図1は本発明の実施の形態における多重ねじ ボルトの製造装置を示す概略図、図2は図1の� ��面図、図3は図1の多重ねじ転造ダイスを示� �斜視図である。
 図1および図2に示すように、本実施形態に� �ける多重ねじボルトの製造装置は、多重ね� �ボルトとしての二重ねじボルトを製造する� �のであって、所定間隔で対向配置した一対� �多重ねじ転造ダイス1と、円柱状のボルト材� ��3を所定位置で支持するボルト支持部2とを� �える。また、図3に示すように、多重ねじ転� ��ダイス1は、円筒形のダイス(丸ダイス)の外� ��に二重ねじボルト形成用の転写パターン4を 形成したものである。

 図4は図3の多重ねじ転造ダイスの外周の� �写パターンの一部を平面に展開した図、図5� ��(A),(B),(C),(D),(E),(F)はそれぞれ図4のA-A線断面� ��、B-B線断面図、C-C線断面図、D-D線断面図、E -E線断面図、F-F線断面図である。

 図4に示すように、多重ねじ転造ダイス1� �外周には、製造する二重ねじボルトに対応� �る転写パターン4が1周につき10個分繰り返し� ��形成されている。多重ねじ転造ダイス1の外 径は181.444mmであり、二重ねじボルトは呼び径 M20で並目ねじピッチ2.5mm、細目ねじピッチ1.25 mmである。したがって、二重ねじボルト1個分 の転写パターン4は、多重ねじ転造ダイス1の� ��周1周360°のうち36°の範囲に形成されている ことになる。図4のA-A線、B-B線、C-C線、D-D線� �E-E線、F-F線は、それぞれ6°間隔で設けたも� �である。

 図5の(A)~(F)に示すように、多重ねじ転造� �イス1の転写パターン4(図5に実線で示す。)は 、並目ねじを丸ダイスの表面に展開した基準 のねじ山となる並目ねじ山の一部(以下、「� �目ねじ山部」と称す。)5と、この並目ねじ山 の谷部5aに周期的に形成された付加的な突起6 とにより構成されている。突起6は、展開し� �並目ねじ山の元の並目ねじと同一方向のつ� �巻き線を持ち、並目ねじよりもピッチの小� �い細目ねじを展開した細目ねじ山(図5に点線 (想像線)6aで示す。)と並目ねじ山との位相ず� ��7に応じて周期的な形状に形成されたもので ある。

 ここで、並目ねじと細目ねじのピッチの� ��をa対b(但し、aとbは最小の整数比。図示例� �は2対1としている。)とすると、突起6は、細� ��ねじを展開したときに並目ねじ山との位相� ��れに応じて並目ねじ山のb巻き(図示例では1� ��き)ごとに周期的に現れる細目ねじ山の一部 となる。図5の(A)~(F)に示すように、想像線6a� �示す細目ねじ山は、並目ねじ山との位相ず� �7によって、この並目ねじ山から突出した部� ��のみが、付加的な突起6として現れている。 すなわち、突起6は、細目ねじ山そのもので� �なく、位相ずれ7に応じてずれた分だけ細目� ��じ山の想像線6aに対応するように、並目ね� �山に対して付加的に突出させた突起である� �並目ねじ山部5は、多重ねじ転造ダイス1の表 面に現れている細目ねじ山の一部(突起6の表� ��)を除く部分である。

 但し、本実施形態における多重ねじ転造� ��イス1では、突起6が形成された部分の底部6c が、基準となる並目ねじ山の谷底5bよりも浅� ��位置で平坦となるように底上げしている。� ��のような多重ねじ転造ダイス1では、並目ね じ山と細目ねじ山の位相が一致する点(図5の( A)参照。)およびその近傍(図5の(B),(F)参照。)� �細目ねじ山の谷部の深さが規定よりも浅く� �り、周期的に変化する谷部の断面積の割合� �減少している。この多重ねじ転造ダイス1に� ��り転造を行った場合、ボルト材料3が細目ね じ山の谷部に流れ込む際の転造荷重の変動が 抑制されるので、耐チッピング性能が向上し ている。なお、この底部6cの底上げ高さdhは� �基準となる細目ねじ山の想像線6aのねじ山高 さHに対して5~50%となるようにする。また、こ の底部6cとねじ部斜面との接合部は工具Rの曲 面とする。

