JP2010138951A - ボールねじおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理変形を抑え、ねじ溝の形状・寸法を確保したボールねじおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ねじ軸２の端部に蓋部材１５を装着して開口部が閉塞され、ねじ軸２が回転自在に支持された状態で位置決め保持され、ねじ軸２と軸心が一致した状態で当該ねじ軸２に加熱部１７が挿入され、ねじ溝２ａ、２ｂに沿うよう、その近傍に高周波加熱コイル１７ａが所定のエアギャップを介して対向配置されると共に、ねじ軸２の内径側に冷却ノズル１８が挿入され、この冷却ノズル１８の先端と蓋部材１５との間に所定の間隔Ｌを介して位置決めされ、その後、高周波加熱コイル１７ａに通電し、同時にねじ軸２を軸心回りに回転させることによってねじ溝２ａ、２ｂが誘導加熱され、これと同時に冷却ノズル１８から噴出される冷却水１９によってねじ軸２における被熱処理部の内径面２０が冷却される。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等のアクチュエータに用いられ、多数のボールが転動する螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじおよびその製造方法、詳しくは、大径で薄肉中空構造のねじ軸の製造方法に関するものである。

ボールねじは、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじ軸と、円筒面内に螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじナットと、対向する両ねじ溝で構成されたボール転動路内に転動自在に収容された多数のボールとからなり、ボールねじ軸あるいはボールねじナットの回転を軸方向の並進運動に変換する機械要素である。

従来、ボールねじでは、ねじ軸とナットとの伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ溝内に収容される多数のボールの抜け出しを防止するために、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とで構成されるボール転動路の両端を連通連結させて閉ループとし、ボールをこの閉ループ内で無限循環させている。

このようなボールねじには、一般的に、ボールの循環機構が異なる、例えば、リターンチューブやエンドプレート等、種々の形式のものがあり、その一つに駒式と呼ばれるものがある。この駒式ボールねじは、ねじ溝の連結路を有し、転動路を周回経路とする循環用の駒部材がナットに装着されているもので、構成が比較的簡素で、かつコンパクトに構成できる利点がある。

然しながら、この駒式のボールねじでは、ナットとは別部材でなる駒部材を用いる必要があると共に、駒部材を装着するための駒窓をナットに穿設するする必要があるために、コストが嵩む結果になっている。また、駒部材に形成された連結溝とナットのねじ溝との繋ぎ部を高精度に位置合わせするために、各部品の加工精度を高めなければならないと共に、極めて面倒で手間の掛かる位置決め作業が必要になり、さらにコストが嵩む他、位置ズレによる品質低下を招く要因となっている。このような問題を解決したボールねじとして、ボールをねじ軸の内径側に沈み込ませて下流側から上流側へ戻すボール循環溝で接続された軸循環タイプのボールねじが知られている。

このボールねじ５１は、例えば、無段変速機の送り装置に使用され、図５に示すように、ナット５２と、このナット５２に内挿されたねじ軸５３と、複数のボール５４と、これらのボール５４を周方向等配に配置させると共に、ねじ軸５３に対して軸方向にほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられた保持器リング（図示せず）とを備え、ナット５２とねじ軸５３との対向面間でボール５４を循環させるようにしている。

ナット５２には、一端から他端まで連続する１本のねじ溝５２ａが形成されている。一方、ねじ軸５３には、軸方向途中領域に連続していない略２巻きのねじ溝５３ａ、５３ｂが形成されている。これらナット５２のねじ溝５２ａとねじ軸５３のねじ溝５３ａ、５３ｂとは、互いに同じリード角に設定されている。

ここで、ねじ軸５３の軸方向で隣り合う２巻きのねじ溝５３ａ、５３ｂの間に存在するねじ山（ランド部）５５には、２巻きのねじ溝５３ａ、５３ｂを個別に閉ループとするボール循環溝５６、５７が設けられている。このボール循環溝５６、５７は、２巻きのねじ溝５３ａ、５３ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するものであり、ねじ溝５３ａ、５３ｂの下流のボール５４を内径側へ沈み込ませてナット５２のねじ山（ランド部）５８を乗り越えさせて上流側へ戻すように蛇行した形状に形成されている。

