JP5282810B2 - Ball screw mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車、船舶等に使用されたりするボールねじ機構に関するものである。 The present invention relates to a ball screw mechanism that is assembled to a general industrial machine or used in automobiles, ships, and the like.
近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。 In recent years, labor saving of vehicles and the like has progressed, and for example, a system has been developed in which a transmission, a parking brake, and the like of an automobile are performed not by hand but by the power of an electric motor. An electric actuator used for such an application may use a ball screw mechanism in order to convert the rotational motion transmitted from the electric motor into the axial motion with high efficiency.
しかるに、通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転走路内を転動するボールとからなるが、いわゆるコマ式のボールねじ機構においては、転走路の一端から他端へとボールを戻すために、コマをナットに取り付けている(特許文献1参照)。又、ナットの雌ねじ溝は、螺旋状に刃物を形成したタップ工具を用いてナットの内周面を切削加工することで形成できる(特許文献2参照)。 However, normally, the ball screw mechanism is composed of a screw shaft, a nut, and a ball that rolls in a rolling path formed between the two. In the so-called top-type ball screw mechanism, the ball screw mechanism starts from one end of the rolling path. In order to return the ball to the other end, a top is attached to the nut (see Patent Document 1). The female thread groove of the nut can be formed by cutting the inner peripheral surface of the nut using a tap tool in which a blade is formed in a spiral shape (see Patent Document 2).
しかるに、従来技術の製造方法によれば、
(1)加工されるナット内周面においては、実際にボールが挿入されて使用される部分以外に雌ねじ溝の切削が行われ、不必要な加工が行われている。
(2)加工されるナット内周面においては、実際にボールが挿入されて使用される転走路以外の部分(不使用溝という)にもついても雌ねじ溝の切削が行われるが、ボールねじ組立の際に、かかる不使用溝に誤ってボールが挿入されると、ボールが詰まって作動不良を起こす恐れがある。
(3)タップ工具の切り歯は、ナットに最初に挿入する側の先端から後方に向かって徐々に切削量を増して行くようなテーパ状になっている為、工具の径方向及び軸方向寸法が増大し、加工機及び加工法に制約が伴うという問題がある。
However, according to the prior art manufacturing method,
(1) On the inner peripheral surface of the nut to be processed, the internal thread groove is cut in addition to the portion where the ball is actually inserted and used, and unnecessary processing is performed.
(2) On the inner peripheral surface of the nut to be machined, the internal thread groove is also cut on the part other than the rolling path where the ball is actually inserted and used (referred to as an unused groove). In this case, if the ball is mistakenly inserted into the unused groove, the ball may be clogged, resulting in malfunction.
(3) The cutting teeth of the tap tool are tapered so that the amount of cutting gradually increases from the tip of the side that is first inserted into the nut toward the rear, so the radial and axial dimensions of the tool However, there is a problem that the processing machine and the processing method are restricted.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、加工の無駄を省き、ボールねじ機構の信頼性を高め、製造の自由度が向上するボールねじ機構の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides a method of manufacturing a ball screw mechanism that eliminates processing waste, improves the reliability of the ball screw mechanism, and improves the degree of freedom in manufacturing. For the purpose.
本発明のボールねじ機構の製造方法は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有するボールねじ機構の製造方法において、
前記ナットの素材の内部に、S字状の凸部を2つ同じ側に形成した金型を挿入し、前記金型の両端を支持して、前記ナットの素材を前記凸部に向かってプレスすることにより,前記ナットの循環路を2つ同時に形成することを特徴とする。
The method of manufacturing the ball screw mechanism of the present invention includes:
A screw shaft having a male screw groove formed on the outer peripheral surface;
A nut disposed so as to surround the screw shaft and having an internal thread formed on an inner peripheral surface thereof;
In a manufacturing method of a ball screw mechanism having a plurality of balls arranged to roll along a rolling path formed between both screw grooves facing each other,
A mold having two S-shaped projections formed on the same side is inserted into the nut material , and both ends of the mold are supported, and the nut material is pressed toward the projection. Thus , two nut circulation paths are formed simultaneously .
