JP2006322514A - 滑りねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低トルクでありながら高い駆動精度を有し、従動側の搬送精度や位置決め精度を向上させる滑りねじ装置を提供する。
【解決手段】滑りねじ装置１は、ねじ軸２と、ねじ軸２に螺合するナット３とで構成される。ナット３は、雌ねじを有する電鋳部４をインサートした型成形品とする。これによりねじ軸２の雄ねじとナット３の雌ねじとの間の隙間を高精度化することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転運動と直線運動相互間で運動変換を行う滑りねじ装置に関する。

滑りねじ装置は、主として回転運動を直線運動に変換する用途に用いられ、計測機器、半導体装置、工作機械等の送り装置や位置決め装置などに多く採用されている。この滑りねじ装置において、ナットの摺動特性および強度確保を目的として、雄ねじと同じ形状のコアピンに柔軟な自己潤滑性樹脂組成物からなるパイプを被せ、これを金型に入れて射出成形することにより、その成形圧力でパイプをコアピンの雄ねじに沿わせて変形させた樹脂製ナットが知られている（特許文献１）。
特開平１０−２８１１３２号公報

しかしながら、特許文献１の樹脂製ナットでは、ヒケの発生によりねじ溝精度が低下するおそれがあり、滑りねじ装置の用途によっては、バックラッシュの発生等により、要求される駆動精度を確保できないおそれがある。

本発明は、高い駆動精度を有し、しかも低コストに製作可能な滑りねじ装置を提供するものである。

上記課題を解決するために本発明の滑りねじ装置は、ねじ軸と、ねじ軸に螺合するナットとからなり、ナットが、雌ねじを有する電鋳部をインサートした型成形品であることを特徴とするものである。

雌ねじを有する電鋳部は、雄ねじ状に形成したマスター表面に金属イオンを電着させることにより金属層を形成する電鋳加工によって形成される。電鋳加工の特性上、電鋳部の内面にはマスターの表面形状がミクロンオーダまで精度よく転写されるので、マスターの表面精度を高めておけば、電鋳加工後は特段の後加工を行うことなく、高い面精度を有する雌ねじが低コストに得られる。また、電鋳加工後は、雌ねじを有する電鋳部をインサートした状態で型成形（インサート成形）することによりナットが製作されるので、その製作工程での部品同士の組み付け作業が不要となり、部品点数の削減および工程を簡略化から低コスト化を図ることができる。

型成形後の成形品からはマスターが分離される。その後、別途製作したねじ軸をナットに螺合することで滑りねじ装置の組み立てが完成する。この他、電鋳部から分離したマスターをそのままねじ軸として使用することもできる。このようにして組み立てた滑りねじ装置は、機械加工では実現困難な高精度の螺合隙間を有するので、大きな予圧を与えなくてもバックラッシュの発生を確実に抑えることができる。従って、低トルクでかつ高い駆動精度を有する滑りねじ装置の提供が可能となる。

特に、電鋳部にフランジを設けると、電鋳部を樹脂や金属の型成形でモールドした際、電鋳部のフランジと、これに密着するモールド部との間の抜け止め、あるいは回り止めがなされるので、電鋳部とモールド部との間で高い固着力が得られ、ナットの機械的強度を高めることができる。

電鋳部のフランジは、電鋳部を塑性変形させることで形成することができる。例えば、マスターの外周に密着した電鋳部の端部を軸方向に加圧すれば、非加圧部はマスターと密着した内径側へ変形することができないため、電鋳部の端部が外径側に塑性変形し、これにより、外向きの一体フランジが容易に形成可能となる。

電鋳部を型成形にてモールドする際、型締めした金型で電鋳部を部分的に塑性変形させれば、フランジの形成後、そのままキャビティに樹脂や金属を供給することにより、フランジも含めて電鋳部をモールドすることができる。この際、フランジを形成するための特段の加工は不要であり、低コストに高い抜け止めおよび回り止め効果が得られる。

本発明の滑りねじ装置は、低トルクでありながら高い駆動精度を有し、これにより従動側の搬送精度や位置決め精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１を、図１〜図６を参考に説明する。

滑りねじ装置１は、図１に示すように、外周に雄ねじを有するねじ軸２に、内周に雌ねじを有するナット３を螺合して構成される。ねじ軸２またはナット３の何れか一方をモータ等の駆動力により回転させると、その回転運動が他方の部材の直線運動に変換される。

