JP7458264B2

JP7458264B2 - 加工装置

Info

Publication number: JP7458264B2
Application number: JP2020130464A
Authority: JP
Inventors: 亮介鈴木; 頼匡須永; 大樹坂本
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: JP2022026824A

Description

本発明の実施形態は、加工装置に関する。

例えば、車両のステアリングの動きを車輪に伝達する機構として、ラックバーが用いられている。ラックバーの表面の一部には歯が形成されており、この歯がステアリングに連結されたピニオンシャフトの歯とかみ合うことにより、ステアリングの回転運動をラックバーの長手方向に沿った直線運動に変換し、車輪の向きを変えることができる。

特開２００５－２３８２５３号公報特開２０１９－０３０９１７号公報

ラックバーのうち、内部まで材料が詰まった中実ラックバーは、通常、丸棒材の表面に研削加工を施すことによって成形される。一方、内部が中空の中空ラックバーは、通常、パイプ材にマンドレルを用いた鍛造加工を施すことによって成形される。これらのラックバーは、成形後、焼入処理を施して、表層部を硬化させる場合がある。しかしながら、この場合は、工程数が増えることにより、生産性が低下する懸念がある。

本発明の実施形態の目的は、生産性が高い加工装置を提供することである。

本発明の実施形態に係る加工装置は、ケースと、前記ケース内に設けられ、第１ワークを支持する第１ワーク支持手段と、前記ケース内に設けられ、第２ワークを支持する第２ワーク支持手段と、前記ケース内に設けられ、前記第１ワークを加工する刃具を保持する刃具保持手段と、前記ケース内に設けられ、前記第１ワークを加熱可能な誘導加熱手段と、を備え、前記第１ワーク支持手段と前記第２ワーク支持手段は、前記第１ワークと前記第２ワークを相互に当接させる。

本発明の実施形態によれば、生産性が高い加工装置を実現できる。

実施形態に係る加工装置を示す正面図である。実施形態に係る加工装置の加工部を示す正面図である。（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る加工装置の動作を示す図である。（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る加工装置の動作を示す図である。

以下、実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る加工装置を示す正面図である。
図２は、本実施形態に係る加工装置の加工部を示す正面図である。
図２においては、加工部のケースの正面部材及びドアの図示を省略し、加工部の内部を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る加工装置１においては、支持台１０が設けられている。支持台１０上には、加工部２０が設けられている。また、支持台１０上であって加工部２０の側方には、制御部３０が設けられている。

図１及び図２に示すように、加工部２０には、ケース２１、第１ワーク支持手段２２、第２ワーク支持手段２３、刃具保持手段２４、第１力印加手段２５、第２力印加手段２６、誘導加熱手段２７、冷却手段２８、及び、接合手段２９が設けられている。なお、加工部２０には、更に、ロボットアームが設けられていてもよい。

第１ワーク支持手段２２、第２ワーク支持手段２３、刃具保持手段２４、第１力印加手段２５、第２力印加手段２６、及び、誘導加熱手段２７は、ケース２１内に配置されている。なお、ある手段が「ケース２１内に配置されている」とは、少なくともその手段におけるワークに直接作用する部分がケース２１内に配置されていることをいい、必ずしもその手段の全体がケース２１内に配置されていなくてもよい。例えば、加工部２０の各手段に電力を供給する電源ユニット（図示せず）は、支持台１０の内部に設けられていてもよい。また、各手段の制御回路は、制御部３０に設けられている。

ケース２１には、壁材２１ａ及びドア２１ｂが設けられており、ドア２１ｂには窓２１ｃが設けられている。壁材２１ａは、ケース２１の正面以外の５面、すなわち、底面、天面、両側面及び背面を構成し、さらに、正面におけるドア２１ｂ以外の部分を構成している。ドア２１ｂは壁材２１ａに開閉可能に取り付けられている。作業者は、ドア２１ｂを開けることにより、ケース２１の内部にアクセスできる。また、ドア２１ｂを閉めることにより、ケース２１の内部で発生した切削屑が外部に飛散したり、誘導加熱によって生じた熱が外部に伝達したり、冷却手段２８から吐出された冷却液が外部に漏洩することを抑制できる。更に、作業者はドア２１ｂを閉めた状態で、窓２１ｃを介してケース２１の内部を視認できる。

図２に示すように、第１ワーク支持手段２２には、ワークＷ１の一端を保持し、ワークＷ１を回転させる主軸台２２ａと、ワークＷ１の他端を回転可能に支持する心押台２２ｂが設けられている。心押台２２ｂはワークＷ１を主軸台２２ａに向けて付勢する。第１ワーク支持手段２２は、主軸台２２ａと心押台２２ｂとでワークＷ１を挟むことにより、ワークＷ１を回転可能に支持する。本明細書においては、ワークＷ１の回転軸及びその延長線を、「主軸線Ｃ」という。心押台２２ｂは、主軸線Ｃ上から退避可能とされている。

