JP2006022848A

JP2006022848A - ボールねじ軸およびその製造方法

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Publication number: JP2006022848A
Application number: JP2004199355A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tateishi; 康司立石; Morihisa Yoshioka; 守久吉岡
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】
良好な表面粗さが得られ、加工時間が短く低コストなボールねじ軸およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝３が転造加工により形成されたボールねじ軸１の製造方法において、ボールねじ軸１を高周波焼入れによって硬化処理した後、ボールねじ軸１を回転支持した状態で、バフブラシ５を所定の圧力で当該ボールねじ軸１の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を摺動させて仕上げ加工することにより、熱処理によってねじ部２に付着したスケールを効果的に除去することができると共に、転造加工によって得られた母線形状および平滑な表面粗さを損なうことなく、良好な表面粗さを有するボール転走溝３を得ることができ、加工時間が短く低コストなボールねじ軸１を提供することができる。
【選択図】図３

Description

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軸およびその製造方法に関するものである。

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。

従来、自動車用のアクチュエータ等に使用されるボールねじにおいて、そのボールねじ軸は、量産性を向上させ低コスト化を図るために、センタレス加工された円筒状素材をスルーフィードにより転造加工され、１パスでボール転走溝が形成されている。その後、このボールねじ軸は、転動寿命を向上させるために高周波焼入れ等の熱処理が施され、ボール転走溝の表面に硬化層が形成されている。

しかしながら、転造加工によってボール転走溝が形成されたボールねじ軸においては、研削加工等の後加工がないため、熱処理後のボール転走溝の表面には熱処理時のスケールが付着している。このスケールはボールねじにおける転動寿命を著しく低下させることが判っている。したがって、このスケールを除去し、表面の清浄度を向上させるためにショットブラスト加工が一般的に行われている。

このショットブラスト加工は、例えば、図４に示すように、ワーク５０の表面の垂直線上に配置されたノズル５１から、仕上げ治具５２上にセットされたワーク５０の表面に向けて、スチールビーズ５３を噴射させて行われる。ここで、スチールビーズ５３の粒径は２０〜１００μｍ、噴射時間は約９０秒、噴射圧は１〜３ｋｇ／ｃｍ^２、ノズル５１とワーク５０の表面までの距離ｄは約１４０ｍｍの条件でショットブラスト加工を施すと、ワーク５０の表面に付着したスケールが除去されると共に、その表面粗さが低減される。
特開平６−５５４４９号公報

しかし、ボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸において、熱処理後に付着したスケールを除去するために、こうしたショットブラスト加工を行った場合、スケール除去能力の面では問題ないが、ボール転走溝の表面粗さが劣化するという問題が内在していた。

また、ショットブラスト加工は、スチールビーズ５３として極小径のボールを使用しているため、そのスチールビーズ５３の表面が摩耗した場合にはスケール除去量が変化することが判っている。このため、スチールビーズ５３の耐用時間を予め設定し、スチールビーズ５３の摩耗が進行する前に新しいスチールビーズ５３に交換するといった対策もあるが、段取り・調整時間が嵩み量産性が低下して好ましくない。したがって、通常、スチールビーズ５３の使用時間（摩耗量）に応じて処理時間を増加させ、このバラツキを防止するようにしているが、この種の転造ボールねじ軸において、処理時間の増加により表面粗さが劣化するのは否めなかった。

本発明は、こうした従来の問題を解決し、良好な表面粗さが得られ、加工時間が短く低コストなボールねじ軸およびその製造方法を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸において、前記ボール転走溝がバフブラシによるバフ処理で表面が仕上げ加工されている。

このように、外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸において、ボール転走溝がバフブラシによるバフ処理で表面が仕上げ加工されているので、転造加工によって得られた母線形状および平滑な表面粗さを損なうことなく、良好な表面粗さのボール転走溝を有するボールねじ軸を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記ボール転走溝の表面粗さが、その母線方向において０．１Ｒａ以下に規制されているので、ボールねじとして転動寿命が向上すると共に、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、本発明のうち請求項３に記載の方法発明は、外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸の製造方法において、前記ボールねじ軸を熱処理によって硬化処理した後、前記ボールねじ軸を回転支持した状態で、バフブラシを所定の圧力で当該ボールねじ軸の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を摺動させて仕上げ加工する方法を採用した。

