JP5116980B2

JP5116980B2 - ねじ山を生成する工具および方法

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Publication number: JP5116980B2
Application number: JP2006055598A
Authority: JP
Inventors: グリンペルヘルムート; ヘクトルディートマー; ゼウストマス
Original assignee: エミューゲヴェルクリチャードグリンペルゲーエムベーハーウントカンパニーケージーファブリックファープレーツィシオンスヴェルクツォイゲ
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2013-01-09
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Description

本発明は、ねじ山（thread）、特に雌ねじを生成する工具に関し、またこの工具を使用してねじ山を生成する方法に関する。

ねじ山を生成（ねじ山の再加工も含む）するためには、切削による方法およびねじ切り工具の他に、非切削（チップレス）の方法およびねじ切り工具が知られている。使用されているねじ山製造工具および加工方法の概要は、ねじ切り手法およびミリング手法のマニュアル（Handbuch der Gewindetechnik und Frastechik）、EMUGE-FRANKEN、Publicis Corporate Publishing、2004（ISBN 3-89578-237-7)に記されている。以下ではこの文献を「ＥＭＵＧＥマニュアル」と呼ぶ。

非切削のねじ山製造工具の範囲には、ねじ山形成具（thread former）、ねじ山グルービング工具、または冷間成形タップ（ＥＭＵＧＥマニュアル、第９章、２９９〜３２４頁）、および、雄ねじ専用であるが、ねじ転造工具（ＥＭＵＧＥマニュアル、第１１章、３７３〜４０４頁）が含まれる。

ねじ山形成具は、自身の工具軸に対して軸方向に動作するねじ切り工具であり、工具軸周りに有効面積がらせん状に配置された作用領域を有する。有効面積は、形成ウェッジ、加圧突起部（加圧ローブ：pressing lobe）または形成歯とも呼ばれ、これにより、工具軸周りの工具の回転および工具軸に沿った軸方向送りの間、被加工物にねじ山が押し付け加工（press）される。つまり、ねじ山形成具は、圧力によって被加工物を成形する。切削ねじ切り工具に対してこれらの非切削ねじ切り工具が有利な点は、表面の変形とそれに伴う硬化のために、ねじ山側面の領域で材料の硬度が向上し、それによって耐摩耗性の高いねじ山を生成できることである。一般に、工具のシャンク（柄）は円筒形に設計され、その端部が被加工物および作用領域から離れた状態で工作機械または駆動装置のチャック内に収容され保持される。

作用領域はねじ山形成側面を備える。ねじ山形成側面は、生成されるねじ山と嵌合する形態をなす。すなわち、同一のねじ山ピッチを有する。したがって、長手方向断面すなわちねじ山側面において、ねじ製造工具は、凸部すなわち歯と、凹部すなわち溝とを交互に有する。これらは、通常互いから同一の距離にある。つまり、ねじ山ターンのピッチは一定である。横断面においては、本質的に半径方向外側に歯が鋭角で漸減するように設計されており、一般に先端すなわち頂点領域でわずかに丸くなるように設計されている。作用領域では、ねじ山形成具は一般に略多角形の横断面を有し、有効面積すなわち加圧突起部（形成ウェッジともいう）が、多角形の角領域を形成している。多角形の角領域すなわち加圧突起部の間に溝が通っていてもよい。あるいは、またはこれに加えて、冷却剤および／または潤滑剤を供給するための内部通路が工具内を通っていてもよい。

ねじ山形成具の作用領域は、通常、先細の入口領域すなわち最初に形成される領域において、工具の先端に向けて狭くなる。すなわち、加圧突起部は、その形状が大きく変わらないままで内側にオフセットされる。その結果、加圧突起部の半径方向切り込み（infeed）を増加することによって、ねじ山側面、特にねじ山の奥行が連続して生成される。また、被加工物の表面すなわち穴の内壁に対しての第１の加圧突起部すなわち最初に形成する歯の食い込みが促進され、加圧突起部における形成力（forming force）が減少する。入口領域における近接する（連続する）加圧突起部（形成歯）の間の半径方向切り込みの増加、すなわち工具軸からの半径方向距離の増加は、形成高さ（forming height）とも呼ばれる。

開始領域の後に続くガイド領域（調整領域ともいう）では、加圧突起部すなわち形成歯の半径方向切り込み（または、半径方向距離、外径ともいう）は一定である。この領域は、開始領域によって生成されたねじ山におけるねじ山形成具を案内する役割を果たし、必要に応じて、ねじ山を滑らかにする（調整する）。

