JP3160742B2 - Ball screw - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、グリースやオイルを使
用できない真空環境や清浄環境で用いるのに有利なボー
ルねじに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ball screw which is advantageous for use in a vacuum environment or a clean environment where grease or oil cannot be used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】前述の環境として、例えば半導体製造装
置内部に配設される搬送系（半導体ウエハを真空中のチ
ャンバ内に出し入れするＸ−Ｙテーブル）などが挙げら
れるが、このような環境では、転がり軸受の潤滑剤とし
てグリースを用いていると、グリースの油分が蒸発、飛
散することにより、潤滑機能の劣化や使用環境の汚染と
いった不具合が発生する。2. Description of the Related Art The above-mentioned environment includes, for example, a transfer system (an XY table for taking a semiconductor wafer into and out of a chamber under vacuum) provided in a semiconductor manufacturing apparatus. When grease is used as a lubricant for a rolling bearing, the oil component of the grease evaporates and scatters, causing problems such as deterioration of the lubrication function and contamination of the use environment.
【０００３】そのため、従来では、ねじ軸、ボールナッ
トおよびボールの素材を耐食性を有するステンレス鋼と
するとともに、ねじ軸のボール転動溝、ボールナットの
ボール転動溝およびボールの表面に、金、銀、銅、鉛な
どの軟質金属、カーボンや二硫化モリブデンなどからな
る潤滑膜を被覆することが行われている。[0003] Therefore, conventionally, the material of the screw shaft, the ball nut and the ball is made of stainless steel having corrosion resistance, and the ball rolling groove of the screw shaft, the ball rolling groove of the ball nut and the surface of the ball have gold, A lubricating film made of a soft metal such as silver, copper, or lead, carbon, molybdenum disulfide, or the like has been used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の潤滑
膜は、転動体との接触により僅かずつ剥がれて潤滑を行
うようになるが、発塵量が多く、潤滑膜の寿命が短いこ
とが指摘される。この発塵量は、清浄環境では不適合と
なるレベルとなる。By the way, the lubricating film mentioned above is peeled off little by little by contact with the rolling elements to lubricate. However, it is pointed out that a large amount of dust is generated and the life of the lubricating film is short. Is done. This amount of dust is at a level that makes it incompatible in a clean environment.
【０００５】これに対して、ふっ素系合成樹脂（ポリテ
トラフルオロエチレン：ＰＴＦＥ）からなる潤滑膜をボ
ール表面に採用することが考えられており、これは、前
述の潤滑膜よりも発塵量を桁違いに減らせるようになる
（特開平５−３０６７４１号公報参照）。しかしなが
ら、この潤滑膜は、剪断抵抗は小さいものの金属からな
るねじ軸、ボールナットに対する付着強度が小さくて回
転初期などに剥がれやすいことが指摘される他、比較的
軟質であるために、ボールの転動時の抵抗が大きくて回
転トルクが大きくなり、いわゆるトルク寿命が短くなり
やすいことが指摘される。On the other hand, it has been considered that a lubricating film made of a fluorine-based synthetic resin (polytetrafluoroethylene: PTFE) is used on the ball surface. This can be reduced by orders of magnitude (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-306741). However, it has been pointed out that this lubricating film has a small shearing resistance, but has a low adhesive strength to a metal screw shaft and a ball nut, and is easily peeled off at the beginning of rotation, and is relatively soft. It is pointed out that the resistance during operation is large and the rotational torque is large, so that the so-called torque life tends to be short.
【０００６】また、従来のものは、ボールあるいはねじ
軸の軌道面のみに潤滑膜が形成されることになるため、
例えばハロゲン系腐食性ガス雰囲気中などでは、ステン
レス鋼製ねじ軸の軌道面以外が腐食され、生じた腐食粉
をかみ込んで、ボールねじ軸を破損するという不具合も
指摘されている。Further, in the conventional device, a lubricating film is formed only on the raceway surface of a ball or a screw shaft.
For example, it has been pointed out that, in a halogen-based corrosive gas atmosphere, a portion other than the raceway surface of a stainless steel screw shaft is corroded, and the generated corrosion powder is bitten, thereby damaging the ball screw shaft.
【０００７】さらに、従来のものは、比較的軟質な潤滑
膜であり、金属母材への付着強度も小さいため、ボール
をねじ軸およびボールナットに対して隙間を「０」ある
いは正隙間で配設しないと剥離の進展が早くなるという
不具合も指摘され、結果としてガタを招来し、ボールね
じの高精度化を阻害していた。Further, since the conventional one is a relatively soft lubricating film and has low adhesion strength to the metal base material, the ball is arranged with a clearance of "0" or a regular clearance with respect to the screw shaft and the ball nut. It has been pointed out that if not provided, the progress of peeling will be accelerated, and as a result, play will be caused, thereby hindering the high precision of the ball screw.
