Design Tip

“雄ねじ”に関する興味深い話

機械設計者の間では良く知られていることですが、最も基本的な機械設計は”傾斜面”であり、らせん状のねじ山を持ったシリンダーあるいは”ねじ”が、おそらく最も一般的に用いられる形状です。

プラスチックパーツの設計者なら、過去に一度はねじ山のあるパーツを設計したことがあるか、将来的に設計される機会があるかと思います。
ほとんどのねじ山にはアンダーカットがあります。ねじ本体の方向がどうであれ、アンダーカットに対処する方法はいくつかあります。

最初の対処方法は、エンジニアリングにおける主要な法則の1つ、≪極力簡単にすること≫、に基づいています。ねじ山によっては、アンダーカットを無視して設計することができます。出来るところを機械加工して、機能的なねじ山を作ることです。図1のイラストは、100%設計通りには機械加工することができないねじ山の設計を表しています。ブルーの表面を金型の可動側(コア側)に、グリーンの表面は金型の固定側(キャビ側)に指定しました。ねじ山の表面は縦の抜き勾配で分断されました。残念ながら、ねじ山の表面が覆いかぶさる形になっているので(アンダーカットの表面としてレッドで示されている)、噛み合わさって開かない(例え切削できたとしても)金型になってしまいます。

図1

図2

図2は、その解決策を示しています。ねじを軸を通過する水平面で分割しました。面の上部にある表面は可動側で、下部は、逆の抜き勾配(濃いブルーで示されている面)があるにも関わらず、固定側です。このねじ山の金型を設計し、機械加工する時は、アンダーカット部に少しメタル部を残します。成形する時には、この部分には少し樹脂が足りない状態になります。この部分では、ねじ山は実際のCADモデルより少し薄くなります。しかし、ほとんどの場合、詳細なチェックをしなければ、違いは分かりません。

この方法でうまく行かない場合、恐らくアクメねじ、又は比較的大きなねじで、二番目の方法を使って設計を修正して、ねじ山からアンダーカットを取り除きます。我々はこれを“半-ねじ山”と呼びます。これは、ねじの両側面のねじ山を切り落とす(図3参照)方法です。この方法の欠点は、余分に設計作業が必要なこと、ねじ山の強度、断続的なねじ山のために、ねじの締め込みが難しくなること、が考えられます。

図3:半-ねじ山部品 (アンダーカットはない)

図4:アンダーカットを作るためにサイドアクション(カム)を使用

図5:サイドアクションを使ってねじ山に指定された面

ねじ山が全部必要だとしたら、カムを使用する方法があります。部品の両サイドにカム(サイドアクション)を使用することによって、アンダーカットが引っ張られて、100%強度を持ったねじ山を作ることができます。図4と図5はこの方法のイラストです。この方法の欠点は、ねじ山部にパーティングラインが2つではなく4つになることと、金型のコストアップが考えられることの2点です。

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