WO2006104015A1

WO2006104015A1 - ボールねじ

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Publication number: WO2006104015A1
Application number: PCT/JP2006/305850
Authority: WO
Inventors: Daiju Takahashi
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2006-10-05
Also published as: JPWO2006104015A1; EP1862707A4; EP1862707A1; US20090007710A1

Description

明細書

ボールねじ

技術分野

[0001] 本発明はボールねじに関し、特にァクチユエータ用として、例えば電動射出成形機やプレス機械等の産業用機械に使用される比較的大型で、高荷重で使用されるボールねじやリニアガイド等の直動装置に関する。

背景技術

[0002] 電動射出成形装置や電動プレス装置などで使用されるボールねじは、極めて大きな負荷が作用し、比較的短、ストロークで往復動すると、う厳、条件下で使用される。そのため、軌道面における繰り返し応力による剥離寿命が問題となる。その対策として、一般的には、ボール径をできるだけ大きくするとともに、軌道面の曲率半径をできるだけボール径に近づけて、接触面圧を下げることで繰り返し応力値を抑え、要求寿命を満たすことがなされて、る。

[0003] しかし、ボールねじの場合、玉軸受けやリニアガイドとは異なり、螺旋状軌道をボールが転がるという幾何学的問題のために、滑り成分が大きい。その滑り成分の大きさによる影響で、リード角 15度以下の一般的なボールねじにおいては、ボール直径 (D) に対する溝の断面を形成する円弧の半径 (R)の比 (RZD) 52%以下では、白色剥離に代表されるように、かえって短寿命化してしまう、という問題があつたため、 R/D を 52%以上 54%以下とするのが通常であった。

[0004] 第 1の背景技術としては、従来の電動射出成形機やプレス機械等で使用される比較的大型で、高荷重で使用されるボールねじは、瞬間的に高負荷が加わる短いストロークで使用され、更に最大負荷が作用した状態で一端停止した後、逆回転する往復運動するという厳しい条件下で使用される。

[0005] また、これら機械に使用されるボールねじの特徴として、機台に取り付けるボールねじの取り付け誤差が挙げられる。即ち、ボールねじと機台との間には比較的大きな取り付け誤差が想定される。この取り付け誤差のために、ねじ軸とナットとの間に相対的なこじりモーメントが生じ、その結果ボール間で公転速度差が生じ、ボール同士が競り合い、衝突して損傷や摩耗、更には剥離が生じるようになる。その結果、発生した金属粉がグリースに混入して異物として作用してねじ軸やナットのボールねじ溝 (転走面)の早期剥離を起こすようになる。

[0006] また、封入グリースによりボール表面や転走面に油膜が形成される力ボール同士の衝突は凸形状と凸形状との衝突であるため、転走面とボールとの衝突（凹形状と凸形状との衝突)と比較して油膜が形成され難ぐまた油膜切れを起こしやすぐ金属接触が起こり易い。

[0007] このような不具合を解消するために、ボールと、ねじ軸のボールねじ溝及びナットのボールねじ溝との間に予圧を与えて位置決め精度を確保するボールねじの、ボールの表面硬度をねじ軸のボールねじ溝及びナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも高くすることで、ボールの耐摩耗性を向上させることが行われている（特許文献 1参照

) o

[0008] また、ボールねじのボール、ねじ軸のボールねじ溝、ナットのボールねじ溝にニ硫化モリブデン (MoS )の微粒子を噴射し、衝突固着させて膜厚 0. 5 m以下の潤滑

2

被膜を形成し、耐摩耗性を向上させることも行われて!/ヽる (特許文献 2参照)。

また、特許文献 2には、ねじ軸のねじ溝，ナットのねじ溝，及びボールのうちの少なくとも一つの摺接部分に、二硫ィ匕モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させ、厚み寸法が 0. 5 μ m以下の潤滑剤被膜を形成したボールねじが提案されてヽる。

[0009] 0. 5 m以下とすることで、被膜の前記摺接部分に対する固着性が向上して被膜が剥離し難くするとともに、剥離した場合でも寸法変化を小さく抑えることができると記載されている。

[0010] 第 2の背景技術としては、従来のボールねじの一例を図 14 (斜視図）および 15 (断面図）に示す。このボールねじは、ボールの戻し路としてチューブを用いるチューブ式ボールねじであり、ねじ軸 101とナット 102とボール 103とチューブ 104とで構成されている。図 14の符号 106はチューブ 104をナット 102に固定するチューブ押えである。図 15ではこのチューブ押え 106が図示されていない。

ねじ軸 101の外周面とナット 102の内周面には、螺旋状の溝 111, 121が形成されており、これらの溝 111, 121でボール 103の軌道 Kが形成されている。そして、ボール 103がこの軌道 Kを負荷状態で転動することにより、ナット 102はねじ軸 101に対して相対的に直線移動する。

[0011] チューブ 104は略門形に形成され、その両端部が、ナット 102をなす円筒に設けた貫通穴 122内に挿入され、軌道 Κの始点と終点を連結するように、ねじ軸 101を挟んで斜向かいに配置されている。したがって、軌道 Κの終点に達したボール 103はこのチューブ 104を通って軌道 Κの始点に戻される。この例では、ボール循環経路 (軌道 +戻し路）を 2つ有するため、チューブ 104を 2本備えている。

[0012] 電動射出成形機やプレス機械用のボールねじは、比較的大型で高荷重を受ける。

具体的には、瞬間的に高負荷が加わり、短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する往復運動を繰り返す。このような厳しい条件下で使用されるため、前記用途のボールねじとしては、従来より、シングルナットで、組み立てすきまを極僅か (ボール直径に対する比で 1Z400程度）にしたものが使用されている。ボールねじの負荷容量を上げて寿命を長くする方法としては、ボール 10 3の直径 (D)に対する（ねじ軸 101およびナット 102の）溝 111, 121の断面円弧の半径 (R)の比 (RZD)を、従来の 52. 0〜54. 0%よりも小さくする方法が挙げられる。

[0013] し力しながら、この方法では、従来のボールねじよりもボールと軌道をなす溝との接触楕円の長軸が長くなつて、滑り成分が大きくなる。これに伴って、接触楕円内における接線力が大きくなるため、表面起点剥離が発生したり、白色組織による内部起点剥離が発生したりする可能性が否定できない。また、ボールねじは玉軸受等の一般的な転がり軸受と比較して、ボールの転がり速度が遅いため、油膜が形成され難い。よって、ボールねじで前記比 (RZD)を 52. 0〜54. 0%よりも小さくする場合には、早期損傷に至らな、ような対策を講じる必要がある。

[0014] ボールねじの潤滑特性を向上させる対策の従来例としては、以下に示すものが挙げられる。

下記の特許文献 3には、電動射出成形機の駆動系に用いるボールねじの早期剥離を防止するために、特定のグリースを用いることが記載されて、る。

下記の特許文献 4には、ボールを使用した機械部品の転がり摩擦面および滑り摩擦面の少なくとも一部の摩擦面に、金、銀、鉛、亜鉛、スズ (Sn)、インジウム等の軟質金属やポリ四フッ化工チレン（PTFE)やペルフルォロアルコキシフッ素榭脂（PTA )等カゝらなる微粒子を、ノズルカゝら空気とともに吹き付けて固体潤滑被膜を形成することが開示されている。

