TW201608152A

TW201608152A - 滾珠螺桿裝置

Info

Publication number: TW201608152A
Application number: TW104117500A
Authority: TW
Inventors: Hideyuki Hidaka; Yasumi Watanabe; Naruaki Abe
Original assignee: Nsk Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-03-01
Also published as: JPWO2015182767A1; JPWO2015182761A1; WO2015182767A1; TWI575170B; JPWO2015182764A1; JP6044744B2; TW201608153A; TW201608154A; WO2015182764A1; TWI575171B; WO2015182761A1

Abstract

本發明之滾珠螺桿裝置之螺桿軸包含Ms點為172℃以下、DI值為2.8以上之高碳軸承鋼，且自表面起於特定區域形成硬度為HV500以上之有效硬化層，並將硬度不滿HV500即非硬化層設為包含肥粒鐵相及雪明碳鐵相之金屬組織，進而將軌道面表面之碳化物面積率設為1.5面積%以上。

Description

滾珠螺桿裝置

本發明係關於滾珠螺桿裝置，尤其是關於應用於搬送/定位用之滾珠螺桿裝置。

滾珠螺桿裝置大致分為射出成形機用途、與搬送/定位用途，但必須製作對應於各種用途之品質。且，以搬送/定位用之滾珠螺桿裝置而言，重要的是長期間使用後其位置精度亦不會降低。

滾珠螺桿裝置亦為滾動零件之一種，由於滾動體與螺桿軸之間會產生高接觸面壓，故需要不會產生塑性變形之硬度。為使該硬度於工業生產上可行，必須使用包含0.5質量%以上碳之碳鋼進行淬火處理，但隨著碳量之增加容易產生殘留沃斯田鐵。該殘留沃斯田鐵係不穩定之相，於長期間使用中會變化為麻田散鐵，產品因而隨之膨脹，而有可能因該膨脹導致位置精度產生偏差。

作為滾珠螺桿裝置之熱處理方法，進行滲碳處理與高頻熱處理。於滲碳處理中，由於以低碳鋼為原材料，僅於其表面使碳增加，故殘留沃斯田鐵較多之部分受限於表面，結果，可將整體殘留沃斯田鐵量抑制得較低。進而於要求尺寸穩定性之情形時，進行低溫處理或高溫回火，亦有可能根據條件將殘留沃斯田鐵量設為零。然而，於該情形時，麻田散鐵亦隨著時間之經過逐漸收縮。因此，於藉由滲碳處理製作之滾珠螺桿裝置中，有無法避免尺寸變化之狀況。

另一方面，高頻熱處理係將表面的一部分區域進行淬火之處理，由於可避免不必要之殘留沃斯田鐵量增加，故對尺寸穩定性而言與滲碳處理同等或更為有利。又，由於高頻熱處理可僅加熱經熱處理之部分，故與滲碳相比具有可縮小設備規模之工業性優點。例如，於專利文獻1中，於螺桿軸進行高頻淬火形成有效硬化層。又，於專利文獻2中，對螺桿軸進行高頻淬火，以有效硬化層與非硬化層規定殘留沃斯田鐵量。

然而，由於於短時間進行加熱，發熱集中產生於鋼材表面，故鋼材表面之溫度容易上昇。該狀況多半會造成淬裂等各種生產上之問題，為避免該狀況，藉由高頻熱處理製造之螺桿軸係以於原材料中使用0.5%碳鋼之SAE4150為主流，結果，可以說除了尺寸穩定性以外之功能不夠充分。尤其是於精密之定位用途中，螺帽之移動速度非常低速，成為油膜之形成不夠充分之狀態，油膜之形成若不夠充分，會於軌道面產生被稱為擦蝕之微小磨耗而阻礙順暢之軸運動。對此種磨耗，例如於表面析出如碳化物之相較為有效，以滲碳處理較為有效，但必須考慮與尺寸穩定性之平衡。

再者，以長形之螺桿軸而言，由於即使進行滲碳氮化處理等，亦會因熱處理所致之尺寸變化而導致包含碳氮化物之有效區域藉由研磨而被削去，且對長形之螺桿軸進行淬火之設備並不普遍，故不容易進行工業性生產。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2010-90924號公報

