(57)【要約】【課題】高速回転および高負荷条件で使用されるボールねじの寿命を長くする。【解決手段】ボールの直径（ｄ）とピッチ円直径（Ｄ）との比（ｄ／Ｄ）を０．１０以上０．２０以下にする。ねじ軸およびナットを、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．５質量％以上１５質量％以下の鋼で形成する。ねじ溝面の表層部の硬さをＨｖ６５３以上とする。【選択図】      図１
2005214301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、この戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、
前記ボールの直径（ｄ）と前記ボールのピッチ円直径（Ｄ）との比（ｄ／Ｄ）が、０．１０以上０．２０以下であることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、質量比で、炭素（Ｃ）の含有率が０．２％以上０．９％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．５％以上１５％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．１％以上２．０％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．１％以上２．０％以下、窒素（Ｎ）の含有率が０．３％以下、モリブデン（Ｍｏ）の含有率が１．０％以下、バナジウム（Ｖ）の含有率が１．０％以下で、残部鉄（Ｆｅ）および不可避不純物からなる合金鋼で所定形状に形成された後、浸炭または浸炭窒化と焼入れおよび焼戻しが施されるか、焼入れおよび焼戻しが施されて得られ、前記ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ（ビッカース硬さ）６５３以上となっている請求項１記載のボールねじ。
【請求項３】
前記合金鋼として、質量比で、炭素（Ｃ）の含有率が０．４％以上０．９％以下であり、炭素（Ｃ）の含有率〔Ｃ〕とＣｒの含有率〔Ｃｒ〕との関係が下記の（１）式を満たすものを用いて所定形状に形成した後に、高周波焼入れおよび焼戻しを行うことにより、前記表層部が前記硬さの硬化層とされた請求項２記載のボールねじ。
〔Ｃ〕≦−０．０５〔Ｃｒ〕＋１．４１…（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電動射出成形機、メカニカルプレス装置、および工作機械用のボールねじは、比較的高速回転で高荷重を受けるため、従来より、ねじ軸とナット用の鋼としてはＳＣＭ４２０等の浸炭鋼が、転動体用の鋼としては高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）が用いられている。しかしながら、使用条件が過酷になるにつれて、上記従来例のボールねじでは耐摩耗性が不十分となっている。
【０００３】
下記の特許文献１には、電動射出成形機やメカニカルプレス装置用のボールねじのように、瞬間的な高負荷が加わり、短ストロークで使用されるボールねじでも、ボール表面の損傷を防止して、十分な耐久寿命を確保できるようにするための技術が記載されている。ここでは、少なくともボールを、重量比（質量比）にして、Ｃ：０．８〜１．５％、Ｓｉ：０．４〜１．２％、Ｍｎ：０．８〜１．５％およびＣｒ：０．８〜１．８％を含有する鋼を素材とし、この素材を浸炭窒化処理した後、焼入れ、焼戻し処理し、表層部の残留オーステナイト量を２０〜４０体積％としている。
【０００４】
