JP7176349B2 - Linear motion device and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、ボールねじ装置やリニアガイド装置等の直動装置、並びにその製造方法に関する。 The present invention relates to a linear motion device such as a ball screw device and a linear guide device, and a manufacturing method thereof.

工作機械や搬送装置には、ボールねじ装置やリニアガイド装置等の直動装置が使用されているが、より円滑な動作や静寂性、高速性、耐久性向上等の要求が強く、そのための対策が求められている。 Linear motion devices such as ball screws and linear guide devices are used in machine tools and transport devices, but there is a strong demand for smoother operation, quietness, high speed, and improved durability. is required.

このような要求に対して、ボールねじ装置のねじ軸とナットの各軌道面、リニアガイド装置の案内レールとスライダの各軌道面に、硬化処理を施したり、平滑化処理を施して耐摩耗性を向上させることが行われている。例えば特許文献1では、ショットピーニング処理することが記載されている。ショットピーニング処理は、硬質材料からなる数十μm程度の微細なビーズを加工面に高速で吹き付け、ビーズの衝突により加工面の硬さを高める処理である。また、ショットピーニング処理により、表面が平滑になるという効果も得られる。特許文献1では、粒径が40~60μmのSiCビーズや鋼球を用いて軌道面のショットピーニング処理を行い、硬化層を形成するとともに、表面粗さRaを1.0μm以下にしている。 In response to these demands, the raceway surfaces of the screw shaft and nut of the ball screw device, and the raceway surfaces of the guide rail and slider of the linear guide device are hardened or smoothed to improve wear resistance. are being improved. For example, Patent Literature 1 describes shot peening treatment. The shot peening process is a process in which fine beads of about several tens of μm made of a hard material are sprayed onto the machined surface at high speed to increase the hardness of the machined surface due to the collision of the beads. In addition, the effect of smoothing the surface is also obtained by the shot peening treatment. In Patent Document 1, SiC beads or steel balls with a particle size of 40 to 60 μm are used to subject the raceway surface to shot peening to form a hardened layer and reduce the surface roughness Ra to 1.0 μm or less.

また、軌道面の表面の硬さを高める技術として、特許文献2には、蒸着や鍍金、溶射によりTiNやTiC,TiAlN、DLC等の硬化層を形成したり、ショットピーニング処理を施した後に前記の硬化層を形成することが記載されている。 As a technique for increasing the hardness of the surface of the raceway surface, Patent Document 2 discloses forming a hardened layer of TiN, TiC, TiAlN, DLC, or the like by vapor deposition, plating, or thermal spraying, or performing a shot peening treatment, followed by the above-described is described to form a cured layer of

特開2005-90570号公報JP-A-2005-90570 特開2005-114076号公報JP 2005-114076 A

直動装置の製造工程において、軌道面を形成する際に切削加工や研削加工が行われる。しかし、この切削加工や研削加工した後の軌道面には、ある方向に沿った筋状の加工痕が形成される。この筋状の加工痕は、潤滑剤の保持能力が十分ではなく、焼付きを起こしたり、ボールの表面に損傷を与えたり、自身が剥離等の損傷を受けるなどして、耐久性を低下させる原因になっている。上記したように、特許文献1や特許文献2では、同じく耐久性の向上を目的にしているが、軌道面の表面の硬さを高めたり、平滑化することを示しているものの、加工痕に由来する耐久性の低下を解決することには着目していない。 In the manufacturing process of the linear motion device, cutting and grinding are performed when forming the raceway surface. However, on the raceway surface after cutting or grinding, streaky traces are formed along a certain direction. These streak-like traces do not have sufficient ability to retain lubricant, causing seizure, damage to the surface of the ball, and damage such as peeling, which reduces durability. It is the cause. As described above, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 also aim to improve durability, but although they indicate that the surface hardness of the raceway surface is increased or smoothed, there are no machining marks. No attention is paid to solving the deterioration of the durability derived therefrom.

そこで本発明では、軌道面における、研削加工や切削加工による加工痕に由来して耐久性が低下する問題を解決することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the problem of reduced durability due to traces of grinding or cutting on the raceway surface.

上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、切削加工や研削加工による筋状の加工痕は潤滑剤の保持性能が低く、表面の平滑性を高めただけでは潤滑剤の保持能力を高めることができないことを知見した。そして、筋状の加工痕を無くするとともに、軌道面に微小な凹凸を形成して、油溜りとしての機能を付与することが有効であることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, we found that the streak-like processing marks caused by cutting and grinding have low lubricant retention performance, and simply increasing the smoothness of the surface will increase the lubricant retention performance. I found out that I can't. Then, they found that it is effective to eliminate streak-like working marks and to form minute unevenness on the raceway surface to provide the function as an oil reservoir.

