JPH11138347A - ねじ転造ダイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 雄ねじを転造加工するねじ転造ダイスをコン
パクトに構成し得るとともに安価に製造できるようにす
る。 【解決手段】 挿通穴１２よりも十分に小さい回転工具
（研削ホイール）を軸心まわりに回転駆動しつつ、挿通
穴１２の中心線Ｏまわりに転造加工すべき雄ねじのつる
巻き線に沿って公転させるとともに、その公転の半径を
周期的に増減させることにより、ダイス本体１１に多数
の転造歯１４を一体に設けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はねじ転造ダイスおよ
びその製造方法に係り、特に、ねじ素材が相対的に軸心
まわりに回転させられつつ挿通穴内を軸方向へ送られる
ことにより、その挿通穴の内周面に設けられた多数の転
造歯によって雄ねじを転造加工する転造ダイスおよびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】(a) 円柱形状のねじ素材を挿通させる挿
通穴を有するダイス本体と、(b) 前記挿通穴の内周面で
あって加工すべき雄ねじと同じピッチのつる巻き線上に
位置するように設けられた多数の転造歯とを有し、(c)
前記ねじ素材が相対的に軸心まわりに回転させられつつ
前記挿通穴内を軸方向へ送られることにより、前記転造
歯がそのねじ素材の外周面に食い込んで雄ねじを転造加
工するねじ転造ダイスが提案されている。特開平９−５
２１３８号公報に記載されている装置はその一例で、ダ
イス本体と転造歯とが別体に構成され、雌ねじを加工す
る盛上げタップなどを用いて転造歯が構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにダイス本体と転造歯とが別体に構成されていると、
構造が複雑でコンパクトに構成できず、雄ねじを切削加
工するねじ切りダイスに比べて大型になるとともに、コ
スト高になるという問題があった。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、雄ねじを転造加工す
るねじ転造ダイスをコンパクトに構成し得るとともに安
価に製造できるようにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第１発明は、(a) 円柱形状のねじ素材を挿通させ
る挿通穴を有するダイス本体と、(b) 前記挿通穴の内周
面であって加工すべき雄ねじと同じピッチのつる巻き線
上に位置するように設けられた多数の転造歯とを有し、
(c) 前記ねじ素材が相対的に軸心まわりに回転させられ
つつ前記挿通穴内を軸方向へ送られることにより、前記
転造歯がそのねじ素材の外周面に食い込んで雄ねじを転
造加工するねじ転造ダイスであって、(d) 前記多数の転
造歯が前記ダイス本体に一体に設けられていることを特
徴とする。

【０００６】第２発明は、第１発明のねじ転造ダイスに
おいて、前記多数の転造歯は、前記挿通穴の内周面であ
ってその挿通穴の中心線まわりに設定された複数の歯部
に、それぞれその中心線と略平行な方向に連続して設け
られているとともに、その中心線まわりにおいて各転造
歯の前後には径寸法が徐々に大きくなる傾斜が付けられ
ており、且つ、前記ねじ素材の挿入側には、その挿通穴
の開口端に向かうに従って転造歯全体の径寸法が徐々に
大きくなる食付き部が設けられていることを特徴とす
る。

【０００７】第３発明は、第１発明または第２発明のね
じ転造ダイスにおいて、前記転造歯は、前記挿通穴の中
心線まわりにおける１〜１０°の角度範囲に径寸法が等
しいマージンを有することを特徴とする。

【０００８】第４発明は、第１発明〜第３発明の何れか
のねじ転造ダイスにおいて、前記転造歯は、前記挿通穴
の中心線まわりにおいて前記ねじ素材の外周面に食い込
むアプローチ側が、その中心線まわりにおいて１°当り
０．００２〜０．０１２ｍｍずつ径寸法が大きくなるよ
うに滑らかに拡径させられていることを特徴とする。

【０００９】第５発明は、第１発明〜第４発明の何れか
のねじ転造ダイスにおいて、前記多数の転造歯は、前記
挿通穴よりも小さく且つ前記雄ねじに対応する形状の加
工部が外周部に設けられた回転工具を、軸心まわりに回
転駆動しつつその挿通穴の中心線まわりに前記つる巻き
線に沿って公転させるとともに、その公転の半径を周期
的に増減させることによって形成されていることを特徴
とする。

