WO2018158845A1

WO2018158845A1 - ねじおよびその製造方法

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Publication number: WO2018158845A1
Application number: PCT/JP2017/007939
Authority: WO
Inventors: 勇作大森; 正典横田
Original assignee: 日東精工株式会社
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-07
Also published as: JP6872004B2; JPWO2018158845A1

Abstract

【課題】ワークの表面に密着するまで螺入可能なねじの提供。【解決手段】おねじの有効径ΦＡとほぼ同径に設定された素材脚部６に螺旋状の完全なおねじ山形を成す完全おねじ部２１と、この完全おねじ部２１に連設され不完全なおねじ山形を成す不完全おねじ部２２とを転造により成形したねじである。素材脚部６は、有効径ΦＡに設定された有効径軸部６ｃと、有効径軸部６ｃよりも小径の環状溝６ｂとを一体に備える。環状溝６ｂは、有効径ΦＡよりも小さくかつ完全おねじ部２１の谷径ΦＨよりも大きな直径を備える。素材脚部６は、転造されることで完全おねじ部２１と不完全おねじ部２２とから成るねじ部２０ｃおよび環状溝６ｂよりも軸長の短い環状溝部２０ｂへ成形されたねじ脚部２０に塑性変形されて成る。不完全おねじ部２２は、素材脚部６の有効径軸部６ｃから環状溝６ｂにかけて径方向に漸減した不完全なおねじ山形を成す。

Description

ねじおよびその製造方法

本発明は、ワーク表面に密着するまで螺入できるねじおよびその製造方法に関する。

従来のねじおよびその製造方法は、特許文献１ないし特許文献５に開示されており、以下に説明する。まず、従来のねじは、大径の頭部と、この頭部に隣接したおねじを有するねじ脚部とを備え、前記おねじは完全な山形を成す完全おねじ部およびこの完全おねじ部に連設され徐々にねじ山高さを漸減された不完全な山形を成す不完全おねじ部によって構成される。また、従来のねじは、特許文献４に開示されるように前記頭部の首下に配置された溝部を備え、この溝部の直径が前記完全おねじ部の谷径よりも小径に設定されている。さらに、前記溝部は、前記不完全おねじ部の終端に接続されて成る。なお、前記頭部および前記おねじによって軸方向へ抜け止めされた座金を備えるものもある。このように構成された従来のねじは、前記完全おねじ部に螺合可能なめねじを有するワークへ螺入され所定の締付けトルクによって締結されるが、前記頭部の首下に位置する溝部の直径が完全おねじ部の谷径、つまり前記めねじの内径よりも小径のため、前記頭部がワークに密着してもめねじに干渉しない。よって、頭部がワーク表面と密着するまで浮くことなく最後まで螺入できるという特徴がある。

　次に、従来のねじの製造方法は、所定の直径に設定された線材を押圧して前記頭部およびこの頭部よりも小径かつ円柱状のリベットを一体に成形する圧造工程と、前記圧造工程により成形したリベットの外周に螺旋状の前記おねじを転造するねじ山転造工程と、このねじ山転造工程後またはねじ山転造工程前に所定温度加熱して前記圧造工程またはねじ山転造工程によって塑性変形した部位の歪みなどを修正する熱処理工程とを含む。また、前記線材および前記リベットの直径は、ねじ山転造工程により成形するおねじの有効径とほぼ同寸法になるよう設定されている。なお、前記座金を備えた従来のねじの製造方法は、前記圧造工程を終えたリベットへ当該座金を組み込む座金組込工程を含み、当該座金組込工程が前記ねじ山転造工程前に設定されている。この従来のねじの製造方法は、前記ねじ山転造工程において、前記有効径のリベットを一対の往復移動可能な転造工具へ供給し当該有効径から拡径させた山頂部および縮径させた谷部となる前記完全おねじ部を成形するので、これら拡径および縮径の変形割合がおおよそ半々とバランスよく分散される。よって、転造工具の寿命が延びるという特徴がある。

特許第５８７８０７４号公報特開２００２－１４７４２５号公報特開昭６０－２０１１０７号公報国際特許公開番号ＷＯ２０１５／００５３４７号公報特許５５１３８２３号公報

　しかしながら、従来のねじは、ワークの表面に密着するまで螺入できるものの、頭部が着座した後に生じるトルクおよび軸力の高まりを受けて、前記完全おねじ部の谷径から破断するのではなく、当該谷径よりも小径に設定されている前記溝部から破断し易く高い締付けトルクによって締結できないという問題があった。

