JP6015444B2 - ボールねじ用ナットの製造方法 - 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。
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とで形成される軌道内に配置されたボールと、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、軌道内をボールが転動することで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、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。
特許文献1〜3には、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ている。そして、ナット部材の内周面に、雌螺旋溝(ボール転動溝)よりも深い(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、雌螺旋溝及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。
また、特許文献4には、特許文献3に記載されたナット部材の製造方法として、円筒状の素材に対して循環溝(ボール循環溝)を形成する第1の塑性加工工程と、循環溝を形成した円筒状の素材に対して、雌ねじ溝(ボール転動溝)を形成する第2の加工工程とを有し、第1の塑性加工工程において、第2の加工工程に用いるための位相基準マークをナット部材に形成する方法が記載されている。具体的には、第1の塑性加工工程で、循環溝の形成と同時に、位相基準マークとして、ナット部材の軸方向一端(フランジが形成されている側)の内周面に円弧溝状の凹部を形成している。
さらに、特許文献5には、循環溝(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した後、雌ねじ溝(ボール転動溝)を切削加工することが記載されている。雌ねじ溝の切削加工は、循環溝に軸線方向位置及び位相を合わせて、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行うと記載されている。しかし、雌ねじ溝の切削加工の際に、具体的にどのようにして、循環溝と軸線方向位置及び位相を合わせるかについての記載がない。
さらに、特許文献6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。
日本国特許公開公報 1994−147290A 日本国特許公開公報 2000−297854A 日本国特許公開公報 2003−307263A 日本国特許公開公報 2007−92968A 日本国特許公開公報 2008−281063A 日本国特許公開公報 2005−321059A
上述のように、ナット用素材から作製された円筒状ブランクの内周面に、塑性加工でボール循環溝を形成した後に、このボール循環溝の両端を接続するように、ボール転動溝を切削加工で形成することにより、内周面にボール循環溝とボール転動溝が形成されているナットを作製するという提案は既にある。しかし、ボール循環溝とボール転動溝が、ナットの軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されることを防止できる具体的な方法についての提案はない。
また、凹部をボール循環溝とする特許文献1のボールねじのナットを製造する際には、ナットの内周面に、ボール循環溝を構成する凹部を形成した後に、ボール転動溝を構成するねじ溝を形成するため、ねじ溝の形成時の加工誤差により、ねじ溝の端部の形成位置が正規の位置からずれるおそれがあった。そうすると、ねじ溝の端部と凹部の端部が正確に合致せず、両溝の接続部分に段差が生じることとなる。
特に、ボール循環溝とボール転動溝がナットの軸方向にずれて形成されると、両溝の接続部分に段差が生じて、ボールの滑らかな移動が妨げられることになる。その結果、耐久性の低下、ボール循環効率の低下、異常な作動音の発生などの不具合が生じるため、これを防止する必要がある。
この発明の課題は、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ボールを戻すボール循環溝が、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造する方法において、前記ボール循環溝とボール転動溝が、ナットの軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されることを防止できる具体的な方法を提供することである。
前記課題を解決するため、本発明の各態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の第1の態様に係る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ボールを戻すボール循環溝とが、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造するボールねじ用ナットの製造方法であって、ナット用素材から筒状のブランクを形成するブランク形成工程と、前記ブランクの内周面に前記ボール循環溝を形成する循環溝形成工程と、前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成する転動溝形成工程と、を有し、前記転動溝形成工程よりも前の工程で加工基準を形成し、前記加工基準が設定できる保持部材を使用して、前記循環溝形成工程の後に前記転動溝形成工程を行うことを特徴とする。
また、本発明の第2の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第1の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記循環溝形成工程における前記ボール循環溝の形成を塑性加工で行うことを特徴とする。
さらに、本発明の第3の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第2の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、カム機構を備える金型を用いて前記塑性加工を行うことを特徴とする。
さらに、本発明の第4の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第1〜第3のいずれか一つの態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記加工基準は、前記ブランク形成工程で形成される位相基準、軸方向基準、及び径方向基準を備え、前記循環溝形成工程及び前記転動溝形成工程で共通に使用されることを特徴とする。
さらに、本発明の第5の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第4の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記ブランク形成工程では、前記位相基準を、前記ブランクの端面又は外周面に形成し、前記ブランクの内周面及び軸方向一端面と、この軸方向一端面に連続する外周面とに対して、連続的に仕上げ加工を行い、前記軸方向一端面を前記軸方向基準とし、前記外周面を前記径方向基準とすることを特徴とする。
さらに、本発明の第6の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第4又は第5の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記ブランクは軸方向一端にフランジを有し、前記ブランク形成工程で、前記フランジの端面又は外周面に前記位相基準を形成することを特徴とする。
さらに、本発明の第7の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第1〜第6のいずれか一つの態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記ブランクの内周面の軸方向両端の面取り部を仕上げ加工する工程を、前記転動溝形成工程を行う保持部材で前記ブランクを保持した状態で行うことを特徴とする。
さらに、本発明の第8の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第7の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記面取り部の仕上げ加工後に、前記仕上げ加工された面取り部を基準にして前記ブランクの外周面を仕上げ加工することを特徴とする。
さらに、本発明の第9の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第4の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記転動溝形成工程は、前記ブランクの軸方向両端間にわたって軸方向に延びる部位のうち前記ボール循環溝の形成部位を含まない部位を前記位相基準として、前記ボール循環溝が形成された前記ブランクを溝形成装置に固定し、前記溝形成装置により前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成することを特徴とする。
さらに、本発明の第10の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第9の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記位相基準とした部位の外周面における軸方向の中間部位を前記径方向基準として、前記ボール循環溝が形成された前記ブランクを前記溝形成装置に固定することを特徴とする。
さらに、本発明の第11の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第9又は第10の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記位相基準とした部位の軸方向の端部となる前記ブランクの端面を前記軸方向基準として、前記ボール循環溝が形成された前記ブランクを前記溝形成装置に固定することを特徴とする。
さらに、本発明の第12の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第9の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記位相基準は前記ブランクの端面に形成され、前記溝形成装置側の部材と嵌合する形状をなしていることを特徴とする。
さらに、本発明の第13の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第1の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記循環溝形成工程の後に、前記転動溝形成工程における前記ボール転動溝の形成の加工原点に対して前記ボール循環溝の軸方向位置を特定する循環溝位置特定工程を行い、前記ボール循環溝の軸方向位置に基づいて、その位置から前記転動溝形成工程の前記ボール転動溝の形成が行われることを特徴とする。
さらに、本発明の第14の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第13の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記循環溝位置特定工程は、チャック装置によって少なくとも前記ボール循環溝を直接把持された状態で、加工対象である前記ブランクの軸方向の端面を切削加工して、前記ボール循環溝に対する前記加工対象の軸方向端面位置を定めるための第1の加工基準面を形成する第1の基準面形成工程を含み、前記第1の加工基準面を治具基準面に突き当てたときの、前記チャック装置における前記ボール循環溝の位置及び前記第1の加工基準面の位置に基づいて、前記治具基準面に対する前記ボール循環溝の位置を特定する工程であることを特徴とする。
さらに、本発明の第15の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第14の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記循環溝位置特定工程は、前記チャック装置によって少なくとも前記ボール循環溝を直接把持された状態で、前記加工対象の外周面を切削加工して前記ボール循環溝のPCD中心と同軸な第2の加工基準面を形成する第2の基準面形成工程を、前記第1の基準面形成工程の後に含み、前記第1の加工基準面を前記治具基準面に突き当てたときの、前記チャック装置における前記ボール循環溝の位置及び前記第2の加工基準面の位置に基づいて、前記第2の加工基準面に対する前記ボール循環溝の位置を特定し、その位置から前記転動溝形成工程の前記ボール転動溝の形成が行われることを特徴とする。
さらに、本発明の第16の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第13の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記循環溝位置特定工程は、加工対象である前記ブランクを搬送する搬送装置のチャック装置によって、少なくとも前記ボール循環溝を直接把持された状態で、前記加工原点に対して前記ボール循環溝が所定の位置になるように前記加工対象が位置決めする工程であることを特徴とする。
さらに、本発明の第17の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第1の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記転動溝形成工程は、前記ブランクの内周面に切削工具を用いた切削加工によって前記ボール転動溝を形成する工程であり、前記転動溝形成工程よりも前に、前記ブランクの軸方向端面を軸方向基準として前記ボール循環溝の位置を計測し、その計測結果に基づいて前記切削工具の加工位置を補正する加工位置補正工程を含むことを特徴とする。
さらに、本発明の第18の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第17の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記ブランクの軸方向端面を前記内周面と直交するように切削加工して加工基準面を形成する加工基準面形成工程を含むことを特徴とする。
さらに、本発明の第19の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法は、第2の態様に係るボールねじ用ナットの製造方法において、前記加工基準を、前記循環溝形成工程において前記ボール循環溝と同時に塑性加工により形成することを特徴とする。
さらに、本発明の第20の態様に係るボールねじは、螺旋溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸の螺旋溝に対向するボール転動溝を内周面に有するナットと、前記螺旋溝と前記ボール転動溝とにより形成される軌道に転動自在に配された複数のボールと、前記軌道の終点から始点へ前記ボールを戻し循環するボール循環溝と、を備え、前記ボール循環溝は、前記ナットの内周面の一部を凹化させてなる凹溝で構成されており、前記ナットのボール転動溝は、前記ボール循環溝に対して所定の位置に設けられた加工基準に基づいて決定された位置に形成されたものであることを特徴とする。
さらに、本発明の第21の態様に係るボールねじは、第20の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの軸方向端面又は外周面に設けられた位相基準を含むことを特徴とする。
さらに、本発明の第22の態様に係るボールねじは、第20の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの軸方向両端間にわたって軸方向に延びる部位のうち前記ボール循環溝の形成部位を含まない部位に設けられていることを特徴とする。
さらに、本発明の第23の態様に係るボールねじは、第20の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの内周面に形成された窪みであることを特徴とする。
さらに、本発明の第24の態様に係るボールねじは、第20の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの内周面に形成された突起であることを特徴とする。
さらに、本発明の第25の態様に係るボールねじは、第23又は第24の態様に係るボールねじにおいて、前記凹溝及び前記加工基準は、金型を前記ナットの内周面に押圧し塑性加工することにより、前記内周面に同時に形成されたものであることを特徴とする。
