JP5772586B2 - Ball screw nut - Google Patents
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Description
本発明は、ボールねじ用ナットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nut for a ball screw.
ボールねじは、内周面に螺旋溝(ボール転動溝)が形成されたナットと、外周面に螺旋溝(ボール転動溝)が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝(ボール転動溝)とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、前記ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する装置である。
このようなボールねじは、一般的な産業用機械の位置決め装置等だけでなく、自動車、二輪車、船舶等の乗り物に搭載される電動アクチュエータにも使用されている。
The ball screw has a nut having a spiral groove (ball rolling groove) formed on the inner peripheral surface, a screw shaft having a spiral groove (ball rolling groove) formed on the outer peripheral surface, and a spiral groove (ball rolling) of the nut. And a ball return path for returning the ball from the end point of the track to the start point, and the ball rolls in the track. The nut moves relative to the screw shaft.
Such a ball screw is used not only for a general industrial machine positioning device but also for an electric actuator mounted on a vehicle such as an automobile, a two-wheeled vehicle or a ship.
ボールねじのボール戻し経路には循環チューブ方式やコマ方式などがあり、コマ方式の場合は、ボール戻し経路をなす凹部が形成されたコマをナットの貫通穴に嵌めている。これに対して、ボール戻し経路をなす凹部(ボール循環溝)がナットの内周面に直接形成されていれば、組み付けの手間やコストが低減できるとともに、ボール循環の信頼性向上も期待できる。 The ball return path of the ball screw includes a circulation tube system, a top system, and the like. In the case of the top system, a top formed with a recess that forms the ball return path is fitted in the through hole of the nut. On the other hand, if the recess (ball circulation groove) forming the ball return path is directly formed on the inner peripheral surface of the nut, it is possible to reduce the time and cost of assembly and to improve the reliability of the ball circulation.
例えば特許文献1では、先端形状がゴシックアーク形状の単一の切削工具を使用し、この切削工具の回転軸がナットの内周面に対して径方向に延在するようにナット内径部に配置する。そして、切削工具に回転切削主運動を与えることで、ナットの内周面にボール転動溝及びボール循環溝を切削加工で連続的に加工している。
この特許文献1の技術によると、単一の切削工具でボール転動溝及びボール循環溝を連続的に加工するので、ボール転動溝及びボール循環溝が軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されるのを防止することができる。
For example, in Patent Document 1, a single cutting tool whose tip shape is a gothic arc shape is used, and the cutting shaft is disposed on the inner diameter portion of the nut so that the rotation axis of the cutting tool extends in the radial direction with respect to the inner peripheral surface of the nut. To do. Then, by applying a rotary cutting main motion to the cutting tool, the ball rolling groove and the ball circulation groove are continuously processed by cutting in the inner peripheral surface of the nut.
According to the technique of Patent Document 1, since the ball rolling groove and the ball circulation groove are continuously processed with a single cutting tool, the ball rolling groove and the ball circulation groove are displaced in the axial direction, the circumferential direction, and the radial direction. It is possible to prevent the film from being formed.
しかし、特許文献1の技術は、切削工具及び切削工具を回転自在に支持するスピンドルユニットをナット内径部の径方向に延在させて配置できる大きさのナットしか加工することができず、加工できるナットの大きさに制約がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ナットの大きさに制約を設けず、全ての大きさのナットに対してボール転動溝及びボール循環溝が軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されるのを防止することができるボールねじ用ナットの製造方法を提供することを目的としている。
However, the technique of Patent Document 1 can only process a nut that has a size that allows the cutting tool and a spindle unit that rotatably supports the cutting tool to extend in the radial direction of the inner diameter portion of the nut. There are restrictions on the size of the nut.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and there is no restriction on the size of the nut, and the ball rolling groove and the ball circulation for all size nuts. It is an object of the present invention to provide a ball screw nut manufacturing method capable of preventing the grooves from being formed in a state shifted in the axial direction, the circumferential direction, and the radial direction.
