JP5496655B2 - 多重ねじ転造ダイスの製造方法および多重ねじ転造ダイスならびにこれを用いた多重ねじボルトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、緩み防止機能を有する多重ねじボルトの製造に用いられる多重ねじ転造ダイスの製造方法および多重ねじ転造ダイスならびにこれを用いた多重ねじボルトの製造方法に関する。

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、本発明者らは、特許文献１において、並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、並目ねじ山の谷部に並目ねじと同一方向のつる巻き線を持ち並目ねじよりもピッチが小さくかつピッチが異なる複数の細目ねじをそれぞれ展開したときに並目ねじ山の位相ずれに応じて並目ねじ山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目ねじ山に対応する突起とを有する多重ねじ転造ダイスを用いて、多重ねじボルトを転造により製造する技術を開示している。

このような多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトでは、ボルトの並目ねじ部に並目ナットを螺合させた後、細目ねじ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。このような多重ねじボルト、並目ナットおよび細目ナットにより構成される多重ねじボルト締結体によれば、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。

特許第３５４６２１１号公報

しかしながら、上記多重ねじ転造ダイスでは、並目ねじ山に重ねて細目ねじ山が形成されるというねじ山（溝）形状の特殊性から、ダイス本体端面近傍においてダイスが受ける応力が非常に高い。そのため、多重ねじ転造ダイスは、通常の単一ねじ転造用ダイスに比べて、細目ねじ加工部の耐久性、特に耐チッピング性が劣ってしまうという欠点がある。

そこで、本発明においては、細目ねじ加工部の耐久性を向上した多重ねじ転造ダイスの製造方法および多重ねじ転造ダイスならびにこれを用いた多重ねじボルトの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の多重ねじ転造ダイスの製造方法は、並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と並目ねじ山との位相ずれに応じて並目ねじ山の谷部に周期的に形成された細目ねじ山に対応する突起とを備えた多重ねじ転造ダイスの製造方法であって、ねじ転造ダイス材料に、並目ねじ山の山頂部を平坦にした形状を有する第１の切削工具を、細目ねじ山に対応する突起の最大高さ以下の位置まで送り込み、ねじ転造ダイス材料の一部分を切削することにより、ねじ転造ダイス上の並目ねじ山の山部分を形成する工程と、この第１の切削工具による切削後のねじ転造ダイス材料に、細目ねじ山の形状を有する第２の切削工具を、ねじ転造ダイス上の並目ねじ山の谷部から細目ねじ山に対応する突起の形状に合わせて送り込み、ねじ転造ダイス材料を基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置まで切削することにより、ねじ転造ダイスの並目ねじ山の谷部分および細目ねじ山に対応する突起を形成する工程とを含む。

本発明によれば、並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と並目ねじ山との位相ずれに応じて並目ねじ山の谷部に周期的に形成された細目ねじ山に対応する突起とを備えた多重ねじ転造ダイスにおいて、細目ねじ山に対応する突起が形成された部分の底部が、基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置で平坦となるように底上げされた本発明の多重ねじ転造ダイスが得られる。本発明の多重ねじ転造ダイスによれば、並目ねじ山と細目ねじ山の位相が一致する点およびその近傍で細目ねじ山の谷部の深さが規定よりも浅くなり、周期的に変化する谷部の断面積の割合が減少する。これにより、この多重ねじ転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造を行うと、ボルト材料は、多重ねじ転造ダイスによって押圧されることにより、並目ねじ山の表面に沿って塑性変形しながら並目ねじ山の山部の間を埋めていき、並目ねじ山の谷部に周期的に形成された細目ねじ山に対応する突起の表面に沿って塑性変形しながら突起の間を埋めていくが、本発明の多重ねじ転造ダイスによる転造時にはボルト材料が細目ねじ山の谷部に流れ込む際の転造荷重の変動が抑制されるので、耐チッピング性能が向上する。

