(57)【要約】【課題】リード誤差の発生を防止しながら、ねじ溝の加工うねりに起因する騒音や振動の発生を抑制するねじ溝研削方法およびボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじを構成するねじ軸またはナットの半製品をワークとし、ワークの回転速度を基準回転速度から所定の変化幅内でサインカーブをもって変化させ、ワークの軸方向送り速度を回転速度に比例するように変化させて研削し、当該研削を複数のパスで行い、パスごとにサインカーブの位相をずらす。【選択図】  図４
2016055416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじを構成するねじ軸またはナットの半製品をワークとし、当該ワークを回転させながら軸方向に送り、当該ワークに形成されたねじ溝を回転砥石によって研削する方法であって、
前記ワークの回転角に応じて前記ワークの回転速度を基準回転速度から所定の変化幅内でサインカーブをもって変化させ、当該ワークの軸方向送り速度を当該回転速度に比例して変化させることを特徴とするねじ溝研削方法。
【請求項２】
前記研削を複数のパスで行い、パスごとに前記サインカーブの位相をずらすことを特徴とする請求項１に記載のねじ溝研削方法。
【請求項３】
前記研削を３以上のパスで行い、パスごとに前記サインカーブの位相をずらし、
位相をずらすごとに当該位相のずれ量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載のねじ溝研削方法。
【請求項４】
前記サインカーブの周期は、前記ワークが１回転する時間よりも短いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のねじ溝研削方法。
【請求項５】
前記研削により、ねじ溝の加工うねりの高さを、前記ねじ軸と前記ナット側のねじ溝との間に介装されるボールの直径の１／１０００以下とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のねじ溝研削方法。
【請求項６】
前記基準回転速度に対する前記回転速度の変化は、増速側および減速側のそれぞれに前記基準回転速度の１／２未満に設定されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のねじ溝研削方法。
【請求項７】
ねじ軸とナットとの少なくとも一方のねじ溝が請求項１ないし６の何れか一項に記載のねじ溝研削方法によって研削されたことを特徴とするボールねじ。
【請求項８】
外周に螺旋状の第１のねじ溝が形成された円柱状のねじ軸と、
円筒状をして、内周面に螺旋状の第２のねじ溝が形成され、前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝との間に転動体を介し、前記ねじ軸に対して螺旋運動を可能に外嵌したナットと、を有し、
前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝のいずれか、若しくは、その両方が、周方向の位置に応じて加工うねりの間隔が異なることを特徴とするボールねじ。
【請求項９】
前記加工うねりの間隔は、周方向の位置に応じて漸次変化していることを特徴とする請求項８に記載のボールねじ。
【請求項１０】
前記加工うねりの間隔は、周方向の位置に応じて漸次広くなった後、漸次狭くなっていることを特徴とする請求項９に記載のボールねじ。
【請求項１１】
前記加工うねりは、最も間隔が広い部分と最も間隔が狭い部分が、周方向において１８０°離れた位置にあることを特徴とする請求項１０に記載のボールねじ。
【請求項１２】
前記加工うねりの高さは、周方向のいずれの位置においても略同一であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか一項に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ用ねじ軸やナットのねじ溝を研削する方法と、この研削方法によってねじ溝が研削されたねじ軸やナットを備えたボールねじとに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、産業機械やロボットなどに用いられる駆動系の機械要素部品であり、外周面にねじ溝を有するねじ軸と、内周面にねじ溝を有するナットと、ねじ軸側のねじ溝とナット側のねじ軸とからなる転走路に収容された多数のボール（鋼球など）とを備えている。ボールねじでは、ねじ軸が回転するとボールを介してねじ軸に螺合したナットが直進運動し、ナットが固着された被駆動部材を所定の方向に往復運動させる。
【０００３】
