WO2010007764A1 - ベアリング軸受および該ベアリング軸受を備えた駆動装置 - Google Patents
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Abstract
摺動ロスをさらに低減することのできるベアリング軸受、およびかかるベアリング軸受を用いた駆動装置を提供することにある。ベアリング軸受9では、軸線L方向で対向する第1支持板91と第2支持板92との間に形成された転動路95内にベアリングボール93が配置されており、スラスト軸受として用いることができる。第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910、および第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920はいずれも、軸線L方向の一方側に向かって平行に傾いた傾斜面になっている。第1環状面910および第2環状面920はいずれも、軸線Lを通る断面が直線になっているため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動する。
Description
本発明は、少なくとも一方が軸線周りに回転する第1部材と第2部材の間に配置されるベアリング軸受、および該ベアリング軸受を備えた駆動装置およびステータ部への給電が停止した際、付勢部材の付勢力によって出力軸が駆動されるリニア駆動装置に関するものである。
少なくとも一方が軸線周りに回転する第1部材と第2部材の間に配置されるスラスト軸受としては、図9(a)、(b)に示すように、円環状の第1支持板91xと、この第1支持板91xに対して軸線方向で対向するように配置された環状の第2支持板92xとを備え、第1支持板91xと第2支持板92xとの間に形成された環状の転動路95xに沿って、リテーナ94xに保持されたベアリングボール93xが複数配置されたベアリング軸受9xが提案されている。ここで、第1支持板91xおよび第2支持板92xはいずれも、幅方向(半径方向)の略中央部分が互いに反対側に略V字形状に凹んだ形状になっており、かかるV字形状の環状溝915x、925xによって転動路95xが構成されている(特許文献1、2参照)。
また、弁体駆動装置では、モータのロータと出力軸との間に送りネジ機構を設け、出力軸を直動させることにより流路内の開口を開閉するリニア駆動装置が設けられている。このような弁体駆動装置では、付勢部材によって出力軸を先端側(閉方向)に付勢する構成が採用されている(特許文献1、3参照)。
このような弁体駆動装置においては、ロータを軸線方向の両側で回転可能に支持する第1支持部および第2支持部が構成されており、かかる支持部を構成するにあたって、特許文献1に記載の弁体駆動装置では、ロータの基端側および先端側にベアリング軸受を配置するとともに、ロータの基端側に配置したベアリング軸受については上記の付勢部材とは別の付勢部材によってロータを先端側に向けて付勢した構成が採用されている。しかしながら、かかる構成では、ロータには2つの付勢部材の付勢力が印加されているため、その分、モータ出力を大きくしなければならないという欠点がある。これに対して、特許文献2に記載の弁体駆動装置では、ロータの基端側に配置した第1支持部は、ロータが摺動可能な摺動面を備えた摺動軸受であるため、ロータに印加される付勢力が小さいので、モータ出力が比較的小さくても、出力軸をスムーズに駆動することができる。
US2003-0117037A1号公報
US2006-0071190A1号公報
特開2005-233203号公報
しかしながら、図9(a)、(b)に示すベアリング軸受9xでは、ベアリングボール93xが第1支持板91xのV字形状の環状溝915xの2つの斜面と第2支持板92xのV字形状の環状溝925xの2つの斜面の計4箇所、あるいは、かかる4つの斜面の3箇所に接することになるため、ベアリングボール93xを使った割には摺動ロスが大きいという問題点がある。
また、特許文献3に記載の弁体駆動装置のように、ロータの基端側に配置した第1支持部が摺動軸受である場合、ステータ部への給電停止時に付勢部材により出力軸が第2方向に向けて駆動されて移動限界位置で急停止すると、送りネジ機構において、雄ネジと雌ネジが食いついてしまい、その後の動作に支障が生じるという問題点がある。すなわち、ステータ部への給電停止時に付勢部材により第2方向に向けて駆動された出力軸が移動限界位置で急停止すると、ロータが自身の慣性力により回転して第1方向に移動しようとするが、その際、ロータが第1支持部に当接してそれ以上の変位が阻止されていると、ロータの慣性による回転力が送りネジ機構において雄ネジと雌ネジが食いつこうとする力として作用してしまうのである。
以上の問題点に鑑みて、本発明の第1の課題は、摺動ロスをさらに低減することのできるベアリング軸受、およびかかるベアリング軸受を用いた駆動装置を提供することにある。また、本発明の第2の課題は、ステータ部への給電停止時に付勢部材により出力軸が駆動されて移動限界位置で急停止したときでも送りネジ機構においてネジ同士の食いつきが発生しないリニア駆動装置を提供することにある。
上記第1の課題を解決するために、本発明では、第1支持板と、該第1支持板に軸線方向で対向するように配置されて前記第1支持板との間に環状の転動路を構成する第2支持板と、前記転動路内に沿って配置された複数のベアリングボールと、前記転動路内で前記ベアリングボールを支持するリテーナと、を有するベアリング軸受であって、前記第1支持板において前記転動路を構成する第1環状面、および前記第2支持板において前記転動路を構成する第2環状面は各々、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続した面、つまり軸線を通る断面が直線になっており、前記ベアリングボールは、前記第1環状面および前記第2環状面の各々に対して1箇所で接していることを特徴とする。
本発明を適用したベアリング軸受は、軸線方向で対向する第1支持板と第2支持板との間に形成された転動路内にベアリングボールが配置されており、スラスト軸受として用いることができる。ここで、第1環状面および第2環状面は各々、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続した面、つまり軸線を通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボールは、第1環状面および第2環状面の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。