ここで、第２の切削工具は、細目ねじ山の形状のチップを周縁部に備えた回転工具であることが望ましい。多重ねじ転造ダイスを第２の切削工具により切削する際、通常のバイトによって切削する場合には、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起を形成する際にその前後約０．２５回転の位置からバイトを送り込む必要がある。そのため、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起を形成する際に、前後それぞれ約０．２５回転分が切削されてしまい、チッピングを発生しやすい微小な切欠が多重ねじ転造ダイスに形成されてしまう。そこで、本発明では、細目ねじ山の形状のチップを周縁部に備えた回転工具により切削することで、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起を形成する際に、その突起の形成位置から回転工具を送り込むことを可能にする。これにより、チッピングを発生しやすい微小な切欠がほぼ消失するので、耐チッピング性能が大幅に向上する。

なお、本発明において、山部とは、並目ねじの有効径に対応する並目ねじ山の位置よりも高い部分をいい、谷部とは同位置よりも低い部分をいう。また、並目ねじとは、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ねじをいう。また、細目ねじとは、並目ねじに比べて直径に対するピッチの割合が細かく、谷が浅いねじをいう。本発明の多重ねじ転造ダイスに係る細目ねじ山のピッチは、並目ねじ山のピッチ以下であればよい。また、それぞれのねじ山の形状は、三角ねじ、台形ねじ、角ねじ、鋸歯ねじ、丸ねじ、ポールねじやその他の特殊ねじ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。

また、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ねじ山を同軸上に持つ、円柱体または円錐体のことを多重ねじという。多重ねじは、ピッチの異なるねじ山の数が２の場合、二重ねじ、３の場合、三重ねじ、４の場合、四重ねじ、・・・、ｎの場合、ｎ重ねじと呼ぶ。多重ねじは、その最も大きなピッチのねじ山と最も小さなピッチのねじ山の比をａ対ｎとするとき（ａとｎは最小の整数比）、大きなピッチのねじ山のピッチａごとにその多重ねじのねじ山の形状は周期的に変化する。

二重ねじボルトを製造する場合、多重ねじ転造ダイスとしての二重ねじ転造ダイスは、並目ねじを展開した並目ねじ山の一部と、この並目ねじ山の谷部に並目ねじと同一方向のつる巻き線を持ち並目ねじよりもピッチの小さい細目ねじ（但し、並目ねじと細目ねじのピッチの比は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ねじ山との位相ずれに応じて並目ねじ山のｂ巻きごとに周期的に現れる細目ねじ山の一部とを有するものとする。

また、多重ねじ転造ダイスが、さらに、並目ねじ山の一部および細目ねじ山の一部により形成される谷部に並目ねじと同一方向のつる巻き線を持ち細目ねじよりもさらにピッチの小さい最細目ねじ（但し、並目ねじと細目ねじと最細目ねじのピッチの比は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ねじ山の一部および細目ねじ山の一部との位相ずれに応じて並目ねじ山のｃ巻きごとに周期的に現れる最細目ねじ山の一部を有する三重ねじ転造ダイスとすることで、並目ねじ山の一部と細目ねじ山の一部と最細目ねじ山の一部とが形成された三重ねじボルトを製造することが可能である。

さらに、ｎ重ねじボルトを製造する場合、多重ねじ転造ダイスとしてのｎ重ねじ転造ダイスは、並目ねじを展開した並目ねじ山の一部と、この並目ねじ山の谷部に並目ねじと同一方向のつる巻き線を持ち並目ねじ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ねじ（但し、並目ねじと一つまたは複数の細目ねじのピッチの比は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ねじ山との位相ずれに応じて並目ねじ山のｎ巻きごとに周期的に現れるそれぞれの細目ねじ山の一部とを有するものとする。これにより、並目ねじ山の一部と複数の細目ねじ山それぞれの一部とが形成された多重ねじボルトを製造することが可能である。

また、本発明の多重ねじ転造ダイスが、丸ダイス上に並目ねじ山の一部および細目ねじ山の一部を形成したものであれば、この多重ねじ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、この多重ねじ転造ダイス間にボルト材料を押圧させることにより、多重ねじボルトを製造することができる。

また、本発明の多重ねじ転造ダイスが、平ダイス上に並目ねじ山の一部および細目ねじ山の一部を形成したものであれば、この多重ねじ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、この多重ねじ転造ダイス間にボルト材料を押圧させることにより、多重ねじボルトを製造することができる。

