JP5200988B2 - 直動装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種送り装置に用いられる直動装置、特に工作機械用等の高い負荷容量が要求される直動装置に関する。

従来から、工作機械用等の過酷な環境・条件下において使用されている直動装置として、ボールねじやリニアガイド等がある。
以下、直動装置の構成を示す一例として、ボールねじの構成を説明する。
ボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールを備えている。
ねじ軸は、螺旋状のねじ軸側転動面を外周面に有している。
ナットは、ねじ軸の外周側に配置されるとともに、ねじ軸側転動面に対向するナット側転動面を内周面に有している。
複数のボールは、ねじ軸側転動面とナット側転動面との間に形成される負荷転動路内へ、転動自在に装填されており、これらのボールは、ねじ軸またはナットの回転運動に伴って、負荷転動路内を転動する。

また、ナットの外周面には、リターンチューブが取り付けられており、リターンチューブは、その両端部が負荷転動路と連通する、戻し通路を形成している。そして、負荷転動路及び戻し通路によって、ボールが無限循環する転動体転動路が形成されている。
このような構成のボールねじでは、ねじ軸とナットが相対的に回転することにより、ボールの転動を介して、ナットが軸方向に移動する。このとき、ボールは、ねじ軸側転動面及びナット側転動面のうち少なくとも一方と接触した状態で、負荷転動路内を転動する。

このような直動装置では、作動性及び耐久性の低下を抑制するために、ねじ軸側転動面及びナット側転動面の表面、すなわち、転動体が接触した状態で転動する転動面に、潤滑剤からなる油膜を形成することが一般的である。このため、直動装置の構成を、例えば、特許文献１に記載されているような構成としている。
特許文献１に記載されている直動装置では、ショットブラストにより粗化した転動面に対し、さらに、バレル仕上げを行うことにより、転動面に微小な凹部を多数形成する。
このような直動装置であれば、転動面に多数形成した凹部を、潤滑剤を保持する潤滑剤溜りとすることが可能となるため、多数の凹部に保持した潤滑剤により、転動面に油膜を形成することが可能となる。

特開平８−２３２９６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の直動装置では、転動面をショットブラストにより粗化している。このため、凹部間の間隔や各凹部の形状がばらつくことにより、潤滑剤溜りの形状が不安定となるという問題や、転動面に対する加工時間及び加工コストが増加するという問題が生じるおそれがある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、安定した形状の潤滑剤溜りを転動面に形成することが可能となるとともに、転動面に対する加工時間及び加工コストの増加を抑制することが可能な、直動装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、第一の転動面を有する棒状の第一部材と、当該第一部材に対し第一部材の軸方向へ相対移動可能に配置され、且つ前記第一の転動面と対向する第二の転動面を有する第二部材と、前記第一の転動面と前記第二の転動面とから形成される負荷転動路内へ転動自在に装填される転動体と、を備える直動装置であって、
前記第一の転動面及び前記第二の転動面のうち少なくとも一方に、複数列の油溜まり溝を形成し、
前記複数列の油溜まり溝は、第一の加工により最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした状態で、さらに、第二の加工により最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内に形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明によると、油溜まり溝を、第一の加工により最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした状態で、さらに、第二の加工により最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内として形成する。
このため、一回の加工により、油溜まり溝を、最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内で形成する場合と比較して、油溜まり溝を形成した転動面の状態を安定させることが可能となる。

本発明によると、第一の転動面及び第二の転動面のうち少なくとも一方に形成した複数列の油溜まり溝を、それぞれ、最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内で形成する。
このため、油溜まり溝の最大粗さＲｍａｘが１μｍ未満である場合や、３μｍを超えている場合と比較して、複数列の油溜まり溝を形成した転動面に、安定した形状の潤滑剤溜りを形成することが可能となる。

次に、本発明のうち、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記第一の加工を、切削仕上げ加工としたことを特徴とするものである。
本発明によると、切削仕上げ加工により、油溜まり溝を形成する転動面に、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内となる溝を形成する。
このため、ショットブラストにより転動面に溝を形成する場合と比較して、転動面に対する加工時間及び加工コストの増加を抑制することが可能となる。

