JP2010000557A - 噛合型スクリュの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤカット放電加工によって、噛合型スクリュの山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュを簡単に形成できるようにすることである。
【解決手段】棒状素材１１を一定速度で回転させながら、放電加工装置のワイヤ電極４に対して軸方向に一定速度で相対移動させ、ワイヤ電極４を棒状素材１１の断面の中心から所定距離で交差する位置に配設して、棒状素材１１の移動方向に所定の傾斜角θで傾斜させ、この傾斜させたワイヤ電極４のワイヤカットにより、棒状素材１１の外周面に螺旋スクリュを形成し、ワイヤカットによって切断される切断屑材が螺旋状に一体に連なるようにすることにより、噛合型スクリュの山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュを簡単に形成できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、噛合型スクリュの製造方法に関する。

同じ形状の螺旋スクリュを有する一対の噛合型スクリュを平行に配設した２軸押出機や２軸混練機は、平行に配設した一対の噛合型スクリュを同じ方向または反対方向へ同じ回転速度で回転させて噛み合わせ、この噛み合わせ部で、両方の螺旋スクリュの山部が互いに相手方の螺旋スクリュの谷部をワイピングするようにし、自己清掃機能を持たせたものが多い（例えば、特許文献１参照）。

このような２軸押出機や２軸混練機に用いられる一対の噛合型スクリュは、螺旋スクリュが１条のものと複数条のものとがあり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、各螺旋スクリュの断面形状は、１条の場合は彗星の軌道状、２条の場合は小判状（木の葉状）、３条以上のＮ条の場合は、各辺が凸に湾曲した凸状正Ｎ角形となり、これらの断面形状のものは、いずれも螺旋スクリュの谷径ｄに外接し、２条以上の場合は、螺旋スクリュの山径Ｄに内接する（例えば、非特許文献１参照）。

従来、このような噛合型スクリュを含めて、螺旋スクリュを有するスクリュ部材を円形断面の棒状素材から製造する際には、回転する棒状素材の外周面を旋削加工やフライス加工で加工して螺旋スクリュを形成する方法が採用されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、硬質素材を高精度で加工する手段として、ワイヤカット放電加工が知られている。ワイヤカット放電加工はねじの製造に採用されることもあり、ワイヤカット放電加工でねじを製造する場合は、棒状等の素材を回転させながらワイヤ電極に対して軸方向に相対移動させ、ワイヤ電極を相対移動してくる素材の断面と交差させて、素材の外周面にねじを形成する（例えば、特許文献３、４参照）。

特許文献３に記載されたものでは、ワイヤ電極または棒状、テーパ状、カム状の任意形状の素材を傾動可能として、ワイヤ電極の素材断面内の傾斜角を変化（ワイヤ電極の素材断面との交差位置の変化と等価）させたり、ワイヤ電極の素材移動方向に対する傾斜角を変化させたりして、ねじの谷底面とその両側の側面とを別々に加工し、任意のねじ山形状のねじを製造している。

また、特許文献４に記載されたものでは、棒状素材の相対移動速度や、ワイヤ電極の相対移動方向に対する傾斜角や、ワイヤ電極の素材断面との交差位置を可変として、ストレート状やテーパ状の人工歯根のねじを、谷底面の幅を広くして所定のリード角に加工している。特許文献４に記載されたものも、ねじの谷底面とその両側の側面を別々に加工していると考えられる。

なお、上述した噛合型スクリュは、螺旋スクリュの山谷形状がサイン曲線とされており、このようなサイン曲線の山谷形状には、山が先端まで完全に形成された完全ねじのものと、山の先端部が切欠かれた不完全ねじのものとがある。特許文献１、２に記載された螺旋スクリュはいずれも１条で、特許文献２に記載されたものは、山谷形状がサイン曲線ではない形状とされている。

M.L.BOOY,「Geometry of Fully Wiped Twin-Screw Equipment」,POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,SEPTEMBER,1978,Vol.18,No12,p973-984 特開２００６−５６０９５号公報 特開平４−３４１８１６号公報 特開昭６３−３９７３７号公報 特開平１０−５２４４５号公報

