JP3602669B2 - ボールねじ軸の研削加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、外径および溝を一工程で研削するボールねじ軸の研削加工方法およびこの加工方法によって研削加工されたボールねじ軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から円筒状の工作物を研削する技術として、心なし研削が知られている。心なし研削は、たとえば図６（ａ） に示すように、加工物１００をセンタやチャックを使用しないで研削砥石１０１と調整砥石１０２の間にいれて研削を行うものである。すなわち、加工物１００は、研削砥石１０１、調整砥石１０２およびブレード１０３によって３点で支持され、調整砥石１０２によって回転と軸方向の送りを与えられ研削砥石１０１によって研削される。
【０００３】
加工物としては、図６（ｂ） に示されるような単純な円筒状の加工物１０４だけでなく、図６（ｃ） に示されるような複雑な段付き円筒形状の加工物１０５まで種々の形状の加工物の研削に用いられており、図６（ｄ） に示すような締め付け用ねじ軸１０６の加工についても用いることが検討されている。
【０００４】
ところが、この心なし研削を単純にボールねじ軸の加工に応用しようとしても、締め付け用ねじ軸１０６の場合には、ねじ山の有効径さえ出ていれば締め付け性能に影響がないのに対し、ボールねじ軸の場合には精密な送りを行うものなので、有効径だけでなく、有効径の円筒度およびねじ溝のリード精度についても高精度が要求される。すなわち、締め付け用ねじ軸１０６の場合には、有効径がばらついたり、リード誤差があっても、締め付け時にねじ軸に作用する軸力によって各ねじ山は所定の面圧が得られるが、ボールねじ軸のような精密送りを行う場合には、有効径の円筒度やねじ溝のリード精度が直接送り精度に影響してしまう。
【０００５】
また、従来の締結用のねじ軸の心なし研削の場合は、ねじ溝の研削と同時に素材の外周についても研削するために、正確な軸方向送りができず、ねじ溝を精密に加工することができない。したがって、精密な加工を要求されるボールねじ軸の場合には、素材の軸端で心出しをしてねじ研削を行うのが一般的であった。
【０００６】
これに対し、本出願人は特願平８−１２１１４１号において、外径部が円筒状に成形された素材の外径円筒面に、前記外径円筒面を基準としてボールねじ溝を螺旋状に研削することで、有効径の円筒度やねじ溝のリード精度の十分に高いボールねじ軸を加工可能な研削加工方法を提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案の加工法においては図７（ａ）に誇張して示すように、研削しろを徐々に増やすため、研削砥石１２１の形状を、軸方向素材入口側が小径で、出口側に向かって断面円弧状に徐々に大径となるような構成としている。
【０００８】
つまり、図７（ａ）で示す矢印Ａ方向から見た場合、研削砥石の当接面は図７（ｂ）のようになり、且つ、この図中のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅでの断面図は（ｃ）の様になる。この図７（ｃ）中で、矢印は研削抵抗がどのような方向に作用しているかを示している。研削抵抗は溝のそれぞれの点における法線の方向に作用している。
【０００９】
これらの研削抵抗ベクトルをすべて加え、調整砥石１２２方向の研削抵抗Ｘと素材送り方向の逆方向の研削抵抗Ｙに分解すると図７（ｄ）の様に、ＸはＹに比べ小さくなる。従って、素材先端のみ研削砥石入口部で研削しているような状態では、素材を調整砥石に押しつけることよって得られる回転力及び推力が、素材送り方向と逆方向の研削抵抗に抗して正確に素材を送れるだけの大きさにならない。
【００１０】
このため、図８のように素材１１０ａを調整砥石１２２に押えつける上部押え１２８を別に設け、素材の送りを補助していた。
【００１１】
すなわち、