さらに、本発明の第26の態様に係るボールねじは、螺旋溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸の螺旋溝に対向するボール転動溝を内周面に有するナットと、前記螺旋溝と前記ボール転動溝とにより形成される軌道に転動自在に配された複数のボールと、前記軌道の終点から始点へ前記ボールを戻し循環するボール循環溝と、を備え、前記ボール循環溝は、前記ナットの内周面の一部を凹化させてなる凹溝で構成されており、前記ナットのボール転動溝は、前記ボール循環溝に対して所定の位置に設けられた加工基準に基づいて決定された位置に形成されたものであり、前記加工基準は位相基準、軸方向基準、及び径方向基準を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の第27の態様に係るボールねじは、第26の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの軸方向端面又は外周面に設けられた位相基準を含むことを特徴とする。
さらに、本発明の第28の態様に係るボールねじは、第26の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの軸方向両端間にわたって軸方向に延びる部位のうち前記ボール循環溝の形成部位を含まない部位に設けられていることを特徴とする。
さらに、本発明の第29の態様に係るボールねじは、第26の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの内周面に形成された窪みであることを特徴とする。
さらに、本発明の第30の態様に係るボールねじは、第26の態様に係るボールねじにおいて、前記加工基準は、前記ナットの内周面に形成された突起であることを特徴とする。
さらに、本発明の第31の態様に係るボールねじは、第29又は第30の態様に係るボールねじにおいて、前記凹溝及び前記加工基準は、金型を前記ナットの内周面に押圧し塑性加工することにより、前記内周面に同時に形成されたものであることを特徴とする。
本発明に係るボールねじ用ナットの製造方法によれば、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ボールを戻すボール循環溝が、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造する方法において、ボール循環溝とボール転動溝が、ナットの軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されることを防止できる
本発明の第1実施形態に係るボールねじの断面図である。 ナットの要部断面図である。 ボール循環路の拡大断面図である。 本発明の第1実施形態に係るボールねじ用ナットの製造方法のブランク形成工程で、位相基準が形成された後のブランクを示す斜視図である。 第1実施形態のブランク形成工程において、図4のブランクに軸方向基準と径方向基準を形成する加工方法を示す断面図である。 第1実施形態の循環溝形成工程として、二つの例を説明する図である。 第1実施形態の転動溝形成工程を説明する図である。 ボール循環溝とボール転動溝との各方向でのずれを説明する図であって、(a)はナットの軸方向でのずれ、(b)は周方向でのずれ、(c)は径方向でのずれをそれぞれ示す。 ブランク形成工程で位相基準が形成された後のブランクであって、図4以外の例を示す斜視図である。 第2実施形態のボールねじのナット製造方法のうちの循環溝形成工程を示す図である。 第2実施形態のボールねじのナット製造方法のうちの転動溝形成工程を示す斜視図である。 第2実施形態のボールねじのナット製造方法のうちの転動溝形成工程を示す断面図である。 転動溝形成工程で転動溝が形成されるナット用素材の形状を示す斜視図である。 転動溝形成工程で転動溝が形成されるナット用素材の他の形状を示す斜視図である。 3本のクランプの把持位置を示すナット用素材の平面図である。 3本のクランプの把持位置を示すナット用素材の断面図である。 転動溝形成工程で行う転動溝の切削加工を示す断面図である。 変形モードを示すナット用素材の断面図である。 第2実施形態のボールねじのナット製造方法の変形例のうちの転動溝形成工程を示す斜視図である。 第2実施形態のボールねじのナット製造方法の変形例のうちの転動溝形成工程を示す平面図である。 ナット用素材の内周面をクランプで把持する場合を示す図である。 内周面をクランプで把持したナット用素材に対する切削加工の例を示す斜視図である。 ナット用素材(ナット)に対して循環溝を形成する循環溝形成工程、及び、その後に該ナット用素材に対して転動溝を形成する転動溝形成工程を説明する図である。 周方向における循環溝と同位相となる部位に径方向及び端面方向への変形が生じたナット用素材を示す図である。 転動溝の軸方向及び径方向へのずれを示す図である。 第3実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の第1例を示すフローチャートである。 第3実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の第1例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナット及びチャック装置の概要を示す斜視図、(b)は第1の基準面形成工程を示す斜視図、(c)は第1の基準面を示す断面図、(d)は循環溝形成工程を示す断面図である。 第3実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の第2例を示す図であり、(a)は搬送状態を示す斜視図、(b)は加工機による加工対象のチャック状態を示す断面図である。 第3実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の第3例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は第1の基準面を示す断面図、(c)は加工位置補正工程を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。 第3実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の第3例の変形例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は加工位置補正工程を示す断面図、(c)は第1の基準面を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。 第3実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の第4例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナット及びチャック装置の概要を示す斜視図、(b)は第2の基準面形成工程を示す斜視図、(c)は第1の基準面を示す断面図、(d)は循環溝形成工程を示す断面図である。 第4実施形態のボールねじ用ナットの製造方法を示すフローチャートである。 第4実施形態のボールねじ用ナットの製造方法を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は基準となる端面を示す断面図、(c)は加工位置補正工程を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。 第4実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の変形例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は加工位置補正工程を示す断面図、(c)は基準となる端面を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。 第4実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の変形例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナット及びチャック装置の概要を示す斜視図、(b)は加工基準面形成工程を示す斜視図、(c)は加工基準面を示す断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例1の加工基準点を説明する斜視図及び断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例1の加工基準点の形成位置を検出する方法を説明する断面図である。 ボール循環路に対して正確な位置にナットのねじ溝が形成された状態を示す断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例1の加工基準点の形成位置を検出する別の方法を説明する断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例1の加工基準点の形成位置を検出するさらに別の方法を説明する断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例2の加工基準点を説明する斜視図及び断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例3の加工基準点を説明する斜視図及び断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例3の加工基準点の形成位置を検出する方法を説明する断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例4の加工基準点及び加工基準点の形成位置を検出する方法を説明する斜視図及び断面図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例5の加工基準点を説明する斜視図である。 第5実施形態のボールねじ用ナットの製造方法の実施例5の加工基準点の形成位置を検出する方法を説明する断面図である。
本発明に係るボールねじ用ナットの製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るボールねじの断面図(軸方向に沿う平面で切断した断面図)である。
図1に示すように、ボールねじ1は、螺旋状のねじ溝3a(本発明の構成要件である螺旋溝に相当する)を外周面に有するねじ軸3と、ねじ軸3のねじ溝3aに対向する螺旋状のねじ溝5a(本発明の構成要件であるボール転動溝に相当する)を内周面に有するナット5と、両ねじ溝3a,5aにより形成される螺旋状のボール転動路7(本発明の構成要件である軌道に相当する)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路11と、を備えている。
すなわち、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、そこでボール循環路11の一方の端部から掬い上げられてボール循環路11内を通り、ボール循環路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。
なお、ねじ軸3,ナット5,及びボール9の素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料を使用可能であり、例えば金属(鋼等),焼結合金,セラミック,樹脂があげられる。また、ねじ溝3a,5aの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。さらに、ナット5の形状は円筒形に限定されるものではなく、ナット5の外周面は角柱状でもよい。また、ナット5の内周面も、円柱面である必要はない。さらに、フランジ13の形状は特に限定されるものではなく、例えば、後述する図4に示すような形状のフランジでもよいし、フランジを有していなくてもよい。
このようなボールねじ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とボール循環路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。
ここで、ボール循環路11について、図2,3の断面図(軸方向に直交する平面で切断した断面図)を参照しながら詳細に説明する。ボール循環路11は、ナット5の内周面に一体的に形成されている。詳述すると、ナット5の円柱面状の内周面の一部を塑性加工又は切削加工により凹化させて形成した凹溝20(本発明の構成要件であるボール循環溝に相当する)を、ボール循環路11としている。よって、チューブ式,コマ式等のボール循環形式の場合とは異なり、ボール循環路を構成する別部材は取り付けられていない。
図3に示すように、ボール転動路7の終点に転動してきたボール9は、ボール循環路11の一方の端部から掬い上げられてナット5の内部(径方向外方側)に沈み込む。そして、ボール循環路11内を通ってねじ軸3のランド部3b(ねじ溝3aのねじ山)を乗り越えて、ボール循環路11の他方の端部からボール転動路7の始点に戻される。なお、ボール循環路11の断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
次に、ナット5のねじ溝5aについて詳細に説明する。ナット5のねじ溝5aは、ボール循環路11に対して所定の位置に設けられた加工基準点に基づいて決定された位置に形成されたものである。
ボール循環路11に対して所定の位置に設けられた加工基準点に基づいて決定された位置に、ナット5のねじ溝5aが形成されているので、ボール循環路11に対するねじ溝5aの形成位置が正確で、ボール循環路11の端部とナット5のねじ溝5aの端部とにズレが無く、両者の接続部分に段差が生じることがほとんどない。よって、本実施形態のボールねじ1は高精度である。
このような本実施形態のボールねじ1の用途は特に限定されるものではないが、電動油圧装置,シフトアクチュエータ等に組み込まれるボールねじとして好適である。
ここで、本実施形態のボールねじ1のナット5の製造方法を、一例をあげて説明する。<ブランク形成工程>
この実施形態では、先ず、鉄鋼製のナット用素材から、軸方向の一端にフランジを有する円筒体を通常の精度で作製し、フランジの端面の周方向1カ所に凹部を切削加工又は塑性加工で形成する。これにより、図4に示すような、フランジ111の端面の周方向1カ所に、径方向に延びるキー溝状の凹部(位相基準)102が形成されたブランク101を得る。
次に、図5に示すように、チャック130により、このブランク101のフランジ111とは反対側の端面112と、外周面の軸方向で端面112側の半分を保持し、ブランク101の内周面101aと、フランジ111の端面111a及び外周面111bを、連続的に(ブランク101をチャック130から外さずに)切削加工又は研削加工する。これにより、ブランク101の内周面101aとフランジ111の外周面111bとの同軸度を小さく(例えば0.01mm以下に)できる。また、ブランク101の内周面101aに対するフランジ111の端面111aの直角度を小さくできる。
このようにして、凹部102が位相基準で、フランジ111の端面111aが軸方向基準面で、フランジ111の外周面111bが径方向基準であるブランク101が得られる。なお、位相基準である凹部102の形成を、図5で示した内周面101a、フランジ111の端面111a、外周面111bの加工とともに連続的に行ってもよい。
<循環溝形成工程>
次に、凹部102を位相基準とし、フランジ111の端面111aを軸方向基準とし、フランジ111の外周面111bを径方向基準として、ブランク101の内周面101aにボール循環溝103を塑性加工で形成する。
ボール循環溝103の形成は、例えば、図6の(a)や(b)に示す方法で行う。
図6(a)の方法では、ブランク101の内周面101aに対応する外周面104aを有する加工ヘッド104と、ブランク101を保持する保持部材105を備えた金型を用いる。加工ヘッド104の外周面104aに、ボール循環溝103の形状に対応するS字状の凸部141が形成されている。
保持部材105は上下方向で二分割された分割体105a,105bからなる。下側分割体105bにブランク101の凹部102を嵌める凸部151が形成されている。両分割体105a,105bには、フランジ111の端面111aを受ける端面152と、フランジ111の外周面111bを受ける大径内周面153と、ブランク101の外周面のフランジ111以外を受ける小径内周面154が形成されている。保持部材105の凸部151が位相(円周方向)基準設定部であり、端面152が軸方向基準設定部であり、大径内周面153が径方向基準設定部である。