上述した従来の噛合型スクリュは、旋削加工やフライス加工で製造されているので、螺旋スクリュの加工に手間がかかり、製造コストが高くなる問題がある。また、これらの加工後に焼入れ等の熱処理を施す場合は、複雑な形状の噛合型スクリュに熱処理ひずみが生じやすい問題もある。

噛合型スクリュを安価に製造するためには、特許文献３、４に記載されたワイヤカット放電加工によるねじの製造方法を適用することが考えられる。しかしながら、これらのねじの製造方法は、ねじ山の底面や側面で、回転しながら相対移動してくる棒状素材に対して、ワイヤ電極の素材移動方向に対する傾斜角や素材断面との交差位置等を変化させて、ねじの谷底面や側面を別々に加工しているので、焼入れ等の熱処理後の加工は可能であるが、やはり螺旋スクリュの加工に手間がかかる。また、噛合型スクリュに必要とされる山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュは加工できていない。

そこで、本発明の課題は、ワイヤカット放電加工によって、噛合型スクリュの山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュを簡単に形成できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明の噛合型スクリュの製造方法は、棒状素材を一定速度で回転させながら、放電加工装置のワイヤ電極に対して軸方向に一定速度で相対移動させ、前記ワイヤ電極を棒状素材の断面の中心から所定距離で断面と交差する位置に配設して、棒状素材の相対移動方向に所定の傾斜角で傾斜させ、この傾斜させたワイヤ電極のワイヤカットにより、前記棒状素材の外周面に噛合型スクリュの螺旋スクリュを形成し、前記ワイヤカットによって切断される切断屑材が螺旋状に一体に連なるようにした方法を採用した。

本発明者らは、回転しながら軸方向に相対移動する棒状素材の断面と交差するワイヤ電極の棒状素材との交差線の移動を幾何学的に考察し、棒状素材の断面の中心から所定距離で交差するワイヤ電極を棒状素材の相対移動方向に一定の傾斜角で傾斜させることにより、棒状素材の外周面に、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示したような各条数の噛合型スクリュの山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュを加工でき、このとき、ワイヤカットによって切断される切断屑材が螺旋状に一体に連なることを見出し、これを試作によって確認した。この考察と試作結果に基づいて、上記方法を採用し、ワイヤカット放電加工によって、噛合型スクリュの山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュを簡単に形成できるようにした。

前記ワイヤ電極を、前記螺旋スクリュを形成したのち、前記棒状素材の断面と交差する位置から離脱させて、前記螺旋状に連なる切断屑材をワイヤカットにより棒状素材と切り離し、この切り離した切断屑材を螺旋回転させて軸方向に抜き取ることにより、切断屑材を簡単に除去することができる。

前記螺旋スクリュを複数のＮ条のものとし、各条の螺旋スクリュを形成する毎に、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材の端面と最初に当接する外周面の点を、棒状素材の端面の中心を通り、この端面への前記ワイヤ電極の投影線と平行な平行中心線上に投影した投影点が、前記棒状素材の回転に伴って前記平行中心線上を移動する方向側で、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材と近づく方向へ所定の傾斜角θ_１で傾斜するようにする場合は、前記棒状素材の１回転当たりの相対移動量をＬ、前記Ｎ条の螺旋スクリュが完全ねじを形成すると想定したスクリュ山径をＤ、前記ワイヤ電極の棒状素材の断面との交差位置によって決まるスクリュ谷径をｄとしたときに、前記ワイヤ電極の所定の傾斜角θ_１が、以下の式を満足するようにするとよい。
ｔａｎθ_１＝Ｙ／Ｈ （１）
ここに、 Ｙ＝Ｌ・（α／３６０°） （２）
Ｈ＝{（Ｄ^２−ｄ^２）／４}^１／２ （３）
α＋β＝１８０°／Ｎ （４）
β＝ｃｏｓ^−１（ｄ／Ｄ） （５）

