(57)【要約】      （修正有）【課題】熱処理後に行われる切削や研削などの後加工時の寸法変化や曲がりの発生が低減されたボールねじ装置を提供する。【解決手段】ねじ軸１と、該ねじ軸１の外周に設けられたナット２と、ねじ軸１の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝３とナット２の内周面２ｃに形成された螺旋状のボール転動溝４との間に設けられた複数のボール５とを具備してなり、ねじ軸１のボール転動溝３は、底部に逃げ溝が形成されておらず、かつ、底部を除くボール転動溝３の側部には、高周波焼入れによって硬化層が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、該ねじ軸の外周に設けられたナットと、前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に設けられた複数のボールとを具備してなるボールねじ装置において、
前記ねじ軸のボール転動溝は、底部に逃げ溝が形成されておらず、かつ、前記底部を除く前記ねじ軸のボール転動溝には、高周波焼入れによって硬化層が形成されたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記ねじ軸のボール転動溝に一端が接触する接触シールが、前記ナットの少なくとも一方の端部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記接触シールが、弾性を有するリップシールであることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記接触シールが、薄板状の打ち抜きシールであることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する機械要素として電動射出成形機やプレス機械などで用いられるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を直線運動に変換する機械要素として用いられるボールねじ装置は、一般に、ねじ軸と、このねじ軸の外周に設けられた円筒状のナットとを有しており、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝とナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に複数のボールが組み込まれている。
このようなボールねじ装置では、ねじ軸のボール転動溝、及びナットのボール転動溝に、ねじ切り加工（鍛造又は切削加工）後に浸炭手法による焼入れが行われ、ねじ軸の全表面に所定の厚さの硬化層が形成されていることが多い。
【０００３】
また、従来のボールねじ装置では、ねじ軸をねじ切り加工した後に、ねじ軸のボール転動溝の底部に逃げ溝を形成して応力を回避している。
このようなボールねじ装置においては、ねじ軸の全表面に所定の厚さの硬化層が形成されるため、ねじ軸の変形は避けられず、リード精度を高くできないという問題があった。
そのような問題を解決するため、ねじ溝の底部の所定領域を挟んだ両側面に個別に硬化層が形成されたボールねじ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この構成によれば、前記所定領域を含む前記硬化層が形成されない領域において焼入れによる組成の収縮を受けない。従って、ピッチ精度、リード精度は殆ど影響を受けず、荒い加工時、研削加工時の精度を維持し、最小の研削代で済み、研削リード誤差も小さくなるという効果を奏する。
【特許文献１】特開２００２−１３０４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、リード精度を高くする方法として、レーザによる焼入れを用いているが、曲率を有するボール転動溝、特に、中心部をオフセットさせたゴシックアーク溝では、レーザとボール転動溝の肩部の干渉を避けるため、レーザ銃の先端の細かい角度調整が必要であり、装置も複雑となってしまう問題があった。
【０００６】
また、レーザによる焼入れは、スイートスポットが小さい場合、二重焼入れとなってしまい、硬化層が所望の硬さで得られないことがある。
さらに、切削や研削などの機械加工によって軸外径、ボール転動溝、軸端部を形成するボールねじのねじ軸は、その機械加工によって相応の曲がりが発生する。この曲がりをプレス加工などによって直して、次の機械加工に移行するが、この曲がり直しの際、棒材芯部（例えば、硬さＨＲｃ２０前後の領域）が塑性変形と弾性変形を起こしており、硬化層（例えば、硬さＨＲｃ６０前後の領域）の弾性変形と内部応力バランスが保たれる形状となっている。
【０００７】
