WO2007091429A1 - ボールねじ軸の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでコンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじ軸の支持構造を提供する。 【解決手段】ハウジングに対してボールねじのねじ軸７が支持軸受１０を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造において、ねじ軸７の外周に嵌合部１３と位置決め用の肩部１８が形成され、嵌合部１３に所定のシメシロを介して支持軸受１０の内輪１６が圧入され、肩部１８に内輪１６が当接された状態で、嵌合部１３に、低炭素鋼からなる鋼板をプレス加工によって断面が略矩形状に形成されたスペーサリング１９が外嵌されると共に、嵌合部１３の端部１３ａを径方向外方に塑性変形させて周方向等配に複数の加締部２０が形成され、この加締部２０により内輪１６がスペーサリング１９を介してねじ軸７に対して軸方向に固定されている。

Description

明 細 書

ボールねじ軸の支持構造

技術分野

[0001] 本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械や自動車のァクチ ユエータ等に使用されるボールねじにおけるボールねじ軸の支持構造に関するもの である。

背景技術

[0002] 一般工作機械や自動車のァクチユエータに使用されるボールねじにおいては、回 転駆動されるねじ軸の両端は深溝玉軸受等の転がり軸受により回転自在に支持され ている。一般的に、このねじ軸の軸方向荷重を受ける転がり軸受の内輪は、廉価で 組立が容易なスナップリングにより軸方向に固定されて使用される場合が多い。

[0003] 然しながら、スナップリングを使用した場合、そのリング溝と内輪間との寸法バラツキ により必然的に軸方向のガタを有するため、衝撃荷重が負荷された時、スナップリン グが外れたり破損する恐れがあり、信頼性あるいは耐久性に問題がある。

[0004] こうした問題を解決したものとして、図 4に示すようなボールねじ軸の支持構造が知 られている。ボールねじ軸 51の端部には、嵌合部 52と、転がり軸受 53の内輪 56の 端面が当接する肩部 57が形成されている。ボールねじ軸 51のねじ端部は外径の円 筒面が分断され、この肩部 57は完全な面にならないため、当接面が充分確保される よう、嵌合部 52の外径はねじ溝（図示せず)の底径よりも小径に形成されている。一 方、軸端には環状溝 54が形成され、この環状溝 54は所定の傾斜角 αからなる側壁 54aを有している。そして、この側壁 54aと内輪 56の内径面取り 56aと間に固定リング 55が装着されている。

[0005] この固定リング 55は断面が円形をなす線材カゝらなり、内径が嵌合部 52の外径よりも 僅かに小径に形成されている。また、線材の直径は、内輪 56の内径面取り 56aと環 状溝 54の側壁 54aとによって形成される環状のすきまよりも僅かに大径に形成されて いる。そして、この固定リング 55を弾性変形させながら環状溝 54に装着し、内輪 56 の内径面取り 56aと環状溝 54の側壁 54a間に圧入されている。すると、側壁 54aの傾 斜角 αによって軸方向の分力が発生し、内輪 56は肩部 57に押付けられ、内輪 56は 軸方向のガタなくボールねじ軸 51の嵌合部 52に固定される。したがって、加工工数 と部品点数が最小限で済み、組立自体も簡便化できて低コストを図ることができると 共に、支持部のコンパクトィ匕が実現でき、信頼性'耐久性が向上する。

特許文献 1：特開 2005 - 233358号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 然しながら、こうした従来のボールねじ軸の支持構造は、固定リング 55の弾性力に よって内輪 56を軸方向に固定しているため、自動車のエンジン制御機器等の用途に 使用される場合、振動荷重や衝撃荷重が作用するため、嵌合部 52から内輪 56が抜 け出す恐れがあり、信頼性の面で懸念があった。

[0007] 本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、低コストでコンパクトィ匕を 図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじ軸の支持構造を提供することを 目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 係る目的を達成すベぐ本発明のうち請求項 1に記載の発明は、ハウジングに対し てボールねじのねじ軸が支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の 支持構造において、前記ねじ軸の外周に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、 前記嵌合部に所定のシメシ口を介して前記支持軸受の内輪が圧入され、前記肩部に 前記内輪が当接された状態で、前記嵌合部に鋼製のスぺーサリングが外嵌されると 共に、当該嵌合部の端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この 加締部により前記内輪が前記スぺーサリングを介して前記ねじ軸に対して軸方向に 固定されている構成を採用した。