上記各パラメータＹ、Ｈ、αおよびβを、本発明の実施形態を示す図２および図６に基づいて説明する。なお、これらの各図は、説明を分かりやすくするために、円形断面の棒状素材１１の端面を代表断面として、スクリュ山径Ｄが棒状素材１１の外径と等しく、完全ねじが形成される場合を示す。αはワイヤ電極４が棒状素材１１の端面でスクリュ山径Ｄとなる外周面の点ａに接触してからスクリュ谷径ｄとなる点ｂに接触するまでの棒状素材１１の回転角である。βは端面の中心Ｏに対する中心角∠ａＯｂであり、ワイヤ電極４の端面の中心Ｏからの距離（スクリュ谷径ｄ）とワイヤ電極４が棒状素材１１の外周面（スクリュ山径Ｄ）を横切る点とによって幾何学的に決まり、αとβの和が（４）式で表される。図２の螺旋スクリュが２条の場合はこれらの和が９０°、図６の螺旋スクリュが３条の場合はこれらの和が６０°となる。また、Ｙは、棒状素材１１が回転角αだけ回転したときの相対移動量である。Ｈは、棒状素材１１の端面の中心Ｏを通り、端面へのワイヤ電極４の投影線と直交する直交中心線ｇ_２と点ａとの距離であり、（３）式で幾何学的に決まる。

前記螺旋スクリュを複数のＮ条のものとし、各条の螺旋スクリュを形成する毎に、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材の端面と最初に当接する外周面の点を、棒状素材の端面の中心を通り、この端面への前記ワイヤ電極の投影線と平行な平行中心線上に投影した投影点が、前記棒状素材の回転に伴って前記平行中心線上を移動する方向側で、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材と離れる方向へ所定の傾斜角θ_２で傾斜するようにする場合は、前記棒状素材の１回転当たりの相対移動量をＬ、前記Ｎ条の螺旋スクリュが完全ねじを形成すると想定したスクリュ山径をＤ、前記ワイヤ電極の棒状素材の断面との交差位置によって決まるスクリュ谷径をｄとしたときに、前記ワイヤ電極の所定の傾斜角θ_２が、以下の式を満足するようにするとよい。
ｔａｎθ_２＝Ｙ／Ｈ （６）
ここに、 Ｙ＝Ｌ・（α／３６０°） （７）
Ｈ＝{（Ｄ^２−ｄ^２）／４}^１／２ （８）
α−β＝１８０°／Ｎ （９）
β＝ｃｏｓ^−１（ｄ／Ｄ） （１０）

上記各パラメータＹ、Ｈ、αおよびβを、本発明の実施形態を示す図８および図９に基づいて説明する。なお、これらの各図も、説明を簡単にするために、棒状素材１１の端面を代表断面として、スクリュ山径Ｄが棒状素材１１の外径と等しく、完全ねじが形成される場合を示す。αはワイヤ電極４が棒状素材１１の端面でスクリュ山径Ｄとなる外周面の点ａに接触してからスクリュ谷径ｄとなる点ｂに接触するまでの棒状素材１１の回転角である。βは端面の中心Ｏに対する中心角∠ａＯｂであり、スクリュ谷径ｄとスクリュ山径Ｄによって幾何学的に決まり、この場合は、αとβの差が（９）式で表される。また、Ｙは、棒状素材１１が回転角αだけ回転したときの相対移動量である。Ｈは、棒状素材１１の端面の中心Ｏを通り、端面へのワイヤ電極４の投影線と直交する直交中心線ｇ_２と点ａとの距離であり、（８）式で幾何学的に決まる。

本発明の噛合型スクリュの製造方法は、棒状素材を一定速度で回転させながら、放電加工装置のワイヤ電極に対して軸方向に一定速度で相対移動させ、ワイヤ電極を棒状素材の断面の中心から所定距離で断面と交差する位置に配設して、棒状素材の相対移動方向に所定の傾斜角で傾斜させ、この傾斜させたワイヤ電極のワイヤカットにより、棒状素材の外周面に噛合型スクリュの螺旋スクリュを形成し、ワイヤカットによって切断される切断屑材が螺旋状に一体に連なるようにしたので、ワイヤカット放電加工によって、噛合型スクリュの山谷形状がサイン曲線の螺旋スクリュを簡単に形成することができる。

前記ワイヤ電極を、螺旋スクリュを形成したのち、棒状素材の断面と交差する位置から離脱させて、螺旋状に連なる切断屑材をワイヤカットにより棒状素材と切り離し、この切り離した切断屑材を螺旋回転させて軸方向に抜き取ることにより、切断屑材を簡単に除去することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る噛合型スクリュの製造に用いた放電加工装置を示す。この放電加工装置は、ベッド１にコラム２が立設され、コラム２から張り出す上アーム３ａと下アーム３ｂに、上下方向に送給されるワイヤ電極４を案内する上ガイド５ａと下ガイド５ｂが設けられ、上アーム３ａの先端には、上ガイド５ａを水平面内の直交するＸＹ方向と垂直方向のＺ方向に移動させる移動支持体６が設けられ、下ガイド５ｂが設けられた下アーム３ｂの先端は、後述する水槽７の中に挿入されている。

