JPH10267104A

JPH10267104A - ボールねじ用シール

Info

Publication number: JPH10267104A
Application number: JP7547497A
Authority: JP
Inventors: Isamu Yoshida; 勇吉田; Masahiro Nobutomo; 雅弘信朝; Hiroshi Yamada; 博山田; Hiromitsu Kondo; 博光近藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低圧もしくは真空または清浄雰囲気で使用さ
れるボールねじにグリースの供給の必要がなく、潤滑油
起源のガス発生がなく低発塵性であるボールねじ用シー
ルまたはシール装置とすることである。【解決手段】ボールねじのねじ軸１とボールナット３
の間に介在し、ねじ軸１に摺接するボールねじ用シール
またはこのシールを取りつけたシール装置７において、
シール片６、７等からなるシールをポリイミド樹脂の焼
結体等の体積比５〜２５％の連通気孔を有する多孔質体
で形成し、これに下記の化７で示されるアルキル化した
シクロペンタン系油を含浸する。【化７】（式中、Ｒは炭素数４〜１３０の直鎖状または分岐を有
するアルキル基であり、ｍ＝３〜４である。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はボールねじ用シー
ル及びこれを用いたボールねじのシール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１ａを利用して説明すると、ボールね
じは、ねじ軸１の外周面に形成した螺旋溝２と、ボール
ナット３の内周面に形成した螺旋溝４の間に複数のボー
ル５を介在させたものであり、ねじ軸１またはボールナ
ット３の回転動力をボール５を介してボールナット３
（またはねじ軸１）に伝達して、これを軸方向に移動さ
せるものである。通常、このようなボールナットの内部
には、潤滑グリースなどの潤滑剤が保持されており、こ
の潤滑剤でボールと螺旋溝との摩擦係数を低減させてい
る（実開平６−８０９４７号公報）。

【０００３】このようなボールねじは、直交する２軸
（Ｘ−Ｙ軸）方向に移動可能なＸ−Ｙテーブルにおける
直動部などに使用されるが、半導体製造装置などの真空
または清浄な雰囲気中で使用される場合があり、潤滑グ
リースなどの潤滑剤が周囲を汚染しないようにシール装
置が付設されている。

【０００４】ボールねじ内部に充填されたグリースを密
封するボールねじのシール装置は、図１および図２に示
されるように、ボールねじの両端部においてねじ軸１と
ボールナット３の間を密封しており、シールはねじ軸１
の外周に沿って間隔を開けて４つの弧状のシール片をリ
ング状に配置されたものからなる。そして、シール片は
フッ素ゴムなどのゴム材で形成され、各シール片は、コ
イルスプリングをリング状に形成したガータスプリング
１０でねじ軸１の外周に弾性的に押圧されていた。

【０００５】しかしながら、このような構成の従来のボ
ールねじのシール装置では、グリースを完全に密封する
ことはできず、ねじ軸には余剰のグリースが付着する場
合がある。

【０００６】また、実開平６−４７７６２号公報には、
上記したものと同様な形状のシールを、ポリエチレン１
〜９５重量％とグリース９９〜５重量％との混合物を所
定温度で加熱して固形状化したプラスチックグリースで
形成したボールねじのシール装置が開示されている。

【０００７】上記した組成のプラスチックグリースで形
成されたシールは、ボールねじのトルク伝動時に、シー
ル片の内部組織に保持されている潤滑成分が徐々に滲み
出して摩擦面に油膜を形成し、比較的少ない潤滑油でね
じ軸の摺接部における摩擦抵抗を低減する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなボ
ールねじ用シールであっても、近年の精密部品の高性能
化に伴う低発塵性の要求を充分に満足させることはでき
ず、例えば半導体の製造設備などにおける閉された清浄
な雰囲気、特に真空などの低圧の清浄雰囲気で使用する
と、滲み出した潤滑油から蒸気が発生したり、潤滑油微
粒子が飛散して精密部品の性能に悪影響を及ぼす場合が
あり、高密度パターンの半導体を製造する技術に充分に
対応できない場合がある。

