JP2008241012A - ボールねじおよびそのねじ溝加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】滑らかなねじ溝肩部が得られ、ボールねじの作動性を向上させると共に、加工時間が短く低コストなボールねじおよびそのねじ溝加工方法を提供する。
【解決手段】旋削工程で、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２がねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さな汎用バイト６を用い、これをねじ溝２ａの有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路をねじ溝２ａの断面形状の円弧方向に順次ずらせることにより、ねじ溝２ａの全体が旋削されると共に、このねじ溝２ａと同一の汎用バイト６によって、肩部８が曲率半径ｒからなる円弧状に旋削され、ノーズ半径Ｒ２の中心軌跡Ｌに沿って移動経路をずらすことにより、このノーズ半径Ｒ２の延長上に肩部８の曲率中心Ｏが位置する状態で形成されているので、ボールねじの作動性を向上させると共に、１工程のポイント切削によってねじ溝２ａと肩部８の成形加工を完了させることができる。
【選択図】図５

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ねじ溝加工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、自動車用のアクチュエータ等に使用されるボールねじにおいて、そのボールねじ軸またはナットのねじ溝は、生材にねじ溝を旋削する工程と、焼入工程と、ねじ溝を研削する工程を経て加工されている。なお、旋削工程では、ねじ溝と同じ形状の工具（総型バイト）を使用している。

然しながら、総型バイトで旋削すると、バイトに対する切削抵抗が大きくて剛性の不足が生じ、バイトの振動、所謂ビビリが生じ易い。その結果、加工精度が悪化すると共に、研削取代を大きく残しておく必要があり、研削工程に時間がかかる。こうした問題を解決するため、本出願人は、ねじ溝の形状変化に容易に対処でき、かつ総加工時間の短縮が図れるボールねじのねじ溝加工方法を既に提案している。

このねじ溝加工方法は、図７に示すように、ねじ軸５１におけるねじ溝５２の加工を行う方法であって、生材からなるワークＷにねじ溝５２を旋削する工程と、この旋削したワークＷを焼入れする工程と、焼入後のワークＷのねじ溝５２を研削する工程とを含む。まず、同図（Ａ）に示すように、生材の棒状ワークＷにねじ溝５２を旋削する。（ａ）は、ワークＷを旋盤の主軸チャック５３で把持した状態を示し、（ｂ）は旋削が進んだ段階におけるねじ溝５２の拡大断面を示す。この場合の旋削は、所謂ポイント切削で行う。すなわち、切刃５４ａのノーズＲがねじ溝５２の曲率半径よりも小さな汎用バイト５４を用い、この汎用バイト５４をねじ溝５２の有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路Ｐ１、Ｐ２〜Ｐｎをねじ溝５２の断面形状の円弧方向に順次ずらせることによりねじ溝５２の全体を旋削する。ねじ溝５２の旋削が完了した後、ワークＷを加熱炉５５で焼入れし（図７（Ｂ））、この焼入れしたワークＷを砥石５６で研削してねじ軸５１が完成する（図７（Ｃ））。
特開平６−２４９３１７号公報

こうした従来の加工方法によると、小さなバイト５４でポイント切削を行うので、バイト５４の経路変更を行うだけで容易にねじ溝５２の形状変更ができ、バイト５４に対する切削抵抗が小さくてなってビビリの問題もなく、高精度に旋削が行えるという特徴を有している。然しながら、総型バイトを使用する旋削加工に比べ、ある程度のコスト低減は可能であるが、研削工程は加工の度に砥石５６を成形して形状を管理する必要がある。この研削工程は、ねじ溝５２の加工工程全体の加工コストに対して、大きなウェイトを占めているため、さらなる加工コストの低減を図るには限界があった。

