JP2014001818A - ボールねじ、直動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイス製造装置や液晶パネル製造装置等の駆動部を構成する用途に好適なボールねじおよび直動案内装置を提供する。
【解決手段】ボールねじを混和ちょう度２５０以下のグリースで潤滑する。シール４の内周面とねじ軸２との隙間δは０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。ねじ軸２の内部を冷却する冷却機構およびナット１の内部を冷却する冷却機構の少なくとも一方を有する。
【選択図】図４

Description

この発明は、ボールねじおよび直動案内装置に関する。

半導体デバイス製造装置や液晶パネル製造装置等の駆動部には、ボールねじやリニアガイドなどの直動案内装置が数多く使用されている。半導体デバイスや液晶パネルの製造環境はクリーン環境（清浄度の高い空間）であるため、その製造装置で使用される直動案内装置にも高い低発塵性（発塵し難い性質）が要求されている。
ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路と、を備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する装置であり、ナット内への異物の侵入やナット内からの潤滑剤の流出等を防ぐために、ナットの軸方向両端または一端にリング状のシールが配置されている。

クリーン環境で使用されるボールねじでは、接触シールの摩耗による発塵が問題となるため、通常は非接触シールを取り付けている。特許文献１には、クリーン環境で使用可能であって、良好な潤滑性能が確保できるボールねじとして、ナットの軸方向両端または一端にリング状のシールがそれぞれ複数配置されたものが記載されている。このボールねじは、複数配置されたシールのうち軸方向でナットの最も外側に配置される外側シールが非接触シールであり、隣り合うシールの間にグリ−ス溜まり空間が設けてある。また、グリース溜まり空間を設けることでグリースの飛散による発塵が軽減され、潤滑性能も良好となると記載されている。

特許文献２には、真空環境に用いられる運動案内装置として、転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を含む転動体循環路を有し、前記軌道部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、前記転動体循環路に配列される複数の転動体と、前記移動部材に設けられ前記軌道部材に接触することなく、 前記軌道部材と前記移動部材との間の隙間を塞ぐすきまシールを備えたものが記載されている。 そして、すきまシールの軌道レール（軌道部材）に対向する面を凹凸形状とし、すきまシールと軌道レールとのすきまを、すきまシールが軌道レールに最も接近する部分で０．２５ｍｍ以下に設定することで、外部に漏れだす潤滑剤の量を低減することが記載されている。
特許文献２には、さらに、すきまシールと軌道レールとのすきまが小さければ小さいほど、通路に気体が流れるときの抵抗が大きくなるので、すきまシールが軌道レールに最も接近する部分でのすきま（隙間α）の目標値を０．０５〜０．０６ｍｍ程度あるいはそれ以下に設定するのが望ましい、と記載されている。

特開２０１０−１６９１１４号公報 国際公開第２００６／０５４４３９号パンフレット

しかし、特許文献１には、最も外側に配置されている非接触シールとねじ軸との隙間に関する記載がなく、この隙間が大きいと、グリース溜まり空間を設けたとしてもサブミクロンオーダーの粒子が通過して、外部に排出される可能性がある。
また、特許文献２の運動案内装置で設定されている隙間α≦０．２５ｍｍでは、上限値に近い隙間量の場合、サブミクロンオーダーの粒子が通過できる寸法であるため、半導体分野の用途には不十分である。また、シールおよび軌道部材の加工精度および組立精度を考慮すると、隙間αが０．０５ｍｍ以下の場合、特にボールねじでは、シールがねじ軸（軌道部材）に接触する恐れがある。そのため、実際には隙間αを０．０５ｍｍ以下にできないことから、特許文献２の運動案内装置は半導体分野の用途では十分な低発塵性能が得られない。
この発明の課題は、半導体デバイス製造装置や液晶パネル製造装置等の駆動部を構成する用途に好適なボールねじおよび直動案内装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のボールねじは、下記の構成(1) を満たすボールねじであって、下記の構成(2) 〜(4) を有することを特徴とする。
(1) 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路と、前記ナットの軸方向両端に取り付けられた円環状のシールと、を備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する。

