JP2011190926A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ナット内部に発生した塵埃を外部に極力出さないようにして、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果を得る。
【解決手段】ボールねじを、ダブルナット１０と、ねじ軸２と、ボール３と、リング状の非接触シール４と、エンドデフレクタ５と、環状のスペーサ６とで構成する。ダブルナット１０は、第１のナット１と第２のナット１Ａが間座９を介して連結されたものである。ボール戻し経路を各ナット１，１Ａの内部に形成し、ダブルナット１０の軸方向両端にリング状の非接触シール４を配置する。間座９に吸引穴７を形成し、給脂穴８を第１のナット１のフランジ１１に形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボールねじに関する。

半導体素子や液晶表示パネルを製造する環境に塵埃が存在すると歩留まり低下の原因になるため、これらの製造はクリーンルーム等の清浄な環境下で行われている。よって、半導体素子や液晶表示パネルの製造に使用される装置（製造装置や搬送装置）を構成するボールねじには、使用状態で塵埃が発生しないことが求められている。
下記の特許文献１には、ボールねじのボール戻し経路が、ボールを循環チューブのタングに衝突させてナットの外部にすくい上げる構造であると、衝突の際にボール等に付着しているグリースの油分が飛散して、ねじ軸とナットの間から外部に微粒子として放出されるため、発塵の原因になることが記載されている。この原因をなくすために、ボールねじのボール戻し経路を、ナットの軸方向に延びる貫通穴（ボール戻し通路）と、これに連続するボール循環コマで形成し、ボール循環コマを、ボールがタングに衝突しない状態で循環できる形状にすることが記載されている。

また、特許文献１に記載されたボールねじは、低発塵性グリースで潤滑され、ねじ軸とナットの環状隙間が、ナットの軸方向両端に配置されたリング状の接触シールで塞がれている。
下記の特許文献２には、ボールねじのナットに設けた給油孔に吸引配管を接続して、ナットの内部に発生した塵埃を吸引除去することが記載されている。また、ねじ軸にグリースプレーティング（潤滑剤含有溶液に浸漬後、乾燥することで潤滑剤被膜を形成する方法）を施すことで、潤滑剤からの発塵を抑制することが記載されている。

特開２００６−１１２５１７号公報 特許第２６３８９５５号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載されたボールねじには、発塵低減効果の点でさらなる改善の余地がある。
この発明の課題は、ナット内部に発生した塵埃を外部に極力出さないようにして、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果を得ることである。

上記課題を解決するために、この発明は、内周面に螺旋溝が形成されたナットが間座を介して二個連結されたダブルナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記二個のナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝で形成される各軌道の間に配置されたボールと、ボールを各軌道の終点から始点に戻す二個のボール戻し経路とを備え、前記各軌道内をボールが転動することで前記ダブルナットがねじ軸に対して相対移動する、循環回路を二個有するボールねじであって、前記ダブルナットの軸方向両端に、リング状の非接触シールが配置され、前記ダブルナットを径方向に貫通する吸引穴が、前記間座に形成されていることを特徴とする。

ボールねじの発塵源は潤滑剤であり、ボールが軌道を転動する際に潤滑剤を飛び散らすことによって塵埃が生じる。ねじ軸のナットの外側にある部分にも潤滑剤は付着しているが、その部分の螺旋溝にはボールが存在しないため、ねじ軸が回転していてもその部分からの発塵は少ない。すなわち、ボールねじにおいては、主にナット内部の軌道の範囲（ボールが転動する範囲）内で塵埃が発生している。

この発明のボールねじは、ナットが間座を介して二個連結されたダブルナットを備え、前記間座に吸引穴が形成されているため、前記吸引穴からの吸引時に、各ナットの軌道の範囲に存在している塵埃が前記間座とねじ軸との間に移行することで、各ナット内部の塵埃が効率的に吸引除去される。
また、非接触シールが配置されているため、ねじ軸とシールとの接触による発塵が防止される。

また、ボール戻し経路が各ナットの内部に形成されていると、各ナット内部の塵埃が外部に出る経路がダブルナットの軸方向両端に限定されるため好ましい。このダブルナットの軸方向両端にはリング状の非接触シールが配置されているため、ダブルナットとねじ軸との隙間は、ねじ軸と非接触シールとの隙間のみになる。よって、吸引穴に吸引手段を接続してダブルナットの内部を吸引している間、ダブルナットの外部の空気が非接触シールとねじ軸との隙間を通ってダブルナットの内部に入り、ダブルナットの内部の空気が非接触シールとねじ軸との隙間を通って外部に向かうことを妨げる。

なお、この発明のボールねじは、ねじ軸と非接触シールとで形成される円環状隙間が周方向全体でほぼ同じになるように、非接触シールの内周部の形状とねじ軸の螺旋溝の形状を組合せることが好ましい。例えば、ねじ軸の螺旋溝を研削逃げが形成されていない単純なゴシックアーク形状とし、非接触シールの内周部をこれに対応させた形状とする。これにより、吸引時に、円環状隙間の周方向全体からナット内部に均一に空気が導入されて、空気の流れが周方向全体で均一になるため吸引効率が高くなる。ねじ軸と非接触シールとで形成される円環状隙間は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

