JPS62104640A - 傾きが０もしくは負の側面を有するらせん形の溝を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中実もしくは中空の回転体部材に側面の少な
くとも１方が０もしくは負の傾きを有するらせん形の溝
を形成する方法に関するものである。中空部材の場合に
は、外面もしくは内面に溝を形成する方法に関する。本
発明の方法は、金属製のパイプをねじで接合する場合に
そのパイプの端部にねじを形成するのに使われることが
最も多い。本方法は、円筒形部材にらせん形の溝を形成
する際だけでなく、円錐形部材にらせん形の溝を形成す
る際にも適用できる。

第１図乃至第４図を参照すると、らせん形の溝の一般的
な特徴及びそのような溝の形成に関する従来法がより良
く理解できるだろう。

第１図は、軸をＸ　ＩＸ　１とする回転体部材１のその
軸を含む断面を半分だけ示した図である。

この回転体部材の外壁面上に、らせん状のねじのねじ山
のいくつかが示されている。このようなねじの場合、参
照番号３．４で示すような互いに向き合うねじ山の２つ
の側面は、いわゆる正の傾きを持つ側面である。実際、
これらの側面は互いに字形となっているため、ねじ山の
底の参照番号６で示す点で交わる。この点６を回転体部
材の径５が通過している場合、この点６からねじの外側
すなわち矢印の方向に進んで行くと、側面３と４は離れ
ていく。このような側面を正の傾きを持つと定義する。

中空の回転体部材の内壁面にねじが形成されている場合
にも同様に定義できる。

この場合の唯一の相違点は、ねじ山の底から径方向でね
じの外に向かって進むと回転体部材の軸から遠ざかるの
ではなく、逆にその軸に近づくことである。

ねじ２のらせんの接線に垂直で、しかも径とねじ山の底
との交点を通る平面Ｐ１で第１図に示すねじ山を切断す
ると、径５がこの平面に含まれるので、第２図が得られ
る。この平面Ｐ１は、この図に示されている側面７と８
をその母線に沿って切断する。この母線は第２図の場合
は直線である。

しかし、ねじの種類によっては直線でないこともある。

また、ねじ山の側面７もしくは８等の傾斜角をその母線
上の任意の点、例えば、Ｍ、Ｎで考えると良い。これら
の各点における母線の傾斜角は、この点における母線の
接線と径５に平行でこの点を通る直線がなす角度である
。

第２図の場合、点Ｍにおけるねじ山の側面７の傾斜角は
、この点におけるこのねじ山の側面の母線の接線と径５
に平行でこの点を通る直線５“がなす角度αに等しいこ
とがわかる。同様に、点Ｎにおけるねじ山の側面８の傾
斜角は、この点におけるこのねじ山の側面の母線の接線
と径５に平行でこの点を通る直線５″がなす角度βであ
る。これらの角度α及びβは、正である。なぜなる、各
々、点Ｍもしくは点Ｎからねじの外側すなわち直線５°
、５”の端部に示す矢印の方向に、切断面に含まれる径
５に平行に進むと、母線上のこれらの点Ｍ、Ｎにおける
接線から離れていくからである。

上述のような、側面の傾斜角が正であるねじを有するら
せん形のねじは、製造が最も簡単なため一番良く使われ
ている。これは、例えば国際規格ｓ、ｒ、に適するねじ
の場合である。この国際規格によれば、対向する側面は
、各々、径に対して３０°の正の傾斜角を持つ。

しかしながら、傾斜角が正の側面を有するこれらのねじ
は、応用によっては、機械的強度が不十分であるという
欠点を持つ。例えば、一方の端部が雄ねじで、もう一方
がその雄ねじに対応するように接合される雌ねじとなっ
ている２つの回転体中空部材のねじによる接合の場合で
ある。

２本のパイプの一方に、両パイプの共通の軸に平行に引
っ張り力を与えると、そのパイプをもう一方のパイプか
ら引き離そうとするので、この引っ張り力はねじ山の側
面で径方向の成分を持つことがわかる。この成分は、互
いにかみ合う雄ねじと雌ねじの側面を径方向に滑らせる
。側面の傾斜角が正の場合、この径方向の力により、中
空部材の雌ねじを有する側面の直径が増大し、反対に、
中空部材の雄ねじを有する壁面の直径は減少する。

