圧造成形用ダイス

【課題】高速圧造成形加工時にダイスの成形加工面の互いの衝突を解消するようにした圧造成形用ダイスを得る。
【解決手段】ドリル部４を成形する圧造成形用ダイスにおいて、成形凹面２１の一方の周縁２３に切り刃８を形成可能な成形刃２４を設け、反対側の成形凹面２１の周縁２３に突状面２２を形成し、前記周縁２３から突状面２２に沿って逃げ溝１２を形成してダイス１０の成形加工面２０を形成し、ダイス１０を突き合わせたときに成形刃２４の先端縁が相手の逃げ溝１２に入り込むようにした。
【効果】ねじ素材から周辺に飛び出したバリを鋭く押圧して成形でき、ドリル部に先鋭な切り刃の形成が可能になる。また、ダイスが空打ちすることが無く破損が減少する。更に、ダイスの最接近位置の調整も容易になり、段取り時間が短縮される。その上、ドリル部の切り刃の強度も向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対してねじをねじ込むための下穴を形成しながらねじ込み可能なドリルタッピンねじの製造において、ドリル部を圧造成形加工するダイスに関し、特に、強度が比較的高くワークに対して十分にねじ込み可能な下穴をあけるドリル部の切り刃を形成するためのダイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワークに下穴をあけながらねじ込まれるねじには先端に切り刃先形状のドリル部を形成した所謂、ドリルタッピンねじが多く採用されている。これらドリルタッピンねじのドリル部は従来は切削により製造されていたが、最近ではこのドリル部を冷間圧造加工により加工している。このような圧造加工によりドリル部を加工するためのダイスは、対向する側の前端に成形加工面を設けたダイスを相対向させて突き合わせ、ねじ素材の脚部の先端をドリル形状に圧造加工するようになっている。このようなダイスでは、大量に整列されて供給されてくるねじ素材に対して圧造加工を行い、ねじ素材の先端にドリル部を形成するようになっているが、このねじ素材が何らかの原因によりダイスの突き合わせ位置まで供給されないで、ダイスの間にねじ素材が入らない状態で互いに突き合わせられることになって、成形加工面が衝突（所謂、空打ち）することになり、ダイスの成形加工面が破損する問題が生じていた。
【０００３】
これを解消するために、最近ではダイスを突き合わせたときに互いの成形加工面が衝突しないようにした当り面を互いのダイスの成形加工面の隅に設け、これにより、空打ちが生じないようにしている。これには実開平６−６６８３７号に示されたものがある。これは、前記成形加工面の上部両側と成形加工面の下部に成形加工面の周縁より僅か高くなった当り面を形成したものである。しかしながら、このような現象を解消するためには前記当り面を設ける必要があるが、この当り面をダイスの成形加工面に設けようとすると、限られた大きさの成形加工面に多くの凹凸が形成される構成となり、特に、比較的小さいドリルねじのような部品を圧造成形するダイスにおいては、この当り面を切削あるいは研磨により形成しようとすると、成形加工面との兼ね合いからその加工に時間がかかり、コストの上昇を招いている。また、このような当り面があるダイスでドリル部を成形加工した場合、ドリルタッピンねじのねじ素材が相対向して突き合わせ圧造加工動作するダイスに合わせて連続して供給されている間はこのダイスが損傷することなく、所定の形状のドリル部が得られるが、この圧造加工は高速で行われているため、ねじ素材がこの圧造加工に合わせて供給されずに前記空打ち現象が生じると、ダイスの慣性力により互いのダイスの成形加工面は依然として衝突して損傷が生じている。これはドリル部の切り刃を得るためにはできるだけ互いのダイスが最接近するように調整する必要があるためであり、ドリル部の均一な製造のための隙間調整に多くの時間を必要としている。しかも、圧造加工から得られるドリル部はねじ素材を打圧することで円柱状の素材を圧縮変形させて形成するものであるから、これの圧造加工時に生じる余分な素材は成形加工面からはみ出てバリとなっており、切り刃となるドリル部の外周縁はその組織が荒くなり、ドリル部の強度が低く比較的厚いワークであると、下穴が完全にあかず、切り刃が潰れる等の問題もある。これを解消するために図７及び図８に示すように、ドリル部１０４の胴部を形成する成形面１２１の周縁１２３から少し離れた位置においてこれに沿い筋状の溝１１２を形成し、圧造加工時に生じるバリが成形面１２１の外方へ飛び出さないようにしているものもある。
【特許文献１】実開平６−６６８３７号公報
