JPWO2018074186A1 - 軌道溝の加工方法、ボールねじ装置、機械及び車両の製造方法 - Google Patents

Abstract

被加工物の、円筒状の周面である被加工面に、転動体を転がり接触させる為の被加工側軌道溝を周方向に形成する、軌道溝の加工方法であって、被加工面に対向する、加工工具の、円筒状の周面である工具側周面と、被加工側軌道溝との間に、加工用転動体を転動自在に配置し、加工工具を前記被加工物に対し相対回転させ、被加工側軌道溝にバニシング加工を施す軌道溝の加工方法。

Description

本発明は、ボールねじ装置を構成するボールナットやボールねじ軸、転がり軸受を構成する外輪や内輪等の被加工物の円筒状の周面である被加工面に、転動体を転がり接触させる為の軌道溝を形成する方法の改良に関する。更に、軸受、ボールねじ装置、機械及び車両の製造方法に関する。

工作機械等、直線運動する可動部分を有する各種機械装置には、例えば特許文献１に記載されている様なボールねじ装置が組み込まれている。図７〜８は、所謂こま式のボールねじ装置として、特許文献１に記載された従来構造の１例を示している。ボールねじ装置１は、ボールねじ軸２と、ボールナット３と、複数個のボール４、４とを備える。ボールねじ軸２は、炭素鋼等の鉄系金属の鋼材により、断面円形且つ直線棒状に構成されている。当該ボールねじ軸２の外周面には、断面形状が部分円弧形である内径側ボールねじ溝５が、螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で、軸方向に関して等ピッチ（同一リード）で設けられている。

又、ボールナット３は、ナット本体６の軸方向複数箇所に設けられた略長円形状の貫通穴のそれぞれに、略長円形のこま７を嵌め込み（圧入）固定して成る。内周面の軸方向複数箇所に、断面形状が部分円弧形である外径側ボールねじ溝８、８が、軸方向に等ピッチで形成されている。各外径側ボールねじ溝８、８はそれぞれ、ボールナット３の内周面に螺旋状に形成されたボール転動溝部９と、こま７の内周面に略Ｓ字形に形成されたボール戻し溝部１０とから構成されている。即ち、こま７をナット本体６の貫通穴に嵌め込んで固定した状態では、ボール転動溝部９の円周方向両端部がボール戻し溝部１０により連通される。ボール戻し溝部１０の深さは、ボール転動溝部９の深さよりも深くなっている。又、各ボール４、４は、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれと、内径側ボールねじ溝５との間部分に、それぞれ複数個ずつ転動自在に配置されている。

ボールねじ装置１を、例えば工作機械の移動テーブル或いは工具台等の被駆動物品の駆動用として使用する場合には、ボールねじ軸２をフレーム等に回転のみ可能に支持すると共に、ボールねじ軸２を、サーボモータ等により、両方向に所定量回転駆動可能にする。これに対してボールナット３は、被駆動物品に支持固定する。ボールねじ軸２を回転駆動すると、各ボール４、４が、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれを構成するボール転動溝部９と、内径側ボールねじ溝５との間で転動する。この際、各ボール４、４は、ボール転動溝部９の終端部（円周方向片端部）まで達すると、ボール戻し溝部１０を通じて、同じボール転動溝部９の始端部（円周方向他端部）に戻される。この結果、ボールナット３を支持固定した被駆動物品を、ボールねじ軸２の回転方向に応じた方向に、回転量に応じた長さだけ平行移動させることができる。

ボールねじ装置１を構成するボールナット３を造る場合、先ず、炭素鋼等の金属材料に鋳造或いは鍛造加工等を施して略円筒状の中間素材を得る。次に、中間素材の内周面に、プラネットカッタ（プラネットタップ）を用いた旋削加工等の切削加工により、各外径側ボールねじ溝８、８を、ある程度の取り代（削り代）を残した状態で形成する。そして、焼き入れや焼き戻し等の熱処理を施した後、各外径側ボールねじ溝８、８に、研削や研磨、超仕上等の仕上加工を施して取り代を除去する事により、ボールナット３を得る。当該ボールナット３の製造方法は、製造コストを抑える観点で、改良の余地がある。

日本国特開２００４−２０４９１１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、加工コストの低減を図ることができる、軌道溝の加工方法を実現すべく発明したものである。

本発明の軌道溝の加工方法は、ボールねじ装置を構成するボールナットやボールねじ軸、転がり軸受を構成する内輪や外輪等の被加工物に関する。本発明の軌道溝の加工方法は、被加工物の円筒状の周面（内周面又は外周面）に、ボール（玉）や円筒ころ、円すいころ等の転動体を転がり接触させる為の軌道溝（外径側ボールねじ溝若しくは内径側ボールねじ溝、又は、内輪軌道若しくは外輪軌道）を形成する為の方法である。
特に本発明の軌道溝の加工方法は、被加工面に対向する、加工工具の円筒状の周面である工具側周面と、被加工側軌道溝との間に、少なくとも１個、好ましくは複数個の加工用転動体を転動自在に配置した状態で、加工工具を被加工物に対し相対回転させる事で、被加工側軌道溝にバニシング加工を施す工程を含む。

本発明の軌道溝の加工方法を実施する場合に好ましくは、加工用転動体を、被加工物を構成する材料よりも硬い材料製とする。又、当該加工用転動体の転動面には、鏡面仕上げを施しておく事が好ましい。

