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JP2005090570A - Ball screw nut and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2005090570A
JP2005090570A JP2003322772A JP2003322772A JP2005090570A JP 2005090570 A JP2005090570 A JP 2005090570A JP 2003322772 A JP2003322772 A JP 2003322772A JP 2003322772 A JP2003322772 A JP 2003322772A JP 2005090570 A JP2005090570 A JP 2005090570A
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JP
Japan
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ball
screw nut
ball screw
rolling groove
ball rolling
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Pending
Application number
JP2003322772A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Ikeda
良則 池田
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE112004001673T priority patent/DE112004001673T5/en
Priority to US10/571,374 priority patent/US20070137350A1/en
Priority to PCT/JP2004/012084 priority patent/WO2005026580A1/en
Publication of JP2005090570A publication Critical patent/JP2005090570A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a durable low-cost ball screw nut having a relatively accurate ball running groove, and to provide a method of easily manufacturing the same. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the ball screw nut formed with the ball running groove, wherein balls run, in the inner diameter surface is provided with a process for opening the predetermined inner diameter surface at the center of a raw material by drilling, a process for finishing the outer diameter surface and the inner diameter surface of the raw material with a turning tool, a process for inserting a tapping tool into the inner diameter surface to cut the ball running groove, a heating process for carburizing and quenching the ball running groove, and a process for shot peening with steel beads after the heating process. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多数のボールが転動する螺旋状のボール転走溝が形成されたボールねじナットおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a ball screw nut having a spiral ball rolling groove on which a large number of balls roll and a method for manufacturing the same.

ボールねじは、外周に螺旋状のボール転走溝が形成されたボールねじ軸と、円筒面内に螺旋状のボール転走溝が形成されたボールねじナットと、対向する両ボール転走溝で構成されたボール転動路内に転動自在に収容された多数のボールとからなり、ボールねじ軸あるいはボールねじナットの回転を軸方向の並進運動に変換する機械要素である。   The ball screw is composed of a ball screw shaft having a spiral ball rolling groove formed on the outer periphery, a ball screw nut having a spiral ball rolling groove formed in the cylindrical surface, and both opposing ball rolling grooves. It is a mechanical element that is composed of a large number of balls that are rotatably accommodated in a configured ball rolling path, and that converts the rotation of the ball screw shaft or the ball screw nut into a translational motion in the axial direction.

従来、このボールねじナットは、切削加工と研削加工とによって内周にボール転走溝が形成されるのが一般的である。すなわち、ドリルを用いて素材に下孔を開け、バイトでこの下穴の周面に螺旋状のボール転走溝を切削加工する。次に、浸炭焼入れ等の熱処理を行った後、円筒研削盤等で外径部の研削加工を行い、最後に砥石を用いて切削したボール転走溝の表面を研削加工する。   Conventionally, in this ball screw nut, a ball rolling groove is generally formed on the inner periphery by cutting and grinding. That is, a drill hole is used to make a pilot hole, and a spiral ball rolling groove is cut on the peripheral surface of the pilot hole with a cutting tool. Next, after heat treatment such as carburizing and quenching, the outer diameter portion is ground with a cylindrical grinder or the like, and finally the surface of the ball rolling groove cut with a grindstone is ground.

しかしながら、従来の切削加工と研削加工とによってボール転走溝が形成されたボールねじナットにおいては、内径の小さいボールねじナットを研削加工する場合、砥石を下孔に挿入することができず、研削加工ができないことがあった。また、内径が小さいボールねじナットでなくても大リードのものについては、リード角が大きいため、下孔への砥石の挿入量が制限を受けて、やはり研削加工ができないことがあった。当然、研削加工は、ナットの芯出し等の調製に時間と工数がかかりコスト的に不利である。   However, in the conventional ball screw nut in which a ball rolling groove is formed by cutting and grinding, when grinding a ball screw nut having a small inner diameter, the grindstone cannot be inserted into the pilot hole, There were cases where processing was not possible. Also, even if the lead screw is not a ball screw nut with a small inner diameter, the lead angle is large, so that the amount of the grindstone inserted into the lower hole is limited, and grinding may not be possible. Naturally, the grinding process is disadvantageous in terms of cost because it takes time and man-hours for preparation such as centering of the nut.

