KR20160138008A - 양나사체 압조용 다이스 구조 및 양나사체 압조 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 다이편의 표면을 조합한 다이 부재에 의해서 원통형 내주 표면을 형성하고, 해당 원통형 내주 표면을 나사 소재에 대해서 압접시켜 압조한다. 다이 부재는 양나사부 형성 영역을 구비한다. 이 양나사부 형성 영역에는, 원통형 내주 표면의 최내주부 간을 연결하여 얻어지는 가상 표면의 전개도에서의 법선 방향에 대해 대략 평행사변형상을 이루고, 가상 표면에서 반경 방향 외측에 요설(凹設)되는 요부가, 통형의 축 방향에 위치차이를 갖고, 둘레 방향으로 위상차이를 가져 축 방향으로 복수 배열된다. 이것에 의해, 압조용 다이스 구조에 의해서 고정밀의 양나사체의 압조에 의한 대량생산을 가능하게 한다.

Description

양나사체 압조용 다이스 구조 및 양나사체 압조 방법{DIE STRUCTURE FOR HEADING COMPOUND SCREW, AND HEADING METHOD FOR COMPOUND SCREW}

본 발명은, 나사부의 축 방향에서의 동일 영역 상에 우나사부와 좌나사부를 갖는 양나사체를 압조(heading)에 의해서 효율적으로, 고정밀이고 안정적으로 생산하기 위한 압조용 다이스 구조 등에 관한 것이다.

종래, 우나사 또는 좌나사의 어느 일방의 나사부를 갖는 수나사는, 대량생산 하는 경우에는 전조에 의해서 제조하고 있다. 여기서, 수나사를 전조에 의해서 제조하는 경우는, 블랭크라고도 불리는 금속제 원주형의 봉상체(棒狀體)인 나사 소재를, 다조(多條)의 조부를 표면에 갖는 복수의 강성 평판, 강성 원주 혹은 강성 원통체가 되는 다이 부재에 의해서 압압하면서, 나사 소재와 다이 부재를 상대 변위시키고, 나사 소재 표면을 소성변형 시키면서 나사산 혹은 나사홈을 형성하는 것이 일반적이다. 다이 부재에 형성되는 조부는, 단면이 소망한 형상, 예를 들면 대략 삼각형으로 형성되어 서로 거의 평행으로 리드각을 갖는 상태로 형성된다.

수나사체로서는, 수나사체의 나사부의 축 방향에서의 동일 영역 상에, 우나사부와 좌나사부를 갖는 양나사체가 알려져 있고, 이것에 대해서도, 전조에 의해서 생산하기 위한 시도가 되고 있다(특개2013-43183호 공보 참조).

특개2013-43183호 공보에 의하면, 다이 부재에 요설(凹設)되는 양나사체의 조부가 되는 평행사변형의 오목한 형상을 최적화하는 것으로, 전조 후의 축 형상이 비교적 안정되고, 더불어, 조부를 고정밀도로 형성할 수 있다. 그러나, 앞으로는, 전조에 한정하지 않고, 고정밀의 양나사체를, 효율적으로 대량생산 가능하게 하는 기술을 창출하는 것은 유익하다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제를 해결하는 것으로, 즉, 전조에 의하지 않고, 고정밀의 양나사체의 대량생산을 가능하게 하는, 양나사체의 압조용 다이스 구조 및 압조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 양나사체 압조용 다이스 구조가 채용한 수단은, 복수의 다이편으로 이루어지고, 해당 다이편의 표면을 조합하여 대략 통형을 이루는 통형 내주 표면을 형성하고, 상기 통형 내주 표면을 나사 소재에 대해서 압접시켜 변형시키는 다이 부재를 구비하고, 상기 다이 부재는, 상기 통형 내주 표면의 최내주부 간을 연결하여 얻어지는 가상 표면의 전개도에서의 법선 방향에서, 대략 평행사변형상을 이루고, 해당 가상 표면에서 반경 방향 외측에 요설되는 요부가, 상기 통형의 축 방향에 위치차이를 갖고 둘레 방향으로 위상차이를 가져 축 방향으로 복수 배열되는 양나사부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 요부는, 전개 상태에서의 형상이, 사각뿔의 정부를 제거해서 이루어지는 대략 사각뿔대형상(四角錐台形狀)을 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 다이편의 상기 표면은 대략 반원통형상이 되고, 한 쌍의 상기 다이편의 한 쌍의 상기 표면을 조합하는 것으로, 대략 원통형의 상기 통형 내주 표면이 형성되고, 한 쌍의 상기 표면의 경계에, 상기 통형 내주 표면에서의 상기 요부의 최심부가 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 다이편의 상기 표면은 대략 반원통형상이 되고, 한 쌍의 상기 다이편의 한 쌍의 상기 표면을 조합하는 것으로, 대략 원통형의 상기 통형 내주 표면이 형성되고, 상기 대략 반원통형상의 상기 표면의 원호최오부(円弧最奧部)에, 상기 요부의 최심부가 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 다이 부재는, 상기 양나사부 형성 영역에 대해서, 상기 나사 소재의 축 방향으로 어긋난 위치에 인접 배치되어, 상기 가상 표면에서 띠 모양(帶狀)으로 연재하여 해당 가상 표면으로부터 요설되는 골부가, 상기 통형 내주 표면의 둘레 방향에 대해서 리드각만큼 경사 배치되는 편나사부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 다이 부재는, 상기 양나사부 형성 영역과 상기 편나사부 형성 영역의 경계에서 분할 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 다이 부재는, 상기 편나사부 형성 영역에서의 상기 축 방향의 중간 위치에서 분할 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 다이 부재는, 상기 편나사부 형성 영역에 대해서 상기 나사 소재의 축 방향으로 어긋난 위치에 인접 배치되어, 상기 요부를 갖지 않는 원통형을 이루는 원통부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 수단에 관련하여, 상기 원통부 형성 영역과 상기 편나사부 형성 영역은, 이러한 경계에서 분할 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 양나사체의 압조 방법이 채용한 수단은, 복수의 다이편을 가지는 다이 부재를 이용하고, 해당 다이편의 표면을 조합하여 통형 내주 표면을 형성하고, 상기 통형 내주 표면을 나사 소재에 대해서 압접시켜 변형시키는 양나사체의 압조 방법에 있어서, 상기 다이 부재는, 상기 통형 내주 표면의 최내주부 간을 연결하여 얻어지는 가상 표면의 전개도에서의 법선 방향에 대해 대략 평행사변형상을 이루고, 해당 가상 표면에서 반경 방향 외측에 요설되는 요부가, 상기 통형의 축 방향에 위치차이를 갖고 둘레 방향으로 위상차이를 가져 축 방향으로 복수 배열되는 양나사부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전조에 의하지 않고 고정밀의 양나사체의 대량생산을 가능하게 한다고 하는 뛰어난 효과를 상주한다.