(特許文献 2参照）

[0015] 第 3の背景技術としては、マシユングセンタ等の工作機械や産業用ロボットでは、回転運動の直動運動への変換やワークテーブルなどの直進移動を円滑に行わせるために、ボールやローラをボールとして用いた直動装置が多用されて、る。

[0016] 図 1は直動装置の一つであるボールねじの一例を示す上面図、図 2は図 1の AA断面図である。図示されるように、ボールねじ 1は、雄ねじ溝 3aが外周部に形成されたねじ軸 3と、雌ねじ溝 5が内周面に形成された直動体である円筒形状のナット 7と、雄ねじ溝 3aと雌ねじ溝 5との間に介装された複数個のボール 9とから構成されている。

[0017] ナット 7は、ねじ軸 3の軸線方向に沿って直線移動するものであって、円筒形であり、一端には装置のテーブル（図示せず)等に固定するためのフランジ 11が形成され、外周面の一部は切り欠かれて平面部 13が形成されている。ナット 7の内周面には、雄ねじ溝 3aと同一形状、同一ピッチの雌ねじ溝 5が形成され、該雌ねじ溝 5の一端側と他端側とを連通させて循環経路となるチューブ 15が、チューブ押え 17によって平面部 13に固定されている。そして、チューブ 15内を通してボール 9を移送して雌ねじ溝 5の一端側力も他端側へボール 9を循環させるように構成されている。また、ナット 7 の両端には、プラスチイック製のダストシール 19が配設され、異物が外部からナット 7 内に侵入するのを防止するようになって、る。

[0018] ボールねじ 1は上記の如く概略構成される力ボール 9同士が衝突して騒音が発生したり、ボール 9が損傷する。そこで、図示されるように、ボール 9とボール 9の間に保持ピース 21を介挿するのが一般的である。例えば、図 3 (ねじ軸 3の軸線と垂直な断面図）〖こ示すように、ボール 9とボール 9との間にボール 9との接触面 11が凹球面状に形成された保持ピース 21が介挿入される。保持ピース 21の材質としては、 66ナイロン等のポリアミドやフッ素榭脂等の合成樹脂が一般的である (特許文献 5参照)。

[0019] 第 4の背景技術としては、電動射出成形機やプレス機械等で使用されるボールねじは、比較的大型で且つ高荷重が負荷されるものであり、瞬間的に高負荷が作用する短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する (往復運動）という厳しい条件下で使用される。

このようなボールねじにぉ、ては、該ボールねじが組み込まれた装置そのものの剛性不足により、ねじ軸とナットとの間にこじりモーメント荷重が作用することが避けられない。こじりモーメント荷重が作用した状態でボールねじが使用されると、ボールの公転速度が負荷領域内で異なることとなるため、ボール戻し路（ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とで形成されたボール転動路の終点力始点へボールを送ってボールを循環させる通路）において、ボールの詰まりが発生するおそれがある。また、ボール戻し路内をボールが千鳥状に動きながら移動するため、ボールがボール戻し路の内面に擦り付けられながら移動することとなる。

[0020] さらに、このようなボールねじは、負荷容量を上げるために、ねじ軸の径に対してボ一ルの径が大きく設計されている。したがって、ボールの径が大きくなるに伴ってボールの運動エネルギーも大きくなるため、ボールがボール戻し路に及ぼす影響も大きくなる。

ボール戻し路の内面に過大な力で擦り付けられながらボールが運動すると、ボール戻し路の内面に摩耗や剥離が生じ、ボールの循環不良が生じるおそれがある。また、その摩耗粉や剥離粉が異物として作用するため、ねじ溝やボールに早期剥離が生じて、ボールねじが短寿命となるおそれもある。

[0021] このような問題の対策として、前述のボール戻し路に相当する循環チューブの内面粗さを算術平均粗さで 0. 2 mRa以下としたボールねじが提案されている。このような構成から、循環チューブの内面とボールとの接触に伴う金属粉等のゴミの発生が抑制されるので、ねじ溝とボールとの間に入り込む異物の量を抑制することができる。 (特許文献 6参照）

[0022] さらに、前述のボール戻し路に相当する循環部材を固体潤滑剤で構成したボールねじが開示されている。このようなボールねじは、潤滑油やグリース等による通常の潤滑が困難な環境下で好適に使用可能である。（特許文献 7参照）

特許文献 1 :特開 2000— 346162号公報

特許文献 2 :特開 2004— 60742号公報特許文献 3：特開 2001—49274号公報

特許文献 4：特開平 6 - 109022号公報

特許文献 5 :特開平 11 315835号公報

特許文献 6：特開 2004— 92787号公報

特許文献 7：特開昭 62— 283252号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0023] 第 1の課題としては、従来の一般的なボールねじにおいては、 RZDを 52%以上 54 %以下としているが、電動射出成形装置や電動プレス装置などでボールねじに要求される極めて大きな負荷に対し、充分に面圧を抑えることができなくなり、その結果として軌道面における繰り返し応力による剥離損傷 (疲れ寿命による剥離)が早期に発生し、要求寿命を満たさなくなる、という問題があった。

[0024] また、軌道面の発生面圧、繰り返し応力を充分抑えて、転がり疲れ寿命による剥離損傷に対する充分な寿命を持たせようと、 RZDを 52%以下としたボールねじでは、軌道面とボールの間の滑りの大きさによる影響でかえって短寿命化する、という問題がめつに。

[0025] 第 2の課題としては、通常、ねじ軸やナットのボールねじ溝は、所定の断面形状に成形した総型砲石を回転させながら相対的に軸方向に移動させて砲石形状を転写させて研削する総型研削仕上げされる。そのため、軸方向粗さに比べて砲石形状がそのまま転写される直角方向の面粗さはかなり粗くなり、表面粗さは 0. 3 m程度となるのが一般的である。これに対し、ボールは、表面粗さ 0. 006 μ m程度まで仕上げられている。そのため、特許文献 1のように、ボールの表面硬度をねじ軸のボールねじ溝やナットのボールねじ溝の各表面硬度より高くしただけでは、ボールの損傷や摩耗は避けられない。

[0026] また、特許文献 2では、ボール、ねじ軸のボールねじ溝、ナットのボールねじ溝に二硫ィ匕モリブデン力もなる潤滑被膜を形成してヽるが、潤滑被膜の剥離による寸法変化の観点力その膜厚を 0. 5 m以下と規定している。これは、特許文献 2のボールねじが、予圧を付与する構成であり、高度な送り精度が要求される用途に使用されることに由来するが、本発明が想定する高負荷用途のボールねじにおいては、このような薄、潤滑被膜では耐久面での懸念がある。

[0027] 本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、ボールの損傷や摩耗を従来よりも抑え、長寿命で信頼性の高い、特に、電動射出成形装置や電動プレス装置などで使用される、高負荷用途に好適なボールねじを提供することを目的とする。