【０００８】したがって、本発明は、潤滑膜からの発塵
量を低減できるようにしながら、トルク寿命を向上でき
るようにすることを課題としている。Accordingly, an object of the present invention is to improve the torque life while reducing the amount of dust generated from the lubricating film.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】外周面に螺旋状のボール
転動溝を有するねじ軸と、このねじ軸のボール転動溝に
対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するボール
ナットと、前記ねじ軸と前記ボールナットの相対螺旋運
動時に転動移動する多数のボールとを備えたボールねじ
において、前記ねじ軸、ボールナットおよびボールが耐
食性を有する材料で構成されているとともに、前記ねじ
軸またはボールナットのボール転動溝、またはボール表
面のうちの少なくともいずれかに、熱硬化性合成樹脂か
らなるバインダー中にふっ素系合成樹脂を分散混合した
潤滑膜が被覆されており、この潤滑膜の硬度を、ＪＩＳ
規格Ｋ５４００に基づく鉛筆引っかき値の３Ｈ〜６Ｈに
設定している。例えば前述のねじ軸のボール転動溝を含
む外表面全体には、前記潤滑膜が被覆されている。 A screw shaft having a spiral ball rolling groove on the outer peripheral surface, and a ball having a spiral ball rolling groove on the inner peripheral surface facing the ball rolling groove of the screw shaft. A nut and a ball screw having a number of balls rolling and moving at the time of the relative spiral movement of the screw shaft and the ball nut, wherein the screw shaft, the ball nut and the ball are made of a material having corrosion resistance, ball rolling groove of the screw shaft or the ball nut or to at least one of the ball surface, a lubricating film of fluorine-based synthetic resin dispersed mixed in a binder made of a thermosetting synthetic resin is coated, the According to JIS
3H to 6H of pencil scratch value based on standard K5400
You have set. For example, include the ball rolling groove of the screw shaft described above.
The entire outer surface is covered with the lubricating film.
【００１０】また、外周面に螺旋状のボール転動溝を有
するねじ軸と、このねじ軸のボール転動溝に対向する螺
旋状のボール転動溝を内周面に有するボールナットと、
前記ねじ軸と前記ボールナットの相対螺旋運動時に転動
移動する多数のボールとを備えたボールねじにおいて、
前記ねじ軸、ボールナットおよびボールが耐食性を有す
る材料で構成されているとともに、前記ねじ軸またはボ
ールナットのボール転動溝、またはボール表面のうちの
少なくともいずれかに、熱硬化性合成樹脂からなるバイ
ンダー中にふっ素系合成樹脂を分散混合した潤滑膜が被
覆されており、前記ボールが負すきまにて前記ねじ軸お
よびボールナット間に配設されている。 In addition, a spiral ball rolling groove is provided on the outer peripheral surface.
And a screw that faces the ball rolling groove of this screw shaft.
A ball nut having a spiral ball rolling groove on the inner peripheral surface,
Rolls during relative spiral movement of the screw shaft and the ball nut
In a ball screw with a number of moving balls,
The screw shaft, ball nut and ball have corrosion resistance
And the screw shaft or the bobbin.
Ball nut groove or ball surface
At least one of the thermosetting synthetic resin
Lubricating film in which fluorine-based synthetic resin is dispersed and mixed
The ball screw and the screw shaft
And between the ball nut.
【００１１】[0011]
【作用】本発明の潤滑膜は、被覆対象に対する付着強度
が高くなるから、回転初期にはがれにくくなる。また、
従来例のものに比べて硬質であり、ボールの転動抵抗が
小さくなる。The lubricating film of the present invention has a high adhesion strength to the object to be coated, and thus is less likely to be peeled at the beginning of rotation. Also,
The ball is harder than the conventional example, and the rolling resistance of the ball is small.
【００１２】そして、ボール転動時には、潤滑膜に含ま
れるふっ素系合成樹脂が剥離して所要の潤滑を行うが、
必要以上の剥離がないので、発塵量としては、従来例の
ふっ素系合成樹脂からなる潤滑膜に比べて遥かに少なく
なる。At the time of ball rolling, the fluorine-based synthetic resin contained in the lubricating film is peeled off to perform required lubrication.
Since there is no unnecessary peeling, the amount of dust generation is much smaller than that of the conventional lubricating film made of a fluorine-based synthetic resin.
【００１３】また、ねじ軸の外表面全面を上記潤滑膜で
被覆すれば、ハロゲン系腐食性ガス雰囲気中でもねじ軸
の腐食が防止される。なお、この際、ボールナットの露
出面をねじ軸と同様、潤滑膜で被覆すればなおよい。If the entire outer surface of the screw shaft is covered with the lubricating film, corrosion of the screw shaft is prevented even in a halogen-based corrosive gas atmosphere. At this time, the exposed surface of the ball nut may be covered with a lubricating film, like the screw shaft.
【００１４】さらに、上記潤滑膜は、比較的硬度なた
め、ボールをねじ軸およびボールナット間にある程度、
負隙間で配設することが可能となるためボールねじの高
精度化に寄与できる。Further, since the lubricating film is relatively hard, the ball is moved between the screw shaft and the ball nut to some extent.
