JP2010125520A - 筒形素材への凹部形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】筒形素材は自由回転させることを前提として、浅い台形溝状の凹部であっても、綺麗に形成することができる転造法を提供することを課題とする。
【解決手段】図(a)に示すように、静止している筒形素材46に対して、出力軸14と共に転造ダイス40を矢印(2)のように、移動させる。結果、(b)に示すように、筒形素材47の内周面47に、転造ダイス40の凸部44が噛み込む。次に、転造ダイス40を回転させる。この回転は筒形素材17が一回転したら止める。
【効果】筒形素材を1回転させると加工が完了する。1回転で加工が終了するため、凹部の形状が崩れる心配はない。したがって、筒形素材は自由回転させることを前提として、凹部を寸法精度良く形成することができる。
【選択図】図7
【解決手段】図(a)に示すように、静止している筒形素材46に対して、出力軸14と共に転造ダイス40を矢印(2)のように、移動させる。結果、(b)に示すように、筒形素材47の内周面47に、転造ダイス40の凸部44が噛み込む。次に、転造ダイス40を回転させる。この回転は筒形素材17が一回転したら止める。
【効果】筒形素材を1回転させると加工が完了する。1回転で加工が終了するため、凹部の形状が崩れる心配はない。したがって、筒形素材は自由回転させることを前提として、凹部を寸法精度良く形成することができる。
【選択図】図7
Description
本発明は、筒形素材の内周面に、等ピッチで凹部を形成する凹部形成方法に関する。
筒形素材の内周面に、等ピッチで凹部を形成する凹部形成方法を、転造法で実施する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許第3947204号公報(図6、図7)
特許文献1の段落番号[0016]第2行〜第6行に「・・・転造開始直後に形成された歯溝が素材一回転の自転後再びより深く成形しようとする転造工具5の外歯(凸部)5aに正確に一致しなければ円周均等な分割精度を確保できないことになる。」の説明がある。この説明から、特許文献1では、素材一回転毎に、素材に歯形を徐々に形成する。すなわち、特許文献1では、素材を複数回、回転させることで歯形の造形を完了する。
特許文献1の発明を、更に次図に基づいて説明する。
図11は従来の凹部形成技術を説明する図であり、(a)において、回転自在に支持されている筒形素材101の内周面に、歯形102を有する転造ダイス103を押し付ける。そして、転造ダイス103を回転させる。すると、筒形101が連れ回る。そして、歯形102により、筒形素材101の内周面に浅い凹部104が形成される。
図11は従来の凹部形成技術を説明する図であり、(a)において、回転自在に支持されている筒形素材101の内周面に、歯形102を有する転造ダイス103を押し付ける。そして、転造ダイス103を回転させる。すると、筒形101が連れ回る。そして、歯形102により、筒形素材101の内周面に浅い凹部104が形成される。
筒形素材101が1回転する毎に、転造ダイス103を矢印(1)のように、一定距離だけ前進させる。転造ダイス103の回転と前進とを繰り返して、筒形素材101を複数回、回転させると、(b)に示すような内歯形状の凹部105ができあがる。凹部105の形状が、転造ダイス103の歯形102の形状と同一であって、歯形102が凹部105に転写又は転移されたように見える造形法であるため、この加工方法は転造法と呼ばれる。
転造法は、仕上がり精度の点で、切削による歯切り法より劣るが、加工コストなどが少なくて済むという利点がある。
しかし、本発明者らの研究で、特許文献1の転造法には次のような欠点があることが分かった。
先ず、転造ダイス103の公転が2回転目に入ると、1回転目に形成された浅い凹部104に隣接する歯面106aに転造ダイス103の歯形102が食い込み、凹部104及び凹部104に隣接する成形歯形106の形状が悪くなることがあった。3回転以降も同様であって、凹部104及び成形歯形106の形状が劣化し、結果、所望の寸法精度の凹部105及び凹部105に隣接する成形歯形107ができないことがあった。
この寸法精度の低下は、インボリュート歯形では転造ダイス103の歯形102が形成された凹部104に入りやすいので形成されにくいが、凹部105が浅く、成形歯形107の歯厚が大きいような、例えば、台形溝で顕著になることが分かった。
しかし、本発明者らの研究で、特許文献1の転造法には次のような欠点があることが分かった。