[0028] 第 3の課題としては、保持ピース 21は常にボール 9と接触し、滑りを生じながら循環経路内を無限循環運動するため、保持ピース 21とボール 9との間には滑り摩擦が絶えず生じ、ボールねじ 1の作動性を悪ィ匕させるという問題を抱えている。このような不具合は、ボールねじ 1の他にも、ボールと保持ピースとを備える直動装置全般に起こる現象である。

[0029] 本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、保持ピースを備える直動装置における作動性の向上を目的とする。

[0030] 第 4の課題としては、前述の特許文献 6のボールねじは、金属粉等のゴミの発生が抑制されるので、異物の嚙み込みによるねじ溝やボールの早期剥離を抑制することはできるが、循環チューブの内面の摩耗や剥離を十分に抑制することは困難であつた。また、特許文献 2のボールねじは、ボール戻し路の摩耗や剥離を防止する対策は施されていない。さらに、特許文献 7のボールねじは、固体潤滑剤で構成された循環部材の強度が高くないため、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下で使用された場合には、循環部材の破損やボールねじの機能不全が生じるおそれがあった。

そこで、本発明は、上記のような従来のボールねじが有する問題点を解決し、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下で使用されても、摩耗，剥離等の損傷が生じに《長寿命なボールねじを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0031] 上記目的を達成するために、本発明は第 1の構成として以下のような構成力なる

(1)外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の溝が形成されたナットと、ねじ軸の溝とナットの溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、前記戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、

ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、

ボールの直径 (D)に対する前記溝の断面を形成する円弧の半径 (R)の比 (R/D)が 5 1. 0%以上 52. 0%未満であり、

前記ボール自身または前記ボールと接触する部品の少なくとも、ずれかの表面に固体潤滑剤被膜が成膜されている、ボールねじ。

[0032] また、本発明は第 2の構成として以下のような構成力もなる。

(2)外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、前記ねじ軸の外周に嵌合され、かつ、内周面に前記ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ軸を有するナットと、前記ねじ軸のボールねじ溝と前記ナットのボールねじ両ボールねじ溝とで構成されるボール転動路と、ナットに設けられ、前記ボール転動路の一部と他の一部と連通させた接続路と、前記接続路と前記ボール転動路とで構成される無端状に連通するボール循環路と、前記ボール循環路内に無端状に配列するように収容された複数のボールとを備えるボールねじにぉ、て、前記ねじ軸のボールねじ溝及び前記ナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも、前記ボールの表面硬度が高ぐかつ、該ボールの表面に 1 μ m以上 5 μ m以下の膜厚で固体潤滑剤膜が成膜されてヽることを特徴とする（ 1)記載のボールねじ。

(3)前記固体潤滑剤膜が二硫ィ匕モリブデンまたは軟質金属力なることを特徴とする上記（2)記載のボールねじ。

(4)前記軟質金属がスズ、金、銀、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金力選ばれることを特徴とする上記（3)記載のボールねじ。

(5)前記ボールの表面硬度が HRC63以上であることを特徴とする上記（2)〜 (4)の何れか 1項に記載のボールねじ。

[0033] また、本発明は第 3の構成として以下のような構成力もなる。

(6)ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、前記溝の断面がゴシックアーク状（半径が同じで中心が異なる二つの円弧が連結された形状)であり、ボールの直径 (D )に対する前記溝の断面のゴシックアークを形成して、る円弧の半径 (R)の比 (RZ D)が 51. 0%以上 52. 0%未満であり、前記ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つは、表面に固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とする上記

( I)記載のボールねじ。

[0034] このボールねじによれば、ねじ軸およびナットの少なくともいずれかについて、前記溝の断面をゴシックアーク状とし、前記比 (RZD)を 51. 0%以上 52. 0%以下とすることで、負荷容量を大きくできる。また、これに伴って、ボールと軌道をなす溝との接触楕円の長軸が長くなつて、滑り成分が大きくなるが、ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つの表面に固体潤滑剤被膜が形成されて、るため、良好な潤滑特性が確保されて、早期損傷が防止される。

[0035] (7)電動射出成形機やプレス機械用のボールねじは前記ボールと軌道の隙間が 5 μ m以上 70 m以下であるため、前記固体潤滑剤被膜の厚さを 0. 5 m以上 3. Ο μ m以下とすることで、良好な潤滑特性が得られる。

(8)前記固体潤滑剤被膜としては、二硫ィ匕モリブデンまたはスズからなる被膜が例示できる。

(9)前記ボール間に保持ピースが配置されていることが好ましい。

[0036] また、本発明は第 4の構成として以下のような構成力もなる。

( 10)前記各ボールの間に介装される保持ピースと、前記直動体に形成され、前記ボール溝の一端側力他端側に前記ボールを循環させる循環経路とさらにを備え、前記保持ピースの少なくともボールと接触する面に、二硫ィ匕モリブデン、軟質金属または高分子材料力なる被膜が成膜されて、ることを特徴とする上記（1)記載の直動装置。

[0037] 本発明は第 5の構成として次のような構成力もなる。

( I I)前記ボール戻し路の内面に、二硫ィヒモリブデン及び有機モリブデン化合物の少なくとも一方カゝらなる固体潤滑被膜を被覆したことを特徴とする上記（1)記載のボールねじ。

[0038] (12)前記ボール戻し路を榭脂で構成したことを特徴とする上記（11)記載のボールねじ。 (13)前記ボール戻し路を射出成形で製造された榭脂製部材で構成したことを特徴とする上記（11)記載のボールねじ。

(14)前記ボール戻し路を金属で構成したことを特徴とする上記（11)記載のボールねじ。

(15)前記ボール戻し路を金属プレス加工で製造された金属製部材で構成したことを特徴とする上記（11)記載のボールねじ。

発明の効果

[0039] 溝 R比を 51〜52%とし、ボールまたはボールと接触する表面に二硫ィ匕モリブデン、軟質金属などの表面被膜処理による固体潤滑剤被膜を成膜したため、高荷重時のボールと溝に作用する面圧を抑制できるとともに、ボールねじ固有の特性であるらせん溝であることと、溝 R比を小さくしたことにより発生する、滑り成分の増大による短寿命の問題を接線力を抑えることにより、同時に解決でき、高荷重、長寿命なものとなる

[0040] 本発明のボールねじは、ボールの表面硬度を、ねじ軸のボールねじ溝及び前記ナツトのボールねじ溝の各表面硬度よりも高くし、更にボール表面に 1 μ m以上 5 μ m以下の厚い固体潤滑剤膜を成膜したため、ボールの損傷や摩耗の発生をより確実に防止でき、長寿命で信頼性の高いものとなる。

[0041] 本発明の直動装置は、ボールと接触する面に潤滑性を有する被膜が成膜された保持ピースを介装されているため、作動不良が無ぐ長期にわたり安定して作動する。

[0042] 本発明のボールねじは、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下で使用されても、摩耗，剥離等の損傷が生じに《長寿命である。

