JP6248426B2 - Ball screw manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ボールねじの製造方法に関し、特に、高耐荷重、あるいは高剛性が求められるボールねじの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a ball screw, more particularly to a method of manufacturing a high-load bearing or ball screws high rigidity is required.
従来より、射出成形機やプレス機に使用される高負荷用途のボールねじは、その使用目的から、当然ながら大荷重で使用されることが通例である。
このような高負荷用途のボールねじは、例えば、特許文献1に開示されているように、溝R部の寸法(軸方向に沿う断面における転動溝の曲率半径)をなるべくボールの直径に近づけて、負荷容量の増大を図るような設計がなされている。
Conventionally, a high-load ball screw used in an injection molding machine or a press is usually used with a large load for the purpose of use.
For example, as disclosed in
しかしながら、このようなボールねじは、当然ながら差動滑りが大きくなり、かつ、ボールねじ特有のリードを有することによるスピン滑り、更には大荷重で使用されるが故の3点接触状態での複雑なスキュー滑りが起こることがあった。
また、このようなボールねじはグリース潤滑で使用されることが通例である。このようなボールねじをグリース潤滑で使用した場合、大荷重と滑りに起因するグリース中の水素分離を引き起こし、鋼中に水素が浸入し、早期に損傷が起こることが知られている。
However, such a ball screw naturally has a large differential slip, and a spin slip due to having a lead unique to the ball screw, and further complicated in a three-point contact state because it is used under a heavy load. Sometimes skewed.
Also, such a ball screw is usually used for grease lubrication. It is known that when such a ball screw is used for grease lubrication, hydrogen separation in the grease is caused by a heavy load and slippage, hydrogen enters the steel, and damage occurs early.
そこで、このような損傷の発生を未然に防ぐ対策として、水素分離を引き起こしにくい潤滑剤の開発が進められているが、一般的ではなく、コストアップの要因となり得ていた。
そのため、特許文献2には、グリース中の分離水素浸入を防ぐ目的で、ねじ軸、ナット、ボールの少なくとも1つに四三酸化鉄皮膜を施し、鋼中へのグリース中の分離水素浸入を防ぐ技術が開示されている。
また、特許文献3には、特許文献2と同様、ねじ軸、ナットの少なくとも1つに四三酸化鉄皮膜を施し、鋼中へのグリース中の分離水素浸入を防ぐ技術が開示されている。
Thus, as a measure to prevent such damage from occurring, a lubricant that does not easily cause hydrogen separation is being developed, but it is not general and may have been a factor in increasing costs.
Therefore, in Patent Document 2, for the purpose of preventing separation hydrogen intrusion in grease, at least one of a screw shaft, a nut, and a ball is coated with a triiron tetroxide film to prevent invasion of separation hydrogen in the grease into steel. Technology is disclosed.
Patent Document 3 discloses a technique in which, as in Patent Document 2, at least one of a screw shaft and a nut is provided with a triiron tetroxide film to prevent separated hydrogen from entering into the steel.
しかしながら、ボールねじは軸受と異なり、ねじ軸が中実構造をなし、ナットは中空構造をなしている。このため、グリース中の分離水素が仮に鋼材に浸入したとしても、ねじ軸においては、中実構造であるために浸入水素が拡散・発散しづらく、ナットにおいては、中空構造であるために浸入水素が拡散・発散しやすい。
また、ナットの転動溝とボールとの接触は、凹形状部材と凸形状部材との接触であるのに対し、ねじ軸とボールとの接触は凸形状部材と凸形状部材との接触であるために、後者のほうが接触面圧が高い。
However, unlike a bearing, a ball screw has a solid structure of a screw shaft, and a nut has a hollow structure. For this reason, even if the separated hydrogen in the grease intrudes into the steel material, the screw shaft has a solid structure, so the intrusion hydrogen is difficult to diffuse and diverge, and the nut has a hollow structure, so the intrusion hydrogen Is easy to spread and diverge.
The contact between the rolling groove of the nut and the ball is a contact between the concave member and the convex member, whereas the contact between the screw shaft and the ball is a contact between the convex member and the convex member. For this reason, the latter has a higher contact surface pressure.
加えて、ボールねじは軸受けと異なり、ねじ軸、ナットとも複雑形状をしている。例えば、ねじ軸は、一般に、その加工時に使うセンター穴や、タップ穴、あるいは、機台に取り付けるための通し穴やスプライン部、軸受嵌合部などが加工されている。一方、ナットには、循環部品を取り付けるための通し穴や、タップ穴、機台に取り付けるための通し穴やタップ穴などが加工されている。 In addition, the ball screw differs from the bearing in that the screw shaft and the nut have complicated shapes. For example, the screw shaft is generally processed with a center hole, a tapped hole, a through hole for attaching to the machine base, a spline portion, a bearing fitting portion, and the like. On the other hand, a through hole for attaching a circulating part, a tapped hole, a through hole for attaching to a machine base, a tapped hole, and the like are processed in the nut.
