JP2006346684A - インフィード転造ダイス及びボールねじ機構のねじ軸 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールの脱落を防止できるねじ軸の加工を容易に行えるインフィード転造ダイス、及びそれにより形成されるボールねじ機構のねじ軸を提供する。
【解決手段】インフィード転造ダイスにより転造加工されたねじ軸１を、ボールねじ機構に組み込んだとき、雄ねじ溝１ａと、ダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’とは位相が異なっているので、雄ねじ溝１ａを転動するボール３が、ダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’側に転動することがなく、ボール３の脱落を防止できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば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ねじ軸、及びそれを加工するためのインフィード転造ダイス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。

ここで、ボールねじ機構のねじ軸を製造する転造加工として、通し転造方式とインフィード転造方式が知られている。通し転造方式は、ロールダイスを被転造物に押し当てて転造する際、ロールダイスのリード角と被転造物のリード角に少しの角度差を設けて転造する方式である。ロールダイス又は被転造物を相対的に回転させると、上記リード角の差によってロールダイスと被転造物が相対的に移動しながら転造する、いわゆる歩き現象を生じ、ロールダイスや被転造物を相対的に回転させるとき強制的に軸心方向に動かすことなく自動的に転造を行うことができる（特許文献１参照）。
特開２００１−３００６７５号公報 特開平９−１３３１９５号公報

ところで、通し転造加工は、回転する一対の転造ダイス間を円筒状ワークを軸線方向に通過させることにより、円筒状ワークの外周に雄ねじ溝を形成するものであるため、それにより形成される雄ねじ溝は全長にわたって連続している。従って、このような雄ねじ溝を形成したねじ軸を、雌ねじ溝を有するナットに組み付けてボールねじ機構を構成したときに、両ねじ溝間に配置されるボールが、ねじ溝の両端から脱落する恐れがあるため、取り扱いに不便である。そこで、ボールの脱落を防ぐべく、ねじ溝にストッパなどを設けたり、転造後にねじ溝を変形させるなどしているが、部品点数や工数の増大を招くという問題がある。

一方、インフィード転造加工は、回転する一対の転造ダイスを、円筒状ワークの両側から接近させて加工を行うものである。インフィード転造について説明する。図１（ａ）は、一般的なインフィード転造ダイス及びワークを示す図である。図１（ｂ）は、転造時の状態を示す図である。図１（ｃ）は、かかるインフィード転造ダイスの表面を拡大して示す軸線方向の断面図である。

一対の転造ダイスＲＤは、等しいリードでねじ凸部ＳＰをその表面に有しており、従って図１（ｃ）に示す断面では、同一のピッチＡで、同一の山形形状が繰り返すようになっている。また、図１（ａ）に示すように、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の外径φＤは、その両端の雄ねじ溝被形成部ＣＷ２の外径φｄより大きくなっており、雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長ｂは、転造ダイスＲＤの全長Ｂより短くなっている。

図１（ｂ）に示すように、円筒状ワークＣＷを間に介在させつつ、一対の転造ダイスＲＤを同じ方向に回転させながら接近させると、転造ダイスＲＤの表面に形成されたねじ凸部ＳＰが、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１に押しつけられ、転造によって、その表面に雄ねじ溝を形成することができる。このとき、円筒状ワークＣＷは、転造ダイスＲＤに対して軸線方向に相対移動しない。

ここで、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長ｂは、転造ダイスＲＤの全長Ｂより短くなっているため、転造ダイスＲＤのねじ凸部ＳＰによって、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長にわたって等しいリードの雄ねじ溝が形成されることとなり、上述した通し転造加工と同様に、ボールの脱落を防止する何らかの方策を設ける必要が生じる。

これに対し、円筒状ワークＣＷの全長ｂを、転造ダイスＲＤの全長Ｂより短くすることも考えられる。図２（ａ）は、インフィード転造ダイス及びワークの別な例を示す図である。図２（ｂ）は、転造加工時の状態を示す図であるが、転造ダイスは断面で示している。

本例では、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長ｂは、転造ダイスＲＤの全長Ｂより長くなっているため、転造ダイスＲＤのねじ凸部ＳＰによって、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の両端を除き、雄ねじ溝が形成されることとなるが、雄ねじ溝形成部ＣＷ１の両端には、それぞれ軸線方向長さａの雄ねじ溝が形成されない領域が生じる。従って、ボールねじ機構のボールは、雄ねじ溝が形成されない領域から軸線方向外方へと移動できないため、ボールの脱落を防止する何らかの方策は不要となる。ところが、このような転造加工によれば、ねじ軸に付与される応力が不均一となり、ねじ軸に曲がりが発生したり、ねじ軸の雄ねじ溝の有効径が不均一な部位（テーパー）が発生する恐れがあって好ましくない。

