(57)【要約】【課題】ねじ軸およびナットのねじ溝を、より高精度でより安価に加工し得るボールねじ及びそのねじ溝加工方法を提供する。【解決手段】切刃のノーズ半径Ｒ２がねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さなバイトを用い、このバイトをねじ溝２ａの有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路をねじ溝２ａの断面円弧方向に順次ずらすことにより、ねじ溝全体を旋削するもので、バイトの移動経路間の角度である切削ピッチα１〜α５を、ボール接触角θ位置を中心とし、ボール接触角θ位置から離れるほど順次大きくなるように設定したことを特徴とする。【選択図】図４
2010014255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周にねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、ねじ溝は、ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな曲率半径を有する切刃のノーズ形状に倣ったツールマークが円弧断面に沿って順次形成されているボールねじにおいて、
互いに隣接するツールマーク間の角度である切削ピッチが、ボール接触角位置を中心とし、ボール接触角位置から離れるほど順次大きくなっていることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、
前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さなバイトを用い、このバイトを前記ねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路を前記ねじ溝の断面円弧方向に順次ずらすことにより、ねじ溝全体を旋削するボールねじのねじ溝加工方法において、
前記バイトの移動経路間の角度である切削ピッチを、ボール接触角位置を中心とし、ボール接触角位置から離れるほど順次大きくなるように設定したことを特徴とするボールねじのねじ溝加工方法。
【請求項３】
前記切刃のノーズ半径を前記ねじ溝の溝曲率半径に近付けたことを特徴とする請求項２に記載のボールねじのねじ溝加工方法。
【請求項４】
前記焼入工程の後に、少なくとも前記ねじ溝にショットピーニングによる仕上げ加工が施されている請求項２又は３に記載のボールねじのねじ溝加工方法。
【請求項５】
旋削工程において、切刃ノーズ半径と切削ピッチから決定されるツールマーク高さを、１μｍ以下としたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかの項に記載のボールねじのねじ溝加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のアクチュエータに用いられ、多数のボールが転動する螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじおよびそのねじ溝加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじ軸と、円筒面内に螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじナットと、対向する両ねじ溝で構成されたボール転動路内に転動自在に収容された多数のボールとからなり、ボールねじ軸あるいはボールねじナットの回転を軸方向の並進運動に変換する機械要素である。
【０００３】
従来、自動車用のアクチュエータ等に使用されるボールねじにおいて、そのボールねじ軸またはナットのねじ溝は、生材にねじ溝を旋削する工程と、焼入工程と、ねじ溝を研削する工程を経て加工されている。なお、旋削工程では、ねじ溝と同じ形状の工具（総型バイト）を使用している。
【０００４】
しかしながら、総型バイトで旋削すると、バイトに対する切削抵抗が大きくて剛性の不足が生じ、バイトの振動、所謂ビビリが生じ易い。その結果、加工精度が悪化すると共に、研削取代を大きく残しておく必要があり、研削工程に時間がかかる。こうした問題を解決するため、本出願人は、ねじ溝の形状変化に容易に対処でき、かつ総加工時間の短縮が図れるボールねじのねじ溝加工方法を既に提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
このねじ溝加工方法は、生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、旋削工程では、図７に示すように、切刃のノーズ半径Ｒ２が成形すべきねじ溝１０２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さな汎用バイトを用い、この汎用バイトをねじ溝１０２ａの有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路をねじ溝１０２ａの断面形状の円弧方向に一定の切削ピッチα０で順次ずらして切削し、ねじ溝の全体を旋削するものである。
しかし、従来のねじ溝の加工方法では、切削ピッチα０を小さくすればするほどねじ溝１０２ａの加工精度を高めることができるものの、切削ピッチα０をあまり小さくすると、バイトの移動回数が増大するので、かえってコスト高となってしまう。
