JP5311901B2 - 螺子転造ダイス - Google Patents

Description

本発明は、緩み防止機能を有するボルトの製造に用いられる螺子転造ダイスに関する。更に詳しくは、二重螺子構成の転造ボルトを転造する螺子転造ダイスにおいて、高品質の転造ボルトを容易に転造でき、転造時のびびり振動の発生、寿命低下の発生等を防止して耐久性を向上させることができる螺子転造ダイスに関する。

近年、緩み防止機能を有する種々のボルト、及びその製造方法とそれに使用されるダイス等が研究、開発されその結果が種々開示されている。例えば、ボルト軸部の先端部から所定位置まで形成されたねじに関する規格で定められた標準的なピッチＰの並目螺子部と、少なくともボルト軸部の並目螺子部の全長もしくは先端部から並目螺子部の所定位置まで並目螺子部に重ねて形成された標準的なピッチより小さいピッチｐ（ｐ＝Ｐ／ｎ、ｎは２以上の整数）の細目螺子部とを備えるボルト構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

このボルトは、ボルトの並目螺子部に並目ナットを螺合させた後、細目螺子部に細目ナットを、並目ナットに重ねて螺合させて、ボルト及び両ナット間を締結させることができるものである。この際、細目ナットと並目ナットのピッチが異なるので、両者が一体になって同一方向に回転すると、両ナット間の接触面に反発力が働き、並目ナットが緩み方向に回転するのを防止することができる。

又、本発明者らは、螺子転造ダイスのうち少なくとも１つが並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、並目螺子山の谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子（但し、並目螺子と細目螺子のピッチの比はａ対ｂであり、ａとｂは、最小の整数比である。）を、その谷底が並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻きごとに、周期的に現れる細目螺子山に対応する突起とを有するボルトを提案した（例えば、特許文献２参照）。

更にこれに関する螺子転造ダイスの製造方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３７７０３２０号公報 特許第３５４６２１１号公報 特許第３５３４１１７号公報

一般に螺子転造ダイスは、螺子転造ダイス材料に、切削加工、研削加工、放電加工、ミーリング加工等を施し螺子部を形成し製造されている。この螺子転造ダイスで、丸棒状のボルト素材に押圧し転造しながらボルトが製作されている。この螺子転造ダイスを用いて、ボルトを大量に且つ短時間に製作する方法が一般的である。従って、螺子転造ダイス側の形状は、ナットの螺子に準じた形状に形成されている。緩み防止機能を有するボルトは、例えば、前述のとおり、並目螺子と細目螺子の設けられた二重螺子ボルト構造である。

この螺子転造ダイスで転造する際は、丸棒状のボルト素材に徐々に押圧し、丸棒状のボルト素材の外周面を徐々に変形させて所望の螺子形状にする。螺子転造ダイス側は、前述したようにボルトの螺子部に相当するナット形状の螺子部を構成している。従って、並目螺子と細目螺子の二重螺子ボルトであれば、螺子転造ダイスの螺子形状も並目螺子と細目螺子の両方の形状を有するものとなっている。

螺子転造ダイスの周期的に変化する溝の深さは、並目螺子山の谷底の位置と突起を形成するために展開した細目螺子の細目螺子山の谷底の位置とが互いに最もよく重なり合う部分で最も深く、両者の位置が最もずれている部分で最も浅くなっている。このため、従来の螺子転造ダイスで二重螺子ボルトを転造する場合、各角度位置における断面である溝部の断面積が異なるため、各断面における溝部への材料充填率に差が生じる。すなわち、溝部の断面積の小さい部位から順に充填し、溝部の断面積の大きい部位が最後に充填される。特に加工終期においては、溝部への材料の充填率が高いため、余剰材料の逃げ場がなくなる。

この結果、転造加工を行う場合、びびり振動、騒音等の原因となるおそれがあった。また、このびびり振動の程度によっては、精度不良を引き起こし、工具寿命を著しく縮め、製造装置にも悪影響を及ぼす可能性が生じるおそれがあった。

また、螺子転造ダイスによる転造は、螺子部が均等に押圧されてボルト素材が変形するようにし、螺子転造ダイスに、部分的に偏った負荷がかからないようにするのが理想である。言い換えると、螺子転造ダイスに対して、ボルト素材の接触部分は転造部分のどこの回転角度位置であっても、均等な肉盛状態になり変形させていくことが理想である。

螺子転造ダイスの螺子部を通常のナットの形状に合わせると、螺子転造ダイスにおいて、並目螺子に対する細目螺子の山谷の形状が細かくなり部分的に断面積が小さい小凸部が生じ、又、浅い谷部も螺子転造ダイス側に形成されることになる。即ち、螺子の転造が並目螺子部から、徐々に細目螺子部に差し掛かる最終段階においては、細目螺子山の山部の一部であるこの転造螺子ダイスの小凸部が、ボルトの転造の際ボルト素材に食い込み、続いて谷部が肉盛状態となりボルトの螺子部を形成する。

この谷部による肉盛成形は広い部位から狭い部位へと肉盛が徐々に進行し、更に細目螺子部に達すると、食い込みと同時にこの小凸部の両側に形成される谷部に肉盛り部が分断され転造が進行する。この転造の進行とともに押圧力が増し、最終的に谷部に肉盛り部が満たされ、過転造により押し込む形でボルト形状を整えている。このボルトの転造の際、最初に転造されて目標とする最終的な形状部分と、最後に転造され目標となる形状部分とが時間差が発生する。このために塑性流動が大きくなる部分、即ち過転造される部分が発生することになる。

このように塑性流動による負荷変動が激しいので、螺子転造ダイスの弱い部分は特に損傷がひどく、この螺子転造において螺子転造ダイスを損傷させるおそれが生じた。また、螺子転造ダイスが損傷すると、新しい螺子転造ダイスとの交換を行う必要がある。言い換えると、螺子転造ダイス交換に伴なう作業効率、生産性の低下を招くとともに、ボルト製造価格のコストアップ要因になってしまう。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために創案されたもので、次の目的を達成する。