こうした問題点を解決したものとして、図9に示すようなボールねじナットが知られている。このボールねじナット50は、略円筒状をなし、その一端には搬送用機械等に結合するためのフランジ50aを有している。ボールねじナット50の内周面には、ボール(図示せず)が転動するボール転走溝50cが形成され、外周面には、平面部50bが形成されている。この平面部50bには、ボール転走溝50cの一端と他端を連結するリターンパイプ等の部材が結合される。ボール転走溝50cは、転造によりボールの半径よりも僅かに大きい曲率半径の2つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ形状に形成されている。   A ball screw nut as shown in FIG. 9 is known as a solution to these problems. The ball screw nut 50 has a substantially cylindrical shape, and has a flange 50a at one end thereof for coupling to a conveying machine or the like. A ball rolling groove 50c on which a ball (not shown) rolls is formed on the inner peripheral surface of the ball screw nut 50, and a flat surface portion 50b is formed on the outer peripheral surface. A member such as a return pipe that connects one end and the other end of the ball rolling groove 50c is coupled to the flat surface portion 50b. The ball rolling groove 50c is formed in a Gothic arch shape by combining two arcs having a radius of curvature slightly larger than the radius of the ball by rolling.

また、このボールねじナット50は、図10に示すような工程で製造される。まず、円筒状の素材51の外周を、バイト52を用いて切削加工し、素材51にフランジ51aを形成し(S1)、ドリル53を用いて素材51に下孔51bを形成する(S2)。次に、中ぐりバイト54を用いて、下孔51bを正規の寸法にくり広げた(S3)後に、素材51を100〜200rpmで低速回転させ、転造タップ55を下穴51bに挿入し、素材51の内周面にボール転走溝51cを転造する(S4)。こうしてボール転走溝51cの表面はバニシ仕上げされる。次に、エンドミル56を用いて、素材51にボールを循環させるためのリターン部51dを溝加工する。そして、バイト52を用いて、素材51の外径を切削加工し、外径を仕上げる(S5)。最後に、素材51のボール転走溝51cに再び転造タップ55を通し、ボール転走溝51cのバリを取る。 The ball screw nut 50 is manufactured by a process as shown in FIG. First, the outer periphery of the cylindrical material 51 is cut using a cutting tool 52, a flange 51a is formed on the material 51 (S1), and a pilot hole 51b is formed on the material 51 using a drill 53 (S2). Next, using the boring tool 54, the lower hole 51b is spread to a normal size (S3), and then the raw material 51 is rotated at a low speed of 100 to 200 rpm, and the rolling tap 55 is inserted into the lower hole 51b. The ball rolling groove 51c is rolled on the inner peripheral surface of 51 (S4). In this way, the surface of the ball rolling groove 51c is burnished. Next, the end mill 56 is used to groove the return portion 51 d for circulating the ball through the material 51. Then, the outer diameter of the material 51 is cut using the cutting tool 52 to finish the outer diameter (S5). Finally, the rolling tap 55 is again passed through the ball rolling groove 51c of the material 51, and the ball rolling groove 51c is deburred.

このように、転造工程(S4)で素材51の内周面にボール転走溝51cを形成するので、従来のような砥石を用いてボール転走溝を研削する研削工程が必要なくなり、また、小径のボールねじナットであっても容易にボール転走溝を加工することができる。このため、ボール転走溝51cの加工コストを低減することができ、加工工数を少なくすることができるので、リードタイムを短くすることができる。
特開2000−88072号公報
Thus, since the ball rolling groove 51c is formed on the inner peripheral surface of the material 51 in the rolling process (S4), a grinding process for grinding the ball rolling groove using a conventional grindstone is not necessary, Even with a small-diameter ball screw nut, the ball rolling groove can be easily processed. For this reason, since the processing cost of the ball rolling groove 51c can be reduced and the number of processing steps can be reduced, the lead time can be shortened.
JP 2000-88072 A

最近、精密な位置決めと滑らかな作動性、静寂性が求められる工作機械や半導体製造装置の分野だけでなく、従来、さほど位置決め精度等を必要としない搬送機械やプレス機等の推力を発生させるための用途においても高速化が進み、騒音・振動等を規制する傾向がある。こうした従来のボールねじナット50では、ねじ軸の転造加工と異なり、内径面のボール転走溝50cに対する冷間塑性加工は加工上の問題がある。すなわち、中空のナット本体の軸方向の塑性流動がほとんど期待できないため、内径に挿入する転造タップ55に大きな応力が発生し、転造タップ55が割損することが多い。   Recently, not only in the field of machine tools and semiconductor manufacturing equipment that require precise positioning, smooth operation, and quietness, but also to generate thrust for transfer machines and press machines that do not require much positioning accuracy. There is also a tendency to control noise and vibration, etc., with higher speeds in applications. In such a conventional ball screw nut 50, unlike the rolling process of the screw shaft, the cold plastic working for the ball rolling groove 50c on the inner diameter surface has a processing problem. That is, since the plastic flow in the axial direction of the hollow nut body can hardly be expected, a large stress is generated in the rolling tap 55 inserted into the inner diameter, and the rolling tap 55 is often damaged.

