JPH0611434Y2 - Ball screw - Google Patents

Ball screw

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JPH0611434Y2
JPH0611434Y2 JP8865888U JP8865888U JPH0611434Y2 JP H0611434 Y2 JPH0611434 Y2 JP H0611434Y2 JP 8865888 U JP8865888 U JP 8865888U JP 8865888 U JP8865888 U JP 8865888U JP H0611434 Y2 JPH0611434 Y2 JP H0611434Y2
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JP
Japan
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balls
ball
carbon
nut
screw shaft
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博明 竹林
純一 松本
義明 若松
孝彌 土肥
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Koyo Seiko Co Ltd
Koyo Machine Industries Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
Koyo Machine Industries Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本考案は、特に真空用機器、宇宙用機器、高低温用機器
などで使用されるボールねじに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a ball screw used particularly in vacuum equipment, space equipment, high and low temperature equipment and the like.

<従来の技術> 従来より、通常条件で使用されるボールねじの内部潤滑
は、グリース,油などで行われる。しかし、このような
グリース,油などの潤滑剤が使用できない環境例えば真
空用機器、宇宙用機器、高低温用機器などでの使用で
は、ねじ軸,ナットの軌道面,金属ボールの外周面に二
硫化モリブデンや二硫化タングステンなどの固体潤滑剤
を層状にコーティングしたり、銀などの軟金属をイオン
プレーティングする潤滑方式が適用される。
<Prior Art> Conventionally, internal lubrication of a ball screw used under normal conditions is performed with grease, oil, or the like. However, when used in environments where such lubricants such as grease and oil cannot be used, such as vacuum equipment, space equipment, and high and low temperature equipment, the screw shaft, nut raceway surface, and metal ball outer peripheral surface cannot be used. A lubrication method in which a solid lubricant such as molybdenum sulfide or tungsten disulfide is coated in layers or a soft metal such as silver is ion plated is applied.

<考案が解決しようとする課題> しかしながら、このような構成を有する従来例の場合に
は、次のような不都合がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, the conventional example having such a configuration has the following disadvantages.

即ち、コーティングした層状固体潤滑剤は、早期段階で
摩耗,剥離することになり、極めて短時間でボールねじ
が潤滑不良を起こし、各構成部品が短期間で著しく摩耗
したりあるいは凝着を起こしたりする結果になってい
た。ある程度の大気が存在する高温下では、これら固体
潤滑剤が酸化されるため、早期に潤滑不良を起こし使用
不可となっていた。また、銀イオンプレーティングした
ものについても短期間に剥離などを起こし、短寿命とな
っていた。
That is, the coated layered solid lubricant is worn and separated at an early stage, and the ball screw causes lubrication failure in an extremely short time, and each component is significantly worn or adhered in a short period of time. The result was At a high temperature in the presence of a certain amount of air, these solid lubricants are oxidized, causing poor lubrication at an early stage and making them unusable. Further, the silver ion plated product also suffered from peeling in a short period of time and had a short life.

このように、真空用機器、宇宙用機器、高低温用機器な
どの過酷な使用環境において長期間の使用に耐え得るボ
ールねじが未だ確立できていないのが現状である。
As described above, at present, a ball screw that can withstand long-term use in a severe environment such as vacuum equipment, space equipment, and high / low temperature equipment has not been established.

本考案はこのような事情に鑑みてなされたもので、グリ
ースや油などの潤滑剤が使用できない環境で、長期間安
定的に使用できるようにしたボールねじを提供すること
を目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a ball screw that can be stably used for a long period of time in an environment where a lubricant such as grease or oil cannot be used.

<課題を解決するための手段> 本考案は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。
<Means for Solving the Problem> The present invention has the following configuration in order to achieve such an object.

即ち、本考案にかかるボールねじは、ステンレス鋼製の
ねじ軸と、ボール循環用サーキュラチューブを備えたス
テンレス鋼製のナットと、ねじ軸とナットとの間に介装
されたボールとを備えた構成であって、 前記ボールとして、前記ねじ軸およびナットを構成する
ステンレス鋼よりビッカース硬度で1.5倍以上の硬さ
を有するセラミックスボールとカーボンボールとを併用
し、それらを所定の割合で交互に配置していることに特
徴を有する。
That is, the ball screw according to the present invention comprises a stainless steel screw shaft, a stainless steel nut equipped with a circular tube for ball circulation, and a ball interposed between the screw shaft and the nut. As the ball, a ceramic ball and a carbon ball having a Vickers hardness of 1.5 times or more higher than that of the stainless steel forming the screw shaft and the nut are used together as the balls, and they are alternately arranged at a predetermined ratio. It is characterized by being placed in.

