JP2002346684A - 金属軸材の軸肥大加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属軸材の中間部に軸径よりも大径の肥大部を
成形する軸肥大加工方法において、所望の肥大部を得る
ために作用させる圧縮圧力を可能な限り小さくするこ
と。 【解決手段】一対の回転保持体でワークを適当な間隔
（初期掴み間隔）Ｄ_０をおいて保持し、該ワークに軸周
りの回転と、ワークに耐力以上の応力が作用する曲げを
加え、前記両回転保持体間のワークに曲げと曲げ戻しを
繰り返し作用させ、ワークの降伏応力を低下させた後、
ワークに前記回転と曲げ、さらに前記両回転保持体を相
対的に接近させ圧縮圧力を作用させ、両回転保持体間の
ワークの曲げ部内側に形成される凸部をワークの全周に
累積させ所望の肥大部を成形した後、両回転保持体の軸
心を直線状に配置することによりワークの真直化を行
い、圧縮圧力及び回転を停止させワークの中間部任意の
位置に所望の肥大部を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、金属軸材あるいは
金属管の任意の位置に該金属軸材あるいは金属管の径よ
りも大径の肥大部を成形する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属軸材の任意の位置に肥大部を
設ける方法としては、まず第一に大径の軸材から切削し
て、削り出す方法があった。第二にあらかじめ用意した
カラーを止着する方法もあった。しかしながら、第一の
場合には削り捨てる材料の無駄、切削に要する加工時間
が長く必要であること、長尺物の加工に適していないこ
となどの問題点があった。また、第二の場合、例えばカ
ラー等をネジ止めする場合にはネジ加工など追加の加工
が必要となること、溶接の場合には溶接熱の影響を考慮
しなければならないことなどの問題点があった。

【０００３】そこで、本願発明者は金属軸材の中間部に
局部的に軸材の直径よりも大径となる肥大部を形成する
方法として、金属軸材に回転と圧縮圧力及び曲げを作用
させる方法を発明し、特許（日本国特許第１９９３９５
６号）を取得している。この技術によれば、金属軸材の
中間部に容易に肥大部を形成することができるので、従
来のような切削加工、あるいは溶接する必要がなくなる
ものであった。

【０００４】しかしながら、上記特許では金属軸材に曲
げと回転及び圧縮圧力を作用させる条件として、金属軸
材の曲げ部外側に発生する引張による変形を防ぐために
それ以上の圧縮圧力を作用させながら曲げと回転を加え
るものであった。そのため、金属軸材の軸径が大きくな
ればなるほど大きな圧縮圧力を必要とし、結果として、
金属軸材を保持する回転保持体の保持力を大きくする必
要があるとともに、該圧縮圧力、すなわちスラスト荷重
に耐える装置としなければならず、大掛かりなものが必
要になるなど実用に供しないものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、上記従来技術の有する問題点に鑑
みなされたもので、金属軸材に回転と曲げ及び圧縮圧力
を加え、金属軸材の所望の位置に軸材の直径よりも大径
の肥大部を成形する軸肥大加工方法において、所望の肥
大部を得るために作用させる圧縮圧力を可能な限り小さ
くすることを課題としている点である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに対向す
る一対の回転保持体でワークＷである直線状の金属軸材
あるいは金属管を適当な間隔（初期掴み間隔）Ｄ_０をお
いて保持し、該ワークＷに軸周りの回転と、前記回転保
持体の少なくとも一方を他方の回転保持体の軸心に対し
て傾斜する方向へ偏倚させることによってワークＷに耐
力以上の応力が作用する曲げを加え、前記両回転保持体
間のワークＷに曲げと曲げ戻しを繰り返し作用させ、ワ
ークＷの降伏応力を低下させる降伏応力低下工程を行
い、然る後、ワークＷに前記回転と曲げ、さらに前記回
転保持体の一方を他方に接近させることによって圧縮圧
力を作用させる圧縮成形工程により、両回転保持体間の
ワークＷの曲げ部内側に形成される凸部をワークＷの全
周に累積させ所望の肥大部を成形し、次に両回転保持体
の軸心を直線状に配置することによるワークＷの真直化
工程を行った後、圧縮圧力及び回転を停止させることに
よってワークＷの中間部任意の位置に所望の肥大部を成
形することを最も主要な特徴としている。また、互いに
対向する一対の回転保持体でワークＷである直線状の金
属軸材あるいは金属管を適当な間隔（初期掴み間隔）Ｄ
_０をおいて保持し、請求項１記載の降伏応力低下工程と
圧縮成形工程を繰り返し行った後、ワークＷの真直化工
程を行い所望の肥大部を成形することを特徴としてい
る。さらに、互いに対向する一対の回転保持体でワーク
Ｗである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間隔
（初期掴み間隔）Ｄ_０をおいて保持し、上記降伏応力低
下工程と圧縮成形工程を行った後、肥大部の成形に伴っ
て狭くなった両回転保持体間の間隔Ｄ_１を間隔Ｄ_２（Ｄ
_１＜Ｄ_２）として両回転保持体により再保持し、更に上
記降伏応力低下工程と圧縮成形工程を行い、これらの各
工程を繰り返すことにより所望の肥大部を成形すること
を特徴としている。