本発明の軌道溝の加工方法を実施する場合、具体的には、被加工物を、被加工面である内周面に、被加工側軌道溝である、断面形状が部分円弧形の外径側ボールねじ溝が螺旋状に設けられた、ボールねじ装置用のボールナットとする。又、加工工具を、外周面を工具側周面とした、マンドレルとする。そして、外径側ボールねじ溝と前記マンドレルの外周面との間に、加工用転動体である加工用ボールを転動自在に配置した状態で、マンドレルとボールナットとを相対回転させつつ、軸方向に相対変位させる事により、外径側ボールねじ溝にバニシング加工を施す。

好ましくは、マンドレルの少なくとも軸方向一部の外径を、バニシング加工の際のボールナットに対するマンドレルの軸方向に関する相対変位の方向後方に向かう程大きくする。
或いは、マンドレルの外周面に、断面形状が部分円弧形の工具側ボールねじ溝を螺旋状に設ける。
好ましくは、工具側ボールねじ溝の溝底径を、バニシング加工の際のボールナットに対するマンドレルの軸方向に関する相対変位の方向後方に向かう程大きくする。

又、例えばボールナットを、ナット本体の複数箇所に設けられた貫通穴のそれぞれに、こまを嵌め込み（圧入）固定して成るものとし、外径側ボールねじ溝を、ナット本体の内周面に螺旋状に形成されたボール転動溝部と、こまの内周面に形成され、溝深さがボール転動溝部の溝深さよりも深い、略Ｓ字形のボール戻し溝部とから構成する事ができる。即ち、ボールナットを、所謂こま式のボールねじ装置に組み込まれるものとする事ができる。
又は、外径側ボールねじ溝を、ボールナットの内周面に螺旋状、且つ、複数周に亙り連続した状態で形成する事もできる。即ち、ボールナットを、所謂エンドキャップ方式、リターンチューブ方式、又はガイドプレート方式のボールねじ装置に組み込まれるものとする事もできる。

本発明の軌道溝の加工方法を実施する場合に、或いは、被加工物を、被加工面である内周面に、被加工側軌道溝である外輪軌道が設けられた、転がり軸受用の外輪とする事もできる。
又は、被加工物を、被加工面である外周面に、被加工側軌道溝である内輪軌道が設けられた、転がり軸受用の内輪とする事もできる。

本発明の軌道溝の加工方法を実施する場合、具体的には、プラネットカッタ（プラネットタップ）を用いた旋削加工等の切削加工により、被加工面に被加工側軌道溝を形成した後で、被加工側軌道溝にバニシング加工を施す。
本発明を実施する場合には、被加工面に切削加工により被加工側軌道溝を形成した後、更に被加工物に、焼き入れや焼き戻し等の熱処理を施した後で、この被加工側軌道溝にバニシング加工を施す。

本発明の軌道溝の加工方法は、被加工物の被加工側軌道溝に、加工用転動体の転動面を転がり接触させつつ押し付ける、バニシング加工を施している。従って、被加工側軌道溝の表面を押し潰しながら、この被加工側軌道溝の表面の性状を整える事ができる。更にバニシング加工の前工程で被加工側軌道溝の表面に生じた、酸化等の表面改質やこの被加工側軌道溝の変形（歪み）、表面粗さを、能率良く矯正する事ができる。この結果、研削や研磨、超仕上等の仕上加工を省略する事ができるか、或いは施す場合でも簡略に済ます事ができて、被加工側軌道溝の加工コスト、延いては被加工物の製造コストの低減を図ることができる。

本発明の実施の形態の第１例の対象となるボールねじ装置用のボールナットの断面の軸方向に関する一部を示す図。 本発明の実施の形態の第１例について、外径側ボールねじ溝にバニシング加工を施す状態の軸方向に関する一部を示す断面図。 同じくマンドレルを取り出して示す断面図。 同じくボールナットの製造工程を示すフローチャート。 マンドレルの別例を示す断面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図４と同様の図。 従来のボールねじ装置を、ボールねじ軸の一部を省略した状態で示す斜視図。 同じくボールナットの断面図。 軸受の一種であるラジアル玉軸受の部分切断斜視図。 ボールねじ装置を備えた電動パワーステアリング装置を搭載した車両の模式図。

以下、本発明の軌道溝の加工方法の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、本発明は、ボールねじ装置を構成するボールナットやボールねじ軸、転がり軸受を構成する外輪や内輪等の被加工物に関する。本発明の特徴は、被加工物において、円筒状の周面である被加工面に、被加工側軌道溝を形成する際に、被加工側軌道溝に、加工用転動体の転動面を転がり接触させつつ押し付けるバニシング加工を行う事で、この被加工側軌道溝の加工コスト、延いては被加工物の製造コストの低減を図る点にある。完成後の被加工物、及び被加工物を組み込んだボールねじ装置や転がり軸受の構成については、従来から知られている各種構造のものと同様である。
以下の実施の形態の各例の説明では、所謂こま式のボールねじ装置を構成するボールナットの内周面に、外径側ボールねじ溝を形成する場合について説明する。

［実施の形態の第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１〜４を参照しつつ説明する。尚、図１〜２は、本例の対象となるボールナット３の一部（１リード分）を取り出した状態で示している。ボールねじ装置１は、前述の図７〜８に示した従来構造と同様に、ボールナット３の他、ボールねじ軸２と、複数個のボール４、４とを備える。ボールねじ軸２は、炭素鋼等の鉄系金属の鋼材により、断面円形且つ直線棒状に構成されている。ボールねじ軸２の外周面には、断面形状が部分円弧形である内径側ボールねじ溝５が、螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で、軸方向に関して等ピッチ（同一リード）で設けられている。

