JP2018069412A - 複数のボールネジの製造方法及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明による製造方法は、ネジ溝２１７’が粗加工された第１ボールネジ２１０を研削加工機１００に装着し、当該ネジ溝２１７’を研削する工程と、第１ボールネジ２１０に代えてネジ溝２２７’が粗加工された第２ボールネジ２２０を研削加工機１００に装着し、研削加工機１００に対する第２ボールネジ２２０の長手方向における一方の端面２２６の位置を、第１ボールネジ２１０を研削した際の当該第１ボールネジ２１０の長手方向における一方の端面２１６の位置と同一の位置に設定し、これと同時に、第２ボールネジ２２０のネジ溝２２７’の一方の端の位相を、第１ボールネジ２１０を研削した際の当該第１ボールネジ２１０のネジ溝２１７’の一方の端の位相と同一の位相に設定する工程と、第２ボールネジ２２０のネジ溝２２７’を研削する工程と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のボールネジの製造方法、及び、そのような複数のボールネジを用いた工作機械に関する。

従来、工作機械の主軸、等の移動対象物を移動させる移動機構において、複数のボールネジが用いられる場合がある。例えば、特許文献１には、２本のボールネジを用いたツインボールネジが主軸を移動させる移動機構に採用された工作機械の例が記載されている。複数のボールネジを用いれば、前記移動機構の剛性が高められるため、主軸を垂直方向に移動させる場合に有利である。

ボールネジは、主軸の移動機構として好適に採用される反面、当該移動機構に複数のボールネジが採用されると、各ボールネジのよろめき誤差に起因して位置決めの精度が低下する場合がある。よろめき誤差とは、ＪＩＳＢ１１９２に規定された変動ｖ_２π、すなわちボールネジが１回転する際に生じる周期性がある変動を意味する。

ここで、よろめき誤差が主軸の移動に及ぼす影響について、図５乃至図７を参照して詳細に説明する。図５は、ツインボールネジを採用した門形マシニングセンタにおけるラムの移動機構を模式的に示す概略正面図であり、図６は、図５のツインボールネジの各ボールネジが１回転する際の誤差を示す図であり、図７は、図５のラムに支持された主軸の先端位置に生じる誤差を説明するための図である。

図５に示すように、ツインボールネジを採用した門形マシニングセンタにおいては、Ｚ軸方向に延びる２本のボールネジ１０、２０によって、回転主軸を含むラムＲが支持されている。各ボールネジ１０、２０は、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて互いに平行に配置されている。ラムＲは、ナット３１、３２を介して２本のボールネジ１０、２０に垂直方向（Ｚ軸方向）に進退可能に支持されており、各ボールネジ１０、２０が同時に等速で同方向に回転駆動されることによってＺ軸方向（図５における上下方向）に移動されるようになっている。その一方、図示されていないが、本実施の形態のラムＲは、直動ガイドに支持されており、ＸＹ方向への移動が規制されている。しかしながら、前述したよろめき誤差に起因して、Ｚ軸方向への移動の際にラムＲの先端（図５における下端）、すなわち回転主軸の先端の位置にＹ軸方向の誤差が生じてしまう。この誤差について、図６及び図７を参照してより詳細に説明する。

図６には２本の曲線が示されているが、このうち左側の実線で示された曲線は一方のボールネジ１０が１回転する際の実移動量誤差曲線を示し、右側の破線で示された曲線は他方のボールネジ２０が１回転する際の実移動量誤差曲線を示している。各曲線には、理想移動量の誤差、すなわち移動量に対し誤差０を示す一点鎖線の直線Ｉ１、Ｉ２がそれぞれ重ねて示されている。ここでは、図６に示すように、各ボールネジ１０、２０の実移動量誤差曲線が共に振幅がａの正弦曲線であり、それらの位相差が１８０°である場合について例示する。図６によれば、一方のボールネジ１０は、回転角度が０°より大きく１８０°より小さい範囲において実移動量が理想移動量よりも小さくマイナス誤差の状態にある。一方、回転角度が１８０°より大きく３６０°より小さい範囲においては、実移動量が理想移動量よりも大きくプラス誤差の状態にある。これに対し、他方のボールねじ２０は、回転角度が０°より大きく１８０°より小さい範囲において実移動量が理想移動量よりも大きくプラス誤差の状態にある。回転角度が１８０°より大きく３６０°より小さい範囲においては、実移動量が理想移動量よりも小さくマイナス誤差の状態にある。但し、いずれのボールネジ１０、２０も、１８０°及び３６０°の位置で、実移動量の誤差が０となる。

