JP2009204036A - ボールねじ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボールねじ杆2及びボールナット3を、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施されたものとする。このボールナット3の内周面の外径側ボールねじ溝6、及び、上記ボールねじ杆2の外周面の内径側ボールねじ溝5の表面部分の残留オーステナイト量を、15〜30容量%の範囲に規制する。更に、上記ボールねじ杆2全体の残留オーステナイト量の平均値を4容量%以下とする。この構成により、上記課題を解決する。
【選択図】図2
Description
これらの事を考慮すれば、上記ボールねじ装置1の構成部材、特に寸法が大きなボールねじ杆2は、長期間に亙り十分な寸法安定性を確保する事が必要になる。同時に、上記ボールねじ杆2及び上記ボールナット3を含み、上記ボールねじ装置1の構成部材は、或る程度の異物環境下で十分な耐久性を確保できる事が必要になる。
又、特許文献3に記載された従来技術の様に、転動体の残留オーステナイト量を確保しても、他の部材の表面の残留オーステナイト量を確保しない限り、この他の部材の表面の損傷を防止できない。
このうちのボールねじ杆は、炭素鋼、軸受鋼等の鋼材製で、外周面に断面形状が部分円弧形である内径側ボールねじ溝を、螺旋状に形成している。
又、上記ボールナットは鋼材製で、内周面に断面形状が部分円弧形である外径側ボールねじ溝を、螺旋状に形成している。
更に、上記各ボールは、上記内径側ボールねじ溝と上記外径側ボールねじ溝との間に転動自在に設けられている。
又、上記外径側ボールねじ溝及び上記内径側ボールねじ溝の表面部分の残留オーステナイト量は、15〜30容量%である。
更に、少なくとも上記ボールねじ杆全体の残留オーステナイト量の平均値(平均残留オーステナイト量)は、4容量%以下である。尚、この平均残留オーステナイト量とは、上記ボールねじ杆の表層部だけでなく、表面から芯部までの全体の残留オーステナイト量の平均値を言う。
先ず、ボールねじ杆及びボールナットを浸炭処理又は浸炭窒化処理している為、内径側ボールねじ溝及び外径側ボールねじ溝の表面硬度が高くなり、これら両ボールねじ溝に、各ボールによる圧痕が形成されにくく、高荷重下での使用が可能になる。
又、ボールねじ杆全体の残留オーステナイト量の平均値を、4容量%以下と低く抑えているので、長期間に亙る使用に伴って、長尺な上記ボールねじ杆を構成する鋼材中の残留オーステナイトが分解し、マルテンサイトに変化しても、このボールねじ杆の形状及び寸法の変化は無視できる程度の僅少に抑えられる。この為、長期間に亙り可動部分の位置決めを十分に高精度に図れる。
更に、上記外径側ボールねじ溝及び上記内径側ボールねじ溝の表面部分の残留オーステナイト量を、15〜30容量%と、十分に確保しているので、上記両ボールねじ溝と上記各ボールの転動面との転がり接触部に硬い異物が噛み込まれても、これら両ボールねじ溝に、ピーリングに結び付く様な損傷を発生しにくく、異物混入環境下の様な厳しい使用条件下でも十分な耐久性を得られる。
(A) ボールねじ杆及びボールナットを浸炭処理又は浸炭窒化処理する理由
この理由は、使用時に各ボールの転動面により強く押される、上記外径側ボールねじ溝及び上記内径側ボールねじ溝の表面部分の硬度を高くして、これら各ねじ溝の表面部分に、圧痕等の損傷が発生するのを防止する為である。即ち、上記浸炭処理又は浸炭窒化処理により、上記両ボールねじ溝の表面部分の残留オーステナイト量を確保しつつ、表面硬度を確保する為である。
この理由は、長期間に亙る使用に拘らず、上記ボールねじ杆の寸法精度及び形状精度を良好に保つ為である。
即ち、前述した通り、残留オーステナイトは経時的に分解してマルテンサイト化が進み、この際、体積が変化する。この為、上記ボールねじ杆に含まれる残留オーステナイトの量が多いと、この残留オーステナイトの分解に伴う、このボールねじ杆の寸法変化が大きくなる。残留オーステナイトの量がこのボールねじ杆の寸法変化に及ぼす影響は、次の通りである。
初期段階での平均残留オーステナイト量がγR0 である鋼材製の部材を、一定温度の雰囲気中に一定時間放置した場合に於ける、この残留オーステナイトの分解量△γRは、次の(1)式で求められる。
△γR=γR0 (1−e-Kt ) −−− (1)