次に、本発明のうち、請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した発明であって、前記第二の加工を、テープ加工としたことを特徴とするものである。
本発明によると、最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした状態の転動面に対し、テープ加工により、最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内とした油溜まり溝を形成する。
このため、バレル仕上げにより、転動面に最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内とした油溜まり溝を形成する場合と比較して、油溜まり溝の形状を安定させることが可能となる。
なお、上記のテープ加工とは、例えば、先端を転動面に対応した形状に形成した押圧治具と、この押圧治具の先端に密着する研磨テープを用いた加工方法である。この加工方法は、具体的に、研磨テープの片面で形成する研磨作用面に研磨材を付着させ、さらに、研磨テープを押圧治具により転動面に押圧しながら、押圧治具及び研磨テープを、転動面の曲率に沿って揺動させる加工方法である。

次に、本発明のうち、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記複数列の油溜まり溝を、等間隔に形成したことを特徴とするものである。
本発明によると、第一の転動面及び第二の転動面のうち少なくとも一方に形成した複数列の油溜まり溝を、等間隔に形成する。
このため、複数列の油溜まり溝間の間隔が不均等な場合と比較して、複数列の油溜まり溝を形成した転動面に、安定した形状の潤滑剤溜りを形成することが可能となる。

本発明によれば、転動体が接触する転動面に、安定した形状の潤滑剤溜りを形成することが可能となるため、転動面と転動体との間に安定した油膜を形成することが可能となり、直動装置の作動性及び耐久性の低下を抑制することが可能となる。また、転動面に対する加工時間の増加を抑制することが可能となるため、直動装置の製造効率の低下を抑制することが可能となる。さらに、転動面に対する加工コストの増加を抑制することが可能となるため、直動装置の製造コストの増加を抑制することが可能となる。

第一実施形態の直動装置の構成を示す図である。 図１中に円ＩＩで囲んだ範囲及びその周辺の拡大図である。 図２中に円ＩＩＩで囲んだ範囲及びその周辺の拡大図である。 第一の加工である切削仕上げ加工を行ったナット側転動面の状態を示す図である。 第二の加工であるテープ加工を行ったナット側転動面の状態を示す図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態（以下、「本実施形態」と記載する）について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
まず、図１から図３を用いて、本実施形態の直動装置の構成を説明する。なお、本実施形態では、一例として、直動装置をボールねじとした場合を説明する。
図１は、本実施形態の一例であるボールねじ１の一部を破断して示す図である。また、図２は、図１中に円ＩＩで囲んだ範囲及びその周辺の拡大図である。
図１中に示すように、ボールねじ１（直動装置）は、ねじ軸２（第一部材）と、ナット４（第二部材）と、ボール６（転動体）を備えている。

ねじ軸２は、棒状の部材であり、螺旋状のねじ軸側転動面８（第一の転動面）を外周面に有している。
また、ねじ軸２には、モータ等の回転動力源（図示せず）が連結されている。
ナット４は、ねじ軸２の外周側に配置されている。具体的には、ナット４は、ねじ軸２に対し、ねじ軸２の軸方向へ相対移動可能に配置されている。
また、ナット４は、ねじ軸側転動面８と対向するナット側転動面１０（第二の転動面）を内周面に有している。

ボール６は、例えば、鋼球により形成されており、ねじ軸側転動面８とナット側転動面１０との間に形成される負荷転動路１２内へ、転動自在に装填されている。（図２参照）。なお、図２中では、説明のために、負荷転動路１２内へ転動自在に装填されている複数のボール６のうち、一つのボール６のみを示している。
負荷転動路１２内において、ねじ軸側転動面８及びナット側転動面１０とボール６との間には、例えば、グリースからなる潤滑剤が配置されている。