なお、本発明の多重ねじ転造ダイスは、所定間隔で配置する複数の多重ねじ転造ダイスのうち少なくとも一つ配置すればよいが、すべての多重ねじ転造ダイスを本発明の多重ねじ転造ダイスとすることも可能である。多重ねじ転造ダイスのうち一つを本発明の多重ねじ転造ダイスとする場合、他の多重ねじ転造ダイスは並目ねじのみを展開した通常の並目ねじダイスとする。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、本発明の多重ねじ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）ねじ転造ダイス材料に、並目ねじ山の山頂部を平坦にした形状を有する第１の切削工具を、細目ねじ山に対応する突起の最大高さ以下の位置まで送り込み、ねじ転造ダイス材料の一部分を切削することにより、ねじ転造ダイス上の並目ねじ山の山部分を形成する工程と、この第１の切削工具による切削後のねじ転造ダイス材料に、細目ねじ山の形状を有する第２の切削工具を、ねじ転造ダイス上の並目ねじ山の谷部から細目ねじ山に対応する突起の形状に合わせて送り込み、ねじ転造ダイス材料を基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置まで切削することにより、ねじ転造ダイスの並目ねじ山の谷部分および細目ねじ山に対応する突起を形成する工程とを含む多重ねじ転造ダイスの製造方法により、並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と並目ねじ山との位相ずれに応じて並目ねじ山の谷部に周期的に形成された細目ねじ山に対応する突起とを備えた多重ねじ転造ダイスにおいて、細目ねじ山に対応する突起が形成された部分の底部が、基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置で平坦となるように底上げされた本発明の多重ねじ転造ダイスが得られる。この多重ねじ転造ダイスによれば、並目ねじ山と細目ねじ山の位相が一致する点およびその近傍で細目ねじ山の谷部の深さが通常よりも浅くなり、周期的に変化する谷部の溝面積の割合が減少する。これにより、転造時にはボルト材料が細目ねじ山の谷部に流れ込む際の転造荷重の変動が抑制され、耐チッピング性能が向上する。

（２）第２の切削工具が、細目ねじ山の形状のチップを周縁部に備えた回転工具であることにより、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起を形成する際に、その突起の形成位置から回転工具を送り込むことが可能となる。これにより、チッピングを発生しやすい微小な切欠がほぼ消失するので、耐チッピング性能が大幅に向上する。

本発明の実施の形態における多重ねじボルトの製造装置を示す概略図である。 図１の平面図である。 図１の多重ねじ転造ダイスを示す斜視図である。 図３の多重ねじ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４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。 多重ねじ転造ダイスの製造手順を示すフロー図である。 （ａ）は多重ねじ転造ダイスの製造に用いる第１の切削工具を示す平面図、（ｂ）は第２の切削工具を示す平面図である。 本実施形態における多重ねじ転造ダイスの製造の並目ねじ山加工工程を示す説明図である。 突起加工工程を示す説明図である。 大ピッチ二重ねじボルト製造用のねじ転造ダイスの加工例を示す図である。 単一の切削工具を用いた多重ねじ転造ダイスの製造工程を示す図である。 細目ねじ山に対応する突起を加工する際の第２の切削工具の移動経路を示す図であって、（ａ）は第２の切削工具として回転工具を用いた場合を示す図、（ｂ）は切削工具のようなバイトを用いた場合を示す図である。 回転工具を用いて製造した多重ねじ転造ダイスの各位相における断面を示す図である。 バイトを用いて製造した多重ねじ転造ダイスの各位相における断面を示す図である。 図１３および図１４に示す多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトの図１３および図１４の（ａ）〜（ｈ）の各位相に対応する位相の位置を示す図である。 図１３に示す多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトの部分側面図である。 図１４に示す多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトの部分側面図である。

符号の説明

１ 多重ねじ転造ダイス
２ ボルト支持部
３ ボルト材料
４ 転写パターン
５ 並目ねじ山部
５ａ 谷部
５ｂ 谷底
６ 突起
６ａ 細目ねじ山の想像線
６ｂ 谷底
６ｃ 底部
１０ 回転工具
１１ チップ
２０ 第１の切削工具
２１ 並目ねじ山
２２ 先端部
２５ 第２の切削工具
２６ 細目ねじ山
２７ 先端部
２８ バイト
３０ ダイス材料
４０ 回転砥石
５０，５１ 多重ねじ転造ダイス
５２ 切欠
６０，６１ 細目ねじ山