(2) 混和ちょう度２５０以下のグリースで潤滑されている。
(3) 前記シールの内周面と前記ねじ軸との隙間δが０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。
この隙間δは、シールの内周面がねじ軸の外周面と対向している部分では、ねじ軸の軸方向に垂直な断面における、シールの内周面とねじ軸の外周面との距離であり、シールの内周面がねじ軸の螺旋溝と対向している部分では、ねじ軸の螺旋溝の溝直角断面における、シールの内周面とねじ軸の螺旋溝の溝面との最短距離を意味する。

(4) 前記ねじ軸の内部を冷却する冷却機構および前記ナットを冷却する冷却機構の少なくとも一方を有する。
前記構成(1) を満たすボールねじであって前記構成(2) および(3) を有するものは、前記構成(2) および(3) を有さないものと比較して、低発塵性（発塵し難い性質）が良好なものとなるが、前記構成(2) および(3) を有するものであっても高温になると低発塵性が低下する。これに対して、この発明のボールねじは、前記構成(4) を有するため、ねじ軸の内部および／またはナットの内部が冷却されて温度上昇が抑制されるため、前記構成(4) を有さないものと比較して低発塵性が良好になる。

［構成(2) および(3) について］
使用するグリースの混和ちょう度が２５０以下であると、ねじ軸とナットの相対回転によりシールにグリースが付着して、グリースによるシール効果（ボールねじの使用状態での隙間が設定された隙間δよりも小さくなる効果）が発揮される。使用するグリースの混和ちょう度が２５０よりも大きいと、グリースが軟らか過ぎて、ねじ軸とナットの相対回転によるシールに対するグリースの付着が生じ難いため、グリースによるシール効果が発揮されない。

また、使用するグリースの混和ちょう度が２５０以下の場合、隙間δが０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であるボールねじは、隙間δが０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲外であるボールねじと比較して発塵量（外部に出る微粒子の量）が著しく少なくなる。なお、シールおよびナットの加工精度および組立精度を考慮すると、隙間δが０．０２５ｍｍ未満の場合、シールがねじ軸に接触する恐れがある。

［構成(4) について］
ボールねじにおいては、ボールの転動により、ボールに付着したグリース中の油分が微粒子となって飛散する。グリース中の油分の動粘度は温度によって変化するため、飛散する微粒子の拡散速度や飛散量はボールねじの温度によって変化する。温度が低いほど油の動粘度は大きくなるため、ボールねじの温度が低いほど、グリース中の油分が微粒子となって飛散する速度が遅くなり、外部に出る微粒子の量が少なくなる。

したがって、冷却機構でねじ軸の内部および／またはナットを冷却することにより、グリース中の油分の動粘度が大きくなるため、グリース中の油分が微粒子となって飛散する速度が遅くなり、外部に出る微粒子の量が少なくなる。これに伴って、ボールねじの発塵量が低下する。前記構成(3) を有さないシールを備えている場合とシールを備えていない場合は、冷却による発塵量低減効果が明確には得られない。
この発明のボールねじは、下記の構成(5) を有することが好ましい。
(5) 前記ボールと前記ねじ軸の螺旋溝および前記ナットの螺旋溝とが２点で接触する予圧方式で、予圧が付与されている。

［構成(5) について］
ボールねじの予圧方式には４点接触予圧と２点接触予圧がある。
４点接触予圧は、ボールとねじ軸およびナットの螺旋溝とが４点で接触する予圧方式である。２点接触予圧は、ボールとねじ軸およびナットの螺旋溝とが２点で接触する予圧方式である。
前述の微粒子の飛散はボールの接触点で生じるため、同じ個数のボールを有するボールねじでは、ボールの接触点が少ない方が発塵量が少なくなる。よって、ボールの予圧方式を２点接触予圧とすることで発塵量を少なくすることができる。
２点接触予圧の具体例としては、オフセットリード予圧、ダブルナット予圧等が挙げられる。

この発明のボールねじは下記の構成(1')〜(4')を満たす直動案内装置に含まれる。
(1')軸方向に延び、転動体転走部を外面に有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を内面に有し、前記軌道部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、前記転動体転走部と前記負荷転動体転走部とにより形成される転動体転走路内に転動自在に装填された複数の転動体と、前記転動体転走路の始点と終点とを連通させて無端状の転動体通路を形成する転動体循環路と、前記移動部材の軸方向両端に取り付けられた一対のシールとを備えている。
(2')混和ちょう度２５０以下のグリースで潤滑されている。

