特開2015-232399(P2015-232399A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-232399(P2015-232399A)
(43)【公開日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】ボールねじ装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   F16H 25/22 20060101AFI20151201BHJP
   B23G 1/34 20060101ALI20151201BHJP
【FI】
   F16H25/22 C
   B23G1/34
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2015-174958(P2015-174958)
(22)【出願日】2015年9月4日
(62)【分割の表示】特願2011-35532(P2011-35532)の分割
【原出願日】2011年2月22日
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100108914
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 壯兵衞
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 伸吾
【テーマコード(参考)】
3J062
【Fターム(参考)】
3J062AB22
3J062AC07
3J062BA16
3J062CD05
3J062CD54
(57)【要約】
【課題】ナットの内周面に形成されている転走路を構成するボール転動溝と循環路との境界部やボールに加わる衝撃荷重を軽減して耐久寿命の向上を図ることができるボールねじ装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置1は、外周面に螺旋状の第1ボール転動溝5を有するねじ軸2と、ねじ軸2に外嵌して内周面に第1ボール転動溝5に対向する第2ボール転動溝6を有するナット3と、第1ボール転動溝5と第2ボール転動溝6とによって形成される転走路7内に転動可能に充填された複数のボール4と、ナット3の内周面に形成された循環路8とを備えている。転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9にクラウニング10が施され、このクラウニング10が、凹状円弧又は複数の円弧を連ねたものであり、クラウニング10は、プラネットタップ加工によってなされる。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周面に螺旋状の第1ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第1ボール転動溝に対向する第2ボール転動溝を有するナットと、前記第1ボール転動溝と前記第2ボール転動溝とによって形成される転走路内に転動可能に充填された複数のボールと、前記ナットの内周面に形成され、前記ボールを手前の転走路に戻すための循環路とを備えたボールねじ装置の製造方法において、
前記転走路を構成する第2ボール転動溝と前記循環路との境界部にクラウニングを施し、
前記クラウニングが、凹状円弧又は複数の円弧を連ねたものであり、
前記クラウニングは、プラネットタップ加工によってなされることを特徴とするボールねじ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ねじ軸とナットとの間に介在された複数のボールを循環するようにした、ボールねじ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、この種のボールねじ装置として、例えば、図7に示すものが知られている(特許文献1参照)。
図7に示すボールねじ装置100は、ねじ軸101と、ナット102と、複数のボール103とを備えて構成されている。
ねじ軸101は、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状のボール転動溝104が形成されている。ナット102は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸101の外径よりも大きく形成され、ねじ軸101に所定の隙間をもって外装されている。ナット102の内周面には、ねじ軸101のリードと等しいリードを有する螺旋状のボール転動溝105が形成されている。このボール転動溝105と対向するねじ軸101のボール転動溝104とによって断面略円状の転走路106が形成されている。そして、この転走路106内に複数のボール103が転動可能に充填配置される。そして、ナット102の内周面には、ボール103が循環できるように、転走路106の一端と他端とを連結し、転走路106を転がるボール103を一端から他端に戻す複数の循環路107が形成されている。
【0003】
これら循環路107により、循環路107に向かって転走路106を転がってくるボール103をねじ軸101の径方向にすくい上げ、ねじ軸101のねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前(一リード手前)の転走路106に戻すことでボール103を循環可能になっている。そして、この循環路107及び転走路106によって形成される通路によってねじ軸101の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット102に対するねじ軸101の相対的な回転に伴って、ボール103がボール転動溝104とボール転動溝105との間を転がり運動することによって、ナット102がねじ軸101に対してねじ軸101の軸方向に直線運動することを可能にしている。
