JPH06269882A - ロール成形旋削加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストン用耐摩環のごときリング成形体を、
同一装置により精度よくロール成形及び旋削加工する。 【構成】 一対の成形型半体１２，１３からなる組み合
わせ成形型１４の成形溝部１５内に、リング成形体１８
の内径と同寸法の外径を有するフローティングリング１
９を遊嵌し、成形溝部１５を覆って組み合わせ成形型１
４に嵌合したフープ素材１７を、成形溝部１５の溝幅よ
りも幅の小さなローラ１６を組み合わせ成形型１４とは
相対的に逆方向回転させながら押圧することにより、フ
ローティングリング１９の外径と同寸法の内径をもつリ
ング成形体１７にロール成形し、次にロール成形中はフ
ローティングリング１９から離脱させていた治具２０を
フローティングリング１９に係合させ、リング成形体１
８をフローティングリング１９を介して成形型１４に同
軸固定した状態で、ローラ１６に代わる旋削工具２１を
もって所要寸法の外形形状に仕上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン用ピストン耐
摩環のごときリング成形体を成形するさいに、ロール成
形と旋削加工が連続的に行えるよにしたロール成形旋削
加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル・エンジン用ピストンは、特
にトップリング溝近傍を冷却剤によって効率よく冷却で
きるよう、耐摩性と耐熱性に富む専用の金属材料を成形
し、円筒状首部の両端に円形鍔部を有するリング成形体
に加工した耐摩環を用いるものが多い。この種の耐摩環
は、ピストンのリング溝の裏面部に潤滑油を導くことの
できる胴管部として付設されるため、鋳造により製作す
ることもできるが、使用時に低温から高温まで広範囲の
温度変化にさらされるため、成形時に要求される寸法精
度はきわめて厳しく、成形方法の善し悪しがピストン冷
却効果に与える影響は大である。そこで、例えばステン
レス材等の薄板板金をロール成形し、ピストンリングを
挿入するリングトレーガと溶接して成形し、これをピス
トンに鋳込む方法により、比較的簡単に製作されるよう
になった。

【０００３】ところで、こうした耐摩環のごときリング
成形体をロール成形するのに用いる従来のロール成形装
置は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に各成形段に示した形状の装
置であった。同図に示したロール成形装置１は、端面に
縮径部をもつ円柱状の成形型半体２と円柱状の成形型半
体３とを端面どうし突き合わせ締結分離自在に組み合わ
せた組み合わせ成形型４と、この組み合わせ成形型４の
突き合わされた端面の部分に形成された断面コ字形の溝
部５内に進退自在とされるローラ６とから構成される。
成形にさいしては、まず一対の成形型半体２，３をボル
トなどの締結手段（図示せず）により同軸締結し、図３
（Ａ）に示した組み合わせ成形型４を構成する。次に、
図４（Ａ）に示す金属製の筒状薄板材料からなるフープ
素材７を、組み合わせ成形型４の外周に嵌合させる。そ
こで、フープ素材７の中央部分を溝部５の中央に位置合
わせしたのち、フープ素材７を組み合わせ成形型４とと
もに回転させる。

【０００４】一方、ローラ６は、コ字形溝部５の溝幅か
らフープ素材７の肉厚の２倍を差し引いた幅を有してお
り、このローラ６を組み合わせ成形型４とは逆方向に回
転させながらフープ素材７に近接させ、図３（Ｂ）に示
したように、そこからさらにローラ６を溝部５の内方に
向けて押圧する。これにより、図４（Ｂ）に示したよう
に、フープ素材７は、まずリング成形体８に成形される
前段階であるリング中間体に成形され、この間のネッキ
ング工程により首部８ａが徐々に形成される。そこで、
さらに図３（Ｃ）に示したように、ローラ６を回転させ
ながら、フープ素材７を溝部５内に押圧していくと、図
４（Ｃ）に示したように、リング中間体の首部８ａの両
端に鍔部８ｂをもった最終成形体に近い形状に成形され
る。そして、図３（Ｄ）に示したように、ネッキング及
びフレアリング工程をさらに進め、最終段階において図
４（Ｄ）に示すリング成形体８が完成する。このため、
そこで成形型半体２，３どうしの締結を解除することに
より、溝部５内から完成したリング成形体８を取り外す
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のリング成形
体８の成形方法によれば、コ字形断面の溝部５にローラ
６を回転させながら押圧していったときに、円筒状の首
部８ａとその両端に円形鍔部８ｂを有するリング成形体
８が完成する直前に、完成に近いがまだ所要の寸法を獲
得するに至っていないリング成形体８が溝部５内に落ち
込んでしまい、首部８ａの内周を規制する手段が存在し
ないまま、組み合わせ成形型４とローラ６が互いに反対
方向に回転するだけであるため、リング成形体８に対す
る型規制が溝部５とローラ６の間のただ一か所に限られ
てしまい、リング成形体８の内周は自由放任されたまま
であるために、フレアリング工程における寸法精度が得
られないといった課題があった。

