(57)【要約】【課題】  ワークにねじ等の凹凸を転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができるプレーンダイス及び転造装置を提供することができる。【解決手段】  ワーク１０へのねじ転造を開始するのと同時に、プレーンダイス１３，１４の非真円形状の切込み部を、ワーク１０の第１軸部１０ｂと接触させて挟み込ませることにより加圧する。プレーンダイス１３，１４の回転角が１３５度になったら、支持フレーム１８のワーク１０側への移動を停止して、プレーンダイス１３，１４の真円形状のドゥエル部をワーク１０の第１軸部１０ｂと接触させて挟み込ませることにより加圧する。【選択図】  図１
2005324222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動軸にそれぞれ固定された複数の転造丸ダイス間にワークを挟んで、前記複数の駆動軸を介して前記複数の転造丸ダイスを回転駆動させながら前記複数の転造丸ダイスを前記ワークに押圧して、前記ワークの外周に凹凸を転造形成する転造装置であって、
前記複数の駆動軸にそれぞれ固定されるとともに、複数のプレーンダイスを備え、
転造形成中において、前記各プレーンダイスが前記ワークの軸部を挟み込むとともに、前記ワークの中心と前記プレーンダイスの外周面との間の距離が一定であることを特徴とする転造装置。
【請求項２】
前記ワークの転造形成中において、前記ワークの中心と前記各プレーンダイスの外周面との間の距離が一定となるような曲面により前記各プレーンダイスの断面形状の一部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の転造装置。
【請求項３】
前記各プレーンダイスの断面形状の一部を非真円形状にしたことを特徴とする請求項２に記載の転造装置。
【請求項４】
ワークを挟んで、回転駆動されながら前記ワークに押圧されることにより前記ワークの外周に凹凸を転造形成する複数の転造丸ダイスとともに回転駆動軸に固定された、複数のプレーンダイスであって、
前記ワークの転造形成中において、前記ワークの軸部を挟み込むとともに、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定であることを特徴とするプレーンダイス。
【請求項５】
前記ワークの転造形成中において、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定となるような曲面により断面形状の一部が形成されたことを特徴とする請求項４に記載のプレーンダイス。
【請求項６】
断面形状の一部を非真円形状にしたことを特徴とする請求項５に記載のプレーンダイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに例えばねじ等の凹凸を転造形成するプレーンダイス及びこれを備えた転造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ねじ等の凹凸をワークに加工する方法として、切削による方法と塑性加工による転造による方法が知られている。これらの方法のうち、塑性加工による転造による方法が、加工速度が速い、高精度な転造ダイスを用いた場合はねじの精度がよい、加工硬化によりねじの強度が上昇する等の理由から主として利用されている。
【０００３】
転造装置は、例えば、引用文献１または引用文献２に開示されているように、一対の転造丸ダイス間にねじ加工をするワーク（素材）を挟み、転造丸ダイスを回転駆動させながら、ワークに押し当てて、ワーク表面に塑性変形を起こさせてねじを形成するものである。したがって、形成されたねじの精度は、一般的に研削仕上げされた転造丸ダイスの精度に近似する。
【０００４】
ところで、ねじ転造時のワークに作用する力を力学的に検討すると、転造丸ダイスのねじ山がワークの両側から加重を加えていることになる。これは、近似的に、等間隔で単純支持した連続梁の各スパンに集中加重が作用していると考えられる。よって、図３に示すように、特に、ワーク１０３のねじが奇数条の場合は、一方の転造丸ダイス１０１のねじの山と他方の転造丸ダイス１０２のねじの谷が対向し、転造丸ダイス１０１，１０２の端部でワーク１０３に大きな曲げモーメントが生じる。
