JP4467349B2

JP4467349B2 - Ball screw for automobile

Info

Publication number: JP4467349B2
Application number: JP2004112893A
Authority: JP
Inventors: 康司立石; 恵介数野; 俊明圓増
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: JP2005299720A

Description

この発明は、自動車における自動マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）のシフト用やセレクト用アクチュエータ、その他各種の自動車用アクチュエータに使用されるボールねじに関し、特にそのねじ軸の熱処理に係るものである。 The present invention relates to a ball screw used for an automatic manual transmission (AMT) shift or select actuator in an automobile and other various automobile actuators, and particularly relates to heat treatment of the screw shaft.

従来、ボールねじのナットは、その形状の複雑さから、焼割れを防止するために、浸炭焼入れで製造されることが多い。また、ねじ軸についても、浸炭焼入れで処理されることが多い（例えば特許文献１）。
特開２０００−３４６１６２号公報 Conventionally, ball screw nuts are often manufactured by carburizing and quenching in order to prevent burning cracks due to the complexity of the shape. Also, the screw shaft is often processed by carburizing and quenching (for example, Patent Document 1).
JP 2000-346162 A

しかしながら、浸炭焼入れは、表面全体に浸炭され、硬度が上昇するため、じん性の確保という点では不利になることが考えられる。
自動車用のアクチュエータに用いられる場合、特に、変速機等の部品に用いられる場合は、破損の形態として、折損するよりも曲がりが発生する方が安全上、望ましい。自動車の場合は、安全性が強く要望されるため、折損を極力回避する必要がある。そのため、表面の全体に浸炭焼入れされる浸炭焼入れはあまり好ましくない。また、浸炭焼入れでは、表面異常層の除去を行わないと、表面部が脆いため、短寿命の原因となる。この表面異常層の除去に手間がかかってコスト増となっている。 However, carburizing and quenching is carburized over the entire surface and increases in hardness, which may be disadvantageous in terms of ensuring toughness.
When used for an actuator for an automobile, particularly when used for a part such as a transmission, it is preferable from the viewpoint of safety that a bending occurs rather than breaks as a form of breakage. In the case of automobiles, safety is strongly demanded, so it is necessary to avoid breakage as much as possible. Therefore, carburizing and quenching in which the entire surface is carburized and quenched is not preferable. In carburizing and quenching, if the surface abnormal layer is not removed, the surface portion is brittle, which causes a short life. The removal of the abnormal surface layer takes time and increases costs.

この発明の目的は、ねじ軸のじん性が高くて折損が生じ難く、またコスト低下が図れる自動車用ボールねじを提供することである。 An object of the present invention is to provide a ball screw for an automobile in which the toughness of the screw shaft is high and breakage is unlikely to occur, and the cost can be reduced.

この発明の自動車用ボールねじは、自動車用アクチュエータに使用されるボールねじであって、ボールを転走させるねじ溝が対向して形成されたねじ軸およびナットと、前記対向するねじ溝間に介在した複数のボールとを備え、前記ねじ軸は、限定された範囲のねじ溝表面が高周波焼入れされ、ねじ軸の高周波焼入れされた部分の残留オーステナイト量が１〜１０％、未焼入れ部分の残留オーステナイト量が零であり、前記ねじ軸は、軸方向の中間がねじ溝の形成されたねじ溝形成部とされ、軸方向の両端部分が、ねじ溝形成部よりも小径の軸部とされ、ねじ軸のねじ溝が形成されたねじ溝形成部となる軸径部分の両端部に、高周波焼入れ時のオーバーヒートを防止する焼逃げ部分を設け、この焼逃げ部分の長さを、少なくとも前記軸径部分の軸径の半分以上としたことを特徴とする。 The automotive ball screw of the present invention is a ball screw used in an automotive actuator, and is interposed between a screw shaft and a nut in which screw grooves for rolling the ball are opposed to each other, and the opposed screw grooves. The screw shaft has a limited range of screw groove surfaces induction hardened, the amount of retained austenite in the induction hardened portion of the screw shaft is 1 to 10%, and the remaining austenite in the unquenched portion amount Ri zero der, the screw shaft is a screw groove formation part of the axial intermediate is formed of the thread groove, both end portions in the axial direction, is a small-diameter shaft portion than the screw groove formation part, Provided on both ends of the shaft diameter portion where the thread groove of the screw shaft is formed is a flank portion that prevents overheating during induction hardening, and the length of the flared portion is at least the shaft diameter. portion And characterized in that a more than half of the shaft diameter.

自動車用ボールねじ、特に変速機等の部品に用いられるボールねじは、安全性の向上の上で、じん性が強く望まれる。そのため、ねじ軸に求められる機能としては、ボールが転動するのに必要最小限の範囲に硬度上昇した部分があり、その他の部分はじん性向上のために、未処理の方が有利である。高周波焼入れによると、選択的に限定範囲のみに焼入れを施すことができ、これにより、全面焼入れとなる浸炭焼入れされたねじ軸に比べてじん性の高いものとできる。また、必要な部分のみ熱処理を施すことで、熱処理時間の短縮となり、低コスト化が可能である。
高周波焼入れの場合、その焼入れ方法の特徴として残留オーステナイト量が少いが、これにつき、さらに焼入れ範囲を限定された範囲とすることにより、使用時の温度が高温となったり、また経年使用した場合の寸法変化についても更に安定したものとなる。ねじ軸の高周波焼入れされた部分の残留オーステナイト量が１〜１０％、未焼入れ部分の残留オーステナイト量が零であれば、じん性についてより優れたものとなり、寸法安定性についても優れたものとなる。 Ball screws for automobiles, particularly those used for parts such as transmissions, are strongly desired to have toughness in order to improve safety. Therefore, as a function required for the screw shaft, there is a portion whose hardness has been increased to the minimum range necessary for rolling of the ball, and other portions are more advantageous for improving toughness. . According to induction hardening, it is possible to selectively quench only in a limited range, and thereby tougher than a carburized and quenched screw shaft that is fully quenched. In addition, by performing heat treatment only on necessary portions, the heat treatment time can be shortened and the cost can be reduced.
In the case of induction hardening, the amount of retained austenite is small as a characteristic of the quenching method, but if the quenching range is limited to this, the temperature during use becomes high, or when it is used over time The dimensional change is further stabilized. If the amount of retained austenite in the induction hardened part of the screw shaft is 1 to 10% and the amount of retained austenite in the unquenched part is zero, the toughness will be better and the dimensional stability will be better. .

