JP5994307B2

JP5994307B2 - 直動装置

Info

Publication number: JP5994307B2
Application number: JP2012058855A
Authority: JP
Inventors: 矢部　俊一; 俊一矢部; 村上　豪; 豪村上; 武文吉川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013190097A

Description

本発明は、直動装置に関し、より詳細には転動体の間に介装されるセパレータの改良に関する。

例えば図１に示すように、リニアガイド装置１０は、外面に転動溝３を有する案内レール１と、その案内レール１を跨いで組み付けられたスライダ２とを備えている。スライダ２の案内レール１の転動溝３と対向する面は一部開口しており、案内レール１の転動溝３とともに断面略トラック状のボール循環経路４を形成している。そして、このボール循環経路４の内部に、複数のボールＢが転動自在に収容される。

また、例えば図２に示すように、ボールねじ装置２０は、ボールナット１２がねじ軸１１を内包するように配置されており、ボールナット１２の内周に螺旋状に形成されたねじ溝１２ａと、それに対向するねじ軸１１の外周に螺旋状に形成されたねじ溝１１ａとで形成される空間に、複数のボールＢが転動自在に配置されている。また、ボールナット１２には、外形略コ字状のボールチューブ１４が、その両端をねじ軸１１のねじ溝１１ａに臨むように装着されている。そして、ボールＢは、ボールナット１２の内部で、ねじ軸１１を複数回周回した後ボールチューブ１４の一端から掬い上げられ、ボール循環経路１８を通った後、ボールチューブ１４の他端からねじ軸１１のねじ溝１１ａに戻される循環を繰り返す。

このようなリニアガイド装置１０やボールねじ２０では、低騒音化を目的として、駆動時におけるボール同士の衝突音を無くするために、ボールＢの間にセパレータを介装させるのが一般的である。例えば、図３はリニアガイド装置１０のボール循環経路４の内部を拡大して示す図であるが、ボールＢとボールＢとの間にセパレータ１００が介装されたボール列が形成されている。このセパレータ１００は、両側にボールＢの外周面に対応して断面円弧状の凹面１０１が形成されており、ボールＢはボール循環経路４の循環時にこの凹面１０１により転動自在に保持される。

セパレータ１００の材質としては、ポリアミド６６等のポリアミドが主流であったが、組立性や吸音性を考慮して、最近ではポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）をハードセグメントとするポリエステル系エラストマーが用いられるようになってきた。このＰＢＴをハードセグメントとするポリエステル系エラストマーは、ポリアミドに比べて吸水性が低いため寸法安定性に優れ、また吸音性や組立性に優れるものの、潤滑のために充填されるグリースに対する耐性（耐グリース性）に劣るという欠点を有する。そのため、セパレータ１００は、経時的に外径方向に膨潤し、それとともにボールＢとの接触位置が凹面の中心方向にずれるようになり、ボールＢとセパレータ１００との隙間が徐々に広がって騒音レベルも大きくなる。また、場合によっては、図４に示すように、セパレータ１００がボール間から外れることもあり、転倒したセパレータ１００がボールＢの循環を妨害して駆動できなくなることもある。

このような不具合を解消するために、本出願人は、特許文献１において、吸音性や組立性に加えて、耐グリースを向上させるために、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）をハードセグメントとするポリエステル系エラストマーからなるセパレータを提案している。

特許第４２８２９２４号公報

しかしながら、ＰＢＮをハードセグメントとするポリエステル系エラストマーは、耐グリース性はＰＢＴをハードセグメントとするポリエステル系エラストマーに比べて優れるものの、ポリアミドに比べると若干劣る。また、ＰＢＮをハードセグメントとするポリエステル系エラストマーは、柔軟性に優れるため、それにより吸音性や組立性も高まるが、分子構造中にソフトセグメントを有することでポリアミドに比べると機械的強度が低く、循環経路の構造が封雑な直動装置に適用するには、更なる向上が望まれている。

