(57)【要約】【課題】精度の向上とコストの低減を高いレベルで両立させることが可能なねじ軸およびその製造方法を提供する。【解決手段】ねじ軸１は、外周面に螺旋状のねじ溝１０を備えるねじ軸であって、表面近傍に窒素マルテンサイトを含む硬化層３０を有している。【選択図】図１
2015212559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝を備えるねじ軸であって、
表面近傍に窒素マルテンサイトを含む硬化層を有することを特徴とする、
ねじ軸。
【請求項２】
前記硬化層は、素材に前記ねじ溝を形成した後に浸窒焼入を行うことによって形成されることを特徴とする、
請求項１に記載のねじ軸。
【請求項３】
前記浸窒焼入は、前記ねじ溝が形成された前記素材をアンモニアガスを含む雰囲気中において５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の所定温度で所定時間保持した後に急冷することによって行われることを特徴とする、
請求項２に記載のねじ軸。
【請求項４】
前記素材は、機械構造用炭素鋼鋼材または一般構造用圧延鋼材であることを特徴とする、
請求項２または３に記載のねじ軸。
【請求項５】
前記ねじ溝は、転造によって形成されることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載のねじ軸。
【請求項６】
前記硬化層は、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内における硬度がＨｖ５００以上であることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載のねじ軸。
【請求項７】
素材にねじ溝を形成する第１の工程と、
前記ねじ溝が形成された前記素材に浸窒焼入を行う第２の工程と、を有することを特徴とする、
ねじ軸の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程では、前記ねじ溝が形成された前記素材をアンモニアガスを含む雰囲気中において５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の所定温度で所定時間保持した後に急冷することを特徴とする、
請求項７に記載のねじ軸の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程では、転造によって前記ねじ溝を形成することを特徴とする、
請求項７または８に記載のねじ軸の製造方法。
【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または直線運動を回転運動に変換するねじ伝導装置に使用されるねじ軸およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ねじ伝導装置は、例えば各種工作機械や搬送装置等、様々な機械において使用されている。このねじ伝導装置は、主に螺旋状のねじ溝（ねじ山）が外周面に形成されたねじ軸と、螺旋状のねじ溝（ねじ山）が内周面に形成された略円筒状ナットと、から構成されており、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間でボールが転動するボールねじを利用したボールねじ伝導装置と、ねじ軸とナットが直接螺合するすべりねじを利用したすべりねじ伝導装置と、の２種類に大別される。
【０００３】
このうち、ボールねじはさらにＪＩＳ  Ｂ１１９２において、高精度な位置決め用ボールねじと比較的精度の低い搬送用ボールねじに分けられている。そして、ＪＩＳ  Ｂ１１９２では、位置決め用ボールねじの精度等級としてＣ０、Ｃ１、Ｃ３およびＣ５、ならびにＣｐ０、Ｃｐ１、Ｃｐ３およびＣｐ５を規定し、搬送用ボールねじの精度等級としてＣｔ０、Ｃｔ１、Ｃｔ３、Ｃｔ５、Ｃｔ７およびＣｔ１０を規定している。
【０００４】
ねじ軸およびナットの製造においては、疲労強度および耐摩耗性を向上させるために、一般にねじ溝を形成した後に高周波焼入または浸炭焼入が行われる。但し、このような熱処理は素材を比較的高温に加熱した後に急冷することから素材にひずみが生じやすく、ひずみに伴う変形はボールねじの精度低下の要因となる。特に、ねじ軸の変形に伴うリード精度の低下は、位置決め精度の悪化に加え、振動や騒音の発生の原因となるため大きな問題となる。
