(57)【要約】【課題】ボールねじ１に用いるねじ軸３において、優れた耐摩耗性と動作円滑性を確保する。【解決手段】ねじ軸３の外周面に、約１巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを２つ設けるとともに、この２つのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別に閉ループにするボール循環溝３３，３４を設けている。ねじ溝３１ａ，３１ｂおよびその両肩部に硬化処理を施して硬化層３５を形成し、ボール循環溝３３，３４に硬化処理を施さない。これにより、ねじ溝３１ａ，３１ｂの耐摩耗性が向上し、ボール循環溝３３，３４は熱歪が発生しないので旋削時の精度が確保される。ボール循環溝３３，３４は、そこを通過するボール４が荷重を受けない関係より、硬化処理していなくても耐摩耗性が確保される。【選択図】      図１
2004257453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじに用いられるねじ軸であって、その外周面に、約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられており、前記ねじ溝およびその両肩部に対して硬化処理が施されていて、前記ボール循環溝に対して硬化処理が施されていない、ねじ軸。
【請求項２】
ボールねじに用いられ、かつ外周面に約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられたねじ軸に対する硬化方法であって、
前記ねじ溝にそれを横切る姿勢で高周波加熱コイルを対向配置させて、この高周波加熱コイルに高周波電流を流すことにより前記ねじ軸の表面側に前記ねじ溝を横切る向きの誘導電流を発生させつつ、前記ねじ軸または高周波加熱コイルの一方を周方向に動かすことにより、前記ねじ溝の全域およびその両肩部を高周波焼入れする、ねじ軸の硬化方法。
【請求項３】
ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装されて、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に、または推力をトルクに変換させるボールねじであって、
前記ねじ軸の外周面に、約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられており、
前記ねじ溝およびその両肩部に対して硬化処理が施されていて、前記ボール循環溝に対して硬化処理が施されていない、ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ軸、ねじ軸の硬化方法ならびにボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじに備えるねじ軸を硬化する方法として、浸炭焼入れや高周波焼入れなどがある。
【０００３】
一般的に、上記ねじ軸は、その一端から他端までの全長にわたって連続する１条の螺旋形状のねじ溝を設けている。そこで、このようなねじ軸を高周波焼入れする場合には、螺旋形状の高周波加熱コイルを用い、この高周波加熱コイルをねじ軸のねじ溝内に入り込ませることにより、高周波加熱コイルとねじ溝や両肩部に対する隙間をほぼ一定にさせるような形態で行うことが考えられている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２６８５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、ねじ軸のねじ溝内に高周波加熱コイルを所定の隙間を保った状態で入り込ませるようにしているが、ねじ溝と高周波加熱コイルとの相対位置を高精度に保つ必要があるために、均一な硬化層を得ることは困難であると言える。
【０００６】
ところで、本願出願人は、例えばボールを循環させるリターンチューブなどの部品を省略してコスト低減を図るために、ねじ軸に例えば約１巻きのねじ溝を少なくとも１つ設け、このねじ溝の上流と下流とをボール循環溝で連結して閉ループとし、この閉ループ内でボール群を転動循環させる構造にしたものを鋭意研究している。この研究過程において、本願出願人は新たな課題を見出したので、この出願に至った。なお、このようにねじ溝を全長にわたって連続して設けていないねじ軸に対しては、上記従来例で示した高周波焼入れを適用することはできない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るねじ軸は、ボールねじに用いられるねじ軸であって、その外周面に、約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられており、前記ねじ溝およびその両肩部に対して硬化処理が施されていて、前記ボール循環溝に対して硬化処理が施されていない。
【０００８】
なお、上記「約１巻き」の「約」とは、後の実施形態の説明に引用する図面に示すように、１巻きに満たないということを表している。
【０００９】
