JP2002059236A - 転造装置および転造加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転造加工において、丸ダイスをワークの外周
面に押し込む際、ワークの飛び跳ねを確実に防止すると
共に、転造加工初期におけるワークの振れをなくして製
品歩留まりおよび加工精度を向上させる。 【解決手段】 ワーク２１を保持するワーク支持機構２
０と、このワーク支持機構２０に保持されたワーク２１
に転造圧力と回転力を加える丸ダイス２２ａ，２２ｂ
と、この丸ダイス２２ａ，２２ｂに前記転造圧力と回転
力とを付与する駆動機構とを備えた転造装置において、
前記ワークの中心２１ａと丸ダイス２２ａ，２２ｂの外
周に位置する加工点２４ａ，２４ｂとを結ぶ線上ｌで前
記ワーク中心２１ａを固定するワーク支持機構２０と、
固定されたワーク中心２１ａと左右の丸ダイス２２ａ，
２２ｂの前記加工点２４ａ，２４ｂとの距離が等しくな
るように、該加工点２４ａ，２４ｂを調芯するフローテ
ィング機構２３とを備えた転造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転造加工によって
ボールネジ、ウォーム、セレーション等を製造するため
の転造装置および転造加工方法に係り、特に左右の丸ダ
イスを両側からワークに押し込み、丸ダイスを回転させ
ながらワークの外周面に転造加工するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の転造装置としては、例え
ば図９に示したものが知られている。この転造装置１
は、一対の丸ダイス２ａ，２ｂを回転させながら油圧機
構３ａ，３ｂによってワーク４の中心に向かって対称に
押し込み、ワーク４に転造圧力と回転力を加えてワーク
４を転造加工するものである。基台５上には一対のスラ
イドレール６ａ，６ｂが設けられ、このスライドレール
６ａ，６ｂ上には一対のダイス移動台７ａ，７ｂが左右
方向にスライド可能に取り付けられる。また、ダイス移
動台７ａ，７ｂに一対の丸ダイス２ａ，２ｂが回転可能
に軸支されている。さらに、基台５上には一対の圧力プ
レート８ａ，８ｂが固定され、この圧力プレート８ａ，
８ｂに油圧機構が３ａ，３ｂが固定されている。油圧機
構３ａ，３ｂのシリンダ軸９ａ，９ｂの先端は、一対の
ダイス移動台７ａ，７ｂにそれぞれ固定される。また、
丸ダイス２ａ，２ｂの中間位置にはワーク４をクランプ
するためのワーク支持機構１０が設けられる。このワー
ク支持機構１０は、図１０に示したように、基台５上に
離れて一対設けられたセンタ台１１，１２と、各センタ
台１１，１２の上部前面に突設された押込みセンタ１３
とチャックセンタ１４とを備え、一方のセンタ台１１に
内蔵されたクランプシリンダ装置（図示せず）の駆動に
よって押込みセンタ１３が押し出され、チャックセンタ
１４との間でワーク４をクランプする。また、上記セン
タ台１１，１２の下部には揺動機構１５，１６が設けら
れ、基台５に対して揺動可能となっている。このような
転造装置にあって、丸ダイス２ａ，２ｂを回転させなが
ら油圧機構３ａ，３ｂを駆動し、一対のダイス移動台７
ａ，７ｂを接近させ、丸ダイス２ａ，２ｂでワーク４を
両側から挟み込むことでウォームやセレーションなどを
転造加工することができる。

