(57)【要約】【課題】亀裂の有無の検査に要する時間及びコストを節減可能な軸肥大加工方法の加工条件設定方法、軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置を提供する。【解決手段】軸肥大加工装置１の制御部１３は、加圧部４、曲げ部５、及び回動部６を制御し、一対の保持部２，３によって保持された軸材Ｗの中間部Ｗａに軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で軸材Ｗを軸まわりに回転させることにより、軸材Ｗの中間部Ｗａを所定の外径に肥大させ、回転回数検出部７によって検出される、軸材Ｗの中間部Ｗａが所定の外径に肥大されるまでに要した軸材Ｗの回転回数に基づき、軸材Ｗの合否を判定する。【選択図】図１
2019084539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工の加工条件設定方法であって、
前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要した前記試験軸材の回転回数と、前記試験軸材の中間部と当該中間部を除く軸部との接続部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記接続部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容回転回数を設定し、
前記軸材に対する軸肥大加工で前記軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させる際の前記軸材の回転回数を、前記許容回転回数以下とする加工条件設定方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工条件設定方法であって、
前記試験データは、前記軸材に対する軸肥大加工と同じ曲げ角度で前記試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られたものである加工条件設定方法。
【請求項３】
軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工の加工条件設定方法であって、
前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、
前記軸材に対する軸肥大加工で前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させる際の前記軸材の中間部の肥大率を、前記許容肥大率以下とする加工条件設定方法。
【請求項４】
軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工方法であって、
前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要した前記軸材の回転回数に基づき、前記軸材の合否を判定する軸肥大加工方法。
【請求項５】
請求項４記載の軸肥大加工方法であって、
前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させるまでに要した前記試験軸材の回転回数と、前記試験軸材の中間部と当該中間部を除く軸部との接続部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記接続部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容回転回数を設定し、
前記軸材の回転回数が前記許容回転回数以下である場合に前記軸材を合格と判定し、前記軸材の回転回数が前記許容回転回数を超える場合に前記軸材を不合格と判定する軸肥大加工方法。
【請求項６】
請求項５記載の軸肥大加工方法であって、
前記試験データは、前記軸材に対する軸肥大加工と同じ曲げ角度で前記試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られたものである軸肥大加工方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の軸肥大加工方法であって、
前記試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、
前記軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させる際の前記軸材の中間部の肥大率を、前記許容肥大率以下とする軸肥大加工方法。
【請求項８】
軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工方法であって、
前記軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率に基づき、前記軸材の合否を判定する軸肥大加工方法。
【請求項９】
請求項８記載の軸肥大加工方法であって、
前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、
前記軸材の肥大率が、前記許容肥大率以下である場合に前記軸材を合格と判定し、前記軸材の肥大率が前記許容肥大率を超える場合に前記軸材を不合格と判定する軸肥大加工方法。
【請求項１０】
軸材の軸方向に距離をおいて前記軸材を保持する一対の保持部と、
前記一対の保持部の距離を縮小して前記一対の保持部の間に配置される前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力を付与する加圧部と、
