JP2016215273A - 段付き部材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を高め且つコストの削減が可能な段付き部材の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】製造装置１０は、軸肥大加工機１１と、切断機１２とを備え、軸肥大加工機１１は、軸材Ｗを軸方向に圧縮する圧力を軸材Ｗの両端に印加した状態で軸方向と交差する方向の交番負荷を軸材Ｗの中間部分Ｗａに印加し、軸材Ｗを軸方向に圧縮しながら軸材Ｗの中間部分Ｗｃを肥大させ、切断機１２は、軸材Ｗの肥大した中間部分Ｗｃを軸方向と直交する方向に切断し、軸材Ｗを、軸部Ｗｂ及び頭部Ｗｃをそれぞれ有する二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割する。【選択図】図２

Description

本発明は、軸部と、軸部の軸方向の一方の端部に設けられ軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造方法及び製造装置に関する。

特許文献１に記載された軸状製品の製造方法は、頭部及び軸部を有する段付き部材の一例としてのエンジンバルブを熱間鍛造によって製造するものである。この製造方法では、長尺材料を切断してなるブランクに対し、トランスファープレス機を用いて複数回にわたって鍛造加工を施し、ブランクの一方の端部を段階的に膨らませて頭部を形成している。

また、特許文献２に記載された複合部材の製造方法は、頭部を形成する第１部材と軸部を形成する第２部材とを一体化して段付き部材を製造するものである。この製造方法では、第１部材に設けられた有底孔に第２部材の一方の端部を挿入し、第２部材に軸方向の圧縮応力を生じさながらせん断応力を繰り返し生じさせて第１部材の有底孔の内部で第２部材を肥大させ、軸部としての第２部材の一方の端部に頭部としての第１部材を圧接している。

特開平１０−３２３７３５号公報 特開２０１３−９９７７１号公報

特許文献１に記載された製造方法では、加工速度が大きい鍛造加工によって頭部が設けられるので生産性には優れるが、鍛造加工に金型を要し、金型費用が嵩むため、比較的少量の生産では高コストとなってしまう。特許文献２に記載された製造方法では、軸肥大加工によって頭部が設けられるので金型が不要であるが、軸肥大加工は、一般に鍛造加工に比べて加工速度が小さく、生産性の低下が懸念される。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、生産性を高め且つコストの削減が可能な段付き部材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の段付き部材の製造方法は、軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造方法であって、軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大ステップと、前記軸材の肥大した中間部分を前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断ステップと、を備える。

また、本発明の一態様の段付き部材の製造装置は、軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造装置であって、軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大加工機と、前記軸材の肥大した中間部分を前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断機と、を備える。

本発明によれば、生産性を高め且つコストの削減が可能な段付き部材の製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、段付き部材の一例の平面図である。 図１の段付き部材の製造装置の一例の模式図である。 図２の製造装置の軸肥大加工機による加工の一例を示す模式図である。 軸肥大加工の他の例を示す模式図である。 軸肥大加工の他の例を示す模式図である。 軸肥大加工の他の例を示す模式図である。 軸肥大加工の他の例を示す模式図である。 図２の製造装置の切断機の一例を示す斜視図である。 図８の切断機に用いられる治具の一例を示す平面図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、段付き部材の一例を示し、図２は、図１の段付き部材の製造装置の一例を示す。

段付き部材の一例として図１に示すボルト１は、ネジ山３が形成された軸部２と、軸部２の一方の端部に設けられ軸部２よりも大径に形成された頭部４とを有する。

ボルト１は円柱状の軸材Ｗから製造され、ボルト１の製造装置１０は、軸材Ｗの軸方向の中間部分を肥大させる軸肥大加工機１１と、軸材Ｗの肥大した中間部分Ｗａを軸方向と直交する方向に切断して軸材Ｗを二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割する切断機１２と、軸材Ｗを分割してなる二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２の外形を加工する外形加工機１３とを備える。

軸肥大加工機１１と切断機１２との間での軸材Ｗの受け渡し、及び切断機１２と外形加工機１３との間での段付き部材Ｗ１，Ｗ２の受け渡しは、例えばロボットアームやコンベヤベルト等の適宜な搬送機によって行われ、あるいは作業者によって行われる。

図３は、軸材Ｗに対する軸肥大加工の一例を示す。

軸肥大加工機１１は、軸材Ｗを軸方向に圧縮する圧力を軸材の両端に印加し、軸方向と交差する方向の交番負荷を軸材Ｗの中間部分に印加して、軸材Ｗを軸方向に圧縮しながら軸材Ｗの中間部分を肥大させる。図３に示す例では、軸材Ｗに曲げ角度を付加して軸材Ｗを回転させることにより軸材Ｗの中間部分を肥大させるものである。

図３（Ａ）に示すように、軸材Ｗの軸方向の両側の端部が、基準線Ａ上にて対向して配置された一対の軸保持スリーブ２０，２１にそれぞれ挿入される。そして、軸材Ｗの両端部が軸保持スリーブ２０，２１の底部にそれぞれ当接し、軸材Ｗは一対の軸保持スリーブ２０，２１によって挟持される。一対の軸保持スリーブ２０，２１の間には所定の間隔Ｄがあけられる。間隔Ｄは、軸肥大加工によって軸材Ｗに形成される肥大部の軸方向長さ及び外径に応じて決定される。

