JP2022526630A - スレッドフォーマ - Google Patents

Abstract

本発明は、金属ワークピースにおいて内部スレッドを製造するためのスレッドフォーマ（１）に関する。スレッドフォーマ（１）は、共通中央回転軸（７）を有する形成セクション（６）を含む。形成セクション（６）は、回転軸（７）に並列して伸長する複数の潤滑溝（８）を含む。形成セクション（６）は、形成セクション（６）の外周に沿って伸長する複数のリッジセクション（９）を含む。複数のリッジセクション（９）は、金属ワークピースにおいて内部スレッドを形成するために配置されている。円周方向において、複数のリッジセクション（９）の各２つは、複数の潤滑溝（８）の１つにより分けられている。潤滑溝（８）の少なくとも１つは、回転軸（７）に鉛直する投影面に投影された際に、潤滑溝（８）の表面（１１）に交差するいずれの半径（１０）に関して非対称である。【選択図】図４

Description

本開示は、金属ワークピースにおいて内部スレッドを製造するためのスレッドフォーマに関する。スレッドフォーマは、第１の端と第２の端とを有するシャフトと、スレッドフォーマを加工ツールのスピンドルに載置するための、シャフトの第１の端に接続された載置セクションと、シャフトの第２の端に接続された形成セクションと、を含む。シャフトと、載置セクションと、形成セクションと、は、共通中央回転軸を有する。回転軸は、縦方向に伸長する。形成セクションは、回転軸に並列して伸長する複数の潤滑溝を含む。形成セクションは、形成セクションの外周に沿って伸長する複数のリッジセクションを含む。複数のリッジセクションは、金属ワークピースにおいて内部スレッドを形成するために配置されている。円周方向において、複数のリッジセクションの各２つは、複数の潤滑溝の１つにより分けられている。

スレッドフォーマには様々なタイプがあり、それらは時に、スレッド形成ツールとも呼ばれる。スレッドフォーマは、金属ワークピースにおいて、切削又は切り屑除去加工などのいずれの材料除去アクションなく、内部スレッドを作り出す。１つのタイプのスレッドフォーマは、複数のリッジセクションが提供された形成セクションを有する。複数のリッジセクションは、形成セクションの外周に配置されており、内部スレッドを形成する。換言すると、スレッドフォーマの形成セクションにおける複数のリッジセクションは、円周方向のらせんの形態にて配置されている。いくつかのスレッドフォーマは、回転軸に並列して伸長する複数の潤滑溝を含む。円周方向において、複数のリッジセクションの各２つは、複数の潤滑溝の１つにより分けられている。そのようなスレッドフォーマを使用して、金属ワークピースにおいて内部スレッドを形成するプロセスは、スレッドフォーマを、その中央回転軸を中心に回転させながら、そして、ツールを軸方向に前方に移動させながら、すでに存在するボアにスレッドフォーマを挿入することを含む。通常は、形成セクションの、回転軸に関して測定される、最大の半径方向のエクステンションは、存在するボアの半径より大きい。リッジセクションは、ワークピースの表面に押され、存在するボアの円筒状の壁の再形成又は変形を引き起こし、内部スクリュスレッドが形成されるようにする。

ワークピースのこの再形成により、ワークピースを切削することなく作業するスレッドフォーマは、大きなストレスと、高い摩耗の程度と、同様に、高い温度と、にさらされる。スレッドフォーマには時に、形成セクションのリッジセクションにクラックが形成される。

本開示の目的は、ツール寿命の長いスレッドフォーマを提供することである。さらなる目的は、耐摩耗性が改善されたスレッドフォーマを提供することである。

上述する目的の少なくとも１つは、添付の特許請求の範囲に画定される本発明により達成される。

本開示の１つの態様によると、上述する目的の少なくとも１つは、金属ワークピースにおいて内部スレッドを製造するためのスレッドフォーマにより対処される。スレッドフォーマは、第１の端と第２の端とを有するシャフトと、スレッドフォーマを加工ツールのスピンドルに載置するための、シャフトの第１の端に接続された載置セクションと、シャフトの第２の端に接続された形成セクションと、を含む。シャフトと、載置セクションと、形成セクションと、は、共通中央回転軸を有する。回転軸は、縦方向に伸長する。形成セクションは、回転軸に並列して伸長する複数の潤滑溝を含む。形成セクションは、形成セクションの外周に沿って伸長する複数のリッジセクションを含む。複数のリッジセクションは、金属ワークピースにおいて内部スレッドを形成するために配置されている。さらに、円周方向において、複数のリッジセクションの各２つは、複数の潤滑溝の１つにより分けられている。潤滑溝の少なくとも１つは、回転軸に鉛直する投影面に投影された際に、潤滑溝の表面に交差するいずれの半径に関して非対称である。

本開示に係るスレッドフォーマの基本的なコンセプトは、複数の潤滑溝の少なくとも１つに、非対称性を提供することである。この非対称性は、複数の潤滑溝の１つにより分けられた、複数のリッジセクションの２つが、回転軸に鉛直する面、つまり、投影面に投影された際に見ることができる。この投影図の外側の輪郭は、スレッドフォーマの、形成セクションのある先端上の軸方向図において、観察者により見ることができる、スレッドフォーマの外側の輪郭によく対応する。

本開示によると、潤滑溝に隣接するリッジセクションのフランクは異なって設計されており、非対称の潤滑溝をもたらす。したがって、リッジセクションは、それらの側面の１つにて、より強い、及び／又は、より安定したフランクを有する。したがって、潤滑溝の少なくとも１つの非対称性により、ツール寿命の長い、より強い、及び／又は、より安定したツールを達成することができる。

