JP2021095924A - ボールねじのナット及びボールねじのナットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナットの強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝を形成できるボールねじのナット及びボールねじのナットの製造方法を提供すること。【解決手段】ボールねじのナットは、円筒状の本体部と、本体部の内周面に配置されるねじ溝と、本体部の内周面に配置され且つねじ溝よりも深いボール循環溝と、本体部の外周面に配置される凸部と、を備え、ボール循環溝は、凸部の裏に配置され、本体部の周方向における凸部の長さは、本体部の軸方向における凸部の長さよりも小さい。【選択図】図６

Description

本発明は、ボールねじのナット及びボールねじのナットの製造方法に関する。

回転運動を直進運動に変換する装置としてボールねじが知られている。ボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を備える。ボールねじのナットの一例として、ボールをボール転動路の一端から他端に導くための経路であるボール循環溝（凹部）を備えるナットが知られている。ボール循環溝は、例えば、外周面に突起を備える凸型をナットの内周面に押し付けることによって形成される。特許文献１には、このようなナットの製造方法の一例が記載されている。

特開２０１４−６２５７０号公報

ところで、ナットのボール循環溝に対応する部分の肉厚が小さい場合、ナットの強度を高くすることが難しい。一方で、特許文献１に記載されるように、ナットの外周面に設けられた環状の部材（段付き円筒部）に対応する部分にボール循環溝を形成することは、容易ではない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ナットの強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝を形成できるボールねじのナット及びボールねじのナットの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様のボールねじのナットは、円筒状の本体部と、前記本体部の内周面に配置されるねじ溝と、前記本体部の内周面に配置され且つ前記ねじ溝よりも深いボール循環溝と、前記本体部の外周面に配置される凸部と、を備え、前記ボール循環溝は、前記凸部の裏に配置され、前記本体部の周方向における前記凸部の長さは、前記本体部の軸方向における前記凸部の長さよりも小さい。

ボール循環溝が凸部の裏に配置されることによって、ナットのボール循環溝の周辺部分における肉厚が大きくなる。すなわち、ボール循環溝の表面からナットの外周面までの距離が大きくなる。このため、ナットのボール循環溝の周辺部分の強度が向上する。その結果、ナットに対して熱処理（焼入れ及び焼き戻し）が行われる時に、ナットに変形及び割れなどが生じる可能性が低減する。また、周方向における凸部の長さが軸方向における凸部の長さよりも小さいことによって、ボール循環溝が凸部の裏に配置されていても、鍛造加工でボール循環溝を容易に形成できる。よって、ボールねじのナットは、ナットの強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝を形成できる。

上記のボールねじのナットの望ましい態様として、前記ボール循環溝の底は、前記本体部の径方向において前記本体部の外周面よりも外側に配置される。

これにより、ボールねじのナットは、ナットのボール循環溝の周辺部分における肉厚を大きくでき、且つ小型化できる。

上記のボールねじのナットの望ましい態様として、前記周方向における前記凸部の長さは、前記周方向における前記ボール循環溝の長さよりも小さい。

これにより、ボール循環溝が凸部の裏に配置されていても、鍛造加工によるボール循環溝の形成がより容易になる。ボールねじのナットは、より容易にボール循環溝を形成できる。

上記のボールねじのナットの望ましい態様として、前記凸部は、表面に加工痕を備える。

ボール循環溝を形成する前に凸部に切欠きを設けることによって、ボール循環溝の形成がより容易となる。加工痕は、切欠きが形成されることによって凸部の表面に残る痕である。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様のボールねじのナットの製造方法は、円筒状の本体部の外周面に、前記本体部の周方向における長さが前記本体部の軸方向における長さよりも小さい凸部を形成する凸部形成工程と、前記凸部の裏面に凸型を押し付けてボール循環溝を形成する鍛造工程と、を備える。