【特許文献２】特開昭６０−１２１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このように成形加工面から少し離れた位置においてこれの周縁に沿いバリの外方への飛び出しを阻止する溝を形成してもバリの飛び出し阻止が不十分であり、切り刃はその強度が十分に向上していない。また、ねじ素材を互いのダイスの間に位置させて相対向する成形加工面で圧造加工する構成であるので、ねじ素材が何らかの原因でこれらダイスの間に位置せず空打ち状態になると、依然としてこれらダイスの成形加工面が衝突し、これに破損が生じている。このため、ダイスの交換が頻繁に発生することになり、依然としてコストの上昇を招いている。更に、これに当り面を形成しても、互いのダイスの成形加工面の突き合わせにおいてその最接近寸法の調整に多くの時間と労力がかかっている。しかも、前記当り面を成形加工面の加工が容易となるように、ダイスの下側だけに形成した場合は、理論上はこれで衝突を回避することになるが、高速圧造加工においては、ダイスの慣性が働き、依然として互いのダイスの衝突を解消することができない等の課題が生じている。
【０００５】
本発明の目的は、このような課題を解消するとともに高速圧造成形加工時にダイスの成形加工面の互いの衝突を解消するようにした圧造成形用ダイスを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、ねじ山５が形成される脚部３の先端部にワークにこのねじ山５をねじ込むための下穴を形成する切り刃先形状のドリル部４を圧造加工可能なように互いに対向して配置された成形加工面２０を突き合わせて前記ドリル部４を圧造成形する一対の圧造成形用ダイスにおいて、前記成形加工面２０を構成する断面凹状の成形凹面２１の一方の周縁２３にねじのねじ込み方向回転時に下穴を切削穿孔する切り刃８を形成可能な成形刃２４を設け、この成形刃２４とは反対側の成形凹面２１の周縁２３にこれから連続して先端に向かうにしたがって中心側に傾斜した略三角形状の突状面２２を形成し、この成形凹面２１の周縁２３から突状面２２の周縁に沿って所定深さの逃げ溝１２を形成して一方のダイス１０の成形加工面２０を形成し、このダイス１０の成形加工面２０を互いに対向して突き合わせたときに前記成形刃２４の先端縁が相手の逃げ溝１２に入り込むようにした圧造成形用ダイスを提供することで達成される。
【０００７】
また、この目的は前記構成に加えて、逃げ溝は少なくともドリル部４の胴部を形成する成形凹面２１の周縁２３に沿って設けられていることからも達成され、更に、逃げ溝は入口側が広く底側が狭くなるよう形成されていることで、相対向するダイスの成形凹面の周縁が互いに衝突することが回避されることからも前記目的が達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ドリルタッピンねじのねじ素材の先端部を互いのダイスの間に位置させ、これに一対のダイスを突き合わせて圧造加工する際にドリル部の切り刃を成形する成形刃が相手のダイスの逃げ溝に入る位置となっているので、ねじ素材から周辺に飛び出したバリを鋭く押圧して極薄状に成形することになり、ドリル部に先鋭な切り刃の形成が可能になる。また、ダイスの繰り返し圧造加工において、都度、供給されるねじ素材が相対向するダイスの成形加工面の間の所定位置に位置していない状態においてダイスが互いに突き合わせられても、ダイスの成形刃は一方のダイスの成形加工面に衝突しないで逃げ溝内に入ることになるので、ダイスが空打ちすることが無くこれの破損が減少し、ダイスの寿命も延びる。更に、互いのダイスの取付調整において、ダイスの最接近位置の調整も容易になり、段取り時間が短縮される。また、ドリル部先端を形成する成形刃は相手側ダイスの突状面から下方に後方下方へ向けて傾斜しているので、互いのダイスを突き合わせても衝突することがない。しかも、従来のように、当り面が必要なくなり、ダイスの成形加工面の形成において、その加工作業が容易になる。その上、この逃げ溝は素材の圧造加工時に発生するバリの発生時にバリの飛び出しを制限することができ、これにより素材の組織の自由な流れが阻止されるとともにバリは成形刃で押圧されて極薄状に成形されることになるからこの部分の組織が緻密になり、ドリル部の切り刃の強度も向上する等の特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図６に基づき説明する。図６において、１は頭部２と一体の脚部３の先端部にドリル部４を形成し、ドリル部４から頭部２にかけてねじ山５が形成されたドリルタッピンねじである。この頭部２にはドライバビット（図示せず）と係合可能な十字溝６が形成されており、ドリルタッピンねじ１に回転を伝達する形状であれば、−溝、六角穴あるいは頭部外形形状が六角、四角等の多角形形状であってもよい。ドリルタッピンねじ１のドリル部４はねじのねじ込み回転方向側にすくい面７が形成されており、この面の外周には切り刃８が形成されている。この切り刃８はワーク（図示せず）に下穴をあけるときにワークを削りながら穿孔するようになっており、この後、ドリル部４で形成された下穴に脚部３に形成されているねじ山５が雌ねじ（図示せず）を形成しながらねじ込まれるようになっている。
