JP2001304369A - リターンチューブ式ボールねじの浸炭焼入硬化されたねじ軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高荷重、且つ短ストロークの条件下で駆動使
用され、ねじ軸のボールねじ溝のランド近傍部にボール
が大きな衝撃力で繰返し衝突しても、従来のものより損
傷が発生しにくく、計算寿命を満足するリターンチュー
ブ式ボールねじを提供すること。 【解決手段】 リターンチューブ式ボールねじのねじ軸
１０は、浸炭焼入硬化されている。ねじ軸１０のボール
ねじ溝１１は、ランド近傍部Ｐ１及びＰ２とボール転動
部１９とからなる。ボール転動部１９の表面硬さを、Ｈ
ＲＣ５６〜６２とし、ランド近傍部Ｐ１及びＰ２の表面
硬さを、ボール転動部１９の表面硬さより低くなるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動式射出成形機
の射出機構、パンチプレスのせん断機構等の高荷重、且
つ短ストロークの条件下で駆動使用される、いわゆるリ
ターンチューブ式ボールねじに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の送り装置等に駆動使用
されるリターンチューブ式ボールねじは、リターンチュ
ーブのタング部の破損に影響するＤｍ・Ｎ値（Ｄｍ：ボ
ールピッチ円径〔ｍｍ〕，Ｎ：ねじ軸又はボールナット
の毎分最高回転数〔ｒｐｍ〕）、並びに、一般的な定格
疲れ寿命の計算式を修正して運転係数（又は「荷重係
数」と呼ばれる。）、硬さ係数及びストローク係数を導
入した寿命計算式（例えば、本出願人発行 「（株）ツ
バキ・ナカシマ総合カタログ」初版（1996．4．1）Ａ２
０〜Ａ２１頁参照。）等に基づいて、呼び番号が選定さ
れている。なお、Ｄｍ・Ｎ値が８万以上又は８万未満で
あっても、ボール（玉軸受用鋼球（ JIS B 1501 ）又は
これと同等以上の合金鋼鋼球が使用される。）の呼び直
径が大きくなると、リターンチューブのタング部が破損
する蓋然性が高くなる。このような場合には、タング部
が無いリターンチューブとヨークデフレクタの併用（例
えば、（株）日刊工業新聞社発行 ねじ便覧編集委員会
編著「ねじ便覧」初版（昭41．5．20）第３２５頁参
照。）、又は、ヨークデフレクタを併用しないで、タン
グ部根元の応力集中軽減対策と衝撃疲れ限度の高いリタ
ーンチューブ材料の選定とによって対処されている。

【０００３】近時、ボールねじの倍力機能を生かして、
リターンチューブ式ボールねじが、電動式射出成形機の
射出機構、パンチプレスのせん断機構等に駆動使用され
るようになっている。このような用途では、高負荷が作
用した状態で短いストロークを急激な加速度をもって駆
動させるという過酷な条件で、リターンチューブ式ボー
ルねじが使用されている。例えば、電動式射出成形機の
射出機構においては、工作機械で使用されている負荷に
比較して１桁以上大きい最大数百ｋＮまでの変動荷重が
ボールねじに加わるとともに（ボールとボールねじ溝と
の最大接触面圧が２０００ＭＰａを超えることが多
い。）、ボールねじのリードに比べて短いストロークで
使用されている。また、射出速度６００ｍｍ／ｓを僅か
４０ｍｓで鋭く立ち上げるものもある。さらに、射出成
形機と工作機械の駆動機構としての大きな違いは、射出
成形機では２４時間運転が多く、しかも速いサイクルで
同じ成形品を数万サイクルも成形するという過酷な使わ
れ方が多いことである。

