JP2007218356A - Separator for linear drive device, and linear drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直動装置(例えば、ボールねじ、リニアガイド、リニアボールベアリング)において複数の転動体間に介装されるセパレータに関する。 The present invention relates to a separator interposed between a plurality of rolling elements in a linear motion device (for example, a ball screw, a linear guide, a linear ball bearing).
マシニングセンタの工作機械や産業用ロボット等の機械装置では、回転運動を直線運動に変換させたり、ワークテーブル等の直線運動を円滑に行わせたりするために、ボールやローラを転動体として備える直動装置が多く用いられている。
直動装置の一例であるボールねじは、外周面にねじ溝(軌道面)が形成されたねじ軸と、内周面にねじ溝(軌道面)が形成されたナットと、これらのねじ溝間に形成されるボール転動路に転動自在に配置される複数のボール(転動体)と、ナットの外周面に形成されて、ボール転動路の一端側から他端側にボールを循環させる循環通路(例えば、チューブやコマ)と、を備えており、ボールが転動することにより、ナットがねじ軸に対して相対的に直動するようになっている。
In machine equipment such as machine tools and industrial robots in machining centers, linear motion is provided with balls and rollers as rolling elements in order to convert rotational motion into linear motion and to smoothly perform linear motion such as work tables. Many devices are used.
A ball screw, which is an example of a linear motion device, includes a screw shaft having a thread groove (track surface) formed on the outer peripheral surface, a nut having a thread groove (track surface) formed on the inner peripheral surface, and a space between these screw grooves. A plurality of balls (rolling elements) that are arranged so as to roll on a ball rolling path formed on the outer periphery of the ball, and formed on the outer peripheral surface of the nut to circulate the ball from one end side to the other end side of the ball rolling path. A circulation path (for example, a tube or a piece) is provided, and when the ball rolls, the nut moves linearly relative to the screw shaft.
このようなボールねじでは、作動時の摩擦損失がほとんど無視できることから、駆動効率が極めて高く、また、ねじ軸とナットとの相対回転時に摺動を伴わないことから、構成部品の摩擦が極めて少ないという利点がある。一方、ボールねじでは、隣接するボール同士が接触して、その接触面ではボールの転動速度の2倍の速度で相対滑りが生じるため、ボールねじの駆動速度が速くなると、ボールの表面が比較的短時間で許容限度以上に摩耗したり、摩擦熱によりボールの表面やねじ溝に焼付きが生じたりする場合がある。
そこで、ボールとこのボールよりも若干小径のスペーサーボールとを交互に配置し、スペーサーボールをボールと逆方向に回転させることで、上述した相対滑りを抑制する技術が提案されている。
In such a ball screw, the friction loss during operation is almost negligible, so the driving efficiency is extremely high, and since there is no sliding during the relative rotation of the screw shaft and the nut, the friction of the component parts is extremely low. There is an advantage. On the other hand, in the ball screw, adjacent balls come into contact with each other, and relative sliding occurs at the contact surface at twice the rolling speed of the ball. Therefore, when the driving speed of the ball screw is increased, the surface of the ball is compared. In some cases, wear may exceed the allowable limit within a short time, or the surface of the ball or the thread groove may be seized due to frictional heat.
In view of this, there has been proposed a technique for suppressing the above-described relative slip by alternately arranging balls and spacer balls having a slightly smaller diameter than the balls and rotating the spacer balls in a direction opposite to the balls.
しかしながら、スペーサーボールを配置したボールねじでは、ボールの表面の摩耗や焼付きは防止できるようになるが、スペーサーボールを介装した分、ボールの個数が約半分になることから、各ボールが受ける軸方向荷重が約2倍になり、ボールねじの許容荷重及び剛性が、スペーサーボールを介装しない場合と比べて約半分になる。よって、ボールねじの高速駆動を円滑に行うためには、ナットの軸方向寸法を大きくしてボールの個数を増やす必要があり、製品コストの上昇や機械装置全体の大型化を招いたり、ナットの慣性質量の増大により起動時や停止時の制御が困難になったりする場合がある。また、ボールねじを高速駆動した場合には、起動時や停止時等にボールとスペーサーボールとが衝突するため、ボールの表面に圧痕や剥離等の摩耗が生じたり、駆動騒音が生じたりする場合もある。 However, a ball screw with spacer balls can prevent wear and seizure on the surface of the ball, but the number of balls is reduced by about half because the spacer balls are interposed. The axial load is approximately doubled, and the allowable load and rigidity of the ball screw is approximately half that of a case where no spacer ball is interposed. Therefore, in order to smoothly drive the ball screw at high speed, it is necessary to increase the number of balls by increasing the axial dimension of the nut, leading to an increase in product cost, an increase in the size of the entire machine, The increase in inertial mass may make it difficult to control when starting or stopping. In addition, when the ball screw is driven at high speed, the ball and spacer ball collide when starting or stopping, causing wear such as indentation or peeling on the surface of the ball, or driving noise. There is also.
