(57)【要約】【課題】ねじ軸の水素浸入起因の剥離を低コストで低減するボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじ１は、転動溝１１を有するねじ軸１０と、転動溝２１を有するナット２０と、両転動溝１１，２１により形成される負荷転動路に装填された複数のボール３０とを備えている。そして、ねじ軸１０のみに四三酸化鉄皮膜４０が形成されている。【選択図】図２
2015001239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の転動溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸の転動溝に対向する転動溝を内周面に有し、前記両転動溝により形成される螺旋状の負荷転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されたナットとを有し、
前記ねじ軸のみに四三酸化鉄皮膜が形成されたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記ねじ軸に形成されるセンター穴、タップ穴、通し穴、スプライン部、又は軸受嵌合部のうち、前記転動溝を除く少なくとも１ケ所以上に四三酸化鉄皮膜が形成されていないことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじに関し、特に、高耐荷重、あるいは高剛性が求められるボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、射出成形機やプレス機に使用される高負荷用途のボールねじは、その使用目的から、当然ながら大荷重で使用されることが通例である。
このような高負荷用途のボールねじは、例えば、特許文献１に開示されているように、溝Ｒ部の寸法（軸方向に沿う断面における転動溝の曲率半径）をなるべくボールの直径に近づけて、負荷容量の増大を図るような設計がなされている。
【０００３】
しかしながら、このようなボールねじは、当然ながら差動滑りが大きくなり、かつ、ボールねじ特有のリードを有することによるスピン滑り、更には大荷重で使用されるが故の３点接触状態での複雑なスキュー滑りが起こることがあった。
また、このようなボールねじはグリース潤滑で使用されることが通例である。このようなボールねじをグリース潤滑で使用した場合、大荷重と滑りに起因するグリース中の水素分離を引き起こし、鋼中に水素が浸入し、早期に損傷が起こることが知られている。
【０００４】
そこで、このような損傷の発生を未然に防ぐ対策として、水素分離を引き起こしにくい潤滑剤の開発が進められているが、一般的ではなく、コストアップの要因となり得ていた。
そのため、特許文献２には、グリース中の分離水素浸入を防ぐ目的で、ねじ軸、ナット、ボールの少なくとも１つに四三酸化鉄皮膜を施し、鋼中へのグリース中の分離水素浸入を防ぐ技術が開示されている。
また、特許文献３には、特許文献２と同様、ねじ軸、ナットの少なくとも１つに四三酸化鉄皮膜を施し、鋼中へのグリース中の分離水素浸入を防ぐ技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−００２９７６号公報
【特許文献２】特開２００４−２５７５０２号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボールねじは軸受と異なり、ねじ軸が中実構造をなし、ナットは中空構造をなしている。このため、グリース中の分離水素が仮に鋼材に浸入したとしても、ねじ軸においては、中実構造であるために浸入水素が拡散・発散しづらく、ナットにおいては、中空構造であるために浸入水素が拡散・発散しやすい。
また、ナットの転動溝とボールとの接触は、凹形状部材と凸形状部材との接触であるのに対し、ねじ軸とボールとの接触は凸形状部材と凸形状部材との接触であるために、後者のほうが接触面圧が高い。
【０００７】
加えて、ボールねじは軸受けと異なり、ねじ軸、ナットとも複雑形状をしている。例えば、ねじ軸は、一般に、その加工時に使うセンター穴や、タップ穴、あるいは、機台に取り付けるための通し穴やスプライン部、軸受嵌合部などが加工されている。一方、ナットには、循環部品を取り付けるための通し穴や、タップ穴、機台に取り付けるための通し穴やタップ穴などが加工されている。
【０００８】
ここで、特許文献２及び特許文献３に開示された四三酸化鉄皮膜処理には、一定温度の強アルカリ液が用いられる。そして、この処理液に含まれるスラッジ（不純物）が上述のセンター穴や、タップ穴、あるいは、機台に取り付けるための通し穴やスプライン部等に入り込み、処理後に単純な洗浄だけでは処理液がこれらの場所に残ることがあった。これは、結果として、不要かつ強固な酸化皮膜を形成し、取付精度に影響を及ぼしたり、あるいは、外観が悪くなるといった問題を生じることがあった。これらの問題を解決するためには、単純洗浄だけでなく、ブラッシングや超音波洗浄などが必要であり、洗浄のためにコストアップが発生するといった問題があった。