そして、先ず、ブランク101の軸方向を水平方向に向けて、保持部材105の下側分割体105bに配置する。その際に、フランジ111の凹部102を下側分割体105bの凸部151に嵌めて、円周方向の位置決めをする。次に、ブランク101の上側半分に上側分割体105aを嵌める。これにより、ブランク101の径方向が、フランジ111の外周面111bと保持部材105の大径内周面153の接触により位置決めされる。また、ブランク101の軸方向が、フランジ111の端面111aと保持部材105の端面152の接触により位置決めされる。
次に、ブランク101内に加工ヘッド104を配置し、加工ヘッド104にプレス圧を掛けて下降させ、凸部141をブランク101の内周面101aに押し当てて内周面101aを塑性変形させることにより、S字状のボール循環溝103を形成する。
図6(b)の方法では、カムドライバ161とカムスライダ162を有するカム機構の金型を用いる。カムドライバ161はブランク101に内挿され、その軸方向に沿って移動する。カムスライダ162は、ブランク101とカムドライバ161との間に配置され、ボール循環溝103の形状に対応するS字状の凸部162aを有する。
保持部材107は水平方向で二分割された分割体107a,107bからなる。カムスライダ162を配置する左側分割体107aに、ブランク101の凹部102を嵌める凸部171が形成されている。両分割体107a,107bには、フランジ111の端面111aを受ける底面172と、フランジ111の外周面111bを受ける大径内周面173と、ブランク101の外周面のフランジ111以外を受ける小径内周面174が形成されている。保持部材107の凸部171が位相(円周方向)基準設定部であり、端面172が軸方向基準設定部であり、大径内周面173が径方向基準設定部である。
また、左側分割体107aには、カムスライダ162の下端面を受ける面175が形成されている。カムドライバ161を配置する右側分割体107bの底部には、カムドライバ161の先端の下方への移動を許容する貫通穴176が形成されている。
そして、先ず、ブランク101の凹部102が形成されている側を保持部材107の左側分割体107aに配置する。その際に、フランジ111の凹部102を左側分割体107aの凸部171に嵌めて、円周方向の位置決めをする。次に、ブランク101の右側半分に右側分割体107bを嵌める。これにより、ブランク101の径方向が、フランジ111の外周面111bと保持部材107の大径内周面173の接触により位置決めされる。また、ブランク101の軸方向が、フランジ111の端面111aと保持部材107の底面172の接触により位置決めされる。
次に、カムドライバ161を下方に移動させることにより、カムドライバ161の斜面161aからカムスライダ162の斜面162bに力が伝達されて、カムスライダ162の凸部162aがブランク101の径方向に移動する。これにより、ブランク101の内周面101aを塑性変形させてS字状のボール循環溝103を形成する。
<転動溝形成工程>
次に、凹部102を位相基準とし、フランジ111の端面111aを軸方向基準とし、フランジ111の外周面111bを径方向基準として、ブランク101の内周面101aにボール転動溝108を切削加工で形成する。
ボール転動溝の形成は、例えば、図7(a)に示す方法で行う。すなわち、ブランク101の保持部材109は、周方向の三等分された位置に配置された3つの爪109a〜109cからなる3爪チャックであり、図7(a)の奥側に配置された第1の爪109aに、ブランク101に形成された凹部102に嵌まる凸部191が形成されている。また、全ての爪109a〜109cに、フランジ111の端面111aを受ける底面192と、フランジ111の外周面111bを受ける内周面193が形成されている。
保持部材109の凸部191が位相(円周方向)基準設定部であり、底面192が軸方向基準設定面であり、内周面193が径方向基準設定面である。
そして、先ず、図7(a)に示すように、ブランク101を保持部材109で保持する。その際に、凹部102が第1の爪109aの凸部191に嵌まることにより、ブランク101の円周方向の位置決めがなされる。また、フランジ111の外周面111bと第1〜第3の爪109a〜109cの内周面193との接触により、ブランク101の径方向の位置決めがなされる。さらに、フランジ111の端面111aと第1〜第3の爪109a〜109cの底面192との接触により、ブランク101の軸方向の位置決めがなされる。
この状態で、ヘリカルカッター120を用い、ブランク101の内周面101aを切削加工することにより、螺旋状のボール転動溝108を、両端部がボール循環溝103と接続されるように形成する。これにより、図7(b)に示すように、1リード未満のボール転動溝108の両端がボール循環溝103で接続された状態となる。
上述のように、この実施形態では、ブランク形成工程で形成された凹部102を位相基準として、フランジ111の端面111aを軸方向基準として、フランジ111の外周面111bを径方向基準として使用して、循環溝形成工程と転動溝形成工程を行っている。これにより、ボール循環溝103とボール転動溝108が、ナットの軸方向、周方向、径方向にずれた状態で形成されることが防止される。
また、転動溝形成工程を行った後のブランク101を保持部材109から取り外さないで、図7(b)に示すように、ブランク101の内周面の軸方向両端の面取り部113,114を、切削工具140,142を用いて仕上げ加工することにより、ボール転動溝108のBCD(ボール中心直径、Ball Center Diameter)と軸方向両端の内周円との同軸度が小さいナットを得ることができる。この切削工具140,142は、正三角形の各辺に切刃が形成された加工ヘッド140a,142aを有する。切削工具140を用いて上側の面取り部114を仕上げ加工し、切削工具142を用いて下側の面取り部113を仕上げ加工する。
さらに、その後、仕上げ加工された軸方向両端の面取り部113,114を基準にブランク101を保持して、ブランク101の外周面を仕上げ加工することにより、ボール転動溝108のBCDと外周面の同軸度が小さいナットを得ることができる。
なお、この実施形態では、転動溝加工工程を面取り部113,114の仕上げ加工工程の前に行っているが、ブランク101を保持部材109で保持した状態で面取り部113,114の仕上げ加工工程を行った後に、ブランク101を保持部材109から外さないで転動溝加工工程を行ってもよい。また、切削加工による転動溝形成工程等を終えたブランク101に対しては、ボール転動溝等の必要箇所に所望の熱処理を施してもよい。
循環溝形成工程と転動溝形成工程の際に、ブランク101が各保持部材に対して軸方向にずれた状態で保持されていると、図8(a)に実線で示すように、ボール循環溝103とボール転動溝108との間に段差ができて、ボールがスムーズに循環できなくなる。二点鎖線がボール循環溝103の正しいラインである。これに対して、この実施形態の方法では、両工程で、同じフランジ111の端面111aを軸方向基準として使用したため、このような状態になることが防止できる。
図8(b)は、周方向でのずれを説明する図であり、ブランク101に対するボール循環溝103の形成位置が正しい位置から周方向に位相θだけずれた例を、破線で示している。二点鎖線が正しい位置に形成されたボール循環溝103のラインである。C0 は、正しい形成位置の径方向を示す基準線であり、C1 は、ずれた形成位置の径方向を示す基準線である。
この例では、両工程でブランク101が各保持部材に対して周方向にずれた状態で保持された結果、ボール循環溝103が径方向で正しい位置から位相θだけずれて形成された後、ボール転動溝108が正しい位置に形成されている。そのため、この例では、ボール転動溝108の両端部がボール循環溝103と接続されない状態となったり、軸方向にもずれて段差が生じたりする。これに対して、この実施形態の方法では、両工程で、同じフランジ111の凹部102を位相基準として使用したため、このような状態になることが防止できる。
図8(c)は、径方向でのずれを説明する図であり、ブランク101に対するボール循環溝103の形成位置が正しい位置から径方向外側にずれた例を、破線で示している。二点鎖線が正しい位置に形成されたボール循環溝103のラインである。
この例では、両工程でブランク101が各保持部材に対して径方向にずれた状態で保持された結果、ボール循環溝103が径方向で正しい位置から外側にずれて形成された後、ボール転動溝108が正しい位置に形成されている。そのため、この例では、ボール循環溝103のみが設計値より深く形成されるため、ボール転動溝108からボール循環溝103へ移動するボールに加わる衝撃が大きくなる。これに対して、この実施形態の方法では、両工程で、同じフランジ111の外周面111bを径方向基準として使用したため、このような状態になることが防止できる。
なお、この実施形態では、位相基準として、フランジ111の端面の周方向1カ所に凹部102を形成しているが、位相基準の数は複数でもよいし、形成位置もフランジ111の端面以外であってもよい。図4以外の位相基準の形成例を、図9の(a)〜(e)に示す。
図9(a)では、図4と同じ、径方向に延びるキー溝状の凹部102を、フランジ111の端面の周方向3カ所に、異なる間隔で形成している。このように、複数個の位相基準を設ける場合は、複数個を等間隔で設けるのではなく、間隔が異なるように設けることが好ましい。そうすれば、ブランクの全ての位相基準を保持部材側の位相基準設定部と一致させて取り付けることにより、間違った位相で取り付けられる可能性を排除できる。
図9(b)では、フランジ111の外周面の1カ所に、軸方向に延びるキー溝状の凹部102を形成している。
図9(c)では、軸方向に延びるキー溝状の凹部102を、フランジ111の外周面の周方向3カ所に、異なる間隔で形成している。
図9(d)では、フランジ111の外周面の1カ所に、円形のピン穴102aを形成している。
図9(e)では、フランジ111の外周面の1カ所に、外周面の一部を平面で切欠いた切欠き面102bを形成している。
〔第2実施形態〕
第2実施形態は、ボールねじ用のナットの製造方法に関する。
ボールねじは、外周面に転動体転動溝(以下、単に転動溝ということもある)が形成されたねじ軸と、ねじ軸の螺旋溝と対向する螺旋溝が内周面に形成されたナットと、ねじ軸の転動溝とナットの転動溝とで形成される空間において転動自在なボールと、を備え、ボールが転動することで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。
そして、ボールねじには、ナットの内周面にS字形状の循環溝により、ボール戻し経路が実現されているものがある(例えば特許文献2,3,6を参照)。
図23は、ナット用素材(ナット)に対して循環溝を形成する循環溝形成工程、及び、その後に該ナット用素材に対して転動溝を形成する転動溝形成工程を説明する図である。
図23(a)から(b)への変化として示すように、循環溝形成工程では、パンチ、プレス加工や前述したカム機構などによる塑性加工により、ナット用素材250の内周面250aに対して循環溝251を形成する。
その後、図23(b)から(c)への変化として示すように、転動溝形成工程では、切削加工により、循環溝251が形成された後の内周面250aに対して転動溝252を形成する。このとき、転動溝形成工程では、ナット用素材250の一方の端面250b(この例では、図23(c)中の下端面)を軸方向の基準とし、かつセンタリング(加工装置に対してナット用素材250の中心が位置決め又は径方向が位置決め)されて、ナット用素材250が不図示の加工装置(溝形成装置)に取り付けられる。
ここで、センタリングは、内周面250aを利用して行っても外周面を利用して行っても良いが、転動溝252をナット用素材250の内周面250aに形成しなければならない等の理由から、外周面を利用して行うことが望ましい。
しかしながら、図24(a)及び(b)に示すように、循環溝形成工程では、塑性加工時に循環溝の肉がナット用素材250の径方法及び端面方向(軸方向)に流れる。そのため、図24(a)及び(b)に示すように、循環溝251の形成部位を含む該循環溝251の形成部位にかかる軸方向の部位250c、すなわち、ナット用素材250の周方向における循環溝251と同位相の部位250cには、径方向及び端面方向(軸方向)への変形が生じる。よって、ナット用素材250の周方向における循環溝251と同位相の部位250cでは、循環溝の形成前の精度が保たれていないことになる。
そして、そのような部位250cを利用して軸方向の基準を決めたり、センタリングを行ったりして、転動溝形成工程において転動溝を切削すると、転動溝について、軸方向へのずれや径方向へのずれが生じてしまう。
図25(a)は転動溝252の軸方向へのずれを示し、図25(b)は転動溝252の径方向へのずれを示す。
図25(a)に実線で示すように、転動溝252の軸方向へのずれにより、循環溝251と転動溝252との間に段差ができてしまうと、ボールが円滑に循環できなくなる。なお、転動溝252の軸方向へのずれがない場合、二点鎖線に示すように、循環溝251は、転動溝252と段差なく接続される。
また、図25(b)に破線で示すように、転動溝252の半径方向へのずれにより、転動溝252が深く形成されるため、転動溝252から循環溝251に移動するボールに加わる衝撃が大きくなる。なお、二点鎖線に示す転動溝252が、正しい位置に形成されたものを示す。
第2実施形態の課題は、循環溝の形成によるナット用素材の変形の影響を受けることなく、該ナット用素材の内周面に転動溝を形成することである。
前記課題を解決するため、第2実施形態は、ねじ軸の外周面に形成された転動体転動溝と対向するように内周面に転動体転動溝を有するとともに、少なくとも1条の該転動体転動溝の両端部を接続する循環溝を内周面に有し、該転動体転動溝と前記ねじ軸の転動体転動溝とで形成される空間及び前記循環溝においてボールを転動自在に保持するボールねじ用のナットを製造するボールねじ用のナットの製造方法において、前記内周面に循環溝形成部材を押し込んで塑性加工により前記循環溝を形成する循環溝形成工程と、前記循環溝が形成された前記ナットについて、周方向における前記循環溝の形成部位を含む該循環溝の形成部位にかかる軸方向の部位以外の部位を位置決めの基準として溝形成装置に固定し、前記溝形成装置により前記ナットの内周面に前記転動体転動溝を形成する転動溝形成工程と、を有することを特徴とするボールねじ用のナットの製造方法である。
また、上記のようなボールねじ用のナットの製造方法においては、前記位置決めの基準とした部位の外周面における軸方向の中間部位を半径方向の位置決めの基準として前記溝形成装置に固定することが好ましい。
さらに、上記のようなボールねじ用のナットの製造方法においては、前記位置決めの基準とした部位の軸方向の端部となる前記ナットの端面を軸方向の位置決めの基準として前記溝形成装置に固定することが好ましい。
また、上記のようなボールねじ用のナットの製造方法においては、前記位置決めの基準とした部位を周方向の位置決めの基準として前記溝形成装置に固定することが好ましい。この場合、前記循環溝が周方向に等間隔に複数形成されており、周方向において前記複数の循環溝の数と同数存在する前記位置決めの基準とした部位を周方向で等間隔となるように固定することがより好ましい。
また、上記のようなボールねじ用のナットの製造方法においては、前記軸方向及び前記周方向の位置決めの基準とした部位は、前記ナットの端面に形成された前記溝形成装置側の部材と嵌合する形状をなしていることが好ましい。
また、上記のようなボールねじ用のナットの製造方法においては、前記周方向における前記循環溝の形成部位を含む該循環溝の形成部位にかかる軸方向の部位以外の部位は、前記循環溝形成工程でも前記循環溝を形成するときの位置決めの基準であったことが好ましい。
第2実施形態のボールねじ用のナットの製造方法によれば、ナット用素材において循環溝の形成による変形が相対的に小さい部位を位置決めの基準とすることで、循環溝の形成によるナット用素材の変形の影響を受けることなく、ナット用素材の内周面に転動溝を形成することができる。
第2実施形態に係るボールねじ用のナットの製造方法の一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。第2実施形態は、前記課題を解決するものであり、第1実施形態をさらに改良したものである。
(構成等)
本実施形態は、ボールねじのナット製造方法である。本実施形態について、ボールねじのナット製造方法における循環溝形成工程、その後の転動溝形成工程を説明する。
(循環溝形成工程)
図10は、循環溝形成工程においてブランクであるナット用素材230の内周面230aに循環溝を形成する際の様子を示す。
ここで、ナット用素材230は、鉄鋼製であり、円環形状に形成されている。このナット用素材230には、図10に示すように、端面230dの周方向1カ所に、径方向に延びるキー溝状の凹部233が形成されている。循環溝形成工程において、この凹部233は周方向基準(位相基準)となる。また、循環溝形成工程において、ナット用素材230の端面230dは、軸方向基準面となり、ナット用素材230の外周面230eは径方向基準(センタリングの基準)となる。なお、この循環溝形成工程及びこれに先立つブランク形成工程は、第1実施形態及びその変形例における循環溝形成工程と同様に行ってもよい。