【００１０】第６発明は、(a) 円柱形状のねじ素材を挿
通させる挿通穴を有するダイス本体と、(b) 前記挿通穴
の内周面であって加工すべき雄ねじと同じピッチのつる
巻き線上に位置するように設けられた多数の転造歯とを
有し、(c) 前記ねじ素材が相対的に軸心まわりに回転さ
せられつつ前記挿通穴内を軸方向へ送られることによ
り、前記転造歯がそのねじ素材の外周面に食い込んで雄
ねじを転造加工するねじ転造ダイスの製造方法であっ
て、(d) 前記挿通穴に対応する下穴を有するダイス素材
を用意する素材準備工程と、(e) 前記下穴よりも小さく
且つ前記雄ねじに対応する形状の加工部が外周部に設け
られた回転工具を、軸心まわりに回転駆動しつつその下
穴の中心線まわりに前記つる巻き線に沿って公転させる
とともに、その公転の半径を周期的に増減させることに
より、前記多数の転造歯を形成する転造歯加工工程とを
有することを特徴とする。

【００１１】

【発明の効果】第１発明のねじ転造ダイスは、多数の転
造歯がダイス本体に一体に設けられているため、転造歯
を別体に構成してダイス本体に一体的に固設する場合に
比較して、ねじ転造ダイスの構造が簡単になり、例えば
ねじ切りダイスと同程度にコンパクトに構成できるとと
もに、安価に製造できるようになる。

【００１２】第２発明では、挿通穴の中心線まわりに複
数の歯部が設定されて、その中心線と略平行な方向に連
続して転造歯が設けられているとともに、各転造歯の前
後には径寸法が徐々に大きくなる傾斜が付けられてお
り、且つねじ素材の挿入側に設けられる食付き部では転
造歯全体の径寸法が徐々に変化しているため、第６発明
の製造方法により挿通穴の内周面に食付き部を含めて多
数の転造歯を簡単に設けることができる。

【００１３】第３発明の転造歯は、挿通穴の中心線まわ
りにおける１〜１０°の角度範囲にマージンを有するた
め、転造加工精度が安定するとともに工具寿命が向上す
る。

【００１４】第４発明では、転造歯のアプローチ側が、
挿通穴の中心線まわりにおいて１°当り０．００２〜
０．０１２ｍｍずつ径寸法が大きくなるように滑らかに
拡径させられているため、転造抵抗を抑制しながら良好
に転造加工を行うことができる。

【００１５】第５発明では、回転工具を軸心まわりに回
転駆動しつつ挿通穴の中心線まわりにつる巻き線に沿っ
て公転させるとともに、その公転の半径を周期的に増減
させることによって多数の転造歯が形成されているた
め、ねじ転造ダイスが簡単且つ安価に製造される。

【００１６】第６発明でも、実質的に第５発明と同様の
効果が得られ、多数の転造歯がダイス本体に一体に設け
られているねじ転造ダイスが簡単且つ安価に製造される
とともに、このようなねじ転造ダイスによればコンパク
トに構成できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】ここで、本発明のねじ転造ダイス
は、アルミニウムや真鍮などの軟質のねじ素材に比較的
小径（例えば、Ｍ２０程度以下）の雄ねじを加工する場
合に好適に適用され、ねじ転造ダイスの材質としてはダ
イス鋼や高速度工具鋼、超硬合金などが好適に用いられ
る。但し、本発明はこれ等に限定されるものではない。

【００１８】ねじ転造ダイスの挿通穴は、略円形であっ
ても三角形や正方形などの角形状であっても良い。外周
形状も特に限定されず、円形でも四角形などでも良い。
多数の転造歯は、第２発明のように中心線と略平行な方
向に連続して設けることが望ましいが、例えば中心線ま
わりに１４４°間隔で設けられるなどつる巻き線に沿っ
た２回転で元の位相に戻るようにしても良いし、特に等
角度間隔でなくても良いなど、転造歯の配置形態は適宜
定められる。第２発明の転造歯は、中心線まわりに等角
度間隔で設けられることが望ましい。