【０００７】請求項１の発明によれば、初期掴み間隔Ｄ
_０をおいて両回転保持体で保持されたワークＷに圧縮圧
力を作用させない状態で、ワークＷの耐力以上の応力が
作用する曲げと回転を加えることによって、ワークＷに
曲げと曲げ戻しを繰り返し作用させる状態となって、バ
ウシンガー効果により降伏応力を低下させることができ
る。つまり、ワークＷの降伏応力の低下に伴い、圧縮成
形工程で作用させる圧縮圧力を極めて小さくすることが
できる。そのため、加工機自体の両回転保持体の保持力
と耐スラスト荷重も小さくすることができる。なお、こ
の発明において得られる肥大部を備えた金属軸材は曲げ
と回転及び圧縮圧力により成形されているので肥大部は
加工硬化し、ワークＷ自体の強度はほとんど低下しない
ものが得られる。請求項２の発明によれば、降伏応力低
下工程によりワークＷの降伏応力を低下させた後、圧縮
成形工程を行い、さらに圧縮圧力を作用させない状態で
曲げと回転を加え、ワークＷの初期軸径から若干拡径し
た肥大部の降伏応力を低下させる。そして、圧縮成形工
程を行い肥大部を膨出させるものである。そのために、
通常ワークＷの軸径の膨出に伴い作用させる圧縮圧力を
増大させなければならないが、これを抑えることができ
軸径が大きくなっても小さな圧縮圧力で大きな肥大部を
得ることができる。請求項３の発明によれば、降伏応力
低下工程後、圧縮成形工程を行い、然る後、圧縮成形工
程によって狭くなった両保持部の間隔Ｄ_１を再度両回転
保持体により間隔Ｄ_２で保持した状態で、降伏応力低下
工程と圧縮成形工程を行うので、小さな圧縮圧力で大径
かつ幅広の肥大部を成形することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】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。まず、本発明の軸肥大加工方法を用いて肥大部を成
形する拡軸加工機１は、図４乃至図６に示すように床上
に載置されるベースフレーム２上に設けられた駆動回転
保持体３と該駆動回転保持体３を回転させる駆動手段４
と、前記駆動回転保持体３を水平位置から上方へ偏倚さ
せる偏倚手段５と、前記駆動回転保持体３に対向して設
けられる従動回転保持体６と、該従動回転部６を前記駆
動回転部３に相対的に接近あるいは離反させワークＷに
圧縮圧力を作用させる加圧手段７とから主に構成されて
いる。