一方、特許文献２には、ボールねじのナットにおけるねじ溝の表面粗さを、ボール接触部のみを細かくし、それ以外の部分を粗くする点が記載されており、上記特許文献１のねじ溝加工方法において、ボール接触部の切削ピッチを、ボール接触部以外の部分の切削ピッチより部分的に小さくすることが考えられる。しかし、この場合でも、ボール接触部における切削ピッチは等ピッチであり、切削ピッチを小さくするとバイトの移動回数が増大することになってしまう。
【特許文献１】特開２００６−３４９０５８号公報
【特許文献２】特開２００７−１９６３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、こうした従来の問題を解決し、軸およびナットのねじ溝を、より高精度でより安価に加工し得るボールねじ及びそのねじ溝加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周にねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、ねじ溝は、ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな曲率半径を有する切刃のノーズ形状に倣ったツールマークが円弧断面に沿って順次形成されているボールねじにおいて、互いに隣接するツールマーク間の角度である切削ピッチが、ボール接触角位置を中心とし、ボール接触角位置から離れるほど順次大きくなっていることを特徴とする。
このような形状とすることにより、最も接触面圧の高いボール接触角部分の加工精度をより高くすることができ、より安価で、耐久性の高いねじ溝を備えたボールねじを得ることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明のボールねじのねじ溝加工方法は、生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さなバイトを用い、このバイトを前記ねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路を前記ねじ溝の断面円弧方向に順次ずらすことにより、ねじ溝全体を旋削するボールねじのねじ溝加工方法において、前記バイトの移動経路間の角度である切削ピッチを、ボール接触角位置を中心とし、ボール接触角位置から離れるほど順次大きくなるように設定したことを特徴とする。
このように、切削ピッチをボール接触角位置から離れるほど大きくなるような構成としたので、バイトによる切削回数を増大させることなく、最も重要なボール接触角部分の加工精度をより高くすることができる。また、ボール接触角部分を従来と同じ加工精度とすれば、バイトによる切削回数を減らすことができ、生産性向上を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明のように、前記切刃のノーズ半径を前記ねじ溝の溝曲率半径に近付ければ、ねじ溝のポイント切削が開始されるまでの加工時間を短縮することができ、一層加工コストを低減することができる。
請求項４に記載のように、焼入工程の後に、少なくとも前記ねじ溝にショットピーニングによる仕上げ加工が施されていれば、ねじ溝に付着したスケールや表層の粒界酸化層を除去することができ、ボールねじの耐久性を向上させることができる。
請求項５に記載の発明によれば、旋削工程において、切刃ノーズ半径と切削ピッチから決定されるツールマーク高さを、１μｍ以下としたことにより、より一層耐久性に優れたねじ溝が得られる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るボールねじは、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周にねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、ねじ溝は、ねじ溝の溝曲率半径よりも小さな曲率半径を有する切刃のノーズ形状に倣ったツールマークが円弧断面に沿って順次形成されているボールねじにおいて、互いに隣接するツールマーク間の角度である切削ピッチが、ボール接触角位置を中心とし、ボール接触角位置から離れるほど順次大きくなっているので、最も接触面圧の高いボール接触角部分の加工精度をより高くすることができ、より安価で、耐久性の高いねじ溝を備えたボールねじを得ることができる。
【００１０】
本発明に係るボールねじのねじ溝加工方法は、生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さなバイトを用い、このバイトを前記ねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路を当該ねじ溝の断面形状の円弧方向に順次ずらすことにより、前記ねじ溝全体を旋削すると共に、前記ねじ溝のツールマーク高さが所定値以下となるように前記切刃の刻み角度である切削ピッチが設定されているボールねじのねじ溝加工方法において、前記切削ピッチは、ボール接触角を中心としてそれから離れるほどピッチが順次大きくなっていることにより、バイトによる切削回数を増大させることなく、最も重要なボール接触角部分の加工精度をより高くすることができる。また、ボール接触角部分を従来と同じ加工精度とすれば、バイトによる切削回数を減らすことができ、生産性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
