JP5042931B2 - 転造ボルト - Google Patents

Description

本発明は、緩み防止機能を有する転造ボルトに関する。更に詳しくは、並目ねじと細目ねじとを転造することで緩み防止を図る機能を備えた二重螺子構成の転造ボルトに関する。

近年、緩み防止機能を有する種々のボルト及びその製造方法が研究、開発されその結果の成果が種々提案されている。例えば、ボルト軸部の先端部から所定位置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位置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ボルト構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

このボルトでは、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、ボルト及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。

特許文献１には、このようなボルトが、旋盤による切削加工、並目平ダイス、細目平ダイスによる転造加工、並目ロールダイス、細目ロールダイスによる転造加工で加工できることが記載されている。
又、本発明者らは、螺子転造ダイスのうち少なくとも１つが並目螺子を展開した並目螺子山の山部と、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。）をそ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に対応する突起とを有するボルトの製造方法および製造装置に関する技術などを開示している（例えば、特許文献２参照）。

更にこれに関する螺子転造ダイスの製造方法に関する技術も開示している（例えば、特許文献３参照）。
特許第３７７０３２０号公報 特許第３５４６２１１号公報 特許第３５３４１１７号公報

二重螺子構成の転造ボルトを製造するための螺子転造ダイスは、螺子転造ダイス材料に所定の切削を施し螺子転造部を形成し製造される。この螺子転造ダイスで、丸棒状のボルト素材に押圧し転造しながら転造ボルトを製造する。この螺子転造ダイスを用いると転造ボルトを大量に且つ短時間に製造できる。

緩み防止機能を有する転造ボルトは、例えば、前述のとおり、並目螺子と細目螺子の設けられた二重螺子構成の転造ボルトである。この転造ボルトを製造するため螺子転造ダイスで転造する際は、丸棒状のボルト素材に徐々に押圧し、丸棒状のボルト素材の外形形状を徐々に変形させ螺子形状にする。

螺子転造ダイスの周期的に変化する溝の深さは、並目螺子山の谷底の位置と突起を形成するために展開した細目螺子の細目螺子山の谷底の位置とが互いに最もよく重なり合う部分で最も深く、両者の位置が最もずれている部分で最も浅くなっている。このため、従来の螺子転造ダイスで二重螺子構成の転造ボルトを転造する場合、各角度位置における断面である溝部の断面積が異なるため、各断面における溝部への材料充填率に差が生じる。すなわち、溝部の断面積の小さい部位から順に充填し、溝部の断面積の大きい部位が最後に充填される。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。

この結果、転造加工を行う場合、びびり振動、騒音等の原因となるおそれがあった。また、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生じるおそれがあった。

さらに、従来の螺子転造ダイス１０１では、並目螺子山の一部に形成される細目螺子山（小突起）１０６の形状に、部分的な小突起の凸部の両側に小谷部１０６Ａ、大谷部１０６Ｂが形成される部位がある（図１８参照）。このような部位では、転造の進行とともに、小谷部１０６Ａ側が先に充填されてしまうため、小谷部１０６Ａ側からの押圧力Ｆ１と大谷部１０６Ｂ側からの押圧力Ｆ２に差が生じる。そのため、転造ボルト１０３側では、転造ボルト１０３の螺子山形状が変形して精度低下が生じ、転造ボルト１０３が不良品となってしまうおそれがあった。また、螺子転造ダイス１０１側でも、細目螺子山の形状が変形したり、破損したりするおそれがあった。

また、転造ボルト１０３転造の際、びびり振動、激しい負荷変動等があったりすると、螺子転造ダイス１０１の弱い部分の損傷が生じる。そして、螺子転造ダイス１０１が損傷すると、新しい螺子転造ダイスとの交換を余儀なくされる。このことは、螺子転造ダイス交換に伴なう生産性の低下を招くとともに、転造ボルトのコストアップの要因にもなっている。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために創案されたもので、次の目的を達成する。

本発明の目的は、高品質に、生産性が高く製造することができる二重螺子構成の転造ボルトを提供することにある。

本発明の他の目的は、螺子転造加工時に、びびり振動、負荷変動等が発生することがない螺子転造ダイスで転造された二重螺子構成の転造ボルトを提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の転造ボルトは、
標準的な第１のピッチの並目螺子と、前記第１のピッチより小さいピッチである第２のピッチの細目螺子とが、外周部に、転造により製造された二重螺子構成の転造ボルトであって、前記並目螺子の螺子山は、この螺子山の山頂と谷底との中間にある略中央部から谷底側にねじ面が形成された谷部を有するものであり、前記細目螺子の螺子山は、前記並目螺子の螺子山の前記略中央部から山頂側に、周期的に形成された突起であるとともに、前記並目螺子の螺子山に形成される前記細目螺子の谷部の両側の山部のうち、一方の前記山部が大山部に、他方の前記山部が小山部に形成される部位において、前記小山部側を、所定の角度範囲内において、前記細目螺子の螺子山の谷底部の高さに合わせた平坦部にしたものであることを特徴とする。