壁面が薄い中空部材の場合、互いのねじ山がはずれて、
その結果接合状態でなくなるような径方向の変形が起こ
る可能性がある。

例えば、直径が大きく肉厚の薄いパイプが接合されてい
るときに、大きな引っ張り力を与えると、接合がはずれ
る恐れがある。

そのような危険を回避する手段が知られている。

その手段とは、ねじ山の側面の傾斜角が０もしくは負で
あるねじを使用することである。第３図及び第４図は、
このようなねじの例である。切断面Ｐ２、Ｐ３は、第２
図の場合のように、各々、参照番号９．１０に示すねじ
のらせんの接線に垂直で、しかも、ねじ山の底部で点１
１．１２と交わる回転体部材の径１３．１４を含む平面
である。第３図の場合は、ねじ山の側面１５．１６の母
線は直線で、径１３に平行である。これらの母線上の任
意の点の接線は、これらの母線と一致し、従って、また
径１３に平行である。これは、いわゆるねじ山が「四角
」のねじである。このようなねじ山を備えるパイプを接
合した場合に軸方向に引っ張り力を与えると、ねじ山の
側面には径方向の成分が存在し得ないことがわかる。

第４図の場合、ねじ山の側面の母線１７及び１８は直線
であり、従って、それらの接線と一致する。

母線１７上の任意の１点Ｐを通って径１４に平行な直線
１４′　　をひくと、この平行線は母線と角度α１をな
す。この角度は正であり、従って、そのねじ山の側面は
、角度α１の正の傾斜角を持つ。反対に、母線１８上の
任意の１点Ｓを通って径１４に平行な直線１４″をひく
と、この平行線は母線と負の角度β１をなす。実際、点
Ｓからねじの外側の方向、すなわち矢印に示す方向に直
線１４′°をたどると、ねじ山の側面から離れるのでは
なく、逆にねじ山の内部に入っていく。従って、ねじ山
のこの側面は負の傾斜角β１を持つ。これはアンダカッ
トを有するねじ山の側面であると言われることが多い。

側面の傾斜角が負であるようなねじ山を備えるパイプを
接合して引っ張り力を与えると、その引っ張り力が径方
向の成分をもつので、２つの雄ねじと雌ねじが互いによ
り密接に接合することがわかる。側面の傾斜角が正のね
じ山の場合と同様に、その他の条件をすべて同じにして
考えると、側面の傾斜角の負の程度が大きくなるほど径
方向の成分が大きくなる。

側面の傾斜角が負のねじには上記のような利点があるに
もかかわらず、製造が非常に難しいため、使用されるこ
とが極めて少ない。例えば、切削工具を用いて丸削りに
よって傾斜角が負の側面を形成する場合、切削面の端部
は鋭角となり、従って非常に弱くなる。さらに、ねじ山
の底部では、削りくずの除去がうまくいかないため、そ
の面があまりきれいにはならない。さらに、ローレット
を押しあてることによってそのようなねじ山を形成する
ことはできない。なぜなら、使用するローレットは形成
されるねじ山の輪郭を持たなければならないが、このよ
うなアンダカット状にはできないからである。側面の傾
斜角が０のローレットを用いても、四角い形状のねじ山
を形成することはできず、単に数度の正の傾斜角を持つ
ねじ山しか得られないことが実験によりわかった。側面
が負の傾斜角を持つと共に、その側面とねじ山の底部と
の接続部の面がなめらかな状態となるねじ山を持つらせ
ん状のねじを形成することができ−る方法を完成させる
ことが可能であるかが研究されている。また、簡潔、迅
速、経済的にそのような結果を得ることができる方法も
研究されている。