この(1)式中、Kはオーステナイト分解速度定数、tは保持時間である。又、このオーステナイト分解速度定数Kは、次の(2)式で表される。
logK=A−(B/T) −−−(2)
この(2)式中のA、Bは、上記部材を構成する鋼材(鉄系合金)の組成により定まる定数、Tは保持温度である。
この理由は、上記両ボール溝部分でのき裂の発生及びその進展を抑えつつ、これら両ボール溝部分の硬度が過度に低下する事を防止し、合わせて、上記ボールねじ杆の初期段階での残留オーステナイト量の平均値を、4容量%以下に抑える為である。
即ち、工作機械に使用されるボールねじ装置の場合、ボールの転動面同士の競り合い(擦れ合い)や、ボールの転動面と上記両ボール溝との摩擦に基づく摩耗により生じた、摩耗粉等の硬質の異物が、これら両ねじ溝に圧痕や傷を生じさせ、剥離やき裂の発生に到る場合がある。更には、工作機械等で使用されるボールねじ装置は、上記各ボールに予圧を付与した状態で使用されるだけでなく、作動時に或る程度の荷重が加わる状態で使用される。
但し、上記両ボールねじ溝部分の残留オーステナイトの量が30容量%を超えると、これら両ボールねじ溝の表面部分の硬度が過度に低下する事に伴い、これら両ボールねじ溝の表面部分の転がり疲れ寿命が低下するだけでなく、芯部及び表面を含めた、部材全体としての残留オーステナイト量を低く抑えられなくなって、当該部材の寸法安定性が低下する。そこで、上記外径側ボールねじ溝及び上記内径側ボールねじ溝の表面部分の残留オーステナイト量の最大値は、30容量%以下とした。特に耐摩耗性が要求され、高い表面硬度が必要な場合は、上記両溝の表面部分の残留オーステナイトを、25容量%以下に抑える事が好ましい。
図面に表れるボールねじ装置の構造に就いては、前述の図1〜2に示した構造を含め、従来から知られているボールねじ装置と同様である。就いては、具体的構造に就いての図示並びに説明は省略する。
試験条件は次の通りである。
試験荷重 : 15kN
ストローク : 600mm
潤滑条件 : リューベ株式会社製の「YS2グリース」を充填
ボールねじ杆及びボールナットの材質 : SCM420H
ボールの材質及び熱処理 : SUJ2、ずぶ焼き
上述の様な条件で行った実験の結果を示す表1中、本発明の技術的範囲に属する実施例1〜5は、何れも、上記内径側ボールねじ溝及び上記外径側ボールねじ溝の表面部分に適度の残留オーステナイト量が存在し、しかもボールねじ杆の平均残留オーステナイト量が少なく抑えられているので、十分な耐久性を得られ、しかも、寸法精度の悪化を抑えられた。
これに対して、比較例1、4、5、8は、何れも、ボールねじ杆の平均残留オーステナイト量が少なく抑えられているので、寸法精度の悪化を抑えられたが、内径側ボールねじ溝と外径側ボールねじ溝との一方又は双方の表面部分の残留オーステナイト量が適正範囲(15〜30容量%)から外れた為、、当該部材が早期に損傷した。
又、比較例2、3、6、7は、何れもボールねじ杆の残留オーステナイト量が、適正範囲(4容量%以下)を越えている為、何れも寸法安定性に欠け、ボールねじ杆の寸法が大きく変化し(v300で18μm以上となり)、必要とする精度を確保できなかった。
この様な耐久試験の結果から、本発明が、高荷重条件下での使用を考慮した場合に、長期間に亙り可動部分の位置決めを十分に高精度に図れ、しかも十分な耐久性を得る面から有効である事を確認できた。
2 ボールねじ杆
3 ボールナット
4 ボール
5 内径側ボールねじ溝
6 外径側ボールねじ溝
7 戻しチューブ
Claims (1)
- 外周面に断面形状が部分円弧形である内径側ボールねじ溝を螺旋状に形成した鋼材製のボールねじ杆と、内周面に断面形状が部分円弧形である外径側ボールねじ溝を螺旋状に形成した鋼材製のボールナットと、この外径側ボールねじ溝と上記内径側ボールねじ溝との間に転動自在に設けられた複数個のボールとを備えたボールねじ装置に於いて、上記ボールねじ杆及び上記ボールナットは、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施されたものであり、上記外径側ボールねじ溝及び上記内径側ボールねじ溝の表面部分の残留オーステナイト量は15〜30容量%であり、少なくとも上記ボールねじ杆全体の残留オーステナイト量の平均値が4容量%以下である事を特徴とするボールねじ装置。
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