專利文獻2：日本特開2005-299720號公報

基於上述之理由，重視尺寸穩定性而對中碳鋼採用高頻熱處理之螺桿軸成為主流，但組入滾珠螺桿裝置之裝置不斷地朝大型化進展，因而不降低尺寸穩定性又要提高耐磨耗性之要求日益提高，而處於以先前之技術無法充分對應之狀況。因此，本發明之目的在於提供一種間更更優異之尺寸穩定性與耐磨耗性之螺桿軸。

為了解決上述問題，本發明提供下述之滾珠螺桿裝置。

(1)一種滾珠螺桿裝置，其包含：螺桿軸，其係於外周面具有螺旋槽；滾珠螺帽，其係於內周面具有與上述螺桿軸之螺旋槽對向之螺旋槽；及複數個滾珠，其等介插於上述兩螺旋槽間且可藉由設置於滾珠螺帽之滾珠循環路徑而循環；且該滾珠螺桿裝置之特徵在於：上述螺桿軸包含以下述式1算出之Ms點為172℃以下、以下述式2算出之DI值為2.8以上之高碳軸承鋼，且將自硬度為HV500以上之有效硬化層表面起之深度設為螺桿軸直徑之60%以下，硬度不滿HV500之非硬化層為包含肥粒鐵相及雪明碳鐵相之金屬組織，且軌道面表面之碳化物面積率為1.5面積%以上：式1=550-361[C]-39[Mn]-20[Cr]-17[Ni]-5[Mo]

式2=(0.2[C]+0.14)×(0.64[Si]+1)×(4.1[Mn]+1)×(2.33[Cr]+1)×(3.14[Mo]+1)×(0.52[Ni]+1)

(式中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni])係鋼材中C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni之各者含量(質量%))。

(2)如上述技術方案(1)之滾珠螺桿裝置，其中上述螺桿軸之徑方向剖面之平均殘留沃斯田鐵量為4.5體積%以下。

(3)如上述技術方案(1)或(2)之滾珠螺桿裝置，其中於上述螺桿軸之滾動面上，以下述式3算出之值為35~522：式3=3[C]×(HRC-54)²+0.9×{(碳化物面積率-1)/[C]}²

(式中，[C]係鋼材中之C含量(質量%)，HRC係自滾動面表面起至 200μm深度之硬度)。

(4)如上述技術方案(1)至(3)中任一項之滾珠螺桿裝置，其中於上述螺桿軸中，如下形成有效硬化層及非硬化層：自有效硬化層與非硬化層之邊界至該螺桿軸軸線之距離成為該螺桿軸之形成有螺旋槽之螺旋部之全長2.5以下之標準偏差。

於本發明之滾珠螺桿裝置中，將螺桿軸設為高碳軸承鋼製，進而特定有效硬化層之形成區域，將非硬化層設為包含肥粒鐵相及雪明碳鐵相之金屬組織，將軌道面表面之碳化物面積率設為特定範圍，藉此具有比至今更優異之尺寸穩定性及耐磨耗性。因此，作為搬送/定位用之滾珠螺桿裝置，可長期間維持高定位精度，亦可充分地對應滾珠螺桿裝置之大型化。

