(57)【要約】【課題】  ボールネジ伝動装置の、垂直方向設置の場合は押上駆動または押下駆動、水平方向の場合は左右への移動駆動における金属同士の直接接触による摩耗を抑制するための耐磨耗性に優れたボールネジ伝動装置及びフェライト皮膜の表面処理方法を提供する。【解決手段】  ボールスクリューネジ軸の外周に形成された第１の螺旋溝と、前記ボールスクリューネジが貫通するナットと、前記第１の螺旋溝と対向する前記ナットの内壁面に形成された第２の螺旋溝と、この第２の螺旋溝と前記第１の螺旋溝とで形成された空間に介在されたボールとからなるボールネジ伝動装置において、前記第１の螺旋溝又は第２の螺旋溝若しくは前記ボールのうち少なくとも何れか一つ以上を含む部材の表面にフェライト皮膜を形成したものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールスクリューネジ軸の外周に形成された第１の螺旋溝と、前記ボールスクリューネジが貫通するナットと、前記第１の螺旋溝と対向する前記ナットの内壁面に形成された第２の螺旋溝と、この第２の螺旋溝と前記第１の螺旋溝とで形成された空間に介在されたボールとからなるボールネジ伝動装置において、
前記第１の螺旋溝又は第２の螺旋溝若しくは前記ボールのうち少なくとも何れか一つ以上を含む部材の表面にフェライト皮膜を形成したことを特徴とするボールネジ伝動装置。
【請求項２】
請求項１記載のボールネジ伝動装置において、
前記ボールスクリューネジ軸と前記ナットと前記ボールは水中で使用されることを特徴とするボールネジ伝動装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載のボールネジ伝動装置において、
前記フェライト皮膜の厚さは５０μｇ／ｃｍ２以上であることを特徴とするボールネジ伝動装置。
【請求項４】
成膜対象部材を処理水が充填された施工用タンクに浸漬するステップと、
循環する前記処理液を加熱器で温度調節するステップと、
前記処理水に鉄（II）イオン溶液を注入するステップと、
前記処理水に酸化剤を注入するステップと、
前記処理水にｐＨ調整剤を注入するステップと、
前記成膜部材に対するフェライト皮膜生成の完了有無を判断するステップと、
これらのステップで構成されたことを特徴とするフェライト皮膜の表面処理方法。
【請求項５】
請求項４記載のフェライト皮膜の表面処理方法において、
前記フェライト皮膜は、マグネタイト、Ｎｉフェライト、Ｚｎフェライトのうち、少なくとも何れか一つを含むことを特徴とするフェライト皮膜の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールネジ伝動装置に係わり、特に水中における耐摩耗性を向上させたボールネジ伝動装置及びフェライト皮膜の表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールネジ伝動装置は、モータに連結されたボールスクリューネジ軸と、このボールスクリューネジ軸とボールを介してかみ合うボールナットとから基本的には構成されている。ボールナットには軸方向に伸びる連結棒が取り付けられており、モータの正転または逆転により、垂直方向設置の場合は押上駆動または押下駆動、水平方向の場合は左右への移動駆動が可能となっている。
【０００３】
このボールネジ伝動装置は一般的に大気中で使用されることが多いが、場合によっては水中の環境下で使用されることがある。
【０００４】
水中で使用する場合のボールネジ伝動装置の金属材料としては、耐腐食性を確保するためにステンレス鋼が使用され、ボールスクリューネジ軸とボールナットには析出硬化系ステンレス鋼、ボールにはマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。
【０００５】
通常、ステンレス鋼の表面には自己修復性の皮膜である不動態膜が形成され、この不動態膜によって錆びの発生を抑制する耐腐食性を有している。このステンレス鋼の表面に形成されている不動態膜は、ステンレス鋼の金属微視組織にすべりが生じるような力が加わると破壊されるが、自己修復性を有しているためステンレス鋼の表面に再形成される。
【０００６】
水中用ボールネジ伝動装置は、上述したように垂直方向設置の場合は押上駆動または押下駆動を行い、水平方向の場合は左右への移動駆動を行う。その際には、モータの回転に伴ってボールスクリューネジ軸が回転し、ボールスクリューネジ軸に接触しているボールの転がりに伴って、ボールナットへ駆動力が伝わる構造となっている。
【０００７】
このように水中で使用される水中用ボールネジ伝動装置は、ボールのすべりや荷重によってボールスクリューネジ軸又はボールナット表面に形成されている不動態膜が破壊されてしまう場合がある。その場合、金属新生面が現出し、不動態膜の再形成よりも前にボールとボールスクリューネジ軸又はボールナットに使用されている金属同士の直接接触による磨耗が生じることが懸念される。
【０００８】