【０００３】ところで、ワーク支持機構１０のセンタ台
１１，１２には、必ずといって上述したような揺動機構
１５，１６や横スライド機構（図示せず）が設けられて
いる。これは、上述のような一対の丸ダイス２ａ，２ｂ
をワーク４に両側から押し込んで転造加工するいわゆる
両寄せ転造にあっては、丸ダイス２ａ，２ｂが押し込む
までの両者間の僅かな移動速度差や丸ダイス２ａ，２ｂ
の回転振れなどを、ワーク４の左右方向での揺動や移動
によって吸収する必要があり、ワーク４の中心を固定し
てしまうと丸ダイス２ａ，２ｂをワーク４に押し込んだ
途端にワーク４が丸ダイス２ａ，２ｂから飛び跳ねてし
まい、転造加工ができないからである。上記揺動機構１
５，１６は、両寄せ転造のみならず上記一対の丸ダイス
２ａ，２ｂのうち、一方のみがスライドして押し込むタ
イプの片寄せ転造においても必要である。この場合には
一方の丸ダイスの位置が動かないことによる加工中心の
ずれをワーク４の揺動などで吸収する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように揺動機構や横スライド機構を設けた場合、転造加
工初期にワーク４が振られてしまうことがあり、加工長
の短いワーク４では特にその振れが大きくなって、製品
歩留まりを悪くしたり加工精度を低下させるおそれがあ
った。

【０００５】そこで、本発明の目的は、ダイスをワーク
の外周面に押し込む際、ワークの飛び跳ねを確実に防止
すると共に、転造加工初期におけるワークの振れをなく
して製品歩留まりおよび加工精度を向上させる転造装置
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る転造装置は、ワークを保持するワー
ク支持機構と、このワーク支持機構に保持されたワーク
に転造圧力と回転力を加える転造工具と、この転造工具
に前記転造圧力と回転力とを付与する駆動機構とを備え
た転造装置において、前記ワークの中心と転造工具の外
周に位置する加工点とを結ぶ線上で前記ワークの中心を
固定するワーク支持機構と、固定されたワークの中心と
左右の転造工具の外周に位置する加工点との距離が等し
くなるように、転造工具の外周に位置する加工点を調芯
するフローティング機構とを備えたことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１に係る
転造装置において、前記ワーク支持機構および左右の転
造工具が基台上に設置され、この基台にワーク支持機構
が固定される一方、左右の転造工具は基台上を同期スラ
イドすると共に、フローティング機構を介して基台に取
付けられていることを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に係る転造加工方法は、保
持されたワークに対して、転造圧力と回転力を加えて転
造加工する方法において、前記ワークの中心と転造工具
の外周に位置する加工点とを結ぶ線上でワークの中心を
固定すると共に、固定されたワークの中心と左右の転造
工具の外周に位置する加工点との距離が等しくなるよう
に、転造工具の外周に位置する加工点を調芯しながら加
工することを特徴とする。

【０００９】上記の手段によれば、転造加工時にはワー
クの中心と転造工具の外周に位置する加工点とを結ぶ線
上でワーク中心を固定するので、転造加工初期における
ワークの振れを抑えることができる。また、フローティ
ング機構を設けたことによって、左右の転造工具がワー
クに押し込む際の僅かな移動速度差や転造工具の回転振
れなどを吸収して調芯が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面に基づいて本発明に
係る転造装置および転造加工方法の実施形態を詳細に説
明する。図１及び図２は両寄せ転造を行なう場合の本発
明の原理を示したものである。図１において、符号２０
はワーク２１をクランプするためのワーク支持機構であ
り、下端が基台２５に固定されている。２２ａ，２２ｂ
はワーク２１に対して左右両側から近づいて挟み込む一
対の丸ダイスである。これらの丸ダイス２２ａ，２２ｂ
は押込機構３２ａ，３２ｂによって基台２５上を同期し
ながらスライドする。また、左右の押込機構３２ａ，３
２ｂは連結されていると共に、丸ダイス２２ａ，２２ｂ
を含めた構造全体がフローティング機構２３を介して基
台２５に取付けられている。前記ワーク２１は、そのワ
ーク中心２１ａと丸ダイス２２ａ，２２ｂの外周に位置
する各加工点２４ａ，２４ｂとを結ぶ線上ｌでワーク支
持機構２０にワーク中心２１ａが固定されている。その
ため、線上ｌの方向では揺動や横スライドが抑えられ
る。

