JP2002168247A

JP2002168247A - 直動装置

Info

Publication number: JP2002168247A
Application number: JP2000363115A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】運転に伴う発熱を抑制して高速走行時の信頼
性を向上させるとともに、長期にわたる潤滑が維持され
る直動装置を提供する。【解決手段】外方部材と、該外方部材に隙間を介して
対向する内方部材と、前記外方部材と前記内方部材との
間に転動自在に配設され、前記外方部材と前記内方部材
とを相対移動させる複数の転動体と、前記隙間の開口を
密封するシール装置と、前記シール装置に近接して配置
され、潤滑剤を含有した状態で固形化した合成樹脂から
なる潤滑剤供給部材とを備えた直動装置において、前記
潤滑剤供給部材が、熱伝導率が20Ｗ／ｍ・Ｋ以上の固体
潤滑剤を含有していることを特徴とする直動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアガイド装置
やボールねじ等の直動装置に関し、より詳細には運転に
伴う温度上昇を抑え、高速走行時の信頼性と潤滑寿命の
改善を図った直動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の直動装置として、例えば本
出願人による特開平９−２５９３３号公報に記載されて
いるリニアガイド装置がある。このリニアガイド装置で
は、シール装置のリップに近接して潤滑剤供給部材を配
設している。潤滑剤供給部材は、ポリエチレン等のポリ
オレフィン系合成樹脂と潤滑剤（潤滑油やグリース）と
からなる混合物を射出成形等により所定形状に成形して
得られ、潤滑剤を含有した状態で固化しており、その表
面から潤滑剤が徐々に滲み出て長期にわたる潤滑を可能
にしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
潤滑剤供給部材では、ポリエチレン及び潤滑剤が共に熱
伝導率が低いことから、スライダの走行に伴い、近接配
置された潤滑剤供給部材と案内レールとの摺動発熱によ
り摺動部に熱が蓄積し、局所的な発熱が起こりやすくな
っている。スライダの走行速度は高速化の傾向にあり、
それに伴ってこのような局所的な発熱による温度上昇も
高くなってきている。潤滑剤供給部材は樹脂成分を母体
とすることから、高温になるとこの樹脂成分が軟化し、
摺動抵抗が高くなって走行に支障を来たしたり、機械的
強度が低下して破損に至る可能性が高くなる。また、潤
滑剤供給部材は、高温になるほど含有する潤滑剤の放出
量が多くなるため、早期に枯渇するという問題もある。

【０００４】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とし、即ち運転に伴う発熱を抑制して高速走行時の信
頼性を向上させるとともに、長期にわたる潤滑が維持さ
れる直動装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、外方部材と、該外方部材に隙間を介し
て対向する内方部材と、前記外方部材と前記内方部材と
の間に転動自在に配設され、前記外方部材と前記内方部
材とを相対移動させる複数の転動体と、前記隙間の開口
を密封するシール装置と、前記シール装置に近接して配
置され、潤滑剤を含有した状態で固形化した合成樹脂か
らなる潤滑剤供給部材とを備えた直動装置において、前
記潤滑剤供給部材が、熱伝導率が20Ｗ／ｍ・Ｋ以上の固
体潤滑剤を含有していることを特徴とする直動装置を提
供する。

【０００６】上記直動装置においては、潤滑剤供給部材
が、熱伝導率が20Ｗ／ｍ・Ｋ以上の固体潤滑剤を含有す
ることにより、潤滑剤供給部材の熱伝導率が高まり、運
転に伴って発生する熱を効果的に外部に放熱する。その
ため、高速走行時でも潤滑剤供給部材が変形したり、破
損に至ることもなく、また潤滑剤供給部材が本来有する
潤滑剤を徐々に放出する機能も維持され、更には固体潤
滑剤による潤滑作用も付加されて良好な潤滑性能を長期
にわたり確保される。本発明はこのような知見に基づく
ものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面を参照
して詳細に説明する。

【０００８】本発明に係る直動装置として、以下にその
構造を詳述するリニアガイド及びボールねじ装置を例示
することができる。

【０００９】（リニアガイド装置）リニアガイドは、図
１に示すように、外面に転動体転動溝１３Ａ、１３Ｂを
有して軸方向に延びる案内レール１０と、その案内レー
ル１０を跨いで組み付けられたスライダ２０とを備えて
いる。

