JP4471652B2 - クランプジョー組立体 - Google Patents

Description

本発明は、釘、ねじ、リベット及び、ワイヤ材料から出発する類似物の生産に用いられる機械用の耐摩耗性工具インサートに関する。

釘は、ワイヤをクランプパンチ及びカッターに供給することによって生産される。クランプジョーが所定位置にワイヤ本体を保持する一方、カッターが釘の先端を形成し、パンチが釘の頭部を形成する。現在、往復運動するクランプジョーを備える釘製造用機械は、一分間に約６００本の釘を生産することができる。従来技術の設計においては、釘製造用機械は、米国特許第５、１９５、９３１号の従来の鋼から成る把持部／クランプジョー及びカッターを含む。

さらに最近では、クランプジョーは、米国特許第５、９７９、２１６号に示される超硬炭化タングステンのような硬質耐摩耗性材料からなるインサートを含んで形成される。

この種の耐摩耗性の工具インサートは、釘製造用機械においては一対で使用され、インパクト又はクランプジョー並びにペンチジョーと呼ばれる。クランプジョーは、工具ホルダ内で取替え可能な部品としてしばしば用いられる。クランプジョーは、工具ホルダ内の同様の凹部に相応する、長尺のプリズム様の梯形の横断面を有するベース要素を有する。クランプジョーの１つの作業面は、供給されたワイヤを強固に挟持する１つ以上のクランプ溝と、さらに生産対象となる物体の所望の頭部形状を作成するための凹部と、を備える。クランプジョーは、クランプ溝が互いに相対して機械に配置されるように構成される。機械加工の工程において、クランプジョーは接近又は開放される。接近状態においては、供給されたワイヤはクランプ溝内に堅固に挟持される。挟持状態において、釘、ねじ又はリベットの頭部が形成される。供給されたワイヤをより良い状態で挟持するためには、クランプ溝は、好ましくは横断方向であって半円の形状である。

頭部の仕上げの後で、釘の先端は対向する２つのペンチジョーの接近によって引き延ばされる。ペンチジョーは、機械工具ホルダ内にしっかりクランプされるか又は機械に直に取り付けられる。ペンチジョーは数個の切れこみを有する対称的な形状を備え、仕上げられた先端の端部はここで形成され、先端が伸延される。

硬質材料インサートを備える従来技術のクランプジョーの本体は、１９９０年６月５日にマイケル・シュラッター（Michael Schratter）によって出願されたヨーロッパ特許第４０１、９１８、Ｂ１号に記載されている。ワイヤ保持溝５を備えるクランプインサートは、図面に示されるように、ワイヤをより良く挟持できるように複数の鋸歯状切込みを備える。ヨーロッパ特許の図１にもっともよく示されるように、インサート２をクランプジョー本体に締め付けるためにねじ４が用いられる。

工具インサートは摩耗を防ぐためにしばしば硬質金属から製造される。クランプ溝又はカッターの摩耗が著しいときは、インサートは取り替えられる。硬質材料インサートの取り替えには作業停止時間が必要となるため、設備費が増大して利益を減少させる。

したがって本発明の目的は、釘、ねじ、リベットその他を製造する機械用の耐摩耗性工具インサート製造の問題に関する。

本発明のまた別の目的は、工具インサートの特に好ましい材料として、ビッカース試験で計測した場合、少なくとも１、５００（ＨＶ３０）の硬度を有する硬質材料を用いることである。

本発明は、溝の摩耗率を減少させて、硬質材料クランプインサートの平均寿命を改善する、なめらかな起伏を有する新しい溝設計を導く。

本発明の別の目的は、超硬合金クランプインサートの交換及び／又は割り出しを許容するように、容易にアクセスできるクランプジョーを設計することである。

本発明はさらに、図面を参照して説明される。図示及び記載される実施形態は本発明の例であり、他の実施形態が同じ目的を同様に達成することは、当業者によって理解されるであろう。本明細書において特に図示又は説明されていなくても、同じ目的を達成する他のすべての実施形態が、この出願で保護及び権利請求されることを目的としている、と意図及び理解されよう。

図１は釘インパクトジョーを図示し、このジョーは固定された長尺状のダイ２及びダイ２を横断方向に接近又は離間する可動ダイ４を含む。本体２は、工具鋼から成る本体部分５を含み、この本体部分は、端部に面する接面ダイ４において、内部に超硬合金クランプインサート６を備える。本実施例に基づくクランプインサートは八角形であって、ベース要素の凹部に挟持され、該凹部から容易に取り去ることができる。クランプインサート用キャビティが、本体２の中間に長手方向に設けられる。クランプインサート６は、くさび７によって堅固に凹部に挟持される。