ねじ軸２およびナット３のねじは、例えば角ねじで形成されているが、角ねじに限定されるものでなく、三角ねじ、台形ねじ等のねじであってもよい。

ナット３は、図６に示すように、電鋳加工で形成された金属製の電鋳部４と、この電鋳部４をモールドする樹脂製のモールド部６とから構成される。

このナット３は、マスター７の所要箇所をマスキングする工程（図２参照）、非マスク部に電鋳加工を行って電鋳軸８を形成する工程（図３参照）、電鋳軸８をインサートして樹脂で型成形する工程（図４、図５参照）、および電鋳部４とマスター７とを分離する工程を経て製作される。

マスター７は、導電性材料、例えばステンレス鋼に焼入れ等の熱処理を施したもので、その中程の外周には、ナット３内周の雌ねじ５（図３参照）形状に対応したねじ部９が形成されている。電鋳部１０の成形性が良好であれば、ステンレス鋼以外の金属材料、例えばニッケル合金やクロム合金なども使用することもできる。セラミック等の非金属材料でも、導電処理を施すことにより（例えば表面に導電性の金属被膜を形成することにより）、マスター７として使用可能となる。なお、マスター７の表面には、滑りねじ装置１としての使用時に電鋳部４との間の摩擦力を減じるための表面処理、例えばフッソ系の樹脂コーティングを施すのが望ましい。

マスター７に形成したねじ部９の精度は、ナット３に形成する雌ねじ５の精度を直接左右する。従って、マスター７のねじ部９は、ピッチ、リード、リード角、山部や谷部の外径寸法、表面粗さ等のねじとして機能上重要となる精度を予め高精度に仕上げておく必要がある。

マスター７の外周面には、図２に示すように、電鋳部４の成形予定部（ねじ部９とその周辺）を除き、マスキングが施されている（マスキング部位をクロスハッチングで示す）。マスキング用の被覆材１０としては、非導電性、および電解質溶液に対する耐食性を有する既存品が選択される。

電鋳加工は、ＮｉやＣｕ等の金属イオンを含んだ電解質溶液にマスター７を浸漬し、電解質溶液に通電して目的の金属をマスター７の表面に析出させることにより行われる。電解質溶液には、カーボンなどの摺動材、あるいはサッカリン等の応力緩和材を必要に応じて含有させてもよい。電着金属の種類は、ナット３の雌ねじ５に求められる硬度、疲れ強さ等の物理的性質、化学的性質に応じて適宜選択される。電鋳部の厚みは、厚すぎるとマスター７からの剥離性が低下し、薄すぎると雌ねじ５の耐久性低下等につながるが、この厚みが１０μｍ〜２００μｍの範囲であれば、上記弊害を防止することができる。

以上の工程を経ることにより、図３に示すように、マスター７の外周のねじ部９とその周辺領域に電鋳殻としての電鋳部４を被着した電鋳軸８が製作される。

電鋳軸８は図４及び図５に示す電鋳部４のモールド工程に移送され、電鋳部４およびマスター７をインサート部品とするインサート成形が行われる。

モールド工程では、電鋳軸８は、図４に示すようにその軸方向を型締め方向（図面上下方向）と平行にして、上型１１，および下型１２からなる金型内部に供給される。下型１２には、マスター７の外径寸法に適合した位置決め穴１３が形成され、この位置決め穴１３に前工程から移送した電鋳軸８の下端を挿入して電鋳軸８の位置決めがなされる。

この位置決め状態では、電鋳軸８のうち電鋳部４の下端面が下型１２の成形面と係合し、電鋳部４の上端が金型のパーテイングラインＰ．Ｌ．よりも相手型（本実施の形態では上型１１）の側に突出している。この位置決め穴１３の深さＬ１は、マスター７の下端と電鋳部４の下端との間の距離Ｌ２よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２）。したがって、型締めの前の状態では、マスター７の下端面は位置決め穴１３の底から浮上した状態にある。この浮上量を調整することで、電鋳部４の下端に形成するフランジ１４の塑性変形量を変更することができる。

前記上型１１には、位置決め穴１３と同軸にガイド穴１５が形成されている。このガイド穴１５の深さＬ３は図５に示す型締め時において、マスター７の上端がガイド穴１５の底に突き当たらない程度であれば足りる（なお、マスター７の下端は位置決め穴１３の底に突き当たる）。

