JP2005337414A

JP2005337414A - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2005337414A
Application number: JP2004158571A
Authority: JP
Inventors: Akio Sakai; 明男酒井; Isao Shindo; 功新藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】焼入れ時のねじ軸やナットの変形を抑制して製造時間を短縮したボールねじ装置を提供する。
【解決手段】外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、ナット転動溝を連結する連結路と、軸転動溝とナット転動溝と連結路とで構成される循環転動路を転動する複数の転動球とを備えたボールねじ装置において、ねじ軸の軸転動溝の転動球との転動部に硬化層を形成し、この硬化層の硬さと深さを軸転動溝の溝底部の硬化層の硬さと深さよりも硬くかつ深くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械や精密機械等の移動体の送り機構や位置決め機構等に用いられるボールねじ装置に関する。

従来のボールねじ装置は、そのねじ軸の軸転動溝の表面に浸炭焼入れや高周波焼入れ等の焼入れ処理により一様な硬化層を形成して転がり疲労寿命の向上を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１１９５１８号公報（第３頁段落００１８−第４頁段落００２４、第２図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、ねじ軸の軸転動溝の溝底部まで一様に焼入れを行っているため、焼入れ時の加熱、冷却による熱影響によってねじ軸の寸法や形状が変化しやすく、その曲がりの確認や曲がり矯正等の作業工程を必要とし、製造時間の短縮を図ることが困難であるという問題がある。
また、高周波焼入れにおいては、高周波コイルと軸転動溝の溝底部との距離が離れるために溝底部を誘導加熱するために多くのエネルギを要するという問題がある。

これらのことは、ナットの焼入れにおいても同様である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、焼入れ時のねじ軸やナットの変形を抑制して製造時間を短縮したボールねじ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記ナット転動溝を連結する連結路と、前記軸転動溝とナット転動溝と連結路とで構成される循環転動路を転動する複数の転動球とを備えたボールねじ装置において、前記ねじ軸の前記軸転動溝の転動球との転動部に硬化層を形成し、該硬化層の硬さを前記軸転動溝の溝底部の硬化層の硬さよりも硬くしたことを特徴とする。

これにより、本発明は、熱影響によるねじ軸の寸法の変化や曲がりの発生を防止することができると共に、曲がり確認や曲がり矯正等の作業工程を少なくすることができ、ボールねじ装置の製造時間の短縮を図ることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。

図１は実施例のねじ軸の焼入れ状態を示す断面図、図２は実施例のボールねじ装置を示す斜視図、図３は実施例の焼入れ部位を示す説明図である。
図２において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作され、その外周面２ａには後述する硬化層１１を形成した略半円弧形状の軸転動溝３が等ピッチで螺旋状に形成されている。

４はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作され、その内周面４ａには軸転動溝３と対向する複数ピッチの後述する硬化層１１を形成した略半円弧形状のナット転動溝５が形成されている。
また、ナット４にはその軸方向と平行に切欠いた平面４ｂが設けられており、この平面４ｂに設けた穴４ｃの底部には後述するリターンチューブ７の端部の外径部が嵌合する嵌合穴４ｄが設けられている。

６は転動球であり、合金鋼等の鋼材またはセラミック材等で製作された球体であって、鋼材で製作される場合にはその表面に焼入れ処理により硬化層が形成されている。
７は連結路としてのリターンチューブであり、鋼材や樹脂材料等で製作され、転動球６が転動できる程度の内径を有する略Ｕ字形に曲折した管であって、ナット４の平面４ｂに設けられた穴４ｃの底部の嵌合穴４ｄにその端部が嵌合して、ナット転動溝５の両側の端部を連結する。

８はチューブ固定具であり、鋼材や樹脂材料等を曲折して製作された固定具であって、ナット４の平面４ｂに小ねじ９等の締結手段で締結してリターンチューブ７をナット４に固定する。
１０はフランジ部であり、ナット４の外周部に一体に設けられ、フランジ部１０に設けたボルト穴１０ａにより図示しない移動体にボルト等で固定される。

