JP2010180985A

JP2010180985A - Ball screw and injection molding machine

Info

Publication number: JP2010180985A
Application number: JP2009026295A
Authority: JP
Inventors: Daiki Takahashi; 大樹高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball screw having a long service life even if being used under high speed and high load conditions, and an injection molding machine using the same. <P>SOLUTION: A ball screw 1 comprises a screw shaft 3 keeping a spiral screw groove 3a in an outer peripheral surface, a nut 5 having a spiral screw groove 5a formed in an inner peripheral surface and facing the screw groove 3a of the screw shaft 3, a plurality of balls 9 rollably loaded in a spiral ball rolling passage 7 formed of both the screw grooves 3a, 5a and a separator 11 arranged between balls 9 adjacent to each other. The screw shaft 3 and nut 5 are made of steel. The ball 9 is made of a ceramic material. The separator 11 is made of a resin. The screw shaft 3 and nut 5 are heat-treated, e.g., carburized. The amount of retained austenite contained in surface layer parts of the screw grooves 3a, 5a is between 15 vol.% and 40 vol.%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はボールねじ及び射出成形機に関する。 The present invention relates to a ball screw and an injection molding machine.

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。一方、近年、射出成形機は、成形品（例えば導光板やピックアップレンズのような精密部品）の薄肉化や射出成形機の電動化等に伴って、射出速度（射出成形機のスクリューの駆動速度）が高速化している。電動射出成形機の射出速度を高速化する方法としては、電動モータの回転運動をスクリューの直線運動に変換するボールねじのねじ軸の回転速度を高くする高Ｄｎ化（Ｄｎは、ボールの中心径（単位はｍｍ）と回転速度（単位はｍｉｎ^-1）との積である）と、線速度を高くするためのボールねじの大リード化が考えられる。 Ball screws used in electric injection molding machines, press machines, and the like are relatively large and loaded with a high load. On the other hand, in recent years, the injection molding machine (screw driving speed of the injection molding machine) has been developed as the molded product (for example, precision parts such as a light guide plate and a pickup lens) is thinned and the injection molding machine is motorized. ) Is faster. As a method of increasing the injection speed of the electric injection molding machine, the Dn is increased (Dn is the center diameter of the ball) to increase the rotation speed of the screw shaft of the ball screw that converts the rotational movement of the electric motor into the linear movement of the screw. It is conceivable to increase the lead of the ball screw for increasing the linear velocity (unit is mm) and the rotational speed (unit is min ⁻¹ ) and the linear velocity.

しかしながら、ボールねじの大リード化は、その分だけナットの長さが長くなるので、ボールねじが組み込まれた電動射出成形機が大きくなるという問題がある。
また、ボールねじの高Ｄｎ化のためには、ボールねじの許容回転速度を高くする必要がある。特許文献１，２には、ボールをセラミックで構成するとともに、隣接するボール間にセパレータを介在させることにより、ボールの耐久性を確保して許容回転速度を高くしたボールねじが開示されている。 However, increasing the lead of the ball screw increases the length of the nut by that amount, and there is a problem that the electric injection molding machine incorporating the ball screw becomes larger.
In order to increase the Dn of the ball screw, it is necessary to increase the allowable rotational speed of the ball screw. Patent Documents 1 and 2 disclose a ball screw in which a ball is made of ceramic and a separator is interposed between adjacent balls to ensure the durability of the ball and increase the allowable rotational speed.

特開２００６−６４１２３号公報JP 2006-64123 A 特開２００７−１７７９５１号公報JP 2007-177951 A

しかしながら、セラミックは鋼と比較してヤング率が高いために、ねじ軸，ナットのねじ溝とボールとの間の接触面圧が高くなる傾向がある。よって、特許文献１，２に記載のボールねじは、高速条件で使用される場合には問題ないが、高荷重条件で使用される場合には、ねじ溝が早期に損傷するおそれがあった。
特に、ボールねじが電動射出成形機に使用される場合には、ボールねじの内部に異物が混入しやすく、異物混入下で且つ高面圧で使用されることとなるため、表面起点剥離等の損傷が発生しやすかった。 However, since ceramic has a higher Young's modulus than steel, the contact surface pressure between the screw shaft, the thread groove of the nut and the ball tends to increase. Therefore, the ball screws described in Patent Documents 1 and 2 have no problem when used under high speed conditions, but when used under high load conditions, the thread grooves may be damaged early.
In particular, when a ball screw is used in an electric injection molding machine, foreign matter is likely to be mixed inside the ball screw, and it will be used under foreign matter mixing and at a high surface pressure. Damage was easy to occur.

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、高速且つ高荷重条件下で使用されても長寿命なボールねじ及び射出成形機を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a ball screw and an injection molding machine that solve the above-described problems of the prior art and have a long life even when used under high speed and high load conditions.