このような２本のボールネジ１０、２０によってラムＲが移動される場合、回転角度が０°より大きく１８０°より小さい範囲においては、一方のボールネジ１０によるラムＲの移動量よりも他方のボールネジ２０によるラムＲの移動量の方が大きい。このため、この角度範囲においては、図７のＩに示すように、ラムＲには、当該ラムＲを支持する主軸頭（不図示）に対して、その先端位置がＹ軸正方向（図７における左方向）へ移動するような姿勢変化（傾き）が生じる。とりわけ、回転角度が９０°の場合、一方のボールネジ１０に螺着されたナット３１にはａのマイナス誤差が、他方のボールネジ２０に螺着されたナット３２にはａのプラス誤差が、それぞれ生じ、主軸頭に対するラムの傾きが最大となる。そして、回転角度が１８０°の時点においては、各ボールねじ１０、２０の実移動量の誤差が無いため、図７のＩＩに示すようにラムＲは主軸頭に対して傾くことはなく、その先端位置の誤差は０になる。そして、回転角度が１８０°を超えると、一方のボールネジ１０によるラムＲの移動量よりも他方のボールネジ２０によるラムＲの移動量の方が小さくなる。このため、この角度範囲においては、図７のＩＩＩに示すように、ラムＲには、主軸頭に対して、その先端位置がＹ軸負方向（図７における右方向）へ移動するような姿勢変化（傾き）が生じる。とりわけ、回転角度が２７０°の場合、一方のボールネジ１０に螺着されたナット３１にはａのプラス誤差が、他方のボールネジ２０に螺着されたナット３２にはａのマイナス誤差が、それぞれ生じ、主軸頭に対するラムの傾きが最大となる。なお、図７の符号Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩにより示される状態は、図６の符号Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩにより示される位相にそれぞれ対応している。

このように、２本のボールネジ１０、２０のよろめき誤差に起因して、当該２本のボールネジ１０、２０が１回転する毎にラムＲに１回の首振り動作が発生し、Ｚ軸方向に移動される際には、１リードで１周期の首振りを繰り返す。このようなボールネジのよろめき誤差に起因する主軸の首振り運動は、門形マシニングセンタに限らず、２本のボールネジを有する移動機構が採用された横中ぐり盤やその他の一般的な移動機構においても生じ得る。なお、図７においては、２本のボールネジ１０、２０のよろめき誤差に起因する主軸の先端位置の誤差が誇張して示されている。実際の誤差は、例えば数μｍ程度である。

このような問題に対し、例えば特許文献２において、バネによってよろめき誤差を相殺するという方法が提案されている。しかしながら、バネを用いる方法は、切削加工時に外力を受ける工作機械の主軸においては、効果を発揮することができない。

また、１本のボールネジに１本のスケールを取り付け、合計２本のスケールを用いてフィードバック制御を行うという方法も考えられる。しかしながら、１つの駆動系に対して２つのスケールを取り付けるとコストが高くなるため、現実的ではない。

一般的に、ボールネジの移動量誤差（代表移動量と基準移動量との誤差）は測定して確認することができる。しかしながら、よろめき誤差は１リード内の微小誤差であるため、特に問題視されず確認もされていなかった。更に、１つの駆動系に１本のボールネジを使用する場合、スケールからのフィードバックを用いれば、代表移動量誤差を補正する際によろめき誤差も補正されるため、問題視されない。

各ボールネジが１回転する際に発生するよろめき誤差は、２本のボールネジで駆動する場合、影響が大きい。このよろめき誤差の影響を排除するには、よろめき誤差が無いボールネジを使用するか、あるいは、２本のボールネジの持つよろめき誤差の大きさを揃え、且つ、工作機械にボールネジを組み付ける際に当該ボールネジの回転位相を揃える必要がある。しかしながら、よろめき誤差は、研削加工機の被削材（ボールネジ）の１回転に起因する誤差が影響していると考えられるため、よろめき誤差自体を無くすことは、現実的ではない。

よろめき誤差の大きさを揃えるには、被削材１回転に起因する誤差を揃えればよいので、同一の研削加工機を使用することで対応が可能と考えられる。

よろめき誤差の位相を揃えるには、ラムなどの移動対象物に発生した誤差から当該よろめき誤差の位相を推定して調整することになる。具体的には、よろめき誤差の位相を揃えるために、２本のボールネジのナットを移動対象物に取り付け、これらのナットの位相を固定した上で、片方のナットの位相を必要量だけずらすようにカンザ等を挿入するという手法が採用される。

しかしながら、このようなよろめき誤差の位相の調整は、工作機械等にボールネジが取り付けられた後に行われるものであり、誤差量の確認が難しい。このため、複数のボールネジの部品単体レベルで、よろめき誤差の大きさと位置及び位相とを揃えることが望まれた。

特開平１１−９９４２２号公報 特開平０３−２６３６５８号公報

本件発明者は、鋭意検討を重ねた結果、複数（例えば２本）のボールネジ間で、よろめき誤差の大きさ及び位相を揃えることによって、前述した主軸の先端位置の誤差を解消し得ることを知見した。

