(57)【要約】  【課題】  ボールの脱落を防止できるねじ軸の加工を容易に行えるインフィード転造ダイス、及びそれにより形成されるボールねじ機構のねじ軸を提供する。  【解決手段】  雄ねじ溝１ａの通路断面形状は、ボール３の断面形状より大きいので、ボール３がスムーズに通過できるが、ダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状は、ボール３の断面形状より小さく、ダブルハッチングで示す部位が当たることでボール３の通過が阻止される。即ち、ダミーの雄ねじ溝１ａ’を設けることで、ボール３の脱落を防止できる。【選択図】  図４
2009195930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材に対して転造加工を施すことで、ボールねじ機構のねじ軸の雄ねじ溝を形成するインフィード転造ダイスにおいて、
前記素材の外周に雄ねじ溝を加工形成する螺旋状の加工部を有し、前記加工部には、断面が小さくなる部位が少なくとも一カ所設けられていることを特徴とするインフィード転造ダイス。
【請求項２】
前記加工部の有効外径は、前記素材の被加工領域の全長にわたって等しいことを特徴とする請求項１に記載のインフィード転造ダイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインフィード転造ダイスにより転造加工されたことを特徴とするボールねじ機構のねじ軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじ機構のねじ軸、及びそれを加工するためのインフィード転造ダイス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軸線方向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】
ここで、ボールねじ機構のねじ軸を製造する転造加工として、通し転造方式とインフィード転造方式が知られている。通し転造方式は、ロールダイスを被転造物に押し当てて転造する際、ロールダイスのリード角と被転造物のリード角に少しの角度差を設けて転造する方式である。ロールダイス又は被転造物を相対的に回転させると、上記リード角の差によってロールダイスと被転造物が相対的に移動しながら転造する、いわゆる歩き現象を生じ、ロールダイスや被転造物を相対的に回転させるとき強制的に軸心方向に動かすことなく自動的に転造を行うことができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３００６７５号公報
【特許文献２】特開平９−１３３１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、通し転造加工は、回転する一対の転造ダイス間を円筒状ワークを軸線方向に通過させることにより、円筒状ワークの外周に雄ねじ溝を形成するものであるため、それにより形成される雄ねじ溝は全長にわたって連続している。従って、このような雄ねじ溝を形成したねじ軸を、雌ねじ溝を有するナットに組み付けてボールねじ機構を構成したときに、両ねじ溝間に配置されるボールが、ねじ溝の両端から脱落する恐れがあるため、取り扱いに不便である。そこで、ボールの脱落を防ぐべく、ねじ溝にストッパなどを設けたり、転造後にねじ溝を変形させるなどしているが、部品点数や工数の増大を招くという問題がある。
【０００５】
一方、インフィード転造加工は、回転する一対の転造ダイスを、円筒状ワークの両側から接近させて加工を行うものである。インフィード転造について説明する。図１（ａ）は、一般的なインフィード転造ダイス及びワークを示す図である。図１（ｂ）は、転造時の状態を示す図である。図１（ｃ）は、かかるインフィード転造ダイスの表面を拡大して示す軸線方向の断面図である。
【０００６】
一対の転造ダイスＲＤは、等しいリードでねじ凸部ＳＰをその表面に有しており、従って図１（ｃ）に示す断面では、同一のピッチＡで、同一の山形形状が繰り返すようになっている。また、図１（ａ）に示すように、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の外径φＤは、その両端の雄ねじ溝被形成部ＣＷ２の外径φｄより大きくなっており、雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長ｂは、転造ダイスＲＤの全長Ｂより短くなっている。
【０００７】
図１（ｂ）に示すように、円筒状ワークＣＷを間に介在させつつ、一対の転造ダイスＲＤを同じ方向に回転させながら接近させると、転造ダイスＲＤの表面に形成されたねじ凸部ＳＰが、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１に押しつけられ、転造によって、その表面に雄ねじ溝を形成することができる。このとき、円筒状ワークＣＷは、転造ダイスＲＤに対して軸線方向に相対移動しない。
【０００８】