また、潤滑のためにグリースが封入されているが、基油には、安価で、添加剤の制約が少ないため多様な要求に対応しやすいことなどから、脂肪族炭化水素で、極性が低い鉱油やポリα−オレフィン油が使用されることが最も多い。しかし、分子中にエスエル結合を多数有するポリエステル系エラストマーは、鉱油やポリα−オレフィン油との親和性が低く、鉱油やポリα−オレフィン油を基油とするグリースのセパレータへの付着力が十分ではなく、潤滑性に難がある。

ポリアミド樹脂の中には、ポリアミド１１（融点１８７℃）やポリアミド１２（融点１７６℃）、ポリアミド６１２（融点２１６℃）、ポリアミド６１０（融点２２２℃）のように低吸水性で、分子構造中にアミド結合が少ないものが知られているが、融点が低いため、高速で作動して温度が上昇すると、セパレータ１００が軟化して変形するおそれがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、寸法安定性が高く、基油にポリα−オレフィン油を含むグリースとの付着性にも優れ、一定レベル以上の機械的強度を有し、更には高温での変形も少ないセパレータを備える高信頼性の直動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、軸に外嵌するとともに、該軸に沿って直進移動する直動体と、前記直動体の内面側に形成された転動溝に保持され、該転動溝と前記軸との間で転動する複数の転動体と、前記転動体の間に介装されるセパレータと、前記直動体に形成され、前記転動溝の一端側から他端側に前記転動体を循環させる循環経路とを有し、グリースを封止してなる直動装置において、前記セパレータが、１，９−ノナンジアミンと２−メチル−１，８−オクタンジアミンとの混合物からなるジアミン成分と、蓚酸ジエステルからなるジカルボン酸成分との重縮合物であり、かつ、融点が２３０〜２４０℃であるポリアミド樹脂を含む樹脂組成物製であり、前記グリースの基油がポリα−オレフィン油を主成分とし、増ちょう剤がウレア化合物であることを特徴とする直動装置を提供する。

本発明の直動装置においてセパレータは、ベース樹脂が特定のポリアミド樹脂であり、高温での変形が抑えられ、吸水寸法変化も小さい。また、ポリα−オレフィン油を基油とするグリースとの付着性が高く、潤滑性に優れるようになる。そのため、本発明の直動装置は、耐久性に優れ、信頼性が高いものとなる。

直動装置の一例であるリニアガイド装置を示す一部切欠平面図である。直動装置の他の例であるボールねじ装置を示す一部切欠斜視図である。図１に示すリニアガイド装置のボール循環経路の内部を示す平面図である。従来のセパレータの不具合を説明するための図３の部分拡大図である。セパレータの一例を示す断面図である。セパレータの他の例を示す断面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。円筒ころ用のセパレータの一例を示す側面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明において、直動装置の種類には制限はなく、例えば図１に示したようなリニアガイド装置１０や図２に示したようなボールねじ装置２０を例示することができ、何れも図３に示したように、ボールＢとボールＢとの間にセパレータ１００を介装させてボール同士の衝突音を無くしている。

また、セパレータ１００は、例えば図５に示すように、凹面１０１を形成する曲率半径Ｒの中心ＯをボールＢの中心Ｏ_Bから変位させて２箇所に設けてもよい。それにより、セパレータ１００の凹面１０１とボールＢとの間に隙間Ｓが形成され、この隙間Ｓにグリース（図示せず）が流入してボールＢの転動が円滑に行なわれる。また、凹面１０１の表面は平坦でもよいが、粗面である方がグリースを保持できることから好ましい。粗面の程度は、面粗さＲ_maxで５〜５０μｍ程度が適当である。