１．研削砥石１２１と調整砥石１２２を一定距離はなした状態で、支持部材１２３に素材１１０ａを載せ、素材１１０ａと研削砥石１２１が軸方向に山形突起３〜５つ分程重複するように配置する。
２．上部押え１２８を素材１１０ａに圧接させ、素材１１０ａを調整砥石１２２に押えつけて、素材１１０ａに回転力及び推力を確実に伝えた状態（図８の状態）で、研削砥石１２１をゆっくりと素材１１０ａに近づけ、研削砥石１２１の調整砥石方向研削抵抗が、調整砥石１２２から素材１１０ａが回転力及び推力を得るのに十分な大きさになってから上部押え１２８の圧接を解除する。
という動作を行なっていた。（インフィード研削からスルーフィード研削への移行）
本発明は上記の様な状況を更に改善するためになされたもので、その目的とするところは、研削砥石の素材入口側において研削しろを増やすことなく、且つ、上部押え等を用いることなく、調整砥石から素材が十分な回転力及び推力を得ることにより、スルーフィード研削のみのボールねじ軸の研削加工方法及びボールねじ軸の研削加工装置を提供することにあり、ひいてはボールねじ軸の生産性の向上を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にあっては、研削砥石外周にボールねじ溝の断面形状に対応する山形突起を所定のピッチでもって複数設け、素材の外径円筒面に接触する調整砥石と支持板とによって素材を支持回転させつつ軸方向に送ることにより、研削砥石の山形突起によって素材の外径円筒面を部分的に螺旋状に削ってボールねじ溝を形成するボールねじ軸の研削加工装置であって、
前記研削砥石の入口側の山形突起を、他の山形突起と同じ幅で、低く成形することを特徴とする。
【００１３】
研削砥石と調整砥石の間への素材先端の送り込み抵抗は低下し、研削開始時の素材の挿入をスムーズに行なことができる。
【００１４】
特に、入口側の山形突起は、他の山形突起と同形の山形突起の頂部を平坦にすることで、その高さを低くしたことを特徴とする。
【００１５】
従って、上記のように構成された、研削加工方法では、入口側山形突起の頂部を平坦に成形したので、調整砥石方向の研削抵抗が大きくなり、調整砥石から素材が得た回転力及び推力が、素材送りに対する研削抵抗（素材送り方向の逆方向の研削抵抗）よりも、十分に大きくなる。
【００１６】
これにより、素材先端のみが研削砥石入口部で研削される場合にも、素材は正確に送られることになり、上部押え等を用いることも必要とせず、研削位置にある前記研削砥石と調整砥石の間へ素材先端を軸方向に送り込むだけで、高精度の研削を開始することができる。（スルーフィード研削のみのボールねじ軸研削加工方法）
また、山形突起は、入口側から出口側にむけて、徐々に高さが高くなっていくことを特徴とする。
【００１７】
これにより、研削しろが徐々に大きくなることとなり、研削抵抗が研削砥石の軸方向に均一に分布するため、素材を軸と平行に調整砥石に押しつけることができ、正確な素材送りが可能となる。一方、研削砥石自身にも、軸方向に均一の負荷がかかるので、それぞれの山形突起のドレッシングインターバルは一定となり、また、研削砥石の回転軸を痛めることもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工方法の基本的な加工方法及び加工装置の一例を図１に示す。
【００２０】
ボールねじ軸は、図１（ｃ） に示すように、軸体１の外径円筒面１１に螺旋状のボールねじ溝１３が刻設されたものである。ボールねじ溝１２は断面円弧状に成形されており、そのボールねじ溝１２の間には外径円筒面１１が螺旋状に残存している。また、軸体１には表面から少なくともボールねじ溝１２の深さよりも深い層まで焼き入れが施されている。
【００２１】
この様なボールねじ軸の加工方法として本発明では、図１（ａ） ，（ｂ） に示されるように、大きく分けて、外形加工前の素材１０ａを成形する工程と、この素材１０ａに対し、研削によって外径円筒面１１及び螺旋状のボールねじ溝１２を形成する工程と、を備えている。
【００２２】