【0004】
ところで、図7に示すボールねじ装置101においては、循環路107と転走路106を構成するナット102の内周面に形成されたボール転動溝105との境界部の断面がエッジを有する形状となっている。このため、ボール103が循環路107を通過して転走路106に戻される際、または転走路106から循環路107に導入される際に、前記境界部に衝突することがあった。このため、ねじ軸101またはナット102を高速で回転させた場合には、前記境界部やボール103に過大な衝撃荷重が加わり、ボールねじ装置101の耐久寿命を低下させるおそれがあった。
【0005】
このような問題を解決するために、例えば、図8及び図9に示すボールねじ装置(特許文献2参照)や図10に示すボールねじ装置用のスピンドルナット(特許文献3参照)が提案されている。
図8に示すボールねじ装置201は、ナット202の内周面両端部に循環こま組込み用の凹陥部203を設け、ねじ軸(図示せず)とナット202のボール転動溝204との間を転動するボール(図9参照)207を凹陥部203に嵌め込まれた循環こま205によりナット202内に形成されたボール戻し路(図示せず)に導入して循環させるようにしている。そして、図9に示すように、ナット202の内周面に形成されたボール転動溝204と凹陥部203との境界部206をボール207の直径Dwに対してR=0.05Dw以上の曲率半径で曲面状に形成している。
【0006】
このように、ナット202の内周面に形成されたボール転動溝204と凹陥部203との境界部206を曲面状に形成することにより、ねじ軸又はナット202を高速で回転させてもボール戻し路を転動したボール207が境界部206に衝突した際に、境界部206やボール207に加わる衝撃荷重の面圧を軽減でき、ボールねじの耐久寿命を向上させることができる。
また、図10に示すボールねじ装置301用のスピンドルナット302の内周面には、ボール307用の螺旋状のボール転動溝303が形成されている。また、ボールねじ装置301においては、ボール307を1つのボール転動溝303の終端部から1つのボール転動溝303の始端部に変向させるための変向通路306を有する変向装置305が設けられている。そして、スピンドルナット302の内周面には、一方でボール転動溝303に接続しかつ他方で変向通路306に接続するボール走入路304が形成されている。そして、ボール転動溝303とボール走入路304との両方が同じ横断面形状を有するようになっている。ボール転動溝303の横断面形状はゴシック形状を有し、ボール走入路304もまた同じゴシック形状を有する。これにより、ボール転動溝303からボール走入路304への、かつボール走入路304から変向装置305の変向通路306へのボール307の引っかかりのない移行が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2008−281063号公報
【特許文献2】特開2003−336715号公報
【特許文献3】特表2008−500500号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、図8及び図9に示すボールねじ装置201及び図10に示すボールねじ装置301用のスピンドルナット302にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図8及び図9に示すボールねじ装置201の場合、いわゆるコマ式ボールねじ装置であり、循環こま205と凹陥部203の加工による寸法差によっては、ボール転動溝204と凹陥部203との境界部206を曲面状に形成したとしても、ボール戻し路とボール転動溝204とが滑らかに接続されない可能性がある。このため、更なる加工が必要となる可能性がある。ボール戻し路とボール転動溝204とが滑らかに接続されないと、ボール103がボール戻し路を通過してボール転動溝204に戻される際、またはボール転動溝204からボール戻し路に導入される際に、ボール戻し路とボール転動溝204との境界部に衝突することがあり、前記境界部やボール207に過大な衝撃荷重が加わり、ボールねじ装置201の耐久寿命を低下させるおそれがあった。
【0009】
また、図10に示すボールねじ装置301用のスピンドルナット302の場合もいわゆるコマ式ボールねじ装置であり、図8に示すボールねじ装置201と同様の問題があった。
従って、本発明はこれら問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナットの内周面に形成されている転走路を構成するボール転動溝と循環路との境界部やボールに加わる衝撃荷重を軽減して耐久寿命の向上を図ることができるボールねじ装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明に係るボールねじ装置の製造方法は、外周面に螺旋状の第1ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第1ボール転動溝に対向する第2ボール転動溝を有するナットと、前記第1ボール転動溝と前記第2ボール転動溝とによって形成される転走路内に転動可能に充填された複数のボールと、前記ナットの内周面に形成され、前記ボールを手前の転走路に戻すための循環路とを備えたボールねじ装置の製造方法において、前記転走路を構成する第2ボール転動溝と前記循環路との境界部にクラウニングを施し、前記クラウニングが、凹状円弧又は複数の円弧を連ねたものであり、前記クラウニングは、プラネットタップ加工によってなされることを特徴としている。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係るボールねじ装置の製造方法によれば、ナットの内周面に形成されている転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部にクラウニングを施し、前記クラウニングが、凹状円弧又は複数の円弧を連ねたものであるので、循環路と第2ボール転動溝とが滑らかに接続され、ボールが循環路を通過して転走路に戻される際、または転走路から循環路に導入される際に、転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部を滑らかに通過し、前記境界部やボールに加わる衝撃荷重が軽減される。このため、ボールねじ装置の耐久寿命を向上させることができる。