【００１９】転造歯のマージンの幅は、第３発明のよう
に１〜１０°の角度範囲で設けることが望ましいが、摩
擦抵抗を小さくする上で、ねじ素材の材質によっても異
なるが、歯欠けなどが生じ難い範囲で５°以下の角度範
囲とすることが望ましい。但し、小さくし過ぎると工具
寿命が短くなり、１°以下では、ダイス作製上、また工
具寿命が悪くなるなどのため好ましくない。転造歯のア
プローチ側の傾斜は、例えば第４発明のように定められ
るが、ねじ素材の材質やねじの大きさなどにより適宜設
定される。食付き部における転造歯については、製造上
第２発明のように全体的に径寸法を変化させることが望
ましいが、歯底部分の径寸法は完全山部と同じで単に歯
先を除去した形状であっても良いし、転造時の抵抗を小
さくしたり高い精度で転造加工できるようにしたりする
などのため、種々の形態を採用できる。なお、アプロー
チと反対の逃げ側は、少なくともマージンより大径とさ
れておれば良い。

【００２０】第６発明の素材準備工程は、例えば金属製
のダイス素材に下穴を切削加工する切削工程と、その下
穴が形成されたダイス素材に熱処理を施して硬化させる
熱処理工程とを有して構成されるとともに、転造歯加工
工程は、例えば回転工具として砥石または研削ホイール
（ＣＢＮホイールなど）を用いて転造歯を研削加工する
ように構成され、その場合は転造歯が高い寸法精度で設
けられる。但し、転造歯をフライスなどで切削加工した
後に硬化熱処理を行う場合でも、その後に研削ホイール
などで歪を修正するようにすれば良い。また、超硬合金
製のねじ転造ダイスは、素材準備工程で下穴を有する超
硬合金のダイス素材を用意し、転造歯加工工程では、ダ
イヤモンドホイールを用いて研削加工すれば良い。転造
歯の表面を、耐摩耗性に優れたＴｉＮ、ＴｉＣＮ、或い
はＴｉＡｌＮなどの硬質被膜で被覆するようにしても良
い。

【００２１】上記転造歯加工工程では、マシニングセン
タやグラインディングセンタ等のＮＣ工作機械が好適に
用いられる。回転工具の加工部は、例えば加工すべき雄
ねじのねじ山に対応する凸部と溝底に対応する円筒部或
いは円弧状凹部等とを有して構成され、ダイス素材の下
穴内周面には雄ねじの溝と同一形状の転造歯が形成され
る。回転工具の加工部を、雄ねじのねじ溝に対応する凹
部とねじ山の頂に対応する円筒部或いは円弧状凸部等と
を有して構成することも可能で、その場合もダイス素材
の下穴内周面には雄ねじの溝と同一形状の転造歯が形成
される。なお、ダイス素材の下穴内周面が、転造加工す
べき雄ねじの谷径と同じであれば、回転工具の加工部形
状は、その雄ねじのねじ山に対応する凸形状のみであっ
ても差し支えない。また、転造歯の径寸法が等しい完全
山部については、多山の回転工具を用いて軸方向に連な
る複数の転造歯を同時に加工することもできるなど、複
数種類の回転工具を用いて複数工程で転造歯を加工する
ようにしても良い。

【００２２】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるねじ
転造ダイス１０を示す図で、(a) は正面図、(b) は(a)
におけるＩ−Ｉ断面を示す図である。このねじ転造ダイ
ス１０は、アルミニウムや真鍮などの軟質材にＭ１０×
１．５の雄ねじを加工するためのもので、略円板形状を
成す高速度工具鋼製のダイス本体１１によって一体に構
成されており、中央には中心線Ｏと同心に円形の挿通穴
１２が設けられている。挿通穴１２の内周面には、加工
すべき雄ねじと同じピッチのつる巻き線上に位置するよ
うに多数の転造歯１４が設けられており、円柱形状のね
じ素材１６が中心線Ｏ上において相対的に軸心（中心線
Ｏ）まわりに回転させられつつ挿通穴１２内を軸方向へ
送られることにより、転造歯１４がねじ素材１６の外周
面に食い込んで雄ねじを転造加工する。

