JP4827562B2 - 転造ダイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転造ダイスの製造方法に関し、特に、加工コストを低減して、転造ダイスを安価に製造することができる転造ダイスの製造方法に関するものである。

ボルトとナットとを締結する場合には、ナットの緩み止め手段として、いわゆるダブルナット方式による締結が一般に利用されている。この場合、リードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじを有する２重ねじボルトを使用することで、ダブルナット方式による緩み止め機能をより発揮させることも行われている。

ところで、２重ねじは、一般に、転造加工で形成される。例えば、特開２００３−２６０５３２号公報に記載の技術では、ダイス（転造ダイス）の転造面に並目雄ねじ形成用突条（並目ねじ形成用歯形）と細目雄ねじ形成用突条（細目ねじ形成用歯形）とが互いに交差した状態で研削されており、このダイスの転造面上で被転造素材を転動させて、被転造素材の外周面に２重ねじを転造する。
特開２００３−２６０５３２号公報（段落［００５４］、図１０など）

しかしながら、上述したダイスでは、並目雄ねじ形成用突条及び細目雄ねじ形成用突条をダイスの転造面全体に研削する必要があるので、加工面積の増大により加工コストが嵩み、転造ダイスを安価に製造することができないという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、加工コストを低減して、転造ダイスを安価に製造することができる転造ダイスの製造方法を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の転造ダイスの製造方法は、並目ねじを形成するための並目ねじ形成用歯形と細目ねじを形成するための細目ねじ形成用歯形とを有する転造歯形面を備え、その転造歯形面上で被転造素材を転動させ、前記被転造素材の外周面にリードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじを転造するものであり、 外周面にリードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじが形成された軸状部材をダイス素材上で転動させる転動工程と、前記転動工程の前に、前記ダイス素材に荒ねじを研削する研削工程とを備え、前記転動工程により前記軸状部材の外周面を前記ダイス素材に食い込ませ、前記ダイス素材に前記並目ねじ形成用歯形と前記細目ねじ形成用歯形とを転造し、前記研削工程により研削される前記荒ねじは、谷の底面が平坦面に形成され、前記平坦面に形成される谷の底面が前記細目ねじ形成用歯形の山頂と谷底とを結ぶフランクの略中央に位置し、かつ、フランクが前記並目ねじ形成用歯形のフランクに対応する形状に形成されている。

請求項１記載の転造ダイスの転造方法によれば、リードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじが形成された軸状部材をダイス素材上で転動させる転動工程を備え、その転動工程では、軸状部材の外周面をダイス素材に食い込ませ、並目ねじを形成するための並目ねじ形成用歯形と細目ねじを形成するための細目ねじ形成用歯形とをダイス素材に転造する。

ここで、従来の転造ダイスの製造方法は、ダイス素材の転造面全体に研削加工を施して、並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形を形成しているため、加工面積の増大により加工コストが嵩み、転造ダイスを安価に製造することができない。

これに対し、本発明によれば、２重ねじが形成された軸状部材をダイス素材上で転動させることにより、ダイス素材に並目ねじ形成用歯形と細目ねじ形成用歯形とを転造する。即ち、軸状部材の外周面のみに研削加工を施せばよいので、ダイス素材の転造面全体に研削加工を施す場合と比較して、研削加工の加工面積を小さくすることができる。その結果、加工コストの低減を図り、その分、転造ダイスを安価に製造することができるという効果がある。

また、本発明によれば、並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形は、塑性変形によって形成されているので、その被加工面が硬化して、強度が向上する。その結果、従来のように並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形を研削によって形成する場合と比較して、並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形の強度を向上させ、その分、転造ダイスの高寿命化を図ることができるという効果がある。

また、本発明によれば、転動工程の前に、ダイス素材に荒ねじを研削する研削工程を備え、その研削工程により研削される荒ねじの形状は、谷の底面が並目ねじ形成用歯形の谷の底面よりも山の頂側に位置し、かつ、フランクが並目ねじ形成用歯形のフランクに対応する形状に形成されるものであり、ダイス素材に研削加工を施して荒ねじを作成し、その荒ねじを軸状部材で塑性変形させて、並目ねじ形成用歯形と細目ねじ形成用歯形とを転造するように構成されている。

即ち、予め荒ねじを研削加工により形成せずに並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形を転造する場合と比較して、ダイス素材の塑性変形量を減少させることができるので、転造加工を容易として、並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形を高効率に形成することができるという効果がある。