また、この割損対策として、塑性変形代を小さく設定しようとした場合、粗ねじの精度が充分でないと、ボール転走溝の面精度向上が期待できないばかりか、加工残りを呈して安定した品質維持の面で問題が残る。さらに、SCM鋼(JIS)等で浸炭焼入れ・焼戻しを施した場合、表層には粒界酸化層が発生し、ボール転走溝50cの表面は脆くなり、表面硬さが不足することで摩耗を進展させる恐れがあった。それに、熱処理前の加工面(ムシレ面やビビリ面)に入り込んだ不純物が、焼入れ性を悪化させ、さらに粒界酸化層を増大させる要因となっていた。 In addition, as a measure against this breakage, when trying to set a small plastic deformation allowance, if the accuracy of the rough screw is not sufficient, not only the surface accuracy of the ball rolling groove can be expected, but also a stable quality due to residual machining. Problems remain in terms of maintenance. Furthermore, when carburizing and tempering is performed with SCM steel (JIS) or the like, a grain boundary oxidation layer is generated on the surface layer, the surface of the ball rolling groove 50c becomes brittle, and wear due to insufficient surface hardness. There was a fear of progress. In addition, impurities that have entered the processed surface (mussel surface or chatter surface) before the heat treatment have deteriorated the hardenability and further increased the grain boundary oxide layer.

本発明は、こうした従来の問題を解決し、耐久性に優れ、低コストで比較的精度の高いボール転走溝を有するボールねじナットおよびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such conventional problems, and to provide a ball screw nut having a ball rolling groove that is excellent in durability, low in cost, and relatively high in accuracy, and a method for manufacturing the same.

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝にショットピーニング処理による硬化層が形成されている構成を採用した。   In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 of the present invention is a ball screw nut in which a ball rolling groove on which a ball rolls is formed on an inner surface, and shot peening treatment is performed on the ball rolling groove. The structure in which the hardened layer by was formed was adopted.

このように、ボール転走溝にショットピーニング処理による硬化層が形成されているので、表面粗さの改善と共に、表面の圧縮残留応力を高めることができ、耐久性に優れ、低コストで比較的精度の高いボール転走溝を有するボールねじナットを提供することができる。   In this way, a hardened layer formed by shot peening treatment is formed in the ball rolling groove, so that the surface roughness can be improved and the compressive residual stress of the surface can be increased, and the durability is excellent and the cost is relatively low. A ball screw nut having a highly accurate ball rolling groove can be provided.

また、請求項2に記載の発明は、前記ボール転走溝の表面粗さがRa1.0μm以下に規制されているので、高速回転においても騒音・振動等の発生を抑制することができる。   In the invention according to claim 2, since the surface roughness of the ball rolling groove is regulated to Ra 1.0 μm or less, it is possible to suppress the generation of noise, vibration and the like even at high speed rotation.

また、請求項3に記載の発明は、前記ボール転走溝の表面硬さがHv700〜900の範囲に設定されているので、充分な耐摩耗性と耐久性を有している。   Moreover, since the surface hardness of the said ball rolling groove is set to the range of Hv700-900, invention of Claim 3 has sufficient abrasion resistance and durability.

また、請求項4に記載の発明は、前記ボール転走溝の表面に−500〜−1500MPaの範囲で圧縮残留応力が形成されているので、さらに耐久性を向上させることができる。   Moreover, since the compression residual stress is formed in the range of -500--1500MPa on the surface of the said ball rolling groove, invention of Claim 4 can improve durability further.

また、本発明のうち請求項5に記載の方法発明は、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットの製造方法において、熱処理前または熱処理後、あるいは熱処理前後にショットピーニング処理が施されているので、低コストで比較的精度の高いボール転走溝を有すると共に、使用条件に合った耐久性を有する仕様のボールねじを適宜提供することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a ball screw nut in which a ball rolling groove on which a ball rolls is formed on an inner diameter surface, before or after heat treatment, or before and after heat treatment. Since the shot peening process is performed, a ball screw having a specification having a ball rolling groove with relatively high accuracy at low cost and having durability suitable for the use conditions can be provided as appropriate.

また、請求項6に記載の発明は、素材の中心に所定の内径面をドリル加工で開ける工程と、前記内径面にタッピング工具を挿入し、ボール転走溝を切削加工する工程とを備えているので、ボール転走溝を一回の通し加工で効率良く切削加工でき、低コストで精度の高い溝加工ができる。   The invention described in claim 6 includes a step of drilling a predetermined inner diameter surface at the center of the material by drilling, and a step of inserting a tapping tool into the inner diameter surface and cutting the ball rolling groove. As a result, the ball rolling groove can be cut efficiently with a single pass, and high-precision grooving can be performed at low cost.

