JP2004001044A - 非円形タッピングネジ用転造ダイス - Google Patents

Abstract

【課題】断面が円形状のネジ素材から転造成型するネジのサイズに関わらず、容易に製造可能なダイスの構造を提供することにある。
【解決手段】横断面が円形のネジ素材を用いて非円形タッピングネジを転造加工するための一対のダイスの構造において、
一方のダイスには、上記非円形タッピングネジのネジ山を形成するための所定深さのネジ山形成部が基準面に対して所定のピッチ角で設けられ、
他方のダイスには、上記非円形タッピングネジのネジ山を形成するためのネジ山形成部が基準面に対して所定のピッチ角でかつ一方のダイスのそれよりも浅く設けられ、
更に、他方のダイスには、他方のダイスのネジ山形成部よりもより深い深さに形成される溝部が少なくとも転造されるネジ素材軸方向とは異なる方向に周期的に設けられていることを特徴とする非円形タッピングネジ用転造ダイス。
【選択図】図４

Description

【０００１】
本発明は、横断面が円形とされた素材から、横断面が非円形となったネジを転造加工するためのダイスの構造に関するものであり、特に、普通の家電品に使われるようなネジから腕時計に使われるサイズのネジまでの、各々のサイズのネジに対して使われるダイスの製造を容易に可能にしたものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
【０００３】
【従来の技術】
固定側部材に対して所望の部品を固定するために、固定側部材に対して雌ネジを立てることなくネジ固定をする事の出来る所謂タッピングネジと言うものが知られている。
このタッピングネジの中の一つの種類として、ネジの軸方向から見た形状が概略三角形状にされたタッピングネジがある。
【０００４】
例えば、このようなタッピングネジを製造する場合には、一般にはネジ素材を最初に三角形状にヘッダー加工工程で鍛造し、その後、この三角形にされたネジ素材表面にネジ転造ダイスによりネジ部を形成することによってタッピングネジを得るという製造工程が知られている。
【０００５】
ところが、このようにネジ素材を最初に三角形状にするということは、目的のネジを得るために必要ということで設定される加工工程であって、この工程を経ることなく目的の三角形状のタッピングネジが得られるのであれば、このような加工は省略したいという要求があった。
【０００６】
又、上述の製造方法では、素材の形状を三角形にしてしまうため、転造を行う時に、ダイスの間で三角形状に加工されたネジ素材がうまく転がらない、品質面あるいは、歩留まりに対する懸念が常にあった。つまり、非円形のネジ素材を用いる場合には、転造開始時におけるそのネジ素材の軸心周りの回転位置が相違すると、移動ダイスの食い付き点が変動して両ダイス間にピッチずれが生じ、転造加工中にネジ素材とダイスの成形面との間で滑りが発生して表面が剥離したり、転造されたネジ山によろめきが生じたりするなど、高精度なネジ転造を行うことが出来ないと言う問題があった。
【０００７】
こういった要求あるいは、懸念に対して、一つの解決方法を提供するものが、特開平４−１７１３１０に開示される方法である。これに示される技術は、ネジ部が転造形成される部分である断面が円形とされたネジ素材から、上述のようなネジ軸方向視で略三角形状のネジを得るというものである。
【０００８】
この技術では、ネジ素材を転造するダイスの表面に形成される溝及び山のうち、溝は従来通りに形成した後で、出来上がった山の部分の頂上を、ネジの転造方向において、周期的な凹凸を形成するものとしている。この凹凸は、移動側ダイスと固定側ダイスのそれぞれで、移動側ダイスの山の頂上が転造方向に関して周期的に凸になっているなら、固定側ダイスの対応するそれが凹となっている。このようにダイスの山の頂上の形状を周期変化させることで、タッピングネジの軸部とネジ部のそれぞれが略三角形状などの非円形に形成されるものになっている。（同公報の第４図、第９図参照）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の技術を使用することにより、円形断面のネジ素材から非円形ネジを得ることが出来るということのようであるが、実際には上記公報の技術ではタッピングネジのネジ谷部は略３角形状になるが、ネジ山部はほぼ円形にしかならない懸念がある。何故なら、転造加工を行っている最中にダイス間に挟まれる素材にかかる圧縮力によって、素材の肉の移動は圧縮力の方向だけでなく、その圧縮力の方向を挟む両側の部分でも発生し圧縮力の方向だけに肉の移動が起こるわけではないからである。つまり、圧縮力の方向を挟むその両側部分への肉の移動がより多く生じれば所望の形状が得られず、結果としてネジ山の形状が円形になる可能性がある。タッピングネジとはネジ山部分が略３角形になるようにして相手部材への摩擦が小さくするようにすることが目的のものであるにもかかわらず、このようなものしか得られない可能性がある。
