JP2013249923A - ボールねじ装置用ボールナットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大を抑えつつ、外周面の仕上加工の真円度を向上できるボールナット３ｂの製造方法を実現する。
【解決手段】前記ボールナット３ｂの内周面のうち、軸方向両端部を除いた部分に旋削加工により外径側ボールねじ溝６ｂを形成する。その後、前記ボールナット３ｂの軸方向両端部内周縁に面取り部１１ｃ、１１ｃを形成する。次いで、これら両面取り部１１ｃ、１１ｃに抑え治具を突き当てて前記ボールナット３ｂを回転させつつ、このボールナット３ｂの外周面に仕上加工を施す。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械等、直線運動する可動部分を有する各種機械装置に組み込まれ、この可動部分を直線運動させる為のボールねじ装置に組み込むボールねじ装置用ボールナットの製造方法の改良に関する。

工作機械等、直線運動する可動部分を有する各種機械装置に、例えば特許文献１に記載されている様なボールねじ装置が組み込まれている。図５〜６は、この特許文献１に記載されたボールねじ装置１を示している。このボールねじ装置１は、ボールねじ杆２と、ボールナット３と、複数個のボール４、４とを備える。このうちのボールねじ杆２は、鋼材（炭素鋼等の鉄系金属）により、断面円形、且つ、直線棒状に形成している。このボールねじ杆２の外周面には、断面形状が部分円弧形である内径側ボールねじ溝５を、螺旋状に、軸方向に関して等ピッチ（同一リード）で形成している。又、前記ボールナット３は、鋼材製で、内周面に、断面形状が部分円弧形である外径側ボールねじ溝６を、螺旋状に形成している。この外径側ボールねじ溝６のリードと前記内径側ボールねじ溝５のリードとは、互いに同じとしている。又、前記ボールナット３には戻しチューブ７を設け、この戻しチューブ７の両端を、前記外径側ボールねじ溝６の両端部に開口させている。更に、前記各ボール４、４は、前記戻しチューブ７の両端開口の間部分で、前記内径側ボールねじ溝５と外径側ボールねじ溝６との間部分に配置している。

上述の様なボールねじ装置１を、例えば工作機械の移動テーブル或いは工具台等の被駆動物品の駆動用として使用する場合には、前記ボールねじ杆２をフレーム等に回転のみ可能に支持すると共に、このボールねじ杆２を、サーボモータ等により、両方向に所定量回転駆動可能にする。これに対して前記ボールナット３は、前記被駆動物品に支持固定する。前記ボールねじ杆２を回転駆動すると、前記各ボール４、４が、前記戻しチューブ７を通じて循環しつつ、前記両ボールねじ溝５、６同士の間で転動する。この結果、前記ボールナット３を支持固定した前記被駆動物品を、前記ボールねじ杆２の回転方向に応じた方向に、回転量に応じた長さだけ平行移動させられる。

上述の様なボールねじ装置１を構成するボールナット３は、炭素鋼等の金属材料に鋳造或いは鍛造加工等を施す事で円筒状の中間素材とし、この中間素材の内周面に切削加工を施して外径側ボールねじ溝６を形成する事により造る。この様な切削加工として、例えば図７に示した旋削加工が、従来から広く知られている。即ち、ボールナット３を回転させた状態で、このボールナット３の内周面にバイト等の工具８を押し付け、この工具８を軸方向に移動させる事で、このボールナット３の内周面に螺旋状の外径側ボールねじ溝６を軸方向に亙って形成する。或いは、図８に示す様に、前記ボールナット３の内周面にタップ加工により前記外径側ボールねじ溝６を形成する方法も、従来から広く知られている。何れにしても、この外径側ボールねじ溝６を前記ボールナット３の内周面に切削加工により形成した後、この外径側ボールねじ溝６に研削加工、ラップ仕上げ、超仕上、又は放電加工等の仕上加工を施している。

