JPH08128512A - Solid lubricated ball screw - Google Patents

Solid lubricated ball screw

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JPH08128512A
JPH08128512A JP26898094A JP26898094A JPH08128512A JP H08128512 A JPH08128512 A JP H08128512A JP 26898094 A JP26898094 A JP 26898094A JP 26898094 A JP26898094 A JP 26898094A JP H08128512 A JPH08128512 A JP H08128512A
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groove
nut
screw
screw shaft
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克 宏 岸
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Abstract

PURPOSE: To prevent the lubricating film on the surface of a ball from wearing in the early stage by constituting a ball circulating mechanism part out of fluororesin or its composite, in a solid lubricated ball screw used by treating a screw shaft groove and a nut groove with solid lubricant. CONSTITUTION: A solid lubricated ball screw 11 in which balls are interposed between a screw shaft groove 12a formed on a screw shaft 12 and a nut groove 13a formed in a nut 13, is provided with a ball circulating mechanism part 15, and this ball screw is used at least by treating the screw shaft groove 12a and the nut groove 13a with solid lubricant. The ball circulating mechanism part 15 is constituted by full machining out of a block of fluororesin, its composite polytetrafluoroethylene, or polytetrafluoroethylene material containing fiber. Hereby, fitness with the solid lubricant becomes favorable, further because of low friction coefficient, bearing pressure generated on the ball is low, and hence wear of the film is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ねじ軸に形成したねじ
軸溝とナットに形成したナット溝との間にボールを介在
させると共にボール循環機構部をそなえ、少なくともね
じ軸溝およびナット溝に固体潤滑剤を施して用いるボー
ルねじにおけるボール循環機構部の改良に関し、さらに
詳しくは、宇宙空間や真空中でボールねじを用いる場合
においてとくにボール循環機構部の耐久性をより一層向
上させた固体潤滑ボールねじに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a ball interposed between a screw shaft groove formed in a screw shaft and a nut groove formed in a nut and has a ball circulation mechanism, and at least the screw shaft groove and the nut groove are provided. Regarding the improvement of the ball circulation mechanism in a ball screw used with a solid lubricant, more specifically, in the case of using the ball screw in outer space or in vacuum, the solid lubrication that further improves the durability of the ball circulation mechanism. It relates to ball screws.

【0002】[0002]

【従来の技術】ねじ軸に形成したねじ軸溝とナットに形
成したナット溝との間にボールを介在させると共にボー
ル循環機構部をそなえ、少なくともねじ軸溝およびナッ
ト溝に固体潤滑剤を施して用いるボールねじは、送りね
じの効率を向上するために、前記したようにねじ軸とナ
ットとの間に多数のボール(球)を挿入した特殊な送り
ねじとして、種々の分野に採用されてきている(「機械
工学便覧」 日本機械学会 昭和63年5月15日初版
2刷発行 B2−173頁)。
2. Description of the Related Art A ball is interposed between a screw shaft groove formed in a screw shaft and a nut groove formed in a nut, and a ball circulation mechanism is provided, and at least the screw shaft groove and the nut groove are provided with a solid lubricant. The ball screw used has been adopted in various fields as a special feed screw in which a large number of balls (balls) are inserted between the screw shaft and the nut as described above in order to improve the efficiency of the feed screw. ("Mechanical Engineering Handbook", Japan Society of Mechanical Engineers, May 15, 1988, First Edition, 2nd edition, B2-173).

【0003】特に、このような構造をもつボールねじに
は、下記のような優れた特徴があるため、自動車のステ
アリング用、工作機械および産業機械用として広く採用
されている。
In particular, the ball screw having such a structure has the following excellent features and is therefore widely used for automobile steering, machine tools and industrial machines.

【0004】(1)一般に、効率が92〜97%と高
く、従来の面当たりをする送りねじに比べて3〜4倍も
高い。
(1) In general, the efficiency is as high as 92 to 97%, which is 3 to 4 times higher than that of a conventional feed screw having a surface contact.

【0005】(2)回転運動を直線運動に変換するだけ
でなく、直線運動を回転運動に容易に変換できる。
(2) Not only can rotary motion be converted into linear motion, but linear motion can be easily converted into rotary motion.

【0006】(3)ころがり摩擦が大半であり、面接触
の送りねじや油圧駆動に比べてスティクスリップ現象が
生じにくい。
(3) Most rolling friction occurs, and the stick-slip phenomenon is less likely to occur as compared with the surface contact feed screw and hydraulic drive.

【0007】(4)通常の送りねじに比べて寿命が長
い。
(4) The life is longer than that of a normal feed screw.

【0008】ボールねじには以上のような優れた特徴が
あるため、近年では、宇宙空間や真空中での採用が拡大
されてきた。そこで、宇宙空間や真空中でボールねじを
用いる場合には、オイル潤滑ができないため、オイルの
代わりにPbやMoS,WSなどの固体潤滑剤を塗
布して用いることが多い。
Since the ball screw has the above-mentioned excellent characteristics, its use in outer space and vacuum has been expanded in recent years. Therefore, when a ball screw is used in outer space or in vacuum, oil lubrication cannot be performed, and thus solid lubricants such as Pb, MoS 2 and WS 2 are often applied and used instead of oil.

