JP6417506B2 - 両ねじ体圧造用ダイス構造及び両ねじ体圧造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ部の軸方向における同一領域上に右ねじ部と左ねじ部とを有する両ねじ体を圧造によって効率よく、高精度且つ安定的に生産するための圧造用ダイス構造等に関する。

従来、右ねじ又は左ねじの何れか一方のみのねじ部を有する雄ねじは、大量生産する場合には転造によって製造している。ところで、雄ねじを転造によって製造する場合は、ブランクとも呼ばれる金属製円柱状の棒状体であるねじ素材を、多条の条部を表面に有する複数の剛性平板、剛性円柱若しくは剛性円筒体となるダイ部材によって押圧しつつ、ねじ素材とダイ部材を相対変位させて、ねじ素材表面を塑性変形させながらねじ山若しくはねじ溝を形成するのが一般的である。ダイ部材に形成される条部は、断面が所望の形状、例えば略三角形に形成され互いにほぼ平行でリード角をもった状態で形成される。

雄ねじ体としては、雄ねじ体のねじ部の軸方向における同一領域上に、右ねじ部と左ねじ部とを有する両ねじ体が知られ、これについても、転造によって生産する試みがなされている（特許文献１参照）。

特許文献１によれば、ダイ部材に凹設される両ねじ体の条部となる平行四辺形の凹みの形状を最適化することで、転造後の軸形状が比較的安定し、なおかつ、条部を高精度に形成できる。しかし今後は、転造に限らず、高精度な両ねじ体を、効率的に大量生産可能とする技術を創出することは有益である。

特開２０１３−４３１８３号公報

本発明は、上述の如くの課題を解決すること、即ち、転造によらず、高精度な両ねじ体の大量生産を可能とする、両ねじ体の圧造用ダイス構造及び圧造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に両ねじ体圧造用ダイス構造が採用した手段は、複数のダイ片から成り、該ダイ片の表面を組み合わせて略筒状を成す筒状内周表面を形成し、前記筒状内周表面をねじ素材に対して圧接させて変形させるダイ部材を備え、前記ダイ部材は、前記筒状内周表面の最内周部間を繋いで得られる仮想表面の展開図における法線方向視において、略平行四辺形状を成し、該仮想表面から半径方向外側に凹設される凹部が、前記筒状の軸方向に位置差を有し且つ周方向に位相差を有して軸方向に複数配列される両ねじ部形成領域を備えることを特徴とする。

上記手段に関連して、前記凹部は、展開状態における形状が、四角錐の頂部を除去して成る略四角錐台形状を成すことを特徴とする。

上記手段に関連して、前記ダイ片の前記表面は略半円筒形状となっており、一対の前記ダイ片の一対の前記表面を組み合わせることで、略円筒形の前記筒状内周表面が形成され、一対の前記表面の境界に、前記筒状内周表面における前記凹部の最深部が位置することを特徴とする。

上記手段に関連して、前記ダイ片の前記表面は略半円筒形状となっており、一対の前記ダイ片の一対の前記表面を組み合わせることで、略円筒形の前記筒状内周表面が形成され、前記略半円筒形状の前記表面の円弧最奥部に、前記凹部の最深部が位置することを特徴とする。

上記手段に関連して、前記ダイ部材は、前記両ねじ部形成領域に対して、前記ねじ素材の軸方向にずれた位置に隣接配置され、前記仮想表面において帯状に延在して該仮想表面から凹設される谷部が、前記筒状内周表面の周方向に対してリード角分傾斜配置される片ねじ部形成領域を備えることを特徴とする。

上記手段に関連して、前記ダイ部材は、前記両ねじ部形成領域と前記片ねじ部形成領域の境界で分割可能に構成されることを特徴とするとする。

上記手段に関連して、前記ダイ部材は、前記片ねじ部形成領域における前記軸方向の中間位置で分割可能となっていることを特徴とする。

上記手段に関連して、前記ダイ部材は、前記片ねじ部形成領域に対して前記ねじ素材の軸方向にずれた位置に隣接配置され、前記凹部を有さない円筒状を成す円筒部形成領域を備えることを特徴とする。

上記手段に関連して、前記円筒部形成領域と前記片ねじ部形成領域は、これらの境界で分割可能に構成されることを特徴とする。

上記課題を解決する為に両ねじ体の圧造方法が採用した手段は、複数のダイ片を有するダイ部材を用い、該ダイ片の表面を組み合わせて筒状内周表面を形成し、前記筒状内周表面をねじ素材に対して圧接させて変形させる両ねじ体の圧造方法であって、前記ダイ部材は、前記筒状内周表面の最内周部間を繋いで得られる仮想表面の展開図における法線方向視において略平行四辺形状を成し、該仮想表面から半径方向外側に凹設される凹部が、前記筒状の軸方向に位置差を有し且つ周方向に位相差を有して軸方向に複数配列される両ねじ部形成領域を備えることを特徴とする。

