(57)【要約】【課題】耐久性、寸法精度に優れた安価な鋳造ナットと、その製造方法、そして、このようなナットを備え、バックラッシュが極めて少なく、騒音や振動がなく、円滑な作動が可能な滑りねじ装置を提供する。【解決手段】滑りねじ用ナットの鋳造に際して、完成後の鋳造ナットと組み合わせて滑りねじとして実用するねじ軸２、あるいは当該ねじ軸と同一の工程により製造されたねじ軸２を中心部に配置した鋳型１０を用いて、アルミニウム合金や亜鉛合金などの低融点金属を鋳造する。【選択図】図２
2014088887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製ねじ軸に螺合して、該ねじ軸上を相対移動する滑りねじ用ナットであって、
当該ナットの少なくともねじ溝部が低融点金属の鋳造により形成されていることを特徴とする滑りねじ用鋳造ナット。
【請求項２】
上記低融点金属がアルミニウム、亜鉛、マグネシウム及び銅から成る群から選ばれる少なくとも１種を含む金属であることを特徴とする請求項１に記載の滑りねじ用鋳造ナット。
【請求項３】
アルミニウム合金から成り、アルマイト処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の滑りねじ用鋳造ナット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の滑りねじ用鋳造ナットを製造するに際して、
上記鋼製ねじ軸又は該ねじ軸と同一の工程により製造した鋼製ねじ軸を中心部に配置した鋳型を用いて鋳造することを特徴とする滑りねじ用鋳造ナットの製造方法。
【請求項５】
上記鋼製ねじ軸におけるねじ溝が転造により形成されており、その表面に窒化層又は浸硫窒化層を備えていることを特徴とする請求項４に記載の滑りねじ用鋳造ナットの製造方法。
【請求項６】
上記鋼製ねじ軸における窒化層又は浸硫窒化層の上に炭素膜を備えていることを特徴とする請求項５に記載の滑りねじ用鋳造ナットの製造方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１つの項に記載の方法により得られた鋳造ナットを、当該ナットの鋳造に用いた鋼製ねじ軸又は該ねじ軸と同一の工程により製造した鋼製ねじ軸に螺合して成ることを特徴とする滑りねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑りねじに用いられる鋳造ナットと、その製造方法、さらにはこのようなナットを用いた滑りねじに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
滑りねじは、回転運動を直線運動に変換する機械要素として、自動車や工作機械を始めとする各種機械装置の送り機構や位置決め機構などに多く用いられている。
このような滑りねじは、ねじ軸と、このねじ軸に螺合して、その軸上を摺動しながら相対的に移動するナットから構成されている。
【０００３】
このような滑りねじにおけるねじ軸は、用途によっては樹脂製のものが用いられることもあるものの、一般にはステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金などの金属製のものが広く用いられ、外周部のねじ溝（雄ねじ）は、転造あるいは研削加工によって形成されている。
一方、ナットについては、射出成形による樹脂製のもの（例えば、特許文献１参照）や、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの金属製のものが用いられ、内周部のねじ溝部（雌ねじ）は、旋削加工により形成されていた（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３９９３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４９８９号公報
【０００５】
