JP6606971B2 - ボールねじ、ボールねじ用ナットの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ボールねじとボールねじ用ナットの製造方法に関する。

ボールねじは、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸に内挿され、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道と、軌道の終点と始点を接続して循環路を形成する戻し路と、軌道および戻し路に配置された複数のボールと、を備え、軌道内を負荷状態で転動するボールを介して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。
ボールねじの戻し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、戻し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。

特許文献１には、コマ式ボールねじが記載されている。コマ式ボールねじでは、コマによる循環溝の深さを十分に確保して、ボールの掬い上げ性を良好にするために、コマの内径をナットの内径より小さく形成している。具体的にはボールねじのＢＣＤ（Ball Center Diameter、ボール中心径、軌道内の複数のボールの中心を結んだ円の直径）よりも小さくしている。
特許文献２および３には、戻し路をなす凹部（循環溝）を、ナット素材の内周面に塑性加工（鍛造）で直接形成する方法が記載されている。
円筒状のナット素材の内周面に循環溝が鍛造工程により形成されたボールねじ用ナットでは、ナットの内径が循環溝の周辺部とそれ以外の部分とで略同じである。そのため、コマ式ボールねじと比較して、循環溝内へボールが掬い上げにくくなる。
また、鍛造工程でパンチが押し込まれて成形された循環溝の周縁部には、塑性変形により輪郭形状が崩れて丸くなった部分（ダレ）が生じ易い。特許文献２に記載された方法では、仕上げ加工の際にバリを出にくくするために、ダレを残している。

しかし、ダレがあると、掬い上げ時のボールと循環溝との接触点が、ダレがない場合よりもナットの径方向外側になるため、ダレが大きいほど凹部内へのボールの掬い上げ性が低下する。
なお、鍛造工程でダレの発生を抑制するためには工程数が多くなるため、製造コストが増大する。また、鍛造工程で生じたダレを除去する工程を行う場合も、工程数が増えるため、製造コストが増大する。
特許文献３には、さらに、循環溝にダレを有するナットのボール掬い上げを円滑にするために、戻し路の境界位置（軌道の終点および始点に対する接続部分である直線状の両端部と、曲線状の中間部との境界位置）でのボールの接触状態を規定する方法が記載されている。

特公昭６１−４５０９６号公報 特開２０１３−７９６８９号公報 特開２０１３−７６４６３号公報

特許文献３に記載された方法には、循環溝にダレを有するナットのボール掬い上げを円滑にするという点で改善の余地がある。
この発明の課題は、戻し路を構成する凹部（循環溝）がナットの内周面に直接形成され、戻し路でのボールの掬い上げ性が良好で、コストの低い方法で製造可能なボールねじを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明の第一態様は下記の構成(1)〜(4)を有するボールねじを提供する。
(1)外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸が内挿され、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、上記ナットの螺旋溝と上記ねじ軸の螺旋溝で形成される軌道と、上記軌道の終点と始点を接続して循環路を形成する戻し路と、上記軌道および上記戻し路に配置された複数のボールと、上記戻し路を構成する循環溝とを備える。上記軌道内を負荷状態で転動する前記ボールを介して上記ナットが前記ねじ軸に対して相対移動する。
(2)上記循環溝は、上記ナットの内周面に直接形成された凹部からなり、上記軌道の終点および始点に対する接続部分である一対の直線部と、上記一対の直線部の間に配置された中間部と、上記中間部と上記一対の直線部との間を接続する一対の湾曲部と、を有する。
(3)上記直線部の上記湾曲部との境界を含む部分である掬い上げ部に形成された掬い上げ壁であって、上記湾曲部の外周側に配置され、上記ナットの内周面から、上記ナットの径方向で上記軌道内の上記複数のボールの中心を結んだ円の位置より内側の位置まで突出する掬い上げ壁を備える。
(4)ナットの内周面の上記掬い上げ壁の外側に形成された凹部およびこの凹部の外側に形成された凸部を備える。

この発明の第二態様は、上記構成(1)〜(3)を有するボールねじのナットの製造方法であって、下記の構成(5)を有する。
(5)円筒状のナット素材の内周面に対して、上記循環溝および掬い上げ壁を、パンチを有する金型を用いた冷間鍛造により形成する工程を有する。上記パンチは、循環溝形成部と掬い上げ壁形成部とからなり、上記掬い上げ壁形成部の先端に、上記循環溝形成部との間に上記掬い上げ壁の厚さ分の隙間を開けて、前記ナット素材の内周面を押圧する凸部が形成され、上記凸部の両側に凹部が存在するものである。

この発明によれば、戻し路を構成する凹部（循環溝）がナットの内周面に直接形成され、戻し路でのボールの掬い上げ性が良好で、コストの低い方法で製造可能なボールねじが提供される。

