JP2006105362A

JP2006105362A - 遊星ローラねじ

Info

Publication number: JP2006105362A
Application number: JP2004296265A
Authority: JP
Inventors: Daiki Takahashi; 大樹高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】高荷重、高速回転で使用され、「こじり」モーメントが加わった場合でも長寿命な遊星ローラねじを提供する。
【解決手段】ねじ軸１、ナット２、ローラ３を、所定の鋼で形成した後に、所定の熱処理を施すことで作製する。ねじ軸１の螺旋状溝１１、ナット２の螺旋状溝２１、ローラ３の螺旋状溝３１の各表層部の残留オーステナイト量を、２０体積％以上４０体積％以下にする。
【選択図】図１

Description

この発明は遊星ローラねじに関する。

例えば、電動射出成形機やメカニカルプレス装置用のボールねじは、比較的大型で高荷重を受ける。そのため、従来より、ねじ軸とナットは、ＳＣＭ４２０ＨやＳＣＭ４１５Ｈ等の浸炭鋼を所定形状に加工した後、８７０〜９００℃で浸炭を行い、次いで、焼入れと焼戻しを施して、ねじ軸の外周面およびナットの内周面の表層部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００程度にしている。また、ボールとしては、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）製で表層部の表面硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で７５０程度のものを用いている。しかしながら、使用条件が過酷になるにつれて、上記従来例のボールねじでは耐摩耗性が不十分となっている。

下記の特許文献１には、特に耐摩耗性が要求される用途に好適な転がり軸受およびボールねじ装置についての記載がある。ここでは、転がり軸受またはボールねじ装置の転動部材の少なくとも一つを、重量％（質量％）で、Ｃ；０．１〜０．７％、Ｓｉ；０．１〜１．５％、Ｍｎ；０．１〜１．５％、Ｃｒ；０．５〜３．０％、Ｖ；０．６〜２．０％、Ｍｏ；３．０％以下、Ｎｉ；２．０％以下で含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼で形成し、これに９２０℃以上の温度で浸炭窒化を施して完成品表面の炭素濃度を０．７〜１．３重量％、窒素濃度を０．１５〜０．３重量％とすることにより、その表面に粒径０．１μｍ以下の炭化物、窒化物、および炭窒化物を少なくとも４００個／１００μｍ²析出させている。

一方、遊星ローラねじは、外周面に螺旋状溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットとの間に配置され、両者の前記螺旋状溝に噛み合う螺旋状溝が形成された複数のローラと、を備えている。ねじ軸を回すと、ローラが自転しながら公転することによりナットを回転させるため、ナットは軸方向に、ねじ軸に対して相対的に移動する。このような遊星ローラねじは、例えば下記の特許文献２および３に記載されている。これらの特許文献には、使用する材料についての記載はない。

遊星ローラねじの製造方法の従来例としては、高炭素クロム軸受鋼を用い、焼入れおよび焼戻しを行うことにより、各螺旋状溝の表層部の硬さをＨｖ６５３〜８００とする方法がある。また、焼入れ性の良好な低炭素肌焼き鋼（ＳＣＲ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２０Ｈ、ＳＣＭ４１５Ｈ、ＳＡＥ８６２０Ｈ、ＳＡＥ４３２０Ｈ）を用い、浸炭または浸炭窒化を行う方法もある。
特開２０００−２１２７２１号公報特開平８−３３８４６１号公報特開２０００−１１０９０７号公報

近年、遊星ローラねじの使用条件が過酷になっており、上記特許文献１に記載された技術を転用しただけでは、高荷重、高速回転で使用される遊星ローラねじの寿命を十分に向上させることができない。
すなわち、高荷重、高速回転で使用される遊星ローラねじは、機台に取り付ける際に、取り付け誤差が大きかったり機台の変形が生じたりすると、こじり（ねじ軸とナットとの間に生じる相対的な傾き）が発生する恐れがある。そして、遊星ローラねじに「こじり」モーメントが加わると、ナット内に常に、ローラとの接触面圧の高い箇所が存在することになるため、寿命の低下を招く。
本発明の課題は、高荷重、高速回転で使用され、「こじり」モーメントが加わった場合でも長寿命な遊星ローラねじを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、外周面に螺旋状溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットとの間に配置され、両者の前記螺旋状溝に噛み合う螺旋状溝が形成された複数のローラと、を備えた遊星ローラねじにおいて、下記の構成(1) と下記の構成(2) とを特徴とする遊星ローラねじを提供する。
(1) 前記ねじ軸、ナット、およびローラの少なくとも一つは、質量比で、Ｃの含有率が０．１％以上０．７％以下、Ｓｉの含有率が０．１％以上１．５％以下、Ｍｎの含有率が０．１％以上１．５％以下、Ｃｒの含有率が０．５％以上３．０％以下、Ｖの含有率が０．６％以上２．０％以下、Ｍｏの含有率が３．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下で、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼で所定形状に形成した後、９２０℃以上の温度で浸炭窒化を行い、次いで、焼入れと焼戻しを施して、前記螺旋状溝の表層部の炭素含有率を０．７質量％以上１．３質量％以下、窒素含有率を０．１５質量％以上０．３重量％以下とすることにより得られる。
(2) 前記各螺旋状溝の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以上４０体積％以下である。

ここで、ねじ軸、ナット、およびローラの各螺旋状溝の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％未満であると、前記各螺旋状溝の表面の靱性が不足する。また、前記各螺旋状溝の表層部の残留オーステナイト量が４０体積％を超えると、前記各螺旋状溝の硬さが不足する。
本発明の遊星ローラねじによれば、前記構成(1) を満たすことにより、ねじ軸、ナット、およびローラの少なくとも一つの螺旋状溝の耐摩耗性が良好になり、前記構成(2) を満たすことにより、各螺旋状溝の面に適度な靱性が付与される。よって、高荷重、高速回転で使用され、「こじり」モーメントが加わった場合の寿命が長くなる。