【００１０】スライダ２０は、スライダ本体２０Ａとそ
の両端部に取り付けられたエンドキャップ２０Ｂとから
なり、スライダ本体２０Ａは両袖部の内側面に案内レー
ル１０の転動体転動溝１３Ａ、１３Ｂに対向する図示さ
れない負荷転動体転動溝を有するとともに、袖部の肉厚
部分を軸方向に貫通する転動体戻し路を有している。エ
ンドキャップ２０Ｂは、スライダ本体２０Ａの転動体転
動溝とこれに平行な転動体戻し路とを連通させる図示さ
れない湾曲路を有しており、それらの転動体転動溝と転
動体戻し路と両端の湾曲路とで転動体循環回路が形成さ
れている。その転動体循環回路内には例えば、鋼球から
なる多数の転動体が装填されている。尚、図中２７はグ
リースニップルである。

【００１１】また、エンドキャップ２０Ｂは、合成樹脂
の射出成形品で、断面ほぼコ字形に形成されている。そ
して、スライダ２０の端部の組立て状態を示す斜視図で
ある図２にも示すように、両エンドキャップ２０Ｂのそ
れぞれの外面側には、エンドキャップ２０Ｂに近い側か
ら順に、補強板２１、潤滑剤供給部材２２およびサイド
シール２３が、重ね合わされた状態で固定されている。

【００１２】補強板２１は、エンドキャップ２０Ｂの外
形に合わせたほぼコ字形状の鋼板であり、その両袖部に
は、取付ネジ２６を貫通させる貫通孔２１ａ、２１ｂが
形成されるとともに、両袖部を連結する連結部には、グ
リースニップル用の貫通孔２１ｃが形成されている。な
お、この補強板２１は、案内レール１０とは非接触であ
る。

【００１３】また、サイドシール２３は、エンドキャッ
プ２０Ｂの外形にあわせたほぼコ字形状の鋼板と、この
鋼板と相似の形状を有してその外面に一体的に成形され
たニトリルゴムとから構成されている。かかるサイドシ
ール２３の案内レール１０と接触するリップ部Ｌは、そ
の内側の面は、スライダ２０と案内レール１０との間の
隙間をシールできるように、その案内レール１０の断面
形状に合わせて案内レール１０の上面１０ａおよび外側
面１０ｂ、また転動体転動溝１３Ａ、１３Ｂにも摺接可
能な形状に成形されている。尚、このサイドシール２３
にも、取付けネジ貫通用の貫通孔２３ａ、２３ｂ及びグ
リースニップル用の貫通孔２３ｃが形成されている。

【００１４】そして、これら補強板２１とサイドシール
２３との間に挟まれている潤滑剤供給部材２２は、図３
に示すように、エンドキャップ２０Ｂの外形に合わせた
ほぼコ字形状に形成されていて、そのコ字形状の内側の
面は案内レール１０の上面１０ａ及び側面１０ｂに沿う
形状となっており、更に案内レール１０の上の転動体転
動溝１３Ｂに対応する突起２２ａ、２２ｂ、並びに下の
転動体転動溝１３Ａに対応する突起２２ｃ、２２ｄがそ
れぞれ形成されて案内レール１０の横断面外形形状に整
合されている。また、潤滑剤供給部材２２は、取付けネ
ジ貫通用の２２ｅ、２２ｆ及びグリースニップル用の貫
通孔２２ｇが形成されている。

【００１５】尚、図２において、符号２５ａ〜２５ｃ
は、リング状スリーブ部材である。

【００１６】（ボールねじ装置）ボールねじ装置は、図
４に示すように、ボールナット３０がねじ軸３１を内包
するように配置され、ボールナット３０の内周に形成さ
れたねじ溝３０ａと、それに対向するねじ軸３１の外周
に形成されたねじ溝３１ｂとの間には、複数のボール３
２が転動自在に配置されている。

【００１７】ボールナット３０の一側端（図中右方端）
には、潤滑剤供給部材３３を介して、円筒状のシールキ
ャップ３４がボルト３５により取り付けられている。ボ
ルト３５の軸部外周には、スリーブ３６がそれぞれ介装
されている。シールキャプ３４の端部には、ラビリンス
シール３７が取り付けられ、ねじ軸３１とシールキャッ
プ３４との間を介して塵芥等の異物が侵入することを防
止している。また、潤滑剤供給部材３３の外周に細い溝
３３ａが形成されており、ここに配置されたガータスプ
リング３８により一定の圧力でねじ軸３１の外周に向か
ってラジアル方向に加圧されている。そのため、例えば
長期運転により潤滑剤供給部材３３の内周面が摩耗して
も、常時、ねじ軸３１との適切な接触が保たれ、良好な
潤滑が確保されるようになっている。