即ち、本発明は下記の直動装置及びその製造方法に関する。
(1)軸方向に延び、外周面に軌道面を有する案内軸と、
内部に前記案内軸の軌道面に対面する軌道面を有し、前記案内軸に沿って往復運動する移動体と、
前記案内軸の軌道面と、前記移動体の軌道面とで形成される空間を転動するボールとを備える直動装置において、
前記案内軸の軌道面及び前記移動体の軌道面の少なくとも一方に、開口直径が10~30μmで、深さ1~3μmの凹凸を、1mm当たり200~500個有することを特徴とする直動装置。
(2)前記軌道面のStrが0.2以上であることを特徴とする上記(1)記載の直動装置。
(3)軸方向に延び、外周面に軌道面を有する案内軸と、
内部に前記案内軸の軌道面に対面する軌道面を有し、前記案内軸に沿って往復運動する移動体と、
前記案内軸の軌道面と、前記移動体の軌道面とで形成される空間を転動するボールとを備える直動装置の製造方法において、
前記案内軸の軌道面及び前記移動体の軌道面の少なくとも一方を、焼入れ工程後に研削加工または切削加工を施した後、前記軌道面の表面をブラスト処理して、開口直径が10~30μmで、深さ1~3μmの凹凸を、1mm当たり200~500個形成することを特徴とする直動装置の製造方法。
(4)前記ブラスト処理がショットピーニング処理であり、前記軌道面の断面形状の接線に対して直交する角度にてショット材を該軌道面に衝突させることを特徴とする上記(3)記載の直動装置の製造方法。
(5)前記軌道面の表面を、Strを0.2以上にすることを特徴とする上記(3)または(4)記載の直動装置の製造方法。
That is, the present invention relates to the following linear motion device and its manufacturing method.
(1) a guide shaft extending in the axial direction and having a raceway surface on the outer peripheral surface;
a moving body having a track surface facing the track surface of the guide shaft inside and reciprocating along the guide shaft;
A linear motion device comprising a ball that rolls in a space defined by the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body,
At least one of the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body has 200 to 500 irregularities per 1 mm 2 with an opening diameter of 10 to 30 μm and a depth of 1 to 3 μm. Device.
(2) The linear motion device according to (1) above, wherein Str of the raceway surface is 0.2 or more.
(3) a guide shaft extending in the axial direction and having a raceway surface on the outer peripheral surface;
a moving body having a track surface facing the track surface of the guide shaft inside and reciprocating along the guide shaft;
In a method for manufacturing a linear motion device comprising a ball that rolls in a space formed by the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body,
At least one of the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body is ground or cut after the quenching process, and then the surface of the raceway surface is blasted to have an opening diameter of 10 to 30 μm, A method for manufacturing a linear motion device, characterized by forming 200 to 500 unevennesses with a depth of 1 to 3 μm per 1 mm 2 .
(4) The straight line according to (3) above, wherein the blasting is shot peening, and the shot material is caused to collide with the raceway surface at an angle orthogonal to a tangent line of the cross-sectional shape of the raceway surface. A method for manufacturing a moving device.
(5) The method of manufacturing a linear motion device according to (3) or (4) above, wherein the surface of the raceway surface has a Str of 0.2 or more.

本発明によれば、案内軸や移動体の軌道面を形成する際に切削加工や研削加工により形成された筋状の加工痕に対して、ショットピーニング処理等のブラスト処理を施す。これにより、筋状の加工痕が無くなり、特定の凹凸を特定密度で形成される。そして、この凹凸に潤滑剤が溜ることより潤滑剤の保持能力が高まり、直動装置の耐久性が大きく向上する。 According to the present invention, blasting such as shot peening is applied to streak-like machining marks formed by cutting or grinding when forming the raceway surface of the guide shaft or moving body. As a result, streak-like machining marks are eliminated, and specific unevenness is formed at a specific density. As the lubricant accumulates in the unevenness, the lubricant holding capacity is enhanced, and the durability of the linear motion device is greatly improved.

