WO2014167984A1 - 滑りねじ装置のナット加工用切削工具及びナット加工方法 - Google Patents

滑りねじ装置のナット加工用切削工具及びナット加工方法 Download PDF

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興次郎 治田
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有限会社ジュコー精機
有限会社マエバシ熱処理
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    • B23G5/02Thread-cutting tools; Die-heads without means for adjustment
    • B23G5/06Taps
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Definitions

  • the present invention relates to a nut processing cutting tool for processing a female screw on a nut of a sliding screw device, and a nut processing method of the sliding screw device.
  • a sliding screw device in which a resin nut is screwed onto a screw shaft is known as a device that converts rotational motion into linear motion and transmits the device (for example, Patent Document 1).
  • a resin nut used in this type of sliding screw device the entire nut or only the thread portion is molded by injection molding using an injection mold.
  • a ball screw device in which a ball is interposed between a screw shaft and a nut is known as another device that converts rotational motion into linear motion and transmits the device (for example, Patent Document 2).
  • a ball screw device in which a ball is interposed between a screw shaft and a nut is known as another device that converts rotational motion into linear motion and transmits the device (for example, Patent Document 2).
  • lapping is performed as a finishing process after a thread groove is pre-processed by turning.
  • Japanese Patent No. 4226249 page 4, FIG. 1
  • Japanese Patent No. 2600425 page 3-4, FIG. 1
  • the sliding screw device has the advantage that it has fewer components and is simpler than the ball screw device.
  • Patent Document 1 it is difficult for a sliding screw device employing a resin nut to exhibit a large transmission power at a high speed.
  • resin nuts have lower thread strength than metal nuts and are not suitable for applications that transmit large loads. .
  • the resin material has a lower thermal conductivity than the metal material
  • the resin nut has a problem of poor heat dissipation and is easily affected by heat. Specifically, when the sliding screw device is driven at a high speed, the resin nut and the screw shaft expand due to heat generated by sliding friction of the screw portion, and the clearance decreases due to the difference in linear expansion coefficient and the friction resistance increases. End up.
  • the resin material is inferior in heat resistance as compared with the metal material, the resin material itself may be deteriorated by the frictional heat generation of the screw portion.
  • the ball screw device of the prior art described in Patent Document 2 has a ball in addition to the screw shaft and nut, so that the number of parts is large, the structure is complicated, and it is difficult to reduce the manufacturing cost. There is.
  • taps are generally used as tools for machining female threads for fastening applications.
  • the tap of the prior art cuts the valley of the female screw, and it has been impossible to cut the crest of the female screw to the tip (inner diameter side end) with high accuracy.
  • the conventional tap is suitable for general female thread processing for fastening with a small pitch and a small feed. For this reason, when machining a female screw with a large feed, such as a nut of a sliding screw device, that is, a multi-thread female screw with a large pitch, it is difficult to use a conventional tap from the viewpoint of cutting resistance and tool strength. It was.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nut capable of machining a female screw with high accuracy, high strength, and low cost on an inner peripheral surface of a nut of a sliding screw device.
  • the object is to provide a cutting tool for machining.
  • Another object of the present invention is to provide a nut processing method capable of efficiently producing a nut for a sliding screw device having high strength, high accuracy and low resistance.
  • a cutting tool for nut processing of a sliding screw device includes a cylindrical cutting portion and a concave groove formed in a spiral shape on an outer peripheral surface of the cutting portion, and the concave groove is formed on the nut.
  • the threaded portion corresponding to the shape of the concave groove is cut and formed on the inner peripheral surface.
  • the nut machining method of the sliding screw device of the present invention includes at least a step of machining a pilot hole in a nut material, and a nut machining cutting tool is relatively rotated and inserted into the pilot hole on the inner peripheral surface of the nut.
  • the crest portion of the screw extends spirally in a circular arc shape by the concave groove. Is formed by cutting.
  • a cutting tool for nut processing of a sliding screw device includes a cylindrical cutting portion and a concave groove formed in a spiral shape on an outer peripheral surface of the cutting portion, and the concave groove is formed on the nut.
  • a threaded portion of the screw corresponding to the shape of the groove is cut and formed on the inner peripheral surface. Therefore, according to the nut machining cutting tool and the nut machining method of the present invention, the female thread can be machined on the inner peripheral surface of the nut of the sliding screw device with high accuracy, high strength, and low cost.
  • a female screw can be easily and accurately machined even with a metal nut. Therefore, it is possible to employ a metal material having higher strength than the resin material as the nut material of the sliding screw device, and a nut excellent in strength and durability can be provided.
  • a highly accurate thread corresponding to the shape of the concave groove can be formed only by performing a predetermined cutting process once. That is, the threaded portion of the female screw having substantially the same shape as the concave groove can be processed with high accuracy up to the tip end portion (inner diameter side end portion) by a single cutting process. Accordingly, the number of screw cutting processes can be reduced, and the thread finishing grinding process can be omitted, thereby reducing the production cost of the nut.
  • a screw thread portion having an arc of a cross section can be formed on the nut of the sliding screw device.
