JP2002137035A - 可変リード転造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空パイプの外周面へのねじ転造を可能にす
ると共に、ねじのリード角やねじ溝の深さを途中で変更
できるようにした可変リード転造方法を得ることであ
る。 【解決手段】 単数の成形歯３が形成された丸ダイス１
２ａを用いて中空材１３の外周面にねじを加工する際、
中空材１３の軸方向での動きをフリーにすると共に丸ダ
イス１２ａを正逆回転させることにより中空材１３を往
復移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転造丸ダイスを利
用した転造加工によって送りねじやウォーム歯車等を製
造するための可変リード転造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ねじを転造する際に用いられる
転造丸ダイスは、ダイスの外周面に複数のねじ山形が形
成されたものであり、センタ台などによって保持された
ワークに対して回転しながら接近し、ワークの外周面に
ねじ山形を押し込むことでワークを塑性加工し、ワーク
の外周面にスパイラル状のねじを形成するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような複数のねじ山形が形成された転造丸ダイスではワ
ークの外周面に押し込んだ時に転造圧力が大きくなるた
め、中空パイプの外周面に深溝形状のねじを転造しよう
としても、中空パイプが転造圧力によってつぶれてしま
うなどの問題があった。

【０００４】また、上記のような転造丸ダイスでは複数
のねじ山形が同一リードであるために、ワークの外周面
に形成されるねじのリード角やねじ溝の深さを途中で変
更するような加工はできなかった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、中空パイプの外
周面にねじ転造を可能にすると共に、ねじのリード角や
ねじ溝の深さを途中で変更できるようにした可変リード
転造方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、単数のねじ
山形が形成された転造丸ダイスを用いることでワークに
掛かる転造圧力を抑えると共に、転造丸ダイスを正逆回
転させることで転造を繰り返して行い、所定深さのねじ
溝を形成する。具体的には請求項１に係る可変リード転
造方法は、単数のねじ山形が形成された転造工具を用い
てワークの外周面にねじを加工する際、ワークの軸方向
での動きをフリーにすると共に転造工具を正逆回転させ
ることによりワークを往復移動させることを特徴とす
る。

【０００７】この発明によれば、転造工具には単数のね
じ山形が形成されているために、ワークに対する押し込
み圧力が小さく、中空パイプが潰れることがない。ま
た、ワークを往復移動させて転造を繰り返す際に転造工
具の正逆回転を高精度で制御することによってねじ溝の
ずれを防止し、深溝のねじを形成することができる。

【０００８】また、請求項２に係る可変リード転造方法
は、単数のねじ山形が形成された転造工具を用いてワー
クの外周面にねじを加工する際、ワークに対して転造工
具を傾斜させることで、ねじのリード角を制御したこと
を特徴とする。

【０００９】この発明によれば、転造工具の軸傾斜を転
造加工中に変えることで、ワークの外周面にリード角が
一定でないねじを形成することができる。

【００１０】また、請求項３に係る可変リード転造方法
は、単数のねじ山形が形成された転造工具を用いてワー
クの外周面にねじを加工する際、転造工具同士の軸間距
離を変えることで、ねじ溝の深さを制御したことを特徴
とする。

【００１１】この発明によれば、転造工具の軸間距離を
転造中に変えることで、ワークの外周面にねじ溝の深さ
が一定でないねじを形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下添付図面に基づいて、本発明
に係る転造方法の実施形態を詳細に説明する。図１乃至
図６は本発明の一実施形態を示したものである。この中
で、図１は本発明の可変リード転造方法を実施するため
の転造装置の概念図、図２及び図３は本発明に用いられ
る転造丸ダイスのねじ山形を示す拡大図である。また、
図４は主軸傾斜機構を示す図１のＡ−Ａ線断面図、図５
はワークのクランプ機構正面図、図６は前記クランプ機
構の一部を示す平面図である。

