(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度の溝深さを有する溝パターンを軸に転造成形して、成形後の軸における真円度の悪化を抑え、再成形した溝パターン形状の悪化を防ぐ。【解決手段】溝底成形用凸部２０１により軸１０１に転造成形された溝パターン凸部１０８の盛り上がり１０４を、溝パターン凸部１０８を再成形用凹部に嵌め込み円周方向に積極的に加圧して軸１０１の外周面を再成形することによって、溝パターン凸部１０８の両端部に盛り上がり１０４を再成形した肉余り２０７の外周面を有する軸１０１を得る。溝底成形用凸部２０１の溝深さ「Ｄ１」を、溝の転造成形する際に材料流動による盛り上がり１０４の分量より深く設定し、軸１０１の材料流動を自由として高精度の溝パターン底部１０７を転造成形することによる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工軸の外周面に転造工具を押圧して軸外周面に溝を転造成形する軸の転造方法において、
前記被加工軸の外周面に前記転造工具の溝底成形用凸部を押圧して前記被加工軸外周面に溝を転造成形する第１の成形工程と、前記第１の成形工程により前記溝が転造成形された前記被加工軸外周面の凸部を前記転造工具の再成形用凹部に嵌め込み、前記被加工軸外周面の凸部表面を成形する第２の成形工程とからなることを特徴とする軸の転造方法。
【請求項２】
前記転造工具の溝底成形用凸部の先端面から底面までの高さは、前記溝底成形用凸部により被加工軸に転造成形した溝の深さよりも大きく、前記転造工具の再成形用凹部の先端面から底面までの深さは、前記被加工軸に転造成形した溝の深さよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の軸の転造方法。
【請求項３】
軸外周面に転造工具の溝底成形用凸部を押圧して溝を転造成形した軸外周面の凸部に、前記転造工具の再成形用凹部を嵌め込み、前記軸外周面の凸部表面を成形したことを特徴とする溝付軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸の外周面に押圧により微細溝を成形する軸の転造方法及び溝付軸に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の軸の外周面に押圧によって微細溝を成形した後に外周面を再成形する転造成形方法は（例えば、特許文献１参照）、被加工対象の軸に溝成形するため押圧する１組の転造工具のうち、一方を外周に溝パターンを有するもの、他方を外周に平坦パターンを有するものとして、１組の転造工具間に被加工軸を挟んで押圧しつつ回転させて溝の転造成形を行う。軸の外周面には、外周に溝パターンを有する転造工具によってそれに相応する溝パターンが転造工具の回転に従って転写され、転造による溝パターンが成形される。そして、外周に平坦パターンを有する転造工具により、溝パターンが成形された軸外周面の凸部の両端部に発生する肉余りによる盛り上がり部分がその回転に従って押しつぶされ、その部分による真円度の悪化を防止すると共に均一な直径に仕上げる方法が用いられる。
【０００３】
従来の被加工軸に転造成形を行う転造工具は図５に示すように、外周に溝パターンを有する転造工具１０２と平坦パターンを有する転造工具１０３の間に被加工材である軸１０１を挟み込んだ後、材料の塑性変形域において押圧して回転させることにより軸１０１の外周面に溝パターンを転写させて転造成形を行う。また、図６（ａ）は前述の転造工具により溝が成形された軸外周面の一部分、（ｂ）は溝パターン凸部の両端部の盛り上がり部分が再成形された軸外周面の一部分を示す拡大図である。
【０００４】
図５に示す転造工具により、成形された図６（ａ）の溝パターンの加工周辺で軸外周面の凸部に発生する微細な肉余りによる盛り上がり１０４を、外周に平坦パターンを有する転造工具１０３の回転に従って軸１０１の外周面に再押圧を加えることにより軸１０１の外周面の再成形を行って真円度の悪化を防いでいる。
