JP2007105837A - 雄ねじの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 強化繊維が埋設された素材に対し、雄ねじ部を能率的に加工することができ、しかも雄ねじ部が強度低下を来たすことのない雄ねじの加工方法を提供する。
【解決手段】素材３に雄ねじ部の谷部１ｂを加工するために、総型砥石５を用いる。総型砥石５の外周部は、谷部１ｂと同一の断面形状を有している。総型砥石５は、素材３に対する切込み量Δｔが谷部１ｂの深さになるように配置する。そして、総型砥石５を所定の速度で回転させるとともに、素材３に対してその軸線方向へ所定の速度で移動させる。また、素材３を、砥石５の移動速度および谷部１ｂのピッチに応じた速度で回転させる。
【選択図】図６

Description

この発明は、硬質樹脂からなる母材の内部に強化繊維が埋設されてなる素材の外周面に雄ねじ部を形成するための雄ねじの加工方法に関する。

一般に、トンネル掘削現場等においては、図１に示す筒体１が用いられている。この筒体１は、繊維強化プラスチックからなるものであり、その両端部外周面には雄ねじ部１ａが形成されている。そして、各筒体１，１の雄ねじ部１ａ，１ａに継手２を螺合させることにより、複数の筒体１が順次接続される。接続された複数の筒体１の内部には、例えば地盤凝固液を注入するための注入パイプが挿通される。

従来、筒体１の外周面に雄ねじ部１ａを形成する場合には、金属からなる素材の外周面に雄ねじ部を形成する場合と同様にして形成されていた。すなわち、下記特許文献１に記載されているように、筒体１の素材の外周面に、金属製のバイトによって下ねじ加工を施す。その後、下ねじを砥石によって仕上げ加工して雄ねじ部１ａを形成するものである。

特開平６−２４９３１７号公報

しかしながら、上記筒体１をバイトでねじ加工した場合には、次のような問題があった。すなわち、筒体１の内部には、炭素繊維等の強化繊維が埋設されている。したがって、バイトによって下ねじ加工を施す際には、バイトが強化繊維を切断する。このとき、バイトのすくい面や逃げ面が切断した強化繊維によって擦過され、早期に摩耗する。このため、バイトを頻繁に交換しなければならず、加工能率が低下するという問題があった。また、摩耗したバイトが強化繊維を切断する際に多大の切削抵抗が発生し、その切削抵抗によって素材の母材中にクラックが発生するためか、筒体の雄ねじ部の強度が理論的強度より低下してしまうという問題があった。

この発明は、上記の問題を解決するために、硬質樹脂からなる母材の少なくとも表層部に強化繊維が埋設された断面円形の素材を回転させつつ、ねじ切り工具を上記素材の外周面に所定の切り込み量だけ切り込ませた状態で上記素材に対しその長手方向へ相対移動させることにより、上記素材の外周面にねじを形成する雄ねじの加工方法において、上記ねじ切り工具として軸線を中心として回転駆動される研削砥石が用いられ、この研削砥石だけで上記ねじ切り加工が行われることを特徴としている。
この場合、上記研削砥石としてダイヤモンド砥石が用いられていることが望ましい。
また、上記研削砥石の外周面に上記研削砥石をその軸線方向に横断する目詰まり防止用の溝が形成されていることが望ましい。

上記特徴構成を有するこの発明によれば、砥石の砥粒の硬度が高速度鋼等からなる通常のバイトの硬度より大幅に高いので、砥粒は長期間にわたって鋭利な状態を維持する。したがって、研削砥石を交換する頻度が少なくなり、その分だけ加工能率を向上させることができる。また、鋭利な砥粒が強化繊維を切断するので、強化繊維の切断時に発生する切断抵抗が小さい。したがって、素材の母材中にクラックが発生することがほとんどない。よって、雄ねじ部の強度が低下するような事態を未然に防止することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
まず、この発明に係る加工方法の加工対象である筒体１についてさらに説明すると、筒体１は、ポリエステル等の硬質樹脂（硬質プラスチック）を母材とし、その母材の内部にグラスファイバーや炭素繊維等の強化繊維（図示せず）を埋設してなるものであり、強化繊維は、その長手方向を筒体１の長手方向とほぼ一致させた状態で母材中に埋設されている。図１及び図２に示すように、筒体１の両端部（一端部のみ図示）には、筒体１の外径より若干小径の雄ねじ部１ａが形成されている。この雄ねじ部１ａは、螺旋状に延びる谷部１ｂを有している。谷部１ｂは、断面円弧状をなしており、その曲率中心が雄ねじ部１ａの外周面より外側に配置されている。したがって、谷部１ｂの深さは、谷部１ｂを区画する円弧面の曲率半径より小さくなっている。