(3')前記一対のシールの各々は、前記軌道部材の軸方向に垂直な断面において、前記軌道部材に対して０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の隙間δを有する。
(4')前記軌道部材の内部を冷却する冷却機構および前記移動部材を冷却する冷却機構の少なくとも一方を有する。
前記直動案内装置がボールねじの場合は、前記軌道部材はねじ軸であり、前記移動部材はナットであり、前記転動体はボールである。また、前記転動体転走部はねじ軸の螺旋溝であり、前記負荷転動体転走部はナットの螺旋溝であり、前記転動体循環路はボール戻し経路である。

前記直動案内装置がリニアガイドの場合は、前記軌道部材は案内レールであり、前記移動部材はスライダであり、前記転動体はボールまたはローラーである。また、前記転動体転走部は案内レールの転動溝または転動面であり、前記負荷転動体転走部はスライダの転動溝または転動面であり、前記転動体循環路はスライダに設けた戻し路である。
前記直動案内装置がボールスプラインの場合には、前記軌道部材はスプライン軸であり、前記移動部材は外筒である。

この発明のボールねじおよび直動案内装置は、従来のボールねじおよび直動案内装置よりも高い低発塵性能が得られるものであるため、半導体デバイス製造装置や液晶パネル製造装置等の駆動部を構成するボールねじおよび直動案内装置として好適なものとなる。

実施形態のボールねじの全体を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のボールねじのナット内部を示す図であって、ナットのみを図２のＣ−Ｃ断面とした図である。 図１のボールねじを構成するナットを示す図であって、図２に対応する図（ａ）と、そのＣ−Ｃ断面図（ｂ）である。 図１のボールねじを構成する押さえ板を示す平面図である。 図４のＤ−Ｄ断面図である。 シールの内周面がねじ軸の螺旋溝と対向している部分における、シールの内周面とねじ軸との隙間を説明する図である。 ボールねじの温度が一定の場合の、シールのねじ軸に対する隙間δとボールねじからの発塵量（微粒子の数）との関係を示すグラフである。 シールのねじ軸に対する隙間δが一定の場合の、ボールねじの温度とボールねじからの発塵量（微粒子の数）との関係を示すグラフである。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［ボールねじの構成と冷却機構について］
この実施形態のボ−ルねじは、エンドデフレクタ方式のボールねじであって、図４に示すように、ナット１と、ねじ軸２と、ボール３と、シール４と、エンドデフレクタ５と、押さえ板６と、を備えている。ナット１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。ナット１の螺旋溝とねじ軸２の螺旋溝で形成される軌道溝の間に、ボール３が配置されている。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。

また、この実施形態のボ−ルねじは、図１に示すように、ナット１の内部を冷却するナット冷却機構と、ねじ軸２の内部を冷却するねじ軸冷却機構の両方を有する。
ねじ軸冷却機構は、ねじ軸２の中心を軸方向に沿って貫通する冷却穴２１と、冷却穴２１の一端（駆動モータに接続される側とは反対のねじ軸の端部）に冷却液を導入する冷却液導入部品２２と、冷却穴２１の他端（駆動モータに接続されるねじ軸の端部２０）から冷却液を排出する冷却液排出部品２３と、冷却液導入部品２２に接続された冷却液導入用配管２４と、冷却液排出部品２３に接続された冷却液排出用配管２５とを有する。

冷却液導入部品２２は、ねじ軸２の一端を支持する支持軸受２６に固定されている。冷却液排出部品２３は、ねじ軸２の他端を支持する支持軸受２７に固定されている。冷却穴２１の他端は栓２８により塞がれている。
ナット冷却機構は、ナット１に形成された冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄと、冷却液導入用配管３４と、冷却液排出用配管３５と、継手部材３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄと、配管３３，３６，３７とを有する。

図１、４、５に示すように、ナット１には、軸方向に貫通する４本の冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄが、円周方向に等間隔で形成されている。各冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄの両端部に、僅かに径の大きな段部１２０が形成されている。また、ナット１の円周方向で冷却用貫通孔１２ａと冷却用貫通孔１２ｂとの間、および冷却用貫通孔１２ｃと冷却用貫通孔１２ｄとの間に、軸方向に貫通する穴が、エンドデフレクタ５に接続するボール戻し穴１３として形成されている。すなわち、各冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄは、エンドデフレクタ５およびボール戻し穴１３で形成されるボール戻し経路と干渉しない位置に配置されている。

