JP2006144896A - マルチピッチねじ、マルチピッチねじの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大量生産に適した平ダイスで、マルチピッチねじを容易に製造する方法を提供する。
【解決手段】 平ダイス４が、直線状の普通ねじ山４０ａと、該普通ねじ山４０ａに連続し、当該普通ねじ山４０ａに比べ僅かに高さが低く、両側壁が、ねじ山の中心線４０ｃに対して離間する区間と近接する区間とが中心線４０ｃに沿って交代して、交互に連続し、且つ、ねじ山の中心線４０ｃに対して対称となるように形成されているマルチピッチねじ山４０ｂとを備える。先ず、普通ねじ山４０ａによって軸状のブランク材の外周面に定リード角ねじの軌跡を形成した後、引き続き、マルチピッチねじ山４０ｂによってマルチピッチねじの軌跡を形成するため、転造の際に加わる力の変化するマルチピッチねじの軌跡を容易に形成することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、複数のリードを有するマルチピッチねじ（ねじのねじ山が、つるまき線に沿って１回転する間にリード角の緩い区間とリード角の急な区間とが交代して、交互に連続するように形成されているマルチピッチねじ）、その製造方法及び製造装置に関するものである。

締結用のねじの緩みについては多くの対策が立てられたが、いずれも完全ではなかった。
従来のねじの概念「ある一定のピッチを持つ螺旋」を変えた複数のリードを持つねじ、即ちピッチが異なるリード部分が連続して設けられた「マルチピッチねじ」により、この問題が解決できることが、発明者らの研究によって確認されている（非特許文献１）。

また、複数のリードを持つマルチピッチねじのボルトとナットの構成および組み合わせと、それらを送りねじ機構等に応用するものが、本件発明者らによって、特願２００２−３４６８９１号として先に提案されている。

同様に、回転ダイスを用いて製造できるマルチピッチねじ及び、その製造方法及び製造装置に関するもの、更には、マルチピッチねじを備えたナット部材に関するものが、本件発明者らによって、特願２００４−２３０１１９号、特願２００４−２３０１２０号として先に提案されている。

更に、従来の類似技術として、同一のボルトの軸部に二重ねじを設けた緩み防止ボルトおよびそれを製作するための一対の平ダイスを用いたものが公知である（例えば、特許文献１に記載された「緩み防止ボルト制作方法」）。

また、緩み止めを目的として、ねじのフランク面に一定間隔をおいて複数の凸部が連続的に設けられた雄ねじと、それを転造するための平ダイスおよびその製造方法が提案されている（例えば、特許文献２に記載された「転造平ダイス、及び、その転造平ダイスの製造方法」）。
特開２００３−３０５５２８号公報 特開２００４−１３０３５６号公報 日本機械学会論文集、Ｃ編、６２巻（５９７号）、ｐ１９６３−１９６８、「極端にゆるみにくいねじ締結体の開発」、藤井 洋、他、１９９６年。

締結用のねじの緩みを防止するものとして、マルチピッチねじ（ボルト部材）が極めて有効であるが、マルチピッチねじの形状を高精度に加工することは難しく、かつ、安価に製造する技術が確立されておらず、実用化が困難であった。同様に、このマルチピッチねじの原理を応用した送りねじ機構についても、送りねじ（ボルト部材）の製造が困難で、高価となる欠点があった。

先に本発明者が提案した回転ダイスを用いて製造できるマルチピッチねじ及び、その製造方法及び製造装置においては、複数の回転ダイスを用いて転造時にブランク材を均等に支えると共に、加工されるねじのピッチバランスを取ることが前提である。即ち、回転ダイスを用いるため、大量生産に適した平ダイスによる製造方法に適用することが困難であった。

また、上記の特許文献１に記載された緩み止めボルトは、従来型の二重ねじおよびダブルナットを用いるものであり、マルチピッチねじとは本質的に異なるねじである。このため、この製作方法をこのままマルチピッチねじの製造に応用することができなかった。

上記の特許文献２に記載された雄ねじは、ねじのフランク面に複数の凸部が設けられた単純なものであり、また、その複数の凸部は締結時にナット側のフランク面との摩擦係数を増大させる程度の小さい突起に過ぎないものである。
そのため、平ダイス側のフランク面に一定間隔をおいて複数の小さな凹部を設けるのみで良く、ダイスの製作が簡単であり、また、雄ねじの形状自体は一定で基本的には従来の通常ねじと同様であり、その転造加工は容易である。

ところが、マルチピッチねじは複数のリード面を形成する複数のフランク面が規則的かつ均一に変化するねじ山を必要とし、上記特許文献２に記載された製造方法をこのまま採用することはできなかった。
つまり、マルチピッチねじには複数のリード面を形成する複数のフランク面が存在し、転造時に規則的に変化するフランク面が形成される必要があり、従来の平ダイスでは、高精度にねじ山を転造加工することが難しかった。

そこで、本発明は大量生産に適した平ダイスでも転造加工が容易な最適なねじ山を備えたマルチピッチねじ（ボルト部材）、それを製造する方法、製造装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ねじ山２０の左右の側壁２０１Ｌ、２０１Ｒ及び２０２Ｌ、２０２Ｒが、つるまき線に沿って回転する間にリード角の緩い区間２０１とリード角の急な区間２０２とが交代して、交互に連続し、且つ、ねじ山２０の中心線２０ｃに対して対称となるように形成されているマルチピッチねじを技術的特徴とする。