ねじ山形成具を用いて雌ねじを生成するには、まず第１に、ねじ山形成具の作用領域の外径よりも小さい外径を有する穴を被加工物に形成する。続いて、作用領域を前にしたねじ山形成具を、対応する送り量で、かつ工具シャンクの長手軸周りにねじ山回転方向へ回転させて、穴に挿入する。ねじ山回転方向は、右ねじの場合は時計回りであり、左ねじの場合は反時計回りである。その過程で、ねじ山形成具の加圧突起部が、被加工物すなわち穴の表面に押し付けられる。この過程において、被加工物の材料が塑性変形し、ねじ山形成具の作用領域の凹部すなわち溝の内側に向けて材料が半径方向に移動する。全ての初期形成歯が係合するまで、初期形成中のトルクは増加する。その後、ねじ山形成具を反対方向に回転させて、摺動摩擦トルクを減少させた状態でねじ形成具がねじ山から取り外される。一般に、ねじ山形成の間、材料は塑性変形後に弾性率によって跳ね戻る。この変位および弾性復元によって、生成されたねじ山のコアの（core）直径は、再加工をせずとも、元々の穴の外径よりも小さくなり、またねじ山形成具の作用領域のねじ山部分よりも小さくなる。

ねじ山形成具の様々な実用的な実施形態は、ＥＭＵＧＥマニュアル、第９章、３０１〜３２２頁に記載されている。

工具端に完結点（full point）のあるねじ山形成具の形態と、完結点がなく、初期形成領域の前方の工具端に平坦な端面を持つねじ山形成具の形態とがある。ピッチ（または、半径の増加、切り込み）を表す初期形成テーパーの角度、および初期形成領域における加圧突起部の形成高さは、全ての形態で同一である。ねじ山ターンが２〜３、３．５〜１．５、または１．５〜２である初期形成テーパーの長さのみが記載されている（３２２頁、９．６．３）。３２２頁の９．６．２に説明されているように、初期形成テーパー領域では、完全なねじ山の歯の直径が増加する。

ねじ山形成のためには、材料は容易に冷間加工ができなければならない。ねじ山形成に適した材料は、軽金属および軽金属合金、特にアルミニウム合金、特に鍛造アルミニウム合金および鋳造アルミニウム合金、マグネシウム合金、ニッケル合金、コバルト合金、チタンおよびチタン合金、非鉄金属、青銅または黄銅、タングステン−銅合金などの銅および銅合金、一般鋼、ステンレス／耐酸性／耐熱性の鋼、鋳鉄などの鋳造材料、グラファイト、プラスチックなどである。しかしながら、これらの材料の一部は、特に硬度、強度、流れ挙動（flow behaviour）、摩耗性および付着に関して、非常に異なる特性を有する。

ＥＭＵＧＥマニュアル、第９章、２９９〜３２４頁には、被加工物の材料とその材料特性に対して、ねじ山形成についての特性の一部が記載されている。このように、材料の特性によって押し付け可能である最大のねじ山ピッチが制限され、経験上３ｍｍを超えるピッチを形成する必要がないことが説明される。

様々な材料および材料グループに対して、ねじ山形成具の周縁速度が、ねじ山形成具の材料の関数として、ＥＭＵＧＥマニュアルの３２０〜３２１頁に推奨されている。ねじ山形成具の周辺速度が、ねじ山形成具の材料の関数として推奨される。材料は、機械的に耐性のある材料のコーティングのある／ないＨＳＬ−Ｅ（高速度鋼）、形成部とシャンク部に対する固体カーバイド（ＶＨＭ）、形成部への固体カーバイドとシャンクへのコーティングなしの工具鋼の組合せ（ＫＨＭ）などである。

さらに、ＥＭＵＧＥマニュアルの３０３〜３０７頁および１０９〜１３１頁に記載されている、いくつかの特定の被加工物材料を意図した実際の工具の場合、耐摩耗としてコーティングすなわちスライドコーティングを用いること、コーティングに異なる材料、例えばＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ダイヤモンド、スライドコーティング（ＭｏＳ_２、ＷＣ／Ｃ）を用いること、他の材料の場合には表面コーティングをしないことが提案されている。特に、工具に材料が付着する場合には、工具のコーティングが推奨される（ＥＭＵＧＥマニュアル、３２３頁）。

摩耗しやすい材料からなる被加工物に対しては、工具の材料としてカーバイドが推奨される（ＥＭＵＧＥマニュアル、３０５頁）。さらに、潤滑剤の使用および選択が被加工物の材料の関数として記載されている（ＥＭＵＧＥマニュアル、３１１頁、最下部）。

さらに、国際公開第０２／０９４４９１号パンフレットは、円形のねじ山形成と呼ぶことのできる作用原理に基づく、非切削のねじ山形成工具および非切削のねじ山生成方法を開示する。国際公開第０２／０９４４９１号パンフレットに開示されたねじ山形成工具は、細長く、作用領域と、環状の溝によって互いに分離された１つ以上の環状円周側面とを備える。各円周側面は多角形に似た非円形の設計であり、少なくとも３つの加圧突起部を有する。加えて、冷却剤を供給するために、工具の外表面の個々の加圧突起部の間に軸方向に走る溝を設けてもよい。工具用に提案される材料は、カーバイドまたは高速度鋼である。