【０００５】
従って、高い精度の要求される位置決め用ボールねじのねじ軸の製造では、一般に切削によって素材にねじ溝を形成した後に高周波焼入等の熱処理を行い、その後曲り矯正や外径および軸端等の研削を行った後に、ねじ溝を研削で仕上げることによってリード精度を高めるようにしている。このため、位置決め用ボールねじのねじ軸は、高い精度を実現する代わりに生産性に劣り、高コストなものとなっている。
【０００６】
一方、高い精度の要求されない搬送用のボールねじのねじ軸の製造では、熱処理前の転造によって素材にねじ溝を一度に形成することで、生産性を高め、コストを低減するのが一般的である。また、このような製造方法において、リード精度を向上させるための手法等も提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１１９５１８号公報
【特許文献２】特開２００５−０６６６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１または２の手法では、いずれも大きなひずみを伴う従来の熱処理を前提としているため、熱処理ひずみに起因する精度低下を排除することは難しく、精度の向上とコストの低減を高いレベルで両立させるものとはなっていなかった。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、精度の向上とコストの低減を高いレベルで両立させることが可能なねじ軸およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を備えるねじ軸であって、表面近傍に窒素マルテンサイトを含む硬化層を有することを特徴とする、ねじ軸である。
【００１１】
（２）本発明はまた、前記硬化層は、素材に前記ねじ溝を形成した後に浸窒焼入を行うことによって形成されることを特徴とする、上記（１）に記載のねじ軸である。
【００１２】
（３）本発明はまた、前記浸窒焼入は、前記ねじ溝が形成された前記素材をアンモニアガスを含む雰囲気中において５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の所定温度で所定時間保持した後に急冷することによって行われることを特徴とする、上記（２）に記載のねじ軸である。
【００１３】
（４）本発明はまた、前記素材は、機械構造用炭素鋼鋼材または一般構造用圧延鋼材であることを特徴とする、上記（２）または（３）に記載のねじ軸である。
【００１４】
（５）本発明はまた、前記ねじ溝は、転造によって形成されることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のねじ軸である。
【００１５】
（６）本発明はまた、前記硬化層は、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内における硬度がＨｖ５００以上であることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のねじ軸である。
【００１６】
（７）本発明はまた、素材にねじ溝を形成する第１の工程と、前記ねじ溝が形成された前記素材に浸窒焼入を行う第２の工程と、を有することを特徴とする、ねじ軸の製造方法である。
【００１７】
（８）本発明はまた、前記第２の工程では、前記ねじ溝が形成された前記素材をアンモニアガスを含む雰囲気中において５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の所定温度で所定時間保持した後に急冷することを特徴とする、上記（７）に記載のねじ軸の製造方法である。
【００１８】
（９）本発明はまた、前記第１の工程では、転造によって前記ねじ溝を形成することを特徴とする、上記（７）または（８）に記載のねじ軸の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るねじ軸およびその製造方法によれば、精度の向上とコストの低減を高いレベルで両立させることが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態に係るねじ軸を示した概略図である。（ｂ）図１（ａ）のＡ部を拡大した概略断面図である。
【図２】ねじ軸の製造手順を示したフローチャートである。
【図３】浸窒焼入のタイムチャートの一例を示した図である。
