동체 삽입구멍(44)이 각각 덮개(47)로 막혀있다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 덮개(47)는, 축부(47a)와 두부(47b)로 이루어지고, 축부(47a)의 선단면(덮개부의 내면)(47c)은, 외륜 궤도홈(401a~401i)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있다. 두부(47b)에는, 볼트삽통구멍(47d)과 카운터보어부(47e)가 형성되어 있다. 두부(47b)를 이루는 타원의 길이 방향을 나타내는 직선 Lc는, 외륜(41J)의 축방향으로 수직인 직선 Lt에 대해 기울어져 있다. 도 21(a)의 A-A단면이 도 23에 보이고 있다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 외륜(41J)의 전동체 삽입구멍(44)은, 덮개(47)의 축부(47a)가 끼이는 형상의 내측부(44a)와, 두부(47b)가 끼이는 형상의 외측부(44b)로 이루어진다. 그리고 전동체 삽입구멍(44)의 내측부(44a)와 외측부(44b)와의 경계면(44c)에는, 각 볼트삽통구멍(47d)에 대응하는 위치에 암나사가 형성되어 있다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 각 전동체 삽입구멍(44)에서, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 외륜 궤도홈(401a~401i)으로 이루어지는 각 궤도에 볼(42)을 넣은 후에, 각 전동체 삽입구멍(44)에 덮개(47)를 끼운다. 그 후, 도 24에 나타내는 바와 같이, 볼트삽통구멍(47d)에 볼트(49)를 넣어서 외륜(41j)의 암나사에 나합으로써, 덮개(47)가 전동체 삽입구멍(44)으로부터 떠오르지 않도록 고정한다.
롤링 베어링(4J)은, 보호유지기를 갖지 않은 총 볼 베어링으로서도 좋으며, 볼(42)과 볼(42)의 사이에, 합성수지제 또는 금속제의 스페이서 볼이나 합성수지제의 보호유지피스가 배치되어 있어도 좋다.
그리고 도 23에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4J)의 모터접속단부(18) 측의 2 개의 궤도(외륜 궤도홈(401a, 401b)과 내륜 궤도홈(16a, 16b)에 의한 각 궤도) 사이에서는, 내륜 궤도홈보다도 외륜 궤도홈에서, 서로 이웃하는 홈 바닥간의 거리가 크다. 다른 궤도 사이에서는 내륜 궤도홈과 외륜 궤도홈에서, 서로 이웃하는 홈 바닥간의 거리가 같다. 이로써, 롤링 베어링(4J)에는, 오프셋 예압방식으로 DB(배면조합) 구조의 예압이 부여되어 있다. 즉, 가장 모터접속단부(18) 측의 궤도(외륜 궤도홈(401a)과 내륜 궤도홈(16a)에 의한 궤도)는, 예압 부여를 위한 궤도이고, 그 이외의 궤도(하중부담용의 복수 열의 궤도)와는 반대방향의 접촉각을 가진다.
볼 나사 장치(10J)는, 예를 들어 너트(2)를 전동사출성형기의 형(型) 조임 유닛의 플래턴(platen)에 고정하고, 롤링 베어링(4J)의 외륜(41J)을 하우징을 개재해서 기대에 고정하고, 나사축(1J)의 모터접속단부(축방향 일단부)(18)에 모터를 접속해서 사용된다. 외륜(41J)은, 원통부(417)를 하우징의 내부에 넣고, 플랜지부(418)를 하우징의 축방향 단부에 꽉 눌러서, 플랜지부(418)의 볼트삽통구멍(43)을 통과한 볼트에 의해 하우징에 고정된다.
제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)에 의하면, 예압이 부여된 롤링 베어링(4J)이 볼 나사와 일체로 되어 있기 때문에, 미리 요구에 응한 예압을 부여해둠으로써, 고객이 공작기계 등에 장착할 때에 예압 조정을 할 필요가 없다.
예압의 부여를 고객이 행하는 경우는, 조립 정도의 오차가 커져서 회전 정도가 저하될 우려가 있다. 이에 대하여, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)에 의하면, 고객이 공작기계 등에 장착할 때에 예압 조정을 할 필요가 없음으로써, 예압 조정에 수반되는 회전 정도의 저하를 걱정할 필요가 없어진다. 잠금 너트를 사용해서 나사축에 롤링 베어링의 내륜을 부착하는 경우와 비교하여, 잠금 너트를 사용하지 않음으로써 모터 부착부의 훨링(whirling)을 억제할 수 있는 효과도 얻어진다. 그 때문에, 고객이 기계에 부착할 때에, 흔들림의 조정이 불필요해지거나 용이해진다.
그리고 외륜(41J)에 전동체 삽입구멍(44)이 형성되어 있기 때문에, 볼(42)이, 외륜(41J)의 외주면 측에서부터, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 외륜 궤도홈(401a~401i)과의 사이에 간단하게 삽입할 수 있다. 그 때문에, 외륜(41J)을 나사축(1J)의 축방향 일단부(12)로 통과해서, 외륜 궤도홈(401a~401i)을 내륜 궤도홈(16a~16i)과 대향시킨 후에, 볼(42)을 양 궤도홈 사이에 배치할 수 있다.
따라서, 볼(42)을 장착한 상태의 외륜(41J)을 나사축(1J)의 축방향 일단부인 모터접속단부(18)로 통과할 필요가 있는 볼 나사 장치와 비교해서, 롤링 베어링의 조립에 드는 수고나 시간을 경감할 수 있다. 그리고 내륜 궤도홈(61a~16i) 및 외륜 궤도홈(401a~401i)을 바꾸지 않고, 사용하는 볼(42)의 직경을 바꿈으로써, 롤링 베어링(4)의 액시얼 방향 및 레이디얼 방향의 부하용량을 바꿀 수도 있다.
그리고 덮개(47)의 선단면(47c)이, 외륜 궤도홈(401a~401i)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있기 때문에, 롤링 베어링(4)으로서의 기능에 지장을 초래하지 않는다.
그리고, 제11 실시형태의 볼 나사 장치(10J)는, 궤도를 9 열 갖는 롤링 베어링(4J)을 갖지만, 9 열의 내륜 궤도홈(16a~16i)을 나사축(1J)에 형성하고, 9 열의 외륜 궤도홈(401a~401i)을 한 개의 외륜(41J)에 형성하고 있다. 이것에 의해, 9 개의 롤링 베어링을 별도 부품으로서 볼 나사에 장착하는 경우와 비교해서 부품수가 적어지고 있다. 부품의 표면은 반드시 균일하지 않고, 접촉에 의해 미크로인 변형이 생긴다. 그 때문에, 볼 나사 장치(10J)에 의하면, 부품간의 접촉이 적어지는 만큼 변형이 적어져서 강성이 향상된다.