ショットピーニング前のねじ軸の軌道面(比較例1)を撮影した写真である。It is the photograph which image|photographed the raceway surface (comparative example 1) of the screw shaft before shot peening. 図1と同じ軌道面の三次元表面粗さの方向性を示す極座標グラフである。FIG. 2 is a polar coordinate graph showing the directionality of three-dimensional surface roughness of the same raceway surface as in FIG. 1. FIG. ショットピーニング後のねじ軸の軌道面(実施例1)を撮影した写真である。4 is a photograph of the raceway surface of the screw shaft after shot peening (Example 1). 図3と同じ軌道面の三次元表面粗さの方向性を示す極座標グラフである。FIG. 4 is a polar coordinate graph showing the directionality of the three-dimensional surface roughness of the same track surface as in FIG. 3. FIG. 軌道面に対するショット材の噴射様式を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the injection mode of shot material onto a raceway surface; [試験2]の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of [Test 2]. [試験3]の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of [Test 3]. [試験4]の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of [Test 4]. [試験5]の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of [Test 5].

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。 The present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

(直動装置)
本発明において直動装置には制限はなく、ボールねじ装置やリニアガイド装置全般に適用することができる。そのため、本明細書ではこれら装置の具体的な図示は省略する。そして、本発明では、ボールねじ装置のねじ軸やナットの各軌道面、リニアガイド装置の案内レールやスライダの各軌道面の表面の表面性状を下記のように規定する。
(linear motion device)
In the present invention, the linear motion device is not limited, and can be applied to ball screw devices and linear guide devices in general. Therefore, specific illustrations of these devices are omitted in this specification. In the present invention, the surface properties of the raceway surfaces of the screw shaft and nut of the ball screw device, and the raceway surfaces of the guide rail and slider of the linear guide device are defined as follows.

尚、軌道面の断面形状には制限はないが、例えばボールねじでは、ゴシックアーチ状の断面形状にすることにより、すきま調整がしやすく、ボールと点接触になるためナットを軽く回すことができることから、広く普及している。本発明でも、軌道面の断面形状はゴシックアーチが好ましい。 There are no restrictions on the cross-sectional shape of the raceway surface, but in the case of a ball screw, for example, if the cross-sectional shape is a Gothic arch, it will be easier to adjust the clearance, and the nut will be able to be turned lightly due to point contact with the balls. Since then, it is widely spread. Also in the present invention, the cross-sectional shape of the raceway surface is preferably a Gothic arch.

上記の軌道面の表面には、切削加工や研削加工による加工痕として微細な筋状の凹凸が多数形成されている。図1は、その一例であり、後述する比較例1のナッドの軌道面を撮影した写真である。そして、同表面を三次元表面粗さ測定機にて観察すると、図2に示す極座標グラフが得られるが、図示されるように、ある方向(図2では90°付近)に一つの強いピーク(角スペクトル)が現れる。尚、極座標グラフ及び角スペクトルは、ISO 25178に規定されている。このような筋状の加工痕では、谷部が一方向に揃っており、潤滑剤の保持能力が低い。 On the surface of the raceway surface, a large number of fine streak-like irregularities are formed as traces of machining or grinding. FIG. 1 is an example, and is a photograph of a raceway surface of a nut of Comparative Example 1, which will be described later. When the same surface is observed with a three-dimensional surface roughness measuring machine, the polar coordinate graph shown in FIG. 2 is obtained. angular spectrum) appears. The polar graph and angular spectrum are specified in ISO 25178. In such streaky working marks, the valleys are aligned in one direction, and the lubricant holding capacity is low.

そこで本発明では、切削加工や研削加工の後、軌道面にブラスト処理を施して、筋状の加工痕を無くするとともに、微細な凹凸を多数形成する。ブラスト処理後の加工面の一例を図3に示すが、同図は後述する実施例1のナットの軌道面を示す写真である。図示されるように、筋状の加工痕が消えて、微細な凹凸が形成されているのが分かる。これは、筋状の加工痕の頂部がショット材の衝突により潰された結果であり、同様にして極座標グラフを求めると、図4に示すように、ほぼ全ての方向に角スペクトルが分散している。また、角スペクトルのビーク高さも、特定の角度のみ特に高くなることもなく、ほぼ全方向に一様に凹凸が分布していると言える。 Therefore, in the present invention, after cutting or grinding, the raceway surface is subjected to a blasting treatment to eliminate streaks and to form a large number of fine irregularities. An example of the machined surface after blasting is shown in FIG. 3, which is a photograph showing the raceway surface of the nut of Example 1, which will be described later. As shown in the figure, it can be seen that the streak-like traces have disappeared and fine unevenness has been formed. This is the result that the apex of the streak-like machining marks was crushed by the impact of the shot material. Similarly, when the polar coordinate graph is obtained, as shown in FIG. 4, the angular spectrum is dispersed in almost all directions. there is Also, it can be said that the peak height of the angular spectrum does not become particularly high only at a specific angle, and unevenness is uniformly distributed in almost all directions.