本発明の目的は、転造を行う際、各角度位置における溝部へ充填される充填量の均等化を向上させることができる螺子転造ダイスを提供することにある。

本発明の他の目的は、転造に伴なう負荷を均等化させ、螺子転造ダイスの剛性、耐久性を向上させることができる螺子転造ダイスを提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の螺子転造ダイスは、
並目螺子を展開した並目螺子の山部と、細目螺子を展開した細目螺子山と前記並目螺子の山部との位相ずれに応じて前記並目螺子の谷部に周期的に形成された前記細目螺子山に対応する突起とを備えた螺子転造ダイスであって、前記突起は、前記螺子転造ダイスの並目螺子山の谷部分に形成され、かつ、前記細目螺子山の山部の両側に形成される二つの谷部のうち、一方が小谷部に、他方が大谷部に形成される部位において、前記谷部の長手方向の所定の範囲内における前記小谷部を、前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた平面または円筒面にしている突起であることを特徴とする。

本発明２の螺子転造ダイスは、本発明１において、
前記螺子転造ダイスは丸ダイスであり、前記突起は、前記所定の範囲内を、前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた前記螺子転造ダイスの回転中心線を中心とする円筒面とした突起であることを特徴とする。

本発明３の螺子転造ダイスは、本発明１において、
前記螺子転造ダイスは平ダイスであり、前記突起は、前記所定の範囲内を、前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた前記平面とした突起であることを特徴とする。

本発明４の螺子転造ダイスは、本発明２または３において、
前記突起と前記並目螺子山とは、連続面を形成するように接合されていることを特徴とする。

本発明５の螺子転造ダイスは、本発明２または３において、
前記突起は、前記細目螺子山の山部両側に形成される谷部のうち小谷部側を前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた平坦部となるように形成されたものであることを特徴とする。

本発明６の螺子転造ダイスは、本発明５において、
前記平坦部と前記並目螺子山との境界部は、断面形状が円弧形状であることを特徴とする。

本発明７の螺子転造ダイスは、
並目螺子を展開した並目螺子の山部と、細目螺子を展開した細目螺子山と前記並目螺子の山との位相ずれに応じて前記並目螺子の谷部に周期的に形成された前記細目螺子山に対応する突起とを備えた螺子転造ダイスであって、螺子転造ダイス材料に、並目螺子山に対応する山頂部を平坦にした形状を有する第１の除肉工具を、前記細目螺子山に対応する突起の最大高さ以下の位置まで送り込み、前記螺子転造ダイス材料の一部分を除肉することにより、前記螺子転造ダイス上の並目螺子山の山部が形成され、前記除肉後の螺子転造ダイス材料に、細目螺子山の形状を有する第２の除肉工具を、前記螺子転造ダイス上の並目螺子山の山部分の谷部から前記細目螺子山に対応する突起の形状に合わせて移動させ、前記螺子転造ダイス材料を除肉することにより、前記螺子転造ダイスの細目螺子山の谷部分、及び前記細目螺子山の山部両側に形成される谷部のうち、一方が小谷部に、他方が大谷部に形成される部位において、前記小谷部を前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせて平坦になる突起が形成されたことを特徴とする。

本発明８の螺子転造ダイスは、本発明７において、
前記細目螺子山の前記突起は、前記第１の除肉工具で一部分が除肉された前記螺子転造ダイス材料に、前記第２の除肉工具の先端形状より大きい半径の先端形状に形成された第３の除肉工具により所定の角度範囲内の細目螺子山の谷部分が形成された後、前記第２の除肉工具により残りの角度範囲内の前記細目螺子山の谷部分、及び、前記突起が形成されたものであることを特徴とする。

本発明９の螺子転造ダイスは、本発明７または８において、
前記第２の除肉工具、及び、前記第３の除肉工具による加工は、前記螺子転造ダイスの軸線の周り方向、前記軸線と平行な方向、及び、前記軸線と直交する方向の位置及び速度を同期制御し、前記螺子転造ダイス材料を除肉する切削加工であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の螺子転造ダイスは、転造加工を行う際、各角度位置における溝部へ充填される充填量の均等化の向上を図ることができる。このことにより、転造加工を行う場合のびびり振動、騒音等を発生させない。また、このびびり振動のよって精度不良を引き起こし、工具寿命を著しく縮め、製造装置にも悪影響を及ぼすことがない。

また、本発明の螺子転造ダイスは、転造に伴う負荷を均等化させるようにし、バランスのとれた状態で、剛性、耐久性を向上させた螺子転造ダイスを製造することができる。並目螺子山に細目螺子山を設けるとき、小谷部を螺子転造ダイスに形成しないようにして、塑性加工量を均一化するために突起部の断面形状を円弧、及び／又は直線形状にした。このような構成にしたことで、螺子転造ダイスの螺子部は、剛性が高く、耐久性の向上した螺子転造ダイスとなった。このことにより、転造の際、螺子部を損傷させる等のトラブルを防止でき、かつ螺子転造ダイスの高寿命化が図れ、螺子転造ダイスを交換することなく転造加工できる時間も長くなり、作業効率を高めることができるようになった。

以下、本発明の螺子転造ダイスの実施の形態を、図に基づいて、詳細に説明する。図１は、本発明に関する二重螺子構成の転造ボルト（以下、二重螺子ボルトと記載する）の製造装置の基本構成を示す概念図であって、丸ダイスである螺子転造ダイスで製造する製造装置である。図２は、図１に示される螺子転造ダイス（丸ダイス）の外観図である。これらの図に示されるように、二重螺子ボルトの製造装置は、所定間隔で対向配置した一対の螺子転造ダイス１と、丸棒状のボルト素材（以下、「ワーク」という。）３を所定位置で支持するワーク支持部（ワークレスト）２とで構成されている。