このような製造方法を採用することにより、熱処理によってねじ部に付着したスケールを効果的に除去することができると共に、転造加工によって得られた母線形状および平滑な表面粗さを損なうことなく、良好な表面粗さを有するボール転走溝を得ることができ、加工時間が短く低コストなボールねじ軸を提供することができる。

また、前記バフブラシが、請求項４に記載の発明のように、サイザル麻の粗大長繊維による織布あるいはコードに合成樹脂を含浸させて円板状に形成され、さらにこれを複数枚重合させてロール状に形成させたものであっても良いし、また、請求項５に記載の発明のように、合成樹脂をベースとした線材に研磨材を含浸させたものであっても良い。

本発明に係るボールねじ軸は、外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成され、前記ボール転走溝がバフブラシによるバフ処理で表面が仕上げ加工されているので、転造加工によって得られた母線形状および平滑な表面粗さを損なうことなく、良好な表面粗さのボール転走溝を有するボールねじ軸を提供することができる。

また、本発明に係るボールねじ軸の製造方法は、外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸を熱処理によって硬化処理した後、前記ボールねじ軸を回転支持した状態で、バフブラシを所定の圧力で当該ボールねじ軸の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を摺動させて仕上げ加工したので、熱処理によってねじ部に付着したスケールを効果的に除去することができると共に、転造加工によって得られた母線形状および平滑な表面粗さを損なうことなく、良好な表面粗さを有するボール転走溝を得ることができ、加工時間が短く低コストなボールねじ軸を提供することができる。

外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸を高周波焼入れによって硬化処理した後、前記ボールねじ軸を回転支持した状態で、バフブラシを所定の圧力で当該ボールねじ軸の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を摺動させて仕上げ加工する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじ軸の一実施形態を示す斜視図、図２はその製造工程を示すフロー図である。

このボールねじ軸１は、Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼やＳＣＭ４１５等の肌焼き鋼からなり、外周に螺旋状のねじ部２が形成されている。このねじ部２は、ロールダイス（図示せず）によって転造されたボール転走溝３とランド部４からなる。ボール転走溝３は、耐摩耗性と転がり疲労寿命の向上を図るために、転造加工後に、熱処理によってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲の硬化層が形成されている。熱処理は、浸炭焼入れでも高周波誘導加熱による焼入れでも良いが、表層に粒界酸化層が発生する恐れがなく、また、局部加熱ができ、硬化層深さの設定が比較的容易にできる高周波焼入れが好適である。

次に、図２に示す製造工程のフロー図にしたがって、このボールねじ軸１の製造方法について説明する。
素材は鋳造および圧延工程を経て丸棒材とされ、この丸棒材を焼入れ、焼戻しして素材全体の硬さが２５〜３５ＨＲＣの範囲に設定されている。２５ＨＲＣ未満の硬さでは、ねじ部２の転造加工時に、その塑性変形領域の残留応力に対する耐力が不足し、ボールねじ軸１に曲がりが生じる。また、硬さが３５ＨＲＣを超えると、転造加工性が低下すると共に、熱処理による変形が増大して好ましくない。

その後、素材のひずみを除去し、加工性を向上させるために軟化処理、すなわち、Ａ_３点以上３０〜５０℃の範囲で素材を高周波誘導加熱して冷却する、所謂焼きなましを行う。ここで、焼きなまし後の表面硬さを２３ＨＲＣ〜素材の生硬さの範囲に設定すれば、次工程の転造加工を容易にすることができ、また、転造ロールの寿命を向上させることができる。焼きなまし深さは、ボールねじに適用されるボール径の１〜３倍の範囲に設定すれば、転造される範囲を軟化することができ、精度良くねじ部を加工することができる。なお、ボール転走溝３は、ボール（図示せず）の半径よりも僅かに大きい曲率半径の２つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝に形成されている。無論、ボール転走溝３は、このゴシックアーチ形状以外にも、ボールとサーキュラコンタクトする円弧状の形状であっても良い。

その後、素材の表面に残存する傷等を除去するためにピーリング加工が行われ、センタレス研削により所望の外径寸法に仕上げられる。次に、図示しない転造ロールを素材の外周面に転接させて転造加工が行われる。ここで、予め転造代を残し、旋削加工によりボール転走溝３を形成すれば、転造による押圧荷重が軽減・安定化され、ボールねじ軸１の曲がり等の変形を抑制することができる。その後、ねじ部２の表面が高周波焼入れにより５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理される。