  • the shape of the concave groove arc-shaped in cross section it is possible to use a screw shaft common to the screw shaft of the ball screw device. Thereby, the ball screw device and the parts can be shared, and the production cost of the sliding screw device can be reduced. Further, the user who uses the screw device can appropriately select the sliding screw device or the ball screw device according to the load state of the intended application.
  • the threaded portion of the screw formed on the inner peripheral surface of the nut is highly accurate up to the tip on the inner diameter side. Will be formed. That is, since the groove of the cutting tool for nut processing according to the present invention is configured to be able to cut the thread portion of the female screw corresponding to the shape of the groove on the inner peripheral surface of the nut, By suitably adjusting the diameter, it is possible to reliably process the thread portion of the high-precision female screw.
  • a discharge groove for discharging chips may be provided on the outer peripheral surface of the cutting part, and the discharge groove may be formed in a spiral shape opposite to the concave groove.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a sliding screw device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a nut portion of the sliding screw device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is an external view of a nut machining cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 4 is an external view showing a modification of the nut machining cutting tool according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 (A) is a diagram illustrating prepared hole processing of the nut processing method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram showing threading.
  • FIG. 5C is a diagram showing a state after threading.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a sliding screw device 100 including a nut 10 machined using a nut machining cutting tool 1 (see FIG. 3) according to an embodiment of the present invention.
  • the sliding screw device 100 is a power transmission device that converts rotational motion into linear motion, and is used, for example, as linear motion feeding means in a general mechanical device such as a manufacturing device. As shown in FIG. 1, the sliding screw device 100 includes a screw shaft 20 having a screw formed on the outer periphery, and a nut 10 that is screwed onto the screw shaft 20.
  • the screw shaft 20 is a drive shaft having a male screw 21 formed on the outer periphery.
  • the screw shaft 20 is rotatably supported by bearing means (not shown) near both ends, and a motor serving as a drive source via a coupling (not shown) or the like at one end. (Not shown) etc. are connected.
  • the screw shaft 20 is made of a steel material such as structural carbon steel or chrome molybdenum steel, and the surface of the male screw 21 is hardened by induction hardening or carburizing and quenching.
  • the nut 10 is rotatably engaged with the screw shaft 20 to be a follower of the transmission device.
  • a driven component for example, a table of a machine tool
  • a bracket or the like (not shown) as necessary.
  • a metal material such as aluminum is used as the material of the nut 10. Since the metal material has higher strength, wear resistance, and heat dissipation than the synthetic resin material, by adopting aluminum as the material of the nut 10, the sliding screw device 100 has high transmission power and efficiency. It can be demonstrated. As a result, the sliding screw device 100 can be used for applications that require a relatively high load and a high speed.
  • FIG. 2 is a view showing a structure of a screwed portion between the nut 10 and the screw shaft 20 of the sliding screw device 100, and shows the nut 10 in a longitudinal section and the screw shaft 20 in appearance.
  • a male screw 21 is formed on the outer periphery 22 of the screw shaft 20.
  • a trough 23 is formed on the outer periphery 22 which is a side surface of the substantially cylindrical screw shaft 20 and has a substantially arc-shaped cross section and extends spirally. More specifically, the cross-sectional shape of the valley portion 23 is substantially semicircular.
  • the valley portion 23 is a portion corresponding to the valley of the male screw 21 and is formed with a predetermined pitch, leads, and number of stripes.
  • the outer periphery 22 after the valley portion 23 is formed protrudes in the radial direction of the screw shaft 20 and extends in a spiral shape, and becomes a portion corresponding to a thread of a male screw.
  • the outer periphery 22 is the outer peripheral surface of the substantially cylindrical screw shaft 20
  • the outer periphery 22 that is a mountain of the male screw 21 in the axial cross-sectional shape is linear and parallel to the screw shaft.
  • the male screw 21 is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 20 by the valley portion 23 and the outer periphery 22, and the male screw 21 is screwed into the female screw 11 of the nut 10.
  • an internal thread 11 is formed on the inner peripheral surface of the nut 10 by a processing method described later.
  • the female screw 11 includes a mountain portion 13 and a valley portion 12.
  • the valley portion 12 of the female screw 11 has a shape corresponding to the outer periphery 22 of the male screw 21 and has a linear shape parallel to the central axis of the female screw 11 in the axial section.
  • the valley 12 extends in a spiral shape along the substantially cylindrical inner peripheral surface of the nut 10.
  • the valley portion 12 of the female screw 11 abuts on the outer periphery 22 of the male screw 21, whereby the nut 10 is rotatably supported by the screw shaft 20.
  • the crest portion 13 of the female screw 11 protrudes from the inner peripheral surface of the nut 10, that is, the surface on which the trough portion 12 is formed, to the inner diameter side, and is formed in a spiral shape with a substantially arc-shaped cross-sectional shape. More specifically, the mountain portion 13 is formed in a substantially semicircular cross section.
  • the crest portion 13 of the female screw 11 has a shape corresponding to the trough portion 23 of the male screw 20 and abuts the trough portion 23 to convert the rotational movement of the screw shaft 20 into the axial movement of the nut 10. Tell.
  • the nut 10 may be formed with a flange 14 for fixing the nut 10 to a bracket or the like (not shown), and other fixing screw holes (not shown).
