JP4572157B2

JP4572157B2 - ねじ成形方法及びねじ成形装置

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Publication number: JP4572157B2
Application number: JP2005318271A
Authority: JP
Inventors: 啓輝藤内; 直樹高橋; 敏浩村川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: DE102006051760A1; JP2007125623A; CN1958205A; CN100569425C; US20070101787A1; US7552610B2

Description

本発明は、金属板に対して他の板材等を締結するためのねじ部を形成するねじ成形方法及びねじ成形装置に関する。

従来、車両等に用いられる金属板をねじ止めするための方法として、金属板にバーリング加工及びねじ加工を行い、当該金属板の所定の位置にねじ部を形成するねじ部成形方法が用いられている。

特許文献１には、上記のようなねじ部成形用のタップ加工工具であって、テーパ状の先端で加圧と回転による摩擦熱で薄板を塑性変形させながら破断してバーリング加工により下穴を形成する穿孔部と、該穿孔部により形成された下穴に雌ねじを形成させるタップ加工部とを備え、前記穿孔部にダル加工面を形成する技術的思想が開示されている。

特開平５−２５３７４７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、図１６ａに示されるようにバーリング加工時、穿孔部２から薄板３に対する押圧力の大部分が、同図１６ａ中に矢印で示す方向、即ち斜め下方に作用するため、図１４に示されるように、ねじ部１の先端部における板厚が減少し、雌ねじの強度が低下するという問題があった。また、加工工具の押圧速度を高速（例えば、１０ｍｍ／ｓｅｃ程度）にした場合には、図１５に示されるようにねじ部１の形状が不均一になり、先端に破損等が生じるため、加工工具の押圧速度を低速（例えば、１．５ｍｍ／ｓｅｃ程度）にしなければならず、成形時間が増加するという問題があった。

本発明は係る従来の課題に鑑みてなされたものであり、金属板に対して雌ねじを形成する場合に、雌ねじ強度及び加工速度を増加することができるねじ成形方法及びねじ成形装置を提供することを目的とする。

本発明のねじ成形方法は、テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが同一の方向に設定されたねじ成形ツールを用い、前記ねじ成形ツールを回転させながら金属板に押圧して、前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程と、を備え、前記第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とを逆方向とすることを特徴とする。

このような構成の方法によれば、下穴成形部からの金属板への押圧力の方向が下方及び斜め下方に対して生じるため、下穴の板厚を確保することができ、ねじ部の強度を向上させることができると共に、加工速度を向上させることができる。

また、前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが同一の方向である場合には、前記第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とを逆方向とすることにより、１つのねじ成形ツールによりねじ部を形成することができる。

さらにまた、前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが反対の方向である場合には、前記第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とを同一の方向とすることにより、加工工程が減少され作業効率を向上させることができる。

本発明のねじ成形装置は、金属板に雌ねじを形成するためのねじ成形ツールと、前記ねじ成形ツールを回転させる回転駆動部と、前記ねじ成形ツールを進退させる進退駆動部と、前記回転駆動部と前記進退駆動部とを制御する制御手段と、を備え、前記ねじ成形ツールは、テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、且つ前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが同一の方向に設定されている場合に、
前記制御手段は、前記ねじ成形ツールを回転させながら前記金属板に押圧して前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第１の工程の後に前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とが逆方向となるように前記回転駆動部を制御することを特徴とする。また、本発明のねじ成形装置は、金属板に雌ねじを形成するためのねじ成形ツールと、前記ねじ成形ツールを回転させる回転駆動部と、前記ねじ成形ツールを進退させる進退駆動部と、前記回転駆動部と前記進退駆動部とを制御する制御手段と、を備え、前記ねじ成形ツールは、テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、且つ前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが反対の方向に設定されている場合に、前記制御手段は、前記ねじ成形ツールを回転させながら前記金属板に押圧して前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第１の工程の後に前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とが同一の方向となるように前記回転駆動部を制御することを特徴とする。

このような構成の装置によれば、下穴成形部からの金属板への押圧力の方向が下方及び斜め下方に対して生じるため、下穴の板厚を確保することができ、ねじ部の強度を向上させることができると共に、加工速度を向上させることができる。