そこで、許容荷重を大幅に低減することなく、ボールの表面の摩耗や駆動騒音を生じ難くするための方法として、特許文献1〜特許文献3では、複数のボール間に、これらのボールの転動面を保持する保持面を備えたセパレータを介装する方法が提案されている。
特許文献1では、セパレータの保持面を、ボールの半径よりも曲率半径の大きな凹面とすることが提案されている。
Therefore, in
In
特許文献2では、セパレータの保持面に、複数の突起をその先端がボールの球面に倣うように分散形成することが提案されている。
特許文献3では、セパレータの外径をボールの外径よりも小さく、且つ、ボールとセパレータとの外径差を許容荷重が加わった場合にボールが生じる弾性変形量よりも大きくすることが提案されている。
In
Patent Document 3 proposes that the outer diameter of the separator is smaller than the outer diameter of the ball and that the outer diameter difference between the ball and the separator is larger than the amount of elastic deformation generated by the ball when an allowable load is applied. ing.
このような特許文献1〜特許文献3に記載のボールねじでは、上述したスペーサーボールを配置したボールねじと比べて、軸方向荷重を受けるボールを多く配置できることから、許容荷重や剛性の低下を抑制できるとともに、ボール同士が接触し難くなり、且つ、セパレータの保持面に潤滑材を保持できることから、ボールの表面に摩耗を生じ難くできる。
In such a ball screw described in
ところで、セパレータを介装せずに、ボールの表面に摩耗を生じ難くするための方法として、特許文献4では、ボールの表面に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させることにより、厚さが0.5μm以下の固体潤滑被膜を形成する方法が提案されている。
しかしながら、上述した機械装置の更なる高性能化を図るために、この機械装置で用いられる直動装置を、高温・高負荷下で短ストローク往復運動が行われる等、油膜が形成され難い条件下(例えば、油膜パラメータが3以下)で使用すると、上述した特許文献1〜特許文献3に記載の技術では、ボールの表面に摩耗が生じて、直動装置に必要な耐久性が得られなくなる場合がある。
However, in order to further improve the performance of the above-mentioned mechanical device, the linear motion device used in this mechanical device is subjected to short stroke reciprocating motion under high temperature and high load, etc. (For example, if the oil film parameter is 3 or less), the technique described in
一方、ボールの表面に摩耗を生じ難くするために、特許文献1〜特許文献3に記載のセパレータを配置した直動装置において、ボールの表面に特許文献4に記載の固体潤滑被膜を形成することが考えられる。しかしながら、特許文献4に記載の固体潤滑被膜をボールの表面に形成すると、ボールの真球度が十分ではなくなるため、駆動騒音が生じ易くなる場合がある。また、特許文献4に記載の固体潤滑被膜は、上述した油膜が形成され難い条件下で使用されると剥離し易いため、この固体潤滑被膜をボールの表面に形成しても、直動装置に必要な耐久性が得られなくなる場合がある。
On the other hand, in order to make it difficult to cause wear on the surface of the ball, in the linear motion device in which the separators described in
そこで、本発明は、油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、必要な耐久性を備えた直動装置を提供することを課題としている。 Then, even if it is a case where it is a case where it is used on the conditions where an oil film is hard to form, this invention makes it the subject to provide the linear motion apparatus provided with required durability.
このような課題を解決するために、互いに対向する軌道面を有する第1部材と第2部材との間に転動自在に配置される複数の転動体間に介装され、前記転動体との対向面に前記転動体の転動面を受ける保持面を備えた直動装置用セパレータにおいて、少なくとも前記保持面をなす表面に、面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする直動装置用セパレータを提供する。 In order to solve such a problem, it is interposed between a plurality of rolling elements that are movably disposed between a first member and a second member having raceways facing each other, and In a linear motion separator having a holding surface that receives the rolling surface of the rolling element on an opposing surface, a solid lubricating film having a solid lubricant of 75% or more in area ratio is formed on at least the surface forming the holding surface. A separator for a linear motion device is provided.
本発明の直動装置用セパレータによれば、セパレータの少なくとも保持面をなす表面に、特定面積率以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜を形成したことにより、その表面に固体潤滑被膜が密着して維持されるため、保持する転動体の転動面に摩耗を生じ難くできる。よって、この直動装置用セパレータを、直動装置の第1部材及び第2部材間に配置される複数の転動体間に介装することにより、油膜が形成され難い条件下(例えば、油膜パラメータが3以下)で使用された場合であっても、直動装置に必要な耐久性が得られる。 According to the separator for a linear motion device of the present invention, since the solid lubricating film having a solid lubricant having a specific area ratio or more is formed on at least the surface of the separator, the solid lubricating film adheres to the surface. Therefore, it is difficult to cause wear on the rolling surface of the rolling element to be held. Therefore, by interposing this separator for a linear motion device between a plurality of rolling elements arranged between the first member and the second member of the linear motion device, it is difficult to form an oil film (for example, an oil film parameter). Even if it is used in 3 or less), the durability required for the linear motion device can be obtained.
また、本発明に係る直動装置用セパレータにおいて、前記固体潤滑被膜は、面積率で95%以下の固体潤滑材を有することが好ましい。
これによれば、セパレータの表面に固体潤滑被膜がさらに密着して形成されるため、保持する転動体の転動面にさらに摩耗を生じ難くできる。ここで、固体潤滑被膜をなす固体潤滑材が面積率で95%よりも多く存在すると、固体潤滑被膜により得られる効果が飽和するとともに、固体潤滑被膜が剥離して、異物の発生、音響不良、及び振動の上昇が生じ易くなる。
In the linear motion separator according to the present invention, it is preferable that the solid lubricant film has a solid lubricant having an area ratio of 95% or less.
According to this, since the solid lubricating film is further formed in close contact with the surface of the separator, it is possible to further prevent wear on the rolling surface of the rolling element to be held. Here, when the solid lubricant forming the solid lubricant film is present in an area ratio of more than 95%, the effect obtained by the solid lubricant film is saturated, and the solid lubricant film is peeled off to generate foreign matter, acoustic defects, And an increase in vibration is likely to occur.