【００１０】
このようなドリルタッピンねじ１のドリル部４は図１及び図３に示すように、一対のダイス１０、１０を対向して突き合わせることによりねじ素材３０の脚部３１の先端部に圧造成形加工される構成であり、互いに相対向するダイス１０、１０の前端の対向面には成形加工面２０が夫々形成されている。この成形加工面２０はその中心線上にドリル部４の胴部外周面を略半周形成するよう断面扇形形状の成形凹面２１を有しており、この成形凹面２１は図１及び図２に示すように、前記ドリル部４の先端を形成するように略円錐形状となって、先端に達するにしたがって浅くなるように形成されている。この成形凹面２１の先端側で、図１において、向かって左側には前記ドリル部４のすくい面７を形成する突状面２２が設けてあり、この突状面２２は成形凹面２１を構成する周縁２３においてダイス１０の上端から僅かに下がった途中を基点にして、前記周縁２３に連続して先端に向かうにしたがって中心側に傾斜した略三角形状の平面状となっている。この成形凹面２１と突状面２２とから構成される成形加工面２０の周囲には前記周縁２３及び突状面２２からダイス１０の外方に向かって後方及び下方へ夫々傾斜する傾斜面１１が形成された形状となっており、前記成形加工面２０がダイス１０の前方に突き出た形状となっている。
【００１１】
また、前記成形加工面２０の突状面２２が位置する側には成形凹面２１の周縁２３とこれから突状面２２の外側の周縁に沿い、これらにできるだけ接近した距離を有して所定深さの逃げ溝１２が形成されている。更に、この逃げ溝１２の位置は前記成形凹面２１の中心線を挟んで突状面２２の無い側に形成されている成形刃２４即ち、ドリル部４のねじ込み方向回転時に下穴を切削穿孔する切り刃８を形成可能な成形刃２４が図４及び図５に示すように、ダイス１０、１０を相対向して突き合わせたときに一方のダイス１０の成形刃２４と他方のダイス１０の逃げ溝１２とが互いに沿う位置となっている。具体的には、成形刃２４と逃げ溝１２の側壁１３との間隔（Ｓ）は０．０２ｍｍ〜０．０３ｍｍとなるよう設定されている。これによりダイス１０、１０が相対向して高速で突き合わせられたときに成形刃２４の先端縁は逃げ溝１２に僅か入り、成形刃２４は互いの相手のダイス１０に衝突しない構成となっている。
【００１２】
この逃げ溝１２はダイス１０、１０の互いに対向する入口側が広く、これより奥にある底側が狭くなった、例えば、台形形状の断面となっており、特にこれに限定しないが、これに代え半円形状あるいは三角形状の断面であってもよい。尚、成形加工面２０の中心側に位置する逃げ溝１２の側壁１３は相手ダイス１０の成形刃２４の内側に沿う平行な面となる角度にすることで、成形刃２４の逃げ溝１２への接触がより確実に除かれる。
【００１３】
このような構成の一対のダイス１０、１０において、図３に示すねじ素材３０の脚部３１がこれら相対向するダイス１０、１０の間の所定位置に位置決めされてから互いのダイス１０、１０の前面が突き合わせられて高速圧造成形加工が行われると、脚部３１の先端部には塑性変形が加えられる。この時、余分な素材としてのバリ（図示せず）は成形加工面２０から外方に、即ち、傾斜面１１上に飛び出すが、この飛び出し時において逃げ溝１２にバリの一部は嵌り込み、バリの飛び出しが制限される。そして、これとほぼ同時に互いのダイス１０、１０の成形刃２４がこの逃げ溝１２の位置に達し、バリは押圧されて極薄筋状に成形され、ドリルタッピンねじ１のドリル部外周の形状が得られる。このようにしてバリが逃げ溝１２に嵌ることにより、素材の流れが制限されて素材の組織が荒くならずに緻密な組織が得られ、ドリル部４の外周に形状が均一で比較的高い強度の切り刃８が形成される。
【００１４】
