(57)【要約】【課題】  冷間鍛造成形等によりボルト素材を容易に製作することができ、かつ転造ダイスの寿命を低下させることなく、転造加工によりボルト素材に巻き先ねじ部を容易に成形することができる手段を提供する。【解決手段】  巻き先ボルト１１の製造プロセスにおいては、冷間鍛造成形により、頭部１２と略円柱形の軸部とを備えたボルト素材１１’を製作する。続いて、ボルト素材１１’の軸部１３の先端近傍部に、軸部先端面に開口する略円柱形の縦穴１４を形成する。次に、軸部１３の外周面に転造加工を施し、塑性変形により、軸部１３の縦穴１４が形成されていない部分にねじ径が一定の主ねじ部１５を形成するとともに、軸部１３の縦穴１４が形成されている部分に軸部先端に向かってねじ径が徐々に小さくなる巻き先ねじ部１６を形成する。【選択図】図５
2005199294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト素材の軸部の先端近傍部に、軸部先端面に開口する縦穴を形成し、
軸部の外周面に転造加工を施し、塑性変形により、軸部の縦穴が形成されていない部分にねじ径が一定の主ねじ部を形成するとともに、軸部の縦穴が形成されている部分に軸部先端に向かってねじ径が徐々に小さくなる巻き先ねじ部を形成することを特徴とする巻き先ボルトの製造方法。
【請求項２】
縦穴の穴径を一定とし、縦穴の深さと穴径とにより、軸部の縦穴が形成されている部分の剛性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の巻き先ボルトの製造方法。
【請求項３】
縦穴を軸部先端に向かって広がるテーパ形状とし、縦穴のテーパ角度により、軸部の縦穴が形成されている部分の剛性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の巻き先ボルトの製造方法。
【請求項４】
縦穴を形成すべき部分における軸部の外形が、軸部先端に向かって小径となるテーパ形状であるボルト素材を用いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の巻き先ボルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト先端近傍部に、ボルト先端に向かってねじ径が徐々に小さくなる巻き先ねじ部を備えた巻き先ボルトの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
略円柱形の軸部の外周面に雄ねじ部が形成された普通のボルトを雌ねじ部にねじ込む際に、ボルトが雌ねじ部に対して傾斜していると、ボルト雄ねじ部と雌ねじ部とが正常に螺合せず、いわゆる「ガジリ付き」が生じ、ボルトを雌ねじ部に正常にねじ込むことができなくなる。
【０００３】
そこで、例えば図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、かかる不具合を解消しうるボルトとして、頭部２に連続する軸部３に、ねじ径が一定である主ねじ部５（雄ねじ）と、ボルト先端（頭部２と反対側の端部）に向かってねじ径が徐々に小さくなる巻き先ねじ部６（雄ねじ）とを備えた巻き先ボルト１が提案されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）は、両ねじ部５、６を形成する前の状態（冷間鍛造成形完了後）におけるボルト素材１’を示し、軸部３の先端近傍部に、軸部先端（頭部２と反対側の端部）に向かって徐々に小径となる湾曲形状を有する巻き先部４を備えている。また、図１（ｃ）、（ｄ）は、図１（ａ）、（ｂ）に示すボルト素材１’に両ねじ部５、６が形成された状態を示している。
【０００４】
ところで一方、一般にボルトの軸部に雄ねじ部を形成する手法としては、切削加工のように切り屑が発生せず、加工時間が短く、かつ成形精度が高いといった利点を有することから、転造加工が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、従来の転造加工による巻き先ボルトの製造方法を説明する。
【０００５】
図２（ａ）に示すように、従来の巻き先ボルトの製造プロセスにおいては、冷間鍛造成形等により、略六角柱形の頭部２と、略円柱形の軸部３と、軸部先端に向かって徐々に小径となる巻き先部４とを備えたボルト素材１’を製作する。そして、このボルト素材１’を、軸部３及び巻き先部４が左右の転造ダイス７の間に挟まれるように配置する。両転造ダイス７には、それぞれ、主ねじ部５を形成するための第１ねじ山部８と、巻き先ねじ部６を形成するための第２ねじ山部９（ダイス巻き先部）とが形成されている。ここで、ボルト素材１’の巻き先部４と転造ダイス７の第２ねじ山部９とは、ボルト軸線方向について正確に位置合わせする必要がある。なお、図２（ａ）は、ボルト軸線方向についての、ボルト素材１’と転造ダイス７との位置関係を示すためのものであり、左右の転造ダイス７の距離（間隔）は、実際の距離とは異なる。
