JP6155877B2 - ねじの転造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ねじの転造方法に関する。

従来、たとえば特許文献１に記載されるように、ボールねじの転造方法として歩み転造方式（通し転造方式）が知られている。歩み転造は複数の転造ダイスによって棒状のワークをその軸線方向に移動させながら当該ワークの外周面にねじ溝を塑性加工する方法をいう。

特開２００２−２２４７８０号公報

複数の転造ダイスによって適切なねじ溝を形成するためには、各転造ダイスにより形成される溝のピッチを一致させる必要があるところ、各転造ダイスの軸線方向における位置（位相）のずれなどに起因して各転造ダイスにより形成される溝のピッチが軸線方向にずれる、いわゆるピッチずれが発生することが懸念される。

このため、実際に製品を加工する際の段取り作業の一つとして、ピッチずれの有無を確認するための試し転造が行われることがある。ピッチずれが確認された場合には各転造ダイスの位置調節が行われる。以後、溝ピッチのずれがなくなるまで試し転造と転造ダイスの位置調節とが繰り返される。しかし、このような作業は面倒である。

本発明の目的は、複数の転造ダイスにより形成されるねじ溝のピッチずれの発生を抑制することにより転造時の段取り作業を軽減することができるねじの転造方法を提供することにある。

上記目的を達成し得るねじの転造方法は、棒状のワークをその軸線を中心として回転させながら第１および第２の転造ダイスの間をこれらの軸線に沿った方向へ通すことにより前記ワークの外周面に対して前記第１および第２の転造ダイスの山に対応するねじ溝を塑性加工するものである。そして、前記第１の転造ダイスはその軸線方向への移動が規制された状態に設ける一方、前記第２の転造ダイスはその軸線方向への移動が一定範囲内で許容された状態に設ける。これにより、前記第１の転造ダイスは前記第２の転造ダイスに先立って前記塑性加工を開始する。前記第２の転造ダイスは前記ワークをその径方向に加圧する状態に維持し、この状態で前記第２の転造ダイスの山は前記第１の転造ダイスにより形成されたねじ溝に倣って前記塑性加工を行い、前記ワークにおける所定領域の塑性加工が完了したとき、前記ワークを前記塑性加工時と逆方向に回転させて引き抜く。

この転造方法によれば、第２の転造ダイスの山は第１の転造ダイスにより先行して形成されるねじ溝に倣う。このため、第１の転造ダイスにより形成されるねじ溝と第２の転造ダイスにより形成されるねじ溝とが軸線方向においてずれる、いわゆるピッチずれが抑制される。したがって、第１および第２の転造ダイスの軸線方向における位置調整作業が不要になる。

また、たとえば第１および第２の転造ダイスに対してワークを通過させて取り出す場合よりも早く取り出せることがある。

上記のねじの転造方法において、前記第２の転造ダイスは、その軸線方向において対向配置された２つの支持部の間を連結する支持軸の外周面に対して摺動回転可能に嵌めるとともに、前記第２の転造ダイスの両端部と前記２つの支持部との間にはそれぞれ隙間を設けるようにしてもよい。

この転造方法によれば、第２の転造ダイスはその両端部と２つの支持部との間にそれぞれ設けられた隙間の範囲内においてスライド移動することが可能となる。第２の転造ダイスの両端部が２つの支持部に当接することにより第２の転造ダイスの軸線方向への移動が規制される。第２の転造ダイスの軸線方向への移動を一定範囲内で許容する構成を簡単に構築することができる。

本発明によれば、複数の転造ダイスにより形成される溝のピッチずれの発生が抑制されるので転造時の段取り作業を軽減することができる。

一実施の形態における第１および第２の転造ダイスの位置関係を示す平面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、一実施の形態における転造過程を示す第１および第２の転造ダイスの平面図。 （ａ），（ｂ）は一実施の形態における転造開始時の第１および第２の転造ダイスの位置関係のバリエーションを示す平面図。 比較例における第１および第２の転造ダイスの位置関係を示す平面図。 （ａ）は比較例におけるねじ溝の形状を示すワークの要部断面図、（ｂ）は一実施の形態におけるねじ溝の形状を示すワークの要部断面図。

以下、ねじの転造方法の一実施の形態を説明する。本例では転造装置を使用してボールねじを転造する。
図１に示すように、転造装置は中空円筒状の第１および第２の転造ダイス１１，１２を有している。第１および第２の転造ダイス１１，１２は同一品であって、それらの外周面には複数の環状の山（突条）１１ａ，１２ａが設けられている。各山１１ａ，１２ａは第１および第２の転造ダイス１１，１２の軸線方向に沿って一定間隔をおいて並んでいる。

