(57)【要約】  ねじ軸のボールねじ溝及びナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも、ボールの表面硬度が高く、かつ、該ボールの表面に１μｍ以上５μｍ以下の膜厚で固体潤滑剤膜が成膜されていることを特徴とするボールねじ。また、ねじ軸１およびナット２の溝１１，２１の断面をゴシックアーク状とする。ボール２の直径（Ｄ）に対する溝１１の断面円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）を５１．０％以上５２．０％以下とする。ボール３の表面に、ＭｏＳ2 からなる固体潤滑剤被膜を０．５μｍ以上３．０μｍ以下の厚さで形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の溝が形成されたナットと、ねじ軸の溝とナットの溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、前記戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、
ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、
ボールの直径（Ｄ）に対する前記溝の断面を形成する円弧の半径（Ｒ）の比(Ｒ/Ｄ)が５１．０％以上５２．０％未満であり、
前記ボール自身または前記ボールと接触する部品の少なくともいずれかの表面に固体潤滑剤被膜が成膜されている、ボールねじ。
【請求項２】
前記ねじ軸のボールねじ溝及び前記ナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも、前記ボールの表面硬度が高く、かつ、該ボールの表面に１μｍ以上５μｍ以下の膜厚で固体潤滑剤膜が成膜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。
【請求項３】
前記固体潤滑剤膜が二硫化モリブデンまたは軟質金属からなることを特徴とする請求項２記載のボールねじ。
【請求項４】
前記軟質金属がスズ、金、銀、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金から選ばれることを特徴とする請求項３記載のボールねじ。
【請求項５】
前記ボールの表面硬度がＨＲＣ６３以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のボールねじ。
【請求項６】
前記ねじ軸および前記ナットの少なくともいずれかは、
前記溝の断面がゴシックアーク状（半径が同じで中心が異なる二つの円弧が連結された形状）であり、ボールの直径（Ｄ）に対する前記溝の断面のゴシックアークを形成している円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）が５１．０％以上５２．０％未満であり、
前記ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つは、表面に固体潤滑剤被膜が形成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。
【請求項７】
前記ボールと軌道の隙間は５μｍ以上７０μｍ以下であり、前記固体潤滑剤被膜の厚さは０．５μｍ以上３．０μｍ以下である請求項６記載のボールねじ。
【請求項８】
前記固体潤滑剤被膜は二硫化モリブデンまたはスズからなる請求項６または７記載のボールねじ。
【請求項９】
前記ボール間に保持ピースが配置されている請求項６〜８のいずれか１項に記載のボールねじ。
【請求項１０】
前記各ボールの間に介装される保持ピースと、前記直動体に形成され、前記ボール溝の一端側から他端側に前記ボールを循環させる循環経路とをさらに備え、
前記保持ピースの少なくともボールと接触する面に、二硫化モリブデン、軟質金属または高分子材料からなる被膜が成膜されていることを特徴とする請求項１記載の直動装置。
【請求項１１】
前記ボール戻し路の内面に、二硫化モリブデン及び有機モリブデン化合物の少なくとも一方からなる固体潤滑被膜を被覆したことを特徴とする請求項１記載のボールねじ。
【請求項１２】
前記ボール戻し路を樹脂で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のボールねじ。
【請求項１３】
前記ボール戻し路を射出成形で製造された樹脂製部材で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のボールねじ。
【請求項１４】
前記ボール戻し路を金属で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のボールねじ。
【請求項１５】
前記ボール戻し路を金属プレス加工で製造された金属製部材で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじに関し、特にアクチュエータ用として、例えば電動射出成形機やプレス機械等の産業用機械に使用される比較的大型で、高荷重で使用されるボールねじやリニアガイド等の直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動射出成形装置や電動プレス装置などで使用されるボールねじは、極めて大きな負荷が作用し、比較的短いストロークで往復動するという厳しい条件下で使用される。そのため、軌道面における繰り返し応力による剥離寿命が問題となる。その対策として、一般的には、ボール径をできるだけ大きくするとともに、軌道面の曲率半径をできるだけボール径に近づけて、接触面圧を下げることで繰り返し応力値を抑え、要求寿命を満たすことがなされている。【０００３】
しかし、ボールねじの場合、玉軸受けやリニアガイドとは異なり、螺旋状軌道をボールが転がるという幾何学的問題のために、滑り成分が大きい。その滑り成分の大きさによる影響で、リード角１５度以下の一般的なボールねじにおいては、ボール直径（Ｄ）に対する溝の断面を形成する円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）５２％以下では、白色剥離に代表されるように、かえって短寿命化してしまう、という問題があったため、Ｒ／Ｄを５２％以上５４％以下とするのが通常であった。【０００４】
第1の背景技術としては、従来の電動射出成形機やプレス機械等で使用される比較的大型で、高荷重で使用されるボールねじは、瞬間的に高負荷が加わる短いストロークで使用され、更に最大負荷が作用した状態で一端停止した後、逆回転する往復運動するという厳しい条件下で使用される。【０００５】
また、これら機械に使用されるボールねじの特徴として、機台に取り付けるボールねじの取り付け誤差が挙げられる。即ち、ボールねじと機台との間には比較的大きな取り付け誤差が想定される。この取り付け誤差のために、ねじ軸とナットとの間に相対的なこじりモーメントが生じ、その結果ボール間で公転速度差が生じ、ボール同士が競り合い、衝突して損傷や摩耗、更には剥離が生じるようになる。その結果、発生した金属粉がグリースに混入して異物として作用してねじ軸やナットのボールねじ溝（転走面）の早期剥離を起こすようになる。【０００６】
また、封入グリースによりボール表面や転走面に油膜が形成されるが、ボール同士の衝突は凸形状と凸形状との衝突であるため、転走面とボールとの衝突（凹形状と凸形状との衝突）と比較して油膜が形成され難く、また油膜切れを起こしやすく、金属接触が起こり易い。【０００７】
