JP2014062570A

JP2014062570A - ボールねじ用ナットの製造方法

Info

Publication number: JP2014062570A
Application number: JP2012207038A
Authority: JP
Inventors: Seiji Otsuka; 清司大塚; Kazuto Kobayashi; 一登小林; Toshio Nakamura; 敏男中村; Toshiya Inoue; 俊哉井上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10

Abstract

【課題】従来、ボール戻し溝を内周面に直接形成したナットにおいては、ボール戻し溝が規定のピッチ毎に連続して軸方向に複数存在していたため、ボール戻し溝と軸方向に略等しい位置の素材外周にフランジやそれに類する形状の段付き円筒部が存在する場合には、その部分のナット素材の径方向の肉厚が大きいので材料流動が困難となってプレス力が増大し、パンチ寿命が低下するという問題があった。
【解決手段】ボール戻し溝を塑性加工により形成するボールねじ用ナットの製造方法において、外周面の段付き円筒部と軸方向において略同位置に、ボール戻し溝を配置しないことを特徴とする。
【選択図】図２

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、内周面に螺旋状の循環溝が形成されたナットと、外周面に螺旋状の循環溝が形成されたねじ軸と、ナットとねじ軸双方の循環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Ｓ字状の凹部（以下「ボール戻し溝」と呼ぶ）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９を用いて説明する。

先ず、ボール戻し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１０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１０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１０の内周面１１に押し当てることで、ナット素材１０の内周面１１を塑性変形させる。

特開２００８−２８１０６３号公報特開２０１２−１３２５５５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ことから、強度が不足して破損し易くなる。そのためボール戻し溝を形成する際に、素材外周に材料の逃げを設けることによってパンチに作用する応力を低下させる必要があった。従来、ボール戻し溝を直接形成したナットにおいては、循環溝が規定のピッチ毎に連続して軸方向に複数存在していたため、ボール戻し溝も同様に配置されており、ボール戻し溝と軸方向に略等しい位置の素材外周にフランジやそれに類する形状の段付き円筒部が存在する場合には、その部分のナット素材の径方向の肉厚が大きいので材料流動が困難となってプレス力が増大し、パンチ寿命が低下するという問題があった。

また、素材外周に上記の段付き円筒部が存在する場合には、ボール戻し溝を形成した後に素材外周に段付き円筒部を塑性加工により形成するとボール戻し溝に変形が生じ、先に段付き円筒部を形成してからボール戻し溝を形成すると段付き円筒部が変形するため、段付き円筒部は切削加工により形成する必要があった。

特許文献２にはナット外周面に歯車等をインサート成形によって製作する方法が記載されている。しかしインサート成形では通常、樹脂を材料とする成形法であり、樹脂歯車では強度が低いという問題点があった。

そこで本発明は、素材外周に歯車やセレーションを形成するのに適した段付き円筒部を有し、内周面にボール戻し溝が塑性加工により形成されたボールねじ用のナットの製造において、パンチの寿命を延長させ、かつボール戻し溝の深さ及び位置精度を向上させ、さらに段付き円筒部の形状を変形させない方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明は、ねじ軸およびボールとともにボールねじを構成し、ボールの軌道面となる螺旋状の循環溝と、前記ボールを循環溝の始点に戻すボール戻し溝を内周面に設けられ、外周面に径の異なる段付き円筒面形状を有するボールねじ用のナットを、外周面を金型で保持しつつ、ボール戻し溝の凹部に対応する凸部を有するパンチをナット内周面から径方向外側に向かって素材に押し付けてボール戻し溝を形成する前記ナットの製造方法であって、外周面の段付き円筒部と軸方向において略同位置に、ボール戻し溝を配置しないことを特徴とする。

ナットの外周面にフランジまたはそれに類する段付き円筒部を有するボールねじ用ナットの製造において、前記段付き円筒部と軸方向に略同位置にボール戻し溝を配置しないことで、前記段付き円筒部の外周面に歯車、セレーションまたはローレット等の形状を塑性加工により形成する際に、ボール戻し溝の変形を考慮する必要が無く、加工の自由度が増加する。

また、外周面に段付き円筒部のある軸方向位置近傍にボール戻し溝を形成しないため、ボール戻し溝成形時の無理な材料流動を生じさせず、パンチの寿命が増大する。さらに無理な材料流動が生じないことで他の部分に形成したボール戻し溝の深さ及び位置精度、段付き円筒部の形状に悪影響を与えることがない。

本実施の形態であるボールねじ機構の軸線方向断面図である。図１に示すナットをII−II線で切断して矢印方向に見た図である。図３（ａ）は中空円筒部材と金型の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の構成を矢印IIIＢ方向に見た図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の金型を矢印IIIＣ方向に見た図である。図４（ａ）は、中空円筒部材の鍛造加工後における軸線方向断面図であり、図４（ｂ）は、中空円筒部材の鍛造加工後における斜視図である。図５（ａ）は、中空円筒部材の切削加工の状態を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す中空円筒部材と切削工具を矢印ＶＢ方向に見た図である。図６（ａ）は、中空円筒部材の切削加工後における軸線方向断面図であり、図６（ｂ）は、中空円筒部材の切削加工後における斜視図である。中空円筒部材の焼入処理の状態を示す軸線方向断面図である。本発明にボールねじ用ナットの外周面に設けられた段付き円筒部の表面にセレーションを形成した状態を示す斜視図である。従来技術によりボール戻し溝を塑性加工で形成する方法を示す図面である。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる製造方法により製造したボールねじ機構の軸線方向断面図である。図２は、図１に示すナットをII−II線で切断して矢印方向に見た図である。図１において、不図示の被駆動部材に連結され、回転不能且つ軸線方向にのみ移動可能に支持されたねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａが形成されている。不図示のハウジングに対して回転のみ可能に支持された円筒状のナット２は、ねじ軸１を包囲するように配置され、内周面に、３列のボール循環溝２ａ（図２参照）と、各循環溝２ａに接続するボール戻し溝２ｂとを形成している。複数のボール３が、ねじ軸とナットの双方に形成された螺旋状のボール循環溝を転動し、ボール戻し溝２ｂを介して始点に戻るように配置されている。