生材からなるワークにねじ溝を旋削する工程と、この旋削したワークを焼入れする工程とを含み、前記旋削工程で、切刃のノーズ半径が前記ねじ溝の溝曲率半径よりも小さなバイトを用い、このバイトを前記ねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路を当該ねじ溝の断面形状の円弧方向に順次ずらすことにより、前記ねじ溝全体を旋削すると共に、前記ねじ溝のツールマーク高さが所定値以下となるように前記切刃の刻み角度である切削ピッチが設定されているボールねじのねじ溝加工方法において、前記切削ピッチは、ボール接触角を中心としてそれから離れるほどピッチが順次大きくなっている。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじのねじ溝加工方法を適用するボールねじの一例を示す縦断面図、図２は、本発明に係るねじ軸のねじ溝加工状態を示す説明図、図３は、本発明に係るねじ軸のねじ溝加工工程を示すねじ溝の拡大断面図、図４は、ねじ軸のねじ溝を示す要部拡大図である。
【００１３】
このボールねじ１は、Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼やＳＣＭ４１５等の肌焼き鋼からなり、外周に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、ＳＣＭ４３０等の肌焼き鋼からなり、このねじ軸２に外挿され、内周にねじ溝２ａに対応する螺旋状のボールねじ溝３ａが形成されたナット３と、両ねじ溝２ａ、３ａ間に転動自在に収容された多数のボール４と、円筒状のナット３の胴部に装着され、ねじ溝３ａを連結する連結溝５ａが形成された駒部材６とを備えている。そして、ねじ溝２ａ、３ａによりボール転動路が構成され、駒部材６の連結溝５ａによって多数のボール４が無限循環することができる。
【００１４】
ここで、ねじ溝２ａ、３ａは、ボール４の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝に形成されている。無論、ねじ溝２ａ、３ａは、このゴシックアーチ形状以外にも、ボール４とサーキュラコンタクトする円弧状の形状であっても良い。なお、ボール循環方式は駒式に限らず、リターンチューブ式やエンドキャップ式であっても良い。
【００１５】
図２は、ねじ軸２におけるねじ溝２ａの加工状態を示している。生材の棒状ワークＷ（２）が図示しない旋盤の主軸チャックで把持され、所定の方向に回転された状態でバイト６によって旋削加工される。このバイト６は、径方向に進退自在に、かつ軸方向に移動自在に支持されたホルダー７に固定されている。この場合の旋削は、所謂ポイント切削で行われる。すなわち、バイト６の切刃６ａのノーズ半径Ｒ２が、ねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さな汎用バイトを用い、このバイト６をねじ溝２ａの有効長さ分だけ複数回移動させてねじ溝２ａの成形が行われる。
【００１６】
次に、図３（ａ）〜（ｊ）を用いてねじ溝２ａの加工工程を説明する。
図３（ａ）は、旋削加工前の棒状の生材を示し、（ｂ）〜（ｄ）の順に、切刃６ａがワークＷの軸心方向に送られて、ねじ溝２ａの概略形状がバイト６の切刃６ａによって成形される。ここで、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２をねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１に近付けて寸法設定することにより、切刃６ａを軸方向に移動させることなくねじ溝２ａの概略形状が得られ、加工時間を短縮することができる。
【００１７】
そして、図３（ｅ）に示すように、ねじ溝２ａの旋削加工がある程度進んだ段階でポイント切削が開始される。（ｅ）〜（ｊ）に示すように、切刃６ａをねじ溝２ａの有効長さ分だけ複数回移動させ、各回の移動経路をねじ溝２ａの円弧方向に順次ずらすことによりねじ溝２ａの全体形状が旋削される。
【００１８】
なお、本実施例では、ねじ溝２ａがゴシックアーチ形状であっても、バイト６の切刃６ａのノーズ半径Ｒ２がねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されているので、加工するねじ溝２ａと対向するねじ溝２ａに干渉することはない。
【００１９】
図４は一方の円弧についての切削ピッチαとボール接触角θの関係を示している。
本発明では、切削ピッチが、ボール接触角θを中心として、ねじ溝のボール接触部βの範囲で、ボール接触角から離れるほど順次ピッチα１、α２・・・が大きくなっている。この実施例では、ねじ溝が２つの円弧を有するゴシックアーチ形状であり、ボールは各円弧に対して２点で接触し、各円弧についてのボール接触角θは対称的に４５°の位置である。ボール接触角は、ボールをねじ溝の各円弧の当接させた状態で、ボールの中心Ｏ３と各円弧との接点を結ぶ線と、ボール中心Ｏ３を通りねじ軸の中心線に対する直交線Ｖとのなす角である。
【００２０】
図示例では、ボール接触角θは４５°で、切削ピッチは５段階、具体的には、２．５°から０．５°ずつピッチを大きくして、３°、３．５°、４．０°、４．５°の５段階に設定されている。このような複合ピッチとする加工範囲βは、少なくともボールが接触する領域であり、図示例では、ボール接触角θを中心として左右に３５°の範囲に設定されている。
【００２１】
このねじ溝の加工面には、切削ピッチの大きさに応じて、図５に示すようなバイトの切刃ノーズに倣った形状の切削痕であるツールマークが発生し、切削ピッチは互いに隣接するツールマーク間の角度に対応する。ツールマーク高さＨは、隣接するねじ溝２ａの境界部の高さで、ねじ溝２ａの溝曲率半径Ｒ１と切刃６ａのノーズ半径Ｒ２および切削ピッチによって決定され、切削ピッチが小さいほど低く、大きいほど高い。本実施例においては、ボール接触角付近において０．５μｍまで低下させることができた。