本発明において、前記第1環状面および前記第2環状面の双方が、前記軸線方向に対して傾いた円錐面になっていることが好ましい。このように構成すると、ベアリングボールの軌道が安定するという利点がある。
本発明において、前記第1環状面および前記第2環状面のうちの一方の環状面は、環状面の外周側が前記軸線方向に対して前記ベアリングボールが位置する側に傾いた円錐面になっており、他方の環状面は、環状面の外周側が前記軸線方向に対して前記ベアリングボールが位置する側とは反対側に傾いた円錐面になっていることが好ましい。かかる構成を採用すると、ベアリングボールが転動した際に遠心力を受けても、外周側に変位せず、ベアリングボールの軌道が安定するという利点がある。
本発明において、前記第1環状面および前記第2環状面のうちの一方の環状面は、前記軸線方向に対して傾いた円錐面になっていることが好ましい。このように構成すると、ベアリングボールの軌道が安定するという利点がある。
本発明において、前記第1環状面および前記第2環状面のうちの一方の環状面は、環状面の外周側が前記軸線方向に対して前記ベアリングボールが位置する側に傾いた円錐面になっていることが好ましい。かかる構成を採用すると、ベアリングボールが転動した際に遠心力を受けても、外周側に変位せず、ベアリングボールの軌道が安定するという利点がある。
本発明において、前記第1環状面と前記第2環状面との対向距離は、内周側から外周側において一定である構成を採用することができる。
本発明において、前記第1環状面と前記第2環状面との対向距離は、内周側から外周側に向かって連続的に狭まっている構成を採用することもできる。
本発明を適用したベアリング軸受を備えた駆動装置では、前記第1支持板が配置された第1部材と、前記第2支持板が配置された第2部材とを備え、前記第1部材および前記第2部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して前記ベアリング軸受を介して相対回転可能に支持されている構成を有する。
例えば、モータの駆動により弁体の開方向および閉方向に駆動される出力軸と、該出力軸と固定体との間に配置されて前記モータへの給電が停止した際に前記出力軸を前記閉方向に移動させる付勢部材と、を有する駆動装置において、前記ベアリング軸受は、前記付勢手段により前記出力軸が前記閉方向に移動する際に前記出力軸に追従して前記一方の部材として回転する回転部材と、前記他方の部材としての前記固定体との間に配置されている。このような駆動装置に本発明を適用したベアリング軸受を用いると、ベアリング軸受での摺動ロスが小さいので、付勢部材の付勢力が小さくても、付勢部材は、出力軸を確実に移動させる。また、モータの駆動により出力軸を開方向に移動させるときには付勢部材の付勢力に抗することになるため、付勢部材の付勢力が小さければ、その分、モータ出力が小さくてよい。それ故、モータとしては小型で安価なものを用いることができる。
上記第2の課題を解決するために、本発明では、ステータ部およびロータを備えたモータと、前記ロータを軸線方向の第1方向側で回転可能に支持する第1支持部と、前記ロータを軸線方向の前記第1方向側とは反対側の第2方向側で回転可能に支持する第2支持部と、前記ロータに送りネジ機構を介して接続されて前記第1方向および前記第2方向に直線駆動される出力軸と、該出力軸を前記第2方向に付勢する付勢部材と、を有するリニア駆動装置において、前記第1支持部は、前記ロータが摺動可能な摺動面を備えた摺動軸受であって、前記ステータ部への給電停止時、前記出力軸は前記付勢手段に付勢されて前記第2方向の移動限界位置まで移動するように構成されており、スラスト方向において前記第1支持部と前記ロータとの間には、前記給電停止時に前記出力軸が前記移動限界位置で急停止した際、前記ロータが慣性力で回転して前記第1方向に移動した際に前記ロータが前記第1支持部に当接するのを回避するクリアランスが設けられていることを特徴とする。
本発明では、スラスト方向において第1支持部とロータとの間には十分なクリアランスが設けられているため、第1支持部としてロータが摺動可能な摺動面を備えた摺動軸受を用いた場合でも、ステータ部への給電停止時に出力軸が前記移動限界位置で急停止した際、ロータが慣性力で回転して第1方向に移動しようとする動きが阻止されない。このため、ロータの慣性による回転力が送りネジ機構で食いつきが発生しようとする力として作用しないので、ステータ部への給電停止時、出力軸が前記付勢手段に付勢されて移動限界位置で停止するまで移動する場合でも、送りネジ機構で食いつきが発生しない。
本発明において、前記出力軸には、該出力軸に対して前記第2方向側に位置する開口を閉鎖する弁体が形成され、前記移動限界位置は、前記弁体が前記開口を閉鎖する位置である。
この場合、前記弁体が前記開口を形成する開口形成部に当接して前記開口を閉鎖することにより、前記出力軸が前記移動限界位置で急停止することになる。
上記第1の課題を解決するための本発明を適用したベアリング軸受は、軸線方向で対向する第1支持板と第2支持板との間に形成された転動路内にベアリングボールが配置されており、スラスト軸受として用いることができる。ここで、第1環状面および第2環状面は各々、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続した面、つまり軸線を通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボールは、第1環状面および第2環状面の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。
上記第2の課題を解決するための本発明では、スラスト方向において第1支持部とロータとの間には十分なクリアランスが設けられているため、ステータ部への給電停止時に出力軸が前記移動限界位置で急停止した際、ロータが慣性力で回転して第1方向に移動しようとする動きが阻止されない。このため、ロータの慣性による回転力が送りネジ機構で食いつきが発生しようとする力として作用しないので、ステータ部への給電停止時、出力軸が前記付勢手段に付勢されて移動限界位置で停止するまで移動する場合でも、送りネジ機構で食いつきが発生しない。