本開示の実施形態のそれぞれによると、１つの潤滑溝に隣接する２つのリッジセクションの１つは、向上した強度を提供するよう設計することができ、１つの潤滑溝に隣接する２つのリッジセクションの他の１つは、１つの潤滑溝の自由断面積の過度の減少が回避されるよう、冷却及び潤滑液のための追加的空間を提供するよう設計することができる。したがって、リッジセクションは強化され、同時に、効率的に冷却／潤滑される。

したがって、そのフランクの１つにて高い強度を持つリッジセクションと、冷却及び／又は潤滑液が効率的に供給される潤滑溝と、を有するスレッドフォーマが達成される。したがって、ツール寿命が長く、摩耗しにくいスレッドフォーマが提供される。

複数のリッジセクションは、金属ワークピースにおいて内部スレッドを形成するために配置されている。換言すると、複数のリッジセクションは、共通回転軸を中心にらせん状に形成された進路に沿って配置されている。複数のリッジセクションのそれぞれは、製造する内部スレッドにおける溝の断面形状にほぼ対応する断面を有する。

回転軸に関するらせん角度にて伸長する、らせん状に形成された潤滑溝を持つスレッドフォーマがある。しかし、本開示は、回転軸に関する傾斜のない、回転軸に並列して伸長する複数の潤滑溝を有するスレッドフォーマに関する。

本開示に係るスレッドフォーマは、金属ワークピースにおいて、所望する左右像を持つ内側スレッドを製造できるよう、回転方向を有するよう設計されている。その結果として、複数のリッジセクションのそれぞれは、その周囲にリーディングエンドポイントを有する。リーディングエンドポイントは、スレッドフォーマを回転方向に回す際の、リッジセクションのリーディングポイントである。さらに、複数のリッジセクションのそれぞれは、その周囲にトレーリングエンドポイントを有する。トレーリングエンドポイントは、スレッドフォーマを回転方向に回す際の、リッジセクションのトレーリングポイントである。

本開示の１つの実施形態では、スレッドフォーマの形成セクションは、投影面に投影された際に、多角形状を有する。具体的には、形成セクションは、この投影図に見られるように、リッジの周囲に沿って、全体的に多角形状を有する。この多角形の隅のそれぞれは、複数のリッジセクションの最大の半径方向のエクステンションのポイントにより形成されている。

１つの実施形態では、１つの潤滑溝に隣接する複数のリッジセクションの２つのエンドポイントは、回転軸からの、異なる半径方向の距離を有する。本開示によると、潤滑溝が、隣接する形成リッジの２つのエンドポイントのより短い半径方向の距離に等しい、回転軸からの半径方向の距離まで非対称であれば、その潤滑溝は、非対称とみなされる。

本開示の１つの実施形態では、潤滑溝の非対称性はまた、回転軸に鉛直し、複数のリッジセクションの２つと、複数の潤滑溝の１つと、を通って伸長する断面においても見ることができる。複数のリッジセクションのらせん配置により、潤滑溝のリーディングフランクとトレーリングフランクとは、回転軸からの、異なる半径方向の距離にあるエンドポイントを有してよい。そのような場合では、及び、本開示の意味において、１つの潤滑溝の形状は、それらのエンドポイントの半径方向の距離の、より短い１つに等しい、回転軸からの半径方向の距離までのみが評価される。

本開示の１つの実施形態では、複数の潤滑溝のそれぞれは、回転軸に鉛直する投影面に投影された際に、それぞれの潤滑溝の表面に交差するいずれの半径に関して非対称である。したがって、複数の潤滑溝のそれぞれは、少なくとも１つの非対称な潤滑溝の利点を提供する。さらに、本開示の１つの実施形態では、複数の潤滑溝のそれぞれは、投影面に投影された際に、同じ形状を有する。したがって、複数の潤滑溝のそれぞれは、同じ単一のツール又は複数のツールを用いて製造できる。

本開示の１つの実施形態では、潤滑溝の少なくとも１つは、スレッドフォーマの形成セクションのみにおいて伸長する。本開示の１つの実施形態では、複数の潤滑溝のそれぞれは、スレッドフォーマの形成セクションのみにおいて伸長する。本開示のさらなる実施形態では、潤滑溝の少なくとも１つは、スレッドフォーマの形成セクションとシャフトとにおいて伸長する。１つの実施形態では、複数の潤滑溝のそれぞれは、スレッドフォーマの形成セクションとシャフトとにおいて伸長する。シャフトにおける少なくとも１つの潤滑溝のエクステンションは、形成セクションが、その全体の軸方向のエクステンションにわたってボア内に螺入された後であっても、内部スレッドの形成中の、ボアへの潤滑液の効率的な移送を可能にする。

本開示の１つの実施形態では、いずれの半径は、分割半径である。分割半径は、複数の潤滑溝の１つを、第１の部分と第２の部分とに分割する。分割半径は、回転軸からの最小の半径方向の距離を有するミニマムポイントにて、複数の潤滑溝の１つの表面に交差する。この特徴は、リッジセクションの、１つの潤滑溝に隣接する１つの側面の十分なサポートと、１つの潤滑溝における潤滑液の効率的な移送と、を両立させる。