しかしながら、樹脂製ナットにおいては、比較的安価であるものの、強度や耐熱性、耐摩耗性に難点があり、高面圧や連続使用時における温度上昇に耐えることができず、耐久性に劣るという問題がある。また、射出成型時の収縮率が大きいために、ねじ部の寸法精度を確保することが難しく、ねじ軸との間にがたつきやバックラッシュが生じるという問題点もある。
一方、金属製ナットについては、強度や耐熱性、熱伝導性に優れ、高面圧や温度上昇に耐えることができる反面、材料や成形法、特に高精度の機械加工を要することから、製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の滑りねじ用ナットにおけるこのような課題を解決すべくなされたものであって、その目的とするところは、耐久性、寸法精度に優れた安価な鋳造ナットと、その製造方法、さらにはこのようなナットを備え、バックラッシュが極めて少ない滑りねじ装置を提供することにある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ナットの鋳造に際して、当該ナットの螺合相手となるねじ軸を中心部に配置した金型を用いて鋳造することによって上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の滑りねじ用鋳造ナットは、鋼製ねじ軸に螺合して、該ねじ軸上を相対移動する滑りねじ用ナットであって、当該ナットの少なくともねじ溝部が低融点金属の鋳造により形成されていることを特徴としている。
また、本発明の滑りねじ用鋳造ナットの製造方法においては、上記鋼製ねじ軸、すなわち、鋳造後のナットを実際に螺合させることによって滑りねじを構成するねじ軸、又は当該ねじ軸と同一の工程により製造した鋼製ねじ軸を中心部に配置した鋳型を用いて鋳造するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
そして、本発明の滑りねじは、本発明の上記製造方法によって得られた鋳造ナットを、当該ナットの鋳造に用いた鋼製ねじ軸又は該ねじ軸と同一の工程により製造した鋼製ねじ軸に螺合して成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、滑りねじ用のナットを鋳造するに際して、滑りねじに実際に用いられるねじ軸、すなわち鋳造後のナットを螺合させて、滑りねじとするためのねじ軸、あるいは当該ねじ軸と同一の工程により製造されたねじ軸を中心部に配置した鋳型を用いて低融点金属を鋳造するようにしている。したがって、ねじ軸の雄ねじ形状をナットの雌ねじ形状として正確に写し取ることができ、寸法精度に優れた安価な鋳造ナットが得られ、上記ねじ軸と組み合わせることによって、バックラッシュの極めて少ない滑りねじを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の滑りねじの構造を示す斜視図である。
【図２】（ａ）本発明の鋳造ねじの製造工程において、ねじ溝の金型内への配置要領を示す斜視図である。（ｂ）本発明の鋳造ねじの製造工程において、ねじ溝を配置した金型内へ溶湯を鋳込んだ状態を示す斜視図である。
【図３】図２に続く製造工程において、鋳造されたナット素材を金型から抜き出す要領を示す斜視図である。
【図４】図３に続く製造工程において、鋳造後のナット素材から底治具（ａ）及びねじ軸（ｂ）を分離する要領を示すそれぞれ斜視図である。
【図５】図４に続く製造工程において、ナット素材の旋削仕上げ要領を示す斜視図である。
【図６】本発明の鋳造ナットの完成状態（ａ）及びこの鋳造ナットを用いた滑りねじの組み立て状態を示すそれぞれ斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の滑りねじや、これに用いられる鋳造ナット、さらに当該鋳造ナットの製造方法について、具体的かつ詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、滑りねじ１は、上記したように、一般に、外周面に螺旋状のねじ溝２ａを備えたねじ軸２と、このねじ軸２に螺合されて、当該ねじ軸上を相対移動するナット３を備えたものであって、本発明のナット３は、低融点金属の鋳造品であって、内周面のねじ溝部についても、切削加工は行われておらず、実質的に鋳造のままである。
