JPH04314827A - ボールねじのねじ軸製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雄ねじのねじ溝と雌ね
じのねじ溝とを対向させて画成された螺旋状の空間に剛
球を複数収容したボールねじのねじ軸に形成されたねじ
溝の剛球転動面に対し、高エネルギービームを照射して
焼き入れ加工を行うボールねじのねじ軸製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、精密機械要素として工作機械の位
置決め機構に数多く使用されているボールねじのねじ軸
の表面硬化方法としては、浸炭焼き入れ方法、高周波焼
き入れ方法が一般的に行われている。しかしこれらの方
法ではボールねじ全体を加熱冷却する熱処理法なので不
均一な伸縮や曲がり等の熱処理歪が大きく発生するもの
である。従って必要精度を確保するために曲がり修正を
したり、後工程で研削仕上げ等の多大な労力を費やさね
ばならない問題がある。またそれとは別に最近レーザー
ビームによる焼き入れ方法が注目されている。

【０００３】この熱処理方法の一例としては、例えば特
開昭５９−２０８０２２号公報に記載された「レーザ照
射によるねじ軸表面硬化方法」がある。即ち図５に示す
如く、この記載技術はレーザービーム発生装置（図示せ
ず）から照射されるレーザービーム１１の強度を平均化
させるためのビームインテグレーター１０が設けられて
おり、このビームインテグレーター１０を通過してきた
レーザービーム１１は光線分割用ミラー１２により２方
向に分割され、それぞれ第１及び第２の反射用ミラー１
３ａ，１３ｂにより反射される。第１及び第２の反射用
ミラー１３ａ，１３ｂに反射されたビーム１１ａ，１１
ｂはそれぞれ第１及び第２の凸レンズ１４ａ，１４ｂに
より集光されてボールねじのねじ軸Ａに形成されたねじ
溝に照射される。このねじ軸Ａはその下半分が冷却水１
５中に浸漬されており且つ回転しながら水平方向に移動
するように支持されている。

【０００４】そして図６に示すごとく、第１凸レンズ１
４ａにより集光されたレーザービーム１１ａは前記ねじ
軸Ａのねじ山Ｄの両側に隣接するねじ溝の内、右側のね
じ溝の剛球転動面のねじ軸軸線方向に対し一側（左フラ
ンク面α）に照射され、第２の凸レンズ１４ｂにより集
光されたレーザービーム１１ｂは前記ねじ軸Ａのねじ山
Ｄの両側に隣接するねじ溝の内、左側のねじ溝の剛球転
動面のねじ軸軸線方向に対し他側（右フランク面β）に
同時に照射される。このレーザービームの照射と同時に
前記ねじ軸Ａを回転させながらねじのピッチに同期して
ねじ軸Ａを移動させることにより、ねじ山Ｄの左右フラ
ンク面α，βが同時に焼き入れされた後に隣のねじ山Ｄ
’の左右フランク面α’，β’が同時に焼き入れされて
いく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法によると、ねじ山Ｄの両フランク面α，β（剛球転
動面）を深く焼き入れたい場合、次のような問題が生じ
る。