この発明のボールねじのダブルナットに、その内部に潤滑剤を供給する給脂穴を形成する場合は、前記間座以外の部分（すなわち、二個のナットのいずれか）に形成することが好ましい。前記給脂穴から供給された潤滑剤は、ボールの転動に伴うダブルナットのねじ軸に対する相対的往復移動により、ダブルナットの軸方向両端の非接触シールの内側に溜まり易く、各ナット内部の軌道の範囲には溜まりにくい。この発明のボールねじでは、両ナットの前記軌道の範囲で挟まれた間座に吸引穴が形成されているため、吸引穴が潤滑剤で塞がれにくく、安定的に吸引を行うことができる。

これにより、ボールねじの潤滑をダブルナットの内部へ潤滑剤を供給することで行いながら、ナットの内部に発生した塵埃のほとんどを外部に向かわせずに、効率的に吸引除去することができる。
前記潤滑剤としては、ちょう度が３００以下の低発塵性グリースを使用することが好ましい。
また、ナットの内部に潤滑剤を供給して慣らし運転をすることにより、非接触シールとねじ軸との隙間に潤滑剤を介在させると、ねじ軸と非接触シールとの間に微小な隙間ができる。よって、この発明のボールねじは、慣らし運転を行った後に使用することで吸引効率が向上する。

この発明のボールねじによれば、ナットの内部に発生した塵埃のほとんどが外部に向かわず、効率的に吸引除去されるため、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果が得られる。

この発明の第１実施形態のボールねじを示す断面図である。 この発明の第２実施形態のボールねじを示す断面図である。 この発明の第３実施形態のボールねじを示す断面図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態のボールねじを示す断面図である。
図１に示すように、このボールねじは、ダブルナット１０と、ねじ軸２と、ボール３と、リング状の非接触シール４と、エンドデフレクタ５と、環状のスペーサ６とで構成されている。ダブルナット１０は、第１のナット１と第２のナット１Ａが、環状体からなる間座９を介して連結されたものである。
第１のナット１の軸方向一端にはフランジ１１が形成されているが、第２のナット１Ａにはフランジが形成されていない。両ナット１，１Ａの内周面に螺旋溝１ａが形成され、ねじ軸２の外周面に螺旋溝２ａが形成されている。両ナット１，１Ａの螺旋溝１ａとねじ軸２の螺旋溝２ａで形成される軌道の間に、ボール３が配置されている。

両ナット１，１Ａには、軸方向に延びる貫通穴１３が形成されている。両ナット１，１Ａの貫通穴１３の両端部に、エンドデフレクタ５を配置する凹部１５が形成されている。すなわち、このボールねじの二個のボール戻し経路は、貫通穴１３からなるボール戻し通路と、その両端に接続されたエンドデフレクタ５とにより、両ナット１，１Ａの内部に形成されている。エンドデフレクタ５は接線すくい上げ形状のものを用いている。

ダブルナット１０の軸方向両端に、スペーサ６と非接触シール４を取り付けるための凹部１４が形成されている。ダブルナット１０の凹部１４内に、軸方向内側から順に、スペーサ６、非接触シール５が配置され、これらが、図示されないボルトで凹部１４の端面１４ａに固定されている。これにより、ダブルナット１０の軸方向両端に、非接触シール４とスペーサ６とねじ軸２とで囲まれた空間４６が生じる。これらの空間４６が、グリ−ス（潤滑剤）溜まり空間となる。スペーサ６は両ナット１，１Ａと一体に形成されていてもよい。

ダブルナット１０の間座９に、吸引手段に接続する吸引穴７が形成されている。吸引穴７は、ダブルナット１０の軸方向中央となる位置に、間座９をなす環状体の径方向に貫通する貫通穴として形成されている。吸引穴７の間座９の外周側は拡径されて、吸引配管の先端を挿入して取り付ける取り付け穴７１となっている。
第１のナット１のフランジ１１が形成されている部分の隣り合う螺旋溝１ａの間となる位置に、内部に潤滑剤を供給する給脂穴８が、径方向に貫通する貫通穴として形成されている。給脂穴８のナット外周側は（フランジ１１に配置されている部分は全て）拡径されて、給脂配管の先端を挿入して取り付ける取り付け穴８１となっている。

ねじ軸２の螺旋溝２ａの断面形状は、研削逃げ溝が形成されていない単純なゴシックアーク形状である。これに対応させて、非接触シール４の内周部の形状を、ねじ軸２と非接触シール４とで形成される円環状隙間が周方向全体でほぼ同じになるようにしてある。
このボールねじは、例えば以下の手順で使用される。
第１のナット１の給脂穴８の取り付け穴８１に、ちょう度が３００以下の低発塵グリースの給脂配管の先端を取り付け、間座９の吸引穴７の取り付け穴７１に吸引配管の先端を取り付ける。そして、先ず、給脂穴８から第１のナット１の内部に、ダブルナット１０の内部空間の１／４程度となる量の低発塵グリースを供給することで、グリ−ス溜まり空間４６にグリースを溜める。