  • the screw shaft 20 according to the present embodiment can also be used as a screw shaft of a ball screw device. That is, since the trough 23 having a substantially semicircular cross section corresponding to the crest 13 of the nut 10 is formed on the screw shaft 20, the trough 23 can be used as a ball rolling groove. Thereby, the screw shaft 20 of the sliding screw device 100 and the screw shaft of the ball screw device can be shared, and the manufacturing cost of the screw shaft 20 can be reduced. Further, a sliding screw device or a ball screw device can be appropriately selected and used according to the application.
  • FIG. 3A is an external view showing a schematic shape near the cutting portion 4 of the nut machining cutting tool 1.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the nut machining cutting tool 1 (a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A).
  • the nut machining cutting tool 1 is a tool for cutting the internal thread 11 (see FIG. 2) on the inner peripheral surface of the nut 10 (see FIG. 2). As shown in FIGS. 3A and 3B, the nut machining cutting tool 1 has a substantially cylindrical cutting portion 4, and the outer peripheral surface 2 of the cutting portion 4 spirals in a substantially arc shape in cross section. A concave groove 3 extending in a shape is formed.
  • the portion sandwiched between the concave grooves 3 on the outer peripheral surface 2 is a linear shape whose cross section in the axial direction is parallel to the axis of the cutting tool 1 for nut processing, protrudes in the radial direction, and extends spirally. Yes.
  • the said outer peripheral surface 2 becomes a blade which cuts the trough part 12 (refer FIG. 2) of the nut 10.
  • the concave groove 3 is a concave having a substantially semicircular cross section, and is formed in a spiral shape along the outer peripheral surface 2 of the cutting portion 4. And the ditch
  • the nut 10 is cut and formed with a mountain portion 13 having a substantially semicircular cross section corresponding to the shape of the groove 3 (substantially the same shape).
  • the diameter dc of the bottom of the concave groove 3 is larger than the diameter Dh of the pilot hole 19 (see FIG. 5) of the nut 10.
  • the pilot hole 19 having a diameter Dh smaller than the diameter dc of the bottom of the groove 3 is processed.
  • the peak part 13 of the nut 10 can be cut to the tip part (inner diameter side end part) and can be formed with high accuracy in a substantially semicircular cross section corresponding to the shape of the groove 3.
  • the tapered portion 6 near the tip 7 of the cutting portion 4 is formed in a tapered shape so that the outer diameter gradually decreases toward the tip 7.
  • a discharge groove 5 for discharging chips is formed in the cutting portion 4 of the nut machining cutting tool 1.
  • the discharge groove 5 is a groove formed in a substantially circular arc shape from the outer peripheral surface 2, extends in the axial direction of the nut machining cutting tool 1, and opens at least at the tip 7 direction.
  • chips at the time of cutting can be discharged to the outside, and clogging and biting of chips can be prevented.
  • the cross-sectional shape of the discharge groove 5 is not limited to the arc shape, and various shapes can be adopted. Further, the discharge groove 5 may be formed in a spiral shape. Details will be described later with a specific example.
  • the material of the nut machining cutting tool 1 is not particularly limited, and for example, a cemented carbide mainly composed of tungsten carbide or high-speed tool steel can be used.
  • FIG. 4 is an external view showing a schematic shape near the cutting portion 4 of the nut machining cutting tool 1.
  • plays the same or similar effect as embodiment already demonstrated is shown with the same code
  • the discharge groove 5 is not linear but spiral. Specifically, the discharge groove 5 has a spiral shape opposite to the concave groove 3. Thereby, the angle at which the concave groove 3 and the discharge groove 5 cross each other increases, and the blade portion 3a of the concave groove 3 and the blade portion 2a of the outer peripheral portion 2 approach a shape suitable for cutting. As a result, the machinability of the nut machining cutting tool 1 is improved, and highly accurate female thread machining is possible.
  • the angle at which the discharge groove 5 and the groove 3 intersect is larger.
  • the discharge groove 5 and the recessed groove 3 are formed so as to be substantially orthogonal to each other.
  • a screw for a transmission device such as the sliding screw device 100 (see FIG. 1) has a larger lead (pitch ⁇ number of threads) than a general fastening screw, and is difficult to process.
  • the discharge groove 5 is formed in a spiral shape opposite to the concave groove 3 as described above, and the angle at which the discharge groove 5 and the concave groove 3 intersect is increased. Therefore, excellent machinability is exhibited and the internal thread 11 (see FIG. 2) can be easily processed.
  • the lead of the female screw 11, that is, the lead of the groove 3 is set to various suitable values depending on the purpose of use of the sliding screw device 100. Therefore, the lead (or lead angle) of the discharge groove 5 can be suitably set according to the lead (or lead angle) of the concave groove 3. Specifically, when the lead (lead angle) of the concave groove 3 is large, the lead (lead angle) of the discharge groove 5 is made small. Thereby, it is possible to provide the nut machining cutting tool 1 capable of cutting the female screw 11 having various dimensions under suitable conditions.
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams showing a nut processing method.
  • 5A shows the processing of the pilot hole 19
  • FIG. 5B shows the processing of the female screw 11
  • FIG. 5C shows the state after processing the female screw 11.
  • FIG. 5A shows the processing of the pilot hole 19
  • FIG. 5B shows the processing of the female screw 11
  • FIG. 5C shows the state after processing the female screw 11.
