JP2646537B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体潤滑剤を含んだ滑りナットを使用す
ることによってボールねじの作動性、耐久性など良好に
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る
場合があり、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分が徐々に塊に
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。

以上のように技術的課題を解決すべく、現在では、固
体潤滑剤であるWS₂、MoS₂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ねじを介在させ、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、前記ボールね転動溝のボールと
の接触面部に、耐圧硬度が高く且つ固型潤滑性を有する
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52−40267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課題〕

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型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
る二つの部材のうち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、ボールの円滑な転動を阻害するこ
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、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。

また、前記ボール転動溝に附着した塵埃がボール転動
部に入り込むことによって、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、自己潤滑性複合材料からなる
滑りナットを用いてボールねじの潤滑を行い、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。

〔課題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、多数のボー
ルと、外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備え
てなるボールねじにおいて、前記ボールねじは、前記ね
じ軸のボール転動溝に螺合する滑りナットを備え、当該
滑りナットは、前記ボールナットに相対回転不能に結合
されると共に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押圧力を付与され、且つ前記ねじ
軸のボール転動溝との間に油を介在させることなく前記
ボール転動溝に摺接され、さらに該滑りナットは、固体
潤滑剤を含んだ自己潤滑性複合材料のみを前記ねじ軸の
ボール転動溝に摺接させて固体潤滑ボールねじを構成す
るものである。

〔作用〕

固体潤滑材を含有した自己潤滑性複合材料の滑りナッ
トを、ボールねじのボールナッ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のボール転動溝
に弱い力で弾圧する構成としたので、固体潤滑剤を適当
量づつねじ軸に転写することができるから、極低温，極
高温，高真空などの厳しい環境下で円滑な潤滑を可能に
し、またボールねじのボールナット端部は滑りナットに
より外部からの塵埃の進入を防止される。

〔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はボールナット、３はボー
ル、４は滑りナット、５は弾性体としてのコイルばねで
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、ボールナット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
ナット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によってボールナット２
に固着することにより取付けられている。このボールチ
ューブ8bの両端は、ボールナット２に形成された貫通孔
（図示せず）を通じて所定ピッチ例えば図示の例では３
ピッ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、ボールチューブ8bの両端に接するねじ軸１の
ボール転動溝1a及びボールナット２のボール転動溝2aで
形成されるボール通路にボール３が転動自在に嵌合され
ている。このボール３はボール転動溝1a,1bとボールチ
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、ボールナット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
に螺合する滑りナット４とを収納するための座ぐりによ
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の圧縮長と滑りナット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
径が滑りナット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
に伸びる凹形状のキー溝2c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、滑りナット４は、WS₂,MoS₂などの固体潤滑剤
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、外周面にボールナット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ット２を、ボール３を介
してねじ軸１に螺合させ、コイルばね５をねじ軸１に外
装してボールナット２のばね収納部2bへ収納する。この
後、滑りナット４のねじ軸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、滑りナット４に設けたキー溝4cとボールナット２の
キー溝2cとを合致させ、両キー溝2c及び4c内にキー６を
嵌合してボールナット２と滑りナット４とを相対回転不
能に結合する。この状態では、滑りナットはねじ軸のボ
ール転動溝2aに弱い力で押圧される。滑りナット４のコ
イルばね５と接していない端部は、ボールナット２の端
面から少々突出していて、取付け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１又はボールナット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、正逆
両方向に回転させ得る。ねじ軸１又はボールナット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、ボールナット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
ールナット２及び滑りナット４に対して右から左へ移動
する。このとき、ねじ軸１とボールナット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、ボールね
じを右側から見た場合にねじ軸１の回転作用により反時
計回りに自転し、ねじ軸１の回転速度に対して約1/2の
速度でボールナット２の転動溝2a内を時計回りに公転移
動する。したがって、ボール３はねじ軸１のボール転動
溝1aとボールナット２のボール転動溝2aの間では、ボー
ルナット２のボール転動溝2aに沿って転動し、ボールチ
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ット
２内を左へ移動することによって、ボールナット２と結
合した滑りナット４内を摺動しつつ滑りナット４の螺旋
状の突条4aから固体潤滑材を受取り、ボール転動溝1a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、第１図において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、めじ軸１はボ
ールナット２に対して左から右へ移動する。そして、ボ
ール３は時計回りに自転し、ボールナット２のボール転
動溝2aに沿って反時計回りに移動する。即ち、ボール３
は、ボールチューブ8bとボール転動路2a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１は、再度ボール転動溝1aに滑り
ナット４から固体潤滑剤を転写されながら右方向へ移動
して固体潤滑剤を被覆された部分はボールナット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に前記固体潤滑材を転写し、さらにボール３を介して
ボールナット２のボール転動溝に転写される。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21の左右方向へ往
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
動することができると共に、ボール３がボールチューブ
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４から供給される固体潤滑剤がボールナット２の
ボール転動溝2aに良好に供給転写される。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、自
己潤滑性複合材料から供給されるのでその生成量が極め
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。

