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ボールねじナットおよびその製造方法 - 特開2008−105153 | j-tokkyo
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【発明の名称】 ボールねじナットおよびその製造方法
【発明者】 【氏名】吉岡 守久

【氏名】数野 恵介

【要約】 【課題】振動や騒音を低減し、耐久性に優れたボール転走溝を有するボールねじナットおよびその製造方法を提供する。

【解決手段】この例では、ボールねじナット1の両端面からそれぞれメディアが入射されている。ボールねじナット1の図の右側面からは、ボールねじナット1の内径面1aに対して角度θ1をもってメディアが入射されている。一方、ボールねじナット1の図の左側面からは、ボールねじナット1の内径面1aに対して角度θ2をもってメディアが入射されている。角度θ1で入射されたメディア入射によってはボール転走溝2にメディアが衝突しない範囲Z1と、角度θ2で入射されたメディア入射によるメディア衝突可能範囲が一致しているので、2方向のショットピーニング加工で重複して加工される転走面領域が発生せず、転造面全体を確実且つ均一に加工処理することが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝に、前記ボールねじナットの両端の2方向からメディアを入射させると共に、該2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によっては前記ボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、ショットピーニング処理が施された硬化層が形成されていることを特徴とするボールねじナット。
【請求項2】
前記ボール転走溝の表面粗さがRa1.0μm以下に規制されている請求項1に記載のボールねじナット。
【請求項3】
前記ボール転走溝の表面硬さがHv700〜900の範囲に設定されている請求項1または2に記載のボールねじナット。
【請求項4】
前記ボール転走溝の表面に−500〜−1500MPaの範囲で圧縮残留応力が形成されている請求項1乃至3いずれか1項に記載のボールねじナット。
【請求項5】
ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットの製造方法において、熱処理後に前記ボールねじナットの両端の2方向からメディアを入射させると共に、該2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によっては前記ボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、ショットピーニング処理が施されていることを特徴とするボールねじナットの製造方法。
【請求項6】
素材の中心に所定の内径面をドリル加工で開ける工程と、前記内径面にタッピング工具を挿入し、ボール転走溝を切削加工する工程とを備えている請求項5に記載のボールねじナットの製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、多数のボールが転動する螺旋状のボール転走溝が形成されたボールねじナットおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ボールねじは、外周に螺旋状のボール転走溝が形成されたボールねじ軸と、円筒面内に螺旋状のボール転走溝が形成されたボールねじナットと、対向する両ボール転走溝で構成されたボール転動路内に転動自在に収容された多数のボールとからなり、ボールねじ軸あるいはボールねじナットの回転を軸方向の並進運動に変換する機械要素である。
【0003】
従来、このボールねじナットは、切削加工と研削加工とによって内周にボール転走溝が形成されるのが一般的である。すなわち、ドリルを用いて素材に下孔を開け、バイトでこの下穴の周面に螺旋状のボール転走溝を切削加工する。次に、浸炭焼入れ等の熱処理を行った後、円筒研削盤等で外径部の研削加工を行い、最後に砥石を用いて切削したボール転走溝の表面を研削加工する。そして、この研削加工により、熱処理後にワーク表面に生じる粒界酸化層などの異常層が除去される。
【0004】
しかしながら、従来の切削加工と研削加工とによってボール転走溝が形成されたボールねじナットにおいては、内径の小さいボールねじナットを研削加工する場合、砥石を下孔に挿入することができず、研削加工ができないことがあった。また、内径が小さいボールねじナットでなくても大リードのものについては、リード角が大きいため、下孔への砥石の挿入量が制限を受けて、やはり研削加工ができないことがあった。さらに、研削加工は、ナットの芯出し等の調製に時間と工数がかかりコスト的に不利である。
【0005】
