JPS63149465A - ボ−ルねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体潤滑剤を使用することによって作動性
、耐久性などを良好に維持できるボールねじの構造に関
する。

〔従来の技術〕

一般に、ボールねじの潤滑には、グリース、油などが使
用される。

ところで近年、電子関連、原子力、精密機器、航空、宇
宙などの幅広い技術分野において、可動機材としてボー
ルねじを過酷な条件で使用する機会が多くなっている。

すなわちこれらの技術分野では、極低温、極高温、高真
空などの厳しい環境下で作動することを要求され、その
ような場合グリース、油などの潤滑剤を使用することは
不可能である。

そこで、前記環境下でも十分耐え得る潤滑手段として、
ＷＳ２、ＭｏＳ２などの固体潤滑剤が開発され、使用さ
れるに至っている。固体潤滑剤を転がり要素に使用する
とき、スプレー、焼付け、あるいはスパッタリングなど
の方法により、軌道表面及び転動体表面に潤滑剤の被膜
を形成する。

しかし、前記スプレー、焼付けなどによって潤滑剤の被
膜を形成する方法では、前記被膜の厚みを均一に形成で
きず、前記被膜が厚い場合、機材の作動中に機材表面か
ら脱落した固体潤滑剤の剥離粉が徐々に塊に成長して、
機材の作動性を著しく低下させる。また前記被膜が薄い
場合は、前記被膜の摩滅によって潤滑性が早期に損なわ
れ、機材の摩耗、損傷を引き起こす。これらの方法では
、固体潤滑剤の密着性が低いので、これを改善するため
、前記スパッタリングなどの方法を採用するのであるが
、この方法をボールねじに適用する場合、ボールねじの
形状及び寸法を考慮すると、上記方法を適用するのは極
めて困難であり、たとえ適用するにしても、高価なスパ
ッタリング装置が必要になる。

以上のような技術的課題を解決すべく、現在では、固体
潤滑剤であるＷＳ２、ＭｏＳ、などと金属Ｃｕ、Ｓｎ、
Ｔａなどとを焼結した自己潤滑性複合材料が開発されて
いる。この自己潤滑性複合材料は、摺動によって合金表
面及び相手材表面に潤滑性被膜を形成して、潤滑性、耐
摩擦性、耐焼付性を付与する材料である。

そして上記のように固体潤滑性の材料を利用した従来の
ボールねじとしては、ボール転動溝をそ゛れぞれ有する
二つの部材の相互間にボールを介在させ、当該ボールを
介して前記二つの部材を相対的に回転させるようにした
回転装置において、前記ボール転動溝のボールとの接触
面部に、耐圧硬度が高く且つ固形潤滑性を有するととも
に摩擦係数の小さな材料を配設固定しているものがある
（たとえば特開昭５０−４０２６７号公報）。

また、実開昭５８−６００４８号公報にも上記従来例の
類似技術が記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のボールねじにあっては、耐圧
硬度が高く且つ固形潤滑性を有するとともに摩擦係数の
小さな材料（以下、単に“潤滑材料”°と称す）を配設
固定するための保持溝を、ボール転動溝をそれぞれ有す
る二つの部材のうら少なくとも一方の部材の前記ボール
転動溝内に沿って形成するので、ボールに与えられる負
荷を前記潤滑材料で受けることになり、耐圧硬度の高い
ことが要求されるため、潤滑性の良いものを使用するこ
とができないうえに、前記潤滑材が摩耗したときに、こ
れと前記ボール転動溝との間に段差が生じてボールに偏
摩耗を生じ、長期の使用に耐え得ないという問題点があ
った。

また、前記ボール転動溝内に前記潤滑材料の保持溝を形
成するので、その加工が面倒であるとともに、前記保持
溝のみに前記潤滑材料を挿入することが困難であり、前
記潤滑材料が前記保持溝からはみ出すと、前記潤滑材料
の硬度が高いので、ボールの円滑な転勤を阻害すること
にもなるという問題点もあった。

さらに前記保持溝の配置の都合上、溝の大きさが制限さ
れ、非常に細い溝を形成しなければならず、このため前
記材料を細長い形状に形成し、且つ螺旋状に配設可能と
なるよう変形自在の性質を持たせる必要があり、前記材
料を製作するのは非常に困難となるなどの問題点もあっ
た。