また、前記ベッド１の上には、ＸＹ方向に移動可能な移動テーブル８を介して水槽７が載置され、水槽７中に配設されたステッピングモータ９の出力軸に設けられたチャック１０に、棒状素材１１がワイヤ電極４に向けて水平向きに取り付けられており、ステッピングモータ９を駆動して移動テーブル８をＸ方向へ移動させることにより、棒状素材１１が一定の回転速度で回転しながら、ワイヤ電極４に向かって一定速度で軸方向に移動する。また、移動テーブル８をＹ方向で位置決めすることにより、ワイヤ電極４が棒状素材１１の断面と交差する位置が設定され、移動支持体６をＸ方向で位置決めすることにより、棒状素材１１の移動方向に対するワイヤ電極４の傾斜角θが設定される。

図２乃至図４は、第１の実施形態を示す。図２は、前記ワイヤ電極４のワイヤカットによって円形断面の棒状素材１１の外周面に螺旋スクリュを形成する過程を示す。この実施形態は、条数Ｎが２条の完全ねじの螺旋スクリュを形成するものであり、ワイヤ電極４が時計回りに回転しながら移動してくる棒状素材１１の端面と最初に当接する外周面の点ａを、棒状素材１１の端面の中心Ｏを通り、この端面へのワイヤ電極４の投影線と平行な平行中心線ｇ_１上に投影した投影点ａ’が、棒状素材１１の回転に伴って平行中心線ｇ_１上を移動する上方向側で、ワイヤ電極４が相対移動してくる棒状素材１１と近づく方向へ所定の傾斜角θ_１で傾斜している。螺旋スクリュのリードとなる棒状素材１１の１回転当たりの移動量はＬ、棒状素材１１の外径と等しくなるスクリュ山径はＤ、ワイヤ電極４の交差位置によって決まるスクリュ谷径はｄとされている。

まず、図２（ａ）に示すように、傾斜角θ_１で傾斜したワイヤ電極４は、移動してくる棒状素材１１の端面と、スクリュ山径Ｄとなる棒状素材１１の外周面の点ａで点接触し、図２（ｂ）に示すように、棒状素材１１が移動量Ｙだけ移動すると、棒状素材１１の外周面に突き出す点から端面のスクリュ谷径ｄとなる点ｂまでの範囲で線接触する。この移動量Ｙの間に棒状素材１１は回転角αだけ回転し、棒状素材１１の端面には、小判型の１／４の形状の切断境界線ｆが形成される。

図２（ｂ）に示すように、前記棒状素材１１の端面の中心Ｏに対して点ｂと図２（ａ）の点ａで形成される中心角∠ａＯｂをβ、端面の中心Ｏを通り、端面へのワイヤ電極４の投影線と直交する直交中心線ｇ_２と図２（ａ）の点ａとの距離をＨとすると、αとβの和は９０°となり、ワイヤ電極４の傾斜角θ_１は、前述した以下の式を満足する。
ｔａｎθ_１＝Ｙ／Ｈ （１）
ここに、 Ｙ＝Ｌ・（α／３６０°） （２）
Ｈ＝{（Ｄ^２−ｄ^２）／４}^１／２ （３）
α＋β＝１８０°／Ｎ＝９０° （４）
β＝ｃｏｓ^−１（ｄ／Ｄ） （５）
この実施形態では、Ｌ＝Ｄ、ｄ＝０．５５Ｄとされており、（２）〜（５）式より、α＝３３．３７°、β＝５６．６３°、Ｙ＝０．０９２７Ｄ、Ｈ＝０．４１７６Ｄとなって、（１）式からθ_１＝１２．５２°に決定される。

図２（ｃ）に示すように、前記棒状素材１１がさらに移動量Ｙだけ移動すると、ワイヤ電極４は、棒状素材１１の端面内の直交中心線ｇ_２に対して、棒状素材１１の外周面に突き出す点と反対側の外周面の端面の点ｃまでの範囲で線接触し、棒状素材１１の端面には、小判型の１／２の形状の切断境界線ｆが形成される。

