(57)【要約】  メネジ加工用の穴を有する金属製の素材の穴にメネジを加工するに際し、金属製の素材を把持又は固定した状態でオネジ状工具が自転はせず一定水平面上の公転のみの運動をもって穴の内周にオネジ状工具の加工部を逐次押圧しながら加工部の形状を転写してネジ溝を成形する。メネジ加工用の穴を有する金属製の素材を把持又は固定する加工機本体と、加工機本体に対し、必要な押圧力を発揮して円弧揺動することを制御運動可能なＸ軸−Ｙ軸テーブルと、Ｘ軸−Ｙ軸テーブル上に固定されるオネジ状工具とを有し、Ｘ軸−Ｙ軸テーブル上に固定されたオネジ状工具が自転はせず一定水平面上の公転のみの運動をもって穴の内周にオネジ状工具の加工部を逐次押圧しながら加工部の形状を転写してネジ溝を成形する。
2014020900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メネジ加工用の穴を有する金属製の素材の前記穴にメネジを加工するに際し、前記素材を把持又は固定した状態でオネジ状工具が自転はせず一定水平面上の公転のみの運動をもって前記穴の内周に前記オネジ状工具の加工部を逐次押圧しながら前記加工部の形状を転写してネジ溝を成形することを特徴とするメネジの加工法。
【請求項２】
請求項１記載のメネジの加工法において、前記穴の径は、所望するネジの山径と谷径の中間径であることを特徴とするメネジの加工法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のメネジの加工法において、前記オネジ状工具は、加工しようとするメネジとピッチが同一で、径が小さいことを特徴とするメネジの加工法。
【請求項４】
メネジ加工用の穴を有する金属製の素材を把持又は固定する加工機本体と、
前記加工機本体に対し、必要な押圧力を発揮して円弧揺動することを制御運動可能なＸ軸−Ｙ軸テーブルと、
前記Ｘ軸−Ｙ軸テーブル上に固定されるオネジ状工具とを有し、
前記Ｘ軸−Ｙ軸テーブル上に固定された前記オネジ状工具が自転はせず一定水平面上の公転のみの運動をもって前記穴の内周に前記オネジ状工具の加工部を逐次押圧しながら前記加工部の形状を転写してネジ溝を成形する
ことを特徴とするメネジの加工装置。
【請求項５】
請求項４記載のメネジの加工装置において、前記Ｘ軸−Ｙ軸テーブルを、前記加工機本体に対し、必要な押圧力を発揮して円弧揺動するように制御する制御装置を更に備える
ことを特徴とするメネジの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メネジ加工用の穴を有する金属製の素材の穴にメネジを加工する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、メネジは、最も普遍的な締結要素であるネジの一方側を構成する。
従来、メネジはタッビング加工によって加工されることが知られている。
しかし、比較的大径のメネジの加工は、タッピング加工では、一般的に行われていなかった。
比較的大径のメネジの加工法は、シングルポイント工具（ねじ切りバイト）による切削加工が主流（例えば、特許文献１参照）である。【０００３】
しかし、シングルポイント工具（ねじ切りバイト）による切削加工は、発生する切り屑の処理と切り屑発生に起因する工具刃先の損傷などの問題があるにも拘わらず、代替工法が存在しなかった。
なお、このメネジ切削法として、例えば、通常、チェザーと呼ばれるねじ切削用刃物を管体の被切削面に押し当て、管体を回転させつつ管軸方向に前後進させる方法が採用されている。【０００４】
また、シングルポイント工具（ねじ切りバイト）にしろタッピングにしろ所望するメネジに対し、メネジの軸方向にその相対的一回転につきそのネジのピッチ分だけ相対移動することが余儀なくされている。従って、制御可動部分が増加し、結果として強度、剛性ともに高い加工機の設計ができなかった。
また、ネジ山の数に対応した工具の回転を必要とする（例えば、特許文献１参照）ため、その加工時間は自ずから限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３０３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、比較的小径ネジにおいては効力を発揮している溝なしタップと同様切り屑を発生しないネジ加工法を、溝なしタップの適用が一般的でない比較的大径品に適応しようとすることが考えられる。しかし、オネジ状工具に必要なラジアル荷重は、所望するメネジの有効長さをはじめ、素材の硬さ、オネジ状工具の径など都度起因する条件により変化する。そのため、オネジ状工具に必要なラジアル荷重は、シングルポイント工具（ねじ切りバイト）による切削加工を目的とした加工と比較すると、少なくとも１０倍以上は必要となる。【０００７】
