(57)【要約】      （修正有）【課題】クランク軸材料の生産性を向上することができ、油漏れや騒音などの問題を解消することができるツイスターと成形方法を提供する。【解決手段】クランク軸材料を収容する捩り金型１０と、捩り金型１０を保持し、回転することによりクランク軸材料に捩り成形力を加える上・下可動リテーナ１３，１４と、昇降することにより、上・下可動リテーナ１３，１４を回転させる捩りビーム機構と、捩りビーム機構を昇降させる駆動装置を備えており、駆動装置は、サーボモータ２１で回転されるネジ棒２２と、ネジ棒２２に螺合され、捩りビーム機構に固定されたナット２３とからなるネジ・ナット機構で構成されている。駆動装置のナット２３の移動ストロークを、サーボモータ２１の積算回転数により検出し、捩り成形角度に達する目標位置の手前で駆動速度を低下させ、目標位置で停止させる。【選択図】図４
2006326638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸材料を収容する捩り金型と、
該捩り金型を保持し、回転することによりクランク軸材料に捩り成形力を加える可動リテーナと、
昇降することにより、前記可動リテーナを回転させる捩りビーム機構と、
該捩りビーム機構を昇降させる駆動装置を備えており、
該駆動装置は、サーボモータと、該サーボモータで回転されるネジ棒と、該ネジ棒に螺合され、前記捩りビーム機構に固定されたナットとからなるネジ・ナット機構で構成されている
ことを特徴とするツイスター。
【請求項２】
前記ネジ・ナット機構が、ボールネジとボールナットを組合わせたボールネジ・ナット機構である
ことを特徴とする請求項１記載のツイスター。
【請求項３】
クランク軸材料を収容する捩り金型と、該捩り金型を保持し、回転することによりクランク軸材料に捩り成形力を加える可動リテーナと、昇降することにより、前記可動リテーナを回転させる捩りビーム機構と、該捩りビーム機構を昇降させる駆動装置を備えており、該駆動装置は、サーボモータと、該サーボモータで回転されるネジ棒と、該ネジ棒に螺合され、前記捩りビーム機構に固定されたナットとからなるネジ・ナット機構で構成されているツイスターにおいて、
前記駆動装置のナットの移動ストロークを、前記サーボモータの積算回転数により検出し、捩り成形角度に達する目標位置の手前で駆動速度を低下させ、目標位置で停止させる
ことを特徴とするクランク軸材料の捩り成形方法。
【請求項４】
前記ナットの移動ストロークを、前記サーボモータの積算回転数に代えて前記ネジ棒の積算回転数で検出する
ことを特徴とする請求項３記載のクランク軸材料の捩り成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツイスターおよびクランク軸材料の捩り成形方法に関する。さらに詳しくは、クランク軸材料を捩り成形するツイスターおよびクランク軸材料の捩り成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク軸材料の捩り成形は熱間で実施されるが、その成形鍛造ラインは、ビレットより熱間成形する鍛造プレス、熱間成形後にピン位置を所定の位置に捩り成形するツイスター、捩り成形後ワークの精度修正のためのコイニングプレスにより構成されている。
この熱間鍛造プレスラインの生産性は、ツイスターの成形サイクルにより決定される。なぜなら、ツイスターは、上下の捩り金型にてワークを保持した後、捩りシリンダにて捩り成形する必要があるため、鍛造プレスやコイニングプレスに比べその成形サイクルが長いからである。それ故、ツイスターの成形速度を向上させることが、熱間鍛造プレスラインの生産性を向上するために重要となる。
また、捩り成形金型への熱伝導を極力小さくすると金型寿命を向上させうるが、そのためにも高速化が重要な課題となっている。
【０００３】
従来のクランク軸用成形プレスとして、特許文献１に記載されたものがある。この従来例を図９に基づき説明する。
クラウンに取付けられたスライドシリンダー108のピストンロッド先端にスライド106を吊持し、このスライド106の下面に上部ダイホルダー151を取り付け、この上部ダイホルダー151に捩り金型101の上型を取り付けている。一方、基台上に固定した下部ダイホルダー152に捩り金型101の下型を取り付けている。そして、スライド106の下降時に捩り金型101内のクランク軸材料が金型により保持され、このスライド106が下降した状態で、引き続き捩りシリンダ109と押し杆171が下降して捩り加工が行われるように構成されている。