実施形態のボールねじを示す断面図である。 実施形態のボールねじを構成するナットの循環溝を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面に対応するボールねじの部分断面図である。 実施形態のボールねじを構成するナットの製造方法を説明する図である。 実施形態のナットの製造方法で使用する金型のパンチを示す斜視図である。

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。

図１に示すように、この実施形態のボールねじ１０は、ねじ軸１とナット２と複数のボール３を備えている。ねじ軸１の外周面１１に螺旋溝１２が形成されている。ナット２の内周面２１に螺旋溝２２が形成されている。ナット２はフランジ２３を有する。ねじ軸１がナット２に内挿されている。
ボールねじ１０は四つの循環路を有する。各循環路は、 ナット２の螺旋溝２２とねじ軸１の螺旋溝１２とが向かい合って形成された軌道と、軌道の終点と始点を接続する戻し路４とで構成されている。戻し路４は、ナット２の内周面２１に直接形成された凹部からなる循環溝５と、ねじ軸１の外周面の循環溝５と対向する部分で構成される。

図２に示すように、循環溝５は、軌道の終点および始点に対する接続部分である一対の直線部５１と、一対の直線部５１の間に配置された中間部５２と、中間部５２と一対の直線部５１との間を接続する一対の湾曲部５３とからなる。直線部５１の湾曲部５３との境界を含む部分である掬い上げ部５４に、掬い上げ壁５５が形成されている。掬い上げ壁５５は、湾曲部５３の外周側に配置されている。掬い上げ壁５５の外側に凹部５６が形成されている。循環溝５の周縁部の掬い上げ壁５５が形成されていない部分にダレ５８が存在する。

図３に示すように、掬い上げ壁５５は、ナット２の内周面２１から、ナット２の径方向で、軌道内の複数のボール３の中心を結んだ円の位置（ＢＣＤの位置）Ｌより内側の位置まで突出している。また、凹部５６の外側に凸部５７が形成されている。図２では凸部５７が省略されている。さらに、掬い上げ壁５５の角部５５ａは丸く形成されている。角部５５ａの丸みは、ボール３がスムーズにねじ軸１の外周面１１を乗り越えられる程度に形成されている。
ナット２は、図４に示す方法で製造されたものである。
先ず、図４（ａ）に示すように、鋼製の円筒状素材２０を用意する。次に、円筒状素材２０を冷間鍛造により塑性加工し、ナット２と略同一形状のフランジ２３が付いたブランク２５を得る。図４（ｂ）はこの状態を示す。

次に、図５に示すパンチ７を有する金型を用い、冷間鍛造工程により、ブランク２５の内周面（つまり、ナット２の内周面２１になる面）に循環溝５と掬い上げ壁５５を形成する。金型のパンチ７は、循環溝形成部７１と掬い上げ壁形成部７２とからなる。掬い上げ壁形成部７２の先端に、 循環溝形成部７１との間に掬い上げ壁５５の厚さ分の隙間を開けて凸部７２ａが形成されている。凸部７２ａの両側に凹部７２ｂ，７２ｃが存在する。
具体的には、カムドライバ（図示せず）と、パンチ７を有するカムスライダ（図示せず）と、を有するカム機構の金型を用いて、冷間鍛造工程を行う。詳述すると、ブランク２５の外周面を保持した状態で、ブランク２５内にカムドライバとカムスライダを挿入し、カムスライダをブランク２５とカムドライバとの間に配置するとともに、パンチ７をブランク２５の内周面に向けて配置する。カムスライダとカムドライバは、ブランク２５の軸方向から若干傾斜した方向に延びる傾斜面を有し、両傾斜面が相互に接触する。

カムドライバをブランク２５の軸方向に沿って移動させると、両傾斜面で構成されるカム機構（くさびの作用）によりカムスライダがブランク２５の径方向外方に移動する。すなわち、カムドライバの傾斜面からカムスライダの傾斜面に力が伝達され、カムドライバの軸方向の力がカムスライダを径方向外方へ動かす力に変換される。その結果、カムスライダのパンチ７がブランク２５の内周面を強く押圧することで、ブランク２５の材料がパンチ７の形状に合わせて塑性変形する。
これにより、ブランク２５の内周面に循環溝５が形成される。また、この塑性変形の際に、掬い上げ壁形成部７２側の凹部７２ｂに入った材料により、循環溝５の掬い上げ部５４に掬い上げ壁５５が形成される。また、凸部７２ａに対応する凹部５６と、凹部７２ｃに対応する凸部５７も形成される。図４（ｃ）は、パンチ７を用いた冷間鍛造工程後のブランク２５の状態を示す。