그리고 나사축(1J)의 외주면의 외경이 나선홈 형성부(15)와 궤도홈 형성부(16)에서 같기 때문에, 나사축(1J)의 외주면의 외경이 나선홈 형성부(15)와 궤도홈 형성부(16)에서 외경이 다른 경우와 비교해서, 응력 집중이 회피되기 때문에 내구성이 향상되는 동시에, 가공 코스트가 저감된다.
그리고 너트(2)가 상기 플래턴에 고정되어 있는 경우, 볼 나사 장치(10J)의 사용시에, 나사축(1)의 궤도홈 형성부(16)에 대해, 도 22 및 도 23에 화살표 P로 가리키는 방향의 큰 하중이 걸리고, 롤링 베어링(4J)에 축방향에서 불균일한 하중(축방향에서 너트(2)에 가까운 측에 대해 너트(2)로부터 먼 측보다도 큰 하중)이 부여된다.
이에 대하여, 롤링 베어링(4J)은, 9 열의 궤도를 가지고, 가장 모터접속단부(18) 측의 예압부여용 궤도 이외의 8 열에서 하중을 부담하기 때문에, 1 열당의 하중이 작아진다. 이로써, 롤링 베어링(4J)의 가장 큰 하중이 걸리는 플랜지부(418) 측의 궤도에 존재하는 볼(42)이 조기에 손상되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 9 열의 전동체 삽입구멍(44)이 외륜(41J)의 원주방향으로 균등하게 배치되어 있기 때문에, 축방향 하중이 가해진 때의 축에 수직인 면 내에서의 외륜(41J)의 변형을 균일화할 수 있다. 이것에 의해, 외륜(41J)의 수명이 길어진다.
이상의 것으로부터, 본 실시형태의 볼 나사 장치(10J)에 의하면, 롤링 베어링(4J)에 축방향에서 불균일한 하중이 부여되는 용도로 사용된 경우의 롤링 베어링(4J)의 수명을 길게 할 수 있다.
[제12실시형태]
도 25는, 제12실시형태의 볼 나사 장치(10K)를 구성하는 롤링 베어링(4K)을 나타내고 있다. 제12실시형태의 볼 나사 장치(10K)는, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)의 외륜(41J)과는 다른 외륜(41K)을 가진다. 볼 나사 장치(10K)의 나사축(1K)은, 볼 나사 장치(10J)의 나사축(1J)과는 다른 궤도홈 형성부(16K)를 가진다. 이들의 점을 제외하고, 제12실시형태의 볼 나사 장치(10K)는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다.
도 25에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4K)은 9 열의 궤도를 가지고, 각 궤도를 형성하는 내륜 궤도홈(16a~16i) 및 외륜 궤도홈(401a~401i)의 홈 단면형상은 고딕 아크형상이다.
롤링 베어링(4K)의 9 열의 궤도 중, 플랜지부(418)로부터 가장 멀어진 위치(도 22에 나타내는 모터접속단부(18) 측)의 2 개의 궤도(외륜 궤도홈(401a, 401b)과 내륜 궤도홈(16a, 16b)에 의한 각 궤도) 사이에서는, 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 홈 바닥간 거리 L11이, 내륜 궤도홈(16a, 16b)의 홈 바닥간 거리 L21보다 크다.
그리고 외륜 궤도홈(401b, 401c)의 홈 바닥간 거리 L12는 내륜 궤도홈(16b, 16c)의 홈 바닥간 거리 L22와 같다. 외륜 궤도홈(401c, 401d)의 홈 바닥간 거리 L13은 내륜 궤도홈(16c, 16d)의 홈 바닥간 거리 L23과 같다. 외륜 궤도홈(401d, 401e)의 홈 바닥간 거리 L14는 내륜 궤도홈(16d, 16e)의 홈 바닥간 거리 L24와 같다. 외륜 궤도홈(401e, 401f)의 홈 바닥간 거리 L15는 내륜 궤도홈(16e, 16f)의 홈 바닥간 거리 L25와 같다.
외륜 궤도홈(401f, 401g)의 홈 바닥간 거리 L16은 내륜 궤도홈(16f, 16g)의 홈 바닥 거리 사이 L26과 같다. 외륜 궤도홈(401g, 401h)의 홈 바닥간 거리 L17은 내륜 궤도홈(16g, 16h)의 홈 바닥간 거리 L27과 같다. 외륜 궤도홈(401d, 401e)의 홈 바닥간 거리 L14는 내륜 궤도홈(16d, 16e)의 홈 바닥간 거리 L24와 같다.
그리고 9 열의 궤도 중, 가장 플랜지부(410)에 가까운 2 개의 궤도(외륜 궤도홈(401h, 401i)과 내륜 궤도홈(16h, 16i)에 의한 각 궤도) 사이에서는, 외륜 궤도홈(401h, 401i)의 홈 바닥간 거리 L18이, 내륜 궤도홈(16h, 16i)의 홈 바닥간 거리 L28보다 작다. 이로써, 예압량이, 9 열의 궤도중 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도(외륜 궤도홈(401i)과 내륜 궤도홈(16i)에 의한 궤도)에서 다른 8 개의 궤도보다 작게 되어 있다.
롤링 베어링(4K)은, 상술한 점을 제외하고 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)과 같다.
이 볼 나사 장치(10K)도, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 마찬가지로, 예를 들어, 너트(2)를 전동사출성형기의 형(型) 조임 유닛의 플래턴(platen)에 고정하고, 롤링 베어링(4K)의 외륜(41K)을 하우징을 개재해서 기대에 고정하고, 나사축(1K)의 모터접속단부(축방향 일단부)(18)에 모터를 접속해서 사용된다. 외륜(41K)은, 원통부(417)를 하우징의 내부에 넣고, 플랜지부(418)를 하우징의 축방향 단면에 꽉 눌러서 플랜지부(418)의 볼트삽통구멍(43)을 통과한 볼트에 의해 하우징에 고정된다.
이 사용상태에서는, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 마찬가지로, 나사축(1)의 궤도홈 형성부(16k)에 도 25에 화살표 P로 가리키는 방향의 하중이 걸리고, 롤링 베어링(4K)에 축방향에서 불균일한 하중(축방향에서 너트(2)에 가까운 플랜지부측에 대해 너트(2)로부터 먼 반 플랜지부측보다도 큰 하중)이 부여된다.
