(57)【要約】【課題】高速転造加工を連続で繰り返すような条件下であっても、一対の平ダイスの同期が狂わずに転造加工できる転造盤を提供。【解決手段】一対の平ダイス１１，１２が相反方向に移動するようにされた転造盤であって、一対のボールねじ１４，１５は双方共にボールねじのねじ溝７０の一端側７９にて軸方向が規制されて軸支され、かつねじ溝の他端側７８は軸方向が規制されないようにされ、一対のボールねじの軸方向に中空穴２６，２７が形成され、中空穴の各々に冷却液が流される転造盤１とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロアプレートと、
該ロアプレートに対向するように設けられたヘッドプレートと、を有する本体と、
該本体に互いに対向するように設けられた一対のコラムと、
該コラムの各々に互いに対向かつ平行に設けられた一対の摺動面と、
該摺動面の各々に設けられ、該摺動面上を移動可能にされた一対の摺動台と、
該摺動台の各々に互いに平行に設けられた一対のホルダと、
該ホルダの各々に設けられた一対の平ダイスと、
前記摺動台の各々に固定された一対のボールねじナットと、
該ボールねじナットの各々に螺合し、かつ互いに同期して軸回転するようにされた一対のボールねじと、
前記ボールねじの各々を駆動する１又は２個のサーボモータと、
を有し、前記一対の平ダイスが相反方向に移動するようにされた転造盤であって、
前記一対のボールねじは双方共に該ボールねじのねじ溝の一端側にて軸方向が規制されて軸支され、かつ前記ねじ溝の他端側は軸方向が規制されないようにされ、
前記一対のボールねじの軸方向に中空穴が形成され、該中空穴の各々に冷却液が流されることを特徴とする転造盤。
【請求項２】
前記一対のボールねじの各々において、
前記中空穴はその一端に冷却液中継機構が配置されるとともに他端が閉塞され、
前記冷却液中継機構から前記中空穴の他端側へ延出されるとともに先端部が開口されたインサート管を有することを特徴とする請求項１記載の転造盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転造盤における一対の平ダイスの同期に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転造盤は、対向する一対の摺動台の各々に設けられた一対の平ダイス間にワークを回転可能に支持するとともに平ダイス間に挟持し、一対の平ダイスを相反方向に同期移動することによりワーク外周を転造加工する。この転造加工において、特にインボリュートスプラインなどの形状をワークの外周に転造加工する場合、ワークを挟持する一対の平ダイスをできるだけ正確に相反方向に同期移動させる必要がある。これは、一対の平ダイスの同期移動精度が崩れた状態で転造加工すると、加工されたワークの累積ピッチ誤差が大きくなり、加工精度が悪くなるためである。
【０００３】
この一対の平ダイスの同期をとる方法として、特許文献１に記載されているような転造盤が知られている。これは、特許文献１の〔図１〕に示すように、２個のサーボモータを動力源とし、このサーボモータの各々に同径・同ピッチとされた一対のボールねじの各々を連結させる。さらに、このボールねじの各々に一対の摺動台の各々を螺合させ、この摺動台の各々を対応するサーボモータにてＮＣ制御する。そして、この摺動台の各々に一対の平ダイスの各々を設ける。このとき、一対の平ダイスはワークの回転中心に対して点対称になるように配置する。次に、このワークの回転中心の同軸上に同期用ピニオンを回転可能に設け、この同期用ピニオンと一対の摺動台の各々に設けられた同期用ラックとをかみ合うようにして配設することにより、一対の平ダイスの同期をとるものである。
【０００４】
また、別の方法として、特許文献２に記載されているような転造盤が知られている。これは、特許文献２の〔図４〕に示すように、１個のモーターを動力源とし、一対のボールねじ軸端に同径・同ピッチのボールねじプーリーを各々一体化し、このボールねじプーリーの各々と前述したモーターに設けられたモータープーリーとをシンクロベルトを介して動力伝達可能な状態とする。これにより、モーターの回転が各々のボールねじに伝達され、この各々のボールねじに螺合するようにされた一対の摺動台の各々に設けられた一対の平ダイスの同期をとるものである。