[0009] このように、ボールねじのねじ軸が支持軸受を介して支持されたボールねじ軸の支 持構造において、ねじ軸の外周に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、嵌合部 に所定のシメシ口を介して支持軸受の内輪が圧入され、肩部に内輪が当接された状 態で、嵌合部に鋼製のスぺーサリングが外嵌されると共に、当該嵌合部の端部を径 方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部により内輪がスぺーサリ ングを介してねじ軸に対して軸方向に固定されているので、低コストでコンパクトィ匕を 図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじ軸の支持構造を提供すること ができる。

[0010] また、請求項 2に記載の発明のように、前記ねじ軸の肩部から嵌合部に亙って、高 周波焼入れによって所定の表面硬さに硬化処理されると共に、前記加締部が素材表 面硬さのままの未焼入れ部とされて 、れば、嵌合部と肩部のフレツティング摩耗を防 止することができると共に、加締カ卩ェによって加締部に微小クラックの発生等、耐久 性に影響する要因を排除することができ、信頼性'耐久性を向上させることができる。

[0011] また、請求項 3に記載の発明のように、前記加締部が周方向に複数箇所等配に形 成されていても良いし、また、請求項 4に記載の発明のように、前記加締部が周方向 全周に亙って形成されて!、ても良 、。

[0012] また、請求項 5に記載の発明のように、前記スぺーサリングが、低炭素鋼力もなる鋼 板をプレス加工によって断面が略矩形状に形成されて ヽれば、材料費と加工費共に 抑えることができ低コストィ匕を実現することができる。

発明の効果

[0013] 本発明に係るボールねじ軸の支持構造は、ハウジングに対してボールねじのねじ 軸が支持軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸の支持構造にぉ 、て、 前記ねじ軸の外周に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、前記嵌合部に所定の シメシ口を介して前記支持軸受の内輪が圧入され、前記肩部に前記内輪が当接され た状態で、前記嵌合部に鋼製のスぺーサリングが外嵌されると共に、当該嵌合部の 端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部により前記内輪 が前記ねじ軸に対して前記スぺーサリングを介して軸方向に固定されているので、低 コストでコンパクトィ匕を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじ軸の支持 構造を提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0014] ノ、ウジングに対してボールねじのねじ軸が支持軸受を介して回転自在に支持され たボールねじ軸の支持構造において、前記ねじ軸の外周に嵌合部と位置決め用の 肩部が形成され、前記嵌合部に所定のシメシ口を介して前記支持軸受の内輪が圧入 され、前記肩部に前記内輪が当接された状態で、前記嵌合部に、低炭素鋼からなる 鋼板をプレス加工によって断面が略矩形状に形成されたスぺーサリングが外嵌され ると共に、当該嵌合部の端部を径方向外方に塑性変形させて周方向等配に複数の 加締部が形成され、この加締部により前記内輪が前記スぺーサリングを介して前記 ねじ軸に対して軸方向に固定されて 、る。

実施例

[0015] 以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。

図 1は、本発明に係るボールねじ軸の支持構造を適用した電動リニアァクチユエ一 タを示す縦断面図、図 2は、図 1の要部拡大図で、（a)は側面図、（b)は縦断面図で ある。なお、本実施形態では、ボールねじ軸のモータ側をアウター側（図中左側）、反 モータ側をインナー側（図中右側）と言う。

[0016] この電動リニアァクチユエータ 1は、リンク 2と、このリンク 2を介して図示しない被駆 動部材を摇動駆動するボールねじ 3と、このボールねじ 3を駆動し、ハウジング 4に取 付けられた電動モータ 5とから構成されて 、る。

[0017] ボールねじ 3は、電動モータ 5のモータ軸 5aにカップリング 6を介して連結され、電 動モータ 5により回転駆動されるねじ軸 7と、このねじ軸 7の外周面に形成された螺旋 状のねじ溝 7aと対向する螺旋状のねじ溝 8aが内周面に形成されたナット 8と、これら 両ねじ溝 7a、 8a間に収容された多数のボール 9とを備えている。各ねじ溝 7a、 8aの 断面形状は、サーキユラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、 ここでは、各ねじ溝 7a、 8aの断面形状は、ボール 9との接触角が大きくとれ、軸方向 すきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、アキシァ ル荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。