また、自動車等のアクチュエータに使用されるボールねじの場合、コンパクトであることが要求されるため、循環部材がナットの外径より突出せず、ナット外径が小さくできる駒式のボールねじが一般的に使用されることが多い。この駒式のボールねじにおいては、駒部材の内径に形成された略Ｓ字状の溝内をボールがねじ軸のねじ溝肩部に衝突しながら循環するため、ボールがスムーズに通過するようにねじ溝肩部の形状を円弧状に形成し、ボールねじの作動性を向上させる必要がある。この場合、ポイント切削でねじ溝を形成し、溝肩部は別途Ｒ形状のバイトを使用して加工することが考えられるが、これでは、加工工程が２工程となってコストアップは避けられない。

本発明は、こうした従来の問題を解決し、滑らかなねじ溝肩部が得られ、ボールねじの作動性を向上させると共に、加工時間が短く低コストなボールねじおよびそのねじ溝加工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、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周に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ナットと、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、前記ナットの胴部に装着され、内周に前記ねじ溝を連結するための円弧状の連結溝が形成された駒部材と備えたボールねじにおいて、前記ねじ溝のうち少なくとも前記ねじ軸におけるねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この肩部が、前記ねじ溝から連続して切削加工によって形成されている。

このように、駒式のボールねじにおいて、ねじ溝のうち少なくともねじ軸におけるねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この肩部が、ねじ溝から連続して切削加工によって形成されているので、ねじ溝と肩部との繋ぎ部を滑らかに形成することができ、駒部材の連結溝内をボールがスムーズに通過してボールねじの作動性を向上させると共に、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、本発明のうち請求項２に記載の方法発明は、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むボールねじのねじ溝加工方法において、前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな汎用バイトを用い、この汎用バイト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ると共に、このねじ溝と同一の汎用バイトによって、当該ねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に旋削されている。

このように、切刃のノーズ半径をねじ溝の溝曲率半径よりも小さくしてねじ溝がポイント切削によって成形加工されると共に、このねじ溝と同一の汎用バイトによって、当該ねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に旋削されているので、ボールねじの精度・耐久性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と肩部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３に記載の発明のように、前記肩部が、前記汎用バイトにおける切刃のノーズ半径の中心軌跡に沿って移動経路をずらすことにより、このノーズ半径の延長上に当該肩部の曲率中心が位置する状態で形成されていれば、ねじ溝と肩部との繋ぎ部を滑らかに形成することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記切刃のノーズ半径を前記ねじ溝の溝曲率半径に近付ければ、ねじ溝のポイント切削が開始されるまでの加工時間を短縮することができ、一層加工コストを低減することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記焼入工程の後に、少なくとも前記ねじ溝と肩部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、ねじ溝と肩部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。

本発明に係るボールねじは、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周に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ナットと、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、前記ナットの胴部に装着され、内周に前記ねじ溝を連結するための円弧状の連結溝が形成された駒部材と備えたボールねじにおいて、前記ねじ溝のうち少なくとも前記ねじ軸におけるねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この肩部が、前記ねじ溝から連続して切削加工によって形成されているので、ねじ溝と肩部との繋ぎ部を滑らかに形成することができ、駒部材の連結溝内をボールがスムーズに通過してボールねじの作動性を向上させると共に、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、本発明に係るボールねじのねじ溝加工方法は、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むボールねじのねじ溝加工方法において、前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな汎用バイトを用い、この汎用バイト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ると共に、このねじ溝と同一の汎用バイトによって、当該ねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に旋削されているので、ボールねじの精度・耐久性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と肩部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。

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むボールねじのねじ溝加工方法において、前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな汎用バイトを用い、この汎用バイト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ると共に、このねじ溝と同一の汎用バイトによって、当該ねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に旋削され、前記汎用バイトにおける切刃のノーズ半径の中心軌跡に沿って移動経路をずらすことにより、このノーズ半径の延長上に前記肩部の曲率中心が位置する状態で形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじの一実施形態を示す縦断面図、図２は、本発明に係るねじ軸のねじ溝加工状態を示す説明図、図３は、本発明に係るねじ軸のねじ溝加工工程を示すねじ溝の拡大断面図、図４は、ねじ軸のねじ溝を示す要部拡大図、図５は、図４のねじ溝肩部の切削加工を示す概念図、図６は、本発明に係るナットのねじ溝加工状態を示す説明図である。