前記高周波焼入れを行う限定範囲は、ねじ軸の軸方向、および表面からの深さ方向について所定の範囲とされる。長さ方向については、前記限定された範囲は、このボールねじの使用時にボールが転走する軸方向範囲とすることが好ましい。
ねじ軸におけるねじ溝は、使用上からはボールが転走する範囲だけに設けられていれば良いが、ナットやボールの組立の都合上、ねじ軸の端部まで、あるいはねじ軸におけるねじ溝が形成される軸径部分の全長に渡ってねじ溝が形成される。しかし、このように設けられる転走範囲外の部分は、組立時に無負荷で使用されるだけであるため、全長に渡って表面の硬度が高められている必要はない。
ねじ軸に求められる機能としては、前述のように、ボールが転動するのに必要最小限の範囲に硬度上昇した部分があり、その他の部分はじん性向上のために、未処理の方が有利である。自動車用ボールねじでは、汎用のボールねじと異なり、例えば変速機のアクチュエータなど、限定された用途のものとして設計されるため、使用時にボールが転走する軸方向範囲は、必然的に定まる。このように定まる軸方向範囲に高周波焼入れを施し、残りの軸方向範囲は未処理とする。なお、高周波焼入れを施す軸方向範囲は、厳密にボールが転走する範囲だけとする必要はなく、各種の誤差や生産上の都合等を考慮し、少なくともボール転走範囲は高周波焼入れされていて、それよりも若干長い範囲まで、高周波焼入れされていても良い。 The limited range in which the induction hardening is performed is a predetermined range in the axial direction of the screw shaft and the depth direction from the surface. Regarding the length direction, the limited range is preferably an axial range in which the ball rolls when the ball screw is used.
The screw groove on the screw shaft only needs to be provided within the range where the ball rolls from the use, but for the convenience of assembling the nut and ball, the screw groove on the screw shaft or the screw groove on the screw shaft is not provided. A thread groove is formed over the entire length of the formed shaft diameter portion. However, since the portion outside the rolling range provided in this way is only used without load at the time of assembly, the surface hardness does not need to be increased over the entire length.
As described above, the functions required of the screw shaft include a portion whose hardness has been increased to the minimum necessary for rolling of the ball, and the other portions are untreated to improve toughness. It is advantageous. Unlike a general-purpose ball screw, an automotive ball screw is designed for a limited application, such as an actuator for a transmission, and therefore, the axial range in which the ball rolls during use is inevitably determined. In this way, induction hardening is applied to the axial range thus determined, and the remaining axial range is left untreated. Note that the axial direction range for induction hardening need not be strictly limited to the range in which the ball rolls. At least the ball rolling range is induction hardened in consideration of various errors and production convenience. , It may be induction hardened to a slightly longer range.

前記ねじ軸は、ねじ溝が形成された軸径部分の両端部に、高周波焼入れ時のオーバーヒートを防止する焼逃げ部分を設け、この焼逃げ部分の長さを、少なくとも前記軸径部分の軸径の半分以上とする。
高周波焼入れを施す範囲は、上記のようにボールが転走する軸方向範囲だけで良いが、それ以上の範囲に設定されていても良い。しかし、その場合でも、上記の焼逃げ部分を設ける。
ねじ軸の両端部に焼逃げ部分を設けると、高周波焼入れ時のオーバーヒートを防止することができる。この焼逃げ部分が、ねじ部の径の半分未満であると、オーバーヒートの防止効果を十分に得ることが難しいが、半分以上であると、オーバーヒートを十分に防止することができる。 The screw shaft is provided with an escaping portion for preventing overheating at the time of induction hardening at both ends of the shaft diameter portion where the thread groove is formed, and the length of the erosion portion is at least the shaft diameter of the shaft diameter portion. you and more than half of.
The range to be induction hardened is only the axial range in which the ball rolls as described above, but may be set to a range beyond that. However, even in this case, Ru provided with a baked escape part of the above-mentioned.
Providing a flared portion at both ends of the screw shaft can prevent overheating during induction hardening. If this burn-out portion is less than half the diameter of the threaded portion, it is difficult to sufficiently obtain the effect of preventing overheating, but if it is more than half, overheating can be sufficiently prevented.