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項1記載のボールねじ用ナットの製造方法は、ボールを転動させる軌道をねじ軸の螺旋溝とともに形成するボール転動溝と、前記軌道の終点から始点に前記ボールを戻すボール循環溝とを、ナット素材である円筒状のブランクの内周面に連続して形成するボールねじ用ナットの製造方法であって、ヘリカルカッターの周囲に設けられた回転刃が前記ブランクの前記内周面に沿うよう、かつ、前記ヘリカルカッターの中心軸及び前記ブランクの中心軸がねじれの位置となるように前記ヘリカルカッター及び前記ブランクを相対的に所定の角度で傾斜配置し、前記ヘリカルカッターを前記中心軸回りに回転させつつ前記ブランクの前記内周面に沿って相対移動させることで、前記回転刃で前記ボール転動溝を形成していき、前記ボール転動溝に連続して前記ボール循環溝を形成する際に、前記ヘリカルカッターの前記中心軸と前記ブランクの前記中心軸とがなす角度を、前記ボール転動溝を形成するときとは異なる角度に連続的に変化させて前記回転刃で前記ボール循環溝を形成していき、前記ボール循環溝に連続して前記ボール転動溝を形成する際に、前記所定の角度となるように前記ヘリカルカッター及び前記ブランクを元の相対的な傾斜配置に戻して前記回転刃で前記ボール転動溝を形成していくボールねじ用ナットの製造方法である。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のボールねじ用ナットの製造方法において、前記ヘリカルカッターは、当該ヘリカルカッターの前記中心軸に沿うZ軸方向及びこのZ軸方向に直交するとともに互いに直交するX軸、Y軸方向に移動可能とされ、前記ブランクは、当該ブランクの前記中心軸に直交する直交軸回りに回動自在に配置されており、前記ボール転動溝に連続して前記ボール循環溝を形成する際及び記ボール循環溝に連続して前記ボール転動溝を形成する際には、前記ブランクのみを前記直交軸回りに回動させることで前記ヘリカルカッターの前記中心軸と前記ブランクの前記中心軸とがなす角度を変化させるボールねじ用ナットの製造方法である。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2記載のボールねじ用ナットの製造方法において、前記ヘリカルカッターの前記回転刃の先端部は、ゴシックアーチ状に形成されているボールねじ用ナットの製造方法である。
In order to achieve the above object, a ball screw nut manufacturing method according to claim 1 of the present invention includes a ball rolling groove that forms a raceway for rolling a ball together with a spiral groove of a screw shaft, a ball circulation groove for returning the ball to the starting point from the end point, a manufacturing method of a cylindrical inner peripheral surface you continuously formed ball screw nut blank is nut material, provided around the helical cutter was rotary blade along Migihitsuji in said circumferential surface of said blank and said helical cutter and a relatively predetermined the blank so that the central axis and the central axis of the blank of the helical cutter is skewed The ball is moved by the rotary blade by moving the helical cutter relative to the inner peripheral surface of the blank while rotating the helical cutter around the central axis. When forming the moving groove and forming the ball circulation groove continuously to the ball rolling groove, an angle formed by the central axis of the helical cutter and the central axis of the blank is set to the ball rolling angle. When the ball circulation groove is formed continuously with the ball circulation groove, the ball circulation groove is formed continuously with the rotary blade by changing the angle different from that when forming the movement groove. It is a manufacturing method of the nut for ball screws which returns the above-mentioned helical cutter and the blank to the original relative slanting arrangement so that it may become the predetermined angle, and forms the ball rolling groove with the rotary blade .
According to a second aspect of the present invention, in the ball screw nut manufacturing method according to the first aspect, the helical cutter is orthogonal to the Z-axis direction along the central axis of the helical cutter and the Z-axis direction. It is possible to move in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other, and the blank is disposed so as to be rotatable around an orthogonal axis orthogonal to the central axis of the blank, and is continuous with the ball rolling groove. When the ball circulation groove is formed and when the ball rolling groove is formed continuously to the ball circulation groove, the central axis of the helical cutter is rotated by rotating only the blank around the orthogonal axis. And a method for manufacturing a ball screw nut that changes an angle formed by the central axis of the blank.