本発明は、以上の知見に基づくものである。すなわち、本発明の目的は、よろめき誤差が回転同期（位置及び位相が同期）された複数（例えば２本）のボールネジの製造方法を提供することである。

また、本発明の目的は、そのような複数のボールネジを採用した移動軸に関して、よろめき誤差に起因した主軸の先端位置の誤差を解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することである。

本発明による複数のボールネジの製造方法は、ネジ溝が粗加工された第１ボールネジを準備する第１準備工程と、
前記第１ボールネジを研削加工機に装着する第１装着工程と、
前記第１ボールネジの前記ネジ溝を研削する第１研削工程と、
前記第１ボールネジを前記研削加工機から取り外すと共に、ネジ溝が粗加工された第２ボールネジを準備する第２準備工程と、
前記第２ボールネジを前記研削加工機に装着する第２装着工程と、
前記研削加工機に対する前記第２ボールネジの長手方向における一方の端面の位置を、前記第１ボールネジを研削した際の当該第１ボールネジの長手方向における一方の端面の位置と同一の位置に設定し、これと同時に、前記第２ボールネジの前記ネジ溝の一方の端の位相を、前記第１ボールネジを研削した際の当該第１ボールネジのネジ溝の一方の端の位相と同一の位相に設定する、設定工程と、
前記第２ボールネジの前記ネジ溝を研削する第２研削工程と、を備えている。

本発明によれば、２本のボールネジの各々において、長手方向の一方の端面の位置及びネジ溝の一方の端の位相が揃えられた状態で、同一の加工機によってネジ溝が研削加工される。このことにより、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供することができる。

以上の製造方法においては、研削加工機に係合可能な係合部を有する一方の端部と、加工対象のボールネジの長手方向の一方の端面に当接する当接面を有する他方の端部と、を有する治具を準備する工程を更に備え、
前記第１装着工程は、前記治具を前記第１ボールネジに取り付ける工程を有し、
前記第２装着工程は、前記治具を前記第２ボールネジに取り付ける工程を有していて良い。

この場合、治具によって研削加工機に対する第１ボールネジの前記一方の端面の距離と、当該研削加工機に対する第２ボールネジの前記一方の端面との距離、すなわち２本のボールネジの各々における長手方向の一方の端面の位置、を確実に揃えることができる。

以上の治具は、有底筒形の第１ナットと筒形の第２ナットとを有し、
前記係合部は、前記第１ナットの底部外面に設けられ、
前記当接面は、前記第２ナットの端面に設けられ、
前記第１ナット及び前記第２ナットは、前記加工対象のボールネジの一方の端部に設けられた雄ネジ部にダブルナットを構成するように螺着されても良い。

この場合、複数のボールネジに対して治具を極めて緩みにくいように固定させることができるため、当該複数のボールネジを高精度に回転同期させることができる。

また、前記製造方法は、前記研削加工機に対する前記第１ボールネジ及び前記第２ボールネジの各ネジ溝の一方の端の位相を示すマーカー部を有する補助治具を準備する工程と、
前記補助治具を前記研削加工機にセットする工程と、を更に備え、
前記第１ボールネジ及び前記第２ボールネジは、前記補助治具の前記マーカー部を参照することにより各ネジ溝の一方の端の位相が所定の位相に設定されても良い。

この場合、各ボールネジのよろめき誤差を確実に回転同期させることができる。

あるいは、治具を用いずに前記設定工程を実現することも可能である。すなわち、前記製造方法は、前記第２ボールネジを前記研削加工機に装着した際の当該第２ボールネジの長手方向における一方の端面の位置が前記第１ボールネジを前記研削加工機に装着した際の当該第１ボールネジの一方の端面の位置と同一になるように、前記第２ボールネジを加工する工程を更に含んでいてよい。

この場合にも、２本のボールネジの各々において、長手方向の一方の端面の位置及びネジ溝の一方の端の位相が揃えられた状態で、同一の加工機によってネジ溝が研削加工される。このことにより、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供することができる。

あるいは、以上のような製造方法によって製造された複数のボールネジを有する工作機械も、本発明の範囲内である。

すなわち、本発明は、移動対象物と、
互いに平行に配置され、前記移動対象物を所定の方向に駆動及び位置決めするための複数のボールネジと、を備え、
前記複数のボールネジのよろめき誤差の位相が各ボールネジの長手方向に沿って互いに一致していることを特徴とする工作機械である。

本発明によれば、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジ採用した移動軸に関して、よろめき誤差に起因した移動対象物、例えばラムを介した主軸先端の傾きを解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することができる。

具体的には、前記複数のボールネジは、２本のボールネジである。

本発明によれば、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供することができる。

あるいは、本発明によれば、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジが採用された移動軸に関して、よろめき誤差に起因した移動対象物、例えば主軸先端の位置の誤差を解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することができる。