国際公開第０２／０９４４９１号パンフレットによる方法では、この工具は、自身の軸周りを回転し、工具よりも大きい外径の穴に挿入される。工具は穴の周縁に沿って円運動をし、同時に穴に向けて送り運動をする。この結果、チップレスで穴にねじ山が形成される。

国際公開第０２／０９４４９１号パンフレットによると、軸方向のねじ山形成とは異なり、工具上のねじ山ピッチに適合したらせん状の有効面積と、工具軸周りの回転と組み合わされた工具の軸方向運動すなわち直線送り運動のみとによっては、ねじ山は形成されない。ピッチを持たず同時に横断面が多角形である工具上の環状の有効面積と、工具のらせん運動とによって、ねじ山が形成される。このらせん運動は、自身の長手軸周りの工具の回転と結びついており、工具の長手軸に対する軸方向の直線送り運動と、穴の中心軸周りの工具の長手軸の円運動とから生じるものである。

別の円形ねじ山形成具がＤＥ１０３１８２０３Ａ１に開示されている。この既知の円形ねじ山形成具は、少なくとも１つ、好ましくは２つの側面突起をその形成ヘッド上に備えている。これらの突起は、円周上で多角形かつ連続的に設計され、また円周上で半径方向の長さ（extent）が異なるように設計されている。その結果、いずれの場合も、側面突起が円周上で複数の加圧突起部を形成する。加圧突起部は、円周上で一様であっても一様でなくてもよい。さらに、形成ヘッドは、少なくとも加圧突起部の領域に、摩擦および／または摩耗を低減するためのコーティングを備えていてもよい。

本発明の目的は、ねじ山生成工具と、ねじ山生成工具を用いたねじ山生成方法を特定することにある。種々の被加工物の材料に対して、工具の斬新な適用が可能となる。

この目的は、添付の請求項１の特徴を有する工具、および請求項１７の特徴を有する方法で達成される。請求項１および請求項１７にそれぞれ従属する請求項からは、有利な実施形態および発展形態が導かれる。請求可能な内容は、請求項および参照による請求項の組合せに限定されない。また、請求項における任意の特徴および補助的な特徴の技術的に可能な任意の組合せも請求可能な内容に含まれる。

請求項１に係るねじ山生成工具は、工具軸の周りを回転可能であり、複数の加圧突起部（形成歯、形成ウェッジともいう）を持つ作用領域を有する。加圧突起部は、工具軸に対して互いに軸方向にオフセットするように配置され、被加工物表面にねじを押し付ける（形成する、塑性成形するともいう）ように設計される。

本発明は、ねじ山を生成する被加工物の材料に対して、幾何的なパラメータ（または特徴）を用いてねじ山形成工具を適合させるというアイデアに基づいている。

請求項１によると、とりわけ以下に挙げる３つの幾何的なパラメータ（または特徴）が変形形態として択一的にまたは任意の組合せで適切である。すなわち、これらパラメータのうち２つまたは３つ全てが、被加工物材料を関数として、すなわち被加工物材料に依存して適合（または選択）される。

被加工物材料に対する工具の適合についての第１の変形例では、作用領域の部分（入口領域、開始領域、初期形成領域ともいう）または作用領域全体における、加圧突起部（または、これらの外側表面すなわち半径方向外側を向く表面）の最大（または、外側の）半径方向長さ（または、外側半径方向距離、最大半径方向距離、外径、外側寸法ともいう）が、工具端（または、工具の端面）からの軸方向距離が増加するにつれて、工具軸から増加する。この増加は、加圧突起部の軸方向位置の関数である、所定の単調増加する半径方向長さ関数にしたがう。その結果として得られる、被加工物におけるねじ山ターンの押し込み量（pressing-in volume）すなわち変位量も増加し、したがって、半径方向距離が増加する加圧突起部によって、連続的にねじ山が成形され続ける。加圧突起部の半径方向長さ関数、すなわち加圧突起部の半径方向距離の増減（形成高さ、半径方向切り込みともいう）は、被加工物材料の関数として選択（設定）される。結果として、工具の性能が向上する。

第２の変形例では、以下の事実に基づいて工具が被加工物材料に適合される。その事実とは、中央の加圧領域（加圧ランド、加圧リッジともいう）の半径方向距離が、最大半径方向距離以下の所定の半径方向距離関数にしたがって、送り方向に対して単調に増加する（そして、通常は再び減少する）というものである。中央の加圧領域は、被加工物に対して加圧突起部の送り方向に延び、半径方向の最も外側に突出する加圧突起部領域を形成し、および／または、被加工物に生成されたねじ山のねじ山基部に本質的に複製（転写（reproduce）ともいう）される。各加圧突起部の加圧領域の半径方向距離関数は、被加工物材料の関数として選択される。換言すれば、加圧突起部の先端に向けて増加する加圧領域の側面領域は、作用先の材料に対して増加して適合される。その結果、ねじ山形成の間、特に高い形成力、流れ性（flowability）および／または加工される材料の付着（adhesion）を考慮に入れて、被加工物材料の半径方向流れ成分は影響を受ける。

