(57)【要約】【課題】転造開始部に形成される不完全ねじ部の長さを、スルーフィード転造加工のみによって許容値以下に抑えることが可能な技術を提供する。【解決手段】本発明は、ロールダイス１０間で円柱状素材１８にボールねじをスルーフィード転造する方法である。この転造方法では、ロールダイス１０に、円柱部１４と、その円柱部１４の両端に連続して外向きに径が減少する円錐台部１２、１６を設けておき、ボールねじを転造する円柱状素材１８のボールねじ転造用円柱部２が、ロールダイス円柱部１４の軸方向長さの１０〜６５％の範囲でロールダイス円柱部１４にオーバーラップする位置関係で、ロールダイス１０間距離を接近させ始めることを特徴とする。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールダイス間で円柱状素材にボールねじをスルーフィード転造する方法において、
そのロールダイスには、円柱部と、その円柱部の両端に連続して外向きに径が減少する円錐台部を設けておき、
ボールねじを転造する円柱状素材を、ロールダイス円柱部の軸方向長さの１０〜６５％の範囲でロールダイス円柱部にオーバーラップする位置関係でロールダイス間距離を接近させ、ロールダイス円柱部を円柱状素材に当接させ転造を開始することを特徴とするボールねじの転造方法。
【請求項２】
小径円柱部にボールねじ部が連続し、ボールねじ部に非転造部が連続しているシャフトであり、ボールねじの小径円柱部側に形成される不完全ねじ部が２溝以下であり、かつ小径円柱部のボールねじ部近傍が、ボールねじを転造した後に切削加工されていないことを特徴とするシャフト。
【請求項３】
請求項２に記載のシャフトにおいて、前記非転造部はラック歯部であることを特徴とするシャフト。
【請求項４】
ロールダイス間で円柱状素材にボールねじをスルーフィード転造する方法において、
そのロールダイスには、円柱部と、その円柱部の両端に連続して外向きに径が減少する円錐台部を設けておき、
炭素鋼よりなり、そのビッカース硬さがＨｖ２００以上Ｈｖ２８０以下であるボールねじを転造する円柱状素材を、ロールダイス円柱部の軸方向長さの４０〜５０％の範囲でロールダイス円柱部にオーバーラップする位置関係でロールダイス間距離を接近させ、ロールダイス円柱部を円柱状素材に当接させ転造を開始することを特徴とするボールねじの転造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじを転造する技術に関するものである。特に、ボールねじの不完全ねじ部の長さを短く転造する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は、自動車のパワーステアリング装置に用いられるシャフトを例示している。シャフトには、図１の左から右に向かって順に、小径円柱部Ａ、ボールねじ部Ｂ、ラック歯部Ｃが形成されている。シャフトのラック歯部Ｃは、コラムシャフト下端に設けられたピニオン噛み合わされ、ラック・ピニオン機構を構成する。ボールねじ部Ｂは、モータによって回転されるボールねじナットに収容される。運転者がハンドルを操作するとコラムシャフトが回転し、ラック・ピニオン機構によってシャフトが軸方向に往復動する。シャフトが往復動すると、車輪が操舵される。モータがボールねじナットを回転させると、ボールねじナットがボールねじ部Ｂに軸方向の力を加え、これによってシャフトの往復動がアシストされる。
【０００３】
シャフトを製造する場合、小径円柱部Ａと、小径円柱部Ａよりも大径なボールねじ転造用の円柱部と、ラック歯部Ｃが形成された中間素材を製造する。そして、ロールダイスで、中間素材のボールねじ転造用円柱部を小径円柱部Ａ側からラック歯部Ｃ側に向けてスルーフィード転造し、ボールねじ部Ｂを完成させる。
ロールダイスには、円柱部と、その円柱部の両端に連続して外向きに径が減少する円錐台部が設けられている。スルーフィード転造を開始するに際しては、中間素材のボールねじ転造用円柱部が、ロールダイス円柱部の軸方向にオーバーラップする位置関係で２つのロールダイス間距離を接近させる。２つのロールダイス間距離が接近され、ボールねじ転造用円柱部がロールダイス円柱部間に挟まれると、中間素材は軸方向に送られ、ボールねじ転造用円柱部にボールねじ部Ｂが転造される。