本発明によれば、転造によらずに高精度な両ねじ体の大量生産を可能にするという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態で採用される両ねじ体圧造用ダイス構造及び圧造方法の概要を示す図である。 （Ａ）は同ダイス構造のダイ片を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視側面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 同ダイ片の仮想表面を周方向に展開した状態を示す展開図である。 同ダイス構造における圧造工程を示す断面図である。 同ダイス構造における圧造工程において他のねじ素材を用いる場合を示す断面図である。 （Ａ）は同ダイス構造において他のダイ片を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視側面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 他の例のダイ片の仮想表面を周方向に展開した状態を示す展開図である。 他の例のダイ片を用いた圧造工程を示す断面図である。 他の例のダイ片を用いた圧造工程で他のねじ素材を用いる場合を示す断面図である。 本発明の実施形態の前駆体転造用ダイス構造で前駆体を製造する概要を示す図である。 （Ａ）は同前駆体転造用ダイス構造のダイ部材を示す正面図、（Ｂ）は側面図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、同前駆体転造用ダイス構造における前駆体加工領域によってねじ素材を加工する工程を示す側面図であり、（Ｄ）は同ダイ部材の他の例を示す側面図である。 本発明の実施形態の前駆体圧造用ダイス構造で前駆体を製造する概要を示す図である。 （Ａ）は両ねじ体の一部を拡大して示す側面図であり、（Ｂ）は両ねじ領域のねじ山の最高頂部の断面積を示す断面図であり、（Ｃ）同両ねじ体の底面図である。 （Ａ）は両ねじ体の一部を拡大して示す側面図であり、（Ｂ）は両ねじ領域のねじ山の交差部の断面積を示す断面図であり、（Ｃ）同両ねじ体の底面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態の両ねじ体圧造用ダイス構造の他の構成例を正面図であり、（Ｂ）はこれによって圧造される両ねじ体の例を示す側面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、ねじ素材Ｂの他の構成例を示す正面図である。

以下本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、本発明の実施形態に係る両ねじ体圧造用ダイス構造について説明する。両ねじ体圧造用ダイス構造は、円柱状のねじ素材Ｂに対してダイ部材を半径方向に圧接しつつ、このねじ素材Ｂの表面を変形させて、軸方向における同一領域上に右ねじ部と左ねじ部を有する両ねじ体Ｄを圧造する。

具体的には、図１に示すように、部分円筒状（ここでは半円筒状）のダイ片１０を二つ用いる。各ダイ片１０の内周には半円筒状内周表面が形成される。このダイ片１０を組み合わせることでダイ部材１５が構成され、ダイ部材１５の内周には円筒状内周表面１６が形成され、この円筒状内周表面１６がねじ山の「型」となる。以降、本実施形態では一対のダイ片１０を用いる場合を例示するが、三個以上のダイ片を組み合わせてダイ片１５を構成してもよい。

各ダイ片１０の部分円筒状内周表面は剛性表面２０となる。図２（Ａ）に示すように、ダイ片１０の剛性表面２０は、最内周部（最もねじ素材Ｂに接近する部分）間を繋いで得られる仮想表面２２内に、両ねじ部形成領域Ｕを備える。図２（Ｂ）に示すように、両ねじ部形成領域Ｕには、仮想表面２２から半径方向外側に向かう凹部３０が、周方向及び軸方向共に、複数独立した状態で整列して凹設される。

図３に仮想表面２２の展開図を示す。実線で示すところが最内周部（製造される両ねじ体Ｄにとっての谷部）となり、点線で示すところが谷部（製造される両ねじ体Ｄにとってのねじ山部）となる。この仮想表面２２は、一対のダイ片１０の各内周面が境界線Ｉで連なることで構成される。この凹部３０は、仮想表面２２の展開状態を法線方向視した場合において、略平行四辺形状を成していることがわかる。軸方向に並列配置された複数の凹部３０によって、一対の凹部群３６Ａ、３６Ｂが構成されており、一対の凹部群３６Ａ、３６Ｂが、周方向には１８０度の位相差で、かつ軸方向には半ピッチの位相差で配置される。

各凹部３０は、展開状態における外形が好ましくは略菱形状を成す。このように略菱形状に設定すれば、圧造される両ねじ体Ｄの右ねじ部と左ねじ部におけるそれぞれのねじピッチが互いに等しいものとすることが出来る。

これらの凹部３０は、それぞれ展開図における法線方向視における略平行四辺形状の四つ角対応部位のうち、二つ以上の角部３１，３１が、図３（Ａ）に示すように法線方向視において丸く形成される。本実施形態では、略平行四辺形状の四つ角対応部位の全ての角部３１，３１，３２，３２を丸く形成している。なお、これら二つ以上の角部３１，３１は、互いに対角位置状に設定することが好ましく、特に、二つ以上の角部３１，３１を、ねじ素材Ｂの周方向と一致するように設定すれば、圧造の際に、軸方向の応力が均一に打ち消し合うので好ましい。

