JP2013174255A - 直動装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
適量の潤滑剤を自己潤滑によって安定的に供給する直動装置およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】
エンドデフレクタ式のボールねじ駆動装置１１は、内周面に螺旋溝１２ａが形成されたナット１２と、ナット１２の螺旋溝１２ａに対向する螺旋溝１３ａが外周面に形成されたねじ軸１３と、ナット１２の螺旋溝１２ａおよびねじ軸１３の螺旋溝１３ａによって形成される螺旋状の軌道面１４の間に組み入れられた多数のボール１５とを備え、ナット１２の内部には、軸方向に表面１６ａを含油性樹脂材料で一体的に射出成形した戻り通路１６が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械、搬送等の産業機械においてリニアガイドとして用いられるボールねじ装置およびボールスプライン装置などの直動駆動装置、およびリニアガイド装置などの直動案内装置に関し、特に、長期間にわたって転動体に潤滑剤を自動的に供給する自己潤滑性の直動装置およびその製造方法に関する。

ボールねじ装置およびボールスプライン装置などの直動駆動装置、およびリニアガイド装置などの直動案内装置は、ナットやスライダに組み込まれた多数の転動体をねじ軸や案内レールに接触させて長手方向に滑らかな相対移動を実現している。転動体は、ねじ軸や案内レールとナットやスライダとの間に設けられた軌道面を移動して循環路で移動方向を変え、戻り通路を通ってもとの軌道面まで一周する。

直動駆動装置および直動案内装置は、構造上油だまりとなるスペースが少ない上に往復運動に伴いその両端から潤滑剤が徐々に吐き出されていくので、真空などの特殊な用途を除いて長手方向の両端の循環路などに油やグリースを補給するための給油装置や配管を備え、定期的に油やグリースを軌道面に供給しながら使用する。

本出願人は、スライダの両端にあるエンドキャップを含油性樹脂材料で成形することによって、エンドキャップの外側に潤滑性部材を装着する必要の無いリニアガイドについて特許出願を行っている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、本出願人は、蒸気圧が２５℃で１０^−５Ｔｏｒｒと極めて低い真空ポンプ油をポリオレフィン系合成樹脂に混合して成形したサイドシールを使ってリニアガイド装置のスライダと案内レールとの間のすき間開口を塞ぎ、真空環境下でも成分が蒸発せずに自己潤滑性を発揮する駆動装置について特許出願を行っている（例えば、特許文献２参照）。

また、吸振性にすぐれた強化プラスチックで形成した循環溝の表面にナイロン樹脂や二硫化モリブデン、またはオイル含有材等からなる自己潤滑層を被膜または埋設したブロックをナット本体に装着したボールねじもある（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−３１１２４６号公報 特開平９−２８３０３２号公報 実開平６−５４９５３号公報

しかしながら、特許文献１は、案内レールに直結するスライダの両端にあるエンドキャップ自体を含油性樹脂材料で形成しているため、両脇のエンドキャップから油が染み出て案内レールが直接汚れるという問題がある。

特許文献２は、自己潤滑性を有するサイドシールは、リニアガイド装置のスライダと案内レールとの間のすき間開口に設けられるので、油やグリースをボールまたは軌道面に供給するものではない。

特許文献３は、自己潤滑層の物理的強度不足を補うため、循環溝を形成した強化プラスチックの表面に自己潤滑層を被膜または埋設して、互いの循環溝が合うように２つの強化プラスチックを合体させナット本体に設けた装着部にボルトで締め付けて取り付けており、取り付けの手間と複雑な工程と高度な技術が必要となる。