【0009】しかしながら、まだ、宇宙空間や真空中に
おける採用実績も少なく、従来のオイル潤滑下で用いら
れるボールねじに固体潤滑剤を塗布したのみで用いるこ
とが殆どであり、固体潤滑剤を塗布して用いる場合の設
計指針について、固体潤滑剤による膜厚増加に対応する
加工目標値の決定手法を除き、細部における設計事項は
特に存在していないのが実状である。
However, it has not been used in space or in vacuum yet, and it is almost used only by applying a solid lubricant to a conventional ball screw used under oil lubrication. As for the design guideline for the case of use, it is the actual situation that there is no particular design item in detail except the method of determining the processing target value corresponding to the film thickness increase by the solid lubricant.

【0010】このため、固体潤滑剤を塗布するボールね
じに関しては、摩擦粉対策手法に関する出願(実開平2
−150452号公報、実開平4−22638号公報な
ど)が数件見られる程度であり、あまり研究されていな
いのが現状である。
Therefore, regarding a ball screw to which a solid lubricant is applied, an application regarding a method for preventing friction powder (actual plan 2)
(-150452, Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-22638, etc.) are observed only in a few cases, and the present situation is that they have not been studied much.

【0011】従来のボールねじとしては、例えば、図1
に示すリターンピース式のボールねじや、図2に示すボ
ールチューブ式のボールねじなどがある。
As a conventional ball screw, for example, FIG.
There are a return piece type ball screw shown in Fig. 2 and a ball tube type ball screw shown in Fig. 2.

【0012】このうち、図1に示すリターンピース式の
ボールねじ11は、ねじ軸12に形成したねじ軸溝12
aとナット13に形成したナット溝13aとの間にボー
ル14を介在させると共にボール循環機構部(リターン
ピース)15をそなえた構造を有し、図2に示すボール
チューブ式のボールネジ21は、ねじ軸22に形成した
ねじ軸溝22aとチューブ23に形成したボール溝との
間にボールを介在させる構造を有するものである。
Of these, the return piece type ball screw 11 shown in FIG. 1 has a screw shaft groove 12 formed in a screw shaft 12.
The ball tube type ball screw 21 shown in FIG. 2 has a structure in which a ball 14 is interposed between a and a nut groove 13a formed in the nut 13 and a ball circulation mechanism portion (return piece) 15 is provided. A ball is interposed between the screw shaft groove 22a formed in the shaft 22 and the ball groove formed in the tube 23.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のボールねじは、いずれも、オイル潤滑やグリ
ース潤滑が念頭におかれているものであるため、ボール
潤滑部の材質はナット部の材質と同一であり、また、ナ
ット部とのつなぎ目の端部加工は、せいぜいC1面取り
か、糸面取り程度のレベルであった。
However, in all such conventional ball screws, oil lubrication and grease lubrication are taken into consideration. Therefore, the material of the ball lubrication portion is the material of the nut portion. The processing of the end portion of the joint with the nut portion was at the level of C1 chamfering or thread chamfering at most.

【0014】このため、ボールねじに固体潤滑剤を塗布
して使用すると、ねじ部、ナット部双方の溝面の潤滑膜
がさほど摩耗していないのに、ボール表面の潤滑膜のみ
は早期に摩耗してしまうという問題があった。
Therefore, when the ball screw is coated with a solid lubricant and used, the lubricating films on the groove surfaces of both the screw portion and the nut portion are not so worn, but only the lubricating film on the ball surface is worn early. There was a problem of doing.

【0015】この原因は、ナット部とボール循環機構部
の端部に必然的に存在する若干の段差により、ボール表
面の固体潤滑剤が削り取られるのと同時に、ボール循環
機構部内ではボール(鋼球)は転がらず、後方のボール
にて強制的に後から押されながら、強制滑りにてボール
循環機構部を移動するためである。
The cause of this is that the solid lubricant on the ball surface is scraped off by a slight step which is inevitably present at the end of the nut portion and the ball circulation mechanism portion, and at the same time, the ball (steel ball) inside the ball circulation mechanism portion is scraped off. ) Is for rolling to move the ball circulation mechanism part while being forcedly pushed by the ball in the rear and not being rolled, while being forcedly pushed.

【0016】[0016]