이것에 수반하여, 플랜지부(418)에 가까운 측의 궤도에서 플랜지부(418)로부터 먼 측의 궤도보다 변형이 커진다. 즉, 예압량을 축방향에서 모두 같게 한 경우에는, 롤링 베어링의 축방향에서의 변형량이 불균일하게 된다. 이것에 대하여, 제12실시형태의 볼 나사 장치(10K)에서는, 예압량이, 9 열의 궤도중 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도에서 다른 8 개의 궤도보다 작게 되어 있기 때문에, 롤링 베어링(4K)의 축방향에서의 변형량이 균일화된다.
그리고 제12실시형태의 볼 나사 장치(10K)는, 상기 효과 이외에도 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같은 구성을 가짐으로써, 그 구성에 의해 볼 나사 장치(10J)가 얻어지는 효과와 같은 효과를 갖는다.
[제13실시형태]
도 26은, 제13실시형태의 볼 나사 장치(10L)를 구성하는 롤링 베어링(4L)을 나타내고 있다. 제13실시형태의 볼 나사 장치(10L)는, 롤링 베어링(4L)의 부분을 제외하고 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다. 제13실시형태의 볼 나사 장치(10L)를 구성하는 롤링 베어링(4L)은, 이하의 점을 제외하고, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)과 같다.
도 26에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4L)에서는, 롤링 베어링(4J)과 마찬가지로, 나사축(1L)의 궤도홈 형성부(16L)에 9 열의 내륜 궤도홈(16a~16i)이 형성되고, 외륜(41K)에 9 열의 외륜 궤도홈(401a~401i)이 형성되어 있다. 롤링 베어링(4J)에서는 모든 궤도홈이 같은 형상 및 같은 치수이고, 같은 치수의 볼(42)이 배치되어 있다.
이것에 대하여, 롤링 베어링(4L)에서는, 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도(내륜 궤도홈(16i)과 외륜 궤도홈(401i)으로 형성되는 궤도)와 그 이외의 궤도에서, 궤도홈의 치수가 다르다. 구체적으로는, 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도에서 그 이외의 궤도보다도 궤도홈이 크게 형성되어 있다. 즉, 내륜 궤도홈(16i)의 폭(축방향의 치수) 및 깊이는, 내륜 궤도홈(16a~16h)의 폭 및 깊이보다 크다. 외륜 궤도홈(401i)의 폭(축방향의 치수) 및 깊이는, 외륜 궤도홈(401a~401h)의 폭 및 깊이보다 크다.
그리고 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도에 배치되는 볼(42a)의 직경이, 그 이외의 궤도에 배치되는 볼(42)의 직경보다 크다.
그리고 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도에 형성된 전동체 삽입구멍(44)을 막는 덮개(47a)의 선단면(47c)은, 다른 것보다 치수가 큰 외륜 궤도홈(401i)의 일부를 이루는 오목 모양이며, 다른 덮개(47)와는 다른 치수로 형성되어 있다.
이 볼 나사 장치(10K)를, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같은 사용상태로 한 경우, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 마찬가지로, 플랜지부(418)측(하중작용점에 가까운 측)의 궤도에서 플랜지부(418)와는 반대측(먼 측)의 궤도보다 변형이 커진다.
이것에 대하여, 제13실시형태의 볼 나사 장치(10L)에서는, 플랜지부(418)에 가장 가까운 궤도의 치수를 다른 것보다도 크게 해서, 볼(42a)의 직경을 다른 궤도의 볼(42)보다도 크게하고 있기 때문에, 가장 큰 하중을 받는 궤도의 부하용량이 다른 궤도보다도 크게 되어 있다. 즉, 가장 큰 하중을 받는 궤도의 수명을 길게 하는 대책이 수행되어 있기 때문에, 볼(42a) 롤링 베어링(4L)의 전체적인 수명이 길어진다.
그리고 제13실시형태의 볼 나사 장치(10L)는, 상기 효과 이외에도, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같은 구성을 가짐으로써, 그 구성에 의해 볼 나사 장치(10J)가 얻어지는 효과와 같은 효과를 갖는다.
[제14실시형태]
도 27은, 제14실시형태의 볼 나사 장치(10M)를 구성하는 롤링 베어링(4M)을 나타내고 있다. 제14실시형태의 볼 나사 장치(10M)는, 롤링 베어링(4M)의 부분을 제외하고 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다. 제14실시형태의 볼 나사 장치(10M)를 구성하는 롤링 베어링(4M)은, 이하의 점을 제외하고, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)과 같다.
롤링 베어링(4J)의 외륜(41J)에서는 플랜지부(418)를 너트(2)에 가장 가까운 위치에 마련하고 있으나, 롤링 베어링(4M)의 외륜(41M)에서는, 플랜지부(418)를 너트(2)로부터 가장 먼 위치에 마련하고 있다.
이 볼 나사 장치(10M)를, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같은 사용상태로 한 경우, 나사축(1M)의 궤도홈 형성부(16M)에 도 27에 화살표 P로 가리키는 방향의 하중이 걸리고, 롤링 베어링(4M)에 축방향에서 불균일한 하중(축방향에서 너트(2)에 가까운 측에 대해 너트(2)로부터 먼 측보다도 큰 하중)이 부여된다.
이에 대하여, 제14실시형태의 볼 나사 장치(10L)에서는, 롤링 베어링(4M)의 외륜(41M)의 플랜지부(418)를 너트(2)로부터 가장 먼 위치에 마련하고 있기 때문에, 플랜지부(418)를 너트(2)에 가장 가까운 위치에 마련하고 있는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 비교하여, 롤링 베어링의 축방향에서의 변형량의 불균일성이 개선된다.
그리고 제14실시형태의 볼 나사 장치(10M)는, 상기 효과 이외에도, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같은 구성을 가짐으로써, 그 구성에 의해 볼 나사 장치(10J)가 얻을 수 있는 효과와 같은 효과를 가진다.
[제10 내지 제14실시형태에 대한 비고]
제10 내지 제14실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링에서는, 외륜의 원통부(외륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분)(417)의 축방향 양단부 이외에, 전동체 삽입구멍(44)을 마련하고 있지 않은 부분이 존재하지 않기 때문에, 플랜지부(418)를 외륜의 원통부(417)의 축방향 단부에 마련하고 있다.