また、摩耗形態として、ボールとボールスクリューネジ軸又はボールナットの接触面は工業的に粗さを有している。そのため、ボールとボールスクリューネジ軸又はボールナットの接触面に摩耗粉による皮膜が形成されるまでの間は、金属同士の微視的な直接接触が起こり、摩耗が生じることが懸念される。したがって、水中で使用するボールネジ伝動装置は耐摩耗性の向上は必須となっている。
【０００９】
耐摩耗性を向上させる従来技術として、例えば特許文献１又は特許文献２のような、原子力発電プラントの構成部品の表面に予め酸化皮膜を形成するものがある。また、非特許文献１として、摩耗面表面の摩耗に対する摩耗粉の役割に関する報告がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３８４８３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８８７１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】社団法人日本機械学会論文集Ｃ編５８巻５５５号論文Ｎｏ．９２−０３０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した特許文献１は、原子力プラント構成部材の放射性核種の付着抑制方法及び成膜装置が提案されている。この放射性核種の付着抑制方法及び成膜装置方法では、原子力プラントを構成する金属部材の表面に形成された汚染物を除去する除染工程の終了段階から原子力プラント起動までの期間に鉄（II）イオンを含む第１の薬剤と、前記鉄（II）イオンを鉄（III）イオンに酸化する第２の薬剤と、前記第１と第２の薬剤の混合した処理液のｐＨを５．５乃至９．０に調整する第３の薬剤とを、前記金属部材の表面に接触させてフェライト皮膜（マグネタイト皮膜）を成膜し、該フェライト皮膜により前記金属部材の表面に放射性核種が付着するのを抑制している。
【００１３】
上述した特許文献２は、原子力発電プラント用交換部材及び原子力発電プラント用部材の取扱方法が提案されている。この原子力発電プラント用交換部材及び原子力発電プラント用部材の取扱方法では、水冷却型原子力プラントの一次冷却水と接する金属部材と交換される原子力プラント用交換部材であって、フェライト皮膜が形成された交換部材を用いる、又は、水冷却型原子力プラントの一次冷却水と接する金属部材を所定の場所から取り外し、表面にフェライト皮膜が形成された新たな金属部材を所定の場所に取り付けることを可能にすることで、金属部材の表面に放射性核種が付着するのを抑制している。
【００１４】
また上述した非特許文献１は、シビア・マイルド摩耗遷移における摩耗粉の役割についての調査結果が報告されている。このシビア・マイルド摩耗遷移における摩耗粉の役割に関する調査結果では、室温大気中の摩耗試験の結果として、シビア・マイルド摩耗遷移機構について、摩耗量が大きいシビア摩耗領域で生じた摩耗粉が摩擦面に再付着してより微細な摩耗粉の生成を促進すること、最終的に生成したマイルド摩耗粉が面上に固着してマイルド摩耗を発現させることが報告されている。また、シビア・マイルド摩耗遷移の過程において、シビア摩耗粉・マイルド摩耗粉ともに、摩擦面への酸素の運び役としての役割を果たすことが報告されている。
【００１５】
特に、摩耗試験において、摩耗試験面上方約１ｍｍの位置に電気掃除機につながる内径６ｍｍの吸込み口を設けることにより、摩耗試験に伴い発生する摩耗粉を除去する機構を使用した摩耗試験では、摩耗粉除去無しで摩擦距離１７６ｍでシビア摩耗からマイルド摩耗へ移行したのに対し、摩耗粉除去有りでは摩擦距離３０００ｍまでシビア摩耗が継続したことが報告されている。このような試験結果に対し、摩耗量が、シビア摩耗に比べて１／１０〜１／１００であるマイルド摩耗が成立するためには、摩耗粉が必要であるとの見解が述べられている。
【００１６】
このように、特許文献１，２及び非特許文献では、原子力発電プラントの構成部品の表面に予め酸化皮膜を形成することや、摩耗面表面の摩耗に対する摩耗粉の役割に関することについては開示されているものの、水中で使用するボールネジ伝動装置の耐摩耗性の向上については開示されていない。
【００１７】
本発明の目的は、ボールを介してかみ合うボールスクリューネジ軸とボールネジにおける金属同士の直接接触による摩耗を抑制することができ、耐磨耗性に優れた水中用ボールネジ伝動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を解決するために本発明は、ボールスクリューネジ軸の外周に形成された第１の螺旋溝と、前記ボールスクリューネジが貫通するナットと、前記第１の螺旋溝と対向する前記ナットの内壁面に形成された第２の螺旋溝と、この第２の螺旋溝と前記第１の螺旋溝とで形成された空間に介在されたボールとからなるボールネジ伝動装置において、前記第１の螺旋溝又は第２の螺旋溝若しくは前記ボールのうち少なくとも何れか一つ以上を含む部材の表面にフェライト皮膜を形成したものである。
【００１９】
また上記目的を解決するために本発明では好ましくは、前記ボールスクリューネジ軸と前記ナットと前記ボールは水中で使用されると良い。
