JP2010043696A - 雄ネジ部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ強度を極端に低下させることなく省資源化や軽量化を実現した雄ネジ部材とその製造方法とを提供する。
【解決手段】棒状部材１２の外周面に軸線方向へ延びる１又は複数の減肉用凹部１６が形成され、減肉用凹部１６を除く外周面にネジ山１８が螺設されていることを特徴とする雄ネジ部材１０である。本発明の雄ネジ部材１０では、中実の棒状部材１２の外周面に、軸線方向に延びる減肉用凹部１６が１又は複数設けられているので、雄ネジ部材１０を構成する金属材料の量を減らして省資源化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、省資源化が可能な雄ネジ部材とその製造方法とに関する。

近年、金属資源の供給逼迫に伴う価格高騰などから、金属資源を用いた雄ネジ部材について省資源化や軽量化が要請されている。

かかる要請に応え得る技術として、特許文献１には、内部が中空の軽量ボルトを簡単に低コストで製造する技術、すなわち、薄肉の金属パイプを高圧液圧プレスで成形して中空の軽量ボルトを得る技術が開示されている。この技術を用いて製造した中空の軽量ボルトは省資源化や軽量化の要請に資することができる。
特開平０９−２９５１００号公報

しかしながら、上記先行事例では高圧液圧プレスを適用する処から肉厚が薄いものに限定されてしまい、その結果、薄肉の金属パイプを用いて製造した中空の軽量ボルトは、中実のものに比べて軸部の有効断面積が著しく減少してしまい、前記有効断面積と引張強度との積で求められるネジ強度が極端に低下せざるを得ないという弱点がある。(ネジの引っ張り強さは一般的には谷径の断面積の引っ張り強さで表される。)又、軸部がこのような極薄肉中空の場合、中実のものに比べて当然剪断やねじりに対しても弱く、このため、上記極薄肉中空軽量ボルトは、使用できる用途が限定されると云う問題があった。つまり、従来からある中実のボルトと同じ外形の軽量ボルトを製造したとしても、機械的強度等の観点から直ちにこれらを置き換えることができないと云う問題があった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、ネジ強度等の機械的強度を極端に低下させることなく省資源化や軽量化を実現した雄ネジ部材とその製造方法とを提供することである。

請求項１に記載した発明は、
(a) 棒状部材１２の外周面に軸線方向へ延びる１又は複数の減肉用凹部１６が形成され、
(b) 減肉用凹部１６を除く外周面にネジ山１８が螺設されていることを特徴とする、
(c) 雄ネジ部材１０である。

本発明の雄ネジ部材１０では、減肉用凹部１６を除く外周面にネジ山１８が螺設されているので、通常のネジと同様に使用することができるが、棒状部材１２の外周面に、軸線方向に延びる減肉用凹部１６が１又は複数設けられているので、雄ネジ部材１０を構成する金属材料の量を減らして省資源化を図ることができる。

また、中実(又は中空であるとしても十分厚肉で、ネジ山形成加工の影響を受けないようなもの)の棒状部材１２の外周面にこのような減肉用凹部１６を設けた本発明の雄ネジ部材１０は、金属パイプを高圧液圧プレスして成形した中空の薄肉軽量ボルトのように有効断面積が著しく減少するものではないため、極端なネジ強度の低下が起こり難く、仮に減肉用凹部１６を設けることによってネジ強度が若干低下した場合であっても、棒状部材１２を形成する金属材料自体の強度を上げることによって該ネジ強度の低下に対して十分対処することができる。又、棒状部材１２が中実(又は中空であるとしても十分厚肉で、ネジ山形成加工の影響を受けないようなもの)であるため、薄肉中空のもののように剪断やねじりに対して弱くなると云った問題も生じない。

さらに、棒状部材１２の減肉用凹部１６が設けられた部分にはネジ山１８が存在していないため、雄ネジ部材１０を雌ネジやナットなどの被螺入物にねじ込む際に、雄ネジ部材１０と被螺入物との接触面積が小さくなり、ねじ込み時のトルクを小さくすることができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の雄ネジ部材１０の製造方法であって、
(a) 棒状の金属材料Ｍを冷間圧造して、その外周面に軸線方向へ延びる１又は複数の減肉用凹部１６が設けられた棒状部材１２を形成し、
(b) 然る後、前記棒状部材１２の前記減肉用凹部１６を除く外周面にネジ転造ダイス２８，３０を押圧してネジ山１８を転造することを特徴とする、
(c) 雄ネジ部材１０の製造方法である。

