JP2001300680A - 金属軸材の拡径装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ワークに回転と圧縮圧力と曲げを作用させて局
部的に拡径成形する拡径加工において、両保持部に対す
る相対的な曲げ支点位置を変化させ、それが成形に及ぼ
す影響を解明することを可能とする成形装置を提供す
る。 【解決手段】ワークである金属軸材を保持する一対の保
持部を軸回りに回転可能に構成した駆動回転部３と、従
動回転部５を備え、該駆動回転部３と従動回転部５を送
り手段及び加圧手段９により相対的に接近あるいは離間
可能に構成し、さらに偏倚手段８により一方の回転部を
他方の回転部の軸心に対して傾斜可能に構成し、この偏
倚手段の作用によるワークの曲げ中心となる回動支軸の
軸心を両保持部に対し相対的に任意の位置に移動設定可
能に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属軸材の中間部
に局部的に拡径部を成形することができる装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】中間部に局部的に拡径部が形成された金
属軸材を製作する場合は、従来、当該軸材の径よりも大
径の棒材を素材として、所望の拡径部を有する形状に削
り出す方法がとられてきた。しかしながら、大径の棒材
を切削する方法では、切削加工に手間がかかり、材料的
にも無駄が多くなるので不経済であった。

【０００３】一方、機械装置の動力伝動軸には、当該伝
動軸よりも径の大きい歯車、カム、等の機械部品を設け
ることが多いが、上記のように切削によりこれらを一体
成形するのは不経済であるので、別途製作したこれら大
径の部品をボルトあるいは、溶接等で軸材に固着してい
た。軸材の中間部を所望の大径に膨らませることができ
れば、当該軸材を膨らませた部分に適当な成形加工を施
すことによって上記大径の部品を一体成形することがで
きるが、軸材の中間部を大径に膨らませることは従来不
可能とされていた。

【０００４】金属軸材の中間部に局部的に拡径部を設け
る方法として、本願発明者は、金属軸材に回転と曲げ及
び圧縮圧力を作用させる方法を発明し、特許を取得して
いる（日本国特許第１９９３９５６号）。この技術によ
れば、鋼材の中間部を簡単に拡径することができるの
で、この拡径部を利用して上記機械部品を一体成形する
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この新
しい技術については金属軸材の拡径機構が今だに解明さ
れていない。また、従来の装置においては、一方の保持
部と回動支軸の間隔が一定であり、十分な拡径機構の解
明に供するものでなかった。そのため、両保持部に対す
る相対的な曲げ支点位置を変化させ、それが成形に及ぼ
す影響を解明する必要があり、それを可能とする成形装
置が必要とされている。そこで、曲げ支点位置となる回
動支軸の軸心を両保持部間で任意に設定できる成形装置
を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、次のようにした。すなわち、ワークである
金属軸材を保持する一対の保持部を軸回りに回転可能に
構成した駆動回転部と、従動回転部を備え、該駆動回転
部と従動回転部を送り手段及び加圧手段により相対的に
接近あるいは離間可能に構成し、さらに偏倚手段により
一方の回転部を他方の回転部の軸心に対して傾斜可能に
構成し、この偏倚手段の作用によるワークの曲げ中心と
なる回動支軸の軸心を両保持部に対し相対的に任意の位
置に移動設定可能に構成したことを特徴とする。

【０００７】また、ベースフレームに対し前後方向に移
動可能に設けた摺動フレームと、該摺動フレームに回動
自在に構成した回動フレームと、該回動フレームに対し
相対的に前後に移動可能に構成した従動回転部と、該従
動回転部に対向するように前記ベースフレームに止着し
た駆動回転部と、前記駆動回転部及び従動回転部内に夫
々回転可能に具備された保持部と、該保持部を回転する
駆動手段と、前記摺動フレームを前後に移動させる送り
装置と、前記回動フレームを回動させる偏倚手段と、少
なくとも従動回転部に具備される保持部を前後に移動さ
せる加圧手段とからなり、前記送り手段及び加圧手段に
よって両保持部間の任意の位置にワークの曲げ中心とな
る回動支軸の軸心を移動可能に構成したことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明に係る拡径装置を用いて金属軸材の拡径
を行う場合は、駆動回転部と従動回転部を一定間隔離間
させ、互いの保持部の軸心が同一直線上に位置するよう
に配置すると共に、両保持部間の任意の位置に曲げの中
心となる回動支軸の軸心を配置する。そして、両保持部
によってワークである金属軸材を保持する。然る後、駆
動手段を作動し、駆動回転部を回転させつつ、加圧手段
及び送り装置を作動させ、軸材を軸方向に加圧すると共
に、偏倚手段により、軸材が所定の角度に曲げられるよ
うに従動回転部を軸心に対し傾斜させる。この回転と加
圧と曲げにより、両保持部間では軸材が次第に軸材の径
方向に膨張し、保持部が接近するがこの間も軸材には常
に圧縮圧力が作用するように加圧手段及び送り装置を作
動し続ける。

