JP5821990B2 - ボールねじ用ナットの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ボールねじを構成するナットの製造方法に関する。

ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋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。

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、特許文献１（特開２００３−３０７２６３号公報）には、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るボールねじが記載されている。

具体的には、ボールねじのナット部材は、周方向において分割面を有さず、切削加工や鍛造加工で一体的に形成され、ナット部材の内周面に、雌螺旋溝（ボール転動溝）より深い（半径方向外方に突出した）部分を有する長Ｓ字状の循環路（ボール循環溝）が形成され、雌螺旋溝の両端を滑らかに接続していると記載されている。しかし、雌螺旋溝および循環路を具体的にどのようにして形成するかについては記載されていない。

特許文献２（特開２０００−２９７８５４号公報）には、ボール戻し経路をなす凹部（戻り溝）と螺旋溝（内ねじ溝）と外周面の突出部（外径面を形成する部分）を有するナットを、焼結合金で一体に成形することが提案されている。
特許文献３（特開２００５−３２１０５９号公報）には、螺旋状の負荷ボール転動溝と、その一端と他端を接続するボール循環溝と、からなるボール循環路が、ナットの内周面に形成されている「ねじ装置」が記載されている。ボール循環路の形成方法としては、「内カム」と呼ばれていた内径溝入れ加工の手法で作製が可能であると記載されている。
特許文献４（特開２００８−２８１０６３号公報）には、ボール循環溝をナット素材の内周面に塑性加工で直接形成する方法が記載されている。この方法では、図５に示すように、ボール循環溝の形状に対応するＳ字状の凸部３７，３８を有する円柱状の加工ヘッド３０を備えた金型を用いる。

そして、ナット素材１を台２００の上に横向きに（軸方向が水平方向に沿うように）置き、ナット素材１の内部に凸部３７，３８を上に向けて加工ヘッド３０を入れ、基端部３０ａと先端部３０ｂを固定した状態で、金型の上部材２０にプレス圧を掛けて下降させる。これにより、凸部３７，３８をナット素材１の内周面１１に押し当ててナット素材１の内周面１１を塑性変形させる。

特開２００３−３０７２６３号公報 特開２０００−２９７８５４号公報 特開２００５−３２１０５９号公報 特開２００８−２８１０６３号公報

このようなボール循環溝をナット素材を塑性変形させて形成する方法であって、特許文献４の方法とは異なる方法として、円筒状のナット素材を、軸方向が鉛直方向に沿うように配置し、外周面と軸方向一端面を拘束した状態で、前記ナット素材に内挿されたパンチを前記ナット素材の径方向外側に移動して、前記ナット素材の内周面に押し当てる方法（パンチを用いた鍛造加工法）が考えられる。

この方法では、ナット素材の内周面をパンチの押圧力で凹ませることにより、パンチの突起形状に対応した凹部（ボール循環溝）を形成するため、パンチに強い曲げ応力が作用する。また、凹ませた部分に存在していた材料の流動に起因して、ボール循環溝の形状精度が低くなる。特に、複数のボール循環溝を一度に形成する場合には、形状精度と軸方向および周方向での位置精度が低く、ボール循環溝毎の形状のバラツキが生じ易い。
この発明の課題は、パンチを用いた鍛造加工法によりナット素材の内周面にボール循環溝を形成する方法として、ナット素材の材料流動が抑制されるとともに、パンチに作用する曲げ応力が低減できる方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、ねじ軸およびボールとともにボールねじを構成し、前記ボールを転動軌道の終点から始点に戻すＳ字状のボール循環溝を内周面に有するボールねじ用ナットを製造する方法であって、円筒状のナット素材の軸方向で前記ボール循環溝を形成する位置に、前記ナット素材の外周面から径方向に延びて内周面に達しない止まり穴である材料欠損部を、前記ボール循環溝のＳ字状ボール移動方向に沿って形成した後、前記ナット素材を軸方向が鉛直方向に沿うように配置し、前記ナット素材の外周面と軸方向一端面である下端面を拘束し、前記ナット素材の軸方向他端面である上端面に円筒状の押さえ部材を載せた状態で、前記ナット素材に内挿された前記Ｓ字状のボール循環溝に対応する突起が形成されているパンチを前記ナット素材の径方向外側に移動することにより、前記ナット素材の材料を前記材料欠損部に逃がしながら、前記ボール循環溝を形成することを特徴とする。

前記ナット素材に前記材料欠損部を形成する方法としては、旋削加工、切削加工、鍛造加工等が挙げられる。
この発明の方法によれば、前記材料欠損部が形成されたナット素材に、パンチを用いた鍛造加工法で材料を前記材料欠損部に逃がしながら前記ボール循環溝を形成することにより、前記材料欠損部が形成されていないナット素材にパンチを用いた鍛造加工法で前記ボール循環溝を形成する場合と比較して、材料の流動量が少なくなるとともに、パンチに作用する曲げ応力が低減できる。