Since it is possible to dispose it with a negative gap, it is possible to contribute to higher precision of the ball screw.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の詳細を図１ないし図５に示す
実施例に基づいて説明する。図１は、ボールねじの概略
構成を示す縦断面図、図２は、図１のＢ部拡大図であ
る。図中、Ａはボールねじ、１はねじ軸、２はボールナ
ット、３は複数のボールである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the embodiments shown in FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a ball screw, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion B in FIG. In the figure, A is a ball screw, 1 is a screw shaft, 2 is a ball nut, and 3 is a plurality of balls.
【００１６】ねじ軸１は、その外周面に螺旋状のボール
転動溝１１が形成されており、ボールナット２は、その
内周面にねじ軸１のボール転動溝１１に対向する螺旋状
のボール転動溝２１が形成されている。このボールナッ
ト２はねじ軸１に外嵌されており、ねじ軸１のボール転
動溝１１と、ボールナット２のボール転動溝２１との間
に複数のボール３が介装されている。そして、ボールナ
ット２の外周面にはボール循環機能を有するサーキュレ
ータチューブ４が設けられていて、ねじ軸１またはナッ
ト２のいずれか一方の回転によりボール転動溝１１、２
１間のボール３がサーキュレータチューブ４を介して循
環するようになっている。The screw shaft 1 has a helical ball rolling groove 11 formed on the outer peripheral surface thereof, and the ball nut 2 has a helical ball rolling groove opposing the ball rolling groove 11 on the inner peripheral surface thereof. Ball rolling groove 21 is formed. The ball nut 2 is fitted around the screw shaft 1, and a plurality of balls 3 are interposed between a ball rolling groove 11 of the screw shaft 1 and a ball rolling groove 21 of the ball nut 2. A circulator tube 4 having a ball circulation function is provided on the outer peripheral surface of the ball nut 2, and the ball rolling grooves 11, 2 are formed by rotation of either the screw shaft 1 or the nut 2.
One of the balls 3 circulates through a circulator tube 4.
【００１７】ねじ軸１のボール転動溝１１およびボール
ナット２のボール転動溝２１は、断面形状が、ゴチック
アーチ状、すなわち二つの曲率中心の異なる円弧の組み
合わせによりほぼＶ字形に形成されている。このボール
転動溝１１、２１の断面形状は、図３に示すような円弧
とすることができる。The ball rolling groove 11 of the screw shaft 1 and the ball rolling groove 21 of the ball nut 2 have a cross section of a gothic arch shape, that is, a substantially V-shape formed by a combination of two arcs having different centers of curvature. I have. The cross-sectional shape of the ball rolling grooves 11 and 21 can be an arc as shown in FIG.
【００１８】そして、ボールナット２の軸方向一端（右
側）には、必要に応じねじ軸１のボール転動溝１１に対
して近接する非接触タイプのシール５が設けられてい
る。このシール５は、合成ゴムなどの弾性体により円筒
形に形成されており、内周面の所要角度範囲にねじ軸１
のボール転動溝１１に近似する形状の凸部５１が設けら
れている。なお、図４に示すような接触タイプのシール
５Ａを用いてもよい。このシール５Ａは、四角形状のチ
ップの一面にボール転動溝１１の断面形状に近似する形
状の凸部５１Ａを形成したものであり、この凸部５１Ａ
がねじ軸１のボール転動溝１１の局部にばね５２Ａによ
り圧接されるものである。また、これらのシール５、５
Ａは、ボールナット２の軸方向両端に設けていもよい。At one end (right side) of the ball nut 2 in the axial direction, a non-contact type seal 5 which is close to the ball rolling groove 11 of the screw shaft 1 is provided as required. This seal 5 is formed in a cylindrical shape by an elastic body such as synthetic rubber, and the screw shaft 1 is set within a required angle range of the inner peripheral surface.
A convex portion 51 having a shape similar to the ball rolling groove 11 is provided. Note that a contact-type seal 5A as shown in FIG. 4 may be used. The seal 5A is formed by forming a convex portion 51A having a shape similar to the cross-sectional shape of the ball rolling groove 11 on one surface of a square chip.
Are pressed against a local portion of the ball rolling groove 11 of the screw shaft 1 by a spring 52A. In addition, these seals 5, 5
A may be provided at both axial ends of the ball nut 2.
【００１９】これらねじ軸１、ボールナット２およびボ
ール３の素材としては、ＨＲＣ５８〜６２に設定される
もの、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテン
サイト系ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施したもの
や、ＪＩＳ規格ＳＫＨ４、ＡＩＳＩ規格Ｍ−５０材など
の耐熱性鋼や、セラミックスとすることができる。この
セラミックスとしては、焼結助剤として、イットリア
（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、その他、適
宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、
スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を用いた窒化けい素（Ｓｉ3
Ｎ4）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や
炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化
アルミ（ＡｌＮ）などが好ましい。このような材料でボ
ールねじＡの各構成要素を形成すれば、ボールねじＡ
を、例えば半導体製造の膜生成装置などにおいて、膜を
生成すべき半導体ウエハなどの素材を真空中のチャンバ
内に出し入れするＸ−Ｙテーブルなどに用いる場合で
も、チャンバ内に入れられるハロゲン系腐食性ガスに対
しても、腐食しにくくなる。The material of the screw shaft 1, the ball nut 2, and the ball 3 are those set in HRC 58 to 62, for example, those obtained by subjecting a martensitic stainless steel such as JIS standard SUS440C to an appropriate hardening heat treatment, Heat resistant steel such as JIS standard SKH4, AISI standard M-50 material, or ceramics can be used. The ceramics include sintering aids such as yttria (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ), as well as aluminum nitride (AlN), titanium oxide (TiO 2 ),
Silicon nitride (Si 3 ) using spinel (MgAl 2 O 4 )
In addition to those mainly composed of N 4 ), alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), zirconia (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN) and the like are preferable. By forming each component of the ball screw A with such a material, the ball screw A
Is used in an X-Y table, for example, in which a material such as a semiconductor wafer on which a film is to be formed is put into and taken out of a chamber in a vacuum in a film production apparatus for semiconductor manufacturing. Corrosion is less likely to occur with gas.