本発明２の転造ボルトは、本発明１において、
前記平坦部と、前記並目螺子のフランクとの境界部がＲ形状になっていることを特徴とする。

本発明３の転造ボルトは、本発明１または２において、
前記転造ボルトは、螺子転造ダイスで転造加工されたものであることを特徴とする。

本発明４の転造ボルトは、本発明３において、
前記螺子転造ダイスは、螺子転造ダイス材料に、並目螺子山に対応する山頂部を平坦にした形状を有する第１の除肉工具を、前記細目螺子山に対応する突起の最大高さ以下の位置まで送り込み、前記螺子転造ダイス材料の一部分を除肉することにより、前記螺子転造ダイス上に並目螺子山の山部が形成され、前記除肉後の螺子転造ダイス材料に、細目螺子山の形状を有する第２の除肉工具を、前記螺子転造ダイス上の並目螺子山の山部分の谷部から前記細目螺子山に対応する突起の形状に合わせて移動させ、前記螺子転造ダイス材料を除肉することにより、前記螺子転造ダイスの細目螺子山の谷部分、及び前記細目螺子山の山部両側に形成される谷部のうち小谷部側を前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせて平坦になる突起が形成されたものであることを特徴とする。

本発明５の転造ボルトは、本発明４において、
前記細目螺子山の前記突起は、前記第１の除肉工具で一部分が除肉された前記螺子転造ダイス材料に、前記第２の除肉工具の先端形状より大きい半径の先端形状に形成された第３の除肉工具により所定の角度範囲内の細目螺子山の谷部分が形成された後、前記第２の除肉工具により残りの角度範囲内の前記細目螺子山の谷部分、及び、前記突起が形成されたものであることを特徴とする。

本発明６の転造ボルトは、本発明４または５において、
前記第２の除肉工具、及び、前記第３の除肉工具による加工は、前記螺子転造ダイスの軸線の周り方向、前記軸線と平行な方向、及び、前記軸線と直交する方向の位置及び速度を同期制御し、前記螺子転造ダイス材料を除肉する切削加工であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の転造ボルトである二重螺子構成の転造ボルトは、転造に伴なう負荷を均等化させるようにし、バランスのとれた状態で螺子転造ダイスにより転造加工され、機械的強度、耐久性を向上させた並目螺子山と細目螺子山とを形成することができる。従って、この二重螺子構成の転造ボルトは、大量生産が可能で、機械的強度、耐久性の向上した品質を有するものとすることができた。また、螺子転造ダイスによる転造加工で大量に製造することができるので、安価に供給することができ、経済的効果も大である。

以下、本発明の転造ボルトである二重螺子構成の転造ボルト（以下、二重螺子ボルトと記載する）の実施の形態について、図をもとに詳細に説明する。この二重螺子ボルトは、螺子転造ダイスによって転造加工され製造されたものである。

図１は、本発明の二重螺子ボルトを示す外観図、図２は、二重螺子ボルトの軸部のねじ形状の展開図である。図３は、第１の螺子転造ダイスで転造加工した二重螺子ボルトに細目ナット、並目ナットをねじ込んだ状態を示す断面図、図４は、第２の螺子転造ダイスで転造加工した二重螺子ボルトに細目ナット、並目ナットをねじ込んだ状態を示す断面図である。

二重螺子ボルト５０、５５は、頭部５０Ｂ、軸部５０Ａとからなっている。なお、図１では、ボルト種類を六角ボルトとして図示しているが、四角ボルト、六角穴付ボルト、すり割り付きボルト、すり割り付き小ねじ、十字穴付き小ねじ等他の種類のボルト、小ねじ等であってもよい。
二重螺子ボルト５０の軸部５０Ａには、ねじに関する規格で定められた標準的なピッチの並目螺子の螺子山（並目螺子山）５３、並目螺子のピッチより小さいピッチ（この実施の形態では１／２のピッチ）の細目螺子の螺子山（細目螺子山）５２、平坦部５１等が形成されている。並目螺子は、並目螺子山５３の略中央部から谷底５３ｂ側にねじ面５３ｃが形成された谷部を有する標準的なピッチで形成された螺子である。細目螺子は、並目螺子山５３の略中央部から山頂５２ｂ側に、並目螺子のピッチより小さいピッチで周期的に形成される突起からなる螺子である。

〔実施の形態１〕
二重螺子ボルトの実施の形態１を図１〜３に従って説明する。
実施の形態１の二重螺子ボルト５０は、並目螺子山５３の谷部に、並目螺子である雌ねじが形成された並目ナット４８の山部がねじ込まれる（図３参照）。細目螺子の細目螺子山５２には、細目螺子である雌ねじが形成された細目ナット４７がねじ込まれる（図３参照）。そして、細目ナット４７と並目ナット４８とは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、細目ナット４７と並目ナット４８との間の接触面に反発力が働き、並目ナット４８が緩み方向に回転するのを防止することができる。

例えば、二重螺子ボルト５０の中心位置を部位１８０°、上端位置を部位２７０°、下端位置を９０°として図示すると、二重螺子ボルト５０の形状は図１に示すようになる。図１において、部位１３５°及び部位２２５°の位置が、細目螺子山５２が平坦部５１になる境界位置である。又、並目螺子山５３の谷部は、所定のピッチ（ねじに関する規格で定められた標準的なピッチ）で連続する螺旋形状となっている。この二重螺子ボルト５０の軸部５０Ａに形成された二重螺子を展開すると、図２のようになる。