ボール循環溝が凸部の裏に配置されることによって、ナットのボール循環溝の周辺部分における肉厚が大きくなる。すなわち、ボール循環溝の表面からナットの外周面までの距離が大きくなる。このため、ナットのボール循環溝の周辺部分の強度が向上する。その結果、ナットに対して熱処理（焼入れ及び焼き戻し）が行われる時に、ナットに変形及び割れなどが生じる可能性が低減する。また、周方向における凸部の長さが軸方向における凸部の長さよりも小さいことによって、凸部の裏面に凸型を押し付けてボール循環溝を形成する場合でも、ボール循環溝を容易に形成できる。よって、本開示のボールねじのナットの製造方法は、ナットの強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝を形成できる。

上記のボールねじのナットの製造方法の望ましい態様として、前記凸部形成工程の後であり前記鍛造工程の前に、前記凸部の一部を切削する切削工程を備える。

ボール循環溝を形成する前に凸部の一部を切削することによって、ボール循環溝の形成がより容易となる。本開示のボールねじのナットの製造方法は、より容易にボール循環溝を形成できる。

本開示のボールねじのナット及びボールねじのナットの製造方法よれば、ナットの強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝を形成できる。

図１は、実施形態のボールねじの断面図である。 図２は、実施形態のナットの斜視図である。 図３は、実施形態のナットの斜視図である。 図４は、実施形態のナットの正面図である。 図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図６は、実施形態のナットの一部を示す斜視図である。 図７は、実施形態のナットの製造方法を示すフローチャートである。 図８は、実施形態のナットの製造方法を説明するための模式図である。 図９は、実施形態のナットの製造方法を説明するための模式図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、下記実施形態において、前述したものと同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略することがある。

（実施形態）
図１は、実施形態のボールねじの断面図である。図２は、実施形態のナットの斜視図である。図３は、実施形態のナットの斜視図である。図４は、実施形態のナットの正面図である図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。図６は、実施形態のナットの一部を示す斜視図である。本実施形態のボールねじ１０は、回転運動を直進運動に変換する装置である。ボールねじ１０は、例えば、自動車若しくは二輪車等の車両、又は船舶等に設けられる電動アクチュエータ等に用いられる。ボールねじ１０は、上述した電動アクチュエータに限らず、様々な装置に適用される。

図１に示すように、ボールねじ１０は、ねじ軸４０と、ナット２０と、ボール６０と、を備える。ねじ軸４０は、外周面にねじ溝４３を備える。ねじ溝４３は、螺旋状の溝である。ねじ軸４０は、ナット２０を貫通する。ナット２０は、内周面にねじ溝２３を備える。ねじ溝２３は、螺旋状の溝である。ねじ溝４３とねじ溝２３との間には、複数の転動路１１が形成される。１つの転動路１１は、ねじ溝４３の外周を約１周する。ボール６０は、複数の転動路１１のそれぞれに配置される。

図２に示すように、ナット２０は、本体部２１と、ねじ溝２３と、ボール循環溝２５と、凸部２７と、を備える。本体部２１は、円筒状の部材である。ねじ溝２３は、本体部２１の内周面に配置される。

以下の説明において、本体部２１の軸方向（ねじ軸４０及びナット２０の軸方向）は、単に軸方向と記載される。本体部２１の径方向（本体部２１の軸方向に対する直交方向）は、単に径方向と記載される。本体部２１の周方向（ねじ軸４０及びナット２０の回転軸Ｚを中心とした円に沿う方向）は、単に周方向と記載される。

図５に示すように、ボール循環溝２５は、本体部２１の内周面に配置される。ボール循環溝２５は、ねじ溝２３よりも深い溝である。ボール循環溝２５は、本体部２１の内周面に設けられる略Ｓ字状の溝である。ボール循環溝２５は、１つの転動路１１の一端と他端とを繋ぐ溝である。ボール循環溝２５は、ボール６０を１つの転動路１１の一端から他端へ戻す。ねじ軸４０又はナット２０が回転すると、ボール６０は、ボール循環溝２５によって、１つの転動路１１の中で無限循環する。