【００２０】サーキュレータチューブ４は、例えばＳＵ
Ｓ３０４などのステンレス鋼で形成される。潤滑性を有
する合成樹脂で形成してもよい。The circulator tube 4 is made of, for example, SU
It is formed of stainless steel such as S304. It may be formed of a synthetic resin having lubricity.
【００２１】そして、ねじ軸１の表面全面には、熱硬化
性合成樹脂からなる樹脂バインダー中にふっ素系合成樹
脂を分散混合した潤滑膜６が被覆されている。この潤滑
膜６は、潤滑主体となるふっ素系合成樹脂としての、例
えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、熱硬
化性合成樹脂バインダーとしての、例えばポリアミドイ
ミドとからなり、１０〜５０重量％の樹脂バインダー中
に１〜２０重量％のふっ素系合成樹脂をＮ−メチル−２
−ピロリドンなどの溶媒を用いて分散混合させたものを
被覆対象面にボンデッドフィルム法などで塗布すること
により得られる。The entire surface of the screw shaft 1 is covered with a lubricating film 6 in which a fluorine-based synthetic resin is dispersed and mixed in a resin binder made of a thermosetting synthetic resin. The lubricating film 6 is composed of, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) as a fluorine-based synthetic resin serving as a lubricating main body and, for example, polyamideimide as a thermosetting synthetic resin binder, and has a resin content of 10 to 50% by weight. 1 to 20% by weight of a fluorine-based synthetic resin in a binder is N-methyl-2
-It is obtained by applying a dispersion mixed with a solvent such as pyrrolidone to the surface to be coated by a bonded film method or the like.
【００２２】熱硬化性合成樹脂としては、それ自身ある
程度の摺動性を有していることが望ましく、例えば、イ
ミド結合またはアミドイミド結合を有する樹脂が望まし
い。イミド結合またはアミドイミド結合を有する樹脂バ
インダーとしては、例えば、熱硬化性の縮合重合型ポリ
イミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。これらの
樹脂は、一般に、耐熱性がよく、接着性が優れかつ高温
においても接着強度の低下がきわめて少ないこと、寸法
安定性に優れること、摩擦摩耗特性がよいことなどの特
徴を有する。また、これらの樹脂は、硬化（付加重合）
が進む過程で、水分やその他の揮発分の生成を伴わず、
しかもこのもの自体吸湿性がきわめて小さいから、被着
形成される潤滑膜層に気泡や亀裂を生ぜしめるおそれも
ない。ふっ素系合成樹脂としては、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）の他、エチレンテトラフルオロエ
チレン（ＥＴＦＥ）が好ましい。これらふっ素系合成樹
脂が実質的な潤滑主体とされる。上述の熱硬化性合成樹
脂バインダーのみを使用した場合には、これらが非常に
硬く、耐熱性に優れているが、摩耗が激しく簡単にはが
れてしまうため、潤滑層の摩擦力を軽減させることを目
的として添加される。ＰＴＦＥを用いる際には、平均分
子量１×１０4〜５×１０4のポリマーが選ばれる。中で
も、３×１０4〜５×１０4の平均分子量のものが好適に
用いられる。平均分子量が１×１０4を下回ると付着強
度が低下するとともに摺動抵抗も大きくなる。平均分子
量が５×１０4を超えると、剪断抵抗が大きく、また硬
くなりすぎるため、密着性に劣るとともに剥離した際、
摩耗粉となりやすい。The thermosetting synthetic resin desirably has a certain degree of slidability itself, for example, a resin having an imide bond or an amide imide bond. Examples of the resin binder having an imide bond or an amide imide bond include thermosetting condensation-polymerized polyimide and polyamide imide. These resins generally have characteristics such as good heat resistance, excellent adhesiveness, extremely small decrease in adhesive strength even at high temperatures, excellent dimensional stability, and good friction and wear characteristics. In addition, these resins are cured (addition polymerization)
Progresses without the production of moisture and other volatiles,
Moreover, since this material itself has extremely low hygroscopicity, there is no possibility that bubbles or cracks will be generated in the lubricating film layer to be formed. As the fluorine-based synthetic resin, ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) is preferable in addition to polytetrafluoroethylene (PTFE). These fluorine-based synthetic resins are mainly used for lubrication. When only the above-mentioned thermosetting synthetic resin binders are used, they are very hard and have excellent heat resistance, but they are severely abraded and easily come off, so it is necessary to reduce the frictional force of the lubricating layer. Added for purpose. When PTFE is used, a polymer having an average molecular weight of 1 × 10 4 to 5 × 10 4 is selected. Among them, those having an average molecular weight of 3 × 10 4 to 5 × 10 4 are preferably used. When the average molecular weight is less than 1 × 10 4 , the adhesive strength decreases and the sliding resistance increases. When the average molecular weight exceeds 5 × 10 4 , the shear resistance is large and the film is too hard.
