JP5691864B2 - 中空軸部材の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、中空軸部材の製造装置及び製造方法に関し、特に、自動調芯機能を備えた中空軸部材の製造装置及び製造方法に関する。

従来、この種の押出機の偏芯修正装置は、図６に示すように、ステム２に光ビーム発生器３が設けられ、また、コンテナ１には、その光ビーム発生器３から発光されたレーザ光を受光する受光器４が設けられている。そして、制御装置７は、受光器４からの出力信号に基づいて、油圧バルブユニット６を介してコンテナ１の位置を調整し、ステム２とコンテナ１の軸芯とが一致するように制御していた。このような押出機の偏芯修正装置は、例えば、特許文献１に記載されている。

特開昭６３−１５７７１７号公報

しかし、この特許文献１に記載された押出機の偏芯修正装置においては、光ビーム発生器、受光器、制御装置および油圧バルブユニットなどの多数の機構から構成されるので、構造が複雑となって装置が高価になり、延いては製品の価格が高くなるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、構造が簡単で、安価に製作できる自動調芯機能を備えた中空軸部材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題点を解決するために、本発明の中空軸部材の製造装置は、次の構成を有している。
（１）被加工部材である軸部材を回転支持する回転支持手段と、前記回転支持手段により回転支持された前記軸部材を回転駆動する軸部材駆動手段と、前記軸部材と対向して回転可能に配置されるパンチと、前記パンチを回転駆動するパンチ駆動手段と、前記軸部材駆動手段により前記軸部材が回転駆動されると共に前記パンチ駆動手段により前記パンチが回転駆動された状態において、前記軸部材の中心部に前記パンチが押し込まれるように前記軸部材と前記パンチとを相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記軸部材と前記パンチとは、互いに反対方向に回転するように前記軸部材駆動手段及び前記パンチ駆動手段により回転駆動されることを特徴とする。

（２）（１）に記載する中空軸部材の製造装置において、
前記パンチを、その軸線と直交する方向に移動可能に支持するパンチ支持機構を有していることを特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する中空軸部材の製造装置において、
前記回転支持手段と前記パンチとの間に、前記軸部材の周方向に間隔おいて複数個配置されたローラを配置したことを特徴とする。
また、本発明の中空軸部材の製造方法は、次の構成を有している。
（４）軸部材とパンチとが共に回転駆動された状態であって、前記軸部材と前記パンチとが互いに反対方向に回転する状態において前記軸部材の中心部に前記パンチが押し込まれるように前記軸部材と前記パンチとを相対的に移動させて中空軸部材を製造することを特徴とする。

上記構成を有する本発明の中空軸部材の製造装置の作用・効果について以下に説明する。
（１）被加工部材である軸部材を回転支持する回転支持手段と、前記回転支持手段により回転支持された前記軸部材を回転駆動する軸部材駆動手段と、前記軸部材と対向して回転可能に配置されるパンチと、前記パンチを回転駆動するパンチ駆動手段と、前記軸部材駆動手段により前記軸部材が回転駆動されると共に前記パンチ駆動手段により前記パンチが回転駆動された状態において、前記軸部材の中心部に前記パンチが押し込まれるように前記軸部材と前記パンチとを相対的に移動させる移動手段とから成るので、簡単な構造で安価製作可能であり、また、それによって精度の高い中空軸部材を製作可能であり、延いては製品の性能の向上が図れると共に製品の価格を低下させることが可能となるなどの優れた効果を奏する。
また、前記軸部材と前記パンチとは、互いに反対方向に回転するように前記軸部材駆動手段及び前記パンチ駆動手段により回転駆動されるので、簡単な構造ながら安定して中空軸部材を製造することが可能となり、作業効率が向上すると共に被加工物の品質が安定する。

（２）（１）に記載する中空軸部材の製造装置において、前記パンチを、その軸線と直交する方向に移動可能に支持するパンチ支持機構を有しているので、簡単な構造ながら安定して中空軸部材を製造することが可能となり、作業効率が向上すると共に被加工物の品質が安定する。