そしてさらに、ボールねじの作動性を良好に維持するた
めに、ボールを介在させた二つの部材間にスラスト余裕
を設けているが、これを精密殿器に利用するとき、バン
クラッシュとして作用するため作動精度などを向上させ
ることができないといった不都合を生じる。

また、前記ボール転動溝の露出した一方の部材に耐着し
た塵埃などによって、二つの部材の回転負荷変動が大き
くなり、作動性を著しく損なうという問題点も生じる。

そこで、この発明は、上記従来例の諸問題点に着目して
なされたものであって、ねじ軸に自己潤滑性複合材料で
形成した滑りナツトを螺合し、前記ねじ軸にポールギ介
して螺合したボールナツトと前記滑りナツトとの間に弾
性体を介装し、且つ滑りナツトをボールナツトに両者が
回転不能で軸方向に摺動可能に結合する構成とすること
により、作動性、耐久性、保守性などを良好に維持する
とともに構造を簡素化し、さらにバックラッシュを防止
し且つ塵埃などに対するシール効果を高めることのでき
るボールねじを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、複数のボール
と、周面に前記ボールを転動させる螺旋状のボール転動
溝を有するねじ軸と、内周面に前記ねじ軸のボール転動
溝と対向するボール転動溝を有して、前記ボールを介し
て前記ねじ軸に螺合しているボールナツトとを包含して
なるボールねじにおいて、前記ボールねじは、固体潤滑
剤を含有した自己潤滑性複合材料で形成され前記ねじ軸
に螺合する滑りナツトを備え、該滑りナツトは、前記ボ
ールナツトに回転不能で且つ軸方向に摺動可能に結合さ
れ、且つ当該滑りナツトと前記ボールナツトとの間に設
けた弾性体により軸方向の押圧力が付与されていること
を特徴とするボールねじを提供する。

（作用） 固体潤滑剤を含有して適度な大きさに形成した滑りナツ
トを、ボールねじのボールナツトに加えてねじ軸に螺合
し、弾性体によって滑りナットをねじ軸に弾圧する構成
としたので、バックラッシュを防止しながら固体潤滑剤
を適当量づつねじ軸に転写することができ、またボール
ねじのボールナツト端部は十分にシールされる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第３図は、この発明の第１の実施例を示し、
図中、１はねじ軸、２はボールナツト、３はボール、４
は滑りナツト、５はコイルばねである。

ねじ軸１は、その外周面に、ボール３が転動する一連の
螺旋状のボール転動溝１ａが形成され、ボールナツト２
の内周面には、ねじ軸１のボール転動溝１ａに対向する
一連の螺旋状のボール転動溝２ａが形成されている。ボ
ールナツト２の外周面には、ボール循環路を形成するボ
ールチューブ８ｂが押え金８をねじ８ａによってボール
ナツト２に固着することにより取付けられている。この
ポールチューブ８ｂの両端は、ボールナツト２に形成さ
れた貫通孔（図示せず）を通じて所定ピンチ例えば図示
の例では３ピツチ離れたボール転動溝２ａに連通され、
その一端でボール転動溝２ａによって案内されるボール
３を回収し、これを他端側に案内することにより、ボー
ル３を外部循環させる。

そして、ポールチューブ８ｂの両端に接するねじ軸１の
ボール転動溝１ａ及びボールナツト２のボール転動溝２
ａで形成されるボール通路にボール３が転勤自在に嵌合
されている。このボール３はボール転動溝１ａ、ｌｂと
ポールチューブ８ｂとにより形成された閉じたボール通
路内を満たすように収納配列されている。

この実施例では、ボールナツト２の一端（第１図中、左
端）に、ねじ軸１に外装するコイルばね５とねじ軸１に
螺合する滑りナツト４とを収納するための座くりによる
ばね収納部２ｂが設けられている。このばね収納部２ｂ
の奥行きは、コイルばね５の圧縮長と滑りナツト４の厚
みとを加えた長さより少々短めの長さに形成され、且つ
内径が滑りナツト４の外径及びコイルばね４の巻径より
大きい内径とされ、さらにばね収納部２ｂの一部に、軸
方向に延びる凹形状のキー溝２０が形成されている。こ
のキー溝の奥行きは、キー溝２ｃに直方体のキー６を嵌
入したとき、キー６が、収納されたコイルばね５に干渉
しないように短めに形成されている。