【００２０】
また上記目的を解決するために本発明では好ましくは、前記フェライト皮膜の厚さは５０μｇ／ｃｍ２以上であると良い。
【００２１】
上記目的を解決するために本発明は、成膜対象部材を処理水が充填された施工用タンクに浸漬するステップと、循環する前記処理液を加熱器で温度調節するステップと、前記処理水に鉄（II）イオン溶液を注入するステップと、前記処理水に酸化剤を注入するステップと、前記処理水にｐＨ調整剤を注入するステップと、前記成膜部材に対するフェライト皮膜生成の完了有無を判断するステップと、これらのステップで構成したものである。
【００２２】
また上記目的を解決するために本発明では、好ましくは、前記フェライト皮膜が、マグネタイト、Ｎｉフェライト、Ｚｎフェライトのうち、少なくとも何れか一つを含むと良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ボールを介してかみ合うボールスクリューネジ軸とボールネジにおける金属同士の直接接触による摩耗を抑制することができ、ための耐磨耗性に優れた水中用ボールネジ伝動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るボールネジ伝動装置の部分拡大断面図である。
【図２】本発明に係るボールスクリューネジ軸とボールの接触面近傍の拡大断面図である。
【図３】図１をさらに部分的に拡大した断面図である。
【図４】本発明に係るマグネタイト皮膜厚とコバルト付着量の関係を示すグラフ図である。
【図５】実施例１に係るフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【図６】実施例１に係るフェライト皮膜の成膜装置を説明する系統構成図である。
【図７】実施例２に係るフェライト皮膜の成膜装置を説明する系統構成図である。
【図８】実施例３に係るフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【図９】実施例３に係るフェライト皮膜の成膜装置を説明する系統構成図である。
【図１０】実施例４に係るフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【図１１】実施例４に係るフェライト皮膜の成膜装置を説明する系統構成図である。
【図１２】実施例５に係るフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明に係るボールネジ伝動装置の部分拡大断面図である。
【００２６】
図１において、ボールネジ伝動装置１はボールスクリューネジ軸２とナット３と複数のボール４とボール循環チューブ５とを組み合わせものである。ボールスクリューネジ軸２にはボール４を転動させるための螺旋溝２ａが形成されている。この螺旋溝２ａに対向する螺旋溝３ａがナット３の内周面にも形成されている。このナット３内にボールスクリューネジ軸２が挿入されて嵌合状態となる。
【００２７】
ボール４はナット３とボールネジ軸２との間に形成される螺旋溝２ａ，３ａ内にネジ結合媒体として転がり接触するように介在することになる。ナット３の螺旋溝３ａの終端側を循環路としてのボール循環チューブ５を介してその始端側に連通し、ボール循環チューブ５内でボール４を循環させている。
【００２８】
ボールスクリューネジ軸２がモータ（図示せず）によって回転するとボール４は螺旋溝２ａ，３ａ内を転動して移動する。しかし、ボール４がナット３の端部（螺旋溝の終端部）まで移動するとボール循環チューブ５内に転がり込み、この循環チューブ５内に移動してナット３の他方の端部まで戻るようになっており、ボール４は閉ループの中で転がり続けるようになっている。
【００２９】
つまり、回転運動を直線運動に変える機械要素としたのがボールネジ駆動装置であり、その“おねじ”の山と“めねじ”の谷の間にボールをいれて、ねじ面の滑り接触運動を転がり接触運動に変えたものである。
【００３０】
ところで、ボールネジ伝動装置１は静寂な制動力が得られることから、例えば自動車のステアリングや旋盤機械などに採用されている。そのため、ボールネジ軸２やボール４やナット３の摺動部分の潤滑には潤滑油が使用される。ところが、このボールネジ伝動装置１は必ずしも大気中だけの使用ではなく、水中で使用する場合がある。その場合、上述したように、ボールのすべりや荷重によってボールスクリューネジ軸又はボールナット表面に形成されている不動態膜が破壊されてしまう場合がある。その場合、金属新生面が現出し、不動態膜の再形成よりも前にボールとボールスクリューネジ軸又はボールナットに使用されている金属同士の直接接触による磨耗が生じてしまう。
【００３１】