図10に示すように、このようなナット用素材230に対して、循環溝形成工程では、ナット用素材230の内周面230aに対応する外周面201aを有する加工ヘッド201と、ナット用素材230を保持する保持部材202を備えた金型とを用いる。加工ヘッド201の外周面201aには、循環溝の形状に対応するS字形状の凸部201bが形成されている。
保持部材202は、上下方向で二分割された分割体202a,202bからなる。下側分割体202bにナット用素材230の凹部233を嵌める凸部202cが形成されている。
そして、循環溝形成工程では、先ず、ナット用素材230を、その軸方向を水平方向に向けて、保持部材202の下側分割体202bに配置する。その際に、凹部233を下側分割体202bの凸部202cに嵌めて、ナット用素材230の周方向の位置決めをする。次に、ナット用素材230の上側半分に上側分割体202aを嵌める。これにより、ナット用素材230の径方向が、ナット用素材230の外周面230eと保持部材202の内周面202dとの接触により位置決めされる。また、ナット用素材230の端面230dと保持部材202の端面202eとの接触により位置決めされる。
次に、ナット用素材230内に加工ヘッド201を配置し、加工ヘッド201にプレス圧を掛けて下降させ、凸部201bをナット用素材230の内周面230aに押し当てて内周面230aを塑性変形させることにより、内周面230aにS字状の循環溝231を形成する。なお、例えば図6(b)に示すように、カム機構を備える金型を用いて塑性加工を行うことにより、循環溝231を形成してもよい。
(転動溝形成工程)
図11及び図12は、転動溝形成工程において溝形成装置210によりナット用素材230の内周面230aに転動溝を形成する際の様子を示す。図11は斜視図であり、図12は断面図である。
転動溝形成工程では、ナット用素材230は、溝形成装置210に対して、軸方向、周方向、及び径方向(センタリング)それぞれで位置決めされ取り付けられている。
図13は、転動溝形成工程で転動溝が形成されるナット用素材230の形状を示す。図13に示すように(前記図24と同様に)、ナット用素材230は、循環溝形成工程において内周面230aに既に循環溝231が形成されているために、周方向における循環溝231と同位相の部位(以下、循環溝形成位相部位という。)230c、すなわち、軸方向両端間にわたって軸方向に延びる部位のうち循環溝231の形成部位を含む部位が、半径方向及び軸方向に変形している。
そして、本実施形態では、ナット用素材230には、その端面の周方向1カ所に、径方向に延びるキー溝状の凹部234が形成されている。ここで、凹部234の周方向における形成位置は、その軸方向に循環溝231が形成されていない位相の部位(以下、循環溝非形成位相部位という。)230f、すなわち、軸方向両端間にわたって軸方向に延びる部位のうち循環溝231の形成部位を含まない部位になる。この凹部234は、転動溝形成工程において、位相基準及び軸方向基準になる。
これに対して、図14に示すように、ナット用素材230には、その端面230dの周方向において等間隔に凹部234が複数形成されていても良い。ここで、この例に示すような3個の凹部234の形成位置は、いずれも循環溝非形成位相部位230fになる。
また、前述の循環溝形成工程において位相基準となる凹部233は、このような凹部234を併用しても良い。
このようなナット用素材230の形状に対応して、溝形成装置210は、図11及び図12に示すように、略円盤形状の本体部211の一側面211a上に、ナット用素材230の端部が取り付けられる取り付け部212と、ナット用素材230の外周面を把持する3本のクランプ(爪又はチャック)213とを有する。
取り付け部212は、本体部211よりも小径の略円盤形状をなしている。この取り付け部212には、側面212aの外周部に、軸方向基準及び周方向基準となる凸部212bが形成されている。本実施形態では、図14に示した3箇所に凹部234を有するナット用素材230に対応して、凸部212bは、側面212aの外周部に周方向において等間隔に3箇所形成されている。
クランプ213は、径方向又はセンタリングの基準となる部材である。3本のクランプ213は、取り付け部212の外方に位置し、本体部211の側面211aの外周部に配置されている。3本のクランプ213は、その外周部において周方向に等間隔に配置されている。このクランプ213には、端部から内周側に突出した把持部213aが形成されている。クランプ213は、取り付け部212に突き当てて取り付けられたナット用素材230の外周面230e(230g)を把持部213aにより把持している。
図15及び図16は、このような3本のクランプ213の把持位置を示す。図15は、ナット用素材230の平面図であり、図16は、図15に示す矢示A−Aのナット用素材230の断面図である。
図15に示すように、ナット用素材230の周方向において、クランプ213は、循環溝非形成位相部位(図15中に矢示する部位)230fの外周面230gを把持している。そして、図16に示すように、クランプ213は、その外周面230gの軸方向における中間部位(図15中に矢印で示す部位)を把持している。このように、クランプ213は、循環溝非形成位相部位230fの外周面230gであり、かつその軸方向における中間部位を把持している。
ここで、このようなクランプ213によるナット用素材230の把持位置と、ナット用素材230における凹部234の形成位置との関係からもわかるように、図11及び図12に示すように、溝形成装置210において、取り付け部212の凸部212bとクランプ213とが同一の径方向に位置されるようになっている。
転動溝形成工程では、以上のような構成を有する溝形成装置210に対して、ナット用素材230の端部が取り付け部212に取り付けられてクランプ213により把持されている。このとき、ナット用素材230は、端面230dの凹部234が、取り付け部212において軸方向基準及び周方向基準となる凸部212bに嵌められることで、軸方向及び周方向の位置決めがなされる。さらに、ナット用素材230は、径方向又はセンタリングの基準となる部材である3本のクランプ213により把持されることで、径方向の位置決め又はセンタリングがなされる。
ここで、軸方向の位置決めを確実にするために、取り付け部212の凸部212bは、予め決められた高さをもって取り付け部212の側面212aから突出していることが必要となる。すなわち、前述のように、ナット用素材230は、循環溝231が形成されていることにより、循環溝形成位相部位230cの端部が軸方向に変形(突出)している。そのため、仮に凸部212bを低く設定してしまうと、ナット用素材230のその変形部位(突出部位)が、取り付け部212の側面212aに接触してしまい、軸方向の位置決めが確実なものにならなくなってしまう。このようなことから、凸部212bは、該凸部212bに凹部234が嵌められた状態のナット用素材230の端面230dが取り付け部212の側面212aに接触することがないような高さをもっていることが必要になる。
そして、転動溝形成工程では、以上のように位置決めされて取り付けられている状態のナット用素材230に対して、その内周面230aに転動溝を形成している。
図17は、転動溝形成工程で行う転動溝の切削加工を示す。なお、図17では、切削加工工程におけるナット用素材230と切削加工工具(ヘリカルカッター214及び切削工具215,216)との関係を示し、溝形成装置210におけるクランプ213等の構成を省略している。
図17(a)に示すように、溝形成装置210は、ヘリカルカッター214を用い、ナット用素材230の内周面230aを切削加工することにより、転動溝232を、その両端部が循環溝231と接続されるように形成する。これにより、図17(b)に示すように、1リード未満の転動溝232の両端が循環溝231で接続された状態となる。
また、転動溝形成工程を行った後のナット用素材230を溝形成装置210から取り外さないで、図17(b)に示すように、ナット用素材230の内周面230aの軸方向両端の面取り部230a1,230a2を、切削工具215,216を用いて仕上げ加工することもできる。これにより、転動溝232のPCD(ボール中心直径又はピッチ円直径、Pitch Circle Diameter )と軸方向両端の内周円との同軸度が小さいナットを得ることができる。この切削工具215,216は、正三角形の各辺に切刃が形成された加工ヘッド215a,216aを有する。切削工具215を用いて上側の面取り部230a2を仕上げ加工し、切削工具216を用いて下側の面取り部230a1を仕上げ加工する。
さらに、その後、仕上げ加工された軸方向両端の面取り部230a1,230a2を基準にナット用素材230を保持して、ナット用素材230の外周面230eを仕上げ加工することもできる。これにより、転動溝232のBCDと外周面230eの同軸度が小さいナットを得ることができる。
なお、本実施形態では、面取り部230a1,230a2の仕上げ加工工程の前に転動溝加工工程を行っているが、ナット用素材230をクランプ213により把持した状態で面取り部230a1,230a2の仕上げ加工工程を行った後に、ナット用素材230をクランプ213から取り外さないで転動溝加工工程を行ってもよい。また、切削加工による転動溝形成工程等を終えたナット用素材230に対しては、転動溝等の必要箇所に所望の熱処理を施してもよい。
(作用、効果等)
本実施形態では、内周面230aに加工ヘッド201(凸部201b)を押し込んで塑性加工により循環溝231が形成されたナット用素材230について、周方向における循環溝231の形成部位を含む該循環溝231の形成部位にかかる軸方向の部位以外の部位、すなわち循環溝非形成位相部位230fを位置決めの基準として溝形成装置210に固定し、溝形成装置210によりナット用素材230の内周面230aに転動溝232を形成している。
具体的には、本実施形態では、循環溝非形成位相部位230fの外周面230gにおける軸方向の中間部位を半径方向の位置決めの基準として溝形成装置210に固定している。また、本実施形態では、循環溝非形成位相部位230fの軸方向の端面230dに形成した凹部234を軸方向及び周方向の位置決めの基準として溝形成装置210に固定している。
本実施形態では、以上のように位置決めして溝形成装置210に固定したことで、循環溝231の形成によるナット用素材230の変形の影響を受けることなく、該ナット用素材230の内周面230aに転動溝232を形成することができる。
すなわち、循環溝非形成位相部位230fは、塑性加工前のナット用素材230の真円精度や端面の平坦精度が、循環溝形成位相部位230cに比較して相対的に保たれている。そのため、転動体形成工程では、そのような真円精度や端面の平坦精度が保たれている循環溝非形成位相部位230fを選択的に加工基準(取り付け部212への突き当て位置、クランプ213による把持位置)にすることで、循環溝231の形成によるナット用素材230の変形の影響を受けることなく、該ナット用素材230の内周面230aに転動溝232を形成することができる。
これにより、本実施形態では、転動溝形成工程においてナット用素材230を芯ずれや倒れを生じさせることなく溝形成装置210に取り付けることができ、結果として、循環溝と転動溝の位置精度を満足させることができる。よって、本実施形態では、循環溝と転動溝との位置ずれを防止して、ボールを滑らかに移動させることを可能にするため、耐久性の低下、効率の低下、異常な作動音の発生など、ボールねじとしての品質を満足できない不具合を引き起こす可能性を抑えることができる。
また、循環溝非形成位相部位230fの外周面230gにおける軸方向の中間部位を位置決めの基準として溝形成装置210に固定したことについては、次のような理由がある。
循環溝231は、円周方向には等間隔で形成されているが、軸方位には対称性がなく形成されている。そのため、周方向の循環溝231のない位相でも、内周面230aや外周面230eには、軸方向にわずかであるが、テーパーやゆがみを伴う変形が発生することが推定される。
このようなことから、図18(a)乃至(c)(図16中の、周方向において循環溝231と同位相となる部位の形状の詳細を示す図)に矢印で示すように、その変形モードも位相(周方向の位置)によって異なってくる。
これに対して、本実施形態では、クランプ213の把持位置を、循環溝非形成位相部位230fの外周面230gにおける軸方向の中間部位としたことで、循環溝231のPCD(ピッチ円直径、Pitch Circle Diameter )の中心(各循環溝底のポイントを結んでできる円弧の中心)と転動溝232の螺旋中心の同軸度を保つことができ、両溝のつなぎ部の半径方向段差を極力小さくすることができる。
また、本実施形態では、位置決めの基準(特に、凹部234)を循環溝231と同数の3箇所とし、さらに、その複数の位置決めの基準(特に、凹部234)を、周方向において等間隔に配置している。
これにより、本実施形態では、ナット用素材230の周方向の対称性を保つようにして位置決めすることができる。
また、本実施形態では、循環溝形成工程において位相基準となる凹部233は、凹部234を併用している。すなわち、本実施形態では、循環溝非形成位相部位230fが、循環溝形成工程において循環溝を形成するときの位置決めの基準にもなっている。
これにより、本実施形態では、循環溝231と転動溝232とを滑らかにつなぐことができる。
(第2実施形態の変形例)
本実施形態では、取り付け部212の凸部212bの形状を具体的に説明したが、これに限定されるものではない。
図19及び図20は、そのような凸部相当の他の形状を示す。図19は斜視図であり、図20は正面図である。
図19及び図20に示すように、取り付け部212の側面212aの外周部には、突起部212cが形成されている。突起部212cは、側面212aから突出している第1凸部212c1と、第1凸部212c1の上面から突出し該第1凸部212c1よりも周方向の長さが短い形状の第2凸部212c2とを有する。すなわち、前述の第2実施形態では、凸部212bは側面212aに対して1段に形成されているのに対して、第2実施形態の変形例では、突起部212cは側面212aに対して2段に形成されている。
ここで、第2凸部212c2は、凸部212bと同様に、端面230dの凹部234が嵌められる部位となる。また、第1凸部212c1は、端面230dにおける凹部234に隣接する部位、すなわちナット用素材230において変形していない端面部位が突き当てられる部位となる。そして、このような突起部212cは、凸部212bと同様に、軸方向基準及び周方向基準をなす。
また、本実施形態では、図14に示した3箇所に凹部234を有するナット用素材230に対応して側面212aに突起部212cが3箇所に形成されても良いが、これに限定されるものではない。すなわち、第1凸部212c1及び第2凸部212c2を有する突起部212cを少なくとも1箇所に形成し、第2凸部212c2が無く第1凸部212c1のみを有する突起部212cを循環溝非形成位相部位230fに対応する他の箇所に形成する。つまり、突起部212cの数を循環溝非形成位相部位230fの数と同数にするが、少なくとも1箇所の突起部212cは、第1凸部212c1及び第2凸部212c2からなる2段構成となり、他の箇所の突起部212cは、第2凸部212c2が無く第1凸部212c1のみを有する1段構成となる。
このような突起部212cを取り付け部212に形成した場合、転動溝形成工程では、ナット用素材230は、端面230dの凹部234が第2凸部212c2に嵌められるとともに、端面230dにおける凹部234の隣接部位が第1凸部212c1に突き当てられる。
これにより、ナット用素材230は、端面230dの凹部234が第2凸部212c2(少なくとも1箇所に形成されている第2凸部212c2)に嵌められることで、周方向の位置決めがなされる。さらに、ナット用素材230は、端面230dにおける凹部234の隣接部位が第1凸部212c1に突き当てられることで、軸方向の位置決めがなされる。
このようなことから、第2凸部212c2は、周方向の位置決めを目的とするため又は第1凸部212c1による軸方向の位置決めを実現するため、前述の第2実施形態の凸部212bとは異なり、その端面が凹部234の底面と接触する程度の突出量を必要とされていない。また、第1凸部212c1は、軸方向の位置決めを目的とするため、前述の第2実施形態の凸部212bと同様に、ナット用素材230の循環溝形成位相部位230cの端面230dが取り付け部212の側面212aに接触することがないような高さをもっていることが必要になる。
