JP2013166168A - 軸肥大加工に用いる軸保持ユニット、軸肥大加工装置及びこれを用いた軸肥大加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブの破損を抑制し、スリーブを長寿命化させて交換作業の低減及び交換に際する材料費の節減を図った軸肥大加工に用いる軸保持ユニット、軸肥大加工装置及びこれを用いた軸肥大加工方法を提供する。
【解決手段】金属製のワークピース２を軸線Ａに沿って縮める方向に加圧し、前記軸線Ａと交差する方向にエネルギを加えて前記ワークピース２の任意の部位を肥大させる際に、前記ワークピース２の端部を保持する軸肥大加工に用いる軸保持ユニット１ａ、１ｂであって、略円筒形状のスピンドル３と、該スピンドル３内に挿通されて固定された略円筒形状の第１のスリーブ６と、該第１のスリーブ６の先端面に当接し、且つ前記スピンドル３の先端面に固定されたフランジ８を有するフランジパイプ７と、該フランジパイプ７内に圧入され、前記第１のスリーブ６と協働して前記ワークピース２が挿通される穴部１８を形成する第２のスリーブ１７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸肥大させるべき棒状のワークピースの両端を保持する軸肥大加工に用いる軸保持ユニット、軸肥大加工装置及びこれを用いた軸肥大加工方法に関するものである。

軸肥大加工機が特許文献１に記載されている。この軸肥大加工機によって、肥大部を有する棒状のワークピースを得ることができる。肥大部は、ワークピースに一体に形成されるので、種々の軸部品の製造に大変便利である。

上記軸肥大加工機を用いた軸の肥大加工は、軸の両端をスリーブにて保持し、軸を圧縮しつつ、一方のスリーブを回転させながら傾動させることによって行われる。このとき、軸とスリーブの先端との接触点に過大なヘルツ応力が発生し、スリーブがこの先端から破損するおそれがある。スリーブが破損すると、スリーブ全体を交換する必要があり、コスト的にも不利である。

特開２００８−２００６９７号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、スリーブの破損を抑制し、スリーブを長寿命化させて交換作業の低減及び交換に際する材料費の節減を図った軸肥大加工に用いる軸保持ユニット、軸肥大加工装置及びこれを用いた軸肥大加工方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、金属製のワークピースを軸線に沿って縮める方向に加圧し、前記軸線と交差する方向にエネルギを加えて前記ワークピースの任意の部位を肥大させる際に、前記ワークピースの端部を保持する軸肥大加工に用いる軸保持ユニットであって、略円筒形状のスピンドルと、該スピンドル内に挿通されて固定された略円筒形状の第１のスリーブと、該第１のスリーブの先端面に当接し、且つ前記スピンドルの先端面に固定されたフランジを有するフランジパイプと、該フランジパイプ内に圧入され、前記第１のスリーブと協働して前記ワークピースが挿通される穴部を形成する第２のスリーブとを備えたことを特徴とする軸肥大加工に用いる軸保持ユニットを提供する。

また、本発明では、前記ワークピースが配置されるべき基準線に沿って配置された軸肥大加工に用いる軸保持ユニットを一対有し、一方の軸保持ユニットに接続され、前記一方の軸保持ユニットを前記基準線に沿って他方の軸保持ユニットに向けて加圧する加圧手段と、前記他方の軸保持ユニットに接続され、前記他方の軸保持ユニットを前記ワークピースの軸線と交差する方向にエネルギを加えるエネルギ供給手段とを備えたことを特徴とする軸肥大加工装置を提供する。

さらに、本発明では、請求項２に記載の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法であって、前記ワークピースの両端を一対の軸保持ユニットでそれぞれ保持し、前記加圧手段により前記一方の軸保持ユニットを前記基準線に沿って移動させて前記ワークピースを軸方向に圧縮し、前記エネルギ供給手段を用いて前記他方の軸保持ユニットを傾動させて前記ワークピースに肥大部を形成することを特徴とする軸肥大加工方法を提供する。

本発明によれば、軸保持ユニットは、フランジパイプ内に圧入された第２のスリーブを備えているので、軸肥大加工に繰り返し使用されても、スリーブの破損を抑制し、スリーブを長寿命化させて交換作業の低減及び交換に際する材料費の節減を図ることができる。

本発明に係る軸肥大加工に用いる軸保持ユニットでワークピースを保持したときの概略図である。 本発明に係る軸肥大加工装置の概略図である。 スリーブにかかる応力とスピンドル中心から径方向への距離との関係を示すグラフである。

