JP2006218492A

JP2006218492A - 転造ダイス

Info

Publication number: JP2006218492A
Application number: JP2005032727A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Fujioka; 泰雄富士岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】ネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状の断面形状を有するネジ山であってリード角が不等なネジ山を形成しうる転造ダイスを提供すること。
【解決手段】本発明の丸ダイス形態の転造ダイスは、ネジブランク材に対して押圧されながら回転されることによりネジブランク材にネジ山を形成するネジ山転造尾根部と、該ネジ山転造尾根部の回転の中心となる回転軸線とを有し、ネジ山転造尾根部は、該ネジ山転造尾根部の回転軸線方向の断面形状が該回転軸線に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、ネジ山転造尾根部は、当該転造ダイスによってネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されている、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、リード角が不等なネジ山すなわちリード角が変化しているネジ山（以下、不等リードネジ山と称す）を有する雄ネジを形成するための転造ダイスに関する。

ネジの回転緩みを防止するために、これまでに数多くの方法が提案されている。例えば、接着剤を使用することによりネジの回転緩みを防止する方法、ネジの座面に歯状の楔を備えることによりネジの回転緩みを防止する方法、ネジ面を異形にしてネジの回転緩みを防止する方法等が提案されている。

これらのネジの回転緩みを防止する方法の中で、ネジ面を異形にしてネジの回転緩みを防止する方法には、ネジ山外形部やナットをかしめることによりネジの回転緩みを防止する方法、Ｖ溝やスリットを設けることによりネジの回転緩みを防止する方法等が提案されている。そして、不等リードネジ山を形成することにより、ネジの回転緩みを防止する方法も、このネジ面を異形にしてネジの回転緩みを防止する方法の一つとして提案されている。

不等リードネジ山においては、ネジ山のリード角が不等であるため、螺合の際に、フランク部にかかる面圧が小さい部分と大きい部分とがもたらされる。螺合の際にネジ山のフランク部にかかる面圧の小さい部分あるいは大きい部分を見極めて、且つ、外力の作用方向に対して不等リードネジ山を面圧に応じて適当に配置することができれば、ネジの回転緩みをもたらすような外力により発生する捩じり力を低減することが可能になると考える。

このような知見に基づき、本出願人は、実験やＦＥＭ等を使用した解析検証により、ネジの回転緩みのメカニズム、例えばネジの回転緩みが発生する際の応力分布の把握あるいは緩みの回転中心位置の特定などの検討を進めている。

本出願人は、ボルト軸に対して直角方向の荷重が作用する場合、ネジ面を上る圧力側フランク部の一部が回転中心となり、ネジ面を下る圧力側フランク部が浮き上がりながら微小回転し、この現象が繰り返されることにより、ネジの回転緩みがもたらされる、というメカニズムを見出した。

このようなネジの回転緩みのメカニズムの解明が進む中で、ネジ山のリード角を不等にすることによるネジの回転緩み防止を図る方法は、その信頼性において、今後更なる向上が図られうる技術の一つであると考える。

しかしながら現状においては、ネジの回転緩みを防止すべく不等リードネジ山を使用することは、不等リードネジ山の製造の困難性、量産性あるいはコスト性等の観点から、あまり一般的には行われてはいない。

特開２００２−１３７０３５号公報登録実用新案第３０３１０８５号公報

リード角が不等なネジ山すなわちリード角が変化しているネジ山を有する雄ネジの製造においては、旋盤等を使用して切削加工で製造する方法、転造加工によりネジ山を形成後二次加工によりネジ山のリード角を変化させる方法、あるいは転造加工のみで製造する方法等が知られている。

一般的に、雄ネジのネジ山を、旋盤等を使用して切削加工で形成する方法は、転造加工法により形成する方法と比較して、量産性あるいはコスト性等の点が大きな課題となると考えられる。そのために、ネジ山の形状が極めて特殊な場合を除いては、転造加工によりネジ山を形成することが望ましい。