通常、ボールねじ用ねじ軸のねじ溝は研削あるいは転造によって形成され、ボールねじ用ナットのねじ溝は研削によって形成される。ワーク（ねじ軸やナット）のねじ溝を研削する場合、外周がねじ溝の断面形状に形成された円板状の回転砥石をワークの軸線に対してリード角だけ傾けてセットし、ワークを所定の回転速度で回転させながら１回転で１リード分だけ軸方向に送り、所定の回転速度で回転する回転砥石によってねじ溝を研削する（特許文献１，２参照）。
【０００４】
特許文献１の研削方法では、ワークの回転速度ｎと回転砥石の回転速度Ｎとがともに一定であるため、ワークや回転砥石の芯ぶれに起因して、Ｎ／ｎで示される角数を持った一定間隔の加工うねりがねじ溝の内面に発生してしまうことが避けられなかった。このようなねじ軸やナットが組み込まれたボールねじでは、加工うねりの上をボールが通過することでねじ軸の回転に比例した特定周波数の騒音や振動が発生する。さらに、加工うねりの山数とボールの数が同数の場合には、同期する機会が増加し、より大きな騒音や振動が発生する。そして、機械の機台やカバー等がこの特定周波数と同一の固有振動数を有していた場合には、共振によって更に大きな異常振動や異音が発生して円滑な作動が阻害されることになる。
【０００５】
そこで、特許文献２の研削方法では、ねじ溝の研削途中でワークの回転速度を段階的に変化させることで加工うねりの周期性を無くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７９５４０号公報
【特許文献２】特開２００４−９８１９１号公報
【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、特許文献２の研削方法においては、ねじ溝のリードが変動しないように回転速度の変化に応じてワークの軸方向送りを変化させる必要があり、回転速度の段階的な変化に対応させてワークの軸方向送りを段階的に変化させることは非常に難しく、回転速度の変化点におけるねじ溝のリード誤差を無くすことができなかった。
【０００８】
また、特許文献２には、ワークの回転速度を無段階に変化させてもよい旨が記載されているが、その具体的な手法は開示されていない。ワークの回転速度を無段階に変化させる場合においても、増速から減速に変化する際または減速から増速に変化する際に急激な回転速度の変化を伴うと、ワークを軸方向に送る制御が非常に難しくなってリード誤差が生じる問題があった。
【０００９】
さらに、ねじ軸とボールの表面粗さや形状によっては、ボールねじの稼働中に同期して、騒音や振動が増大するおそれがあった。
【００１０】
上記問題に鑑みて、本発明は、リード誤差の発生を防止しながら、ねじ溝の加工うねりに起因する騒音や振動の発生を抑制するねじ溝研削方法およびボールねじ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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、ボールねじを構成するねじ軸またはナットの半製品をワークとし、当該ワークを回転させながら軸方向に送り、当該ワークに形成されたねじ溝を回転砥石によって研削する方法であって、
前記ワークの回転角に応じて前記ワークの回転速度を基準回転速度から所定の変化幅内でサインカーブをもって変化させ、当該ワークの軸方向送り速度を当該回転速度に比例して変化させることを特徴とするねじ溝研削方法を提供する。
【００１２】
好ましくは、前記研削を複数のパスで行い、パスごとに前記サインカーブの位相をずらす。
【００１３】
また、好ましくは、前記研削を３以上のパスで行い、パスごとに前記サインカーブの位相をずらし、
位相をずらすごとに当該位相のずれ量を異ならせる。
【００１４】
また、好ましくは、前記サインカーブの周期は、前記ワークが１回転する時間よりも短い。
【００１５】
また、好ましくは、前記研削により、ねじ溝の加工うねりの高さを、前記ねじ軸と前記ナット側のねじ溝との間に介装されるボールの直径の１／１０００以下とする。
【００１６】
また、好ましくは、前記基準回転速度に対する前記回転速度の変化は、増速側および減速側のそれぞれに前記基準回転速度の１／２未満に設定されている。
【００１７】
また、上記課題を解決するため、ねじ軸とナットとの少なくとも一方のねじ溝が上記のねじ溝研削方法によって研削されたことを特徴とするボールねじを提供する。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明は、外周に螺旋状の第１のねじ溝が形成された円柱状のねじ軸と、
円筒状をして、内周面に螺旋状の第２のねじ溝が形成され、前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝との間に転動体を介し、前記ねじ軸に対して螺旋運動を可能に外嵌したナットと、を有し、