【００１０】
仮に、この公報の技術に基づき非円形ネジが製造可能であるとしても、上述のように上記ダイスは、山の頂上に周期的に凹凸が変化するようにダイスを加工する必要がある。このため、ダイスの表面形状が非常に複雑になり、ダイスの製造工程の中で使用される砥石、カッターなどの動作を複雑にプログラミングする必要があり製造準備を煩雑なものにしている。
【００１１】
又、このように複雑な形状であるために、ダイスの精度そのものを十分に得ることが容易ではない結果、得られるダイスの精度が十分に確保できない、あるいは製造されるダイスの歩留まり率を下げる可能性がある。
【００１２】
このように複雑な形状の表面を持ったダイスを使用した転造を行うと共に、タッピングネジ軸部、外径部の径が周期的に変化するタッピングネジの製造であるため、タッピングネジの製造公差そのものも十分に安定しなくてタッピングネジの歩留まり率を下げる可能性があるばかりか、タッピングネジの品質が安定しない可能性がある。
【００１３】
更に、このことは、製造したいタッピングネジのネジピッチ、呼び径によっては、極めて製造が困難になる。例えば、ネジピッチが０．１５ｍｍ、呼び径が０．８ｍｍ程度のタッピングネジのダイスを製造しようとするケースでは、山の頂上に凹凸部分を形成しようとした場合、頂上部分から削り取る最大量は０．０５ｍｍ程度で最小量が０ｍｍほどであり、しかも微妙に変化させつつ、この微少な削り代の範囲で切削加工を行う必要があり、この場合の切削加工は非常に困難なものになる。
【００１４】
尚、円形のネジ素材を元にしてタッピングネジを作るにあたり、別の方法を検討してみる。ダイスの山の部分を上記公報のようにすることは上述のように難しいので、逆に谷の部分の深さを周期的に変化させ山の稜線を直線にしようというものである。しかしながら、山の部分を上記公報のようにすることも困難であるのに、谷の部分の深さを周期的に変化させることはより困難であり、このアプローチでは現実的な解決が導けない。
【００１５】
本発明は、以上の課題を解決するべく為されたもので、その目的とするところは、どのようなサイズのネジを製造する場合にあっても、製造が容易でありかつ品質面の心配のないタッピングネジの製造が可能であるタッピングネジのダイスを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の非円形タッピングネジ用転造ダイスは、横断面が円形のネジ素材を用いて非円形タッピングネジを転造加工するための一対のダイスの構造であって、外周面に食い込まれて転造加工されるネジ素材の軸心位置は、両ダイスの転造面に対して平行な面上を移動する転造加工方法において、
一方のダイスには、上記非円形タッピングネジのネジ山を形成するための所定深さのネジ山形成部が基準面に対して所定のピッチ角で設けられ、
他方のダイスには、上記非円形タッピングネジのネジ山を形成するためのネジ山形成部が基準面に対して所定のピッチ角でかつ一方のダイスのそれよりも浅く設けられ、
更に、他方のダイスには、該他方のダイスのネジ山形成部よりもより深い深さに形成される溝部が、少なくとも転造されるネジ素材軸方向とは異なる方向に周期的に設けられているものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
第１図は、非円形タッピングネジ４を転造加工するための一対の転造ダイス２，３を示す斜視図である。この図は、ネジ転造装置（不図示）に固定支持された固定ダイス２に対して、ネジ素材１への転造加工がほぼ終了した位置に、ネジ転造装置の可動部に支持された移動ダイス３が、矢印Ａの方向に前記可動部により移動させられた状態を示す図になっている。ネジ素材１は、ネジヘッドを備えると共に、ネジヘッド下部に連続して円筒形状に形成された胴部を備えている。
【００１９】
ネジ素材１は、第１図に示されている移動ダイス３が矢印Ａ方向に更に移動させられて固定ダイス２に対して、ネジ素材１胴部の軸径以上にオフセットさせられると、両ダイス２，３の下方に配置されるシュートに自然に落下させられ、次の工程に送られる。
【００２０】
ここで用いられている上記固定ダイス２，移動ダイス３のそれぞれを更に、詳細に説明する。
上記固定ダイス２は、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）の三面図に示されるように、その全体形状は直方体に形成される。第２図（ａ）に示される如くに、その６面あるうちの一面に、ネジ転造面が形成される。このネジ転造面にはネジ谷形成部５が形成されている。上記移動ダイス３にも同様に、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）の三面図に示されるように、その全体形状は直方体に形成される。第３図（ａ）に示される如くに、その６面あるうちの一面に、ネジ転造面が形成される。このネジ転造面にはネジ谷形成部８が形成されている。