このような不具合を解消するために、ボールと、ねじ軸のボールねじ溝及びナットのボールねじ溝との間に予圧を与えて位置決め精度を確保するボールねじの、ボールの表面硬度をねじ軸のボールねじ溝及びナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも高くすることで、ボールの耐摩耗性を向上させることが行われている（特許文献１参照）。【０００８】
また、ボールねじのボール、ねじ軸のボールねじ溝、ナットのボールねじ溝に二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）の微粒子を噴射し、衝突固着させて膜厚０．５μｍ以下の潤滑被膜を形成し、耐摩耗性を向上させることも行われている（特許文献２参照）。
また、特許文献２には、ねじ軸のねじ溝，ナットのねじ溝，及びボールのうちの少なくとも一つの摺接部分に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させ、厚み寸法が０．５μｍ以下の潤滑剤被膜を形成したボールねじが提案されている。【０００９】
０．５μｍ以下とすることで、被膜の前記摺接部分に対する固着性が向上して被膜が剥離し難くするとともに、剥離した場合でも寸法変化を小さく抑えることができると記載されている。【００１０】
第２の背景技術としては、従来のボールねじの一例を図１４（斜視図）および１５（断面図）に示す。このボールねじは、ボールの戻し路としてチューブを用いるチューブ式ボールねじであり、ねじ軸１０１とナット１０２とボール１０３とチューブ１０４とで構成されている。図１４の符号１０６はチューブ１０４をナット１０２に固定するチューブ押えである。図１５ではこのチューブ押え１０６が図示されていない。
ねじ軸１０１の外周面とナット１０２の内周面には、螺旋状の溝１１１，１２１が形成されており、これらの溝１１１，１２１でボール１０３の軌道Ｋが形成されている。そして、ボール１０３がこの軌道Ｋを負荷状態で転動することにより、ナット１０２はねじ軸１０１に対して相対的に直線移動する。【００１１】
チューブ１０４は略門形に形成され、その両端部が、ナット１０２をなす円筒に設けた貫通穴１２２内に挿入され、軌道Ｋの始点と終点を連結するように、ねじ軸１０１を挟んで斜向かいに配置されている。したがって、軌道Ｋの終点に達したボール１０３はこのチューブ１０４を通って軌道Ｋの始点に戻される。この例では、ボール循環経路（軌道＋戻し路）を２つ有するため、チューブ１０４を２本備えている。【００１２】
電動射出成形機やプレス機械用のボールねじは、比較的大型で高荷重を受ける。具体的には、瞬間的に高負荷が加わり、短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する往復運動を繰り返す。このような厳しい条件下で使用されるため、前記用途のボールねじとしては、従来より、シングルナットで、組み立てすきまを極僅か（ボール直径に対する比で１／４００程度）にしたものが使用されている。ボールねじの負荷容量を上げて寿命を長くする方法としては、ボール１０３の直径（Ｄ）に対する（ねじ軸１０１およびナット１０２の）溝１１１，１２１の断面円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）を、従来の５２．０〜５４．０％よりも小さくする方法が挙げられる。【００１３】
しかしながら、この方法では、従来のボールねじよりもボールと軌道をなす溝との接触楕円の長軸が長くなって、滑り成分が大きくなる。これに伴って、接触楕円内における接線力が大きくなるため、表面起点剥離が発生したり、白色組織による内部起点剥離が発生したりする可能性が否定できない。また、ボールねじは玉軸受等の一般的な転がり軸受と比較して、ボールの転がり速度が遅いため、油膜が形成され難い。よって、ボールねじで前記比（Ｒ／Ｄ）を５２．０〜５４．０％よりも小さくする場合には、早期損傷に至らないような対策を講じる必要がある。【００１４】
ボールねじの潤滑特性を向上させる対策の従来例としては、以下に示すものが挙げられる。
下記の特許文献３には、電動射出成形機の駆動系に用いるボールねじの早期剥離を防止するために、特定のグリースを用いることが記載されている。
下記の特許文献４には、ボールを使用した機械部品の転がり摩擦面および滑り摩擦面の少なくとも一部の摩擦面に、金、銀、鉛、亜鉛、スズ（Ｓｎ）、インジウム等の軟質金属やポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）やペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＴＡ）等からなる微粒子を、ノズルから空気とともに吹き付けて固体潤滑被膜を形成することが開示されている。
(特許文献２参照)【００１５】
第３の背景技術としては、マシニングセンタ等の工作機械や産業用ロボットでは、回転運動の直動運動への変換やワークテーブルなどの直進移動を円滑に行わせるために、ボールやローラをボールとして用いた直動装置が多用されている。【００１６】
図１は直動装置の一つであるボールねじの一例を示す上面図、図２は図１のＡＡ断面図である。図示されるように、ボールねじ１は、雄ねじ溝３ａが外周部に形成されたねじ軸３と、雌ねじ溝５が内周面に形成された直動体である円筒形状のナット７と、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５との間に介裝された複数個のボール９とから構成されている。【００１７】
ナット７は、ねじ軸３の軸線方向に沿って直線移動するものであって、円筒形であり、一端には装置のテーブル（図示せず）等に固定するためのフランジ１１が形成され、外周面の一部は切り欠かれて平面部１３が形成されている。ナット７の内周面には、雄ねじ溝３ａと同一形状、同一ピッチの雌ねじ溝５が形成され、該雌ねじ溝５の一端側と他端側とを連通させて循環経路となるチューブ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。そして、チューブ１５内を通してボール９を移送して雌ねじ溝５の一端側から他端側へボール９を循環させるように構成されている。また、ナット７の両端には、プラスチィック製のダストシール１９が配設され、異物が外部からナット７内に侵入するのを防止するようになっている。【００１８】
ボールねじ１は上記の如く概略構成されるが、ボール９同士が衝突して騒音が発生したり、ボール９が損傷する。そこで、図示されるように、ボール９とボール９の間に保持ピース２１を介挿するのが一般的である。例えば、図３（ねじ軸３の軸線と垂直な断面図）に示すように、ボール９とボール９との間にボール９との接触面１１が凹球面状に形成された保持ピース２１が介挿入される。保持ピース２１の材質としては、６６ナイロン等のポリアミドやフッ素樹脂等の合成樹脂が一般的である（特許文献５参照）。【００１９】
第４の背景技術としては、電動射出成形機やプレス機械等で使用されるボールねじは、比較的大型で且つ高荷重が負荷されるものであり、瞬間的に高負荷が作用する短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する（往復運動）という厳しい条件下で使用される。