According to a third aspect of the present invention, in the ball screw nut manufacturing method according to the first or second aspect, the tip of the rotary blade of the helical cutter has a Gothic arch-shaped tip. It is a manufacturing method.
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項記載のボールねじ用ナットの製造方法において、前記回転刃は、前記先端部から基端側に向かって刃幅が徐々に増大しているボールねじ用ナットの製造方法である。
また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至4の何れか1項記載のボールねじ用ナットの製造方法において、前記軌道の終点から始点に接続する前記ボール循環溝の両端部の溝幅tbに対して、前記ボール循環溝の長さ方向の中央部の溝幅taが小さく設定されるように、前記ボール循環溝を形成しているボールねじ用ナットの製造方法である。
さらに、請求項6記載の発明は、請求項1乃至5の何れか1項記載のボールねじ用ナットの製造方法において、複数回に渡って、前記ヘリカルカッターの切り込み深さを徐々に大きくしていきながら前記ボール転動溝及び前記ボール転動溝を連続して形成していくとともに、前記ボール循環溝の切り込み深さを、前記ボール転動溝の切り込み深さより深くすることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a ball screw nut according to any one of the first to third aspects, the blade width of the rotary blade gradually increases from the distal end portion toward the proximal end side. This is a method of manufacturing a nut for a ball screw that is increasing.
According to a fifth aspect of the present invention, in the ball screw nut manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, the groove widths at both ends of the ball circulation groove connected from the end point of the track to the start point This is a method for manufacturing a ball screw nut in which the ball circulation groove is formed so that the groove width ta at the center in the length direction of the ball circulation groove is set smaller than tb.
Furthermore, the invention according to claim 6 is the ball screw nut manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the cutting depth of the helical cutter is gradually increased over a plurality of times. The ball rolling groove and the ball rolling groove are continuously formed while continuing, and the cutting depth of the ball circulation groove is made deeper than the cutting depth of the ball rolling groove.
本発明に係るボールねじ用ナットの製造方法によると、円筒状のブランクの内径に回転刃が挿入可能なヘリカルカッターを使用し、このヘリカルカッターの回転刃をブランクの一方の開口部から内周面に沿って配置し、回転するヘリカルカッター及びブランクを相対的に傾斜させ、回転刃の切削加工によりボール転動溝及びボール循環溝を連続して形成しているので、全ての大きさのナットに対して、ボール転動溝及びボール循環溝が軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されるのを防止することができる。 According to the ball screw nut manufacturing method of the present invention, a helical cutter in which a rotary blade can be inserted into the inner diameter of a cylindrical blank is used, and the rotary blade of this helical cutter is connected to the inner peripheral surface from one opening of the blank. The rotating helical cutter and the blank are relatively inclined, and the ball rolling groove and the ball circulation groove are continuously formed by cutting the rotating blade. On the other hand, it is possible to prevent the ball rolling groove and the ball circulation groove from being formed in a state shifted in the axial direction, the circumferential direction, and the radial direction.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係るボールねじ1の断面図である。
このボールねじ1は、螺旋状のボール転動溝3aを外周面に有するねじ軸3と、ねじ軸3のボール転動溝3aに対向する螺旋状のボール転動溝5aを内周面に有するナット5と、両ボール転動溝3a,5aにより形成される螺旋状のボール転動路7内に転動自在に装填された複数のボール9と、ボール9をボール転動路7の終点から始点へ戻し循環させるボール循環溝11とを備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a ball screw 1 according to the present invention.