1‧‧‧螺桿軸

10‧‧‧有效硬化層

11‧‧‧非有效硬化層

15‧‧‧螺旋槽

C‧‧‧軸線

D‧‧‧直徑

K‧‧‧邊界

L‧‧‧線段

圖1沿著螺桿軸軸線方向之剖視圖，係用以說明本發明之硬化層及非硬化層之形成狀態之模式圖。

圖2係顯示Ms點、與壽命比之關係之圖表。

圖3係顯示DI值、與壽命比之關係之圖表。

圖4係顯示平均殘留沃斯田鐵量、與軸方向之尺寸變化率之關係之圖表。

圖5係顯示有效硬化層比例、與軸方向尺寸變化率之關係之圖表。

圖6係顯示碳化物面積率、與壽命比之關係之圖表。

圖7係顯示式3之值、與壽命比之關係之圖表。

圖8係顯示有效硬化層深度之標準偏差、與彎曲比之關係之圖表。

圖9係顯示式4之值、與壽命比之關係之圖表。

以下，對於本發明參照圖式詳細地進行說明。

本發明之滾珠螺桿裝置包含：螺桿軸，其係於外周面具有螺旋槽；滾珠螺帽，其係於內周面具有對向於上述螺桿軸之螺旋槽之螺旋槽；及複數個滾珠，其等介插於上述兩螺旋槽之間，且可藉由設置於滾珠螺帽之滾珠循環路徑而循環；其中將螺桿軸設為特定之高碳軸承鋼製，並將其熱處理而於表面形成有效硬化層者。又，除了螺桿軸以外，滾珠或滾珠螺帽等無限制。

即，作為本發明中使用之螺桿軸之原材料，使用下述式1算出之Ms點為173℃以下、下述式2算出之DI值為2.8以上之高碳軸承鋼。

式1=550-361[C]-39[Mn]-20[Cr]-17[Ni]-5[Mo]

(式中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni])係鋼材中C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni之各含量(質量%))

只要是滿足式1及式2之鋼材則無限制，但較好為含有0.8質量%以上之碳、且此外包含將鉻及錳作為必要成分之軸承鋼。若碳含量不滿0.8質量%，則無法獲得本發明中規定之表面碳化物面積率。較好為將碳含量設為0.95質量%以上。又，碳含量之上限雖無限制，但當超過2質量%時，會有粗大之碳化物殘留，而對耐壽命性等有影響。高碳軸承鋼含有近1質量%碳，即使於淬火時使必要之0.5質量%左右之碳溶入於基底，亦可於軌道面殘存充分量之碳化物，可提高耐磨耗性。

鉻係使淬火性提高之元素，較好為含有0.9質量%以上。然而，若鉻過多會造成加工性降低，故較好設為2質量%以下。錳亦與鉻同樣為使淬火性提高之元素。較好為添加0.2質量%以上。然而，若錳過多會造成加工性降低，故較好設為2質量%以下。

又，除了鉻與錳以外，較好為含有鉬。如後述之實施例所示，藉由將與鉻及錳連同鉬之鋼中含量有關之式1之值設定於特定之範圍，可進一步提高耐磨耗性。推斷係由於鉻、錳及鉬溶入於碳化物而將碳化物硬質化之緣故。

具體而言，例舉JSI G 4805之高碳鉻軸承鋼、或ISO 683-17之軸承鋼、SUJ2~5鋼、100CrMnSi6-4鋼等，但較好為SUJ2~5鋼、100CrMnSi6-4鋼。

接著，熱處理包含此種高碳軸承鋼之圓桿，如圖1所示，形成硬度HV500以上之有效硬化層10。此時，於本發明中，以自表面起之深度相對於螺桿軸1之直徑D成為螺桿軸1之直徑D之60%以下之方式形成有效硬化層10。螺旋槽15係以有效硬化層10之區域內，即螺旋槽15之槽底比自硬化層10表面起之距離更淺之方式形成。又，圖中之C係螺桿軸1之軸線。

如上述般，有效硬化層10形成至螺桿軸1之直徑D之60%以下之深度，此係指硬度不滿HV500之非硬化層11以其線段L為40%以上之方式形成。非硬化層11為含有肥粒鐵相與雪明碳鐵相之波來鐵等金屬組織，但由於肥粒鐵相之碳量十分低，故即使長時間使用亦幾乎不會產生變化，表層之硬化層受限於芯部之結果，即使因熱處理而產生之表層殘留沃斯田鐵量增多，亦幾乎不會產生軸方向之尺寸變化。為了獲得此種效果，只要非硬化層11之線段L為螺桿軸1之直徑D之40%以上即可，若為60%以上則更有效。

於搬送/定位用滾珠螺桿裝置中，多存在軸長較長之產品，當因熱處理於螺桿軸產生變形(彎曲)時，為了調整形狀相當費工。該彎曲之產生係因隨著高頻加熱產生殘留應力、且於藉由機械加工去除硬化層時應力失衡所引起。如本發明所使用之高碳軸承鋼般當原材料之碳量增多時，殘留應力之絕對值增大，其影響變大，但由於螺桿軸為旋轉對稱形，故若自表面以均一深度形成硬化層，則應力釋放亦均一，因而抑制彎曲。即，較好為遍及形成螺旋槽15之螺旋部全長以2.5以下之標準偏差，形成圖1中以虛線所示之有效硬化層10與非硬化層11之邊界K至軸線C之距離(此處係L/2)。該標準偏差越小越好，較佳為1.0以下。