前記一対の保持部のうち一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて前記軸材の中間部に曲げ角度を付与する曲げ部と、
前記一対の保持部及び前記軸材を前記軸材の軸まわりに回転させる回動部と、
前記軸材の回転回数を検出する回転回数検出部と、
前記加圧部、前記曲げ部、及び前記回動部を制御して前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより、前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記軸材の中間部が前記所定の外径に肥大されるまでに要した前記軸材の回転回数に基づき、前記軸材の合否を判定する軸肥大加工装置。
【請求項１１】
軸材の軸方向に距離をおいて前記軸材を保持する一対の保持部と、
前記一対の保持部の距離を縮小して前記一対の保持部の間に配置される前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力を付与する加圧部と、
前記一対の保持部のうち一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて前記軸材の中間部に曲げ角度を付与する曲げ部と、
前記一対の保持部及び前記軸材を前記軸材の軸まわりに回転させる回動部と、
前記一対の保持部の距離の変化量を検出する軸方向変位検出部と、
前記軸材の中間部の外径の変化量を検出する径方向変位検出部と、
前記加圧部、前記曲げ部、及び前記回動部を制御して前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させ且つ前記一対の保持部の距離を所定量縮小させることにより、前記軸材の中間部を肥大させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記軸材の中間部の外径の変化量に基づき、前記軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率を求め、求めた肥大率に基づき、前記軸材の合否を判定する軸肥大加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸肥大加工方法の加工条件設定方法、軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸材の一部に大径部を形成する加工方法の一つとして軸肥大加工が知られており、軸肥大加工方法の一例として、軸材の中間部に圧縮力と曲げ角度とを付与して軸材を回転させることにより軸材の中間部を肥大させる方法が知られている。
【０００３】
上記の軸肥大加工を行う軸肥大加工機は、一般に、軸材の軸方向に距離をおいて配置された一対の保持部によって軸材を保持し、一対の保持部の距離を縮小して軸材の中間部に圧縮力を付与し、一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて軸材の中間部に曲げ角度を付与し、その状態で一対の保持部を回転して軸材を回転させることにより、軸材の中間部を肥大させる。そして、軸材の中間部を肥大させるプロセスは、一対の保持部の距離が所定の距離まで縮小したところで終了され（例えば特許文献１参照）、又は、中間部の外径が所定の外径に達したところで終了される（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１２９３７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１２９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸肥大加工では、肥大された中間部と中間部を除く軸部との接続部に亀裂が発生する場合があり、また、肥大された中間部の外周部に亀裂が発生する場合がある。亀裂は、例えば目視検査、磁気探傷検査、渦流探傷検査等によって検出可能であるが、量産される軸材の全数検査は時間及びコストがかかる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、亀裂の有無の検査に要する時間及びコストを節減可能な軸肥大加工方法の加工条件設定方法、軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置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】
本発明の一態様の軸肥大加工の加工条件設定方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工の加工条件設定方法であって、前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要した前記試験軸材の回転回数と、前記試験軸材の中間部と当該中間部を除く軸部との接続部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記接続部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容回転回数を設定し、前記軸材に対する軸肥大加工で前記軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させる際の前記軸材の回転回数を、前記許容回転回数以下とする。
【０００８】