最後に、第３の変形例では、被加工物材料の関数として、被加工物と係合つまり接触する加圧突起部の加圧表面の形状、サイズ、および／または配置が選択される。特に被加工物材料の付着が考慮されてもよい。

「半径方向」は、工具軸に対して直角に走る方向、すなわち工具軸から離れる方向として定義される。「軸方向」は、工具軸に沿って延びる方向、すなわち工具軸に平行な方向として定義される。

「単調増加」という表現は、少なくとも部分で、次第にすなわち連続的に（厳密に単調に）増加する関数のことをいう。

したがって、本発明によれば、少なくとも、入口領域すなわち初期形成領域における形成高さ、加圧突起部の加圧領域の構成、および加圧突起部の加圧表面（接触表面ともいう）が、それら単独でまたは任意の望ましい組合せとして、被加工物材料に工具を適合させるための特徴の幾何的なパラメータとして提供される。こうして、様々な被加工物材料に対して、様々に設計されたねじ山形成工具が選択（または、設定、キットともいう）される。

したがって、いくつかの異なる工具のセット（すなわち集合）を提供する（すなわち利用可能である）ことが好ましい。本発明に係る工具は、被加工物の様々な材料特性範囲、様々な材料、材料タイプ、材料クラスに対して設計される。

請求項１７による方法では、
ａ）第１の材料に適合された本発明に係る第１の工具を使用して、第１の材料からなる第１の被加工物に、少なくとも１つの第１のねじ山が生成される。
ｂ）第２の材料に適合された本発明に係る第２の工具を使用して、第２の材料からなる第２の被加工物に、少なくとも１つの第２のねじ山が生成される。

しかしながら、加工対象の材料に対して別のパラメータまたは特性を用いて工具を適合させてもよい。この実施形態または別の実施形態は、請求項１に従属する他の請求項の主題である。

加えて、特に耐摩耗性および／または靱性に関して、少なくとも加圧突起部の領域における工具の材料を被加工物の材料に適合させることができる。および／または、特に滑り摩擦、硬度、温度安定性に関して、少なくとも加圧突起部の領域における工具表面のコーティング材料を被加工物の材料に適合させることができる。および／または、加圧領域の形状、特に断面形状、特に送り方向に直角の半径曲率を、被加工物の材料に適合させることができる。

有利な実施形態では、円周における（すなわち工具軸周りの配置での）加圧突起部の数、特に基本の多角形形状における多角形の角の数は、被加工物の材料に適合される。好ましくは、この実施形態は、以下に述べる事実に基づいて、全体領域または初期形成領域における半径方向長さ関数を設定するのに適している。その事実とは、入口領域すなわち初期形成領域の長さ（この長さは、一般に実際の適用によって予め定められている）において、および予め定められたねじ山ピッチにおいて、近接する加圧突起部間の半径方向長さの差すなわち形成高さは、加圧突起部の数が多くなるにつれて減少するか、反対に、加圧突起部の数が少なくなるにつれて増加するということである。

以下に挙げる被加工物の材料特性のうちの１つ以上の特性に関して、被加工物材料に対して工具が適合されることが好ましい。
・流れ特性、特に、流れ性（flowability）、靱性（toughness）、塑性変形能
・摩損性（abrasiveness）または耐摩耗性
・付着（adhesion）

特に有利な実施形態では、少なくとも、２つの材料の流れ性の違いが所定の最小値より大きいか、または十分に大きい場合には、高い方の流れ性を有する被加工物材料についての加圧突起部の長さ関数および／または加圧領域の距離関数は、流れ性がより低い被加工物材料に対するものより、軸方向距離（または軸方向位置）に関して、少なくとも平均でより大きなピッチ（一次導関数、勾配、傾きともいう）を持つように設定される。

特に有利な実施形態では、少なくとも付着の違いが所定の最小値よりも大きいか、または十分に大きい場合には、加圧突起部の表面で高い付着性を有する被加工物材料については、加圧突起部の加圧表面は、より低い付着性を有する被加工物材料よりも小さくなるように選択され、加圧領域の半径方向距離関数のピッチは、より低い付着性を有する被加工物材料よりも大きくなるように選択される。

加圧領域の設計における自由度を保持するために、加圧表面は、好ましくは、被加工物材料の関数として、加圧突起部の側面領域（加圧側面）において加圧表面が変化することが好ましい。すなわち、被加工物に対する加圧突起部の送り方向に直角な中央加圧領域と横方向に隣接し、および／または生成されたねじ山のねじ山側面に本質的に複製される領域において、加圧表面が変化する。特に、加圧突起部の送り方向に直角の横断面は、部分的に減少してもよい。したがって、例えば、加圧領域が最も高く突出している領域（加圧突起部の先端）、すなわち加圧突起部の最大半径方向長さの領域では、側面領域に材料がなくてもよい。材料は、半径方向外側に領域が広がるようなかたち（好ましくは三角形）で除去されてもよいし、好ましくは研磨されてもよい。この領域は、側面領域の基部よりも内側で半径方向に延在してもよいし、側面領域で終了してもよく、直線の領域を越えてさらに半径方向内側に延びてもよい。側面領域におけるこの削減方法は、その安定性に関して、特に高い形成力での加圧突起部の構成に適している。

