JP3546211B1 - ボルトの製造方法および製造装置並びにこれに用いる螺子転造ダイス並びに多重螺子ボルト - Google Patents

Abstract

【課題】 いわゆる二重螺子ボルトのような多重螺子ボルトを、より低単価で大量生産することが可能なボルトの製造方法および製造装置並びにこれに用いる螺子転造ダイスを提供する。
【解決手段】 所定間隔で対向配置した一対の螺子転造ダイス１と、円柱状のボルト材料３を所定位置で支持するボルト支持部２とを備えるボルトの製造装置である。螺子転造ダイス１は、並目螺子を展開した並目螺子山の一部である並目螺子山部５と、細目螺子を展開した想像線６ａで示す細目螺子山と並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山の谷部５ａに周期的に形成された細目螺子山６ａの一部である突起６とからなる転写パターン４を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、緩み防止機能を有するボルトの製造方法および製造装置並びにこれに用いる螺子転造ダイス並びに多重螺子ボルトに関する。

近年、緩み防止機能を有する種々のボルトおよびその製造方法が研究・開発されている。例えば、特許文献１に記載のボルトは、ボルト軸部の先端部から所定部まで形成されたピッチＰの並目螺子部と、少なくともボルト軸部の並目螺子部の全長もしくは先端部から並目螺子部の所定部まで並目螺子部に重ねて形成されたピッチｐ（ｐ＝Ｐ／ｎ，ｎは２以上の整数）の細目螺子部とを備える構成である。

このボルト（いわゆる二重螺子ボルト）では、ボルトの並目螺子部に並目ナットを螺合させた後、細目螺子部に細目ナットをこの並目ナットに重ねて螺合させて、ボルトおよび両ナット間を締結させることができる。この際、細目ナットと並目ナットのピッチが異なるので、両者が一体になって同一方向に回転すると、両ナット間の接触面（座面）に反発力が働き、並目ナットが緩み方向に回転するのを防止することができる。

また、特許文献１には、この二重螺子ボルトの製造方法についても記載されている。その製造方法は、まず、ボルト軸部の先端部から所定部まで切削によりピッチＰの並目螺子部を形成し、その後、少なくともボルト軸部の並目螺子部の全長もしくはボルト軸部の先端から並目螺子部の所定部まで並目螺子部に重ねて、ピッチｐの細目螺子部を切削により形成するというものである。

国際公開第０２／０７７４６６号パンフレット

上記のように、まず、並目螺子部を切削により形成し、その後、この並目螺子部に重ねて細目螺子部を切削により形成する場合、１個の二重螺子ボルトを製造するために、切削工程を２回行わなければならない。さらに、１回目の切削により形成された並目螺子部に重ねて２回目の切削を行って細目螺子部の形成を行うと、重ねて切削した部分に返りが生じてしまう。そのため、この返りをワイヤブラシ等によって除去する工程が必要となる。

また、特許文献１には、並目ダイスと細目ダイスを用いて一工程の転造により二重螺子ボルトを製造することについて言及されているが、この特許文献１に記載のように、並目ダイスと細目ダイスを一定間隔を挟んで対向して配置し、この並目ダイスと細目ダイスとの間にボルト軸部を入れて転造を行っても、実際には二重螺子ボルトを製造することは不可能である。これは、一方のダイス（並目・細目）により転造した螺子山を、他方のダイス（細目・並目）により壊すことになるからである。

さらに、特許文献１には、並目螺子山と細目螺子山とが一体に形成されたダイスを用いても同様に実施可能であるという記載があるが、特許文献１には、並目螺子山と細目螺子山を具体的にどのようにして一体に形成すればよいのか記載されていない。並目螺子山と細目螺子山とが一体に形成されたダイスという記載は一見正しいように思われるが、実際に並目螺子山と細目螺子山とを一つのダイス上に一体に形成することはできず、この特許文献１の記載からだけでは、二重螺子ボルトを製造することは不可能である。

このように、特許文献１に記載の二重螺子ボルトは、実際には切削により製造するしか方法がない。ところが、上記のように切削による製造方法では、通常のボルトよりも製造工程が多くなるため、製造コストが極めて高く、二重螺子ボルトの単価は非常に高いものとなっている。

そこで、本発明においては、いわゆる二重螺子ボルトのような多重螺子ボルトを、より低単価で大量生産することが可能なボルトの製造方法および製造装置並びにこれに用いる螺子転造ダイスを提供することを目的とする。

本発明の螺子転造ダイスは、並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、細目螺子を展開した細目螺子山と前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山の谷部に周期的に形成された前記細目螺子山の一部とを備えたものである。本発明のボルトの製造装置は、螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造するボルトの製造装置において、前記螺子転造ダイスのうち少なくとも一つを上記本発明の螺子転造ダイスとしたものである。本発明のボルトの製造方法は、螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造するボルトの製造方法において、螺子転造ダイスのうち少なくとも一つを上記本発明の螺子転造ダイスとするものである。