【発明の目的】本発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたものであって、ねじ軸に形成したねじ軸
溝とナットに形成したナット溝との間にボールを介在さ
せると共にボール循環機構部をそなえ、少なくともねじ
軸溝およびナット溝に固体潤滑剤を施して用いるボール
ねじにおいて、従来のようにボール表面の潤滑膜のみが
早期に摩耗してしまうという問題点を解消し、ボール表
面の潤滑膜が早期に摩耗しがたいことによってボールね
じの耐久性を大きく改善することが可能であるようにす
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and a ball is interposed between a screw shaft groove formed in a screw shaft and a nut groove formed in a nut. In addition to the conventional ball screw that has a ball circulation mechanism and uses a solid lubricant in at least the screw shaft groove and nut groove, the problem that only the lubricant film on the ball surface is worn out early is eliminated. The purpose of the present invention is to make it possible to greatly improve the durability of the ball screw because the lubricating film on the surface of the ball is unlikely to wear quickly.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる固体潤滑
ボールねじは、請求項1に記載しているように、ねじ軸
に形成したねじ軸溝とナットに形成したナット溝との間
にボールを介在させると共に、ボール循環機構部をそな
え、少なくともねじ軸溝およびナット溝に固体潤滑剤を
施して用いるボールねじにおいて、ボール循環機構部が
フッ素樹脂もしくはその複合材料からなる構成としたこ
とを特徴としている。
A solid lubricating ball screw according to the present invention, as set forth in claim 1, has a ball between a screw shaft groove formed in a screw shaft and a nut groove formed in a nut. And a ball circulation mechanism part is provided, and in a ball screw used by applying a solid lubricant to at least the screw shaft groove and the nut groove, the ball circulation mechanism part is made of a fluororesin or a composite material thereof. I am trying.

【0018】そして、本発明に係わる固体潤滑ボールね
じの実施態様においては、請求項2に記載しているよう
に、固体潤滑剤を施したナットのナット溝とボール循環
機構部のボール溝との合わせ面においてナットとボール
循環機構部の双方の溝端部にボール径の20%以上35
%以下の大きさのアール加工を施した構成のものとする
ことができ、請求項3に記載しているように、複合材料
は、繊維強化フッ素樹脂であるものとすることができ、
請求項4に記載しているように、フッ素樹脂もしくはそ
の複合材料が、ポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)もしくはその複合材料からなるものとすることがで
きる。
In the embodiment of the solid lubricated ball screw according to the present invention, as described in claim 2, the nut groove of the nut to which the solid lubricant is applied and the ball groove of the ball circulation mechanism portion are formed. 20% or more of the ball diameter at both ends of the groove on the mating surface
% Or less, and the composite material may be a fiber reinforced fluororesin, as described in claim 3.
As described in claim 4, the fluororesin or its composite material is polytetrafluoroethylene (PTF).
E) or a composite material thereof.

【0019】[0019]

【発明の作用】本発明に係わる固体潤滑ボールねじは、
請求項1に記載しているように、ねじ軸に形成したねじ
軸溝とナットに形成したナット溝との間にボールを介在
させると共に、ボール循環機構部をそなえ、少なくとも
ねじ軸溝およびナット溝に固体潤滑剤を施して用いるボ
ールねじにおいて、ボール循環機構部がフッ素樹脂もし
くはその複合材料からなる構成としたものであり、ボー
ル循環機構部をフッ素樹脂(PTFE,PFA,FE
P,PCTFE,ETFE,ECTFE等)またはその
複合材料で作製することにより、固体潤滑剤であるMo
やWSなどのなじみ性がSUS材に比べて極めて
良好なものとなる。さらに、摩擦係数が低いため、ボー
ルに生じる面圧が低くなり、被膜の摩耗が少なくなるこ
とによって、ボール循環機構部の耐久性が向上し、した
がってボールねじの耐久性が向上する。
The solid lubricated ball screw according to the present invention comprises:
As described in claim 1, balls are interposed between the screw shaft groove formed in the screw shaft and the nut groove formed in the nut, and a ball circulating mechanism is provided, and at least the screw shaft groove and the nut groove are provided. In a ball screw used with a solid lubricant applied to the ball circulation mechanism, the ball circulation mechanism is made of fluororesin or a composite material thereof, and the ball circulation mechanism is made of fluororesin (PTFE, PFA, FE).
(P, PCTFE, ETFE, ECTFE, etc.) or a composite material thereof to produce Mo as a solid lubricant.
Familiarity such as S 2 and WS 2 becomes extremely better than that of SUS material. Further, since the friction coefficient is low, the surface pressure generated on the ball is low, and the wear of the coating is reduced, so that the durability of the ball circulation mechanism portion is improved and therefore the durability of the ball screw is improved.

【0020】さらに、請求項2に記載しているように、
固体潤滑剤を施したナットのナット溝とボール循環機構
部のボール溝との合わせ面において、ナットとボール循
環機構部の双方の溝端部にボール径の20%以上35%
以下の大きさのアール加工を施した構成とすることによ
り、ボールは本来の移動方向に噛み込みを生じることな
く動くようになる。この場合、アール加工がボール径の
20%未満ではボールねじの寿命が低下し、また、35
%超過の大きなアール加工ではボール循環機構部とナッ
ト溝端部でのボール同士の噛み込みが生じるようにな
る。
Further, as described in claim 2,
20% or more and 35% or more of the ball diameter at the groove ends of both the nut and the ball circulation mechanism on the mating surface of the nut groove of the nut with solid lubricant and the ball groove of the ball circulation mechanism
By adopting the following rounded processing, the ball can move in the original moving direction without being caught. In this case, if the rounded shape is less than 20% of the ball diameter, the life of the ball screw will be shortened.
In the case of a rounding with a large excess of%, the balls entangle with each other at the ball circulation mechanism and the end of the nut groove.

