JP2004314179A - 強圧延装置用分割ケージ - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸、カム軸等の細長被加工片を強圧延する装置を提供する。
【解決手段】本装置は上下工具を有する。上下工具のうちの少なくとも１つが、該工具内で延在する軸を具備する工具ハウジングを有する。前記軸を中心とするローラが配設され、このローラが軸上で回転可能に支持されている。少なくとも１つの加工ロールが前記軸に対して回転し、工具ハウジングに固定された第１および第２のケージ部材によって保持されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、広義の概念で言えば、エンジンのクランク軸のフィレット（隅肉）、または、その他の高い応力負荷を受ける金属被加工片における環状領域の強圧延に係わり、さらに具体的に言えば、エンジンのクランク軸、または、その他の類似する被加工片の強圧延に使用される強圧延機構の上工具におけるローラの支持および整合に使用する分割ケージ（保持具）に関するものである。

この技術の現状は、以下の参考文献に示されている。
Ｇｏｔｔｓｃｈａｌｋ氏の米国特許第５４９５７３８号、Ｇｏｔｔｓｃｈａｌｋ氏他の米国特許第５４４５００３号、Ｂｏｎｅ氏の米国特許第５４９３７６１号、Ｗｉｎｋｅｎｓ氏の米国特許第５１３８８５９号、Ｂｅｔｓｒｅｉｎ氏の米国特許第４５６１２７６号、Ｏｓｔｅｒｔａｇ氏の米国特許第４９４７６６８号。

内燃機関用のカム軸やクランク軸等の金属被加工片の強化および仕上げ用に、種々の機械と方法があることは技術上周知である。現在の多くの自動車用エンジンは、小型車に取り付けられるように小型化されている。それに応じて、自動車および構成部品も小型化されて、重量低減や燃費改善がなされ、そのため小型のエンジンやクランク軸が必要になっている。したがって、小型化された小サイズのクランク軸の疲労強度や耐久性の改善が求められている。疲労強度や耐久性の改善は、クランク軸のフィレットやその他の円形結合区域の強圧延により達せられる。クランクピンおよび主軸受けジャーナルの疲労強度と耐久性は、ピン・ジャーナルと、隣接する釣り合い錘または釣り合いウエブとの間の環状フィレットの中央に強圧延による圧縮応力を加えることにより著しく高められる。

強圧延加工時には、加工工具が被加工片と接触している間に、加工工具および被加工片の潤滑および／または冷却に必要な多量溢流式注油を行うことが、工業界では長年にわたって知られてきた。より最近の潤滑および／または冷却の処置には、霧の形態での制限された冷却液供給が含まれている。これらのいずれの冷却／潤滑方法でも、加工領域で被加工片から切り屑その他の破片や異物が発生し、被加工片や使用工具機構に付着する傾向がある。

加工工具や被加工片に破片が付着することで、この工業分野の生産には多くの問題が生じる。第１に、工具機構にかなりの損耗が生じ、工具寿命が明らかに短くなる。第２に、加工工具の寿命と性能を増すために、工具を外して清掃し、清掃した工具を次の使用のために再取り付けするのに、多くの人時が必要になる。これが、生産性に著しい悪影響を与え、清掃中は強圧延加工に加工工具を使用できないため生産性が低下する。さらに、清掃のための加工工具の取り外しや摩耗部品の交換が複雑なことで、時間がかかり、このことによっても工具の生産性や寿命見込みに悪影響が与えられる。第３に、加工領域に集まる破片は、強圧延加工中に加工工具と被加工片との間で害を与え、圧縮応力に不整合を生じさせ、強圧延法の目的を著しく損ない、クランク軸またはその他の被圧延加工片の寿命に悪影響を与える。第４に、切り屑や破片の悪影響のため、しばしば加工ロールの交換を要することにより、強圧延加工費用が増大する