　また、従来のねじの製造方法は、前記溝部を備えない前記リベットに予め熱処理を施しこの熱処理工程後に前記ねじ山転造工程を設定している場合、前記転造工具の端部（上述の首下に相当の位置）が欠け易く転造工具の寿命が短くなるという問題もあった。

本発明は、おねじの有効径（ΦＡ）とほぼ同径に設定された素材脚部（６）に螺旋状の完全なおねじ山形を成す完全おねじ部（２１）と、この完全おねじ部（２１）に連設され不完全なおねじ山形を成す不完全おねじ部（２２）とを転造により成形したねじ（１）において、前記素材脚部（６）は、前記有効径（ΦＡ）に設定された有効径軸部（６ｃ）と、この有効径軸部（６ｃ）よりも小径の環状溝（６ｂ）とを一体に備えて成り、前記環状溝（６ｂ）は、前記有効径（ΦＡ）よりも小さくかつ前記完全おねじ部（２１）の谷径（ΦＨ）よりも大きな直径を備え、前記素材脚部（６）が前記転造されることで前記完全おねじ部（２１）と前記不完全おねじ部（２２）とから成るねじ部（２０ｃ）および前記環状溝（６ｂ）よりも軸長の短い環状溝部（２０ｂ）へ成形されたねじ脚部（２０）に塑性変形され、前記不完全おねじ部（２２）は、前記素材脚部（６）の有効径軸部（６ｃ）から環状溝（６ｂ）にかけて漸減する不完全なおねじ山形を成すこと特徴とする。なお、前記素材脚部（６）は、前記環状溝（６ｂ）に連設し前記有効径軸部（６ｃ）とほぼ同径に寸法設定された首下部（６ａ）と、この首下部（６ａ）へ挿通された座金（４０）とを備えて成り、前記座金（４０）は、前記完全おねじ部（２１）に抜け止めされ遊嵌自在に配されてもよい。また、前記座金（４０）は、前記ねじ脚部（２０）の環状溝部（２０ｂ）を少なくとも一部内包して成ることが好ましい。

　また、本発明に係るねじの製造方法は、おねじの有効径（ΦＡ）とほぼ同径の線材から大径の頭部（１０）および前記有効径（ΦＡ）と同径の素材脚部（６）を圧造成形する圧造工程（Ｐ）と、この圧造工程（Ｐ）により成形された前記素材脚部（６）に前記有効径（ΦＡ）よりも小径の環状溝（６ｂ）を転造成形する溝転造工程（Ｒａ）と、前記溝転造工程（Ｒａ）により成形された素材（５）に螺旋状の完全なおねじ山形を成す完全おねじ部（２１）および不完全なおねじ山形を成す不完全おねじ部（２２）を転造成形するねじ山転造工程（Ｒｂ）とを含むことを特徴とする。なお、前記素材（５）に熱処理を施して表面硬度を高める熱処理工程（Ｓ）が、前記ねじ山転造工程（Ｒｂ）前に設定されていてもよい。また、前記素材（５）に前記頭部（１０）よりも大径の座金を組み込む座金組込工程（Ｆ）は、前記熱処理工程（Ｓ）後に設定されていることが好ましい。

本発明のねじは、そのねじ脚部に前記有効径よりも小さくかつ前記谷径よりも大径の環状溝部を備えるため、従来よりも高い破断トルクとなり従来に比べて高い締付けトルクによって締結できるという利点がある。

　さらに、本発明のねじは、前記有効径とほぼ同径に設定された首下部に遊嵌自在に配置した座金を前記完全おねじ部によって抜け止めして成るため、座金を組み込んだねじとしても使用用途を広げることができるという利点もある。

　また、本発明のねじは、前記環状溝部の一部を少なくとも前記座金で内包しているので、前記不完全おねじ部を前記座金の一端側へ接近させて配置できる。これにより、本発明のねじは、上述したように単に使用用途を広げられるのみならず、前記めねじの山形に収まり螺合する不完全おねじ部を構成することができるという利点もある。

　本発明に係るねじの製造方法は、前記環状溝を転造する溝転造工程を前記ねじ脚部を転造するねじ山転造工程よりも前に設定しているので、前記不完全おねじ部を転造成形する前記転造工具が前記有効径よりも小径の環状溝に接触するので当該転造工具の端部に大きな負荷が加わらず欠け等の破損が生じ難いという利点がある。