Easy to wear powder.
【００２３】なお、ＰＴＦＥの粒子径は２〜３μｍのも
のが好適に使用される。３μｍを超えると、流動性、分
散性が低下するとともに、潤滑膜から突出し、潤滑膜の
平滑性が損なわれ、円滑な駆動が妨げられるとともに、
異音も発生する。２μｍを下回ると、潤滑効果が飽和す
る反面、経済的にもマイナスとなる。PTFE having a particle diameter of 2 to 3 μm is preferably used. If it exceeds 3 μm, the fluidity and the dispersibility decrease, and the lubricating film protrudes, the smoothness of the lubricating film is impaired, and smooth driving is hindered.
Abnormal noise also occurs. If the thickness is less than 2 μm, the lubricating effect is saturated, but the cost is negative.
【００２４】潤滑膜６の厚みは、少なくともねじ軸の表
面の凹凸をならす程度は必要とされ、例えば５±２μｍ
に、また、硬度はＪＩＳ規格Ｋ５４００に基づく鉛筆引
っかき値の３Ｈ〜６Ｈにそれぞれ設定するのが好まし
い。この硬度は、潤滑膜６の樹脂バインダーとふっ素系
合成樹脂との混合比や、焼成条件により適宜に管理する
ことができる。The thickness of the lubricating film 6 is required to at least smooth out irregularities on the surface of the screw shaft, for example, 5 ± 2 μm
The hardness is preferably set to a pencil scratching value of 3H to 6H based on JIS K5400. This hardness can be appropriately controlled by the mixing ratio between the resin binder of the lubricating film 6 and the fluorine-based synthetic resin and the firing conditions.
【００２５】次に、潤滑膜６の形成方法の一例を具体的
に説明する。Next, an example of a method for forming the lubricating film 6 will be specifically described.
【００２６】（ａ） 被覆対象相手（ねじ軸１）を脱脂
するとともに、被覆対象面にサンドブラストを施し、表
面粗さをＲｚ５〜１０μｍとする。この処理により、被
覆対象面に対する潤滑膜６の付着力が高められるととも
に、耐圧性が高められる。(A) The mating target (screw shaft 1) is degreased, and the surface to be coated is sandblasted to have a surface roughness of Rz 5 to 10 μm. By this process, the adhesion of the lubricating film 6 to the surface to be coated is increased, and the pressure resistance is increased.
【００２７】（ｂ） 被覆対象面に、ＰＴＦＥ粉末とポ
リアミドイミド粉末とをＮ−メチル−２−ピロリドンで
溶かした流動体を複数回繰り返してスプレーする。これ
はいわゆるボンデッドフィルム法と呼ばれる塗布方法で
あり、前記各粉末がスプレー面にほぼ均等に拡散した状
態になる。なお、前述の流動体の成分比は、例えばＰＴ
ＦＥ粉末５％、ポリアミドイミド粉末２５％、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン７０％である。(B) A fluid in which PTFE powder and polyamideimide powder are dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone is repeatedly sprayed on the surface to be coated a plurality of times. This is a so-called bonded film coating method, in which the respective powders are almost uniformly diffused on the spray surface. In addition, the component ratio of the aforementioned fluid is, for example, PT
FE powder 5%, polyamideimide powder 25%, N-methyl-2-pyrrolidone 70%.
【００２８】（ｃ） 前記スプレーした被膜を１８０℃
±１０℃の温度で所定時間（約３０分〜１２０分）加熱
焼成することにより定着させる。(C) 180 ° C. of the sprayed film
The fixing is performed by heating and baking at a temperature of ± 10 ° C. for a predetermined time (about 30 to 120 minutes).
【００２９】なお、必要に応じて（ｂ）、（ｃ）を数回
繰り返し、最終的に潤滑膜６の膜厚を例えば５±２μｍ
とする。If necessary, (b) and (c) are repeated several times, and finally the thickness of the lubricating film 6 is, for example, 5 ± 2 μm.
And
【００３０】次に、一定時間での発塵量、トルク、トル
ク寿命について試験を行った。その結果に基づき、表１
に相対比で示している。Next, a test was conducted on the amount of dust generated over a certain period of time, torque, and torque life. Based on the results, Table 1
Is shown as a relative ratio.
【００３１】試験に用いたボールねじＡは、呼び番号１
４０４、７ＴＳ３、５Ｃ７で、ねじ軸１の軸径を１４ｍ
ｍ、ボール３の径を２ｍｍ（３．５巻、１列）、リード
を３／１６″（４．７６３ｍｍ）としている。The ball screw A used for the test has a nominal number 1
With 404, 7TS3, 5C7, the shaft diameter of the screw shaft 1 is 14m
m, the diameter of the ball 3 is 2 mm (3.5 turns, 1 row), and the lead is 3/16 ″ (4.763 mm).