本発明の目的は、回転体部材の外壁面上に、また回転体
部材が中空である場合には内壁面に、０もしくは負の傾
斜角を持つ側面を備えるらせん形のねじを形成する方法
を提供することである。この方法は、第１段階として、
機械加工、ローラーの回転等の方法によって、各ねじ山
の対向する側面の傾斜角が正であるねじを形成する。第
２段階として、面形成手段を用いて、ねじ山の側面から
材料を除去することなく、その側面に塑性変形を行わせ
、０もしくは負の傾斜角を与える。使用される面形成手
段は、回転体部材の径に垂直な平面に対して角度１０乃
至８０°傾斜した軸上に回転自在に装着された回転体状
のローラーであって、この径はねじ山の側面にローラー
が当接する部分の近傍でねじ山の底部と交わることが好
ましい。

そのねじ山の側面に押しあてられたローラーの縁部の母
線は、回転体部材の径に平行な直線と０乃至−３０°の
角度をなすことが望ましい。このローラーの軸は、ねじ
山の側面にローラーが当接する部分で、ねじのらせんの
接線に垂直な平面内に存在することが好ましい。ローラ
ーの軸を回転体部材のまわりにらせんを描くように相対
運動させ、しかもそのローラーの縁部をねじ山の側面に
当接させておくことによって、この側面の塑性変形を起
こさせる。その場合、その側面の母線は、ローラーの母
線に一致する結果、０また負の傾斜角が得られる。この
傾斜角は、０乃至−３０°であることが好ましい。ねじ
山の側面に塑性変形を与える母線と、母線がねじ山の外
縁部に当接する第２の面形成部分が接続されていること
が望ましい。この２本の母線は互いに５０乃至９０°の
角度をなすことが好ましい。従って、ローラーによって
ねじ山の側面を形成する際に、このねじ山の外縁部に塑
性変形によって形成される隆起を調整することが可能で
ある。旋盤、フライス削り、もしくはその他の機械加工
等の適切な方法によって、この隆起を調整、すなわち除
去することもできる。また、ローラーの端部の外縁を丸
くして、このローラーが回転自在に装着されている軸を
介して、このローラーに十分な力を及ぼし、この端部の
外縁の輪郭と同じ輪郭をねじ山の底部と傾斜角が変化す
る側面との接続部分に形成することが望ましい。

本発明は、また、本発明による方法を実施するための回
転体状の面形成用ローラーにも関するものである。この
ローラーは、上で説明したような構造及び特徴を持つ。

また、この構造及び特徴は、実施例に関連してさらに詳
しく説明されるであろう。このローラーは、円錐台状の
少なくとも１つの面形成部分を備えることが好ましい。

このローラーは、面積の小さな上面同士が接続したほぼ
円錐台状の２つの面形成部分を備えることが好ましい。

この場合、これらの面形成部分の母線は、互いに５０乃
至９０°の角度をなすことが望ましい。

第５図から第７図に示す実施例によって、本発明方法及
び装置の特徴がより明らかとなろう。但し、この実施例
は本発明を何ら限定するものではない。

第５図及び第６図は、本発明による方法の１実施態様を
示す。これらの図には、中空回転体部材の外壁面に、傾
斜角か負の側面を有するねじを形成する場合が示されて
いる。この中空回転体部材は、金属材料などのように可
塑的に変形可能な材木斗でイ乍製されている。

第５図は、第１段階を示す図である。この第１段階では
、旋盤加工等の適当な方法を用いてねじを形成するが、
その一部が図に示されている。この図では切断面は、第
２図乃至第４図の場合と同様に、ねじ山の底部と径２１
の交点て、ねじ山の底部２０におけるらせんの接線に垂
直である。点２２は、中空部材１９の軸と切断面の交点
の位置にあり、二の軸とこの切断面はらせんの傾斜角度
と等しい角をなすことがわかる。ねじ山の対向する側面
２３．２４は正の傾斜角を持つため、容易に形成できる
。

側面２４の母線は、ねじ山の底部でこの母線の下端を通
り、径２１に平行な直線２１″　に対して傾斜角β２を
なす。この角β２は正である。対向する側面２３の母線
についても同様である。すなわち、この母線は、その下
端を通り、径２１に平行な直線２１゜と正の角α２をな
す。