先ず、転造ダイス103の公転が2回転目に入ると、1回転目に形成された浅い凹部104に隣接する歯面106aに転造ダイス103の歯形102が食い込み、凹部104及び凹部104に隣接する成形歯形106の形状が悪くなることがあった。3回転以降も同様であって、凹部104及び成形歯形106の形状が劣化し、結果、所望の寸法精度の凹部105及び凹部105に隣接する成形歯形107ができないことがあった。
この寸法精度の低下は、インボリュート歯形では転造ダイス103の歯形102が形成された凹部104に入りやすいので形成されにくいが、凹部105が浅く、成形歯形107の歯厚が大きいような、例えば、台形溝で顕著になることが分かった。
上記の欠点は、筒形素材101を、転造ダイス103の回転速度に同期して強制回転(自由回転ではなく。)させることで、解消できる。
しかし、筒形素材101を駆動させると、転造装置が大型になり高価になる。
そこで、筒形素材は自由回転させることを前提として、浅い台形溝状の凹部であっても、寸法精度を高めることができる転造法が求められる。
しかし、筒形素材101を駆動させると、転造装置が大型になり高価になる。
そこで、筒形素材は自由回転させることを前提として、浅い台形溝状の凹部であっても、寸法精度を高めることができる転造法が求められる。
本発明は筒形素材は自由回転させることを前提として、浅い台形溝状の凹部であっても、寸法精度を高めることができる転造法を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、筒形素材の内周面に、等ピッチで凹部を形成する凹部形成方法であって、
前記凹部に対応する凸部を前記ピッチと等しいピッチで外周に備えている転造ダイスを準備すると共に、この転造ダイスを回転させるダイス回転機構と、このときの回転軸に直交する方向へ前記転造ダイスを移動させるダイス移動機構と、前記筒形素材を回転自在に支持するコンテナとを備えている転造装置を準備する準備工程と、
前記転造ダイスを前記筒形素材の筒内へ配置するダイス配置工程と、
前記ダイス移動機構により前記転造ダイスを移動させ、前記筒形素材の内周面に噛み込ませる第1塑性加工工程と、
前記筒形素材の内周面の一周分だけ、前記ダイス回転機構により前記転造ダイスを回転させる第2塑性加工工程とからなり、
前記第1塑性加工工程で、前記凹部の深さが確保できるように転造ダイスを移動させることを特徴とする。
前記凹部に対応する凸部を前記ピッチと等しいピッチで外周に備えている転造ダイスを準備すると共に、この転造ダイスを回転させるダイス回転機構と、このときの回転軸に直交する方向へ前記転造ダイスを移動させるダイス移動機構と、前記筒形素材を回転自在に支持するコンテナとを備えている転造装置を準備する準備工程と、
前記転造ダイスを前記筒形素材の筒内へ配置するダイス配置工程と、
前記ダイス移動機構により前記転造ダイスを移動させ、前記筒形素材の内周面に噛み込ませる第1塑性加工工程と、
前記筒形素材の内周面の一周分だけ、前記ダイス回転機構により前記転造ダイスを回転させる第2塑性加工工程とからなり、
前記第1塑性加工工程で、前記凹部の深さが確保できるように転造ダイスを移動させることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、第1塑性加工工程で、転造ダイスの移動中に、ダイス回転機構により前記転造ダイスを所定角度反復回転させることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、凹部は、底の長さを1.0としたときに、深さが0.2〜0.3である台形溝であることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、筒形素材を1回転させると加工が完了する。1回転で加工が終了するため、凹部の形状が崩れる心配はない。したがって、筒形素材は自由回転させることを前提として、凹部を寸法精度良く形成することができる。
請求項2に係る発明は、第1塑性加工工程で、転造ダイスの移動中に、ダイス回転機構により転造ダイスを所定角度反復回転させる。反復回転により転造ダイスに振動を付与することができ、この振動により転造ダイスの凸部を効率よく筒形素材に食い込ませることができる。結果、ダイス移動機構で発生する移動力を低減することができる。
請求項3に係る発明は、凹部は、底の長さを1.0としたときに、深さが0.2〜0.3である台形溝である。浅い台形溝を従来に転造法で加工すると形状が崩れる。本発明によれば、浅い台形溝を綺麗な形状に仕上げることができる。