以下に、図面を参照して、本発明を適用したベアリング軸受、および駆動装置(リニア駆動装置)について説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る弁体駆動装置(リニア駆動装置)の外観を示す斜視図である。図2(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態1に係る弁体駆動装置(リニア駆動装置)の断面図、およびその下端部を拡大して示す拡大断面図である。なお、図1および図2では、下方が弁体の開方向(第1方向)で上方が弁体の閉方向(第2方向)として表してあるので、以下の説明でも、便宜上、下方が弁体の開方向で上方が弁体の閉方向とするが、弁体駆動装置1が配置される姿勢は、上記の設定に限定されるものではなく、下方が弁体の閉方向、上方が弁体の開方向という態様や、右方が弁体の閉方向、左方が弁体の開方向という態様もあることは勿論である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る弁体駆動装置(リニア駆動装置)の外観を示す斜視図である。図2(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態1に係る弁体駆動装置(リニア駆動装置)の断面図、およびその下端部を拡大して示す拡大断面図である。なお、図1および図2では、下方が弁体の開方向(第1方向)で上方が弁体の閉方向(第2方向)として表してあるので、以下の説明でも、便宜上、下方が弁体の開方向で上方が弁体の閉方向とするが、弁体駆動装置1が配置される姿勢は、上記の設定に限定されるものではなく、下方が弁体の閉方向、上方が弁体の開方向という態様や、右方が弁体の閉方向、左方が弁体の開方向という態様もあることは勿論である。
図1および図2(a)、(b)に示す弁体駆動装置1(遮断弁/リニア駆動装置)は、ガスなどの流路内に形成された開口(図示せず)を流路の下流側において弁体85で開閉するとともに、停電時などの緊急の際には、バネの力で開口を強制的に閉状態とする装置であり、カップ状の仕切り部材3によって、ステッピングモータ2のステータ部20が配置される第1空間1sと、ステッピングモータ2のロータ50や弁体85などが配置される流路側の第2空間1tとに仕切られている。
仕切り部材3は、有底の円筒状隔壁部33と、円筒状隔壁部33の開口縁で拡径する円環状のフランジ部31とを備えており、円筒状隔壁部33の周りには、ステッピングモータ2の円筒状のステータ部20が同心状に配置されている。円筒状隔壁部33には環状の段部335が形成されており、かかる段部335によって、ステータ部20の軸線L方向の位置が規定されている。かかる仕切り部材3は、薄くて非磁性の金属板に深絞り加工などを行なうことによって形成される。
ステータ部20は、軸線L方向に重ねて配置された一対のステータ組21、22を有しており、ステータ組21、22は各々、インシュレータに巻回された環状のコイル、およびコイルの軸線L方向の両側に配置された一対のステータコアを備えている。一対のステータコアは各々、コイルの内周面に沿って起立形成された多数の極歯を備えており、ステータ組21を構成した状態で、一対のステータコアに形成された極歯は周方向に交互に配置された状態となる。ステータ部20の側面部には端子台26が形成されており、かかる端子台26には複数本の端子27が固定されている。また、端子台26を覆うようにコネクタ部28が形成されている。
仕切り部材3の円筒状隔壁部33の内側には、軸受部材6(第1支持部材)、円筒状のロータ50、円盤状のベアリング軸受9(第2支持部材)、円筒状支持部材4の下半部がこの順に重ねて配置されており、ロータ50、ベアリング軸受9および円筒状支持部材4の内側には、軸線L方向に延びた出力軸8が配置されている。
これらの部材のうち、ロータ50は軸線L周りに回転し、出力軸8は軸線L方向に移動する。これに対して、軸受部材6、ステータ部20、円筒状支持部材4は、仕切り部材3を介して連結されて固定体1aを構成している。
出力軸8の上端部は、円筒状支持部材4の上底部に形成された穴49を貫通しており、かかる上端部には出力軸8よりも大径の弁体85が取り付けられている。弁体85は、出力軸8の上端部に完全固定されており、弁体85と出力軸8は一体になっている。弁体85の側面には周溝が形成されており、かかる周溝には、ゴム製のOリングなどからなるシール部材86が装着されている。かかる弁体85は、流路の開口形成部に当接することにより、流路の開口を閉鎖した状態とする。
円筒状支持部材4の周りには、付勢部材としてのコイルバネ5が装着されており、かかるコイルバネ5は、両端部が各々、弁体85の基端側に形成されたフランジ部851と、円筒状支持部材4の外周面に形成された段部45との間で圧縮された状態で支持されている。円筒状支持部材4は、弾性を有する止め輪35によって、仕切り部材3の環状の段部335に押圧されており、軸線L方向の移動および軸線L周りの回転が規制された状態で仕切り部材3に固定されている。
軸受部材6は、円盤状フランジ部61から下方に向けて有底の円筒部62が突出した形状を備えており、円盤状フランジ部61の外周面は仕切り部材3の円筒状隔壁部33の内周面に当接し、軸受部材6の円筒部62の下端部は、仕切り部材3の円筒状隔壁部33の底部332に当接している。かかる軸受部材6において、円盤状フランジ部61の下面には、円筒部62を囲むように環状溝66が形成されており、かかる環状溝66によって、円盤状フランジ部61の外周部分には弾性が付与されている。このため、円盤状フランジ部61の外周面は仕切り部材3の円筒状隔壁部33に弾性をもって当接し、軸受部材6は、仕切り部材3の円筒状隔壁部33の底部に固定された状態にある。かかる軸受部材6においては、円筒部62の穴は、円盤状フランジ部61の上面中央で開口する軸穴65を構成している。
ロータ50は、有底円筒状のロータ部材51を有しており、その外周面にはロータマグネット52が固定されている。ロータマグネット52の外周面では、周方向でS極とN極とが交互に並んでおり、かかる外周面は、仕切り部材3の円筒状隔壁部33を介してステータ部20の内周面に対向している。ロータ部材51の下側の端面510からは丸棒状の突起55が下方に突出しており、かかる突起55は、軸受部材6の軸穴65に嵌っている。この状態で、ロータ50は、突起55を介して軸受部材6の軸穴65により回転可能に支持されている。
従って、軸受部材6は、ロータ50に対するスラスト軸受機能およびラジアル軸受機能を兼ね備えた摺動軸受であり、軸受部材6の軸穴65の内底面(円筒部62の底面)は、ロータ50の突起55の下端面を支持する摺動面として機能し、軸受部材6の軸穴65の内周面は、ロータ50の突起55の外周面を支持する摺動面として機能する。
ここで、軸受部材6の軸穴65の内底面(円筒部62の底面)と、ロータ50の突起55の下端面との間には後述するクリアランスd1が設けられ、ロータ部材51の下側の端面510と軸受部材6の円盤部61の上面との間には後述するクリアランスd2が設けられている。
ロータ部材51の突起55および軸受部材6の円筒部62の底部67には、互いに連通する小穴57、670が形成されており、かかる小穴57、670は、仕切り部材3の円筒状隔壁部33内の底部に軸受部材6を配置する際の空気抜き用の穴である。