さらに、ナット１の軸方向両端には、エンドデフレクタ５を配置する凹部１５と、シール４を配置する凹部１４と、押さえ板６を配置する凹部１６が形成されている。デフレクタ５用の凹部１５は、ボール戻し穴１３の両端部に形成されている。
図６に示すように、押さえ板６は、ねじ軸２が遊嵌される大きさの中心穴６１を有する円板状部材であって、固定用ボルトの頭部側を配置するボルト穴６２が、円周方向の４カ所に等間隔で形成されている。各ボルト穴６２に対応するねじ穴１７が、図５（ａ）に示すように、ナット１の軸方向端面に形成されている。また、押さえ板６の外周部には、各冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄに対応する位置に、凹部６３が形成されている。

図５（ａ）に示すように、ナット１のフランジ１１が形成されている部分に、径方向に貫通する給脂穴１８が形成されている。給脂穴１８は、ねじ穴１７、ボール戻し穴１３、および凹部１５と緩衝しない位置に形成されている。
ナット１の凹部１５にエンドデフレクタ５を配置し、シール４を凹部１４に配置し、押さえ板６を凹部１６に配置して、ねじ穴１７にボルト穴６２を合わせてボルト７を螺合することにより、エンドデフレクタ５、シール４、押さえ板６がナット１に固定される。この状態で、押さえ板６の凹部６３から各継手部材３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄを入れて、図４に示すように、その先端部を各冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄの手前の段部１２０に嵌め入れる。

これにより、図１〜３に示すように、ナット１の各冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄの両端に、各継手部材３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄが連結された状態となる。そして、フランジ１１側の継手部材３１ａと継手部材３１ｄとを配管３３で連結する。フランジ１１側の継手部材３１ｂに冷却液導入用配管３４を接続する。フランジ１１側の継手部材３１ｃに冷却液排出用配管３５を接続する。
ナット１のフランジ１１が形成されていない側では、継手部材３２ａと継手部材３２ｂとを配管３６で連結し、継手部材３２ｃと継手部材３２ｄとを配管３７で連結する。

この実施形態のボールねじにおいて、ナット冷却機構の冷却液導入用配管３４から導入された冷却液は、継手部材３１ｂ→ナット１の冷却用貫通孔１２ｂ→継手部材３２ｂ→配管３６→継手部材３２ａ→ナット１の冷却用貫通孔１２ａ→継手部材３１ａ→配管３３→継手部材３１ｄ→ナット１の冷却用貫通孔１２ｄ→継手部材３２ｄ→配管３７→継手部材３２ｃ→ナット１の冷却用貫通孔１２ｃ→継手部材３１ｃ→冷却液排出用配管３５の順に流れる。この冷却液の流れによりナット１が冷却される。

また、ねじ軸冷却機構の冷却液導入用配管２４から導入された冷却液は、冷却液導入部品２２からねじ軸２内の冷却穴２１に入り、冷却穴２１の一端から他端まで移動した後、冷却液排出部品２３を経て冷却液排出用配管２５から排出される。この冷却液の流れによりねじ軸２が冷却される。
したがって、この実施形態のボールねじによれば、ナット冷却機構によりナット１の円周方向で均一な冷却がなされるため、ナット１の熱変形が抑制され、ボールの負荷分布異常や作動性の悪化を防ぐことができる。また、ねじ軸冷却機構によりねじ軸２の冷却が行われるため、ボールねじの温度上昇が効果的に抑制される。

［ボールねじの隙間δについて］
この実施形態のボ−ルねじでは、シール４の内周面４１とねじ軸２との隙間δが０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下になっている。図７に示すように、シール４の内周面４１の一部はねじ軸２の外周面２ｂと対向し、他の部分はねじ軸２の螺旋溝２ａと対向している。ねじ軸２の外周面２ｂと対向している部分では、隙間δは、図７に示すねじ軸２の軸方向に垂直な断面における、シール４の内周面４１とねじ軸２の外周面２ｂとの距離である。

図８に示すように、シール４の内周面４１がねじ軸２の螺旋溝２ａと対向している部分では、ねじ軸２の軸方向に垂直な断面におけるシール４のねじ軸２に対する隙間が、シール４の内周面４１が螺旋溝２ａの溝直角断面円弧のどの位置で対向しているかで異なる。 また、ナット１内の微粒子はシール４とねじ軸２が最も接近している部分を通過することで外部に出るため、その部分の隙間を０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とする必要がある。