ボールナット３は、ナット本体６の軸方向複数箇所に設けられた長円形の貫通穴１１のそれぞれに、略長円形のこま７を嵌め込み（圧入）固定して成る。内周面の軸方向複数箇所に、断面形状が部分円弧形の外径側ボールねじ溝８、８が、軸方向に関して等ピッチで設けられている。尚、各貫通穴１１は、ナット本体６のうち、軸方向に関して等間隔に、且つ、円周方向に関する位相を少なくとも軸方向に隣り合う貫通孔１１同士の間でずらした状態で設けられている。各外径側ボールねじ溝８、８はそれぞれ、ボール転動溝部９と、ボール戻し溝部１０とから構成されている。ボール転動溝部９は、ナット本体６の内周面に、螺旋状に設けられている。ボール転動溝部９の周方向長さは、ナット本体６の内周面１周分よりも少し短くなっている（ボール戻し溝部１０の分だけ周方向に短くなっている）。ボール戻し溝部１０は、こま７の内周面に略Ｓ字状に設けられており、こま７をナット本体６に嵌め込んで固定した状態で、ボール転動溝部９の円周方向両端部、又は、円周方向両端寄り部分同士を連通する。ボール戻し溝部１０の溝深さは、ボール転動溝９の溝深さよりも深くなっている。各ボール４、４は、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれと、内径側ボールねじ溝５との間部分に、複数個ずつ転動自在に配置されている。

ボールねじ装置１を、例えば工作機械の移動テーブル或いは工具台等の被駆動物品の駆動用として使用する場合には、ボールねじ軸２をフレーム等に回転のみ可能に支持すると共に、ボールねじ軸２を、サーボモータ等により、両方向に所定量回転駆動可能にする。これに対してボールナット３は、被駆動物品に支持固定する。ボールねじ軸２を回転駆動すると、各ボール４、４が、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれを構成するボール転動溝部９と、内径側ボールねじ溝５との間で転動する。この際、各ボール４、４は、ボール転動溝部９の終端部（円周方向片端部）まで達すると、ボール戻し溝部１０を通じて同じボール転動溝部９の始端部（円周方向他端部）に戻される。要するに、ボール転動溝部９の終端部に達した各ボール４、４を、ボール戻し溝部１０により案内する事で、内径側ボールねじ溝５のねじ山を乗り越えさせ、同じボール転動溝部９の始端部に戻す。この様に、各ボール４、４が、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれと、内径側ボールねじ溝５との間で、循環しつつ転動する。この結果、ボールナット３を支持固定した被駆動物品を、ボールねじ軸２の回転方向に応じた方向に、回転量に応じた長さだけ平行移動（軸方向に変位）させられる。

ボールねじ装置１を構成するボールナット３を造る為には、先ず、炭素鋼等の金属材料に鋳造或いは鍛造等の成形加工を施す事により、軸方向複数箇所に略長円形の貫通穴１１を有する略円筒状の中間素材を得る。次に、中間素材の内周面に、プラネットカッタ（プラネットタップ）を用いた旋削加工等の切削加工により、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれを構成するボール転動溝部９を、ある程度の潰し代を残した状態で形成する。次いで、中間素材に焼き入れや焼き戻し等の熱処理を施す。その後、各貫通穴１１にそれぞれ、中間素材とは別に用意された（造られた）、内周面に略Ｓ字形のボール戻し溝部１０を有するこま７を嵌め込み（圧入）固定し、ボール転動溝部９の終端部と始端部と（円周方向両端部同士）を連通して、各外径側ボールねじ溝８、８を構成する。尚、各貫通穴１１は、金属材料に成形加工を施すのと同時に形成する事もできるし、金属材料に成形加工を施した後で切削加工により形成しても良い。或いは、内周面にボール転動溝部９を形成した後、又は、ボール転動溝９を形成した後更に熱処理を施した後で、中間素材に切削加工を施す事により形成しても良い。

次に、各外径側ボールねじ溝８、８に、本発明の特徴であるバニシング加工を施す。先ず、各外径側ボールねじ溝８、８にグリースを塗布し、加工用ボール１２、１２を各外径側ボールねじ溝８、８内に、各外径側ボールねじ溝８、８毎に複数個ずつ配置する。或いは、グリースを塗布した加工用ボール１２、１２を各外径側ボールねじ溝８、８内に、各外径側ボールねじ溝８、８毎に複数個ずつ配置する様にしても良い。何れにしても、各加工用ボール１２、１２は、グリースの粘度により、各外径側ボールねじ溝８、８からの脱落を防止した状態で、各外径側ボールねじ溝８、８内に保持される。加工用ボール１２、１２は、ボールナット３を構成する金属材料よりも硬い、金属やセラミック等の材料製で、表面（転動面）に鏡面仕上げが施されている。又、各加工用ボール１２、１２の玉径は、完成後のボールねじ装置１に組み込まれるボール４、４の玉径と同じにしている。