更に、ダイス素材の塑性変形量を減少させることができるので、軸状部材にかかる負荷を低減させ、その分、軸状部材の高寿命化を図ることができるという効果がある。

また、荒ねじは、そのフランクが並目ねじ形成用歯形のフランクに対応する形状に形成されているので、軸状部材を転動させて並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形を転造する際に、荒ねじがガイドの役割を果たし、軸状部材を適切な回転ピッチで転動させることができる。その結果、並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形の形状を高精度で形成することができるという効果がある。

また、従来の転造ダイスの製造方法では、並目ねじ形成用歯形及び細目ねじ形成用歯形を研削加工で形成する、即ち、並目ねじ形成用歯形の谷底側に細目ねじ形成用歯形を形成する必要があるので、研削加工が複雑となり、加工コストが嵩む。

これに対し、本発明によれば、荒ねじを形成するのみで、細目ねじ形成用歯形を形成することが不要となるので、ダイス素材に複雑な研削加工が不要となり、その分、加工コストの低減を図ることができるという効果がある。

更に、荒ねじの谷の底面が平坦面で形成されているので、加工が容易となり、その分、加工コストの低減を図ることができるという効果がある。

また、細目ねじ形成用歯形を研削加工で形成する際には、先細の砥石で研削加工を施す必要があるので、砥石の先端が欠け易く、砥石の工具寿命が短くなるのに対し、本発明では、ダイス素材に細目ねじ形成用歯形を形成することが不要であるので、砥石の損壊による加工コストの増大を抑制することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態における転造ダイス１を説明する図であり、図１（ａ）は、転造ダイス１の上面図であり、図１（ｂ）は、転造ダイス１の側面図である。

なお、図１（ａ）では、第１加工歯３１の山頂線を実線で図示すると共に、第２加工歯３２の山頂線を波線で図示している。また、図１（ａ）では、理解を容易とするために、第１及び第２加工歯３１，３２の谷底線の図示が省略されると共に、食付き角及び逃げ角が大きく図示されている。

まず、図１を参照して、転造ダイス１の全体構成について説明する。転造ダイス１は、円柱状の被転造素材の外周面を塑性変形させて、リードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじを転造加工により転造して２重ねじボルト（図示せず）を製造するための工具である。

なお、図１では、一対の転造ダイス１のうち、転造盤（図示せず）に固定される一方の転造ダイス１を図示しており、かかる一方の転造ダイス１に対して平行移動される他方の転造ダイス１の図示を省略している。

転造ダイス１は、図１に示すように、転造に適した合金工具鋼又は高速度工具鋼等の金属材料から略直方体状に形成されており、その上面側（図１（ａ）紙面手前側、図１（ｂ）上側）には、被転造素材の外周面に２重ねじの転造を行うための転造歯形面２が設けられている。

転造歯形面２には、図１に示すように、転造ダイス１の転造方向始端側（図１右側）から終端側（図１左側）へ向けて、食付き部２１、仕上げ部２２及び逃げ部２３が順に連続して設けられている。

なお、これら食付き部２１、仕上げ部２２及び逃げ部２３で構成された転造歯形面２には、図１（ａ）に示すように、２種類の加工歯３１，３２（第１加工歯３１、第２加工歯３２）がそれぞれ複数刻設されている。

第１加工歯３１は、並目ねじを形成するためのねじ山であり、図１（ａ）に示すように、転造歯形面２の始端（図１（ａ）右側）から終端（図１（ｂ）左側）へ向けて連続して形成されると共に、転造ダイス１の長手方向（図１左右方向）に対して所定のリード角で傾斜して構成されている。なお、本実施の形態では、第１加工歯３１のリード角が３°１０’に設定されると共に、ピッチ（互いに隣り合う第１加工歯３１の相対応する２点間の距離）が１．５ｍｍに設定されている。

第２加工歯３２は、細目ねじを形成するためのねじ山であり、図１（ａ）に示すように、転造歯形面２の始端から終端へ向けて連続して形成されると共に、転造ダイス１の長手方向に対して所定のリード角で傾斜して構成されている。なお、本実施の形態では、第２加工歯３２のリード角が１°３３’に設定されると共に、ピッチが０．７５ｍｍに設定されている。

食付き部２１は、転造歯形面２を被転造素材の外周面に食い付かせるための部位であり、いわゆる食付き部として用いられる。この食付き部２１は、図１（ｂ）に示すように、その始端（図１（ｂ）右側）から終端（図１（ｂ）左側）へ向けて所定の傾斜角で上昇傾斜して形成されている。