為了形成如上述之有效硬化層10及非硬化層11，作為熱處理方法較好為高頻熱處理。於該高頻熱處理中，將圓桿原材料插通於連接於高頻電源之線圈，於線圈流動高頻電流。藉此，渦流因高頻電磁場而於圓桿原材料之表面流動，使得圓桿原材料之表面被加熱。接著，藉由使線圈於圓桿原材料之軸方向移動，遍及全長加熱圓桿原材料。加熱後，對圓桿原材料噴射溶解有水溶性淬火液之水溶液等進行急冷。藉由線圈對圓桿原材料的深度方向之加熱區域係一定，可與圓桿原材料之軸線(相當於螺桿軸1之軸線C)大致平行地形成有效硬化層10，可將有效硬化層10與非硬化層11之邊界K較低地抑制於標準偏差2.5以下。

又，高頻頻率或輸出、處理時間(線圈之移動速度)等處理條件係可以如上述般形成有效硬化層10及非硬化層11之方式，根據螺桿軸之尺寸(尤其是直徑)適當設定。

螺桿軸之變形除了軸方向之收縮以外，尚有彎曲變形，但可藉由於與彎曲方向相反方向施加載荷進行矯正。螺桿軸之變形係由於軸徑部分性變細之槽底之塑性變形導致。此時，對基底之碳之溶入量越少對變形越有利，因此，藉由將碳化物面積率設為1.5%以上，較好為2.5%以上，容易變形矯正，並可防止矯正時之破裂。

一般而言，有硬度越低抗折強度越高之傾向。然而，高碳鋼中溶入量增加則柔軟之組織即殘留沃斯田鐵增多，結果使得硬度降低，因此，不適合作為評估指標。作為適當之評估指標，較直接的是麻田散鐵中碳之固溶量，但要定量地測定該固溶量並不簡單。然而，固溶碳量可藉由自原材料之碳量減去未固溶之碳量，即殘存於表面之碳量而簡易地求出，於本發明中，以表面碳化物之量，即，以碳化物面積率規定。且，藉由增大該碳化物面積率(固溶碳量減少)，抗折強度提高且於矯正彎曲時不會產生破裂，故如上述般將碳化物面積率設為1.5%以上，較好為2.5%以上。

又，螺桿軸1較好為於徑方向剖面中，平均殘留沃斯田鐵量為4.5體積%以下。當該平均殘留沃斯田鐵量超過4.5體積%時，尺寸變化率增大。又，為了謀求一方面抑制尺寸變化、一方面延長異物混入下之壽命，較好為將表面之殘留沃斯田鐵量設為5~40體積%。

進而，螺桿軸1於其與滾動體(未圖示)之間施加高接觸面壓，故自軌道面之表面起至深度200μm之區域之表面硬度(HRC)越高越好，設為HRC54以上。然而，為了進一步預防壓痕所致之磨耗，較好為下述式3算出之值為35~522，更佳為114~391。

式3=3[C]×(HRC-54)²+0.9×{(碳化物面積率-1)/[C]}²

(式中，[C]係鋼材中之C含量(質量%)，HRC係滾動面表面起至200μm深度之硬度)

除以上外，於滾珠螺桿裝置中由於螺桿軸1露出故容易附著異物，容易因異物產生表面起點型之剝離，但藉由提高表面之殘留沃斯田鐵量可抑制剝離之產生。具體而言，為了有效地抑制剝離產生，將殘留沃斯田鐵量設為15體積%以上，較好為20體積%以上。然而，由於當殘留沃斯田鐵量多於40體積%時會引起微觀組織之粗大化，故上限較好為40體積%。又，藉由將此種表面殘留沃斯田鐵量設為40體積%以下，軸方向之尺寸穩定性亦變得優異。

