(57)【要約】【課題】稼働初期時における不良品の発生を防止して製品歩留まりを向上させることにある。【解決手段】トランス１４の一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器１６と、前記電流検出器１６で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に一対の電極１８ａ、１８ｂに対して供給される電流波形が、棒状素材２２に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御する電流制御手段２０とを有し、前記トランス１４の二次側コイルには、棒状素材２２を挟持する一対の電極１８ａ、１８ｂと、前記棒状素材２２の一端部が当接可能に設けられた鍛縮台２４とがそれぞれ電気的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次側コイルに交流電源に接続され、前記トランスの二次側コイルに接続された電極間で棒状素材を通電加熱すると共に、押圧機構によって前記棒状素材を軸方向に圧縮して据え込み加工するアプセット成形装置において、
前記トランスの一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に前記電極に対して供給される電流波形が、前記棒状素材に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とするアプセット成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記電流検出器によって検出された電流値が導入され、前記電流値と予め設定された基準値とを比較してその偏差を前記電流制御手段に導出する比較設定手段が設けられることを特徴とするアプセット成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の棒状素材を電極間で加熱しながら軸方向に圧縮するアプセット成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの構成部品としてエンジンバルブが用いられている。このエンジンバルブは、一端部が傘形形状に形成された膨出部と、前記膨出部の下部側に一体的に形成された軸部とから構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、据え込み加工に要する時間を短縮するために、電極間に配置された棒状素材を通電加熱する加熱電源装置を直流インバータ加熱方式とする電気アプセッタが開示されている。
【０００４】
この電気アプセッタは、金属製の棒状素材を一対の電極間で通電加熱して軟化させながら、加圧機構で前記棒状素材を軸方向に圧縮して前記棒状素材の一端部に略球状の膨出部を形成する装置であり、例えば、前記膨出部を加圧して傘形形状にプレス成形する前工程として、前記棒状素材の一端部に対して据え込み加工を施すエンジンバルブの製造ライン等で用いられている。
【０００５】
この場合、特許文献１では、棒状素材への通電開始と同時に所定の許容最大加熱電流を通電するための第１段の波形パターン部と、前記第１段の波形パターン部に続き該第１段の波形パターン部の目標加熱電流よりも低い加熱電流を通電するための第２段の波形パターン部と、前記第２段の波形パターン部に続き該第２段の波形パターン部の目標加熱電流よりも低い加熱電流を通電するための第３段の波形パターンから構成される目標加熱電流波形パターンを設定し、前記目標加熱電流波形パターンに基づいて加熱電流を制御することにより、棒状素材の一端部に対する据え込み加工時間を短縮することができるとしている。
【０００６】
ここで、前記エンジンバルブの製造工程について概略説明する。先ず、図示しないカッタ機構によって所定長に切断された金属製の棒状素材を一対の電極間で通電加熱するアプセット成形を施すことにより、棒状素材の一端部が加圧され略球状の加熱部を有するアプセット成形体が得られる。このアプセット成形体の加熱部に対してプレス装置を介してプレス加工を施し、プレス成形体に対して所定の熱処理加工を施した後、研磨加工が遂行されてエンジンバルブが完成する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６０５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に開示された目標加熱電流波形パターンは、棒状素材を加熱電源の電極間で通電加熱し、複数の棒状素材に対しアプセット成形を連続して施すときの加熱電流を制御するものであり、例えば、耐久性が劣化した鍛縮台を新たな鍛縮台と交換し前記新たな鍛縮台に対して通電する場合、又はメンテナンス作業や何らかの原因でアプセット成形作業が長時間停止した後、アプセット成形装置を再稼働させたときに、その稼働初期時におけるアプセット成形体にしわ等の不具合が発生する。
【０００９】
一旦、アプセット成形装置に対する通電を長時間停止した後、電極間に対して前記目標加熱電流波形パターンに基づく加熱電流を通電した場合であっても、例えば、治具である鍛縮台の稼働初期時における温度が、連続成形時における温度よりも低くなっているため、棒状素材に対し据え込み加工可能な所要最適温度に到達するまでに時間がかかり、前記温度低下に起因して稼働初期時におけるアプセット成形体の略球状部に円形状の凸部を有する不良成形品が発生する。
【００１０】