ここで、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長ｂは、転造ダイスＲＤの全長Ｂより短くなっているため、転造ダイスＲＤのねじ凸部ＳＰによって、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長にわたって等しいリードの雄ねじ溝が形成されることとなり、上述した通し転造加工と同様に、ボールの脱落を防止する何らかの方策を設ける必要が生じる。
【０００９】
これに対し、円筒状ワークＣＷの全長ｂを、転造ダイスＲＤの全長Ｂより短くすることも考えられる。図２（ａ）は、インフィード転造ダイス及びワークの別な例を示す図である。図２（ｂ）は、転造加工時の状態を示す図であるが、転造ダイスは断面で示している。
【００１０】
本例では、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の全長ｂは、転造ダイスＲＤの全長Ｂより長くなっているため、転造ダイスＲＤのねじ凸部ＳＰによって、円筒状ワークＣＷの雄ねじ溝形成部ＣＷ１の両端を除き、雄ねじ溝が形成されることとなるが、雄ねじ溝形成部ＣＷ１の両端には、それぞれ軸線方向長さａの雄ねじ溝が形成されない領域が生じる。従って、ボールねじ機構のボールは、雄ねじ溝が形成されない領域から軸線方向外方へと移動できないため、ボールの脱落を防止する何らかの方策は不要となる。ところが、このような転造加工によれば、ねじ軸に付与される応力が不均一となり、ねじ軸に曲がりが発生したり、ねじ軸の雄ねじ溝の有効径が不均一な部位（テーパー）が発生する恐れがあって好ましくない。
【００１１】
一方、特許文献２に示すように、インフィード転造ダイスの形状を、スルーフィード用転造ダイス形状とすることで、両端に切り上がりを形成したねじ軸を形成することができ、それによりボールの脱落を防止することができる。しかしながら、特許文献２に示すダイスは、元々スルーフィード転造用に設計されたものであり、その製作コストが割高であるばかりでなく、インフィード転造に適用した場合には加工部外径を均一に保つことができないという問題もある。なお、切削加工や研削加工で、ボールねじ機構のねじ軸を形成することも考えられ、かかる加工によれば、ねじ溝の両端を切り上げるように加工することが任意である。しかしながら、切削加工や研削加工は時間がかかって生産効率が悪いという問題がある。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ボールの脱落を防止できるねじ軸の加工を容易に行えるインフィード転造ダイス、及びそれにより形成されるボールねじ機構のねじ軸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】
【００１３】
本発明のインフィード転造ダイスは、素材に対して転造加工を施すことで、ボールねじ機構のねじ軸の雄ねじ溝を形成するインフィード転造ダイスにおいて、
前記素材の外周に雄ねじ溝を加工形成する螺旋状の加工部を有し、前記加工部には、断面が小さくなる部位が少なくとも一カ所設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインフィード転造ダイスによれば、前記素材の外周に雄ねじ溝を加工形成する螺旋状の加工部を有し、前記加工部には、断面が小さくなる部位が少なくとも一カ所設けられているので、それによりねじ軸が製造されたときに、雄ねじ溝に通路断面（ボールの転動方向に直交する断面をいう）が小さくなる部位が少なくとも形成され、このような通路断面が小さくなる部位が端部寄りに形成されていれば、かかるねじ軸をボールねじ機構に組み付けたときに、ボールが、通路断面が小さくなる部位を通過することが阻止され、よってボールの脱落を防止することができる。従って、「加工部の断面が小さくなる部位」とは、その加工部によってねじ軸の雄ねじ溝が形成されたときに、ボールが通過できない程度に通路断面が小さくなる溝形状を転造する加工部の部位をいう。
【００１５】
前記加工部の有効外径は、前記素材の被加工領域の全長にわたって等しいと好ましいが、意図的に例えばテーパ形状とすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図３は、本実施の形態にかかるインフィード転造ダイスから形成されたねじ軸を用いたボールねじ機構の一例を示す断面図である。
【００１７】
不図示のモータの回転軸に連結され且つ雄ねじ溝１ａ及びダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’を有するねじ軸１を包囲するようにして、円筒状のナット２が配置されている。ナット２は、不図示のハウジングに対して回転のみ可能に支持されており、内周面に雌ねじ溝２ａを形成している。複数のボール３が、対向する両ねじ溝１ａ、２ａ間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。ナット２には、転走路の一端から他端へとボール３を戻すチューブ４が配置されている。ねじ軸１と、ナット２と、ボール３とでボールねじ機構を構成する。
【００１８】
ボールねじ機構の動作を説明すると、不図示のモータによりねじ軸１が回転駆動されたとき、転走路を転動し且つチューブ４を介して転走路の一端から他端へと循環するボール３により、かかる回転運動がナット２の軸線方向運動に効率よく変換されるようになっている。