従って、本発明は浅い台形溝に特に有益である。
従って、本発明は浅い台形溝に特に有益である。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1は転造装置の原理を説明する図であり、転造装置10は、鋼製又は鋳物製のハウジング11と、このハウジング11の天井部12に水平移動自在に載せたスライドベース13と、このスライドベース13に出力軸14が縦置きで且つ下向きになるように載せたダイス回転機構15と、このダイス回転機構15を含みスライドベース13を水平に移動させるダイス移動機構20(詳細後述)と、ダイス回転機構15の下方に配置された筒状のコンテナ30と、ダイス回転機構15及びダイス移動機構20を本発明方法に基づいて制御する制御部60とを備える。
図1は転造装置の原理を説明する図であり、転造装置10は、鋼製又は鋳物製のハウジング11と、このハウジング11の天井部12に水平移動自在に載せたスライドベース13と、このスライドベース13に出力軸14が縦置きで且つ下向きになるように載せたダイス回転機構15と、このダイス回転機構15を含みスライドベース13を水平に移動させるダイス移動機構20(詳細後述)と、ダイス回転機構15の下方に配置された筒状のコンテナ30と、ダイス回転機構15及びダイス移動機構20を本発明方法に基づいて制御する制御部60とを備える。
ダイス回転機構15は、回転角度や回転量を正確に制御することができるサーボモータが好適である。
ダイス移動機構20は、ハウジング11の高床部16とこの高床部16の下方に配置されている床部17との間に軸受21により鉛直軸廻りに回転自在に支持されたナット部材22と、このナット部材22にねじ込まれているねじ軸23と、このねじ軸23の上端に固定されたくさび部材24と、ナット部材22を駆動するくさび昇降モータ25とからなる。
くさび昇降モータ25でナット部材22を回し、ねじ軸23を上昇又は下降させる。ねじ軸23を下げるとくさび部材24も下がり、くさび部材24はテーパ面26でスライドベース13を図面右側へ押し出す。テーパ角度をθとすれば、水平移動量=下降量×tanθとなる。θが15°であれば、tanθは0.268となる。下降量が10mmであれば、水平移動量は2.68mmとなる。微少の移動量を容易に発生させることができ、出力軸14の位置を精密に設定することができる。
また、高床部16と床部17との間に、別のナット部材31、31が軸受32、32により鉛直軸廻りに回転自在に支持され、これらのナット部材31、31にねじ込まれているねじ軸33、33が縦に延びており、これらのねじ軸33、33の上端に昇降板34が渡され、この昇降板34に大径軸受35を介してコンテナ30が回転自在に支持されている。
コンテナ昇降モータ36の作用でナット部材31、31が廻されると、ねじ軸33、33が上昇又は下降し、コンテナ30が上昇又は下降する。なお、伝動部材は省略したが図右側のナット部材31もコンテナ昇降モータ36で駆動される。
コンテナ昇降モータ36は、昇降量を正確に制御することができるサーボモータが好適である。
コンテナ昇降モータ36は、昇降量を正確に制御することができるサーボモータが好適である。
ねじ軸33、33の間で且つ高床部16からノックアウト部材と呼ばれる円柱部材37が上へ延ばされている。この円柱部材37は静止部材である。コンテナ30が図面よりも下がると、円柱部材37の上端が相対的にコンテナ30内へ進入し、コンテナ30にワーク(後述する筒形素材)がセットされている場合には、このワークを押し上げて、コンテナ30から払い出す役割を果たす。
図2は出力軸に取付けられた転造ダイスの形態を説明する図であり、出力軸14の下部に雄スプライン39が設けられており、この雄スプライン39に、転造ダイス40側の雌スプライン41を嵌める。次に、出力軸14の下端面にエンドプレート42を当て、ボルト43、43で固定する。これで、転造ダイス40は下方へ抜けなくなる。
図3は図2の3−3線断面図であり、転造ダイス40は、凸部44を等ピッチで外周に備えている回転工具である。
図4は凸部の拡大図であり、凸部44の高さをh、トップ面の長さをLとする。凸部44は、例えば、L1を1.0としたときに、hが0.2〜0.3となる、極く低い台形凸部である。
図4は凸部の拡大図であり、凸部44の高さをh、トップ面の長さをLとする。凸部44は、例えば、L1を1.0としたときに、hが0.2〜0.3となる、極く低い台形凸部である。
次に、コンテナと筒形素材との関係を説明する。
