JP2010180985A - Ball screw and injection molding machine - Google Patents
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Abstract
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.
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
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
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
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
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
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
Furthermore, the shape of the
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
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
On the other hand, if it exceeds 40% by volume, the surface hardness of both the
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
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
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
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
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
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
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
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
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:JIS B1192 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。
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γR 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
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