さらに、本発明に係る直動装置用セパレータにおいて、前記固体潤滑被膜は、0.10μm以上8μm以下の厚さで形成されていることが好ましい。
ここで、固体潤滑被膜の厚さが0.10μm未満であると、摩耗の発生を効果的に抑制できなくなる。一方、固体潤滑被膜の厚さが8μmを超えると、固体潤滑被膜の付着強度が得られなくなるため、異物の発生、音響不良、及び振動の上昇が生じ易くなる。
Furthermore, in the separator for a linear motion device according to the present invention, it is preferable that the solid lubricant film is formed with a thickness of 0.10 μm or more and 8 μm or less.
Here, when the thickness of the solid lubricating coating is less than 0.10 μm, it becomes impossible to effectively suppress the occurrence of wear. On the other hand, when the thickness of the solid lubricating film exceeds 8 μm, the adhesion strength of the solid lubricating film cannot be obtained, and therefore, generation of foreign matter, acoustic failure, and increase in vibration are likely to occur.
さらに、本発明に係る直動装置用セパレータにおいて、前記固体潤滑被膜は、0.10μm以上5μm以下の微小くぼみを有する表面に形成されていることが好ましい。
これによれば、セパレータの表面に形成された微小くぼみに固体潤滑被膜が充填されて、表面に固体潤滑被膜がさらに密着して形成される。ここで、表面の微小くぼみが0.10μm未満であると、表面に固体潤滑被膜が密着して形成されなくなり、一方、5μmを超えると、微小くぼみにより得られる効果が飽和する。
Furthermore, in the linear motion device separator according to the present invention, it is preferable that the solid lubricant film is formed on a surface having a minute recess of 0.10 μm to 5 μm.
According to this, the solid lubricant film is filled in the minute recess formed on the surface of the separator, and the solid lubricant film is further closely adhered to the surface. Here, if the surface micro-dent is less than 0.10 μm, the solid lubricant film is not formed in close contact with the surface, whereas if it exceeds 5 μm, the effect obtained by the micro-indentation is saturated.
さらに、本発明に係る直動装置用セパレータにおいて、前記固体潤滑被膜は、JIS B 0601に規定された算術平均粗さ(Ra)が0.10μm以上0.50μmの表面に形成されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る直動装置用セパレータにおいては、潤滑材を保持し易くするとともに、組み立て時に転動体への弾性予圧を付与し易く、且つ、セパレータの転動体に対するセンタリング作用を得るために、セパレータの保持面の外周縁に、転動体に当接するリップ部を形成することが好ましい。
Furthermore, in the linear motion device separator according to the present invention, the solid lubricant film may be formed on a surface having an arithmetic average roughness (Ra) defined in JIS B 0601 of 0.10 μm or more and 0.50 μm. preferable.
Furthermore, in the linear motion device separator according to the present invention, in order to make it easier to hold the lubricant, to easily apply an elastic preload to the rolling element during assembly, and to obtain a centering effect on the rolling element of the separator, It is preferable to form a lip portion in contact with the rolling element on the outer peripheral edge of the holding surface of the separator.
なお、本発明において固体潤滑被膜をなす固体潤滑材の面積率とは、形成された固体潤滑被膜の全表面に固体潤滑材が存在する場合を100%とした時の面積率を指す。例えば、固体潤滑材が面積率で75%存在する固体潤滑被膜とは、形成された固体潤滑被膜の表面の75%に固体潤滑材が存在し、残りの25%には固体潤滑材が形成されずに、空孔部が存在している状態を指す。 In the present invention, the area ratio of the solid lubricant forming the solid lubricant film refers to the area ratio when the solid lubricant is present on the entire surface of the formed solid lubricant film as 100%. For example, a solid lubricant film in which 75% of the solid lubricant is present in area ratio means that the solid lubricant is present in 75% of the surface of the formed solid lubricant film, and the solid lubricant is formed in the remaining 25%. Without a hole.
また、本発明における固体潤滑被膜をなす固体潤滑材としては、セパレータの表面に必要な強度が得られ、且つ、表面との密着性がよいものであれば特に限定されない。例えば、二硫化モリブデン、ポリエチレン、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、金属石けん、二硫化タングステン、窒化ホウ素、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、スズ、スズ合金、酸化金属、銅、銅合金、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金等が挙げられる。 Further, the solid lubricant forming the solid lubricant film in the present invention is not particularly limited as long as it has a required strength on the surface of the separator and has good adhesion to the surface. For example, molybdenum disulfide, polyethylene, fluororesin, nylon, polyacetal, polyolefin, polyester, PTFE (polytetrafluoroethylene), metal soap, tungsten disulfide, boron nitride, graphite, calcium fluoride, barium fluoride, tin, tin Alloys, metal oxides, copper, copper alloys, iron, iron alloys, aluminum, aluminum alloys, zinc, zinc alloys and the like can be mentioned.