仕上げ部２２は、食付き部２１によって被転造素材に転造された２重ねじを仕上げるための部位であり、図１（ｂ）に示すように、転造ダイス１の支持面（図１（ｂ）下側面）に対して略平行に形成されている。

逃げ部２３は、仕上げ部２２により仕上げられた被転造素材を転造歯形面２から排出するための部位であり、いわゆる逃げ部として用いられている。この逃げ部２３は、図１（ｂ）に示すように、その始端（図１（ｂ）右側）から終端（図１（ｂ）左側）へ向けて所定の傾斜角で下降傾斜して形成されている。

次いで、図２を参照して、軸状部材５０の詳細について説明する。図２（ａ）は、軸状部材５０の正面図であり、図２（ｂ）は、軸状部材５０の部分拡大図である。なお、図２（ｂ）では、図面を簡素化して理解を容易とするために、軸状部材５０の長手方向長さ（図２（ｂ）左右方向長さ）の図示が省略されている。

軸状部材５０は、ダイス素材の転造面を塑性変形させて、第１及び第２加工歯３１，３２（図１参照）を転造加工により転造するための工具である。この軸状部材５０は、図２（ａ）に示すように、合金工具鋼又は高速度工具鋼等の金属材料から略円柱状に形成されており、その外周面に２重ねじ５１を備えて構成されている。

なお、軸状部材５０は、その長手方向両端面（図２（ａ）左右方向両端面）に軸支穴（図示せず）がそれぞれ穿設されており、この軸支穴を介して転造盤（図示せず）に軸支可能に構成されている。また、本実施の形態では、軸状部材５０が合金工具鋼（ＳＫＤ１１）で構成されると共に、硬度がＨＲＣ６０に設定されている。

２重ねじ５１は、転造ダイス１により製造（転造）される２重ねじボルトと同一形状に形成される部位であり、並目ねじ５２と細目ねじ５３とが互いに交差した状態で形成されている。即ち、細目ねじ５３は、図２（ｂ）に示すように、並目ねじ５２を横切る状態で延びている。

この軸状部材５０の製造に際しては、まず、合金工具鋼又は高速度工具鋼等の金属材料からなる円柱状部材の外周面に研削加工を施して、並目ねじ５２（本実施の形態では、リード角：３°１０’、ピッチ：１．５ｍｍ）を形成する。そして、その並目ねじ５２が形成された円柱状部材の外周面に再度研削加工を施して、細目ねじ５３（本実施の形態では、リード角：１°３３’、ピッチ：０．７５ｍｍ）を形成する。これにより、並目ねじ５２及び細目ねじ５３で構成された２重ねじ５１が形成される。最後に、２重ねじ５１が形成された円柱状部材に熱処理を施して、軸状部材５０が製造される。

次いで、図３及び図４を参照して、転造ダイス１の転造方法について説明する。図３（ａ）から図３（ｄ）は、それぞれ軸状部材５０による転造前の歯形面１２の部分断面図である。図４（ａ）から図４（ｄ）は、それぞれ図１（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線からＩＶｄ−ＩＶｄ線における転造歯形面２の部分断面図である。

なお、図３（ａ）から図３（ｄ）は、それぞれ図１（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線からＩＶｄ−ＩＶｄ線における断面図に対応する。また、図３では、理解を容易とするために、軸状部材５０による転造後の第２加工歯３２のねじ山形状を破線で図示している。また、図４では、理解を容易とするために、第２加工歯３２のねじ山形状を２点鎖線を用いて仮想的に図示している。また、図３及び図４では、第１及び第２加工歯３１，３２のねじ山形状を鋭角に図示しているが、山頂及び谷底は平坦面及び曲面とされている。

転造ダイス１（図１参照）の製造に際しては、まず、合金工具鋼又は高速度工具鋼等の金属材料からなるダイス素材を略直方体状に切断する。そして、図３に示すように、その略直方体状に切断されたダイス素材の一面側に研削加工を施して、荒ねじ４を形成することで、歯形面１２が形成される（研削工程）。

この歯形面１２は、食付き部、仕上げ部及び逃げ部を備えて構成されている。なお、歯形面１２の食付き角及び逃げ角は、転造歯形面２の食付き角及び逃げ角と同一に設定されている。

また、荒ねじ４は、そのフランクが第１加工歯３１（図４参照）のフランクに対応する形状に形成されている。更に、この荒ねじ４は、その谷底面が第２加工歯３２の山頂と谷底とを結ぶフランクの略中央に位置するように形成されている。

