JP5879677B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

この発明は、ボールねじに関する。

半導体素子や液晶表示パネルを製造する環境に塵埃が存在すると歩留まり低下の原因になるため、これらの製造はクリーンルーム等の清浄な環境下で行われている。よって、半導体素子や液晶表示パネルの製造に使用される装置（製造装置や搬送装置）を構成するボールねじには、使用状態で塵埃が発生しないことが求められている。
下記の特許文献１には、ボールねじのボール戻し経路が、ボールを循環チューブのタングに衝突させてナットの外部にすくい上げる構造であると、衝突の際にボール等に付着しているグリースの油分が飛散して、ねじ軸とナットの間から外部に微粒子として放出されるため、発塵の原因になることが記載されている。この原因をなくすために、ボールねじのボール戻し経路を、ナットの軸方向に延びる貫通穴（ボール戻し通路）と、これに連続するボール循環コマで形成し、ボール循環コマを、ボールがタングに衝突しない状態で循環できる形状にすることが記載されている。

また、特許文献１に記載されたボールねじは、低発塵性グリースで潤滑され、ねじ軸とナットの環状隙間が、ナットの軸方向両端に配置されたリング状の接触シールで塞がれている。
下記の特許文献２には、ボールねじのナットに設けた給油孔に吸引配管を接続して、ナットの内部に発生した塵埃を吸引除去することが記載されている。また、ねじ軸にグリースプレーティング（潤滑剤含有溶液に浸漬後、乾燥することで潤滑剤被膜を形成する方法）を施すことで、潤滑剤からの発塵を抑制することが記載されている。

特開２００６−１１２５１７号公報 特許第２６３８９５５号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載されたボールねじには、発塵低減効果の点でさらなる改善の余地がある。
この発明の課題は、ナット内部に発生した塵埃を外部に極力出さないようにして、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果を得ることである。

上記課題を解決するために、この発明は、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道（転動路）の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、前記軌道と前記ボール戻し経路とで構成される循環回路を複数有し、前記ナットの軸方向両端の内周面に設けた凹部に、リング状の非接触シールが配置され、前記凹部の前記非接触シールより軸方向内側に、環状のスペーサが前記非接触シールに接触状態で配置され、前記スペーサの内径は前記非接触シールの内径より大きく、前記ナットを径方向に貫通する吸引穴が、前記ナットの軸方向中央部に形成され、前記ナットには、その内部に潤滑剤を供給する給脂穴が形成され、前記吸引穴が前記給脂穴とは別の位置に形成され、前記ナットの軸方向両端の前記非接触シールよりも軸方向内側に、前記非接触シールと前記スペーサと前記ねじ軸とで囲まれた潤滑剤溜まり空間を有し、前記給脂穴は、前記ナットの前記潤滑剤溜まり空間より軸方向内側に形成され、前記潤滑剤溜まり空間は、前記給脂穴から前記ナットの内部に供給されたグリースを溜める空間であって、前記潤滑剤溜まり空間に溜まったグリースが、慣らし運転時に移動して前記非接触シールと前記ねじ軸との隙間に介在することにより、前記非接触シールと前記ねじ軸との間に微小な円環状の隙間が形成されることを特徴とする。

ボールねじの発塵源は潤滑剤であり、ボールが軌道を転動する際に潤滑剤を飛び散らすことによって塵埃が生じる。ねじ軸のナットの外側にある部分にも潤滑剤は付着しているが、その部分の螺旋溝にはボールが存在しないため、ねじ軸が回転していてもその部分からの発塵は少ない。この発明のボールねじでは、前記循環回路を複数有する場合に、ナットの軸方向中央部に吸引穴を設けている。これにより、ナットの塵埃が発生している軌道の範囲（ボールが転動する範囲）内またはその間となる位置に吸引穴が形成された状態となるため、ナット内部の塵埃が効率的に吸引除去される。

