JP5576220B2 - 軸肥大加工方法及び非対称異形軸部材 - Google Patents

Description

本発明は、軸肥大加工方法及び非対称異形軸部材に関するものである。

クランクシャフトの製造方法及び製造装置が特許文献１に開示されている。この製造方法及び製造装置は、軸素材を座屈させることにより、軸素材からクランクシャフトを製造するものである。そのために、軸素材の中間部位に移動が特定方向に規制されたフローティングダイを保持しておき、軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、軸素材を据え込み、フローティングダイの特定方向への移動を許容して軸素材をこの特定方向に座屈させている。

しかしながら、特許文献１の製造方法及び装置で得られるクランクシャフトは、座屈してシャフトが凹んだ部分に必ずフローティングダイが介装されるので、座屈部分を介した両側のシャフトが接触することはない。すなわち、座屈部分は常に凹み部分に空間を有する略Ｕ字形状に形成される。したがって、座屈部分を介した両側のシャフトが接触しているような非対称異形軸部材を製造することはできない。

一方で、軸を肥大させて肥大部を形成する加工装置が知られている（例えば特許文献２）。このような加工装置で製造された肥大軸は、軸の一部が突出している肥大部を備え、この肥大部は１本の軸を加工することで形成されるので、製造（材料費・加工費・設備費）コストの低減やエコロジ（資源有効活用）に大変有利である。このような軸肥大加工装置（方法）を用いて、軸材に対して偏心したクランク形状（あるいはカム形状）を形成できれば大変便利である。

特開２０１０−５２９号公報 特開２００８−２００６９６号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、軸肥大加工を用いて比較的簡単に軸に対して偏心した肥大部を形成することができる軸肥大加工方法及び非対称異形軸部材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、金属棒材のワークピースが配置されるべき基準線に沿って互いに接離可能な一対のホルダユニットが離間した状態で、前記ワークピースの両端をそれぞれ前記一対のホルダユニットで保持し、前記一対のホルダユニットを前記基準線に沿って互いに近接する方向に相対的に押し込んで前記ワークピースを軸方向に縮める方向に加圧し、前記ワークピースの肥大させるべき部位に対し、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、前記部位が塑性変形するまで湾曲させて座屈部を形成し、前記加圧をさらに加え、前記座屈部の曲げ内側を互いに密着させて前記ワークピースの軸線に対して偏心して拡径した偏心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。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記ワークピースを前記ホルダユニットで保持するときに、前記ワークピースの長手方向における露出長さを前記ワークピースの直径で除算したときの値が３．２より大きい値となるように前記一対のホルダユニット間の離間距離を設定することを特徴としている。
請求項３の発明では、請求項１の発明において、肥大後の肥大部の直径（偏芯部の仮想直径）を肥大前の前記ワークピースの直径で除算したときの値が１．６以上となるように、前記加圧時の圧力と、前記エネルギと、前記ホルダユニットの離間距離とを設定することを特徴としている。

また、請求項４の発明では、金属棒材のワークピースを軸線に沿って圧縮方向に加圧して、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、該エネルギを加えた部位に塑性変形した座屈部を形成し、該座屈部の曲げ内側を互いに密着させた密着部と、前記密着部における境界線が前記偏心肥大部の外周面に凹んで形成されている境界部と、前記密着部と前記境界部とを含み、前記ワークピースの軸線に対して偏心して拡径した偏心肥大部とを有することを特徴とする非対称異形軸部材を提供する。

請求項１の発明によれば、軸肥大加工方法を用いて金属棒材からなるワークピースをあえて座屈させて座屈部を形成し、さらにワークピースの軸線に沿って加圧することで座屈部の曲げ内側を互いに密着させた偏心肥大部を形成する。このため、従来使用している軸肥大加工装置を用いて比較的簡単に偏心肥大部を形成することができる。また、座屈部の曲げ内側が密着しているため、比較的強度の高い偏心肥大部を得ることができる。

請求項２の発明によれば、ホルダユニットの離間距離をワークピースの長手方向における露出長さをワークピースの直径で除算したときの値が３．２より大きい値となるように設定することにより、ワークピースを確実に座屈させることができることが分かっている。したがって、確実に偏心肥大部を形成することができる。
請求項３の発明によれば、ワークピースの軸線と同心の肥大部を形成すると仮定して、肥大後の肥大部の直径（偏芯部の仮想直径）を肥大前のワークピースの直径で除算したときの値が１．６以上となるように、ワークピースを加圧するときの圧力と、ワークピースの軸線と交差する方向に加えるエネルギと、ホルダユニットの離間距離とを設定することにより、ワークピースを確実に座屈させることができることが分かっている。したがって、確実に偏心肥大部を形成することができる。