この発明の自動車用ボールねじにおいて、前記ねじ軸が端部にカップリング嵌合部を有する場合、このカップリング嵌合部にも高周波焼入れを施すことが好ましい。
カップリング嵌合部は、モータの反転動作のトルクが作用し、繰り返し荷重を受けるため、耐摩耗性に優れた物であることが好ましい。このため、カップリング嵌合部は高周波焼入れされていて、表面硬さが硬くされていることが好ましい。 In the automotive ball screw according to the present invention, when the screw shaft has a coupling fitting portion at the end, it is preferable to subject the coupling fitting portion to induction hardening.
The coupling fitting portion is preferably a material having excellent wear resistance because the torque of the reversing operation of the motor acts and receives a repeated load. For this reason, it is preferable that the coupling fitting part is induction-hardened and the surface hardness is hardened.

ねじ軸の材質は、中炭素鋼以上の炭素量を含有した鋼材であることが好ましい。このように炭素量の多いものが、高周波焼入れを行って表面硬さを高める上で好ましい。ねじ軸の材質は、このような材質の中でも、高周波焼入れに適した材質がより好ましい。特には、Ｓ４５Ｃ，Ｓ４８Ｃ，Ｓ５３Ｃ，Ｓ５５Ｃ，ＳＣＭ４４０Ｃ，ＳＡＥ４１５０，ＳＵＪ２等が適切である。 The material of the screw shaft is preferably a steel material containing a carbon amount equal to or higher than that of medium carbon steel. Such a material having a large amount of carbon is preferable for increasing the surface hardness by induction hardening. The material of the screw shaft is more preferably a material suitable for induction hardening among such materials. In particular, S45C, S48C, S53C, S55C, SCM440C, SAE4150, SUJ2, etc. are suitable.

高周波焼入れされたねじ部転走面の表面粗さはＲａ０．１以下であることが好ましい。表面粗さがＲａ０．１以下と小さいと、ボールの転走に対する寿命の面で好ましい。
転造加工されたねじ軸は、低コスト化のためにはその焼入れ時に発生するスケールを除去する程度で使用できる必要がある。浸炭焼入れの場合は、表面異常層（粒界酸化膜）の除去を行わないと、表面部が脆いため、短寿命の原因となる。しかし、高周波焼入れされた転走面は、浸炭焼入れと異なり、表面異常層が発生しないため、表層の品質が高い。そのため、ナイロンブラシ等の比較的柔らかい仕上げ部材での表面仕上げが可能である。その結果、高周波焼入れ後、スケール除去したのみの転走面は、転造時の優れた表面粗さが殆ど残っており、Ｒａ０．１以下の表面が容易に得られる。 It is preferable that the surface roughness of the induction hardened threaded portion rolling surface is Ra 0.1 or less. When the surface roughness is as small as Ra 0.1 or less, it is preferable in terms of the life against rolling of the ball.
In order to reduce the cost, the threaded shaft that has been processed by rolling needs to be usable to such an extent that scales generated during quenching can be removed. In the case of carburizing and quenching, unless the surface abnormal layer (grain boundary oxide film) is removed, the surface portion is brittle, which causes a short life. However, unlike the case of carburizing and quenching, the rolling surface subjected to induction hardening does not generate an abnormal surface layer, so the surface layer quality is high. Therefore, surface finishing with a relatively soft finishing member such as a nylon brush is possible. As a result, after the induction hardening, the rolling surface which has only been scale-removed has almost the excellent surface roughness at the time of rolling, and a surface of Ra 0.1 or less can be easily obtained.

この発明の自動車用ボールねじは、自動車用アクチュエータに使用されるボールねじであって、ボールを転走させるねじ溝が対向して形成されたねじ軸およびナットと、前記対向するねじ溝間に介在した複数のボールとを備え、前記ねじ軸は限定された範囲のねじ溝表面が高周波焼入れされ、前記ねじ軸の高周波焼入れされた部分の残留オーステナイト量が１〜１０％、未焼入れ部分の残留オーステナイト量が零であり、前記ねじ軸は、軸方向の中間がねじ溝の形成されたねじ溝形成部とされ、軸方向の両端部分が、ねじ溝形成部よりも小径の軸部とされ、ねじ軸のねじ溝が形成されたねじ溝形成部となる軸径部分の両端部に、高周波焼入れ時のオーバーヒートを防止する焼逃げ部分を設け、この焼逃げ部分の長さを、少なくとも前記軸径部分の軸径の半分以上としたため、ねじ軸のじん性が高くて折損が生じ難く、また熱処理が簡単でコスト低下が図れるという効果がある。 The automotive ball screw of the present invention is a ball screw used in an automotive actuator, and is interposed between a screw shaft and a nut in which screw grooves for rolling the ball are opposed to each other, and the opposed screw grooves. The screw shaft is induction hardened on the surface of the screw groove in a limited range, the amount of retained austenite in the induction hardened portion of the screw shaft is 1 to 10%, and the remaining austenite in the unquenched portion amount Ri zero der, the screw shaft is a screw groove formation part of the axial intermediate is formed of the thread groove, both end portions in the axial direction, is a small-diameter shaft portion than the screw groove formation part, Provided on both ends of the shaft diameter portion where the thread groove of the screw shaft is formed is a flank portion that prevents overheating during induction hardening, and the length of the flared portion is at least the shaft diameter. Part Since the half or more of the shaft diameter of breakage higher toughness of the screw shaft is unlikely to occur, also it has the effect of heat treatment can be achieved easily and cost reduction.

