JP2000280030A - コールドスピニング装置の絞りシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コールドスピニング装置の絞りシャフトの使
用寿命を延ばす。 【解決手段】 絞りシャフト３０は、シャフト３１と、
このシャフト３１の先端小径部（装着部３１ａ）の外周
に装着されてワークに当たる金型ロール３６を備えてい
る。さらに、この装着部３１ａと金型ロール３６との間
には、リング３５が交換可能に介在されている。このリ
ング３５は、焼きばめにより装着部３１ａに装着されて
いる。リング３５の内周部は、金型ロール３６は勿論の
ことシャフト３１より軟らかい母材３５ａからなり、外
周部はこの母材３５ａに一体形成された肉盛層３５ｂか
らなる。肉盛層３５ｂは、母材３５ａは勿論のことシャ
フト３１より硬い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用ホイールの
ディスク等を製造する場合に用いられるコールドスピニ
ング装置の絞りシャフトに関する。

【０００２】

【従来の技術】コールドスピニング装置は、板材、管
材、シェル状素材等のワークを加工するものであり、こ
のワークを保持して回転駆動されるマンドレルと、この
マンドレルの型面にワークを押し付けることにより、ワ
ークを型面に沿う形状に成形する絞りシャフトとを備え
ている。この絞りシャフトは、上記マンドレルの回転に
伴って従動回転するとともに、マンドレルの型面に沿っ
て移動するようになっている。

【０００３】上記絞りシャフトは、シャフトと、このシ
ャフトの装着部の外周に装着されてワークに直接当たる
金型ロールとを備えている。この金型ロールは、ワーク
を成形するためにシャフトより硬い材料からなる。大型
の車両用ホイールのディスクを成形するコールドスピニ
ング装置を例にとって、上記絞りシャフトの構造を詳述
する。このシャフトはベアリングを介して移動機構（マ
ンドレルの型面に沿って移動させる機構）に回転可能に
支持されており、その先端部が小径をなし上記金型ロー
ルを装着するための装着部となっている。

【０００４】上記構成のコールドスピニング装置では、
ワーク加工時に金型ロールに大きな荷重がかかるため、
硬い金型ロールからの圧縮荷重によりシャフトの装着部
外周が微小量塑性変形する。長期使用によりこの微小変
形が蓄積されると、シャフトの装着部の外周には、例え
ば、金型ロールが当たる部位と金型ロールが当たらない
部位との境に、０．２〜０．３ｍｍ程度の段差が生じ
る。また、上記金型ロールからの荷重により摩耗も生じ
る。その結果、金型ロールの中心軸が回転中心から偏倚
したり、がたついたりするため、ワークを良好に成形す
ることができなくなり、ワークに皺等が生じてしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにシャフト
の装着部外周が許容限度を超えて塑性変形したり摩耗し
た時には、シャフト全体を交換しなければならず、交換
費用が嵩んでいた。さらに、ベアリングを焼きばめでシ
ャフトの基端部に装着した場合には、ベアリングをも交
換しなければならず、さらに交換費用が嵩むこととなっ
た。焼きばめのベアリングは加熱して取り外すことがで
きるが、再度新しいシャフトに焼きばめすると、寸法が
狂うため、シャフトと一緒に廃棄せざるを得ないのであ
る。上記シャフトの塑性変形や摩耗を抑制して使用寿命
を延ばすためには、硬度を高めることが考えられるが、
そうすると靭性が低下するため折損事故のおそれが出て
くる。このため、シャフトの使用寿命を延ばすには制約
があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
シャフトと、このシャフトの装着部外周に装着されてワ
ークに当たる金型ロールとを備えたコールドスピニング
装置の絞りシャフトにおいて、上記シャフトの装着部と
上記金型ロールとの間にリングを交換可能に介在させ、
このリングにおいて、少なくともその内周部すなわち上
記装着部外周に接する部位の硬度を、上記金型ロールよ
り低くしたことを特徴とする。本発明の第２の態様は、
第１の態様の絞りシャフトにおいて、上記リングの内周
部の硬度が、上記シャフトより低いことを特徴とする。