第６図は、第２段階を示す図である。この第２段階にお
いては、形成されることになる側面の母線に対して十分
な圧力を加えてローラー２６をころがして、この側面を
変形させて、アンダカットすなわち負の傾斜角を与える
。この目的で、ローラー２６は、この図が描かれている
平面に含まれる軸Ｘ２−Ｘ２に対して回転自在に装着さ
れている。

この平面は、このねじ山の底部と径２５の交点２７にお
けるねじ山の底部のらせんの接線に垂直である。

さらに、この軸Ｘ２−Ｘ２は、この径に対して垂直な平
面２８に対して、角度θ傾いている。

本発明の目的の１つは、本発明の方法を実施するのに適
した構造及び特徴を有するローラーを提供することにあ
る。

このローラー２６は、外形が円錐台状である。その母線
２９が傾いて、側面２４を押し込んでいる。その押し込
まれる量は、この側面の下から上に向かって減っている
ので、側面に負の傾斜角が与えられる。母線２９がその
下端を通る径２５に平行な直線２５”　となす負の角β
３は、ローラーが通過した後にその側面に与えられる角
度である。そのような作業を実施するために、ローラー
２６の軸Ｘ２−Ｘ２は、適切な手段に支持されている。

この手段を用いると中空部材１９のまわりの回転とこの
中空部材の軸に平行な並進運動を同時にｔ同封的に行わ
せることができるので、母線２９は側面２４を一様に押
し込んで、所望の負の傾斜角を持つ側面３２が形成され
る。このローラーの端部の外縁は丸くなっているので、
押し込まれてできた側面とねじ山の底部を接続させるこ
とができる。ローラーによって側面２４が押し込まれて
側面３２になるのと同時に、ねじ山の外縁部に隆起部が
形成される。この隆起部は、たいていの場合、任意の手
段、例えば旋盤加工もしくはフライス削り等によって除
去する必要がある。

ローラーを作製するには、ローラー自身が変形すること
がなく、しかも、ねじ山の側面を変形させるのに十分な
固さを有する材料を用いる。ローラーの材料としては、
優れた機械的特１生を持つように加工された鋼鉄、超硬
合金等の材料を使用することができる。側面２４に機械
加工によって形成される正の傾斜角、Ｊ　２、続いて同
一の側面にローラー２６の母線２９によって形成される
負の傾斜角β３は、回転体部材を構成する物質の性質に
よって決まる。たいていの場合、角β２は約１乃至２０
゜であり、角β３はＯ乃至３０°である。ローラーの軸
の傾斜角θは、１０　、ｉ”ｒ　−ｉＬ　：聞′が弓能
であるが、３０乃至６０’　であることが最も多い。こ
の傾斜角θは、形成（、ようとするねじの性質に応じて
決まる。この場合、ローラーとしては、その輪郭がねじ
山の底まで達すると共に、与えられる応力に対して十分
な抵抗力を持つ硬い材料でできているものを用いる。

第６図に示すような、本発明によるロー・ラーを用いる
代わりに、やはり本発明によるローラーを用いて、ねじ
山の外縁部に形成される隆起３１を調整することができ
る。第７図は軸Ｘ３−Ｘ３に回転自在に装着された回転
体状のローラー３３を示す図である。このローラーは、
中空回転体部材３５の外壁面上に形成されるねじ３４の
側面に負の傾斜角を与えるのに用いられる。このローラ
ーは、側面に傾斜角を与えるほぼ円錐台状の第１の部分
を備える。この円錐台の母線３６は、傾斜しており、ね
じ山の側面３７を押し込んで、負の傾斜角β４を与える
。第６図の場合と同様に、第７図が描かれている平面に
は、点３９てねじ山の底部と交わる回転体部材３５の径
３８が含まれる。この平面は、ねじ山の底部でこの交点
３９を通るらせんの接線に垂直である。軸Ｘ　３−、　
Ｘ　３は、径３８に垂直な、一点鎖線４０て示す平面に
対して角度θ１傾斜している。このローラーは、ほぼ円
錐台状の第２の部分を備える。その円錐台の母線４１は
、母線３６と交わる。この２つのほぼ円錐台状の部分は
、面積の小さな上面同士が接続されている。従って、断
面がほぼ三角形の環状の溝が形成される。