前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝のいずれか、若しくは、その両方が、周方向の位置に応じて加工うねりの間隔が異なることを特徴とするボールねじを提供する。
【００１９】
好ましくは、前記加工うねりの間隔は、周方向の位置に応じて漸次変化している。
【００２０】
好ましくは、前記加工うねりの間隔は、周方向の位置に応じて漸次広くなった後、漸次狭くなっている。
【００２１】
好ましくは、前記加工うねりは、最も間隔が広い部分と最も間隔が狭い部分が、周方向において１８０°離れた位置にある。
【００２２】
好ましくは、前記加工うねりの高さは、周方向のいずれの位置においても略同一である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、リード誤差の発生を防止しながら、ねじ溝の加工うねりに起因する騒音や振動の発生を防止するねじ溝研削方法およびボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係るボールねじの縦断面図である。
【図２】ねじ軸のねじ溝を研削する工程を示す側面図である。
【図３】図２中のIII−III断面図である。
【図４】ねじ軸の回転速度変化を示すグラフである。
【図５】ねじ溝の加工うねりの変化を示すねじ軸の模式図である。
【図６】ねじ溝の加工うねりの高さのＦＦＴ解析値を示すグラフである。（ａ）は本発明に係るねじ溝、（ｂ）は従来のねじ溝の解析値を示している。
【図７】ボールねじの騒音レベルのＦＦＴ解析値を示すグラフである。（ａ）は本発明に係るねじ溝、（ｂ）は従来のねじ溝の解析値を示している。
【図８】変形例におけるねじ軸の回転速度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態のボールねじ１は、所定のリードを有するねじ溝２が外周面に形成されたねじ軸３、ねじ軸３側のねじ溝２に対応するねじ溝４およびボール戻し孔５が形成されたナット６と、ねじ軸３側のねじ溝２とナット６側のねじ溝４との間およびボール戻し孔５に充填された多数個のボール７と、ナット６の軸方向端部に各々保持されたエンドデフレクタ８，９とを構成要素としている。
【００２６】
ボールねじ１は、電気モータなどの不図示の駆動手段に駆動されてねじ軸３が回転すると、回転を制限されたナット６が軸方向に移動し、ナット６が固定された移動テーブルなどの不図示の被駆動部材がねじ軸３の軸方向に沿って移動する。ボール７は、ねじ軸３側のねじ溝２とナット６側のねじ溝４とによって画成された転走路を転走するとともに、エンドデフレクタ８，９のいずれか一方によって転走路からボール戻し孔５の一端に導入され、他方のエンドデフレクタ８，９によってボール戻し孔５の他端から転走路に戻される。
【００２７】
以下、図２〜図８を参照して、ねじ溝２の研削工程を説明する。図２はねじ軸３のねじ溝２を研削する工程を示す側面図である。また、図３は図２中のIII−III断面図である。ねじ軸３は、図示しない研削装置の主軸に保持され、所定の回転速度ｎで回転駆動される。ねじ溝２にはねじ軸３と同一回転方向に一定の回転速度Ｎで回転する円板状の回転砥石２１が接触しており、この回転砥石２１によってねじ溝２の研削が行われる。回転砥石２１は、ねじ溝２のリード角θだけ傾いた状態でセットされ、ねじ溝２にリード誤差が生じないように、ねじ軸３の回転速度ｎに比例した送り量をもって軸方向に送られる。
【００２８】
本実施形態の場合、ねじ溝２は第１パスＰ１〜第４パスＰ４の４パスで研削されるが、各パスのねじ軸３の回転速度ｎがその回転角Ｐｒに応じて変化する。すなわち、図４に示すように、第１パスＰ１では、ねじ軸３の回転角Ｐｒが０°のときを始点（基準速度ｎｒ）、回転角Ｐｒが３６０°のときを終点とするサインカーブをもって所定の変化幅Ｂｎをもって変化する。また、第２パスＰ２〜第４パスＰ４では、サインカーブの始点をなすねじ軸３の回転角Ｐｒが所定角度（図示例では、３６°）ずつ遅れるように設定されている。そして、変化幅Ｂｎは、基準速度ｎｒの８０％となるように（すなわち、基準速度ｎｒに対する回転速度ｎの変化が増速側および減速側でそれぞれ４０％となるように）設定されている。
【００２９】
このような手順で研削することにより、第１パスＰ１で形成された加工うねりが後に続くパス（第２パスＰ２〜第４パスＰ４）で順次除去され、最終的な加工うねりはごく小さなものとなる。本実施形態において、最終的な加工うねりの高さ、即ち、ねじ軸３の中心軸線からねじ溝２の表面までの最大半径と最小半径の差は、ボール７の直径Ｄの１／１０００以下となるように設定される。例えば、ボール７の直径Ｄを３．１７５ｍｍとした場合、最終的な加工うねりは３，１７５μｍ以下に設定される。
【００３０】