そして、滑りナツト４は、ＷＳ２．Ｍｏ　Ｓ２などの固
体潤滑材を母材に含浸させて自己潤滑性を保有するか、
あるいは前記固体潤滑材とＣｕ、Ｓｎ、Ｔａなどの金属
を焼結して自己潤滑性を保有する自己潤滑性複合材料で
、第２図及び第３図に示すようなドーナツ形状に形成さ
れ、その内周面にねじ軸１のボール転動溝１ａに係合す
る螺旋突条４ａが形成され、外周面にボールナツト２の
キー溝２ｃと同様の凹形状のキー溝４ｃが形成されてい
る。

以上のような構造のボールナツト２を、ボールたを介し
てねじ軸１の外端からねじ込み、コイルばね５をねじ軸
１に外装してボールナツト２のばね収納部２ｂへ収納す
る。この後、滑りナツト４をねじ軸１の外端からねじ込
んでコイルばね５を圧縮して適度の押圧力を発生させる
。そして、滑りナツト４に設けたキー溝４０とボールナ
ツト２のキー溝２ｃとを合致させ、両キー溝２Ｃ及び４
Ｃ内にキー６を嵌合してボールナツト２と滑りナツト４
とを相対回転不能で且つ軸方向に摺動可能に結合する。

この状態では、滑りナツト４のコイルばね５と接してい
ない端部は、ボールナツト２の端面から少々突出してい
て、取付は取外しの便宜を図っている。

次に、以上のような構成を有するボールねじの動作を説
明する。

ねじ軸ｌ又はボールナツト２は、その一方を固定して、
他方をねじ軸１の軸中心線を回転中心として、両方向に
回転させ得る。ねじ軸１又はボールナツト２の何れを固
定するかに関しては、用途に応じて任意に設定すること
ができ且つ動作原理は同じである。この実施例では、ボ
ールナツト２を固定してねじ軸１を回転させる場合につ
いて説明する。

まず、第１図において、例えば、ねじ軸１を図中の右側
面から見て時計回りに回転させると、ねじ軸１は、ボー
ルナツト２及び滑りナツト４に対して右から左へ移動す
る。このとき、ねじ軸１とボールナツト２との間に介在
させたボール３は、ボールチューブ８ｂによって閉ルー
プとなるボール循環路が形成されているので、ねじ軸１
の回転作用により反時計回りに転勤し、ねじ軸１の回転
速度に対して約２の速度でボールナツト２のボール転動
溝２ａ内を時計回りに移動する。そして、ボール３はね
じ軸１に対しては反時計回りにねじ軸１のボール転動溝
１ａ内を移動することになる。

したがって、ボール３はねじ軸１のボール転動溝１ａと
ボールナツト２のボール転動溝２ａの間では、ボールナ
ツト２のボール転動溝２ａに沿って転動し、ポールチュ
ーブ８ｂの一端で回収されて、元のボール転動溝２ａへ
循環する。一方、ねじ軸１は、回転しながらボールナツ
ト２内を左へ移動することによって、ボールナツト２と
結合した滑りナツト４内を摺動しつつ滑りナツト４の螺
旋状突条４ａから固体潤滑剤を受取り、ボール転動溝ｌ
ａに被覆を形成する。そして、第１図で右から左へ移動
しているねじ軸１は、所定の位置で回転を停止させたり
逆方向に回転させたりする。

次に、図中の右側面から見てねじ軸１を反時計回りへ回
転させた場合は上記とは逆に、ねじ軸１はボールナツト
２に対して左から右へ移動する。

そして、ボール３は時計回りに転動し、ボールナツト２
のボール転動溝２ａに沿って反都政回りに移動する。即
ち、ボール３は、ポールチューブ８ｂとボール転勤路２
ａの３ピッチ間に形成された閉ループのボール通路内を
反時計回りに移動する。