上述の様な旋削加工やタップ加工により外径側ボールねじ溝６を形成する場合、次の様な問題を生じる可能性がある。即ち、ボールナット３の内周面に軸方向に亙って螺旋状の外径側ボールねじ溝６を形成する為、図９に示す様に、この外径側ボールねじ溝６の端部が前記ボールナット３の軸方向両端面に露出する（このボールナット３の軸方向両端面に開口する＝切り抜ける）。従って、このボールナット３の軸方向両端部の肉厚が周方向に亙って変化し、このボールナット３の軸方向両端部内周縁が、前記外径側ボールねじ溝６の切り抜け部分で滑らかにならない（開口部の形状が非円形になる）。前記ボールナット３は、このボールナット３の内周面に前記外径側ボールねじ溝６を形成した後、このボールナット３の外周面に研磨等の仕上加工を施す。この様な仕上加工を施す場合、後述する図４に示す様に、このボールナット３（図４の「３ｂ」）の軸方向両端部内周縁を、１対の抑え治具９、９の部分円すい状の先端部により狭持する。そして、この状態で、図示しない駆動機構により（或いは、前記両抑え治具９、９を回転させる事により）前記ボールナット３を回転し、このボールナット３の外周面を砥石１０により研削する。即ち、このボールナット３の軸方向両端部内周縁を、この研削加工の為の基準とする。前記外径側ボールねじ溝６を、前述の図７に示す旋削加工や同じく図８に示すタップ加工により形成した場合、上述の様に、前記ボールナット３の軸方向両端部の肉厚が周方向に亙って変化し、このボールネジナット３の軸方向両端部内周縁が滑らかにならず、このボールナット３の軸方向両端部内周縁の形状が非円形になる。この結果、前記両抑え治具９、９によるこのボールナット３の把持剛性が周方向に亙り不均一になって、円筒状であるこのボールナット３の外周面の仕上加工（研削加工）の真円度も悪化する。

この様な仕上加工の真円度の悪化を防止する為に、図１０の（Ａ）に示す様に、ボールナット３の軸方向両端部内周縁に、２段階の面取り部１１ａ、１１ｂを設ける事が考えられる。即ち、１段目の面取り部１１ａを形成する事により、前記ボールナット３の軸方向両端部内周縁のうち、外径側ボールねじ溝６の切り抜け部分を切削して、このボールネジナット３の軸方向両端部の肉厚を周方向に亙って同じとする。そして、この一段目の面取り部１１ａの大径側から連続した状態で、この面取り部１１ａよりも面取り角度の大きい二段目の面取り部１１ｂを形成する事により、前記ボールナット３の軸方向両端部内周縁の真円度を向上する。この様な図１０の（Ａ）に示した構造の場合、前記二段目の面取り部１１ｂを前記ボールナット３の外周面の仕上加工の基準とする。或いは、図１０の（Ｂ）に示す様に、このボールナット３の軸方向両端部の内径側部分に段差部１２を設けて、このボールナット３の軸方向両端部の肉厚を周方向に亙って同じとし、更にこの段差部１２の開口部にこのボールナット３の外周面の仕上加工の基準とする為の面取り部１１ｃを設ける。これにより、前記ボールナット３の軸方向両端部内周縁の真円度を向上する（開口部内周縁の形状を真円とする）。但し、上述の様な面取り部１１ａや段差部１２を設ける為、前記ボールナット３の肉厚を厚くする必要がある。従って、材料費が嵩んで製造コストが増大したり、ボールねじ装置１（図５〜６参照）全体の重量が増大する。