【０００４】このため、上記のような高荷重用ボールね
じでは、 （１）高荷重用途向けに特化したボールねじ溝形状等に
よって、負荷容量を増大させる改良がなされている。 （２）急激な加速度によるタング部の破損を回避するた
め、リターンチューブには前述したような対策が施され
ている。 （３）ねじ軸として、耐摩耗性に優れた浸炭焼入を施し
た研削品又は転造品が使用され、 研削品の場合は、肌焼鋼（一般にＳＣＭ４１５Ｈ又
はＳＣＭ４２０Ｈが使用される。）を素材として、ボー
ルねじ溝切削、浸炭焼入、焼戻し及びねじ軸外径（後述
のランド）研削後、ボールねじ溝を研削加工により仕上
げている（研削加工後、ラップ仕上げすることもあ
る。）。 転造品の場合は、肌焼鋼（一般にＳＣＭ４１５Ｈが
使用される。）を素材として、ねじ転造、浸炭焼入及び
焼戻し後、ねじ軸外径（ランド）とボールねじ溝をバフ
仕上げしている（バフ仕上げの代わりに、研削加工又は
ラップ仕上げすることもある。）。なお、浸炭焼入が採
用されている理由は、高周波焼入の場合より、高い表面
硬さが得られると共に硬化層の深さ方向の硬さ勾配が緩
やかになるためである。

【０００５】（４）ねじ軸のボールねじ溝の表面硬さ
は、通常、上記（３）の研削加工又はバフ仕上げ後ＨＲ
Ｃ５８〜６２とされている（例えば、前掲の「ねじ便
覧」第３２６頁参照。）。また、硬化層は、後述する図
１３の符号２０で示すように、ほぼ均一な深さで分布し
ている（図示する深さＴは有効硬化層深さを示す。）。
そして、有効硬化層深さＴは、一般に１〜２ｍｍ程度と
されることが多い。なお、 表面硬さにはボールねじ溝直角断面周方向の勾配が
なく、ボールねじ溝の全面がＨＲＣ５８〜６２の範囲内
のある均一な表面硬さになっている（一般にＨＲＣ５８
〜６２の中央値であるＨＲＣ６０とされることが多
い。）。 前掲の「（株）ツバキ・ナカシマ総合カタログ」Ａ
２１頁の表１（ねじ溝の焼入硬度と硬さ係数）から、ボ
ールねじ溝の表面硬さはＨＲＣ５６〜６２としても許容
されるものである。 上記の表面硬さの値は、転動寿命の観点から規定さ
れている。そうすると、後述するボール転動部の表面硬
さがＨＲＣ５６〜６２であればよく、同様に後述するラ
ンド近傍部の表面硬さがこの値である必要はないと考え
られる。 有効硬化層深さとは、JIS G 0557（鋼の浸炭硬化層
深さ測定方法）に規定されている「２００゜Ｃを超えな
い温度で焼戻しした硬化層の表面から、ビッカース硬さ
５５０（ロックウェル硬さ換算値ＨＲＣ５２）の位置ま
での距離」をいう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の高荷
重、且つ短ストロークの条件下でリターンチューブ式ボ
ールねじを駆動使用すると、工作機械の送り装置等に駆
動使用した場合には見られなかった「前記運転係数、硬
さ係数及びストローク係数を導入した寿命計算式から算
出した値より短い寿命で、図９に示すように、ねじ軸の
ボールねじ溝のランド近傍部にフレーキング状の損傷が
発生する。」という問題があった。なお、ランドとは
「溝と溝との間の平面部」を意味し、ねじ軸の場合、円
筒状の外径部に相当する。また、同図の（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれ、ランド近傍部の損傷状況及びラン
ド近傍部の損傷が後述のボール転動部まで進展した状況
を示す。

【０００７】次に、図１０〜図１３を参照して、この問
題点を詳説する。リターンチューブ式ボールねじでは、
ボールねじを駆動すると、ボール１６が、ねじ軸１０の
ゴシックアーク状のボールねじ溝１１とこれに対向する
ボールナット１３のゴシックアーク状のボールねじ溝１
４とからなる螺旋状の負荷ボール転走路１５内を転動
し、リターンチューブ１７のタング部１８に掬い上げら
れて負荷ボール転走路１５を跨いで乗り越え、再び負荷
ボール転走路１５内に送り込まれる循環を繰り返す。な
お、符号１２は、ねじ軸１０のランドを示す。