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、本発明のボールねじは、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と、隣接する前記ボールの間に配されたセパレータと、を備えるボールねじにおいて、前記ねじ軸及び前記ナットを鋼、前記ボールをセラミック、前記セパレータを樹脂でそれぞれ構成するとともに、前記ねじ軸及び前記ナットの少なくとも一方のねじ溝の表層部に含まれる残留オーステナイト量を１５体積％以上４０体積％以下としたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the ball screw of the present invention is formed by a screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and the both screw grooves. A ball screw comprising: a plurality of balls that are movably loaded in a spiral ball rolling path; and a separator disposed between the adjacent balls, wherein the screw shaft and the nut are made of steel, The ball is made of ceramic, the separator is made of resin, and the amount of retained austenite contained in the surface layer portion of at least one screw groove of the screw shaft and the nut is 15% by volume to 40% by volume. To do.

本発明のボールねじは、前記ボールを前記ボール転動路の終点で掬い上げて始点へ送り前記ボールを循環させるボール戻し路を備え、前記ボール戻し路の両端部のうち前記ボールを掬い上げる側の端部が、前記ボール転動路の終点における前記ボール転動路の接線方向又は略接線方向に沿って配されていて、前記ボール転動路から前記ボール戻し路への前記ボールの移動が前記接線方向又は前記略接線方向に沿って行われるようになっていることが好ましい。 The ball screw according to the present invention includes a ball return path that crawls up the ball at an end point of the ball rolling path and feeds the ball to the start point, and circulates the ball out of both ends of the ball return path. Are arranged along the tangential direction or substantially tangential direction of the ball rolling path at the end point of the ball rolling path, and the movement of the ball from the ball rolling path to the ball return path is It is preferable to be performed along the tangential direction or the substantially tangential direction.

また、前記ボール戻し路の両端部のうち前記ボールを掬い上げる側の端部を樹脂で構成することが好ましい。
さらに、前記ボール転動路の終点近傍部分に形成された角部には、クラウニングが施されていることが好ましい。
さらに、本発明の射出成形機は、上記のようなボールねじを備えていることを特徴とする。 Moreover, it is preferable that the edge part on the side which scoops up the said ball is comprised with resin among the both ends of the said ball return path.
Furthermore, it is preferable that the corner portion formed in the vicinity of the end point of the ball rolling path is crowned.
Furthermore, the injection molding machine of the present invention is characterized by including the ball screw as described above.

本発明のボールねじは、高速且つ高荷重条件下で使用されても長寿命である。また、本発明の射出成形機は、高射出速度で使用可能で且つ長寿命である。 The ball screw of the present invention has a long life even when used under high speed and high load conditions. The injection molding machine of the present invention can be used at a high injection speed and has a long life.

本発明に係るボールねじの一実施形態の平面図である。It is a top view of one embodiment of a ball screw concerning the present invention. 図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of the ball screw of FIG. セパレータの断面図である。It is sectional drawing of a separator. 循環方式が従来（非接線掬い上げ）のリターンチューブ方式であるボールねじの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the ball screw whose circulation system is the conventional return tube system (non-tangential scooping). 循環方式が接線掬い上げのリターンチューブ方式であるボールねじの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the ball screw which is a return tube system in which the circulation system is tangentially rolled up. ボール転動路の終点とチューブの端部との境界部を拡大して示した要部拡大断面図である。It is the principal part expanded sectional view which expanded and showed the boundary part of the end point of a ball rolling path, and the edge part of a tube.

本発明に係る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及び図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７に転動自在に装填された複数のボール９と、隣接するボール９の間に配されたセパレータ１１と、を備えている。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a ball screw according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a ball screw according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the ball screw of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the ball screw 1 includes a screw shaft 3 having a helical screw groove 3 a on the outer peripheral surface, and a helical screw groove 5 a facing the screw groove 3 a of the screw shaft 3 on the inner periphery. A separator disposed between a plurality of balls 9 movably loaded in a spiral ball rolling path 7 formed by the nut 5 on the surface, and both screw grooves 3a and 5a, and the adjacent balls 9 11.

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とが軸方向に相対移動するようになっている。なお、ねじ軸３及びナット５は鋼で、ボール９はセラミックで、セパレータ１１は樹脂で、それぞれ構成されている。また、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。 When the nut 5 and the screw shaft 3 screwed to the screw shaft 3 via the ball 9 are relatively rotated, the screw shaft 3 and the nut 5 are relatively moved in the axial direction via the rolling of the ball 9. It is supposed to move. The screw shaft 3 and the nut 5 are made of steel, the ball 9 is made of ceramic, and the separator 11 is made of resin. Further, the cross-sectional shape of the thread grooves 3a, 5a may be an arc shape or a gothic arc shape.