第２の母線４１は、ねじ山の外縁部の輪郭を所望の形に
することができる方向を向いている。この母線により外
縁部に圧力が加えられると、隆起が平らになる。この隆
起は、ローラーの第１の母線がねじ山の側面に作用を及
ぼした結果、金属が可塑的に移動することによって形成
されたものである。そのような隆起は、ねじ山の外縁部
に均一に分配されて、余分な厚み４２となる。均一に分
配されるので、後に機械加工する必要はまずない。

たいていの場合、３６及び４１のような母線は、はｒＸ
　Ｕ線であり、その間の角度は５０乃至９０°である。

本発明の範囲を超えることなく、本発明の方法に極めて
多くの変更を施すことができる。特に、軸Ｘｌ−Ｘ２、
もしくはＸ３−Ｘ３にローラーを回転自在に装着する際
には、公知のいろいろな方法を用いることができる。同
様に、回転体部材１９もしくは３５に対して軸Ｘ２−Ｘ
２もしくはＸ３−×３力く相対的な移動を行う際に、ロ
ーラーの端部が正確にらせんを描き、しかもその端部が
ねじ山の側面を常に同じように変形させるためには、当
。

業者に周知の手段が用いられる。

本発明の方法には２つの段階があるが、統合装置を用い
て連続的に実施しても良いし、それとは反対に同一の場
所もしくは異なる場所で異なる装置を用いて実施しても
良い。本発明の方法は、産業界で一般に使われている正
の傾斜角を持つ側面を有する規格ねじに適用することが
できる。すなわち、本発明の方法の第２の段階を実施す
ることにより、その側面が変更を受ける。本発明の方法
は、実施例で説明した円筒形のねじの形成に対してだけ
でなく、円錐形のねじの形成にも適用することができる
。本発明の方法は特にパイプの接続をするためのねじを
パイプの端部に円筒状もしくは円錐状に形成するのに応
用される。特に、パイプの肉厚が直径に比べて薄い場合
に応用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ねじ山の側面が正の傾斜角を持つらせん状の
ねじを備えるパイプを、軸を含む平面で切断してその上
半分を示した図であり、第２図は、第１図に示すねじを
備えるパイプを、ねじ山の接線に垂直な平面で切断して
その上半分を示した図であり、 第３図は、正方形のねじ山を持つねじを、ねじ山の接線
に垂直な平面で切断してその上半分を示した図であり、 第４図は、第３図と同様に、側面の一方が負の傾斜角を
有するねじ山を備えるねじの断面図の上半分を示す図で
あり、 第５図は、本発明の方法の第１段階によりねじが形成さ
れた中空部材を示す図であり、第６図は、本発明の方法
の第２段階によりねじが形成された中空部材を示す図で
あり、第７図は、本発明の方法の第２段階を実施する別
の実施例で、ねじ山の夕（縁部を調整することのできる
ローラーを使用している図である。 （主な参照番号） ２・・ねじ、　　３．４・・ねじ山の側面、５・・回転
体部材の径、 ７．８・・ねじ山の側面、 ９．１０・・ねじのらせん、 １３、１４．２１．２５．３８・・径、　　１．５．１
６・・ねじ山の側面、　　１９・・中空部材、２３、２
４・・ねじ山の側面、　２６・・ローラー、２９・・ロ
ーラー２６の母線、　３１・・隆起、３２・・ねじ山の
側面、　　　３３・・ローラー、３４・・ねじ、　　　
３５・・中空回転体部材、Ｘｌ−Ｘｉ・・回転体部材の
軸、 Ｘ２−Ｘ２・・ローラー２６の軸、 ＸＬ−Ｘ３・・ローラー３６の軸、 ＰＬ、Ｐ２．Ｐ３・・切断面、 Ｍ、Ｎ、Ｓ・・ねじ山の側面の母線上の１千意の点、α
、β、θ・・傾斜角、 特許出願人　　　工スコフィエ　テクノロジーニス、　
アー５