素材１０ａの成形は、素形材として丸棒１０を準備する工程と、丸棒１０表面に熱処理として焼き入れする工程と、焼き入れによって生じた丸棒の歪みを真直に矯正する工程と、を備えている。
【００２３】
焼き入れは、耐摩耗性を向上させるため、たとえば高周波焼き入れによって行われ、少なくとも外周面からボールねじ溝１２の溝深さ以上の深さまで硬質の焼き入れ層が形成される。
【００２４】
矯正工程では、熱処理によって生じた素材１０ａの反り等を真直に修正するものである。
【００２５】
次いで、研削によって外径円筒面１１およびボールねじ溝１２を加工する。
【００２６】
ボールねじ溝の研削は、図２に示されるような、研削加工装置によって行われる。
【００２７】
研削加工装置は、研削砥石２１と、研削砥石２１と対向して並設される調整砥石２２と、研削砥石２１と調整砥石２２間に研削砥石２１の回転軸と平行に配設され素材１０ａを支持するブレード２３と、ブレード２３の前後に素材１０ａの送り方向に沿って設けられる案内板２４と、研削砥石成形用ドレッサ２５および調整砥石成形用ドレッサ２６と、研削部へ研削液を供給する研削液噴出用ノズル２７とを備えた構成となっている。
【００２８】
調整砥石２２の回転軸は、図２（ｃ）に示す様に、研削砥石２１の回転軸と平行な軸に対して、素材１０ａの送り方向前方側が下方に向くように所定角度θだけ傾けられ、調整砥石２２の回転によって素材１０ａを回転させつつ軸方向に送るように構成されている。
【００２９】
この調整砥石２２は傾けられた状態で素材１０ａに線接触させるために、外周面が回転双曲面で形成された鼓形に成形されている。
【００３０】
研削砥石２１および調整砥石２２の幅は素材１０ａの大きさ、研削しろに合わせて適宜選定される。
【００３１】
研削砥石２１の外周面にはボールねじ溝１２に対応する断面円弧状の山形部２１ａが形成されている。この山形部２１ａは研削砥石２１の外周面に全周的に形成されており、研削砥石２１の幅方向にボールねじ溝１２のねじピッチに合わせたピッチでもって複数設けられている。
【００３２】
素材１０ａは調整砥石２２との接触摩擦力によって調整砥石２２の周速とほぼ同一の周速でもって回転する。さらに、上述の様に、調整砥石２２の中心軸が素材１０ａの送り方向前方側が下を向くように傾けられているので、素材１０ａは軸方向に配置されたブレード２３に沿って調整砥石２２の周速の軸方向成分に相当する速度で軸方向に送られる。
【００３３】
このようにすれば、素材１０ａはブレード２３と調整砥石２２によって位置決めされ、山形部２１ａの切り込み量が素材１０ａの外径円筒面１１を基準にして正確に定まるので、ボールねじ溝１２の有効径の円筒度は外径円筒面１１を基準にして正確に製作できる。また、ボールねじ溝１２のリード精度は調整砥石２２の周速を制御することによって精密に加工することができる。
【００３４】
また、研削砥石２１の山形突起２１ａでボールねじ溝１２形状を正確に転写するために、研削砥石２１と調整砥石２２の中心を結んだ線上に素材１０ａの軸心をおいて加工することが好ましい。このようにすれば、ボールねじ溝を正確に加工できる。また、このような配置関係とすれば、素材１０ａを研削砥石２１，調整砥石２２およびブレード２３との３接点間に押さえ込むことができ、素材１０ａの位置が安定してボールねじ溝をより正確に加工することができる。
【００３５】
次に本発明の特徴的部分である研削砥石について説明する。
【００３６】
図３は本実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工装置に用いられる研削砥石の入口側端部の拡大図である。（ａ）で誇張して示されるように研削砥石２２の入口側の山形突起２１ａは、出口側の山形突起２１ａの頂部を切り取ったような形状であって、頂部は平坦に成形され、研削砥石と調整砥石の間への素材先端の送り込み抵抗を低下させ、研削開始時の素材の挿入をスムーズに行なえるようにしている。
【００３７】
図３（ｂ），（ｃ）は（ａ）の山形突起の切り込み状態を説明するもので、（ｂ）は研削状態の山形突起を素材の外径円筒面の延長面で切断した概念図、（ｃ）は（ｂ）のａ〜ｅの位置にて切断した断面形状を山形突起の中心線に沿ってそろえて記載した説明図である。また、（ｄ）は、山形突起に係る研削抵抗ベクトルの比較図である。