【０００９】次に上述した各部についてより詳しく説明
する。拡軸加工機１のベースフレーム２は、前後方向の
補強部材８前後端に固着した設置部材９，９上に前側支
柱１０，１０及び後側支柱１１，１１を立設し、後側支
柱１１，１１上部に平面視において後方側が開口した略
々コ字状のリンク支持部材１２と、該リンク支持部材１
２と前記前側支柱１０，１０に固着された支持部材１３
とからなる。そして、この支持部材１３の前方部には回
動支持部材１４，１４が固着されている。

【００１０】前記駆動回転保持体３は中空の支持筒体１
５の両側部に支持プレート１６，１６が固着され、上記
回動支持部材１４，１４に回動支軸１７，１７により、
回動自在に軸着されている。そして支持筒体１５には保
持筒１８が軸回りに回転自在にベアリング１９，２０を
介して支承されている。該保持筒１８内部前端部には雌
ネジ部を、後端部にはテーパ部が設けられている。さら
に、該保持筒１８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２１，２１，２１を嵌め込んでい
る。該チャック部材２１，２１，２１は中空の筒体の端
部外周部に前記保持筒１８後端部のテーパ部に相対する
テーパ角のテーパ部を設け、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２１，２１，
２１前部に保持子２２を嵌め込み、これを中空のボルト
部材２３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２３を締め付けることによ
って、チャック部材２１，２１，２１を後方へ押し出
し、チャック部材２１，２１，２１と保持筒１８のテー
パ部の作用によりチャック部材２１，２１，２１の空孔
部が縮小し、ワークＷを挟持できる構成となっている。
さらに、前記駆動回転保持体３の支持筒体１５下部には
プレート２４が固着されており、該プレート２４に駆動
源となるモータ２５の取付部材２６が固着されている。

【００１１】前記保持筒１８の前部には駆動手段４とし
て従動歯車２７を取付けている。２８は該従動歯車を固
定するナット部材である。そして、駆動源となるモータ
２５が前記取付部材２６に固定され、この出力軸に取付
けた駆動歯車２９が上記従動歯車２７と噛合している。
すなわち、駆動回転保持部３はモータ２５の回転が駆動
歯車２９から従動歯車２７へ伝達され、保持筒１８が回
転する構成となっている。

【００１２】次に、ワークＷの軸心を傾斜させる偏倚手
段５について説明する。上記前側支柱１０，１０前方部
に駆動源となるモータ３０を取付部材３１に取付け、上
下に回動自在に軸着し、該モータ３０の出力軸にカラー
３２を介して取付けられたネジ３３と、該ネジ３３に螺
着されるナット３４と、該ナット３４を前記駆動回転保
持体３から下方に固着したアーム３５，３５に回動自在
にピン３６により枢支したものである。このように構成
した偏倚手段５はモータ３０の正逆転によってナット３
４が前後に移動する。それに伴い前記回動支軸１７，１
７を回動中心として駆動回転保持体３が上下に回動する
構成である。

【００１３】なお、偏倚手段５は本実施例に限らず、例
えば、回動支軸を軸心として駆動回転保持体が回動自在
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の軸心と交差する方向の力
を作用させて傾斜させるものであってもよい。また、偏
倚手段５は駆動回転部を上下回動する構成であるが、水
平回動するものであっても何ら問題はない。

【００１４】そして、上述してきた駆動回転保持体３に
対向するように従動回転保持体６が設けられている。該
従動回転保持体６は支持部材１３，１３上面に止着され
たプレート３７に固着された摺動保持筒３８に前後に摺
動可能に挿通されている。この従動回転保持体６は、中
空の支持筒体３９に保持筒４０がベアリング４１，４２
軸回りに回転自在に支承されている。該保持筒４０内部
には空孔部が設けられ、この空孔部前端部はネジ部とな
っており、外周部にネジ部を設けたスリーブ４３を螺着
している。そして該スリーブ４３後端部には保持子４４
を嵌め込んでいる。なお、前記保持筒４０後部外周部に
もネジ部が形成されており、保持子４４の抜け止めキャ
ップ４５が螺着されている。さらに、支持筒体３９後部
には押圧キャップ４６が螺着されている。