請求項３の発明は、表面に略逆Ｖ字状の突起条４０ｂ、５０ａを複数備えた一対の平ダイス４、５によって、軸状のブランク材１の外周面２に螺旋状のマルチピッチねじ山２０を転造加工するマルチピッチねじの製造方法において、
少なくとも一方の平ダイス４は、両側壁が中心線４０ｃに対して離間する区間４０１と近接する区間４０２とが中心線４０ｃに沿って交代して交互に連続し、且つ、中心線４０ｃに対して対称となるように規則的に変化するリード角のねじ山用の突起条４０ｂを備え、
前記軸状のブランク材１の外周面２に、前記一方の平ダイス４の前記リード角が規則的に変化するねじ山用の突起条４０ｂによって、リード角の緩い区間２０１Ｌ、２０１Ｒと急な区間２０２Ｌ、２０２Ｒとが交代して、交互に連続するマルチピッチねじ山２０を転造することを技術的特徴とする。

請求項４の発明は、表面に略逆Ｖ字状の突起条４０ａ、４０ｂ、５０ａを複数備えた一対の平ダイス４、５によって、軸状のブランク材１の外周面２に螺旋状のマルチピッチねじ山２０を転造加工するマルチピッチねじの製造方法において、
少なくとも一方の平ダイス４は、前記突起条が一定リード角ねじ山４０ａ用の区域４１０と、当該区域４１０に連続し、当該区域に比べて僅かに高さが低く、両側壁が突起条４０ｂの中心線４０ｃに対して離間する区間４０１と近接する区間４０２とが中心線４０ｃに沿って交代して交互に連続し、且つ、中心線４０Ｃに対して対称となるように規則的に変化するリード角のねじ山４０ｂ用の区域４２０とを備え、
前記軸状のブランク材１の外周面２０に、前記一方の平ダイス４の一定リード角ねじ山用の区域４１０の前記突起条４０ａによって形成された一定リード角ねじの軌跡２１０と、前記の規則的に変化するリード角のねじ山用の区域４２０の突起条４０ｂによって形成されたリード角の緩い区間２０１と急な区間２０２とが交代して、交互に連続するねじの軌跡とが重ね合わさったマルチピッチねじ山を転造することを技術的特徴とする。

請求項５の発明は、表面に略逆Ｖ字状の突起条４０ａ、４０ｂ’、５０ａを複数備えた一対の平ダイス４、５によって、軸状のブランク材１の外周面２０に螺旋状のマルチピッチねじ山２０を転造加工するマルチピッチねじの製造方法において、
少なくとも一方の平ダイス４は、前記突起条４０ａが一定リード角ねじ山用の区域４１０と、当該区域４１０に連続し、当該区域に比べてその断面形状が僅かに幅が広く、かつ、僅かに高さ低く溝方向に波状変化する階段状に設けられた規則的に変化するリード角のねじ山用４０ｂの区域４２０とを備え、
前記軸状のブランク材１の外周面２０に、前記一方の平ダイス４の一定リード角ねじ山用の区域２１０の前記突起条４０ａによって形成された一定リード角ねじの軌跡２１ｂと、前記の規則的に変化するリード角のねじ山用の区域４２０の突起条４０ｂ’によって形成された階段状のねじの軌跡２０１、２０２とが重ね合わさったマルチピッチねじ山２０を転造することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、ねじ山２０の側壁２０１、２０２が、つるまき線に沿って回転する間にリード角の緩い区間２０１とリード角の急な区間２０２とが交代して、交互に連続している。このようにマルチピッチねじを形成することで、ねじ全体の実効的リードはリード角の緩い区間とリード角の急な区間との平均値となる。そして、ねじの緩みに対する対抗力は、軸方向の力によるリード角の緩い区間での相手の部材との摩擦力が支配的になるから、大きな実効的リードを持ちながら、リード角の緩い区間の摩擦力により強い緩み止め作用を奏する。また、ねじ山の側壁２０１，２０２がねじ山の中心線２０ｃに対して対称となるように形成されている。即ち、ねじ山、ねじ溝が常に左右対称であり、被加工物（ボルト１）の軸心を変動させる無理な力は発生せず転造加工が安定して行える。

請求項２の発明では、ねじ溝の最底部（ねじ山２０とねじ山２０との間の谷底部分）２１ｂは一般的な螺旋ねじ形状で定リード角になっているため、相手側のねじの先端部が該最低部２１ｂ内を摺動することで、円滑なねじ送り、ねじ締めを実現できる。また、ねじ溝２１０の底部に常に最底部２１ｂが設けられているため、更に被加工物（ボルト１）の転造加工の安定性が向上する。

請求項３の発明では、両側壁４０１、４０２が、突起条４０ｂの中心線４０ｃに対して離間する区間４０１と近接する区間４０２とが中心線４０ｃに沿って交代して、交互に連続し、且つ、突起条４０ｂの中心線４０ｃに対して対称となるように形成されている規則的に変化するリード角ねじ山用の突起条４０ｂにより、軸状のブランク材１の外周面２にマルチピッチねじ２０を転造する。即ち、ねじ山、ねじ溝が常に左右対称であり、軸状のブランク材１の軸心を変動させる無理な力は発生せず、転造加工を安定して行える。