本発明の一実施の形態による製造方法を説明するための図であり、研削加工機が側面図で示されている。 ２本のボールネジのよろめき誤差の大きさ及び位相が揃っている状態の実移動量曲線を示す図である。 図２の２本のボールネジによって、ラムに支持された主軸の先端位置に誤差が生じることなくＺ軸負方向に移動される状態を示す図である。 ボールネジに取り付けられた補助治具を示す概略縦断面図である。 ツインボールネジを採用した門形マシニングセンタにおけるラムの移動機構を模式的に示す概略正面図である。 図５のツインボールネジの各ボールネジが１回転する際の誤差を示す図である。 図５のラムに支持された主軸の先端位置に生じる誤差を説明するための図である。

以下に、添付の図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による製造方法を説明するための図であり、研削加工機１００が側面図で示されている。

本製造方法による研削加工対象のボールネジ２１０は、図１に示すように、長手方向（図１の左右方向）を有する円柱状の外形を有し、研削加工機１００によってネジ溝が研削されるネジ部２１１と、このネジ部２１１の両端に設けられた小径部２１２、２１３と、を有している。ボールネジ２１０は、これらの小径部２１２、２１３を介して工作機械に取り付けられるようになっている。また、ネジ部２１１の一方（図１における左方）の端部に位置する、一方の小径部２１２を取り囲む円環状の端面には、データム面２１６が設けられている。このデータム面２１６は、研削加工された第１ボールネジが工作機械に取り付けられる際に、当該工作機械に対する位置決めに利用される基準面である。更に、他方の小径部２１３の端面には、凹部２１５が設けられている。なお、後述される第２ボールネジ２２０も研削加工機１００によって研削加工されるため、図１には、当該第２ボールネジ２２０の各構成部に対応する符号も併記してある。

また、研削加工機１００は、図１に示すように、ベース１１０と、ベース１１０上に設けられた面板ベース１２０があり、この面板ベース１２０に回転駆動される主軸としての面板１３０が取り付けられている。また、ベース１１０上には、面板１３０から所定の距離を隔てて当該面板１３０の他方の側に配置されたワークを支持するための芯押し台１４０が設けられている。一例として、ベース１１０は、加工対象のボールネジ２１０の長さを超える長さを有する矩形のベッド（基台）であり、水平に設置されている。面板１３０は、このベース１１０の一方（図１における左方）の端部近傍に、ボールネジ２１０の長手方向に移動しないように配置されており、当該面板１３０には、回転運動をボールネジ２１０に伝達するケレ１６０が設けられ、駆動部とボールネジ２１０とを連結している。

面板１３０には、芯押し部１５０が取り付けられている。芯押し部１５０は、後述されるように、ボールネジ２１０の一方の小径部２１２に取り付けられる治具４００に設けられた係合部４１２に係合して当該ボールネジ２１０の一方の端部を支持するためのものであり、先端に円錐状の第１凸部１５１を有している。

芯押し台１４０は、ベース１１０上を当該ベース１１０の長さ方向に移動可能となっている。更に、芯押し台１４０の一方の側には、ボールネジ２１０の他方の小径部２１３に設けられた凹部２１５に係合して当該ボールネジ２１０の他端を支持するための円錐状の第２凸部１４１が設けられている。第１凸部１５１と第２凸部１４１とは、ベース１１０の長さ方向に沿って配置されている。第１ボールネジ２１０は、第１及び第２凸部１５１、１４１により凹部２１５及び係合部４１２において押し付け支持されるため、その長手方向位置が両端の凹部２１５及び係合部４１２の加工深さにより決まることになる。

次に、第１及び第２ボールネジ２１０、２２０のネジ溝２１７、２２７を高精度に回転同期させるように加工するための治具４００について、図４を参照して説明する。

図４は、治具４００を示す概略縦断面図である。この治具４００は、第１及び第２ボールネジ２１０、２２０のデータム面２１６、２２６と研削加工機１００の芯押し部１５０との間に配置され、研削加工機１００に対する第１ボールネジ２１０のデータム面２１６の位置と、研削加工機１００に対する第２ボールネジ２２０のデータム面２２６の位置と、を揃えるためのものである。

図４に示すように、治具４００は、研削加工機１００に係合可能な係合部４１２を有する一方の端部４１１と、加工対象のボールネジ２１０、２２０のデータム面２１６，２２６に当接する当接面４２２を有する他方の端部４２１と、を備えている。具体的には、治具４００は、有底筒形の第１ナット４１０と筒形の第２ナット４２０とを有しており、係合部４１２は、第１ナット４１０の底部外面に設けられ、当接面４２２は、前記第２ナットの端面に設けられている。そして、第１ナット４１０及び第２ナット４２０は、加工対象のボールネジ２１０、２２０の一方の端部に設けられた一方の小径部２１２、２２２の雄ネジ部２１２ａ、２２２ａにダブルナットを構成するように螺着されるようになっている。