次いで、ボールナット３を、軸方向の変位及び回転を阻止した状態で、加工装置に支持する。そして、ボールナット３の内径側に、断面円形且つ直線棒状のマンドレル１３を、図示しない回転装置により、所定方向に回転させつつ、ボールナット３の軸方向片側開口（図２の右側開口）から挿入する。マンドレル１３のうち、先端部（軸方向他端部、図２、３の左端部）には導入部１５が、軸方向中間部には主加工部１６が、基端部（軸方向片端部、図２、３の右端部）には仕上加工部１７が、それぞれ設けられている。導入部１５の軸方向片端寄り部分から仕上加工部１７の軸方向片端縁にかけての部分の外周面に、断面形状が部分円弧形の工具側ボールねじ溝１４が、螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で、軸方向に関して等ピッチ（同一リード）で設けられている。尚、図３には、導入部１５と主加工部１６との境界、及び、主加工部１６と仕上加工部１７との境界を、それぞれ二点鎖線で示している。この様なマンドレル１３のうち、導入部１５の先端縁から主加工部１６の軸方向片端縁かけての外径（工具側ボールねじ溝１４が設けられた部分から、外れた部分の外径）を、軸方向片側に向かう程大きくしている。又、工具側ボールねじ溝１４のリードは、完成後のボールねじ装置１に組み込まれるボールねじ軸２の外周面に設けられた内径側ボールねじ溝５のリードと同じにしている。更に、工具側ボールねじ溝１４のうち、導入部１５の軸方向片端寄り部分から主加工部１６の軸方向片端縁にかけての部分に設けられた部分の溝底径は、ボールナット３に対するマンドレル１３の挿入方向に関して前側から後側（軸方向他側から軸方向片側）に向かう程大きくなっている。工具側ボールねじ溝１４のうち、導入部１５の軸方向片端縁に位置する部分の溝底径は、各外径側ボールねじ溝８、８に保持された各加工用ボール１２、１２の内接円の直径よりも小さくしている。但し、工具側ボールねじ溝１４を、導入部１５の外周面には設けず、主加工部１６の軸方向他端縁から仕上加工部１７の軸方向片端縁にかけての部分の外周面に設ける様にしても良い。尚、マンドレル１３の先端面の外径は、工具側ボールねじ溝１４のうち、導入部１５の軸方向片端縁に位置する部分の溝底径よりも小さくしている。一方、工具側ボールねじ溝１４のうち、仕上加工部１７に設けられた部分の溝底径は、仕上加工部１７の軸方向に亙って同じにしている。

この様なマンドレル１３を用いて各外径側ボールねじ溝８、８の表面にバニシング加工を施す際には、先ず、マンドレル１３の先端部（導入部１５）を、ボールナット３の軸方向片側開口から、ボールナット３の内径側に挿入する。本例の場合、マンドレル１３のうち、導入部１５の先端縁から主加工部１６の軸方向片端縁かけての外径を、軸方向片側に向かう程大きくしている。又、工具側ボールねじ溝１４のうち、導入部１５の軸方向片端縁に位置する部分の溝底径を、各外径側ボールねじ溝８、８に保持された各加工用ボール１２、１２の内接円の直径よりも小さくし、マンドレル１３の先端面の外径を、工具側ボールねじ溝１４のうち、導入部１５の軸方向片端縁に位置する部分の溝底径よりも更に小さくしている。従って、マンドレル１３の先端部をボールナット３の内径側に挿入する作業（マンドレル１３とボールナット３との軸合わせ作業）の作業性を良好にできる。

そして、マンドレル１３の先端部（導入部１５）をボールナット３の内径側に挿入した状態から、更に、所定方向に回転させつつ軸方向他方に向けて変位させる（マンドレル１３のうち、主加工部１６と仕上加工部１７とを、ボールナット３の内径側に挿入する）。これにより、各加工用ボール１２、１２が、各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれと、工具側ボールねじ溝１４との間で、循環しつつ転動する。この様にして、各加工用ボール１２、１２が転動する際には、各加工用ボール１２、１２の表面が、各外径側ボールねじ溝８、８（のそれぞれを構成するボール転動溝部９）に押し付けられる。本例の場合、工具用ボールねじ溝１４のうち、導入部１５の軸方向片端寄り部分から主加工部１６の軸方向片端寄り部分に設けられた部分の溝底径を、軸方向他側から片側に向かう程大きくしている。この為、各加工用ボール１２、１２の表面を各外径側ボールねじ溝８、８に押し付ける力は、各加工用ボール１２、１２が、各外径側ボールねじ溝８、８と、工具側ボールねじ溝１４のうち主加工部１６に設けられた部分との間で転動している間中、マンドレル１３を軸方向他方に変位させる程大きくなる。この為、マンドレル１３をボールナット３に対して所定方向に回転させつつ、軸方向他方に変位させるに従って、各外径側ボールねじ溝８、８の表面を各加工用ボール１２、１２により徐々に押し潰す（潰し代分だけ押し潰す）事ができる。

更に、本例の場合、工具側ボールねじ溝１４のうち、仕上加工部１７に設けられた部分の溝底径を、仕上加工部１７の軸方向に亙って同じにしている。従って、マンドレル１３をボールナット３に対して所定方向に回転させつつ、軸方向他方に更に変位させる事により、各加工用ボール１２、１２を、各外径側ボールねじ溝８、８と、工具側ボールねじ溝１４のうち、仕上加工部１７に設けられた部分との間で転動させると、各外径側ボールねじ溝８、８の表面を滑らかにする事ができる。