【００２１】
第４図は、第２図Ｂ部を拡大した平面図である。固定ダイス２のＢで指示される部分（Ｂで拡大指示されない部分も含む）は非円形タッピングネジ４を転造する際に、通常通りに非円形タッピングネジ４のネジ谷を形成するためのネジ谷形成部５を備え、所謂ネジのピッチ角Ｐの角度を基準面６との間で為すように、ネジ谷形成部５は固定ダイス２のネジ転造面に刻設されている。ネジ転造面の一側部分には更に、上記基準面６と４５°の角度を為すようにしてネジ谷形成部５と交差するネジ谷形成部５の頂部から所定量の深さを持った溝部７が設けられている。
【００２２】
ここでは、溝部７と基準面６とがなす角度を４５°として説明したが、これに限られるものではない。溝部７がネジ谷形成部５に対して隣接するため、ネジ素材１の長さに対して溝部７の交叉角度が浅いとネジ素材１が常にネジ谷形成部５に対して、適切に接触しなくなる状態が考えられるが、要は、ネジ素材１の長さに応じて適切な角度を設定すればよいものである。つまり、溝部７の形成方向がネジ素材１の軸方向と少なくとも異なっていることが必要であり、更に、溝部７の両側のネジ谷形成部５に対してネジ素材１が必ず接触状態になる角度である必要がある。
【００２３】
第４図Ｖ−Ｖ線における溝部７の断面形状は、第５図に示される。
【００２４】
同じくＶＩ−ＶＩにおけるネジ山形成部５の断面形状の一部は第６図に示される。
【００２５】
又、第３図におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線におけるネジ谷形成部８の断面形状の一部は第７図に示される。これらの各々断面図を示す第５，６，７図に示される断面同士は、次のような関係を持つように構成される。
【００２６】
まず、固定ダイス２、移動ダイス３の表面に形成されるネジ谷形成部５，８の山頂部は、同じ高さ位置になるように配置されており、ネジ谷形成部５，８の山頂部は、基本的には同一平面上にある。この同一平面からの深さを、溝部７ではα、ネジ山形成部９ではγ、ネジ山形成部１０ではβと言うように定義したときに、
α＞β＞γ
となるように各々が形成されている。
【００２７】
又、ネジ山形成部９を形成するネジ谷形成部５同士の間に為す角をθ１、ネジ山形成部１０を形成するネジ谷形成部８同士の間に為す角をθ２と定義したときに、
θ１＞θ２
となるように形成されている。
当然ながら、各ネジ谷形成部５，８同士の距離はネジピッチＰの共通の長さとなるように形成されている。
第５図における溝部７を、タッピングネジの転造方向に挟むように設けられるネジ谷形成部５の部分では、各々の突条の転造方向における中間部同士の距離Ｌは、（転造されたタッピングネジのネジ山外周長さ）／Ｎとされる。但し、このＮは、非円形ネジが略三角形状なら３、四角形なら４というように変化する。
【００２８】
これらの関係を持つ構成のダイスとすることによって、移動ダイス３にあっては、従来から行われている、同形状の溝という単純な研削又は切削によってネジ転造面を構成するネジ谷形成部８の生成が容易に行われることは勿論、固定ダイス２にあっても、同様にネジ谷形成部５の生成が容易に行われる。更に、固定ダイス２に設けられる溝部７の形成についても、ネジ谷形成部５の形成後に、ネジ谷形成部５，８を形成したのと同様の単純な研削又は切削によって溝部の形成が容易に行われる。このように単純な研削又は切削によるのみでネジ転造面の生成が可能になる。
【００２９】
ここで、上述した固定ダイス２，移動ダイス３を使用して、略三角形状の非円形タッピングネジ４が転造成型される過程について説明をする。
まず、固定ダイス２の食いつき部２ａと移動ダイス３の転造面先端領域とが向かい合った状態では、第１図に示されるようにネジ素材１は、両ダイス２，３によって挟み込まれた状態になっている。その状態から第１図におけるように移動ダイス３が矢印Ａの方向に移動されてネジ素材が非円形タッピングネジ４が転造成型される。
【００３０】
移動ダイス３が、移動を開始してから終了するまでの間、ネジ素材１は基本的に第４図に想像線で示されるように基準面６に対してネジ素材１の軸線方向が直交するように、両ダイス２，３により圧接支持される。この圧接された状態のままネジ素材１は、両ダイス２，３に形成された転造面の上を転動させられる。
【００３１】