図４に示すように、第１ナット４１０は、一方の側（図４における左側）が閉鎖された有底筒形のナットである。第１ナット４１０の底部外面には、係合部４１２として、当該第１ナット４１０の回転軸線を中心軸とするすり鉢状の凹部が形成されている。この底部は、第１ナット４１０及び第２ナット４２０が雄ネジ部２１２ａ、２２２ａに螺着された状態で、当該雄ネジ部２１２ａ、２２２ａの先端に干渉しない位置に設けられている。また、第１ナット４１０の他方の側（図４における右側）には、他の領域よりも相対的に肉厚が薄い第１スリーブ部４１３が設けられている。この第１スリーブ部４１３の内周面は、円筒面となっており、後述されるように、雄ネジ部２１２ａ、２２２ａに螺着された際に、第２ナット４２０の一部が隙間無く収容されるようになっている。これにより、第２ナット４２０に対する第１ナット４１０の中心合わせ（芯出し）が行われることになる。

また、図４に示すように、第２ナット４２０は、筒形のナットであり、雄ネジ部２１２ａ、２２２ａに螺着される雌ネジ部が形成された螺着部４２３と、この螺着部４２３の他方の側（図４における右側）に一体的に設けられた第２スリーブ部４２４と、を有している。本実施の形態では、螺着部４２３は円筒状であり、その外径は、第１ナット４１０の第１スリーブ部４１３の内径と等しい。一方、第２スリーブ部４２４は、内面が円周面となっており、ボールネジ２１０、２２０の一方の小径部２１２、２２２と隙間無く嵌り合うようになっている。これにより、一方の小径部２１２、２２２に対する第２ナット４２０の中心合わせ（芯出し）が行われることになる。

次に、研削加工機１００によってネジ部２１１にネジ溝を研削する工程について説明する。ここでは、一例として、ツインボールネジタイプの移動機構を構成する２本のボールネジ２１０、２２０のネジ溝２１７、２２７を研削する場合を説明する。

本製造方法においては、まず、ネジ溝２１７が研削される第１ボールネジ２１０が準備される。この第１ボールネジ２１０には、予め、適宜の研削装置によって粗加工されたネジ溝２１７’が形成されている。この粗加工されたネジ溝２１７’は、各ボールネジ２１０、２２０が取り付けられることになる工作機械の仕様に応じて、適宜にピッチが決定されている。

まず、研削加工に先だち、第１ボールネジ２１０の一方の小径部２１２に治具４００が取り付けられる。具体的には、第１ボールネジ２１０の雄ネジ部２１２ａに、第２ナット４２０の当接面４２２が第１ボールネジ２１０のデータム面２１６に当接するまで当該第２ナット４２０がねじ込まれる。このねじ込みの際に、第２スリーブ部４２４の内周面が第１ボールネジ２１０の一方の小径部２１２の外周面に隙間無く嵌り合う。これにより、一方の小径部２１２に対して第２ナット４２０が中心合わせ（芯出し）されつつ螺着される。

次に、第１ナット４１０が雄ネジ部２１２ａにねじ込まれる。この時、第１ナット４１０は、第１スリーブ部４１３の内周面が第２ナット４２０の螺着部４２３の外周面に隙間無く嵌り合う。これにより、第２ナット４２０に対して第１ナット４１０が中心合わせ（芯出し）されつつ螺着される。すなわち、第２ナットを介して、一方の小径部２１２に対して第１ナット４１０が中心合わせ（芯出し）されつつ螺着される。そして、第１ナット４１０は、第１スリーブ部４１３の先端が第２ナット４２０の第２スリーブ部４２４の一方の端面に当接すると、雄ネジ部２１２ａに対する螺着が完了する。

そして、第１ナット４１０を固定し、この状態で第２ナット４２０を所定のトルクで緩める方向に逆回転させると第１ナット４１０及び第２ナット４２０によっていわゆるダブルナットが構成され、各ナット４１０、４２０が雄ネジ部２１２ａに対して強固に固定される。

研削加工機１００においては、研削対象の第１ボールネジ２１０が面板１３０に対して回転方向に固定される前に、面板１３０が回転駆動され研削加工機１００に対して所定の位相に設定される。そして、面板１３０上の所定の位置に補助治具３００が取り付けられる。図示される実施の形態においては、前記所定の位相とは、補助治具３００が取り付けられる前記所定の位置が最も下方に位置するような位相である。