本発明によれば、金属板に対して下穴成形及びねじ成形を行い雌ねじを形成する場合に、ねじ強度及び加工速度が向上可能なねじ成形方法及びねじ成形装置が提供される。また本発明によれば、金属板に対して加工速度を高速にした場合にも十分な強度を有する雌ねじが形成可能なねじ成形ツールが提供される。

以下、本発明に係るねじ成形装置の好適な実施形態と、ねじ成形方法の実施例について、図面を参照して説明する。

本発明の実施形態１を図面に基づき詳述する。図１は、ねじ成形装置を備えるロボットとコントローラの略式機能ブロック図である。

図１に示されるように、本実施形態に係るねじ成形装置１０ａは、本塗装前の車両の金属板としてのフレーム１２の所定箇所にねじ部１４を形成するためのユニット型式の装置であり、ロボット１６の先端に着脱自在に設けられている。ロボット１６は産業用の多関節型であって、ねじ成形装置１０ａはロボット１６の動作範囲内で任意の位置に任意の姿勢で設定可能である。これにより、ねじ成形装置１０ａは、例えば、フレーム１２におけるドアヒンジ部１２ａやバンパビーム部１２ｂに対向するように配置でき、これらの箇所にねじ部１４を形成することができる。

フレーム１２は搬送ライン１８上で搬入されてロボット１６の近傍において一時停止し、カメラ１９によって正確な位置の確認が行われる。そして、フレーム１２はねじ成形装置１０ａによってねじ部１４を形成する加工が行われた後、搬送ライン１８に沿って次工程のステーションへと搬送され、この後、ロボット１６の近傍には未加工の次のフレーム１２が搬入される。

ロボット１６及びねじ成形装置１０ａは、制御手段としてのコントローラ２０によって制御される。コントローラ２０は、ロボット１６を所定の教示データに基づいて動作させるロボット駆動部２２と、ねじ成形装置１０ａ内の第１モータ３８及び第２モータ４０（図２参照）を駆動するモータ制御部２４と、フィラー６２（図２参照）を送給するためのフィラー送給制御部２６と、フィラー６２に高電圧を印加する電圧印加制御部２８とを有する。また、コントローラ２０はカメラ１９から得られる画像に基づいてフレーム１２及びねじ部加工位置Ｐの位置確認を行うことができる。

図２は、本実施形態に係るねじ成形装置１０ａの側面断面図を示している。図２に示されるように、ねじ成形装置１０ａは、ハウジング３０をベースとして構成されており、ねじ成形ツール３２と、該ねじ成形ツール３２を保持するチャック３４と、該チャック３４と接続されたボールねじ３６と、該ボールねじ３６を回転させる第１モータ３８と、ボールねじ３６を進退駆動させる第２モータ４０とを有する。なお、ねじ成形ツール３２は、例えば、高速工具鋼等の金属で構成される。また、ロボット１６はハウジング３０の側面に接続されている。

第１モータ３８及び第２モータ４０は直列状に並んで配置されており、ボールねじ３６と並列している。また、ボールねじ３６の上端部には抜け止め用のストッパ４１が設けられている。

ボールねじ３６は、スプラインナット４２により進退自在に軸支されており、該スプラインナット４２がプーリ４４ａ、４４ｂ及びベルト４６を介して第１モータ３８によって回転駆動される。なお、プーリ４４ａ、４４ｂは第１モータ３８の回転速度を減速する作用を奏する。

また、スプラインナット４２には軸方向に循環するボール群４８が設けられており、該ボール群４８の一部がスプラインナット４２の内面からやや突出してボールねじ３６の複数のスプライン溝３６ａに係合している。そして、ボール群４８は、スプラインナット４２内に設けられた内部通路を通り循環駆動される。このボール群４８の転がり作用により、ボールねじ３６は滑らかに進退可能である。また、ボール群４８の一部はスプライン溝３６ａに係合していることから、スプラインナット４２が第１モータ３８によって回転駆動されることにより、ボールねじ３６はスプラインナット４２と共に回転駆動される。ここで、スプラインナット４２はベアリング５０及び所定のブラケットを介してハウジング３０に支持されており、滑らかに回転可能である。