그러나 외륜의 원통부(417)의 축방향 양단부 이외의 부분(축방향 중앙부)에 전동체 삽입구멍(44)이 존재하지 않도록, 전동체 삽입구멍(44)의 배치를 바꿔서, 이 부분에 플랜지를 마련하여도 좋다. 이 경우, 외륜의 플랜지가 형성되어 있는 부분의 내주면에도 외륜 궤도홈이 존재한다. 그리고 이와 같이 외륜의 축방향 중앙부에 플랜지가 배치된 경우도, 플랜지부(418)를 너트(2)에 가장 가까운 위치에 마련하고 있는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 비교하여, 롤링 베어링의 축방향에서의 변형량의 불균일성이 개선된다.
제10 내지 제14 실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링에서는, 9 열의 궤도중의 하중작용점에서부터 가장 멀어진 2 개의 궤도 사이에서, 외륜 궤도홈(401a, 401b)의 홈 바닥간 거리 L11를 내륜 궤도홈(16a, 16b)의 홈 바닥간 거리 L21보다 크게 함으로써, 오프셋 예압방식으로 예압이 부여되어 있다. 즉, 예압부여를 위한 궤도를 1 열 갖고, 그 이외의 궤도를 8 열 가진다.
그러나 예압부여를 위한 궤도는 복수 열 가지고 있어도 좋으며, 그 경우에는, 그 이외의 궤도를 예압부여를 위한 궤도의 수보다 많게 마련한다. 그리고 예압은 오프셋 예압 이외의 방식으로 부여되어 있어도 좋다.
[제15실시형태]
도 28에는, 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링(4N)의 축방향으로 수직인 단면(궤도홈 바닥 위치에서의 단면)이 나타나 있다.
외륜 궤도홈(401n)의 홈 바닥 위치에서의 외륜(41N)의 단면적과, 나사축의 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분(16N)의 내륜 궤도홈(16n)의 홈 바닥 위치에서의 단면적을 같게 함으로써, 양자의 단면적에 차이가 있는 경우와 비교하여, 외륜(41N)과 나사축의 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분(16N)과의 변형량의 차이를 작게 할 수 있다.
그리고 양자의 단면적에 차이가 있는 경우라도, 그 차이를 작게함으로써, 외륜(41N)과 나사축의 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분(16N)과의 변형량의 차이를 작게 할 수 있다.
[제16실시형태]
도 29는, 제16실시형태의 볼 나사 장치(10R)를 구성하는 롤링 베어링(4M)을 나타내고 있다. 제16실시형태의 볼 나사 장치(10R)는, 롤링 베어링(4R)의 부분을 제외하고 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다. 제14실시형태의 볼 나사 장치(10R)를 구성하는 롤링 베어링(4R)은, 이하의 점을 제외하고, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)과 같다.
도 29의 C-C 단면도인 도 30에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(4R)에서는, 볼(42)과 볼(42)의 사이에 보호유지피스(8)가 배치되어 있다. 보호유지피스(8)는 도 31에 나타내는 바와 같이, 원주체의 양 바닥면에, 볼(42)의 구면(球面)에 대응하는 구면모양의 오목부(81)가 형성된 것이다.
보호유지피스(8)가 배치되어 있음으로써, 강제(鋼製)의 볼(42) 끼리의 경합을 방지할 수 있기 때문에, 볼(42)의 내구성이 향상된다. 그리고 관형(冠型) 보호유지기를 사용한 경우에는, 링형상을 유지하기 위한 두께를 확보할 필요가 있다. 즉, 보호유지피스(78)를 사용함으로써, 관형 보호유지기를 사용한 경우보다도 외륜 내경과 내륜 외경의 차분을 작게 할 수 있다. 그 결과, 궤도홈을 보다 깊게 가공할 수 있으므로, 접촉각도를 가능한한 크게 취할 수 있기 때문에, 액시얼 하중에 대한 내구성이 향상된다.
또한, 이 실시형태의 롤링 베어링(4R)은, 제11실시형태의 롤링 베어링(4J)과 마찬가지로, 도 21에 나타내는 덮개(47)를 가진다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 덮개(47)의 두부(頭部, 47b)를 이루는 타원의 길이방향을 나타내는 직선 Lc는, 외륜(41R)의 축방향으로 수직인 직선 Lt에 대하여 기울어져 있다. 그리고 2 개의 볼트삽통구멍(47d)의 중심이 직선 Lc상에 존재하고 있다.
그리고 도 30에 나타내는 바와 같이, 외륜(41R)의 전동체 삽입구멍(44)에 덮개(47)를 끼운 후에, 도 29에 나타내는 바와 같이, 외륜(41R)의 랜드부(서로 이웃하는 외륜 궤도홈(401)의 사이의 부분)(402)에 형성된 암나사구멍에, 볼트(49)를 나합(螺合)한다. 이로써, 덮개(47)가 외륜(41R)의 전동체 삽입구멍(44)에 고정된다.
이와 같이 암나사구멍이, 외륜 궤도홈(401)이 형성되어 있는 부분보다도 두꺼운 부분인 랜드부(402)에 형성되어 있음으로써, 덮개(47)를 부착하기 위한 암나사의 축방향 치수(깊이)를 확보할 수 있는 동시에, 베어링 외경을 작게 할 수 있다.
[제17실시형태]
도 32는, 제17실시형태의 볼 나사 장치(10S)를 구성하는 롤링 베어링(4S)을 나타내고 있다. 제17실시형태의 볼 나사 장치(10S)는, 롤링 베어링(4R)의 부분을 제외하고 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다. 제17실시형태의 볼 나사 장치(10S)를 구성하는 롤링 베어링(4S)은, 이하의 점을 제외하고, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)과 같다.
이 실시형태의 롤링 베어링(4S)은, 도 21에 나타내는 덮개(47) 대신에, 도 33에 나타내는 덮개(48)를 가진다. 도 33에 나타내는 바와 같이, 덮개(48)는, 축부(48a)와 두부(48b)로 이루어진다. 축부(48a)의 평면형상은 긴 구멍 형상이고, 축부(48a)의 선단면(덮개부의 내면)(48c)은, 외륜 궤도홈(401a~401i)의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되어 있다.
두부(48b)의 평면형상은 긴 구멍 형상이고, 두부(48b)에는, 볼트삽통구멍(48d)과 카운터보어부(48e)가 형성되어 있다. 두부(48b)를 이루는 타원형의 길이방향을 나타내는 직선 Lc는, 외륜(41S)의 축방향으로 수직인 직선 Lt에 대하여 기울어져 있다. 2 개의 볼트삽통구멍(48d)의 중심은, 직선 Lc상이 아니라, 직선 Lt에 대한 경사가 직선 Lc보다도 큰 직선 Ld상에 존재하고 있다. 도 33(a)의 A-A단면이 도 32에 보이고 있다.