【図４】（ａ）本発明の実施例に係るテストピースの半径方向の振れの測定方法を示した概略図である。（ｂ）半径方向の振れの変化の測定結果および軸方向の伸びの測定結果を示した表である。（ｃ）テストピースＴＰ１の硬さの測定結果を示したグラフである。（ｄ）テストピースＴＰ２の硬さの測定結果を示したグラフである。
【図５】（ａ）テストピースＴＰ３の硬さの測定結果を示したグラフである。（ｂ）テストピースＴＰ４の硬さの測定結果を示したグラフである。（ｃ）テストピースＴＰ５の硬さの測定結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本実施形態に係るねじ軸１を示した概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部を拡大した概略断面図である。本実施形態のねじ軸１はボールねじ伝導装置に使用されるものであり、図１（ａ）に示されるようにねじ軸１の外周面には、螺旋状のねじ溝１０およびねじ山２０が形成されている。ねじ軸１の材質は、例えばＳ４５ＣやＳ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼である。
【００２３】
図１（ｂ）に示されるように、ねじ軸１の表面近傍には、耐摩耗性および疲労強度を高めるために母材よりも硬度を高くした硬化層３０が形成されている。この硬化層３０は、浸窒焼入により形成されたものであり、窒素マルテンサイトを含んだ層となっている。すなわち、本実施形態では、Ｆｅ−Ｎ系状態図におけるオーステナイト領域で鋼中に窒素を侵入・固溶させ、その後急冷することにより浸窒層（鋼中に窒素が拡散した層）に窒素マルテンサイトを生成することで、硬化層３０を形成している。
【００２４】
硬化層３０の硬度は特に限定されるものではないが、ねじ伝導装置のねじ軸として適切な耐摩耗性および疲労強度を得るためには、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ５００以上であることが好ましく、ＨＶ６００以上であればより好ましく、ＨＶ７００以上であることが最も好ましい。また、より耐摩耗性および疲労強度を向上させるためには、硬化層３０の硬度は、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ５００以上、且つ表面から深さ０．３ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ４００以上であることが好ましく、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ６００以上、且つ表面から深さ０．３ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ４５０以上であればより好ましく、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ７００以上、且つ表面から深さ０．３ｍｍまでの範囲内の硬度がＨＶ５００以上であることが最も好ましい。
【００２５】
本実施形態ではこのように、浸窒焼入によってねじ軸１の表面近傍に窒素マルテンサイトを含む硬化層３０を設けることで、ねじ軸１の製造工程の簡略化とねじ軸１の精度の向上を両立させることを可能としている。すなわち、浸窒焼入では、従来行われていた高周波焼入や浸炭焼入よりも比較的低い温度に素材を保持すればよく、また保持時間も短いため、熱処理ひずみを小さく抑えることが可能となっている。従って、熱処理後の曲りを矯正する工程を省略することができるため、製造工程を簡略化することが可能となっている。さらに、熱処理ひずみが小さいことによるリード精度の向上に加え、曲り矯正が省略可能となることで、曲り矯正によって新たに生じるリード誤差を無くすことができるため、熱処理後の研削によってねじ溝を形成するようにしなくとも、十分に高精度なねじ軸１を得ることが可能となっている。
【００２６】
また、浸窒焼入によれば、高周波焼入のように局所的な加熱・急冷を行わないことから、熱処理ひずみは軸方向にわたって比較的均一なものとなり、さらに曲り矯正が省略可能となることで、曲り矯正に起因するひずみ量の変化も生じないようになっている。すなわち、本実施形態のねじ軸１では、熱処理に起因するリードの変動が生じにくくなっている。従って、熱処理ひずみを予め見込んでねじ溝１０およびねじ山２０を形成し、累積代表リード誤差を低減することでねじ軸１のリード精度をより一層向上させることが可能となっている。