【００３８】
（ｃ）に矢印で示すように、研削抵抗は、そのほとんどが下向き（調整砥石方向）である。そして、調整砥石２２方向の研削抵抗Ｘと素材送り方向の逆方向の研削抵抗Ｙとの関係は（ｄ）のようになる。このため、素材先端のみが研削される状態でも、調整砥石に素材をしっかりと押えつけ、調整砥石から素材が得た回転力及び推力が、素材送りに対する研削抵抗（素材送り方向の逆方向の研削抵抗）よりも、十分に大きくなる。
【００３９】
これにより、素材先端のみが研削砥石入口部で研削される場合にも、素材は滑りを起こさずに正確に送られることになり、上部押え等を用いることも必要とせず、研削位置にある研削砥石と調整砥石の間へ素材先端を軸方向に送り込むだけで、高精度の研削を開始することができる。
【００４０】
また、研削砥石２１における入口側の研削しろ小さくし、出口側にむけて徐々に増大させることにより、研削抵抗が研削砥石の軸方向に均一に分布するため、素材を軸と平行に調整砥石に押しつけることができ、正確な素材送りが可能となる。 一方、研削砥石自身にも、軸方向に均一の負荷がかかるので、それぞれの山形突起のドレッシングインターバルは一定となり、また、研削砥石の回転軸を痛めることもない。研削砥石と調整砥石の間への素材先端の送り込み抵抗を低下させ、研削開始時の素材の挿入をスムーズに行なえるようにしている。
【００４１】
（実施の形態２）
図４に、本発明の第２の実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工装置に用いられる研削砥石の入口側端部の拡大図を示す。
【００４２】
上記第１の実施の形態では、研削砥石の入口側の山形突起２１ａの頂部を、素材の軸と平行な平坦面に成形してるが、本実施の形態では、素材１０ａの軸に対し、微小角度出口側に傾斜した平坦面に成形されている。
【００４３】
これにより、更に研削砥石２１と調整砥石２２の間への素材先端の送り込み抵抗を低下させ、研削開始時の素材の挿入をスムーズに行なえる。
【００４４】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、その説明は省略する。
【００４５】
（実施の形態３）
図７に、本発明の第３の実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工装置に用いられる研削砥石の入口側端部の拡大図を示す。
【００４６】
上記第１の実施の形態では、研削砥石２１の入口側の山形突起２１ａの頂部を、素材１０ａの軸と平行な平坦面に成形してるが、本実施の形態では、研削砥石２１は、幅は同一で、高さが入口側から出口側に向かって徐々に増加するように形成された複数の山形突起２１ａを備えている。
【００４７】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、その説明は省略する。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研削砥石の入口側の山形突起を、他の山形突起と同じ幅で、低く成形することにより、研削砥石と調整砥石の間への素材先端の送り込み抵抗は低下し、研削開始時の素材の挿入をスムーズに行なことができる。すなわち、スルーフィード研削のみでボールねじ軸研削加工を行なうことができ、素材の研削開始時のセッティングの手間がかからず、連続加工も可能と名なるため、ボールねじ軸の生産性の向上が図れる。
【００４９】
特に、入口側の山形突起は、他の山形突起と同形の山形突起の頂部を平坦にすることで、その高さを低くしたので、調整砥石方向の研削抵抗が大きくなり、調整砥石から素材が得た回転力及び推力が、素材送りに対する研削抵抗（素材送り方向の逆方向の研削抵抗）よりも、十分に大きくなる。
【００５０】
これにより、スルーフィード研削のみのボールねじ軸研削加工をより高精度に行なうことができる。