도 32에 나타내는 바와 같이, 외륜(41S)의 전동체 삽입구멍(44)은, 덮개(48)의 축부(48a)가 끼이는 형상의 내측부(44a)와, 두부(48b)가 끼이는 형상의 외측부(44b)로 이루어진다. 그리고 전동체 삽입구멍(44)의 내측부(44a)와 외측부(44b)와의 경계면(44c)에는, 각 볼트삽통구멍(48d)에 대응하는 위치에 암나사가 형성되어 있다.
외륜(41S)의 전동체 삽입구멍(44)에 덮개(47)를 끼운 후에, 도 34에 나타내는 바와 같이, 외륜(41S)의 랜드부(서로 이웃하는 외륜 궤도홈(401)의 사이의 부분)(402)에 형성된 암나사구멍에, 볼트(49)를 나합한다. 이로써, 덮개(47)가 외륜(41S)의 전동체 삽입구멍(44)에 고정된다.
이와 같이, 암나사구멍이, 외륜 궤도홈(401)이 형성되어 있는 부분보다도 두꺼운 부분인 랜드부(402)에 형성되어 있음으로써, 덮개(48)를 부착하기 위한 암나사의 축방향 치수(깊이)를 확보할 수 있는 동시에, 베어링 외경을 작게 할 수 있다.
그리고 축부(48a)의 평면형상이 긴 구멍 형상이기 때문에, 전동체 삽입구멍(44)의 내측부(44a)도 긴 구멍 모양으로 되어 있다. 전동체 삽입구멍의 내측부(44a)가 원형인 경우는, 삽입된 축부(48a)가 회전해서 볼(42)이나 보호유지기와 간섭하고, 롤링 베어링(4S)의 작동성이 나빠질 가능성이 있다. 전동체 삽입구멍(44)의 내측부(44a)가 긴 구멍모양이면, 이 가능성이 없어진다. 그 때문에, 축부(48a)의 평면형상이 긴 구멍 형상인 덮개(48)를 사용함으로써, 롤링 베어링(4S)의 작동성이 좋아진다.
[제18실시형태]
도 35는, 제18실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링(4T)을 나타내고 있다. 제18실시형태의 볼 나사 장치는, 롤링 베어링(4T)의 부분을 제외하고 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다. 제18실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링(4T)은, 이하의 점을 제외하고, 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)과 같다.
이 실시형태의 롤링 베어링(4T)은, 도 21에 나타내는 덮개(47) 대신에 도 36에 나타내는 덮개(471)를 가진다. 도 35에 나타내는 바와 같이, 외륜(41T)은, 모든 외륜 궤도홈(401a~401i)에 걸쳐서 형성된 한 개의 전동체 삽입구멍(44)을 가지며, 전동체 삽입구멍(44)이 한 개의 덮개(471)로 막혀 있다.
도 36에 나타내는 바와 같이, 덮개(471)는, 축부(471a)와 두부(471b)로 이루어지고, 축부(471a)의 선단면(덮개부의 내면)에, 각 외륜 궤도홈(401a~401i)의 일부를 이루는 9 열의 오목부(417c)가 형성되어 있다. 두부(471b)의 길이 방향 양단에는 볼트삽통구멍(471d)과 카운터보어부(471e)가 형성되어 있다.
도 35에 나타내는 바와 같이, 외륜(41T)의 전동체 삽입구멍(44)은, 덮개(471)의 축부(471a)가 끼이는 형상의 내측부(44a)와, 두부(417b)가 끼이는 형상의 외측부(441b)로 이루어진다. 그리고 전동체 삽입구멍(44)의 내측부(44a)와 외측부(44b)와의 경계면(44c)에는, 덮개(471)의 각 볼트삽통구멍(471d)에 대응하는 위치에 암나사가 형성되어 있다.
전동체 삽입구멍(44)으로부터, 내륜 궤도홈(16a~16i)과 외륜 궤도홈(401a~401i)으로 이루어지는 각 궤도에 볼(42)를 넣은 후에, 전동체 삽입구멍(44)에 덮개(471)를 끼운다. 그 후, 양 단의 볼트삽통구멍(471d)에 볼트를 넣어서 외륜(41T)의 암나사에 나합함으로써, 덮개(741)가 전동체 삽입구멍(44)으로부터 떠오르지 않도록 고정한다.
이와 같이 제18실시형태의 볼 나사 장치에서는, 롤링 베어링(4T)이 9 열의 궤도를 가지나, 이들의 모든 궤도에 대한 볼(42)의 삽입을 한 개의 전동체 삽입구멍(44)에서부터 행한 후에, 전동체 삽입구멍(44)을 한 개의 덮개(471)로 막음으로써 롤링 베어링(41)을 조립할 수 있다. 따라서, 각 궤도에 전동체 삽입구멍을 마련해서 각 전동체 삽입구멍을 덮개로 막고 있는 제11실시형태의 볼 나사 장치보다도, 롤링 베어링의 조립작업효율이 높아진다.
즉, 다열(多列) 구조인 롤링 베어링을 갖는 볼 나사 장치의 경우, 2 열 이상의 궤도마다 전동체 삽입구멍을 마련하고, 이에 대응하는 덮개로 전동체 삽입구멍을 막음으로써, 작업효율을 높게 할 수 있다.
[제19실시형태]
이 실시형태는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)의 변형예이고, 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)의 시일(46)로서, 도 37(a)에 나타내는 통상의 접촉시일(46A)이나, (b)에 나타내는 저마찰 타입의 접촉 시일(46B)을 사용한다. 접촉시일(46A, 46B)은, 심금(芯金, 46a)과 고무 등의 고탄성 성형체(46b)로 이루어진다.
접촉시일을 사용함으로써, 외부로부터의 이물질 진입을 막을 수 있다. 그리고 저마찰로 함으로써 에너지 절약 효과가 얻어진다.
저마찰 타입의 접촉시일(46B)은, 시일 립(seal lip)의 내륜과 접촉하는 부분의 형상 A를 최적화 하는 동시에, 립부의 치수 B의 설정에 의해 내륜으로의 압압력(押壓力)(립 반력)이 최적화된 것이다. 저마찰 타입의 접촉시일(46B)을 사용함으로써, 나사축의 축방향 길이를 짧게 할 수 있다. 이것에 수반하여, 나사축의 회전관성 모멘트를 작게 억제할 수 있기 때문에, 모터로의 부하를 작게 할 수 있다.
[제20실시형태]
이 실시형태는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)의 변형예이다. 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)에서는 시일(46)을 사용하고 있었으나, 이 실시형태의 볼 나사 장치를 구성하는 롤링 베어링(4U)에서는, 이것 대신에, 도 38에 나타내는 에어 시일구조를 채용하고 있다.