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体部材の外壁面もしくは内壁面に側面の傾斜
   角が０もしくは負のらせん形ねじを形成する方法であっ
   て、第１段階としては、機械加工、ローラーの回転等の
   方法によって、各ねじ山の側面（２３、２４）の傾斜角
   が正となるねじを形成し、続いて、第２段階として面形
   成手段を用いて、上記ねじ山の側面（２４）から材料を
   除去することなく、該ねじ山の側面に塑性変形を行わせ
   、該側面（３２）に０もしくは負の傾斜角を与えること
   を特徴とする方法。
2. （２）上記面形成手段は、上記回転体部材（１９）の径
   （２５）に垂直な平面（２８）に対して角度１０乃至８
   ０°傾斜した軸Ｘ２−Ｘ２上に回転自在に装着された回
   転体状のローラー（２６）であり、該径は、上記ねじ山
   の側面（２４）にローラーが当接する部分の近傍でねじ
   山の底部と交わり、上記ローラーの軸は、上記回転体部
   材のまわりをらせん状に相対運動し、該運動中は該ロー
   ラーの縁部は上記側面が所定の変形を受けるような力で
   該側面に押しあてられることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。
3. （３）上記ねじ山の側面（２４）に押しあてられた上記
   ローラーの縁部の母線（２９）は、上記回転体部材の径
   （２５）に平行な直線と０乃至−３０°の角度（β３）
   をなし、上記ローラーの軸は、上記ねじ山の側面に該ロ
   ーラーが当接する部分で上記ねじのらせんの接線に垂直
   な平面内に存在することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の方法。
4. （４）２つの面形成部分を備え、該面形成部分に各々対
   応する母線の一方は、変形させるべき上記ねじ山の側面
   に押しあてられ、もう一方は該ねじ山の外縁部に押しあ
   てられるローラー（３３）を用いて、該側面が塑性変形
   中にねじ山の外縁部に形成される隆起の輪郭を調整する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれか１項に記載の方法。
5. （５）旋盤、フライス削り、もしくはその他の機械加工
   等の適切な手段によって、第２段階で上記ねじ山の外縁
   部に形成される隆起（３１）を除去することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記
   載の方法。
6. （６）上記ローラーの端縁部（３０）は丸い輪郭を持ち
   、該丸い輪郭と同じ輪郭が、第２段階において、上記ね
   じ山の底部と上記ローラーが当接する該ねじ山の側面と
   の接続部分に形成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項乃至第４項のいずれか１項に記載の方法。
7. （７）上記ねじ山の側面（２４）に、第１段階において
   １乃至２０°の正の傾斜角を与え、第２段階において０
   もしくは０乃至３０°の負の傾斜角を与え、上記ローラ
   ーの軸の傾斜角は３０乃至６０°であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記
   載の方法。
8. （８）上記らせん状のねじが、円錐形であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項
   に記載の方法。
9. （９）特許請求の範囲第２項乃至第８項のいずれか１項
   に記載の方法を実施するための回転体状の面形成用ロー
   ラーであって、ほぼ円錐台状の少なくとも１つの面形成
   部分を備えることを特徴とするローラー。
10. （１０）上記少なくとも１つの円錐台状部分の径の大き
    い方の縁部は、変形後の上記ねじ山の底部と上記側面と
    の接続部分の輪郭に対応する輪郭を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第９項に記載のローラー。
11. （１１）上記ローラーは、面積の小さな上面同士で向か
    い合ったほぼ円錐台状の２つの部分を備えることを特徴
    とする特許請求の範囲第８項もしくは第９項に記載のロ
    ーラー。
12. （１２）上記円錐台状の２つの部分の母線は、互いに５
    ０乃至９０°の角度をなすことを特徴とする特許請求の
    範囲第１１項に記載のローラー。
13. （１３）パイプの端部に円筒状もしくは円錐状のねじを
    形成する際の特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれ
    か１項に記載の方法の応用であって、該ねじはパイプの
    接続に用いられることを特徴とする応用。