換言すると、特許文献１に開示された目標加熱電流波形パターンは、棒状素材の一端部が当接する鍛縮台が所要最適温度に到達した後、前記棒状素材に対して連続してアプセット成形を施す場合における最適な加熱電流制御パターンを示したものであり、通電を長時間停止した後、アプセット成形装置を再稼働させたときには前記のような温度低下に起因して不良成形品が発生する。
【００１１】
例えば、図１０Ａに示されるように、稼働初期状態における鍛縮台１の底面に対し棒状素材２の一端部を当接させて加圧し、一対の電極３ａ、３ｂ間に通電した場合、前記鍛縮台１に当接した棒状素材２の一端部が該鍛縮台１の温度低下に起因して容易に溶け込まない。
【００１２】
さらに一対の電極３ａ、３ｂ間に通電し且つ棒状素材２に対する加圧状態を継続すると、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示されるように、前記棒状素材２の一端部の端縁（鍛縮台１に接触する部分）が急に潰れて円形状の凸部４が膨出形成された後、さらに前記棒状素材２の一端部全体が溶融して略球状部５が形成される。この潰れて変形した円形状の凸部４が前記略球状部５の上部に一体的に残存したアプセット成形体６が得られる（図１０Ｄ参照）。
【００１３】
そして、図１１Ａに示されるように、円形状の凸部４を有するアプセット成形体６に対して予備成形を施した場合であっても、前記円形状の凸部６が円形状のしわ７となって残存すると共に、図１１Ｂに示されるように、プレス成形によって傘形状のエンジンバルブ８を成形した場合であっても、前記円形状のしわ７がそのまま傘部の上面に残存して製品不良となる。
【００１４】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、鍛縮台を新たな鍛縮台と交換した場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した場合等であっても、稼働初期時における不良品の発生を防止して製品歩留まりを向上させることが可能なアプセット成形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】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明は、トランスの一次側コイルに交流電源に接続され、前記トランスの二次側コイルに接続された電極間で棒状素材を通電加熱すると共に、押圧機構によって前記棒状素材を軸方向に圧縮して据え込み加工するアプセット成形装置において、
前記トランスの一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に前記電極に対して供給される電流波形が、前記棒状素材に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
この場合、前記電流検出器によって検出された電流値が導入され、前記電流値と予め設定された基準値とを比較してその偏差を前記電流制御手段に導出する比較設定手段が設けられるとよい。
【００１７】
本発明によれば、トランスの一次側コイルに供給される電流値を電流検出器によって検出し、前記電流検出器で検出された電流値を比較設定手段に導出し、前記比較設定手段において、予め設定された基準値（各種棒状素材の連続成形時における電流値）とを比較してその偏差を求め、その偏差に対応する信号を電流制御手段に導出する。そして、前記電流制御手段では、前記比較設定手段から導出された偏差に対応する信号に基づいて電極に通電する電流値が前記基準値と一致するように制御している。
【００１８】
この結果、本発明では、例えば、前記棒状素材の一端部が当接する鍛縮台の耐久性が劣化して新たな鍛縮台と交換する場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した後、さらにアプセット成形装置を再稼働させる場合であっても、再稼働初期時における電流波形が連続成形時の電流波形と一致するように電流制御手段によって電極に供給される電流値が制御されることにより、再稼働初期時における成形不良品の発生を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
鍛縮台を新たな鍛縮台と交換した場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した場合等であっても、少なくとも再稼働初期時における不良品の発生を防止して製品歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係るアプセット成形装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２１】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るアプセット成形装置を示す。
【００２２】
このアプセット成形装置１０は、交流電源１２と、前記交流電源１２から供給された電流が一次側コイルを介して供給されるトランス１４と、前記トランス１４の一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器１６と、前記トランスの一次側コイルに接続される電流制御手段２０とを有し、前記交流電源１２と電流検出器１６とトランス１４の一次側と電流制御手段２０との間で電流ループが形成される。
【００２３】
前記電流制御手段２０は、前記電流検出器１６で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に後述する一対の電極１８ａ、１８ｂに対して供給される電流波形が、棒状素材２２に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御するものである。なお、前記電流検出器１６としては、例えば、カレントトランスフォーマーによって構成されるとよい。
