JP2004314300A

JP2004314300A - ２部片から成る上工具

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Publication number: JP2004314300A
Application number: JP2004121413A
Authority: JP
Inventors: Vincent J Lonero; ジェイ．ロネロヴィンセント
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2004-11-11
Also published as: EP1468786A1; US7040132B2; US20040206146A1

Abstract

【課題】クランクシャフトのフィレット、その他高い応力負荷を受ける金属加工片における環状領域の強化および仕上げ加工に関して、新規な強圧延機構を提供する。
【解決手段】２部片から成る上加工工具２０が、互いに概ね鏡面対称をなす第１および第２胴部材２２、２４を含む。胴部材２２、２４は、複数の貫通穴２８を有する。両胴部材のうちの一方２２は、一方の端部が円形である複数の細長スロット２６を有する。他方の胴部材２４は、複数の締着具、柱状部材またはダボ３０を有する。これらは、胴部材２４の表面から伸長し、相対する胴部材２２の細長スロット２６と係合する。胴部材２２、２４は、その一端に長方形の凹所３２を有するとともに、その内表面部に複数のポケットまたは空洞を有する。ポケットのうちの１つは、極めて小さい頂部を除いて、概ね３６０°に亘ってバックアップローラ用の径を有する。
【選択図】図１

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フィレットの強圧延用２部片分割上工具に関するものである。

この技術の現状は、次の参考文献に記載されている。
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領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間部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、当業界では長年にわたって知られている。より最近の潤滑および／または冷却の処置には、霧状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、当業界では多くの問題が生じている。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ために、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、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割り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。

本発明の一目的は、強圧延機構用の２部片から成る上工具または下工具の新規構造を提供することである。
本発明の別の目的は、ボール型回転止め機構または他のロック機構、例えば傾斜面とストッパとを介してロック可能な２部片から成る上工具の新規な設計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および特許請求の範囲から明らかになるだろう。

本発明によれば、前記目的、その他の目的および利点は、深圧延工具機構用の２部片上加工工具および分割型ケージの新規な構造により達成される。この２部片上加工工具２０は、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、これらハウジング部材は互いに概ね左右対称である。ハウジング部材２２，２４は、複数の貫通オリフィス２８を含んでいる。ハウジング部材の一方２４は、一端が円形の複数の細長スロット２６を有する。他方のハウジング部材２２は、その表面から延びる複数の締着具、柱状部材、ダボ３０のいずれかを有し、これらが対向ハウジング部材２４の細長スロット２６と協働し係止される。ハウジング部材２２，２４は、一端に長方形の凹所３２を含み、また内表面には複数のポケットまたは空洞を含んでいる。バックアップローラ用のポケットの１つは、図６に示すように、非常に小さな頂部を除いて、概ね３６０°に亘って直径Ｄを有する。先行技術の工具機構では、バックアップローラのオリフィスまたはポケットは、３６０°よりも十分小さく、したがって、本発明による上工具２０の新規な構造は、バックアップローラの支持の改善と上工具システムの寿命および生産性の向上とを考慮している。複数の割り型ケージ３６は、各ハウジング部材２２，２４の長方形凹所３２で整合され、結合される。加工ロールは、クランク軸等の被加工片の強圧延時には該ケージ３６によって支持される。

強圧延機に使用する上下加工工具としては、多くの構造が知られている。本発明は、公知のあらゆる下部工具または上工具の構造にも使用可能である。通常、下部加工工具は、一方の側にＶ字形の凹みを有するか、または、有しない実質的に長方形のハウジングを含んでいる。また注意すべき点は、考えられる本発明の別の実施例では、下部工具用に概ねＬ字形のハウジングも使用できる点である。該ハウジングは、第１および第２部材を含み、両部材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、両側間に軸方向に設けられ、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固定部材により隆起部に固定されている。１対の受取りローラが、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。