このようにドリル部４の高速圧造成形加工毎に確実にねじ素材３０が所定位置に供給されている場合は正確にドリル部４は形成されるが、一方、何らかの原因でねじ素材３０が供給されていない状態で、互いのダイス１０、１０が突き合わせされた場合、所謂、空打ちが生じた場合は、互いの成形加工面２０が衝突する状態となる。この時のダイス１０、１０は慣性力を受けているから図５に示すように、成形加工面２０の成形刃２４の先端は僅か互いの逃げ溝１２内に入る。このとき、ドリル部４の先端切り刃８を形成する成形加工面２０の成形刃２４は突状面２２より僅かに前方へ突き出ており、しかも、突状面２２の下方は後方下方へ向けて傾斜した傾斜面１１となっており、相手ダイス１０の成形加工面２０が再接近した状態では、相手ダイス１０の成形刃２４は前記傾斜面１１に接しないように調整された構成となっている。これにより、成形刃２４は損傷を受けることが無く、ダイス１０、１０の寿命は長くなる。
【００１５】
次に、このようにしてドリル部４が形成されたねじ素材３０は続いて脚部３１にねじ山５を転造成形する転造ダイス（図示せず）に供給されて全てのバリは除かれ、脚部３１にねじ山５とこれの先端にドリル部４が形成されたドリルタッピンねじ１が得られる。このようにして得られたドリルタッピンねじ１と従来技術により得られたドリルタッピンねじ１とのねじ込み時間を夫々測定し、これの比較を行ったのでその結果を表１に示す。この測定におけるワークは、厚さ２ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ板）を２枚重ねたものを使用し、ドリルタッピンねじ１の呼び径は４．８ｍｍで長さは１９ｍｍ、ねじ込み推力は２４５Ｎ、回転速度は２５００ｒｐｍの条件で、ドリルタッピンねじサンプル１０本を夫々ねじ込んだ場合において、ねじ込み開始からワークにねじの頭部座面が着座するまでの時間を測定した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
この結果、従来のドリルタッピンねじ１は１本当たりのねじ込み時間は平均２．９５秒であり、本発明により得られたドリルタッピンねじ１は１本当たりのねじ込み時間は平均２．４４秒であった。この結果から本発明により得られたドリルタッピンねじ１が０．５１秒早くねじ込まれることが解った。これはねじの呼び径及び長さは同じで圧造加工により得られるドリル部４の精度の違いによる速い下穴形成から得られたものであり、ダイス１０、１０の成形加工面２０の形状の相違によりもたらされたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明おけるダイスの成形加工面の拡大正面図である。
【図２】図１の部分平面図である。
【図３】本発明によるダイスの実施の形態を示す斜視図である。
【図４】一対のダイスの突き合わせ状態を示す拡大要部平面図である。
【図５】本発明の要部拡大断面図である。
【図６】ドリルタッピンねじの正面図である。
【図７】本発明の従来例のドリル部成形状態を示す正面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線に沿うねじ素材を除いた平面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ドリルタッピンねじ
２頭部
３脚部
４ドリル部
５ねじ山
６十字溝
７すくい面
８切り刃
１０ダイス
１１傾斜面
１２逃げ溝
１３側壁
２０成形加工面
２１成形凹面
２２突状面
２３周縁
２４成形刃
３０ねじ素材
３１脚部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ山（５）が形成される脚部（３）の先端部にワークにこのねじ山をねじ込むための下穴を形成する切り刃先形状のドリル部（４）を圧造加工可能なように互いに対向して配置された成形加工面（２０）を突き合わせて前記ドリル部を圧造成形する一対の圧造成形用ダイスにおいて、
前記成形加工面を構成する断面凹状の成形凹面（２１）の一方の周縁（２３）にねじのねじ込み方向回転時に下穴を切削穿孔する切り刃（８）を形成可能な成形刃（２４）を設け、この成形刃とは反対側の成形凹面の周縁にこれから連続して先端に向かうにしたがって中心側に傾斜した略三角形状の突状面（２２）を形成し、この成形凹面の周縁から突状面の周縁に沿って所定深さの逃げ溝（１２）を形成して一方のダイス（１０）の成形加工面を形成し、このダイスの成形加工面を互いに対向して突き合わせたときに前記成形刃の先端縁が相手の逃げ溝に入り込むようにしたことを特徴とする圧造成形用ダイス。
【請求項２】
逃げ溝は少なくともドリル部の胴部を形成する成形凹面の周縁に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧造成形用ダイス。
【請求項３】
逃げ溝は入口側が広く底側が狭くなるよう形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧造成形用ダイス。

【図１】