図１は本発明の実施の形態における多重ねじボルトの製造装置を示す概略図、図２は図１の平面図、図３は図１の多重ねじ転造ダイスを示す斜視図である。
図１および図２に示すように、本実施形態における多重ねじボルトの製造装置は、多重ねじボルトとしての二重ねじボルトを製造するものであって、所定間隔で対向配置した一対の多重ねじ転造ダイス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。また、図３に示すように、多重ねじ転造ダイス１は、円筒形のダイス（丸ダイス）の外周に二重ねじ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４は図３の多重ねじ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、図５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）はそれぞれ図４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に示すように、多重ねじ転造ダイス１の外周には、製造する二重ねじボルトに対応する転写パターン４が１周につき１０個分繰り返して形成されている。多重ねじ転造ダイス１の外径は１８１．４４４ｍｍであり、二重ねじボルトは呼び径Ｍ２０で並目ねじピッチ２．５ｍｍ、細目ねじピッチ１．２５ｍｍである。したがって、二重ねじボルト１個分の転写パターン４は、多重ねじ転造ダイス１の外周１周３６０°のうち３６°の範囲に形成されていることになる。図４のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線は、それぞれ６°間隔で設けたものである。

図５の（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、多重ねじ転造ダイス１の転写パターン４（図５に実線で示す。）は、並目ねじを丸ダイスの表面に展開した基準のねじ山となる並目ねじ山の一部（以下、「並目ねじ山部」と称す。）５と、この並目ねじ山の谷部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、展開した並目ねじ山の元の並目ねじと同一方向のつる巻き線を持ち、並目ねじよりもピッチの小さい細目ねじを展開した細目ねじ山（図５に点線（想像線）６ａで示す。）と並目ねじ山との位相ずれ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、並目ねじと細目ねじのピッチの比を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、細目ねじを展開したときに並目ねじ山との位相ずれに応じて並目ねじ山のｂ巻き（図示例では１巻き）ごとに周期的に現れる細目ねじ山の一部となる。図５の（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、想像線６ａで示す細目ねじ山は、並目ねじ山との位相ずれ７によって、この並目ねじ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、細目ねじ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ねじ山の想像線６ａに対応するように、並目ねじ山に対して付加的に突出させた突起である。並目ねじ山部５は、多重ねじ転造ダイス１の表面に現れている細目ねじ山の一部（突起６の表面）を除く部分である。

但し、本実施形態における多重ねじ転造ダイス１では、突起６が形成された部分の底部６ｃが、基準となる並目ねじ山の谷底５ｂよりも浅い位置で平坦となるように底上げしている。このような多重ねじ転造ダイス１では、並目ねじ山と細目ねじ山の位相が一致する点（図５の（Ａ）参照。）およびその近傍（図５の（Ｂ），（Ｆ）参照。）で細目ねじ山の谷部の深さが規定よりも浅くなり、周期的に変化する谷部の断面積の割合が減少している。この多重ねじ転造ダイス１により転造を行った場合、ボルト材料３が細目ねじ山の谷部に流れ込む際の転造荷重の変動が抑制されるので、耐チッピング性能が向上している。なお、この底部６ｃの底上げ高さｄｈは、基準となる細目ねじ山の想像線６ａのねじ山高さＨに対して５〜５０％となるようにする。また、この底部６ｃとねじ部斜面との接合部は工具Ｒの曲面とする。

ところで、図５の（Ａ）〜（Ｆ）に示す例では、基準となる並目ねじ山の谷部５ａの谷底５ｂと、突起６に対応させた細目ねじ山の想像線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多重ねじ転造ダイス１により製造された二重ねじボルト（図示せず。）の並目ねじ山に並目ナットを螺合させると、多重ねじ転造ダイス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に対応させた細目ねじ山の想像線６ａの谷底６ｂの位置を図５の下方へ移動させることにより、二重ねじボルトの並目ねじ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、この場合においても、突起６が形成された部分の底部６ｃが、基準となる並目ねじ山の谷底５ｂよりも浅い位置で平坦となるように底上げする。

