(57)【要約】【課題】良好な寸法安定性と良好な強度を有し、焼き割れの発生を防ぐねじ軸、ボールねじ装置、誘導加熱コイル、及び、ねじ軸の焼入れ方法を提供する。【解決手段】少なくとも一部が外周面にねじ溝が形成された円柱状をしており、複数のボール３を介してナット２が外嵌することでボールねじ装置１００を構成するねじ軸１であって、ねじ溝１に沿って螺旋状に有効硬化層１ｄを有し、有効硬化層１ｄは、ねじ軸１をねじ溝１ａの螺旋延在方向に垂直に切断した断面において、ねじ溝１ａの一方の側に形成されたランド部１ｃの軸方向中央近傍から、ねじ溝１ａを挟んで他方の側に形成されたランド部１ｃの軸方向中央近傍まで連続しているものとする。【選択図】  図３
2017125569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が外周面にねじ溝が形成された円柱状をしており、複数のボールを介してナットが外嵌することでボールねじ装置を構成するねじ軸であって、
前記ねじ溝に沿って螺旋状に有効硬化層を有し、
前記有効硬化層は、前記ねじ軸を前記ねじ溝の螺旋延在方向に垂直に切断した断面において、前記ねじ溝の一方の側に形成されたランド部の軸方向中央近傍から、前記ねじ溝を挟んで他方の側に形成された前記ランド部の軸方向中央近傍まで連続していることを特徴とするねじ軸。
【請求項２】
前記ねじ溝は、前記ねじ溝の螺旋延在方向に垂直な断面がゴシックアーチ形状をしており、
前記ねじ溝の底部に逃げ溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ軸。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のねじ軸を備えることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項４】
少なくとも一部が外周面にねじ溝が形成された円柱状をしてボールねじ装置の一部を構成するねじ軸の高周波焼き入れに用いる誘導加熱コイルであって、
前記ねじ溝内に入り込む溝部加熱部と、
前記溝部加熱部から前記ねじ軸のランド部表面に沿って軸方向の両側に延びる一対のランド部加熱部と、を有することを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項５】
前記ねじ溝の螺旋延在方向に垂直に切断した断面において、前記一対のランド部加熱部の両端間の距離をＷ、前記ねじ溝のピッチをＰ、前記ランド部の幅をＡ、としたとき、
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱コイル。
０＜（Ｐ−Ｗ）／Ａ＜１
【請求項６】
前記溝部加熱部がゴシックアーチ形状をしていることを特徴とする請求項４又は５に記載の誘導加熱コイル。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項に記載の誘導過熱コイルにより焼き入れを行うことを特徴とするボールねじ装置用ねじ軸の製造方法。
【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装置として工作機械、射出成形機、半導体製造装置などに用いられるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置は、外周面に第１の転動溝が形成されたねじ軸と、第１の転動溝に対応する第２の転動溝が内周面に形成された筒状のナットと、第１、第２の転動溝の間に収容された複数のボールと、から構成される。ナットとねじ軸とを中心軸線を中心に相対回転させることで、複数のボールが第１、第２の転動溝内を転がり、ねじ軸とナットが軸方向に相対移動する。
【０００３】
このようなボールねじ装置のねじ軸は、クロムモリブデン鋼などの金属から形成し、浸炭焼入れ、高周波焼入れなどにより表層部を硬化層とすることで、長寿命化している。
【０００４】
下記特許文献１は、電動式パワーステアリング装置のボールねじ機構が一体に設けられた操舵軸において、外周面に形成された螺旋状転走面に近接させて螺旋状の加熱コイルを配置し、回転させながら軸方向に送ることにより、螺旋状転走面の表面層に概ね均一な深さの焼入れ硬化層を形成する方法を開示している。これによれば、螺旋状転走面の間のランド部に必要以上に深い硬化層が形成されず、操舵軸の靭性が低下するのを防止し、耐衝撃荷重特性が悪化するのを防ぐことができるとしている。
【０００５】
下記特許文献２は、車輪操舵用ボールねじ装置において、ナットの移動範囲とこの移動範囲以外のねじ溝形成範囲とで、ナットの移動範囲の方が高程度となるように熱処理の程度に差を持たせ、または、熱処理を行う範囲をナットの略移動範囲のみとする方法を開示している。これによれば、熱処理時のサイクルタイム短縮と熱処理後の精度（真直度や振れ等）向上が可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２６８５６号公報
