(57)【要約】【課題】  剥離の発生を抑え、長寿命のボールねじを提供する。【解決手段】  ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対向し合うらせん状のねじ溝が形成され、その間に転動自在に多数のボールが配設され、グリース組成物を封入してなるボールねじにおいて、前記グリース組成物が、腐食防止剤を該グリース組成物全量の０．１〜１０質量％含有することを特徴とするボールねじ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対向し合うらせん状のねじ溝が形成され、その間に転動自在に多数のボールが配設され、グリース組成物を封入してなるボールねじにおいて、
前記グリース組成物が、腐食防止剤を該グリース組成物全量の０．１〜１０質量％含有することを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
隣接するボール間に、ボールにそれぞれ対面する２つの凹面を有するリテーニングピースを介在させたことを特徴とする請求項１記載のボールねじ。
【請求項３】
前記腐食防止剤が、ベンゾトリアゾール及びその誘導体であることを特徴とする請求項１または２記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺旋状の雄ねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、雄ねじ溝と対向する螺旋状の雌ねじ溝が内周面に形成されたナットと、雄ねじ溝及び雌ねじ溝とで形成されるボール転動空間に転動自在に介装された複数のボールと、ボール転動空間の一端でボールを掬い上げるとともに他端にボールを移動させるボール循環路とを備えるボールねじに関し、例えば電動射出成形機やプレス機械等の高荷重が負荷される装置に組み込まれる比較的大型のボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、例えば図１及び図２（図１のＡＡ断面図）に示すように、ねじ溝１がその外周に螺旋状に形成されたねじ軸３と、ねじ溝１と対向するねじ溝５がその内周に螺旋状に形成された円筒形状のナット７と、両ねじ溝１，５により形成される空間に多数のボール９とを主要構成部材としている。ナット７には、一端に図示しないテーブル等に固定するためのフランジ１１が形成されるとともに、外周面の一部（図２中の上方）に平面（切欠面）１３が切削加工されている。また、ナット７には、ボール９の循環経路として前後一対の鋼管製のチューブ１５が固着されており、両ねじ溝１，５間を所定回数回転したボール９がこれらチューブ１５を介して循環する構造となっている。尚、図中、符号１７はナット７の平面１３上にチューブ１５を固定するためのチューブ押えを示し、符号１９はナット７の両端に取り付けられた防塵用のプラスチックシールを示している。
【０００３】
上記ボールねじでは、ボール９の転動を介してねじ軸３とナット７とが相対らせん運動し、その際に隣接するボール９同士がそれぞれ逆方向に転動した状態で接触し、ボールの競り合いと呼ばれる現象が起こり、ボール９の表面に損傷や剥離が生じてボールねじの寿命が短くなるという問題が発生している。また、ねじ溝１，５の転走面がゴシックアーチ形状に加工されたボールねじでは、ボール９とねじ軸３及びナット７との接触状態は負荷状態によって２点、３点あるいは４点と変動し、更に転走面がらせん状に連続していることから、理想的な転がり状態とはならず、ボール９にスピン滑りが生じてボール９の表面に損傷や剥離が生じやすくなっている。そのため、図３（ねじ軸３の軸線と垂直な断面図）に示すように、隣接するボール９の間に、両面にボール９と接触する凹面を有するリテーニングピース２１を介在させることも行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ボールねじは、潤滑のためにグリース組成物が封入されるが、従来はリチウム石けん−鉱油系のグリースや、リチウム複合石けん−鉱油系のグリースが一般に用いられている。ボールねじでは、ボール９とねじ軸３あるいはナット７との接触は、油膜を介して接触楕円と呼ばれる微小面積での点接触に近い状態となり、非常に高い面圧が生じている。しかし、これらグリース組成物は、増ちょう剤の強度が不足しているために油膜保持性に欠けており、潤滑不良による剥離を起こしやすい。特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる比較的大型で、高荷重が負荷されるボールねじでは、接点における接触楕円が大きくなるため、接触楕円における作動滑りも大きくなり、剥離がより起こりやすくなっている。このような潤滑不良による剥離は、リテーニングピース２１を介在させたボールねじでも起こっており、その解決が重要課題となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１３−１２４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、剥離を抑え、長寿命の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】
【０００７】