即ち、図３に示すように、荒ねじ４の谷底面と荒ねじ４の谷底面よりも下側（図３下側）の破線とにより囲まれる面積の合計が、荒ねじ４の谷底面と荒ねじ４の谷底面よりも上側（図３上側）の破線とにより囲まれる面積の合計と等しくなる。これにより、後述する転動工程では、軸状部材５０が荒ねじ４の谷底面に食い込むと共に、その食い込みにより余肉が盛り上がることで第２加工歯３２が形成される。

次に、この荒ねじ４が形成された転造歯形面２上で軸状部材５０（図２参照）を転動させて、転造歯形面２に転造加工を施す。これにより、軸状部材５０が荒ねじ４の谷底面に食い込むことで荒ねじ４の谷底面よりも下側の部分（荒ねじ４の谷底面とその谷底面よりも下側の破線とにより囲まれる範囲）が盛り上げられ、図４に示すように、第１及び第２加工歯３１，３２が併存する２重ねじが形成される（転動工程）。

この転造加工が施された第２加工歯３２は、上述したように、そのピッチが第１加工歯３１の半分のピッチで構成されているので、転造方向（図４左右方向）への位相が３６０°ずれるごとに、第２加工歯３２が第１加工歯３１を横切ることとなる。

その結果、第２加工歯３２は、図４に示すように、隣り合う第１加工歯３１のフランク間に位置する断面積が転造方向への位相がずれるに従い除々に変化する。なお、第２加工歯３２は、その谷底が第１加工歯３１の谷底に一致する深さ位置に形成されている。

転動工程を経た後のダイス素材には、焼き入れ工程において所定の焼き入れ処理が施される。かかる焼き入れ工程の完了により、転造ダイス１の製造が完了する。

以上のように、本実施の形態によれば、転動工程において軸状部材５０の外周面に刻設された２重ねじ５１を荒ねじ４の谷底面に食い込ませ、その荒ねじ４の谷底面に転造加工を施して塑性変形させることにより、第１及び第２加工歯３１，３２を形成している。

ここで、従来の転造ダイスの製造方法では、第１及び第２加工歯３１，３２を研削加工で形成する、即ち、第１加工歯３１の谷側に配置される第２加工歯３２を形成するために複雑な研削加工が必要となり、その分、加工コストが嵩む。

これに対し、本発明によれば、荒ねじ４を形成するのみで、第２加工歯３２を形成することが不要となるので、ダイス素材に複雑な研削加工が不要となり、その分、加工コストの低減を図ることができる。

更に、図３に示すように、荒ねじ４の谷底面が平坦面で形成されているので、荒ねじ４の谷底に第２加工歯３２を形成する場合と比較して、荒ねじ４の研削加工が容易となり、その分、加工コストの低減を図ることができる。

また、第２加工歯３２を研削加工で形成する際には、先細の砥石で研削加工を施す必要があるので、砥石の先端が欠け易く、砥石の工具寿命が短くなるのに対し、本発明では、ダイス素材に第２加工歯３２を形成することが不要であるので、砥石の損壊による加工コストの増大を抑制することができるという効果がある。

また、第１及び第２加工歯３１，３２は、荒ねじ４の谷底面を塑性変形させることにより形成されているので、第１及び第２加工歯３１，３２の被加工面が軸状部材５０の外周面に押しつけられ、第１及び第２加工歯３１，３２の被加工面が硬化する。これにより、研削加工を施して第１及び第２加工歯３１，３２を形成する場合と比較して、第１及び第２加工歯３１，３２の強度を向上させることができ、その分、転造ダイス１の高寿命化を図ることができる。

また、本発明では、ダイス素材に研削加工を施して荒ねじ４を形成し、その荒ねじ４の谷底面を軸状部材５０で塑性変形させて、第１及び第２加工歯３１，３２を形成する。

ここで、予め荒ねじ４を研削加工により形成せずに第１及び第２加工歯３１，３２を転造加工により形成する場合では、ダイス素材を塑性変形させる塑性変形量が第１加工歯３１の大きさの約半分程度となる。

これに対し、本発明では、上述したように、予め荒ねじ４を研削加工で形成し、その荒ねじ４の谷底面を軸状部材５０で塑性変形させている。これにより、ダイス素材を塑性変形させる塑性変形量は、図３に示すように、荒ねじ４の谷底面と荒ねじ４の谷底面よりも下側（図３下側）の破線とにより囲まれる容積となる。

即ち、予め荒ねじ４を研削加工により形成せずに第１及び第２加工歯３１，３２を転造加工により形成する場合と比較して、ダイス素材の塑性変形量を減少させることができるので、その分、転造加工が容易となり、第１及び第２加工歯３１，３２を高効率に形成することができる。