よって、シール４の内周面４１がねじ軸２の螺旋溝２ａと対向している部分では、隙間δを、ねじ軸２の螺旋溝２ａの溝直角断面における、シール４の内周面４１とねじ軸２の螺旋溝２ａの溝面との最短距離と定義する。図８の例では、シール４の内周面４１を形成する２箇所の角部のうち右側の角部から、ねじ軸２の螺旋溝２ａの溝面に下ろした法線（溝面の接線に対する垂線）の長さが、隙間δである。
また、ボールねじが混和ちょう度２５０以下のグリースで潤滑されていると、ねじ軸２とナット１の相対回転により、シール４の内周面４１とそれに連続する内側面にグリース膜Ｇが形成され、グリース膜Ｇとねじ軸２とによる隙間Δが最も狭い隙間（δよりも狭い隙間）として存在する。これにより、ボールねじの使用状態での隙間Δが、設定されたシール４のねじ軸２に対する隙間δ（０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下）よりも狭くなる。

これに対して、ボールねじが混和ちょう度が２５０よりも大きいグリースで潤滑されている場合には、グリースが軟らかいため、ねじ軸２とナット１の相対回転により、シール４の内周面４１とそれに連続する内側面にグリース膜Ｇが形成され難い。よって、設定された隙間δが同じであれば、混和ちょう度が２５０以下のグリースを使用することで、混和ちょう度が２５０よりも大きいグリースを使用した場合よりも、ナット１内の微粒子が外部に出にくくなる。

［シールの厚さ等について］
この実施形態のボ−ルねじでは、シール４の厚さｔが０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下になっている。シール４の厚さｔが０．１ｍｍ未満であると、シールの剛性が不十分となり、加工性も低下する。シール４の厚さｔが１．２ｍｍを超えると、図８に示すように、シール４の内周面４１がねじ軸２の螺旋溝２ａと対向している部分で、隙間δが０．１５ｍｍより大きくなる。すなわち、シール４の厚さｔを０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることで、シールの剛性および加工性を確保しながら、シール４の内周面４１がねじ軸２の螺旋溝２ａと対向している部分で、隙間δを０．１５ｍｍ以下とすることができる。

また、ナット２の軸方向両端にそれぞれシール４を複数枚、シール４の厚さｔ以上の間隔を開けて取り付けることにより、１枚だけ取り付けた場合よりもさらに微粒子を外部に出にくくすることができる。
シール４の材質は、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、機械加工性、およびコスト面を考慮して適宜選択されるが、例えば、金属材料、ポリアセタール等の合成樹脂が使用できる。

［ボールねじの発塵量と隙間δおよび温度との関係について］
図１のボールねじの発塵量測定を以下の方法で行った。
先ず、潤滑剤で潤滑されたボールねじを機台上に設置し、機台に設置した駆動モータをねじ軸２の端部２０に取り付け、駆動モータのみをアクリルカバーで覆った後、駆動モータ、ボールねじ、および機台の全体をアクリルケースで覆った。アクリルケースには冷却液導入用配管２４，３４と冷却液排出用配管２５，３５を外部に出す貫通穴が形成され、各貫通穴と各配管の間は密封されている。

次に、アクリルケース内に清浄エアーを導入して、駆動モータを駆動することによりねじ軸２を回転速度１０００ｍｉｎ^-1で２４時間回転させた後、アクリルケース内部の気体をパーティクルカウンターに導入して、１ｍ³ 中に含まれている直径０．１μｍ以上の微粒子の数を測定した。
潤滑剤としては、混和ちょう度が２５０のグリースと、混和ちょう度が２８０のグリースを用意した。
アクリルケースで覆う前に、潤滑剤を給脂穴１８からナット１とねじ軸２との間に供給し、全てのボール３に潤滑剤が塗布された状態にした。