この様な事情に鑑みて、特許文献２には、図１１〜１２に示す様なボールねじ装置用ボールナットの製造方法が記載されている。この特許文献２に記載された製造方法の場合、ボールナット３ａの内周面のうち、軸方向両端部を除いた部分にミーリング加工により外径側ボールねじ溝６ａを形成する。即ち、工作機械の回転駆動軸１３の先端部に取り付けられ、この回転駆動軸１３により自身の中心軸回りで回転（自転）させられるスロットミル１４を、前記ボールナット３ａの内周面に押し付け、このボールナット３ａの内周面に沿って回転（公転）させつつ、軸方向に移動させる（前記スロットミル１４を螺旋状に移動させる）。そして、このボールナット３ａの内周面のうちの軸方向両端部を除いた部分に前記外径側ボールねじ溝６ａを形成する。その後、図１２の（Ａ）（Ｂ）に示す様に、前記ボールナット３ａの軸方向両端部内周縁に、工作機械の回転駆動軸１３ａの先端部に取り付けたバイト１５の切刃を押し付けて、この回転駆動軸１３ａを自転させつつ、前記ボールナット３ａの軸方向両端部内周縁に沿って回転（公転）させる事により、面取り部１１ｃ、１１ｃを形成する。この様な特許文献２に記載された製造方法によれば、この外径側ボールねじ溝６ａが、前記ボールナット３ａの内周面の軸方向両端縁に開口しない為、このボールナット３ａの軸方向両端部の肉厚を周方向に亙って同じに（開口部内周縁の形状を真円に）できる。即ち、このボールナット３ａの軸方向両端部内周縁の真円度を良好にでき、このボールナット３ａの外周面の仕上加工の真円度を向上できる。尚、前記特許文献２に記載された製造方法の場合、このボールナット３ａの軸方向両端部内周縁に面取り部１１ｃ、１１ｃを形成する面取り加工を、切削工具をスロットミル１４からバイト１５に交換する事により、同一工程内で（前記ボールナット３ａをチャッキングしたまま）行える為、生産効率を向上できる。
但し、上述の様なミーリング加工は、前述の図７に示した旋削加工や同じく図８に示したタップ加工と比較して加工効率が悪く、加工に使用する工具が高価である為、製造コストが増大する可能性がある。

特開２００４−７６８２３号公報 国際公開第２０１２／０１７６７２号パンフレット

本発明は、上述の様な事情に鑑み、製造コストの増大を抑えつつ、外周面の仕上加工の真円度を向上できるボールねじ装置用ボールナットの製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となるボールねじ装置用ボールナットは、円筒状の内周面に、断面形状が部分円弧形である外径側ボールねじ溝を有する。
この様なボールねじ装置用ボールナットを造る為の、本発明のボールねじ装置用ボールナットの製造方法は、前記内周面のうち、軸方向両端縁を除いた部分に旋削加工を施す事により、記外径側ボールねじ溝を形成する。

上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、１対の抑え治具の部分円すい状の先端部を前記ボールねじ装置用ボールナットの軸方向両側開口に挿入し、これら両抑え治具の先端面を前記ボールねじ装置用ボールナットの軸方向両端部内周縁に押し当てる事により、このボールねじ装置用ボールナットを軸方向両側から狭持する。この状態で、このボールねじ装置用ボールナットを回転し、このボールねじ装置用ボールナットの外周面に仕上加工を施す。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記内周面に前記外径側ボールねじ溝を形成した後、外周面に仕上加工を施す前に、前記ボールねじ装置用ボールナットの軸方向両端部内周縁に面取り加工を施す。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、前記面取り加工を、前記外径側ボールねじ溝を形成する為のバイト等の工具により行う。

上述の様に構成する本発明によれば、製造コストの増大を抑えつつ、外周面の仕上加工の真円度が高いボールねじ装置用ボールナットを製造できる。即ち、外径側ボールねじ溝をこのボールねじ装置用ボールナットの内周面のうち、軸方向両端部を除いた部分に形成する。この為、これら軸方向両端部の肉厚を周方向に亙って同じとする事ができる。従って、前記ボールねじ装置用ボールナットの外周面の仕上加工の基準となる、このボールねじ装置用ボールナットの軸方向両端部内周縁の真円度を向上でき（両端開口部内周縁の形状を真円にでき）、前記外周面の仕上加工の真円度を向上できる。
又、本発明の場合、前記外径側ボールねじ溝を旋削加工により形成する為、切削用の工具として低コストなものを使用できる。この為、前述した特許文献２に記載された製造方法の様に、ミーリング加工により外径側ボールねじ溝を形成する場合と比較して、製造コストの増大を抑えられる。