　また、本発明に係るねじの製造方法は、上述のように小径の環状溝を備える素材脚部を転造工具によって転造し当該転造工具に掛かる負荷を低減できるため、前記熱処理工程によって強度を向上させた素材脚部を転造する場合であっても、前記転造工具の不完全ねじ部を成形する部位に大きな負荷が生じ難い。よって、本発明に係るねじの製造方法は、前記熱処理工程をねじ山転造工程の前工程に設定することができ、製造工程に係る設計の自由度を高められるという利点もある。

　さらに、本発明に係るねじの製造方法は、前記熱処理工程を経た前記素材に座金を組み込む座金組込工程を設定されているので、従来のように既に熱処理された座金が再度加熱されることが無い。よって、再加熱による座金の強度低下という問題を解消でき、前記素材の材質に見合った温度設定および加熱時間により最適な熱処理条件を設定できるという利点もある。

本発明に係る一実施形態を示すねじの一部切欠き断面図である。本発明に係る他の実施形態を示すねじの一部切欠き断面図である。本発明に係るねじの製造方法を示す概略工程図である。図２のねじ１を転造により成形し始めるねじ山転造工程を説明するための説明図である。図４のねじ山転造工程を終えた直後の状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るねじおよびその製造方法について図１ないし図５に基づき説明する。まず、本発明のねじ１は、大径の頭部１０と、この頭部１０よりも小径のねじ脚部２０とから構成されている。

　前記ねじ脚部２０は、完全なおねじ山形を成す完全おねじ部２１および不完全なおねじ山形を成す不完全おねじ部２２を有するねじ部２０ｃと、前記頭部１０に連設され前記完全おねじ部２１の有効径ΦＡに設定された首下部６ａと、この有効径ΦＡよりも小径かつ前記完全おねじ部２１の谷径ΦＨよりも大径の環状溝部２０ｂとから構成される。また、前記完全おねじ部２１の山径ΦＭ、谷径ΦＨ、前記有効径ΦＡ、前記環状溝部２０ｂおよび後記環状溝６ｂの外径ΦＤの寸法関係は、ΦＭ＞ΦＡ＞ΦＤ＞ΦＨとなっている。

　前記不完全おねじ部２２は、前記完全おねじ部２１の終端から前記環状溝部２０ｂに連設されており、不完全なおねじ山形を成している。また、その山頂高さが有効径軸部６ｃから環状溝６ｂに向かって径方向へ漸減するよう成形されており、前記完全おねじ部２１の延長上に成形され、図５に示すように完全なおねじ山形内に収まっている。これにより、本発明に係るねじ１は、ワークへ螺入される過程において、当該ワークに予め成形され前記完全おねじ部２１に螺合可能なめねじ（図示せず。図５の後記固定側転造ダイス５１および後記可動側転造ダイス５２に相当）に前記完全おねじ部２１および不完全おねじ部２２が干渉しない。したがって、前記ねじ１は、ワークの表面に前記頭部１０が密着するまで前記ねじ部２０ｃを変形させることなく円滑に螺入可能に構成されている。

　また、本発明に係るねじ１は、前記有効径ΦＡより小径かつ完全おねじ部２１の谷径ΦＨよりも大径の環状溝部６ｂを備えた素材脚部６を転造しねじ部２０ｃが成形されているので、ねじ山転造時に用いられる転造工具（５１，５２に相当）の一端に大きな負荷が掛かり難い。しかも、本発明に係るねじ１は、前記環状溝部２０ｂの直径を有効径ΦＡよりも太くして成るため、従来に比べて高い締付けトルクに耐え得る。

　また、本発明に係るねじ１は、前記頭部１０と前記ねじ部２０ｃとの間に座金４０を配置して成り、座金４０は、前記首下部６ａを挿通可能な挿通穴４０ａを備えて成る。したがって、前記座金４０は、前記挿通穴４０ａよりも大径を成すねじ部２０ｃに抜け止めされ、挿通穴４０ａよりも小径の前記首下部６ａおよび環状溝６ｂに遊嵌自在に支持されて成る。