【００１９】
次に、ねじ軸の加工態様について説明する。図４（ａ）は、インフィード転造ダイス１０を示す図であり、図４（ｂ）は、インフィード転造ダイス１０の表面を拡大して模式的に示す軸線方向の断面図であり、図４（ｃ）は、加工ねじ部１２ａの断面形状を示す図であり、図４（ｄ）は、加工ねじ部１１ａ、１３ａの断面形状を示す図である。
【００２０】
本実施の形態のインフィード転造ダイス１０は、３つの円筒部１１〜１３から形成されている。より具体的には、図４に示すように、中央の円筒部１２は、雄ねじ溝１ａと同じリードであり且つ対応する断面形状の加工ねじ部１２ａを外周に有している。一方、両端の円筒部１１，１３は、ダミーの雄ねじ溝１ａ’と同じリードであり且つ対応する断面形状である加工ねじ部１１ａ、１３ａをそれぞれ外周に有している。ここでは、雄ねじ溝１ａと、ダミーの雄ねじ溝１ａ’は同じリードを有しているものとする。又、加工ねじ部１１ａ〜１３ａの有効外径は等しくなっている。
【００２１】
図４（ｂ）に断面で示す加工ねじ部１１ａ〜１３ａは、連続した螺旋状の加工部であって同じピッチで並んでいるが、その断面形状は、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように異なっている。より具体的には、加工ねじ部１１ａ、１３ａの断面形状は、その両斜面がダブルハッチングで示すように削られることで、加工ねじ部１２ａの断面形状よりも小さくなっている。なお、図４（ｅ）に示す第１の変形例にかかる加工ねじ部１１ａ’、１３ａ’の断面形状は、その両斜面がダブルハッチングで示すように更に削られることで、加工ねじ部１２ａの断面形状よりも更に小さくなっている。又、なお、図４（ｆ）に示す第２の変形例にかかる加工ねじ部１１ａ”、１３ａ”の断面形状は、その頂面がダブルハッチングで示すように削られることで、加工ねじ部１２ａの断面形状よりも小さくなっている。
【００２２】
図５は、本実施の形態のインフィード転造ダイス１０を用いて、ワーク２０を転造加工する工程を示す図である。ここで、ねじ軸１の素材である円筒状のワーク２０は、雄ねじ溝形成部（被加工領域）２０ａと、その両側に雄ねじ溝被形成部２０ｂ、２０ｂとを有しており、雄ねじ溝形成部２０ａの外径φＤは、その両端の雄ねじ溝被形成部２０ｂ、２０ｂの外径φｄより大きくなっている。更に、雄ねじ溝形成部２０ａの全長ｂは、インフィード転造ダイス１０の全長Ｂより短くなっている。
【００２３】
まず、図５（ａ）に示すように、一対のインフィード転造ダイス１０の間に、ワーク２０をセットする。更に、図５（ｂ）に示すように、同じ方向に回転するインフィード転造ダイス１０を互いに接近させて、ワーク２０の雄ねじ溝形成部２０ａを、インフィード転造ダイス１０の円筒部１１〜１３により加工する。インフィード転造ダイス１０の回転と共にワーク２０を回転させることができ、それにより全周の転造が可能となる。
【００２４】
更に、雄ねじ溝形成部２０ａの全長ｂは、インフィード転造ダイス１０の全長Ｂより短くなっており、即ちワーク２０の全長にわたって、インフィード転造ダイス１０の有効外径が等しい円筒部１１〜１３が接触しているので、生じる応力が一様になり、ワーク２０の曲がりや有効径の不均一（テーパー化）などの発生を抑制できる。
【００２５】
以上の転造加工により、図５（ｃ）に示すように、ワーク２０の雄ねじ溝形成部２０ａの中央領域Ｘには、インフィード転造ダイス１０の加工ねじ部１２ａにより雄ねじ溝１ａが形成され、且つ雄ねじ溝形成部２０ａの端部領域Ｙ、Ｙには、第２の円筒部１１，１３によりダミーの雄ねじ溝１ａ’、１ａ’が形成される。最終的にインフィード転造ダイス１０を互いに離隔させることで、ねじ軸１が製造されることとなるが、後加工が不要となるので、製造コストを低く抑えることができる。
【００２６】
図６（ａ）は、このようにして形成されたねじ軸１の側面図であり、図６（ｂ）は、ねじ軸１の表面を拡大して模式的に示す軸線方向の断面図であり、図６（ｃ）は、雄ねじ溝１ａの通路断面形状であり、図６（ｄ）は、ダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状である。
【００２７】
図６（ｃ）、（ｄ）から明らかであるが、加工ねじ部１２ａにより転造される雄ねじ溝１ａの通路断面形状は、一点鎖線で示すボール３の断面形状より大きいので、ボール３がスムーズに通過できる。これに対し、加工ねじ部１１ａ、１３ａにより転造されるダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状は、一点鎖線で示すボール３の断面形状より小さく、ダブルハッチングで示す部位が当たることでボール３の通過が阻止される。即ち、ダミーの雄ねじ溝１ａ’を設けることで、ボール３の脱落を防止できる。
【００２８】
同様に、第１の変形例により加工ねじ部１１ａ’，１３ａ’により転造形成されたダミーの雄ねじ溝１ａ”の通路断面形状は、図６（ｅ）に示すように、ボール３の断面形状より小さく、ダブルハッチングで示す部位が当たることでボール３の通過が阻止される。更に、第２の変形例により加工ねじ部１１ａ”，１３ａ”により転造形成されたダミーの雄ねじ溝１ａ’”の通路断面形状は、図６（ｆ）に示すように、ボール３の断面形状より小さく、ダブルハッチングで示す部位が当たることでボール３の通過が阻止される。