【００１３】先ず、本発明の転造方法を実施するための
丸ダイス式転造装置を、図１乃至図６に基づいて説明す
る。この丸ダイス式転造装置１１は、ワークとして使用
する中空材１３の両側に、単数のねじ山形が形成された
転造丸ダイス１２ａと外周面が平滑のプレーンダイス１
２ｂとを備え、各ダイスの主軸１４ａ，１４ｂが回転し
ながら接近し、転造丸ダイス１２ａとプレーンダイス１
２ｂとの間に中空材１３を挟み込み、その外周面にねじ
を転造加工するものである。一対の主軸１４ａ，１４ｂ
は、互いに平行を保ってダイスホルダ１５ａ，１５ｂに
回転可能に軸支される。一方のダイスホルダ１５ａは、
第１のダイス移動台１６ａの内側面に設けられ、他方の
ダイスホルダ１５ｂは、第２のダイス移動台１６ｂの対
向する内側面に設けられる。特に、これらのダイスホル
ダ１５ａ，１５ｂは、主軸１４ａ，１４ｂをダイス移動
台１６ａ，１６ｂの移動方向に対して直交する面内（垂
直面内）で傾斜できるように、ダイス移動台１６ａ，１
６ｂに回動可能に取り付けられる。主軸１４ａ，１４ｂ
の回動中心１９ａ，１９ｂは、両者を結んだ線上Ｓに中
空材１３の転造位置が来るように設定される。

【００１４】上記転造丸ダイス１２ａの外周面に形成さ
れた単数のねじ山形の形態としては、図２に示すように
成形歯３のみが形成されている場合と、図３に示すよう
に成形歯３の両側に食付き歯４，５が設けられている場
合とがある。食付き歯４，５は、山の数が一つに限定さ
れないが、この場合には等リードである。図２に示され
た転造丸ダイス１２ａは、転造加工の途中でリード角を
変えたり、ねじ溝の深さを変えたりする場合に有用であ
り、図３に示された転造丸ダイス１２ａは、食付き歯
４，５によってねじの加工がし易くなるので、リード角
やねじ溝の深さを変える必要がない場合に有用である。
上記プレーンダイス１２ｂを用いることで中空材１３と
の接触長さが多くなり、その分転造丸ダイス１２ａから
の伝達トルクが大きくなるが、プレーンダイス１２ｂの
代わりに、前記と同様の転造丸ダイス１２ａを使用する
こともできる。また、これら転造丸ダイス１２ａ及びプ
レーンダイス１２ｂの配置数は２個に限定されない。

【００１５】上記ダイスホルダ１５ａ，１５ｂの傾斜変
換は、主軸傾斜機構１７ａ，１７ｂによって実行され
る。この主軸傾斜機構１７ａ，１７ｂは、各ダイスホル
ダ１５ａ，１５ｂに設けられた傾斜変換用ギヤとこの傾
斜変換用ギヤと噛み合うピニオンギヤとで構成され、ピ
ニオンギヤを先端に取付けた軸傾斜用サーボモータ１８
ａ，１８ｂはダイス移動台１６ａ，１６ｂの側面に配設
されている。

【００１６】上記ダイスホルダ１５ａの傾斜変換の制御
に際しては、図４に示したように、先ず軸傾斜用サーボ
モータ１８ａが駆動されることでピニオンギヤが回転さ
れ、傾斜変換用ギヤを介してダイスホルダ１５ａに回転
力が伝達される。これにより、ダイスホルダ１５ａは傾
斜中心１９ａを支点として軸傾斜用サーボモータ１８ａ
の回転に見合った量だけ回転する。それ故、平行を保つ
主軸１４ａを、垂直面内で上方に＋α°（図中２点鎖線
で示す）、下方に−α°（図中２点鎖線で示す）傾斜さ
せることができる。具体的には、主軸１４ａ，１４ｂの
傾斜角を検知する傾斜角測定用のエンコーダ（図示せ
ず）が各主軸１４ａ，１４ｂの端部に取付けられ、この
エンコーダで測定された傾斜角度をフィードバックする
ことで、主軸傾斜用サーボモータ１８ａ，１８ｂの回転
角が数値制御される。これにより、傾斜角度を高精度に
制御することができる。なお、他方側のダイスホルダ１
５ｂも同様の制御がなされる。