【００２３】挿通穴１２の内周面は、中心線Ｏまわりに
９０°間隔で設けられた４本の円形の油溝１８により４
つの歯部２０に分断されており、多数の転造歯１４は、
それ等４つの歯部２０においてそれぞれ中心線Ｏと平行
な方向に連続して設けられている。また、軸方向におい
てねじ素材１６の挿入側、すなわち図１の(b) における
右側には、挿通穴１２の開口端に向かうに従って転造歯
１４全体の径寸法が徐々に大きくなる食付き部２２が設
けられている。食付き部２２は、挿通穴１２の開口端か
ら２ピッチの範囲に設けられており、その間に存在する
８つの転造歯１４の径寸法は、図２に示すように徐々に
小さくなる。図２は、転造歯１４が設けられているつる
巻き線に沿って中心線Ｏまわりに展開した断面図で、０
°の位置が挿通穴１２の開口端で、(0) 〜(9) が転造歯
１４を表しており、この実施例では展開した状態におい
て直線的に転造歯１４の径寸法が小さくされている。な
お、図２および後述の図３(b) では油溝１８が省略され
ている。また、食付き部２２における転造歯１４の径寸
法変化は、中心線Ｏまわりに展開した状態において放物
線などの曲線に沿って変化するようになっていても良
い。

【００２４】上記各転造歯１４には、図３に拡大して示
すように挿通穴１２の中心線Ｏまわりにおいて１〜１０
°の角度範囲に径寸法が等しいマージン１４ａが設けら
れているとともに、そのマージン１４の前後には径寸法
が徐々に大きくなる傾斜が付けられ、アプローチ部１４
ｂおよび逃げ部１４ｃが設けられている。アプローチ部
１４ｂは、ねじ素材１６の外周面に食い込む食い込み側
の部分で、逃げ部１４ｃはその反対側の部分であり、本
実施例では図３(b) に示すように中心線Ｏまわりに展開
した状態で直線的に径寸法が変化し、複数の歯部２０の
中間位置における逃げ寸法ｄが０．１〜０．５ｍｍの範
囲内となるように定められている。すなわち、中心線Ｏ
まわりにおいて約４５°の角度範囲で０．１〜０．５ｍ
ｍ大きくなるのであり、１°当りに換算すると０．００
２〜０．０１２ｍｍ程度になる。図３の(a) は中心線Ｏ
と直角な断面図で、(b) は中心線Ｏまわりに展開した断
面図で前記図２に対応する。

【００２５】このようなねじ転造ダイス１０は、例えば
図４に示す製造方法に従って製造される。工程１では、
図５に示すように円柱形状を成す高速度工具鋼製のダイ
ス素材３０に、前記挿通穴１２に対応する下穴３２およ
び４本の油溝１８をドリル等によって切削加工する。下
穴３２の径寸法は、転造加工すべき雄ねじの谷径と略同
じかそれより小さい寸法に定められる。また、食付き部
２２に相当する部分に、食付き部２２に対応するテーパ
面或いは螺旋溝等を設けておくことも可能である。工程
２では、その下穴３２や油溝１８が形成されたダイス素
材３０に熱処理（焼入れ、焼もどし）を行って硬化さ
せ、工程３では、ＣＢＮホイール等を用いて上記下穴３
２や食付き部２２に対応するテーパ形状等の食付き下穴
を仕上げ研削し、これにより下穴３２の内径寸法が転造
加工すべき雄ねじの谷径と一致させられる。これ等の工
程１〜３は素材準備工程に相当する。図５の(a) は正面
図で、(b) は(a) におけるＶ−Ｖ断面図である。