【０００９】所望の拡径状態が得られたら、回転と加圧
を続けながら偏倚手段を元の状態、すなわち駆動回転部
側と従動回転部側の軸心が一致する状態まで復帰させた
後、回転と加圧を停止して軸材を取り外せばよい。

【００１０】なお、上述した加圧手段と送り装置の関係
については、軸材をセットした後、送り装置を作動しな
い場合には従動回転部の保持部から一定間隔で拡径成形
が進行しする。また、両保持部の中心に回動支軸の軸心
を配置し、送り装置により従動回転部をＸｍｍ／ｓｅｃ
送り出し、加圧手段によりＸｍｍ／ｓｅｃ送り出すよう
に制御すれば、常に両保持部に対して中心に回動支軸が
位置する状態で拡径成形できる。

【００１１】このように加圧手段と送り装置の送り出し
量を制御することによって、任意の位置に曲げ支点とな
る回動支軸の軸心を位置させることが可能である。これ
によって、回転と圧縮圧力及び曲げを作用させる拡径方
法において曲げ支点位置が拡径に及ぼす影響を解明する
ことができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に表された本発明の実施の形態を
例示しつつ、本発明をより具体的に説明する。図１〜図
２において、この拡径装置１は、床上に載置されるベー
スフレーム２に設けられた駆動回転部３と該駆動回転部
３を回転させる駆動手段４と、駆動回転部３に対向して
設けられる従動回転部５と、該従動回転部５を支持する
摺動フレーム６及び回動フレーム７と、摺動フレーム６
と回動フレーム７間に設けたワークである軸材Ｗの軸心
を傾斜させる偏倚手段８と、前記従動回転部５後部に設
けた加圧手段９によって構成されている。

【００１３】ベースフレーム２は設置部材１０，１０に
支柱１１，１１，・・・が立設され、その上端部に所定
間隔をおいて前後方向に平行な一対の規制枠１２，１２
を設け、該規制枠１２，１２間の前端部に駆動手段取付
部材１３を設けると共に、その後方部に前記駆動回転部
３の取付部１４を、さらに該取付部１４の後側には摺動
用のナット部材１５を固着している。

【００１４】前記駆動回転部３は、中空の支持筒体１６
に保持筒１７が軸回りに回転自在に支承されている。該
保持筒１７内部には空孔部１７ａが設けられ、この空孔
部１７ａ前端部には雌ネジ部を後端部には所定のテーパ
角αが設けられている。さらに、該保持筒１７の内部に
は、軸材Ｗを保持する保持部としてチャック部材１８，
１８を嵌め込んでいる。該チャック部材１８，１８は中
空の筒体の端部外周部に所定のテーパ角αを設けたもの
であって、さらに該筒体を複数に分割したものである。
そして、該チャック部材１８，１８前部に保持子１９を
嵌め込み、これを中空のボルト部材２０によって、後方
へ押し込みできる構成に成っている。すなわち、ボルト
部材２０を締め付けることによって、チャック部材１
８，１８を後方へ押し出し、チャック部材１８，１８と
保持筒１７のテーパ角αの作用によりチャック部材１
８，１８の空孔部が縮小し、軸材Ｗを挟持できる構成と
なっている。

【００１５】駆動手段４として前記保持筒１７の前端部
に従動歯車２１を取付けられている。さらに前記駆動手
段取付部材１３には駆動源であるモータ２２が設置され
ており、この出力軸に取付けた駆動歯車２３が上記従動
歯車２１と噛合している。

【００１６】前記駆動回転部３に対向するように従動回
転部５が設けられている。該従動回転部は、前記規制枠
１２，１２間に配した摺動フレーム６の上部に設けた回
動フレーム７に固着している。

【００１７】前記摺動フレーム６は規制枠１２，１２間
に設けると共に送り装置２４を付設している。この送り
装置２４は、従動回転部５を駆動回転部３に対し接近あ
るいは離反する方向に前後移動させる送り手段をなすも
ので、摺動フレーム６に前後方向一対の軸受体２５，２
６を設け、ベースフレーム２に設けたナット部材１５に
嵌合した送りネジ２７両端を該両軸受部２５，２６に軸
受けしている。すなわち、該送りネジ２７は軸回りに回
転自在に支持されており、この送りネジ２７を正逆転さ
せることによって摺動フレーム６を前後移動させる構成
である。さらに、前記送りネジ２７後端部を摺動フレー
ム６に配した駆動源であるモータ２８の出力軸に連結す
ることにより、送り手段を駆動させている。