【０００５】
したがって、ワーク１０３の軸径が小さく軸が長い場合には、ワーク１０３のねじの切上がり部１０３ａから軸部１０３ｂにかけた部分がねじ転造中に曲がってしまう。その結果、ワーク１０３の軸部１０３ｂをベアリング等で支持して回転させた場合に約０．２〜０．３ｍｍ程度の振れが生じ、ワーク１０３をウォームとする場合に、ウォームして所定の精度が発揮できない。
【０００６】
そこで、図４に示すように、転造丸ダイス１０１，１０２によりワーク１０３にねじを転造する際に、外周が真円からなる一対のプレーンダイス１０４，１０５によりワーク１０３の軸部１０３ｃを挟んで押圧することにより、ワーク１０３の曲げを抑制する転造装置が開示されている（例えば、特許文献３）。
【特許文献１】実公昭４６−２２４２６号公報
【特許文献２】実公昭４６−２３３１０号公報
【特許文献３】特開平８−３１８３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した転造装置では、一方のプレーンダイス１０４は駆動軸１０６の長手方向と直角な方向に固定されており、他方のプレーンダイス１０５は駆動軸１０７の長手方向と直角な方向に可動する。可動側のプレーンダイス１０５が、図５（ａ）に示すように、ワーク１０３の方向へと最も前進した前進端の状態では、プレーンダイス１０４，１０５とワーク１０３とが接触して、ワーク１０３の曲げを抑制する効果は大きい。しかしながら、プレーンダイス１０５が前進端の状態になるまでは、図５（ｂ）に示すように、プレーンダイス１０４，１０５とワーク１０３の軸部１０３ｃとの隙間が大きく、ワーク１０３の曲げを抑制する効果は少ない。このようにねじ転造を行ったウォーム（ワーク１０３）については、約０．０５〜０．２ｍｍの振れが生じてしまう。
【０００８】
したがって、この転造装置では、ワーク１０３にねじを転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができず、ワーク１０３に振れが生じてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、ワークにねじ等の凹凸を転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができるプレーンダイス及びこれを備えた転造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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の転造装置は、
複数の駆動軸にそれぞれ固定された複数の転造丸ダイス間にワークを挟んで、前記複数の駆動軸を介して前記複数の転造丸ダイスを回転駆動させながら前記複数の転造丸ダイスを前記ワークに押圧して、前記ワークの外周に凹凸を転造形成する転造装置であって、
前記複数の駆動軸にそれぞれ固定されるとともに、複数のプレーンダイスを備え、
転造形成中において、前記各プレーンダイスが前記ワークの軸部を挟み込むとともに、前記ワークの中心と前記プレーンダイスの外周面との間の距離が一定であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ワークの転造形成中において、前記ワークの中心と前記各プレーンダイスの外周面との間の距離が一定となるような曲面により前記各プレーンダイスの断面形状の一部を形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、前記各プレーンダイスの断面形状の一部を非真円形状にしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のプレーンダイスは、
ワークを挟んで、回転駆動されながら前記ワークに押圧されることにより前記ワークの外周に凹凸を転造形成する複数の転造丸ダイスとともに回転駆動軸に固定された、複数のプレーンダイスであって、
