特開 2024-121605 アンギュラ玉軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121605

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】アンギュラ玉軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/16 20060101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

F16C19/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028794

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】西岡 虎太朗

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA03

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA78

3J701BA79

3J701FA31

3J701FA60

3J701GA60

3J701XB03

3J701XB13

3J701XB24

3J701XB26

(57)【要約】

【課題】大きい軸方向荷重の負荷に対して、より好適な設計のアンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】本発明のアンギュラ玉軸受（１）は、例えば、射出成型機のボールねじサポート用に使用される。アンギュラ玉軸受（１）は、内輪（４）と、外輪（２）と、これら内輪（４）および外輪（２）の間に介在された玉（６）とを備えている。アンギュラ玉軸受（１）の作用点距離（ａ）と、玉（６）のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）が、０．８５～１．２５の範囲に設定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と、外輪と、これら内輪および外輪の間に介在された玉とを備えたアンギュラ玉軸受であって、
軸受の作用点距離（ａ）と、前記玉のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）が、０．８５～１．２５の範囲に設定されているアンギュラ玉軸受。

【請求項2】

内輪と、外輪と、これら内輪および外輪の間に介在された玉とを備えたアンギュラ玉軸受であって、
前記内輪の軌道面および前記外輪の軌道面の曲率半径（Ｃｒ）と、前記玉の直径（Ｄｉ）の関係（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０３～１．０６の範囲に設定されているアンギュラ玉軸受。

【請求項3】

射出成型機のボールねじサポート用に使用される、請求項１または２に記載のアンギュラ玉軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、ボールねじのサポートに使用されるアンギュラ玉軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

ボールねじのサポートに使用されるアンギュラ玉軸受として、以下の構成が提案されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１のアンギュラ玉軸受では、接触角αが、４５°≦α≦７０°のアンギュラ玉軸受において、Ａｅ（＝（外輪溝肩部の径方向高さ；Ｈｅ）／（玉の直径；Ｄａ））が、０．３５≦Ａｅ≦０．５０に設定され、Ａｉ（＝（内輪溝肩部の径方向高さ；Ｈｉ）／（玉の直径；Ｄａ））が、０．３５≦Ａｉ≦０．５０位設定されている。これにより、保持器の剛性を確保しつつ、玉数を増やして、軸受の軸方向の負荷能力を高めることが期待できる。

【0003】

また、隣り合う玉同士の距離Ｌと、玉のピッチ円直径ｄｍに円周率πを乗じた玉ピッチ円周長さ（π・ｄｍ）との関係は、１．５×１０^－３≦Ｌ／（π・ｄｍ）≦２０×１０^－３に設定されている。これにより、軸受一列あたりの玉数を多くすることができ、軸受の負荷容量増加および高剛性と、保持器の強度維持の両立を図ることができる。

【0004】

特許文献２のボールねじと転がり軸受の組合せ構造では、転がり軸受が、ねじ軸端部の外径の１．８倍以上の転動体ピッチ円径を有し、さらに、ねじ軸端部の外径の２倍以上の作用点距離を有している。これにより、転がり軸受内輪と嵌合する部分のねじ軸の軸径が小さくなって、ねじ軸端部の曲げ剛性が低下する。その結果、ねじ軸の端部が径方向に変形し易くなり、ねじ軸端部の変形に起因するこじり力がナットに発生し難くなる。また、転がり軸受の接触角が、４０°以上６５°以下である。これにより、軸方向の負荷容量を大きく確保できるので、軸受の列数を削減できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７２８５８５号公報

【特許文献2】特開２００８－１０１７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、例えば、電動射出成型機のボールねじの支持箇所にアンギュラ玉軸受が使用されており、近年、大きな軸方向荷重が負荷される傾向にある。特許文献１，２の技術では、より大きなアキシアル荷重、予圧荷重の負荷を想定し、接触角が標準品より大きく（例えば、４０°～７０°）設定されている。また、特許文献１の技術では、肩乗り上げを防止するため、内輪および外輪の溝肩高さが標準品より大きく設計されている。特許文献１，２では、大きな軸方向荷重を負荷するために、接触角度が４０°以上に設定されているが、大きい軸方向荷重の負荷に対して最適な設計はされていない。