また、従来技術の強圧延機には、摩耗部品の交換または工具自体の清掃にあたっての上下工具の組み立てと分解の複雑さに係わる問題がある。工具の組み立てや分解に要する時間の長さは、工具が作動するラインの非稼働時間に加えて、工具の生産性や組み立てライン工程に悪影響を及ぼす。さらに、多くの従来技術の強圧延機では、ケージ保持器によって所定位置に保持されている摩耗ローラケージを交換するためには、工具を取り外す必要がある。先行技術の強圧延機のローラケージは、バックアップローラと加工ロールとの関係で、所定位置に設定されている。ローラケージが摩耗すれば、役に立たなくなり、交換しなければならない。交換の全工程は、それに要する時間も高くつけば、部品の費用もかかる。したがって、ケージ保持器と協働して、またはケージ保持器なしで、作動する調節可能なローラケージが技術上要求される。また、工具構造体内でケージ保持器と協働して、または保持器自体上で使用するための調節可能な分割ケージが技術上必要とされている。また、上下工具の分解や組み立てをより容易にし、非稼働時間や保守を低減化させ、製造環境内での強圧延機の生産性を高めることが必要である。

本発明の一つの目的は、強圧延機構の上下工具において使用するための分割ケージ構造を提供することである。
本発明の別の目的は、調節可能である一方、加工工具の寿命および生産性を増すことのできる分割ケージを提供することである。
本発明の、その他の目的、特徴、利点は、添付図面を見ながら行う以下の説明で明らかになるだろう。

本発明によれば、前記およびその他の目的、利点は、強圧延工具機構用分割ケージの新規な構造により達成される。２部片から成る上加工工具２０は、第１胴部材２２と第２胴部材２４とを含み、両胴部材は相互に概ね左右対称である。胴部材２２，２４は、それぞれ一端に長方形の凹所３２含み、かつ内表面に複数のポケットまたは空所を有する。複数の分割ケージ３６は、各胴部材２２，２４の長方形の凹所３２内で整合され結合されている。これらのケージ３６は、クランク軸およびその他の被加工物の強圧延時に加工ロールを支持する。

強圧延機で使用する上下の加工工具としては、多くの構造が知られている。本発明は、公知のあらゆる下工具または上工具の構造として利用可能である。通常、下加工工具は、一方の側にＶ字形の切り欠き部を有するか、または、有しない実質的に長方形の主胴部材を含む。また、留意すべきは、考えられる本発明の別の実施例では、下工具用に概ねＬ字形の主胴部材も使用できる点である。主胴部材は、第１および第２部材を含み、それらの各側が相互に対称的に整合し、各部材が間隔を置いた１対の隆起部を含み、隆起部の各縁部が環状レースを形成している。２つのハブが、両側間で軸線方向に設けられ、対向的に整合されたレースによって支持され、各ハブが、平頭螺子または他の周知の締着具により隆起部に固定される。１対の受承ローラが、ハブによって支持されたニードル軸受けにより回転可能に支持されている。

また、強圧延機は、例えば、図１〜図５に示す上工具２０，１２０，２２０，３２０，４２０を含む。図１の上工具は、本発明による上工具の例であり、概して２つの胴部材またはハウジングを含む。単一部材としてのハウジングを有する代替例、例えば、図３に示す工具２２０も考えられる。本明細書で用いられるとおり、図示の各種実施例の場合、類似する構成部材、または、等しい構成部材には、類似する符号が付されている。工具２０の２部片ハウジングが、第１ハウジング部材２２と第２ハウジング部材２４とを含み、これらは相互に概ね左右対称であるが、留意すべきは、２部材が、設計上の要求にしたがって互いに全く異なっている点である。２部片ハウジング２２，２４は、概ね方形または長方形形状を有する。しかし、留意すべきは、強圧延装置の必要に応じて、他のどのような形状も使用できる点である。２部片ハウジングである第１および第２部材２２，２４は、また、側面を貫通する複数の第１および第２のスロット２８を含む。これらスロット２８は、第１および第２の半径方向パターンで等間隔に配置されている。スロット２８は、作動中、加工工具の清浄化および潤滑を行なうために使用される。留意すべきは、強圧延上工具２０の潤滑上の要求や設計環境に応じて他の何組のスロットを使用してもよく、また皆無でもよい点である。