ここで、特許文献2及び特許文献3に開示された四三酸化鉄皮膜処理には、一定温度の強アルカリ液が用いられる。そして、この処理液に含まれるスラッジ(不純物)が上述のセンター穴や、タップ穴、あるいは、機台に取り付けるための通し穴やスプライン部等に入り込み、処理後に単純な洗浄だけでは処理液がこれらの場所に残ることがあった。これは、結果として、不要かつ強固な酸化皮膜を形成し、取付精度に影響を及ぼしたり、あるいは、外観が悪くなるといった問題を生じることがあった。これらの問題を解決するためには、単純洗浄だけでなく、ブラッシングや超音波洗浄などが必要であり、洗浄のためにコストアップが発生するといった問題があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ねじ軸の水素浸入起因の剥離(いわゆる白色剥離)を低コストで低減することが可能なボールねじの製造方法を提供することにある。
Here, a strong alkaline solution at a constant temperature is used for the treatment of the iron trioxide film disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3. Then, the sludge (impurities) contained in this processing liquid enters the above-mentioned center hole, tap hole, through-hole or spline part for mounting on the machine base, etc., and the processing liquid is simply washed after processing. Could remain in the place. As a result, an unnecessary and strong oxide film is formed, which may cause a problem that the mounting accuracy is affected or the appearance is deteriorated. In order to solve these problems, not only simple cleaning but also brushing, ultrasonic cleaning, and the like are required, and there is a problem that costs increase due to cleaning.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and its purpose is to manufacture a ball screw that can reduce the peeling caused by hydrogen penetration of the screw shaft (so-called white peeling) at low cost. It is to provide a method .
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、ボールねじのねじ軸のみに四三酸化鉄皮膜処理を施すことで、ねじ軸の水素浸入起因の剥離に対して十分な効果があることを知見した。
本発明は、本発明者らによる上記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための本発明のある態様は、螺旋状の転動溝を外周面に有するねじ軸と、上記ねじ軸の転動溝に対向する転動溝を内周面に有し、上記両転動溝により形成される螺旋状の負荷転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して上記ねじ軸に螺合されたナットと、上記ねじ軸のみに形成された四三酸化鉄皮膜と、を有するボールねじの製造方法であって、上記ねじ軸に形成されるセンター穴、タップ穴、通し穴、スプライン部、又は軸受嵌合部のうち、上記転動溝を除く少なくとも1ケ所以上を密封部材で密封した状態で上記ねじ軸を苛性ソーダ水溶液中に浸漬して上記ねじ軸に上記四三酸化鉄皮膜を選択的に形成する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, only the screw shaft of the ball screw is treated with the iron trioxide film, which is sufficient for peeling due to hydrogen penetration of the screw shaft. It was found that there was an effect.
The present invention is based on the above findings by the present inventors, and an aspect of the present invention for solving the above problems includes a screw shaft having a spiral rolling groove on the outer peripheral surface, and the screw shaft. The screw shaft via a plurality of balls having a rolling groove facing the rolling groove on the inner peripheral surface and rotatably loaded in a spiral load rolling path formed by the both rolling grooves. A ball screw having a nut screwed to and a ferric oxide film formed only on the screw shaft, a center hole, a tap hole, a through hole formed on the screw shaft, The screw shaft is immersed in a caustic soda solution in a state where at least one of the spline portion or the bearing fitting portion excluding the rolling groove is sealed with a sealing member, and the iron trioxide film is applied to the screw shaft. Are selectively formed.
このように、ねじ軸のみに四三酸化鉄皮膜処理が施されることにより、ナットも処理しなければならないといった、不要なコストアップを防ぐことができる。また、四三酸化鉄皮膜処理時における処理液浸入による、美観が悪くなる、取付精度などに影響を及ぼすといった諸問題を解決し、なおかつ、後洗浄が簡便で済む(コストダウン)といった利点がある。その結果、ねじ軸の水素浸入起因の剥離を低コストで低減するボールねじを提供することができる。 In this way, by performing the triiron tetroxide coating treatment only on the screw shaft, it is possible to prevent an unnecessary cost increase that the nut must be treated. In addition, it has the advantages of solving various problems such as poor aesthetics and influencing mounting accuracy due to the ingress of processing liquid during the treatment with iron tetroxide film, and simple post-cleaning (cost reduction). . As a result, it is possible to provide a ball screw that can reduce peeling due to hydrogen penetration of the screw shaft at low cost .