なお、通常のねじ転造ダイスであれば、その表面に並目ねじ山または細目ねじ山のいずれか一方のみが形成されているため、並目ねじナットまたは細目ねじ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多重ねじ転造ダイス１の場合、並目ねじナットおよび細目ねじナットを嵌めようとしても嵌らない。多重ねじ転造ダイス１の表面に、特許文献１に記載のように従来の並目ねじ山と細目ねじ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、並目ねじ山部５とこの並目ねじ山部５の元の並目ねじ山の谷部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。

次に、この多重ねじ転造ダイス１の製造方法について説明する。図６は多重ねじ転造ダイス１の製造手順を示すフロー図、図７（ａ）は多重ねじ転造ダイス１の製造に用いる第１の切削工具を示す平面図、（ｂ）は第２の切削工具を示す平面図、図８は本実施形態における多重ねじ転造ダイス１の製造の並目ねじ山加工工程を示す説明図、図９は突起加工工程を示す説明図である。

まず、切削工具について説明する。
図７（ａ）に示すように、第１の切削工具２０は、その先端部（並目ねじ山２１の山頂部）２２を平坦にした形状を有するバイトである。なお、同図において破線２３は、通常の多重ねじ転造ダイスに並目ねじ山を形成する際に用いられるバイトの形状を示す想像線である。破線２３によって、本実施形態における第１の切削工具２０は、通常の並目ねじ山の形状を有するバイトの先端部を、所要形状（平坦）に切り欠いたものであることが分かる。

図７（ｂ）に示すように、第２の切削工具２５は、細目ねじ山２６の形状を有するバイトである。この第２の切削工具２５の先端部（細目ねじ山２６の山頂部）２７には、必要に応じて曲面加工が施してある。

図６に示すように、多重ねじ転造ダイス１の製造に際して、まず、ワークとしてのダイス材料３０（図８参照。）の旋削を行い（ステップＳ１１）、続いて並目ねじ山加工工程（ステップＳ１２）および突起加工工程（ステップＳ１３）を行う。

ステップＳ１２の並目ねじ山加工工程では、第１の切削工具２０を用いる。図８に示すように、並目ねじ山加工工程では、ダイス材料３０に、第１の切削工具２０を、図５に示す突起６の最大高さ以下の位置まで送り込み、並目ねじ山のピッチで図８の矢印で示す工具進行方向に進行させて、ダイス材料３０の一部分を切削する。これにより、並目ねじ山部５の一部分が形成される。

ステップＳ１３の突起加工工程では、第２の切削工具２５を用いる。突起加工工程では、まず、第１切削工程において切削した後のダイス材料３０に、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｌｅ）、（ｌｆ）、（ｌｇ）、（ｌｈ）、（ｌｉ）、（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）、（ｎ）に示すように、第２の切削工具２５を、並目ねじ山部５の一部分の谷部５ａから図５に示す突起６の形状に合わせて送り込み、細目ねじ山のピッチで図９の矢印で示す工具進行方向に進行させて、ダイス材料３０を切削する。このとき、第２の切削工具２５は、突起６が形成された部分の底部６ｃが、基準となる並目ねじ山の谷部５ａの谷底５ｂよりも浅い位置で平坦となるように底上げするため、底部６ｃの深さ以上には送り込まないようにする。

これにより、並目ねじ山部５の残りの部分および突起６が形成されるが、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｌｅ）、（ｌｆ）、（ｌｇ）、（ｌｈ）、（ｌｉ）、（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）、（ｎ）に示す工程では、底部６ｃの左側面しか加工されておらず、平坦となっていないため、再び第２の切削工具２５を、図９の（ｒｅ）、（ｒｆ）、（ｒｇ）、（ｒｈ）、（ｒｉ）に示すように送り込み、底部６ｃの右側面加工を行う。これにより、突起６が形成された部分の底部６ｃが、基準となる並目ねじ山の谷部５ａの谷底５ｂよりも浅い位置で平坦となる。

