JP2012061501A - ボールねじ用のねじ軸 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ用のねじ軸をバルジ加工により形成する場合において、その強度を向上させ、またその長さ寸法の管理を容易にする。
【解決手段】内周面にねじ形成面２１ｂを有する筒形のバルジ型２１に管体ｐを挿入する。この管体ｐを軸押し治具２２で軸方向に圧縮しつつ、管体ｐの内部に加圧機構２３により流体を送り込んで加圧する。管体ｐを拡径させてバルジ型２１の内周面に押し付け、その外周面にねじ溝を形成することでねじ軸を作製する。成型の際に、管体ｐを軸方向に圧縮しているため、管体ｐに内圧をかけても軸方向に広がることはない。できあがったねじ軸は肉やせが防がれており、強度が保証されている。軸方向の圧縮量を定量とすることで、ねじ軸の長さ寸法の管理が容易となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、ボールねじ用のねじ軸、およびそのねじ軸の製造方法に関する。

ねじ軸とねじ軸にボールを介してねじ合わせられるナットとからなるボールねじは、自動車のパワーステアリング等に用いられており、軽量化を図るためにそのねじ軸を中空としたものがある。
このようなねじ軸のねじ溝の加工方法としては、素材の外面に転造金型を押し付ける転造加工が一般的である。

しかし、中空のねじ軸を作製する場合に、その素材に管体を用いると、転造金型の押圧により管体が座屈変形等してしまう。そのため、できあがったねじ溝の形状や寸法精度を保証することができない。
一方、素材に中実の棒体を用い、転造加工によりこの棒体にねじ溝を形成して中実のねじ軸を作製し、その後にねじ軸の軸方向に貫通孔を切削して中空にすることも考えられるが、加工コストが嵩み歩留まりも悪い。

このため特許文献1のように、素材となる管体を転造加工する際に、芯金を挿入することでその管体の金型の押圧にともなう変形を抑制する試みもなされている。
しかし、管体と芯金との隙間が大きいとその隙間の分だけは管体が変形しうるため、できあがったねじ軸のねじ溝の形状や寸法精度に依然として影響が出る。
逆に、管体と芯金との隙間を小さくしすぎると、転造加工後にねじ軸と芯金が密着して芯金が抜けなくなってしまう。
このため、管体と芯金の隙間管理を厳格におこなわなくてはならず、手間がかかる。

そこで特許文献２のように、転造加工以外のねじ溝の加工方法として、バルジ加工も試みられている。
具体的には、一端が蓋により閉塞された筒形のバルジ型に素材となる管体を挿入し、この管体の一端を前記蓋に当てて位置決めしたうえで、その他端から内部へと流体を送り込んで圧力を加える。これにより管体を拡径させ、その外周面をバルジ型の内周面へと押し付けてねじ溝を形成し、ねじ軸を作製する。
このように管体に内圧を加えて拡径させる方式であるため、上述したような芯金は用いられず、隙間管理が不要となる。また素材に管体を用いるため、貫通孔を切削する後加工が不要となって、歩留まりもよく加工コストも嵩まない。

特開平１０−２３０４１３号公報 特開平２−２１０９２１号公報

しかし特許文献２の場合、管体は両端部のうち片方の端部しか拘束されていないため、内圧が加えられることで拡径とともに軸方向にも広がってしまう。したがって、できあがったねじ軸が肉痩せ、すなわち肉厚が小さくなってしまい、強度が保証できないおそれがある。
また、管体は軸方向に不定量に広がるため、できあがったねじ軸の長さ寸法の管理が難しい。

そこでこの発明の解決すべき課題は、ボールねじ用のねじ軸をバルジ加工により形成する場合において、その強度を向上させ、またその長さ寸法の管理を容易にすることである。

上記した課題を解決するため、この発明においては、ボールねじ用のねじ軸を、内周面にねじ形成面を有する筒形のバルジ型に管体を挿入し、管体を軸方向に圧縮しつつ、管体内部に流体を送り込んで加圧することで管体を拡径させてバルジ型の内周面に押し付け、管体の外周面にねじ溝を形成して作製するものとしたのである。

ねじ軸の素材となる管体をバルジ成型する際に、管体を軸方向に圧縮しているため、管体に内圧をかけても軸方向に広がることはない。したがってできあがったねじ軸は肉やせが防がれており、強度が保証されている。
軸方向の圧縮量を定量とすることで、できあがったねじ軸の長さ寸法の管理が容易となる。

ねじ軸の（ａ）は側面図、（ｂ）は縦断面図 バルジ成型装置の縦断面図 （ａ）はバルジ型の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図