本発明によれば、前記ナットの循環路は、前記ナットの素材の内部に、S字状の凸部を形成した金型を挿入し、更に前記ナットの内周面に対して前記凸部を相対的に押し付けることにより形成されるので、容易に形成できると共に、前記雌ねじ溝に対応する形状の刃物を有する工具を、自転させつつ公転させて切削加工を併せて行うことで、前記循環路と前記雌ねじ溝とを段差なく接続させることができ、異音、作動トルク変動、寿命低下等を抑制することができる。 According to the present invention, in the nut circulation path, a mold having an S-shaped convex portion is inserted into the nut material, and the convex portion is further formed with respect to the inner peripheral surface of the nut. Since it is formed by relatively pressing, it can be easily formed, and a tool having a blade having a shape corresponding to the female thread groove is revolved while rotating to perform cutting work together with the circulation path. The female screw groove can be connected without any step, and abnormal noise, fluctuation in operating torque, reduction in life, and the like can be suppressed.
第2の本発明によれば、前記ナットの循環路は、塑性加工により前記ナットの内周面に形成されるので、容易に形成できると共に、前記雌ねじ溝に対応する形状の刃物を有する工具を、自転させつつ公転させて切削加工を併せて行うことで、前記循環路と前記雌ねじ溝とを段差なく接続させることができ、異音、作動トルク変動、寿命低下等を抑制することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the circulation path of the nut is formed on the inner peripheral surface of the nut by plastic working, a tool having a blade having a shape corresponding to the female thread groove can be easily formed. By revolving while rotating and performing cutting together, the circulation path and the female thread groove can be connected without any step, and abnormal noise, operating torque fluctuation, life reduction, and the like can be suppressed.
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、2列の雌ねじ溝2a(図2参照)と、各雌ねじ溝2bに接続する循環路2bとを形成している。複数のボール3が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動し、循環路2bを介して戻るように配置されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an axial sectional view of a ball screw mechanism manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 2 is a view of the nut shown in FIG. 1 taken along the line II-II and viewed in the direction of the arrow. In FIG. 1, a
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フランジ付きの中空円筒部材の内周面に、循環溝を形成する。図3は、循環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、循環路2bの形状に対応している。
Next, the manufacturing method according to this embodiment will be described. First, a circulation groove is formed on the inner peripheral surface of a hollow cylindrical member with a flange, which is a nut material. FIG. 3 is a diagram showing a process of forming a circulation groove. FIG. 3 (a) is a sectional view of a hollow cylindrical member and a mold, and FIG. 3 (b) is a configuration of FIG. 3 (a) in the direction of arrow IIIB. FIG. 3C is a view of the mold shown in FIG. 3B as viewed in the direction of arrow IIIC. Here, forging is performed using a mold M as shown in FIG. The mold M has a cylindrical shape having an outer diameter smaller than the inner diameter of the hollow cylindrical member, and two S-shaped convex portions Ma as shown in FIGS. 3B and 3C are provided on the outer surface thereof. Forming. The convex portion Ma corresponds to the shape of the
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(P)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つの循環路2bが形成される。