[0018] ねじ軸 7は、一対の転がり軸受からなる支持軸受 10、 11を介してハウジング 4に対 して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。一方、ナット 8は、その外 周面に一対の支持軸 12が突設されている。この支持軸 12は、リンク 2の一端部を回 転自在に支承し、ねじ軸 7の軸心に対して直角に突設されている。したがって、ナット 8は、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支持されている。

[0019] このような構成により、電動モータ 5の回転に伴ってねじ軸 7が回転し、このねじ軸 7 の回転によりナット 8が軸方向（図中左右方向）に移動される。すなわち、このボール ねじ 3により、モータ軸 5aの回転運動がボールねじ 3を介してナット 8の軸方向運動に 変換され、ナット 8の支持軸 12を介して連結されたリンク 2が揺動運動する。

[0020] ここで、支持軸受 10、 11の少なくとも一方は 4点接触玉軸受力 なり、ねじ軸 7の端 部に形成された嵌合部 13に圧入されている。これらの支持軸受 10、 11は単列の転 力 Sり軸受でありながら、ねじ軸 7に負荷される両方向の軸方向荷重およびモーメント 荷重を支承することができ、軽量 'コンパクトィ匕を図ることができる。

[0021] モータ側の支持軸受 10は、図 2に拡大して示すように、図示しないハウジングに嵌 合された外輪 14と、この外輪 14に複数の転動体 (ボール） 15を介して内嵌された内 輪 16と、転動体 15を転動自在に保持する保持器 17とを備えている。なお、ねじ軸 7 を支持する支持軸受 10、 11は例示した 4点接触玉軸受に限らず、深溝玉軸受ゃァ ンギユラ玉軸受、あるいはこのアンギユラ玉軸受を複列に組み合せたもの、さらに複 列アンギユラ玉軸受であっても良い。

[0022] ねじ軸 7の端部に形成された嵌合部 13には、内輪 16の端面が当接する肩部 18が 形成されている。ねじ軸 7のねじ端部は外径の円筒面が分断され、この肩部 18は完 全なフラットな面にならないため、支持軸受 10が傾いた状態で固定される恐れがある 。したがって、本実施形態では、肩部 18のフラットな当接面が充分確保されるよう、嵌 合部 13の外径はねじ溝（図示せず)の底径よりも小径に形成されている。

[0023] ここで、ねじ軸 7は、 S53C等の炭素 0. 40-0. 80重量％を含む中炭素鋼で形成 され、ねじ溝 7aをはじめ、このねじ溝 7aから肩部 18および嵌合部 13に亙り高周波焼 入れによって表面硬さを 54〜64HRCの範囲に硬化層が形成されている。これにより 、嵌合部 13と肩部 18のフレツティング摩耗を防止することができる。なお、嵌合部 13 の端部 13aは、素材の表面硬さのままの未焼入れ部とされている。そして、ねじ軸 7の 嵌合部 13に支持軸受 10が所定のシメシ口で圧入されると共に、内輪 16のインナー 側の端面 16aが肩部 18に当接された状態で、内輪 16のアウター側の端面 16bに当 接する断面が矩形状のスぺーサリング 19が装着されている。

[0024] また、嵌合部 13の端部 13aを径方向外方に塑性変形させ、スぺーサリング 19に向 けて押え付けた状態で加締部 20が形成されている。この加締部 20によって、支持軸 受 10がねじ軸 7に対して軸方向にガタなく固定される。なお、嵌合部 13の端部 13a が素材の表面硬さのままの未焼入れ部とされているため、加締カ卩ェが簡便にできると 共に、加締カ卩ェによって加締部 20に微小クラックの発生等、耐久性に影響する要因 を排除することができ、信頼性 ·耐久性を向上させることができる。この加締部 20は、 図示しない加締治具により、スぺーサリング 19の幅面に密着した状態で周方向 3箇 所等配に形成されているが、周方向 3箇所に限らず、 4箇所以上であっても良いし、 また、全周を径方向外方に塑性変形させて加締ても良い。