【０００６】即ち、その場合はレーザービーム１１ａ，
１１ｂのスポットとねじ軸との間の相対移動速度を遅く
するか、或はより高出力のレーザービーム１１ａ，１１
ｂを照射すればよい。しかしながら前記ねじ山Ｄの熱容
量が小さいために、蓄熱されてスポットが移動した後の
焼き入れに必要な冷却速度が得られないことがある。そ
の結果、焼き入れは不完全に終わり、剛球転動面の硬さ
はＨｖ５５０〜６００と低く不完全となり、耐摩耗性が
上がらなくなる。また、高出力のビームで焼き入れると
、剛球転動面Ｂのエッジ部分が溶融しその部分で著しく
硬さが上昇したり、形状が変形したりすることがある。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、ボールねじのねじ軸を焼き入れる際
、硬さが低下することなく、また溶融したり形状が変形
することなくボールねじのねじ軸を製造する方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のボールねじのねじ軸製造方法は、雄ねじのね
じ溝と雌ねじのねじ溝とを対向させて画成された螺旋状
の空間に剛球を複数収容したボールねじのねじ軸製造方
法であって、ねじ軸の断面凹形状をしたねじ溝の剛球転
動面の内、ねじ軸の軸線方向の一側を前記ねじ溝の始点
から終点に向けて高エネルギービームにより螺旋状に焼
き入れ加工した後、前記ねじ溝の剛球転動面の内、ねじ
軸の軸線方向の他側を高エネルギービームにより螺旋状
に焼き入れ加工している。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明においては、ボール
ねじのねじ軸のねじ山の片側だけを高エネルギービーム
で加熱し、この後、前記ねじ山の反対側だけを高エネル
ギービームで加熱しているので、前記ねじ山に一度に加
えられる加熱量が少なくなり高エネルギービームのスポ
ットが移動した後の加熱部の冷却速度が大きくなる。こ
のため剛球転動面の硬さを大きくすることができ、溶融
したり形状が変形したりすることがない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１１】図１のように、ボールねじのねじ軸５は垂
直軸線に対して平行に回転盤２０のチャッキング装置２
０１に着脱可能に固定されており、ねじ軸５はその軸線
の回りに回転される。このねじ軸５の軸線に対して平行
に移動可能に加工ヘッド６が設けられいる。この加工ヘ
ッド６は前記ねじ軸５の一回転に対しねじ軸５のねじ溝
５１のピッチに対応する距離だけ周知の移動機構３０に
より移動される。この移動機構３０は、前記加工ヘッド
６が固定された垂直移動ブラケット３０１を案内面３０
２に摺接させるとともに、その垂直移動ブラケット３０
１に送りねじ３０３を螺合させ、その送りねじ３０３を
送りサーボモータ３０４により回転駆動させて前記加工
ヘッド６を上下動させるものである。この送りサーボモ
ータ３０４は周知の数値制御装置４０により制御される
。

【００１２】レーザービーム発生装置１から射出された
平行光としてのレーザービーム２は、前記加工ヘッド６
内に移動可能に設けられたレンズ３に入射して集光され
た後、同加工ヘッド６内の反射鏡７により水平方向に屈
折される。反射鏡７により屈折されたレーザービーム１
１は前記ねじ軸５のねじ溝５１に照射される。ねじ軸５
のねじ溝５１に照射されるレーザービーム２の照射範囲
（スポット径）は、前記レンズ３を移動調節することに
より設定される。

【００１３】また、前記加工ヘッド６にはねじ軸５のレ
ーザービーム照射部に窒素やアルゴンといったアシスト
ガスを吹き付けるためのノズル８が固定されており、レ
ーザービーム照射部の冷却と共に酸化を防止している。

【００１４】上述の装置を使用して前記ボールねじのね
じ軸５に形成されたねじ溝５１の剛球転動面４に焼き入
れをする方法につき説明する。

【００１５】まず、前記加工ヘッド６に内蔵されたレン
ズ３を移動させて前記反射鏡７により屈折されたレーザ
ービーム１１の照射範囲（スポット径）を前記ねじ溝５
１の幅の６０％〜７５％と設定する。

【００１６】次に、数値制御装置４０により前記送りサ
ーボモータ３０４を駆動して前記加工ヘッド６をボール
ねじのねじ軸５のねじ溝５１の始点Ｓに対応する位置ま
で移動させる。この時、レーザービーム１１のスポット
がねじ溝５１の中心よりも一側（ねじ軸５の軸線方向の
一側）に形成されるように前記加工ヘッド６は位置決め
されている。即ち、スポットがねじ溝５１の左右の剛球
転動面４の内の一方に形成される。

【００１７】また、前記数値制御装置４０には前記回転
盤２０のチャッキング装置２０１の一回転（ねじ軸５の
一回転）あたりの前記加工ヘッド６の移動量データが前
記ねじ溝５１の送りピッチに応じて予め設定されている
。