また、非接触シールが配置されているため、ねじ軸とシールとの接触による発塵が防止される。
この発明のボールねじは、前記ナットの内部の塵埃が外部に出る経路が、前記ナットの軸方向両端にのみ設けられた構造を有することが好ましい。このナットの軸方向両端にはリング状の非接触シールが配置されているため、前記構造を有すると、ナットとねじ軸との隙間は、ねじ軸と非接触シールとの隙間のみになる。よって、吸引穴に吸引手段を接続してナット内部を吸引している間、ナット外部の空気が非接触シールとねじ軸との隙間を通ってナット内部に入り、ナット内部の空気が非接触シールとねじ軸との隙間を通って外部に向かうことを妨げる。

ナットの内部の塵埃が外部に出る経路が、ナットの軸方向両端にのみ設けられた構造は、前記ボール戻し経路が循環チューブを用いて形成されている場合は、循環チューブを差し込むナットの穴と、その穴に差し込まれた循環チューブの脚部との隙間を塞ぐことにより実現できる。また、前記ボール戻し経路をナットの内部に形成することによっても実現できる。

なお、この発明のボールねじは、ねじ軸と非接触シールとで形成される円環状隙間が周方向全体でほぼ同じになるように、非接触シールの内周部の形状とねじ軸の螺旋溝の形状を組合せることが好ましい。例えば、ねじ軸の螺旋溝を研削逃げが形成されていない単純なゴシックアーク形状とし、非接触シールの内周部をこれに対応させた形状とする。これにより、吸引時に、円環状隙間の周方向全体からナット内部に均一に空気が導入されて、空気の流れが周方向全体で均一になるため吸引効率が高くなる。ねじ軸と非接触シールとで形成される円環状隙間は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

この発明のボールねじは、前記ナットに、その内部に潤滑剤を供給する給脂穴が形成され、前記吸引穴が前記給脂穴とは別の位置に形成されている。前記給脂穴から供給された潤滑剤は、ボールの転動に伴うナットのねじ軸に対する相対的往復移動により、ナットの軸方向両端の非接触シールの内側に溜まり易く、ナット内部の軌道の範囲には溜まりにくい。この範囲に吸引穴が形成されているため、吸引穴が潤滑剤で塞がれにくく、安定的に吸引を行うことができる。

これにより、ボールねじの潤滑をナット内部へ潤滑剤を供給することで行いながら、ナットの内部に発生した塵埃のほとんどを外部に向かわせずに、効率的に吸引除去することができる。
前記潤滑剤としては、ちょう度が３００以下の低発塵性グリースを使用することが好ましい。
また、ナットの内部に潤滑剤を供給して慣らし運転をすることにより、非接触シールとねじ軸との隙間に潤滑剤を介在させると、ねじ軸と非接触シールとの間に微小な隙間ができる。よって、この発明のボールねじは、慣らし運転を行った後に使用することで吸引効率が向上する。

この発明のボールねじによれば、ナットの内部に発生した塵埃のほとんどが外部に向かわず、効率的に吸引除去されるため、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果が得られる。

この発明の第１実施形態のボールねじを示す断面図である。 この発明の第２実施形態のボールねじを示す断面図である。 参考例のボールねじを示す断面図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態のボールねじを示す断面図である。
図１に示すように、このボールねじは、ナット１と、ねじ軸２と、ボール３と、リング状の非接触シール４と、循環チューブ５０と、環状のスペーサ６で構成されている。ナット１の内周面に螺旋溝１ａが形成され、ねじ軸２の外周面に螺旋溝２ａが形成されている。ナット１の螺旋溝１ａとねじ軸２の螺旋溝２ａで形成される軌道の間に、ボール３が配置されている。ナット１の軸方向一端にはフランジ１１が形成されている。

このボールねじは、ボール３の軌道（ナット１の螺旋溝１ａとねじ軸２の螺旋溝２ａとで形成される転動路）と循環チューブ５０とで構成される２個の循環回路を有する。
ナット１のフランジ１１以外の部分の外周に、２本の循環チューブ５０を配置するための平面部１２が形成されている。この平面部１２に、２本の循環チューブ５０を取り付けるチューブ取付穴１６が形成されている。チューブ取付穴１６に、循環チューブ５０の脚部が差し込まれている。また、循環チューブ５０はナット１に対して、図示されないチューブ抑え金具で固定されている。