請求項４の発明によれば、偏心肥大部を構成する密着部と境界部は、全て軸肥大加工方法を用いて金属棒材からなるワークピースをあえて座屈させることにより形成することができる。このため、従来使用している軸肥大加工装置を用いて比較的簡単にこのような偏心肥大部を形成することができる。また、座屈部の曲げ内側が密着しているため、比較的強度の高い偏心肥大部を得ることができる。

本発明に係る軸肥大加工方法を順番に示す概略図である。 本発明に係る軸肥大加工方法を順番に示す概略図である。 本発明に係る軸肥大加工方法を順番に示す概略図である。 本発明に係る軸肥大加工方法を順番に示す概略図である。 本発明に係る軸肥大加工方法を順番に示す概略図である。 本発明に係る非対称異形軸部材の正面図である。 本発明に係る非対称異形軸部材の側面図である。

本発明に係る軸肥大加工方法を図１〜図５に沿って順番に説明する。なお、本発明は軸肥大加工方法であるが、より詳しくは軸肥大加工の応用方法（技術）である。
図１に示すように、金属棒材からなるワークピース１をホルダユニット２で保持する。具体的には、ホルダユニット２はワークピース１に対して左右両端に配置され、一対のホルダユニット２でワークピース１の両端を保持する。ホルダユニット２はスリーブ状であり、ワークピース１の端部における外表面を覆うものである。このとき、ワークピース１は所定の基準線Ａに沿って配置され、ホルダユニット２の軸線もこの基準線Ａに沿って配置されている。一対のホルダユニット２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。保持されたワークピース１は、肥大されるべき部位が露出した状態で保持されている。すなわち、一対のホルダユニット２は所定の離間距離を保ってワークピース１を保持する。このときの離間距離をＬ０とする。また、ワークピース１の半径をＲ０とする。

このようにして、ホルダユニット２でワークピース１を保持した状態で、一対のホルダユニット２を基準線Ａに沿って互いに近接する方向に相対的に押し込む。図では、一方のホルダユニット２のみを矢印Ｆ方向に加圧したものを示している。加圧はこれに限らず、両方のホルダユニット２を対向方向に押し込んでもよい。このようにホルダユニット２を加圧することにより、ホルダユニット２に保持されたワークピース１も軸方向に縮める方向に加圧される。これと同時に、一対のホルダユニット２を矢印Ｃで示す同一方向に回転させる。これにより、ワークピース１は基準線Ａ廻りに回転する。

さらに加圧すると、ワークピース１はその軸線方向に圧縮エネルギ、すなわち圧縮力を受け、図２に示すように湾曲を始める。このような状態で、一方のホルダユニット２を矢印Ｔ方向に傾動させる。なお、上記回転はこの傾動と同時に開始してもよい。すると、図３に示すように、ワークピース１が曲げ中心部から座屈する。このようにして形成された座屈部３は金属が塑性変形して湾曲したものである。そしてさらに加圧することにより、座屈部３の曲げ内側４は、互いに密着して図４に示すような密着部５が形成される。次に図５に示すように、ホルダユニット２の傾動をもとに戻す。これにより、ワークピース１の軸線に対して偏心して拡径した偏心肥大部６が形成される。すなわち、偏心肥大部６は、座屈した座屈部３が変形したものである。

このように、従来から知られている軸肥大加工方法を用いて、金属棒材からなるワークピース１をあえて座屈させて座屈部３を形成し、さらにワークピース１の軸線に沿って加圧することで座屈部の曲げ内側４を互いに密着させた偏心肥大部６を形成するので、従来使用している軸肥大加工装置を用いて比較的簡単に偏心肥大部６を形成することができる。また、座屈部３の曲げ内側４が密着しているため、比較的強度の高い偏心肥大部６を得ることができる。

なお、座屈部３を形成する際にワークピース１の軸線と交差する方向に加えるエネルギとして、上述では傾動を用いているが、従来の軸肥大方法に用いられている種々の方法を用いてエネルギを与えてもよい。例えば、ワークピース１を回転させることなく、軸方向に縮む方向に圧縮してその一方の端部を首振り旋回運動させたり、あるいはワークピース１を軸方向に縮む方向に圧縮してその一方の端部を捻り運動させたりすること等である。もしくは、上記圧縮の後、肥大されるべき部位に交番衝撃トルクを加えてもよい。どのような方法であれ、図で示したようなワークピース１を一方向へ傾動させるエネルギを加えたり、その他交番エネルギを加えたり、あるいはワークピース１を軸線廻りに回転させる回転運動の有無にかかわらず、従来軸肥大加工方法を行っている方法と同様の方法で、ワークピース１に対して座屈変形させれば、偏心肥大部６を形成することができる。すなわち、本願発明は、棒状のワークピースと同心の肥大部を形成する軸肥大加工法を用い、同心だけではなく偏心した肥大部を形成することを可能にしたものである。