また、ボール同士の接触による摩耗を防止するために、隣接するボール間にボールを受ける凹面を有するリテーニングピース（セパレータ）を配置して、ボール同士の競り合いが生じないようにすることも行われている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４６１６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高速回転および高負荷条件で使用されるボールねじの場合には、上記特許文献等で提案されている耐摩耗性の向上だけでは、寿命を向上させる対策として不十分である。すなわち、前記条件で使用されるボールねじは、転がり疲労によってねじ軸またはナットのねじ溝面に剥離が生じることにより寿命になる場合がある。この場合、剥離部の近傍には、転がり疲労による金属組織の変化や多数の微小クラックの発生が観察される。これは、高速回転および高負荷条件である場合の特殊な損傷状態を示していると考えられる。
本発明の課題は、高速回転および高負荷条件で使用されるボールねじの寿命を長くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、この戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、前記ボールの直径（ｄ）と前記ボールのピッチ円直径（Ｄ）との比（ｄ／Ｄ）が、０．１０以上０．２０以下であることを特徴とするボールねじを提供する。
【０００７】
ボールねじに高い荷重が加わった場合や、位置決め精度を高くするために高い予圧が掛けてある場合には、ねじ軸およびナットのねじ溝面とボールとの接触点に高い面圧が生じる。ボールねじの使用状態では、ねじ軸およびナットの両ねじ溝が対向して形成される軌道をボールが転動するため、ボールとねじ溝との接触点に高い面圧が生じていると、ねじ溝面に繰り返し剪断応力が作用する。これにより、ねじ溝面に、金属疲労の一種である転がり疲労が生じ易くなる。
【０００８】
これに対して、本発明のボールねじによれば、ボールの直径（ｄ）と前記ボールのピッチ円直径（Ｄ）との比（ｄ／Ｄ）を０．１０以上とすることで、比（ｄ／Ｄ）が０．１０未満であるボールねじと比較して、荷重や予圧が同じ場合、ボールとねじ溝との接触点に生じる面圧を低くすることができる。ただし、比（ｄ／Ｄ）が０．２０を超えると、前記接触点での滑りが大きくなって寿命を低下させる恐れがあるため、比（ｄ／Ｄ）の上限を０．２０とした。
【０００９】
本発明のボールねじにおいて、前記ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、質量比で、炭素（Ｃ）の含有率が０．２％以上０．９％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．５％以上１５％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．１％以上２．０％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．１％以上２．０％以下、窒素（Ｎ）の含有率が０．３％以下、モリブデン（Ｍｏ）の含有率が１．０％以下、バナジウム（Ｖ）の含有率が１．０％以下で、残部鉄（Ｆｅ）および不可避不純物からなる合金鋼で所定形状に形成された後、浸炭または浸炭窒化と焼入れおよび焼戻しが施されるか、焼入れおよび焼戻しが施されて得られ、前記ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ（ビッカース硬さ）６５３以上となっていることが好ましい。
【００１０】
ボールねじのねじ軸およびナットのねじ溝の断面は、サーキュラーアーチまたはゴシックアーチ形状となっていて、各ねじ溝とボールは１点または２点（両ねじ溝の合計では、２点、３点、または４点）で接触するようになっており、使用状態で接触点数が変わる場合もある。また、軌道が螺旋状であることや、軌道から戻し路への出入りの際に、ボールが負荷状態から無負荷状態へあるいはその逆に変化すること等から、ボールの挙動は複雑である。これにより、負荷状態でボールは理想的な転がり状態にはならず、ねじ溝との接触点で滑りやスピンが生じている。
【００１１】
そして、前記比（ｄ／Ｄ）が大きいほど、ボールとねじ溝の接触面積が大きくなり、接触点での面圧が低下するが、接触点でのボールの滑りは大きくなる。滑りが大きい場合には、ねじ溝面に金属組織変化や微小クラックが生じ易くなる。本発明では、その対策として、Ｃｒ含有率が２．５質量％以上である前記合金鋼を使用することで、ねじ溝面の表層部に化学的に安定な炭化物が形成される。これにより、ねじ溝面に金属組織変化や微小クラックが生じ難くなるため、滑りが大きい場合でも転がり疲労寿命が長くなる。