【００１５】従動回転保持体６の後側には加圧手段７が
設けられている。この加圧手段７は、前記従動回転保持
体６を駆動回転保持体３に向かって押圧するもので、ベ
ースフレーム２の前部に一端部が止着された流体シリン
ダである油圧シリンダ４７の伸縮によって作動する。こ
の油圧シリンダ４７の他端部はリンク支持部材１２に回
動自在に枢着された反転リンク４８の下端部に軸着され
ている。そして、該反転リンク４８上部及び上記押圧キ
ャップ４５に接続アーム４９を取付けている。すなわ
ち、油圧シリンダ４７の伸縮によって反転リンク４８が
前後に回動し、それを接続アーム４９を介して従動回転
保持体６が摺動保持筒３８内を前後に摺動する構成であ
る。

【００１６】図面においては、各モータ２５，３０及び
油圧シリンダ４７の制御装置は図示していないが、各モ
ータの回転数あるいは加圧時の圧力は任意に設定できる
ものであると共に、偏倚手段５については角度を任意に
設定できるものである。

【００１７】さらに、図面に示した拡軸加工機は、両回
転保持体３，６内の保持子２２，４４を軸材で構成し、
ワークＷが短い場合の加工に適したものを示している。
しかし、長尺軸の中間部に肥大部を設ける場合には、前
記保持子２２，４４を中空とし、駆動回転保持体３と同
様にワークＷを挟持できる構成とすればよい。

【００１８】上記の構成による拡軸加工機１を用いて第
一の発明に係る軸肥大加工方法による拡軸加工を行う手
順を図１を用いて説明する。まず従動回転保持体６のス
リーブ４３と駆動回転保持体３のチャック部材２１の軸
心が同一直線状に配置されるようにセットする。そし
て、前記スリーブ４３にワークＷを挿通し、油圧シリン
ダ４７を伸長させる。油圧シリンダ４７が伸長すると反
転リンク４８が反時計回り（図５の状態から図６の状
態）に回動し、接続アーム４９を介して、従動回転保持
体６を駆動回転保持体３側に移動する。さらに、油圧シ
リンダ４７の伸長を続けるとワークＷを駆動回転保持体
３のチャック部材２１に挿通される。ワークＷが駆動回
転部３のチャック部材２１に挿通された後、チャック部
材２１とスリーブ４３間に初期掴み間隔Ｄ_０をとり、油
圧シリンダ４７を停止させる。然る後、ボルト部材２３
を捩じ込むことによってチャック部材２１でワークＷを
挟持する。

