JP4751358B2 - ねじ形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状のワークに対して所定ピッチのねじを効率よく良好に形成することのできるねじ形成装置に関する。

一般に、ねじの形成法として、バイトその他の工具を用いてねじを削りだす切削加工法と、ダイスを用いて素材を塑性変形させる転造加工法がよく知られている。このうち、転造加工法には、一対の平ダイスの間で素材を転がす平ダイス式、一対の丸ダイスの間で素材を転がす丸ダイス式、及びロータリダイスとその外周に設けられるリング状のセグメントダイスとの間で素材を転がすプラネタリ式があるが、いずれの方式も切削加工法に比べて量産が可能で、しかも加工時に切粉を発生しないなどの利点をもつ。このため、ねじの多くは転造加工法により形成されている。

しかし、転造加工法は、ダイスの相互間で素材を加圧しながら転がすので、円筒状の素材（ワーク）に対するねじの形成には適さず、対象となる素材には中実軸が用いられるために雄ねじの形成に限られ、雌ねじの形成には切削加工法が多用されている。

ここに、円筒状のワークにねじを形成する装置として、外周面に螺旋溝を有してワーク内に挿入される回転自在な内型と、外周にねじ成形用の凸条が設けられる押圧ローラとを備え、その押圧ローラを軸方向に移動させながら内型と共に回転されるワークに押し付けるようにしたものが発案されている（例えば、特許文献１）。

特開平６−１９０４７７号公報

しかしながら、特許文献１によれば、回転されるワークに対し、外周に凸条を有する押圧ローラが押し付けられる構成としていることから、押圧ローラそれもねじの形成に必要な凸条の摩耗が著しく、押圧ローラを早期に交換しなければならなくなるという問題がある。

又、回転されるワークに押圧ローラを押し付ける構成では、ワークに偏肉を生じ易く、凸条による加圧部分では他の部分に比較して肉厚が小さくなる減肉状態（材質にもよるが概ね減肉率７０％程度）を生じるため、その減肉部分の強度が低下し、最悪の場合には亀裂を発生する虞がある。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は円筒状のワークに大きな偏肉や減肉を生じさせることなく、ねじを好適に形成することのできる装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、
円筒状のワークにねじを形成する装置であり、
前記ワーク内に挿入されるものであって、周方向に分割された複数の分割体から構成されて前記ワークの内側でその径方向に開閉可能とされた内駒と、
前記内駒を取り囲む状態に設けられる外駒と、
前記内駒を前記ワークの内側で開閉させる内駒開閉手段と、
前記内駒をその軸線回りに回転させる内駒回転手段と、
前記内駒をその軸線方向に移動させる内駒送り手段と、
を有し、
前記内駒の外周には螺旋状の凹溝が形成され、
前記外駒は押付手段により前記ワークの外周部に交互に押し付けられる第１駒と第２駒を備え、その第１駒と第２駒はそれぞれ前記内駒の凹溝に対応する円弧状の凸条を有して前記内駒の周方向に交互に配列されることを特徴とする。

又、上記のように構成されるねじ形成装置において、前記内駒開閉手段は、内駒内に挿入される先細りの操作軸と該操作軸を軸方向に移動させる駆動部とを含み、前記操作軸の先端部による押圧力により前記内駒を構成する各分割体がワークの内面に押し付けられるようにしたことを特徴とする。

加えて、前記第１駒と第２駒とをワークの外周部に対して交互に押し付けるための前記押付手段として、前記外駒の外周に回転自在なカムが設けられることを特徴とする。

更に、前記カムは、内周がカム輪郭面とされるリング状で、その外周面には歯部が形成されることを特徴とする。

本発明に係るねじ形成装置によれば、ワーク内に挿入される内駒と該内駒を取り囲む状態に設けられる外駒とを有し、内駒の外周には螺旋状の凹溝が形成され、外駒は前記ワークの外周部に交互に押し付けられる第１駒と第２駒を備え、その第１駒と第２駒には内駒の凹溝に対応する円弧状の凸条が形成されることから、ワークと外駒を相対回転せずしてワークに凹溝と同ピッチのねじを形成することができ、ワークに偏肉や局部的な減肉が生じることも防止できる。このため、加工品の品質、信頼性が向上し、可燃性の流体が流される管などにもねじを形成して高い安全性を保証することができる。