図３（ａ）は、図１における部位０°の角度位置を示す断面図、図３（ｂ）は、図１における部位９０°の角度位置を示す断面図、図３（ｃ）は、図１における部位１８０°の角度位置を示す断面である。なお、部位２７０°の角度位置を示す断面図は、部位９０°の勝手違いの形状のものであり、図示を省略している。部位９０°の角度位置（図３（ｂ））に示すように、細目螺子山５２に形成される大山部、小山部のうち小山部５２ｓを細目螺子山の谷部の谷底部の高さに合わせて平坦にした平坦部５１が形成されている。二重螺子ボルト５０の平坦部５１と並目螺子山５３のフランクとの角部は小さなＲ形状に構成されているとよい。

この平坦部５１は、図１、２で示すように、部位１３５°から２２５°の位置を除く範囲において、前述のように小山部５２ｓ側に山部を形成せず平坦形状としている。この平坦部５１は、図２に示すように二重螺子ボルトの一周分にわたって形成されている。

図３において、部位１８０°位置、及び部位１８０°近傍では、両方の山部の大きさが同じであり中間に谷部が形成されている。部位１８０°の位置を挟んで部位１３５°から２２５°の角度位置の範囲は、小山部側をなだらかに傾斜させ、部位１３５°及び部位２２５°の位置（または、部位１３５°近傍及び部位２２５°近傍）の位置で平坦になるように傾斜させている。このように平坦にしたのは、二重螺子ボルト５０の機械的強度、耐久性を向上させるためである。

〔実施の形態２〕
二重螺子ボルトの実施の形態２を図１、２、４に従って説明する。
図において、実施の形態２の二重螺子ボルト５５は、並目螺子山５３ａ（実施の形態１の並目螺子山５３に相当）の谷部に、並目螺子である雌ねじが形成された並目ナット４８の山部がねじ込まれる（図４参照）。細目螺子の細目螺子山５２ａ（実施の形態１の並目螺子山５２に相当）には、細目螺子である雌ねじが形成された細目ナット４７がねじ込まれる（図４参照）。

この実施の形態２の二重螺子ボルト５５は、平坦部５１ａ（実施の形態１の平坦部５１に相当）と並目螺子山５３ａのフランクとの角部５１ｂを大きなＲ形状にして構成したものである。角部５１ｂ以外の他の部位は、前述した実施の形態１の二重螺子ボルト５０と差がない。従って、二重螺子ボルト５５の外観図が図１に、軸部に形成された二重螺子の展開図が図２に相当する。
図４（ａ）は、図１における部位０°の角度位置を示す断面図、図４（ｂ）は、図１における部位９０°の角度位置を示す断面図、図４（ｃ）は、図１における部位１８０°の角度位置を示す断面である。
前述したように、この二重螺子ボルト５５は、細目螺子山５２ａと並目螺子山５３ａの谷部との間の平坦部５１ａの角部５１ｂをＲ形状にした構成のものである（図４参照）。他の構成は実施の形態１と同一であり、説明を省略する。

〔二重螺子ボルトの製造装置〕
次に、本実施の形態の二重螺子ボルトを転造加工で製造する装置について説明を行う。
図５は、二重螺子ボルトの製造装置の基本構成を示す概略図、図６は、図３、４に示された二重螺子ボルトを転造製造する螺子転造ダイスの外観図である。図５、６に示すように、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、丸棒状のボルト材料（以下「ワーク」という。）３を所定位置で支持するボルト支持部（ワークレスト）２とで構成されている。

又、図６に示した螺子転造ダイス１は、円筒形状のダイス（丸ダイス）の外周に、二重螺子ボルト形成用のための螺旋状の凹凸である転写パターン４が形成されている。この転写パターン４は、二重螺子ボルト５０、５５にねじ込まれるナット形状に準じた螺旋形状のものである。螺子転造ダイス１に関する基本的な技術、構成は、特許文献２、３に詳細に説明されているが、本実施の形態の理解を容易にするために、その前提となる螺子転造ダイス１の構成の概要について説明する。

図７は、螺子転造ダイス１の外周の展開図で、転写パターン４を平面的に模式的に展開している。外周の二重螺子構成の異なる角度位置の部位を、二重螺子ボルト５０一周の転写パターン４に沿い、Ａ〜Ｆの６分割で示し、その各部位Ａ〜Ｆに相当する断面図を図８の（Ａ）〜（Ｆ）に示している。従って、図８の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、各々、図７のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図、Ｆ−Ｆ断面図に相当する。

図７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５０、５５に対応する螺子転造ダイス１の転写パターン４の螺子形状が形成され、螺子転造ダイス１の一周分は二重螺子ボルト５０、５５の１６周分に相当する。従って、螺子転造ダイス１の外周において、角度位置の２２．５度分が二重螺子ボルト５０、５５の一周分になり、それに合致する転写パターン４が形成されている。