【０００９】なお、真空条件で使用される潤滑油とし
て、低蒸気圧のフッ素化油が知られているが、このフッ
素化油は、鋼の摺動面を比較的高い面圧で潤滑させると
発塵やガス発生量が多くなるという問題点がある。

【００１０】上記したガス発生の原因については、摺動
面の材質がステンレス鋼などの鋼である場合に、それら
の表面に存在するＦｅとフッ素油中のＦとの反応により
ＦｅＦ₃が発生し、これが触媒となってフッ素化油の分
解がさらに進行したことによると推定される。

【００１１】そこで、この発明の課題は上記した問題点
を解決して、低圧もしくは真空または清浄雰囲気で使用
されるボールねじにグリースの供給（所謂グリースアッ
プ）の必要がなく、その使用中の発塵量を可及的に少量
にし、潤滑油起源のガス発生がなく低発塵性であるボー
ルねじ用シールとし、または同様に潤滑油起源のガス発
生がなく低発塵性で摩擦面の潤滑を行なえるボールねじ
のシール装置とすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、ボールねじのねじ軸とボール
ナットの間に介在し、ねじ軸に摺接するシールにおい
て、このシールを連通気孔を有する多孔質体で形成し、
これにアルキル化したシクロペンタン系油を含浸したボ
ールねじ用シールとしたのである。

【００１３】上記した多孔質体は、体積比５〜２５％の
連通気孔を有する多孔質体であることが好ましい。ま
た、上記した多孔質体として、ポリイミド樹脂からなる
焼結体を採用することができる。

【００１４】また、同様に前記した課題を解決するた
め、ボールねじのねじ軸とボールナットの間に介在し、
ねじ軸の外周に沿って間隔を開けて複数の弧状のシール
片をリング状に配置し、このシール片を連通気孔を有す
る多孔質体で形成し、これにアルキル化したシクロペン
タン系油を含浸し、各シール片を弾性的にねじ軸外周に
押圧する手段を設けたボールねじのシール装置としたの
である。

【００１５】この発明のボールねじ用シールまたはシー
ル装置は、多孔質性のシールに含浸されたアルキル化し
たシクロペンタン系油が、極めて少量（潤滑に必要な必
要十分な量）滲み出てボールとボールねじおよびボール
ナットを潤滑するので、ボールねじの使用環境における
雰囲気を汚染することがなく、グリース等の潤滑油の供
給（グリースアップ）の必要性も殆どなくなる。

【００１６】この発明のボールねじ用シールは、多孔質
体に含浸したアルキル化シクロペンタン系油が不活性で
あり、ねじ軸やボールの表面に存在するＦｅが触媒を生
成するような反応を起こさない。またアルキル化シクロ
ペンタン系油は、フッ素化油と比べると鋼に対し不活性
であるので、分子鎖が切断されずガスが発生しない。

【００１７】また、アルキル化したシクロペンタン系油
の比重は、フッ素化油の比重（１．８５ｇ／ｃｃ）より
小さいので、このような油を含浸したシールは、遠心力
の影響を受け難く、ボールねじの回転効率を向上させ
る。

【００１８】所定気孔率の連通気孔を有する多孔質体に
所定の潤滑油を含浸した発明では、潤滑油を効率よく多
量に保持できると共に、潤滑油の滲出量および滲出速度
が安定し、長期間にわたって極めて安定した潤滑性が得
られる。

【００１９】また多孔質体として、ポリイミド樹脂焼結
体を採用したシールは、優れた耐熱性、耐薬品性、機械
的性質、電気絶縁性が備わる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本願の各発明における連通気孔を
有する多孔質体は、セラミックス、金属または合成樹脂
を焼結または発泡させる周知の方法で得られるものであ
り、前記の合成樹脂としては耐熱性、耐薬品性、機械的
性質および電気絶縁性に優れたポリイミド樹脂を採用す
ることが好ましい。また、多孔質体を形成する金属材料
の具体例としては、鉄系または銅系の焼結合金、セラミ
ックス材料としては、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、
炭化ケイ素などが挙げられる。