ナット５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７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（本発明の構成要件であるボール戻し路に相当する）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７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７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７の始点に戻される。このように、ボール転動路７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５とは継続的に相対移動することができる。 A part of the outer peripheral surface of the nut 5 is cut out to form a flat portion 13. A tube 15 (corresponding to a ball return path, which is a constituent element of the present invention) that connects the start and end points of the ball rolling path 7 to form an endless ball circulation path is 13 is fixed. When the ball 9 moves in the ball rolling path 7 and turns around the screw shaft 3 a plurality of times to reach the end point of the ball rolling path 7, the ball 9 is scooped up from one end of the tube 15 and moved into the tube 15. And is returned to the starting point of the ball rolling path 7 from the other end of the tube 15. Thus, since the ball 9 rolling in the ball rolling path 7 is infinitely circulated by the tube 15, the screw shaft 3 and the nut 5 can continuously move relative to each other.

また、ボール９がセラミックで構成されているので、ボールねじ１を高速回転で使用しても、ボール９に損傷が生じにくい。しかも、隣接するボール９の間にはボール９同士の接触を防ぐ樹脂製のセパレータ１１が介装されているので、ボール９同士の競り合いが解消され、ボール９の移動がより円滑に行われるとともに、ボール９の早期損傷が生じにくい。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。 Further, since the ball 9 is made of ceramic, the ball 9 is hardly damaged even when the ball screw 1 is used at high speed. In addition, since the resin separator 11 that prevents the balls 9 from contacting each other is interposed between the adjacent balls 9, the competition between the balls 9 is eliminated, and the balls 9 move more smoothly. The ball 9 is unlikely to be damaged early. Therefore, the circulation performance of the ball 9 and the feeding accuracy of the ball screw 1 are excellent, and the generation of noise and vibration is further suppressed.

セラミックの種類は特に限定されるものではないが、例えば窒化ケイ素，炭化ケイ素，ジルコニア，アルミナが好ましい。
また、セパレータ１１の形状は特に限定されるものではないが、例えば図３の断面図のような略円柱状があげられる。すなわち、円柱の２つの底面に、ボール９の転動面に対面する凹面１１ａ，１１ａがそれぞれ形成されている。凹面１１ａの形状としては、例えば球面，円すい面があげられる。また、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。なお、このセパレータ１１には、図３に示すように、円柱の中心軸に沿った貫通穴１１ｂを設けてもよい。この貫通穴内には、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。 Although the kind of ceramic is not particularly limited, for example, silicon nitride, silicon carbide, zirconia, and alumina are preferable.
Further, the shape of the separator 11 is not particularly limited, and for example, a substantially cylindrical shape as shown in the sectional view of FIG. That is, concave surfaces 11a and 11a facing the rolling surface of the ball 9 are formed on the two bottom surfaces of the cylinder. Examples of the shape of the concave surface 11a include a spherical surface and a conical surface. Further, a so-called Gothic arch-shaped concave surface formed by intersecting two arcs at an intermediate portion may be used. The separator 11 may be provided with a through hole 11b along the central axis of the cylinder, as shown in FIG. A lubricant may be held in the through hole to reduce the contact resistance with the ball 9.

さらに、セパレータ１１の材質は、樹脂であれば特に限定されるものではないが、樹脂の例としては、ナイロン（例えば６６ナイロン），ポリアセタール，フッ素樹脂があげられる。また、潤滑油を含浸させたポリオレフィン樹脂（例えばポリエチレン，ポリプロピレン）も使用可能である。
さらに、チューブ１５の形状は特に限定されるものではないが、略Ｕ字状が好ましい。また、チューブ１５の材質は特に限定されるものではなく、金属でも差し支えないが、樹脂が好ましい。少なくとも、チューブ１５の両端部のうちボール９を掬い上げる側の端部については、樹脂で構成されていることが好ましい。樹脂の種類は特に限定されるものではないが、ナイロン（例えば６６ナイロン），ポリアセタール，フッ素樹脂があげられる。 Further, the material of the separator 11 is not particularly limited as long as it is a resin, but examples of the resin include nylon (for example, 66 nylon), polyacetal, and fluororesin. A polyolefin resin impregnated with lubricating oil (for example, polyethylene or polypropylene) can also be used.
Furthermore, the shape of the tube 15 is not particularly limited, but is preferably substantially U-shaped. The material of the tube 15 is not particularly limited and may be a metal, but a resin is preferable. At least the end of the tube 15 on the side where the ball 9 is lifted is preferably made of resin. Although the kind of resin is not specifically limited, Nylon (for example, 66 nylon), a polyacetal, and a fluororesin are mention | raise | lifted.

