(57)【要約】【課題】ねじ軸のボールねじ溝の面性状を向上できるねじ溝切削方法および装置を提供する。【解決手段】ボールねじ溝１１を螺旋状に形成したねじ軸１０を回転可能に支持するねじ軸支持手段３１と、ねじ軸支持手段に支持されたねじ軸を回転するねじ軸回転手段３３と、ボール転動面を切削する砥石２１を取付けた砥石軸５３をボール転動の略中心を通る軸線の回りに回動可能に支持する砥石支持手段３２と、砥石支持手段をねじ軸回転手段に対して同期してねじ軸の軸線方向に相対移動させる相対移動手段と、砥石支持手段に支持された砥石軸を所定角度往復回動するオシレーション作動手段６０とによって構成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に転動ボールが転動するボールねじ溝を螺旋状に形成したねじ軸と、前記ボールねじ溝のボール転動面を切削する砥石とを、前記ねじ軸の回転に同期して前記ねじ軸の軸線方向に相対移動させて、前記砥石によって前記ボールねじ溝のボール転動面を切削するねじ溝切削方法にして、
前記砥石を、前記ボールねじ溝のボール転動面を転動する前記転動ボールの略中心を通る軸線の回りに所定角度範囲でオシレーション動作させて前記ボールねじ溝のボール転動面を切削するようにしたことを特徴とするねじ溝切削方法。
【請求項２】
外周に転動ボールが転動するボールねじ溝を螺旋状に形成したねじ軸を回転可能に支持するねじ軸支持手段と、該ねじ軸支持手段に支持された前記ねじ軸を回転するねじ軸回転手段と、前記ボールねじ溝のボール転動面を切削する砥石を取付けた砥石軸を前記転動ボールの略中心を通る軸線の回りに回動可能に支持する砥石支持手段と、該砥石支持手段を前記ねじ軸回転手段に対して同期して前記ねじ軸の軸線方向に相対移動させる相対移動手段と、前記砥石支持手段に支持された前記砥石軸を所定角度範囲でオシレーション動作するオシレーション作動手段とによって構成したことを特徴とするねじ溝切削装置。
【請求項３】
請求項２において、前記砥石は、前記転動ボールの曲率にほぼ一致する曲率を有する少なくとも１つの砥石部材からなり、この砥石部材によって前記ボールねじ溝の２か所のボール転動面を同時に切削するようにしたことを特徴とするねじ溝切削装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記オシレーション作動手段は、前記ボールねじ溝に前記転動ボールが接触する接触角度より僅かに大きな角度領域だけ前記砥石軸を往復回動させるように構成されていることを特徴とするねじ溝切削装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４の何れか１項において、前記オシレーション作動手段は、モータと、該モータによって偏心回転される偏心部材と、該偏心部材の偏心運動を前記砥石軸の往復回動運動に変換するクランク機構とによって構成したことを特徴とするねじ溝切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸の外周に形成したボールねじ溝を切削するねじ溝切削方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ラックシャフトと同軸的に電動モータを配設したラック同軸型電動パワーステアリング装置においては、例えば、ステアリングシャフトの回転によって軸方向移動されるラックシャフトにボールねじシャフトを一体に設け、このボールねじシャフトに転動ボールを介して螺合するボールナットを、電動モータのモータシャフトに固定し、モータシャフトの回転運動をラックシャフトの軸方向運動に変換するボールねじ装置を備えている。
【０００３】
この種の電動パワーステアリング装置に用いられるボールねじシャフトのボールねじ溝の仕上加工は、例えば、特許文献１に記載されているように、ボールねじ溝形状に補合する形状の総形の砥石車を用いて、ボールねじシャフトの回転に同期して、ボールねじシャフトと砥石車とをボールねじシャフトの軸線方向に相対移動させて行うようにしている。