また、本発明において固体潤滑被膜を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、固体潤滑材をショット材として表面に噴射固着させるショットピーニング加工により固体潤滑被膜を形成する方法や、固体潤滑材を塑性変形させることにより固体潤滑被膜を形成する方法や、固体潤滑材とパラフィンワックス等の熱可塑性樹脂とを高温で混練して半溶融状の液体を得た後、焼成することにより、固体潤滑被膜を形成する方法が挙げられる。特に、固体潤滑被膜をより密着して表面に形成するためには、ショットピーニング加工を用いることが好ましい。 Further, the method for forming the solid lubricant film in the present invention is not particularly limited. For example, a method for forming the solid lubricant film by shot peening processing in which the solid lubricant is spray-fixed on the surface as a shot material, or a solid lubricant A solid lubricating film is formed by plastic deformation of the material, and a solid lubricant and a thermoplastic resin such as paraffin wax are kneaded at a high temperature to obtain a semi-molten liquid, followed by firing to obtain a solid lubricant. The method of forming a film is mentioned. In particular, it is preferable to use shot peening in order to form a solid lubricating coating on the surface more closely.
さらに、本発明において表面に微小くぼみを形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、セパレータの作製時に予め微小くぼみが形成された金型を用いて、転写させることで微小くぼみを形成してもよいし、セパレータの成形後にショットピーニング加工や、バレル加工や、レーザ加工を用いて微小くぼみを形成してもよい。
さらに、本発明におけるセパレータの材料としては、特に限定されないが、例えば、ナイロン66、ナイロン46、PPS(ポリフェニルサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等の樹脂が挙げられる。
Furthermore, the method for forming the micro-indentation on the surface in the present invention is not particularly limited. For example, the micro-indentation is formed by transferring using a mold in which the micro-indentation is formed in advance when the separator is manufactured. Alternatively, after forming the separator, a minute recess may be formed by shot peening, barrel processing, or laser processing.
Furthermore, the material of the separator in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include resins such as nylon 66, nylon 46, PPS (polyphenyl sulfide), and PEEK (polyether ether ketone).
本発明はまた、互いに対向配置される軌道面を有する第1部材及び第2部材と、前記第1部材と前記第2部材との間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体間に介装され、前記転動体との対向面に前記転動体の転動面を受ける保持面を有するセパレータと、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第1部材及び前記第2部材のうち一方が他方に対して相対的に直動する直動装置において、前記セパレータは、本発明に係る直動装置用セパレータであること特徴とする直動装置を提供する。 The present invention also includes a first member and a second member having raceway surfaces arranged to face each other, a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the first member and the second member, A separator interposed between a plurality of rolling elements and having a holding surface that receives the rolling surface of the rolling element on a surface facing the rolling element, and the rolling element rolls to form the first In the linear motion device in which one of the member and the second member linearly moves relative to the other, the separator is a linear motion device separator according to the present invention. .
本発明の直動装置用セパレータによれば、少なくとも保持面をなす表面に、面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜を形成したことにより、固体潤滑被膜が密着して形成されるため、その表面に保持される転動体の転動面に摩耗を生じ難くできる。
よって、本発明の直動装置用セパレータを、直動装置の第1部材及び第2部材の間に配置する複数の転動体間に介装させることにより、油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、転動体の転動面に摩耗が生じ難くなるため、直動装置に必要な耐久性が得られる。
According to the linear motion device separator of the present invention, the solid lubricant film is formed in close contact by forming a solid lubricant film having a solid lubricant of 75% or more in area ratio on at least the surface forming the holding surface. Therefore, it is difficult to cause wear on the rolling surface of the rolling element held on the surface.
Therefore, the separator for linear motion device of the present invention is used under a condition in which an oil film is difficult to be formed by interposing between a plurality of rolling elements arranged between the first member and the second member of the linear motion device. Even in this case, since it is difficult for the rolling surface of the rolling element to be worn, durability required for the linear motion device can be obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る直動装置用セパレータの一例を示す斜視図である。
このセパレータ1は、略円柱形状であり、この円柱の両底面にボール(転動体)2の表面(転動面)を保持する凹面(保持面)1aが形成されている。この凹面1aは、保持するボール2の半径rも大きな曲率半径Rを有するゴシックアーチ形状となっている。このような凹面1aを有することにより、セパレータ1をなす円柱の最大長さLに対して、中央部の厚みtが小さくなるため、複数のボール2を配置できるとともに、ボール2とセパレータ1との接触面積が小さくなり、摺動抵抗を低減できる。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a linear motion device separator according to the present invention.
The
このセパレータ1の凹面1aを含む全表面には、0.10〜5μmの深さの微小くぼみ(ディンプル)が形成されているとともに、その全表面の算術平均粗さ(Ra)は0.10〜0.50μmとなっている。そして、セパレータ1の凹面1aを含む全表面には、面積率で75%以上の二硫化モリブデン(固体潤滑材)を有する固体潤滑被膜1Aが、0.10〜8μmの厚みで形成されている。
On the entire surface including the
本実施形態のセパレータ1によれば、凹面1aを含む全表面に、所定面積率の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜1Aが形成されているため、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、油膜が形成され難い条件下で使用される直動装置に組み込まれた場合であっても、凹面1aで保持されるボール2の表面に摩耗を生じ難くできる。
このセパレータ1を組み込む直動装置としては、図2〜図6に示すものが挙げられる。
According to the
As a linear motion apparatus incorporating this
図2は、本発明に係る直動装置として、ボールねじの一例を示す正面図である。図3は、図2におけるボールねじのナットのみを図2のA−Aに沿って切断した状態を示す断面図である。図4は、図3におけるボールとセパレータを示す拡大断面図である。
このボールねじ10は、外周面に螺旋状のねじ溝 (軌道面)11aを有するねじ軸(第1部材)11と、内周面に螺旋状のねじ溝(軌道面)12aを有するナット(第2部材)12と、これらのねじ溝11a
,12a間に形成されるボール転動路に転動自在に配置される複数のボール(転動体)2と、ボール2間に介装される複数のセパレータ1と、を備えている。
FIG. 2 is a front view showing an example of a ball screw as the linear motion device according to the present invention. 3 is a cross-sectional view showing a state in which only the nut of the ball screw in FIG. 2 is cut along AA in FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the ball and separator in FIG.