以上の金型において、可動型（本実施形態でいえば上型１１）を固定型（本実施形態でいえば下型１２）に接近させて型決めをすると、まずマスター７の上端がガイド穴１５に挿入されてマスター７の芯出しが行われ、さらに、上型１１の成形面に電鋳部４の上側端面が当接する。

さらなる上型１１の接近で電鋳軸８の全体が下方に押し込まれ、下型１２の成形面と当接した電鋳部４の下端部、および上型１１の成形面と当接した電鋳部４の上端部がそれぞれ外径側に塑性変形し、図５に示すように電鋳部４の軸方向両端にフランジ１４が形成される。金型構造を変更することにより、電鋳部４の軸方向一端にのみフランジ１４を形成することも可能である。

型締め完了後、スプール１６、ランナ１７、およびゲート１８を介してキャビティ１９に樹脂材料を射出し、インサート成形を行う。樹脂材料は、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアセレータ樹脂、ポリアミド樹脂等の高機能結晶性ポリマーが使用可能である。もちろんこれらは例示にすぎず、既存の各種樹脂材料の中から滑りねじ装置１の用途や使用環境に適合した樹脂材料が選択され得る。必要に応じて強化材（繊維状、粉末状等の形状は問わない）や潤滑材、導電化剤等の各種充填材を加えてもよい。

型開き後、脱型した成形品は、マスター７、電鋳部４、およびモールド部６が一体となった構造となる。

この成形品は、その後分離工程に移送され、電鋳部４およびモールド部６からなるナット３（図６参照）と、マスター７とに分離される。この分離工程は、例えばマスター７やモールド部６に衝撃を加えることにより、電鋳金属組織中の拡径方向の残留応力を解放させ、電鋳部４の内径を拡径させることにより行うことができる。これにより、電鋳部４の雌ねじ５とマスター７のねじ部９との間に、半径寸法で１μｍ〜数十μｍ程度の微少隙間が形成されるため、マスター７を回転させれば、マスター７をナット３から分離することが可能となる。電鋳部４とマスター７とを加熱（又は冷却）し、両者間の熱膨張量差で微少隙間を形成してマスター７をナット３から分離することもできる。さらには、上記衝撃力の付与と熱膨張量差の付与とを併用してマスター７を分離しても構わない。

次いで、ナット３の内周にねじ軸２を挿入し、電鋳部４内周の雌ねじ５とねじ軸２外周の雄ねじとを螺合させることにより、図１に示す滑りねじ装置１が構成される。ねじ軸２としては、分離したマスター７をそのまま使用することができ、あるいはマスター７とは別に製作したねじ軸を使用することも可能である。前者の場合は、ナット３の雌ねじ５の精度がねじ軸２の雄ねじ（マスター７のねじ部９）の精度と対応するのでその後のマッチング作業が不要となり、後者であればマスター７が繰り返し転用可能となるメリットが得られる。

また、本発明では電鋳部４をインサートして型成形するので、キャビティ形状の変更を通じて任意形状のモールド部６を簡単に成形することができ、ナット３について高い形状自由度を確保することができる。例えば図１に示すように、フランジ３ａをナット３に一体形成することができ、これにより部品点数や組立工数の削減による低コスト化も図ることができる。

なお、この滑りねじ装置１は、無給油で使用する他、ねじ軸２とナット３の螺合隙間に油等の潤滑剤を供給して使用することもできる。

特に本実施形態のように電鋳部４にフランジ１４，１４を形成し、フランジ１４，１４も含めてナット３をインサート成形すれば、電鋳部４とモールド部６との間でより確実な抜け止めがなされる。

また、図４および図５に示す実施の形態のように、電鋳部４を塑性変形させてフランジ１４を形成する場合、図１に示すように、その外周面の形状は、ランダムな凹凸を有する非真円形状となるので、より高い回り止め効果が得られる。滑りねじ装置１の用途によっては、フランジ１４なしでも十分な回り止め、抜け止め効果が得られる場合もあるので、その場合にはフランジ１４を省略しても構わない。なお、図１では、外周面２０の凹凸が理解の容易化のため誇張して描いている。