本発明では、凹凸の分布が、1mm当たり、開口直径が10~30μmで、深さが1~3μmである微細な凹凸が200~500個の密度で存在していれば、凹凸による潤滑剤の保持能力が十分に高く、耐久性に優れる直動装置が得られる。特に、開口直径が15~25μmで、深さが1.5~2.5μmの凹凸が300~400個/mm存在していることが好ましい。 In the present invention, if the distribution of unevenness is such that 200 to 500 fine unevennesses with an opening diameter of 10 to 30 μm and a depth of 1 to 3 μm are present at a density of 200 to 500 per 1 mm 2 It is possible to obtain a linear motion device having a sufficiently high holding capacity and excellent durability. In particular, it is preferable that there are 300 to 400/mm 2 irregularities with an opening diameter of 15 to 25 μm and a depth of 1.5 to 2.5 μm.

尚、以降の説明では、図1、2に示すようなある方向に沿った凹凸(加工痕)を有する表面を「異方性表面」と呼び、図3、4に示すような様々な方向を向いて凹凸が分布している表面を「等方性表面」と呼ぶ。 In the following description, a surface having unevenness (processing traces) along a certain direction as shown in FIGS. A surface on which unevenness is distributed toward the surface is called an “isotropic surface”.

異方性表面と等方性表面を表す指標として、ISO 25178で規定される表面性状スペクトル比(Str)が知られている。このStrは0~1の範囲であり、1に近いほど「等方性」が高いことを示している。 A surface texture spectral ratio (Str) defined in ISO 25178 is known as an index representing an anisotropic surface and an isotropic surface. This Str ranges from 0 to 1, and the closer to 1, the higher the "isotropy".

本発明では、Strが0.2以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましく、0.7以上であることが特に好ましい。Strが0.2未満では凹凸の等方性が不十分であり、凹凸による潤滑剤の保持能力が十分ではなく、耐久性の向上効果が十分に得られないおそれがある。 In the present invention, Str is preferably 0.2 or more, more preferably 0.5 or more, and particularly preferably 0.7 or more. If Str is less than 0.2, the isotropy of the unevenness is insufficient, and the ability of the unevenness to retain the lubricant is insufficient, so that the effect of improving durability may not be sufficiently obtained.

また、ブラスト処理によりショット材が衝突する結果、軌道面の表面の圧縮残留応力が高まる。上記のようにStrが高くなるように凹凸が形成されるには、表面圧縮残留応力として500MPa以上になることが好ましい。より好ましくは、表面圧縮残留応力は、800MPa以上である。 In addition, as a result of the collision of the shot material by blasting, the compressive residual stress on the surface of the raceway surface increases. In order to form unevenness so as to increase Str as described above, it is preferable that the surface compressive residual stress is 500 MPa or more. More preferably, the surface compressive residual stress is 800 MPa or more.

上記のStrが高いことに加えて、軌道面の表面は平滑であることが好ましい。表面が平滑であるほど、ボールの損傷が少なくなる。具体的には、軌道面の表面の平均粗さRaが0.4μm以下であることが好ましく、Raが0.3μm以下であることがより好ましい。 In addition to having a high Str, it is preferable that the surface of the raceway surface is smooth. The smoother the surface, the less damage to the ball. Specifically, the average surface roughness Ra of the raceway surface is preferably 0.4 μm or less, and more preferably 0.3 μm or less.

また、耐久性の面では、軌道面が硬いほど好ましく、表面から2μmの深さまでの領域(最表面部)における硬さがHV700~900であることが好ましく、HV750~800であることがより好ましい。 In terms of durability, the harder the raceway surface is, the better. The hardness in the region (outermost surface portion) from the surface to a depth of 2 μm is preferably HV700 to 900, more preferably HV750 to 800. .

本発明の直動装置は、軌道面が上記のような凹凸分布、更には表面圧縮残留応力、表面平均粗さ、表面硬さを満足する限り、他の構成部品には制限はないが、軌道面と接触するボールにも同様の凹凸が形成されていることが好ましい。ボールの表面の加工痕が無くなり、凹凸が形成されることにより、ボール側でも潤滑剤の保持能力が高まり、直動装置の耐久性がより向上する。 In the linear motion device of the present invention, as long as the raceway surface satisfies the above uneven distribution, surface compressive residual stress, surface average roughness, and surface hardness, other components are not limited. It is preferable that the balls that come into contact with the surface also have similar irregularities. By eliminating machining marks on the surface of the ball and forming irregularities, the ball can retain more lubricant, and the durability of the linear motion device is further improved.

