(57)【要約】【課題】スラストに耐え、軸方向移動でのシール外れ、損傷を防止し、少抵抗のボールねじサポート用に適したシール付き軸受、ボールねじ装置を提供。【解決手段】軌道面の一方が落とされた形状の軌道面２１，２２を有する内輪２及び外輪３と、内輪及び外輪の軌道面間で回転可能にされた複数のボール４とを有し、内輪及び外輪軌道面はボール中心４１に対称に配置され、ボールと内輪軌道面及び外輪軌道面との呼び接触角が４５°を超える単列軸受１において、外輪軌道面端３２，３３に隣接して設けられた外輪内径３４，３５の外端近傍にシール溝３６，３７と、内輪軌道面端２２，２３に隣接して設けられた内輪の外径２４，２５の外端近傍にシール接触面２４ａ，２５ａとを設け、単リップのシール６を装着する。かかるシール付き軸受を２個用いて、シールを外側にして潤滑剤を封入し、互いに背面又は正面組合せにてボールねじのねじ軸１０を支承させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面弧状の軌道面の一方が落とされた形状の軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の軌道面間に挟持回転可能にされた複数のボールとを有し、前記内輪及び前記外輪軌道面は前記ボール中心に対し対称に配置され、前記ボールと前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との呼び接触角が４５°を超える単列軸受において、少なくとも一方の前記外輪軌道面端に隣接して設けられた円筒状の外輪内径の外端近傍にシール溝が設けられ、前記シール溝と同じ側の前記内輪軌道面端に隣接して設けられた円筒状の内輪外径の外端近傍にシール接触面が設けられ、前記シール溝に外径部が嵌着し、かつ、前記シール接触面に単リップの内径部が接触するようにされた略円盤状のシールが設けられていることを特徴とするシール付き軸受。
【請求項２】
軌道面の一方が落とされた側の前記外輪軌道面端及び前記外輪内径は前記外輪の軌道径以下軌道径の０．９以上であり、残された他方の前記外輪軌道面端及び前記外輪内径は前記複数のボールのピッチ円径と同じにされ、軌道面の一方が落とされた側の前記内輪軌道面端及び前記内輪外径は前記内輪の軌道径以上１．１以下であり、残された他方の前記内輪軌道面端及び前記内輪外径は前記複数のボールのピッチ円径と同じにされていることを特徴とする請求項１記載のシール付き軸受。
【請求項３】
前記シールの外径と内径の差が前記ボール径の１倍を超え１．４倍以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のシール付き軸受。
【請求項４】
請求項１又は２又は３記載の前記シール付き軸受を２個用いて互いに背面又は正面組合せにてボールねじのねじ軸の少なくとも一方を支承させ、前記組合せしたシール付き軸受の両端面側に前記シールが設けられ、前記シール間に潤滑剤が封入されていることを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシール付き軸受及びボールねじ装置に関し、特にボールねじの支持部に仕様されるボールねじサポート用に適したシール付き軸受及びそれを用いたボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般産業機械や工作機械等の送り装置として、外ねじが設けられたねじ軸と内ねじが設けられたナットを両ねじに螺合するボールを介して組み付け、ねじ軸を回転させてナットをねじ送りするボールねじが多く使用される。かかるボールねじはねじを回転可能に固定し、ナットを工作台あるいは刃物台等として移動させるので、ねじ軸にはスラスト荷重がかかる。そこで、従来より、ねじ軸の支持にあたっては、複列の深溝玉軸受や、アンギュラ玉軸受を背面あるいは正面組合せしてボールねじサポート用軸受として使用している（例えば特開平６−８１９２６号公報、特開平２−２５３０３８号公報、実開平３−７８１５１号公報）。しかし、アンギュラ玉軸受の軌道面とボールとの呼び接触角は一般に３０°程度のものが多く、より大きなスラスト荷重を受けることができない。そこで、図３に示すような、アンギュラ玉軸受と同様な、断面弧状の軌道面の一方が落とされた形状の軌道面５０，５１を有する内輪５２及び外輪５３と、内輪及び外輪の軌道面間に挟持回転可能にされた複数のボール４とを有し、内輪及び外輪軌道面はボール中心４１に対し対称に配置され、ボールと内輪軌道面及び外輪軌道面との呼び接触角αが４５°を超える単列軸受、より具体的には呼び接触角を６０°程度としたスラスト軸受４９がボールねじサポート用軸受として市販されている。
【０００３】
