(57)【要約】【課題】  高周波焼入後のスケールの発生を抑制し、転動溝表面を焼入れのままで使用可能とし、曲げの発生を抑制できる転動溝付き機械部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】  この転動溝付き機械部品であるねじ軸２は、転動体３が転動する断面円弧状の転動溝５を有し、少なくとも転動溝５の内面が高周波焼入れされたものである。転動溝５の内面は液中で高周波焼入れされる。これにより、転動溝５の内面における高周波焼入れ後には黒色状の酸化スケールの生成がなく、前記高周波焼入れされた転動溝５の内面がそのまま転動面として使用される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体が転動する転動溝を有し、少なくとも前記転動溝の内面が高周波焼入れされた機械部品であって、前記転動溝の内面における高周波焼入れ後の黒色状の酸化スケールの生成がなく、前記高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものである転動溝付き機械部品。
【請求項２】
請求項１において、前記転動溝が断面円弧状であり、前記転動体がボールである転動溝付き機械部品。
【請求項３】
請求項２において、前記機械部品がボールねじのねじ軸である転動溝付き機械部品。
【請求項４】
請求項３において、前記ねじ軸は、前記転動溝が転造加工されたものである転動溝付き機械部品。
【請求項５】
素材に冷間鍛造により転動溝を形成し、この後、少なくとも前記転動溝の内面を液中で高周波焼入れし、この高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものとする転動溝付き機械部品の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、前記転造溝の形成を冷間鍛造により行う転動溝付き機械部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や産業用等に使用され、転動体が転動する溝を有する機械部品、例えばボールねじのねじ軸等の機械部品であって、溝内が焼入処理される動力伝達用，搬送装置用等の転動溝付き機械部品、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、ねじ軸の外周面に設けた螺旋状の転動溝と、ねじ軸に外嵌するナットの内周面に設けた転動溝との間に複数のボールを配し、ねじ軸（またはナット）の回転動力を、ボールを介してナット（またはねじ軸）の推力に変換するものである。転動溝の内面は、耐摩耗性、耐久性の向上等のために焼入処理される。この焼入を高周波焼入れで行うボールねじの製造方法として、以下の各種の方法がある。
【０００３】
その一つは、例えば特許文献１に開示されるボールねじのねじ軸の製造方法であって、中炭素鋼の素材から転造加工してねじ軸の転動溝を形成する。その後、転動溝の内面を高周波焼入れによりＨＲＣ５５〜６２の範囲に硬化処理し、耐摩耗性を向上させる。この熱処理によって生じる酸化スケールを除去するために、バフ処理を施す。最後に、転造加工および高周波焼入れ工程で生じた変形を矯正するために、曲がり矯正を行う。
【０００４】
他の一つは、例えば特許文献２に開示されるボールねじのナットの製造方法であって、ナットの転動溝の内面を高周波焼入れした後に、転動溝を電解研磨することで、転動溝に生じた酸化スケールの除去と仕上げを行う。
【０００５】
さらに他の一つは、ボールねじに限定される製造方法ではないが、高周波焼入れ時の冷却水の圧力を高めることにより、酸化スケールを除去する方法である（例えば特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−１１９５１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５１５２号公報
【特許文献３】特開２００２−１２９２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ボールねじのように球状の転動体が作動する場合、転動体が点状の接触状態（純転がりに近い状態）で作動する。そのため、焼入れ時に生じた酸化スケール等の異物が転動溝に噛み込んだり存在したりしていると、転動体の動きが急変し、異音が発生し易くなる。そのため、酸化スケールの除去が必須の工程となる。
しかし、特許文献１に開示のようなバフ処理だけでは、完全にスケールを転動溝から除去しきれない場合があり、またバフ処理により加工時間が長くなるという問題がある。
特許文献２に開示の製造方法のように、高周波焼入れ後に電解研磨により酸化スケールを除去する場合は、完全にスケールを除去できる。しかし、加工時間が大幅に長くなり、また転動溝の表面の面荒れや化学反応熱による表層の軟化などが発生するという問題がある。
特許文献３に開示の製造方法のように、高周波焼入れ時の冷却水の圧力を高めることで酸化スケールを除去する場合は、スケールを均一に除去できず、斑点状に黒色のスケールが微小に残る。そのため、バフ処理などによる別途のスケール除去加工を完全に省略できないという問題がある。
【０００７】