에어 시일은 비접촉 시일이고, 접촉 시일을 사용한 경우보다도, 시일 토오크(시일의 저항력)를 한없이 작게 할 수 있다.
도 38의 예에서는, 외륜(41U)의 축방향으로 연장되는 긴 관통구멍(419)을 마련하고, 관통구멍(419)에, 플랜지부(418)와, 플랜지부(418)의 반대측의 원통부(417)의 단부와의 양쪽에서 에어를 흘리고 있다. 이것에 의해, 에어의 유입구를 적게 할 수 있다.
[제21실시형태]
이 실시형태는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)의 변형예이고, 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)의 볼(42)로서, 베어링강보다도 밀도가 낮은 재료로 이루어지는 것을 사용하고 있다. 구체예로서는, 세라믹(질화규소, 탄화규소, 알루미나 등)을 들 수 있다.
사출성형기 등의 고부하용도용 볼 나사에는, 큰 부하 하중이 정해진 방향으로 걸리도록 설계되어 있기 때문에, 볼(42)의 직경을 크게함으로써 부하용량을 늘리고 있다. 그 한편으로, 최근에는 사출성형기의 고 사이클화가 니즈로서 높아지고 있으며, 볼 나사를 고속 회전시키도록 요구가 높아지고 있다.
볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)에서는, 볼(42)을 외륜(41J)에 마련한 전동체 삽입구멍(44)에서부터 넣고, 전동체 삽입구멍(44)에 덮개(47)를 하고, 덮개(47)를 볼트(49)로 고정하고 있다. 그 때문에, 고속회전에 의해 볼(42)에 작용하는 큰 원심력이 덮개(47)의 볼트(49)에 단속적(斷續的)으로 걸리고, 이 원심력에 볼트(49)가 견디지 못할 가능성이 있다. 그 대책으로서, 볼트(49)의 개수나 볼트(49)의 유효지름을 늘림으로써, 볼트(49)의 내력(耐力)을 올리는 방법이 생각된다. 그러나 이 방법에서는, 부품 갯수를 늘리거나 외륜(41J)의 외경을 크게하거나 할 필요가 있다.
이것에 대하여, 세라믹 등의 베어링강보다도 밀도가 낮은 재료로 이루어지는 볼(42)을 사용하면, 볼(42)이 가벼워지기 때문에 원심력이 감소한다. 그 결과, 덮개(47)를 고정하는 볼트(49)에 걸리는 하중을 줄일 수 있다. 이것에 수반하여, 덮개(47)를 고정하는 볼트(49)의 유효지름이나 갯수를 늘리지 않아도, 고속 회전시에 의한 볼(42)의 원심력에 볼트(49)가 견딜 수 있다.
[제22실시형태]
이 실시형태는 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)의 변형예이고, 볼 나사 장치(10J)를 구성하는 롤링 베어링(4J)이 급지(給脂) 구조를 갖고 있다.
급지구조의 예로서, 도 39에 나타내는 바와 같이, 외륜(41J)에 급지로(給脂路)를 마련한 구조를 들 수 있다.
이 급지로는, 외륜(41J)의 축방향을 따라 연장되는 관통구멍(140)과, 관통구멍(140)에서부터 수직으로 외륜 궤도홈(401b, 401d, 401f, 401h)를 향하는 급지구멍(141b, 141d, 141f, 141h)과, 플랜지부(418)에 형성된 지름방향으로 연장되는 관통구멍(142)으로 형성되어 있다.
관통구멍(140)의 양단은 매전(埋栓, 143)으로 막혀 있다. 원통부(417)에 급지구멍(141b, 141d, 141f, 141h)을 열기 위해 생긴 외주부의 개구부도 매전(143)으로 막혀 있다. 플랜지부(418)의 관통구멍(142)의 외주측의 단부에는, 그리스(또는 윤활유) 배관(144)의 이음부(145)가 접속되어 있다.
도 39의 예에서는, 급지로의 상류측인 플랜지부(418)로부터 멀수록 급지구멍의 단면적을 크게 함으로써, 각 급지구멍으로 흘러들어가는 그리스(또는 윤활유)량을 균등화하고 있다. 즉, 급지구멍의 단면적의 관계가, 급지구멍(141h)<급지구멍(141f)<급지구멍(141d)<급지구멍(141b)을 만족하고 있다.
그리고 각 급지구멍(141b, 141d, 141f, 141h)은, 각 외륜 궤도홈의 폭방향 중심부에, 볼(42)이 급지구멍에 접촉하지 않을 정도의 크기로 형성되어 있다. 이로써, 양호한 급지효과를 얻을 수 있다.
급지구조의 다른 예로서, 도 40에 나타내는 바와 같이, 나사축(1J)에 급지로를 마련한 구조를 들 수 있다.
이 급지로는, 나사축(1)의 축방향으로 연장되는 중심구멍(146)과, 중심구멍(146)에서부터 수직으로 각 내륜 궤도홈(16a~16i)으로 향하는 급지구멍(141a~141i)을 가진다. 중심구멍(146)은, 모터접속단부(18), 궤도홈 형성부(16), 및 나사 절상부(17)를 포함하는 범위에 형성되어 있다. 중심구멍(146)의 양단은 매전(146)으로 막혀 있다.
모터접속단부(18)의 궤도홈 형성부(16)와의 경계부에 원환(圓環)부재(147)가 외감(外嵌)되어 있다. 모터접속단부(18)의 원환부재(147)가 끼이는 부분에, 중심구멍(146)에서부터 수직으로 연장되는 구멍(146a, 146b)이 형성되어 있다. 오목부 원환부재(147)는, 이들의 구멍(146a, 146b)에 연통하는 내주홈(147a, 147b)을 가진다. 원환부재(147)는, 내주홈(147a)에서부터 지름방향을 따라 외주단까지 이르는 구멍(146c)을 가진다. 구멍(146c)의 외주측의 단부에, 그리스(또는 윤활유) 배관(144)의 이음부(145)가 접속되어 있다.
원환부재(147)와 궤도홈 형성부(16)와 모터접속단부(18)와의 사이에 밀폐 시일(150)이 배치되어 있다. 내주홈(147b)은 윤활제 저장소가 된다. 화살표가 그리스(또는 윤활유)의 흐름을 나타낸다.