一方、ボールねじは必ずしも清浄な環境で使用されるわけではなく、ボールねじサポート用軸受を外部環境から保護しなければならない。そこで、前述した図３に示すように、背面組合せされたボールねじサポート用軸受４９を支持部材１２に嵌挿し、蓋１３の凸部１３ａを外輪５３に当接するようにして固定する。一方、内輪５２はボールねじのねじ軸１０の小径部１１に嵌挿させ、ねじ軸の段部１１ａとねじ先端の先端ねじ部１５に螺着された固定ナット１６により間座１４を介して挟持固定し、ねじ軸を支承する。さらに、軸受４９の両側外方にシール６０の外径部６１を支持部材１２及び蓋１３のシール穴１２ｂ、１３ｂに嵌挿し、シールのリップ部６２がそれぞれねじ軸１０の外周面１０ａ、間座１４の外周面１４ａに摺接するように配置して、軸受４９を外部環境から保護するようにしている。しかし、かかるシール構造のように、軸受４９の外部にシール６０を設けるものは、組み付けに工数がかかり、構造も複雑、大きい等の問題があった。
【０００４】
そこで、一般の深溝型や比較的呼び接触角が小さいアンギュラ型玉軸受においては、外輪と内輪間にシールを設けている。これらのシールは、シールの外径と内径との差の半分、即ちシールの高さがほぼボール径とおなじにされている。しかし、シールの高さがほぼボール径とおなじであるので、アキシャル方向の動きが大きいと、倒れやすく、シール外れや、シールの損傷を引き起こすおそれがある。また、呼び接触角が比較的大きいアンギュラタイプの例として、図４に示すような、特開平８−２１０３６３号公報図１のように、正面組み合わせの両外端側の外輪軌道面端７２から段部７３を経て設けられた円筒状の外輪内径７４の外端近傍にシール溝７５を設け、シール溝と同じ側の内輪軌道面端７６に隣接して設けられた円筒状の内輪の外径７７の外端近傍にシール接触面７７ａを設け、シール溝に外径部７８ａを嵌着し、かつ、シール接触面に内径部７８ｂのリップが接触するようにされた略円盤状のシール７８が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このものは、もともと車両用ハブ等での軸受内に流路をもつシール軸受用等に適したものであり、内側のシール構造７９に特徴があり、ボールねじサポート用軸受としては検討の範囲外であり不適である。そこで、外側のシール構造に限って、前述した図３のものに適用するにしても、例えば、シール７８の内径部７８ｂのリップは複リップであり、摺動抵抗が大きい。また、スラスト許容荷重を増加させるためには、さらに呼び接触角を大きくする必要があるが、アキシャル方向の移動が大きくシール外れや、シールの損傷を引き起こすおそれがある。また、断面弧状の軌道面の一方が落とされた形状（薄肉側）の軌道面端７２にさらに段部７３を設けているのでシールの外径と内径との差の半分、即ちシールの高さはほぼボール４のボール径とおなじにされ、外輪の外径端７１の強度が弱く、スラスト荷重等を受けるために大きな予圧を必要とするボールねじサポート用軸受としては不適である。なお、図４の内側が外側となる背面組合せでのシール形状については、全く開示されていない。
【０００６】
本発明の課題は上記問題点に鑑みて、スラスト荷重に耐えられ呼び接触角が大きく、アキシャル方向の移動が大きくてもシール外れや、シールの損傷を引き起こすことのない、また、抵抗の少ないボールねじサポート用に適したシール付き軸受及びこの軸受を用いたボールねじ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、断面弧状の軌道面の一方が落とされた形状の軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の軌道面間に挟持回転可能にされた複数のボールとを有し、前記内輪及び前記外輪軌道面は前記ボール中心に対し対称に配置され、前記ボールと前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との呼び接触角が４５°を超える単列軸受において、少なくとも一方の前記外輪軌道面端に隣接して、いいかえれば続いて設けられた円筒状の外輪内径外端近傍にシール溝が設けられ、前記シール溝と同じ側の前記内輪軌道面端に隣接して、いいかえれば続いて設けられた円筒状の内輪の外径外端近傍にシール接触面が設けられ、前記シール溝に外径部が嵌着し、かつ、前記シール接触面に単リップの内径部が接触するようにされた略円盤状のシールが設けられたシール付き軸受を提供することにより前述した課題を解決した。
【０００８】
