JP2010060053A - ボールねじの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設備の大幅な大型化や価格アップを伴わずに、ボールねじのすきま精度の向上を図り得るボールねじの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】ナット３には軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列９、９を形成するための２つの駒部材８、８が設けられたボールねじにおいて、ねじ軸２及びナット３のそれぞれのねじ溝２ａ、３ａについて、２列のボール循環列９、９に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチＡ、Ｃを個別に測定し、各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定し、選定されたボールを介してねじ軸とナットを組立てることにより、設備の大幅な大型化や価格アップを伴わずに、ボールねじのすきま精度を安定化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリング等の各種アクチュエータに使用されるボールねじに関し、特に、ナットに連結部材を連結するためのピン穴が設けられたボールねじの製造方法及び製造装置に関する。

自動車の各種駆動機構に適用されるボールねじ式アクチュエータの中で、特にエンジンやトランスミッションの周辺で使用されるものにおいては、交番の振動荷重がボールねじに付与されるため、騒音や振動の発生を抑制するために、その隙間を小さくしてボールのねじのガタを軽減することが求められる。この問題を解決するために、たとえば、特許文献１に記載のようなものが知られている。

この特許文献１に記載のものは、ねじ軸のねじ溝を加工するねじ溝加工工程と、加工されたねじ溝を測定するねじ軸測定工程と、前記ねじ軸の測定データに基づきナットのねじ溝を加工するナット加工工程と、ナットにボールを介して前記ねじ軸を螺合して組み付けるボールねじ組み付け工程とによってボールねじの適合製造を行うものである。
この方法によれば、ねじ軸のＢＣＤ（Ｂａｌｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄｉａｍｅｔｅｒ：ねじ溝にボールが接触した場合を想定したボールの中心径）とリードに適合したナットを製造、測定することで、所望隙間のボールねじを製造するようになっている。
特開平１１−２６７９２２号公報

しかしながら、この特許文献１に記載のものにおいては、予め測定したねじ軸のＢＣＤとリードをラベルに印字し、ねじ軸各々に添付した後、ナット加工と測定を実施し、ナットの測定結果に対応するねじ軸とボールを選択するので、設備のデータ集中管理システムとそれと協調したワークの適正な管理と流動が必要となり、製造設備全体が大型で高価なものとなってボールねじのコストの大きな要因となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、設備の大幅な大型化や価格アップを伴わずに、ボールねじのすきま精度の向上を図り得るボールねじの製造方法を提供することを目的としている。

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、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造方法において、前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定し、各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定し、選定されたボールを介してねじ軸とナットを組立てることを特徴とする。

このように、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造方法において、前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定し、各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定し、選定されたボールを介してねじ軸とナットを組立てるので、組立てたボールねじのすきま精度を安定化することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、ねじ軸及びナットの循環列ピッチを測定する際に、各ねじ溝のボール中心径を測定することにより、組立後のボールねじの組立精度を向上させることができる。

好ましくは、請求項３に記載の発明のように、ねじ軸のねじ溝は転造によって加工されることにより、加工精度はそのままで、組立精度向上を図ることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、ナットのねじ溝は切削加工のみで加工することにより、加工精度はそのままで、組立精度向上を図ることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、ねじ軸とナットのボール循環列に対応するねじ溝間ピッチの相互差は、組立てた際のボールねじのすきまの１／２以下となるように規定すれば、すきま精度をより高精度に設定することができる。
これは、軸とナットの循環列ピッチの相互差を、所望のボールねじのすきまの１／２以下以下となるようにそれぞれに公差設定をして加工すること、あるいは、１／２以下となるように組み合わせることを意味するもので、軸及びナット循環列ピッチの相互差を予め所望すきまの１／２以下にしておいて，ボールをマッチングしやすくするものである。

また、請求項６に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造装置において、前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定する測定手段と、各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定する選定手段と、を備え、該選定手段によって選定されたボールを介装してねじ軸とナットを組み立てることを特徴とする。

本発明に係るボールねじの組立方法は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造方法において、前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定し、 各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定し、選定されたボールを介してねじ軸とナットを組立てるので、組立てたボールねじのすきま精度を安定化することができる。
また、本発明の製造装置によれば、ねじ軸及びナットの循環列ピッチを個別に計測する測定手段を従来の組立機に追加するだけで実現できるので、設備の大幅な大型化や価格アップを伴わずに、ボールねじのすきま組立精度向上を図ることができる。