【特許文献２】特開２００３−１６０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法においては、螺旋溝の間に形成されたランド部において硬化層が得られにくく、操舵軸表面の硬化層が不均一となり、素材時効変形により寸法安定性が悪化し、かつ、ランド部に打こん傷等がつきやすくなってしまうという問題がある。
【０００８】
一方、上記特許文献２に記載の方法によれば、ランド部の焼入れは可能となる。しかし、特に径の大きなボール（例えばφ15.875ｍｍ以上）が転動するねじ軸において、螺旋溝の底に形成された逃げ溝部まで硬化層を得ようとすると、誘導加熱時の出力を高くする必要がある。このため、加熱コイルからの距離が近いランド部においてオーバーヒートが発生し、焼き割れをしばしば発生させてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、良好な寸法安定性と良好な強度を有し、焼き割れの発生を防ぐねじ軸、ボールねじ装置、誘導加熱コイル、及び、ねじ軸の焼入れ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、
少なくとも一部が外周面にねじ溝が形成された円柱状をしており、複数のボールを介してナットが外嵌することでボールねじ装置を構成するねじ軸であって、
前記ねじ溝に沿って螺旋状に有効硬化層を有し、
前記有効硬化層は、前記ねじ軸を前記ねじ溝の螺旋延在方向に垂直に切断した断面において、前記ねじ溝の一方の側に形成されたランド部の軸方向中央近傍から、前記ねじ溝を挟んで他方の側に形成された前記ランド部の軸方向中央近傍まで連続していることを特徴とするねじ軸を提供する。
【００１１】
好ましくは、前記ねじ溝は、前記ねじ溝の螺旋延在方向に垂直な断面がゴシックアーチ形状をしており、
前記ねじ溝の底部に逃げ溝が形成されている。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明は、上記ねじ軸を備えることを特徴とするボールねじ装置を提供する。
【００１３】
また、上記課題を解決するため、本発明は、
少なくとも一部が外周面にねじ溝が形成された円柱状をしてボールねじ装置の一部を構成するねじ軸の高周波焼き入れに用いる誘導加熱コイルであって、
前記ねじ溝内に入り込む溝部加熱部と、
前記溝部加熱部から前記ねじ軸のランド部表面に沿って軸方向の両側に延びる一対のランド部加熱部と、を有することを特徴とする誘導加熱コイルを提供する。
【００１４】
好ましくは、前記ねじ溝の螺旋延在方向に垂直に切断した断面において、前記一対のランド部加熱部の両端間の距離をＷ、前記ねじ溝のピッチをＰ、前記ランド部の幅をＡ、としたとき、
以下の条件式を満足する。
０＜（Ｐ−Ｗ）／Ａ＜１
【００１５】
また、好ましくは、前記溝部加熱部がゴシックアーチ形状をしている。
【００１６】
また、上記課題を解決するため、本発明は、
上記誘導過熱コイルにより焼き入れを行うことを特徴とするボールねじ装置用ねじ軸の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、良好な寸法安定性と良好な強度を有し、焼き割れの発生を防ぐねじ軸、ボールねじ装置、誘導加熱コイル、及び、ねじ軸の焼入れ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願の実施形態に係るボールねじ装置を示す平面図である。
【図２】本願の実施形態に係る誘導加熱コイルを示す平面図である。
【図３】本願の実施形態に係るボールねじ装置のねじ軸の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るボールねじ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本願の実施形態に係るボールねじ装置１００を示す平面図である。
【００２０】
本実施形態に係るボールねじ装置１００は、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３（図３参照）と、を備えている。ねじ軸１の外周面にはねじ溝（第１のねじ溝）１ａが形成されている。ナット２の内周面にはねじ溝１ａに対応する不図示のねじ溝（第２のねじ溝）が形成されている。また、ナット２の内周面には、ナット２に形成されたねじ溝の両端部の間を結び、ボール３を循環させる循環溝が形成されている。
【００２１】
複数のボール３は、ねじ軸１のねじ溝１ａとナット２のねじ溝とにより構成された軌道（転動路）内、及び、循環溝とねじ軸１との間に配置されている。ねじ軸１に形成されたねじ溝１ａ、ナット２に形成されたねじ溝および循環溝は、ボール３が循環する無限循環路を構成している。ねじ軸１の表面側の一部は高周波焼入れにより螺旋状の有効硬化層を形成している。なお、本願において有効硬化層とは、良好なマルテンサイト組織からなり、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）５０以上の部分をいうものとする。
