JPH07106418B2 - 精密角形長孔の加工方法とその加工品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鍛造可能な金属／非金
属性素材を含む、硬質素材に角形長孔を精密に開口する
加工方法と回転体であるその加工品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転力を原動機の一方から従動回
転機械の他方に伝達する場合に、直接または変速具を介
して両回転機械の回転軸を当接させ、該回転軸相互をそ
の外側から機械的に接続するのが一般的であった。すな
わち前記回転軸にキ−、スプライン、三角歯セレ−ショ
ン、又はカップリングによって相互接続を行うもので、
回転軸の正確な芯出しをすると共に高速、高トルクの伝
達効果を得ていた。上記の、いわゆる外側構造による回
転力伝達方式が、回転軸外側に軸口径より大きな構造ス
ペ−スを必然的に必要とするのに比べ、図２に示すよう
な回転体の回転力伝達方式では、回転体の軸芯を含む角
孔と角孔に挿入した角棒からなる内側構造によって回転
力が伝達できる種々の技術的利点が上げられて、活用さ
れている。すなわち、１）正確な芯出しが容易である、
２）構造スペ−スが最小である、３）回転体の、回転力
を受ける内側構造と同断面の外側周壁面に二次回転作用
構造を重層的に設ける事が出来る、等が内側構造による
同方式の利点である。

【０００３】前記した内側構造回転力伝達方式に用いる
製品は、その角孔加工の成否が重視された。すなわち従
来、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、錫、亜鉛、アル
ミ、鋼やそれらの合金を含む一般鍛造用材料を素材とし
て、完成加工品１′の角孔５を加工する際に、角孔５に
対して、±０．０１〜±０．１ｍｍレベルの加工精度が
求められてきた。ここに示す完成加工品１′は、その素
材内部に前方の前孔部１４ｂと後方の後孔部１４ａに直
径Ｄの丸孔を、中間に横断面対角距離Ｄの角孔をそれぞ
れ設けて、それらが順次直列に整列する孔加工を施した
ものである。そして有効長さａを持つ後孔部１４ａにバ
ネ１３を内設し、それに当接して中間位置に有効長さｂ
を持つ角形長孔５を穿孔し、その中に着脱自在に嵌設し
た角棒１１を、ここに図示しない回転体に係合し、加工
品１′を回転可能にしたものである。この時、角棒１１
の回転Ｃに従動して、角棒１１の他端側外壁面に設けた
網目ロ−レット６を回転させ、さらに該ロ−レットに嵌
設したリング１２（波線表示）を回転させて、ここに図
示しない外部機構に作用するようになっている。なお、
その先端に押出し加工して設けた軸端部７は、別設する
軸受１０に当接させるので、熱処理によって対摩耗性が
付与されている。また８は、網目ロ−レット６の境界と
した外壁面上に設けた条溝である。

【０００４】この種の加工品１′は、角形長孔５とそれ
に着脱自在に挿設できる角棒１１に対して与える回転速
度に比例して、高いはめ合い精度を付与することによっ
て、芯振れのない正しい回転を得るようにする。そのた
めに、両部材の当接面に高い精度を持つ適切な有効長さ
を設計する。加えて、角棒１１を回転体に押し付けるた
めの、バネ１３を格納できる適切な大きさの後孔部１４
ａを必要とする。そのための加工法としては従来、図２
（Ｃ）以下に示す、１）予備成形、２）下孔開口加工、
３）角形ダイス挿入設定、４）角形長孔部位加圧成形、
５）角形ダイス引き抜き除去、６）加圧成形部位仕上げ
切削およびロ−レット境界の外壁面条溝切削、７）網目
ロ−レット加工、８）軸端部熱処理加工、などの各工程
によって素材２が加工され、角形長孔５は前記１）ない
し６）の工程によって、開口加工して、加工品１が製造
されていた。なお、図２の（Ｃ）は初期工程を示す加工
品の側断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＢ−Ｂ′矢視図、
（Ｅ）は中期工程を示す加工品の側断面図、（Ｆ）は
（Ｅ）のＣ−Ｃ′矢視図、（Ｇ）は後期工程を示す加工
品の側断面図、（Ｈ）は（Ｇ）のＤ−Ｄ′矢視図であ
る。