【０００７】本発明の第３の態様は、第２の態様の絞り
シャフトにおいて、上記リングは、上記内周部を構成す
る母材と、その外周に一体に形成されて上記金型ロール
の内周に接する肉盛層とを有し、この肉盛層が上記母材
より硬度が高いことを特徴とする。本発明の第４の発明
の態様は、第３の態様の絞りシャフトにおいて、上記肉
盛層の硬度が、上記シャフトより高いことを特徴とす
る。本発明の第５の態様は、第１〜第４のいずれかの態
様の絞りシャフトにおいて、上記リングは焼きばめによ
り、上記シャフトの装着部に装着されていることを特徴
とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態をなす
コールドスピニング装置について、図面を参照して説明
する。図１に示すように、本装置は、板形状のワーク１
をコールドスピニング加工して、円盤部２と円周部３と
を有する車両用ホイールのディスクを得るものである。
本装置は、フレーム５と、このフレーム５の近傍に配置
されたマンドレル１０と、フレーム５に設けられた押さ
え機構２０と、フレーム５に回転可能かつ移動可能に支
持された２つの絞りシャフト３０とを、基本構成として
備えている。

【０００９】マンドレル１０は、平坦な装着面１１と、
この装着面１１の外周縁に連なるほぼ円錐形状の型面１
２とを有している。装着面１１の中央には凹部１３が形
成されている。このマンドレル１０は、回転機構（図示
しない）により回転されるようになっている。

【００１０】上記押さえ機構２０は、フレーム５に固定
された油圧シリンダ２１と、この油圧シリンダ２１のロ
ッド２１ａの先端にベアリング２２を介して回転可能に
支持された押さえ部材２３とを有している。ロッド２１
ａは、上記マンドレル１０の回転軸線と同軸をなしてい
る。押さえ部材２３は、当て部２３ａとこの当て部２３
ａから突出する挿入部２３ｂとを有している。

【００１１】上記マンドレル１０と押さえ機構２０によ
ってワーク１が保持されるようになっている。すなわ
ち、ワーク１がマンドレル１０の装着面１１に当てられ
た状態で、上記押さえ機構２０の油圧シリンダ２１が駆
動されてロッド２１ａが伸びる。これにより、押さえ部
材２３の挿入部２３ｂがワーク１の中央部に形成された
穴４とマンドレル１０の凹部１３に挿入され、当て部２
３ａがワーク１を装着面１１に押し付ける。このように
して、ワーク１が正確に位置決めされた状態でマンドレ
ル１０に保持されるようになっている。

【００１２】次に、本発明の特徴部をなす上記絞りシャ
フト３０について詳述する。この絞りシャフト３０は、
シャフト３１を備えている。このシャフト３１は、先端
に向かって広がる段差形状をなしており、焼きばめされ
たベアリングを介して、図示しない絞りシャフトケース
内に回転可能に収容されている。この絞りシャフトケー
スは、図示しない移動機構によりその軸方向に前進、後
退するようになっている。

【００１３】上記絞りシャフト３０は、さらに、シャフ
ト３１の先端部に装着されたリング３５および金型ロー
ル３６を有している。詳述すると、図２、図３に良く示
されているように、シャフト３１の先端部は小径の装着
部３１ａとなっており、この装着部３１ａと他の部位と
の境には、環状の段差面３１ｂが形成されている。