ロータ50は上方で開口する円筒状であり、その内側には出力軸8の下半部が挿入されている。ここで、ロータ部材51の内周面には送りネジ機構用の雌ネジ58が形成されている一方、出力軸8においてロータ50の内側に挿入された部分には送りネジ機構用の雄ネジ88が形成されており、出力軸8の雄ネジ88は、ロータ部材51の雌ネジ58に噛合している。また、円筒状支持部材4の上板部に形成された穴49はD形状である一方、出力軸8において、穴49の内側に位置する部分も含めて、上半部がD形状になっている。このため、ロータ50が回転した際、出力軸8も回転しようとするが、出力軸8と円筒状支持部材4の穴49との係合部分は共回り防止機構として機能し、出力軸8は回転不能である。このため、ロータ50が回転した際、出力軸8は、ロータ50に共回りせずに軸線L方向に移動することなる。このようにして、本形態では、ロータ50の回転を出力軸8の直動に変換する回転直動変換機構1dが構成されている。
(ベアリング軸受9の詳細な構成)
図3(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態1に係るベアリング軸受9の斜視図、および断面図である。なお、図3(a)ではリテーナを一点鎖線で示し、図3(b)ではリテーナの図示を省略してある。
図3(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態1に係るベアリング軸受9の斜視図、および断面図である。なお、図3(a)ではリテーナを一点鎖線で示し、図3(b)ではリテーナの図示を省略してある。
図2(a)および図3(a)、(b)に示すベアリング軸受9は、少なくとも一方が軸線L周りに回転する第1部材と第2部材の間に配置されるスラスト軸受であって、第1部材側(ロータ部材51の側/回転部材の側)に配置される円環状の第1支持板91と、第1支持板91に軸線L方向で対向するように第2部材側(円筒状支持部材4の側/固定体1aの側)に配置される円環状の第2支持板92とを有している。第1支持板91と第2支持板92との間には環状の転動路95が形成されており、かかる転動路95には、環状のリテーナ94に保持されたベアリングボール93が複数、転動路95に沿うように配置されている。本形態では、第1支持板91はロータ部材51の側に保持され、第2支持板92は、円筒状支持部材4の側に保持されており、出力軸8は、第1支持板91および第2支持板92の中央に形成されている穴を貫通して下半部がロータ50の内側に位置している。本形態において、第1支持板91および第2支持板92はいずれもSUS製である。
かかるベアリング軸受9において、本形態では、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910は、第1環状面910の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第1環状面910は、円錐面になっている。つまり、第1環状面910とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第1環状面910の外周側に構成される。また、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920は、第2環状面920の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側とは反対側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第2環状面920は、円錐面になっている。つまり、第2環状面920とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第2環状面920の内周側に構成される。このように、第1環状面910および第2環状面920はいずれも、軸線L方向に対して同一方向に斜めに傾いた円錐面になっている。
ここで、第1環状面910と第2環状面920の傾きは等しく、第1環状面910と第2環状面920とは平行である。このため、第1環状面910と第2環状面920との対向距離(転動路95の幅寸法)は、内周側から外周側に向かって同一である。また、第1環状面910および第2環状面920は、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。
(動作)
本形態の弁体駆動装置1において、弁体85が流路の開口を閉状態としている期間中、弁体85および出力軸8は上方に位置する。この状態で弁体85を開方向(下方)に移動させるには、ステータ部20に給電し、ロータ50を正回転させる。その結果、出力軸8は、雌ネジ58および雄ネジ88からなる送りネジ機構により駆動され、コイルバネ5の付勢力に抗して下方に移動するので、弁体85は流路の開口を開状態とする。かかる開状態は、ロータ50とステータとの間に作用する保持力で維持される。
本形態の弁体駆動装置1において、弁体85が流路の開口を閉状態としている期間中、弁体85および出力軸8は上方に位置する。この状態で弁体85を開方向(下方)に移動させるには、ステータ部20に給電し、ロータ50を正回転させる。その結果、出力軸8は、雌ネジ58および雄ネジ88からなる送りネジ機構により駆動され、コイルバネ5の付勢力に抗して下方に移動するので、弁体85は流路の開口を開状態とする。かかる開状態は、ロータ50とステータとの間に作用する保持力で維持される。
このような開状態で、ガス流量の異常時や地震発生時に遮断命令が発せられると、ステータ部20にはロータ50を逆回転させる駆動信号が印加され、出力軸8は、雌ネジ58および雄ネジ88からなる送りネジ機構により駆動されて閉方向(上方/第2方向)に駆動され、弁体85は流路の開口を閉状態とした状態で停止する。
また、弁体85および出力軸8を閉方向に駆動している途中でステータ部への信号供給が停止したとき、出力軸8は、コイルバネ5の付勢力によって閉方向(上方/第2方向)に移動すし、弁体85は流路の開口形成部に当接して開口を閉鎖した状態で急停止する。
(スラスト方向における軸受部材6とロータ50とのクリアランス)
本形態の弁体駆動装置1では、弁体85および出力軸8を閉方向に駆動している途中でステータ部20への信号供給が停止したとき、出力軸8は、コイルバネ5の付勢力によって閉方向(上方/第2方向)に移動し、ロータ50は送りネジ機構により、回転しながら下方(第1方向)に移動する。弁体85弁体85は流路の開口形成部に当接して、流路の開口を閉状態とした状態で急停止する。その際、ロータ50は、自身の慣性力によりさらに回転して、送りネジ機構により下方(第1方向)に移動しようとする。