【特許文献１】特開２０００−２３０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、後工程にセンタレス研磨などを有する場合に、軸の外周面における真円度の悪化を抑えてセンタレス研磨における加工基準の不明瞭化、加工の際の材料片当りによる基準不良を防ぎ、二次加工後の軸転造品の溝深さがばらつくことを抑えていた。そして、図６（ａ），（ｂ）に示すように、軸１０１の外周面の溝パターン加工周辺の凸部（溝パターン凸部１０８）に発生する微細な肉余りによる盛り上がり１０４を、図５に示す外周に平坦パターンを有する転造工具１０３の回転に従って軸１０１の外周面に再押圧を加えることが行われる。この場合、再成形の際に溝パターン凸部１０８の両端部に発生する盛り上がり１０４に対して、転造工具１０３の回転により軸１０１の外周面から中心に向かって押圧することにより盛り上がり１０４をつぶすことになる。このつぶし方向には規制が掛からずに、転造工具１０２によって転造成形された溝パターン底部１０７側に、盛り上がり１０４の材料流動によって、溝パターン側壁部１０６より突出した肉余り１０５が発生して溝パターンの形状を悪化させるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、高精度の溝深さを有する溝パターンを軸に転造成形し、成形後の軸における真円度の悪化を抑え、さらに再成形した溝パターン形状の悪化を防ぎ微細転造が可能な軸の転造方法及び溝付軸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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明に係る軸の転造方法は、被加工軸の外周面に転造工具を押圧して軸外周面に溝を転造成形する軸の転造方法において、被加工軸の外周面に転造工具の溝底成形用凸部を押圧して被加工軸外周面に溝を転造成形する第１の成形工程と、第１の成形工程により溝が転造成形された被加工軸外周面の凸部を転造工具の再成形用凹部に嵌め込み、被加工軸外周面の凸部表面を成形する第２の成形工程とからなること、さらに、転造工具の溝底成形用凸部の先端面から底面までの高さは、溝底成形用凸部により被加工軸に転造成形した溝の深さよりも大きく、転造工具の再成形用凹部の先端面から底面までの深さは、被加工軸に転造成形した溝の深さよりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
また、溝付軸は、軸外周面に転造工具の溝底成形用凸部を押圧して溝を転造成形した軸外周面の凸部に、転造工具の再成形用凹部を嵌め込み、軸外周面の凸部表面を成形したことを特徴とする。
【０００９】
前記軸の転造方法及び溝付軸によれば、溝が転造成形された軸外周面の凸部表面における円周方向の端部に溝の転造加工により発生する微細な肉余りによる盛り上がりを軸外周面の凸部表面の円周方向に流動させる再成形を行って、軸外周面に転造成形された溝パターンの形状を損なわずに転造成形後の軸外周面における真円度の悪化を抑え、溝付軸を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の転造成形機能，再成形機能を備えた転造工具により軸の外周面に転造成形された溝パターンの形状を損なわずに転造成形後の軸外周面における真円度の悪化を抑えることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態における被加工軸に溝の転造成形を行う転造工具を模式的に示す図である。ここで、前記従来例を示す図５，図６において説明した構成部材に対応し同等機能を有するものには同一の符号を付して示す。また、以下の各図においても同様として、その重複する説明は省略する。
【００１３】
図１に示すように、転造工具２００として、１対の同一工具を用いて軸１０１に対する加工荷重が対抗する対称位置になるように配して、相対関係を保ち押圧しながら平行移動する。これにより、少なくとも半回転以上の回転により軸１０１の外周面に、転造工具２００の溝底成形用凸部によって溝パターンが転写され、転造による溝パターンが成形される。
【００１４】
図２は本実施の形態の転造工具に有する溝底成形部と再成形部を示す図である。転造工具２００は、図２に示すように溝底成形用凸部２０１を複数配置した溝底成形部２０１ａと、再成形用凹部２０２を複数配置した再成形部２０２ａからなる。この転造工具２００により溝底成形部２０１ａにおいて溝の成形後に、連続して再成形部２０２ａにより再成形を行うことができる。
【００１５】
図３（ａ）は本実施の形態における転造工具の溝底成形部と再成形部の境界位置、図３（ｂ）は再成形用凹部を示す部分拡大図である。図３（ａ）に示すように、溝パターンを転造する溝底成形用凸部２０１の先端面から底面までの高さ「Ｄ１」は、転造成形する被加工軸の溝の深さに対して十分に大きく、溝の転造時のパターン加工による材料流動によって軸１０１の溝パターン凸部１０８（図６（ａ）参照）の両端部に発生する微細で不均一な肉余りによる盛り上がりに接触しないように設定する。