不等リードネジ山の形成についても、転造加工で形成する方法の幾つかの提案がなされている。

例えば、上記引用文献１（特開２００２−１３７０３５号公報）においては、単一のネジ山が形成された転造丸ダイスを使用して、不等リードネジ山を形成する方法が示されている。具体的には、単一のネジ山が形成された転造丸ダイスを用いて、ネジ山が形成される前の素材（以下、ネジブランク材と称す）にネジ山を転造加工する際に、ネジブランク材に対する転造丸ダイスの傾斜角を制御することで、リード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成する方法が示されている。

また、上記引用文献２（登録実用新案第３０３１０８５号公報）においては、ネジの回転緩みを防止すべく、リード線に対して所定量偏位させて形成される不等リードネジ山を有する雄ネジが開示されており、該不等リードネジ山を転造加工にて製造しうる可能性があることも記載されている。

しかしながら、これらの引用文献１および引用文献２において形成される不等リードネジ山は、該ネジ山のリード線に対して所定量だけ回転偏位されて形成されるものである。すなわち、これらの引用文献１および引用文献２において形成される不等リードネジ山の断面形状は、ネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して非対称な形状で形成される。このような不等リードネジ山は、ネジ山の断面形状がネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状で形成される不等リードネジ山と比較して、螺合の際にネジ山のフランク部にかかるネジの半径方向の面圧が不均一になり、ネジ山の先端あるいは谷部等のネジ山の一部において高面圧の部分がもたらされ、焼き付き等をおこす危険性が高いと考える。

本発明は上記課題に鑑み、ネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状の断面形状を有するネジ山であってリード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成しうる転造ダイスを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、リード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成する丸ダイス形態の転造ダイスであって、前記ネジブランク材に対して押圧されながら回転されることにより前記ネジブランク材にネジ山を形成するネジ山転造尾根部と、該ネジ山転造尾根部の回転の中心となる回転軸線とを有する転造ダイスにおいて、前記ネジ山転造尾根部は、該ネジ山転造尾根部の回転軸線方向の断面形状が前記回転軸線に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、前記ネジ山転造尾根部は、当該転造ダイスによって前記ネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されている、ことを特徴とする転造ダイスが提供される。

請求項１の発明の転造ダイスによれば、ネジ山転造尾根部が、該ネジ山転造尾根部の回転軸線方向の断面形状がネジ山転造尾根部の回転軸線に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、ネジ山転造尾根部が、当該転造ダイスによってネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されていることにより、ネジブランク材に、ネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な断面形状を有する不等リードネジ山を形成しうる、丸ダイス形態の転造ダイスを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、リード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成する平ダイス形態の転造ダイスであって、前記ネジブランク材に対して押圧されながら直線移動されることにより前記ネジブランク材にネジ山を形成するネジ山転造尾根部を有する転造ダイスにおいて、前記ネジ山転造尾根部は、該ネジ山転造尾根部の直線移動方向の断面形状が前記ネジ山転造尾根部の直線移動方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、前記ネジ山転造尾根部は、当該転造ダイスによって前記ネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されている、ことを特徴とする転造ダイスが提供される。

請求項２の発明の転造ダイスによれば、ネジ山転造尾根部が、該ネジ山転造尾根部の直線移動方向の断面形状がネジ山転造尾根部の直線移動方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、ネジ山転造尾根部が、当該転造ダイスによってネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されていることにより、ネジブランク材に、ネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な断面形状を有する不等リードネジ山を形成しうる、平ダイス形態の転造ダイスを提供することができる。