さらに、チューブ取付穴１６と循環チューブ５０の脚部との隙間がシーリング剤でシールされている。これにより、図１のボールねじは、ナット１の内部の塵埃が外部に出る経路が、ナット１の軸方向両端に限定された構造になっている。
ナット１の軸方向両端に、スペーサ６と非接触シール４を取り付けるための凹部１４が形成されている。ナット１の凹部１４内に、軸方向内側から順に、スペーサ６、非接触シール５が配置され、これらが、図示されないボルトで凹部１４の端面１４ａに固定されている。これにより、ナット１の軸方向両端に、非接触シール４とスペーサ６とねじ軸２とで囲まれた空間４６が生じる。これらの空間４６が、グリ−ス（潤滑剤）溜まり空間となる。スペーサ６はナット１と一体に形成されていてもよい。

ナット１には、さらに、吸引手段に接続する吸引穴７と、内部に潤滑剤を供給する給脂穴８が形成されている。吸引穴７は、ナット１の軸方向中央部の隣り合う螺旋溝１ａの間となる位置に、径方向に貫通する貫通穴として形成されている。吸引穴７が形成されている位置は、２個の循環回路の境界の位置である。吸引穴７のナット外周側は拡径されて、吸引配管の先端を挿入して取り付ける取り付け穴７１となっている。

給脂穴８は、ナット１のフランジ１１が形成されている部分の隣り合う螺旋溝１ａの間となる位置に、径方向に貫通する貫通穴として形成されている。給脂穴８のナット外周側は（フランジ１１に配置されている部分は全て）拡径されて、給脂配管の先端を挿入して取り付ける取り付け穴８１となっている。
ねじ軸２の螺旋溝２ａの断面形状は、研削逃げ溝が形成されていない単純なゴシックアーク形状である。これに対応させて、非接触シール４の内周部の形状を、ねじ軸２と非接触シール４とで形成される円環状隙間が周方向全体でほぼ同じになるようにしてある。

このボールねじは、例えば以下の手順で使用される。
ナット１の給脂穴８の取り付け穴８１に、ちょう度が３００以下の低発塵グリースの給脂配管の先端を取り付け、ナット１の吸引穴７の取り付け穴７１に吸引配管の先端を取り付ける。そして、先ず、給脂穴８からナット１の内部に、内部空間の１／４程度となる量の低発塵グリースを供給することで、グリ−ス溜まり空間４６にグリースを溜める。
次に、慣らし運転として、ナット１をねじ軸２に対してナット１の長さ分のストロークで数回相対移動させることで、グリース溜まり空間４６のグリースを移動させて、非接触シール４とねじ軸２との隙間にグリースを介在させる。これにより、非接触シール４とねじ軸２との間に微小な（０．５ｍｍ以下の）円環状の隙間が形成される。

次に、吸引配管の吸引源を作動させてナット１の内部を吸引し、この状態でボールねじの運転を開始する。これにより、ボール３の転動によりナット１の内部に発生した塵埃が吸引穴７から吸引除去される。また、外部の空気が非接触シール４とねじ軸２との微小な隙間を通ってナット１の内部に入り、ナット１の内部の空気が非接触シール４とねじ軸２との隙間を通って外部に向かうことを妨げる。
このようにして、ナット１の内部の塵埃が効率的に吸引除去される。グリース溜まり空間４６を設けたことで、非接触シール４とねじ軸２との間に微小な円環状の隙間が形成されるため、吸引効率が特に高くなる。また、非接触シール４を用いているため、ねじ軸２との接触による発塵が防止される。

したがって、この実施形態のボールねじによれば、ボールねじの潤滑をナット内部へ潤滑剤を供給することで行いながら、ナットの内部に発生した塵埃のほとんどが外部に向かわず吸引除去されるため、従来のボールねじよりも高い発塵低減効果が得られる。
なお、長期間の使用により、吸引時にナット１の内部のグリースが吸引穴７から吸引配管に入ることが考えられるが、吸引配管にグリースを溜める部分を設けて、その部分から定期的にグリースを取り除くこと等により、長期間の使用でも吸引効率を低下させないようにすることができる。