【００１６】
また、軸１０１の溝パターン底部１０７（図６（ａ）参照）を成形する複数の溝底成形用凸部２０１による溝の成形機能を有する溝底成形部２０１ａと、同様に複数の再成形用凹部２０２による再成形機能を有する再成形部２０２ａの境界位置となる再成形部先端２０６は、溝パターン底部１０７と接することのないように段差量「Ａ」を有している。
【００１７】
さらに、図３（ｂ）に示すように、溝パターン凸部１０８の盛り上がり１０４（図６（ａ）参照）に対して、溝パターン側壁部１０６を規制する溝側面規制部２０３と、溝パターン凸部１０８を再成形用凹部２０２に導入するための導入Ｒ部２０４を有し、かつ再成形用凹部２０２は溝底成形用凸部２０１の高さ「Ｄ１」とは異なる高さ「Ｄ２」を有する。また、溝パターン凸部１０８の肉余りによる盛り上がり１０４を、軸外周面の円周方向に円滑に流動させる成形Ｒ部２０５を有している。
【００１８】
図４（ａ），（ｂ）は本実施の形態における再成形用凹部による盛り上がりの流動状態、図４（ｃ）は溝底成形用凸部による溝成形時の盛り上がりの状態、図４（ｄ）は溝パターン凸部の両端部に肉余りによる盛り上がりが再成形された部分を示す拡大図である。
【００１９】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、複数の再成形機能を有する転造工具２００によって、軸１０１の外周面に転造成形された溝パターン凸部１０８の肉余りによる盛り上がり１０４を溝パターン凸部１０８の表面の円周方向に積極的に加圧して軸１０１の外周面を再成形する。
【００２０】
また、図４（ｃ）に示す溝底成形用凸部２０１の溝深さ「Ｄ１」は、軸１０１の外周面に溝の転造成形する際に、材料流動による軸１０１の外周面に流動してきた盛り上がり１０４の分量より深く設定し、溝パターン底部１０７の転造成形時には溝底成形用凸部２０１の底部分と溝パターン凸部１０８の表面に流動してきた盛り上がり１０４とは完全に離れている。これにより、被加工材である軸１０１の材料流動が自由になり高精度の溝パターン底部１０７を転造成形できる。このとき、軸１０１の材料流動により軸方向と外周面方向に移動する流動量は転造する溝の深さにより変動するが、各方向に移動する比率はおよそ一定の値を示す。この各方向への材料流動量は実験的にデータを蓄積することが望ましい。
【００２１】
しかしながら、軸１０１の外周面の肉余りによる盛り上がり１０４の形状には偶発的な要素が大きいために不安定な形状となる。ただし、このときの溝底成形用凸部２０１の深さを、軸１０１の外周面における盛り上がり１０４の量を実験によって求め、統計的に導き出した溝深さとすることによって、転造成形中に流動する盛り上がり１０４を溝パターン凸部１０８の表面の円周方向にあらかじめ仮成形することも可能である。
【００２２】
次に、本実施の形態における転造工具により軸１０１の外周面に転造により溝を成形する転造方法について図１〜図４を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、１対の転造工具２００によりその間に配した軸１０１を押圧して、軸１０１の半回転以上の回転によって、転造工具２００の複数の溝底成形用凸部２０１による溝パターンを軸１０１の外周面に転造成形する工程が行われる。
【００２４】
転造工具２００に配された溝パターンとして、軸１０１に溝パターン側壁部１０６と溝パターン底部１０７と溝パターン凸部１０８を転造した後に、その連続した回転によって、転造工具２００の溝底成形部２０１ａから再成形部２０２ａに再成形部先端２０６を経て移動する。
【００２５】
そして軸１０１は、転造成形された溝パターン側壁部１０６を規制する溝側面規制部２０３と、溝パターン凸部１０８を導入するための導入Ｒ部２０４と、溝パターンの成形時に生じる溝パターン凸部１０８の両端部の盛り上がり１０４を溝パターン凸部１０８表面の円周方向に円滑に流動させるための成形Ｒ部２０５を有する複数の再成形用凹部２０２によって、溝パターンの再成形への工程に推移する。
【００２６】
ここで、再成形用凹部２０２の溝側面規制部２０３は、軸１０１の外周面に溝底成形用凸部２０１によって溝が転造された肉余りによる盛り上がり１０４を再成形の際に生じる材料流動において、溝パターン底部１０７側に流動することを抑制するために配されており、軸１０１の外周面から溝パターン側壁部１０６の１／３以上を規制していることが望ましい。