一方、ボールねじ３６は、ボールねじナット５２により回転自在に軸支されており、該ボールねじナット５２がプーリ５４ａ、５４ｂ及びベルト５６を介して第２モータ４０によって回転駆動される。なお、プーリ５４ａ、５４ｂは第２モータ４０の回転速度を減速する作用を奏する。

ボールねじナット５２はスプラインナット４２よりも上側で、所定の隙間を介して直列状に配置されている。ボールねじナット５２には、螺旋状に循環するボール群５８が設けられており、該ボール群５８の一部がボールねじナット５２の内面からやや突出してボールねじ３６の螺旋溝３６ｂに係合している。このボール群５８は、ボールねじナット５２内に設けられた内部通路を通り循環駆動される。また、ボール群５８の一部が螺旋溝３６ｂに係合していることから、ボールねじナット５２が第２モータ４０によって回転駆動されることにより、ボールねじ３６はボールねじナット５２を滑らかに進退駆動する。ボールねじナット５２はベアリング６０及び所定のブラケットを介してハウジング３０に支持されており、滑らかに回転可能である。

上記のように、第１モータ３８及びスプラインナット４２等がねじ成形装置１０ａの回転駆動部として、また第２モータ４０及びボールねじナット５２等がねじ成形装置１０ａの進退駆動部として作用する。

さらに、ねじ成形装置１０ａは、フレーム１２のねじ部加工位置Ｐに対してフィラー６２を送給するローラ機構６４と、該ローラ機構６４を構成する複数のローラのうち１つであるローラ６６に接続された正電極６８と、ねじ成形装置１０ａの下端部においてねじ部加工位置Ｐを中心に配置された複数の負極板６９とを有する。なお、各負極板６９は負電極７０に夫々接続されると共に、絶縁材６９ａによってハウジング３０から絶縁されている。

ここで、ローラ６６は金属製であって、フィラー６２と正電極６８とは電気的に導通する。また負極板６９は、スプリング７２の作用下に弾性的にフレーム１２に接触して電気的に導通する。そして、正電極６８及び負電極７０は上記電圧印加制御部２８に接続されており、ねじ部加工位置Ｐの近傍に配置されるフィラー６２の先端部と、フレーム１２との間に高電圧を印加することができる。

また、ねじ成形装置１０ａの下方には絶縁内筒７４が設けられており、ねじ成形ツール３２はこの絶縁内筒７４内を進退駆動される。フィラー６２は、ねじ部加工位置Ｐの方向に向かって延在する絶縁チューブ７６内を通って送給される。

図３は、本実施形態に係るねじ成形ツール３２の拡大正面図を示している。図２及び図３に示されるように、ねじ成形ツール３２は、テーパ状の先端部８０と、該先端部８０の上方に連続して設けられた円柱部８２と、さらに該円柱部８２の上方に連続して設けられたねじ成形部８４とを有する。

先端部８０は、下方に向かって尖ったテーパ状の円錐形である。該先端部８０はフレーム１２に雌ねじを形成するための下穴である穴１００（図７参照）を形成する部分であって、円柱部８２は穴１００の形状が安定化するように作用する。これらの先端部８０及び円柱部８２は、下穴成形部８６として一体に構成されている。

また、先端部８０には、螺旋突起８０ａと、該螺旋突起８０ａの凹部分に形成されている螺旋溝８０ｂとが設けられている。これら螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂは、後述する雌ねじを形成するための螺旋突起８４ａ等とは異なり、穴１００の形成時、所謂バーリング加工時に、フレーム１２を下方に押し出すために設けられる。なお、螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂは、必ずしも先端部８０の全体に設ける必要はなく、該先端部８０の一部のみに設けるものとしてもよい。

また、先端部８０には、該先端部８０とフレーム１２と間の摩擦効果を高めるためのダル加工や、先端部８０の強度を増加させるための超硬材コーティング等を形成してもよい。

ねじ成形部８４は、穴１００に雌ねじを形成するための部分であり、円柱部８２よりも大径の螺旋突起８４ａと、該螺旋突起８４ａの凹部分に形成されている螺旋溝８４ｂとが設けられている。なお、螺旋突起８４ａ及び螺旋溝８４ｂは、必ずしもねじ成形部８４の全体に設ける必要はなく、該ねじ成形部８４の一部のみに設けるものとしてもよい。