その後、（１）焼き入れ、（２）焼き戻しの熱処理工程（ステップＳ１４）および（１）内径研削、（２）外径、端面研削の形状研削工程（ステップＳ１５）を行った後、（１）並目ねじ山研削、（２）突起研削の研削工程（ステップＳ１６）を行う。なお、並目ねじ山研削工程では、第１の切削工具２０と同様の形状の研削工具を用い、突起研削工程では、第２の切削工具２５と同様の形状の研削工具を用いる。これにより、図５に示す断面形状を有した多重ねじ転造ダイス１が得られる。

なお、ピッチの大きな二重ねじボルト（以下、「大ピッチ二重ねじボルト」と称す。）の製造に用いる多重ねじ転造ダイスを製造する際、ピッチの大きさによっては図１０の（ａ）、（ｂ）に示すように２回位相を変えて第１の切削工具２０により切削を行うと加工性が良くなる。なお、図１０の（ａ）の工程と（ｂ）の工程の順序はどちらでもよい。

上記構成の多重ねじ転造ダイスを用いて二重ねじボルトを製造するには、円柱状のボルト材料３をボルト支持部２上に配置し、このボルト材料３を一対の多重ねじ転造ダイス１間に押圧させ、一対の多重ねじ転造ダイス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。

ここで、ボルト材料３は、多重ねじ転造ダイス１によって押圧されることにより、並目ねじ山部５の表面に沿って塑性変形しながら並目ねじ山部５の谷部５ａを埋めていき、並目ねじ山部５の谷部５ａに周期的に形成された細目ねじ山に対応する突起６の表面に沿って塑性変形しながら谷部５ａを埋めていく。

これにより、外周表面に、図５の多重ねじ転造ダイス１の転写パターン４の逆パターンの溝（並目ねじ山部５および突起６に相当する溝）が形成された二重ねじボルトが得られる。

このように、本実施形態における多重ねじ転造ダイス１によれば、ボルト材料３の外周表面上に並目ねじ山の一部および細目ねじ山の一部が一工程で一度に転写され、並目ねじ部の一部と細目ねじ部の一部とが形成された二重ねじボルトが得られる。この得られた二重ねじボルトは、従来の切削により形成した二重ねじボルトと同様、並目ねじ山が形成されたうえで、細目ねじ山がえぐり取られた状態のものとなる。したがって、得られた二重ねじボルトには並目ねじナットと細目ねじナットとを嵌めることができる。

また、本実施形態における多重ねじ転造ダイスは単一の切削工具を用いて製造することも可能である。図１１は単一の切削工具を用いて多重ねじ転造ダイスを製造する場合の製造工程を示す図である。

図１１の例では、前述のように二つのバイトによる切削加工を行わずに単一の切削工具としての回転砥石４０を用いている。多重ねじ転造ダイス１の製造に際し、まず、ダイス材料３０を熱処理し、並目ねじ山部５および突起６以外の加工を終了した後、単一の回転砥石４０によって研削加工を行う。

研削加工は、回転砥石４０を図１１の（ａ）〜（ｈ）のそれぞれに示すように規則的に半径方向に送り込みながら、指定された細目ねじ山のピッチの進行速度でダイス材料３０の表面に沿って進行させることにより行う。このとき、突起６が形成された部分の底部６ｃが、基準となる並目ねじ山の谷部５ａの谷底５ｂよりも浅い位置で平坦となるように底上げするため、回転砥石４０を底部６ｃの深さ以上には送り込まないようにするのは前述の通りである。こうして、ダイス材料３０に突起６を残して並目ねじ山部５を切削することにより、前述の多重ねじ転造ダイス１が得られる。

このように単一の回転砥石４０を用いて加工を行う場合、二つのバイトによる切削加工が不要であり、この切削加工がないことによって位相合わせも不要となる。

また、本実施形態における多重ねじ転造ダイスは、第２の切削工具２５に代えて、細目ねじ山の形状のチップを周縁部に備え、切削するダイス材料の回転中心と平行な軸を中心として回転する回転工具を用いることが望ましい。図１２は細目ねじ山に対応する突起６を加工する際の第２の切削工具の移動経路を示す図であって、（ａ）は第２の切削工具として回転工具を用いた場合を示す図、（ｂ）は切削工具２５のようなバイトを用いた場合を示す図である。なお、図１２ではダイス材料３０の表面を平面に展開して示している。