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この自動車用ボールねじ１は、自動車のアクチュエータに使用されるボールねじであって、ねじ軸２およびナット３と、これらねじ軸２およびナット３の対向面に形成されたねじ溝４，５間に介在するボール６とでなる。ねじ軸４，５は、ボール６を転走させる螺旋状の溝である。この実施形態の自動車用ボールねじ１を使用する自動車用アクチュエータは、自動車の変速機、例えば自動マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）等を構成するものであるが、この他に、パワーステアリング装置や、後輪操舵装置等を構成するものであっても良い。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The automotive ball screw 1 is a ball screw used for an automobile actuator, and is formed between a screw shaft 2 and a nut 3 and screw grooves 4 and 5 formed on opposing surfaces of the screw shaft 2 and the nut 3. The ball 6 is interposed. The screw shafts 4 and 5 are spiral grooves for rolling the ball 6. The automotive actuator using the automotive ball screw 1 of this embodiment constitutes a transmission of an automobile, such as an automatic manual transmission (AMT). In addition to this, a power steering device, rear wheel steering, etc. It may constitute a device or the like.

図２，図３に示すように、ナット３は、ボール６を循環させる循環部品７が設けられている。循環部品７は駒式のものであり、ナット３に設けられた嵌合用開口８に嵌合して加締部１１（図２）で固定されている。循環部品７は、内面にナット３の螺旋状のねじ溝５の隣合う各周の部分同士を連結する連結溝９を設けたものであり、この連結溝９により、ねじ軸２とナット３のねじ溝４，５間で形成される螺旋状のボール転走路が周回経路となる。
ナット３に設ける循環部品７は、リターンチューブやエンドキャップ式、ガイドプレート式等のものであっても良いが、コンパクト化等の面から、駒式のものが好ましい。
ナット３は、他の部品との連結部として、トラニオン軸１４が設けられている。ナット３は、連結部として、トラニオン軸１４の代わりに、図６のように溝１６を形成したものであっても良く、またこれらの連結部を有しないものであっても良い。 As shown in FIGS. 2 and 3, the nut 3 is provided with a circulating component 7 for circulating the ball 6. The circulating component 7 is a piece type, and is fitted into a fitting opening 8 provided in the nut 3 and fixed by a crimping portion 11 (FIG. 2). The circulating component 7 is provided with a connecting groove 9 for connecting adjacent circumferential portions of the helical screw groove 5 of the nut 3 on the inner surface, and the connecting groove 9 allows the screw shaft 2 and the nut 3 to be connected. A spiral ball rolling path formed between the thread grooves 4 and 5 becomes a circuit path.
The circulating component 7 provided on the nut 3 may be a return tube, an end cap type, a guide plate type, or the like, but is preferably a piece type from the viewpoint of compactness.
The nut 3 is provided with a trunnion shaft 14 as a connecting portion with other components. The nut 3 may have a groove 16 as shown in FIG. 6 instead of the trunnion shaft 14 as a connecting portion, or may not have these connecting portions.

ねじ軸２は、図１および図４に示すように、軸方向の中間がねじ溝４の形成されたねじ溝形成部２ａとされていて、両端部分は、ねじ溝形成部２ａよりも小径の軸部２ｂ，２ｃとされている。一端の軸部２ｂは、その全体または先端側の一部が、カップリング嵌合部２ｄとされている。カップリング嵌合部２ｄは、カップリングに回転伝達可能に嵌合可能なように、非円形の断面形状とされている。他端小径軸部２ｃは、軸受を嵌合させる部分となる。
ねじ軸２のねじ溝形成部２ａにおける両端付近には、ナット３の脱落防止用のリング部材１０が取付けられている。リング部材１０は、例えば合成樹脂性のものである。 As shown in FIGS. 1 and 4, the screw shaft 2 has a thread groove forming portion 2 a in which a screw groove 4 is formed in the middle in the axial direction, and both end portions are smaller in diameter than the screw groove forming portion 2 a. The shaft portions 2b and 2c are used. The shaft portion 2b at one end is a coupling fitting portion 2d as a whole or a part on the tip side. The coupling fitting portion 2d has a non-circular cross-sectional shape so that it can be fitted to the coupling so as to be able to transmit rotation. The other end small diameter shaft portion 2c is a portion into which the bearing is fitted.
A ring member 10 for preventing the nut 3 from falling off is attached near both ends of the thread groove forming portion 2a of the screw shaft 2. The ring member 10 is made of synthetic resin, for example.

ねじ軸２のねじ溝４の断面形状は、図５のように、溝底に対する両側の溝側面４ａ，４ａが、互いに半径が同じで曲率中心の異なる円弧状となったゴシックアーチ形状とされている。ねじ軸２のねじ溝４に対するボール６の接触角αは、ボール６のねじ溝肩乗り上げを防止するために、３０〜３８度の範囲が好ましい。 As shown in FIG. 5, the cross-sectional shape of the screw groove 4 of the screw shaft 2 is a Gothic arch shape in which the groove side surfaces 4a and 4a on both sides with respect to the groove bottom have an arc shape with the same radius and different curvature centers. Yes. The contact angle α of the ball 6 with respect to the thread groove 4 of the screw shaft 2 is preferably in the range of 30 to 38 degrees in order to prevent the ball 6 from riding on the shoulder of the thread groove.