又、第１駒と第２駒が周方向に交互に配列されることから、ワークを周囲から均等に加圧してワークや内駒に曲げ荷重が作用することを防止でき、しかも第１駒と第２駒を干渉させることなくワークに押し付けて螺旋状に連なったねじを形成できる。

加えて、内駒が複数の分割体に分割されて径方向に開閉可能とされていることから、外駒をワークの外周部に押し付けるときに、これに対応するワークの内周面に分割体を押し付けて、ワークの変形を防止し、その真円度を保つことができ、しかも内駒を閉じることによりワークに対する抜き差しを容易に行うことができる。

又、内駒をワークの内側で開閉させる内駒開閉手段を備えることから、ワークの外周部に対する外駒の押し付け動作に連動して内駒をワークの内周面に密着させることができ、更に内駒をその軸線回りに回転させる内駒回転手段を備えることから、内駒を構成する各分割体を第１駒や第２駒の位置に対応させることができ、しかも内駒をその軸線方向に移動させる内駒送り手段を備えていることから、内駒の回転による凹溝と凸条との位置ずれを修正することができる。

特に、内駒開閉手段は、内駒内に挿入される先細りの操作軸と該操作軸を軸方向に移動させる駆動部とを含み、操作軸の先端部による押圧力により内駒を構成する各分割体がワークの内面に押し付けられるようにしていることから、操作軸の移動量を調整することによりワークの内周面に対する各分割体の押圧力を調整することができる。

又、外駒の外周に、第１駒と第２駒とをワークの外周部に対して交互に押し付けるための回転自在なカムが設けられることから、電気的な誤動作を発生することなく第１駒と第２駒の交互動作を確実に行うことができ、しかもそのカムは内周がカム輪郭面とされるリング状で、その外周面には歯部が形成されることから、歯車伝導方式によりカムの回転量を容易に制御することができる。

以下、本発明に係るねじ形成装置の具体的な構成例を図面に基づいて詳しく説明する。先ず、図１により本装置の構成を概説すれば、１はレベル調整が可能なベースであり、そのベース１上には油圧装置２と架台３が設置され、その架台３上にベッド４が設けられている。

５はベッド４の一端部に直立状に取り付けた固定板で、その固定板５にはリング状のギア６が回転自在に取り付けられている。このギア６は後述する外駒を取り囲んでその外駒に確定運動を行わしせるカムとなるものであり、その外周面には歯部６ａが形成されている。

７はギア６に外接噛み合いする駆動ギアであり、この駆動ギア７はモータ８のロータ軸に固着されている。９はモータ８のロータ軸を回転自在に支持する軸受ユニットであり、この軸受ユニット９は架台３の下部に固定されている。

又、架台３の一端部上にはギア６に正対してワークホルダ１０が設けられる。ワークホルダ１０は移動テーブル１１上に支柱１２を固着し、その支柱１２の上端に円筒状のワークＷを固定するバイス１３を取り付けた構成であり、これによりワークＷがギア６と同心位置に固定されるようになっている。

尚、本例において、加工対象のワークＷは自動車の給油口を成すもので、それは燃料タンクに接続する給油管の端部に一体に形成されるが、加工対象はこれに限らず、円筒状のものであればよい。

ここに、ワークホルダ１０は、ギア６の軸線方向（図１の左右方向）に移動可能とされており、これに保持されたワークＷにねじを形成するに際してはワークホルダ１０がギア６側に移動され、ワークＷがギア６の内部に進入される。１４はワークホルダ１０を移動させるアクチュエータ（油圧装置２により駆動される油圧シリンダ）であり、移動テーブル１１はそのアクチュエータ１４を挟んで架台３上に敷設される左右一対のガイドレール１５によりギア６の軸線方向に摺動自在にして支持されている。