【０００６】
次に、図２（ｂ）に示すように、両転造ダイス７で軸部３及び巻き先部４を挟みつけ、転造加工を行う。これにより、軸部３及び巻き先部４が塑性変形し、図２（ｃ）に示すように、主ねじ部５及び巻き先ねじ部６を備えた巻き先ボルト１が完成する。ここで、ボルト素材１’の巻き先部４と転造ダイス７の第２ねじ山部９とが、ボルト軸線方向について正しく位置合わせされていれば、雄ねじを形成すべきねじ部全域で必要とするねじ形状が得られ、図２（ｃ）に示すような正常な巻き先ボルト１を製造することができる。
【特許文献１】特開平９−３１７７３８号公報（段落［００２１］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、かかる従来の転造加工による巻き先ボルトの製造方法では、冷間鍛造成形等によりボルト素材１’を製造するときに、巻き先部４を、転造ダイス７の第２ねじ山部９の形状に適合するように、すなわち転造加工後に必要とするねじ山形状が得られるように精密に成形しなければならず（ボルト素材１’の形状の精度を確保しなければならない）、冷間鍛造工程が複雑化するといった問題がある。
【０００８】
また、前記のとおり、ボルト素材１’と転造ダイス７とのボルト軸線方向の位置決め精度を確保する必要があるが、量産工程では位置決め精度の確保が困難であるといった問題がある。
例えば、図３（ａ）に示すように、ボルト素材１’が、ボルト軸線方向にずれて正規の位置よりも浮き上がった状態に配置された場合、図３（ｂ）に示すように、巻き先部４は第２ねじ山部９とは当接しないので（Ｃ１）、巻き先部４に転造加工を施すことができない。このため、図３（ｃ）に示すような巻き先ねじ部６を有しない不完全な巻き先ボルト１となる。
【０００９】
なお、図３（ａ）〜（ｃ）は、ボルト素材１’が極端にボルト軸線方向上向きにずれ、巻き先ねじ部６が全く形成されていない状態を示している。しかし、このように極端な状態に至らずとも、ボルト素材１’が多少でも上向きにずれると、巻き先ねじ部６のねじ山形状に影響を及ぼすことになるので、該ねじ山形状が安定しない。
【００１０】
そこで、ボルト素材１’を、正規の位置から上方にずれないように注意して配置するといった対応が考えられる。しかし、このようにすると、例えば図４（ａ）に示すように（Ｃ２）、ボルト素材１’がボルト軸線方向にずれて、正規の位置より下方に沈み込むことが多くなる。このようにボルト素材１’が沈み込むと、図４（ｂ）に示すように、第２ねじ山部９で、巻き先部４よりも大径の軸部３を、過大な成形荷重でもって無理やり転造することになる（Ｃ３）。このため、転造ダイス７の第２ねじ山部９に欠損、破損あるいは磨耗が生じる。そして、量産工程では、ボルト素材１’の軽微な沈み込みが頻繁に発生するため、転造ダイス７の第２ねじ山部９の寿命が通常のねじ転造加工の場合に比べて低くなり、転造ダイス７の寿命が短くなり、巻き先ボルト１の製造コストが上昇する。この場合、図４（ｃ）に示すように、巻き先ねじ部６の先端に不要な突起６”が生じ、あるいは必要とするねじ山形状を形成することができないといった問題もある。
【００１１】
なお、ボルトが雌ねじ部に傾斜してねじ込まれてガジリが発生するのを防止するため、ボルトの巻き先ねじ部の長さを長くし、これにより雌ねじへのボルト先端部の挿入長さを長くして、ねじ込み時のボルトの傾きを抑制するといった対応が考えられる。しかし、このようなボルト形状を得ようとした場合、冷間鍛造成形によりボルト素材を製造するときに、その巻き先部の長さも同様に長く成形する必要があるが、冷間鍛造成形においては、ボルト先端部の巻き先部の長さを長くすることは困難である。成形長さが長いと、その分、金型と摩擦する面積が増大し、それに伴い成形荷重が増大し、成形が不可能となるからである。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、冷間鍛造成形等によりボルト素材を容易に製作することができ、かつ転造ダイスの寿命を低下させることなく、転造加工によりボルト素材に巻き先ねじ部を容易に成形することができる巻き先ボルトの製造方法を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる巻き先ボルトの製造方法は、ボルト素材の軸部の先端近傍部に、軸部先端面に開口する縦穴を形成し、軸部の外周面に転造加工を施し、塑性変形により、軸部の縦穴が形成されていない部分（中実部）にねじ径が一定の主ねじ部を形成するとともに、軸部の縦穴が形成されている部分（板厚部）に軸部先端に向かってねじ径が徐々に小さくなる巻き先ねじ部を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
上記巻き先ボルトの製造方法においては、縦穴の穴径を一定とし、縦穴の深さと穴径とにより、軸部の縦穴が形成されている部分の剛性を調整するようにしてもよい。あるいは、縦穴を軸部先端に向かって広がるテーパ形状とし、縦穴のテーパ角度により、軸部の縦穴が形成されている部分の剛性を調整するようにしてもよい。