【0007】

本発明の目的は、大きい軸方向荷重の負荷に対して、より好適な設計のアンギュラ玉軸受を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のアンギュラ玉軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪および外輪の間に介在された玉とを備えたアンギュラ玉軸受であって、軸受の作用点距離（ａ）と、前記玉のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）が、０．８５～１．２５の範囲に設定されている。ここで、「軸受の作用点距離」とは、軸受の軸心と作用線との交点と、軸心と軸受の軸方向一端面との交点との距離をいう。

【0009】

この構成によれば、軸受の作用点距離（ａ）と玉のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）が０．８５以上であると、径方向荷重と高い軸方向荷重を負荷することができる。また、同関係（ａ／ｄｐ）が１．２５以下であると、径方向方向の荷重の負荷容量の低下や、玉の軌道面外への乗り上げを防ぐことができる。

【0010】

本発明の別のアンギュラ玉軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪および外輪の間に介在された玉とを備えたアンギュラ玉軸受であって、前記内輪の軌道面および前記外輪の軌道面の曲率半径（Ｃｒ）と、前記玉の直径（Ｄｉ）の関係（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０３～１．０６の範囲に設定されている。

【0011】

この構成によれば、内輪の軌道面および外輪の軌道面の曲率半径（Ｃｒ）と玉の直径（Ｄｉ）の関係（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０３以上であると、玉と軌道面の接触楕円が小さくなるので、玉の軌道面外への乗り上げを防ぐことができる。同関係（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０６以下であると、接触楕円が小さくなりすぎないので、面圧の上昇を防ぐことができる。

【0012】

本発明のアンギュラ玉軸受は、例えば、射出成型機のボールねじサポート用に好適に使用される。

【発明の効果】

【0013】

本発明のアンギュラ玉軸受によれば、大きい軸方向荷重の負荷に対して、より好適な設計のアンギュラ玉軸受を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受を示す縦断面図である。

【図2】同アンギュラ玉軸受を用いた工作機械の送り機構を示す断面図である。

【図3】同アンギュラ玉軸受の３列組合せ使用例を示す部分断面図である。

【図4】同アンギュラ玉軸受の４列組合せ使用例を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「軸方向」、「径方向」および「周方向」はそれぞれ、軸受の「軸方向」、「径方向」および「周方向」である。

【0016】

図１は、本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受１の縦断面図である。本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、例えば、射出成型機のボールねじサポート用に使用される。
である。ただし、アンギュラ玉軸受１の用途は、これに限定されない。

【0017】

本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、外輪２と、内輪４と、これら外輪２と内輪４との間に介在された玉６とを備えている。アンギュラ玉軸受１は、さらに、玉６を周方向に位置決めする保持器８を備えている。

【0018】

外輪２の内径面２ａに、玉６が転走する軌道面２ａａが形成されている。軌道面２ａａは、内径面２ａから径方向外側に凹入した面で、本実施形態では、内径面２ａの軸方向一端側（図１の左側）に位置している。

【0019】

内輪４の外径面４ａに、玉６が転走する軌道面４ａａが形成されている。軌道面４ａａは、外径面４ａから径方向内側に凹入した面で、本実施形態では、外径面４ａの軸方向他端側（図１の右側）に位置している。

【0020】

本実施形態のアンギュラ玉軸受１の寸法を以下のとおり定義する。アンギュラ玉軸受１の内径寸法をｄ、外径寸法をＤ、幅寸法をＢとする。また、内輪４の軌道面４ａａおよび外輪２の軌道面２ａａの曲率半径をＣｒ、玉６の直径をＤｉとする。さらに、アンギュラ玉軸受１のピッチ円直径をｄｐ、作業点距離をａとする。ここで、「軸受の作用点距離」とは、軸受１の軸心ＡＸと作用線Ｌ１との交点Ｐ１と、軸心ＡＸと軸受１における交点Ｐ１が存在しない側の一端面（図１の左側端面）との交点Ｐ２との距離をいう。なお、軸受１の軸心ＡＸと作用線Ｌ１とのなす角が、接触角θである。