[도 1] 본 발명의 실시 형태로 채용되는 양나사체 압조용 다이스 구조 및 압조 방법의 개요를 나타내는 도이다.
[도 2] (A)는 동(同) 다이스 구조의 다이편을 나타내는 정면도, (B)는 (A)의 B-B 화살표로 본 측면도, (C)는 (A)의 C-C 화살표로 본 단면도이다.
[도 3] 동 다이편의 가상 표면을 둘레 방향으로 전개한 상태를 나타내는 전개도이다.
[도 4] 동 다이스 구조에서의 압조공정을 나타내는 단면도이다.
[도 5] 동 다이스 구조에서의 압조공정에 대해 다른 나사 소재를 이용하는 경우를 나타내는 단면도이다.
[도 6] (A)는 동 다이스 구조에서 다른 다이편을 나타내는 정면도, (B)는 (A)의 B-B 화살표로 본 측면도, (C)는 (A)의 C-C 화살표로 본 단면도이다.
[도 7] 다른 예의 다이편의 가상 표면을 둘레 방향으로 전개한 상태를 나타내는 전개도이다.
[도 8] 다른 예의 다이편을 이용한 압조공정을 나타내는 단면도이다.
[도 9] 다른 예의 다이편을 이용한 압조공정으로 다른 나사 소재를 이용하는 경우를 나타내는 단면도이다.
[도 10] 본 발명의 실시 형태의 전구체 전조용 다이스 구조로 전구체를 제조하는 개요를 나타내는 도이다.
[도 11] (A)는 동 전구체 전조용 다이스 구조의 다이 부재를 나타내는 정면도, (B)는 측면도이다.
[도 12] (A) 내지 (C)는, 동 전구체 전조용 다이스 구조에서의 전구체 가공 영역에 의해서 나사 소재를 가공하는 공정을 나타내는 측면도이며, (D)는 동 다이 부재의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
[도 13] 본 발명의 실시 형태의 전구체 압조용 다이스 구조로 전구체를 제조하는 개요를 나타내는 도이다.
[도 14] (A)는 양나사체의 일부를 확대해 나타내 보이는 측면도이며, (B)는 양나사 영역의 나사산의 최고정부의 단면적을 나타내는 단면도이며, (C)는 동 양나사체의 저면도이다.
[도 15] (A)는 양나사체의 일부를 확대해 나타내 보이는 측면도이며, (B)는 양나사 영역의 나사산의 교차부의 단면적을 나타내는 단면도이며, (C)는 동 양나사체의 저면도이다.
[도 16] (A)는 본 발명의 실시 형태의 양나사체 압조용 다이스 구조의 다른 구성예를 정면도이며, (B)는 이것에 의해서 압조되는 양나사체의 예를 나타내는 측면도이며, (C) 및 (D)는, 나사 소재(B)의 다른 구성예를 나타내는 정면도이다.

이하 본 발명의 실시의 형태를, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시 형태와 관련되는 양나사체 압조용 다이스 구조에 대해 설명한다. 양나사체 압조용 다이스 구조는, 원주형의 나사 소재(B)에 대해서 다이 부재를 반경 방향으로 압접하면서, 이 나사 소재(B)의 표면을 변형시키고, 축 방향에서의 동일 영역 상에 우나사부와 좌나사부를 갖는 양나사체(D)를 압조한다.

구체적으로는, 도 1에 나타내듯이, 부분 원통형(여기에서는 반원통형)의 다이편(10)을 두 개 이용한다. 각 다이편(10)의 내주에는 반원통형 내주 표면이 형성된다. 이 다이편(10)을 조합하는 것으로 다이 부재(15)가 구성되고, 다이 부재(15)의 내주에는 원통형 내주 표면(16)이 형성되고, 이 원통형 내주 표면(16)이 나사산의 「형태」가 된다. 이후, 본 실시 형태에서는 한 쌍의 다이편(10)을 이용하는 경우를 예시하지만, 3개 이상의 다이편을 조합하여 다이편(15)을 구성해도 좋다.

각 다이편(10)의 부분 원통형 내주 표면은 강성 표면(20)이 된다. 도 2(A)에 나타내듯이, 다이편(10)의 강성 표면(20)은, 최내주부(가장 나사 소재(B)에 접근하는 부분) 간을 연결하여 얻어지는 가상 표면(22) 내에, 양나사부 형성 영역(U)을 구비한다. 도 2(B)에 나타내듯이, 양나사부 형성 영역(U)에는, 가상 표면(22)으로부터 반경 방향 외측을 향하는 요부(30)가, 둘레 방향 및 축 방향 모두, 복수 독립한 상태로 정렬하여 요설된다.