【０００６】また、上記従来のロール成形装置１は、ロ
ール成形されたリング成形体の外形寸法を加工後に所定
形状に仕上げるさいに、まず成形型半体３を成形型半体
２から引き離してリング成形体８を外し、続いて別の場
所に設置された専用の旋削加工機（図示せず）にリング
成形体８を装着し、バイト等の旋削工具を使って外形寸
法を所要寸法に仕上げる方法によっていた。しかし、コ
字形断面をもつリング成形体８は、薄板板金であるため
僅かな外力で変形しやすく、このためロール成形装置１
から旋削加工機に移し変える最中に誤って変形させてし
まう恐れがあり、またロール成形により成形されたリン
グ成形体は、その首部８ａに係合するチャック等を使っ
て旋削加工機に装着されるが、その中心軸線を旋削加工
機の回転中心軸に厳密に一致させるのは困難であり、装
着状態には多少のバラツキが伴うため、旋削加工機によ
り仕上げられた外形寸法の寸法精度はさほど高くなく、
またロール成形装置から旋削加工機に被加工物を移動さ
せるにも時間がかかるため、全体の作業効率は悪いとい
った問題があった。

【０００７】本発明は、これらの点に鑑みてなされたも
のであり、一対の成形型半体を組み合わせて締結した組
み合わせ成形型の成形溝部に、フローティングリングを
遊嵌させて組み合わせることにより、特にロール成形最
終段階においてリング成形体の首部の内周をフローティ
ングリングにより規制し、リング成形体の寸法精度を高
めるとともに、ロール成形後はフローティングリングを
治具によりリング成形体に同軸固定し、リング成形体を
成形型に嵌装したまま旋削工具による旋削を可能にする
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、成形溝部を形成する一対の成形型半体か
らなり、円筒状の首部と該首部両端に円形鍔部を有する
リング成形体に加工しようとする筒状素材が、前記該成
形溝部を覆って嵌合装着される組み合わせ成形型と、前
記リング成形体の内径と同寸法の外径を有し、前記成形
溝部内に遊嵌されるフローティングリングと、前記成形
溝部の幅から前記筒状素材の肉厚の２倍を差し引いた幅
を有し、前記組み合わせ成形型に嵌合装着された筒状素
材を、該組み合わせ成形型とは相対的に逆方向回転させ
ながら押圧しロール成形するローラと、該ローラ成形後
に前記フローティングリングに係合され、前記リング成
形体を該フローティングリングを介して前記組み合わせ
成形型に同軸固定する治具と、前記組み合わせ成形型に
同軸固定された前記リング成形体を旋削し、所要寸法の
外形形状に仕上げる旋削工具とを具備することを特徴と
するものである。