そして、ねじ軸ｌは、再度ボール転動溝１ａに滑りナツ
ト４から固体潤滑剤を転写されながら右方向へ移動して
ボールナツト２内へ到る。このボール転動溝１ａがボー
ル３に摺接してボール３に前記固体潤滑剤を転写し、さ
らにボール３を介してボールナツト２のボール転動溝ね
じ軸１が所定の位置まで移動すると、ねじ軸１の回転を
停止させたり、逆方向に回転させたりする。

したがって、ボールねじは、ねじ軸１の左右方向への往
復移動によって、適度の固体潤滑剤がボール転動溝１ａ
の全域に亘って万遍なく供給され、ボール３が滑らかに
転勤することができると共に、ボール３がポールチュー
ブ８ｂによって形成される閉ループ内を循環するので、
滑りナット・１かろ供給される固体潤滑剤がボールナツ
ト２のボール転動溝２ａに良好に供給転写され、一層温
滑性を向上させ得る。そして、ボールねじの作動により
形成された固体潤滑剤の被膜は、その生成量が極めて微
量で、ごく薄く形成され、しかも密着性が良く、化学変
化などで寿命が来て脱落しても直ちに再生成されるので
、長期間に亘ってボールねじの耐久性、作動性などを良
好に維持できる。

特に、第２図中、斜線を施した螺旋状突条４ａがねじ軸
１の全周に亘って接して摺接面積を大きく確保している
。これにより、ボールねじの潤滑剤の需要を必要且つ十
分に賄うことができる。この結果、ねじ軸１及びボール
ナツト２に固体潤滑性の材料を配設するための保持溝を
設ける必要はなくなり、ボールねじの構造が筒素化され
る。

また、第３図から判るように滑りナツト４の構造は極め
て簡単であり、容易に成形することができる。そして、
ボールねじへの取付け、取外しも容易に実施することが
できる。

さらに、第１図において、コイルばね５が、滑りナツト
４及びボールナツト２を、相互に反対の軸方向へ好適な
押圧力で押圧しているので、バンクラッシュを防止して
、より一層作動性を向上させるとともに、作動精度も向
上させる。そして、滑りす・シト４は、その内周面が略
ねじ軸１の周面に密着する形状を有するので、潤滑剤の
供給機能に加えてスクレーパー及びシール部材としても
機能する。すなわち、ねじ軸１の左右への移動に伴って
、ねじ軸１上に付着した塵埃及び脱落した潤滑剤の被膜
などの異物を作動域外へ排除するとともに、ボールナッ
ト２内部への上記異物の侵入を防止することができる。

なお、滑りナツト４及びボールナット２にかかる押圧力
は、バンクラッシュを防止し得る程度に微弱な力でよく
、したがってこの押圧力が原因となってボールねじの作
動性を低下させることはない。

次に、この発明の第２の実施例を第４図について説明す
る。

この第２の実施例は、ポールナツト２の両端に滑りナツ
ト４を設けることにより、固体潤滑剤のねじ軸１への供
給をより確実に行うと共に、ねじ軸ｌとポールナツト２
との間のバックラッシュをより確実に防止することでき
るようにしたものである。

すなわち、第４図において、ポールナツト２の両端に滑
りナツト４がねじ軸１にそれぞれコイルばね５，７を介
して螺合されている。そして、ポールナツト２と各滑り
ナツト４とは、両者に形成したキー溝２ｃ及び４ｃにキ
ー６を嵌合させることにより、両滑りナツト４がポール
ナツト２に対して相対回転不能に且つ軸方向に摺動可能
に結合されている。

ここで、コイルばね５及び７は、同一線径を有するが巻
径を変えてばね荷重が異なるように設定されている。し
たがって、例えばコイルばね５のばね荷重がコイルばね
７のばね荷重に対して大きく選定すると、ポールナツト
２は、その両端に作用する押圧力の弱い方即ちコイルば
ね７側に押圧されて安定し、ねじ軸１とボールナフト２
との間のバックラッシュを確実に防止することができる
。