外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造方法において、前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定し、各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定し、選定されたボールを介してねじ軸とナットを組立てる。

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組立方法が適用されるボールねじの一実施形態を示す断面図、図２はボールねじの製造手順を示すフローチャートである。

本発明の方法により製造されるボールねじ１は、自動車に搭載される駆動部品のアクチュエータ用に使用されるボールねじで、図１に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３と、対向する両ねじ溝２ａ、３ａにより形成された転動路に転動自在に収容された多数のボール４と、を備えている。ナット３には軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列９、９を形成するための２つの駒部材８、８が設けられている。図示例では、駒部材８、８はねじ軸２の中心軸と平行の直線上に配置されており、軸方向に２ピッチ以上離間している。

駒部材８の構成は特に限定されないが、たとえば、ナット３に設けられた穴に嵌合され、その内方側の端部に、ねじ溝３ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝５ａが形成され、この連結溝５ａとねじ溝３ａの略１周の部分とでボール４の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝２ａ、３ａ間に介在された多数のボール４は、ねじ溝２ａ、３ａに沿って転動し、連結溝５ａに案内され、ねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝３ａに戻り、再びねじ溝２ａ、３ａに沿って転動する。
自動車に搭載される駆動部品のアクチュエータ用に使用されるボールねじは、安価であることに対する要求が高いため、ねじ軸２は転造加工で、ナット３は研削加工無しの切削仕上げ加工で製造されている。

次に、このボールねじの製造工程について、図２のフローチャートを参照して説明する。
図２に示すように、まず、ねじ軸２側の製造手順は、ねじ軸２にねじ溝２ａを転造（Ｓ１）し、ねじ軸２についての熱処理を行い（Ｓ２）、ねじ溝２ａのＢＣＤ、循環列ピッチＡを測定する（Ｓ３）。

ねじ軸２のねじ溝２ａの循環列ピッチＡは、図１に示すように、２列のボール循環列９、９に対応するねじ溝２ａ、２ａ間の軸方向距離である。この実施例では、駒部材８、８がねじ軸２の中心軸と平行の直線上に配置されているので、駒部材８、８の軸方向設置距離Ｂに対応するねじ溝２ａの累積リードであり、累積リード誤差が含まれている。
ナット３は移動するので、ナット３のねじ溝３ａとの間でボール循環路を構成するねじ溝２ａは、特定されないが、図示例では、ねじ軸２の中間部分において、２列のボール循環列９、９に対応するねじ溝間の軸方向距離を測定している。

ナット３側の製造は、ナット３内周に切削加工によってねじ溝を加工し（Ｓ４）、ナット３について熱処理を行い（Ｓ５）、さらに、必要に応じてねじ溝の研削をし（Ｓ６）、その後、ナット３のねじ溝３ａのＢＣＤ及び循環列ピッチＣを測定する（Ｓ７）。Ｓ６の研削工程は省略してもよい。
ナット３のねじ溝３ａの循環列ピッチＣは、図１に示すように、２列のボール循環列９、９に対応するねじ溝３ａ、３ａ間の軸方向距離である。

ねじ軸２とナット３側の各工程が済むと、これらの測定データから組み込みボールを選定し（Ｓ８）、選定されたボールをねじ軸２とナット３間に組み込んでボールねじを組立て（Ｓ９）、最終的に組立てられたボールねじのすきまを測定、検査する（Ｓ１０）。

ボール４の選定は、ねじ軸２とナット３のねじ溝２ａ、３ａの循環列ピッチＡ、Ｃの相互差（Ａ−Ｃ）及び各ねじ溝２ａ、３ａのＢＣＤに対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールが選定される。ボールは、予め、標準のボール径を中心に段階的に径が異なる複数のボールに分けて管理されており、ねじ軸とナット間に組み込んだ際に最適のすきまとなる大きさのボール径のボールが選定される。

駒式のボールねじのすきまは、ねじ軸２およびナット３のねじ溝２ａ、３ａのリードに影響を受けるが、具体的には、一般的なボールねじのリード精度であるところの、よろめき（溝一回転内のリード変動）や移動量誤差（ストローク長さでの累積リード誤差）ではなく、「循環列ピッチ相互差」に強い相関関係を持つ。

