(57)【要約】【課題】食品機械に組み込むことが可能であるとともに高荷重を受けることが可能なボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有するねじ軸３と、ねじ軸３のねじ溝３ａに対向する螺旋状のねじ溝５ａを内周面に有するナット５と、両ねじ溝３ａ，５ａにより形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボール９と、両ねじ溝３ａ，５ａとボール９との間の潤滑を行う食品機械用潤滑剤と、を備えている。ねじ軸３のねじ溝３ａの表面，ナット５のねじ溝５ａの表面，及びボール９の転動面の少なくとも一つには、多数の微小凹部からなる油溜まり１０が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、前記両ねじ溝と前記ボールとの間の潤滑を行う潤滑剤と、を備えるボールねじにおいて、前記潤滑剤を食品機械用潤滑剤とするとともに、前記ねじ軸のねじ溝の表面，前記ナットのねじ溝の表面，及び前記ボールの転動面の少なくとも一つに、多数の微小凹部からなる油溜まりを形成したことを特徴とする食品機械用ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品機械に好適なボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、食品，医薬品の容器や包装材は、樹脂の射出成形によって安価且つ大量に製造されることが多い。その際に使用される射出成形機はボールねじによって駆動されるが、ボールねじの潤滑のために使用されているグリース，潤滑油等の潤滑剤が飛散して射出成形品に接触するおそれがあるため、人体に悪影響を及ぼす可能性のある潤滑剤をボールねじに使用することはできない。
【０００３】
つまり、食品，医薬品の容器や包装材を製造する射出成形機は「食品機械」と同様の取り扱いが必要であるため、一般の射出成形機の潤滑に使用される極圧剤含有潤滑剤（例えば特許文献１に記載のもの）は使用できず、食品機械用潤滑剤が使用される。食品機械用潤滑剤に使用可能な成分は、人体に有害な成分が食品中に混入することを防止するために、法律に定められた衛生基準にしたがって規定されている。潤滑グリースの衛生基準としては、ＦＤＡ（米国食品医薬品局）又はＵＳＤＡ（米国農務省）の認可基準がよく知られており、一般工業用グリースとは別に食品機械用グリースの基準が知られている。
【０００４】
ちなみに、ＵＳＤＡのカテゴリーＨ１は、ＦＤＡの規定Ｎｏ．２１ＣＦＲ１７８．３５７０の規格に合格する人体に安全なベースオイル及び添加剤で製造された潤滑剤であり、ＵＳＤＡが「食品と潤滑剤が偶発的に接触する可能性がある食品機械に使用できる安全な潤滑剤である」と認証したものである。このような食品機械用グリースとしては、例えば特許文献２に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００１−４９２７８号公報
【特許文献２】特開平７−２６２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、食品機械用潤滑剤は、人体に悪影響を及ぼす可能性は低いものの潤滑性，潤滑剤保持性等の性能はそれほど高くないため、高荷重用のボールねじには不向きであるという問題があった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、食品機械に組み込むことが可能であるとともに高荷重を受けることが可能なボールねじを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る食品機械用ボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、前記両ねじ溝と前記ボールとの間の潤滑を行う潤滑剤と、を備えるボールねじにおいて、前記潤滑剤を食品機械用潤滑剤とするとともに、前記ねじ軸のねじ溝の表面（転動面若しくは軌道面），前記ナットのねじ溝の表面（転動面若しくは軌道面），及び前記ボールの転動面の少なくとも一つに、多数の微小凹部からなる油溜まりを形成したことを特徴とする。
【０００７】
本発明のボールねじは、潤滑剤として食品機械用潤滑剤が使用されているため、食品機械に組み込むことが可能である。また、食品機械用潤滑剤は潤滑性や潤滑剤保持性がそれほど高くないが、油溜まりに潤滑剤が保持されることによって優れた潤滑性が発現するため、本発明のボールねじは高荷重を受けることが可能であり、高荷重条件下でも使用できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の食品機械用ボールねじは、食品機械に組み込むことが可能であるとともに高荷重を受けることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る食品機械用ボールねじの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態であるボールねじの平面図であり、図２は図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
