JP3344657B2 - 環状ワークの加工方法 - Google Patents

環状ワークの加工方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、環状ワークの加工方法
に関し、特に、ピストン内部に冷却空洞を設けるとき使
用される鋳造用環状塩中子のごとく、圧壊強度が余り高
くない環状ワークの端面を切削加工するに適した加工方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エンジンの高出力化に伴いピストンの温
度が上昇し、ピストンリング溝の摩耗やピストンの溶
損、あるいは焼き付き等が発生しやすくなったことか
ら、ピストン頂部の内側に冷却空洞を形成し、この空洞
にオイルジェットを噴射し循環させることにより、内部
から冷却を行うようにしたピストンが使用されるように
なってきた。
【0003】このような冷却空洞を有するピストンを製
造するには、まず環状塩中子を予め鋳型内にセットし、
キャビティ内にアルミニウム合金溶湯を注湯し、環状塩
中子を鋳ぐるみ、凝固後、水洗して塩中子を溶出させ冷
却空洞とするのであるが、従来、かかる環状塩中子を製
造するうえで、次に述べるような問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】つまり、環状塩中子
は、塩粉末をプレスにより圧粉成形して製造するのであ
るが、このとき上型パンチと下型パンチのパーティング
ライン部において段差S(図6参照)が発生する。この
ような段差を有する環状塩中子1をそのまま使用する
と、ピストン内にその段差形状を有した冷却空洞断面が
形成され、この段差部位に応力が集中し、運転中にピス
トン内部にクラックが発生し破損する恐れがある。
【0005】そこで、機械加工により環状塩中子の段差
を除去するのであるが、環状塩中子の圧壊強度が小さい
ため、従来のクランプ装置(たとえば、実開昭63−1
27842号公報参照)を使用したときは、旋盤チャッ
ク時又は切削加工時に、環状塩中子にクラックが発生し
たり、破損したりする不具合が頻繁に生じていた。環状
塩中子の成形圧を高める等の手段により、その圧壊強度
を高め、上記不具合をある程度改善することは可能であ
るが、余りに強度の高い塩中子では水洗による溶出が困
難という別の問題が発生する。
【0006】また、環状塩中子の段差Sは、図6にみら
れるように、その両端面の内周部及び外周部に形成され
ることから、旋盤チャックへの取り付けを2度にわたっ
て行う必要があり、効率のよい取り付け及び取り出し手
段が求められていた。
【0007】そこで、本発明は、圧壊強度の余り高くな
い環状ワークの端面を機械加工するに際し、環状溝を備
え且つ径方向に弾性変形可能なホルダを使用することに
より、環状ワークにクラック等が発生するという不具合
を防止し、さらに、ホルダからの取り出し又は他のホル
ダへの受渡しを効率よく行うことを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に関わる環状ワー
クの加工方法は、環状ワークの被加工面を露出させて該
環状ワークを収容する環状溝と該環状溝に形成されたエ
ア通路溝とを備え且つ径方向に弾性変形可能なホルダ
に、環状ワークを収容した状態でチャックによりホルダ
を外周から挟持して環状ワークを保持し、この状態で環
状ワークを加工し、環状ワークの加工後、エア通路溝か
らの加圧エアによりホルダから環状ワークを取り出す
のであり、該ホルダの好適な具体例として、該ホルダに
該ホルダを径方向に弾性変形可能とするスリットが形成
されていることを特徴とする。
【0009】さらに、本発明に関わる環状ワークの加工
方法は、その好適な実施態様として、エア通路溝からの
加圧エアにより、上記ホルダに近接配置させた他のホル
ダに環状ワークを移載し、他のホルダに環状ワークを収
容した状態でチャックにより他のホルダを外周から挟持
して環状ワークを保持し、続けて環状ワークの他の被加
工面を加工するものである。
【0010】
【作用】ここで、図1〜図2を参照して、本発明に関わ
るホルダ等の構成をより具体的に説明するとともに、本
発明の作用について説明する。図1は本発明に関わるホ
ルダ、図2はそのチャッキングの状態を示す図である。
【0011】図1に示すホルダ5は、環状溝6を備え、
スリット7が形成された環状体であり、環状溝6にはス
リット7を挟んで対称的に2個づつのエア通路穴8が開
口し、環状溝6の底部にはエア通路穴8をつなぐエア通
路溝9が形成されている。ホルダ5の背面の外径及び内
径コーナー部10は面取りされている。そして、図2に
示すように、このホルダ5の外周はチャック11により
挟持するようになっており、また、ホルダ5のエア通路
穴8はチャック本体12のエア通路13に連通してい
る。なお、図2には、環状ワークRがホルダ5に保持さ
れた様子が示される。
【0012】環状ワークRをホルダ5の環状溝6内に収
容し、チャック11によりホルダ5の外周から挟持する
と、スリット7のスプリング作用によりホルダ5は径方
向に均等に収縮し、環状ワークRをその環状溝6内に保
持する。このホルダ5によれば、環状ワークRのほぼ全
周囲を保持することとなり、チャック11の挟持力がホ