【特許文献１】特開平５−１３８４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、ボールねじ溝を総形の砥石車を用いて研削するだけでは、砥石車に研削されたボールねじ溝の研削面にリード方向の研削スジが発生して、ボールねじ溝の面性状を向上することが難しく、転動ボールの円滑な転動作用を向上するうえで限界を生ずる恐れがあった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ねじ軸のボールねじ溝の面性状を向上できるねじ溝切削方法および装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、外周に転動ボールが転動するボールねじ溝を螺旋状に形成したねじ軸と、前記ボールねじ溝のボール転動面を切削する砥石とを、前記ねじ軸の回転に同期して前記ねじ軸の軸線方向に相対移動させて、前記砥石によって前記ボールねじ溝のボール転動面を切削するねじ溝切削方法にして、前記砥石を、前記ボールねじ溝のボール転動面を転動する前記転動ボールの略中心を通る軸線の回りに所定角度範囲でオシレーション動作させて前記ボールねじ溝のボール転動面を切削するようにしたことを特徴とするねじ溝切削方法である。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、外周に転動ボールが転動するボールねじ溝を螺旋状に形成したねじ軸を回転可能に支持するねじ軸支持手段と、該ねじ軸支持手段に支持された前記ねじ軸を回転するねじ軸回転手段と、前記ボールねじ溝のボール転動面を切削する砥石を取付けた砥石軸を前記転動ボールの略中心を通る軸線の回りに回動可能に支持する砥石支持手段と、該砥石支持手段を前記ねじ軸回転手段に対して同期して前記ねじ軸の軸線方向に相対移動させる相対移動手段と、前記砥石支持手段に支持された前記砥石軸を所定角度範囲でオシレーション動作するオシレーション作動手段とによって構成したことを特徴とするねじ溝切削装置である。
【０００８】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記砥石は、前記転動ボールの曲率にほぼ一致する曲率を有する少なくとも１つの砥石部材からなり、この砥石部材によって前記ボールねじ溝の２か所のボール転動面を同時に切削するようにしたことを特徴とするねじ溝切削装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項２または請求項３において、前記オシレーション作動手段は、前記ボールねじ溝に前記転動ボールが接触する接触角度より僅かに大きな角度領域だけ前記砥石軸を往復回動させるように構成されているねじ溝切削装置である。
【００１０】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項２ないし請求項４の何れか１項において、前記オシレーション作動手段は、モータと、該モータによって偏心回転される偏心部材と、該偏心部材の偏心運動を前記砥石軸の往復回動運動に変換するクランク機構とによって構成したねじ溝切削装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、砥石を、ボールねじ溝のボール転動面を転動する転動ボールの略中心を通る軸線の回りに所定角度往復回動させてボールねじ溝のボール転動面を切削するようにしたので、砥石がボールねじ溝を一方向からだけでなく所定角度にわたる多方向から磨いた状態となり、ボールねじ溝のボール転動面の面性状を向上することができる。