本実施形態において、ナット２０が備えるボール循環溝２５の数は、４つである。図４に示すように、４つのボール循環溝２５は、周方向において異なる位置に配置される。軸方向から見た場合、４つのボール循環溝２５は、周方向において等間隔に配置される。

凸部２７は、本体部２１の外周面に配置される。凸部２７は、本体部２１の外周面から径方向の外側へ隆起した突起である。図３に示すように、周方向における凸部２７の長さＰ１は、軸方向における凸部２７の長さＰ２よりも小さい。本実施形態において、凸部２７は、本体部２１の全長（ナット２０の全長）に亘って設けられる。凸部２７の端面は、本体部２１の端面と同一平面上に配置される。凸部２７は、キーと呼ばれることもある部材である。

凸部２７は、例えば、ナット２０の周り止めのための部材、又はナット２０の軸方向の移動を案内するガイド部材として用いられる。凸部２７は、ナット２０を支持する部材に設けられる凹部又は案内溝などに嵌まるように配置される。例えば、凸部２７の側面（周方向に向いた面）が案内溝に接することで、ナット２０の回転が止められ、且つナット２０が軸方向に案内される。

本実施形態において、ナット２０が備える凸部２７の数は、４つである。図４に示すように、４つの凸部２７は、周方向において異なる位置に配置される。軸方向から見た場合、４つの凸部２７は、周方向において等間隔に配置される。

図４に示すように、ボール循環溝２５は、凸部２７の裏に配置される。径方向から見た場合、ボール循環溝２５は、凸部２７と重なる。周方向における凸部２７の長さＰ１は、周方向におけるボール循環溝２５の長さＰ３よりも小さい。ボール循環溝２５の底２５１は、径方向において本体部２１の外周面よりも外側に配置される。すなわち、図４に示すように、距離Ｌ２が、距離Ｌ１よりも大きく距離Ｌ３よりも小さい。距離Ｌ１は、回転軸Ｚから本体部２１の外周面までの距離である。距離Ｌ２は、回転軸Ｚからボール循環溝２５の底２５１までの距離である。距離Ｌ３は、回転軸Ｚから凸部２７の表面までの最大距離である。底２５１は、ボール循環溝２５のうち周方向の中央に配置される。ボール循環溝２５の深さは、周方向の中央で最大となる。底２５１は、凸部２７のうち肉厚が最大の部分の裏に配置される。径方向から見た場合、底２５１は、凸部２７のうち肉厚が最大の部分と重なる。

図７は、実施形態のナットの製造方法を示すフローチャートである。図８は、実施形態のナットの製造方法を説明するための模式図である。図９は、実施形態のナットの製造方法を説明するための模式図である。

図７に示すように、本実施形態のナット２０の製造方法は、凸部形成工程Ｓ１を備える。凸部形成工程Ｓ１において、例えば円筒状の本体部２１に対する鍛造加工によって、凸部２７が形成される。凸部形成工程Ｓ１において、本体部２１の外周面に４つの凸部２７が形成される。なお、凸部形成工程Ｓ１において、凸部２７は、必ずしも鍛造加工によって形成されなくてもよい。例えば、凸部２７は、本体部２１よりも大きい円筒状の部材を切削することによって形成されてもよい。

本実施形態のナット２０の製造方法は、凸部形成工程Ｓ１の後に、切削工程Ｓ３を備える。切削工程Ｓ３において、凸部２７の一部が切削される。凸部２７を切削することによって、図８に示す切欠き２８が形成される。切欠き２８は、本体部２１の内周面のうちボール循環溝２５が形成される部分の裏面に配置される。径方向から見た場合、切欠き２８は、本体部２１の内周面のうちボール循環溝２５が形成される部分と重なる。

本実施形態のナット２０の製造方法は、切削工程Ｓ３の後に、鍛造工程Ｓ５を備える。鍛造工程Ｓ５において、本体部２１の内周面にボール循環溝２５が形成される。鍛造工程Ｓ５においては、図８及び図９に示すように、拘束型８１、下型８３、上型８５、ケース９１、工具９３、及び凸型９５が用いられる。