本発明に係る軸保持ユニット１ａ、１ｂは、軸肥大加工装置９（図２参照）に対して一対備わっている。これら軸保持ユニット１ａ、１ｂは、一方が加圧側軸保持ユニット１ａ、他方が曲げ側軸保持ユニット１ｂとして形成されている。このような軸保持ユニット１ａ、１ｂを有する軸肥大加工装置９は、金属棒材からなるワークピース２を軸線に沿って縮める方向に加圧し、軸線と交差する方向にエネルギを加えてワークピース２の任意の部位を肥大させるものである。軸保持ユニット１ａ、１ｂは、ワークピース２に肥大部を形成する際に、ワークピース２の両端を保持するためのものである。これらユニット１ａ、１ｂはそれぞれホルダ１２ａ、１２ｂに固定されている（図２参照）。

軸保持ユニット１ａ、１ｂは、略円筒形状のスピンドル３を有している。スピンドル３内には、スリーブカラー４を介して第１のスリーブ６が装着されている。スリーブカラー４は、スピンドル３内に形成された段差１５に突き当てられてその位置が固定されている。軸保持ユニット１ａ、１ｂの対向側を先端とした場合、第１のスリーブ６の先端面は、フランジパイプ７の後端面に当接している。フランジパイプ７は、その先端側にフランジ８を有している。フランジパイプ７は、フランジ８を介してスピンドル３の先端にボルト１３にて固定されている。これにより、第１のスリーブ６はフランジパイプ７に押さえられてスピンドル３内に固定される。より詳しく言えば、スリーブカラー４の内壁には段差１４が形成されていて、第１のスリーブ６の外周に形成された肉厚のボス１６がこの段差１４に突き当たっている。そして、第１のスリーブ６の先端面がフランジパイプ７で押さえ込まれることにより、第１のスリーブ６の位置は固定されている。

フランジパイプ７の内側には、第２のスリーブ１７が圧入されている。第１及び第２のスリーブ６、１７は協働してワークピース２が挿入されるべき穴部１８を形成している。穴部１８には当金１９が嵌装されていて、当金１９の後側にはノックピン２１が配設されている。ノックピン２１の後端はベース２２によってスピンドル３内に固定されている。

本発明に係る軸肥大加工用スリーブ１を用いた軸肥大加工装置９は、図２に示すように、加圧手段１０と、例えば傾動手段１１からなるエネルギ供給手段とを有している。軸保持ユニット１ａ、１ｂは、ワークピース２に対して左右両端に一対配置され、ワークピース２が配置されるべき基準線Ａに沿って配置されている。軸保持ユニット１ａ、１ｂは、図示しない案内手段等によって、基準線Ａに沿って互いに接離可能である。ワークピース２は、肥大されるべき部位が露出した状態で保持される。すなわち、軸保持ユニット１ａ、１ｂは所定の離間距離を保ってワークピース２を保持している。

加圧手段１０は、ホルダ１２ａを介して軸保持ユニット１ａに接続され、ホルダ１２ａを基準線Ａに沿ってホルダ１２ｂに向けて加圧するものである（矢印Ｐ方向）。これにより、ワークピース２は軸保持ユニット１ｂの穴部１８内に挿入され、突き当たって軸方向に圧縮される。

傾動手段１１は、ホルダ１２ｂを介して軸保持ユニット１ｂに接続され、軸保持ユニット１ｂをワークピース２の軸線と交差する方向に傾動させるものである（矢印Ｔ方向）。このとき、ホルダ１２ｂを基準線Ａ廻りに回転させる回転手段（不図示）も用いてワークピース２は回転されている。エネルギ供給手段として、このような傾動手段１１を用いてもよいし、ホルダ１２ａを首振り旋回運動させたり、交番捻り運動させたり、交番衝撃トルクを加えたりするようなものを用いてもよい。

このような軸肥大加工装置９に本発明に係る軸保持ユニット１ａ、１ｂを用いることで、軸保持ユニット１ａ、１ｂは、フランジパイプ７内に圧入された第２のスリーブ１７を備えているので、軸肥大加工に繰り返し使用されても、スリーブ１７の破損を抑制し、スリーブ１７を長寿命化させて交換作業の低減及び交換に際する材料費の節減を図ることができる。特に、軸肥大加工をする際に、上述した傾動手段１１で傾動させたとき、スリーブ１７の先端に過大なヘルツ応力が発生する。この応力により、スリーブ１７の内側にあるワークピース２が外側に張りスリーブ１７を押し広げるが、第２のスリーブ１７はフランジパイプ７内に圧入されているので、スリーブ１７は外側から圧縮されていることになる。したがってこの圧縮分ワークピース２が外側に張る力が相殺されるので、スリーブ１７が破損することを抑制できる。また、過剰な繰り返しの使用により、スリーブ１７が破損したとしても、スリーブ１７のみを交換すればよいため、材料費の節減にも寄与する。このように、スピンドル３内にスリーブを２種類（第１のスリーブ６と第２のスリーブ１７）設けることで、交換の手間とコストを低減させている。