又、図２に示した螺子転造ダイス（丸ダイス）１は、円筒形状のダイスの外周に、二重螺子ボルト形成用のための螺旋状の凹凸である転写パターン４が形成されている。この転写パターン４は、二重螺子ボルトにねじ込まれるナット形状に準じた螺旋形状のものである。螺子転造ダイス１に関する基本的な技術、構成は、特許文献２、３に詳細に説明されているが、本実施の形態の理解を容易にするために、その前提となる二重螺子ボルトを転造加工で製造する螺子転造ダイス１の構成について説明する。

図３は、螺子転造ダイス１の外周の展開図で、転写パターン４を平面的に模式的に展開している。外周の二重螺子構成の異なる角度位置の部位を、二重螺子ボルト一周の転写パターン４に沿い、Ａ〜Ｆの６分割で示し、その各部位Ａ〜Ｆに相当する断面図を図４の（Ａ）〜（Ｆ）に示している。従って、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、各々、図３のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図、Ｆ−Ｆ断面図に相当する。

図３に示すように、螺子転造ダイス１の外周には、製造する二重螺子ボルトに対応する螺子転造ダイス１の転写パターン４の螺子形状が形成され、螺子転造ダイス１の一周分は二重螺子ボルトの１６周分に相当する。従って、螺子転造ダイス１の外周において、角度位置の２２．５度分が二重螺子ボルトの一周分になり、それに合致する転写パターン４が形成されている。図３の各部位はその６分割になり角度３．７５°間隔に設けられたものである。

図４に示すように、螺子転造ダイス１の転写パターン４は、並目螺子を円筒状のダイスの外周面（表面）に展開した基準の螺子山となる並目螺子山の一部（以下、「並目螺子山部」という。）５と、この並目螺子山部の谷部５ａに周期的（一定ピッチ）に形成された付加的な突起６とにより構成されている。突起６は、展開した並目螺子山部の元の並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち、並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子を展開した細目螺子山（図４に想像線６ａで示す。）と、並目螺子山部との位相ずれ７に応じて周期的な形状に形成されたものである。並目螺子山部はねじに関する規格で定められた標準的なピッチＰの並目螺子が形成されたものであるとよい。

ここで、並目螺子と細目螺子のピッチの比をａ対ｂ（但しａとｂは最小の整数比であり、図４の図示例では２対１としている。）とすると、突起６は、細目螺子を展開したときに並目螺子山部との位相ずれに応じて、並目螺子山部のｂ巻き（図示例では１巻き）ごとに、周期的に現れる細目螺子山の一部となる。図４に示すように、想像線６ａで示す細目螺子山は、並目螺子山との位相ずれ７によって、この並目螺子山から突出した部分が、付加的な突起６として並目螺子山部の谷部５ａに現れている。

即ち、突起６は、細目螺子山そのものではなく、位相ずれ７に応じてずれた分だけ細目螺子山の想像線６ａに対応するように、並目螺子山５に対して付加的に突出させた突起である。並目螺子山５の断面は、螺子転造ダイス１の表面に現れている細目螺子山の一部（突起６の表面）を除く部分である。

〔螺子転造ダイスの製造方法１〕
螺子転造ダイス１の製造方法１について説明する。図５は、螺子転造ダイス１の製造工程の概要を示すフローチャートである。図６（ａ）は、螺子転造ダイス１の製造に用いる第１の切削工具２０を示す平面図、図６（ｂ）は、第２の切削工具２５を示す平面図、図６（ｃ）は第３の切削工具１２５を示す平面図である。

図７は、本実施の形態における螺子転造ダイス１に形成されている並目螺子山の加工工程を説明するための説明図である。図８は、突起の加工工程を説明するための説明図である。まず、螺子転造ダイス１の螺子山を切削加工（除肉加工）するための切削工具（除肉工具）について説明する。図６（ａ）に示すように、第１の切削工具２０は、その先端部（並目螺子山形状２１の山頂部）２２を平坦にするとともに、先端の両角部が丸みＲ１に形成された略台形状をしたバイトである。なお、図６（ａ）において、想像線２３は通常の螺子転造ダイスに、並目螺子山を形成する際に用いられるバイトの形状を示す線である。想像線２３によって示すように、本実施の形態における第１の切削工具２０は、通常の並目螺子山の形状を有するバイトの先端部を、所要形状（平坦）に切り欠いたものに相当するものである。

図６（ｂ）に示す第２の切削工具２５は、細目螺子山に相当する形状を有するバイトであり、先端部２７には丸みＲ２が形成されている。すなわち、この第２の切削工具２５の先端部（細目螺子山形状２６の山頂部）２７は、平面視で、円弧、又は曲線（平面視）に形成されているとよく、この実施の形態では、先端部に刃先の丸みＲ２が形成されている。図６（ｃ）に示す第３の切削工具１２５は第２の切削工具２５の丸みＲ２より大きい丸みＲ３が先端部（細目螺子山形状１２６の山頂部）１２７に形成されたバイトである。

図５に示すように、螺子転造ダイス１の製造に際して、まず、素材としての螺子転造ダイス材料３０（図７参照）の旋削工程を行い（ステップＳ１１）、続いて並目螺子山加工工程（ステップＳ１２）及び突起（細目螺子山に相当）加工工程（ステップＳ１３）を行う。

ステップＳ１２の並目螺子山加工工程では、第１の切削工具２０を用いる。図７に示すように、並目螺子山加工工程では、主軸（図示せず）前端のチャックに把持等され主軸側に固定された螺子転造ダイス材料３０を所定の回転速度（回転数）で回転させるとともに、螺子転造ダイス材料３０に、第１の切削工具２０を、図７のＸ軸方向（主軸軸線と直交する方向）に、「突起の最大高さの位置」または「突起の最大高さ以下の位置」まで送り込み、並目螺子山のピッチで図７のＺ軸方向（主軸軸線と平行な方向）に第１の切削工具２０を移動させる。すなわち、螺子転造ダイス材料３０に第１の切削工具２０による旋削加工が施される。このとき、主軸の軸線の周り方向とＺ軸方向とは同期をとった制御がされる。すなわち、主軸１回転に対して第１の切削工具２０がＺ軸方向に並目螺子山の１ピッチ分移動するように同期制御される。この第１の切削工具２０による加工で、螺子転造ダイス材料３０の一部分を切削する。これにより、螺子転造ダイス材料３０に並目螺子山部５が形成される。