ボールねじ軸の形態から、硬化層に発生する内部応力はボール転動溝の底部に集中しやすく、曲がり直しの後、内部応力がたまっている前記底部を加工することはできる限り避けることが通例となっている。
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、熱処理後に行われる切削や研削などの後加工時の寸法変化や曲がりの発生が低減されたボールねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る発明は、ねじ軸と、該ねじ軸の外周に設けられたナットと、前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に設けられた複数のボールとを具備してなるボールねじ装置において、
前記ねじ軸のボール転動溝は、底部に逃げ溝が形成されておらず、かつ、前記底部を除く前記ねじ軸のボール転動溝には、高周波焼入れによって硬化層が形成されたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のボールねじ装置において、前記ねじ軸のボール転動溝に一端が接触する接触シールが、前記ナットの少なくとも一方の端部に設けられたことを特徴としている。
本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載のボールねじ装置において、前記接触シールが、弾性を有するリップシールであることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項２に記載のボールねじ装置において、前記接触シールが、薄板状の打ち抜きシールであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１のボールねじ装置によれば、ねじ軸のボール転動溝の底部に焼入れを施さないことによって、熱処理後の切削、研削、曲がり直しなど工程で発生した応力を内部にためにくくなる。これは、結果として、後工程での切削、研削などの機械加工中に発生するボールねじ軸の歪み、曲がり、伸縮などの変形量を小さくする効果をもたらす。また、歪み、曲がり、伸縮による加工狙い値の補正回数を低減できるなど、製造上の問題を解決することができる。また、ボール転動溝に沿った形状のコイルによる高周波焼入れを採用することにより、一度に必要部分の焼入れが可能であり、装置の構成を簡単にすることができる。
【００１２】
請求項２〜４のボールねじ装置によれば、接触シールが逃げ溝のエッジによって傷められることなく、より高いシール性能が得られる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るボールねじ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の軸方向断面図、図２は、図１中のＡ部拡大断面図、図３は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置におけるボール転動溝の底部を示す図、図４は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置においてボール転動溝に硬化層を加工する形態を示す説明図、図５は図１のII−II断面を示す図、図６は図５のIII−III断面を示す図、図７は図１のIV−IV断面を示す図、図８は図６のV−V断面を示す図、図９は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の作用効果を説明するための図である。
【００１４】
図１に示すように、第１の実施形態に係るボールねじ装置は、ねじ軸１、ナット２、及び複数のボール５を備えている。
ねじ軸１は螺旋状のボール転動溝３を外周面に有しており、ねじ軸１の外周に設けられたナット２の内周面には、螺旋状のボール転動溝４がボール転動溝３と同じリードで形成されている。 ボール転動溝３，４は互いに対向しており、これらボール転動溝３，４の間に設けられた複数のボール５はねじ軸１がナット２に対して相対回転することによってボール転動溝３，４の間を転動するようになっている。そして、ボール転動溝３，４の間を転動したボール５は例えばナット２に組み付けられたボールリターンチューブ（図示せず）内を通過
して元の位置に戻されるようになっている。
【００１５】
ナット２は潤滑剤供給孔６を軸方向の中央部に有しており、この潤滑剤供給孔６からナット２の内部に潤滑剤が供給されるようになっている。また、ナット２は端面部２ａ，２ｂを有しており、これらの端面部２ａ，２ｂに形成された円形状の凹部７内には、ねじ軸１に接触してねじ軸１とナット２との間の隙間をシールする接触シール８，９が設けられている。接触シール８は、接触シール９よりもナット２の端面側に配置されている。
【００１６】