尚、特許文献1、2のように、従来も軌道面にブラスト処理を施すことが行われている。しかし、特許文献1では、ショットピーニング処理は熱処理の前後に行われており、熱処理によるスケールの除去や、表面粗さの改善を目的としたものであり、本発明のように凹凸を形成するものではない。実施例に、ショットピーニング処理の条件として、粒径40~60μmの鋼球を、ショット圧0.5MPa、処理時間60秒で行うことが記載されているが、後述する本発明の処理条件とは異なり、軌道面に凹凸を形成するほどの処理条件ではない。 Incidentally, as in Patent Documents 1 and 2, the raceway surface is conventionally subjected to blasting treatment. However, in Patent Document 1, shot peening treatment is performed before and after heat treatment, and is aimed at removing scale by heat treatment and improving surface roughness, and forming unevenness like the present invention. is not. In the examples, it is described that the shot peening treatment is performed with steel balls having a particle size of 40 to 60 μm under a shot pressure of 0.5 MPa and a treatment time of 60 seconds. In contrast, the processing conditions are not so high as to form unevenness on the raceway surface.

特許文献2でもショットピーニング処理を行っているが、凹凸の密度やStrに関する記載はない。 Although shot peening is also performed in Patent Document 2, there is no description of the density of irregularities or Str.

(製造方法)
本発明はまた、上記の直動装置の製造方法に関する。ブラスト処理までの工程は常法に従うことができ、例えば高炭素鋼等からなる素材を用いてねじ軸やナット、案内レールやスライダの形状に加工し、熱処理を行った後、切削加工や研削加工により軌道面を形成し、更にブラスト処理を施す。このブラスト処理により軌道面にショット材を高速で衝突させ、切削加工や研削加工による筋状の加工痕跡の頂部を潰し、微細な凹凸を形成する。
(Production method)
The present invention also relates to a method for manufacturing the above linear motion device. The processes up to blasting can follow conventional methods. For example, materials made of high-carbon steel are processed into the shapes of screw shafts, nuts, guide rails and sliders, heat treated, and then cut and ground. to form the raceway surface, and then perform blasting. By this blasting, the shot material collides with the raceway surface at high speed, crushing the apex of streak-like processing traces by cutting or grinding to form fine unevenness.

従って、ブラスト処理の処理条件は、上記で規定した凹凸を形成したり、粗さや硬さ、圧縮残留応力等の表面性状にすることができる限り制限は無いが、一例を示すと下記の通りである。 Therefore, the treatment conditions for the blasting treatment are not limited as long as they can form the irregularities defined above and have surface properties such as roughness, hardness, compressive residual stress, etc. An example is as follows. be.

ブラスト処理には、ショットブラストやサンドブラスト、ショットピーニング等が代表的であり、ショットピーニング処理が効率的であるため好ましい。ショット材として、鋼材やSiC等のセラミックからなる粒子(ショット材)を用いることができる。また、ショット材は小さいほど好ましく、粒径30~60μmのショット材が好ましく、40~50μmのショット材がより好ましい。ショット材が小さいほど、形成される凹凸も微細になる。尚、ショット材の形状は、球形以外にも、種々の形状とすることができる。ショット材の噴射速度は高いほど有利であり、ショット圧は0.3~0.5MPa以上が好ましく、0.35~0.45MPaがより好ましい。 Shot blasting, sand blasting, shot peening, and the like are typical examples of blasting treatment, and shot peening treatment is preferable because it is efficient. Particles (shot material) made of ceramic such as steel or SiC can be used as the shot material. In addition, the shot material is preferably as small as possible. Shot material having a particle size of 30 to 60 μm is preferable, and shot material having a particle size of 40 to 50 μm is more preferable. The smaller the shot material, the finer the irregularities formed. The shape of the shot material can be various shapes other than the spherical shape. A higher injection speed of the shot material is advantageous, and the shot pressure is preferably 0.3 to 0.5 MPa or more, more preferably 0.35 to 0.45 MPa.