【００１８】作業者により焼き入れ加工開始指令が入力
されると、数値制御装置４０はレーザービーム発生装置
１と回転盤２０と送りサーボモータ３０４とを作動させ
る。即ち、ねじ軸５が回転されると共に加工ヘッド６が
前記ねじ溝５１の始点Ｓから終点Ｅまで移動される。つ
まり、レーザービーム１１のスポットがねじ溝５１の一
方の剛球転動面を始点Ｓから終点Ｅまで移動することに
より当該部分は連続して焼き入れ加工される。前記スポ
ットが終点Ｅまで移動すると数値制御装置４０はレーザ
ービーム発生装置１と回転盤２０と送りサーボモータ３
０４との作動を停止させる。

【００１９】この後、数値制御装置４０は送りサーボモ
ータ３０４を逆転させて前記加工ヘッド６を前記ねじ溝
５１の始点Ｓに対応した初期位置に復帰させる。この時
、その復帰位置は、前記レーザービーム１１のスポット
がねじ溝５１の中心よりも他側（ねじ軸５の軸線方向の
他側）に形成されるように設定されている。即ち、スポ
ットがねじ溝５１の左右の剛球転動面４の内の他方に形
成される。

【００２０】この復帰移動が完了すると数値制御装置４
０はレーザービーム発生装置１と回転盤２０と送りサー
ボモータ３０４とを再び作動させる。即ちねじ軸５が回
転されると共に加工ヘッド６が前記ねじ溝５１の始点Ｓ
から終点Ｅまで移動される。つまり、レーザービーム１
１のスポットがねじ溝５１の他方の剛球転動面を始点Ｓ
から終点Ｅまで移動することにより当該部分は連続して
焼き入れ加工される。前記スポットが終点Ｅまで移動す
ると数値制御装置４０はレーザービーム発生装置１と回
転盤２０と送りサーボモータ３０４との作動を停止させ
て加工制御を終了する。

【００２１】以上詳述した焼き入れ方法によりねじ軸を
焼き入れ加工し、その焼き入れ部の断面を図２の金属組
織断面を示す写真にて示す。

【００２２】ここで、ボールねじのねじ軸は、材質ＳＣ
Ｍ４４０、リード１４ｍｍ、ねじ軸外形４２ｍｍ、ねじ
巻き方向　　左、剛球径６ｍｍ、ねじ溝溝曲率半径３．
５ｍｍ、ねじ溝幅６ｍｍの仕様で作成された。図２はレ
ーザー出力１．２ｋｗ、レーザービーム直径（スポット
径）４．５ｍｍ、加工ヘッド６の移動速度を５００ｍｍ
／ｍｉｎとした加工条件のもとに、前記の仕様で作製さ
れたねじ軸にビーム吸収剤を塗布した後、ねじ溝の剛球
転動面４の焼き入れを行い、その金属組織断面を１５倍
に拡大して写したものである。

【００２３】この写真から明らかなように、焼き入れ硬
化層９が形成された後に焼き入れ硬化層１０が形成され
ていることが理解される（図３にも示されている）。こ
の焼き入れ深さは０．８〜１．０ｍｍであり、剛球転動
面４は溶融していない。

【００２４】また、図２，３に示されているように、ね
じ溝の低部（左右一対の剛球転動面４の低部）には最初
の焼き入れ硬化層９と後の焼き入れ硬化層１０との重な
り部１１が形成され、この重なり部１１は焼きなましさ
れて硬度が低下している。

【００２５】しかしながら、剛球１２はボールねじのね
じ軸５のねじ溝の左右一対の剛球転動面４の略中央で点
接触し、前記重なり部１１には接触していない。従って
、剛球１２は前記焼き入れ硬化層９，１０の焼きなまし
されていない部分を転動するため摩耗することはない。 一般に、前記ねじ溝の断面はゴシックアーチ型をしてい
るためその底部と剛球とのあいだに隙間が存在する。そ
のため焼きなましされて硬さの低い重なり部が生じても
剛球とは接触しないので何等摩耗する心配は無いのであ
る。