ここでは、ナット５２を軸方向に往復移動させることにより、ナット５２とねじ軸５３とが軸方向で重合する範囲が大小変化するが、ねじ軸５３において、ボール循環溝５６、５７により個別に閉ループとされたねじ軸５３の２巻きのねじ溝５３ａ、５３ｂ内でそれぞれボール５４が保持器リングでガイドされながら転動循環することにより、ナット５２が所定の螺旋運動が円滑にガイドされると共に、ナット５２が所定の移動ストローク範囲を往復移動する過程において、ボール５４が抜け出す現象を確実に防止することができる。これにより、駒式のボールねじに伴う連結溝とねじ溝との位置合わせが不要となるため、低コスト化が可能となると共に、位置ズレ等による品質低下を回避できる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−７４６６５号公報

然しながら、こうした従来のボールねじ５１では、ねじ軸５３が大径で、薄肉中空構造となるため、熱処理時の変形を防止することが必要である。特に、この種の自動車用のボールねじ５１においては、低コスト化を図るため、熱処理後にねじ溝５３ａ、５３ｂの研削加工が省略される場合が多い。すなわち、切削加工にてねじ溝５３ａ、５３ｂが形成され、そのままの状態で使用される。そのため、熱処理変形を防止することが、その組立後のすきまを管理し、作動性を確保するために重要となってくる。

本発明は、こうした従来の問題に鑑みてなされたもので、熱処理変形を抑え、ねじ溝の形状・寸法を確保したボールねじおよびその製造方法を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のねじ軸と、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、前記ねじ軸の外表面に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、前記ねじ軸の内径面に未焼入れ部が形成され、この未焼入れ部の深さｈ２が前記ねじ溝の深さｈ１よりも大きく（ｈ２＞ｈ１）、前記ねじ軸の肉厚Ｈの１／２よりも大きく（ｈ２＞Ｈ／２）設定されている。

このように、中空状のねじ軸を備えたボールねじにおいて、ねじ軸の外表面に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、ねじ軸の内径面に未焼入れ部が形成され、この未焼入れ部の深さｈ２がねじ溝の深さｈ１よりも大きく（ｈ２＞ｈ１）、ねじ軸の肉厚Ｈの１／２よりも大きく（ｈ２＞Ｈ／２）設定されているので、ねじ軸が大径で、薄肉中空構造であっても熱処理に伴う変形を抑え、ねじ溝の形状・寸法を確保したボールねじを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記硬化層が前記ねじ軸のねじ溝にのみ形成されていれば、隣り合うねじ溝管のランド部を未焼入れ部とすることができるので、マルテンサイト変態する体積が大幅に減少し、熱処理変形を一層抑制することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ねじ軸のねじ溝が、前記ナットのねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝で構成され、これらのねじ溝の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該ねじ溝を個別に閉ループとするボール循環溝が設けられ、このボール循環溝が、前記ねじ溝の下流のボールを内径側へ沈み込ませ、前記ナットのランド部を乗り越えさせて上流側へ戻すように略Ｓ字状に形成された軸循環タイプのボールねじからなり、前記ねじ軸のねじ溝とボール循環溝が切削加工によって所定の仕上げ形状に形成され、熱処理後の研削加工が廃止されているていれば、所望のねじ溝形状と表面粗さを確保できると共に、加工時間が短く低コストなボールねじを提供することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記熱処理後に、少なくとも前記ねじ軸のねじ溝にショットピーニングによる仕上げ加工が施されていれば、ねじ溝に付着したスケールや表層の粒界酸化層を除去することができ、ボールねじの耐久性を向上させることができる。

また、本発明のうち請求項５に記載の方法発明は、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のねじ軸と、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールとを備えたボールねじの熱処理方法において、前記ねじ軸の端部に蓋部材を装着して開口部が閉塞され、前記ねじ軸が回転自在に支持された状態で位置決め保持され、前記ねじ軸と軸心が一致した状態で当該ねじ軸に加熱部が挿入され、前記ねじ溝に沿うよう、その近傍に高周波加熱コイルが所定のエアギャップを介して対向配置されると共に、前記ねじ軸の内径側に冷却ノズルが挿入され、この冷却ノズルの先端と前記蓋部材との間に所定の間隔を介して位置決めされ、その後、前記高周波加熱コイルに通電し、同時に前記ねじ軸を軸心回りに回転させることによって前記ねじ溝が誘導加熱され、これと同時に前記冷却ノズルから噴出される冷却水によって前記ねじ軸における被熱処理部の内径面が冷却される。