また、変形したボールねじを搬送装置等に適用すると、高速回転時に振れ回りや振動の原因となる。そのため、特許文献１に開示の製造方法のように、高周波焼入れ工程などで曲がり変形が生じる場合は、その変形を矯正する工程が必須となり、この点からも加工時間が長くなる。したがって、高周波焼入れでの曲がり変形を極力小さくすることが重要な課題である。
【０００８】
この発明の目的は、高周波焼入後のスケールの除去処理が不要で、生産性に優れ、コスト低下が図れる転動溝付き機械部品を提供することである。
この発明の他の目的は、高周波焼入後のスケールの発生を抑制し、転動溝表面を焼入れのままで使用可能とし、曲げの発生を抑制できる転動溝付き機械部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の転動溝付き機械部品は、転動体が転動する転動溝を有し、少なくとも前記転動溝の内面が高周波焼入れされた機械部品であって、前記転動溝の内面における高周波焼入れ後の黒色状の酸化スケールの生成がなく、前記高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものである。前記転動体は断面円弧状とし、前記転動体をボールとしても良い。
通常、高周波焼入れは大気中で加熱され、その後に冷却される。加熱温度は、９００〜１１５０℃付近の温度とされるため、大気中または冷却水の酸素と反応して酸化スケールが生成される。したがって、高周波焼入れを転動溝付き機械部品における転動溝の内面に施すと、転動溝の内面に上記した黒色状の酸化スケールが生成される。本発明者が検証したところによれば、上記黒色状の酸化スケールはポーラスを多く含み厚くもあるので、回転時に異音を発生させる原因になる。この発明の転動溝付き機械部品では、上記したように、転動溝の内面における高周波焼入れ後の黒色状の酸化スケールの生成がなく、前記高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものとしたので、回転時の異音の発生を無くすことができる。
【００１０】
この発明において、前記機械部品がボールねじのねじ軸であっても良い。この構成の場合、ボールねじの動作時に酸化スケールに起因する異音が発生をすることを解消できる。前記ねじ軸は、前記転動溝が転造加工されたものであっても良い。転動溝を転造加工し、かつ高周波焼入れ後の黒色状の酸化スケールの生成がないものとすると、機械加工に比べて優れた転造加工の生産性と、高周波焼入れ後のスケール除去工程が不要なこととで、ねじ軸の生産性が非常に優れ、安価に生産することができる。
【００１１】
この発明の転動溝付き機械部品の製造方法は、素材に転動溝を形成し、この後、少なくとも前記転動溝の内面を液中で高周波焼入れし、この高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものとする。前記転動体は断面円弧状とし、前記転動体をボールとしても良い。
転動溝の内面を、上記した黒色状の酸化スケールが生成されないように高周波焼入れするためには、酸素のない真空中で熱処理すれば良いが、真空中で熱処理するには装置が複雑でコスト増を招くことになる。この製造方法は、転動溝の内面を酸素の少ない液中で高周波焼入れするため、転動溝の内面への上記黒色状の酸化スケールの生成を無くすことができる。液中処理のため、真空を保つような複雑な装置が不要である。なお、液中にも微量の酸素があるため、極めて薄いスケールは発生するが、この薄いスケールは密着性が強いので、そのスケールに起因して回転時に異音が発生することはない。
また、上記液中での焼入れにより、液が冷却水となって転動溝付き機械部品が均一に冷却されることから、高周波焼入れに伴う転動溝付き機械部品の曲がり変形を非常に小さくできる。
【００１２】
転動溝の加工は冷間鍛造で行うようにしても良い。転動溝付き機械部品がボールねじの場合、前記冷間鍛造は転造としても良い。
冷間鍛造は機械加工に比べて生産性に優れる。そのため、冷間鍛造の採用と、液中高周波焼入によるスケール除去の不要化により、生産性が非常に優れた製造方法となる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の転動溝付き機械部品は、転動体が転動する転動溝を有し、少なくとも前記転動溝の内面が高周波焼入れされた機械部品であって、前記転動溝の内面における高周波焼入れ後の黒色状の酸化スケールの生成がなく、前記高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものとしたため、高周波焼入後のスケールの除去処理が不要で、生産性に優れ、コスト低下が図れる。
この発明の転動溝付き機械部品の製造方法は、素材に転動溝を形成し、この後、少なくとも前記転動溝の内面を液中で高周波焼入れし、この高周波焼入れされた転動溝の内面がそのまま転動面として使用されるものとしたため、高周波焼入後のスケールの発生を抑制できて、転動溝表面を焼入れのままで使用可能となり、また曲げの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この実施形態の転動溝付き機械部品は、ボールねじのねじ軸に適用したものである。図１に断面図で示すように、ボールねじ１は、ねじ軸２と、ナット３と、転動体である複数のボール４とを備える。転動溝付き機械部品であるねじ軸２は、図２に斜視図で示すように、外周面にボール４が転動する螺旋状で断面円弧状の転動溝５を形成した軸である。ここで言う断面円弧状は、円弧中心が互いに異なる２つ円弧を組み合わせた形状であるゴシックアーチ形状を含む。ナット３は、ねじ軸２に遊嵌状態に外嵌し、内周面にボール４が転動する螺旋状で断面円弧状の転動溝６を形成したものである。ボール４は、ねじ軸２とナット３の対向する転動溝５，６の間に配置される。ナット３には、ねじ軸２とナット３の対向する転動溝５，６間で形成される軌道を無端軌道としてボール３を無限循環させるための循環部品（図示せず）、例えばこま部材またはリターンチューブ等が取付けられる。
