JP4988708B2 - 上下揺動式加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工体を加工材とともに上下方向（鉛直方向）に揺動をさせ、被加工体の表面に加工材を衝突させて、被加工体を加工する上下揺動式加工装置に関する。

鋳物の機械的性質を向上させる手段として、ショットピーニング処理が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ショットピーニング処理とは、鋳物に対する後工程として行われる冷間加工であり、微小粒を高速で投射することによって鋳物の表層を塑性変形させ、圧縮残留応力を発生させて、機械的強度を向上させ得る技術である。

しかし、このショットピーニング処理は、鋳物の表面に極近い表層の処理に止まることから、鋳物の表面近くに存在し得る内部欠陥を潰すまでの効果は有さず、鋳物の機械的性質の向上を図る上で限界があるばかりでなく、鋳物の表層の性状劣化等を、むしろ誘発してしまうおそれがあった。

そこで、本出願人は、ショットピーニング処理に代わる新たな手段として、鋳物の硬化方法を提案した（特許文献２を参照）。これは、鋳物の表面側に、ショットピーニング処理による塑性変形層より厚い緻密層を形成する手段であり、特許文献２に開示された鋳物の硬化方法によれば、鋳物に所望の機械的性質を付与することが可能である。この鋳物の硬化方法は、鋳物を硬化材とともに揺動をさせ、鋳物の表面に硬化材を衝突させることによって、緻密層を形成する手段であるので、この手段を実施するためには揺動装置が必要になる。

揺動装置については、特許文献２に開示がある他、本出願人は、特許文献３に新たな提案をしている。又、揺動に関係する先行技術文献として、本出願人によるバレル研磨技術である特許文献４、中子砂を除去する技術を紹介した特許文献５及び特許文献６が知られている。

特公平８−１１３６６号公報 特開２００４−３２２１１２号公報 特開２００４−１７４６０４号公報 特開平４−２８９０６９号公報 特開平１０−２８６６６５号公報 特開昭６１−９９６１号公報

特許文献３に提案されている揺動装置は水平方向に揺動をさせる装置であるため、これを用いて特許文献２に開示された鋳物の硬化方法を実施すると、鋳物を硬化材とともに揺動をさせたときに、鋳物に対する硬化材の衝突位置が、重力によって、どうしても鋳物の下部に集中してしまう。そのため、鋳物に対し、均一に、優れた機械的性質を付与するためには、鋳物の置き方を変えて、繰り返し揺動をさせることが必要にあり、煩雑で長時間を要する上に、均一に処理することが難しい、という改善すべき課題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、鋳物を硬化材とともに揺動をさせ得て、その揺動によって、鋳物を位置変えすることなく、鋳物の所定部分に対し、均一に、優れた機械的性質を付与し得る手段を提供することにある。研究が重ねられた結果、以下に示す手段によって、上記目的が達成されることが見出された。

即ち、本発明によれば、被加工体と蓋部材とによって形成された内部空間に加工材が投入されてなる被揺動体と、その被揺動体を上下方向に揺動をさせる揺動手段と、を具備し、揺動によって、加工材を被加工体に衝突させて、被加工体に加工を施す上下揺動式加工装置が提供される。

本発明の上下揺動式加工装置は、揺動手段が、原動機と、その原動機に接続された回転軸と、その回転軸に設けられたクランクと、そのクランクとコンロッドを介して接続される揺動板と、その揺動板に取り付けられその揺動板を上下に往復運動させる２以上の直線運動案内器と、を有する揺動機構を具備し、原動機の与えた回転運動が、回転軸に備わるクランクによって上下運動に変換され、クランクと接続された揺動板が、直線運動案内器に沿って上下に往復運動をすることにより、揺動板に固定される被揺動体を上下方向に揺動をさせるものであることが好ましい。

本明細書において、揺動とは回転軌道上の揺れ動きをいうのではなく、概ね直線状の（直線軌道上の）、上下方向（鉛直方向、重力方向）の往復運動をいう。揺動は、限定されるものではないが、揺れ幅（振幅）が大きく揺動数（振動数）が小さい、速い周期運動を指す。尚、揺動は振動と重なる概念であるため、本明細書において、揺動そのものではなく揺動から生じる二次的な抑制すべき振動を、悪振動と表現する。