一方、ベッド４上には、ワークホルダ１０で保持されたワークＷに対向して内駒２０とその駆動ユニット２１が設けられる。尚、内駒２０は固定板５を貫通し、その先端部がギア６の内側でワークＷ内に挿入されるようになっている。

図２は内駒とその駆動ユニットを示した部分断面図である。図２から明らかなように、ベッド４上には左右一対のガイドレール２２が敷設され、そのガイドレール２２上にスライド２３を介して移動テーブル２４が設けられている。又、ベッド４上にはガイドレール２２，２２の間でアクチュエータ２５（図１の油圧装置２で駆動される油圧シリンダ）が取り付けられ、その伸縮ロッド２５ａが移動テーブル２４に接続されている。そして、アクチュエータ２５の駆動により、移動テーブル２４がガイドレール２２に沿って移動する構成としてある。尚、移動テーブル２４及びアクチュエータ２５は内駒２０をその軸線方向に移動させる内駒送り手段を構成するもので、これによる内駒２０の移動方向は上記ギア６の軸線方向に合致されている。

２６は移動テーブル２４上に据え付けた軸受ユニット、２７は軸受ユニット２６で回転自在に支持されるスリーブであり、そのスリーブ２７の一端外周には回転板２８が固着され、スリーブ２７の他の一端外周にはピニオン２９が固着されている。そして、回転板２８に内駒２０が取り付けられる一方、ピニオン２９にはラック３０が直交状態に噛み合わされている。尚、ラック３０は移動テーブル２４上に摺動自在に配置され、図示せぬアクチュエータにより長さ方向に往復移動される。これによれば、ラック３０の直進運動をピニオン２９によりスリーブ２７の回転運動に変換し、そのスリーブ２７に固着される回転板２８を介して内駒２０を回転させることができる。つまり、ラック３０やピニオン２９は内駒２０をその軸線回りに回転させる内駒回転手段を構成するが、ラック３０は内駒２０の回転を規制するロック装置としても機能する。

ここで、内駒２０はその中心部にテーパ状の貫通孔２０ａを有する中空構造物であり、その先端は円筒形のノーズ部２０ｂとされ、そのノーズ部２０ｂの外周には螺旋状の凹溝２０ｃが形成されている。又、ノーズ部２０ｂとは反対の一端には鍔部２０ｄが形成されると共に、その鍔部２０ｄの裏面にスライド３１が固着され、そのスライド３１が回転板２８に固着したガイドレール３２に係合されている。

特に、本例において、内駒２０は図３のように周方向に分割され、その各分割体２０１，２０２，２０３が筒状に組み合わさって径方向に開閉する構成とされている。尚、ガイドレール３２は、内駒２０の分割数（本例において３つ）に対応して複数が放射状に配置され、そのガイドレール３２にスライド３１を介して各分割体２０１，２０２，２０３が摺動自在に支持されている。又、各分割体２０１，２０２，２０３は、弾性部材３３により閉じ方向（軸線の周囲に結集して径が縮小する方向）に付勢され、閉じられた状態ではノーズ部２０ｂの外径が加工対象とされるワークの内径よりも小さくなるよう調整されている。

本例において、上記弾性部材３３は圧縮コイルバネで、各分割体２０１，２０２，２０３の鍔部２０ｄには係る弾性部材３３を収容する孔２０ｅが穿設されており、回転板２８には弾性部材３３内に挿入されるガイド軸３４を支持するアーム３５が取り付けられている。そして、弾性部材３３はアーム３５により圧縮された状態で孔２０ｅ内に収容され、各分割体２０１，２０２，２０３から成る内駒２０に対して閉じる方向の付勢力を与えている。