前記ワークの転造形成中において、前記ワークの軸部を挟み込むとともに、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ワークの転造形成中において、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定となるような曲面により断面形状の一部が形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、断面形状の一部を非真円形状にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ワークにねじ等の凹凸を転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができるプレーンダイス及びこれを備えた転造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る転造装置について、以下図面を参照して説明する。
【００１８】
転造装置１は、図１に示すように、一対の転造丸ダイス１１，１２と、一対の対向して配置されたプレーンダイス１３，１４と、一方の転造丸ダイス１１及び一方のプレーンダイス１３、および、他方の転造丸ダイス１２及び他方のプレーンダイス１４がそれぞれ同軸上に固定された駆動軸１５，１６と、駆動軸１５，１６をそれぞれ回転自在に支持する支持フレーム１７，１８と、ワーク１０を回転自在に保持するブッシュ１９とを備えている。
【００１９】
また、転造装置１は、図１に示すように、駆動軸１５，１６をそれぞれ駆動するサーボモータ２０，２１と、支持フレーム１８を駆動軸１６の長手方向と直角な方向に移動可能にするサーボモータ２２と、支持フレーム１８の位置を検出する位置センサ２３と、駆動軸１５，１６の回転角度を検出する角度センサ２４，２５と、図示しないＮＣ制御装置とを備えている。ＮＣ制御装置は、サーボモータ２０，２１を同方向に同期して回転させる機能と、サーボモータ２２を駆動して支持フレーム１８を移動させて駆動軸１５，１６間の距離を調整する機能を有する。
【００２０】
ワーク１０は、ウォームシャフトであって、ねじ部１０ａと、第１軸部１０ｂと、第２軸部１０ｃと、切上がり部１０ｄ，１０ｅとからなる。なお、図１におけるワーク１０は、ねじ転造後のワーク１０を表しており、ねじ転造前においては、ねじ部１０ａは、ねじが形成されていないねじ転造成形部１０ａである。
【００２１】
一対の転造丸ダイス１１，１２は、同方向に同速度で回転駆動され、それぞれの間にワーク１０のねじ転造成形部１０ａを挟んで加圧することにより、ワーク１０を塑性変形させ、ねじ部１０ａを形成する。一対の転造丸ダイス１１，１２は、同じ形状の丸ダイスで、中央に駆動軸１５，１６が挿嵌される孔１１ｄ，１２ｄ（図２）が形成された円柱状の部材で構成されている。転造丸ダイス１１，１２の外周面には、転造するねじ山１１ａ，１２ａが形成されている。転造丸ダイス１１，１２はキー３１，３２（図２）により駆動軸１５，１６にそれぞれ固定されている。
【００２２】
一対のプレーンダイス１３，１４は、同方向（図２において反時計回り方向）に同速度で回転駆動され、それぞれの間にワーク１０の第１軸部１０ｂを挟んで加圧することにより、ワーク１０の軸の曲がりを防止する。一対のプレーンダイス１３，１４は、図２に示すように、同じ形状のダイスで、中央に駆動軸１５，１６が挿嵌される孔１３ｄ，１４ｄが形成された略円柱状の部材で構成されている。プレーンダイス１３，１４は、キー３１，３２により駆動軸１５，１６にそれぞれ固定されている。プレーンダイス１３，１４は、例えば、ダイス鋼製で表面に焼き入れ硬化が施されている。
【００２３】
プレーンダイス１３，１４の外周表面は駆動軸１５，１６の長手方向にそれぞれ平らに形成されている。プレーンダイス１３，１４の外周面の断面形状は、図２に示すように、それぞれ、切込み部１３ａ，１４ａと、ドゥエル部１３ｂ，１４ｂと、連結部１３ｃ，１４ｃとから構成されている。プレーンダイス１３，１４がワーク１０の第１軸部１０ｂと最初に接する部分を基準（回転角０度（３６０度））として、プレーンダイス１３，１４の断面形状において、回転角が０度から１３５度の部分が切込み部１３ａ，１４ａ、回転角が１３５度から１８０度の部分がドゥエル部１３ｂ，１４ｂ、１８０度から３６０度の部分が連結部１３ｃ，１４ｃを構成する。