請求項４の発明では、平ダイス４の突起条が、直線状に設けられた定リード角ねじ山４０ａ用の区域４１０と、該区域４１０に連続し、当該区域４１０に比べ僅かに高さが低く、両側壁４０１、４０２が、突起条４０ｂの中心線に対して離間する区間４０１と近接する区間４０２とが中心線４０ｃに沿って交代して、交互に連続し、且つ、突起条４０ｂの中心線４０ｃに対して対称となるように形成されている規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ用の区域４２０とを備える。先ず、定リード角ねじ山用の区域４１０の突起条４０ａによって軸状のブランク材１の外周面２に定リード角ねじの軌跡２１０を形成した後、引き続き、規則的に変化するリード角ねじ山用の区域４２０の突起条４０ｂによってリード角の緩い区間２０１とリード角の急な区間２０２とが連続するマルチピッチねじ２０の軌跡を形成するため、転造の際に加わる力の変化するマルチピッチねじの軌跡を容易に形成することができる。

請求項５の発明では、平ダイス４の突起条４０ａ、４０ｂが、直線状に設けられた定リード角ねじ山用の区域４１０と、該区域４１０に連続し、当該区域４１０に比べその断面形状が僅かに幅が広くかつ僅かに高さが低く溝方向に波状変化する階段状に設けられた規則的に変化するリード角ねじ山用の区域４２０とを備える。先ず、定リード角ねじ山用の区域４１０の突起条４０ａによって軸状のブランク材１の外周面２に定リード角ねじの軌跡２１ｂを形成した後、引き続き、規則的に変化するリード角ねじ山用の区域４２０の突起条４０ｂによって階段状のねじの軌跡２０１、２０２を形成するため、転造の際に加わる力の変化するマルチピッチねじの軌跡を容易に形成することができる。

請求項６の発明では、一対の平ダイス４、５として、一方に定リード角ねじ山用の区域４１０と規則的に変化するリード角ねじ山用の区域４２０とから成る突起条４０ａ、４０ｂとを備える平ダイス４を用い、他方に定リード角ねじ山用の突起条５０ａのみを備える平ダイス５を用いる。
ここで、両平ダイスを、規則的に変化するリード角ねじ製造用の平ダイスを用いることも理論的には可能であるが、非常に精密に加工を行っても、規則的に変化するリード角ねじ製造用の平ダイス相互の加工誤差から、１の規則的に変化するリード角ねじ製造用平ダイスの突起条の規則的に変化するリード角ねじ山用区域で転造されたマルチピッチねじ山が、他の規則的に変化するリード角ねじ製造用平ダイスの突起条の規則的に変化するリード角ねじ山用区域でなめされてしまい、実現は非常に困難である。これに対して、請求項６の発明では、係る両規則的に変化するリード角ねじ製造用の平ダイスの突起条によりねじ山がなめされてしまうことがないので、加工精度が非常に高い規則的に変化するリード角ねじ製造用の平ダイスを用いることなく、１の規則的に変化するリード角ねじ製造用の平ダイスで、適切にマルチピッチねじを製造することが可能である。更に、規則的に変化するリード角ねじ製造用の平ダイスは製造が難しく高価であるが、請求項６では、一対の平ダイスの内の片方で済むため、廉価にマルチピッチねじを製造することができる。

[第１実施形態]
始めに図１〜図４を参照して、断面が略三角形のねじ山を採用した本発明の第１実施形態に係るマルチピッチねじについて説明する。図１において、締結用のボルト１には、マルチピッチねじ部２が設けられている。マルチピッチねじ部２に設けられたねじ山２０を、部分拡大して図２に示す。またこれを直線的に展開した形状を図３の説明図に示す。ねじ山２０は、頂部２０３と、両側面のピッチの異なる２つの左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒとから成る。ねじ山２０とねじ山２０の間には、ねじ底部２１が設けられている。左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒは、ねじ山２０の中心線２０ｃに対して離間する区間（左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ）と近接する区間（フランク面２０２Ｌ、２０２Ｒ）とが中心線２０ｃに沿って交代して、交互に連続し、更に、中心線２０ｃに対して２つの左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒが左右対称に形成されている。図２中に示すように、つるまき線（中心線の軌跡）に沿って、図中右側のフランク面２０１Ｒはリード角の緩い区間を構成し、左側のフランク面２０１Ｌはリード角の急な区間を構成する。該左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒに続くフランク面２０２Ｌ、２０２Ｒでは、右側のフランク面２０２Ｒはリード角の急な区間を構成し、左側のフランク面２０２Ｌはリード角の緩い区間を構成する。

図４は図３におけるＸａ〜Ｘｄにおけるねじ山２０の断面を示しており、図４（Ａ）は図３のＸａ−Ｘａ断面に、図４（Ｂ）は図３のＸｂ−Ｘｂ断面に、図４（Ｃ）は図３のＸｃ−Ｘｃ断面に、図４（Ｄ）は図３のＸｄ−Ｘｄ断面に相当する。両図面を参照して更にねじ山２０の詳細な形状を説明する。ねじ山２０の頂部２０３は４つの左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒの各１つの辺に囲まれた長細い略菱形となっている。ここで、直線的に展開した説明図として示される図３では、頂部２０３が菱形として示されているが、実際の形状は、部分拡大図として図２に示されるように全ての辺が曲線で囲まれた曲面となっている。