図１、図２を見ると、工具２０の斜視図が示されているが、該工具は、例えば、ここで説明している強圧延機と一緒に使用される上工具である。上工具２０は、通常、独特のねじり特性を有する２部片から成る本体またはハウジングを含み、ハウジング部材が交互に互いにロックまたは分離され、容易な分解および／または使用が可能である。２部片から成るハウジングは、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、該部材は、互いに概ね対称的であるが、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完全に異なっている点である。２部片から成るハウジング２２，２４は、方形状または長方形状である。しかし、注意すべき点は、強圧延機の必要に応じて、どのような他の形状も使用できる点である。

２部片ハウジングの第１および第２部材２２，２４は、好適には、それぞれ側面を貫通する複数第１スロット２８を有する。２つのハウジング部材の一方、例えば、図１および図２に示した第２部材は、複数の第２スロット２６を有する。スロット組２６，２８は、好ましくは、半径方向のパターンで実質的に等間隔である。スロット２８は、作動中の加工工具の容易な清掃、冷却、潤滑に使用される。スロット２６は、工具ハウジング部材を互いに取り付け、ロックするのに使用される。注意すべき点は、このスロット組の数は、強圧延上工具２０の潤滑上、設計上の要求に応じて、他のどの数でもよく、また皆無でもよい点である。

軸３８は、２部片ハウジング２０の第１、第２部材２２，２４の開口内に配置されている。また図４を見ると、図１および図２に示した２部片から成るハウジング２０の側断面図が示されている。バックアップローラ４０は、軸３８の外周に配置されている。軸３８は、２部片ハウジングの部材２２，２４内に、図５に示したようなキー／スロットシステム、または軸を固定するための他の何らかの公知手段により固定される。２部片ハウジング２０は、好ましくは各部材内に形成されたポケット４２を含み、各部材は、バックアップローラ４０が固定軸３８の周囲を回転する間、該ローラ４０を回転可能に所定位置に保持する。一実施例では、ポケット４２は、実質的に円筒形であり、実質的に３６０°未満だが僅かに３６０°を下回る円を形成している。バックアップローラ４０は、軸３８の外周に配置された複数軸受けまたは類似部材４１により支持されるのが好ましい。

一好適実施例では、ハウジング部材の一方、例えば第２ハウジング部材２４が、既述のように潤滑および清掃に使用されるスロット２８より半径方向外方へ配置された複数の細長スロット２６を含んでいる。複数の、例えば４つの細長スロットは、好ましくは互いに等間隔に配置され、ハウジング部材２４の中心から予め決められた半径方向間隔のところに位置している。細長スロット２６の各々は、好ましくは、一端に実質的に円形の穴４６を有する。これによって、胴部の直径より頭部の直径が大きい固定部材３０、例えば螺子、柱状部材、その他ポール状固定部材の挿入が可能になる。工具２０の組み立てまたは分解時に、ハウジング部材２２，２４は、一方のハウジング部材の複数固定部材または柱状部材を、他方のハウジング部材のスロットに嵌め込むことで互いに係止される。固定部材／柱状部材３０がスロット２６に挿入されると、ハウジング部材２２，２４は、相互に回動され互いにロックされる。

