JP2004060742A

JP2004060742A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2004060742A
Application number: JP2002219060A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Motohashi; 本橋　茂之; Masato Ishiwatari; 石渡　正人; Yoshio Miyasaka; 宮坂　四志男
Original assignee: Nidec Tosok Corp; Fuji Kihan Co Ltd; Fuji Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Tosok Corp; Fuji Kihan Co Ltd; Fuji Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】耐摩耗を向上することができるボールねじを提供する。
【解決手段】ナット部１３の第１ねじ溝２２を、ねじ軸１２の第２ねじ溝２３に対向させ、両ねじ溝２２，２３間に、つる巻状の溝２４を形成する。溝２４内にボール１４転動自在に収容し、ねじ軸１２の一端側及び他端側の規制部材で、ボール１４の移動範囲を規制する。ナット部１３に、移動範囲内に配列された一端側のボール１４を他端側へ帰還する帰還経路３３を設ける。ナット部１３の第１ねじ溝２２、ねじ軸１２の第２ねじ溝２３、ボール１４、帰還経路３３に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突させ、膜厚Ｔが０．５μｍ以下の潤滑剤被膜６１を形成する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対向するねじ溝間にボールが転動自在に収容されたボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スライダなどの送り機構を形成する際には、ボールねじが用いられており、このボールねじの摺接部分に軟質金属や高分子材料などの固体潤滑被膜を形成する技術が知られている。
【０００３】
その形成方法の一つとしてスパッタリング法が挙げられる。しかし、このスパッタリング法では、真空容器を中心とした高価な設備が必要となり、処理設備の複雑化を招くととともに、被膜形成コストが高価なものになるという問題点があった。
【０００４】
これを解決する為に、金、銀、鉛、亜鉛、錫、インジウム等の軟質金属や、ポリ四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシふっ素樹脂（ＰＴＡ）等の高分子材料であって、その粒径が０．５〜３．０ｍｍの粒子を、周速４０〜７０ｍ／ｓの遠心式投射設備を用いて前記摺接部分に衝突させ、前記固体潤滑被膜を形成するものが知られている（特開平６−１０９０２２号公報参照）。この文献には、市販のショットピーニング機又はサンドブラスト機等を使用して前記粒子を吹き付ける技術も記載されている。
【０００５】
また、これら以外の方法としては、固体潤滑剤をコーティングして、固体潤滑被膜を形成する技術が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したスパッタリング法により固体潤滑被膜を形成する際には、その膜厚が１〜５μｍとなり、また被膜形成コストも高価になる。また、固体潤滑剤をコーティングして固体潤滑被膜を形成する場合、その膜厚は３〜７μｍとなる。
【０００７】
これにより、前記固体潤滑被膜形成前後では寸法変化が大きくなるため、形成される膜厚を考慮した設計が必要となる。
【０００８】
また、前記固体潤滑被膜が剥離した際には、その寸法変化が大きく、ガタが生じてしまう。これにより、ボールねじの作動に支障を来すという問題があった。さらに、ボールねじの送り精度が低下するという問題も生じ得る。
【０００９】
一方、軟質金属や高分子材料の粒子を衝突させて固体潤滑被膜を形成するものに関しては、形成される固体潤滑被膜は固着性が低く、潤滑効果の持続性が短いという問題があった。これにより、潤滑油を使うことができない過酷な使用条件下において、前記固体潤滑被膜に剥離が生じ、耐摩耗性が著しく低下し得る。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、潤滑用の被膜形成前後で生じる寸法変化に起因した問題点を解消しつつ、耐摩耗性を向上させることができるボールねじを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のボールねじにあっては、周面に雄ねじが形成されたねじ軸と、該ねじ軸が挿通するナット部とを備え、該ナット部の内周面に形成された雌ねじの第１ねじ溝及び前記ねじ軸の前記雄ねじに形成された第２ねじ溝間につる巻状の溝が形成され、この溝内に複数のボールが転動自在に収容されたボールねじにおいて、前記第１ねじ溝、前記第２ねじ溝、及び前記ボールのうちの少なくともいずれか一つの摺接部分に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させ、厚み寸法が０．５μｍ以下の潤滑剤被膜を形成した。