【０００５】即ち、図の（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、
軸端部７と角形長孔設定位置の外側壁部に、角形長孔と
同長の有効長さｂを持つ加工用側壁部１５を成形加工し
た素材２に対して、下孔に口径Ｄの円形長孔１４を孔深
さ、ａ＋ｂ＋ｃの長さに開口する。ここにｂ＋ｃは、加
工用側壁部１５内側端部の開口端側からの距離である。
その後に、（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、角形ダイス１
６を、製作する角形長孔５の軸芯に沿って、深さｂ＋ｃ
の所定位置まで挿入して、ダイス位置を保持した上で、
加工用側壁部１５の外側壁面から前記軸芯Ｐ方向に向け
圧縮加圧成形する。加圧成形した素材２から、角形ダイ
ス１６をＰ′方向に引き抜いた後、加圧操作によって変
形した加工用側壁部１５′の外壁表面を完成加工品形状
に切削し、その後に仕上げ加工を施して、角形長孔を加
工していた。なお、円形長孔１４の口径Ｄは、角形ダイ
ス１６を挿入するために、開口する角形長孔５の、少な
くとも外接円直径以上の大きさを必要とし、またｃ寸法
を有する前孔部１４ｂを付設しない場合には、それぞれ
の関係寸法から長さｃが除かれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来工
法による後工程の加工品には仕上がり精度にバラツキが
多く、従って１ロット当たりの歩留まりが悪かった。従
って高い精度を求める程、生産コストが上昇する欠点が
あった。またその加工品の後孔部は、バネを格納すると
きにバネ回りの遊び空間が大きく、バネが有する弾性力
を正当に、当接する角棒に常に均等に伝えるとは限らな
かった。本発明は、一般鍛造用材料を含む硬質素材に角
形長孔を加工、形成する際に、従来の外側壁面から加圧
操作する工程やその他の工程数を低減して、しかも仕上
がり精度にバラツキのない、すなわち加工精度を低下さ
せないで歩留まりを向上させ、量産と自動化が可能とな
る、従って低コストで精密角形長孔を加工できる加工方
法と、その加工方法によって、バネ等を格納するために
内設する後孔部を、余分な遊び空間を作らない必要充分
な最小口径となるような空間に形成して、他の回転体と
接続して従動する回転体の、精密角形長孔がその主要構
造部分である好適な加工品を提供することを目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる精密角形
長孔の加工方法は、素材に、横断面対角距離Ｄ、横断面
内接円直径ｄ、有効長さｂ、軸芯深さｂ又はｂ＋ｃを持
つ角形長孔を加工する精密角形長孔の加工方法におい
て、角形長孔開口設定部位に、予めその軸芯に沿って直
径ｄ、有効長さａ＋ｂ又はａ＋ｂ＋ｃを持つ円形長孔を
開口して、円形長孔の後孔部深さａの大きさを適宜設定
した上で、横断面対角距離Ｄ、有効長さｂを開口可能の
角形金型を備えたポンチによって、円形長孔を角形長孔
に変形する冷間鍛造を行うことを特徴とするものであ
る。

【０００８】また、本発明に係わる精密角形長孔を有す
る加工品は、素材に、横断面対角距離Ｄ、横断面内接円
直径ｄ、有効長さｂ、軸芯深さｂ又はｂ＋ｃを持つ角形
長孔と、角形長孔の軸心に沿った内側に隣接して、口径
ｄ、有効長さａを持つ後孔部を内設したことを特徴とす
るものである。

【０００９】

【作用】開口設定する対角距離Ｄ、横断面内接円直径ｄ
を持つ角形長孔を加工するために、直径ｄの円形長孔を
下孔に設けて、その下孔に対して角形長孔を冷間鍛造加
工して設けるときに、対角直径Ｄを持つ角形金型ポンチ
の横断面射影部分が、下孔の横断面内接円ｄと重なる四
隅の三角形状部分を成形して、角形に変形する際に、鍛
造加工時に発生する圧縮力、材料歪みや発生熱などを、
ポンチ押し込み方向の角形長孔の先に隣接した有効長さ
ａなる自由空間を持つ後孔部に吸収させ、合わせて角形
長孔加工表面に硬化作用が生じて、素材の機械強度を高
めるなどの、いわゆる圧縮加工が行える。

【００１０】また、角形長孔の内側に隣接させた後孔部
の内径は、角形長孔の内接円直径であり、従って角形長
孔を通過するバネをその後孔部に格納したときに、最小
で適切な遊び空間をバネ周りに形成できる大きさであっ
て、一方で後孔部周囲の素材肉厚を必要以上に減少させ
ることはない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係わる精密角形長孔の加工方
法とその加工品の実施例を図１の図面に従って説明す
る。（Ａ）は完成加工品の一部破断面を示す側面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′矢視図、（Ｃ）は初期工程を
示す加工品の側断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＢ−Ｂ′矢視
図、（Ｅ）は後期工程を示す加工品の側断面図である。