このように、中空状のねじ軸を備えたボールねじの製造方法において、ねじ軸の端部に蓋部材を装着して開口部が閉塞され、ねじ軸が回転自在に支持された状態で位置決め保持され、ねじ軸と軸心が一致した状態で当該ねじ軸に加熱部が挿入され、ねじ溝に沿うよう、その近傍に高周波加熱コイルが所定のエアギャップを介して対向配置されると共に、ねじ軸の内径側に冷却ノズルが挿入され、この冷却ノズルの先端と蓋部材との間に所定の間隔を介して位置決めされ、その後、高周波加熱コイルに通電し、同時にねじ軸を軸心回りに回転させることによってねじ溝が誘導加熱され、これと同時に冷却ノズルから噴出される冷却水によってねじ軸における被熱処理部の内径面が冷却されるので、通常の高周波焼入れでは、薄肉中空構造であるが故に硬化層が内径面まで焼き抜け、熱処理変形によってねじ溝の形状・寸法がバラツクところ、内径面に未焼入れ部が確保でき、局部過熱による焼きムラや焼割れが発生するのを防止して所定の硬化層を効率良く形成することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記冷却ノズルの先端と前記蓋部材との間隔が被熱処理部の幅にほぼ同一となるように設定されていれば、冷却水の噴出幅が被熱処理部の幅と同一となるため、被熱処理部の内径面が効果的に冷却されて未焼入れ部とすることができ、大径で、薄肉中空構造であっても熱処理に伴う変形を抑え、ねじ溝の形状・寸法を確保したねじ軸を提供することができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記ねじ軸のねじ溝が、前記ナットのねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝で構成され、これらのねじ溝の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該ねじ溝を個別に閉ループとするボール循環溝が設けられ、このボール循環溝が、前記ねじ溝の下流のボールを内径側へ沈み込ませ、前記ナットのランド部を乗り越えさせて上流側へ戻すように略Ｓ字状に形成された軸循環タイプのボールねじからなり、生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、前記旋削工程で、ノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さなエンドミルを用い、このエンドミルを前記ねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路を当該ねじ溝の断面形状の円弧方向に順次ずらせることにより、前記ねじ溝の全体が旋削されていれば、所定のねじ溝形状と表面粗さを確保することができると共に、１工程のポイント切削によってねじ溝の成形加工を完了させることができ、従来の熱処理後の研削加工あるいは旋削加工を廃止することができる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記エンドミルが、径方向に進退自在に、かつ軸方向に移動自在に支持され、ＮＣ制御により位置決めされると共に、前記ねじ軸が所定の方向に同期回転された状態で、当該エンドミルの軌跡を複数重ねることにより前記ねじ溝が成形加工されれば、所定のねじ溝を精度良く仕上げることができる。

また、請求項９に記載の発明のように、前記ねじ軸のねじ溝がサーキュラアーク形状からなり、前記エンドミルのノーズ半径が、当該ねじ溝の溝曲率半径と同一のものを用い、このエンドミルを半径方向に送り込むことにより所定形状に成形されていても良い。

本発明に係るボールねじは、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のねじ軸と、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、前記ねじ軸の外表面に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、前記ねじ軸の内径面に未焼入れ部が形成され、この未焼入れ部の深さｈ２が前記ねじ溝の深さｈ１よりも大きく（ｈ２＞ｈ１）、前記ねじ軸の肉厚Ｈの１／２よりも大きく（ｈ２＞Ｈ／２）設定されているので、ねじ軸が大径で、薄肉中空構造であっても熱処理に伴う変形を抑え、ねじ溝の形状・寸法を確保したボールねじを提供することができる。