さらに、両ねじ溝３ａ，５ａには、例えば浸炭，焼入れ，焼戻しのような熱処理により、残留オーステナイト量を１５体積％以上４０体積％以下含む表層部が形成されている。セラミック製のボール９により両ねじ溝３ａ，５ａに高面圧が負荷されるが、残留オーステナイトによる応力集中の緩和作用のため、両ねじ溝３ａ，５ａには早期損傷が生じにくい。よって、ボールねじ１は、高速且つ高荷重条件下で使用されても長寿命である。両ねじ溝３ａ，５ａのうち一方のみに前記表層部を形成しても上記効果を得ることができるが、両方に形成した方がより高い効果を得ることができる。 Furthermore, the surface layer part which contains 15 to 40 volume% of retained austenite amounts is formed in both the screw grooves 3a and 5a by heat processing, such as carburizing, quenching, and tempering. Although high surface pressure is applied to both screw grooves 3a and 5a by ceramic balls 9, both screw grooves 3a and 5a are unlikely to be damaged early due to the stress concentration mitigating action of retained austenite. Therefore, the ball screw 1 has a long life even when used under high speed and high load conditions. The above effect can be obtained even if the surface layer portion is formed in only one of the two screw grooves 3a, 5a, but a higher effect can be obtained if formed on both.

残留オーステナイト量が１５体積％未満であると、応力集中の緩和作用が不十分となる場合がある。また、靱性が不十分となるため圧痕が発生しやすくなり、特に、異物混入下で且つ高面圧で使用される場合にその傾向が顕著である。その圧痕縁はシャープエッジとなるので、そこから剥離に至り短寿命となる可能性が高い。特に、セラミック製のボールを使用した場合には、鋼製のボールの場合よりも高面圧となるため、シャープエッジである圧痕縁に負荷される面圧も極めて大きくなり、早期損傷が生じやすい。 If the amount of retained austenite is less than 15% by volume, the stress concentration mitigating action may be insufficient. In addition, since the toughness becomes insufficient, indentation is likely to occur, and this tendency is particularly remarkable when used under a foreign matter mixture and at a high surface pressure. Since the indentation edge becomes a sharp edge, peeling is likely to occur from there, and the possibility of a short life is high. In particular, when a ceramic ball is used, the surface pressure is higher than that of a steel ball, so the surface pressure applied to the indentation edge, which is a sharp edge, is extremely large, and early damage is likely to occur. .

また、ボールねじの場合は転がり軸受とは異なり、リード方向にも滑り成分を有するので、接線力も非常に大きくなる。そのため、転がり軸受の場合よりも大きな接線力が前記シャープエッジに発生することとなり、前記シャープエッジを起点とするクラックの伝播により、ねじ溝３ａ，５ａに表面起点剥離が生じやすくなる。
一方、４０体積％超過であると、両ねじ溝３ａ，５ａの表面硬さが不十分となるため、耐摩耗性や耐転がり疲労性が損なわれ、早期損傷が生じるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、表層部の残留オーステナイト量は２０体積％以上３０体積％以下であることがより好ましい。 Also, in the case of a ball screw, unlike a rolling bearing, it has a slip component in the lead direction, so the tangential force becomes very large. Therefore, a larger tangential force is generated at the sharp edge than in the case of a rolling bearing, and surface origin separation is likely to occur in the screw grooves 3a and 5a due to the propagation of cracks starting from the sharp edge.
On the other hand, if it exceeds 40% by volume, the surface hardness of both the screw grooves 3a and 5a becomes insufficient, so that wear resistance and rolling fatigue resistance are impaired, and early damage may occur. In order to make such inconvenience less likely to occur, the amount of retained austenite in the surface layer portion is more preferably 20% by volume or more and 30% by volume or less.

なお、本発明における表層部とは、ねじ溝の表面から剪断応力が最大となる深さ位置までの部分を意味する。剪断応力が最大となる深さ位置は、例えば、ボールの直径の２％に相当する長さだけねじ溝の表面から内部に入った位置である。
ここで、ねじ軸３及びナット５への前記熱処理の一例を以下に示す。鋼（例えばＳＣＭ４２０Ｈ）製の素材を所定の形状に旋削加工した後に、ガス雰囲気中９２０〜９８０℃で６〜２０時間ガス浸炭を行う。この際には、最表面層の安定化のために拡散期を設けてもよい。次に、８００〜９００℃に数時間保持した後、水又は油で急冷することにより焼入れを行う。そして、１６０〜２００℃で数時間保持することにより焼戻しを行う。最後に仕上げ加工を施して完成する。なお、仕上げ加工後のねじ溝３ａ，５ａの表面硬さＨｖは、６８０以上７５０以下であることが好ましい。また、表層部の炭素濃度は、０．８質量％以上１．１質量％以下であることが好ましい。 In addition, the surface layer part in this invention means the part from the surface of a thread groove to the depth position where a shear stress becomes the maximum. The depth position where the shear stress is maximized is, for example, a position that enters the inside from the surface of the thread groove by a length corresponding to 2% of the diameter of the ball.
Here, an example of the heat treatment for the screw shaft 3 and the nut 5 will be described below. After turning a material made of steel (for example, SCM420H) into a predetermined shape, gas carburization is performed in a gas atmosphere at 920 to 980 ° C. for 6 to 20 hours. In this case, a diffusion period may be provided to stabilize the outermost surface layer. Next, after hold | maintaining at 800-900 degreeC for several hours, quenching is performed by quenching with water or oil. And tempering is performed by hold | maintaining at 160-200 degreeC for several hours. Finally, finish processing is performed. In addition, it is preferable that the surface hardness Hv of the thread grooves 3a and 5a after finishing is 680 or more and 750 or less. Moreover, it is preferable that the carbon concentration of a surface layer part is 0.8 to 1.1 mass%.