【特許文献１】特開昭６３−２３５０３６号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５６４９７７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、特許文献１、２に記載の転造盤にて、サイクルタイムが２０秒以下のような高速転造を連続で繰り返すような運転条件にてワークを加工すると、以下に挙げるような問題点がある。
【０００６】
まず、特許文献１の［図１］に記載の転造盤では、各々のボールねじは下端が軸方向の規制を受けない自由端にされているため、上記のような条件にて転造加工すると、各々のボールねじは熱膨張により共に下方向に伸びることになる。このため、各々の摺動台の静止位置が下方向に伸び量だけずれてしまう。このため、各々の摺動台に設けられた同期用ラックと同期用ピニオンとが噛み合わなくなり、一対の平ダイスの同期がくずれる。これにより、同期用ラックと同期用ピニオンとの間に強い摩擦抵抗が生じ、ＮＣ位置決めエラーが生じる。
【０００７】
次に、特許文献２の〔図４〕に記載の転造盤では、ボールねじの自由端が図示されていないが、この転造盤の一対のボールねじは上端側にてシンクロベルトによりモーターの回転を伝達して同期をとる構成であるため、ボールねじの上端側は軸方向伸びが許されず、軸方向の規制を受けない自由端は下端側と推測できる。このため、上記のような条件で転造加工すると、各々のボールねじは熱膨張により下端側に伸びることになる。このとき、各々のボールねじが伸びたことにより、各々の摺動台の静止位置がずれ、各々の摺動台に設けられた一対の平ダイスがワークに対して同様にずれてしまい、一対の平ダイスの同期がくずれるのである。これにより、一対の平ダイスの同期精度が崩れた状態で転造加工されることになり、転造加工されたワークの加工精度が悪くなるのである。
【０００８】
本発明の目的は、高速転造加工を連続で繰り返すような条件下であっても、転造盤に設けられた一対の平ダイスの同期が狂わずに転造加工できる転造盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、前述した転造加工条件下での一対の平ダイスの同期の狂いに対処するため、一対のボールねじによって駆動される各々の摺動台に設けられた一対の平ダイスの同期精度と加工されたワークの累積ピッチ誤差との関係について研究した。その結果、上記のような転造を繰り返すうちに、各々のボールねじが発熱し、それにより各々のボールねじが軸方向に伸び、各々の摺動台の静止位置が下方向に伸び量だけずれ、各々の摺動台に設けられた一対の平ダイスの同期がずれたとしても、この一対の平ダイスの同期のずれが一定の範囲内であるなら加工されたワークの累積ピッチ誤差は許容レベルにあるが、この一定の範囲を超えたずれが生じたときに、ワークの累積ピッチ誤差が加速的に悪くなることを見出した。また、同様に、一対の平ダイスの同期のため同期用ピニオン及び同期用ラックを用いた転造盤にて、一対の平ダイスの同期とＮＣ位置決めエラーとの関係について研究した。その結果、上記のような転造を繰り返すうちに、各々のボールねじが発熱し、それにより各々のボールねじが軸方向に伸び、これにより一対の平ダイスの同期が一定の範囲内で狂いが生じても、ＮＣ位置決めエラーは生じず、同期用ラック及び同期用ピニオンにより一対の平ダイスの同期が保たれ、良好にワークは加工されるが、この一定の範囲を超えた狂いが生じたときに、一対の摺動台の各々に設けられた同期用ラックと同期用ピニオンとの歯面に強い摩擦抵抗が生じ、ＮＣ位置決めエラーが起こることを見出した。これにより、各々のボールねじの軸方向の伸び量を一定の範囲内に抑えることができれば、高速転造加工を連続で繰り返すような条件下であっても、加工後のワークの累積ピッチ誤差も許容レベル内にでき、一対の平ダイスの同期のために同期用ピニオン及び同期用ラックを用いた転造盤においてはＮＣ位置決めエラーは生じずに転造加工できることを知得した。