【００１１】転造加工時において、上記ワーク中心２１
ａが固定されたワーク２１に対して、左右の丸ダイス２
２ａ，２２ｂが回転しながら接近し、ワーク２１の両側
に押し込まれる。この時、図２に示すように、丸ダイス
２２ａ，２２ｂの移動速度差によって右側の丸ダイス２
２ｂの方が先にワーク２１に接触した場合には、上記の
フローティング機構２３が働き、図２に二点鎖線で示し
たように、ワーク２１の外周面に接触している右側の丸
ダイス２２ｂの加工点２４ｂを基点として、左側の丸ダ
イス２２ａがワーク２１側に引き寄せられ、ワーク中心
２１ａからその外周面に接する両側の丸ダイス２２ａ，
２２ｂの各加工点２４ａ，２４ｂまでの距離ａ１，ａ２
が相等しくなるように調芯される。この調芯によって両
丸ダイス２２ａ，２２ｂの速度差が吸収され、この状態
から左右の丸ダイス２２ａ，２２ｂをワーク２１の外周
面に押し込んで転造加工が行なわれる。

【００１２】また、丸ダイス２２ａ，２２ｂをワーク２
１に押し込んで転造加工を開始した後もフローティング
機構２３が常に働いて調芯されるので、加工時における
ワーク２１の加工中心のずれを吸収することができる。
さらに、ワーク中心２１ａが固定された状態で転造加工
が開始されるので、転造加工初期におけるワーク２１の
振れが少なく、シャフトの短いウォームなどを転造する
場合に、シャフトの曲がりなどを効果的に抑えることが
できる。

【００１３】図３及び図４は片寄せ転造加工する場合の
本発明の原理を説明したものであり、符号２２ｃは固定
側丸ダイス、２２ｂは移動側丸ダイスを示す。この場合
にも固定側丸ダイス２２ｃと移動側丸ダイス２２ｄは、
基台２５に対してフローティング機構２３を有してい
る。フローティング機構２３は移動側丸ダイス２２ｄが
ワーク２１に接近するまでは作用しないようになってい
る。移動側丸ダイス２２ｄが接近するまではワーク２１
の一方側が固定側丸ダイス２２ｃの外周に位置する加工
点２４ｃによって支えられているが、他方側から移動側
丸ダイス２２ｄが所定位置まで接近するとフローティン
グ機構２３が作用し、固定側丸ダイス２２ｃによる支持
が解除される。そして、図４に示したように、両方の丸
ダイス２２ｃ、２２ｄのうち、固定側丸ダイス２２ｃが
最初に接触し、その時移動側丸ダイス２２ｄが未だ接触
しない場合には、固定側丸ダイス２２ｃの加工点２４ｃ
を基点として、二点鎖線で示すように移動側丸ダイス２
２ｄをワーク２１側に引き寄せるようにフローティング
機構２３が働き、ワーク中心２１ａから両側の丸ダイス
２２ｃ，２２ｄの各加工点２４ｃ，２４ｄまでの距離ａ
３，ａ４が等しくなるように調芯される。そして、この
調芯された状態から左右の丸ダイス２２ｃ，２２ｄをワ
ーク２１の外周面に押し込んで転造加工が行なわれる。
転造加工中も上記フローティング機構２３が働いて調芯
が行なわれる。

【００１４】図５及び図６は、上記ワーク支持機構２０
およびフローティング機構２３を備えた転造装置の一実
施形態を示したものである。この転造装置は、一対の丸
ダイス２２ａ，２２ｂが回転しながらワーク２１に接近
して押し込み、両側からワーク２１に転造圧力と回転力
を加えて加工する、いわゆる両寄せ転造タイプのもので
ある。基台２５上に一対の丸ダイス２２ａ，２２ｂを左
右方向、即ちワークの半径方向に移動させ、丸ダイス２
２ａ，２２ｂを互いに接近させるダイス移動台移動機構
２６と、丸ダイス２２ａ，２２ｂを回転させる丸ダイス
回転機構２７とを備える。