本実施形態では、熱処理によりボール転走溝３等に付着したスケールを除去するためにバフ処理が行われている。このバフ処理は、図３に示すように、ボールねじ軸１を回転支持した状態で、バフブラシ５を所定の圧力でボールねじ軸１の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を往復動させて行われる。

バフブラシ５は、サイザル麻の粗大長繊維による織布あるいはコード（紐）に合成樹脂を含浸させて円板状に形成され、さらにこれを複数枚重合させてロール状に形成させたものからなる。バフブラシ５は、これ以外にも、ＰＡ（ポリアミド）６６をはじめＰＡ６、ＰＡ６１０、ＰＡ６１２等の合成樹脂をベースとした線材に酸化アルミナ等の研磨材を含んだブラシが好適である。その他、合成樹脂としてＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエステル）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を例示することができる。さらに、合成樹脂以外にもメタ系のアラミド繊維、所謂コーネックをベースに研磨材を混入させた毛材であっても良い。

本出願人が実施した試験では、従来のショットブラスト処理によるボール転走溝３の表面粗さ０．６５〜０．６７Ｒａに対して、本発明に係るバフブラシ５によるバフ処理では、最大で０．１Ｒａ以下、平均で０．０８１Ｒａと格段に良好な表面粗さが得られることが判った。ここで、従来品は、ボールねじ軸１の材質がＳＣＭ４１５で、軸径が１６ｍｍ、ボール径が１／８’（３．１７５ｍｍ）、リードが５ｍｍ、熱処理は浸炭焼入れである。一方、本発明品は、ボールねじ軸１の材質がＳ５３Ｃで、軸径が１４．５ｍｍ、ボール径が７／６４’（２．７７８ｍｍ）、リードが４ｍｍ、熱処理は高周波焼入れである。なお、表面粗さは、ボール転走溝３の母線に沿って触針を走査させて計測したものである。

本実施形態では、転造加工によりねじ部２が形成されたボールねじ軸１において、高周波焼入れ等の硬化処理後、ボールねじ軸１を回転支持した状態で、バフブラシ５を所定の圧力でボールねじ軸１の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を往復動させて仕上げ加工するようにしたので、ねじ部２の外周面に付着したスケールを効果的に除去することができると共に、転造加工によって得られた母線形状および平滑な表面粗さを損なうことなく、良好な表面粗さを有するボール転走溝３を得ることができ、加工時間が短く低コストなボールねじ軸１を提供することができる。また、これにより、転動寿命が向上すると共に、高速回転においても騒音・振動等の発生を抑制したボールねじを提供することができる。

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。

本発明に係るボールねじ軸は、特に自動車等のアクチュエータや電動パワーステアリング装置に用いられボールねじに適用できる。

本発明に係るボールねじ軸の一実施形態を示す斜視図である。本発明に係るボールねじ軸の製造工程を示すフロー図である。本発明に係るボールねじ軸の製造方法示す正面図である。従来のボールねじ軸等の機械部品の製造方法を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・ボールねじ軸
２・・・・・・・・・・・ねじ部
３・・・・・・・・・・・ボール転走溝
４・・・・・・・・・・・ランド部
５・・・・・・・・・・・バフブラシ
５０・・・・・・・・・・ワーク
５１・・・・・・・・・・ノズル
５２・・・・・・・・・・仕上げ治具
５３・・・・・・・・・・スチールビーズ
ｄ・・・・・・・・・・・ノズルとワークの距離

Claims

外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸において、
前記ボール転走溝がバフブラシによるバフ処理で表面が仕上げ加工されていることを特徴とするボールねじ軸。
前記ボール転走溝の表面粗さが、その母線方向において０．１Ｒａ以下に規制されている請求項１に記載のボールねじ軸。
外周面にボールが転動する螺旋状のボール転走溝が転造加工により形成されたボールねじ軸の製造方法において、
前記ボールねじ軸を熱処理によって硬化処理した後、前記ボールねじ軸を回転支持した状態で、バフブラシを所定の圧力で当該ボールねじ軸の外周面に押し当て、回転させながら熱処理された領域を摺動させて仕上げ加工することを特徴とするボールねじ軸の製造方法。
前記バフブラシが、サイザル麻の粗大長繊維による織布あるいはコードに合成樹脂を含浸させて円板状に形成され、さらにこれを複数枚重合させてロール状に形成させたものからなる請求項３に記載のボールねじ軸の製造方法。
前記バフブラシが、合成樹脂をベースとした線材に研磨材を含浸させたものからなる請求項３に記載のボールねじ軸の製造方法。