 ところで、図5の(A)~(F)に示す例では、基� �となる並目ねじ山の谷部5aの谷底5bと、突起6 に対応させた細目ねじ山の想像線6aの谷底6b� �の位置を一致させているが、これに限るも� �ではない。例えば、本実施形態における多� �ねじ転造ダイス1により製造された二重ねじ� ��ルト(図示せず。)の並目ねじ山に並目ナッ� �を螺合させると、多重ねじ転造ダイス1の突� ��6の分だけ接触面積が減ることになるが、突 起6に対応させた細目ねじ山の想像線6aの谷底 6bの位置を図5の下方へ移動させることにより 、二重ねじボルトの並目ねじ山と並目ナット との接触面積を増やすことができる。なお、 この場合においても、突起6が形成された部� �の底部6cが、基準となる並目ねじ山の谷底5b� ��りも浅い位置で平坦となるように底上げす� ��。

 なお、通常のねじ転造ダイスであれば、� ��の表面に並目ねじ山または細目ねじ山のい� ��れか一方のみが形成されているため、並目� ��じナットまたは細目ねじナットを嵌めるこ� ��ができる。しかし、本実施形態における多� ��ねじ転造ダイス1の場合、並目ねじナットお よび細目ねじナットを嵌めようとしても嵌ら ない。多重ねじ転造ダイス1の表面に、特許� �献1に記載のように従来の並目ねじ山と細目� ��じ山とが一体に形成されたもの(具体的な構 造は明らかでないが)ではなく、並目ねじ山� �5とこの並目ねじ山部5の元の並目ねじ山の谷 部5aに周期的な形状の突起6とが形成されたも のだからである。

 次に、この多重ねじ転造ダイス1の製造方 法について説明する。図6は多重ねじ転造ダ� �ス1の製造手順を示すフロー図、図7(a)は多重 ねじ転造ダイス1の製造に用いる第1の切削工� ��を示す平面図、(b)は第2の切削工具を示す平 面図、図8は本実施形態における多重ねじ転� �ダイス1の製造の並目ねじ山加工工程を示す� ��明図、図9は突起加工工程を示す説明図であ る。

 まず、切削工具について説明する。
 図7(a)に示すように、第1の切削工具20は、そ の先端部(並目ねじ山21の山頂部)22を平坦にし た形状を有するバイトである。なお、同図に おいて破線23は、通常の多重ねじ転造ダイス� ��並目ねじ山を形成する際に用いられるバイ� ��の形状を示す想像線である。破線23によっ� �、本実施形態における第1の切削工具20は、� �常の並目ねじ山の形状を有するバイトの先� �部を、所要形状(平坦)に切り欠いたものであ ることが分かる。

 図7(b)に示すように、第2の切削工具25は、 細目ねじ山26の形状を有するバイトである。� ��の第2の切削工具25の先端部(細目ねじ山26の� ��頂部)27には、必要に応じて曲面加工が施し� ��ある。

 図6に示すように、多重ねじ転造ダイス1� �製造に際して、まず、ワークとしてのダイ� �材料30(図8参照。)の旋削を行い(ステップS11)� ��続いて並目ねじ山加工工程(ステップS12)お� �び突起加工工程(ステップS13)を行う。

 ステップS12の並目ねじ山加工工程では、� ��1の切削工具20を用いる。図8に示すように、 並目ねじ山加工工程では、ダイス材料30に、� ��1の切削工具20を、図5に示す突起6の最大高� �以下の位置まで送り込み、並目ねじ山のピ� �チで図8の矢印で示す工具進行方向に進行さ� ��て、ダイス材料30の一部分を切削する。こ� �により、並目ねじ山部5の一部分が形成され� ��。

 ステップS13の突起加工工程では、第2の切 削工具25を用いる。突起加工工程では、まず� ��第1切削工程において切削した後のダイス材 料30に、図9の(a)、(b)、(c)、(d)、(le)、(lf)、(lg) 、(lh)、(li)、(j)、(k)、(l)、(m)、(n)に示すよう� ��、第2の切削工具25を、並目ねじ山部5の一部 分の谷部5aから図5に示す突起6の形状に合わ� �て送り込み、細目ねじ山のピッチで図9の矢� ��で示す工具進行方向に進行させて、ダイス� ��料30を切削する。このとき、第2の切削工具2 5は、突起6が形成された部分の底部6cが、基� �となる並目ねじ山の谷部5aの谷底5bよりも浅� ��位置で平坦となるように底上げするため、� ��部6cの深さ以上には送り込まないようにす� �。