また凹部３０は、この開口面を一構成面とするような仮想的な略四角錐形状の穴状を成しており、この略四角錐形状の中央頂部が凹部３０の最深部位３４を構成する。より好ましくは、凹部３０の最深部位３４が、略四角錐形状の頂部を除去したような略扁平な底部３５（図３では便宜上、一か所の凹部に図示し他は省略）を有するような形状とする。結果、底部３５が広くなり、ねじ素材Ｂが変形しやすくなる。また、両ねじ体Ｄのねじ山Ｍの最高頂部ＭＡが、両ねじ体Ｄの軸直角方向において鋭角と成らずに済み、両ねじ体Ｄに対する雌ねじ体の螺合時における安定性を向上させることが出来る。また大量生産によって得られる両ねじ体Ｄの製品精度を著しく向上させることが出来る。

また、一対の凹部群３６Ａ、３６Ｂが軸方向に重なり合う領域Ｘの中心は、交差部位３７を構成する。交差部位３７は、図２（Ｂ）に示すように、各凹部群３６Ａ、３６Ｂに属する各凹部３０、３０の基底線Ｙ（形成されるねじ山の峰）が徐々に浅くなって、互いの基底線Ｙが軸方向に交差し始める地点を意味する。

図２（Ｃ）に示すように、これらの凹部３０は、仮想表面２２の法線方向に沿う断面形状において、その周縁３３部分が、例えばＲ加工等のように丸く形成され、略平行四辺形状を成す周縁３３の周回上に沿って丸く形成される。このように、凹部３０の周縁３３部分を、周縁３３の周回上に亘って丸くすることによって、圧造時にダイ片１０表面とねじ素材Ｂとの不合理な当たりによってねじ素材Ｂから削り出されて発生する切り子の発生を防止することが可能となる。

図３（Ａ）に示すように、仮想表面２２の展開図における法線方向視において略平行四辺形状の凹部３０は、その対角線のうち少なくとも一方の対角線距離Ｗを、ねじ素材Ｂの半径をＲ０、円周率をπとするとき、２πＲ０以下となるように設定する。好ましくは、本発明の実施によって得られる両ねじ体Ｄの谷径をｄ_Ｒ（図１４参照）とするとき、凹部３０を成す略平行四辺形の対角線のうち少なくとも一方の対角線距離Ｗをπｄ_Ｒ以下とする。より好ましくは、凹部３０を成す略平行四辺形の対角線のうち少なくとも相対変位方向に平行な対角線の対角線距離をπｄ_Ｒ以下に設定する。このように設定することによって、右ねじ部と左ねじ部のねじピッチを同等に設定可能となる上、高精度な両ねじ体Ｄを得ることが出来るようになる。

また、図３（Ａ）のように、凹部３０の開口は、仮想表面２２の法線方向視における略平行四辺形の一方の対角線距離、好ましくは相対変位方向の対角線距離Ｗを比較的長く設定し、他方の対角線距離、好ましくは相対変位方向に対して直交する方向の対角線距離Ｆを比較的短く設定する。なお、凹部３０は、該凹部３０の容積をｖ、円周率をπ、ダイ片１０の相対変位の方向に対する直交方向における凹部３０の凹設ピッチをｐ、両ねじ体Ｄの谷径をｄ_Ｒ（図１４参照）、凹部３０の最深部位３４の深さをｈとするとき、ここの凹部３０の容積ｖの設定範囲が、πｐｄ_Ｒｈ／７≦ｖ≦πｐｄ_Ｒｈ／５で規定されるように構成することが好ましい。この範囲よりも小さく設定すると、ねじ山Ｍが痩せ過ぎたり、小さくなり過ぎて強度不足になったり、或いは、本発明の実施によって得られる雄ねじである両ねじ体Ｄに雌ねじ体を螺合した際に遊びが大きくなり過ぎてガタ付きが大きくなり過ぎてしまう。逆に、この範囲よりも大きく設定すると、ねじ山Ｍが太り過ぎたり、大きくなり過ぎて、本発明の実施によって得られる雄ねじである両ねじ体Ｄに雌ねじ体を螺合した際に遊びが小さくなり過ぎて螺合困難若しくは螺合不能になったり、或いは、ねじ山Ｍを高精度に圧造することが困難となる。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に戻って、本実施形態の両ねじ体圧造用ダイス構造において、一対のダイ片１０が当接する当接面３８は、両ねじ部形成領域Ｕにおける凹部３０の最深部位３４と一致している。即ち、図３の展開図では、当接面３８に相当する境界線Ｉによって、全ての凹部３０が中央で二分され、一方のダイ片１０と他方のダイ片１０に分かれる。

図２（Ｂ）に示すように、対向する一対の凹部３０、３０の基底線Ｙが軸方向に交互に重なりあう交差部位３７が、各ダイ片１０の半円柱状表面の円弧最奥部位（中央）に位置する。凹部３０の基底線Ｙ（両ねじ体におけるねじ山の頂部）を基準に考えると、当接面３８に位置する基底線Ｙ（凹部３０の最深部位３４）から軸心までの半径距離Ｒ１と比較して、交差部位３７から軸心までの半径距離Ｒ２の方が小さい。即ち、各ダイ片１０に半分ずつ形成される一対の凹部３０、３０を軸方向から重ね合わせて視た場合、最も外側の輪郭線は、略半楕円又は略半長円形状となり、その長軸径がＲ１×２となる。この長軸径（Ｒ１×２）は、ねじ素材Ｂが進入するための挿入口３８Ａの最大幅となる。