於本發明中，可每當製作螺桿軸1時，於高頻熱處理後形成螺旋槽15，亦可於形成螺旋槽15後實施高頻熱處理，但為了如上述般將有效硬化層10與非硬化層11之邊界K之標準偏差設為2.5以下，較好為於高頻熱處理後形成螺旋槽15。

[實施例]

於以下例舉實施例進一步說明本發明，但本發明一概不受其任何限制。

(試驗1)

準備包含表1所示之合金組成之高碳軸承鋼、考慮研磨之切削裕度而決定徑之棒狀試驗片，以頻率100~200kHz實施高頻熱處理之移動淬火。接著，以160~200℃進行2小時之回火處理，藉由研磨自黑皮表面去除200μm後，以下述條件供壽命試驗。又，為了再現滾珠螺桿裝置之剝離，如下述所示，將滾動體使用預先使表面粗度不良之滾珠。又，自下述式1算出Ms點。將結果顯示於表2及圖2，但以相對於比較例2之相對值(壽命比)顯示。

式1=550-361[C]-39[Mn]-20[Cr]-17[Ni]-5[Mo]

<試驗條件>

．試驗片……φ 12.6mm、棒狀試驗片

．滾動體……材質：SUJ2、尺寸：1/2吋、表面粗度：0.3μmRa

．面壓……5.5GPa

．潤滑……油浴潤滑、VG68

註)各元素含量之單位係質量%，其餘部分為鐵及不可避免之雜質。

如表2及圖2所示，於實施例1~5中確認壽命延長效果，故可知只要Ms點為173℃以下即可。

(試驗2)

如表3所示使用包含表1所示之鋼材之棒狀試驗片，對該棒狀試驗片以頻率30~100kHz藉由高頻熱處理實施移動淬火後，以160~200℃進行2小時之回火處理，於藉由研磨自黑皮表面去除4mm後，供與試驗1相同之壽命試驗。又，自下述式2算出DI值。將結果顯示於表3及圖3，但以相對於比較例3之相對值(壽命比)顯示。

如表3及圖3所示，於實施例6~10中確認壽命延長效果，故可知只要DI值為2.8以上即可。又，實施例6與實施例8之DI值幾乎相同，但實施例8之壽命更長。此係認為因於4mm之切削裕度位置中，產生兩者品質之差異所引起。即，於實施例6中使用鋼材A(Ms點155℃)，於實施例8中使用鋼材C(Ms點172℃)，故可知對壽命延長效果而言，必須獲得一定水準以上之熱處理品質，並受到DI值與Ms點兩者之影響。

(試驗3)

如表4所示使用包含表1所示之鋼材之棒狀試驗片，進行高頻熱處理、回火後，對螺旋槽進行切削加工及研磨加工而製作成螺桿軸。螺桿軸之規格如以下。接著，對所製作之螺桿軸，測定軸剖面之硬度HV500以上之有效硬化層之比例(%)、表面殘留沃斯田鐵量(體積%)、軸剖面之平均殘留沃斯田鐵量(體積%)。又，所謂表面之殘留沃斯田鐵量係自軌道面表面起50μm深度之殘留沃斯田鐵量，去除自軌道面表面起50μm之表層後，藉由X線測定。又，對芯(硬度不滿HV500之區域)進行化學分析求出金屬組織。進而，測定以150℃左右進行回火時軸方向之尺寸變化率，求出相對於比較例6之相對值(尺寸變化率比)，將各個結果顯示於表4，且分別於圖4圖表化顯示平均殘留沃斯田鐵量與軸方向尺寸變化率之關係、於圖5圖表化顯示有效硬化層比例與軸方向尺寸變化率關係。

於實施例11~18中，即使平均殘留沃斯田鐵量增加，軸方向之尺寸亦幾乎不變化。相對於此，於比較例4、5中，隨著平均殘留沃斯田鐵量之增加，軸方向之尺寸亦增加。由此可知藉由將平均殘留沃斯田鐵量設為4.5體積%以下，可獲得防止軸方向尺寸變化之效果。

又，於比較例11~18中，即使剖面之有效硬化層之比例增加，軸方向之尺寸亦幾乎不變化。相對於此，於比較例4、5中，隨著有效硬化層比例之增加軸方向之尺寸亦增加。由此可知藉由將有效硬化層之比例設為60%以下，可獲得防止軸方向尺寸變化之效果。