【０００９】また、本発明は、前記組み合わせ成形型
が、成形端面どうしを同軸対向させ、成形溝部を隔てて
互いに近接離間可能に設けられた受け型及び押し型とか
らなることを特徴としており、さらに前記フローティン
グリングが、前記治具に係合する段付き係合孔を有して
おり、該段付き係合孔に前記治具が係合したきに半径方
向及び軸方向に位置決めされることを特徴とし、さらに
また前記治具が、前記一方の成形半体内に摺動可能に同
軸配置され、前記フローティングリング又は前記他方の
成形半体に選択的に係脱可能とされ、ロール成形時は前
記他方の成形型半体に係合し、旋削加工時は前記フロー
ティングリングに係合することを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】本発明装置によれば、一対の成形型半体からな
る組み合わせ成形型の成形溝部内に、リング成形体の内
径と同寸法の外径を有するフローティングリングを遊嵌
し、成形溝部を覆って組み合わせ成形型に嵌合したフー
プ素材を、成形溝部の溝幅よりも幅の小さなローラを組
み合わせ成形型とは相対的に逆方向回転させながら押圧
することにより、フローティングリングの外径と同寸法
の内径をもつリング成形体にロール成形し、次にロール
成形中はフローティングリングから離脱させていた治具
をフローティングリングに係合させ、リング成形体をフ
ローティングリングを介して組み合わせ成形型に同軸固
定した状態で、所要寸法の外形形状に仕上げることによ
り、ロール成形と旋削加工を同一装置により精度よくか
つ効率よく行う。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１，２を
参照して説明する。図１は、本発明のロール成形旋削加
工装置の一実施例による成形加工工程を示す要部縦断面
図、図２は、図１に示したロール成形旋削加工装置によ
り成形加工されるリング成形体の各成形加工段における
状態を示す斜視図である。

【００１２】図１（Ａ）〜（Ｆ）に示したリング成形装
置１１は、一対の成形型半体１２，１３を対向する成形
端面間に成形溝部１５を形成して組み合わせた組み合わ
せ成形型１４と、一方の成形型半体１２内に摺動可能に
同軸配置した治具２０と、リング成形体１８の内径と同
寸法の外径を有し、成形溝部１５内に嵌装されるフロー
ティングリング１９と、成形溝部１５の幅からフープ素
材１７の肉厚の２倍を差し引いた幅を有するローラ１６
と、ロール成形完了後に、リング成形体１８の外形を旋
削加工する旋削工具２１等から構成される。リング成形
体１８は、図２（Ａ）に示した薄板筒状金属材料からな
るフープ素材１７から成形されるもので、最終的には円
筒状の首部１８ａとその両端に円形鍔部１８ｂを有する
形状に成形加工される。

【００１３】成形に用いる組み合わせ成形型１４は、成
形端面どうしを同軸対向させて互いに近接離間可能に設
けた一対の成形型半体１２，１３が、ロール成形のため
の受け型と押し型を構成しており、それぞれに貫通孔１
２ａ，１３ａが同軸穿設してある。また、貫通孔１３ａ
については開口部分を倍程度の径にまで座ぐり加工し、
治具２０を受けるための皿穴１３ｂとしてある。なお、
フープ素材１７は、後述するように、成形端面を所定距
離だけ離間させた状態に管継手するごとく成形型半体１
２，１３に嵌装される。受け型となる成形型半体１２の
貫通孔１２ａに同軸嵌装した治具２０は、先端に頭部２
０ａと鍔部２０ｂが形成されており、これらが押し型と
なる成形型半体１３内とフローティングリング１９に選
択的に係脱するようになっている。実施例の場合、鍔部
２０ｂの径は、皿穴１３ｂの径にほぼ等しく、また鍔部
２０ｂの厚みは、皿穴１３ｂの深さにほぼ等しい。な
お、治具２０の胴部２０ｃの径は、頭部２０ａと鍔部２
０ｂの各径の中間の寸法とされている。

【００１４】フローティングリング１９は、リング成形
体１８の内径と同寸法の外径を有し、治具２０の鍔部２
０ｂが係脱する段付き係合孔１９ａを有する。実施例に
示した係合孔１９ａは、鍔部２０ｂが係合する大径部と
鍔部２０ｂを係止する小径部から構成され、治具２０を
半径方向に規制する大径部の径は鍔部２０ｂの径にほぼ
等しく、また治具２０を軸方向に規制する小係部までの
深さすなわち大径部の長さは鍔部２０ｂの厚みにほぼ等
しい。フローティングリング１９は、治具２０の鍔部２
０ｂの係脱に応じて半径方向及び軸方向の動きを規制又
は解除されるが、治具２０を離脱させたときに成形溝部
１５内を半径方向に自由に移動できるよう、その幅は成
形溝部１５の幅よりもごく僅かだけ小としてある。