更に、セパレータ１００の凹面１０１の表面には同心状もしくは螺旋状の溝が形成されていてもよく、更にセパレータ１００の凹面１０１とボールＢとの隙間にグリースが流入し易いようにセパレータ１００に貫通孔を設けることもできる。例えば、図６に示されるセパレータ１００では、凹面１０１の中心部に貫通孔１０２が貫通され、その周囲に同心状に複数の溝１０３が形成されており、貫通孔１０２から流入したグリース（図示せず）が溝１０３に保持され、良好な潤滑が維持される。また、凹面１０１の外周端部１００ａが円弧状に面取りされており、グリースがより流入し易くなっている。尚、貫通孔１０２の直径や、溝１０３の深さ、幅、数等は制限されるものはなく、セパレータ１００の大きさや機械的強度等に応じて適宜設定される。例えば、溝１０３の深さは５〜３０μｍ程度が適当である。

セパレータは、ボールＢの他にも、円筒ころと円筒ころとの間に介在するような構成とすることもできる。例えば、図７に示すセパレータ９では、円筒ころ６の軸方向と平行に延びる本体部９０と、円筒ころ６の転走方向に延出された腕部９ａとで構成することもできる。本体部９０は、円筒ころ６の周面を受ける曲面９０ａを互いに反対側となる面に有する。腕部９ａは、円筒ころ６の両端面６ａ側に配置されて、円筒ころ６の転走方向に延出され、本体部９０に結合されている。

本発明では、セパレータ９０、１００を、１，９−ノナンジアミンと２−メチル−１，８−オクタンジアミンとの混合物からなるジアミン成分と、蓚酸ジエステルからなるジカルボン酸成分との重縮合反応により形成される特定のポリアミド樹脂の成形体とする。この特定のポリアミド樹脂は、ジアミン成分における１，９−ノナンジアミンと２−メチル−１，８−オクタンジアミンとの混合比により融点が変わり、目的とする融点２３０〜２４０℃を確保するには、モル比で、１，９−ノナンジアミン：２−メチル−１，８−オクタンジアミン＝５：９５〜１０：９０、または７０：３０〜９０：１０とする。これ以外の混合比では、特定のポリアミド樹脂の融点が２３０℃未満となり、目的とする高温耐久性が得られない。

ジカルボン酸成分である蓚酸ジエステルとしては、蓚酸ジブチルが好適である。

ジアミン成分とジカルボン酸成分との比率は、縮重合反応が安定して進行すれば特に制限はないが、モル比で、（ジカルボン酸成分／ジアミン成分）＝０．９９〜１．０１が好適である。

また、縮重合の反応条件には制限はなく、他のポリアミド樹脂を縮重合するときの反応条件に準じて行うことができる。例えば、以下に示すような（１）前重縮合工程、（２）後重縮合工程の順で行うのが好ましい。
（１）前重縮合工程
反応器内を窒素置換した後、ジアミン成分とジカルボン酸成分とを上記比率で混合する。混合に際してジアミン成分及びジカルボン酸成分が共に可溶な溶媒を用いることができ、例えば、トルエン、キシレン、トリクロロベンゼン、フェノール、トリフルオロエタノールなどを用いることができる。そして、例えば、ジアミン成分を溶解したトルエン溶液を５０℃に加熱した後、ジカルボン酸成分を加える。次いで、反応器内を攪拌及び／又は窒素バブリングしながら、常圧下で昇温する。反応温度は、最終到達温度が８０〜１５０℃、好ましくは１００〜１４０℃の範囲になるように制御する。また、最終到達温度での反応時間は３時間〜６時間である。
（２）後重縮合工程
高分子量化を図るために、前重縮合工程で生成した重合物を常圧下において反応器内で徐々に昇温する。昇温過程において前重縮合工程の最終到達温度（８０〜１５０℃）から、最終的に２２０℃以上３００℃以下、好ましくは２３０℃以上２８０℃以下、更に好ましくは２４０℃以上２７０℃以下の温度範囲にまで到達させる。昇温時間を含めて１〜８時間、好ましくは２〜６時間保持して反応を行うことが好ましい。さらに後重合工程において、必要に応じて減圧下での重合を行うこともできる。減圧重合を行う場合の好ましい最終到達圧力は０．１ＭＰａ未満〜１３．３Ｐａである。