図９は、対向ハウジング部材２２の一設計が示されている。上工具２０は、概ね長方形または方形を有し、既述のように、清掃、潤滑、冷却用の複数オリフィス２８を含んでいる。ハウジング部材２２も、また予め決められた半径で等間隔に設けられた、外表面を貫通する複数穴５６を含み、該穴が対向ハウジング部材２４の細長スロットと整合するようになっている。穴５６には、通常、螺子切りされ、螺子部材を受容可能である。該螺子部材は、例えば、他端に相対的に大きい頭部を備えたピンを有する螺子または止め螺子のような固定部材、または別の種類のダボ、ピン等である。作動時、４つの穴５６は、対向ハウジング部材２４の４つの細長スロット２６と整合するのが好ましい。複数の固定部材３０または柱状部材、例えば図１１に示した部材６２は、ハウジング部材２２の４つの穴５６内に固定され、次いで対向ハウジング部材２４がハウジング部材２２の頂部に整合されることで、４つの穴５６内に固定された固定部材３０が、細長スロット２６の円形端部４６に貫通配置される。ハウジング部材２２は、次いで固定部材が細長スロット２６の円形端部４６とは反対側の端部と接触するまで、好ましくは時計回り方向に回動せしめられる。これにより、上工具の２つの分離ハウジング部材２２，２４は方形位置に互いにロックされる。上工具２０は、ハウジング部材２２，２４を互いに回動することで容易に組み立てや分解が可能である。つまり、逆時計回りに回動すれば、分解され、時計回り方向に回動すれば、組み立てられる。

意図したのは、約１３°回動させることにより、ハウジング部材２２，２４を互いに確実にロックまたは解除することであった。しかし、他のどの周知の回動角度を使用することも可能である。注意すべき点は、ボール型回転止め部材を保持または受容するために、ハウジング部材２４に少なくとも１つの別の穴を設けることも考えられることである。このボール型回転止め部材は、例えばハウジング部材２４に配置され、ハウジング部材２２が部材２４上に当てがわれ、４つの柱状部材または固定部材３０が嵌め込まれて、時計方向に回動され、ボール型回転止め部材がハウジング部材２２の内表面に接触することで、ボール型回転止め部材の頂部のボールがハウジング部材２２の内表面に押しつけられ、回転止め部材のばね力により、ハウジング部材２２，２４が完全整合/一致閉鎖位置に固定保持される。また注意すべき点は、柱状部材３０とハウジング部材２２の細長スロット２６との間に傾斜面／ストッパ機構を使用することも考えられる点である。考えられるこの実施例では、細長スロット２６は、第１ハウジング部材２２の内表面に予め決められた角度の傾斜面２７を含む。したがって、固定部材３０を細長スロット２６の大きな開口４６に貫通させると、傾斜の増す傾斜面を滑って、最終的に細長スロット２６の反対側の端部に達して、内表面の端部で肩状ストッパ部材等と接触する。

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の回転に概ね比例する速度で回転する。好ましくは、複数の加工ロール４４が２部片ハウジング２２，２４の予め決められた位置に配置される。第１および第２加工ロール４４は、２部片ハウジング２２，２４内に鋳造または機械加工された凹所３２内に配置される。また各位置に１つだけの加工ロール４４を配置することも考えられる。図５示したハウジング部材２２から、該部材の一方の縁部に設けた好ましくは長方形の凹所３２またはカットアウト部が分かる。図５の実施例では、長方形の凹所３２が、その各端部から延びる第１および第２タブ４８，５０を含むのが好ましい。また、一好適実施例では、凹所３２が、その各端部近くに半円形部５２を含み、該半円形部が、加工ロールケージ３６の相補的な部分を受容するように構成されている。円形穴５４または他の形状の穴は、好ましくは、長方形凹所３２の各端部の各タブ４８，５０を貫通して設けられている。一好適実施例では、固定部材は穴５４内に固定され、凹所３２内に配置されるケージを保持する。加工ロール４４は、クランク軸ローブ等の表面に沿って回転し、またバックアップローラ４０を逆方向に回転させる。注意すべき点は、本発明による上工具２０は、好ましくは鋼材料製だが、例えば青銅、複合材料、プラスチック、セラミック等々、他の各種材料を使用して、ここで説明している２部片から成る上工具を形成してもよい。