また、請求項7に記載の発明は、前記熱処理前に、粒径が40〜60μmからなる炭化珪素ビーズによるショットピーニング処理が施されているので、ボール転走溝の表面粗さと共にムシレやビビリ等が改善され、表面硬さおよび表面の圧縮残留応力を高めることができる。   In addition, since the invention according to claim 7 is subjected to shot peening treatment with silicon carbide beads having a particle diameter of 40 to 60 μm before the heat treatment, the surface roughness of the ball rolling groove and the mushy or chattering. Etc., and the surface hardness and the compressive residual stress of the surface can be increased.

また、請求項8に記載の発明は、前記熱処理後に、粒径が40〜60μmからなるスチールビーズによるショットピーニング処理が施されているので、充分な耐摩耗性と耐久性を有するボールねじナットを提供することができる。   In addition, since the invention according to claim 8 is subjected to shot peening treatment with steel beads having a particle size of 40 to 60 μm after the heat treatment, a ball screw nut having sufficient wear resistance and durability is provided. Can be provided.

本発明に係るボールねじナットは、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝にショットピーニング処理による硬化層が形成されているので、表面粗さの改善と共に、表面の圧縮残留応力を高めることができ、耐久性に優れ、低コストで比較的精度の高いボール転走溝を有するボールねじナットを提供することができる。 The ball screw nut according to the present invention is a ball screw nut in which a ball rolling groove on which a ball rolls is formed on an inner diameter surface, and since a hardened layer is formed by shot peening treatment on the ball rolling groove, It is possible to provide a ball screw nut having a ball rolling groove that can improve the roughness and increase the compressive residual stress on the surface, has excellent durability, and is relatively low in cost and relatively high in accuracy.

また、本発明に係るボールねじナットの製造方法は、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットの製造方法において、熱処理前または熱処理後、あるいは熱処理前後にショットピーニング処理を施したので、低コストで比較的精度の高いボール転走溝を有すると共に、使用条件に合った耐久性を有する仕様のボールねじを適宜提供することができる。   The ball screw nut manufacturing method according to the present invention is a ball screw nut manufacturing method in which a ball rolling groove on which a ball rolls is formed on an inner diameter surface, and shot peening before or after heat treatment or before and after heat treatment. Since the treatment is performed, it is possible to appropriately provide a ball screw having a specification that has a ball rolling groove with relatively high accuracy at low cost and has durability that matches the use conditions.

ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットの製造方法において、素材の中心に所定の内径面をドリル加工で開ける工程と、前記素材の外径面および内径面をバイトで仕上げ加工する工程と、前記内径面にタッピング工具を挿入し、ボール転走溝を切削加工する工程と、前記ボール転走溝に浸炭焼入れする熱処理工程と、この熱処理後にショットピーニング処理を行う工程とを備えている。   In a ball screw nut manufacturing method in which a ball rolling groove for rolling a ball is formed on an inner diameter surface, a step of drilling a predetermined inner diameter surface at the center of the material by drilling, and an outer diameter surface and an inner diameter surface of the material A step of finishing with a cutting tool, a step of inserting a tapping tool into the inner surface and cutting the ball rolling groove, a heat treatment step of carburizing and quenching the ball rolling groove, and a shot peening treatment after the heat treatment Process.

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るボールねじナットの一実施形態を示す縦断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a ball screw nut according to the present invention.

このボールねじナット1はSCM430等の肌焼き鋼からなり、ボールねじ軸3に外嵌され、このボールねじ軸3の外径面3aに形成された螺旋状のボール転走溝4に対応して内径面1aに螺旋状のボール転走溝2が、後述するタッピング工具9による切削加工により形成されている。これらボール転走溝2、4によりボール転動路が構成され、ボールねじナット1のボール転走溝2を連結する連結溝5が形成された駒部材6によって多数のボール7が無限循環することができる。なお、ボール循環方式は駒式に限らず、リターンチューブ式やエンドキャップ式であっても良い。   The ball screw nut 1 is made of case-hardened steel such as SCM430, and is externally fitted to the ball screw shaft 3, corresponding to the spiral ball rolling groove 4 formed on the outer diameter surface 3a of the ball screw shaft 3. A spiral ball rolling groove 2 is formed on the inner diameter surface 1a by cutting with a tapping tool 9 described later. A ball rolling path is constituted by these ball rolling grooves 2 and 4, and a large number of balls 7 are infinitely circulated by a piece member 6 in which a connecting groove 5 that connects the ball rolling grooves 2 of the ball screw nut 1 is formed. Can do. The ball circulation method is not limited to the piece type, and may be a return tube type or an end cap type.