また、ねじ成形部８４によるねじ形成は、例えば、フレーム１２が薄板の場合等では該フレーム１２の材料をねじ部１４（図８参照）として有効に活用する必要があるため、切削加工ではなく転造加工により行われるのが好ましい。なお、転造加工では切削加工と比べて切削くずが発生しないため、切削くず除去のための工程や装置を省略することができる。

また、本実施形態において、下穴成形部８６における螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂの螺旋の方向と、ねじ成形部８４における螺旋突起８４ａ及び螺旋溝８４ｂの螺旋の方向とは同一の方向になるように設けられている。

ここで、螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂと、螺旋突起８４ａ及び螺旋溝８４ｂとは必ずしも同ピッチである必要はなく、また螺旋突起８０ａの外径は、ねじ成形部８４による雌ねじ形成後、ねじ成形ツール３２をフレーム１２部から引き抜く際に、上記雌ねじを破損しない形状にする必要がある。

なお、本実施形態においてねじ成形部８４と下穴成形部８６とは一体に構成しているが、これに限らず、ねじ成形部８４と下穴成形部８６とを着脱自在に構成してもよく、この場合には、摩耗の程度によりいずれか一方が個別に交換可能となる。

次に、以上のように構成されるねじ成形装置１０ａを用いて、フレーム１２のねじ部加工位置Ｐにねじ部１４（図１０参照）を形成するねじ成形方法について、図４に基づき説明する。なお、以下の説明では表記したステップ番号順に処理が実行されるものとする。

図４におけるステップＳ１において、ロボット駆動部２２の作用下にロボット１６を動作させ、ねじ成形装置１０ａをフレーム１２に接近させて、負極板６９を接触させる。このとき、予め設定されたねじ部加工位置Ｐがねじ成形ツール３２の進退する軸上に配置されるようにする。

ステップＳ２において、図５に示されるように、フィラー送給制御部２６の作用下にフィラー６２を送給し、該フィラー６２の先端部を絶縁チューブ７６から突出させた後、電圧印加制御部２８の作用下に正電極６８に高電圧を印加してアークＡを発生させる。ここで、フィラー６２の先端はねじ部加工位置Ｐの近傍に配置されていることから、アークＡはフィラー６２の先端とねじ部加工位置Ｐとの間に発生し、このアークＡによってねじ部加工位置Ｐが予備加熱されて軟化する。そして、所定時間が経過した後、高電圧の印加を停止してアークＡを消滅させる。

また、ステップＳ２においては、半自動アーク溶接と同じ要領によりフィラー６２によりアークＡを発生させると共に該フィラー６２を溶融させてねじ部加工位置Ｐに対して肉盛り処理を行うことも可能である。この場合、後述するステップＳ５における肉盛り処理は省略可能である。

ステップＳ３において、ボールねじ３６及びねじ成形ツール３２を第１モータ３８の作用下に高速で回転させると共に、第２モータ４０の作用下に下方へ向けて駆動する。このとき、第２モータ４０は、第１モータ３８の回転速度に応じて、ねじ成形ツール３２が適当な速度で進行するように速度制御される。

なお、本実施形態における下穴成形部８６に設けられた螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂは、上記のように、ねじ成形部８４に設けられた螺旋突起８４ａ及び螺旋溝８４ｂと同一の方向に螺旋が形成されている。よって、この場合のねじ成形ツール３２の回転方向は、後述するねじ成形部８４にて雌ねじを形成する時の回転方向（以下、順方向とする（図８中の矢印Ａ方向））とは逆の回転方向（以下、逆方向とする（図５中の矢印Ｂ方向））に設定される。

これにより、後述するステップＳ６における穴１００の形成時に、図１６ｂに示されるように、先端部８０からフレーム１２への押圧力の方向は、下方（進行方向）及び斜め下方に対して生じる。これにより、フレーム１２を下方に押しながら拡径することが可能となり、図１０に示されるような略椀状の穴１００及びねじ部１４を形成することができる。