尚、導入部１５の軸方向片端寄り部分から主加工部１６の軸方向片端縁にかけての、工具側ボールねじ溝１４の溝底径の変化量｛各外径側ボールねじ溝８、８の表面を押し潰す量（潰し代）｝は、ボールナット３を構成する金属材料の硬さや種類（型番）、バニシング加工の前後に行う工程の順序等に応じて適宜定める。又、工具側ボールねじ溝１４のうち、主加工部１６の軸方向片端縁に位置する部分の溝底径は、完成後の各外径側ボールねじ溝８、８の溝底径や各ボール１４、１４の玉径、バニシング加工の際のボールナット３の弾性変形量（スプリングバック）等を考慮して適宜定める。バニシング加工の際に、ナット本体６と組み合わせるこま７は、完成後のボールナット３に組み込まれるものと同じものを使用する事もできるし、加工専用のものを使用する事もできる。又、本例の場合、工具側ボールねじ溝１４の断面形状を部分円弧形としている為、工具側ボールねじ溝１４の耐荷重性を良好にできる。但し、工具側ボールねじ溝１４の断面形状を、ゴシックアーチ状とする事もできる。この場合には、各加工用ボール１２、１２の軸方向及び径方向に関する位置決め精度を確保し易くでき、各外径側ボールねじ溝８、８の寸法精度及び形状精度を確保し易くできる。

上述の様にして、各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施した後は、マンドレル１３を所定方向と逆方向に回転させつつ、ボールナット３を軸方向片方（ボールナット３内へのマンドレル１３の挿入量が減少する方向）に変位させ、マンドレル１３をボールナット３の内径側から抜き取る。次いで、各外径側ボールねじ溝８、８から各加工用ボール１２、１２を取り出し、必要に応じて洗浄や仕上加工等を行い、ボールナット３の製造作業を完了する。

本例の場合には、各外径側ボールねじ溝８、８（のそれぞれを構成するボール転動溝部９）を切削加工により形成し、更に、ボールナット３に熱処理を施した後で、各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施している。この為、砥石による研削や研磨、超仕上等の仕上加工を省略する事ができるか、或いは施す場合でも簡略に済ます（研削量又は研磨量を少なく抑える）事ができて、各外径側ボールねじ溝８、８の加工コスト、延いてはボールナット３の製造コストの低減を図れる。

バニシング加工の前工程である切削加工や熱処理の際には、各外径側ボールねじ溝８、８の表面に酸化等の表面改質が生じたり、各外径側ボールねじ溝８、８が変形して（歪んで）リード精度が悪化したりする可能性がある。又、各外径側ボールねじ溝８、８を切削加工により形成しただけでは、各外径側ボールねじ溝８、８の表面粗さを十分小さくする事ができず、更に、熱処理を施すと、各外径側ボールねじ溝８、８の表面が荒れて、表面粗さが悪化する可能性がある。この様な外径側ボールねじ溝８、８の表面改質や変形（歪み）、表面粗さを、仕上加工のみで矯正しようとすると、砥石による研削量又は研磨量が増大し、加工コストが嵩む事が避けられない。

これに対し、本例の場合には、ボールナット３に熱処理を施した後、熱処理により硬化した各外径側ボールねじ溝８、８の表面を構成する金属材料よりも硬い材料製の各加工用ボール１２、１２を各外径側ボールねじ溝８、８に転がり接触させつつ押し付ける、バニシング加工を施している。従って、各外径側ボールねじ溝８、８の表面を押し潰しながら、各外径側ボールねじ溝８、８の表面の性状を整える事ができて、各外径側ボールねじ溝８、８の表面改質や変形、表面粗さを、能率良く矯正する事ができる。この為、仕上加工を省略する事ができるか、或いは施す場合で簡略に済ます事ができる。この結果、各外径側ボールねじ溝８、８の加工コスト、延いては、ボールナット３の製造コストを抑える事ができる。

又、各外径側ボールねじ溝８、８の様に、ボールナット３の内周面に螺旋状に形成された被加工部位に、砥石による研削や研磨、超仕上等の仕上加工を施そうとする場合、当該砥石を、各外径側ボールねじ溝８、８（のそれぞれを構成するボール転動溝部９）の円周方向他端部（始端部）に押し付け、ボールナット３を回転させつつ軸方向に変位させる。そして、各外径側ボールねじ溝８、８の円周方向片端部（終端部）まで研削又は研磨した後、ボールナット３の回転方向及び軸方向に関する変位の方向を逆転させ、円周方向他端部まで研削又は研磨する。この様に、ボールナット３を往復揺動（往復変位）させながら、各外径側ボールねじ溝８、８を研削又は研磨する必要があり、各外径側ボールねじ溝８、８の加工が面倒になって、各外径側ボールねじ溝８、８の加工コストが増大する。

これに対し、本例の場合には、マンドレル１３を所定方向に回転させつつ、軸方向他方に変位させるだけで、各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施す事ができる。この観点からも、各外径側ボールねじ溝８、８の加工コスト、延いては、ボールナット３の製造コストを抑える事ができる。

上述した実施の形態の第１例では、マンドレル１３として、導入部１５の軸方向片端寄り部分から仕上加工部１７の軸方向片端縁にかけての部分に、断面形状が部分円弧形の工具側ボールねじ溝１４が螺旋状に設けられたものを使用している。但し、本発明の軌道溝の製造方法により、ボールナット３の外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施す場合には、図５に示す様に、外周面に工具側ボールねじ溝が設けられていないマンドレル１３ａを使用する事もできる。即ち、切削加工により形成された各外径側ボールねじ溝８、８の形状精度が比較的良好な場合や、バニシング加工による各外径側ボールねじ溝８、８の表面の押し潰し量が小さい場合には、各外径側ボールねじ溝８、８により加工用ボール１２、１２の軸方向の位置決め精度を十分に確保できる。マンドレル１３ａは、先端部に導入部１５ａを、軸方向中間部に主加工部１６ａを、基端部に仕上加工部１７を、それぞれ設けている。そして、導入部１５ａの先端縁から主加工部１６ａの軸方向片端縁にかけての部分の外径を、軸方向片側に向かう程大きくしている。尚、導入部１５ａの軸方向片端縁に位置する部分の外径は、各外径側ボールねじ溝８、８に保持された各加工用ボール１２、１２の内接円の直径よりも小さくしている。