【００２２】
図７に示したような等ピッチの場合、たとえば、切削ピッチを５°とすると、ツールマーク高さは１．２μｍであった。これを、たとえば本発明の最小ピッチの２．５°にすると、ボール接触部の範囲で、バイトを１４回軸方向に移動させなければならないが、本発明では、２．５°〜４．５°と、切削ピッチをボール接触角４５°を中心として順次大きくすることにより、バイトを１０回程度軸方向に切削するだけで、最も重要なボール接触角部分の加工精度をより高くすることができる。また、ボール接触角部分を従来と同程度の加工精度とすれば、バイトによる切削回数を減らすことができ、生産性向上を図ることができる。
ツールマーク高さの最小値は０．５μｍであるが、最大値で１μｍ以下となるように、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２と最大の切削ピッチα１を設定しておくことが好適である。
【００２３】
このような形状にすれば、バイトによる切削回数を増大させることなく、最も重要なボール接触角部分の加工精度をより高くすることができる。また、ボール接触角部分を従来と同じ加工精度とすれば、バイトによる切削回数を減らすことができ、生産性向上を図ることができる。
したがって、従来の熱処理後の研削加工あるいは旋削加工を廃止することができ、ボールねじ１の精度・耐久性を確保することができると共に、加工コストを低減したボールねじ１を提供することができる。
【００２４】
さらに、本実施例では、ポイント切削によってねじ溝２ａの成形加工を完了させた後、熱処理によって、その表面にたとえば、５５〜６２ＨＲＣの範囲の硬化層が形成されている。熱処理は、浸炭焼入れでも高周波誘導加熱による焼入れでも良いが、表層に粒界酸化層が抑制でき、また、局部加熱ができて硬化層深さの設定が比較的容易にできる高周波焼入れが好適である。
【００２５】
さらに、熱処理によりねじ溝２ａ等に付着したスケールや表層の粒界酸化層を除去するためにショットピーニングによる仕上げ加工（図示せず）が行われている。
【００２６】
図６は、本発明に係るナットにおけるねじ溝の加工状態を示している。なお、前述した実施例と同一あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付して重複した説明を避ける。
【００２７】
ここでは、前述したねじ軸２におけるねじ溝２ａの加工と同様、生材の筒状ワークＷが図示しない旋盤の主軸チャックで把持され、所定の方向に回転された状態でバイト６によって旋削加工される。このバイト６は、径方向に進退自在に、かつ軸方向に移動自在に支持されたホルダー７に固定されている。この場合の旋削もポイント切削で行われる。すなわち、バイト６の切刃６ａのノーズ半径Ｒ２が、ねじ溝３ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さなバイト６を用い、バイト６をねじ溝３ａの有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路をねじ溝３ａの円弧方向に順次ずらせることによりねじ溝３ａが旋削される。
【００２８】
本実施例においても、切刃６ａのノーズ半径Ｒ２をねじ溝３ａの溝曲率半径Ｒ１よりも小さくしてねじ溝３ａがポイント切削によって成形加工される。
この場合にも、切削ピッチが、ボール接触角θを中心として、ボールが接触する範囲で、ボール接触角から離れるほど順次ピッチα１、α２・・・が大きくすることによって、ねじ溝３ａの成形加工を完了させることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係るボールねじのねじ溝加工方法は、特に自動車等のアクチュエータや電動パワーステアリング装置に用いられボールねじにおけるねじ軸あるいはナットのねじ溝の加工に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るボールねじのねじ溝加工方法を適用するボールねじの一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るねじ軸のねじ溝加工状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｊ）は、本発明に係るねじ軸のねじ溝加工工程を示すねじ溝の拡大断面図である。
【図４】図３のねじ溝の切削ピッチを示す要部拡大図である。
【図５】図４のねじ溝のツールマーク高さを示す部分拡大図である。
【図６】本発明に係るナットのねじ溝加工状態を示す説明図である。
【図７】従来のねじ軸のねじ溝加工方法を示す工程説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・・バイト
６ａ・・・・・・・・・・切刃
７・・・・・・・・・・・ホルダー
Ｈ・・・・・・・・・・・ツールマーク高さ
Ｒ１・・・・・・・・・・ねじ溝の溝曲率半径
Ｒ２・・・・・・・・・・切刃のノーズ半径
Ｗ・・・・・・・・・・・ワーク
α１〜α５・・・・・・・切削ピッチ
θ・・・・・・・・・・・ボール接触角
【図１】
2010014255.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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