ステップＳ１３の突起加工工程では、第２の切削工具２５を用いる。図８（ａ）〜（ｈ）に示すように、突起加工工程では、螺子転造ダイス材料３０を所定の回転速度（回転数）で回転させるとともに、並目螺子山加工工程において切削した後の螺子転造ダイス材料３０に、第２の切削工具２５を、Ｘ軸方向（主軸軸線と直交する方向）、Ｚ軸方向（主軸軸線と平行な方向）に移動させて、並目螺子山部５の一部分の谷部５ａから、細目螺子山の谷部及び突起６等の加工を行う。すなわち、主軸の軸線の周り方向、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の３軸を同期をとった同時制御することで、所望の形状の螺子転造ダイスの螺子山を製造することができる。言い換えると、螺子転造ダイス材料３０に、第２の切削工具２５による複合旋削加工が施される。

このような制御を行うことにより、螺子転造ダイス材料３０に細目螺子山の谷部及び突起６が形成される。この切削過程を図示すると、図８のようになる。
図８（ａ）〜（ｈ）は、主軸軸線の周り方向の４５°毎の第２の切削工具２５と、螺子転造ダイス材料３０の加工状態（細目螺子山の谷部と突起等の加工状態）との関係を断面図として示した図である。図８では、細目螺子山を二点鎖線で図示している。また、説明の都合上、図８は、（ａ）の状態を０°とし、順次、（ｂ）が４５°、（Ｃ）が９０°・・（ｈ）が３１５°のように図示されている。

このような第１の切削工具２０、第２の切削工具２５による加工は、ＮＣ（数値制御）旋盤、ＮＣ複合旋盤、ターニングセンタ等と呼ばれている工作機械によって施すとよい。すなわち、ＮＣ装置、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置等の制御機能を使い、主軸軸線の周り方向、Ｘ軸方向（主軸軸線と直交する方向）、Ｚ軸方向（主軸軸線と平行な方向）の３軸を同時に制御することで加工することができる。また、この加工に使用するＮＣプログラムは、自動プログラミング等と呼ばれている機能を使用すると容易にプログラムすることができてよい。

その後、（１）焼き入れ、（２）焼き戻しの熱処理工程（ステップＳ１４）を行う（図５参照）。これにより、図４に示す断面形状を有した螺子転造ダイス１が得られる。

なお、図４（Ａ）〜（Ｆ）の断面図に示す例では、基準となる並目螺子山の谷部５ａの谷底５ｂと、突起６に対応させた細目螺子山の想像線６ａの谷底６ｂとの位置を一致させているが、これに限るものではない。

このような製造方法１で螺子転造ダイス１（３１）を製造すると、従来の方法で製造された螺子転造ダイスにおいて部位９０°近傍から２７０°近傍の領域（例えば、部位９０°近傍の領域、部位２７０°近傍の領域等）に現れる細目螺子山の浅い方の溝を取り除くことができる。すなわち、この螺子転造ダイス１は、転造時にその部分に発生する応力集中を緩和することができる。

〔螺子転造ダイスの製造方法２〕
この製造方法２は、前述した製造方法１と、突起加工工程Ｓ１３が異なるのみであるので、その工程を中心に説明を行う。すなわち、第１の切削工具２０による並目螺子山の切削加工と、第２の切削工具２５による切削加工の間に、第３の切削工具１２５による切削加工を行い、所定の角度範囲における細目螺子山の谷部の加工の一部を行う。

図９（ａ）〜（ｈ）に示すように、製造方法２による突起加工工程では、螺子転造ダイス材料３０を所定の回転速度（回転数）で回転させるとともに、並目螺子山加工工程において切削した後の螺子転造ダイス材料３０に、第３の切削工具１２５、第２の切削工具２５を、Ｘ軸方向（主軸軸線と直交する方向）、Ｚ軸方向（主軸軸線と平行な方向）に移動させて、並目螺子山部５の一部分の谷部５ａから、細目螺子山部の谷部及び突起６等の加工を行う。すなわち、主軸の軸線の周り方向、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の３軸を同期をとった同時制御することで、所望の形状の螺子転造ダイスの螺子山を製造することができる。言い換えると、螺子転造ダイス材料３０に、第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５による複合旋削加工が施される。これにより、螺子転造ダイス材料３０に細目螺子山の谷部及び突起６が形成される。

図９（ａ）〜（ｈ）は、主軸軸線の周り方向の４５°毎の第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５と、螺子転造ダイス材料３０の加工状態（細目螺子山の谷部と突起等の加工状態）との関係を断面図として示した図である。なお、図９では、細目螺子山を二点鎖線で図示している。また、説明の都合上、図９（ａ）の状態を０°とし、順次、（ｂ）が４５°、（ｃ）が９０°・・（ｈ）が３１５°のように図示されている。
細目螺子山の谷部に相当する溝輪郭は、まず刃先の丸みＲ３（≧Ｒ２）の第３の切削工具１２５により、細目の溝輪郭に合わせて加工する。この場合、部位０°から部位９０°、部位２７０°から部位３６０°の領域は細目の溝深さを一定とし、部位９０°から部位２７０°の領域は細目の溝輪郭に合わせて徐々に浅くなるように加工する。

次に、部位９０°から部位２７０°の領域の細目溝を刃先の丸みＲ２（≦Ｒ３）の第２の切削工具２５により細目の溝輪郭に合わせて加工する。さらに、部位９０°近傍の領域、部位２７０°近傍の領域等に現れる細目の浅い方の溝を取り除くように加工する。このように、第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５により、螺子転造ダイス材料３０に細目螺子山の谷部及び突起６を形成する。