도 3에 가상 표면(22)의 전개도를 나타낸다. 실선으로 나타내 보이는 곳이 최내주부(제조되는 양나사체(D)에서의 골부)가 되고, 점선으로 나타내 보이는 곳이 골부(제조되는 양나사체(D)에서의 나사산부)가 된다. 이 가상 표면(22)은, 한 쌍의 다이편(10)의 각 내주면이 경계선 I로 늘어서는 것으로 구성된다. 이 요부(30)는, 가상 표면(22)의 전개 상태를 법선 방향에서 보았을 경우에, 대략 평행사변형상을 이루고 있는 것을 알 수 있다. 축 방향으로 병렬 배치된 복수의 요부(30)에 의해서, 한 쌍의 요부군(36A, 36B)이 구성되고, 한 쌍의 요부군(36A, 36B)가, 둘레 방향에는 180도의 위상차이로, 또한 축 방향에는 반 피치(半 pitch)의 위상차이로 배치된다.

각 요부(30)는, 전개 상태에서의 외형이 바람직하게는 대략 마름모 형상(菱形狀)을 이룬다. 이와 같이 대략 마름모 형상으로 설정하면, 압조되는 양나사체(D)의 우나사부와 좌나사부에서의 각각의 나사 피치가 서로 동일한 것으로 할 수 있다.

이러한 요부(30)는, 각각 전개도에서의 법선 방향에서의 대략 평행사변형상의 4개 각(角) 대응 부위 중, 둘 이상의 각부(31, 31)가, 도 3(A)에 나타내듯이 법선 방향에 대해 둥글게 형성된다. 본 실시 형태에서는, 대략 평행사변형상의 4개 각 대응 부위의 모든 각부(31, 31, 32, 32)를 둥글게 형성하고 있다. 또한, 이들 둘 이상의 각부(31, 31)는, 서로 대각 위치형으로 설정하는 것이 바람직하고, 특히, 둘 이상의 각부(31, 31)를 나사 소재(B)의 둘레 방향과 일치하도록 설정하면, 압조 시에, 축 방향의 응력이 균일하게 서로 소거되므로 바람직하다.

또 요부(30)는, 이 개구면을 1 구성면과 같은 가상적인 대략 사각뿔 형상의 구멍형(穴狀)을 이루고, 이 대략 사각뿔 형상의 중앙 정부가 요부(30)의 최심부위(34)를 구성한다. 보다 바람직하게는, 요부(30)의 최심부위(34)가 대략 사각뿔 형상의 정부를 제거한 것 같은 대략 평평한 저부(35)(도 3에서는 편의 상, 1 개소의 요부에 도시하고 나머지는 생략)를 갖는 형상으로 한다. 결과적으로, 저부(35)가 넓어져, 나사 소재(B)가 변형하기 쉬워진다. 또, 양나사체(D)의 나사산(M)의 최고정부(最高頂部)(MA)가, 양나사체(D)의 축 직각 방향에서 예각으로 이루어지지 않고 끝나, 양나사체(D)에 대한 암나사체의 나합 시에서의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또 대량생산에 의해서 얻어지는 양나사체(D)의 제품 정밀도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

또, 한 쌍의 요부군(36A, 36B)이 축 방향으로 겹쳐지는 영역(X)의 중심은, 교차 부위(37)를 구성한다. 교차 부위(37)는, 도 2(B)에 나타내듯이, 각 요부군(36A, 36B)에 속하는 각 요부(30, 30)의 기저선(Y)(형성되는 나사산의 봉우리)가 서서히 얕아지고, 서로의 기저선(Y)이 축 방향으로 교차하기 시작하는 지점을 의미한다.

도 2(C)에 나타내듯이, 이러한 요부(30)는, 가상 표면(22)의 법선 방향에 따르는 단면 형상에서, 그 주연(33) 부분이, 예를 들면 R가공 등과 같이 둥글게 형성되어, 대략 평행사변형상을 이루는 주연(33)의 둘레 상을 따라서 둥글게 형성된다. 이와 같이, 요부(30)의 주연(33) 부분을, 주연(33)의 둘레 상에 걸쳐 둥글게 하는 것에 의해서, 압조 시에 다이편(10) 표면과 나사 소재(B)와의 불합리한 맞닿음에 의해서 나사 소재(B)로부터 깎여서 발생하는 칩의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.

도 3(A)에 나타내듯이, 가상 표면(22)의 전개도에서의 법선 방향에 대해 대략 평행사변형상의 요부(30)는, 그 대각선 중 적어도 일방의 대각선 거리(W)를, 나사 소재(B)의 반경을 R0, 원주율을 π로 할 때, 2πR0 이하가 되도록 설정한다. 바람직하게는, 본 발명의 실시에 의해서 얻어지는 양나사체(D)의 곡경을 dR(도 14 참조)로 할 때, 요부(30)를 이루는 대략 평행사변형의 대각선 중 적어도 일방의 대각선 거리(W)를 πdR 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 요부(30)를 이루는 대략 평행사변형의 대각선 중 적어도 상대 변위 방향으로 평행한 대각선의 대각선 거리를 πdR 이하로 설정한다. 이와 같이 설정하는 것에 의해서, 우나사부와 좌나사부의 나사 피치를 동등하게 설정 가능해지기 때문에, 고정밀의 양나사체(D)를 얻을 수 있게 된다.