このようにして得られる特定のポリアミド樹脂は、融点が上記したとおり２３０〜２４０℃となり、更には飽和吸水率が０．９〜１．３％で、従来からセパレータのベース樹脂に多用されているポリアミド６６（飽和吸水率５．６％）に比べて大幅に小さい。そのため、高温での軟化が抑えられ、吸水による寸法変化量も非常に小さくなり、信頼性が非常に高まる。

特定のポリアミド樹脂は単独でも一定以上の耐久性を示し、これを成形して得られるセパレータ１００は、接触する相手材（ボールＢ）の摩耗に対して有利に働いてセパレータ１００として十分に機能する。しかし、より過酷な条件で使用したときに、セパレータ１００の破損や変形、摩耗等を抑えて信頼性を高めるために、強化繊維材を配合することが好ましい。

強化繊維材には制限はなく、従来からセパレータに使用されているものを使用できるが、強度に優れ、耐熱性を有することなどから、ガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等が好ましく、特定のポリアミド樹脂との接着性を考慮してシランカップリング剤等で表面処理したものが更に好ましい。また、これらの強化繊維材は複数種を組み合わせて使用することもできる。耐衝撃性を考慮するとガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維等の繊維状を配合することが好ましく、相手材の損傷を考慮すると繊維状物とウィスカー状物とを組み合わせて配合することが好ましい。尚、混合比率は、繊維状物及びウィスカー状物の種類により異なり、衝撃強度や相手材の損傷度合等を考慮して適宜選択される。

また、ガラス繊維としては、一般的な平均繊維径である１０〜１３μｍのものの他に、少ない含有量で高強度化と耐衝撃性の向上が可能な平均繊維径が５〜７μｍのもの、あるいは異形断面（楕円や長楕円、まゆ形等）のものがより好ましい。

炭素繊維としては、強度を優先するのであればＰＡＮ系のものが好適であるが、コスト面で有利なピッチ系のものも使用可能である。また、平均繊維径としては５〜１５μｍのものが好適である。炭素繊維は、繊維自体の強度や弾性率が高いため、ガラス繊維に比べてセパレータ１００の高強度化や高弾性率化が可能である。

アラミド繊維としては、強化性に優れるパラ系アラミド繊維が好適である。また、平均繊維径としては５〜１５μｍのものが好適である。アラミド繊維は、ガラス繊維や炭素繊維に比べて鉄鋼材料を傷つけることがないので、ボールＢの表面状態を悪くすることがなく、直動装置の音響特性等を重視する場合は特に好適である。

強化繊維材の配合量は、セパレータ全体の１０〜４０質量％が好ましく、１５〜３０質量％がより好ましい。配合量が１０質量％未満の場合には、機械的高度の改善が少なく好ましくない。配合量が４０質量％を超えるばあいには、成形性が低下するとともに、強化繊維材の種類によってはボールＢへの傷付け性が高くなるので好ましくない。

特定のポリアミド樹脂には、強化繊維材の他にも各種の添加剤を添加することができるが、特に成形時及び使用時の熱による劣化を防ぐために、ヨウ化物系熱安定剤やアミン系酸化防止剤をそれぞれ単独で、または併用して添加することが好ましい。

セパレータ９０、１００は、生産面からは射出成形して作製することが望ましい。そこで、射出成形を考慮して、特定のポリアミド樹脂の分子量を、強化繊維材を含有した状態でも射出成形が可能な流動性を示す範囲、具体的には数平均分子量で１３０００〜２８０００、より好ましくは耐疲労性や成形性を考慮すると数平均分子量で１８０００〜２６０００の範囲とする。数平均分子量が１３０００未満では、分子量が低すぎて耐疲労性が悪く、実用性が低い。これに対して数平均分子量が２８０００を越える場合は、強化繊維材を規定量含有した状態での溶融粘度が高すぎ、精度よく射出成形で製造することが困難になる。