この場合、ねじ溝の耐摩耗性が向上する一方、ボール循環溝に対して硬化処理に伴う熱歪が発生せずに済んで、ボール循環溝の精度が旋削加工時の精度に維持される。なお、ボール循環溝を硬化しなくても、このボール循環溝を通過するボールが荷重を負担しない関係より耐摩耗性がさほど要求されないので、問題ない。
【００１０】
本発明に係るねじ軸の硬化方法は、ボールねじに用いられ、かつ外周面に約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられたねじ軸に対する硬化方法であって、前記ねじ溝にそれを横切る姿勢で高周波加熱コイルを対向配置させて、この高周波加熱コイルに高周波電流を流すことにより前記ねじ軸の表面側に前記ねじ溝を横切る向きの誘導電流を発生させつつ、前記ねじ軸または高周波加熱コイルの一方を周方向に動かすことにより、前記ねじ溝の全域およびその両肩部を高周波焼入れする。
【００１１】
この場合、ねじ溝の両肩部を過剰に加熱することがなく、また、ねじ溝の底まで十分に加熱することができて、ねじ溝およびその両肩部に、それらの表面からほぼ一定の深さの硬化層を形成できるようになる。
【００１２】
本発明に係るボールねじは、ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装されて、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に、または推力をトルクに変換させるもので、前記ねじ軸の外周面に、約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられており、前記ねじ溝およびその両肩部に対して硬化処理が施されていて、前記ボール循環溝に対して硬化処理が施されていない。
【００１３】
この場合、上記したねじ軸を用いてボールねじを構成しているから、ねじ軸のねじ溝の耐摩耗性が向上するとともに、ねじ軸のボール循環溝を通過するボールの動きが円滑になるなど、ボールねじの信頼性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１から図８に本発明の一実施形態を示している。図例のボールねじ１は、ナット部材２と、ねじ軸３と、複数のボール４とを備えており、ナット部材２とねじ軸３との対向面間でボール４群を循環させるようになっている。ナット部材２およびねじ軸３は、Ｓ４５Ｃ，Ｓ５５Ｃなどの炭素鋼製あるいはＳＡＥ４１５０鋼製とされ、また、ボール４は、軸受鋼（ＳＵＪ２）とされる。
【００１５】
ナット部材２には、その一方軸端から他方軸端まで連続する１条のねじ溝２１が形成されている。ねじ軸３には、軸心方向途中領域に互いに独立した２つのねじ溝３１ａ，３１ｂが軸方向隣り合わせに形成されている。このねじ溝３１ａ，３１ｂは、それぞれ１巻きに満たない長さ、つまり約１巻きの長さになっている。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとは、互いに同じリード角に設定されている。なお、上記ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状は、ゴシックアーク形状とされているが、半円形状とすることもできる。
【００１６】
また、上記ねじ軸３の軸心方向で隣り合う２つのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ランド部）３２には、２つのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結して独立した閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられている。このボール循環溝３３，３４の断面形状も、上記ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状と同様、ゴシックアーク形状とされているが、半円形状とすることもできる。
【００１７】
このボール循環溝３３，３４で閉ループにされた２つのねじ溝３１ａ，３１ｂ内で、それぞれ複数のボール４が転動循環されるようになっている。なお、ボール循環溝３３，３４に入ったボール４は、一旦内径側へ沈んでナット部材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えてから外径側へ浮き上がって出る。そのために、図５に示すように、ボール循環溝３３，３４において、その中間領域は径方向内側に沈み込むように湾曲した形状（凹曲形状）になっており、また、ボール循環溝３３，３４の両端側領域が径方向外側に膨らむように湾曲した形状（凸曲形状）になっている。
【００１８】
さらに、ねじ軸３の軸方向両端側の外周面には、それぞれ周溝が設けられており、この２つの周溝に対して止め輪７がそれぞれ係合されている。この止め輪７の外径寸法は、ナット部材２の内径寸法よりも大きく設定されており、この止め輪７でもってナット部材２の軸方向移動ストロークを制限するようになっている。
【００１９】