図２は、第２実施形態のボールねじを示す断面図である。
この実施形態では、ナット１の軸方向両端の凹部１４に、それぞれスペーサ６を介して２枚の非接触シール４１，４２を取り付けている。これにより、グリース溜まり空間４６が非接触シール４１，４２の間に形成されている。これ以外の点は第１実施形態と同じである。
図３は、参考例のボールねじを示す断面図である。
第１および第２実施形態では、ナット１の吸引穴７とは異なる位置に給脂穴８が形成され、この給脂穴８からグリースを供給しているが、この参考例では、ナット１に給脂穴８を設けず、ねじ軸２にグリースプレーティングを施すことで潤滑を行っている。これにより、図３のボールねじは、シール４とねじ軸２との隙間がほぼ一定に保持されるとともに、吸引穴７にグリースが入らない。

これに対して、図１および図２のボールねじでは、給脂穴８から供給したグリースが吸引穴７に入る可能性がないとは言えない。そして、吸引穴７にグリースが入ると吸引効果が低減する場合がある。よって、図３のボールねじは、図１および図２のボールねじよりも高い発塵低減効果が得られる可能性がある。
ねじ軸２にグリースプレーティングを施すことに代えて、固体潤滑剤からなる被膜をねじ軸２の表面に形成することによっても、上記と同様の効果を得ることができる。前記被膜をなす固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、有機モリブデン化合物、軟質金属（例えば、金、銀、鉛）、および高分子材料（例えば、ＰＴＦＥ、ポリイミド）の少なくとも１種からなるものが挙げられる。

なお、これらの実施形態では、吸引穴７を、ナット１の軸方向中央部の隣り合う螺旋溝１ａの間となる位置に設けているが、螺旋溝１ａの位置に設けてもよい。
また、これらの実施形態のボールねじは、ボール戻し通路として循環チューブ５０を用いているが、ナットに設けた軸方向に延びる貫通穴（ボール戻し通路）とエンドデフレクタとでボール戻し経路を形成してもよい。また、この発明は、ボール戻し経路がエンドキャップ式、コマ式であるボールねじにも適用できる。

１ ナット
１ａ ナットの螺旋溝
１１ フランジ
１２ 循環チューブ配置用の平面部
１３ ボール戻し通路をなす貫通穴
１４ シール取り付け用の凹部
１４ａ 凹部１４の端面
１６ チューブ取付穴
２ ねじ軸
２ａ ねじ軸の螺旋溝
３ ボール
４ 非接触シール
４１ 非接触シール
４２ 非接触シール
４６ グリース溜まり空間
５０ 循環チューブ
６ スペーサ
７ 吸引穴
７１ 取り付け部
８ 給脂穴
８１ 取り付け部

Claims (1)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、
   前記軌道と前記ボール戻し経路とで構成される循環回路を複数有し、
   前記ナットの軸方向両端の内周面に設けた凹部に、リング状の非接触シールが配置され、前記凹部の前記非接触シールより軸方向内側に、環状のスペーサが前記非接触シールに接触状態で配置され、前記スペーサの内径は前記非接触シールの内径より大きく、
   前記ナットを径方向に貫通する吸引穴が、前記ナットの軸方向中央部に形成され、
   前記ナットには、その内部に潤滑剤を供給する給脂穴が形成され、
   前記吸引穴が前記給脂穴とは別の位置に形成され、
   前記ナットの軸方向両端の前記非接触シールよりも軸方向内側に、前記非接触シールと前記スペーサと前記ねじ軸とで囲まれた潤滑剤溜まり空間を有し、
   前記給脂穴は、前記ナットの前記潤滑剤溜まり空間より軸方向内側に形成され、
   前記潤滑剤溜まり空間は、前記給脂穴から前記ナットの内部に供給されたグリースを溜める空間であって、前記潤滑剤溜まり空間に溜まったグリースが、慣らし運転時に移動して前記非接触シールと前記ねじ軸との隙間に介在することにより、前記非接触シールと前記ねじ軸との間に微小な円環状の隙間が形成されることを特徴とするボールねじ。

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