第２ワーク支持手段２３には、ワークＷ２の一端を保持し、ワークＷ２を回転させる主軸台２３ａと、ワークＷ２の他端を回転可能に支持する心押台２３ｂが設けられている。心押台２３ｂはワークＷ２を主軸台２３ａに向けて付勢する。第２ワーク支持手段２３は、主軸台２３ａと心押台２３ｂとでワークＷ２を挟むことにより、ワークＷ２を回転可能に支持する。ワークＷ２の回転軸は主軸線Ｃ上に位置する。心押台２３ｂは、主軸線Ｃ上から退避可能とされている。

刃具保持手段２４の先端部には、刃物台２４ａが設けられている。刃物台２４ａは、ワークＷ１及びワークＷ２を加工する刃具Ｂを保持する。刃具保持手段２４は、刃物台２４ａを主軸線Ｃに沿った方向及び上下方向に移動させることにより、ワークＷ１又はワークＷ２の任意の位置に刃具Ｂを押し当てることができる。刃物台２４ａは、複数の種類の刃具Ｂを保持していてもよい。この場合は、刃物台２４ａを自転させることにより、使用する刃具Ｂを切り替えることができる。また、刃具保持手段２４の先端部の刃物台は、加工面に平行な方向にも移動可能になっている。

第１力印加手段２５には、例えば、ワークＷ１を把持する一対のパッド２５ａが設けられている。第１力印加手段２５は、一対のパッド２５ａがワークＷ１を挟持することにより、ワークＷ１に対して、ワークＷ１の回転方向及び主軸線Ｃに交差する方向に力を印加できる。

第２力印加手段２６には、例えば、ワークＷ２を把持する一対のパッド２６ａが設けられている。第２力印加手段２６は、一対のパッド２６ａがワークＷ２を挟持することにより、ワークＷ２に対して、ワークＷ２の回転方向及び主軸線Ｃに交差する方向に力を印加できる。

誘導加熱手段２７には、例えば、コイル２７ａが設けられている。コイル２７ａは、例えば、ワークＷ１又はワークＷ２を囲む位置に配置されており、主軸線Ｃに沿って移動可能である。誘導加熱手段２７はコイル２７ａに高周波電流を流すことにより、ワークＷ１及びワークＷ２内に誘導電流を流し、ワークＷ１及びワークＷ２を加熱することができる。

冷却手段２８には、ノズル２８ａと、冷却液供給手段２８ｂが設けられている。ノズル２８ａは、ケース２１内に配置されており、主軸線Ｃに沿って移動可能であると共に、ワークＷ１及びワークＷ２に対して冷却液を噴射可能である。冷却液は例えば水である。冷却液供給手段２８ｂには、タンク、配管及びポンプ（図示せず）が設けられている。冷却液供給手段２８ｂは、タンク内に冷却液を保持し、ポンプ及び配管によって冷却液をノズル２８ａに供給する。また、ケース２１内に放出された冷却液は、配管を介してタンクに戻される。冷却液供給手段２８ｂは、例えば、支持台１０内に配置されていてもよい。冷却手段２８は、誘導加熱されたワークＷ１又はワークＷ２を急冷し、焼入処理を効果的に施すことができる。

制御部３０は、加工部２０の動作を制御する。制御部３０には、演算部３１、インターフェース部３２及び通信部３３が設けられている。演算部３１には、例えば、ＣＰＵ（central processing unit：中央演算処理装置）及びメモリが設けられている。演算部３１は、例えば、刃具保持手段２４、第１力印加手段２５及び第２力印加手段２６を数値制御（ＮＣ：Numerical Control）する。

インターフェース部３２は、作業者との間で情報をやりとりする。インターフェース部３２には、例えば、タッチパネル、表示パネル、及び、キーボード等が設けられている。通信部３３は、外部との間で電気的な手段で情報をやりとりする。例えば、加工部２０を制御するプログラムは、通信部３３を介して外部から入力されてもよい。

次に、本実施形態に係る加工装置１の動作について説明する。
本実施形態においては、加工装置１により、中実ラックバーと中空ラックバーが接合された複合ラックバーを製造する例を説明する。
図３（ａ）～図４（ｃ）は、本実施形態に係る加工装置の動作を示す図である。
図３（ａ）～図４（ｃ）は、加工部２０の内部のみを示している。また、図を見やすくするために、各工程において使用しない構成要素は、適宜図示を省略している。

図１及び図２に示すように、加工装置１の演算部３１には、予め通信部３３を介して、制御プログラムがインストールされている。作業者は、インターフェース部３２を介して、演算部３１に必要な情報を入力する。