前記の２つの左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒはねじ山２０の進む方向に対して同じ長さに設定され、連接部２Ａ，２Ｂにおいて連接されている。また、ねじ山２０の中心線２０ｃは常に向かい合う左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒの中心に位置するように設定されており、左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒによって定まる２つのピッチの平均ピッチの軌跡上に位置するようになっている。

ねじ山２０とねじ山２０の間に形成されるねじ底部２１は、ねじ山２０の進みに伴って断面が図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）の様に変化するようになっている。
即ち、ねじ山２０の連接部２Ａにおいては、ねじ底部２１は図４（Ａ）に示されるように単純な略Ｖ字状を呈し、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）の位置では徐々にその底部および幅が変化するようになっている。ねじ底部２１は、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）の位置では最底部２１ｂが常に一定の位置にあり、ねじ山２０の進みに伴って最底部２１ｂの両側に最底部２１ｂより若干浅い左右対称な段部２１ａ、２１ａが形成され、この段部２１ａの幅Ｗが規則的に増減を繰り返す設定となっている。即ち、図４（Ａ）に示す連接部２Ａでは、段部２１ａが無く、図４（Ｃ）に示す連接部２Ｂに向かうに従い段部２１ａの幅Ｗが増え、該連接部２Ｂにて最大になり、図４（Ｄ）に示すように、次の連接部２Ａに向かうに従い段部２１ａの幅Ｗが徐々に狭まる。

従って、ねじ山２０の進みに伴って、図４（Ａ）中に示される略Ｖ字状のねじ溝２１０がねじ山２０の中心線２０ｃと平行を保って仮想的に連続形成されている。このため、仮想的に連続形成された略Ｖ字状のねじ溝２１０の両側面が、その最底部２１ｂを一定としたまま規則的に左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ，２０２Ｌ、２０２Ｒに沿って変化するようになっている。

続いて、上記の断面が略三角形のねじ山を採用した第１実施形態のマルチピッチねじを製造する方法について、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、一対の平ダイス４、５を用いて前記のボルト１のねじ部２を転造によって製造する原理説明図である。図６（Ａ）はマルチピッチねじ製造用の平ダイス４の斜視図であり、図６（Ｂ）は、定ピッチねじ製造用の平ダイス５の斜視図である。平ダイス４は略長方形の厚板状で、その対向する加工面４ａには前記図３および図４に示されるねじ山２０とほぼ反対の形状のねじ山４０が、長方形の側辺に対して一定の傾斜を持った略直線状に設けられている。ここで、平ダイス４は、マルチピッチねじを形成するためのもので、平ダイス５は、既存の定ピッチねじを形成するためのものである。
なお、平ダイス４、平ダイス５の前後端には、転造加工の安定化および効率化を図るための公知な傾斜部４００，４００、５００、５００（食いつき部、逃げ部）が形成されている。

図６（Ａ）に示すようにマルチピッチねじ用平ダイス４のねじ山４０は移動される方向（一対の平ダイスが相対的に移動される方向、図５、図６において矢印Ａで示す方向）の前側から、第１範囲４１０，第２範囲４２０，第３範囲４３０に区分されている。ここで、第１範囲４１０は平ダイス４の長さ方向の略半分を占め、第２範囲４２０と第３範囲４３０は平ダイス４の長さ方向の略１／４を占めており、また、第３範囲４３０は転造加工されるボルト１の円周に相当する長さとなるように設定されている。

平ダイス４の第１範囲４１０および第３範囲４３０には、前述の図４（Ａ）に仮想的に示される略Ｖ字状のねじ溝２１０と略同一な、図７（Ａ）に部分拡大図を、図７（Ｂ）に断面を示す直線状の普通ねじ山４０ａが連続形成されている。第２範囲４２０には、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示されるねじ溝２１０に略相当し、その最底部２１ｂを除いた形状のマルチピッチねじ山４０ｂが連続形成されている。図７（Ｃ）は、マルチピッチねじ山４０ｂの部分拡大図であり、図７（Ｄ）は断面図であり、理解を容易にするためにねじ山４０ａを仮想的に重ねて示している。マルチピッチねじ山４０ｂは、普通ねじ山４０ａに比べ僅かに高さが低く形成されている。マルチピッチねじ４０ｂの側壁４０１Ｌ、４０１Ｒは、中心線４０ｃに沿って離間し、側壁４０２Ｌ、４０２Ｒは中心線に沿って近接する。側壁４０１と側壁４０２とは、中心線４０ｃに沿って交代して、交互に連続する。両側の側壁４０１Ｌ、４０１Ｒ、及び、側壁４０２Ｌ、４０２Ｒは、マルチピッチねじ山４０ｂの中心線４０ｃに対して対称となるように形成されている。

一方、図６（Ｂ）に示す定ピッチ用平ダイス５には、前述の図４（Ａ）に仮想的に示される略Ｖ字状のねじ溝２１０と略同一な直線状の普通ねじ山５０ａが連続して、全体に設けられている。普通ねじ山５０ａは、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して上述した普通ねじ山４０ａと同形状である。