本実施の形態で用いられる補助治具３００は、図１に示すように、長手方向にＬ１の長さを有する位置規定部３１０と、位置規定部３１０の他端から当該長手方向に対して直交する方向に延びる位相規定部３２０と、を有するＬ字状の概形を有している。位置規定部３１０の一方の端は、面板１３０に設けられた補助治具取付部１３１に取付可能となっている。位置規定部３１０の他方の端面３１１は、前記長手方向に対して直交する平面を有しており、この平面が、第１ボールネジ２１０の研削加工機１００に対する長手方向位置を示す第１マーカー部として機能するようになっている。また、位相規定部３２０は、長さＬ２を有しており、位置規定部３１０から遠位側（図１における上側）の他方の側の縁部３２１が、研削加工機１００に対する第１ボールネジ２１０の粗加工されたネジ溝２１７’の一方の端２１７ｅの位相を示す第２マーカー部として第１マーカー部と同時に機能するようになっている。

第１ボールネジ２１０が研削加工機１００に対して固定される際には、予め芯押し部１５０に対して第１ボールネジ２１０の長さを超える距離をもって配置されていた芯押し台１４０が、図１のＡに示す方向に移動される。この移動によって、第１ボールネジ２１０の一方の端部においては、治具４００の係合部４１２（図４参照）に第１凸部１５１が係合し、他方の端部においては、他方の小径部２１３に設けられた凹部２１５に第２凸部１４１が係合する。これにより、第１ボールネジ２１０は、第１及び第２凸部１５１、１４１により凹部２１５及び係合部４１２において押し付け支持され、研削加工機１００に対して長手方向（図１における左右方向）の移動が規制される。

前述したように、第１ボールネジの一方の端面には、工作機械に対する位置決めに利用される基準面であるデータム面２１６が設けられている。複数のボールネジのよろめき誤差を互いに回転同期させるためには、このデータム面２１６を研削加工機１００に対して正確に位置決めする必要があるため、前述の治具４００の装着による位置決めを行っている。

もちろん、治具４００を採用する代わりに、データム面２１６から正確に所定の距離となるように第２凹部を一方の小径部２１２に設けることによって対応しても良い。この場合、第２凹部が芯押し部１５０の第１凸部１５１と係合することになる。また、芯押し部１５０が第１ボールネジ２１０の長手方向に移動して第１ボールネジ２１０を第１マーカーに合わせてしっかりと固定できれば、そのような方法を用いても良い。

そして、第１ボールネジ２１０が軸線回りに適宜回転され、粗加工されたネジ溝２１７’の一方の端２１７ｅが位置規定部３１０の縁部３２１に一致するように第１ボールネジ２１０の位相が設定される。

この状態で、面板１３０の回転駆動を第１ボールネジ２１０に伝達するための伝達部材であるケレ１６０で面板１３０と第１ボールネジ２１０とを連結し固定する。その後、粗加工されたネジ溝２１７’の一方の端２１７ｅに研削工具（不図示）が当接される。図１に示す例では、ケレ１６０は、面板１３０の回転中心に関して補助治具３００の反対側に取り付けられる。そして、この状態で、面板１３０が回転駆動される。面板１３０の回転に伴って研削工具が粗加工されたネジ溝２１７’を研削する。所定の研削を経て、ネジ部２１１の表面に完成されたネジ溝２１７が形成される。

研削が完了すると、面板１３０の回転が停止され、ケレ１６０を第１ボールネジ２１０から取り外し、研削加工機１００から第１ボールネジ２１０が取り外される。

次に、同一の研削加工機１００に対して、粗加工されたネジ溝２２７’を有し、第１ボールネジ２１０の研削加工時に使用した治具４００を装着した第２ボールネジ２２０が装着される。この第２ボールネジ２２０を研削加工機１００に装着する手順は、第１ボールネジ２１０を研削加工機１００に装着する手順と同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。この時、第１及び第２ボールネジ２１０、２２０のネジ溝２１７、２２７のピッチが共に１０ｍｍである場合を例に考えると、ネジ溝２１７、２２７の、位相差に起因する長手方向の誤差を例えば０．５ｍｍ以下にするためには、第１ボールネジ２１０と第２ボールネジ２２０の各ネジ溝２１７、２２７間の位相差が１８°以内となるように、各ボールネジ２１０、２２０を研削加工機１００に取り付ければよい。この位相差は、所望の加工精度に応じて適宜に許容範囲が決定され得る。

そして、粗加工されたネジ溝２２７’が研削工具（不図示）によって研削される。これにより、ネジ部２２１の表面に完成されたネジ溝２２７が形成される。研削が完了すると、この第２ボールネジ２２０は、第１ボールネジ２１０の場合と同様にして研削加工機１００から取り外される。

以上のような製造方法によれば、第１ボールネジ２１０に関して、データム面２１６を基準とするネジ溝２１７’の特定の位置を研削している時の、研削加工機１００に対する研削工具の位置と、第２ボールネジ２２０に関して、データム面２２６を基準とするネジ溝２２７’の特定の位置を研削している時の、研削加工機１００に対する研削工具の位置と、が同一となる。すなわち、第１及び第２ボールネジ２１０、２２０がよろめき誤差を含んでいても、その大きさ及び位相がデータム面２１６を基準として揃えられる。