本開示の１つの実施形態では、少なくとも１つの潤滑溝は、形成セクションにおいて、及び、任意的に、シャフトにおいて、潤滑溝のその全体の長手方向のエクステンションに沿って非対称である。全体の軸方向のエクステンションに沿う非対称性により、軸方向のエクステンションに沿うすべてのリッジセクションに、サポート機能が提供される。さらに、１つの実施形態では、１つの潤滑溝は、単一の研削ツールを用いて、形成セクションにおいて、及び、任意的に、シャフトにおいて、その全体の軸方向のエクステンションに沿って製造される。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、１つの潤滑溝の表面は、２つのリッジセクションの第１のもののトレーリングエンドポイントから、２つのリッジセクションの第２のもののリーディングエンドポイントまで伸長する。１つの潤滑溝の表面は、ミニマムポイントを有する。ミニマムポイントは、回転軸からの最小の半径方向の距離を有する。さらに、１つの潤滑溝は、２つの部分表面を含む。第１の部分表面は、第１のリッジセクションのトレーリングエンドポイントから、ミニマムポイントまで伸長し、第２の部分表面は、ミニマムポイントから、第２のリッジセクションのリーディングエンドポイントまで伸長する。

これを考慮して、特許請求の範囲に係る、１つの潤滑溝の非対称性について、２つの識別可能な設計がある。第１の実施形態では、１つの潤滑溝の非対称性は、第１のリッジセクションのトレーリングエンドに対するサポートを提供する。第２の実施形態では、１つの潤滑溝の非対称性は、第２のリッジセクションのリーディングエンドに対するサポートを提供する。

１つの実施形態では、いずれの半径は分割半径である。分割半径は、１つの潤滑溝を、第１の部分と第２の部分とに分割する。分割半径は、回転軸からの最小の半径方向の距離を有するミニマムポイントにて、１つの潤滑溝の表面に交差する。投影面に投影された際に、第１の部分は、第１の部分表面により制限されており、第２の部分は、第２の部分表面により制限されている。第１の実施形態では、１つの潤滑溝の第１の部分は、第２の部分より小さい断面積を有する。この第１の実施形態では、潤滑溝の非対称性は、第１のリッジセクションのトレーリングエンドの強度と安定性とをサポートする。第２の実施形態では、１つの潤滑溝の第１の部分は、第２の部分より広い断面積を有する。この第２の実施形態では、潤滑溝の非対称性は、第２のリッジセクションのリーディングエンドの強度と安定性とをサポートする。２つの実施形態では、潤滑溝の第２の部分のより広い面積を設計することができ、第１の部分のより狭い面積を補償し、潤滑液の十分な流れを確保することができるようにする。

本開示の１つの実施形態では、潤滑溝の第１及び第２の部分の面積は、投影面に投影された際に、第１の部分表面と第２の部分表面とのそれぞれと、分割面と、第１のリッジセクションのトレーリングエンドと第２のリッジセクションのリーディングエンドとを接続する直線と、の間の面積として測定される。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、投影面に投影された際に、第２の部分表面は、ミニマムポイントから、第２のリッジセクションのリーディングエンドポイントまで、その全体のエクステンションに沿う凹曲度を有し、第１の部分表面は、第２の部分表面より短い。この実施形態では、実質的により多くの材料が、第１のリッジセクションのトレーリングエンドに残り、第１のリッジセクションのトレーリングエンドに、改善された安定性を提供する。同時に、第２の部分表面の凹形状は、１つの潤滑溝を通しての潤滑液の十分な流れを提供する。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、投影面に投影された際に、第１の部分表面の少なくとも一部は、真っ直ぐである。真っ直ぐな部分表面は、例えば、研削により加工しやすく、ピーク荷重の回避により、高い安定性を提供する。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、投影面に投影された際に、第１の部分表面は、第１のトップ角度を有する。第１のトップ角度は、第１のリッジセクションのトレーリングエンドポイントに交差する第１の半径と、第１の部分表面上の第１のミッドポイントに交差する第２の半径と、の間に形成されている。第２の部分表面は、第２のトップ角度を有する。第２のトップ角度は、第２のリッジセクションのリーディングエンドポイントに交差する第３の半径と、第２の部分表面上の第２のミッドポイントに交差する第４の半径と、の間に形成されている。第１のミッドポイントと第２のミッドポイントとは、回転軸からの等しい半径方向の距離を有する。半径方向の距離は、第１のリッジセクションの最大の半径方向のエクステンションと、回転軸からの、ミニマムポイントの半径方向の距離と、の合計の半分に等しい。この実施形態では、第１のトップ角度は、第２のトップ角度より大きい。したがって、第２のリッジセクションのリーディングフランクと比較して、第１のリッジセクションのトレーリングフランクの安定性が増す。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、第１のトップ角度は、２．８°から１２．０°の範囲にある。より小さい角度は、いくつかの実施形態では、リッジセクションの強度に十分に寄与しないであろう。１２°より大きな角度は、いくつかの実施形態では、すでに達成する１２°の角度より高い強度を加えないであろう。十分に良好な強度に好ましい角度は、５°から１０°の範囲にある。

第１のリッジセクションのトレーリングフランクと第２のリッジセクションのリーディングフランクとのそれらのプロパティはまた、トップフランク角度と呼ぶことによっても表現できる。一般的に、１つの潤滑溝の第１の部分表面（これは、１つの潤滑溝のリーディングフランクとも呼ぶことができる）の間の第１のトップフランク角度を大きくすることは、第１のリッジセクションの安定性を上げる。この第１のトップフランク角度は、第１のリッジセクションの外周と、１つの潤滑溝のリーディングフランクと、の間に形成されている。第２のトップフランク角度は、第２のリッジセクションの外周と、潤滑溝の第２の部分表面（これは、１つの潤滑溝のトレーリングフランクとも呼ぶことができる）と、の間に形成されている。本開示の意味において、第１のトップ角度と第２のトップ角度とは、第１及び第２のトップフランク角度と比較可能な尺度を提供し、したがって、双方は、本開示に係る安定した非対称性を説明する。第１及び第２のミッドポイントは、それぞれ、第１及び第２のトップ角度に対する尺度を提供するために、第１及び第２の部分表面上に画定されたポイントである。