図2に、本発明の一実施形態におけるボールねじナット1の製造工程を示す。最初に、円柱状の素材の中心に所定の内径面をドリル等で形成する(P1)。素材の外径面および内径面を切削バイトで仕上げ加工する(P2)。次に、図3に示すように、ターニングセンタ8のチャック8aおよびテールストック(図示せず)にそれぞれボールねじナット1、タッピング工具9を装着し、その後、ボールねじナット1の内径面1aにタッピング工具9を挿入し、それぞれの位相をNC制御しながら切削加工する(P3)。これにより、ボール転走溝2を一回の通し加工で効率良く切削加工でき、低コストで精度の高い溝加工ができる。   In FIG. 2, the manufacturing process of the ball screw nut 1 in one Embodiment of this invention is shown. First, a predetermined inner diameter surface is formed with a drill or the like at the center of a cylindrical material (P1). The outer diameter surface and inner diameter surface of the material are finished with a cutting tool (P2). Next, as shown in FIG. 3, the ball screw nut 1 and the tapping tool 9 are mounted on the chuck 8 a and the tail stock (not shown) of the turning center 8, respectively, and then the inner surface 1 a of the ball screw nut 1 is tapped. The tool 9 is inserted and cutting is performed while NC controlling the respective phases (P3). As a result, the ball rolling groove 2 can be efficiently cut by one pass, and high-precision grooving can be performed at low cost.

タッピング工具9は、図4に示すように、先端部にボールねじナット1の内径面1aをガイドとして芯出しが可能なように円筒部9aが形成されている。この円筒部9aから後方に漸次大径に形成された切れ歯部9bが形成され、シャンク部9cを介して後端部にはテールストックに装着される矩形状のチャック部9dが形成されている。このタッピング工具9の切れ歯部9bの回転に伴い、ボールねじナット1の内径面1aにボール転走溝2が切削加工により形成される。なお、タッピング工具9における切れ歯部9bの外周形状を、ボール転走溝2の、例えば、ゴシックアーチ形状に予め成形することにより、一回の通し加工で効率良く切削加工でき、低コストで精度の高い溝加工ができる。 As shown in FIG. 4, the tapping tool 9 is formed with a cylindrical portion 9a at the tip so that centering is possible using the inner diameter surface 1a of the ball screw nut 1 as a guide. A cutting edge portion 9b having a gradually larger diameter is formed rearward from the cylindrical portion 9a, and a rectangular chuck portion 9d to be attached to the tailstock is formed at the rear end portion via the shank portion 9c. . As the cutting teeth 9b of the tapping tool 9 rotate, the ball rolling groove 2 is formed on the inner diameter surface 1a of the ball screw nut 1 by cutting. In addition, the outer peripheral shape of the cutting edge portion 9b of the tapping tool 9 can be efficiently cut in one pass by forming the ball rolling groove 2 into, for example, a Gothic arch shape in advance. High groove processing is possible.

こうしたタッピング工具9による切削加工後、ボールねじナット1は、浸炭焼入れ・焼戻しにより表面に54〜64HRCの範囲で硬化層が形成される(P4)。なお、熱処理による表面の硬化処理はこれに限らず、調質処理や高周波焼入れ、あるいは、素材にSUJ2等の高炭素クロム鋼を使用してズブ焼入れしても良い。 After cutting with such a tapping tool 9, a hardened layer is formed on the surface of the ball screw nut 1 in a range of 54 to 64 HRC by carburizing and tempering (P4). The surface hardening treatment by heat treatment is not limited to this, and tempering treatment or induction hardening may be used, or high-carbon chromium steel such as SUJ2 may be used as the material.

そして、熱処理後、ボール転走溝2にショットピーニング処理を施す(P5)。本実施形態では、比重と共に高硬度なスチールビーズを使用し、粒径40〜60μm、ショット圧0.4MPa、処理時間は60sec.で行った。これにより、熱処理によるスケールを削除でき、表面粗さの改善と共に、表面硬さおよび表面の圧縮残留応力を高めることができる。なお、スチールビーズ以外にもセラミックビーズやガラスビーズで処理を行っても良い。 Then, after the heat treatment, the ball rolling groove 2 is subjected to shot peening treatment (P5). In the present embodiment, steel beads having high hardness with specific gravity are used, the particle size is 40 to 60 μm, the shot pressure is 0.4 MPa, and the treatment time is 60 sec. I went there. Thereby, the scale by heat processing can be deleted, surface hardness can be improved, and surface hardness and surface compressive residual stress can be increased. In addition to the steel beads, the treatment may be performed with ceramic beads or glass beads.