本発明のボルトの製造方法および製造装置によれば、螺子転造ダイス上に形成された並目螺子山の一部および細目螺子山の一部によりボルト材料が押圧され、螺子転造ダイス上の並目螺子山の一部によりボルト材料の外周表面上に並目螺子山の一部が、螺子転造ダイス上の細目螺子山の一部によりボルト材料の外周表面上の並目螺子山の一部に細目螺子山の一部が、一工程で一度に転写される。これにより、並目螺子山の一部と細目螺子山の一部とが形成された、いわゆる二重螺子を備えたボルトが得られる。

ここで、並目螺子とは、直径とピッチとの組み合わせが一般的で最も普通に使用されている螺子をいう。また、細目螺子とは、並目螺子に比べて直径に対するピッチの割合が細かく、谷が浅い螺子をいう。本発明の螺子転造ダイスに係る細目螺子山のピッチは、並目螺子山のピッチ以下であればよい。また、それぞれの螺子山の形状は、三角螺子、台形螺子、角螺子、鋸歯螺子、丸螺子、ポール螺子やその他の特殊螺子などのいずれでもよく、任意に組み合わせることも可能である。

なお、本明細書中においては、つる巻き線の方向は一致するが、ピッチの異なる二つ以上の螺子山を同軸上に持つ、円筒体または円錐体のことを多重螺子という。多重螺子は、ピッチの異なる螺子山の数が２の場合、二重螺子、３の場合、三重螺子、４の場合、四重螺子、・・・、ｎの場合、ｎ重螺子と呼ぶ。多重螺子は、その最も大きなピッチの螺子山と最も小さなピッチの螺子山の比をａ対ｎとするとき（ａとｎは最小の整数比）、大きなピッチの螺子山のピッチａごとにその多重螺子の螺子山の形状は周期的に変化する。

二重螺子ボルトを製造する場合、螺子転造ダイスは、並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、この並目螺子山の谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子（但し、並目螺子と細目螺子のピッチの比はａ対ｂであり、ａとｂは最小の整数比である。）を展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山の一部とを有するものとする。

また、螺子転造ダイスが、さらに、並目螺子山の一部および細目螺子山の一部により形成される谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち細目螺子よりもさらにピッチの小さい最細目螺子（但し、並目螺子と細目螺子と最細目螺子のピッチの比はａ対ｂ対ｃであり、ａとｂとｃは最小の整数比である。）を展開したときに並目螺子山の一部および細目螺子山の一部との位相ずれに応じて並目螺子山のｃ巻きごとに周期的に現れる最細目螺子山の一部を有するものとすることで、並目螺子山の一部と細目螺子山の一部と最細目螺子山の一部とが形成された三重螺子ボルトを製造することが可能である。

さらに、ｎ重螺子ボルトを製造する場合、螺子転造ダイスは、並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、この並目螺子山の谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち並目螺子よりもピッチが小さくかつピッチが異なる一つまたは複数の細目螺子（但し、並目螺子と一つまたは複数の細目螺子のピッチの比はａ対・・・対ｎであり、ａ，・・・，ｎは最小の整数比である。）をそれぞれ展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目螺子山の一部とを有するものとする。これにより、並目螺子山の一部と複数の細目螺子山それぞれの一部とが形成された多重螺子ボルトを製造することが可能である。

ここで、細目螺子山のうち最もピッチの小さい細目螺子山の一部が、細目螺子を展開したときの谷底が並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように細目螺子を展開したときに、並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるものとすれば、転造の際、転がりピッチ円径が、細目螺子を展開したときの谷底部分において谷底を高くした分の約半分ボルト材料の内側に移動する。これにより、加工終期における転がりピッチ円径の変動が減少し、ボルト材料の回転中心位置の変動が軽減される。

また、このとき、細目螺子を展開したときの谷底は、並目螺子山の谷底よりも標準規格の細目螺子山高さの５〜５０％高い位置とするのが望ましい。この範囲であれば、加工中のびびり振動および騒音を有効に減少することができる。なお、５％より小さい場合、谷底高さを変化させたことによるびびり振動および騒音の改善はほとんど見られない。一方、５０％を超えると、転造により製造された多重螺子ボルトの細目螺子山の高さが、標準規格の細目螺子山の有効径よりも小さくなってしまうため、この多重螺子ボルトの細目螺子山への掛かりが小さくなる。