This ball screw 1 has a
ボール循環溝11はナット5の内周面にS字状に形成され、このボール循環溝11の両端部に螺旋状のボール転動溝5aが形成されている。
ボール9は、ボール転動路7内を移動しつつねじ軸3の回りを回ってボール転動路7の終点に至り、そこでボール循環溝11の一方の端部から掬い上げられてボール循環溝11内を通り、ボール循環溝11の他方の端部からボール転動路7の始点に戻されるようになっている。
The
The
上記構成のボールねじ1は、ボール9を介してねじ軸3に螺合されているナット5とねじ軸3とを相対回転運動させると、ボール9の転動を介してねじ軸3とナット5とが軸方向に相対移動するようになっている。そして、ボール転動路7とボール循環溝11により無端状のボール通路が形成されており、ボール転動路7内を転動するボール9が無端状のボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸3とナット5とは継続的に相対移動することができる。
In the ball screw 1 having the above-described configuration, when the
本実施形態のナット5は、図2に示すように、円筒部材の軸方向の一端にフランジ13を設けた鉄鋼製のブランク15から形成される。
すなわち、図3に示すように、ブランク15(ナット5)の内径に挿入可能な大きさのヘリカルカッター17を使用し、このヘリカルカッター17でブランク15の内周面15aを切削加工することにより、S字状のボール循環溝11と、このボール循環溝11の両端部に接続する螺旋状のボール転動溝5aを形成する。
As shown in FIG. 2, the
That is, as shown in FIG. 3, by using a
図4に示すように、ヘリカルカッター17は軸P回りに回転し、周方向に所定間隔をあけて設けた複数の回転刃19でブランク15の切削加工を行うものである。ヘリカルカッター17の複数の回転刃19は、先端部19aがゴシックアーチ状に形成されているとともに、先端部19aから基端側19bに向かって刃幅Hが徐々に増大した形状とされている。
図5は、本実施形態に係る2軸テーブル付きのマシニングセンタ21を示すものである。
このマシニングセンタ21は、ヘリカルカッター17を軸回りに回転させる回転駆動機構(不図示)と、ヘリカルカッター17をX軸方向(水平方向)、Y方向(X軸方向に直交する水平方向)及びZ軸方向(鉛直方向)に移動させるヘリカルカッター送り駆動機構(不図示)と、ブランク15を保持するテーブル23とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
FIG. 5 shows a
The
テーブル23には、ブランク15を保持するチャック25が設けられており、ブランク15が軸回りに回転するようにチャック25をθ方向に回転させるθ方向送り駆動機構(不図示)と、チャック25をΦ方向に回転させるΦ方向送り駆動機構(不図示)とを備えている。ヘリカルカッター送り駆動機構、θ方向送り駆動機構及びΦ方向送り駆動機構は、モータ等を駆動源とした装置である。なお、Φ方向は、水平方向に延在するX軸回りの回転方向であり、θ方向は鉛直方向に延在するブランク15の軸回りの回転方向(Φ中心軸と交わり、且つ、Φ中心軸と直交する軸回りの回転方向)である。
The table 23 is provided with a
そして、上記構成のマシニングセンタ21は、ヘリカルカッター17の回転刃19をブランク15の一方の開口部から内周面15aに沿って配置し、コンピュータ(不図示)から入力されたNCデータに基づいてθ方向送り駆動機構及びΦ方向送り駆動機構を駆動することで、ブランク15の移動を制御し、ヘリカルカッター送り駆動機構を駆動することで、軸回りに回転しているヘリカルカッター17をX軸、Y軸及びZ方向に所定量を送る。
The
これにより、ブランク15の内周面15aに、ボール循環溝11及びボール転動溝5aを連続的に形成することでナット5が製造される。つまり、図6(a)〜(c)は、数回に渡ってヘリカルカッター17の切り込み深さを徐々に大きくしながら、ボール循環溝11及びボール転動溝5aを連続的に形成している状態を示す。ここで、ボール循環溝11及びボール転動溝5aは、切り込み深さが異なった状態で形成される。
Thereby, the
ここで、ヘリカルカッター17の複数の回転刃19は、先端部19aがゴシックアーチ状に形成されているとともに、先端部19aから基端側19bに向かって刃幅Hが徐々に増大した形状とされているので、製造されたナット5のボール循環溝11及びボール転動溝5aのボール9が進行する方向に対して直交する断面の形状は、ボール9が2点接触するゴシックアーチ状をなすとともに、溝底からブランク15(ナット5)の径方向内方に向かうに従いテーパ状に開口する形状となる。すなわち、図7はボール循環溝11を示すものであるが、ゴシックアーチ状の溝底11aが形成されているとともに、テーパ状に開口する開口部11bが形成される。
Here, the plurality of
また、図8に示すように、ボール循環溝11は、ボール転動溝5aに接続する両端部が直線状となっており、該両端部の間に位置する中央部が略S字状に湾曲した曲線状となっている。そして、ボール循環溝11の中央部の溝幅ta及び両端部の溝幅tbが、ta<tbを満足するように形成されている。なお、端部と中央部との間には、端部から中央部に向かって溝幅が漸減する漸減部が形成されている。
As shown in FIG. 8, the