しかも、オネジ状工具は、運動機能上は主軸の回転を止めたＮＣフライス盤と酷似しているが、通常のフライス盤に許容される主軸のラジアル荷重より遙かに大きな主軸のラジアル荷重（例えば５０ｋＮｆ以上）が必要となる。
このように、主軸のラジアル荷重が５０ｋＮｆ以上となる機械は、存在しなかった。
従って、従来工法及び装置を用いて、切り屑を発生しないネジ加工法を溝なしタップの適用が一般的でない比較的大径品に適応することはできなかった。【０００８】
本発明は、斯かる従来工法の問題点を解消するために為されたもので、その目的は、比較的小径ネジにおいては効力を発揮している溝なしタップと同様切り屑を発生しないメネジ加工法を、溝なしタップの適用が一般的でない比較的大径品に適応することができるメネジの加工法及びその装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、切削切り屑を発生させず、素材穴内径部に設けられた例えばキー溝のごとき障害物があってもこれを無視してメネジを加工することが可能な方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のメネジの加工法は、メネジ加工用の穴を有する金属製の素材の穴にメネジを加工するに際し、金属製の素材を把持又は固定した状態でオネジ状工具が自転はせず一定水平面上の公転のみの運動をもって穴の内周にオネジ状工具の加工部を逐次押圧しながら加工部の形状を転写してネジ溝を成形する。
また、本発明において、穴の径は、所望するネジの山径と谷径の中間径である。
また、本発明において、オネジ状工具は、加工しようとするメネジとピッチが同一で、径が小さい。【００１０】
本発明のメネジの加工装置は、メネジ加工用の穴を有する金属製の素材を把持又は固定する加工機本体と、加工機本体に対し、必要な押圧力を発揮して円弧揺動することを制御運動可能なＸ軸−Ｙ軸テーブルと、Ｘ軸−Ｙ軸テーブル上に固定されるオネジ状工具とを有し、Ｘ軸−Ｙ軸テーブル上に固定されたオネジ状工具が自転はせず一定水平面上の公転のみの運動をもって穴の内周にオネジ状工具の加工部を逐次押圧しながら加工部の形状を転写してネジ溝を成形する。
また、本発明は、Ｘ軸−Ｙ軸テーブルを、加工機本体に対し、必要な押圧力を発揮して円弧揺動するように制御する制御装置を備える。【００１１】
本発明において、所望するメネジをその転写で成形するためのオネジ状工具は、当然所望するメネジと同一のピッチ長さを有していなければならない。然るに、オネジ状工具のネジ径は、所望するメネジのネジ径より小さいため、そのネジ山の為すネジレ角はメネジのそれと比較して大きくなる。例えば、メネジ径に対するオネジ状工具の径が半分であれば、そのネジレ角はほぼ倍になる。このギャップを乗り越え、メネジにオネジ状工具と同一のピッチを成形するには、接触部では常々一定のスベリを確保すること、即ち共に自転しないという強固な同期が必要になる。【００１２】
前述のネジレ角ギャップを解消するために、本発明が取った手段は、結果的には強固に前述の同期を維持することであった。メネジとオネジ状工具との径差が大きい場合、オネジ状工具は早々に加工されたメネジから離脱し成形されたメネジとの干渉は少ない。理論上は問題発生が顕わにはならないが、現実にはオネジ状工具の撓みによる傾斜の発生が顕著になり、精度の良好なメネジの転写成形には弱点となる。
メネジとオネジ状工具との径差が少なくなれば、オネジ状工具の傾斜発生は少なくなる。しかし、メネジとオネジ状工具との係合を解くまでの公転角度は大きくなり、メネジとオネジ状工具との干渉、係合の距離が長くなる。従って、オネジ状工具公転の抵抗が増す。この抵抗にも拘わらず、スリップ−スティック現象を伴わない滑らかな公転を保障するのには、加工機の剛性を高める以外にない。【００１３】
斯かる状況を踏まえて本発明のメネジ加工機のＸ軸−Ｙ軸テーブルは、所望するメネジの半径とオネジ状工具の半径との差のみを稼動範囲とする極めてショートストロークである。また、Ｘ軸レールとＹ軸レールとのＺ方向の高低差を極力少なくする方向で設計し、必要な剛性を確保した。
また、メネジ穴が止り穴であるとか、量産時のタクトを考えると、オネジ状工具は片持ち軸が便利である。要求される転写成形に必要なスラスト荷重が高い場合は、メネジ加工域を跨ぐ２点でオネジ状工具を支持固定する。その場合は、同様設計のＸ軸−Ｙ軸テーブルを２台連動させた機械が必要になることもある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ショートストロークと、Ｘ軸レールとＹ軸レールとのＺ方向の高低差低減に徹して設計することにより、必要な剛性を確保した加工機とし、ネジレ角ギャップの乗り越えに成功した。発生するラジアル荷重は大きいが、ネジの山数や有効ネジ長さに関係なく、原理的には一回転、逐次加工的に運転しても、数回転以内でメネジの加工を完了させることができる。