上記のねじ軸２の軸転動溝３とこれに対向するナット４のナット転動溝５およびこれを連結するリターンチューブ７の内径面により循環転動路が形成される。
また、循環転動路には複数の転動球６と共に所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入されて軸転動溝３とナット転動溝５とを転動球６を介して螺合させ、ねじ軸２またはナット４を回転させることによって転動球６が循環転動路を循環しながら転動し、ねじ軸２に螺合したナット４を軸方向に移動させる。

図１、図３において、１１は硬化層であり、高周波焼入れによってねじ軸２に形成された所定の硬さの硬化層である。
１２は転動部であり、予圧等によって接触角αで接触する軸転動溝３と転動球６との接触点とその周囲を含む螺旋状の軸転動溝３に沿った帯状の領域である。
硬化層１１は、ねじ軸２の外周面２ａと軸転動溝３とに形成されており、その軸転動溝３の転動部１２はＨＲｃ６０程度の硬さとなるように、溝底部１３はＨＲｃ５０程度の硬さとなるように形成されており、転動部１２の硬化層１１の深さＴと溝底部１３の硬化層１１の深さＳとは、Ｔ＞Ｓ≧０なる関係、つまり転動部１２の硬化層深さＴは、溝底部１３の硬化層１１が形成されない場合も含めて溝底部１３の硬化層深さＳよりも深くなるように形成される。

ナット４の硬化層１１も同様に、ナット４の内周面４ａとナット転動溝５と形成され、ナット転動溝５の転動球６との転動部１２と溝底部１３は、ねじ軸２と同様の硬さおよび深さに形成される。
上記の構成の作用について説明する。
ねじ軸２を製作する場合は、合金鋼や炭素鋼等の鋼材からなる丸棒に研削または転造等の加工手段によって軸転動溝３を形成して軸素材を成形する。

この軸素材を円筒状の高周波コイルに挿入して高周波コイルに高周波電源を用いて所定の時間通電し、ねじ軸２の外周面２ａおよび軸転動溝３の転動部１２を主にして誘導加熱により加熱して赤熱させた後にオイルまたは水により急冷して焼入れ処理を施す。
これにより、図１に示すように軸転動溝３の転動部１２には硬化層深さＴ、硬さＨＲｃ６０程度の硬化層１１が形成され、溝底部１３は高周波コイルとの距離が離れているために加熱の度合いが少なくなって転動部１２の硬化層深さＴよりも浅い硬化層深さＳ、転動部１２の硬化層１１の硬さよりも低い硬度のＨＲｃ５０程度の硬さの硬化層１１が形成される。

このようにして、軸転動溝３の転動部１２と溝底部１３とで深さおよび硬さが異なるねじ軸２が製作される。
ナット４の場合も同様である。この場合には円柱状の高周波コイルをナット４の内周面４ａ側に挿入して内周面４ａとナット転動面５を前記と同様に誘導加熱して焼入れ処理を施し、ナット転動面５の転動部１２と溝底部１３とで深さおよび硬さが異なる硬化層１１を形成するようにする。

このようにして製作されたねじ軸２および／もしくはナット４は、加熱範囲を狭くすることができ、過度の誘導加熱による熱影響を防止して、寸法の変化や曲がり発生の少ないねじ軸２および／もしくはナット４とすることができる。
また、ねじ軸２等の転動部１２に形成された硬化層１１は、ねじ軸２とナット４を転動球６を介して螺合させた場合に、予圧またはナット４の移動時のスラスト力によって接触角αで転動球６と軸転動溝３およびナット転動溝５とが接触したときに転動球６の転動に耐える充分な硬さと深さを有しており、ねじ軸２またはナット４の回転に伴って転動部１２に加わる荷重に耐えてボールねじ装置１の転がり疲労寿命を維持することができる。

なお、本実施例においては、高周波焼入れによって外周面２ａと軸転動溝３とに硬化層１１を形成するとして説明したが、硬化層１１は軸転動溝３の転動部１２を上記の深さおよび硬さに形成すればボールねじ装置１の転がり疲労寿命を維持することができ、例えばレーザ加熱により主に転動部１２を加熱して焼入れ処理を行うようにしてもよい。
この場合に、たとえ溝底部１３に硬化層１１が形成されなくとも前記のように転動部１２には充分な深さと硬さを有する硬化層１１が形成されるので、ボールねじ装置１の転がり疲労寿命を低下させることはない。ナット４の場合も同様である。