これにより、砥石による切削後にボールねじ溝に残るスジが多方向からの磨きによって鏡面化され、ボール転動面を転動する転動ボールの転動性能を向上することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、ねじ軸を回転可能に支持するねじ軸支持手段と、砥石を取付けた砥石軸を転動ボールの略中心を通る軸線の回りに回動可能に支持する砥石支持手段と、砥石支持手段をねじ軸回転手段に対して同期してねじ軸の軸線方向に相対移動させる相対移動手段と、砥石支持手段に支持された砥石軸を所定角度範囲でオシレーション動作する砥石オシレーション作動手段とを備えているので、ボールねじ溝のボール転動面の面性状を向上できるねじ溝切削を行えるねじ溝切削装置を容易に具現化することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、砥石は、転動ボールの曲率にほぼ一致する曲率を有する少なくとも１つの砥石部材からなり、この砥石部材によってボールねじ溝の２か所のボール転動面を同時に切削するようにしたので、転動ボールが転動するボール転動面を効率的に仕上切削することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、オシレーション作動手段は、ボールねじ溝に転動ボールが接触する接触角度より僅かに大きな角度領域だけ往復回動させるように構成されているので、転動ボールが転動するボール転動面を効率的に仕上切削することができるとともに、往復回動運動の高速化が可能となる。
【００１５】
請求項５に係る発明によれば、オシレーション作動手段は、モータと、モータによって偏心回転される偏心部材と、偏心部材の偏心運動を砥石軸の往復回動運動に変換するクランク機構とによって構成したので、砥石の往復回動運動を簡単な構成によって実現できるとともに、往復回動運動の高速化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明の超仕上における切削方法を、図１および図２に基づいて説明する。
【００１７】
図１において、１０は、外周に螺旋状のボールねじ溝１１を形成したねじ軸を示し、ねじ軸１０は、後述する構成のねじ軸支持手段によってねじ軸１０の軸線方向（Ｚ軸方向）に平行な軸線の回りに回転可能に支持され、サーボモータ１３を駆動源とするねじ軸回転手段によって回転されるようになっている。ねじ軸１０に形成されたボールねじ溝１１の溝形状は、図２に示すように、曲率半径Ｒ１の２つの円弧Ｃ１、Ｃ２を中間部で交差させた形状、すなわち、ゴシックアーチ形状をなし、図略のナットとの間に介在される転動ボール１４が、２つの円弧Ｃ１、Ｃ２上のボール転動面１５、１６を転動するように構成されている。ねじ軸１０のボールねじ溝１１は、公知の適宜な研削方法でゴシックアーチ形状に研削される。
【００１８】
図３（ａ）は、予めゴシックアーチ形状に研削されたボールねじ溝１１のボール転動面１５，１６を、仕上切削する切削方法を示すものである。ボール転動面１５，１６を仕上切削する砥石２１は、転動ボール１４が接触する領域よりも少し広い領域である２つの円弧Ｃ１、Ｃ２上のボール転動面１５、１６を同時に切削する切削面２３ａ、２４ａを有する２つの砥石部材２３、２４からなっている。砥石２１は、ボールねじ溝１１のボール転動面１５，１６を転動する転動ボール１４の中心を通り、ねじ軸１０の回転軸線方向（Ｚ軸方向）に交差し、ボールねじ溝１１のリード方向である軸線Ｏ１の回りに回動可能な砥石保持部材２５に保持されている。砥石２１を構成する２つの砥石部材２３、２４の各切削面２３ａ、２４ａは、転動ボール１４の半径よりも僅かに大きい回転半径を有し、かつ転動ボール１４の曲率よりも僅かに大きい曲率を有している。
【００１９】
砥石保持部材２５は、図４に示すように、後述する構成のオシレーション作動手段によって所定の角度範囲θで往復回動（オシレーション動作）されるようになっている。また、砥石保持部材２５は、図１に示すように、ねじ軸１０の回転軸線方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持され、上記したサーボモータ１３により同期手段２７を介して駆動されるボールねじ機構２６を介してＺ軸方向に送り制御されるようになっている。かかる同期手段２７によって、ねじ軸１０の回転と砥石保持部材２５の送りが同期制御される。すなわち、ねじ軸１０のボールねじ溝１１のリードに応じて、砥石保持部材２５は、ねじ軸１０の回転に同期して送り制御され、ボールねじ溝１１の２つボール転動面１５、１６（図３参照）に、常に２つの砥石部材２３、２４の切削面２３ａ、２４ａが対応するように制御される。