図１，２に示すように、ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有するねじ軸３と、ねじ軸３のねじ溝３ａに対向する螺旋状のねじ溝５ａを内周面に有するナット５と、両ねじ溝３ａ，５ａにより形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボール９と、両ねじ溝３ａ，５ａとボール９との間の潤滑を行う食品機械用潤滑剤（図示せず）と、を備えている。そして、ボール９を介してねじ軸３に螺合されているナット５とねじ軸３とを相対回転運動させると、ボール９の転動を介してねじ軸３とナット５とが軸方向に相対直線移動するようになっている。なお、ねじ溝３ａ，５ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
【００１０】
ナット５の外周面の一部は平坦に削られていて、軸方向に平行な平面部１３が形成されている。そして、ボール転動路の始点と終点とを連通させて無端状のボール循環路を形成する略コ字状に屈曲したリターンチューブ１５が、チューブ押え１７によって平面部１３に固定されている。すなわち、ナット５には、平面部１３に開口しナット５のねじ溝５ａと連通する一対の貫通孔が設けられていて、リターンチューブ１５の両端部がこの両貫通孔に平面部１３側から挿入されている。そして、貫通孔の外に位置するリターンチューブ１５の中央部分が、平面部１３上に配されている。
【００１１】
ボール転動路内を転動するボール９は、このリターンチューブ１５を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール９はボール転動路内を移動しねじ軸３の回りを複数回回ってから、ボール転動路の終点（リターンチューブ１５とボール転動路との交点）において、リターンチューブ１５の一方の端部（開口部）からリターンチューブ１５内にすくい上げられる。すくい上げられたボール９は、リターンチューブ１５の中を通って、リターンチューブ１５の他方の端部（開口部）からボール転動路の始点に戻される。このように、ボール転動路内を転動するボール９が、ボール転動路の始点と終点とを連通させるリターンチューブ１５により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸３とナット５とは継続的に相対直線移動することができる。
【００１２】
このようなボールねじ１において、ねじ軸３のねじ溝３ａの表面，ナット５のねじ溝５ａの表面，及びボール９の転動面の少なくとも一つには、多数の微小凹部からなる油溜まり１０（図３を参照）が形成されている。油溜まり１０を構成する微小凹部の形状は特に限定されるものではないが、図３に示すような断面円弧状の凹面からなる凹部が好ましい。また、油溜まり１０が形成されている面の算術平均粗さＲａは特に限定されるものではないが、０．０２μｍ以上０．２μｍ以下が好ましい。
【００１３】
本実施形態のボールねじ１は、潤滑剤として食品機械用潤滑剤が使用されているため、食品機械に組み込むことが可能である。例えば、食品，飲料の容器や包装材を製造する射出成形機においてスクリューを駆動するボールねじとして好適である。また、食品，飲料を容器や包装材に詰め込む詰込装置に使用されるボールねじとしても好適である。さらに、医薬品の容器や包装材を製造する射出成形機や、医薬品を容器や包装材に詰め込む詰込装置に使用されるボールねじとしても好適である。
【００１４】
また、本実施形態のボールねじ１は、ねじ軸３のねじ溝３ａの表面，ナット５のねじ溝５ａの表面，及びボール９の転動面の少なくとも一つに油溜まり１０が形成されているので、油溜まり１０に潤滑剤が保持されることによって優れた潤滑性が発現する。よって、食品機械用潤滑剤は潤滑性や潤滑剤保持性がそれほど高くないのにもかかわらず、ボールねじ１は高荷重を受けることが可能である。
【００１５】
なお、本発明における食品機械用潤滑剤は、食品に接触するべきではないが混入しても安全なものであり、例えばＵＳＤＡのカテゴリーＨ１に属する潤滑剤である。ボールねじ１に使用する食品機械用潤滑剤は、グリースであってもよいし潤滑油であってもよい。
また、油溜まり１０を形成する方法は特に限定されるものではないが、ショット材を吹き付けるショットピーニングが好ましい。
【００１６】
ショットピーニングの条件は特に限定されるものではないが、ショット材の噴射速度は５０ｍ／ｓ以上であることが好ましく、噴射圧力は２９．４Ｎ／ｃｍ2 以上５８．８Ｎ／ｃｍ2 以下であることが好ましい。噴射速度が５０ｍ／ｓ未満であったり、噴射圧力が２９．４Ｎ／ｃｍ2 未満であったりすると、ショット材の運動エネルギーが不足し、油溜まりとして十分に機能する微小凹部が形成されないという不都合が生じるおそれがある。一方、噴射速度が５８．８Ｎ／ｃｍ2 超過であると、ショットピーニングを施す被処理面に悪影響が及ぶおそれがある。
【００１７】
また、ショット材は略球形であることが好ましく、真球に近い形状であるほどより好適である。さらに、ショット材の材質は、金属やセラミックが好ましい。さらに、ショット材の硬さは、ショットピーニングを施す被処理面の硬さと同等以上であることが好ましい。さらに、ショット材の粒径は２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。ショット材の粒径が２０μｍ未満であると、処理時間が長くなるという不都合が生じるおそれがあり、２００μｍ超過であると算術平均粗さＲａが大きくなりすぎるという不都合が生じるおそれがある。
【００１８】
