(57)【要約】【課題】熱処理品質が安定しているボールねじ及びその製造方法を提供する。【解決手段】ねじ軸３とナット５とボール９とを備えているボールねじ１のナット５は、以下のようにして製造されたものである。まず、円筒状部材の内周面にねじ溝５ａを形成して、ナット５の形状に加工する。このナット５のねじ溝面の近傍に、ナット５を構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片を固定した後に、ナット５に熱処理を施す。固定する際には、鋼片をナット５に密着させ一体化する。熱処理を施したら鋼片をナット５から分離し、硬さ，金属組織等を分析して、鋼片に施された熱処理の結果を確認する。鋼片とナット５のねじ溝面との熱処理の結果は同一と見なすことができるので、ねじ溝面に施された熱処理の結果を確認することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナットのねじ溝面の近傍に、前記ナットを構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片を固定した後に、前記ナットに熱処理を施す熱処理工程と、
前記鋼片を前記ナットから分離して分析することにより、前記ナットのねじ溝面に施された熱処理の結果を確認する分析工程と、
熱処理の結果を確認した前記ナットと、ねじ軸と、ボールと、を組み立てる組み立て工程と、
を備えることを特徴とするボールねじの製造方法。
【請求項２】
前記ナットの内周面に開口する凹部又は貫通孔の中に前記鋼片を固定したことを特徴とする請求項１に記載のボールねじの製造方法。
【請求項３】
前記凹部又は前記貫通孔は、前記ナットの内周面のねじ溝のうちボールが走行しない部分に開口していることを特徴とする請求項２に記載のボールねじの製造方法。
【請求項４】
ナットの素材である円筒状部材に、内周面に開口する凹部又は貫通孔を形成し、その中に前記円筒状部材を構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片を固定した後に、前記凹部又は前記貫通孔がねじ溝面に開口するように前記円筒状部材の内周面にねじ溝を形成してナットとする加工工程と、
前記ナットに熱処理を施す熱処理工程と、
前記鋼片を前記ナットから分離して分析することにより、前記ナットのねじ溝面に施された前記熱処理の結果を確認する分析工程と、
前記熱処理の結果を確認した前記ナットと、ねじ軸と、ボールと、を組み立てる組み立て工程と、
を備えることを特徴とするボールねじの製造方法。
【請求項５】
前記ナットと前記鋼片との間に熱伝導性物質を介在させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじの製造方法。
【請求項６】
螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有し、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、を備えるボールねじにおいて、請求項１〜５のいずれか一項に記載のボールねじの製造方法によって製造されたことを特徴とするボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理品質が安定しているボールねじ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機や工作機械等で使用されるボールねじは、その使用条件が近年ますます過酷になっている。よって、これらの用途に使用されるボールねじは、より安定した寿命が要求される。
ボールねじのナットに施される熱処理としては浸炭焼入れが一般的であるが、ナットのねじ溝の表面（以降においてはねじ溝面と記す）に施される熱処理の内容は、転がり剥離寿命，摩耗等のようなボールねじの寿命や性能に対して非常に重要である。
【０００３】
しかしながら、ボールねじのナットのねじ溝面は、円筒形状のナットの内周面に形成されており、ナットの内側に入り込む浸炭雰囲気の流れが一定ではないため、熱処理条件の管理が難しかった。また、ナットは大きさや形状の種類が多く、さらに焼入れ深さも大きくする必要があるため、ばらつき無く安定した内容の熱処理を施すことは容易ではなかった。
熱処理品質を管理する方法としては、例えば、雰囲気，処理時間，冷却勾配等の熱処理条件を確実に管理する方法（特許文献１を参照）や、熱処理後の製品を超音波を用いて非破壊検査する方法（特許文献２を参照）がある。
【特許文献１】特開平１０−８１３６号公報
【特許文献２】特開２００６−２４２５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２の方法は、完全な熱処理不良（ほとんど硬化されていない等）は防止できるものの、僅かな硬さの不足や金属組織の品質の管理は十分にできないおそれがあった。