このようなボールねじ１は、高速且つ高荷重条件下で使用されても長寿命であるので、例えば、射出成形機，プレス装置に組み込まれた型締装置の型締機構に使用されるボールねじ（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めを行う型締機構におけるボールねじ）や、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。ボールねじ１を備える射出成形機は、高射出速度で使用可能で且つ長寿命である。ただし、本発明のボールねじは、上記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が、上記の用途に限定されるものではない。 Since such a ball screw 1 has a long life even when used under high speed and high load conditions, for example, a ball screw used in a mold clamping mechanism of a mold clamping device incorporated in an injection molding machine or a press device. It is suitable as a ball screw for driving a screw in an injection molding machine (a ball screw in a mold clamping mechanism that clamps a mold clamping device by driving a ball screw with an electric motor). An injection molding machine including the ball screw 1 can be used at a high injection speed and has a long life. However, the ball screw of the present invention is suitable for the above-described relatively large-sized and high load application, but is not limited to the above-described application.

なお、ボールねじ１においては、ボール転動路７の終点に至ったボール９は、チューブ１５に接線掬い上げされるようになっていることが好ましい。図４，５を参照しながら、以下に詳細に説明する。図４，５の（ａ）は、ボールねじ１を軸方向に直交する平面で破断した断面図であり、（ｂ）は軸方向に沿う平面で破断した断面図である。 In the ball screw 1, it is preferable that the ball 9 reaching the end point of the ball rolling path 7 is tangentially raised to the tube 15. This will be described in detail below with reference to FIGS. 4A is a cross-sectional view of the ball screw 1 broken along a plane orthogonal to the axial direction, and FIG. 4B is a cross-sectional view broken along a plane along the axial direction.

ボール転動路７の終点に至ったボール９は、チューブ１５の端部に形成されているタング部によってチューブ１５内に掬い上げられるが、ボール転動路７内を移動するボール９の移動方向と、ボール転動路７の終点においてボール９が掬い上げられる方向とが同一方向でない場合（図４を参照）は、タング部にボール９が衝突するため、ボール９がセラミック製であったとしてもタング部に損傷が生じやすい。また、ボール９の衝突音による騒音も生じる。そのため、ボールねじ１をより高速条件で使用することが難しい場合があり得る。 The ball 9 reaching the end point of the ball rolling path 7 is scooped up into the tube 15 by a tongue formed at the end of the tube 15, but the moving direction of the ball 9 moving in the ball rolling path 7 If the end of the ball rolling path 7 is not in the same direction as the ball 9 is picked up (see FIG. 4), the ball 9 collides with the tongue, and the ball 9 is made of ceramic. The tongue is easily damaged. Further, noise due to the collision sound of the ball 9 is also generated. Therefore, it may be difficult to use the ball screw 1 under higher speed conditions.

そこで、チューブ１５の端部のうちボール９を掬い上げる側の端部を、ボール転動路７の終点におけるボール転動路７の接線方向又は略接線方向に沿って配することが好ましい（図５を参照）。そうすれば、ボール転動路７からチューブ１５へのボール９の移動が、前記接線方向又は前記略接線方向に沿って行われるようになる。そのため、ボール９はタング部に衝突せず、タング部に損傷が生じにくい上、ボール９の衝突音による騒音も生じにくい。その結果、ボールねじ１をより高速条件で回転させることが可能となる。なお、チューブ１５の両端部を、ボール転動路７の終点又は始点におけるボール転動路７の接線方向又は略接線方向に沿って配しても差し支えない。 Therefore, it is preferable to arrange the end of the tube 15 on the side where the ball 9 is lifted up along the tangential direction or substantially tangential direction of the ball rolling path 7 at the end point of the ball rolling path 7 (FIG. 5). Then, the movement of the ball 9 from the ball rolling path 7 to the tube 15 is performed along the tangential direction or the substantially tangential direction. Therefore, the ball 9 does not collide with the tongue portion, and the tongue portion is not easily damaged, and noise due to the collision sound of the ball 9 is hardly generated. As a result, the ball screw 1 can be rotated at a higher speed. Note that both ends of the tube 15 may be arranged along the tangential direction or substantially tangential direction of the ball rolling path 7 at the end point or the starting point of the ball rolling path 7.