図面の簡単な説明

[0043] [図 1]直動装置の一種であるボールねじの一例を示す上面図である。

[図 2]図 1の AA断面図である。

[図 3]図 1に示したボールねじのねじ溝に沿って示す拡大図である。

[図 4]保持ピースの一例を示す断面図である。

[図 5]保持ピースの他の例を示す断面図である。

[図 6]保持ピースの更に他の例を示す図である。 [図 7]直動装置の他の例であるリニアガイドの一例を示す斜視図である。

[図 8]実施例 7のトルク測定テータである。

[図 9]実施例 8のトルク測定テータである。

[図 10]実施例 9のトルク測定テータである。

[図 11]比較例 6のトルク測定テータである。

[図 12]比較例 7のトルク測定テータである。

[図 13]この実施形態のボールねじの、ねじ軸およびナットの溝断面を示す図である [図 14]ボールねじの一例を示す斜視図である。

[図 15]ボールねじの一例を示す断面図である。

[図 16]保持ピースを有するボールねじの一例を示す部分断面図である。

[図 17]保持ピースの一例を示す断面図である。

[図 18]保持ピースの一例を示す断面図である。

[図 19]チューブの端部の周辺部分を示す要部断面図。

符号の説明

1 ボーノレねじ

3 ねじ軸

3a 雄ねじ溝

5 雌ねじ

5a 雌ねじ溝

7 ナット

9 ボール

15 チューブ

21 保持ピース

23 凹面

77 ボール転動路

101 ねじ軸

111 ねじ軸の溝 (螺旋状の溝）

102 ナツ卜 121 ナットの溝 (螺旋状の溝)

122 ナットの貫通穴

103 ボール

104 チューブ（戻し路）

107 保持ピース

170 保持ピース

K 軌道

発明を実施するための最良の形態

[0045] 以下、本発明のボールねじの実施形態に関し図面を参照して詳細に説明する。

(第 1実施形態）

[0046] 本発明にお、て、ボールねじ自体の種類や構成には制限がな、が、例えば電動射出成形機やプレス機械等に使用されるような、比較的大型で高荷重で使用されるボールねじが主たる対象となる。図 1 (上面図）及び図 2 (図 1の ΑΑ断面図）にボールねじの一例を示すが、図示されるように、ボールねじ 1は、雄ねじ溝 3aがその外周に螺旋状に形成されたねじ軸 3と、雄ねじ溝 3aと対向する雌ねじ溝 5aがその内周に螺旋状に形成された円筒形状のナット 7と、雄ねじ溝 3aと雌ねじ溝 5aとで形成されるボ一ル転動路に介装された多数のボール 9とを主要構成部材としている。ナット 7には、一端に図示しないテーブル等に固定するためのフランジ 11が形成されるとともに、外周面の一部（図 2中の上方）に平面 (切欠面） 13が切削加工されている。また、ナット 7には、ボール 9の循環経路とし前後一対の鋼管製のチューブ 15が固着されており、両ねじ溝 3a, 5a間を回転しながら軸方向に移動したボール 9がこれらチューブ 15を介して循環する構造となっている。尚、図中、符号 17はナット 7の平面 13上にチューブ 15を固定するためのチューブ押えを示し、符号 19はナット 7の両端に取り付けられた防塵用のプラスチックシーノレを示して!/ヽる。

[0047] 本発明では、ボール 9の表面硬度を、雄ねじ溝 3a及び雌ねじ溝 5aの各表面硬度よりも高く設定する。ボール 9の表面硬度は相対的に設定できる力 HRC63以上とすることで損傷や摩耗をより抑えることができる。このような表面硬度の関係を満足するには、ボール 9、ねじ軸 3及びナット 7の各材質を選択したり、熱処理等の表面処理を施せばよい。

[0048] また、ボール 9には、二硫ィ匕モリブデンまたは軟質金属力もなる潤滑被膜を成膜する。

軟質金属としては、潤滑効果や成膜性から、スズ、金、銀、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金が好ましい。潤滑被膜の膜厚は、高負荷用途を考慮して 1 μ m以上 5 μ mとする。膜厚が 1 m未満では、高負荷用途に使用した場合、耐久性に劣るおそれがある。高負荷用途のボールねじでは一般に、予圧を与えて送り精度を高めるようなボールねじ (特許文献 2参照）ほどボール 9の寸法精度は要求されることはなヽ力潤滑被膜が 5 /z mを越えると支障を来たすようになる。尚、潤滑被膜を形成する二硫ィ匕モリブデンや軟質金属は固体潤滑剤であるため、剥離してもグリースに混入して潤滑作用を発揮する。

[0049] ボール 9に潤滑被膜を成膜する方法には制限がないが、上記のように比較的厚い膜を、膜厚を制御しながら成膜するには、ショットピーユング法が好適である。このショットピー-ング法は、ショット材と呼ばれる粒径数十/ z m程度の小球を投射装置から被処理面に向けて加速して噴射し、小球を被処理面に高速で衝突させる方法であり、本発明では二硫ィ匕モリブデンや軟質金属をショット材に用い、ボール 9の表面に向けて噴射する。

[0050] 尚、ショットピーユング法では一般に、被膜表面が粗くなる傾向にある。そのため、必要に応じて、潤滑被膜の表面を平滑化してもよい。

実施例

[0051] 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、本発明は以下の実施例により何ら制限されるものではない。

[0052] [実施例 1〜5、比較例 1〜4]

日本精ェ (株)製のボールねじ (仕様は下記の通り）に、表面硬度及び潤滑被膜の異なる各種ボールを組み込み、日本精ェ (株)製ボールねじ耐久試験機にて耐久試験を行い、寿命の比較を行った。尚、被膜は市販のショットピーユング機を用いて成膜した。

•日本精ェ (株）製ボールねじ「BS6316— 10. 5 ( W ： 63 X 16 X 300 - Ct7) •軸径： 65mm

•リ ~~ド： 16mm

•BCD : 65mm

'ボール径： 12. 7mm

•有効巻き数: 3. 5巻き X 3列

•ねじ軸、ナットの材質 ·熱処理： SCM420H ·浸炭熱処理

•ねじ軸、ナットの転走面の硬度： HRC62

•ボールねじ動定格荷重、 Ca:450kN

'試験荷重： 300kN (0. 67Ca)

•こじりモーメント： 4. 2kN-m

'潤滑：リューべ (株)製 YS2グリースを自動給脂装置にて自動供給

[0053] 耐久試験は、定期的にボールねじを分解し、ボール、軌道溝の何れかに剥離が生じるまでの走行距離を求めた。剥離が発生した時点でボールねじの寿命と判断した。表 1に試験結果を示す。表 1中、寿命は比較例 1、すなわち、従来の高負荷用途ァクチュエーター用ボールねじの寿命を 1とした時の寿命比である。

[0054] [表 1]

表 1の実施例では RZD比 52%を想定したものである。

実施例 1は、表面硬度 HRC64のボールに 1. 2 ^ πι( Μο8被膜を成膜した仕様

2

であり、寿命は 1. 68倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例 2は、表面硬度 HRC63のボールに 4. 8 mの MoS被膜成膜した仕

2

様であり、寿命は 1. 72倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例 3は、表面硬度 HRC64のボールに 2. 0 mの Sn被膜を成膜した仕様であり、寿命は 1. 5

8倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例 4は、表面硬度 HRC63のボールに 3. 6 /z mの Sn被膜を成膜した仕様であり、寿命は 1. 65倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例 5は、表面硬度 HRC65のボールに 4.