さて、摩耗の形態を大別すると一般的にはシビア摩耗とマイルド摩耗があることが知られている。シビア摩耗は動作の初期段階で生じる磨耗であり、数十μｍから数ｍｍ程度の摩耗粉を伴い、マイルド摩耗はマイルド摩耗はシビア摩耗から遷移した後に生じる摩耗であり、１０−１μｍオーダー或いはそれ以下の微細な摩耗粉を伴うことが知られている。これらの摩耗粉は、転がりや摩擦が生じる際に、接触する２つの金属同士の直接接触により生じるとの見解が示されている。また、数十μｍから数ｍｍ程度の摩耗粉を伴うシビア摩耗の後、１０−１μｍオーダー或いはそれ以下の微細な摩耗粉を伴うマイルド摩耗へ遷移することが知られている。前記マイルド摩耗による摩耗粉は、通常酸化しており、鉄鋼系の摩耗においては鉄系酸化物であることが知られている。
【００３２】
上述の非特許文献１に記載された内容も含めて総合すると、摩耗粉は鉄系酸化物であり、シビア摩擦により生じた摩耗粉が摩擦面に付着することで、マイルド摩耗への遷移を促し、最終的にマイルド摩耗へ遷移すると考えられる。すなわち、鉄系酸化物が摩擦面表面に存在することにより、マイルド摩耗への遷移が促進されると考えられる。
【００３３】
発明者らの検討によれば、試験動作させたフェライト皮膜を成膜していない水中用ボールネジ伝動装置のボールスクリューネジ軸１のボール２との接触面において、鉄系酸化物であるマグネタイトＦｅ３Ｏ４が確認された。水中用ボールネジ伝動装置の組立て時においては、ボールスクリューネジ軸１に表面に予め酸化皮膜処理は行っていないことから、確認されたマグネタイトＦｅ３Ｏ４は、試験動作させたことにより生成された鉄系酸化物であると考えられる。
【００３４】
水中用ボールネジ伝動装置の健全性を確保するためには、数十μｍから数ｍｍ程度の摩耗粉を伴う動作の初期段階で生じるシビア摩耗から、１０−１μｍオーダー或いはそれ以下の微細な摩耗粉を伴うマイルド摩耗へ早期に遷移させることが重要と考えられる。前記の知見により、鉄系酸化物が摩擦面表面に存在することにより、マイルド摩耗への遷移が促進される。
【００３５】
そこで、図２に示すように、動作させる前のボールネジ伝動装置１を構成するボールスクリューネジ軸２の表面に予め鉄系酸化物であるフェライト皮膜６を成膜し、その後、図３のように組立てを実施することによって、ボールスクリューネジ軸２とボール４との２つの金属同士の接触による直接接触を抑制し、シビア摩耗からマイルド摩耗への早期の遷移、又は動作初期からマイルド摩耗の状態が実現できることが分かった。
【００３６】
以下、図２、図３を使ってその詳細を説明する。
【００３７】
図２は本発明に係るボールスクリューネジ軸とボールの接触面近傍の拡大断面図である。
【００３８】
図３は図１をさらに部分的に拡大した断面図である。
【００３９】
図２、図３において、ボールスクリューネジ軸１の耐摩耗性を向上させるためには、ボールスクリューネジ軸２の表面へフェライト皮膜６を形成させる際に、ボールスクリューネジ軸２の表面全面に形成させることが必要である。そこで、ボールスクリューネ軸２の表面へのフェライト皮膜量を検討した。
【００４０】
特許文献１に示されるように、鉄系酸化物であるマグネタイトＦｅ３Ｏ４が主成分であるフェライト皮膜は、予めステンレス鋼の表面に形成させることにより、放射性核種の酸化皮膜への取り込みを抑制することができる。したがって、フェライト皮膜厚とコバルト６０付着量との関係において、ステンレス鋼表面に形成されるフェライト皮膜が表面全面に形成される過程のフェライト皮膜量では、フェライト皮膜量が増えるにしたがってコバルト６０付着量は減少傾向となると考えられる。
【００４１】
すなわち、コバルト６０付着量の減少傾向がそれまでと異なるフェライト皮膜量またはコバルト６０付着量がある一定値となるフェライト皮膜量であれば、ステンレス鋼表面全面にフェライト皮膜が形成されているものと判断される。
【００４２】
図４に、ステンレス鋼の表面のマグネタイト皮膜厚とコバルト６０付着量との関係を示す。  
図４において、縦軸はマグネタイト皮膜を形成したステンレス鋼へのコバルト付着量の相対値を示しており、横軸はマグネタイト皮膜厚を示している。図４に示すように、マグネタイト皮膜厚が５０μｇ／ｃｍ２まではコバルト６０付着量が急激に減少する。また、フェライト皮膜厚が９０μｇ／ｃｍ２以上であれば、コバルト６０付着量は一定の値となる。つまり、マグネタイト皮膜（フェライト皮膜）の厚さが５０μｇ／ｃｍ２以上であれば、ステンレス鋼表面全面にフェライト皮膜が形成されたと判断することができる。従って、ステンレス鋼表面に形成するフェライト皮膜の厚さは５０μｇ／ｃｍ２以上であればよく、さらに好ましくは９０μｇ／ｃｍ２〜２．６ｍｇ/ｃｍ２であればよい。
【００４３】
以上の検討結果を考慮した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００４４】
以下、図５及び図６を用いて第1の実施例を説明する。
【００４５】
第１の実施例は、ボールスクリューネジ軸を用い、このボールスクリューネジ軸表面へフェライト皮膜を形成することにより金属同士の直接接触を抑制するものである。
【００４６】
図５は、本実施例による水中用ボールネジ伝動装置の構成部材であるボールスクリューネジ軸に対するフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【００４７】
図６は本実施例によるフェライト皮膜成膜方法を実施するための成膜装置の系統構成図である。