【００２０】
ボールねじ溝１１の２つの円弧Ｃ１、Ｃ２上の各ボール転動面１５，１６を仕上切削する場合には、図３の状態において、ねじ軸１０がサーボモータ１３によって比較的低速で回転制御されるとともに、このねじ軸１０の回転に同期して、砥石保持部材２５が比較的低速でＺ軸方向に送り制御される。同時に、砥石保持部材２５により、所定の押圧力で砥石部材２３，２４の各切削面２３ａ、２４ａを各ボール転動面１５，１６に押付けた状態で、オシレーション作動手段によって、図４に示すように、軸線Ｏ１の回りに高速で所定角度θ往復回動され、これによってボールねじ溝１１の２つのボール転動面１５、１６が、所定の角度範囲に亘って同時にオシレーション切削される。
【００２１】
上記したねじ溝切削方法によれば、転動ボール１４が転動するボール転動溝１５，１６の面性状を向上することができ、転動ボール１４の転動性能を向上できるようになる。オシレーション切削終了後、砥石保持部材２５を図３に示す状態に保持してボール転動溝１５，１６を切削するようにしてもよい。従って、このように仕上切削されたねじ軸１０を、電動パワーステアリング装置のボールねじシャフトとして用いれば、転動ボール１４がボール転動溝１５，１６を円滑に転動されることにより、操舵フィーリングを向上できるようになる。
【００２２】
なお、この実施の形態では、砥石２１として、図３（ａ）に示す２つの砥石部材２３、２４を用いたが、図３（ｂ）に示すように１つの砥石部材２１ａであってもよい。
【００２３】
次に、上記したねじ溝切削方法を実現するためのねじ溝切削装置の具体的構成について、図５ないし図７に基づいて説明する。
【００２４】
図５において、３０はねじ溝切削装置を示し、当該ねじ溝切削装置３０は、主として、工作物としてのねじ軸１０を回転可能に支持するねじ軸支持手段３１と、砥石２１を支持する砥石支持手段３２と、ねじ軸１０を回転駆動するねじ軸回転手段３３と、砥石支持手段３２をＺ軸方向に送り制御するボールねじ送り機構３４とによって構成されている。
【００２５】
ねじ軸支持手段３１は、ねじ溝切削装置３０のベッド３５上に所定距離離間して設置された主軸台３７および心押台３８とによって構成され、主軸台３７には、ねじ軸１０の一端を支持する主軸センタ３９を取付けた主軸４０が回転可能に支持されている。主軸４０の回転は、主軸４０に取付けられ、ねじ軸１０の一端に係合する駆動金具４１を介してねじ軸１０に伝達される。主軸４０は、ベッド３５上に設置されたサーボモータ４３によってタイミングベルト伝動手段４４を介して回転駆動される。かかるサーボモータ４３とタイミングベルト伝動手段４４とによって、ねじ軸回転手段３３を構成している。
【００２６】
ねじ軸１０は、例えば、電動パワーステアリング装置に用いられるボールねじシャフトのようなもので、ボールねじシャフト上にはゴシックアーチ形状をしたボールねじ溝１１（図２〜図４参照）が螺旋状に形成されている。
【００２７】
一方、心押台３８には、ねじ軸１０の他端を支持する心押センタ４５を取付けた心押軸４６がＺ線方向に進退可能に支持され、図略の進退用シリンダによって進退されるようになっている。ねじ軸１０は心押軸４６の進退によって、主軸センタ３９と心押センタ４５との間に支持され、サーボモータ４３の回転によって駆動金具４１を介して回転される。
【００２８】
また、ベッド３５上には、砥石台４８が一対のリニアガイド４９、５０によってねじ軸１０の軸線方向と平行な方向（Ｚ軸方向）に移動可能に案内支持されている。ベッド３５上には、砥石台４８の移動方向と平行にボールねじ軸５１が回転可能に支持され、ボールねじ軸５１に螺合するボールナット５２が砥石台４８に取付けられている。かかるボールねじ軸５１とボールナット５２とによって、ボールねじ送り機構３４を構成している。