前記棒状素材１１をさらに回転させながら移動させると、棒状素材１１の断面に小判型の１／２の形状の切断境界線ｆが螺旋状に連なるように形成されて、１条目の螺旋スクリュが形成され、その切断屑材１２が螺旋状に一体に連なるようになる。１条目の螺旋スクリュを形成したのち、移動テーブル８をＹ方向へ移動させてワイヤ電極４を棒状素材１１の断面との交差位置から、棒状素材１１の軸方向と直角に離脱させることにより、螺旋状に連なる切断屑材１２と棒状素材１１の本体との縁が切り離され、切断屑材１２を螺旋回転させて軸方向に抜き取ることにより、図３に示すように、切断屑材１２を半製品の棒状素材１１から分離除去することができる。

前記１条目の螺旋スクリュを形成したのち、棒状素材１１の初期位相を１８０°回転させて、傾斜させたワイヤ電極４が棒状素材１１の端面と点ｃで最初に接触するようにし、１条目と同様の手順で２条目の螺旋スクリュを形成し、２条目の切断屑材１２を抜き取る。図４（ａ）、（ｂ）は、このような手順で製造された噛合型スクリュ１３を示す。噛合型スクリュ１３の端面を含む各断面は、２本の切断境界線ｆによって小判状に形成されている。なお、噛合型スクリュ１３の中心には、キー溝１４を有する軸孔１５が設けられている。図示は省略するが、この噛合型スクリュ１３は、複数個のものが螺旋スクリュが連なるように軸方向に突き合わされて、２軸押出機等のスクリュ軸に軸孔１５で嵌合される。

図５（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態の変形例を示す。この変形例は、前記噛合型スクリュ１３の２条の螺旋スクリュが山の先端が切欠かれた不完全ねじとされ、完全ねじを想定したスクリュ山径Ｄが円形断面の棒状素材１１の外径よりも大きくなっている。この変形例では、この完全ねじを想定したスクリュ山径Ｄを用いることにより、（１）〜（５）式から、ワイヤ電極４の傾斜角θ_１を決定することができる。

図６および図７は、第２の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を示す。この実施形態は、条数Ｎが３条の完全ねじの螺旋スクリュを形成するものであり、第１の実施形態と同様に、ワイヤ電極４が時計回りに回転しながら移動してくる棒状素材１１の端面と最初に当接する外周面の点ａの前記平行中心線ｇ_１上への投影点ａ’が、棒状素材１１の回転に伴って平行中心線ｇ_１上を移動する上方向側で、ワイヤ電極４が相対移動してくる棒状素材１１と近づく方向へ所定の傾斜角θ_１で傾斜している。

まず、図６（ａ）に示すように、前記傾斜角θ_１で傾斜したワイヤ電極４は、移動してくる棒状素材１１の端面と、スクリュ山径Ｄとなる棒状素材１１の外周面の点ａで点接触し、図６（ｂ）に示すように、棒状素材１１が移動量Ｙだけ移動し、回転角αだけ回転すると、棒状素材１１の外周面に突き出す点から端面のスクリュ谷径ｄとなる点ｂまでの範囲で線接触して、棒状素材１１の端面には、各辺が凸に湾曲した凸状正３角形の１／２辺の切断境界線ｆが形成される。図６（ｃ）に示すように、棒状素材１１がさらに移動量Ｙだけ移動すると、ワイヤ電極４は、棒状素材１１の端面内の前記直交中心線ｇ_２に対して、棒状素材１１の外周面に突き出す点と反対側の外周面の端面の点ｃまでの範囲で線接触し、棒状素材１１の端面には、凸状正３角形の１辺の切断境界線ｆが形成される。

この実施形態では、図６（ｂ）に示すように、棒状素材１１の端面の中心Ｏに対して点ｂと図６（ａ）の点ａで形成される中心角∠ａＯｂをβ、棒状素材１１の端面内の直交中心線ｇ_２と図６（ａ）の点ａとの距離をＨとすると、（４）式のαとβの和は６０°となり、ワイヤ電極４の傾斜角θ_１は（１）〜（５）式を満足するように決定される。具体的には、Ｌ＝Ｄ、ｄ＝０．７５Ｄとされており、（２）〜（５）式より、α＝１８．５９°、β＝４１．４１°、Ｙ＝０．０５１６Ｄ、Ｈ＝０．３３０７Ｄとなって、（１）式からθ_１＝８．８７°に決定される。