【００１８】次に、軸材Ｗの軸心を傾斜させる偏倚手段
８は、従動回転部５を固着した回動フレーム７を前記規
制枠１２上面で水平回動させるもので次の構成である。
この偏倚手段８は、前記摺動フレーム６前方中央部に設
けた回動軸孔６ａに回動フレーム７の前方下面部に設け
た回動支軸７ａを枢止し、摺動フレーム６に対して回動
フレームが回動支軸７ａ軸心を支点として回動自在に構
成すると共に、摺動フレーム６の後部に設けた空孔部６
ｂに嵌合したナット部材２９と回動フレーム７に設けた
ブラケット３０に駆動源となるモータ３１を取り付け、
該モータ３１の出力軸にネジ部材３２を取り付け、前記
ナット部材２９にネジ部材３２を螺合している。すなわ
ち駆動源であるモータ３１を正逆回転させるとネジ部材
３２は回転するが、ナット部材２９は摺動フレーム６に
枢止しているので、ナット部材２９自体は移動せず、こ
れに螺合しているネジ部材３２が回動フレーム７を回動
させる。これにより、従動回転部５が回動支軸７ａを中
心として水平面内で回動するのである。また、偏倚手段
８は、本実施例に限らず、例えば、回動支軸７ａを軸心
として従動回転部５が回動自在となるよう構成し、リン
ク式加圧手段あるいは流体シリンダ等の加圧手段等で軸
材Ｗの軸心と直角な方向の力を作用させて傾斜させるよ
うにしておけばよい。

【００１９】従動回転部５は前記回動フレーム７上部に
固着されている。該従動回転部５は、中空の支持筒体３
３に保持筒３４が軸回りに回転自在に支承されている。
該保持筒３４内部には空孔部３４ａが設けられ、この空
孔部３４ａ前端部には所定のテーパ角βが設けられてい
る。さらに、該保持筒３４の内部には、軸材Ｗを保持す
る保持部としてチャック部材３５，３５を嵌め込んでい
る。該チャック部材３５，３５は中空の筒体の端部外周
部に所定のテーパ角βを設けたものであって、さらに該
筒体を複数に分割したものである。すなわち、加圧手段
９により、軸材Ｗを圧縮するとチャック部材３５，３５
はテーパ角βの作用によりチャック部材３５，３５の空
孔部が縮小し、軸材Ｗを挟持できる構成となっている。

【００２０】なお、前記駆動回転部のチャック部材１
８，１８と従動側のチャック部材は、本実施例では図７
に示すように２分割であるが、図８に示すように３分割
としてもよい。

【００２１】従動回転部５の後側には加圧手段９が設け
られている。この加圧手段９は、前記従動回転部５を駆
動回転部３に向かって押圧するもので、回動フレーム７
上に流体シリンダである油圧シリンダ３６を設置してい
る。なお、この油圧シリンダ３６は前記保持筒３４を駆
動回転部３に向かって押圧するものであるため、ピスト
ンロッド３６ａに螺着した軸受３７に軸回りに回転自在
に支承した軸受３８を前記保持筒３４に螺着し、保持筒
３４の軸回りの回転が、ピストンロッド３６ａに伝達し
ないよう構成している。さらに、上記加圧手段９として
は、油圧ジャッキ、流体シリンダ等を利用することがで
きる。

【００２２】図面においては、各モータ２２，２８，３
１及び油圧シリンダ３６の制御装置を図示していない
が、この制御装置は各モータの回転数と加圧時の圧力を
任意に設定できるものであると共に、偏倚手段について
は角度を任意に設定できるものである。

【００２３】さらに、本実施例において偏倚手段は水平
回動する構成であるが、回動支軸を軸材Ｗに直交する方
向の水平軸を軸心として上下に回動する構成とし、側面
から拡径状態を観る構成としてもよい。

【００２４】この拡径装置１の使用に際しては、まず駆
動回転部３と従動回転部５を互いの保持筒１７，３４の
軸心が同一線上に位置させる。次にボルト部材２０を緩
めることによってチャック部材１８，１８の空孔部を広
げ、ワークである金属軸材Ｗを挿入する。軸材Ｗの拡径
部箇所をチャック部材１８，１８後面に合わせ、ボルト
部材２０を締める付けることにより軸材Ｗを挟持する。

【００２５】軸材の位置決めが完了すれば、送り装置２
４を駆動させ、従動回転部５を駆動回転部３に接近さ
せ、所定間隔をおいて従動回転部５のチャック部材３
５，３５で軸材を挟持する。このとき、送り装置２４と
加圧手段９を調節し、駆動回転部３及び従動回転部５内
の両保持部であるチャック部材１８,１８，３５，３５
と回動支軸７ａの軸心位置を所望の位置に配置させる。