また、循環溝が２つの強化プラスチックをボルトで締め付けて形成されているため、ボールの回転によって転動体から受ける熱および振動、または外部から受ける荷重負荷に対する循環路の強度に問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、適量の潤滑剤を自己潤滑によって安定的に供給する直動装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の直動装置は、軸方向外周に転動体の軌道面が形成された案内軸と、前記案内軸の外周に嵌合され軸方向内周に前記軌道面に対向する転動体の軌道面が形成された負荷路および前記負荷路の外側に前記転動体の戻り通路が設けられたスライダと、前記負荷路と戻り通路を連通する転動体の転向路と、を備えた直動装置であって、前記戻り通路の少なくとも一部分が含油性樹脂材料を使った射出成形によって一体的に形成されることを特徴とする。
。

本発明の直動装置の製造方法は、軸方向外周に転動体の軌道面が形成された案内軸と、前記案内軸の外周に嵌合され軸方向内周に前記軌道面に対向する転動体の軌道面が形成された負荷路および前記負荷路の外側に前記転動体の戻り通路が設けられたスライダと、前記負荷路と戻り通路を連通する転動体の転向路とを備えた直動装置の製造方法であって、前記スライダの内周に前記案内軸の転動体の軌道面に対向する軌道面を形成する工程と、前記スライダの内部に前記戻し通路の径よりも大きい貫通穴を形成する工程と、前記スライダの内部に形成した前記貫通穴の表面を粗く加工する工程と、前記スライダの内部の貫通穴の表面に含油性樹脂材料を一体的に射出成形する工程を実施することを特徴とする。

本発明によれば、適量の潤滑剤を自己潤滑によって安定的に供給する直動装置およびその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態のエンドデフレクタ式のボールねじ駆動装置の断面図 本発明の第２の実施形態のエンドキャップ式のボールねじ駆動装置の断面図 本発明の第３の実施形態のボールスプライン装置を示す図 （ａ）ボールスプライン装置の斜視図 （ｂ）ボールスプライン装置の断面図 本発明の第４の実施形態のリニアガイド装置を示す図 （ａ）リニアガイド装置の斜視図 （ｂ）リニアガイド装置の断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のエンドデフレクタ式のボールねじ駆動装置の断面図である。図１に示すように、エンドデフレクタ式のボールねじ駆動装置１１は、内周面に螺旋溝１２ａが形成されたナット１２と、ナット１２の螺旋溝１２ａに対向する螺旋溝１３ａが外周面に形成されたねじ軸１３と、ナット１２の螺旋溝１２ａおよびねじ軸１３の螺旋溝１３ａによって形成される螺旋状の軌道面１４の間に組み入れられた多数のボール１５とを備える。

ナット１２の内部には、表面１６ａを含油性樹脂材料で成形した戻り通路１６が軸方向に形成され、ナット１２の両端部には、軌道面１４の終端から戻り通路１６の一端にボール１５を掬い上げ、戻り通路１６の他端から軌道面１４の始端に案内するエンドデフレクタ１７が配置される。

ホールねじ装置１１では、ボール１５が軌道面１４、エンドデフレクタ１７、戻り通路１６、およびエンドデフレクタ１７により形成される無端状のボール通路内を無限に転動しながら循環するため、ねじ軸１３に螺合されているナット１２がボール１５の転動によって継続的に軸方向に直線移動することができる。

ナット１２の戻り通路１６は、螺旋溝１２ａが形成された内周面と外周の間のナット１２内部に戻し通路１６の径よりも大きい貫通穴を形成した後、表面を粗く加工して貫通穴に合成樹脂に潤滑剤を含有させた含油性樹脂材料を射出成形してその表面１６ａを製造する。ナット１２の戻り通路１６の表面１６ａの含油性部材は、射出成形によって貫通穴の内径面と密着し、内周面に螺旋溝１２ａが形成されたナット１２と一体的に形成される。

ボール１５は、軌道面１４内を移動しながらねじ軸１３の周りを複数回回って軌道面１４の終点からエンドデフレクタ１７に掬い上げられてナット１２内部に設けられた戻り通路１６に入り、戻し通路１６を通過する間に表面１６ａに接触し、含油性樹脂材料で形成された表面１６ａから徐々に潤滑剤の供給を受けて、エンドデフレクタ１７を介して再び軌道面１５の始端に戻る。