また、前記１条目の螺旋スクリュを形成したワイヤ電極４を離脱させ、切断屑材を抜き取ったのち、２条目、３条目の螺旋スクリュを形成するときは、それぞれ棒状素材１１の初期位相を１２０°ずつ回転させて、１条目と同様の手順で各条の螺旋スクリュを形成し、切断屑材を抜き取ることにより、図７に示すように、噛合型スクリュ１３の端面を含む各断面は、３本の切断境界線ｆによって凸状正３角形に形成される。この噛合型スクリュ１３も、キー溝１４を有する軸孔１５が設けられている。

図８は、第３の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を示す。この実施形態は、第１の実施形態と同様に、条数Ｎが２条の完全ねじの螺旋スクリュを形成するものであり、ワイヤ電極４が時計回りに回転しながら移動してくる棒状素材１１の端面と最初に当接する外周面の点ａの前記平行中心線ｇ_１上への投影点ａ’が、棒状素材１１の回転に伴って平行中心線ｇ_１上を移動する上方向側で、ワイヤ電極４が相対移動してくる棒状素材１１と離れる方向へ所定の傾斜角θ_２で傾斜している。

まず、図８（ａ）に示すように、前記傾斜角θ_２で傾斜したワイヤ電極４は、移動してくる棒状素材１１の端面と、前記直交中心線ｇ_２よりも下側の外周面の点ａで点接触し、図８（ｂ）に示すように、棒状素材１１が移動量Ｙだけ移動し、回転角αだけ回転すると、棒状素材１１の外周面に突き出す点から端面のスクリュ谷径ｄとなる点ｂまでの範囲で線接触して、棒状素材１１の端面には、小判型の１／４の形状の切断境界線ｆが形成される。

この実施形態では、図８（ｂ）に示すように、前記棒状素材１１の端面の中心角∠ａＯｂをβ、直交中心線ｇ_２と点ａとの距離をＨとすると、αとβの差が９０°となり、ワイヤ電極４の傾斜角θ_２は、前述した以下の式を満足する。
ｔａｎθ_２＝Ｙ／Ｈ （６）
ここに、 Ｙ＝Ｌ・（α／３６０°） （７）
Ｈ＝{（Ｄ^２−ｄ^２）／４}^１／２ （８）
α−β＝１８０°／Ｎ＝９０° （９）
β＝ｃｏｓ^−１（ｄ／Ｄ） （１０）
この実施形態では、Ｌ＝Ｄ、ｄ＝０．５５Ｄとされており、（７）〜（１０）式より、α＝１４６．６３°、β＝５６．６３°、Ｙ＝０．４０７３Ｄ、Ｈ＝０．４１７６Ｄとなって、（６）式からθ_２＝４４．２８°に決定される。

図８（ｃ）に示すように、前記棒状素材１１がさらに移動量Ｙだけ移動すると、ワイヤ電極４は、直交中心線ｇ_２に対して棒状素材１１の外周面に突き出す点と反対側の外周面の端面の点ｃまでの範囲で線接触し、棒状素材１１の端面には、小判型の１／２の形状の切断境界線ｆが形成される。棒状素材１１をさらに回転させながら移動させることにより、棒状素材１１の断面に小判型の１／２の形状の切断境界線ｆが螺旋状に連なる１条目の螺旋スクリュが形成される。ワイヤ電極４を棒状素材１１から離脱させて１条目の切断屑材を抜き取ったのち、２条目の螺旋スクリュを形成することにより、図示は省略するが、噛合型スクリュの端面を含む各断面は、２本の切断境界線ｆによって小判状に形成される。

図９は、第４の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を示す。この実施形態は、第２の実施形態と同様に、条数Ｎが３条の完全ねじの螺旋スクリュを形成するものであり、第３の実施形態と同様に、ワイヤ電極４が時計回りに回転しながら移動してくる棒状素材１１の端面と最初に当接する外周面の点ａの前記平行中心線ｇ_１上への投影点ａ’が、棒状素材１１の回転に伴って平行中心線ｇ_１上を移動する上方向側で、ワイヤ電極４が相対移動してくる棒状素材１１と離れる方向へ所定の傾斜角θ_２で傾斜している。