図5はコンテナと筒形素材と素材抑え部材との分解図であり、前工程で造形された筒形素材46は、加工対象部としての内周面47を有する。このような筒形素材46の外形状に合致するようにコンテナ30に収納穴48が設けられている。
収納穴48へ上から筒形素材46を落とし込む。ただし、このままでは筒形素材46は上へ抜ける。そこで、素材抑え部材50が必要になる。
図5はコンテナと筒形素材と素材抑え部材との分解図であり、前工程で造形された筒形素材46は、加工対象部としての内周面47を有する。このような筒形素材46の外形状に合致するようにコンテナ30に収納穴48が設けられている。
収納穴48へ上から筒形素材46を落とし込む。ただし、このままでは筒形素材46は上へ抜ける。そこで、素材抑え部材50が必要になる。
素材抑え部材50は、天井部(図1、符号12)の下面に、回転自在に設けられる。この素材抑え部材50から下へ延びる抑え爪51が筒形素材46の上面を下向きに抑える作用を発揮する。
以上の構成からなる転造装置の作用を次に述べる。
図6は本発明のダイス配置工程を説明する図であり、(a)に示すように、コンテナ30及び筒形素材46を上昇させ、筒形素材46内に転造ダイス40を収納すると共に、筒形素材46の上面に抑え爪51を当てる。
(b)は(a)のb−b線断面図(図7、図8においても同様)であり、筒形素材46の内周面47は、滑らかな面である。この滑らかな面から一定の隙間を置いて転造ダイス40が配置される。
すなわち、ダイス配置工程では、転造ダイス40を筒形素材46の筒内へ配置する。
図6は本発明のダイス配置工程を説明する図であり、(a)に示すように、コンテナ30及び筒形素材46を上昇させ、筒形素材46内に転造ダイス40を収納すると共に、筒形素材46の上面に抑え爪51を当てる。
(b)は(a)のb−b線断面図(図7、図8においても同様)であり、筒形素材46の内周面47は、滑らかな面である。この滑らかな面から一定の隙間を置いて転造ダイス40が配置される。
すなわち、ダイス配置工程では、転造ダイス40を筒形素材46の筒内へ配置する。
図7は本発明の第1塑性加工工程を説明する図であり、(a)に示すように、静止している筒形素材46に対して、出力軸14と共に転造ダイス40を矢印(2)のように、転造ダイス40の軸線に対して垂直方向に移動させる。
結果、(b)に示すように、筒形素材47の内周面47に、転造ダイス40の凸部44が噛み込む。
結果、(b)に示すように、筒形素材47の内周面47に、転造ダイス40の凸部44が噛み込む。
図8は形成された凹部の拡大図であり、筒形素材46に形成された凹部53は、底54と一対の斜面55、55とからなる台形溝を呈する。そして、深さDと底54の長さL3との関係は、底54の長さL3を1.0としたときに、深さDが0.2〜0.3である。
すなわち、第1ダイス塑性加工工程は、転造ダイス40を、図7(a)に示す矢印(2)の様に移動させ、筒形素材46の内周面47に凸部44を噛み込ませる工程である。
すなわち、第1ダイス塑性加工工程は、転造ダイス40を、図7(a)に示す矢印(2)の様に移動させ、筒形素材46の内周面47に凸部44を噛み込ませる工程である。
ところで、木片に錐(きり)で穴を開ける場合に、力を込めて錐を突くと木片に穴を開けることは可能である。しかし、錐を回転又は揺動させた方が小さな力で穴を開けることができる。この法則を本発明に適用することもできる。
図9は転造ダイスを所定角度反復回転させる例を説明する原理図であり、転造ダイス40を片側β(全幅で2β)だけ回転(揺動)させながら筒形素材46へ図右に前進させる。凸部44の軌跡56は、ジグザグになる。
一方、筒形素材46は、回転自在に支持されていて、矢印(3)のように揺動するため、転造ダイス40の反復回転動作は円滑に行われる。この間に、凸部44による切り込みが行われる。
βは10°〜45°が採用でき、特に25°〜30°が適している。
一方、筒形素材46は、回転自在に支持されていて、矢印(3)のように揺動するため、転造ダイス40の反復回転動作は円滑に行われる。この間に、凸部44による切り込みが行われる。
βは10°〜45°が採用でき、特に25°〜30°が適している。
図10は本発明の第2塑性加工工程を説明する図であり、(a)において、出力軸14を回転させる。この回転は、筒形素材46が一回転したときに、終了する。この終了時点では、(b)に示すように、筒形素材46の内周面に等ピッチで凹部53が形成される。
すなわち、第2塑性加工工程では、筒形素材46の内周面47を一周分だけ、ダイス回転機構により転造ダイス40を回転させる。