又、図２において、３６は内駒２０を開閉させるための先細りの操作軸（マンドレル）であり、この操作軸３６はスリーブ２７により軸方向に摺動自在に支持され、その先端部は回転板２８の中心部を貫通して内駒２０内に挿入されている。３７は操作軸３６の一端を支持する軸受ブロックで、この軸受ブロック３７は操作軸３６の軸方向に沿って移動テーブル２４に敷設したガイドレール３８上にスライド３９を介して支持されている。又、４０は操作軸３６をその軸方向に移動させる駆動部（図１に示した油圧装置２により駆動される油圧シリンダ）であり、これは移動テーブル２４上に据え付けられ、その伸縮ロッド４０ａがジョイント４１を介して軸受ブロック３７に接続されている。そして、その駆動部４０を駆動して操作軸３６を軸方向に移動させることにより、内駒２０の開閉が行われる構成とされている。つまり、操作軸３６や駆動部４０は内駒２０を開閉させる内駒開閉手段を構成するもので、操作軸３６を内駒２０側に押し込んだときには、内駒２０の中心に穿設されるテーパ状の貫通孔２０ａが操作軸３６の先端部で押圧されることにより、各分割体２０１，２０２，２０３が弾性部材３３の付勢力に抗して外周側に移動され、それらが操作軸３６を中心に放射状に広がって開かれるようになっている。

尚、図２において、４２は内駒２０の軸方向の移動を規制するストッパであり、このストッパ４２は移動テーブル２４に対向してベッド４に固定されている。又、４３はスリーブ２７内に配置されて操作軸３６を軸方向に摺動自在に支持する軸受メタル、４４は軸受ユニット２６内に設けた軸受メタル、４５は軸受ブロック３７内にあって操作軸３６の一端部を回転自在に支持する軸受メタル、４６はスリーブ２７と操作軸３６の相対的な回転を規制するロックピンであり、このロックピン４６はスリーブ２７の一端から操作軸３６の軸方向に形成される長孔内に挿入されている。

次に、図４は外駒を示す。この図で明らかなように、外駒５０はシャンク状の駒本体５０ａ、駒本体５０ａの一端部に回転自在に設けられるローラ５０ｂ、及び駒本体５０ａの他端部に取り付けられるチップ５０ｃから構成される。このうち、駒本体５０ａには後述する弾性部材の一端を支持する受座５０ｄが形成されている。又、チップ５０ｃは超硬金属などから成るもので、これには上記内駒２０の凹溝２０ｃに対応してねじ形成用の凸条５０ｅが形成されている。尚、係る凸条５０ｅはワークの外径に適合する曲率を有した円弧状であるが、これはワークに形成すべきねじのリード角に対応してチップ５０ｃの厚さ方向に傾斜している。

図５は外駒５０を装置に組み込んだ状態を示す。この図で明らかなように、外駒５０はチップ５０ｃを内向きにして、ワークＷ及びその内部に挿入された内駒２０（ノーズ部２０ｂ）を中心に複数が放射状に設けられ、その各外駒５０により内駒２０のノーズ部２０ｂおよびワークＷが取り囲まれるようになっている。尚、本例において、外駒５０は６つが６０度間隔に配置される。それら外駒５０は同一の構成であるが、各外駒５０のチップ５０ｃは凸条５０ｅの形成位置がそれぞれ異なっており、それら凸条５０ｅが内駒２０の凹溝２０ｃ（図２参照）に対応して螺旋状を成す配置となっている。

特に、外駒５０は動作態様により３つ一組の第１駒５１と第２駒５２との２組に区分され、その第１駒５１と第２駒５２がそれらの中心部に置かれるワークＷの外周部に交互に押し付けられる態様となっている。又、第１駒５１と第２駒５２は内駒２０およびワークＷの周方向の交互に配列され、第１駒５１同士および第２駒５２同士が隣り合わないようにされており、これにより第１駒５１と第２駒５２が互いに干渉せずして動作することが可能とされる。尚、外駒５０は、第１駒５１と第２駒５２の全てが上記弾性部材５３により外周側に付勢され、図５の状態では弾性部材５３の働きにより外駒５０（第１駒５１および第２駒５２）の全てがワークＷから離間されている。

ここに、上記ギア６の内周は、第１駒５１と第２駒５２を確定運動されるためのカム輪郭面６ｂとされ、そのカム輪郭面６ｂに対し、従節となる外駒５０のローラ５０ｂが弾性部材５３の付勢力にて押し付く構成とされている。