以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。
図１に示す、実施形態のねじ軸１０は、ボールを介してナットがねじ合わせられることでボールねじとして用いられる。
一般的なボールねじと同様に、ねじ軸１０をモータ等により回転させると、ナットがねじ軸１０の軸方向に移動することで回転運動が直線運動に変換されるようになっており、自動車のパワーステアリング等に利用される。

図１（ａ）のように、ねじ軸１０は、その軸方向中央部に外周面にねじ溝１１ａが形成されたねじ部１１を有し、その軸方向両端部に外周面に凹凸の無い支持部１２、１３を有する。ねじ軸１０のねじ部にはナットがねじ合わされ、支持部１２、１３は軸受に支持されるようになっている。

図１（ｂ）のように、ねじ軸１０は、中空であり軽量化が図られている。また、ねじ軸１０のねじ部１１の内周面は、後述する制作上の理由から外周面のねじ溝１１ａに対応する箇所が内側へと膨出している。
さらに、ねじ軸１０の支持部１２，１３の一方は、その外径がねじ部１１の外径以上である大径支持部１２となっており、支持部１２、１３の他方は、その外径がねじ部１１の谷の径（ねじ底の径）以下である小径支持部１３となっている。小径支持部１３については、径が小さいことからこれを支持する軸受の小型化が図られるようになっている。

ねじ軸１０は、図２に示すバルジ成型装置２０により管体ｐから製造される。
図２（ａ）のように、バルジ成型装置２０は、バルジ型２１と、軸押し治具２２と、加圧機構２３と、バルブ２４と、を備える。

筒形のバルジ型２１は、その長さ方向に貫通し両端面において開口する略円柱形の収容部２１ａを有する。このバルジ型２１は、一体型であって分割不能となっている（図３（ｂ）参照）。
収容部２１ａの周面の軸方向中央部は、ねじ溝を形成するための凹凸を有するねじ形成面２１ｂとなっている。
一方、収容部２１ａの周面の軸方向両端部には、凹凸が形成されていない。その一端側の面は、径がねじ形成面２１ｂの外径以上である大径面２１ｃとなり、その他端側の面は、径がねじ形成面２１ｂの山の径以下である小径面２１ｄとなっている。

図２のように、一対の軸押し治具２２は、バルジ型２１の左右に配置されている。各軸押し治具２２はシリンダ２２ｂとシリンダ２２ｂに収容されるピストンロッド２２ａからなり、油圧等により作動するようになっている。ピストンロッド２２ａの先端は、バルジ型２１の両端面の開口に差し込まれている。ここで各ピストンロッド２２ａの外径は、バルジ型２１の大径面２１ｃおよび小径面２１ｄの径にそれぞれ対応しているものとする。
また軸押し治具２２は、図２（ａ）の鎖線で示すように、バルジ型２１から離反可能となっている。

図２（ａ）のように、各ピストンロッド２２ａには通路２２ｃが形成されており、その一方には加圧機構２３が、その他方にはバルブ２４がそれぞれ接続されている。
加圧機構２３はブースタ２３ａとポンプ２３ｂとからなり、通路２２ｃを通じてバルジ型２１の収容部２１ａに加圧した液体が供給できるようになっている。このような液体としては、水、油が例示できる。
またバルジ型２１の中の空気は、通路２２ｃを通じてバルブ２４から外部に排出できるようになっている。

いま、図２（ａ）のように、バルジ型２１の収容部２１ａに内径および外径がほぼ均一の管体ｐを挿入する。管体ｐの外径はバルジ型２１の小径面２１ｄの径とほぼ同じか若干小さいものとする。
つぎに、軸押し治具２２を作動させて管体ｐをその両端から軸方向に圧縮し、これと同時に加圧機構２３を作動させて加圧液体を管体ｐの内部へと供給する。ここで収容部２１ａ内の空気は、適宜バルブ２４から排出されるものとする。

すると図２（ｂ）のように、管体ｐは内部からの加圧により拡径し、その軸方向中央部はバルジ型２１のねじ形成面２１ｂに押し付けられる。これにより管体ｐの外周面にねじ溝１１ａが形成される。
同時に、管体ｐの軸方向両端部は、それぞれバルジ型２１の大径面２１ｃ、小径面２１ｄに押し付けられる。管体ｐの大径面２１ｃに押し付けられた端部は大きく拡径し、管体ｐの小径面２１ｄに押し付けられた端部はほとんど拡径しない。
このようにして、管体ｐのねじ溝１１ａが形成された箇所がねじ部１１となり、拡径した一端部が大径支持部１２となり、拡径しない他端部が小径支持部１３となってねじ軸１０が完成する。
なお、バルジ型２１の型締め圧は、管体ｐの拡径により型が広がらない程度に調整しておく。

