特開 2024-4106 雌ネジの形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024004106

(43)【公開日】2024-01-16

(54)【発明の名称】雌ネジの形成方法

(51)【国際特許分類】

   B23G 1/16 20060101AFI20240109BHJP

   B23G 1/34 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

B23G1/16 E

B23G1/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022103584

(22)【出願日】2022-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】514275772

【氏名又は名称】三菱重工航空エンジン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】松本 篤始

(57)【要約】

【課題】不完全ネジ部におけるバリの発生を抑制することができる雌ネジの形成方法を提供する。
【解決手段】雌ネジの形成方法は、軸線に沿って延びるとともに、軸線方向に対象部材を貫通する貫通孔の内周面に、対象部材の厚さにおける軸線方向一方側の中途位置まで延びる完全ネジ部と完全ネジ部の先端に接続された不完全ネジ部とを有する雌ネジを形成する雌ネジの形成方法であって、主軸回りに回転し軸線回りに公転する回転工具を内周面に沿って移動させることで第一の取り代を切削して中間ネジ部を形成するステップと、中間ネジ部に沿って回転工具を移動させることで第二の取り代を切削して最終ネジ部を形成するステップと、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線に沿って延びるとともに、当該軸線方向に対象部材を貫通する貫通孔の内周面に、前記対象部材の厚さにおける前記軸線方向一方側の中途位置まで延びる完全ネジ部と該完全ネジ部の先端に接続された不完全ネジ部とを有する雌ネジを形成する雌ネジの形成方法であって、
主軸回りに回転するとともに前記軸線回りに公転する回転工具を前記内周面に沿って前記軸線方向一方側から他方側に向かって移動させることで第一の取り代を切削して中間ネジ部を形成するステップと、
前記中間ネジ部に沿って前記回転工具を前記軸線方向一方側から他方側に向かって移動させることで第二の取り代を切削して最終ネジ部を形成するステップと、
を含む雌ネジの形成方法。

【請求項2】

前記第一の取り代、及び前記第二の取り代は、前記軸線に対する径方向の切削量であって、前記第二の取り代は、前記第一の取り代よりも小さい請求項１に記載の雌ネジの形成方法。

【請求項3】

前記軸線に対する径方向における前記第一の取り代と前記第二の取り代の合計を１００とした場合に、前記第一の取り代が占める割合は５０以上９０未満であり、前記第二の取り代が占める割合は１０以上５０未満である請求項１又は２に記載の雌ネジの形成方法。

【請求項4】

前記回転工具は、プラネットタップである請求項１に記載の雌ネジの形成方法。

【請求項5】

前記最終ネジ部を形成するステップの後に、ネジ形状に加えて、前記不完全ネジ部にバリが生じているか否かを確認するステップをさらに含む請求項１に記載の雌ネジの形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、雌ネジの形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

対象部材に貫通孔を設け、当該貫通孔の内周面に雌ネジを形成するための工具や方法として、例えば下記特許文献１に記載された技術が知られている。この工具を用いた方法では、貫通孔の内周面に沿って工具を回転させながら、当該貫通孔の出口側端部から入口側端部にかけて一回のみ移動させることで、雌ネジが形成できるとされている。

【0003】

ここで、上記のように貫通孔の内周面の長さの全域にかけて雌ネジを形成する場合には、いわゆる不完全ネジ部が生じない。このため、当該不完全ネジ部におけるバリの発生も問題とならない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７６５５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、貫通孔の中途位置にかけてのみ雌ネジを形成する場合、つまり止まりネジを形成する場合には、上記の方法ではネジ部の先端部分に不完全ネジ部が形成される。この不完全ネジ部では、被削材から受ける切削抵抗によって、工具の先端が基端を基準として弾性変形してしまうため、十分な切削がなされない。その結果、僅かに残った取り代を仕上げるゼロカットと呼ばれる最終ステップによって切削する場合には、不完全ネジ部にバリを生じる虞がある。