以上のように、第2実施形態の変形例では、第1凸部212c1及び第2凸部212c2を有する突起部212c(場合によっては第1凸部212c1のみを有する突起部212c)により、ナット用素材230の軸方向及び周方向の位置決めをすることができる。そして、第2実施形態の変形例では、少なくとも1箇所に第2凸部212c2を設けるだけで、前述の第2実施形態と同様に、ナット用素材230の周方向の対称性を保つようにして位置決めすることができる。例えば、これにより、第2実施形態の変形例では、ナット用素材230に凹部234を1箇所形成するだけで済む等のコストを抑えることを実現しつつも位置決めすることができるようになる。
第2実施形態では、ナット用素材230の内周面230aをクランプ(内径チャック)で把持して外周面等を切削加工した後に、前述のように外周面を把持して該ナット用素材230の内周面230aに転動溝232を形成することもできる。
図21は、ナット用素材230の内周面230aをクランプ220で把持する場合を示す。図21(a)は、ナット用素材230の内周面230aをクランプ220で把持するときの様子を示す斜視図であり、図21(b)は、ナット用素材230の内周面230aをクランプ220で把持した後の様子を示す平面図である。
図21(a)及び(b)に示すように、クランプ220は、全体として略円柱形状をなすが、周方向において6等分に分割されている。そして、クランプ220は、そのように分割されて形成されている複数の部位220a,220b,220c,220d,220e,220fのうちの、互いに等間隔となる3箇所の部材220a,220c,220eによりナット用素材230の内周面230aを把持している。具体的には、その3個の部材220a,220c,220eの端部の、外周側に突出する把持部(図21中に斜線で示す扇形状の部位の外周部)により、ナット用素材230の循環溝非形成位相部位230fの内周面230aを把持している。
なお、このように内周面230aをクランプ220で把持する場合でも、図21(a)に示すような取り付け部221の凸部221aにナット用素材230の凹部234が嵌められて、ナット用素材230は位置決めされることは言うまでもない。
図22は、内周面230aをクランプ220で把持したナット用素材230に対する切削加工の例を示す。
図22に示すように、切削加工として、切削工具(加工ヘッド)222により面取り部の仕上げ加工をしたり、外周面を仕上げ加工したりすることができる。そして、その後、前述のように外周面をクランプしてナット用素材230の内周面230aに転動溝232を形成する。
また、本実施形態は、少なくとも1箇所に循環溝を有するナット用素材に適用することができる。
〔第3実施形態〕
第3実施形態は、ボールねじのナットの製造方法に関し、特に、実質的に循環溝自体を加工基準として用いて転動溝の加工位置を定め、転動溝と共に内周面に循環溝が一体に形成されたナットを製造する方法に関する。
従来より、自動車・鉄道・船舶・産業機械をはじめとする各種機械の電動アクチュエータ等に用いられるボールねじとして、ナットの内周面に転動溝と共に循環溝が一体に形成されたボールねじが開発されている。
このようなボールねじの製造方法として、ナットの内周面に塑性加工によって循環溝及び位相基準を形成して、その位相基準に基づいてナットの内周面に転動溝を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献4)。
この特許文献4の技術によれば、鍛造加工等を用いないため、低コストで高精度な循環溝と転動溝とを形成することができるとしている。また、切削工程を削減できるので、ナットの大量生産が可能としている。
しかしながら、特許文献4に記載されたボールねじの製造方法においては、ワークの左端内周に位相基準マークを形成しただけでは、循環溝の塑性加工時にその軸方向位置が
ばらつき、循環溝と転動溝との位置ズレが発生することがある。これは、位相基準マークの形成位置自体が位置ズレしやすいことに起因する。また、塑性加工による循環溝の形成では、加工基準面からの溝の位置にバラツキが発生しやすい一方で、切削加工による転動溝の形成では、基準面からの転動溝の位置のバラツキが塑性加工に比べ、一般に小さいことに起因する。
このような転動溝と循環溝との位置ズレは、これらの連結部分に段差を発生させ、転動体の滑らかな移動を妨げるため、作動不良、耐久性の低下、効率の低下、異常な作動音の発生など、ボールねじとしての品質を満足できない不具合を引き起こすことがあり、改善の余地があった。
そこで、第3実施形態は、上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための第3実施形態は、外周面に螺旋状の転動溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸を包囲するように配置され、かつ内周面に螺旋状の転動溝と該転動溝の両端を連結する半径方向に突出した循環溝とを形成したナットと、互いに対向する前記ねじ軸の転動溝と前記ナットの転動溝との間に形成された転動路に沿って転動自在に配置された複数の転動体とを有するボールねじのナットの製造方法であって、円筒状の加工対象の内周面に対して、塑性加工によって循環溝を形成する循環溝形成工程と、前記循環溝が形成された前記加工対象の内周面に対して、切削工具を用いた切削加工によって前記ナットの転動溝を形成する転動溝形成工程とを含むボールねじのナットの製造方法において、前記循環溝形成工程の後、前記切削加工の加工原点に対して循環溝の軸方向位置を特定する循環溝位置特定工程を行い、前記循環溝の軸方向位置に基づいて、その位置から前記転動溝形成工程が行われることを特徴としている。
上記のようなボールねじのナットの製造方法によれば、前記循環溝形成工程と前記転動溝形成工程との間で、チャックでナットの循環溝が直接把持されることで、前記チャックに対する前記循環溝の軸方向位置が決められ、その結果、転動溝形成工程における加工原点に対するナットの循環溝の軸方向位置が決められる循環溝位置特定工程を行うので、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
上記のようなボールねじのナットの製造方法においては、前記循環溝位置特定工程が、チャック装置によって少なくとも前記循環溝を直接把持された状態で、加工対象の軸方向の端面を切削加工して、前記循環溝に対する前記加工対象の軸方向端面位置を確かめるための第1の加工基準面を形成する第1の基準面形成工程を含み、第1の加工基準面を治具基準面に突き当てたときの、前記チャック装置における前記循環溝の位置及び第1の加工基準面の位置に基づいて、治具基準面に対する前記循環溝の位置を特定する工程であることが好ましい。
このようなナットの製造方法によれば、転動溝形成工程において、前記内周面と直交するように形成された第1の加工基準面を基準に転動溝が形成される。すなわち、該第1の加工基準面を治具の基準面(治具基準面)に突き当てて把持されたワークは、切削工具の加工原点に対し、循環溝の軸方向のズレが軽減された状態で転動溝が形成されることとなる。その結果、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
また、上記のようなボールねじのナットの製造方法においては、第1の基準面形成工程の後、チャック装置によって少なくとも前記循環溝を直接把持された状態で、加工対象の外周面を切削加工して前記循環溝のPCD中心と同軸な第2の加工基準面を形成する第2の基準面形成工程が含まれ、第1の加工基準面及び第2の加工基準面を治具基準面に突き当てたときの、前記チャック装置における前記循環溝の位置及び第2の加工基準面の位置に基づいて、第2の加工基準面に対する前記循環溝の位置を特定し、その位置から前記転動溝形成工程が行われることが好ましい。
このようなナットの製造方法によれば、ナットの外径面を第2の加工基準面として転動溝形成工程の際の加工基準とすることで、循環溝のPCDと転動溝の中心の同軸度を向上させることができる。
また、上記のようなボールねじのナットの製造方法においては、前記循環溝位置特定工程が、前記加工対象を搬送する搬送装置のチャック装置によって、少なくとも前記循環溝を直接把持された状態で、前記加工原点に対して循環溝が所定の位置になるように前記加工対象が位置決めする工程であることが好ましい。
このようなナットの製造方法によれば、転動溝加工機に搬送する搬送装置が循環溝を直接把持し、加工機内の決まった位置で離すため、特定される循環溝の軸方向位置がばらつかない。よって、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
第3実施形態によれば、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
以下、第3実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の例について図面を参照して説明する。第3実施形態は、循環溝形成工程で形成した循環溝を位置決め基準として使用する例である。
(第1例)
図26は、第3実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の第1例を示すフローチャートである。また、図27は、第3実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の第1例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナット及びチャック装置の概要を示す斜視図、(b)は第1の基準面形成工程を示す斜視図、(c)は第1の基準面を示す断面図、(d)は循環溝形成工程を示す断面図である。
第3実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の第1例によって作製されるナットを有するボールねじの構成及び動作は、図1〜3を用いて説明した第1実施形態に係るボールねじと同様であるので、その説明は省略する。
ボールねじのナットの製造方法は、図26に示すように、循環溝形成工程S1と、第1の基準面形成工程S2と、転動溝形成工程S3とを含む。なお、以下の説明において、転動溝工程における転動溝の加工は、切削加工に限定して説明するが、転動溝に対する仕上げとしての研削加工を同様に行うことが好ましい。
<循環溝形成工程>
循環溝形成工程は、中空円筒状の加工対象の内周面に対して、塑性加工によって循環溝を形成する工程である。
具体的には、まず、前工程によってフランジ323が形成されたブランクである中空円筒状の加工対象(以下、ワークと呼ぶ。)Wに対して、塑性加工により、ワークWの内周面320aに複数の循環溝322,322を形成する工程である。なお、例えば図6(b)に示すように、カム機構を備える金型を用いて塑性加工を行うことにより、循環溝231を形成してもよい。
<第1の基準面形成工程>
第1の基準面形成工程は、前記循環溝形成工程の後、ワークWの軸方向の端面を切削加工して前記内周面と直交する第1の加工基準面を形成する工程である。具体的には、図27(a)に示すように、前記循環溝形成工程の後、まず、チャック装置350によってワークWが把持される。チャック装置350は、例えば、内径コレット方式のチャック装置であり、前記循環溝形成工程においてワークWの内周320aに形成された循環溝322,322に嵌合する嵌合部351,351を有している。なお、チャック装置350は、内径コレット方式のチャック装置の他に、内径3つ爪方式のチャック装置でもよい。
ワークWは、嵌合部351,351を用いたコレット機構により、チャック装置350に少なくとも循環溝322を直接把持された状態で、ワークWの軸方向の端面320bを切削工具360により切削加工される(図27(b)参照)。このように切削された端面320bが、内周面320aと直交する第1の加工基準面320bとされる(図27(c)参照)。すなわち、第1の加工基準面320bは、循環溝に対して設定された寸法になるように加工される。そして、その後、ワークWは、搬送装置により転動溝形成工程へ移送される。
<転動溝形成工程>
転動溝形成工程は、循環溝322が形成されたワークWの内周面320aに対して、転動溝321を形成する工程である。具体的には、まず、チャック装置350がワークWを把持した状態で、第1の加工基準面320bを治具基準面340に突き当てる(図27(d))。そして、第1の加工基準面320bが治具基準面340に突き当てられて固定されたワークWは、第1の基準面形成工程で設定された寸法を、加工基準面340を基準とした転動溝の加工位置として切削工具370を用いた切削加工が行われ、転動溝321が形成される。切削加工による転動溝形成工程を終えたワークWに対しては、転動溝等の必要箇所に所望の熱処理を施してもよい。
以上説明したように、第3実施形態の第1例によれば、転動溝形成工程において、内周面320aと直交するように形成された第1の加工基準面320bを基準に転動溝321が形成される。すなわち、第1の加工基準面320bを治具基準面340に突き当てて把持されたワークWは、切削機械の加工原点に対し、循環溝322の軸方向のズレが軽減された状態で転動溝321が形成されることとなる。
したがって、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
(第2例)
以下、第3実施形態の第2例について、図面を参照して説明する。第3実施形態の第2例に係るボールねじのナットの製造方法は、循環溝位置特定工程が前述の第1例と異なるだけであるので、第1例と同じ符号を付した同様の構成及び動作については説明を省略する。図28は、第3実施形態の第2例に係るボールねじのナットの製造方法を示す図であり、(a)は搬送状態を示す斜視図、(b)は加工機による加工対象のチャック状態を示す断面図である。
前述の第1例では、循環溝位置特定工程が「第1の基準面形成工程」であったのに対し、第2例では、切削工具を備えた転動溝加工機へのワークWの供給が自動搬送装置である場合を想定し、循環溝位置特定工程を、第1の基準面を形成せずとも循環溝の軸方向位置を特定する工程に置き換えたことが特徴である。
具体的には、図28(a)、(b)に示すように、まず、嵌合部351を有するチャック装置350がワークWを搬送する搬送機能を有し、循環溝322に嵌合可能な形状の嵌合部351によって、少なくとも循環溝322が直接把持された状態で、前記転動溝加工機の加工原点に対して循環溝322が所定の位置になるようにワークWが位置決めされる。そして、その位置でワークWを治具390に把持した後、搬送機能を有するチャック装置350による循環溝322の把持を解除して転動溝形成工程が行われる。
なお、転動溝加工機側のチャックでワークWの端面は拘束しない。すなわち、転動溝加工機側の設けられるチャッキング機構は、ワークWの外径面のみを把持するなどして、ワークWの軸方向位置を拘束するチャッキング(ワークWの端面を突き当てるチャッキング)を行う必要がない。
このように、第2例によれば、転動溝加工機に搬送する搬送装置が循環溝322を直接把持し、加工機内の決まった位置で離すため、特定される循環溝322の軸方向の位置がばらつかない。よって、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
(第3例)
以下、第3実施形態の第3例について、図面を参照して説明する。第3実施形態の第3例に係るボールねじのナットの製造方法は、加工位置補正工程を含む点が前述の第1例と異なるだけであるので、第1例と同じ符号を付した同様の構成及び動作については説明を省略する。
図29は、第3実施形態の第3例に係るボールねじのナットの製造方法を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は第1の基準面を示す断面図、(c)は加工位置補正工程を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。また、図30は、第3実施形態の第3例に係るボールねじのナットの製造方法の変形例を示す図であり、(a)は加工位置補正工程を示す断面図、(b)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(c)は第1の基準面を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。
第3例では、転動溝形成工程前において、治具にセットされたワークWの循環溝322の位置に基づいて、切削工具370の加工位置を補正する循環溝形成工程を含む。具体的には、まず、前述の第1例と同様、内周面320aに循環溝322が形成され(図29(a))、ワークWが第1の加工基準面320bを治具基準面340に突き当てて把持される(図29(b))。その後、治具にセットされたワークWの循環溝322の位置が、循環溝位置測定手段380によって測定される(図29(c))。
切削工具370及び循環溝位置測定手段380を制御する制御手段(図示せず)は、その測定結果に基づいて転動溝形成工程における切削工具370の位置を補正するか否かを判定し、補正が必要であれば、得られた測定結果に基づき、ワークWに対して転動溝形成工程を行う(図29(d))。