ステップＳ４において、図６に示されるように、ねじ成形ツール３２の先端部８０がねじ部加工位置Ｐに当接した後、ねじ成形ツール３２がねじ部加工位置Ｐを適当な力で押圧する加圧力制御となるように第２モータ４０を駆動し、ねじ部加工位置Ｐを摩擦熱により加熱する。

ステップＳ５において、フィラー送給制御部２６の作用下にフィラー６２を再度送給し、該フィラー６２の先端をねじ部加工位置Ｐに当接させる。ねじ部加工位置Ｐは加熱されて高温となっていることからフィラー６２は溶融して、ねじ部加工位置Ｐが肉盛りされ、肉盛部１０１が得られる。フィラー６２は所定量送給された後、やや引き戻されて退避する。

なお、ねじ部加工位置Ｐにおける板厚が厚いときにはステップＳ５におけるフィラー６２の供給による肉盛りを省略してもよい。

ステップＳ６において、図７に示されるように、ねじ成形ツール３２の回転を図７中の矢印Ｂ方向に維持したまま摩擦熱を発生させながらさらに進行させて、穴１００を形成する。当初、穴１００は先端部８０の最先部によって形成された後、同先端部８０のテーパ面によって拡径され、さらに円柱部８２が挿通することにより形状が安定化する。

ここで、先端部８０には螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂが設けられており、且つ先端部８０の回転方向が逆方向（図７中の矢印Ｂ方向）とされているため、上記のように、図１０にて示されるような略椀状の穴１００が形成される。これにより、穴１００の周囲には、図７中に示されるように、均一且つ十分な板厚Ｗと、十分な深さＤが確保される。

また、本実施形態によれば、穴１００周囲に十分な板厚が確保されるようになるため、先端部８０の押圧速度を高速（例えば、１０ｍｍ／ｓｅｃ程度）で駆動することが可能となり、加工速度及び作業効率の向上が期待できる。

ステップＳ７において、ねじ成形ツール３２の回転を図７中の矢印Ｂ方向に保持した状態で、モータ制御部２４により第２モータ４０を上記ステップＳ６における回転方向とは反対に回転させ、ねじ成形ツール３２を微小距離上方に向けて駆動させてフレーム１２より若干引き抜き、次いで、第１モータ３８を上記ステップＳ６における回転方向とは反対に回転させ、ねじ成形ツール３２を図７中の矢印Ａ方向、つまり順方向に回転させる。

ところで、ねじ成形ツール３２がフレーム１２内で該フレーム１２と接触している際に、ねじ成形ツール３２の回転方向を逆転させてしまうと、当該逆転動作の途中でねじ成形ツール３２の回転が一旦ゼロになることで摩擦熱が引き、これによりフレーム１２が収縮してしまい、ねじ成形ツール３２が該フレーム１２に食いつかれるという不具合を生じる恐れがある。しかしながら、本実施形態では、上記のように、ねじ成形ツール３２の回転を保持した状態で上方に向けて駆動させてフレーム１２より引き抜き、次いで、ねじ成形ツール３２の回転を逆転するようにしているため、上記のような不具合の発生を防止することができる。

ステップＳ８において、モータ制御部２４により第１モータ３８の回転方向は順方向（図７中の矢印Ａ方向）のままで、第２モータ４０の回転方向を逆回転させ、ねじ成形ツール３２を下方に駆動させる。そして、円柱部８２が穴１００に挿入された後、第１モータ３８の回転速度を低下させて、ボールねじ３６及びねじ成形ツール３２を低速で回転させる。また、第２モータ４０の回転数を制御し、ねじ成形ツール３２が１回転する間に該ねじ成形ツール３２がねじ成形部８４の螺旋突起８４ａのピッチｔ（図７参照）だけ進行するように同期させる。これにより、図８に示すように、螺旋突起８４ａが穴１００に螺合するようにタップ加工され、雌ねじ１０２を有するねじ部１４が形成される。