【００１５】ローラ１６は、成形溝部１５の幅からフー
プ素材１７の肉厚の２倍を差し引いた幅を有しており、
治具２０の鍔部２０ｂを成形型半体１３に係合させた状
態でフープ素材１７に対し成形型１４とは相対的に逆方
向回転させながら押圧され、フローティングリング１９
の外径と同寸法の内径をもつリング成形体１８をロール
成形する。

【００１６】旋削工具２１は、金属切削用のバイトであ
り、ロール成形完了後にローラ１６に代わってリング成
形体１８の外周に対向配置され、リング成形体１８を成
形型１４とともに回転させた状態で軸に平行移動され、
刃先でリング成形体１８の外形を旋削加工する。ただ
し、旋削加工中は、治具２０の鍔部２０ｂは成形型半体
１３内ではなくフローティングリング１９内に係合させ
た状態で行われ、フローティングリング１９は治具２０
によって半径方向と軸方向に移動規制される。

【００１７】リング成形体１８の成形加工にさいして
は、まず図１（Ａ）に示したように、押し型となる成形
型半体１３を受け型である成形型半体１２から離間さ
せ、フローティングリング１９を治具２０に係合させ
る。次に、一対の成形型半体１２，１３を管継手するご
とく溝部１５を覆い、図２（Ａ）に示すフープ素材７を
組み合わせ成形型１４に嵌合する。すなわち、フープ素
材７を一端側から一方の成形型半体１２に浅く嵌合保持
させ、次に他方の成形型半体１３を近接移動させてフー
プ素材７の他端側に浅く嵌合させる。フープ素材７の装
着が完了したならば、図１（Ｂ）に示したように治具２
０を前進駆動し、頭部２０ａ及び鍔部２０ｂを成形型半
体１３内に係合させ、ローラ１６をフープ素材１７に当
接させる。

【００１８】こうして加工準備態勢は整うが、治具２０
の係合を解除されたフローティングリング１９は、成形
溝部１５内にあって治具２０の胴部２０ｃに遊嵌した状
態となる、ただし、軸方向に殆ど遊びはなく、ただ半径
方向にのみ浮遊移動できる状態となる。そこで、図１
（Ｃ）に示したように、溝部１５の溝幅よりもフープ素
材１７の肉厚の２倍だけ幅の小さなローラ１６を、成形
型１４とは逆方向に回転させながらフープ素材１７に押
圧する。これにより、ネッキング工程が始まり、リング
成形体１８の首部１８ａが徐々に形成される。このネッ
キング工程では、フープ素材１７の首部の内周にフロー
ティングリング１９が密嵌合し、フープ素材１７は内側
から変形規制されたまま成形されるため、最終形状の前
段階として図２（Ｃ）に示したようにフローティングリ
ング１９と同径の内周をもったリング中間体が成形され
る。

【００１９】そこで、図１（Ｄ）に示したようにさらに
ローラ１６を回転させながら、フープ素材１７を成形溝
部１５内に押圧していくと、図２（Ｃ）に示したよう
に、首部１８ａの両端に円形鍔部１８ｂをもった最終成
形体に近い形状に成形される。そして、このネッキング
及びフレアリング工程の最終段階でも、ネッキング工程
開始以来ずっとリング成形体１８の首部の内周にフロー
ティングリング１９が密嵌合したまま成形が行われるた
め、成形体リング１８は内周側に一切自由変形できず、
設計寸法に近い状態で成形される。このため、工程終了
時には図２（Ｄ）に示したほぼ完成に近いリング成形体
１９が得られ、後は外形寸法を仕上げるための旋削加工
を残すだけとなる。