ところで、ボール循環溝３３，３４を通過するボール４は、ラジアル荷重を受けないので、ボール循環溝３３，３４の円周方向の長さ、つまり図５に示す占有角度θを可及的に小さくすることにより、ボールねじ１の負荷容量を高めるのが好ましい。しかし、占有角度θを小さくするに従いボール循環溝３３，３４を転動するボール４の方向転換角度が大きくなってボール４が詰まりやすくなるので好ましくない。このような点を考慮して、占有角度θを可及的に小さくする方向で適度に設定する必要がある。
【００２０】
この占有角度θに関連して、図４に示すように、ボール循環溝３３，３４を外径側から見たとき、ねじ軸３の中心線Ｏと、ボール循環溝３３，３４を転動するボール４の中心の移動軌跡Ｃとの傾き角αを、４５〜６０度に設定するのが好ましい。さらに、図４に示すように、ボール循環溝３３，３４とねじ溝３１ａ，３１ｂとの連接部分を転動するボール４の中心の移動軌跡は、ボール４の直径ｒに対して１．８倍以上の曲率半径Ｒを有する曲線とするのが好ましい。このようにすれば、ねじ溝３１ａ，３１ｂとボール循環溝３３，３４との間のボール４の出入りや、ボール循環溝３３，３４を通過するボール４の動きを円滑にすることができる。
【００２１】
次に、上記ボールねじ１の動作を説明する。
【００２２】
例えばナット部材２を回転自在に支持し、上記ねじ軸３を非回転かつ軸心方向不動に取り付けた状態において、上記ナット部材２を回転させると、このナット部材２が、図１の二点鎖線で示すように２つの止め輪７の間でねじ軸３上を軸方向に動くことになる。この他、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させることで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させることで他方を回転させる使用形態にすることができる。
【００２３】
この実施形態では、ねじ軸３においてねじ溝３１ａ，３１ｂおよびその両肩部に硬化処理を施して表面硬さをＨＲＣ（ロックウェル硬度）５８〜６２とし、ボール循環溝３３，３４に対して硬化処理を施さないようにしている。この硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れなどが挙げられるが、硬化を行う周知の方法であればすべて含まれる。
【００２４】
ここでは、硬化処理を高周波焼入れとする場合について説明する。
【００２５】
ここでのねじ軸３は、例えば炭素鋼Ｓ５５Ｃ材をベースとして、ねじ溝３１ａ，３１ｂおよびボール循環溝３３，３４を旋削加工により形成している。
【００２６】
まず、図６および図７に示すように、ねじ軸３に対して高周波加熱コイル１０を対向配置させる。詳しくは、高周波加熱コイル１０においてＵ字形に屈曲された部分１１をねじ軸３に対して対向配置させるのであるが、このＵ字形部分１１の二つの直線部分１１ａ，１１ｂをねじ軸３の中心軸線に対して平行にし、このうち一方の直線部分１１ａを、ねじ溝３１ａ，３１ｂにおいてボール循環溝３３，３４との一方の連結部分に対して配置させる。
【００２７】
このような状態で、ねじ軸３を図７の矢印方向に回転させることで、高周波加熱コイル１０を、ねじ溝３１ａ，３１ｂにおいてボール循環溝３３，３４との一方の連結部分の位置から他方の連結部分の位置まで順次対向させる。これにより、ねじ溝３１ａ，３１ｂの全域、つまりねじ溝３１ａ，３１ｂにおいてボール循環溝３３，３４に対する一方の連結部分から他方の連結部分までの領域が加熱される。なお、ねじ溝３１ａ，３１ｂにおいてボール循環溝３３，３４に対する一方の連結部分および他方の連結部分とは、図５においてボール循環溝３３，３４の両端の変曲点を指すが、この変曲点よりもボール循環溝３３，３４寄りに入り込んだ部分も含むよう広義に考えている。そのため、前記変曲点よりもボール循環溝３３，３４寄りに入り込んだ部分まで硬化処理したものも本発明に含む。
【００２８】
このような方法であれば、高周波加熱コイル１０に高周波電流を流すと、ねじ軸３の表面側には前記高周波電流と逆向きであるが、平行に誘導電流が流れる。詳しくは、図８の矢印で示すように、ねじ溝３１ａ，３１ｂおよびその両肩部の表面形状に沿ってねじ溝３１ａ，３１ｂを横切る向きに誘導電流が流れる。これにより、ねじ溝３１ａ，３１ｂおよびその両肩部が、ほぼ一定の深さまで加熱されるので、図８のクロスハッチングで示すように、深さがほぼ一定の硬化層３５（表面硬度ＨＲＣ５８〜６２）が形成される。
【００２９】
ところで、本発明者らは、螺旋形状の高周波加熱コイルを用いて、本実施形態に係るねじ軸３に対して高周波焼入れを行うことを試みた。但し、この形態は、ボール循環溝３３，３４も加熱されてしまうので、本発明の実施形態としては採用できないが、本発明の比較例として説明する。つまり、図９および図１０に示すように、螺旋形状の高周波加熱コイル２０の内部空間にねじ軸３を挿入し、高周波加熱コイル２０をねじ溝３１ａ，３１ｂに対して沿わせるように対向配置させる。この場合、高周波加熱コイル２０によりねじ軸３に発生する誘導電流は、図１１の矢印で示すように、ねじ溝３１ａ，３１ｂの長手方向に沿う向きに流れるが、ねじ溝３１ａ，３１ｂの両肩部の角に誘導電流が集中して流れる。そのため、ねじ溝３１ａ，３１ｂの両肩部の角が過剰に加熱される一方で、ねじ溝３１ａ，３１ｂの溝底側が加熱されにくくなるので、図１１のクロスハッチングで示すように、深さがばらついた硬化層３５が形成されてしまう。
