JP2004066272A

JP2004066272A - ボールねじ用転造ダイス

Info

Publication number: JP2004066272A
Application number: JP2002226392A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Koike; 小池　悦雄; Hitoshi Sannomiya; 三宮　仁志
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04
Also published as: DE10335628A1; CN1267662C; DE10335628B4; US20040107755A1; CN1480666A; US7065996B2

Abstract

【課題】円柱部と食い付き部との境界部に発生する応力集中を軽減して耐久性の向上を図ることのできるボールねじ用転造ダイスを提供する。
【解決手段】円柱部１２の一端に形成された円錐状の食い付き部１３を複数の円錐台部１５，１６で構成し、これら円錐台部１５，１６の各素材接触角度φ_１，φ_２を円柱部１２に隣接する側の円錐台部から順次大きくする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじのねじ軸を製造するときに用いられるボールねじ用転造ダイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボールねじのねじ軸は金属からなる棒状のねじ軸素材に螺旋状のボール溝を形成して構成されており、このようなねじ軸を製造する方法として、図７に示すような転造ダイス１０、すなわち外周面に螺旋突条１１を有する円柱部１２の両端に円錐状の食い付き部１３と逃げ部１４を設けてなる転造ダイス１０を図８に示すようなねじ軸素材ｗに押し当て、この状態で転造ダイス１０又はねじ軸素材ｗを相対的に回転させてねじ軸素材ｗにボール溝ｇを転造加工する方法が特開平９−１３３１９５号公報に記載されている。この公報に記載された方法はねじ軸素材の歩き現象を利用した、所謂、通し転造方式と称されるものであり、ねじ軸素材にボール溝を旋削加工及び研削加工してねじ軸を製造する方法に比べて量産性に優れ、精密ボールねじを比較的安価に製造することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した転造ダイスを用いてボール溝のピッチがボール径より大きいねじ軸、例えば図９に示すようにボール溝ｇのピッチｐがボールｂの直径ｄ_Ｂに対して１．７倍以上のねじ軸ｂｓを得ようとすると、転造ダイスの１回当たりの素材潰し量が多くなってしまうことがある。このため、ねじ軸素材に転造加工されるボール溝の真円度や形状転写性が低下し、要求仕様を満たすことができない場合があり、要求仕様を満たすために食い付き部の長さを長くして１回当たりの素材潰し量を少なくすると、加工回数が増えてしまい、ねじ軸素材に加工硬化が発生し、加工表面に剥離が発生することがあった。
【０００４】
また、図７に示した転造ダイスを用いてねじ軸素材にボール溝を転造加工しようとすると、転造ダイスの円柱部と食い付き部との境界部に過大な応力集中が発生し、転造ダイスの耐久寿命を低下させることがあった。
本発明は上記のような問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ロールの全幅を必要以上に大きくすることなく円柱部と食い付き部との境界部に発生する応力集中を軽減してボール溝の真円度や溝形状精度および耐久性の向上を図ることのできるボールねじ用転造ダイスを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、ボールねじのねじ軸素材に螺旋状のボール溝を転造するための螺旋突条を外周面に有する円柱部と、この円柱部の一端に形成された円錐状の食い付き部とを備えてなるボールねじ用転造ダイスにおいて、前記食い付き部を複数の円錐台部で構成し、前記ねじ軸素材に対する前記円錐台部の各接触角度を前記円柱部に隣接する側の円錐台部から順次大きくしたことを特徴とする。
【０００６】