次に、図２及び図３を参照して、このようにして製造された第１及び第２ボールネジ２１０、２２０によるツインボールネジを採用した移動機構の作用について説明する。図２は、２本のボールネジ２１０、２２０のよろめき誤差の大きさ及び位相が揃っている状態の実移動量曲線を示す図であり、図３は、図２の２本のボールネジ２１０、２２０によって、ラムに支持された主軸の先端位置に誤差が生じることなくＺ軸負方向に移動されている状態を示す図である。

図２には２本の曲線が示されているが、このうち左側の実線で示された曲線は一方のボールネジ１０が１回転する際の実移動量曲線を示し、右側の破線で示された曲線は他方のボールネジ２０が１回転する際の実移動量曲線を示している。図６と同様に、各曲線には、理想移動量を示す一点鎖線の直線Ｉ１、Ｉ２がそれぞれ重ねて示されている。図２から理解されるように、本実施の形態の第１及び第２ボールネジ２１０、２２０は、共に振幅がａである正弦曲線状のよろめき誤差を含んでいるものの、その大きさ及び位相が揃えられている。

このような２本のボールネジ２１０、２２０によりラムＲが移動されると、各ボールネジ２１０、２２０は、回転角度が０°より大きく１８０°よりも小さい範囲において同じ大きさのプラス誤差を生じる。例えば、図３に示すように、回転角度が９０°の時、２つのナット３１、３２には、共に＋ａの誤差（行き過ぎ）が生じる。このため、前記回転角度の範囲においては、ラムＲに姿勢変化が生じることが無い。

同様に、各ボールネジ２１０、２２０は、回転角度が１８０°よりも大きく３６０°よりも小さい範囲において同じ大きさのマイナス誤差を生じる。例えば、図３に示すように、回転角度が２７０°の時、２つのナット３１、３２には、共に−ａの誤差（行き足らず）が生じる。このため、前記回転角度の範囲においては、ラムＲに姿勢変化が生じることが無い。

このように、２本のボールネジ２１０、２２０によって回転主軸を支持するラムＲがＺ軸負方向に移動される場合、常に、主軸の軸線とＺ軸との平行状態が維持される。なお、図３においては、煩雑さを避けるため、９０°及び２７０°の回転角度においては、ラムＲに代えてナット３２のみを図示している。

以上のような本実施の形態の製造方法によれば、本発明によれば、２本のボールネジ２１０、２２０の各々において、長手方向における一方の端面の位置及びネジ溝２１７、２２７の一方の端の位相が揃えられた状態で、同一の加工機によってネジ溝が研削加工される。このことにより、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジ２１０、２２０の製造方法を提供することができる。

以上の製造方法においては、研削加工機１００に係合可能な係合部４１２を有する一方の端部と、加工対象のボールネジの長手方向の一方の端面に当接する当接面４２２を有する他方の端部と、を備えた治具４００が用いられる。このことにより、研削加工機１００に対する第１ボールネジ２１０の前記一方の端面の距離と、当該研削加工機１００に対する第２ボールネジ２２０の前記一方の端面との距離、すなわち２本のボールネジ２１０、２２０の各々における長手方向の一方の端面の位置、を確実に揃えることができる。

また、治具４００は、有底筒形の第１ナットと筒形の第２ナットとを有し、これらのナットが加工対象のボールネジ２１０、２２０の一方の端部に設けられた雄ネジ部にダブルナットを構成するように螺着される。このことにより、２本のボールネジ２１０、２２０に対して治具４００を極めて緩みにくいように固定させることができるため、２本のボールネジ２１０、２２０を高精度に回転同期させることができる。

また、本製造方法は、研削加工機１００に対する第１ボールネジ２１０及び第２ボールネジ２２０の各ネジ溝２１７’、２２７’の一方の端２１７ｅ、２２７ｅの位相を示す第２マーカー部を有する補助治具３００を用いて各ネジ溝の一方の端の位相が所定の位相に設定される。このため、この場合、各ボールネジ２１０、２２０のよろめき誤差を確実に回転同期させることができる。また、研削加工機１００の面板１３０とデータム面２１６、２２６との間の距離が適正であるか否かを、第１マーカー部を用いて確認できるため、面板１３０に対するデータム面２１６、２２６の位置を正確に決定することができる。

以上のような第１及び第２ボールネジ２１０、２２０を用いたツインボールネジタイプの工作機械によれば、図２及び図３から理解されるように、第１及び第２ボールネジ２１０、２２０のよろめき誤差に起因した主軸の先端位置の誤差を解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することができる。