図２に示すように、ねじ軸１のボール転動溝３には、底部３ａを除いた側部３ｂに硬化層２１がボール転動溝３の形成方向に沿って形成されている。この硬化層２１は、高周波焼入れによってねじ軸１に形成された所定の硬さの硬化層である。また、ボール転動溝３には、特許文献１の図３に示されるような逃げ溝が形成されていない。また、硬化層２１は、ねじ軸１におけるボール転動溝３，３間の外周面１ａにも形成されてよい。硬化層２１は、ＨＲｃ６０程度の硬さとなるように形成されている。
【００１７】
ここで、ボール転動溝３における底部３ａとは、ボールねじ装置の使用時にねじ軸１とボール５とが接触しない部分と規定される。具体的には、図３（ａ）に示すように、ねじ軸１が回転することによりナット２が移動するボールねじ装置、ねじ軸１が移動することによりナット２が回転するボールねじ装置、及びナット２に主荷重が右側に負荷されているボールねじ装置においては、ナット２に対してねじ軸１が右側に動くので、図３（ａ）中の斜線部分に示す領域に設定される。なお、図３（ａ）中の矢印は、主荷重がかかる方向を示す。また、図３（ｂ）に示すように、ねじ軸１が回転することによりナット２が移動するボールねじ装置、ねじ軸１が移動することによりナット２が回転するボールねじ装置、及びナット２に主荷重が左側に負荷されているボールねじ装置においては、ナット２に対してねじ軸１が左側に動くので、図３（ｂ）中の斜線部分に示す領域に設定される。なお、図３（ｂ）中の矢印は、主荷重がかかる方向を示す。また、図３（ｃ）に示すように、オーバーボール予圧のボールねじ装置においては、図３（ｃ）中の斜線部分に示す領域に設定される。すなわち、硬化層２１は、少なくともボール転動溝３の底部３ａの幅ｗを挟むようにボール転動溝３の側部３ｂに形成されればよい。
【００１８】
また、図示はしないが、ナット２のボール転動溝４にも、ボール転動溝３と同様に硬化層２１が形成されることが好ましい。
次に、硬化層２１の形成について説明する。
まず、合金鋼や炭素鋼等の鋼材からなる丸棒に、研削又は転造等の加工を行うことによってボール転動溝３が形成されたねじ軸１が作製される。
【００１９】
次に、図４に示すように、外周面１ａ及びボール転動溝３の側部３ｂに対向するくら形状の高周波コイル１００にねじ軸１を挿入して、高周波コイル１００に高周波電源を用いて所定の時間通電し、ねじ軸１の外周面１ａ及びボール転動溝３の側部３ｂを誘導加熱により加熱して赤熱させた後にオイルまたは水により急冷して焼入れ処理を施す。
これにより、図１に示すように、外周面１ａ及びボール転動溝３の側部３ｂに硬化層２１が形成される。
【００２０】
このようにして、逃げ溝が形成されていないボール転動溝３の底部３ａに硬化層２１が形成されておらず、外周面１ａ及びボール転動溝３の側部３ｂに硬化層２１が形成されたねじ軸１が作製される。
ナット２のボール転動溝４に硬化層を形成する場合も同様である。この場合にはくら形状の高周波コイルをナット２の内周面２ｃ（図１参照）側に挿入して該内周面２ｃとナット２のボール転動溝４を前記と同様に誘導加熱して焼入れ処理を施し、内周面２ｃ及びボール転動溝４の側部に硬化層を形成する。
【００２１】
図５及び図６に示すように、接触シール８は、円環状の金属板を円筒状にプレス成形してなる芯金８ａを有しており、この芯金８ａの内側周縁部には、例えばエラストマーやゴムなどの軟質材からなる弾性シール片８ｂがねじ軸１の表面に接触するように芯金８ａの全周に亘って固着されている。このため、接触シール８は、弾性を有するリップシールの態様をなす。
【００２２】
接触シール９は、接触シール８よりもナット２の内方に配置されている。なお、図７及び図８に示すように、接触シール９は金属板を円盤状にプレス成形してなる芯金９ａを有してもよい。この芯金９ａには、環状の弾性シール片９ｂが芯金９ａと同軸に固着されている。この弾性シール片９ｂは厚さ１ｍｍ程度の樹脂製プレートから形成されており、接触シール８の弾性シール片８ｂよりも軸方向剛性が大きくなっている。
【００２３】
接触シール８の芯金８ａはナット２の端面部２ａ，２ｂに形成された凹部７と嵌合する円筒部８ｃを有しており、この円筒部８ｃには、ナット２に形成された潤滑剤排出孔１０（図１参照）と連通する潤滑剤排出用貫通孔１１（図１参照）が穿設されている。接触シール９の弾性シール片９ｂはナット２の内部に供給された潤滑剤の圧力によってねじ軸１のボール転動溝３から離間する方向に弾性変形する部分の軸方向剛性が接触シール８の弾性シール片８ｂの軸方向剛性より大きくなっている。
【００２４】
接触シール８の弾性シール片８ｂは、接触シール８と接触シール９とを位相を一致させて重ね合わせたときに、その内側周縁部が接触シール９の内側周縁部より内径側に突出している。 なお、ナット２の端面部２ａ，２ｂに形成された凹部７の周面部には複数（四つ）のねじ孔がナット２の周方向に等間隔で穿設されており、これらのねじ孔には、接触シール８，９を凹部７の内部に固定する止め螺子として尖り螺子１２が螺入されている。