このようなボールねじにおいては、該ボールねじが組み込まれた装置そのものの剛性不足により、ねじ軸とナットとの間にこじりモーメント荷重が作用することが避けられない。こじりモーメント荷重が作用した状態でボールねじが使用されると、ボールの公転速度が負荷領域内で異なることとなるため、ボール戻し路（ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とで形成されたボール転動路の終点から始点へボールを送ってボールを循環させる通路）において、ボールの詰まりが発生するおそれがある。また、ボール戻し路内をボールが千鳥状に動きながら移動するため、ボールがボール戻し路の内面に擦り付けられながら移動することとなる。【００２０】
さらに、このようなボールねじは、負荷容量を上げるために、ねじ軸の径に対してボールの径が大きく設計されている。したがって、ボールの径が大きくなるに伴ってボールの運動エネルギーも大きくなるため、ボールがボール戻し路に及ぼす影響も大きくなる。
ボール戻し路の内面に過大な力で擦り付けられながらボールが運動すると、ボール戻し路の内面に摩耗や剥離が生じ、ボールの循環不良が生じるおそれがある。また、その摩耗粉や剥離粉が異物として作用するため、ねじ溝やボールに早期剥離が生じて、ボールねじが短寿命となるおそれもある。【００２１】
このような問題の対策として、前述のボール戻し路に相当する循環チューブの内面粗さを算術平均粗さで０．２μｍＲａ以下としたボールねじが提案されている。このような構成から、循環チューブの内面とボールとの接触に伴う金属粉等のゴミの発生が抑制されるので、ねじ溝とボールとの間に入り込む異物の量を抑制することができる。(特許文献6参照)【００２２】
さらに、前述のボール戻し路に相当する循環部材を固体潤滑剤で構成したボールねじが開示されている。このようなボールねじは、潤滑油やグリース等による通常の潤滑が困難な環境下で好適に使用可能である。(特許文献7参照)
【特許文献１】特開２０００−３４６１６２号公報
【特許文献２】特開２００４−６０７４２号公報
【特許文献３】特開２００１−４９２７４号公報
【特許文献４】特開平６−１０９０２２号公報
【特許文献５】特開平１１−３１５８３５号公報
【特許文献６】特開２００４−９２７８７号公報
【特許文献７】特開昭６２−２８３２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
第１の課題としては、従来の一般的なボールねじにおいては、Ｒ／Ｄを５２％以上５４％以下としているが、電動射出成形装置や電動プレス装置などでボールねじに要求される極めて大きな負荷に対し、充分に面圧を抑えることができなくなり、その結果として軌道面における繰り返し応力による剥離損傷（疲れ寿命による剥離）が早期に発生し、要求寿命を満たさなくなる、という問題があった。【００２４】
また、軌道面の発生面圧、繰り返し応力を充分抑えて、転がり疲れ寿命による剥離損傷に対する充分な寿命を持たせようと、Ｒ／Ｄを５２％以下としたボールねじでは、軌道面とボールの間の滑りの大きさによる影響でかえって短寿命化する、という問題があった。【００２５】
第２の課題としては、通常、ねじ軸やナットのボールねじ溝は、所定の断面形状に成形した総型砥石を回転させながら相対的に軸方向に移動させて砥石形状を転写させて研削する総型研削仕上げされる。そのため、軸方向粗さに比べて砥石形状がそのまま転写される直角方向の面粗さはかなり粗くなり、表面粗さは０．３μｍ程度となるのが一般的である。これに対し、ボールは、表面粗さ０．００６μｍ程度まで仕上げられている。そのため、特許文献１のように、ボールの表面硬度をねじ軸のボールねじ溝やナットのボールねじ溝の各表面硬度より高くしただけでは、ボールの損傷や摩耗は避けられない。【００２６】
また、特許文献２では、ボール、ねじ軸のボールねじ溝、ナットのボールねじ溝に二硫化モリブデンからなる潤滑被膜を形成しているが、潤滑被膜の剥離による寸法変化の観点からその膜厚を０．５μｍ以下と規定している。これは、特許文献２のボールねじが、予圧を付与する構成であり、高度な送り精度が要求される用途に使用されることに由来するが、本発明が想定する高負荷用途のボールねじにおいては、このような薄い潤滑被膜では耐久面での懸念がある。【００２７】
本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、ボールの損傷や摩耗を従来よりも抑え、長寿命で信頼性の高い、特に、電動射出成形装置や電動プレス装置などで使用される、高負荷用途に好適なボールねじを提供することを目的とする。【００２８】
第３の課題としては、保持ピース２１は常にボール９と接触し、滑りを生じながら循環経路内を無限循環運動するため、保持ピース２１とボール９との間には滑り摩擦が絶えず生じ、ボールねじ１の作動性を悪化させるという問題を抱えている。このような不具合は、ボールねじ１の他にも、ボールと保持ピースとを備える直動装置全般に起こる現象である。【００２９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、保持ピースを備える直動装置における作動性の向上を目的とする。【００３０】
第４の課題としては、前述の特許文献６のボールねじは、金属粉等のゴミの発生が抑制されるので、異物の噛み込みによるねじ溝やボールの早期剥離を抑制することはできるが、循環チューブの内面の摩耗や剥離を十分に抑制することは困難であった。また、特許文献２のボールねじは、ボール戻し路の摩耗や剥離を防止する対策は施されていない。さらに、特許文献７のボールねじは、固体潤滑剤で構成された循環部材の強度が高くないため、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下で使用された場合には、循環部材の破損やボールねじの機能不全が生じるおそれがあった。
そこで、本発明は、上記のような従来のボールねじが有する問題点を解決し、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下で使用されても、摩耗，剥離等の損傷が生じにくく長寿命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】
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明は第１の構成として以下のような構成からなる。
（１）外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の溝が形成されたナットと、ねじ軸の溝とナットの溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、前記戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、
ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、
ボールの直径（Ｄ）に対する前記溝の断面を形成する円弧の半径（Ｒ）の比(Ｒ/Ｄ)が５１．０％以上５２．０％未満であり、
前記ボール自身または前記ボールと接触する部品の少なくともいずれかの表面に固体潤滑剤被膜が成膜されている、ボールねじ。【００３２】
また、本発明は第２の構成として以下のような構成からなる。
