JPH11166607A - ボールネジ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発塵や製造上の困難さ、永久磁石に強力に吸
着した磁性粉除去の困難性、部品点数の増加や永久磁石
の使用増による製作コストの上昇等の問題を解決または
軽減できるボールネジ機構を提供する。 【解決手段】 複合磁性材料からなり回動周面に強磁性
部と非磁性部とが螺旋状に形成されている磁気ネジ軸
と、永久磁石を配しており前記磁気ネジ軸の強磁性部と
磁気空隙を介して対向する磁極を有しているとともに前
記磁気ネジ軸の正／逆回転によってその軸心方向に沿っ
て相対移動自在に配置されたナット部とを備えているこ
とを特徴とするボールネジ機構。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転運動を直線運
動に変換する、いわゆるボールネジ機構の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、位置決めなどに使用されるＸＹテ
ーブルを駆動するために、回転モータによってネジ軸を
回転し、そのネジ軸に対してナットを介してスライダ部
を直動させる、いわゆるボールネジを使用していた。こ
の従来のボールネジは、螺旋形に凹部が形成されている
ネジ軸と、このネジ軸に対し同じピッチの螺旋形のボー
ルベアリング回動用溝が切られているネジ軸周りに配置
されたナット部とからなる。ナット部はネジ軸周りで回
転しないようにフランジ部で別シャフトに支えられた直
動ベアリング等と機械的に結合されている場合が普通で
ある。そして、ネジ軸が外部からモータ等によって回転
されると、ネジ軸とナット部との間に挟まれているボー
ルベアリングを介して、ナット部にネジ軸に沿う軸方向
応力およびネジ軸の軸中心回りの回転応力とが印加され
る。これらの応力のうち前記回転応力は別シャフト等を
利用した反力によって打ち消されるので、ネジ軸に沿う
軸方向応力のみがナット部に作用して、ナット部がネジ
軸の軸方向に移動自在になっている。

【０００３】しかしながら、ボールネジはネジ軸とボー
ルベアリング、あるいはボールベアリングとナットとの
間で摺動摩擦が起きるため、摩耗したり、摩耗粉の飛散
があったり、潤滑材としてグリースをネジ軸に塗布する
必要があるなど、クリーンルーム内部などの発塵を嫌う
環境下では使用することが困難であった。また、長尺な
ネジ軸を製作するためにはボールベアリングガイドを行
う精密なネジを長い距離にわたって製作する必要があ
り、製作技術上の困難を伴う。

【０００４】上記従来のボールネジの欠点を補うため
に、いくつかの改良された従来技術が提案された。

【０００５】改良された従来技術の一つは、永久磁石と
ネジ軸とを組み合わせた磁気ネジを用いたボールネジ機
構（特開平５−５２２４８号等）であり、図５に代表的
な要部斜視図を、図６に図５の磁気ネジの軸心に沿った
要部断面図を示す。図５、図６に示す通り、ネジ軸５０
を強磁性体で製造し、磁気空隙５５を介してネジ軸５０
の突部５２に対向するように円筒形の永久磁石６１の着
磁磁極６１ａを配置した機構である。ネジ軸５０の大径
軸部５３に設けられた突部５２は磁気空隙５５を介して
対向するナット部６０の磁極６１ａに近く、永久磁石６
１から見た磁気抵抗が小さい。それに対し、大径軸部５
３の溝部５１は対向する磁極６１ａから遠くなるため、
永久磁石６１から見た磁気抵抗が大きい。その結果、永
久磁石６１の磁極６１ａがネジ軸５０の突部５２に適宜
の磁気空隙５５の間隔を保持した状態で吸引されて、ネ
ジ軸５０の正／逆（θ）方向への回転開始とともにナッ
ト部６０が軸心ｘ方向に相対移動するように構成されて
いるので、ｘ方向にナット部６０を自在に動かすことが
できる。図５、図６のボールネジ機構の特徴は力を伝達
するために磁気エネルギーを使用していることであり、
非接触で回転力から直進力への変換が可能で、接触型の
従来のボールネジで問題となった発塵、あるいはグリー
スの使用による環境汚染を避けることができる。しか
し、この従来の非接触型のボールネジ機構１００は、磁
気ネジ軸５０の表面に凹凸があるため、凹部５１に埃等
が付着した場合に軸心方向への移動精度が阻害されるこ
とや、凹部５１の清掃が困難になるという問題がある。

【０００６】さらに、磁気ネジ軸５０と永久磁石６１と
の磁気空隙５５の間隔を一定とするため、永久磁石５１
の内径よりも小さく磁気ネジ軸５０の外径５３よりわず
かに大きい内／外径寸法とした樹脂製のガイドリング
（図示せず）を介設することが行われている。しかし、
磁気ネジ軸５０表面の凹凸の角部分で前記ガイドリング
に傷が発生し耐久性の低下につながるという問題があ
り、この対策として磁気ネジ軸５０の凹部５１に別体の
非磁性体（図示せず）を埋め込み、磁気ネジ軸５０の外
周表面を平滑にすることが提案されている。しかし、こ
の提案によれば、外周面が平滑な磁気ネジ軸を形成する
ために別体の強磁性材料と非磁性材料とを用いる必要が
あり、磁気ネジ軸の構造が複雑化し部品点数が増加する
ことや組立作業に多大の工数を要するという問題を招来
する。また、この結果、製作コストが上昇するという問
題がある。さらには、ナット部６０が永久磁石（通常複
数個）６１とヨーク６２とで構成されており、部品点数
が多いという問題がある。