一方、特許文献２に示すように、インフィード転造ダイスの形状を特殊なものとすることで、両端に切り上がりを形成したねじ軸を形成することができ、それによりボールの脱落を防止することができる。しかしながら、特許文献２に示すダイスは製造が困難であり、ねじ軸のコストが増大するという問題がある。なお、切削加工や研削加工で、ボールねじ機構のねじ軸を形成することも考えられ、かかる加工によれば、ねじ溝の両端を切り上げるように加工することが任意である。しかしながら、切削加工や研削加工は時間がかかって生産効率が悪いという問題がある。

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、ボールの脱落を防止できるねじ軸の加工を容易に行えるインフィード転造ダイス、及びそれにより形成されるボールねじ機構のねじ軸を提供することを目的とする。

本発明のインフィード転造ダイスは、素材に対して転造加工を施すことで、ボールねじ機構のねじ軸の雄ねじ溝を形成するインフィード転造ダイスにおいて、
前記素材の第１の外周領域に、雄ねじ溝を加工する螺旋状の第１の加工部と、前記素材の第２の外周領域に、雄ねじ溝を加工する螺旋状の第２の加工部とを有し、前記第１の加工部のねじ位相と、前記第２の加工部のねじ位相とが異なることを特徴とする。

本発明のインフィード転造ダイスによれば、前記第１の加工部のねじ位相と、前記第２の加工部のねじ位相とが異なるので、それにより転造加工されたねじ軸において、前記第１の加工部により前記第１の外周領域に形成された雄ねじ溝の位相が、前記第２の加工部により前記第２の外周領域に形成された雄ねじ溝の位相と異なることとなり、従って前記第２の外周領域の雄ねじ溝が端部寄りに形成されていれば、かかるねじ軸をボールねじ機構に組み付けたときに、ボールが前記第１の外周領域から前記第２の外周領域へと転動することが阻止され、よってボールの脱落を防止することができる。なお、「加工部のねじ位相が異なる」とは、螺旋状に形成された加工部が、第１の加工部と第２の加工部との間でズレていることをいう。

前記素材は、前記第１の外周領域と前記第２の外周領域との間に逃げ溝を形成していると、転造加工が可能になる。

前記ボールねじ機構はナットを含み、前記第１の外周領域に形成された雄ねじ溝のリードは、前記ナットの雌ねじ溝のリードに等しいと、前記第１の外周領域における前記ボールの転動を確保できる。

前記第２の外周領域は、前記素材の両端近傍に位置すると、ねじ軸における軸線方向両側のボール脱落を防止できる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図３は、本実施の形態にかかるインフィード転造ダイスから形成されたねじ軸を用いたボールねじ機構の一例を示す断面図である。

不図示のモータの回転軸に連結され且つ雄ねじ溝１ａ及びダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’を有するねじ軸１を包囲するようにして、円筒状のナット２が配置されている。ナット２は、不図示のハウジングに対して回転のみ可能に支持されており、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１ａ、２ａ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には、転走路の一端から他端へとボール３を戻すチューブ４が配置されている。ねじ軸１と、ナット２と、ボール３とでボールねじ機構を構成する。

ボールねじ機構の動作を説明すると、不図示のモータによりねじ軸１が回転駆動されたとき、転走路を転動し且つチューブ４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、かかる回転運動がナット２の軸線方向運動に効率よく変換されるようになっている。

次に、ねじ軸の加工態様について説明する。図４は、インフィード転造ダイス１０を示す図である。本実施の形態のインフィード転造ダイス１０は、３つの円筒部品１１〜１３から形成されている。より具体的には、図４（ａ）に示すように、中央の円筒部品１２は、雄ねじ溝１ａと同じリードであり且つ対応する断面形状の加工ねじ部１２ａを外周に有している。一方、両端の円筒部品１１，１３は、雄ねじ溝１ａと同じリードであり且つ対応する断面形状である加工ねじ部１１ａ、１３ａをそれぞれ外周に有している。従って、螺旋状の第１の加工部である加工ねじ部１２ａの断面形状と、螺旋状の第２の加工部である加工ねじ部１１ａ、１３ａの断面形状とは等しくなっている。