本発明によれば、ねじ軸の水素浸入起因の剥離を低コストで低減することが可能なボールねじの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the ball screw which can reduce the peeling resulting from hydrogen penetration of a screw shaft at low cost can be provided.
以下、本発明に係るボールねじの実施形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明に係るボールねじの第1実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
<ボールねじの構成>
図1に示すように、本実施形態のボールねじ1は、螺旋状に連続する転動溝11が外周面に形成されたねじ軸10と、螺旋状に連続する転動溝21が内周面に形成された筒状のナット20とを備えている。
Hereinafter, embodiments of a ball screw according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view along the axial direction showing the configuration of the ball screw according to the first embodiment of the present invention.
<Configuration of ball screw>
As shown in FIG. 1, the
ねじ軸10は、ナット20に挿通されており、ねじ軸10の転動溝11とナット20の転動溝21とが対向して、両転動溝11,21間の空間により螺旋状の負荷転動路が形成されている。この負荷転動路内には、複数のボール(転動体)30が転動自在に装填されており、このボール30を介してナット20がねじ軸10に螺合されている。
そして、本実施形態では、ねじ軸10の表面のみに四三酸化鉄皮膜が形成されている。ここで、四三酸化鉄皮膜の形成方法としては、例えば、皮膜対象を、低温加熱(130℃〜160℃)の苛性ソーダ水溶液中に浸漬することにより施される。
The
In this embodiment, a triiron tetroxide film is formed only on the surface of the
以下、本実施形態の実施例について説明する。
本実施例では、日本精工株式会社製ボールねじ、BS6316−10.5(呼び番号:JIS B 119263x16×300−Ct7)用い、耐久評価を行った。ボールねじの各諸元を下記に示す
・ねじ軸の外径:φ63mm
・リード:16mm
・ボールの直径:12.7mm
・試験荷重:300[kN]
・最高回転数:3200min−1(Dn20万)
・使用グリース
・基油:鉱油、増ちょう剤:リチウム石けん、基油動粘度:40℃ 138.8mm2/S、100℃ 14.3mm2/S
・保持ピース:有り(NSK S1シリーズ)
Hereinafter, examples of the present embodiment will be described.
In the present example, durability evaluation was performed using a ball screw manufactured by NSK Ltd., BS6316-10.5 (nominal number: JIS B 119263 × 16 × 300-Ct7). The specifications of each ball screw are shown below. · Screw shaft outer diameter: φ63mm
・ Lead: 16mm
-Ball diameter: 12.7 mm
・ Test load: 300 [kN]
・ Maximum rotation speed: 3200min −1 (Dn200,000)
Grease and base oil used: mineral oil, thickener: lithium soap, base oil kinematic viscosity: 40 ° C. 138.8 mm 2 / S, 100 ° C. 14.3 mm 2 / S
-Holding piece: Available (NSK S1 series)
なお、ねじ軸のみには、以下に示す通りの四三酸化鉄皮膜処理(黒染め処理)を行った。
・処理液:苛性ソーダ液
・処理温度:130〜150℃
・浸漬時間:20分〜120分
・処理膜厚:0.1〜10μm
Only the screw shaft was subjected to a triiron tetroxide coating treatment (black dyeing treatment) as shown below.
・ Processing liquid: Caustic soda liquid ・ Processing temperature: 130-150 ° C
・ Immersion time: 20 to 120 minutes ・ Processed film thickness: 0.1 to 10 μm
これらの処理を行ったボールねじに対し、耐久試験を行い、「ねじ軸の浸入水素量」、「ナットの浸入水素量」、「組織観察による損傷形態(剥離の有無)」について評価を行った。その結果を表1に示す。なお、表1中の「ねじ軸の浸入水素量」及び「ナットの浸入水素量」は、昇温脱離ガス分析法により測定した結果であり、「損傷形態」は目視による結果を示したものである。また、表1中の「寿命比」は、上記耐久試験により、ねじ軸、ナット、及びボールのいずれかに剥離が生じるまでの寿命を計測した耐久評価であり、比較例1の寿命を1として評価した。また、表1中の「コスト評価」は、黒染め処理に要したコストについて、比較例1のコストを1として評価した。 Durability tests were performed on the ball screws subjected to these treatments, and evaluations were made on the “screw shaft intrusion hydrogen amount”, “nut intrusion hydrogen amount”, and “structure damage (existence of peeling)”. . The results are shown in Table 1. In Table 1, “Intrusion hydrogen amount of screw shaft” and “Intrusion hydrogen amount of nut” are the results measured by the temperature programmed desorption gas analysis method, and “Damage form” shows the result of visual observation. It is. The “life ratio” in Table 1 is a durability evaluation in which the life until peeling occurs in any of the screw shaft, nut, and ball is measured by the above durability test. evaluated. Further, “Cost Evaluation” in Table 1 was evaluated with the cost of Comparative Example 1 as 1, regarding the cost required for the black dyeing process.