【０００７】従来の他の改良されたボールネジ機構とし
て、ネジ軸に螺旋状に着磁を施した永久磁石を使用する
ことが提案されている（特開平７−２８００６１号）。
この方式を図７の要部断面図に示す。図７では、磁気ネ
ジ軸１２３として永久磁石を用いており、着磁によって
螺旋状の磁極Ｎ，Ｓを形成している。ナット部１２０に
は例えばリング磁石を配し、このリング磁石の内周面に
磁気ネジ軸１２３の着磁による磁極Ｎ，Ｓと同様の磁極
ピッチで螺旋形の磁極１１８，１１９を形成してなる。
ガイドリング１３０，１４０はＭＣナイロン、デルリン
等の耐摩耗性、滑り性を有する合成樹脂材料（非磁性材
料）からなる。ガイドリング１３０，１４０は磁気ネジ
軸１２３に対してナット部１２０が所定の微小間隔を形
成し両者を非接触状態で同心状に保持する滑り軸受の機
能を有している。よって、磁気ネジ軸１２３の回転に伴
って、ナット部１２０が軸心方向に直進するときに、ガ
イドリング１３０，１４０が磁気ネジ軸１２３の外周を
摺動し、磁気ネジ軸１２３とナット部１２０とを非接触
状態に保持しながら、ナット部１２０を磁気ネジ軸１２
３の軸心に沿って案内する。図７のボールネジ機構２０
０では、磁気ネジ軸１２３が永久磁石で形成されている
ので、軸心を中心として回転する磁気ネジ軸１２３の外
周面形状を凹凸のない円筒形とすることができ、凹凸が
ない分清掃が容易と予想されるが、実際にはこの永久磁
石製の磁気ネジ軸１２３は軟磁性材料製の磁気ネジ軸に
比較して高価でありかつ磁気回路が開いている部分（漏
洩磁束分）が多く生じるために浮遊する磁性粉を強力に
吸着してナット部１２０の直進移動精度を低下させた
り、付着した磁性粉をワイピング作業等により簡便に除
去できないという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、上記従来のボールネジ機構における発塵や製造
上の困難さ、凹部に付着した異物除去の困難性、永久磁
石に強力に吸着した磁性粉除去の煩雑性、部品点数の増
加や永久磁石の使用増による製作コストの上昇等の問題
を解決または軽減できるボールネジ機構を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は、回動周面に強磁性部と非磁性部とが螺旋状に形成
されている複合磁性材料からなる磁気ネジ軸と、永久磁
石を配しており前記磁気ネジ軸の強磁性部と磁気空隙を
介して対向する磁極を有しているとともに前記磁気ネジ
軸の正／逆回転によってその軸心方向に沿って相対移動
自在に配置されたナット部とを備えていることを特徴と
するボールネジ機構である。本発明によれば、磁気ネジ
軸は強磁性部と非磁性部とが共存した金属複合磁性材料
で形成されているので磁気ネジ軸の部品点数が低減でき
る。また、浮遊する磁性粉に対し永久磁石製の磁気ネジ
軸に比べて漏洩磁束分が少なく吸着力が小さいので磁性
粉吸着量を少なくすることが可能で、万一吸着した場合
にも除去（清掃）が容易である。

【００１０】また、本発明は、永久磁石を配して回動周
面に螺旋状に磁極が形成されている磁気ネジ軸と、前記
磁気ネジ軸の磁極と磁気空隙を介して対向する螺旋状の
強磁性部および前記強磁性部に隣接した非磁性部が形成
されている複合磁性材料からなり前記磁気ネジ軸の正／
逆回転によってその軸心方向に沿って相対移動自在に配
置されたナット部とを備えていることを特徴とするボー
ルネジ機構である。本発明によれば、ナット部が強磁性
部と非磁性部とが共存した金属複合磁性材料で形成され
ているのでナット部の部品点数が低減できる。また、浮
遊する磁性粉に対し永久磁石製のナット部に比べて漏洩
磁束分が少なく吸着力が小さいので磁性粉吸着量を少な
くすることが可能で、万一吸着した場合にも除去（清
掃）が容易である。