各請求項の記載によれば、当該転造ダイスによってネジブランク材に形成される雄ネジの軸方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な断面形状を有する不等リードネジ山を、ネジブランク材に形成しうる、転造ダイスの提供が可能となる共通の効果を奏する。
よって、本発明の転造ダイスによれば、螺合の際に焼き付きを起こす可能性が小さく、量産性およびコスト性の優れた不等リードネジ山を有する雄ネジの製造が可能となる。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１および図２は、本発明の第一の実施形態となる、丸ダイス形態の転造ダイス（以下、転造丸ダイスと称す）を示した図である。図３および図４は、図１および図２に示された転造丸ダイスにより形成されうる不等リードネジ山を有する雄ネジを示した図である。図５および図６は、本発明および上記引用文献１に示された従来技術のそれぞれの、ネジブランク材に不等リードネジ山を形成する際の、転造ダイスとネジブランク材との配置と、この配置にてネジブランク材に形成されるネジ山の断面図とを示した図である。図７は、本発明の第二の実施形態となる、平ダイス形態の転造ダイス（以下、転造平ダイスと称す）を示した図である。

図１においては、本発明の第一実施形態の転造ダイスであって、特に、丸ダイス形態の転造ダイスの、上面および正面から見た概観図が示されている。

転造丸ダイス１は、略円柱状をなし、ネジ山が形成される前の素材となるネジブランク材に不等リードネジ山を形成する際にネジブランク材に押圧されつつ回転されるネジ山転造形成面２であって、波状のうねりを有して形成されるネジ山転造尾根部３を備えるネジ山転造形成面２を有する。また、転造丸ダイス１は、ネジブランク材にネジ山を加工する際にネジ山転造尾根部３を回転させるべく、ネジ山転造尾根部３の回転の中心線となる回転軸線４を有する。回転軸線４方向のネジ山転造尾根部３の断面形状は、回転軸線４に平行な底辺５を有し且つ該底辺５の垂直二等分線６に対して対称な形状で形成される（図１中のＡ部詳細図を参照）。図１においては、ネジ山転造尾根部３の断面形状は、回転軸線４に平行な底辺５を有する二等辺三角形状として示されているが、設計条件や製造条件等に適合する他の形状、例えば台形状とされてもよい。

転造丸ダイス１は、ネジブランク材にネジ山を形成する際に、転造丸ダイス１と同様の形態の一つまたは二つの回転丸ダイス、あるいは弓状の固定ダイス等と協働してネジブランク材を挟持することが可能で、且つ、ネジブランク材に押圧されつつ回転できるように配置される。ネジ山転造尾根部３をネジブランク材に押圧し食い込ませつつ回転させ、ネジブランク材を塑性変形させることにより、ネジブランク材にリード角が不等な所望のネジ山を形成する。

図２においては、図１に示された本発明の第一の実施形態となる転造丸ダイス１のネジ山転造尾根部３の例証的な波状のうねりのパターン図が示される。

図２中に示された符号１０に示される距離は、ネジ山転造尾根部３のうねりの高さを示し、符号１１に示される角度は、該うねりの傾斜角度すなわちネジ山転造尾根部３のリード角を示している。さらに、符号１２に示される距離は、本転造丸ダイス１によりネジブランク材に形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長を示し、符号１３、１４および１５に示される距離は、ネジ山転造尾根部３のうねりの一周期分の長さを示す。

図２に示されるように、リード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成すべく、ネジ山転造尾根部３は、波状のうねり（以下波状うねりと称す）を有する。該うねりの高さ１０、および、ネジ山転造尾根部のリード角１１のパターンは、本転造丸ダイス１によりネジブランク材に形成される所望の不等リードネジ山のパターンに適合するように、適当に決定される。

また、図２に示されたパターンのうねりの一周期１３、１４および１５は、それぞれ、本転造丸ダイス１によりネジブランク材に形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の３分の１とされているが、該ネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１であれば、設計条件や製造条件等に合わせて適当に決定されてよい。
例えば、うねりの一周期１３を、本転造丸ダイス１によりネジブランク材に形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の２分の１として、うねりの一周期１４および１５のそれぞれを、本転造丸ダイス１によりネジブランク材に形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の４分の１としてもよい。また、各うねりの一周期を、それぞれ、本転造丸ダイス１によりネジブランク材に形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の５分の１としてもよい。
このように、ネジ山転造尾根部３の波状うねりは、該うねりの高さ、リード角および周期をパラメータとして多様なパターンで形成されうる。