【００３２】試験対象として、ねじ軸１の表面全面のみ
に潤滑膜６を被覆した実施例１と、ねじ軸１の表面全
面、ボールナット２の内周面全面およびサーキュラーチ
ューブ４の内面に潤滑膜６を被覆した実施例２と、ボー
ル３の表面全面のみに潤滑膜６を被覆した実施例３と、
ボール３の表面全面にＡｇからなる潤滑膜をイオンプレ
ーティング法により被覆した比較例１と、ボール３の表
面全面にＰＴＦＥテロマー（平均分子量５０００以下）
からなる潤滑膜を被覆した比較例２との五種類とを用意
している。実施例１〜３の潤滑膜６の硬度は、ＪＩＳ規
格Ｋ５４００に基づく鉛筆引っかき値で「３Ｈ〜５Ｈ」
に、また、比較例１、２の潤滑膜の硬度は、「Ｂ」に設
定してある。実施例１〜３の潤滑膜の膜厚は、ねじ軸お
よびボールナットは５μｍ、サーキュレータチューブは
１０μｍ、ボールは１μｍ以下に、また、比較例１の膜
厚は、０．３μｍ、比較例２の膜厚は、１μｍ以下に設
定してある。As the test object, the lubricating film 6 was coated on only the entire surface of the screw shaft 1, and the lubricating film 6 was coated on the entire surface of the screw shaft 1, the entire inner peripheral surface of the ball nut 2, and the inner surface of the circular tube 4. 6 and Example 3 in which only the entire surface of the ball 3 is coated with the lubricating film 6,
Comparative Example 1 in which a lubricating film made of Ag was coated on the entire surface of ball 3 by an ion plating method, and PTFE telomer (average molecular weight of 5,000 or less) on the entire surface of ball 3
And Comparative Example 2 coated with a lubricating film consisting of five types. The hardness of the lubricating film 6 of Examples 1 to 3 was “3H to 5H” as a pencil scratch value based on JIS K5400.
The hardness of the lubricating films of Comparative Examples 1 and 2 is set to “B”. The thickness of the lubricating film in Examples 1 to 3 was 5 μm for the screw shaft and ball nut, 10 μm for the circulator tube, 1 μm or less for the ball, and 0.3 μm for Comparative Example 1 and 0.3 μm for Comparative Example 2. The film thickness is set to 1 μm or less.
【００３３】試験は、図５に示す装置を用いている。図
中、６０はボールねじＡの支柱、６１はボールねじＡの
サポート軸受、６２は負荷用ばね、６３はパーティクル
カウンター、６４はストレインゲージ、６５はボールナ
ット２の移動案内用のレール、６６はボールナット２の
スライドサポート軸受である。The test uses the apparatus shown in FIG. In the drawing, reference numeral 60 denotes a support of the ball screw A, 61 denotes a support bearing of the ball screw A, 62 denotes a load spring, 63 denotes a particle counter, 64 denotes a strain gauge, 65 denotes a rail for guiding the movement of the ball nut 2, and 66 denotes a rail. This is a slide support bearing for the ball nut 2.
【００３４】発塵量は、試験装置の図示しないケース内
に存在する粒子径０．３８μｍ以上の塵埃をパーティク
ルカウンター６３で計測する。計測は１０分間隔とす
る。前記ケース内雰囲気は大気中クラス１０の清浄度
に、また環境温度は室温に設定される。試験条件とし
て、軸方向荷重をＭａｘ４９Ｎ（５ｋｇｆ）、ストロー
クを１００ｍｍ、回転速度を３１５ｒｐｍ、圧力を１Ｐ
ａ、計測時間を７０時間としている。トルクは、ストレ
インゲージで計測する。トルク寿命とは、初期トルクの
約３倍になるまでの時間を言う。The amount of generated dust is measured by a particle counter 63 for dust having a particle diameter of 0.38 μm or more present in a case (not shown) of the test apparatus. The measurement is performed at intervals of 10 minutes. The atmosphere in the case is set to an air class 10 cleanliness, and the ambient temperature is set to room temperature. As test conditions, the axial load is Max49N (5 kgf), the stroke is 100 mm, the rotation speed is 315 rpm, and the pressure is 1P.
a, The measurement time is 70 hours. The torque is measured with a strain gauge. The torque life refers to the time until the torque becomes about three times the initial torque.