また、ショット材の軌道面への噴射角度であるが、軌道面の断面の接線に対して垂直にショット材を衝突させることが好ましい。即ち、図5は、ゴシックアーチ状の軌道面1の断面図であるが、噴射ノズル10の噴射口の中心を通る線Aと、軌道面1の接線Lとが直交するように、噴射ノズル10を同断面上で斜め上方、または斜め下方に揺動させながら、ショット材を噴射することが好ましい。これにより、ショット材が、軌道面と直交するように衝突して、凹凸を効率よく形成することができる。
また、軌道面は螺旋溝であるため、軌道面に均一にブラスト処理を行う為に、ショット対象(ねじ軸又はナット)を回転させると共に、噴射ノズルをショット対象の回転に同期させて軸方向に移動させながらブラスト処理を行うことが好ましい。
さらに、図5では、ゴシックアーチ状の軌道面1の片側の円弧にブラスト処理を行っているが、複数の噴射ノズルを用いて、軌道面の両側の円弧に同時にブラスト処理を行っても良い。これにより、軌道面に効率よくブラスト処理を施すことができる。
As for the injection angle of the shot material onto the raceway surface, it is preferable that the shot material collide perpendicularly to the tangential line of the cross section of the raceway surface. 5 is a cross-sectional view of the gothic arch-shaped raceway surface 1, the injection nozzle 10 is arranged so that the line A passing through the center of the injection port of the injection nozzle 10 and the tangent line L of the raceway surface 1 are orthogonal to each other. It is preferable to inject the shot material while swinging obliquely upward or obliquely downward on the same cross section. As a result, the shot material collides perpendicularly with the raceway surface, and unevenness can be efficiently formed.
In addition, since the raceway surface is a spiral groove, in order to uniformly blast the raceway surface, the shot target (screw shaft or nut) is rotated, and the injection nozzle is moved in the axial direction in synchronization with the rotation of the shot target. It is preferable to perform blasting while moving.
Furthermore, in FIG. 5, one arc of the Gothic arch-shaped raceway surface 1 is blasted, but a plurality of jet nozzles may be used to simultaneously blast both arcs of the raceway surface. As a result, the raceway surface can be efficiently blasted.

以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に説明する。 The present invention will be further described with reference to examples and comparative examples below.

[試験1]
(比較例1)
高炭素鋼をボールねじ装置のねじ軸形状に加工し、熱処理した後研削加工により断面がゴシックアーチ状の軌道面を螺旋状に形成した。そして、この軌道面を電子顕微鏡で観察したところ、図1に示すように、筋状の加工痕が見られた。また、同観察面について三次元表面粗さ測定機を用いて極座標グラフを求めたところ、図2に示すように、90°付近に一本の角スペクトルが観察された。Strを求めたところ、0.03であった。
[Test 1]
(Comparative example 1)
A high-carbon steel was machined into the shape of a screw shaft for a ball screw device, heat-treated, and then ground to form a raceway surface with a cross section in the shape of a gothic arch in a helical shape. Then, when this raceway surface was observed with an electron microscope, as shown in FIG. Further, when a polar coordinate graph was obtained for the same observation surface using a three-dimensional surface roughness measuring machine, a single angular spectrum was observed near 90°, as shown in FIG. When Str was determined, it was 0.03.

また、軌道面の表面平均粗さRaは0.2μm、最表面部の硬さはHV685、表面圧縮残留応力は174MPaであった。 The average surface roughness Ra of the raceway surface was 0.2 μm, the hardness of the outermost surface was HV685, and the surface compressive residual stress was 174 MPa.

(実施例1)
比較例1で作製したねじ軸について、平均直径が50μmの鋼球を用いたショットピーニング処理を施した。ショット圧は0.3MPaであり、図5に示すように軌道面の接線と直交するようにショット材を噴射した。そして、ショットピーニング処理後の軌道面を電子顕微鏡で観察したところ、図3に示すように、筋状の加工痕が無くなり、代わりに微細な凹凸が多数形成されていた。凹凸は、開口直径が10~30μmで、深さが1.8~2.8μmであり、1mm当たり450個存在していた。また、同観察面について三次元表面粗さ測定機を用いて極座標グラフを求めたところ、図4に示すように、ほぼ全ての方向に一様な角スペクトルが観察された。Strを求めたところ、0.83であった。
(Example 1)
The screw shaft produced in Comparative Example 1 was subjected to shot peening treatment using steel balls having an average diameter of 50 μm. The shot pressure was 0.3 MPa, and the shot material was injected so as to be perpendicular to the tangential line of the raceway surface as shown in FIG. When the raceway surface after the shot peening treatment was observed with an electron microscope, as shown in FIG. The unevenness had an opening diameter of 10 to 30 μm and a depth of 1.8 to 2.8 μm, and there were 450 of them per 1 mm 2 . Further, when a polar coordinate graph was obtained for the same observation surface using a three-dimensional surface roughness measuring machine, as shown in FIG. 4, a uniform angular spectrum was observed in almost all directions. When Str was determined, it was 0.83.