【０００４】
スルーフィード転造を開始するに際しての、ボールねじ転造用円柱部が、ロールダイス円柱部にオーバーラップする量（以下、「オーバーラップ量」と言う）は、ロールダイス円柱部の軸方向長さの８０％以上とされている。
オーバーラップ量がロールダイス円柱部の軸方向長さの８０％以上とされていると、ボールねじ転造用円柱部の転造開始部（小径円柱部Ａ側の端部）は、ロールダイス円柱部と接した状態でロールダイス円柱部の軸方向に移動する距離が短くなり、ロールダイス円柱部のわずかな部分によってしか転造されない。従って、図２に示されているように、転造開始部に長さｅ＋ｆの不完全ねじ部が形成されることが避けられない。このため、ボールねじ転造用円柱部を長さｅだけ小径円柱部Ａ側に延長しておいて転造する。転造後にｅの範囲を切削加工等によって除去し、小径円柱部Ａに仕上げる。なお、ｆは、ボールねじ部Ｂに許容される不完全ねじ部の長さである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の技術によれば、長さｅだけ余分に転造しておき、その部分を後から切削加工等により除去しなければならず、加工工程が増え、シャフトの製造に時間とコストを要してしまう。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、転造開始部に形成される不完全ねじ部の長さを、転造加工のみによって許容値以下に抑えることが可能な技術を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用と効果】請求項１に記載の発明は、ロールダイス間で円柱状素材にボールねじをスルーフィード転造する方法である。この製造方法では、ロールダイスに、円柱部と、その円柱部の両端に連続して外向きに径が減少する円錐台部を設けておき、ボールねじを転造する円柱状素材を、ロールダイス円柱部の軸方向長さの１０〜６５％の範囲でロールダイス円柱部にオーバーラップする位置関係で、ロールダイス間距離を接近させ、ロールダイス円柱部を円柱状素材に当接させ転造を開始することを特徴とする。
【０００７】
従来、円柱状素材にボールねじをスルーフィード転造するに際しては、ボールねじを転造する円柱状素材を、ロールダイス円柱部の軸方向長さの８０以上％の範囲でロールダイス円柱部にオーバーラップする位置関係で、ロールダイス間距離を接近させ、ロールダイス円柱部を円柱素材に当接させて転造を開始していた。このような位置関係でロールダイス円柱部が円柱状素材を確りと掴んでいないと、スルーフィード転造を開始するときに円柱状素材が振れ回ってしまい、良好な転造結果が得られないと考えられていたからである。
発明者は、この常識にチャレンジし、鋭意種々の実験を繰り返した結果、ボールねじを転造する円柱状素材が、ロールダイス円柱部の軸方向長さの１０〜６５％の範囲でロールダイス円柱部にオーバーラップする位置関係で、ロールダイス間距離を接近させ、ロールダイス円柱部を円柱状素材に当接させて転造を開始しても、転造が良好に行われることを見出した。
上記の転造方法によれば、ボールねじを転造する円柱状素材の転造開始側は、ロールダイス円柱部によって良好に転造され、不完全ねじ部は転造開始側のわずかな範囲に形成されるのみである。このため、転造開始部に形成される不完全ねじ部の長さを許容値以下に抑えることができる。従って、余分に転造しておいて、その部分を後工程で除去する必要が無くなる。このため、良質なボールねじを安価に簡単に製造することができる。
【０００８】
請求項２に記載のシャフトは、小径円柱部にボールねじ部が連続し、ボールねじ部に非転造部が連続している。本発明のシャフトは、ボールねじの小径円柱部側に形成される不完全ねじ部が２溝以下であり、かつ小径円柱部のボールねじ部近傍が、ボールねじを転造した後に切削加工されていないことを特徴とする。