【００３５】なお、実施例４として、高温仕様のボール
ねじについても試験した。高温仕様ボールねじは、上述
のセラミックスあるいはＳＫＨ４、Ｍ−５０材でねじ軸
１、ボールナット２、ボール３を形成し、潤滑膜６が焼
き付け温度３００〜３５０℃で約９０分の熱処理が施さ
れている。As Example 4, a high-temperature specification ball screw was also tested. The high temperature specification ball screw is formed by forming the screw shaft 1, the ball nut 2, and the ball 3 with the above ceramics or SKH4 or M-50 material, and the lubricating film 6 is subjected to a heat treatment at a baking temperature of 300 to 350 ° C. for about 90 minutes. ing.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】このように、実施例１〜４と比較例１との
対比より、潤滑膜６を本実施例のように特定すれば、実
施例のほうが優れることが判る。なお、実施例１、２と
の対比より、潤滑膜をねじ軸１の表面全面のみに被覆す
るのが最も好ましいことが判る。これは、必要最小限の
潤滑成分を施しているため、摩耗粉の発生が少ないため
と考えられる。Thus, from the comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, it can be seen that, when the lubricating film 6 is specified as in this example, the example is superior. From comparison with Examples 1 and 2, it is understood that it is most preferable that the lubricating film is coated only on the entire surface of the screw shaft 1. This is considered to be due to the fact that a minimum amount of lubricating components is applied, so that the generation of wear powder is small.
【００３８】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ない。例えば、潤滑膜６は、ねじ軸１の少なくともボー
ル転動溝１１、ボールナット２の少なくともボール転動
溝２１およびボール３の表面の少なくともいずれかに被
覆すればよく、それら総てを本発明は含む。The present invention is not limited only to the above embodiment. For example, the lubricating film 6 may cover at least one of the ball rolling groove 11 of the screw shaft 1, at least the ball rolling groove 21 of the ball nut 2, and at least one of the surfaces of the ball 3. Including.
【００３９】但し、ボール３に潤滑膜６を被覆する場合
には、潤滑膜６の厚みを１μｍ前後にと薄く設定するの
が好ましい。これはボールねじＡの組み立てを高精度に
行う上で重要なのである。つまり、ボールねじＡの組み
立ては、一般的に、ねじ軸１とボールナット２の各加工
誤差を計測して、その加工誤差を相殺する径のボール３
を選択するようにしており、その関係から、ボール３の
径の誤差を小さくする必要がある。これに対して、潤滑
膜６の形成手法である前述のボンデッドフィルム法で
は、潤滑膜６の膜厚誤差が、得ようとする潤滑膜６の膜
厚に比例する。ゆえに、ボール３に被覆する潤滑膜６の
膜厚を薄く設定してボール３の径の誤差を小さく抑制す
るのが好ましいと考えている。However, when the ball 3 is coated with the lubricating film 6, it is preferable to set the thickness of the lubricating film 6 to be as thin as about 1 μm. This is important for assembling the ball screw A with high accuracy. That is, generally, when assembling the ball screw A, the processing error of the screw shaft 1 and the ball nut 2 is measured, and the ball 3 having a diameter that offsets the processing error is measured.
Is selected, and it is necessary to reduce the error of the diameter of the ball 3 from the relation. On the other hand, in the above-described bonded film method, which is a method of forming the lubricating film 6, the thickness error of the lubricating film 6 is proportional to the thickness of the lubricating film 6 to be obtained. Therefore, it is considered preferable that the thickness of the lubricating film 6 covering the ball 3 is set to be small to suppress the error in the diameter of the ball 3 to be small.
【００４０】また、ステンレス鋼製のねじ軸１の表面全
面とステンレス鋼製のボールナット２の内周面全面とに
潤滑膜６を被覆したものと、セラミックス製のボール３
とを組み合わせれば、耐食性において優れたボールねじ
Ａにできる。もちろん、ボールねじＡにおいて、ねじ軸
１、ボールナット２、ボール３の総てをセラミックスで
形成してもよい。Further, the entire surface of the stainless steel screw shaft 1 and the entire inner peripheral surface of the stainless steel ball nut 2 are coated with a lubricating film 6 and the ceramic ball 3
By combining these, a ball screw A having excellent corrosion resistance can be obtained. Of course, in the ball screw A, all of the screw shaft 1, the ball nut 2, and the ball 3 may be formed of ceramics.
【００４１】[0041]
【発明の効果】本発明では、特殊な潤滑膜を用いること
により潤滑膜の剥離を必要最小限に抑制できるようにし
ているから、発塵量を低減できるようになり、ボールね
じの使用環境を清浄に保つ上で効果を発揮するととも
に、潤滑膜の長寿命化が達成されるようになる。また、
潤滑膜が適度に硬質であるから、ボールの転動抵抗を軽
減できて、トルク低減に貢献できるようになる。According to the present invention, the use of a special lubricating film makes it possible to suppress the peeling of the lubricating film to a necessary minimum. Therefore, the amount of dust generated can be reduced, and the operating environment of the ball screw can be reduced. In addition to exhibiting the effect of keeping the lubrication clean, the lubrication film can be extended in life. Also,
Since the lubricating film is moderately hard, the rolling resistance of the ball can be reduced, thereby contributing to a reduction in torque.
【００４２】また、ねじ軸の外表面全面を上記潤滑膜で
被覆すれば、ハロゲン系腐食性ガス雰囲気中でもねじ軸
の腐食が防止される。なお、この際、ボールナットの露
出面をねじ軸と同様、潤滑膜で被覆すればなおよい。If the entire outer surface of the screw shaft is covered with the lubricating film, corrosion of the screw shaft can be prevented even in a halogen-based corrosive gas atmosphere. At this time, the exposed surface of the ball nut may be covered with a lubricating film, like the screw shaft.