【００１８】上記リニアガイド装置及びボールねじ装置
において、各潤滑剤供給部材２２、３３（以下、符号
略）は、潤滑剤及び固体潤滑剤を含有した状態で固形化
した合成樹脂からなる。この潤滑剤供給部材は、合成樹
脂に潤滑剤及び固体潤滑剤、更には各種添加剤を配合し
混合した成形材料を合成樹脂の融点以上で加熱して可塑
化し、所定の成形型に充填した後冷却することにより得
られる。

【００１９】潤滑剤及び合成樹脂は特に制限されるので
はないが、合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の基本的
に同じ化学構造を有するポリオレフィン系樹脂の群から
適宜選択できる。

【００２０】潤滑剤としては、ポリα−オレフィン油の
ようなパラフィン系炭化水素油、ナフテン系炭化水素
油、鉱油、ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエ
ーテル油、フタル酸エステルのようなエステル油等を単
独で、若しくは混合油の形で使用することができる。ま
た、潤滑剤には、何れも公知の酸化防止剤、錆止め剤、
摩耗防止剤、あわ消し剤、極圧剤等の各種添加剤を加え
てもよい。

【００２１】固体潤滑剤としては、その熱伝導率が熱伝
導率が20Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものであれば特に制限される
ものはないが、例えば黒鉛（グラファイト）（熱伝導率
100〜150Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化硼素（ｈ−ＢＮ）（50〜85
Ｗ／ｍ・Ｋ）等を使用することができる。これらは、粒
子状のほか、繊維状やウィスカー状で使用することがで
きる。本発明においては、潤滑剤供給部材が固体潤滑剤
を含むことにより、潤滑剤に加えてこの固体潤滑剤によ
る潤滑作用が付加され、良好な潤滑性能が得られる。

【００２２】上記潤滑剤供給部材における組成比は、全
重量に対してポリオレフィン系樹脂10〜45重量％、潤滑
剤85〜50重量％、固体潤滑剤5〜25重量％である。ポリ
オレフィン系樹脂が10重量％未満の場合は、あるレベル
以上の硬さ・強度が得られず、直動装置の走行等によっ
て負荷がかかった時に初期の形状を維持するのが難しく
なり、破損や変形等の不具合を生じる可能性が高くな
る。一方、ポリオレフィン系樹脂が45重量％を越える場
合は、相対的に潤滑剤の含有量が少なくなり、それだけ
直動装置内部への潤滑剤の供給が少なくなり、軸受の寿
命が短くなる。また、固体潤滑剤が5重量％未満の場合
は、潤滑剤供給部材の熱伝導率を高める効果が少なく、
それに対して25重量％を超えると、相対的に潤滑剤の含
有量が少なくなり、それだけ直動装置内部への潤滑剤の
供給が少なくなり、直動装置の寿命が短くなる。

【００２３】上記合成樹脂の群は、基本構造は同じでそ
の平均分子量が異なっており、700〜５×10⁶の範囲に及
んでいる。使用に際しては、平均分子量700〜１×10⁴の
ワックスに分類されるもの、平均分子量１×10⁴〜１×1
0⁶の比較的低分子量のもの、平均分子量１×10⁶〜５×1
0⁶の超高分子量のものを、単独で若しくは必要に応じて
混合して用いる。例えば、比較的低分子量のものと潤滑
剤との組合わせによって、ある程度の機械的強度、潤滑
剤供給能力、保油性を持つ潤滑剤供給部材が得られる。
また、この比較的低分子量のものの一部をワックスに分
類されるものに置き換えると、ワックスに分類されるも
のと潤滑剤との分子量の差が小さいために潤滑剤との親
和性が高くなり、結果として潤滑剤供給部材の保油性が
向上し、長期間にわたっての潤滑剤の供給が可能にな
る。但し、その反面機械的強度は低下する。ワックスと
しては、ポリエチレンワックスのようなポリオレフィン
系樹脂の他、融点が100〜130℃以上の範囲にある炭化水
素系のもの（例えば、パラフィン系合成ワックス）であ
れば使用できる。それに対して、比較的低分子量のもの
の一部を超高分子量のものに置き換えると、超高分子量
のものと潤滑剤との分子量の差が大きいために潤滑剤と
の親和性が低くなり、結果として保油性が低下し、潤滑
剤供給部材からの潤滑剤の滲み出しが速くなる。それに
よって、潤滑剤供給部材から供給可能な潤滑剤の限界量
に達する時間が短くなり、軸受の寿命が短くなる。ただ
し、機械的強度は向上する。

【００２４】そこで、成形性、機械的強度、保油性、潤
滑剤供給量のバランスを考慮すると、潤滑剤供給部材の
組成比をワックスに分類されるもの０〜５重量％、比較
的低分子量のもの８〜43重量％、超高分子量のもの２〜
15重量％で、３つの樹脂分の合計10〜45重量％とするの
が実用上好適である。