また、ナット４の外周面には、循環部品としてのリターンチューブ１４が、略Ｕ字状のチューブ固定部材１６を用いて固定されている。なお、本実施形態では、一つのナット４に、二つのリターンチューブ１４が取り付けられているボールねじ１を例にあげて説明する。
すなわち、本実施形態のボールねじ１は、ねじ軸２（またはナット４）の回転運動に伴い、負荷転動路１２内を複数のボール６が転動し、ナット４（またはねじ軸２）がボール６の転動を介して、ねじ軸２の軸方向に沿って直線移動する構成となっている。

ねじ軸２（またはナット４）の回転運動に伴って負荷転動路１２内を転動する複数のボール６は、ナット４に取り付けられたリターンチューブ１４の一方の端部から、リターンチューブ１４内へすくい上げられる。リターンチューブ１４内へすくい上げられたボール６は、リターンチューブ１４内を通過し、リターンチューブ１４内を通過したボール６は、リターンチューブ１４の他方の端部から負荷転動路１２内へ戻される。すなわち、負荷転動路１２及びリターンチューブ１４によって、ボール６の無限循環通路が形成されている。

図３は、図２中に円ＩＩＩで囲んだ範囲及びその周辺の拡大図である。
図３中に示すように、ナット側転動面１０には、複数列の油溜まり溝１８が形成されている。なお、図外のねじ軸側転動面８にも、ナット側転動面１０と同様、複数列の油溜まり溝１８が形成されている。
複数列の油溜まり溝１８は、負荷転動路１２内におけるボール６の移動方向から見て、等間隔に形成されており、それぞれ、負荷転動路１２内におけるボール６の移動方向に沿って延在している。

また、複数列の油溜まり溝１８は、最大粗さＲｍａｘが、１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内である。
複数列の油溜まり溝１８の内部を含むナット側転動面１０には、潤滑剤からなる油膜２０が形成されている。
ここで、ボールねじ１等の直動装置は、例えば、自動車の車軸を回転自在に支持する転がり軸受（ベアリング）等、比較的高回転で用いる部品と比較して、油膜に蒸発等が生じる可能性が低い。このため、本実施形態のボールねじ１に形成する油膜２０の厚さは、転がり軸受等に形成する油膜の厚さよりも大きく設定されている。

（油溜まり溝の形成方法）
以下、図１から図３を参照しつつ、図４及び図５を用いて、ナット側転動面１０に複数列の油溜まり溝１８を形成する形成方法について説明する。なお、特に図示しないが、ねじ軸側転動面８に複数列の油溜まり溝１８を形成する形成方法についても、同様である。
ナット側転動面１０に複数列の油溜まり溝１８を形成する際には、まず、ナット側転動面１０に対して第一の加工を行うことにより、ナット側転動面１０に、最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした複数列の溝を形成する。

次に、第一の加工を行い、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内である複数列の溝を形成したナット側転動面１０に対し、第二の加工を行う。これにより、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内である複数列の溝を形成したナット側転動面１０に、最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内とした複数列の油溜まり溝１８を形成する。
本実施形態では、第一の加工を、例えば、円弧状の刃を備えた切削工具を用いる加工方法である、切削仕上げ加工とする。
また、本実施形態では、第二の加工を、先端を転動面に対応した形状に形成した押圧治具と、この押圧治具の先端に密着する研磨テープを用いた加工方法である、テープ加工とする。

テープ加工は、具体的には、研磨テープの片面で形成する研磨作用面に研磨材を付着させ、さらに、研磨テープを押圧治具により転動面に押圧しながら、押圧治具及び研磨テープを、転動面の曲率に沿って揺動させる加工方法である。
まず、第一の加工について説明する。
図４は、第一の加工である切削仕上げ加工を行ったナット側転動面１０の状態を示す図である。
図４中に示すように、切削仕上げ加工を行ったナット側転動面１０には、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内である複数列の溝が形成される。なお、図４中及び以降の説明では、切削仕上げ加工によりナット側転動面１０に形成した溝を、第一加工溝２２と記載する。