したがって、上記構成のナット5は、ブランク15の内径に挿入可能な大きさのヘリカルカッター17を使用し、ヘリカルカッター17の回転刃19をブランク15の一方の開口部から内周面15aに沿って配置し、ブランク15をθ方向及びΦ方向に移動制御し、軸回りに回転したヘリカルカッター17をX軸、Y軸及びZ方向に所定量を送ってブランク15の内周面15aを切削加工することにより、S字状のボール循環溝11と、このボール循環溝11の両端部に接続する螺旋状のボール転動溝5aを連続して形成しているので、全ての大きさのナットに対して、ボール転動溝5a及びボール循環溝11が軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されるのを防止することができる。
Therefore, the
また、このナット5を備えたボールねじ1は、ナット5のボール循環溝11及びボール転動溝5aのボール9が進行する方向に対して直交する断面の形状が、ボール9が2点接触するゴシックアーチ状をなしているので、ボール循環溝11及びボール転動溝5aを通過するボール9の蛇行を防止することができる。
しかも、ナット5のボール循環溝11及びボール転動溝5aの溝底からナット5の径方向内方に向かうに従いテーパ状に開口する形状としたことから、ボール循環溝11及びボール転動溝5aとボール9との隙間を小さく設定し、異音や振動を抑制することができる。
Further, the ball screw 1 provided with the
In addition, the
さらに、ナット5のボール循環溝11の中央部の溝幅taが両端部の溝幅tbよりも小さく設定されているため、ボール循環溝11内を通る際のボール9の蛇行が抑制され、作動性が向上する。その結果、ボール9がボール循環溝11内の内壁に衝突することにより生じる作動音が低減するとともに、ボール循環溝11及びボール9の摩耗が低減する。また、ボール9が摩耗しにくいため、ボールねじ1にトルク変動が生じにくいことに加えて、ボールねじ1が長寿命となる。
なお、上記の実施形態では、工具としてヘリカルカッター17を使用した切削加工による加工を示したが、上記ヘリカルカッター17と同様の断面形状を有した研削砥石を用いて転動溝及び循環溝を研削加工により仕上げ加工する場合にも、本発明を適用できる。
Furthermore, since the groove width ta at the center of the
In the above-described embodiment, the processing by cutting using the
1…ボールねじ、3…ねじ軸、3a…ボール転動溝、5…ナット、5a…ボール転動溝、7…ボール転動路、9…ボール、11…ボール循環溝、11a…ゴシックアーチ形状の溝底、11b…テーパ状に開口する開口部、13…フランジ、15…ブランク、15a…ブランクの内周面、17…ヘリカルカッター、19…ヘリカルカッターの回転刃、19a…先端部、19b…基端側、21…マシニングセンタ、23…テーブル、25…チャック、H…刃幅、P…軸、ta…ボール循環溝の中央部の溝幅、tb…ボール循環溝の両端部の溝幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ball screw, 3 ... Screw shaft, 3a ... Ball rolling groove, 5 ... Nut, 5a ... Ball rolling groove, 7 ... Ball rolling path, 9 ... Ball, 11 ... Ball circulation groove, 11a ... Gothic arch shape Groove opening, 11b ... opening opening in taper shape, 13 ... flange, 15 ... blank, 15a ... inner peripheral surface of blank, 17 ... helical cutter, 19 ... rotary blade of helical cutter, 19a ... tip, 19b ... Base end side, 21: machining center, 23 ... table, 25 ... chuck, H ... blade width, P ... shaft, ta ... groove width at the center of the ball circulation groove, tb ... groove width at both ends of the ball circulation groove
Claims (6)
ヘリカルカッターの周囲に設けられた回転刃が前記ブランクの前記内周面に沿うよう、かつ、前記ヘリカルカッターの中心軸及び前記ブランクの中心軸がねじれの位置となるように前記ヘリカルカッター及び前記ブランクを相対的に所定の角度で傾斜配置し、
前記ヘリカルカッターを前記中心軸回りに回転させつつ前記ブランクの前記内周面に沿って相対移動させることで、前記回転刃で前記ボール転動溝を形成していき、
前記ボール転動溝に連続して前記ボール循環溝を形成する際に、前記ヘリカルカッターの前記中心軸と前記ブランクの前記中心軸とがなす角度を、前記ボール転動溝を形成するときとは異なる角度に連続的に変化させて前記回転刃で前記ボール循環溝を形成していき、