また、上記巻き先ボルトの製造方法においては、縦穴を形成すべき部分における軸部の外形が、軸部先端に向かって小径となるテーパ形状であるボルト素材を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる巻き先ボルトの製造方法によれば、ボルト素材に巻き先部を形成する必要がないので、冷間鍛造成形等によりボルト素材を容易に製作することができる。そして、転造加工時に、ボルト素材の位置がボルト軸線方向にずれた場合でも、軸部先端近傍部ないしはボルト先端近傍部の適度な剛性による変形性により、必要なねじ山形状を備えた巻き先ねじ部を安定して得ることができる。したがって、転造ダイスの破損や寿命の低下を招くことなく、必要とする巻き先ねじ部のねじ山形状を得ることができる。さらに、巻き先ねじ部の長さが長い巻き先ボルトを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態にかかる巻き先ボルトの製造方法を具体的に説明する。
（１）  ボルト素材の製作
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明にかかる巻き先ボルトの製造プロセスにおいては、まず冷間鍛造成形により、略六角柱状の頭部１２と、略円柱状の軸部１３とを有するボルト素材１１’を製作する。この場合、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示す従来の巻き先ボルトの製造方法とは異なり、軸部１３の先端近傍部に巻き先部を形成する必要がないので、冷間鍛造成形が大幅に簡略化される。なお、温間鍛造成形によりボルト素材１１’を製作してもよい。
【００１７】
続いて、このボルト素材１１’の軸部１３の先端近傍部に、軸部先端面に開口する略円柱形の縦穴１４（穴中心軸がボルト軸線と一致する穴）を形成する。なお、以下では、便宜上、軸部１３の、縦穴１４が形成されている部分を「板厚部」とい、縦穴１４が形成されていない部分を「中実部」という。ここで、縦穴１４の深さ、すなわちボルト軸線方向の長さは、後で説明する巻き先ねじ部１６（図５（ｄ）参照）のボルト軸線方向の長さとほぼ等しくなるように設定される。縦穴１４の直径（板厚部の板厚）は、巻き先ねじ部１６を形成すべき板厚部が、後で説明する転造加工に適した所望の剛性を有するように好ましく設定される。
【００１８】
このように、ボルト素材１１’に、軸部先端面に開口する縦穴１４を形成することは、巻き先部を形成することに比べて非常に容易である。縦穴１４の形成可能な深さ（長さ）は、その直径によって異なるが、例えば減面率５０％では、直径の４倍以上の深さをもつ縦穴１４を形成することも可能である。なお、減面率は、次の式１であらわされる。
（式１）
減面率＝穴径を直径とする円の面積÷軸径を直径とする円の面積×１００（％）
【００１９】
次に、このボルト素材１１’を、軸部１３（頭部近傍部を除く）が左右の転造ダイス１７の間に挟まれるように配置する。両転造ダイス１７には、それぞれ、後で説明する主ねじ部１５を形成するための第１ねじ山部１８と、巻き先ねじ部１６を形成するための第２ねじ山部１９（ダイス巻き先部）とが形成されている。ここで、ボルト素材１１’は、ボルト軸線方向において、軸部１３の板厚部が転造ダイス１７の第２ねじ山部９と対応するように位置決めされる。なお、図５（ｂ）は、ボルト軸線方向についての、ボルト素材１１’と転造ダイス１７との位置関係を示すためのものであり、左右の転造ダイス１７の距離（間隔）は、実際の距離とは異なる。
【００２０】
次に、図５（ｃ）に示すように、両転造ダイス１７で軸部１３を挟みつけ、両転造ダイス１７で軸部１３の外周面に転造加工を施す。これにより、軸部１３の中実部及び板厚部が塑性変形する。その際、転造加工前は略円柱形であった縦穴１４は、ボルト先端側ほど小径となる形状に変形する。この転造加工において、転造ダイス１７の第２ねじ山部１９に負荷される荷重は、軸部１３の板厚部の剛性を変化させることにより調整する。また、軸部１３の板厚部の剛性は、縦穴１４の直径（穴径）及び深さを変化させることにより調整することができる。
【００２１】
図６（ａ）に、この転造加工による軸部１３の板厚部の塑性変形の態様を示す。図６（ａ）において、実線は転造加工前における板厚部の輪郭を示し、２点鎖線（仮想線）は転造加工後における板厚部ないしは巻き先ねじ部１６の輪郭を示している。Ａは、転造加工前における軸部１３ないしは板厚部の直径を示している。また、Ｄ及びＨは、それぞれ、転造加工前における縦穴１４の直径及び深さを示している。なお、図６（ａ）において、右下がりのハッチングを付した部分（左半分）は、転造加工前における軸部１３の板厚部の断面を示し、右上がりのハッチングを付した部分（右半分）は、転造加工後における巻き先ねじ部１６の断面を示している。