又、本明細書において、被加工体に加工を施すとは、被加工体に加工材を衝突させることによって被加工体に変化を生じさせることを意味し、変化とは性質・状態の変化、外形的な変形等である。更に、本明細書において、回転軸が原動機と接続されるとは、回転軸と原動機とが、直接又は所定の伝導部材を介して、接続されることを意味する。伝導部材とは、例えば、ベルトやギヤである。

本発明の上下揺動式加工装置では、直線運動案内器として、リニア軸受、無限摺動用ボールスプライン軸受、無給油軸受等を採用することが出来る。揺動板は、好ましくは平板が採用されるが、被揺動体を固定出来れば形状等は限定されず、被揺動体が特殊な形状を呈する場合には、取付治具を介して固定するようにしてもよい。好ましい原動機として電動機が採用されるが、原動機は電動機に限定されず内燃機関等であってもよい。

本発明の上下揺動式加工装置においては、回転軸に更に他のクランクが設けられ、そのクランク（他のクランク）にカウンターウエイトが取り付けられていることが好ましい。

本発明の上下揺動式加工装置では、２つのクランクは１８０°反対を向いて設けられる。２つのクランクのうち他のクランクに取り付けられたカウンターウエイトはバランサの役目を果たす。揺動板は２以上の直線運動案内器に取り付けられるが、直線運動案内器の数は制限されず、例えば１枚の揺動板を４つの直線運動案内器に取り付けてもよい。

本発明の上下揺動式加工装置において、上記揺動機構を具備する場合には、その揺動機構と、それを載置する床との間に、空気ばねが備わっていることが好ましい。空気ばねが備わる場合においては、揺動機構の両側であって空気ばねの真上に、錘が備わっていることが好ましい。

本発明の上下揺動式加工装置においては、加工材が、鋼球であり、その直径がφ３〜３０ｍｍであることが好ましい。

本発明の上下揺動式加工装置は、被加工体が、車両用ホイールである場合に好適に用いることが出来るものである。

その他に、被加工体としては、インテークマニホールド、タービンハウジング、コンプレッサカバー、シリンダヘッド、シリンダ、エアーダクトからなる車両用通気系部品や、バリ、はみ出し、スケール等が付いた種々の加工品等を挙げることが出来る。

本発明の上下揺動式加工装置は、被加工体と蓋部材とによって形成された内部空間に加工材が投入されてなる被揺動体と、その被揺動体を上下方向に揺動をさせる揺動手段と、を具備し、上下方向の揺動によって、加工材を被加工体に衝突させて、被加工体に加工を施すものであるので、例えば、加工材として硬化材を採用し、被加工体として鋳物（例えば車両用ホイール）を用いて、鋳物の硬化方法（特許文献２を参照）を実施することが出来る。

本発明の上下揺動式加工装置は、上下方向の揺動を起こすものであるので、鋳物を、硬化材とともに揺動をさせたときに、硬化材が鋳物に対して偏らずに衝突し、鋳物の所定部分に対し、均一に、優れた機械的性質を付与し得る。硬化材の衝突が、重力によって鋳物の下部に集中することがないから、鋳物の置き方を変えて、繰り返して揺動を行う必要がない。

本発明の上下揺動式加工装置を用い、鋳物を、硬化材とともに揺動をさせ、硬化材を鋳物に対して偏らずに衝突させることによって、鋳物の表面側に一定の厚さを有する緻密層を形成し、所望の機械的性質を付与することが可能である。具体的には、例えば、鋳物（被加工体）が車両用ホイールの場合に、これに高い機械的性質を付与することで、例えばリム部分を薄くすることが可能である。又、車両用ホイールの、ピンホール等の微小欠陥（鋳造欠陥）の修正等を施すことが出来る。そして、ピンホールがなくすことによって、塗装を施したときに生じ得る、塗装面の膨れ、割れ、捲れ、剥がれ等の問題を防止することが可能である。