上記のシャフトは、ボールねじ部の小径部側に形成される不完全ねじ部の長さが２溝以下とされている。そして。小径円柱部のボールねじ部近傍がボールねじを転造した後に切削加工されていないので、その分の加工工数が削減されている。従って、シャフトを安価に製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載のシャフトにおいて、非転造部はラック歯部であることが好ましい（請求項３）。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、ロールダイス間で円柱状素材にボールねじをスルーフィード転造する方法である。この製造方法では、ロールダイスに、円柱部と、その円柱部の両端に連続して外向きに径が減少する円錐台部を設けておき、炭素鋼よりなり、そのビッカース硬さがＨｖ２００以上Ｈｖ２８０以下であるボールねじを転造する円柱状素材を、ロールダイス円柱部の軸方向長さの４０〜５０％の範囲でロールダイス円柱部にオーバーラップする位置関係でロールダイス間距離を接近させ、ロールダイス円柱部を円柱状素材に当接させ転造を開始することを特徴とする。
上記の転造方法によれば、ボールねじを転造する円柱状素材の転造開始側は、ロールダイス円柱部によって良好に転造され、不完全ねじ部は転造開始側のわずかな範囲に形成されるのみである。従って、余分に転造しておいて、その部分を後工程で除去する必要が無くなり、良質なボールねじを安価に簡単に製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図３は、中間素材１８にロールダイス１０でスルーフィード転造加工を施し、ボールねじを完成させる工程を模式的に図示している。中間素材１８は、図３の左から右へ順に、小径円柱部Ａと、この小径円柱部Ａよりも大径のボールねじ転造用円柱部２と、ラック歯部Ｃが連続している。
ロールダイス１０は、中間素材１８の両側に一対存在するが、図３では一方のロールダイス１０のみを図示している。ロールダイス１０は、円柱部１４と、その円柱部１４の両端に連続して外向きに径が縮小する円錐台部１２、１６を備えている。ロールダイス１０の外周には、ボールねじを転造するための螺旋状の突条（図示省略）が形成されている。
ロールダイス１０は、駆動機構（図示省略）に駆動され、その軸回りに回転する。ロールダイス１０の軸方向位置は固定されている。中間素材１８の両側に配置されているロールダイス１０の内の一方は、軸直角方向に固定されているのに対して、他方のロールダイス１０は、軸直角方向に移動可能とされている。
【００１２】
スルーフィード転造の一連の動作について、図面を参照しながら説明する。
図４に示されているように、スルーフィード転造の最初の動作Ｓ１０（以下、「動作」を省略し、単にＳ１０のように記載する）では、中間素材１８が転造装置の所定位置（後述するオーバラップ長さｊの位置関係）に投入される。Ｓ１０に続くＳ１２では、一対のロールダイス１０（図４の説明においては、以下「ロールダイスＲ、Ｌ」と言う）が駆動され、その回転が開始される。ロールダイスＲは軸直角方向に移動可能であり、ロールダイスＬは軸直角方向に固定されている。Ｓ１４では、ロールダイスＲが中間素材１８に対して前進を開始する。ロールダイスＲが前進を開始すると、ロールダイスＲとロールダイスＬとの間の距離が接近する。そして、Ｓ１６では、ロールダイスＲとロールダイスＬの間に中間素材１８が挟まれ、ボールねじの転造が開始される。ボールねじの転造が開始されると、中間素材１８は転造されながら回転し、軸方向に送り出される。
【００１３】
Ｓ１８では、ロールダイスＲが前進端位置まで前進する。ロールダイスＲが前進端位置まで進むことにより、ロールダイスＲとロールダイスＬとは所定の距離を保つように配置される。この状態で、中間素材１８の転造が続けられる。Ｓ２０では、中間素材１８が軸方向の所定位置（後述する、ロールダイス１０がラック歯部Ｃとの干渉を避けるために中間素材１８から離反する位置）まで送られたことが検知される。この検知には、例えば、光センサが用いられる。中間素材１８が所定位置まで送られたことが検知されると、Ｓ２２でロールダイスＲの後退が開始される。ロールダイスＲが後退すると、ロールダイスＲは中間素材１８から離れる。Ｓ２４では、ロールダイスＲが後退端まで退く。そして、Ｓ２６でロールダイスＲ、Ｌの回転が停止される。