本発明者は、ボールねじにおける剥離現象を詳細に検証したところ、ボールねじを構成するねじ軸３やナット７、ボール９の材料内部に転がり疲労による異常組織が生成し、この異常組織に起因する内部起点型の剥離が起こっていることを見出した。また、潤滑不良に起因してねじ溝１，５やボール９の表面が剥離すると、剥離箇所で露出した金属の新生面が触媒的に作用してグリース組成物を分解し、それに伴って発生した水素が剥離箇所の金属に作用して水素脆性による白色組織変化を伴う剥離を誘発し、内部起点型の剥離と相俟って剥離による寿命低下を促進することを見出した。更には、封入グリース組成物には、防錆性能を付与するために防錆剤が添加されることがあり、防錆性能に優れることからスルフォン酸塩が添加されることが多いが、このスルフォン酸塩が添加されているときに白色組織変化を伴う剥離が顕著になることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【０００８】
即ち、本発明は、上記の目的を達成するために、下記のボールねじを提供する。
（１）ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対向し合うらせん状のねじ溝が形成され、その間に転動自在に多数のボールが配設され、グリース組成物を封入してなるボールねじにおいて、
前記グリース組成物が、腐食防止剤を該グリース組成物全量の０．１〜１０質量％含有することを特徴とするボールねじ。
（２）隣接するボール間に、ボールにそれぞれ対面する２つの凹面を有するリテーニングピースを介在させたことを特徴とする上記（１）記載のボールねじ。
（３）前記腐食防止剤が、ベンゾトリアゾール及びその誘導体であることを特徴とする上記（１）または（２）記載のボールねじ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のボールねじは、腐食防止剤を特定量添加したグリース組成物を封入することにより、高荷重下での使用においても剥離が少なく、長寿命となる。従って、本発明のボールねじは、電動射出成形機やプレス機械等に用いられる比較的大型で、高荷重が負荷される装置に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のボールねじに関して詳細に説明する。
【００１１】
本発明において、ボールねじの具体的な構成や構造は特に制限されるものではなく、図１〜図３に示した構成のものを例示できる。即ち、ねじ溝１が螺旋状に形成されたねじ軸３と、ねじ溝１と対向するねじ溝５が螺旋状に形成されたナット７とにより形成される空間に、多数のボール９をリテーニングピース２１を介在させて転動自在に配置し、更に循環用チューブ１５によりボール９及びリテーニングピース２１を循環させる構造となっている。また、リテーニングピース２１は、６６ナイロン等のポリアミドやフッ素樹脂、ポリエチレン等からなり、その両面にボール９と接触する凹面が形成されている。
【００１２】
また、ボールねじとして、図４に示すような、リテーニングビース２１を備えない構成とすることもできる。尚、図４において、図１〜図３と同一部材に同一の符号を付し、説明は省略する。
【００１３】
更に、ねじ溝１，５の転走面は、ゴシックアーチ形状であってもよい。
【００１４】
そして、本発明のボールねじには、潤滑のために後述されるグリース組成物が封入される。尚、封入量には制限がなく、ボールねじにおける通常の封入量で構わない。
【００１５】
[基油]
グリース組成物に使用される基油は特に制限されず、通常潤滑油の基油として使用される油は全て使用することができる。好ましくは、低温流動性不足による低温起動時の異音発生や、高温で油膜が形成され難いために起こる焼付きを避けるために、４０℃における動粘度が、好ましくは５０〜６００ｍｍ2／ｓ、より好ましくは７０〜５００ｍｍ2／ｓ、さらに好ましくは１００〜４５０ｍｍ2／ｓである基油が望ましい。
【００１６】
また、基油の種類として具体的には、鉱油系、合成油系または天然油系の潤滑油等が挙げられる。鉱油系潤滑油としては、鉱油を減圧蒸留、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものが好ましい。合成油系潤滑油としては、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、更にはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル油、更にはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。その他の合成潤滑油としては、トリクレジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。天然油系潤滑油としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油またはこれらの水素化物が挙げられる。これらの基油は、単独または混合物として用いることができ、上述した好ましい動粘度に調整される。
【００１７】
[増ちょう剤]
増ちょう剤は、ゲル構造を形成し、このゲル構造中に前述した基油を保持する機能を有すれば特に制限はない。具体的には、ＬｉやＮａ等を含む金属石けん、Ｌｉ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃａから選択される複合金属石けん等の金属石けん類、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物等の非石けん類を適宜選択して使用できるが、強固な油膜が得られること、またグリース組成物の耐熱性を考慮すると、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物及びこれらの混合物が望ましい。ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物の具体例としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物及びこれらの混合物が挙げられる。特にジウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物及びこれらの混合物が好ましく、特にジウレア化合物を配合することが好ましい。