本発明の上下揺動式加工装置は、その好ましい態様により、２つのクランクのうちコンロッドを介して揺動板と接続されない方のクランクにカウンターウエイトが取り付けられ、それがバランサの役目を果たし、悪振動が打ち消されるので、作業環境が改善され、工場周囲の環境への影響は低減される。又、被揺動体への負担が軽減されるから、被加工体への加工処理の効果が確実に期待出来る。更に、装置自体への負担が軽減されるから、装置のメンテナンス頻度が少なくなる。

本発明の上下揺動式加工装置は、その好ましい態様により、揺動機構と、それを載置する床との間に、空気ばねが備わっており、更には、揺動機構の両側であって空気ばねの真上に、錘が備わっているので、固有振動数を低く出来るとともに、揺動機構の偏荷重を修正して荷重を平均化することが可能である。従って、被加工体を含む被揺動体や、装置自体への、悪振動の影響を抑制することが出来る。

本発明の上下揺動式加工装置の一の実施形態を示す上面図である。 図１に示される上下揺動式加工装置のＡ矢視図である。 図１に示される上下揺動式加工装置の（錘を除いて視た）Ｂ矢視図である。

符号の説明

２ 上下揺動式加工装置
２１ 蓋部材
２２ 車両用ホイール
２３ 被揺動体
２４ 錘
３１ 空気ばね
３２ カウンターウエイト
３３ 台板
３４ プーリー
３５ ベルト
３６ 原動機
３７ プーリー
３８，３９ クランク
４０ 回転軸
４１ コンロッド
４２ 揺動板
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ リニア軸受
４５ 軸受
５３ 基台

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。

図１は、本発明の上下揺動式加工装置の一の実施形態を示す上面図である。図２は、図１におけるＡ矢視図（正面図）であり、この図２にのみ、被揺動体２３が、内部を透視して描かれている。被揺動体２３は、被加工体である車両用ホイール２２と、蓋部材２１と、によって形成された内部空間に、加工材２５が投入されてなるものであり、揺動板４２の上に固定されている。図３は、図１のＢ矢視図（右側面図）であって、錘２４を除いて、揺動機構（後述する）を視た図である。

図１〜図３に示される上下揺動式加工装置２では、揺動にかかる動力は、原動機３６により与えられる。原動機３６で生じた回転運動が、伝導部材であるベルト３５により回転軸４０に伝わり、これを回転させ、その回転軸４０の回転運動は、それに備わるクランク３８によって往復運動に変換される。そして、クランク３８とコンロッド４１を介し接続される揺動板４２が、直線運動案内器として設けられた４つのリニア軸受４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに沿って、上下方向（鉛直方向）に、直線状の往復運動を行い、この揺動板４２の往復運動によって、揺動板４２の上に固定された被揺動体２３は、上下方向に揺動をする。回転軸４０に備わるもう１つのクランク３９には、カウンターウエイト３２が取り付けられており、揺動板４２の往復運動及び被揺動体２３の揺動にともなって発生する悪振動を打ち消し抑制する。

上下揺動式加工装置２では、原動機３６、回転軸４０（クランク３８，３９）、コンロッド４１、揺動板４２、リニア軸受け４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ（直線運動案内器）、及びカウンターウエイト３２を有する揺動機構は、台板３３を介して基台５３の上に載置されている。即ち、揺動機構は、台板３３の上にまとめて載置され、更に、その台板３３が、基台５３の上に載置されている。そして、基台５３の下には、防振のために４つの空気ばね３１が備わり、基台５３の上には、空気ばね３１の真上に２つの錘２４が備わっている。上下揺動式加工装置２では、１つの錘２４は、２つの空気ばね３１と対応して設けられている。

台板３３には２つの軸受４５が取り付けられ、回転軸４０は、この２つの軸受４５により、台板３３と平行に、回転自在に取り付けられる。そして、回転軸４０は、ベルト３５を介して原動機３６（の回転軸）と接続される。具体的には、原動機３６（の回転軸）に設けられたプーリー３７と、回転軸４０に設けられたプーリー３４と、をベルト３５で接続して、原動機３６で生じた回転運動を、回転軸４０へ伝達する。原動機３６の回転制御と併せて、これらプーリー３４，３７の径等を変更することによって、回転軸４０の回転数を制御することが出来る。そして、この回転数の制御によって、揺動板４２の往復運動（即ち被揺動体の揺動）にかかる揺動数（振動数）を制御することが可能である。