本開示に係るトレッドフォーマの１つの実施形態では、投影面に投影された際に、第１の部分表面は、第１のボトム角度を有する。第１のボトム角度は、ミニマムポイントに交差する分割半径と、第１の部分表面上の第１のミッドポイントに交差する第２の半径と、の間に形成されている。第２の部分表面は、第２のボトム角度を有する。第２のボトム角度は、ミニマムポイントに交差する分割半径と、第２の部分表面上の第２のミッドポイントに交差する第４の半径と、の間に形成されている。第１のボトム角度は、第２のボトム角度より小さい。

一般的に、第１のボトム角度を大きくすることは、第１のリッジセクションのトレーリングフランクの強度を上げる。いくつかの実施形態では、第２のボトム角度を大きくすることは、潤滑溝の断面積を広げ、より小さい第１のボトム角度により、リッジの安定性が確保される。したがって、１つの潤滑溝を通して、潤滑液の十分な流れを達成することができる。

第１のリッジセクションのトレーリングフランクと第２のリッジセクションのリーディングフランクとのプロパティはまた、ボトムフランク角度と呼ぶことによっても表現できる。第１のそのようなボトムフランク角度は、１つの潤滑溝の第１の部分表面と、ミニマムポイントにおける、分割半径に鉛直に交差する線と、の間に形成されている。第２のボトムフランク角度は、１つの潤滑溝の第２の部分表面と、ミニマムポイントにおける、分割半径に鉛直に交差する線と、の間に形成されている。この画定によると、ボトムフランク角度を小さくすることは、関連するフランクの強度と安定性との向上を達成する。いくつかの実施形態によると、小さい第２のボトムフランク角度は、改善されたクーラントの流れを提供することができる。

本開示の意味において、第１のボトム角度と第２のボトム角度とは、第１及び第２のボトムフランク角度と比較可能な尺度を提供し、したがって、双方は、本開示に係る安定した非対称性を説明する。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、第１のボトム角度は、３．８°から５３．０°の範囲にある。より小さい角度は、いくつかの実施形態では、リッジセクションの安定性に十分に寄与しないであろう。５３°より大きな角度は、いくつかの実施形態では、すでに達成する５３°の角度より高い安定性を加えないであろう。十分に良好な安定性に好ましい角度は、５°から４０°の範囲にある。

本開示に係るスレッドフォーマの１つの実施形態では、投影面に投影された際に、第１のリッジセクションのトレーリングエンドポイントと、第２のリッジセクションのリーディングエンドポイントと、ミニマムポイントと、は、二等辺三角形に広がる。本開示のこの実施形態では、二等辺三角形の等しい長さの第１及び第２のレッグは、ミニマムポイントとトレーリングエンドポイントとの間と、ミニマムポイントとリーディングエンドポイントとの間と、に、それぞれ提供される。潤滑溝のこの形状は、一方においては、安定性と、もう一方においては、潤滑液の十分な流れと、の間がトレードオフであり、これを提供する。

１つの実施形態では、第１のリッジセクションのトレーリングエンドポイントと、第２のリッジセクションのリーディングエンドポイントと、ミニマムポイントと、は、不等辺三角形に広がる。この実施形態では、２つのリッジセクションの１つの安定性が、さらに向上する。潤滑溝のミニマムポイントは、二等辺三角形と比較して、第２のリッジセクションのリーディングエンドを安定させるために、回転方向、又は、第１のリッジセクションのトレーリングエンドを安定させるために、回転方向とは反対の方向、のいずれかにシフトされる場合がある。

本開示のさらなる利点、特徴、及びアプリケーションが、実施形態のそれぞれ及び添付の図面の以下の説明により明らかとなるであろう。本開示の先の提示、同様に、本開示の実施形態のそれぞれの以下の詳細説明は、添付の図面と共に読む際に、より良好に理解されるであろう。ここに描く実施形態のそれぞれは、ここに示す詳細な配置及び手段に限定されないことが理解されるべきである。特に示されない限り、各図面の同様の参照番号は、同様の部分又は対応する部分を指す。

図１は、本開示の第１の実施形態に係るスレッドフォーマの等尺性の上面図である。 図２は、図１のスレッドフォーマの側面図である。 図３は、回転軸に鉛直する投影面上の、図１及び図２のスレッドフォーマの投影図である。 図４は、図３の投影図の拡大切り取り図である。 図５は、本開示の第２の実施形態に係るスレッドフォーマの等尺性の上面図である。 図６は、図５のスレッドフォーマの側面図である。 図７は、回転軸に鉛直する投影面上の、図５及び図６のスレッドフォーマの投影図である。 図８は、図７の投影図の拡大切り取り図である。

図１から図８は、本開示に係るスレッドフォーマ１の基本的なコンセプトを可視化する。スレッドフォーマ１は、いずれの切り屑を切削する動作、又は、切り屑を除去する動作なく、金属ワークピースにおいて存在するボアに内部スレッドを製造するために設計されている。スレッドは、金属ワークピースの材料に押される。スレッドフォーマ１は、第１の端３と第２の端４とを持つシャフト２を有する。載置セクション５は、シャフト２の第１の端３に接続されている。形成セクション６は、シャフト２の第２の端４に接続されている。形成作業中、載置セクション５は、加工ツールのスピンドルにクランプされる。加工ツールは、中央回転軸７を中心とするスレッドフォーマ１の回転を提供する。回転軸７は、シャフト２と、載置セクション５と、形成セクション６と、の共通中央回転軸である。回転軸７は、スレッドフォーマ１の縦方向に伸長する。