＜ボールねじの発塵量と隙間δとの関係を調べた試験＞
使用したボールねじは、図１のボールねじであって、リードが１０ｍｍ、ナット１の内径が１６ｍｍ、ナット１の外径が２８ｍｍ、ねじ軸２の軸径が１５ｍｍ、ボール３の直径が２．７７８ｍｍである。シール４はポリアセタール製であって、その厚さｔは０．３ｍｍである。シール４の内径を変えることにより、ねじ軸２に対する隙間δが０ｍｍ、０．０２５ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．５０ｍｍの各値であるボールねじを組み立てた。また、ナット１の軸方向中央部付近に熱電対を埋め込んでナット１の温度を測定した。

ボールねじにオーバーサイズボール予圧（４点接触予圧）を付与し、ねじ軸２の回転は、室温２５．２℃、機台の温度２４．９℃の環境で、冷却液導入用配管２４，３４から冷却液を導入して、ナット１およびねじ軸２を冷却しながら行い、ナット１の温度を２９．４℃に保持した。
各ボールねじの発塵量の測定結果を図９のグラフにまとめて示す。このグラフから分かるように、混和ちょう度が２５０であるグリースで潤滑されたボールねじの発塵量は、隙間δが０の場合と０．１５ｍｍの場合でほぼ同じであり、隙間δが０．０２５ｍｍ、０．０５ｍｍ、および０．１０ｍｍの場合は隙間δが０の場合よりも少なかった。隙間δが０．２０ｍｍ以上になるとボールねじの発塵量が急激に増加した。
混和ちょう度が２８０であるグリースで潤滑されたボールねじの発塵量は、隙間δが０の場合に一番少なく、隙間δの大きさにほぼ比例して増加した。

＜ボールねじの発塵量と温度との関係を調べた試験＞
使用したボールねじは、図１のボールねじであって、リードが１０ｍｍ、ナット１の内径が１６ｍｍ、ナット１の外径が２８ｍｍ、ねじ軸２の軸径が１５ｍｍ、ボール３の直径が２．７７８ｍｍである。シール４はポリアセタール製であって、その厚さｔは０．３ｍｍである。
そして、ねじ軸２に対する隙間δが０．１０ｍｍとなる内径のシール４を取り付けたもの（サンプルNo.1）と、ねじ軸２に対する隙間δが０．３０ｍｍとなる内径のシール４を取り付けたもの（サンプルNo.2）と、シール４を取り付けていないもの（サンプルNo.3）を用意した。これらのボールねじを、混和ちょう度が２５０であるグリースで潤滑した。また、ナット１の軸方向中央部付近に熱電対を埋め込んでナット１の温度を測定した。

ボールねじにオーバーサイズボール予圧（４点接触予圧）を付与し、ねじ軸２の回転は、室温２５．２℃、機台の温度２４．９℃の環境で、冷却液導入用配管２４，３４から冷却液を導入して、ナット１およびねじ軸２を冷却しながら行った。冷却液の温度を一定にし、 流量を変化させることで、各ボールねじのナット１の温度を１６℃、１８℃、２０℃、２２℃、２４℃、２６℃、２８℃、３０℃、３２℃、３４℃、３６℃、３８℃の各温度に保持した。

サンプルNo.1〜３のボールねじの発塵量の測定結果を、ナットの温度との関係で図１０のグラフにまとめて示す。このグラフから分かるように、隙間δが０．１０ｍｍ（０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲内）であるNo.1のボールねじでは、ねじ軸とナットの両方を冷却してナットの温度を２６℃以下にすることにより、２８℃以上にした場合よりも発塵量を抑えることができる。
これに対して、 隙間δが０．３２ｍｍ（０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲外）であるNo.2のボールねじと、シールを取り付けていない（隙間δが０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲外である）No.3のボールねじでは、ボールねじを冷却することによる発塵量を抑える効果が明確には得られなかった。

＜予圧方式の違いによるボールねじの発塵量を調べた試験＞
使用したボールねじは、図１のボールねじであって、リードが１０ｍｍ、ナット１の内径が１６ｍｍ、ナット１の外径が２８ｍｍ、ねじ軸２の軸径が１５ｍｍ、ボール３の直径が２．７７８ｍｍである。シール４はポリアセタール製であって、その厚さｔは０．３ｍｍである。
そして、ねじ軸２に対する隙間δが０．１０ｍｍとなる内径のシール４を取り付け、予圧方式をオーバーサイズボール予圧（４点接触予圧）としたもの（No.11 ）と、オフセットリード予圧（２点接触予圧）としたもの（No.12 ）である。これらのボールねじを、混和ちょう度が２５０であるグリースで潤滑した。また、ナット１の軸方向中央部付近に熱電対を埋め込んでナット１の温度を測定した。