この発明では、円柱状の金属材料Ｍを冷間圧造して棒状部材１２を形成する際に減肉用凹部１６を形成するようにしているので、換言すれば「冷間圧造」によって棒状部材１２を減肉用凹部１６により「減肉」しているので、塑性変形により減肉部分はそのまま金属材料Ｍ内を移動して雄ネジ部材１０の減肉用凹部１６周辺部分に使われることになり、それ故、雄ネジ部材１０を製造する際に予め使用する金属材料Ｍの量を減らして省資源化を図ることができる。

また、棒状部材１２外周面の減肉用凹部１６が設けられていない部分にネジ転造ダイス２８，３０を押圧してネジ山１８を転造するようにしているので、切削加工でネジ山１８を成形した場合と異なり、ファイバーフロー(繊維状金属組織)が切断されずに繋がっていて切削加工による表面欠陥(ネジ谷の切り欠き効果)のようなものを排除でき、且つ被加工面が圧縮されると同時に加工硬化しているため、疲労強度が大幅に高まる。このようにネジ山１８の機械的強度を高くすることができ、減肉用凹部１６を設けることにより雄ネジ部材１０と被螺入物との接触面積が小さくなりネジ山１８の単位面積当りに加わる応力が大きくなったとしても、当該応力に対抗することができる。

請求項３に記載した発明は、請求項２に記載の雄ネジ部材１０の製造方法において、前記減肉用凹部１６の延設方向Ｄ１をスパイラル状に形成することを特徴とする。

例えば、軸線に対して平行な減肉用凹部１６が設けられた棒状部材１２の外周面にネジ山１８を転造する場合、ネジ転造ダイス２８，３０と棒状部材１２外周面との当りが不規則となり、ネジ山転造時に振動が発生するばかりでなく、均整の取れた綺麗なネジ山１８が形成できなくなる虞がある。

そこで、減肉用凹部１６の延設方向Ｄ１をスパイラル状に形成することにより、特に、図１に示すようにスパイラル状減肉用凹部１６を構成する溝側面の先端側鋭角側角部１６ａが、これと反対側の終端側円弧側面１６ｂが棒状部材１２の中心線を挟んで左右に分かれておれば、ネジ転造ダイス２８，３０と棒状部材１２外周面との当りが常に一定となり、ネジ山転造時に不所望な振動が発生することがなく、棒状部材１２に均整の取れた綺麗なネジ山１８を形成することができる。

本発明によれば、ネジ強度等の機械的強度を極端に低下させることなく省資源化や軽量化を実現した雄ネジ部材とその製造方法とを提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳述する。図１は、本発明の雄ネジ部材１０の一実施例である頭付きボルトを示す正面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線切断部端面図である。後述するように頭部１４を有しない単なる棒状の雄ネジ部材１０も本発明には当然含まれる。

これらの図が示すように本実施例の雄ネジ部材(頭付きボルト)１０は、大略、棒状部材１２である軸部(以下、頭付きボルト１０を説明する場合は、軸部１２として説明する。)，頭部１４，減肉用凹部１６及びネジ山１８で構成されている。図１の頭部１４は溶接用のもので円板状であり、その軸部１２側の面に突設されている複数の突起１４ａは例えば溶接の時に使用されるものである。頭部１４はこのようなものに限られず、通常の六角ボルト用のものや、六角孔付きボルト用のもの、なべ皿ネジ用その他のものを適用することが可能である。

素材は、塑性加工が可能な鋼，ステンレス鋼，真鍮，銅，アルミニウム及びチタン等の金属材料からなる中実或は厚肉中空(即ち、ねじ転造が可能な肉厚のもの)で且つロッド状のものである。

この軸部１２の軸線方向後端部には、軸部１２よりも大きな径を有する短円柱状の頭部１４が一体的に設けられており、軸部１２の表面には軸線方向に直線又はスパイラル或は波形、前記の不連続形状、その他の形状にて伸びる、複数の(図１及び２に示す例の場合、互いに等しい間隔を置いて４つ。勿論、これに限られず、１乃至２以上で等間隔あるいは不等間隔で)減肉用凹部１６が形成されている。