【００５１】
また、山形突起は、入口側から出口側にむけて、徐々に高さが高くなっていくことを特徴とする。
【００５２】
これにより、研削しろが徐々に大きくなることとなり、研削抵抗が研削砥石の軸方向に均一に分布するため、素材を軸と平行に調整砥石に押しつけることができ、正確な素材送りが可能となる。一方、研削砥石自身にも、軸方向に均一の負荷がかかるので、それぞれの山形突起のドレッシングインターバルは一定となり、また、研削砥石の回転軸を痛めることもない。
【００５３】
これにより、ボールねじ軸の加工精度が更によくなり、ボールねじ軸の品質を向上できるとともに、ボールねじ軸の研削加工装置の寿命の増加を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ） は本発明のボールねじ軸の加工方法の工程図、同図（ｂ） は各加工工程の模式図、同図（ｃ） は加工されたボールねじ軸の正面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施の形態に係るボールねじ軸の加工に使用する研削加工装置の基本的な構成を示すもので、同図（ａ） は正面図、同図（ｂ） は上面図、同図（ｃ） は側面図である。
【図３】図３（ａ） は本発明の第１の実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工装置の研削砥石の形状を示す拡大図である。図３（ｂ），（ｃ）は（ａ）の山形突起の切り込み状態を説明するもので、（ｂ）は研削状態の山形突起を素材の外径円筒面の延長面で切断した概念図、（ｃ）は（ｂ）のａ〜ｅの位置にて切断した断面形状を山形突起の中心線に沿ってそろえて記載した説明図である。また、（ｄ）は、山形突起に係る研削抵抗ベクトルの比較図である。
【図４】図４は本発明の第２の実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工装置の研削砥石の形状を示す拡大図である。
【図５】図５は本発明の第３の実施の形態に係るボールねじ軸の研削加工装置の研削砥石の形状を示す拡大図である。
【図６】図６（ａ）は従来の心なし研削の一例を示す図、同図（ｂ）〜（ｄ）は従来の心なし研削によって加工される加工物の一例を示す図である。
【図７】図７（ａ） は従来のボールねじ軸の研削加工装置の研削砥石の形状を示す拡大図である。図７（ｂ），（ｃ）は（ａ）の山形突起の切り込み状態を説明するもので、（ｂ）は研削状態の山形突起を素材の外径円筒面の延長面で切断した概念図、（ｃ）は（ｂ）のａ〜ｅの位置にて切断した断面形状を山形突起の中心線に沿ってそろえて記載した説明図である。また、（ｄ）は、山形突起に係る研削抵抗ベクトルの比較図である。
【図８】図８は、図７の研削砥石及び上部押えを用いて研削を開始する場合の説明図である。
【符号の説明】
１０ａ 素材
１１ 外径円筒面
１２ ボールねじ溝
２１ 研削砥石
２１ａ 山形突起
２２ 調整砥石
２３ 支持台
２４ 案内板
２７ 研削液噴出用ノズル

Claims (2)

1. 研削砥石外周にボールねじ溝の断面形状に対応する山形突起を所定のピッチでもって複数設け、素材の外径円筒面に接触する調整砥石と支持板とによって素材を支持回転させつつ軸方向に送ることにより、研削砥石の山形突起によって素材の外径円筒面を部分的に螺旋状に削ってボールねじ溝を形成するボールねじ軸の研削加工装置であって、
   前記研削砥石の入口側の山形突起は、他の山形突起と同形の山形突起の頂部を平坦にすることで、他の山形突起と同じ幅で、低く成形されており、
   前記平坦面は、入口側を臨むように傾斜していることを特徴とするボールねじ軸の研削加工装置。
2. 前記山形突起は、入口側から出口側にむけて、徐々に高さが高くなっていくことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ軸の研削加工装置。

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