JP2011231925A - ボールねじ用ナットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向寸法が長く内径が小さいナットを製造する場合でも、金型を破損することなく、ボール戻し経路をなす凹部をナット素材の内周面に塑性加工で直接、形成できるようにする。
【解決手段】素材ホルダ２とカムスライダ３とカムドライバ４を有する金型を用いたプレス法により、ナット素材１の内周面１１にボール戻し経路をなすＳ字状凹部１５を形成する。カムドライバ４は、カムスライダ３の斜面３１と同じ傾斜の斜面４１を有する。カムスライダ３は、Ｓ字状凹部１５に対応するＳ字状凸部３５を有する。プレス圧を掛けてカムドライバ４を上から押すと、カムスライダ３が径方向外側へ動き、Ｓ字状凸部３５がナット素材１の内周面１１を押して塑性変形させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボールねじを構成するナットの製造方法に関する。

ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する装置である。
このようなボールねじは、一般的な産業用機械の位置決め装置等だけでなく、自動車、二輪車、船舶等の乗り物に搭載される電動アクチュエータにも使用されている。

ボールねじのボール戻し経路には循環チューブ方式やコマ方式などがあり、コマ方式の場合は、ボール戻し経路をなす凹部が形成されたコマをナットの貫通穴に嵌めている。これに対して、下記の特許文献１には、ボール戻し経路をなす凹部（循環溝）を、ナット素材の内周面に塑性加工で直接形成することが記載されている。その形成方法を図７を用いて説明する。

先ず、循環溝の形状に対応するＳ字状の凸部３７，３８を有する円筒状の加工ヘッド３０を備えた金型を用意する。そして、ナット素材１を、その軸方向を水平方向に向けて台２００の上に置き、ナット素材１の内部に加工ヘッド３０を入れて、凸部３７，３８を上に向け、基端部３０ａと先端部３０ｂを固定する。次に、この状態で、金型の上部材２０にプレス圧を掛けて下降させ、凸部３７，３８をナット素材１の内周面１１に押し当てることで、ナット素材１の内周面１１を塑性変形させる。

特開２００８−２８１０６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、ナットの軸方向寸法が長く内径が小さい場合、金型の加工ヘッドが細長くなるため、強度が不足して破損し易くなるという問題点がある。
この発明の課題は、ボール戻し経路をなす凹部を、ナット素材の内周面に塑性加工で直接形成する方法として、軸方向寸法が長く内径が小さいナットを製造する場合でも、金型を破損することなく前記凹部を形成できる方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、前記ナットの内周面に凹部として形成された、前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの前記ナットの製造方法であって、円筒状のナット素材に内挿され、その軸方向に沿って移動するカムドライバと、前記ナット素材とカムドライバとの間に配置され、前記凹部に対応する凸部が形成され、前記カムドライバの移動により前記凸部が前記ナットの径方向に移動するカムスライダと、を有するカム機構の金型を用いたプレス法により、前記凹部を前記ナット素材の内周面に塑性加工で形成することを特徴とする。

この発明の方法によれば、前記金型を用いたプレス法により、カム機構をなす斜面でカムドライバの前記軸方向への運動が前記径方向へ方向を変えてカムスライダに伝達され、カムスライダに形成された凸部がナット素材の内周面を押して塑性変形させることで、前記ナット素材の内周面に前記凹部が形成される。そして、軸方向寸法が長く内径が小さいナットを製造する場合でも、特許文献１の方法と比較して前記金型に破損が生じ難い。

この発明の方法で使用する金型としては下記の構成(1) 〜(4) のいずれかを有するものが挙げられる。
(1) 前記金型のカム機構は、前記カムドライバの軸方向に延びる斜面と前記カムスライダの軸方向に延びる斜面からなり、前記両斜面の一方が凹部の底面であり、他方が前記凹部に嵌まる部分の先端面である。
(2) 前記金型のカム機構は、前記カムドライバの軸方向に延びる斜面と前記カムスライダの軸方向に延びる斜面からなり、前記両斜面はそれぞれ、軸方向に傾斜角度が異なる複数の斜面を有し、前記複数の斜面の傾斜角度が軸方向で前記カムドライバの下死点に向けて小さくなっている。

(3) 前記金型のカム機構は、前記カムドライバの軸方向に延びる斜面と前記カムスライダの軸方向に延びる斜面からなり、前記両斜面の一方が凹部の底面であり、他方が前記凹部に嵌まる凸部の突出端面である。
(4) 前記金型は、軸方向に延びる複数の斜面を有するカムスライダと複数のカムドライバを有し、前記金型のカム機構は、前記カムスライダの軸方向に延びる複数の斜面と、前記複数のカムドライバに形成された各斜面とからなり、前記カムスライダが前記複数のカムドライバにより調芯されながら径方向外側へ動くことで、前記凸部が前記ナットの径方向に移動する。