また、軌道面の表面平均粗さRaは0.18μm、最表面部の硬さはHV705、表面圧縮残留応力は950MPaであった。 The average surface roughness Ra of the raceway surface was 0.18 μm, the hardness of the outermost surface was HV705, and the surface compressive residual stress was 950 MPa.

[試験2]
比較例1のねじ軸に、ショットピーニング処理していないナットを用いて、ボールねじ装置を組み立てた。また、実施例1のねじ軸に、ショットピーニング処理したナットを用いて、ボールねじ装置を組み立てた。また、ボールは両ボールねじ装置とも共通とした。尚、以降に示す[試験例3]、「試験例4」及び[試験例5]も、同様の2つのボールねじ装置を用いた。
そして、両ボールねじ装置について、回転数を変えてトルク値を測定した。結果を図6に示すが、ショットピーニング処理した実施例1のねじ軸を用いることにより、トルクが小さくなることがわかる。これは、ショットピーニング処理により形成された微細な凹凸に潤滑剤が溜り、潤滑性能が高まったことが原因であると推察される。
[Test 2]
A ball screw device was assembled using a screw shaft of Comparative Example 1 and a nut that had not undergone shot peening treatment. A ball screw device was assembled using the screw shaft of Example 1 and a shot-peened nut. Also, the balls were common to both ball screw devices. [Test Example 3], "Test Example 4", and [Test Example 5] described below also used two similar ball screw devices.
Then, for both ball screw devices, torque values were measured while changing the number of revolutions. The results are shown in FIG. 6, and it can be seen that the torque is reduced by using the screw shaft of Example 1 subjected to the shot peening treatment. It is presumed that the reason for this is that the lubricant accumulates in the fine irregularities formed by the shot peening treatment, and the lubricating performance is improved.

[試験3]
試験2と同様の両ボールねじ装置について、回転速度1min-1で低速運転し、100往復した時のトルク残存率を測定した。結果を図7に示すが、ショットピーニング処理した実施例1のねじ軸を用いた場合、100往復後でもトルクが初期のまま残存している(残存率100%)。これに対し、ショットピーニング処理していない比較例1のねじ軸を用いた場合、100往復後のトルクが初期の34%にまで低下している。このように、ショットピーニング処理を付加することにより、トルク残存率の低下を少なく抑えることもできる。
[Test 3]
Both ball screw devices similar to Test 2 were operated at a low rotational speed of 1 min −1 and the residual torque rate was measured after 100 reciprocations. The results are shown in FIG. 7. When the shot peened screw shaft of Example 1 was used, the initial torque remained even after 100 reciprocations (residual rate: 100%). On the other hand, when the screw shaft of Comparative Example 1, which was not shot peened, was used, the torque after 100 reciprocations decreased to 34% of the initial value. In this way, by adding the shot peening process, it is possible to suppress the decrease in the residual torque ratio.

[試験4]
試験2と同様の両ボールねじ装置に、協同油脂製グリース「LRL3」に、異物として珪砂を1質量%混入して供給し、試験3と同様にしてトルク残存率を測定した。結果を図8に示すが、ショットピーニング処理した実施例1のねじ軸を用いた場合は、ショットピーニング処理していない比較例1のねじ軸を用いた場合に比べて約2倍のトルク残存率を示している。このように、ショットピーニング処理を付加することにより、異物耐久性を向上させることもできる。
[Test 4]
Kyodo Yushi's grease "LRL3" mixed with 1% by mass of silica sand as foreign matter was supplied to both ball screw devices similar to Test 2, and the residual torque rate was measured in the same manner as Test 3. The results are shown in FIG. 8. When the screw shaft of Example 1 subjected to shot peening treatment was used, the residual torque rate was approximately double that of the screw shaft of Comparative Example 1 which was not subjected to shot peening treatment. is shown. In this way, by adding the shot peening treatment, it is possible to improve the resistance to foreign matter.