このボールねじ１はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼やＳＣＭ４１５等の肌焼き鋼からなり、外周に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、ＳＣＭ４３０等の肌焼き鋼からなり、このねじ軸２に外挿され、内周にねじ溝２ａに対応する螺旋状のボールねじ溝３ａが形成されたナット３と、両ねじ溝２ａ、３ａ間に転動自在に収容された多数のボール４と、円筒状のナット３の胴部に装着され、ねじ溝３ａを連結する連結溝５ａが形成された駒部材５とを備えている。そして、ねじ溝２ａ、３ａによりボール転動路が構成され、駒部材６の連結溝５ａによって多数のボール４が無限循環することができる。

ここで、ねじ溝２ａ、３ａは、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チ溝に形成されている。無論、ねじ溝２ａ、３ａは、このゴシックアーチ形状以外にも、ボール４とサーキュラコンタクトする円弧状の形状であっても良い。

図２は、ねじ軸２におけるねじ溝２ａの加工状態を示している。生材の棒状ワークＷ（２）が図示しない旋盤の主軸チャックで把持され、所定の方向に回転された状態で汎用バイト６によって旋削加工される。このバイト６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たホルダー７に固定されている。この場合の旋削は、所謂ポイント切削で行われる。すなわち、バイト６の切刃６ａのノーズ半径Ｒ２が、ねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さな汎用バイト６を用い、このバイト６をねじ溝２ａの有効長さ分だけ複数回移動させてねじ溝２ａの成形が行われる。

次に、図３（ａ）〜（ｊ）を用いてねじ溝２ａの加工工程を説明する。
図３（ａ）は、旋削加工前の棒状の生材を示し、（ｂ）〜（ｄ）の順に、切刃６ａがワークＷの軸心方向に送られて、ねじ溝２ａの概略形状がバイト６の切刃６ａによって成形される。ここで、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２をねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１に近付けて寸法設定することにより、切刃６ａを軸方向に移動させることなくねじ溝２ａの概略形状が得られ、加工時間を短縮することができる。

そして、図３（ｅ）に示すように、ねじ溝２ａの旋削加工がある程度進んだ段階でポイント切削が開始される。（ｅ）〜（ｊ）に示すように、切刃６ａをねじ溝２ａの有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路をねじ溝２ａの円弧方向に順次ずらせることによりねじ溝２ａの全体形状が旋削される。本実施形態では、ねじ溝２ａがゴシックアーチ形状であっても、バイト６の切刃６ａのノーズ半径Ｒ２がねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されているので、加工するねじ溝２ａと対向するねじ溝２ａに干渉することはない。

ここで、図４に示すように、ねじ溝２ａの肩部８が所定の曲率半径ｒからなる円弧状に形成されている。そして、この肩部８は、ねじ溝２ａのポイント切削と同一の汎用バイトによって形成されている。すなわち、ねじ溝２ａのポイント切削と同様、図５に示すように、汎用バイトの複数回の移動において、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２の中心軌跡Ｌに沿って移動経路をずらすことにより、ノーズ半径Ｒ２の延長上に肩部８の曲率中心Ｏが位置する状態で形成されている。

このように、本実施例では、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２をねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さくしてねじ溝２ａがポイント切削によって成形加工されると共に、肩部８が、ねじ溝２ａのポイント切削と同一の汎用バイトによって連続して形成されているので、１工程のポイント切削によってねじ溝２ａと肩部８の成形加工を完了させることができると共に、ねじ溝２ａと肩部８との繋ぎ部を滑らかに形成することができ、ボール４の循環がスムーズになり、作動性に優れ、加工コストを低減したボールねじ１を提供することができる。

さらに、本実施例では、ポイント切削によってねじ溝２ａ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の範囲の硬化層が形成されている。熱処理は、浸炭焼入れでも高周波誘導加熱による焼入れでも良いが、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が好適である。