（３）（１）または（２）に記載する中空軸部材の製造装置において、
前記回転支持手段と前記パンチとの間に、前記軸部材の周方向に間隔おいて複数個配置されたローラを配置したので、ローラにより軸部材の外周面も成形され、より精度の高い中空軸部材を安価に製造することができる。
また、上記構成を有する本発明の中空軸部材の製造方法の作用・効果について以下に説明する。
（４）軸部材とパンチとが共に回転駆動された状態であって、前記軸部材と前記パンチとが互いに反対方向に回転する状態において前記軸部材の中心部に前記パンチが押し込まれるように前記軸部材と前記パンチとを相対的に移動させて中空軸部材を製造するので、簡単な構造で安価製作可能であり、また、それによって精度の高い中空軸部材を製作可能であり、延いては製品の性能の向上が図れると共に製品の価格を低下させることが可能となるなどの優れた効果を奏する。

本発明を実施した実施形態１に係る中空軸部材の製造装置を概略的に示す。 素材とパンチとの関係を概略的に示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 速度と摩擦係数との関係を示す図である。 摩擦分布とパンチの調芯メカニズムとを模式的に示す図である。 本発明を実施した実施形態２に係る中空軸部材の製造装置を概略的に示す図である。 従来の押出機の偏芯修正装置を示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る中空軸部材の製造装置及び製造方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例とは一致しない。

図１は、本発明を実施した実施形態１に係る中空軸部材の製造装置を概略的に示す図である。
図１において、中空軸部材の製造装置１０の円柱状のダイ１２は、図示しない装置のフレームに対して移動且つ回転可能に支持されており、中心部に円柱状の凹部１４を有している。前記ダイ１２は、市販品の回転駆動アクチュエータ、例えば電動モータ３４（本発明の軸部材駆動手段に相当する）により回転駆動され、その回転軸は、前記凹部１４の中心線１４Ａと一致している。また、前記ダイ１２及び前記電動モータ３４は、市販品の駆動アクチュエータ、例えば、前記フレームに固定された油圧シリンダ３６（本発明の移動手段に相当する）により、図１において上下方向に往復移動される。
すなわち、油圧源３８より流路制御装置４０を介して前記油圧シリンダ３６の下側の油圧室に油圧を供給すると、前記ダイ１２及び前記電動モータ３４は上昇し、また前記油圧シリンダ３６の上側の油圧室に油圧を供給すると、前記ダイ１２及び前記電動モータ３４は下降する。
前記凹部１４内には、被加工部材としての円柱状をなす軸状の素材１６が配置されており、前記素材１６が加工されて中空軸となる。なお、本実施例の中空軸部材の製造装置１０によれば、中空軸の長さＬと直径Ｄとの比が比較的大きなもの、例えば、Ｌ／Ｄ＝２０ぐらいの中空軸まで製作可能である。また、前記素材１６が本発明の軸部材に相当する。

前記ダイ１２と対向して、前記素材１６を加工するための円柱状をなすパンチ１８が配置されており、前記パンチ１８の中心線１８Ａは、前記ダイ１２の凹部１４の中心線１４Ａと一致するように配置されている。前記パンチ１８は、その中心線１８Ａと直交する方向に若干移動可能なようにパンチ支持機構２０を介して前記装置のフレームに支持されている。前記パンチ支持機構２０は、市販品の回転駆動アクチュエータ、例えば電動モータ３２（本発明のパンチ駆動手段に相当する）により回転駆動され、それによりパンチ１８はその中心線１８Ａを中心として回転する。
前記パンチ支持機構２０は、前記装置のフレームに回転可能に支持され、前記電動モータ３２により回転駆動される基部材２２と、前記基部材２２と間隔をおいて配置された中間部材２４と、前記基部材２２と前記中間部材２４との間に配置固定された複数枚の第１の板バネ２６と、前記中間部材２４と間隔をおいて配置され、前記パンチ１８を支持するパンチ支持部材３０と、前記中間部材２４と前記パンチ支持部材３０との間に配置固定された複数枚の第２の板バネ２８とから構成されている。なお、前記第１の板バネ２６と前記第２の板バネ２８は、互いに延びる方向が直交するように配置されている。
なお、素材１６は、鉄、アルミなどの金属材料であれば何でも良く、また、前記パンチ１８は、公知の工具材料で形成されている。また、前記パンチ支持機構２０、前記油圧シリンダ３６、前記電動モータ３２及び前記電動モータ３４により自動調芯機構が構成される。さらに、前記電動モータ３２、前記電動モータ３４及び前記流路制御装置４０は、制御装置４２によって制御される。