【００１５】
ねじ軸２は、図３に概略のフロー図で示す工程により製造される。すなわち、ねじ軸２の素材は、鋳造、および圧延工程を経て丸棒材とされる。次に、丸棒材の表面傷を除去するピーリング加工や、所望の外径寸法に仕上げるセンタレス研削等が行われ、このように仕上げられた丸棒材に転動溝５が形成される。転動溝５の形成は、冷間鍛造の一種である転造加工により行われる。この転造加工は、転造ロール（図示せず）を丸棒材の外周面に転接させることにより、螺旋状の転動溝５を形成する加工である。形成された転動溝５の内面は、図４のように高周波焼入れされる。この高周波焼入れは、容器１０に収容した液１１中にねじ軸２を浸漬した状態で、高周波加熱コイル１２によりねじ軸２を加熱して行われる。この焼入れ処理時の液としは油が好ましいが、焼入れ性を考慮して水溶性の焼入れ油を使用しても良い。
【００１６】
このような工程により製造された転動溝付き機械部品であるねじ軸２は、高周波焼入れされた転動溝５の内面が、その後の仕上げ処理などを行うことなくそのまま転動面として使用される。このねじ軸２の場合、上記したように、酸素の少ない液１１中での高周波焼入れにより加熱冷却されるので、転動溝５の内面において黒色状の酸化スケースの生成がない。黒色状の酸化スケールが生成されないことにより、上記ねじ軸２を組み込んだボールねじでは、回転時の異音の発生を無くすことができる。
上記液１１中にも微量の酸素があるため、極めて薄いスケールは発生するが、この薄いスケール（元の母材の色に近い）は密着性が強く、ボールねじに組み込まれた場合に、前記スケールに起因して回転時の異音を発生しないことがわかった。すなわち、大気中で発生する酸化スケールは黒色状のスケールであって、ポーラスを多く含み、厚さも厚いが、液中で高周波焼入した場合に発生するスケールは、上記黒色状のスケールと異なり、薄くて密着性が強いため、転動溝５の内面に残っていても支障がない。
また、上記液１１中で焼入れすることにより、液１１が冷却水となってねじ軸２の全体が均一に冷却され、そのため高周波焼入れに伴うねじ軸２の曲がり変形を非常に小さくすることが可能となる。
【００１７】
上記高周波焼入れにおいて、上記液１１に、焼入れ性を向上させる添加剤（例えばポリビニールアルコール）や、酸化防止剤（例えばジアルキルジチオリン酸亜鉛）、または腐食防止剤（例えばベンゾトリアゾール）等を最適化して加えても良い。この場合には、十分な焼入れ特性、および一層のスケールの減少のために有効である。
【００１８】
なお、従来、ねじ軸の製造においては、転造後の変形を小さくするため、転造加工前に加工面の摩擦係数を低下させるための表面処理（ボンデ処理等）を施す場合がある。しかし、この実施形態における上記ねじ軸２の製造工程においては、上記表面処理は転造性の向上にはなっても高周波焼入れ後のスケールの増加を来すため、上記表面処理は省略することが好ましい。
【００１９】
表１は、この実施形態のねじ軸２を組み込んだボールねじと、従来のねじ軸を組み込んだボールねじの特性を比較した実測結果を示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
この実測結果から、この実施形態のねじ軸２では、黒色状のスケールの発生が著しく抑制され、高周波焼入れ後の変形も大幅に減少していることを確認できる。
また、従来のねじ軸では、バフ加工を行えば異音の発生が無かったが、バフ加工を行わない場合は異音の発生があり、バフ加工は必須である。この実施形態のねじ軸２では、バフ加工を行わなくても異音の発生が無かった。なお、この実施形態のねじ軸２では、バフ加工が不要であるため、バフ加工を行った例は試験していない。
【００２２】
なお、上記実施形態では、この発明の転動溝付き機械部品をボールねじ１のねじ軸２に適用した場合につき説明したが、これに限らずボールねじ１のナット３に適用しても、上記と同様の効果が得られる。また、この発明は、ボールねじに限らず、例えば転がり軸受の軌道輪など、転動体が転動する転動溝を有する機械部品一般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるねじ軸を組み込んだボールねじの縦断面図である。
【図２】同ねじ軸の斜視図である。
【図３】同ねじ軸の製造工程を示すフロー図である。
【図４】同製造工程における高周波焼入れの説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ボールねじ
２…ねじ軸（転動溝付き機械部品）
３…ナット
４…ボール（転動体）
５…ねじ軸の転動溝
１１…液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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