また、本発明の一態様の軸肥大加工の加工条件設定方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工の加工条件設定方法であって、前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、前記軸材に対する軸肥大加工で前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させる際の前記軸材の中間部の肥大率を、前記許容肥大率以下とする。
【０００９】
また、本発明の一態様の軸肥大加工方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工方法であって、前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要した前記軸材の回転回数に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【００１０】
また、本発明の一態様の軸肥大加工方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工方法であって、前記軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【００１１】
また、本発明の一態様の軸肥大加工装置は、軸材の軸方向に距離をおいて前記軸材を保持する一対の保持部と、前記一対の保持部の距離を縮小して前記一対の保持部の間に配置される前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力を付与する加圧部と、前記一対の保持部のうち一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて前記軸材の中間部に曲げ角度を付与する曲げ部と、前記一対の保持部及び前記軸材を前記軸材の軸まわりに回転させる回動部と、前記軸材の回転回数を検出する回転回数検出部と、前記加圧部、前記曲げ部、及び前記回動部を制御して前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより、前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記軸材の中間部が前記所定の外径に肥大されるまでに要した前記軸材の回転回数に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【００１２】
また、本発明の一態様の軸肥大加工装置は、軸材の軸方向に距離をおいて前記軸材を保持する一対の保持部と、前記一対の保持部の距離を縮小して前記一対の保持部の間に配置される前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力を付与する加圧部と、前記一対の保持部のうち一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて前記軸材の中間部に曲げ角度を付与する曲げ部と、前記一対の保持部及び前記軸材を前記軸材の軸まわりに回転させる回動部と、前記一対の保持部の距離の変化量を検出する軸方向変位検出部と、前記軸材の中間部の外径の変化量を検出する径方向変位検出部と、前記加圧部、前記曲げ部、及び前記回動部を制御して前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させ且つ前記一対の保持部の距離を所定量縮小させることにより、前記軸材の中間部を肥大させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記軸材の中間部の外径の変化量に基づき、前記軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率を求め、求めた肥大率に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、亀裂の有無の検査に要する時間及びコストを節減可能な軸肥大加工の加工条件設定方法、軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の一例のブロック図である。
【図２】図１の軸肥大加工装置の変形例のブロック図である。
【図３Ａ】図１の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法の一例の模式図である。
【図３Ｂ】図１の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法の一例の模式図である。
【図３Ｃ】図１の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法の一例の模式図である。
【図３Ｄ】図１の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法の一例の模式図である。
【図４Ａ】試験軸材の圧縮力と回転回数との関係を示す試験データの一例のグラフである。
【図４Ｂ】試験軸材の回転回数と亀裂の発生確率との関係を示す試験データの一例のグラフである。
【図５Ａ】試験軸材の圧縮率と肥大率との関係を示す試験データの一例のグラフである。
【図５Ｂ】試験軸材の肥大率と亀裂の発生確率との関係を示す試験データの一例のグラフである。
【図６】図１の軸肥大加工装置の制御部が行う処理の一例のフローチャートである。
【図７】図１の軸肥大加工装置の制御部が行う処理の他の例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の一例を示す。
【００１６】
図１に示す軸肥大加工装置１は、軸材Ｗを保持する一対の保持部２，３と、加圧部４と、曲げ部５と、回動部６と、回転回数検出部７と、制御盤８とを備える。