【００１８】
更に高温安定性を良好にするためには、増ちょう剤として下記一般式（１）〜（３）式で表されるジウレア化合物を用いることが好ましい。これらのジウレア化合物は特に耐熱性に優れ、１８０℃近い高温でも使用することができる。
【００１９】
【化１】
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【００２０】
式中、Ｒ1は炭素数７〜１２の芳香族環含有炭化水素基、Ｒ2は炭素数６〜１５の２価の芳香族環含有炭化水素基、Ｒ3はシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基をそれぞれ示す。
【００２１】
また、一般式（１）〜（３）で表されるジウレア化合物は、[Ｒ1のモル数／（Ｒ1のモル数＋Ｒ3のモル数）]値が０〜０．５５となるように混合され、グリース組成物全量に対して１０〜３５質量％の割合で配合される。この配合量が１０質量％未満ではグリース組成物が軟らかすぎて高温でのグリース漏れ等が懸念され、３５質量％を超えるとグリース組成物が硬すぎてトルクむらや低温時の異音発生の原因となる。
【００２２】
[腐食防止剤]
腐食防止剤は、金属表面に防食皮膜を形成するため、剥離や損傷を防止するとともに、金属新生面が露出しても防食皮膜が覆い、水素との接触を断って更なる侵蝕を防止する。従って、腐食防止剤は金属表面に防食皮膜を形成させるものであれば全て使用することができるが、中でも窒素化合物、硫黄及び窒素を含む化合物等が好ましい。窒素化合物としてはＮ−Ｃ−Ｎ結合を持つ化合物が好ましく、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール誘導体、イミダゾリン、ピリミジン等が挙げられる。硫黄及び窒素を含む化合物としてはＮ−Ｃ−Ｓ結合を持つ化合物が好ましく、１，３，４−チアジアゾールポリスルフィド、１，３，４−チアジアゾリル−２，５−ビスジアルキルジチオカルバメート、２−（アルキルジチオ）ベンゾイミダゾール等が挙げられる。その他にもβ−（ｏ−カルボキシベンジルチオ）プロピオンニトリル、プロピオン酸、ジアルキルジチオリン酸塩等が使用できる。これらの中でも、ベンソトリアゾール及びベンソトリアゾール誘導体が防食皮膜を形成しやすいことから好ましい。
【００２３】
これら防食防止剤は単独で、もしくは複数種を組み合わせて使用することができ、グリース組成物全量に対して０．１〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％添加される。この添加量が０．１質量％未満では十分な防食皮膜を形成できず、白色組織剥離の抑制効果が得られない。また、添加量が１０質量％を超える場合は、増分に見合う防食効果が得られないばかりか、相対的に基油量が減少して潤滑性が低下する。
【００２４】
[その他の添加剤]
グリース組成物には、必要に応じて各種の添加剤を添加できるが、スルフォン酸塩はグリース組成物の分解に伴う水素の発生を促進することから、本発明では除外する必要がある。スルフォン酸塩は防錆剤であり、防錆性能を付与する場合は、カルボン酸塩、カルボン酸、エステル系防錆剤を添加することが好ましい。防錆剤は金属表面に吸着して酸化を防止する保護膜を形成するが、上記のように腐食防止剤も金属表面に防食皮膜を形成するため、金属に対する吸着性が腐食防止剤よりも強いと防食皮膜が形成されず、本発明の効果が損なわれてしまう。そこで、本発明では、好ましい腐食防止剤であるベンゾトリアゾールやベンゾトリアゾール誘導体に比べて金属表面への吸着性の低いカルボン酸塩、カルボン酸、エステル系防錆剤を用いる。
【００２５】
カルボン酸塩の中で特に好ましいのは、ナフテン酸塩である。ナフテン酸塩はナフテン核を有する飽和カルボン酸塩であればよく、特に制約はない。主に、飽和単環カルボン酸塩ＣnＨ2n-1ＣＯＯＭ、飽和複環カルボン酸塩ＣnＨ2n-3ＣＯＯＭ、脂肪族カルボン酸塩ＣnＨ2n+1ＣＯＯＭ、及びこれらの誘導体が挙げられる。例えば、単環のカルボン酸塩では、以下を挙げることができる。
【００２６】
【化２】
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【００２７】
上記式中、Ｒ4は炭化水素基を示しており、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルカリール基、アラルキル基等が挙げられる。また、Ｍは金属元素を示しており、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃａ，Ｂａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃｕ等である。これらのナフテン酸塩は、単独でも適宜組み合わせて使用してもよい。
【００２８】
また、カルボン酸の中で特に好ましいものとしてコハク酸誘導体が挙げられる。コハク酸誘導体としては、コハク酸、アルキルコハク酸、アルキルコハク酸ハーフエステル、アルケニルコハク酸、アルケニルコハク酸ハーフエステル、コハク酸イミド等を挙げることができる。これらのコハク酸誘導体は、単独でも適宜組み合わせて使用してもよい。