図８に示すように、拘束型８１は、本体部２１及び凸部２７の外周面を覆うように配置される。拘束型８１は、本体部２１及び凸部２７の外周面を拘束する。下型８３は、ナット２０の一方の端面を覆うように配置される。下型８３は、本体部２１及び凸部２７の下端面を拘束する。上型８５は、本体部２１及び凸部２７の他方の端面を覆うように配置される。上型８５は、本体部２１及び凸部２７の上端面を拘束する。

図８に示すように、ケース９１は、本体部２１の内側に配置される。ケース９１は、円筒状であって、縦穴９１１と、横穴９１３と、を備える。縦穴９１１は、ケース９１の一方の端面から他方の端面に亘って貫通する穴である。横穴９１３は、ケース９１の外周面と内周面とを繋ぐ穴である。図９に示すように、工具９３は、棒状の部材であって、例えばマンドレルである。工具９３は、縦穴９１１に挿入される。工具９３は、縦穴９１１に挿入される方の端部に斜面９３９を備える。

図８に示すように、凸型９５は、本体部２１の内側に配置される。凸型９５は、ケース９１の横穴９１３に配置される。凸型９５は、横穴９１３の内壁に沿って、径方向にスライドできる。凸型９５は、突起９５３と、斜面９５９と、を備える。突起９５３は、ボール循環溝２５に対応する形状を有する。突起９５３は、略Ｓ字状である。斜面９５９は、突起９５３の裏側に配置される。

図９に示すように、鍛造工程Ｓ５において、工具９３がケース９１の縦穴９１１に挿入される。その後、工具９３が軸方向に移動させられる。工具９３の斜面９３９が凸型９５の斜面９５９に接することによって、凸型９５が径方向に移動する。凸型９５の突起９５３が本体部２１の内周面に押し付けられることによって、内周面が塑性変形する。これにより、内周面にボール循環溝２５が形成される。４つのボール循環溝２５が、１つずつ順番に形成される。

図９に示すように、ボール循環溝２５の形成に伴って、凸部２７の一部が変形する。具体的には、凸部２７のうち切欠き２８の底面が変形する。切欠き２８の深さは、ボール循環溝２５に伴って形成される切欠き２８の底面の隆起部の高さよりも大きい。すなわち、ボール循環溝２５に伴って形成される切欠き２８の底面の隆起部は、凸部２７の外周面を超えない。これにより、例えばナット２０を支持する部材に設けられる案内溝に凸部２７が案内される場合に、ナット２０は、案内溝に対して滑らかにスライドできる。すなわち、ボール循環溝２５の裏側に形成される隆起部が、案内溝に引っ掛かりにくくなる。

鍛造工程Ｓ５によって、凸部２７の裏面にボール循環溝２５を備えるナット２０が製造される。製造されたナット２０において、凸部２７は、加工痕２７１を備える。加工痕２７１は、切削工程Ｓ３において切欠き２８が形成されることによって凸部２７の表面に残る痕である。加工痕２７１は、切削工程Ｓ３において凸部２７に形成される切削痕であるともいえる。加工痕２７１は、鍛造工程Ｓ５によって変形するが、鍛造工程Ｓ５の後においても凸部２７の表面に残っている。

ナット２０を製造した後、ボールねじ１０が製造される。ナット２０を製造した後に、ナット２０、ねじ軸４０及びボール６０を組み立てられる。すなわち、本実施形態のボールねじ１０の製造方法は、ナット２０を製造した後に、ナット２０、ねじ軸４０及びボール６０を組み立てる組立工程を備える。

なお、ナット２０において、凸部２７は、必ずしも本体部２１の軸方向の全長に設けられなくてもよい。凸部２７は、本体部２１の軸方向の全長のうち一部のみに設けられていてもよい。凸部２７の数は、必ずしも４つでなくてもよく、特に限定されない。ナット２０は、少なくとも１つの凸部２７を備えていればよい。ボール循環溝２５の数は、必ずしも４つでなくてもよく、特に限定されない。ナット２０は、少なくとも１つのボール循環溝２５を備えていればよい。