【００２９】
図７は、第２の実施の形態にかかるインフィード転造ダイス１０’を示す図である。本変形例のインフィード転造ダイス１０’は、上述した実施の形態に対して、加工ねじ部１２ａを有する円筒部１２に対して、加工ねじ部１１ａを有する円筒部１１を片側にのみ連結した点が異なるので、同様な構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００３０】
図８は、図７に示すインフィード転造ダイス１０’を用いて形成されたねじ軸１’を示す図である。本変形例のねじ軸１’は、上述した実施の形態に対して、ダミーの雄ねじ溝１ａ’を片側にのみ設けている点が異なるので、同様な構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００３１】
本変形例にかかるねじ軸１’を、図１に示すボールねじ機構に組み込んだとき、雄ねじ溝１ａの通路断面形状に対して、ダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状が小さくなっているので、ボール３が、片側のダミーの雄ねじ溝１ａ’を通過することができないため、片側へのボール３の脱落を防止できる。
【００３２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、断面形状の小さい部位は、螺旋状の加工部の少なくとも１カ所に設ければ足りる。又、図６の雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状は、雄ねじ溝１ａ’の全範囲にわたって同じ形状である必要はなく、例えば軸端に向かって徐々に、その断面形状が変化してゆくようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１（ａ）は、一般的なインフィード転造ダイス及びワークを示す図である。図１（ｂ）は、転造時の状態を示す図である。図１（ｃ）は、かかるインフィード転造ダイスの表面を拡大して示す軸線方向の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、インフィード転造ダイス及びワークの別な例を示す図である。図２（ｂ）は、転造加工時の状態を示す図である。
【図３】本実施の形態にかかるインフィード転造ダイスから形成されたねじ軸を用いたボールねじ機構の一例を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、インフィード転造ダイス１０を示す図であり、図４（ｂ）は、インフィード転造ダイス１０の表面を拡大して模式的に示す軸線方向の断面図であり、図４（ｃ）は、加工ねじ部１２ａの断面形状を示す図であり、図４（ｄ）は、加工ねじ部１１ａ、１３ａの断面形状を示す図である。また、図４（ｅ）は、第１の変形例にかかる加工ねじ部１１ａ、１３ａの断面形状を示す図である。図４（ｆ）は、第２の変形例にかかる加工ねじ部１１ａ、１３ａの断面形状を示す図である。
【図５】本実施の形態のインフィード転造ダイス１０を用いて、ワーク２０を転造加工する工程を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、このようにして形成されたねじ軸１の側面図であり、図６（ｂ）は、ねじ軸１の表面を拡大して模式的に示す軸線方向の断面図であり、図６（ｃ）は、雄ねじ溝１ａの通路断面形状であり、図６（ｄ）は、ダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状である。又、図６（ｅ）は、第１の変形例にかかるダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状である。図６（ｆ）は、第２の変形例にかかるダミーの雄ねじ溝１ａ’の通路断面形状である。
【図７】第２の実施の形態にかかるインフィード転造ダイス１０’を示す図である。
【図８】図７に示すインフィード転造ダイス１０’を用いて形成されたねじ軸１’を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１’ねじ 軸
１ａ 雄ねじ溝
１ａ’ ダミーの雄ねじ溝
２ ナット
２ａ 雌ねじ溝
３ ボール
４ チューブ
１０、１０’ インフィード転造ダイス
１１ 円筒部
１１ａ 加工ねじ部
１２ 円筒部
１２ａ 加工ねじ部
１３ 円筒部
１３ａ 加工ねじ部
２０ ワーク
２０ａ 雄ねじ溝形成部
２０ｂ 雄ねじ溝被形成部
Ｘ 第１の加工領域
Ｙ 第２の加工領域
【図１】
2009195930.tif 000003
【図２】
2009195930.tif 000004
【図３】
2009195930.tif 000005
【図４】
2009195930.tif 000006
【図５】
2009195930.tif 000007
【図６】
2009195930.tif 000008
【図７】
2009195930.tif 000009
【図８】
2009195930.tif 000010