そこで、特許文献1には、この研削加工を行わないで、ボールねじナットにボール転走溝を形成する方法が開示されている。この方法は、素材の中心に所定の内径面をドリル加工で開ける工程と、素材の外径面及び内径面をバイトで仕上げ加工する工程と、内径面にタッピング工具を挿入し、ボール転走溝を切削加工する工程と、ボール転走溝に浸炭焼入れする熱処理工程と、この熱処理工程の後にスチールビーズによるショットピーニング処理を行う工程とを備えている。
【0006】
特許文献1の方法によれば、研削加工を行わないので、内径の小さいボールねじナットやリード角の大きいボールねじナットも加工できる。また、コスト的に不利な研削工程を省くことにより、低コストなボールねじを提供することができる。さらに、浸炭焼入れ後にボール転走溝にショットピーニング処理を施すことで、粒界酸化層などの異常層を排除しながら、表面硬度や圧縮残留応力量などに代表される転動疲労寿命に影響を与える表面特性を改善して、長寿命化を図ることができる。
【特許文献1】特開2005−90570号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1においては、ボールねじナット内径面のボール転走溝をショットピーニング加工する際に、加工対象となるボール転走溝を一方のボールねじナット端面から斜めにねらってメディアを噴出し、メディアをボール転走溝に衝突させることにより、粒界酸化層を除去している。このとき、ボール転走溝の肩部にメディアが干渉するため、メディアが直接当たらない領域が生じてしまい、その領域においては、粒界酸化層を除去することができない。このように、粒界酸化層が残存した転走面をボールが転動すると、粒界酸化層が摩耗することによりボール転走溝のすきまが著しく増大して振動や騒音の原因となったり、粒界酸化層の金属組織の亀裂が基点となって早期に剥離損傷する。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、振動や騒音を低減し、耐久性に優れたボール転走溝を有するボールねじナットおよびその製造方法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】
【0009】
係る目的を達成すべく、本発明は、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝に、前記ボールねじナットの両端の2方向からメディアを入射させると共に、該2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によっては前記ボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、ショットピーニング処理が施された硬化層が形成されている構成を採用した。
【0010】
2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によってはボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、2方向のショットピーニング加工で重複して加工される転走面領域が発生しないので、転造面全体を確実且つ均一に加工処理することが可能となる。こうすることにより、ボールねじナットの浸炭熱処理時に発生するボール転走溝の表面の粒界酸化層を確実に除去できるので、ボール転走溝が摩耗してすきまが増大したり、騒音や振動を発生することを防止することができ、さらには、ボールねじの長寿命化が実現できる。
【0011】
また、本発明は、前記ボール転走溝の表面粗さがRa1.0μm以下に規制されているので、高速回転においても騒音・振動等の発生を抑制することができる。
【0012】
また、本発明は、前記ボール転走溝の表面硬さがHv700〜900の範囲に設定されているので、充分な耐摩耗性と耐久性を有している。
【0013】
また、本発明は、前記ボール転走溝の表面に−500〜−1500MPaの範囲で圧縮残留応力が形成されているので、さらに耐久性を向上させることができる。
【0014】
また、本発明は、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットの製造方法において、熱処理後に前記ボールねじナットの両端の2方向からメディアを入射させると共に、該2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によっては前記ボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、ショットピーニング処理が施されているので、2方向のショットピーニング加工で重複して加工される転走面領域が発生しないので、転造面全体を確実且つ均一に加工処理することが可能となる。
【0015】