本発明の別の態様では、独特の分割構造が提供される。その場合、２つのケージ部分３６ａ，３６ｂは、各加工ロールの周囲に配置され、加工ロールを保持する。ケージをハウジング部材２２，２４に対して保持するには種々の手段を使用できる。例えば既述のように、固定部材を使用して、ケージ部材３６ａ，３６ｂをタブ４８，５０に対して固定できる。割りケージ部材３６ａ，３６ｂを保持する別の構造が図１１に示され、上工具の底部領域を貫通する第１および第２穴５８，６０を含んでいる。これらの穴は、ハウジング部材２４の両側から底部に形成された凹所３２まで延在している。穴５８，６０は、通常、それらの一部に螺子切りされている。一端がピンまたはダボになっている固定部材または螺子６２が、穴５８，６０内へ配置され、上工具２０の凹所３２内のケージ部分３６ａ，３６ｂを調節かつ固定保持するのに使用される。螺子付きのダボまたはピン６２は、上工具２０用の加工ロール４４に対しケージ部分を調節するためのものである。穴５８，６０は、ハウジング部材２２，２４の双方の半部に設けられており、したがってピンとダボを含む４つの穴全部が各上工具２０のために使用される。

注意すべき点は、既述の分割ケージのどのような組み合わせも、どの先行技術の上工具、または、本発明による２部片から成る上工具２０とも一緒に使用できることである。割りケージの使用は、一度に１つの加工ロールを取り外すことや、加工ロールに対し割りケージを微調整して２部片から成る上工具の圧延装置の生産性と効率を高めることを考慮したものである。
注意すべき点は、回動可能な２部片から成る上工具２は、工具自体の製造時の組み立てや分解が、より容易になる点である。また清掃時間または加工ロールの故障や摩耗による非稼働時間の減少により生産性も向上する。これは、一度に１つの加工ロールを交換する能力と、新規の割りケージ３６を用いて圧延されるクランク軸に対し加工ロールを正しい位置に保持するケージの精度を微調整する能力のためである。

さらに別の実施例は、既述のように機能するが設計および操作が僅かに異なっている。２部片から成る上工具の「ミニ・ツイスト」設計も考えられ、この場合、上工具は、既述のようなねじり組み立て体の特徴を有するが、ホルダ部材に保持された小型包装カートリッジの形式となる。ねじり技術のすべては、どの公知下部工具にも使用できる。
以上に開示した本発明の好適実施例は、本発明の恩恵、目的、利点が得られるように十分に計算されていることは明らかだが、本発明は、添付図面および特許請求の範囲の正しい枠または適正かつ必要な使用から逸脱することなく、変更態様、変化形、変更が可能であることが理解されよう。

本発明による割りケージを有する２部片上工具の斜視図。工具ハウジング部材を互いに回動させて示した図１同様の工具の斜視図。本発明による２部片上工具の別の実施例を示す斜視図。図１の２部片上工具の断面図。図１に示した工具同様の工具の一方のハウジング部材の側面図。図１に示した工具同様の工具の他方のハウジング部材の側面図。図６の工具ハウジング部材の第１縁部を示す図。図６の工具ハウジング部材の第２縁部を示す図。図１の工具と同様な２部片から成る工具の一方の工具ハウジング部材の側面図。図９の工具ハウジング部材の縁部を示す図。本発明の別の実施例による工具の一方のハウジング部材の側面図。

