JP2006105388A - ボールねじ機構の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
部品点数を増大することなく、確実にコマをナットに固定できるボールねじ機構の製造方法を提供する。
【解決手段】
ナット２の熱処理前に、コマ６を取り付けてカシメを行い、その後ナット２とコマ６を一体的に熱処理することで、熱処理後にカシメれば生じるであろうナット２の割れなどを回避している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじ機構の製造方法に関するものである。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。

しかるに、通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転走路内を転動するボールとからなるが、いわゆるコマ式のボールねじ機構においては、転走路の一端から他端へとボールを戻すために、コマと呼ばれる部材をナットに取り付けている（特許文献１，２参照）。
特開２００３−３４３６８２号公報 特開平１０−１４１４６５号公報

ここで、特許文献１に記載の従来技術においては、ナットに対してコマを取り付けた後に樹脂で外方から覆って固定している。しかしながら、一般的な樹脂は、温度、油に対する耐性が低いので、十分な耐性を有する特殊な樹脂を用いてコマをナットに取り付けると、コスト高となるという問題がある。これに対し、特許文献２に記載の従来技術のように、ナット外周に嵌合させたスリーブ等を用いてコマを固定すると、コマに半径方向のガタが生じやすいという問題がある。コマに半径方向のガタが生じた場合、転走路の一端から他端へとボールが移動する際に、コマに衝接し、異音を生じたり円滑な動作を妨げたりする恐れがある。

特に、転走路の摩耗防止のためにナットを熱処理すると、熱歪みによる変形が生じやすくなることから、ナットの外周を覆ったスリーブと、コマとの間にスキマが生じ、それにより半径方向のガタが増大し易いという問題がある。しかしながら、熱歪みによる変形を補正するために、熱処理後にナット外周を機械加工すると、コストがより増大するという問題が生じる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、部品点数を増大することなく、確実にコマをナットに固定できるボールねじ機構の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構の製造方法は、外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、前記ナットに取り付けられたコマと、対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有するボールねじ機構の製造方法において、
前記ナットの取り付け孔に前記コマを挿入した後、前記取り付け孔の周囲の少なくとも一部をカシメて、
更に、前記ナットと前記コマを一体的に熱処理することを特徴とする。

前記ナットの取り付け孔に前記コマを挿入した後、前記取り付け孔の周囲の少なくとも一部をカシメることで、前記コマを前記ナットに対して半径方向のガタなく固定することはできる。ところが、前記コマと別個に前記ナットを予め熱処理した場合、前記取り付け孔の周囲も硬化するので、その後のカシメにより前記ナットの割れなどが生じる恐れがある。そこで、本発明においては、前記ナットの熱処理前に、前記コマを取り付けてカシメを行い、その後前記ナットと前記コマを一体的に熱処理することで、熱処理後にカシメれば生じるであろう前記ナットの割れなどを回避している。尚、本発明の熱処理には、浸炭焼き入れ、浸炭窒化、ズブ焼き、高周波焼き入れ等が含まれる。

前記コマを、前記ナットに取り付ける前にメッキ処理すると好ましい。前記コマを、前記ナットと一体的に熱処理した場合、前記コマの肉厚が薄い部位が変形したり欠けやすいと言うことがある。そこで、前記コマを前記ナットに取り付ける前にメッキ処理することで、熱処理硬化が起こりにくくすることができ、それにより熱処理による変形や欠けを防ぐことができる。メッキは、比較的安価な銅メッキが好ましいが、それに限られることはない。前記コマの材料は、熱処理硬化されにくいＳ１０Ｃ程度の低炭素鋼を用いて、鍛造加工、プレス加工、機械加工、または焼結等によって作られると好ましい。或いは、前記コマの材料としてフェライト系或いはオーステナイト系のステンレスを用いれば熱処理硬化されないので、メッキ処理の必要がないという利点がある。

熱処理後の前記ナットを、治具（例えば仮軸）を用いて前記ねじ軸に組み付けると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態であるボールねじ機構の側面図であり、図２は、図１に示すボールねじ機構の斜視図であり、図３は、ねじ軸を取り外した図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図４は、ねじ軸を取り外した図１の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、図５は、コマを裏面側から見た斜視図である。

図２において、被駆動部材に連結され、回転不能且つ軸線方向にのみ移動可能に支持されたねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａが形成されている。略円筒状のナット２は、ねじ軸１を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝２ａを形成している。複数のボール３が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。

ナット２の外周の図１で左端には、ランド２ｂが形成されており、そこに軸受４が配置され、止め輪５によりその内輪が軸線方向に固定される。かかる軸受４を介して、ナット２は、不図示のハウジングに対して回転可能に取り付けられている。ナット２の外周の図１で右端には、ギヤ２ｃが形成されており、不図示のモータからの動力がギヤ２ｃを介して伝達されるようになっている。