ナット１２の戻り通路１６は、必ずしもその表面１６ａの全域を含油性樹脂材料によって形成する必要は無い。ボール１５の潤滑に必要な潤滑油量に応じて、戻り通路１６中で適当な長さを含油性樹脂材料によって射出形成すればよい。

また、ボールねじ装置１１に大きな荷重が作用している場合は、小さな荷重が作用している場合と比較するとナット１２の温度が高くなり、ボール１５の潤滑に必要な潤滑剤の量が増加する。戻り通路１６表面１６ａの含油性樹脂材料はナット１２の温度に比例して潤滑油の染み出し量が増加するという性質があるため、ボールねじ装置１１を転動するボール１５の状態に応じて自己潤滑によって自然に適量の潤滑剤を供給することができる。

ナット１２の両端部には、軸方向内側から順にエンドデフレクタ１７の取り付け用の凹部１２ｂと非接触シール１８の取り付け用の凹部１２ｃが設けられ、リング状の非接触シール１８が、エンドデフレクタ１７の外側に図示しないボルトで固定されて配置される。シール部材を非接触シール１８としているので、ボールねじ装置１１の摩擦損失を少なくすることができる。

含油性樹脂材料の第１の実施例として、合成樹脂に潤滑剤を含有させたものを使用する。その場合は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、またはポリメチルペンテン等の基本的に同じ化学構造を有するポリ−α−オレフィン系ポリマ群から選定したポリマに、潤滑剤としてポリ−α−オレフィン油のようなパラフィン系炭化水素油、ナフテン系炭化水素油、鉱油、ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエーテル油、フタル酸エステル、またはトリメリット酸エステルのようなエステル油等の何れかを単独若しくは混合油の形で混ぜて調整した材料を含油性樹脂材料として使用し、潤滑剤の中に予め酸化防止剤、錆止め剤、摩耗防止剤、あわ消し剤、極圧剤等の各種の添加剤を加えたものを使用してもよい。その材料を射出成形により成形して戻り通路１６の表面１６ａの一部を形成する。

含油性樹脂材料の組成比は、全質量に対してポリ−α−オレフィン系ポリマ２０〜８０質量％、潤滑剤８０〜２０質量％である。ポリ−α−オレフィン系ポリマが２０質量％未満の場合は、ボール１５の戻り通路１６として必要な硬さおよび強度が維持できない。また、ポリα−オレフィン系ポリマが８０質量％を越える場合（つまり、潤滑剤が２０質量％未満の場合）は、潤滑剤の供給が少なくなり、十分な自己潤滑作用が得られない。

ポリマの群は、基本構造は同じでその平均分子量が異なっており、１×１０³ 〜５×１０⁶ の範囲におよんでいる。その中で、平均分子量１×１０³ 〜１×１０⁵ という比較的低分子量のものと、１×１０⁶ 〜５×１０⁶ という超高分子量のものとを、単独もしくは必要に応じて混合して用いる。戻り通路１６の機械的強度を向上させるため、上述のポリα−オレフィン系ポリマに、以下のような熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を添加したものでもよい。

熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレン、またはＡＢＳ樹脂等の各樹脂を使用することができる。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、またはエポキシ樹脂等の各樹脂を使用することができる。

これらの樹脂は、単独または混合して用いても良い。更に、ポリオレフィン系ポリマとそれ以外の樹脂とを、より均一な状態で分散させるために、必要に応じて適当な相溶化剤を加えてあっても良い。

また、機械的強度を向上させるために、充填材を添加してもよい。例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウムウィスカーやホウ酸アルミニウムウィスカー等の無機ウィスカー類或いはガラス繊維やアスベスト、金属繊維等の無機繊維類及びこれらを布状に編組したもの、また有機化合物では、カーボンブラック、黒鉛粉末、カーボン繊維、アラミド繊維やポリエステル繊維等を添加してもよい。