ナット２０が複数のボール循環溝２５を備える場合、ボール循環溝２５は、軸方向から見た場合に周方向で等間隔に配置されること望ましい。ボール循環溝２５にあるボール６０は、負荷を負担できない。ボール循環溝２５が周方向に分散して配置されることによって、負荷を負担できないボール６０が配置される領域が分散する。ナット２０が複数のボール循環溝２５を備える場合、凸部２７の数は、ボール循環溝２５よりも多い方が望ましい。これにより、ボール循環溝２５を、凸部２７の裏面に１対１で配置することが可能である。なお、１つの凸部２７の裏面に、複数のボール循環溝２５が配置されてもよい。これにより、凸部形成工程Ｓ１で形成する凸部２７の数を低減することができる。

切削工程Ｓ３で形成される切欠き２８は、必ずしも図８に示すような形状を備えていなくてもよい。切欠き２８の深さは、ボール循環溝２５に伴って形成される切欠き２８の底面の隆起部の高さよりも小さくてもよい。すなわち、ボール循環溝２５に伴って形成される切欠き２８の底面の隆起部は、凸部２７の外周面を超えてもよい（凸部２７の外周面から突出していてもよい）。この場合、ボール循環溝２５に伴って形成される切欠き２８の底面の隆起部の一部は、鍛造工程Ｓ５の後に切削されることが望ましい。これにより、例えばナット２０を支持する部材に設けられる案内溝に凸部２７が案内される場合に、ナット２０は、案内溝に対して滑らかにスライドできる。

以上で説明したように、本実施形態のボールねじ１０のナット２０は、円筒状の本体部２１と、本体部２１の内周面に配置されるねじ溝２３と、本体部２１の内周面に配置され且つねじ溝２３よりも深いボール循環溝２５と、本体部２１の外周面に配置される凸部２７と、を備える。ボール循環溝２５は、凸部２７の裏に配置される。本体部２１の周方向における凸部２７の長さＰ１は、本体部２１の軸方向における凸部２７の長さＰ２よりも小さい。

ボール循環溝２５が凸部２７の裏に配置されることによって、ナット２０のボール循環溝２５の周辺部分における肉厚が大きくなる。すなわち、ボール循環溝２５の表面からナット２０の外周面までの距離が大きくなる。このため、ナット２０のボール循環溝２５の周辺部分の強度が向上する。その結果、ナット２０に対して熱処理（焼入れ及び焼き戻し）が行われる時に、ナット２０に変形及び割れなどが生じる可能性が低減する。また、周方向における凸部２７の長さＰ１が軸方向における凸部２７の長さＰ２よりも小さいことによって、ボール循環溝２５が凸部２７の裏に配置されていても、鍛造加工でボール循環溝２５を容易に形成できる。よって、ボールねじ１０のナット２０は、ナット２０の強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝２５を形成できる。

本実施形態のボールねじ１０のナット２０において、ボール循環溝２５の底２５１は、本体部２１の径方向において本体部２１の外周面よりも外側に配置される。

これにより、ボールねじ１０のナット２０は、ナット２０のボール循環溝２５の周辺部分における肉厚を大きくでき、且つ小型化できる。

本実施形態のボールねじ１０のナット２０において、周方向における凸部２７の長さＰ１は、周方向におけるボール循環溝２５の長さＰ３よりも小さい。

これにより、ボール循環溝２５が凸部２７の裏に配置されていても、鍛造加工によるボール循環溝２５の形成がより容易になる。ボールねじ１０のナット２０は、より容易にボール循環溝２５を形成できる。

本実施形態のボールねじ１０のナット２０において、凸部２７は、表面に加工痕２７１を備える。

ボール循環溝２５を形成する前に凸部２７に切欠き２８を設けることによって、ボール循環溝２５の形成がより容易となる。加工痕２７１は、切欠き２８が形成されることによって凸部２７の表面に残る痕である。