[試験5]
試験2と同様の両ボールねじ装置を高負荷耐久性試験に供した。試験条件は下記の通りである。
・潤滑剤:リューベ株式会社製グリース「YS2」
・ねじ軸最大面圧2.6GPa、ナット最大面圧:2.2GPaとなる様に軸方向荷重を付加
結果を図9に示すが、ショットピーニング処理した実施例1のねじ軸を用いた場合は、ショットピーニング処理していない比較例1のねじ軸を用いた場合に比べて寿命が大きく伸びている。このように、ショットピーニング処理を付加することにより、高負荷で使ボールねじ装置を使用した場合でも、耐久性が大きく向上させることもできる。
[Test 5]
Both ball screw devices similar to Test 2 were subjected to a high load durability test. The test conditions are as follows.
・ Lubricant: Grease “YS2” manufactured by Ryube Co., Ltd.
・The maximum surface pressure of the screw shaft is 2.6 GPa, and the maximum surface pressure of the nut is 2.2 GPa. The results are shown in FIG. , the life is greatly extended as compared with the case of using the screw shaft of Comparative Example 1 which is not subjected to shot peening treatment. By adding shot peening treatment in this manner, durability can be greatly improved even when the ball screw device is used under a high load.

以上は、ねじ軸及びナットにショットピーニング処理を付加した場合の効果を検証したが、ナットのみにショットピーニング処理を施した場合も、ほぼ同じ効果が得られると推察される。さらに、ナットとねじ軸の両方にショットピーニング処理を施した場合には、相乗効果により、より効果的になると推察される。 The effect of applying shot peening treatment to the screw shaft and the nut was verified above, but it is presumed that almost the same effect can be obtained when the shot peening treatment is applied only to the nut. Furthermore, when both the nut and the screw shaft are subjected to the shot peening treatment, it is presumed that the synergistic effect will be more effective.

1 軌道面
10 噴射ノズル
A 噴射ノズルの噴射孔の中心を通る線
L 軌道面の接線
1 raceway surface 10 injection nozzle A line passing through the center of the injection hole of the injection nozzle L tangent to the raceway surface

Claims (3)

軸方向に延び、外周面に軌道面を有する案内軸と、
内部に前記案内軸の軌道面に対面する軌道面を有し、前記案内軸に沿って往復運動する移動体と、
前記案内軸の軌道面と、前記移動体の軌道面とで形成される空間を転動するボールとを備える直動装置において、
前記案内軸の軌道面及び前記移動体の軌道面の少なくとも一方に、開口直径が10~30μmで、深さ1~3μmの凹凸を、1mm当たり200~500個有し、
前記軌道面のStrが0.5以上である、
ことを特徴とする直動装置。
a guide shaft extending in the axial direction and having a raceway surface on its outer peripheral surface;
a moving body having a track surface facing the track surface of the guide shaft inside and reciprocating along the guide shaft;
A linear motion device comprising a ball that rolls in a space defined by the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body,
At least one of the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body has 200 to 500 irregularities per 1 mm 2 with an opening diameter of 10 to 30 μm and a depth of 1 to 3 μm ,
Str of the raceway surface is 0.5 or more,
A linear motion device characterized by:
軸方向に延び、外周面に軌道面を有する案内軸と、
内部に前記案内軸の軌道面に対面する軌道面を有し、前記案内軸に沿って往復運動する移動体と、
前記案内軸の軌道面と、前記移動体の軌道面とで形成される空間を転動するボールとを備える直動装置の製造方法において、
前記案内軸の軌道面及び前記移動体の軌道面の少なくとも一方を、焼入れ工程後に研削加工または切削加工を施した後、前記軌道面の表面をブラスト処理して、開口直径が10~30μmで、深さ1~3μmの凹凸を、1mm当たり200~500個形成し、
前記軌道面のStrを0.5以上にする、
ことを特徴とする直動装置の製造方法。
a guide shaft extending in the axial direction and having a raceway surface on its outer peripheral surface;
a moving body having a track surface facing the track surface of the guide shaft inside and reciprocating along the guide shaft;
In a method for manufacturing a linear motion device including a ball that rolls in a space formed by the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body,
At least one of the raceway surface of the guide shaft and the raceway surface of the moving body is ground or cut after the quenching process, and then the surface of the raceway surface is blasted to have an opening diameter of 10 to 30 μm, 200 to 500 irregularities with a depth of 1 to 3 μm are formed per 1 mm 2 ,
Str of the raceway surface is set to 0.5 or more,
A method of manufacturing a linear motion device, characterized by:
前記ブラスト処理がショットピーニング処理であり、前記軌道面の断面形状の接線に対して直交する角度にてショット材を該軌道面に衝突させることを特徴とする請求項記載の直動装置の製造方法。 3. The manufacture of a linear motion device according to claim 2 , wherein said blasting treatment is shot peening treatment, and the shot material is caused to collide with said raceway surface at an angle orthogonal to a tangent line of the cross-sectional shape of said raceway surface. Method.
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