本発明の方法によれば、ボール戻し経路をなす凹部を、ナット素材の内周面に塑性加工で直接形成する方法として、軸方向寸法が長く内径が小さいナットを製造する場合でも、金型を破損することなく前記凹部を形成することができる。

この発明の第１実施形態を説明する図である。 第１実施形態で使用するカムスライダおよびカムドライバの嵌め合い状態を示す平面図（ａ）と、カムスライダを示す斜視図（ｂ）と、カムドライバを示す斜視図（ｃ）である。 第２実施形態で使用するカムスライダおよびカムドライバを示す平面図であって、（ａ）はカムスライダとカムドライバが嵌まり合い、カムドライバが下死点に達した状態を示し、（ｂ）はカムドライバを示し、（ｃ）はカムスライダを示す。 第２実施形態で使用するカムスライダおよびカムドライバを示す図であって、（ａ）はカムドライバが下死点に達する少し前の状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）の状態の斜視図、（ｄ）はカムドライバおよびカムドライバをそれぞれ示す斜視図である。 第３実施形態で使用するカムスライダおよびカムドライバを示す図であって、（ａ）はカムスライダとカムドライバが嵌まり合い、カムドライバが下死点に達した状態を示す平面図、（ｂ）はカムドライバが下死点に達する少し前の状態を示す正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ｂ）の状態の斜視図、（ｅ）はカムドライバおよびカムドライバをそれぞれ示す斜視図である。 第４実施形態で使用するカムスライダおよびカムドライバを示す図であって、（ａ）はカムスライダとカムドライバが嵌まり合い、カムドライバが下死点に達した状態を示す平面図、（ｂ）はカムドライバが下死点に達する少し前の状態を示す斜視図、（ｃ）はカムドライバおよびカムドライバをそれぞれ示す斜視図である。 特許文献１の方法を説明する図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
この実施形態で使用する金型は、図１に示すように、ナット素材１を保持する凹部２１を有する素材ホルダ２と、ナット素材１の内部に配置するカムスライダ３およびカムドライバ４と、を備えている。

カムスライダ３は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、外周面３１と軸方向に平行な平面３２を有する略半円柱状部材であって、外周面３１をなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａの径より僅かに小さい。カムスライダ３の平面３２には、径方向の中央部に、軸方向に延びる斜面３３が形成されている。この斜面３３は、軸方向一端（上端）の凹部３４の底面ライン３４ａと、平面３２の下端をなすライン３２ｄを結ぶ平面に相当する。また、ボール戻し経路をなすＳ字状凹部に対応するＳ字状凸部３５が、カムスライダ３の外周面３１に形成されている。

カムドライバ４は、図２（ｃ）に示すように、長尺な板状部材であって、一方の側面４１がカムスライダ３の斜面３３と同じ傾斜の斜面になっている。他方の側面４２は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａに沿った円周面となっている。カムドライバ４の軸方向寸法は、カムスライダ３の軸方向寸法より長い。また、カムドライバ４の厚さは、カムスライダ３の凹部３４の開口幅（斜面３３の両側面間の寸法）に相当する厚さより僅かに薄い。

カムスライダ３の斜面３１とカムドライバ４の傾斜した側面４１が、金型のカム機構を構成する。
この金型を用い、以下の方法で、ナット素材１の内面にボール戻し経路をなすＳ字状凹部を形成する。
先ず、素材ホルダ２の凹部２１にナット素材１を配置し、ナット素材１の内部に、カムスライダ３を、凹部３４側を上にし、Ｓ字状凸部３５をナット素材１の内周面１１に向けて挿入する。次に、カムスライダ３とナット素材１の間にカムドライバ４を挿入する。その際に、カムスライダ３の凹部３４にカムドライバ４の側面４１側の部分を嵌めて、カムスライダ３の斜面３３とカムドライバ４の傾斜した側面４１を接触させる。図１（ａ）はこの状態を示す。

次に、プレス圧を掛けてカムドライバ４を上から押すと、カムドライバ４の傾斜した側面４１からカムスライダ３の斜面３３に力が伝達される。これに伴い、カムドライバ４の下向きの力がカムスライダ３を径方向外側へ動かす力に変換されて、カムドライ３に形成されたＳ字状凸部３５が、ナット素材１の内周面１１を押して塑性変形させる。図１（ｂ）はこの状態を示す。
これにより、ナット素材１の内周面１１にボール戻し経路をなすＳ字状凹部１５が形成される。
よって、この実施形態の方法によれば、軸方向寸法が長く内径が小さいナットを製造する場合でも、カムドライバ４に破損を生じさせずにＳ字状凹部１５を形成することができる。