【００２５】機械的強度の指標として、潤滑剤供給組成
物の硬さ［ＨＤ_Ａ（スケールＡを用いたデュロメータ
硬さ）］が65〜85の範囲にあることが好ましく、70〜80
の範囲にあることがより好ましい。硬さ［ＨＤ_Ａ］が
65未満の場合は、強度的に弱く直動装置の走行によって
破損する恐れがある。それに対して硬さ［ＨＤ_Ａ］が
85を越える場合は、直動装置の走行時の抵抗が大きくな
り、それによって直動装置のトルクが大きくなったり、
直動装置の走行による特に摺動部の発熱が大きくなる恐
れがある。

【００２６】潤滑剤供給部材の機械的強度を向上させる
ため、上述のポリオレフィン系樹脂に、以下のような熱
可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を添加してもよい。

【００２７】熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリ
カーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレ
ン、ＡＢＳ樹脂等の各樹脂を使用することができる。

【００２８】熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステ
ル樹脂、尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂、ポ
リイミド樹脂、エポキシ樹脂等の各樹脂を使用すること
ができる。

【００２９】これらの樹脂は、単独または混合して用い
てもよい。また、ポリオレフィン系樹脂とそれ以外の樹
脂とをより均一な状態で分散させるために、必要に応じ
て適当な相溶化剤を加えてもよい。

【００３０】同じく機械的強度を向上させるためには、
充填材を添加しても良い。例えば、炭酸カルシウムウィ
スカーや炭酸マグネシウムウィスカー、チタン酸カリウ
ムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等の無機
ウィスカー類、またガラス繊維や金属繊維等の無機繊維
類及びこれらを布状に編組したもの、あるいはアラミド
繊維やポリエステル繊維等の有機繊維類及びこれらを布
状に編組したものを添加してもよい。

【００３１】更に、ポリオレフィン系樹脂の熱による劣
化を防止する目的で、Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−ｐ−フェ
ニルジアミン、２，２′−メチレンビス（４−エチル−
６−ｔ−ブチルフェノール）等の老化防止剤、また光に
よる劣化を防止する目的で、２−ヒドロキシ−４−ｎ−
オクトキシベンゾフェノン、２−（２′−ヒドロキシ−
３′−ｔ−ブチル−５′−メチル−フェニル）−５−ク
ロロベンゾトリアゾール等の紫外線吸収剤を添加しても
よい。

【００３２】以上に挙げたポリオレフィン系樹脂、潤滑
剤及び固体潤滑剤以外の添加剤の添加量は、添加剤全体
として潤滑剤供給部材全量の20重量％以下であること
が、潤滑剤の供給能力を維持する上で好ましい。

【００３３】本発明で用いることのできる合成樹脂とし
ては、上記で説明したようなポリオレフィン系樹脂をベ
ースとしたものの他、射出成形可能な熱可塑性樹脂であ
れば使用でき、その中で含油量を多くすることができる
ものとして例えば、ポリエステル系エラストマー、ポリ
アミド系エラストマー等がある。

【００３４】また、熱可塑性樹脂の他に、ポリウレタ
ン、ポリウレアエラストマー等の熱硬化性樹脂も用いる
ことができる。ポリウレタンの場合は、潤滑剤としてグ
リースを用いて、反応原料となる。イソシアネート基を
含有するウレタンプレポリマーとアミン系硬化剤とをそ
れぞれあるいはどちらか一方をグリースに均一に混合し
た後、２つの混合物をさらに混合して潤滑剤供給部材用
成形型に充填し、必要に応じて加熱して反応させ、グリ
ースを含有させた状態で硬化させる。ポリウレアの場合
は、分子鎖にソフトセグメントを含有する芳香族ポリア
ミン化合物及び芳香族ジアミンの混合物からなるアミン
成分を、それと相溶性のある潤滑油或いはその潤滑油を
基油とするグリースと均一に混合した混合物に、更にポ
リイソシアナート成分を加えて混合し、これを成形型に
充填後、必要に応じて加熱して反応させ、潤滑剤を含有
させた状態で硬化させる。

【００３５】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に説明す
る。但し、本発明は以下に限定されるものではない。