図８に示すように、螺子転造ダイス１の転写パターン４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」という。）５と、この並目螺子山部の谷部５ａに周期的（一定ピッチ）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部５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８に想像線６ａで示す。）と、並目螺子山部５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２対１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、並目螺子山部５の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８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が、付加的な突起６として並目螺子山部５の谷部５ａに現れている。

即ち、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。並目螺子山の断面は、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。

なお、図８（Ａ）〜（Ｆ）の断面図に示す例では、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。

次に、二重螺子ボルト５０、５５を転造加工するための螺子転造ダイスの製造方法について説明する。図９は、第１の螺子転造ダイス３１、第２の螺子転造ダイス３１Ａの製造工程の概要を示すフローチャートである。図１０（ａ）は、第１の螺子転造ダイス、第２の螺子転造ダイスの製造に用いる第１の切削工具（除肉工具）２０を示す平面図、図１０（ｂ）は、第１の螺子転造ダイス、第２の螺子転造ダイスの製造に用いる第２の切削工具（除肉工具）２５を示す平面図である。図１０（ｃ）は、第２の螺子転造ダイスの製造に用いる第３の切削工具（除肉工具）１２５を示す平面図である。

〔第１の螺子転造ダイス〕
図１１は、第１の螺子転造ダイス３１に形成されている並目螺子山の加工工程を説明するための説明図である。図１２は、突起（細目螺子山）の加工工程を説明するための説明図である。まず、第１の螺子転造ダイス３１の螺子山を切削加工するための切削工具について説明する。図１０（ａ）に示すように、第１の切削工具（除肉工具）２０は、その先端部（並目螺子山形状２１の山頂部）２２を平坦にするとともに、先端の両角部が丸みＲ１に形成された略台形状をしたバイトである。なお、図１０（ａ）において、想像線２３は通常の螺子転造ダイスに、並目螺子山を形成する際に用いられるバイトの形状を示す線である。想像線２３によって示すように、本実施の形態における第１の切削工具２０は、通常の並目螺子山の形状を有するバイトの先端部を、所要形状（平坦）に切り欠いたものに相当するものである。

図１０（ｂ）に示す第２の切削工具（除肉工具）２５は、細目螺子山に相当する形状を有するバイトであり、先端部２７には刃先の丸みＲ２が形成されている。すなわち、この第２の切削工具２５の先端部（細目螺子山形状２６の山頂部）２７は、平面視で、円弧、又は曲線（平面視）に形成されているとよく、この実施の形態では、先端部に刃先の丸みＲ２が形成されている。図１０（ｃ）に示す第３の切削工具（除肉工具）１２５は第２の切削工具２５の刃先の丸みＲ２より大きい刃先の丸みＲ３が先端部（細目螺子山形状１２６の山頂部）１２７に形成されたバイトである。

図９に示すように、第１の螺子転造ダイス３１の製造に際して、まず、素材としての螺子転造ダイス材料３０（図１１参照）の旋削工程を行い（ステップＳ１１）、続いて並目螺子山加工工程（ステップＳ１２）及び突起（細目螺子山に相当）加工工程（ステップＳ１３）を行う。

ステップＳ１２の並目螺子山加工工程では、第１の切削工具（除肉工具）２０を用いる。図１１に示すように、並目螺子山加工工程では、主軸（図示せず）前端のチャックに把持等され主軸側に固定された螺子転造ダイス材料３０を所定の回転速度（回転数）で回転させるとともに、螺子転造ダイス材料３０に、第１の切削工具２０を、図１１のＸ軸方向（主軸軸線と直交する方向）に、「突起の最大高さ以下の位置」または「突起の最大高さ以下の位置」まで送り込み、並目螺子山のピッチで図１１のＺ軸方向（主軸軸線と平行な方向）に移動させる。このとき、主軸１回転に対して、第１の切削工具２０が並目螺子山の１ピッチ分Ｚ軸方向に移動する同期制御を行う。すなわち、主軸の軸線の周り方向とＺ軸方向とは同期をとった制御がされる。この第１の切削工具２０による切削加工（除肉加工）で、螺子転造ダイス材料３０の一部分を切削する。言い換えると、螺子転造ダイス材料３０に、第１の切削工具２０による旋削加工が施される。これにより、螺子転造ダイス材料３０に並目螺子山部５が形成される。

ステップＳ１３の突起加工工程では、第２の切削工具（除肉工具）２５を用いる。この第２の切削工具２５による突起加工工程を図示すると、図１２（ａ）〜（ｈ）のようになる。図１２（ａ）〜（ｈ）に示すように、突起加工工程では、螺子転造ダイス材料３０を所定の回転速度（回転数）で回転させるとともに、並目螺子山加工工程において切削加工した後の螺子転造ダイス材料３０に、第２の切削工具２５を、Ｘ軸方向（主軸軸線と直交する方向）、Ｚ軸方向（主軸軸線と平行な方向）に移動させて、並目螺子山部５の一部分の谷部５ａから、細目螺子山の谷部及び突起６等の切削加工（除肉加工）を行う。すなわち、主軸の軸線の周り方向、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の３軸を同期をとった同時制御することで、所望の形状の螺子転造ダイスの螺子山を製造することができる。言い換えると、螺子転造ダイス材料３０に、第２の切削工具２５による複合旋削加工が施される。