또, 도 3(A)과 같이, 요부(30)의 개구는, 가상 표면(22)의 법선 방향에서의 대략 평행사변형의 일방의 대각선 거리, 바람직하게는 상대 변위 방향의 대각선 거리(W)를 비교적 길게 설정하고, 타방의 대각선 거리, 바람직하게는 상대 변위 방향에 대해서 직교하는 방향의 대각선 거리(F)를 비교적 짧게 설정한다. 또, 요부(30)는, 해당 요부(30)의 용적을 v, 원주율을 π, 다이편(10)의 상대 변위의 방향에 대한 직교 방향에서의 요부(30)의 요설 피치를 p, 양나사체(D)의 곡경을 dR(도 14 참조), 요부(30)의 최심부위(34)의 깊이를 h로 할 때, 여기의 요부(30)의 용적(v)의 설정 범위가, πpdRh/7≤v≤πpdRh/5로 규정되듯이 구성하는 것이 바람직하다. 이 범위보다 작게 설정하면, 나사산(M)이 너무 얇아지거나, 너무 작아 져서 강도 부족하게 되거나, 혹은, 본 발명의 실시에 의해서 얻어지는 수나사인 양나사체(D)에 암나사체를 나합했을 때에 여유가 너무 커져서 반동이 너무 커져 버린다. 반대로, 이 범위보다 크게 설정하면, 나사산(M)이 너무 굵어지거나, 너무 커져서, 본 발명의 실시에 의해서 얻어지는 수나사인 양나사체(D)에 암나사체를 나합했을 때에 여유가 너무 작아 져서 나합 곤란 혹은 나합 불능이 되거나, 혹은, 나사산(M)을 고정밀도로 압조하는 것이 곤란해진다.

도 2(A) 및 (B)로 돌아와서, 본 실시 형태의 양나사체 압조용 다이스 구조에서, 한 쌍의 다이편(10)이 당접하는 당접면(38)은, 양나사부 형성 영역(U)에서의 요부(30)의 최심부위(34)와 일치하고 있다. 즉, 도 3의 전개도에서는, 당접면(38)에 상당하는 경계선 I에 의해서, 모든 요부(30)가 중앙에서 이분되고, 일방의 다이편(10)과 타방의 다이편(10)으로 나누어진다.

도 2(B)에 나타내듯이, 대향하는 한 쌍의 요부(30, 30)의 기저선(Y)이 축 방향으로 교대로 서로 겹치는 교차 부위(37)가, 각 다이편(10)의 반원 기둥 모양 표면의 원호최오부(중앙)에 위치한다. 요부(30)의 기저선(Y)(양나사체에서의 나사산의 정부)을 기준으로 생각하면, 당접면(38)에 위치하는 기저선(Y)(요부(30)의 최심부위(34))로부터 축심까지의 반경 거리 R1와 비교하여, 교차 부위(37)로부터 축심까지의 반경 거리 R2가 작다. 즉, 각 다이편(10)에 반씩 형성되는 한 쌍의 요부(30, 30)를 축 방향에서 중합할 경우, 가장 외측의 윤곽선은, 대략 반타원 또는 대략 반장원 형상이 되고, 그 장축 직경이 R1×2가 된다. 이 장축 직경(R1×2)은, 나사 소재(B)가 진입하기 위한 삽입구(38A)의 최대폭이 된다.

도 4에 나타내듯이, 반경이 R1 이하(바람직하게는 R2 이상)가 되는 단면 정원(正円)형의 나사 소재(B)에 대해서, 이 다이편(10)을 압접하는 경우, 나사 소재(B)의 직경보다 삽입구(38A)의 최대폭이 크기 때문에, 요부(30)의 요철에 의해서 나사 소재(B)의 표면에 나사산을 형성하면서 삽입구(38A) 내로 진입하고, 또한 나사 소재(B)가 단축 R2 방향으로 눌러지고, 장축 직경 R1 방향(수평 방향)으로 편평(타원)이 된다. 예를 들면 도 5에 나타내듯이, 나사 소재(B)를 미리 타원 또는 장원으로 변형시키고 장축 r1, 단축 r2로 하고, 단축(r2) 측으로부터 삽입구(38A)로 진입시키면, 나사 소재(B)의 변형·이동체적을 보다 작게 하는 것이 가능해져, 고정밀도로 압조할 수 있다.

한편, 도 6 및 도 7에 나타내듯이, 다이편(10)에 형성하는 요부(30)의 교차 부위(37)를, 당접면(38)에 배합하는 것도 바람직하다. 이 경우, 양나사부 형성 영역(U)에서의 요부(30)의 최심부위(34)가, 각 다이편(10)의 반원 기둥 모양 표면의 원호최오부(중앙)에 위치하게 된다. 요부(30)의 기저선(Y)(양나사체에서의 나사산의 정부)를 기준으로 생각하면, 당접면(38)에 위치하는 기저선(Y)(요부(30)의 교차 부위(37))으로부터 축심까지의 반경 거리 R2와 비교하여, 요부의 최심부위(34)로부터 축심까지의 반경 거리 R1가 크다. 즉, 각 다이편(10)에 부분적으로 형성되는 요부(30)를 축 방향에서 중합할 경우, 가장 외측의 윤곽선은, 대략 반타원 또는 대략 반장원 형상이 되고, 그 단축 직경이 R2×2가 된다. 이 단축 직경(R2×2)은, 나사 소재(B)가 진입하기 위한 삽입구(38A)의 최대폭이 된다.