図４に示すように、半径がＲ１以下（望ましくはＲ２以上）となる断面正円形のねじ素材Ｂに対して、このダイ片１０を圧接する場合、ねじ素材Ｂの直径よりも挿入口３８Ａの最大幅が大きいので、凹部３０の凹凸によってねじ素材Ｂの表面にねじ山を形成しながら挿入口３８Ａ内に進入し、更にねじ素材Ｂが短軸Ｒ２方向に押しつぶされて、長軸Ｒ１方向（水平方向）に偏平（楕円）となる。例えば図５に示すように、ねじ素材Ｂを予め楕円又は長円に変形させて長軸ｒ１、短軸ｒ２とし、短軸ｒ２側から挿入口３８Ａへ進入させれば、ねじ素材Ｂの変形・移動体積をより小さくすることが可能となり、高精度に圧造できる。

一方、図６及び図７に示すように、ダイ片１０に形成する凹部３０の交差部位３７を、当接面３８に合せることも好ましい。この場合、両ねじ部形成領域Ｕにおける凹部３０の最深部位３４が、各ダイ片１０の半円柱状表面の円弧最奥部位（中央）に位置することになる。凹部３０の基底線Ｙ（両ねじ体におけるねじ山の頂部）を基準に考えると、当接面３８に位置する基底線Ｙ（凹部３０の交差部位３７）から軸心までの半径距離Ｒ２と比較して、凹部の最深部位３４から軸心までの半径距離Ｒ１の方が大きい。即ち、各ダイ片１０に部分的に形成される凹部３０を軸方向から重ね合わせて視た場合、最も外側の輪郭線は、略半楕円又は略半長円形状となり、その短軸径がＲ２×２となる。この短軸径（Ｒ２×２）は、ねじ素材Ｂが進入するための挿入口３８Ａの最大幅となる。

図８に示すように、半径がＲ１以下（望ましくはＲ２以上）となる断面正円形のねじ素材Ｂに対して、このダイ片１０を圧接する場合、ねじ素材Ｂの直径よりも挿入口３８Ａの最大幅が小さいので、ねじ素材Ｂと挿入口３８Ａが干渉する。従って、ねじ素材Ｂを、挿入口３８Ａの幅方向に圧縮変形させながら圧入するが、挿入口３８Ａのねじ山の高さが小さいことから、ねじ素材Ｂを滑らかに進入させることができる。特に図９に示すように、ねじ素材Ｂを予め楕円又は長円に変形させて、その長軸をｒ１、短軸をｒ２とした場合、長軸ｒ１側から挿入口３８Ａへ進入させれば、一層滑らかに圧造することが可能となり、ねじ素材Ｂの変形・移動体積も小さくできて高精度に圧造できる。ここでは特に図示しないが、ねじ素材Ｂを楕円柱又は長円柱にする際の短軸ｒ２方向の頂点を、ダイ片１０の仮想表面２２と一致又はそれよりも内側に設定しておき、その分だけ長軸ｒ１方向を大きめに設定することが好ましい。このようにすると、例えば図９に示す手順で圧造する場合、ダイ片１０の最内周となる仮想表面２２の半径よりも、ねじ素材Ｂの短軸ｒ２が小さくなるので、ねじ素材Ｂが挿入口３８Ａと干渉せずに、極めて容易に進入させることができる。その後は、ダイ片１０によるねじ素材Ｂの長軸ｒ１方向への圧縮動作によって、ねじ素材Ｂを短軸ｒ２方向に拡張させながら、交差部位３７近傍のねじ山の圧造を確実に行うことが出来る。

なお図５及び図９に示すように、ねじ素材Ｂを予め楕円柱又は長円柱にする際、例えば、ねじ素材Ｂの短軸ｒ２方向の頂点が、ダイ片１０の仮想表面２２から凹部３０の交差部位３７の間に設定され、ねじ素材Ｂの長軸ｒ１方向の頂点が、ダイ片１０の仮想表面２２から凹部３０の最深部位３４の間に設定されることが好ましい。このようにすると、ねじ素材Ｂの形状を、両ねじ領域の全体形状に近づけることが出来るので、圧造時の移動体積・変形体積を小さくすることができる。

以上のようにして、本実施形態の圧造用ダイス構造のダイ片１０を用いて圧造すれば、高精度な両ねじ体Ｄを効率的に大量生産することが可能となることが分かる。

図２（Ａ）及び（Ｃ）に戻って、ダイ片１０の剛性表面２０は、両ねじ部形成領域Ｕに対してねじ素材Ｂの軸方向にずれた状態で、片ねじ部形成領域Ｊが隣接配置される。図３の展開図の通り、この片ねじ部形成領域Ｊには、仮想表面２２に対して帯状に延在する谷部５０が凹設され、この谷部５０によって、図１４及び図１５の両ねじ体Ｄの片ねじ領域のねじ山を圧造する。この谷部５０は、ねじ素材Ｂが相対変位する方向に対してリード角分傾斜配置されていればよい。ねじ素材Ｂを、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの双方に跨るように配置して同時に圧造すれば、図１４及び図１５に示すように、片ねじ部形成領域Ｊによって片ねじ領域が形成され、両ねじ部形成領域Ｕによって両ねじ領域が形成される両ねじ体Ｄを得ることが出来る。