  • the step of processing the prepared hole 19 in the material 10 a of the nut 10, and the nut processing cutting tool 1 is relatively rotated and inserted into the prepared hole 19 to insert the material 10 b of the nut 10.
  • the material 10a of the nut 10 is prepared, and the prepared hole 19 is processed by the drill X. Thereby, as shown in FIG. 5B, a pilot hole 19 penetrating the material 10a is formed.
  • the cutting portion 4 of the nut machining cutting tool 1 is inserted into the prepared hole 19 of the material 10b in which the prepared hole 19 is formed. Then, by rotating the nut machining cutting tool 1 relative to the material 10b at a predetermined rotational speed, the internal thread 11 is cut as shown in FIG. That is, the valley portion 12 of the female screw 11 is cut and formed on the inner peripheral surface of the material 10 b with the outer peripheral surface 2 of the nut machining cutting tool 1, and the crest portion 13 is cut and formed with the concave groove 3.
  • the diameter Dh of the pilot hole 19 is formed to be smaller than the diameter dc of the bottom of the concave groove 3 of the nut machining cutting tool 1.
  • the nut machining cutting tool 1 can be fed in the axial direction of the pilot hole 19 by rotating the nut machining cutting tool 1 relative to the material 10b. it can. Therefore, since the pressing force for feeding the nut machining cutting tool 1 in the axial direction may be relatively small, the nut manufacturing device (thread cutting device) can be downsized.
  • the processing surface of the internal thread 11 can be processed smoothly and with high precision by suitably controlling the rotational speed of the cutting tool 1 for nut processing. Therefore, the highly accurate internal thread 11 can be formed by performing the process of rotating and inserting the nut machining cutting tool 1 into the prepared hole 19 only once.
  • the nut machining cutting tool 1 can be easily pulled out from the female screw 11 by rotating it in reverse.
  • surface hardening treatment is performed on at least the female screw 11 of the material 10c after the female screw 11 is processed. Specifically, an anodized film is formed on the surface of the material 10c made of an aluminum material. Thereby, the abrasion resistance of the internal thread 11 can be improved. Of course, surface hardening treatment may be performed on the entire nut 10.
  • the high-precision and high-strength female screw 11 can be efficiently formed on the inner peripheral surface of the nut 10.

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Abstract