도 8에 나타내듯이, 반경이 R1 이하(바람직하게는 R2 이상)가 되는 단면 정원형의 나사 소재(B)에 대해서, 이 다이편(10)을 압접하는 경우, 나사 소재(B)의 직경보다 삽입구(38A)의 최대폭이 작기 때문에, 나사 소재(B)와 삽입구(38A)가 간섭한다. 따라서, 나사 소재(B)를, 삽입구(38A)의 폭 방향으로 압축 변형시키면서 압입 하지만, 삽입구(38A)의 나사산의 높이가 작은 것으로부터, 나사 소재(B)를 매끄럽게 진입시킬 수 있다. 특히 도 9에 나타내듯이, 나사 소재(B)를 미리 타원 또는 장원으로 변형시키고, 그 장축을 r1, 단축을 r2로 했을 경우, 장축(r1) 측으로부터 삽입구(38A)로 진입시키면, 한층 매끄럽게 압조하는 것이 가능해지고, 나사 소재(B)의 변형·이동체적도 작게 할 수 있어 고정밀도로 압조할 수 있다. 여기에서는 특히 도시하지 않지만, 나사 소재(B)를 타원기둥 또는 장원기둥으로 할 때의 단축(r2) 방향의 정점을, 다이편(10)의 가상 표면(22)과 일치 또는 그것보다 내측으로 설정해 두고, 그 만큼 장축(r1) 방향을 크게 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 예를 들면 도 9에 나타내는 순서로 압조하는 경우, 다이편(10)의 최내주가 되는 가상 표면(22)의 반경보다, 나사 소재(B)의 단축(r2)이 작아지므로, 나사 소재(B)가 삽입구(38A)와 간섭하지 않고, 지극히 용이하게 진입시킬 수 있다. 그 다음은, 다이편(10)에 의하는 나사 소재(B)의 장축(r1) 방향으로의 압축 동작에 의해서, 나사 소재(B)를 단축(r2) 방향으로 확장시키면서, 교차 부위(37) 근방의 나사산의 압조를 확실히 실시할 수 있다.

또한 도 5 및 도 9에 나타내듯이, 나사 소재(B)를 미리 타원기둥 또는 장원기둥으로 할 때, 예를 들면, 나사 소재(B)의 단축(r2) 방향의 정점이, 다이편(10)의 가상 표면(22)으로부터 요부(30)의 교차 부위(37)의 사이로 설정되고, 나사 소재(B)의 장축(r1) 방향의 정점이, 다이편(10)의 가상 표면(22)으로부터 요부(30)의 최심부위(34)의 사이로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 나사 소재(B)의 형상을, 양나사 영역의 전체 형상에 접근할 수 있으므로, 압조 시의 이동체적·변형 체적을 작게 할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 압조용 다이스 구조의 다이편(10)을 이용하여 압조하면, 고정밀의 양나사체(D)를 효율적으로 대량생산 하는 것을 가능해지는 것을 알 수 있다.

도 2(A) 및 (C)로 돌아와서, 다이편(10)의 강성 표면(20)은, 양나사부 형성 영역(U)에 대해서 나사 소재(B)의 축 방향으로 어긋난 상태로, 편나사부 형성 영역(J)이 인접 배치된다. 도 3의 전개도를 통해, 이 편나사부 형성 영역(J)에는, 가상 표면(22)에 대해서 띠 모양(帶狀)으로 연재하는 골부(50)가 요설되고, 이 골부(50)에 의해서, 도 14 및 도 15의 양나사체(D)의 편나사 영역의 나사산을 압조한다. 이 골부(50)는, 나사 소재(B)가 상대 변위할 방향에 대해서 리드각만큼 경사 배치되어 있으면 좋다. 나사 소재(B)를, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 쌍방에 걸치도록 배치하여 동시에 압조하면, 도 14 및 도 15에 나타내듯이, 편나사부 형성 영역(J)에 의해서 편나사 영역이 형성되고, 양나사부 형성 영역(U)에 의해서 양나사 영역이 형성되는 양나사체(D)를 얻을 수 있다.

다이편(10)은, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 경계에서 부품으로서 분할 가능하게 되어 있다. 양나사체(D)는, 사양에 따라 편나사 영역의 길이를 변경할 필요가 있다. 다이편(10)을 분할 가능하게 해두면, 편나사부 형성 영역(J)에 상당하는 부품만 축 방향의 폭이 다른 것으로 교환하면, 간단하게, 양나사체(D)의 편나사 영역의 길이를 변경할 수 있다. 또, 양나사부 형성 영역(U)도 부품으로서 간단하게 교환할 수 있으므로, 양나사부 형성 영역(U)의 나사산(M)의 형상을 변경하거나, 혹은, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 축 방향 배치를 바꿔 넣거나, 추가로, 편나사부 형성 영역(J)의 양쪽에 양나사부 형성 영역(U)을 배치하는 등, 여러 가지 변화에 유연하게 대응할 수 있다. 통상은, 양나사부 형성 영역(U)의 축 방향 치수를, 여유를 가지고 크게 설정해 두면, 모든 길이의 양나사 영역에 대응할 수 있게 된다.

다이편(10)은, 편나사부 형성 영역(J)에서의 축 방향의 도중의 경계에서, 여기에서는 세 개의 부품편(J1, J2, J3)으로 분할 가능하게 되어 있다. 이와 같이 하면, 예를 들면 5 mm의 축 방향 폭이 되는 부품편을 다수개 준비해 두고, 부품편의 연결수에 의해서, 편나사부 형성 영역(J)의 축 방향 폭을 5 mm단위로 자재로 조정할 수 있다. 이 사상을 양나사부 형성 영역(U)에 적용하는 것도 가능하다.

도 2(A)에 나타내듯이, 다이편(10)의 강성 표면(20)은, 편나사부 형성 영역(J)에 대해서, 나사 소재(B)의 축 방향으로 어긋난 상태로 인접 배치되는 평면형의 원통(원주여도 좋다)부 형성 영역(K)을 구비한다. 이 원통부 형성 영역(K)은, 도 14 및 도 15의 양나사체(D)의 원통 영역을 압조한다. 원통부 형성 영역(K)과 편나사부 형성 영역(J)의 경계는 분할 가능하게 되어 있다. 양나사체(D)에서는, 그 사양에 따라 원통 영역의 길이를 변경할 필요가 있다. 이와 같이 분할 가능하게 해두면, 다이편(10)에서, 원통부 형성 영역(K)에 상당하는 부품만 축 방향의 폭이 다른 것으로 교환하면, 간단하게 양나사체(D)의 원통 영역의 길이를 변경할 수 있다.