［実施の形態の第２例］
本例の実施の形態の第２例について、図１〜２に加え、図６を参照しつつ説明する。実施の形態の第１例が、外径側ボールねじ溝８、８を切削加工により形成し、熱処理を施した後で、各外径側ボールねじ溝８、８に加工用ボール１２、１２を押し付けるバニシング加工を施すのに対し、本例の場合は、熱処理を施す前、外径側ボールねじ溝８、８を切削加工により形成した後で、各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施す点が異なる。

即ち、本例の場合、ボールねじ装置１のボールナット３を造る為に、炭素鋼等の金属材料に鋳造或いは鍛造等の成形加工を施す事により、略円筒状の中間素材を得る。中間素材の内周面に、プラネットカッタ（プラネットタップ）を用いた旋削加工等の切削加工により、各外径側ボールねじ溝８、８を構成するボール転動溝部９を、ある程度の潰し代を残した状態で形成する。次に、中間素材の複数箇所に設けられた略長円形の貫通穴に、中間素材とは別に用意された、内周面に略Ｓ字形のボール戻し溝部１０を有するこま７を嵌め込んで固定する。

次に、各外径側ボールねじ溝８、８に、バニシング加工を施す。各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施す方法については、実施の形態の第１例の場合と同様である。即ち、例えば各外径側ボールねじ溝８、８にグリースを塗布し、各外径側ボールねじ溝８、８内に、加工用ボール１２、１２を各外径側ボールねじ溝８、８毎に複数個ずつ配置する。次いで、ボールナット３を、軸方向の変位及び回転を阻止した状態で加工装置に支持する。支持したボールナット３の内径側に、断面円形且つ直線棒状で、外周面に螺旋状の工具側ボールねじ溝１４を設けたマンドレル１３を、所定方向に回転させつつ、ボールナット３の軸方向片側開口から挿入する。この様なマンドレル１３を、その先端部（軸方向他端部）をボールナット３の内径側に挿入した状態から、更に、所定方向に回転させつつ軸方向他方に向けて変位させる。各外径側ボールねじ溝８、８のそれぞれと、工具側ボールねじ溝１４との間で、各加工用ボール１２、１２を、循環させつつ転動させる。この様にして、各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施す。

バニシング加工を施した後、マンドレル１３を所定方向と逆方向に回転させつつ、ボールナット３を軸方向片方（ボールナット３内へのマンドレル１３の挿入量が減少する方向）に変位させ、マンドレル１３をボールナット３の内径側から抜き取る。次いで、各外径側ボールねじ溝８、８から各加工用ボール１２、１２を取り出し、必要に応じて洗浄等を行う。そして、ボールナット３に焼き入れや焼き戻し等の熱処理を施し、更に、研削や研磨、超仕上等の仕上加工を施す。

本例の場合には、各外径側ボールねじ溝８、８を切削加工により形成した後、ボールナット３に熱処理を施す前に、各外径側ボールねじ溝８、８にバニシング加工を施している。この様に切削加工と熱処理との間に（各外径側ボールねじ溝８、８が熱処理により硬化する前に）バニシング加工を行う事で、バニシング加工の前工程である切削加工の際に、各外径側ボールねじ溝８、８に生じたむしれを除去したり、同じく変形を能率良く矯正する（変形に要する荷重を小さくする）事ができる。この為、バニシング加工よりも後の工程である仕上加工を簡略にできたり（研削量又は研磨量を低減できたり）、バニシング加工の短時間化や加工装置の小型化を図る事ができて、各外径側ボールねじ溝８、８の加工コスト、延いては、ボールナット３の製造コストを低減できる。
その他の部分の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。