図３（Ｂ）に示すように、一方の軸保持スリーブ２１が基準線Ａに沿って並進移動され、一対の軸保持スリーブ２０，２１によって挟持された軸材Ｗは軸方向に圧縮される。併せて、他方の軸保持スリーブ２０が基準線Ａに対して傾斜され、また、回転駆動され、一対の軸保持スリーブ２０，２１に挟持された軸材Ｗは、基準線Ａ上の曲げ中心Ｏを中心に曲げられ、且つ軸材Ｗの軸線まわりに回転される。軸材Ｗの曲げ及び回転に伴い、軸材Ｗの湾曲部分（中間部分）には、曲げ方向における内側と外側とで軸材Ｗの軸方向と交差する方向に交番負荷が加えられる。

図３（Ｃ）に示すように、軸材Ｗは軸方向に圧縮されていることから、軸材Ｗの湾曲部の内側が塑性変形によって膨出し、塑性変形による膨出が全周に亘って成長して軸材Ｗの湾曲部分が肥大する。

図３（Ｄ）に示すように、一対の軸保持スリーブ２０，２１の間隔が目標間隔（軸材Ｗの肥大部の軸方向長さ）に到達した後、軸材Ｗの圧縮が停止され、そして、基準線Ａに対して傾斜された軸保持スリーブ２０が再び基準線Ａに沿って配置されて軸材Ｗが曲げ戻しされる。以上の手順により軸材Ｗに対する肥大加工が完了し、軸材Ｗの回転が停止される。

そして、図３（Ｅ）に示すように、軸材Ｗは一対の軸保持スリーブ２０，２１から取り外される。

なお、軸肥大加工は図３に示す例に限られるものではない。図４から図７は、軸材Ｗに対する軸肥大加工の他の例をそれぞれ示す。

図４に示す軸肥大加工方法は、軸材Ｗの曲げ及び軸線まわりの回転によって軸材Ｗの湾曲部分（中間部分）に交番負荷を加える点で図３の軸肥大加工方法と共通するが、一方の軸保持スリーブ２０の基準線Ａに対する傾動に替えて、基準線Ａと交差する方向への軸保持スリーブ２０のスライドにより、軸材Ｗを曲げるようにしたものである。

図５に示す軸肥大加工方法は、一方の軸保持スリーブ２０にて軸材Ｗの端部を回転可能に非拘束状態にて保持し、他方の軸保持スリーブ２１にて軸材Ｗの端部を回転不能に拘束状態にて保持し、軸保持スリーブ２０及びこの軸保持スリーブ２０に保持された軸材Ｗの端部を基準線Ａまわりに旋回させることにより、軸材Ｗを曲げ、且つ軸材Ｗの湾曲部分（中間部分）に交番負荷を加えるようにしたものである。

図６に示す軸肥大加工方法は、一対の軸保持スリーブ２０，２１の各々にて軸材Ｗの端部を回転不能に拘束状態にて保持し、一方の軸保持スリーブ２０を基準線Ａまわりに往復回転させることにより、軸材Ｗの中間部分に交番負荷を加えるようにしたものである。

図７に示す軸肥大加工方法は、一対の軸保持スリーブ２０，２１や軸材Ｗの変位や回転に替えて、振動発生器ＯＳＣから軸材Ｗに曲げ又は捻り振動を与えることにより、軸材Ｗの中間部分に交番負荷を加えるようにしたものである。

図８は、切断機１２の一例を示し、図９は、切断機１２に用いられる治具の一例を示す。

切断機１２は、バンドソー型の鋸盤であり、上述した軸肥大加工機１１によって中間部分Ｗａが肥大された軸材Ｗを保持するバイス３０と、水平方向に間隔をあけて配置され且つ鉛直面内で回転駆動される一対のプーリ３１と、一対のプーリ３１に架け渡された無端状の鋸刃３２と、鋸刃３２の刃先をバイス３０に保持された軸材Ｗに向けるように鋸刃３２を捻る一対のローラ３３とを有する。

軸材Ｗは治具を介してバイス３０に設置されている。治具は、軸材Ｗの肥大した中間部分（肥大部）Ｗａの両側の軸部Ｗｂをそれぞれ保持する保持部３５，３６と、治具における軸材Ｗの位置決めを行うピン３７と、を有する。

保持部３５は、バイス３０の一対の口金３０ａ，３０ｂにそれぞれ固定された一対のブロック３５ａ，３５ｂを含み、対向するブロック３５ａ，３５ｂの側面には軸材Ｗの軸部Ｗｂが嵌り込む略Ｖ字状の溝が設けられている。

保持部３６もまた、保持部３５と同様に、バイス３０の一対の口金３０ａ，３０ｂにそれぞれ固定される一対のブロック３６ａ，３６ｂを含み、対向するブロック３６ａ，３６ｂの側面には軸材Ｗの軸部Ｗｂが嵌り込む略Ｖ字状の溝が設けられている。