【００２１】前記したポリイミド樹脂（以下、ＰＩ樹脂
と略記する。）は、芳香族カルボン酸と芳香族アミンを
縮重合して得られる樹脂であって、優れた耐熱性と共に
耐薬品性、シールとして充分な機械的強度および電気絶
縁性を有する周知の化学構造を有するもの（熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂の何れであってもよい）である。な
お、本願の発明においていうＰＩ樹脂とは、主鎖にイミ
ド結合およびアミド結合を有するポリアミドイミド樹脂
（以下、ＰＡＩ樹脂と略記する）と呼ばれる樹脂を含ま
ない。

【００２２】市販のＰＩ樹脂であって、この発明に使用
できるものとしては、オーストリア国レンジング社製：
Ｐ８４−ＨＴ、東レ社製：ＴＩ−３０００、宇部興産社
製：ＵＩＰ−Ｓ．Ｒ、デュポン社製：ベスペル、三井東
圧化学社製：オーラム、米国フューロン社製：メルディ
ンなどが挙げられる。

【００２３】このようなＰＩ樹脂は、耐熱性が高く、真
空中のように放熱がない場合でも溶融しないので、広い
温度範囲条件で良好な摩擦・摩耗特性を示し、また成形
時にも熱可塑性樹脂のように溶融せずその粒界の気孔率
をコントロールして連通気孔を有する成形体を得ること
ができる。このようにしてＰＩ樹脂製多孔質体は、潤滑
油の含油量や滲み出し速度を任意に調節でき、ボールね
じの長寿命化を図ることができる。

【００２４】なお、ＰＩ樹脂の成形性や摺動特性を改良
するためには、ＰＴＦＥ、グラファイト、二硫化モリブ
デン、窒化ホウ素などの固体潤滑剤を添加してもよい。

【００２５】ＰＩ樹脂からなる多孔質性シールの製造方
法としては、室温（または常温）で粉末状樹脂を加圧成
形した後、不活性ガスまたは加圧雰囲気の下で焼成する
方法、または加熱圧縮成形、ラム押出し成形、ＣＩＰな
どによる成形方法を採用することができる。

【００２６】本願の各発明に用いるシールは、体積比５
〜２５容量％の気孔率で連通気孔を有する多孔質体から
形成することが好ましい。なぜなら、気孔率５容量％未
満では、含浸油の保持率が低くなって長期間潤滑性を発
揮させることが難しくなり、２５容量％を越える気孔率
では、滲出量の制御およびシールの機械的強度の点で好
ましいものが得られないからである。上記した体積比の
気孔率の成形体は、原料の樹脂粉末の粒径（平均粒
径）、成形圧力、焼成温度等を適宜に調整することによ
って製造できる。

【００２７】以上述べたような所定気孔率の連通気孔を
有する多孔質体に含浸するアルキル化したシクロペンタ
ン系油は、下記の化１に示す構造の潤滑油である。

【００２８】

【化１】

【００２９】（式中、Ｒは、炭素数４〜１３０の直鎖状
または分岐を有するアルキル基であり、ｍ＝３〜４であ
る。）このようなシクロペンタン系油の具体例としては、下記
の化２に示されるトリ（２−オクチルドデシル）シクロ
ペンタンであって、米国 NYE LUBICANTS社製のNYE SYNT
HETIC OIL 2001A （商品名）がある。

【００３０】

【化２】

【００３１】（式中、Ｒ₂は、炭素数１９で分岐を有す
るアルキル基である。分子式Ｃ₆₅Ｈ₁₃₀）このものは、２５℃の蒸気圧８．５×１０^-13Ｔｏｒｒ
であり、真空環境下での使用に充分耐える潤滑油であ
る。そして、この潤滑油は比重が０．８５ｇ／ｃｃであ
って、フッ素化油のそれの半分以下である。また、この
潤滑油は不活性であり、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性に
優れており、また分子鎖の結合力が強いので耐荷重性に
優れ、分解ガス（アウトガス）の発生量も少ないもので
ある。