特に有利な点は、材料に依存するパラメータ（特性）に関して、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つのカテゴリに工具が区分されることである。このパラメータは、特に、加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、加圧領域の半径方向距離関数のピッチ、加圧突起部の加圧表面のサイズに関するものである。設定される値または値の範囲は、３つのカテゴリのそれぞれについて指定される。こうして、少なくとも１つの最小値または最小値範囲を有する少なくとも１つの最下位カテゴリ、少なくとも１つの平均値または平均値範囲を有する少なくとも１つの平均（中間、中央ともいう）カテゴリ、および、少なくとも１つの最大値または最大値範囲を有する少なくとも１つの最上位カテゴリが求められる。

加工される頻度の高い材料についてのカテゴリと値の範囲は、以下のように選択することができる。

１．鍛造アルミニウム合金（ＡＬ）
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
最上位カテゴリ、距離基準値より４５％〜１００％上の値の範囲（すなわち、距離基準値の１．４５〜２倍）
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
最下位カテゴリ、表面基準値より０％〜５０％上の値の範囲（すなわち、表面基準値の１〜１．５倍）
ｃ）好適なものとして、加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
平均カテゴリ、上位カテゴリまたは最上位カテゴリ、長さ基準値（形成高さ基準値ともいう）より５０％〜１００％上の値の範囲）

２．シリコンを含む鋳造アルミニウム合金（ＧＡＬ）
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
下位カテゴリまたは最下位カテゴリ、距離基準値より０％〜５５％上の値の範囲
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
上位カテゴリまたは最上位カテゴリ、表面基準値より５０％〜１００％上の値の範囲
ｃ）加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
下位カテゴリまたは最下位カテゴリ、長さ基準値より５％〜５５％上の値の範囲

３．Ｈ鋼などの流れ性の低い研磨鋼材
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
下位カテゴリまたは最下位カテゴリ、距離基準値より０％〜５５％上の値の範囲
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
上位カテゴリまたは最上位カテゴリ、表面基準値より５０％〜１００％上の値の範囲
ｃ）加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
下位カテゴリまたは最下位カテゴリ、長さ基準値より０％〜５０％上の値の範囲

４．ＳＴ鋼などの流れやすい鋼材
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
平均カテゴリまたは上位カテゴリ、距離基準値より３５％〜８５％上の値の範囲
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
上位カテゴリ、表面基準値より４０％〜９０％上の値の範囲
ｃ）加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
平均カテゴリ、長さ基準値より３０％〜８０％上の値の範囲

５．ＶＡ鋼などのステンレス鋼
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
平均カテゴリまたは上位カテゴリ、距離基準値より２５％〜８０％上の値の範囲
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
下位カテゴリまたは最下位カテゴリ、表面基準値より０％〜５０％上の値の範囲
ｃ）加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
下位カテゴリまたは平均カテゴリ、長さ基準値より５％〜６０％上の値の範囲

６．Ｚ鋼またはＺ鋼合金などの強靱で高強度の鋼材
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
平均カテゴリまたは上位カテゴリ、距離基準値より４０％〜９５％上の値の範囲
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
平均カテゴリ、表面基準値より３０％〜８０％上の値の範囲
ｃ）加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
平均カテゴリまたは上位カテゴリ、長さ基準値より４５％〜９５％上の値の範囲

７．Ｗ鋼などの軟鋼材
ａ）加圧領域の半径方向距離関数のピッチ
上位カテゴリまたは最上位カテゴリ、距離基準値より４５％〜１００％上の値の範囲
ｂ）加圧突起部の加圧表面のサイズ
下位カテゴリまたは最下位カテゴリ、表面基準値より０％〜５５％上の値の範囲
ｃ）加圧突起部の半径方向長さ関数のピッチ、すなわち形成高さ
上位カテゴリまたは最上位カテゴリ、長さ基準値より５０％〜１００％上の値の範囲

それぞれの基準値は、経験に基づいて、および、製造されるねじ山のねじ山側面と加工される被加工物材料とに依存して前もって、決定される。

好ましくは、形成高さの加圧突起部の半径方向長さ関数、および／または、加圧領域の半径方向距離関数は、増加または厳密に単調増加する。すなわち、一次導関数は常に０より大きい。

特に有利には、線形の半径方向長さ関数が選択され、これは円錐状の初期形成部分すなわち作用部分に対応している。このような実施形態は、容易に製造できる。ここで、好ましくは、入口部分すなわち初期形成部分または作用部分全体での長さ関数の初期値と最終値との差、すなわち形成高さは、被加工物材料に依存するパラメータとして選択される。なぜなら、長さ関数の推移は、その線形性のために既に決定されているからである。