第１の転造ダイス１１は、転造装置に設けられる２つの支持部１３ａ，１３ｂの間を連結する支持軸１４に対して摺動回転可能に挿通支持されている。第１の転造ダイス１１の軸線方向における両端面はそれぞれ２つの支持部１３ａ，１３ｂの平面部分に対して摺動回転可能に接触している。

第２の転造ダイス１２は、転造装置に設けられる２つの支持部１５ａ，１５ｂの間を連結する支持軸１６に対して摺動回転可能に挿通支持されている。第２の転造ダイス１２の軸線方向における２つの支持部１５ａ，１５ｂの間の距離Ｄ２は第１の転造ダイス１１を支持する２つの支持部１３ａ，１３ｂの間の距離Ｄ１よりも大きく設定されている。このため、図１に二点鎖線で示されるように、たとえば第２の転造ダイス１２の軸線方向における中心位置を支持軸１６の軸線方向における中心位置Ｃに一致させたとき、第２の転造ダイス１２の両端面と２つの支持部１５ａ，１５ｂとの間にはそれぞれ隙間Ｄ３，Ｄ４が形成される。このときの隙間Ｄ３，Ｄ４の長さは同じである。第２の転造ダイス１２は隙間Ｄ３，Ｄ４の範囲内において支持軸１６に沿って往復動することが可能である。

ここで、第１および第２の転造ダイス１１，１２の軸線は互いに平行をなしている。また、第１の転造ダイス１１の山１１ａと第２の転造ダイス１２の山１２ａとの間の距離Ｄ５は、第１および第２の転造ダイス１１，１２の間に供給される棒状のワーク（ねじブランク）１９の外径Ｄ６よりも少し短く設定されている。また、第１の転造ダイス１１とワーク１９との間の距離Ｄ７は、第２の転造ダイス１２とワーク１９との間の距離Ｄ８よりも少し長く設定されている。これらの距離Ｄ７，Ｄ８の長さはワーク１９に形成すべきねじ溝１９ａの深さに応じて設定される。第１および第２の転造ダイス１１，１２の間にそれらの軸線方向に沿ってワーク１９が供給されることによりワーク１９の外周面に山１１ａ，１２ａが押し付けられてねじ溝１９ａが塑性加工される。ねじ溝１９ａは第１および第２の転造ダイス１１，１２の山１１ａ，１２ａと逆形状となる。

＜ボールねじの転造方法＞
つぎに、ボールねじの転造方法について説明する。
図２（ａ）に二点鎖線で示されるように、第２の転造ダイス１２の初期位置は支持軸１６の中心位置Ｃを基準として図中の矢印で示されるワーク１９の供給方向２０と反対側（図中の左側）に片寄っている。第２の転造ダイス１２の第１の端部（図中の左端部）は第１の転造ダイス１１の第１の端部（図中の左端部）よりも供給方向２０と反対側に位置している。

この初期状態において、第１および第２の転造ダイス１１，１２の間にワーク１９が回転しながら図中の左方から供給方向２０へ向けて直線的に送られてくる。ワーク１９はその軸線が第１および第２の転造ダイス１１，１２の軸線と平行をなす状態に維持される。

すると図２（ａ）に二点鎖線で示されるように、ワーク１９の端部はまず第２の転造ダイス１２の山１２ａ（正確には、最も供給方向２０と反対側に位置する山１２ａ）に当接する。

ワーク１９が供給方向２０へ向けてさらに送られると、ワーク１９に押されて第２の転造ダイス１２は同方向にスライド移動する。そして図２（ａ）に実線で示されるように、ワーク１９はやがて第１の転造ダイス１１の山１１ａ（正確には、最も供給方向２０と反対側に位置する山１１ａ）に当接する。

図２（ｂ）に示すように、ワーク１９が供給方向２０へ向けてさらに送られると、ワーク１９の端部外周面に第１の転造ダイス１１の山１１ａが押し付けられることによりねじ溝１９ａが形成されはじめる。ワーク１９が回転しながら送られることによって第１の転造ダイス１１の山１１ａがワーク１９の外周面に連続的に食い込む。これにより、第１の転造ダイス１１はワーク１９と反対方向に回転する。このとき、第２の転造ダイス１２はワーク１９に押されてワーク１９の送り量と同じ距離だけ供給方向２０へ向けてスライド移動する。