【００１７】
保持部２が軸材Ｗの軸方向の一方の端部と嵌合し、保持部３が軸材Ｗの軸方向の他方の端部と嵌合し、これにより軸材Ｗは一対の保持部２，３によって保持される。一対の保持部２，３は、基準線Ａ上で基準線Ａに沿って距離をおいて配置されており、図示しない支持台によって支持されている。一対の保持部２，３に保持された軸材Ｗも基準線Ａ上に配置される。一方の保持部２は、基準線Ａに沿って移動可能、すなわち軸材Ｗの軸方向に移動可能であり、他方の保持部３は、基準線Ａと交差する方向に移動可能である。
【００１８】
加圧部４は、例えば流体圧シリンダ等を含んで構成され、保持部２を基準線Ａに沿って移動させ、一対の保持部２，３の距離を縮小させる。一対の保持部２，３の距離が縮小されるのに伴い、一対の保持部２，３の間に配置されている軸材Ｗの軸方向の中間部Ｗａに軸方向の圧縮力が付与される。
【００１９】
曲げ部５は、例えば流体圧シリンダ等を含んで構成され、保持部３を基準線Ａと交差する方向に移動させ、保持部３を基準線Ａ上に配置されている保持部２に対して傾ける。保持部３が保持部２に対して傾けられるのに伴い、軸材Ｗの中間部Ｗａに曲げ角度θが付与される。
【００２０】
回動部６は、例えば電動モータ等を含んで構成され、保持部３を、保持部３の中心軸まわりに回転させる。保持部３が回転されるのに伴い、一方の端部が保持部３に嵌合している軸材Ｗも軸まわりに回転され、軸材Ｗの他方の端部が嵌合している保持部２もまた回転される。
【００２１】
回転回数検出部７は、例えばロータリーエンコーダ等を含んで構成され、軸材Ｗの回転回数として、保持部３の回転回数を検出する。なお、回転回数検出部７は、保持部３に替えて保持部２の回転回数を検出してもよいし、軸材Ｗの回転回数を検出してもよい。
【００２２】
制御盤８は、スイッチ等のハードウェアキーを有し、加工条件等の入力に用いられる操作部１１と、ＬＣＤ（liquid crystal display）等の表示装置を有し、操作画面等を表示する表示部１２と、制御部１３とを含んで構成されている。
【００２３】
制御部１３は、例えばＰＬＣ（programmable logic controller）等のコンピュータであり、一つ以上のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを記憶しており、また、操作部１１を介して入力された加工条件を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）等の記憶装置とを有し、プロセッサがプログラムを実行することによって、入力された加工条件に基づき、加圧部４と、曲げ部５と、回動部６とを制御する。
【００２４】
制御部１３の制御のもとで、加圧部４によって軸材Ｗの中間部Ｗａに軸方向の圧縮力が付与され、且つ曲げ部５によって軸材Ｗの中間部Ｗａに曲げ角度θが付与された状態で、回動部６によって軸材Ｗが軸まわりに回転される。これにより、軸材Ｗの中間部Ｗａは、軸方向に圧縮され且つ径方向に肥大される。
【００２５】
回転回数検出部７によって検出される回転回数は、制御部１３に入力される。なお、加圧部４には、圧縮力を検出するセンサが設けられ、曲げ部５には、例えば保持部３の変位量に基づいて曲げ角度θを検出するセンサが設けられ、回動部６には、保持部３の回転速度を検出するセンサが設けられ、これらのセンサによって検出される圧縮力、曲げ角度θ及び回転速度も制御部１３に入力される。なお、回転速度は、回転回数検出部７によって検出される回転回数に基づいて制御部１３が算出してもよい。
【００２６】
軸肥大加工装置１は、軸方向変位検出部９をさらに備える。軸方向変位検出部９は、例えばリニアエンコーダ等を含んで構成され、加圧部４によって移動される保持部２の変位量を検出する。
【００２７】
軸方向変位検出部９によって検出される保持部２の変位量は、制御部１３に入力される。制御部１３は、圧縮力が上昇を開始してからの保持部２の変位量に基づき、軸材Ｗの中間部Ｗａの圧縮量（中間部Ｗａの軸方向長さの減少量）を検出し、この圧縮量に基づき、中間部Ｗａが所定の外径に肥大されたことを検出する。
【００２８】
なお、図２に示すように、軸肥大加工装置１は、軸材Ｗの中間部Ｗａの外径の変化量を検出する径方向変位検出部１０を備えてもよく、制御部１３は、径方向変位検出部１０によって検出される中間部Ｗａの加工前の外径からの外径の変化量に基づき、中間部Ｗａが所定の外径に肥大されたことを検出してもよい。
【００２９】
次に、図３Ａ〜図３Ｅを参照して、軸肥大加工装置１を用いた軸肥大加工方法の一例を説明する。
【００３０】
まず、図３Ａに示すように、軸材Ｗが一対の保持部２，３によって保持される。軸材Ｗの中間部Ｗａの加工前の軸方向長さＬ０は、中間部Ｗａの加工前の外径をＤ０として、Ｄ０との関係で、中間部Ｗａの加工後の軸方向長さＬ及び外径Ｄに応じて適宜決定される。以後、Ｌ／Ｌ０を圧縮率と言い、Ｄ／Ｄ０を肥大率と言うものとする。
【００３１】
次に、図３Ｂに示すように、保持部２が加圧部４（図１参照）によって基準線Ａに沿って移動され、軸材Ｗの中間部Ｗａに軸方向の圧縮力が付与される。また、保持部３が曲げ部５（図１参照）によって保持部２に対して傾けられ、中間部Ｗａに曲げ角度θが付与される。曲げ角度θは、軸材Ｗの曲げが軸材Ｗの弾性限度の変形内に収まる角度とされ、軸材Ｗの材料の弾性限度によって異なるが、典型的には２°〜４°程である。そして、軸材Ｗの中間部Ｗａに圧縮力と曲げ角度θとが付与された状態で、保持部３が回動部６（図１参照）によって回転され、軸材Ｗが軸まわりに回転される。
【００３２】