ピン３７は、保持部３６の一方のブロック３６ｂに接合されたブラケット３８に支持され、軸材Ｗの一方の端面に当接して軸材Ｗを軸方向に位置決めする。ピン３７は軸材Ｗの軸方向に進退可能にブラケット３８に支持されており、ピン３７によって軸方向に位置決めされる軸材Ｗの肥大部Ｗａが鋸刃３２の直下に配置されるように、ピン３７のブラケット３８からの突出長さが調節される。

プーリ３１及び鋸刃３２並びに一対のローラ３３は、図示しない駆動機構によって鉛直方向に移動され、鋸刃３２の降下に伴い、鋸刃３２の直下に配置された軸材Ｗの肥大部Ｗａが軸方向と直交する方向に略等分に切断される。これにより、軸材Ｗは、軸部Ｗｂ及び頭部Ｗｃをそれぞれ有する二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割される（図２参照）。

なお、軸材Ｗの切断は上述した鋸盤による切断に限られるものではない。例えば、旋盤による突っ切りによって軸材Ｗを切断するようにしてもよい。

上述した切断機１２によって軸材Ｗから分割された二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２は、外形加工機１３（図２参照）によって外形を加工されてボルト１とされ、段付き部材Ｗ１，Ｗ２の各々の軸部Ｗｂはボルト１の軸部２とされ、段付き部材Ｗ１，Ｗ２の各々の頭部Ｗｃはボルト１の頭部４とされる。

このように、軸肥大加工が施された軸材Ｗを、軸部Ｗｂ及び頭部Ｗｃをそれぞれ有する二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割し、分割された二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２を、軸部２及び頭部４を有するボルト１にそれぞれ加工することにより、加工速度が比較的小さい軸肥大加工を利用したボルト１の製造であっても、一つのボルト１の製造に要する時間を短縮し、生産性を高めることができる。

さらに、図２に示した製造装置１０では、二台の外形加工機１３で二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に対して並行して外形加工が施されており、これによれば、一台の外形加工機１３で二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に対して順に外形加工が施される場合に比べて、一つのボルト１を製造するのに要する時間をさらに短縮し、生産性を高めることができる。

二台の外形加工機１３を用いた並行処理は、外形加工機１３のサイクルタイム（一つの段付き部材に対する外形加工に要する時間）ｔ_１が、軸肥大加工機１１のサイクルタイム（一つの軸材に対する軸肥大加工に要する時間）ｔ_２の半分よりも長い場合（ｔ_１＞ｔ_２／２）に特に有用であり、この場合に二台の外形加工機１３を用いて並行処理することによって、軸肥大加工及び切断加工を経て外形加工に逐次供給される段付き部材の滞留を抑制することができる。

外形加工機１３のサイクルタイムｔ_１が軸肥大加工機１１のサイクルタイムｔ_２よりも長い場合（ｔ_１＞ｔ_２）には、二台の外形加工機１３を一組として外形加工機１３の組を複数用い、軸肥大加工及び切断加工を経て外形加工に逐次供給される二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２の組に対して外形加工機１３の組を順に割り当てるようにすればよい。

なお、段付き部材としてボルト１を例に、素材として円柱状、即ち中実の軸材Ｗを用いるものとして説明したが、軸部と、軸部の軸方向の一方の端部に設けられ軸部よりも大径に形成された頭部とを有するものであれば、段付き部材はボルトに限られるものではなく、段付き部材に応じて、素材として円管状、即ち中空の軸材を用いることもできる。

１ ボルト（段付き部材）
２ 軸部
４ 頭部
１０ 製造装置
１１ 軸肥大加工機
１２ 切断機
１３ 外形加工機
Ｗ 軸材
Ｗａ 肥大部（中間部分）
Ｗ１ 段付き部材
Ｗ２ 段付き部材
Ｗｂ 軸部
Ｗｃ 頭部

Claims (6)

1. 軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造方法であって、
   軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大ステップと、
   前記軸材の肥大した中間部分を前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断ステップと、
   を備える段付き部材の製造方法。
2. 請求項１記載の段付き部材の製造方法であって、
   前記軸材を分割してなる二つの前記段付き部材を、二台の加工機を用いて並行して外形加工する外形加工ステップをさらに備える段付き部材の製造方法。
3. 請求項２記載の段付き部材の製造方法であって、
   前記外形加工ステップのサイクルタイムは、前記軸肥大ステップのサイクルタイムの半分よりも長い段付き部材の製造方法。
4. 軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造装置であって、
   軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大加工機と、
   前記軸材の肥大した中間部分を前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断機と、
   を備える段付き部材の製造装置。
5. 請求項４記載の段付き部材の製造装置であって、
   前記軸材を分割してなる二つの前記段付き部材に対して並行して外形加工を施す二台の加工機の組を一組以上さらに備える段付き部材の製造装置。
6. 請求項５記載の段付き部材の製造装置であって、
   前記加工機のサイクルタイムは、前記軸肥大加工機のサイクルタイムの半分よりも長い段付き部材の製造装置。

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