できあがったねじ軸１０をバルジ型２１から取り出すには、バルジ型２１の左右から軸押し治具２２を退去させたうえで、図３（ａ）のように、ねじ軸１０を回転させて矢印で示す方向、すなわち大径支持部１２が進行方向に先行する向きにねじ送りしていく。
ねじ軸１０のねじ部１１はバルジ型２１の大径面２１ｃよりも小径であり、ねじ軸１０の小径支持部１３はバルジ型２１のねじ形成面２１ｂよりも小径であるため、それぞれの部位が収容部２１ａを通りぬけて、バルジ型２１の端面からねじ軸１０を抜き取ることができる。
できあがったねじ軸１０は、スプリングバックにより微少に内径側に逃げるため、バルジ型２１から型離れしている。そのため、上記抜き取り作業はスムーズに行うことができる。

管体ｐを両端部から圧縮しているため、管体ｐに内圧をかけても軸方向に広がることがない。したがって、できあがったねじ軸１０の肉厚を一定以上に確保でき、その強度を保証することができる。また、軸押しにより管体ｐのバルジ型２１の内周面への密着性（充足性）が増すため、できあがったねじ軸１０のねじ溝１１ａの形状、寸法の精度が向上する。
さらに、軸押し治具２２の軸押し量（ピストンロッド２２ａ先端のバルジ型２１の収容部２１ａへの挿入量）を一定に調節することで、できあがったねじ軸１０の長さ寸法をばらつきなく揃えることができる。
また、バルジ型２１は一体型であるため、分割型と異なって、型の分割部でのバリの発生や形状の乱れがなく、できあがったねじ軸１０は形状安定性に優れている。

この実施形態では、バルジ型２１を分割不能な一体型としたが、上型と下型に分割可能な分割型としてもよい。
この場合、バルジ型２１を分割すると、できあがったねじ軸１０を取り出し可能であるため、実施形態のようにねじ軸１０を回転させてバルジ型２１から引き抜く必要がない。そのため、ねじ軸１０の両端の支持部の径を自由に設定することができる。したがって、両方の支持部をねじ部よりも小径とすることができ、これを支持する軸受の小型化が図られる。

１０ 実施形態のねじ軸
１１ ねじ部
１１ａ ねじ溝
１２ 大径支持部
１３ 小径支持部
２０ バルジ成型装置
２１ バルジ型
２１ａ 収容部
２１ｂ ねじ形成面
２１ｃ 大径面
２１ｄ 小径面
２２ 軸押し治具
２２ａ ピストンロッド
２２ｂ シリンダ
２２ｃ 通路
２３ 加圧機構
２３ａ ブースタ
２３ｂ ポンプ
２４ バルブ
ｐ 管体

Claims (7)

1. 軸方向の中央部にねじ溝が形成されたねじ部を有し、軸方向の両端部に軸受により支持可能な支持部を有するボールねじ用のねじ軸の製造方法であって、
   内周面にねじ形成面を有する筒形のバルジ型に管体を挿入する工程と、
   前記管体を軸方向に圧縮しつつ、前記管体の内部に流体を送り込んで加圧することで管体を拡径させて前記バルジ型の内周面に押し付け、前記管体の外周面にねじ溝を形成する工程と、を含むボールねじ用のねじ軸の製造方法。
2. 前記バルジ型を、上型と下型に分割可能な分割型とした、請求項１に記載のねじ軸の製造方法。
3. 前記バルジ型の左右に一対の軸押し治具を配置し、軸押し治具に収容されたピストンロッドの先端は、バルジ型の両端面の開口に差し込まれている請求項１または請求項２に記載のねじ軸の製造方法。
4. 前記ピストンロッドの先端部の、前記収容部への挿入量を一定値に調節する請求項３に記載のねじ軸の製造方法。
5. 前記軸押し治具を作動させて管体をその両端から軸方向に圧縮し、これと同時に前記流体を管体の内部へと供給する請求項１から請求項４のいずれかに記載のねじ軸の製造方法。
6. 前記バルジ型は両端が開口しかつ分割不能な一体型であり、
   前記ねじ軸は、一方の支持部が前記ねじ部の外径より大径の大径支持部であり、他方の支持部が前記ねじ部の谷の径より小径の小径支持部であり、
   前記バルジ型内のねじ軸を前記大径支持部が進行方向に先行する向きに回転させて、前記バルジ型の開口から抜き取る工程をさらに含む請求項１から請求項５のいずれかに記載のボールねじ用のねじ軸の製造方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれかの製造方法により製造され、
   軸方向の中央部にねじ溝が形成されたねじ部を有し、軸方向の両端部に軸受により支持可能な支持部を有し、
   一方の支持部が前記ねじ部の外径より大径の大径支持部であり、他方の支持部が前記ねじ部の谷の径より小径の小径支持部であるボールねじ用のねじ軸。

Images