【0006】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、不完全ネジ部におけるバリの発生を抑制することができる雌ネジの形成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係る雌ネジの形成方法は、軸線に沿って延びるとともに、当該軸線方向に対象部材を貫通する貫通孔の内周面に、前記対象部材の厚さにおける前記軸線方向一方側の中途位置まで延びる完全ネジ部と該完全ネジ部の先端に接続された不完全ネジ部とを有する雌ネジを形成する雌ネジの形成方法であって、主軸回りに回転するとともに前記軸線回りに公転する回転工具を前記内周面に沿って前記軸線方向一方側から他方側に向かって移動させることで第一の取り代を切削して中間ネジ部を形成するステップと、前記中間ネジ部に沿って前記回転工具を前記軸線方向一方側から他方側に向かって移動させることで第二の取り代を切削して最終ネジ部を形成するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、不完全ネジ部におけるバリの発生を抑制することができる雌ネジの形成方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係る雌ネジの形成方法の概略を示す説明図である。

【図2】本開示の実施形態に係る雌ネジの形成方法の各ステップを示すフローチャートである。

【図3】本開示の実施形態に係る対象部材の拡大断面図である。

【図4】本開示の実施例に係る雌ネジの形成方法の試験結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態に係る雌ネジ２０の形成方法について、図１から図３を参照して説明する。

【0011】

（対象部材の構成）
雌ネジ２０の形成方法の説明に先立って、雌ネジ２０が形成される対象部材１の構成について説明する。対象部材１は、厚さ数ｍｍ～１０数ｍｍの鍛造材である。図１に示すように、この対象部材１には、当該対象部材１を厚さ方向に貫通する貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０は、雌ネジ２０を形成する際の下穴としての役割を担っている。貫通孔１０は、厚さ方向に延びる軸線Ｏを中心とする円筒状の内周面を有している。つまり、貫通孔１０は軸線Ｏ方向から見て円形をなしている。対象部材１は、一例として、インコネル（登録商標）やＷＡＳＰＡＲＯＹ（登録商標）と呼ばれる超耐熱合金である。

【0012】

貫通孔１０の内周面には、雌ネジ２０（ネジ溝）が形成されている。雌ネジ２０のピッチや有効径は設計や仕様に応じて適宜決定されてよい。この雌ネジ２０は、貫通孔１０の軸線Ｏ方向一方側における中途位置から軸線Ｏ方向他方側の入口１１まで延びている。つまり、入口１１から軸線Ｏ方向における一定の寸法だけ完全ネジ部２１が形成され、完全ネジ部２１の先端（軸線Ｏ方向一方側）に不完全ネジ部２２が形成されている。完全ネジ部２１とは、ネジの山や谷が所定の寸法通りとされている領域を指し、不完全ネジ部２２とは、後述する回転工具２の不到達によってネジの山や谷の形成が不完全な領域を指す。不完全ネジ部２２は雌ネジ２０としての機能を有しない。

【0013】

（回転工具の構成）
回転工具２は、一例としてプラネットタップである。回転工具２は、自身の主軸Ａに沿って延びる棒状をなしている。回転工具２は、主軸Ａを上記の軸線Ｏに沿わせた姿勢で貫通孔１０の内部に挿入される。回転工具２は、主軸Ａ回りに回転可能であるとともに、軸線Ｏ回りに公転可能である。つまり、回転工具２は、加工時に、自転しながら公転する。このような工具を貫通孔１０の軸線Ｏ方向一方側の中途位置から軸線Ｏ方向他方側の入口１１に向けて移動させつつ、貫通孔１０の内周面に切削加工を施すことで、貫通孔１０の内周面に雌ネジ２０が形成される。

【0014】

（雌ネジの形成方法）
次いで、本実施形態に係る雌ネジ２０の形成方法の各ステップについて、図２と図３を参照して説明する。図２に示すように、この方法は、貫通孔１０を形成するステップＳ１と、第一の取り代３１を切削するステップＳ２と、第二の取り代３２を切削するステップＳ３と、バリの有無を確認するステップＳ４と、を含む。

【0015】

ステップＳ１では、対象部材１に上述の貫通孔１０が形成される。貫通孔１０を形成するに当たっては、ドリル等の切削工具が適宜用いられる。また、貫通孔１０を形成した後に、当該貫通孔１０に対して面取り工具による加工をさらに施すことで貫通孔の入口１１の円周端面を面取りしてもよい。その後、リーマで内径を調節してもよい。ステップＳ２では、貫通孔１０の内周面に沿って上述の回転工具２を軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって移動させることで、当該内周面に１回目の切削加工を施す。この時の取り代（削りしろ）を第一の取り代３１と呼ぶ。第一の取り代３１は、図２に示すように、軸線Ｏに対する径方向における切削量に基づく値である。このステップＳ２を経ることで、貫通孔１０の内周面に中間ネジ部２３が形成される。中間ネジ部２３とは、最終的な雌ネジ２０が形成される前の段階にある加工途中のネジ部を指す。