前記材料欠損部は、前記ボール循環溝の形成後に、前記ボール循環溝と連通しない状態となるように形成することが好ましい。そのためには、前記止まり穴の底位置を前記ボール循環溝の底位置より径方向外側にすることが好ましい。

この発明の方法によれば、パンチを用いた鍛造加工法によりナット素材の軸方向端部の内周面にボール循環溝を形成する方法において、材料流動が抑制されるとともにパンチに作用する曲げ応力が低減できるため、ボール循環溝の形状精度および位置精度が良好になるとともにパンチの寿命が向上する。

参考例の方法を説明する図である。 図１の方法で採用した、パンチを用いた鍛造加工法で一つのボール循環溝を形成する方法を説明する図である。 図１の方法で採用した、パンチを用いた鍛造加工法で複数のボール循環溝を一度に形成する方法を説明する図である。 この発明の実施形態の方法を説明する図である。 特許文献４の方法を説明する図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［参考例］
この例では、図１に示すように、円筒状のナット素材１の内面に、断面が円弧状でボール移動方向がＳ字状であるボール循環溝１５を形成する作業を、２工程で行う。
先ず、ナット素材１の軸方向でボール循環溝１５を形成する位置に、径方向に延びる貫通穴（材料欠損部）１３を切削加工により形成する。この貫通穴１３はボール循環溝１５のＳ字状ボール移動方向に沿って形成されている。次に、ナット素材１の内周面１１の貫通穴１３が形成されている位置に、図２に示す方法でボール循環溝１５を形成する。

図２に示す方法で使用する金型は、円筒状のナット素材１の外周面を拘束する外周拘束型２と、ナット素材１の下端面を拘束する下型３と、ナット素材１の上端面に載せる円筒状の押え部材４を有する。
また、ナット素材１の内部に挿入する円筒状のカムケース５と、カムケース５の中心穴５１に挿入するカムドライバ６と、カムケース５の径方向に沿った貫通穴５２に配置されるパンチ（カムスライダ）７を有する。
カムケース５は、貫通孔５２が形成されている方を上側に配置してナット素材１に挿入されている。パンチ７には、Ｓ字状のボール循環溝１５に対応する突起７１が形成されている。パンチ７は、カムドライバ６の斜面６１と同じ斜面７２を有する。これらの斜面６１，７２がカム機構を構成する。

この金型を用いることで、ナット素材１の下端面（軸方向一端面）とカムケース５の下端面が下型３で拘束される。この状態で、カムドライバ６を押し込むことにより、パンチ７がナット素材１の径方向外側に移動し、ナット素材１の内周面１１にパンチ７の突起７１が押し込まれる。これにより、パンチ７で押されたナット素材１の材料が貫通穴１３に逃がされて、内周面１１にボール循環溝１５が形成されるとともに、貫通穴１３の径方向内側が塞がれてボール循環溝１５と連通しない状態となる。

そのため、ナット素材１に貫通穴１３を設けずにボール循環溝１５を形成した場合と比較して、材料の流動量が少なくなるとともに、パンチ７に作用する曲げ応力が低減できる。その結果、ボール循環溝１５の形状精度や軸方向および周方向での位置精度が良好になるとともに、パンチ７の寿命が向上する。
なお、ナット素材１の内周面１１に複数のボール循環溝を一度に形成する場合は、対応する複数の位置に貫通穴１３を設けた後、例えば図３に示す方法で、パンチを用いた鍛造加工法を行う。

図３に示す方法で使用する金型は、円筒状のナット素材１の外周面を拘束する外周拘束型２と、ナット素材１の下端面を拘束する下型３と、ナット素材１の上端面に載せる円筒状の押え部材４を有する。また、ナット素材１の内部に挿入する円筒状のカムケース５Ａと、カムケース５Ａの中心穴５１に挿入するカムドライバ６Ａと、カムケース５Ａの径方向に沿った貫通穴５２，５３に配置されるパンチ（カムスライダ）７Ａ，７Ｂを有する。

パンチ７Ａ，７Ｂには、ボール循環溝１５，１６の形状（断面が円弧状でボール移動方向がＳ字状）に対応する突起７１Ａ，７１Ｂが形成されている。カムドライバ６Ａは、パンチ７Ａの斜面７２Ａと同じ斜面６１Ａおよびパンチ７Ｂの斜面７２Ｂと同じ斜面６１Ｂを有する。斜面６１Ａ，７２Ａは斜面６１Ｂ，７２Ｂよりも傾斜角度が小さい。斜面６１Ａと斜面７２Ａおよび斜面６１Ｂと斜面７２Ｂがそれぞれカム機構を構成する。
この金型を用いることで、ナット素材１の下端面（軸方向一端面）とカムケース５Ａの下端面が下型３で拘束される。この状態で、カムドライバ６Ａを押し込むことにより、パンチ７Ａ，７Ｂがそれぞれナット素材１の径方向外側に移動し、ナット素材１の内周面１１にパンチ７Ａ，７Ｂの突起７１Ａ，７１Ｂが押し込まれる。