以上のように構成された中空軸部材の製造装置において、素材１６の加工方法を以下に説明する。
まず、ダイ１２の凹部１４に素材１６をセットし、制御装置４２に指示を入力してダイ１２を電動モータ３４によって図１において上方から見て時計方向に回転させる。
つぎに、制御装置４２に指示を入力してパンチ支持機構２０を電動モータ３２によって図１において上方から見て反時計方向に回転させる。パンチ支持機構２０の回転数（角速度）は、ダイ１２の回転数（角速度）と同様としたが、同じでなくても良い。このときの電動モータ３２及び電動モータ３４の回転方向の制御及び回転数（角速度）の制御は、制御装置４２によって制御される。
この状態において、制御装置４２に指示を入力して油圧源３８より流路制御装置４０を介して油圧シリンダ３６の下側の油圧室に油圧を供給すると、ダイ１２及び電動モータ３４は油圧シリンダ３６によって図１において上方に向かって移動させられる。すると、パンチ１８の下端は素材１６の表面に当接し、さらにダイ１２を上方に向かって移動させると、パンチ１８が素材１８内に押し込まれ、それによって素材１６は、ダイ１２の凹部１４に沿って迫り上がりながら中心部に中空部が形成される。そして、ダイ１２が上昇しきると、素材１６が外径及び内径が所定値に設定される中空軸に加工される。
次に、制御装置４２に指示を入力して油圧源３８より流路制御装置４０を介して油圧シリンダ３６の上側の油圧室に油圧を供給すると、ダイ１２は油圧シリンダ３６によって降下させられる。そして、ダイ１２から中空軸に加工された素材１６を取り出せば、一連の加工が修了する。

パンチ１８が素材１６内に押し込まれる際に、パンチ１８の中心線１８Ａと凹部１４の中心線１４Ａとが一致していないと、加工後の中空軸の肉厚にバラツキ（加工された製品間のバラツキ）が生じるため、一致させる必要があるが、本実施例の場合、パンチ１８の中心線１８Ａと凹部１４（素材１６）の中心線１４Ａとが一致していなかったとしても自動調芯機構により自動的に調芯される。このことについて、図２乃至図４を参照して以下に説明する。図２は、素材とパンチとの関係を概略的に示す図である。図３は、速度と摩擦係数との関係を示す図である。図４は、摩擦分布とパンチの調芯メカニズムとを模式的に示す図である。
すなわち、仮に凹所１４の中心線１４Ａとパンチ１８の中心線１８ＡとがΔｘだけずれていたと仮定すると、パンチ１８の外周側点Ａと内周側点Ｂとで、素材１６とパンチ１８との相対速度に差が発生する。
つまり、素材１６（ダイ１４）の角速度をω１、パンチ１８の直径ｒ、角速度をω２とすると、Ａ点の相対速度ＳＡは、
ＳＡ＝ｒω２＋（ｒ＋Δｘ）ω１
となる。また、Ｂ点の相対速度ＳＢは、
ＳＢ＝ｒω２−（Δｘ−ｒ）ω１
となり、Ａ点の相対速度ＳＡの方がＢ点の相対速度ＳＢに比べて早くなる。
したがって、図３に示すように、素材１６とパンチ１８との摩擦係数μは、Ａ点の摩擦係数μＡの方がＢ点の摩擦係数μＢよりも小さくなる。すると、図４に示すように、パンチ１８のＢ点部分では、摩擦係数μＢが大きいので成形面圧が上昇し、その結果、摩擦係数μＡの小さいＡ点部分の方が、摩擦係数μＢが大きいＢ点部分の方に比べて優先的にパンチ１８が素材１６に押し込まれ、パンチ１８は、その中心線１８Ａが凹部１４の中心線１４Ａと一致する方向、つまり中心に向かって移動し、最終的にパンチ１８の中心線１８Ａと凹部１４（素材１６）の中心線１４Ａとが一致する。
この際、パンチ１８は、その中心線１８Ａと直交する方向に若干移動可能にパンチ支持機構２０を介して前記装置のフレームに支持されているので、容易に移動することができる。