このような製造方法２で螺子転造ダイス１（３１Ａ）を製造すると、従来の方法で製造された螺子転造ダイスにおいて部位９０°近傍から２７０°近傍の領域（例えば、部位９０°近傍の領域、部位２７０°近傍の領域等）に現れる細目螺子山の浅い方の溝を取り除くことができる。すなわち、この螺子転造ダイス１は、転造時にその部分に発生する応力集中を緩和することができる。
さらに、螺子転造ダイス１の各角度位置での溝部の断面積の差は、従来の製造方法で製造された螺子転造ダイスより縮小させることができる。

〔二重螺子ボルトの製造〕
前述した二重螺子ボルトの製造装置を用いて二重螺子ボルトを製造する方法について説明する。図１に図示したように、丸棒状のボルト素材であるワーク３をワーク支持部２上に配置し、このワーク３を一対の螺子転造ダイス１間に押圧させ、一対の螺子転造ダイス１をそれぞれ同一方向に回転させる。これにより、ワーク３の外周表面に並目螺子山及び細目螺子山の一部が一工程で同時に転造され、並目螺子部と細目螺子部の一部とが形成された二重螺子ボルトが得られる。

得られた二重螺子ボルトの外周表面には、図４の螺子転造ダイス１の転写パターン４の逆パターンの螺子形状が形成される。この二重螺子ボルトは、従来の加工方法により形成された二重螺子ボルトと同様、並目螺子山が形成されたうえで、細目螺子山が形成された状態のものとなる。従って、転造加工された二重螺子ボルトには並目螺子ナットと細目螺子ナットとをねじ込むことができる。

尚、二重螺子ボルトは、この二重螺子ボルトの並目螺子山の谷部に並目螺子ナットの並目螺子山の山部をねじ込むことができるものであり、この二重螺子ボルトの並目螺子山の山部に形成された細目螺子山の谷部に、細目螺子ナットの細目螺子の山部をねじ込むことができるものである。そのため、並目螺子山の山頂の半径方向位置と細目螺子山の山頂の半径方向位置とが常に一致するように形成するのが一般的である。

このような二重螺子ボルトを製造するための螺子転造ダイス１の突起は、細目螺子を展開したときの谷底の位置が並目螺子山の谷底の位置と一致するように細目螺子を展開し、並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山の一部からなる。このような突起を有する螺子転造ダイスの構造、製造については、特許文献２、３に記載されているので詳細な説明を省略する。

次に、本実施の形態の螺子転造ダイスの構成の中で、特徴部分について説明する。図１０、１１は、製造方法１、２で製造された螺子転造ダイス３１、３１Ａであり、図４に相当する螺子転造ダイス３１、３１Ａの断面図である。二重螺子ボルトに相当する一周分の部位を８分割し、異なる角度で１８０°範囲までの転写パターン３２を部位０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°の角度位置で示した断面図である。

図１０は、並目螺子山と平坦部（断面形状において）との間の角部のＲ形状３３が小さい場合の断面図で、図１１は、Ｒ形状３３が大きい場合の断面図である。図１２は、図１０、図１１に準じた螺子転造ダイス３１、３１Ａの表面螺子部の展開図であり、前述した図３に相当する。この展開図は、螺子転造ダイスの所定の範囲を示している。図１０、図１１は、二重螺子ボルトの０°から１８０°の各角度位置の螺子転造ダイスの断面図であるが、図１２は、二重螺子ボルト一周分である３６０°を超える範囲を示している。

又、図１２の展開図で理解されるように、螺子転造ダイスの各部位２２５°、２７０°、３１５°の角度位置において、部位２２５°は部位１３５°の場合の勝手違いの形状パターンであり、部位２７０°は部位９０°の場合の勝手違いの形状パターンであり、部位３１５°は部位４５°の場合の勝手違いの形状パターンである。図１２において、符号３４は、螺子転造ダイス３１に形成された図１０、１１の断面図における谷部に相当する部位３４を示し、符号３５は、螺子転造ダイス３１に形成された図１０、１１の断面図における平坦部３９に相当する部位を示している。なお、図１２の想像線３６は、理解を容易にするため、部位３４の谷部の断面形状を仮想的に各角度毎に便宜的に示したものである。

図１８は、従来の螺子転造ダイスの表面螺子部の展開図である。図１８は、図１２との比較のため示すものであるが、従来は細目螺子山の山部両側に、谷部が形成される。図１８の部位３４ａは、図１２の部位３４に相当するものであり、図１８の想像線３６ａは、図１２の想像線３６に相当するものである。図１８において、例えば、部位１３５°の角度位置では、大谷部３７、小谷部３８が形成される。大谷部３７と小谷部３８との間の突起部は、上部に、平坦部（円筒面）が設けられていない構成である。

これは、図４の転写パターン４においても類似構成として示されているとおりである。これに対して本実施の形態の場合は、図１０〜図１２に示すように、細目螺子山Ａ（６ａ）の山部両側に形成される谷部のうち、小谷部４０側を細目螺子山Ａの山部の山頂部の高さに合わせて平坦にしている。例えば、図１０、図１１に示す部位１３５°の角度位置の場合、図に示すパターンの並目螺子山Ｂ（５）との境界の部位が従来であると、二点鎖線で示す小谷部４０（図１８の小谷部３８に相当）の形状になるべきところを図に示すように平坦部３９にしている。

この平坦部３９は、図１０、図１１で示すように、部位１３５°から２２５°の角度位置において、前述したように小谷部４０側に谷部を形成せず、突起側の上部を、即ち細目螺子山の山頂部を平坦形状としている。この平坦形状は、図１２に示すように二重螺子ボルトの一周分にわたって、平坦部（断面視において）を設けた構成にしている。丸ダイスの場合、この平坦部（平坦形状）は、所定の範囲内における小谷部側を、細目螺子山の山頂部に合わせた円筒面となっている。