【００１５】ダイス移動台移動機構２６は、一方の丸ダ
イス２２ａを内側面に設けた第１のダイス移動台２８ａ
と、他方の丸ダイス２２ｂを対向する内側面に設けた第
２のダイス移動台２８ｂと、第２のダイス移動台２８ｂ
の外側に配置した圧力プレート２９とを、前記基台２５
上に並列して備えたものである。これらのダイス移動台
２８ａ，２８ｂ及び圧力プレート２９は、いずれも基台
２５上に固設した一対のスライドレール３０に左右方向
へスライド可能に取り付けられる。また、第１のダイス
移動台２８ａと圧力プレート２９との間には、互いに向
かい合う内側面の四隅に４本のはり軸３１が架け渡さ
れ、はり軸３１の両端が第１のダイス移動台２８ａ及び
圧力プレート２９にそれぞれ固定される。そのため、第
１のダイス移動台２８ａと圧力プレート２９とは、スラ
イドレール３０上を相対位置が変化することなく一体に
スライドする。４本のはり軸３１は、いずれも剛性が等
しく、その位置は、丸ダイス２２ａ，２２ｂによるワー
クの転造位置を中心としていずれも等距離に且つ周方向
に４等分して配置される。

【００１６】このように４本のはり軸３１をバランス良
く配置することで、第１のダイス移動台２８ａと圧力プ
レート２９との間に圧力が加わった場合、第１のダイス
移動台２８ａと圧力プレート２９とが平行を保ったま
ま、安定した状態ではり軸３１を伸ばすことができる。
なお、上記実施例ではダイス移動台２８ａ，２８ｂのそ
れぞれに１個ずつの丸ダイス２２ａ，２２ｂを取付けた
場合について説明したが、２個以上の丸ダイスを取付け
てワークを挟み込むこともできる。

【００１７】前記第２のダイス移動台２８ｂは、第１の
ダイス移動台２８ａと圧力プレート２９との間でスライ
ドレール３０にスライド可能に取り付けられると共に、
前記４本のはり軸３１を挿通させるための貫通孔が四隅
に設けられ、はり軸３１によってガイドされている。ま
た、前記圧力プレート２９には、油圧シリンダ等の押込
機構３２が固定される。この押込機構３２は、ダイス移
動台と同一方向に伸縮するシリンダ軸３３を備えてお
り、シリンダ軸３３の先端を第２のダイス移動台２８ｂ
の外側面に固定してある。なお、押込機構３２は、油圧
シリンダに限られず、空圧機器、電動機及びボールネジ
を用いたものであってもよい。

【００１８】丸ダイス回転機構２７は、第１の丸ダイス
２２ａ及び第２の丸ダイス２２ｂを高精度で同期回転さ
せるものであり、サーボモータ３４ａ，３４ｂでの回転
力を丸ダイス２２ａ，２２ｂの主軸３５ａ，３５ｂに伝
達する。

【００１９】第２のダイス移動台２８ｂと圧力プレート
２９との間には、本発明のフローティング機構２３が設
けられる。このフローティング機構２３は、一対のラッ
ク３６ａ，３６ｂと、基台２５の上面に固定されたピニ
オン３７とで構成される。一対のラック３６ａ，３６ｂ
は、それぞれが前後からピニオン３７に噛み合うと共
に、一方のラック３６ａが圧力プレート２９の下端に、
また他方のラック３６ｂが第２のダイス移動台２８ｂの
下端にそれぞれ固定される。なお、この実施形態では、
一対のラック３６ａ，３６ｂとピニオン３７は、第２の
ダイス移動台２８ｂと圧力プレート２９との間に設けて
あるが、第１のダイス移動台２８ａと第２のダイス移動
台２８ｂとの間に設けてもよい。