The mold M is inserted into the hollow cylindrical member N, the convex portion Ma is brought into contact with the upper part of the inner peripheral surface thereof, and the both ends of the mold M are supported, and the hollow cylindrical member N is fixed to the mold. Press (P) toward M and perform forging. Then, as shown in FIG. 4, the convex portion Ma is transferred to the inner peripheral surface of the hollow cylindrical member N, and two recessed
次に、循環路2bを形成した中空円筒部材Nの内周面に、雌ねじ溝を形成する。図5は、雌ねじ溝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、雌ねじ溝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。
Next, a female thread groove is formed on the inner peripheral surface of the hollow cylindrical member N in which the
この切削加工を行う場合、中空円筒部材Nの端面近辺では自転する刃物の公転軌道を、自転する刃物Tbが中空円筒部材Nの内周面に接触しないよう公転軌道中心よりに逃がすことが必要となる。更に図5に示すように、切削工具Tの回転軸Taを所定の軸線方向位置で半径方向外方にシフトさせ、雌ねじ溝2aのピッチで軸線方向に送り出しながら公転させつつ、より速い速度で自転させることで、360度未満の螺旋状の雌ねじ溝2aを、中空円筒部材Nの内周面に切削形成することができる。このとき、循環路2bに軸線方向位置及び位相を合わせることで、図6に示すように、各循環路2bが雌ねじ溝2aの両端に接続するように形成できる。図5に示す切削工具Tでは、2本の雌ねじ溝2aを形成するために、同じ中空円筒部材Nについて2回切削加工することになるが、回転軸Ta上に刃物Tbを2つ形成すれば、一度の切削加工で形成できる。
When performing this cutting process, it is necessary to let the revolving trajectory of the rotating tool near the end surface of the hollow cylindrical member N escape from the center of the revolving track so that the rotating tool Tb does not contact the inner peripheral surface of the hollow cylindrical member N. Become. Further, as shown in FIG. 5, the rotational axis Ta of the cutting tool T is shifted radially outward at a predetermined axial position, and revolved while being sent out in the axial direction at the pitch of the
次に、循環路2b及び雌ねじ溝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。
Next, a quenching process is performed on the inner peripheral surface of the hollow cylindrical member N in which the
本実施の形態によれば、中空円筒状部材Nにコマの取り付け孔を形成していないので、オーバーヒートの熱処理不具合等が無く、高周波焼入れを行うのに適している。また中空円筒状部材Nの内周面に一度に焼入れを行うことで、耐摩耗性に優れた雌ねじ溝2a及び循環路2bを形成でき、その場合に粒界酸化を抑制できる。
According to the present embodiment, since the top mounting holes are not formed in the hollow cylindrical member N, there is no overheating heat treatment defect and the like, which is suitable for induction hardening. Further, by quenching the inner peripheral surface of the hollow cylindrical member N at a time, the
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。
In particular, circulating members such as tubes and pieces used in conventional ball screw mechanisms are generally not heat-treated, and thus wear when operated for a long period of time, causing poor circulation. On the other hand, according to the present embodiment, not only the
図8は、比較例にかかるコマ式ボールねじ機構の軸線直交方向断面図であり、図9は、図8の構成をIX-IX線で切断して矢印方向に見た図であるが、3次元的奥行きは廃止し、模式的に表している。図10は、図1に示す本実施の形態の構成をIX-IX線で切断して矢印方向に見た図であるが、3次元的奥行きは廃止し、模式的に表している。図8,9に示す比較例は、ナット2の取り付け孔2cに、循環路4aを有するコマ4を組み付けている点のみが異なる。
8 is a cross-sectional view in the direction orthogonal to the axis of the top type ball screw mechanism according to the comparative example, and FIG. 9 is a view of the configuration of FIG. The dimensional depth is abolished and is shown schematically. FIG. 10 is a view of the configuration of the present embodiment shown in FIG. 1 taken along the line IX-IX and viewed in the direction of the arrow, but the three-dimensional depth is abolished and schematically shown. The comparative example shown in FIGS. 8 and 9 is different only in that the top 4 having the