さらに、本発明は単純な二重スリーブという思想ではなく、軸肥大加工装置に特有の問題点であるスリーブの先端側にのみ過大な応力がかかることを考慮してスリーブを２種類設け、先端側のスリーブ１７をフランジパイプ７に圧入したものである。したがって、圧入するのはスリーブ１７のみでよい。しかしながら、軸肥大加工装置は、スピンドル３の外径、内径が装置の設計上決まっていて、さらにワークピース２の外径も決まっているから必然的にスピンドル３の内径の範囲での外筒寸法は制約を受け、スリーブ１７を圧入時の圧縮力も決まってくる。より多くの圧縮力を付加したい場合、スピンドル３の寸法を変更させることはできないため、圧入時の圧縮力を大きくするために、外径の大きなスリーブを追加することはできなかった。そこで、スリーブを押さえるためのフランジパイプ７に着目し、第２のスリーブ１７を圧入するための外筒としてこのフランジパイプ７を用いた。これにより、スピンドル３の内径の制約なしに、軸肥大加工装置に最も適したスリーブ構造を形成することができた。

図３に示すように、実線Ｂで示した本発明に係る軸保持ユニット１ａ、１ｂは、スピンドル３の内径寸法の外筒に圧入した２重スリーブ構造の軸保持ユニットを示す点線Ｃで示したものや、従来の単体スリーブ構造の軸保持ユニットを示す一点鎖線Ｄで示すものよりも、スリーブにかかる円周方向応力σθで表す引張応力が低減していることがわかる。特に、ワークピース２と接する内径ｒ０から内径ｒ１までの距離の範囲では、本発明に係る軸保持ユニットを用いた場合の応力低減が著しい。このように、スピンドル３の先端に圧入された第２のスリーブ１７を装着することが、そこにかかる応力を低減しスリーブ寿命を延ばせることを発明者等は確認している。

１ａ 加圧側軸保持ユニット
１ｂ 曲げ側軸保持ユニット
２ ワークピース
３ スピンドル
４ スリーブカラー
６ 第１のスリーブ
７ フランジパイプ
８ フランジ
９ 軸肥大加工装置
１０ 加圧手段
１１ 傾動手段（エネルギ供給手段）
１２ａ、１２ｂ ホルダ
１３ ボルト
１４ 段差
１５ 段差
１６ ボス
１７ 第２のスリーブ
１８ 穴部
１９ 当金
２１ ノックピン
２２ ベース

Claims (3)

1. 金属製のワークピースを軸線に沿って縮める方向に加圧し、前記軸線と交差する方向にエネルギを加えて前記ワークピースの任意の部位を肥大させる際に、前記ワークピースの端部を保持する軸肥大加工に用いる軸保持ユニットであって、
   略円筒形状のスピンドルと、
   該スピンドル内に挿通されて固定された略円筒形状の第１のスリーブと、
   該第１のスリーブの先端面に当接し、且つ前記スピンドルの先端面に固定されたフランジを有するフランジパイプと、
   該フランジパイプ内に圧入され、前記第１のスリーブと協働して前記ワークピースが挿通される穴部を形成する第２のスリーブと
   を備えたことを特徴とする軸肥大加工に用いる軸保持ユニット。
2. 前記ワークピースが配置されるべき基準線に沿って配置された請求項１に記載の軸肥大加工に用いる軸保持ユニットを一対有し、
   一方の軸保持ユニットに接続され、前記一方の軸保持ユニットを前記基準線に沿って他方の軸保持ユニットに向けて加圧する加圧手段と、
   前記他方の軸保持ユニットに接続され、前記他方の軸保持ユニットを前記ワークピースの軸線と交差する方向にエネルギを加えるエネルギ供給手段とを備えたことを特徴とする軸肥大加工装置。
3. 請求項２に記載の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法であって、
   前記ワークピースの両端を一対の軸保持ユニットでそれぞれ保持し、
   前記加圧手段により前記一方の軸保持ユニットを前記基準線に沿って移動させて前記ワークピースを軸方向に圧縮し、
   前記エネルギ供給手段を用いて前記他方の軸保持ユニットを傾動させて前記ワークピースに肥大部を形成することを特徴とする軸肥大加工方法。

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