それにもかかわらず、半径方向長さ関数は、以下の関数からなるグループのうちの１つの関数であってもよい。すなわち、有理関数すなわちｎ次の分数有理関数、ルートすなわち累乗関数、指数関数、対数関数、例えばアルキメデスのらせんまたは対数らせんなどのスパイラル関数、特にラグランジュ補間多項式により組み込まれる関数、スプライン関数。半径方向距離関数は、線形関数であってもよいし、上記関数のいずれであってもよい。

本発明は、好ましくは、あるねじ山ピッチでねじ山に沿って配置される加圧突起部を有するねじ山形成具を軸方向に作用させる場合に使用される。

発展形態では、軸方向に延びる溝が工具の円周に設けられるか、または少なくとも１つの通路が工具の内部に設けられ、冷却剤および／または潤滑剤といった流体を流す。ねじ山の生成プロセスの間、工具と被加工物材料の表面との摩擦によって、作用領域が相当程度まで熱せられることがある。摩擦および／または熱の発生を抑えるために、また生成された熱を放熱するために、工具のシャンクから工具の先端まで延びる溝に冷却剤および／または潤滑剤が導かれ、そこから流れ出て作用領域の外に排出される。軸方向に延びる溝または経路は直線であってもよいし、ねじれていてもよいし、工具の円周の周りをターンしていてもよい。

さらなる例示的な実施形態は、以下の表１に示されている。

上述した被加工物材料ＡＬ、ＧＡＬ、Ｈ、ＳＴ、ＶＡ、Ｚ、Ｗに依存する、形成高さＵｈ（初期形成高さすなわち作用領域の全体に対する半径方向長さ関数の差分すなわち増分）、加圧領域の半径方向距離関数のピッチＳＦ、および形成ウェッジの加圧表面のサイズＡｓについてのカテゴリの有利な数値は、以下のように与えられる。

（ｉ）表２に示す例では、０％に位置する最小値すなわち基準値に対してどれだけ上回るかの相対値がパーセント表示で示されている。対応する図面を図１ないし図３に示す。図中の「ｍｉｎ」は最小値であり、「ｍａｘ」は最大値を表す。

（ｉｉ）絶対値の範囲として表した表３に示す例は、直径１０ｍｍのねじ山形成具に関するものである。別の直径の工具については、それに応じて値を適合させる必要がある。これらの例における初期形成領域は、円錐状になるように選択される。すなわち、連続する加圧突起部に対して線形の半径方向長さ関数を有する。

図１は、７つの被加工物材料ＡＬ、ＧＡＬ、Ｈ、ＳＴ、ＶＡ、Ｚ、Ｗの関数として、加圧突起部の加圧領域の半径方向距離関数のピッチＳＦをパーセント（％）表示で示す。

図２は、７つの被加工物材料ＡＬ、ＧＡＬ、Ｈ、ＳＴ、ＶＡ、Ｚ、Ｗの関数として、加圧突起部の（有効）加圧表面Ａｓをパーセント（％）表示で示す。

図３は、形成高さＵｈを示す。すなわち、７つの被加工物材料ＡＬ、ＧＡＬ、Ｈ、ＳＴ、ＶＡ、Ｚ、Ｗの関数として、その最も外側から最も内側までの初期形成領域における半径方向長さ関数の値の差の最大値である。ここでも、線形の半径方向長さ関数すなわち円錐状の初期形成領域が提供される。

図１ないし図３において、垂直の線は、最小値ｍｉｎと最大値ｍａｘの間の値の範囲を表している。

図４は、入口領域２０と調整領域２１とを持つねじ山形成工具（ねじ山形成具）２の長手方向断面を示す。入口領域２０は、３つの形成歯３、４、５を有する。調整領域２１は、１つの形成歯６のみを示している。入口領域（すなわち初期形成領域）２０の形成歯３、４、５は、中心工具軸Ａに沿って工具２の端から測定した長手方向において、その先端すなわち最も外側の領域の半径方向距離が線形に増加する。形成歯３、４、５の半径方向長さの増加は、形成高さＵｈに対応している。入口領域２０における円錐断面の長さを「ｌ」で示す。形成歯３〜６の側面の形成表面Ａｓおよび勾配ＳＦも同様に示されている。

普遍性を制限することなく、以下で特定する材料に対して工具を適合させることもできる。
・約１４００Ｎ／ｍｍ^２までの強度を有する様々な鋼材
・鋳造材料、特に鋳鉄および黒鉛を含む鋳鉄
・銅、銅合金、特に真鍮、青銅、タングステン−銅合金
・ニッケル−コバルト合金
・アルミニウム合金、特に鍛造アルミニウム合金、シリコン含有量の異なる鋳造アルミニウム合金（ＧＡＬ）
・マグネシウム合金、特に鍛造マグネシウム合金または鋳造マグネシウム合金
・チタンおよびチタン合金
・プラスチック、特に熱硬化性プラスチック、熱可塑性プラスチック、繊維強化プラスチック
・黒鉛
および／または
Ｈ高強度材料、低流れ挙動
Ｗ軟鋼、特に低強度の軟鋼
Ｚ強靱な材料、特に、強靱で高強度の鋼および鋼合金、非常に高い形成力
ＶＡステンレス鋼、高付着性、高い形成力
ＳＴ一般鋼、好ましい流れ挙動、高い形成力
ＡＬ鍛造アルミニウム、高付着性、良好な流れ挙動、低い形成力