このような構成であると、ねじ軸素材に接触する食い付き部の素材接触角度が円柱部側に近づくに従って段階的に浅くなるので、円柱部と食い付き部との境界部に発生する応力集中を軽減してボールねじ用転造ダイスの耐久性向上を図ることができる。また、仕上部において転造ダイスの１回当たりの素材潰し量が少なくなるので、例えばボール溝のピッチがボール径の１．７倍以上のねじ軸でも精度良く製造することが可能となる。さらに、１回当たりの素材潰し量を少ないのは仕上部のみであるため、加工硬化の発生を抑制することができる。また、ロールダイスの全幅を大きくする必要がないので、安価に製作できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図７に示したものと同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１は本発明の一実施形態に係るボールねじ用転造ダイスの一部分を示す断面図であり、同図に示すように、本発明の一実施形態に係るボールねじ用転造ダイスの食い付き部１３は、二つの円錐台部１５，１６を組み合わせて構成されている。これらの円錐台部１５，１６はねじ軸素材に対する素材接触角度φ_１，φ_２が各々異なっており、円柱部１２に隣接する円錐台部１５の素材接触角度φ_１は、円錐台部１５の先端側に位置する円錐台部１６の素材接触角度φ_２に対してφ_１＜φ_２の関係を有している。本実施形態では、円錐台部１５の素材接触角度φ_１は例えば０．４°に設定され、円錐台部１６の素材接触角度φ_２は例えば４°に設定されている。また、食い付き部１３の軸方向長さは５５ｍｍに設定され、円錐台部１５は１５ｍｍの軸方向長さを有し、円錐台部１６は４０ｍｍの軸方向長さを有している。また、逃げ部１４と円柱部１２とのつなぎの部分でも応力集中が発生することが判っているため、φ_１＝φ_３とし、φ_３は０．４°とした。本来ならば、φ_３≦φ_１が好ましいと考えられるが、φ_３＝φ_１であるとロールダイス製作上１枚の砥石研削が可能なため、コストがかからないようにφ_１とφ_３を同じ値（０．４°）に設定した。円錐台部１５の軸方向長さＬは、後述のねじ軸素材の１／２回転当たりの移動量κを用いて表わすと、κ≦Ｌ≦３０κの範囲で設定するが、場合によって加工硬化により表面が剥離してしまうことがあるので、κ≦Ｌ≦１０κとすることが望ましい。
【０００８】
このように、円柱部１２の一端に形成される円錐状の食い付き部１３を二つの円錐台部１５，１６で構成し、これら円錐台部１５，１６の素材接触角度φ_１，φ_２を円柱部１２に隣接する側の円錐台部１５から順次大きくすると、ねじ軸素材に対する食い付き部１３の素材接触角度φ_１，φ_２が円柱部側に近づくに従って段階的に浅くなるので、円柱部１２と食い付き部１３との境界部に発生する応力集中を軽減し、ボール溝の真円度、溝形状およびボールねじ用転造ダイスの耐久性向上を図ることができる。
【０００９】
また、円柱部１２の一端に形成される円錐状の食い付き部１３を二つの円錐台部１５，１６で構成し、これら円錐台部１５，１６の素材接触角度φ_１，φ_２を円柱部１２に隣接する側の円錐台部１５から順次大きくすると、１回当たりの素材潰し量が少なくなるので、図９に示すようなねじ軸ｂｓ、すなわちボール溝ｇのピッチｐがボールｂの直径ｄ_Ｂに対して１．７倍以上のねじ軸ｂｓでも転造加工により精度良く製造することが可能となる。さらに、１回当たりの素材潰し量を少なくするために食い付き部１３の長さを必要以上に長くする必要がないので、加工硬化の発生を抑制することができる。また、ダイスの全幅も大きくする必要がないので、安価に製作できる。
【００１０】
なお、ねじ軸素材の１／２回転当たりの移動量をκ、ねじ軸素材に対する転造ダイスの素材接触角度をφとすると、転造ダイスの１回当たりの素材潰し量Δγは
Δγ＝κ・ｔａｎφ　　　（１）
で表わされ、ねじ軸素材の外径をｄ、主軸の傾斜角度をαとすると、ねじ軸素材の１／２回転当たりの移動量κは
κ＝（π・ｄ・ｔａｎα）／２　　　（２）
で表わされる。また、主軸の傾斜角度αは
α＝ω_３−ω_Ｂ
ω_３：得ようとする製品のリード角
ω_Ｂ：転造ダイスのリード角
で求められ、式（１）に式（２）を代入して得られる数値が０．０５ｍｍ以下になるようにφ_１の値を設定する。また、図１において、円錐台部１５の軸方向長さＡ１はねじ軸素材の１／２回転当たりの移動量以上に設定する。
【００１１】
図２に、１回当たりの素材潰し量と加工されたねじ軸の溝形状の転写側の実験データを示す。このデータは横軸にダイス設計から求まる１回当たりの素材潰し量、縦軸に転造ダイスで加工した軸のボール溝におけるボール接触角α２’とダイスのボール接触角α２の差を表している。これにより、図７に示す一般的な転造ダイスで加工した１回当たりの素材潰し量が０．０５ｍｍ以上のものは高精度にボール溝を転写することが難しいことがわかる。これに対し、図１に示す本発明に係る転造ダイスで食付き部を複数の円錐台部で構成し、これら円錐台部の素材接触角度を円柱側に隣接する側の円錐台部から順次大きくすることにより、仕上げ加工時の１回当たりの潰し量を０．０５ｍｍ以下にしたものは、転造ダイスと加工されたねじ軸の溝形状の接触角度差が小さくなり、高精度に転写できた。
