JP5602447B2 - ワークピースに対する軸肥大加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、硬くて塑性変形しないようなワークピースに対する軸肥大加工方法に関するものである。

モリブデンやタングステン等は、いずれも高温構造用材料として用いられることが多く、熱間で用いられる材料であり、通常であれば２０００℃〜３０００℃の環境で使用される。このような材料は、いわゆる難加工材料とよばれ、その加工方法が研究されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の加工方法でも、ある程度の高温環境下で加工する必要があり、２５℃近辺の室温で加工できることを実現できていないものである。軸肥大加工に関して言えば、例えば、モリブデンをそのまま軸肥大加工すると、肥大させるときの曲げ工程でモリブデンが疲労破断してしまう。

特開２００６−１１０５９４号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、室温で確実に軸肥大加工を施すことができるワークピースに対する軸肥大加工方法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、脆性材料から形成された棒状のワークピースを用い、前記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、前記一対のホルダユニットとともに前記ワークピースを前記基準線回りに回転させる一方、前記ワークピースの肥大させるべき部位を曲げ中心として傾斜させるべく一方の前記ホルダユニットを傾動させて前記部位に肥大部を形成する軸肥大加工方法であって、前記ホルダユニットの傾動時の傾斜角度が０．０２°〜０．３°の範囲内であることを特徴とするワークピースに対する軸肥大加工方法を提供する。

請求項１での前記ワークピースを形成する脆性材料とは、弾性変形範囲内でクラックが生じる材料あるいは大きな塑性変形を生じ難い材料である。
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記ワークピースは、焼結材料、若しくはモノリシック又は繊維強化型複合セラミックス材料、若しくはガラス材料例えば石英ガラスからなることを特徴としている。
請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記焼結材料は、例えばモリブデン又はタングステン又は超硬合金等の硬質材料からなることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、棒状のワークピースが脆性材料、すなわち弾性変形範囲内でクラックが生じる材料あるいは大きな塑性変形を生じ難い材料で形成されていても、ワークピースを０．０２°〜０．３°のような微小角度の範囲内で傾斜させることで、ワークピースに破壊が生じることなく、ワークピースに対する軸肥大加工を施すことができる。

請求項２の発明によれば、焼結材料、若しくはモノリシック又は繊維強化型複合セラミックス材料、若しくはガラス材料例えば石英ガラス等のいわゆる脆性材料に対しても好適に軸肥大加工を施すことができる。
請求項３の発明によれば、モリブデン又はタングステン又は超硬合金に代表される焼結材料に対して好適に軸肥大加工を施すことができる。

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用いて製造された軸部材の概略図である。

本発明に係るワークピースに対する軸肥大加工方法を図１及び図２を用いて順番に説明する。
図１に示すように、棒状のワークピース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１では、両方のホルダユニット２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、一方のホルダユニット２のみを押し込んでもよい。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Ｒ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。ワークピースを加圧した状態で、一方のホルダユニット２を矢印Ｔ方向に角度θだけ傾動させる。なお、上記回転はこの傾動と同時に開始してもよい。これにより、ワークピース１の曲げ中心部分が肥大し、ワークピース１の一部が拡径した肥大部３が形成される。

ここで、ワークピース１は脆性材料で形成されている。脆性材料は、弾性変形範囲内でクラックが生じる材料あるいは大きな塑性変形を生じ難い材料であり、換言すれば、材料に外力が加わった際に、塑性変形を起こさず、あるいは起こしても微小な塑性変形量で破壊してしまう材料のことである。さらに言えば、靭性が非常に低い材料である。具体的には、焼結材料、若しくはモノリシック又は繊維強化型複合セラミックス材料、若しくはガラス材料例えば石英ガラスである。焼結材料は、主にモリブデン又はタングステン又は超硬合金等の硬質材料からなっている。本発明に係る軸肥大加工方法によれば、このような材料からなるワークピースに対しても、室温（冷間）で肥大部を形成することができる。

そのために、上述した傾動時の傾斜角度を０．０２°〜０．３°の範囲内としている。これにより、上記脆性材料でも破壊を生じることなく好適に軸肥大加工を施し、肥大部３を形成できることが分かっている。すなわち、本発明は、降伏応力レベルの軸圧縮力をワークピース１の両端から圧縮方向に加え、これに微小な曲げせん断力を微小な曲げ角度θによって軸肥大加工を行うものである。このように曲げせん断力を与えて肥大部を形成する際、傾斜角度θはワークピース１が曲げ破壊を起こすことがない最大の曲げ角度が採用される。これにより、その材料に応じた最適な曲げせん断力を得ることができる。この最適な曲げせん断力は、ワークピース１を形成する材料の機械強度特性に応じて適宜選定される。これにより、種々の脆性材料の加工に適用可能となる。この最適な曲げせん断力を与える傾斜角度θは、０．０２°〜０．３°であることが分かっている。なお、最小傾斜角度は、加工機械の能力に応じてさらに小さくしてもよい。また、最大傾斜角度は、上述したように、脆性材料の特性に応じては、０．６°位まで大きくしても肥大できる場合もある。このようにして加工されたワークピース１は、図３に示すように、肥大部３を有した加工が困難な脆性材料からなる軸部材４として得ることができる。

一方で、肥大部を形成するに際し、曲げせん断力のみならず、超音波（音響エネルギ）の付加によっても軸肥大が可能であることが分かっている。この場合は、ワークピースの肥大させるべき部位に超音波による振動を与え、その振動エネルギを利用して肥大させる。この超音波の振動数等のパラメータも、ワークピースの材料に応じて最適なものを採用する。その他は公知の軸肥大加工方法を適用できる。

１ ワークピース
２ ホルダユニット
３ 肥大部
４ 軸部材

Claims (3)

1. 脆性材料で形成された棒状のワークピースを用い、
   前記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、
   前記一対のホルダユニットとともに前記ワークピースを前記基準線回りに回転させる一方、前記ワークピースの肥大させるべき部位を曲げ中心として傾斜させるべく一方の前記ホルダユニットを傾動させて、
   前記部位に肥大部を形成する軸肥大加工方法であって、
   前記ホルダユニットの傾動時の傾斜角度が０．０２°〜０．３°の範囲内であることを特徴とするワークピースに対する軸肥大加工方法。
2. 前記ワークピースは、焼結材料、若しくはモノリシック又は繊維強化型複合セラミックス材料、若しくはガラス材料からなることを特徴とする請求項１に記載のワークピースに対する軸肥大加工方法。
3. 前記焼結材料は、モリブデン又はタングステン又は超硬合金等の硬質材料からなることを特徴とする請求項２に記載のワークピースに対する軸肥大加工方法。

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