 滑りねじ装置のナットの内周面に高精度、高強度且つ低コストに雌ねじを加工することができるナット加工用切削工具及びナット加工方法を提供する。 ナット加工用切削工具(1)は、円柱状の切削部(4)と、該切削部(4)の外周面(2)に螺旋状に形成された凹溝(3)と、を有し、凹溝(3)は、ナット(10)の内周面に凹溝(3)の形状に対応する雌ねじ(11)の山部(13)を切削成形する。これにより、滑りねじ装置(100)のナット(10)の内周面に高精度、高強度且つ低コストに雌ねじ(11)を加工することができる。

Description

滑りねじ装置のナット加工用切削工具及びナット加工方法
 本発明は、滑りねじ装置のナットに雌ねじを加工するナット加工用切削工具、及び滑りねじ装置のナット加工方法に関する。
 従来、回転運動を直線運動に変換して伝達する装置として、ねじ軸に樹脂製のナットを螺合させた滑りねじ装置が知られている(例えば、特許文献1)。この種の滑りねじ装置で用いられる樹脂製ナットでは、ナット全体またはねじ部のみが射出成形金型を用いた射出成形によって成形されている。
 また、回転運動を直線運動に変換して伝達する別の装置として、ねじ軸とナットとの間にボールを介在させたボールねじ装置が知られている(例えば、特許文献2)。特許文献2に記載されたボールねじ装置用ナットの加工方法では、ねじ溝を旋削によって前加工した後、仕上げ加工としてラップ加工を行っている。
特許第4226249号公報(第4頁、第1図) 特許第2600425号公報(第3-4頁、第1図)
 滑りねじ装置は、ボールねじ装置に比べると構成部品が少なく構造がシンプルであるという利点を有する。しかしながら、特許文献1に記載された従来技術のように、樹脂製のナットを採用した滑りねじ装置では、高速度で大きな伝達動力を発揮することが難しかった。
 即ち、一般に、樹脂材料の機械的強度は金属材料に比べると劣るため、樹脂製ナットは、金属製ナットに比べると、ねじ部の強度が低く、大きな荷重を伝達する用途には適していなかった。
 また、樹脂材料は金属材料に比べると熱伝導率が低いので、樹脂製ナットは、放熱性が悪く、熱による影響を受けやすいという問題点があった。具体的には、滑りねじ装置を高速度で駆動すると、ねじ部の滑り摩擦による発熱により樹脂製ナット及びねじ軸が膨張し、線膨張係数の相違によりクリアランスが減少して摩擦抵抗が増大してしまう。
 また、樹脂材料は金属材料に比べると耐熱性が劣るので、ねじ部の摩擦発熱によって樹脂材料自体が劣化する恐れがある。加えて、使用する樹脂材料によっては、耐候性や吸水性等についても留意すべきであり、材料の経年的な劣化も問題となる。
 他方、特許文献2に記載された従来技術のボールねじ装置では、ねじ軸及びナットの他にボールを有するので、部品点数が多く、構造が複雑になり、製造コストを下げることが難しいという問題点がある。
 また更に、滑りねじ装置において、樹脂製のナットに代えて金属製のナットを採用する場合には、ナットの加工、特に、ナット内周面の雌ねじ加工が困難であるという問題点があった。
 具体的には、高精度且つ高効率な滑りねじ装置を実現するためには、ねじ部の加工を高精度に行うことが要求されるので、特許文献2に記載された従来技術のように、ナットねじ部の加工では、旋削加工の後に、研削仕上げ加工が必要であった。
 また更に、従来、一般的に、締結用途の雌ねじを加工する工具として、タップが用いられている。しかしながら、従来技術のタップは、雌ねじの谷部を切削するものであり、雌ねじの山部を先端(内径側端部)まで高精度に切削することは不可能であった。そのため、滑りねじ装置に用いられるナットのように、雌ねじの山部を先端まで含めて全体的に所定の形状に高精度に成形することを要求される用途では、従来技術のタップを使用することができなかった。
 また、従来技術のタップは、ピッチが小さく送りが小さい締結用の一般的な雌ねじ加工に適したものであった。そのため、滑りねじ装置のナットのように送りが大きい雌ねじ、即ちピッチが大きい多条の雌ねじを加工する際には、切削抵抗や工具の強度の面から、従来技術のタップを使用することは難しかった。
 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、滑りねじ装置のナットの内周面に高精度、高強度且つ低コストに雌ねじを加工することができるナット加工用切削工具を提供することにある。
 また、本発明の他の目的は、強度が高く高精度で低抵抗な滑りねじ装置用のナットを効率良く生産することができるナット加工方法を提供することにある。
 本発明の滑りねじ装置のナット加工用切削工具は、円柱状の切削部と、該切削部の外周面に螺旋状に形成された凹溝と、を有し、前記凹溝は、前記ナットの内周面に該凹溝の形状に対応する前記ねじの山部を切削成形することを特徴とする。
 また、本発明の滑りねじ装置のナット加工方法は、少なくとも、ナットの素材に下穴を加工する工程と、前記下穴にナット加工用切削工具を相対回転させて挿入しナットの内周面にねじを加工する工程と、前記ねじが加工された前記内周面を硬化処理する工程と、を具備し、前記ナット加工用切削工具は、円柱状の切削部の外周面に断面円弧状で螺旋状に延在し底部の径が前記下穴の径よりも大きい凹溝を有し、前記ねじを加工する工程では、前記凹溝によって断面円弧状で螺旋状に延在する前記ねじの山部を切削成形することを特徴とする。
 本発明の滑りねじ装置のナット加工用切削工具は、円柱状の切削部と、該切削部の外周面に螺旋状に形成された凹溝と、を有し、前記凹溝は、前記ナットの内周面に該凹溝の形状に対応する前記ねじの山部を切削成形する。そのため、本発明のナット加工用切削工具及びナット加工方法によれば、滑りねじ装置のナットの内周面に高精度、高強度且つ低コストに雌ねじを加工することができる。
 即ち、本発明のナット加工用切削工具を用いれば、金属製のナットであっても、容易且つ高精度に雌ねじを加工することができる。そのため、滑りねじ装置のナット材料として、樹脂材料に比べ高強度である金属材料を採用することが可能となり、強度及び耐久性に優れたナットを提供することができる。