このような制御を行うことにより、螺子転造ダイス材料３０に細目螺子山の谷部及び突起６が形成される。
図１２（ａ）〜（ｈ）は、主軸軸線の周り方向の４５°毎の第２の切削工具２５と螺子転造ダイス材料３０の加工状態（細目螺子山の谷部と突起等の加工状態）との関係を断面図として示した図である。なお、図１２では、細目螺子山を想像線で図示している。また、図１２（ａ）の状態を主軸軸線の周り方向の０°とし、順次、（ｂ）が４５°、（ｃ）が９０°・・（ｈ）が３１５°のように図示している。

このような第１の切削工具２０、第２の切削工具２５による加工は、ＮＣ（数値制御）旋盤、ＮＣ複合旋盤、ターニングセンタ等と呼ばれている工作機械によって施すとよい。すなわち、ＮＣ装置、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置等の制御機能を使い、主軸軸線の周り方向、Ｘ軸方向（主軸軸線と直交する方向）、Ｚ軸方向（主軸軸線と平行な方向）の３軸を同時に制御することで加工することができる。また、この加工に使用するＮＣプログラムは、自動プログラミング等と呼ばれている機能を使用すると容易にプログラムすることができてよい。

その後、（１）焼き入れ、（２）焼き戻しの熱処理工程（ステップＳ１４）を行う（図９参照）。これにより、図に示す断面形状を有した第１の螺子転造ダイス３１が得られる。

次に、第１の螺子転造ダイス３１の構成の中で、特徴部分について説明する。図１３は、第１の螺子転造ダイス３１の断面図であり、図８に相当する螺子転造ダイスの断面図である。二重螺子ボルトに相当する一周分の部位を８分割し、異なる角度で１８０°範囲までの転写パターン３２を部位０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°の角度位置で示した断面図である。図１３は、並目螺子山Ｂのフランクと平坦部（断面形状において）との角のＲ形状３３が小さい場合の断面図である。

又、第１の螺子転造ダイス３１の各部位２２５°、２７０°、３１５°の角度位置において、部位２２５°は部位１３５°の場合の勝手違いの形状パターンであり、部位２７０°は部位９０°の場合の勝手違いの形状パターンであり、部位３１５°は部位４５°の場合の勝手違いの形状パターンである。図１３において、部位３４は、第１の螺子転造ダイス３１に形成された谷部を示し、符号３９は、第１の螺子転造ダイス３１に形成された平坦部に相当する部位を示している。

細目螺子山Ａの山部両側に形成される谷部のうち、小谷部３８側（図１３）を細目螺子山Ａの山部の山頂部の高さに合わせて平坦にしている。例えば、部位１３５°の角度位置の場合、図に示すパターンの並目螺子山Ｂとの境界の部位が従来であると、二点鎖線で示す小谷部３８の形状になるべきところを図に示すように平坦にしている。

この平坦部３９は、部位１３５°から２２５°の角度位置を除く角度位置において、前述したように小谷部３８側に谷部を形成せず、突起側の上部を、即ち細目螺子山Ａの山頂部を平坦形状としている。この平坦形状は、二重螺子ボルトの平坦部（断面視において）に相当するように設けられている。

図１３の断面図では、部位１８０°の角度位置以外、部位０°、４５°、９０°、１３５°の角度位置の全ての小谷部側は、平坦形状としている。すなわち、所定の範囲内における小谷部側を、細目螺子山の山頂部に合わせた円筒面となっている。部位１８０°の角度位置の場合は、両谷部の大きさが同じであり両側に谷部が配置されている。又、部位１８０°の角度位置を挟んで、部位１３５°から２２５°の角度位置の範囲は、小谷部側をなだらかに傾斜させ、部位１３５°または部位１３５°近傍、及び、部位２２５°または部位２２５°近傍で平坦になるように傾斜させている。このように平坦にしたのは、平坦にしない場合に、部位９０°近傍から２７０°近傍の領域（例えば、部位９０°近傍の領域、部位２７０°近傍等の領域）に現れる細目螺子山Ａの浅い方の溝（小谷部３８）を取り除き、螺子転造ダイスで転造加工を行う際、その部分に発生する応力集中を緩和するためである。

第１の螺子転造ダイス３１による二重螺子ボルト５０の転造過程の材料流動状態の説明を行う。
図１４は、図１における部位０°、９０°、１８０°の角度位置における断面図で、材料流動の進行状態をイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、トの７段階に分けて示した図である。すなわち、一対の第１の螺子転造ダイス３１を、同一方向に回転させながら互いの間の距離を狭めていったときの材料の流動変化状態を模式的に示している。