【００１２】
また、転造ダイスを理想形状の接触角α１，α２で作った場合、加工されたねじ軸の溝形状の接触角は、図３に示すように、転造ダイス１回当たりの素材潰し量Δγの大小に応じてα１’，α２’に変化する。Δｒを０．０５ｍｍ以下にすることにより、α１とα１’およびα２とα２’の差を小さくすることができた。なお、図３において、Ｏはねじ軸素材ｗにボール溝ｇが理想の形状で転造された場合のボールｂの中心を示し、Ｏ’はねじ軸素材ｗにボール溝ｇが歪んだ状態で転造された場合のボールｂの中心を示している。
【００１３】
本発明に係るボールねじ用転造ダイスと従来のボールねじ用転造ダイスで加工されたねじ軸の溝形状の接触角度差を図４に示す。同図に示すように、本発明に係るボールねじ用転造ダイスを使用すると、ダイスと加工されたねじ軸の接触角度差が３°以下となり、従来のものよりも接触角度差が小さくなることがわかる。
【００１４】
図５は本発明に係るボールねじ用転造ダイスによりねじ軸素材に転造されたボール溝の有効径をねじ軸１リードにわたって測定した測定値の変化を示す図で、図６は従来のボールねじ用転造ダイスによりねじ軸素材に転造されたボール溝の有効径をねじ軸１リードにわたって測定した測定値の変化を示す図である。
図５及び図６から明らかなように、従来の転造ダイスでは１リードにおける有効径の変化が４〜８μｍであるのに対し、本発明に係るボールねじ用転造ダイスでは１リードにおける有効径の変化が３μｍ以下となることがわかる。
【００１５】
従って、転造ダイスの食い付き部を複数の円錐台部で構成し、これら円錐台部の素材接触角度を円柱部に隣接する側の円錐台部から順次大きくすることにより、ボール溝のピッチがボールの直径に対して大きいねじ軸を製造する場合でもねじ軸素材に所望のボール溝を精度良く転造することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施形態では食い付き部１３を二つの円錐台部１５，１６から構成したが、３つ以上の円錐台部を組み合わせて食い付き部１３を構成してもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、食い付き部を複数の円錐台部で構成し、ねじ軸素材に対する円錐台部の各接触角度を円柱部に隣接する側の円錐台部から順次大きくしたことにより、ねじ軸素材に対する食い付き部の素材接触角度が円柱部側に接近するに従って段階的に浅くなる。従って、円柱部と食い付き部との境界部に発生する応力集中を軽減してボールねじ用転造ダイスの耐久性向上を図ることができる。また、食い付き部での１回当たりの素材潰し量が少なくなるので、ボール溝のピッチがボール径より大きいねじ軸でも精度良く製造することが可能となる。さらに、食い付き部での１回当たりの素材潰し量を少なくするために食い付き部の長さを必要以上に長くする必要がないので、加工硬化の発生を抑制することができる。また、ロールダイスの全幅も大きくする必要があるので、安価に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじ用転造ダイスの一部を示す断面図である。
【図２】転造ダイスとねじ軸素材との接触角度差と１回の素材潰し量との関係を示す図である。
【図３】１回の素材潰し量を０．０５ｍｍ以下とした場合の作用を説明するための図である。
【図４】本発明に係るボールねじ用転造ダイスおよび従来のボールねじ用転造ダイスとねじ軸素材との接触角度差を比較して示す図である。
【図５】本発明に係るボールねじ用転造ダイスによりねじ軸素材に転造されたボール溝の有効径を測定した測定値の変化を示す線図である。
【図６】従来のボールねじ用転造ダイスによりねじ軸素材に転造されたボール溝の有効径を測定した測定値の変化を示す線図である。
【図７】従来のボールねじ用転造ダイスを示す図である。
【図８】ボールねじ用転造ダイスにより転造加工されるねじ軸素材を示す図である。
【図９】ボール溝のピッチがボールの直径に対して１．７倍以上のねじ軸を示す図である。
【符号の説明】
ｗ　　ねじ軸素材
ｇ　　ボール溝
ｂ　　ボール
ｂｓ　　ねじ軸
１１　　螺旋突条
１２　　円柱部
１３　　食い付き部
１４　　逃げ部
１５，１６　　円錐台部

Claims

ボールねじのねじ軸素材に螺旋状のボール溝を転造するための螺旋突条を外周面に有する円柱部と、この円柱部の一端に形成された円錐状の食い付き部とを備えてなるボールねじ用転造ダイスにおいて、
前記食い付き部を複数の円錐台部で構成し、前記ねじ軸素材に対する前記円錐台部の各接触角度を前記円柱部に隣接する側の円錐台部から順次大きくしたことを特徴とするボールねじ用転造ダイス。