再者，於實施例11~18中表面之殘留沃斯田鐵量為40體積%以下，故可知為了獲得軸方向尺寸穩定性，只要將表面殘留沃斯田鐵量設為40積體%以下即可。

又，芯部組織評估之結果除了比較例6以外，其餘皆為包含肥粒鐵相與雪明碳鐵相之波來鐵。

(試驗4)

如表5所示使用包含表1所之之鋼材之棒狀試驗片，於高頻熱處理後實施切削加工而製作推力滾珠軸承之軌道輪。接著，以下述條件實施微小振動試驗並評估耐微振磨損磨耗性。於本試驗中，測定試驗後之磨耗痕之磨耗深度，並自其形狀求出磨耗體積。

又，測定軌道面之表面硬度及碳化物面積率。此處，表面硬度係自滾動表面起至200μm深度之硬度，碳化物面積率係存在於自滾動表面起至深度50μm以下區域之碳化物所所佔之面積比例。將結果顯示於表5及圖6，但以相對於比較例8之磨耗體積之相對值(損傷比)顯示。又，比較例8係仿照使用於現行搬送/定位用滾珠螺桿裝置之螺桿軸之材料者。

<試驗條件>

．試驗對象：內徑25mm、外徑52mm、高度18mm之單式推力滾珠軸承

．最大面壓：3.2Gpa

．最大擺動速度：20mm/s

．擺動次數：10000次

．擺動角：1.44~4.86°

有隨著碳化物面積率增加、損傷比降低之傾向，於碳化物面積率為1.5%以上時，與現行品(比較例8)相比可大幅地降低磨耗。於實施例19~30中，碳化物面積率為1.5%以上。

如此，軌道面表面之硬度越高、碳化物面積率越高、碳量越多越難以磨耗，耐微振磨損性越優異，但可發現以其等3個參數構成之式3、與上述獲得之損傷比之間存在關係。

式3=3[C]×(HRC-54)²+0.9×{(碳化物面積率-1)/[C]}²

將式3之值併記於表5，並於圖7圖表化顯示與損傷比之關係，於實施例19~30中式3之值處於35~522之範圍，損傷比減小。

根據以上，藉由對原材料使用高碳軸承鋼，將受到滾動疲勞之軌道面表面之硬度設為不引起組成變形之硬度，具體而言係HRC54以上，將碳化物面積率設為1.5%以上，進而將式3之值設為35~522，可大幅提高耐微振磨損磨耗性。

(試驗5)

如表6所示使用包含表1所示之鋼材之棒狀試驗片，製作滾珠螺桿裝置BS3610之螺桿軸。此時，於實施例31~48中，於高頻熱處理後進行槽切削(IH→切削)，於實施例49中於槽切削後進行高頻熱處理(切削→IH)。又，於比較例9中，作為熱處理進行滲碳處理後，進行槽切削。接著，於熱處理前後測定相對於螺桿軸之中心於垂直方向產生之彎曲量，求出相對於比較例9之彎曲量之相對值(彎曲比)。又，測定所製作之螺桿軸之平均殘留沃斯田鐵量、以及每一導程之螺峰與槽底部2條線之有效硬化層與非硬化層之邊界至螺桿軸軸線之距離，將其測定5個導程份，求出有效硬化層深度之標準偏差。將結果併記於表6，並於圖8圖表化顯示有效硬化層深度之標準偏差與彎曲比之關係。

自其等結果可知，作為彎曲對策，實施高頻熱處理，減少平均殘留沃斯田鐵量，進而減小有效硬化層深度之標準偏差較為有效。尤其如實施例31~48，藉由於高頻熱處理後進行槽形成，可將有效硬化層深度之標準偏差設為2.5以下，作為製造工序可謂較佳。又，標準偏差更佳為1.0以下。

(試驗6)

基於上述試驗結果，製作滾珠螺桿裝置BS3610，並藉由下述條件進行耐久性試驗，求出相對於比較例10之壽命、尺寸變化率及損傷之相對值(壽命比、尺寸變化率比、損傷比)。將結果併記於表7。