【００２７】
このように、本実施形態のねじ軸１では、製造工程を簡略化して生産性を高めながらも、従来以上にリード精度を高めることが可能となっている。すなわち、本実施形態のねじ軸１では、従来以上に低いコストで従来以上に精度を高めることが可能となっている。
【００２８】
なお、本実施形態では、ねじ軸１の最表面に例えば黒染加工処理やリン酸塩皮膜処理等により、防錆のための表面処理層４０を設けるようにしているが、ねじ軸１の用途等によってはこの表面処理層４０を省略するようにしてもよい。すなわち、浸窒焼入によれば、硬化層３０の最表部に存在する窒化物によりねじ軸１の耐食性が向上することとなるため、防錆処理を省略することも可能となっている。また、表面処理層４０として、例えば二硫化モリブデン、フッ素またはグラファイト等の固体潤滑被膜を設けるようにしてもよい。
【００２９】
次に、ねじ軸１の製造方法の詳細について説明する。図２は、ねじ軸１の製造手順を示したフローチャートである。ねじ軸１の製造では、まず丸棒等の素材を所定の長さに切断する（切断工程Ｓ１）。素材は、強度および品質の点からは機械構造用炭素鋼鋼材が好ましいが、用途によっては一般構造用圧延鋼材であってもよい。すなわち、浸窒焼入では窒素マルテンサイトにより表面近傍の硬度を高めることから、焼入性向上のために機械構造用合金鋼鋼材等の合金鋼を使用する必要がなく、また、一般構造用圧延鋼材であっても容易且つ安定的に所望の耐摩耗性および疲労強度を得ることが可能となっている。
【００３０】
素材を切断した後は、外径研削を行う（外径研削工程Ｓ２）。ここでは、センタレス研削により、素材を所定の外形寸法に加工すると共に、素材の外形寸法が所定の公差内に収まるようにする。素材を所定の外形寸法に仕上げたならば、次に素材の外周面にねじ溝１０およびねじ山２０を形成するねじ転造を行う（ねじ転造工程Ｓ３）。ここでは、一対のロールダイスを回転させながら素材に押し付け、ロールダイスのねじ形状を素材の外周面に転写することで、ねじ溝１０およびねじ山２０を形成する。
【００３１】
本実施形態では、浸窒焼入を採用することで熱処理ひずみを小さく抑えることができるため、生産性の高い熱処理前のねじ転造を採用しながらも、高精度なねじ軸１を製造することが可能となっている。さらに、上述のように素材として比較的低級な加工性の高い鋼材を使用しても熱処理後に十分な耐摩耗性および疲労強度を得ることができるため、ねじ転造も高精度且つ高品質に行うことが可能となっている。
【００３２】
ねじ溝１０およびねじ山２０を形成したならば、次に浸窒焼入による熱処理を行う（浸窒焼入工程Ｓ４）。図３は、浸窒焼入のタイムチャートの一例を示した図である。浸窒焼入では、密閉された熱処理炉内に素材を収容し、炉内に窒素（Ｎ２）ガスを所定流量で導入しながら炉内を加熱して所定の浸窒温度Ｔまで炉内を昇温する。
【００３３】
炉内が浸窒温度Ｔとなったならば、浸窒温度Ｔを維持するように炉内温度を制御する。そして、浸窒温度Ｔを維持した状態で所定の均熱時間ｔ１の経過後、炉内へのアンモニア（ＮＨ３）ガスの導入を開始する。アンモニアガスは、窒素ガスと共に、所定流量で炉内に導入され、これにより炉内雰囲気がアンモニアガスを含んだ窒素ガス雰囲気となることで、素材への窒素の侵入・拡散、すなわち浸窒が行われることとなる。アンモニアガスの導入開始後、所定の浸窒時間ｔ２が経過したならば、素材を炉内から取り出して油槽内に浸漬し、急冷する。これにより硬化層３０が形成され、浸窒焼入が完了する。
【００３４】
鋼中に窒素が拡散した浸窒層は、Ｆｅ−Ｎ系の状態図に略従うようになり、Ａ１変態点は約５９０℃程度まで下がることとなる。従って、浸窒温度Ｔを５９０℃以上に設定することで、素材を浸窒後そのまま急冷して焼入することが可能となる。すなわち、浸窒層では、窒素の侵入・拡散に伴って窒素オーステナイトが生成されることとなるため、これを急冷して窒素マルテンサイトを生成することにより、必要な硬度の硬化層３０を形成することができる。
【００３５】
なお、素材への窒素の侵入・拡散は、浸窒温度Ｔが高いほど促進されることとなるが、浸窒温度Ｔが８５０℃を超えると炉内においてアンモニアガスが過剰に分解され、素材表面に到達するアンモニアガスの量が減少して浸窒速度が低下することとなる。また、熱処理ひずみは浸窒温度Ｔが高いほど大きくなる。従って、浸窒速度と精度のバランスの点から、浸窒温度Ｔは、５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の温度に設定することが好ましく、７００℃以上８００℃以下の範囲内の温度に設定することがより好ましい。