本発明の実施の形態の１例により造られた、ボールねじ装置用ボールナットを示す斜視図。 同じく、断面図。 本発明の製造方法に於いて、外径側ボールねじ溝を形成する状態を示す断面図（Ａ）、軸方向両端部内周縁に面取り加工を施す状態を示す断面図（Ｂ）、及び別の方法により面取り加工を施す状態を示す（Ｂ）と同様の図（Ｃ）。 同じく、外周面に仕上加工する状態を示す断面図。 本発明の対象となるボールねじ装置用ボールナットを組み込んだ、ボールねじ装置の１例を示す平面図。 図５のＸ−Ｘ断面図。 ボールねじ装置用ボールナットの内周面に外径側ボールねじ溝を形成する為の従来方法の第１例を示す断面図。 同じく、従来方法の第２例を示す断面図。 従来方法により造られた、ボールねじ装置用ボールナットを示す斜視図。 ボールねじ装置用ボールナットの軸方向端部内周縁の真円度を向上させる為の構造の２例を示す要部断面図。 従来方法の第３例に於いて、外径側ボールねじ溝を形成する状態を示す断面図。 同じく軸方向両端部内周縁に面取り加工を施す状態を示す断面図。

［実施の形態の１例］
図１〜４は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、製造コストの増大を抑えつつ、外周面の仕上加工の真円度を向上させる為に、ボールナット３ｂの内周面のうち、軸方向両端部を除いた部分に外径側ボールねじ溝６ｂを形成する点にある。この外径側ボールねじ溝６ｂを形成する以前の中間素材を鍛造加工或いは鋳造等により造る手順等に就いては、従来から広く知られている製造方法と同様であるから、説明は省略する。以下の説明は、前記ボールナット３ｂの内周面に前記外径側ボールねじ溝６ｂを形成する方法を中心に行う。

本例の場合、図３の（Ａ）に示す様に、前記ボールナット３ｂを回転させた状態で、このボールナット３ｂの内周面のうち、軸方向片端縁｛図３の（Ａ）の右側｝よりも軸方向中間寄り部分から、同じく軸方向他端縁｛図３の（Ａ）の左側｝よりも軸方向中間寄り部分を、工作機械の支持腕１６の先端部に取り付けたバイト等の工具８ａにより旋削する。即ち、図３の（Ａ）に矢印αで示す様にこの工具８ａを移動させて、回転（自転）する前記ボールナット３ｂの内周面のうち、軸方向片端縁よりも軸方向中間寄り部分に前記工具８ａの先端部を押し付ける。そして、この工具８ａを、図３の（Ａ）に矢印βで示す様に、前記内周面のうちの軸方向他端縁よりも軸方向中間寄り部分まで移動させながらこの内周面を旋削した後、図３の（Ａ）に矢印γで示す様に、前記工具８ａをこの内周面から退避させる。これにより、図１〜２に示す様に、前記ボールナット３ｂの内周面のうち、軸方向両端部を除く軸方向中間部に、前記外径側ボールねじ溝６ｂを形成する。この際、必要に応じて、前記工具８ａを、前記ボールナット３ｂの内周面に対する切り込み量を増大させつつ、複数回往復させる。

その後、図３の（Ｂ）に示す様に、工作機械１３ａの先端部に取り付けた旋削加工用の工具８ａを面取り加工用の工具８ｂに交換し、この工具８ｂを図３の（Ｂ）の矢印イ、ロに示す様に移動させて、前記ボールナット３ｂの軸方向両端部内周縁に面取り加工を施す事により、この軸方向両端部内周縁に面取り部１１ｃ、１１ｃを形成する。或いは、図３の（Ｃ）に示す様に、旋削加工用の工具８ａを交換する事なく、この工具８ｂを、図３の（Ｃ）の矢印ハ、ニに示す様に移動させて、前記ボールナット３ｂの軸方向両端部内周縁に面取り加工を施す。次いで、図４に示す様に、前記ボールナット３ｂの軸方向両端部開口に、１対の抑え治具９、９の部分円すい状の先端部を挿入し、これら両抑え治具９、９の先端面を前記両面取り部１１ｃ、１１ｃに押し当てて、前記ボールナット３ｂを狭持する。この状態で、図示しない駆動機構により（或いは、前記両抑え治具９、９を回転させる事により）このボールナット３ｂを回転し、このボールナット３ｂの外周面を砥石１０により研削する事によりこの外周面に仕上加工を施す。何れの場合でも、前記両抑え治具９、９を、加工時に加わるラジアル荷重を支承できる軸受により、回転自在に支持する。