【００２０】上記第１のダイス移動台２８ａと、第２の
ダイス移動台２８ｂとの中間にはワーク２１を支持する
ためのワーク支持機構２０が基台２５上に配設される。
このワーク支持機構２１は、図７に示したように、基台
２５上に離れて一対設けられたセンタ台３８，３９と、
各センタ台３８，３９の上部前面に突設された押込みセ
ンタ４０とチャックセンタ４１とを備え、一方のセンタ
台３８に内蔵されたクランプシリンダ装置（図示せず）
の駆動によって押込みセンタ４０が押出され、チャック
センタ４１との間でワーク２１をクランプする。前記セ
ンタ台３８，３９は基台２５に固定されており、従来の
ような揺動機構や横スライド機構を有しない。なお、上
記のセンタ台３８，３９は、ウォームやセレーションな
どを転造加工する際のワーク支持機構として有用であ
り、また図８に示したような左右一対の回転ブッシュ４
３，４４によるワーク支持は、ワーク２１からボールネ
ジを転造加工する際のワーク支持機構として有用であ
る。この場合にも回転ブッシュ４３，４４の下端はボル
ト４５で締結されて揺動しないため、ワーク中心が固定
されたものとなる。

【００２１】次に、ダイス移動台移動機構２６を作動さ
せた時の第１のダイス移動台２８ａ、第２のダイス移動
台２８ｂ及び圧力プレート２９の動きを図５及び図６に
基づいて説明する。押込機構３２を作動させてシリンダ
軸３３が伸びた状態を図中二点鎖線で示す。シリンダ軸
３３が伸びると、第２のダイス移動台２８ｂは押されて
ワーク２１の中心線４２に向かって（図中Ａ方向）、ス
ライドレール３０上をスライド移動する。一方、図６に
示したように、第２のダイス移動台２８ｂと圧力プレー
ト２９との間にはラック３６ａ，３６ｂとピニオン３７
が設けられているため、圧力プレート２９は、第２のダ
イス移動台２８ｂの移動方向と反対方向（図中Ｂ方
向）、即ち図５で示した右方向に第２のダイス移動台２
８ｂと同一距離スライド移動する。この時、圧力プレー
ト２９と４本のはり軸３１で連結されている第１のダイ
ス移動台２８ａも、圧力プレート２９と同じ右方向（図
中Ｂ方向）に同一距離だけ移動する。したがって、第１
のダイス移動台２８ａと第２のダイス移動台２８ｂは、
互いにワーク２１の中心線４２に向かって同一距離だけ
スライド移動して接近することになる。

【００２２】このように、一本の押込機構３２で左右の
ダイス移動台２８ａ，２８ｂを互いに接近させ、丸ダイ
ス２２ａ，２２ｂを回転させながら両側からワーク２１
に押し込むことで転造圧力を作用させる。この転造圧力
によってワーク２１が回転作用を受け、局部的な塑性変
形を繰り返してワーク２１にネジ溝が形成される。とこ
ろで、丸ダイス２２ａ，２２ｂには微小の振れなどが生
じているが、丸ダイス２２ａ，２２ｂでワーク２１を両
側から押し込んだ時に、これらの振れが反力となって両
方のダイス移動台２８ａ，２８ｂおよびシリンダ軸３３
を介して圧力プレート２９に伝わる。そして、この反力
はラック３６ａ，３６ｂとピニオン３７との間に発生す
るバックラッシュによって吸収される。即ち、この実施
形態では前記ラック・ピニオンのバックラッシュがフロ
ーティング機構２３として作用し、一対の丸ダイス２２
ａ，２２ｂが互いに自分の振れを吸収しながら調芯さ
れ、その状態からワーク２１を押し込むことができる。
転造加工中はワーク２１が固定されている一方、丸ダイ
ス２２ａ，２２ｂの方で常に調芯しているために、転造
圧力を作用させてもワーク２１には振れが発生しない。

