(57)【要約】【課題】ヘリカル加工によってナットの内周面に転動溝を形成するには、切削工具の回転軸もしくはナットのどちらかをリード角の分だけ傾ける必要があり、装置が複雑、高価になるという課題があった。【解決手段】切削工具の回転軸をナットの中心軸と平行に保持した状態で、切削工具を回転軸回りに回転させつつ、ナットの内周面を螺旋状に移動させ、切削工具の刃先の任意の一点が描く軌跡の転動溝に直角な平面における包絡線が、転動溝に直角な平面における転動溝の正規の断面形状に略等しいことを特徴とするボールねじ用ナットの加工方法。【選択図】図１
2015024471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記転動溝に対向する転動溝を形成したナットとを有し、前記ねじ溝の前記転動溝と前記ナットの前記転動溝とを複数のボールを介して螺合させたボールねじ装置の前記ナットを１本の切削工具で加工するボールねじ用ナットの転動溝の加工において、前記切削工具の回転軸を前記ナットの中心軸と平行に保持した状態で、前記切削工具を前記回転軸回りに回転させつつ、前記ナットの前記内周面に沿って螺旋状に移動させた時に、前記切削工具の刃先の任意の一点が描く軌跡の前記転動溝に直角な平面における包絡線が、前記転動溝に直角な平面における前記転動溝の正規の断面形状に略等しいことを特徴とする、ボールねじ用ナットの加工方法。
【請求項２】
外周面に螺旋状の転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記転動溝に対向する転動溝を形成したナットとを有し、前記ねじ溝の前記転動溝と前記ナットの前記転動溝とを複数のボールを介して螺合させたボールねじ装置の前記ナットを１本の切削工具で加工するボールねじ用ナットの転動溝の加工において、前記切削工具の回転軸と前記ナットの中心軸とを平行に保持した状態で、前記切削工具を前記回転軸回りに回転させつつ、前記ナットの前記内周面に沿って螺旋状に移動させた時に、前記切削工具の刃先の任意の一点が描く軌跡の前記転動溝に直角な平面における包絡線が、前記転動溝に直角な平面における前記転動溝の正規の断面形状に略等しいことを特徴とする、ボールねじ用ナットの切削工具。
【請求項３】
前記包絡線が前記転動溝の軌道面と、逃げ部と、面取り部とを含む、請求項２に記載のボールねじ用ナットの切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業用機械において用いられ、或いは自動車、船舶等に使用されるボールねじ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で直線運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。
【０００３】
通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転動溝内を転動するボールとからなり、ねじ軸とナットが相対回転すると転動溝内をボールが移動することで非常に小さな摩擦で回転運動を直線運動に変換する。ナットにはボールを転動溝の始点に戻す循環機構が設けられており、この循環機構の種類は大きく分類すると、ナット以外に別部品を用いるコマ式やチューブ式、塑性加工により循環溝がナット内周面に一体的に形成されている循環溝一体型などがある。この内、循環溝一体型は別部品が不要なためコストが低く、また別部品が破損や脱落する可能性が無いことから近年になって普及が進んでいる。
【０００４】
ナットの内周面にボールの転動溝を形成する方法は通常、切削加工や研削加工が用いられる。転動溝の切削加工には、ナットを中心軸回りに回転させ、回転に同期させて切削工具をナットの軸方向に移動させることで転動溝を形成する方法（旋削加工）や、回転する切削工具がナット内周面を螺旋状に移動することで転動溝を形成する（ヘリカル加工）等の方法がある（特許文献１）。
【０００５】
循環溝一体型のナットでは転動溝と循環溝が一体となっているため（図２参照）、転動溝の形成において周方向の一部で加工を止める必要があるのに対し、前記旋削加工では転動溝がナットの一方の軸方向端面から他方の端面まで途切れなく形成されるので、循環溝一体型のナットを製造することはできない。そのため循環溝一体型ナットの製造には後者のヘリカル加工を用いるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２０１０−１７５８０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ヘリカル加工によってナットの内周面に転動溝を形成するには、切削工具の回転軸もしくはナットのどちらかを転動溝のリード角分だけ傾ける必要があり、装置が複雑、高価になるという課題があった。