本形態の弁体駆動装置1では、弁体85および出力軸8を閉方向に駆動している途中でステータ部20への信号供給が停止したとき、出力軸8は、コイルバネ5の付勢力によって閉方向(上方/第2方向)に移動し、ロータ50は送りネジ機構により、回転しながら下方(第1方向)に移動する。弁体85弁体85は流路の開口形成部に当接して、流路の開口を閉状態とした状態で急停止する。その際、ロータ50は、自身の慣性力によりさらに回転して、送りネジ機構により下方(第1方向)に移動しようとする。
かかる動作を考慮して、本形態では、まず、軸受部材6の軸穴65の内底面(円筒部62の底面)と、ロータ50の突起55の下端面との間のクリアランスd1は、ステータ部20への給電停止時、コイルバネ5の付勢力によって出力軸8が閉方向(上方/第2方向)に移動した出力軸8が移動限界位置で急停止した際に、ロータ50が慣性力でさらに回転して送りネジ機構により第1方向に移動したときでも、軸受部材6の軸穴65の内底面(円筒部62の底面)と、ロータ50の突起55の下端面とが当接するのを回避するのに十分な寸法に設定されている。
また、ロータ部材51の下側の端面510と軸受部材6の円盤部61の上面との間のクリアランスd2についても、クリアランスd1と同様、ステータ部20への給電停止時、コイルバネ5の付勢力によって出力軸8が閉方向(上方/第2方向)に移動した出力軸8が移動限界位置で急停止した際に、ロータ50がさらに慣性力で回転して送りネジ機構により第1方向に移動したときでも、ロータ部材51の下側の端面510と軸受部材6の円盤部61の上面とが当接するのを回避するのに十分な寸法に設定されている。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、第1の課題においては、本形態のベアリング軸受9は、軸線L方向で対向する第1支持板91と第2支持板92との間に形成された転動路95内にベアリングボール93が配置されており、スラスト軸受として用いることができる。ここで、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910、および第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920はいずれも、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっているため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。
以上説明したように、第1の課題においては、本形態のベアリング軸受9は、軸線L方向で対向する第1支持板91と第2支持板92との間に形成された転動路95内にベアリングボール93が配置されており、スラスト軸受として用いることができる。ここで、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910、および第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920はいずれも、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっているため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。
また、第1環状面910は、第1環状面910の外周側がベアリングボール93が位置する側に傾いているため、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、ベアリングボール93の外周側への変位が第1環状面910によって阻止される。従って、ベアリングボール93が転動したベアリングボール93の軌道が安定している。また、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910によって阻止されるため、ベアリングボール93がリテーナ94から脱落することもない。
また、本形態では、弁体駆動装置1において、ステッピングモータ2への給電が停止した際にコイルバネ5の付勢力で移動する出力軸8に追従して回転するロータ部材51と、固定体1aとの間にベアリング軸受9を配置したため、コイルバネ5による出力軸8の駆動をスムーズに行なうことができるとともに、ステッピングモータ2として、小型で安価なものを用いることができる。すなわち、本形態の弁体駆動装置1では、ベアリング軸受9での摺動ロスが小さい分、コイルバネ5の付勢力が小さくても、コイルバネ5は、出力軸8を確実に閉方向に移動させることができる。また、ステッピングモータ2の駆動により出力軸8を開方向に移動させるときにはコイルバネ5の付勢力に抗することになるため、コイルバネ5の付勢力が小さければ、その分、モータ出力が小さくてよいので、ステッピングモータ2として、小型で安価なものを用いることができる。
また、第2の課題において、本形態の弁体駆動装置1では、ロータ50の基端側(第1方向)に第1支持部として配置した軸受部材6は、ロータ50が摺動可能な摺動面を備えた摺動軸受であるため、ロータ50に印加される付勢力が小さい。それ故、モータ出力が比較的小さくても、出力軸8をスムーズに駆動することができる。
また、軸受部材6が摺動軸受である場合、軸線L方向の位置が固定されているため、ステータ部20への給電停止時にコイルバネ5により出力軸8が開方向(上方/第2方)向に向けて駆動されて移動限界位置で急停止したとき、ロータ50が自身の慣性力により回転して下方に移動しようとする動作が軸受部材6によって阻止されることになるが、本形態では、スラスト方向における軸受部材6とロータ50との間のクリアランスd1、d2が十分広いため、上記の給電停止時のロータ50の下方への移動が阻止されない。このため、出力軸8が移動限界位置で急停止したときでも、送りネジ機構を構成する雄ネジ88と雌ネジ58の間で食いつきが発生することなく、ロータ50は暫くの間、回転し続ける。それ故、ロータ50の慣性による回転力が送りネジ機構を構成する雄ネジ88と雌ネジ58が食いつこうとする力として作用しないので、弁体駆動装置1は、動作の信頼性が高い。
また、本形態では、弁体駆動装置1において、ステッピングモータ2への給電が停止した際にコイルバネ5の付勢力で移動する出力軸8に追従して回転するロータ部材51と、固定体1aとの間にベアリング軸受9を配置したため、コイルバネ5による出力軸8の駆動をスムーズに行なうことができるとともに、ステッピングモータ2として、小型で安価なものを用いることができる。すなわち、本形態の弁体駆動装置1では、ベアリング軸受9での摺動ロスが小さい分、コイルバネ5の付勢力が小さくても、コイルバネ5は、出力軸8を確実に閉方向に移動させることができる。また、ステッピングモータ2の駆動により出力軸8を開方向に移動させるときにはコイルバネ5の付勢力に抗することになるため、コイルバネ5の付勢力が小さければ、その分、モータ出力が小さくてよいので、ステッピングモータ2として、小型で安価なものを用いることができる。
