JP7254520B2 - スピンドルナット、ねじ伝動装置、およびスピンドルナットを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルナット、スピンドルナットを製造する方法、およびスピンドルナットを備えるねじ伝動装置に関する。

スピンドルナットおよびそれに関連するボールねじ伝動装置は、例えば独国特許出願公開第１０２０１３２０７６１８号明細書から公知である。そのボールねじ伝動装置は、サポートベアリングとしてのボールベアリングを備えている。

ねじ伝動装置とも呼ばれるねじ伝動装置の構成要素は、基本的には切削または非切削で加工することができる。ねじ伝動装置のための金属薄板部品の使用は、原理的には、独国特許第２８２９４３３号明細書および独国特許出願公開第１００２８９６８号明細書から公知である。どちらの場合にも、それぞれのスピンドルナットの内側に形成されたねじ条の輪郭は、スピンドルナットの外側でも認識可能である。すなわち、スピンドルナットは、均一な肉厚の金属薄板から形成されている。

本発明の課題は、スピンドルナットおよびスピンドルナットを用いて動作するねじ伝動装置の製造を、高い機能性を達成しながら特に合理的に行うことである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有するスピンドルナットと、請求項５に記載のスピンドルナットを製造する方法と、請求項８に記載の、本発明によるスピンドルナットを含むねじ伝動装置とによって解決される。装置、すなわちスピンドルナットおよびねじ伝動装置に関連して以下に説明する本発明の形態および利点の主旨は、製造方法についても当てはまり、その逆も成り立つ。

スピンドルナットは、金属の変形加工部品、特に金属薄板部品として形成されており、スピンドルナットの円筒形の領域はスリーブ部分と呼ばれる。このスリーブ部分の内側には、ねじ条が形成されており、ねじ条は、ねじスピンドルと直接協働するか、または転動体を介在して協働する。ねじ条の形態で輪郭が定められているスリーブ部分の内側とは対照的に、スリーブ部分の外側表面は滑らかであり円筒形である。

スピンドルナットは、金属の素材、特に例えばストリップ状の金属薄板から、
－スリーブ部分を有し、円筒形の外側表面を有するブランクを、非切削の変形加工によって、特に深絞り加工によって、金属薄板から製造するステップであって、円筒形の外側表面の寸法は、加工後のねじスピンドルの外寸に対応する、ステップと、
－スリーブ部分の円筒形の外側表面を変化させずに維持しながら、非切削の変形加工によって、特にねじ転造によって、ねじスピンドルと協働するように設けられるねじ条をブランクに成形する、ステップと、
で製造可能である。

深絞り加工の代替として、ブランクの製造は原則的に押出し加工によって行うこともでき、ここで、この同様に非切削の方法によって、好ましくは、より薄肉の部品が製造される。いずれにせよ、完成したスピンドルナットのスリーブ部分の平均肉厚は、ブランクのスリーブ部分の肉厚と一致することが好ましい。

スピンドルナットを製造するための材料として、好ましくは、１２００Ｎ／ｍｍ^２までの強度、および少なくとも８％の破断伸度を有する金属材料が選択される。

本発明は、ねじ山の非切削の製造によって様々な利点を達成できるという考えに基づいている。原理上、製造時に切削屑が生じない。同時に、高い表面品質を達成することができ、材料の変形加工によって、切削の製造方法に比べて強度面での利点が得られる。

しかし、変形加工法における欠点は、切削法に比べてより高い加工力および加工モーメントである。したがって、従来技術では、ねじ山形成、特にねじ転造による雌ねじの形成は、中実部品の場合にのみ考えられている。金属薄板から製造されるスピンドルナットは、そのような部品ではないことが明らかである。

予想を超えて、スピンドルナットの薄肉の形態にもかかわらずスピンドルナットにおけるねじ条の成形が間違いなく可能であることが判明した。スリーブ状のブランクの製造のための素材製品として、深絞り加工によるスピンドルナットの製造では好ましくは金属薄板が使用され、金属薄板は、例えば帯状体として存在し得る。押出し加工によってスリーブ状のブランクを製造する場合には、中実材料、特に金属線材から出発し、そこからブランクが成形される。