更に、ポリオレフィン系ポリマの熱による劣化を防止する目的で、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｐ−フェニレンジアミン、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等の老化防止剤、また光による劣化を防止する目的で、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン、２−（２’−ヒドロキシ−３’−第三−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等の紫外線吸収剤を添加してもよい。

以上の全ての添加剤（ポリオレフィン＋油以外）の添加量としては、添加剤全体として、成形原料全量の２０質量％以下であることが、潤滑剤の供給能力を維持する上で好ましい。

以上詳細に説明したように、第１の実施形態によれば、エンドデフレクタ式のボールねじ駆動装置１１のナット１２の戻り通路１６の表面１６ａを含油性樹脂材料にしたので、ボール１５が戻り通路１６を通過する間に表面１６ａに接触し、含油性樹脂材料で形成された表面１６ａから徐々に潤滑剤の供給を受けるので、潤滑剤を自己潤滑によってボール１５に供給することができる。

第１の実施形態によれば、外気に対する密閉度が最も高いナット１２の戻り通路１６の表面１６ａを含油性樹脂材料で成形したので、ボールねじ駆動装置１１の自己潤滑を恒常的に維持することができる。

第１の実施形態によれば、戻り通路１６の表面１６ａを含油性部材で射出成形によってナット１２と一体的に成形したので、ボールねじ装置１１の熱、振動および荷重に対する強度および耐久性が増して安定的に潤滑剤を供給することができる。

第１の実施形態によれば、潤滑に必要とされる潤滑油量に応じて戻り通路１６中で含油性樹脂材料によって射出成形する長さを調整することができるので、適量の潤滑剤を供給することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態のエンドキャップ式のボールねじ駆動装置の断面図である。第１の実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、エンドキャップ式のボールねじ駆動装置２１は、内周面に螺旋溝２２ａが形成されたナット２２と、ナット２２の両端面に着脱可能に接合された円板状のエンドキャップ２７と、螺旋溝１３ａおよび螺旋溝２２ａによって形成される螺旋状の軌道面２４の間に組み入れられた多数のボール１５とを備える。

ナット２２の内部には、表面１６ａを含油性樹脂材料で成形した戻り通路１６が軸方向に形成され、ナット２２の両端部には、ナット２２と接合する側の端面に、螺旋溝１３ａおよび螺旋溝２２ａによって形成される螺旋状の軌道面２４と戻し通路１６とを連通させる湾曲路２８が設けられたエンドキャップ２７が配置される

ねじ軸１３とナット２２とが相対回転すると、ボール１５がねじ軸１３とねじナット２２の螺旋溝１３ａおよび螺旋溝２２ａによって形成される螺旋状の軌道面２４内を転動しつつ進み、端部のエンドキャップ２７に設けられた湾曲路２８並びナット２２に設けられた戻り通路１６を通り、含油性樹脂材料で形成された戻り通路１６の表面１６ａから潤滑剤の供給を受けて、他端部のエンドキャップ２７に設けられた湾曲路２８を介して再びもとの位置に戻る循環を繰り返すようになっている。

第２の実施形態によれば、エンドキャップ式のボールねじ駆動装置２１のナット２２の戻り通路１６の表面１６ａを含油性樹脂材料で成形したので、ボール１５が戻り通路１６を通過する間に表面１６ａに接触し、含油性樹脂材料で形成された表面１６ａから徐々に潤滑剤の供給を受けるので、エンドキャップ式のボールねじ駆動装置２１内を螺旋しつつ転動するボール１５に対し適量の潤滑剤を自己潤滑によって安定的に供給することができる。