本実施形態では、上述した構成を採ったことにより、ねじ軸３のねじ溝２における加工うねりの周期性が除去されるとともに、加工うねりの大きさもごく小さく抑えられ、従来装置で問題となっていた異常振動や異音の発生が防止される。また、ねじ軸３の回転速度ｎをサインカーブをもって変化させるようにしたため、増速側と減速側との転換点における回転速度ｎの変化が緩やかになり、回転砥石２１の軸方向送り制御が容易となってリード誤差の発生も効果的に抑制される。
【００３１】
図５はねじ溝の加工うねりの変化を示すねじ軸３の模式図である。ねじ軸３の周方向の位置に応じた加工うねりの間隔を示している。加工うねりの高さは誇張して描いている。図５に示すように、本実施形態の研削方法によって研削されたねじ軸３の加工うねりは、円周方向の位置によって間隔が異なる。図５に示す例では、上側部分において間隔が最も狭く、下側部分において間隔が最も広くなっている。即ち、間隔が最も狭い部分と間隔が最も広い部分とでは１８０°位置が異なっている。また、間隔が最も狭い部分と間隔が最も広い部分との間では間隔が漸次変化している。即ち、間隔が最も狭い部分から間隔が最も広い部分に向かうにつれて間隔は漸次広くなり、間隔が最も広い部分から間隔が最も狭い部分に向かうにつれて間隔は漸次狭くなっている。なお、加工うねりの高さは円周方向のいずれの位置においても略同一である。
【００３２】
図６はねじ溝の各部の加工うねり高さの高速フーリエ変換の解析値を示すグラフである。（ａ）は本発明に係るねじ溝、（ｂ）は従来のねじ溝の解析値を示している。図６（ｂ）に示すように、従来の研削方法で研削した場合、特定の周波数において、加工うねり高さの望ましくないピークが複数存在していた。これに対し、本発明の研削方法を用いたねじ溝においては、図６（ａ）に示すように、ピークが消滅しており、周期的な加工うねり高さの増大が解消されたことが分かる。これにより、振動及び騒音の発生を抑制することができる。
【００３３】
図７はボールねじ稼動時の騒音レベルの高速フーリエ変換の解析値を示すグラフである。（ａ）は本発明に係るねじ溝、（ｂ）は従来のねじ溝の解析値を示している。図７（ｂ）に示すように、従来の研削方法で研削した場合、特定の周波数において、騒音レベルの高いピークが複数存在していた。これに対し、本発明の研削方法を用いたねじ溝においては、図７（ａ）に示すように、ピークが消滅しており、騒音の発生が抑制されていることが分かる。
【００３４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明をねじ軸側のねじ溝の研削に適用したものであるが、ナット側のねじ溝の研削にも適用可能である。
【００３５】
また、上記実施形態は、１条のねじ溝を有するねじ軸の研削に本発明を適用したものであるが、２条や３条のねじ溝を有するねじ軸やナットのねじ溝の研削にも適用可能である。
【００３６】
また、パス数は複数であることが好ましいが、４パスに限られず、１〜３パス、又は、５パス以上としても良い。
【００３７】
上記実施形態ではサインカーブの１周期をねじ軸３の１回転（回転角Ｐｒで３６０°）と一致させ、第２パスＰ２〜第４パスＰ４でねじ軸３の回転角Ｐｒが一定のずれ量により変化するように設定した。しかし、本発明はこれに限られず、例えば、サインカーブの１周期をねじ軸３が１回転する時間より短く、又は、長くすることができる。これにより、周方向の位置による加工うねりの規則性を更に少なくすることができる。例えば、サインカーブの１周期をねじ軸３が３００°回転する時間とすれば、ねじ軸３の１回転ごとに６０°ずつずらすことができる。
【００３８】
また、第１パスＰ１から第４パスＰ４までのずれ量を第１パスＰ１から第４パスＰ４のそれぞれの間で異ならせても良い。具体的には、図８に示すように、第１パスＰ１から第４パスＰ４にかけて徐々にずれ量が大きくなるように設定することができる。これにより、加工うねりの規則性を更に少なくすることができ、騒音や振動の発生が更に抑制される。
【００３９】
その他、ボールねじの具体的構成や形状などについても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４０】
２      ねじ溝
３      ねじ軸
４      ねじ溝
５      ボール戻し孔
６      ナット
７      ボール
８、９  エンドデフレクタ
２１    回転砥石
Ｐ１    第１パス
Ｐ２    第２パス
Ｐ３    第３パス
Ｐ４    第４パス
【図１】
2016055416.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】
2016055416.tif 000008
【図７】
2016055416.tif 000009
【図８】
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