ねじ軸２の材質は、中炭素鋼以上の炭素量を含有した鋼材とされ、その中でも高周波焼入れに適した材質のものであることがより好ましい。
図１に示すように、ねじ軸２は、限定された範囲のねじ溝表面が高周波焼入れされる。同図に交差斜線を施した範囲が、高周波焼入れ部分である。この限定範囲は、ねじ軸２の軸方向および深さ方向について、それぞれ限定された所定の範囲とされる。深さ方向については、有効硬化深さｈが限定範囲として管理される。有効硬化深さｈは、ねじ軸２のねじ溝形形成部２ａの軸表面からの深さであり、ねじ溝４よりも深い値とされる。例えば、ねじ溝４の深さが１mmであると、有効硬化深さｈは１．７mm程度とされる。 The material of the screw shaft 2 is a steel material containing a carbon amount equal to or higher than that of medium carbon steel, and more preferably a material suitable for induction hardening.
As shown in FIG. 1, the screw shaft 2 is induction-hardened on the surface of the thread groove in a limited range. The range indicated by cross hatching in FIG. This limited range is a predetermined range limited in the axial direction and depth direction of the screw shaft 2. For the depth direction, the effective curing depth h is managed as a limited range. The effective hardening depth h is a depth from the shaft surface of the thread groove forming portion 2 a of the screw shaft 2, and is a value deeper than that of the thread groove 4. For example, when the depth of the thread groove 4 is 1 mm, the effective hardening depth h is about 1.7 mm.

ねじ軸２の高周波焼入する軸方向の限定範囲は、この自動車用ボールねじ１の使用時にボール６が転走する軸方向範囲Ｌとされる。なお、軸方向の限定範囲は、有効硬化深さｈが確保される軸方向範囲のことであり、この範囲の両側に、硬化深さが次第に浅くなる部分が生じる。この自動車用ボールねじ１は、変速機用等に用途の特定されたものであるため、使用時にボール６が転走する軸方向範囲Ｌは定まっており、この軸方向範囲Ｌの両側に延びるねじ溝部分は、ねじ溝４の転造等による加工や、ナット３の組立等の都合で形成される部分である。 A limited range in the axial direction in which the screw shaft 2 is induction-hardened is an axial range L in which the ball 6 rolls when the automotive ball screw 1 is used. Note that the limited range in the axial direction is an axial range in which the effective curing depth h is ensured, and portions where the curing depth becomes gradually shallower are formed on both sides of this range. Since the ball screw 1 for an automobile is specified for use in a transmission or the like, an axial range L in which the ball 6 rolls during use is fixed, and a screw extending on both sides of the axial range L The groove portion is a portion formed for the convenience of processing such as rolling of the thread groove 4 or assembly of the nut 3.

ねじ軸２の高周波焼入れされた部分の残留オーステナイト量は１〜１０％、未焼入れ部分の残留オーステナイト量が零とされる。 The amount of retained austenite in the induction-hardened portion of the screw shaft 2 is 1 to 10%, and the amount of retained austenite in the unquenched portion is zero.

ねじ軸２の高周波焼入れを施す範囲は、上記のようにボール６が転走する軸方向範囲Ｌだけで良いが、それ以上の範囲に設定されていても良い。しかし、いずれの場合であっても、ねじ溝４が形成された軸径部分２ａの両端部に焼逃げ部分１８を設ける。この焼逃げ部分１８の長さＡは、少なくともねじ溝形成部分２ａとなる軸径部分の軸径ｄの半分以上、つまり１／２ｄ以上とする。また、高周波焼入れされたねじ溝４の表面粗さは、Ｒａ０．１以下とすることが好ましい。
なお、ナット３のねじ溝５の内面の表面粗さは、ねじ軸２のねじ溝４の表面粗さと同等にすることが好ましい。
ねじ軸２におけるカップリング嵌合部２ｄについても、高周波焼入れを施すことが好ましい。 The range of induction hardening of the screw shaft 2 may be only the axial range L in which the ball 6 rolls as described above, but may be set to a range beyond that. However, in any case, Ru provided baked relief portions 18 at both ends of the shaft diameter portion 2a of the thread groove 4 is formed. The length A of the baked relief portion 18 shall be the least thread groove forming portion 2a to become axial diameter portion more than half of the shaft diameter d of, i.e. 1 / 2d or more. The surface roughness of the induction-quenched screw groove 4 is preferably Ra 0.1 or less.
The surface roughness of the inner surface of the screw groove 5 of the nut 3 is preferably equal to the surface roughness of the screw groove 4 of the screw shaft 2.
The coupling fitting portion 2d of the screw shaft 2 is also preferably subjected to induction hardening.

高周波焼入れの処理には、円筒状のコイル（図示せず）を用い、焼入れしようとする区間だけ、コイル電流を流しながら、ねじ軸２に対して移動させ、焼入れを行う。例えば、カップリング嵌合部２ｄ等のように、短い区間の場合は、ワンショットでコイルを移動させずに処理を行う。 In the induction hardening process, a cylindrical coil (not shown) is used, and only the section to be hardened is moved with respect to the screw shaft 2 while flowing the coil current, and hardening is performed. For example, in the case of a short section such as the coupling fitting portion 2d, the processing is performed without moving the coil by one shot.

図６は、ねじ軸２の製造過程を示す。ねじ軸２は、丸棒状の素材を定寸切断し（Ｓ１，，Ｓ２）、両側の支持部となる小径軸部２ｂ，２ｃの加工を行う。この後、ねじ溝形成部２ａとなる部分の外径面のセンタレス加工を行い（Ｓ３）、ねじ溝成形部２ａのねじ溝４の転造加工を行う（Ｓ５）。この転造の後、必要部分の高周波焼入れを行い（Ｓ６）、曲がり直し（Ｓ７）、およびスケール除去（Ｓ８）を行う。この後、軸端の小径軸部２ｂ，２ｃの円筒研削を行い（Ｓ９）、洗浄（Ｓ１０）して、ねじ軸２が完成する。 FIG. 6 shows a manufacturing process of the screw shaft 2. The screw shaft 2 cuts a round bar-shaped material into a fixed size (S1, S2), and processes the small-diameter shaft portions 2b and 2c serving as support portions on both sides. Thereafter, the centerless machining of the outer diameter surface of the portion that becomes the thread groove forming portion 2a is performed (S3), and the thread groove 4 of the thread groove forming portion 2a is rolled (S5). After this rolling, induction hardening of a necessary part is performed (S6), rebending (S7), and scale removal (S8) are performed. Thereafter, cylindrical grinding of the small-diameter shaft portions 2b and 2c at the shaft end is performed (S9), and cleaning (S10) is performed, whereby the screw shaft 2 is completed.