【0021】そして、請求項3に記載しているように、
複合材料は、繊維強化フッ素樹脂とすることによって、
ボール循環機構部の強度が向上したものとなり、フッ素
樹脂(PTFE,PFA,FEP,PCTFE,ETF
E,ECTFE等)のうち請求項4に記載しているよう
に、摩擦係数が最も低いものに属するPTFE(ポリテ
トラフルオロエチレン)を使用することによって、ボー
ルに生じる面圧がさらに低くなり、ボール表面での潤滑
膜の早期摩耗がさらに有効に回避されることとなる。
Then, as described in claim 3,
By using a fiber reinforced fluororesin for the composite material,
The strength of the ball circulation mechanism is improved, and fluororesin (PTFE, PFA, FEP, PCTFE, ETF
E, ECTFE, etc.), the use of PTFE (polytetrafluoroethylene), which belongs to the one having the lowest friction coefficient, further reduces the surface pressure generated on the ball, Premature wear of the lubricating film on the surface will be more effectively avoided.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.

【0023】実施例1 図1に示した構造を有するリターンピース式のSUS6
30(析出硬化系ステンレス鋼)材からなる表1に示す
仕様のボールねじ11を準備し、固体潤滑剤として無機
バインダー結合のMoS焼成膜を、ねじ軸溝12a、
ナット溝13a、ボール循環機構部15のボール溝15
a、ボール14の表面にそれぞれ10μmの厚さで塗布
した。
Example 1 Return piece type SUS6 having the structure shown in FIG.
A ball screw 11 made of 30 (precipitation hardened stainless steel) material having the specifications shown in Table 1 was prepared, and an inorganic binder-bonded MoS 2 baked film was used as a solid lubricant, and a screw shaft groove 12a,
The nut groove 13a, the ball groove 15 of the ball circulation mechanism portion 15
a and the surface of the ball 14 were each applied in a thickness of 10 μm.

【0024】同時に、ボール循環機構部15を構成する
リターンピースのみPTFE(ポリテトラフルオロエチ
レン)材のブロックから総削り出しで同一のものを作製
し、リターンピースのみをPTFE材品と取り替え、ボ
ールねじをダブルナット方式で組み立てて、実施例1の
ボールねじとした。
At the same time, only the return piece constituting the ball circulation mechanism 15 is made by shaving all the same from a block of PTFE (polytetrafluoroethylene) material, and only the return piece is replaced with a PTFE material, and a ball screw is used. Was assembled by a double nut method to obtain a ball screw of Example 1.

【0025】尚、組み立て後の検査では、軸方向クリア
ランス、横方向クリアランスともに12μmであった。
In the inspection after assembly, both the axial clearance and the lateral clearance were 12 μm.

【0026】次いで、表2に示す条件による真空摺動試
験に供した。このとき、本実施例はN=4(すなわち、
図3に示すNo.1〜No.4)として実施した。
Next, a vacuum sliding test was conducted under the conditions shown in Table 2. At this time, in this embodiment, N = 4 (that is,
No. shown in FIG. 1 to No. 4).

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】実施例2 実施例1と同様に、図1に示した構造を有するリターン
ピース式のSUS630材からなる表1に示す仕様のボ
ールねじ11を準備し、固体潤滑剤として無機バインダ
ー結合のMoS焼成膜を、ねじ軸溝12a、ナット溝
13a、ボール循環機構部15のボール溝15a、ボー
ル14の表面にそれぞれ10μmの厚さで塗布した。
Example 2 As in Example 1, a ball screw 11 made of a return piece type SUS630 material having the structure shown in FIG. 1 and having the specifications shown in Table 1 was prepared, and a solid lubricant was used to bond an inorganic binder. The MoS 2 baked film was applied to the surface of the screw shaft groove 12a, the nut groove 13a, the ball groove 15a of the ball circulation mechanism portion 15 and the ball 14 in a thickness of 10 μm, respectively.

【0030】同時に、ボール循環機構部15を構成する
リターンピースのみ10重量%ガラス短繊維含有のPT
FE材のブロックから総削り出しで同一のものを作製
し、ボール溝端部に0.8Rのアール加工を施し、リタ
ーンピースのみをPTFE材品と取り替えた。同時にナ
ット溝端部にも0.8Rのアール加工を施したものと組
み合わせて、ボールねじをダブルナット方式で組み立て
て、実施例2のボールねじとした。
At the same time, only the return piece constituting the ball circulating mechanism 15 contains PT containing 10% by weight of glass short fibers.
The same block was manufactured by shaving out of a block of FE material, the ball groove ends were subjected to a 0.8R rounding, and only the return piece was replaced with the PTFE material. At the same time, a ball screw of Example 2 was obtained by combining the nut groove end portion with a 0.8R rounded one and assembling the ball screw by the double nut method.

【0031】次いで、このボールねじを実施例1と同様
の摺動試験に供した。
Then, this ball screw was subjected to the same sliding test as in Example 1.