This ball screw 10 includes a screw shaft (first member) 11 having a spiral thread groove (track surface) 11a on the outer peripheral surface and a nut (first member) having a spiral thread groove (track surface) 12a on the inner peripheral surface. 2 members) 12 and these
, 12a, a plurality of balls (rolling elements) 2 disposed so as to be freely rollable on a ball rolling path formed between the two
また、ナット12の外周面には、切り欠き部12Aが設けられている。この切り欠き部12Aには、ボール転動路の一端側から他端側にボールを循環させるリターンチューブ13がチューブ押さえ14により固定されている。
さらに、ナット12の軸方向一端には、ナット12をテーブル等に固定するためのフランジ15が設けられている。さらに、フランジ15とねじ軸11との間、及び、ナット12の軸方向他端部とねじ軸11との間は、防塵用シール16で閉塞されている。そして、ボール2が転動することにより、ナット12がねじ軸11に対して相対的に直動するようになっている。
Further, a
Furthermore, a
図5は、本発明に係る直動装置として、リニアガイドの一例を示す一部断面斜視図である。
このリニアガイド20は、断面が略矩形状の案内レール(第1部材)21と、この案内レール21の長手方向に移動可能で、且つ、横断面が略コ字状のスライダ(第2部材)22と、案内レール21に設けられたボール転動溝21aとスライダ22に設けられたボール転動溝22aとで形成されたボール転動路に転動自在に配置された複数のボール(転動体)2と、このボール2の間に介装された複数のセパレータ1と、を備えている。
FIG. 5 is a partial cross-sectional perspective view showing an example of a linear guide as the linear motion device according to the present invention.
The
また、スライダ22には、その軸方向両端部に、エンドキャップ23がエンドキャップ固定ボルト23aにより着脱自在に設けられている。このエンドキャップ23内には、ボール転動路の一端側から他端側にボール2を循環させるボール戻し路が設けられており、このボール戻り路は略U字状のボール通路孔を介してボール転動路と連結されている。そして、ボール2が転動することにより、スライダ22が案内レール21に対して相対的に直動するようになっている。
Further, end caps 23 are detachably provided on the
図6は、本発明に係る直動装置として、リニアボールベアリングの一例を示す正面図である。
このリニアボールベアリング30は、リニアシャフト(第1部材)31に外嵌させることで使用され、外筒(第2部材)32と、外筒32の内周面に止め輪33により固定された円筒状の保持器34と、保持器34の周面に軸方向に延びる長円状に設けられたボール転動溝に転動自在に配置された複数のボール(転動体)2と、これらのボール2間に介装された複数のセパレータ1と、を備えている。
FIG. 6 is a front view showing an example of a linear ball bearing as the linear motion device according to the present invention.
The
また、保持器34の内周面側のボール転動溝には切り欠き部34aが設けられており、ボール2は、この切り欠き部34aにおいて保持器34の内周面より突出した状態で存在する。そして、ボール2が転動することにより、外筒32がリニアシャフト31に対して相対的に直動するようになっている。
これらの直動装置10,20,30に上述したセパレータ1を組み込むことにより、セパレータ1の表面に固体潤滑被膜1Aを形成しない場合と比べて、セパレータ1の凹面1aで保持されるボール2の表面に摩耗が生じ難くなる。よって、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、直動装置に必要な耐久性が得られる。
The ball rolling groove on the inner peripheral surface side of the
By incorporating the
以下、本発明の効果を実施例に基づいて検証した結果について説明する。
本実施形態では、 J I S B 1192に規定された呼び番号C5のボールねじ(ねじ軸径:25mm,リード:10mm,ねじ軸全長:500mm,ボール径:4.762mm)を、以下に示す手順で作製した。
本実施形態では、4種類のセパレータA〜Dを以下に示す手順で作製した。このセパレータA〜Dは、上述したセパレータ1と同様の構成とし、その外径寸法は転動体の直径の0.8倍とした。
Hereinafter, the results of verifying the effects of the present invention based on examples will be described.
In this embodiment, a ball screw (screw shaft diameter: 25 mm, lead: 10 mm, screw shaft total length: 500 mm, ball diameter: 4.762 mm) having a nominal number C5 defined in JISB 1192 is shown in the following procedure. It was made with.
In this embodiment, four types of separators A to D were produced by the following procedure. The separators A to D have the same configuration as the
セパレータAは、まず、ナイロン66からなる素材を用いてセパレータの形状に加工した。次に、その凹面を含む全表面にバレル加工によりディンプルを形成した後、ショットピーニング加工により固体潤滑被膜を形成することで作製した。
セパレータBは、セパレータAと同様に所定形状に加工した後、その凹面を含む全表面にディンプルを形成せずに、ショットピーニング加工により直接固体潤滑被膜を形成することで作製した。
The separator A was first processed into the shape of a separator using a material made of nylon 66. Next, dimples were formed on the entire surface including the concave surface by barrel processing, and then a solid lubricant film was formed by shot peening.