また、前記クラウニングは、プラネットタップ加工によってなされるので、転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部に精度よくクラウニングを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明に係る製造方法により製造されたボールねじ装置の断面図である。
図2図1に示すボールねじ装置において、転送路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部近傍を示す模式図である。
図3図2における3−3線に沿う断面図である。
図4図1に示すボールねじ装置において、転送路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部におけるボールと第2ボール転動溝及び循環路との接触状態を示す模式図である。
図5】種々のクラウニング形状と各クラウニング形状における加工容易性及びクラウニングによる効果との関係を示す図である。
図6】プラネットタップ加工の様子を示す図であり、(A)は被加工物のプラネットタップ加工の状態を示す斜視図、(B)は(A)における矢印VB方向に見た図である。
図7】従来例のボールねじ装置の断面図である。
図8】従来の他の例のボールねじ装置の一部を示す斜視図である。
図9図8に示すボールねじ装置におけるナットのボール転動溝と凹陥部とを切断した状態の断面図である。
図10】従来の更に他の例のボールねじ装置用のスピンドルナットの一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る製造方法により製造されたボールねじ装置の断面図である。図2は、図1に示すボールねじ装置において、転送路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部近傍を示す模式図である。図3は、図2における3−3線に沿う断面図である。図4は、図1に示すボールねじ装置において、転送路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部におけるボールと第2ボール転動溝及び循環路との接触状態を示す模式図である。
【0014】
図1に示すボールねじ装置1は、ねじ軸2と、ナット3と、複数のボール4とを備えて構成されている。
ねじ軸2は、中心軸CLを中心とした円筒形状で、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状の第1ボール転動溝5が形成されている。
ナット3は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸2の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸2に所定の隙間をもって外嵌している。ナット3の内周面には、ねじ軸2の第1ボール転動溝5と等しいリードを有し、第1ボール転動溝5と対向する第2ボール転動溝6が形成されている。そして、ねじ軸2の第1ボール転動溝5とナット3の第2ボール転動溝6とによって断面略円形状の転走路7が形成されている。この転走路7内に複数のボール4が転動可能に充填配置されている。
【0015】
また、ナット3の内周面には、ボール4を手前の転走路7に戻すための複数の循環路8が形成されている。この循環路8により、各循環路8に向かって転走路7を転がってくるボール4をねじ軸2の径方向にすくい上げ、さらに、ねじ軸2のねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前(一リード手前)の転走路7に戻すことでボール4を循環可能になっている。そして、この循環路8及び転走路7によってねじ軸2の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット3に対するねじ軸2の相対的な回転に伴って、複数のボール4が無限循環路内を無限循環することによって、ナット3がねじ軸2に対してねじ軸2の軸方向に直線運動することが可能となる。
ここで、ナット3の内周面に形成された、転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8の導入部8aとの境界部9には、図2及び図3に示すように、クラウニング10(図2においては斜線で示す)が施される。
【0016】
当該境界部9にクラウニング10を施すことにより、ボール4と転走路7を構成する第2ボール転動溝6(ゴシック形状、図4参照)との接点の軌跡であるボール軌跡と、ボール4と循環路8(半円、図4参照)との接点の軌跡であるボール底部軌跡とが滑らかに接続される。これにより、ボール4が循環路8を通過して転走路7に戻される際、または転走路7から循環路8に導入される際に、転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を滑らかに通過し、前記境界部9やボール4に加わる衝撃荷重が軽減される。このため、ボールねじ装置1の耐久寿命を向上させることができる。
【0017】
また、循環路8がコマ式ではなくナット3の内周面に形成されているので、直接循環路8と転走路7を構成する第2ボール転動溝6との境界部9を直接加工できるので、コマ式のように、ボール戻し路とボール転動溝とが滑らかに接続されない可能性は低く、確実に転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を滑らかにすることができる。また、境界部9を直接加工できるので、加工効率もよい。