表1に示すように、実施例1〜3は、ねじ軸のみに黒染め処理を施したものであるが、ねじ軸、ナットとも損傷は認められなかった。
一方、比較例1は、ねじ軸及びナットとも黒染め処理を施さなかったものであるが、ねじ軸に水素浸入型剥離が認められた。
また、比較例2は、ナットのみに黒染め処理を施したものであるが、ねじ軸に水素浸入型剥離が認められた。
As shown in Table 1, Examples 1 to 3 were obtained by blackening only the screw shaft, but no damage was observed on the screw shaft or the nut.
On the other hand, in Comparative Example 1, neither the screw shaft nor the nut was subjected to the black dyeing process, but hydrogen penetration type peeling was observed on the screw shaft.
In Comparative Example 2, only the nut was subjected to black dyeing treatment, but hydrogen penetration type peeling was observed on the screw shaft.
また、比較例3は、ねじ軸及びナットに黒染め処理を施したものであるが、ねじ軸、ナットとも損傷は認められなかった。しかし、ナットに黒染め処理を施した分、製造コストが上昇した。
ここで、ねじ軸の浸入水素量に着目すると、比較例1、2より、グリース分離水素と考えられる浸入水素が1.3ppm程度認められ、ねじ軸に水素浸入型剥離が認められることから、四三酸化鉄皮膜処理が施されていない場合には、水素浸入が発生し、水素浸入型剥離が発生するといえる。
In Comparative Example 3, the screw shaft and the nut were subjected to black dyeing treatment, but no damage was observed on the screw shaft and the nut. However, the production cost increased as much as the nut was black dyed.
Here, focusing on the amount of hydrogen penetrating the screw shaft, from Comparative Examples 1 and 2, about 1.3 ppm of penetrating hydrogen considered to be grease-separated hydrogen is observed, and hydrogen penetrating type peeling is observed on the screw shaft. When the iron trioxide film treatment is not performed, it can be said that hydrogen intrusion occurs and hydrogen intrusion-type peeling occurs.
一方、ナットの浸入水素量に着目すると、実施例1〜3、比較例1〜3より、四三酸化鉄皮膜処理が施されている場合には、浸入水素量は0.4ppm程度、施されていない場合には0.7〜0.8ppm程度である。しかしながらいずれの場合にもナットに剥離の発生は認められない。
すなわち、ナットに四三酸化鉄皮膜処理を施しても、施さなくてもその水素浸入型剥離に対する効果は、関係ないといえる。
以上より、ねじ軸にのみ四三酸化鉄皮膜処理が施すことが、不要なコストアップが生じない点で、好ましい実施形態といえる。
On the other hand, when paying attention to the intrusion hydrogen amount of the nut, from Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, when the iron tetroxide film treatment is performed, the intrusion hydrogen amount is about 0.4 ppm. If not, it is about 0.7 to 0.8 ppm. However, in any case, no peeling of the nut is observed.
In other words, it can be said that the effect on the hydrogen-penetrating type peeling is irrelevant whether or not the nut is subjected to the triiron tetroxide coating treatment.
From the above, it can be said that applying the triiron tetroxide coating only to the screw shaft is a preferred embodiment in that unnecessary cost increase does not occur.
(第2実施形態)
図2は、本発明に係るボールねじの第2実施形態におけるねじ軸の構成を示す軸方向に沿う断面図である。なお、本実施形態は、上記ねじ軸において四三酸化鉄皮膜処理を施さない部分を設けた点が上述の第1実施形態と異なるだけであるので、上述の第1実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
図2に示すように、ねじ軸10には、センター穴、タップ穴、通し穴、スプライン部、及び軸受嵌合部が少なくとも1ケ所以上設けられている。本実施形態では転動溝11の他にセンター穴12、通し穴(図示せず)、スプライン部14、及び軸受嵌合部15がねじ軸10に設けられている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view along the axial direction showing the configuration of the screw shaft in the second embodiment of the ball screw according to the present invention. Note that this embodiment is different from the first embodiment described above only in that the screw shaft is provided with a portion not subjected to the triiron tetroxide coating treatment, and therefore, the same reference numerals as those of the first embodiment described above are attached. The description of the same configuration is omitted.