図３Ｃに示すように、軸材Ｗの中間部Ｗａの圧縮、曲げ及び回転に伴い、中間部Ｗａの周方向の各部に径方向の交番負荷が作用し、この交番負荷が繰り返し作用することによって中間部Ｗａが次第に径方向に肥大する。具体的には、中間部Ｗａの圧縮及び曲げによって、曲げ内側の材料が塑性流動して膨出する。そして、軸材Ｗの回転に伴い、中間部Ｗａの曲げ内側の材料の塑性流動による膨出が全周に亘って成長し、中間部Ｗａが次第に径方向に肥大する。
【００３３】
図３Ｄに示すように、軸材Ｗの中間部Ｗａの圧縮量に基づき、又は中間部Ｗａの外径の変化量に基づき、中間部Ｗａが所定の外径に肥大されたことが制御部１３（図１参照）によって検出されると、中間部Ｗａの圧縮は停止される。そして、保持部３が再び基準線Ａに沿って配置されて軸材Ｗの中間部Ｗａが曲げ戻され、肥大された中間部Ｗａの厚みは全周に亘って均される。以上のプロセスを経て軸材Ｗに対する軸肥大加工は完了し、軸材Ｗの回転が停止される。
【００３４】
軸肥大加工が施された軸材Ｗの中間部Ｗａと、中間部Ｗａを除く軸部Ｗｂ（保持部２，３に嵌合していた部分）との接続部Ｗｃにおける亀裂の発生は、交番負荷が繰り返し作用することによって材料が疲労することに起因し、中間部Ｗａが所定の外径に肥大されるまでに要した軸材Ｗの回転回数に関連する。そこで、加工条件として、中間部Ｗａが所定の外径に肥大されるまでに要する軸材Ｗの回転回数に対して許容回転回数が設定される。
【００３５】
また、軸肥大加工が施された軸材Ｗの中間部Ｗａの外周部Ｗｄにおける亀裂の発生は、材料の展性限界を超えて中間部Ｗａが肥大されることに起因し、中間部Ｗａの肥大率Ｄ／Ｄ０に関連する。そこで、加工条件として、中間部Ｗａの肥大率Ｄ／Ｄ０に対して許容肥大率が設定される。
【００３６】
図４Ａ及び図４Ｂは、許容回転回数の設定に用いられる試験データの一例を示す。
【００３７】
図４Ａ及び図４Ｂに示す試験データは、軸材Ｗと同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データである。そして、図４Ａに示す試験データは、試験軸材の中間部に付与する圧縮力を変更することによって試験軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要する試験軸材の回転回数を変更した際の、圧縮力と回転回数との関係を示している。また、図４Ｂに示す試験データは、設定した圧縮力毎に複数本の試験軸材に対して軸肥大加工を行った際の試験軸材の接続部における亀裂の発生確率を、圧縮力に対応する回転回数との関係で示している。
【００３８】
図４Ｂに示す試験データの補完曲線では、回転回数が４０以下で、接続部における亀裂の発生確率が０％となっており、回転回数が４０を超えて上昇するほどに亀裂の発生確率も上昇し、そして、回転回数が７０以上では、亀裂の発生確率が１００％となっている。回転回数が増加するほどに交番負荷の繰り返し作用回数が増加し、交番負荷の繰り返し作用回数が増加するほどに材料が疲労し、亀裂の発生確率が高まっていると言える。
【００３９】
許容回転回数は、亀裂の発生確率が閾値以下である回転回数とすることができ、亀裂の発生確率の閾値は、歩留まり等を考慮して設定することができ、例えば０％とすることができる。そこで、図４Ｂに示す試験データによれば、許容回転回数は、亀裂の発生確率が０％の上限の回転回数である４０とすることができ、好ましくは、亀裂の発生確率が０％の上限の回転回数４０に対して軸材の材料特性のばらつき等を考慮して設定される余裕度をもった回転回数とすることができ、例えば許容回転回数は３２（余裕度２０％）とすることができる。
【００４０】
なお、軸材Ｗの中間部Ｗａに付与される曲げ角度θが相対的に小さい場合に、交番負荷１回あたりの材料の疲労は相対的に小さく、軸材Ｗの中間部Ｗａに付与される曲げ角度θが相対的に大きい場合には、交番負荷１回あたりの材料の疲労は相対的に大きくなる。すなわち、軸材Ｗの接続部Ｗｃにおける亀裂の発生には、中間部Ｗａに付与される曲げ角度θも関連する。よって、好ましくは、許容回転回数の設定に用いられる試験データは、軸材Ｗと同一材料且つ同一形状の試験軸材に対し、軸材Ｗと同じ曲げ角度で軸肥大加工を行って得られた試験データである。
【００４１】
図５Ａ及び図５Ｂは、許容肥大率の設定に用いられる試験データの一例を示す。
【００４２】
図５Ａ及び図５Ｂに示す試験データは、軸材Ｗと同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られる試験データである。そして、図５Ａに示す試験データは、試験軸材の中間部の圧縮率Ｌ／Ｌ０を変更することによって試験軸材の中間部の肥大率Ｄ／Ｄ０を変更した際の、圧縮率Ｌ／Ｌ０と肥大率Ｄ／Ｄ０との関係を示している。また、図５Ｂに示す試験データは、設定した肥大率毎に複数本の試験軸材に対して軸肥大加工を行った際の試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率を、肥大率との関係で示している。
【００４３】
図５Ｂに示す試験データの補完曲線では、肥大率が１．８以下で、外周部における亀裂の発生確率が０％となっており、肥大率が１．８を超えて上昇するほどに亀裂の発生確率も上昇し、そして、肥大率が３．０以上では、亀裂の発生確率が１００％となっている。肥大率が増加するほどに、材料の展性限界を超える確率が高まり、亀裂の発生確率も高まっていると言える。
【００４４】
許容肥大率は、亀裂の発生確率が閾値以下である肥大率とすることができ、亀裂の発生確率の閾値は、歩留まり等を考慮して設定することができ、例えば０％とすることができる。そこで、図５Ｂに示す試験データによれば、許容肥大率は、亀裂の発生確率が０％の上限の肥大率である１．８とすることができ、好ましくは、亀裂の発生確率が０％の上限の肥大率１．８に対して軸材の材料特性のばらつき等を考慮して設定される余裕度をもった肥大率とすることができ、例えば許容肥大率は１．６（余裕度１０％）とすることができる。