<作用> 本考案の構成による作用は次のとおりである。<Operation> The operation of the configuration of the present invention is as follows.

即ち、セラミックスボールとカーボンボールとが転動時
に接触し、それによってカーボンボールの潤滑成分がセ
ラミックスボールを介してそれとねじ軸およびナットと
の間の転動部分に移着し、転動部分の潤滑が行われる。
また、カーボンボールはその硬さがビッカース硬度でね
じ軸およびナットを構成するステンレス鋼の1.5倍以
上であるので、その潤滑成分は剥離などの原因で早期に
消耗することがないので、長期間の潤滑が可能である。
しかも、セラミックスボール,カーボンボールそのもの
が低熱膨張で耐熱性を有し、かつ耐蝕性に優れたもので
あり、特に従来例で述べたような過酷な環境での使用に
十分耐え得る。
That is, the ceramic balls and the carbon balls come into contact during rolling, whereby the lubrication component of the carbon balls is transferred to the rolling parts between the ceramic balls and the screw shaft and the nut through the ceramic balls, and the lubrication of the rolling parts is performed. Is done.
In addition, since the hardness of the carbon balls is 1.5 times or more the Vickers hardness of the stainless steel forming the screw shaft and the nut, the lubricating component will not be consumed early due to peeling and the like. Period lubrication is possible.
Moreover, the ceramic balls and the carbon balls themselves have low thermal expansion, heat resistance, and excellent corrosion resistance, and can sufficiently withstand use in the harsh environment described in the conventional example.

このセラミックスボールとカーボンボールとの組み合わ
せ使用による潤滑方式によれば、実施例中の実験結果よ
り明らかなように、長期間安定的に使用し得ることが判
る。
According to the lubrication method using the combination of the ceramic balls and the carbon balls, it is clear from the experimental results in the examples that stable use can be achieved for a long period of time.

<実施例> 以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図および第2図に本考案の一実施例を示している。
第1図はボールねじを示す一部破断の斜視図、第2図は
ボール配置形態を示す縦断面図である。
1 and 2 show an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a ball screw, and FIG. 2 is a vertical sectional view showing a ball arrangement mode.

これらの図において、1はねじ軸で、このねじ軸1には
螺旋溝1aが形成されている。2はナットで、このナッ
トにも螺旋溝2aが形成されている。3a,3bはねじ
軸1の螺旋溝1aとナット2の螺旋溝2aとで形成され
る螺旋通路に介装される2種類のボールである。さら
に、ナット2には前記螺旋通路内でボール3a,3bを
循環させるサーキュラチューブ4を備えている。
In these figures, 1 is a screw shaft, and the screw shaft 1 is provided with a spiral groove 1a. Reference numeral 2 denotes a nut, and the spiral groove 2a is also formed in this nut. Reference numerals 3a and 3b are two types of balls which are interposed in a spiral passage formed by the spiral groove 1a of the screw shaft 1 and the spiral groove 2a of the nut 2. Further, the nut 2 is provided with a circular tube 4 for circulating the balls 3a and 3b in the spiral passage.

そして、ねじ軸1およびナット2をSUS440Cで構
成し、サーキュラチューブ4をステンレス鋼で構成する
とともに、2種類のボール3a,3bのうち、一方のボ
ール3aを例えば窒化珪素を主成分とした焼結体よりな
るセラミックスボールとし、他方のボール3bを例えば
ガラス状カーボンよりなるカーボンボールとしている。
このセラミックスボール3aとカーボンボール3bとを
螺旋通路内において1個おきに交互に配置させている。
そして、本実施例ではカーボンボール3bの径がセラミ
ックスボール3aよりも例えば40〜60μmほど小さく設
定されており、カーボンボール3bにスペーサの役目を
行わせている。このセラミックスボール3a,カーボン
ボール3bは、ビッカース硬度でステンレス鋼より1.5
倍以上の硬さ(Hv:1700)を持つように構成されてい
る。
Then, the screw shaft 1 and the nut 2 are made of SUS440C, the circular tube 4 is made of stainless steel, and one of the two types of balls 3a and 3b is sintered, for example, one ball 3a containing silicon nitride as a main component. The body is a ceramic ball, and the other ball 3b is a carbon ball made of, for example, glassy carbon.
The ceramic balls 3a and the carbon balls 3b are alternately arranged in the spiral passage.
In this embodiment, the diameter of the carbon ball 3b is set smaller than that of the ceramic ball 3a by, for example, 40 to 60 μm, and the carbon ball 3b serves as a spacer. These ceramic balls 3a and carbon balls 3b have a Vickers hardness of 1.5 or more than stainless steel.
It is configured to have a hardness (Hv: 1700) more than double.