【００１２】
ただし、合金鋼中のＣｒ含有率が１５質量％を超えると、冷間加工性や被削性が低下するため、製造コストが著しく上昇する。また、粗大な共晶炭化物が生成し易くなるため、これが応力集中源となって転がり疲労寿命が低下する恐れがある。
また、ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ６５３未満であると、高速回転および高負荷条件で使用された場合の転がり疲労寿命が不十分となる。
【００１３】
なお、Ｃｒ以外の合金鋼各成分の数値限定の臨界的意義は以下の通りである。
［炭素（Ｃ）含有率：０．２質量％以上０．９質量％以下］
炭素（Ｃ）は、マトリックスに固溶して鋼に硬さを付与するとともに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖと結合して炭化物を形成し、鋼に耐摩耗性を付与する元素である。
ねじ溝の表層部の炭素含有率が０．４質量％未満であると、焼入れおよび焼戻し後のねじ溝面の硬さが不十分となる。すなわち、前記ねじ溝面の硬さをＨｖ６５３以上にすることが困難である。そのため、炭素含有率が０．４質量％未満の合金鋼を使用する場合には、浸炭または浸炭窒化を施して、ねじ溝の表層部の炭素含有率を０．４質量％以上とした後に、焼入れおよび焼戻しを行う必要がある。この場合、炭素含有率が０．２質量％未満の合金鋼を用いると、浸炭または浸炭窒化に要する時間が長くなるため、製造コストが高くなる。よって、使用する合金鋼の炭素含有率の下限値を０．２質量％とした。
【００１４】
また、炭素含有率が０．４質量％以上の合金鋼を使用する場合には、焼入れ、焼戻しを行って、ねじ溝面の表層部の硬さをＨｖ６５３以上にする。
一方、使用する合金鋼の炭素含有率が０．９質量％を超えると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成され易くなって、転がり疲労寿命や機械的強度が著しく低下する場合がある。また、冷間加工性や旋削加工性が低くなって、加工コストが高くなる。
【００１５】
［マンガン（Ｍｎ）含有率：０．１質量％以上２．０質量％以下］
マンガン（Ｍｎ）は製鋼時の脱酸素剤として作用する元素である。また、Ｃｒと同様に、マトリックスに固溶して焼入れ性を高くする作用を有する。Ｍｎの含有率が０．１質量％未満であると、これらの作用が実質的に得られない。
Ｍｎの含有率が２．０質量％を超えると、冷間加工性や被削性が低くなるだけでなく、マルテンサイト変態開始温度が低下して、十分な硬さが得られなくなる場合がある。
Ｍｎの含有率の好ましい範囲は、０．２質量％以上１．０質量％以下である。
【００１６】
［硅素（Ｓｉ）含有率：０．１質量％以上２．０質量％以下］
硅素（Ｓｉ）はＭｎと同様に、製鋼時の脱酸素剤として作用する元素である。また、ＣｒやＭｎと同様に、マトリックスに固溶して焼入れ性を高くする作用を有する。また、マトリックスのマルテンサイトを強化し、転がり疲労寿命を延長するために有効な元素である。また、焼戻し軟化抵抗性を高くする作用も有する。Ｓｉの含有率が０．１質量％未満であると、これらの作用が実質的に得られない。
Ｓｉの含有率が２．０質量％を超えると、冷間加工性、被削性、鍛造性が低くなる場合がある。
Ｓｉの含有率の好ましい範囲は、０．２質量％以上１．０質量％以下である。
【００１７】
［窒素（Ｎ）の含有率：０．３質量％以下］
窒素（Ｎ）は、鉄の結晶格子の隙間に侵入して溶け込む元素（侵入型元素）であり、鋼中に窒素が侵入型元素として存在することにより、炭素含有率が少ない場合でもマトリックスのマルテンサイトを強化し、焼入れ後に良好な硬さを得ることができる。
そして、鋼中の炭素含有率が少ないと粗大な共晶炭化物の生成が低減されるため、鋼中に窒素を侵入型元素として存在させることにより、転がり疲労寿命が向上する。しかし、前記表層部をなす鋼中の窒素（Ｎ）含有率が０．３質量％を超えると、ねじ溝の靱性が低下する恐れがある。