【００１１】本発明に用いる複合磁性材料とは、同一部
材（部品）において強磁性部と非磁性部とが共存した金
属組織を形成可能な金属材料をいう。強磁性部と非磁性
部とを共存させる方法として下記が例示される。 （１）強磁性相の母材を用いて、非磁性化が必要な局部
を熱処理することにより局部を非磁性化する方法。 （２）非磁性相の母材を用いて、強磁性化が必要な局部
を例えば冷間圧延等により強加工することにより局部を
強磁性化する方法。 (３)強磁性相の母材の局部を溶融させて、その溶融部分
に非磁性化促進元素を添加して拡散させた後凝固させて
局部を非磁性化し、強磁性部と非磁性部とが共存した同
一部材（部品）を得る方法。 (４)非磁性相の母材の局部を溶融させて、その溶融部分
に強磁性化促進元素を添加して拡散させた後凝固させて
局部を強磁性化し、強磁性部と非磁性部とが共存した同
一部材（部品）を得る方法。

【００１２】本発明では複合磁性材料を製造するために
上記の方法のうちいずれを採用してもよいが、特に代表
的な製造方法として強磁性の金属材料母材の局部を加熱
変性することにより非磁性部を形成することができる。
非磁性部を形成する手段として、公知の局部加熱手段
（例えばレーザ光照射、電子ビーム照射、高温プラズマ
照射、高周波誘導加熱等）を適用できる。局部加熱手段
により、強磁性組織の金属材料母材の非磁性化したい部
分をオーステナイト化する温度域まで局部加熱後冷却す
るか、あるいは非磁性化したい部分に対応した局部を加
熱溶融後凝固させることにより、強磁性組織を母相と
し、オーステナイト組織を非磁性部とした複合磁性材料
製の磁気ネジ軸またはナット部を構成できる。特に、局
部を加熱溶融後凝固することにより、凝固組織と凝固組
織の周辺に存在するオーステナイト化温度以上に加熱後
冷却された熱影響部とからなる非磁性部分を形成した場
合は、この溶融凝固したオーステナイト組織は−６０℃
の低温度域まで安定に存在するという優れた低温側での
非磁性部安定性を示す。

【００１３】本発明では、複合磁性材料用としてステン
レス鋼（フェライト系またはマルテンサイト系）を用い
ることが良好な強磁性特性と非磁性特性とを獲得して上
記軸心方向への移動力（推力）を高めるために好まし
い。前記ステンレス鋼として望ましいものは例えばJIS
G 4303で規定されるSUS430やSUS410Lに代表されるフ
ェライト系ステンレス鋼およびSUS420系やSUS440系に代
表されるマルテンサイト系ステンレス鋼ならびにこれら
の改良鋼である。組成的には、重量％でＣｒ＝１１〜１
８％、Ｃが０．１５％以下またはＣｒ＝１１．５〜１８
％、Ｃ＝０．４〜１．２％を含有するステンレス鋼が挙
げられる。これらのステンレス鋼には必要に応じてＮｉ
やＭｏなどを含有してもよい。とにかく加熱や加工によ
ってその一部がオーステナイトに変態する能力を備えて
おればよい。また、磁気空隙における磁気作用力を増大
させて軸心方向への推力を増大させるために最大エネル
ギー積の大きな希土類磁石；例えば、ＮｄＦｅＢ系の異
方性焼結磁石、異方性ボンド磁石、等方性のボンド磁石
や、ＳｍＦｅＮ系の等方性ボンド磁石、異方性ボンド磁
石等を用いることが好ましい。また、ＭｎＡｌＣ系磁
石、フェライト磁石、ＳｍＣｏ系の１−５型や２−１７
型等の公知磁石を用いてもよい。

【００１４】本発明では、磁気ネジ軸の中空円筒部分を
複合磁性材料で形成し、他の部分を別材料で形成する構
成の採用により、安価なボールネジ機構を提供可能であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳説する。

【００１６】本発明の一態様を示すボールネジ機構２０
の要部斜視図を図１に、図１の軸心方向の要部断面図を
図２に示す。図１、図２において、磁気ネジ軸１０は重
量％で１３％Ｃｒ-０．６５％Ｃ-残部Ｆｅおよび不可避
不純物からなる組成のマルテンサイト系ステンレス鋼母
材を用いて、後述の方法によりフェライト相と炭化物か
らなる強磁性組織７中にオーステナイト相からなる非磁
性組織の部分６を選択的に形成し、略円筒形状の複合磁
性材料に仕上げたものである。なお、非磁性部６の硬度
が必要な場合は母材を焼入、焼戻し処理後マルテンサイ
ト母材の局部を非磁性化するのがよい。磁気ネジ軸１０
は正／逆回転可能に保持されており、大径軸部８の円筒
状外周面に螺旋状に強磁性部６と非磁性部７とが形成し
てある。そして、例えば上記図７のガイドリング機構に
より、この磁気ネジ軸１０の強磁性部７は適宜の間隔に
保持された磁気空隙４を介してナット部５の磁極１ａと
対向配置されている。ナット部５は中空円筒状の強磁性
バックヨーク２（例えばＳＳ４００製）の内周面にラジ
アル異方性のリング磁石１（日立金属（株）製のＮｄＦ
ｅＢ系異方性焼結磁石：ＨＳ−３０ＣＲ）を必要な軸心
長分の個数だけ並べて同一内周面を形成し接着してあ
る。接着剤から発生するガスが問題となる真空等への用
途では接着剤に代えてかしめやボルト／ナットを用いて
機械的に締結してもよい。ナット部５の着磁は磁気ネジ
軸１０の螺旋形の強磁性部７のピッチに合わせて着磁磁
極を形成可能な着磁ヨークを製作し行った。各磁極１ａ
は磁気ネジ軸１０の強磁性部７と同一ピッチで軸心ｐ方
向に沿う螺旋形に形成された図示の磁極Ｎ，Ｓを有し、
磁極１ａのＮ極から磁気空隙４を貫通し磁気ネジ軸１０
の強磁性部７を通り再度磁気空隙４を貫通し磁極１ａの
Ｓ極に戻る閉磁路を形成している。このため、漏洩磁束
分が小さく、磁気ネジ軸１０の回転力をナット部５の直
進力に変換する効率を十分高めることができる。磁気ネ
ジ軸１０の両端には小径軸部９が設けてあり、この小径
軸部９には軸受（図示省略）が重ねてはめ込まれ、さら
にネジ部３には軸受固定用のナット（図示省略）が螺合
され、またネジ部３の先端には外部からの回転力をキー
を介して伝達するカップリングを重ねてはめ込むための
連結軸部（図示省略）が設けられる。