ワイヤは、従来のワイヤ供給装置３４によってダイに供給される。図１においては、ワイヤが鉛直上方に供給される様子が図示される。しかしながら、供給の方向は本発明とは全く無関係であることが理解されるべきである。

各クランプインサートの少なくとも一方の側面は、概ね半円筒形の溝１０を備えた接触表面１９を有する。接触表面は、それ以外では平坦であって、クランプジョーの長手軸に対して垂直であるように方向決めされている。溝への開口は切頭円錐形であって、ワイヤを把持ダイへガイド３する。頭部が作成され、切削ダイ２０によって切削されるとき、溝は協同してワイヤを挟持かつ保持する。米国特許第５、９７９、２１６号のような従来技術においては、溝は、頭部作成及び切削の間、効果的にワイヤを保持する把持ダイの能力を強化するための鋸歯状の切れ込みを内部に備える。このような鋸歯状の切れ込みがないとワイヤを固定的に保持することができず、頭部作成及び切削の間、ワイヤが前進し続けて溝に沿って滑ってしまう。このタイプの把持工具によって形成された釘は、結果として、釘のシャンクの長さに沿って軸方向に離間された隆起を備える。ペニー（penny）及び一般の釘の大部分は現在、釘の全長に沿ったいずれかの位置に、これらの軸方向に離間された隆起を備えて製造される。

鋸歯状切れ込み（セレーション）のない溝と比較すると、鋸歯状の切れ込みを備える溝による釘の製造には、幾つかの欠点がある。クランプジョーが離れるときに、クランプジョーのいずれか一方に、ワイヤがくっつく傾向がより大きくなる。従来技術における溝の鋸歯状切れ込みは、ワイヤへの貫入の際、挟持する把持ダイが離れたときにワイヤから開放されずにダイにくっついて製造を妨げ、結果として望ましくない作業中止時間を生み出してしまうことがある。ワイヤが溝にくっつくのは、摩擦及び／又は干渉変形によるものと考えられる。

本発明においては、溝１０の直径は完全な円筒形ではなく、長手軸線に沿った滑らかな起伏を有する。図３は、硬質クランプインサート６の長手方向の溝を形成するＥＤＭ（放電加工）ダイを示す。図３に示されるように、凹面及び凸面が均一かつ交互に並ぶ外部表面は、ＥＤＭダイ工具の長さに沿って形成される。凹面及び凸面を備える表面の曲線の半径は、正弦波のピッチと深さによって決定される。ピッチが短いほど（図４Ａ）、凹面及び凸面を備える表面の曲線の半径は小さくなる。ＥＤＭ工具は、超硬クランプインサートの溝の長さに沿って対応する正弦波形を形成するために用いられる。図示される実施例は均一な正弦波形を開示するが、発明の範囲は特に均一な正弦波形に制限されるものではない。本発明はさらに、不均一なピッチを有することもある滑らかな波形の異なる変形例、同一溝の頂部間での振幅の変形例、及び／又は、螺旋波のような周辺的な変更をも含む。より滑らかな外部輪郭を有し、溝の最も低い谷部と最も高い頂部との間に０．００１〜０．００４インチという実質的に小さな偏差を有する溝は、図面に示されているものよりも適切な代替的設計を提供する。

対応するクランプジョーインサート６がクランプ位置にあるとき、ジョーは相互に接触せず、接触による摩耗及び損壊を防ぐためにわずかに離間したまま留まる。クランプジョーがクランプ位置へと移動されるとき、概ね０．００３〜０．０２０インチのギャップが存在する。好ましくは、ギャップは０．００５〜０．００９インチである。

例えば、クランプジョーがクランプ位置にあるときクランプジョーの間に常に典型的に生じるギャップは、０．００６インチでよい。ある一定の直径を有する供給ワイヤから釘を形成する溝を設計する場合には、このギャップが考慮されねばならない。溝の公称半径は以下のように計算される。
０．５Ｄ＝Ｒ＋０．００３インチ
Ｒ…溝の公称半径
Ｄ…供給ワイヤの直径