また、螺子転造ダイスが、細目螺子山の一部の谷底にさらに切り込んだ深い溝を備えたものとすることで、多重螺子ボルトを転造する際、この深い溝がダッシュポットの役目を果たし、螺子転造ダイスの溝部へボルト材料が完全に充填されなくても、標準規格の細目螺子寸法を有する多重螺子ボルトを製造することができる。また、完全充填されないことによって、完全充填が一つの要因となって発生する加工終期のびびり振動を抑制することができる。

また、このとき、溝は、標準規格の細目螺子山高さの３〜１０％の深さとすることが望ましい。この範囲であれば、ダッシュポットの役目を十分に発揮することができ、完全な形状の細目螺子山を有する多重螺子ボルトを製造することができるとともに、加工終期のびびり振動を十分に抑制することができる。なお、３％より小さい場合、溝を設けたことによる改善はほとんど見られない。一方、１０％を超えると、溝が深すぎて、多重螺子ボルトの細目螺子山形状に影響を及ぼす可能性がある。

ここで、本発明の螺子転造ダイスが、丸ダイス上に並目螺子山の一部および細目螺子山の一部を形成したものであれば、この螺子転造ダイスを所定間隔で配置してそれぞれ同一方向に回転させ、この螺子転造ダイス間にボルト材料を押圧させることにより、二重螺子ボルトを製造することができる。

また、本発明の螺子転造ダイスが、平ダイス上に並目螺子山の一部および細目螺子山の一部を形成したものであれば、この螺子転造ダイスを所定間隔で配置し、一方を固定して他方を平行移動させるか、または互いに逆方向に平行移動させ、この螺子転造ダイス間にボルト材料を押圧させることにより、二重螺子ボルトを製造することができる。

なお、本発明の螺子転造ダイスは、所定間隔で配置する複数の螺子転造ダイスのうち少なくとも一つ配置すればよいが、すべての螺子転造ダイスを本発明の螺子転造ダイスとすることも可能である。螺子転造ダイスのうち一つを本発明の螺子転造ダイスとする場合、他の螺子転造ダイスは並目螺子のみを展開した通常の並目螺子ダイスとする。また、ロータリプラネタリ方式のボルトの製造方法または製造装置に適用する場合、本発明の螺子転造ダイスは丸ダイスまたはセグメントダイスのいずれか一方に適用すればよく、両方に適用してもよい。

（１）並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、細目螺子を展開した細目螺子山と並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山の谷部に周期的に形成された細目螺子山の一部とを備えた螺子転造ダイスを少なくとも一つ配置し、螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造する構成により、螺子転造ダイス上に形成された並目螺子山の一部および細目螺子山の一部によりボルト材料が押圧され、このボルト材料の外周表面上に並目螺子山の一部と細目螺子山の一部とが一工程で一度に転写されるため、並目螺子山の一部と細目螺子山の一部とが形成された、いわゆる二重螺子を備えたボルトを切削よりも低単価で大量生産することが可能となる。

（２）並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、この並目螺子山の谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子（但し、並目螺子と細目螺子のピッチの比はａ対ｂであり、ａとｂは最小の整数比である。）を展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山の一部とを有する螺子転造ダイスを少なくとも一つ配置し、螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造する構成により、螺子転造ダイス上に形成された並目螺子山の一部および細目螺子山の一部によりボルト材料が押圧され、このボルト材料の外周表面上に並目螺子山の一部と細目螺子山の一部とが一工程で一度に転写されるため、並目螺子山の一部と細目螺子山の一部とが形成された、いわゆる二重螺子ボルトを切削よりも低単価で大量生産することが可能となる。

（３）さらに、並目螺子山の一部および細目螺子山の一部により形成される谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち細目螺子よりもさらにピッチの小さい最細目螺子（但し、並目螺子と細目螺子と最細目螺子のピッチの比はａ対ｂ対ｃであり、ａとｂとｃは最小の整数比である。）を展開したときに並目螺子山の一部および細目螺子山の一部との位相ずれに応じて並目螺子山のｃ巻きごとに周期的に現れる最細目螺子山の一部を有する螺子転造ダイスを少なくとも一つ配置し、螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造する構成により、螺子転造ダイス上に形成された並目螺子山の一部、細目螺子山の一部および最細目螺子山の一部によりボルト材料が押圧され、このボルト材料の外周表面上に並目螺子山の一部と細目螺子山の一部と最細目螺子山の一部とが一工程で一度に転写されるため、並目螺子山の一部と細目螺子山の一部と最細目螺子山の一部とが形成された、いわゆる三重螺子ボルトを切削よりも低単価で大量生産することが可能となる。