本発明は、タッピング加工が一般的でない、比較的大径のメネジに対しても、シングルポイント工具（ねじ切りバイト）による切削加工で発生する切り屑の処理に悩まされることがない。また、加工原理から見ても、オネジ状工具が単一水平面上で公転するのみというシンプルな動きに象徴されるように、短時間で、加工が完了するというメリットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るメネジの加工法を示す説明図である。
【図２】図１の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るメネジの加工装置を示す平面図である。
【図４】図３のＡ矢視図である。
【図５】図３のＢ矢視図である。
【図６】本発明の別の実施形態で加工されたボールネジ用のナット部材の断面図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】図６のボールネジ用のナット部材を加工するオネジ状工具を示す正面図である。
【図９】図８の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るメネジ６０の加工法を示し、図２は、図１の要部を示す。図３〜図５は、本実施形態に係るメネジ６０の加工法に用いるメネジ加工装置１を示す。なお、図２には要素部分のみを表している。
本実施形態に係るメネジ加工装置１は、加工機本体１０と、この加工機本体１０に搭載されるＸ軸テーブル２０と、このＸ軸テーブル２０上にＹ軸テーブル３３が位置するようにＸ軸テーブル２０に固定されるＹ軸フレーム３０とを備えている。
【００１７】
加工機本体１０は、作業高さなどを考慮して、然るべき高さのテーブル（図示せず）に固定されている。
加工機本体１０の上面には、穴５１を有する金属製の素材５０を固定する素材固定台１１が配置されている。素材固定台１１は、金属製の素材５０を嵌入させるための穴１２を備えている。金属製の素材５０は、例えば、周囲に３カ所の穴５２を備えている。素材固定台１１は、穴１２に金属製の素材５０を嵌入後に、締結ボルト５３によって金属製の素材５０を固定するためのねじ穴１３を備えている。
【００１８】
素材固定台１１は、Ｘ軸テーブル２０上に位置するように加工機本体１０に固定されている。Ｘ軸テーブル２０は、加工機本体１０に配置されたサーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１によって回転する推進ネジ部２２を介してＸ軸上を移動するように、加工機本体１０に配置されている。
Ｙ軸フレーム３０は、このＸ軸テーブル２０上に位置するようにＸ軸テーブル２０に固定されている。Ｙ軸フレーム３０は、Ｘ軸テーブル２０と同様にサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１によって回転する推進ネジ部３２を介してＹ軸上を移動するＹ軸テーブル３３を備えている。この際、Ｙ軸テーブル３３は、Ｘ軸テーブル２０に設けた例えばクロスローラガイドなどの案内部材３４に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００１９】
Ｙ軸テーブル３３は、オネジ状工具３５を固定する工具搭載台として機能する。オネジ状工具３５は、加工しようとするメネジ６０とピッチが同一で、径が小さいネジ形状を為す加工部３５ａを備えている。オネジ状工具３５は、裾部に複数の穴３６を備え、締結ボルト３７によってＹ軸テーブル３３に設けた穴３４を介してＹ軸テーブル３３に固定される。
以上のように、Ｙ軸フレーム３０は、Ｘ軸テーブル２０上にＹ軸テーブル３３が位置するようにＸ軸テーブル２０に固定されるので、Ｘ軸テーブル２０上に位置するように加工機本体１０に固定されている素材固定台１１とＹ軸テーブル３３との距離（図２の紙面の上下方向、即ちＺ軸方向）は不変である。
【００２０】
サーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１及びサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１は、制御装置４０に連絡し、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル３３をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。サーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１及びサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１は、Ｙ軸テーブル３３が式（Ｘ2＋Ｙ2＝Ｒ2）により画かれる軌跡を踏襲するように制御装置４０の指令に基づいて運転が制御されている。即ち、制御装置４０は、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル３３を、加工機本体１０に対し、必要な押圧力を発揮して円弧揺動させるように制御する。
【００２１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
先ず、図１、図２に示すように、オネジ状工具３５は、加工しようとするメネジ６０とピッチが同一で、径が加工しようとするメネジ６０より小さいネジ形状を為す加工部３５ａを備えている。オネジ状工具３５は、Ｙ軸テーブル３３上に締結ネジ３７によって固定される。
次に、金属製の素材５０が、オネジ状工具３５の上方から穴５１を挿通するように、素材固定台１１の穴１２に嵌入された後、金属製の素材５０が締結ネジ５３によって素材固定台１１上に固定される。
【００２２】
次に、制御装置４０は、サーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１及びサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１を駆動して、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル３３をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。
次に、制御装置４０は、Ｙ軸テーブル３３が式（Ｘ2＋Ｙ2＝Ｒ2）により画かれる軌跡を踏襲するようにサーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１及びサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１の動きを制御する。
次に、制御装置４０は、例えば、図１に示すように、金属製の素材５０の穴５１の点Ｗにオネジ状工具３５の点Ｗが位置するように、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル３３をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。
【００２３】
次に、制御装置４０は、図１に示すように、Ｙ軸テーブル３３に固定されたオネジ状工具３５を、素材固定台１１上に固定された金属製の素材５０の有する穴５１の内周に矢印３５Ａで示す移動軌跡に沿って移動させる。そして、制御装置４０は、メネジ成形前の金属製の素材５０の穴５１をメネジ６０に変形させながら成形するように、サーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１及びサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１の動きを制御する。
【００２４】
なお、図１では、説明のため、オネジ状工具３５の矢印３５Ａで示す移動軌跡を１８０°として示している。勿論、本実施形態では、制御装置４０は、メネジ成形前の金属製の素材５０の穴５１の全周をメネジ６０に変形させるまで、即ち、オネジ状工具３５の矢印３５Ａで示す移動軌跡が３６０°になるまでオネジ状工具３５を移動させる。そのため、制御装置４０は、サーボモータ（Ｘ軸用モータ）２１及びサーボモータ（Ｙ軸用モータ）３１の動きを制御しながらオネジ状工具３５を円運動させ、穴５１の内周にオネジ状工具３５の加工部３５ａを逐次押圧して加工部３５ａの形状を転写しネジ溝を成形する。
【００２５】
この過程で、図１に示すように、先ず、金属製の素材５０の穴５１の点Ｎとオネジ状工具３５の点Ｎとがコンタクトする。次に、金属製の素材５０の穴５１の点Ｅとオネジ状工具３５の点Ｅとがコンタクトする。次に、金属製の素材５０の穴５１の点Ｓとオネジ状工具３５の点Ｓとがコンタクトする。次に、金属製の素材５０の穴５１の点Ｗとオネジ状工具３５の点Ｗとがコンタクトする。それぞれの回転位相は変わらない。即ち、金属製の素材５０の穴５１及びオネジ状工具３５の点Ｎ−Ｅ−Ｓ−Ｗは自転していない。