即ち、呼び接触角が大きく、ボールねじの様な大きなスラスト力を受けるようにした軸受の外輪軌道面端に続く円筒状の外輪内径外端近傍にシール溝を設け、内輪軌道面端に続く円筒状の内輪の外径外端近傍にシール接触面を設け、前述した段部等を設けないので、外輪内径と内輪外径とで作る開口部は最小とされる。また、呼び接触角が大きいので開口部は従来のものより小さくされる。この開口部にシールを設けるので、シール高さが最小となり、倒れや座屈等が生じにくい。さらに、シールを単リップとしたので、回転及び軸方向の摺動抵抗が少ない。なお、シール溝及びシール接触面は、軸受端面径方向に対して、開口部より大きな任意の寸法に設計可能であり、シール取付高さが高い方がシールの取り付け、取り外し、取扱が容易でありメンテナンスも容易である。しかし、本発明においては、開口部を広げることなく最小の開口部間に高さの低いシールを設けるようにして取扱等の容易性よりもボールねじサポート用に適したシール構造としたのである。シール幅は同径の従来のシール幅より小さくてもよいが同程度のシール幅が好ましい。
【０００９】
かかるシール付き軸受の寸法は、一方を落とされ軌道面側はボール外径とほぼ等しい位置まで削除され、残された軌道面はボール外径まで延びるものがあるが、製造上、組み付け上は呼び接触角で７５°程度までが好ましい。そこで、請求項２の発明においては、軌道面の一方が落とされた側の前記外輪軌道面端及び前記外輪内径は前記外輪の軌道径以下軌道径の０．９以上であり、残された他方の前記外輪軌道面端及び前記外輪内径は前記複数のボールのピッチ円径と同じにされ、軌道面の一方が落とされた側の前記内輪軌道面端及び前記内輪外径は前記内輪の軌道径以上１．１以下であり、残された他方の前記内輪軌道面端及び前記内輪外径は前記複数のボールのピッチ円径と同じにするのが好ましい。
【００１０】
また、この場合のシール適切なシールは、ボール径、外内輪の各寸法のバランスから、前記シールの外径と内径の差が前記ボール径の１倍を超え１．４倍以下とするのが好ましい（請求項３）。シール外径と内径の差、即ちシール高さの倍が、ボール径より小さいものは、開口部が小さくなりすぎ、回転時のシール性能が劣るからであり、１．４倍を超えると座屈や倒れ等が発生し易くなるからである。なお、溝深さを考慮してボール径の１．２倍以上１．４倍以下がより好ましい。
【００１１】
かかるシール付き軸受はボールねじサポート用に適したものであり、請求項４の発明においては、前記シール付き軸受を２個用いて互いに背面又は正面組合せにてボールねじのねじ軸の少なくとも一方を支承させたボールねじを提供する。前記背面又は正面組合せしたシール付き軸受は両端面側にシールが配設されるようにしておき、前記シール間に潤滑剤を封入しておく。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明のシール付き軸受を背面組合せでボールねじのねじ軸の一方に組み付けた場合の例を示す部分断面図である。図１において、本発明のシール付き軸受１は、ボールねじのねじ軸組み付けにあたって、単列軸受２個を互いに左右対称に取り付けられる。シール付き軸受１は断面弧状の軌道面の一方が落とされた形状の軌道面２１，３１を有する内輪２及び外輪３と、内輪及び外輪の軌道面間に挟持回転可能にされた複数のボール４と、ボールを保持する保持器５を有している。内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１はボール中心４１に対し対称に配置されている。ボール４と内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１との呼び接触角αは６０°とされている。外輪軌道面端３２，３３に隣接して設けられた円筒状の外輪内径３４，３５の外端近傍にそれぞれシール溝３６，３７が設けられている。一方、内輪軌道面端２２，２３に隣接して設けられた円筒状の内輪の外径２４，２５の外端近傍にシール接触面２４ａ、２５ａが設けられている。軌道面の一方が落とされた側、即ち径方向の肉厚の薄い薄肉側の外輪軌道面端３２及び外輪内径３４は外輪３の軌道径Ｄよりやや小さくされている。また、残された他方、即ち径方向の肉厚の厚い厚肉側の外輪軌道面端３３及び外輪内径３５は複数のボール４のピッチ円径Ｐと同じにされている。軌道面の一方が落とされた側（薄肉側）の内輪軌道面端２３及び内輪外径２５は内輪の軌道径ｄよりやや大きくされている。また、残された他方（厚肉側）の内輪軌道面端２２及び内輪外径２４は複数のボール４のピッチ円径と同じにされている。
【００１３】