したがって、捩り金型101によりクランク軸材料を保持し、引き続き捩りシリンダ109を作動して押し杆171を下向きに押し動かし、捩り金型101の一方を反時計方向に、他方を時計方向に回動して捩り成形することができる。
なお、102は整形型であり、ツイスターとしてはこれを有するものも有しないものも存在する。
【０００４】
上記従来例において、捩り動作は油圧式の捩りシリンダ109により行っており、その作動速度は、油圧シリンダに使用されているパッキン性能より500ｍｍ／sec程度に制限されている。したがって、更なる高速化のためには、特殊な油圧シリンダの設計をすると共にポンプ吐出量を大きくする必要があるが、そうするには設備コストが高騰する。
【０００５】
また、従来のツイスターでは、一般的に捩り角度、即ち捩りシリンダのストローク端の調整は、固定側に設置されたメカニカルストッパーに捩りシリンダの動作端を当てることで正確な捩り角度を維持する構造となっている。
しかるに、この捩り成形に使用される油圧シリンダは、その（ストローク）／（径）の値が比較的大きいため、高速で（例えば500ｍｍ／sec）メカニカルストッパーに衝突を繰り返すと、以下のような問題が発生する。
１）油圧シリンダの寿命が短くなる。
２）捩りシリンダを高速作動中（大流量の油が配管内を流れている）にメカニカルストッパーに衝突するため油圧配管などにサージ圧が発生し油漏れなどが頻発する。
３）メカニカルストッパーに衝突した際、大きな騒音が発生する。
４）メカニカルストッパーも充分な強度を有するものを設計する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−４６４０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、クランク軸材料の生産性を向上することができ、金型寿命を改善でき、油漏れや騒音などの問題を解消することができるツイスターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明のツイスターは、クランク軸材料を収容する捩り金型と、該捩り金型を保持し、回転することによりクランク軸材料に捩り成形力を加える可動リテーナと、昇降することにより、前記可動リテーナを回転させる捩りビーム機構と、該捩りビーム機構を昇降させる駆動装置を備えており、該駆動装置は、サーボモータと、該サーボモータで回転されるネジ棒と、該ネジ棒に螺合され、前記捩りビーム機構に固定されたナットとからなるネジ・ナット機構で構成されていることを特徴とする。
第２発明のツイスターは、第１発明において、前記ネジ・ナット機構が、ボールネジとボールナットを組合わせたボールネジ・ナット機構であることを特徴とする。
第３発明のクランク軸材料の捩り成形方法は、クランク軸材料を収容する捩り金型と、該捩り金型を保持し、回転することによりクランク軸材料に捩り成形力を加える可動リテーナと、昇降することにより、前記可動リテーナを回転させる捩りビーム機構と、該捩りビーム機構を昇降させる駆動装置を備えており、該駆動装置は、サーボモータと、該サーボモータで回転されるネジ棒と、該ネジ棒に螺合され、前記捩りビーム機構に固定されたナットとからなるネジ・ナット機構で構成されているツイスターにおいて、前記駆動装置のナットの移動ストロークを、前記サーボモータの積算回転数により検出し、捩り成形角度に達する目標位置の手前で駆動速度を低下させ、目標位置で停止させることを特徴とする。
第４発明のクランク軸材料の捩り成形方法は、第３発明において、前記ナットの移動ストロークを、前記サーボモータの積算回転数に代えて前記ネジ棒の積算回転数で検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、捩り成形動作にサーボモータ駆動のネジ・ナット機構を用い、油圧シリンダを用いない。このため、次の効果を奏する。
１）捩り速度を大きくすることができるため、ツイスト成形サイクルを向上することができる。従って、クランクシャフトの成形ラインの生産性を向上することが可能となる。
２）捩り角度、即ち、捩りストロークの調整を、サーボモータの位置制御により行うことができるため、精度よく容易に設定可能となる。このため金型寿命が延びる。
３）メカニカルストッパーを不要とすることができるため、油漏れを無くし、機械構造を大幅に簡略化することができる。
４）起動・停止時の加速度を小さくすることができ、捩り成形に伴う騒音をほぼ無くすることができる。
第２発明によれば、ボールネジとボールナットの組合せを用いているので、耐負荷能力が高く、しかも動作が円滑であるので、機械構造の簡略化ができ、騒音の低減にも効果がある。