【0016】

続くステップＳ３では、上記の中間ネジ部２３に対して、回転工具２を軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって移動させることで、当該中間ネジ部２３に対して２回目の切削加工を施す。この時の取り代（削りしろ）を第二の取り代３２と呼ぶ。第二の取り代３２は、第一の取り代３１と同様に軸線Ｏに対する径方向における切削量に基づく値である。このステップＳ３を経ることで、貫通孔１０の内周面に最終ネジ部２４が形成される。最終ネジ部２４とは、予め定められた設計値通りに形成されたネジ部を指し、雌ネジ２０と同義である。最後のステップＳ４では、所望のネジ形状が得られているかどうかに加えて、不完全ネジ部２２にバリ等の形成不良が生じていないかどうかが検査される。このステップＳ４では、例えば栓ゲージやネジゲージが適宜用いられる。栓ゲージは雌ネジの内径を検査するために用いられる。ネジゲージは雌ネジ２０の谷径を検査するために用いられる。なお、栓ゲージが問題なく完全ネジ部２１と不完全ネジ部２２を通過することができ、ネジゲージが完全ネジ部２１を通過することができれば、雌ネジ２０が正常に形成されたと判断される。以上により、本実施形態に係る雌ネジ２０の形成方法の全ステップが完了する。

【0017】

ここで、図３に示すように、上述の第二の取り代３２は、第一の取り代３１よりも小さく設定されている。つまり、１回目の切削では、貫通孔１０の内周面を大きく切削加工し、２回目の切削では、中間ネジ部２３に対してさらに精密な小さい削りしろのもとで切削加工を行う。第一の取り代３１と第二の取り代３２の合計を１００とした場合、第一の取り代３１が占める割合は５０以上９０未満であり、前記第二の取り代３２が占める割合は１０以上５０未満である。最も望ましくは、第一の取り代３１の比率は７０であり、第二の取り代３２の比率は３０である。

【0018】

（作用効果）
ここで、貫通孔１０の中途位置にかけてのみ雌ネジ２０を形成する場合、つまり止まりネジを形成する場合には、上述のように雌ネジ２０の先端部分に不完全ネジ部２２が形成される。この不完全ネジ部２２では、棒状をなす回転工具２の先端が基端を基準として振れるように弾性変形してしまうことが知られている。このため、当該弾性変形による変位量の分だけ切削量が減少し、十分精密な切削加工がなされない。その結果、不完全ネジ部２２にバリを生じる虞があった。より具体的には、ネジ形状を仕上げる目的で最終工程として設定されるゼロカットを実施した場合には、先行する工程で残留した不完全ネジ部の僅かな材料が切削されず塑性変形で押し出されることによりバリとして残留する。バリが生じた場合、当該バリを除去する工程が別途必要となる。その結果、バリが生じた場合には栓ゲージが貫通せずに不適合となり、最終製品の歩留まりが低下してしまう。この傾向は、雌ネジ２０を形成する前の下孔としての貫通孔１０の径に対して、より大きな削りしろを伴う切削を行う場合に特に顕著となる。そこで、本実施形態では上述の方法を採っている。

【0019】

上記方法によれば、まず、第一の取り代３１を切削するステップＳ２を経ることで、対象部材１が粗削りされて中間ネジ部２３が形成される。この段階では、中間ネジ部２３の寸法精度に対する許容度が大きくてもよい。その後、第二の取り代３２を切削するステップＳ３を実行することで、所望の寸法精度に合わせた精密な切削加工を施すことができる。このように雌ネジ２０を形成するに当たって２回に分けて切削を行うことで、１回ごとの切削で回転工具２に加わる負荷が分散・低減される。これにより、回転工具２が弾性変形しにくくなり、１回目・２回目それぞれの切削加工の加工精度を維持することが可能となる。したがって、当該回転工具２の弾性変形による雌ネジ２０の形成不良を防ぐことが可能となる。その結果、バリのない滑らかな雌ネジ２０を安定的に得ることができる。これにより、最終製品の歩留まりを向上させることが可能となる。