As shown in FIG. 2, the
本実施形態においては、図2(a)に示すねじ軸10を、図2(b)に示すようにカバー50で通し穴(図示せず)、スプライン部14、及び軸受嵌合部15を覆うと共に、センター穴12には取付ねじの態様のキャップ51がセンター穴12を塞ぐように取り付けられる。なお、ねじ軸10とカバー50、キャップ51との隙間は、Oリング52等で密封してもよい。その後、ねじ軸10全体を低温加熱(130℃〜160℃)の苛性ソーダ水溶液中に浸漬する。このとき、通し穴(図示せず)、スプライン部14、及び軸受嵌合部15はカバー50で密封されているので、通し穴(図示せず)、スプライン部14、及び軸受嵌合部15の表面に四三酸化鉄皮膜が形成されない。
In the present embodiment, the
ここで、ねじ軸10とカバー50、キャップ51との隙間を塞ぎ、苛性ソーダ等の処理液の浸入を防ぐOリング52の材料は、処理液(=強アルカリ)による腐食に対して耐性が高いものが好ましい。Oリング52の材料としては、例えばパーフロロエラストマー製が好ましい。
Here, the material of the O-
(第3実施形態)
次に、本発明に係るボールねじの第3実施形態について図面を参照して説明する。図3は、本発明に係るボールねじの第3実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。なお、本実施形態は、上記ねじ軸の転動溝及びタップ穴を四三酸化鉄皮膜処理した点が上述の第2実施形態と異なるだけであるので、上述の第2実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the ball screw according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view along the axial direction showing the configuration of the ball screw according to the third embodiment of the present invention. In addition, since this embodiment is different from the second embodiment described above only in that the rolling groove and the tap hole of the screw shaft are treated with the iron trioxide film, the same reference numerals as those of the second embodiment are used. A description of the same components attached is omitted.
図3に示すように、本実施形態のボールねじ1は、図3(a)に示すねじ軸10を、図3(b)に示すように支持部材60,60にそれぞれ設けられた支持ボルト61,61の端面を、ねじ軸10の両端部に設けられたタップ穴13,13に突き当てて密栓した状態で、ねじ軸10全体を低温加熱(130℃〜160℃)の苛性ソーダ水溶液中に浸漬する。なお、ねじ軸10と支持ボルト61との隙間は上述のOリング(図示せず)等で密封してもよい。このとき、タップ穴13は支持ボルト61で密封されているので、タップ穴13の内表面に四三酸化鉄皮膜は形成されない。
以上、本発明に係るボールねじについて説明したが、本発明に係るボールねじは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
As shown in FIG. 3, the
The ball screw according to the present invention has been described above. However, the ball screw according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 ボールねじ
10 ねじ軸
11 転動溝
12 センター穴
13 タップ穴
14 スプライン部
15 軸受嵌合部
20 ナット
21 転動溝
30 ボール(転動体)
40 四三酸化鉄皮膜
50 カバー
51 キャップ
52 Oリング
DESCRIPTION OF
40
Claims (1)
前記ねじ軸の転動溝に対向する転動溝を内周面に有し、前記両転動溝により形成される螺旋状の負荷転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されたナットと、
前記ねじ軸のみに形成された四三酸化鉄皮膜と、
を有するボールねじの製造方法であって、
前記ねじ軸に形成されるセンター穴、タップ穴、通し穴、スプライン部、又は軸受嵌合部のうち、前記転動溝を除く少なくとも1ケ所以上を密封部材で密封した状態で前記ねじ軸を苛性ソーダ水溶液中に浸漬して前記ねじ軸に前記四三酸化鉄皮膜を選択的に形成することを特徴とするボールねじの製造方法。 A screw shaft having a spiral rolling groove on the outer peripheral surface;
Through a plurality of balls having a rolling groove facing the rolling groove of the screw shaft on the inner peripheral surface and rotatably loaded in a spiral load rolling path formed by the both rolling grooves. A nut screwed onto the screw shaft,
A triiron tetroxide film formed only on the screw shaft;
A method of manufacturing a ball screw having
Of the center hole, tap hole, through hole, spline portion, or bearing fitting portion formed in the screw shaft, the screw shaft is caustic soda in a state where at least one place excluding the rolling groove is sealed with a sealing member. A method for producing a ball screw, comprising dipping in an aqueous solution to selectively form the iron tetroxide film on the screw shaft.
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