JP4162070B2

JP4162070B2 - ボールネジの製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP4162070B2
Application number: JP31979499A
Authority: JP
Inventors: 一也吉田
Original assignee: Tokai University Educational Systems
Current assignee: Tokai University Educational Systems
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JP2001137993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールネジの製造装置及び製造方法に関し、特に、工作機械やロボットなどに使われる高精度の位置決めや物体の移動に使用されるハイリードのボールネジの製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械やロボットなどに使われる高精度の位置決めや物体の移動に使用されるボールネジは切削と研削加工あるいは転造加工により製造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法では、製作期間が長くなり生産性が非常に低く、特にハイリードのボールネジ製作は従来の加工方法では容易ではないため、更に製作期間が長くなり高価である。しかしながら、市場においては超高精度な製品を要求する一方、安価で納期の短い製品を期待しているため、市場の要求に合わなくなっている。
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、高精度なボールネジを容易に且つ安価に製造することができるボールネジの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、支持部と、支持部に支持された超硬のダイスとを備えたボールネジの製造装置であって、ダイスの内周面にはらせん状の突起が形成され、ダイスの側部が単式深溝玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されると共に、ダイスの軸方向端部側がスラスト玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されており、支持部の軸方向内側には丸棒が挿通可能な挿通孔が形成されており、ダイスは、予めの１パスリダクションとリードの伸び率との関係を示すデータからボールネジのリードの目標寸法になるように設計されたものであり、ダイス内に丸棒を一度嵌通させることによりボールネジの製造を可能にすることを特徴とするものである。
【０００５】
このように、ダイス内に丸棒を軸方向に嵌通させるだけで回転するダイスのらせん状の突起により丸棒の外周面にらせん状の深溝を成形することができる。
【０００７】
ダイスの側部を単式深溝玉軸受けにより、ダイスの軸方向内部側をスラスト玉軸受けによりそれぞれ回転可能に支持することにより、ダイス内に丸棒を嵌通させる際に、スラスト荷重を受けてもダイスは容易に回転することができる。
【０００８】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、支持部と、支持部に支持された超硬のダイスとを備え、ダイスの内周面にはらせん状の突起が形成され、ダイスの側部が単式深溝玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されると共に、ダイスの軸方向端部がスラスト玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されており、支持部の軸方向内側には丸棒が挿通可能な挿通孔が形成されている製造装置を用いてボールネジを製造する製造方法であって、予めの１パスリダクションとリードの伸び率との関係を示すデータからボールネジのリードの目標寸法になるようにダイスを設計し、ダイス内に丸棒の一端を挿入して軸方向に嵌通させることによりダイスを回転させて、回転するダイス内周面のらせん状の突起が嵌通していく丸棒の外周面にらせん状の深溝を成形し、ダイス内に丸棒を一度嵌通させることによりボールネジを製造することを特徴とする。
【０００９】
これにより、ダイス内に丸棒を一度だけ嵌通させることにより丸棒の外周面に精密な等ピッチのらせん状の深溝が成形されるため、１回のみの塑性加工によりハイリードのボールネジの製造が可能になり、これまで切削・研削での製作が技術的に難しいハイリードのボールネジの製造が可能となるとともに、生産性も向上する。
【００１１】