また、本発明は、素材の中心に所定の内径面をドリル加工で開ける工程と、前記内径面にタッピング工具を挿入し、ボール転走溝を切削加工する工程とを備えているので、ボール転走溝を一回の通し加工で効率良く切削加工でき、低コストで精度の高い溝加工ができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るボールねじナットは、ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝に、前記ボールねじナットの両端の2方向からメディアを入射させると共に、該2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によっては前記ボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、ショットピーニング処理が施された硬化層が形成されているので、2方向のショットピーニング加工で重複して加工される転走面領域が発生せず、転造面全体を確実且つ均一に加工処理することが可能で、振動や騒音を低減し、耐久性に優れたボール転走溝を有するボールねじナットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
ボールが転動するボール転走溝が内径面に形成されたボールねじナットにおいて、前記ボール転走溝に、前記ボールねじナットの両端の2方向からメディアを入射させると共に、該2方向のメディア入射の内、一方のメディア入射によっては前記ボール転走溝にメディアが衝突しない範囲と、他方のメディア入射によるメディア衝突可能範囲を一致させることにより、ショットピーニング処理が施された硬化層が形成されている。
【実施例】
【0018】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るボールねじナットの実施の形態を示す縦断面図である。図2は、本発明に係るボールねじナットの製造工程を示す説明図である。図3は、本発明に係るボールねじナットの製造方法を実施するためのターニングセンタを示す概略図である。図4は、本発明に係るボールねじナットの加工に用いるタッピング工具を示す平面図である。図5は、本発明に係るボールねじナットの2方向からのショットピーニング処理を示す概略図である。
【0019】
このボールねじナット1はSCM430等の肌焼き鋼からなり、ボールねじ軸3に外嵌され、このボールねじ軸3の外径面3aに形成された螺旋状のボール転走溝4に対応して内径面1aに螺旋状のボール転走溝2が、後述するタッピング工具9による切削加工により形成されている。これらボール転走溝2、4によりボール転動路が構成され、ボールねじナット1のボール転走溝2を連結する連結溝5が形成された駒部材6によって多数のボール7が無限循環することができる。なお、ボール循環方式は駒式に限らず、リターンチューブ式やエンドキャップ式であっても良い。
【0020】
図2に示すように、本発明のボールねじナットの製造工程においては、最初に、円柱状の素材の中心に所定の内径面をドリル等で形成する(P1)。素材の外径面および内径面を切削バイトで仕上げ加工する(P2)。次に、図3に示すように、ターニングセンタ8のチャック8aおよびテールストック(図示せず)にそれぞれボールねじナット1、タッピング工具9を装着し、その後、ボールねじナット1の内径面1aにタッピング工具9を挿入し、それぞれの位相をNC制御しながら切削加工する(P3)。これにより、ボール転走溝2を一回の通し加工で効率良く切削加工でき、低コストで精度の高い溝加工ができる。
【0021】
タッピング工具9は、図4に示すように、先端部にボールねじナット1の内径面1aをガイドとして芯出しが可能なように円筒部9aが形成されている。この円筒部9aから後方に漸次大径に形成された切れ歯部9bが形成され、シャンク部9cを介して後端部にはテールストックに装着される矩形状のチャック部9dが形成されている。このタッピング工具9の切れ歯部9bの回転に伴い、ボールねじナット1の内径面1aにボール転走溝2が切削加工により形成される。なお、タッピング工具9における切れ歯部9bの外周形状を、ボール転走溝2の、例えば、ゴシックアーチ形状に予め成形することにより、一回の通し加工で効率良く切削加工でき、低コストで精度の高い溝加工ができる。
【0022】
こうしたタッピング工具9による切削加工後、ボールねじナット1は、浸炭焼入れ・焼戻しにより表面に54〜64HRCの範囲で硬化層が形成される(P4)。なお、熱処理による表面の硬化処理はこれに限らず、調質処理や高周波焼入れ、あるいは、素材にSUJ2等の高炭素クロム鋼を使用してズブ焼入れしても良い。
【0023】
そして、熱処理後、ボール転走溝2にショットピーニング処理を施す(P5)。本実施形態では、メディアとして、比重と共に高硬度なスチールビーズを使用し、粒径40〜60μm、ショット圧0.4MPa、処理時間は60sec.で行った。これにより、熱処理によるスケールを削除でき、表面粗さの改善と共に、表面硬さおよび表面の圧縮残留応力を高めることができる。なお、スチールビーズ以外にもセラミックビーズやガラスビーズで処理を行っても良い。
【0024】
図5には、ボールねじナット1のボール転走溝2にショットピーニング処理が施される例が示されている。ショットピーニング処理は、メディアを噴出するノズルをナット内径面1aに配置された循環列に向けて配置し、ボールねじナット1の内周面に形成されたボール転走溝2にメディアを入射することにより行う。この入射した状態でボールねじナット1を軸回りに回転させることにより、ボールねじナット1の内周面に形成されたボール転走溝2の全周にわたりメディアが入射される。または、ボールねじナット1を固定しておき、メディアの噴射ノズルをボールねじナット1の軸回りに回転させることで、ボール転走溝2の全周にわたりメディアが入射される。このように、ボール転走溝2にメディアを衝突させることにより、その表面の粒界酸化層を除去できる。