도 40의 예에서는, 모든 내륜 궤도홈(16a~16i)으로 향하는 급지구멍(141a~141i)을 마련함으로써, 높은 급지효과가 얻어진다. 그리고 나사축의 회전(원심력)에 의해, 그리스(또는 윤활유)를 효과적으로 보급할 수 있다. 급지로의 상류측인 원환부재(147)로부터 멀수록 급지구멍의 단면적을 크게 함으로써, 각 급지구멍으로 흘러들어가는 그리스(또는 윤활유)량을 균등화할 수 있다.
도 41에 나타내는 예는, 도 39와 마찬가지로, 외륜(41J)에 급지로를 마련한 예이지만, 한 개의 외륜 궤도홈(401)의 원주방향으로 복수 개의 급지로를 가지는 점에서 도 39의 예와 다르다. 도 41에 나타내는 예에서는, 관통구멍(140) 및 급지구멍(141)으로 구성되는 급지로가, 90°간격으로 4 개 마련되어 있다. 이와 같이, 한 개의 궤도에 복수 개의 급지구멍을 마련함으로써, 급지효과를 높일 수 있다. 그리고 복수 개의 급지구멍을 등배함으로써, 더욱 높은 급지효과가 얻어진다.
도 42에 나타내는 예에서는, 덮개(47)에 급지구멍(141)을 마련하고 있다. 급지구멍(141)은 덮개(47)를 부착한 때에 외륜(41J)의 지름방향을 따라 연장하도록 형성되어 있다. 급지구멍(141)이 매전(143)으로 막혀 있다. 도 42에 나타내는 예에서는, 한 개의 덮개(47)에 한 개의 급지구멍(141)이 형성되어 있으나, 한 개의 덮개(47)에 복수의 급지구멍을 마련해서 급지효과를 높게 할 수도 있다.
그리고 덮개(47)의 내주면에 고체윤활피막을 부착시켜도 좋다. 또 고체윤활제를 포함하는 재료로 덮개(47)를 형성하여도 좋다.
그리고 보호유지기나 보호유지피스(8) 등의 볼 보호유지부품의 볼(42)과 접촉하는 부분에 고체윤활피막을 부착시켜도 좋다. 또 보호유지기나 보호유지피스(8) 등의 볼 보호유지부품을, 고체윤활제를 포함하는 재료로 형성하여도 좋다.
그리고 도 43에 나타내는 바와 같이, 외륜(41J)의 외륜 궤도홈의 볼(42)과 접하는 면(4011), 내륜 궤도홈 형성부(16)의 내륜 궤도홈의 볼(42)과 접하는 면(161)에 고체윤활피막을 부착시켜도 좋다. 통상 볼(42)과 접촉하지 않는 측의 면(4012, 162)의 고체윤활피막을 두껍게 하거나, 형상적으로 궁리해서 볼(42)과 접촉하도록 하면, 윤활효과를 보다 높일 수 있다.
그리고 도 44에 나타내는 바와 같이, 볼(42)이 외륜 궤도홈(401)으로부터 덮개(47)의 선단면(47c)으로 이동할 때에 접촉하는 부분(전동체 삽입구멍(44)과 외륜 궤도홈(401)과의 각부(角部))에, 크라우닝(crowning)(경사부)(K)을 마련하고, 그 부분에 그리스가 모이는 구조로 하여도 좋다.
[제23실시형태]
도 45에 나타내는 바와 같이, 이 실시형태의 볼 나사 장치(10V)는 냉각기구를 갖고 있다. 그 외의 점은 제11실시형태의 볼 나사 장치(10J)와 같다.
도 45의 예에서는, 나사축(1V)의 축심에, 축방향으로 연장하는 관통구멍(1001)이 형성되어 있다. 관통구멍(1001)의 일단에 냉각액 공급배관(1002)이, 타단에 냉각액 배출배관(1003)이 접속되어 있다. 이로써, 냉각액 공급배관(1002)에 공급된 냉각액은, 나사축(1V)의 축방향 전체에 배치된 관통구멍(1001)을 통과한 후에 냉각액 배출배관(1003)으로부터 외부로 배출된다. 이 냉각액에 의한 나사축(1V)이 냉각된다.
너트(2V)의 원주방향의 4 개소(복수 개소)에, 축방향으로 연장되는 관통구멍(1201)이 형성되어 있다. 원통부(2A)의 플랜지부(2B)와는 반대측의 축방향 단부에서, 한 개의 관통구멍(1201)에 냉각액 공급배관(1202)이 접속되고, 이웃의 관통구멍(1201)에 냉각액 배출배관(1203)이 접속되어 있다. 이들 이외의 2 개의 관통구멍(1201)은 배관(1204)으로 접속되어 있다.
플랜지부(2B) 측의 단부에서는, 일단이 냉각액 공급배관(1202)에 접속되어 있는 관통구멍(1201)의 타단이, 그 이웃의 관통구멍(1201)과 배관(1205)으로 접속되고, 일단이 냉각액 배출배관(1203)에 접속되어 있는 관통구멍(1201)의 타단이, 그 이웃의 관통구멍(1201)과 배관(1206)으로 접속되어 있다. 이로써, 냉각액 공급배관(1202)에 공급된 냉각액은, 너트(2V)의 모든 관통구멍(1201)을 통과한 후에 냉각액 배출배관(1203)으로부터 외부로 배출된다. 이 냉각액에 의해 너트(2V)가 냉각된다.
롤링 베어링(4V)의 외륜(41V)의 원주방향의 4 개소(복수 개소)에, 축방향으로 연장되는 관통구멍(1401)이 형성되어 있다. 원통부(417)의 플랜지부(418)와는 반대측의 축방향 단부에서, 한 개의 관통구멍(1401)에 냉각액 공급배관(1402)이 접속되고, 이웃의 관통구멍(1401)에 냉각액 배출배관(1403)이 접속되어 있다. 이들 이외의 2 개의 관통구멍(1401)은 배관(1404)으로 접속되어 있다.
플랜지부(418)측의 단부에서는, 일단이 냉각액 공급배관(1402)에 접속되어 있는 관통구멍(1401)의 타단이, 그 이웃의 관통구멍(1401)과 배관(1405)으로 접속되고, 일단이 냉각액 배출배관(1403)에 접속되어 있는 관통구멍(1401)의 타단이, 그 이웃의 관통구멍(1401)과 배관(1406)으로 접속되어 있다. 이로써, 냉각액 공급배관(1402)에 공급된 냉각액은, 외륜(41V)의 모든 관통구멍(1401)을 통과한 후에 냉각액 배출배관(1203)으로부터 외부로 배출된다. 이 냉각액에 의해 외륜(41V)이 냉각된다.