ルダ5を介して環状ワークRの全周に均等にかかるとい
う作用がある。加えて、ホルダ5の背面の内外径コーナ
ー部10を面取りしたことにより、チャック11の挟持
力が環状ワークRの全周に一層安定的且つ均等にかかる
ことになる。しかも、環状ワークRに対する挟持力は圧
縮力として働き、一方、塩中子などの環状ワークRは引
張強度に比し圧縮強度が大きいので、環状ワークRに対
する挟持力を全体として高めることができる。
【0013】上記のようなホルダ5のチャッキング作用
により、チャッキング時に環状ワークRに対し局部的に
異常に大きい固定力が生ずるということがなく、それに
起因するクラック発生を防止することができるととも
に、切削加工中に環状ワークRが動き、それに起因して
クラックが発生するということも防止できる。さらに、
ホルダ5に対し、環状ワークRを環状溝6の底部に押し
付けて収容するので、環状ワークRを斜めチャッキング
する恐れがなく、環状ワークRとホルダ5の異常当りに
よるクラック発生を防止することもできる。
【0014】なお、ホルダ5のスリット7の幅は任意に
設定することができ、たとえば、ホルダ5がいっぱいに
収縮したとき(スリット7の両側が当接する位置)で
も、環状ワークRの外周にかかる圧縮荷重がクラック発
生荷重を越えないように設定しておくことができる。
【0015】さて、ホルダ5から露出した環状ワークR
の被加工面の加工(たとえば総形バイトによる切削加
工)が終了したのち、該環状ワークRはホルダ5から取
り出されるが、これは、チャック11を緩め、ホルダ5
の環状溝6に設けられたエア通路溝9に加圧エアを吹き
込むことにより行うことができる。エア吹き込みの具体
的手順は、たとえば、チャック本体12の回転が停止す
るとき、エア通路13の開口13aが図示しないエア吹
き込み装置に対面する位置に丁度来るように制御し、該
エア吹き込み装置をエア通路出口13aにセットし、チ
ャック11を緩めると同時にエアを吹き込むようにすれ
ばよい。
【0016】このとき、他の同様のホルダを、ホルダ5
から露出した環状ワークRの端面の極近傍に対向させて
配置しておけば、ホルダ5の環状溝6から環状ワークR
を取り出すと同時に、上記他のホルダに収容することが
でき、同様にチャッキングし、続けて環状ワークRの他
側の被加工面に対し同様の加工を施すことができる。
【0017】
【実施例】次に、本発明の実施例を図3〜図5を参照し
て説明する。ここでは、粉末粒度100メッシュ以下の
塩粉末を用い、圧粉圧力1.2ton/cm2にて環状
塩中子の圧粉体を得、その両端面に形成された断差S
(図6参照)を、図3に示す連続切削装置により切削加
工した。
【0018】図3に示す連続切削装置20は、互いに対
向して配置され先端に前記ホルダをセットした2つの旋
盤チャック21及び22、旋盤チャック21及び22の
上方に位置する総形バイト24、旋盤チャック21及び
22のそれぞれ前方に位置するキャッチロボット25及
び26、以上の各装置の手前に位置するローディング装
置27を備える。なお、28は加工前の塩中子1を載置
するコンベアである。
【0019】旋盤チャック21及び22は互いに軸方向
に可動であり、総形バイト24は上下及び前後左右に可
動とされる。キャッチロボット25及び26は上下に回
動可能であり、ローディング装置27は左右に走行可能
であるとともにヘッドが前後左右に倒伏可能とされる。
また、キャッチロボット25及び26のヘッドには、そ
れぞれ旋盤チャック21及び22に対向する側にチャッ
ク30(図4参照)が備えられ、ローディング装置27
のヘッドには、その両側に同じくチャック31(図5参
照)が備えられる。
【0020】しかして、連続切削装置20による環状塩
中子1の加工手順を説明すると、まず、ローディング装
置27が左の所定位置まで走行したところで停止し、ヘ
ッドが左側に倒伏し一方のチャック31aで環状塩中子
1を掴む。次にヘッドが起立し、ローディング装置27
が右の所定位置まで走行したところで停止し、ここでヘ
ッドが後方に倒伏する。そのときキャッチロボット25
のチャック30が、丁度チャック31aに対向する位置
にきており、ここでローディング装置27が左に少し動
き、チャック31aで掴んでいた環状塩中子1をキャッ
チロボット25のチャック30に移載する。
【0021】このとき、キャッチロボット25のチャッ
ク30は、丁度旋盤チャック21に対向する位置にあ
り、旋盤チャック21がキャッチロボット25側に少し
進むことにより、チャック30に掴まれた環状塩中子1
は旋盤チャック21にセットされたホルダに移載され、
保持される。その後、旋盤チャック21は少し後退して
回転を開始し、総形バイト24が下降して環状塩中子1
の一方の端面の段差Sを切削加工する。キャッチロボッ
ト25は下方位置に回動する。
【0022】切削加工が終了すると総形バイト24が上
昇し、両旋盤チャック21及び22が、環状塩中子1の
受渡しが可能な位置まで互いに接近し(このときキャッ
チロボット26も下方位置に回動している。)、旋盤チ
ャック21にセットされたホルダ内の環状塩中子1が、
加圧エアにより旋盤チャック22にセットされたホルダ
に移載され、保持される。次に、旋盤チャック21及び
22は元の位置に戻り、総形バイト24が下降して環状