【0025】
この例では、ボールねじナット1の両端面からそれぞれメディアが入射されている。ボールねじナット1の図の右側面からは、ボールねじナット1の内径面1aに対して角度θ1をもってメディアが入射されている。メディアは、ボール転走溝2の図の略左半分に衝突している。また、ボールねじナット1の内径面1aに対して角度θ1で入射されたメディアの一部は、ボールねじナット1のボール転走溝2の肩部10aに干渉して、ボール転走溝2に到達しない。したがって、この肩部10aからボール転走溝2の一部にかけては、メディアが直接当らない領域Z1が生じてしまい、その領域Z1においては、粒界酸化層が除去されないで残留してしまう。
【0026】
一方、ボールねじナット1の図の左側面からは、ボールねじナット1の内径面1aに対して角度θ2をもってメディアが入射されている。このメディアは、ボール転走溝2の内、角度θ1で入射されたメディアが直接当らない領域Z1に衝突している。ここで、角度θ1で入射されたメディア入射によってはボール転走溝2にメディアが衝突しない範囲Z1と、角度θ2で入射されたメディア入射によるメディア衝突可能範囲が一致しているので、2方向のショットピーニング加工で重複して加工される転走面領域が発生せず、転造面全体を確実且つ均一に加工処理することが可能となる。
【0027】
なお、ボールねじナット1の内径面1aに対して角度θ2で入射されたメディアの一部は、ボールねじナット1のボール転走溝2の肩部10bに干渉して、ボール転走溝2に到達しない。したがって、この肩部10bからボール転走溝2の一部にかけては、メディアが直接当らない領域Z2が生じてしまうが、その領域Z2においては、角度θ1で入射されたメディアが衝突するので、粒界酸化層が好適に除去される。また、2方向からのメディアの入射は、それぞれ順番に行うこともできるし、同時に2方向からメディアを入射することもできる。
【0028】
ショット後の面粗さは、平均で処理前のRa1.05μmに対し、Ra0.89μmと改善され、高速回転においても騒音・振動等の発生を抑制することができる。また、ショットピーニング処理により表面硬さは、Hv700〜900の範囲に設定するのが好ましい。Hv700未満では寿命の向上が期待できず、Hv900を超えると反って靭性の低下が懸念されるためである。さらに、表面の圧縮残留応力は、−500〜−1500MPaの範囲が好ましい。−500MPa未満では充分な寿命向上が得られず、また、−1500MPaを超えると処理時間に比例した応力増大が見込めず、反って処理時間が長くなってコスト高騰を招くためである。
【0029】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明に係るボールねじナットは、特に自動車等の車両に用いられる自動マニュアルトランスミッション、電動ブレーキ、電動パワーステアリング、エンジン動弁系制御アクチュエータに適用でき、また、電動ショックアブソーバやCVTプーリの幅制御用のアクチュエータにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明に係るボールねじナットの実施の形態を示す縦断面図である。
【図2】本発明に係るボールねじナットの製造工程を示す説明図である。
【図3】本発明に係るボールねじナットの製造方法を実施するためのターニングセンタを示す概略図である。
【図4】本発明に係るボールねじナットの加工に用いるタッピング工具を示す平面図である。
【図5】本発明に係るボールねじナットの2方向からのショットピーニング処理を示す概略図である。
【符号の説明】
【0032】
1・・・・・・・・・・・ボールねじナット
1a・・・・・・・・・・内径面
2、4・・・・・・・・・ボール転走溝
3・・・・・・・・・・・ボールねじ軸
3a・・・・・・・・・・外径面
5・・・・・・・・・・・連結溝
6・・・・・・・・・・・駒部材
7・・・・・・・・・・・ボール
8・・・・・・・・・・・ターニングセンタ
8a・・・・・・・・・・チャック
9・・・・・・・・・・・タッピング工具
9a・・・・・・・・・・円筒部
9b・・・・・・・・・・切れ歯部
9c・・・・・・・・・・シャンク部
9d・・・・・・・・・・チャック部
10a、10b・・・・・肩部
Z1、Z2・・・・・・・メディアが直接当らない領域
θ1、θ2・・・・・・・メディアの入射角度
【出願人】 【識別番号】000102692
【氏名又は名称】NTN株式会社
【出願日】 平成18年10月27日(2006.10.27)
【代理人】 【識別番号】100095614
【弁理士】
【氏名又は名称】越川 隆夫


【公開番号】 特開2008−105153(P2008−105153A)
【公開日】 平成20年5月8日(2008.5.8)
【出願番号】 特願2006−291981(P2006−291981)