【００２０】旋削加工にさいしては、まず治具２０を後
退させてフローティングリング１９内に係合させ、フロ
ーティングリング１９を半径方向と軸方向に移動規制す
る。これにより、リング成形体１８はフローティングリ
ング１９を介して治具２０すなわち成形型半体１２に対
して同軸固定され、旋削加工準備が整う。そこで、図１
に示したように、ローラ１６を移動させて旋削工具２１
を加工位置にセットし、組み合わせ成形型１４を回転さ
せながら旋削加工を行う。リング成形体１８の鍔部１８
ｂは、旋削工具２１の刃先により旋削されて所要寸法に
加工され、最終的には図示２（Ｅ）に示したリング成形
体１８が得られる。なお、旋削加工中のリング成形体１
８は、一対の成形型半体１２，１３により両側からしっ
かりと保持され、かつまた内周側をフローティングリン
グ１９により支持されているため、きわめて精度の高い
旋削加工が可能である。

【００２１】旋削加工を終えたリング成形体１８は、図
１（Ｆ）に示したように押し型である成形型半体１３を
離間させることで、成形溝部１５から容易に取り外すこ
とができる。ただし、リング成形体１８は、旋削加工が
完了した時点で初めて成形溝部１５から取り外すため、
当然のことながら、従来のようにロール成形を終えた段
階で旋削加工機のある場所に移し変えたりする必要はま
ったくなく、ロール成形に続いて同じ場所で旋削加工を
行うことができるため、加工変形による寸法狂いや不要
な加工工数とは無縁である。

【００２２】このように、上記ロール成形旋削加工装置
１１によれば、ディーゼルエンジン用ピストンの耐摩環
等のごとく寸法精度が要求されるリング成形体１８を成
形溝部１５の幅とフローティングリング１９の外径に合
わせて精度よくロール成形することができ、またロール
成形に引き続きその場で旋削加工を施して外形形状を所
要寸法に仕上げることができる。また、リング成形体１
８の成形形状に合わせ成形型半体１２，１３とフローテ
ィングリング１９を複数組用意しておくことで、形状の
異なるあらゆるリング成形体１８を自在に成形すること
ができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一対の成形型半体からなる組み合わせ成形型の成形溝部
内に、リング成形体の内径と同寸法の外径を有するフロ
ーティングリングを遊嵌し、成形溝部を覆って組み合わ
せ成形型に嵌合したフープ素材を、成形溝部の溝幅より
も幅の小さなローラを組み合わせ成形型とは相対的に逆
方向回転させながら押圧することにより、フローティン
グリングの外径と同寸法の内径をもつリング成形体にロ
ール成形し、次にロール成形中はフローティングリング
から離脱させていた治具をフローティングリングに係合
させ、リング成形体をフローティングリングを介して組
み合わせ成形型に同軸固定した状態で、所要寸法の外形
形状に仕上げる構成としたから、筒状素材を成形溝部の
内壁に沿って変形させながらローラを押し付けていった
ときに、筒状素材が最終形状のリング成形体にまで成形
される過程で、リング成形体の内周にフローティングリ
ングが密着嵌合し、リング成形体の首部をフローティン
グリングの外形形状に規制するため、ローラとフローテ
ィングリングの間に挟まれて成形される素材を、鍔部の
端面は溝部の内壁により、また首部の内周面はフローテ
ィングリングの外周面により規制しながら、所望の形状
にきわめて精度よく成形することができ、またロール成
形完了後は、治具を移動させるだけでフローティングリ
ングを組み合わせ成形型に同軸固定できるため、リング
成形体を旋削加工機等に移し変えることなく、そのまま
旋削加工が可能であり、加工変形による寸法狂い等のな
い高精度の旋削加工が少ない工数で可能であり、従って
ディーゼルエンジン用ピストンの耐摩環等のごとく寸法
精度が要求されるリング成形体を効率よく成形すること
ができる等の優れた効果を奏する。

【００２４】また、本発明は、組み合わせ成形型を、成
形端面どうしを同軸対向させ、成形溝部を隔てて互いに
近接離間可能に設けられた受け型及び押し型とから構成
したから、受け型から押し型を離間させた状態で筒状素
材を装着し、また受け型に対して押し型を所定の距離ま
で近接させることにより、受け型と押し型の間にリング
成形体の幅に応じた成形溝を形成することができ、受け
型と押し型を同軸一体回転させながら、リング成形体を
精度よく旋削加工することができる等の効果を奏する。