（４）並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、この並目螺子山の谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち並目螺子よりもピッチが小さくかつピッチが異なる一つまたは複数の細目螺子（但し、並目螺子と複数の細目螺子のピッチの比はａ対・・・対ｎであり、ａ，・・・，ｎは最小の整数比である。）をそれぞれ展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目螺子山の一部とを有する螺子転造ダイスを少なくとも一つ配置し、螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造する構成により、螺子転造ダイス上に形成された並目螺子山の一部および複数の細目螺子山の一部によりボルト材料が押圧され、このボルト材料の外周表面上に並目螺子山の一部と複数の細目螺子山それぞれの一部とが一工程で一度に転写されるため、並目螺子山の一部と複数の細目螺子山それぞれの一部とが形成された、いわゆる多重螺子ボルトを切削よりも低単価で大量生産することが可能となる。

（５）細目螺子山のうち最もピッチの小さい細目螺子山の一部が、細目螺子を展開したときの谷底が並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように細目螺子を展開したときに、並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるものであることにより、転造の際の加工終期における転がりピッチ円径の変動が減少し、ボルト材料の回転中心位置の変動が軽減される。これにより、螺子転造ダイスの溝部への材料充填率がより均等に近くなり、びびり振動を大幅に抑制することができる。

（６）螺子転造ダイスが、細目螺子山の一部の谷底にさらに切り込んだ深い溝を備えたことにより、多重螺子ボルトを転造する際、螺子転造ダイスの溝部へボルト材料が完全に充填されなくても、螺子転造ダイスの細目螺子山高さの細目螺子山を有する多重螺子ボルトを製造することができる。また、完全充填されないことによって、完全充填が一つの要因となって発生する加工終期のびびり振動を抑制することができる。

（７）本発明の螺子転造ダイスを用いた転造により得られた二重螺子ボルトは、並目螺子山と細目螺子山との境界部の先端形状が滑らかな曲率となり、切削により製造した二重螺子ボルトのように並目螺子山と細目螺子山との境界部にエッジが発生することがない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１実施形態における二重螺子ボルトの製造装置を示す概略図、図２は図１の螺子転造ダイス１を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態における二重螺子ボルトの製造装置は、所定間隔で対向配置した一対の螺子転造ダイス１と、円柱状のボルト材料（以下、「ワーク」と称す。）３を所定位置で支持するボルト支持部２とを備える。また、図２に示すように、螺子転造ダイス１は、円筒形のダイス（丸ダイス）の外周に二重螺子ボルト形成用の転写パターン４を形成したものである。

図３は図２の螺子転造ダイス１の外周の転写パターン４の一部を平面に展開した図、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ図３のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図、Ｄ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｅ線断面図、Ｆ−Ｆ線断面図である。

図３に示すように、螺子転造ダイス１の外周には、製造する二重螺子ボルトに対応する転写パターン４が１周につき１６個分繰り返して形成されている。螺子転造ダイス１の外径は１７３．９８７ｍｍであり、二重螺子ボルトは呼び径Ｍ１２で並目螺子ピッチ１．７５ｍｍ、細目螺子ピッチ０．８７５ｍｍである。したがって、二重螺子ボルト１個分の転写パターン４は、螺子転造ダイス１の外周１周３６０°のうち２２．５°の範囲に形成されていることになる。図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線は、それぞれ３．７５°間隔で設けたものである。

図４の（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、螺子転造ダイス１の転写パターン４（図４に実線で示す。）は、並目螺子を丸ダイスの表面に展開した基準の螺子山となる並目螺子山の一部（以下、「並目螺子山部」と称す。）５と、この並目螺子山の谷部５ａに周期的に形成された付加的な突起６とにより構成されている。突起６は、展開した並目螺子山の元の並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち、並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子を展開した細目螺子山（図４に点線（想像線）６ａで示す。）と並目螺子山との位相ずれ７に応じて周期的な形状に形成されたものである。

ここで、並目螺子と細目螺子のピッチの比をａ対ｂ（但し、ａとｂは最小の整数比。図示例では２対１としている。）とすると、突起６は、細目螺子を展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻き（図示例では１巻き）ごとに周期的に現れる細目螺子山の一部となる。図４の（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、想像線６ａで示す細目螺子山は、並目螺子山との位相ずれ７によって、この並目螺子山から突出した部分のみが、付加的な突起６として現れている。すなわち、突起６は、細目螺子山そのものではなく、位相ずれ７に応じてずれた分だけ細目螺子山の想像線６ａに対応するように、並目螺子山に対して付加的に突出させた突起である。並目螺子山部５は、螺子転造ダイス１の表面に現れている細目螺子山の一部（突起６の表面）を除く部分である。

また、図４の（Ａ）〜（Ｆ）に示す例では、基準となる並目螺子山の谷部５ａの谷底５ｂと、突起６に対応させた細目螺子山の想像線６ａの谷底６ｂとの位置を一致させているが、これに限るものではない。