ダイ片１０は、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの境界で部品として分割可能となっている。両ねじ体Ｄは、仕様に応じて片ねじ領域の長さを変更する必要がある。ダイ片１０を分割可能にしておくと、片ねじ部形成領域Ｊに相当する部品だけ軸方向の幅が異なるものに交換すれば、簡単に、両ねじ体Ｄの片ねじ領域の長さを変更できる。また、両ねじ部形成領域Ｕも部品として簡単に交換できるので、両ねじ部形成領域Ｕのねじ山Ｍの形状を変更したり、あるいは、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの軸方向配置を入れ替えたり、更には、片ねじ部形成領域Ｊの両脇に両ねじ部形成領域Ｕを配置するなど、様々なバリエーションに柔軟に対応できる。通常は、両ねじ部形成領域Ｕの軸方向寸法を、余裕をもって大きく設定しておけば、あらゆる長さの両ねじ領域に対応できることになる。

ダイ片１０は、片ねじ部形成領域Ｊにおける軸方向の中間の境界で、ここでは三つの部品片Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３に分割可能となっている。このようにすると、例えば５ｍｍの軸方向幅となる部品片を多数個用意しておき、部品片の連結数によって、片ねじ部形成領域Ｊの軸方向幅を５ｍｍ単位で自在に調整できる。この思想を両ねじ部形成領域Ｕに適用することも可能である。

図２（Ａ）に示すように、ダイ片１０の剛性表面２０は、片ねじ部形成領域Ｊに対して、ねじ素材Ｂの軸方向にずれた状態で隣接配置される平面状の円筒（円柱であってもよい）部形成領域Ｋを備える。この円筒部形成領域Ｋは、図１４及び図１５の両ねじ体Ｄの円筒領域を圧造する。円筒部形成領域Ｋと片ねじ部形成領域Ｊの境界は分割可能となっている。両ねじ体Ｄでは、その仕様に応じて円筒領域の長さを変更する必要がある。このように分割可能にしておくと、ダイ片１０において、円筒部形成領域Ｋに相当する部品だけ軸方向の幅が異なるものに交換すれば、簡単に両ねじ体Ｄの円筒領域の長さを変更できる。

なおここでは特に図示しないが、ダイ片１０は、円筒部形成領域Ｋにおける軸方向の中間の境界で、更に部品片として分割可能としてもよい。このようにすると、例えば５ｍｍの軸方向幅となる円筒部形成領域Ｋの部品片を多数個用意しておき、部品片の連結数によって、円筒部形成領域Ｋの軸方向幅を５ｍｍ単位で自在に調整できる。

本実施形態の圧造用ダイス構造を用いた両ねじ体Ｄの圧造方法は、円柱状のねじ素材Ｂに対して圧接しつつ、このねじ素材Ｂの軸方向に直交する方向に相対変位しながら当該ねじ素材Ｂ表面を変形させて軸方向における同一領域上に右ねじ部と左ねじ部を有する両ねじ体Ｄを圧造する。

次に、ねじ素材Ｂを予備加工して楕円柱又は長円柱にする手法について説明する。なお、楕円柱又は長円柱に加工されたねじ素材Ｂをここでは前駆体と呼ぶ。本実施形態では、前駆体の加工例として、前駆体転造用ダイス構造と前駆体圧造用ダイス構造を紹介する。

前駆体転造用ダイス構造は、転造加工によって、例えば、ねじ素材Ｂの断面形状が楕円形、或いは、長円形等の如くの前駆的な断面形状（以下、略楕円形状という）に加工するためのものである。転造は、転造用ダイ片を円柱状のねじ素材Ｂに対して圧接しつつ、このねじ素材Ｂの軸方向に直交する方向に相対変位しながら当該ねじ素材Ｂ表面を変形させて前駆的形状を形成する。転造方法としては、図１０（Ａ）に示す、プレート状の転造用ダイ部材１１０を二つ用いる所謂平ダイス転造や、図１０（Ｂ）に示す、円柱状若しくは円筒型の二つ以上の転造用丸ダイ部材１１２，１１２を合わせて用いる所謂ローリング転造、図１０（Ｃ）に示す、一方が円弧型の転造用ダイ部材１１３で、他方が円柱若しくは円筒型の転造用丸ダイ部材１１２を用いて転造する所謂プラネタリ転造などがある。ここでは平ダイス構造の場合を説明する。