また、直動装置には、潤滑のためにグリースが封入される。グリースの基油は、特定のポリアミド樹脂との濡れ性を考慮して、ポリα−オレフィン油を主成分とする。特定のポリアミド樹脂は、従来一般的なポリアミド６６に比べてアミド基間に長い炭化水素鎖を有し、また芳香族環を持たない分子構造であるため、ポリα−オレフィン油との濡れ性に優れる。基油はポリα−オレフィン油単独でもよいが、潤滑性や耐熱性を高めるためにジエステル油や芳香族エステル油等を混合してもよい。混合する場合のジエステル油や芳香族エステル油等の混合量は、基油全量の３０質量％以下が好ましい。また、基油粘度は、４０℃における動粘度で４０〜２２０ｍｍ^２／ｓが適当である。

増ちょう剤には、ポリアミドに構造が類似のウレア結合を有するウレア化合物を用いる。これにより、グリース組成物と特定のポリアミド樹脂との付着性が高まる。また、増ちょう剤量は、グリース組成物全量の１０〜２０質量％が適当である。

グリースには各種の添加剤を添加することができるが、高温特性や潤滑性能等を考慮して、アミン系やフェノール系等の酸化防止剤、Ｃａスルフォネート等の防錆剤、ＭｏＤＴＣ等の極圧剤、モンタン酸エステルワックスやモンタン酸エステル部分けん化ワックス、ポリエチレンワックス、オレイン酸等の油性向上剤等が好ましい。また、これら添加剤の添加量は、グリース全量の１０質量％以下が適当である。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１〜２、比較例１〜４）
表１に示すポリアミド樹脂（補強繊維材は無配合）を用いて、射出成形機用ボールねじ（日本精工製「Ｗ６３０３−３０１ＲＣＳＰ−Ｃ７Ｎ１６」：ねじ外径φ６３ｍｍ、リード１６ｍｍ）用セパレータを射出成形により作製した。

尚、表中の各ポリアミド樹脂は下記の通りである。
・ポリアミド樹脂Ａ（ヨウ化銅系熱安定剤含有）
ジアミン成分：１，９−ノナンジアミン：２−メチル−１，８−オクタンジアミン
＝８５：１５
ジカルボン酸成分：蓚酸ブチル
ジアミン成分：ジカルボン酸成分＝１：１
数平均分子量：２２０００
融点：２３５℃
・ポリアミド樹脂Ｂ（ヨウ化銅系熱安定剤含有）
ジアミン成分：１，９−ノナンジアミン：２−メチル−１，８−オクタンジアミン
＝６：９４
ジカルボン酸成分：蓚酸ブチル
ジアミン成分：ジカルボン酸成分＝１：１
数平均分子量：２２０００
融点：２３２℃
・ポリアミド樹脂Ｃ（ヨウ化銅系熱安定剤含有）
ジアミン成分：１，９−ノナンジアミン：２−メチル−１，８−オクタンジアミン
＝５０：５０
ジカルボン酸成分：蓚酸ブチル
ジアミン成分：ジカルボン酸成分＝１：１
数平均分子量：２２０００
融点：２０６℃

また、比較例１で用いたポリアミド６６は、宇部興産製「ナイロン２０２０Ｕ（銅系熱安定剤含有）」であり、数平均分子量は２００００である。比較例３で用いたポリアミド９Ｔは、クラレ製「ジェネスタＮ１０００Ａ（熱安定剤含有グレード）」であり、数平均分子量は不明である。比較例４で用いたＰＢＮ系熱可塑性エラストマーは、東洋紡績製「ぺルプレンＥＮ２０００」である。