 また、本発明のナット加工用切削工具を用いることにより、所定条件の切削工程を一回実施するのみで、前記凹溝の形状に対応した高精度なねじ山を形成できる。即ち、一回の切削加工で、前記凹溝と略同一形状の雌ねじの山部をその先端部(内径側端部)まで高精度に加工することができる。それにより、ねじ切削加工の工程数を削減できると共に、ねじ仕上げの研削工程を省略でき、ナットの生産コストを低減することができる。
 また、高精度且つ滑らかなナットねじ山を形成できるので、滑りねじ装置の正確な位置制御を可能にすると共に、滑り抵抗を減らして摩擦損失を低減することができる。
 また、前記凹溝の形状を断面円弧状にすることにより、滑りねじ装置のナットに断面円弧状のねじ山部を形成することができる。これにより、ナットとねじ軸との相対位置を正確に維持しつつ、ナットのねじ山部とねじ軸のねじ山(谷)部との接触面積を減らすことができ、滑りねじ装置の滑り抵抗を減らすことができる。
 また、前記凹溝の形状を断面円弧状にすることにより、ボールねじ装置のねじ軸と共通のねじ軸を用いることが可能となる。これにより、ボールねじ装置と部品の共通化を図り、滑りねじ装置の生産コストを下げることができる。また、ねじ装置を使用するユーザは、目的とする用途の負荷状態に応じて、滑りねじ装置またはボールねじ装置を適宜選定することができるようになる。
 また更に、ナットに形成される下穴の径を前記凹溝の底部の径よりも小さくすることにより、ナット内周面に形成されるねじの山部は、その内径側先端部まで高精度に形成されるようになる。つまり、本発明に係るナット加工用切削工具の前記凹溝は、ナットの内周面に該凹溝の形状に対応する雌ねじの山部を切削することができよう構成されているので、下穴の径を好適に調整することにより、高精度な雌ねじの山部を確実に加工することができる。
 また更に、前記切削部の外周面に切屑を排出するための排出溝を設け、該排出溝を前記凹溝とは逆向きの螺旋状に形成しても良い。これにより、ナット加工用切削工具の切削性が向上し、高精度な雌ねじを更に容易に切削加工することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る滑りねじ装置の概略構成を示す透視図である。 図2は、本発明の実施形態に係る滑りねじ装置のナット部分の縦断面図である。 図3(A)は、本発明の実施形態に係るナット加工用切削工具の外観図である。図3(B)は、その横断面図である。 図4は、本発明の実施形態に係るナット加工用切削工具の変形例を示す外観図である。 図5(A)は、本発明の実施形態に係るナット加工方法の下穴加工を示す図である。図5(B)は、ねじ加工を示す図である。図5(C)は、ねじ加工後の状態を示す図である。
 以下、本発明の実施形態に係る滑りねじ装置のナット加工用切削工具及びナット加工方法を図面に基づき詳細に説明する。
 図1は、本発明の実施形態に係るナット加工用切削工具1(図3参照)を用いて加工したナット10を備える滑りねじ装置100の概略構造を示す透視図である。
 滑りねじ装置100は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置であり、例えば、製造装置等の一般的な機械装置において直動送り手段として用いられるものである。図1に示すように、滑りねじ装置100は、外周にねじが形成されたねじ軸20と、ねじ軸20に螺合するナット10と、を備える。
 ねじ軸20は、外周に雄ねじ21が形成された駆動軸である。滑りねじ装置100を利用する状態において、ねじ軸20は、該両端部付近を図示しない軸受手段により回転自在に支持され、該一端にカップリング(図示せず)等を介して駆動源となるモータ(図示せず)等が接続される。
 尚、ねじ軸20は、例えば、構造用炭素鋼やクロムモリブデン鋼等の鋼材からなり、その雄ねじ21の表面は、高周波焼入れや浸炭焼入れ等により硬化処理されている。
 ナット10は、ねじ軸20に回転自在に螺合して伝達装置の従動体となるものである。滑りねじ装置100を利用する状態において、ナット10には、必要に応じて図示しないブラケット等を介して、従動部品(例えば、工作機械のテーブル等)が固定される。
 以上の構成において、図示しないモータ等でねじ軸10を回転駆動すると、ナット10がねじ軸10の軸方向に移動し、前述の従動部品を直線的に移動させることができる。
 尚、本実施形態では、ナット10の材質として、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いている。金属材料は、合成樹脂材料に比べると、高強度で耐摩耗性、放熱性に優れているので、ナット10の材質としてアルミニウムを採用することにより、滑りねじ装置100は、高い伝達動力と効率を発揮することができる。これにより、滑りねじ装置100を比較的高負荷で高速度が要求される用途に利用することができるようになる。
 図2は、滑りねじ装置100のナット10とねじ軸20との螺合部分の構造を示す図であり、ナット10を縦断面で、ねじ軸20を外観で示している。
 図2に示すように、ねじ軸20の外周22には、雄ねじ21が形成されている。具体的には、略円柱状のねじ軸20の側面である外周22には、断面略円弧状で螺旋状に延在する谷部23が形成されている。更に詳しくは、谷部23の断面形状は、略半円状である。谷部23は、雄ねじ21の谷に相当する部分であり、所定のピッチ、リード、条数で形成される。
 谷部23が形成された後の外周22は、ねじ軸20の径方向に突出し螺旋状に延在し、雄ねじの山に相当する部分となる。前述の通り、外周22は、略円柱状のねじ軸20の外周面であるので、軸方向断面形状において、雄ねじ21の山である外周22は、ねじ軸に平行で直線状になっている。
 このように、ねじ軸20の外周面には、谷部23と外周22とによって雄ねじ21が形成され、該雄ねじ21は、ナット10の雌ねじ11と螺合する。