また、ボールねじ１において、ボール転動路７の終点とチューブ１５の端部との境界部に段差（軸方向に直交する平面で破断した断面図である図６のＢ位置）が存在すると、ボール転動路７内で負荷を受けていたボール９は、掬い上げられて無負荷圏（チューブ１５内）に入る際に急激な荷重変動が生じ、この位置で千鳥が生じる。その結果、ボール９に損傷が生じる場合がある。この現象は、ボール９が無負荷圏から負荷圏に戻る際にも同様に生じる。 Further, in the ball screw 1, if there is a step (position B in FIG. 6, which is a cross-sectional view broken along a plane orthogonal to the axial direction) at the boundary between the end point of the ball rolling path 7 and the end of the tube 15, When the ball 9 that has been loaded in the ball rolling path 7 is scooped up and enters the no-load zone (inside the tube 15), a sudden load fluctuation occurs, and staggers occur at this position. As a result, the ball 9 may be damaged. This phenomenon also occurs when the ball 9 returns from the no-load zone to the load zone.

そこで、この段差の角部２０にクラウニングを施して、角部２０を面取りすることが好ましい。そうすれば、前述の急激な荷重変動が生じにくいので、ボール９に損傷が生じにくい。クラウニングの方法は特に限定されるものではなく、慣用の方法を問題なく採用することができる。例えば、研削加工によりクラウニングを施してもよいし、砥粒の流動による加工や手加工でクラウニングを施してもよい。 Therefore, it is preferable that the corner 20 of the step is crowned to chamfer the corner 20. By doing so, the abrupt load fluctuation described above is unlikely to occur, so that the ball 9 is unlikely to be damaged. The method of crowning is not particularly limited, and a conventional method can be adopted without any problem. For example, crowning may be performed by grinding, or crowning may be performed by processing of abrasive grains or by manual processing.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、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の表面を潤滑する潤滑剤（例えば潤滑油，グリース）を配してもよい。さらに、ナット５の両端には、エラストマー，プラスチック等のような樹脂製のダストシール１９を配してもよい。そうすれば、異物が外部からナット５内部に侵入することが防止される。 In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the ball rolling path 7, a lubricant (for example, lubricating oil or grease) that lubricates the groove surfaces of both the screw grooves 3 a and 5 a and the surface of the ball 9 may be disposed. Further, a resin dust seal 19 such as elastomer or plastic may be disposed at both ends of the nut 5. This prevents foreign matter from entering the nut 5 from the outside.

また、本実施形態においては、ボール戻し路によるボールの循環方式として、チューブ１５をボール戻し路とするリターンチューブ方式を採用したが、これに限定されるものではなく、ナットに設けた貫通孔をボール戻し路とするデフレクタ方式を採用してもよい。デフレクタ方式について、以下に例をあげて詳細に説明する。まず、ボール転動路内のボールを掬い上げてボール戻し路に送る部分又はボール戻し路からボール転動路にボールを戻す部分に用いられるデフレクタと呼ばれるボール案内部材を、ナットの軸方向端部に設ける方式について説明する。なお、これ以降は、この方式において使用されるデフレクタをエンドデフレクタと称する。 In this embodiment, the return tube system using the tube 15 as the ball return path is adopted as the ball circulation system using the ball return path. However, the present invention is not limited to this, and a through hole provided in the nut is provided. You may employ | adopt the deflector system used as a ball return path. The deflector system will be described in detail below with an example. First, a ball guide member called a deflector used for a part that scoops up the ball in the ball rolling path and sends it to the ball return path or a part that returns the ball from the ball return path to the ball rolling path, A method provided in the above will be described. Hereinafter, the deflector used in this method is referred to as an end deflector.

ナットには、軸方向に延びる孔からなるボール戻し路が形成されており、このボール戻し路の両端は、ボール転動路の始点及び終点の近傍にそれぞれ配されている。ボール転動路の終点においては、ボール転動路からボール戻し路へボールが移動し、ボール転動路の始点においては、ボール戻し路からボール転動路へボールが移動するが、このボールの移動を円滑に行うために、ボール転動路の終点及び始点には、ボールの移動を案内するエンドデフレクタがそれぞれ配されている。このエンドデフレクタは、ナットの軸方向に向けて形成した凹部に、ナットの軸方向に沿って差し込むようにして取付けられている。 The nut is formed with a ball return path composed of a hole extending in the axial direction, and both ends of the ball return path are respectively arranged in the vicinity of the start point and end point of the ball rolling path. At the end point of the ball rolling path, the ball moves from the ball rolling path to the ball return path, and at the start point of the ball rolling path, the ball moves from the ball return path to the ball rolling path. In order to smoothly move, end deflectors for guiding the movement of the ball are respectively disposed at the end point and the start point of the ball rolling path. This end deflector is attached to a recess formed in the axial direction of the nut so as to be inserted along the axial direction of the nut.