또한 여기에서는 특히 도시하지 않지만, 다이편(10)은, 원통부 형성 영역(K)에서의 축 방향의 중간의 경계에서, 또한 부품편으로서 분할 가능하게 해도 좋다. 이와 같이 하면, 예를 들면 5 mm의 축 방향 폭이 되는 원통부 형성 영역(K)의 부품편을 다수개 준비해두고, 부품편의 연결수에 의해서, 원통부 형성 영역(K)의 축 방향 폭을 5 mm 단위로 자재로 조정할 수 있다.

본 실시 형태의 압조용 다이스 구조를 이용한 양나사체(D)의 압조 방법은, 원주상의 나사 소재(B)에 대해서 압접하면서, 이 나사 소재(B)의 축 방향으로 직교하는 방향으로 상대 변위하면서 해당 나사 소재(B) 표면을 변형시켜 축 방향에서의 동일 영역 상에 우나사부와 좌나사부를 갖는 양나사체(D)를 압조한다.

다음으로, 나사 소재(B)를 예비 가공하여 타원기둥 또는 장원기둥으로 하는 수법에 대해 설명한다. 또한, 타원기둥 또는 장원기둥으로 가공된 나사 소재(B)를 여기에서는 전구체라고 부른다. 본 실시 형태에서는, 전구체의 가공예로서, 전구체 전조용 다이스 구조와 전구체 압조용 다이스 구조를 소개한다.

전구체 전조용 다이스 구조는, 전조 가공에 의해서, 예를 들면, 나사 소재(B)의 단면 형상이 타원형, 혹은, 장원형 등과 같이 전구적인 단면 형상(이하, 대략 타원 형상이라고 한다)으로 가공하기 위한 것이다. 전조는, 전조용 다이편을 원주형의 나사 소재(B)에 대해서 압접하면서, 이 나사 소재(B)의 축 방향으로 직교하는 방향으로 상대 변위하면서 해당 나사 소재(B) 표면을 변형시켜 전구적 형상을 형성한다. 전조 방법으로서는, 도 10(A)에 나타내는, 플레이트형의 전조용 다이 부재(110)를 두 개 이용하는 소위 평다이스 전조나, 도 10(B)에 나타내는, 원주형 혹은 원통형의 두 개 이상의 전조용 환다이 부재(112, 112)를 맞추어 이용하는 소위 롤링 전조, 도 10(C)에 나타내는, 일방이 원호형의 전조용 다이 부재(113)로, 타방이 원주 혹은 원통형의 전조용 환다이 부재(112)를 이용하여 전조하는 소위 유성(planetary) 전조 등이 있다. 여기에서는, 평다이스 구조의 경우를 설명한다.

전구체 전조용 다이스 구조는, 나사 소재(B)에 압접되는 둘 이상의 전조용 다이 부재(110)를 구비하고, 각 다이 부재(110)는 강성 표면(120)을 갖는다. 이들 둘 이상의 다이 부재(110)는, 나사 소재(B)에 대해서 압접되면서, 서로의 강성 표면(120)끼리가 상대 변위 함과 동시에 나사 소재(B)에 대해서 상대 변위한다. 전조용 다이 부재(110)의 강성 표면(120)은, 도 11(A)에 나타내듯이, 가상 표면(122)에 대해 전구체 가공 영역(Q)을 갖는다.

그 전구체 가공 영역(Q)은, 도 11(B)에 나타내듯이, 나사 소재(B)와 상대 변위할 방향에 따라서, 가상 표면(122) 자체가 면 상태를 유지한 채로, 해당 나사 소재(B)의 축심(E1)에 점차 접근하는 접근 영역(Q1)과, 축심(E1)으로부터 점차 멀어지는 이반 영역(Q2)을 반복하고 있다. 따라서, 도 12(A)와 같이, 당초는 단면 정원(正円) 형상이 되는 나사 소재(B)가, 접근 영역(Q1)으로 압축되는 공정이 동위상으로 반복되는 것으로, 최종적으로, 도 12(C)와 같이, 장축과 단축을 갖는 단면 비원형이 된다. 또한, 여기에서는 접근 영역(Q1) 및 이반 영역(Q2)이 곡면으로 되어 있는 경우를 예시했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면 도 12(D)에 나타내듯이, 단면이 사다리꼴이 되는 요철이어도 좋고, 또, 톱날형(鋸刃狀)의 요철이어도 좋다.

도 14(B) 및 도 15(B)에 나타내듯이, 양나사체(D)에서, 우나사와 좌나사가 중복 형성되는 양나사 영역의 특징으로서, 180도의 위상차이를 갖는 한 쌍의 나사산(M, M)의 최고정부(MA)의 나사산(M)만의 총단면적(S1)(도 14(B) 참조)과, 이 최고정부(MA)에 대해서 둘레 방향(周方向)으로 90도 어긋나고, 서로의 나사산(M, M)이 교차하고 있는 교차부(MX)의 나사산(M)만의 총단면적(S2)(도 15(B) 참조)이, 큰 폭으로 다른 것을 들 수 있다. 즉, 양나사체(D)의 압조는, 축부(E)를 정원(正円)으로 근사 시키도록 나사 소재(B)를 변형시키면서도, 그 주위의 나사산(M)은, 최고정부(MA) 근방의 체적과, 그에 대한 90도 어긋난 교차부(MX) 근방의 체적이 다르도록 압조해야 한다. 따라서, 만일 단면 정원(正円)의 나사 소재(B)인 채, 양나사부 형성 영역(U)을 이용하여 압조하는 경우, 교차부(MX) 근방의 나사 소재(B)를 감육(減肉)하여, 최고정부(MA) 근방의 나사 소재(B)를 증육(增肉)하지 않으면 안되고, 나사 소재(B)의 재질에 따라서는, 그러한 재료의 유동이 곤란한 경우가 있다.