【００１７】（実施例１）上記ボールネジ機構２０は磁
気ネジ軸１０の構造が単純なので、外周部は円筒加工す
るのみでよく製造が容易だった。また、上記ボールネジ
機構２０を１週間連続運転後停止させて磁気ネジ軸１０
の外周面の異物付着状況を目視で確認したところ一部に
異物が付着していたが、非粘着性の汎用清掃備品（紙タ
オル）を用いて磁気ネジ軸１０の外周面を拭き取ったと
ころ、１回の拭き取り作業で異物を除去することができ
た。この拭き取り作業は数十秒で完了した。

【００１８】（比較例１）上記従来の図５のボールネジ
機構１００を１週間連続運転後停止させて、以後実施例
１と同様にして磁気ネジ軸５０の凹凸部の異物付着状況
を確認したところ、凹部５１に集中して異物が付着して
いた。凹部５１の異物除去は手間がかかり、清掃に数時
間を要した。また、上記従来の図７のボールネジ機構２
００を１週間連続運転後停止させて、以後は実施例１と
同様にして磁気ネジ軸１２３の外周面の異物付着状況を
確認したところ、外周面には鉄粉等の付着が顕著に観察
された。この付着粉を紙タオルで拭き取ろうとしたが、
外周面に強力に吸着していて除去できなかった。このた
め、粘着テープを用いることにより付着粉を除去した
が、この除去作業に十数分を要した。実施例１、比較例
１の結果から、本発明のボールネジ機構２０の磁気空隙
４に面した磁気ネジ軸１０の表面には磁性粉がわずかに
付着していたが簡便な拭き取り作業で除去できる程度で
あり、かつ清掃（拭き取り）時間が非常に短いので清掃
に伴う停止時間を比較例１に比して大幅に少なくできた
る。このため、数ヶ月におよぶ長期連続運転を行っても
実働運転効率（実働運転効率＝実働運転時間÷（実働運
転時間＋清掃のための停止時間）×１００（％））は十
分高かった。しかし、従来のボールネジ機構（１００、
２００）では、ナット部の円滑な移動を保証するために
磁気ネジ軸の凹凸部または円筒面の清掃を頻繁にかつ長
時間停止させて行う必要が生じて、実施例１と同様に評
価した実働運転効率はボールネジ機構１００で実施例１
の８８％、ボールネジ機構２００で実施例１の９２％だ
った。

【００１９】（実施例２）次に、本発明のボールネジ機
構に用いる磁気ネジ軸の製造方法の一例を説明する。ま
ず、上記マルテンサイト系ステンレス鋼製の丸棒を所定
の長さに切断した後、直径が２５．５ｍｍになるように
切削加工して図３に示す円筒状の強磁性母材３３を得
た。この母材３３において非磁性化すべき螺旋形軌跡部
分３６を破線で示している。次いで、丸棒を回転させる
とともにその軸方向に移動させることが可能な図示省略
の移動テーブル上にこの加工した丸棒を取り付けた。そ
の後、図３に示すように、母材３３の軸心Ａ方向に沿っ
て毎秒５ｍｍの速度で母材３３を移動させると同時に毎
秒０．５回転で周（Ｂ）方向に回転させながら、母材３
３の垂直上方に設けたレーザヘッド３１から母材３３の
非磁性化すべき部分３６に対応した局部にレーザ光３２
を照射し、連続した螺旋形の非磁性部３７と強磁性部３
８とを形成した複合磁性材料からなる一体の磁気ネジ軸
用素材３４を得た。次に、再度切削加工を行い、直径２
５ｍｍの丸棒に仕上げた後、両端を段付き加工、小径軸
部９のネジ部３の加工を行って本発明に用いる磁気ネジ
軸１０を得た。上記非磁性部３７は直径約２ｍｍのレー
ザ光３２のスポット照射により母材３３の表面から深さ
約４ｍｍに達する部分まで溶融凝固される条件の連続照
射によって形成した。この局部溶融時において溶融部分
の周囲がヒートシンクの役割を果たす結果、溶融部分が
急冷凝固されていた。この非磁性部３７の代表的な断面
を光学顕微鏡により撮影した写真を図８に示す。図８に
おいて、レーザ光３２の照射により溶融凝固したデンド
ライト組織の部分３７ａと、３７ａの周辺のオーステナ
イト化温度以上に加熱された未溶融の熱影響部３７ｂと
からなる非磁性部３７が観察された。図８の断面の面積
比率で、（溶融凝固部３７ａ）：（熱影響部３７ｂ）＝
７０％：３０％である。この溶融凝固の熱処理は大気中
で行ってもよいが、酸化防止のためにレーザヘッド３１
および母材３３などにアルゴンガスを吹き付けながら行
うことが好ましい。