前駆体転造用ダイス構造は、ねじ素材Ｂに圧接される二つ以上の転造用ダイ部材１１０を備えており、各ダイ部材１１０は剛性表面１２０を有する。これら二つ以上のダイ部材１１０は、ねじ素材Ｂに対して圧接されながら、互いの剛性表面１２０同士が相対変位すると共にねじ素材Ｂに対して相対変位する。転造用ダイ部材１１０はの剛性表面１２０は、図１１（Ａ）に示すように、仮想表面１２２において前駆体加工領域Ｑを有する。

この前駆体加工領域Ｑは、図１１（Ｂ）に示すように、ねじ素材Ｂと相対変位する方向に沿って、仮想表面１２２自体が面状態を維持したまま、当該ねじ素材Ｂの軸心Ｅ１に次第に接近していく接近領域Ｑ１と、軸心Ｅ１から次第に離反していく離反領域Ｑ２を繰り返している。従って、図１２（Ａ）のように、当初は断面正円形状となるねじ素材Ｂが、接近領域Ｑ１で圧縮される工程が同位相で繰り返されることにより、最終的に、図１２（Ｃ）のように、長軸と短軸を有する断面非円形となる。なお、ここでは接近領域Ｑ１及び離反領域Ｑ２が曲面となっている場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１２（Ｄ）に示すように、断面が台形となるような凹凸であっても良く、また、鋸刃状の凹凸であっても良い。

図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）に示すように、両ねじ体Ｄにおいて、右ねじと左ねじが重なって形成される両ねじ領域の特徴として、１８０度の位相差を有する一対のねじ山Ｍ、Ｍの最高頂部ＭＡのねじ山Ｍのみの総断面積Ｓ１（図１４（Ｂ）参照）と、この最高頂部ＭＡに対して周方向に９０度ずれて、互いのねじ山Ｍ、Ｍが交差している交差部ＭＸのねじ山Ｍのみの総断面積Ｓ２（図１５（Ｂ）参照）が、大幅に異なることが挙げられる。即ち、両ねじ体Ｄの圧造は、軸部Ｅを正円に近似させるようにねじ素材Ｂを変形させつつも、その周囲のねじ山Ｍは、最高頂部ＭＡ近傍の体積と、それに対して９０度ずれた交差部ＭＸ近傍の体積が異なるように圧造しなければならない。従って、仮に断面正円のねじ素材Ｂのまま、両ねじ部形成領域Ｕを用いて圧造する場合、交差部ＭＸ近傍のねじ素材Ｂを減肉し、最高頂部ＭＡ近傍のねじ素材Ｂを増肉しなければならず、ねじ素材Ｂの材質によっては、そのような材料の流動が困難な場合がある。

従って、本実施形態のように、前駆体転造用ダイス構造を用いた事前の転造によって、ねじ素材Ｂを、将来のねじ山Ｍの最高頂部ＭＡとなり得る場所を長軸ｒ１とし、将来のねじ山Ｍの交差部ＭＸとなり得る場所を短軸ｒ２とする略楕円形状に変形させておくことで、下流工程における両ねじ体圧造用ダイス構造を用いた圧造でも、両ねじ部形成領域Ｕでは、ねじ素材Ｂの塑性変形量を少なくすることが可能となる。その結果、極めて高精度な両ねじ領域を、極めて高い作業効率で圧造することが可能となる。

次いで前駆体圧造用ダイス構造を説明する。前駆体圧造用ダイス構造は、圧造加工によって、ねじ素材Ｂに前駆的形状を形成するためのものである。

図１３に示すように、前駆体圧造用ダイス構造は、ねじ素材Ｂに圧接される二つ以上の前駆体圧造用ダイ片２１０を備えており、各前駆体圧造用ダイ片２１０は剛性表面２２０を有する。これら二つ以上の前駆体圧造用ダイ片２１０は、ねじ素材Ｂに対して半径方向に圧接される。結果、ねじ素材Ｂの表面が変形する。

各前駆体圧造用ダイ片２１０の内周は半円柱状表面となっており、一対の前駆体圧造用ダイ片２１０を組み合わせることで前駆体圧造用ダイ部材２１５が構成され、前駆体圧造用ダイ部材２１５の内周には楕円又は長円柱状表面２１６が形成される。この前駆体圧造用ダイ部材２１５によって、ねじ素材Ｂに対して、長軸と短軸を有する断面非円形となる領域を形成することができる。

次に本実施形態の両ねじ体圧造用ダイス構造の利点について説明する。一般的な片ねじ体は、螺旋状のねじ山が途中で途切れないことから、転造手法において、ねじ山が転造用ダイの谷部と常に噛み合い続ける。結果、転造用ダイとねじ素材Ｂがずれることが無い。一方、本実施形態の両ねじ体Ｄを製造する場合は、図１４及び図１５に示すように、ねじ山自体が不連続であって、その高さも最高頂部ＭＡから交差部ＭＸまで大きく変化する。結果、転造手法を用いる場合、ねじ素材Ｂが転動している最中に、ダイとねじ素材Ｂのスリップ等によって位相がずれやすい。そこで、本実施形態の両ねじ体圧造用ダイス構造によれば、圧造によって両ねじ体Ｄのねじ山Ｍを成形するので、ダイ片１０とねじ素材Ｂのズレを考慮する必要が無くなる。