<試驗條件>

．螺桿軸之外徑：36mm

．導程：10mm

．滾珠之直徑：1/4吋

．試驗載荷：18kN

．最高旋轉速度：1500min^-1

．螺桿之原材料：66鎳鐵合金

．分離膜之材質：66鎳鐵合金

．循環方式：溢流管方式

．潤滑劑：LUBE股份有限公司製「YS2潤滑油」

如表7所示，實施例50~55係Ms點為172℃以下、DI值為2.8以上、有效硬化層比例為60%以上，此外，平均殘留沃斯田鐵量為4.5體積%以下、軌道面表面之碳化物面積率為1.5%以上、任一者均相對於現行品大幅提高壽命比、尺寸穩定化率、損傷比。

又，發現以軌道面之表面殘留沃斯田鐵及硬度、平均殘留沃斯田鐵量表示之式4之值、與壽命比之間存在關聯。於表7併記式4之值，並於圖9圖表化顯示式4之值與壽命比之關係，若式4之值為5.4以上則壽命比優異。式4之值更佳為8.6~76.6。

式4=表面殘留沃斯田鐵量×平均殘留沃斯田鐵量×表面硬度/100

已參照特定之實施形態詳細地說明本發明，但本領域技術人員當明瞭在未脫離本發明之精神與範圍內可追加各種變更或修正。

本申請案係基於2014年5月30日提出申請之日本專利申請案(特願2014-112386)、2014年6月10日提出申請之日本專利申請案(特願2014-119697)、2014年11月4日提出申請之日本專利申請案(特願2014-224033)、2015年1月26日提出申請之日本專利申請案(特願2015-012610)、2015年1月27日提出申請之日本專利申請案(特願2015-013626)者，該等申請案之全文以引用的方式併入本文中。

[產業上之可利用性]

本發明之滾珠螺桿裝置由於具備兼顧優異之尺寸穩定性與耐磨耗性之螺桿軸，故尤其對應用於搬送/定位用之滾珠螺桿裝置有用。

1‧‧‧螺桿軸

10‧‧‧有效硬化層

11‧‧‧非硬化層

15‧‧‧螺旋槽

C‧‧‧軸線

D‧‧‧直徑

K‧‧‧邊界

L‧‧‧線段

Claims

一種滾珠螺桿裝置，其包含：螺桿軸，其係於外周面具有螺旋槽；滾珠螺帽，其係於內周面具有與上述螺桿軸之螺旋槽對向之螺旋槽；及複數個滾珠，其等介插於上述兩螺旋槽間並可藉由設置於滾珠螺帽之滾珠循環路徑而循環；且其特徵在於：上述螺桿軸包含以下述式1算出之Ms點為172℃以下、以下述式2算出之DI值為2.8以上之高碳軸承鋼；且使自硬度為HV500以上之有效硬化層表面起之深度為螺桿軸直徑之60%以下，硬度不滿HV500即非硬化層為包含肥粒鐵相及雪明碳鐵相之金屬組織，且軌道面表面之碳化物面積率為1.5面積%以上：式1=550-361[C]-39[Mn]-20[Cr]-17[Ni]-5[Mo] 式2=(0.2[C]+0.14)×(0.64[Si]+1)×(4.1[Mn]+1)×(2.33[Cr]+1)×(3.14[Mo]+1)×(0.52[Ni]+1)(式中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni])係鋼材中C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni之各者含量(質量%))。
如請求項1之滾珠螺桿裝置，其中將上述螺桿軸之徑方向剖面之平均殘留沃斯田鐵量設為4.5體積%以下。
如請求項1或2之滾珠螺桿裝置，其中於上述螺桿軸之滾動面上，以下述式3算出之值為35~522：式3=3[C]×(HRC-54)²+0.9×{(碳化物面積率-1)/[C]}²(式中，[C]係鋼材中之C含量(質量%)，HRC係自滾動面表面起至200μm深度之硬度)。
如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿裝置，其中於上述螺桿軸中，如下形成有效硬化層及非硬化層：自有效硬化層與非硬化層之邊界至該螺桿軸之距離，成為該螺桿軸之形成有螺旋槽之螺旋部之全長2.5以下之標準偏差。