ステップＳ９において、第１モータ３８及び第２モータ４０を逆回転させ、ねじ成形ツール３２をねじ部１４から抜き取る。このとき、第１モータ３８と第２モータ４０とを同期させて、ねじ成形ツール３２が１回転する間に該ねじ成形ツール３２がピッチｔだけ後退するように同期させる。ねじ成形部８４がねじ部１４から抜き取られた後にはねじ成形ツール３２を高速で後退させてもよい。

その後、ロボット１６を動作させることによりねじ成形装置１０ａをフレームから離間させる。複数のねじ部１４を形成する場合には、次のねじ部加工位置Ｐへねじ成形装置１０ａを移動させて、同様の手順により加工を続行すればよい。

なお、ステップＳ２及びステップＳ４によるフレーム１２の加熱による軟化処理は、上記したようにステップＳ２、Ｓ４の両ステップを実行する他に、どちらか一方のステップを選択的に実行してもよい。

また、ステップＳ２及びステップＳ５でのフィラー６２による肉盛りは、必ずしも行う必要はなく、フレーム１２の板厚が十分である場合等では省略可能である。

以上のように、本実施形態に係るねじ成形装置１０ａによれば、ねじ成形ツール３２を回転させながらねじ部加工位置Ｐに押圧して、螺旋突起８０ａ及び螺旋溝８０ｂを備える先端部８０によってねじ部加工位置Ｐに穴１００を形成する。これにより、穴１００の板厚を十分に確保することができるため、先端部８０の押圧速度を高速で駆動させることが可能となり、加工速度を向上させることができる。

また、ねじ成形ツール３２における下穴成形部８６とねじ成形部８４の螺旋の方向が同一であることから、ねじ成形ツール３２の作製が容易である。

また、上記のような十分な板厚を有する穴１００に、ねじ成形部８４により雌ねじ１０２を形成するため、略椀状で均一なねじ部１４を得ることができ、ねじ部１４の強度を高めることができる。

さらに、フィラー６２を供給して肉盛りを行うことから、ねじ部加工位置Ｐの板厚が薄い場合であっても適用可能であり、強度の高いねじ部１４が得られる。

さらにまた、アークＡを発生させてねじ部加工位置Ｐの予備加熱を迅速に行うことから、ねじ成形ツール３２を押圧させながら回転させて摩擦熱を発生させる時間を短縮することができ、結果として加工時間を短縮することができる。また、ねじ成形ツール３２のねじ部加工位置Ｐに対する押圧力及び発生熱量が小さくて済み、ねじ成形ツール３２に対する熱負荷及び応力が低減して高寿命化を図ることができると共に、フレーム１２の変形量が低減できる。

また、アークＡを発生させる手段としてフィラー６２を用いることから、加熱手段としてのトーチ等が不要であって構成が簡便であり、しかも加熱手段をねじ部加工位置Ｐに対して接近させ又は退避させる機構及び工程が不要である。

ところで、ねじ成形ツール３２の軸と加熱位置がずれた場合には、図９に示されるように、加熱が充分である部分Ｂ１が大きく変形し、加熱が不十分である部分Ｂ２の変形が小さく、穴１００が歪んだ形状となる。しかしながら、本実施形態におけるねじ成形装置１０ａでは、アークＡを発生させるためのフィラー６２の先端部は、ねじ部加工位置Ｐの略上方に配置されていることから、ねじ部加工位置Ｐを略中心として加熱することができる。このため、図１０に示されるように、歪みの少ないねじ部１４が形成可能である。

次に、本発明の実施形態２につき、図１１を参照して説明する。図１１は実施形態２に係るねじ成形装置１０ｂの側面断面図を示している。なお、図１１において上記実施形態１におけるねじ成形装置１０ａと同符号が付されているものは、同一又は同様な構成であって、同一又は同様な機能及び効果を奏するものとして、その詳細な説明を省略する。

ねじ成形装置１０ｂは上記ねじ成形装置１０ａと比較した場合、ねじ成形ツール３２の替わりにねじ成形ツール３３を備えている点が相違する。

図１２は、ねじ成形ツール３３の拡大正面図を示している。図１１及び図１２に示されるように、ねじ成形ツール３３は、テーパ状の先端部８１と、この先端部８１の上方に連続して設けられた円柱部８２とを備える下穴成形部８７と、そのさらに上方に連続して設けられたねじ成形部８４とを有する。