尚、図１に示された転造丸ダイス１においては、ネジ山転造形成面２の全体にわたり、波状うねりを有するネジ山転造尾根部３が形成されているが、不等リードネジ山に対する多様なニーズに適応すべく、波状うねりを有するネジ山転造尾根部３と、うねりを有さないネジ山転造尾根部との両方が混在して適当に形成されてもよい。

図１および図２に示されるような本発明の第一実施形態の転造丸ダイス１を用いて形成されうる、リード角が不等なネジ山を有する例証的な雄ネジ２０が、図３に示される。

図４においては、図１および図２に示されるような本発明の第一実施形態の転造丸ダイスを用いて形成されうる、リード角が不等なネジ山の波状うねりの詳細が示される。

図４において示されるリード角が不等なネジ山の、うねり高さ２１、ネジ山のリード角（不等）２２および、うねりの一周期２３は、それぞれ、図２において示されたネジ山転造尾根部３の、うねり高さ１０、ネジ山転造尾根部のリード角１１および、うねりの一周期１３にそれぞれ対応して形成される。尚、各うねり高さ１０、２１についてはネジ嵌め合い等級の公差が採用されることが好ましいが、設計条件や製造条件等に応じて適当な公差が採用されてもよい。

図５においては、図１および図２に示されたような転造丸ダイス１を使用して、図３および図４に示されるようなリード角が不等なネジ山をネジブランク材３０に形成する際の、転造丸ダイス１とネジブランク材３０との配置と、この配置にてネジブランク材３０に形成されるネジ山３３の部分断面図とが示される。ネジブランク材３０は、設計条件や製造条件等に適合するように形成された外周面３１と、ネジ転造加工の際における自身の回転の中心となる回転軸線３２とを有する。

転造丸ダイス１およびネジブランク材３０は、ネジ山転造加工の際において、ネジ山転造尾根部３がネジブランク材３０の外周面３１に押圧されつつ回転できるように、且つ、転造丸ダイス１の回転軸線４とネジブランク材３０の回転軸線３２とが平行になるように配置される。

このように転造丸ダイス１およびネジブランク材３０が配置されることで、ネジブランク材３の外周面３１に、ネジブランク材３０の回転軸線３２に平行線な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対称な断面形状を有するネジ山であって、リード角が不等な所望のネジ山３３を形成しうる。

図６においては、リード角が不等なネジ山を形成する従来技術の転造丸ダイス、特に前記引用文献１において示された転造丸ダイス４０と、該転造ダイス４０を使用して不等リードネジ山をネジブランク材４２に形成する際の、該転造丸ダイス４０とネジブランク材４２との配置および該配置にてネジブランク材４２に形成されるネジ山４３の部分断面図とが示される。

引用文献１においては、単一のネジ山転造尾根部４１が形成された転造丸ダイス４０を使用して、ネジブランク材４２の回転軸線４５に対する転造丸ダイス４０の回転軸線４４の傾斜角θを制御することにより、ネジブランク材４２にリード角が不等なネジ山を形成する方法が示されている。

このような引用文献１において示された方法によりネジブランク材に形成されるネジ山４３は、傾斜角θの制御に追従してネジ山４３が回転偏位されて形成されるものである。従って、ネジブランク材４２に形成されるネジ山４３の断面形状は、ネジブランク材４２の回転軸線４５に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して非対称な形状であり、本発明の転造丸ダイス１からもたられるネジブランク材３０に形成されるネジ山３３の断面形状とは異なるものである。尚、このことは、上記引用文献２に示された不等リードネジ山についても同様である。

本発明の転造ダイスによれば、ネジブランク材に形成されるネジ山の断面形状を、ネジブランク材の回転軸線に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状とすることができ、よって、螺合の際にネジ山のフランク部にかかるネジの半径方向の面圧を均一にすることができ、螺合の際に焼き付きを起こす可能性が小さく、量産性およびコスト性等の優れたリード角が不等なネジ山を形成することが可能となる。