따라서, 본 실시 형태와 같이, 전구체 전조용 다이스 구조를 이용한 사전의 전조에 의해서, 나사 소재(B)를, 장래의 나사산(M)의 최고정부(MA)가 될 수 있는 장소를 장축(r1)으로 하고, 장래의 나사산(M)의 교차부(MX)가 될 수 있는 장소를 단축(r2)으로 하는 대략 타원 형상으로 변형하게 함으로써, 하류 공정에서의 양나사체 압조용 다이스 구조를 이용한 압조에서도, 양나사부 형성 영역(U)에서는, 나사 소재(B)의 소성변형량을 줄이는 것이 가능해진다. 그 결과, 지극히 고정밀의 양나사 영역을, 지극히 높은 작업 효율로 압조하는 것이 가능해진다.

그 다음에 전구체 압조용 다이스 구조를 설명한다. 전구체 압조용 다이스 구조는, 압조가공에 의해서, 나사 소재(B)에 전구적 형상을 형성하기 위한 것이다.

도 13에 나타내듯이, 전구체 압조용 다이스 구조는, 나사 소재(B)에 압접되는 둘 이상의 전구체 압조용 다이편(210)을 구비하고, 각 전구체 압조용 다이편(210)은 강성 표면(220)을 갖는다. 이 둘 이상의 전구체 압조용 다이편(210)은, 나사 소재(B)에 대해서 반경 방향으로 압접된다. 결과, 나사 소재(B)의 표면이 변형한다.

각 전구체 압조용 다이편(210)의 내주는 반원 기둥 모양 표면이 되고, 한 쌍의 전구체 압조용 다이편(210)을 조합하는 것으로 전구체 압조용 다이 부재(215)가 구성되고, 전구체 압조용 다이 부재(215)의 내주에는 타원 또는 장원 기둥 모양 표면(216)이 형성된다. 그 전구체 압조용 다이 부재(215)에 의해서, 나사 소재(B)에 대해서, 장축과 단축을 갖는 단면 비원형이 되는 영역을 형성할 수 있다.

다음으로 본 실시 형태의 양나사체 압조용 다이스 구조의 이점에 대해 설명한다. 일반적인 편나사체는, 나선 모양의 나사산이 도중에 중단되지 않음으로써, 전조수법에서, 나사산이 전조용 다이의 골부와 계속 항상 서로 맞물린다. 결과, 전조용 다이와 나사 소재(B)가 어긋나는 것이 없다. 한편, 본 실시 형태의 양나사체(D)를 제조하는 경우는, 도 14 및 도 15에 나타내듯이, 나사산 자체가 불연속이며, 그 높이도 최고정부(MA)로부터 교차부(MX)까지 크게 변화한다. 결과, 전조수법을 이용하는 경우, 나사 소재(B)가 전동하고 있는 최중간에, 다이와 나사 소재(B)의 슬립 등에 의해서 위상이 어긋나기 쉽다. 여기서, 본 실시 형태의 양나사체 압조용 다이스 구조에 의하면, 압조에 의해서 양나사체(D)의 나사산(M)을 성형하므로, 다이편(10)과 나사 소재(B)의 어긋남을 고려할 필요가 없어진다.

또, 본 실시 형태의 압조 방법에 의하면, 도 11 내지 도 12에 나타내는 전구체 가공 공정을 가지므로, 압조할 때의 전구체로서, 나사 소재(B)를 미리 타원형 또는 장원형 가공할 수 있다. 상세하게는, 나사 소재(B)를, 장래의 나사산(M)의 최고정부(MA)가 될 수 있는 장소를 장축(r1)으로 하고, 장래의 나사산(M)의 교차부(MX)가 될 수 있는 장소를 단축(r2)으로 하는 대략 타원 형상으로 변형한다. 그 결과, 압조 시에는, 양나사부 형성 영역(U)에서의 요부(30)의 최심부위(34)를, 나사 소재(B)의 장축(r1)으로 설정하고, 요부(30)가 교대로 서로 겹치는 교차 부위(37)를 나사 소재(B)의 단축(r2)으로 설정하여 압조할 수 있으므로, 양나사부 형성 영역(U)에서는, 나사 소재(B)의 소성변형량을 줄일 수 있다. 그 결과, 지극히 고정밀의 양나사 영역을, 지극히 높은 작업 효율로 압조하는 것이 가능해진다.

더욱 본 실시 형태의 다이편(10)의 강성 표면(20)은, 양나사부 형성 영역(U)에 대해서, 나사 소재(B)의 축 방향으로 어긋난 상태로 인접 배치되는 편나사부 형성 영역(J)을 구비한다. 나사 소재(B)를, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 쌍방에 걸치도록 배치하고, 동시에 압조하면, 도 14 및 도 15에 나타내듯이, 편나사 영역과 양나사 영역의 상대 위치가 어긋나지 않고 형성되는 양나사체(D)를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 압조 방법에서는, 다이편(10)이, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 경계에서 부품으로서 분할 가능하게 되어 있다. 다이편(10)을 분할 가능하게 하여 두면, 편나사부 형성 영역(J)에 상당하는 부품만 축 방향의 폭이 다른 것으로 교환하면, 간단하게, 양나사체(D)의 편나사 영역의 길이를 변경할 수 있다. 또, 본 실시 형태의 압조 방법에서는, 원통부 형성 영역(K)과 편나사부 형성 영역(J)의 경계를 분할 가능하게 하고 있다. 양나사체(D)에서는, 그 사양에 따라 원통(원주여도 좋다) 영역의 길이를 변경할 필요가 있다. 이와 같이 분할 가능하게 하여 두면, 다이편(10)에서, 원통부 형성 영역(K)에 상당하는 부품만 축 방향의 폭이 다른 것으로 교환하면, 간단하게 양나사체(D)의 원통 영역의 길이를 변경할 수 있다.

이상 설명의 양나사체(D)의 압조용 다이스 구조 및 압조 방법에 대해 설명했지만, 물론, 이것들에 한정하지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.