볼 나사 장치(10V)에서는, 나사축(1V), 너트(2V), 외륜(4V)의 모두에 축방향을 따라서 냉각액을 흘리고 있다. 그리고 너트(2V) 및 외륜(4V)에서는 복수의 직렬로 마련한 관통구멍에 냉각액을 흘리고 있다. 냉각액을 난류(亂流)(레이놀즈수(레이놀즈수(reynold's number) 2000 이상)가 되도록 흘림으로써, 보다 높은 냉각효과가 얻어진다.
볼 나사 장치(10V)는, 너트(2V) 및 외륜(4V)뿐만 아니라, 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 궤도홈 형성부(16)를 포함하는 나사축(1)도 냉각하고 있기 때문에, 시스템으로서 기능이 안정되어 장수명이 된다.
이와 같이, 제23실시형태의 볼 나사 장치(10V)에 의하면, 냉각기구를 가짐으로써, 볼 나사 및 롤링 베어링의 발열이 억제되기 때문에, 조기 손상의 억제 및 기능 안정화의 효과가 있다.
도 45의 예에서는, 복수의 관통구멍(1401)이 플랜지부(418) 측의 단부에서 배관(1205, 1206)에 의해 접속되어 있으나, 이 접속을, 도 46에 나타내는 원환모양의 접속부재(1500)를 사용해서 행하여도 좋다.
도 46의 예에서는, 접속부재(1500)가, 원주방향을 따른 냉각수 통로(1501)와, 복수의 관통구멍(1401)과 겹치는 접속구(1402)를 가진다. 외륜(41V)의 플랜지부(418) 측의 축방향 단부에 소경부(4180)가 형성되고, 접속부재(1500)는, 소경부(4180)에 외감되는 결합부(1503)를 가진다. 소경부(4180)와 접속부재(1500)와의 사이에 시일(1600)이 부착되어 있다.
도 46의 예는, 배관(1205, 1206) 대신 접속부재(1500)를 사용함으로써, 도 45의 예보다도 작아져, 이음부가 적음으로써 액 누출 리스크가 낮아진다. 그리고 도 46과 같은 접속부재(1500)를 사용한 접속은, 볼 나사의 냉각기구로 실제로 채용한 예가 많다.
10, 10A~10H, 10J~10M, 10Q: 볼 나사 장치
1: 나사축
11: 나사축의 나선홈
12: 나사축의 축방향 일단부
12a, 12b: 내륜 궤도홈
15: 나선홈 형성부 (나선홈이 형성되어 있는 부분)
16, 16K~16N: 궤도홈 형성부 (내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분)
16a: 내륜 궤도홈
16b: 내륜 궤도홈
16c: 내륜 궤도홈
16d: 내륜 궤도홈
16e: 내륜 궤도홈
16f: 내륜 궤도홈
16g: 내륜 궤도홈
16h: 내륜 궤도홈
16i: 내륜 궤도홈
16n: 내륜 궤도홈
17: 나사 절상부
18: 모터접속단부
2: 너트
21: 너트의 나선홈
3: 볼 (제1의 볼)
4, 4A~4H, 4J~4M, 4Q: 롤링 베어링
41, 41A~41H, 41J~41N, 41Q: 외륜
401a: 외륜 궤도홈
401b: 외륜 궤도홈
401c: 외륜 궤도홈
401d: 외륜 궤도홈
401e: 외륜 궤도홈
401f: 외륜 궤도홈
401g: 외륜 궤도홈
401h: 외륜 궤도홈
401i: 외륜 궤도홈
401n: 외륜 궤도홈
411, 412: 분할체
411b, 412b: 축방향 단면
411c: 절결부 (홈)
412c: 절결부 (홈)
413: 스페이서
414: 대경부 (외륜의 대경부)
414b: 대경부의 축방향 단면
415: 소경부 (외륜의 소경부)
415a: 소경부의 외주면
416: 언더컷
417: 외륜의 원통부
418: 외륜의 플랜지부
42, 42a: 볼 (제2의 볼)
44: 전동체 삽입구멍
45: 덮개
45c: 선단면 (덮개부의 내면)
47: 덮개
47c: 선단면 (덮개부의 내면)
6: 순환멈춤부품

Claims (4)

  1. 나사축과,
    상기 나사축이 삽통(揷通)되고, 상기 나사축의 나선홈과 대향하는 나선홈을 가지는 너트와,
    상기 나사축의 나선홈과 상기 너트의 나선홈으로 구성되는 나선 궤도 내에 전동(轉動)이 자재(自在)로 배치된 복수의 제1의 볼과,
    상기 나사축의 축방향에서 상기 나선홈이 형성된 부분과는 다른 부분의 외주면에 형성된 내륜(內輪) 궤도홈과,
    상기 내륜 궤도홈과 대향하는 외륜(外輪) 궤도홈을 가지는 외륜과,
    상기 내륜 궤도홈과 상기 외륜 궤도홈과의 사이에 전동이 자재로 배치된 복수 개의 제2의 볼을 가지고,
    상기 내륜 궤도홈과 상기 외륜과 상기 제2의 볼로 롤링 베어링이 구성되고,
    상기 외륜은, 외주면에서부터 상기 외륜 궤도홈까지 관통하는 전동체 삽입구멍과, 상기 전동체 삽입구멍을 막는 덮개를 가지고, 상기 덮개의 내면은 상기 외륜 궤도홈의 일부를 이루는 오목 모양으로 형성되고,
    상기 나선 궤도 내를 부하(負荷) 상태에서 전동하는 상기 제1의 볼을 개재해서, 상기 나사축의 회전을 상기 너트의 직선운동으로 변환하는 볼 나사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나사축의 외주면의 외경(外徑)은, 상기 나선홈이 형성되어 있는 부분과 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분으로 같은 볼 나사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나사축 표면의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]는, 상기 나선홈이 형성되어 있는 부분 및 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분에서, 하기의 식 (1)을 충족하는 볼 나사 장치.
    [수학식 1]
    Figure pct00012

    (식중, αS는, 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 나사축의 나선홈의 수명비로서, αS>1이다.)
  4. 제2항에 있어서,
    상기 나사축의 잔류 오스테나이트량 γRS [체적 %]는, 축방향에 있어서의 상기 내륜 궤도홈이 형성되어 있는 부분에서부터 상기 나선홈이 형성되어 있는 부분까지의 범위에서, 하기의 식 (1)을 충족하는 볼 나사 장치.
    [수학식 2]
    Figure pct00013

    (식중, αS는, 볼 나사 장치의 요구수명에 대한 나사축의 나선홈의 수명비로서, αS>1이다.)
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