 他方、ナット10の内周面には、後述する加工方法によって、雌ねじ11が形成されている。具体的には、雌ねじ11は、山部13と谷部12とによって構成される。
 雌ねじ11の谷部12は、雄ねじ21の外周22に対応する形状であり、軸方向断面において、雌ねじ11の中心軸に平行な直線状の形態を成している。そして、谷部12は、ナット10の略円筒状の内周面に沿って螺旋状に延在している。雌ねじ11の谷部12は、雄ねじ21の外周22と当接し、これにより、ナット10は、ねじ軸20に回転自在に支持される。
 雌ねじ11の山部13は、ナット10の内周面、即ち谷部12が形成される面から内径側に突出しており、略円弧状の断面形状で螺旋状に形成されている。更に詳しくは、山部13は、断面略半円状に形成されている。雌ねじ11の山部13は、雄ネジ20の谷部23に対応した形状をしており、谷部23に当接して、ねじ軸20の回転運動をナット10の軸方向の動きへと変換して伝える。
 尚、ナット10には、ナット10を図示しないブラケット等へ固定するためのフランジ14や、その他図示しない固定用のねじ穴等を形成しても良い。
 また、本実施形態に係るねじ軸20は、ボールねじ装置のねじ軸として用いることも可能である。即ち、ねじ軸20には、ナット10の山部13に対応する断面略半円状の谷部23が形成されているので、該谷部23をボール転動溝として利用することができる。これにより、滑りねじ装置100のねじ軸20と、ボールねじ装置のねじ軸とを共通化することができ、ねじ軸20の製造コストを削減できる。また、滑りねじ装置またはボールねじ装置を用途に応じて適宜選定して利用することができるようになる。
 図3(A)は、ナット加工用切削工具1の切削部4付近の概略形状を示す外観図である。図3(B)は、ナット加工用切削工具1の横断面図(図3(A)におけるA-A線断面図)である。
 ナット加工用切削工具1は、ナット10(図2参照)の内周面に雌ねじ11(図2参照)を切削加工するための工具である。図3(A)及び(B)に示すように、ナット加工用切削工具1は、略円柱状の切削部4を有し、該切削部4の外周面2には、断面略円弧状で螺旋状に延在する凹溝3が形成されている。
 外周面2の凹溝3に挟まれた部分は、軸方向断面がナット加工用切削工具1の軸に対して平行な直線状の形状であり、径方向に突出し、螺旋状に延在している。当該外周面2がナット10の谷部12(図2参照)を切削する刃となる。更に詳しくは、後述する排出溝5と外周面2とが交わるエッジ部が谷部12を切削する刃部2aとなる。
 凹溝3は、断面略半円状の凹みであり、切削部4の外周面2に沿って螺旋状に形成されている。そして、凹溝3は、ナット10の山部13(図2参照)を切削する刃となる。具体的には、排出溝5と凹溝3とが交わるエッジ部が山部13を切削する刃部3aとなる。更に詳しくは、凹溝3の刃部3aは、断面略半円状に凹んだ凹溝3の底部まで全てが山部13を切削するための刃となっている。これにより、ナット10には、凹溝3の形状に対応した(略同一形状の)断面略半円状の山部13が切削形成される。
 ここで、凹溝3の底部の径dcは、ナット10の下穴19(図5参照)の径Dhよりも大きい。換言すれば、雌ねじ11を加工する際には、凹溝3の底部の径dcよりも小さな径Dhの下穴19を加工することになる。これにより、ナット10の山部13を、先端部(内径側端部)まで切削して、凹溝3の形状に対応させて断面略半円状に高精度に形成することができる。
 また、切削部4の先端7付近のテーパ部6は、先端7に向かって徐々に外径が小さくなるようテーパ状に形成されている。これにより、ナット加工用切削工具1を下穴19へ挿入する作業を容易に行うことができると共に、切削加工開始時の切削抵抗を減らして、良好な加工面を形成することができる。
 また、図3(B)に示すように、ナット加工用切削工具1の切削部4には、切屑を排出するための排出溝5が形成されている。排出溝5は、外周面2から横断面略円弧状に形成された溝であり、ナット加工用切削工具1の軸方向に延在し、少なくとも先端7方向が開口している。排出溝5を設けることにより、切削時の切屑を外部に排出することができ、切屑の詰まりや噛み込みを防止することができる。尚、排出溝5の断面形状は、円弧状に限らず、種々の形状を採用し得る。また、排出溝5を螺旋状に形成しても良い。詳細は、具体例を挙げて後述する。
 尚、ナット加工用切削工具1の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金や高速度工具鋼等を利用することができる。
 次に、図4を参照して、ナット加工用切削工具1の変形例について説明する。この変形例では、排出溝5の形状を螺旋状にしている。この点が既に説明した実施形態との相違点である。
 図4は、ナット加工用切削工具1の切削部4付近の概略形状を示す外観図である。同図において、既に説明した実施形態と同一若しくは同様の作用効果を奏する構成要素については、同一の符号で示している。
 図4に示すように、この変形例では、排出溝5を直線状ではなく、螺旋状にしている。詳しくは、排出溝5を、凹溝3とは逆向きの螺旋状にしている。これにより、凹溝3と排出溝5とが交わる角度が大きくなり、凹溝3の刃部3a及び外周部2の刃部2aが切削に適した形状に近づく。その結果、ナット加工用切削工具1の切削性が向上し、高精度な雌ねじ加工が可能となる。
 ここで、良好な切削性能を発揮するために、排出溝5と凹溝3とが交わる角度は、大きい方が好ましい。最も好ましくは、排出溝5と凹溝3は、互いに略直交するよう形成されるのが良い。
 一般に、滑りねじ装置100(図1参照)のような伝達装置用のねじは、一般的な締結用のねじに比べると、リード(ピッチ×条数)が大きいので、その加工が困難である。本発明のナット加工用切削工具1によれば、前述のように排出溝5を凹溝3とは逆向きの螺旋状にして、排出溝5と凹溝3とが交わる角度を大きくしているので、優れた切削性を発揮し、雌ねじ11(図2参照)の加工を容易に行うことができる。