【００３２】多孔質体に、前述した所定の潤滑油を含浸
するには、減圧の雰囲気下で含浸することが気孔内の空
気や水分を排除するために好ましく、含浸した後に過剰
の潤滑油を拭って取り除けばボールねじ用シールが得ら
れる。含浸を効率よく行なうには潤滑油やシールを加熱
することが好ましい。

【００３３】また、本願の発明におけるボールねじは、
ボールナット、ねじ軸の転がり摩擦面、滑り摩擦面およ
びボールが、ボールねじの構成材料として周知のものか
らなり、例えばステンレス鋼材（例えばＳＵＳ４４０Ｃ
等）、タングステン系高速度工具鋼（例えばＳＫＨ４
等）などの金属材料、セラミックス（例えば窒化ケイ素
系、炭化ケイ素系のもの等）などがその構成材料として
挙げられる。

【００３４】また、ボールねじの転がり摩擦面、滑り摩
擦面およびボールの表面には、チタン（Ｔｉ）層を下地
層として、その上に窒化チタン（ＴｉＮ）層および炭窒
化チタン（ＴｉＣ_1-xＮ_x）層からなる複合被膜をイオ
ンプレーティング法などの周知の手法によって形成して
もよい。このようにすると表面の硬度が高まって耐久性
がより増すことになり、また鋼表面が不活性になって潤
滑油の分解を抑制することができる。

【００３５】シール装置の実施形態を以下に添付図面に
基づいて説明する。図１に示すように、ボールねじは、
ねじ軸１の外周面に形成した螺旋溝２と、ボールナット
３の内周面に形成した螺旋溝４の間に複数のボール５を
転動自在に介在させたものであり、ねじ軸１またはボー
ルナット３の回転動力を複数のボール５を介してボール
ナット３（またはねじ軸１）に伝達して、これを軸方向
に移動させるものである。

【００３６】このようなボールねじに装着される第１実
施形態のシール装置Ａは、ボールねじの両端部において
ねじ軸１とボールナット３の間を密封する装置であり、
図２に示すように、４つの弧状のシール片６、７、８、
９をねじ軸１の外周に沿って間隔を開けてリング状に配
置したシールを有する。これらのシール片６、７、８、
９は、粉末状のポリイミド樹脂を圧縮成形し、得られた
圧粉体を焼成して体積比５〜２５％の連通気孔を有する
焼結体からなる多孔質体とし、これに前記の化２に示さ
れるトリ（２−オクチルドデシル）シクロペンタン（米
国 NYE LUBICANTS社製：NYE SYNTHETIC OIL 2001A ）を
含浸したものである。

【００３７】また、３つのシール片６、７、８は、その
内径から内径側に突出する突条６ａ、７ａ、８ａを有
し、残りのシール片９は、他のシール片の内径よりも若
干小径の円筒部９ａを有する。これら４つのシール片
６、７、８、９は、リング状のコイルスプリングからな
るガータスプリング１０でねじ軸１の外周に弾性的に押
圧されている。

【００３８】図１ｂおよび図１ｃに拡大して示すよう
に、シール片６の突部６ａは、ねじ軸１の螺旋溝２に嵌
合接触し（図２ａのシール片７、８の突部７ａ、８ａに
ついても同じ。）、螺旋溝２からボールねじ内部への異
物侵入および外部への潤滑剤漏れを防止している。シー
ル片６の内径面１１は、ねじ軸１の外径面１２とは接触
しておらず、両者の間には若干のすきまＳが設けられて
いる。このすきまＳを設けることにより、ねじ軸１やシ
ール（シール片６、７、８、９）の寸法誤差に関係な
く、突条６ａ、７ａ、８ａを常に螺旋溝２に接触させる
ことができる。一方、図１ｃに示すように、シール片９
の円筒部９ａは、ねじ軸１の外径１２に接触し、外径１
２からの異物侵入および潤滑剤漏れを防止する。