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、ねじ軸の水素浸入起因の剥離（いわゆる白色剥離）を低コストで低減するボールねじを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、ボールねじのねじ軸のみに四三酸化鉄皮膜処理を施すことで、ねじ軸の水素浸入起因の剥離に対して十分な効果があることを知見した。
本発明は、本発明者らによる上記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための本発明のある態様は、螺旋状の転動溝を外周面に有するねじ軸と、上記ねじ軸の転動溝に対向する転動溝を内周面に有し、上記両転動溝により形成される螺旋状の負荷転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して上記ねじ軸に螺合されたナットとを有し、
上記ねじ軸のみに四三酸化鉄皮膜が形成されている。
【００１０】
このように、ねじ軸のみに四三酸化鉄皮膜処理が施されることにより、ナットも処理しなければならないといった、不要なコストアップを防ぐことができる。また、四三酸化鉄皮膜処理時における処理液浸入による、美観が悪くなる、取付精度などに影響を及ぼすといった諸問題を解決し、なおかつ、後洗浄が簡便で済む（コストダウン）といった利点がある。その結果、ねじ軸の水素浸入起因の剥離を低コストで低減するボールねじを提供することができる。
ここで、上記ボールねじにおいては、上記ねじ軸に形成されるセンター穴、タップ穴、通し穴、スプライン部、又は軸受嵌合部のうち、上記転動溝を除く少なくとも１ケ所以上に四三酸化鉄皮膜が形成されていないことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ねじ軸の水素浸入起因の剥離を低コストで低減するボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るボールねじの第１実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図２】本発明に係るボールねじの第２実施形態におけるねじ軸の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図３】本発明に係るボールねじの第３実施形態におけるねじ軸の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るボールねじの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るボールねじの第１実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
＜ボールねじの構成＞
図１に示すように、本実施形態のボールねじ１は、螺旋状に連続する転動溝１１が外周面に形成されたねじ軸１０と、螺旋状に連続する転動溝２１が内周面に形成された筒状のナット２０とを備えている。
【００１４】
ねじ軸１０は、ナット２０に挿通されており、ねじ軸１０の転動溝１１とナット２０の転動溝２１とが対向して、両転動溝１１，２１間の空間により螺旋状の負荷転動路が形成されている。この負荷転動路内には、複数のボール（転動体）３０が転動自在に装填されており、このボール３０を介してナット２０がねじ軸１０に螺合されている。
そして、本実施形態では、ねじ軸１０の表面のみに四三酸化鉄皮膜が形成されている。ここで、四三酸化鉄皮膜の形成方法としては、例えば、皮膜対象を、低温加熱（１３０℃〜１６０℃）の苛性ソーダ水溶液中に浸漬することにより施される。
【実施例】
【００１５】
以下、本実施形態の実施例について説明する。
本実施例では、日本精工株式会社製ボールねじ、ＢＳ６３１６−１０．５（呼び番号：ＪＩＳ  Ｂ  １１９２６３ｘ１６×３００−Ｃｔ７）用い、耐久評価を行った。ボールねじの各諸元を下記に示す
・ねじ軸の外径：φ６３ｍｍ
・リード：１６ｍｍ
・ボールの直径：１２．７ｍｍ
・試験荷重：３００［ｋＮ］
・最高回転数：３２００ｍｉｎ−１（Ｄｎ２０万）
・使用グリース
・基油：鉱油、増ちょう剤：リチウム石けん、基油動粘度：４０℃  １３８．８ｍｍ２／Ｓ、１００℃  １４．３ｍｍ２／Ｓ
・保持ピース：有り（ＮＳＫ  Ｓ１シリーズ）
【００１６】
なお、ねじ軸のみには、以下に示す通りの四三酸化鉄皮膜処理（黒染め処理）を行った。
・処理液：苛性ソーダ液
・処理温度：１３０〜１５０℃
・浸漬時間：２０分〜１２０分
・処理膜厚：０．１〜１０μｍ
【００１７】
これらの処理を行ったボールねじに対し、耐久試験を行い、「ねじ軸の浸入水素量」、「ナットの浸入水素量」、「組織観察による損傷形態（剥離の有無）」について評価を行った。その結果を表１に示す。なお、表１中の「ねじ軸の浸入水素量」及び「ナットの浸入水素量」は、昇温脱離ガス分析法により測定した結果であり、「損傷形態」は目視による結果を示したものである。また、表１中の「寿命比」は、上記耐久試験により、ねじ軸、ナット、及びボールのいずれかに剥離が生じるまでの寿命を計測した耐久評価であり、比較例１の寿命を１として評価した。また、表１中の「コスト評価」は、黒染め処理に要したコストについて、比較例１のコストを１として評価した。
【００１８】