また、内径の小さいナットでは切削工具の回転軸を傾斜させる余地が小さいので加工可能なリード角に制限があった。さらに、転動溝を構成する軌道面、逃げ部、面取り部（図３参照）を一つの切削工具で加工することができる総形工具を用いれば部位毎に工具を交換する必要が無く、加工時間を短縮できるが、従来のヘリカル加工において総形工具を用いる場合は上述のように切削工具またはナットの何れかをリード角分だけ傾ける必要があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、その目的は切削工具の回転軸とナットの中心軸とを平行に保ちつつ、特殊な形状の切削工具を用いることで部位毎に切削工具を交換することなく軌道面、逃げ部、面取り部を形成することができるボールねじ用ナットの加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、以下の構成により達成される。
（１）外周面に螺旋状の転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記転動溝に対向する転動溝を形成したナットとを有し、前記ねじ溝の前記転動溝と前記ナットの前記転動溝とを複数のボールを介して螺合させたボールねじ装置の前記ナットを１本の切削工具で加工するボールねじ用ナットの転動溝の加工において、前記切削工具の回転軸と前記ナットの中心軸とを平行に保持した状態で、前記切削工具を前記回転軸回りに回転させつつ、前記ナットの内周面に沿って螺旋状に１回または複数回移動させた時に、前記切削工具の刃先の任意の一点が描く軌跡の前記転動溝に直角な平面における包絡線が、前記転動溝に直角な平面における前記転動溝の正規の断面形状に略等しいことを特徴とする、ボールねじ用ナットの加工方法。
（２）外周面に螺旋状の転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記転動溝に対向する転動溝を形成したナットとを有し、前記ねじ溝の前記転動溝と前記ナットの前記転動溝とを複数のボールを介して螺合させたボールねじ装置の前記ナットを１本の切削工具で加工するボールねじ用ナットの転動溝の加工において、前記切削工具の回転軸と前記ナットの中心軸とを平行に保持した状態で、前記切削工具を前記回転軸回りに回転させつつ、前記ナットの内周面に沿って螺旋状に移動させた時に、前記切削工具の刃先の任意の一点が描く軌跡の前記転動溝に直角な平面における包絡線が、前記転動溝に直角な平面における前記転動溝の正規の断面形状に略等しいことを特徴とする、ボールねじ用ナットの切削工具。
（３）前記包絡線が前記転動溝の軌道面と、逃げ部と、面取り部とを含む、（２）に記載のボールねじ用ナットの切削工具。
【発明の効果】
【００１０】
切削工具の回転軸とナットの中心軸とを平行な状態として転動溝を加工するので従来のヘリカル加工と比べて装置を簡略化でき、装置コストを低減させることができる。また、１本の切削工具で転動溝を構成する軌道面、逃げ部、面取り部を加工できるので加工の途中で切削工具を交換する必要がなく、加工時間の短縮と工具コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の様態をしめす模式図である。
【図２】循環溝一体型ナットの断面を含む斜視図である。
【図３】転動溝の断面図である。
【図４】ブランクの加工形態を示す模式図である。
【図５】第１中間素材の加工形態を示す模式図である。
【図６】転動溝の加工形態を示す模式図である。
【図７】刃先の断面形状を示す模式図である。
【図８】（ａ）は切削加工中のナットの回転軸に直角な断面を示す図である。（ｂ）は複数の刃先の軌跡の包絡線が転動溝を形成する過程を示す模式図である。
【図９】複数の刃先の軌跡の包絡線が軌道面、逃げ部、面取り部を含む転動溝を形成する過程を示す模式図である。
【図１０】複数回の切削加工によって転動溝が形成される様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
本発明は、図１に示すように切削工具２０の回転軸Ｃｋをナット１の中心軸Ｃｗと平行に保持した状態で、切削工具２０を回転軸Ｃｋ回りに回転させつつ、ナット１の内周面４に沿って螺旋状に移動させた時に、切削工具２０の刃先２１の任意の一点が描く軌跡の転動溝８に直角な平面における包絡線が、転動溝８に直角な平面における転動溝８の正規の断面形状に略等しくなるよう、切削工具２０の刃先２１の形状や直径を設定するものである。
【００１４】