【0032】実施例3 リターンピースを10重量%ガラス短繊維含有のPTF
E複合材のブロックから削り出し、ボール溝端部に施す
アール加工条件として溝端部に1.2Rのアール加工を
施し、同時にナット溝端部に1.2Rのアール加工を施
した他は、実施例2と全く同様にして、実施例3のボー
ルねじとし、実施例1と同様の摺動試験に供した。
Example 3 PTF containing 10% by weight of glass short fiber as a return piece
Example 2 Except that, as a condition for rounding the ball groove end, the groove was machined from a block of E composite material and the groove end was 1.2R rounded, and at the same time, the nut groove end was 1.2R rounded. A ball screw of Example 3 was obtained in exactly the same manner as in Example 1, and the same sliding test as in Example 1 was performed.

【0033】比較例1 実施例1において、リターンピースをPTFE材と取り
替えない他は、実施例1と全く同様にして、比較例1の
ボールねじとし、実施例1と同様の摺動試験に供した。
尚、本比較例はN=5(すなわち、図4のNo.1〜N
o.5)として実施した。
[0033] In Comparative Example 1 Example 1, except that no replacing the return piece and PTFE materials, in the same manner as in Example 1, the ball screw of Comparative Example 1, subjected to the same sliding test as in Example 1 did.
In this comparative example, N = 5 (that is, Nos. 1 to N in FIG.
o. 5) was carried out.

【0034】比較例2 実施例2において、ボール溝端部に施すアール加工条件
として、リターンピースのボール溝端部に0.4Rのア
ール加工を施し、同時にナット溝端部に0.4Rのアー
ル加工を施した他は、実施例2と全く同様にして、比較
例2のボールねじとし、実施例1と同様の摺動試験に供
した。
Comparative Example 2 In Example 2, as a rounding condition for the ball groove end, 0.4R are rounded for the ball groove end of the return piece, and 0.4R are rounded for the nut groove end at the same time. Except for the above, the ball screw of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 2 and subjected to the same sliding test as in Example 1.

【0035】比較例3 実施例2において、ボール溝端部に施すアール加工条件
として、リターンピースのボール溝端部に1.5Rのア
ール加工を施し、同時にナット溝端部に1.5Rのアー
ル加工を施した他は、実施例2と全く同様にして、比較
例3のボールねじとし、実施例1と同様の摺動試験に供
した。
Comparative Example 3 In Example 2, as a rounding condition for the ball groove end portion, the return groove ball groove end portion was rounded to 1.5R, and at the same time, the nut groove end portion was rounded to 1.5R. Except for the above, the ball screw of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 2 and subjected to the same sliding test as in Example 1.

【0036】比較例4 実施例2において、ボール溝端部に施すアール加工条件
として、リターンピースのボール溝端部に2.0Rのア
ール加工を施し、同時にナット溝端部に2.0Rのアー
ル加工を施した他は、実施例2と全く同様にして、比較
例4のボールねじとし、実施例1と同様の摺動試験に供
した。
Comparative Example 4 In Example 2, as a rounding condition for the ball groove end portion, the ball groove end portion of the return piece was rounded to 2.0R, and at the same time, the nut groove end portion was rounded to 2.0R. Except for the above, the ball screw of Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Example 2 and subjected to the same sliding test as in Example 1.

【0037】参考例 参考例として、転がりベアリングに実施例1で用いた固
体潤滑剤(MoS)を10μmの厚さで処理し、実施
例1と同様の摺動試験に供した。尚、本参考例はN=2
(すなわち、図4に示すNo.1,No.2)として実
施した。
Reference Example As a reference example, the rolling bearing was treated with the solid lubricant (MoS 2 ) used in Example 1 to a thickness of 10 μm and subjected to the same sliding test as in Example 1. In this reference example, N = 2
(That is, No. 1 and No. 2 shown in FIG. 4).

【0038】摺動試験による評価 摺動試験において、固体潤滑剤である被膜が破断し、摩
擦係数が0.3を超えるまでの累積摺動回数を測定し
た。各実施例および比較例のボールねじのボール循環機
構部の累積摺動回数より、摺動寿命を評価した。
Evaluation by Sliding Test In the sliding test, the cumulative number of times of sliding until the coating as the solid lubricant broke and the friction coefficient exceeded 0.3 was measured. The sliding life was evaluated from the cumulative number of sliding times of the ball circulation mechanism portion of the ball screw of each example and comparative example.

【0039】ボールねじの摺動寿命評価の結果につい
て、図3〜図5に示す。
The results of the evaluation of the sliding life of the ball screw are shown in FIGS.

【0040】実施例1の結果を示す図3より明らかなよ
うに、実施例1のボールねじ(No.1〜No.4)で
は、ボール循環機構部(リターンピース)をMoS
なじみ性が良く、かつ純滑りに強いPTFE材に変える
ことにより、ボールねじの耐久寿命は大きく改善でき
た。しかしながら、摺動試験後の分解調査において、リ
ターンピースを剛性の低い樹脂材に替えたため、SUS
材を用いた場合に比べて溝端部のへたりが大きくなるこ
とも認められた。
As is clear from FIG. 3 showing the results of Example 1, in the ball screws (No. 1 to No. 4) of Example 1, the ball circulation mechanism portion (return piece) was compatible with MoS 2. The durable life of the ball screw could be greatly improved by changing to a PTFE material that is good and resistant to pure slip. However, in the disassembly study after the sliding test, the return piece was replaced with a resin material with low rigidity, so SUS
It was also confirmed that the groove edge was larger than that when the material was used.