以上の説明では、電鋳部４を樹脂材料でモールドしたが、樹脂に限らず、金属の射出成形、例えばマグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属を射出して電鋳部４をモールドすることもできる。その場合、樹脂を使用する場合に比べ、強度、耐熱性、または導電性等の面より、優れた摺動部材３及び滑りねじ装置１が得られる。この他ＭＩＭ成形により電鋳部４をインサート成形でモールドすることもできる。

次に、以上に説明した滑りねじ装置を搬送装置に適用した実施の形態２を図７、図８に基づいて説明する。

図７、図８は、搬送装置３１の一例として、例えばＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク・リードオンリーメモリ）やＤＶＤ（デジタル・ビデオディスク）等のディスク駆動装置に装備されるキャリッジ３５の搬送用として用いられるものを示す。

この搬送装置３１では、平行に配置した２本のガイド部材３３、３４のうち、一方３３がねじ軸となり、他方３４が案内軸となる。キャリッジ３５には、ねじ軸３３に螺合する二つのナット部３６が軸方向に離隔させて形成されると共に、案内軸３４を支持する軸受部３９が形成されている。ねじ軸３３に連結した図示しないモータを駆動することにより、その回転運動がキャリッジ３５の軸方向スライド運動に変換され、キャリッジ３５に搭載した読み取り（もしくは書き込み）ヘッド３２の走査が行われる。

各ナット部３６および軸受部３９には電鋳部４０，４２が形成されている。このうち、ナット部３６の電鋳部４０内周面には、ねじ軸３３に対応した雌めじが形成され、軸受部３９の電鋳部４２内周面は円筒面状に形成されている。また、各電鋳部４０，４２の軸方向両端には、それぞれ塑性変形によるフランジ部４２，４３が形成されている。各電鋳部４０，４２は、フランジ部４２，４３も含め、樹脂材料等からなるモールド部４４で一体にモールドされている。

このキャリッジ３５は、上記実施形態と同様の手順、すなわち、電鋳加工により各電鋳部４０，４２を形成する工程、電鋳加工後に各電鋳軸をインサートして樹脂材料等で型成形する工程、さらに電鋳部４０，４２をマスターと分離する工程を経て製作される。この場合、ねじ軸３３および案内軸３４としては、マスターもしくは別途製作した別部材の何れもが使用可能である。

この構成においても、上記実施形態と同様に、ナット部３６に形成された電鋳部４０内周の雌ねじと、ねじ軸３３の外周二形成された雄ねじとの間で高精度の螺合隙間が得られるので、低トルク化を図りつつキャリッジ３５の搬送精度および位置決め精度を高めることができ、これにより情報記録・再生機能の向上を図ることができる。

なお、以上に説明した滑りねじ装置は、上記キャリッジの搬送用に限らず、ワーク、治具、工具等の搬送用あるいは送り用の装置として広く適用することが可能である。また、ねじ軸をモータ等で駆動する場合に限らず、ナットを駆動する場合にも適用することができる。

本発明の実施の形態１を示す滑りねじ装置の斜視図である。 本発明の実施の形態１で電鋳部を形成する時のマスターの斜視図である。 図２のマスターに電鋳部を形成した電鋳軸の断面図である。 本発明の射出成形金型に電鋳軸を取付けた状態を説明する断面図である。 本発明の射出成形金型による型締め状態を示す断面図である。 本発明のナットの断面図である。 本発明の滑りねじ装置を使用した搬送装置の正面図である。 本発明の搬送装置の一部切欠き平面図である。

符号の説明

１ 滑りねじ装置
２，２３ 雄ねじ
３，２５ 摺動部材
４，３０，３２，３４ 電鋳部
５，２９ 雌ねじ
６ モールド部
７ マスター
８ 電鋳軸
９ ねじ部
１０ 被覆材
１１ 上型
１２ 下型
１３ 位置決め穴
１４ フランジ
１５ ガイド穴
１９ キャビテイ
２０ 外周面
３１ 搬送装置

Claims (4)

1. ねじ軸と、ねじ軸に螺合するナットとからなり、ナットが、雌ねじを有する電鋳部をインサートした型成形品であることを特徴とする滑りねじ装置。
2. 電鋳部にフランジを形成したことを特徴とする請求項１に記載の滑りねじ装置。
3. フランジが電鋳部の塑性変形によって形成されたことを特徴とする請求項２に記載の滑りねじ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項記載の滑りねじ装置を備える搬送装置。

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