これにより、パンチ７Ａ，７Ｂで押されたナット素材１の材料が各貫通穴１３に逃がされて、内周面１１にボール循環溝１５，１６が形成されるとともに、貫通穴１３の径方向内側が塞がれてボール循環溝１５，１６と連通しない状態となる。
そのため、ナット素材１に各貫通穴１３を設けずにボール循環溝１５，１６を形成した場合と比較して、材料の流動量が少なくなるとともに、パンチ７Ａ，７Ｂに作用する曲げ応力が低減できる。その結果、ボール循環溝１５，１６の形状精度や軸方向および周方向での位置精度が良好になるとともに、パンチ７Ａ，７Ｂの寿命が向上する。

［実施形態］
この実施形態では、図４に示すように、円筒状のナット素材１の内面に、断面が円弧状でボール移動方向がＳ字状であるボール循環溝１５を形成する作業を、２工程で行う。
先ず、ナット素材１の軸方向でボール循環溝１５を形成する位置に、ナット素材１の外周面から径方向に延びて内周面１１に達しない止まり穴１４を旋削加工により形成する。この止まり穴１４はボール循環溝１５のＳ字状ボール移動方向に沿って形成されている。また、止まり穴１４の底位置はボール循環溝１５の底位置より径方向外側に設定されている。

次に、参考例と同様に、図２の金型を用いた方法で、ナット素材１の内周面１１の止まり穴１４に対応する位置にボール循環溝１５を形成する。これにより、パンチ７で押されたナット素材１の材料が止まり穴１４に逃がされて、内周面１１にボール循環溝１５が形成され、ボール循環溝１５と止まり穴１４は連通しない状態となる。
そのため、ナット素材１に止まり穴１４を設けずにボール循環溝１５を形成した場合と比較して、材料の流動量が少なくなるとともに、パンチ７に作用する曲げ応力が低減できる。その結果、ボール循環溝１５の形状精度や軸方向および周方向での位置精度が良好になるとともに、パンチ７の寿命が向上する。

なお、ナット素材１の内周面１１に複数のボール循環溝を一度に形成する場合は、対応する複数の位置に止まり穴１４を形成した後、例えば図３の金型を用いた方法で、パンチ７Ａ，７Ｂを用いた鍛造加工を行う。これにより、パンチ７Ａ，７Ｂで押されたナット素材１の材料が各止まり穴１４に逃がされて、内周面１１にボール循環溝１５，１６が形成され、ボール循環溝１５，１６と各止まり穴１４は連通しない状態となる。
そのため、ナット素材１に各止まり穴１４を設けずにボール循環溝１５，１６を形成した場合と比較して、材料の流動量が少なくなるとともに、パンチ７Ａ，７Ｂに作用する曲げ応力が低減できる。その結果、ボール循環溝１５，１６の形状精度や軸方向および周方向での位置精度が良好になるとともに、パンチ７Ａ，７Ｂの寿命が向上する。

１ ナット素材
１１ ナット素材の内周面
１３ 貫通穴（材料欠損部）
１４ 止まり穴（材料欠損部）
１５，１６ ボール循環溝
２ 外周拘束型
３ 下型
４ 押え部材
５ カムケース
５Ａ カムケース
５１ カムケースの中心穴
５２，５３ カムケースの貫通穴
６ カムドライバ
６Ａ カムドライバ
６１，６１Ａ，６１Ｂ カムドライバの斜面
７Ａ，７Ｂ パンチ（カムスライダ）
７１Ａ，７１Ｂ 突起
７２，７２Ａ，７２Ｂ パンチの斜面

Claims (1)

1. ねじ軸およびボールとともにボールねじを構成し、前記ボールを転動軌道の終点から始点に戻すＳ字状のボール循環溝を内周面に有するボールねじ用ナットを製造する方法であって、
   円筒状のナット素材の軸方向で前記ボール循環溝を形成する位置に、前記ナット素材の外周面から径方向に延びて内周面に達しない止まり穴である材料欠損部を、前記ボール循環溝のＳ字状ボール移動方向に沿って形成した後、
   前記ナット素材を軸方向が鉛直方向に沿うように配置し、前記ナット素材の外周面と軸方向一端面である下端面を拘束し、前記ナット素材の軸方向他端面である上端面に円筒状の押さえ部材を載せた状態で、
   前記ナット素材に内挿された前記Ｓ字状のボール循環溝に対応する突起が形成されているパンチを前記ナット素材の径方向外側に移動することにより、前記ナット素材の材料を前記材料欠損部に逃がしながら前記ボール循環溝を形成することを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。

Images