もちろん、以上のような製造方法による複数のボールネジの製造方法は、門形マシニングセンタに限らず横中ぐり盤など種々の工作機械に適用可能であるし、更に、工作機械に限定されず、高精度な位置制御が要求される一般的な移動機構に対しても適用可能である。また、このような工作機械ないし移動機構に採用されるボールネジは、２本に限られず３本以上であっても良い。３本目以降のボールネジを加工する際にも、以上に説明した第１及び第２ボールネジ２１０、２２０の製造方法と全く同じ方法が採用され得る。

１０ 一方のボールネジ
２０ 他方のボールネジ
１００ 研削加工機
１１０ ベース
１２０ 面板ベース
１３０ 面板
１３１ 補助治具取付部
１４０ 芯押し台
１４１ 第２凸部
１５０ 芯押し部
１５１ 第１凸部
１６０ ケレ
２１０ 第１ボールネジ
２１１ ネジ部
２１２、２１３ 小径部
２１２ａ 雄ネジ部
２１７ 完成されたネジ溝
２１７’ 粗加工されたネジ溝
２１７ｅ ネジ溝の一方の端
２１５ 凹部
２１６ データム面
２２０ 第２ボールネジ
２２１ ネジ部
２２２、２２３ 小径部
２２２ａ 雄ネジ部
２２７、２２７’ ネジ溝
２２６ データム面
３００ 補助治具
３１０ 位置規定部
３１１ 他方の端面
３２０ 位相規定部
３２１ 位置規定部の縁部
４００ 治具
４１０ 第１ナット
４１１ 一方の端部
４１２ 係合部
４１３ 第１スリーブ部
４２０ 第２ナット
４２１ 他方の端部
４２２ 当接面
４２３ 螺着部
４２４ 第２スリーブ部
Ｉ１、Ｉ２ 理想移動量
Ｒ ラム

Claims (7)

1. ネジ溝が粗加工された第１ボールネジを準備する第１準備工程と、
   前記第１ボールネジを研削加工機に装着する第１装着工程と、
   前記第１ボールネジの前記ネジ溝を研削する第１研削工程と、
   前記第１ボールネジを前記研削加工機から取り外すと共に、ネジ溝が粗加工された第２ボールネジを準備する第２準備工程と、
   前記第２ボールネジを前記研削加工機に装着する第２装着工程と、
   前記研削加工機に対する前記第２ボールネジの長手方向における一方の端面の位置を、前記第１ボールネジを研削した際の当該第１ボールネジの長手方向における一方の端面の位置と同一の位置に設定し、これと同時に、前記第２ボールネジの前記ネジ溝の一方の端の位相を、前記第１ボールネジを研削した際の当該第１ボールネジのネジ溝の一方の端の位相と同一の位相に設定する、設定工程と、
   前記第２ボールネジの前記ネジ溝を研削する第２研削工程と、
   を備えた
   ことを特徴とする複数のボールネジの製造方法。
2. 研削加工機に係合可能な係合部を有する一方の端部と、加工対象のボールネジの長手方向の一方の端面に当接する当接面を有する他方の端部と、を有する治具を準備する工程
   を更に備え、
   前記第１装着工程は、前記治具を前記第１ボールネジに取り付ける工程を有し、
   前記第２装着工程は、前記治具を前記第２ボールネジに取り付ける工程を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記治具は、有底筒形の第１ナットと筒形の第２ナットとを有し、
   前記係合部は、前記第１ナットの底部外面に設けられ、
   前記当接面は、前記第２ナットの端面に設けられ、
   前記第１ナット及び前記第２ナットは、前記加工対象のボールネジの一方の端部に設けられた雄ネジ部にダブルナットを構成するように螺着される
   ことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記研削加工機に対する前記第１ボールネジ及び前記第２ボールネジの各ネジ溝の一方の端の位相を示すマーカー部を有する補助治具を準備する工程と、
   前記補助治具を前記研削加工機にセットする工程と、
   を更に備え、
   前記第１ボールネジ及び前記第２ボールネジは、前記補助治具の前記マーカー部を参照することにより各ネジ溝の一方の端の位相が所定の位相に設定される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記第２ボールネジを前記研削加工機に装着した際の当該第２ボールネジの長手方向における一方の端面の位置が前記第１ボールネジを前記研削加工機に装着した際の当該第１ボールネジの一方の端面の位置と同一になるように、前記第２ボールネジを加工する工程を更に含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
6. 移動対象物と、
   互いに平行に配置され、前記移動対象物を所定の方向に駆動及び位置決めするための複数のボールネジと、
   を備え、
   前記複数のボールネジのよろめき誤差の位相が各ボールネジの長手方向に沿って互いに一致している
   ことを特徴とする工作機械。
7. 前記複数のボールネジは、２本のボールネジである
   ことを特徴とする請求項６に記載の工作機械。

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