【００１８】
［モリブデン（Ｍｏ）含有率：１．５質量％以下］
モリブデン（Ｍｏ）は、Ｃｒと同様に、マトリックスに固溶して、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性等を高くするとともに、微細な炭化物を形成して、熱処理時の結晶粒の粗大化を防止して転がり疲労寿命を長くしたり、耐摩耗性を高くしたりする元素である。また、組織を安定化して寸法安定性を高くしたり、水素侵入による寿命低下を大幅に抑制したりする元素でもある。
Ｍｏの含有率が１．５質量％を超えると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成され易くなって、転がり疲労寿命や機械的強度が著しく低下する場合がある。また、冷間加工性や被削性が低くなって、加工コストが高くなる。
耐摩耗性およびコストを考慮すると、Ｍｏの含有率は０．３質量％以上１．０質量％以下であることが好ましい。
【００１９】
［バナジウム（Ｖ）の含有率：１．５質量％以下］
バナジウム（Ｖ）は、炭化物や窒化物を形成する元素であり、これらの炭化物や窒化物の存在により、機械的強度、耐摩耗性等が著しく高くなる。また、組織を安定化して寸法安定性を高くしたり、水素侵入による寿命低下を大幅に抑制したりする元素でもある。
Ｖの含有率が１．５質量％を超えると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成され易くなって、転がり疲労寿命や機械的強度が著しく低下する場合がある。また、冷間加工性や被削性が低くなって、加工コストが高くなる。
耐摩耗性およびコストを考慮すると、Ｖの含有率は０．３質量％以上１．０質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
ねじ軸およびナットのねじ溝面の表層部の硬さをＨｖ６５３以上とする方法としては、下記の三つの方法が挙げられる。
(1) 前記合金鋼として、質量比で、炭素（Ｃ）の含有率が０．４％以上０．９％以下であるものを使用し、通常の焼入れ（「高周波焼入れ」でなく、所謂「ずぶ焼き」）および焼戻しを行う。すなわち、ねじ溝面の表層部だけでなく芯部まで硬化する。
(2) 前記合金鋼として、質量比で、炭素（Ｃ）の含有率が０．２％以上０．４％以下であるものを使用し、浸炭または浸炭窒化を施して、ねじ溝の表層部の炭素含有率を０．４質量％以上とした後に、焼入れおよび焼戻しを行う。すなわち、ねじ溝面の表層部だけを硬化する。
(3) 前記合金鋼として、質量比で、炭素（Ｃ）の含有率が０．４％以上０．９％以下であるものを使用し、高周波焼入れおよび焼戻しを行う。すなわち、ねじ溝面の表層部だけを硬化する。
【００２１】
ここで、焼入れによってねじ軸またはナットに熱処理変形が生じると、ねじ溝とボールとの隙間が局部的に変化して、不安定な滑りが増加する恐れがある。表層部だけを硬化する(2) および(3) の方法は(1) の方法より、熱処理変形が小さいため、前述の不安定な滑りの増加が抑えられて、ボールねじの寿命が高くなる。また、(2) の方法と(3) の方法を比較すると、製造コストの点で(3) の方法が好ましい。したがって、(3) の方法を採用することが好ましい。
【００２２】
(3) の方法を採用する場合には、前記合金鋼として、炭素（Ｃ）の含有率〔Ｃ〕とＣｒの含有率〔Ｃｒ〕との関係が下記の（１）式を満たすものを用いることが好ましい。
〔Ｃ〕≦−０．０５〔Ｃｒ〕＋１．４１…（１）
すなわち、炭化物形成元素であるクロムの含有率と炭素含有率との関係が上記（１）式を満たすことにより、鋼中に炭化物が微細に分散するため、高周波焼入れによる焼入れ性が良好になる。一方、クロム含有率と炭素含有率との関係が上記（１）式を満たさない鋼は、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成し易い。
【００２３】
そして、粗大な共晶炭化物は、高周波焼入れでは鉄に溶け込み難いため、上記（１）式を満たさない鋼を用いて高周波焼入れを行うと、熱処理むらが生じる恐れがある。また、粗大な共晶炭化物が応力集中源になって、転がり疲労寿命が低下する場合がある。