【表１】
2015001239.tif 000003
【００１９】
表１に示すように、実施例１〜３は、ねじ軸のみに黒染め処理を施したものであるが、ねじ軸、ナットとも損傷は認められなかった。
一方、比較例１は、ねじ軸及びナットとも黒染め処理を施さなかったものであるが、ねじ軸に水素浸入型剥離が認められた。
また、比較例２は、ナットのみに黒染め処理を施したものであるが、ねじ軸に水素浸入型剥離が認められた。
【００２０】
また、比較例３は、ねじ軸及びナットに黒染め処理を施したものであるが、ねじ軸、ナットとも損傷は認められなかった。しかし、ナットに黒染め処理を施した分、製造コストが上昇した。
ここで、ねじ軸の浸入水素量に着目すると、比較例１、２より、グリース分離水素と考えられる浸入水素が１．３ｐｐｍ程度認められ、ねじ軸に水素浸入型剥離が認められることから、四三酸化鉄皮膜処理が施されていない場合には、水素浸入が発生し、水素浸入型剥離が発生するといえる。
【００２１】
一方、ナットの浸入水素量に着目すると、実施例１〜３、比較例１〜３より、四三酸化鉄皮膜処理が施されている場合には、浸入水素量は０．４ｐｐｍ程度、施されていない場合には０．７〜０．８ｐｐｍ程度である。しかしながらいずれの場合にもナットに剥離の発生は認められない。
すなわち、ナットに四三酸化鉄皮膜処理を施しても、施さなくてもその水素浸入型剥離に対する効果は、関係ないといえる。
以上より、ねじ軸にのみ四三酸化鉄皮膜処理が施すことが、不要なコストアップが生じない点で、好ましい実施形態といえる。
【００２２】
（第２実施形態）
図２は、本発明に係るボールねじの第２実施形態におけるねじ軸の構成を示す軸方向に沿う断面図である。なお、本実施形態は、上記ねじ軸において四三酸化鉄皮膜処理を施さない部分を設けた点が上述の第１実施形態と異なるだけであるので、上述の第１実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
図２に示すように、ねじ軸１０には、センター穴、タップ穴、通し穴、スプライン部、及び軸受嵌合部が少なくとも１ケ所以上設けられている。本実施形態では転動溝１１の他にセンター穴１２、通し穴（図示せず）、スプライン部１４、及び軸受嵌合部１５がねじ軸１０に設けられている。
【００２３】
本実施形態においては、図２（ａ）に示すねじ軸１０を、図２（ｂ）に示すようにカバー５０で通し穴（図示せず）、スプライン部１４、及び軸受嵌合部１５を覆うと共に、センター穴１２には取付ねじの態様のキャップ５１がセンター穴１２を塞ぐように取り付けられる。なお、ねじ軸１０とカバー５０、キャップ５１との隙間は、Ｏリング５２等で密封してもよい。その後、ねじ軸１０全体を低温加熱（１３０℃〜１６０℃）の苛性ソーダ水溶液中に浸漬する。このとき、通し穴（図示せず）、スプライン部１４、及び軸受嵌合部１５はカバー５０で密封されているので、通し穴（図示せず）、スプライン部１４、及び軸受嵌合部１５の表面に四三酸化鉄皮膜が形成されない。
【００２４】
ここで、ねじ軸１０とカバー５０、キャップ５１との隙間を塞ぎ、苛性ソーダ等の処理液の浸入を防ぐＯリング５２の材料は、処理液（＝強アルカリ）による腐食に対して耐性が高いものが好ましい。Ｏリング５２の材料としては、例えばパーフロロエラストマー製が好ましい。
【００２５】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るボールねじの第３実施形態について図面を参照して説明する。図３は、本発明に係るボールねじの第３実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。なお、本実施形態は、上記ねじ軸の転動溝及びタップ穴を四三酸化鉄皮膜処理した点が上述の第２実施形態と異なるだけであるので、上述の第２実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
【００２６】
図３に示すように、本実施形態のボールねじ１は、図３（ａ）に示すねじ軸１０を、図３（ｂ）に示すように支持部材６０，６０にそれぞれ設けられた支持ボルト６１，６１の端面を、ねじ軸１０の両端部に設けられたタップ穴１３，１３に突き当てて密栓した状態で、ねじ軸１０全体を低温加熱（１３０℃〜１６０℃）の苛性ソーダ水溶液中に浸漬する。なお、ねじ軸１０と支持ボルト６１との隙間は上述のＯリング（図示せず）等で密封してもよい。このとき、タップ穴１３は支持ボルト６１で密封されているので、タップ穴１３の内表面に四三酸化鉄皮膜は形成されない。
以上、本発明に係るボールねじについて説明したが、本発明に係るボールねじは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ボールねじ
１０  ねじ軸
１１  転動溝
１２  センター穴
１３  タップ穴
１４  スプライン部
１５  軸受嵌合部
２０  ナット
２１  転動溝
３０  ボール（転動体）
４０  四三酸化鉄皮膜
５０  カバー
５１  キャップ
５２  Ｏリング
【図１】
2015001239.tif 000004
【図２】
2015001239.tif 000005
【図３】
2015001239.tif 000006