この間、金属製の素材５０とオネジ状工具３５はＺ軸方向には相対移動しないし、またＺ軸方向（図２の紙面の上下方向）には相対移動する必要もない。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、リング状品の金属製の素材５０が素材固定台１１に把持固定され、リング状品の金属製の素材５０の穴５１の内側からオネジ状工具３５の加工部３５ａを逐次押圧して加工部３５ａの形状を転写しネジ溝を成形することができる。そのため、最終的に金属製の素材５０の穴５１の内側に、例えば、Ｍ４０−Ｐ１．５（外径４０ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍ）などの比較的大径のメネジ６０を成形することが可能となる。
【００２７】
なお、本発明のメネジ加工装置１は、例えば、メネジ６０の穴径Ｒは幾分小さめのＲから出発し、幾周かの中に完成ネジ山に到達すべく逐次成形するように、成形工程をプログラムすることも可能である。
また、上記実施形態では、金属製の素材５０を締結ボルト５３で素材固定台１１に固定したが、本発明はこれに限らず、金属製の素材５０を固縛手段を介して素材固定台１１に固定しても良い。
また、上記実施形態では、オネジ状工具３５が金属製の素材５０の穴５１を一回転することによってメネジ６０を成形する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、制御装置４０は、オネジ状工具３５が金属製の素材５０の穴５１を複数回転するように制御することも可能である。
【００２８】
また、上記実施形態では、１条メネジについて説明したが、本発明はこれに限らず、２条ネジのオネジ状工具を用いることによって、２条メネジを成形することが可能である。
さらにまた、ボールネジ用の１条毎にクローズとなるループ溝においてはボール循環用バイパスなど一部の溝深さが他の部分より深い溝も工具次第で成形可能である。勿論、そのクロースドループ溝が複数条存在する内径面も同時に成形可能である。
【００２９】
その一例を、図６〜図９を用いて、１ピッチ前にボールを戻すために形成されるＳ字形バイパス８２を備えた雌循環路８１を加工したボールネジ用のナット部材８０について説明する。
図８、図９は、Ｓ字形バイパス８２を設けた雌循環路８１を有するボールネジ用のナット部材８０を加工するオネジ状工具７０を示す。Ｓ字形バイパス８２を加工する加工部７２は雌循環路８１を形成する加工部７１よりも外方に突出している。
【００３０】
オネジ状工具７０は、例えば、図１、図２において、Ｙ軸テーブル３３に固定されたオネジ状工具３５と取り替えて使用される。
また、ナット部材８０を加工する前の金属製の素材には、上記実施形態における穴５１を有する金属製の素材５０と同様に、ナット部材８０の穴に見合った穴を有する金属製の素材を用意し、素材固定台１１に固定される。
本例においても、加工法は上記実施形態と同じである。
【００３１】
なお、本例では、１組の雌循環路８１を形成する加工部７１とＳ字形バイパス８２を加工する加工部７２とを備えたオネジ状加工具７０を用いて、１つのＳ字形バイパス８２を備えた雌循環路８１を加工したボールネジ用のナット部材８０について説明した。本発明はこれに限らず、複数組の雌循環路８１を形成する加工部７１とＳ字形バイパス８２を加工する加工部７２とを備えたオネジ状加工具７０を用いて、Ｓ字形バイパス８２を備えた複数組の雌循環路８１を加工したボールネジ用のナット部材８０を加工することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  メネジ加工装置
１０  加工機本体
１１  素材固定台
１２  穴
２０  Ｘ軸テーブル
２１  サーボモータ（Ｘ軸用モータ）
２２  推進ネジ部
３０  Ｙ軸フレーム
３１  サーボモータ（Ｙ軸用モータ）
３２  推進ネジ部
３３  Ｙ軸テーブル
３４  案内部材
３５  オネジ状工具
４０  制御装置
５０  金属製の素材
５１  穴
６０  メネジ
【図１】
2014020900.tif 000003
【図２】
2014020900.tif 000004
【図３】
2014020900.tif 000005
【図４】
2014020900.tif 000006
【図５】
2014020900.tif 000007
【図６】
2014020900.tif 000008
【図７】
2014020900.tif 000009
【図８】
2014020900.tif 000010
【図９】
2014020900.tif 000011
【国際調査報告】
2014020900.tif 000012
2014020900.tif 000013
2014020900.tif 000014
2014020900.tif 000015