また、本実施例の硬化層１１の形成は、ねじ軸２およびナット４の一方のみに形成してもよく、両方に形成するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例では、主にねじ軸の軸転動溝の転動部に焼入れ処理による硬化層を形成するようにしたことによって、熱影響を受ける範囲を狭くすることができ、熱影響によるねじ軸の寸法の変化や曲がりの発生を防止することができると共に、曲がり確認や曲がり矯正等の作業工程を少なくすることができてねじ軸の製造時間の短縮を図ることができる。

また、軸転動溝の溝底部の硬化層の硬さや深さを、転動部の硬化層の硬さや深さよりも低い硬度で浅くなるようにし、溝底部への高周波焼入れによる加熱を少なくするようにしたことによって、誘導加熱に要するエネルギを低減することができ、焼入れ処理に要する時間を短縮することができると共にエネルギコストを節減することができる。
このことは、ねじ軸の外周面と軸転動溝との角部のオーバーヒートを防止してねじ軸の生産効率の向上を図る場合に特に有効である。

上記の効果は、ナットにおいても同様である。
なお、本実施例においては、リターンチューブを連結路として転動球を循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、連結路は上記に限らず連結路をこま式やエンドキャップ式等とした循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

また、ボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、転動球を介して移動台をレール上で移動させる直動案内軸受装置の転動球の転動溝に本発明を適用しても同様の効果を奏することができる。

実施例のねじ軸の焼入れ状態を示す断面図実施例のボールねじ装置を示す斜視図実施例の焼入れ部位を示す説明図

符号の説明

１ボールねじ装置
２ねじ軸
２ａ外周面
３軸転動溝
４ナット
４ａ内周面
４ｂ平面
４ｃ穴
４ｄ嵌合穴
５ナット転動溝
６転動球
７リターンチューブ
８チューブ固定具
９小ねじ
１０フランジ部
１０ａボルト穴
１１硬化層
１２転動部
１３溝底部

Claims

外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記ナット転動溝を連結する連結路と、前記軸転動溝とナット転動溝と連結路とで構成される循環転動路を転動する複数の転動球とを備えたボールねじ装置において、
前記ねじ軸の前記軸転動溝の転動球との転動部に硬化層を形成し、該硬化層の硬さを前記軸転動溝の溝底部の硬化層の硬さよりも硬くしたことを特徴とするボールねじ装置。
外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記ナット転動溝を連結する連結路と、前記軸転動溝とナット転動溝と連結路とで構成される循環転動路を転動する複数の転動球とを備えたボールねじ装置において、
前記ねじ軸の前記軸転動溝の転動球との転動部に硬化層を形成し、該硬化層の深さを前記軸転動溝の溝底部の硬化層の深さよりも深くしたことを特徴とするボールねじ装置。
外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記ナット転動溝を連結する連結路と、前記軸転動溝とナット転動溝と連結路とで構成される循環転動路を転動する複数の転動球とを備えたボールねじ装置において、
前記ナットの前記ナット転動溝の転動球との転動部に硬化層を形成し、該硬化層の硬さを前記ナット転動溝の溝底部の硬化層の硬さよりも硬くしたことを特徴とするボールねじ装置。
外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記ナット転動溝を連結する連結路と、前記軸転動溝とナット転動溝と連結路とで構成される循環転動路を転動する複数の転動球とを備えたボールねじ装置において、
前記ナットの前記ナット転動溝の転動球との転動部に硬化層を形成し、該硬化層の深さを前記ナット転動溝の溝底部の硬化層の深さよりも深くしたことを特徴とするボールねじ装置。
請求項１から請求項３または請求項４において、
前記転動部の硬化層の深さをＴとし、前記溝底部の硬化層の深さをＳとしたときに、深さＴと深さＳとが、Ｔ＞Ｓ≧０なる関係を有することを特徴とするボールねじ装置。