図１４イ〜ハに示すように、第１の螺子転造ダイス３１がワーク３に徐々に押し込まれるに従い、ワーク３はまず第１の螺子転造ダイス３１の並目螺子山Ｂの表面に沿って塑性変形しながら並目螺子山の谷部（断面の溝部）を埋めていく。すなわち、二重螺子ボルト５０の並目螺子山５３が形成されていく。
第１の螺子転造ダイス３１は、図１４ニ〜トに示すように、ワーク３が徐々に押し込まれ、細目螺子山Ａ、並目螺子山Ｂの谷部を埋めていく。このとき、平坦部３９の面等に沿って、変形しながら谷部を埋めていく。そして、部位１８０°、部位９０°、部位０°の順に、溝部にワーク３が充填されていく。すなわち、二重螺子ボルト５０の並目螺子山５３、細目螺子山５２が形成されていく。
従来は、部位９０°の場合、図１８に示すように、矢印で示す押圧力Ｆ１、Ｆ２がアンバランスになるので、二重螺子ボルト５０の螺子山の変形、螺子転造ダイスの細目螺子山の変形または欠損が発生するおそれがあった。

しかしながら、第１の螺子転造ダイス３１は、部位９０°近傍の領域、部位２７０°近傍の領域等に現れる細目螺子山の浅い方の溝（小谷部３８）が取り除かれており、転造時にその部分に発生する応力集中を緩和することができる。さらに、第１の螺子転造ダイス３１の各角度位置での溝面積の差は、従来の製造方法で製造された螺子転造ダイスより縮小させることができる。このように溝面積の差を小さくすることにより、転造加工を行う場合のびびり振動、騒音等の発生を少なくすることができる。従って、このびびり振動による二重螺子ボルト５０の精度不良、螺子転造ダイス３１の工具寿命低下、製造装置への悪影響等の発生を抑えることができる。

〔第２の螺子転造ダイス〕
第２の螺子転造ダイス３１Ａの製造方法について説明する。第２の螺子転造ダイス３１Ａの製造工程は、第１の螺子転造ダイス３１とほぼ同一であり、第１の螺子転造ダイス３１の製造方法と突起加工工程Ｓ１３が異なるのみであるので、その工程を中心に説明を行う。すなわち、第１の切削工具２０による並目螺子山Ｂの切削加工と、第２の切削工具２５による切削加工の間に、第３の切削工具１２５による切削加工を行い、所定の角度範囲における細目螺子山の谷部の加工の一部を行う。

図１５は、第２の螺子転造ダイスの突起（細目螺子山）を加工する加工工程を示す説明図、図１６は、第２の螺子転造ダイスの螺子転造ダイスの断面図であって、各角度部位毎に示した図、図１７は、第２の螺子転造ダイスで転造加工を行ったときの流動状態を説明するための説明図である。
図１５（ａ）〜（ｈ）は、主軸軸線の周り方向の４５°毎の第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５と螺子転造ダイス材料３０の加工状態（細目螺子山の谷部と突起等の加工状態）との関係を断面図として示した図である。なお、図１５では、細目螺子山を想像線で図示している。また、図１５（ａ）の状態を主軸軸線の周り方向の０°とし、順次、（ｂ）が４５°、（ｃ）が９０°・・（ｈ）が３１５°のように図示している。

図１５（ａ）〜（ｈ）に示すように、この製造方法による突起加工工程では、螺子転造ダイス材料３０を所定の回転速度（回転数）で回転させるとともに、並目螺子山加工工程において切削した後の螺子転造ダイス材料３０に、第３の切削工具１２５、第２の切削工具２５を、Ｘ軸方向（主軸軸線と直交する方向）、Ｚ軸方向（主軸軸線と平行な方向）に移動させて、並目螺子山部５の一部分の谷部５ａから、細目螺子山部の谷部及び突起６等の加工を行う。すなわち、主軸の軸線の周り方向、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の３軸を同期をとった同時制御することで、所望の形状の螺子転造ダイスの螺子山を製造することができる。言い換えると、螺子転造ダイス材料３０に、第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５による複合旋削加工が施される。これにより、螺子転造ダイス材料３０に細目螺子山の谷部及び突起６が形成される。

細目螺子山の谷部に相当する溝輪郭は、まず刃先の丸みＲ３（≧Ｒ２）の第３の切削工具１２５により、細目の溝輪郭に合わせて加工する。この場合、部位０°から９０°、部位２７０°から部位３６０°の領域は細目の溝深さを一定とし、部位９０°から部位２７０°の領域は細目の溝輪郭に合わせて徐々に浅くなるように加工する。
次に、部位９０°から部位２７０°の領域の細目溝を刃先の丸みＲ２（≦Ｒ３）の第２の工具２５により細目の溝輪郭に合わせて加工する。さらに、部位９０°近傍の領域、２７０°近傍の領域等に現れる細目の浅い方の溝（小谷部３８）を取り除くように加工する。この第２の切削工具２５、第３の切削工具１２５での切削加工により、螺子転造ダイス材料３０に細目螺子山の谷部及び突起６を形成することができる。

図１６は、第２の螺子転造ダイス３１Ａであり、図８の螺子転造ダイスの断面図に相当するものである。二重螺子ボルトに相当する一周分の部位を８分割し、異なる角度で１８０°範囲までの転写パターン３２を部位０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°の角度位置で示した断面図である。
図１６は、並目螺子山Ｂのフランクと平坦部（断面形状において）との角のＲ形状３３が大きい場合の断面図である。また、図１６において、部位３４は、第２の螺子転造ダイス３１Ａに形成された谷部を示し、符号３９は、第１の螺子転造ダイス３１Ａに形成された平坦部に相当する部位を示している。