本実施形態のボールねじ１０のナット２０の製造方法は、円筒状の本体部２１の外周面に、本体部２１の周方向における長さＰ１が本体部２１の軸方向における長さＰ２よりも小さい凸部２７を形成する凸部形成工程Ｓ１と、凸部２７の裏面に凸型９５を押し付けてボール循環溝２５を形成する鍛造工程Ｓ５と、を備える。

ボール循環溝２５が凸部２７の裏に配置されることによって、ナット２０のボール循環溝２５の周辺部分における肉厚が大きくなる。すなわち、ボール循環溝２５の表面からナット２０の外周面までの距離が大きくなる。このため、ナット２０のボール循環溝２５の周辺部分の強度が向上する。その結果、ナット２０に対して熱処理（焼入れ及び焼き戻し）が行われる時に、ナット２０に変形及び割れなどが生じる可能性が低減する。また、周方向における凸部２７の長さＰ１が軸方向における凸部２７の長さＰ２よりも小さいことによって、凸部２７の裏面に凸型９５を押し付けてボール循環溝２５を形成する場合でも、ボール循環溝２５を容易に形成できる。よって、本実施形態のボールねじ１０のナット２０の製造方法は、ナット２０の強度を向上させることができ且つ容易にボール循環溝２５を形成できる。

本実施形態のボールねじ１０のナット２０の製造方法は、凸部形成工程Ｓ１の後であり鍛造工程Ｓ５の前に、凸部２７の一部を切削する切削工程Ｓ３を備える。

ボール循環溝２５を形成する前に凸部２７の一部を切削することによって、ボール循環溝２５の形成がより容易となる。本実施形態のボールねじ１０のナット２０の製造方法は、より容易にボール循環溝２５を形成できる。

１０ ボールねじ
１１ 転動路
２０ ナット
２１ 本体部
２３ ねじ溝
２５ ボール循環溝
２７ 凸部
２８ 切欠き
４０ ねじ軸
４３ ねじ溝
６０ ボール
８１ 拘束型
８３ 下型
８５ 上型
９１ ケース
９３ 工具
９５ 凸型
２５１ 底
２７１ 加工痕
９１１ 縦穴
９１３ 横穴
９３９ 斜面
９５３ 突起
９５９ 斜面
Ｓ１ 凸部形成工程
Ｓ３ 切削工程
Ｓ５ 鍛造工程
Ｚ 回転軸

Claims (6)

1. 円筒状の本体部と、
   前記本体部の内周面に配置されるねじ溝と、
   前記本体部の内周面に配置され且つ前記ねじ溝よりも深いボール循環溝と、
   前記本体部の外周面に配置される凸部と、
   を備え、
   前記ボール循環溝は、前記凸部の裏に配置され、
   前記本体部の周方向における前記凸部の長さは、前記本体部の軸方向における前記凸部の長さよりも小さい
   ボールねじのナット。
2. 前記ボール循環溝の底は、前記本体部の径方向において前記本体部の外周面よりも外側に配置される
   請求項１に記載のボールねじのナット。
3. 前記周方向における前記凸部の長さは、前記周方向における前記ボール循環溝の長さよりも小さい
   請求項１又は２に記載のボールねじのナット。
4. 前記凸部は、表面に加工痕を備える
   請求項１から３のいずれか１項に記載のボールねじのナット。
5. 円筒状の本体部の外周面に、前記本体部の周方向における長さが前記本体部の軸方向における長さよりも小さい凸部を形成する凸部形成工程と、
   前記凸部の裏面に凸型を押し付けてボール循環溝を形成する鍛造工程と、
   を備えるボールねじのナットの製造方法。
6. 前記凸部形成工程の後であり前記鍛造工程の前に、前記凸部の一部を切削する切削工程を備える
   請求項５に記載のボールねじのナットの製造方法。

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