【0041】また、比較例1の結果を示す図4より明ら
かなように、比較例1のボールねじ(No.1〜No.
5)の被膜の寿命は、参考例として示す転がりベアリン
グ(No.1,No.2)の被膜の寿命に比べてかなり
短いものとなっていた。この原因について、2×10
回で摺動試験を中断してボールねじの各部を分解して調
べた結果、ボールの固体潤滑被膜は既に消失していた
が、ねじ軸溝、ナット溝、ボール循環機構部のボール溝
の固体潤滑被膜はまだ存在していることが認められた。
Further, as is clear from FIG. 4 showing the results of Comparative Example 1, the ball screw (No. 1 to No.
The life of the coating of 5) was considerably shorter than that of the rolling bearings (No. 1 and No. 2) shown as a reference example. About this cause, 2 × 10 3
As a result of disassembling and examining each part of the ball screw by interrupting the sliding test at each rotation, the solid lubricating coating of the ball had already disappeared, but the solid of the screw shaft groove, nut groove, and ball groove of the ball circulation mechanism part It was found that the lubricating coating was still present.

【0042】各部の詳細調査の結果として、ボール循環
機構部の外観観察によれば、ボール循環機構部のボール
溝表面には固体潤滑被膜が残存しているように見られる
が、同部の溝断面観察では、基材金属の表面塑性流動が
顕著に認められ、ボール循環機構部内では、明らかにボ
ールは転がらず、強制的に滑ることにより移動している
ことがわかった。また、溝端部の断面観察によれば、端
部ほど塑性流動が激しく、へたり(端部の形状が、加工
時には糸面取りC0.1のレベルであったものが、R
0.2のレベルまで変形)が発生し、ナット溝とボール
循環機構部のボール溝とのつなぎ目でボールに生じる面
圧が高く、この段階で被膜の摩耗が激しいことがわかっ
た。
As a result of the detailed examination of each part, according to the appearance observation of the ball circulation mechanism part, it seems that the solid lubricating coating remains on the surface of the ball groove of the ball circulation mechanism part. Cross-sectional observation revealed that surface plastic flow of the base metal was remarkably observed, and it was found that the balls did not roll in the ball circulation mechanism part, but moved by forcibly sliding. Further, according to the cross-section observation of the groove end, the plastic flow is more intense toward the end, and the settling (when the shape of the end is the level of the thread chamfering C0.1 at the time of processing,
It was found that deformation occurred to a level of 0.2), the surface pressure generated on the ball at the joint between the nut groove and the ball groove of the ball circulation mechanism was high, and the coating film was severely worn at this stage.

【0043】以上のことから、ボールのみの早期潤滑被
膜の消失は、ナット部とボール循環機構部の端部に必然
的に存在する若干の段差によりボール表面の固体潤滑剤
が削り取られるのと同時に、ボール循環機構部内ではボ
ールは転がらず、後方のボールにて強制的に後から押さ
れながら、強制滑りにてボール循環機構部を移動するた
めであると考えられる。
From the above, the disappearance of the early lubricating coating only on the balls is caused by the fact that the solid lubricant on the surface of the balls is scraped off at the same time as the solid lubricant on the balls is scraped off by a slight step which is inevitably present at the ends of the nut portion and the ball circulation mechanism portion. It is considered that this is because the ball does not roll in the ball circulation mechanism portion, and the ball circulation mechanism portion moves by forced sliding while being pushed by the rear ball forcibly afterward.

【0044】さらに、ボール溝端部に施すアール加工条
件を変えた試験結果を示す図5より明らかなように、比
較例4のごとくリターンピース溝端部に2.0Rのアー
ル加工を施し、同時にナット溝端部にも2.0Rのアー
ル加工を施したものでは、ボール循環機構部とナット溝
端部でのボール同士の噛み込みが認められ、アールを大
きくし過ぎるとボールは本来の移動方向には動きにく
く、2個のボールがボールの移動方向とは直角の方向で
噛み合い易くなることがわかった。
Further, as is clear from FIG. 5 showing the test results in which the rounding conditions applied to the ball groove end portions are changed, as in Comparative Example 4, the return piece groove end portion is rounded to 2.0R, and at the same time, the nut groove end portion is processed. In the case where the rounded part is also 2.0R, the balls are caught in the ball circulation mechanism part and the end of the nut groove, and if the radius is too large, the ball will not move in the original direction of movement. It has been found that the two balls are easily engaged with each other in the direction perpendicular to the moving direction of the balls.