ナットに熱処理を施した後に、硬さや金属組織を調査して熱処理の結果を検査する方法も考えられるが、これらの調査においてはナットを破壊する必要があるため、単価の高いナットにおいては製品自体を調査することは難しかった。
【０００５】
このため、通常は品質調査用のダミー試料を製品とともに熱処理し、これを調査することによりナットに施された熱処理の内容を推測しているが、ダミー試料はナットとは形状や大きさが同一ではないため、熱処理の結果はナットと全く同一とは言えなかった。また、熱処理炉内の雰囲気は必ずしも均一ではなく、場所によって熱処理の内容がばらつくことがあるため、製品の熱処理の結果が前記推測とは異なる場合もあった。よって、多数のナットの熱処理品質を均一に管理することは容易ではなかった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、熱処理品質が安定しているボールねじ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のボールねじの製造方法は、ナットのねじ溝面の近傍に、前記ナットを構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片を固定した後に、前記ナットに熱処理を施す熱処理工程と、前記鋼片を前記ナットから分離して分析することにより、前記ナットのねじ溝面に施された熱処理の結果を確認する分析工程と、熱処理の結果を確認した前記ナットと、ねじ軸と、ボールと、を組み立てる組み立て工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２のボールねじの製造方法は、請求項１に記載のボールねじの製造方法において、前記ナットの内周面に開口する凹部又は貫通孔の中に前記鋼片を固定したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３のボールねじの製造方法は、請求項２に記載のボールねじの製造方法において、前記凹部又は前記貫通孔は、前記ナットの内周面のねじ溝のうちボールが走行しない部分に開口していることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項４のボールねじの製造方法は、ナットの素材である円筒状部材に、内周面に開口する凹部又は貫通孔を形成し、その中に前記円筒状部材を構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片を固定した後に、前記凹部又は前記貫通孔がねじ溝面に開口するように前記円筒状部材の内周面にねじ溝を形成してナットとする加工工程と、前記ナットに熱処理を施す熱処理工程と、前記鋼片を前記ナットから分離して分析することにより、前記ナットのねじ溝面に施された前記熱処理の結果を確認する分析工程と、前記熱処理の結果を確認した前記ナットと、ねじ軸と、ボールと、を組み立てる組み立て工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項５のボールねじの製造方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじの製造方法において、前記ナットと前記鋼片との間に熱伝導性物質を介在させることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項６のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有し、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、を備えるボールねじにおいて、請求項１〜５のいずれか一項に記載のボールねじの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のボールねじは、熱処理品質が安定していて長寿命である。また、本発明のボールねじの製造方法は、熱処理品質が安定していて長寿命なボールねじを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るボールねじ及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態であるボールねじの平面図であり、図２は図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。また、図３は、リターンチューブの端部の周辺部分を示す要部断面図である。なお、以降の各図においては、同一又は相当する部分には、同一の符号を付してある。
【００１２】