【００２６】続く工程４では、マシニングセンタやグラ
インディングセンタ等のＮＣ工作機械を用いて、図６に
示すようにＣＢＮホイールなどの研削ホイール３４を軸
心Ｓまわりに回転駆動しつつ、下穴３２の中心線（挿通
穴１２の中心線Ｏ）まわりに転造加工すべき雄ねじのつ
る巻き線に沿って公転させるとともに、その公転の半径
を前記逃げ寸法ｄや食付き部２２の山数、径寸法変化な
どに応じて周期的に増減させることにより、前記マージ
ン１４ａ、アプローチ部１４ｂ、逃げ部１４ｃを有する
多数の転造歯１４を連続的に研削加工する。図６の実線
は、研削ホイール３４による研削部位のうち中心線Ｏか
ら最も遠い位置の移動軌跡を表したもので、(0) 〜(11)
は多数の転造歯１４に対応し（(0) 〜(9) は図２の(0)
〜(9) に対応）、そのうちの(8) までは食付き部２２に
位置するものであり、研削部位は(0) から(1) 、(2) ・
・・と実線に沿って右まわりに回転させられつつ、１回
転で１ピッチずつ軸方向へ移動させられる。(11)以降
は、(8) 〜(11)と同じ軌跡で回転させられる。なお、油
溝１８部分ではエアカットとなる。

【００２７】図７は、研削ホイール３４の一例で、その
径寸法は下穴３２よりも小さく、転造加工すべき雄ねじ
の外径寸法の０．７〜０．９程度である。また、外周部
の加工部３６は、転造加工すべき雄ねじのねじ山に対応
する凸形状を成しており、ダイス素材３０の下穴３２の
内周面には雄ねじの溝と同一形状の転造歯１４が形成さ
れる。この工程４は転造歯加工工程に相当し、研削ホイ
ール３４は回転工具に相当する。なお、必要に応じて別
途仕上げ研削などを行うこともできる。

【００２８】このような本実施例のねじ転造ダイス１０
によれば、多数の転造歯１４がダイス本体１１に一体に
設けられているため、転造歯１４を別体に構成してダイ
ス本体１１に一体的に固設する場合に比較して、ねじ転
造ダイス１０の構造が簡単になり、例えばねじ切りダイ
スと同程度にコンパクトに構成できるとともに、安価に
製造できるようになる。

【００２９】特に、本実施例では挿通穴１２の中心線Ｏ
まわりに複数の歯部２０が設定されて、その中心線Ｏと
平行な方向に連続して転造歯１４が設けられているとと
もに、各転造歯１４の前後には径寸法が徐々に大きくな
る傾斜が付けられており、且つねじ素材１６の挿入側に
設けられる食付き部２２では転造歯１４全体の径寸法が
徐々に変化しているため、図４〜図７を参照して説明し
たように研削ホイール３４による研削加工により、挿通
穴１２の内周面に食付き部２２を含めて多数の転造歯１
４を簡単に設けることができる。

【００３０】また、上記転造歯１４は、中心線Ｏまわり
における１〜１０°の角度範囲にマージン１４ａを有す
るため、転造加工時の雄ねじの加工精度が安定し、且つ
工具寿命が向上するとともに、転造歯１４のアプローチ
部１４ｂには所定の傾斜が設けられているため、転造抵
抗を抑制しながら良好に転造加工を行うことができる。

【００３１】また、本実施例ではダイス素材３０に下穴
３２等を切削加工するとともに硬化熱処理を施した後、
研削ホイール３４を用いて転造歯１４を研削加工してい
るため、転造歯１４が高い寸法精度で設けられる利点が
ある。

【００３２】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、
例えば寸法精度面で問題がなければ硬化熱処理前に総て
の加工を完了させても良いなど、本発明は当業者の知識
に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるねじ転造ダイスを示す
図で、(a) は正面図、(b) は(a) におけるＩ−Ｉ断面に
相当する図である。