の Sn被膜を成膜した仕様であり、寿命は 1. 48倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。

[0056] このように、本発明に従、、ボールの表面硬度を転走面の表面硬度よりも高くし、かつ、ボーノレに 1 μ m以上 5 μ m以下の固体潤滑膜を成膜することにより、長寿命となる。これは、油膜切れが起こっても、固体潤滑膜によりボール同士の金属接触が無くなり、更にはボールの表面硬度が転走面の表面硬度よりも高いため、ボールの損傷や摩耗が抑えられたことによるものと推察される。また、ボールの表面硬度が転走面の表面硬度よりも高いため、何れも転走面側に剥離が生じている。

[0057] これに対し比較例 1は、従来一般の高負荷用途ァクチユエ一ターボールねじ仕様である。即ち、転走面の表面硬度と同じ表面硬度 (HRC62)で、固体潤滑膜を成膜していないボールを用いた仕様である力ボール同士が金属接触して摩耗し、早期に剥離に至っている。また、比較例 2はボールの表面硬度をねじ軸やナットのボールねじ溝の表面硬度よりも高くしているが、固体潤滑膜が成膜されていないため、ボール同士が金属接触を起こしてボールの表面粗さが悪ィ匕し、転走面に剥離が発生している。ボールの表面硬度が高まり、耐摩耗性が向上しているはずである力効果は現われず、寿命は比較例 1と同等である。また、比較例 3は、比較例 1の構成に、固体潤滑膜を成膜した仕様であるが、ボール同士の金属接触は無くなったものの、ボールの表面硬度が転走面の表面硬度と同等であること力ボールの耐摩耗性の向上が少なぐ寿命の伸びも僅かである。また、比較例 4は、表面硬度が転走面の表面硬度よりも低ぐ固体潤滑膜も成膜しないボールを用いた仕様であるが、ボール同士が金属接触してボールの表面粗さが低下して転走面を損傷し、更にはボールの表面硬度が転走面の表面硬度より低いため、ボールにも剥離が生じている。そのため、比較例 1と比較してもかなり短寿命である。

[0058] (第 2実施形態）

図 13は、この実施形態のボールねじのねじ軸およびナットの溝断面を示す図である。

ねじ軸 101の溝 111の断面は、ゴシックアーク状、すなわち、半径が同じ (R )で中

1 心 O , Ο が異なる二つの円弧が連結された形状である。ナット 102の溝 121の断面

11 12

も、ゴシックアーク状、すなわち、半径が同じ (R =R )で中心 O , O が異なる二つ

2 1 21 22

の円弧が連結された形状である。また、ボール 102の直径 (D)に対する溝 111, 121 の断面円弧の半径 (R)の比 (RZD)が、 51. 0%以上 52. 0%以下である。

[0059] そして、ボール 103の表面に、二硫化モリブデンからなる被膜が 0. 5 μ m以上 3. 0 m以下の厚さで形成されている。また、ねじ軸 101およびナット 102の溝 111, 121 で形成される軌道とボール 103との隙間は、 5 μ m以上 70 μ m以下である。これにより、この実施形態のボールねじは、従来のボールねじよりも負荷容量が大きぐ寿命が長くなる。

[0060] なお、この実施形態では、ボール 103に固体潤滑剤被膜を形成してヽるが、固体潤滑剤被膜をボール 103に形成せずに、ねじ軸 101の溝 111およびナット 102の溝 121のいずれかまたは双方に形成してもよいし、ボール 103とねじ軸 101の溝 111およびナット 102の溝 121のいずれかまたは双方とに形成してもよい。また、固体潤滑剤被膜の材質は二硫ィ匕モリブデン以外のもの（例えば、前述の特許文献 2に記載されて、るもの）であってもよ！/、。

[0061] また、この実施形態では、ボール同士が接触する総ボール構造のボールねじについて説明したが、本発明のボールねじは、図 16に示すように、ボール 103間に保持ピース 107を配置して、保持ピース 107でボール 103を保持する構造であってもよい保持ピース 107は、合成樹脂を所定形状に成形して得ることができる。使用できる合成樹脂としては、ポリアミド 6、ポリアミド 66、ポリアミド 64、芳香族ポリアミド等のポリアミド榭脂、ポリアセタール榭脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート系エラストマ一、ポリブチレンナフタレート系エラストマ一等が挙げられる。また、これらの合成樹脂には、補強材として、ガラス繊維、カーボン繊維、チタン繊維、力リウムゥイス力、硼酸アルミニウムウイスカ等を配合してもよい。

[0062] 保持ピースの形状の例として、図 17および図 18に示すものが挙げられる。

図 17の保持ピース 107は、略円柱状であって、円柱の 2つの底面にボール 103を受ける凹面 171が形成されている。この保持ピース 107は、凹面 171の形状を、曲率半径 Rがボール 103の半径 rよりも大きい球面にしているため、保持ピース 107の周縁部の厚さ Lに対して中央部の厚さ tが小さくなつている。これにより、多数のボール 1 03を軌道 K内に配設することができるとともに、ボール 103と保持ピース 107との接触面積を小さくして、摺動抵抗を小さくすることができる。

[0063] 保持ピース 107の凹面 171の形状は、 2個の円弧が連結されたゴシックアーク状としたり、円錐形状とすることもできる。また、凹面 171に貫通穴を設け、この貫通穴内に潤滑剤を保持させて、ボール 103との接触抵抗を低減させるようにしてもょ、。保持ピース 107が軌道 Kおよびチューブ 104内を通過する際に、これらの軌道 K、チューブ 104、および接続部に干渉せず、滑らかに循環できるように、保持ピース 10 7の外径寸法はボール 103の直径よりも小さく設定される。具体的には、保持ピース 1 07の外径寸法を、ボール 103の直径寸法の 0. 5倍〜 0. 9倍とすることが好ましい。

[0064] 図 18の保持ピース 170は、球体の互いに反対側となる二つの側部が凹球面 172 で除去された形状であり、外周が凸面となっている。また、複数の保持ピースを連結部材で連結した部材でボールを保持してもよい。

また、本発明のボールねじは、電動射出成形機やプレス機械用以外にも、たとえば自動車のブレーキ用、自動車の無段変速機 (ベルト式 CVT)用などの用途に好適である。

[実施例 6、比較例 5]

[0065] 日本精ェ (株）製のシングルナットチューブ式ボールねじ「： BS6316— 10. 5」を用い、ねじ軸およびナットのゴシックアーク状溝断面の円弧の半径 (R=R =R )のボ

1 2 ール直径 (D)に対する比 (RZD)と、固体潤滑剤被膜の材質および膜厚を、下記の表 1に示すように変化させて、寿命試験を行った。

二硫ィ匕モリブデン被膜およびスズ被膜は、市販のショットピーユング装置を使用し、ボールに所定厚さの被膜が得られるように処理時間を調整して形成した。これらの被膜の厚さは、被膜形成前後のボール直径を電気式ダイヤルゲージで測定し、両者の差を 2で割ることにより算出した。