スレッドフォーマ１の作業中、形成セクション６のみが、ワークピースとかみ合う。ボアの円筒状の内面の再形成を行うために、形成セクション６は、複数のリッジセクション９を含む。リッジセクション９は、形成セクション６の外周に位置する。リッジセクション９は、回転軸７を中心として、形成セクション６の外周に沿ってらせん状に形成された進路上に配置されている。したがって、リッジセクション９の各断面は、製造する内部スレッドにおける溝の断面形状にほぼ対応する。

リッジセクション９により画定されたらせんは、ワークピースに形成される内部スレッドと同じ左右像を有する。その結果として、スレッドフォーマ１は、ワークピースにおけるボアに螺入できる、自然な回転方向１２を有する。その結果として、形成セクション６の外周上の各要素は、リーディング部又はセクションと、トレーリング部又はセクションと、を有する。

回転軸７に並列な軸方向を考えると、形成セクション６は、スクリュのターン数に対応する、複数の軸方向に間隔があけられたリッジセクション９を有する。リッジセクション９の回転軸７に関する最大の半径方向のエクステンションは、軸方向に、形成セクション６の前端１３から後端１４に増える。この増加により、形成作業中のスレッドフォーマ１上の荷重は、内部スレッドの最終的な深さに到達するまで、複数のターンにわたって拡散される。

図１から図８のいずれのスレッドフォーマ１に内部スレッドを製造する際には、スレッドフォーマ１、特に、形成セクション６は、形成セクション６の材料と金属ワークピースとの間の相互作用により、大きなストレスと、高い温度と、にさらされる。形成作業中、スレッドフォーマ１、特に、形成セクション６におけるリッジセクション９は、潤滑液により冷却され、及び／又は、潤滑される。ボアへの、したがって、リッジセクション９の各位置への潤滑液の効率的な移送のために、複数の潤滑溝８が提供されている。図１から図８の実施形態のそれぞれでは、スレッドフォーマ１はそれぞれ、形成セクション６の外周に沿って等しく配分された５つの潤滑溝８を有する。

５つの潤滑溝８のそれぞれは、形成セクション６の全体の軸方向のエクステンションにわたってだけでなく、シャフト２にも伸長する。したがって、形成セクション６が、その全体の軸方向のエクステンションに沿ってボアに螺入されていても、潤滑液をシャフト２から潤滑溝８に移送することができる。

個別のリッジセクション９の設計と機能とを、図３と図７を参照して説明する。図３と図７との双方は、リッジセクション９により形成されたらせんの任意のターンの、回転軸７に鉛直する投影面への投影図を示す。リッジセクション９のそれぞれは、リーディングエンドポイント１３とトレーリングエンドポイント１４とを有する。リッジセクション９の外周は、増大側１５と減少側１６と、回転軸７からの最大の半径方向のエクステンションのポイント１７と、を持つ対称ルーフの形状を有する。リッジセクション９の増大側１５の半径方向の距離は、リーディングエンドポイント１３から、最大の半径方向の距離のポイント１７まで、長くなる。リッジセクション９の減少側１６の半径方向の距離は、最大の半径方向のエクステンションのポイント１７からトレーリングエンドポイント１４まで、短くなる。リッジセクション９の増大及び減少側１５、１６は、等しい長さを有し、最大の半径方向のエクステンションのポイント１７に関して対称に配置されている。

複数のリッジセクション９の各２つは、複数の潤滑溝８の１つにより分けられている。その結果として、２つのリッジセクション９の第１のもののトレーリングエンドポイント１４は、溝８のリーディングポイントを形成し、２つのリッジセクション９の第２のもののリーディングエンドポイント１３は、潤滑溝８のトレーリングポイントを形成する。

そのような対称リッジセクションを有するいくつかの従来技術のスレッドフォーマは、リッジセクションのトレーリング部の破損により、機能しなくなる傾向にある。このダメージの傾向は、形成作業において生じるストレスによるものであることがわかっており、複数のリッジセクション９の各２つの間に位置する潤滑溝８の非対称形状を通して、本開示により対処される。

一方について、図１から図４を参照して、及び、もう一方について、図５から図８を参照して説明する２つの実施形態では、この非対称性は、潤滑溝８の第１の部分表面１８が、より多くの材料を、２つのリッジセクション９の第１のもののトレーリングエンドに提供するよう構成されている。図１から図４の第１の実施形態では、溝８の非対称形状により、材料における増大は、潤滑溝８の自由断面積を減らさない。第２の部分表面１９の形状は、潤滑溝８の第１の部分表面１８にて、断面積が制限されているものの、十分な潤滑液が依然として、潤滑溝８を通して流れることができることを保証する。第１の部分表面１８はまた、潤滑溝８のリーディングフランクとも呼ぶことができる。第２の部分表面１８はまた、潤滑溝８のトレーリングフランクとも呼ぶことができる。

しかし、リッジセクションの設計が、図１から図８を参照して描く設計とは異なってよい、他の実施形態がそれぞれあってよい。１つの実施形態では、潤滑溝８の第２の部分表面１９は、より多くの材料を、第２のリッジセクション９のリーディングエンドにて残すことにより、２つのリッジセクション９の第２のもののリーディングエンドの向上したサポートを提供できる。換言すると、同じ回転方向１２を有するそのような実施形態では、潤滑溝８のそれぞれの形状が、反転されるであろう。これは、リッジセクションの最大の半径方向のエクステンションのポイントが、リーディングエンドポイント１３に向かってシフトされる設計において好適とすることができる。