この構成の自動車用ボールねじ１によると、ねじ軸２は、必要最小限となるボール６が転走する軸方向範囲Ｌおよびカップリング嵌合部２ｄのみに高周波焼入れを施し、その他の部分は熱処理を未処理としたため、じん性に優れたものとなる。そのため、ねじ軸１が折損し難く、万一破損しても、その破損の形態が折損ではなく曲がりとなり、事故に繋がるような損傷とならず、安全性が高いものとなる。また、必要な部分のみに熱処理を施すことで、熱処理時間の短縮となり、低コスト化が可能である。
焼入れ方法として高周波焼入れを採用するため、浸炭焼入れ等と異なり、選択的に限定範囲のみに焼入れを施すことが容易である。また、残留オーステナイト量を、ねじ軸２の高周波焼入れされた部分では１〜１０％、未焼入れ部分では零とするため、じん性についてより優れたものとなる。高周波焼入れの場合、その焼入れ方法の特徴として残留オーステナイト量が少いが、その残留オーステナイト量を上記範囲に限定することにより、一層のじん性の向上が図れ、また使用時の温度が高温となったり、また経年使用した場合の寸法変化についても更に安定したものとなる。 According to the ball screw 1 for an automobile having this configuration, the screw shaft 2 is subjected to induction hardening only in the axial range L in which the ball 6 rolls to a minimum and the coupling fitting portion 2d, and the other portions are heat-treated. Since it was untreated, it has excellent toughness. For this reason, the screw shaft 1 is difficult to break, and even if it is broken, the broken form is not broken but bent, and does not cause damage, resulting in high safety. In addition, by performing heat treatment only on necessary portions, the heat treatment time can be shortened and the cost can be reduced.
Since induction hardening is adopted as a quenching method, it is easy to selectively quench only in a limited range, unlike carburizing quenching and the like. Further, since the retained austenite amount is 1 to 10% in the induction-hardened portion of the screw shaft 2 and zero in the unquenched portion, the toughness is further improved. In the case of induction hardening, the amount of retained austenite is small as a characteristic of the quenching method, but by limiting the amount of retained austenite to the above range, the toughness can be further improved, and the temperature during use becomes high. In addition, the dimensional change when used over time becomes more stable.

ねじ軸２の両端部には焼逃げ部分１８を設けているため、高周波焼入れ時のオーバーヒートを防止することができる。この焼逃げ部分１８が、ねじ溝形成部２ａの径ｄの半分未満であると、オーバーヒートの防止効果を十分に得ることが難しいが、半分以上としたたは、オーバーヒートを十分に防止することができる。 Since the flank portions 18 are provided at both ends of the screw shaft 2, overheating during induction hardening can be prevented. If the burn-out portion 18 is less than half of the diameter d of the thread groove forming portion 2a, it is difficult to sufficiently obtain the effect of preventing overheating, but if it is more than half, it is possible to sufficiently prevent overheating. it can.

また、ねじ軸２は、カップリング嵌合部２ｄにも高周波焼入れを施しているため、カップリング嵌合部２ｄの耐摩耗性が優れたものとなる。カップリング嵌合部２ｄは、モータの反転動作のトルクが作用し、繰り返し荷重を受けるため、耐摩耗性が要求される。この要求に対して、高周波焼入れを施すことで、表面硬さが硬くし、耐摩耗性を確保することができる。 Further, since the screw shaft 2 is also subjected to induction hardening in the coupling fitting portion 2d, the wear resistance of the coupling fitting portion 2d is excellent. The coupling fitting portion 2d is required to have wear resistance because the torque of the reversing operation of the motor acts and receives repeated loads. In response to this requirement, induction hardening can increase the surface hardness and ensure wear resistance.

ねじ軸２の高周波焼入れされた部分のねじ溝表面の表面粗さはＲａ０．１以下と小さくしてあるため、ボール６の転走に対する寿命に優れたものとなる。
転造加工されたねじ軸２は、低コスト化のためにはその焼入れ時に発生するスケールを除去する程度で使用できる必要がある。浸炭焼入れの場合は、表面異常層（粒界酸化膜）の除去を行わないと、表面部が脆いため、短寿命の原因となる。しかし、高周波焼入れされたねじ溝内面である転走面は、浸炭焼入れと異なり、表面異常層が発生しないため、表層の品質が高い。そのため、上記スケール除去の処理（Ｓ８）として、ナイロンブラシ等の比較的柔らかい仕上げ部材での表面仕上げが可能である。その結果、高周波焼入れ後、スケール除去したのみの転走面は転造時の表面粗さが殆ど残っており、Ｒａ０．１以下の表面が容易に得られる。 Since the surface roughness of the surface of the thread groove of the induction-hardened portion of the screw shaft 2 is as small as Ra 0.1 or less, the life of the ball 6 against rolling is excellent.
In order to reduce the cost, the threaded shaft 2 that has been subjected to the rolling process needs to be usable to such an extent that scales generated during quenching can be removed. In the case of carburizing and quenching, unless the surface abnormal layer (grain boundary oxide film) is removed, the surface portion is brittle, which causes a short life. However, the surface of the rolling surface, which is the inner surface of the thread groove that has been induction-hardened, is different from carburizing and quenching in that an abnormal surface layer does not occur, so the surface layer quality is high. Therefore, as the scale removal process (S8), surface finishing with a relatively soft finishing member such as a nylon brush is possible. As a result, after the induction hardening, the rolling surface that has only been scale-removed has almost the same surface roughness at the time of rolling, and a surface with Ra of 0.1 or less can be easily obtained.