先端部８１は、実施形態１における先端部８０と比較して、螺旋突起８１ａ及び螺旋溝８１ｂにおける螺旋の方向が逆方向となっている点が相違する。即ち、本実施形態におけるねじ成形ツール３３では、下穴成形部８７における螺旋突起８１ａ及び螺旋溝８１ｂの螺旋の方向と、ねじ成形部８４における螺旋突起８４ａ及び螺旋溝８４ｂの螺旋の方向とが反対の方向になるように構成されている。

次に、以上のように構成されるねじ成形装置１０ｂを用いて、フレーム１２のねじ部加工位置Ｐにねじ部１４（図１０参照）を形成するねじ成形方法について図１３に基づき説明する。図１３は、本実施形態に係るねじ成形方法の手順を示すフローチャートである。なお、図１３のフローチャートと図４のフローチャートとは、ステップＳ３の替わりにステップＳ３０が実行され、ステップＳ７が省略されている点が相違する以外は同様なステップが実行されるため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ３０において、ボールねじ３６及びねじ成形ツール３２を第１モータ３８の作用下に高速で回転させると共に、第２モータ４０の作用下に下方へ向けて駆動する。このとき、第２モータ４０は、第１モータ３８の回転速度に応じて、ねじ成形ツール３２が適当な速度で進行するように速度制御される。

なお、本実施形態における下穴成形部８７に設けられた螺旋突起８１ａ及び螺旋溝８１ｂは、上記のようにねじ成形部８４に設けられた螺旋突起８４ａ及び螺旋溝８４ｂと反対の方向に螺旋が形成されていることから、この場合のねじ成形ツール３２の回転方向は、ねじ成形部８４にて雌ねじを形成する時の回転方向、即ち図１１中の矢印Ａ方向に示す順方向に設定される。これにより、穴１００の形成時に、先端部８１からフレーム１２への押圧力の方向は、下方（進行方向）及び斜め下方に対して発生するため、本実施形態においても図１０に示されるような略椀状の穴１００及びねじ部１４を形成することが可能となる。

このように、本実施形態に係るねじ成形装置１０ｂによれば、上記のようなねじ成形ツール３３を用いてねじ部１４を形成するため、上記実施形態１と比べて、下穴形成時（ステップＳ６）とねじ成形時（ステップＳ８）との間で、ねじ成形ツールを逆回転させながら微小距離上方に向けて駆動する工程（ステップＳ７）を省略することができ、ねじ成形装置１０ｂの制御を簡素化すると共に、加工時間を短縮することが可能となる。

以上、各実施形態により本発明を説明したが、これに限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、上記各実施形態では、ねじ部加工位置Ｐを予備加熱するためにアークＡを発生させる例について説明したが、この加熱手段はトーチ等であってもよい。また、加熱手段をねじ部加工位置Ｐの裏面に設け、裏面から予備加熱を行ってもよい。