また、本発明に係るボールねじの熱処理方法は、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のねじ軸と、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールとを備えたボールねじの熱処理方法において、前記ねじ軸の端部に蓋部材を装着して開口部が閉塞され、前記ねじ軸が回転自在に支持された状態で位置決め保持され、前記ねじ軸と軸心が一致した状態で当該ねじ軸に加熱部が挿入され、前記ねじ溝に沿うよう、その近傍に高周波加熱コイルが所定のエアギャップを介して対向配置されると共に、前記ねじ軸の内径側に冷却ノズルが挿入され、この冷却ノズルの先端と前記蓋部材との間に所定の間隔を介して位置決めされ、その後、前記高周波加熱コイルに通電し、同時に前記ねじ軸を軸心回りに回転させることによって前記ねじ溝が誘導加熱され、これと同時に前記冷却ノズルから噴出される冷却水によって前記ねじ軸における被熱処理部の内径面が冷却されるので、通常の高周波焼入れでは、薄肉中空構造であるが故に硬化層が内径面まで焼き抜け、熱処理変形によってねじ溝の形状・寸法がバラツクところ、内径面に未焼入れ部が確保でき、局部過熱による焼きムラや焼割れが発生するのを防止して所定の硬化層を効率良く形成することができる。

内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ナットのねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、前記ねじ軸の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該複数のねじ溝を個別に閉ループとするボール循環溝が設けられ、このボール循環溝が、前記ねじ溝の下流のボールを内径側へ沈み込ませ、前記ナットのランド部を乗り越えさせて上流側へ戻すように略Ｓ字状に形成された軸循環タイプのボールねじの製造方法において、前記ねじ軸の端部に蓋部材を装着して開口部が閉塞され、前記ねじ軸が回転自在に支持された状態で位置決め保持され、前記ねじ軸と軸心が一致した状態で当該ねじ軸に加熱部が挿入され、前記ねじ溝に沿うよう、その近傍に高周波加熱コイルが所定のエアギャップを介して対向配置されると共に、前記ねじ軸の内径側に冷却ノズルが挿入され、この冷却ノズルの先端と前記蓋部材との間に所定の間隔を介して位置決めされ、その後、前記高周波加熱コイルに通電し、同時に前記ねじ軸を軸心回りに回転させることによって前記ねじ溝が誘導加熱され、これと同時に前記冷却ノズルから噴出される冷却水によって前記ねじ軸における被熱処理部の内径面が冷却される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじを示す全体断面図、図２は、図１のねじ軸の熱処理方法を示す説明図、図３（ａ）は、図１のねじ軸単体を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のボール循環路を示す横断面図、図４（ａ）は、従来の方法で熱処理されたねじ軸を示す要部拡大図、（ｂ）は、本発明に係る方法で熱処理されたねじ軸を示す要部拡大図、（ｃ）は、本発明に係るねじ軸の他の実施形態を示す要部拡大図である。

図１に示すボールねじ１は、無段変速機の送り装置に用いられ、外周に螺旋状のねじ溝２ａ、２ｂが形成された固定側のねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周に螺旋状のねじ溝３ａが形成された回転側のナット３と、ねじ軸２とナット３間に収容された多数のボール４と、これらのボール４がばらつかないように保持する保持器リング（図示せず）とを備え、軸循環タイプのボールねじ１を構成している。保持器リングは、ねじ軸２に対して軸方向にほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。

ねじ軸２は円筒状をなし、大径部５と、この大径部５から軸方向に延び、外周にねじ溝２ａ、２ｂが形成された小径部６とを有している。そして、一端部に固定プーリ７を有する回転軸８に可動プーリ９がスライド自在に支持されると共に、この可動プーリ９と大径部５との間に転がり軸受１０が装着され、可動プーリ９に対してねじ軸２が回転自在に支承されている。また、大径部５の外周には連結フランジ１１が一体に形成され、図示しないモータで回転駆動される歯車とスライド自在に噛合する歯車が固定されている。転がり軸受１２は、回転軸８とナット３との間に装着され、回転軸８に対してナット３が回転自在に支承されている。

モータで歯車を回転駆動することにより、転がり軸受１０で回転自在に支承されたねじ軸２は可動プーリ９の周りで回転しながら、軸方向に固定されたナット３に対して軸方向に移動し、可動プーリ９を固定プーリ７側へスライドさせる。この時、固定プーリ７と可動プーリ９との間隙が変化して変速が行われる。