【００２４】
前記トランス１４の二次側コイルには、成形素材である棒状素材２２を挟持する一対の電極１８ａ、１８ｂと、前記棒状素材２２の一端部（上端部）が当接可能に設けられた鍛縮台２４とがそれぞれ電気的に接続される。
【００２５】
また、前記アプセット成形装置１０は、前記電流検出器１６によって検出された電流値が導入され、前記電流値と予め設定された設定値（基準値）とを比較してその偏差を前記電流制御手段２０に導出する比較設定手段２６とを有する。
【００２６】
前記鍛縮台２４は、図示しない昇降手段に連結されて上下方向に沿って変位すると共に、図示しない送り機構を介して軸心を回転軸として周方向に沿って所定角度ずつ回転可能に設けられる。
【００２７】
また、アプセット成形装置１０は、図示しない下部側ユニットに固定され、前記棒状素材２２の下端部に当接して該棒状素材２２を上方に向かって押圧するピストンロッド２８が設けられた図示しない押圧用シリンダ（押圧機構）と、図示しないアームにそれぞれ連結されて接近又は離間可能に設けられ、通電することにより棒状素材２２を加熱する一対の電極１８ａ、１８ｂとを有する。
【００２８】
本発明の実施の形態に係るアプセット成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００２９】
先ず、成形材料である金属製の棒状素材２２を、押圧用シリンダのピストンロッド２８と鍛縮台２４との間の所定位置にセットした後、図示しないクランプシリンダの駆動作用下に一対のアームを接近させ、前記アームにそれぞれ設けられた一対の電極１８ａ、１８ｂが棒状素材２２に接触した状態でクランプされる（図２Ａ〜２Ｃ参照）。その際、図示しない昇降手段を介して鍛縮台２４を所定位置まで下降させた後、所定位置で停止して固定状態とし、前記鍛縮台２４の底面２４ａが棒状素材２２の上端部に接触した状態とする。
【００３０】
前記棒状素材２２がクランプされた状態において、交流電源１２及びトランス１４を介して一対の電極１８ａ、１８ｂに通電して前記棒状素材２２をそれぞれ加熱すると共に、押圧用シリンダの駆動作用下にピストンロッド２８を上昇させて棒状素材２２を上方に向かって押圧する（図２Ｄ参照）。
【００３１】
従って、前記一対の電極１８ａ、１８ｂによる通電加熱作用及び押圧用シリンダによる押圧作用下に、鍛縮台２４の底面２４ａに当接する棒状素材２２の上端部が膨張して略球形状の加熱部２２ａが形成される。鍛縮台２４の底面２４ａによって平面状の窪みを有する略球形状の所望の加熱部２２ａの形状が形成された後（図２Ｅ参照）、前記電極１８ａ、１８ｂに対する通電を停止し、図示しないクランプシリンダを駆動させて一対の電極１８ａ、１８ｂを棒状素材２２から離間させることにより（図２Ｆ参照）、アプセット成形体３０が図示しない容器内に収納される。
【００３２】
１本のアプセット成形体３０が完成した後、図示しない送り機構を付勢することにより、軸心をその回転中心として鍛縮台２４が所定角度（例えば、３度）だけ所定方向に回動する。
【００３３】
次にアプセット成形がなされる棒状素材２２を前記と同様にしてセットして前記のようなアプセット成形体３０が得られた後、図示しない送り機構の付勢作用下に鍛縮台２４を所定角度だけ回動させ、１本の棒状素材２２に対する加工毎に鍛縮台２４を周方向に沿って所定角度ずつ回動させる。
【００３４】
この場合、前記所定角度を、例えば、３度に設定すると、鍛縮台２４が１回転することにより１２０本のアプセット成形体３０が得られ、上記のアプセット成形を連続して遂行することにより所定数のアプセット成形体３０が得られる。
【００３５】
なお、前記アプセット成形体３０に対する予備成形工程を経て図示しない金型装置によってプレス成形がなされた後、研磨加工等の仕上げ工程を経て製品としてのエンジンバルブ３２が得られる（図３Ａ、図３Ｂ参照）。
【００３６】
次に、例えば、従前から使用していた鍛縮台２４の耐久性が低下して新たな鍛縮台２４と交換する場合、又は何らかの原因によって上記のようなアプセット成形作業を長時間停止した後、さらに前記アプセット成形装置１０を再稼働させる場合について以下に説明する。
【００３７】
先ず、鍛縮台２４の温度差と電流値との関係は、以下の通りであることが実験により確認された。
【００３８】
図４は、従来から使用されている図示しない電気アプセッタを用い、棒状素材に対して連続してアプセット成形を遂行する連続成形時において、前記棒状素材に対して通電する電流値の波形を示したものである。
【００３９】
これに対し、図５は、従来から使用されている図示しない電気アプセッタを用いてアプセット成形作業を数時間停止した後（このとき、一対の電極に対する通電は停止されている）、前記電気アプセッタを再稼働させた初期状態における前記棒状素材に対する電流値の波形を示したものである。
【００４０】
そこで、従来から使用されている電気アプセッタの連続成形時における電流波形と、長時間停止した後の再稼働初期時における電流波形とを比較するために、図４と図５との電流波形を重ね合わせると、図６に示されるように、再稼働した１本目の棒状素材から３本目までの棒状素材に対する電流波形が一致しない波形図となる。
【００４１】