そして、図１及び図３（ａ）に示すように、作業者はケース２１のドア２１ｂを開き、ワークＷ１として、金属からなる丸棒材を第１ワーク支持手段２２に装着する。このとき、主軸台２２ａがワークＷ１の一端を保持し、心押台２２ｂがワークＷ１の他端を回転可能に支持する。ワークＷ１の中心軸は、主軸線Ｃと一致させる。心押台２２ｂは、ワークＷ１を主軸台２２ａに向けて付勢する。その後、作業者はドア２１ｂを閉め、インターフェース部３２を操作して、加工装置１に加工を開始させる。以後の動作は、演算部３１によって制御される。

図３（ｂ）に示すように、刃具保持手段２４が刃物台２４ａに取り付けられた刃具ＢをワークＷ１に押し付ける。これにより、ワークＷ１が切削加工されて、歯部Ｗ１ａが形成される。この結果、ワークＷ１が中実ラックバーの形状に加工される。このとき、ケース２１が、切削屑が加工装置１の外部に飛散することを防止する。
なお、ワークＷ１を研削加工する目的によっては、主軸台２２ａがワークＷ１を回転させて、そして、刃具保持手段２４が刃物台２４ａに取り付けられた刃具ＢをワークＷ１に押し付けてもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、第２ワーク支持手段２３に、ワークＷ２を装着する。ワークＷ２の中心軸は、主軸線Ｃと一致させる。この作業は作業者が行ってもよく、加工部２０に設けられたロボットアーム（図示せず）によって行ってもよい。ワークＷ２は、例えば、中空ラックバーであり、歯部Ｗ２ａが事前に形成されている。中空ラックバーは、例えば、加工装置１の外部において、金属製のパイプ材を型に入れてマンドレルで押し拡げることにより、成形されたものである。

次に、図４（ａ）に示すように、第１力印加手段２５の一対のパッド２５ａがワークＷ１を挟持し、第１ワーク支持手段２２の心押台２２ｂ（図３（ｃ）参照）は主軸線Ｃ上から退避する。また、第２力印加手段２６の一対のパッド２６ａがワークＷ２を挟持し、第２ワーク支持手段２３の心押台２３ｂ（図３（ｃ）参照）は主軸線Ｃ上から退避する。そして、第１ワーク支持手段２２の主軸台２２ａと第２ワーク支持手段２３の主軸台２３ａが、ワークＷ１とワークＷ２とを相互に当接させて、接合する。すなわち、本実施形態に係る加工装置１においては、ワークＷ１とワークＷ２とを相互に接合する接合手段２９が設けられている。なお、接合の方法は特に限定されないが、例えば、摩擦圧接、接着剤による接着、又は、中間部材を介した接合とすることができる。これにより、ワークＷ１とワークＷ２が接合されたワークＷ０が形成される。

ワークＷ０において、ワークＷ１とワークＷ２との間で回転位相差が生じている場合は、パッド２５ａがワークＷ１を固定した状態で、パッド２６ａがワークＷ２に回転方向の力を印加することにより、回転位相差を矯正する。また、ワークＷ１及びワークＷ２の真直度が基準に満たない場合は、パッド２５ａ又はパッド２６ａがワークＷ１又はワークＷ２に対して、主軸線Ｃに対して直交する方向に力を印加することにより、真直度を矯正する。すなわち、これらの矯正はワークＷ１とワークＷ２を接合しながら行う。なお、これらの矯正は、誘導加熱手段２７がワークＷ１とワークＷ２との接合部分を加熱しながら行ってもよい。このように、第１力印加手段２５及び第２力印加手段２６は、協働することにより、ワークＷ１とワークＷ２の相対的な位置を矯正できる。

次に、図４（ｂ）に示すように、誘導加熱手段２７がコイル２７ａを主軸線Ｃに沿って移動させつつ、コイル２７ａに高周波電流を流すことにより、ワークＷ０を誘導加熱する。このとき、ワークＷ２部分は全体を、ワークＷ１部分は軸部（歯部Ｗ１ａが形成されていない他の部分）をコイル２７ａがワークＷ０に対して相対的に移動することにより、ワークＷ０が加熱される。このとき、ケース２１が、誘導加熱に伴う熱が加工装置１の外部に伝達されることを抑制する。なお、ワークＷ１の用途によっては、Ｗ１全体（すなわち、ワークＷＯ全体）を加熱してもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、冷却手段２８がノズル２８ａを主軸線Ｃに沿って移動させつつ、ノズル２８ａからワークＷ０に向けて冷却液を吐出する。このとき、ワークＷ２部分は全体を、ワークＷ１部分は軸部（歯部Ｗ１ａが形成されていない他の部分）をノズル２８ａがワークＷ０に対して相対的に移動することにより、ワークＷ０が冷却される。なお、ワークＷ１の用途によっては、Ｗ１全体（すなわち、ワークＷＯ全体）を冷却してもよい。これにより、ワークＷ０が急冷されて、表層部分が焼き入れされる。この結果、ワークＷ０の表層部分が硬化する。このとき、ケース２１が、冷却液が加工装置１の外部に漏洩することを抑制する。このようにして、ワークＷ０が複合ラックバーに加工される。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、加工装置１のケース２１内に誘導加熱手段２７及びワークＷ１とワークＷ２とを相互に接合する接合手段２９が設けられている。このため、加工装置１によって、ワークＷ１の研削加工、ワークＷ１とワークＷ２の接合、及び、ワークＷ０の誘導加熱による焼入処理を、ケース２１内で連続して行うことができる。この結果、加工装置１は製品の生産性が高い。