さらに、熱処理によりねじ溝２ａ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。

図６は、本発明に係るナットにおけるねじ溝の加工状態を示している。なお、前述した実施例と同一あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付して重複した説明を避ける。

ここでは、前述したねじ軸２におけるねじ溝２ａの加工と同様、生材の筒状ワークＷ（３）が図示しない旋盤の主軸チャックで把持され、所定の方向に回転された状態で汎用バイト６によって旋削加工される。このバイト６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たホルダー７に固定されている。この場合の旋削もポイント切削で行われる。すなわち、バイト６の切刃６ａのノーズ半径Ｒ２が、ねじ溝３ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さな汎用バイト６を用い、バイト６をねじ溝３ａの有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路をねじ溝３ａの円弧方向に順次ずらせることによりねじ溝３ａが旋削される。

本実施例においても、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２をねじ溝３ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さくしてねじ溝３ａがポイント切削によって成形加工されると共に、肩部９が、ねじ溝３ａのポイント切削と同一の汎用バイトによって連続して形成されているので、１工程のポイント切削によってねじ溝３ａと肩部９の成形加工を完了させることができると共に、ねじ溝３ａと肩部９との繋ぎ部を滑らかに形成することができ、ボール４の循環が一層スムーズになる。

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の一実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係るねじ軸のねじ溝加工状態を示す説明図である。 （ａ）〜（ｊ）は、本発明に係るねじ軸のねじ溝加工工程を示すねじ溝の拡大断面図である。 同上、ねじ軸のねじ溝を示す要部拡大図である。 図４のねじ溝肩部の切削加工を示す概念図である。 本発明に係るナットのねじ溝加工状態を示す説明図である。 従来のねじ軸のねじ溝加工方法を示す工程説明図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・・汎用バイト
６ａ・・・・・・・・・・切刃
７・・・・・・・・・・・ホルダー
８、９・・・・・・・・・肩部
５１・・・・・・・・・・ねじ軸
５２・・・・・・・・・・ねじ溝
５３・・・・・・・・・・主軸チャック
５４・・・・・・・・・・汎用バイト
５４ａ・・・・・・・・・切刃
５５・・・・・・・・・・加熱炉
５６・・・・・・・・・・砥石
Ｌ・・・・・・・・・・・切刃のノーズ半径の中心軌跡
Ｏ・・・・・・・・・・・肩部の曲率中心
Ｐ１〜Ｐｎ・・・・・・・バイトの移動経路
Ｒ１・・・・・・・・・・ねじ溝の溝曲率半径
Ｒ２・・・・・・・・・・切刃のノーズ半径
ｒ・・・・・・・・・・・肩部の曲率半径
Ｗ・・・・・・・・・・・ワーク

Claims (5)

1. 外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
   このねじ軸に外挿され、内周に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ナットと、
   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、
   前記ナットの胴部に装着され、内周に前記ねじ溝を連結するための円弧状の連結溝が形成された駒部材と備えたボールねじにおいて、
   前記ねじ溝のうち少なくとも前記ねじ軸におけるねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この肩部が、前記ねじ溝から連続して切削加工によって形成されていることを特徴とするボールねじ。
2. 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むボールねじのねじ溝加工方法において、
   前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな汎用バイトを用い、この汎用バイト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ると共に、このねじ溝と同一の汎用バイトによって、当該ねじ溝の肩部が所定の曲率半径からなる円弧状に旋削されていることを特徴とするボールねじのねじ溝加工方法。
3. 前記肩部が、前記汎用バイトにおける切刃のノーズ半径の中心軌跡に沿って移動経路をずらすことにより、このノーズ半径の延長上に当該肩部の曲率中心が位置する状態で形成されている請求項２に記載のボールねじのねじ溝加工方法。
4. 前記切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径に近付けて設定されている請求項２または３に記載のボールねじのねじ溝加工方法。
5. 前記焼入工程の後に、少なくとも前記ねじ溝と肩部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２乃至４いずれかに記載のボールねじのねじ溝加工方法。

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