（２）外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、前記ねじ軸の外周に嵌合され、かつ、内周面に前記ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ軸を有するナットと、前記ねじ軸のボールねじ溝と前記ナットのボールねじ両ボールねじ溝とで構成されるボール転動路と、ナットに設けられ、前記ボール転動路の一部と他の一部と連通させた接続路と、前記接続路と前記ボール転動路とで構成される無端状に連通するボール循環路と、前記ボール循環路内に無端状に配列するように収容された複数のボールとを備えるボールねじにおいて、前記ねじ軸のボールねじ溝及び前記ナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも、前記ボールの表面硬度が高く、かつ、該ボールの表面に１μｍ以上５μｍ以下の膜厚で固体潤滑剤膜が成膜されていることを特徴とする（１）記載のボールねじ。
（３）前記固体潤滑剤膜が二硫化モリブデンまたは軟質金属からなることを特徴とする上記（２）記載のボールねじ。
（４）前記軟質金属がスズ、金、銀、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金から選ばれることを特徴とする上記（３）記載のボールねじ。
（５）前記ボールの表面硬度がＨＲＣ６３以上であることを特徴とする上記（２）〜（４）の何れか１項に記載のボールねじ。【００３３】
また、本発明は第３の構成として以下のような構成からなる。
（６）ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、前記溝の断面がゴシックアーク状（半径が同じで中心が異なる二つの円弧が連結された形状）であり、ボールの直径（Ｄ）に対する前記溝の断面のゴシックアークを形成している円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）が５１．０％以上５２．０％未満であり、前記ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つは、表面に固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とする上記（１）記載のボールねじ。【００３４】
このボールねじによれば、ねじ軸およびナットの少なくともいずれかについて、前記溝の断面をゴシックアーク状とし、前記比（Ｒ／Ｄ）を５１．０％以上５２．０％以下とすることで、負荷容量を大きくできる。また、これに伴って、ボールと軌道をなす溝との接触楕円の長軸が長くなって、滑り成分が大きくなるが、ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つの表面に固体潤滑剤被膜が形成されているため、良好な潤滑特性が確保されて、早期損傷が防止される。【００３５】
（７）電動射出成形機やプレス機械用のボールねじは前記ボールと軌道の隙間が５μｍ以上７０μｍ以下であるため、前記固体潤滑剤被膜の厚さを０．５μｍ以上３．０μｍ以下とすることで、良好な潤滑特性が得られる。
（８）前記固体潤滑剤被膜としては、二硫化モリブデンまたはスズからなる被膜が例示できる。
（９）前記ボール間に保持ピースが配置されていることが好ましい。【００３６】
また、本発明は第４の構成として以下のような構成からなる。
（１０）前記各ボールの間に介装される保持ピースと、前記直動体に形成され、前記ボール溝の一端側から他端側に前記ボールを循環させる循環経路とさらにを備え、前記保持ピースの少なくともボールと接触する面に、二硫化モリブデン、軟質金属または高分子材料からなる被膜が成膜されていることを特徴とする上記（１）記載の直動装置。【００３７】
本発明は第５の構成として次のような構成からなる。
（１１）前記ボール戻し路の内面に、二硫化モリブデン及び有機モリブデン化合物の少なくとも一方からなる固体潤滑被膜を被覆したことを特徴とする上記（１）記載のボールねじ。【００３８】
（１２）前記ボール戻し路を樹脂で構成したことを特徴とする上記（１１）記載のボールねじ。
（１３）前記ボール戻し路を射出成形で製造された樹脂製部材で構成したことを特徴とする上記（１１）記載のボールねじ。
（１４）前記ボール戻し路を金属で構成したことを特徴とする上記（１１）記載のボールねじ。
（１５）前記ボール戻し路を金属プレス加工で製造された金属製部材で構成したことを特徴とする上記（１１）記載のボールねじ。
【発明の効果】
【００３９】
溝Ｒ比を５１〜５２％とし、ボールまたはボールと接触する表面に二硫化モリブデン、軟質金属などの表面被膜処理による固体潤滑剤被膜を成膜したため、高荷重時のボールと溝に作用する面圧を抑制できるとともに、ボールねじ固有の特性であるらせん溝であることと、溝Ｒ比を小さくしたことにより発生する、滑り成分の増大による短寿命の問題を接線力を抑えることにより、同時に解決でき、高荷重、長寿命なものとなる。【００４０】
本発明のボールねじは、ボールの表面硬度を、ねじ軸のボールねじ溝及び前記ナットのボールねじ溝の各表面硬度よりも高くし、更にボール表面に１μｍ以上５μｍ以下の厚い固体潤滑剤膜を成膜したため、ボールの損傷や摩耗の発生をより確実に防止でき、長寿命で信頼性の高いものとなる。【００４１】
本発明の直動装置は、ボールと接触する面に潤滑性を有する被膜が成膜された保持ピースを介装されているため、作動不良が無く、長期にわたり安定して作動する。【００４２】
本発明のボールねじは、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下で使用されても、摩耗，剥離等の損傷が生じにくく長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】直動装置の一種である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に示したボールねじのねじ溝に沿って示す拡大図である。
【図４】保持ピースの一例を示す断面図である。
【図５】保持ピースの他の例を示す断面図である。
【図６】保持ピースの更に他の例を示す図である。
【図７】直動装置の他の例であるリニアガイドの一例を示す斜視図である。
【図８】実施例７のトルク測定テータである。
【図９】実施例８のトルク測定テータである。
【図１０】実施例９のトルク測定テータである。
【図１１】比較例６のトルク測定テータである。
【図１２】比較例７のトルク測定テータである。
【図１３】この実施形態のボールねじの、ねじ軸およびナットの溝断面を示す図である。
【図１４】ボールねじの一例を示す斜視図である。
【図１５】ボールねじの一例を示す断面図である。
【図１６】保持ピースを有するボールねじの一例を示す部分断面図である。
【図１７】保持ピースの一例を示す断面図である。
【図１８】保持ピースの一例を示す断面図である。
【図１９】チューブの端部の周辺部分を示す要部断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１              ボールねじ
３              ねじ軸
３ａ            雄ねじ溝
５              雌ねじ
５ａ            雌ねじ溝
７              ナット
９              ボール
１５            チューブ
２１            保持ピース
２３            凹面
７７            ボール転動路
１０１          ねじ軸
１１１          ねじ軸の溝（螺旋状の溝）
１０２          ナット
１２１          ナットの溝（螺旋状の溝）
１２２          ナットの貫通穴
１０３          ボール
１０４          チューブ（戻し路）
１０７          保持ピース
１７０          保持ピース
Ｋ              軌道