減肉用凹部１６は、軸部１２の軸線と直交する断面の面積を減じて軸部１２を構成する金属材料の使用量を減らすために設けられる凹球面或は断面凹面(弧状や矩形その他)の凹溝状の部分である。凹溝状の場合は、後に示す図３乃至図５の方法で製造され、凹球面や不連続の場合には軸部１２を両側から金型で挟んで押圧する方式(図示せず)が取られる。

なお、本実施例では、減肉用凹部１６の延設方向Ｄ１がスパイラル状、前述のように好ましくはスパイラル状減肉用凹部１６を構成する溝側面の先端側鋭角側角部１６ａが、これと反対側の終端側円弧側面１６ｂが棒状部材１２の中心線を挟んで左右に分かれるように形成される(図２参照)。このように減肉用凹部１６をスパイラル状に形成することは、後述するように、雄ネジ部材１０を製造する際に、均整のとれたネジ山１８を転造する上で極めて重要な要素となる。

また、詳しくは後述するが、複数の減肉用凹部１６が設けられた棒状部材１２に対して転造でネジ山１８を形成する場合には、図２に示すように、減肉用凹部１６を、軸部１２の周方向にて互いに等しい間隔を置いて設けるのが好ましい。そして、軸部１２の表面には、減肉用凹部１６の部分を除く軸線方向(長手方向)全体にネジ山１８が設けられている。

次に、図３乃至図５を参照して、本実施例の雄ネジ部材１０の製造方法について説明する。本実施例の図１に示す雄ネジ部材１０を製造する際には、まず始めに、金属製のロッド線材(すなわち、中実或は厚肉中空の金属材料Ｍ、ここでは中実部材)を所定の長さに切断すると共に、これをフォーマーなどの冷間鍛造機を用いて冷間圧造を行ない、固定ダイを変えながら複数工程を経て螺子形成工程前の中間製品である雄ネジ部材１０の基本的形状となるブランクＢに至る。（ここでは加工度合いに応じて変更される固定ダイ全てを便宜上２０ａ、その突起を２０ｂで示す。）

具体的には、図３(a)に示すように、固定ダイ２０ａの内面に減肉用凹部１６に対応する形状の突起２０ｂが設けられており、この固定ダイ２０ａに金属材料Ｍを押圧する。突起２０ｂは図の場合、螺旋状に形成されている。（勿論、直線状でもよいが、その場合は減肉用凹部１６は直線状に形成される事になる。）

すると、金属材料Ｍの突起２０ｂに当接する部分が固定ダイ２０ａに押し込まれる際に回転しつつ押し凹まされて塑性変形し、その変形部分の肉が金属材料Ｍの減肉用凹部１６の周囲に押し出されて軸部１２外周面の所定位置に螺旋状の減肉用凹部１６が形成される図３(b)。

最後に、金属材料Ｍの残部がプレスされて軸部１２の軸線方向後端部に頭部１４が形成されたブランクＢが得られる。なお、図３中の２２は金属材料Ｍを固定ダイ２０ａに向けて押圧するパンチであり、２４は、成形したブランクＢを固定ダイ２０ａから取り出すノックアウトピンである。

一方、雄ネジ部材１０が長尺のものであって、頭部１４を有しないような場合には、冷間圧造の一種である伸線加工によりブランクＢを形成する。具体的には、図４に示すように、成形孔２６ａの内面に減肉用凹部１６に対応する形状の突起２６ｂが設けられたダイス２６セットし、成形孔２６ａを通して長尺の金属材料Ｍを引き抜く。すると、長尺の金属材料Ｍが成形孔２６ａを通過する際に塑性変形し、棒状部材１２外周面の所定位置に減肉用凹部１６が形成されたブランクＢを得ることができる。ここで、ダイス２６を回転させるとブランクＢの表面に螺旋状の減肉用凹部１６が形成される事になるし、回転させない場合には直線状の減肉用凹部１６が形成される事になる。

そして、上述のようにして得たブランクＢについて、ローリング加工機(ねじ転造盤)を用いて棒状部材１２の表面にネジ山１８を転造(ナーリング)する。具体的には、図４に示すように、ネジ山１８の形状を刻んだ一対のネジ転造ダイス(平ダイス)２８，３０でブランクＢを強く挟み込み、当該ダイス２８，３０間でブランクＢを回転させながら、当該ブランクＢに対して、これを構成する金属材料の降伏点を超えた圧力を加える。すると、棒状部材１２の表面が塑性変形してネジ山１８が形成され、これにより、本実施例の雄ネジ部材１０が完成する。