The separator B was manufactured by forming a solid lubricating film directly by shot peening without forming dimples on the entire surface including the concave surface after processing into a predetermined shape in the same manner as the separator A.
セパレータCは、セパレータAと同様に所定形状に加工した後、その凹面を含む全表面にバレル加工によりディンプルを形成することで作製した。
セパレータDは、セパレータAと同様に所定形状に加工した後、その凹面を含む全表面にディンプルも固体潤滑被膜も形成せずに作製した。
なお、ディンプルを形成するためのバレル加工は、研磨材としてSiCを用いることで行った。また、固体潤滑被膜を形成するためのショットピーニング加工は、噴射圧力0.2〜0.5MPaで、噴射時間5〜15分の条件下、ショット材として二硫化モリブデンを噴射させることで行った。
The separator C was manufactured by forming dimples by barrel processing on the entire surface including the concave surface after processing into a predetermined shape like the separator A.
The separator D was fabricated without forming dimples or solid lubricant coatings on the entire surface including the concave surface after processing into a predetermined shape in the same manner as the separator A.
The barrel processing for forming the dimples was performed by using SiC as an abrasive. Moreover, the shot peening process for forming a solid lubricating coating was performed by injecting molybdenum disulfide as a shot material under an injection pressure of 0.2 to 0.5 MPa and an injection time of 5 to 15 minutes.
このようにして得られたセパレータの破壊検査用サンプルを用いて、固体潤滑被膜をなす固体潤滑材の面積率と、固体潤滑被膜の厚さとを測定した。
ここで、固体潤滑被膜をなす潤滑材の面積率は、以下に示す手順で測定した。まず、EPMA(電子プローブマイクロアナライザ)を用いて、セパレータの表面の観察を2000倍で30視野分行った。次に、セパレータの表面の200μm四方を1000倍に拡大し、固体潤滑被膜が形成される前の元素特性X線強度の10倍以上のX線強度が検出された部分を固体潤滑材が存在する領域として判定した。そして、30視野分の結果を画像解析して、固体潤滑被膜をなす固体潤滑材の面積率の平均値を算出し、この結果を表1に示した。
The area ratio of the solid lubricant forming the solid lubricating film and the thickness of the solid lubricating film were measured using the separator destructive inspection sample thus obtained.
Here, the area ratio of the lubricant forming the solid lubricant film was measured by the following procedure. First, using EPMA (Electron Probe Microanalyzer), the surface of the separator was observed for 2000 fields at 2000 times. Next, the 200 μm square of the surface of the separator is enlarged 1000 times, and the solid lubricant is present in the portion where the
また、固体潤滑被膜の厚さは、以下に示す手順で測定した。まず、セパレータを切断して、その切断面にバフ研磨で表面仕上げを施した後、電子顕微鏡を用いて5000倍で30視野分の観察を行った。このとき、それぞれ1視野中において、横方向に固体潤滑被膜の断面層が観察されるようにセパレータを配置し、縦方向(固体潤滑被膜の厚さ方向)に沿って6区間に分割して、各区間の被膜厚さを算出した。そして、6区間の被膜厚さの平均値から算出される1視野の平均被膜厚さを用いて、30視野分の平均被膜厚さを算出し、この結果を表1に併せて示した。 Moreover, the thickness of the solid lubricating coating was measured by the following procedure. First, the separator was cut, and the cut surface was surface-finished by buffing, and then observed for 30 fields of view at 5000 times using an electron microscope. At this time, in each field of view, the separator is arranged so that the cross-sectional layer of the solid lubricant film is observed in the lateral direction, and divided into six sections along the vertical direction (thickness direction of the solid lubricant film), The film thickness of each section was calculated. And the average film thickness of 30 visual fields was computed using the average film thickness of 1 visual field calculated from the average value of the film thickness of 6 sections, and this result was combined with Table 1 and shown.
同様に、得られたセパレータの破壊検査用サンプルを用いて、バレル加工後の表面のディンプル深さと算術平均粗さ(Ra)とを測定した。
ここで、バレル加工後の表面のディンプル深さは、以下に示す手順で測定した。まず、三次元非接触表面形状測定機を用いて、100倍で30視野分の観察を行った。次に、得られた画像を断面プロファイルに変換して、XY方向のそれぞれ5断面を観察し、この結果をその平均値で表1に併せて示した。また、バレル加工後の表面の算術平均粗さ(Ra)は、公知の粗さ測定機により測定した。
Similarly, the dimple depth and the arithmetic average roughness (Ra) of the surface after barrel processing were measured using the obtained sample for destructive inspection of the separator.
Here, the dimple depth on the surface after barrel processing was measured by the following procedure. First, using a three-dimensional non-contact surface shape measuring instrument, observation was performed for 30 fields of view at 100 times. Next, the obtained image was converted into a cross-sectional profile, and five cross-sections in the XY directions were observed. The results are shown in Table 1 as average values. Moreover, the arithmetic mean roughness (Ra) of the surface after barrel processing was measured with the well-known roughness measuring machine.
本実施形態では、以下に示す手順でねじ軸及びナットを作製した。
まず、SCM435(機械構造用合金鋼)からなる素材を所定形状に加工した後、混合ガス(Rxガス+エンリッチガス+アンモニアガス)が導入された炉内において、920〜940℃で4〜6時間加熱保持することによる浸炭窒化処理と、油焼入れ処理と、160〜320℃で2時間加熱保持することによる焼戻し処理とを施した。これにより、このねじ軸及びナットのねじ溝をなす表層部(表面から50μmまでの部分)において、残留オーステナイト量を15〜40体積%とし、硬さをHRC62〜67(Hv746〜900)とした。
In the present embodiment, a screw shaft and a nut were produced by the following procedure.