図１〜３に示すように、ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有するねじ軸３と、ねじ軸３のねじ溝３ａに対向する螺旋状のねじ溝５ａを内周面に有するナット５と、両ねじ溝３ａ，５ａにより形成される螺旋状のボール転動路７に転動自在に装填された複数のボール９と、を備えている。そして、ボール９を介してねじ軸３に螺合されているナット５とねじ軸３とを相対回転運動させると、ボール９の転動を介してねじ軸３とナット５とが軸方向に相対移動するようになっている。なお、ねじ溝３ａ，５ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
【００１３】
このナット５の外周面の一部は平坦に削られていて、この軸方向に平行な平面部１３上に、略コ字状に屈曲したリターンチューブ１５がチューブ押さえ１７によって固定されている。すなわち、ナット５には、この平面部１３に開口しナット５のねじ溝５ａと連通する（ねじ溝面に開口する）一対の貫通孔１９，１９が設けられていて、リターンチューブ１５の両端部がこの両貫通孔１９，１９に平面部１３側から挿入されている。そして、貫通孔１９，１９の外に位置するリターンチューブ１５の中央部分が、平面部１３上に配されている。なお、１つのナットに２本以上のリターンチューブを取り付けてもよく、その際には、２対以上の貫通孔１９を設ける。
【００１４】
ボール転動路７内を転動するボール９は、このリターンチューブ１５を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール９はボール転動路７内を移動しねじ軸３の回りを複数回回ってから、ボール転動路７の終点（リターンチューブ１５とボール転動路７との交点）において、リターンチューブ１５の一方の端部（開口部）からリターンチューブ１５内にすくい上げられる。すくい上げられたボール９は、リターンチューブ１５の中を通って、リターンチューブ１５の他方の端部（開口部）からボール転動路７の始点に戻される。このように、ボール転動路７内を転動するボール９が、ボール転動路７の始点と終点とを連通させるリターンチューブ１５により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸３とナット５とは継続的に相対移動することができる。
【００１５】
このボールねじ１のナット５は、以下のようにして製造されたものである。まず、ナット５の素材である円筒状部材の内周面にねじ溝５ａを形成して、ナット５の形状に加工する。このナット５のねじ溝面（ねじ溝５ａの表面）の近傍に、ナット５を構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片（図１〜３には図示せず）を固定した後に、ナット５に熱処理を施す。ねじ溝面には熱処理を施さなければならないので、ねじ溝面に鋼片を固定することはできない。よって、ねじ溝面のできるだけ近傍に鋼片を固定する。固定する際には、鋼片とねじ溝面との熱処理の結果ができるだけ同一となるように、鋼片をナット５に密着させ一体化することが好ましい。
【００１６】
熱処理を施したら鋼片をナット５から分離し、硬さ，金属組織等を分析して、鋼片に施された熱処理の結果を確認する。鋼片とナット５のねじ溝面との熱処理の結果は同一と見なすことができるので、ねじ溝面に施された熱処理の結果を確認することができる。一般にナットの熱処理においては、全てのものにばらつき無く安定した内容の熱処理を施すことは容易ではなく、得られたナットの熱処理品質は１つ１つ異なる可能性もあるが、前述のような方法で製造すれば、鋼片の分析結果から１つ１つのナットの熱処理品質を確認できる。熱処理を施したナットの中から所望の熱処理品質を有するナット５を選択し、これとねじ軸３とボール９とを組み立てて、ボールねじ１を完成する。
【００１７】
このような方法によれば、熱処理品質が安定しているボールねじを製造することができる。よって、このような方法で得られたボールねじ１は、長寿命で且つ寿命が安定している。そのため、このようなボールねじ１は、射出成形機や工作機械に好適に使用することができる。また、特に高い品質保証を求められる原子力発電設備の制御棒の昇降や航空宇宙用のフラップの動きを制御するボールねじとしても好適である。ただし、本発明のボールねじの用途は、上記のものに限定されるものではない。
【００１８】
鋼片を固定する部位は、ナット５の内周面でねじ溝面の近傍であれば特に限定されるものではないが、より代表的な熱処理品質を確認するためには、ナット５の長手方向中央部に配することが好ましい。あるいは、長手方向の複数の部位に鋼片を配してもよい。
また、鋼片の熱処理の結果をナット５と同一にするためには、鋼片の加熱速度や冷却速度等をナット５と同一にする必要があり、そのためには、鋼片をナット５と一体化させる必要がある。よって、鋼片の固定方法には工夫を要するが、例えば、ナット５の内周面に開口する凹部又は貫通孔の中に鋼片を固定する方法が好適である。