また、この実施形態の金型によれば、カムスライダ３の斜面３３が凹部３４の底面であり、カムドライバ４の斜面（傾斜した側面）４１が凹部３４に嵌まる部分の先端面であるため、このような嵌め合いがない金型と比較して、カムドライバ４の動きがスムーズになる。
なお、ナット素材１の内周面１１に二つのＳ字状凹部を形成する場合は、上述の方法で一つのＳ字状凹部１５を形成した後、カムドライバ４を抜いてから、カムスライダ３を動かして凸部３５の位置を変え、再度カムドライバ４を挿入して上述の方法を行う。三つ以上のＳ字状凹部を形成する場合はこれを繰り返す。

［第２実施形態］
この実施形態で使用する金型は、第１実施形態で使用する金型と同様に、ナット素材１を保持する凹部２１を有する素材ホルダ２を備えている。また、第１実施形態のカムスライダ３およびカムドライバ４に代えて、図３、４に示すカムスライダ５およびカムドライバ４Ａを使用する。
カムドライバ４Ａは、図３（ａ）（ｂ）および図４に示すように、外周面４３と軸方向に平行な平面４４を有する略半円柱状部材であって、外周面４３をなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａの径より僅かに小さい。カムドライバ４Ａの平面４４には、径方向の中央部に、軸方向に延びる斜面４５Ａ，４５ａ，４５Ｂが形成されている。

図４（ｂ）（ｄ）に示すように、斜面４５Ａと斜面４５ａは同じ面上にある。斜面４５Ｂは、カムドライバ４Ａの軸方向一端（上端）から他端（下端）手前の所定位置までの範囲に形成されている。斜面４５ａは、斜面４５Ｂの幅方向両側に形成された凹部４６の底面である。斜面４５Ｂの下側に斜面４５Ａが連続して形成されている。斜面４５Ａ，４５ａの傾斜角度αは斜面４５Ｂの傾斜角度βより小さい。

カムスライダ５は、図３（ａ）（ｃ）および図４に示すように、外周面５１と、カムドライバ４Ａの斜面４５と同じ斜面５２Ａ，５２ａ，５２Ｂと、互いに平行な側面５３，５４を有する柱状部材であって、外周面５１をなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａの径より僅かに小さい。
斜面５２ａは、斜面５２Ｂの幅方向両側に形成された凸部５５の突出端面である。凸部５５はカムドライバ４Ａの凹部４６に所定隙間で嵌まる形状である。斜面５２Ｂの下側に斜面５２Ａが連続して形成されている。斜面５２Ａ，５２ａの傾斜角度αは斜面５２Ｂの傾斜角度βより小さい。カムスライダ５の外周面５１に、ボール戻し経路をなすＳ字状凹部に対応するＳ字状凸部３５が形成されている。

カムドライバ４Ａの斜面４５Ａ，４５ａ，４５Ｂとカムスライダ５の斜面５２Ａ，５２ａ，５２Ｂが、金型のカム機構を構成する。
第１実施形態と同様に、この実施形態でも、図１の素材ホルダ２の凹部２１にナット素材１を配置し、ナット素材１の内部に、先ず、カムスライダ５を挿入する。次に、カムスライダ５の斜面５２ａにカムドライバ４Ａの斜面４５Ａが接触するように、カムスライダ５とナット素材１の間にカムドライバ４Ａを挿入する。次に、プレス圧を掛けてカムドライバ５を上から押す。

これに伴い、先ず、カムスライダ５の斜面５２ａがカムドライバ４Ａの斜面４５Ａ，４５ａで押された後、カムスライダ５の斜面５２Ｂがカムドライバ４Ａの斜面４５Ｂで押される。すなわち、傾斜角度αの斜面同士の接触でカムスライダ５が径方向外側に移動した後、傾斜角度βの斜面同士の接触でカムスライダ５がさらに径方向外側に移動する。そして、カムドライバ４Ａを最終的に下死点（素材ホルダ２の凹部２１の底面）に至らせることにより、ナット素材１の内周面１１にＳ字状凹部１５を形成する。