【００１４】上記リング３５は、短い円筒形状をなし、
焼きばめにより円筒面をなす装着部３１ａの外周に装着
されている。上記金型ロール３６は、円環形状をなし、
リング３５の外周にはめられるようにして装着されてい
る。すなわち、多数のボルト４０を金型ロール３６に貫
通させてシャフト３１の段差面３１ｂにねじ込むことに
より、金型ロール３６が固定されている。金型ロール３
６の円筒面をなす内周はリング３５の外周に接してい
る。上記シャフト３１の装着部３１ａ，リング３５，金
型ロール３６は、シャフト３１の回転軸線と高精度で同
軸をなしている。

【００１５】上記リング３５は、例えば厚さ１２ｍｍ程
度の軟鋼パイプからなる母材３５ａの外周に、肉盛溶接
等の手段でこれより薄い（厚さ３ｍｍ程度の）肉盛層３
５ｂを形成したものであり、内周部となる母材３５ａと
外周部となる肉盛層３５ｂは一体をなしてなる。この肉
盛層３５ａは、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金に強化粒
子として炭化物セラミックスを分散させた金属セラミッ
クス複合材料からなる。この材料は高硬度であるが、そ
れ以上に耐摩耗性に優れている。

【００１６】上記シャフト３１は、大きな負荷がかかっ
ても折損しないように、硬度はＨＲＣ２０〜３０程度に
抑えられ、十分な靭性を有している。上記リング３５の
母材３５ａの硬度は、上記金型ロール３６は勿論のこと
シャフト３１よりも遥かに低く、ＨＲＣのスケールから
外れるほど軟らかい。リング３５の肉盛層３５ｂは、母
材３５ａは勿論のことシャフト３１より遥かに高い硬度
および耐摩耗性を有しており、上記金型ロール３６と同
程度か若干軟らかい程度である。

【００１７】上記構成をなす装置を用いたコールドスピ
ニング加工について、簡単に説明する。上述したように
して、ワーク１がマンドリル１０に装着され、押さえ機
構２０によって押さえられた状態で、回転機構を駆動し
てマンドリル１０を回転させる。この際、押さえ機構２
０の押さえ部材２３とワーク１も一緒に回転する。

【００１８】次に、フレーム５に設けた移動機構を駆動
して、後退位置にあった２つの絞りシャフト３０を軸方
向に前進させる。これにより、絞りシャフト３０の金型
ロール３６がワーク１に当たる。すると、絞りシャフト
３０が従動回転する。さらに絞りシャフト３０を前進さ
せると、金型ロール３６がマンドリル１０の型面１２に
沿って移動し、ワーク１を型面１２に押し付けるように
なる。これにより、ワーク１は型面１２に沿った形状に
成形されて、円周部３が得られる。なお、上記２つの絞
りシャフト３０は一方を他方より若干量先に前進させる
ので、一方が荒上げ加工をし、他方が仕上げ加工をする
ことになる。

【００１９】上記成形に際して、特にワーク１が厚肉の
場合には、金型ロール３６は反力として大きな荷重を受
ける。この金型ロール３６で受けた荷重は、上記シャフ
ト３１の装着部３１ａに直接付与されず、リング３５を
介して装着部３１ａに付与される。この際、装着部３１
ａの外周に接するリング３５の母材３５ａは、金型ロー
ル３６より遥かに軟らかいので、従来のように金型ロー
ル３６が直接当たる場合に比べて、装着部３１ａの外周
の塑性変形や摩耗等を抑えることができる。しかも、こ
の母材３５ａは、シャフト３１に比べても遥かに軟らか
いので、装着部３１ａの塑性変形等を最小限に抑えるこ
とができる。その結果、高価なシャフトを従来より長期
にわたって使用することができる。

【００２０】また、上記金型ロール３６が直接当たるリ
ング３５の肉盛層３５ｂは、母材は勿論のことシャフト
３１より硬度、耐摩耗性が高いので、この肉盛層３５ｂ
の塑性変形や摩耗が少なく、リング３５の使用寿命をも
長くすることができる。すなわち、リング３５を有する
本実施例装置と従来の装置を比較した場合、リング３５
が肉盛層３５ｂの摩耗により使用不能になるまでの期間
は、従来の装置でシャフトが塑性変形や摩耗で使用不能
になるまでの期間より、長くすることができる。