例えば、本実施形態における螺子転造ダイス１により製造された二重螺子ボルト（図示せず。）の並目螺子山に並目ナットを螺合させると、螺子転造ダイス１の突起６の分だけ接触面積が減ることになるが、突起６に対応させた細目螺子山の想像線６ａの谷底６ｂの位置を図４の下方へ移動させることにより、二重螺子ボルトの並目螺子山と並目ナットとの接触面積を増やすことができる。

なお、通常の螺子転造ダイスであれば、その表面に並目螺子山または細目螺子山のいずれか一方のみが形成されているため、並目螺子ナットまたは細目螺子ナットを嵌めることができる。しかし、本実施形態における螺子転造ダイス１の場合、並目螺子ナットおよび細目螺子ナットを嵌めようとしても嵌らない。螺子転造ダイス１の表面に、特許文献１に記載のように従来の並目螺子山と細目螺子山とが一体に形成されたもの（具体的な構造は明らかでないが）ではなく、並目螺子山部５とこの並目螺子山部５の元の並目螺子山の谷部５ａに周期的な形状の突起６とが形成されたものだからである。

上記構成の二重螺子ボルトの製造装置を用いて二重螺子ボルトを製造するには、円柱状のワーク３をボルト支持部２上に配置し、このワーク３を一対の螺子転造ダイス１間に押圧させ、一対の螺子転造ダイス１をそれぞれ同一方向（例えば、図１に矢印で示すように右回り）に回転させる。これにより、ワーク３の外周表面上に並目螺子山の一部および細目螺子山の一部が一工程で一度に転写され、並目螺子部の一部と細目螺子部の一部とが形成された二重螺子ボルトが得られる。

こうして得られた二重螺子ボルトの外周表面には、図４の螺子転造ダイス１の転写パターン４の逆パターンの溝（並目螺子山部５および突起６に相当する溝）が形成されている。

得られた二重螺子ボルトは、従来の切削により形成した二重螺子ボルトと同様、並目螺子山が形成されたうえで、細目螺子山がえぐり取られた状態のものとなる。したがって、得られた二重螺子ボルトには並目螺子ナットと細目螺子ナットとを嵌めることができる。

なお、二重螺子ボルトは、この二重螺子ボルトの並目螺子山の谷部に並目螺子ナットの並目螺子山の山部を嵌合させ、この二重螺子ボルトの並目螺子山の山部に形成された細目螺子山の谷部に細目螺子ナットの細目螺子の山部を嵌合させるものであるため、並目螺子山の山頂の半径方向位置と細目螺子山の山頂の半径方向位置とが常に一致するように形成するのが一般的である。このような二重螺子ボルトを製造するための螺子転造ダイスの突起は、細目螺子を展開したときの谷底の位置が並目螺子山の谷底の位置と一致するように細目螺子を展開し、並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山の一部からなる。以下、このような突起を有する螺子転造ダイスを「標準ダイス」と称す。

図５は図４の（Ａ）、（Ｄ）の一部拡大図である。図５に示すように標準ダイスの周期的に変化する溝の深さは、並目螺子山の谷底５ｂの位置と突起６を形成するために展開した細目螺子の細目螺子山６ａの谷底６ｂの位置とが互いに最もよく重なり合う部分（Ａ−Ａ線断面）で最も深く、両者の位置が最もずれている部分（Ｄ−Ｄ線断面）で最も浅くなっている。このため、標準ダイスで二重螺子ボルトを転造する場合、加工の最終段階における工具とワーク３の転がりピッチ（工具とワーク３が転がり接触する位置）円の径は、ワーク３からみるとＡ−Ａ線断面部分で最も大きく、Ｄ−Ｄ線断面部分で最も小さくなる。

この結果、その加工時点（すなわち加工の最終なじみ段階）ではワーク３の回転中心位置は常に変動し、激しいびびり振動、騒音の原因となる。このびびり振動の程度によっては、精度不良を引き起こし、工具寿命を著しく縮め、製造装置にも悪影響を及ぼす可能性がある。また、この標準ダイスでは、各断面での溝部の断面積が異なる（すなわち、Ａ−Ａ線断面で最も大きく、Ｄ−Ｄ線断面で最も小さい。）ため、各断面における溝部への材料充填率に差が生じ、特に加工終期においては、溝部への材料の充填率が高いため、余剰材料の逃げ場がなくなる。これもびびり振動等の問題の原因となる。

そこで、本実施形態において、突起６は、細目螺子を展開したときの谷底６ｂが並目螺子山の谷底５ｂよりも高い位置となるように細目螺子を展開したときに、並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山６ａの一部としたものであることが望ましい。このとき、図６に示すように、展開する細目螺子は、標準規格よりも５〜５０％谷深さの浅い細目螺子とし、この浅くした分ｄｈだけこの細目螺子を展開したときの谷底６ｂが並目螺子山の谷底５ｂよりも高い位置となるようにする。