【００２０】（実施例３）実施例１と同様の母材３３を
用いて、図３のレーザ光３２を照射して非磁性部を形成
するに際し、レーザ光３２のスポット径および強度を調
整して、母材３３のオーステナイト化温度以上に加熱後
冷却された未溶融の熱影響部のみからなる螺旋形の非磁
性部３７’と強磁性部３８とを形成した磁気ネジ軸用素
材３４’を得た。この素材３４’により本発明のボール
ネジ機構を構成することができる。

【００２１】（実施例４）実施例１、２により得られた
磁気ネジ軸用素材３４、３４’の各強磁性部３８のＢ−
Ｈ特性を２０℃において測定した結果を図１０に示す。
図１０より、実施例１、２のいずれの強磁性部３８も最
大飽和磁束密度Ｂｓ＝１４ＫＧ、保磁力Ｈｃ＝１０ Ｏ
ｅという優れた強磁性特性であることがわかる。ここ
で、本発明のボールネジ機構において、永久磁石として
ＲＦｅＢ系磁石（ＲはＹを含めた希土類元素の１種以
上）を用いる場合には、複合磁性材料からなる部材の強
磁性特性は磁気飽和の関係からＢｓ≧１０ｋＧが好まし
く、Ｂｓ≧１２ｋＧがより好ましい。また、残留磁化に
よる磁性粉を吸着しにくいと言う観点から、Ｈｃ≦５０
Ｏｅが好ましく、Ｈｃ≦２０ Ｏｅがより好ましい。

【００２２】次に、上記非磁性部分３７、３７’を室温
２０℃でＸ線回折し、結晶構造を同定したところ、いず
れもオーステナイト組織であることを確認した。また、
上記非磁性部分３７、３７’のＢ−Ｈカーブを室温２０
℃で測定したところ、両者ともに図１１の結果が得られ
た。図１１より、非磁性部分３７、３７’の比透磁率μ
ｓはいずれも約１．１であり、μｓ≦２という良好な非
磁性特性が確保できていた。μｓ＝１．１という値はほ
ぼ空気と同等の非常に優れた非磁性特性である。

【００２３】（実施例５）次に、本発明に用いる複合磁
性材料からなる磁気ネジ軸またはナット部において、そ
の非磁性部の優れた低温度側安定性について説明する。
まず、非磁性部分３７の溶融凝固部３７ａ、および未溶
融の加熱冷却による非磁性部３７’を各々、ドライアイ
スを加えることによって−１０℃〜−６０℃に調整した
液体メタノール冷媒中に浸し、非磁性部分３７ａ、３
７’部分のオーステナイト相がフェライト相に変態する
温度を調べた。冷媒に浸した時間は３０分である。その
後室温２０℃に戻し、Ｘ線回折で結晶構造を同定した結
果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から、未溶融の非磁性部３７’では−
２０℃より低い温度でそのオーステナイト相がフェライ
ト相に変態していた。したがって、−２０℃までの温度
環境で使用する本発明のボールネジ機構に有用であるこ
とがわかる。また、溶融凝固による非磁性部３７ａは−
６０℃でもそのオーステナイト相が変態することなく安
定に存在していた。したがって、溶融凝固部３７ａを含
む非磁性部３７は−６０℃までの厳しい低温度環境で使
用する本発明のボールネジ機構に有用であることがわか
る。