図２（ｃ）に示されるように、ワーク１９がさらに回転送りされると、やがてねじ溝１９ａの始端（第１の転造ダイス１１による形成開始の部分）は第２の転造ダイス１２の山１２ａに対応する。このタイミングで第２の転造ダイス１２の山１２ａは第１の転造ダイス１１により形成されたねじ溝１９ａに乗り移る。なお、ねじ溝１９ａの始端が第２の転造ダイス１２の山１２ａに対応するまでの間、ワーク１９の回転送りに伴い第２の転造ダイス１２はその第２の端部（図中の右端部）が支持部１５ｂに近接する方向へ移動し、第１の転造ダイス１１のみによってねじ溝１９ａが形成される。

第２の転造ダイス１２の山１２ａが第１の転造ダイス１１により形成されたねじ溝１９ａに乗り移った以降、ワーク１９の回転送りに伴い第２の転造ダイス１２の山１２ａは先に形成されたねじ溝１９ａに順次案内されるかたちでねじ溝１９ａに倣って連続的に食い込む。すなわち、第２の転造ダイス１２とワーク１９との間の距離Ｄ８は、第１の転造ダイス１１とワーク１９との間の距離Ｄ７よりも少し短く設定されている（図１参照）。このため、第２の転造ダイス１２はワーク１９をその径方向に加圧する状態を維持しつつ、第１の転造ダイス１１により形成されたねじ溝１９ａに対して第２の転造ダイス１２の山１２ａがさらに押し付けられる。先に形成されたねじ溝１９ａが第２の転造ダイス１２によってさらに転造されることにより適切な深さおよび適切な形状を有するねじ溝１９ａが形成される。

ワーク１９における所定領域の溝加工が完了したとき、ワーク１９を逆回転させて引き抜く。
なお、転造加工の開始時における第１および第２の転造ダイス１１，１２の位置関係は問わない。

図３（ａ）に示すように、第１の転造ダイス１１の第１の端面（左端面）と第２の転造ダイス１２の第１の端面（左端面）とがこれらの軸線方向において同じ位置に存在していてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、第２の転造ダイス１２の第１の端面が第１の転造ダイス１１の第１の端部よりも供給方向２０に片寄った位置に存在していてもよい。図３（ａ），（ｂ）のいずれの状態であれ、前述と同様にして転造を行うことができる。

＜転造方法の作用＞
つぎに、本例の転造方法による作用を説明する。まず比較例としてつぎのような転造方法を検討する。

図４に示すように、第２の転造ダイス１２を第１の転造ダイス１１と同様に軸線方向に移動しない構成を採用した場合、つぎのような事象が発生する。すなわち、第１および第２の転造ダイス１１，１２の軸線方向における位置ずれなどに起因して第１の転造ダイス１１により形成されるねじ溝１９ａ１と第２の転造ダイス１２により形成されるねじ溝１９ａ２との間にも軸線方向におけるピッチずれΔＰが発生する。なお図４では、ねじ溝１９ａ１，１９ａ２を太い実線により簡略化して示す。

図５（ａ）に示すように、ピッチずれΔＰが発生した場合、適切なねじ溝の形状が得られない。ねじ溝１９ａ１，１９ａ２はピッチずれΔＰの分だけワーク１９の軸線方向へずれて形成されるので、滑らかな形状を有するねじ溝が得られない。リード誤差も大きくなる。これに対し、本例のように第２の転造ダイス１２をその軸線方向へ移動可能とすることによりピッチずれΔＰの発生を抑えることができる。これは、第２の転造ダイス１２の山１２ａが第１の転造ダイス１１により形成されたねじ溝１９ａ１に倣うことによる。

図５（ｂ）に示すように、本例によれば、第１の転造ダイス１１によるねじ溝１９ａ１と第２の転造ダイス１２によるねじ溝１９ａ２とが一致する。このため、滑らか形状を有する適切なねじ溝１９ａが得られる。リード誤差の発生もなく本来要求されるリードが得られる。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第２の転造ダイス１２の山１２ａは第１の転造ダイス１１により先行して形成されたねじ溝１９ａに倣う。このため、第１の転造ダイス１１により形成されるねじ溝と第２の転造ダイス１２により形成されるねじ溝とが軸線方向においてずれる、いわゆるピッチずれΔＰの発生が抑制される。したがって、転造加工を開始する際、段取り作業として第１および第２の転造ダイス１１，１２の軸線方向における位置調整作業（ピッチ合わせ作業）を行う必要がない。したがって、転造時の段取り作業を軽減することができる。製造工数が低減するので製品コストの点でも有利である。