【００２９】
ボールねじ軸５１の一端は、主軸台３７内に設けられたギヤトレーンからなる同期機構２７Ａを介して主軸４０に連結され、サーボモータ４３の回転によって、主軸４０が回転されるとともに、この回転に同期してボールねじ軸５１が回転されるようになっている。これにより、サーボモータ４３の回転によって、砥石台４８は、ねじ軸１０のボールねじ溝１１のリードに応じて、ねじ軸１０の回転に同期してＺ軸方向に送り制御される。上記したボールねじ送り機構３４と、サーボモータ４３と、同期機構２７Ａとによって、請求項における相対移動手段を構成している。
【００３０】
砥石台４８上には、砥石支持手段３２が設置され、砥石支持手段３２には砥石軸５３がねじ軸１０の軸線と交差する水平軸線Ｏ１の回りに回転可能に支持されている。かかる水平軸線Ｏ１は、ねじ軸１０の軸線に直角に交わる直角線に対して、ボールねじ溝１１のリード角分だけ傾斜され、ねじ軸１０の上部においてボールねじ溝角度と平行をなしており、かつその軸心高さは、ねじ軸１０の上部のボールねじ溝１１を転動する転動ボール１４の仮想中心（図２および図３に示すＯ１）と同じ高さに設定されている。
【００３１】
砥石軸５３の先端には、砥石保持部材２５を構成する砥石ヘッド５５が旋回軸５６を介してねじ軸１０の軸線と平行な軸線の回りに旋回可能に支持され、定圧用シリンダ５７によって、図６の実線で示す切削位置と、２点鎖線で示す逃がし位置に旋回するようになっている。砥石ヘッド５５には、砥石２１が着脱可能に保持されている。砥石２１は、図３に示すように、ゴシックアーチ形状からなるボールねじ溝１１の２つの円弧部Ｃ１、Ｃ２上のボール転動面１５，１６を切削する板状の２つの砥石部材２３、２４を備えている。砥石部材２３、２４の先端には、上記した転動ボール１４の半径よりも僅かに大きい半径を有する切削面２３ａ、２４ａが形成され、この切削面２３ａ、２４ａは、転動ボール１４の曲率よりも僅かに大きい曲率を有している。これにより、砥石ヘッド５５の切削位置（図６の実線に示す状態）において、２つの砥石部材２３、２４により、ボールねじ溝１１の２つのボール転動面１５、１６が同時に切削される。
【００３２】
砥石軸５３の後端には、砥石軸５３を所定の角度範囲θに亘って往復回動、すなわち、オシレーション動作させるオシレーション作動手段６０が設けられている。オシレーション作動手段６０は、図５および図７に示すように、砥石台４８に設置されたオシレーション用モータ６１と、オシレーション用モータ６１によって回転される回転軸６１ａに設けられた偏心回転可能な偏心軸６２と、この偏心軸６２と砥石軸５３の後端とを連結するクランクアーム６３とベルクランク６４からなるクランク機構６５とによって構成されている。これにより、オシレーション用モータ６１の高速回転により、偏心軸６２とクランク機構６５を介して砥石軸５３が所定の角度範囲θで高速でオシレーション動作されるようになる。
【００３３】
次に、上記した構成からなるねじ溝切削装置３０の動作について説明する。かかるねじ溝切削装置３０による切削の前工程において、ねじ軸１０の外周には、図２に示すようなゴシックアーチ形状のボールねじ溝１１が公知の方法で研削もしくは旋削加工される。ゴシックアーチ形状のボールねじ溝１１が加工されたねじ軸１０が、ねじ軸支持手段３１の主軸センタ３９と心押センタ４５との間に支持される。
【００３４】
一方、砥石部材２３、２４からなる砥石２１を保持した砥石ヘッド５５が、定圧用シリンダ５７によって旋回軸５６の回りに旋回され、図６の実線で示す切削位置に位置決めされる。その状態で、サーボモータ４３によってねじ軸１０が回転されるとともに、この回転に同期して砥石支持手段３２を設置した砥石台４８が、ボールねじ溝１１のリードに応じて同期的に送り制御される。すなわち、サーボモータ４３の回転によって、主軸４０および駆動金具４１を介してねじ軸１０が所定の回転速度で回転駆動されるとともに、同期機構２７Ａを介してボールねじ軸５１が主軸４０の回転に同期して回転駆動され、砥石支持手段３２がねじ軸１０の軸線方向（Ｚ軸方向）に送り制御される。これにより、図３に示すように、２つの砥石部材２３、２４の切削面２３ａ、２４ａによって、螺旋状のボールねじ溝１１の各ボール転動面１５、１６を連続して切削できる。