【0020】

さらに、上記方法によれば、第二の取り代３２が第一の取り代３１より小さいことで、２回目の切削時に回転工具２に加わる負荷をより一層低減することができる。これにより、回転工具２の芯ずれや弾性変形が抑制され、より高い精度のもとで雌ネジ２０を形成することができる。特に、最終製品の寸法精度への影響がより大きい２回目の切削加工における取り代（第二の取り代３２）を第一の取り代３１よりも小さくすることで、当該２回目の切削加工の加工精度を確保することが可能となる。これにより、バリのない滑らかな雌ネジ２０をさらに安定的に得ることができる。

【0021】

また、上記方法によれば、回転工具２としてプラネットタップを用いることで、より高い精度のもとで迅速に雌ネジ２０を形成することができる。これにより、加工コストの削減と加工に要する時間の短縮化とを両立することができる。また、手作業でタップを用いて雌ネジ２０を形成する場合に比べて、加工精度を大幅に向上させることが可能となる。

【0022】

加えて、上記方法によれば、最終ネジ部２４を形成するステップＳ３の後に、ネジ形状、及びバリの有無を確認するステップＳ４を経ることで、最終製品の歩留まりをさらに向上させることが可能となる。バリの有無は、栓ゲージを用いた検査によって付随的に確認される。これにより、目視のみでは判別できない微細なバリやその他の不良も発見することができる。したがって、最終製品の寸法精度や加工精度が向上し、歩留まりをより一層向上させることが可能となる。

【0023】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、回転工具２としてプラネットタップを用いる例について説明したが、回転工具２の態様はこれに限定されず、雌ネジ２０を形成することが可能な工具であればいかなるものをも上記の方法に適用することが可能である。

【0024】

また、上記実施形態では、２回の切削加工を施す例についてのみ説明した。しかしながら、貫通孔１０の径や対象部材１の材質等の条件によっては、３回以上に分けて切削加工を施すことも可能である。この場合であっても、最後の切削加工の取り代は、１回目・２回目・・・の切削加工の取り代よりも小さいことが望ましい。また、バリの原因となるゼロカットも行わないことが望ましい。これにより、上述したものと同様の作用効果を得ることができる。

【実施例0025】

次に、図４を参照して、上述の雌ネジ２０の形成方法の実施例について説明する。発明者らは、上述のＷＡＳＰＡＲＯＹ（登録商標）で形成されたテストピースとしての実製品に、以下の加工条件のもとで回転工具２（プラネットタップ）を用いて雌ネジ２０を形成し、その後、栓ゲージとネジゲージによる不良の発生数を試験した。
（加工条件）
回転工具２の主軸Ａ回りの回転数：１４００ｒｐｍ
回転工具２の軸線Ｏ回りの公転における周方向の送り速度：４０ｍｍ／ｍｉｎ

【0026】

図４に示すように、第一の取り代３１と、第二の取り代３２の比率を変えて上記の加工条件の下で複数回にわたって試験が行われた。同図から読み取れるように、第一の取り代３１を１００とし、第二の取り代３２を０とした場合、栓ゲージ検査での不良は５０回の試験のうち４０回で確認された。ネジゲージ検査での不良は５０回のうち１回であった。

【0027】

また、第一の取り代３１を５０とし、第二の取り代３２を５０とした場合、栓ゲージ検査での不良は７４回の試験のうち４回で確認された。ネジゲージ検査での不良は７４回のうち１２回であった。

【0028】

さらに、第一の取り代３１を７０とし、第二の取り代３２を３０とした場合、栓ゲージ検査での不良は７４回の試験のうち５回で確認された。ネジゲージ検査での不良は７４回のうち３回であった。

【0029】

最後に、第一の取り代３１を９０とし、第二の取り代３２を１０とした場合、栓ゲージ検査での不良は７４回の試験のうち７回で確認された。ネジゲージ検査での不良は７４回のうち９回であった。

【0030】

以上の試験結果から、上述の実施形態で示したように、第二の取り代３２は、第一の取り代３１よりも小さい方が、不良発生数が小さくなることが実際に確認された。より具体的には、第一の取り代３１が占める割合は５０以上９０未満であり、前記第二の取り代３２が占める割合は１０以上５０未満であることが望ましい。最も望ましくは、第一の取り代３１の比率は７０であり、第二の取り代３２の比率は３０である。