なお、ねじ溝との接触点でボールに生じる滑りが大きくなる条件として、例えば、ボールのピッチ円直径（Ｄ、単位：ｍｍ）と、ボールねじの回転速度（ｎ、単位：ｍｉｎ-1）との積が６００００以上である条件が挙げられる。本発明の請求項２に係るボールねじによれば、この条件で使用された場合の転がり疲労寿命を長くすることができる。
【００２４】
また、リテーニングピースの使用に関しては、リテーニングピースを使用するとその分だけボール数が減る。ねじ軸およびナットのねじ溝面とボールとの接触点に掛かる面圧を低くするためには、ボール数が多い方が、荷重が分散されるため有利である。よって、面圧を低くするためには、リテーニングピースを使用しない方が好ましい。一方、リテーニングピースはボール同士の摩耗を防止する効果が高いため、耐摩耗性を高くするためにはリテーニングピースを使用することが好ましい。
したがって、ボールの摩耗による損傷が大きい用途ではリテーニングピースを使用し、ボールの摩耗による損傷が小さい用途ではリテーニングピースを使用しないことが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のボールねじによれば、ボールの直径（ｄ）とピッチ円直径（Ｄ）との比（ｄ／Ｄ）を最適化することにより、高速回転および高負荷条件で使用されるボールねじの寿命を長くすることができる。これに加えて、Ｃｒ含有率を所定範囲とした特定の合金鋼でねじ軸およびナットの少なくともいずれかを形成することにより、前記比（ｄ／Ｄ）を大きくすることに伴って大きな滑りが生じる場合でも、転がり疲労寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１および２は、本発明の一実施形態であるボールねじを示す斜視図および断面図である。
このボールねじは、ねじ軸１とナット２とボール３とチューブ（戻し路）４とからなるチューブ式ボールねじである。図１の符号６は、チューブ４をナット２に固定するチューブ押えであり、図２ではこのチューブ押え６が省略されている。
【００２７】
ねじ軸１の外周面とナット２の内周面には螺旋状の溝（ねじ溝）１１，２１が形成されており、これらのねじ溝１１，２１でボール３の軌道が形成されている。そして、ボール３がこの軌道を負荷状態で転動することにより、ナット２はねじ軸１に対して相対的に直線移動する。
チューブ４は略門形に形成され、その両端部が、ナット２をなす円筒に設けた貫通穴２２内に挿入され、軌道の始点と終点を連結するように、ねじ軸１を挟んで斜向かいに配置されている。したがって、軌道の終点に達したボール３はこのチューブ４を通って軌道の始点に戻される。この例では、ボール循環経路（軌道＋戻し路）を２つ有するため、チューブ４を２本備えている。また、リテーニングピースは使用していない。
【００２８】
このようなボールねじのねじ軸を、合金成分が表１に示す組成となっているＡ〜Ｋの各鋼からなる棒材を用い、前述の(1) 〜(3) の各方法で熱処理を行うことにより、ねじ溝面の表層部の硬さが各種値となるように作製した。すなわち、焼鈍後の各棒材を旋削により粗加工してねじ溝等を形成した後、各方法で熱処理を行い、さらに研削により仕上げ加工した。(1) の方法では、焼入れ時の加熱を通常の加熱炉内で行った。(2) の方法では、浸炭後に(1) の方法と同様の焼入れ、焼戻しを行った。(3) の方法では、誘導炉内にて誘導加熱することで高周波焼入れを行った後に、焼戻しを行った。
ナットは、表１の鋼種Ａからなる環状体を用い、焼鈍後に旋削による粗加工を行ってねじ溝等を形成した後、前記(2) の方法で熱処理（浸炭、焼入れ、および焼戻し）を行い、さらに研削により仕上げ加工した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
ボールは、標準品（ＳＵＪ２製で通常の焼入れ、焼戻しがなされたもの）であって、比（ｄ／Ｄ）が下記の表２に示す各値となる六種類の直径のものを用意した。