【００１０】
この知得により、本発明においては、ロアプレートと、ロアプレートに対向するように設けられたヘッドプレートと、を有する本体と、本体に互いに対向するように設けられた一対のコラムと、コラムの各々に互いに対向かつ平行に設けられた一対の摺動面と、摺動面の各々に設けられ、摺動面上を移動可能にされた一対の摺動台と、摺動台の各々に互いに平行に設けられた一対のホルダと、ホルダの各々に設けられた一対の平ダイスと、摺動台の各々に固定された一対のボールねじナットと、ボールねじナットの各々に螺合し、かつ互いに同期して軸回転するようにされた一対のボールねじと、ボールねじの各々を駆動する１又は２個のサーボモータと、を有し、一対の平ダイスが相反方向に移動するようにされた転造盤であって、一対のボールねじは双方共にボールねじのねじ溝の一端側にて軸方向が規制されて軸支され、かつねじ溝の他端側は軸方向が規制されないようにされ、一対のボールねじの軸方向に中空穴が形成され、中空穴の各々に冷却液が流される転造盤とした（請求項１）。
【００１１】
即ち、一対のボールねじの双方共が軸方向の規制を受けない自由端を同一方向になるように配設し、このボールねじの各々の軸方向に中空穴を形成し、この中空穴の各々に冷却液を流すようにする。この冷却液により各々のボールねじは内部より冷却され、転造加工時の各々のボールねじの温度上昇を抑え、両ボールねじの伸び量を一定の範囲内に抑えられるので、一対のボールねじによって駆動される各々の摺動台に設けられた一対の平ダイスの同期精度の狂いを一定の範囲内に抑えられる。
【００１２】
また、一対のボールねじの各々において、中空穴はその一端に冷却液中継機構が配置されるとともに他端が閉塞され、冷却液中継機構から中空穴の他端側へ延出されるとともに先端部が開口されたインサート管を有する転造盤とする（請求項２）。
【００１３】
即ち、中空穴の一端に冷却液中継機構を配置し、この冷却液中継機構から中空穴の他端へ向かうようにしてインサート管を配置する。さらに、中空穴の他端を閉塞することにより、ボールねじ内部にインサート管そのものによる往流路と、中空穴内壁面とインサート管周りとから形成される復流路と、の往復流路を各々のボールねじの内部に形成する。この往復流路を利用して、冷却液中継機構から冷却液の供給及び回収の２つの作用を１箇所にて行うようにする。このような構成にすることにより、中空穴内に形成された往流路と復流路とで熱交換が生じ、ボールねじのねじ溝の両端での冷却液による冷却温度の差が小さくなり、ボールねじは均一に冷却される。
【００１４】
なお、搬送用ねじ軸や加熱ロール、冷却ロール等に使用されるボールねじにおいて、特開２００１−２８０５６８号のようなボールねじが知られている。これは、１個のボールねじの軸方向に底部が閉塞された中空穴を形成し、この中空穴内にインサート管を挿入することにより、中空穴内に往流路・復流路からなる往復流路を形成し、この往復流路に冷却液を流通させるものである。しかしながら、これは１個のボールねじの位置決めや長尺化について講じられたものであって、本案の転造盤のような、一対のボールねじの双方共が軸方向の規制を受けない自由端を同一方向になるように配設し、さらに同期して回転するようにされた一対のボールねじの各々の中空穴に冷却水を流すことにより各々の伸びを一定の範囲内とし、一対のボールねじによって駆動される一対の摺動台の各々に設けられた一対の平ダイスの同期をとることについて、当業者が容易に適宜選択し得る事項とはいえず、またそのことについて上記特許文献中にも示唆も開示もされていない。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、互いに同期して回転するようにされた一対のボールねじにより相反方向に一対の平ダイスを移動させてワーク外周の転造加工を行う転造盤であって、一対のボールねじは双方共にボールねじのねじ溝の一端側にて軸方向が規制されて軸支され、かつねじ溝の他端側は軸方向が規制されないようにされ、一対のボールねじの軸方向に中空穴が形成され、中空穴の各々に冷却液が流される転造盤としたので、高速転造加工を連続で繰り返すような条件下であっても、一対の平ダイスの相反方向の移動の同期が保たれ、転造加工後のワークの加工精度が良好な転造盤を提供することができた。また、一対の平ダイスの同期のために同期用ピニオン及び同期用ラックを用いた転造盤にあっては、同期用ラックと同期用ピニオンとの間に摩擦抵抗が生じず、ＮＣ位置決めエラーが起こらない転造盤を提供することができた（請求項１）。