ダイス内に丸棒を嵌通させると、ダイスは単式深溝玉軸受け及びスラスト玉軸受けにそれぞれ支持されて無理なく回転し、丸棒の外周面にらせん状の深溝を形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の実施の形態を示すハイリードボールネジの製造装置の断面図、図２は、図１の製造装置により製造されたハイリードボールネジの側面図である。
図１に示すように、１０は、ハイリードボールネジ２０の製造装置である。製造装置１０は、超硬合金などのダイス１２の側部が単式深溝玉軸受け１４により、またダイス１２の軸方向内部側がスラスト玉軸受け１６によりそれぞれ支持部１８に回転可能に支持されることにより構成される。これにより、丸棒２０ａ引抜き中スラスト荷重を受けてもダイス１２は容易に回転することができる。ダイス１２の内周面にはらせん状の突起１２ａが形成されており、支持部１８の下部には、丸棒２０ａが挿通可能な挿通孔１８ａが形成されている。丸棒２０ａは、例えば、強じんで耐摩耗性のある浸炭用合金鋼ＳＣＭ４２０などの焼きなましたものである。また、丸棒２０ａの寸法は、例えば、直径１５．０〜１６．２ｍｍ程度である。
【００１３】
次に、ハイリードボールネジ２０の製造方法について説明する。
まず、丸棒２０ａを、潤滑石鹸がのりやすいようにリン酸亜鉛被膜等の潤滑処理（ボンデライト、ボンデリューべ）を行い、その後、丸棒２０ａの一端の直径を縮小（先付け）する。丸棒２０ａを縮小した一端側から図１中矢印１方向にダイス１２内に挿入し、丸棒２０ａの一端を図１中矢印２方向に引抜く。丸棒２０ａの引き抜きは、図示してないドローベンチにより、所定の速度で引抜く。丸棒２０ａを引き抜く際に、ダイス１２のらせん状の突起１２ａが丸棒２０ａの外周面に食い込むため、丸棒２０ａを軸方向に移動させることによりダイス１２が図１中矢印３方向に回転して、らせん状の突起１２ａが丸棒２０ａの外周面にらせん状の深溝２０ｂを成形していく。
このように、ダイス１２の側部を単式深溝玉軸受け１４により、ダイス１２の軸方向内部側をスラスト玉軸受け１６によりそれぞれ回転可能に支持することにより、ダイス１２内に丸棒２０ａを嵌通させる際に、スラスト荷重を受けてもダイス１２は容易に回転することができる。
これにより、ダイス１２内に丸棒２０ａを軸方向に嵌通させるだけで回転するダイス１２のらせん状の突起により丸棒２０ａの外周面に等ピッチの精密ならせん状の深溝を成形することができる。
【００１４】
【実施例】
強じんで耐摩耗性のある浸炭用合金鋼ＳＣＭ４２０の焼きなました丸棒２０ａは、引抜き時のリダクションを変化させるため、その直径を１５．０ｍｍ、１５．２ｍｍ、１５．４ｍｍ、１５．６ｍｍ、１６．２ｍｍの５種類を使用する。図３にそれぞれの丸棒２０ａの直径に対する引抜きリダクションを示し、試作するハイリードボールネジ２０の寸法及び目標仕様を、軸径１５ｍｍ、リード４０ｍｍとし、加工するねじの条数は２と４とする。累積リード誤差の目標は、ＪＩＳＢ１１９１，１１９２のＣ１０相当（±０．２１ｍｍ／３００ｍｍ）であり、溝形状は半円状のものとする。
【００１５】
まず、丸棒２０ａに潤滑処理を行い、その後、丸棒２０ａの一端の直径を縮小する。丸棒２０ａの一端をダイス１２内に挿入して、図示してないドローベンチにより約２ｍ／ｍｉｎの速度で引抜く。引抜き応力はロードセルより随時測定する。
【００１６】
次に、実験結果及び考察を示す。
実験では、図３に示したリダクション内では引抜きが可能であり、１パスの引抜きのみで、図２に示されるような軸径１５ｍｍの４条のハイリードボールネジ２０が加工される。２条或いはその他のハイリードボールネジ２０についても図示していないが同様である。
【００１７】
引抜き中ダイス１２は相当大きな圧力を受けながら回転する。図３に示した各直径の丸棒２０ａを用いた際の引抜き応力の測定結果を図４に示す。これによると、１パスリダクション（Ｒ／Ｐ）が大きくなればなるほど引抜き応力は大きくなり、２条ネジと４条ネジにおける実験結果の相異はあまり見られない。多少複雑形状になる４条ネジの方がかえって引抜き応力が低くなっており、また、１パスリダクションが十数％を超えると引抜き応力の上昇率が小さくなっている。これらは、引き細りのような現象が起き、実リダクションが想定リダクションより小さくなっているためと考えられ、ダイス１２を出たハイリードボールネジ２０のネジの溝部が引張り応力に耐えられず、溝形状が長手方向に伸ばされた現象と判断される。
【００１８】
次に、図３の条件で引抜きを行った２条ネジの各ハイリードボルネジ２０の長手方向のリードの測定結果を図５に示す。いずれの条件でも測定されたリードは目標の４０ｍｍより大きくなっており、１パスリダクションが大きくなればなるほどリードの伸びが大きくなることがわかる。しかし、長手方向のリードのばらつきは少なく、±０．２ｍｍ以内に入っており、ダイス１２の設計時にリードの伸びを予想しなければならないことがわかる。そこで、図６に示す１パスリダクションとリードの伸び率の関係のデータと図５のデータを利用してダイス１２を設計することにより、ハイリードボールネジ２０を目標仕様に仕上げることができるものと判断される。