螺旋状突条4aはねじ軸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
滑剤の供給を必要且つ十分に行うことができる。この結
果、従来のようにねじ軸１及びボールナット２に固体潤
滑性の材料の保持溝を設ける必要はなくなり、ボールね
じの構造が簡素化される。

また、第３図から判るように滑りナット４の構造は極
めて簡単であり、容易に形成することができる。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。

そして、滑りナット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は滑りナットにより、ボールナット
２の内部へ侵入することを阻止される。

なお、滑りナット４にかかる押圧力は微弱な力でよ
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、ボールナット２の両端に滑りナ
ット4,4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ことができるようにしたもので
ある。

すなわち、第４図において、ボールナット２の両端に
滑りナット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、ボールナット２と各滑り
ナット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、両滑りナット４がボールナッ
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、ボールナッ
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するので、ボールナット２の
ガタツキを防止することができる。一方、両滑りナット
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、左側の滑りナット４がねじ軸１の
ボール転動溝1aの左半部に接触し、右側の滑りナット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体潤滑
剤を均一に供給することができ、しかも滑りナット４が
ボールナット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より確実となり、ね
じ軸１上に付着した塵埃などの異物を排除すると共に、
ボールナット２内部への異物の侵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、ボールナット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、板ばね、伸縮性のあるゴムブッシュ、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、ボールナット２及び滑りナット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、ボールナット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、ボール循環路
を内部に形成した内部循環形式のボールナットであって
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
によって滑りナット４を外方に押圧する場合について説
明したが、ボールナット２の端部を滑りナット４を包む
ように外方に延長し、その延長端部と滑りナット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
ボールナットとは別体に構成してねじ軸に螺合し、弾性
体によって滑りナットをねじ軸のボール転動溝に弱い力
で押圧するようにしたので、極低温，極高温，極真空な
どの潤滑油を使用することができない厳しい環境下でも
滑りナットの自己潤滑力により円滑な潤滑を可能にし、
以て従来必要としていたボール転動溝に沿う固体潤滑剤
を保持するための保持溝を形成する必要がなく、ねじ軸
及びボールナッ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、
これにより、固体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製作することがで
きるという効果を奏する。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、滑りナットは、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
軸のボール転動溝に螺合するので、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、滑りナットを自己潤滑性複合材料により形成
し、滑りナッ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
部品である滑りナッ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……ボールナッ
ト、2a……ボール転動溝、2b……ばね収納部、2c……キ
ー溝、３……ボール、４……滑りナット、4c……キー
溝、5,7……コイルばね、６……キー、８……押え金、8
b……ボールチューブ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数のボールと、外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備えてなるボールねじにおいて、前
   記ボールねじは、前記ねじ軸のボール転動溝に螺合する
   滑りナットを備え、当該滑りナットは、前記ボールナッ
   トに相対回転不能に結合されると共に当該滑りナットと
   前記ボールナットとの間に設けた弾性体により押圧力を
   付与され、且つ前記ねじ軸のボール転動溝との間に油を
   介在させることなく前記ボール転動溝に摺接され、さら
   に該滑りナットは、固体潤滑剤を含んだ自己潤滑性複合
   材料のみを前記ねじ軸のボール転動溝に摺接させている
   ことを特徴とする固体潤滑ボールねじ。