各溝に形成された均一な正弦波形の各谷部の最も低い点までの半径方向寸法は、ギャップ寸法の半分より小さい分だけ、ワイヤ半径よりも大きい（深い）。各溝の正弦波形の頂部までの半径方向寸法は、ギャップ寸法の半分より小さい分だけ、ワイヤ半径よりも小さい。把持中に溝の頂部に接触するワイヤは、ジョーが相互クランプする際に、隣接する等しい大きさの谷部の中に移動される。溝の公称寸法は、正弦波を二分し、谷部及び頂部を二分する。

ワイヤは、釘のシャンクを形成する。滑らかなクランプジョーと比較すると、溝に沿って形成される正弦波形は、供給及び切削作業間のワイヤ把持を強化する。これらの正弦波形は、従来技術の鋸歯状切れ込みを備える溝が引き起こすようなクランプジョーインサート溝及びワイヤ間の接着を生じにくい。これは、滑らかな正弦波形が挟持インサート溝及びワイヤ間の摩擦及び干渉変形を引き起こしにくいためであると考えられている。把持ダイは、溝の滑らかな正弦波形を分離させ、ワイヤは粘着又は接合することなく開放される。把持ダイによるワイヤのクリーンな開放は作業停止時間を減少させ、生産性を向上させる。

超硬炭化タングステンのような硬質材料の挟持インサートを有さない従来的な鋼のクランプジョーは、摩耗のためにジョー取り替えが必要となるまで、約８０生産時間は持ちこたえる。鋸歯状切れ込みのある溝を持つタングステン挟持インサートを備えるクランプジョーの耐久性は、正弦波形の溝を備えるクランプインサートよりもかなり短い。鋸歯状切れ込みのより鋭角な端部は、鋸歯状端部の上端に不均一かつ急激に付加される負荷及び力のために摩耗の度合がより大きいと考えられている。一方、滑らかな正弦波形に付与される負荷及び力は、より均一に配分される。本発明の波形溝の有効寿命は、従来技術の鋸歯状切れ込み溝よりも特に長い。従来の鋸歯状切りこみ溝の隆起先端は負荷応力の集中に結びつき、より故障しやすい。

クランプインサートは、一般的には超硬炭化タングステンのような硬質な耐摩耗材料から製造される。例えば、１００８鋼及び１０１０鋼などの低炭素ワイヤから釘を製造するクランプジョーインサートを構成するために、コバルト１６％を含む超硬炭化タングステンが用いられてもよい。２５％コバルト及び５％炭化タンタルを含む超硬炭化タングステンは、１０３０鋼のような高炭素ワイヤを把持するのに適切である。本発明のクランプジョーインサート製造に用いられてもよい別の適切な硬質材料は、１９９９年３月９日出願のファング（Fang）らに付与された米国特許第５、８８０、３８２号に記載された超硬複炭化物であって、本明細書にはその全体が参考として組み込まれている。

図５は、本体５と、くさび７と、硬質材料クランプインサートと、を含むクランプジョー組立体を示す。クランプインサート６は、キャビティの正面側表面９に対する正のストップに対して前方に押し込まれる。クランプインサートは、くさび７によって、本体の正面側に対して付勢される。くさびは、ねじ、ボルト又は同等の締め具などの締め付け具８によって本体に接続される。はじめに、八角形のクランプインサートは、外部に面した溝部分を備える本体の前方向キャビティ１５の正面端部内にセットされる。次に、くさびは、キャビティの後方端部に配置される。次に、ねじ８のような締め付け具が、くさびに挿入され、ハウジングに螺入される。くさびのボア１７に配置されるねじ８の直径はボアの直径よりも小さい。これらのボアの相対的な寸法は、ねじによってくさびが本体に締め付けられる際に生じるくさびの横方向の移動を許容する。

ねじが締め付けられるとき、キャビティの傾斜したくさび背壁１１は、くさび７上の対応する傾斜したくさび表面（図８に破線で示される１６）と接触する。協同するくさび表面は、本体の正面側ストップ表面９に対してクランプインサートを前方に付勢する。傾斜した背壁表面１１は、垂直方向から角度Ａに方向付けられる。角度Ａは約５〜１５度であって、参照される１つの実施例においては７度である．

図８を参照すると、溝１０の側壁に近接する２つの八角形の側壁１２は、クランプインサートの上面１３及び底面（図示せず）に対して垂直ではない。側壁表面は、上面から底面に向かって外方向にテーパ付け（引っ張り）されている。正面側表面ストップは、側壁１２の角度に対応する負の角度を備える。くさびが下方に螺入されるとき、側壁１２及び、正面側表面ストップの負の角度間の協働によって、クランプインサートはキャビティ内部へ下方向に付勢される。