図８〜図１０は、これらの実施形態に係るボールねじ１，１Ａを使用した自動マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）におけるシフト機構の一例を示す。このシフト機構３０は、ハウジング３１内に複数本平行に設置された進退自在な任意のシフトレール３２を、その長手方向（Ｙ方向）に移動させることで、シフト動作、つまり変速ギヤ（図示せず）の切換を行うものである。各シフトレール３２は、切欠３２ａを有していて、図９のシフトフィンガ３３が係合可能である。このシフトフィンガ３３の係脱により、進退動作させるシフトレール３２が選択される。 8 to 10 show an example of a shift mechanism in an automatic manual transmission (AMT) using the ball screws 1 and 1A according to these embodiments. The shift mechanism 30 shifts, in other words, shift gears (not shown) by moving a plurality of arbitrary shift rails 32 installed in parallel in the housing 31 in the longitudinal direction (Y direction). ) Is switched. Each shift rail 32 has a notch 32a, and the shift finger 33 of FIG. 9 can be engaged therewith. By the engagement / disengagement of the shift finger 33, the shift rail 32 to be advanced / retreated is selected.

シフトフィンガ３３を上記選択のために進退させるを動作に、第１のモータ３４および第１のボールねじ３６が用いられる。また、シフトフィンガ３３を揺動させてシフトレール３２を進退させる動作に、図１０の第２のモータ３５および第２のボールねじ３７が用いられる。図９の第１のボールねじ３６には、図６，図７に示した実施形態のボールねじ１Ａが用いられる。図１０の第２のボールねじ３７には図１ないし図５に示した実施形態のボールねじ１が用いられる。 The first motor 34 and the first ball screw 36 are used to move the shift finger 33 forward and backward for the selection. Further, the second motor 35 and the second ball screw 37 of FIG. 10 are used for the operation of swinging the shift finger 33 and moving the shift rail 32 forward and backward. As the first ball screw 36 of FIG. 9, the ball screw 1A of the embodiment shown in FIGS. 6 and 7 is used. As the second ball screw 37 of FIG. 10, the ball screw 1 of the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 is used.

図９において、ハウジング３１に第１のシャフト部材３８が進退自在に設置され、その外周にスリーブ３９が進退のみ自在に嵌合している。スリーブ３９は、第１のシャフト３８と一体に回動が可能である。このスリーブ３９に、上記シフトフィンガ３４が設けられている。第１のシャフト部材３８と平行に、第１のボールねじ３６のねじ軸２が配置されてハウジング３１に回転自在に支持され，ねじ軸２の一端は第１のモータ３４の出力軸にカップリング４０を介して回転伝達可能に連結されている。ボールねじ３６のナット３は、溝１６（図６，図７）を有していて、この溝１６に、スリーブ３９に設けられた係合片４１がナット進退方向に係合する。この係合のため、モータ３４でボールねじ３６のねじ軸２を回転させることにより、そのナット３が進退し、ナット３と共に、スリーブ３９およびシフトフィンガ３３を進退させることができる。この進退により、任意のシフトレール３２の切欠３２ａにシフトフィンガ３３を係合させることができる。 In FIG. 9, the first shaft member 38 is installed in the housing 31 so as to be able to advance and retreat, and the sleeve 39 is fitted to the outer periphery thereof so as to be able to advance and retreat. The sleeve 39 can rotate integrally with the first shaft 38. The shift finger 34 is provided on the sleeve 39. The screw shaft 2 of the first ball screw 36 is disposed in parallel with the first shaft member 38 and is rotatably supported by the housing 31. One end of the screw shaft 2 is coupled to the output shaft of the first motor 34. It is connected via 40 so that rotation can be transmitted. The nut 3 of the ball screw 36 has a groove 16 (FIGS. 6 and 7), and an engagement piece 41 provided on the sleeve 39 engages with the groove 16 in the nut advancing and retracting direction. For this engagement, when the screw shaft 2 of the ball screw 36 is rotated by the motor 34, the nut 3 is advanced and retracted, and the sleeve 39 and the shift finger 33 can be advanced and retracted together with the nut 3. By this advance and retreat, the shift finger 33 can be engaged with the notch 32a of any shift rail 32.