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明のボールねじの実施形態に関し図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）【００４６】
本発明において、ボールねじ自体の種類や構成には制限がないが、例えば電動射出成形機やプレス機械等に使用されるような、比較的大型で高荷重で使用されるボールねじが主たる対象となる。図１（上面図）及び図２（図１のＡＡ断面図）にボールねじの一例を示すが、図示されるように、ボールねじ１は、雄ねじ溝３ａがその外周に螺旋状に形成されたねじ軸３と、雄ねじ溝３ａと対向する雌ねじ溝５ａ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、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５ａとで形成されるボール転動路に介装された多数のボール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３ａ，５ａ間を回転しながら軸方向に移動したボール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。【００４７】
本発明では、ボール９の表面硬度を、雄ねじ溝３ａ及び雌ねじ溝５ａの各表面硬度よりも高く設定する。ボール９の表面硬度は相対的に設定できるが、ＨＲＣ６３以上とすることで損傷や摩耗をより抑えることができる。このような表面硬度の関係を満足するには、ボール９、ねじ軸３及びナット７の各材質を選択したり、熱処理等の表面処理を施せばよい。【００４８】
また、ボール９には、二硫化モリブデンまたは軟質金属からなる潤滑被膜を成膜する。
軟質金属としては、潤滑効果や成膜性から、スズ、金、銀、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金が好ましい。潤滑被膜の膜厚は、高負荷用途を考慮して１μｍ以上５μｍとする。膜厚が１μｍ未満では、高負荷用途に使用した場合、耐久性に劣るおそれがある。高負荷用途のボールねじでは一般に、予圧を与えて送り精度を高めるようなボールねじ（特許文献２参照）ほどボール９の寸法精度は要求されることはないが、潤滑被膜が５μｍを越えると支障を来たすようになる。尚、潤滑被膜を形成する二硫化モリブデンや軟質金属は固体潤滑剤であるため、剥離してもグリースに混入して潤滑作用を発揮する。【００４９】
ボール９に潤滑被膜を成膜する方法には制限がないが、上記のように比較的厚い膜を、膜厚を制御しながら成膜するには、ショットピーニング法が好適である。このショットピーニング法は、ショット材と呼ばれる粒径数十μｍ程度の小球を投射装置から被処理面に向けて加速して噴射し、小球を被処理面に高速で衝突させる方法であり、本発明では二硫化モリブデンや軟質金属をショット材に用い、ボール９の表面に向けて噴射する。【００５０】
尚、ショットピーニング法では一般に、被膜表面が粗くなる傾向にある。そのため、必要に応じて、潤滑被膜の表面を平滑化してもよい。
【実施例】
【００５１】
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、本発明は以下の実施例により何ら制限されるものではない。【００５２】
［実施例１〜５、比較例１〜４］
日本精工（株）製のボールねじ（仕様は下記の通り）に、表面硬度及び潤滑被膜の異なる各種ボールを組み込み、日本精工（株）製ボールねじ耐久試験機にて耐久試験を行い、寿命の比較を行った。尚、被膜は市販のショットピーニング機を用いて成膜した。
・日本精工（株）製ボールねじ「ＢＳ６３１６−１０．５（呼び番号：６３×１６×３００−Ｃｔ７）
・軸径：６５ｍｍ
・リード：１６ｍｍ
・ＢＣＤ：６５ｍｍ
・ボール径：１２．７ｍｍ
・有効巻き数：３．５巻き×３列
・ねじ軸、ナットの材質・熱処理：ＳＣＭ４２０Ｈ・浸炭熱処理
・ねじ軸、ナットの転走面の硬度：ＨＲＣ６２
・ボールねじ動定格荷重、Ｃａ：４５０ｋＮ
・試験荷重：３００ｋＮ（０．６７Ｃａ）
・こじりモーメント：４．２ｋＮ・ｍ
・潤滑：リューベ（株）製  ＹＳ２グリースを自動給脂装置にて自動供給【００５３】
耐久試験は、定期的にボールねじを分解し、ボール、軌道溝の何れかに剥離が生じるまでの走行距離を求めた。剥離が発生した時点でボールねじの寿命と判断した。表１に試験結果を示す。表１中、寿命は比較例１、すなわち、従来の高負荷用途アクチュエーター用ボールねじの寿命を１とした時の寿命比である。【００５４】
【表１】
2006104015.tif 000002
【００５５】
表１の実施例ではＲ／Ｄ比５２％を想定したものである。
実施例１は、表面硬度ＨＲＣ６４のボールに１．２μｍのＭｏＳ２被膜を成膜した仕様であり、寿命は１．６８倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。
また、実施例２は、表面硬度ＨＲＣ６３のボールに４．８μｍのＭｏＳ２被膜成膜した仕様であり、寿命は１．７２倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例３は、表面硬度ＨＲＣ６４のボールに２．０μｍのＳｎ被膜を成膜した仕様であり、寿命は１．５８倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例４は、表面硬度ＨＲＣ６３のボールに３．６μｍのＳｎ被膜を成膜した仕様であり、寿命は１．６５倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。また、実施例５は、表面硬度ＨＲＣ６５のボールに４．９μｍのＳｎ被膜を成膜した仕様であり、寿命は１．４８倍に伸び、ねじ軸転走面に剥離が生じた。【００５６】
このように、本発明に従い、ボールの表面硬度を転走面の表面硬度よりも高くし、かつ、ボールに１μｍ以上５μｍ以下の固体潤滑膜を成膜することにより、長寿命となる。これは、油膜切れが起こっても、固体潤滑膜によりボール同士の金属接触が無くなり、更にはボールの表面硬度が転走面の表面硬度よりも高いため、ボールの損傷や摩耗が抑えられたことによるものと推察される。また、ボールの表面硬度が転走面の表面硬度よりも高いため、何れも転走面側に剥離が生じている。【００５７】
これに対し比較例１は、従来一般の高負荷用途アクチュエーターボールねじ仕様である。即ち、転走面の表面硬度と同じ表面硬度（ＨＲＣ６２）で、固体潤滑膜を成膜していないボールを用いた仕様であるが、ボール同士が金属接触して摩耗し、早期に剥離に至っている。また、比較例２はボールの表面硬度をねじ軸やナットのボールねじ溝の表面硬度よりも高くしているが、固体潤滑膜が成膜されていないため、ボール同士が金属接触を起こしてボールの表面粗さが悪化し、転走面に剥離が発生している。ボールの表面硬度が高まり、耐摩耗性が向上しているはずであるが、効果は現われず、寿命は比較例１と同等である。また、比較例３は、比較例１の構成に、固体潤滑膜を成膜した仕様であるが、ボール同士の金属接触は無くなったものの、ボールの表面硬度が転走面の表面硬度と同等であることからボールの耐摩耗性の向上が少なく、寿命の伸びも僅かである。また、比較例４は、表面硬度が転走面の表面硬度よりも低く、固体潤滑膜も成膜しないボールを用いた仕様であるが、ボール同士が金属接触してボールの表面粗さが低下して転走面を損傷し、更にはボールの表面硬度が転走面の表面硬度より低いため、ボールにも剥離が生じている。  そのため、比較例１と比較してもかなり短寿命である。【００５８】