加圧突起部の加圧領域の半径方向距離関数のピッチＳＦを示す図である。加圧突起部の（有効）加圧表面Ａｓを示す図である。形成高さＵｈを示す図である。ねじ山形成具の長手方向断面図である。

符号の説明

２ねじ山形成具、３、４、５、６形成歯、２０入口領域、２１調整領域。

Claims

ねじ山を生成する方法であって、
ａ）第１工具を使用して、第１材料で作られた第１被加工物に少なくとも１つの第１ねじ山を生成し、
ｂ）第２工具を使用して、第２材料で作られた第２被加工物に少なくとも１つの第２ねじ山を生成することを含み、
前記第１および第２工具は、
ｃ）工具軸周りに回転可能であり、
ｄ）前記第１および第２工具の多角形断面の角を形成する加圧突起部であって、被加工物の表面にねじ山を押しつけ加工するように構成された加圧突起部を備え、
前記加圧突起部は、被加工物に対する該加圧突起部の送り方向に延び半径方向の外側に突出する加圧領域を形成し、
ｅ）前記第１および第２材料の特性にそれぞれ適合するように、前記第１および第２工具を以下の条件ｅ１）〜ｅ３）にしたがって作成するステップを含み：
ｅ１）少なくとも初期形成領域では、工具端からの軸方向距離が増加するにつれて単調増加する関数である所定の半径方向長さ関数にしたがって、前記加圧突起部の最大半径が増加する。前記半径方向長さ関数は、前記第１および第２材料に応じて選択される。
ｅ２）少なくとも初期形成領域では、送り方向に対する前記加圧領域の半径方向距離が、最大半径に到達するまでの間、単調増加関数である所定の半径方向距離関数にしたがって増加する。前記半径方向距離関数は、前記第１および第２材料に応じて選択される。
ｅ３）前記加圧突起部のうち被加工物と接触し生成されるねじ山側面に本質的に複製される部分である加圧表面の面積が、被加工物材料に応じて選択される。
ｆ）工具軸と垂直の方向を半径と定義し、工具軸に沿った平行な方向を軸と定義し、
ｇ）前記半径方向長さ関数の傾き、前記半径方向距離関数の傾き、および前記加圧表面の面積を、それぞれ、
少なくとも１つの最小値または最小値範囲を持つ最下位カテゴリと、
少なくとも１つの最大値または最大値範囲を持つ最上位カテゴリと、
少なくとも１つの中間値または中間値範囲を持つ中間カテゴリと、を含む、少なくとも３つのカテゴリに予め区分しておき、
前記最小値、前記最小値範囲、前記最大値、前記最大値範囲、前記中間値、前記中間値範囲は、作成すべき前記第１および第２工具の直径に応じて予め定められる基準値に対する増分を表しており、
ｈ）前記第１または第２材料として鍛造アルミニウム合金を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記最上位カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記最下位カテゴリから選択するステップをさらに含み、
ｉ）前記第１または第２材料としてシリコンを含む鋳造アルミニウム合金を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記最下位カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記最上位カテゴリから選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記最下位カテゴリから選択するステップをさらに含み、
ｊ）前記第１または第２材料としてＨ鋼などの流れ性の低い研磨鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記最下位カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記最上位カテゴリから選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記最下位カテゴリから選択するステップをさらに含み、
ｋ）前記第１または第２材料としてＳＴ鋼などの流れやすい材料を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記中間カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記最上位カテゴリから選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記中間カテゴリから選択するステップをさらに含み、
ｌ）前記第１または第２材料としてＷ鋼などの軟鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記最上位カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記最下位カテゴリから選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記最上位カテゴリから選択するステップをさらに含む
ことを特徴とする方法。
前記被加工物の前記第１および第２材料の流れ性の差が所定の最小値よりも大きい場合、
流れ性が高い方の材料を加工する工具が、流れ性が低い方の材料を加工する工具よりも平均的に大きい傾きとなるように、前記半径方向長さ関数と前記半径方向距離関数のいずれかまたは両方を選択することをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記半径方向長さ関数と前記半径方向距離関数のいずれかまたは両方を、有理関数すなわちｎ次の分数有理関数、ルートすなわち累乗関数、指数関数、対数関数、対数らせんまたはアルキメデスのらせんであるスパイラル関数、ラグランジュ補間多項式により組み込まれる関数、スプライン関数からなるグループから選択することをさらに含む請求項１または２に記載の方法。
前記被加工物の前記第１および第２材料の付着性の差が所定の最小値よりも大きい場合、
付着性が高い方の材料を加工する工具の加圧表面が、付着性が低い方の材料を加工する工具の加圧表面よりも小さくなるように、前記加圧表面を選択するか、または、
付着性が低い方の被加工物材料を加工する工具の記半径方向距離関数の傾きが、付着性が高い方の材料を加工する工具の半径方向距離関数の傾きよりも大きくなるように、前記半径方向距離関数の傾きを選択することをさらに含む請求項１または３に記載の方法。
以下のステップのうち少なくとも１つをさらに含む請求項１に記載の方法：
ａ）前記第１または第２材料として鍛造アルミニウム合金を用いる場合、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記中間カテゴリまたは前記最上位カテゴリから選択するステップ。
ｂ）前記第１または第２材料としてＶＡ鋼などのステンレス鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記中間カテゴリまたは前記最上位カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記最下位カテゴリから選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記最下位カテゴリまたは前記中間カテゴリから選択するステップ。