【００４３】さらに、上記潤滑膜は、比較的硬度なた
め、ボールをねじ軸およびボールナット間にある程度、
負隙間で配設することが可能となるためボールねじの高
精度化に寄与できる。Further, since the lubricating film is relatively hard, the ball is moved between the screw shaft and the ball nut to some extent.
Since it is possible to dispose it with a negative gap, it is possible to contribute to higher precision of the ball screw.
【図１】本発明のボールねじの概略構成を示す縦断面
図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a ball screw of the present invention.
【図２】図１のＢ部を拡大した断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a portion B in FIG. 1;
【図３】ボール転動溝の他の例を示す部分断面図。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing another example of a ball rolling groove.
【図４】シールの他の例を示す部分断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing another example of the seal.
【図５】試験装置の概略構成を示す縦断面図。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a test apparatus.
１ ねじ軸 ２ ボールナット ３ ボール ６ 潤滑膜 １１ ねじ軸のボール転動溝 ２１ ボールナットのボール転動溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw shaft 2 Ball nut 3 Ball 6 Lubrication film 11 Ball rolling groove of screw shaft 21 Ball rolling groove of ball nut
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 泰 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光 洋精工株式会社内 (72)発明者 土肥 孝彌 大阪府八尾市南植松町２丁目34番地 光 洋機械工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−283252（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−193701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314274（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16H 25/20 - 25/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasushi Toyota 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi Inside Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Takaya Doi 2-34 Minamiuematsucho, Yao-shi, Osaka (56) References JP-A-62-283252 (JP, A) JP-A-6-193701 (JP, A) JP-A-63-314274 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) F16H 25/20-25/24
Claims (3)
ねじ軸と、このねじ軸のボール転動溝に対向する螺旋状
のボール転動溝を内周面に有するボールナットと、前記
ねじ軸と前記ボールナットの相対螺旋運動時に転動移動
する多数のボールとを備えたボールねじであって、 前記ねじ軸、ボールナットおよびボールが耐食性を有す
る材料で構成されているとともに、 前記ねじ軸またはボールナットのボール転動溝、または
ボール表面のうちの少なくともいずれかに、熱硬化性合
成樹脂からなるバインダー中にふっ素系合成樹脂を分散
混合した潤滑膜が被覆されており、この潤滑膜の硬度
を、ＪＩＳ規格Ｋ５４００に基づく鉛筆引っかき値の３
Ｈ〜６Ｈに設定する、ことを特徴とするボールねじ。A screw nut having a helical ball rolling groove on an outer peripheral surface; a ball nut having a helical ball rolling groove on an inner peripheral surface facing the ball rolling groove of the screw shaft; A ball screw comprising a screw shaft and a number of balls rolling and moving at the time of relative spiral movement of the ball nut, wherein the screw shaft, the ball nut and the ball are made of a corrosion-resistant material, and the screw ball rolling groove of the screw or ball nut or to at least one of the ball surface, a lubricating film was dispersed mixed fluorine-based synthetic resin is coated in a binder consisting of a thermosetting synthetic resin, the lubricating film Hardness
With a pencil scratch value of 3 based on JIS K5400.
A ball screw set to H to 6H .
全体に前記潤滑膜が被覆されている、ことを特徴とする
請求項１記載のボールねじ。2. The ball screw according to claim 1, wherein the entire outer surface of the screw shaft including a ball rolling groove is covered with the lubricating film.
ねじ軸と、このねじ軸のボール転動溝に対向する螺旋状
のボール転動溝を内周面に有するボールナットと、前記
ねじ軸と前記ボールナットの相対螺旋運動時に転動移動
する多数のボールとを備えたボールねじであって、 前記ねじ軸、ボールナットおよびボールが耐食性を有す
る材料で構成されているとともに、前記ねじ軸またはボールナットのボール転動溝、または
ボール表面のうちの少なくともいずれかに、熱硬化性合
成樹脂からなるバインダー中にふっ素系合成樹脂を分散
混合した潤滑膜が被覆されており、前記ボールが負すき
まにて前記ねじ軸およびボールナット間に配設されてい
る、ことを特徴とするボールねじ。 3. A helical ball rolling groove on an outer peripheral surface.
A helical shape that faces the screw shaft and the ball rolling groove of this screw shaft
A ball nut having an inner peripheral surface with a ball rolling groove of
Rolling movement during relative spiral movement of the screw shaft and the ball nut
A ball screw provided with a number of balls, wherein the screw shaft, the ball nut and the ball are made of a material having corrosion resistance, and a ball rolling groove of the screw shaft or the ball nut, or
At least one of the ball surfaces has a thermosetting compound
Disperse fluorine synthetic resin in binder made of synthetic resin
The mixed lubricating film is covered,
Up to the screw shaft and ball nut
A ball screw, characterized in that:
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP26069794A JP3160742B2 (en) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | Ball screw |
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| CN103542056A (en) * | 2013-10-24 | 2014-01-29 | 南京工艺装备制造有限公司 | Ball nut |
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