図３は、本発明の第３の実施形態のボールスプライン装置を示す図であり、図３（ａ）は、ボールスプライン装置の斜視図、図３（ｂ）は、ボールスプライン装置の断面図の断面図である。第１の実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、ボールスプライン装置３１は、内周面にボールスプライン溝３２ａがスプライン軸３３の軸方向に沿って形成された円筒状のスプラインナット３２と、外周面にスプラインナット３２のボールスプライン溝３２ａに対向するボールスプライン溝３３ａが形成されたスプライン軸３３と、エンドキャップ３７と、ボールスプライン溝３３ａおよびボールスプライン溝３２ａによって形成される軌道面３４の間に組み入れられた多数のボール１５とを備える。

スプラインナット３２の内部には、表面１６ａを含油性樹脂材料で成形した戻り通路１６が軸方向に形成され、スプラインナット３２の両端部には、スプラインナット３２と接合する側の端面に、ボールスプライン溝３３ａおよびボールスプライン溝３２ａによって形成される軌道面３４と戻し通路１６とを連通させるボール偏向路３８が設けられたエンドキャップ３７が配置される。

ボールスプライン装置３１は、スプラインナット３２がスプライン軸３３上を直線的に移動すると、ボール１５がスプライン軸３３とスプラインナット３２の間のボールスプライン溝３３ａおよびボールスプライン溝３２ａによって形成される直線状の軌道面３４内を転動しつつ進み、端部のエンドキャップ３７に設けられたボール偏向路３８並びスプラインナット３２に設けられた戻り通路１６を通り、含油性樹脂材料で形成された戻り通路１６の表面１６ａから潤滑剤の供給を受けて、他端部のエンドキャップ３７に設けられたボール偏向路３８を介して再びもとの位置に戻る循環を繰り返す。

第３の実施形態によれば、ボールスプライン装置３１のスプラインナット３２の戻り通路１６の表面１６ａを含油性樹脂材料で成形したので、ボール１５が戻り通路１６を通過する間に表面１６ａに接触し、含油性樹脂材料で形成された表面１６ａから徐々に潤滑剤の供給を受けるので、ボールスプライン装置３１内を直進しつつ転動するボール１５に対し適量の潤滑剤を自己潤滑によって安定的に供給することができる。

図４は、本発明の第４の実施形態のリニアガイド装置を示す図であり、図４（ａ）は、リニアガイド装置の斜視図、図４（ｂ）は、リニアガイド装置の断面図の断面図である。第１の実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、リニアガイド装置４１は、軸方向に長く延びる案内レール４３上に移動可能にスライダ４２が跨架されており、案内レール４３の両外側面には軸方向に転動体転動溝４３ａが形成され、スライダ４２にはその両袖部４２の内側面に転動体転動溝４３ａに対向する転動体転動溝４２ａが形成され、転動体転動溝４３ａおよび転動体転動溝４２ａによって形成される軌道面４４の間に多数のボール１５が組み入れられている。

スライダ４２の内部には、表面１６ａを含油性樹脂材料で成形した戻り通路１６が軸方向に形成され、スライダ４２の両端部には、案内レール４３と接合する側の端面に、転動体転動溝４３ａおよび転動体転動溝４２ａによって形成される軌道面４４と戻し通路１６とを連通させる転動体循環路４８が設けられたエンドキャップ４７が配置される。

エンドキャップ４７の外側には、リング状の接触シール４９がボルトで固定されて配置される。シール部材を接触シール４９としているので、摩擦損失は大きくなるが、異物混入を防止することができる。

リニアガイド装置４１は、案内レール４３上をスライダ４２が直線的に移動すると、ボール１５が案内レール４３とスライダ４２の間の転動体転動溝４３ａおよび転動体転動溝４２ａによって形成される直線状の軌道面４４内を転動しつつ進み、端部のエンドキャップ４７に設けられた転動体循環路４８並びスライダ４２に設けられた戻り通路１６を通り、含油性樹脂材料で形成された戻り通路１６の表面１６ａから潤滑剤の供給を受けて、他端部のエンドキャップ４７に設けられた転動体循環路４８を介して再びもとの位置に戻る循環を繰り返す。