【００１２】
すなわち、ボールねじを構成するナット部内周面の第１ねじ溝と、ねじ軸周面の第２ねじ溝間の溝には、複数のボールが転動自在に収容されており、作動時に摺接する前記第１ねじ溝、前記第２ねじ溝、及び前記ボールのうちの少なくともいずれか一つの摺接部分に二硫化モリブデンの微粒子を噴射し衝突させる。これにより、前記摺接部分には、二硫化モリブデンが固着され、０．５μｍ以下の厚み寸法を有した潤滑剤被膜が形成される。
【００１３】
この二硫化モリブデンは微粒子（中心粒径５０μｍ以下）なので、従来からの粒径が０．５ｍｍ〜３ｍｍの粒子に比べ噴射の気流に乗りやすく、高速で対象物に衝突するため、剥離し難い被膜を形成することができる。
【００１４】
このため、前記摺接部分に粒径が０．５〜３．０ｍｍの軟質金属や高分子材料の粒子を遠心式等で衝突して被膜を形成する場合と比較して、固着性が向上し、潤滑剤被膜の長寿命化を図ることができる。
【００１５】
また、前記潤滑剤被膜の厚み寸法は、０．５μｍ以下なので、例えばボールねじのボール表面に形成された潤滑剤被膜が仮に剥離した場合であっても、剥離後の寸法変化が１μｍ以内に抑えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。図１は、本実施の形態にかかるボールねじ１を示す図であり、該ボールねじ１は、例えばスライダの送り機構に使用されるものである。
【００１７】
このボールねじ１は、周面に雄ねじ１１が形成された棒状のねじ軸１２と、該ねじ軸１２が挿通するナット部１３と、該ナット部１３と前記ねじ軸１２間に設けられた球状の複数のボール１４，・・・とを備えている。前記ナット部１３の一端部には、側方に延出した鍔部１５が形成されており、該鍔部１５のボルト挿通穴１６へボルトを挿通することにより、所定箇所に固定できるように構成されている。
【００１８】
前記ナット部１３の内側面には、雌ねじ２１が形成されており、該雌ねじ２１に形成された第１ねじ溝２２と、前記雄ねじ１１に形成された第２ねじ溝２３とは対向して配置されている。これにより、前記ナット部１３の第１ねじ溝２２と、前記ねじ軸１２の前記第２ねじ溝２３との間には、つる巻状の溝２４が形成されており、この溝２４内には、前記ボール１４，・・・が複数転動自在に収容保持されている。
【００１９】
前記ねじ軸１２の一端側及び他端側には、前記溝２４に沿った前記ボール１４，・・・の移動範囲を規制するコイル状の第１及び第２の規制部材３１，３２が設けられており、両規制部材３１，３２は、前記第２ねじ溝２３内に配置された状態で固定されている。そして、前記ナット部１３には、前記移動範囲内にて前記溝２４に沿って配列された一端側のボール１４，・・・を、他端側へ帰還する帰還経路３３が形成されている。
【００２０】
すなわち、このナット部１３の側面には、水平に切り欠かれてなる切欠部４１が形成されており、該切欠部４１の底面４２には、前記溝２４に連通するとともに該溝２４に沿って配列された前記ボール１４，・・・の一端側及び他端側のそれぞれに開口する縦穴４３が（一方のみ図示）、ナット部１３の外周面側から前記ねじ軸１２側へ向けて開設されている。
【００２１】
前記切欠部４１には、当該切欠部４１の形状に適合した樹脂板状のリターンガイド５１が、ねじ止め等で固定されている。該リターンガイド５１には、前記各縦穴４３間に延在する溝部が形成されており、当該リターンガイド５１と前記切欠部４１の底面４２との間には、この溝部によって前記両縦穴４３を連通する横穴５２が形成されている。該横穴５２及び前記両縦穴４３にも、前記ボール１４，・・・が移動自在に収容されており、これらの穴４３，５２によって、前記溝２４から一方の縦穴４３を介して前記横穴５２へ移動されたボール１４，・・・を、他方の縦穴４３を介して前記溝２４に帰還する前記帰還経路３３が構成されている。
【００２２】
そして、前記ねじ軸１２の外周面と、前記ナット部１３の内側面と、該ナット部１３に形成された切欠部４１の底面４２と、前記ナット部１３の前記両縦穴４３の内側面と、前記リターンガイド５１の溝部内面と、前記各ボール１４，・・・表面とのそれぞれには、図２にも示すように、膜厚Ｔが０．５μｍ以下の潤滑剤被膜６１，・・・が形成されている。なお、この膜厚Ｔが０．５μｍ以下の場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものでは無く、この膜厚Ｔは、薄いほど形成後の寸法変化を抑えることができる。