ここで、切削工具の位置を補正するにあたって、補正対象となるものは、原点座標値、加工位置、切削工具長補正値などである。一方、判定の結果、補正が不要であれば、前述の第1例と同様にして、ワークWに対する転動溝形成工程が行われる。ここで、循環溝位置測定手段380は、循環溝322に嵌合する形状をなす触針(プローブ)381を有する(図29(c)参照)。加工位置補正工程では、このプローブ381の変移により、第1の加工基準面320bから循環溝322までの距離dが測定され、補正の要不要が図示しない制御手段によって判定される。
また、第3例の変形例として、図30に示すように、加工位置補正工程を行う時機を変更してもよい。具体的には、まず、前述の第1例と同様、内周面320aに循環溝322が形成されたワークW(図30(a))が加工機械に供給される前に、循環溝位置測定手段380によって第1の加工基準面320bから循環溝322までの距離dが測定される(図30(b))。その後、ワークWが第1の加工基準面320bを治具基準面340に突き当てて把持される(図30(c))。
切削工具370及び循環溝位置測定手段380を制御する制御手段(図示せず)は、その測定結果に基づいて転動溝形成工程における切削工具370の位置を補正するか否かを判定し、補正が必要であれば、得られた測定結果に基づき、ワークWに対して転動溝形成工程を行う(図30(d))。ここで、切削工具の位置を補正するにあたって、補正対象となるものは、原点座標値、加工位置、切削工具長補正値などである。一方、判定の結果、補正が不要であれば、前述の第1例と同様にして、ワークWに対する転動溝形成工程が行われる。
(第4例)
以下、第3実施形態の第4例について、図面を参照して説明する。第3実施形態の第4例に係るボールねじのナットの製造方法は、第2の基準面形成工程を含む点が前述の第1例と異なるだけであるので、第1例と同じ符号を付した同様の構成及び動作については説明を省略する。図31は、第3実施形態の第4例に係るボールねじのナットの製造方法の実施形態を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナット及びチャック装置の概要を示す斜視図、(b)は第2の基準面形成工程を示す斜視図、(c)は第1の基準面を示す断面図、(d)は循環溝形成工程を示す断面図である。
第4例では、ナットに形成される循環溝と転動溝の半径方向のズレを低減するための第2の加工基準面を形成する第2の基準面形成工程が含まれる。
<第2の基準面形成工程>
第2の基準面形成工程は、第1の加工基準面形成工程の後、ワークWの外周面を切削加工して前記内周面と平行な第2の加工基準面を形成する工程である。具体的には、図31(a)に示すように、第1の加工基準面形成工程の後に、まず、チャック装置350によってワークWが把持される。チャック装置350は、例えば、内径コレット方式のチャック装置であり、前記循環溝形成工程においてワークWの内周320aに形成された循環溝322,322に嵌合する嵌合部351,351を有している。なお、チャック装置350は、内径コレット方式のチャック装置の他に、内径3つ爪方式のチャック装置でもよい。
ワークWは、嵌合部351,351を用いたコレット機構により、チャック装置350に少なくとも循環溝322を直接把持された状態で、ワークWの外周面(フランジ323の外周面)320cを切削工具360により切削加工される(図31(b)参照)。このように切削された外周面320cが、内周面320aと平行な第2の加工基準面320cとされる(図31(c)参照)。なお、第2の加工基準面320cは、ワークWの外周面であれば、フランジ323の外周面に限られず、本体部分の外周面でもよい。
その後、第1の加工基準面320b及び第2の加工基準面320cに基づいて、第1例と同様にして、転動溝形成工程が行われてナット320が作製される(図31(d)参照)。
ここで、「半径方向のズレ」の原因としては、(1)循環溝形成時と転動溝切削時との各々で、ナットのセンタリングにズレが生じている場合、や、(2)循環溝形成前のワークの内外径の同心が大きくずれている場合、などが挙げられる。
第4例では、前述の軸方向のズレを解消する効果に加え、ナットの外径面を第2の加工基準面として転動溝形成工程の際の加工基準とすることで、ナットの半径方向のズレを軽減することができる。また、循環溝を直接クランプして転動溝形成工程を行うため、循環溝のPCD(Pitch Circle Diameter ,転動体ピッチ円径)と転動溝の中心の同軸度を向上させることができる。
以上、第3実施形態に係るボールねじのナットの製造方法について説明したが、第3実施形態は上記各例に限定されるものではなく、第3実施形態の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
〔第4実施形態〕
第4実施形態は、ボールねじのナットの製造方法に関し、特に、加工機の原点に対する加工基準の位置に実質的に誤差がある場合であっても、計測により実質的に工具位置の補正を行うことにより対処して、転動溝と共に内周面に循環溝が一体に形成されたナットを製造する方法に関する。
従来より、自動車・鉄道・船舶・産業機械をはじめとする各種機械の電動アクチュエータ等に用いられるボールねじとして、ナットの内周面に転動溝と共に循環溝が一体に形成されたボールねじが開発されている。
このようなボールねじの製造方法として、ナットの内周面に塑性加工によって循環溝及び位相基準を形成して、その位相基準に基づいてナットの内周面に転動溝を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献4)。
この特許文献4の技術によれば、低コストで高精度な循環溝と転動溝とを形成することができるとしている。また、切削工程を削減できるので、ナットの大量生産が可能としている。
しかしながら、特許文献4に記載されたボールねじの製造方法においては、ワークの左端内周に位相基準マークを形成しただけでは、循環溝の塑性加工時にその軸方向位置がばらつき、循環溝と転動溝との位置ズレが発生することがある。これは、位相基準マークの形成位置自体が位置ズレしやすいことに起因する。また、塑性加工による循環溝の形成では、加工基準面からの溝の位置にバラツキが発生しやすい一方で、切削加工による転動溝の形成では、基準面からの転動溝の位置のバラツキが塑性加工に比べ、一般に小さいことに起因する。
このような転動溝と循環溝との位置ズレは、これらの連結部分に段差を発生させ、転動体の滑らかな移動を妨げるため、作動不良、耐久性の低下、効率の低下、異常な作動音の発生など、ボールねじとしての品質を満足できない不具合を引き起こすことがあり、改善の余地があった。
そこで、第4実施形態は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法は、外周面に螺旋状の転動溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸を包囲するように配置され、かつ内周面に螺旋状の転動溝と該転動溝の両端を連結する半径方向に突出した循環溝とを形成したナットと、互いに対向する前記ねじ軸の転動溝と前記ナットの転動溝との間に形成された転動路に沿って転動自在に配置された複数の転動体とを有するボールねじのナットの製造方法であって、円筒状の加工対象の内周面に対して、塑性加工によって循環溝を形成する循環溝形成工程と、前記循環溝が形成された前記加工対象の内周面に対して、切削工具を用いた切削加工によって前記ナットの転動溝を形成する転動溝形成工程とを含むボールねじのナットの製造方法において、前記ナットの軸方向の端面を基準とした循環溝の位置を計測し、その計測結果に基づいて前記切削工具の加工位置を補正する加工位置補正工程を含むことを特徴としている。
この第4実施形態によれば、加工位置補正工程によって得られた結果に基づいて切削工具の加工位置を補正した上で転動溝を形成するので、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
このような第4実施形態のボールねじのナットの製造方法においては、前記ナットの軸方向の端面を前記内周面と直交するように切削加工して加工基準面を形成する加工基準面形成工程を含むことが好ましい。そうすれば、循環溝の位置を計測する基準を、前記ナット(ワーク)の軸方向の端面を前記内周面と直交するように切削加工して形成された加工基準面とすることで、循環溝の位置をさらに正確に特定することができる。
第4実施形態によれば、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
以下、第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の例について図面を参照して説明する。
図32は、第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図33は、第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の一例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は基準となる端面を示す断面図、(c)は加工位置補正工程を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。また、図34は、第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の変形例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナットの概要を示す部分断面図、(b)は加工位置補正工程を示す断面図、(c)は基準となる端面を示す断面図、(d)は転動溝形成工程を示す断面図である。さらに、図35は、第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の変形例を示す図であり、(a)は循環溝形成工程が行われたナット及びチャック装置の概要を示す斜視図、(b)は加工基準面形成工程を示す斜視図、(c)は加工基準面を示す断面図である。
第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法によって作製されるナットを有するボールねじの構成及び動作は、図1〜3を用いて説明した第1実施形態に係るボールねじと同様であるので、その説明は省略する。
このボールねじのナットの製造方法は、図32に示すように、循環溝形成工程S1と、加工位置補正工程S2と、転動溝形成工程S3とを含む。なお、以下の説明において、転動溝工程における転動溝の加工は、切削加工に限定して説明するが、転動溝に対する仕上げとしての研削加工を同様に行うことが好ましい。
<循環溝形成工程>
循環溝形成工程は、中空円筒状の加工対象の内周面に対して、塑性加工によって循環溝を形成する工程である。
具体的には、まず、前工程によってフランジ423が形成されたブランクとしての中空円筒状の加工対象(以下、ワークと呼ぶ。)Wに対して、塑性加工により、ワークWの内周面420aに複数の循環溝422,422を形成する工程である。なお、例えば図6(b)に示すように、カム機構を備える金型を用いて塑性加工を行うことにより、循環溝422を形成してもよい。
<加工位置補正工程>
加工位置補正工程は、転動溝形成工程前において、治具にセットされたワークWの循環溝422の位置に基づいて、切削工具470の加工位置を補正する工程である。具体的には、まず、前述の循環溝形成工程において、内周面420aに循環溝422が形成され(図33(a))、ワークW(ナット420)の軸方向の端面420bを治具基準面490に突き当てて把持される(図33(b))。この端面420bが循環溝の位置を特定するための基準面となる。
その後、治具にセットされたワークWの循環溝422の位置が、循環溝位置測定手段480によって測定される(図33(c))。切削工具470及び循環溝位置測定手段480を制御する制御手段(図示せず)は、その測定結果に基づいて転動溝形成工程における切削工具470の位置を補正するか否かを判定し、補正が必要であれば、得られた測定結果に基づき、ワークWに対して転動溝形成工程を行う(この点については後述する)。
ここで、切削工具の位置を補正するにあたって、補正対象となるものは、原点座標値、加工位置、切削工具長補正値などである。一方、判定の結果、補正が不要であれば、前述したように、ワークWに対する転動溝形成工程が行われる。ここで、循環溝位置測定手段480は、循環溝422に嵌合する形状をなす触針(プローブ)481を有する(図33(c)参照)。加工位置補正工程では、このプローブ481の変移により、端面420bから循環溝422までの距離dが測定され、補正の要不要が図示しない制御手段によって判定される。
<転動溝形成工程>
転動溝形成工程は、循環溝422が形成されたワークWの内周面420aに対して、転動溝421を形成する工程である。具体的には、まず、搬送チャック装置(図示せず)がワークWを把持した状態で、端面420bを治具基準面490に突き当てる(図33(d))。このとき、搬送チャック装置における循環溝422の位置、及び治具基準面490に対する搬送チャック装置の位置に関する情報が、図示しない制御装置に送信され、かかる制御装置によって治具基準面490と循環溝422との距離が算出される。
ここで、「搬送チャック装置における循環溝422の位置」は、搬送チャック装置の基準位置(例えば、治具基準面490に対向する面)を基準として、循環溝422に嵌合した搬送チャック装置の嵌合部(図示せず)の位置する方向及び距離から特定される。また、「治具基準面490に対する搬送チャック装置の位置」は、前記基準位置(例えば、治具基準面490に対向する面)を基準として、治具基準面490の位置する方向及び距離から特定される。そして、これらの算出結果から、治具基準面490に対する循環溝422の位置が特定されるので、ワークWの内周面420a上のその特定された位置から、切削工具470を用いた切削加工によって転動溝421が形成される工程である。
ここで、第4実施形態の変形例として、図34に示すように、加工位置補正工程を行う時機を変更してもよい。具体的には、まず、前述したように、内周面420aに循環溝422が形成されたワークW(図34(a))が加工機械に供給される前に、循環溝位置測定手段480によって端面420bから循環溝422までの距離dが測定される(図34(b))。その後、ワークWが端面420bを治具基準面490に突き当てて把持される(図34(c))。
切削工具470及び循環溝位置測定手段480を制御する制御手段(図示せず)は、その測定結果に基づいて転動溝形成工程における切削工具470の位置を補正するか否かを判定し、補正が必要であれば、得られた測定結果に基づき、ワークWに対して転動溝形成工程を行う(図34(d))。ここで、切削工具の位置を補正するにあたって、補正対象となるものは、原点座標値、加工位置、切削工具長補正値などである。一方、判定の結果、補正が不要であれば、前述したワークWに対する転動溝形成工程が行われる。
なお、転動溝421を形成する切削加工工具の種類は特に限定されるものではなく、第1又は第2実施形態において使用されたもの(ヘリカルカッター120,214及び切削工具215,216)を使用することが可能である。また、切削加工による転動溝形成工程等を終えたワークWに対して、転動溝等の必要箇所に所望の熱処理を施してもよい。
[加工基準面形成工程]
また、第4実施形態の別の変形例として、図35に示すように、加工基準面形成工程を含んでもよい。
加工基準面形成工程は、前記循環溝形成工程の後、ワークWの軸方向の端面を切削加工して前記内周面と直交する加工基準面を形成する工程である。具体的には、図35(a)に示すように、前記循環溝形成工程の後、まず、チャック装置450によってワークWが把持される。チャック装置450は、例えば、内径コレット方式のチャック装置であり、前記循環溝形成工程においてワークWの内周420aに形成された循環溝422,422に嵌合する嵌合部451,451を有している。なお、チャック装置450は、内径コレット方式のチャック装置の他に、内径3つ爪方式のチャック装置でもよい。
ワークWは、嵌合部451,451を用いたコレット機構により、チャック装置450に循環溝422を直接把持された状態で、ワークWの軸方向の端面420bを切削工具460により切削加工される(図35(b)参照)。このように切削された端面420bが、内周面420aと直交する加工基準面420bとされる(図35(c)参照)。なお、上記の例では、チャック装置450は、循環溝422に嵌合する凸部である嵌合部451を備えていたが、ワークWを把持することが可能であれば、凸部を備えていないチャック装置を用いてもよい。
例えば、第1実施形態や第2実施形態の転動溝形成工程に、第4実施形態の加工位置補正工程を組み合わせることもできる。
以上説明したように、第4実施形態によれば、転動溝形成工程において、内周面420aと直交するように形成された端面(加工基準面)420bを基準に転動溝421が形成される。すなわち、端面(加工基準面)420bを治具基準面490に突き当てて把持されたワークWは、切削機械の加工原点に対し、循環溝422の軸方向のズレが軽減された状態で転動溝421が形成されることとなる。