なお、ねじ軸とナットのねじ溝は、各ボールの直径に合わせた形状に加工した。また、作製したボールねじの諸元は、ストローク：５５０ｍｍ、ボールのピッチ円直径（Ｄ）：４８ｍｍ、リード：１０ｍｍ、精度等級：Ｃ５である。
【００３１】
［試験１］
ここでは、比（ｄ／Ｄ）の違いによる、ボールねじの寿命の違いを調べる試験を行った。
比（ｄ／Ｄ）が下記の表２に示す各値となるように、異なる直径のボールを使用した以外は同じ構成で、No. １−１〜１−６の各ボールねじを組み立てた。
ねじ軸としては、鋼種Ｄからなる棒材を用い、各ボール径に合わせたねじ溝寸法で形成され、前記(3) の方法で熱処理が行われて、ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ７２７であるものを使用した。ナットとしては、鋼種Ａからなる棒材を用い、前記ボール直径に合わせたねじ溝寸法で形成され、前記(2) の方法で熱処理が行われて、ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ７２０であるものを使用した。
【００３２】
各ボールねじを、ＮＳＫ製のボールねじ耐久試験機にかけ、アキシャル荷重：２６０００Ｎ、最高回転速度：１５００ｍｉｎ-1、ストローク：２００ｍｍ、潤滑剤：鉱油グリースの条件で、ボールねじを往復運動させる寿命試験を行った。この試験では、一定時間毎に往復運動を停止してねじ軸に剥離が生じているかどうかを調べ、剥離が確認された時点までの往復運動時間を寿命とした。
そして、各サンプルで得られた寿命を、No. １−５の寿命で除算して、寿命の相対値を算出した。この算出値を、表２に「寿命比」として挙げた。また、比（ｄ／Ｄ）と寿命比との関係を図３にグラフで示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２および図３のグラフから分かるように、比（ｄ／Ｄ）が本発明の範囲（０．１０以上０．２０以下）内であるNo. １−１〜１−４のボールねじは、比（ｄ／Ｄ）が本発明の範囲から外れるNo. １−５，１−６のボールねじと比較して、寿命が２倍以上になっている。
No. １−５のボールねじは、比（ｄ／Ｄ）が０．０７と小さいため、ボールとねじ溝との接触点に生じる面圧が高くなって、寿命が低下したものと考えられる。No. １−６のボールねじは、比（ｄ／Ｄ）が大きいため、ボールとねじ溝面との接触点での滑りが大きくなって、寿命が低下したものと考えられる。
【００３５】
［試験２］
ここでは、ねじ軸を構成する鋼の違いによる、ボールねじの寿命の違いを調べる試験を行った。
下記の表３に示すようにねじ軸の構成を変化させ、それ以外は同じ構成で、No. ２−１〜２−１１の各ボールねじを組み立てた。
ボールとしては、比（ｄ／Ｄ）が０．１７となる直径（８．１６ｍｍ）のものを使用した。ナットとしては、鋼種Ａからなる棒材を用い、前記ボール直径に合わせたねじ溝寸法で形成され、前記(2) の方法で熱処理が行われて、ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ７２０であるものを使用した。ねじ軸としては、各鋼種からなる環状体を用い、前記ボール直径に合わせたねじ溝寸法で形成され、各方法で熱処理が行われて、ねじ溝面の表層部の硬さが各値（Ｈｖ７０２〜７３４）とされたものを使用した。
【００３６】
各ボールねじを、ＮＳＫ製のボールねじ耐久試験機にかけ、アキシャル荷重：２００００Ｎ、最高回転速度：２０００ｍｉｎ-1、ストローク：２００ｍｍ、潤滑剤：鉱油グリースの条件で、ボールねじを往復運動させる寿命試験を行った。この試験では、一定時間毎に往復運動を停止してねじ軸に剥離が生じているかどうかを調べ、剥離が確認された時点までの往復運動時間を寿命とした。
そして、各サンプルで得られた寿命を、No. ２−８の寿命で除算して、寿命の相対値を算出した。この算出値を、表３に「寿命比」として挙げた。また、使用した鋼のクロム含有率と寿命比との関係を図４にグラフで示す。
【００３７】
【表３】
2005214301.tif 000005
【００３８】