図１０、図１１の断面図では、部位１８０°の角度位置以外、部位０°、４５°、９０°、１３５°の角度位置の全ての小谷部４０側は、平坦形状としている。部位１８０°の角度位置の場合は、両谷部の大きさが同じであり両側に谷部が配置されている。又、部位１８０°の角度位置を挟んで、部位１３５°から２２５°の角度位置の範囲は、小谷部側をなだらかに傾斜させ、部位１３５°または部位１３５°近傍の角度位置、及び、部位２２５°または部位２２５°近傍の角度位置で平坦になるように傾斜させている。このように平坦にしたのは、螺子転造ダイス３１、３１Ａの突起部分の剛性を高めるためであり、この部分の過転造を防ぐためのものである。この平坦にする構成は、他の螺子山についても同様である。

従来は螺子転造ダイスに、並目螺子山Ｂとの間に細目螺子山Ａを理論形状のまま形成したために、切り欠き状の小段差、小突起が生じていた。これは理論的に正確な形状ではあるが、転造する際にはワーク３側の材料変形に伴ない、螺子転造ダイスの小段差、小突起にアンバランスな力が加わることになる。このことは、この部分が変形、損傷、欠損等のトラブルの原因になっているということになる。この突起の上部を平坦にしたのは、前述の問題点を解消し、剛性を高めたことになる。次に本実施の形態による螺子転造ダイス３１、３１Ａを使用して二重螺子ボルトを転造する場合の転造方法を説明する。

図１３、１４は、図１０〜図１２の部位０°、９０°、１８０°の角度位置における断面図で、転造過程の材料流動の状態の一例をイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、トの７段階に分けて示した図である。一対の螺子転造ダイス３１、または、一対の螺子転造ダイス３１Ａを、同一方向に回転させながら互いの間の距離を狭めていったときの材料（ワーク３）の流動変化状態を模式的に示している。なお、図１３は、螺子転造ダイス３１でワーク３を転造している状態を示し、図１４は、螺子転造ダイス３１Ａでワーク３を転造している状態を示している。

図１３イ〜ハ、図１４イ〜ハに示すように、螺子転造ダイス３１、３１Ａがワーク３に徐々に押し込まれるに従い、ワーク３はまず螺子転造ダイス３１、３１Ａの並目螺子山Ｂの表面に沿って塑性変形しながら並目螺子山Ｂの谷部を埋めていく。このとき、螺子転造ダイス３１、３１Ａの各角度位置での溝部の断面積の差は、従来の製造方法で製造された螺子転造ダイスより縮小させることができる。

このように、各角度位置での溝部の断面積の差を小さくすることにより、転造加工を行う場合のびびり振動、騒音等の発生を最小限とすることができる。従って、このびびり振動による二重螺子ボルトの精度不良、螺子転造ダイスの工具寿命低下、製造装置への悪影響等の発生を抑えることができる。

更に、図１３ニ〜ト、図１４ニ〜トに示すように、螺子転造ダイス３１、３１Ａがワーク３に徐々に押し込まれ、細目螺子山Ａ、並目螺子山Ｂの谷部を埋めていく。このとき、平坦部３９の面（円筒面）等に沿って、変形しながら谷部を埋めていく。
なお、螺子転造ダイス３１Ａは、図１４イ〜トに示すように、螺子転造ダイス３１より、各角度位置での溝部の断面積の差を、さらに縮小させることができる。

従来は、部位９０°の場合、図１９に示すように、螺子転造ダイス１０５がワーク１０７に徐々に押し込まれ、山部１０６の両側の大谷部１０６Ｂ、小谷部１０６Ａを埋めていく場合、押圧力Ｆ１、Ｆ２が発生する。この押圧力Ｆ１、Ｆ２は、アンバランスな押圧力になるので、螺子転造ダイスの細目螺子山の山部１０６（図１０、１１の山部４３に相当）は変形または欠損するおそれがあった。しかし、本実施の形態の部位９０°の場合、山部４３の一方の側にのみ谷部４４が構成されており、谷部４５は構成されていない。従って、螺子転造ダイス３１、３１Ａの山部４３を変形または欠損させる力は発生しないようにしている。

本実施の形態の部位１８０°の場合、図１０、１１で示すように、凸状の細目螺子山Ａの山部４３の両側に２つの谷部４４、４５が構成されているが、その２つの谷部４４、４５にワーク３は塑性変形し押し込まれていく。
この押し込みは、塑性変形の最終端に当たり、過転造状態になり、強い押し込み力が発生する。２つの谷部４４、４５への螺子転造形態がアンバランスであると、前述したように螺子転造ダイス３１、３１Ａの山部、即ち細目螺子山の山部４３は弱い部位であり、異常な力が作用し、変形損傷してしまうことが多かった。これは不良品の発生の原因となり、螺子転造ダイス３１、３１Ａも損傷等により交換しなければならないなど不具合が多かった。

本発明の特徴はこの問題を解消するものである。すなわち、図１０〜図１２の部位９０°、１３５の角度位置の例で示すように、細目螺子山Ａの山部４３両側に形成される谷部４４、４５のうち、小さいほう谷部（小谷部）４５（４０）に相当する側を細目螺子山Ａの山部４３の山頂高さに合わせほぼ平坦（円筒）になる突起にした。図１０はこの平坦部と並目螺子山Ｂの山部との間の角部を比較的小さいＲ形状３３にした場合を示し、図１１は、角部を大きなＲ形状３３に構成したものである。

この部位を平坦（円筒）、及び／又は円弧面にしたことで、最終転造部は１つの谷部に集中して材料変形する。従って、１つの谷部のみに過転造状態を形成するので、従来のように２つの谷部による過転造のアンバランスな押し込み力の発生は防止できることになる。更に、転造時の回転角度位置による螺子転造ダイス３１、３１Ａの押込み圧力、即ち、塑性加工時に螺子転造ダイス３１、３１Ａへの材料からの反力を一定にすることができる。即ち、Ｒ形状３３、及び平坦部３９の形状を変えることにより、螺子転造ダイス３１、３１Ａへの反力を一定の大きさにできる。