　本発明に係るねじ１の製造方法は、前記有効径ΦＡに設定された線材を圧造して前記有効径ΦＡとほぼ同径の素材脚部６とこの素材脚部６に連設された前記頭部１０とを成形する圧造工程Ｐと、この圧造工程Ｐにより成形した素材脚部６に前記有効径ΦＡよりも小径の環状溝６ｂを転造成形する溝転造工程Ｒａと、この溝転造工程Ｒａを終えた前記素材脚部６と前記環状溝６ｂの一部とに前記ねじ部２０ｃを成形するねじ山転造工程Ｒｂとを少なくとも含む。なお、本発明に係るねじ１の製造方法は、前記溝転造工程Ｒａによって転造成形された素材５を熱処理する熱処理工程Ｓを含んでもよく、この熱処理工程Ｓは、前記ねじ山転造工程Ｒｂの前工程として設定してもよい。また、本発明に係るねじ１の製造方法は、前記溝転造工程Ｒａを終えた前記素材５に座金４０を組み込む座金組込工程Ｆを含んでもよく、この座金組込工程Ｆは、前記熱処理工程Ｓの後工程として設定してもよい。

　前記圧造工程Ｐは、前記線材を受け駒（図示せず）へ挿通し当該受け駒から一部突出させ、この突出した線材を金型により押圧して前記頭部１０を圧造成形する工程である。この圧造工程Ｐにより成形された頭部１０は、ＪＩＳ規格に規定されたなべ、バインド、六角などの形状を成し、その頭頂部に回転工具を係合可能な十字穴などの係合部を備えてもよく、当該頭部１０は、前記受け駒に挿通されていた前記有効径ΦＡとほぼ同径の軸部を一体に備える。

　前記溝転造工程Ｒａは、前述の円柱状に成形された軸部を転造して前記有効径ΦＡよりも小径な前記環状溝６ｂを成形する工程であり、この溝転造工程Ｒａを終えた素材５は、前記頭部１０に連設された前記有効径ΦＡとほぼ同径の首下部６ａと、この首下部６ａに連設された前記環状溝６ｂと、この環状溝６ｂに連設され前記有効径ΦＡとほぼ同径の有効径軸部６ｃとから成る素材脚部６を備える。

　前記熱処理工程Ｓは、前記転造工程Ｒａを経た前記素材５を所定の温度により一定時間加熱し鋼材から成る素材５の組織を調質する工程である。これにより、素材５は、ねじに適した高い表面硬度かつ高い靱性へ変化する。

　前記座金組込工程Ｆは、前記熱処理工程Ｓを経た前記素材５に前記座金４０を組み込む工程であり、前記頭部１０が当該座金４０によって吊下される。この座金組込工程Ｆは、後記ねじ山転造工程Ｒｂで稼働する前記ねじ部２０ｃを転造成形可能な転造装置（図示せず）の座金組込ユニット（図示せず）の動作によって実現されている。

　前記ねじ山転造工程Ｒｂは、座金組込工程Ｆを経た前記素材５の素材脚部６および前記環状溝６ｂの一部に前記ねじ部２０ｃを転造成形する工程であり、前記転造装置によって実現する工程である。前記転造装置は、前記素材５を一対の固定側転造ダイス５１および可動側転造ダイス５２によって挟み込み可動側転造ダイス５２の往復運動により前記素材５を回転させ前方へ排出して前記ねじ部２０ｃを成形可能に構成されている。また、この転造装置は、前記素材５を固定側転造ダイス５１および可動側転造ダイス５２へ供給する前に、当該素材５に前記座金４０を組み込む前記座金組込ユニットを備える。

　これにより、前記ねじ山転造工程Ｒｂは、図４から図５に示すような過程を経て前記有効径軸部６ｃおよび前記環状溝６ｂの一部を前記完全おねじ部２１および前記不完全おねじ部２２へ成形する。また、固定側転造ダイス５１および可動側転造ダイス５２に付された傾斜山形は、図４に示す位置から図５に示す位置へと互いに接近することで前記ねじ部２０ｃを徐々に完成させるが、前記有効径ΦＡに設定されていた前記有効径部６ｃには深く干渉するものの、前記有効径ΦＡよりも小径に設定されていた前記環状溝６ｂには浅くしか干渉しない。よって、前記固定側転造ダイス５１および可動側転造ダイス５２の一端側は、前述の浅く干渉する環状溝６ｂの一部を塑性加工して正規の完全なおねじ山形に収まる不完全おねじ部２２を成形する。