図５〜図８においては挟持インサート上に１つの溝のみが図示されているが、複数の割り出し可能な溝が各挟持インサート上に形成されてよいと理解されるべきである。図２は、第１の溝と同一である第２の溝を示す。第２の溝は、第１の溝側と対向する側に形成される。したがって、本発明の２つの近接する八角形の側壁表面及び正面側表面ストップは、上面から底面まで外方向に垂直に対する角度Ｂにさらにテーパ付け（引っ張り）される。一方の実施例Ｂにおけるテーパ角度は１〜５度であってよく、１度の角度であっても満足すべき結果をもたらす。

このタイプのクランプジョー組立体は、クランプ本体を取り外すことなく超硬合金インサートの変更又は割り出しができる。設計によっては、ヨーロッパ特許第４０１、９１８Ｂ1号に開示されているようにクランプ本体全体の移動が必要となる。ヨーロッパ特許第４０１、９１８Ｂ１号の側ねじは、釘作成中にクランプジョーがモータドライブ及びガイド手段に固定されるときはアクセスできない。このような従来技術の設計におけるクランプインサートの取り替えには約２０分を要する。本発明の超硬合金クランプインサートでは、約５分で取り替え可能である。

図５〜図８に図示される、クランプインサートをクランプジョーに接続するための実施例の上記の説明が単なる例示である点は、留意されるべきである。同様に、クランプインサートの形状を溝の側壁に近接するテーパ付け（引っ張り）された八角形に制限するものでもない。１９９０年に６月５日に出願されたヨーロッパ特許第０４０１９１８Ｂ１号に開示される、ほぼ長方形の形状を備える正弦波溝を有する硬質材料クランプインサートも本発明から予期される。さらに、１９９０年６月２６日に出願されたヨーロッパ特許第０４０６２０２号に開示されるように、正弦波溝を有する硬質材料クランプインサートは円筒形に設計され、クランプを用いる。異なるクランプ手段とともに用いられる、異なる形状及び寸法の正弦波溝クランプインサートの変形が設計されてもよい。

図９は、図１に示された釘製造機構に用いられる釘切削ダイの例示的な実施例を開示している。釘切削ダイは、本体２２と、切削インサート２４と、を含む。切削インサートは、本体２２内の前方向のポケットに位置決めされる。五角形のポケットは、切削体の長手軸に沿って対称である。ポケットは、本体幅の半分の深さを有する概ね五角形のハウスの形状を備える。五角形ハウス型のポケットの屋根は、９０〜１５０度の夾角を形成する。ポケットの屋根の端部は、カッター上に切削インサートを配置して芯出しするための、鋭角の位置決め角度として機能する。切削インサート２４は、鋭角の位置決めポケット角度と協働して、切削インサートの位置決め及び心合わせを補助するために、対応する同一の「屋根」角度（９０〜１５０度）を備えるように設計される。

ポケットの鋭角な位置決め角度の頂点は、切削インサートの屋根の頂点２８と同様に丸みをつけられる２６。切削インサート２８の湾曲の半径は、本体の五角形ポケットの曲線２６の頂点の半径より大きい。この寸法の関係が、ポケットの平坦な屋根の側壁２９に対する切削インサートの堅固な着座を許容する。切削インサートは、切削インサートの屋根部分を積極的に引き寄せて鋭角の位置決めポケット角度と固定的に係合させる公知のオフセット固定ねじ２７によって、切削体に接続される。

この構成によって、切削インサートの正確かつ正の保持がもたらされる。鋭角なゲル寸法形状は、２つの往復運動するカッター間にワイヤが継続的に供給される間、機械の切削圧力下におけるインサートの移動を潜在的に防ぐ。図９に示されるカッターは、その配置角度のために、割り出しされた従来技術の長方形のインサート設計よりも切削圧力下で移動する傾向に乏しい。切削インサートの移動及び／又は配置ミスは、インサートの壊滅的な故障をもたらし、釘を適切に尖らせてワイヤの巻線から分離することが不可能となる。移動が生じなければ、この切削配置で作業時間及び製造延長をより長く維持することが可能となり、作業停止時間は最小化されて、さらにコスト効果の高い釘製造機械が提供される。