図１２の（ａ）に示すように、細目ねじ山の形状のチップ１１を周縁部に備えた回転工具１０によってダイス材料３０を切削する場合には、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起６を形成する際に、突起６の形成開始位置から回転工具１０をダイス材料３０の周面に対して直角に送り込むことができる（図のＡ方向）。そして、回転するダイス材料３０の周面をこの位置を起点として切削するので、ダイス材料３０は突起６の形成位置の前後で回転工具１０のチップ１１の回転半径Ｒ分のみ切削される。

一方、図１２の（ｂ）に示すように、ダイス材料３０を通常のバイト２８によって切削する場合には、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起６を形成する際に、突起６の形成開始位置よりも約０．２５回転前の位置からバイト２８を送り込む必要がある。形成終了位置も同様である。そのため、ボルト材料の１回転分の細目ねじ山に対応する突起６を形成する際に、前後それぞれ約０．２５回転分が切削されてしまい、チッピングを発生しやすい微小な切欠が多重ねじ転造ダイスに形成されることになる。

図１３は回転工具１０を用いて製造した多重ねじ転造ダイスの各位相における断面を示す図、図１４はバイト２８を用いて製造した多重ねじ転造ダイスの各位相における断面を示す図、図１５は図１３および図１４に示す多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトの図１３および図１４の（ａ）〜（ｈ）の各位相に対応する位相の位置を示す図、図１６は図１３に示す多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトの部分側面図、図１７は図１４に示す多重ねじ転造ダイスにより製造される多重ねじボルトの部分側面図である。

図１３の（ｄ），（ｆ）と図１４の（ｄ），（ｆ）とを比較すると分かるように、バイト２８を用いて製造した多重ねじ転造ダイス５１の場合には、図に現れるような微小な切欠５２が形成されるが、回転工具１０を用いて製造した多重ねじ転造ダイス５０の場合には極わずかな切欠（図には現れていない）しか形成されない。回転工具１０を用いた場合、前述のように突起６の形成開始位置から回転工具１０をダイス材料３０の周面に対して直角に送り込むため、この位置で回転工具１０により削られる分しか切欠として現れないからである。

一方、バイト２８を用いた場合には、突起６の形成開始位置の前後約０．２５回転の位置からバイト２８を送り込むため、この前後約０．２５回転分の切欠５２が現れる。この切欠５２は製造された多重ねじ転造ダイス５１を用いて多重ねじボルトを製造した場合、図１７に示すように細長い余分な細目ねじ山６１として現れる。そのため、バイト２８を用いて製造した多重ねじ転造ダイス５１の場合には、この微小な切欠５２の部分でチッピングを発生しやすい。

しかしながら、回転工具１０を用いて製造した多重ねじ転造ダイス５０の場合には、このチッピングを発生しやすい微小な切欠５２がほぼ消失するので、図１６に示すようにごく一部にしか余分な細目ねじ山６０は現れず、耐チッピング性能が大幅に向上する。なお、回転工具１０を用いて製造する場合には、突起６の形成開始位置（図１２の（ａ）に示す回転工具１０の接触位置）よりも前の位置（図の右側）から送り込んだ場合でも、この図１２の（ａ）に示す回転工具１０の接触位置から前に送り込んだ位置までの長さの分だけ切欠５２が増えるだけである。したがって、この突起６の形成開始位置は調整可能である。

なお、本発明の多重ねじ転造ダイスは、上述の製造方法以外の方法により製造することも可能であり、要するに、本実施形態における多重ねじ転造ダイス１のように、突起６が形成された部分の底部６ｃが、基準となる並目ねじ山の谷部５ａの谷底５ｂよりも浅い位置で平坦となるように底上げされた形状の多重ねじ転造ダイスであれば耐チッピング性能を向上させることが可能である。

実施例として、Ｍ２０の基準細目ねじ山高さＨ＝０．７６７ｍｍに対して底上げ高さをｄｈ＝０．０６５ｍｍとして、底部６ｃの底上げ率が０．０６５／０．７６７×１００≒８．５％の多重ねじ転造ダイスを製造した。なお、このときの回転工具１０に備えた細目ねじ山形状のチップ１１の先端Ｒは０．２ｍｍであった。同様に、底上げ高さをｄｈ＝０．２５ｍｍとして底上げ率３２．６％、ｄｈ＝０．３５ｍｍとして底上げ率４５．６％の多重ねじ転造ダイス１を製造した。このように底上げ率を大きくしていくと、底部６ｃが底上げ率に比例して長くなるので、工具先端Ｒをより大きくとることができる。