続いて、図５を参照して上記の平ダイス４、５を用いたボルト１にマルチピッチねじ部２の転造加工する方法について説明する。一対の平ダイス４、５は、公知の転造機に取り付けられる。両平ダイス４、５は、加工面４ａ、５ａが被転造物のボルト１の寸法に合わせて一定の間隔で対向して配置され、また、矢印Ａ，Ｂで示される方向に移動される。
従って、ボルト１の軸部が一対の平ダイス４、５の傾斜部４００に挿入され、この状態で平ダイス４、５が反対方向である矢印Ａ，Ｂで示される方向に移動されると、ボルト１の軸部が相対回転をして平ダイス４の第１範囲４１０，第２範囲４２０，第３範囲４３０を回転移動する。すると、先ず、ボルト１の軸部には、平ダイス４の第１範囲４１０、及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａで前述の図４（Ａ）に仮想的に示される略Ｖ字状のねじ溝２１０が形成される。次に、平ダイス４の第２範囲では図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示されるねじ溝２１０に略相当し、その最底部２１ｂを除いた形状が転造加工される。また、平ダイス４の第３範囲４３０及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａは前記の第１範囲４１０で形成されたＶ字状のねじ溝２１０をなぞる形で、ボルト１の整形および払出の送り作用を果たす。

つまり、上述の平ダイス４の第１範囲４１０，第２範囲４２０，第３範囲４３０及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａによってボルト１の軸部に図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示されるねじ溝２１０が形成されることにより、これと相対的なマルチピッチのねじ山２０が形成される。

ここで、図８に示すように平ダイス４の第１範囲４１０及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａで形成される略Ｖ字状のねじ溝２１０は従来の普通ねじと同様に、ねじ溝の中心線Ｌに沿って左右対称であり、転造加工時の反力Ｆ１，Ｆ２は中心線Ｌを通る垂直面に対して対称となる。このため、ボルト１の軸心を変動させる無理な力は発生せず安定した転造加工ができる。
また、図９に示すように平ダイス４の第２範囲４２０で形成される略Ｖ字状のねじ溝２１０は、左右の側壁が規則的に変化するが、常にねじ溝の中心線Ｌに沿って左右対称となる。このため、転造加工時の反力Ｆａ，Ｆｂは規則的に増減するものの、その大きさは中心線Ｌを通る垂直面に対して常に対称となる。このため、平ダイス４、５の第２範囲４２０の加工時にもボルト１の軸心を変動させる無理な力は発生せず、安定して転造を行い得る。

[第１実施例の改変例]
図１〜図４を参照して上述した第１実施形態では、締結ねじに好適なねじ山が略三角形のねじ、即ち、ナット締め後に、ナットを滅多に外すことがないねじ山が略三角形のマルチピッチねじについて説明した。これに対して、図１０及び図１１を参照して説明する第１実施形態の改変例は、送りねじ等のナットを頻繁に移動させるボルトねじに好適に用い得る略台形のねじ山のマルチピッチねじに関する。なお、送りねじ等においては、効率および機械的な強度を向上させるために、略台形のねじ山が有利である。

図１０は、略台形のねじ山を採用した第１実施例の改変例におけるマルチピッチねじ部を直線的に展開した説明図である。図１１は図１０におけるＸａ〜Ｘｄにおけるねじ山３０の断面を示しており、図１１（Ａ）は図１０のＸａ−Ｘａ断面に、図１１（Ｂ）は図１０のＸｂ−Ｘｂ断面に、図１１（Ｃ）は図１０のＸｃ−Ｘｃ断面に、図１１（Ｄ）は図１０のＸｄ−Ｘｄ断面に相当する。略台形のねじ山３０はその両面がピッチの異なる２つの左右のフランク面３０１Ｌ、３０１Ｒ，３０２Ｌ、３０２Ｒによって形成されており、その頂部３０３は前記の略三角形のねじ山の場合と同様に長細い略菱形となっている。ねじ山３０とねじ山３０の間に形成されるねじ底部３１は、ねじ山３０の進みに伴って断面が変化するようになっている。ねじ底部３１は図１１（Ａ）に示されるように、単純な略逆台形状のねじ溝３１０が仮想的に連続形成され、最底部３１ｂの両側に最底部３１ｂより若干浅い左右対称な段部３１ａ、３１ａが形成されている。また、段部３１ａの幅は、ねじ山３０の進みに伴って規則的に増減を繰り返す設定となっている。この第１実施形態の改変例のマルチピッチねじも、図５〜図９を参照して上述した第１実施形態と同様に平ダイスを用いて転造することができる。

[第２実施形態]
図１２〜図１６を参照して本発明の第２実施形態に係るマルチピッチねじの製造方法及び製造装置について説明する。
図３を参照して上述したように第１実施形態では、ねじ山の側壁が、つるまき線に沿って回転する間にリード角の緩い区間とリード角の急な区間とが交代して、交互に連続し、且つ、ねじ山の中心線に対して対称となるように形成されていた。これに対して、第２実施形態では、図１２、図１３に示すようにねじ山が溝方向に波状変化する階段状に設けられている。