【００２６】（実施例６）次に、溶融凝固部３７ａおよ
び未溶融の非磁性部３７’の断面組織を電子顕微鏡によ
り観察した結果を図９に示す。図９（ａ）は溶融凝固部
３７ａのミクロ組織であり、図９（ｂ）は未溶融の非磁
性部３７’のミクロ組織である。図９（ａ）では析出し
ている炭化物の数がわずかであるが、図９（ｂ）では析
出している炭化物粒子（白い略球状に観察されるもの）
の数が非常に多い。図９（ｂ）に比べて図９（ａ）の析
出炭化物粒子の総占有面積は１／４０程度に減少してい
た。このことから、未溶融熱処理によって局部を非磁性
化するだけではその局部に析出している炭化物が母相に
固溶できず、溶融凝固の熱処理によって初めてその局部
に析出していた炭化物のほとんどが母相に固溶し、その
母相部分の含有する有効炭素量が増加したことで３７ａ
部分のオーステナイト相の存在安定性が高められ、−６
０℃までの低温度域で安定な状態が実現されたものと考
えられる。なお、上記図８の３７ｂのミクロ組織は図９
（ｂ）と同様の形態を示した。

【００２７】実施例２の結果では、溶融凝固部３７ａと
熱影響部３７ｂとの面積比率は７０％：３０％であった
が、本発明のボールネジ機構において、−６０℃までの
非磁性部の安定性を確保するためには、溶融凝固部３７
ａと熱影響部３７ｂとの面積比率を３０〜９５％：７０
〜５％とすることが好ましい。溶融凝固部が３０％未満
では−６０℃における非磁性部の形成面積が不足し、本
発明に用いる磁気ネジ軸の強磁性部を螺旋形に形成する
ことが困難となる。また、非磁性部に占める溶融凝固部
が９５％を越えるようにすることは工業生産性を阻害し
実用的でない。

【００２８】次に、本発明のボールネジ機構に用いる磁
気ネジ軸の他の態様を図４に示す。図４（ａ）は金属複
合磁性材料からなる中空円筒形部材４３の中空部分に円
筒状の構造用鋼製部材４４（例えばＳＳ４００などの炭
素鋼）を配置した構成である。この場合、中空円筒形部
材４３の外周面から内周面にわたって貫通して強磁性部
４２と非磁性部４１とが螺旋形に形成してあり、構造用
鋼製部材４４を焼きばめやかしめ、ボルト／ナット、溶
接等の公知の締結手段で固定することができる。この構
造の利点は、磁気ネジ軸をベアリング等で保持する場合
にその機械的特性に応じた最適材質を選択できることで
ある。図４（ｂ）は、金属複合磁性材料からなる中空円
筒形部材４７において、螺旋形に強磁性部４６と非磁性
部４５とが形成されており、かつ非磁性部４５が外周面
側に形成された場合を示している。図４（ａ）、図４
（ｂ）では、内部に配置した円筒状部材４４を非磁性材
料で形成してもよいが、円筒状部材４４を強磁性材料で
形成すると中空円筒形部材４３，４７の強磁性部４２，
４６を通る閉磁路の形成に有効に寄与し漏洩磁束分を少
なく抑える作用を有している。

【００２９】図１２は本発明の他の態様を示す要部断面
図である。図１２において、本発明のボールネジ機構９
０は、ＭｎＡｌＣ系磁石からなる磁気ネジ軸８０と金属
複合磁性材料からなる中空円筒状のナット部８５とを備
えている。８６は磁気空隙である。ナット部８５には内
周面側に連続した螺旋形の強磁性部８２と非磁性部８１
とが形成されている。磁気ネジ軸８０には着磁により螺
旋形の磁極８４が形成されているが、未着磁部の非磁化
部分８３を有している。そして、磁気空隙８６を介して
磁極８４と強磁性部８２とが対向配置されて、磁気ネジ
軸８０の回転とともにナット部８５が軸心方向に移動自
在に構成されている。このように、ナット部８５側を金
属複合磁性材料を用いて構成することにより高効率であ
り、かつ、ナット部８５の構造が簡略化できるので部品
点数の低減に有効である。

【００３０】（実施例７）図１３は、本発明に用いる磁
気ネジ軸の他の製造方法を示す図である。図１３（ａ）
は非磁性の１８ー８ステンレス鋼（オーステナイト鋼）
製素材を加工して軸心方向に螺旋形の凸部７１と凹部７
２とを形成した磁気ネジ軸用素材７０の要部斜視図であ
る。図１３（ｂ）は図１３（ａ）の軸心方向の要部断面
図である。図１３（ｃ）は、上記磁気ネジ軸用素材７０
の凸部７１を、凹部７２と同一外径寸法になるまで冷間
圧延することにより、非磁性部７２を母相とし、凸部７
１をつぶして加工誘起変態による強磁性部７３を螺旋形
に形成した磁気ネジ軸７５の構成例である。この磁気ネ
ジ軸７５を用いて本発明のボールネジ機構を構成可能で
ある。この製造方法に適する非磁性のステンレス鋼とし
ては、上記の１８−８ステンレス鋼の他にJIS G 4303
で規定されるオーステナイト系ステンレス鋼が広く適用
できる。