次に、本実施の形態にかかる製造方法について説明する。まず、ナットの素材である中空円筒部材の内周面に、ボール戻し溝を形成する。図３は、ボール戻し溝を形成する工程を示す図であり、図３（ａ）は中空円筒部材と金型の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の構成を矢印IIIＢ方向に見た図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の金型を矢印IIIＣ方向に見た図である。ここでは、図３に示すような金型Ｍを用いて鍛造加工を行う。金型Ｍは、中空円筒部材の内径より小径の外径を有する円筒状であって、その外表面に図３（ｂ）、（ｃ）に示すようなＳ字状の凸部Ｍａを２つ形成している。凸部Ｍａは、ボール戻し溝２ｂの形状に対応している。

かかる金型Ｍを中空円筒部材Ｎの内部に挿入して、その内周面の上部に凸部Ｍａを当接させ、更に金型Ｍの両端を支持した状態で、中空円筒部材Ｎを金型Ｍに向かってプレス力Ｐを負荷し、鍛造加工を行う。すると、図４に示すように、凸部Ｍａが中空円筒部材Ｎの内周面に転写され、くぼんだ２つのボール戻し溝２ｂが形成される。

ここで、本発明においては、外周面の段付き円筒部と軸方向において略同位置に、ボール戻し溝２ｂを配置しないことを特徴とする。この結果、ボール戻し溝成形時の無理な材料流動を生じさせず、パンチの寿命が増大する。さらに無理な材料流動が生じないことで他の部分に形成したボール戻し溝の深さ及び位置精度に悪影響を与えることがなく、また、外周面の段付き円筒部を変形させることもない。

次に、ボール戻し溝２ｂを形成した中空円筒部材Ｎの内周面に、ボール循環溝２ａを形成する。図５は、循環溝２ａを形成する工程を示す図である。ここでは、図５に示すような切削工具Ｔを用いて切削加工を行う。切削工具Ｔは、回転軸Ｔａの外周に、刃物Ｔｂを形成している。刃物Ｔｂの切削面（周方向に対向する面）は、循環溝２ａの形状に一致する。回転軸Ｔａは、その軸線Ｏ回りに回転［図５（ｂ）のＡ］するが、それとは独立して偏心軸Ｑ回りに公転［図５（ｂ）のＢ］する。尚、このように切削工具Ｔを自転及び公転させる機構としては、例えば遊星歯車機構（不図示）の遊星歯車に回転軸Ｔａを連結した構成が考えられるが、それに限られない。

次に、ボール戻し溝２ｂ及び循環溝２ａを形成した中空円筒部材Ｎの内周面に、焼入処理を行う。図７は、高周波焼入の処理工程を示す図である。ここでは、図７に示すように、中空円筒状部材Ｎの内部にコイルＣを配置し、高周波電源ＥからコイルＣに高周波電流を流す事で、中空円筒状部材Ｎの内周面に高周波焼入れを行う。以上の工程により、ナット２を製造することができる。

特に、従来のボールねじ機構で用いられているチューブやコマ等の循環部材は、一般的に熱処理が行われていないから、長期間にわたりボールねじを作動すると磨耗し、循環不良の原因となる。これに対し、本実施の形態によれば、雌ねじ溝２ａのみならず循環路２ｂにも焼入れを同時に行うことができるので、耐摩耗性を確保すると同時に粒界酸化を抑制できるので、長寿命が期待できる。

さらに、外周面の段付き円筒部に歯車、セレーションまたはローレット等の動力伝達形状を塑性加工にて形成するが、その際にボール戻し溝の変形を考慮する必要が無く、加工の自由度が増加する。図８は段付き円筒部の表面にセレーション２ｄを形成したナットを示している。

１ねじ軸
２ナット
２ａボール循環溝
２ｂボール戻し溝
２ｃ段付き円筒部
２ｄセレーション
３ボール
１０ナット素材
１１ナット素材の内周面
Ｍ金型
Ｍａ凸部
Ｎ中空円筒部材
Ｔ切削工具
Ｔａ回転軸
Ｔｂ刃物
Ｃコイル
Ｅ高周波電源
Ｐプレス力

Claims

ねじ軸およびボールとともにボールねじを構成し、ボールの軌道面となる螺旋状の循環溝と、前記ボールを前記循環溝の始点に戻すボール戻し溝を内周面に設けられ、外周面に径の異なる段付き円筒部を有するボールねじ用のナットを、外周面を金型で保持しつつ、ボール戻し溝の凹部に対応する凸部を有するパンチをナット内周面から径方向外側に向かって素材に押し付けてボール戻し溝を形成する前記ナットの製造方法であって、外周面の前記段付き円筒部と軸方向において略同位置に、前記ボール戻し溝を配置しないことを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。