次に、第二の加工について説明する。
図５は、第二の加工であるテープ加工を行ったナット側転動面１０の状態を示す図である。
図５中に示すように、テープ加工を行ったナット側転動面１０には、最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内である複数列の溝が形成され、この溝が、油溜まり溝１８を形成する。

具体的には、第一加工溝２２を形成したナット側転動面１０に対してテープ加工を行うことにより、ナット側転動面１０のうち第一加工溝２２を形成していない部分を除去して、ナット側転動面１０のうち第一加工溝２２を形成していない部分を平滑化する。これにより、ナット側転動面１０に配置した潤滑剤を保持することが可能な、油溜まり溝１８を形成する。なお、図５中には、ナット側転動面１０のうち第一加工溝２２を形成していない部分から、テープ加工により除去した部分を、符号「Ｅ」を付して示している。また、図５中には、油溜まり溝１８内に保持した潤滑剤を、符号「Ｌ」を付して示している。
油溜まり溝１８内に保持した潤滑剤Ｌは、ナット側転動面１０に配置した潤滑剤とともに、油膜２０を形成する。

（作用）
次に、図１から図５を参照して、本実施形態のボールねじ１の作用について説明する。
ボールねじ１の作動時には、ねじ軸２に連結されている回転動力源を駆動させて、ねじ軸２に対して相対的にナット４を回転させることにより、ボール６の転動を介して、ナット４をねじ軸２の軸方向へ移動させる。
ボール６の転動を介してナット４が軸方向に移動する際には、負荷転動路１２内に装填されている多数のボール６が、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８と接触した状態で、負荷転動路１２内を転動しつつ移動する。
本実施形態のボールねじ１では、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に、複数列の油溜まり溝１８を形成している。

このため、油溜まり溝１８内に保持した潤滑剤Ｌと、ナット側転動面１０に配置した潤滑剤により、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との間に、安定した油膜２０が形成されている。
したがって、本実施形態のボールねじ１では、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との接触部分に、安定した油膜２０を形成することが可能となるため、ボールねじ１の作動時における、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との間に発生する摩擦抵抗の増加を、抑制することが可能となる。

（第一実施形態の効果）
以下、本実施形態の効果を列挙する。
（１）本実施形態のボールねじ１では、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に形成した複数列の油溜まり溝１８を、それぞれ、最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内で形成する。
このため、油溜まり溝１８の最大粗さＲｍａｘが１μｍ未満である場合や、３μｍを超えている場合と比較して、安定した形状の潤滑剤溜りを、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に形成することが可能となる。
その結果、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との間に、安定した油膜２０を形成することが可能となり、ボール６、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８の損傷や磨耗の発生を低減することが可能となる。これにより、ボールねじ１の作動性及び耐久性の低下を抑制することが可能となる。

（２）本実施形態のボールねじ１では、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に形成した複数列の油溜まり溝１８を、等間隔に形成する。
このため、複数列の油溜まり溝１８間の間隔が不均等な場合と比較して、安定した形状の潤滑剤溜りを、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に形成することが可能となる。
その結果、複数列の油溜まり溝１８間の間隔が不均等な場合と比較して、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との間に形成した油膜２０の安定性を向上させることが可能となる。

（３）本実施形態のボールねじ１では、油溜まり溝１８を、第一の加工により最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした状態で、さらに、第二の加工により最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内として形成する。
このため、一回の加工により、油溜まり溝１８を、最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内で形成する場合と比較して、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８の状態を安定させることが可能となる。
その結果、一回の加工により、油溜まり溝１８を、最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内で形成する場合と比較して、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との間に形成した油膜２０の安定性を向上させることが可能となる。

（４）本実施形態のボールねじ１では、切削仕上げ加工により、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内となる第一加工溝２２を形成する。
このため、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に対し、ショットブラストにより、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内となる溝を形成する場合と比較して、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に対する加工時間及び加工コストの増加を抑制することが可能となる。
その結果、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に対し、ショットブラストにより、最大粗さＲｍａｘが２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内となる溝を形成する場合と比較して、ボールねじ１の製造効率の低下及び製造コストの増加を抑制することが可能となる。