【００１９】
凹部又は貫通孔は、鋼片を固定するために新たに設けてもよいが、リターンチューブ１５の端部を挿入する貫通孔１９や、リターンチューブ１５を固定するチューブ押さえ１７を取り付けるためのタップ穴（貫通孔）を流用してもよい。なお、ボール９を循環させる方式は、上記のようなリターンチューブ方式に限定されるものではなく、他の方式でもよい。他の方式の場合は、リターンチューブ１５に相当する循環用部品を挿入する貫通孔や、該循環用部品を固定する固定用部材を取り付ける貫通孔に、鋼片を固定すればよい。
【００２０】
リターンチューブ１５の端部を挿入する貫通孔１９に鋼片を固定した例を、図４に示す。リターンチューブ１５とほぼ同形状の鋼片２０を貫通孔１９に挿入し固定して、熱処理を行う。鋼片２０とナット５とは熱容量が異なるので、鋼片２０とナット５との密着が不十分であると、両者の熱処理の結果が同一とならない。よって、鋼片２０とナット５とを極力密着させ一体化することが必要である。両者が一体化していれば、鋼片２０のうちねじ溝面の近傍に露出している部分は、ねじ溝面とほぼ同一の熱処理品質となる。鋼片２０の固定は、前述のチューブ押さえ１７と同様の機能を有する固定用部材を用いて行うとよい。
【００２１】
また、ナット５のねじ溝５ａは、ボール９が走行する軌道であるが、ボール９はその全体を走行するわけではなくボール９が走行しない部分も存在する。例えば、図２のように２つのボール転動路７が設けられたボールねじ１においては、一方のボール転動路７の始点と他方のボール転動路７の終点との間の部分は、ボール９が走行しない部分である。このようなボール９が走行しない部分に鋼片を固定してもよい。
【００２２】
図５は、リターンチューブ１５を固定するチューブ押さえ１７を取り付けるためのタップ穴２２（ボール９が走行しない部分のねじ溝面に開口する貫通孔）の中に、鋼片２０を固定した例である。鋼片２０の周囲にタップを形成し、これによりタップ穴２２に固定してある。さらにボルトを用いて固定してもよい。なお、図６のように、鋼片２０自体をボルト形状としてもよい。また、ボール９が走行しない部分に、タップ穴２２のような貫通孔ではなく凹部を設け、その中に鋼片２０を固定してもよい。
【００２３】
また、図７は、図５，６のようにナット５にタップ穴２２を形成できない場合に、ボール９が走行しない部分に鋼片２０を固定した例である。図７の場合は、リターンチューブ１５のような循環用部品を挿入する貫通孔１９から長尺な鋼片２０を挿入し、貫通孔１９の開口部付近で屈曲させて、その一端部をナット５のねじ溝５ａに沿うように配している。また、リターンチューブ１５を固定するための平面部１３上に出ている他端部を屈曲させて、鋼片２０を略コ字状とし、鋼片２０をナット５に固定している。これにより、鋼片２０の一端部が、ナット５のねじ溝面のうちボール９が走行しない部分に固定される。
【００２４】
さらに、鋼片２０とナット５との熱処理の結果が同一となるためには、鋼片２０とナット５とを極力密着させ一体化することが必要である。鋼片２０とナット５との一体化を強める方法の例としては、以下のものがある。
図８は、リターンチューブ１５を挿入する貫通孔１９に鋼片２０を固定した場合に採用可能な方法を説明する図である。ナット５の平面部１３は、屈曲しているリターンチューブ１５に沿うように、その縁部に面取りが施されているので、貫通孔１９に円柱状の鋼片２０を挿入すると、鋼片２０と面取り部との間に空間が形成される。そこに楔状の部材２４を挿入すると、鋼片２０に径方向外方（図８において矢印で示した方向）へ向く力が加わるので、鋼片２０をナット５に強く密着させて一体化を強めることができる。楔状の部材２４は、押さえ具２６を用いて上方から押し付け固定するとよい。また、楔状の部材２４の材質は、銅などが好ましい。
【００２５】
図９は、射出成形機によく使用されるＳＲＣタイプ（樹脂製の循環用部品を使用したタイプ）のボールねじの場合に好適な方法を説明する図である。ＳＲＣタイプのボールねじは、循環用部品を挿入する貫通孔１９が断面長穴状なので、鋼片２０の形状を貫通孔１９よりも若干小さくし、貫通孔１９に鋼片２０を挿入した際に形成される隙間に楔状の部材２４を挿入するとよい。そうすれば、図８の場合と同様に、楔状の部材２４によって鋼片２０に力（図９（ａ）の平面部１３に開口する貫通孔１９を上方から見た平面図である図９（ｂ）において、矢印で示した方向の力）が加わるので、鋼片２０をナット５に強く密着させて一体化を強めることができる。
【００２６】