[0066] 「BS6316— 10.5」の諸元は、有効巻き数： 3.5卷き X 3列、ねじ軸外径： 65mm、リード： 16mm、ボール直径： 12.7mm、 BCD :65mm,単体すきま： 20〜30/z mである。

各ボールねじを日本精ェ (株)製のボールねじ耐久寿命試験機にかけて、試験荷重（軸方向荷重）： 300kN、ストローク： 80mm、回転速度： 500rpm、温度：ナットの外周部を温度 80°Cに保持、潤滑剤：リューべ (株)製「YS2グリース」を自動給脂装置にて自動供給の条件で、ボールねじを往復運動させる耐久寿命試験を行った。この試験は、ねじ軸またはナットの溝、あるいはボールのいずれかに剥離が生じるまでの走行距離を寿命として測定した。次に、各サンプルで得られた寿命から、サンプル No .10の寿命を「1」とした相対値を算出した。

これらの結果も下記の表 2に併せて示す。

[0067] [表 2]

No. R/D 固体潤滑剤被膜寿命

(%) 材質厚さ（ m) (相対値）

1 51.3 MoS₂ 0.4 1.11

2 51.7 MoS₂ 1.8 1.37

3 51.2 MoS₂ 1.3 1.62

4 51.5 oS₂ 2.6 1.58

5 51.5 oS₂ 3.6 1.20

6 51. MoS₂ 5.7 1.11

7 51.2 Sn 1.5 1.62

8 51.9 Sn 2.7 1.28

9 51.8 Sn 1.9 1.67

10 52.1 挺し 1

11 51.6 無し 0.95

12 53.2 oS₂ 2.2 1.06

13 52.5 Sn 2.8 1.02 [0068] この表から、本発明の実施例 6に相当する No. 1〜9のボールねじは、比較例 5に相当する No. 10〜13より寿命が長くなつた。 No. 1〜9のうち、固体潤滑剤被膜の膜厚が 1. 以上 2. 以下である No. 2〜4, 7〜9の寿命 ίま、 No. 10の 1. 28〜1 . 67倍であったのに対して、膜厚力 SO. 4 mである No. 1、 3. 6 mである No. 5、および 5. である No. 6の寿命は、 No. 10の 1. 11〜1. 20倍であった。この結果から分かるように、固体潤滑剤被膜の厚さは 0. 5 /ζ πι〜3. であることが好ましい。

[0069] 固体潤滑剤被膜の厚さが 0. 4 mでは、固体潤滑剤被膜が早期に剥離して固体潤滑剤被膜による潤滑作用が早期に失われたため、寿命向上効果がさほど得られな力たと推測される。また、固体潤滑剤被膜の厚さが 3. O /z mを超えると、剥離した固体潤滑剤が過剰に異物としてグリース中に混入するため、寿命向上効果がさほど得られなカゝつたと推測される。

No. 12と 13では、固体潤滑剤被膜を厚さ 2. 2〜2. 8 mで形成している力 R/ Dが本発明の範囲力も外れるため、 No. 10と同等程度の寿命となった。 No. 11では、RZDを 51. 6%としているが固体潤滑剤被膜を形成していないため、 No. 10より寿命が短かった。

(第 3実施形態）

[0070] 本発明において、直動装置の種類、その具体的な構成や構造は特に制限されるものではなぐ保持ピースを備えたボールねじやリニアガイド装置、リニアベアリング装置等を対象とすることができる。

[0071] ボールねじとしては、図 1及び図 2に示した構成のものを例示できる。そして、本発明においては、保持ピース 21を、少なくともボール 9と接触する面、好ましくは全表面に潤滑性を有する被膜、具体的には二硫化モリブデンや軟質金属、高分子材料からなる被膜を成膜する。尚、軟質金属スズ、金、銀、鉛、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金、ホワイトメタル等が好適である。また、高分子材料としては PTGEや PTA等が好適である。これらの被膜は、剥離してもグリース等に混入して潤滑作用を発現する。 [0072] 被膜の膜厚は、効果を確実に、かつ、長期にわたり発現するために、： L m〜5 mが好ましい。 1 μ m未満の薄い被膜では耐久性に劣るおそれがあり、 5 μ mを越えて厚く被膜を成膜しても効果が飽和して不経済となる。

[0073] 被膜を成膜する方法には制限がないが、上記のように比較的厚い膜を、膜厚を制御しながら成膜するには、ショットピーユング法が好適である。このショットピーユング法は、ショット材と呼ばれる粒径数十/ z m程度の小球を投射装置力被処理面に向けて加速して噴射し、小球を被処理面に高速で衝突させる方法であり、本発明では二硫化モリブデンや軟質金属、高分子材料をショット材に用い、保持ピース 21〖こ向けて噴射する。尚、ショットピーユング法では一般に、被膜表面が粗くなる傾向にあるため、必要に応じて被膜表面を平滑化してよい。

[0074] 保持ピース 21は合成樹脂製とすることができ、ポリアミド 6、ポリアミド 66、ポリアミド 4 6、芳香族ポリアミド等のポリアミド榭脂、ポリアセタール榭脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート系エラストマ一、ポリブチレンナフタレート系エラストマー等を所定形状に成形して得られる。また、これらの合成樹脂には、補強のために

、ガラス繊維、カーボン繊維、チタン繊維、カリウムウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイス力等を配合してもよい。

[0075] また、保持ピース 21の形状は、特に制限されるものではないが、図 4に断面図にて示すように、両側にボール 9の半径 rよりも大きい曲率半径 Rを有する凹球面 23が形成された円盤状とすることができる。このような形状とすることで、全厚 Lに対して中央部の厚み tが小さくなり、より多数個のボール 9を配設することができるとともに、ボール 9と保持ピース 21との接触面積を小さくして摺動抵抗を最小とすることができる。

[0076] その他にも、凹球面 23の形状は、 2個の円弧を中間部で交差させて形成されるゴシックアーチ形の凹面としたり、円錐形状の凹面とすることもできる。また、凹面に貫通穴を設けたり、該貫通穴内に潤滑剤を保持させてボール 9との接触抵抗を低減させるようにしてちょい。

[0077] 保持ピース 21としては、上記の他にも、図 5に示すような断面形状を有するものや、図 6に示すように複数の保持ピース 21を連結部材 22により連結したもの等も可能である。何れの保持ピース 21も同様に、上記の被膜が成膜される。 [0078] 以上、本発明の実施形態に関してボールねじを例示して説明したが、他の直動装置であるリニアガイド等についても同様の保持ピースを介挿することにより、作動性の向上を図ることができる。

[0079] 例えば、図 7にリニアガイドの一例を示す力このリニアガイドは、外面に転動溝 32 を有する案内レール 31と、その案内レール 31を跨いで組み付けられたスライダ 35とを備えている。スライダ 35の内部には、案内レール 31の転動溝 32との間でボール循環経路が形成されており、このボール循環経路の内部にボール、並びに上記のように被膜が成膜された保持ピースが転動自在に収容されて!、る。

[0080] [実施例 7〜9、比較例 6〜7]