【００３１】（実施例８）本発明では、強磁性部と非磁
性部とが共存した複合磁性材料を形成するに際し、例え
ば図１５に示すように、軸心Ａ’方向に毎秒２．５ｍｍ
の速度で移動させると同時に毎秒０．５回転で周
（Ｂ’）方向に回転するように配置された強磁性ステン
レス鋼母材９３の非磁性化すべき部分９６の対応位置に
窒素ガス、炭素、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合
金、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ等の非
磁性化促進物質９５の少なくとも１種をレーザ光９２の
溶融スポット部分（図示省略）に添加し拡散させた後凝
固することにより、局部的に組成を変えてなる非磁性部
９７および強磁性母相９８からなる磁気ネジ軸用素材９
４を製作し用いてもよい。図１５には非磁性化促進物質
としてＮｉ粉末９５を用いた例を示した。軸心（Ａ’）
方向に移動しながら周（Ｂ’）方向に回転する強磁性母
材９３のレーザ光照射予定位置９６に順次レーザ光９２
を照射し溶融スポット（図示省略）を形成した状態で、
この溶融スポットにレーザヘッド９１に隣接した供給ノ
ズル（図示省略）からＮｉ粉末９５を供給し溶解拡散さ
せた後凝固させることにより、螺旋状に連続した非磁性
部９７と強磁性部９８とが共存した磁気ネジ軸用素材９
４を形成できた。なお、図１５のレーザ光照射におい
て、強磁性ステンレス鋼母材９３に代えて非磁性ステン
レス鋼母材を用いるとともにレーザ光９２の溶融スポッ
トにＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂｅ、Ｐ等のフェラ
イト化促進物質の少なくとも１種を添加し拡散させた後
凝固することにより、局部的に組成を変えてなる強磁性
部および非磁性母相からなる磁気ネジ軸用素材を製作す
ることができる。フェライト化促進物質としてＣｒが特
に有効である。

【００３２】図１４は本発明の他の態様を示すボールネ
ジ機構２０’の要部断面図であり、２条の非磁性部を有
した磁気ネジ軸１０’を備えている。この磁気ネジ軸１
０’には軸心方向に２条の連続した螺旋状の非磁性部６
ａ’，６ｂ’が形成してある。２条の非磁性部６ａ’，
６ｂ’は円筒面上で所定間隔ｌをあけて配置されてい
る。また、２条の非磁性部６ａ’，６ｂ’に挟まれて軸
心方向に連続した螺旋状の強磁性部７’が形成されてい
る。図１４中の波線に示すように、外周面にあらわれた
強磁性部７’とナット部５’のＮ極またはＳ極が対向す
るように構成されている。このため、ナット部５’のＮ
極から発した磁束が磁気空隙４’を貫通して強磁性部
７’を通り再度磁気空隙４’を貫通してＳ極に戻る短い
閉磁路を形成するので高効率のボールネジ機構２０’を
構成できる。

【００３３】（実施例９）磁気ネジ軸１０’の製造方法
の一例を次に説明する。図１６に示すように、上記図３
と同様の強磁性素材３３を用いて周（Ｂ’’）方向に回
転させながら軸心（Ａ’’）方向へ移動させつつ２つの
レーザヘッド１０１，１０３からのレーザ光１０２、１
０４を各々非磁性化予定位置１０５、１０６に順次照射
して溶融スポットを形成後順次凝固させることにより、
軸心方向に連続した螺旋状の非磁性部１２１と、非磁性
部１２１と強磁性部１０７を挟んで軸心方向に間隔ｌを
もって並列に配置されている連続した螺旋状の非磁性部
１２２とを形成してなる素材１０８を製作した。この素
材に所定の機械加工を施して図１４の磁気ネジ軸１０’
とした。この構成によっても良好な磁気作用力の磁気空
隙４’を形成することができた。

【００３４】上記本発明の態様では、強磁性部と非磁性
部とが軸心方向に沿う連続した螺旋形の場合を示した
が、強磁性部または非磁性部が連続した螺旋形に形成さ
れていない場合でも、部分的に螺旋形に形成されており
磁気ネジ軸の回転力をナット部の直進力に変換可能とな
っていれば、本発明に含まれることは勿論である。ま
た、上記本発明の態様では、磁気ネジ軸の外周面に連続
した螺旋状の非磁性部を１条または２条形成した場合を
示したが、３条以上のより多条の非磁性部を形成できる
ことは勿論である。また、上記本発明の態様では、強磁
性部と非磁性部とが共存する磁気ネジ軸またはナット部
を１つの部品で構成したが、例えば、強磁性部と非磁性
部とが共存する任意寸法の部品単位で分割（例えば、図
２の波線１９や図１２の波線３９で示す分割境界でもっ
て、長手方向に磁気ネジ軸１０またはナット部８５を分
割する等）してもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明のボールネジ機構は、下記の優れ
た効果を奏し得る。 （１）ボールネジ機構の構造を簡略化でき、部品点数を
低減できる。 （２）磁気ネジ軸またはナット部が金属複合磁性材料か
らなるとともに表面が平滑な構成のボールネジ機構を提
供できるため、非接触型で発塵が抑えられ、かつ、清掃
が非常に短時間で済むため連続運転を阻害することなく
長期にわたって信頼性に富んだボールネジ機構を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様を示す斜視図である。