図７においては、本発明の第二の実施形態の転造ダイスであって、特に、平ダイス形態の転造ダイス（以下、転造平ダイスと称す）５０の概観図が示される。

転造平ダイス５０は、略直方体状をなし、上述した丸ダイス形態の転造ダイス１と同様の作用効果をもたらすべく、図２を参照して上述したようなネジ山転造尾根部のパターンと同様のパターンで形成されるネジ山転造尾根部５１を有する。このような転造平ダイス５０を使用し、図７中に概略を示した通常の平ダイス転造方法、すなわち、転造平ダイス５０をネジブランク材５３に押圧しつつ転造平ダイス５０を矢印５２にて示す直線的方向に直線移動することによりネジブランク材５３にネジ山を形成する転造方法を実施することで、上述した丸ダイス形態の転造ダイス１による場合と同様に、ネジブランク材５３に、ネジブランク材５３回転軸線５４に平行線な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対称な断面形状を有するネジ山であって、リード角が不等の所望のネジ山３３を形成することができる。

本発明の第一実施形態の転造ダイスであって、特に、丸ダイス形態の転造ダイスの、上面および正面から見た概観図である。図１に示された本発明の第一の実施形態となる転造丸ダイスのネジ山転造尾根部の例証的な波状のうねりのパターン図である。図１および図２に示されるような本発明の第一実施形態の転造丸ダイスを用いて形成されうる、リード角が不等なネジ山を有する例証的な雄ネジの概観図である。図１および図２に示されるような本発明の第一実施形態の転造丸ダイスを用いて形成されうる、リード角が不等なネジ山の波状うねりの詳細を示した図である。図１および図２に示されたような転造丸ダイスを使用して、図３および図４に示されるようなリード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成する際の、転造丸ダイスとネジブランク材との配置と、この配置にてネジブランク材に形成されるネジ山の部分断面図とを示す図である。リード角が不等なネジ山を形成する従来技術の転造丸ダイス、特に引用文献１において示された転造丸ダイスと、該転造ダイスを使用して不等リードネジ山をネジブランク材に形成する際の、該転造丸ダイスとネジブランク材との配置および該配置にてネジブランク材に形成されるネジ山の部分断面図とを示す図である。本発明の第二の実施形態の転造ダイスであって、特に、平ダイス形態の転造ダイスの概観図である。

符号の説明

１転造丸ダイス
２転造形成面
３ネジ山転造尾根部
４回転軸線
１０うねりの高さ
１１ネジ山転造尾根部のリード角
１３，１４，１５うねりの一周期

Claims

リード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成する丸ダイス形態の転造ダイスであって、前記ネジブランク材に対して押圧されながら回転されることにより前記ネジブランク材にネジ山を形成するネジ山転造尾根部と、該ネジ山転造尾根部の回転の中心となる回転軸線とを有する転造ダイスにおいて、
前記ネジ山転造尾根部は、該ネジ山転造尾根部の回転軸線方向の断面形状が前記回転軸線に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、前記ネジ山転造尾根部は、当該転造ダイスによって前記ネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されている、
ことを特徴とする転造ダイス。
リード角が不等なネジ山をネジブランク材に形成する平ダイス形態の転造ダイスであって、前記ネジブランク材に対して押圧されながら直線移動されることにより前記ネジブランク材にネジ山を形成するネジ山転造尾根部を有する転造ダイスにおいて、
前記ネジ山転造尾根部は、該ネジ山転造尾根部の直線移動方向の断面形状が前記ネジ山転造尾根部の直線移動方向に平行な底辺を有し且つ該底辺の垂直二等分線に対して対称な形状となるように形成され、且つ、前記ネジ山転造尾根部は、当該転造ダイスによって前記ネジブランクに形成される所望の雄ネジのネジ有効径を基準とする円周長の整数分の１の長さを一周期とする波状うねりを有して形成されている、
ことを特徴とする転造ダイス。