そして、各セパレータについて（１）寸法安定性及び（２）耐久性を評価した。結果を表２に示す。

（１）寸法安定性の評価
各セパレータを下記条件Ｉまたは条件IIの下に放置し、所定時間経過後に幅寸法を測定し、放置前からの寸法変化量を求めた。何れの条件においても、寸法変化量が５０μｍ以下を合格「〇」とし、５０μｍを越えるものを不合格「×」とした。
・条件Ｉ：６０℃、９０％ＲＨ、７０時間
・条件II：８０℃、９０％ＲＨ、３００時間

（２）耐久性の評価
各セパレータを射出成形機ボールねじに組み込み、下記条件Ｉ〜IIIにて送り速度６０ｍ／ｍｉｎで走行試験を行った。何れの条件においても、１０００時間の連続運転ができた場合を合格「〇」、１０００時間の連続運転ができなかった場合を不合格「×」とした。尚、ボールねじ内部には潤滑のためにグリースを封入したが、基油がポリα−オレフィン油（動粘度：１００℃で５．７ｍｍ^２／ｓ）で、増ちょう剤が脂肪族ジウレア化合物（増ちょう剤量：１３質量％）であり、更に極圧剤、酸化防止剤、防錆剤を適量含有し、ちょう度Ｎｏ．２のものである。尚、グリースの充填量は、樹脂組成物による差異を見るために、フル充填の３０％とした。また、ボールねじの荷重は２００００Ｎとした。
・条件Ｉ：３０℃、５０％ＲＨ
・条件II ：５０℃、９０％ＲＨ
・条件III：８０℃、５０％ＲＨ

表２に示すように、本発明に従い特定のポリアミド樹脂を用いた実施例１、２では、何れの条件でも合格している。これに対し比較例１では、従来多用されているポリアミド６６樹脂を用いているため、高温、高湿度の過酷な条件では寸法安定性が悪く、それに伴って耐久性も低くなっている。また、比較例２では、特定のポリアミド樹脂と構造が類似するものの、ジアミン成分の混合比率が本発明の好ましい範囲を外れるため、融点が低く、高温条件での耐久性に劣っている。また、比較例３ではポリアミド９Ｔ樹脂を用いており、寸法安定性は問題がないものの、グリースの基油であるポリα−オレフィン油との濡れ性がポリアミド６６に比べても悪いため、樹脂の摩耗の進行が早くなり、湿度が高い条件で１０００時間の耐久性が得られていない。更に、比較例４では機械的強度に劣るＰＢＮ系熱可塑性エラストマーを用いており、寸法安定性は問題がないものの、射出成形機用ボールねじに適用すると、短時間でセパレータの変形や破損が発生し、どの使用条件でも耐久性が悪い。

１案内レール
２スライダ
３転動溝
４ボール循環経路
１０リニアガイド装置
１１ねじ軸
１２ボールナット
１４ボールチューブ
１８ボール循環経路
２０ボールねじ装置
１００セパレータ
１０１凹面
１０２貫通孔
１０３溝
Ｂボール

Claims

軸に外嵌するとともに、該軸に沿って直進移動する直動体と、前記直動体の内面側に形成された転動溝に保持され、該転動溝と前記軸との間で転動する複数の転動体と、前記転動体の間に介装されるセパレータと、前記直動体に形成され、前記転動溝の一端側から他端側に前記転動体を循環させる循環経路とを有し、グリースを封止してなる直動装置において、
前記セパレータが、１，９−ノナンジアミンと２−メチル−１，８−オクタンジアミンとの混合物からなるジアミン成分と、蓚酸ジエステルからなるジカルボン酸成分との重縮合物であり、かつ、融点が２３０〜２４０℃であるポリアミド樹脂を含む樹脂組成物製であり、
前記グリースの基油がポリα−オレフィン油を主成分とし、増ちょう剤がウレア化合物であることを特徴とする直動装置。