更に、ダイス素材の塑性変形量を減少させることができるので、ダイス素材に食い込ませる軸状部材５０の２重ねじ５１にかかる負荷を低減させることができる。その結果、軸状部材５０の２重ねじ５１が損傷することを防止して、軸状部材５０の高寿命化を図ることができる。

また、荒ねじ４は、上述したように、そのフランクが第１加工歯３１のフランクに対応する形状に形成されているので、荒ねじ４が形成されたダイス素材上で軸状部材５０を転動させる際に、荒ねじ４が軸状部材５０の並目ねじ５２と係合する、即ち、荒ねじ４が軸状部材５０をガイドする役割を果たす。その結果、軸状部材５０を適切な回転ピッチで転動させて、第２加工歯３２の形状を高精度で形成することができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施の形態では、ダイス素材に研削加工を施して荒ねじ４を形成し、その荒ねじ４の谷底面を塑性変形させて第１及び第２加工歯３１，３２を形成しているが、必ずしもこれに限られるものではなく、荒ねじ４が形成されていない平坦面のダイス素材上で軸状部材５０を転動させ、そのダイス素材を塑性変形させて第１及び第２加工歯３１，３２を形成してもよい。

これにより、軸状部材５０をダイス素材上で転動させるのみで第１及び第２加工歯３１，３２を形成することができる、即ち、一度の転造加工で同時に第１及び第２加工歯３１，３２を製造することができるので、荒ねじ４の形成工程を省略して、その分、転造ダイス１を高効率に製造することができると共に、転造ダイス１を安価に製造することができる。

また、上記実施の形態では、荒ねじ４は、そのフランクが第１加工歯３１のフランクに対応する形状に形成されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、そのフランクが第１加工歯３１のフランクよりも大きくなるように構成する、即ち、荒ねじ４が第１加工歯３１よりも大きくなるように構成してもよい。

また、上記実施の形態で説明した各数値は例示であり、他の数値を採用することは当然可能である。同様に、上記実施の形態では、第２加工歯３２のピッチが第１加工歯３１の半分のピッチで構成される場合を説明したが、かかる両ピッチの比率（１／２）を他の比率（例えば、１／３、２／３等）とすることは当然可能である。

また、上記実施の形態では、第１加工歯３１のリード及びピッチが第２加工歯３２のリード及びピッチよりも大きく設定される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、第２加工歯３２のリード及びピッチを第１加工歯３１のリード及びピッチよりも大きく設定することは当然可能である。

本発明の一実施の形態における転造ダイスを説明する図であり、（ａ）は、転造ダイスの上面図であり、（ｂ）は、転造ダイスの側面図である。 （ａ）は、軸状部材の正面図であり、（ｂ）は、軸状部材の部分拡大図である。 （ａ）から（ｄ）は、それぞれ軸状部材による転造前の歯形面の部分断面図である。 （ａ）から（ｄ）は、それぞれ図１（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線からＩＶｄ−ＩＶｄ線における転造歯形面の部分断面図である。

１ 転造ダイス
２ 転造歯形面
４ 荒ねじ
３１ 第１加工歯（並目ねじ形成用歯形）
３２ 第２加工歯（細目ねじ形成用歯形）
５０ 軸状部材
５１ ２重ねじ
５２ 並目ねじ
５３ 細目ねじ

Claims (1)

1. 並目ねじを形成するための並目ねじ形成用歯形と細目ねじを形成するための細目ねじ形成用歯形とを有する転造歯形面を備え、その転造歯形面上で被転造素材を転動させ、前記被転造素材の外周面にリードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじを転造する転造ダイスの製造方法において、
   外周面にリードの異なる並目ねじと細目ねじとが併存する２重ねじが形成された軸状部材をダイス素材上で転動させる転動工程と、前記転動工程の前に、前記ダイス素材に荒ねじを研削する研削工程とを備え、
   前記転動工程により前記軸状部材の外周面を前記ダイス素材に食い込ませ、前記ダイス素材に前記並目ねじ形成用歯形と前記細目ねじ形成用歯形とを転造し、
   前記研削工程により研削される前記荒ねじは、谷の底面が平坦面に形成され、前記平坦面に形成される谷の底面が前記細目ねじ形成用歯形の山頂と谷底とを結ぶフランクの略中央に位置し、かつ、フランクが前記並目ねじ形成用歯形のフランクに対応する形状に形成されることを特徴とする転造ダイスの製造方法。

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