　また、このねじ山転造工程Ｒｂを終えたねじ１は、図１および図２ならびに図５に示すように前記環状溝６ｂの一部に前記ねじ部２０ｃを形成して成るので、これを転造する前の環状溝６ｂからその軸長を若干短くした環状溝部２０ｂへと変化する。よって、前記ねじ１は、前記環状溝６ｂと同径の環状溝部２０ｂおよびこの環状溝部２０ｂに連設された不完全おねじ部２２ならびに前記完全おねじ部２１から成るねじ脚部２０と、このねじ脚部２０と一体な頭部１０とから構成され、前記座金組込工程Ｆが設定されている場合であれば前記不完全おねじ部２２に抜け止めされ遊嵌自在な前記座金４０とを備えて成る。また、前記座金４０は、前記環状溝部２０ｂを少なくとも一部内包して取り付けられて成る。

　このように本発明に係るねじ１は、座金４０を組み込むものに限定されるのではなく、前記素材脚部６に前記首下部６ａを備えない前記環状溝６ｂと、前記有効径軸部６ｃとのみから構成され前記素材５を転造した図１に示すような構成であってもよい。

１…ねじ
５…素材
６…素材脚部
６ａ…首下部
６ｂ…環状溝
６ｃ…有効径軸部
１０…頭部
２０…ねじ脚部
２０ｂ…環状溝部
２０ｃ…ねじ部
２１…完全おねじ部
２２…不完全おねじ部
４０…座金
ΦＡ…おねじの有効径
ΦＤ…環状溝６ｂの外径
ΦＤ…環状溝部２０ｂの外径
ΦＨ…完全おねじ部２１の谷径
ΦＭ…完全おねじ部２１の山径

Claims

　おねじの有効径（ΦＡ）とほぼ同径に設定された素材脚部（６）に螺旋状の完全なおねじ山形を成す完全おねじ部（２１）と、この完全おねじ部（２１）に連設され不完全なおねじ山形を成す不完全おねじ部（２２）とを転造により成形したねじ（１）において、
　前記素材脚部（６）は、前記有効径（ΦＡ）に設定された有効径軸部（６ｃ）と、この有効径軸部（６ｃ）よりも小径の環状溝（６ｂ）とを一体に備えて成り、
　前記環状溝（６ｂ）は、前記有効径（ΦＡ）よりも小さくかつ前記完全おねじ部（２１）の谷径（ΦＨ）よりも大きな直径を備え、
　前記素材脚部（６）が前記転造されることで前記完全おねじ部（２１）と前記不完全おねじ部（２２）とから成るねじ部（２０ｃ）および前記環状溝（６ｂ）よりも軸長の短い環状溝部（２０ｂ）へ成形されたねじ脚部（２０）に塑性変形され、
　前記不完全おねじ部（２２）は、前記素材脚部（６）の有効径軸部（６ｃ）から環状溝（６ｂ）にかけて漸減する不完全なおねじ山形を成すこと特徴とするねじ。
　前記素材脚部（６）は、前記環状溝（６ｂ）に連設し前記有効径軸部（６ｃ）とほぼ同径に寸法設定された首下部（６ａ）と、この首下部（６ａ）へ挿通された座金（４０）とを備えて成り、
　前記座金（４０）は、前記ねじ部（２０ｃ）に抜け止めされ遊嵌自在に配されて成ることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
　前記座金（４０）は、前記ねじ脚部（２０）の環状溝部（２０ｂ）を少なくとも一部内包して成ることを特徴とする請求項２に記載のねじ。
　おねじの有効径（ΦＡ）とほぼ同径の線材から大径の頭部（１０）および前記有効径（ΦＡ）と同径の素材脚部（６）を圧造成形する圧造工程（Ｐ）と、この圧造工程（Ｐ）により成形された前記素材脚部（６）に前記有効径（ΦＡ）よりも小径の環状溝（６ｂ）を転造成形する溝転造工程（Ｒａ）と、前記溝転造工程（Ｒａ）により成形された素材（５）に螺旋状の完全なおねじ山形を成す完全おねじ部（２１）および不完全なおねじ山形を成す不完全おねじ部（２２）を転造成形するねじ山転造工程（Ｒｂ）とを含むことを特徴とするねじの製造方法。
　前記素材（５）に熱処理を施して表面硬度を高める熱処理工程（Ｓ）が、前記ねじ山転造工程（Ｒｂ）前に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のねじの製造方法。
　前記素材（５）に前記頭部（１０）よりも大径の座金（４０）を組み込む座金組込工程（Ｆ）が、前記熱処理工程（Ｓ）後に設定されていることを特徴とする請求項５にねじの製造方法。