本発明の遊星ローラねじによれば、高荷重、高速回転で使用され、「こじり」モーメントが加わった場合の寿命を長くすることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１はこの実施形態の遊星ローラねじを示す部分断面図である。この図に示すように、遊星ローラねじは、ねじ軸１とナット２とローラ３を備えている。ねじ軸１の外周面に螺旋状溝１１が形成されている。ナット２の内周面に螺旋状溝２１が形成されている。ローラ３は、ねじ軸１とナット２の間に配置され、ローラ３の外周面には、ねじ軸１の螺旋状溝１１とナット２の螺旋状溝２１の両方に噛み合う螺旋状溝３１が形成されている。この遊星ローラねじは、軸有効直径が３０ｍｍであり、リードが１０ｍｍであり、条数が５であり、ローラ３を７本備えている。

この遊星ローラねじのねじ軸１、ナット２、およびローラ３を、材質と熱処理条件を変化させて作製することにより、螺旋状溝の表層部（表面から深さ０．２ｍｍまでの位置）の残留オーステナイト量（γ_R）、炭素含有率〔Ｃ〕、窒素含有率〔Ｎ〕が、表１に示す値となっているものを得た。そして、その他の部材は全て同じとし、下記の表１に示す組み合わせで組み立てた。

素材としては、ＳＣＭ４２０Ｈからなる素材と、下記の合金鋼Ａからなる素材を用意した。合金鋼Ａは、質量比で、Ｃの含有率が０．１０％、Ｓｉの含有率が０．４０％、Ｍｎの含有率が０．７５％、Ｃｒの含有率が１．４５％、Ｖの含有率が０．９８％で、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる。
各素材をねじ軸１、ナット２、およびローラ３の形状に加工した後、「浸炭窒化」では、温度９２０〜９５０℃で６〜８時間、吸熱型ガス雰囲気中にエンリッチガスおよびアンモニアガスを加えて浸炭窒化を行った後、常温まで空冷し、次いで、温度８２０〜８８０℃に０．５〜１．５時間保持した後に常温まで空冷する二次焼入れを施した後、温度１６０〜１８０℃に２〜３時間保持する焼戻し処理を行った。

「浸炭」では、温度９２０〜９５０℃、処理時間６〜８時間の条件で浸炭（通常浸炭）を行い、次いで、８２０〜８８０℃に０．５〜１．５時間保持した後に常温まで冷却する焼入れ処理と、温度１６０〜１８０℃に２〜３時間保持する焼戻し処理を行った。
得られた遊星ローラねじを、軸方向荷重：３００ｋＮ、モーメント荷重：４．０ｋＮ・ｍ、ストローク：４０ｍｍ、回転速度の最大値：５００ｍｉｎ^-1、温度：８０℃、潤滑剤：グリース「ルベールＹＳ−２」の条件で、１００万回往復運動させた後、ねじ軸の摩耗量を測定した。
これらの結果も下記の表１に併せて示す。表中、本発明の範囲から外れている値に下線を施した。

この表の結果から以下のことが分かる。
No. １〜４の遊星ローラねじは請求項１の発明の実施例に相当する。これに対して、No. ５〜１０の遊星ローラねじは本発明の比較例に相当する。そして、No. １〜４の遊星ローラねじはNo. ５〜７の遊星ローラねじよりも、摩耗量が著しく少なかった。

また、No. ８〜１０の遊星ローラねじは、往復運動が１００万回となる前に動きに変化が生じたため、その時点で往復運動を停止し、ねじ軸、ナット、ローラの各螺旋状溝の状態を確認した。その結果、No. ８の遊星ローラねじは、ねじ軸に剥離が生じていた。No. ９の遊星ローラねじは、ナットに剥離が生じていた。No. １０の遊星ローラねじは、ローラに剥離が生じていた。いずれも剥離が生じていた部品の螺旋状溝は、表層部の残留オーステナイト量が４０体積％を超えていた。
したがって、本発明の遊星ローラねじは、高荷重、高速回転で使用された際の寿命が長いものであることが分かる。

本発明の実施形態に相当する遊星ローラねじを示す部分断面図である。

符号の説明

１ねじ軸
１１ねじ軸の螺旋状溝
２ナット
２１ナットの螺旋状溝
３ローラ
３１ローラの螺旋状溝

Claims

外周面に螺旋状溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットとの間に配置され、両者の前記螺旋状溝に噛み合う螺旋状溝が形成された複数のローラと、を備えた遊星ローラねじにおいて、
前記ねじ軸、ナット、およびローラの少なくとも一つは、質量比で、Ｃの含有率が０．１％以上０．７％以下、Ｓｉの含有率が０．１％以上１．５％以下、Ｍｎの含有率が０．１％以上１．５％以下、Ｃｒの含有率が０．５％以上３．０％以下、Ｖの含有率が０．６％以上２．０％以下、Ｍｏの含有率が３．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下で、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼で所定形状に形成した後、９２０℃以上の温度で浸炭窒化を行い、次いで、焼入れと焼戻しを施して、前記螺旋状溝の表層部の炭素含有率を０．７質量％以上１．３質量％以下、窒素含有率を０．１５質量％以上０．３重量％以下とすることにより得られ、前記各螺旋状溝の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以上４０体積％以下であることを特徴とする遊星ローラねじ。