【００２９】
また、防錆剤以外の添加剤として、例えば金属石けん、ベントン、シリカゲル等のゲル化剤；アミン系、フェノール系、イオウ系、チオリン亜鉛系等の酸化防止剤；塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン系亜鉛、有機モリブデン系等の極圧剤；脂肪酸、動植物油等の油性剤；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等、通常グリース組成物に添加される各種の添加剤を添加してもよい。
【００３０】
これらの添加剤は単独もしくは複数種を組み合わせて使用することができ、また、その添加量は本発明の所期の目的を損なわない範囲であれば制限されるものではなく、適宜選択される。
【００３１】
[製法]
上記のグリース組成物を調製する方法には特に制限はないが、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。尚、加熱時間や攪拌・混合時間等の製造条件は、使用する基油や増ちょう剤、腐食防止剤、その他の添加剤等により適宜設定される。また、腐食防止剤やその他の添加剤を添加した後に十分攪拌して均一に分散させる必要があるが、このときに加熱することも有効である。
【００３２】
また、このようにして調製されるグリース組成物のちょう度は、ＮＬＧＩ  Ｎｏ．１〜３であることが望ましい。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
（実施例１、比較例１）
表１に示す配合にて、試験グリースを調製した。その際、第１の容器に鉱油の半量とｐ−トルイジンとを入れ、７０〜８０℃に加温した。第２の容器に鉱油の半量とジフェニルメタンジイソシアネートとを入れ、７０〜８０℃に加温し、内容物を第１の容器に加えて攪拌した。反応熱のため反応物の温度は上昇するが、約３０分間この状態で攪拌を続け、反応を十分に行った後、昇温して１７０〜１８０℃で３０分間保持し、冷却した。その後、表記の如くスルフォン酸バリウム、ナフテン酸亜鉛、ベンゾトリアゾールを添加し、十分混練した後、ロールミルを通すことで試験グリースを得た。また、混和ちょう度をＮＬＧＩ  Ｎｏ．１に調整した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
試験ボールねじとして、日本精工（株）製ボールねじ「呼び番号：２５×１０×５００−Ｃ５（ボール径４．７６ｍｍ）」を用い、これに上記で調製した試験グリースを封入した。尚、ねじ軸及びナットにはＳＣＭ４２０を浸炭して焼き入れいたものを用い、ボールはＳＵＪ２製鋼球を用い、リテーニングピースはナイロン製を用いた。そして、日本精工（株）製ボールねじ耐久試験装置に試験ボールねじを組み込み、アキシアル荷重：５８００Ｎ（Ｐ／Ｃ＝０．５）、最高回転数：５００ｍｉｎ-1、ストローク：４０ｍｍにて回転させ、一定時間毎に回転を停止して試験ボールねじのねじ軸の剥離の有無を目視にて観察し、剥離が生じるめでの時間（剥離寿命）を計測した。結果を図５に、比較例１の剥離寿命との相対値にて示す。
【００３６】
図５より、ベンゾトリアゾールを０．１〜１０質量％添加することにより、ベンゾトリアゾールを添加しない場合に比べて剥離寿命が２倍以上向上することが確認された。特に、ベンゾトリアゾールの添加量が０．５〜１０質量％の範囲では３倍以上に更に向上している。
【００３７】
（実施例２、比較例２〜４）
表２に示す如く、基油にポリ−αオレフィン（ＰＡＯ）を用いて試験グリースを調製した。尚、調製方法は、上記と同様である。そして、試験ボールねじとして、日本精工（株）製ボールねじ「呼び番号：２５×１０×５００−Ｃ５（ボール径４．７６ｍｍ）」を用い、これに上記で調製した試験グリースを封入した。尚、リテーニングピースは用いず、ねじ軸及びナットにはＳＣＭ４２０を浸炭して焼き入れいたものを用い、ボールはＳＵＪ２製鋼球を用いた。そして、上記と同条件にて剥離寿命を求めた。結果を図６に、比較例２の剥離寿命との相対値にて示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
図６より、基油を変えても、ベンゾトリアゾールを０．１〜１０質量％添加することにより、ベンゾトリアゾールを添加しない場合に比べて剥離寿命が向上することが確認された。特に、ベンゾトリアゾールの添加量が１〜８質量％の範囲では３倍以上に更に向上している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ボールねじの一例を示す上面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】図１のねじ軸３の軸線と垂直な断面図である。
【図４】ボールねじの他の例（リテーニングピース無し）を示す断面図である。
【図５】実施例１及び比較例１から得られたベンゾトリアゾールの添加量と剥離寿命との関係を示すグラフである。
【図６】実施例２及び比較例２〜４から得られたベンゾトリアゾールの添加量と剥離寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  ねじ溝
３  ねじ軸
５  ねじ溝
７  ナット
９  ボール
１５  チューブ
２１  リテーニングピース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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