本発明の鋳造ナット３の材料金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属やこれら金属の少なくとも１種を含む鋳造用合金を用いることができる。なお、これら合金の融点としては、１０００℃以下であることが望ましい。
【００１４】
上記鋳造ナット３がアルミニウム合金製である場合には、耐食性向上や表面硬化のためにアルマイト処理を施すことができる。
また、塗装を施すことによって、外観や耐食性を向上させることも必要に応じて望ましい。
【００１５】
上記鋳造ナット３と組み合わされて滑りねじ１を構成するねじ軸２に用いられる素材鋼種としては、ＳＣＭ４３５，ＳＣＭ４４０等の機械構造用クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ  Ｇ４０５２）や、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ  Ｇ４８０５）、ＳＵＳ３０４（オーステナイト系）などのステンレス鋼（ＪＩＳ  Ｇ４３０３）などを用いることができる。
【００１６】
上記ねじ軸２は、研削加工あるいは転造加工によって外周面のねじ溝２ａ（雄ねじ）が形成される。
研削加工による場合には、ねじ溝を切削した素材に、耐摩耗性や疲労寿命の向上を目的に高周波焼入れや浸炭焼入れ処理を施した後、ねじ溝を研削加工するようにしており、寸法精度の高いねじ溝が得られる反面、後述する転造加工品に較べて加工コストが嵩み、高価なものとなる。
【００１７】
一方、転造加工によるねじ軸は、研削ねじ軸に較べて生産性が高く、安価であるものの、寸法精度が劣るとされているが、転造後に施される高周波焼入れや浸炭焼入れなどの焼入れ処理に替えて、窒化処理や浸窒化処理を施すことによって、焼入れに伴う変形を防止して、寸法精度の劣化を避けることができる。本発明においては、このような転造ねじを用いることが望ましい。
【００１８】
また、上記処理による窒化層や浸硫窒化層の上に炭素膜を備えたものを用いることも望ましい。
このような炭素膜は、摩擦係数が小さく（無潤滑状態で摩擦係数μ＝０．２程度）、潤滑性があり、耐食性、制振性を向上し、油切れやグリース切れを生じ難くする機能を発揮し、騒音や振動を抑え、耐久性を向上させることができる。
【００１９】
このような炭素膜は、転造によって得られたねじ溝を備えたねじ軸素材に、窒化処理又は浸硫窒化処理を施した後、大気圧下で４００〜６５０℃に無酸化加熱し、加熱状態のねじ軸素材に、例えばアセチレンのような鎖式不飽和炭化水素ガスを接触させることによって形成することができる。
あるいは、大気圧下で４００〜６５０℃に無酸化加熱した上記ねじ軸素材に、上記のような鎖式不飽和炭化水素ガスと共に、アンモニアのような窒素源ガス、又は該窒素源ガスと硫化水素のような硫黄源ガスを接触させることによって、窒化層又は浸硫窒化層と、その上の炭素膜とを同時に形成することができる。
【００２０】
本発明の上記ナット３の製造に際しては、滑りねじ１の組み立てにおいて、鋳造されたナット３と実際に組み合わされるねじ軸２、又はこれと同一の工程で製造したねじ軸をナットのねじ溝部分の鋳造に用いるようにしている。
すなわち、鋳型、例えばナット３の外形形状をなすキャビティを備えた金型のキャビティ中心部に上記ねじ軸を配置し、これにアルミニウム合金や亜鉛合金等の溶湯を鋳込むことによって鋳造ナット３が得られる。
【００２１】
このとき、上記ねじ軸には、例えば窒化ホウ素（ＮＢ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、カーボンブラック、グラファイトなどの離型剤を塗布しておく。
また、ねじ軸には、上記したような炭素膜を形成しておくことも望ましく、これによって滑りねじに組み立てた場合における摩擦低減効果や耐久性向上効果に加えて、鋳造時の離型性を向上させる効果が得られる。
【００２２】
なお、鋳造方法としては、特に限定はなく、大気中における通常の重力鋳造を適用することができる。