【図２】図１の要部断面図である。

【図３】本発明に用いる磁気ネジ軸の製造方法の一例を
示す図である。

【図４】本発明に用いる磁気ネジ軸に形成される強磁性
部、非磁性部の厚み方向の分布を示す図に関わり、
（ａ）は非磁性部が複合磁性材料製部材を貫通していな
い場合、（ｂ）は非磁性部が複合磁性材料製部材を貫通
している場合である。

【図５】従来のボールネジ機構を示す斜視図である。

【図６】図５の要部断面図である。

【図７】従来のボールネジ機構を示す要部断面図であ
る。

【図８】溶融凝固処理により形成された非磁性部の光学
顕微鏡写真である。

【図９】本発明に用いる非磁性部の断面組織の電子顕微
鏡写真に関わり、（ａ）は溶融凝固部、（ｂ）は加熱冷
却部を示している。

【図１０】本発明に用いる強磁性部のＢ−Ｈ特性であ
る。

【図１１】本発明に用いる非磁性部のＢ−Ｈ特性であ
る。

【図１２】本発明の他の態様を示す要部断面図である。

【図１３】本発明に用いる磁気ネジ軸の他の製造方法を
示す図である。

【図１４】本発明の他の態様を示す要部断面図である。

【図１５】本発明に用いる磁気ネジ軸のさらに他の製造
方法を示す図である。

【図１６】本発明に用いる磁気ネジ軸のさらに他の製造
方法を示す図である。

【符号の説明】

１、６１ リング磁石、１ａ，１ａ’，６１ａ，８４
磁極、１ｂ，１ｂ’，６１ｂ，８３ 非磁化部、２，６
２ バックヨーク、３，５８ ネジ部、４’，５５，８
６ 磁気空隙、５，５’，６０，８５，１２０ ナット
部、６，６ａ’，６ｂ’，３７，４１，４５，７２，８
１，９７，１２１，１２２非磁性部、７，７’，３８，
４２，４６，７３，８２，９８、１０７ 強磁性部 ８，５３ 大径軸部、９，５４ 小径軸部、１０，１
０’，４０，４９，５０，７５，８０，１２３ 磁気ネ
ジ軸、２０，２０’，９０，１００，２００ ボールネ
ジ機構、１９，３９ 分割境界、３１，９１，１０１，
１０３ レーザヘッド、３２，９２，１０２，１０４
レーザ光線、３３，９３ 強磁性材料母材、３４，３
４’，９４，１０８ 複合磁性材料、３６，９６，１０
５，１０６非磁性化予定位置、３７ａ 溶融凝固部、３
７ｂ、３７’ 加熱冷却部、４３，４７ 中空円筒部
材、４４ 円筒部材、５１ 溝、５２，７１ 突部、７
０ 非磁性加工母材、７２ 凹部、９５ Ｎｉ粉末、１
０９，１１２ 隔壁部、１１０，１１３ ガイド嵌合凹
部、１１４，１１５ ネジ、１１８，１２５ Ｎ極、１
１９，１２４ Ｓ極、１２６ 螺旋溝、１３０，１４０
ガイドリング、１５０ハウジング、１６０ フラン
ジ、１８０ 雌ねじ孔、２２０ 突起。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回動周面に強磁性部と非磁性部とが螺旋
   状に形成されている複合磁性材料からなる磁気ネジ軸
   と、永久磁石を配しており前記磁気ネジ軸の強磁性部と
   磁気空隙を介して対向する磁極を有しているとともに前
   記磁気ネジ軸の正／逆回転によってその軸心方向に沿っ
   て相対移動自在に配置されたナット部とを備えているこ
   とを特徴とするボールネジ機構。
2. 【請求項２】 非磁性部が加熱変性部である請求項１に
   記載のボールネジ機構。
3. 【請求項３】 磁気ネジ軸の中空円筒部分を複合磁性材
   料で形成し、他の部分を別材料で形成した請求項１また
   は２に記載のボールネジ機構。
4. 【請求項４】 複合磁性材料がステンレス鋼である請求
   項１乃至３のいずれかに記載のボールネジ機構。
5. 【請求項５】 永久磁石を配して回動周面に螺旋状に磁
   極が形成されている磁気ネジ軸と、前記磁気ネジ軸の磁
   極と磁気空隙を介して対向する螺旋状の強磁性部および
   前記強磁性部に隣接した非磁性部が形成されている複合
   磁性材料からなり前記磁気ネジ軸の正／逆回転によって
   その軸心方向に沿って相対移動自在に配置されたナット
   部とを備えていることを特徴とするボールネジ機構。
6. 【請求項６】 非磁性部が加熱変性部である請求項５に
   記載のボールネジ機構。
7. 【請求項７】 ナット部の中空円筒部分を複合磁性材料
   で形成し、他の部分を別材料で形成した請求項５または
   ６に記載のボールネジ機構。
8. 【請求項８】 複合磁性材料がステンレス鋼である請求
   項５乃至７のいずれかに記載のボールネジ機構。