ナット２の外周には、コマ孔２ｄ、２ｄが形成されており、ここに図５に示すコマ６が後述する態様で取り付けられるようになっている。コマ６は、長円状の薄肉頭部６ａと、それより小径の類似した長円状の厚肉部６ｂとからなり、厚肉部６ｂの下面（図４で上面）には、循環路６ｃが形成されている。

本実施の形態の動作を説明すると、不図示の電動モータからの回転力が、ギヤ２ｃを介して伝達されナット２が回転すると、転走路を転動し且つコマ６の循環路６ｃを介して転走路の一端から他端へと循環するボール３により、かかる回転運動がねじ軸１の軸線方向運動に効率よく変換され、それに連結された不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させることができる。

本実施の形態にかかるボールねじ機構の製造方法について説明する。まず、ナット２について機械加工を行い、雌ねじ溝２ａ、ランド部２ｂ、ギヤ２ｃ、コマ孔２ｄ、２ｄ等を形成する。その後、熱処理する前に、コマ６を各コマ孔２ｄに取り付ける。ここで図３，４に示すように、コマ孔２ｄは、奥側に向かって狭くなる段部２ｅを有している、いわゆる段つき構造であり、コマ６の頭部６ａが段部２ｅに突き当たることで、コマ６が半径方向内方へ落ち込むことが防止される。その後、コマ孔２ｄの周囲の一部（Ｃ）をカシメると、塑性変形したコマ孔２ｄの周囲が、頭部６ａを半径方向外方から抑えるので、コマ６はナット２に対して半径方向に固定されることとなり、半径方向のガタが生じない。その後、ナット２を、コマ６を取り付けた状態で高周波焼き入れ処理などの熱処理を行うことで、雌ねじ溝２ａやギヤ２ｃなどの表面を硬化させ、耐摩耗性を向上させることができる。

高周波焼き入れ処理には、図７に示す高周波焼き入れ装置を用いる。図７において、高周波加熱コイル２０においてＵ字形に屈曲された部分２１を、ナット２内に挿入し、雌ねじ溝２ａに対して近接配置させるのであるが、このＵ字形部分２１の二つの直線部分２１ａ，２１ｂをナット２の中心軸線に対して平行にする。高周波加熱コイル２０の二つの直線部分２１ａ，２１ｂは、ナット２の全長よりも長く設定されている。

このような状態で、ナット２を不図示の駆動装置を用いて図７の矢印方向に回転させることで、高周波加熱コイル２０を、雌ねじ溝２ａの全範囲に対して順次対向させることができる。この過程で、高周波加熱コイル２０に高周波電流を流すと、ナット２の内周面側には高周波電流と逆向きであるが、平行に誘導電流が流れる。より詳しくは、雌ねじ溝の拡大図である図８に矢印で示すように、雌ねじ溝２ａおよびその両肩部の表面形状に沿って雌ねじ溝２ａを横切る向きに誘導電流が流れる。これにより、雌ねじ溝２ａおよびその両肩部が、ほぼ一定の深さまで加熱されるので、図８のクロスハッチングで示すように、深さがほぼ一定の硬化層（表面硬さＨＲＣ５８〜６２）ＨＬが形成される。

本実施の形態によれば、ナット２の熱処理前に、コマ６を取り付けてカシメを行い、その後ナット２とコマ６を一体的に熱処理することで、熱処理後にカシメれば生じるであろうナット２の割れなどを回避している。

なお、コマ孔２ｄ内にコマ６を配置することなく、図７に示すようにして高周波焼き入れを行うと、コマ孔２ｄの周囲を誘導電流が回り込んで流れることにより、コマ孔２ｄの周囲（図７にハッチングで示す領域Ｐ）において、焼き入れ後に割れが生じる場合もある。これに対し、本実施の形態によれば、導電性のコマ６をコマ孔２ｄ内に配置することによって、誘導電流の回り込みを防ぎ、高周波焼き入れ時の割れを抑制することができる。

ナット２の高周波焼き入れは、図９に示す高周波焼き入れ装置を用いてもよい。かかる高周波焼き入れ装置は、ナット２の内周面より僅かに小さい径のループ状の高周波加熱コイル２０’を備えており、これに高周波電流を流しつつナット２に対して不図示の駆動装置を用いて相対的に軸線方向に移動させ、ナット２の内側をくぐらせることによって、同様に高周波焼き入れを行うことができる。

尚、コマ６において、図５の矢印Ａで示すような薄肉で尖った部位は、熱処理した場合に変形したり欠けやすいと言うことがある。そこで、コマ６をナット２に取り付ける前にメッキ処理することで、熱処理硬化が起こりにくくすることができ、それにより熱処理による変形や欠けを防ぐことができる。メッキは、比較的安価な銅メッキが好ましいが、それに限られることはない。コマ６の材料は、熱処理硬化されにくいＳ１０Ｃ程度の低炭素鋼を用いて、鍛造加工、プレス加工、機械加工、または焼結等によって作られると好ましい。或いは、コマ６の材料としてフェライト系或いはオーステナイト系のステンレスを用いれば熱処理硬化されないので、メッキ処理の必要がないという利点がある。