上述の様な本例のボールねじ装置用ボールナットの製造方法によれば、製造コストの増大を抑えつつ、外周面の仕上加工の真円度の高いボールナット３ｂを造る事ができる。即ち、前記外径側ボールねじ溝６ｂを、前述した特許文献２に記載された製造方法の場合と同様に、前記ボールナット３ｂの内周面のうちで軸方向両端部を除いた部分に形成する。従って、前記外径側ボールねじ溝６ｂがこのボールナット３ｂの内周面の軸方向両端部で切り抜けない（軸方向両端面に露出しない）為、このボールナット３ｂの軸方向両端部内周縁が滑らかとなり、このボールナット３ｂの軸方向両端部の肉厚を周方向に亙って同じにできる。この結果、このボールナット３ｂの軸方向両端部内周縁の真円度を良好にでき（両端部内周縁の形状を真円にでき）、これら軸方向両端部内周縁を加工の基準とする、このボールナット３ｂの外周面の仕上加工の真円度を向上できる。

又、本例の場合、特許文献２に記載された製造方法の場合と同様に、前記軸方向両端部内周縁に面取り部１１ｃ、１１ｃを形成する面取り加工を、工作機械１３ａの先端部に取り付けた旋削加工用の工具８ａを、面取り加工用の工具８ｂに交換する事により同一工程内で（前記ボールナット３ｂをチャッキングしたまま）行える為、生産効率を向上できる。又、前記両面取り部１１ｃ、１１ｃの形状精度（真円度を含む）を良好にできる。
更に、本例の場合、前記ボールねじ溝６ｂを旋削加工により形成するので、加工治具として、低コストで調達できるバイト等を使用できる。この為、ミーリング加工により外径側ボールねじ溝を形成する、前記特許文献２に記載された製造方法の場合と比較して、製造コストの増大を抑えられる。

１ ボールねじ装置
２ ボールねじ杆
３、３ａ、３ｂ ボールナット
４ ボール
５ 内径側ボールねじ溝
６、６ａ、６ｂ 外径側ボールねじ溝
７ 戻しチューブ
８、８ａ、８ｂ 工具
９ 抑え治具
１０ 砥石
１１ａ〜１１ｃ 面取り部
１２ 段差部
１３、１３ａ 回転駆動軸
１４ スロットミル
１５ バイト
１６ 支持腕

Claims (4)

1. 円筒状の内周面に、断面形状が部分円弧形である外径側ボールねじ溝を有するボールねじ装置用ボールナットの製造方法であって、
   前記内周面のうち、軸方向両端部を除いた部分に旋削加工を施す事で前記外径側ボールねじ溝を形成する事を特徴とするボールねじ装置用ボールナットの製造方法。
2. 前記ボールねじ装置用ボールナットの内周面に前記外径側ボールねじ溝を形成した後、１対の抑え治具の部分円すい状の先端部を前記ボールねじ装置用ボールナットの軸方向両側開口に挿入し、これら両抑え治具の先端面を前記ボールねじ装置用ボールナットの軸方向両端部内周縁に押し当てる事によりこのボールねじ装置用ボールナットを軸方向両側から狭持した状態で、このボールねじ装置用ボールナットを回転し、このボールねじ装置用ボールナットの外周面に仕上加工を施す、請求項１に記載したボールねじ装置用ボールナットの製造方法。
3. 前記ボールねじ装置用ボールナットの内周面に前記外径側ボールねじ溝を形成した後、外周面に仕上加工を施す前に、このボールねじ装置用ボールナットの軸方向両端部内周縁に面取り加工を施す、請求項２に記載したボールねじ装置用ボールナットの製造方法。
4. 前記面取り加工を、前記外径側ボールねじ溝を形成する為の工具により行う、請求項３に記載したボールねじ装置用ボールナットの製造方法。

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