次に、上記雄ねじ部１ａをこの発明に係る加工方法によって形成する場合について説明する。雄ねじ部１ａを加工するに際しては、図３に示す素材３を用意する。素材３は、筒体１と同一の内部構造を有し、その外径が全長にわたって筒体１の外径と同一になっている。

素材３は、まずその両端部外周面を円筒砥石４によって研削加工する。これにより、素材３の両端部の外径が雄ねじ部１ａの外径と等しくなるまで素材３の両端部を削り落とす。円筒砥石４は、図３〜図５に示すように、円筒状をなす金属製の台金４１の外周面及び両端面の外周側部分にわたって砥粒層４２を設けたものであり、砥粒層４２は、台金４１に設けられた金属製の鍍金層４３と、この鍍金層４３によりそこから一部を突出させた状態で保持された砥粒４４とによって構成されている。砥粒４４としては、ダイヤモンド砥粒や立方窒化硼素（ＣＢＮ）砥粒が用いられる。円筒砥石４の外周面には、目詰まり防止用の溝４５を形成しておくことが望ましい。特に、溝４５は、螺旋状に形成されていることが望ましい。このような溝４５を形成しておくと、砥粒４４，４４間に目詰まりが発生するのを防止することができ、それによって円筒砥石４の研削性能の低下を防止することができるからである。

円筒砥石４で素材３を研削する際には、円筒砥石４が素材３と平行に配置される。素材３及び円筒砥石４は、それぞれ所定の回転速度をもって回転させられる。例えば、外径が７６ｍｍの素材３の場合であれば、７５〜７７ｒｐｍ、外径が１５０ｍｍの円筒砥石４であれば、３５００〜４０００ｒｐｍでそれぞれ回転させられる。その後、円筒砥石４を素材３に接近移動させる。円筒砥石４の接近移動速度は、例えば９.２ｍｍ／ｍｉｎ程度に設定される。円筒砥石４は、素材３に対する切込み深さが筒体１の外径と雄ねじ部１ａの外径との差の半分と等しくなるまで移動させられる。このようにして、素材３の両端部に雄ねじ部１ａと等しい外径を有する小径部３ａが形成される。

その後、図６に示すように、小径部３ａの外周面に谷部１ｂが総型砥石（研削砥石）５によって研削加工される。総型砥石５は、図６〜図８に示すように、円板状をなす台金５１の外周部に砥粒層５２を設けたものであり、砥粒層５２は、台課ね１に設けられた金属製の鍍金層５３と、この鍍金層５３によりそこから一部を突出させた状態で保持された砥粒５４とによって構成されている。砥粒５４としては、ダイヤモンド砥粒や立方晶窒化硼素砥粒が用いられる。総型砥石５の外周面には、その一端面から他端面まで延びる目詰まり防止用の溝５５を形成しておくことが望ましい。溝５５は、螺旋状に形成されていることが望ましい。

総型砥石５の外周部、つまり砥粒層５２の外周部は、谷部１ｂと同一の断面形状を有している。砥粒層５２の外周部をそのような形状にするために、砥粒層５２の外周部に存在する各砥粒５４は、谷部１ｂを構成する円弧面と同一の円弧面に沿って配置されている。なお、総型砥石５の小径部３ａに対する切込み量誤差等に対応するために、砥粒５４は、谷部１ｂに対応する部分より広い範囲にわたって円弧面に沿って配置されている。

総型砥石５を用いて素材３の小径部３ａの外周面に谷部１ｂを研削加工する場合には、図６に示すように、総型砥石５の小径部３ａに対する切込み量Δｔが谷部１ｂの深さになるように、総型砥石５を配置する。この場合、総型砥石５は、その軸線が素材３の軸線に対して谷部１ｂの進み角と等しい角度だけ傾斜した状態で配置するのが望ましい。ただし、切り込み量Δｔが小さい場合、つまり谷部１ｂの深さが浅い場合には、総型砥石５の軸線が素材３の軸線と平行になるように、総型砥石５を配置してもよい。そのように配置された総型砥石５は、所定の回転数で回転させられるとともに、素材３の軸線に沿って所定の速度で送られる。例えば総型砥石５の外径が１００ｍｍである場合、その回転数は４０００〜５０００ｒｐｍに設定され、送り速度は、１２ｍｍ／ｓｅｃに設定される。なお、素材３の回転速度（回転数）は、総型砥石５の送り速度と、谷部１ｂのピッチとに基づいて一義的に定まる。そして、総型砥石５が素材３の一端面から他端側へ向かって所定距離だけ送られる。これによって、素材３の小径部３ａに谷部１ｂが研削加工され、ひいては雄ねじ部１ａが形成される。