次に、デフレクタを、ナットの軸方向中央部に設ける方式について説明する。なお、これ以降は、この方式において使用されるデフレクタをミドルデフレクタと称する。
この方式では、ミドルデフレクタを用いることにより、ボール戻し路を複数形成することができる。すなわち、ナットの軸方向端部には前述のエンドデフレクタを取り付け、軸方向中央部にはミドルデフレクタを取り付ける。 Next, a method in which the deflector is provided in the axial center portion of the nut will be described. Hereinafter, the deflector used in this method is referred to as a middle deflector.
In this system, a plurality of ball return paths can be formed by using a middle deflector. That is, the aforementioned end deflector is attached to the axial end portion of the nut, and the middle deflector is attached to the axial center portion.

２つのボール戻し路のうち、ナットの軸方向中央部でボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分には、エンドデフレクタとほぼ同様の機能を有するミドルデフレクタが取付けられている。このミドルデフレクタは、ナットの径方向に向けて形成された凹部に、ナットの径方向に沿って差し込むようにして取り付けられている。すなわち、ナットの軸方向端部でのボール戻し路のボール循環方式と、ナットの軸方向中央部でのボール戻し路のボール循環方式とが異なる。 Of the two ball return paths, a middle deflector having substantially the same function as the end deflector is provided in the part that scoops up the ball from the ball rolling path at the central portion of the nut in the axial direction or the part that returns the ball to the ball rolling path. Installed. The middle deflector is attached to a recess formed in the nut radial direction so as to be inserted along the nut radial direction. That is, the ball circulation system of the ball return path at the axial end of the nut is different from the ball circulation system of the ball return path at the axial center of the nut.

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。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：ＪＩＳＢ１１９２６３×１６×３００−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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Nippon Seiko Co., Ltd. ball screw BS6316-10.5 (referred to as JIS B1192 63 × 16 × 300-Ct7) having the same configuration as the above-described ball screw 1 is used as a ball screw durability test manufactured by NSK Ltd. It was mounted on a machine and a durability test was conducted.
The specifications of this ball screw are as follows.

・ねじ軸の外径：６３ｍｍ
・リード：１６ｍｍ
・ボールの直径：１２．７ｍｍ
・試験荷重：３００ｋＮ
・最高回転速度：３２００ｍｉｎ^-1（Ｄｎ２０万）
・ねじ軸，ナットの材質：ＳＣＭ４２０Ｈ
・セパレータの材質：６６ナイロン
・循環方式：リターンチューブ方式（接線掬い上げ）
・潤滑剤：リューベ株式会社製のＹＳ２グリース -Screw shaft outer diameter: 63 mm
・ Lead: 16mm
-Ball diameter: 12.7 mm
・ Test load: 300kN
・ Maximum rotation speed: 3200min ^-1 (Dn200,000)
・ Screw shaft and nut material: SCM420H
-Separator material: 66 nylon-Circulation method: Return tube method (tangential scooping)
・ Lubricant: YS2 grease manufactured by Lube Co., Ltd.

なお、ねじ軸，ナットには、前述とほぼ同様の熱処理を施してある。そして、熱処理条件を種々変更することにより、両ねじ溝の表層部の残留オーステナイト量γ_Rを表１に示すように変化させた。また、ボール転動路の終点とリターンチューブの端部との境界部に存在した段差の角部は、クラウニングを施すことにより面取りした。 The screw shaft and nut are subjected to the same heat treatment as described above. Then, the amount of retained austenite γ _R in the surface layer portions of both screw grooves was changed as shown in Table 1 by variously changing the heat treatment conditions. In addition, the corner of the step existing at the boundary between the end point of the ball rolling path and the end of the return tube was chamfered by crowning.

次に、ボールねじの耐久試験の方法について説明する。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、リターンチューブのタング部等の循環部品が損傷しボールねじに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１に示す。なお、表１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。 Next, a method for durability test of the ball screw will be described. A ball screw is mounted on a ball screw endurance life tester manufactured by NSK Ltd. and rotated to cause peeling of the screw shaft thread groove, nut thread groove, or ball, or return tube tongue, etc. The life of the ball screw was defined as the distance traveled until the circulating parts were damaged and the ball screw malfunctioned. The test results are shown in Table 1. In addition, the value of the life in Table 1 is shown as a relative value when the life of the ball screw of Comparative Example 1 which is a general ball screw is 1.