【００１７】このように、主軸１４ａ，１４ｂを高精度
に傾斜させることで、上記の中空材１３を一定の速度で
歩ませることが可能となり、上記の転造丸ダイス１２ａ
とプレーンダイス１２ｂとを回転させながら中空材１３
に押込んだ場合、中空材１３に軸方向の推進力が与えら
れる。また、前記主軸１４ａ，１４ｂの回転数及び正逆
の回転方向をサーボモータ２１ａ，２１ｂによって制御
しているので、繰り返し転造するための中空材１３の軸
方向で往復移動が可能となり、外周面に所定深さのねじ
溝が加工できることになる。

【００１８】上記転造丸ダイス１２ａ及びプレーンダイ
ス１２ｂの移動機構は、図１に示したように、ダイス移
動台移動機構２４によって行われる。このダイス移動台
移動機構２４は、上述したダイスホルダ１５ａ，１５ｂ
をそれぞれ内側面に設けた第１のダイス移動台１６ａ及
び第２のダイス移動台１６ｂと、第２のダイス移動台１
６ｂの外側に配置した圧力プレート２６とからなる。こ
れらのダイス移動台１６ａ，１６ｂ及び圧力プレート２
６は、いずれもが図４に示したように、基台２７上に固
設した一対のスライドレール２８ａ，２８ｂに左右方向
へスライド可能に取り付けられる。また、第１のダイス
移動台１６ａと圧力プレート２６との間には、互いに向
かい合う内側面の四隅に４本の同じ断面形状のはり軸２
９が架け渡され、はり軸２９の両端が第１のダイス移動
台１６ａ及び圧力プレート２６にそれぞれ固定される。
そのため、第１のダイス移動台１６ａと圧力プレート２
６とは、スライドレール２８ａ，２８ｂ上を相対位置が
変化することなく一体にスライドする。

【００１９】第２のダイス移動台１６ｂは、第１のダイ
ス移動台１６ａと圧力プレート２６との間でスライドレ
ール２８ａ，２８ｂにスライド可能に取り付けられると
共に、前記４本のはり軸２９を挿通させるための貫通孔
が側面の四隅に設けられている。また、前記圧力プレー
ト２６には、油圧シリンダ等の押込機構３０が固定され
る。この押込機構３０は、ダイス移動台１６ｂと同一方
向に伸縮するシリンダ軸３１を備えており、シリンダ軸
３１の先端を第２のダイス移動台１６ｂの外側面に固定
してある。

【００２０】第２のダイス移動台１６ｂと圧力プレート
２６との間には、一対のラックとピニオンとが設けられ
る（図示せず）。ピニオンは、基台２７の上面に固定さ
れる。一方のラックが圧力プレート２６の下端に、また
他方のラックが第２のダイス移動台１６ｂの下端にそれ
ぞれ固定され、それぞれがピニオンに噛み合っている。

【００２１】押込機構３０を作動させてシリンダ軸３１
が伸びると、第２のダイス移動台１６ｂは押されて中空
材１３に向かいスライドレール２８ａ，２８ｂ上を図１
の左方向にスライド移動する。一方、第２のダイス移動
台１６ｂと圧力プレート２６との間にはラック・ピニオ
ンが設けられているため、圧力プレート２６は、第２の
ダイス移動台１６ｂの移動方向とは逆方向にスライドす
る。移動距離は第２のダイス移動台１６ｂと同一であ
る。この時、圧力プレート２６と４本のはり軸２９で連
結されている第１のダイス移動台１６ａも圧力プレート
２６と同じ方向、即ち図１の右方向に中空材１３に向か
って同一距離だけ移動する。したがって、第１のダイス
移動台１６ａと第２のダイス移動台１６ｂは、互いに中
空材１３に向かって同一距離だけスライド移動し接近す
ることになる。