したがって、循環溝と転動溝との軸方向のズレを低減させるボールねじのナットの製造方法を提供することができる。
以上、第4実施形態に係るボールねじのナットの製造方法の実施形態について説明したが、第4実施形態は上記の例に限定されるものではなく、第4実施形態の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
〔第5実施形態〕
第5実施形態は、ボールねじ及びその製造方法、並びに、ボールねじの製造に使用される金型に関する。
ボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路内に転動自在に装填された複数のボールと、からなる。そして、ボールを介してねじ軸に螺合されているナットとねじ軸とを相対回転運動させると、ボールの転動を介してねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっている。
このようなボールねじには、ボール転動路の始点と終点とを連通させて無端状のボール通路を形成するボール循環路が備えられている。すなわち、ボールは、ボール転動路内を移動しつつねじ軸の回りを複数回回ってボール転動路の終点に至ると、ボール循環路の一方の端部から掬い上げられてボール循環路内を通り、ボール循環路の他方の端部からボール転動路の始点に戻される。このように、ボール転動路内を転動するボールがボール循環路により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸とナットとは継続的に相対移動することができる。
ボール循環路を用いたボール循環形式としては、チューブ式,コマ式等が一般的であるが、ナットの内周面の一部を凹化させて凹溝を形成し、この凹溝をボール循環路とする循環形式も知られている(特許文献1を参照)。チューブ式,コマ式の場合は、ボール循環路を構成する別部材(リターンチューブ,コマ)がナットに取り付けられるが、前記凹溝をボール循環路とする循環形式の場合は、ナットと一体的にボール循環路が形成されているので、別部材をナットに取り付ける必要はない。
しかしながら、前記凹溝をボール循環路とするボールねじのナットを製造する際には、ナットの内周面に、ボール循環路を構成する凹溝を形成した後に、ボール転動路を構成するねじ溝を形成するため、ねじ溝の形成時の加工誤差により、ねじ溝の端部の形成位置が正規の位置からずれるおそれがあった。この場合、ねじ溝の端部と凹溝の端部が正確に合致せず、両溝の接続部分に段差が生じることとなる。
そこで、第5実施形態は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、ボール循環路に対するナットのねじ溝の形成位置が正確で高精度なボールねじ及びその製造方法、並びに、そのようなボールねじの製造に使用される金型を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、第5実施形態は次のような構成からなる。すなわち、第5実施形の一態様のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備えるボールねじにおいて、前記ボール循環路は、前記ナットの内周面の一部を凹化させてなる凹溝で構成されており、前記ナットのねじ溝は、前記ボール循環路に対して所定の位置に設けられた加工基準点に基づいて決定された位置に形成されたものであることを特徴とする。
このような第5実施形態のボールねじにおいては、前記加工基準点を、前記ナットの内周面に形成された窪みとすることができる。
また、前記凹溝及び前記窪みは、金型に設けられた凸部を前記ナットの内周面に押圧し塑性加工して前記内周面の一部を凹化させることにより、同時に形成されたものであることが好ましい。
さらに、第5実施形態のボールねじにおいては、前記加工基準点を、前記ナットの内周面のうち前記ボール循環路以外の部分で、且つ、前記ボール循環路の長手方向中央部から軸方向に所定距離離れた位置に設けることができる。前記加工基準点は、前記ボール循環路内の部分で、且つ、前記ボール循環路の長手方向中央部に設けてもよい。また、前記加工基準点は、前記ナットの内周面のうち前記ボール循環路以外の部分で、且つ、前記ボール循環路の溝延長上で且つボール溝線上に設けてもよい。
また、第5実施形態のボールねじにおいては、前記加工基準点を、前記ナットの内周面に形成された突起とすることができる。前記凹溝及び前記突起は、金型に設けられた凸部及び凹部を前記ナットの内周面に押圧し塑性加工して前記内周面の一部を凹化及び凸化させることにより、同時に形成されることが好ましい。
また、前記加工基準点は前記ナットの内周面の軸方向端部に設けてもよい。この前記ナットの内周面の軸方向端部に設けられた前記加工基準点は、前記ボール循環路の長手方向中央部と同位相の位置に設けることが好ましい。
さらに、第5実施形態の他の態様のボールねじの製造方法は、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備えるボールねじを製造する方法において、前記ナットの内周面の一部を凹化させて、凹溝からなる前記ボール循環路を形成するボール循環路形成工程と、前記ナットのねじ溝を形成する位置の基準となる加工基準点を、前記ボール循環路に対して所定の位置に設ける加工基準点形成工程と、前記加工基準点に基づいて前記ナットのねじ溝を形成する位置を決定し、該位置に前記ナットのねじ溝を形成するねじ溝形成工程と、を備えることを特徴とする。
このような第5実施形態のボールねじの製造方法においては、前記加工基準点を、前記ナットの内周面に形成された窪みとすることができる。
また、第5実施形態のボールねじの製造方法においては、金型に設けられた凸部を前記ナットの内周面に押圧し塑性加工することにより前記内周面の一部を凹化させて、前記凹溝及び前記窪みを同時に形成することが好ましい。
さらに、第5実施形態のボールねじの製造方法においては、前記加工基準点は、前記ナットの内周面のうち前記ボール循環路以外の部分で、且つ、前記ボール循環路の長手方向中央部から軸方向に所定距離離れた位置に設けてもよい。前記加工基準点は、前記ボール循環路内の部分で、且つ、前記ボール循環路の長手方向中央部に設けてもよい。また、前記加工基準点を、前記ナットの内周面のうち前記ボール循環路以外の部分で、且つ、前記ボール循環路の溝延長上で且つボール溝線上に設けてもよい。
また、第5実施形態のボールねじの製造方法においては、前記加工基準点を、前記ナットの内周面に形成された突起とすることができる。前記凹溝及び前記突起は、金型に設けられた凸部及び凹部を前記ナットの内周面に押圧し塑性加工することにより前記内周面の一部を凹化及び凸化させて、同時に形成することが好ましい。
また、前記加工基準点は、前記ナットの内周面の軸方向端部に設けてもよい。この前記ナットの内周面の軸方向端部に設けられる前記加工基準点は、前記ボール循環路の長手方向中央部と同位相の位置に設けることが好ましい。
さらに、第5実施形態のボールねじの製造方法においては、前記加工基準点の軸方向位置及び位相を、加工装置のセンサー及び検出治具の少なくとも一方を用いて検出し、該検出結果に基づいて前記ナットのねじ溝を形成する位置を決定してもよい。
さらに、第5実施形態の他の態様の金型は、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備えるボールねじの製造に使用される金型において、前記ナットの内周面に押圧して塑性加工することにより前記ナットの内周面の一部を凹化させて、前記ボール循環路を構成する凹溝、及び、前記ナットのねじ溝を形成する位置の基準となる加工基準点である窪みを同時に形成するための凸部を備えることを特徴とする。
また、第5実施形態の他の態様の金型は、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備えるボールねじの製造に使用される金型において、前記ナットの内周面に押圧して塑性加工することにより前記ナットの内周面の一部を凹化させて、前記ボール循環路を構成する凹溝、及び、前記ナットのねじ溝を形成する位置の基準となる加工基準点である突起を同時に形成するための凸部と凹部を備えることを特徴とする。
第5実施形態のボールねじは、ボール循環路に対して所定の位置に設けられた加工基準点に基づいて決定された位置に、ナットのねじ溝が形成されているので、ボール循環路に対するねじ溝の形成位置が正確で高精度である。
また、第5実施形態のボールねじの製造方法は、ボール循環路に対して所定の位置に設けられた加工基準点に基づいてナットのねじ溝を形成する位置を決定し、該位置にナットのねじ溝を形成する工程を備えているので、ボール循環路に対するナットのねじ溝の形成位置が正確で高精度なボールねじを製造することができる。
さらに、第5実施形態の金型は、ボール循環路を構成する凹溝、及び、ナットのねじ溝を形成する位置の基準となる加工基準点である窪み又は突起を同時に形成するための凸部又は凹部を備えているので、第5実施形態の金型を使用すれば、ボール循環路に対するナットのねじ溝の形成位置が正確で高精度なボールねじを容易に製造することができる。
第5実施形態に係るボールねじ及びその製造方法、並びに、ボールねじの製造に使用される金型の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、第5実施形態の一例であるボールねじの断面図(軸方向に沿う平面で切断した断面図)である。第5実施形態に係るボールねじの構成及び動作は、図1〜3を用いて説明した第1実施形態に係るボールねじと同様であるので、その説明は省略する。
次に、第5実施形態に係るボールねじ1のナット5の製造方法を、一例をあげて説明する。
まず、円柱状の素材(図示せず)を慣用の方法により加工し、略円筒形状(ナット5と略同一形状)のブランクを得る。そして、このブランクを鍛造等の加工に好適な素材硬度に調整した後、内周面に鍛造等の塑性加工又は切削加工により凹溝20を形成し、ボール循環路11とする(ボール循環路形成工程)。
鍛造により凹溝20を形成する方法の具体例としては、以下のようなものがあげられる。すなわち、凹溝20に対応する形状の凸部を有する金型をブランク内に挿入し、ブランクの内周面に金型の凸部を接触させ、ブランクの内周面に向かって金型を強く押圧することにより塑性加工して、凹溝20を形成することができる。例えば、図6(b)に示すように、カム機構を備える金型を用いて塑性加工を行うことにより、凹溝20を形成してもよい。
次に、ナット5の内周面に、ナット5のねじ溝5aを形成する位置の基準となる加工基準点を設ける(加工基準点形成工程)。このとき、加工基準点は、ボール循環路11を基準として特定の位置に設ける。加工基準点の種類は特に限定されるものではなく、接触方式又は非接触方式の検出手段により位置を検出可能なものであれば、ナット5の内周面に形成された窪み又は突起でもよいし、ナット5の内周面に印字されたマークでもよい。
ただし、加工基準点を窪みとすることが好ましい。そうすれば、ボール循環路11を構成する凹溝20及び窪みを、金型を用いて同時に形成することができる。すなわち、凹溝20を形成するための第一凸部と、窪みを形成するための第二凸部(窪みに対応する形状の凸部)とを有する金型を用い、この金型の前記両凸部をナット5の内周面に押圧し塑性加工すれば、ナット5の内周面の一部を凹化させて凹溝20及び窪みを同時に形成することができる。
その結果、ナット5の製造が容易であることに加えて、ボール循環路11に対してより正確な位置に加工基準点を設けることができるので、ボール循環路11に対するねじ溝5aの形成位置がより正確となる。なお、窪みの形状は特に限定されるものではなく、円柱状,円錐状,角柱状,角錐状,半球状,半楕円球状等があげられる。
そして、ブランクの内周面に切削加工により、ナット5のねじ溝5aを形成する(ねじ溝形成工程)。このとき、加工基準点の形成位置を検出し、この形成位置に基づいてナット5のねじ溝5aを形成する位置を決定して、該位置にナット5のねじ溝5aを形成する。そうすれば、ボール循環路11の形成位置に対して正確な位置にナット5のねじ溝5aを形成することができる。
最後に、所望の条件で浸炭,浸炭窒化,焼入れ,焼戻し,高周波焼入れ等の熱処理を施すと、ナット5が得られる。
なお、本実施形態のボールねじ1は、上記のようなボール循環路11を用いたボール循環形式を採用しているので、ボール循環路を構成する別部材(例えばリターンチューブ,コマ)をナット5に取り付ける必要がない。ボール循環形式がチューブ式やコマ式である場合は、ボール循環路を構成する部材とナットとが別体であり、チューブ式の場合はリターンチューブがナットの外周面に、コマ式の場合はコマがコマ穴に取り付けられる。そのため、ナットの外周面のうちリターンチューブやコマが設けられている部分には、フランジ等を形成することはできず、ナットの外周面の設計に制限があった。
これに対して、第5実施形態のボールねじ1は、ボール循環路11がナット5の内周面に形成されており、ナット5の外周面にはいかなる部材も取り付ける必要がないので、ボール循環路11が設けられた位置や回路数に拘束されず、ナット5の外周面を全体にわたって任意の形状に設計することができる。本実施形態のボールねじ1の場合は、ナット5の外周面にフランジ13が形成されている。また、リターンチューブ,コマ等の部材が取り付けられていないので、これらが脱落する心配が無く、ボールねじ1の信頼性が優れている。
以下に実施例を示して、第5実施形態をさらに詳細に説明する。なお、これ以降の各図においては、図1,2と同一又は相当する部分には、図1,2と同一の符号を付してある。
〔実施例1〕
略円筒形状(ナット5と略同一形状)のブランク30の内周面に、図示しない金型を用いた塑性加工により、ボール循環路11を構成する凹溝20と加工基準点を構成する例えば円錐状の窪み22とを形成した(図36の(a),(b)を参照)。すなわち、凹溝20に対応する形状の第一凸部と、窪み22に対応する形状の第二凸部とを有する金型をブランク30内に挿入し、ブランク30の内周面に金型の両凸部を接触させ、ブランク30の内周面に向かって金型を強く押圧することにより塑性加工して、凹溝20及び窪み22を同時に形成した。
このとき、加工基準点である窪み22は、ナット5の内周面のうち凹溝20以外の部分で、且つ、凹溝20の長手方向中央部から軸方向に所定距離離れた位置に設けられている(図36の(b)を参照)。
次に、加工基準点である窪み22の形成位置を検出し、この形成位置に基づいてナット5のねじ溝5aを形成する位置を決定して、該位置にナット5のねじ溝5aを切削工具32により形成した。最後に、所望の条件で浸炭,浸炭窒化,焼入れ,焼戻し,高周波焼入れ等の熱処理を施して、ナット5を得た。
窪み22の形成位置の検出は、図37に示すように、検出治具34を窪み22に当接させることにより行うことができる。すなわち、切削工具32を備える加工装置のナット取付具35にブランク30を取り付けた上、加工装置に装着された検出治具34を窪み22に当接させた状態で、切削工具32によりナット5のねじ溝5aを形成すれば、図38に示すように、ボール循環路11の形成位置に対して正確な位置にナット5のねじ溝5aを形成することができる。
また、窪み22の形成位置の検出は、タッチセンサー36で行うこともできる。すなわち、図39に示すように、タッチセンサー36の検出部36aを窪み22に当接させることにより、窪み22の軸方向位置及び位相を検出することができる。窪み22は凹溝20に対して特定の位置に設けられているので、窪み22の軸方向位置及び位相を検出することによって、ボール循環路11の形成位置を正確且つ自動で検出することができる。そして、この検出結果に基づいてナット5のねじ溝5aを加工すれば、ボール循環路11の形成位置に対して正確な位置にナット5のねじ溝5aを形成することができる。
さらに、窪み22の形成位置の検出は、図40に示すように、検出治具34とタッチセンサー36の両方を用いて行うこともできる。すなわち、切削工具32を備える加工装置のナット取付具35にブランク30を取り付けた上、加工装置に装着された検出治具34を窪み22に当接させることにより、窪み22の位相を検出することができる。そして、タッチセンサー36の検出部36aを、窪み22に当接させた状態の検出治具34に当接させることにより、窪み22の軸方向位置を検出することができる。
窪み22は凹溝20に対して特定の位置に設けられているので、窪み22の軸方向位置及び位相を検出することによって、ボール循環路11の形成位置を正確且つ自動で検出することができる。そして、この検出結果に基づいてナット5のねじ溝5aを加工すれば、ボール循環路11の形成位置に対して正確な位置にナット5のねじ溝5aを形成することができる。
〔実施例2〕
窪み22の形成位置以外は実施例1とほぼ同様であるので、異なる点のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