ショット後の面粗さは、平均で処理前のRa1.05μmに対し、Ra0.89μmと改善され、高速回転においても騒音・振動等の発生を抑制することができる。また、表面硬さは、図5に示すように、処理無し品は、表面から25μmの範囲で硬さの低下があり、表面に粒界酸化層が認められる。一方、処理品は表面硬さが増大して改善されていることが判る。なお、表面硬さは、ボール転走溝2のボール7が接触する付近で、表面から0.3mmの深さまで測定を行った。 The surface roughness after shot is improved to Ra 0.89 μm on average compared to Ra 1.05 μm before processing, and generation of noise, vibration, etc. can be suppressed even at high speed rotation. Further, as shown in FIG. 5, the surface hardness of the untreated product has a decrease in hardness in the range of 25 μm from the surface, and a grain boundary oxide layer is observed on the surface. On the other hand, it can be seen that the treated product is improved by increasing the surface hardness. The surface hardness was measured from the surface to a depth of 0.3 mm in the vicinity of the ball 7 in the ball rolling groove 2 contacting.

次に、本実施形態のボールねじナット1を組み込んだボールねじの寿命試験結果を図6に示す。ここで、供試品の諸元は、軸径;φ14、リード;4mm、ボール径;φ2.381、循環数;1巻4列、循環方式は駒式である。また、試験条件は、荷重負荷方法;ばね予圧ダブルナットによる定圧予圧、潤滑;油VG68、回転数;2000rpm、ストローク;60mm、負荷荷重;2400Nである。 Next, the life test result of the ball screw incorporating the ball screw nut 1 of the present embodiment is shown in FIG. Here, the specifications of the specimen are: shaft diameter: φ14, lead: 4 mm, ball diameter: φ2.381, circulation number: 1 turn, 4 rows, circulation method is piece type. Moreover, the test conditions are a load application method; constant pressure preload by a spring preload double nut, lubrication; oil VG68, rotation speed: 2000 rpm, stroke: 60 mm, load load: 2400 N.

図6の表記は、ボールねじナットにスラスト荷重を負荷し、剥離が発生するまでの総回転数と計算上の総回転数(L10寿命)との比をグラフにしたものである。このグラフからも判るように、ショットピーニング未処理品(比較例1〜3)に対し、寿命比は2〜3倍の寿命を示しており、ショットピーニング処理品は充分な耐久性を有していることが判る。   The notation in FIG. 6 is a graph showing the ratio between the total number of revolutions until a thrust load is applied to the ball screw nut and peeling occurs and the calculated total number of revolutions (L10 life). As can be seen from this graph, the life ratio is 2 to 3 times that of the unprocessed shot peened product (Comparative Examples 1 to 3), and the shot peened product has sufficient durability. I know that.

また、ショットピーニング処理により表面硬さは、Hv700〜900の範囲に設定するのが好ましい。Hv700未満では寿命の向上が期待できず、Hv900を超えると反って靭性の低下が懸念されるためである。さらに、表面の圧縮残留応力は、−500〜−1500MPaの範囲が好ましい。−500MPa未満では充分な寿命向上が得られず、また、−1500MPaを超えると処理時間に比例した応力増大が見込めず、反って処理時間が長くなってコスト高騰を招くためである。 The surface hardness is preferably set in the range of Hv 700 to 900 by shot peening. If it is less than Hv700, the improvement of the life cannot be expected, and if it exceeds Hv900, there is a concern that the toughness is lowered. Furthermore, the surface compressive residual stress is preferably in the range of -500 to -1500 MPa. If it is less than −500 MPa, a sufficient improvement in the life cannot be obtained, and if it exceeds −1500 MPa, an increase in stress proportional to the treatment time cannot be expected, and the treatment time becomes longer and the cost increases.

図7に、本発明の他の実施形態におけるボールねじナット1の製造工程を示す。本実施形態は素材のドリル加工(P1)からタッピング工具9によるボール転走溝2の切削加工(P3)までは前述した実施形態と同様であるが、ボール転走溝2の切削加工の後、すなわち、熱処理前に、ボール転走溝2にショットピーニング処理を施している(P5)。本実施形態では、炭化珪素製ビーズを使用し、粒径40〜60μm、ショット圧0.4MPa、処理時間は20sec.で行った。これは、被加工物が生材で、スチールビーズでは被加工物の塑性変形が大きくなって溝形状が崩れる恐れがあり、塑性変形が生じ難く、極表面(表面から2〜3μm)の組織の微細化や、ショットによる表面の不純物を除去するのには炭化珪素製ビーズが適しているからである。これにより、ボール転走溝2の表面粗さと共にムシレやビビリ等が改善され、表面硬さおよび表面の圧縮残留応力を高めることができる。   In FIG. 7, the manufacturing process of the ball screw nut 1 in other embodiment of this invention is shown. The present embodiment is the same as the above-described embodiment from the drilling (P1) of the material to the cutting (P3) of the ball rolling groove 2 by the tapping tool 9, but after the cutting of the ball rolling groove 2, That is, the shot peening process is performed on the ball rolling groove 2 before the heat treatment (P5). In the present embodiment, silicon carbide beads are used, the particle size is 40 to 60 μm, the shot pressure is 0.4 MPa, and the treatment time is 20 sec. I went there. This is because the workpiece is a raw material, and with steel beads, the plastic deformation of the workpiece may increase and the groove shape may collapse, and plastic deformation is unlikely to occur, and the structure of the extreme surface (2 to 3 μm from the surface) This is because silicon carbide beads are suitable for miniaturization and removal of surface impurities caused by shots. Thereby, a whistle, chatter, etc. are improved with the surface roughness of the ball rolling groove 2, and surface hardness and surface compressive residual stress can be raised.