言い換えると、材料の塑性流動量を一定にすることができる。このことにより、螺子転造はスムースに行うことができ、従来のように螺子転造ダイスが損傷し、その損傷した螺子転造ダイスの交換を頻繁に行う必要がなくなった。

第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５による加工は、従来に比べ複雑形状になっているが、例えばＮＣ（数値制御）工作機械、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）工作機械を使用することで加工は容易にできるので加工上の困難さはない。図１１は、平坦部の形状の立ち上がり部のＲ形状を大きくしたものである。このＲ形状のＲを大きくすることで、転造に伴なう材料の塑性流動がこのＲ形状部を抵抗なくスムースに通過することになり、大きな転造負荷は避けられる例である。

〔螺子転造ダイス（平ダイス）〕
二重螺子ボルトを製造するための螺子転造ダイスは、いわゆる平ダイスであってもよい。
図１７は、二重螺子構成の転造ボルトの製造装置を模式化して示す概略図であって、平ダイスである螺子転造ダイスで製造する製造装置を示す。
二重螺子ボルトは、図１７に示すように、平ダイスである螺子転造ダイス１０１、１０１で製造することができる。螺子転造ダイス１０１、１０１でワーク１０３を転造加工することで、二重螺子ボルトは製造される。この螺子転造ダイス１０１の転写パターン１０４は、図１２の展開図に示す形状と同じ形状のものであり、螺子転造ダイス１０１の平面に形成されている。

また、二重螺子ボルトの各角度位置に相当する断面形状も、図１０、１１に示す形状と同じものであり、詳細な説明を省略する。上下の螺子転造ダイス１０１、１０１を例えば矢印方向に平行に移動させることにより、二重螺子ボルトの製造を行える。
なお、平ダイスの場合、この平坦部（平坦形状）は、所定の範囲内における小谷部側を、細目螺子山の山頂部に合わせた平面となっている。

図１５、図１６は、螺子転造ダイス３１で製造された二重螺子ボルト５０、及び、螺子転造ダイス３１Ａで製造された二重螺子ボルト５０Ａに細目螺子ナット４７と並目螺子ナット４８をねじ込んだ状態を示した図である。図１５（ａ）は、螺子転造ダイス３１（製造方法１）における部位０°の角度位置に相当する部位の状態、（ｂ）は部位９０°の角度位置に相当する部位の状態、（ｃ）は部位１８０°の角度位置に相当する部位の状態を示している。図１６（ａ）は、螺子転造ダイス３１Ａ（製造方法２）における部位０°の角度位置に相当する部位の状態、（ｂ）は部位９０°の角度位置に相当する部位の状態、（ｃ）は部位１８０°の角度位置に相当する部位の状態を示している。

二重螺子ボルト５０は、並目螺子山５３の谷部に、並目螺子である雌ねじが形成された並目ナット４８の山部がねじ込まれる。細目螺子の細目螺子山５２には、細目螺子である雌ねじが形成された細目ナット４７がねじ込まれる。そして、細目ナット４７と並目ナット４８とはピッチが異なるので、両者が一体になって同一方向に回転すると、細目ナット４７と並目ナット４８との間の接触面に反発力が働き、並目ナット４８が緩み方向に回転するのを防止することができる。また、小山部５２Ｓは平坦部となっている。

二重螺子ボルト５０Ａは、並目螺子山５３ａの谷部に、並目螺子である雌ねじが形成された並目ナット４８の山部がねじ込まれる。細目螺子の細目螺子山５２ａには、細目螺子である雌ねじが形成された細目ナット４７がねじ込まれる。そして、細目ナット４７と並目ナット４８とはピッチが異なるので、両者が一体になって同一方向に回転すると、細目ナット４７と並目ナット４８との間の接触面に反発力が働き、並目ナット４８が緩み方向に回転するのを防止することができる。また、小山部５２Ｓは平坦部となっている。この二重螺子ボルト５０Ａは、並目螺子山５３ａのフランクと平坦部５１ａとの角部５１ｂが大きなＲ形状に構成されたものであり、他の部位は二重螺子ボルト５０と同一のものである。

図１５、図１６のようなねじ込み固定状態となることで、緩み防止機能を発揮することができる。
図示していない他の角度位置の相当する部位の状態も、突起を平坦にした構成により、ボルトの形状は変わり、ナットとのねじ込み関係に差は生じるが、緩み防止機能の面を有する点で問題が生じない。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態で説明した内容に限定されることはない。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。例えば、熱処理工程の後に、研削加工工程を行うようにし、螺子転造ダイスを製造してもよい。また、丸ダイス、平ダイスである螺子転造ダイスは、研削加工、ミーリング加工、放電加工等他の加工方法で加工されたものであってもよい。すなわち、除肉工具として、研削砥石、ミーリング工具、放電加工用電極等を使用して加工すればよい。また、除肉工具が研削砥石、ミーリング工具等回転工具の場合、螺子転造ダイスの軸線に対して、回転工具の軸線を、螺子のピッチに対応した所定の角度傾斜させるとよい。