（２）ワーク１９における所定領域のねじ溝１９ａの加工が完了したとき、ワーク１９を逆回転させて引き抜くことにより、第１および第２の転造ダイス１１，１２に対してワーク１９を通過させて取り出す場合よりも早く取り出せることがある。

（３）第２の転造ダイス１２はその両端部と２つの支持部１５ａ，１５ｂとの間にそれぞれ設けられた隙間の範囲内においてスライド移動することが可能となる。第２の転造ダイス１２の両端部が２つの支持部１５ａ，１５ｂに当接することにより第２の転造ダイス１２の軸線方向への移動が規制される。第２の転造ダイス１２の軸線方向への移動を一定範囲内で許容する構成を簡単に構築することができる。

（４）第１の転造ダイス１１により形成されたねじ溝１９ａに第２の転造ダイス１２の山１２ａが倣うことにより、ワーク１９の軸線に対する直交方向で切断した断面形状の真円度が向上する。

＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態はつぎのように変更して実施してもよい。
・本例では第１および第２の転造ダイス１１，１２を設けたが、３つ以上のダイスを設けてもよい。各ダイスはワーク１９の軸線回りに一定の角度間隔で設ける。たとえば３つのダイスを設ける場合には１２０°ごとにダイスを配置する。各ダイスのうちいずれか１つのダイスはその軸線方向において固定する。残りの各ダイスはそれらの軸線方向に沿って移動可能とし、固定された１つのダイスにより形成されるねじ溝に残りの各ダイスの山を倣わせる。各ダイスにより少しずつねじ溝を深く形成するので、ダイスの数が増えるほど１つのダイスにかかる負荷が低減される。

・本例ではボールねじの適用例については特に記載していないが、たとえば自動車部品用あるいは工作機械用のボールねじが挙げられる。自動車部品としてはたとえば電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のラック軸が挙げられる。

・本例ではボールねじのねじ溝１９ａを転造する場合を例に挙げたが、三角ねじ、多条ねじ、ウォームねじなど他の種類のねじの転造に適用してもよい。ウォームねじとしては電動パワーステアリング装置の減速機用のウォームねじが挙げられる。

・本例では第２の転造ダイス１２を支持軸１６に対してスライド移動させるようにしたが、第２の転造ダイス１２を支持部１５ａ，１５ｂごと移動させるようにしてもよい。
・第１および第２の転造ダイス１１，１２のリード角の設定を通じて歩み現象を発生させるようにしてもよい。

＜他の技術的思想＞
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記ねじはボールねじであること。

（ロ）棒状のワークをその軸線を中心として回転させながら第１および第２の転造ダイスの間をこれらの軸線に沿った方向へ通すことにより前記ワークの外周面に対して前記第１および第２の転造ダイスの山に対応するねじ溝を塑性加工するねじの転造装置において、前記第１の転造ダイスはその軸線方向への移動が規制された状態に、前記第２の転造ダイスはその軸線方向への移動が一定範囲内で許容された状態に設けられてなるねじの転造装置。

１１…第１の転造ダイス、１１ａ…山、１２…第２の転造ダイス、１２ａ…山、１５ａ，１５ｂ…第２の転造ダイスの支持部、１９…ワーク、Ｄ３，Ｄ４…隙間。

Claims (2)

1. 棒状のワークをその軸線を中心として回転させながら第１および第２の転造ダイスの間をこれらの軸線に沿った方向へ通すことにより前記ワークの外周面に対して前記第１および第２の転造ダイスの山に対応するねじ溝を塑性加工するねじの転造方法において、
   前記第１の転造ダイスはその軸線方向への移動が規制された状態に設ける一方、前記第２の転造ダイスはその軸線方向への移動が一定範囲内で許容された状態に設けることにより前記第１の転造ダイスは前記第２の転造ダイスに先立って前記塑性加工を開始するようにし、
   前記第２の転造ダイスは前記ワークをその径方向に加圧する状態に維持し、この状態で前記第２の転造ダイスの山は前記第１の転造ダイスにより形成されたねじ溝に倣って前記塑性加工を行い、
   前記ワークにおける所定領域の塑性加工が完了したとき、前記ワークを前記塑性加工時と逆方向に回転させて引き抜くねじの転造方法。
2. 請求項１に記載のねじの転造方法において、
   前記第２の転造ダイスは、その軸線方向において対向配置された２つの支持部の間を連結する支持軸の外周面に対して摺動回転可能に嵌めるとともに、前記第２の転造ダイスの両端部と前記２つの支持部との間にはそれぞれ隙間を設けるねじの転造方法。