First, after processing a material made of SCM435 (alloy steel for mechanical structure) into a predetermined shape, in a furnace in which a mixed gas (Rx gas + enrich gas + ammonia gas) is introduced, it is 920-940 ° C. for 4-6 hours. Carbonitriding by heating and holding, oil quenching, and tempering by heating and holding at 160 to 320 ° C. for 2 hours were performed. Thereby, in the surface layer portion (portion from the surface to 50 μm) forming the screw shaft and the screw groove of the nut, the amount of retained austenite was set to 15 to 40% by volume, and the hardness was set to HRC 62 to 67 (Hv 746 to 900).
本実施形態では、以下に示す手順でボールを作製した。
まず、高炭素クロム軸受鋼2種(SUJ2)からなる素材を所定形状に加工した後、混合ガス(RXガス+エンリッチガス+アンモニアガス)が導入された炉内において、840℃で3時間加熱保持することによる浸炭窒化処理と、油焼入れ処理と、180〜200℃で2時間加熱保持することによる焼戻し処理とを施して、粗加工を行った。これにより、ボールの転動面をなす表層部(表面から50μmまでの部分)において、残留オーステナイト量を15〜40%とし、硬さをHRC62〜67(Hv746〜900)とした。次に、ボールの転動面にタンブラ−加工を行って、JISに規定された等級G20に相当するまで仕上げ加工を行った。
In the present embodiment, a ball was manufactured according to the following procedure.
First, a material composed of two types of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) is processed into a predetermined shape, and then heated and maintained at 840 ° C. for 3 hours in a furnace in which a mixed gas (RX gas + enrich gas + ammonia gas) is introduced. The carbonitriding process by performing, the oil quenching process, and the tempering process by heat-maintaining at 180-200 degreeC for 2 hours were given, and the roughing was performed. Thereby, in the surface layer portion (portion from the surface to 50 μm) forming the rolling surface of the ball, the amount of retained austenite was 15 to 40% and the hardness was HRC 62 to 67 (Hv 746 to 900). Next, tumbling was performed on the rolling surface of the ball, and finishing was performed until it corresponded to grade G20 defined by JIS.
このようにして得られたボールねじ、ナット、ボール、及びセパレータの寿命試験用サンプルを用いて、ボールねじを組み立てた。この時、ボール転動路内の総隙間は0よりも大きく、且つ、最後尾にあたる1個のセパレータを除去したと仮定した時に先頭のボールと最後尾のボールとの隙間が、セパレータの外径寸法の0.8倍よりも小さくなるように設定した。 The ball screw was assembled using the ball screw, nut, ball, and separator life test sample thus obtained. At this time, when it is assumed that the total clearance in the ball rolling path is larger than 0 and one separator corresponding to the tail is removed, the clearance between the leading ball and the trailing ball is the outer diameter of the separator. It was set to be smaller than 0.8 times the size.
そして、このボールねじを、以下に示すように油膜が形成され難い条件下(油膜パラメータが3以下)で運転させることで、ボールねじの寿命試験を行った。この寿命試験は、理論寿命時間の3倍を上限としてボールねじを運転させることで行い、ナットの試験温度が初期温度に比べて10℃上昇した時点で、又は、振動値が初期振動値に比べて3倍以上となった時点で、ボールねじの運転を停止させた。そして、ボールねじの運転を停止させるまでの時間を寿命として測定した。また、この寿命試験では、各実施例で10回ずつ行って、ワイブル分布関数に基づくL10寿命を算出した。そして、この結果を、セパレータDを用いたNo.25の結果を1とした時の比で、表1に併せて示した。
<寿命試験条件>
試験機:日本精工株式会社製ボールねじ耐久寿命試験機
荷重:アキシャル荷重5800N(P/C=0.5)
回転速度:200min-1
ストローク:60mm
潤滑材:鉱油系グリース
試験温度:100℃
And the life test of the ball screw was done by operating this ball screw on the conditions where an oil film is hard to be formed as shown below (oil film parameter is 3 or less). This life test is performed by operating the ball screw with an upper limit of three times the theoretical life time. When the nut test temperature rises by 10 ° C compared to the initial temperature, or the vibration value is compared with the initial vibration value. The ball screw operation was stopped when it reached 3 times or more. The time until the operation of the ball screw was stopped was measured as the lifetime. Moreover, in this life test, it carried out 10 times in each Example, and calculated L10 life based on the Weibull distribution function. Then, this result was obtained from No. 1 using the separator D. The results are shown in Table 1, with the ratio of 25 as 1.
<Life test conditions>
Testing machine: NSK Ltd. Ball screw durability life testing machine Load: Axial load 5800N (P / C = 0.5)
Rotational speed: 200min -1
Stroke: 60mm
Lubricant: Mineral oil based grease Test temperature: 100 ° C
表1に示すように、セパレータの表面に面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜を形成したNo.1〜No.24では、それ以外のNo.25〜No.30と比べて、寿命が長くなっていた。
No.1〜No.24のうち、ディンプルを有する表面に固体潤滑被膜を形成したNo.9〜No.16とNo.19〜No.24では、特に寿命が長くなっていた。
また、No.1〜No.6とNo.7,8の結果、及び、No.9〜No.15とNo.16の結果から、固体潤滑被膜をなす固体潤滑材の面積率を95%以下とすることで、特に寿命が長くなっていることが分かる。
As shown in Table 1, No. 1 in which a solid lubricant film having a solid lubricant of 75% or more in area ratio was formed on the surface of the separator. 1-No. 24, No. 25-No. Compared to 30, the life was longer.