さらに、本実施形態のボールねじ１には、図２に示すように、隣接するボール９の間にセパレータ２１を介在させてもよい。このセパレータ２１は、ボール９の転動面に対面する２つの凹面を有し、ボール９同士の直接接触を防止するためのものであって、夫々のボール９間に介装されている。セパレータ２１は、例えば、それ自体に潤滑作用を有するポリアミドやフッ素樹脂、あるいは潤滑油を含浸させたポリエチレン等からなり、両端にボール９の半径よりも大きい曲率半径の凹球面が形成された円盤状である。
凹球面の形状は、球面形状に限定されるものではなく、２個の円弧を中間部で交差させて形成される、所謂ゴシックアーチ形の凹面でもよいし、円錐形状の凹面であってもよい。また、凹面に貫通穴を設けたり、該貫通穴内に潤滑剤を保持させてボール９との接触抵抗を低減させるようにしてもよい。
【００１９】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。グリースで潤滑された種々のボールねじを駆動して耐久試験を行い、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，又はボールの転動面に剥離が生じたら寿命に至ったと判定した。
実施例１〜５のボールねじは、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，及びボールの転動面の少なくとも一つに油溜まりが形成され、食品機械用グリース（東レ・ダウコーニング株式会社製のモリコート（Ｒ））で潤滑される。そして、隣接する各ボールの間にセパレータが配されている。
【００２０】
実施例６のボールねじは、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，及びボールの転動面の全てに油溜まりが形成され、食品機械用グリース（東レ・ダウコーニング株式会社製のモリコート（Ｒ））で潤滑される。セパレータは備えていない。
比較例１，２のボールねじは、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，及びボールの転動面のいずれにも油溜まりは形成されていない、従来の一般的な高荷重用のボールねじである。そして、一般的な射出成形機用グリース（リューベ株式会社製のＹＳ２グリース）で潤滑されている。比較例１はセパレータを備えているが、比較例２はセパレータを備えていない。
【００２１】
比較例３，４のボールねじは、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，及びボールの転動面のいずれにも油溜まりは形成されていない、従来の一般的な高荷重用のボールねじである。そして、食品機械用グリース（東レ・ダウコーニング株式会社製のモリコート（Ｒ））で潤滑されている。比較例３はセパレータを備えているが、比較例４はセパレータを備えていない。
【００２２】
これらのボールねじはいずれも日本精工株式会社製のボールねじＢＳ６３１６−１０．５（ＪＩＳ  Ｂ１１９２  ６３×１６×３００−Ｃｔ７）であり、その仕様は以下の通りである。
・ねじ軸の直径：６３ｍｍ
・リード      ：１６ｍｍ
・ボールの直径：１２．７ｍｍ
・回路数      ：３．５巻×３列
・軸方向荷重  ：動定格荷重の２５％
【００２３】
【表１】
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【００２４】
耐久試験の結果を表１に示す。なお、表１の寿命の数値は、比較例１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
比較例３，４のボールねじは、従来の一般的な高荷重用のボールねじを食品機械用グリースで潤滑した例であるが、食品機械用グリースの潤滑性がそれほど高くはないため、従来の一般的な高荷重用のボールねじを一般的な射出成形機用グリースで潤滑した比較例１，２よりも寿命が大きく劣っていた。
【００２５】
実施例１〜５のボールねじは、食品機械用グリースで潤滑されているにもかかわらず、比較例１とほぼ同等の寿命を有していた。なお、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，及びボールの転動面のうちいずれか一つに油溜まりを形成すれば、比較例１とほぼ同等の寿命を得ることができるが、ねじ軸のねじ溝の表面，ナットのねじ溝の表面，及びボールの転動面の全てに油溜まりを形成することがより好ましい。
実施例６のボールねじは、セパレータを備えていないため寿命は比較例１の０．４５倍であったが、セパレータを備えていない比較例２と比べるとほぼ同等であった。
また、実施例１と比較例３との比較、及び、実施例６と比較例４との比較から、油溜まりによって潤滑性が向上していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るボールねじの一実施形態の平面図である。
【図２】図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
【図３】油溜まりを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      ボールねじ
３      ねじ軸
３ａ    ねじ溝
５      ナット
５ａ    ねじ溝
９      ボール
１０      油溜まり
【図１】
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【図２】
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【図３】
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