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

ボールねじ装置用ボールナットの製造方法 Download PDF

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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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