このように本実施例の中空軸部材の製造装置においては、パンチ１８の中心線１８Ａと凹部１４（素材１６）の中心線１４Ａとが仮に一致していなかったとしても自動調芯機構により自動的に調芯されるため、製作される中空軸相互間の肉厚のバラツキが少なく、高品質の中空軸を製作可能である。とくに、中空軸の長さＬと直径Ｄとの比が比較的大きな中空軸の製作も容易に行うことができる。また、自動調芯機構は、パンチ支持機構２０、油圧シリンダ３６、電動モータ３２及び電動モータ３４などにより構成されるが、電動モータ３２およびパンチ支持機構２０以外はもともと製造装置が備える機構であるため、製造装置それ自体も、機構的に簡単となって安価に製作可能となる。

（実施形態２）
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。図５は、本発明を実施した実施形態２に係る中空軸部材の製造装置を概略的に示す図であり、以下に図面を参照しながら詳細を説明する。なお、その説明中、前述の実施例と同様の作用効果を奏するものには同じ記号を付して説明する。
図５において、中空軸部材の製造装置１００は、被加工部材としての円柱形の軸部材６０と、この軸部材６０を軸中心６０Ａの周りに回転支持する回転移動装置６２と、軸部材６０と同芯的に配置されたパンチ１８と、このパンチ１８を支持するパンチ支持機構２０と、軸部材６０の周方向に等間隔（１８０度毎）に２個配置されたローラ５０と、各ローラ５０を回転自在に支持するハウジング５４とを備えている。

軸部材６０は、図５の左右方向である軸方向に延びる中実の丸棒である。回転移動装置６２は、チャック６４を用いて軸部材６０の一端部を保持していて、例えば、軸部材６０を軸方向に移動させる油圧シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）と、軸部材６０を軸中心６０Ａの周りに回転させるモータ（図示省略）とを有している。これにより、軸部材６０は、軸中心６０Ａの周りに回転する状態で図５の左側から右側へ移動するようになっている。なお、前記回転移動装置６２が本発明の回転支持手段に相当し、前記アクチュエータが本発明の移動手段に相当し、前記モータが本発明の軸部材駆動手段に相当する。また、前記パンチ支持機構２０、前記軸部材６０を軸方向に移動させる油圧シリンダ等のアクチュエータ、前記軸部材６０を軸中心６０Ａの周りに回転させるモータ及び前記パンチ１８の電動モータ３２により自動調芯機構が構成される。

各ローラ５０は、軸部材６０の外周面を表面加工するためのものであり、表面加工するときに軸部材６０の軸中心６０Ａが傾くことを防止するために周方向に等間隔（１８０度毎）に配置されている。なお、各ローラは３個以上配置されていても良く、この場合においても各ローラは周方向に等間隔に配置される。また、各ローラ５０は、ベアリング５１を介して図５の左右方向に延びる回転軸５２にそれぞれ組付けられていて、回転軸５２周りに回転自在である。各回転軸５２の両端は、ハウジング５４に組付けられている。

各ローラ５０は、図５の左右方向の中間部が太い回転体である。各ローラ５０は、回転軸５２に対する径外方端から図５の左側（軸部材６０の進入側）にテーパ状の押圧部（導入部）５０Ａを有し、径外方端から図５の右側（軸部材６０の進出側）にテーパ状の逃げ部５０Ｂを有している。押圧部５０Ａは、軸部材６０の外周面を押圧するために設けられていて、押圧された材料は、各ローラ５０の径外方端から図５の右側に流れる。なお、各ローラ５０が軸部材６０の外周面を押圧することにより、軸部材６０には軸方向荷重及び径方向荷重が作用する

逃げ部５０Ｂは、加工された材料が各ローラ５０の径外方端から図５の右側に流れ易くするためのものであり、この逃げ部５０Ｂによってパンチ１８が軸部材６０の軸中心６０Ａ部分に丸孔を形成し易くなる。

本実施例において、軸部材６０は、所謂スピン押出し法により、加工される。スピ
ン押出し法は、軸部材６０が軸中心６０Ａ周りに回転し且つパンチ１８が中心線１８Ａの周りに回転する状態で、軸部材６０を各ローラ５０及びパンチ１８に向けて軸方向に移動させるとき、軸部材６０の外周面が各ローラ５０により表面加工されるとともに、軸部材６０の軸中心６０Ａ部分がパンチ１８により孔開け加工される加工方法である。このスピン押出し法により、外径及び内径が所定値に設定される中空軸が製造される。