ナット３はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。一方、ねじ軸２はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼からなり、図３（ａ）に示すように、外周に軸方向途中領域に連続していない複数（ここでは２巻き）のねじ溝２ａ、２ｂが形成されている。図示しないナット３のねじ溝３ａとねじ軸２のねじ溝２ａ、２ｂとは、互いに同じリード角θに設定されている。なお、ねじ溝３ａ、２ａ、２ｂは、断面がボール４の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状に形成されている。無論、ねじ溝３ａ、２ａ、２ｂは、このゴシックアーク形状以外にも、ボール４の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなり、ボール４とアンギュラコンタクトするサーキュラアーク形状であっても良い。

ここで、本実施形態では、ねじ軸２の複数のねじ溝２ａ、２ｂが閉ループとされ、複数のねじ溝２ａ、２ｂ内にそれぞれ収容されるボール４が独立して無限循環するように構成されている。すなわち、ねじ軸２の軸方向で隣り合うねじ溝２ａ、２ｂの間に存在するランド部２ｃに、複数のねじ溝２ａ、２ｂを個別に閉ループとするボール循環溝１３、１４が設けられている。

このボール循環溝１３、１４は、ねじ溝２ａ、２ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するものであり、（ｂ）に示すように、ねじ溝２ａ、２ｂの下流のボール４を内径側へ沈み込ませ、ナット３のランド部を乗り越えさせて上流側へ戻すように蛇行した略Ｓ字状に形成されている。したがって、ボール循環溝１３、１４の深さは、ボール４がボール循環溝１３、１４内でナット３におけるねじ溝３ａのランド部を乗り越えることができる深さとされている。

ここで、ねじ軸２が生材の棒状ワークから所定の方向に同期回転された状態で、エンドミル（図示せず）によって旋削加工される。このエンドミルは、径方向に進退自在に、かつ軸方向に移動自在に支持され、ＮＣ制御により位置が決められている。また、ねじ溝２ａ、２ｂの旋削加工は、所謂ポイント切削で行われる。すなわち、ねじ溝２ａ、２ｂがゴシックアーク形状の場合、エンドミルのノーズ半径が、ねじ溝２ａ、２ｂの溝曲率半径よりも小さなものを用い、このエンドミルをねじ溝２ａ、２ｂの有効長さ分だけ複数回移動させ、エンドミルの軌跡を複数重ねることにより所定形状のねじ溝２ａ、２ｂの成形が行われる。

なお、ねじ溝２ａ、２ｂがサーキュラアーク形状の場合、エンドミルのノーズ半径が、ねじ溝２ａ、２ｂの溝曲率半径と同一のものを用い、このエンドミルを半径方向に送り込むことにより所定形状のねじ溝２ａ、２ｂの成形を行うようにしても良い。

また、本実施例では、ポイント切削によって複数のねじ溝２ａ、２ｂの成形加工を完了させた後、熱処理によってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に所定の硬化処理が施されている。熱処理は、表層に粒界酸化層が抑制でき、また、局部加熱ができて硬化層深さの設定が比較的容易にできる高周波焼入れによって行われている。

さらに、熱処理によりねじ溝２ａ、２ｂ等に付着したスケールや表層の粒界酸化層を除去するためにショットピーニングによる仕上げ加工（図示せず）が行われている。このショットピーニングは、スチールビーズの粒径を２０〜１００μｍ、噴射時間は約９０秒、噴射圧は１〜３ｋｇ／ｃｍ^２、噴射ノズルとワークの表面までの距離は略１４０ｍｍとした。これにより、ボールねじ１の耐久性を向上させることができる。

ここで、次に、図２を用いて、ボールねじにおけるねじ軸２の熱処理方法を説明する。
まず、小径部６の端部にセンター穴１５ａが形成された蓋部材１５を装着して開口部を閉塞する。蓋部材１５のセンター穴１５ａに係止されたセンサー１６によってねじ軸２が回転自在に支持された状態で位置決め保持される。そして、ねじ軸２と軸心が一致した状態でねじ軸２の小径部６に加熱部１７が挿入され、ねじ溝２ａ、２ｂに沿うよう、その近傍に高周波加熱コイル１７ａを所定のエアギャップを介して対向配置させる。