実施例１〜６のボールねじは、高速且つ高荷重条件下で使用されても、ねじ溝やボールに剥離が生じにくく長寿命であった。特に、ねじ溝の表層部の残留オーステナイト量が２０〜３０体積％のものは、より長寿命であった。
一方、比較例２は、ボールが鋼製であるため循環部品に損傷が生じ、短寿命であった。また、比較例３は、セパレータを備えていないため、ボール同士の競り合いによりボールに早期損傷が生じた。 Even when the ball screws of Examples 1 to 6 were used under high speed and high load conditions, the thread grooves and the balls were hardly peeled off and had a long life. In particular, when the amount of retained austenite in the surface layer portion of the thread groove was 20 to 30% by volume, the life was longer.
On the other hand, in Comparative Example 2, since the balls were made of steel, the circulating parts were damaged, and the life was short. Moreover, since the comparative example 3 was not equipped with the separator, the ball | bowl was damaged early by the competition between balls.

さらに、比較例４，５は、ねじ溝の表層部の残留オーステナイト量が少なすぎてねじ溝の表層部の靱性が不十分であるため、ねじ溝に剥離が生じた。さらに、比較例６は、ねじ溝の表層部の残留オーステナイト量が多すぎてねじ溝の表層部の硬さが不十分であるため、ねじ溝に剥離が生じた。 Further, in Comparative Examples 4 and 5, the amount of retained austenite in the surface layer portion of the thread groove was too small and the toughness of the surface layer portion of the thread groove was insufficient, and therefore the thread groove was peeled off. Furthermore, in Comparative Example 6, since the amount of retained austenite in the surface layer portion of the screw groove was too much and the hardness of the surface layer portion of the screw groove was insufficient, peeling occurred in the screw groove.

１ボールねじ
３ねじ軸
３ａねじ溝
５ナット
５ａねじ溝
７ボール転動路
９ボール
１１セパレータ
１１ａ凹面
１５チューブ
２０角部 1 Ball Screw 3 Screw Shaft 3a Screw Groove 5 Nut 5a Screw Groove 7 Ball Rolling Path 9 Ball 11 Separator 11a Concave Surface 15 Tube 20 Corner

Claims

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と、隣接する前記ボールの間に配されたセパレータと、を備えるボールねじにおいて、前記ねじ軸及び前記ナットを鋼、前記ボールをセラミック、前記セパレータを樹脂でそれぞれ構成するとともに、前記ねじ軸及び前記ナットの少なくとも一方のねじ溝の表層部に含まれる残留オーステナイト量を１５体積％以上４０体積％以下としたことを特徴とするボールねじ。 A screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a thread groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and a spiral ball rolling path formed by the both screw grooves. A ball screw comprising a plurality of balls loaded in a rollable manner and a separator disposed between adjacent balls, wherein the screw shaft and the nut are made of steel, the ball is made of ceramic, and the separator is made of resin. A ball screw comprising each of the above and a residual austenite amount contained in a surface layer portion of at least one screw groove of the screw shaft and the nut is 15 vol% or more and 40 vol% or less.

前記ボールを前記ボール転動路の終点で掬い上げて始点へ送り前記ボールを循環させるボール戻し路を備え、前記ボール戻し路の両端部のうち前記ボールを掬い上げる側の端部が、前記ボール転動路の終点における前記ボール転動路の接線方向又は略接線方向に沿って配されていて、前記ボール転動路から前記ボール戻し路への前記ボールの移動が前記接線方向又は前記略接線方向に沿って行われるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。 A ball return path for scooping up the ball at the end of the ball rolling path and circulating the ball; the end of the ball return path on the side for scooping up the ball is the ball The ball is moved along the tangential direction or substantially tangential direction of the ball rolling path at the end point of the rolling path, and the movement of the ball from the ball rolling path to the ball return path is the tangential direction or the substantially tangential line. The ball screw according to claim 1, wherein the ball screw is performed along a direction.

前記ボール戻し路の両端部のうち前記ボールを掬い上げる側の端部を樹脂で構成したことを特徴とする請求項２に記載のボールねじ。 3. The ball screw according to claim 2, wherein an end of the ball return path on the side where the ball is lifted is made of resin.

前記ボール転動路の終点近傍部分に形成された角部に、クラウニングが施されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のボールねじ。 4. The ball screw according to claim 2, wherein crowning is applied to a corner portion formed in the vicinity of the end point of the ball rolling path. 5.

請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじを備えることを特徴とする射出成形機。 An injection molding machine comprising the ball screw according to any one of claims 1 to 4.