上述した実施の形態の各例は何れも、所謂こま式のボールねじ装置を構成するボールナットの内周面に、外径側ボールねじ溝を形成する場合について説明した。但し、本発明は、所謂こま式のボールねじ装置を構成するボールナットに限らず、所謂エンドキャップ式、リターンチューブ式、又はガイドプレート式のボールねじ装置を構成するボールナットの様に、内周面に、外径側ボールねじ溝が螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で形成されたものに適用する事もできる。更に、本発明は、ボールねじ装置を構成するボールねじ軸の外周面に、螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で形成された内径側ボールねじ溝や、転がり軸受を構成する内輪の外周面に形成された内輪軌道又は外輪の内周面に形成された外輪軌道の加工方法に適用する事もできる。
本発明は例えば図９に示す様なラジアル玉軸受２１に適用される。ラジアル玉軸受２１は、内周面に外輪軌道２２を有する外輪２３と、外周面に内輪軌道２４を有する内輪２５と、これら外輪軌道２２と内輪軌道２４との間に設けた、それぞれが転動体である複数個の玉２６、２６とを備える。各玉２６、２６は、円周方向に等間隔に配置された状態で、保持器２７により、転動自在に保持されている。この様なラジアル玉軸受２１にも、本発明の軌道軸溝の加工方法を適用することができる。この場合のラジアル玉軸受２１の製造方法は、下記の様に表すことができる。すなわち、内周面に外輪軌道２２が設けられた外輪２３と、外周面に内輪軌道２４が設けられた内輪２５と、を備える軸受２１の製造方法であって、外輪２３の外輪軌道２２は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側駆動溝が形成され、内輪２５の内輪軌道２４は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側駆動溝が形成される。
本発明はボールナットと、ボールねじ軸と、複数個のボールと、を備えるボールねじ装置の製造方法であって、ボールナットの内周面は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側駆動溝が形成される。
本発明はボールナットと、ボールねじ軸と、複数個のボールと、を備えるボールねじ装置の製造方法であって、ボールねじ軸の外周面は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側駆動溝が形成される。
本発明は上述の軸受を備える機械の製造方法であって、軸受は、上述の軸受の製造方法によって製造される。
本発明は上述のボールねじ装置を備える機械の製造方法であって、ボールねじ装置は、上述のボールねじ装置の製造方法によって製造される。
ここで「機械」は動力の種類を問わない。すなわち本発明の「機械」は、人力により作動する器械と、人力以外の動力により作動する機械の、両方を含める概念である。
本発明は上述の軸受を備える車両の製造方法であって、軸受は、上述の軸受の製造方法によって製造される。
本発明は上述のボールねじ装置を備える車両の製造方法であって、ボールねじ装置は、上述のボールねじ装置の製造方法によって製造される。例えば図１０に示すように、車両１００は、上述したボールねじ装置を適用した電動パワーステアリング装置２００を搭載する。 本出願は、２０１６年１０月１８日出願の日本特許出願特願２０１６−２０４６２１に基づくものであり、その内容はここで参照として取り込まれる。

１ ボールねじ装置
２ ボールねじ軸
３ ボールナット
４ ボール
５ 内径側ボールねじ溝
６ ナット本体
７ こま
８ 外径側ボールねじ溝
９ ボール転動溝部
１０ ボール戻し溝部
１１ 貫通穴
１２ 加工用ボール
１３、１３ａ マンドレル
１４ 工具側ボールねじ溝
１５、１５ａ 導入部
１６、１６ａ 主加工部
１７、１７ａ 仕上加工部

そして、マンドレルの少なくとも軸方向一部の外径を、バニシング加工の際のボールナットに対するマンドレルの軸方向に関する相対変位の方向後方に向かう程大きくする。
或いは、マンドレルの外周面に、断面形状が部分円弧形の工具側ボールねじ溝を螺旋状に設ける。
好ましくは、工具側ボールねじ溝の溝底径を、バニシング加工の際のボールナットに対するマンドレルの軸方向に関する相対変位の方向後方に向かう程大きくする。

上述した実施の形態の各例は何れも、所謂こま式のボールねじ装置を構成するボールナットの内周面に、外径側ボールねじ溝を形成する場合について説明した。但し、本発明は、所謂こま式のボールねじ装置を構成するボールナットに限らず、所謂エンドキャップ式、リターンチューブ式、又はガイドプレート式のボールねじ装置を構成するボールナットの様に、内周面に、外径側ボールねじ溝が螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で形成されたものに適用する事もできる。更に、本発明は、ボールねじ装置を構成するボールねじ軸の外周面に、螺旋状、且つ、複数周に亙り連続する状態で形成された内径側ボールねじ溝や、転がり軸受を構成する内輪の外周面に形成された内輪軌道又は外輪の内周面に形成された外輪軌道の加工方法に適用する事もできる。
本発明は例えば図９に示す様なラジアル玉軸受２１に適用される。ラジアル玉軸受２１は、内周面に外輪軌道２２を有する外輪２３と、外周面に内輪軌道２４を有する内輪２５と、これら外輪軌道２２と内輪軌道２４との間に設けた、それぞれが転動体である複数個の玉２６、２６とを備える。各玉２６、２６は、円周方向に等間隔に配置された状態で、保持器２７により、転動自在に保持されている。この様なラジアル玉軸受２１にも、本発明の軌道軸溝の加工方法を適用することができる。この場合のラジアル玉軸受２１の製造方法は、下記の様に表すことができる。すなわち、内周面に外輪軌道２２が設けられた外輪２３と、外周面に内輪軌道２４が設けられた内輪２５と、を備える軸受２１の製造方法であって、外輪２３の外輪軌道２２は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側軌動溝が形成され、内輪２５の内輪軌道２４は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側軌道溝が形成される。
本発明はボールナットと、ボールねじ軸と、複数個のボールと、を備えるボールねじ装置の製造方法であって、ボールナットの内周面は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側軌動溝が形成される。
本発明はボールナットと、ボールねじ軸と、複数個のボールと、を備えるボールねじ装置の製造方法であって、ボールねじ軸の外周面は被加工面であり、当該被加工面に本発明の軌道溝の加工方法によって、被加工側軌動溝が形成される。本発明は上述の軸受を備える機械の製造方法であって、軸受は、上述の軸受の製造方法によって製造される。
本発明は上述のボールねじ装置を備える機械の製造方法であって、ボールねじ装置は、上述のボールねじ装置の製造方法によって製造される。
ここで「機械」は動力の種類を問わない。すなわち本発明の「機械」は、人力により作動する器械と、人力以外の動力により作動する機械の、両方を含める概念である。
本発明は上述の軸受を備える車両の製造方法であって、軸受は、上述の軸受の製造方法によって製造される。
本発明は上述のボールねじ装置を備える車両の製造方法であって、ボールねじ装置は、上述のボールねじ装置の製造方法によって製造される。例えば図１０に示すように、車両１００は、上述したボールねじ装置を適用した電動パワーステアリング装置２００を搭載する。 本出願は、２０１６年１０月１８日出願の日本特許出願特願２０１６−２０４６２１に基づくものであり、その内容はここで参照として取り込まれる。