【００２２】
なお、図６（ｂ）に示すように、縦穴１４を軸部先端に向かって広がるテーパ形状とした上で、縦穴１４のテーパ角度Ｒ（縦穴壁面の傾斜角度）を変化させることにより、軸部１３の板厚部の剛性を調整するようにしてもよい。図６（ｂ）において、実線は転造加工前における板厚部の輪郭を示し、２点鎖線（仮想線）は転造加工後における板厚部ないしは巻き先ねじ部１６の輪郭を示している。また、右下がりのハッチングを付した部分（左半分）は、転造加工前における軸部１３の板厚部の断面を示し、右上がりのハッチングを付した部分（右半分）は、転造加工後における巻き先ねじ部１６の断面を示している。
【００２３】
かくして、図５（ｄ）に示すように、軸部１３の中実部には、ねじ径が一定の主ねじ部１５が形成される。他方、軸部１３の板厚部には、ねじ径がボルト先端に向かって徐々に小さくなる巻きねじ部１６が形成される。これにより、本発明にかかる巻き先ボルト１１が完成する。
【００２４】
なお、上記の実施の形態では、軸部１３は略円柱形であるが、軸部１３の板厚部の外形、すなわち縦穴１４を形成すべき部分における軸部１３の外形が、軸部先端に向かって小径となるテーパ形状であるボルト素材１１’を用いてもよい。
【００２５】
本発明にかかる巻き先ボルトの製造方法によれば、ボルト素材１１’に巻き先部を形成する必要がないので、冷間鍛造成形によりボルト素材１１’を容易に製作することができる。そして、転造加工時に、ボルト素材１１’の位置がボルト軸線方向下向きにずれた場合でも、軸部先端近傍部ないしはボルト先端近傍部の適度な剛性による変形性により、必要なねじ山形状を備えた巻き先ねじ部１６を安定して得ることができる。したがって、転造ダイス１７の第２ねじ山部１９の破損や、転造ダイス１７の寿命の低下を招くことなく、必要とする巻き先部ねじ部１６のねじ山形状を得ることができる。さらに、巻き先ねじ部１６の長さが長い巻き先ボルト１１を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は従来の巻き先ボルトの転造加工前におけるボルト素材の上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すボルト素材の側面図であり、（ｃ）は従来の巻き先ボルトの上面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示す巻き先ボルトの側面図である。
【図２】（ａ）は転造加工開始前における従来のボルト素材及び転造ダイスの一部断面側面図であり、（ｂ）は転造加工時における従来のボルト素材及び転造ダイスの一部断面側面図であり、（ｃ）は完成した従来の巻き先ボルトの側面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、ボルト素材が転造ダイスに対して上側にずれて配置された場合における図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様の図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、ボルト素材が転造ダイスに対して下側にずれて配置された場合における図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様の図である。
【図５】（ａ）は本発明にかかる巻き先ボルトのボルト素材の上面図であり、（ｂ）は転造加工開始前における本発明にかかるボルト素材及び転造ダイスの一部断面側面図であり、（ｃ）は転造加工時における本発明にかかるボルト素材及び転造ダイスの一部断面側面図であり、（ｄ）は完成した本発明にかかる巻き先ボルトの側面図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施の形態にかかるボルト素材の軸部の板厚部の塑性変形の態様を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態の変形例にかかるボルト素材の軸部の板厚部の塑性変形の態様を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  巻き先ボルト、  １’  ボルト素材、  ２  頭部、  ３  軸部、  ４  巻き先部、  ５  主ねじ部、  ６  巻き先ねじ部、  ７  転造ダイス、  ８  第１ねじ山部、  ９  第２ねじ山部、  １１  巻き先ボルト、  １１’  ボルト素材、  １２  頭部、  １３  軸部、  １４  縦穴、  １５  主ねじ部、  １６  巻き先ねじ部、  １７  転造ダイス、  １８  第１ねじ山部、  １９  第２ねじ山部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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