【００４８】
図５、図６において、まず、処理に用いる水が充填されている施工用タンク１０内に、施工対象であるボールスクリューネジ軸を浸漬する（Ｓ１）。次に、バルブ１３、１４、２７、３０、３５、３６を開き、循環ポンプ１２、２８を起動して、フィルタ３１への通水を開始するとともに、加熱器３２により、処理液を所定の温度に調節する（Ｓ２）。水中の微細な固形物が残留していると、フェライト皮膜の形成処理の際に固形物表面で皮膜生成が生じ、無駄な薬剤が使用される。これを防止するためにフィルタ３１への通水を行う。このときの処理液の温度は１００℃程度が好ましいが、これに限られない。なお、サージタンク１１については後述する。
【００４９】
形成されるフェライト皮膜はボールスクリューネジ軸とボールが直接接触しない程度に、結晶等の膜構造が緻密にできればよい。従って、少なくとも系統の設計温度以上が好ましく、下限は常温でもよいが、膜の生成速度を考慮すると６０℃以上が好ましい。１００℃以上では処理液の沸騰を抑制するために処理液を加圧しなければならず、仮設設備の耐圧性が要求されるようになり設備コストが大きくなる。
【００５０】
フェライト皮膜を形成させるためには、鉄（ＩＩ）イオンが成膜対象部の表面に吸着する必要がある。しかし、溶液中の鉄（ＩＩ）イオンは溶存酸素により、以下に示す(化学式１)にしたがって、鉄（ＩＩＩ）イオンに酸化される。さらに、鉄（ＩＩＩ）イオンは鉄（ＩＩ）イオンに比べて溶解度が低いため、以下に示す(化学式２)にしたがって、水酸化鉄（ＩＩＩ）として析出してしまう。
【００５１】
つまり、処理液中に溶存酸素が存在すると、処理液中の鉄（ＩＩ）イオンがフェライト皮膜の形成に寄与しにくくなってしまう。そこで、処理液中の溶存酸素を除去するため、不活性ガスのバブリング又は真空脱気を行うことが望ましい。
（化１）  ４Ｆｅ２＋＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ→４Ｆｅ３＋＋４ＯＨ−
（化２）  Ｆｅ（ＯＨ）３−→Ｆｅ（ＯＨ）
その後、循環される処理液の温度が所定の温度に達したら、バルブ２１を開いて注入ポンプ２３を起動し、薬液タンク２５から、鉄をギ酸で溶解して調整した鉄（ＩＩ）イオンを含む薬剤を処理液中に注入する（Ｓ３）。続いて、処理対象であるボールスクリューネジ軸表面に吸着した鉄（ＩＩ）イオンをフェライト化させるため、バルブ２２を開き、注入ポンプ２４を起動して、薬液タンク２６に貯留されている酸化剤である過酸化水素水を処理液中に注入する（Ｓ４）。
【００５２】
さらに、処理液のｐＨを反応開始条件となる５．５乃至９．０に調整するため、バルブ１８を開け、注入ポンプ１９を起動して、薬液タンク２０からｐＨ調整剤であるヒドラジンを処理液中に注入する（Ｓ５）。これにより、フェライト皮膜の生成反応が生じる処理液となり、処理対象部位にマグネタイトを主成分とするフェライト皮膜が形成される。
【００５３】
ステップ（Ｓ３）、（Ｓ４）、（Ｓ５）は連続的、すなわち、鉄イオンが注入された液が酸化剤注入ポイントに達したときに酸化剤の注入が開始され、鉄イオンと酸化剤が混合した処理液がｐＨ調整剤注入ポイントに達したときにｐＨ調整剤の注入が直ちに達成されることが好ましい。鉄イオンだけ先に注入して系統を循環させると、系統内に残っている溶存酸素により酸化反応が生じ、無駄な反応による薬剤の損失と反応の阻害につながる。
【００５４】
鉄イオンに酸化剤が供給されると鉄イオンの酸化反応が開始され、鉄（ＩＩ）イオンと鉄（ＩＩＩ）イオンの存在比率が皮膜生成反応に適した条件となる。ただし、このままでは、処理液が酸性のため皮膜は形成されない。処理液にｐＨ調整剤を添加することにより、皮膜生成反応が開始される。したがって、処理対象部位への無駄な皮膜の形成を防止するため、ｐＨ調整剤の注入ポイントは処理対象物が存在する施工用タンク１０の近くに設けられることが好ましい。
【００５５】
また、皮膜生成反応の開始後、処理液中にマグネタイトの粒子が生成するため、バルブ２９を閉じバルブ３０を開けることで、フィルタ３１への通水を開始することが好ましい。しかし、皮膜対象に粗大な粒子への付着を問題としない場合はフィルタに通水する必要はない。
【００５６】
薬液の注入の順序は鉄イオン、酸化剤、ｐＨ調整剤としたが、酸化剤、鉄イオン、ｐＨ調整剤の順番でもよい。但し、過酸化水素は温度が高い金属表面で分解しやすいため、先に注入すると一部無駄に消費される可能性がある。一方、鉄イオン、ｐＨ調整剤、酸化剤の順番では皮膜の形成は認められるものの、皮膜を形成するマグネタイトの粒子の大きさが大きくなる。このように、薬剤を有効活用し、より緻密な皮膜を形成する観点から、鉄イオン、酸化剤、ｐＨ調整剤の順で注入するのが好ましい。
【００５７】
マグネタイト皮膜の形成が完了した場合は、ステップ（Ｓ６）において、廃液処理工程（Ｓ７）に進む。マグネタイト皮膜の形成が完了していない場合は、ステップ（Ｓ２）に戻って、一巡してきた処理液に薬液の追加供給を継続して、必要な厚みのマグネタイト皮膜を形成する。
【００５８】