第４の実施形態によれば、リニアガイド装置４１のスライダ４２の戻り通路１６の表面１６ａを含油性樹脂材料で成形したので、ボール１５が戻り通路１６を通過する間に表面１６ａに接触し、含油性樹脂材料で形成された表面１６ａから徐々に潤滑剤の供給を受けるので、リニアガイド装置４１内を直進しつつ転動するボール１５に対し適量の潤滑剤を自己潤滑によって安定的に供給することができる。

１１・・・エンドデフレクタ式のボールねじ駆動装置
２１・・・エンドキャップ式のボールねじ駆動装置
３１・・・ボールスプライン装置
４１・・・リニアガイド装置
１２、２２・・・ナット
１２ａ、２２ａ・・・ナットの螺旋溝
１２ｂ・・・エンドデフレクタの取り付け用の凹部
１２ｃ・・・非接触シールの取り付け用の凹部
１３・・・ねじ軸
１３ａ・・・ねじ軸の螺旋溝
１４・・・ナットの螺旋溝と螺旋状のねじ軸の螺旋溝で形成される軌道面
１５・・・ボール
１６・・・戻り通路
１６ａ・・・戻り通路の表面
１７・・・エンドデフレクタ
１８・・・非接触シール
２４・・・軌道面
２７、３７、４７・・・エンドキャップ
２８・・・湾曲路
３２・・・スプラインナット
３２ａ・・・ボールスプライン溝
３３・・・スプライン軸
３３ａ・・・ボールスプライン溝
３４・・・軌道面
３８・・・ボール偏向路
４２・・・スライダ
４２ａ・・・転動体転動溝
４３・・・案内レール
４３ａ・・・転動体転動溝
４４・・・軌道面
４８・・・転動体循環路
４９・・・接触シール

Claims (6)

1. 軸方向外周に転動体の軌道面が形成された案内軸と、
   前記案内軸の外周に嵌合され軸方向内周に前記軌道面に対向する転動体の軌道面が形成された負荷路および前記負荷路の外側に前記転動体の戻り通路が設けられたスライダと、
   前記負荷路と戻り通路を連通する転動体の転向路と、
   を備えた直動装置であって、
   前記戻り通路の少なくとも一部分が含油性樹脂材料を使った射出成形によって一体的に形成されることを特徴とする直動装置。
2. 前記転動体はボールであって、前記案内軸は、前記ボールの軌道面として外周面にねじみぞが形成されたねじ軸であり、前記スライダはナットであって前記転向路が前記ねじ軸両端のエンドデフレクタに設けられることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
3. 前記転動体はボールであって、前記案内軸は、前記ボールの軌道面として外周面にねじみぞが形成されたねじ軸であり、前記スライダはナットであって前記転向路が前記ねじ軸両端のエンドキャップに設けられることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
4. 前記転動体はボールであって、前記案内軸は、外周面に軸と平行にストレートな軌道面が形成されたスプライン軸であり、前記スライダはスプラインナットであって前記転向路が前記スプライン軸両端のエンドキャップに設けられることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
5. 前記案内軸は、外周面に軸と平行にストレートな軌道面が形成された案内レールであり、前記転向路が前記案内レール両端のエンドキャップに設けられることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
6. 軸方向外周に転動体の軌道面が形成された案内軸と、前記案内軸の外周に嵌合され軸方向内周に前記軌道面に対向する転動体の軌道面が形成された負荷路および前記負荷路の外側に前記転動体の戻り通路が設けられたスライダと、前記負荷路と戻り通路を連通する転動体の転向路とを備えた直動装置の製造方法であって、
   前記スライダの内周に前記案内軸の転動体の軌道面に対向する軌道面を形成する工程と、
   前記スライダの内部に前記戻し通路の径よりも大きい貫通穴を形成する工程と、
   前記スライダの内部に形成した前記貫通穴の表面を粗く加工する工程と、
   前記スライダの内部の貫通穴の表面に含油性樹脂材料を一体的に射出成形する工程を実施することを特徴とする直動装置の製造方法。

Images