あるいは、図７に示すように、展開する細目螺子は、並目螺子山の谷底５ｂの位置と突起６を形成するために展開した細目螺子の細目螺子山６ａの谷底６ｂの位置とが互いに最もよく重なり合う部分（Ａ−Ａ線断面）では標準規格よりも５〜５０％谷深さの浅い細目螺子となり、両者の位置が最もずれている部分（Ｄ−Ｄ線断面）では標準規格の谷深さとなるように滑らかに変化するものとする。

これらの修正を加えた螺子転造ダイスを用いて二重螺子ボルトを転造した場合、標準ダイスを用いて転造する場合と比べて、Ａ−Ａ線断面における転がりピッチ円径が、細目螺子を展開したときの谷底６ｂの深さを浅くした分ｄｈの約半分ワーク３の内側に移動し、その分だけＤ−Ｄ線断面における転がりピッチ円径に近づく。そのため、加工終期における転がりピッチ円径の変動が減少し、ワーク３の回転中心位置の変動が軽減される。また、Ａ−Ａ線断面の溝部の断面積がＤ−Ｄ線断面積の溝部の断面積に近づくため、各断面の溝部の材料充填率がより均等に近くなり、びびり振動を大幅に抑制することができる。

一方、このような修正を加えた螺子転造ダイスを用いて転造した二重螺子ボルトでは、当然ながら細目螺子部の山高さが（特に、Ａ−Ａ線断面に相当する部分で）標準規格のものより低くなる。しかしながら、二重螺子ボルトはその並目螺子部で締め付け力のほとんどを得るため、これにより静的強度や動的疲労強度が損なわれることはほとんどなく、また十分な緩み止め効果も発揮できる。

ところで、上記のように修正を加えた螺子転造ダイスを用いて二重螺子ボルトを転造した場合、標準ダイスを用いた転造におけるびびり振動等の問題は解決できるが、製造された二重螺子ボルトは細目螺子部の山高さが標準規格のものよりも低くなる。しかし、細目螺子部の強度、細目螺子ナットの掛かり具合あるいは商品性を考える場合、細目螺子部の山高さの完全性が求められる場合もある。

この場合、螺子転造ダイスは、図８に示すように、突起６として現れた細目螺子山６ａの一部の谷底６ｂにさらに切り込んだ溝６ｃを備えたものとする。この溝６ｃの深さｄｖは、細目螺子山６ａの高さの３〜１０％である。このような螺子転造ダイスにより二重螺子ボルトを転造する場合、溝６ｃがダッシュポットの役目を果たし、螺子転造ダイスの溝部へワーク３が完全に充填されなくても、標準高さの細目螺子山を有する二重螺子ボルトを製造することができる。これにより、完全充填が一つの要因となって発生する加工終期のびびり振動を抑制することもできる。

（実施の形態２）
図９は本発明の第２実施形態における二重螺子ボルトの製造装置を示す概略図である。

図９に示すように、本実施形態における二重螺子ボルトの製造装置は、所定間隔で対向配置した一対の螺子転造ダイス８を備える。一対の螺子転造ダイス８の一方を固定し他方を平行移動可能に配設するか、または相互に反対方向に平行移動可能に配設する。

螺子転造ダイス８は、平板状のダイス（平ダイス）の片面に二重螺子ボルト形成用の転写パターン９を形成したものである。転写パターン９は、第１実施形態における転写パターン４と同様のものを平面に展開したものである。

このような二重螺子ボルトの製造装置を用いて二重螺子ボルトを製造するには、一対の螺子転造ダイス８間に円柱状のワーク３を押圧させ、一方の螺子転造ダイス８を他方の螺子転造ダイス８と平行を維持したまま平行移動させるか、または互いに逆方向に平行移動させる。これにより、第１実施形態と同様に、ワーク３の外周表面上に並目螺子山の一部および細目螺子山の一部が一工程で一度に転写され、並目螺子部の一部と細目螺子部の一部とが形成された二重螺子ボルトが得られる。

（実施の形態３）
図１０は本発明の第３実施形態における三重螺子ボルト用の螺子転造ダイス１０の断面図である。螺子転造ダイス１０の外周には、製造する三重螺子ボルトに対応する転写パターンが１周につき１６個分繰り返して形成されており、図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は螺子転造ダイス１０の外周の断面を３．７５°間隔で示した図である。

図１０に示すように三重螺子ボルト用の螺子転造ダイス１０では、さらに、並目螺子山部５および突起６により形成される谷部１１に、展開した並目螺子山の元の並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち、突起６を形成する元となった細目螺子よりもさらにピッチの小さい最細目螺子（但し、並目螺子と細目螺子と最細目螺子のピッチの比はａ対ｂ対ｃとし、ａとｂとｃは最小の整数比とする。図示例では４対２対１としている。）を展開したときに、並目螺子山部５および突起６との位相ずれに応じて並目螺子山のｃ巻き（図示例では１巻き）ごとに周期的に現れる最細目螺子山（図１０に点線（想像線）１２ａで示す。）の一部からなる突起１２を有する。