すなわち、第2塑性加工工程では、筒形素材46の内周面47を一周分だけ、ダイス回転機構により転造ダイス40を回転させる。
次に、凸部44及び凹部53のピッチについて説明する。
転造ダイス40の外径をDd、凸部44の数をNd、筒形素材46での凹部53の底を通る円の径をDw、凹部53の数をNwとする。
転造ダイス40における凸部44のピッチPdは、Dd/Ndで求まる。筒形素材46の凹部53のピッチPwは、Dw/Nwで求まる。
そして、ピッチPdとピッチPwとを合致させるように、転造ダイス40の寸法を設定する。すなわち、Dw(筒形素材凹部の径)/Nw(凹部の数)=Dd(転造ダイスの径)/Nd(凸部の数)を保つようにする。
転造ダイス40の外径をDd、凸部44の数をNd、筒形素材46での凹部53の底を通る円の径をDw、凹部53の数をNwとする。
転造ダイス40における凸部44のピッチPdは、Dd/Ndで求まる。筒形素材46の凹部53のピッチPwは、Dw/Nwで求まる。
そして、ピッチPdとピッチPwとを合致させるように、転造ダイス40の寸法を設定する。すなわち、Dw(筒形素材凹部の径)/Nw(凹部の数)=Dd(転造ダイスの径)/Nd(凸部の数)を保つようにする。
以上に説明したダイス配置工程、第1塑性加工工程及び第2塑性加工工程は、制御部(図1、符号60)で一括して制御する。
すなわち、図1の制御部60は、第1塑性加工工程で、くさび昇降モータ25を制御して、転造ダイス40を前進させ、切り込み深さが所定量(図8に示すD)に達したら止める。次の第2塑性加工工程で、転造ダイス40を回転させ、回転量が筒形素材の内周面一周分に到達したら止める。次に、転造ダイス40を後退させ、コンテナ30を下げる。以降、円柱部材37で筒形素材で払い出す。
すなわち、図1の制御部60は、第1塑性加工工程で、くさび昇降モータ25を制御して、転造ダイス40を前進させ、切り込み深さが所定量(図8に示すD)に達したら止める。次の第2塑性加工工程で、転造ダイス40を回転させ、回転量が筒形素材の内周面一周分に到達したら止める。次に、転造ダイス40を後退させ、コンテナ30を下げる。以降、円柱部材37で筒形素材で払い出す。
本発明の方法によれば、筒形素材46を複数回転させない。複数回転に起因する凹部53の形状劣化は、本発明では発生しない。すなわち、本発明によれば、寸法精度の良い凹部53を筒形素材46に形成することができる。
尚、図1で説明した転造装置10は、本発明方法を実施するための好適装置の一例を示したものであり、くさびを油圧シリンダに変更することや、ねじ軸をピニオン・ラックに変更することができるため、装置構造を適宜変更することは差し支えない。
また、凹部は実施例で説明した浅い台形溝の他、半円溝、インボリュート歯形であってもよく、形態は任意である。
本発明は、筒形素材の内周面に浅い台形溝を形成する加工方法に好適である。
10…転造装置、15…ダイス回転機構、20…ダイス移動機構、30…コンテナ、40…転造ダイス、44…凸部、46…筒形素材、47…内周面、53…凹部、54…凹部の深さ、β…反復回転させる際の所定角度、D…凹部の深さ。
Claims (3)
- 筒形素材の内周面に、等ピッチで凹部を形成する凹部形成方法であって、
前記凹部に対応する凸部を前記ピッチと等しいピッチで外周に備えている転造ダイスを準備すると共に、この転造ダイスを回転させるダイス回転機構と、このときの回転軸に直交する方向へ前記転造ダイスを移動させるダイス移動機構と、前記筒形素材を回転自在に支持するコンテナとを備えている転造装置を準備する準備工程と、
前記転造ダイスを前記筒形素材の筒内へ配置するダイス配置工程と、
前記ダイス移動機構により前記転造ダイスを移動させ、前記筒形素材の内周面に噛み込ませる第1塑性加工工程と、
前記筒形素材の内周面の一周分だけ、前記ダイス回転機構により前記転造ダイスを回転させる第2塑性加工工程とからなり、
前記第1塑性加工工程で、前記凹部の深さが確保できるように転造ダイスを移動させることを特徴とする筒形素材への凹部形成方法。 - 前記第1塑性加工工程では、前記転造ダイスの移動中に、前記ダイス回転機構により前記転造ダイスを所定角度反復回転させることを特徴とする請求項1記載の筒形素材への凹部形成方法。
- 前記凹部は、底の長さを1.0としたときに、深さが0.2〜0.3である台形溝であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の筒形素材への凹部形成方法。
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