（第２実施形態）
図１３は、この実施形態のボールねじのねじ軸およびナットの溝断面を示す図である。
ねじ軸１０１の溝１１１の断面は、ゴシックアーク状、すなわち、半径が同じ（Ｒ1 ）で中心Ｏ11，Ｏ12が異なる二つの円弧が連結された形状である。ナット１０２の溝１２１の断面も、ゴシックアーク状、すなわち、半径が同じ（Ｒ2 ＝Ｒ1 ）で中心Ｏ21，Ｏ22が異なる二つの円弧が連結された形状である。また、ボール１０２の直径（Ｄ）に対する溝１１１，１２１の断面円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）が、５１．０％以上５２．０％以下である。【００５９】
そして、ボール１０３の表面に、二硫化モリブデンからなる被膜が０．５μｍ以上３．０μｍ以下の厚さで形成されている。また、ねじ軸１０１およびナット１０２の溝１１１，１２１で形成される軌道とボール１０３との隙間は、５μｍ以上７０μｍ以下である。これにより、この実施形態のボールねじは、従来のボールねじよりも負荷容量が大きく、寿命が長くなる。【００６０】
なお、この実施形態では、ボール１０３に固体潤滑剤被膜を形成しているが、固体潤滑剤被膜をボール１０３に形成せずに、ねじ軸１０１の溝１１１およびナット１０２の溝１２１のいずれかまたは双方に形成してもよいし、ボール１０３とねじ軸１０１の溝１１１およびナット１０２の溝１２１のいずれかまたは双方とに形成してもよい。また、固体潤滑剤被膜の材質は二硫化モリブデン以外のもの（例えば、前述の特許文献２に記載されているもの）であってもよい。【００６１】
また、この実施形態では、ボール同士が接触する総ボール構造のボールねじについて説明したが、本発明のボールねじは、図１６に示すように、ボール１０３間に保持ピース１０７を配置して、保持ピース１０７でボール１０３を保持する構造であってもよい。
保持ピース１０７は、合成樹脂を所定形状に成形して得ることができる。使用できる合成樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６４、芳香族ポリアミド等のポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート系エラストマー、ポリブチレンナフタレート系エラストマー等が挙げられる。また、これらの合成樹脂には、補強材として、ガラス繊維、カーボン繊維、チタン繊維、カリウムウイスカ、硼酸アルミニウムウイスカ等を配合してもよい。【００６２】
保持ピースの形状の例として、図１７および図１８に示すものが挙げられる。
図１７の保持ピース１０７は、略円柱状であって、円柱の２つの底面にボール１０３を受ける凹面１７１が形成されている。この保持ピース１０７は、凹面１７１の形状を、曲率半径Ｒがボール１０３の半径ｒよりも大きい球面にしているため、保持ピース１０７の周縁部の厚さＬに対して中央部の厚さｔが小さくなっている。これにより、多数のボール１０３を軌道Ｋ内に配設することができるとともに、ボール１０３と保持ピース１０７との接触面積を小さくして、摺動抵抗を小さくすることができる。【００６３】
保持ピース１０７の凹面１７１の形状は、２個の円弧が連結されたゴシックアーク状としたり、円錐形状とすることもできる。また、凹面１７１に貫通穴を設け、この貫通穴内に潤滑剤を保持させて、ボール１０３との接触抵抗を低減させるようにしてもよい。
保持ピース１０７が軌道Ｋおよびチューブ１０４内を通過する際に、これらの軌道Ｋ、チューブ１０４、および接続部に干渉せず、滑らかに循環できるように、保持ピース１０７の外径寸法はボール１０３の直径よりも小さく設定される。具体的には、保持ピース１０７の外径寸法を、ボール１０３の直径寸法の０．５倍〜０．９倍とすることが好ましい。【００６４】
図１８の保持ピース１７０は、球体の互いに反対側となる二つの側部が凹球面１７２で除去された形状であり、外周が凸面となっている。また、複数の保持ピースを連結部材で連結した部材でボールを保持してもよい。
また、本発明のボールねじは、電動射出成形機やプレス機械用以外にも、たとえば自動車のブレーキ用、自動車の無段変速機（ベルト式ＣＶＴ）用などの用途に好適である。
［実施例６、比較例５］【００６５】
日本精工（株）製のシングルナットチューブ式ボールねじ「ＢＳ６３１６−１０．５」を用い、ねじ軸およびナットのゴシックアーク状溝断面の円弧の半径（Ｒ＝Ｒ1 ＝Ｒ2 ）のボール直径（Ｄ）に対する比（Ｒ／Ｄ）と、固体潤滑剤被膜の材質および膜厚を、下記の表１に示すように変化させて、寿命試験を行った。
二硫化モリブデン被膜およびスズ被膜は、市販のショットピーニング装置を使用し、ボールに所定厚さの被膜が得られるように処理時間を調整して形成した。これらの被膜の厚さは、被膜形成前後のボール直径を電気式ダイヤルゲージで測定し、両者の差を２で割ることにより算出した。【００６６】
「ＢＳ６３１６−１０．５」の諸元は、有効巻き数：３．５巻き×３列、ねじ軸外径：６５ｍｍ、リード：１６ｍｍ、ボール直径：１２．７ｍｍ、ＢＣＤ：６５ｍｍ、単体すきま：２０〜３０μｍである。
各ボールねじを日本精工（株）製のボールねじ耐久寿命試験機にかけて、試験荷重（軸方向荷重）：３００ｋＮ、ストローク：８０ｍｍ、回転速度：５００ｒｐｍ、温度：ナットの外周部を温度８０℃に保持、潤滑剤：リューベ（株）製「ＹＳ２グリース」を自動給脂装置にて自動供給の条件で、ボールねじを往復運動させる耐久寿命試験を行った。この試験は、ねじ軸またはナットの溝、あるいはボールのいずれかに剥離が生じるまでの走行距離を寿命として測定した。次に、各サンプルで得られた寿命から、サンプルNo. １０の寿命を「１」とした相対値を算出した。
これらの結果も下記の表２に併せて示す。【００６７】
【表２】
2006104015.tif 000003
【００６８】
この表から、本発明の実施例６に相当するNo. １〜９のボールねじは、比較例５に相当するNo. １０〜１３より寿命が長くなった。No. １〜９のうち、固体潤滑剤被膜の膜厚が１．５μｍ以上２．７μｍ以下であるNo. ２〜４，７〜９の寿命は、No. １０の１．２８〜１．６７倍であったのに対して、膜厚が０．４μｍであるNo. １、３．６μｍであるNo. ５、および５．７μｍであるNo. ６の寿命は、No. １０の１．１１〜１．２０倍であった。この結果から分かるように、固体潤滑剤被膜の厚さは０．５μｍ〜３．０μｍであることが好ましい。【００６９】
固体潤滑剤被膜の厚さが０．４μｍでは、固体潤滑剤被膜が早期に剥離して固体潤滑剤被膜による潤滑作用が早期に失われたため、寿命向上効果がさほど得られなかったと推測される。また、固体潤滑剤被膜の厚さが３．０μｍを超えると、剥離した固体潤滑剤が過剰に異物としてグリース中に混入するため、寿命向上効果がさほど得られなかったと推測される。
No. １２と１３では、固体潤滑剤被膜を厚さ２．２〜２．８μｍで形成しているが、Ｒ／Ｄが本発明の範囲から外れるため、No. １０と同等程度の寿命となった。No. １１では、Ｒ／Ｄを５１．６％としているが固体潤滑剤被膜を形成していないため、No. １０より寿命が短かった。
（第３実施形態）【００７０】
本発明において、直動装置の種類、その具体的な構成や構造は特に制限されるものではなく、保持ピースを備えたボールねじやリニアガイド装置、リニアベアリング装置等を対象とすることができる。【００７１】