図１０に示すように、２部片から成るハウジングの第１および第２ハウジング部材２２，２４の開口内に軸３８が配置されている。軸３８の外周を囲んで、バックアップローラ４０が配置されている。軸３８は、キー／スロット機構または何らかの他の軸取り付け用公知手段により、２部片ハウジング部材２２，２４に回転可能に定置されている。２部片ハウジング部材２２，２４は、それぞれポケット４２を有し、バックアップローラ４０が定置軸３８の周囲を回転する間、該バックアップローラを所定位置に保持する。バックアップローラ４０は、軸３８の外周を囲む複数の軸受けまたは類似物によって支持されている。バックアップローラ４０は、上工具組み立て体の加工ロール４４によって生じる速度で回転する。複数の加工ロール４４は、２部片ハウジング２２，２４の予め定められた位置に配置されている。第１および第２の加工ロール４４は、ハウジング部材２２，２４に鋳造または機械加工により形成された凹所３２内に配置されている。本明細書における用語「凹所」とは、各ハウジング部材２２，２４に１つの凹所を有する２部片工具構造、および、単一凹所を有する単一ハウジング部材２２０を有する構造の両者を包含する。各工具内に１つだけの加工ロール４４を有するようにすることも考えられる。加工ロール４４は、クランク軸のローブまたはその他の表面に沿って回転し、またバックアップローラ４０を可逆式に回転させることもある。留意すべきは、本発明による上工具２０は、鋼材料製だが、例えば青銅、複合材料、プラスチック、セラミック等のその他の材料でもよい点である。

留意すべきは、分割ケージのどのような組み合わせも、先行技術の上工具または本発明の２部片回動構造の上工具２０と共に使用できる点である。分割ケージの使用は、１度に１つの加工ロールを取り外し、また、加工ロールに対して分割ケージを微調整できるようにして、２部片構成の上工具回転機構の生産性と効率を高めるものである。

図１に、本発明の分割ケージ構造の使用に適する２部材から成る工具２０が示されている。分割ケージは、工具ハウジングの各半体の凹所３２に取り付けられている。各分割ケージ部材３６は、例えば、図７に示すように、軸線方向に延在する穴８０を有するように形成されている。一好適例では、穴８０が、凹所３２内へ突出する伸長部３３、または、その他の部材を受容する。一実施例では、締着具、または、その他のねじ部材が、伸長部３３の位置を調節するために使用されるか、または、ケージ部材３６に直接当てつけられ、ケージ部材３６を凹所３２内の異なる位置へ動かすことができる。雌螺子が切られた穴８０に、ねじ付き締着具が受容され、この締着具（図示せず）を回転させることにより、ケージ部材３６の微調整が可能な実施例も考えられる。