次に、図４（ｂ）に示すように、円筒部品１２ａの両端に、同軸に円筒部品１１，１３を固定する。かかる固定は、例えば円筒部品１２ａの両端に同軸に円筒孔を形成し、円筒部品１１，１３の端部に形成した短円筒部を、円筒孔に圧入するなどすることで行える。このとき、円筒部品１２の外周が、第１の加工領域Ｘを形成し、円筒部品１１，１３の外周が、第２の加工領域Ｙ、Ｙを形成する。

このとき、第１の加工領域Ｘの加工ねじ部１２ａのねじ位相を、第２の加工領域Ｙ、Ｙの加工ねじ部１１ａ、１３ａのねじ位相と異ならせるように結合する。そのため、インフィード転造ダイス１０の断面形状を模式的に示す図４（ｃ）において、加工ねじ部１２と、第２の加工領域Ｙの加工ねじ部１１ａ、１３ａとの最近接間隔Ｂは、加工ねじ部１２のねじピッチＡと異なっている。

図５は、ねじ軸１の素材である円筒状のワーク２０を示す図である。ここで、ワーク２０は、雄ねじ溝形成部２０ａと、その両側に雄ねじ溝被形成部２０ｂ、２０ｂとを有しており、雄ねじ溝形成部２０ａの外径φＤは、その両端の雄ねじ溝被形成部２０ｂ、２０ｂの外径φｄより大きくなっている。更に、雄ねじ溝形成部２０ａの全長ｂは、インフィード転造ダイス１０の全長Ｂ（図４（ｂ））より短くなっている。ワーク２０は、前加工により、雄ねじ溝形成部２０ａの外周面に、周方向に連続する逃げ溝２０ｃ、２０ｃを２カ所設けている。ここで、逃げ溝２０ｃ、２０ｃに挟まれた領域が第１の外周領域であり、ワーク２０の端部と逃げ溝２０ｃとの間の領域が第２の外周領域である。

図６は、本実施の形態のインフィード転造ダイス１０を用いて、ワーク２０を転造加工する工程を示す図である。まず、図６（ａ）に示すように、一対のインフィード転造ダイス１０の間に、ワーク２０をセットする。このとき、逃げ溝２０ｃ、２０ｃの位置は、第１の加工領域Ｘと第２の加工領域Ｙ、Ｙとの境界に対向するようにする。

更に、図６（ｂ）に示すように、同じ方向に回転するインフィード転造ダイス１０を互いに接近させて、ワーク２０の雄ねじ溝形成部２０ａを、インフィード転造ダイス１０の第１の加工領域Ｘ及び第２の加工領域Ｙ、Ｙにより加工する。このとき、第１の加工領域Ｘ及び第２の加工領域Ｙ、Ｙの境界に、逃げ溝２０ｃ、２０ｃが形成されているので、第１の加工領域Ｘと第２の加工領域Ｙ、Ｙとの加工ねじ部のねじ位相が互いに異なっていても、インフィード転造ダイス１０の回転と共に、ワーク２０を回転させることができる。又、第１の加工領域Ｘと第２の加工領域Ｙ、Ｙにより転造する際に、余肉（塑性変形により押し出された肉）が軸線方向に広がってゆくが、逃げ溝２０ｃ、２０ｃが形成されているので、ここで余肉の影響を断つことができ、高精度なねじ軸を形成できる。

更に、雄ねじ溝形成部２０ａの全長ｂは、インフィード転造ダイス１０の全長Ｂより短くなっており、即ちワーク２０の全長にわたって、インフィード転造ダイス１０の有効径が等しい第１の加工領域Ｘと第２の加工領域Ｙ、Ｙが接触しているので、生じる応力が一様になり、ワーク２０の曲がりや有効径の不均一（テーパー化）などの発生を抑制できる。

以上の転造加工により、図６（ｃ）に示すように、ワーク２０には、逃げ溝２０ｃ、２０ｃを挟んで、インフィード転造ダイス１０の第１の加工領域Ｘにより雄ねじ溝１ａが形成され、且つ第２の加工領域Ｙ、Ｙによりダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’が形成される。ねじ軸１の軸線方向断面を模式的に示す図７に示すように、雄ねじ溝１ａと、ダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’との最近接間隔Ｂは、雄ねじ溝１ａのピッチＡと異なっている。最終的にインフィード転造ダイス１０を互いに離隔させることで、ねじ軸１が製造されることとなるが、後加工が不要となるので、製造コストを低く抑えることができる。