次に、ねじ軸２の内径側に冷却ノズル１８が挿入され、蓋部材１５との間に所定の間隔Ｌを介して位置決めされる。その後、高周波加熱コイル１７ａに通電し、同時にねじ軸２を軸心回りに回転させることによってねじ溝１３、１４およびランド部２ｃが同時に誘導加熱されると共に、冷却ノズル１８から噴出される冷却水１９によってねじ軸２における被熱処理部の内径面２０が冷却され、ねじ溝２ａ、２ｂおよびランド部２ｃが焼入れされて所定の範囲に硬化処理される。

ここで、冷却ノズル１８の先端と蓋部材１５との間隔Ｌは、冷却水１９の噴出幅となるため、被熱処理部の幅にほぼ同一となるように設定するのが好ましい。これにより、被熱処理部の内径面２０が効果的に冷却されて未焼入れ部とすることができ、大径で、薄肉中空構造であっても熱処理に伴う変形を抑え、ねじ溝２ａ、２ｂの形状・寸法を確保したねじ軸２を提供することができる。

また、通常の高周波焼入れでは、図４（ａ）に示すように、薄肉中空構造であるが故に硬化層２１が内径面２０まで焼き抜け、熱処理変形によってねじ溝２ａ、２ｂの形状・寸法がバラツクところ、本実施形態では、（ｂ）に示すように、内径面２０に未焼入れ部２１ａが確保でき、局部過熱による焼きムラや焼割れが発生するのを防止して所定の硬化層２１を効率良く形成することができる。

ここで、未焼入れ部２１ａの深さｈ２は、ねじ溝２ａ、２ｂの深さｈ１よりも大きく（ｈ２＞ｈ１）、ねじ軸２の肉厚Ｈの１／２よりも大きく（ｈ２＞Ｈ／２）設定されている。これにより、マルテンサイト変態する体積が大幅に減少し、所望のねじ溝２ａ、２ｂの形状・寸法を確保することができる。

さらに、ねじ溝２ａ、２ｂにそれぞれ対応する高周波加熱コイル（図示せず）を独立して設けることにより、（ｃ）に示すように、硬化層２２をねじ溝２ａ、２ｂだけに止め、ランド部２ｃを未焼入れ部２２ａとすることができるので、マルテンサイト変態する体積が大幅に減少し、熱処理変形を一層抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係るボールねじは、自動車の無段変速機等のアクチュエータに用いられるボールねじに適用できる。

本発明に係るボールねじを示す全体断面図である。 図１のねじ軸の熱処理方法を示す説明図である。 （ａ）は、図１のねじ軸単体を示す縦断面図である。 （ｂ）は、（ａ）のボール循環路を示す横断面図である。 （ａ）は、従来の方法で熱処理されたねじ軸を示す要部拡大図である。 （ｂ）は、本発明に係る方法で熱処理されたねじ軸を示す要部拡大図である。 （ｃ）は、本発明に係るねじ軸の他の実施形態を示す要部拡大図である。 従来のボールねじのボール循環経路を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、２ｂ、３ａ・・・・ねじ溝
２ｃ・・・・・・・・・・ランド部
３・・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・・大径部
６・・・・・・・・・・・小径部
７・・・・・・・・・・・固定プーリ
８・・・・・・・・・・・回転軸
９・・・・・・・・・・・可動プーリ
１０、１２・・・・・・・転がり軸受
１１・・・・・・・・・・連結フランジ
１３、１４・・・・・・・ボール循環溝
１５・・・・・・・・・・蓋部材
１５ａ・・・・・・・・・センター穴
１６・・・・・・・・・・センター
１７・・・・・・・・・・加熱部
１７ａ・・・・・・・・・高周波加熱コイル
１８・・・・・・・・・・冷却ノズル
１９・・・・・・・・・・冷却水
２０・・・・・・・・・・被熱処理部の内径面
２１、２２・・・・・・・硬化層
２１ａ、２２ａ・・・・・未焼入れ部
５１・・・・・・・・・・ボールねじ
５２・・・・・・・・・・ナット
５２ａ、５３ａ、５３ｂ・ねじ溝
５３・・・・・・・・・・ねじ軸
５４・・・・・・・・・・ボール
５５・・・・・・・・・・ねじ山
５６、５７・・・・・・・ボール循環溝
Ｌ・・・・・・・・・・・冷却ノズルと蓋部材との間隔
Ｈ・・・・・・・・・・・ねじ軸の肉厚
ｈ１・・・・・・・・・・ねじ溝の深さ
ｈ２・・・・・・・・・・未焼入れ部の深さ
θ・・・・・・・・・・・リード角