図２に、別構造の分割ケージ３６が示されている。留意すべきは、この分割ケージが、既述の分割工具２０、すなわち上下の工具用に設計されているが、先行技術の工具ハウジングに使用することもできる。この実施例では、分割ケージ３６が、長方形の胴部６６を含む。一実施例では、ケージ３６の円弧形領域が、凹所３２の円弧形ポケット領域３５と事実上合致するように構成されており、幾つかの事例では凹所３２内でのケージ３６の保持が強化される。図８に示すように、分割ケージ３６の一端に溝またはポケット６８が形成され、該溝またはポケットは、そこに保持される加工ロール４４の形状に似た形状を有する。分割ケージ３６の反対側端部には貫通穴７０がある。穴７０は、一端に円形凹所部７２を有し、該凹所部は、締着具の頭部を受容し保持するために、拡径されている。分割ケージ３６は、この穴７０が凹所３２の一端から伸びるタブ５０の穴５４と整合するように、上工具２０の凹所３２内に配置される。分割ケージ３６を上工具２０のタブ５０に結合し固定するために、締着具、または、その他の固定機構が用いられる。次に、加工ロール４４が、ポケット６８内に配置され、第２分割ケージ３６が、タブ４８上の所定位置で第１分割ケージ３６と好ましくは直接対向するが、第１分割ケージの平面と同一平面上で整合する。第２ケージは、穴７０が上工具２０の第２タブ４８の穴５４と整合するように配置され、そこに固定される。これによって、加工ロール４４は、２つ割型ケージ３６を介して固定され、加工ロール４４が摩耗した場合、全ケージの保持器または組立体および両加工ロールを取り外すことなく、個々の加工ロール４４を交換できる。したがって、費用を低減化し、上下加工工具の生産性を高めることができる。

図７、図８に、本発明による分割ケージ３６の別の実施例が示されている。図７は、一端にポケット６８が形成された概ね長方形形状の分割ケージ３６を示す。分割ケージ３６の他端には穴８０が設けられ、該穴８０が、図１に示した工具機構で使用される既述の締着用ピン、ダボ等の端部を受け入れる。
図９に示す分割ケージ３６の別の実施例は、概ね長方形形状を有し、一端に加工ロール４４を受け入れるためのポケット（図９には示されていない）を有する。この分割ケージ３６は、その他端に、同部分から伸張する円筒形突出部８２を有する。この円筒形突出部８２は、凹所３２と連通する、上工具２０の穴内に配置することができ、その場合、工具ハウジング内のダボおよび締着具が、突出部８２の端部と接触し、突出部８２に対して動かすことで、加工ロール４４の周囲で分割ケージ３６が調節される。留意すべきは、分割ケージ３６の３つの設計は、全てアモコ青銅等の公知材料で製造できる。しかし、例えば鋼、金属、プラスチック、セラミック、複合材料等、青銅に比肩し得る他の材料でもよい。

留意すべきは、上工具ユニットの製造時に、２部片から成る回動可能な上工具２０を、より容易に組み立て、分解できる点である。また、１度に１つの加工ロールを交換する能力と、新規な分割ケージ３６により、圧延中のクランク軸に対して正確な位置に加工ロールを保持するケージの精度を微調整する能力とのゆえに、清浄化時間または加工ロールの故障や摩耗による非稼働時間が短縮され、それによって生産性が向上する。
図３は、本発明による構造の分割ケージを有する単一部材から成るハウジング２２０を示す。図３の構造では、１組のケージ保持器７４が４つ組のケージ部材２３６に隣接配置されている。ケージ保持器７４は、周知の方法で工具２２０の縁部に沿って調節可能である。締着具７２は、ケージ部材２３６とケージ保持器７４を結合するためのものである。

図４は、本発明による構造の分割ケージ３３６を有する２部片から成るハウジング３２０を示し、ケージ部材の各々が、２つの加工ロール４４の周囲に係合している。この構造の場合、各ケージ部材３３６は、加工ロール４４を保持するための２つの並列するポケット部分を形成している。締着具３７２が、工具ハウジング部材２２，２４にケージ部材３３６を固定するために使用されている。
図５は、２部片工具ハウジング２２，２４と、分割ケージ４３６とを有する別設計の上工具４２０を示している。ハウジング部材２２，２４の一方または両方が、それらの縁部に沿って伸びるフランジ４２５を含む。分割ケージ４３６は、フランジ４２５に固定されるので、ケージ４３６を受け入れるための凹所を工具４２０に設ける必要はない。工具４２０には、両端にポケット（凹み）６８を有する対称的なケージ４３６を配置することが好ましい。かくして、一方のポケット６８が摩耗すれば、ケージ部材を反対にして他端のポケット６８を加工ロールの周囲に位置づけることができる。