【００３６】
また、均熱時間ｔ１は、炉の容積や素材の寸法等に応じて適宜に設定すればよく、浸窒時間ｔ２は、必要な硬化層３０の厚みや硬度等に応じて適宜に設定すればよい。また、炉内に導入する窒素ガスの流量およびアンモニアガスの流量は、炉の容積や素材の寸法、浸窒温度Ｔ等に応じて適宜に設定すればよい。また、窒素ガスに代えて例えばアルゴンガス等の不活性ガスを使用するようにしてもよい。
【００３７】
図２に戻って、浸窒焼入の次は、必要に応じて焼戻しを行う（焼戻し工程Ｓ５）。上述のように、本実施形態では合金鋼を使用することなく十分な硬度の硬化層３０を得ることができるため、焼戻し軟化抵抗性が高く、焼戻しを効果的に行うことが可能となっている。焼戻しの後は、素材を洗浄して（洗浄工程Ｓ６）、黒染等の表面処理を行う（表面処理工程Ｓ７）。浸窒焼入では、素材表面の酸化やスケールの付着が生じにくいため、ポリッシング等の表面仕上げを省略することが可能となっている。最後に所定の完成検査を行い（完成検査工程Ｓ８）、これに合格することでねじ軸１が完成する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係るねじ軸１は、外周面に螺旋状のねじ溝１０を備えるねじ軸であって、表面近傍に窒素マルテンサイトを含む硬化層３０を有している。このような構成とすることで、精度の向上とコストの低減を高いレベルで両立させることができる。すなわち、Ｆｅ−Ｎ系の状態図に従って従来の高周波焼入や浸炭焼入よりも低い温度からの急冷で硬化層３０を形成することが可能であり、熱処理ひずみを小さくすることができるため、熱処理後の曲り矯正やねじ溝の研削を省略してコストを低減しながらも、高精度なねじ軸１を得ることができる。
【００３９】
また、焼入性を高めるための合金成分を必要としないことから、比較的低級、低価格な鋼材を使用可能であるだけでなく、さらに焼戻し軟化抵抗性の向上によって焼戻しを効果的に行うことが可能であるため、従来以上に低いコストでより高精度なねじ軸１を製造することができる。また、表面に存在する窒化物によって耐食性を高めることが可能となるため、防錆処理を簡略化することができる。
【００４０】
また、硬化層３０は、素材にねじ溝１０を形成した後に浸窒焼入を行うことによって形成される。このようにすることで、高周波焼入や浸炭焼入よりも低い温度からの急冷で焼入することが可能となるため、熱処理ひずみを小さくすることができる。また、素材表面の酸化やスケールの付着が生じにくいため、良好な仕上肌を得ることができると共に、熱処理後の表面仕上を省略することができる。また、ガス軟窒化と比較しても、より短時間且つ少ないガス使用量で効率的に熱処理を行うことができる。また、素材表面の酸化やスケールの付着等が生じにくいため、従来の熱処理と比較して良好な仕上肌が得られると共に、熱処理後の表面仕上を省略することができる。
【００４１】
また、浸窒焼入は、ねじ溝１０が形成された素材をアンモニアガスを含む雰囲気中において５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の所定温度で所定時間保持した後に急冷することによって行われる。このようにすることで、短時間で効率的に所望の硬度の硬化層３０を得ることができる。
【００４２】
また、素材は、機械構造用炭素鋼鋼材または一般構造用圧延鋼材である。このようにすることで、材料費を低減すると共に、転造を高精度且つ容易に行うことができるため、ねじ軸１を低コストで製造することができる。また、焼戻し軟化抵抗性を向上させて、ねじ軸１の品質を高めることができる。
【００４３】
また、ねじ溝１０は転造によって形成される。このようにすることで、製造工程を簡略化し、ねじ軸１を低コストで製造することができる。
【００４４】
また、硬化層３０は、表面から深さ０．１ｍｍまでの範囲内における硬度がＨｖ５００以上となっている。このようにすることで、ねじ伝導装置用のねじ軸として要求される耐摩耗性および疲労強度を得ることができる。
【００４５】