【００２７】
また、軸１０１の外周面から溝パターン側壁部１０６の２／３より大きく規制すると、肉余りによる盛り上がり１０４の流動時に再成形用凹部２０２と溝パターン凸部１０８の干渉が発生し、却って軸１０１の溝パターン側壁部１０６の側面形状を破壊する場合があった。つまり、溝パターン側壁部１０６の規制は１／３以上２／３以下が望ましい。
【００２８】
肉余りによる盛り上がり１０４を軸１０１の溝パターン凸部１０８の表面における円周方向に積極的に加圧し再成形する成形Ｒ部２０５の半径は溝パターンの成形にて発生した盛り上がり１０４の高さ程度の設定が望ましいが、転造の溝深さにより流動量が異なり、盛り上がり１０４の量が変化するため実験的な蓄積データによって設定することが望ましい。
【００２９】
また、再成形用凹部２０２に円滑に導入していくために配された導入Ｒ部２０４の半径も実験的に求めることが望ましいが、本実施の形態において実施したものは成形Ｒ部２０５と同程度である。さらに、再成形用凹部２０２の溝深さ「Ｄ２」は実験的に求められる肉余りによる盛り上がり１０４の量に対して、およそ１／３〜２／３程度のつぶし量に設定することが望ましい。
【００３０】
また、転造工具２００は、転造成形による被加工材の材料流動によって、軸１０１の外周面に発生する微細な肉余りによる盛り上がり１０４の再成形するものであり、特に望ましくは高硬度の超硬材料であるが、硬度が高く加工時の歪み及び変形が少ない材料であればよい。
【００３１】
以上の構成によれば、溝底成形用凸部２０１の転造成形による被加工材の材料流動によって軸１０１の外周面に発生する微細な肉余りによる盛り上がり１０４に対して、溝パターンを有する溝底成形用凸部２０１によって転造成形された溝パターン側壁部１０６を規制する溝側面規制部２０３と、溝パターン凸部１０８を導入するための導入Ｒ部２０４と、盛り上がり１０４を軸外周面の円周方向に円滑に流動させるための成形Ｒ部２０５を有した、溝底成形用凸部２０１の高さ「Ｄ１」とは異なる高さ「Ｄ２」を有する再成形用凹部２０２からなり、かつ複数の転造成形機能を兼ね備えた転造工具２００によって、軸１０１の外周面に転造成形された溝パターンの形状を損なわずに転造成形後の軸外周面における真円度の悪化を抑えることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態で加工した軸の一例としては、軸径３０００μｍ、溝幅６００μｍ、溝深さ１０μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る軸の転造方法及び溝付軸は、複数の転造成形機能，再成形機能を備えた転造工具により軸の外周面に転造成形された溝パターンの形状を損なわずに転造成形後の軸外周面における真円度の悪化を抑えることができ、軸の外周面に押圧により微細溝を転造成形するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における被加工軸に溝の転造成形を行う転造工具を模式的に示す図
【図２】本実施の形態の転造工具に有する溝底成形部と再成形部を示す図
【図３】（ａ）は本実施の形態における転造工具の溝底成形部と再成形部の境界位置、（ｂ）は再成形用凹部を示す部分拡大図
【図４】（ａ），（ｂ）は本実施の形態における再成形用凹部による盛り上がりの流動状態、（ｃ）は溝底成形用凸部と盛り上がりの成形時の状態、（ｄ）は溝パターン凸部の両端部に肉余りの盛り上がりが再成形された部分を示す拡大図
【図５】従来の被加工軸に転造成形を行う転造工具を示す斜視図
【図６】（ａ）は転造工具により溝成形された軸外周面の一部分、（ｂ）は溝パターン凸部の両端部の盛り上がり部分が再成形された軸外周面の一部分を示す拡大図
【符号の説明】
【００３５】
１０１  軸
１０２  溝パターンを有する転造工具
１０３  平坦パターンを有する転造工具
１０４  盛り上がり
１０５，２０７  肉余り
１０６  溝パターン側壁部
１０７  溝パターン底部
１０８  溝パターン凸部
２００  転造工具
２０１  溝底成形用凸部
２０１ａ  溝底成形部
２０２  再成形用凹部
２０２ａ  再成形部
２０３  溝側面規制部
２０４  導入Ｒ部
２０５  成形Ｒ部
２０６  再成形部先端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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