No. 1-No. 24, in which a solid lubricating film is formed on the surface having dimples. 9-No. 16 and no. 19-No. In 24, the lifetime was particularly long.
No. 1-No. 6 and no. Nos. 7 and 8 and No. 9-No. 15 and No. From the result of 16, it can be seen that the lifetime is particularly long when the area ratio of the solid lubricant forming the solid lubricant film is 95% or less.
さらに、No.3とNo.17,18との結果、及びNo.11とNo.19,20との結果から、固体潤滑被膜の厚さを0.10〜8μmとすることで、より寿命が長くなっていることが分かる。
さらに、No.11とNo.21,22との結果から、固体潤滑被膜を形成する表面のディンプルの深さを0.10〜5μmとすることで、より寿命が長くなっていることが分かる。
さらに、No.11とNo.23,24の結果から、固体潤滑被膜を形成する表面の算術平均粗さ(Ra)を0.10〜0.50μmとすることで、より寿命が長くなっていることが分かる。
Furthermore, no. 3 and no. 17 and 18 and No. 11 and no. From the results of 19 and 20, it can be seen that the lifetime is increased by setting the thickness of the solid lubricating coating to 0.10 to 8 μm.
Furthermore, no. 11 and no. From the results of 21 and 22, it can be seen that the lifetime is further extended by setting the depth of the dimple on the surface on which the solid lubricant film is formed to 0.10 to 5 μm.
Furthermore, no. 11 and no. From the results of Nos. 23 and 24, it can be seen that the lifetime becomes longer when the arithmetic average roughness (Ra) of the surface on which the solid lubricant film is formed is 0.10 to 0.50 μm.
また、表1に示す結果のうち、No.1〜No.16の結果とNo.27〜No.30の結果に基づいて、セパレータの表面に形成された固体潤滑被膜をなす固体潤滑材の面積率と、ボールねじの寿命との関係を示す図7のグラフを作成した。
図7のグラフから、セパレータの表面に面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜を形成することにより、No.25の6.5倍以上の寿命が得られていることが分かる。また、深さが0.10〜5μmのディンプルを有する表面に面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜を形成することにより、No.25の8.5倍以上の寿命が得られていることが分かる。
以上の結果から、面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜が全表面に形成されたセパレータを用いることにより、油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、ボールねじの寿命を長くできることが確認できた。
Of the results shown in Table 1, No. 1-No. No. 16 result and no. 27-No. Based on the results of 30, the graph of FIG. 7 showing the relationship between the area ratio of the solid lubricant forming the solid lubricant film formed on the surface of the separator and the life of the ball screw was prepared.
From the graph of FIG. 7, by forming a solid lubricant film having a solid lubricant of 75% or more in area ratio on the surface of the separator, It can be seen that a life of 6.5 times longer than 25 is obtained. In addition, by forming a solid lubricant film having a solid lubricant with an area ratio of 75% or more on the surface having dimples having a depth of 0.10 to 5 μm, No. 1 is obtained. It can be seen that a lifetime of 8.5 times 25 or more is obtained.
From the above results, even when the oil film is used under a condition in which an oil film is difficult to be formed by using a separator in which a solid lubricant film having a solid lubricant of 75% or more in area ratio is formed on the entire surface, It was confirmed that the life of the ball screw can be extended.
1 セパレータ
1a 凹面(保持面)
1A 固体潤滑被膜
2 ボール(転動体)
10 ボールねじ(直動装置)
11 ねじ軸(第1部材)
12 ナット(第2部材)
20 リニアガイド(直動装置)
21 案内レール(第1部材)
22 スライダ(第2部材)
30 リニアボールベアリング(直動装置)
31 リニアシャフト(第1部材)
32 外筒(第2部材)
33 止め輪
34 保持器
1
1A
10 Ball screw (linear motion device)
11 Screw shaft (first member)
12 Nut (second member)
20 Linear guide (linear motion device)
21 Guide rail (first member)
22 Slider (second member)
30 Linear ball bearing (linear motion device)
31 Linear shaft (first member)
32 Outer cylinder (second member)
33
Claims (6)
少なくとも保持面をなす表面に、面積率で75%以上の固体潤滑材を有する固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする直動装置用セパレータ。 A rolling surface of the rolling element is interposed between a plurality of rolling elements that are rotatably arranged between a first member and a second member having raceway surfaces that face each other. In the linear motion separator having a holding surface for holding
A separator for a linear motion device, wherein a solid lubricant film having a solid lubricant of 75% or more in area ratio is formed on at least a surface forming a holding surface.
前記セパレータは、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の直動装置用セパレータであることを特徴とする直動装置。 Between the plurality of rolling elements, a first member and a second member having raceway surfaces arranged to face each other, a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the first member and the second member, and And a separator having a holding surface that holds a rolling surface of the rolling element, and when the rolling element rolls, one of the first member and the second member becomes the other. In a linear motion device that moves relatively linearly,
The said separator is a separator for linear motion apparatuses of any one of Claims 1-5, The linear motion apparatus characterized by the above-mentioned.
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