非切削の変形加工、すなわち深絞り加工または押出し加工によってブランクのスリーブ形状体が製造された後、適切な工具、特にねじ転造具によって、ブランクの内側に、特にボール走行路の形態のねじ条が成形される。この成形は、スリーブ状のブランクの壁部内での材料の押込みによって行われる。この場合、スリーブ状のブランクの外側輪郭は、好ましくはダイスによって保持され、これによりスリーブ状のブランクの材料が外側に押し退けられることがない。むしろ、材料は、工具の表面部分とスリーブ状のブランクの内側表面との間に形成されている自由空間内にのみ押し込まれる。このようにして、ねじ転造によって、ねじ条の所定のショルダ高さを形成することができる。同様に、スピンドルナットの内側のねじ条は、タッピンねじによって加工することもできる。スリーブ状のブランク（後続加工によりスピンドルナットになる）にねじ条を作製する方法の様々な形態の組合せも考えられる。一条ねじではなく、多条ねじをスピンドルナットに成形することもできる。少なくとも１つのねじ条は、例えば丸みを付けた輪郭または台形の輪郭を有することができ、台形の輪郭は、特に、転動体のない単純な移動用ねじ山の場合に選択される。

少なくとも１つのねじ条の平均深さは、好ましい実施形態では、スピンドルナットのスリーブ部分の平均肉厚の最小で２０％に相当し、最大で５０％に相当する。上記の平均肉厚は、好ましくは、スリーブ部分の半径の４分の１未満である。同時に、スリーブ部分の平均肉厚は、好ましくは、スリーブ部分の半径の１／１０超に相当する。

有利な実施形態によれば、径方向外向きのフランジが、スリーブ部分の一端面に一体的に続いている。フランジは、例えば、スピンドルナットを周囲の部品の内側にまたは表面に固定するために使用することができ、このために、同様に非切削で作製可能である孔を有することができる。同様に、打抜き加工によってフランジの精密な外側輪郭を作製することもできる。なお、スピンドルナットの輪郭は、例えばエンボス加工によって作製可能である。

スリーブ部分は、フランジの代わりに、径方向内向きの端縁を有することもできる。同様に、スリーブ部分が一端面ではフランジに移行し、逆側の端面では端縁に移行する、スピンドルナットの実施形態も実現可能である。

いずれにせよ、ねじ条ならびに場合によってはフランジおよび／または端縁を含むスピンドルナット全体が、金属薄板、特に鋼薄板から変形加工法によって一体的に製造されている。

スピンドルナットの１つのねじ条または複数のねじ条の幾何学的構成に関係なく、スリーブ状のブランクに一体成形されたフランジの肉厚は、スリーブ部分の平均肉厚から１５％を超えてずれていないことが好ましい。特に、フランジの肉厚は、スリーブ部分の平均肉厚と一致してよい。対応する関係が、スピンドルナットの、ねじ条によって輪郭を定められた円筒形のスリーブ部分に対する、内向きの端縁の肉厚についても当てはまる。

フランジの成形、端縁の成形、およびねじ条の成形は、原則として任意の順序で可能である。有利な方法の実施形態では、素材部品、特に金属薄板ストリップの一部分または金属線材の一部分から、まずスリーブ状の部品が成形され、この部品は、フランジおよび端縁を含むスピンドルナットの外側輪郭全体を有しているが、ねじ条をまだ有していない。

任意選択でスリーブ部分に一体成形された端縁は、特に、環状の中間部材用の当接面を形成するのに適しており、中間部材は、ねじ伝動装置の径方向で、スピンドルナットに対してねじスピンドルを支持する。中間部材は、好ましくは、ねじスピンドルおよびスピンドルナット、ひいてはねじ伝動装置全体の軸方向に関して、スピンドルナットのねじ条内に形状結合式に保持されるように成形されている。さらに、中間部材は、ねじ伝動装置からの転動体、特にボールの脱落を防止する働きをすることができる。これは、ねじ伝動装置が非循環型のボールねじ伝動装置として形成されている場合に特に当てはまる。