また、本実施形態に係るねじ軸１の製造方法は、素材にねじ溝１０を形成する第１の工程（ねじ転造工程Ｓ３）と、ねじ溝１０が形成された素材に浸窒焼入を行う第２の工程（浸窒焼入工程Ｓ４）と、を有している。このような構成とすることで、Ｆｅ−Ｎ系の状態図に従って従来の高周波焼入や浸炭焼入よりも低い温度からの急冷で窒素マルテンサイトを含む硬化層３０を形成することが可能であり、熱処理ひずみを小さくすることができるため、熱処理後の曲り矯正やねじ溝の研削を省略してコストを低減しながらも、高精度なねじ軸１を得ることができる。
【００４６】
また、第２の工程（浸窒焼入工程Ｓ４）では、ねじ溝１０が形成された素材をアンモニアガスを含む雰囲気中において５９０℃以上８５０℃以下の範囲内の所定温度で所定時間保持した後に急冷する。このようにすることで、短時間で効率的に所望の硬度の硬化層３０を得ることができる。
【００４７】
また、第１の工程（ねじ転造工程Ｓ３）では、転造によってねじ溝１０を形成する。このようにすることで、製造工程を簡略化し、ねじ軸１を低コストで製造することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のねじ軸およびその製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、ねじ軸１がボールねじ用の場合の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ねじ軸１はすべりねじ用のものであってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、ねじ溝１０およびねじ山２０を転造により形成する場合の例を示したが、ねじ溝１０およびねじ山２０は、切削および研削等の機械加工によって形成されるものであってもよい。この場合、従来の位置決め用ボールねじの製造と同様に、浸窒焼入の前に切削によって形成したねじ溝１０およびねじ山２０を浸窒焼入の後に研削することによって所望の精度に仕上げるようにしてもよいし、浸窒焼入の前に切削または切削および研削によって一度にねじ溝１０およびねじ山２０を形成するようにしてもよい。また、浸窒焼入の前に転造によって形成したねじ溝１０およびねじ山２０を浸窒焼入の後に研削して仕上げるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００５２】
＜実施例１＞
本実施例では、２つのテストピースについて、図３に示したタイムチャートに沿って浸窒焼入を行い、浸窒焼入前後の半径方向の振れの変化および浸窒焼入後の軸方向の伸びを測定した。また、これらの測定後にテストピースを切断し、表面近傍の硬さを測定した。２つのテストピースは、いずれもＳ４５Ｃの素材に転造によってねじ溝を形成した外径１６ｍｍのすべりねじ用のねじ軸を熱処理前に長さ３００ｍｍで切り出したものであり、リード６ｍｍのねじ溝が形成されたものをテストピースＴＰ１とし、リード７ｍｍのねじ溝が形成されたものをテストピースＴＰ２とした。
【００５３】
浸窒焼入は、浸窒温度Ｔを７５０℃に設定し、均熱時間ｔ１を３０分、浸窒時間ｔ２を６０分に設定して行った。また、炉内に導入するガスの供給量は、炉内雰囲気のアンモニア濃度が０．５ｖｏｌ％となることを狙って、窒素ガスの供給流量を１．０Ｎｍ３／Ｈｒに設定し、アンモニアガスの供給流量を０．８Ｎｍ３／Ｈｒに設定した。また、油槽の温度は６５℃に設定した。半径方向の振れの測定は、図４（ａ）に示すように、テストピースＴＰ１およびＴＰ２を２つのＶブロックで支持した状態で回転させ、中央部における振れの量を測定した。硬さの測定は、マイクロビッカース硬度計を使用して行い、表面から深さ０．５ｍｍまでの硬さを測定した。
【００５４】
図４（ｂ）は、半径方向の振れの変化の測定結果および軸方向の伸びの測定結果を示した表である。浸窒焼入前の０．０１ｍｍの振れに対し、浸窒焼入後の振れはテストピースＴＰ１では０．０９ｍｍ、テストピースＴＰ２では０．０７ｍｍとなった。また、浸窒焼入後の軸方向の伸びは、テストピースＴＰ１では０．０１２ｍｍ、テストピースＴＰ２では０．０２０ｍｍとなった。
【００５５】
浸窒焼入後の半径方向の振れの上昇は、テストピースＴＰ１およびＴＰ２のいずれも０．１ｍｍ未満の小さな値となり、ねじ転造後の熱処理に浸窒焼入を適用することで、熱処理後の曲り矯正を省略可能であることが確認された。また、ＪＩＳ  Ｂ１１９２における位置決め用ボールねじの精度等級Ｃ５では、ねじ部有効長さ３１５ｍｍ以下の場合の累積代表リード誤差（代表移動量誤差）の許容値が０．０２３ｍｍであるところ、浸窒焼入後の軸方向の伸びはテストピースＴＰ１およびＴＰ２のいずれもこれを下回っており、ねじ溝を転造により形成する場合においてもその後の熱処理に浸窒焼入を適用することで、リード精度を飛躍的に向上可能であることが確認された。