これは、連続成形時における鍛縮台の温度特性曲線Ａと再稼働初期時における鍛縮台の温度特性曲線Ｂとを対比した図７に示されるように、アプセット成形作業の長時間の停止により鍛縮台の温度が低下し、棒状素材に通電される電流値が低くなっていることがわかった。なお、４本目の棒状素材に対するアプセット成形作業では連続成形時と再稼働初期時との電流波形が一致していることが諒解される。
【００４２】
本実施の形態に係るアプセット成形装置１０では、トランス１４の一次側コイルに供給される電流値を電流検出器１６によって検出し、前記電流検出器１６で検出された電流値を比較設定手段２６に導出し、前記比較導出手段２６において、図示しない入力手段によって予め設定された基準値（各種棒状素材の連続成形時における電流値）とを比較してその偏差を求め、その偏差に対応する信号を電流制御手段２０に導出する。そして、前記電流制御手段２０では、前記比較設定手段２６から導出された偏差に対応する信号に基づいてトランス１４の一次側コイルに対する電流値（終局的にはトランス１４の二次側コイルを介して通電される一対の電極１８ａ、１８ｂに対する電流値）が前記基準値と一致するように制御している。
【００４３】
従って、本実施の形態では、新たな鍛縮台２４と交換する場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した後、さらに前記アプセット成形装置１０を再稼働させる場合であっても、前述した再稼働初期時における電流波形が連続成形時の電流波形と一致するように電流制御手段２０によって一対の電極１８ａ、１８ｂに供給される電流値が制御されることにより、再稼働初期時における成形不良品の発生を確実に防止することができる。
【００４４】
このように電流制御手段２０によって制御された再稼働初期時における電流値の波形図を図８に示す。この図８から諒解されるように、１本目の棒状素材２２に対する電流値の波形は、続く２本〜４本目の棒状素材２２の電流値波形と比較して加熱時間が僅かに長いだけであり（図９に示されるように、例えば、約１秒）、その他の立ち上がり時における電流値の波形形状は一致しており、再稼働初期時における電流値が連続成形時における電流波形と一致するように制御されていることが諒解される。
【００４５】
この結果、本実施の形態では、稼働初期時における不良品の発生を確実に防止して製品歩留まりを向上させ、製造コストの高騰を阻止することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、自動車用のエンジンバルブの傘部を成形する鍛造プレス加工の前工程である据え込み加工に用いるアプセット成形に基づいて説明しているがこれに限定されるものではなく、例えば、プロペラシャフト、リアアクスルシャフト、メインドライブギヤ、軸付ギヤ等の自動車用トランスミッション構成部品の鍛造プレスや切削加工の前工程として、金属製の棒状素材の先端部に所定の大きさの半径外方向膨出部を成形するために適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係るアプセット成形装置のブロック構成図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｆは、図１のアプセット成形装置を用い、棒状素材に対するアプセット成形工程を示す動作説明図である。
【図３】図３Ａは、前記アプセット成形工程によって得られたアプセット成形体の正面図及び平面図、図３Ｂは、前記アプセット成形体に対して鍛造成形を施すことにより得られたエンジンバルブの正面図及び平面図である。
【図４】従来から使用されている電気アプセッタを用いたアプセット成形の連続成形時において、棒状素材に対して通電する電流値の波形を示す特性図である。
【図５】従来から使用されている電気アプセッタを用い、アプセット成形作業を数時間停止した後、再稼働させた初期状態において、棒状素材に対して通電する電流値の波形を示す特性図である。
【図６】図４に示す電流の波形と図５に示す電流波形とを比較するために両者を重畳させた特性図である。
【図７】連続成形時における鍛縮台の温度特性曲線Ａと再稼働初期時における鍛縮台の温度特性曲線Ｂとを対比した説明図である。
【図８】図１のアプセット成形装置を構成する電流制御手段によって制御された再稼働初期時における電流値の波形を示す特性図である。
【図９】図８において、１本目と４本目の電流値の波形を重畳させた説明図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｄは、従来技術において、再稼働初期時における棒状素材に対するアプセット成形工程を示す側面図である。
【図１１】図１１Ａは、図１０に示されるアプセット成形工程によって成形されたアプセット成形体の正面図及び平面図、図１１Ｂは、前記アプセット成形体に対して鍛造成形を施したエンジンバルブの正面図及び平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…アプセット成形装置                    １２…交流電源
１４…トランス                              １６…電流検出器
１８ａ、１８ｂ…電極                        ２０…電流制御手段
２２…棒状素材                              ２４…鍛縮台
２６…比較設定手段                          ２８…ピストンロッド
３０…アプセット成形体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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