塩中子1の他方の端面の段差S4、S5の切削加工を開
始する。
【0023】切削加工が終了すると総形バイト24が上
昇し、キャッチロボット26が上方位置へ回動し、その
チャック30が丁度旋盤チャック22に対向する位置に
くる。ここで、旋盤チャック22がキャッチロボット2
6側に少し進むことにより、旋盤チャック22にセット
されたホルダ内の環状塩中子1は、キャッチロボット2
6のチャック30に掴まれ、次いで旋盤チャック22が
元の位置へ後退する。
【0024】続いて、ローディング装置27が左の所定
位置まで走行したところで停止し、次いでヘッドが後方
に倒伏する。このとき、ローディング装置27のチャッ
ク31bが、キャッチロボット26のチャック30に丁
度対向する位置にきており、ここでローディング装置2
7が右に少し動き、チャック30で掴んでいた環状塩中
子1をチャック31bに移載する。最後に、ローディン
グ装置27は、チャック31bに掴んだ環状塩中子1を
所定位置(図示せず)に積み上げる。
【0025】なお、旋盤チャック22のホルダからキャ
ッチロボット26のチャック30に移載するときにも、
加圧エアを利用してよい。
【0026】このようにして、環状塩中子を100個作
成し、目視検査したところ全数にクラックは認められな
かった。次ぎに、この環状塩中子を余熱してピストン鋳
型内にセットし、鋳込み温度770℃のJISAC8A
溶湯を注湯しピストン素材を作成した。次いで、湯口、
押し湯等を除去し、塩中子を水により溶出し、熱処理、
機械加工を経て、冷却空洞付きピストンを得た。このピ
ストンの冷却空洞部をX線透過法で検査したところ、冷
却空洞部にはクラックの痕などの異常はなく、断面形状
も良好であった。
【0027】一方、実施例と同じ環状塩中子の圧粉体1
00個を、従来の旋盤チャック部に装着固定したとこ
ろ、24個の環状塩中子にクラックが発生した。さら
に、残りの環状塩中子の段差部を総形バイトにて切削加
工したところ、28個が破損し、結局、100個の中で
良品は48個得られたに過ぎなかった。
【0028】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、圧壊強度
の余り高くない環状ワークの端面を機械加工するに際
し、チャッキング時あるいは切削加工時に、環状ワーク
にクラック等が発生するという不具合を防止することが
でき、さらに、ホルダからの取り出し又は他のホルダへ
の受渡しを効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用するホルダの平面図(a)、及び
I−I断面図(b)である。
【図2】ホルダのチャッキングの状態を説明する図で、
正面図(a)、側面図(b)である。
【図3】実施例に用いた連続切削装置の斜視図である。
【図4】キャッチロボットのチャック部の正面図(a)
及び側面図(b)である。
【図5】ローディング装置のチャック部の正面図(a)
及び側面図(b)である。
【図6】環状塩中子を示す断面図である。
【符号の説明】
1 環状塩中子 5 ホルダ 6 環状溝 7 スリット 8 エア通路穴 9 エア通路溝 10a、10b 面取り部分 11 チャック 13 エア通路 21、22 旋盤チャック 24 総形バイト 25、26 キャッチロボット 27 ローディング装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭57−146986(JP,U) 実開 平4−86104(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 31/16 B23B 5/00 B23B 31/00 B23Q 7/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 環状ワークの被加工面を露出させて該環
    状ワークを収容する環状溝と該環状溝に形成されたエア
    通路溝とを備え且つ径方向に弾性変形可能なホルダに、
    環状ワークを収容した状態でチャックによりホルダを外
    周から挟持して環状ワークを保持し、この状態で環状ワ
    ークを加工し、環状ワークの加工後、エア通路溝からの
    加圧エアによりホルダから環状ワークを取り出すことを
    特徴とする環状ワークの加工方法。
  2. 【請求項2】 ホルダに該ホルダを径方向に弾性変形可
    能とするスリットが形成されていることを特徴とする請
    求項1に記載の環状ワークの加工方法。
  3. 【請求項3】 エア通路溝からの加圧エアにより、上記
    ホルダに近接配置させた他のホルダに環状ワークを移載
    し、上記他のホルダに環状ワークを収容した状態でチャ
    ックにより上記他のホルダを外周から挟持して環状ワー
    クを保持し、続けて環状ワークの他の被加工面を加工す
    ることを特徴とする請求項1又は2に記載の環状ワーク
    の加工方法。
  4. 【請求項4】 環状ワークは、ピストンの冷却空洞を形
    成する圧粉成形された塩中子であることを特徴とする請
    求項1ないし3のいずれかに記載の環状ワークの加工方
    法。
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