上記のようにして雄ねじ部１ａの谷部１ｂを加工する場合には、砥粒５４の硬度がバイトの硬度より高い。特に、砥粒５４がダイヤモンド砥粒である場合には、その硬度がバイトより格段に高い。したがって、砥粒５４は、強化繊維によって擦過されても摩耗することがほとんどなく、長期間にわたって鋭利な状態を維持する。よって、総型砥石５の交換頻度を大幅に少なくすることができ、谷部１ｂの加工能率を大幅に向上させることができる。また、砥粒５４が鋭利な状態で素材３の母材及び強化繊維を切断するので、切断抵抗が小さい。したがって、母材中にクラックが発生するのを防止することができる。よって、雄ねじ部１ａの強度が低下することを未然に防止することができる。

次に、この発明の実施例を説明する。この実施例では、ポリエステルからなる母材中にグラスファイバーからなる強化繊維を埋設してなる素材３が用いられる。素材３の寸法は、次のとおりである。
外径；７６ｍｍ
内径；６０ｍｍ
小径部の外径；７１．３ｍｍ
谷部の長さ；１２０ｍｍ
谷部の深さ；２ｍｍ
谷部を区画する円弧面の曲率半径；３．５ｍｍ
総型砥石（電着砥石）
外径；１００ｍｍ
砥粒の材質；ダイヤモンド
砥粒の粒度；４０メッシュ
研削条件
砥石の回転数；４０００ｒｐｍ
送り速度；１２ｍｍ／ｓｅｃ
バイト
種類；谷部１ｂと同一形状を有する総型バイト
材質；高速度鋼
切削条件
素材の回転数；１００ｒｐｍ
バイトの送り回数；４０回
上記の条件の下に、総型砥石及びバイトにより、それぞれ１０本の素材に谷部の加工を施した。素材１本当たりの平均加工時間を比較すると、バイトでは１３分／１本であったのに対し、総型砥石を用いた場合には１．５分／１本であった。また、バイトで谷部を加工したときの雄ねじ部の引っ張り強度が１８５〜２１５ＫＮであったのに対し、総型砥石で谷部を加工したときの雄ねじ部の引っ張り強度は、２２０〜２５０ＫＮであった。

なお、この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、その要旨逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、総型砥石５の小径部３ａに対する切り込み量を谷部１ｂの深さと同一にし、総型砥石５を１回送るだけで谷部１ｂを形成しているが、総型砥石５の切り込み量を谷部１ｂの深さより小さくし、総型砥石５を素材３の軸線方向へ複数回にわたって送ることによって谷部１ｂを形成してもよい。

この発明に係るねじの加工方法によってねじ加工された二つの筒体を継手で接続した状態を示す断面図である。 図１に示す筒体の要部を示す拡大正面図である。 図１に示す筒体の素材の下加工を説明するための図である。 図３において用いられている円筒砥石を示す正面図である。 図３のＸ円部の拡大図である。 この発明に係るねじの加工方法の一実施の形態を示す図である。 図６に示す実施の形態において用いられている総型砥石を示す平面図である。 同総型砥石によって素材にねじ加工を施している状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ａ 雄ねじ部
１ｂ 谷部
３ 素材
５ 総型砥石（研削砥石）
５５ 目詰まり防止用の溝

Claims (3)

1. 硬質樹脂からなる母材の少なくとも表層部に強化繊維が埋設された断面円形の素材を回転させつつ、ねじ切り工具を上記素材の外周面に所定の切り込み量だけ切り込ませた状態で上記素材に対しその長手方向へ相対移動させることにより、上記素材の外周面にねじを形成する雄ねじの加工方法において、
   上記ねじ切り工具として軸線を中心として回転駆動される研削砥石が用いられ、この研削砥石だけで上記ねじ切り加工が行われることを特徴とする雄ねじの加工方法。
2. 上記研削砥石としてダイヤモンド砥石が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の雄ねじの加工方法。
3. 上記研削砥石の外周面に上記研削砥石をその軸線方向に横断する目詰まり防止用の溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の雄ねじの加工方法。

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