Claims (9)

1. 内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、
   このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のねじ軸と、
   対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、
   前記ねじ軸の外表面に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、前記ねじ軸の内径面に未焼入れ部が形成され、この未焼入れ部の深さｈ２が前記ねじ溝の深さｈ１よりも大きく（ｈ２＞ｈ１）、前記ねじ軸の肉厚Ｈの１／２よりも大きく（ｈ２＞Ｈ／２）設定されていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記硬化層が前記ねじ軸のねじ溝にのみ形成されている請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ねじ軸のねじ溝が、前記ナットのねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝で構成され、これらのねじ溝の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該ねじ溝を個別に閉ループとするボール循環溝が設けられ、このボール循環溝が、前記ねじ溝の下流のボールを内径側へ沈み込ませ、前記ナットのランド部を乗り越えさせて上流側へ戻すように略Ｓ字状に形成された軸循環タイプのボールねじからなり、前記ねじ軸のねじ溝とボール循環溝が切削加工によって所定の仕上げ形状に形成され、熱処理後の研削加工が廃止されている請求項１または２に記載のボールねじ。
4. 前記熱処理後に、少なくとも前記ねじ軸のねじ溝にショットピーニングによる仕上げ加工が施されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
5. 内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、
   このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のねじ軸と、
   対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールとを備えたボールねじの熱処理方法において、
   前記ねじ軸の端部に蓋部材を装着して開口部が閉塞され、前記ねじ軸が回転自在に支持された状態で位置決め保持され、前記ねじ軸と軸心が一致した状態で当該ねじ軸に加熱部が挿入され、前記ねじ溝に沿うよう、その近傍に高周波加熱コイルが所定のエアギャップを介して対向配置されると共に、
   前記ねじ軸の内径側に冷却ノズルが挿入され、この冷却ノズルの先端と前記蓋部材との間に所定の間隔を介して位置決めされ、
   その後、前記高周波加熱コイルに通電し、同時に前記ねじ軸を軸心回りに回転させることによって前記ねじ溝が誘導加熱され、これと同時に前記冷却ノズルから噴出される冷却水によって前記ねじ軸における被熱処理部の内径面が冷却されることを特徴とするボールねじの製造方法。
6. 前記冷却ノズルの先端と前記蓋部材との間隔が被熱処理部の幅にほぼ同一となるように設定されている請求項５に記載のボールねじの製造方法。
7. 前記ねじ軸のねじ溝が、前記ナットのねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝で構成され、これらのねじ溝の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該ねじ溝を個別に閉ループとするボール循環溝が設けられ、このボール循環溝が、前記ねじ溝の下流のボールを内径側へ沈み込ませ、前記ナットのランド部を乗り越えさせて上流側へ戻すように略Ｓ字状に形成された軸循環タイプのボールねじからなり、生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、前記旋削工程で、ノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さなエンドミルを用い、このエンドミルを前記ねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路を当該ねじ溝の断面形状の円弧方向に順次ずらせることにより、前記ねじ溝の全体が旋削されている請求項５または６に記載のボールねじの製造方法。
8. 前記エンドミルが、径方向に進退自在に、かつ軸方向に移動自在に支持され、ＮＣ制御により位置決めされると共に、前記ねじ軸が所定の方向に同期回転された状態で、当該エンドミルの軌跡を複数重ねることにより前記ねじ溝が成形加工される請求項５乃至７いずれかに記載のボールねじの製造方法。
9. 前記ねじ軸のねじ溝がサーキュラアーク形状からなり、前記エンドミルのノーズ半径が、当該ねじ溝の溝曲率半径と同一のものを用い、このエンドミルを半径方向に送り込むことにより所定形状に成形されている請求項８に記載のボールねじの製造方法。

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