Claims

強圧延工具が、
第１および第２部材を有するハウジングと、
前記ハウジングに対して固定され、前記第１および第２部材間に延在する軸と、
前記軸を中心として回転し、かつ該軸に支持されたローラとを含み、
前記第１および第２部材が、実質的に整合してロックされる第１位置と、分離可能な第２位置との間で、相互に回動するようになっている強圧延工具。
前記ハウジング部材のうちの一方に配置され、前記ハウジング部材のうちの他方内へ延在可能であることにより、前記第１位置で前記両部材を互いにロックする回転止め部材を含む請求項１に記載された強圧延工具。
前記ハウジング部材のうちの一方から延びる複数の細長部材と、
前記ハウジング部材のうちの他方における複数のスロットとを含み、該スロットの各々が前記細長部材の１つに対応して、これを受容し、
しかも、前記第１および第２ハウジング部材を、前記第１および第２位置の間でねじることにより、各細長部材が対応スロット内を移動し、前記細長部材が前記第１位置で前記両ハウジング部材をロックするようになっている請求項１に記載された強圧延工具。
前記細長部材の各々が、拡大した頭部を含み、
前記スロットの各々が、対応細長部材の拡大した頭部より大きな、かつまた該頭部に対応する実質的に円形の端部を含む請求項３に記載された強圧延工具。
前記細長部材の各々が、前記ハウジング部材の前記一方に螺子式に受容されるようになっている請求項３に記載された強圧延工具。
前記第１および前記第２のハウジング部材間の、前記第２位置での半径方向の相対変位が約１３°である請求項３に記載された強圧延工具。
前記スロットの各々の縁部に沿って形成され、縁部の或る長さに沿った１傾斜面を画成する複数傾斜面を含み、前記拡大した頭部が前記複数傾斜面に係止されるようになっている請求項４に記載された強圧延工具。
前記第１および第２ハウジング部材の少なくとも一方の縁部に沿って延在する実質的に長方形の凹所と、
前記凹所に組み付けられた実質的に対称的な第１および第２ケージ部材とを含み、該ケージ部材が前記少なくとも１つの加工ロールを保持する請求項１に記載された強圧延工具。
前記第１および第２ケージ部材が前記記凹所内で調節可能である請求項８に記載された強圧延工具。
細長の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内を延びる軸と、
前記軸を中心として配置され、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ための工具。
前記ケージが、実質的に長方形の凹所内に配置されている請求項１０に記載された細長被加工片を強圧延するための工具。
前記凹所の反対側端部から延在する第１および第２タブを含む請求項１１に記載された細長被加工片を強圧延するための工具。
前記ケージが前記凹所内に第１および第２ケージ部材を含み、各前記ケージ部材が、前記凹所内の選択位置に前記ケージを固定する固定部材を受容する穴を有する請求項１２に記載された細長被加工片を強圧延するための工具。
被加工片を強圧延する装置において、
被加工片に対し接触可能な少なくとも１つの圧延部材を有する上工具と、
被加工片に対し接触可能な少なくとも１つの圧延部材を有する下部工具とを含み、
前記上下工具の少なくとも一方が、第１および第２ハウジング部材を含み、該ハウジング部材が、互いにロックされる第１半径方向位置と、ハウジング部材が互いに分離される第２半径方向位置との間で互いに対しねじり可能である被加工片を強圧延するための工具。
前記第１および第２ハウジング部材の少なくとも一方が複数の細長部材を含み、
前記ハウジング部材の他方が、前記細長部材に対応する、また該細長部材を受容する複数スロットを含む請求項１４に記載された被加工片を強圧延するための装置。
前記上工具が第１および第２ハウジング部材を含む請求項１４に記載された被加工片を強圧延するための装置。
前記下部工具が第１および第２ハウジング部材を含む請求項１４に記載された被加工片を強圧延するための装置。
前記第１および第２ハウジング部材の少なくとも一方に、ケージ部材が配置される凹所が画成され、該凹所が、ケージを固定するための、内部に固定部材が配置される穴と連通している請求項１４に記載された被加工片を強圧延するための装置。
前記第１および第２ハウジング部材が、それぞれ周縁部から外方へ、かつまた周縁部に沿って長手方向に延在するフランジを含み、これらのフランジが実質的に前記第１位置で整合し、
第１および第２ケージが前記フランジに対して固定される請求項１４に記載された被加工片を強圧延するための装置。
前記第１および第２ハウジング部材が前記バックアップローラを受容するポケットを含み、該ポケットが前記ハウジング部材内で半径方向に実質的に３６０°延在している請求項１４に対して記載された被加工片を強圧延するための装置。