以上のように構成された中空軸部材の製造装置において、軸部材６０の加工方法を以下に説明する。
まず、回転移動装置６２のチャック６４に軸部材６０をセットし、回転移動装置６２をモータによって図５において左側から見て時計方向に回転させる。
つぎに、パンチ支持機構２０を電動モータ３２によって図５において左側から見て反時計方向に回転させる。なお、パンチ支持機構２０の回転数（角速度）は、回転移動装置６２の回転数（角速度）と同様としたが、同じでなくても良い。
この状態において、回転移動装置６２をアクチュエータによって図５において右側方向に向かって移動させると、軸部材６０の先端が各ローラ５０の押圧部５０Ａに当接する。さらに、軸部材６０が右側方向へ移動するのに伴って、軸部材６０の外周面が各ローラ５０により表面加工される。
つぎに、各ローラ５０押圧部５０Ａを通過した軸部材６０の先端部分は、パンチ１８と当接し、それによって軸部材６０の軸中心６０Ａ部分がパンチ１８により孔開け加工され、回転移動装置６２が移動しきると、軸部材６０の外径及び内径が所定値に加工された中空軸が製造される。
次に、回転移動装置６２をアクチュエータによって図５において左側へ移動させ、チャック６４から中空軸に加工された軸部材６０を取り外せば、一連の加工が修了する。

本実施例においても、パンチ１８が軸部材６０内に押し込まれる際に、パンチ１８の中心線１８Ａと軸部材６０の軸中心６０Ａとが一致していないと、加工後の中空軸の肉厚にバラツキ（加工された製品間のバラツキ）が生じるため、一致させる必要があるが、本実施例の場合、前述の実施例と同様にパンチ１８の中心線１８Ａと軸部材６０の軸中心６０Ａとが一致していなかったとしても自動調芯機構により自動的に調芯され、精度よく軸部材６０を加工することができる。

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は上述の各実施例に限定されるものではなく、例えば、上述の各実施例では、素材１６や軸部材６０をパンチ１８に向かって移動させたが、パンチ１８が素材１６や軸部材６０に向かって移動するように構成しても差し支えない。また、パンチ支持機構２０は、配置方向が直交する２組の板バネ２６、２８により構成したが、この構成に限定されることはない。
また、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明
は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で
実施することができる。

１０・・・中空軸部材の製造装置
１２・・・ダイ
１６・・・素材
１８・・・パンチ
２０・・・パンチ支持機構
３２・・・電動モータ
３４・・・電動モータ
３６・・・油圧シリンダ

Claims (4)

1. 被加工部材である軸部材を回転支持する回転支持手段と、
   前記回転支持手段により回転支持された前記軸部材を回転駆動する軸部材駆動手段と、
   前記軸部材と対向して回転可能に配置されるパンチと、
   前記パンチを回転駆動するパンチ駆動手段と、
   前記軸部材駆動手段により前記軸部材が回転駆動されると共に前記パンチ駆動手段により前記パンチが回転駆動された状態において、前記軸部材の中心部に前記パンチが押し込まれるように前記軸部材と前記パンチとを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
   前記軸部材と前記パンチとは、互いに反対方向に回転するように前記軸部材駆動手段及び前記パンチ駆動手段により回転駆動されることを特徴とする中空軸部材の製造装置。
2. 請求項１に記載する中空軸部材の製造装置において、
   前記パンチを、その軸線と直交する方向に移動可能に支持するパンチ支持機構を有していることを特徴とする中空軸部材の製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載する中空軸部材の製造装置において、
   前記回転支持手段と前記パンチとの間に、前記軸部材の周方向に間隔おいて複数個配置されたローラを配置したことを特徴とする中空軸部材の製造装置。
4. 軸部材とパンチとが共に回転駆動された状態であって、前記軸部材と前記パンチとが互いに反対方向に回転する状態において前記軸部材の中心部に前記パンチが押し込まれるように前記軸部材と前記パンチとを相対的に移動させて中空軸部材を製造することを特徴とする中空軸部材の製造方法。

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