【００３９】図３および図４に示すように、第２実施形
態のボールねじのシール装置Ｂは、第１実施形態のシー
ル装置Ａと全く同じ材質のシールを採用し、このシール
を３つの弧状のシール片１３、１４、１５をリング状に
配置して構成したこと、各シール片１３、１４、１５を
弾性的にねじ軸１外周に押圧する手段としてボールプラ
ンジャ１６を採用したこと、および補助リング１７を設
けたこと以外は、第１実施形態のボールねじのシール装
置と同じ構成である。

【００４０】シール装置の３つのシール片１３、１４、
１５は、それぞれボールナット３のねじ穴１８にねじ込
まれたボールプランジャ１６によってねじ軸１の内径方
向に弾性的に押圧されている。そのため、図３ｂに拡大
して示すように、突条１３ａと螺旋溝２の嵌合隙間は、
ゼロ（全くない）かまたは僅かにマイナス（締代をもっ
た状態）になっている。なお、複数のシール片１３、１
４、１５は、互いにわずかな距離を開けてそれぞれ独立
して配置されている。

【００４１】このように突条１３ａ、１４ａ、１５ａ
が、螺旋溝２に密着して摺接するので、ボールナット３
内に万一潤滑剤が残っても外部に漏れ難く、また外部か
ら異物が侵入し難い。さらに、シール片１３、１４、１
５の各端面が螺旋溝２に付着した異物をかきとるので、
シール性は極めて高くなる。図３ａ、ｂに示すように補
助リング１７は、かきとられた異物がシール片１３、１
４、１５の対向する端面の隙間１９を通ってボールナッ
ト内に侵入するのを防止する。

【００４２】なお、図示したシールは、ねじ軸の外周に
沿って間隔を開けて複数の弧状のシール片をリング状に
配置したものであるが、周方向に連続したリング状のシ
ールであってもよく、またリング状シールの一端縁を軸
方向に所定距離だけ切り欠いて他端縁は周方向に連続さ
せた一部連続のリング状シールであってもよい。

【００４３】

【実施例】

〔実施例１〕下記の化３の式で示される繰り返し単位構
造のＰＩ樹脂粉末（宇部興産社製：ＵＩＰ−Ｒ、平均粒
径９μｍ）を成形圧力４０００ｋｇｆ／ｃｍ²で成形
し、さらに窒素雰囲気下に４００℃で２時間の焼結し、
得られた焼結体を切削加工して気孔率１５％の連通気孔
を有する多孔質焼結体からなるボールねじのシール用多
孔質体を得た。

【００４４】

【化３】

【００４５】得られた多孔質焼結体を、シクロペンタン
系オイル（米国NYE LUBICANTS 社製：NYE SYNTHETIC
OIL 2001A ）に浸漬し、１Ｔｏｒｒまで減圧して前記潤
滑油を含浸した。含浸後はシール表面の余剰のオイルを
清浄な布で拭い取り、このシールをＳＵＳ４４０Ｃ製の
ボールねじに組み込んだ。

【００４６】〔実施例２〕実施例１において化３に示し
たＰＩ樹脂に代えて、下記の化４の繰り返し単位構造の
ＰＩ樹脂（東レ社製：ＴＩ−３０００、フリーシンター
品、気孔率７％）を用いたこと以外は、全く同様にして
シクロペンタン系オイルを含浸したボールねじ用シール
を製造し、このシールをＳＵＳ４４０Ｃ製のボールねじ
に組み込んだ。

【００４７】

【化４】

【００４８】〔比較例１〕下記の化５の式で示される繰
り返し単位構造のＰＩ樹脂粉末（ＬＥＮＺＩＮＧ社製：
Ｐ８４−ＨＴ、平均粒径２５μｍ）を成形圧力２０００
ｋｇｆ／ｃｍ²で成形し、さらに窒素雰囲気下に３５０
℃で２時間の焼結し、得られた焼結体を切削加工して気
孔率２５％の連通気孔を有するシール形状の多孔質焼結
体を得た。

【００４９】

【化５】

【００５０】得られた多孔質焼結体からなるシールに対
して、フッ素化油（アウジモント社製：フォンブリンＺ
２５）を１Ｔｏｒｒまで減圧して含浸した。含浸後はシ
ール表面の余剰のオイルを清浄な布で拭い取った。