【００４５】
図６は、軸材Ｗに対する軸肥大加工において制御部１３が行う処理の一例を示す。
【００４６】
まず、加工条件が操作部１１に入力され、制御部１３は、入力された加工条件を記憶する（ステップＳ１）。入力される加工条件は、圧縮力、回転速度、曲げ角度θ、加工完了条件及び許容回転回数Ｎである。圧縮力及び回転速度は適宜設定でき、例えばサイクルタイムを短縮する観点から、加圧部４及び回動部６が出力可能な最大値とすることができる。
【００４７】
加工完了条件は、軸材Ｗの中間部Ｗａが所定の外径に肥大されたことを検出するための条件であって、軸肥大加工装置１が保持部２の変位量を検出する軸方向変位検出部９を備える場合には、圧縮力が上昇を開始してからの保持部２の変位量（中間部Ｗａの圧縮量）が設定される。また、軸肥大加工装置１が中間部Ｗａの外径の変化量を検出する径方向変位検出部１０を備える場合には、中間部Ｗａの加工前の外径からの外径の変化量が設定される。
【００４８】
ここで、保持部２の変位量又は中間部Ｗａの外径の変化量は許容肥大率との関係で設定される。まず、中間部Ｗａの加工前の外径Ｄ０と、必要な加工後の外径Ｄとから求まる肥大率Ｄ／Ｄ０が許容肥大率以下となる軸材Ｗが、加工前の外径Ｄ０が異なる複数の軸材のなかから必要な加工後の外径Ｄに応じて選定される。中間部Ｗａの外径の変化量は、選定された軸材Ｗの中間部Ｗａの加工前の外径Ｄ０と、必要な加工後の外径Ｄとの差である。また、中間部Ｗａの体積は加工前後で変化せず、中間部Ｗａの加工前の軸方向長さＬ０と、許容肥大率以下である肥大率Ｄ／Ｄ０とに基づいて中間部Ｗａの加工後の軸方向長さＬが求まり、保持部２の変位量は、中間部Ｗａの加工前の軸方向長さＬ０と加工後の軸方向長さＬとの差である。
【００４９】
許容回転回数Ｎは、選定された軸材Ｗの許容回転回数である。そして、曲げ角度θは、選定された軸材Ｗと同一材料且つ同一形状の試験軸材に対し、許容回転回数Ｎの設定に用いる試験データを取得するために行った軸肥大加工と同じ曲げ角度とすることができる。
【００５０】
次に、加工開始指示が操作部１１に入力されると、制御部１３は、ステップＳ１で入力された加工条件に従って加圧部４と、曲げ部５と、回動部６とを制御し、軸材Ｗに対して図３Ａ〜図３Ｄに示した軸肥大加工を行う（スッテプＳ２）。制御部１３は、軸方向変位検出部９によって検出される保持部２の変位量、又は径方向変位検出部１０によって検出される中間部Ｗａの外径の変化量が加工完了条件に達したところで軸材Ｗに対する軸肥大加工を完了する（ステップＳ３）。
【００５１】
次に、制御部１３は、回転回数検出部７によって検出される軸材Ｗの回転回数であって、中間部Ｗａが所定の外径Ｄに肥大されるまでに要した回転回数ｎを取得し、取得した回転回数ｎに基づいて軸材Ｗの合否を判定する（ステップＳ４）。この合否の判定において、制御部１３は、スッテプＳ１で入力された許容回転回数Ｎを用い、ｎ≦Ｎである場合には合格と判定し（ステップＳ５）、ｎ＞Ｎである場合には不合格と判定する（ステップＳ６）。
【００５２】
回転回数ｎが許容回転回数Ｎを超える場合としては、軸材の材料特性のばらつきにより、加工対象の軸材Ｗが特異的に硬い場合を例示することができる。そして、ｎ＞Ｎである場合に、図４Ｂに示した試験データの補完曲線上の回転回数ｎに対応した確率で、軸材Ｗの接続部Ｗｃにおける亀裂の発生が見込まれる。そこで、制御部１３は、ｎ＞Ｎである場合には不合格と判定する。判定結果は、例えば制御部１３の制御のもとで表示部１２に表示されるなどして、作業者に報知される。
【００５３】
このように、軸材Ｗの接続部Ｗｃにおける亀裂の発生の合否を、軸材Ｗの中間部Ｗａが所定の外径Ｄに肥大されるまでに要した回転回数ｎに基づいて判定することにより、加工完了直後に判定でき、亀裂の有無の検査に要する時間及びコストを節減することができる。
【００５４】
さらに、本例では、加工完了条件としての保持部２の変位量又は中間部Ｗａの外径の変化量が許容肥大率との関係で設定されており、軸材Ｗの外周部Ｗｄにおける亀裂の発生も抑制される。これにより、亀裂の有無の検査に要する時間及びコストをさらに節減することができる。
【００５５】
図７は、軸材Ｗに対する軸肥大加工において制御部１３が行う処理の他の例を示す。
【００５６】
図７に示す例は、加工条件として圧縮力、回転速度、曲げ角度θ、加工完了条件及び許容肥大率Ｄ／Ｄ０が入力され、制御部１３は、入力された許容肥大率Ｄ／Ｄ０を用いて合否を判定するものである。本例では、軸肥大加工装置１は、保持部２の変位量を検出する軸方向変位検出部９と、軸材Ｗの中間部Ｗａの外径の変化量を検出する径方向変位検出部１０とを備え、加工完了条件は保持部２の変位量によって設定され、径方向変位検出部１０は加工が完了した中間部Ｗａの外径の変化量を検出する。
【００５７】
まず、加工条件が操作部１１に入力され、制御部１３は、入力された加工条件を記憶する（ステップＳ１１）。次に、加工開始指示が操作部１１に入力されると、制御部１３は、ステップＳ１で入力された加工条件に従って加圧部４と、曲げ部５と、回動部６とを制御し、軸材Ｗに対して図３Ａ〜図３Ｄに示した軸肥大加工を行う（スッテプＳ１２）。制御部１３は、軸方向変位検出部９によって検出される保持部２の変位量が加工完了条件に達したところで軸材Ｗに対する軸肥大加工を完了する（ステップＳ１３）。
【００５８】