【００２２】
図２はねじ軸１の高周波焼入れに用いる誘導加熱コイル２００を示す平面図である。
【００２３】
誘導加熱コイル２００は、ねじ軸１のねじ溝１ａに合わせて螺旋状に形成された螺旋部２１と、螺旋部２１の両端部からそれぞれ径方向外側へ延びる一対の接続部２２ａ、２２ｂと、有している。一対の接続部２２ａ、２２ｂは、不図示の高周波電流発生装置に接続される。
【００２４】
ねじ軸１の高周波焼入れは、誘導加熱コイル２００に高周波電流を流し、ねじ軸１のねじ溝１ａ内に螺旋部２１の径方向内側部分が入り込むように配置し、ねじ軸１を回転させながら軸方向に送ることで行うことができる。高周波電流の周波数、電流、ねじ軸１を送る速さは、焼入れ深さ、ねじ軸１の太さ、ねじ軸１の材料などに応じて設定することができる。
【００２５】
図３は本願の実施形態に係るボールねじ装置１００のねじ軸１の断面を示す拡大断面図である。螺旋溝１ａの螺旋延在方向に垂直に切断した断面を示している。図面に向かって左側に焼入れ時の状態を示し、図面に向かって右側に焼入れ後の状態を示している。
【００２６】
ねじ軸１の外周面に形成されたねじ溝１ａは、ねじ溝１ａの螺旋延在方向に対して垂直に切断した断面がゴシックアーチ形状をしている。つまり、ねじ溝１ａの当該断面において、ねじ溝１ａの中心を通ってねじ軸１の径方向に延びるねじ溝１ａの中心線の両側にボール３よりも曲率半径の大きいフランク４ａ、４ｂがそれぞれ形成されており、フランク４ａ、４ｂは、ボール３に荷重がかかっていない状態においてフランク４ａ、４ｂの略中央にボール３が接触する位置に配置されている。ねじ溝１ａの底部には、ねじ溝１ａをゴシックアーチ形状に加工するための逃げ溝１ｂが形成されている。
【００２７】
誘導加熱コイル２００の螺旋部２１は、図３に示すように、ゴシックアーチ形状をして、ねじ溝１ａ内に入り込む溝部加熱部２１ａと、溝部加熱部２１ａからねじ溝１ａの間に形成されたランド部１ｃ表面に沿って両側に延びる一対のランド部加熱部２１ｂ、２１ｃとを有する。溝部加熱部２１ａとランド部加熱部２１ｂ、２１ｃは金属の板状部材から一体に形成されている。誘導加熱コイル２００の螺旋部２１は全長にわたって同一の断面形状をしている。
【００２８】
図３に示すように、ねじ溝１ａの螺旋延在方向に垂直に切断した断面において、一対のランド部加熱部２１ｂ、２１ｃの両端間の距離（螺旋部２１の幅）をＷ、ねじ溝１ａのピッチをＰ、ランド部１ｃの幅をＡとしたとき、以下の条件式を満足することが望ましい。
０＜（Ｐ−Ｗ）／Ａ＜１
【００２９】
この条件式を満足することで、図３右側に示すように、ねじ溝１ａの一方の側に形成されたランド部１ｃの部分の軸方方向中央近傍から、ねじ溝１ａの他方の側に形成されたランド部１ｃの部分の軸方向中央近傍まで連続した有効硬化層１ｄを形成することができる。つまり、有効硬化層１ｄは、ねじ溝１ａの一方の側に形成されたランド部１ｃの軸方向中央近傍、ねじ溝１ａの一方の側のフランク４ａ、逃げ溝１ｂ、ねじ溝１ａの他方の側のフランク４ｂ、及び、ねじ溝１ａの他方の側に形成されたランド部１ｃの軸方向中央近傍にわたって連続し、ランド部１ｃの軸方向中央において不連続である。したがって、有効硬化層１ｄは、ねじ軸１の表面において、螺旋状に形成されている。有効硬化層１ｄの最深部１ｅはなだらかに連続している。このように有効硬化層１ｄを形成することで、良好な寸法安定性と良好な強度を有し、焼き割れの発生を防ぐねじ軸１とすることができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、良好な寸法安定性と良好な強度を有し、焼き割れの発生を防ぐねじ軸、ボールねじ装置、誘導加熱コイル、及び、ねじ軸の焼入れ方法を提供することができる。
【００３１】
なお、本願発明は上記実施形態に限られず、種々の変更、改良が可能である。例えば、上記実施形態においては、ナット一体型循環方式のボールねじ装置の例を示したが、他の循環方式のボールねじ装置に本発明を適用することもできる。他の循環方式としては、コマ方式、デフレクタ方式、エンドキャップ方式、エンドデフレクタ方式などがある。
【符号の説明】
【００３２】
１００  ボールねじ装置
２００  誘導加熱コイル
１      ねじ軸
１ａ    ねじ溝
１ｂ    逃げ溝
１ｃ    ランド部
１ｄ    有効硬化層
１ｅ    最深部
２      ナット
３      ボール
４ａ、４ｂ  フランク
２１    螺旋部
２１ａ  溝部加熱部
２１ｂ、２１ｃ  ランド部加熱部
２２ａ、２２ｂ  接続部
【図１】
2017125569.tif 000003
【図２】
2017125569.tif 000004
【図３】
2017125569.tif 000005