また、本実施形態の圧造方法によれば、図１１から図１２に示す前駆体加工工程を有するので、圧造する際の前駆体として、ねじ素材Ｂを予め楕円形又は長円形加工できる。詳細には、ねじ素材Ｂを、将来のねじ山Ｍの最高頂部ＭＡとなり得る場所を長軸ｒ１とし、将来のねじ山Ｍの交差部ＭＸとなる得る場所を短軸ｒ２とするように略楕円形状に変形する。その結果、圧造の際は、両ねじ部形成領域Ｕにおける凹部３０の最深部位３４を、ねじ素材Ｂの長軸ｒ１に設定し、凹部３０が交互に重なり合う交差部位３７をねじ素材Ｂの短軸ｒ２に設定して圧造することができるので、両ねじ部形成領域Ｕでは、ねじ素材Ｂの塑性変形量を少なくできる。その結果、極めて高精度な両ねじ領域を、極めて高い作業効率で圧造することが可能となる。

更に本実施形態のダイ片１０の剛性表面２０は、両ねじ部形成領域Ｕに対して、ねじ素材Ｂの軸方向にずれた状態で隣接配置される片ねじ部形成領域Ｊを備える。ねじ素材Ｂを、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの双方に跨るように配置して、同時に圧造すれば、図１４及び図１５に示すように、片ねじ領域と両ねじ領域の相対位置がずれないで形成される両ねじ体Ｄを得ることが出来る。

また更に、本実施形態の圧造方法では、ダイ片１０が、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの境界で部品として分割可能としている。ダイ片１０を分割可能にしておくと、片ねじ部形成領域Ｊに相当する部品だけ軸方向の幅が異なるものに交換すれば、簡単に、両ねじ体Ｄの片ねじ領域の長さを変更できる。また、本実施形態の圧造方法では、円筒部形成領域Ｋと片ねじ部形成領域Ｊの境界を分割可能としている。両ねじ体Ｄでは、その仕様に応じて円筒（円柱であってもよい）領域の長さを変更する必要がある。このように分割可能にしておくと、ダイ片１０において、円筒部形成領域Ｋに相当する部品だけ軸方向の幅が異なるものに交換すれば、簡単に両ねじ体Ｄの円筒領域の長さを変更できる。

以上説明の両ねじ体Ｄの圧造用ダイス構造及び圧造方法について説明したが、勿論、これらに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、変更例として図１６（Ａ）に示す圧造用ダイス構造が挙げられる。この圧造用ダイス構造は、ダイ片１０の剛性表面２０において、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの間にスペーサ領域ＳＰが配置される。このスペーサ領域ＳＰは、圧造される両ねじ体Ｄの谷径に相当する突出量に設定されることで、両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの境界部に幾分かの遊間を形成する役割を担う。このようにすると、図１６（Ｂ）に示されるように、圧造後の両ねじ体Ｄの両ねじ領域と片ねじ領域の間に、谷径となる微小幅のくびれ部Ｖが形成されるので、片ねじ領域と両ねじ領域のねじ山の移行が円滑に行われる。

なお、ここでは両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊ間にスペーサ領域ＳＰを配置する場合を例示したが、ダイ片１０の前駆体加工工程を利用して、ねじ素材Ｂ側における両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊに相当する境界にスペーサ領域ＳＰを配置することも好ましい。このようにすると、図１６（Ｃ）に示すように、ねじ素材Ｂが前駆体加工工程を経た状態のいわゆる前駆体にくびれ部Ｖを形成することができる。結果、その後の両ねじ部形成領域Ｕと片ねじ部形成領域Ｊの境界に仮にスペーサ領域が無くても、くびれ部Ｖの存在によって圧造が円滑となる。ここではねじ素材Ｂの両ねじ対応領域ＢＵと片ねじ対応領域ＢＪの境界にくびれＶを形成する以外に、図１６（Ｄ）のように、境界にテーパ面Ｔを形成することも好ましい。

また、本発明の圧造方法は、所謂冷間圧造の他、温間圧造、熱間圧造に適用してもよいことは言うまでもない。

１０ ダイ片
１５ ダイ部材
２０ 剛性表面
２２ 仮想表面
３０ 凹部
３１ 角部
３５ 底部
５０ 谷部
Ｂ ねじ素材
Ｄ 両ねじ体
Ｅ 軸部
Ｊ 片ねじ部形成領域
Ｋ 円筒部形成領域
Ｍ ねじ山
Ｑ 前駆体加工領域
Ｕ 両ねじ部形成領域

Claims (11)