次に、本実施形態のボールねじナット1を組み込んだボールねじの寿命試験結果を図8に示す。ここで、供試品の諸元および試験条件は、前述した実施形態と同様である。このグラフからも判るように、ショットピーニング未処理品(比較例1〜3)に対し、寿命比は1.5〜2倍の寿命を示しており、ショットピーニング処理品は充分な耐久性を有していることが判る。   Next, the life test result of the ball screw incorporating the ball screw nut 1 of this embodiment is shown in FIG. Here, the specifications of the specimen and the test conditions are the same as in the above-described embodiment. As can be seen from this graph, the life ratio is 1.5 to 2 times that of the unprocessed shot peened product (Comparative Examples 1 to 3), and the shot peened product has sufficient durability. You can see that

本実施形態では当然のことながら、切削加工後、熱処理前にショットピーニング処理を施すため、熱処理による粒界酸化層の除去はできないものの、表面硬さおよび表面の圧縮残留応力の形成と共に、表面粗さの改善、とりわけ、数値的な改善よりも突起状の切削表面を円滑化することによるボール転走溝2とボール7との接触状態の改善がこの寿命向上に寄与しているものと考えられる。無論、使用条件の厳しいボールねじには、熱処理前後にショットピーニング処理を施し、耐摩耗性や耐久性の向上を図ることもできる。   In this embodiment, as a matter of course, since the shot peening process is performed after the cutting process and before the heat treatment, the grain boundary oxide layer cannot be removed by the heat treatment, but the surface roughness and the surface compressive residual stress are formed together with the formation of the surface hardness. It is considered that the improvement in the contact state between the ball rolling groove 2 and the ball 7 by smoothing the projection-like cutting surface rather than the numerical improvement contributes to the improvement of the life. . Of course, ball screws with severe use conditions can be shot peened before and after heat treatment to improve wear resistance and durability.

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and is merely an example, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, the scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further, the equivalent meanings described in the scope of claims and all modifications within the scope of the scope of the present invention are included. Including.

本発明に係るボールねじナットは、特に自動車等の車両に用いられる自動マニュアルトランスミッション、電動ブレーキ、電動パワーステアリング、エンジン動弁系制御アクチュエータに適用でき、また、電動ショックアブソーバやCVTプーリの幅制御用のアクチュエータにも適用することができる。   The ball screw nut according to the present invention can be applied to an automatic manual transmission, an electric brake, an electric power steering, an engine valve operating control actuator used for a vehicle such as an automobile, and also for width control of an electric shock absorber or a CVT pulley. It can also be applied to other actuators.