また、溶湯の鋳込温度としては、例えば、アルミニウム合金の場合、８５０〜９５０℃程度とすることが湯流れ性の観点から望ましい。
【００２３】
このようにして得られた鋳造ナット３においては、滑りねじ１の組み立てに際して、実際に組み合わされて螺合するねじ軸２の雄ねじ形状を忠実に写し取った雌ねじ形状となることから、寸法精度に優れた鋳造ナットの安価で、短納期の生産が可能になる。
【００２４】
また、本発明の滑りねじ１は、このように製造された鋳造ナット３を鋳造時に用いたねじ軸２、あるいはこれと同一工程で作製され、鋳造時に用いたねじ軸と実質的に同じ寸法形状のねじ軸２と組み合わせて螺合させたものである。
したがって、ねじ軸２の雄ねじとナット３の雌ねじ形状が一致し、バックラッシュが少なく、騒音や振動の少ない極めて円滑な作動が可能になり、当該滑りねじ１を適用した各種機器における駆動精度を高め、搬送精度や位置決め精度を大幅に向上させることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に説明するが、本発明はこのような実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２６】
〔実施例１〕
まず、ＪＩＳ  Ｇ４３０３に規定されるオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から成る径８ｍｍの棒鋼を３００ｍｍの長さに切断した後、外径研削としてセンタレス研削を行い、７．４４ｍｍの外径寸法に仕上げた。そして、所定のロールダイスを用いてねじ溝を転造加工し、呼び外径８ｍｍ、リード２４ｍｍ、有効長さ０．０５ｍｍのねじ部を備えたねじ軸素材を作製した。
【００２７】
上記によって得られたねじ軸素材に、炭素膜複合浸硫窒化処理を施すことによって、その表面に浸硫窒化層と共に炭素膜を形成した。
すなわち、ねじ溝転造後のねじ軸素材を雰囲気炉に装入し、炉内を窒素（Ｎ２）ガスにより置換した状態で、毎分１５ＮＬの窒素ガスを流しながら４８０℃への昇温を開始し、昇温開始時から毎分３０ＮＬのアンモニア（ＮＨ３）ガスと毎時５ＮＬの硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスとを炉内に供給し、４８０℃に１２時間保持した。そして、４８０℃に昇温後２時間経過した時点で硫化水素ガスの供給を停止すると共に、１０時間が経過した時点で、毎分０．２ＮＬのアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスの供給を開始した。
【００２８】
なお、都合１２時間の処理を終えた後は、上記炭素膜複合窒化処理と同様に、アンモニアガス及びアセチレンガスの供給を停止すると共に、窒素ガスの供給量を毎分２５ＮＬに増加した。
【００２９】
次に、図２（ａ）に示すように、上記により得られたねじ軸２のねじ面に、離型剤として、二硫化モリブデンとカーボン粉末を含むペーストを塗布して乾燥させたのち、これを底治具１１上に立てた状態に取り付け、機械構造用炭素鋼Ｓ５０Ｃから成る金型１０のキャビティ１０ａの中心部に底治具１１と共に配置した。
そして、図２（ｂ）に示すように、離型剤を塗布したねじ軸２を中心部に立設させたキャビティ１０ａ内に、鋳物用アルミニウム合金Ｃ４ＢＳ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金）の溶湯Ｍを９００℃の温度で鋳込んだ。なお、このときの金型１０の予熱温度は５００℃とした。
【００３０】
アルミニウム合金が凝固した後、図３に示すように、金型１０の下方から抜きピン１２を押し込むことによって、ねじ軸２及び底治具１１と一体に凝固したナット素材３ｏを抜き出した。
そして、図４（ａ）に示すように、底治具１１を分離した後、続いて、図４（ｂ）に示すように、ナット素材３ｏからねじ軸２を抜き出した。
【００３１】
次いで、図５に示すように、鋳造されたナット素材３ｏの端面部や周縁部を旋削加工すると共に、先端部の不要部分３ｅを切断して、素材ナット３ｏを規定の寸法に仕上げた。