すなわち、これらの多重ねじ転造ダイス１では、底部６ｃの底上げ高さｄｈが、基準となる細目ねじ山の想像線６ａのねじ山高さＨに対して５〜５０％の範囲にある。このような多重ねじ転造ダイス１では、多重ねじ転造ダイス１の谷部の周期的に変化する断面積の割合が減少していることから、ボルト材料３が細目ねじ山の谷部に流れ込む際の材料の流動が滑らかであった。すなわち、先に材料が充填された部分と遅れて充填される部分との不均衡が減少し、応力集中部が減少するのでダイスにかかる転造荷重が減少して、多重ねじ転造ダイス１の耐チッピング性能が向上した。このように材料の流動を滑らかにすることは谷部に限らず山部に対しても同様な効果がある。

この多重ねじ転造ダイス１を用いて製造された多重ねじボルトは、並目ねじ部に並目ナットを螺合させた後、細目ねじ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に何ら問題はなく使用できた。

本発明の多重ねじ転造ダイスの製造方法および多重ねじ転造ダイスならびにこれを用いた多重ねじボルトの製造方法は、緩み防止機能を有する多重ねじボルトの製造に有用である。特に、本発明は、細目ねじ加工部の耐久性を向上した多重ねじ転造ダイスとして好適である。

Claims (5)

1. 並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と前記並目ねじ山との位相ずれに応じて前記並目ねじ山の谷部（以下、「ダイス谷部」と称す。）に周期的に形成された前記細目ねじ山に対応する突起（以下、「ダイス突起」と称す。）とを備えた多重ねじ転造ダイスの製造方法であって、
   ねじ転造ダイス材料に、並目ねじ山の山頂部に当たる部分を平坦にした形状を有する第１の切削工具を、前記ダイス突起の前記ダイス谷部の底からの最大高さよりも浅い位置または最大高さの位置まで送り込み、前記ねじ転造ダイス材料の一部分を切削することにより、前記ねじ転造ダイス上の並目ねじ山の山部分を形成する工程と、
   前記切削後のねじ転造ダイス材料に、細目ねじ山の形状を有する第２の切削工具を、前記ねじ転造ダイス上のダイス谷部から前記ダイス突起の形状に合わせて送り込み、前記ねじ転造ダイス材料を基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置まで切削することにより、前記ねじ転造ダイスの並目ねじ山の谷部分、および、底部が前記基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置で平坦となるように底上げされた前記ダイス突起を形成する工程と
   を含む多重ねじ転造ダイスの製造方法。
2. 前記第２の切削工具は、細目ねじ山の形状のチップを周縁部に備えた回転工具であることを特徴とする請求項１記載の多重ねじ転造ダイスの製造方法。
3. 並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と前記並目ねじ山との位相ずれに応じて前記並目ねじ山の谷部に周期的に形成された前記細目ねじ山に対応する突起とを備えた多重ねじ転造ダイスにおいて、
   前記細目ねじ山に対応する突起が形成された部分の底部は、基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置で平坦となるように底上げされたものであることを特徴とする多重ねじ転造ダイス。
4. 並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と前記並目ねじ山との位相ずれに応じて前記並目ねじ山の谷部に周期的に形成された前記細目ねじ山に対応する突起とを備え、前記細目ねじ山に対応する突起が形成された部分の底部が、基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置で平坦となるように底上げされた多重ねじ転造ダイスにボルト材料を押し付けて転造する多重ねじボルトの製造方法。
5. 並目ねじを展開した並目ねじ山の山部と、細目ねじを展開した細目ねじ山と前記並目ねじ山との位相ずれに応じて前記並目ねじ山の谷部に周期的に形成された前記細目ねじ山に対応する突起とを備え、前記細目ねじ山に対応する突起が形成された部分の底部が、基準となる並目ねじ山の谷底よりも浅い位置で平坦となるように底上げされた多重ねじ転造ダイスにボルト材料が押し付けられて転造された多重ねじボルト。

Images