 また、雌ねじ11のリード、即ち凹溝3のリードは、滑りねじ装置100の使用目的に応じて種々の好適な値に設定される。そこで、凹溝3のリード(またはリード角)に応じて排出溝5のリード(またはリード角)を好適に設定することもできる。具体的には、凹溝3のリード(リード角)が大きいときは、排出溝5のリード(リード角)を小さくする。これにより、様々な寸法の雌ねじ11に対して、夫々好適な条件で切削を行うことが可能なナット加工用切削工具1を提供することができる。
 次に、図5を参照して、本実施形態に係るナット加工方法、特に、雌ねじ11の加工方法について説明する。
 図5(A)ないし(C)は、ナット加工方法を示す図である。図5(A)は、下穴19の加工を示し、図5(B)は、雌ねじ11の加工を示し、図5(C)は、雌ねじ11を加工した後の状態を示している。
 本実施形態に係るナット加工方法では、少なくとも、ナット10の素材10aに下穴19を加工する工程と、下穴19にナット加工用切削工具1を相対回転させて挿入しナット10の素材10bの内周面に雌ねじ11を加工する工程と、雌ねじ11が加工された素材10cの前記内周面を硬化処理する工程と、を具備する。
 先ず、図5(A)に示すように、ナット10の素材10aを準備し、ドリルXにより下穴19を加工する。これにより、図5(B)に示す如く、素材10aを貫通する下穴19が形成される。
 次に、図5(B)に示すように、下穴19が形成された素材10bの該下穴19にナット加工用切削工具1の切削部4を挿入する。そして、ナット加工用切削工具1を素材10bに対して所定の回転速度で相対回転させることにより、図5(C)に示す如く、雌ねじ11を切削加工する。
 即ち、素材10bの内周面に、ナット加工用切削工具1の外周面2で雌ねじ11の谷部12を切削形成し、凹溝3で山部13を切削形成する。
 ここで、前述の通り、下穴19の径Dhは、ナット加工用切削工具1の凹溝3の底部の径dcよりも小さく形成されている。これにより、ナット10の内周面に、凹溝3の形状に対応して断面略半円状に突出する山部13を高精度に加工することができる。
 また、凹溝3は螺旋状に形成されているので、ナット加工用切削工具1を素材10bに対して相対回転させることにより、ナット加工用切削工具1を下穴19の軸方向に送ることができる。そのため、ナット加工用切削工具1を軸方向へ送るための押圧力は比較的小さくて良いので、ナット製造装置(ねじ切り装置)を小型化できる。
 また、ナット加工用切削工具1を用いれば、ナット加工用切削工具1の回転速度を好適に制御することにより、雌ねじ11の加工面を滑らかに且つ高精度に加工することができる。そのため、ナット加工用切削工具1を下穴19に回転挿入する工程を一回のみ実行することにより、高精度な雌ねじ11を形成することができる。
 これにより、雌ねじ11を切削形成した後の研削仕上げ加工を行う必要がなくなり、ナット加工における工程削減により、ナット10の製造コストを削減することができる。
 尚、ナット加工用切削工具1を下穴19に回転挿入して雌ねじ11を切削加工した後は、ナット加工用切削工具1を逆回転させることにより、雌ねじ11から容易に引き抜くことができる。
 次に、図5(C)の如く、雌ねじ11が加工された後の素材10cの少なくとも雌ねじ11について表面硬化処理を施す。具体的には、アルミニウム材からなる素材10cの表面に陽極酸化被膜を形成する。これにより、雌ねじ11の耐摩耗性を向上させることができる。尚、ナット10全体に対して表面硬化処理を実施しても勿論構わない。
 以上説明の如く、本発明のナット加工用切削工具1によれば、ナット10の内周面に高精度且つ高強度な雌ねじ11を効率良く形成することができる。
 尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。
 1    ナット加工用切削工具
 2    外周面
 3    凹溝
 4    切削部
 5    排出溝
 10   ナット
 11   雌ねじ
 12   谷部
 13   山部
 19   下穴
 20   ねじ軸
 21   雄ねじ
 22   外周(山部)
 23   谷部
 100  滑りねじ装置
 dc   凹溝の底部の径
 Dh   下穴の径

Claims (4)

  1.  滑りねじ装置のナットにねじを加工する切削工具であって、
     円柱状の切削部と、
     該切削部の外周面に螺旋状に形成された凹溝と、を有し、
     前記凹溝は、前記ナットの内周面に該凹溝の形状に対応する前記ねじの山部を切削成形することを特徴とする滑りねじ装置のナット加工用切削工具。
  2.  前記凹溝の断面形状は、円弧状であり、
     前記凹溝は、前記ナットの内周面に断面円弧状で螺旋状に延在する前記山部を切削成形することを特徴とする請求項1に記載の滑りねじ装置のナット加工用切削工具。
  3.  前記切削部の外周面に形成された排出溝と、を有し、
     前記排出溝は、前記凹溝とは逆向きの螺旋状に形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の滑りねじ装置のナット加工用切削工具。
  4.  少なくとも、ナットの素材に下穴を加工する工程と、
     前記下穴にナット加工用切削工具を相対回転させて挿入し前記ナットの内周面にねじを加工する工程と、
     前記ねじが加工された前記内周面を硬化処理する工程と、を具備し、
     前記ナット加工用切削工具は、円柱状の切削部の外周面に断面円弧状で螺旋状に延在し底部の径が前記下穴の径よりも大きい凹溝を有し、
     前記ねじを加工する工程では、前記凹溝によって断面円弧状で螺旋状に延在する前記ねじの山部を切削成形することを特徴とする滑りねじ装置のナット加工方法。
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