図５から明らかなように、カム輪郭面６ｂは円周上に３つの円弧状凸面部６ｂ１を等間隔に設けた形態で、その円弧状凸面部６ｂ１が１２０度毎に現れるようになっている。つまり、図５では各外駒５０のローラ５０ｂが円弧状凸面部６ｂ１から外れて同一円周上に位置しているが、この状態を初期位置としてギア６を３０度ずつ間欠回転駆動すると、先ず３つの外駒５０（例えば第１駒５１）がワークＷに向かって進行し、次いでこれが退行し、その後で別の外駒５０（例えば第２駒５２）がワークＷに向かって進行するという動作が行われる。

尚、図５において、５４はギア６に固定した環状のガイドレール、５５はガイドレール５４に摺動自在に係合するレール受である。

次に、図６は外駒の取付部分を示した部分断面図であり、図７はその一部を拡大して示している。図６から明らかなように、上記レール受５５は固定板５（図１参照）に固定され、そのレール受５５でギア６が回転自在に支持されている。

又、図７で明らかなように、上記固定板５にはガイドレール５６が取り付けられ、そのガイドレール５６にスライド５７を介して外駒５０が支持される構成とされている。尚、ガイドレール５６は外駒５０の数に対応して複数（本例において６つ）が放射状に設けられる。

又、固定板５にはガイドレール５６に近接して外駒５０の受座５０ｄに対応する受座５８が固定され、その両受座５０ｄ，５８の間に上記弾性部材５３が配置されている。従って、外駒５０は弾性部材５３により図７の上方に常時付勢され、上記ギア６のカム輪郭面６ｂにてローラ５０ｂが加圧されたときには、外駒５０のチップ５０ｃが図７の下方に移動して凸条５０ｅがワークの外周部に押し付けられることになる。

ここで、以上のように構成されるねじ形成装置の動作について説明すれば、ワークにねじを形成する加工前において、外駒５０は図５に示した初期位置にあってワークＷから全て離間されており、内駒２０は閉じた状態でそのノーズ部２０ｂがワークＷ内に挿入される。

この状態において、先ず図８(ａ)のようにギア６を３０度だけ回転させることにより内駒２０の各分割体２０１，２０２，２０３に対応する位置にある外駒５０（図示例において第１駒５１）をワークＷに向けて押し込み、次いで内駒２０を開いてそのノーズ部２０ｂをワークＷの内周面に押し付ける。これにより、第１駒５１の各凸条５０ｅ（図８では符号省略）でワークＷの外周部が内駒２０の凹溝２０ｃ（図８では符号省略）内に押し込まれ、当該部分が塑性変形するために、ワークＷにはその内側に隆起する不連続のねじ山が形成されることになる。

しかして、図８(ｂ)のように、ギア６を上記と同方向（逆も可）に３０度回転させることにより、第１駒５１を初期位置に復帰させる一方、内駒２０を閉じ、これを６０度回転させて各分割体２０１，２０２，２０３を上記とは別の外駒５０（図示例において第２駒５２）と対応する位置まで移動させる。ここに、内駒２０を回転させると、凹溝２０ｃと各分割体の凸条５０ｅが対応しなくなるので、内駒２０はその回転動作に前後して凹溝２０ｃのピッチ（本例において６．３５ｍｍ）に回転量（６０／３６０）を乗じた分だけ軸線方向に移動（内駒２０の回転方向に応じて凹溝２０ｃがワークに対して退行した場合は進行方向に移動、凹溝２０ｃがワークに対して進行した場合は退行方向に移動）させる。

次に、図８(ｃ)のように、ギア６を３０度だけ上記と同方向（逆も可）に回転させることにより内駒２０の各分割体２０１，２０２，２０３に対応する位置にある外駒５０（図示例において第２駒５２）をワークＷに向けて押し込み、これに続いて内駒２０を再度開き、そのノーズ部２０ｂをワークの内周面に押し付ける。これにより、第２駒５２の各凸条５０ｅで先に形成されたねじ山の不連続部分におけるワークＷの外周部が内駒２０の凹溝２０ｃ内に押し込まれ、当該部分が塑性変形するために、ワークＷには連続したねじ山が形成されることになる。