【００１２】以下の実施例で説明する完成加工品１は、
前記図２で説明した従来の完成加工品１′と同機能を発
揮できるように素材を加工、完成したものである。それ
は、口径Ｄの断面円形状、有効長さｃを持つ前孔部３に
隣接し、対角距離Ｄ、軸芯深さｂ＋ｃ、有効長さｂを持
つ角形長孔５、および角形長孔５内側に内設した、横断
面が角形長孔の内接円直径に相当する口径ｄ、有効長さ
ａを持つ後孔部４ａを、それぞれ内部に加工し、外壁面
には網目ロ−レット６とその境界とする条溝８、および
軸端部７を設けている。なおここに示すように、前孔部
３は付設しても、付設しなくともよい。付設しない場合
には前記関係寸法は、ｃ＝０で計算する。

【００１３】角形長孔５の加工において、（Ｃ）（Ｄ）
に示すように、その初期工程には、角形長孔５の軸芯に
沿って、その横断面角形形状の内接円が示す直径ｄ、有
効軸芯深さａ＋ｂ＋ｃの丸形の長孔４を、素材２に下孔
として開口加工する。この加工は、冷間鍛造による前方
押し出し、または切削開口いずれの加工法で行っても良
い。７は、事前に前方押し出し加工で形成した軸端部で
ある。なお、ここに図示しないが、同一工程の加工時に
は素材２は終始所要のダイスで保持されている。そして
本実施例では、有効長さｃを持つ前孔部３を設けたが、
必ずしも設ける必要がない場合には、前記した関係寸法
にｃ＝０を算入して計算する。

【００１４】次の後工程において、（Ｅ）に示すよう
に、少なくとも横断面が対角距離Ｄ、有効長さｂになる
角形長孔５に対応した金型角形部９ａを先端に付設した
角丸ポンチ９を用意して、その角丸ポンチ９を軸芯深さ
ｂ＋ｃ位置まで、円形長孔４の軸芯に沿いＰ方向へ押し
込んで冷間鍛造加工を行う。ここに９ｂは、素材２の前
孔部３を円形に成形するための、角丸ポンチ９の横断面
直径Ｄφを持つ金型丸形部、Ｐ′は角丸ポンチ９の引き
抜き方向である。以上の予備成形、下孔開口加工、冷間
鍛造等、三つの加工によって、角形長孔５の成形加工は
終了し、その後の所要の後加工が進められる。なお、冷
間鍛造加工時に使用する角丸ポンチ９の金型角形部９ａ
の先端形状は、ここに図示しない僅かな抜き勾配を設け
たＲ加工を施して、その勾配効果と加工時に使用する特
定潤滑油が顕す鍛造効果と合わせて、予め量産加工前に
仕上がり精度を検討した素材量設計を行うことによっ
て、加工精度管理が実行される。

【００１５】本発明方法による製造を以下の如く行っ
た。素材２外形が直径６．０×長さ２１．０ｍｍ（以
下、単位ｍｍを省略）の横断面中央に前孔部３を直径
４．５とした、断面正四角形の対角距離Ｄ＝３．０×有
効長さ７．９の角形長孔５を加工した。この時、下孔の
長孔４が口径３．０×長さ１５．７、ａ＝５．３、ｃ＝
２．５として冷間鍛造を行った。この実施例で得られた
加工精度は、±０．０２〜±０．１ｍｍレベル、その製
造コストは、従来方法によるコストを１００として、約
６０であった。なお本発明方法による加工精度は、他の
実施例によって容易に±０．０５ｍｍレベルを確保する
ことが確認されている。

【００１６】本発明方法によって加工された加工品は、
図１（Ａ）に示すような、バネ１３を収納する後孔部４
ａの横断面積が、角形長孔５の横断面積より小であり、
かつ内部に角形長孔５を通過できるバネ等の収容物を格
納するとき、不要な遊び空間を作らない必要充分な最小
スペ−スを設けた一方、後孔部４ａ周壁厚さは、角形長
孔５周壁厚さより大きく、堅牢な構造を作っている。

【００１７】このように本発明加工方法における作用を
説明すれば、円形下孔の長孔４に角丸ポンチ９の金型角
形部９ａ先端を押し込む、前方押し出しによる鍛造を行
うと、角形長孔の口径ｄの内接円とその対角距離Ｄとで
囲まれたほぼ三角形状の素材２部分が、後孔部４ａ方向
に押し込まれ、又はポンチ９当接面の円形長孔４周内壁
を角形に圧密成形する。この時に生ずる素材の内部粒子
または外部に現れて生ずる流れ、歪、又は圧縮力は、角
形長孔５自身または後孔部４ａの内壁部と空間部が受け
て、一部は該内壁部を変形させ、一部は前記歪等の発生
部分に隣接する素材２の他の部分に、熱や内部塑性変形
の形で伝達する。一方、素材２全体はダイスで保持され
ているので、素材２の外形が変化することはない。この
ような作用を受けて形成した角形長孔４の内壁は、圧縮
加工の特長、即ち圧縮力や発生熱によって熱処理されて
素材構成粒子を圧密化し、割れを含む歪がない、高い機
械強度を持つ材質に変質する。