【００５１】〔比較例２〕実施例１において化３に示し
たＰＩ樹脂に代えて、下記の化６の繰り返し単位構造の
ＰＩ樹脂粉末（宇部興産社製：ＵＩＰ−Ｓ、平均粒径８
μｍ）を成形圧力４０００ｋｇｆ／ｃｍ²で成形し、さ
らに窒素雰囲気下に４００℃で２時間の焼結し、得られ
た焼結体を切削加工して気孔率２０％の連通気孔を有す
るシール形状の多孔質焼結体を得た。

【００５２】

【化６】

【００５３】得られた多孔質焼結体からなるシールに対
して、フッ素化油（アウジモント社製：フォンブリンＺ
２５）を１Ｔｏｒｒまで減圧して含浸し、その後はシー
ル表面の余剰のオイルを清浄な布で拭い取り、ボールね
じ用シールとした。

【００５４】以上のようにして得られたシールをＳＵＳ
４４０Ｃ製のボールねじに組み込み発塵量試験、トルク
変動試験、耐久試験を行なったが、フッ素化油を含浸し
た比較例１は、軽荷重の場合は発塵量は少なく耐久性も
あったが、重荷重の場合は発塵量が急増し、耐久時間も
短くなった。また、多孔質体にフッ素化油を含浸した比
較例２についても軽荷重の場合は発塵量が少なく耐久性
も優れていたが、重荷重の場合は発塵量が急増し耐久時
間も短くなった。

【００５５】これに対して、アルキル化したシクロペン
タン系油をＰＩ製の所定の連通気孔率の多孔質体からな
るシールに含浸した実施例１および実施例２は、発塵量
およびトルク変動が荷重の軽重に拘わらず比較例に比べ
て顕著に小さく、しかも優れた耐久時間であった。

【００５６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、連通
気孔を有する多孔質体にアルキル化したシクロペンタン
系油を含浸したボールねじ用シールまたはこれを使用し
たボールねじ用シール装置としたので、低圧もしくは真
空または清浄雰囲気で使用されるボールねじの発塵量が
可及的に少量になり、特に潤滑油起源のガス発生がなく
長期間無給油で連続使用可能なボールねじ用シール、ま
たは同様の利点があるボールねじ用シール装置になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）第１実施形態の断面図（ｂ）第１実施形態の要部拡大断面図（ｃ）第１実施形態の要部拡大断面図

【図２】（ａ）第１実施形態のシールの正面図（ｂ）図２ａのｂ−ｂ線側面図

【図３】（ａ）第２実施形態の断面図（ｂ）第２実施形態の要部拡大断面図

【図４】（ａ）第２実施形態のシールの正面図（ｂ）第２実施形態のシールの側面図

【符号の説明】

１ねじ軸２、４螺旋溝３ボールナット５ボール６、７、８、９、１３、１４、１５シール片６ａ、７ａ、８ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ突条９ａ円筒部１０ガータスプリング１１内径１２外径１６ボールプランジャ１７補助リング１８ねじ穴１９端面の隙間Ａ、Ｂシール装置Ｓ隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボールねじのねじ軸とボールナットの間
に介在し、ねじ軸に摺接するシールにおいて、このシー
ルを連通気孔を有する多孔質体で形成し、これにアルキ
ル化したシクロペンタン系油を含浸したことを特徴とす
るボールねじ用シール。
【請求項２】多孔質体が、体積比５〜２５％の連通気
孔を有する多孔質体である請求項１記載のボールねじ用
シール。
【請求項３】多孔質体が、ポリイミド樹脂からなる焼
結体である請求項１または２に記載のボールねじ用シー
ル。
【請求項４】ボールねじのねじ軸とボールナットの間
に介在し、ねじ軸の外周に沿って間隔を開けて複数の弧
状のシール片をリング状に配置し、このシール片を連通
気孔を有する多孔質体で形成し、これにアルキル化した
シクロペンタン系油を含浸し、各シール片を弾性的にね
じ軸外周に押圧する手段を設けたボールねじのシール装
置。