第２の螺子転造ダイス３１Ａでも、細目螺子山Ａの山部両側に形成される谷部のうち、小谷部３８側（図１６）を細目螺子山Ａの山部の山頂部の高さに合わせて平坦にしている。例えば、従来であると、二点鎖線で示す小谷部３８の形状になるべきところを図に示すように平坦にしている。

この平坦部３９は、部位１３５°から２２５°の角度位置を除く角度位置において、前述したように小谷部３８側に谷部を形成せず、突起側の上部を、即ち細目螺子山Ａの山頂部を平坦形状としている。この平坦形状は、二重螺子ボルトの平坦部（断面視において）に相当するように設けられている。すなわち、所定の範囲内における小谷部側が、細目螺子山の山頂部に合わせた円筒面となっている。

図１６においての断面図では、部位１８０°の角度位置以外、部位０°、４５°、９０°、１３５°の角度位置の全ての小谷部側は、平坦形状としている。部位１８０°の角度位置の場合は、両谷部の大きさが同じであり両側に谷部が配置されている。又、部位１８０°の角度位置を挟んで、部位１３５°から２２５°の角度位置の範囲は、小谷部側をなだらかに傾斜させ、部位１３５°または部位１３５°近傍、及び、部位２２５°または部位２２５°近傍で平坦になるように傾斜させている。このように平坦にしたのは、第２の螺子転造ダイス３１Ａの突起部分の剛性を高めるためである。この平坦にする構成は、他の螺子山についても同様である。

第２の螺子転造ダイス３１Ａによる二重螺子ボルト５５の転造過程の材料流動状態の説明を行う。
図１７は、図１における部位０°、９０°、１８０°の角度位置における断面図で、材料流動の進行状態をイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、トの７段階に分けて示した図である。一対の第２の螺子転造ダイス３１Ａを、同一方向に回転させながら互いの間の距離を狭めていったときの材料の流動変化状態を模式的に示している。

また、第２の螺子転造ダイス３１Ａは、図１７イ〜トに示すように、ワーク３が徐々に押し込まれ、細目螺子山Ｂ、並目螺子山Ａの谷部を埋めていく。このとき、平坦部３９の面等に沿って、変形しながら谷部を埋めていく。すなわち、二重螺子ボルト５５の並目螺子山５３、細目螺子山５２が形成されていく。図１７イ〜トに示すように、第２の螺子転造ダイス３１Ａは、第１の螺子転造ダイス３１より、各角度位置での溝面積の差を、さらに縮小させることができる。また、第２の螺子転造ダイス３１Ａは、部位９０°近傍から２７０°近傍の領域（例えば、部位９０°近傍の領域、部位２７０°近傍の領域等）に現れる細目螺子山Ａの浅い方の溝（小谷部３８）が取り除かれており、転造時にその部分に発生する応力集中を緩和することができる。

このように、第１、２の螺子転造ダイス３１、３１Ａは、溝面積の差を小さくすることにより、転造加工を行う場合のびびり振動、騒音等の発生を最小限とすることができる。また、転造時に一部の部分に発生する応力集中を緩和することができる。従って、このびびり振動による二重螺子ボルト５０、５５の精度不良、螺子転造ダイスの工具寿命低下、製造装置への悪影響等の発生を抑えることができる。

従って、螺子転造加工時の付加変動等の発生を最小限とし、螺子転造ダイスが損傷し、その損傷した螺子転造ダイスの交換を頻繁に行う必要もなくなり、二重螺子ボルト製造の生産性を低下させることがない。
また、本実施の形態の二重螺子ボルト５０、５５は、転造に伴なう負荷を均等化させるようにし、バランスのとれた状態の螺子転造ダイス３１、３１Ａにより転造加工され、機械的強度、耐久性を向上させた並目螺子山５３と細目螺子山５２とを形成することができる。また、この二重螺子ボルト５０、５５は、大量生産が可能で、機械的強度、耐久性の向上した品質を有するものである。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態で説明した内容に限定されないことはいうまでもない。例えば、二重螺子ボルトを転造する螺子転造ダイスは、平ダイスであってもよい。すなわち、丸ダイスの転写パターンを平面に展開したような形状の平ダイスを上下に配置し、上下の平ダイスを平行に移動させて転造を行ういわゆる平ダイスによる転造加工を行ってもよい。