【００１４】
図３の１０Ａは、ロールダイス間距離が接近を開始するときのロールダイス１０の位置を示している。このとき、中間素材１８のボールねじ転造用円柱部２が、ロールダイス１０の円柱部１４とオーバーラップする長さｊは、円柱部１４の長さｍの１０〜６５％とする。この位置関係でロールダイス１０を接近させると、ロールダイス１０間で中間素材１８が転造される。図３の１０Ｂは、ロールダイス間距離が離れ始めるときのロールダイス１０の位置を示している。
【００１５】
オーバーラップ長さｊを変化させ、それがボールねじ形状にどのような影響を与えるかを実験した。以下、その結果を説明する。
オーバーラップ長さｊをロールダイス１０の円柱部１４の長さｍの１０％以下にすると、ボールねじ転造用円柱部２の左端（図３において）近傍でねじ底の径が小さく（細く）なりすぎることが確認された。これは、ボールねじ転造用円柱部２の左端は、転造にともなって小径円柱部Ａ側に移動しやすく、オーバーラップ長さｊを円柱部長さｍの１０％以下とし、円柱部１４のほとんどを用いて転造すると、転造が多めに施されるためと考えられる。
オーバーラップ長さｊを円柱部長さｍの１０％以上にすると、ボールねじ転造用円柱部２の左端近傍でねじ底の径が小さくなりすぎることが抑制された。
【００１６】
一方、オーバーラップ長さｊが円柱部長さｍの６５％を超えると、ボールねじ転造用円柱部２の左端から少し離れた部分で転造不足が生じ、ねじ底の径が大きく（太く）なりすぎることが確認された。
以上の実験結果から、オーバーラップ長さｊを円柱部長さｍの１０〜６５％にすると、ボールねじ転造用円柱部２の左端からわずかに離れた部分から右側では、意図したねじ底径を持つ完全ねじ部が良好に転造されることが確認された。
このようにして転造されたボールねじの不完全ねじ部の軸方向長さは、ねじ溝２つ以内である。
【００１７】
なお、望ましいオーバーラップ長さｊは、中間素材１８の円柱部１４の硬さとの相関があり、ビッカース硬さがＨｖ２００〜Ｈｖ２８０であるＳ３５〜Ｓ４５相当の炭素鋼からなる中間素材１８では、オーバラップ長さｊは、円柱部長さｍの４０〜５０％であることが一層好ましいことが確認できた。
【００１８】
本発明に従って、ロールダイス１０の円柱部１４の軸方向長さの１０〜６５％にあたる距離だけをオーバーラップさせた状態から転造を開始すると、ボールねじ転造用円柱部２の左端に極近い位置から完全ねじ部を形成することができる。このため、従来とは相違し、余分に転造し、その部分を後から除去する必要がない。従って、小径円柱部Ａのボールねじ部Ｂ近傍に除去部がないシャフトを製造することができる。
ロールダイス１０は、ボールねじ転造用円柱部２を転造してから、ラック歯部Ｃとの干渉を避けるために中間素材１８から離反する。
【００１９】
本実施例では、パワーステアリング用のシャフトに本技術を適用しているが、本発明が適用できる対象は、これに限られるものではない。例えば、ボールねじ部の両側に小径円柱部を有するシャフトなども含まれる。また、本発明で言うボールねじ転造用円柱部とは、転造面が円柱であることを意味し、素材に軸孔が形成されている円筒状の部材を含んでいる。本明細書または図面に説明した技術的要素は、単独あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が好適に用いられるシャフトの一例を例示する。
【図２】シャフトのボールねじ寸法を説明する図。
【図３】中間素材に対するロールダイスの転造開始位置と転造終了位置を示す。
【図４】スルーフィード転造の一連の動作を示す。
【符号の説明】
Ａ：小径円柱部
Ｂ：ボールねじ部
Ｃ：ラック歯部
ｅ：（除去される）不完全ねじ部長さ
ｆ：不完全ねじ部長さ
ｊ：オーバーラップ長さ
ｍ：円柱部長さ
２：ボールねじ転造用円柱部
１０：ロールダイス、１０Ａ：接近開始位置、１０Ｂ：離反開始位置
１２：円錐台部
１４：円柱部
１６：円錐台部
１８：中間素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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