次に、慣らし運転として、ダブルナット１０を、ねじ軸２に対してダブルナット１０の長さ分のストロークで数回相対移動させることで、グリース溜まり空間４６のグリースを移動させて、非接触シール４とねじ軸２との隙間にグリースを介在させる。これにより、非接触シール４とねじ軸２との間に微小な（０．５ｍｍ以下の）円環状の隙間が形成される。

次に、吸引配管の吸引源を作動させてダブルナット１０の内部を吸引し、この状態でボールねじの運転を開始する。これにより、ボール３の転動により両ナット１，１Ａの内部に発生した塵埃が、間座９とねじ軸２との間に移行して、吸引穴７から吸引除去される。また、外部の空気が非接触シール４とねじ軸２との微小な隙間を通って両ナット１，１Ａの内部に入り、両ナット１，１Ａの内部の空気が非接触シール４とねじ軸２との隙間を通って外部に向かうことを妨げる。

このようにして、ダブルナット１０の内部の塵埃が効率的に吸引除去される。グリース溜まり空間４６を設けたことで、非接触シール４とねじ軸２との間に微小な円環状の隙間が形成されるため、吸引効率が特に高くなる。また、非接触シール４を用いているため、ねじ軸２との接触による発塵が防止される。
したがって、この実施形態のボールねじによれば、ボールねじの潤滑をダブルナットの内部へ潤滑剤を供給することで行いながら、ダブルナットの内部に発生した塵埃のほとんどが外部に向かわず吸引除去されるため、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果が得られる。
なお、長期間の使用により、吸引時にダブルナット１０の内部のグリースが吸引穴７から吸引配管に入ることが考えられるが、吸引配管にグリースを溜める部分を設けて、その部分から定期的にグリースを取り除くこと等により、長期間の使用でも吸引効率を低下させないようにすることができる。

図２は、第２実施形態のボールねじを示す断面図である。
この実施形態では、ダブルナット１０の軸方向両端の凹部１４に、それぞれスペーサ６を介して２枚の非接触シール４１，４２を取り付けている。これにより、グリース溜まり空間４６が非接触シール４１，４２の間に形成されている。これ以外の点は第１実施形態と同じである。
図３は、第３実施形態のボールねじを示す断面図である。
第１および第２実施形態では、第１のナット１のフランジ１１に給脂穴８が形成され、この給脂穴８からグリースを供給しているが、第３実施形態では、第１のナット１に給脂穴８を設けず、ねじ軸２にグリースプレーティングを施すことで潤滑を行っている。これにより、図３のボールねじは、シール４とねじ軸２との隙間がほぼ一定に保持されるとともに、吸引穴７にグリースが入らない。

これに対して、図１および図２のボールねじでは、給脂穴８から供給したグリースが吸引穴７に入る可能性がないとは言えない。そして、吸引穴７にグリースが入ると吸引効果が低減する場合がある。よって、図３のボールねじは、図１および図２のボールねじよりも高い発塵低減効果が得られる可能性がある。
ねじ軸２にグリースプレーティングを施すことに代えて、固体潤滑剤からなる被膜をねじ軸２の表面に形成することによっても、上記と同様の効果を得ることができる。前記被膜をなす固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、有機モリブデン化合物、軟質金属（例えば、金、銀、鉛）、および高分子材料（例えば、ＰＴＦＥ、ポリイミド）の少なくとも１種からなるものが挙げられる。
また、これらの実施形態のボールねじは、貫通穴１３からなるボール戻し通路とエンドデフレクタ５とからなるボール戻し経路を有するが、この発明は、ボール戻し経路がエンドキャップ式、循環チューブ式、コマ式であるボールねじにも適用できる。

１ 第１のナット
１Ａ 第２のナット
１ａ ナットの螺旋溝
１０ ダブルナット
１１ フランジ
１３ ボール戻し通路をなす貫通穴
１４ シール取り付け用の凹部
１４ａ 凹部１４の端面
１５ エンドデフレクタ取り付け用の凹部
２ ねじ軸
２ａ ねじ軸の螺旋溝
３ ボール
４ 非接触シール
４１ 非接触シール
４２ 非接触シール
４６ グリース溜まり空間
５ エンドデフレクタ
６ スペーサ
７ 吸引穴
７１ 取り付け部
８ 給脂穴
８１ 取り付け部
９ 間座

Claims (2)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットが間座を介して二個連結されたダブルナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記二個のナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝で形成される各軌道の間に配置されたボールと、ボールを各軌道の終点から始点に戻す二個のボール戻し経路とを備え、前記各軌道内をボールが転動することで前記ダブルナットがねじ軸に対して相対移動する、循環回路を二個有するボールねじであって、
   前記ダブルナットの軸方向両端に、リング状の非接触シールが配置され、
   前記ダブルナットを径方向に貫通する吸引穴が、前記間座に形成されていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記間座以外の部分に、前記ダブルナットの内部に潤滑剤を供給する給脂穴が形成されている請求項１記載のボールねじ。

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