かかるねじ軸１を、図１に示すボールねじ機構に組み込んだとき、雄ねじ溝１ａと、ダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’とは位相が異なっているので、雄ねじ溝１ａを転動するボール３が、ダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’側に転動することがなく、ボール３の脱落を防止できる。

図８は、変形例にかかるインフィード転造ダイス１０’を示す図である。本変形例のインフィード転造ダイス１０’は、上述した実施の形態に対して、第１の加工ねじ部を有する第１の加工領域Ｘに対して、第２の加工ねじ部を有する第２の加工領域Ｙを片側にのみ設けた点が異なるので、同様な構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。

図９は、図８に示すインフィード転造ダイス１０’を用いて形成されたねじ軸１’を示す図である。本変形例のねじ軸１’は、上述した実施の形態に対して、ダミーの雄ねじ溝１ａ’を片側にのみ設けている点が異なるので、同様な構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。

本変形例にかかるねじ軸１’を、図１に示すボールねじ機構に組み込んだとき、雄ねじ溝１ａと、ダミーの雄ねじ溝１ａ’とは位相が異なっているので、雄ねじ溝１ａを転動するボール３が、片側のダミーの雄ねじ溝１ａ’側に転動することがなく、片側へのボール３の脱落を防止できる。

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。例えば、インフィード転造ダイスにおいて、第１の加工領域Ｘの加工ねじ部のねじピッチと、第２の加工領域Ｙ、Ｙの加工ねじ部のねじピッチと異ならせても良い。

図１（ａ）は、一般的なインフィード転造ダイス及びワークを示す図である。図１（ｂ）は、転造時の状態を示す図である。図１（ｃ）は、かかるインフィード転造ダイスの表面を拡大して示す軸線方向の断面図である。 図２（ａ）は、インフィード転造ダイス及びワークの別な例を示す図である。図２（ｂ）は、転造加工時の状態を示す図である。 本実施の形態にかかるインフィード転造ダイスから形成されたねじ軸を用いたボールねじ機構の一例を示す断面図である。 インフィード転造ダイス１０を示す図である。 ねじ軸１の素材である円筒状のワーク２０を示す図である。 本実施の形態のインフィード転造ダイス１０を用いて、ワーク２０を転造加工する工程を示す図である。 ねじ軸１の軸線方向断面を模式的に示す図である。 変形例にかかるインフィード転造ダイス１０’を示す図である。 図８に示すインフィード転造ダイス１０’を用いて形成されたねじ軸１’を示す図である。

符号の説明

１、１’ねじ 軸
１ａ 雄ねじ溝
１ａ’ ダミーの雄ねじ溝
２ ナット
２ａ 雌ねじ溝
３ ボール
４ チューブ
１０、１０’ インフィード転造ダイス
１１ 円筒部品
１１ａ 加工ねじ部
１２ 円筒部品
１２ａ 加工ねじ部
１３ 円筒部品
１３ａ 加工ねじ部
２０、２０’ ワーク
２０ａ 雄ねじ溝形成部
２０ｂ 雄ねじ溝被形成部
２０ｃ 逃げ溝
Ｘ 第１の加工領域
Ｙ 第２の加工領域

Claims (5)

1. 素材に対して転造加工を施すことで、ボールねじ機構のねじ軸の雄ねじ溝を形成するインフィード転造ダイスにおいて、
   前記素材の第１の外周領域に、雄ねじ溝を加工する螺旋状の第１の加工部と、前記素材の第２の外周領域に、雄ねじ溝を加工する螺旋状の第２の加工部とを有し、前記第１の加工部のねじ位相と、前記第２の加工部のねじ位相とが異なることを特徴とするインフィード転造ダイス。
2. 前記素材は、前記第１の外周領域と前記第２の外周領域との間に逃げ溝を形成していることを特徴とする請求項１に記載のインフィード転造ダイス。
3. 前記ボールねじ機構はナットを含み、前記第１の外周領域に形成された雄ねじ溝のリードは、前記ナットの雌ねじ溝のリードに等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載のインフィード転造ダイス。
4. 前記第２の外周領域は、前記素材の両端近傍に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインフィード転造ダイス。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のインフィード転造ダイスにより転造加工されたことを特徴とするボールねじ機構のねじ軸。
   
   

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