図６ａ〜図６ｄは、図５のケージ部材と類似する対称的なケージ部材４３６を示す説明図である。具体的に言えば、図６ａはケージ４３６の前面図、図６ｃはケージ４３６の端面図、図６ｂは図６ｃの第１截断面、図６ｄは図６ｃの第２截断面を、それぞれ示す。ケージ部材４３６は、両端に円弧表面４３７を有し、この円弧表面が加工ロール４４の周囲に配置されるポケットの一部を画成する。ここで説明した分割ケージは、適当な２部片から成る工具系と共に使用するためのものであり、或る場合には、逆転して、２部片から成る上割り工具の加工ロールの劣化を補償するために調節することできる。
以上に開示した本発明の好適例は、本発明の恩恵、目的、利点を実現するように考察されていることが明らかであるものの、本発明は、添付図面および特許請求の範囲の適正な範囲または公正かつ必要な使用から逸脱することなく、各種修正、変形および改変が可能である。

本発明の分割ケージを有する上工具の斜視図。 本発明の別の実施例による上工具の斜視図。 本発明の別の実施例による上工具の斜視図。 本発明の別の実施例による上工具の部分斜視図。 図４ｂ〜図４ｄと協働して、図４の上工具との使用に適するケージ保持器を異なる観点で示す。 図４ａ、図４ｃ、図４ｄと協働して、図４の上工具との使用に適するケージ保持器を異なる観点で示す。 図４ａ、図４ｂ、図４ｄと協働して、図４の上工具との使用に適するケージ保持器を異なる観点で示す。 図４ａ〜図４ｃと協働して、図４の上工具との使用に適するケージ保持器を異なる観点で示す。 本発明の別の実施例による上工具の部分斜視図。 図６ｂ〜図６ｄと協働して、本発明による分割ケージを異なる観点で示す。 図６ａ、図６ｃ、図６ｄと協働して、本発明による分割ケージを異なる観点で示す。 図６ａ、図６ｂ、図６ｄと協働して、本発明による分割ケージを異なる観点で示す。 図６ａ〜図６ｃと協働して、本発明による分割ケージを異なる観点で示す。 本発明による分割ケージの一実施例の図。 本発明による分割ケージの別の実施例の図。 本発明による分割ケージの更に別の実施例の図。 図１の工具に類似する上工具の断面図。 図１１ｂ、図１１ｃと協働して、本発明によるケージ保持器を異なる観点で示す。。 図１１ａ、図１１ｃと協働して、本発明によるケージ保持器を異なる観点で示す。 図１１ａ、図１１ｂと協働して、本発明によるケージ保持器を異なる観点で示す。

Claims (21)