[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の形態2に係るベアリング軸受9の断面図であり、図4ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図4は、本発明の実施の形態2に係るベアリング軸受9の断面図であり、図4ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図4に示すように、本形態のベアリング軸受9も、実施の形態1と同様、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910は、第1環状面910の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第1環状面910は、円錐面になっている。つまり、第1環状面910とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第1環状面910の外周側に構成される。また、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920は、第2環状面920の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側とは反対側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第2環状面920は、円錐面になっている。つまり、第2環状面920とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第2環状面920の内周側に構成される。このように、第1環状面910および第2環状面920はいずれも、軸線L方向に対して同一方向に斜めに傾いた円錐面になっている。
ここで、第1環状面910と第2環状面920の傾きを比較すると、第1環状面910は第2環状面920よりも大きく傾いており、第1環状面910と第2環状面920とは非平行である。このため、第1環状面910と第2環状面920との対向距離(転動路95の幅寸法)は、内周側から外周側に向かって連続的に狭くなっている。また、第1環状面910および第2環状面920は、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。
このように構成した場合も、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。また、第1環状面910は第1環状面910の外周側がベアリングボール93が位置する側に傾いており、かつ、第1環状面910と第2環状面920との対向距離が内周側から外周側に向かって連続的に狭くなっている。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。
また、転動路95は、外周側にいくほど第1環状面910と第2環状面920との離間距離が狭まっているため、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910と第2環状面920とによって阻止される。従って、ベアリングボール93が転動したベアリングボール93の軌道が安定している。また、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910と第2環状面920とによって阻止されるため、ベアリングボール93がリテーナから脱落することもない。
[実施の形態3]
図5は、本発明の実施の形態3に係るベアリング軸受9の断面図であり、図5ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図5は、本発明の実施の形態3に係るベアリング軸受9の断面図であり、図5ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図5に示すように、本形態のベアリング軸受9も、実施の形態1と同様、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910は、第1環状面910の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第1環状面910は、円錐面になっている。つまり、第1環状面910とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第1環状面910の外周側に構成される。また、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920は、第2環状面920の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側とは反対側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第2環状面920は、円錐面になっている。つまり、第2環状面910とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第1環状面920の外周側に構成される。このように、第1環状面910および第2環状面920はいずれも、軸線L方向に対して同一方向に斜めに傾いた円錐面になっている。
ここで、第1環状面910と第2環状面920の傾きを比較すると、第2環状面920は第1環状面910よりも大きく傾いており、第1環状面910と第2環状面920とは非平行である。このため、第1環状面910と第2環状面920との対向距離(転動路95の幅寸法)は、内周側から外周側に向かって連続的に広くなっている。また、第1環状面910および第2環状面920は、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。
このように構成した場合も、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。また、第1環状面910は第1環状面910の外周側がベアリングボール93が位置する側に傾いているため、ベアリングボール93は、ベアリングボール93の中心よりも第1環状面910の外周側で第1環状面910と接触する。そのため、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910によって阻止される。従って、ベアリングボール93が転動したベアリングボール93の軌道が安定している。また、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910によって阻止されるため、ベアリングボール93がリテーナから脱落することもない。