【００３５】
この際、同時に、オシレーション用モータ６１が駆動されて、偏心軸６２が偏心回転され、この偏心軸６２の偏心回転がクランク機構６５によって砥石軸５３の往復回動運動に変換されるので、砥石部材２３、２４は、図４に示すように、所定の角度範囲θで高速でオシレーション動作（往復回動）され、ボール転動面１５、１６をオシレーションしながら切削加工する。これによって、砥石部材２３、２４がボールねじ溝１１を一方向からだけでなく所定角度にわたる多方向から磨いた状態となるので、ボール転動面１５、１６の面性状を大幅に向上することができる。
【００３６】
上記した実施の形態においては、ねじ軸１０の回転に同期して、砥石支持手段３２を、ねじ軸１０の軸線方向（Ｚ軸方向）に送り制御する例について述べたが、砥石支持手段３２をＺ軸方向に固定し、ねじ軸１０を螺旋状に沿って回転しながら軸線方向に移動させるようにしてもよい。
【００３７】
また、上記した実施の形態においては、ねじ軸１０を回転する主軸４０と、砥石２１を支持する砥石支持手段３２とを、機械的な同期機構２７Ａによって同期させるようにしたが、例えば、主軸４０を回転するモータと、砥石支持手段３２を送り制御するモータとを電気的に同期制御させることもできる。
【００３８】
さらに、上記した実施の形態においては、オシレーション作動手段６０を、オシレーション用モータ６０によって偏心回転される偏心軸６２と、この偏心軸６２の偏心回転を、砥石軸５３のオシレーション運動（往復揺動運動）に変換するクランク機構６５とによって構成したが、オシレーション作動手段６０の構成は、実施の形態で述べたものに限定されるものではなく、各種の構成を採り得るものである。
【００３９】
斯様に、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態を示すねじ溝切削方法の概要図である。
【図２】ねじ軸のボールねじ溝の形状を示す図である。
【図３】ねじ軸のボールねじ溝のボール転動面の切削加工状態を示す図である。
【図４】砥石のオシレーションを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態を示すねじ溝切削装置の平面図である。
【図６】図５のねじ溝切削装置の側面図である。
【図７】図５の矢印７方向から見た図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・ねじ軸、１１・・・ボールねじ溝、１３・・・サーボモータ、１４・・・転動ボール、１５、１６・・・ボール転動面、２１・・・砥石、２３、２４・・・砥石部材、２３ａ、２４ｂ・・・切削面、２５・・・砥石保持部材、２７・・・同期手段、２７Ａ・・・同期機構、３０・・・ねじ溝切削装置、３１・・・ねじ軸支持手段、３２・・・砥石支持手段、３３・・・ねじ軸回転手段、３４・・・ボールねじ送り機構、３５・・・ベッド、３７・・・主軸台、３８・・・心押台、３９、４５・・・センタ、４０・・・主軸、４３・・・サーボモータ、４４・・・ベルト伝動手段、４８・・・砥石台、５３・・・砥石軸、５５・・・砥石ヘッド、６０・・・オシレーション作動手段、６１・・・オシレーション用モータ、６２・・・偏心軸、６５・・・クランク機構、Ｏ１・・・回動中心、θ・・・角度範囲。
【図１】
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【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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