【０００８】その際、ボール１６の循環運動の軌跡に
は、或る範囲のばらつきが存在する。この軌跡のばらつ
きは、ボールねじの加工及び組立誤差、並びに駆動速度
（すなわち、ボール１６の公転速度）の違い等により必
然的に存在するものであって、避けられないものであ
る。そして、このボール１６の循環運動のばらつきに起
因して、リターンチューブ１７内のボール１６は、図１
２及び図１３に示すように、ボールねじ溝１１のランド
近傍部Ｐ１又はＰ２に衝突した後、負荷ボール転走路で
あるボールねじ溝１１のボール転動部１９に送り込まれ
ることが多い。なお、両図において、符号αはボール１
６の初期接触角を示し、一般に４５±２．５゜とされて
いる。また、符号βはボール１６の最大接触角を示し
（硬化層２０におけるボール転動部１９とランド近傍部
Ｐ１，Ｐ２との境界２１を示す角度でもある。）、一般
に６５〜７０゜とされている。さらに、符号Ｏはボール
ねじ溝１１内のボール１６の中心を示し、この中心Ｏは
ボールピッチ円径上にある。

【０００９】工作機械の送り装置等に駆動使用されるリ
ターンチューブ式ボールねじにおいては、ボール１６が
ランド近傍部Ｐ１又はＰ２に衝突したときの衝撃力は小
さい。しかも、通常、ボールねじのリードの数十倍以上
のストロークで駆動使用されるから、衝撃力が作用する
範囲は広くなる（衝撃力が作用する範囲を角度θで表す
と、θ＝（ストローク／リード）×３６０゜にな
る。）。このため、衝撃力が繰返し作用しても、単位面
積当りの繰返し数は少なくなるから、ランド近傍部Ｐ１
又はＰ２に損傷が発生することは皆無であった。

【００１０】しかし、電動式射出成形機の射出機構、パ
ンチプレスのせん断機構等においては、前述したよう
に、高負荷が作用した状態で短いストロークを急激な加
速度をもって駆動させるという過酷な条件で、リターン
チューブ式ボールねじが使用される。このため、ボール
１６がランド近傍部Ｐ１又はＰ２に衝突したときの衝撃
力は著しく増大する。しかも、ボールねじのリードに比
べて短いストロークを数百万サイクル以上駆動されるか
ら、著しく増大した衝撃力がランド近傍部Ｐ１又はＰ２
に作用する単位面積当りの繰返し数は、工作機械の送り
装置等の場合より遥かに多くなる。例えば、ボールねじ
のリードを１６ｍｍ、ストロークを５．５ｍｍとする
と、衝撃力が作用する範囲を表す角度θは、θ＝（５．
５ｍｍ／１６ｍｍ）×３６０゜≒１２４゜になる。すな
わち、ねじ軸１０の横断面から見て、リターンチューブ
１７のタング部１８を中心としてボールねじ溝１１の円
周方向の±６２゜の範囲にのみ大きな衝撃力が繰返し作
用する（図示せず。）。そうすると、浸炭焼入硬化され
たボールねじ溝１１のランド近傍部Ｐ１又はＰ２に焼入
硬化ボール（表面硬さがボールねじ溝１１の値ＨＲＣ５
８〜６２より高い鋼球）１６が大きな衝撃力で繰返し衝
突すると、ランド近傍部Ｐ１又はＰ２がさらに歪硬化
（加工硬化）するとともに、衝突による歪エネルギーが
ランド近傍部Ｐ１又はＰ２直下の硬化層２０に蓄積され
る。その結果、硬化層２０に材料の疲れに起因するクラ
ックが発生し、更なるボール１６の繰返し衝突によって
クラックが成長する。そして、フレーキング状の損傷に
進展する。

【００１１】そこで、ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２に防炭処
理（浸炭防止剤の塗布または銅メッキ）を施して、衝撃
に対する強さを向上させることが考えられる。しかし、
ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２に防炭処理を施しても、 （１）素地硬さのままであるランド近傍部Ｐ１，Ｐ２
は、耐摩耗性の点で劣るから使用に耐えない。 （２）浸炭焼入をすると、素地硬さのままであるランド
近傍部Ｐ１，Ｐ２と硬化されたボール転動部１９との境
界２１において、ボールねじ溝１１の直角断面周方向に
おける表面硬さと硬化層２０の内部硬さが急激に変化す
る。すなわち、境界２１において、表面硬さと硬化層２
０の内部硬さが不連続になる。しかも、ボール転動部１
９に生じた圧縮残留応力とランド近傍部Ｐ１，Ｐ２の引
張残留応力とが釣り合わない。このため、硬化層２０の
境界２１に、この境界２１に沿ったクラックが発生す
る。という問題がある。