以下、ナット１の加工を工程毎に分けて説明する。先ず、鋼製のナット用素材から、軸方向の一端にフランジ１１を有する円筒体（ブランク１０）を通常の精度で作製する。次に、図４に示すように、チャック３０により、このブランク１０のフランジ１１とは反対側の端面１２と、外周面の軸方向で端面１２側の半分を保持し、ブランク１０の内周面４と、フランジ１１の端面１１ａおよび外周面１１ｂを、連続的に（ブランク１０をチャック３０から外さずに）切削加工または研削加工する。これにより、ブランク１０の内周面４とフランジ１１の外周面１１ｂとの同軸度を小さく（例えば０．０１ｍｍ以下に）できる。また、ブランク１０の内周面４に対するフランジ１１の端面１１ａの直角度を小さくすることができる。ナット１の素材としては炭素鋼、ステンレス鋼、軸受鋼などを用いることができる。
【００１５】
次の工程として、フランジ１１の端面１１ａを軸方向基準とし、フランジ１１の外周面１１ｂを径方向基準として、ブランク１０の内周面４に循環溝３を塑性加工で形成し、第１中間素材１００とする。循環溝の形成は、例えば図５に示す方法で行う。図５の方法では、ブランク１０の内周面４に対応する外周面６ａを有する加工ヘッド６と、ブランク１０を保持する保持部材５を備えた金型を用いる。加工ヘッド６の外周面６ａに、循環溝３の形状に対応するＳ字状の凸部６１が形成されている。保持部材５によって固定されたブランク１０の内周面４に向かって加工ヘッド６を押し付けると凸部６１が内周面４の一部を塑性変形させ、循環溝３が形成される。
【００１６】
さらに、図６に示すようにフランジ１１の端面１１ａを軸方向基準とし、フランジ１１の外周面１１ｂを径方向基準として、第１中間素材１００の内周面４に転動溝８をヘリカル加工で形成する。すなわち、第１中間素材１００の保持部材９は、例えば周方向の三等分された位置に配置された３つの爪９ａ〜９ｃからなる３爪チャックであり、全ての爪９ａ〜９ｃに、フランジ１１の端面１１ａを受ける座面９２と、フランジ１１の外周面１１ｂを受ける内周面９３が形成されている。保持部材９の座面９２が軸方向基準設定面であり、内周面９３が径方向基準設定面である。
【００１７】
そして、図６に示すように、第１中間素材１００を保持部材９で保持する。その際に、フランジ１１の外周面１１ｂと第１〜第３の爪９ａ〜９ｃの内周面９３との接触により、第１中間素材１００の径方向の位置決めがなされる。さらに、フランジ１１の端面１１ａと第１〜第３の爪９ａ〜９ｃの座面９２との接触により、第１中間素材１００の軸方向の位置決めがなされる。この状態で、切削工具２０を第１中間素材１００の内部の空間に挿入し、その刃先の軸方向位置が循環溝３の一端近傍となる位置（切削開始点）に配置させる。
【００１８】
次に切削工具２０を回転軸Ｃｋ回りに回転させつつ、径方向外側に一定量移動させて切削を開始する。前記の径方向移動量は一般的な切削加工における「切り込み量」に相当し、この量はナット１の素材、切削工具２０の加工能力に応じて決定する。次に切り込み量を一定としつつ切削工具２０をナット１の内周面４に沿って螺旋状に移動させる。刃先２１が循環溝３の他端に到達すると切削工具２０を径方向内側に移動させる。これにより、螺旋状の転動溝８を、その両端部が循環溝３と接続されるように形成する。このときの螺旋ωｗのピッチ（１周当たりの軸方向移動量）は形成すべき転動溝８のリードと等しい。
【００１９】
本発明に係るナットの切削加工においては、切削工具２０の回転軸Ｃｋがナット１の中心軸Ｃｗと平行であることを特徴とするので、刃先２１は転動溝８をリード角分だけ斜めに横切るように移動する。そのため刃先２１の断面形状は図７に示すよう転動溝８の軸方向断面を基本形状として、リード方向に転動溝８と切削工具２０が干渉しないよう前記基本形状を軸方向に圧縮した形状とし、かつ、転動溝８と切削工具２０が干渉しない直径とする。さらに、１回または複数回の切削加工により刃先２１の任意の一点が描く軌跡の転動溝８に直角な平面における包絡線が、転動溝８に直角な平面における転動溝８の正規の断面形状に略等しくなるよう、切削工具２０の形状を設定する。
【００２０】
次に、本発明に係る切削加工によって転動溝８が形成される過程を詳細に説明する。図８（ａ）は切削加工中におけるナット１の中心軸Ｃｗに直角な断面を、図８（ｂ）はナット１のＡ−Ａ断面における切削工具２０の刃先２１が通過する軌跡を示している。図８（ａ）のようにＸ軸、Ｙ軸及びθを設定した場合、θ＝０の位置における転動溝８の形成に関与する切削工具２０の位置はφ１からφ２までとなる。φ１からφ２の範囲における任意の時点での切削工具２０の位置を例えばθ１からθ４とすると、θ１の位置では切削工具２０の先端付近がθ＝０の位置における転動溝８の最も内径寄りの領域の形成に関与している。ナット１の転動溝８が右ねじの場合、θ１における切削工具２０はＸ−Ｙ平面よりも紙面上方にあるので、この時の切削工具２０の刃先２１は図８（ｂ）に示すように転動溝８の最終形状における中心線よりも上方、かつナット１の中心寄りを通過する。