【００２２】図５及び図６は中空材１３のクランプ機構
を示したものである。中空材１３は、止まりセンタ３５
及び芯押しセンタ３６間に軸方向でクランプされる。止
まりセンタ３５は一方のセンタ台３７ａに固定され、芯
押しセンタ３６は他方のセンタ台３７ｂに摺動可能に取
り付けられる。センタ台３７ｂには空気圧又は油圧のシ
リンダ３８が固定され、このシリンダ３８の作動によっ
て芯押しセンタ３６が中空材１３の軸方向（図中Ｘ方
向）に移動する。また、センタ台３７ａ，３７ｂの下部
にはスパンを調整するためのスパン調整用ラック３９及
びピニオン４０が設けられる。センタ台３７ａ，３７ｂ
は、中空材１３の軸方向に設けられたセンタ台スライド
レール４１上をスライド可能に取り付けられ、中空材１
３の軸方向での動きをフリーにしている。

【００２３】次に、上述の丸ダイス式転造装置を用いた
本発明の転造方法を説明する。先ず、中空材１３を軸方
向でクランプした後、上記軸傾斜機構１７ａ，１７ｂを
用いて転造丸ダイス１２ａ及びプレーンダイス１２ｂを
所定の傾斜角度に設定し、ねじのリード角を決める。次
に、押込機構３０を作動させて転造丸ダイス１２ａとプ
レーンダイス１２ｂとを互いに回転させながら中空材１
３に接近させ、転造丸ダイス１２ａとプレーンダイス１
２ｂとの間に中空材１３を挟み込む。転造丸ダイス１２
ａ及びプレーンダイス１２ｂが傾斜していることから、
転造丸ダイス１２ａ及びプレーンダイス１２bの押込み
によって、中空材１３は軸方向の推進力を受けて歩み始
めると共に、その外周面にはスパイラル状のねじ溝が形
成されていく。中空材１３の歩み距離は、転造丸ダイス
１２ａ及びプレーンダイス１２bの回転量によって決ま
る。転造丸ダイス１２ａ及びプレーンダイス１２bが所
定量だけ回転するとサーボモータ２１ａ，２１bが逆転
し、中空材１３は逆方向に所定量だけ歩むことになる。
その度に、ダイスの主軸１４ａ，１４ｂが中空材１３に
次第に近づき、転造丸ダイス１２ａからの押込み量が増
える分ねじ溝を徐々に深く形成することができる。

【００２４】図７は、中空材１３の外表面にリード角の
等しいねじ溝を形成する場合の条件を表したものであ
る。ここで、図中、実線は転造丸ダイス１２ａの回転数
及び回転方向を表したもので、正転方向で２回、逆転方
向で１回回転させて中空材１３を一往復半歩ませてい
る。図中、一点鎖線は転造丸ダイス１２ａの主軸１４ａ
の位置を表したもので、前記転造丸ダイス１２ａの回転
方向が変わる毎に主軸１４ａの位置が中空材１３に近づ
いてねじ溝の切込み量が増えている。点線は転造丸ダイ
ス１２ａの傾斜角を示したもので、図５における傾斜角
θ（５°）は、転造加工中一定である。図８は中空材１
３の外周面に前記の転造条件でねじ溝６を加工したもの
であり、ねじ溝の切込み量およびリードが一定である。

【００２５】図９は、中空材１３の外表面にリード角が
一定でないねじ溝を形成する場合の条件を表したもので
ある。図中、実線は転造丸ダイス１２ａの回転数及び回
転方向を表したもので、正転方向と逆転方向で１回ずつ
回転させて中空材１３を一往復だけ歩ませている。図
中、一点鎖線は転造丸ダイス１２ａの主軸１４ａの位置
を表したもので、前記転造丸ダイス１２ａの回転方向が
正転から逆転に移る際に中空材１３に近づく。点線は転
造丸ダイス１２ａの傾斜角θを示したもので、中空材１
３の両端部から中央部に向かって次第に大きくなってい
る（３°→５°→３°）。転造丸ダイス１２ａの逆転時
も同様である。図１０は中空材１３の外周面に前記の転
造条件でねじ溝７を加工したものであり、ねじ溝７の切
込み量は一定であるが、リード角は中空材１３の中央部
が最も大きく、両端部に向かって次第に小さくなる。