【００１２】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、高荷重、且つ短ストロークの条件下で駆
動使用され、ねじ軸のボールねじ溝のランド近傍部にボ
ールが大きな衝撃力で繰返し衝突しても、従来のものよ
り損傷が発生しにくく、計算寿命を満足するリターンチ
ューブ式ボールねじを提供することを課題としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、リターンチューブ式ボールねじの浸炭焼
入硬化されたねじ軸において、前記ボールねじはボール
ねじ溝を具え、該ボールねじ溝はランド近傍部とボール
転動部とからなり、該ボール転動部の表面硬さがＨＲＣ
５６〜６２であり、前記ランド近傍部の表面硬さが前記
ボール転動部の表面硬さより低くなるようにしたことを
特徴とするねじ軸によって前記課題を解決した。

【００１４】なお、前記ランド近傍部と前記ボール転動
部の表面硬さに、それぞれ、前記ねじ軸のランドに向け
て低くなる前記ボールねじ溝の直角断面周方向の勾配が
あるようにしたものが好ましい。

【００１５】また、前記ランド近傍部と前記ボール転動
部との境界において該両部の表面硬さを緩やかに連続す
るようにしたものが好ましい。

【００１６】さらに、前記ランド近傍部のランド直近の
表面硬さを少なくともＨＲＣ５４になるようにしたもの
がより好ましい。

【００１７】

【作用】上記のように構成することによって、 （１）高荷重、且つ短ストロークの条件下で駆動使用さ
れ、ねじ軸のボールねじ溝のランド近傍部にボールが大
きな衝撃力で繰返し衝突しても、従来のものより損傷が
発生しにくい。（２）ランド近傍部とボール転動部との
境界において両部の表面硬さを緩やかに連続するように
すれば、硬化層の境界に沿ったクラックが発生しない。 （３）ランド近傍部のランド直近の表面硬さを少なくと
もＨＲＣ５４になるようにすれば、ランド近傍部が摩耗
しにくくなる。

【００１８】ここで、以下のことを付記する。本明細書
における「表面硬さ」という用語は、浸炭硬化層の表面
における硬さを意味する。従って、特許請求の範囲の欄
の請求項１後段の「前記ランド近傍部の表面硬さを前記
ボール転動部の表面硬さより低くなるようにしたこ
と。」という文言の意義は、「前記ランド近傍部直下の
硬化層の内部硬さを前記ボール転動部直下の硬化層の内
部硬さより低くなるようにしたこと。」を包含する。ま
た、同欄の請求項２の「前記ランド近傍部と前記ボール
転動部の表面硬さに、それぞれ、前記ねじ軸のランドに
向けて低くなる前記ボールねじ溝の直角断面周方向の勾
配があるようにしたこと。」という文言の意義は、「前
記ランド近傍部と前記ボール転動部直下の硬化層の内部
硬さに、それぞれ、前記ねじ軸のランドに向けて低くな
る前記ボールねじ溝の直角断面周方向の勾配があるよう
にしたこと。」を包含する。さらに、同欄の請求項３の
「前記ランド近傍部と前記ボール転動部との境界におい
て該両部の表面硬さを緩やかに連続するようにしたこ
と。」という文言の意義は、「前記ランド近傍部と前記
ボール転動部との境界において該両部直下の硬化層の内
部硬さを緩やかに連続するようにしたこと。」を包含す
る。