本発明に係るボールねじナットの一実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing one embodiment of a ball screw nut concerning the present invention. 本発明に係るボールねじナットの一製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one manufacturing process of the ball screw nut which concerns on this invention. 本発明に係るボールねじナットの製造方法を実施するためのターニングセンタを示す概略図である。It is the schematic which shows the turning center for enforcing the manufacturing method of the ball screw nut which concerns on this invention. 本発明に係るボールねじナットの加工に用いるタッピング工具を示す平面図である。It is a top view which shows the tapping tool used for the process of the ball screw nut which concerns on this invention. 本発明に係るボールねじナットにおけるボール転走溝の表面硬さを示したデータである。It is the data which showed the surface hardness of the ball rolling groove in the ball screw nut concerning the present invention. 本発明に係るボールねじナットを組み込んだボールねじの寿命試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the lifetime test result of the ball screw incorporating the ball screw nut which concerns on this invention. 本発明に係るボールねじナットの他の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other manufacturing process of the ball screw nut which concerns on this invention. 本発明に係るボールねじナットを組み込んだボールねじの寿命試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the lifetime test result of the ball screw incorporating the ball screw nut which concerns on this invention. 従来のボールねじナットを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional ball screw nut. 従来のボールねじナットの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the conventional ball screw nut.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・・・・・・・・ボールねじナット
1a・・・・・・・・・・内径面
2、4・・・・・・・・・ボール転走溝
3・・・・・・・・・・・ボールねじ軸
3a・・・・・・・・・・外径面
5・・・・・・・・・・・連結溝
6・・・・・・・・・・・駒部材
7・・・・・・・・・・・ボール
8・・・・・・・・・・・ターニングセンタ
8a・・・・・・・・・・チャック
9・・・・・・・・・・・タッピング工具
9a・・・・・・・・・・円筒部
9b・・・・・・・・・・切れ歯部
9c・・・・・・・・・・シャンク部
9d・・・・・・・・・・チャック部
50・・・・・・・・・・ボールねじナット
50a、51a・・・・・フランジ
50b・・・・・・・・・平面部
50c、51c・・・・・ボール転走溝
51・・・・・・・・・・素材
51b・・・・・・・・・下穴
51d・・・・・・・・・リターン部
52・・・・・・・・・・バイト
53・・・・・・・・・・ドリル
54・・・・・・・・・・中ぐりバイト
55・・・・・・・・・・転造タップ
56・・・・・・・・・・エンドミル
1 ··············· Ball screw nut 1a ······· Inner diameter surface 2, 4 ······················· Ball rolling groove 3 ······· Ball screw shaft 3a ··· Outer diameter surface 5 ······· Connection groove 6 ······· Member 7 ... Ball 8 ... Turning Center 8a ... Chuck 9 ...・ ・ Tapping tool 9a ・ ・ ・ ・ ・ ・ Cylindrical part 9b ・ ・ ・ ・ ・ ・ Cutting tooth part 9c ・ ・ ・ ・ ・ ・ Shank part 9d ... Chuck part 50 ... Ball screw nuts 50a, 51a ... Flange 50b ... Plane parts 50c, 51c ... Ball rolling groove 51 51b ·························· 51d ·············································································· ···················································································· End mill

Claims (8)

ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝にショットピーニング処理による硬化層が形成されていることを特徴とするボールねじナット。   A ball screw nut in which a ball rolling groove on which a ball rolls is formed on an inner diameter surface, and a hardened layer formed by shot peening is formed on the ball rolling groove. 前記ボール転走溝の表面粗さがRa1.0μm以下に規制されている請求項1に記載のボールねじナット。   The ball screw nut according to claim 1, wherein the surface roughness of the ball rolling groove is regulated to Ra 1.0 μm or less. 前記ボール転走溝の表面硬さがHv700〜900の範囲に設定されている請求項1または2に記載のボールねじナット。   The ball screw nut according to claim 1 or 2, wherein the surface hardness of the ball rolling groove is set in a range of Hv 700 to 900. 前記ボール転走溝の表面に−500〜−1500MPaの範囲で圧縮残留応力が形成されている請求項1乃至3いずれかに記載のボールねじナット。   The ball screw nut according to any one of claims 1 to 3, wherein a compressive residual stress is formed in a range of -500 to -1500 MPa on a surface of the ball rolling groove. ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットの製造方法において、熱処理前または熱処理後、あるいは熱処理前後にショットピーニング処理が施されていることを特徴とするボールねじナットの製造方法。   In a ball screw nut manufacturing method in which a ball rolling groove on which a ball rolls is formed on an inner diameter surface, a shot screw peening treatment is performed before or after heat treatment or before and after heat treatment. Manufacturing method. 素材の中心に所定の内径面をドリル加工で開ける工程と、前記内径面にタッピング工具を挿入し、ボール転走溝を切削加工する工程とを備えている請求項5に記載のボールねじナットの製造方法。   The ball screw nut according to claim 5, comprising a step of drilling a predetermined inner diameter surface in the center of the material, and a step of cutting a ball rolling groove by inserting a tapping tool into the inner diameter surface. Production method. 前記熱処理前に、粒径が40〜60μmからなる炭化珪素ビーズによるショットピーニング処理が施されている請求項5または6に記載のボールねじナットの製造方法。   The method for producing a ball screw nut according to claim 5 or 6, wherein a shot peening treatment using silicon carbide beads having a particle diameter of 40 to 60 µm is performed before the heat treatment. 前記熱処理後に、粒径が40〜60μmからなるスチールビーズによるショットピーニング処理が施されている請求項5乃至7いずれかに記載のボールねじナットの製造方法。   The method of manufacturing a ball screw nut according to any one of claims 5 to 7, wherein a shot peening process using steel beads having a particle size of 40 to 60 µm is performed after the heat treatment.
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