【００１６】
また、一対のボールねじの各々において、中空穴はその一端に冷却液中継機構が配置されるとともに他端が閉塞され、冷却液中継機構から中空穴の他端側へ延出されるとともに先端部が開口されたインサート管を有する転造盤としたので、中空穴内に形成された往流路と復流路とで熱交換が生じ、ボールねじのねじ溝の両端での冷却液による冷却温度の差が小さくなり、ボールねじは均一に冷却されることとなった。また、冷却液中継機構から冷却液の供給及び回収の２つの作用を行うことができ、各々の流路の配管がしやすく、メンテナンスも容易な転造盤を提供することができた（請求項２）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態を示す転造盤の部分断面側面図、図２は図１のＡ部拡大詳細図、図３は本発明の実施の形態を示すクーラント装置の回路の構成図である。本発明の実施の形態にて用いる転造盤１は、ホルダ９，１０を介して平ダイス１１，１２を固定している摺動台７，８の各々がロアプレート面８０に対して垂直方向に移動可能にされた縦型転造盤とした。転造盤１は、ロアプレート４０と、ロアプレートに対向するようにされたヘッドプレート４３と、からなる本体４１と、ヘッドプレート４３上に設けられたギヤボックス部４と、から構成される。本体４１には、コラム２，３が互いに平行かつ対向になるように設けられており、このコラム２，３上に一対の摺動面５，６が対向かつ平行に設けられている。この摺動面５，６により移動可能に案内される摺動台７，８には互いに平行になるように一対のホルダ９，１０が設置され、このホルダ９，１０上に一対の平ダイス１１，１２がワーク１３の回転中心に対して点対称となるように固定されている。
【００１８】
また、摺動台７，８の各々にはボールねじナット１６，１７が取り付けられている。摺動台７，８は、このボールねじナット１６，１７に螺合する一対のボールねじ１４，１５により駆動される。また、ボールねじ１４，１５はギアボックス４内を貫設されており、ボールねじ１４，１５はギアボックス内で歯車２２，２３と結合されており、この歯車２２，２３はサーボモータ２０の出力軸４７に結合された歯車２１と係合されている。
【００１９】
転造加工は、サーボモータ２０の回転が前述した歯車２１及び歯車２２，２３を介してボールねじ１４，１５に伝達され、ボールねじ１４，１５が軸回転することにより行われる。このとき、ボールねじ１４，１５のねじれ方向は逆に設定してあり、サーボモータ２０の回転により、ボールねじナットが固定された摺動台７，８が相反方向に同期駆動するようにされている。これにより、摺動台７，８にホルダ９，１０を介して取り付けられた平ダイス１１，１２も同様に相反方向に同期移動することになり、図示しない保持装置により回転可能に支持されたワーク１３まで達すると、ワーク１３を加圧しながら回転させ、ワーク外周４２に高精度なインボリュート形状を加工する。
【００２０】
本発明では特に、ボールねじ１４，１５をねじ溝７０の一端側７９にてヘッドプレート４３に設置したサポート軸受１８，１９により軸方向を規制して軸回転可能に軸支し、かつ他端側７８は軸方向を規制しないようにし、このボールねじ１４，１５の軸方向にそれぞれ中空穴２６，２７を形成し、中空穴内に冷却液を流したことに特徴を有する。本発明の実施の形態では、クーラント装置５９にて温度制御された冷却液が中空穴の一端４５の各々に設けられた冷却液中継機構７２，７３を介して流されるものとする。また、この中空穴の一端４５に対向する他端４４を閉塞し、冷却液中継機構の各々から延出するようにされたインサート管２８，２９を中空穴内に配設し、このインサート管を中空穴の他端４４付近まで延設するようにした。このインサート管２８，２９は中空穴２６，２７よりも小径とされ、かつ両端７６，７７が開口されたものとする。