[実施の形態4]
図6は、本発明の実施の形態4に係るベアリング軸受9の断面図であり、図6ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図6は、本発明の実施の形態4に係るベアリング軸受9の断面図であり、図6ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図6に示すように、本形態のベアリング軸受9も、実施の形態1と同様、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910は、第1環状面910の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第1環状面910は、円錐面になっている。つまり、第1環状面910とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第1環状面910の外周側に構成される。
これに対して、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920は、軸線L方向に対して直交する面になっている。このため、第1環状面910と第2環状面920との対向距離(転動路95の幅寸法)は、内周側から外周側に向かって連続的に狭くなっている。また、第1環状面910および第2環状面920は、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。
このように構成した場合も、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さい。また、第1環状面910は第1環状面910の外周側がベアリングボール93が位置する側に傾いているため、ベアリングボール93は、ベアリングボール93の中心よりも第1環状面910の外周側で第1環状面910と接触する。そのため、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910によって阻止される。従って、ベアリングボール93が転動したベアリングボール93の軌道が安定している。また、ベアリングボール93が転動した際に遠心力を受けても、外周側への変位が第1環状面910によって阻止されるため、ベアリングボール93がリテーナから脱落することもない。
[実施の形態5]
図7は、本発明の実施の形態5に係るベアリング軸受9の断面図であり、図7ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図7は、本発明の実施の形態5に係るベアリング軸受9の断面図であり、図7ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図7に示すように、本形態のベアリング軸受9も、実施の形態1と同様、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920は、第2環状面920の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側とは反対側(上方)に傾いた傾斜面になっており、第2環状面920は、円錐面になっている。つまり、第2環状面920とベアリングボール93の接触点は、ベアリングボール93の中心よりも、第2環状面920の内周側に構成される。
これに対して、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910は、軸線L方向に対して直交する面になっている。このため、第1環状面910と第2環状面920との対向距離(転動路95の幅寸法)は、内周側から外周側に向かって連続的に広がっている。また、第1環状面910および第2環状面920は、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボール94は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。
このように構成した場合も、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さいという効果を奏する。
なお、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910が第1環状面910の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側とは反対側(下方)に傾いた傾斜面になっており、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920が第2環状面920の外周側が軸線L方向においてベアリングボール93が位置する側とは反対側(上方)に傾いた傾斜面になっている構造を採用してもよい。
[実施の形態6]
図8は、本発明の実施の形態6に係るベアリング軸受9の断面図であり、図8ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図8は、本発明の実施の形態6に係るベアリング軸受9の断面図であり、図8ではリテーナの図示を省略してある。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と同様であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
図8に示すように、本形態のベアリング軸受9では、第1支持板91において転動路95を構成する第1環状面910は、軸線L方向に対して直交する面になっている。また、第2支持板92において転動路95を構成する第2環状面920も、軸線L方向に対して直交する面になっている。このため、第1環状面91と第2環状面920とは平行であり、第1環状面910と第2環状面920との対向距離(転動路95の幅寸法)は、内周側から外周側に向かって一定である。また、第1環状面910および第2環状面920は、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続面、つまり軸線Lを通る断面が直線になっている。このため、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所で接している。このように構成した場合も、ベアリングボール93は、第1環状面910および第2環状面920の各々に対して1箇所のみで接する状態で転動するので、摺動ロスが小さいという効果を奏する。