예를 들면, 변경예로서 도 16(A)에 나타내는 압조용 다이스 구조를 들 수 있다. 이 압조용 다이스 구조는, 다이편(10)의 강성 표면(20)에서, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 사이에 스페이서 영역(SP)이 배치된다. 이 스페이서 영역(SP)은, 압조되는 양나사체(D)의 곡경에 상당하는 돌출량으로 설정됨으로써, 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 경계부에 약간의 유간(遊間)을 형성하는 역할을 담당한다. 이와 같이 하면, 도 16(B)에 나타내듯이, 압조 후의 양나사체(D)의 양나사 영역과 편나사 영역의 사이에, 곡경이 되는 미소 폭의 축소부(V)가 형성되므로, 편나사 영역과 양나사 영역의 나사산의 이행이 원활히 행해진다.

또한, 여기에서는 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J) 간에 스페이서 영역(SP)을 배치하는 경우를 예시했지만, 다이편(1)의 전구체 가공 공정을 이용하고, 나사 소재(B) 측에 둘 수 있는 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)에 상당하는 경계에 스페이서 영역(SP)을 배치하는 것도 바람직하다. 이와 같이 하면, 도 16(C)에 나타내듯이, 나사 소재(B)가 전구체 가공 공정을 거친 상태의 이른바 전구체에 축소부(V)를 형성할 수 있다. 결과, 그 후의 양나사부 형성 영역(U)과 편나사부 형성 영역(J)의 경계에 만일 스페이서 영역이 없어도, 축소부(V)의 존재에 의해서 압조가 원활이 된다. 여기에서는, 나사 소재(B)의 양나사 대응 영역(BU)와 편나사 대응 영역(BJ)의 경계에 축소부(V)를 형성하는 것 외에, 도 16(D)와 같이, 경계에 테이퍼면(T)을 형성하는 것도 바람직하다.

또, 본 발명의 압조 방법은, 소위 냉간 압조 외, 온간 압조, 열간 압조에 적용해도 괜찮은 것은 말할 필요도 없다.

10 다이편
15 다이 부재
20 강성 표면
22 가상 표면
30 요부
31 각부
35 저부
50 골부
B 나사 소재
D 양나사체
E 축부
J 편나사부 형성 영역
K 원통부 형성 영역
M 나사산
Q 전구체 가공 영역
U 양나사부 형성 영역

Claims (10)

1. 복수의 다이편으로 이루어지고, 해당 다이편의 표면을 조합하여 대략 통형을 이루는 통형 내주 표면을 형성하고, 상기 통형 내주 표면을 나사 소재에 대해서 압접시켜 변형시키는 다이 부재를 구비하고,
   상기 다이 부재는,
   상기 통형 내주 표면의 최내주부 간을 연결하여 얻어지는 가상 표면의 전개도에서의 법선 방향에서, 대략 평행사변형상을 이루고, 해당 가상 표면에서 반경 방향 외측에 요설(凹設)되는 요부가, 상기 통형의 축 방향으로 위치차이를 갖고 둘레 방향으로 위상차이를 가져 축 방향으로 복수 배열되는 양나사부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는
   양나사체 압조용 다이스 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 요부는, 전개 상태에서의 형상이, 사각뿔의 정부를 제거해서 이루어지는 대략 사각뿔대형상(四角錐台形狀)을 이루는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 다이편의 상기 표면은 대략 반원통형상이 되고,
   한 쌍의 상기 다이편의 한 쌍의 상기 표면을 조합함으로써, 대략 원통형의 상기 통형 내주 표면이 형성되고,
   한 쌍의 상기 표면의 경계에, 상기 통형 내주 표면에서의 상기 요부의 최심부가 위치하는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 다이편의 상기 표면은 대략 반원통형상이 되고,
   한 쌍의 상기 다이편의 한 쌍의 상기 표면을 조합함으로써, 대략 원통형의 상기 통형 내주 표면이 형성되고,
   상기 대략 반원통형상의 상기 표면의 원호최오부(円弧最奧部)에, 상기 요부의 최심부가 위치하는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다이 부재는,
   상기 양나사부 형성 영역에 대해서, 상기 나사 소재의 축 방향으로 어긋난 위치에 인접 배치되어, 상기 가상 표면에서 띠 모양(帶狀)으로 연재하여 해당 가상 표면으로부터 요설되는 골부가, 상기 통형 내주 표면의 둘레 방향에 대해서 리드각만큼 경사 배치되는 편나사부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 다이 부재는, 상기 양나사부 형성 영역과 상기 편나사부 형성 영역의 경계에서 분할 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 다이 부재는, 상기 편나사부 형성 영역에서의 상기 축 방향의 중간 위치에서 분할 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다이 부재는,
   상기 편나사부 형성 영역에 대해서 상기 나사 소재의 축 방향으로 어긋난 위치에 인접 배치되어, 상기 요부를 갖지 않는 원통형을 이루는 원통부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 원통부 형성 영역과 상기 편나사부 형성 영역은, 이러한 경계에서 분할 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조용 다이스 구조.
   
10. 복수의 다이편을 갖는 다이 부재를 이용하여, 해당 다이편의 표면을 조합하여 통형 내주 표면을 형성하고, 상기 통형 내주 표면을 나사 소재에 대해서 압접시켜 변형시키는 양나사체의 압조 방법에 있어서,
    상기 다이 부재는,
    상기 통형 내주 표면의 최내주부 간을 연결하여 얻어지는 가상 표면의 전개도에서의 법선 방향에 대해 대략 평행사변형상을 이루고, 해당 가상 표면에서 반경 방향 외측에 요설되는 요부가, 상기 통형의 축 방향에 위치차이를 갖고 둘레 방향으로 위상차이를 가져 축 방향으로 복수 배열되는 양나사부 형성 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 양나사체 압조 방법.

Images