図１は、釘製造用の釘ダイ組立体を示す図である。 図２は、クランプインサートが接近されるときの硬質クランプインサートの協働を示す図である。 図３は、クランプインサートの釘を保持する溝を形成するための、ＥＤＭダイ工具を示す図である。 図３Ａは、図３に示されるＥＤＭ工具の外壁の拡大図部分を示す図である。 図４は、正弦波形クランプジョーによって形成される、釘のシャンクの形状を示す図である。 図４Ａは、正弦波形のクランプジョーによって形成される、釘のシャンクの形状を示す図である。 図５は、組み立てられたクランプジョーを示す図である。 図６は、クランプジョー組立体の本体を示す図である。 図７は、図６の線７−７に沿った断面図を示す図である。 図８は、挟持部材及びクランプインサートを図示する図である。 図９は、切削インサートを有するペンチジョーを示す図である。

Claims (22)

1. 釘製造に用いられるストックワイヤを把持するためのクランプジョー組立体であって、
   本体と、
   くさびと、
   硬質材料のクランプインサートと、を含み、前記クランプインサートはワイヤを受け取る少なくとも１つの、概ね半円筒形の長手軸線を有する溝を有し、前記半円筒形の溝の表面は前記溝の長手方向に沿った滑らかな波形であり、
   前記本体が該くさび及び該クランプインサートを受けるためのキャビティを有する、
   クランプジョー組立体。
2. 前記キャビティが傾斜した後壁を含む、請求項１に記載のクランプジョー組立体。
3. 前記くさびは、該くさびのアセンブリ上に本体に対して傾斜したくさび表面を有し、この表面が前記キャビティの傾斜した後壁と協働して、クランプインサートを前方に押し込む、請求項２に記載のクランプジョー組立体。
4. 前記キャビティは、正面側ストップ表面を備える、請求項１〜請求項３の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
5. 前記正面側ストップ表面が負のテーパ付けを施された、請求項４に記載のクランプジョー組立体。
6. 前記負のテーパ角度が約１〜５度である、請求項５に記載のクランプジョー組立体。
7. 前記クランプインサートが、接触表面に近接する２つのテーパ付けされた側壁を含む、請求項６に記載のクランプジョー組立体。
8. 組立体上で、前記テーパ付けされた側壁及び正面側ストップ表面の負のテーパ角度が、前記クランプインサートを下方向に前記キャビティ内へ付勢する、請求項７に記載のクラ
   ンプジョー組立体。
9. 前記クランプインサートは前記溝を２つ以上有する、請求項１〜請求項８の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
10. 前記クランプインサートが超硬炭化タングステンからなる、請求項１〜請求項９の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
11. 前記クランプインサートが概ね八角形である、請求項１〜請求項１０の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
12. 滑らかな波状溝がＥＤＭ工程によって製造される、請求項１〜請求項１１の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
13. 前記キャビティが長手軸線に対して平行方向のアクセスを有する開口部を備える、請求項１〜請求項１２の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
14. 前記クランプインサートは、少なくとも１つの概ね平坦な接触表面を有する本体を含み、前記接触表面が前記溝を有する、請求項１〜請求項１３の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
15. 前記クランプインサートは、前記接触表面に近接するテーパ付けされた２つの側壁を含み、前記２つのテーパ付けされた側壁が垂直軸に対して１〜５度の間に角度付けされた、請求項１３に記載のクランプジョー組立体。
16. 前記クランプインサートの本体が２つ以上の前記接触表面を有する、請求項１３〜請求項１５の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
17. 前記クランプジョー組立体が前記クランプインサートに近接する釘カッターを更に含み、前記釘カッターは、
    カッター本体と、
    硬質材料カッターインサートと、を含み、
    該カッター本体が、該カッターインサートを所定位置に配置及び保持するための鋭角の位置決め角度を有する五角形のポケットを含む、請求項１〜請求項１６の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
18. 前記カッターインサートを前記カッター本体に固定するための締め具をさらに含む、請求項１７に記載のクランプジョー組立体。
19. 前記締め付け具がオフセットねじである、請求項１８に記載のクランプジョー組立体。
20. 前記カッターインサートが、ポケットの鋭角の位置決め角度と協働する鋭角の位置決め角度を有する、請求項１７〜請求項１９の何れかの一項に記載のクランプジョー組立体。
21. 前記カッターインサートの鋭角な位置決め角度の頂端が丸められ、前記ポケットの鋭角の位置決めの頂端が丸められる、請求項２０に記載のクランプジョー組立体。
22. 前記カッターインサートが前記ポケットに対して堅固に着座するように、該丸められたポケット頂端がカッターインサートの半径よりも小さい曲線半径を有する、請求項２１に記載のクランプジョー組立体。

Images