マグネタイト皮膜が形成された後の処理液中には、フェライト粒子等の固形物とギ酸やヒドラジンが残存する。従って、処理液を排水する際には、バルブ２９を閉じてバルブ３０を開けることにより、フィルタへの通水を行い、処理液中の固形物を除去するとともに、ステップ（Ｓ７）の廃液処理を実施して、それらの不純物を除去する。
【００５９】
ところで、これらの不純物をカチオン交換樹脂塔３９で処理すると、イオン交換樹脂の廃棄物が増えることになる。そこで、ステップ（Ｓ７）の廃液処理は分解装置４３を用い、ギ酸は二酸化炭素と水に、ヒドラジンは窒素と水に、それぞれ分解処理することが好ましい。
【００６０】
これにより、カチオン交換樹脂塔３９の負荷を減らして、イオン交換樹脂の廃棄物量を減らすことができる。尚、分解処理は、処理液の一部を分解装置４３に流入させるため、分解装置４３をバイパスするバルブ３６と分解装置４３のバルブ４４の開度を調節し、分解装置４３に流入する処理液中に過酸化水素を注入してギ酸及びヒドラジンの分解を行う。その後、マグネタイト皮膜が形成されたボールスクリューネジ軸を水中用ボールネジ伝動装置へ取り付ける（Ｓ８）。
【００６１】
本実施例は、新規の水中用ボールネジ伝動装置のボールスクリューネジ軸及び新規な交換用の水中用ボールネジ伝動装置のボールスクリューネジ軸へ適用することができる。
【００６２】
本実施例によれば、金属同士の直接接触を抑制することにより、ボールスクリューネジ軸の耐摩耗性を向上させることができる。また、施工温度が６０℃〜１００℃程度であることから、ボールスクリューネジ軸の強度特性を害することがない。
【実施例２】
【００６３】
図７を用いて第２の実施例を説明する。
【００６４】
第２の実施例は、第１の実施例において使用した薬剤の分解を実施しないものである。  
図７は実施例２に係るフェライト皮膜成膜方法を実施するための成膜装置の系統構成図である。
【００６５】
図７において、本実施例は、薬剤の分解を行わないため、第１の実施例における成膜装置のうち、カチオン交換樹脂塔３９及びそれに付随するバルブ３５、４０を不要とすることができる。また、第１の実施例における作業手順のうち、廃液処理ステップ（Ｓ７）を不要にすることができる。
【００６６】
従って、本実施例においては、第１の実施例と同様に、金属同士の直接接触を抑制することにより、ボールスクリューネジ軸の耐摩耗性を向上させることができる。また、施工温度が６０℃〜１００℃程度であることから、ボールスクリューネジ軸の強度特性を害することがない。加えて、廃液処理に関する装置及び作業が不要となるため、装置の簡素化及び作業時間の短縮を図ることができる。
【実施例３】
【００６７】
図８及び図９を用いて実施例３を説明する。
【００６８】
実施例３は、本発明によるフェライト皮膜の形成方法を、鉄系酸化物といった付着物が付着したボールスクリューネジ軸再使用部材に適用するものである。
【００６９】
本発明によるフェライト皮膜形成方法は、新規のボールスクリューネジ軸及び新規な交換用ボールスクリューネジ軸だけでなく、鉄系酸化物といった付着物が付着したボールスクリューネジ軸再使用部材にも適用することができる。その場合、ボールスクリューネジ軸再使用部材に対してフェライト皮膜を形成する前に、ボールスクリューネジ軸再使用部材から鉄系酸化物といった酸化皮膜除去するための除染工程が必要となる。
【００７０】
図８は、本実施例による水中用ボールネジ伝動装置の構成部材であるボールスクリューネジ軸に対するフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【００７１】
図９は本実施例によるフェライト皮膜成膜方法を実施するための成膜装置の系統構成図である。
【００７２】
尚、本実施例においては、ボールネジ伝動装置再使用部材として水中で使用されるボールスクリューネジ軸を用いる。
【００７３】
図８、図９において、まず、対象の再使用部材（ボールスクリューネジ軸）を装置から取り出し、処理に用いる水が充填されている施工用タンク１０内に取り外したボールスクリューネジ軸再使用部材を浸漬する（Ｓ１Ｂ）。次に、成膜装置を用いて、水と接するボールスクリューネジ軸再使用部材の表面に形成された鉄系酸化物等の付着物を、化学的な処理により除染する（Ｓ２Ｂ）。
【００７４】
尚、本発明のフェライト皮膜成膜方法を実施するに際しては、化学除染を行うことが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明のフェライト皮膜成膜方法を実施する前に、フェライト皮膜の成膜対象であるボールスクリューネジ軸再使用部材の表面を露出することができれば、研磨等のような機械的な除染方法を適用することもできる。
【００７５】
ここで、ステップＳ２Ｂにおける化学除染について説明する。  