【００１９】次に、回転駆動源となるモータ２５を作動
させ、ワークＷを軸周りに回転させる。そして、偏倚手
段５の駆動源であるモータ３０を作動させ、回動支軸１
７を中心として駆動回転保持体３を上方へ回動させる。
このときの曲げ角度は、初期掴み間隔Ｄ_０内のワークＷ
に耐力を超える曲げ応力が加わる程度とする。この状態
においてワークＷには曲げ曲げ戻しが繰り返し作用する
こととなり、ワークＷの降伏応力をバウシンガー効果に
より非常に低くすることができる。ワークＷの降伏応力
を低下させると初期の状態と比較して非常に小さな負荷
によって塑性変形を行うことができるので、本軸肥大加
工方法においてワークＷに作用させる圧縮圧力も小さく
することが可能となった。上記降伏応力低下工程を終了
させた後、加圧手段７である油圧シリンダ４７を伸長さ
せ、従動回転保持体６を駆動回転保持体３側に接近させ
ることによって、ワークＷに圧縮圧力を作用させる。こ
のように、ワークＷに回転と曲げ、さらに圧縮圧力を作
用させることによって、曲げ内側に生じた凸部をワーク
Ｗ全周にわたって累積させ所望の肥大部を成形すること
ができる。このときワークＷに作用させる圧縮圧力は降
伏応力低下工程によって低下した降伏応力を超える程度
の圧縮圧力でよく、降伏応力低下工程をしなかった場合
の圧縮圧力と比較しても非常に小さなものでよい。そし
て、所望の肥大部が成形されれば、次に偏倚手段５の駆
動源であるモータ３０を作動させ、駆動回転保持体３の
チャック部材２１と従動回転保持体６のスリーブ４３の
軸心が同一直線状になるよう両回転保持体３，６を配置
し、この状態で数回転させワークＷの真直化を行う。然
る後、圧縮圧力と回転を停止後、従動回転保持体６を後
方へ移動させ、ボルト部材２３を緩めてワークＷを抜き
取ればよい。なお、この方法により成形される肥大部を
備えた軸材は、降伏応力低下工程によって加工軟化した
状態となるが、圧縮圧力を加えた状態での圧縮成形工程
によって加工硬化するので、ワークＷの初期の強度をほ
とんど低下させることなく成形することができる。

【００２０】なお、ワークＷの材質と軸径、さらに成形
する肥大部の大きさによって両回転保持体間の間隔と曲
げ角度、さらに圧縮圧力、回転数は適宜最適なもので行
えばよい。

【００２１】次に第二の発明に係る軸肥大加工方法につ
いて図２を用いて説明する。この第二の発明は第一の発
明における圧縮成形工程の後、再度降伏応力低下工程を
行い、成形された肥大部の降伏応力を低下させる。然る
後、圧縮成形工程を行うものである。この降伏応力低下
工程と圧縮成形工程を数回繰り返し、所望の肥大部を得
る方法である。この発明によれば、所望の肥大部を得る
ために、通常はワークＷの軸径の膨出に伴い作用させる
圧縮圧力を増大させなければならないが、これを抑える
ことができ軸径が大きくなっても小さな圧縮圧力で大き
な肥大部を得ることができる。

【００２２】そして、第三の発明に係る軸肥大加工方法
について図３を用いて説明する。これは第二の発明と同
様に降伏応力低下工程と圧縮成形工程を数回繰り返すも
のであるが、圧縮成形工程後、両回転保持体３，６間に
間隔Ｄ_２をとり、両回転保持体３，６によってワークＷ
を保持する。然る後、降伏応力低下工程と圧縮成形工程
を行うものである。成形する肥大部の大きさによっては
これを数回繰り返す。この方法によれば、第一あるいは
第二の発明によって成形される肥大部よりも幅広かつ大
径の肥大部を極めて小さい圧縮圧力で成形することがで
きる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の軸肥大加工
方法は、ワークに曲げと回転及び圧縮圧力を作用させ、
ワークの任意の位置に肥大部を形成する方法であり、か
つ圧縮圧力を作用させる前に、ワークに回転と曲げを加
えることによって、曲げ・曲げ戻しがワーク全周に作用
するためにバウシンガー効果による降伏応力の低下が起
きる。これによってワークが小さな圧縮圧力で塑性変形
する状態となるので従来の方法よりも小さな圧縮圧力を
作用させることで所望の肥大部を得ることが可能となっ
た。そのため、加工機にかかるストレスが小さくて済
み、加工機の構成をコンパクトにすることが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明の軸肥大加工方法の加工順序を示す
説明図 （ａ）図はワークＷの装填状態を示す説明図 （ｂ）図はワークＷに回転と曲げを加えた状態（降伏応
力低下工程）を示す説明図 （ｃ）図はワークＷに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｄ）図は（ｃ）図の状態からさらに圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｅ）図は（ｄ）図の状態からさらに圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｆ）図は曲げを戻し、ワークＷを真直化する状態（真
直化工程）を示す説明図