【００５６】
図４（ｃ）は、テストピースＴＰ１の硬さの測定結果を示したグラフであり、図４（ｄ）は、テストピースＴＰ２の硬さの測定結果を示したグラフである。テストピースＴＰ１では、表面からの距離（深さ）０．１ｍｍにおける硬度がＨＶ６００以上、表面からの距離０．３ｍｍにおける硬度がＨＶ４００以上となった。また、テストピースＴＰ２では、表面からの距離０．１ｍｍにおける硬度がＨＶ８００以上、表面からの距離０．３ｍｍにおける硬度がＨＶ５００以上となった。なお、深部硬度（母材の硬度）は、テストピースＴＰ１がＨＶ３５０、テストピースＴＰ２がＨＶ２９９であった。この結果、ねじ転造後の熱処理に浸窒焼入を適用した場合においても、ねじ軸に要求される硬度の硬化層を形成可能であることが確認された。
【００５７】
＜実施例２＞
本実施例では、３つテストピースについて、図３に示したタイムチャートに沿って浸窒焼入を行い、浸窒焼入後の表面近傍の硬さをマイクロビッカース硬度計により測定した。また、浸窒焼入後の表面近傍の金属組織を光学顕微鏡により観察した。３つのテストピースは、いずれもＳ４５Ｃの素材に転造によってねじ溝を形成したボールねじ用のねじ軸の熱処理前のものであり、ねじ溝が深いものをテストピースＴＰ３とし、ねじ山が大きいものをテストピースＴＰ４とし、ねじ山が小さいものをテストピースＴＰ５とした。
【００５８】
浸窒焼入は、浸窒温度Ｔを７５０℃、均熱時間ｔ１を３０分に設定し、浸窒時間ｔ２をテストピースＴＰ３については１８０分、テストピースＴＰ４およびＴＰ５については６０分に設定して行った。また、炉内に導入するガスの供給量は、炉内雰囲気のアンモニア濃度が０．６〜１．０ｖｏｌ％となることを狙って、窒素ガスの供給流量を１．０Ｎｍ３／Ｈｒ、アンモニアガスの供給流量を１．５Ｎｍ３／Ｈｒに設定した。また、油槽の温度は６５℃に設定した。硬さの測定は、テストピースＴＰ３については表面から深さ０．６ｍｍまでの硬さを測定し、テストピースＴＰ４およびＴＰ５については表面から深さ０．４ｍｍまでの硬さを測定した。
【００５９】
図５（ａ）は、テストピースＴＰ３の硬さの測定結果を示したグラフである。テストピースＴＰ３では、表面からの距離（深さ）０．１ｍｍにおける硬度がＨＶ７００以上、表面からの距離０．３ｍｍにおける硬度がＨＶ４００以上となり、ねじ溝が深い場合においてもねじ軸に要求される硬度の硬化層を形成可能であることが確認された。なお、テストピースＴＰ３の深部硬度（母材の硬度）は、ＨＶ３０１であった。
【００６０】
図５（ｂ）は、テストピースＴＰ４の硬さの測定結果を示したグラフであり、図５（ｃ）は、テストピースＴＰ５の硬さの測定結果を示したグラフである。浸窒時間ｔ２を６０分に短縮したにも関わらず、表面からの距離０．１ｍｍにおける硬度がテストピースＴＰ４ではＨＶ６００に近い値、テストピースＴＰ５ではＨＶ６００を超える値となった。この結果、元来浸窒焼入は従来の熱処理と比較して処理時間が短いものとなっていたが、要求されるねじ軸の仕様によってはさらに処理時間を短縮可能であることが確認された。なお、テストピースＴＰ４の深部硬度はＨＶ２６４、テストピースＴＰ５の深部硬度はＨＶ２６５であった。
【００６１】
また、図示は省略するが光学顕微鏡による観察では、テストピースＴＰ３、ＴＰ４およびＴＰ５のいずれにおいても、表面近傍に良好な窒素マルテンサイト組織が形成されていることが確認された。
【００６２】
以上の結果より、上記実施形態のねじ軸およびその製造方法によれば、精度の向上とコストの低減を高いレベルで両立させることが可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るねじ軸およびその製造方法は、ねじ伝導装置の分野だけでなく、各種ねじの分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  ねじ軸
１０  ねじ溝
３０  硬化層
Ｓ３  ねじ転造工程
Ｓ４  浸窒焼入工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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