【0031】

＜付記＞
各実施形態に記載の雌ネジ２０の形成方法は、例えば以下のように把握される。

【0032】

（１）第１の態様に係る雌ネジ２０の形成方法は、軸線Ｏに沿って延びるとともに、当該軸線Ｏ方向に対象部材１を貫通する貫通孔１０の内周面に、前記対象部材１の厚さにおける前記軸線Ｏ方向一方側の中途位置まで延びる完全ネジ部２１と該完全ネジ部２１の先端に接続された不完全ネジ部２２とを有する雌ネジ２０を形成する雌ネジ２０の形成方法であって、主軸Ａ回りに回転するとともに前記軸線Ｏ回りに公転する回転工具２を前記内周面に沿って前記軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって移動させることで第一の取り代３１を切削して中間ネジ部２３を形成するステップと、前記中間ネジ部２３に沿って前記回転工具２を前記軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって移動させることで第二の取り代３２を切削して最終ネジ部２４を形成するステップと、を含む。

【0033】

上記方法によれば、まず、第一の取り代３１を切削するステップを経ることで、対象部材１が粗削りされて中間ネジ部２３が形成される。その後、第二の取り代３２を切削するステップを実行することで、所望の寸法精度に合わせた精密な切削加工を施すことができる。このように雌ネジ２０を形成するに当たって２回に分けて切削を行うことで、回転工具２に加わる負荷が低減され、当該回転工具２の弾性変形による雌ネジ２０の形成不良を防ぐことが可能となる。

【0034】

（２）第２の態様に係る雌ネジ２０の形成方法は、（１）の雌ネジ２０の形成方法であって、前記第一の取り代３１、及び前記第二の取り代３２は、前記軸線Ｏに対する径方向の切削量であって、前記第二の取り代３２は、前記第一の取り代３１よりも小さい。

【0035】

上記方法によれば、第二の取り代３２が第一の取り代３１より小さいことで、２回目の切削時に回転工具２に加わる負荷をより一層低減することができる。これにより、回転工具２の芯ずれや弾性変形が抑制され、より高い精度のもとで雌ネジ２０を形成することができる。ただし、第二の取り代３２を０とするゼロカットは不完全ネジ部２２におけるバリの原因となり得るため、実施しないことが望ましい。

【0036】

（３）第３の態様に係る雌ネジ２０の形成方法は、（１）又は（２）の雌ネジ２０の形成方法であって、前記軸線Ｏに対する径方向における前記第一の取り代３１と前記第二の取り代３２の合計を１００とした場合に、前記第一の取り代３１が占める割合は５０以上９０未満であり、前記第二の取り代３２が占める割合は１０以上５０未満である。

【0037】

上記方法によれば、第二の取り代３２が第一の取り代３１より小さいことで、２回目の切削時に回転工具２に加わる負荷をより一層低減することができる。これにより、回転工具２の芯ずれや弾性変形が抑制され、より高い精度のもとで雌ネジ２０を形成することができる。

【0038】

（４）第４の態様に係る雌ネジ２０の形成方法は、（１）から（３）のいずれか一態様に係る雌ネジ２０の形成方法であって、前記回転工具２は、プラネットタップである。

【0039】

上記方法によれば、回転工具２としてプラネットタップを用いることで、より高い精度で迅速に雌ネジ２０を形成することができる。

【0040】

（５）第５の態様に係る雌ネジ２０の形成方法は、（１）から（４）のいずれか一態様に係る雌ネジ２０の形成方法であって、前記最終ネジ部２４を形成するステップの後に、ネジ形状に加えて、前記不完全ネジ部２２にバリが生じているか否かを確認するステップをさらに含む。

【0041】

上記方法によれば、最終ネジ部２４を形成するステップの後にバリの有無を確認するステップを経ることで、最終製品としての歩留まりをさらに向上させることが可能となる。

【符号の説明】

【0042】

１…対象部材
２…回転工具
１０…貫通孔
１１…入口
２０…雌ネジ
２１…完全ネジ部
２２…不完全ネジ部
２３…中間ネジ部
２４…最終ネジ部
３１…第一の取り代
３２…第二の取り代
Ａ…主軸
Ｏ…軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】