ボールねじとしては、図１及び図２に示した構成のものを例示できる。そして、本発明においては、保持ピース２１を、少なくともボール９と接触する面、好ましくは全表面に潤滑性を有する被膜、具体的には二硫化モリブデンや軟質金属、高分子材料からなる被膜を成膜する。尚、軟質金属スズ、金、銀、鉛、亜鉛、インジウム及びこれらの各合金、ホワイトメタル等が好適である。また、高分子材料としてはＰＴＧＥやＰＴＡ等が好適である。これらの被膜は、剥離してもグリース等に混入して潤滑作用を発現する。【００７２】
被膜の膜厚は、効果を確実に、かつ、長期にわたり発現するために、１μｍ〜５μｍが好ましい。１μｍ未満の薄い被膜では耐久性に劣るおそれがあり、５μｍを越えて厚く被膜を成膜しても効果が飽和して不経済となる。【００７３】
被膜を成膜する方法には制限がないが、上記のように比較的厚い膜を、膜厚を制御しながら成膜するには、ショットピーニング法が好適である。このショットピーニング法は、ショット材と呼ばれる粒径数十μｍ程度の小球を投射装置から被処理面に向けて加速して噴射し、小球を被処理面に高速で衝突させる方法であり、本発明では二硫化モリブデンや軟質金属、高分子材料をショット材に用い、保持ピース２１に向けて噴射する。尚、ショットピーニング法では一般に、被膜表面が粗くなる傾向にあるため、必要に応じて被膜表面を平滑化してよい。【００７４】
保持ピース２１は合成樹脂製とすることができ、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、芳香族ポリアミド等のポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート系エラストマー、ポリブチレンナフタレート系エラストマー等を所定形状に成形して得られる。また、これらの合成樹脂には、補強のために、ガラス繊維、カーボン繊維、チタン繊維、カリウムウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ等を配合してもよい。【００７５】
また、保持ピース２１の形状は、特に制限されるものではないが、図４に断面図にて示すように、両側にボール９の半径ｒよりも大きい曲率半径Ｒを有する凹球面２３が形成された円盤状とすることができる。このような形状とすることで、全厚Ｌに対して中央部の厚みｔが小さくなり、より多数個のボール９を配設することができるとともに、ボール９と保持ピース２１との接触面積を小さくして摺動抵抗を最小とすることができる。【００７６】
その他にも、凹球面２３の形状は、２個の円弧を中間部で交差させて形成されるゴシックアーチ形の凹面としたり、円錐形状の凹面とすることもできる。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。【００７７】
保持ピース２１としては、上記の他にも、図５に示すような断面形状を有するものや、図６に示すように複数の保持ピース２１を連結部材２２により連結したもの等も可能である。何れの保持ピース２１も同様に、上記の被膜が成膜される。【００７８】
以上、本発明の実施形態に関してボールねじを例示して説明したが、他の直動装置であるリニアガイド等についても同様の保持ピースを介挿することにより、作動性の向上を図ることができる。【００７９】
例えば、図７にリニアガイドの一例を示すが、このリニアガイドは、外面に転動溝３２を有する案内レール３１と、その案内レール３１を跨いで組み付けられたスライダ３５とを備えている。スライダ３５の内部には、案内レール３１の転動溝３２との間でボール循環経路が形成されており、このボール循環経路の内部にボール、並びに上記のように被膜が成膜された保持ピースが転動自在に収容されている。【００８０】
［実施例７〜９、比較例６〜７］
日本精工（株）製のボールねじ（仕様は以下の通り）に、表３に示すように、仕様の異なる保持ピースを組み込み、トルク測定を行い、作動性を評価した。保持ピースは樹脂製であり、市販のショットピーニング機を用い、ショット材として実施例７では平均粒径１μｍの二硫化モリブデン微粒子、実施例８では平均粒径２．５μｍのスズ微粒子、実施例９では平均粒径３μｍのＰＴＦＥ微粒子を用いて被膜を成膜した。また、比較例６では、保持ピースを介装しない総ボール仕様であり、比較例７では、被膜を成膜せず、保持ピースをそのまま用いた仕様である。
・日本精工（株）製ボールねじＢＳ３６１０−２．５（呼び番号：３６×１０×３００−Ｃｔ７）
・軸径：３６ｍｍ
・リード：１０ｍｍ
・ＢＣＤ：３７ｍｍ
・ボール径：６．３５ｍｍ
・有効巻き数：２．５巻き×１列
・トルク測定回転数：１０ｒｐｍ
・ストローク：１００ｍｍ
・試験荷重：ダブルナット式  バネにて８８００Ｎの軸方向荷重を付与
・潤滑：リューベ（株）製  ＹＳ２グリースを自動給脂装置にて自動供給【００８１】
トルクの測定データを図８〜図１２に示すが、作動性はトルクの変動幅で判断し、作動性が悪い順に「×」→「△」→「○」→「◎」の４段階で評価した。結果を表３に示す。【００８２】
【表３】
2006104015.tif 000004
【００８３】
表３に示すように、保持ピースを介装しない比較例６では作動性が最も悪い。保持ピースを介挿した仕様でも、比較例７では被膜を成膜しないため作動性の改善効果が少ない。
これに対し、本発明に従い、二硫化モリブデンやスズ、ＰＴＦＥからなる被膜を成膜した保持ピースを介装した各実施例では、何れも作動性が大きく改善している。【００８４】
（第４実施形態）
図１９は、チューブの端部の周辺部分を示す要部断面図である。
図１，２，１９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７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７７に転動自在に装填された複数のボール９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７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。【００８５】
ナット７の外周面の一部は、切り欠かれて平面部１３が形成されている。そして、ボール転動路７７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。ボール９は、ボール転動路７７内を移動しつつねじ軸３の回りを複数回回ってボール転動路７７の終点に至ると、チューブ１５の一方の端部から掬い上げられてチューブ１５内を通り、チューブ１５の他方の端部からボール転動路７７の始点に戻される。このように、ボール転動路７７内を転動するボール９がチューブ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７とは継続的に相対移動することができる。【００８６】
なお、チューブ１５が本発明の構成要件であるボール戻し路に相当する。また、チューブ１５の材質は特に限定されるものではないが、樹脂や金属が好ましい。ボール戻し路は、削りで製造してもよいし、材質が樹脂の場合は成形で、金属の場合はプレスで製造してもよい。
このチューブ１５の内面には、二硫化モリブデン及び有機モリブデン化合物の少なくとも一方からなる固体潤滑被膜（図示せず）が被覆されている。この固体潤滑被膜は、両ねじ溝３ａ，５ａの溝面にさらに被覆しても差し支えない。このような固体潤滑被膜を備えているので、高荷重が負荷されこじりモーメント荷重が作用するような条件下でボールねじ１が使用され、チューブ１５の内面にボール９が過大な力で擦り付けられたとしても、チューブ１５の内面に摩耗，剥離等の損傷が生じにくい。よって、ボール９の循環不良が生じにくい。【００８７】