シール付き軸受１の両外方の厚肉側のシール溝３７に外径部６１が嵌着し、かつ、シール溝３７側の内輪２の薄肉側に設けられたシール接触面２４ａに単リップの内径部６２が接触するようにされた略円盤状のシール６が設けられている。シール６の外径と内径の差はボール４のボール径のほぼ１．２倍にされ、シール幅は同径の従来のシールのシール幅と同様である。シール溝３６、３７は使用する側のみ設けてもよいが、背面及び正面組合せの両方に対応できるように、薄肉及び厚肉側の両側に設けている。かかる２個のシール付き軸受１を背面組合せして内輪２の内径２ａをボールねじのねじ軸１０の小径部１１に嵌挿する。外輪３の外径３ａが図示しないテーブル等に固定された支持部１２に設けられた軸受取付穴１２ａに嵌挿され、軸受１を介してねじ軸１０を支持部１２で支承されている。外輪３は一端３ｂを軸受取付穴１２ａの底に形成された段部１２ｂに当接され、外輪３の反対端３ｃは軸取付穴にインロー部１３ａで嵌め合わされる蓋１３のインロー部先端１３ｂが当接するようにされ、挟持固定される。一方、内輪２は一端２ｂをねじ軸１０の小径部１１の段部１１ａに当接され、内輪２の反対端２ｃは小径部１１に挿入された円筒状の間座１４を介して、ねじ軸の先端ねじ部１５に螺着された固定ナット１６により挟持固定されている。シール付き軸受の幅は所定寸法に加工され、固定ナット１６及び蓋１３により固定することにより適正な予圧が与えられるようにされている。なお、本ボールねじ装置のシール付き軸受のねじ軸の固定方法は、一例を示すものであり、本実施の形態の他種々のものがあることは云うまでもない。
【００１４】
かかるシール付き軸受、ボールねじ装置においては、呼び接触角度が大きく、大きなスラスト荷重に耐えられる。軸方向へ外輪と内輪とがずれてもリップの倒れや、座屈や、抵抗が小さい。また、回転トルクも従来の大型シールより小さい。また、図３の従来にものに較べ取付部の大きさも小さく構造も簡単である。なお、図２に正面組合せの場合の本発明のシール付き軸受の部分断面図を示す。図１とは、２つのシールの配置が異なるのみで、他は同じであるので、図１と同部品の主たる部分について、同符号を付し説明を省略する。また、本発明のシール付き軸受はボールねじサポート用軸受として有用であるが、その利用はボールねじサポート用に限らないことはいうまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明においては、大きなスラスト力を受けるようにした軸受の外輪軌道面端に続く円筒状の外輪内径外端近傍にシール溝を設け、内輪軌道面端に続く円筒状の内輪の外径外端近傍にシール接触面を設け、外輪内径と内輪外径とで作る最小の開口部に単リップのシールを設け、シールの倒れや座屈等が生じにくく、回転及び軸方向の摺動抵抗が少なくしたので、アキシャル方向の移動が大きくてもシール外れや、シールの損傷を引き起こすことがなく、また、抵抗の少ないシール付き軸受を提供するものとなった。さらには、開口部が小さいのでクーラントや切削屑等の異物の侵入がしにくくなり、グリースの漏れ防止も向上し、アキシャル荷重や移動が大きなボールねじサポート用に適したシール付き軸受を提供するものとなった。
【００１６】
また、本発明のシール付き軸受を２個用いて、グリースを封入し、シールが外側になるように互いに背面又は正面組合せにてボールねじのねじ軸を支承させるようにしたので、ボールねじ装置のねじ軸の軸受取付部周辺の大きさが小さくなり、構造も簡単となった。グリース封入、シールの組み付け作業は軸受側のみで前処理できるので、組み付け工数が削減でき、メンテナンスも容易となった。グリース封入量も少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシール付き軸受を背面組合せでボールねじのねじ軸の一方に組み付けた場合の例を示す部分断面図である。
【図２】本発明のシール付き軸受を正面組合せで配置した場合の例を示す部分断面図である。
【図３】従来のボールねじサポート用軸受を背面組合せし、外部シールとを組み合わせてボールねじのねじ軸の一方に組み付けた場合の例を示す部分断面図である。
【図４】従来のシール付きアンギュラ玉軸受の部分断面図である。
【符号の説明】
１　　シール付き軸受
２　　内輪
３　　外輪
４　　ボール
６　シール
２１　軌道面（内輪）
２２　内輪軌道面端（薄肉側）
２３　内輪軌道面端（厚肉側）
２４　内輪外径（薄肉側）
２４ａ　シール接触面（薄肉側）
２５　内輪外径（厚肉側）
２５ａ　シール接触面（厚肉側）
３１　軌道面（外輪）
３２　外輪軌道面端（薄肉側）
３３　外輪軌道面端（厚肉側）
３４　外輪内径（薄肉側）
３５　外輪内径（厚肉側）
３６　シール溝（薄肉側）
３７　シール溝（厚肉側）
４１　ボール中心
６１　シール外径部
６２　シール内径部
ｄ　　内輪の軌道径
Ｄ　　外輪の軌道径
Ｐ　　ボールのピッチ円径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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