次に、制御部１３は、径方向変位検出部１０によって検出される中間部Ｗａの外径の変化量を取得し、加工が完了した中間部Ｗａの肥大率を求める（ステップＳ１４）。中間部Ｗａの肥大率は、中間部Ｗａの加工前の外径Ｄ０と、径方向変位検出部１０によって検出される中間部Ｗａの外径の変化量ΔＤとを用い、（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０によって求めることができる。
【００５９】
そして、制御部１３は、ステップＳ１４で求めた肥大率（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０に基づいて軸材Ｗの合否を判定する（ステップＳ１５）。この合否の判定において、制御部１３は、ステップＳ１１で入力された許容肥大率Ｄ／Ｄ０を用い、（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０≦Ｄ／Ｄ０である場合には合格と判定し（ステップＳ１６）、（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０＞Ｄ／Ｄ０である場合には不合格と判定する（ステップＳ１７）。
【００６０】
肥大率（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０が許容肥大率Ｄ／Ｄ０を超える場合としては、軸材の寸法誤差により、加工対象の軸材Ｗの中間部Ｗａの加工前の軸方向長さＬ０が特異的に大きく、加工後の外径変化量ΔＤが特異的に大きくなる場合、を例示することができる。保持部２の一定の変位量に対し、加工前軸方向長さＬ０が大きいほど、中間部Ｗａの外径の変化量ΔＤは大きくなる。そして、（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０＞Ｄ／Ｄ０である場合に、図５Ｂに示した試験データの補完曲線上の肥大率（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０に対応した確率で、軸材Ｗの外周部Ｗｄにおける亀裂の発生が見込まれる。そこで、制御部１３は、（Ｄ０＋ΔＤ）／Ｄ０＞Ｄ／Ｄ０である場合には不合格と判定する。判定結果は、例えば制御部１３の制御のもとで表示部１２に表示されるなどして、作業者に報知される。
【００６１】
このように、軸材Ｗの外周部Ｗｄにおける亀裂の発生の合否を、軸材Ｗの中間部Ｗａの肥大率に基づいて判定することにより、加工完了直後に判定でき、亀裂の有無の検査に要する時間及びコストを節減することができる。
【００６２】
なお、図７に示した、中間部Ｗａの肥大率及び許容肥大率に基づく外周部Ｗｄにおける亀裂の発生の合否判定は、図６に示した、軸材Ｗの回転回数及び許容回転回数に基づく接続部Ｗｃにおける亀裂の発生の合否判定と組み合わせて行うこともできる。
【００６３】
以上、説明したとおり、本明細書に開示された軸肥大加工の加工条件設定方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工の加工条件設定方法であって、前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要した前記試験軸材の回転回数と、前記試験軸材の中間部と当該中間部を除く軸部との接続部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記接続部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容回転回数を設定し、前記軸材に対する軸肥大加工で前記軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させる際の前記軸材の回転回数を、前記許容回転回数以下とする。
【００６４】
また、本明細書に開示された軸肥大加工の加工条件設定方法は、前記試験データが、前記軸材に対する軸肥大加工と同じ曲げ角度で前記試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られたものである。
【００６５】
また、本明細書に開示された軸肥大加工の加工条件設定方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工の加工条件設定方法であって、前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、前記軸材に対する軸肥大加工で前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させる際の前記軸材の中間部の肥大率を、前記許容肥大率以下とする。
【００６６】
また、本明細書に開示された軸肥大加工方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工方法であって、前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させるまでに要した前記軸材の回転回数に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【００６７】
また、本明細書に開示された軸肥大加工方法は、前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させるまでに要した前記試験軸材の回転回数と、前記試験軸材の中間部と当該中間部を除く軸部との接続部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記接続部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容回転回数を設定し、前記軸材の回転回数が前記許容回転回数以下である場合に前記軸材を合格と判定し、前記軸材の回転回数が前記許容回転回数を超える場合に前記軸材を不合格と判定する。