図１２において、締結用のボルト１には、マルチピッチねじ部２が設けられている。マルチピッチねじ部２に設けられたねじ山２０を、直線的に展開した形状を図１３の説明図に示す。ここで、図１３（Ａ）と図１３（Ｂ１）とは同じ切断端部であるが、断面位置と見る角度を異ならしてある。一方、図１３（Ｂ１）と図１３（Ｂ２）とは同じ図であるが、図１３（Ｂ２）中には、塑性加工による移動部を網線ハッチングで表している。即ち、図１３（Ｂ２）中の網線ハッチング部位が塑性加工されて、図１３（Ｂ１）に示す形状が形成される。最低部２１ｂは、第１実施形態と同様に平ダイスの定リード角ねじ製造用のねじ山４０ａによって形成された一般的（定リード角）な螺旋ねじの軌跡である。一方、左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ、２０２Ｌ、２０２Ｒは階段状のねじの軌跡である。第２実施形態では、両者の最低部２１ｂ、階段状の左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ、２０２Ｌ、２０２Ｒが重ね合わさったマルチピッチねじ山２０がボルト１のマルチピッチねじ部２の外周面に形成される。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ１）に原理的に示されるように、略Ｖ字状に形成されたねじ山２０の両側面の大部分（最低部２１ｂ近傍を除く左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ、２０２Ｌ、２０２Ｒ）は、階段状あるいは、マルチピッチねじ（つるまき線に沿って１回転する間にリード角の緩い区間とリード角の急な区間とが交代して、交互に連続する）となっている。また、ねじ山２０の最底部（ねじ山とねじ山との谷底部分）２１ｂは、一般的な螺旋ねじ形状で定リード角になっている。

このようにマルチピッチねじを形成することで、ねじ全体の実効的リードはリード角の緩い区間とリード角の急な区間との平均値となる。そして、ねじの緩みに対する対抗力は、軸方向の力によるリード角の緩い区間での相手の部材との摩擦力が支配的になるから、大きな実効的リードを持ちながら、リード角の緩い区間の摩擦力により強い緩み止め作用を奏する。一方、ねじ山２０の最底部（ねじ山とねじ山との谷底部分）２１ｂは一般的な螺旋ねじ形状で定リード角になっているため、相手側のねじの先端部が該最低部内を摺動することで、円滑なねじ送り、ねじ締めを実現できる。

ここで、リード角の緩い区間のリード角をゼロ（平坦）にすることができる。
このように形成すると、リード角がゼロの区間では軸方向の力がそのまま摩擦力に変化し、ねじを回そうとする分力が全く働かないから、リード角のゼロの区間の摩擦力がより強くなり、より強い緩み止め作用を奏する。

ここで、リード角の急な区間のリード角をセルフロック角度より急勾配にすることができる。ここで、セルフロックに関しては、たとえば、実用新案登録第２５７７７８６号公報に、ねじをウォーム減速機付きモータで回転させ、ナット部材を送る自動車パワーシートが開示されている。ここでは、モータを駆動しないときのロックは、送りねじ自体のセルフロックあるいはウォーム減速機のセルフロックで実現される。
このように形成すると、ねじの緩み止め作用をリード角の緩い区間で担保しつつ、平均の実効的なリードを大きくとることができる。したがって、僅かな回転でねじを締めたり、螺合するナットを進めたりすることができる。

続いて、第２実施形態のマルチピッチねじを製造する方法について、図１４〜図１６を参照して説明する。
図１４（Ａ）はマルチピッチねじ製造用の平ダイス４の斜視図であり、図１４（Ｂ）は、定ピッチねじ製造用の平ダイス５の斜視図である。一対の平ダイス４は略長方形の厚板状で、その対向する加工面４ａには図１３を参照して上述したねじ山２０とほぼ反対の形状のねじ山４０が、長方形の側辺に対して一定の傾斜を持った略直線状に設けられている。ここで、平ダイス４は、マルチピッチねじを形成するためのもので、平ダイス５は、既存の定ピッチねじを形成するためのものである。

図１４（Ａ）に示すようにマルチピッチねじ用平ダイス４のねじ山４０は移動される方向（一対の平ダイスが相対的に移動される方向、図１４において矢印Ａで示す方向）の前側から、第１範囲４１０，第２範囲４２０，第３範囲４３０に区分されている。ここで、第１範囲４１０は平ダイス４の長さ方向の略半分を占め、第２範囲４２０と第３範囲４３０は平ダイス４の長さ方向の略１／４を占めており、また、第３範囲４３０は転造加工されるボルト１の円周に相当する長さとなるように設定されている。

平ダイス４の第１範囲４１０および第３範囲４３０には、第１実施形態と同様な直線状の図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す普通ねじ山４０ａが連続形成されている。第２範囲４２０には、図１３に示されるねじ山２０に略相当し、その最底部２１ｂを除いた形状のマルチピッチねじ山４０ｂ’が連続形成されている。図１５（Ｃ）は、マルチピッチねじ山４０ｂ’の部分拡大図であり、図１５（Ｄ）は断面図であり、理解を容易にするためにねじ山４０ａを仮想的に重ねて示している。

図１６（Ａ）は定ピッチねじ山４０ａと階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の基本形状の相違を説明するために、その中心線を一致させて重ね合わせた断面を拡大誇張して示されている。
定ピッチねじ山４０ａの高さｈ１は、階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の高さｈ２より僅かに高く、任意の位置における定ピッチねじ山４０ａの幅Ｗ１は階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の対応位置における幅Ｗ２より僅かに狭く設定されている。
なお、定ピッチねじ山４０ａと階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の高さｈ１とｈ２および幅Ｗ１とＷ２の差は両者の断面積が略同一となるように設定されている。