次に、図４（ｄ）に示すように、ブランク２５の内周面に、切削加工又は研削加工により、各循環路毎に循環溝５の一対の直線部５１と接続する螺旋溝２２を形成する。これにより、内周面２１に循環溝５と螺旋溝２２が形成されたナット２が得られる。
このようにして得られたナット２では、図２および図３に示すように、冷間鍛造工程でパンチ７が押し込まれて成形された循環溝５の周縁部のうち、掬い上げ壁５５が形成されていない部分にはダレ５８が生じている。しかし、循環溝５に入ったボール３が当たる位置に掬い上げ壁５５が形成されていることで、ボール３の掬いあげ接点がナットの径方向でＢＣＤ位置より内側になるため、 ボール３の掬い上げ性が良好になる。また、ダレ５８を除去する必要がないため、製造コストが低く抑えられる。

つまり、この実施形態のボールねじは、戻し路４を構成する凹部（循環溝５）がナット２の内周面に鍛造工程で直接形成され、戻し路４でのボール３の掬い上げ性が良好で、コストの低い方法で製造可能なものである。

１０ ボールねじ
１ ねじ軸
１１ ねじ軸の外周面
１２ ねじ軸の螺旋溝
２ ナット
２０ 円筒状素材
２１ ナットの内周面
２２ ナットの螺旋溝
２３ フランジ
２５ ブランク
３ ボール
４ 戻し路
５ 循環溝（ナットの内周面に直接形成された凹部）
５１ 直線部
５２ 中間部
５３ 湾曲部
５４ 掬い上げ部
５５ 掬い上げ壁
５５ａ 掬い上げ壁の角部
５６ 凹部
５７ 凸部
５８ ダレ
７ パンチ
７１ 循環溝形成部
７２ 掬い上げ壁形成部
７２ａ 掬い上げ壁形成部の凸部
７２ｂ，７２ｃ 掬い上げ壁形成部の凹部
Ｌ ナットの径方向におけるＢＣＤの位置（ボールの中心点を結んだ円の位置）

Claims (2)

1. 外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸が内挿され、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、
   前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝で形成される軌道と、
   前記軌道の終点と始点を接続して循環路を形成する戻し路と、
   前記軌道および前記戻し路に配置された複数のボールと、
   前記戻し路を構成する循環溝であって、前記ナットの内周面に直接形成された凹部からなり、前記軌道の終点および始点に対する接続部分である一対の直線部と、前記一対の直線部の間に配置された中間部と、前記中間部と前記一対の直線部との間を接続する一対の湾曲部と、を有する循環溝と、
   前記直線部の前記湾曲部との境界を含む部分である掬い上げ部に形成された掬い上げ壁であって、前記湾曲部の外周側に配置され、前記ナットの内周面から、前記ナットの径方向で前記軌道内の前記複数のボールの中心を結んだ円の位置より内側の位置まで突出する掬い上げ壁と、
   前記ナットの内周面の前記掬い上げ壁の外側に形成された凹部およびこの凹部の外側に形成された凸部と、
   を備え、
   前記軌道内を負荷状態で転動する前記ボールを介して前記ナットが前記ねじ軸に対して相対移動するボールねじ。
2. 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、前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝で形成される軌道と、前記軌道の終点と始点を接続して循環路を形成する戻し路と、前記軌道および前記戻し路に配置された複数のボールと、前記戻し路を構成する循環溝と、を備え、前記軌道内を負荷状態で転動する前記ボールを介して前記ナットが前記ねじ軸に対して相対移動するボールねじの前記ナットの製造方法であって、
   前記循環溝は、前記ナットの内周面に直接形成された凹部からなり、前記軌道の終点および始点に対する接続部分である一対の直線部と、前記一対の直線部の間に配置された中間部と、前記中間部と前記一対の直線部との間を接続する一対の湾曲部と、を有し、
   前記直線部の前記湾曲部との境界を含む部分である掬い上げ部の前記湾曲部の外周側に、前記ナットの内周面から、前記ナットの径方向で前記軌道内の前記複数のボールの中心を結んだ円の位置より内側の位置まで突出する掬い上げ壁を備え、
   円筒状のナット素材の内周面に対して、前記循環溝および前記掬い上げ壁を、パンチを有する金型を用いた冷間鍛造により形成する工程を有し、
   前記パンチは、循環溝形成部と掬い上げ壁形成部とからなり、前記掬い上げ壁形成部の先端に、前記循環溝形成部との間に前記掬い上げ壁の厚さ分の隙間を開けて、前記ナット素材の内周面を押圧する凸部が形成され、前記凸部の両側に凹部が存在するものであるボールねじ用ナットの製造方法。

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