【００２３】
つまり、前記ナット部１３の雌ねじ２１を構成する前記第１ねじ溝２２と、前記ねじ軸１２の雄ねじ１１を構成する第２ねじ溝２３と、前記ボール１４，・・・の総てに潤滑剤被膜６１，・・・が形成されているとともに、前記ボール１４，・・・が環流する帰還経路３３にも潤滑剤被膜６１が形成されており、前記ボール１４，・・・が移動する際に摺接する摺接部分の総てが前記潤滑剤被膜６１，・・・で被覆されている。
【００２４】
これらの摺接部分に前記潤滑剤被膜６１，・・・を形成する際には、二硫化モリブデンの微粒子を圧縮空気で噴射して対象箇所に衝突させ、前記潤滑剤被膜６１，・・・を形成するブラスト法を利用する（特開平１１−１３１２５７号公報参照）。
【００２５】
以上の構成にかかる本実施の形態において、ボールねじ１を構成するナット部１３内周面の第１ねじ溝２２と、ねじ軸１２周面の第２ねじ溝２３間の溝２４には、複数のボール１４，・・・が転動自在に収容されており、作動時に摺接し、かつ力が加わる前記第１ねじ溝２２、前記第２ねじ溝２３、及び前記ボール１４の総ての摺接部分に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射し衝突固着させて成る膜厚Ｔが０．５μｍ以下の潤滑剤被膜６１，・・・が形成されている（本実施の形態では、０．１μｍ以下の潤滑剤被膜を形成した。）。
【００２６】
二硫化モリブデンは微粒子（中心粒径５０μｍ以下）なので、従来の粒径が０．５ｍｍ〜３ｍｍの粒子に比べ噴射の気流に乗りやすく、高速で対象物に衝突し、剥離し難い潤滑剤被膜６１，・・・を形成することができる。これにより、潤滑剤被膜６１，・・・の長寿命化を図ることができる。
【００２７】
また、前記摺接部分に固体潤滑剤をコーティングして潤滑剤被膜を形成する場合と比較して、前記潤滑剤被膜６１，・・・を薄肉に、かつ均一に形成することができる。よって、寸法精度が要求されるボールねじ１のボール１４，・・・への適用に特に適している。
【００２８】
一方、前記潤滑剤被膜６１，・・・の厚み寸法は、本実施の形態において０．１μｍ以下に設定されている。このため、例えば前記ボール１４が摺接する対向したナット部１３の第１ねじ溝２２の潤滑剤被膜６１及びねじ軸１２の第２のねじ溝２３の潤滑剤被膜６１と、前記ボール１４，・・・表面の潤滑剤被膜６１との総てが仮に剥離した場合であっても、剥離後のボール１４から摺接面までの寸法変化を０．６μｍ以内に抑えることができる。
【００２９】
従って、例えば膜厚が５μｍ前後の被膜が剥離した際に、ボール１４の直径が１０μｍ前後小さくなるとともに、ボール１４から摺接面までの間隙が１０μｍ前後大きくなる従来方法と比較して、寸法変化に伴う間隙の変化を小さくすることができる。これにより、予圧抜けを防止することができ、作動に支障を来すといった問題の発生を予め防止することができる。また、ボールねじ１の送り精度の維持にも貢献することができる。
【００３０】
そして、前記潤滑剤被膜６１，・・・を形成する二硫化モリブデン自体が潤滑効果を発揮するため、オイルによる潤滑の補助的な役割のみならず、オイル無しでも十分な摩擦抵抗低減効果を得ることができる。よって、半導体製造工場のクリーンルームや真空室等、潤滑油が使用出来ない環境下で作動する機構への利用が可能となり、利用用途の拡大を図ることができる。
【００３１】
ここで、各摺接部分に軟質金属で固体潤滑被膜を形成し、耐久試験を行った試験結果を示す。なお、従来技術で軟質金属として挙げられた金、銀、鉛、亜鉛、錫、インジウムにおいて、鉛は、環境面から使用できず、金、銀、インジウムは、高価なため実現性が薄い。また、亜鉛と錫では、錫のほうが潤滑性が高いため、これを選んで実験を行った。
【００３２】
すなわち、０．５μｍの錫の被膜が摺接部分に形成されたボールねじを、潤滑油を使わない状態で連続運転した結果、８６００ｒｅｖで焼き付きを起こし使用不能になった。これに対し、二硫化モリブデンによって、膜厚０．１μｍ以下の潤滑剤被膜６１，・・・が形成された本実施の形態のボールねじ１を前記と同じ潤滑油を使わない条件にて連続運転した結果２．８×１０７ｒｅｖまで焼き付きを起こさなかった。
【００３３】
このように、潤滑油を使うことができない過酷条件下においても長時間に渡り使用に耐えられることを確認した。
【００３４】