【００１９】次に、ボール転動部の表面硬さをＨＲＣ５
６〜６２にするとともに、ランド近傍部のランド直近の
表面硬さを少なくともＨＲＣ５４になるようにしたもの
が好ましい理由を述べる。前述したように、従来のボー
ルねじ溝の表面硬さはＨＲＣ５８〜６２とされている。
このことを本発明に適用した場合、ボール転動部の表面
硬さがＨＲＣ５８〜６２であり、ランド近傍部との境界
において最小ＨＲＣ５８になることを意味する。また、
ランド近傍部の表面硬さがボール転動部との境界におい
て最大ＨＲＣ５８であり、ランド直近において最小にな
ることを意味する。そして、上記のようにするため、本
出願人は、リターンチューブ式ボールねじの種々の呼び
番号について、後述する図２に示すようなボールねじ溝
の断面硬さ分布を検討した。そうすると、ランド近傍部
のボールねじ溝直角断面周方向の長さが短すぎて、ボー
ル転動部の表面硬さをＨＲＣ５８〜６２にしたとき、ラ
ンド近傍部のランド直近の表面硬さをＨＲＣ５５以下に
できないことがわかった。しかし、ランド近傍部の表面
硬さは、ボールの衝撃に対する強さの観点から低い方が
好ましく、他方、耐摩耗性の観点から素地硬さより高い
方が望ましい。そこで、前述したように、ボール転動部
の表面硬さを転動寿命に影響を与えないＨＲＣ５６〜６
２に設定した。また、ボール転動部の表面硬さをランド
近傍部との境界においてＨＲＣ５６にしたとき（換言す
れば、ランド近傍部の表面硬さをボール転動部との境界
においてＨＲＣ５６にしたとき）、ランド近傍部のラン
ド直近の表面硬さを設定できる限界であるＨＲＣ５４に
した。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。この実施の形態は、浸炭焼入硬
化されたねじ軸のボールねじ溝を研削加工により仕上げ
た、ねじ軸の外径５０ｍｍ，リード１６ｍｍ，ボール径
９．５２５ｍｍのリターンチューブ式ボールねじに対し
て適用したものである。なお、前述した従来のねじ軸の
ボールねじ溝と同一又は相当部分には同一符号を付し
て、その説明は省略する。また、後述の図４を除いて、
ボールねじ溝の直角断面図には硬化層が示されている。

【００２１】図１は、ねじ軸１０のボールねじ溝１１の
直角断面形状を示している。ボールねじ溝１１のランド
近傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さはＨＲＣ５６〜５８になっ
ており（ランド直近の表面硬さをＨＲＣ５６にした理由
は後述する。）、ランド１２に向けて低くなるボールね
じ溝直角断面周方向の硬さ勾配を有している。また、ボ
ール転動部１９の表面硬さは５８〜６０になっており、
ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さと同様に、ランド１
２に向けて低くなるボールねじ溝直角断面周方向の硬さ
勾配を有している。そして、ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２と
ボール転動部１９との境界２１（ボール１６の最大接触
角βが６５〜７０゜の位置）において、両部Ｐ１，１
９；Ｐ２，１９の表面硬さが緩やかに連続するようにな
っている。すなわち、境界２１における表面硬さは、Ｈ
ＲＣ５８になっている。

【００２２】なお、 （１）ゴシックアーク状のボールねじ溝１１の曲率半径
Ｒは、ボールねじの負荷容量を増大させるため、ボール
１６の呼び直径の５３％に設定している（図示しないボ
ールナットのボールねじ溝も同様である。）。 （２）ボール１６の初期接触角αは、従来のものと同様
に４５±２．５゜に設定している。 （３）ボール１６が転動するのは、通常、ボール転動部
１９のうち初期接触角α＝４５±２．５゜の範囲である
から、この範囲の表面硬さがＨＲＣ６０になっているこ
とが好ましい。このため、ボール転動部１９の表面硬さ
は、その底部から初期接触角α＝４５＋２．５゜までが
ＨＲＣ６０であり、境界２１においてＨＲＣ５８になる
ような硬さの勾配を有している。

【００２３】そうすると、ボールねじ溝１１のランド近
傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さが、従来のものが後述するよ
うにＨＲＣ６０であるのに対して、本発明ではＨＲＣ５
６〜５８になっているから、ランド近傍部Ｐ１又はＰ２
にボール１６が大きな衝撃力で繰返し衝突しても、ラン
ド近傍部Ｐ１又はＰ２に損傷が発生しにくくなる。

【００２４】次に、上記のようなボールねじ溝１１の形
成方法を説明する。図２は、研削仕上げ後の従来のボー
ルねじ溝の直角断面硬さ分布を示している。前述した図
１３を援用して説明すると、ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２と
ボール転動部１９とからなるボールねじ溝１１の表面硬
さは、ＨＲＣ６０になっている。また、硬化層２０の有
効硬化層深さＴは、１．５６ｍｍになっている。なお、
素地硬さはＨＲＣ３３．５である。そして、この従来の
ボールねじ溝の直角断面硬さ分布から、図３に示すよう
に、ランド１２の研削しろＪ１と、ボール転動部１９の
うち底部から初期接触角α＝４５＋２．５゜までの研削
しろＫ１とを０．２ｍｍにしたとき、研削仕上げ後のラ
ンド近傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さがＨＲＣ５６〜５８に
なり且つボール転動部１９の表面硬さがＨＲＣ５８〜６
０になるような研削加工前のボールねじ溝１１ａを創成
する。