また、転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8の導入部8aとの境界部9においては、図4に示すように、ボール4と第2ボール転動溝6とが2点A,Bで接触し、ボール4と循環路8とが1点Cで接触している。
【0018】
ここで、クラウニング10は、図3に示すように、第2ボール転動溝6の溝底6aに対して上側が凸となる、凸状円弧で形成されている。この凸状円弧の曲率半径R1は、ボール4の直径に対して0.5〜18倍であることが好ましい。そ理由は、曲率半径R1がボール4の直径に対して0.5倍より小さいと、曲率の効果が得られずボール4が滑らかに通過できず、曲率半径R1がボール4の直径に対して18倍より大きいとボールねじの定格荷重が低下するからである。クラウニング10を凸状円弧とすることにより、ボール4が転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を通過する際の滑らか性効果がかなり大きく、前記境界部9やボール4に加わる衝撃荷重がかなり効果的に軽減される。また、クラウニング10を凸状円弧とする加工も比較的しやすい。
【0019】
ここで、種々のクラウニング形状と各クラウニング形状における加工容易性及びクラウニングによる効果との関係を図5に示す。
図5には、クラウニング形状として、従来のクラウニングを施していないもの、凹状円弧のもの、斜面としたもの、凸状円弧としたもの、複数の円弧を連ならせたものが例示されている。
図5を参照すると、従来のクラウニングを施していないものは、加工は最もし易いが、クラウニングの効果が全くない。以降、凹状円弧のもの、斜面としたもの、凸状円弧としたもの、複数の円弧を連ならせたものの順に加工がし難くなるが、クラウニングの効果が徐々に大きくなる。
【0020】
加工容易性及びクラウニングによる効果の双方を考慮すると、図3に示したようなクラウニング10を凸状円弧としたものと斜面としたものが好ましい。クラウニング10を斜面とした場合には、ボール4が転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を通過する際の滑らかさ効果が大きく、前記境界部9やボール4に加わる衝撃荷重が効果的に軽減される。また、クラウニング10を斜面とする加工は容易である。また、クラウニング10を斜面とする場合には、傾斜は境界部9の接線方向に対して7°〜19°とすることが好ましい。その理由は、傾斜が境界部9の接線方向に対して7°より小さいと、傾斜の効果が得られずボール4が滑らかに通過できず、傾斜が境界部9の接線方向に対して19°より大きいとボールねじの定格荷重が低下するからである。
【0021】
次に、ナット3の製造方法について説明する。
先ず、ナット3の素材であるフランジ付きの中空円筒部材N(図6参照)の内周面に、循環路8を形成する。ナット3の材料は、第2ボール転動溝6及び循環路8を形成した後の熱処理が浸炭処理の場合には炭素含有量が0.10〜0.25質量%のクロム鋼またはモリブデン鋼(例えばSCM420)、当該熱処理が高周波焼入れの場合には炭素含有量が0.4〜0.6質量%の炭素鋼(例えばS53C、SAE4150)が好ましい。循環路8は、所定形状の金型を用いた鍛造加工により形成する。
【0022】
次に、循環路8を形成した中空円筒部材Nの内周面に、第2ボール転動溝6を形成する。第2ボール転動溝6は、図6に示すようなプラネットタップ加工により形成される。プラネットタップ加工においては、図6(A)に示すような切削工具Tを用いて切削加工を行う。切削工具Tは、回転軸Taの外周に刃物Tbを形成している。刃物Tbの切削面(周方向に対向する面)は、第2ボール転動溝6の形状に一致する。回転軸Taは、その軸線の回りに回転(図6(A)における矢印A方向)するが、それとは独立して偏心軸の回りに公転(図6(B)における矢印B方向)する。
【0023】
更に、図6(A)に示すように、切削工具Tの回転軸Taを所定の軸線方向位置で半径方向外方にシフトさせ、第2ボール転動溝6のピッチで軸線方向に送り出しながら公転させつつ、より速い速度で自転させることで、360度未満の螺旋状の第2ボール転動溝6を、中空円筒部材Nの内周面に切削形成することができる。このとき、循環路8に軸線方向位置及び位相を合わせることで、各循環路8が第2ボール転動溝6の両端に接続するように形成できる。
そして、循環路8及び第2ボール転動溝6を形成した中空円筒部材Nにおいて、循環路8と第2ボール転動溝6との境界部9にクラウニング10を施す。クラウニング10は、図6に示すプラネットタップ加工によってなされる。クラウニング10をプラネットタップ加工によって行うことで、転走路を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9に精度よくクラウニング10を施すことができる。
【0024】
最後に、中空円筒部材Nの内周面に焼入れ処理を行う。これにより、ナット3は製造される。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、クラウニング10の形状は、図3に示した凸状円弧や斜面でなくてもよく、図5に示した凹状円弧や複数の円弧を連ねたものであってもよい。
また、第2ボール転動溝6及びクラウニング10の加工は、プラネットタップ加工に限られない。
【符号の説明】
【0025】
1 ボールねじ装置
2 ねじ軸
3 ナット
4 ボール
5 第1ボール転動溝
6 第2ボール転動溝
6a 溝底
7 転走路
8 循環路
8a 導入部
9 境界部
10 クラウニング
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10