【００６８】
また、本明細書に開示された軸肥大加工方法は、前記試験データが、前記軸材に対する軸肥大加工と同じ曲げ角度で前記試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られたものである。
【００６９】
また、本明細書に開示された軸肥大加工方法は、前記試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、前記軸材の中間部を前記所定の外径に肥大させる際の前記軸材の中間部の肥大率を、前記許容肥大率以下とする。
【００７０】
また、本明細書に開示された軸肥大加工方法は、軸材の軸方向の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより前記軸材の中間部を径方向に肥大させる軸肥大加工方法であって、前記軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【００７１】
また、本明細書に開示された軸肥大加工方法は、前記軸材と同一材料且つ同一形状の試験軸材に対して軸肥大加工を行って得られた試験データであって、前記試験軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率と、前記試験軸材の中間部の外周部における亀裂の発生確率との関係を示す試験データに基づき、前記外周部における亀裂の発生確率が閾値以下である許容肥大率を設定し、前記軸材の肥大率が、前記許容肥大率以下である場合に前記軸材を合格と判定し、前記軸材の肥大率が前記許容肥大率を超える場合に前記軸材を不合格と判定する。
【００７２】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、軸材の軸方向に距離をおいて前記軸材を保持する一対の保持部と、前記一対の保持部の距離を縮小して前記一対の保持部の間に配置される前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力を付与する加圧部と、前記一対の保持部のうち一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて前記軸材の中間部に曲げ角度を付与する曲げ部と、前記一対の保持部及び前記軸材を前記軸材の軸まわりに回転させる回動部と、前記軸材の回転回数を検出する回転回数検出部と、前記加圧部、前記曲げ部、及び前記回動部を制御して前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させることにより、前記軸材の中間部を所定の外径に肥大させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記軸材の中間部が前記所定の外径に肥大されるまでに要した前記軸材の回転回数に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【００７３】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、軸材の軸方向に距離をおいて前記軸材を保持する一対の保持部と、前記一対の保持部の距離を縮小して前記一対の保持部の間に配置される前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力を付与する加圧部と、前記一対の保持部のうち一方の保持部を他方の保持部に対して傾けて前記軸材の中間部に曲げ角度を付与する曲げ部と、前記一対の保持部及び前記軸材を前記軸材の軸まわりに回転させる回動部と、前記一対の保持部の距離の変化量を検出する軸方向変位検出部と、前記軸材の中間部の外径の変化量を検出する径方向変位検出部と、前記加圧部、前記曲げ部、及び前記回動部を制御して前記軸材の中間部に軸方向の圧縮力と曲げ角度とを付与した状態で前記軸材を軸まわりに回転させ且つ前記一対の保持部の距離を所定量縮小させることにより、前記軸材の中間部を肥大させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記軸材の中間部の外径の変化量に基づき、前記軸材の中間部の加工前の外径に対する加工後の外径の比である肥大率を求め、求めた肥大率に基づき、前記軸材の合否を判定する。
【符号の説明】
【００７４】
１     軸肥大加工装置
２     保持部
３     保持部
４     加圧部
５     曲げ部
６     回動部
７     回転回数検出部
８     制御盤
９     軸方向変位検出部
１０   径方向変位検出部
１１   操作部
１２   表示部
１３   制御部
Ａ     基準線
Ｗ     軸材
Ｗａ   中間部
Ｗｂ   軸部
Ｗｃ   接続部
Ｗｄ   外周部
【図１】
2019084539.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2019084539.tif 000007
【図３Ｄ】
2019084539.tif 000008
【図４Ａ】
2019084539.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2019084539.tif 000011
【図５Ｂ】
2019084539.tif 000012
【図６】
2019084539.tif 000013
【図７】
2019084539.tif 000014