日本精ェ (株)製のボールねじ (仕様は以下の通り）に、表 3に示すように、仕様の異なる保持ピースを組み込み、トルク測定を行い、作動性を評価した。保持ピースは榭脂製であり、市販のショットピーユング機を用い、ショット材として実施例 7では平均粒径 1 μ mの二硫ィ匕モリブデン微粒子、実施例 8では平均粒径 2. 5 μ mのスズ微粒子、実施例 9では平均粒径 3 mの PTFE微粒子を用いて被膜を成膜した。また、比較例 6では、保持ピースを介装しない総ボール仕様であり、比較例 7では、被膜を成膜せず、保持ピースをそのまま用いた仕様である。

•日本精ェ (株）製ボールねじ BS3610— 2. 5 (呼び番号：36 10 300— 7)

'軸径： 36mm

•リード： 10mm

•BCD : 37mm

'ボーノレ径： 6. 35mm

•有効巻き数: 2. 5巻き X I列

'トルク測定回転数： lOrpm

•ストローク： 100mm

•試験荷重：ダブルナット式パネにて 8800Nの軸方向荷重を付与

[0081] トルクの測定データを図 8〜図 12に示す力作動性はトルクの変動幅で判断し、作動性が悪!ヽ順に「 X」→「△」→「〇」→「◎」の 4段階で評価した。結果を表 3に示す。 [0082] [表 3]

注）作動性評価：作動性悪い「X」 → 「△」 → 「〇」 → 「◎」作動性良し

[0083] 表 3に示すように、保持ピースを介装しな、比較例 6では作動性が最も悪、。保持ピースを介挿した仕様でも、比較例 7では被膜を成膜しな!ヽため作動性の改善効果が少ない。

これに対し、本発明に従い、二硫ィ匕モリブデンやスズ、 PTFE力もなる被膜を成膜した保持ピースを介装した各実施例では、何れも作動性が大きく改善して、る。

[0084] (第 4実施形態）

図 19は、チューブの端部の周辺部分を示す要部断面図である。

図 1, 2, 19に示すように、ボールねじ 1は、螺旋状のねじ溝 3aを外周面に有するねじ軸 3と、ねじ軸 3のねじ溝 3aに対向する螺旋状のねじ溝 5aを内周面に有するナット 7と、両ねじ溝 3a, 5aにより形成される螺旋状のボール転動路 77に転動自在に装填された複数のボール 9と、を備えている。そして、ボール 9を介してねじ軸 3に螺合されて、るナット 7とねじ軸 3とを相対回転運動させると、ボール 9の転動を介してねじ軸 3 とナット 5とが軸方向に相対移動するようになっている。なお、ねじ溝 3a, 5aの断面形状は、円弧状でもよ、しゴシックアーク状でもよ!/、。

[0085] ナット 7の外周面の一部は、切り欠かれて平面部 13が形成されている。そして、ボール転動路 77の始点と終点とを連通させて無端状のボール循環路を形成するチューブ 15が、チューブ押え 17によって平面部 13に固定されている。ボール 9は、ボール転動路 77内を移動しつつねじ軸 3の回りを複数回回ってボール転動路 77の終点に至ると、チューブ 15の一方の端部から掬い上げられてチューブ 15内を通り、チューブ 15の他方の端部力もボール転動路 77の始点に戻される。このように、ボール転動路 77内を転動するボール 9がチューブ 15により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸 3とナット 7とは継続的に相対移動することができる。

[0086] なお、チューブ 15が本発明の構成要件であるボール戻し路に相当する。また、チューブ 15の材質は特に限定されるものではないが、榭脂ゃ金属が好ましい。ボール戻し路は、肖 ijりで製造してもよいし、材質が榭脂の場合は成形で、金属の場合はプレスで製造してもよヽ。

このチューブ 15の内面には、二硫化モリブデン及び有機モリブデン化合物の少なくとも一方カゝらなる固体潤滑被膜 (図示せず)が被覆されている。この固体潤滑被膜は、両ねじ溝 3a, 5aの溝面にさらに被覆しても差し支えない。このような固体潤滑被膜を備えているので、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下でボールねじ 1が使用され、チューブ 15の内面にボール 9が過大な力で擦り付けられたとしても、チューブ 15の内面に摩耗，剥離等の損傷が生じにくい。よって、ボール 9の循環不良が生じにく!、。

[0087] また、チューブ 15の内面力も摩耗粉や剥離粉が生じにくいので、異物の嚙み込みによるねじ溝 3a, 5aやボール 9の早期剥離も生じにくい。よって、ボールねじ 1は長寿命である。仮に、ボール 9が擦り付けられることにより固体潤滑被膜が剥離したとしても、固体潤滑被膜の剥離粉がグリース中に拡散し固体潤滑剤として作用するので、グリースの潤滑作用が向上する。

[0088] このようなボールねじ 1は、電動射出成形機やプレス機械に組み込まれた型締装置の型締機構に好適に使用することができる。すなわち、電動モータでボールねじを駆動することにより型締装置の型締を行う型締機構におけるボールねじとして好適である。ただし、本発明のボールねじの用途は、上記のものに限定されるものではない。有機モリブデン化合物の具体例としては、硫ィ匕ジアルキルジチォ力ルバミン酸モリブデン，硫ィ匕ジアルキルジチォリン酸モリブデンがあげられる。ただし、固体潤滑被膜は、軟質金属，高分子材料，金属酸化物，金属窒化物，金属炭化物，粘土鉱物，チタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) ,固体潤滑剤で構成されるものでもよ、。

[0089] 軟質金属の具体例としては、金，銀，鉛，亜鉛，スズ，インジウムがあげられる。また、高分子材料の具体例としては、ポリテトラフルォロエチレン (PTFE) ,パーフルォロアルコキシフッ素榭脂（PTA)があげられる。さらに、金属酸化物の具体例としては、 SiO , Al O , MgO, TiO , ZnOがあげられる。金属窒化物の具体例としては、 Si

2 2 3 2 3

N , ZrN, CrN, TiAINがあげられる。金属炭化物の具体例としては、 SiC, TiC,

4

WCがあげられる。粘土鉱物の具体例としては、ベントナイト，スメクタイト，雲母があげられる。固体潤滑剤の具体例としては、グラフアイト， BN, WS があげられる。

2

[0090] 固体潤滑被膜の形成方法は特に限定されるものではないが、二硫ィ匕モリブデン，有機モリブデンィ匕合物の微粒子を被処理面に衝突させる方法が好まし、。このような処理には、ショットピー-ング法，サンドブラス法等のような気体とともに微粒子を吹き付ける方法や、遠心式投射法を用いることができる。

なお、ボール転動路 7内には、両ねじ溝 3a, 5aの溝面及びボール 9の表面を潤滑するグリース（図示せず）が配されている。グリースの種類は特に限定されるものではないが、鉱物油，エステル系合成油，エーテル系合成油，炭化水素系合成油等を基油として使用したグリースを例示することができる。グリースは、ィォゥ系極圧剤、硫黄リン系極圧剤、及びィォゥとリンと亜鉛とを含む有機金属化合物系極圧剤等の添加剤を含んでいてもよい。