そして、従来方法であるコーティングは、膜厚が厚く、剥離した場合の寸法変化により、予圧抜けが生じ得る。また、コーティングは、バインダーとして樹脂を５０％程度含んでおり、本実施の形態の１００％二硫化モリブデンの被膜と比べると、その潤滑性能は劣るものである。さらに、スパッタリング法は、密着強度は高いものの装置が高価であるため、潤滑剤被膜も高価なものとなる。加えて、コーティングと同様に、剥離後の寸法変化による予圧抜けによる弊害もある。
【００３５】
これらの従来方法と比較して、本発明のボールねじに形成した潤滑剤被膜６１は、その膜厚を薄く、かつ固着性を高めることができるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態にあっては、ボール１４，・・・が移動する摺接部分の総てに前記潤滑剤被膜６１，・・・を形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものでは無く、作動時に力が加わる第１ねじ溝２２、第２ねじ溝２３、及び前記ボール１４，・・・のうちの少なくともいずれか一つの摺接部分に潤滑剤被膜６１，・・・を形成しても良い。
【００３７】
また、前記潤滑剤被膜６１の形成は、前記ボール１４，・・・が摺接する際の摩擦抵抗低減を目的とするため、前記各ボール１４，・・・のみに形成しても、十分に効果を得ることができる。この場合、他の部位への潤滑剤被膜６１の形成が不要となるため、低コスト化に寄与することができる。
【００３８】
さらに、リニアガイドやベアリング等、他の物品にも応用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、噴射加工により極薄い二硫化モリブデンの潤滑剤被膜を強固に固着したボールねじは、コーティング及びスパッタリングによる５μｍ前後の潤滑剤被膜に比べ寸法精度が要求されるボールねじへの適用に最適である。
【００４０】
また、前記潤滑剤被膜の厚み寸法は、０．５μｍ以下なので、例えばボールねじのボール表面に形成された潤滑剤被膜が仮に剥離した場合であっても、剥離後の寸法変化を１μｍ以内に抑えることができる。従って、膜厚が５μｍ前後の被膜が剥離した際に、ボールの直径が１０μｍ前後小さくなる従来方法と比較して、寸法変化に伴う間隙の変化を小さくすることができる。よって、潤滑剤被膜の剥離による予圧抜けを防止することができ、作動に支障を来すといった問題の発生を予め防止することができる。また、ボールねじの送り精度の維持にも貢献することができる。
【００４１】
コーティングは、バインダーとして樹脂を５０％程度含んでおり、１００％二硫化モリブデンの被膜と比べると、その潤滑性能は劣るものである。さらに、スパッタリング法は、密着強度は高いものの装置が高価であるため、潤滑剤被膜も高価なものとなる。加えて、コーティングと同様に、剥離後の寸法変化による予圧抜けによる弊害もある。これらの従来方法と比較して、本発明はその膜厚を薄く、かつ形成される潤滑剤被膜の固着性を高めることができるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００４２】
さらに、潤滑剤被膜を形成する二硫化モリブデン自体が潤滑効果を発揮するため、オイルによる潤滑の補助的な役割も果たすことができる。また、オイル無しでも十分な摩擦抵抗低減効果を得ることができる。このため、潤滑油を使うことができない半導体製造工場のクリーンルームや真空室などで、作動する機構においても長時間に渡る利用が可能となり、利用用途の拡大を図ることができる。
【００４３】
本発明のボールねじは、潤滑剤被膜の剥離に起因した、摩擦抵抗の増大を抑制し、耐摩耗性の向上を図ることにより、寿命の長い大変経済的なボールねじである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、（ａ）は一部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】同実施の形態の要部を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１　　ボールねじ
１１　　雄ねじ
１２　　ねじ軸
１３　　ナット部
１４　　ボール
２１　　雌ねじ
２２　　第１ねじ溝
２３　　第２ねじ溝
２４　　溝
６１　　潤滑剤被膜
Ｔ　　膜厚（厚み寸法）

Claims

周面に雄ねじが形成されたねじ軸と、該ねじ軸が挿通するナット部とを備え、該ナット部の内周面に形成された雌ねじの第１ねじ溝及び前記ねじ軸の前記雄ねじに形成された第２ねじ溝間につる巻状の溝が形成され、この溝内に複数のボールが転動自在に収容されたボールねじにおいて、
前記第１ねじ溝、前記第２ねじ溝、及び前記ボールのうちの少なくともいずれか一つの摺接部分に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させ、厚み寸法が０．５μｍ以下の潤滑剤被膜を形成したことを特徴とするボールねじ。