【００２４】
プレーンダイス１３，１４の回転角が０度から１８０度直前になるまでの間に、ワーク１０のねじ転造が行われる。ワーク１０のねじ転造が行われている間は、プレーンダイス１３，１４の切込み部１３ａ，１４ａおよびドゥエル部１３ｂ，１４ｂは、ワーク１０の第１軸部１０ｂと常に接触している。すなわち、ワーク１０のねじ転造が行われている間においては、各プレーンダイス１３，１４の外周面とワーク１０の中心との距離は一定となる。プレーンダイス１３，１４の回転角が１８０度直前になるまで回転されると、支持フレーム１８を介してプレーンダイス１４をワーク１０から後退させる。
【００２５】
切込み部１３ａ，１４ａは、駆動軸１５，１６の間の距離の変化に対応した非真円形状（カム状）になっている。すなわち、駆動軸１５，１６間の距離は、転造丸ダイス１１，１２によるワーク１０へのねじ転造が進むにしたがって、小さくなっていくので、この小さくなっていく駆動軸１５，１６の間の距離に対応させて、プレーンダイス１３，１４の切り込み部１３ａ，１４ａにおける径ｒを回転角が大きくなるに応じて小さくなるような曲面にする。このようにすれば、各プレーンダイス１３，１４の外周面とワーク１０の中心との距離は一定となり、切込み部１３ａ，１４ａとワーク１０の第１軸部１０ｂとが接触している状態を保つことができる。
【００２６】
ドゥエル部１３ｂ，１４ｂは、真円形状の一部からなる。プレーンダイス１３，１４の回転角が１３５度になると、支持フレーム１８を介して可動なプレーンダイス１４は前進端の状態となり、最もワーク１０に接近した状態となり停止する。したがって、駆動軸１５，１６間の距離は一定となるために、ドウェル部１３ｂ，１４ｂにおける径ｒが一定であっても、ドウェル部１３ｂ，１４ｂとワーク１０の第１軸部１０ｂとが接触している状態を保つことができる。
【００２７】
連結部１３ｃ，１４ｃは、切込み部１３ａ，１４ａとドゥエル部１３ｂ，１４ｂとを連結する曲線形状となっている。なお、連結部１３ｃ，１４ｃは、転造には使用されない。
【００２８】
次に、本実施の形態の転造装置を用いてワーク１０にねじを転造する方法について説明する。
まず、ワーク１０をブッシュ１９に保持させる。駆動軸１５，１６に、転造丸ダイス１１，１２の孔１１ｄ，１２ｄおよびプレーンダイス１３，１４の孔１３ｄ，１４ｄを嵌合させる。駆動軸１５，１６に設けられたキー３１，３２により、駆動軸１５，１６に対して転造丸ダイス１１，１２およびプレーンダイス１３，１４が回転しないように取り付けられる。
【００２９】
そして、転造装置を稼働する。転造装置のＮＣ制御装置は、サーボモータ２０，２１を駆動し、駆動軸１５，１６を所定の回転速度で回転させる。ＮＣ制御装置は、位置センサ２３から与えられる駆動軸１６の位置情報を参照した数値制御により、サーボモータ２２を駆動し、支持フレーム１８をワーク１０側に所定距離接近させる。
【００３０】
転造装置のＮＣ制御装置は、角度センサ２４，２５から与えられる駆動軸１５，１６の回転角度に基づき、転造丸ダイス１１，１２およびプレーンダイス１３，１４の回転角度を検出している。ＮＣ制御装置は、回転角度からプレーンダイス１３の切込み部１３ａとプレーンダイス１４の切込み部１４ａとが対向する状態になったことを検知したときに、サーボモータ２２を駆動し、支持フレーム１８をワーク１０側へと更に移動させる。転造丸ダイス１１，１２が、ワーク１０のねじ転造成形部１０ａを挟んで加圧してワーク１０に回転を与えながらねじ転造を開始するのと同時に、プレーンダイス１３，１４の切込み部１３ａ，１４ａが、ワーク１０の第１軸部１０ｂと接触して第１軸部１０ｂを挟み込むことにより加圧する。
【００３１】
ＮＣ制御装置は、プレーンダイス１３，１４の回転角が１３５度になると、支持フレーム１８のワーク１０側への移動を停止させて、プレーンダイス１３，１４のドゥエル部１３ｂ，１４ｂがワーク１０の第１軸部１０ｂと接触して挟み込んで加圧するとともに、転造丸ダイス１１，１２によりワーク１０のねじ転造形成部１０ａにねじ転造の仕上げ工程等が施される。
【００３２】