ここで、本実施例のブランクＢでは、減肉用凹部１６の延設方向Ｄ１がスパイラル状に形成されている場合には、特に、スパイラル状減肉用凹部１６を構成する溝側面の先端側鋭角側角部１６ａが、これと反対側の終端側円弧側面１６ｂが棒状部材１２の中心線を挟んで左右に分かれておれば、ネジ転造ダイス２８，３０と棒状部材１２との当りが常に一定となり、ネジ山転造時に不所望な振動が発生することがなく、棒状部材１２に均整の取れた綺麗なネジ山１８を形成することができる。(直線の場合或はスパイラルが前述と異なり緩い場合には減肉用凹部１６を埋めるようにダミー部材を設ける事になる。)

さらに、このブランクＢの棒状部材１２表面に、軸線方向に伸びるように設けられた４つの減肉用凹部１６は、棒状部材１２の周方向にて互いに等しい間隔を置いて配設されている場合には、棒状部材１２のネジ山形成部分１２ａには、各ネジ転造ダイス２８，３０から均等に応力が加わるようになる。この結果、当該部分１２ａにより均整の取れたネジ山１８を形成することができるようになる。

なお、図４に示す例では、ネジ転造ダイス２８，３０として平ダイスを用いる場合を示したが、これに代えてセグメントダイスと丸ダイスとを組み合わせたロータリー式転造ダイスを用いてもよく、又、雄ネジ部材１０がアンカーボルトやスタッドボルト等のように長尺の棒状部材１２を有するものの場合には、ネジ転造ダイス２８，３０として丸ダイスを用いるようにしてもよい。

また、上述のように、ネジ山１８を転造によって形成した場合、ファイバーフロー(繊維状金属組織)が切断されておらず、被加工面が組成硬化しているので、ネジ山１８の機械的強度を高くすることができるが、ネジ山１８の機械的強度が要求されない場合等には、ネジ山１８を切削加工するようにしてもよい。

繰り返しになるが、上述の実施例では、減肉用凹部１６を棒状部材１２に対してスパイラル状に形成する場合を中心に示したが、図５(a)に示すように、減肉用凹部１６を棒状部材１２の軸線と平行するようにストレート状に形成するようにしてもよい。

そして、上述の実施例では、雄ネジ部材１０として頭付きボルトの例を示したが、この雄ネジ部材１０は棒状部材の表面に雄ネジが螺設されたものであれば如何なるものであってもよく、例えば、図５(b)に示すように頭部を有さないスタッドボルト等であってもよい。

本発明の一実施例の雄ネジ部材を示す正面図である。 図１におけるＡ−Ａ線切断部端面図である。 本発明の雄ネジ部材の製造方法のうち、冷間圧造でブランクを形成する工程の概略を示す説明図である。 本発明の雄ネジ部材の製造方法のうち、伸線加工でブランクを形成する工程の概略を示す説明図である。 本発明の雄ネジ部材の製造方法のうち、ネジ山形成工程の概略を示す説明図である。 本発明の他の実施例の雄ネジ部材を示す正面図である。

符号の説明

１０…雄ネジ部材
１２…棒状部材
１２ａ…ネジ山形成部分
１４…頭部
１６…減肉用凹部
１８…ネジ山
２０ａ…固定ダイ
２６…(伸線加工用の)ダイス
２８…ネジ転造ダイス(平ダイス，可動側)
３０…ネジ転造ダイス(平ダイス，固定側)
３２…ネジ山形成用溝
Ｍ…金属材料

Claims (3)

1. 棒状部材の外周面に軸線方向へ延びる１又は複数の減肉用凹部が形成され、減肉用凹部を除く外周面にネジ山が螺設されていることを特徴とする雄ネジ部材。
2. 棒状の金属材料を冷間圧造して、その外周面に軸線方向へ延びる１又は複数の減肉用凹部が設けられた棒状部材を形成し、
   然る後、前記棒状部材の前記減肉用凹部を除く外周面にネジ転造ダイスを押圧してネジ山を転造することを特徴とする雄ネジ部材の製造方法。
3. 前記減肉用凹部の延設方向をスパイラル状に形成することを特徴とする請求項２に記載の雄ネジ部材の製造方法。

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