このように転動させられている時に、ネジ谷形成部５，８の各々がネジ素材１の胴部に食い込み、胴部表面部分の金属部分に塑性流動を起こさせる。ネジ谷形成部５によって塑性流動させられたネジ素材１の部分は、ネジ山の谷からの高さが概略γとなるように形成され、ネジ山角度もθ１となるように形成される。ネジ谷形成部８によって塑性流動させられたネジ素材１の部分は、ネジ山の谷からの高さが概略βになるように形成され、ネジ山角度もθ２となるように形成される。この様子を第８図に示す。該図に示されるようにネジ谷形成部５の山頂部からγの位置にあるネジ山形成部９の谷底線１２の部分で非円形タッピングネジ４の軸部からの突出量が略γとなるネジ山が形成される。一方で、ネジ谷形成部８の山頂部からβの位置にあるネジ山形成部１０の谷底線１１の部分で非円形タッピングネジ４の軸部からの突出量が略βとなるネジ山が形成される。この突出量がβとなるネジ山部分は、ネジ谷形成部５の間に形成される溝部７の深さがα＞βとされていることにより、非円形タッピングネジ４の軸部からβの突出量の部分は溝部７の部分でネジ山が成形されることはなく、又、突出量がγの部分は上述のネジ山形成部５のみによって形成されるので、この部分の突出量がβになることはない。三角形の非円形タッピングネジの場合は、このようにして非円形タッピングネジ４はネジ軸方向視では概略三角形状となるように成形される。又、８図からは明らかではないがネジ谷形成部５は、第４図に示されるように、第８図の紙面に対して４５°の方向にずれて配置されるため、移動ダイス３のネジ谷形成部８ばかりでなく、ネジ谷形成部５もネジ素材１の胴部に対して確実に常時接することになり、ネジ素材１の胴部が両ネジ谷形成部５，８に対してスリップすることが確実に防止されている。これによって、確実に両ダイス２，３の表面形状が非円形タッピングネジ４に対して転写されて、極めて精度の良い非円形タッピングネジ４を安定して製造することが可能になる。又、上述から理解されるように非円形タッピングネジ４の軸方向位置で三角形の頂部の位置が４５°の方向にずれてスパイラル状に頂部の位置が配置される結果、頂部は円周上に全周位置に軸方向で配置されるため、ネジ込みの時に安定したねじ込み作業を行うことが出来、作業性などの改善に寄与する。又、被固定物が適切に固定部に対して固定されることとなる。
【００３２】
尚、ここでは、説明を簡単にするために略三角形状の非円形タッピングネジの説明しかしないが、ネジ山形成部５の配置寸法の設定とネジ素材径の関係を適宜に選択すれば、４角形、５角形などの非円形タッピングネジの製造も可能である。
【００３３】
【発明の効果】
一対のダイスの各々に対して深さの異なるネジ山形成部を設けると共に、深さの浅いネジ山形成部が設けられるダイスのネジ転造面に、そこに形成されるネジ山形成部よりも深さが深い溝部を転造されるネジ素材の軸方向とは異なる方向に設けることによって、極めて単純な加工を行うのみで、非円形タッピングネジ用ダイスの製造が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）転造加工の終了に近い状態を示す概略の加工状態を示す斜視図。
（ｂ）非円形タッピングネジの斜視図。
【図２】固定ダイスの三面図。
【図３】移動ダイスの三面図。
【図４】第２図のＢ部を平面視にて拡大表示した拡大図。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面図
【図７】図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図
【図８】ネジ素材１の転造加工中の状態を示す図
【符号の説明】
１・・・ネジ素材　２・・・固定ダイス　３・・・移動ダイス　４・・・非円形タッピングネジ　５・・・ネジ谷形成部　６・・・基準面　７・・・溝部　８・・・ネジ谷形成部　９・・・ネジ山形成部　１０・・・ネジ山形成部　１１・・・谷底線　１２・・・谷底線

Claims (1)

1. 横断面が円形のネジ素材を用いて非円形タッピングネジを転造加工するための一対のダイスの構造であって、外周面に食い込まれて転造加工されるネジ素材の軸心位置は、両ダイスの転造面に対して平行な面上を移動する転造加工方法において、
   一方のダイスには、上記非円形タッピングネジのネジ山を形成するための所定深さのネジ山形成部が基準面に対して所定のピッチ角で設けられ、
   他方のダイスには、上記非円形タッピングネジのネジ山を形成するためのネジ山形成部が基準面に対して所定のピッチ角でかつ一方のダイスのそれよりも浅く設けられ、
   更に、他方のダイスには、該他方のダイスのネジ山形成部よりもより深い深さに形成される溝部が、少なくとも転造されるネジ素材軸方向とは異なる方向に周期的に設けられていることを特徴とする非円形タッピングネジ用転造ダイス。

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