まず、バルブ１３、１４、２７、２９、３４、３５、３６を開き、循環ポンプ２８を起動して、化学除染の対象であるボールスクリューネジ軸が浸漬している施工用タンク１０内にサージタンク１１内の処理液を循環させる。そして、加熱器３２により処理液の温度を約９０℃まで昇温する。次に、バルブ１６を開いてエゼクタ１７につながっているホッパから必要量の過マンガン酸カリウムをサージタンク１１に注入する。サージタンク１１で溶解した薬剤により、除染対象部に形成されている酸化皮膜等の付着物を酸化溶解して、ボールスクリューネジ軸再使用部材から酸化皮膜を除去する。
【００７６】
付着物の酸化溶解が終了したら、処理液中に残っている過マンガン酸イオンを分解するため、ホッパからシュウ酸をサージタンク１１に注入する。また、処理液のｐＨを調整するため、バルブ１８を開いて、注入ポンプ１９を起動し、薬液タンク２０からヒドラジンを処理液中に注入する。このようにして、シュウ酸とヒドラジンを注入した後、バルブ４０を開くととともに、バルブ３５の開度を調節して、処理液の一部をカチオン交換樹脂塔３９に通し、処理液中に溶出してきた金属陽イオンをカチオン交換樹脂に吸着させて処理液中から除去する。
【００７７】
還元溶解が終了した後、処理液中のシュウ酸を分解するため、分解装置４３の出口側のバルブ４４と分解装置４３をバイパスさせるバルブ３６の開度を調節して、処理液の一部を分解装置４３に通流させる。このとき、バルブ３３を開けて、注入ポンプ２４を起動して、分解装置４３に流入する処理液中に薬液タンク２６の過酸化水素を注入し、分解装置４３にてシュウ酸とヒドラジンを分解する。
【００７８】
シュウ酸とヒドラジンが分解された後、処理液中の不純物を除去するため、加熱器３２をオフにするとともに、バルブ３４を閉じる。これと同時に、冷却器３７のバルブ３８を開けて、処理液を冷却器３７に通して処理液の温度を下げる。処理液の温度を混床樹脂塔４１に通水できる温度（例えば６０℃）まで下げた後、カチオン交換樹脂塔３９のバルブ４０を閉じ、混床樹脂塔４１側のバルブ４２を開いて、処理液を混床樹脂塔４１に通流させ、処理液中の不純物を除去する。
【００７９】
これら一連の昇温、酸化溶解、酸化剤分解、還元溶解、還元剤分解、浄化運転を、一回乃至二回繰り返すことにより、除染対象部位であるボールスクリューネジ軸再使用部材の酸化皮膜を含む付着物を溶解して除去することができる。
【００８０】
再使用部材であるボールスクリューネジ軸の酸化皮膜を含む付着物を除去した後、施工用タンク１０からボールスクリューネジ軸再使用部材を取り出し、点検を行う（Ｓ３Ｂ）。尚、本発明の表面処理方法を実施する際には、ボールスクリューネジ軸再使用部材の点検を行うことが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。ボールスクリューネジ軸再使用部材が健全であることが確認できれば、フェライト皮膜形成後に点検することもできる。
【００８１】
ボールスクリューネジ軸再使用部材の点検が終了したら、再びボールスクリューネジ軸再使用部材を施工用タンク１０内に浸漬し（Ｓ４Ｂ）、本発明にかかるフェライト皮膜の形成処理に切り替える。バルブ３０を開きバルブ２９を閉じて、フィルタ３１への通水を開始するとともに、加熱器３２により、処理液を所定温度に調整する（Ｓ５Ｂ）。また、浄化系運転で使用していた混床樹脂塔４１への通水を、バルブ３５を開いてバルブ４２を閉止することにより停止する。
【００８２】
以降は、実施例１と同様の手順で皮膜対象のボールスクリューネジ軸再使用部材にフェライト皮膜を形成（Ｓ６Ｂ−Ｓ１０Ｂ）した後、フェライト皮膜を形成したボールスクリューネジ軸再使用部材を装置に組み込む（Ｓ１１Ｂ）。
【００８３】
本実施例においては、ボールスクリューネジ軸再使用部材での金属同士の直接接触を抑制することにより、ボールスクリューネジ軸の耐摩耗性を向上させることができる。また、施工温度が６０℃〜１００℃程度であることから、ボールスクリューネジ軸の強度特性を害することがない。
【実施例４】
【００８４】
図１０及び図１１を用いて第４の実施例を説明する。  
第４の実施例は、本発明によるフェライト皮膜形成方法を施工する際に、施工対象であるボールスクリューネジ軸再使用部材を含む装置系に系統除染を行うものである。つまり、実施例３と同様に、本発明によるフェライト皮膜形成方法をボールスクリューネジ軸再使用部材に適用する場合、酸化皮膜をボールスクリューネジ軸再使用部材から除去する必要があるが、この除染を施工対象であるボールスクリューネジ軸再使用部材を含む装置系に対して行うものである。
【００８５】
図１０は、本実施例によるボールネジ伝動装置の構成部材であるボールスクリューネジ軸に対するフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【００８６】
図１１は本実施例によるフェライト皮膜成膜方法を実施するための成膜装置の系統構成図である。
【００８７】
図１１に示す本実施例における成膜装置と図９に示す実施例３における成膜装置との相違点は、施工用タンク１０に加えて除染対象の装置系に系統を接続している点である。尚、本実施例においては、再使用部材として水中で使用されるボールスクリューネジ軸を用いる。
【００８８】
実施例３の相違点を中心に本実施例における実施手順を説明する。  