表３および図４のグラフから分かるように、No. ２−１〜２−７のボールねじは、使用した鋼のクロム含有率が本発明の範囲（２．５質量％以上１５質量％以下）内であるため、前記クロム含有率が本発明の範囲から外れるNo. ２−８〜２−１０のボールねじと比較して、寿命が２．５倍以上になっている。
No. ２−８と２−９のボールねじは、使用した鋼Ｈ，Ｉのクロム含有率が０．２質量％，１．０質量％と少なく、安定的な炭化物がねじ溝面の表層部に形成されない。よって、比（ｄ／Ｄ）＝０．１７であるためにボールとねじ溝との接触点での滑りが大きいことから、金属組織変化や微小クラックがねじ溝面に生じて、転がり疲労寿命が短くなったと考えられる。
【００３９】
No. ２−１０のボールねじは、使用した鋼Ｊのクロム含有率が１８質量％と多いため、粗大な共晶炭化物が生成して応力集中源となり、転がり疲労が局部的に進行して、転がり疲労寿命が低下したと考えられる。
なお、No. ２−１１のボールねじは、ねじ軸で使用した鋼Ｊのクロム含有率が１５質量％と本発明の範囲内であるが、(3) の方法で熱処理を行っていながら、前記鋼の炭素含有率とクロム含有率との関係が前記（１）式を満たさない。そのため、クロム含有率が同じ１５質量％で硬さも同等であるNo. ２−５のボールねじと比較して、転がり疲労寿命が短くなった。
【００４０】
［試験３］
ここでは、ねじ軸のねじ溝面の表層部の硬さの違いによる、ボールねじの寿命の違いを調べる試験を行った。
下記の表４に示すようにねじ軸の構成を変化させ、それ以外は同じ構成で、No. ３−１〜３−５の各ボールねじを組み立てた。
ボールとしては、比（ｄ／Ｄ）が０．１７となる直径（８．１６ｍｍ）のものを使用した。ナットとしては、鋼種Ａからなる棒材を用い、前記ボール直径に合わせたねじ溝寸法で形成され、前記(2) の方法で熱処理が行われて、ねじ溝面の表層部の硬さがＨｖ７２０であるものを使用した。ねじ軸としては、鋼種ＢまたはＧからなる環状体を用い、前記ボール直径に合わせたねじ溝寸法で形成され、各方法で熱処理が行われて、ねじ溝面の表層部の硬さが各値（Ｈｖ６４５〜７２３）とされたものを使用した。
【００４１】
各ボールねじを、ＮＳＫ製のボールねじ耐久試験機にかけ、アキシャル荷重：３００００Ｎ、最高回転速度：１３００ｍｉｎ-1、ストローク：２００ｍｍ、潤滑剤：鉱油グリースの条件で、ボールねじを往復運動させる寿命試験を行った。この試験では、一定時間毎に往復運動を停止してねじ軸に剥離が生じているかどうかを調べ、剥離が確認された時点までの往復運動時間を寿命とした。
そして、各サンプルで得られた寿命を、No. ３−５の寿命で除算して、寿命の相対値を算出した。この算出値を、表４に「寿命比」として挙げた。
【００４２】
【表４】
2005214301.tif 000006
【００４３】
表４から分かるように、ねじ軸のねじ溝面表層部の硬さが本発明の範囲（Ｈｖ６５３以上）内であるNo. ３−１〜３−４のボールねじは、本発明の範囲から外れるNo. ３−５のボールねじと比較して、寿命が２．４倍以上になっている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に相当するボールねじを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に相当するボールねじを示す断面図である。
【図３】表２のデータを、比（ｄ／Ｄ）と寿命比との関係でプロットして得られたグラフである。
【図４】表３のデータを、ねじ軸をなす鋼中のクロム含有率と寿命比との関係でプロットして得られたグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  ねじ軸
１１  ねじ軸のねじ溝
２  ナット
２１  ナットのねじ溝
３  ボール
４  チューブ（戻し路）
６  チューブ押え
【図１】
2005214301.tif 000007
【図２】
2005214301.tif 000008
【図３】
2005214301.tif 000009
【図４】
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