図１６（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）、（Ｂ４）は、上記の定ピッチねじ山４０ａと階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’との基本形状の相違を説明するため、定ピッチねじ山４０ａと階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’とを重ね合わせて示している。図１６（Ｂ１）は図１５（Ｃ）のＢ１−Ｂ１断面に、図１６（Ｂ２）は図１５（Ｃ）のＢ２−Ｂ２断面に、図１６（Ｂ３）は図１５（Ｃ）のＢ３−Ｂ３断面に、図１６（Ｂ４）は図１５（Ｃ）のＢ４−Ｂ４断面に相当する。

階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の中心線ｌ’に、定ピッチねじ山４０ａ側中心線ｌが一致した図１６（Ｂ１）の状態から、階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’中心線ｌ’が図の右方向に変化して図１６（Ｂ２）の状態となり、次に階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’中心線ｌ’が図の左方向に変化して図１６（Ｂ３）の状態（図１６（Ａ）と同じ）となり、さらに、中心線ｌ’が図の右力向に変化して図１６（Ｂ４）の状態となるように設定されている。即ち、定ピッチねじ山４０ａは、中心位置が動かないのに対して、規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’は、中心位置がねじ山の軸線に対して左右へ移動するように構成されている。ここで、規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の変位幅の間に、定ピッチねじ山４０ａが収まるようにすることで、後述するように規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’で転造した軌跡を、定ピッチねじ山４０ａでなめることがないよう構成してある。

一方、図１４（Ｂ）に示す定ピッチ用平ダイス５には、直線状の普通ねじ山５０ａが連続して、全体に設けられている。普通ねじ山５０ａは、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を参照して上述した普通ねじ山４０ａと同形状である。

続いて、図５を参照して上記の平ダイス４、５を用いたボルト１にマルチピッチねじ部２の転造加工する方法について説明する。一対の平ダイス４、５は、公知の転造機に取り付けられる。両平ダイス４、５は、加工面４ａ、５ａが被転造物のボルト１の寸法に合わせて一定の間隔で対向して配置され、また、矢印Ａ，Ｂで示される方向に移動される。
この状態で平ダイス４、５が反対方向である矢印Ａ，Ｂで示される方向に移動されると、ボルト１の軸部が相対回転をして平ダイス４の第１範囲４１０，第２範囲４２０，第３範囲４３０を回転移動する。すると、ボルト１の軸部には、平ダイス４の第１範囲４１０、及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａで最低部２１ｂに達する略Ｖ字状のねじ溝が形成される。また、平ダイス４の第２範囲４２０では図１３（Ｂ２）中の網線ハッチング部位が塑性加工されて、図１３（Ｂ１）に示す形状が形成される。この際には、最底部２１ｂを除いた形状が転造加工される。また、平ダイス４の第３範囲４３０及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａは前記の第１範囲４１０で形成されたＶ字状のねじ溝２１０をなぞる形で、ボルト１の整形および払出の送り作用を果たす。

つまり、上述の平ダイス４の第１範囲４１０，第２範囲４２０，第３範囲４３０及び平ダイス５の普通ねじ山５０ａによってボルト１の軸部（マルチピッチねじ部）に図１３に示されるねじ溝が形成されることにより、これと相対的なマルチピッチのねじ山２０が形成される。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、平ダイス４の第１範囲４１０によって軸状のブランク材の外周面に等リード角ねじの軌跡（最低部２１ｂ）を形成した後、引き続き、第２範囲４２０によって階段状のねじの軌跡（階段状の左右のフランク面２０１Ｌ、２０１Ｒ、２０２Ｌ、２０２Ｒ）を形成するため、転造の際に加わる力の変化するマルチピッチねじの軌跡を容易に形成することができる。

また、この加工においては、上述したように定ピッチねじ山４０ａと階段状の規則的に変化するリード角ねじ山４０ｂ’の断面積が略同一となるように設定されているため、平ダイス４の第１範囲４１０から第２範囲４２０への切り替わり部において、ボルト１のマルチピッチねじ部２の外周面が塑性変形される量、即ち仕事量が略均一となる。このため、ボルト１のマルチピッチねじ部２の外周面へマルチピッチねじ山２０を転造する時に、平ダイス４に偏った負荷が加わることがない。

なお、以上の説明においては平ダイス４、５を用いた転造加工について説明したが、本発明を回転ダイスによる転造に応用することも可能である。

第１実施形態に係るマルチピッチねじを有するボルトの側面図である。 マルチピッチねじ部２を示す部分拡大図である。 マルチピッチねじ部２を直線的に展開した説明図である。 図３におけるＸａ〜Ｘｄ部を示す断面図である。 一対の平ダイス４、５を用いてねじ部２を製造する方法を示す説明図である。 図６（Ａ）は第１実施形態のマルチピッチねじ製造用の平ダイス４の斜視図であり、図６（Ｂ）は、定ピッチねじ製造用の平ダイス５の斜視図である。 普通ねじ山４０ａ及びマルチピッチねじ山４０ｂの部分拡大図及び断面図である。 平ダイス４、５の第１範囲４１０で形成される略Ｖ字状のねじ溝２１０を示す部分拡大断面図である。 平ダイス４、５の第１範囲４２０で形成される略Ｖ字状のねじ溝２１０を示す部分拡大断面図である。 略台形のねじ山を採用した第１実施例の改変例におけるマルチピッチねじ部を直線的に展開した説明図である。 図１０におけるＸａ〜Ｘｄ部を示す断面図である。 第２実施形態に係るマルチピッチねじを有するボルトの側面図である。 第２実施形態のマルチピッチねじ部２を直線的に展開した説明図である。 図１４（Ａ）は第２実施形態のマルチピッチねじ製造用の平ダイス４の斜視図であり、図１４（Ｂ）は、定ピッチねじ製造用の平ダイス５の斜視図である。第２実施形態の平ダイス４、平ダイス５を示す斜視図である。 普通ねじ山４０ａ及びマルチピッチねじ山４０ｂ’の部分拡大図及び断面図である。 図１５におけるＢ１〜Ｂ４部を示す断面図である。