【図２】第二の発明の軸肥大加工方法の加工順序を示す
説明図 （ａ）図はワークＷの装填状態を示す説明図 （ｂ）図はワークＷに回転と曲げを加えた状態（降伏応
力低下工程）を示す説明図 （ｃ）図はワークＷに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｄ）図は圧縮圧力を停止し、回転と曲げを加えた状態
（降伏応力低下工程）を示す説明図 （ｅ）図はワークＷに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｆ）図は曲げを戻し、ワークＷを真直化する状態（真
直化工程）を示す説明図

【図３】本発明の軸肥大加工方法の加工順序を示す説明
図 （ａ）図はワークＷの装填状態を示す説明図 （ｂ）図はワークＷに回転と曲げを加えた状態（降伏応
力低下工程）を示す説明図 （ｃ）図はワークＷに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｄ）図は掴み間隔Ｄ_２として両回転保持部で再度保持
した状態を示す説明図 （ｅ）図はワークＷに回転と曲げを加えた状態（降伏応
力低下工程）を示す説明図 （ｆ）図はワークＷに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態（圧縮成形工程）を示す説明図 （ｇ）図は曲げを戻し、ワークＷを真直化する状態（真
直化工程）を示す説明図

【図４】本発明の軸肥大加工方法を用いた加工を行う加
工装置の一実施例を示す全体斜視図

【図５】その全体側断面図

【図６】加圧手段と偏倚手段を作動させた状態を示す全
体側断面図

【符号の説明】

１ 拡軸加工機 ２ ベースフレーム ３ 駆動回転保持体 ４ 駆動手段 ５ 偏倚手段 ６ 従動回転保持体 ７ 加圧手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する一対の回転保持体でワー
   クＷである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間
   隔（初期掴み間隔）Ｄ_０をおいて保持し、該ワークＷに
   軸周りの回転と、前記回転保持体の少なくとも一方を他
   方の回転保持体の軸心に対して傾斜する方向へ偏倚させ
   ることによってワークＷに耐力以上の応力が作用する曲
   げを加え、前記両回転保持体間のワークＷに曲げと曲げ
   戻しを繰り返し作用させ、ワークＷの降伏応力を低下さ
   せる降伏応力低下工程を行い、然る後、ワークＷに前記
   回転と曲げ、さらに前記回転保持体の一方を他方に接近
   させることによって圧縮圧力を作用させる圧縮成形工程
   により、両回転保持体間のワークＷの曲げ部内側に形成
   される凸部をワークＷの全周に累積させ所望の肥大部を
   成形し、次に両回転保持体の軸心を直線状に配置するこ
   とによるワークＷの真直化工程を行った後、圧縮圧力及
   び回転を停止させることによってワークＷの中間部任意
   の位置に所望の肥大部を成形することを特徴とした金属
   軸材の軸肥大加工方法。
2. 【請求項２】 互いに対向する一対の回転保持体でワー
   クＷである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間
   隔（初期掴み間隔）Ｄ_０をおいて保持し、請求項１記載
   の降伏応力低下工程と圧縮成形工程を繰り返し行った
   後、ワークＷの真直化工程を行い所望の肥大部を成形す
   ることを特徴とした金属軸材の軸肥大加工方法。
3. 【請求項３】 互いに対向する一対の回転保持体でワー
   クＷである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間
   隔（初期掴み間隔）Ｄ_０をおいて保持し、上記降伏応力
   低下工程と圧縮成形工程を行った後、肥大部の成形に伴
   って狭くなった両回転保持体間の間隔Ｄ_１を間隔Ｄ
   _２（Ｄ_１＜Ｄ_２）として両回転保持体により再保持し、
   更に上記降伏応力低下工程と圧縮成形工程を行い、これ
   らの各工程を繰り返すことにより所望の肥大部を成形す
   ることを特徴とした請求項２記載の金属軸材の軸肥大加
   工方法。