【図２】図１のねじ転造ダイスの食付き部付近を中心線
Ｏまわりに展開して示す断面図である。

【図３】図１のねじ転造ダイスの転造歯を説明する図
で、(a) は中心線Ｏと直角な断面図、(b) は中心線Ｏま
わりに展開した断面図である。

【図４】図１のねじ転造ダイスの製造方法の一例を説明
する工程図である。

【図５】図４の工程１で製造されるダイス素材を示す図
で、(a) は正面図、(b) は(a) におけるＶ−Ｖ断面図で
ある。

【図６】図４の工程４で転造歯を研削加工する際の研削
ホイールの移動軌跡を説明する図である。

【図７】図６の研削加工で使用する研削ホイールの一例
を示す図である。

【符号の説明】

１０：ねじ転造ダイス １１：ダイス本体 １２：挿通穴 １４：転造歯 １６：ねじ素材 ２０：歯部 ２２：食付き部 ３０：ダイス素材 ３２：下穴 ３４：研削ホイール（回転工具） ３６：加工部 Ｏ：中心線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱形状のねじ素材を挿通させる挿通穴
   を有するダイス本体と、 前記挿通穴の内周面であって加工すべき雄ねじと同じピ
   ッチのつる巻き線上に位置するように設けられた多数の
   転造歯とを有し、前記ねじ素材が相対的に軸心まわりに
   回転させられつつ前記挿通穴内を軸方向へ送られること
   により、前記転造歯が該ねじ素材の外周面に食い込んで
   雄ねじを転造加工するねじ転造ダイスであって、 前記多数の転造歯が前記ダイス本体に一体に設けられて
   いることを特徴とするねじ転造ダイス。
2. 【請求項２】 前記多数の転造歯は、前記挿通穴の内周
   面であって該挿通穴の中心線まわりに設定された複数の
   歯部に、それぞれ該中心線と略平行な方向に連続して設
   けられているとともに、該中心線まわりにおいて各転造
   歯の前後には径寸法が徐々に大きくなる傾斜が付けられ
   ており、且つ、前記ねじ素材の挿入側には、該挿通穴の
   開口端に向かうに従って転造歯全体の径寸法が徐々に大
   きくなる食付き部が設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載のねじ転造ダイス。
3. 【請求項３】 前記転造歯は、前記挿通穴の中心線まわ
   りにおける１〜１０°の角度範囲に径寸法が等しいマー
   ジンを有することを特徴とする請求項１または２に記載
   のねじ転造ダイス。
4. 【請求項４】 前記転造歯は、前記挿通穴の中心線まわ
   りにおいて前記ねじ素材の外周面に食い込むアプローチ
   側が、該中心線まわりにおいて１°当り０．００２〜
   ０．０１２ｍｍずつ径寸法が大きくなるように滑らかに
   拡径させられていることを特徴とする請求項１〜３の何
   れか１項に記載のねじ転造ダイス。
5. 【請求項５】 前記多数の転造歯は、前記挿通穴よりも
   小さく且つ前記雄ねじに対応する形状の加工部が外周部
   に設けられた回転工具を、軸心まわりに回転駆動しつつ
   該挿通穴の中心線まわりに前記つる巻き線に沿って公転
   させるとともに、該公転の半径を周期的に増減させるこ
   とによって形成されていることを特徴とする請求項１〜
   ４の何れか１項に記載のねじ転造ダイス。
6. 【請求項６】 円柱形状のねじ素材を挿通させる挿通穴
   を有するダイス本体と、 前記挿通穴の内周面であって加工すべき雄ねじと同じピ
   ッチのつる巻き線上に位置するように設けられた多数の
   転造歯とを有し、前記ねじ素材が相対的に軸心まわりに
   回転させられつつ前記挿通穴内を軸方向へ送られること
   により、前記転造歯が該ねじ素材の外周面に食い込んで
   雄ねじを転造加工するねじ転造ダイスの製造方法であっ
   て、 前記挿通穴に対応する下穴を有するダイス素材を用意す
   る素材準備工程と、 前記下穴よりも小さいく且つ前記雄ねじに対応する形状
   の加工部が外周部に設けられた回転工具を、軸心まわり
   に回転駆動しつつ該下穴の中心線まわりに前記つる巻き
   線に沿って公転させるとともに、該公転の半径を周期的
   に増減させることにより、前記多数の転造歯を形成する
   転造歯加工工程とを有することを特徴とするねじ転造ダ
   イスの製造方法。