なお、図５，６のように、タップを形成した鋼片２０をタップ穴２２にねじ込んで固定する場合には、鋼片２０に加えるトルクを調整することにより、鋼片２０をナット５に強く密着させて一体化を強めることができる。また、図７のように、長尺な鋼片２０を略コ字状にして固定する場合には、平面部１３上に出ている鋼片２０の他端部と平面部１３との間に、楔状の部材を挿入するとよい。そうすれば、楔状の部材によって鋼片２０に径方向外方（図７の上方）に向く力が加わるので、鋼片２０をナット５のねじ溝面に強く密着させて一体化を強めることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態のボールねじ１のナット５は、以下のようにして製造してもよい。まず、ナット５の素材である円筒状部材に、内周面に開口する凹部又は貫通孔を形成し、その中に円筒状部材を構成する鋼と同一の鋼からなる鋼片を固定する。凹部又は貫通孔は、鋼片を固定するために新たに設けてもよいが、リターンチューブ１５の端部を挿入する貫通孔１９や、リターンチューブ１５を固定するチューブ押さえを取り付けるためのタップ穴（貫通孔）を流用してもよい。また、鋼片の固定方法は、図４〜９に示した前述の方法を用いることができる。
【００２８】
次に、鋼片を固定した円筒状部材の内周面にねじ溝５ａを形成して、ナット５の形状に加工する。その際には、凹部又は貫通孔がねじ溝面に開口するように、円筒状部材の内周面にねじ溝５ａを形成する。このナット５に熱処理を施したら、鋼片をナット５から分離し、硬さ，金属組織等を分析して、鋼片に施された熱処理の結果を確認する。鋼片とナット５のねじ溝面との熱処理の結果は同一と見なすことができるので、ねじ溝面に施された熱処理の結果を確認することができる。熱処理を施したナットの中から所望の熱処理品質を有するナット５を選択し、これとねじ軸３とボール９とを組み立てて、ボールねじ１を完成する。
【００２９】
このような方法によれば、凹部又は貫通孔の開口部に面する鋼片の端部の形状が、ねじ溝面の形状に沿って形成されるので、ねじ溝面と鋼片の熱処理条件がより近いものとなり、熱処理の結果が同一により近くなる。
この方法により熱処理後に鋼片の熱処理品質を調査してもよいが、さらにナットと同時にねじ溝面を研削加工（仕上げ加工）した後に鋼片を取り出し、熱処理品質を調査してもよい。このようにすることで、熱処理後の取り代を考慮した熱処理品質の調査が可能となる。
【００３０】
なお、鋼片２０をナット５に固定する際には、鋼片２０とナット５との間に熱伝導性物質を介在させるとよい。そうすれば、鋼片２０とナット５との間の熱伝導が良好となって、両者の加熱速度や冷却速度等が同一となりやすいので、両者の熱処理の結果が同一となりやすい。熱伝導性物質の種類は特に限定されるものではないが、例えば銅のような軟質な物質が好ましい。
また、本実施形態においては、ナット５が鋼製である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ナット５が例えばチタン製である場合など、熱処理によりねじ溝面を硬化させて用いる場合に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るボールねじの一実施形態の平面図である。
【図２】図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
【図３】チューブの端部の周辺部分を示す要部断面図である。
【図４】リターンチューブを挿入する貫通孔に鋼片を固定した状態を示す断面図である。
【図５】タップ穴の中に鋼片を固定した状態を示す断面図である。
【図６】タップ穴の中にボルト形状の鋼片を固定した状態を示す断面図である。
【図７】ねじ溝面のうちボールが走行しない部分に鋼片を固定した状態を示す断面図である。
【図８】楔状の部材を用いて鋼片とナットとの一体化を強める方法を説明する断面図である。
【図９】楔状の部材を用いて鋼片とナットとの一体化を強める別の方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      ボールねじ
３      ねじ軸
３ａ    ねじ溝
５      ナット
５ａ    ねじ溝
７      ボール転動路
９      ボール
１５      リターンチューブ
１９      貫通孔
２０      鋼片
２２      タップ穴
【図１】
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【図２】
2009063075.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009063075.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009063075.tif 000009
【図８】
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【図９】
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