【００２６】図１１は、中空材１３の外表面に切込み量
及びリード角の両方が一定でないねじ溝を形成する場合
の条件を表したものである。図中、実線は転造丸ダイス
１２ａの回転数及び回転方向を表したもので、正転方向
と逆転方向で１回ずつ回転させて中空材１３を一往復だ
け歩ませている。図中、一点鎖線は転造丸ダイス１２ａ
の主軸１４ａの位置を表したもので、前述と同様、転造
丸ダイス１２ａの回転方向が正転から逆転に移る際に中
空材１３に近づける他、切込み途中においても主軸１４
ａを中空材１３に近づけたり遠ざけたりしてその位置を
制御している。この実施例では中空材１３の両端部より
も中央部の方が主軸１４ａとの位置が近く、その結果中
央部の方がねじ溝の切込みが深くなる。点線は転造丸ダ
イス１２ａの傾斜角θを示したもので、前述とは逆に中
空材の両端部より中央部の方が５°→３°→５°と変化
している。転造丸ダイス１２ａの逆転時も同様である。
図１２は中空材１３の外周面に前記の転造条件でねじ溝
８を加工したものであり、ねじ溝８の切込み量は中空材
の中央部が最も深く、両端部に向かって次第に浅くなる
と共に、またリード角も中空材の中央部が最も小さく、
両端部に向かって次第に大きくなっている。このよう
に、転造丸ダイス１２ａとプレーンダイス１２ｂとの主
軸１４ａ，１４ｂ間距離を制御することで、送りねじの
ねじ溝深さを容易にコントロールすることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る可変
リード転造方法によれば、単数のねじ山形が形成された
転造工具を用いてワークの外周面にねじを加工する際、
転造工具の正逆回転を制御することで、中空材へのねじ
転造が可能となった。

【００２８】また、本発明に係る可変リード転造方法に
よれば、転造工具の主軸傾斜角度を転造中に変えること
で、中空材の外周面に形成されるねじリードを制御する
ことができる。また、転造工具の主軸間距離を転造中に
変えることで、中空材の外周面に形成されるねじ溝の深
さを制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転造方法を実施するための丸ダイス式
転造装置の概念図である。

【図２】本発明に用いられる転造丸ダイスのねじ山形を
示す拡大図である。

【図３】本発明に用いられる転造丸ダイスの他の実施例
を示す拡大図である。

【図４】主軸傾斜機構を示す図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図５】ワークのクランプ機構を示す側面図である。

【図６】前記図５におけるクランプ機構の一部を示す平
面図である。

【図７】ワークの外表面にリード角の等しいねじ溝を形
成する場合の転造条件を示したグラフである。

【図８】前記転造条件によってねじ溝が加工されたワー
ク図である。

【図９】ワークの外表面にリード角が一定でないねじ溝
を形成する場合の転造上件を示したグラフである。

【図１０】前記転造条件によってねじ溝が加工されたワ
ーク図である。

【図１１】ワークの外表面に切込み量及びリード角の両
方が一定でないねじ溝を形成する場合の転造条件を示し
たグラフである。

【図１２】前記転造条件によってねじ溝が加工されたワ
ーク図である。

【符号の説明】

３ 成形歯（単数のねじ山形） １２ａ 丸ダイス（転造工具） １３ 中空材（ワーク）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単数のねじ山形が形成された転造工具を
   用いてワークの外周面にねじを加工する際、ワークの軸
   方向での動きをフリーにすると共に転造工具を正逆回転
   させることによりワークを往復移動させることを特徴と
   する可変リード転造方法。
2. 【請求項２】 単数のねじ山形が形成された転造工具を
   用いてワークの外周面にねじを加工する際、ワークに対
   して転造工具を傾斜させることで、ねじのリード角を制
   御したことを特徴とする可変リード転造方法。
3. 【請求項３】 単数のねじ山形が形成された転造工具を
   用いてワークの外周面にねじを加工する際、転造工具同
   士の軸間距離を変えることで、ねじ溝の深さを制御した
   ことを特徴とする可変リード転造方法。