【００２５】
このような構成において、ナット２の内部に供給された潤滑剤の圧力によって潤滑剤の漏洩を許容する隙間がねじ軸１と接触シール９との間に発生すると、ねじ軸１と接触シール８との間の隙間からナット２の凹部７内に漏れ出た潤滑剤ｇは、図９に示すように、凹部７内に設けられた接触シール８，９のうち接触シール８によってねじ軸１の表面から除去される。そして、接触シール８によってねじ軸１の表面から除去された潤滑剤ｇは芯金８ａの円筒部８ｃに設けられた潤滑剤排出用貫通孔１１を通り、ナット２に形成された潤滑剤排出孔１０からナット２の外部に排出される。
【００２６】
以上説明したように、ねじ軸のボール転動溝の底部に焼入れを施さないことによって、熱処理後の切削、研削、曲がり直しなどの工程で発生した応力を内部にためにくくし、後工程での切削、研削などの機械加工中に発生するボールねじ軸の歪み、曲がり、伸縮などの変形量を小さくしたボールねじ装置を提供することができる。また、歪み、曲がり、伸縮による加工狙い値の補正回数を低減できるなど、製造上の問題も解決することができる。また、ボール転動溝に沿った形状のコイルによる高周波焼入れを採用することにより、一度に必要部分の焼入れが可能であり、装置の構成を簡単にすることができる。
【００２７】
さらに、ボール転動溝の底部に逃げ溝を設けていないため、ボール転動溝にエッジがなく、ナットに設けられた接触シールを傷めにくいうえ、接触シールとボールねじ溝が密着しやすいので、より高いシール性能が得られるボールねじ装置を提供することができる。
また、本発明の第２の実施形態として、ナット２に設置されるシール部材を、図１０に示すような打ち抜き型のシール部材３１を本発明に係るボールねじ装置に適用してもよい。
【００２８】
具体的には、図１０に示すように、ナット２の端面２ａには、円筒形状のシールキャップ３２が接続されている。シールキャップ３２においてナット２に接続された側と反対側の端面３２ａにはシールキャップ３２の周面に沿ってフランジ部３３が円環状に形成されている。シール部材３１は、内周面３１ａがねじ軸１のボール転動溝３に接触し、外周面３１ｂがフランジ部３３の内周面に嵌合するようにシールキャップ３２の端部３２ａに固定される円盤状の部材である。シール部材３１は、例えばビス３４によってシールキャップ３２の端部３２ａに固定される。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、上述した第１の実施形態では、接触シール９よりもナット２の内方に位置するシールとして接触型のシールを例示したが、例えばねじ軸表面との間に０．３ｍｍ以下の隙間を持つ非接触型のシールを用いてもよい。また、接触シール９の弾性シール片９ｂの材質として樹脂を例示したが、エラストマー、ゴム、金属などであってもよい。また、本発明の構成は、ボールねじ装置に限られず、直線運動装置として、リニアガイド、ボールスプライン、ローラーねじ、遊星ローラーねじ、すべりねじなどにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の軸方向断面図である。
【図２】図１中のＡ部拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置におけるボール転動溝の底部を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置のボール転動溝の加工形態を示す説明図である。
【図５】図１のII−II断面を示す図である。
【図６】図５のIII−III断面を示す図である。
【図７】図１のIV−IV断面を示す図である。
【図８】図６のV−V断面を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の作用効果を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置の構成を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ねじ軸
２  ナット
３，４  ボール転動溝
３ａ  底部
５  ボール
８，９  接触シール
【図１】
2010107016.tif 000003
【図２】
2010107016.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010107016.tif 000009
【図８】
2010107016.tif 000010
【図９】
2010107016.tif 000011
【図１０】
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