まず、図９（ａ）に示すように、前記傾斜角θ_２で傾斜したワイヤ電極４は、移動してくる棒状素材１１の端面と、前記直交中心線ｇ_２よりも下側の外周面の点ａで点接触し、図９（ｂ）に示すように、棒状素材１１が移動量Ｙだけ移動し、回転角αだけ回転すると、棒状素材１１の外周面に突き出す点から端面のスクリュ谷径ｄとなる点ｂまでの範囲で線接触して、棒状素材１１の端面には、第２の実施形態と同様に、凸状正３角形の１／２辺の切断境界線ｆが形成される。図９（ｃ）に示すように、棒状素材１１がさらに移動量Ｙだけ移動すると、ワイヤ電極４は、直交中心線ｇ_２に対して棒状素材１１の外周面に突き出す点と反対側の外周面の端面の点ｃまでの範囲で線接触し、棒状素材１１の端面には、凸状正３角形の１辺の切断境界線ｆが形成される。

この実施形態では、図９（ｂ）に示すように、前記棒状素材１１の端面の中心角∠ａＯｂをβ、直交中心線ｇ_２と点ａとの距離をＨとすると、（９）式のαとβの差は６０°となり、ワイヤ電極４の傾斜角θ_２は（６）〜（１０）式を満足する。具体的には、Ｌ＝Ｄ、ｄ＝０．７５Ｄとされており、（７）〜（１０）式より、α＝１０１．４１°、β＝４１．４１°、Ｙ＝０．２８１７Ｄ、Ｈ＝０．３３０７Ｄとなって、（６）式からθ_２＝４０．４３°に決定される。

また、前記棒状素材１１をさらに回転させながら移動させることにより、棒状素材１１の断面に凸状正３角形の１辺の切断境界線ｆが螺旋状に連なるように形成されて、１条目の螺旋スクリュが形成され、ワイヤ電極４を棒状素材１１から離脱させて１条目の切断屑材を抜き取ったのち、２条目、３条目の螺旋スクリュを形成することにより、図示は省略するが、噛合型スクリュの端面を含む各断面は、３本の切断境界線ｆによって凸状正３角形に形成される。

上述した各実施形態では、棒状素材を回転させながら軸方向に移動させ、２条と３条の螺旋スクリュを形成したが、１条や４条以上の螺旋スクリュを形成することもでき、１条の場合は、図１０（ａ）に示したように、棒状素材の断面が彗星の軌道状となり、４条の場合は、図１０（ｄ）に示したように、凸状正４角形となる。棒状素材を回転させながら電極ワイヤを棒状素材の軸方向に移動させることもできる。

上述した各実施形態では、棒状素材を時計回りに回転させ、ワイヤ電極を前記平行中心線ｇ_１の左側に配設して、前記点ａの平行中心線ｇ_１上への投影点ａ’が上方向側へ移動するようにしたが、棒状素材を時計回りに回転させ、ワイヤ電極を平行中心線ｇ_１の右側に配設して、投影点ａ’が平行中心線ｇ_１上の下方向側へ移動するようにしてもよい。また、棒状素材を反時計回りに回転させることもでき、この場合は、螺旋スクリュが逆螺旋となる。なお、これらの棒状素材の回転方向とワイヤ電極の平行中心線ｇ_１に対する配設側に関らず、ワイヤ電極の傾斜角θは、平行中心線ｇ_１上で投影点ａ’が移動する方向側で、ワイヤ電極が棒状素材の端面と近づく方向へ傾斜させる場合は、（１）式で表されるθ_１、ワイヤ電極が棒状素材の端面と離れる方向へ傾斜させる場合は、（６）式で表されるθ_２とすればよい。