[0025] スぺーサリング 19は、冷間圧延鋼鈑 CFIS規格の SPCC系等）、あるいは低炭素鋼（ JIS規格の SC系等)からプレス加工にて形成され、特に、熱処理等によって硬化処 理はされていない。これにより、材料費と加工費共に抑えることができ低コストィ匕を実 現することができる。このスぺーサリング 19を内輪 16と加締部 20との間に介装するこ とにより、加締部 20の加締強度を充分に大きくした場合でも、内輪 16が径方向外方 に弾性変形するのを防止することができる。すなわち、加締部 20の成形時には、通 常この加締部 20に隣接する内輪 15の内周面に径方向外方に向いた力が加わるとこ ろ、このスぺーサリング 19が力を受けて、その力を緩衝することができる。したがって 、加締部 20の形成に伴って内輪 16の内径が変形するのを抑制することができ、内輪 16の損傷を防止することができると共に、低コストで耐久性があり、信頼性を向上さ せたボールねじ軸の支持構造を提供することができる。

[0026] 図 3は、内輪 16を加締部 20で固定する場合において、スぺーサリング 19の有無に よる内輪 16の抜け力（加締力）を比較した試験結果を示すグラフである。ここで、支持 軸受 10として 6201を代用すると共に、スぺーサリング 19として、 S25Cからなる削り 品で、内径 12. 08mm,外径 22mm、幅が 2mmのリング材を使用した。また、支持 軸受 10のラジアルすきまの変化量がゼロである最大荷重で加締を行い、抜けカはァ ムスラー型万能試験機を使用し、内輪 15が嵌合部 12から抜け出す時の荷重とした。 この抜け試験結果からも明らかなように、スぺーサリング 19を加締部 20と内輪 16間 に介装することにより、略 2倍に抜け力が増大する。

[0027] 以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形 態に何等限定されるものではなぐあくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しな い範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発 明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載 の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

産業上の利用可能性

[0028] 本発明に係るボールねじ軸の支持構造は、軸受の形式'構成に制約されず、ボー ルねじ軸を転がり軸受を介して回転自在に支持するあらゆるボールねじ軸の支持構 造に適用できる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]本発明に係るボールねじ軸の支持構造を適用した電動リニアァクチユエータを 示す縦断面図である。

[図 2]図 1の要部拡大図で、（a)は側面図、（b)は縦断面図である。

[図 3]スぺーサリングの有無による内輪の抜け力を比較した試験結果を示すグラフで ある。

[図 4] (a)は、従来のボールねじ軸の支持構造を示す縦断面図である。 (b)は、（a) の要部拡大図である。

符号の説明

[0030] 1 電動リニアァクチユエータ

2 リンク

3 ボーノレねじ

4 ハウジング

5 電動モータ

5a モータ軸

6 カップリング

7 ねじ軸

7a、 8a ねじ溝

8 ナット

9 ボール

10. 11 支持軸受 支持軸 嵌合部a 端部

外輪 転動体 内輪a, 16b 端面

保持器 肩部 スぺーサリング 加締部 ボーノレねじ軸 嵌合部 転がり軸受 環状溝a 側壁

固定リング 内輪a 内径面取り 肩部 傾斜角

Claims

請求の範囲

[1] ノ、ウジングに対してボールねじのねじ軸が支持軸受を介して回転自在に支持され たボールねじ軸の支持構造にお 、て、

前記ねじ軸の外周に嵌合部と位置決め用の肩部が形成され、前記嵌合部に所定 のシメシ口を介して前記支持軸受の内輪が圧入され、前記肩部に前記内輪が当接さ れた状態で、前記嵌合部に鋼製のスぺーサリングが外嵌されると共に、

当該嵌合部の端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締 部により前記内輪が前記スぺーサリングを介して前記ねじ軸に対して軸方向に固定 されて 、ることを特徴とするボールねじ軸の支持構造。

[2] 前記ねじ軸の肩部力も嵌合部に亙って、高周波焼入れによって所定の表面硬さに 硬化処理されると共に、前記加締部が素材表面硬さのままの未焼入れ部とされてい る請求項 1に記載のボールねじ軸の支持構造。

[3] 前記加締部が周方向に複数箇所等配に形成されている請求項 1または 2に記載の ボールねじ軸の支持構造。

[4] 前記加締部が周方向全周に亙って形成されている請求項 1または 2に記載のボー ルねじ軸の支持構造。

[5] 前記スぺーサリンダカ 低炭素鋼力 なる鋼板をプレス加工によって断面が略矩形 状に形成されている請求項 1乃至 4いずれか〖こ記載のボールねじ軸の支持構造。