 これにより、並目ねじ山部5の残りの部分 および突起6が形成されるが、図9の(a)、(b)、( c)、(d)、(le)、(lf)、(lg)、(lh)、(li)、(j)、(k)、(l )、(m)、(n)に示す工程では、底部6cの左側面し か加工されておらず、平坦となっていないた め、再び第2の切削工具25を、図9の(re)、(rf)、 (rg)、(rh)、(ri)に示すように送り込み、底部6c� ��右側面加工を行う。これにより、突起6が形 成された部分の底部6cが、基準となる並目ね� ��山の谷部5aの谷底5bよりも浅い位置で平坦と なる。

 その後、(1)焼き入れ、(2)焼き戻しの熱処� ��工程(ステップS14)および(1)内径研削、(2)外� �、端面研削の形状研削工程(ステップS15)を行 った後、(1)並目ねじ山研削、(2)突起研削の研 削工程(ステップS16)を行う。なお、並目ねじ� ��研削工程では、第1の切削工具20と同様の形� ��の研削工具を用い、突起研削工程では、第2 の切削工具25と同様の形状の研削工具を用い� ��。これにより、図5に示す断面形状を有した 多重ねじ転造ダイス1が得られる。

 なお、ピッチの大きな二重ねじボルト(以 下、「大ピッチ二重ねじボルト」と称す。)� �製造に用いる多重ねじ転造ダイスを製造す� �際、ピッチの大きさによっては図10の(a)、(b) に示すように2回位相を変えて第1の切削工具2 0により切削を行うと加工性が良くなる。な� �、図10の(a)の工程と(b)の工程の順序はどちら でもよい。

 上記構成の多重ねじ転造ダイスを用いて� ��重ねじボルトを製造するには、円柱状のボ� ��ト材料3をボルト支持部2上に配置し、この� �ルト材料3を一対の多重ねじ転造ダイス1間に 押圧させ、一対の多重ねじ転造ダイス1をそ� �ぞれ同一方向(例えば、図1に矢印で示すよう に右回り)に回転させる。

 ここで、ボルト材料3は、多重ねじ転造ダ イス1によって押圧されることにより、並目� �じ山部5の表面に沿って塑性変形しながら並� ��ねじ山部5の谷部5aを埋めていき、並目ねじ� ��部5の谷部5aに周期的に形成された細目ねじ� ��に対応する突起6の表面に沿って塑性変形し ながら谷部5aを埋めていく。

 これにより、外周表面に、図5の多重ねじ 転造ダイス1の転写パターン4の逆パターンの� ��(並目ねじ山部5および突起6に相当する溝)が 形成された二重ねじボルトが得られる。

 このように、本実施形態における多重ね� ��転造ダイス1によれば、ボルト材料3の外周� �面上に並目ねじ山の一部および細目ねじ山� �一部が一工程で一度に転写され、並目ねじ� �の一部と細目ねじ部の一部とが形成された� �重ねじボルトが得られる。この得られた二� �ねじボルトは、従来の切削により形成した� �重ねじボルトと同様、並目ねじ山が形成さ� �たうえで、細目ねじ山がえぐり取られた状� �のものとなる。したがって、得られた二重� �じボルトには並目ねじナットと細目ねじナ� �トとを嵌めることができる。

 また、本実施形態における多重ねじ転造� ��イスは単一の切削工具を用いて製造するこ� ��も可能である。図11は単一の切削工具を用� �て多重ねじ転造ダイスを製造する場合の製� �工程を示す図である。

 図11の例では、前述のように二つのバイ� �による切削加工を行わずに単一の切削工具� �しての回転砥石40を用いている。多重ねじ転 造ダイス1の製造に際し、まず、ダイス材料30 を熱処理し、並目ねじ山部5および突起6以外� ��加工を終了した後、単一の回転砥石40によ� �て研削加工を行う。

 研削加工は、回転砥石40を図11の(a)~(h)の� �れぞれに示すように規則的に半径方向に送� �込みながら、指定された細目ねじ山のピッ� �の進行速度でダイス材料30の表面に沿って進 行させることにより行う。このとき、突起6� �形成された部分の底部6cが、基準となる並目 ねじ山の谷部5aの谷底5bよりも浅い位置で平� �となるように底上げするため、回転砥石40を 底部6cの深さ以上には送り込まないようにす� ��のは前述の通りである。こうして、ダイス� ��料30に突起6を残して並目ねじ山部5を切削す ることにより、前述の多重ねじ転造ダイス1� �得られる。