潤滑溝８の正確な形状と設計とを、図４の拡大した切り欠き投影図を参照して、さらに詳細に説明する。

図４は、図３の拡大切り取り図である。ここに示す実施形態では、第１のリッジセクション９のトレーリングエンドポイント１４と、第２のリッジセクション９のリーディングエンドポイント１３と、潤滑溝８の表面上のミニマムポイント２０であって、回転軸７からの最小の半径方向の距離を有するミニマムポイント２０と、は共に、二等辺三角形に広がる。

潤滑溝８は、ミニマムポイント２０にて、潤滑溝８の表面１８、１９に交差する半径ｒｄに関して非対称である。しかし、潤滑溝８はまた、そのいずれのポイントにて、潤滑溝８の表面１８、１９に交差するいずれの他の半径に関しても非対称である。半径ｒｄは、本開示の意味において、分割半径であり、潤滑溝８を、２つの部分Ａ及びＢに分割する。図４では、第１の部分Ａは、分割半径ｒｄの左にあり、第１の部分表面１８を含み、これは、第１のリッジセクション９のトレーリングエンドポイント１４から、ミニマムポイント２０まで伸長する。第２の部分Ｂは、分割半径ｒｄの右にあり、第２の部分表面１９を含み、これは、ミニマムポイント２０から、第２のリッジセクション９のリーディングエンドポイント１３まで伸長する。

図１から図４の実施形態では、第２の部分表面１９は、その全体のエクステンションに沿って、ミニマムポイント２０からリーディングエンドポイント１３まで、凹状に曲がっている。第１の部分表面１８は、第２の部分表面１９より短い。別の言い方をすると、図４の投影図にて見た際に、第１の部分表面１８は、部分表面１９よりも短い長さを有する。したがって、第２のリッジセクション９のリーディングエンドよりも、より多くの材料が、第１のリッジセクション９のトレーリングエンドに残る。いくつかの従来技術のフォーマでは、潤滑溝の両面とも、凹形状を有する。対照的に、第１の部分表面１８は、主な部分に沿って、ほぼ直線である。

図１から図８に示す実施形態の双方では、上部フランク角度γ１は、第１の部分表面１８と、リッジセクション９のトレーリング側１５と、の間に形成されおり、第２のトップフランク角度γ１は、第２の部分表面１９と、第２のリッジセクション９のリーディング側１６と、の間に形成されている。第１のリッジセクション９のトレーリングエンドを強化するために、第１の上部フランク角度γ１は、第２のフランク角度γ２より大きい。

非対称の潤滑溝８は、別の言葉で表すことができる。つまり、第１の部分表面１８は、第１のトップ角度α１を含む。第１のトップ角度α１は、第１のリッジセクション９のトレーリングエンドポイント１４に交差する第１の半径ｒ１と、第１の部分表面１８上の第１のミッドポイント２３に交差する第２の半径ｒ２と、の間に形成されている。第２の部分表面１９は、第２のトップ角度α２を有する。第２のトップ角度α２は、第２のリッジセクション９のリーディングエンドポイント１３に交差する第３の半径ｒ３と、第２の部分表面１９上の第２のミッドポイント２４に交差する第４の半径ｒ４と、の間に形成されている。第１のミッドポイント２３と第２のミッドポイント２４とは、回転軸７からの、等しい半径方向の距離を有する。半径方向の距離は、第１のリッジセクションの最大の半径方向のエクステンション、つまり、回転軸７からの、ポイント１７の半径方向の距離と、回転軸７からの、ミニマムポイント２０の半径方向の距離と、の合計の半分に等しい。第１のトップフランク角度γ１は、第２のトップフランク角度γ２より大きいため、第１のトップ角度α１もまた、第２のトップ角度α２より大きい。

第１のリッジセクション９のトレーリングエンドの半径方向に外側の部分を強化することに加えて、強化効果がまた、第１のリッジセクション９のトレーリングエンドの半径方向に内側の部分にも提供されている。図１から図８の実施形態のそれぞれでは、この追加的な強化は、小さい第１のボトムフランク角度δ１により提供されている。第１のボトムフランク角度δ１は、分割半径ｒｄに鉛直して、ミニマムポイント２０に交差する直線２１と、第１の部分表面１８と、の間に形成されている。

第２のボトムフランク角度δ２は、分割半径ｒｄに鉛直して、ミニマムポイント２０に交差する直線２１と、第２の部分表面１９と、の間に形成されている。一般的に、ボトムフランク角度δ２も小さくすることは、関連するフランクの強度と安定性との向上を達成する。第１の実施形態では、小さい第２のボトムフランク角度δ２が、潤滑溝の断面積を広げ、クーラントの流れを改善する。

第１の部分表面１８と第２の部分表面１９との間の関係は、代替的に、第１のボトム角度β１と第２のボトム角度β２とに関して説明できる。第１のボトム角度β１は、ミニマムポイント２０に交差する分割半径ｒｄと、第１の部分表面１８上の第１のミッドポイント２３に交差する第２の半径ｒ２と、の間に形成されている。第２のボトム角度β２は、分割半径ｒｄと、第１の部分表面１９上の第２のミッドポイント２４に交差する第３の半径ｒ３と、の間に形成されている。第１のボトム角度β１は、第２のボトム角度β２より小さい。この画定によると、第１のボトム角度β１を大きくすることは、第１のリッジセクションのトレーリングフランクの強度を上げる。図４に係る第１の実施形態では、第２のボトム角度β２を大きくすることは、潤滑溝の断面積を広げ、より小さい第１のボトム角度β１により、リッジの安定性が確保される。したがって、１つの潤滑溝を通して、潤滑液の十分な流れを達成することができる。