第３発明によれば、第１発明と同様の効果を奏することに加え、捩り成形角形に達する手前で駆動速度を低下させて動慣性を低減しておき、そのうえで停止させるので、目標位置での停止位置精度が高くなる。
第４発明によれば、ナットの移動ストロークをネジ棒の積算回転数で検出するが、第３発明によるサーボモータの積算回転数に劣らぬ正確な停止位置制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、図４に基づき本実施形態のツイスターの基本構成を説明する。
１はベッドハードプレート、２はクラウン、３はそれらを結ぶコラムである。４はスライドであり、５Ａと５Ｂはクラウン２に取付けた加圧シリンダと吊上げシリンダである。このスライド４の断面形状は本体部分の下面に幅広の基板が設けられたものであり、本体部分の断面は縦長長方形であるので、全体的に概ね逆Ｔ字形である。
【００１１】
前記スライド４の下面には上部ダイホルダー６が取付けられている。前記ベッドハードプレート１の上面には、下部ダイホルダー７が取付けられている。前記上部ダイホルダー６の下面には上部回転ガイド８が取付けられている。前記下部ダイホルダー７の上面には、下部回転ガイド９が取付けられている。
この成形プレスにおける捩り鍛造部はつぎのように構成されている。前記捩り金型１０は上型１１と下型１２とからなり、上型１１は上可動リテーナ１３に入れられて、上部回転ガイド８で回転自在に保持されており、下型１２は下可動リテーナ１４に入れられて、下部回転ガイド９で回転自在に保持されている。
【００１２】
図１〜３において、２０はネジ・ナット機構であり、捩りビーム機構を昇降させる駆動装置を構成している。
このネジ・ナット機構２０の詳細は後述するとして、まず捩りビーム機構を説明しておく。３０は加圧ブロックであり、この加圧ブロック３０の四隅には、各１本づつ、計４本の捩り用押し杆３１（以下、押し杆３１という）が連結されている。
この４本の押し杆３１は、捩り金型１０の右側で、スライド４の本体部分の前後に１本づつ配置し、さらに捩り金型１０の左側で、スライド４の本体部分の前後に１本づつ配置している。そして、右側に配置した前と後の押し杆３１，３１の下端同士は、捩り下げビーム３２と捩り戻しビーム３３で連結されており、同様に左側に配置した前と後の押し杆３１，３１の下端同士も、捩り下げビーム３２と捩り戻しビーム３３で連結されている。
【００１３】
このように、４本の押し杆３１の上部を加圧ブロック３０で結合し、下部を捩り下げビーム３２および捩り戻しビーム３３で結合しており、前記捩り下げビーム３２と捩り戻しビーム３３の間には既述した上・下可動リテーナ１３，１４の押し下げ腕１５が嵌るようになっている。
このように、奥行き方向に適当な長さを有する捩り下げビーム３２と捩り戻しビーム３３の間に、複数台の上・下可動リテーナ１３，１４の押し下げ腕１５を臨ませるので、前記ネジ・ナット機構２０で捩りビーム機構の押し杆３１を上げ下げすれば、上・下可動リテーナ１３，１４に収容された上・下金型１０を捩って、クランク軸材料を捩り成形することができる。
【００１４】
つぎに、前記ネジ・ナット機構２０の詳細を図１〜図３に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るツイスターの要部正面図、図２は図１のツイスターの要部平面図、図３は図１のツイスターの要部断面図である。
２１はサーボモータで、２２はネジ棒である。サーボモータ２１はスライド４の上部に固定された架台２４上に固定されており、ネジ棒２２は架台２４に固定された軸受２５とスライド４に固定された軸受２６によって、回転自在に支持されている。
一方、加圧ブロック３０にはナット２３が固定されており、このナット２３は前記ネジ棒２２に螺合している。
このため、サーボモータ２１が正逆両方向に回転すると、加圧ブロック３０は上下に昇降し、ひいては捩りビーム機構を構成する押し杆３１も上下に昇降することになる。
【００１５】
前記ネジ・ナット機構２０は、ボールネジとボールナットを組合わせたボールネジ・ナット機構により構成するのが好ましい。ボールネジとボールナットの組合わせは、耐負荷能力が高く、しかも動作が円滑であるという特徴がある。したがって、駆動装置まわりの機械構造を簡略化でき、騒音も少なくなるという効果が顕著である。
【００１６】
前記サーボモータ２１または前記ネジ棒２２には、などの積算回転計（エンコーダ）が付属されており、正転方向の回転数あるいは逆転方向の回転数を検出できるようになっている。
これらの積算回転数が検出できれば、ナット２３の移動ストロークが検出でき、ひいては加圧ブロック３０を介して昇降する押し杆３１の昇降位置を正確に検出することができる。