【0021】

本実施形態のアンギュラ玉軸受１において、軸受の作用点距離（ａ）と、玉６のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）が、０．８５～１．２５の範囲に設定されている。

【0022】

また、内輪４の軌道面４ａａおよび外輪２の軌道面２ａａの曲率半径（Ｃｒ）と、玉６の直径（Ｄｉ）の関係（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０３～１．０６の範囲に設定されている。以下の説明において、内輪４の軌道面４ａａおよび外輪２の軌道面２ａａの曲率半径（Ｃｒ）と、玉６の直径（Ｄｉ）の関係（２・Ｃｒ／Ｄｉ）を「溝曲率直径」という。

【0023】

つぎに、本実施形態の実験結果について説明する。表１は、軸受の作用点距離（ａ）と玉６のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）に対する、軸方向および径方向の荷重負荷能力の評価結果を示している。表中の「〇」は良好（十分な負荷能力を有する）を意味し、「×」は不良（負荷能力が不足）を意味している。

【0024】

【表1】

【0025】

表１の評価結果から、軸受１の作用点距離（ａ）と玉６のピッチ円直径（ｄｐ）の関係（ａ／ｄｐ）が０．８５以上であると、径方向荷重と高い軸方向荷重を負荷することができる。また、同関係（ａ／ｄｐ）が１．２５以下であると、径方向方向の荷重の負荷容量の低下や、玉６の軌道面２ａａ，４ａａの外への乗り上げを防ぐことができる。

【0026】

表２は、溝曲率直径（２・Ｃｒ／Ｄｉ）に対する乗り上げと面圧の評価結果を示している。表中の「〇」は良好、すなわち、乗り上げなし、面圧上昇なしを意味し、「×」は不良、すなわち、乗り上げあり、面圧上昇を意味している。

【表2】

【0027】

表１の評価結果から、溝曲率直径（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０３以上であると、玉６と軌道面２ａａ，４ａａの接触楕円が小さくなるので、玉６の軌道面２ａａ，４ａａの外への乗り上げを防ぐことができる。また、溝曲率直径（２・Ｃｒ／Ｄｉ）が１．０６以下であると、接触楕円が小さくなり過ぎないので、面圧の上昇を防ぐことができる。

【0028】

本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、例えば、電動射出成形機の射出部や、プレス機械のプレス荷重負荷用のボールねじの支持に好適に用いられる。ただし、本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、これに限定されず、高負荷用途の軸受として一般に広く適用できる。

【0029】

図４は、本実施形態のアンギュラ玉軸受１を用いた工作機械の送り機構を示す。テーブル３１は、基台３２にガイド（図示せず）を介して進退自在に設置されており、駆動モータ３３の駆動により、ボールねじ３４を介して進退駆動される。ボールねじ３４は、ナット３５がテーブル３１に取り付けられ、ねじ軸３６が両端の支持部３７，３８で基台３２に回転自在に支持されている。ねじ軸３６は、駆動モータ３３のモータ軸３３ａとカップリング３９を介して連結されている。各支持部３７，３８は、ハウジング３７ａ，３８ａに設置された転がり軸受２０，４１により、ねじ軸３６を支持する。このうち、駆動モータ３３側の支持部３７の転がり軸受２０に、上記実施形態のアンギュラ玉軸受１が用いられている。

【0030】

この支持部３７では、図３に示すように、複数のアンギュラ玉軸受１が３列組合せで使用されている。詳細には、図３では、３つのアンギュラ玉軸受１が正面組合せ（ＤＦＴ組合せ）で使用されている。ただし、アンギュラ玉軸受１の組合せはこれに限定されず、たとえば、図４に示すように、４つのアンギュラ玉軸受１が正面組合せ（ＤＦＴＴ組合せ）で使用されてもよい。また、複列のアンギュラ玉軸受１が、背面組合せ、並列組合せで使用されてもよい。

【0031】

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0032】

１ アンギュラ玉軸受
２ 外輪
２ａａ 外輪の軌道面
４ 内輪
４ａａ 内輪の軌道面
６ 玉
ａ 軸受の作用点距離
Ｃｒ 軌道面の曲率半径
Ｄｉ 玉の直径
ｄｐ 玉のピッチ円直径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】