スレッドフォーマ１の潤滑溝８のそれぞれは、投影面に投影された際に、図４を参照して説明したものと同じ形状を有する。

図５から図８に係る第２の実施形態の潤滑溝８の設計を、図８に示す拡大切り取り図を参照して説明する。

図１から図４の実施形態と比較して、図５から図８の実施形態は、二等辺三角形を含む潤滑溝８を含まない。第１のリッジセクション９のトレーリングエンドポイント１４と、第２のリッジセクション９のリーディングエンドポイント１３と、ミニマムポイント２０と、により広がる三角形は、不等辺三角形である。第１の実施形態と比較して、ミニマムポイント２０は、回転方向１２とは反対の方向、つまり、潤滑溝８のトレーリング側に向かってシフトされている。したがって、第１のリッジセクション９のトレーリング部は、さらに強化されている。

繰り返しになるが、第１のトップフランク角度γ１は、第２のトップフランク角度γ２より大きい。その結果として、第１のトップ角度α１と第２のトップ角度α２との間の関係もまた、図１から図４の実施形態を参照して説明したものと同じである。したがって、第１のトップ角度α１は、第２のトップα２より大きい。図５から図８の実施形態では、第１の部分表面１８と、同様に、第２の部分表面１９と、は、直線に近似できるセクションを有する。

１つの実施形態に関連して説明した特徴はまた、当業者が容易に理解できるように、他の実施形態のそれぞれにも使用できることに留意されたい。

添付の図面を参照して本開示を詳細に説明したが、本特許明細書は単なる例であり、特許請求の範囲に画定する保護の範囲を制限するものとみなされない。

特許請求の範囲では、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素又はステップを排除しない。不定冠詞「ａ」は、複数を排除しない。いくつかの特徴が、異なる請求項において主張されているという単なる事実は、それらの組み合わせを排除しない。特許請求の範囲での参照番号は、保護の範囲を制限するものとみなされない。

１ スレッドフォーマ
２ シャフト
３ 第１の端
４ 第２の端
５ 載置セクション
６ 形成セクション
７ 回転軸
８ 潤滑溝
９ リッジセクション
１０ 形成セクションの前端
１１ 形成セクションの後端
１２ 回転方向
１３ リーディングエンドポイント
１４ トレーリングエンドポイント
１５ 増大側
１６ 減少側
１７ 最大の半径方向のエクステンションのポイント
１８ 第１の部分表面
１９ 第２の部分表面
２０ ミニマムポイント
２１ ミニマムポイント２０に鉛直して交差する直線
２２ トレーリングエンドポイントとリーディングエンドポイントとを接続する直線
２３ 第１のミッドポイント
２４ 第２のミッドポイント

Ａ 潤滑溝８の第１の部分
Ｂ 潤滑溝８の第２の部分

ｒｄ 分割半径
ｒ１ 第１の半径
ｒ２ 第２の半径
ｒ３ 第３の半径
ｒ４ 第４の半径

Claims (15)