この押し杆３１の昇降位置は、捩り下げビーム３２と捩り戻しビーム３３に挟まれた押し下げ腕を介して回転する上・下可動リテーナ１３，１４の回転角に対応するので、結局はサーボモータ２１またはネジ棒２２の積算回転数によって、捩り成形角度を制御できることになる。
【００１７】
前記架台２４と加圧ブロック３０の間や押し杆３１とスライドの間等には、適当なガイド部材を設けて、捩りビーム機構の昇降が円滑に行われるように案内し、かつ位置ズレが生じないように拘束されている。このため、高いプレス加工精度を維持することができる。
【００１８】
つぎに、本実施形態におけるクランク軸の捩り成形作業を図５〜８に基づき説明する。
図５は型締工程Ｉの説明図、図６は捩り工程IIの説明図、図７は型開き（スライド上昇）工程IIIの説明図、図８は上型捩り戻し工程IVの説明図である。
【００１９】
図５に示す型締め工程Ｉにおいては、加圧シリンダ５Ａが伸長してスライド４が下降しており、捩り金型１０内では捩られる前のクランク軸材料が保持されている。捩りビーム機構を構成する加圧ブロック３０や押し杆３１は上昇位置にある。
図６に示す捩り工程IIでは、サーボモータ２１によってネジ棒２２が正回転され、ナット２３が下降すると、加圧ブロック３０も下降する。これにより、押し杆３１が降下し、捩り下げビーム３２が上可動リテーナ１３の押し下げ腕１５を押し下げ、クランク軸材料に捩りを加える。
この場合、押し杆３１の下降位置は、サーボモータ２１またはネジ棒２２の積算回転数で検出しつつ駆動し、捩り成形位置に達する手前になるとサーボモータ２１の回転速度を減速し、目標位置に達すると、その位置で停止させる。このようにすると、動慣性の少ない状態で停止するので、停止位置精度が高くなり、ひいては捩り成形角の精度も高くなる。
【００２０】
図７に示す型開き工程IIIでは、吊上げシリンダ５Ｂでスライド４を上昇させると、スライド４の上昇によって加圧ブロック３０が引き上げられ、押し杆３１と捩り戻しビーム３３も上昇する。このため、上可動リテーナ１３は下可動リテーナ１４から引き上げられ、捩り金型１０の上型１１と下型１２も分離する。
図８に示す上型捩り戻し工程IVでは、さらにサーボモータ２１によってネジ棒２２が逆回転され、ナット２３が上昇すると加圧ブロック３０も上昇する。これにより、押し杆３１を引き上げて、捩り戻しビーム３３によって上リテーナ１３の押し下げ腕１５を上方に回転させる。
以上の工程Ｉ〜IVを繰り返すことにより、クランク軸の捩り成形が行われる。
【００２１】
本実施形態によれば、捩りビーム機構の昇降に油圧シリンダを用いず、ネジ・ナット機構を用いているので、つぎの利点がある。
１）捩り速度を大きくすることができるため、ツイスト成形サイクルを向上することができる。従って、クランク軸の成形ラインの生産性を向上することが可能となる。
２）捩り角度、即ち、捩りストロークの調整を、サーボモータ２１の位置制御により行うことができるため、精度よく容易に設定可能となる。このため金型寿命が延びる。
３）メカニカルストッパーを不要とすることができるため、配管等からの油漏れを無くし、機械構造を大幅に簡略化することができる。
４）起動・停止時の加速度を小さくすることができ、捩り成形に伴う騒音をほぼ無くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るツイスターの要部正面図である。
【図２】図１のツイスターの要部平面図である。
【図３】図１のツイスターの要部断面図である。
【図４】図１のツイスターの全体正面図である。
【図５】型締工程Ｉの説明図である。
【図６】捩り工程IIの説明図である。
【図７】型開き工程IIIの説明図である
【図８】上型捩り戻し工程IVの説明図である。
【図９】従来例のクランク軸用成形プレスの要部断面正面図である。
【符号の説明】
【００２３】
２      クラウン
４      スライド
５Ａ    加圧シリンダ
１０    捩り金型
１３    上可動リテーナ
１４    下可動リテーナ
２０    ネジ・ナット機構
２１    サーボモータ
２２    ネジ棒
２３    ナット
３０    加圧ブロック
３１    押し杆
【図１】
2006326638.tif 000003
【図２】
2006326638.tif 000004
【図３】
2006326638.tif 000005
【図４】
2006326638.tif 000006
【図５】
2006326638.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006326638.tif 000009
【図８】
2006326638.tif 000010
【図９】
2006326638.tif 000011