非循環型のボールねじ伝動装置とは、スピンドルナットにボール循環部を有しないボールねじ伝動装置を意味する。したがって、この実施形態では、スピンドルナットのスリーブ部分は、閉じた表面を有する。スリーブ部分の閉じた外側表面は、好ましくは完全に円筒形に形成されており、すなわち、ねじ条に対応する溝構造を有さずに形成されている。それに対応して、ねじ条を成形することができるように製造方法中にスリーブ状のブランクが嵌入されるダイスは、同様に滑らかな円筒形の表面を有する。

非循環型のボールガイドの代替として、ボールねじ伝動装置は、例えば外部変向部または個別変向部を有して構成されていてよい。個別変向部の場合、ボールはねじ条において１つの巻条を転がり、次いで、同一の１つの巻条内で循環する。このために、スピンドルナットの壁部には、複数の切欠きの態様の循環要素が加工されており、これらの切欠は、例えば打抜き加工によって作製可能である。この打抜き加工は、好ましくは、スピンドルナットの、柔らかい、すなわちまだ硬化されていない状態で行われる。同様に、硬化したスピンドルナットに、穿孔によって切欠きが作製可能であり、それらの切欠きに変向部材が嵌入可能である。なお、スピンドルナットの外側表面は、これらの場合には一貫して滑らかであり、貫通部が設けられていない。

ねじ伝動装置のスピンドルナットと同様に、ねじ伝動装置のねじスピンドルも、変形加工、すなわち非切削の方法によって製造することができる。このために、特に、ねじスピンドルが成形されるシャフトの外側表面上で工具を転動する方法が考えられる。ここで、ねじスピンドル、工具、または双方に回転を与えることができる。ねじスピンドルは、中実部品または管状部品である。

特に、スピンドルナットがねじスピンドルと直接、すなわち転動体を介さずに協働する場合、上記２つの部品のうちの一方に摩擦低減コーティングを施すことができ、または全体を、摩擦特性に関して好適な材料、例えば非鉄金属から製造することができる。

ねじ伝動装置の動作時、スピンドルナットおよびねじスピンドルのいずれかが回転部品として機能することができる一方で、他方の部品は直線的にのみ移動する。ねじ伝動装置においてスピンドルナットとねじスピンドルとの間で転動体、特にボールが転動するが、転動体循環部が設けられていない場合には、ねじ伝動装置は、小さい調整距離を有する調整装置に特に適している。例として、燃焼機関の排気ガス再循環用の装置における調整装置を挙げることができる。

ボール走行路としてのねじ条の適性を達成するかまたは改善するために、スピンドルナットに熱処理を施すことができる。熱処理の後、射出成形によってプラスチックでスピンドルナット全体を取り囲むことができ、その際、取り囲むプラスチック射出成形体は例えば歯列構造を有し、この歯列構造は、歯付きベルトによるスピンドルナットの駆動を可能にする。同様に、スピンドルナットが直接、すなわち伝動装置を介さずに電動機により駆動される、ねじ伝動装置の実施形態が実現可能である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳細に説明する。

ねじ伝動装置の断面斜視図である。 製造プロセス中の図１によるねじ伝動装置のスピンドルナットを示す図である。 スピンドルナットの詳細の概略断面図である。

図１は、スピンドルナット２とねじスピンドル３とを含むねじ伝動装置１、すなわちボールねじ伝動装置を示す。スピンドルナット２は、鋼板から成る一体的な金属薄板部品であり、ねじスピンドル３は、鋼管である。ねじスピンドル３とスピンドルナット２との間で、転動体４としてボールが転動する。さらに、ねじスピンドル３とスピンドルナット２との間には環状の中間部材５があり、環状の中間部材５の横断面は、スピンドルナット２およびねじスピンドル３の輪郭に適合されている。ばねを支持する働きもする中間部材５は、径方向内向きの端縁７に当接しており、この端縁７は、スピンドルナット２の円筒形のスリーブ部分（参照符号６で示す）を一端面で画成している。