次に、無潤滑耐久試験を行った結果を述べる。Next, the results of the non-lubrication durability test will be described.

試験条件は、 回転数 850〔rpm〕 移動ストローク 100〔mm〕 軸方向荷重 1〔Kgf〕 往復移動のサイクルタイム 4.2〔sec〕 (往路1.5sec,復路1.5sec,折り返し時の休止1.2se
c) である。
The test conditions are: rotation speed 850 [rpm] movement stroke 100 [mm] axial load 1 [Kgf] reciprocating movement cycle time 4.2 [sec] (forward 1.5 sec, return 1.5 sec, folding back 1.2 sec)
c)

そして、試験では、上記構成のボールねじにおいてボー
ルの材質を(a)〜(d)のように種々変えて行った。
Then, in the test, in the ball screw having the above-mentioned configuration, the material of the ball was variously changed as shown in (a) to (d).

(a)ボール総てがSUS440Cの場合、 (b)ボール総てが窒化珪素を主成分とした焼結体(セラ
ミックス)の場合、 (c)ボール総てがカーボンボールの場合、 (d)セラミックスボールとカーボンボールとを1個おき
に用いた場合、 結果としては、(a)例では極く短時間で各部の摩耗が大
となり、その寿命時間を1とすると、(b)例および(c)例
は(a)例の約2倍、本実施例に対応する(d)例は(a)例の
約100倍以上になった。
(a) All balls are SUS440C, (b) All balls are sintered bodies (ceramics) whose main component is silicon nitride, (c) All balls are carbon balls, (d) Ceramics When every other ball and carbon ball are used, as a result, in the case of (a), the wear of each part becomes large in an extremely short time, and when the life time is 1, the cases of (b) and (c) Example 2) is about twice as large as example (a), and example (d) corresponding to this example is about 100 times or more as large as example (a).

つまり、(d)例の場合、セラミックスボール3aとカー
ボンボール3bとが転動時に接触して、カーボンボール
3bの摩耗粉が転動部分に移着するため、転動部分の潤
滑が安定的に行われて各部の摩耗を少なく抑え、しか
も、層状固体潤滑剤をコーティングするものと違ってボ
ール全体を潤滑性を有するカーボン素材としているか
ら、長期間の潤滑をなしえると考えられる。
That is, in the case of the example (d), the ceramic balls 3a and the carbon balls 3b come into contact with each other during rolling, and the abrasion powder of the carbon balls 3b is transferred to the rolling portions, so that the rolling portions are stably lubricated. It is considered that long-term lubrication can be achieved because the entire ball is made of a carbon material having lubricity unlike the case where the layered solid lubricant is coated and wear of each part is suppressed to a small extent.

上記試験結果は常温で行われたときのものであるが、セ
ラミックスボール3a,カーボンボール3bそのものが
低熱膨張で耐熱性を有し、かつ耐蝕性に優れたものなの
で、高温雰囲気中においても長時間問題なく使用できる
と言える。
Although the above test results are obtained at room temperature, the ceramic balls 3a and the carbon balls 3b themselves have low thermal expansion, heat resistance, and excellent corrosion resistance, so that they can be used for a long time even in a high temperature atmosphere. It can be said that it can be used without problems.

ところで、本考案は、次のような構成のものも実施例と
して含む。
By the way, the present invention includes the following configurations as examples.

即ち、セラミックスボール3aとカーボンボール3bと
の配置割合について、例えば第3図に示すようにセラミ
ックスボール3aを2個ずつ連続的に配置して、それら
の間にカーボンボール3bを1個ずつ介装することも考
えられる。この場合にもセラミックスボール3aそれぞ
れにカーボンボール3bが必ず接触するので、1個ずつ
交互に配置した上記実施例とほぼ同様の潤滑効果を発揮
できて、しかもセラミックスボール3aの個数が多いの
で耐荷重を大きくできるといった付随効果が生ずる。ま
た、サーキュラチューブ4の材質としてフッ素系樹脂、
例えばポリテトラフルオロエチレンを使用すれば摩擦抵
抗が極めて小さいので該フッ素樹脂成分が潤滑に寄与す
ることになる。さらに、ねじ軸1やナット2の材質につ
いても上記実施例で説明したものだけに限定されない。
That is, regarding the arrangement ratio of the ceramic balls 3a and the carbon balls 3b, for example, as shown in FIG. 3, two ceramic balls 3a are continuously arranged, and one carbon ball 3b is interposed between them. It is also possible to do it. Also in this case, since the carbon balls 3b always contact the ceramic balls 3a, the same lubricating effect as in the above-described embodiment in which one carbon ball 3a is alternately arranged can be exhibited, and moreover, since the number of the ceramic balls 3a is large, the load bearing capacity is large. There is an incidental effect that the value can be increased. Further, as the material of the circular tube 4, a fluorine resin,
For example, when polytetrafluoroethylene is used, the frictional resistance is extremely small, and therefore the fluororesin component contributes to lubrication. Further, the materials of the screw shaft 1 and the nut 2 are not limited to those described in the above embodiment.