図１０、図１１において、まず、再使用部材（ボールスクリューネジ軸）を取り外す前に図１１に示すバルブ４５を開いて除染装置を用いてボールスクリューネジ軸再使用部材を含む装置系を除染する（Ｓ１Ｃ）。その後、ボールスクリューネジ軸再使用部材を装置系から取り外して点検を行う（Ｓ２Ｃ）。次に、図１１に示すバルブ４５を閉じてバルブ４６を開けて施工用タンク１０に通水できるようにする。その後、施工用タンク１０内にボールスクリューネジ軸再使用部材を浸漬し（Ｓ３Ｃ）、ボールスクリューネジ軸再使用部材の表面にフェライト皮膜を形成（Ｓ４Ｃ−Ｓ９Ｃ）する。
【００８９】
ボールスクリューネジ軸再使用部材の表面にフェライト皮膜が形成されたのを確認した後、装置系にボールスクリューネジ軸再使用部材を取り付ける。
【００９０】
本実施例においては、ボールスクリューネジ軸再使用部材での金属同士の直接接触を抑制することにより、ボールスクリューネジ軸の耐摩耗性を向上させることができる。また、施工温度が６０℃〜１００℃程度であることから、ボールスクリューネジ軸の強度特性を害することがない。
【実施例５】
【００９１】
図１２を用いて第５の実施例を説明する。
【００９２】
第５の実施例は、施工対象であるボールスクリューネジ軸再使用部材を含む装置系に系統除染を行い、その後、除染されたボールスクリューネジ軸再使用部材が装置系に取り付けられた状態で、装置系全体に本発明によるフェライト皮膜形成方法を実施するものである。
【００９３】
図１２は、本実施例によるボールネジ伝動装置の構成部材であるボールスクリューネジ軸に対するフェライト皮膜成膜処理の手順を示すフロー図である。
【００９４】
本実施例においては、ボールスクリューネジ軸再使用部材として水中で使用されるボールスクリューネジ軸に用いる。
【００９５】
実施例４との相違点を中心に本実施例における実施手順を説明する。
【００９６】
図１２において、実施例４と相違する点は、成膜装置をボールスクリューネジ軸再使用部材を含む装置系に接続した状態で、ボールスクリューネジ軸再使用部材の除染及びフェライト皮膜の形成を行うことである。具体的には以下の手順で行う。
【００９７】
まず、実施例４と同様に、フェライト皮膜を形成するボールスクリューネジ軸再使用部材を含んだ装置系全体を除染する（Ｓ１Ｄ）。続いて、ボールスクリューネジ軸再使用部材を取り外し、点検を行う（Ｓ２Ｄ）。その後、ボールスクリューネジ軸再使用部材を装置系に取り付けた後（Ｓ３Ｄ）、装置系全体にフェライト皮膜を形成する（Ｓ４Ｄ−Ｓ９Ｄ）。
【００９８】
本実施例においては、ボールスクリューネジ軸再使用部材を含む装置系全体にフェライト皮膜成膜処理を行うことができる。これにより、水中用ボールネジ伝動装置の構成部材（ボールスクリューネジ軸）の金属同士の直接接触を抑制することにより、ボールスクリューネジ軸の耐摩耗性を向上させることができる。また、施工温度が６０℃〜１００℃程度であることから、ボールスクリューネジ軸の強度特性を害することがない。
【００９９】
以上のごとく本発明によれば、ボールスクリューネジ軸の表面に鉄系酸化物であるフェライト皮膜を成膜した後に水中用ボールネジ伝動装置の組み立てを行って動作に供することにより、ボールとボールスクリューネジ軸の接触面における金属同士の直接接触を抑制し、マイルド摩耗への遷移を促進させることができる。
【０１００】
さらに、ボールスクリューネジ軸の表面に鉄系酸化物であるフェライト皮膜を成膜することにより、ボールとボールスクリューネジ軸の間の金属同士の直接接触を回避することができるため、金属同士の直接接触による直接接触を抑制することができ、ボールスクリューネジ軸の表面にフェライト皮膜を成膜していない場合に比べて、マイルド摩耗への遷移を促進させることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１…ボールネジ伝動装置、          ２…ボールスクリューネジ軸、
２ａ…螺旋溝、                    ３…ナット、
３ａ…螺旋溝、                    ４…ボール、
５…ボール循環チューブ、          ６…フェライト皮膜、
１０…施工用タンク、              １１…サージタンク、
１７…エゼクタ、                  １２、２８…循環ポンプ、
１３、１４、１６、１８…バルブ、  ２１、２２、２７、２９…バルブ、
３０、３３、３５、３６…バルブ、  ４０、４２、４４、４５、４６…バルブ、
１９、２３、２４…注入ポンプ、    ２０、２５、２６…薬液タンク、
３１…フィルタ                    ３２…加熱器、
３７…冷却器、                    ３９…カチオン交換樹脂塔、
４１…混床樹脂塔、                ４３…分解装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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