1. 複数のダイ片から成り、該ダイ片の表面を組み合わせて略筒状を成す筒状内周表面を形成し、前記筒状内周表面をねじ素材に対して圧接させて変形させるダイ部材を備え、
   前記ダイ部材は、
   前記筒状内周表面の最内周部間を繋いで得られる仮想表面の展開図における法線方向視において、略平行四辺形状を成し、該仮想表面から半径方向外側に凹設される凹部が、前記筒状の軸方向に位置差を有し且つ周方向に位相差を有して軸方向に複数配列される両ねじ部形成領域を備え、
   前記ダイ片の前記表面は略半円筒形状となっており、
   一対の前記ダイ片の一対の前記表面を組み合わせることで、略円筒形の前記筒状内周表面が形成され、
   前記略半円筒形状の前記表面の円弧最奥部に、前記凹部の最深部が位置することを特徴とする
   両ねじ体圧造用ダイス構造。
2. 前記凹部は、展開状態における形状が、四角錐の頂部を除去して成る略四角錐台形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
3. 前記ダイ片の前記表面は略半円筒形状となっており、
   一対の前記ダイ片の一対の前記表面を組み合わせることで、略円筒形の前記筒状内周表面が形成され、
   一対の前記表面の境界に、前記筒状内周表面における前記凹部の最深部が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
4. 前記ダイ部材は、
   前記両ねじ部形成領域に対して、前記ねじ素材の軸方向にずれた位置に隣接配置され、前記仮想表面において帯状に延在して該仮想表面から凹設される谷部が、前記筒状内周表面の周方向に対してリード角分傾斜配置される片ねじ部形成領域を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
5. 前記ダイ部材は、前記両ねじ部形成領域と前記片ねじ部形成領域の境界で分割可能に構成されることを特徴とする請求項４に記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
6. 前記ダイ部材は、前記片ねじ部形成領域における前記軸方向の中間位置で分割可能となっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
7. 前記ダイ部材は、
   前記片ねじ部形成領域に対して前記ねじ素材の軸方向にずれた位置に隣接配置され、前記凹部を有さない円筒状を成す円筒部形成領域を備えることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
8. 前記円筒部形成領域と前記片ねじ部形成領域は、これらの境界で分割可能に構成されることを特徴とする請求項７に記載の両ねじ体圧造用ダイス構造。
9. 複数のダイ片を有するダイ部材を用い、該ダイ片の表面を組み合わせて筒状内周表面を形成し、前記筒状内周表面をねじ素材に対して圧接させて変形させる両ねじ体の圧造方法であって、
   前記ダイ部材は、
   前記筒状内周表面の最内周部間を繋いで得られる仮想表面の展開図における法線方向視において略平行四辺形状を成し、該仮想表面から半径方向外側に凹設される凹部が、前記筒状の軸方向に位置差を有し且つ周方向に位相差を有して軸方向に複数配列される両ねじ部形成領域を備え、
   前記ダイ片の前記表面は略半円筒形状となっており、
   一対の前記ダイ片の一対の前記表面を組み合わせることで、略円筒形の前記筒状内周表面が形成され、
   前記略半円筒形状の前記表面の円弧最奥部に、前記凹部の最深部が位置する状態で、前記ねじ素材に圧接させることを特徴とする両ねじ体圧造方法。
10. 複数のダイ片を有するダイ部材を用い、該ダイ片の表面を組み合わせて筒状内周表面を形成し、前記筒状内周表面をねじ素材に対して圧接させて変形させる両ねじ体の圧造方法であって、
    前記ダイ部材は、
    前記筒状内周表面の最内周部間を繋いで得られる仮想表面の展開図における法線方向視において略平行四辺形状を成し、該仮想表面から半径方向外側に凹設される凹部が、前記筒状の軸方向に位置差を有し且つ周方向に位相差を有して軸方向に複数配列される両ねじ部形成領域を備えるようにし、
    前記ねじ素材の断面形状を、予め、略楕円又は略長円形状にしておき、
    前記ダイ片の前記表面は、断面が略半円筒形状となっており、
    一対の前記ダイ片の一対の前記表面を組み合わせることで、略円筒形の前記筒状内周表面を形成し、
    前記ねじ素材における断面短軸方向の頂点側から、前記ダイ片の前記略半円筒形状の前記表面内に進入させて、
    前記ねじ素材に、前記ダイ部材の前記筒状内周表面を圧接させることを特徴とする両ねじ体圧造方法。
11. 複数のダイ片を有するダイ部材を用い、該ダイ片の表面を組み合わせて筒状内周表面を形成し、前記筒状内周表面をねじ素材に対して圧接させて変形させる両ねじ体の圧造方法であって、
    前記ダイ部材は、
    前記筒状内周表面の最内周部間を繋いで得られる仮想表面の展開図における法線方向視において略平行四辺形状を成し、該仮想表面から半径方向外側に凹設される凹部が、前記筒状の軸方向に位置差を有し且つ周方向に位相差を有して軸方向に複数配列される両ねじ部形成領域を備え、
    前記ダイ片の前記表面は、半楕円又は半長円形状であり、
    前記ねじ素材の断面形状を、予め、略楕円又は略長円形状にしておき、前記ねじ素材の断面長軸方向の頂点側を、前記ダイ片の仮想部位から前記凹部の最深部位の間に進入させて、圧造することを特徴とする両ねじ体圧造方法。
    
    

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