図１は、本発明の転造ボルトを示す外観図である。 図２は、転造ボルトのねじ形状の展開図である。 図３は、第１の螺子転造ダイスで転造加工した転造ボルトに細目ナット、並目ナットをねじ込んだ状態を示す断面図である。 図４は、第２の螺子転造ダイスで転造加工した転造ボルトに細目ナット、並目ナットをねじ込んだ状態を示す断面図である。 図５は、転造ボルトの製造装置を示す概略図である。 図６は、図５の螺子転造ダイスを示す外観図である。 図７は、図６の螺子転造ダイスの外周の転写パターンの一部の平面展開図である。 図８は、図７に示す各部位の断面図で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、それぞれ、図７のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線で切断した断面図である。 図９は、螺子転造ダイスの製造工程を示すフロー図である。 図１０は、螺子転造ダイスを製造するための切削工具を示す部分平面図で、（ａ）は、第１の切削工具を示し、（ｂ）は、第２の切削工具を示し、（ｃ）は、第３の切削工具を示す図である。 図１１は、螺子転造ダイスの並目螺子山を加工する加工工程を示す説明図である。 図１２は、第１の螺子転造ダイスの突起（細目螺子山）を加工する加工工程を示す説明図である。 図１３は、第１の螺子転造ダイスの螺子転造ダイスの断面図であって、各角度部位毎に示した図である。 図１４は、第１の螺子転造ダイスで転造加工を行ったときの流動状態を説明するための説明図である。 図１５は、第２の螺子転造ダイスの突起（細目螺子山）を加工する加工工程を示す説明図である。 図１６は、第２の螺子転造ダイスの螺子転造ダイスの断面図であって、各角度部位毎に示した図である。 図１７は、第２の螺子転造ダイスで転造加工を行ったときの流動状態を説明するための説明図である。 図１８は、従来の転造加工の問題点を説明するための断面図である。

符号の説明

１，３１，３１Ａ…螺子転造ダイス
２…ボルト支持部
３…ボルト材料（ワーク）
４、３２…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
２０…第１の切削工具
２５…第２の切削工具
１２５…第３の切削工具
３０…螺子転造ダイス材料
３９…平坦部
５０、５５…転造ボルト
５１、５１ａ…平坦部
５２、５２ａ…突起（細目螺子山）
５３、５３ａ…並目螺子山
５０Ａ…軸部
５０Ｂ…頭部
Ａ…細目螺子山
Ｂ…並目螺子山

Claims (6)

1. 標準的な第１のピッチの並目螺子と、前記第１のピッチより小さいピッチである第２のピッチの細目螺子とが、外周部に、転造により製造された二重螺子構成の転造ボルトであって、
   前記並目螺子の螺子山は、この螺子山の山頂と谷底との中間にある略中央部から谷底側にねじ面が形成された谷部を有するものであり、
   前記細目螺子の螺子山は、前記並目螺子の螺子山の前記略中央部から山頂側に、周期的に形成された突起であるとともに、前記並目螺子の螺子山に形成される前記細目螺子の谷部の両側の山部のうち、一方の前記山部が大山部に、他方の前記山部が小山部に形成される部位において、前記小山部側を、所定の角度範囲内において、前記細目螺子の螺子山の谷底部の高さに合わせた平坦部にしたものである
   ことを特徴とする転造ボルト。
2. 請求項１に記載の転造ボルトにおいて、
   前記平坦部と、前記並目螺子の螺子山のフランクとの境界部がＲ形状になっている
   ことを特徴とする転造ボルト。
3. 請求項１または２に記載された転造ボルトにおいて、
   前記転造ボルトは、螺子転造ダイスで転造加工されたものである
   ことを特徴とする転造ボルト。
4. 請求項３に記載された転造ボルトにおいて、
   前記螺子転造ダイスは、
   螺子転造ダイス材料に、並目螺子山に対応する山頂部を平坦にした形状を有する第１の除肉工具を、前記細目螺子山に対応する突起の最大高さ以下の位置まで送り込み、前記螺子転造ダイス材料の一部分を除肉することにより、前記螺子転造ダイス上に並目螺子山の山部が形成され、
   前記除肉後の螺子転造ダイス材料に、細目螺子山の形状を有する第２の除肉工具を、前記螺子転造ダイス上の並目螺子山の山部分の谷部から前記細目螺子山に対応する突起の形状に合わせて移動させ、前記螺子転造ダイス材料を除肉することにより、前記螺子転造ダイスの細目螺子山の谷部分、及び前記細目螺子山の山部両側に形成される谷部のうち小谷部側を前記細目螺子山の山頂部の高さに合わせて平坦になる突起が形成されたものである
   ことを特徴とする転造ボルト。
5. 請求項４に記載された転造ボルトにおいて、
   前記細目螺子山の前記突起は、
   前記第１の除肉工具で一部分が除肉された前記螺子転造ダイス材料に、前記第２の除肉工具の先端形状より大きい半径の先端形状に形成された第３の除肉工具により所定の角度範囲内の細目螺子山の谷部分が形成された後、前記第２の除肉工具により残りの角度範囲内の前記細目螺子山の谷部分、及び、前記突起が形成されたものである
   ことを特徴とする転造ボルト。
6. 請求項４または５に記載された転造ボルトにおいて、
   前記第２の除肉工具、及び、前記第３の除肉工具による加工は、
   前記螺子転造ダイスの軸線の周り方向、前記軸線と平行な方向、及び、前記軸線と直交する方向の位置及び速度を同期制御し、前記螺子転造ダイス材料を除肉する切削加工である
   ことを特徴とする転造ボルト。
   

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