更に、ナット２に対してねじ軸１を組み付ける方法を説明する。上述のようにコマ６が分離不能に組み付けられたナット２は、コマ孔２ｄからボール３を挿入することができない。そこでボール３の挿入は、例えば、図６に示すようなボール挿入治具１０を用いて行う。このボール挿入治具１０は、内孔部を縦向きにして位置決めされるナット２に対して相対的に上下方向に離接自在となり、ナット２の内孔部内に挿入可能なボール挿入ノズル１１と、ナット２の外周部を保持可能なガイド筒１２を備えている。

ガイド筒１２には、不図示の位相合せピン等が設けられており、ナット２の係合孔に係合することで、ナット２とボール挿入ノズル１１の位相を整合させるようにしている。

ボール挿入部１１の外径は、ねじ軸１の雄ねじ溝１ａの小径部に略等しい径とされるとともに、その下端には、ねじ軸１の上端に係脱自在に嵌合する係合突起部１５が設けられている。

又、ボール挿入ノズル１１には、ボール供給路１６が設けられている。そしてこのボール供給路１６は、ボール挿入ノズル１１の上面に開口する入口からボール３の供給を受け、中間側面に開口する出口から送り出すことが出来るように構成され、上方の入口には不図示のフィーダ部が接続されている。尚、ボール挿入治具１０は複数のボール供給路１６…を備えており、各ボール供給路１６…をそれぞれのボール循環路に配置することにより、複数のボール循環路にボールを同時に供給することができる。

例えば、３つのボール循環路を備えたナット２を従来の方法で組付けると、先ず第１のリターンピース取付孔から第１のボール循環路にボールを供給し、次に第２のリターンピース取付孔から第２のボール循環路にボールを供給し、次いで第３のリターンピース取付孔から第３のボール循環路にボールを供給するという工程を順次繰返す必要がある。このため、組付けに時間がかかるという不具合がある。しかし、かかるボール挿入治具によれば第１、第２、第３のボール循環路に同時にボールを供給することができるので、ねじ軸１の組付け時間を短縮することができる。

又、各ボール供給路１６に対応して各挿入ロッド１７を設けており、この挿入ロッド１７を所定数のボール３の供給を受けた各ボール供給路１６内に上方から挿入して、一定ストローク降下させるようにしている。

かかるボール挿入治具１０は、例えば上方から接近してそのボール挿入ノズル１１をナット２の内孔に挿入させ、位相合せピン１３によってナット２の位相を合せた後、ナット２内周のボール循環路に所定数のボール３を供給する。

ボール３の挿入が終えると、上方から挿入ロッド１７を降下させて確実なボール挿入を図った後、下方から垂直姿勢のねじ軸１を回転させながら上昇させ、その上端部を係合突起部１５に係合させる。そしてそのままねじ軸１を回転させながら上昇させると、ボール挿入治具１０はこれに押されて上動し、ナット２と離脱し始める。

一方、ねじ軸１とナット２は螺合を始め、この間ボール３は循環路に保持されたままである。つまり、同時に組み付けが完了する。以上のような方法によって、コマ６をナット２に固着した後でもボール３の挿入は可能である。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

本実施の形態であるボールねじ機構の側面図である。 図１に示すボールねじ機構の斜視図である。 ねじ軸を取り外した図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 ねじ軸を取り外した図１の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 コマを裏面側から見た斜視図である。 ボール挿入治具１０の断面図である。 高周波焼き入れ装置の一例を示す図である。 雌ねじ溝の断面斜視図であり、高周波焼き入れされた状態を模式的に示す図である。 高周波焼き入れ装置の別例を示す図である。

符号の説明

１ ねじ軸
２ ナット
３ ボール
４ 軸受
６ コマ
１０ ボール挿入治具
２０，２０’ 高周波加熱コイル

Claims (4)

1. 外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、前記ナットの取り付け孔に取り付けられたコマと、対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有するボールねじ機構の製造方法において、
   前記ナットの取り付け孔に前記コマを挿入した後、前記取り付け孔の周囲の少なくとも一部をカシメて、
   更に、前記ナットと前記コマを一体的に熱処理することを特徴とするボールねじ機構の製造方法。
2. 前記コマを、前記ナットに取り付ける前にメッキ処理することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構の製造方法。
3. 熱処理後の前記ナットを、治具を用いて前記ねじ軸に組み付けることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構の製造方法。
4. 前記熱処理は高周波焼き入れであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ機構の製造方法。
   

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