ねじ軸1の雄ねじ溝1aとナット2の雌ねじ溝2aにより形成される転送路は、ボール3の外径にほぼ近似した螺旋状の空間となる。よって図8に示すように、循環路4aをコマ4に形成して、ナット2’に組み付けた場合、循環路4aの導入部は、ナット2の雌ねじ溝2aよりも径方向で外方に逃げていなくてはならず、それにより雌ねじ溝2aと循環路4aとの間には段差Δが生じる。コマ4を別部材とすると、段差Δを0にする事は一般的には困難である。これに対し、本実施の形態によれば、循環路2bはナット2の内周面に直接形成されるため、図9に示すように、雌ねじ溝2aと循環路2bとの間(図10のD部)を滑らかに接続し、段差を設けないようにできるので、雌ねじ溝2aと循環溝2bとの間をボール3が通過しても、異音や作動トルク変動(ひっかかり等)を生じることがなく、また寿命低下等を抑制することができる。
The transfer path formed by the
更に、比較例の構成では、図8に示すように、ナット2’の内周面には軸線方向にわたって雌ねじ溝2aが形成される。かかる場合、軸線方向における取り付け孔2c、2cの間に形成された雌ねじ溝(不要溝)2a’と、それに対向する雄ねじ溝1aとの間に、点線で示すようにボール3を誤って組み付けると、ボール3が転送できずにねじ軸1とナット2がロックしてしまう恐れがある。これに対し本実施の形態によれば、図9に示すように、軸線方向における循環溝2b、2bの間に雌ねじ溝を形成しないので、ボール3が誤って組み付けられる余地がなく、作動不良を招く恐れがない。
Furthermore, in the configuration of the comparative example, as shown in FIG. 8, a
図11は、変形例にかかる循環溝を形成する工程を示す図であり、図11(a)は中空円筒部材と金型の断面図、図11(b)は図11(a)の構成を矢印XIB方向に見た図である。図3に示す工程の場合、金型Mの両端のみを支持しているので、プレス圧Pが強大であると金型Mが撓み、循環溝を精度良く転写形成できない恐れがある。 FIG. 11 is a diagram illustrating a process of forming a circulation groove according to a modification. FIG. 11A is a cross-sectional view of a hollow cylindrical member and a mold, and FIG. 11B is a configuration of FIG. It is the figure seen in the arrow XIB direction. In the case of the process shown in FIG. 3, since both ends of the mold M are supported, if the press pressure P is high, the mold M may bend and the circulation groove may not be accurately transferred.
これに対し本変形例では、中空円筒部材Nの中央に孔Naを形成し、ここを通した支持柱SCで金型Mの中央を更に支持するようにしている。従って、金型Mは両端と中央の三点で支持されるため、例えプレス圧Pが強大であっても金型Mの撓みが顕著に減少し、循環溝を精度良く転写形成できる。尚、本変形例で用いる中空円筒部材Nは、2つの雌ねじ溝2aの間において、これらに連通しないようにして孔Naが形成されるため、ここからボール3が脱落する恐れはない。孔Naは、ボールねじ機構の使用中、不図示の蓋部材で遮蔽されても良い。
On the other hand, in this modification, a hole Na is formed in the center of the hollow cylindrical member N, and the center of the mold M is further supported by the support column SC passing therethrough. Therefore, since the mold M is supported at three points, both ends and the center, even if the press pressure P is high, the bending of the mold M is remarkably reduced, and the circulation groove can be transferred and formed with high accuracy. Since the hollow cylindrical member N used in this modification is formed with a hole Na so as not to communicate with the two
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate.
1 ねじ軸
2 ナット
3 ボール
N 中空円筒部材
T 切削工具
C コイル
E 高周波電源
1
Claims (3)
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有するボールねじ機構の製造方法において、
前記ナットの素材の内部に、S字状の凸部を2つ同じ側に形成した金型を挿入し、前記金型の両端を支持して、前記ナットの素材を前記凸部に向かってプレスすることにより,前記ナットの循環路を2つ同時に形成することを特徴とするボールねじ機構の製造方法。 A screw shaft having a male screw groove formed on the outer peripheral surface;
A nut disposed so as to surround the screw shaft and having an internal thread formed on an inner peripheral surface thereof;
In a manufacturing method of a ball screw mechanism having a plurality of balls arranged to roll along a rolling path formed between both screw grooves facing each other,
A mold having two S-shaped projections formed on the same side is inserted into the nut material , and both ends of the mold are supported, and the nut material is pressed toward the projection. Thus, the ball screw mechanism manufacturing method is characterized in that two nut circulation paths are formed simultaneously .
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