【００１８】そして本発明の角形加工方法は、容易に冷
間鍛造を採用できるので、異なる加工工程に用いるポン
チとダイスを複数のユニット型に組んで行う順送り加工
が行える。従って、１スタンプ毎の異工程加工操作によ
った量産が容易である。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係わる精密
角形長孔の加工方法は、従来工法の外部加圧方法ではな
く、下孔に対して行う冷間鍛造法が採用できるので、自
動化容易の小空間で加工ができ、さらに材料歩どまりの
向上が得られ、かつ工数が半減できた。そして開孔内壁
の強度と加工精度を高めた自動化による量産手段が適用
できるので、大幅なコスト低下をもたらした他、本発明
方法で製作した加工品は、角棒を介して従動する回転体
に使用するとき、遊び空間のない最小スペ−スのバネ格
納部を素材内奥部に設けたので、バネの弾性力は当接す
る角棒に常に正当に伝達できるようになって、かつその
周壁に充分な素材厚さが得られた堅牢な構造となし得る
など、信頼性の高い内側構造による回転力伝達方式の精
度の高い回転体量産方法を確立すると共に、良質の回転
体を供給できる等、種々の特徴を有するので、本発明の
実施によって得られる効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工品及びその加工方法を説明するも
ので、（Ａ）は完成加工品の一部破断面を示す側面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′矢視図、（Ｃ）は初期工程を
示す加工品の側断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＢ−Ｂ′矢視
図、（Ｅ）は後期工程を示す加工品の側断面図である。

【図２】先願技術の加工品の加工工程を説明するもの
で、（Ａ）は完成加工品の一部破断面を示す側面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′矢視図、（Ｃ）は初期工程を
示す加工品の側断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＢ−Ｂ′矢視
図、（Ｅ）は中期工程を示す加工品の側断面図、（Ｆ）
は（Ｅ）のＣ−Ｃ′矢視図、（Ｇ）は後期工程を示す加
工品の側断面図、（Ｈ）は（Ｇ）のＤ−Ｄ′矢視図であ
る。

【符号の説明】

１、１′ 完成加工品 ２ 素材 ３、１４ｂ 前孔部 ４、１４ 長孔 ４ａ、１４ａ 後孔部 ５ 角長孔 ６ 網目ロ−レット ７ 軸端部 ８ 条溝 ９ 角丸ポンチ ９ａ 金型角形部 ９ｂ 金型丸形部 １０ 軸受 １１ リング １２ 角棒軸 １３ バネ １５ 加工用側壁部 １６ 角ダイス ａ 後孔部深さ ｂ 角孔部深さ ｃ 前孔部深さ ａ＋ｂ＋ｃ 長孔深さ ｄ 下孔の円形断面直径 Ｃ 回転方向 Ｄ 角形長孔横断面の対角距離 Ｐ 加圧方向 Ｐ′ 引抜き方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材（２）に、横断面対角距離Ｄ、横断
   面内接円直径ｄ、有効長さｂ、軸芯深さｂ又はｂ＋ｃを
   持つ角形長孔（５）を加工する精密角形長孔の加工方法
   において、角形長孔（５）開口設定部位に、予めその軸
   芯に沿って直径ｄ、有効長さａ＋ｂ又はａ＋ｂ＋ｃを持
   つ円形長孔（４）を開口して、円形長孔（４）の後孔部
   （４ａ）深さａの大きさを適宜設定した上で、横断面対
   角距離Ｄ、有効長さｂを開口可能の角形金型を備えたポ
   ンチ（９）によって、円形長孔（４）を角形長孔に変形
   する冷間鍛造を行うことを特徴とする精密角形長孔の加
   工方法。
2. 【請求項２】 素材（２）に、横断面対角距離Ｄ、横断
   面内接円直径ｄ、有効長さｂ、軸芯深さｂ又はｂ＋ｃを
   持つ角形長孔（５）と、角形長孔（５）の軸心に沿った
   内側に隣接して、口径ｄ、有効長さａを持つ後孔部（４
   ａ）を内設したことを特徴とする精密角形長孔を有する
   加工品。