前記ボール循環溝に連続して前記ボール転動溝を形成する際に、前記所定の角度となるように前記ヘリカルカッター及び前記ブランクを元の相対的な傾斜配置に戻して前記回転刃で前記ボール転動溝を形成していくことを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。 A ball rolling groove of the raceway for rolling the balls is formed with helical grooves of the screw shaft and a ball circulation groove for returning the ball to the starting point from the end point of the track, the inner peripheral surface of the cylindrical blank is nut material a method of manufacturing a continuous ball screw nut you formed on,
Along Migihitsuji to the rotary blade provided around the inner peripheral surface of the blank of helical cutter and the helical cutter and the like central axis of the central shaft and the blank of the helical cutter is skewed The blank is inclined at a relatively predetermined angle,
By rotating the helical cutter around the central axis and relatively moving along the inner peripheral surface of the blank, the rotary blade forms the ball rolling groove,
When forming the ball rolling groove, the angle formed by the central axis of the helical cutter and the central axis of the blank when forming the ball circulation groove continuously to the ball rolling groove is The ball circulation groove is formed with the rotary blade by continuously changing to different angles,
When the ball rolling groove is formed continuously with the ball circulation groove, the helical cutter and the blank are returned to the original relative inclined arrangement so that the predetermined angle is obtained, and the ball is moved by the rotary blade. A method for manufacturing a ball screw nut , characterized by forming rolling grooves .
前記ブランクは、当該ブランクの前記中心軸に直交する直交軸回りに回動自在に配置されており、
前記ボール転動溝に連続して前記ボール循環溝を形成する際及び記ボール循環溝に連続して前記ボール転動溝を形成する際には、前記ブランクのみを前記直交軸回りに回動させることで前記ヘリカルカッターの前記中心軸と前記ブランクの前記中心軸とがなす角度を変化させることを特徴とする請求項1記載のボールねじ用ナットの製造方法。 The helical cutter is movable in the Z-axis direction along the central axis of the helical cutter and the X-axis and Y-axis directions orthogonal to the Z-axis direction and orthogonal to each other,
The blank is arranged so as to be rotatable around an orthogonal axis orthogonal to the central axis of the blank,
When the ball circulation groove is formed continuously with the ball rolling groove and when the ball rolling groove is formed continuously with the ball circulation groove, only the blank is rotated about the orthogonal axis. The ball screw nut manufacturing method according to claim 1 , wherein an angle formed by the central axis of the helical cutter and the central axis of the blank is changed .
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