本発明は、ボールねじ装置を構成するボールナットやボールねじ軸、転がり軸受を構成する外輪や内輪等の被加工物の円筒状の周面である被加工面に、転動体を転がり接触させる為の軌道溝を形成する方法の改良に関する。更に、ボールねじ装置、機械及び車両の製造方法に関する。

本発明の軌道溝の加工方法は、ボールねじ装置を構成するボールナットやボールねじ軸、等の被加工物に関する。本発明の軌道溝の加工方法は、被加工物の円筒状の周面（内周面又は外周面）に、ボール（玉）や円筒ころ、円すいころ等の転動体を転がり接触させる為の軌道溝（外径側ボールねじ溝若しくは内径側ボールねじ溝、又は、内輪軌道若しくは外輪軌道）を形成する為の方法である。
特に本発明の軌道溝の加工方法は、被加工面に対向する、加工工具の円筒状の周面である工具側周面と、被加工側軌道溝との間に、少なくとも１個、好ましくは複数個の加工用転動体を転動自在に配置した状態で、加工工具を被加工物に対し相対回転させる事で、被加工側軌道溝にバニシング加工を施す工程を含む。

Claims (14)

1. 被加工物の、円筒状の周面である被加工面に、転動体を転がり接触させる為の被加工側軌道溝を周方向に形成する、軌道溝の加工方法であって、
   前記被加工面に対向する、加工工具の、円筒状の周面である工具側周面と、前記被加工側軌道溝との間に、加工用転動体を転動自在に配置し、
   前記加工工具を前記被加工物に対し相対回転させ、
   前記被加工側軌道溝にバニシング加工を施す軌道溝の加工方法。
2. 前記被加工物が、前記被加工面である内周面に、前記被加工側軌道溝である、断面形状が部分円弧形の外径側ボールねじ溝が螺旋状に設けられた、ボールねじ装置用のボールナットであり、
   前記加工工具が、外周面が前記工具側周面である、マンドレルであり、
   前記加工方法は、
   前記外径側ボールねじ溝と前記マンドレルの外周面との間に、前記加工用転動体である加工用ボールを転動自在に配置し、
   前記マンドレルと前記ボールナットとを、相対回転させて、軸方向に相対変位させ、
   前記外径側ボールねじ溝に前記バニシング加工を施す、請求項１に記載の軌道溝の加工方法。
3. 前記マンドレルの少なくとも軸方向一部の外径寸法は、前記バニシング加工の際の、前記ボールナットに対する前記マンドレルの軸方向に関する相対変位の方向後方に向かう程大きい、請求項２に記載の軌道溝の加工方法。
4. 前記マンドレルの外周面に、断面形状が部分円弧形である工具側ボールねじ溝が螺旋状に設けられている、請求項２に記載の軌道溝の加工方法。
5. 前記工具側ボールねじ溝の溝底径は、前記バニシング加工の際の、前記ボールナットに対する前記マンドレルの軸方向に関する相対変位の方向後方に向かう程大きい、請求項４に記載の軌道溝の加工方法。
6. 前記被加工面に、切削加工により前記被加工側軌道溝を形成した後で、当該被加工側軌道溝に前記バニシング加工を施す、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載の軌道溝の加工方法。
7. 前記被加工面に、切削加工により前記被加工側軌道溝を形成した後、且つ前記被加工物に熱処理を施した後で、当該被加工側軌道溝に前記バニシング加工を施す、請求項６に記載の軌道溝の加工方法。
8. 内周面に外輪軌道が設けられた外輪と、外周面に内輪軌道が設けられた内輪と、を備える軸受の製造方法であって、
   前記外輪の前記外輪軌道は前記被加工面であり、当該被加工面に請求項１〜７の何れか１項に記載の軌道溝の加工方法によって、前記被加工側駆動溝が形成され、
   前記内輪の前記内輪軌道は前記被加工面であり、当該被加工面に請求項１〜７の何れか１項に記載の軌道溝の加工方法によって、前記被加工側駆動溝が形成される。
9. ボールナットと、ボールねじ軸と、複数個のボールと、を備えるボールねじ装置の製造方法であって、
   前記ボールナットの内周面は前記被加工面であり、当該被加工面に請求項１〜７の何れか１項に記載の軌道溝の加工方法によって、前記被加工側駆動溝が形成される。
10. ボールナットと、ボールねじ軸と、複数個のボールと、を備えるボールねじ装置の製造方法であって、
    前記ボールねじ軸の外周面は前記被加工面であり、当該被加工面に請求項１〜７の何れか１項に記載の軌道溝の加工方法によって、前記被加工側駆動溝が形成される。
11. 前記軸受を備える機械の製造方法であって、
    前記軸受は、請求項８に記載した軸受の製造方法によって製造される。
12. 前記ボールねじ装置を備える機械の製造方法であって、
    前記ボールねじ装置は、請求項９又は１０に記載したボールねじ装置の製造方法によって製造される。
13. 前記軸受を備える車両の製造方法であって、
    前記軸受は、請求項８に記載した軸受の製造方法によって製造される。
14. 前記ボールねじ装置を備える車両の製造方法であって、
    前記ボールねじ装置は、請求項９又は１０に記載したボールねじ装置の製造方法によって製造される。
    

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