たとえば、接触角が４５°のボールねじにおいては、ナット３とねじ軸２の循環列ピッチ相互差が隙間にほぼ１：１で影響する。これは、ナット３内部のボール循環列９、９が、軸方向に離れた位置にしか存在しないためである。
したがって、ボールねじの組立工程において、ねじ軸２およびナット３の循環列ピッチＡ、Ｃを測定し、その差分をボール選定に補正してマッチングすることにより、組立後すきま精度を所望値に安定化することができる。

従来の転造ボールねじのすきまは、０．１〜０．２ｍｍ以下とされることが一般的であったが、自動車用に適用されるボールねじのすきまは、０．０５ｍｍ以下とすることが求められている。したがって、ねじ軸２とナット３の循環列ピッチ相互差は所望すきまの１／２以下で規定することが現実的である。本発明は、ボール３の大きさによって、所望のすきまに組立てるものであるが、ねじ軸２及びナット３の循環列ピッチ相互差を予め所望すきまの１／２以下にしておいて、ボール４をマッチングしやすくする主旨である。

上記製造方法を実施する装置構成としては、特に図示しないが、ねじ軸２及びナット３のそれぞれのねじ溝２ａ、３ａについて、上記循環列ピッチＡ、Ｃを個別に測定する測定装置と、各測定装置からのデータを読み込んで循環列ピッチＡ、Ｃの相互差を演算し、この相誤差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定する選定手段としてのコンピュータとを備えていればよい。

ボールは、特許文献１にも記載されているように、通常、標準径に対する誤差の大きさによって選別してコンピュータで管理され、組み合わせるねじ軸とナットに合わせてボールが選定されており、選定手段としてはこの従来のシステムを利用することができるので、本発明では、既存のシステムにねじ軸２及びナット３の循環列ピッチＡ、Ｃを個別に計測する機能を付加するだけで実現できる。
なお、上記実施例では、ねじ軸を転造ねじとしたが、転造に限定されるものではなく、切削加工したものでもよい。また、ナットのねじ溝については、切削加工のみで加工してもよいし、仕上げに研削加工をしたものでもよい。

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、自動車の電動アクチュエータ等に使用されるボールねじに適用することができる。

本発明に係る製造方法によって製造されるボールねじの一実施形態を示す概略正面断面図である。 本発明の製造方法の工程を示す図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ・・・・・・・・・ねじ溝（ねじ軸側）
３・・・・・・・・・・ナット
３ａ・・・・・・・・・ねじ溝（ナット側）
４・・・・・・・・・・ボール
８・・・・・・・・・・駒部材
８ａ・・・・・・・・・連結溝
９・・・・・・・・・・ボール循環列
Ａ・・・・・・・・・・循環列ピッチ（ねじ軸側）
Ｃ・・・・・・・・・・循環列ピッチ（ナット側）

Claims (6)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造方法において、
   前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定し、
   各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定し、
   選定されたボールを介してねじ軸とナットを組み立てることを特徴とするボールねじの製造方法。
2. 前記ねじ軸及びナットの循環列ピッチを測定する際に、前記各ねじ溝のボール中心径を測定することを特徴とする請求項１に記載のボールねじの製造方法。
3. 前記ねじ軸のねじ溝は転造によって加工され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の製造方法。
4. 前記ナットのねじ溝は切削加工のみで加工されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のボールねじの製造方法。
5. 前記ねじ軸とナットの循環列ピッチの相互差は、組み立てた際のボールねじのすきまの１／２以下となるように規定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載のボールねじの製造方法。
6. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容される複数のボールと、を備え、前記ナットには軸方向に所定距離離間した２列のボール循環列を形成するための２つの駒部材が設けられたボールねじの製造装置において、
   前記ねじ軸及びナットのそれぞれのねじ溝について、前記２列のボール循環列に対応するねじ溝間の軸方向距離である循環列ピッチを個別に測定する測定手段と、
   各循環列ピッチの相互差に対応して、標準のボール径に対して循環列ピッチの相互差を吸収可能なボール径のボールを選定する選定手段と、を備え、
   該選定手段によって選定されたボールを介装してねじ軸とナットを組み立てることを特徴とするボールねじの製造装置。

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