符号の説明

１ ボルト
２ マルチピッチねじ部
２０ ねじ山
２０ｃ 中心線
２０１Ｌ、２０１Ｒ フランク面
２０２Ｌ、２０２Ｒ フランク面
２０３ 頂部
２１ ねじ底部
２１ａ 段部
２１ｂ 最底部
２１０ ねじ溝
３ 略台形のねじ山を採用したマルチピッチねじ部
３０ ねじ山
３１ ねじ底部
３１ａ 段部
３１ｂ 最底部
３１０ 略逆台形状のねじ溝
４ 平ダイス
４ａ 加工面
４０ ねじ山
４０ａ 普通ねじ山（定リート角の突起条）
４０ｂ マルチピッチねじ山（規則的に変化するリード角の突起条）
４０ｃ 中心線
４１０ 第１範囲
４２０ 第２範囲
４３０ 第３範囲
５ 平ダイス
５０ａ 普通ねじ山（定リート角の突起条）

Claims (7)

1. ねじ山の側壁が、つるまき線に沿って回転する間にリード角の緩い区間とリード角の急な区間とが交代して、交互に連続し、且つ、ねじ山の中心線に対して対称となるように形成されていることを特徴とするマルチピッチねじ。
2. ねじ山とねじ山との間の谷底部分は、一定リード角のねじ溝形状であることを特徴とする請求項１に記載のマルチピッチねじ。
3. 表面に略逆Ｖ字状の突起条を複数備えた一対の平ダイスによって、軸状のブランク材の外周面に螺旋状のマルチピッチねじ山を転造加工するマルチピッチねじの製造方法において、
   少なくとも一方の平ダイスは、両側壁が中心線に対して離間する区間と近接する区間とが中心線に沿って交代して交互に連続し、且つ、中心線に対して対称となるように規則的に変化するリード角のねじ山用の突起条を備え、
   前記軸状のブランク材の外周面に、前記一方の平ダイスの前記リード角が規則的に変化するねじ山用の突起条によって、リード角の緩い区間と急な区間とが交代して、交互に連続するマルチピッチねじ山を転造することを特徴とするマルチピッチねじの転造方法。
4. 表面に略逆Ｖ字状の突起条を複数備えた一対の平ダイスによって、軸状のブランク材の外周面に螺旋状のマルチピッチねじ山を転造加工するマルチピッチねじの製造方法において、
   少なくとも一方の平ダイスは、前記突起条が一定リード角ねじ山用の区域と、当該区域に連続し、当該区域に比べて僅かに高さが低く、両側壁が突起条の中心線に対して離間する区間と近接する区間とが中心線に沿って交代して交互に連続し、且つ、中心線に対して対称となるように規則的に変化するリード角のねじ山用の区域とを備え、
   前記軸状のブランク材の外周面に、前記一方の平ダイスの一定リード角ねじ山用の区域の前記突起条によって形成された一定リード角ねじの軌跡と、前記の規則的に変化するリード角のねじ山用の区域の突起条によって形成されたリード角の緩い区間と急な区間とが交代して、交互に連続するねじの軌跡とが重ね合わさったマルチピッチねじ山を転造することを特徴とするマルチピッチねじの転造方法。
5. 表面に略逆Ｖ字状の突起条を複数備えた一対の平ダイスによって、軸状のブランク材の外周面に螺旋状のマルチピッチねじ山を転造加工するマルチピッチねじの製造方法において、
   少なくとも一方の平ダイスは、前記突起条が一定リード角ねじ山用の区域と、当該区域に連続し、当該区域に比べてその断面形状が僅かに幅が広く、かつ、僅かに高さ低く溝方向に波状変化する階段状に設けられた規則的に変化するリード角のねじ山用の区域とを備え、
   前記軸状のブランク材の外周面に、前記一方の平ダイスの一定リード角ねじ山用の区域の前記突起条によって形成された一定リード角ねじの軌跡と、前記の規則的に変化するリード角のねじ山用の区域の突起条によって形成された階段状のねじの軌跡とが重ね合わさったマルチピッチねじ山を転造することを特徴とするマルチピッチねじの転造方法。
6. 前記一対の平ダイスとして、一方に一定リード角ねじ山用の区域と規則的に変化するリード角のねじ山用の区域とから成る突起条を備える前記平ダイスを用い、他方に一定リード角ねじ山用のみから成る突起条を備える平ダイスを用いることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１のマルチピッチねじの製造方法。
7. 請求項３〜請求項６のいずれか１の製造方法に用いるマルチピッチねじの製造装置。

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