【００１９】
次に、本発明の引抜きによるハイリードボールネジ２０の変形機構や加工度をチェックするため、硬さ分布を調べた。これによると、成形された溝部では加工硬化により硬さが最も高く、焼きなましの硬さの１０〜１５％向上する。
【００２０】
なお、丸棒２０ａの材質、寸法、ねじの条数及びねじの形状、潤滑処理方法は上記実施の形態に示したものに限定されるものではない。
【００２１】
また、丸棒２０ａをダイス１２内に嵌通させる方法として、丸棒２０ａをダイス１２内に押し込む方法も考えられる。
【００２２】
さらには、本実施例においてはハイリードのボールネジ２０について説明したが、これに限るものではなく、ハイリードではないボールネジも同様に製造することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、ダイス内に丸棒を軸方向に嵌通させるだけで回転するダイスのらせん状の突起により丸棒の外周面にらせん状の深溝を成形することができる。
【００２４】
また、ダイスの側部を単式深溝玉軸受けにより、ダイスの軸方向内部側をスラスト玉軸受けによりそれぞれ回転可能に支持することにより、ダイス内に丸棒を嵌通させる際に、スラスト荷重を受けてもダイスは容易に回転することができる。
【００２５】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、ダイス内に丸棒を一度だけ嵌通させるだけで、高精度の寸法精度を有し、成形された溝部の表面状態が良く、溝部硬さは加工硬化により非常に硬く一部の製品においては熱処理の必要がないらせん状の深溝が丸棒の外周面に成形されるため、１回のみの塑性加工によりこれまで切削・研削での製作が技術的に難しいハイリードのボールネジの製造が可能となる。また、加工時間は従来に比べて一割以下になり、生産性が大幅に向上する。
【００２６】
また、ダイス内に丸棒を嵌通させると、ダイスは単式深溝玉軸受け及びスラスト玉軸受けにそれぞれ支持されて無理なく回転し、丸棒の外周面にらせん状の深溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すハイリードボールネジの製造装置の断面図である。
【図２】図１の製造装置により製造された４条のハイリードボールネジの側面図である。
【図３】各丸棒の直径に対する引抜きリダクションを示す図である。
【図４】種々なリダクションにおけるネジ製造時の引抜き応力を示す図である。
【図５】ハイリードボールネジの長手方向のネジのリードを示す図である。
【図６】各リダクションに対するネジのリードの伸び率を示す図である。
【符号の説明】
１２ダイス
１２ａらせん状の突起
１４単式深溝玉軸受け
１６スラスト玉軸受け
２０ａ丸棒

Claims

支持部と、支持部に支持された超硬のダイスとを備えたボールネジの製造装置であって、
ダイスの内周面にはらせん状の突起が形成され、ダイスの側部が単式深溝玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されると共に、ダイスの軸方向端部側がスラスト玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されており、
支持部の軸方向内側には丸棒が挿通可能な挿通孔が形成されており、
ダイスは、予めの１パスリダクションとリードの伸び率との関係を示すデータからボールネジのリードの目標寸法になるように設計されたものであり、ダイス内に丸棒を一度嵌通させることによりボールネジの製造を可能にすることを特徴とするボールネジの製造装置。
支持部と、支持部に支持された超硬のダイスとを備え、ダイスの内周面にはらせん状の突起が形成され、ダイスの側部が単式深溝玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されると共に、ダイスの軸方向端部がスラスト玉軸受けにより回転可能に支持部に支持されており、支持部の軸方向内側には丸棒が挿通可能な挿通孔が形成されている製造装置を用いてボールネジを製造する製造方法であって、
予めの１パスリダクションとリードの伸び率との関係を示すデータからボールネジのリードの目標寸法になるようにダイスを設計し、
ダイス内に丸棒の一端を挿入して軸方向に嵌通させることによりダイスを回転させて、回転するダイス内周面のらせん状の突起が嵌通していく丸棒の外周面にらせん状の深溝を成形し、
ダイス内に丸棒を一度嵌通させることによりボールネジを製造することを特徴とするボールネジの製造方法。