図１０の（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、細目螺子山６ａは並目螺子山から突出した部分のみが付加的な突起６として現れている。さらに、この螺子転造ダイス１０では、最細目螺子山１２ａが、この突起６から突出した部分のみ付加的な突起１２として現れている。突起１２は、最細目螺子山そのものではなく、並目螺子山部５および突起６との位相ずれに応じてずれた分だけ最細目螺子山の想像線１２ａに対応するように、並目螺子山部５および突起６に対してさらに付加的に突出させた突起である。

なお、図示していないが、ｎ重螺子ボルトを転造する場合には、並目螺子を展開した並目螺子山の一部と、この並目螺子山の谷部に並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち並目螺子よりもピッチが小さくかつピッチが異なる一つまたは複数の細目螺子（但し、並目螺子と一つまたは複数の細目螺子のピッチの比はａ対・・・対ｎとし、ａ，・・・，ｎは最小の整数比とする。）をそれぞれ展開したときに並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目螺子山の一部からなる突起とを有する螺子転造ダイスを用いればよい。

なお、このｎ重螺子ボルトを転造する螺子転造ダイスにおいても、第１実施形態における螺子転造ダイスと同様に修正を加えることが可能である。谷深さに修正を加える場合には、最もピッチの小さい細目螺子を展開したときの谷底が並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように細目螺子を展開したときに、並目螺子山との位相ずれに応じて並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山の一部となるようにすればよい。

上記本発明の第１実施形態における二重螺子ボルトの製造装置を用いて二重螺子がボルトに転写されるメカニズムについて解析した。図１１、図１２、図１３は、それぞれ図３のＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面、Ｄ−Ｄ線断面での材料流動の様子を示した図である。なお、図１１〜図１３において、（ａ）〜（ｈ）は、一対の螺子転造ダイス１を同一方向に回転させながら、互いの間の距離を連続的に狭めていったときの様子を、約０．１〜０．２ｍｍステップで最終的に螺子転造ダイス１がワーク３に約１ｍｍ押し込まれた状態まで示したものである。

図１１〜図１３に示すように、螺子転造ダイス１がワーク３に徐々に押し込まれるに連れて、ワーク３は、まず螺子転造ダイス１の並目螺子山部５の表面に沿って塑性変形しながら並目螺子山の谷部５ａを埋めていった。そして、途中まで埋めたところで、今度は並目螺子山に付加的に突出した突起６の表面に沿って塑性変形しながら、谷部５ａを埋めていった。これにより、並目螺子部の一部と細目螺子部の一部とが形成された二重螺子ボルトが得られた。

上記本発明の第１実施形態において修正を加えた螺子転造ダイスと標準ダイスによる二重螺子ボルト製造の比較試験を行った。表１は、呼び径Ｍ１２とＭ１６の二種類について、それぞれ細目螺子山の谷底６ｂの深さを変化させた場合と溝６ｃの深さを変化させた場合の加工中のびびり振動と騒音について測定した結果である。なお、Ｍ１２の二重螺子ボルトの製造に用いた螺子転造ダイスのピッチ比は１．７５対０．８７５、Ｍ１６については２対１である。

表１から分かるように、細目螺子山の谷底６ｂの深さを変化させて修正した螺子転造ダイスでは、谷底６ｂの深さを標準規格の細目螺子山に対して５％から４０％まで浅くしたときに、浅くすればするほど加工時のびびり振動および騒音が低減された。一方、溝６ｃの深さを変化させて修正した螺子転造ダイスでは、溝６ｃの深さを標準規格の細目螺子山高さの５％と１０％とした場合に、加工時のびびり振動および騒音の改善が確認された。

なお、これらの螺子転造ダイスは、すべて米国航空規格ＮＡＳ３３５４振動試験法による緩み試験に合格した。また、アムスラー式引張強度試験法による静的強度試験および油圧サーボ式試験法による動的強度試験において、標準螺子ボルトと同等の能力を備えていることが確認できた。

本発明は、緩み防止機能を有する多重螺子ボルトを転造により製造する場合に有用である。

本発明の第１実施形態における二重螺子ボルトの製造装置を示す概略図である。 図１の螺子転造ダイスを示す斜視図である。 図２の螺子転造ダイスの外周の転写パターンの一部を平面に展開した図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ図３のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図、Ｄ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｅ線断面図、Ｆ−Ｆ線断面図である。 図４の（Ａ）、（Ｄ）の一部拡大図である。 修正を加えた螺子転造ダイスの図５に対応する一部拡大図である。 修正を加えた螺子転造ダイスの図５に対応する一部拡大図である。 修正を加えた螺子転造ダイスの図５に対応する一部拡大図である。 本発明の第２実施形態における二重螺子ボルトの製造装置を示す概略図である。 本発明の第３実施形態における三重螺子ボルト用の螺子転造ダイスの断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面での材料流動の様子を示した図である。 図３のＢ−Ｂ線断面での材料流動の様子を示した図である。 図３のＤ−Ｄ線断面での材料流動の様子を示した図である。