【0045】本試験に用いたボール径は、表1に示すよ
うに、3.9688mmであり、実施例2でナット溝端
部でのアールおよびリターンピース溝端部でのアールは
ともに0.8Rでボール径の20.16%であり、ま
た、実施例3のそれはともに1.2Rでボール径の3
0.23%であり、これらの累積摺動回数は約10
と良好な結果が得られた。
The ball diameter used in this test is 3.9688 mm as shown in Table 1. In Example 2, the radius at the end of the nut groove and the radius at the end of the return piece groove are both 0.8R. It is 20.16% of the diameter, and that of Example 3 is both 1.2R and 3 of the ball diameter.
This was 0.23%, and a good result was obtained with the cumulative number of sliding times being about 10 7 times.

【0046】しかし、比較例2および比較例3のアール
は0.4Rおよび1.5Rで、ボール径のそれぞれ1
0.09%および37.79%であり、累積摺動回数は
10回以下であって上記2つの実施例に比べて劣るも
のとなっていた。
However, the radiuses of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are 0.4R and 1.5R, respectively, and the ball diameter is 1 respectively.
The values were 0.09% and 37.79%, and the cumulative number of sliding times was 10 6 or less, which was inferior to the above two examples.

【0047】尚、本実施例では、ナット溝端部のアール
加工とリターンピース溝端部のアール加工を同一Rのア
ール加工の組み合わせとして行った場合を示したが、双
方の溝端部にボール径の20%〜35%の大きさのRの
アール加工を施したものの組み合わせであれば、同様に
高い摺動寿命が得られることが認められた。
In this embodiment, the rounding of the end portion of the nut groove and the rounding of the end portion of the return piece groove are performed as a combination of the rounding of the same radius. It has been confirmed that similarly long sliding life can be obtained with a combination of R-shaped R-shaped pieces having a size of% -35%.

【0048】図3および図5に示した結果からも明らか
なように、ボールねじのボール循環機構部をフッ素樹
脂、とくに好ましくはPTFE材もしくはその複合材と
したものは、摩擦係数が0.3を超えるまでの累積摺動
回数がいずれも10回以上と高い摺動寿命が得られ
た。また、同時に、ボールねじのナット溝とボール循環
機構部のボール溝との合わせ面において、双方の溝端部
にボール径の20%以上35%以下の大きさのアール加
工を施したものは、累積摺動回数が約10回程度とよ
り一層良好な耐久性が得られた。
As is clear from the results shown in FIGS. 3 and 5, the ball circulation mechanism portion of the ball screw made of fluororesin, particularly preferably PTFE material or its composite material, has a friction coefficient of 0.3. In all cases, the cumulative number of sliding movements before exceeded 10 6 or more, a long sliding life was obtained. At the same time, in the mating surface of the nut groove of the ball screw and the ball groove of the ball circulation mechanism part, both ends of the groove are rounded to have a size of 20% to 35% of the ball diameter. Even better durability was obtained, with the number of sliding times being about 10 7 times.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る固体潤滑ボールねじよれば、請求項1に記載している
ように、ねじ軸に形成したねじ軸溝とナットに形成した
ナット溝との間にボールを介在させると共に、ボール循
環機構部をそなえ、少なくともねじ軸溝およびナット溝
に固体潤滑剤を施して用いるボールねじにおいて、ボー
ル循環機構部がフッ素樹脂もしくはその複合材料からな
る構成としたので、固体潤滑剤であるMoSやWS
などとのなじみ性がSUS材に比べて著しく良好なもの
となり、さらに、摩擦係数が低いため、ボールに生じる
面圧が低くなって、被膜の摩耗が少なくなることから、
ボールねじの耐久性が大きく改善されることになるとい
う優れた効果がもたらされる。
As described above, according to the solid lubricating ball screw of the present invention, as described in claim 1, the screw shaft groove formed in the screw shaft and the nut groove formed in the nut are formed. In a ball screw in which a ball is interposed between the balls, a ball circulation mechanism is provided, and at least a screw shaft groove and a nut groove are provided with a solid lubricant, the ball circulation mechanism is made of a fluororesin or a composite material thereof. As a result, solid lubricants such as MoS 2 and WS 2
The conformability to the SUS material is remarkably better than that of the SUS material, and since the friction coefficient is low, the surface pressure generated on the ball is low and the abrasion of the coating is reduced,
The excellent effect is that the durability of the ball screw is greatly improved.

【0050】さらに、請求項2に記載しているように、
固体潤滑剤を施したナットのナット溝とボール循環機構
部のボール溝との合わせ面において、ナットとボール循
環機構部の双方の溝端部にボール径の20%以上35%
以下の大きさのアール加工を施した構成の固体潤滑ボー
ルねじとすることにより、さらに優れた耐久性を得るこ
とができ、面圧基準の評価では、転がりベアリングと同
等の摺動寿命を有する長寿命の固体潤滑ボールねじが得
られるという著しく優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 2,
20% or more and 35% or more of the ball diameter at the groove ends of both the nut and the ball circulation mechanism on the mating surface of the nut groove of the nut with solid lubricant and the ball groove of the ball circulation mechanism
Even better durability can be obtained by using a solid-lubricated ball screw with the following sizes that have been rounded, and a long life with a sliding life equivalent to that of a rolling bearing was obtained in the evaluation of surface pressure. The remarkable effect of obtaining a solid-lubricated ball screw with a long life is provided.