ｃ）前記第１または第２材料としてＺ鋼またはＺ鋼合金などの強靱で高強度の鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを前記中間カテゴリまたは前記最上位カテゴリから選択し、
前記加圧表面の面積を前記中間カテゴリから選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを前記中間カテゴリまたは前記最上位カテゴリから選択するステップ。
以下のステップのうち少なくとも１つをさらに含む請求項１に記載の方法：
ａ）前記第１または第２材料として鍛造アルミニウム合金を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より４５％〜１００％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より０％〜５０％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より５０％〜１００％上の値の範囲から選択するステップ。
ｂ）前記第１または第２材料としてシリコンを含む鋳造アルミニウム合金を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より０％〜５５％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より５０％〜１００％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より５％〜５５％上の値の範囲から選択するステップ。
ｃ）前記第１または第２材料としてＨ鋼などの流れ性の低い研磨鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より０％〜５５％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より５０％〜１００％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より０％〜５０％上の値の範囲から選択するステップ。
ｄ）前記第１または第２材料としてＳＴ鋼などの流れやすい材料を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より３５％〜８５％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より４０％〜９０％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より３０％〜８０％上の値の範囲から選択するステップ。
ｅ）前記第１または第２材料としてＶＡ鋼などのステンレス鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より２５％〜８０％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より０％〜５０％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より５％〜６０％上の値の範囲から選択するステップ。
ｆ）前記第１または第２材料としてＺ鋼またはＺ鋼合金などの強靱で高強度の鋼材を用いる場合
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より４０％〜９５％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より３０％〜８０％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より４５％〜９５％上の値の範囲から選択するステップ。
ｇ）前記第１または第２材料としてＷ鋼などの軟鋼材を用いる場合、
前記半径方向距離関数の傾きを距離基準値より４５％〜１００％上の値の範囲から選択し、
前記加圧表面の面積を表面基準値より０％〜５５％上の値の範囲から選択し、
前記半径方向長さ関数の傾きを長さ基準値より５０％〜１００％上の値の範囲から選択するステップ。
但し、前記距離基準値、前記表面基準値および前記長さ基準値は、前記第１および第２工具の直径に応じて予め定められる値である。
少なくとも加圧突起部における前記第１および第２工具の材料を、耐摩耗性および／または靱性に関して前記第１および第２材料に適合させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
摺動摩擦、硬度および／または熱安定性に関して前記第１および第２材料に適合させた表面コーティングを、前記第１および第２工具の少なくとも加圧突起部に施すことをさらに含む請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
前記加圧突起部の送り方向に直角の半径方向の曲率を前記第１および第２材料に適合させることをさらに含む請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
前記第１および第２工具は、半径方向外側を向き工具軸の周りにらせん状に配置された前記加圧突起部を有し、
前記第１および第２ねじ山を生成するために、前記第１および第２工具を、工具軸周りに回転させるのと同時に、前記第１または第２被加工物の事前に空けられた穴の中に向けて、前記ねじ山の傾きと工具軸周りの回転速度とに適合された軸方向送り速度で工具軸に対して軸方向に移動させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
前記第１および第２工具は、複数の加圧突起部からなる少なくとも２つのグループを有し、各グループの複数の加圧突起部は、環状の閉じた態様で工具軸に対して直角の円周上に配置され、
前記第１および第２ねじ山を生成するために、前記第１および第２工具を、工具軸周りに回転させるのと同時に、前記第１または第２被加工物の事前に空けられた穴の中に向けて工具軸と平行な中心軸の周りにらせん状に移動させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
前記初期形成領域における多角形断面の角の数を、前記第１および第２材料に応じて選択するステップをさらに含む請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
前記第１および第２工具の工具シャンクの外側表面に加圧突起部が配置されており、および／または、工具の周囲に溝が設けられており、および／または、冷却剤および／または潤滑剤である流体を供給するための通路が工具の内部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
軸方向にオフセットされた加圧突起部の一部が、工具軸から同一の半径方向距離に位置することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法。