【００２１】
θ２における刃先２１の軌跡はθ１の時よりもθ＝０の位置における転動溝８の中心線に接近し、ナット１の径方向外側に移動する。切削工具２０がθ＝０の位置に来ると刃先２１の軌跡は軸方向位置が転動溝８の最終形状に一致し、軌跡の先端の径方向位置が転動溝８の最終形状と一致する。θ＝０の位置を通過後、θ３、θ４に移動するにつれて刃先２１の軌跡は転動溝８の最終形状における中心線より下方に移動し、またナット１の径方向内側に移動する。このように、φ１からφ２の範囲を切削工具２０が移動する過程で任意の位置での刃先２１の軌跡がθ＝０の位置における転動溝８の断面形状の一部を形成し、それが集成されて転動溝８の正規の断面形状となる。
【００２２】
また、本発明は転動溝８の形成において軌道面８１、逃げ部８２、面取り部８３を一つの切削工具で形成することを特徴とする。具体的には、図９に示すように、刃先２１の移動範囲によって形成される包絡線が軌道面８１、逃げ部８２、面取り部８３を含む転動溝８の正規の断面形状と略等しくなるよう、切削工具２０の断面形状及び直径を設定する。
【００２３】
さらに、転動溝８の切削加工は転動溝８の大きさやナット１の素材に応じて１回または複数回行う。転動溝８が小さい場合は１回の切削加工で形成することが可能だが、ナット１の素材が切削加工し難い材料である場合や、転動溝８が比較的大きい場合は複数回に分けて加工する必要がある。切削加工を複数回に分けて行う場合は、１回の切削加工毎に螺旋ωｗの直径を大きくし、ナット１の径方向の切り込みが大きくなるように加工する。
【００２４】
図１０は例として２回の切削加工によって転動溝８の形成を行う様子を示している。図１０（ａ）は切削工具２０が有する複数の刃先２１の内の一つの断面を示しており、図１０（ｂ）は切削工具２０の回転に伴って複数の刃先２１が通過する軌跡の包絡線Ｃ１が１回目の切削加工における転動溝８の中間形状を形成する様子を示している。
【００２５】
次に切削工具２０を切削開始点に移動させ、切り込み量を１回目の加工から僅かに大きくした状態で螺旋状に移動させ、２回目の切削を行う。この時の切削工具の軌跡である前記螺旋ωｗは前回の加工と比べてピッチは等しく、直径は大きい。図１０（ｃ）は２回目の切削加工の過程で複数の刃先２１が通過する軌跡の包絡線Ｃ２が転動溝８の最終形状を形成する様子を示している。このように複数回の切削加工の完了時には図２に示すように、１リード未満の転動溝８の両端が循環溝３で接続された状態となる。
【００２６】
以上、説明したような加工を行うことにより、切削工具２０の回転軸Ｃｋとナット１の中心軸Ｃｗとを平行な状態として転動溝８を加工するので従来のヘリカル加工と比べて装置を簡略化でき、コストを低減させることができる。また、１本の切削工具２０で転動溝８の軌道面８１、逃げ部８２、面取り部８３とを加工できるので加工の途中で切削工具２０を交換する必要がなく、加工時間の短縮と工具コストの低減を実現することができる。
【００２７】
尚、本発明はコマ式、チューブ式ナットにおいても適用可能である。コマ式のナットを加工する場合は予め形成されたコマ挿入孔の位置を測定し、転動溝８の切削開始点とする。また、チューブ式のナットを加工する場合は予め形成されたチューブ挿入孔の位置を測定し、転動溝８の切削開始点とすれば良い。また、本発明に係る切削加工を行った後、転動溝に研削加工を施すことも可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ナット
３  循環溝
４  内周面
５  保持部材
６  加工ヘッド
６１  凸部
８  転動溝
８１  軌道面
８２  逃げ部
８３  面取り部
９  保持部材
１０  ブランク
１１  フランジ
２０  切削工具
２１  刃先の外形形状
１００  第１中間素材
Ｃｋ  切削工具の回転軸
Ｃｗ  ナットの中心軸
ωｋ  工具の回転方向
ωｗ  螺旋
【図１】
2015024471.tif 000003
【図２】
2015024471.tif 000004
【図３】
2015024471.tif 000005
【図４】
2015024471.tif 000006
【図５】
2015024471.tif 000007
【図６】
2015024471.tif 000008
【図７】
2015024471.tif 000009
【図８】
2015024471.tif 000010
【図９】
2015024471.tif 000011
【図１０】
2015024471.tif 000012