また、本実施形態においては、加工装置１が冷却手段２８を備えており、冷却手段２８のノズル２８ａがケース２１内に配置されている。これにより、誘導加熱手段２７によって加熱されたワークＷ０をケース２１内で急冷することができる。この結果、ワークＷ０の焼入処理を精密に制御できる。

なお、図４（ｂ）に示す加熱工程と、図４（ｃ）に示す冷却工程は、時間的に重複して行ってもよい。すなわち、コイル２７ａをワークＷ０に対して相対的に移動させて誘導加熱しつつ、ノズル２８ａをコイル２７ａの後を追うように移動させて冷却してもよい。この場合は、ワークＷ０が長手方向に沿って順次加熱され、その直後に冷却される。この結果、加熱工程及び冷却工程に要する時間を短縮し、生産性をより向上させることができる。
また、冷却手段２８はコイル２７ａと一体型の構成にされていてもよい

また、本実施形態においては、加工装置１によって中実ラックバーと中空ラックバーが結合された複合ラックバーを製造する例を示したが、加工装置１が製造する製品は複合ラックバーには限定されない。すなわち、ワークＷ１が刃具Ｂによって切削加工されるものであれば適用可能である。また、本実施形態においては、中空ラックバーであるワークＷ２は加工装置１の外部で成形する例を示したが、製造する製品の種類によっては、ワークＷ２も、ワークＷ１と同様に、加工装置１内において研削加工によって成形できる。

更に、本実施形態においては、コイル２７ａがワークＷ１又はワークＷ２を囲むように配置された例を示したが、これには限定されない。コイル２７ａは、ワークＷ１又はワークＷ２から見て主軸線Ｃに対して交差する一方向側に配置されていてもよい。この場合は、主軸台２２ａ又は２３ａがワークＷ０を回転させることにより、ワークＷ０を均一に加熱することができる。

前述の実施形態は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態には限定されない。例えば、前述の実施形態において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。

１：加工装置
１０：支持台
２０：加工部
２１：ケース
２１ａ：壁材
２１ｂ：ドア
２１ｃ：窓
２２：第１ワーク支持手段
２２ａ：主軸台
２２ｂ：心押台
２３：第２ワーク支持手段
２３ａ：主軸台
２３ｂ：心押台
２４：刃具保持手段
２４ａ：刃物台
２５：第１力印加手段
２５ａ：パッド
２６：第２力印加手段
２６ａ：パッド
２７：誘導加熱手段
２７ａ：コイル
２８：冷却手段
２８ａ：ノズル
２８ｂ：冷却液供給手段
２９：接合手段
３０：制御部
３１：演算部
３２：インターフェース部
３３：通信部
Ｂ：刃具
Ｃ：主軸線
Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２：ワーク
Ｗ１ａ、Ｗ２ａ：歯部

Claims

ケースと、
前記ケース内に設けられ、第１ワークを支持する第１ワーク支持手段と、
前記ケース内に設けられ、第２ワークを支持する第２ワーク支持手段と、
前記ケース内に設けられ、前記第１ワークを加工する刃具を保持する刃具保持手段と、
前記ケース内に設けられ、前記第１ワークを加熱可能な誘導加熱手段と、
前記ケース内に設けられ、前記第１ワークに力を印加可能な第１力印加手段と、
前記ケース内に設けられ、前記第２ワークに力を印加可能な第２力印加手段と、
を備え、
前記第１ワーク支持手段と前記第２ワーク支持手段は、前記第１ワークと前記第２ワークを相互に当接させ、
前記第１力印加手段及び前記第２力印加手段は、前記第１ワークと前記第２ワークの相対的な位置を矯正可能である
加工装置。
前記第１力印加手段及び前記第２力印加手段は、前記第１ワークと前記第２ワークの回転位相差及び真直度のうち少なくとも一方を矯正可能である請求項１に記載の加工装置。
前記第１ワークは中実ラックバーであり、前記第２ワークは中空ラックバーである請求項１または２に記載の加工装置。
前記ケース内において前記第１ワークを冷却可能な冷却手段をさらに備えた請求項１～３のいずれか１つに記載の加工装置。