<考案の効果> 本考案によれば、次の効果が発揮される。<Effects of the Invention> According to the present invention, the following effects are exhibited.

潤滑性を有するカーボンボールを用いるとともに、この
カーボンボールとセラミックスボールとを併用した構造
としたため、カーボンボールの潤滑成分により摩擦抵抗
が少なくなるとともに潤滑性が向上することになり、し
かも、カーボンボールの潤滑成分が剥離などの原因で早
期に消耗しないことも加えて、上記実施例での実験結果
より明らかなように、寿命時間を従来例のものに比べ飛
躍的に向上させることができる。さらに、セラミックス
ボール,カーボンボール自体が低熱膨張で耐熱性を有
し、かつ耐蝕性に優れたものゆえ、かかるボールねじ
は、グリースや油などの潤滑剤を使用できない真空中や
高低温雰囲気中などの特殊な環境において長時間安定的
に使用することができる。
Since the carbon balls having lubricity are used and the structure in which the carbon balls and the ceramic balls are used in combination, the friction component is reduced and the lubricity is improved due to the lubricating component of the carbon balls. In addition to the fact that the lubricating component is not consumed at an early stage due to peeling or the like, the life time can be remarkably improved as compared with that of the conventional example, as is clear from the experimental results in the above-mentioned examples. Furthermore, because the ceramic balls and carbon balls themselves have low thermal expansion, high heat resistance, and excellent corrosion resistance, such ball screws cannot be used in lubricants such as grease or oil in vacuum or in high or low temperature environments. It can be used stably for a long time in a special environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図は本考案の一実施例にかかり、第1
図はボールねじを示す一部破断の斜視図、第2図はボー
ル配置形態を示す拡大断面図である。また、第3図は本
考案の他の実施例にかかり、第2図に対応する拡大断面
図である。 1……ねじ軸、2……ナット、 3a……セラミックスボール、 3b……カーボンボール、 4……サーキュラチューブ。
1 and 2 relate to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a ball screw, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a ball arrangement form. 3 is an enlarged sectional view corresponding to FIG. 2 according to another embodiment of the present invention. 1 ... screw shaft, 2 ... nut, 3a ... ceramic ball, 3b ... carbon ball, 4 ... circular tube.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 若松 義明 大阪府大阪市南区鰻谷西之町2番地 光洋 精工株式会社内 (72)考案者 土肥 孝彌 大阪府八尾市南植松町2丁目34番地 光洋 機械工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−152762(JP,A) 実開 昭60−175942(JP,U) 実開 昭63−51957(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yoshiaki Wakamatsu, 2nd Nishinomachi, Unagiya, Minami-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Takaya Doi 2-34, Minamiuematsucho, Yao-shi, Osaka Koyo Machine Industry Co., Ltd. (56) Reference Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-152762 (JP, A) No. 60-175942 (JP, U) No. 63-51957 (JP, U)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】ステンレス鋼製のねじ軸と、ボール循環用
サーキュラチューブを備えたステンレス鋼製のナット
と、ねじ軸とナットとの間に介装されたボールとを備え
たボールねじにおいて、 前記ボールとして、前記ねじ軸およびナットを構成する
ステンレス鋼よりビッカース硬度で1.5倍以上の硬さ
を有するセラミックスボールとカーボンボールとを併用
し、それらを所定の割合で交互に配置していることを特
徴とするボールねじ。
1. A ball screw comprising a stainless steel screw shaft, a stainless steel nut equipped with a ball circulation circular tube, and a ball interposed between the screw shaft and the nut. As the balls, ceramic balls and carbon balls having a Vickers hardness of 1.5 times or more higher than that of the stainless steel forming the screw shaft and the nut are used together, and the balls are alternately arranged at a predetermined ratio. Ball screw characterized by.
JP8865888U 1988-07-04 1988-07-04 Ball screw Expired - Lifetime JPH0611434Y2 (en)

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JPH0211257U JPH0211257U (en) 1990-01-24
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