この実施形態の金型では、カムドライバ４Ａおよびカムスライダ５の軸方向で下側の斜面４５Ａ，５２Ａの傾斜角度αが、軸方向で上側の斜面４５Ｂ，５２Ｂの傾斜角度βより小さくなっている。カムスライダ５の径方向外側への移動量は、傾斜角度αの斜面４５Ａ，５２Ａ同士の接触によるものより、傾斜角度βの斜面４５Ｂ，５２Ｂ同士の接触によるものの方が大きい。そのため、カムドライバ４Ａが下死点に向かう間に、カムスライダ５との接触斜面が、傾斜角度αの斜面４５Ａ，５２Ａから傾斜角度βの斜面４５Ｂ，５２Ｂに変わることにより、カムドライバ４Ａの単位移動量当たりのカムスライダ５の径方向移動量が大きくなる。
よって、この実施形態の金型を使用することで、第１実施形態の金型を用いた場合よりも、Ｓ字状凹部１５の冷間鍛造による形成を効率的に行うことができる。

［第３実施形態］
この実施形態で使用する金型は、第１実施形態で使用する金型と同様に、ナット素材１を保持する凹部２１を有する素材ホルダ２を備えている。また、第１実施形態のカムスライダ３およびカムドライバ４に代えて、図５に示すカムスライダ６およびカムドライバ７を使用する。
カムドライバ７は、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、外周面７１と軸方向に平行な平面７２を有する略半円柱状部材の平面７２から、Ｔ字状凸部７３が突出した形状を有する。また、図５（ａ）に示すように、外周面６１をなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａの径より僅かに小さい。Ｔ字状凸部７３は平面７２の径方向中央部から突出し、図５（ｃ）（ｅ）に示すように、突出寸法は軸方向一端（上端）側から他端（下端）側に向けて連続的に減少している。すなわち、Ｔ字状凸部７３の突出端面が軸方向に延びる斜面７３ａとなっている。

カムスライダ６は、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、外周面６１と軸方向に平行な平面６２とからなる略半円柱状部材である。また、図５（ａ）に示すように、外周面６１をなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａの径より僅かに小さい。カムスライダ６の平面６２に、カムドライバ７のＴ字状凸部７３が嵌まるＴ字状凹部６３が形成されている。そして、図５（ｃ）（ｅ）に示すように、凹部６３の底面が軸方向に延びる斜面６３ａとなっている。また、ボール戻し経路をなすＳ字状凹部に対応するＳ字状凸部３５が、カムスライダ６の外周面６１に形成されている。
カムドライバ７の斜面７３ａとカムスライダ６の斜面６３ａが、金型のカム機構を構成する。

第１実施形態と同様に、この実施形態でも、図１の素材ホルダ２の凹部２１にナット素材１を配置し、ナット素材１の内部に、先ず、カムスライダ６を挿入する。次に、カムスライダ６とナット素材１の間にカムドライバ７を挿入する。その際に、カムスライダ６のＴ字状凹部６３にカムドライバ７のＴ字状凸部７３を嵌めて、斜面６３ａと斜面７３ａを接触させた状態とする。次に、プレス圧を掛けてカムドライバ７を上から押して下死点（素材ホルダ２の凹部２１の底面）に至らせることにより、ナット素材１の内周面１１にＳ字状凹部１５を形成する。

この実施形態の金型によれば、カムドライバ７のＴ字状凸部７３とカムスライダ６のＴ字状凹部６３とが嵌まり合うことで、カムドライバ７の斜面７３ａとカムスライダ６の斜面６３ａが確実に接触するため、カムドライバ７の軸方向の移動とカムスライダ６の径方向の移動が確実に行われ、カムドライバ７の動きがスムーズになる。
よって、この実施形態の金型を使用することで、このような凹凸の嵌め合いがない金型を用いた場合よりも、Ｓ字状凹部１５の冷間鍛造による形成を高精度で行うことができる。

［第４実施形態］
この実施形態で使用する金型は、第１実施形態で使用する金型と同様に、ナット素材１を保持する凹部２１を有する素材ホルダ２を備えている。また、第１実施形態のカムスライダ３およびカムドライバ４に代えて、図６に示すカムスライダ８と一対のカムドライバ９Ａ，９Ｂを使用する。

カムスライダ８は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、外周面８１と軸方向に延びる一対の斜面８２，８３とを有する略扇柱状部材であって、図６（ａ）に示すように、外周面８１をなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａより僅かに小さい。また、ボール戻し経路をなすＳ字状凹部に対応するＳ字状凸部３５が、カムスライダ８の外周面８１に形成されている。