このような偏心肥大部６を形成するため、ワークピースの肥大されるべき部位をあえて座屈するためには、以下の条件で軸肥大加工を行えばよい。上述したワークピースの長手方向における露出長さであるＬ０をワークピースの直径であるＲ０×２で除算し、この値が３．２より大きい値となるように一対のホルダユニット間の離間距離を設定する。すなわち、次式を満たすようにホルダユニットの離間距離を設定する。なお、その他の加工条件、例えばワークピースに対するか圧力や回転速度、傾動角度等は通常のワークピースと同心の肥大部を形成するときの加工条件を用いる。すなわちワークピースを座屈させない加工条件のときに、次式を満たすようなホルダユニットの離間距離を設定すれば、ワークピースは座屈を生じる。したがって、確実に偏心肥大部を形成することができる。
Ｌ０／Ｒ０×２＞３．２

一方、他の方法でワークピースの肥大されるべき部位をあえて座屈するためには、以下の条件で軸肥大加工を行えばよい。肥大後の肥大部の直径をＲ１×２とする。したがって、この場合の直径は、座屈した側の肥大部の半径Ｒ１を基に算出した偏芯部の仮想直径である。肥大前の前記ワークピースの直径Ｒ０×２で除算したときの値が１．６以上、すなわち肥大率が１．６以上となるように、種々の加工条件を設定する。すなわち、次式を満たすようにワークピース加圧時の圧力や、ワークピースの軸線と交差する方向に加えるエネルギや、ホルダユニットの離間距離等を設定し、これに基づいて軸肥大加工を行う。このような肥大率を狙って軸肥大加工をしても、ワークピースは座屈を生じることがわかっている。したがって、確実に偏心肥大部を形成することができる。
Ｒ１×２／Ｒ０×２＞１．６

図６は本発明に係る非対称異形軸部材の正面図であり、図７は側面図である。
図示したように、ワークピース１を座屈させて形成された偏心肥大部６には、座屈したときの曲げ内側を互いに密着させた密着部５と、この密着部５における境界線が偏心肥大部６の外周面に凹んで形成されている境界部８とが備わっている。このような非対称異形軸部材７は、軸肥大加工方法を用い、金属棒材からなるワークピース１をあえて座屈させることにより形成することができる。すなわち、偏心肥大部６を構成する密着部５及び境界部８は、軸肥大加工方法によりその肥大予定領域が被拘束状態にあるからこそ形成される。特に密着部５は、ワークピース１が座屈時にその領域が被拘束状態であるからこそ、さらにワークピースを軸方向に縮める方向に加圧することで形成される。このような密着部５があることにより、比較的強度の高い偏心肥大部６を得ることができる。このような偏心肥大部６を有する非対称異形軸部材は、クランク形状やカム形状を有するクランクシャフトやカムシャフトに利用できる。

１ ワークピース
２ ホルダユニット
３ 座屈部
４ 曲げ内側
５ 密着部
６ 偏心肥大部
７ 非対称異形軸部材
８ 境界部

Claims (4)

1. 金属棒材のワークピースが配置されるべき基準線に沿って互いに接離可能な一対のホルダユニットが離間した状態で、前記ワークピースの両端をそれぞれ前記一対のホルダユニットで保持し、
   前記一対のホルダユニットを前記基準線に沿って互いに近接する方向に相対的に押し込んで前記ワークピースを軸方向に縮める方向に加圧し、
   前記ワークピースの肥大させるべき部位に対し、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、
   前記部位が塑性変形するまで湾曲させて座屈部を形成し、
   前記加圧をさらに加え、前記座屈部の曲げ内側を互いに密着させて前記ワークピースの軸線に対して偏心して拡径した偏心肥大部を形成することを特徴とする軸肥大加工方法。
2. 前記ワークピースを前記ホルダユニットで保持するときに、前記ワークピースの長手方向における露出長さを前記ワークピースの直径で除算したときの値が３．２より大きい値となるように前記一対のホルダユニット間の離間距離を設定することを特徴とする請求項１に記載の軸肥大加工方法。
3. 肥大後の肥大部の直径を肥大前の前記ワークピースの直径で除算したときの値が１．６以上となるように、前記加圧時の圧力と、前記エネルギと、前記ホルダユニットの離間距離とを設定することを特徴とする請求項１に記載の軸肥大加工方法。
4. 金属棒材のワークピースを軸線に沿って圧縮方向に加圧して、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、該エネルギを加えた部位に塑性変形した座屈部を形成し、該座屈部の曲げ内側を互いに密着させた密着部と、
   前記密着部における境界線が前記偏心肥大部の外周面に凹んで形成されている境界部と、
   前記密着部と前記境界部とを含み、前記ワークピースの軸線に対して偏心して拡径した偏心肥大部とを有することを特徴とする非対称異形軸部材。

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