図１０において、第２のボールねじ３７のねじ軸２は、ハウジング３１に回転自在に設置されていて、モータ３５の出力軸にカップリング４２を介して回転伝達可能に連結されている。ボールねじ３７のナット３に設けられたトラニオン軸部１６は、レバー４４に設けられた係合切欠４４ａに係合している。レバー４４は、ハウジング３１に支持部４５によって回動自在に支持された回動シャフト４６と一体に固定されており、回動シャフト４６の軸心回りに正逆揺動自在である。第２のモータ３５により第２のボールねじ３７のねじ軸２を回転させると、ナット３が進退し、このナット３の進退により、レバー４４と共に回動シャフト４６が回動させられる。回動シャフト４６は、図９の第１のシャフト３８と平行に設けられていて、レバー等の駆動伝達手段（図示せず）を介し、その回動を第１のシャフト３８に伝達可能である。このため、第２のモータ３５で第２のボールねじ３７のねじ軸２を回転させ、これによりそのナット３を進退させることにより、レバー４４、回動シャフト４６、および第１のシャフト３８を介してスリーブ３９が回動させられる。このスリーブ３９の回動により、そのシフトフィンガ３４が係合したシフトレール３２を進退させ、変速ギヤ（図示せず）の切換動作が行える。 In FIG. 10, the screw shaft 2 of the second ball screw 37 is rotatably installed on the housing 31, and is connected to the output shaft of the motor 35 via a coupling 42 so as to be able to transmit the rotation. The trunnion shaft portion 16 provided on the nut 3 of the ball screw 37 is engaged with an engagement notch 44 a provided on the lever 44. The lever 44 is integrally fixed to a rotation shaft 46 that is rotatably supported on the housing 31 by a support portion 45, and can swing forward and backward around the axis of the rotation shaft 46. When the screw shaft 2 of the second ball screw 37 is rotated by the second motor 35, the nut 3 advances and retracts, and the rotation shaft 46 is rotated together with the lever 44 by the advance and retreat of the nut 3. The rotation shaft 46 is provided in parallel with the first shaft 38 of FIG. 9, and the rotation can be transmitted to the first shaft 38 via a drive transmission means (not shown) such as a lever. . Therefore, the screw shaft 2 of the second ball screw 37 is rotated by the second motor 35, and the nut 3 is advanced and retracted thereby, via the lever 44, the rotating shaft 46, and the first shaft 38. Thus, the sleeve 39 is rotated. By the rotation of the sleeve 39, the shift rail 32 engaged with the shift finger 34 is advanced and retracted, and a switching operation of a transmission gear (not shown) can be performed.

この自動マニュアルトランスミッションは、このように２つのボールねじ３６，３７を備えていて、これらのボールねじ３６，３７に、前記各実施形態の自動車用ボールねじ１Ａ，１がそれぞれが用いられる。 The automatic manual transmission includes the two ball screws 36 and 37 as described above, and the ball screws 1A and 1 for automobiles of the above-described embodiments are used as the ball screws 36 and 37, respectively.

この発明の第１の実施形態に係る自動車用ボールねじのねじ軸を示す半裁断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a half cut sectional view showing a screw shaft of an automotive ball screw according to a first embodiment of the present invention. 同自動車用ボールねじの全体の正面図である。It is a front view of the whole ball screw for the cars. 同自動車用ボールねじの一部省略断面図である。FIG. 2 is a partially omitted cross-sectional view of the same automotive ball screw. そのねじ軸の正面図である。It is a front view of the screw shaft. 同ねじ軸のねじ溝の接触角の説明図である。It is explanatory drawing of the contact angle of the thread groove of the screw shaft. ねじ軸の製造工程の工程説明図である。It is process explanatory drawing of the manufacturing process of a screw shaft. この発明の他の実施形態にかかる自動車用ボールねじの正面図である。It is a front view of the ball screw for vehicles concerning other embodiments of this invention. 同ボールねじを用いた手動マニュアルトランスミッションの切換機構の平面図である。It is a top view of the switching mechanism of the manual manual transmission using the ball screw. 図８のＡ−Ａ線拡大断面図である。It is an AA line expanded sectional view of FIG. 図８のＢ−Ｂ線拡大断面図である。It is a BB line expanded sectional view of Drawing 8.

Explanation of symbols

１…自動車用ボールねじ
２…ねじ軸
２ａ…ねじ溝形成部分
２ｂ，２ｃ…小径軸部
２ｄ…カップリング嵌合部
３…ナット
７…循環部品 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Automotive ball screw 2 ... Screw shaft 2a ... Screw groove formation part 2b, 2c ... Small diameter shaft part 2d ... Coupling fitting part 3 ... Nut 7 ... Circulation component

Claims

An automotive ball screw used in an automotive actuator, comprising: a screw shaft and a nut formed with opposing screw grooves for rolling the ball; and a plurality of balls interposed between the opposing screw grooves the screw shaft thread groove surface of a limited range are induction hardened, the residual austenite amount is 1-10% induction hardened portion of said screw shaft, Ri the residual austenite amount of unhardened portion is zero der,
The screw shaft is a screw groove forming portion in which a screw groove is formed in the middle in the axial direction, and both end portions in the axial direction are shaft portions having a smaller diameter than the screw groove forming portion,
Provided on both ends of the shaft diameter portion where the thread groove of the screw shaft is formed is a flank portion that prevents overheating during induction hardening, and the length of the flared portion is at least the shaft diameter. A ball screw for automobiles characterized in that it is more than half of the shaft diameter of the part .

2. The automotive ball screw according to claim 1, wherein the limited range in which induction hardening is performed is an axial range in which the ball rolls when the ball screw is used.

3. The automotive ball screw according to claim 1 , wherein the screw shaft has a coupling fitting portion at an end portion thereof, and the coupling fitting portion is subjected to induction hardening.

The ball screw for automobiles according to any one of claims 1 to 3 , wherein a material of the screw shaft is a steel material containing a carbon amount of medium carbon steel or more.

In any of claims 1 to 4, automotive ball screw surface roughness of the induction hardening has been screw groove surface is Ra0.1 or less.