スリーブ部分６の反対側の端面では、スリーブ部分６は、径方向外向きのフランジ８に移行する。図示していないが、フランジ８には固定孔を設けることができる。

図２に基づいて、スピンドルナット２の製造を以下に説明する。深絞り加工によって金属薄板から製造されたブランクであって、その外側輪郭がスピンドルナット２の外側輪郭に既に対応しており、しかし内側はまだ滑らかであるブランクを、ダイス１０に嵌入し、スリーブ部分６の円筒形の外壁を全面にわたってダイス１０の内壁に当て付ける。同様に、フランジ８および端縁７もダイス１０に当て付ける。工具（図示せず）を用いて、スピンドルナット２のスリーブ部分６にねじ条（参照符号９で示す）を作製する。

次いで、特に転動体走行路としてのねじ条９の適性を改善するために、スピンドルナット２全体に熱処理を施す。この硬化後の状態でスピンドルナット２を使用することができ、ねじ伝動装置１を組み立てるためのさらなる加工ステップは不要である。代替的に、図示していないが、スリーブ部分６の円筒形の外側表面を、射出成形によって、その外側表面が歯列輪郭として形成されたプラスチック被包体で取り囲むことができ、これにより歯車または歯付きベルトによるスピンドルナット２の駆動が可能になる。

スピンドルナット２と同様に、ねじスピンドル３も、変形加工法によって製造可能である。この目的のために、ねじスピンドル３をマンドレル（図示せず）に被せ嵌め、その後、ねじスピンドル３の外側表面に作用する工具によって加工する。

ねじ伝動装置１は、ボール循環部を有しないボールねじ伝動装置である。ねじ伝動装置１からの転動体４の脱落を防止するために、フランジ８が位置するスピンドルナット２の側に、中間部材５と同様に、環状の終端部材（図示せず）を配置することができる。ねじ伝動装置１の動作時、スピンドルナット２を回転させるのではなく、ねじスピンドル３を回転させることもでき、この場合、図示しないが、摺動可能なスピンドルナット２は回転を防げられている。

図３は、スピンドルナット２の寸法比を具体的に示すために用いられる。スリーブ部分６の半径を符号ｒで示す。符号Ｒは、スピンドルナット２の対称軸を示し、この対称軸は、ねじ伝動装置１の回転軸と同一である。スリーブ部分６は、半径ｒの２５％未満の平均肉厚Ｗを有する。ねじ条９の深さ（符号Ｔで示す）は、スピンドルナット２のスリーブ部分６の平均肉厚Ｗの２０％超に相当するが、５０％未満に相当する。

１ ねじ伝動装置、ボールねじ伝動装置
２ スピンドルナット
３ ねじスピンドル
４ 転動体、ボール
５ 中間部材
６ スリーブ部分
７ 端縁
８ フランジ
９ ねじ条
１０ ダイス
ｒ スピンドルナットの半径
Ｒ 回転軸
Ｔ ねじ条の深さ
Ｗ 平均肉厚

Claims (4)

1. 金属の変形加工部品としてのスピンドルナット（２）を製造する方法であって、
   金属薄板から非切削の変形加工によって形成される、円筒形の外側表面を有するブランクであって、円筒形の外側表面を有するスリーブ部分（６）と、前記スリーブ部分（６）の一端面に一体成形された径方向外向きのフランジ（８）と、前記スリーブ部分（６）の反対側の端面に一体成形された径方向内向きの端縁（７）とを有するブランクを製造するステップと、
   薄板状の前記スリーブ部分（６）の円筒形の外壁を全面にわたってダイス（１０）の内壁に当て付けることによって前記ブランクの外側輪郭をダイスによって保持し、前記スリーブ部分（６）の前記円筒形の外側表面を維持しながら、非切削の変形加工によって、ねじスピンドルと協働するように設けられるねじ条（９）を前記ブランクの前記スリーブ部分（６）の内面に成形するステップと、
   を含む方法。
2. 前記スリーブ部分（６）を、深絞り加工または押出し加工によって成形することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ねじ条（９）を、ねじ転造によって成形することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記ねじ条（９）の前記成形の前に、前記フランジ（８）および前記端縁（７）をそれぞれ一体成形し、前記フランジ（８）の肉厚および前記端縁（７）の肉厚は、前記スリーブ部分（６）の平均肉厚（Ｗ）から１５％を超えてずれていないことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。

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