一方、両滑りナツト４については、コイルばね５゜７に
よってそれぞれ外方に押圧されているので、左側の滑り
ナツト４がねじ軸１のボール転動溝１ａの左半部に接触
し、右側の滑りナツト４がボール転動溝１ａの右半部に
接触することになるので、ねじ軸１のボール転動溝１ａ
の全ての面に対して固定潤滑剤を均一に供給することが
でき、しかも滑りナツト４がポールナツト２の両端に設
けられているので、スクレーパー及びシール部材として
の機能も確実となり、ねじ軸ｌ上に付着した塵埃などの
異物を排除すると共に、ポールナット２内部への異物の
混入を阻止することができる。

なお、上記各実施例においては、ポールナツト２及び滑
りナット４間に介装する弾性体としてコイルばね５．７
を適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、仮ばね、伸縮性のあるゴムブツシュ、ス
ポンジ等の他の弾性体を適用し得ることは言うまでもな
い。また、ポールナツト２及び滑りナツト４の構造は上
記実施例に限定されるものではなく、仕様に合わせた変
形が可能である。

さらに、上記実施例においては、ポールナツト２がボー
ルチューブ８ｂによってボール３を外部循環する形式で
あるボールねじにこの発明を通用した場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、ボール循環路
を内部に形成した内部循環形式のポールナツトであって
もよい。

またさらに、上記実施例においては、コイルばね５，７
によって滑りナツト４を外方に押圧する場合について説
明したが、ポールナツト２の端部を滑りナツト４を包む
ように外方に延長し、その延長端部と滑りナツト４との
間にコイルばね等の弾性体を介装して、滑りナット４を
内方に押圧するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、固体潤滑剤を
供給する自己潤滑性複合材料で形成した滑りナットをボ
ールナツトとは別体に構成してねじ軸に螺合させたので
、従来必要としていたボール転動溝に沿う自己潤滑性複
合材料を保持するための保持溝を形成する必要がなく、
ねじ軸及びポールナツトの構造を簡素化することができ
ると共に、前記滑りナットの構造をも簡素化することが
できる。これにより、潤滑剤をボール転動溝に安定して
供給することができるボールねじを安価に装作すること
ができ、さらに滑りナットの取付け、取外しなどを容易
に行えるから保守も良好である。

また、滑りナツトは、その内周面がねじ軸のボール転動
溝に対応してこれに係合する突条とされ、これがねじ軸
に螺合するので、ボールねじの作動によって、ねじ軸上
の塵埃などを排除し、ボールナットへの塵埃などの侵入
を防止することができ、作動性を常に好適に維持するな
どの効果も得られる。さらに、滑りナツトとボールナフ
トとの間に弾性体を介装したので、バックラッシュを防
止して、ボールねじの作動精度を向上させることができ
る。

またさらに、滑りナツトのねじ軸への摺接面積を十分に
確保したので、固体潤滑剤の供給を均一に行え、ボール
ねじの作動性を安定させると共に、その作動性及び耐久
性などを一層向上させるなどの効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示すボールねじの半
部を断面とした正面図、第２図は第１図のボールねじの
部品である滑りナツトを示す一部を断面とした正面図、
第３図は第２図の滑りナットの側面図、第４図はこの発
明の第２の実施例を示すボールねじの半部を断面とした
正面図である。 １・・・・・・ねじ軸、１ａ・・・・・・ボール転動溝
、２・・・・・・ポールナツト、２ａ・・・・・・ボー
ル転動溝、２ｂ・・・・・・ばね収納部、２Ｃ・・・・
・・キー溝、３・・・・・・ボール、４・・・・・・滑
りナツト、４ｃ・・・・・・キー溝、５，７・・・・・
・コイルばね、６・・・・・・キー、８・・・・・・押
え金、８ｂ・・・・・・ボールチューブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のボールと、周面に前記ボールを転動させる螺旋状
   のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に前記ねじ軸
   のボール転動溝と対向するボール転動溝を有して、前記
   ボールを介して前記ねじ軸に螺合しているボールナット
   とを包含してなるボールねじにおいて、前記ボールねじ
   は、固体潤滑剤を含有した自己潤滑性複合材料で形成さ
   れ前記ねじ軸に螺合する滑りナットを備え、該滑りナッ
   トは、前記ボールナットに回転不能で且つ軸方向に摺動
   可能に結合され、且つ当該滑りナットと前記ボールナッ
   トとの間に設けた弾性体により軸方向の押圧力が付与さ
   れていることを特徴とするボールねじ。