被揺動体２３が載せられ固定される揺動板４２は、使い勝手がよく応用性に優れた平板として構成されており、４つのリニア軸受４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに、移動自在に取り付けられている。リニア軸受は直線運動案内器の１つであり、往復運動を行う揺動板の案内に、例えば玉やころを用いた軸受である。

回転軸４０には、２つのクランク３８，３９が１８０°反対方向を向いて備わっている。そして、クランク３８はコンロッド４１を介して揺動板４２と接続され、一方、クランク３９にはカウンターウエイト３２が取り付けられている。このようなクランク３８，３９の態様により、原動機３６の与えた回転運動は、クランク３８に接続された揺動板４２の、上下方向の往復運動に変換され、揺動板４２に固定された被揺動体２３が、悪振動を抑えつつ、上下方向に揺動をする。そうすると、被揺動体２３は、被加工体である車両用ホイール２２と蓋部材２１とによって形成された内部空間に加工材２５が投入されてなるものであるから、揺動によって、加工材２５が、車両用ホイール２２の各部分に、重力の影響を受けず偏らずに均一に、衝突し、車両用ホイール２２には、所望の機械的性質が付与される。望ましい加工材としては、直径がφ３〜３０ｍｍの鋼球を挙げることが出来る。好ましい揺動条件としては、例えば、１秒あたりの揺動数（振動数）が概ね３〜３０Ｈｚであり、揺動の揺れ幅（振幅）が概ね１０〜５００ｍｍである。又、好ましい延べ揺動時間は、概ね３〜１８０分である。本発明の上下揺動式加工装置は、鋼板を加工し、市販の各部材と組み合わせて作製することが出来るが、作製にあたっては、揺動条件及び被加工体の仕様に合わせて、各構成要素のサイズや材料や機械的強度（例えば回転軸の径や材料等）が適正になるように決定することが好ましい。

本発明の上下揺動式加工装置は、揺動によって加工材を被加工体に衝突させ、被加工体に加工を施す手段として利用することが出来る。例えば、車両用ホイールに鋼球を衝突させることによって高い機械的性質を付与し、リム部分を薄くして軽量化を図ることが可能である。又、車両用ホイールに鋼球を衝突させることによって、車両用ホイールのピンホール欠陥を消滅させることが出来る。

Claims (4)

1. 被加工体と蓋部材とによって形成された内部空間に加工材が投入されてなる被揺動体と、その被揺動体を上下方向に揺動をさせる揺動手段と、を具備し、前記揺動によって、加工材を被加工体に衝突させて、被加工体に加工を施す上下揺動式加工装置であり、
   前記揺動手段が、原動機と、その原動機に接続された回転軸と、その回転軸に設けられたクランクと、そのクランクとコンロッドを介して接続される揺動板と、その揺動板に取り付けられその揺動板を上下に往復運動させる２以上の直線運動案内器と、を有する揺動機構を具備し、
   前記原動機の与えた回転運動が、前記回転軸に備わる前記クランクによって上下運動に変換され、前記クランクと接続された揺動板が、前記直線運動案内器に沿って上下に往復運動をすることにより、前記揺動板に固定される前記被揺動体を上下方向に揺動をさせ、
   その揺動にかかる振動数が３〜３０Ｈｚであり揺れ幅が１０〜５００ｍｍであり、
   前記回転軸に更に他のクランクが設けられ、前記他のクランクにカウンターウエイトが取り付けられているとともに、前記クランクと前記他のクランクとが反対方向を向いており、
   前記揺動機構と、それを載置する床との間に、空気ばねが備わっている上下揺動式加工装置。
2. 前記揺動機構の両側であって前記空気ばねの真上に、錘が備わっている請求項１に記載の上下揺動式加工装置。
3. 前記加工材が、鋼球であり、その直径がφ３〜３０ｍｍである請求項１又は２に記載の上下揺動式加工装置。
4. 前記被加工体が、車両用ホイールである請求項１〜３の何れか一項に記載の上下揺動式加工装置。

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