 このように単一の回転砥石40を用いて加� �を行う場合、二つのバイトによる切削加工� �不要であり、この切削加工がないことによ� �て位相合わせも不要となる。

 また、本実施形態における多重ねじ転造� ��イスは、第2の切削工具25に代えて、細目ね� ��山の形状のチップを周縁部に備え、切削す� ��ダイス材料の回転中心と平行な軸を中心と� ��て回転する回転工具を用いることが望まし� ��。図12は細目ねじ山に対応する突起6を加工� ��る際の第2の切削工具の移動経路を示す図で あって、(a)は第2の切削工具として回転工具� �用いた場合を示す図、(b)は切削工具25のよう なバイトを用いた場合を示す図である。なお 、図12ではダイス材料30の表面を平面に展開� �て示している。

 図12の(a)に示すように、細目ねじ山の形� �のチップ11を周縁部に備えた回転工具10によ� ��てダイス材料30を切削する場合には、ボル� �材料の1回転分の細目ねじ山に対応する突起6 を形成する際に、突起6の形成開始位置から� �転工具10をダイス材料30の周面に対して直角� ��送り込むことができる(図のA方向)。そして� ��回転するダイス材料30の周面をこの位置を� �点として切削するので、ダイス材料30は突起 6の形成位置の前後で回転工具10のチップ11の� ��転半径R分のみ切削される。

 一方、図12の(b)に示すように、ダイス材� �30を通常のバイト28によって切削する場合に� ��、ボルト材料の1回転分の細目ねじ山に対応 する突起6を形成する際に、突起6の形成開始� ��置よりも約0.25回転前の位置からバイト28を� ��り込む必要がある。形成終了位置も同様で� ��る。そのため、ボルト材料の1回転分の細目 ねじ山に対応する突起6を形成する際に、前� �それぞれ約0.25回転分が切削されてしまい、� ��ッピングを発生しやすい微小な切欠が多重� ��じ転造ダイスに形成されることになる。

 図13は回転工具10を用いて製造した多重ね じ転造ダイスの各位相における断面を示す図 、図14はバイト28を用いて製造した多重ねじ� �造ダイスの各位相における断面を示す図、� �15は図13および図14に示す多重ねじ転造ダイ� �により製造される多重ねじボルトの図13およ び図14の(a)~(h)の各位相に対応する位相の位置 を示す図、図16は図13に示す多重ねじ転造ダ� �スにより製造される多重ねじボルトの部分� �面図、図17は図14に示す多重ねじ転造ダイス� ��より製造される多重ねじボルトの部分側面� ��である。

 図13の(d),(f)と図14の(d),(f)とを比較すると� ��かるように、バイト28を用いて製造した多� �ねじ転造ダイス51の場合には、図に現れるよ うな微小な切欠52が形成されるが、回転工具1 0を用いて製造した多重ねじ転造ダイス50の場 合には極わずかな切欠(図には現れていない)� ��か形成されない。回転工具10を用いた場合� �前述のように突起6の形成開始位置から回転� ��具10をダイス材料30の周面に対して直角に送 り込むため、この位置で回転工具10により削� ��れる分しか切欠として現れないからである� ��

 一方、バイト28を用いた場合には、突起6� ��形成開始位置の前後約0.25回転の位置からバ イト28を送り込むため、この前後約0.25回転分 の切欠52が現れる。この切欠52は製造された� �重ねじ転造ダイス51を用いて多重ねじボルト を製造した場合、図17に示すように細長い余� ��な細目ねじ山61として現れる。そのため、� �イト28を用いて製造した多重ねじ転造ダイス 51の場合には、この微小な切欠52の部分でチ� �ピングを発生しやすい。

 しかしながら、回転工具10を用いて製造� �た多重ねじ転造ダイス50の場合には、このチ ッピングを発生しやすい微小な切欠52がほぼ� ��失するので、図16に示すようにごく一部に� �か余分な細目ねじ山60は現れず、耐チッピン グ性能が大幅に向上する。なお、回転工具10� ��用いて製造する場合には、突起6の形成開始 位置(図12の(a)に示す回転工具10の接触位置)よ りも前の位置(図の右側)から送り込んだ場合� ��も、この図12の(a)に示す回転工具10の接触位 置から前に送り込んだ位置までの長さの分だ け切欠52が増えるだけである。したがって、� ��の突起6の形成開始位置は調整可能である。

 なお、本発明の多重ねじ転造ダイスは、� ��述の製造方法以外の方法により製造するこ� ��も可能であり、要するに、本実施形態にお� ��る多重ねじ転造ダイス1のように、突起6が� �成された部分の底部6cが、基準となる並目ね じ山の谷部5aの谷底5bよりも浅い位置で平坦� �なるように底上げされた形状の多重ねじ転� �ダイスであれば耐チッピング性能を向上さ� �ることが可能である。