【００２３】なお、本発明は、フローティング機構２３
として、上記実施形態のラック・ピニオンに限定されな
いことは勿論であり、例えばリンク機構を設けることで
同様の作用効果を生じさせることができる。

【００２４】本発明の転造装置および転造加工方法は、
寄せ転造加工および押込み転造加工のいずれにも適用す
ることができる。寄せ転造加工において、ボールネジで
はリード誤差や変動が少なくなり、加工長の短いウオー
ムや台形ネジでは軸振れが抑えられる。この場合、両寄
せ転造のみならず片寄せ転造においても、上記加工方法
によって同様の作用効果が得られる。また、本発明は、
押込み転造加工において、インボリュート・セレーショ
ンやインボリュート・スプラインの分割精度を上げるこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る転造
装置および転造加工方法によれば、転造加工時にはワー
クの中心と転造工具の外周に位置する加工点とを結ぶ線
上でワーク中心を固定したので、転造加工初期における
ワークの振れを抑えることができた。また、フローティ
ング機構を設けたことによって、左右の転造工具がワー
クに押し込む際の僅かな移動速度差や転造工具の回転振
れなどを吸収して調芯されるので、ワークの飛び跳ねな
どを確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フローティング機構を備えた本発明の両寄せ転
造装置の概念図である。

【図２】両寄せ転造におけるフローティング機構の原理
図である。

【図３】フローティング機構を備えた本発明の片寄せ転
造装置の概念図である。

【図４】片寄せ転造におけるフローティング機構の原理
図である。

【図５】フローティング機構を備えた本発明に係る転造
装置の正面図である。

【図６】フローティング機構を備えた本発明に係る転造
装置の平面図である。

【図７】ワーク支持機構の一実施例を示す概念図であ
る。

【図８】ワーク支持機構の他の実施例を示す概念図であ
る。

【図９】従来の転造装置の一例を示す正面図である。

【図１０】揺動機構を備えた従来のワーク支持機構を示
す概念図である。

【符号の説明】

２０ ワーク支持機構 ２１ ワーク ２１ａ ワークの中心 ２２ａ，２２ｂ 丸ダイス（転造工具） ２３ フローティング機構 ２４ａ，２４ｂ 丸ダイスの外周に位置する加工点 ２５ 基台 ２６ ダイス移動台移動機構（駆動機構） ２７ 丸ダイス回転機構（駆動機構）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを保持するワーク支持機構と、こ
   のワーク支持機構に保持されたワークに転造圧力と回転
   力を加える転造工具と、この転造工具に前記転造圧力と
   回転力とを付与する駆動機構とを備えた転造装置におい
   て、 前記ワークの中心と転造工具の外周に位置する加工点と
   を結ぶ線上で前記ワークの中心を固定するワーク支持機
   構と、 固定されたワークの中心と左右の転造工具の外周に位置
   する加工点との距離が等しくなるように、転造工具の外
   周に位置する加工点を調芯するフローティング機構とを
   備えたことを特徴とする転造装置。
2. 【請求項２】 前記ワーク支持機構および左右の転造工
   具が基台上に設置され、この基台にワーク支持機構が固
   定される一方、左右の転造工具は基台上を同期スライド
   すると共に、フローティング機構を介して基台に取付け
   られていることを特徴とする請求項１記載の転造装置。
3. 【請求項３】 保持されたワークに対して、転造圧力と
   回転力を加えて転造加工する方法において、 前記ワークの中心と転造工具の外周に位置する加工点と
   を結ぶ線上でワークの中心を固定すると共に、固定され
   たワークの中心と左右の転造工具の外周に位置する加工
   点との距離が等しくなるように、転造工具の外周に位置
   する加工点を調芯しながら加工することを特徴とする転
   造加工方法。