【００３０】
つまり、本実施形態に係る高周波焼入れ方法では、ボール循環溝３３，３４に硬化処理を施さないようにすることが容易となり、また、ねじ溝３１ａ，３１ｂの両肩部の角が過剰に加熱されずに済むとともにねじ溝３１ａ，３１ｂの底側を不足なく加熱できるなど、上記比較例に係る高周波焼入れ方法よりも優れていると言える。
【００３１】
このような硬化処理を施すと、ねじ溝３１ａ，３１ｂに僅かながらも熱歪が発生するので、硬化処理の後でねじ溝３１ａ，３１ｂに対して研磨処理を施すことにより、前記熱歪を除去するのが好ましい。但し、ボール循環溝３３，３４には硬化処理を施していないので、このボール循環溝３３，３４には研磨処理をする必要がなく、無駄を省ける。
【００３２】
次に、ボール循環溝３３，３４に硬化処理を施さない理由を説明する。
【００３３】
そもそも、ボール循環溝３３，３４を通過するボール４は荷重を受けないので、ボール循環溝３３，３４は摩耗、損傷しにくいと言える。また、硬化処理を施すと、熱歪が発生するので、ボール循環溝３３，３４でボール４の動きが悪くなるおそれがある。これに対しては、ボール循環溝３３，３４を研磨すればよいのであるが、下記するような理由により研磨処理が行えない。この研磨処理では、回転砥石をねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂに接触させた状態でねじ軸３を回転させるようにするので、回転砥石が、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂに接するものの、ボール循環溝３３，３４に接触しない状態になるから、ボール循環溝３３，３４を研磨できなくなるのである。
【００３４】
要するに、ボール循環溝３３，３４については、耐摩耗性よりも形状精度を確保することを重要視する必要があるから、硬化処理を施さないようにしているのである。これにより、ボール循環溝３３，３４に熱歪が発生することがないから、ボール循環溝３３，３４の精度を旋削時の精度に維持することができる。そのため、ボール循環溝３３，３４をボール４が通過するときに、ボール４の動きが円滑になり、ボール循環溝３３，３４でのボール４詰まりを確実に防止できるようになる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されない。例えば、ねじ軸３に対する硬化処理を浸炭焼入れとする場合には、硬化処理しない部分に対して防炭処理を施しておく必要がある。また、ナット部材２のねじ溝２１に対して硬化処理を施しているものも本発明に含まれる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のねじ軸は、ボールねじに組み込むことで、耐摩耗性ならびに動作円滑性に優れたものとなり、信頼性向上に貢献できる。
【００３７】
本発明のねじ軸の硬化方法は、ねじ溝およびその両肩部に、それらの表面からほぼ一定の深さの硬化層を形成できるようになり、安定した硬化処理が可能となる。
【００３８】
本発明のボールねじは、上記したねじ軸を用いた構成であるから、ねじ軸のねじ溝の耐摩耗性が向上するとともに、ねじ軸のボール循環溝を通過するボールの動きが円滑になるなど、ボールねじの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじの断面図
【図２】図１のボールねじの分解斜視図
【図３】図１のボール循環経路を模式的に示す側面図
【図４】図１のボール循環溝を展開して示す平面図
【図５】図４のボール循環溝の断面図
【図６】図１のねじ軸に対する高周波焼入れの様子を示す斜視図
【図７】図６の平面図
【図８】図６においてねじ軸に発生する誘導電流を示す断面図
【図９】本発明の比較例に係り、図６に対応する図
【図１０】図９の平面図
【図１１】図９においてねじ軸に発生する誘導電流を示す断面図
【符号の説明】
１      ボールねじ
２      ナット部材
２１      ナット部材のねじ溝
３      ねじ軸
３１ａ，３１ｂ    ねじ軸のねじ溝
３３，３４      ねじ軸のボール循環溝
３５      硬化層
４      ボール
【図１】
2004257453.tif 000003
【図２】
2004257453.tif 000004
【図３】
2004257453.tif 000005
【図４】
2004257453.tif 000006
【図５】
2004257453.tif 000007
【図６】
2004257453.tif 000008
【図７】
2004257453.tif 000009
【図８】
2004257453.tif 000010
【図９】
2004257453.tif 000011
【図１０】
2004257453.tif 000012
【図１１】
2004257453.tif 000013