ａは本発明に係る噛合型スクリュの製造に用いた放電加工装置を示す正面図、ｂはａの側面図 ａ、ｂ、ｃは、第１の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を説明する模式図 図２に説明した過程で１条目の螺旋スクリュを形成した棒状素材を示す分解斜視図 ａは図２に説明した過程で形成された噛合型スクリュを示す正面図、ｂはａの側面図 ａは図４の変形例を示す正面図、ｂはａの側面図 ａ、ｂ、ｃは、第２の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を説明する模式図 図６に説明した過程で形成された噛合型スクリュを示す側面図 ａ、ｂ、ｃは、第３の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を説明する模式図 ａ、ｂ、ｃは、第４の実施形態の螺旋スクリュを形成する過程を説明する模式図 ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ一対の噛合型スクリュの断面図

符号の説明

１ ベッド
２ コラム
３ａ、３ｂ アーム
４ ワイヤ電極
５ａ、５ｂ ガイド
６ 移動支持体
７ 水槽
８ 移動テーブル
９ ステッピングモータ
１０ チャック
１１ 棒状素材
１２ 切断屑材
１３ 噛合型スクリュ
１４ キー溝
１５ 軸孔

Claims (4)

1. 棒状素材を一定速度で回転させながら、放電加工装置のワイヤ電極に対して軸方向に一定速度で相対移動させ、前記ワイヤ電極を棒状素材の断面の中心から所定距離で断面と交差する位置に配設して、棒状素材の相対移動方向に所定の傾斜角で傾斜させ、この傾斜させたワイヤ電極のワイヤカットにより、前記棒状素材の外周面に噛合型スクリュの螺旋スクリュを形成し、前記ワイヤカットによって切断される切断屑材が螺旋状に一体に連なるようにした噛合型スクリュの製造方法。
2. 前記ワイヤ電極を、前記螺旋スクリュを形成したのち、前記棒状素材の断面と交差する位置から離脱させて、前記螺旋状に連なる切断屑材をワイヤカットにより棒状素材と切り離し、この切り離した切断屑材を螺旋回転させて軸方向に抜き取るようにした請求項１に記載の噛合型スクリュの製造方法。
3. 前記螺旋スクリュを複数のＮ条のものとし、各条の螺旋スクリュを形成する毎に、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材の端面と最初に当接する外周面の点を、棒状素材の端面の中心を通り、この端面への前記ワイヤ電極の投影線と平行な平行中心線上に投影した投影点が、前記棒状素材の回転に伴って前記平行中心線上を移動する方向側で、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材と近づく方向へ所定の傾斜角θ_１で傾斜するようにし、前記棒状素材の１回転当たりの相対移動量をＬ、前記Ｎ条の螺旋スクリュが完全ねじを形成すると想定したスクリュ山径をＤ、前記ワイヤ電極の棒状素材の断面との交差位置によって決まるスクリュ谷径をｄとしたときに、前記ワイヤ電極の所定の傾斜角θ_１が、以下の式を満足するようにした請求項１または２に記載の噛合型スクリュの製造方法。
   ｔａｎθ_１＝Ｙ／Ｈ
   ここに、 Ｙ＝Ｌ・（α／３６０°）
   Ｈ＝{（Ｄ^２−ｄ^２）／４}^１／２
   α＋β＝１８０°／Ｎ
   β＝ｃｏｓ^−１（ｄ／Ｄ）
4. 前記螺旋スクリュを複数のＮ条のものとし、各条の螺旋スクリュを形成する毎に、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材の端面と最初に当接する外周面の点を、棒状素材の端面の中心を通り、この端面への前記ワイヤ電極の投影線と平行な平行中心線上に投影した投影点が、前記棒状素材の回転に伴って前記平行中心線上を移動する方向側で、前記ワイヤ電極が前記相対移動してくる棒状素材と離れる方向へ所定の傾斜角θ_２で傾斜するようにし、前記棒状素材の１回転当たりの相対移動量をＬ、前記Ｎ条の螺旋スクリュが完全ねじを形成すると想定したスクリュ山径をＤ、前記ワイヤ電極の棒状素材の断面との交差位置によって決まるスクリュ谷径をｄとしたときに、前記ワイヤ電極の所定の傾斜角θ_２が、以下の式を満足するようにした請求項１または２に記載の噛合型スクリュの製造方法。
   ｔａｎθ_２＝Ｙ／Ｈ
   ここに、 Ｙ＝Ｌ・（α／３６０°）
   Ｈ＝{（Ｄ^２−ｄ^２）／４}^１／２
   α−β＝１８０°／Ｎ
   β＝ｃｏｓ^−１（ｄ／Ｄ）

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