[0091] また、ナット 7の両端には、プラスチック製のダストシール 19を配してもよい。そうすれば、異物が外部からナット 7内部に侵入することが防止される。

さらに、図 2に示すように、隣接するボール 9の間にボール 9同士の接触を防ぐ保持ピース 21を介在させてもよい。そうすれば、ボール 9同士の競り合いが解消されるので、ボール 9の移動がより円滑に行われる。よって、ボール 9の循環性能やボールねじ 1の送り精度が優れ、騒音や振動の発生もより一層抑制される。保持ピース 21の材質は特に限定されるものではないが、例えば、それ自体に潤滑作用を有するポリアミドゃフッ素榭脂、ある、は潤滑油を含浸させたポリエチレン等である。

[0092] [実施例 10〜13、比較例 8〜9]

以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。前述したボールねじ 1とほぼ同様の構成を有する日本精ェ株式会社製のボールねじ BS6316— 10. 5 ( 呼び： 63 X 16 X 300— Ct7)を、日本精工株式会社製のボールねじ耐久試験機に装着して、耐久試験を行った。

このボールねじの仕様は、以下の通りである。 •ねじ軸の直径： 63mm

•リ ~~ド：16mm

'ボーノレの直径： 12. 7mm

•回路数：3. 5卷 X 3列

'軸方向の荷重： 300kN

'こじりモーメント荷重： 4. 2kN-m

'保持ピース：あり

耐久試験に供した実施例 10〜13及び比較例 8, 9のボールねじは、チューブの材質と固体潤滑被膜の種類とが異なっている (表 4を参照)。なお、ボールねじの潤滑は、リューべ株式会社製の YS2グリースを自動給脂装置で自動供給することにより行つた o

[0093] [表 4]

* ) 金属プレス加工品

[0094] 次に、ボールねじの耐久試験について説明する。ボールねじを、日本精ェ株式会社製のボールねじ耐久寿命試験機に装着して回転させ、ねじ軸のねじ溝，ナットのねじ溝，若しくはボールに剥離が生じる力、又は、ボールの循環不良によるボールねじの機能不全が生じるまでの走行距離をボールねじの寿命とした。試験結果を表 4に示す。なお、表 4における寿命の値は、一般的なボールねじである比較例 1のボールねじの寿命を 1とした場合の相対値で示してある。

[0095] 表 4から分かるように、実施例 10〜13のボールねじは、チューブの内面に固体潤滑被膜が被覆されていない比較例 8, 9のボールねじと比べて長寿命であった。なお、実施例 10, 12, 13のボールねじは、ねじ軸のねじ溝に剥離が生じ、実施例 11のボールねじは、ナットのねじ溝に剥離が生じた。

また、比較例 8のボールねじは、チューブの内面が摩耗し、ボールの循環不良によるボールねじの機能不全が生じた。さらに、比較例 9のボールねじは、チューブの内面が剥離し、ボールの循環不良によるボールねじの機能不全が生じた。

なお、実施例では、 RZD比について、特に雄ねじ溝と雌ねじ溝を別の値としていないが、雄ねじ溝の RZDを 52%とした時、雌ねじ溝はボール転動方向についてボールと同一方向の曲面であることより、 RZD54%で雄ねじ溝と近似した接触応力となる。（この差はボール径などにより異なる。）これより、雌ねじ溝の RZDは雄ねじ溝より大きくしても問題ない。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、 2005年 3月 25日出願の日本出願（特願 2005-88323)、 2005年 3月 25日出願の日本出願（特願 2005-88324)、 2005年 3月 28日出願の日本出願（特願 2005-923 75)、 2006年 1月 19日出願の日本出願（特願 2006-11765)、に基くものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

本発明のボールねじは、例えばァクチユエータに好適であり、特に、電動射出成形機やプレス機械等のァクチユエータのような、比較的大型で且つ高荷重が負荷される用途に好適である。

従来のボールねじでは、滑りの悪影響の観点から、溝 R比の下限値は 52%程度であつたが、 MoS被膜をボールに施すことにより、接線力を抑えることができ、 51. 5%

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程度の溝 Rとしても滑りの悪影響による早期損傷を防ぐことができる。溝 Rを小さくすることにより、面圧の低減から、負荷容量のアップを図ることができ、高負荷ボールねじの長寿命化が可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の溝が形成されたナツトと、ねじ軸の溝とナットの溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、前記戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、

ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、

[2] 前記ねじ軸のボールねじ溝及び前記ナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも、前記ボールの表面硬度が高ぐかつ、該ボールの表面に 1 μ m以上 5 μ m以下の膜厚で固体潤滑剤膜が成膜されていることを特徴とする請求項 1記載のボールねじ。

[3] 前記固体潤滑剤膜が二硫ィ匕モリブデンまたは軟質金属力なることを特徴とする請求項 2記載のボールねじ。

[4] 前記軟質金属がスズ、金、銀、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金から選ばれることを特徴とする請求項 3記載のボールねじ。

[5] 前記ボールの表面硬度が HRC63以上であることを特徴とする請求項 1〜4の何れ力 1項に記載のボールねじ。

[6] 前記ねじ軸および前記ナットの少なくとも!/ヽずれかは、

前記溝の断面がゴシックアーク状 (半径が同じで中心が異なる二つの円弧が連結された形状)であり、ボールの直径 (D)に対する前記溝の断面のゴシックアークを形成している円弧の半径 (R)の比 (RZD)が 51. 0%以上 52. 0%未満であり、

前記ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つは、表面に固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とする請求項 1記載のボールねじ。

[7] 前記ボールと軌道の隙間は 5 μ m以上 70 μ m以下であり、前記固体潤滑剤被膜の厚さは 0. 5 m以上 3. 0 m以下である請求項 6記載のボールねじ。

[8] 前記固体潤滑剤被膜は二硫ィ匕モリブデンまたはスズからなる請求項 6または 7記載のボーノレねじ。

[9] 前記ボール間に保持ピースが配置されている請求項 6〜8のいずれ力 1項に記載のボーノレねじ。

[10] 前記各ボールの間に介装される保持ピースと、前記直動体に形成され、前記ボール溝の一端側力他端側に前記ボールを循環させる循環経路とをさらに備え、前記保持ピースの少なくともボールと接触する面に、二硫ィ匕モリブデン、軟質金属または高分子材料力なる被膜が成膜されていることを特徴とする請求項 1記載の直動装置。

[11] 前記ボール戻し路の内面に、二硫ィ匕モリブデン及び有機モリブデンィ匕合物の少なくとも一方カゝらなる固体潤滑被膜を被覆したことを特徴とする請求項 1記載のボールねじ。

[12] 前記ボール戻し路を榭脂で構成したことを特徴とする請求項 11に記載のボールねじ。

[13] 前記ボール戻し路を射出成形で製造された榭脂製部材で構成したことを特徴とする請求項 11に記載のボールねじ。

[14] 前記ボール戻し路を金属で構成したことを特徴とする請求項 11に記載のボールねじ。

[15] 前記ボール戻し路を金属プレス加工で製造された金属製部材で構成したことを特徴とする請求項 11に記載のボールねじ。