【００２６】次にモータ１２を駆動回転させ、駆動回転
部３の保持筒１７を回転させるとチャック部材１８，１
８で挟持された軸材Ｗも回転する。これと同時に従動側
のチャック部材３５，３５も回転する。然る後、送り装
置２４あるいは加圧手段９で軸材Ｗを軸方向に加圧し、
偏倚手段８で従動回転部５を図９に示すように傾斜させ
る。上記送り装置２４あるいは加圧手段９と偏倚手段８
を作動させた状態にすると、チャック部材１８，１８，
３５，３５に保持された金属棒Ｗが折れ曲がった状態で
回転し圧縮される。回転速度は毎分数回乃至数十回程度
でよく、折り曲げ角θは３〜７度程度でよい。また、必
要な加圧力は金属棒の太さ等によって異なるが、金属棒
の単軸圧縮降伏応力の約２０〜３０％の応力が生じる加
圧力で拡径できることが確かめられている（新居浜工業
高等専門学校紀要第３４巻「丸棒の直径拡大法の研究
（第１報）」長田他）。

【００２７】上記回転、曲げ、加圧によりチャック部材
１８，３５の間隔部分、すなわち初期つかみ間隔部分が
圧縮され拡径が行われる。この拡径の進行により、つか
み間隔が次第に短くなるが、この時もなお、送り装置２
４あるいは加圧手段９は作動させ一定の圧力をかけてお
く。この時圧力が低下すると、曲げの内側と外側で曲げ
と曲げ伸ばしが繰り返される状態となり軸材Ｗが破断し
てしまう。所望の拡径が行われたら、回転と加圧を継続
しつつ偏倚手段８を元の状態（駆動回転部３と従動回転
部５の軸心が同一軸となる位置）に復帰させ、軸材Ｗを
直線化する。これにより、図１０のような中問部が拡径
した直線状の軸材Ｗが得られる。そこで回転と加圧を停
止し、軸材Ｗをチャック部材３５，３５から取り外せば
よい。

【００２８】上述した成形手順において、送り装置２４
と加圧手段９の送り出し量を任意に変更することで、両
保持部間の所望の位置に回動支軸の軸心を移動すること
が可能であり、この拡径機構を解明する上で曲げ中心位
置が及ぼす影響を明らかにすることが可能となった。

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る拡径装置は、従来と異なり、ワークの曲げ支点位
置となる偏倚手段の回動支軸の軸心位置を両保持部間の
任意の位置に移動設定可能としたことにより、曲げ支点
位置が拡径に及ぼす影響を解明することができる。これ
により、従来解明されていなかった拡径機構についても
明らかにされる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属軸材の拡径装置の全体平面図

【図２】その全体側面図

【図３】その側断面図

【図４】その駆動回転部を示す要部側断面図

【図５】その従動回転部を示す要部側断面図

【図６】送り装置を示す要部平面図

【図７】チャック部材を示す斜視図

【図８】別のチャック部材を示す斜視図

【図９】その拡径装置の加工状態説明図

【図１０】その加工終了状態説明図

【符号の説明】 １ 拡径装置 ３ 駆動回転部 ４ 駆動手段 ５ 従動回転部 ６ 摺動フレーム ７ 回動フレーム ８ 偏倚手段 ９ 加圧手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークである金属軸材を保持する一対の
   保持部を軸回りに回転可能に構成した駆動回転部と、従
   動回転部を備え、該駆動回転部と従動回転部を送り手段
   及び加圧手段により相対的に接近あるいは離間可能に構
   成し、さらに偏倚手段により一方の回転部を他方の回転
   部の軸心に対して傾斜可能に構成し、この偏倚手段の作
   用によるワークの曲げ中心となる回動支軸の軸心を両保
   持部に対し相対的に任意の位置に移動設定可能に構成し
   たことを特徴とする拡径装置。
2. 【請求項２】 ベースフレームに対し前後方向に移動可
   能に設けた摺動フレームと、該摺動フレームに回動自在
   に構成した回動フレームと、該回動フレームに対し相対
   的に前後に移動可能に構成した従動回転部と、該従動回
   転部に対向するように前記ベースフレームに止着した駆
   動回転部と、前記駆動回転部及び従動回転部内に夫々回
   転可能に具備された保持部と、該保持部を回転する駆動
   手段と、前記摺動フレームを前後に移動させる送り装置
   と、前記回動フレームを回動させる偏倚手段と、少なく
   とも従動回転部に具備される保持部を前後に移動させる
   加圧手段とからなり、前記送り手段及び加圧手段によっ
   て両保持部間の任意の位置にワークの曲げ中心となる回
   動支軸の軸心を移動可能に構成したことを特徴とする請
   求項１記載の拡径装置。