【００２１】上記リング３５の外周が摩耗して使用不能
になった時には、このリング３５を加熱してジャッキ等
の工具で取り外し、新しいリング３５を焼きばめで取り
付ける。このように、シャフト３１を交換せず、リング
３５だけを交換するだけでよいので、交換のコストを大
幅に下げることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の態
様によれば、シャフトの装着部と金型ロールとの間に、
少なくとも内周部が金型ロールより軟らかいリングを介
在させたことにより、この装着部が塑性変形や摩耗等で
傷つくのを抑えることができ、シャフトの使用寿命を大
幅に延ばすことができる。しかも、リングが傷ついたと
きには、リングだけを交換すれば良く、この交換コスト
は、シャフトを交換する場合に比べて、大幅に低減でき
る。第２の態様によれば、上記リングの内周部をシャフ
トの装着部よりも軟らかくしたことにより、シャフトの
装着部の塑性変形等をより一層確実に抑えることがで
き、シャフトの使用寿命をさらに延ばすことができる。
第３の態様によれば、上記リングの外周部となる肉盛層
が内周部となる母材より硬いので、金型ロールからの圧
縮荷重を受けてもリング外周の塑性変形や摩耗を抑制で
き、リング自体の使用寿命を延ばすことができる。ま
た、母材が軟らかいので、圧縮荷重を受けてもリングの
割れは生じない。第４の発明によれば、上記肉盛層の硬
度がシャフトよりも高いので、リングの使用寿命を、金
型ロールが直接シャフトに装着される場合のシャフトの
使用寿命よりも延ばすことができる。第５の発明によれ
ば、リングを焼きばめによりシャフトの装着部に取り付
けるので、装着部との一体性を確保でき、金型ロールの
荷重を良好に受けることができる。また、交換も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態をなすコールドスピニング
装置を一部断面にして示す側面図である。

【図２】（Ａ）は同装置の絞りシャフト先端部の拡大断
面図であり、（Ｂ）は正面図である。

【図３】同絞りシャフト先端部を分解して示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

１ ワーク １０ マンドレル ３０ 絞りシャフト ３１ シャフト ３１ａ 装着部 ３５ リング ３５ａ 母材（内周部） ３５ｂ 肉盛層（外周部） ３６ 金型ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 克己 東京都千代田区四番町５番地９ トピー工 業株式会社内 (72)発明者 矢島 学 東京都千代田区四番町５番地９ トピー工 業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフトと、このシャフトの装着部外周
   に装着されてワークに当たる金型ロールとを備えたコー
   ルドスピニング装置の絞りシャフトにおいて、 上記シャフトの装着部と上記金型ロールとの間にリング
   を交換可能に介在させ、このリングにおいて、少なくと
   もその内周部すなわち上記装着部外周に接する部位の硬
   度を、上記金型ロールより低くしたことを特徴とするコ
   ールドスピニング装置の絞りシャフト。
2. 【請求項２】 上記リングの内周部の硬度が、上記シャ
   フトより低いことを特徴とする請求項１に記載のコール
   ドスピニング装置の絞りシャフト。
3. 【請求項３】 上記リングは、上記内周部を構成する母
   材と、その外周に一体に形成されて上記金型ロールの内
   周に接する肉盛層とを有し、この肉盛層が上記母材より
   硬度が高いことを特徴とする請求項２に記載のコールド
   スピニング装置の絞りシャフト。
4. 【請求項４】 上記肉盛層の硬度が、上記シャフトより
   高いことを特徴とする請求項３に記載のコールドスピニ
   ング装置の絞りシャフト。
5. 【請求項５】 上記リングは焼きばめにより、上記シャ
   フトの装着部に装着されていることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載のコールドスピニング装置の絞
   りシャフト。