【００２５】また、フローティングリングが、治具に係
合する段付き係合孔を有しており、段付き係合孔に治具
が係合したきに半径方向及び軸方向に位置決めされるよ
う構成したから、ロール成形中は成形溝部内に遊嵌して
いたフローティングリングを、旋削加工時には治具の作
用により正確に一方の成形型半体に同軸固定することが
でき、これにより治具の移動とローラから旋削工具への
置換とをもって、簡単にロール成形から旋削加工に移行
することができる等の効果を奏する。

【００２６】さらにまた、治具が、一方の成形半体内に
摺動可能に同軸配置され、フローティングリング又は他
方の成形半体に選択的に係脱可能とされ、ロール成形時
は他方の成形型半体に係合し、旋削加工時はフローティ
ングリングに係合する構成としたから、ロール成形的に
は一対の成形型半体が治具により同軸化され、また旋削
加工時には治具がフローティングリングを介してリング
成形体を一方の成形型半体に同軸固定するというよう
に、ロール成形と旋削加工の両方に共通する治具の働き
によりロール成形精度と旋削加工精度を良好に維持する
ことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロール成形旋削加工装置の一実施例に
よる成形加工工程を示す要部縦断面図である。

【図２】図１に示したロール成形旋削加工装置により成
形加工されるリング成形体の各成形加工段における状態
を示す斜視図である。

【図３】従来のロール成形装置による成形工程を示す要
部縦断面図である。

【図４】従来のロール成形装置により成形されるリング
成形体の各成形段における状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１ ロール成形旋削加工装置 １２，１３ 成形型半体 １４ 組み合わせ成形型 １５ 成形溝部 １６ ローラ １７ フープ素材 １８ リング成形体 １９ フローティングリング ２０ 治具 ２１ 旋削工具

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｊ 9/00 Ａ 7366−3Ｊ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形溝部を形成する一対の成形型半体か
   らなり、円筒状の首部と該首部両端に円形鍔部を有する
   リング成形体に加工しようとする筒状素材が、前記該成
   形溝部を覆って嵌合装着される組み合わせ成形型と、前
   記リング成形体の内径と同寸法の外径を有し、前記成形
   溝部内に遊嵌されるフローティングリングと、前記成形
   溝部の幅から前記筒状素材の肉厚の２倍を差し引いた幅
   を有し、前記組み合わせ成形型に嵌合装着された筒状素
   材を、該組み合わせ成形型とは相対的に逆方向回転させ
   ながら押圧しロール成形するローラと、該ローラ成形後
   に前記フローティングリングに係合され、前記リング成
   形体を該フローティングリングを介して前記組み合わせ
   成形型に同軸固定する治具と、前記組み合わせ成形型に
   同軸固定された前記リング成形体を旋削し、所要寸法の
   外形形状に仕上げる旋削工具とを具備することを特徴と
   するロール成形旋削加工装置。
2. 【請求項２】 前記組み合わせ成形型は、成形端面どう
   しを同軸対向させ、成形溝部を隔てて互いに近接離間可
   能に設けられた受け型及び押し型とからなることを特徴
   とする請求項１記載のロール成形旋削加工装置。
3. 【請求項３】 前記フローティングリングは、前記治具
   に係合する段付き係合孔を有しており、該段付き係合孔
   に前記治具が係合したきに半径方向及び軸方向に位置決
   めされることを特徴とする請求項１記載のロール成形旋
   削加工装置。
4. 【請求項４】 前記治具は、前記一方の成形半体内に摺
   動可能に同軸配置され、前記フローティングリング又は
   前記他方の成形半体に選択的に係脱可能とされ、ロール
   成形時は前記他方の成形型半体に係合し、旋削加工時は
   前記フローティングリングに係合することを特徴とする
   請求項１記載のロール成形旋削加工装置。