【００２６】この時の剛球の接触点Ｃ（剛球の中心に対
し４５度斜めの部分）における剛球転動面４からの深さ
と硬度との関係を図４のグラフに示す。硬度は平均でＨ
ｖ７００〜７３０で、硬化層深さは平均して０．８〜１
．０ｍｍであった。

【００２７】ここで、比較のために前記の仕様で作製さ
れたボールねじのねじ軸５にビーム吸収剤を塗布した後
、前記加工条件のもとに前記した特開昭５９−２０８０
２２号公報に記載の従来方法により焼き入れ加工した時
の図４相当のグラフを図７に示す。両図を比較して明ら
かなように本発明を適用した場合の方が焼き入れ硬化層
を深く形成可能であることが理解される。

【００２８】尚、本発明は前述の実施例にのみ限定され
るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において
のみ種々の変更が可能である。例えば前記実施例におい
ては第１回目の焼き入れ加工の後、加工ヘッドをねじ溝
の始点Ｓ側に復動させてから第２回目の焼き入れ加工を
行っていたが、第１回目の焼き入れ加工の後、所定時間
経過後にねじ溝の終点Ｅ側から第２回目の焼き入れ加工
を行ってもよい。また、加工ヘッドを移動させる代わり
にねじ軸をその軸線に沿って移動させるようにしてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ね
じ軸の断面凹形状をしたねじ溝の剛球転動面の内、ねじ
軸の軸線方向の一側を前記ねじ溝の始点から終点に向け
て高エネルギービームにより螺旋状に焼き入れ加工した
後、前記ねじ溝の剛球転動面の内、ねじ軸の軸線方向の
他側を高エネルギービームにより螺旋状に焼き入れ加工
しているので、高エネルギービームの被照射部が受ける
熱量は従来に比べて小さくなり、ねじ山部が溶融するこ
とが無く、また硬さが低化することのない焼き入れ硬化
層が得られ、耐摩耗性がよいという利点を有する。

【００３０】また焼き入れ加工した時の熱歪がすくなく
、後加工が不要なので製造費が安くなる利点も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボールねじのねじ軸の焼き入れ方法を
示す説明図である。

【図２】ねじ溝を焼き入れ加工した時のねじ軸の金属組
織の拡大断面を示す写真である。

【図３】ねじ軸のねじ溝の左右一対の剛球転動面と剛球
との配置を示す説明図である。

【図４】本発明の焼き入れ方法により加工されたねじ軸
の剛球転動面からの深さとビッカース硬さとの関係（硬
さ分布曲線）を示すグラフである。

【図５】従来方法を示す説明図である。

【図６】図５の従来方法におけるレーザー焼き入れ部分
の詳細説明図である。

【図７】図５の従来方法により加工されたねじ軸の剛球
転動面からの深さとビッカース硬さとの関係（硬さ分布
曲線）を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　レーザービーム発生装置１ ４　　剛球転動面 ５　　ボールねじのねじ軸 ６　　加工ヘッド ９　　焼き入れ硬化層 １０　　焼き入れ硬化層 １１　　レーザービーム ２０　　回転盤 ３０　　移動機構 ４０　　数値制御装置 ５１　　ねじ溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　雄ねじのねじ溝と雌ねじのねじ溝とを
   対向させて画成された螺旋状の空間に剛球を複数収容し
   たボールねじのねじ軸製造方法であって、ねじ軸の断面
   凹形状をしたねじ溝の剛球転動面の内、ねじ軸の軸線方
   向の一側を前記ねじ溝の始点から終点に向けて高エネル
   ギービームにより螺旋状に焼き入れ加工した後、前記ね
   じ溝の剛球転動面の内、ねじ軸の軸線方向の他側を高エ
   ネルギービームにより螺旋状に焼き入れ加工することを
   特徴とするボールねじのねじ軸製造方法。