【００２５】以下、具体的な数値を挙げて説明する。図
２の硬さ推移曲線によると、表面からの距離が０．２ｍ
ｍの位置の内部硬さは、表面の硬さと同じＨＲＣ６０に
なっている。そこで、ランド１２の研削しろＪ１と、ボ
ール転動部１９のうち底部から初期接触角α＝４５＋
２．５゜までの研削しろＫ１とを０．２ｍｍに設定す
る。すなわち、ランド１２と、ボール転動部１９のうち
底部から初期接触角α＝４５＋２．５゜までの研削仕上
げ後の表面硬さが、ＨＲＣ６０になるようにする。次
に、図２の硬さ推移曲線を直線補間して、ＨＲＣ５８に
なる表面からの距離を求めると、０．８９ｍｍになって
いる。すなわち、図３において、境界２１における仕上
しろＭ１を０．８９ｍｍに設定する。また、図２から、
ＨＲＣ５６になる表面からの距離を求めると、１．１４
ｍｍになっている。すなわち、図３において、ランド近
傍部Ｐ１及びＰ２のランド１２直近の仕上しろＮ１を
１．１４ｍｍに設定する。同様にして、ランド近傍部Ｐ
１，Ｐ２とボール転動部１９との境界２１において両部
Ｐ１，１９；Ｐ２，１９の表面硬さが緩やかに連続する
ような仕上しろを求めていけば、図３に示すような形状
のボールねじ溝１１ａを創成することができる。

【００２６】ここで、ボール転動部１９の表面硬さをＨ
ＲＣ５８〜６０にしたとき、ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２の
ランド直近の表面硬さをＨＲＣ５６にした理由を説明す
る。図２の硬さ推移曲線を直線補間して、ＨＲＣ５５に
なる表面からの距離を求めると、１．２６ｍｍになって
いる。すなわち、図３において、ランド近傍部Ｐ１及び
Ｐ２のランド１２直近の仕上しろＮ１は１．２６ｍｍに
なる。そうすると、ボールねじ溝１１ａは図４に示すよ
うに開口が狭まった形状になるから、切削バイトでボー
ルねじ溝１１ａを形成することができない。このため、
ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２のランド直近の表面硬さをＨＲ
Ｃ５６にしている。

【００２７】次に、このボールねじ溝１１ａを有するね
じ軸１０を従来のものと同一条件で浸炭焼入硬化する
と、焼戻し後のボールねじ溝１１ａの表面硬さはＨＲＣ
６０になっている。なお、硬化層２０の深さ方向の硬さ
勾配は、図２に示したようになっている。その後、焼入
鋼切削バイトによるボールねじ溝１１ａのランド近傍部
Ｐ１′及びＰ２′の切除（図５参照）、ランド１２ａの
研削加工（図６参照）及びボールねじ溝１１ａの研削加
工を経て、図１に示すようなボールねじ溝１１を得るこ
とができる。

【００２８】次に、図１を援用して、本発明の第２の実
施の形態を説明する。この第２の実施の形態は、ボール
ねじ溝１１のランド近傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さをＨＲ
Ｃ５４〜５６にするとともに、ボール転動部１９の表面
硬さをＨＲＣ５６〜６０にしたものである。なお、その
他の構成は、前記の第１の実施の形態と同様であるの
で、その説明は省略する。

【００２９】そうすると、ボールねじ溝１１のランド近
傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さがＨＲＣ５４〜５６になって
いるから、ランド近傍部Ｐ１又はＰ２にボール１６が大
きな衝撃力で繰返し衝突しても、第１の実施の形態と比
べて、さらにランド近傍部Ｐ１又はＰ２に損傷が発生し
にくくなる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態の形成方
法を説明する。第１の実施の形態と同様に、図２の従来
のボールねじ溝の直角断面硬さ分布から、図７に示すよ
うに、ランド１２の研削しろＪ２と、ボール転動部１９
のうち底部から初期接触角α＝４５＋２．５゜までの研
削しろＫ２とを０．２ｍｍにしたとき、研削仕上げ後の
ランド近傍部Ｐ１及びＰ２の表面硬さがＨＲＣ５４〜５
６になり且つボール転動部の表面硬さがＨＲＣ５６〜６
０になるような研削加工前のボールねじ溝１１ｂを創成
する。