さらに、研磨剤を表面に塗布した同一仕様のねじ軸に銅寸法の得られたねじ軸に上記素材ナット３ｏを通して、数回往復させることによって、ねじ溝表面の鋳肌を滑らかにし、ねじ軸に組み付けた際のクリアランスの調整を行った。
【００３２】
以上の処理を終えたナット素材３ｏに対して、さらに常法によるアルマイト処理を施すことによって、図６（ａ）に示すような鋳造ナット３を得た。
【００３３】
そして、得られた鋳造ナット３を鋳造時に用いた上記ねじ軸２と同じ鋼種から成り、同一工程により仕上げられたねじ軸２に組み付けることによって、図６（ｂ）に示すような滑りねじ１を完成させた。
このようにして得られた滑りねじ１においては、バックラッシュがほとんどなく、静かで、振動もなく、極めて円滑に作動することが確認された。
【００３４】
なお、滑りねじ１に実用するねじ軸２としては、鋳造時に鋳型として用いたねじ軸と同じものを用いることが望ましいことは言うまでもない。しかし、現在のねじ軸の製造技術をもってすれば、不可避的な寸法誤差はあるにしても極めて僅かな程度に過ぎないことから、同一工程で作成したねじ軸を使用した場合でも、性能上の差異のほとんどないことが確認されている。
【００３５】
〔実施例２〕
上記オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から成る径１４ｍｍの棒鋼を３００ｍｍの長さに切断した後、外径研削としてセンタレス研削を行い、１３．７０ｍｍの外径寸法に仕上げた。そして、所定のロールダイスを用いてねじ溝を転造加工し、呼び外径１５ｍｍ、リード２０ｍｍ、有効長さ０．１ｍｍのねじ部を備えたねじ軸素材を作製した。
【００３６】
次に、得られたねじ軸素材に、上記実施例１と同様の炭素膜複合浸硫窒化処理を施すことによって、その表面に浸硫窒化層と共に炭素膜を形成した。
【００３７】
そして、得られたねじ軸２の表面に、離型剤を同様に塗布して、これを金型１０のキャビティ１０ａ内に同様に配置し、上記アルミニウム合金溶湯Ｍをキャビティ１０ａ内に同様に鋳込んだ。
これ以降は、上記実施例１と同様の操作を繰り返すことによって、鋳造ナット３を作製し、このナット２を鋳造時に用いた上記ねじ軸２と同一工程によって、同じ鋼種から仕上げられたねじ軸２に組み付けることによって、滑りねじ１を同様に完成させた。
た。
【００３８】
このようにして得られた当該実施例による太径の滑りねじ１においても、バックラッシュがほとんどなく、樹脂製ナットに較べて静かで、振動もなく、極めて円滑に作動することが確認された。
【００３９】
〔実施例３〕
上記実施例１と同じ操作を繰り返すことによって、実施例１と同様の浸硫窒化層と炭素膜を備えた転造ねじ軸２を作製した。
【００４０】
そして、得られたねじ軸２の表面に、同様の離型剤を塗布した後、これを金型１０のキャビティ１０ａの中央部に同様に配置し、亜鉛合金溶湯（Ｚｎ−Ａｌ系、ＪＩＳ  Ｈ２２２２  ＺＤＣ２相当）を鋳込んだ。なお、このときの金型１０の予熱温度は２００℃、鋳込温度は５００℃とした。
【００４１】
これ以降は、上記実施例１と同様の操作を繰り返すことによって（但し、アルマイト処理はなし）鋳造ナット３を作製し、このナット２を鋳造時に用いた上記ねじ軸２と同じ鋼種から成り、同一工程により仕上げられたねじ軸２に組み付けることによって、滑りねじ１を同様に完成させた。
【００４２】
当該実施例により得られた亜鉛合金製鋳造ナット３を用いた滑りねじ１においても、バックラッシュがほとんどなく、樹脂製ナットに較べて静かで、振動もなく、極めて円滑な作動が確認された。
【符号の説明】
【００４３】
１  滑りねじ
２  ねじ軸
３  鋳造ナット
１０  金型（鋳型）
【図１】
2014088887.tif 000003
【図２】
2014088887.tif 000004
【図３】
2014088887.tif 000005
【図４】
2014088887.tif 000006
【図５】
2014088887.tif 000007
【図６】
2014088887.tif 000008