また、上記各実施形態でのねじ成形ツール３２、３３における円柱部８２は必ずしも設ける必要はなく、使用条件等によっては省略してもよい。

なお、上記各実施形態におけるねじ成形装置は、使用形態や設置場所、更には製造コスト等を考慮して選択的に適用が可能である。

ねじ成形装置を備えるロボットとコントローラの略式機能ブロック図である。本発明の実施形態１に係るねじ成形装置の側面断面図である。実施形態１に係るねじ成形ツールの拡大正面図である。実施形態１に係るねじ成形方法の手順を示すフローチャートである。アークにより予備加熱を行う様子を示す一部切欠斜視図である。ねじ成形ツールにより摩擦熱を発生させると共に、フィラーを溶融させて肉盛りをする様子を示す一部切欠斜視図である。ねじ部加工位置に穴を形成する様子を示す一部切欠斜視図である。ねじ成形部により雌ねじを形成する様子を示す一部切欠斜視図である。ねじ成形ツールの軸と加熱位置がずれた場合に形成される歪んだねじ部の断面図である。ねじ成形ツールの軸と加熱位置が一致している場合に形成される歪みの少ないねじ部の断面図である。本発明の実施形態２に係るねじ成形装置の側面断面図である。実施形態２に係るねじ成形ツールの拡大正面図である。実施形態２に係るねじ成形方法の手順を示すフローチャートである。従来方法により形成されたねじ部の断面図である。従来方法により形成され破損を生じたねじ部の断面図である。図１６ａは、従来方法による下穴形成時におけるねじ成形ツールの押圧方向を示す説明図である。図１６ｂは、本発明による下穴成形時におけるねじ成形ツールの押圧方向を示す説明図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ…ねじ成形装置１２…フレーム
１４…ねじ部１６…ロボット
２０…コントローラ３２、３３…ねじ成形ツール
３４…チャック３６…ボールねじ
３６ｂ、８０ｂ、８１ｂ、８４ｂ…螺旋溝
３８…第１モータ４０…第２モータ
４２…スプラインナット６２…フィラー
６４…ローラ機構６８…正電極
６９…負極板７０…負電極
８０、８１…先端部８０ａ、８１ａ、８４ａ…螺旋突起
８２…円柱部８４…ねじ成形部
１００…穴１０２…雌ねじ
Ａ…アークＰ…ねじ部加工位置

Claims

テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが同一の方向に設定されたねじ成形ツールを用い、
前記ねじ成形ツールを回転させながら金属板に押圧して、前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程と、を備え、
前記第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とを逆方向とすることを特徴とするねじ成形方法。
テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが反対の方向に設定されたねじ成形ツールを用い、
前記ねじ成形ツールを回転させながら金属板に押圧して、前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程と、を備え、
前記第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とを同一の方向とすることを特徴とするねじ成形方法。
請求項１又は２記載のねじ成形方法において、
前記ねじ成形ツールは、前記第１の螺旋溝と前記第２の螺旋溝との間に、円柱部が設けられており、
前記第１の工程では、前記第１の螺旋溝で前記金属板に穴を形成した後、該形成した穴を前記円柱部でさらに成形することを特徴とするねじ成形方法。
金属板に雌ねじを形成するためのねじ成形ツールと、
前記ねじ成形ツールを回転させる回転駆動部と、
前記ねじ成形ツールを進退させる進退駆動部と、
前記回転駆動部と前記進退駆動部とを制御する制御手段と、を備え、
前記ねじ成形ツールは、テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、且つ前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが同一の方向に設定されている場合に、
前記制御手段は、前記ねじ成形ツールを回転させながら前記金属板に押圧して前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第１の工程の後に前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とが逆方向となるように前記回転駆動部を制御することを特徴とするねじ成形装置。
金属板に雌ねじを形成するためのねじ成形ツールと、
前記ねじ成形ツールを回転させる回転駆動部と、
前記ねじ成形ツールを進退させる進退駆動部と、
前記回転駆動部と前記進退駆動部とを制御する制御手段と、を備え、
前記ねじ成形ツールは、テーパ状の先端部に第１の螺旋溝が設けられた下穴成形部と、前記下穴成形部よりも基端側で第２の螺旋溝が設けられたねじ成形部とを有し、且つ前記第１の螺旋溝における螺旋の方向と、前記第２の螺旋溝における螺旋の方向とが反対の方向に設定されている場合に、
前記制御手段は、前記ねじ成形ツールを回転させながら前記金属板に押圧して前記下穴成形部により前記金属板に穴を形成する第１の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向と、前記第１の工程の後に前記ねじ成形ツールを回転させて前記ねじ成形部により前記穴に雌ねじを形成する第２の工程における前記ねじ成形ツールの回転方向とが同一の方向となるように前記回転駆動部を制御することを特徴とするねじ成形装置。
請求項４又は５記載のねじ成形装置において、
前記ねじ成形ツールは、前記第１の螺旋溝と前記第２の螺旋溝との間に、円柱部が設けられており、
前記第１の工程では、前記第１の螺旋溝で前記金属板に穴を形成した後、該形成した穴を前記円柱部でさらに成形することを特徴とするねじ成形装置。