その後、図８(ｄ)のように、ギア６を上記と同方向（逆も可）に３０度回転させることにより、第２駒５２を初期位置に復帰させる一方、内駒２０を閉じ、これを６０度回転（図２のラック３０の移動距離に関係して上記とは逆向きに回転）させて各分割体２０１，２０２，２０３を先の外駒５０（図示例において第１駒５１）と対応する位置まで移動させる。ここに、この場合も内駒２０の回転により、凹溝２０ｃと各分割体の凸条５０ｅが対応しなくなるので、内駒２０はその回転動作に前後して凹溝２０ｃのピッチに回転量を乗じた分だけ軸線方向に移動させる。そして、その後、ワークＷ内から内駒２０を脱出させるべくワークホルダ１０（図１参照）を退行させれば、ねじが形成された加工済ワークを取り出すことができる。

図９は加工済ワークを示す斜視図であり、これは例えば自動車の車体に固定されて燃料をタンクに注入するための給油口となり、当該部分がねじ結合する図示せぬキャップで開閉可能とされる。

以上、本発明の構成例を説明したが、外駒５０を構成する第１駒５１と第２駒５２は上記例のように３つ１組であることに限らず、それらは２つ１組でも４つ１組などでもよい。又、ギア６（カム）に代えて、外駒５０を個々にアクチュエータで駆動する構成としてもよい。

更に、内駒２０は第１駒５１や第２駒５２と同数に分割されていることが好ましいが、これを第１駒５１や第２駒５２より多い、又は少ない数の分割体で開閉可能に構成してもよい。

本発明に係るねじ形成装置を示す側面図 内駒とその駆動ユニットを示す部分断面図 内駒の正面図 外駒の正面図 外駒の配置態様を示す正面図 外駒の取付部分を示す部分断面図 図６の一部を拡大して示した断面図 本装置の動作例を示す説明図 本装置による加工済みワークを示す斜視図

６ ギア（カム）
６ａ 歯部
６ｂ カム輪郭面
１０ ワークホルダ
２０ 内駒
２０１，２０２，２０３ 分割体
２０ｂ ノーズ部
２０ｃ 凹溝
２４ 移動テーブル（内駒送り手段）
２５ アクチュエータ（内駒送り手段）
２９ ピニオン（内駒回転手段）
３０ ラック（内駒回転手段）
３６ 操作軸（内駒開閉手段）
４０ 駆動部（内駒開閉手段）
５０ 外駒
５０ｅ 凸条
５１ 第１駒
５２ 第２駒

Claims (4)

1. 円筒状のワークにねじを形成する装置であり、
   前記ワーク内に挿入されるものであって、周方向に分割された複数の分割体から構成されて前記ワークの内側でその径方向に開閉可能とされた内駒と、
   前記内駒を取り囲む状態に設けられる外駒と、
   前記内駒を前記ワークの内側で開閉させる内駒開閉手段と、
   前記内駒をその軸線回りに回転させる内駒回転手段と、
   前記内駒をその軸線方向に移動させる内駒送り手段と、
   を有し、
   前記内駒の外周には螺旋状の凹溝が形成され、
   前記外駒は押付手段により前記ワークの外周部に交互に押し付けられる第１駒と第２駒を備え、その第１駒と第２駒はそれぞれ前記内駒の凹溝に対応する円弧状の凸条を有して前記内駒の周方向に交互に配列されることを特徴とするねじ形成装置。
2. 前記内駒開閉手段は、内駒内に挿入される先細りの操作軸と該操作軸を軸方向に移動させる駆動部とを含み、前記操作軸の先端部による押圧力により前記内駒を構成する各分割体がワークの内面に押し付けられるようにしたことを特徴とする請求項１記載のねじ形成装置。
3. 前記第１駒と第２駒とをワークの外周部に対して交互に押し付けるための前記押付手段として、前記外駒の外周に回転自在なカムが設けられることを特徴とする請求項１、又は２記載のねじ形成装置。
4. 前記カムは、内周がカム輪郭面とされるリング状で、その外周面には歯部が形成されることを特徴とする請求項３記載のねじ形成装置。

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