【0051】そして、請求項3に記載しているように、
複合材料は繊維強化フッ素樹脂とすることによって、ボ
ール循環機構部の強度が向上したものとなり、金属に代
えて樹脂を用いたいときの強度不足を補うものとするこ
とも可能である。
And, as described in claim 3,
By using a fiber-reinforced fluororesin as the composite material, the strength of the ball circulation mechanism portion is improved, and it is possible to compensate for the lack of strength when resin is used instead of metal.

【0052】さらに、請求項4に記載しているように、
フッ素樹脂のうち摩擦係数が最も低いものに属するPT
FEを使用することによって、ボールに生じる面圧をさ
らに低いものにすることが可能であり、ボールねじの耐
久寿命を延長させることが可能であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。
Further, as described in claim 4,
PT belonging to the one with the lowest friction coefficient among fluororesins
By using FE, the surface pressure generated on the ball can be further lowered, and the remarkably excellent effect that the durable life of the ball screw can be extended is brought about.

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

【図1】リターンピース式のボールねじの構造を示す側
面破砕説明図(図1の(A))および正面説明図(図1
の(B))である。
1 is a side crushing explanatory view ((A) of FIG. 1) and a front explanatory view (FIG. 1) showing a structure of a return piece type ball screw.
(B)).

【図2】ボールチューブ式のボールねじの構造を示す説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of a ball tube type ball screw.

【図3】リターンピースのみをPTFE材に取り替えた
本発明の実施例1のボールねじ(No.1〜No.4)
の摺動寿命の評価結果を示す説明図である。
FIG. 3 is a ball screw (No. 1 to No. 4) of Example 1 of the present invention in which only the return piece is replaced with a PTFE material.
It is explanatory drawing which shows the evaluation result of sliding life.

【図4】比較例1のボールねじ(No.1〜No.5)
と参考例の転がりベアリング(No.1,No.2)の
摺動寿命の評価結果を示す説明図である。
FIG. 4 is a ball screw of Comparative Example 1 (No. 1 to No. 5).
3 is an explanatory diagram showing evaluation results of sliding life of rolling bearings (No. 1 and No. 2) of Reference Example.

【図5】リターンピースのみをPTFE複合材に取り替
えた本発明実施例2,3および比較例2,3,4のボー
ルねじの摺動寿命の評価結果を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the evaluation results of the sliding life of the ball screws of Examples 2 and 3 of the present invention and Comparative Examples 2, 3 and 4 in which only the return piece was replaced with the PTFE composite material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 リターンピース式のボールねじ 12 ねじ軸 12a ねじ軸溝 13 ナット 13a ナット溝 14 ボール 15 ボール循環機構部(リターンピース) 15a ボール溝(リターンピース溝) 11 Return Piece Type Ball Screw 12 Screw Shaft 12a Screw Shaft Groove 13 Nut 13a Nut Groove 14 Ball 15 Ball Circulation Mechanism (Return Piece) 15a Ball Groove (Return Piece Groove)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ねじ軸に形成したねじ軸溝とナットに形
成したナット溝との間にボールを介在させると共に、ボ
ール循環機構部をそなえ、少なくともねじ軸溝およびナ
ット溝に固体潤滑剤を施して用いるボールねじにおい
て、ボール循環機構部がフッ素樹脂もしくはその複合材
料からなることを特徴とする固体潤滑ボールねじ。
1. A ball is interposed between a screw shaft groove formed in a screw shaft and a nut groove formed in a nut, and a ball circulating mechanism is provided, and at least the screw shaft groove and the nut groove are provided with a solid lubricant. A solid lubricating ball screw, wherein the ball circulation mechanism portion is made of fluororesin or a composite material thereof.
【請求項2】 固体潤滑剤を施したナットのナット溝と
ボール循環機構部のボール溝との合わせ面においてナッ
トとボール循環機構部の双方の溝端部にボール径の20
%以上35%以下の大きさのアール加工を施したことを
特徴とする請求項1に記載の固体潤滑ボールねじ。
2. A ball having a diameter of 20 at both groove ends of the nut and the ball circulation mechanism on the mating surface of the nut groove of the nut to which the solid lubricant is applied and the ball groove of the ball circulation mechanism.
%. The solid lubricating ball screw according to claim 1, which is rounded to have a size of not less than 35% and not more than 35%.
【請求項3】 複合材料は、繊維強化フッ素樹脂である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体潤滑ボ
ールねじ。
3. The solid lubricating ball screw according to claim 1, wherein the composite material is a fiber reinforced fluororesin.
【請求項4】 フッ素樹脂もしくはその複合材料が、ポ
リテトラフルオロエチレンもしくはその複合材料からな
ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載
の固体潤滑ボールねじ。
4. The solid lubricating ball screw according to claim 1, wherein the fluororesin or its composite material is made of polytetrafluoroethylene or its composite material.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006090437A (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Ntn Corp Piece type ball screw
JP2011058642A (en) * 2010-12-24 2011-03-24 Ntn Corp Piece type ball screw for automobile
JP2015055255A (en) * 2013-09-10 2015-03-23 ニッタ株式会社 Rolling guide device

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