そして、ＮＣ制御装置は、プレーンダイス１３，１４の回転角が１８０度の直前になると、サーボモータ２２を駆動して支持フレーム１８をワーク１０側とは逆側へ移動させて元の位置に戻す。これにより、転造丸ダイス１１，１２およびプレーンダイス１３，１４はワーク１０から完全に離れて、ワーク１０にはねじ部１０ａが形成され、ワーク１０へのねじ転造は終了する。ＮＣ制御装置は、サーボモータ２０，２１を停止させるとともに、サーボモータ２２を停止させる。
【００３３】
このように本実施の形態の転造装置では、ワーク１０のねじ転造工程中においては、プレーンダイス１３，１４とワーク１０の第１軸部１０ｂとを常に接触させ、挟み込んで加圧するようにしたので、ワーク１０の軸に大きな曲げモーメントが生じることがなくなり、ワーク１０の軸の曲がりを十分に防止することができる。また、ウォームシャフト（ワーク１０）全体の精度もより高くなり、ウォームシャフト（ワーク１０）の第１軸部１０ｂ，第２軸部１０ｃの長さの精度も向上する
【００３４】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ワーク１０が、ウォームシャフトである例について説明したが、ワーク１０は、転造丸ダイス１１，１２で押圧することにより、表面に転造丸ダイス１１，１２のねじ山に対応するねじの谷が転造されるものであればよく、本発明はこのような転造全般に有効である。すなわち、上記実施の形態では、ワーク１０にねじを転造する例について説明したが、ワーク１０に転造形成する凹凸は、ねじに限られず、例えばローレット、セレーション、フォーミング、ウォーム等の凹凸も含まれる。
【００３５】
また、上記実施の形態では、２つの駆動軸１５，１６を備えた転造装置の例について説明したが、駆動軸の数は２つに限られず、転造丸ダイス及びプレーンダイスは任意の数の駆動軸に取り付けることができる。
【００３６】
また、上記実施の形態では、プレーンダイス１３，１４の断面形状において、回転角が０度から１３５度の部分が切込み部１３ａ，１４ａ、回転角が１３５度から１８０度の部分がドゥエル部１３ｂ，１４ｂ、１８０度から３６０度の部分が連結部１３ｃ，１４ｃとする例について説明したが、ワーク１０の径の大きさや形状等に応じて、切込み部１３ａ，１４ａ、ドゥエル部１３ｂ，１４ｂ、および、連結部１３ｃ，１４ｃの配分は任意に設定できる。
【００３７】
また、上記実施の形態では、一対のプレーンダイス１３，１４および一対の転造丸ダイス１１，１２を備えた例について説明したが、プレーンダイスまたは転造丸ダイスの数は３個以上であってもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態では、数値制御装置をもつ転造装置について説明したが、数値制御装置をもたない転造装置についても有効である。
【００３９】
また、上記実施の形態では、ワーク１０をブッシュ１９により保持する例について説明したが、一対のセンタによりワーク１０の両端を保持するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る転造装置の概略構成を表す平面図である。
【図２】図１の転造装置が備えたプレーンダイス周辺の概略構成を示した図である。
【図３】従来のねじが奇数条であるワークにねじを転造形成する様子を示した図である。
【図４】従来の転造装置の概略構成を表す図である。
【図５】図４に示した従来の転造装置によりワークにねじを転造形成する様子を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      転造装置
１０    ワーク
１０ａ  ねじ部（ねじ転造成形部）
１０ｂ  第１軸部
１１，１２  転造丸ダイス
１３，１４  プレーンダイス
１３ａ，１４ａ  切込み部
１３ｂ，１４ｂ  ドゥエル部
１３ｃ，１４ｃ  連結部
１５，１６  駆動軸
１７，１８  支持フレーム
【図１】
2005324222.tif 000003
【図２】
2005324222.tif 000004
【図３】
2005324222.tif 000005
【図４】
2005324222.tif 000006
【図５】
2005324222.tif 000007