（５）本実施形態のボールねじ１では、最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした状態のナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に対し、テープ加工により、最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内とした油溜まり溝１８を形成する。
このため、バレル仕上げにより、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内とした油溜まり溝１８を形成する場合と比較して、油溜まり溝１８の形状を安定させることが可能となる。
その結果、バレル仕上げにより、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に最大粗さＲｍａｘを１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内とした油溜まり溝１８を形成する場合と比較して、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８とボール６との間に形成した油膜２０の安定性を向上させることが可能となる。

（６）本実施形態のボールねじ１では、複数列の油溜まり溝１８を、負荷転動路１２内におけるボール６の移動方向に沿って延在させている。
このため、複数列の油溜まり溝１８により、負荷転動路１２内におけるボール６の移動が阻害されることを抑制することが可能となる。
その結果、ボールねじ１の作動性の低下を抑制することが可能となる。

（応用例）
以下、本実施形態の応用例を列挙する。
（１）本実施形態では、直動装置をボールねじ１とした場合を説明したが、直動装置は、ボールねじ１に限定するものではない。すなわち、直動装置を、例えば、リニアガイドやローラフォロア等としてもよい。要は、直動装置は、第一の転動面を有する棒状の第一部材と、第一部材に対し第一部材の軸方向へ相対移動可能に配置され、且つ第一の転動面と対向する第二の転動面を有する第二部材と、負荷転動路内へ転動自在に装填される転動体を備える構成であればよい。
（２）本実施形態のボールねじ１では、ナット側転動面１０及びねじ軸側転動面８に形成した複数列の油溜まり溝１８を、等間隔に形成したが、これに限定するものではない。すなわち、複数列の油溜まり溝１８を、不均等な間隔で形成してもよい。

（３）本実施形態のボールねじ１では、負荷転動路１２内へ転動自在に装填される転動体を、ボール６としたが、これに限定するものではない。すなわち、直動装置の構成に応じて、転動体を、例えば、円筒ころとしてもよい。
（４）本実施形態のボールねじ１では、複数列の油溜まり溝１８を、負荷転動路１２内におけるボール６の移動方向に沿って延在させたが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、複数列の油溜まり溝１８を、例えば、負荷転動路１２内におけるボール６の移動方向に対し、直交させて延在させてもよい。

１ ボールねじ
２ ねじ軸
４ ナット
６ ボール
８ ねじ軸側転動面
１０ ナット側転動面
１２ 負荷転動路
１４ リターンチューブ
１６ チューブ固定部材
１８ 油溜まり溝
２０ 油膜
２２ 第一加工溝
Ｒｍａｘ 油溜まり溝の最大粗さ
Ｅ ナット側転動面からテープ加工により除去した部分
Ｌ 油溜まり溝内に保持した潤滑剤

Claims (4)

1. 第一の転動面を有する棒状の第一部材と、当該第一部材に対し第一部材の軸方向へ相対移動可能に配置され、且つ前記第一の転動面と対向する第二の転動面を有する第二部材と、前記第一の転動面と前記第二の転動面とから形成される負荷転動路内へ転動自在に装填される転動体と、を備える直動装置であって、
   前記第一の転動面及び前記第二の転動面のうち少なくとも一方に、複数列の油溜まり溝を形成し、
   前記複数列の油溜まり溝は、第一の加工により最大粗さＲｍａｘを２μｍ＜Ｒｍａｘ≦５μｍの範囲内とした状態で、さらに、第二の加工により最大粗さＲｍａｘが１μｍ≦Ｒｍａｘ≦３μｍの範囲内に形成されていることを特徴とする直動装置。
2. 前記第一の加工を、切削仕上げ加工としたことを特徴とする請求項１に記載した直動装置。
3. 前記第二の加工を、テープ加工としたことを特徴とする請求項１または２に記載した直動装置。
4. 前記複数列の油溜まり溝を、等間隔に形成したことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載した直動装置。

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