加工基準点である窪み22は、前述のような金型を用いて、ナット5の内周面のうち凹溝20内の部分で、且つ、凹溝20の長手方向中央部に設けられている(図41の(a),(b)を参照)。
窪み22の形成位置の検出は、実施例1の場合と同様にして行うことができるが、窪み22が凹溝20の内部に設けられているので、ボール循環路11の形成位置をより正確に検出することができる。また、窪み22の形成位置と同時に、凹溝20の深さも検出することが可能である。よって、ボール循環路11の寸法管理が容易となる。
〔実施例3〕
窪み22の形成位置以外は実施例1とほぼ同様であるので、異なる点のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
加工基準点である窪み22は、前述のような金型を用いて、ナット5の内周面の軸方向端部に設けられている(図42の(a),(b)を参照)。そして、この窪み22は、凹溝20の長手方向中央部と同位相の位置に設けられている。この窪み22の形状は特に限定されるものではないが、形成位置がナット5の内周面の軸方向端部であることから、三角錐状とすることが好ましい。
窪み22の形成位置の検出は、実施例1の場合と同様にして行うことができるが、図43に示すように、検出治具34を窪み22に当接させることにより行うことができる。すなわち、切削工具32を備える加工装置のナット取付具35にブランク30を取り付けた上、加工装置に装着された検出治具34を窪み22に当接させた状態で、切削工具32によりナット5のねじ溝5aを形成する。そうすれば、ガタ無く高精度に位相を決定できるので、ボール循環路11の形成位置に対して正確な位置にナット5のねじ溝5aを形成することができる。
〔実施例4〕
窪み22の形成位置以外は実施例1とほぼ同様であるので、異なる点のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
加工基準点である窪み22は、前述のような金型を用いて、ナット5の内周面のうち凹溝20の延長線上(ナット5のねじ溝5aが形成される位置)に設けられている(図44の(a),(b)を参照)。
窪み22の形成位置の検出は、実施例1の場合と同様にして行うことができるが、窪み22が凹溝20の延長線上(ナット5のねじ溝5aが形成される位置)に設けられているので、ナット5に前述のねじ溝5aの切削加工を施す際に、窪み22を同時に除去することが可能となる。
〔実施例5〕
実施例5では、加工基準点として、実施例1〜4のような窪み22ではなく突起23を設けている。その他の部分は実施例1とほぼ同様であるので、異なる点のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
実施例5では、ナット5の内周面に、ナット5のねじ溝5aを形成する位置の基準となる加工基準点である突起23を、ナット5の内周面の軸方向端部に設けている(図45及び図46(a)を参照)。
この突起23は、ブランク成形時、又は凹溝形成前後に形成することもできるが、塑性加工により、凹溝20と同時に形成することが好ましい。例えば、凹溝20に対応する形状の凸部と、突起23に対応する形状の凹部とを有する金型を用いた鍛造等の塑性加工により、凹溝20と突起23を同時形成することができる。
すなわち、ブランク30の外周形状と略同等の内周形状を備える拘束部材に外周を拘束されたブランク30内に前記金型を挿入し、ブランク30の内周面に金型の凸部を接触させ、ブランク30の内周面に向かって金型を強く押圧することにより塑性加工して、凸部により除去された肉を前記凹部内に突出させることにより、凹溝20及び窪み22を同時に形成する。これにより、ナット5の製造が容易であることに加えて、ボール循環路11に対してより性格な位置に加工基準点を設けることができるので、ボール循環路11に対するねじ溝5aの形成位置がより正確となる。
突起23の形成位置の検出は、図46(a)、(b)に示すように、検出治具37に設けられた突起23と対になる凹部37aを、突起23に当接させることにより行うことができる。すなわち、切削工具32を備える加工装置のナット取付具35に検出治具37を取付けた上、前記凹部37aを突起23に当接させた状態で、切削工具32に対し、ブランク30は位置決めされる。このような状態で切削工具32によりナット5のねじ溝5aを加工すれば、ボール循環路11の形成位置に対して正確な位置にナット5のねじ溝5aを形成することができる。
なお、第1〜第5実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は第1〜第5実施形態に限定されるものではない。例えば、循環溝形成工程においては、例えば切削加工によりボール循環溝を形成してもよい。また、転動溝形成工程においては、例えばブローチ加工、研削加工によりボール転動溝を形成してもよい。さらに、例えばボール転動溝等を所望の条件で熱処理した後にボール転動溝等を研削加工により仕上げ加工してもよい。この場合は、第1〜第5実施形態で示した加工基準と、これを設定可能な保持部材とを使用して仕上げ加工を行うことが好ましい。
1 ボールねじ
3 ねじ軸
3a ねじ溝
5 ナット
5a ねじ溝
7 ボール転動路
9 ボール
11 ボール循環路
20 凹溝
101 ブランク
101a ブランクの内周面
102 凹部(位相基準)
102a ピン穴(位相基準)
102b 切欠き面(位相基準)
103 ボール循環溝
104 加工ヘッド
105 保持部材
105a 保持部材の上側分割体
105b 保持部材の下側分割体
107 保持部材
107a 保持部材の左側分割体
107b 保持部材の右側分割体
108 ボール転動溝
109 保持部材
109a〜109c 3爪チャック(保持部材)の第1〜第3の爪
111 フランジ
111a フランジの端面(軸方向基準)
111b フランジの外周面(径方向基準)
112 ブランクの端面
113 ブランク内周面の軸方向一端の面取り部
114 ブランク内周面の軸方向他端の面取り部
120 ヘリカルカッター
130 チャック
140 切削工具
141 凸部
142 切削工具
151 凸部(位相基準設定部)
152 端面(軸方向基準設定部)
153 大径内周面(径方向基準設定部)
154 小径内周面
161 カムドライバ
161a カムドライバの斜面
162 カムスライダ
162a 凸部
162b カムスライダの斜面
171 凸部(位相基準設定部)
172 底面(軸方向基準設定部)
173 大径内周面(径方向基準設定部)
174 小径内周面
191 凸部(位相基準設定部)
192 底面(軸方向基準設定部)
193 内周面(径方向基準設定部)

Claims (17)

  1. 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ボールを戻すボール循環溝とが、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造するボールねじ用ナットの製造方法であって、
    ナット用素材から筒状のブランクを形成するブランク形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール循環溝を形成する循環溝形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成する転動溝形成工程と、を有し、
    前記転動溝形成工程よりも前の工程で加工基準を形成し、前記加工基準が設定できる保持部材を使用して、前記循環溝形成工程の後に前記転動溝形成工程を行い、
    前記加工基準は、前記ブランク形成工程で形成される位相基準、軸方向基準、及び径方向基準を備え、前記循環溝形成工程及び前記転動溝形成工程で共通に使用されることを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
  2. 前記循環溝形成工程における前記ボール循環溝の形成を塑性加工で行うことを特徴とする請求項1に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  3. カム機構を備える金型を用いて前記塑性加工を行うことを特徴とする請求項2に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  4. 前記ブランク形成工程では、前記位相基準を、前記ブランクの端面又は外周面に形成し、前記ブランクの内周面及び軸方向一端面と、この軸方向一端面に連続する外周面とに対して、連続的に仕上げ加工を行い、前記軸方向一端面を前記軸方向基準とし、前記外周面を前記径方向基準とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  5. 前記ブランクは軸方向一端にフランジを有し、前記ブランク形成工程で、前記フランジの端面又は外周面に前記位相基準を形成する請求項1〜4のいずれか一項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  6. 前記ブランクの内周面の軸方向両端の面取り部を仕上げ加工する工程を、前記転動溝形成工程を行う保持部材で前記ブランクを保持した状態で行う請求項1〜5のいずれか一項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  7. 前記面取り部の仕上げ加工後に、前記仕上げ加工された面取り部を基準にして前記ブランクの外周面を仕上げ加工する請求項6に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  8. 前記転動溝形成工程は、前記ブランクの軸方向両端間にわたって軸方向に延びる部位のうち前記ボール循環溝の形成部位を含まない部位を前記位相基準として、前記ボール循環溝が形成された前記ブランクを溝形成装置に固定し、前記溝形成装置により前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  9. 前記位相基準とした部位の外周面における軸方向の中間部位を前記径方向基準として、前記ボール循環溝が形成された前記ブランクを前記溝形成装置に固定することを特徴とする請求項8に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  10. 前記位相基準とした部位の軸方向の端部となる前記ブランクの端面を前記軸方向基準として、前記ボール循環溝が形成された前記ブランクを前記溝形成装置に固定することを特徴とする請求項8又は請求項9に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  11. 前記位相基準は前記ブランクの端面に形成され、前記溝形成装置側の部材と嵌合する形状をなしていることを特徴とする請求項8に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  12. 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ボールを戻すボール循環溝とが、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造するボールねじ用ナットの製造方法であって、
    ナット用素材から筒状のブランクを形成するブランク形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール循環溝を形成する循環溝形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成する転動溝形成工程と、を有し、
    前記転動溝形成工程よりも前の工程で加工基準を形成し、前記加工基準が設定できる保持部材を使用して、前記循環溝形成工程の後に前記転動溝形成工程を行い、
    前記循環溝形成工程の後に、前記転動溝形成工程における前記ボール転動溝の形成の加工原点に対して前記ボール循環溝の軸方向位置を特定する循環溝位置特定工程を行い、前記ボール循環溝の軸方向位置に基づいて、その位置から前記転動溝形成工程の前記ボール転動溝の形成が行われ、
    前記循環溝位置特定工程は、チャック装置によって少なくとも前記ボール循環溝を直接把持された状態で、加工対象である前記ブランクの軸方向の端面を切削加工して、前記ボール循環溝に対する前記加工対象の軸方向端面位置を定めるための第1の加工基準面を形成する第1の基準面形成工程を含み、前記第1の加工基準面を治具基準面に突き当てたときの、前記チャック装置における前記ボール循環溝の位置及び前記第1の加工基準面の位置に基づいて、前記治具基準面に対する前記ボール循環溝の位置を特定する工程であることを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
  13. 前記循環溝位置特定工程は、前記チャック装置によって少なくとも前記ボール循環溝を直接把持された状態で、前記加工対象の外周面を切削加工して前記ボール循環溝のPCD中心と同軸な第2の加工基準面を形成する第2の基準面形成工程を、前記第1の基準面形成工程の後に含み、前記第1の加工基準面を前記治具基準面に突き当てたときの、前記チャック装置における前記ボール循環溝の位置及び前記第2の加工基準面の位置に基づいて、前記第2の加工基準面に対する前記ボール循環溝の位置を特定し、その位置から前記転動溝形成工程の前記ボール転動溝の形成が行われることを特徴とする請求項12に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  14. 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ボールを戻すボール循環溝とが、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造するボールねじ用ナットの製造方法であって、
    ナット用素材から筒状のブランクを形成するブランク形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール循環溝を形成する循環溝形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成する転動溝形成工程と、を有し、
    前記転動溝形成工程よりも前の工程で加工基準を形成し、前記加工基準が設定できる保持部材を使用して、前記循環溝形成工程の後に前記転動溝形成工程を行い、
    前記循環溝形成工程の後に、前記転動溝形成工程における前記ボール転動溝の形成の加工原点に対して前記ボール循環溝の軸方向位置を特定する循環溝位置特定工程を行い、前記ボール循環溝の軸方向位置に基づいて、その位置から前記転動溝形成工程の前記ボール転動溝の形成が行われ、
    前記循環溝位置特定工程は、加工対象である前記ブランクを搬送する搬送装置のチャック装置によって、少なくとも前記ボール循環溝を直接把持された状態で、前記加工原点に対して前記ボール循環溝が所定の位置になるように前記加工対象が位置決めする工程であることを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
  15. 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ボールを戻すボール循環溝とが、内周面に形成されているボールねじ用ナットを製造するボールねじ用ナットの製造方法であって、
    ナット用素材から筒状のブランクを形成するブランク形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール循環溝を形成する循環溝形成工程と、
    前記ブランクの内周面に前記ボール転動溝を形成する転動溝形成工程と、を有し、
    前記転動溝形成工程よりも前の工程で加工基準を形成し、前記加工基準が設定できる保持部材を使用して、前記循環溝形成工程の後に前記転動溝形成工程を行い、
    前記転動溝形成工程は、前記ブランクの内周面に切削工具を用いた切削加工によって前記ボール転動溝を形成する工程であり、
    前記転動溝形成工程よりも前に、前記ブランクの軸方向端面を軸方向基準として前記ボール循環溝の位置を計測し、その計測結果に基づいて前記切削工具の加工位置を補正する加工位置補正工程を含むことを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
  16. 前記ブランクの軸方向端面を前記内周面と直交するように切削加工して加工基準面を形成する加工基準面形成工程を含むことを特徴とする請求項15に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
  17. 前記加工基準を、前記循環溝形成工程において前記ボール循環溝と同時に塑性加工により形成することを特徴とする請求項2に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
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