1. 金属ワークピースにおいて内部スレッドを製造するためのスレッドフォーマ（１）であって、
   第１の端（３）と第２の端（４）とを有するシャフト（２）と、
   前記スレッドフォーマ（１）を加工ツールのスピンドルに載置するための、前記シャフト（２）の前記第１の端（３）に接続された載置セクション（５）と、
   前記シャフト（２）の前記第２の端（４）に接続された形成セクション（６）と
   を含み、
   前記シャフト（２）と、前記載置セクション（５）と、前記形成セクション（６）とは、共通中央回転軸（７）を有し、前記回転軸（７）は、縦方向に伸長し、
   前記形成セクション（６）は、前記回転軸（７）に並列して伸長する複数の潤滑溝（８）を含み、
   前記形成セクション（６）は、前記形成セクション（６）の外周に沿って伸長する複数のリッジセクション（９）を含み、
   前記複数のリッジセクション（９）は、前記金属ワークピースにおいて前記内部スレッドを形成するために配置されており、
   円周方向において、前記複数のリッジセクション（９）の各２つは、前記複数の潤滑溝（８）の１つにより分けられているスレッドフォーマ（１）であって、
   前記潤滑溝（８）の少なくとも前記１つは、前記回転軸（７）に鉛直する投影面に投影された際に、前記潤滑溝（８）の表面（１１）に交差するいずれの半径（１０）に関して非対称であることを特徴とするスレッドフォーマ（１）。
2. 前記いずれの半径は分割半径（ｒｄ）であり、前記分割半径（ｒｄ）は、１つの前記潤滑溝（８）を第１の部分（Ａ）と第２の部分（Ｂ）とに分割し、前記分割半径（ｒｄ）は、１つの前記潤滑溝（８）の前記表面（１８、１９）に、前記回転軸（７）から最小の半径方向の距離を有するミニマムポイント（２０）にて交差する、請求項１に記載のスレッドフォーマ（１）。
3. 少なくとも１つの前記潤滑溝（８）は、いずれの半径に関して非対称であり、前記半径は、前記潤滑溝（８）の前記表面（１８、１９）に、前記形成セクション（６）における１つの前記潤滑溝（８）の全体の軸方向のエクステンションに沿って交差する、請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
4. 前記投影面に投影された際に、
   前記複数のリッジセクション（９）のそれぞれは、前記形成セクション（６）の前記外周に、リーディングエンドポイント（１３）と、前記形成セクション（６）の前記外周に、トレーリングエンドポイント（１４）と、を有し、
   １つの前記潤滑溝（８）の前記表面（１８、１９）は、２つの前記リッジセクション（９）の第１のものの前記トレーリングエンドポイント（１４）から、２つの前記リッジセクション（９）の第２のものの前記リーディングエンドポイント（１３）まで伸長し、
   １つの前記潤滑溝（８）の前記表面（１８、１９）はミニマムポイント（２０）を有し、前記ミニマムポイント（２０）は、前記回転軸（７）からの最小の半径方向の距離を有し、
   １つの前記潤滑溝（８）は、２つの部分表面（１８、１９）を含み、
   第１の部分表面（１８）は、第１のリッジセクション（９）の前記トレーリングエンドポイント（１４）から、前記ミニマムポイント（２０）まで伸長し、
   第２の部分表面（１９）は、前記ミニマムポイント（２０）から、第２のリッジセクション（９）の前記リーディングエンドポイント（１３）まで伸長する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
5. 前記投影面に投影された際に、１つの前記潤滑溝（８）の前記第１の部分（Ａ）は、第１の部分表面（１８）により制限されており、１つの前記潤滑溝（８）の前記第２の部分（Ｂ）は、第２の部分表面（１９）により制限されており、前記第１の部分（Ａ）は、前記第２の部分（Ｂ）より小さい断面積を有する、請求項２及び請求項４に記載のスレッドフォーマ（１）。
6. 前記投影面に投影された際に、前記第２の部分表面（１９）は、前記ミニマムポイント（２０）から、前記第２のリッジセクション（９）の前記リーディングエンドポイント（１３）まで、その全体のエクステンションに沿う凹曲度を有し、前記第１の部分表面（１８）は、前記第２の部分表面（１９）より短い、請求項４又は請求項５に記載のスレッドフォーマ（１）。
7. 前記投影面に投影された際に、前記第１の部分表面（１８）の少なくとも一部は真っ直ぐである、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
8. 前記投影面に投影された際に、
   前記第１の部分表面（１８）は、第１のトップ角度（α１）を有し、前記第１のトップ角度（α１）は、前記第１のリッジセクション（９）の前記トレーリングエンドポイント（１４）に交差する第１の半径（ｒ１）と、前記第１の部分表面（１８）上の第１のミッドポイント（２３）に交差する第２の半径（ｒ２）と、の間に形成されており、
   前記第２の部分表面（１９）は、第２のトップ角度（α２）を有し、前記第２のトップ角度（α２）は、前記第２のリッジセクション（９）の前記リーディングエンドポイント（１４）に交差する第３の半径（ｒ３）と、前記第２の部分表面（１９）上の第２のミッドポイント（２４）に交差する第４の半径（ｒ４）と、の間に形成されており、
   前記第１のミッドポイント（２３）と前記第２のミッドポイント（２４）とは、前記第１のリッジセクション（９）の最大の半径方向のエクステンションと、前記回転軸（７）からの、前記ミニマムポイント（２０）の前記半径方向の距離と、の合計の半分に等しい、前記回転軸（７）からの半径方向の距離を有し、
   前記第１のトップ角度（α１）は、前記第２のトップ角度（α２）より大きい、
   請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
9. 前記第１のトップ角度（α１）は、２．８から１２．０度の範囲にある、請求項８に記載のスレッドフォーマ（１）。
10. 前記投影面に投影された際に、
    前記第１の部分表面（１８）は、第１のボトム角度（β１）を有し、前記第１のボトム角度（β１）は、前記ミニマムポイント（２０）に交差する分割半径（ｒｄ）と、前記第１の部分表面（１８）上の第１のミッドポイント（２３）に交差する第２の半径（ｒ２）と、の間に形成されており、
    前記第２の部分表面（１９）は、第２のボトム角度（β２）を有し、前記第２のボトム角度（β２）は、前記ミニマムポイント（２０）に交差する前記分割半径（ｒｄ）と、前記第２の部分表面（１９）上の第２のミッドポイント（２４）に交差する第４の半径（ｒ４）と、の間に形成されおり、
    前記第１のミッドポイント（２３）と前記第２のミッドポイント（２４）とは、前記第１のリッジセクション（９）の最大の半径方向のエクステンションと、前記回転軸（７）からの、前記ミニマムポイント（２０）の前記半径方向の距離と、の合計の半分に等しい、前記回転軸（７）からの半径方向の距離を有し、
    前記第１のボトム角度（β１）は、前記第２のボトム角度（β２）より小さい、
    請求項４から請求項９のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
11. 前記第１のボトム角度（β１）は、３．８から５３．０度の範囲にある、請求項１０に記載のスレッドフォーマ（１）。
12. 前記投影面に投影された際に、前記第１のリッジセクション（９）の前記トレーリングエンドポイント（１４）と、前記第２のリッジセクション（９）の前記リーディングエンドポイント（１３）と、前記ミニマムポイント（２０）とが、二等辺三角形に広がる、請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
13. 前記投影面に投影された際に、前記第１のリッジセクション（９）の前記トレーリングエンドポイント（１４）と、前記第２のリッジセクション（９）の前記リーディングエンドポイント（１３）と、前記ミニマムポイント（２０）とが、不等辺三角形に広がる、請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
14. 前記潤滑溝（８）の少なくとも前記１つは、前記形成セクション（６）と、前記シャフト（２）とに伸長する、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
15. 前記複数の潤滑溝（８）はすべて、前記投影面に投影された際に、同じ形状を有する、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のスレッドフォーマ（１）。
    

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