カムドライバ９Ａは、外周面９１Ａと、カムドライバ８の斜面８２と同じ傾斜の斜面９２Ａと、互いに平行な側面９３Ａ，９４Ａを有する柱状部材である。カムドライバ９Ｂは、外周面９１Ｂと、カムドライバ８の斜面８３と同じ傾斜の斜面９２Ｂと、互いに平行な側面９３Ｂ，９４Ｂを有する柱状部材である。外周面９１Ａ，９１Ｂをなす円の径は、ナット素材１の内周面１１をなす円１１ａより僅かに小さい。
カムドライバ９Ａ，９Ｂの斜面９２Ａ，９２Ｂとカムスライダ８の斜面８２，８３が、金型のカム機構を構成する。

第１実施形態と同様に、この実施形態でも、図１の素材ホルダ２の凹部２１にナット素材１を配置し、ナット素材１の内部に、先ず、カムスライダ８を挿入する。次に、カムスライダ８の各斜面８２，８３に各カムドライバ９Ａ，９Ｂの斜面９２Ａ，９２Ｂが接触するように、カムスライダ８とナット素材１の間に両カムドライバ９Ａ，９Ｂを挿入する。次に、プレス圧を掛けて両カムドライバ９Ａ，９Ｂを上から押して下死点（素材ホルダ２の凹部２１の底面）に至らせることにより、ナット素材１の内周面１１にＳ字状凹部１５を形成する。

この実施形態の金型によれば、カムスライダ８が一対のカムドライバ９Ａ，９Ｂにより調芯されながら径方向外側へ動くため、ナット素材１の内周面１１に、Ｓ字状凸部３５によって生じるＳ字状凹部１５以外の変形が生じ難くなる。
よって、この実施形態の金型を使用することで、第１実施形態の金型を用いた場合よりも、Ｓ字状凹部１５の冷間鍛造による形成を高精度で行うことができる。

１ ナット素材
１１ ナット素材の内周面
１１ａ ナット素材の内周面をなす円
１５ ボール戻し経路をなすＳ字状凹部
２ 素材ホルダ
２１ 凹部
３ カムスライダ
３３ カムスライダの斜面（カム機構）
３５ Ｓ字状凸部
４ カムドライバ
４１ カムドライバの傾斜した側面（カム機構）
４２ 円周状の側面
４Ａ カムドライバ
４５Ａ，４５ａ，４５Ｂ カムドライバの斜面（カム機構）
５ カムスライダ
５２Ａ，５２ａ，５２Ｂ カムスライダの斜面（カム機構）
６ カムスライダ
６３ Ｔ字状凹部
６３ａ カムスライダの斜面（カム機構）
７ カムドライバ
７３ Ｔ字状凸部
７３ａ カムドライバの斜面（カム機構）
８ カムスライダ
８２，８３ カムスライダの斜面（カム機構）
９Ａ，９Ｂ カムドライバ
９２Ａ，９２Ｂ カムドライバの斜面（カム機構）

Claims (5)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、前記ナットの内周面に凹部として形成された、前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの前記ナットの製造方法であって、
   円筒状のナット素材に内挿され、その軸方向に沿って移動するカムドライバと、
   前記ナット素材とカムドライバとの間に配置され、前記凹部に対応する凸部が形成され、前記カムドライバの移動により前記凸部が前記ナットの径方向に移動するカムスライダと、
   を有するカム機構の金型を用いたプレス法により、
   前記凹部を前記ナット素材の内周面に塑性加工で形成することを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
2. 前記金型のカム機構は、前記カムドライバの軸方向に延びる斜面と前記カムスライダの軸方向に延びる斜面からなり、前記両斜面の一方が凹部の底面であり、他方が前記凹部に嵌まる部分の先端面である請求項１記載のボールねじ用ナットの製造方法。
3. 前記金型のカム機構は、前記カムドライバの軸方向に延びる斜面と前記カムスライダの軸方向に延びる斜面からなり、前記両斜面はそれぞれ、軸方向に傾斜角度が異なる複数の斜面を有し、前記複数の斜面の傾斜角度が軸方向で前記カムドライバの下死点に向けて小さくなっている請求項１記載のボールねじ用ナットの製造方法。
4. 前記金型のカム機構は、前記カムドライバの軸方向に延びる斜面と前記カムスライダの軸方向に延びる斜面からなり、前記両斜面の一方が凹部の底面であり、他方が前記凹部に嵌まる凸部の突出端面である請求項１記載のボールねじ用ナットの製造方法。
5. 前記金型は、軸方向に延びる複数の斜面を有するカムスライダと複数のカムドライバを有し、
   前記金型のカム機構は、前記カムスライダの軸方向に延びる複数の斜面と、前記複数のカムドライバに形成された各斜面とからなり、
   前記カムスライダが前記複数のカムドライバにより調芯されながら径方向外側へ動くことで、前記凸部が前記ナットの径方向に移動する請求項１記載のボールねじ用ナットの製造方法。

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