符号の説明

１，８，１０ 螺子転造ダイス
２ ボルト支持部
３ ワーク（ボルト材料）
４，９ 転写パターン
５ 並目螺子山部
５ａ 谷部
５ｂ 谷底
６ 突起
６ａ 細目螺子山の想像線
６ｂ 谷底
６ｃ 溝
１１ 谷部
１２ 突起
１２ａ 最細目螺子山の想像線

Claims (10)

1. 螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造するボルトの製造方法において、
   前記螺子転造ダイスのうち少なくとも一つが、並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、前記並目螺子山の谷部に前記並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち前記並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子（但し、前記並目螺子と前記細目螺子のピッチの比はａ対ｂであり、ａとｂは最小の整数比である。）をその谷底が前記並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したときに前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山に対応する突起とを有することを特徴とするボルトの製造方法。
2. 螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造するボルトの製造方法において、
   前記螺子転造ダイスのうち少なくとも一つが、並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、前記並目螺子山の谷部に前記並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち前記並目螺子よりもピッチが小さくかつピッチが異なる一つまたは複数の細目螺子（但し、前記並目螺子と前記一つまたは複数の細目螺子のピッチの比はａ対・・・対ｎであり、ａ，・・・，ｎは最小の整数比である。）をそれぞれ展開したとき（但し、最もピッチの小さい細目螺子についてはその谷底が前記並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したとき）に前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目螺子山に対応する突起とを有することを特徴とするボルトの製造方法。
3. 前記細目螺子を展開したときの谷底は、前記並目螺子山の谷底よりも標準規格の細目螺子山高さの５〜５０％高い位置としたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のボルトの製造方法。
4. 螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造するボルトの製造装置において、
   前記螺子転造ダイスのうち少なくとも一つが、並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、前記並目螺子山の谷部に前記並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち前記並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子（但し、前記並目螺子と前記細目螺子のピッチの比はａ対ｂであり、ａとｂは最小の整数比である。）をその谷底が前記並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したときに前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山に対応する突起とを有するものであることを特徴とするボルトの製造装置。
5. 螺子転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造するボルトの製造装置において、
   前記螺子転造ダイスのうち少なくとも一つが、並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、この並目螺子山の谷部に前記並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち前記並目螺子よりもピッチが小さくかつピッチが異なる一つまたは複数の細目螺子（但し、前記並目螺子と前記一つまたは複数の細目螺子のピッチの比はａ対・・・対ｎであり、ａ，・・・，ｎは最小の整数比である。）をそれぞれ展開したとき（但し、最もピッチの小さい細目螺子についてはその谷底が前記並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したとき）に前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目螺子山に対応する突起とを有するものであることを特徴とするボルトの製造装置。
6. 前記細目螺子を展開したときの谷底は、前記並目螺子山の谷底よりも標準規格の細目螺子山高さの５〜５０％高い位置としたものであることを特徴とする請求項４または５に記載のボルトの製造装置。
7. 並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、前記並目螺子山の谷部に前記並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち前記並目螺子よりもピッチの小さい細目螺子（但し、前記並目螺子と前記細目螺子のピッチの比はａ対ｂであり、ａとｂは最小の整数比である。）をその谷底が前記並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したときに前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目螺子山に対応する突起とを有する螺子転造ダイス。
8. 並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、前記並目螺子山の谷部に前記並目螺子と同一方向のつる巻き線を持ち前記並目螺子よりもピッチが小さくかつピッチが異なる複数の細目螺子（但し、前記並目螺子と前記複数の細目螺子のピッチの比はａ対・・・対ｎであり、ａ，・・・，ｎは最小の整数比である。）をそれぞれ展開したとき（但し、最もピッチの小さい細目螺子についてはその谷底が前記並目螺子山の谷底よりも高い位置となるように展開したとき）に前記並目螺子山との位相ずれに応じて前記並目螺子山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目螺子山に対応する突起とを有する螺子転造ダイス。
9. 前記細目螺子を展開したときの谷底は、前記並目螺子山の谷底よりも標準規格の細目螺子山高さの５〜５０％高い位置としたものである請求項７または８に記載の螺子転造ダイス。
10. 請求項７から９のいずれかに記載の螺子転造ダイスに対し、ボルト材料を押し付けて転造した多重螺子ボルト。
    

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