【００３６】（成形原料の調製）高密度ポリエチレン
（比較的低分子量に分類）10重量％と、超高分子量ポリ
エチレン（超高分子量に分類）12.5重量％と、ポリエチ
レンワックス（ワックスに分類）2.5重量％とからなる
樹脂に、黒鉛粉末８重量％と鉱油67重量％とを混合して
成形材料Ａを調製した。また、成形材料Ａの黒鉛粉末を
窒化硼素（ｈ−ＢＮ）に代えた以外は同様にして成形材
料Ｂを調製した。更に、高密度ポリエチレン（比較的低
分子量に分類）10重量％と、超高分子量ポリエチレン
（超高分子量に分類）12.5重量％と、ポリエチレンワッ
クス（ワックスに分類）2.5 重量％とからなる樹脂と、
鉱油75重量％を混合して成形原料Ｃを調製した。

【００３７】（熱伝導率測定）上記の成形原料Ａ、Ｂ及
びＣを溶融し、所定の型に充填した後冷却して試験片を
成形した。そして、各試験片についてレーザーフラッシ
ュ法により室温で熱伝導率を測定した。結果を表１に示
す。尚、表中、成形原料Ａによる試験片が実施例１、成
形原料Ｂによる試験片が実施例２、成形原料Ｃによる試
験片が比較例１である。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示すように、黒鉛粉末を含有させた
各実施例の試験片では、熱伝導率が大幅に高まることが
確認された。

【００４０】（リニアガイド走行試験）また、成形原料
Ａ、Ｂ及びＣを用い、本出願人による特開平９−３０９
７９３号に記載されたホッパー部を改良した射出成形機
により図３に示す潤滑剤供給部材を作製した。そして、
図１に示すリニアガイド装置（ＬＳ１５）を用いて以下
に示す走行試験を行った。尚、成形原料Ａによる潤滑剤
供給部材を組み込んだリニアガイド装置を実施例１、成
形原料Ｂによる潤滑剤供給部材を組み込んだリニアガイ
ド装置を実施例２、成形原料Ｃによる潤滑剤供給部材を
組み込んだリニアガイド装置を比較例１とする。

【００４１】試験は、送り速度10mm/s、20mm/s、50mm/
s、100mm/s、500mm/s、1000mm/sにおいて、リニアガイ
ド装置に潤滑剤供給部材を装着した場合と、装着しない
場合とで動摩擦力を測定し、その差から潤滑剤供給部材
だけの動摩擦力を求めた。尚、潤滑剤供給部材はスライ
ダ（図２参照）の両端に各１つずつ取り付け、また予圧
Ｚ１（１．４７Ｎ）を付与して走行させた。各送り速度
における動摩擦力を表２に示すが、送り速度10mm/sにお
ける実施例１の潤滑剤供給部材だけの動摩擦力を１と
し、それとの相対値で示してある。

【００４２】

【表２】

【００４３】また、各送り速度において、案内レールの
室温からの温度上昇を測定した。結果を表３に示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】表２及び表３から、潤滑剤供給部材に黒鉛
粉末を含有させた各実施例では、送り速度が早くなって
も動摩擦力並びに温度の上昇が少なく、高速走行時にお
ける安定性が高いことが確認された。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直動装置
は、熱伝導率が20Ｗ／ｍ・Ｋ以上の固体潤滑剤を含有す
る潤滑剤供給部材を備えることにより、潤滑剤供給部材
の放熱効果が高まり、高速走行時でも潤滑剤供給部材が
変形したり、破損に至ることもなく、また潤滑剤供給部
材が本来有する潤滑剤を徐々に放出する機能も維持さ
れ、更には固体潤滑剤による潤滑作用も付加されて良好
な潤滑性能を長期にわたり確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直動装置の一実施形態であるリニ
アガイド装置を示す斜視図である。

【図２】図１に示すリニアガイド装置において、潤滑剤
供給部材を含むスライダの構成を示す分解図である。

【図３】図２に示す潤滑剤供給部材の斜視図である。

【図４】本発明に係る直動装置の他の実施形態であるボ
ールねじ装置を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１０案内レール２０スライダ２１補強板２２潤滑剤供給部材２３サイドシール３０ボールナット３１ねじ軸３２ボール３３潤滑剤供給部材３４シールキャップ３５ボルト３６スリーブ３７ラビリンスシール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外方部材と、該外方部材に隙間を介して
対向する内方部材と、前記外方部材と前記内方部材との
間に転動自在に配設され、前記外方部材と前記内方部材
とを相対移動させる複数の転動体と、前記隙間の開口を
密封するシール装置と、前記シール装置に近接して配置
され、潤滑剤を含有した状態で固形化した合成樹脂から
なる潤滑剤供給部材とを備えた直動装置において、前記
潤滑剤供給部材が、熱伝導率が20Ｗ／ｍ・Ｋ以上の固体
潤滑剤を含有していることを特徴とする直動装置。