また、チューブ１５の内面から摩耗粉や剥離粉が生じにくいので、異物の噛み込みによるねじ溝３ａ，５ａやボール９の早期剥離も生じにくい。よって、ボールねじ１は長寿命である。仮に、ボール９が擦り付けられることにより固体潤滑被膜が剥離したとしても、固体潤滑被膜の剥離粉がグリース中に拡散し固体潤滑剤として作用するので、グリースの潤滑作用が向上する。【００８８】
このようなボールねじ１は、電動射出成形機やプレス機械に組み込まれた型締装置の型締機構に好適に使用することができる。すなわち、電動モータでボールねじを駆動することにより型締装置の型締を行う型締機構におけるボールねじとして好適である。ただし、本発明のボールねじの用途は、上記のものに限定されるものではない。
有機モリブデン化合物の具体例としては、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン，硫化ジアルキルジチオリン酸モリブデンがあげられる。ただし、固体潤滑被膜は、軟質金属，高分子材料，金属酸化物，金属窒化物，金属炭化物，粘土鉱物，チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ），固体潤滑剤で構成されるものでもよい。【００８９】
軟質金属の具体例としては、金，銀，鉛，亜鉛，スズ，インジウムがあげられる。また、高分子材料の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＴＡ）があげられる。さらに、金属酸化物の具体例としては、ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＭｇＯ，ＴｉＯ2 ，ＺｎＯがあげられる。金属窒化物の具体例としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＺｒＮ，ＣｒＮ，ＴｉＡｌＮがあげられる。金属炭化物の具体例としては、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＷＣがあげられる。粘土鉱物の具体例としては、ベントナイト，スメクタイト，雲母があげられる。固体潤滑剤の具体例としては、グラファイト，ＢＮ，ＷＳ2 があげられる。【００９０】
固体潤滑被膜の形成方法は特に限定されるものではないが、二硫化モリブデン，有機モリブデン化合物の微粒子を被処理面に衝突させる方法が好ましい。このような処理には、ショットピーニング法，サンドブラス法等のような気体とともに微粒子を吹き付ける方法や、遠心式投射法を用いることができる。
なお、ボール転動路７内には、両ねじ溝３ａ，５ａの溝面及びボール９の表面を潤滑するグリース（図示せず）が配されている。グリースの種類は特に限定されるものではないが、鉱物油，エステル系合成油，エーテル系合成油，炭化水素系合成油等を基油として使用したグリースを例示することができる。グリースは、イオウ系極圧剤、硫黄−リン系極圧剤、及びイオウとリンと亜鉛とを含む有機金属化合物系極圧剤等の添加剤を含んでいてもよい。【００９１】
また、ナット７の両端には、プラスチック製のダストシール１９を配してもよい。そうすれば、異物が外部からナット７内部に侵入することが防止される。
さらに、図２に示すように、隣接するボール９の間にボール９同士の接触を防ぐ保持ピース２１を介在させてもよい。そうすれば、ボール９同士の競り合いが解消されるので、ボール９の移動がより円滑に行われる。よって、ボール９の循環性能やボールねじ１の送り精度が優れ、騒音や振動の発生もより一層抑制される。保持ピース２１の材質は特に限定されるものではないが、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である。【００９２】
［実施例１０〜１３、比較例８〜９］
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。前述したボールねじ１とほぼ同様の構成を有する日本精工株式会社製のボールねじＢＳ６３１６−１０．５（呼び：６３×１６×３００−Ｃｔ７）を、日本精工株式会社製のボールねじ耐久試験機に装着して、耐久試験を行った。
このボールねじの仕様は、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
・軸方向の荷重：３００ｋＮ
・こじりモーメント荷重：４．２ｋＮ・ｍ
・保持ピース  ：あり
耐久試験に供した実施例１０〜１３及び比較例８，９のボールねじは、チューブの材質と固体潤滑被膜の種類とが異なっている（表４を参照）。なお、ボールねじの潤滑は、リューベ株式会社製のＹＳ２グリースを自動給脂装置で自動供給することにより行った。【００９３】
【表４】
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【００９４】
次に、ボールねじの耐久試験について説明する。ボールねじを、日本精工株式会社製のボールねじ耐久寿命試験機に装着して回転させ、ねじ軸のねじ溝，ナットのねじ溝，若しくはボールに剥離が生じるか、又は、ボールの循環不良によるボールねじの機能不全が生じるまでの走行距離をボールねじの寿命とした。試験結果を表４に示す。なお、表４における寿命の値は、一般的なボールねじである比較例１のボールねじの寿命を１とした場合の相対値で示してある。【００９５】
表４から分かるように、実施例１０〜１３のボールねじは、チューブの内面に固体潤滑被膜が被覆されていない比較例８，９のボールねじと比べて長寿命であった。なお、実施例１０，１２，１３のボールねじは、ねじ軸のねじ溝に剥離が生じ、実施例１１のボールねじは、ナットのねじ溝に剥離が生じた。
また、比較例８のボールねじは、チューブの内面が摩耗し、ボールの循環不良によるボールねじの機能不全が生じた。さらに、比較例９のボールねじは、チューブの内面が剥離し、ボールの循環不良によるボールねじの機能不全が生じた。
なお、実施例では、Ｒ／Ｄ比について、特に雄ねじ溝と雌ねじ溝を別の値としていないが、雄ねじ溝のＲ／Ｄを５２％とした時、雌ねじ溝はボール転動方向についてボールと同一方向の曲面であることより、Ｒ／Ｄ５４％で雄ねじ溝と近似した接触応力となる。（この差はボール径などにより異なる。）これより、雌ねじ溝のＲ／Ｄは雄ねじ溝より大きくしても問題ない。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2005年3月25日出願の日本出願（特願2005-88323）、2005年3月25日出願の日本出願（特願2005-88324）、2005年3月28日出願の日本出願（特願2005-92375）、2006年1月19日出願の日本出願（特願2006-11765）、に基くものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明のボールねじは、例えばアクチュエータに好適であり、特に、電動射出成形機やプレス機械等のアクチュエータのような、比較的大型で且つ高荷重が負荷される用途に好適である。
従来のボールねじでは、滑りの悪影響の観点から、溝Ｒ比の下限値は５２％程度であったが、ＭｏＳ２被膜をボールに施すことにより、接線力を抑えることができ、５１．５％程度の溝Ｒとしても滑りの悪影響による早期損傷を防ぐことができる。溝Ｒを小さくすることにより、面圧の低減から、負荷容量のアップを図ることができ、高負荷ボールねじの長寿命化が可能となる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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