【００３１】以下、具体的な数値を挙げて説明する。前
述したように、図２の硬さ推移曲線によると、表面から
の距離が０．２ｍｍの位置の内部硬さは、表面の硬さと
同じＨＲＣ６０になっている。そこで、ランド１２の研
削しろＪ２と、ボール転動部のうち底部から初期接触角
α＝４５＋２．５゜までの範囲の研削しろＫ２とを０．
２ｍｍに設定する。すなわち、ランド１２と、ボール転
動部１９のうち初期接触角α＝４５＋２．５゜までの範
囲の研削仕上げ後の表面硬さが、ＨＲＣ６０になるよう
にする。次に、図２の硬さ推移曲線を直線補間して、Ｈ
ＲＣ５６になる表面からの距離を求めると、１．１４ｍ
ｍになっている。すなわち、図７において、境界２１に
おける仕上しろＭ２を１．１４ｍｍに設定する。また、
図２から、ＨＲＣ５４になる表面からの距離を求める
と、１．３８ｍｍになっている。すなわち、図７におい
て、ランド近傍部Ｐ１，Ｐ２のランド１２直近の仕上し
ろＮ２を１．３８ｍｍに設定する。同様にして、ランド
近傍部Ｐ１，Ｐ２とボール転動部１９との境界２１にお
いて両部Ｐ１，１９；Ｐ２，１９の表面硬さが緩やかに
連続するような仕上しろを求めていけば、図７に示すよ
うな形状のボールねじ溝１１ｂを創成することができ
る。以降、前記の第１の実施の形態と同様な工程を経
て、第２の実施の形態を得ることができる。

【００３２】次に、図１を援用して、本発明の第３の実
施の形態を説明する。前記の第１及び第２の実施の形態
では、ボール転動部１９のうち底部から初期接触角α＝
４５＋２．５゜までの表面硬さをＨＲＣ６０にしたもの
を例示した。この第３の実施の形態は、ボール転動部１
９のうち底部から初期接触角α＝４５＋２．５゜までの
表面硬さをＨＲＣ５８にしたものである。すなわち、ボ
ールねじ溝１１のランド近傍部Ｐ１，Ｐ２の表面硬さを
ＨＲＣ５４〜５６にするとともに、ボール転動部１９の
表面硬さをＨＲＣ５６〜５８にしたものである。なお、
その他の構成および奏する作用・効果は前記の第１及び
第２の実施の形態と同様であるので、その説明は省略す
る。

【００３３】次に、第３の実施の形態の形成方法を説明
する。なお、この第３の実施の形態は、図８の「表面硬
さがＨＲＣ５８の硬さ推移曲線」を利用したものであ
る。焼戻し条件（焼戻し温度×時間）を変えるだけで、
前述した図２の断面硬さ分布（表面硬さがＨＲＣ６０の
硬さ推移曲線）を図８に示すような断面硬さ分布（表面
硬さがＨＲＣ６２又は５８の硬さ推移曲線）にすること
ができる。また、前述したように、浸炭焼入では、硬化
層の深さ方向の硬さ勾配が緩やかになるという性質を有
する。この性質に基づいて、図８では、表面からの距離
が約１．８ｍｍの位置までの硬さ推移曲線は、図２の
「表面硬さがＨＲＣ６０の硬さ推移曲線」とほぼ平行に
なっている。そして、この「表面硬さがＨＲＣ５８の硬
さ推移曲線」によると、表面からの距離が０．２ｍｍの
位置の内部硬さは、表面の硬さと同じＨＲＣ５８になっ
ている。また、ＨＲＣ５６になる表面からの距離を求め
ると、０．８９ｍｍになっている。さらに、ＨＲＣ５４
になる表面からの距離を求めると、１．１４ｍｍになっ
ている。