ねじ軸２の回転は、室温２５．２℃、機台の温度２４．９℃の環境で、冷却液導入用配管２４，３４から冷却液を導入して、ナット１およびねじ軸２を冷却しながら行い、ナット１の温度を２９．４℃に保持した。
サンプルNo.11 と12のボールねじの発塵量の測定結果は、No.11 で１８００個／ｍ³ であり、 No.12 で１２００個／ｍ³ であった。このように、ボールの予圧方式を２点接触予圧とすることで、４点接触予圧とした場合より発塵量を少なくすることができる。

なお、この実施形態のボールねじは、ナット１の内部を冷却するナット冷却機構と、ねじ軸２の内部を冷却するねじ軸冷却機構の両方を有するが、いずれか一方のみであってもよい。ナット冷却機構およびねじ軸冷却機構は、図１〜４の以外の構造のものであってもよい。ナット冷却機構はナット１を内部から冷却するのではなく、ナット１を外部から冷却するもの（例えば、ナットを取り付けるハウジングに冷却液を流す冷却機構）であってもよい。また、ねじ軸冷却機構の冷却液をねじ軸の支持軸受の冷却に用いてもよい。

また、ボール戻し経路（転動体循環路）をエンドデフレクタ５とナット１のボール戻し穴１３で形成しているが、エンドデフレクタ５に代えてミドルデフレクタを含むものとしてもよいし、循環チューブ等で構成してもよい。
また、この実施形態ではボールねじについて説明しているが、この発明は、ボールねじ以外の直動案内装置であるリニアガイドおよびボールスプライン等に適用することもできる。

１ ナット
１ａ ナットの螺旋溝
１１ フランジ
１２ａ〜１２ｄ 冷却用貫通孔
１３ ボール戻し穴（ボール戻し経路）
１４ シールを配置する凹部
１５ エンドデフレクタを配置する凹部
１６ 押さえ板を配置する凹部
１７ ねじ穴
１８ 給脂穴
２ ねじ軸
２ａ ねじ軸の螺旋溝
２ｂ ねじ軸の外周面
２０ ねじ軸の端部
２１ ねじ軸の冷却穴
３ ボール
４ シール
４１ シールの内周面
５ エンドデフレクタ（ボール戻し経路）
６ 押さえ板
７ ボルト
２２ 冷却液導入部品
２３ 冷却液排出部品
２４ 冷却液導入用配管
２５ 冷却液排出用配管
２６ 支持軸受
２７ 支持軸受
２８ 栓
３１ａ〜３１ｄ 継手部材
３２ａ〜３２ｄ 継手部材
３３ 配管
３４ 冷却液導入用配管
３５ 冷却液排出用配管
３６ 配管
３７ 配管

Claims (3)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、
   外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
   前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、
   前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路と、
   前記ナットの軸方向両端に取り付けられた円環状のシールと、を備え、
   前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、
   混和ちょう度２５０以下のグリースで潤滑され、
   前記シールの内周面と前記ねじ軸との隙間δが０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であり、
   前記ねじ軸の内部を冷却する冷却機構および前記ナットを冷却する冷却機構の少なくとも一方を有することを特徴とするボールねじ。
2. 前記ボールと前記ねじ軸の螺旋溝および前記ナットの螺旋溝とが２点で接触する予圧方式で予圧が付与されている請求項１記載のボールねじ。
3. 軸方向に延び、転動体転走部を外面に有する軌道部材と、
   前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を内面に有し、前記軌道部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、
   前記転動体転走部と前記負荷転動体転走部とにより形成される転動体転走路内に転動自在に装填された複数の転動体と、
   前記転動体転走路の始点と終点とを連通させて無端状の転動体通路を形成する転動体循環路と、
   前記移動部材の軸方向両端に取り付けられた一対のシールと、
   を備えた直動案内装置であって、
   混和ちょう度２５０以下のグリースで潤滑され、
   前記一対のシールの各々は、前記軌道部材の軸方向に垂直な断面において、前記軌道部材に対して０．０２５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の隙間を有し、
   前記軌道部材の内部を冷却する冷却機構および前記移動部材を冷却する冷却機構の少なくとも一方を有することを特徴とする直動案内装置。

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