[他の適用例]
上記実施の形態では、本発明を適用したベアリング軸受9を弁体駆動装置1(リニア駆動装置)に用いたが、他のリニア駆動装置や、リニア駆動装置以外の駆動装置において、第1部材および第2部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して、本発明を適用したベアリング軸受9を介して相対回転可能に支持されている構造を採用してもよい。また、本発明で採用した軸受部材6とロータ50との間のクリアランスに関する構成は、上記の弁体駆動装置1に限らず、他のリニア駆動装置に適用してもよい。
上記実施の形態では、本発明を適用したベアリング軸受9を弁体駆動装置1(リニア駆動装置)に用いたが、他のリニア駆動装置や、リニア駆動装置以外の駆動装置において、第1部材および第2部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して、本発明を適用したベアリング軸受9を介して相対回転可能に支持されている構造を採用してもよい。また、本発明で採用した軸受部材6とロータ50との間のクリアランスに関する構成は、上記の弁体駆動装置1に限らず、他のリニア駆動装置に適用してもよい。
1 弁体駆動装置(遮断弁/リニア駆動装置)
2 ステッピングモータ(モータ)
3 仕切り部材
5 コイルバネ(付勢部材)
6 軸受部材
8 出力軸
9 ベアリング軸受
20 ステータ部
50 ロータ
55 ロータの突起
58 雌ネジ
65 軸受部材の軸穴
85 弁体
88 雄ネジ
91 第1支持板
910 第1環状面
92 第2支持板
920 第2環状面
93 ベアリングボール
95 転動路
L 軸線
2 ステッピングモータ(モータ)
3 仕切り部材
5 コイルバネ(付勢部材)
6 軸受部材
8 出力軸
9 ベアリング軸受
20 ステータ部
50 ロータ
55 ロータの突起
58 雌ネジ
65 軸受部材の軸穴
85 弁体
88 雄ネジ
91 第1支持板
910 第1環状面
92 第2支持板
920 第2環状面
93 ベアリングボール
95 転動路
L 軸線
Claims (12)
- 第1支持板と、該第1支持板に軸線方向で対向するように配置されて前記第1支持板との間に環状の転動路を構成する第2支持板と、前記転動路内に沿って配置された複数のベアリングボールと、前記転動路内で前記ベアリングボールを支持するリテーナと、を有するベアリング軸受であって、
前記第1支持板において前記転動路を構成する第1環状面、および前記第2支持板において前記転動路を構成する第2環状面は各々、内周側から外周側において屈曲部分を有しない連続した面になっており、
前記ベアリングボールは、前記第1環状面および前記第2環状面の各々に対して1箇所で接していることを特徴とするベアリング軸受。 - 前記第1環状面および前記第2環状面の双方が、前記軸線方向に対して傾いた円錐面になっていることを特徴とする請求項1に記載のベアリング軸受。
- 前記第1環状面および前記第2環状面のうちの一方の環状面は、該環状面の外周側が前記軸線方向に対して前記ベアリングボールが位置する側に傾いた円錐面になっており、他方の環状面は、該環状面の外周側が前記軸線方向に対して前記ベアリングボールが位置する側とは反対側に傾いた円錐面になっていることを特徴とする請求項2に記載のベアリング軸受。
- 前記第1環状面および前記第2環状面のうちの一方の環状面は、前記軸線方向に対して傾いた円錐面になっていることを特徴とする請求項1に記載のベアリング軸受。
- 前記第1環状面および前記第2環状面のうちの一方の環状面は、前記軸線方向に対して該環状面の外周側が前記ベアリングボールが位置する側に傾いた円錐面になっていることを特徴とする請求項4に記載のベアリング軸受。
- 前記第1環状面と前記第2環状面との対向距離は、内周側から外周側において一定であることを特徴とする請求項1または3に記載のベアリング軸受。
- 前記第1環状面と前記第2環状面との対向距離は、内周側から外周側に向かって連続的に狭まっていることを特徴とする請求項2または5に記載のベアリング軸受。
- 請求項1乃至7の何れか一項に記載のベアリング軸受を備えた駆動装置であって、
前記第1支持板が配置された第1部材と、前記第2支持板が配置された第2部材とを備え、
前記第1部材および前記第2部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して前記ベアリング軸受を介して相対回転可能に支持されていることを特徴とする駆動装置。 - モータの駆動により弁体の開方向および閉方向に駆動される出力軸と、該出力軸と固定体との間に配置されて前記モータへの給電が停止した際に前記出力軸を前記閉方向に移動させる付勢部材と、を有し、
前記ベアリング軸受は、前記付勢手段により前記出力軸が前記閉方向に移動する際に前記出力軸に追従して前記一方の部材として回転する回転部材と、前記他方の部材としての前記固定体との間に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の駆動装置。 - ステータ部およびロータを備えたモータと、前記ロータを軸線方向の第1方向側で回転可能に支持する第1支持部と、前記ロータを軸線方向の前記第1方向側とは反対側の第2方向側で回転可能に支持する第2支持部と、前記ロータに送りネジ機構を介して接続されて前記第1方向および前記第2方向に直線駆動される出力軸と、該出力軸を前記第2方向に付勢する付勢部材と、を有するリニア駆動装置において、
前記第1支持部は、前記ロータが摺動可能な摺動面を備えた摺動軸受であって、
前記ステータ部への給電停止時、前記出力軸は前記付勢手段に付勢されて前記第2方向の移動限界位置まで移動するように構成されており、
スラスト方向において前記第1支持部と前記ロータとの間には、前記給電停止時に前記出力軸が前記移動限界位置で急停止した際、前記ロータが慣性力で回転して前記第1方向に移動した際に前記ロータが前記第1支持部に当接するのを回避するクリアランスが設けられていることを特徴とするリニア駆動装置。 - 前記出力軸には、該出力軸に対して前記第2方向側に位置する開口を閉鎖する弁体が形成され、
前記移動限界位置は、前記弁体が前記開口を閉鎖する位置であることを特徴とする請求項10に記載のリニア駆動装置。 - 前記弁体が前記開口を形成する開口形成部に当接して前記開口を閉鎖することにより、前記出力軸が前記移動限界位置で急停止することを特徴とする請求項11に記載のリニア駆動装置。
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