図１は、二重螺子構成の転造ボルトの製造装置を模式化して示す概略図であって、丸ダイスである螺子転造ダイスで製造する製造装置である。 図２は、図１の螺子転造ダイスを示す外観図である。 図３は、図２の螺子転造ダイスの外周の転写パターンの一部の平面展開図である。 図４は、図３に示す各部位の断面図で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、それぞれ、図３のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図、Ｆ−Ｆ断面図である。 図５は、螺子転造ダイスの製造工程を示すフローチャートである。 図６は、螺子転造ダイスを製造するための切削工具を示す部分平面図で、図６（ａ）は、第１の切削工具を示し、図６（ｂ）は、第２の切削工具を示し、図６（ｃ）は、第３の切削工具を示す。 図７は、螺子転造ダイスの並目螺子山を加工している加工状態を説明するための説明図である。 図８は、製造方法１において、螺子転造ダイスの突起部（細目螺子山）を加工している加工状態を説明するための説明図である。 図９は、製造方法２において、螺子転造ダイスの突起部（細目螺子山）を加工している加工状態を説明するための説明図である。 図１０は、突起上部のＲ形状が小さい螺子転造ダイスの断面図で、各角度部位を段階的に示した図である。 図１１は、突起上部のＲ形状が大きい螺子転造ダイスの断面図で、各角度部位を段階的に示した図である。 図１２は、図１０、図１１に相当する螺子転造ダイスの展開図である。 図１３は、製造方法１で加工された螺子転造ダイスにおいて、図１０〜図１２の部位０°、９０°、１８０°の角度位置における溝部への充填状態をイ〜トの各段階で示した断面図である。 図１４は、製造方法２で加工された螺子転造ダイスにおいて、図１０〜図１２の部位０°、９０°、１８０°の角度位置における溝部への充填状態をイ〜トの各段階で示した断面図である。 図１５は、製造方法１で加工された螺子転造ダイスで製造された螺子転造ボルトに細目螺子ナットと並目螺子ナットをねじ込んだ状態を示した断面図である。 図１６は、製造方法２で加工された螺子転造ダイスで製造された螺子転造ボルトに細目螺子ナットと並目螺子ナットをねじ込んだ状態を示した断面図である。 図１７は、二重螺子構成の転造ボルトの製造装置を模式化して示す概略図であって、平ダイスである螺子転造ダイスで製造する製造装置である。 図１８は、従来の螺子転造ダイスの展開図である。 図１９は、従来の螺子転造ダイスで螺子転造ボルトを転造している状態を示した部分断面図である。

符号の説明

１、３１、３１Ａ…螺子転造ダイス（丸ダイス）
２…ボルト支持部
３、１０３…ボルト素材（ワーク）
４、３２…転写パターン
５…並目螺子山部
５ａ…谷部
５ｂ…谷底
６…突起（細目螺子山）
６ａ…細目螺子山の想像線
６ｂ…谷底
２０…第１の切削工具
２５…第２の切削工具
１２５…第３の切削工具
３０…螺子転造ダイス材料
３９…平坦部
１０１…螺子転造ダイス（平ダイス）
Ａ…細目螺子山
Ｂ…並目螺子山

Claims (9)

1. 並目螺子を展開した並目螺子の山部と、細目螺子を展開した細目螺子山と前記並目螺子の山部との位相ずれに応じて前記並目螺子の谷部に周期的に形成された前記細目螺子山に対応する突起とを備えた螺子転造ダイスであって、
   前記突起は、前記螺子転造ダイスの並目螺子山の谷部分に形成され、かつ、前記細目螺子山の山部の両側に形成される二つの谷部のうち、一方が小谷部に、他方が大谷部に形成される部位において、前記谷部の長手方向の所定の範囲内における前記小谷部を、前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた平面または円筒面にしている突起である
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
2. 請求項１に記載された螺子転造ダイスにおいて、
   前記螺子転造ダイスは丸ダイスであり、
   前記突起は、前記所定の範囲内を、前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた前記螺子転造ダイスの回転中心線を中心とする円筒面とした突起である
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
3. 請求項１に記載された螺子転造ダイスにおいて、
   前記螺子転造ダイスは平ダイスであり、
   前記突起は、前記所定の範囲内を、前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた前記平面とした突起である
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
4. 請求項２または３に記載の螺子転造ダイスにおいて、
   前記突起と前記並目螺子山とは、連続面を形成するように接合されている
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
5. 請求項２または３に記載された螺子転造ダイスにおいて、
   前記突起は、前記細目螺子山の山部両側に形成される谷部のうち小谷部側を前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせた平坦部となるように形成されたものである
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
6. 請求項５に記載された螺子転造ダイスにおいて、
   前記平坦部と前記並目螺子山との境界部は、断面形状が円弧形状である
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
7. 並目螺子を展開した並目螺子の山部と、細目螺子を展開した細目螺子山と前記並目螺子の山との位相ずれに応じて前記並目螺子の谷部に周期的に形成された前記細目螺子山に対応する突起とを備えた螺子転造ダイスであって、
   螺子転造ダイス材料に、並目螺子山に対応する山頂部を平坦にした形状を有する第１の除肉工具を、前記細目螺子山に対応する突起の最大高さ以下の位置まで送り込み、前記螺子転造ダイス材料の一部分を除肉することにより、前記螺子転造ダイス上の並目螺子山の山部が形成され、
   前記除肉後の螺子転造ダイス材料に、細目螺子山の形状を有する第２の除肉工具を、前記螺子転造ダイス上の並目螺子山の山部分の谷部から前記細目螺子山に対応する突起の形状に合わせて移動させ、前記螺子転造ダイス材料を除肉することにより、前記螺子転造ダイスの細目螺子山の谷部分、及び前記細目螺子山の山部両側に形成される谷部のうち、一方が小谷部に、他方が大谷部に形成される部位において、前記小谷部を前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせて平坦になる突起が形成された
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
8. 請求項７に記載された螺子転造ダイスにおいて、
   前記細目螺子山の前記突起は、
   前記第１の除肉工具で一部分が除肉された前記螺子転造ダイス材料に、前記第２の除肉工具の先端形状より大きい半径の先端形状に形成された第３の除肉工具により所定の角度範囲内の細目螺子山の谷部分が形成された後、前記第２の除肉工具により残りの角度範囲内の前記細目螺子山の谷部分、及び、前記突起が形成されたものである
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
9. 請求項７または８に記載された螺子転造ダイスにおいて、
   前記第２の除肉工具、及び、前記第３の除肉工具による加工は、
   前記螺子転造ダイスの軸線の周り方向、前記軸線と平行な方向、及び、前記軸線と直交する方向の位置及び速度を同期制御し、前記螺子転造ダイス材料を除肉する切削加工である
   ことを特徴とする螺子転造ダイス。
   

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