【００３４】そうすると、ランドの研削しろと、ボール
転動部のうち底部から初期接触角までの研削しろとを
０．２ｍｍ、ランド近傍部とボール転動部との境界にお
ける仕上しろを０．８９ｍｍ、及びランド近傍部のラン
ド直近の仕上しろを１．１４ｍｍにしたとき、前述した
図３と同一形状の研削加工前のボールねじ溝を創成する
ことができる。この研削加工前のボールねじ溝を有する
ねじ軸に浸炭焼入及び焼戻しを施して、ランドとボール
ねじ溝の表面硬さをＨＲＣ５８した後、前述した第１の
実施の形態と同様な工程を経て、第３の実施の形態を得
ることができる。

【００３５】なお、上記の実施の形態では研削品の場合
について説明したが、ねじ軸外径（ランド）の研削加工
を除けば研削品と同様であるため、転造品に対しても本
発明を適用できることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、 （１）高荷重、且つ短ストロークの条件下で駆動使用さ
れ、ねじ軸のボールねじ溝のランド近傍部にボールが大
きな衝撃力で繰返し衝突しても、従来のものより損傷が
発生しにくく、計算寿命を満足するリターンチューブ式
ボールねじを得ることができる。 （２）ランド近傍部とボール転動部との境界において両
部の表面硬さが緩やかに連続するようにすれば、硬化層
の境界に沿ったクラックが発生しない。 （３）ランド近傍部のランド直近の表面硬さを少なくと
もＨＲＣ５４になるようにすれば、ランド近傍部が摩耗
しにくくなる。という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態のボールねじ溝直
角断面図。

【図２】 従来のボールねじ溝の断面硬さ分布図。

【図３】 図２から求めた、第１の実施の形態の研削加
工前形状を示すボールねじ溝直角断面図。

【図４】 第１の実施の形態において、ランド近傍部の
ランド直近の表面硬さをＨＲＣ５６に設定した理由を説
明するためのボールねじ溝直角断面図。

【図５】 図３のランド近傍部を切除したボールねじ溝
直角断面図。

【図６】 図５のランド研削加工後のボールねじ溝直角
断面図。

【図７】 本発明の第２の実施の形態の研削加工前形状
を示すボールねじ溝直角断面図。

【図８】 本発明の第３の実施の形態を説明するための
ボールねじ溝の断面硬さ分布図。

【図９】 従来のボールねじ溝におけるランド近傍部の
損傷を示す図面代用写真であり、同図の（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれ、ランド近傍部の損傷状況及びラン
ド近傍部の損傷がボール転動部まで進展した状況を示
す。

【図１０】 リターンチューブ式ボールねじの外形平面
図。

【図１１】 図１０の１１−１１線断面図。

【図１２】 ランド近傍部にボールが衝突する態様を示
すボールねじ溝直角断面図。

【図１３】 従来のボールねじ溝の直角断面図。

【符号の説明】

１０ ねじ軸 １１ ボールねじ溝 １２ ランド １３ ボールナット １６ ボール １７ リターンチューブ １９ ボール転動部 ２０ 硬化層 ２１ 境界 Ｐ１，Ｐ２ ランド近傍部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リターンチューブ式ボールねじの浸炭焼
   入硬化されたねじ軸において、 前記ボールねじはボールねじ溝を具え、該ボールねじ溝
   はランド近傍部とボール転動部とからなり、該ボール転
   動部の表面硬さがＨＲＣ５６〜６２であり、前記ランド
   近傍部の表面硬さが前記ボール転動部の表面硬さより低
   くなるようにしたことを特徴とする、 リターンチューブ式ボールねじの浸炭焼入硬化されたね
   じ軸。
2. 【請求項２】 前記ランド近傍部と前記ボール転動部の
   表面硬さに、それぞれ、前記ねじ軸のランドに向けて低
   くなる前記ボールねじ溝の直角断面周方向の勾配がある
   ようにした、請求項１のリターンチューブ式ボールねじ
   の浸炭焼入硬化されたねじ軸。
3. 【請求項３】 前記ランド近傍部と前記ボール転動部と
   の境界において該両部の表面硬さが緩やかに連続するよ
   うにした、請求項２のリターンチューブ式ボールねじの
   浸炭焼入硬化されたねじ軸。
4. 【請求項４】 前記ランド近傍部のランド直近の表面硬
   さを少なくともＨＲＣ５４になるようにした、請求項３
   のリターンチューブ式ボールねじの浸炭焼入硬化された
   ねじ軸。