1. 細長被加工片を強圧延する工具において、
   工具ハウジングと、
   前記工具ハウジングに組み付けられた軸と、
   前記軸を中心として配設され、前記軸上に回転可能に支持されたバックアップローラと、
   前記工具ハウジングに取り付けられ、前記バックアップローラに対して回転可能な少なくとも１つの加工ロールを保持する２部片から成る加工ロールケージとを含む、細長被加工片を強圧延する工具。
2. 前記加工ロールケージが前記工具ハウジングの縁部に沿って形成された凹所内に配置されている請求項１に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
3. 前記凹所内の２つのケージ部材を含み、これらのケージ部材の各々が加工ロールを保持するためのポケットの一部を形成している請求項２に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
4. 前記ケージ部材の各々が、第１および第２のポケットの一部を形成し、前記ケージ部材は、第１および第２の加工ロールの周囲で反対位置にある請求項３に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
5. 前記強圧延工具が４つのケージ部材を含み、該ケージ部材の各々が、加工ロールを保持するためのポケットの一部を形成し、前記ケージ部材が、２つの加工ロールの周囲で対をなして反対位置にある請求項３に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
6. 前記加工ロールケージが、２つのケージ部材を含み、該ケージ部材の各々が、前記工具ハウジングに前記ケージ部材を固定する締着具を受け入れるための穴を有する請求項１に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
7. 前記ケージ部材の各々が、内部に軸線方向に延在する穴を有し、この穴が固定部材を受け入れるようになされており、該固定部材は、前記工具ハウジングから前記凹所内に突出し、前記凹所内の対応する前記ケージ部材を固定している請求項６に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
8. 前記ケージ部材の各々が、前記凹所の、実質的に相補的な領域に受容される円弧部を含む請求項７に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
9. 前記工具ハウジングが、前記凹所の両端から伸びる第１および第２のタブを含み、前記穴が、前記ケージ部材の横側に形成され、前記タブに前記ケージ部材を固定する締着具を受け入れるようになっている請求項６に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
10. 前記工具ハウジングの縁に沿って伸張するフランジを含み、前記加工ロールケージが、前記フランジの反対側に配置された第１組および第２組のケージ部材を含む請求項１に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
11. 各ケージが、その側部に形成された穴を中心として実質的に対称的である請求項９または請求項１０に記載された細長被加工片を強圧延する工具。
12. 強圧延装置において、
    被加工片と接する少なくとも１つの圧延部材を有する上工具ハウジングと、
    前記被加工片と接する少なくとも１つの圧延部材を有する下工具ハウジングとを含み、
    前記上下工具ハウジングのうちの少なくとも一方が、内部に組み付けられた軸と、該軸の周囲に配置され該軸に支持されたバックアップローラとを含み、該バックアップローラが、前記少なくとも１つの圧延部材を回転可能に支持し、
    前記上下工具のうちの少なくとも一方が、前記少なくとも１つの圧延部材を保持するための、前記工具ハウジングに固定された２部片から成るケージを含む強圧延装置。
13. 前記２部片から成るケージが、前記工具ハウジングに形成された凹所内に配置された第１および第２ケージ部材を含む請求項１２に記載された強圧延装置。
14. 前記凹所内の前記ケージ部材の位置が調節可能である請求項１３に記載された強圧延装置。
15. 前記ケージ部材のうちの一方の位置を調節するために、前記工具ハウジング内に回転可能な螺子付き締着具を含む請求項１４に記載された強圧延装置。
16. 前記２個構成ケージが、前記上工具ハウジング内に配置されている請求項１２に記載された強圧延装置。
17. 前記２部片から成るケージが、前記下部工具ハウジング内に配置されている請求項１２に記載された強圧延装置。
18. 前記上下工具ハウジングのうちの少なくとも一方が、第１および第２の工具ハウジング部材を含み、該ハウジング部材がロック位置と解除位置との間で相互に回動可能である請求項１２に記載された強圧延装置。
19. 被加工片を強圧延する装置において、
    工具ハウジングと、
    前記ハウジング内に延在する軸と、
    前記軸を中心として配設され、前記軸に支持されたローラと、
    前記軸に対して回転する少なくとも１つの加工ロールと、
    前記加工ロールの周囲に配置され、前記加工ロールを保持する第１および第２のケージ部材とを含み、該ケージ部材が前記工具ハウジングに固定されている被加工片を強圧延する装置。
20. 前記工具ハウジングに固定された、反対側で組をなす複数のケージ部材を含み、該組をなすケージ部材の各々が加工ロールを保持している請求項１９に記載された被加工片を強圧延する装置。
21. 前記工具ハウジングが、第１のロック位置と第２の解除位置との間で回動可能な第１および第２のハウジング部材と、
    前記第１ハウジング部材に固定された第１組の対向ケージ部材と、
    前記第２ハウジング部材に固定された第２組の対向ケージ部材とを含む請求項２０に記載された被加工片を強圧延する装置。

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