【００２１】
また、冷却液中継機構７２，７３は内部に冷却液の供給路７４及び排出路７５を有しており、本実施の形態では冷却液中継機構に挿入されたインサート管２８，２９の一端７７の各々は冷却液中継機構の各々の供給路７４に接続され、さらにこの供給路はクーラント装置５９から冷却液を供給する供給管６６の各々に接続されている。また、冷却液中継機構７２，７３は軸回転するボールねじ１４，１５の影響を受けずに冷却液の供給及び回収の中継が可能なものとする。
【００２２】
この構成により、図２に詳細に示すように、各々のボールねじの中空穴内に、インサート管による流路３０とインサート管周りの流路３２との往復流路を形成する。そして、インサート管周りの流路３２の各々と冷却液中継機構の排出路７５の各々とを接続し、さらにこの排出路７５の各々とクーラント装置への回収管６１の各々とを接続する。これにより、クーラント装置５９から供給管６６を通って供給された冷却液が冷却液中継機構７２，７３を介して、各々のボールねじ内で、往流路ではインサート管による流路３０を通り、中空穴の他端４４付近で折り返し、復流路ではインサート管周りの流路３２を通り、再び冷却液中継機構７２，７３を介してクーラント装置へと回収管６１を通って回収される。
【００２３】
クーラント装置５９は、図３に示すように、冷却液の温度を所定の温度に冷却するための熱交換器５１と、さらに熱交換器の下流に設けられ各々のボールねじへ冷却液を循環させるポンプ５２と、ポンプの下流に設けられボールねじ内部を流れる冷却液の流量を調節する流量調整弁５３と、冷却液の管理温度を設定するとともに冷却媒体の温度を所定の温度に保つため流量調整弁を適宜制御する温度設定機３２と、流量制御弁の下流側に設けられ冷却液の温度を計測し温度設定器にこの温度を伝送する温度センタ５４と、を有しており、本実施の形態では冷却液内のゴミ等を除去するためのフィルタ５５を設けるものとした。また、熱交換器５１には、冷却ガスがコンプレッサ５６により循環されており、この冷却ガスはコンプレッサの上流側に設けられたラジエーター５７を通過する際にファン５８により冷却されている。
【００２４】
一対のボールねじに形成された中空穴に流す冷却液について詳述する。転造盤において一対のボールねじの温度は、前述したような短いサイクルで長時間連続加工したとしても、急激に温度上昇するわけではない。よって、クーラント装置に設けられた温度設定器を室温に対して１〜１０℃差し引いた温度にて常に追従するように設定し、この温度管理された冷却液を各々のボールねじの中空穴に流通するようにしても十分な効果が得られ、消費電力量も少なく好ましいものとする。
【００２５】
このような転造盤としたので、各々のボールねじは内部より冷却され、転造加工時の各々のボールねじの温度上昇を抑え、両ボールねじの伸びを一定の範囲内に抑えられる。これにより、一対のボールねじによって駆動される各々の摺動台に設けられた一対の平ダイスの同期精度の狂いも一定の範囲内に抑えられるので、加工されるワークの累積ピッチ誤差も許容範囲内となる。また、一対の平ダイスの同期をとるために同期用ピニオン及び同期用ラックを用いた転造盤にあっては、同期用ラックと同期用ピニオンとの間に摩擦抵抗は生じず、ＮＣ位置決めエラーの起こらないものとなる。また、中空穴内に先端部が開口されたインサート管を挿入し、往流路と復流路を形成するようにしたので、この往流路と復流路とで熱交換が生じ、ボールねじのねじ溝の両端での冷却液による冷却温度の差が小さくないものとなった。さらに、冷却液中継機構から冷却液の供給及び回収の２つの作用を行うことができ、各々の流路の配管がしやすく、メンテナンスも容易となった。
【００２６】
なお、本発明の実施の形態では、一対のボールねじ１４，１５を歯車２１〜２３により１個のサーボモータ２０の回転を伝達させて駆動するものとしたが、このサーボモータと一対のボールねじとを結ぶ伝達装置に関してはベルト等でもよいことはいうまでもない。また、この一対のボールねじ１４，１５の各々に対応する一対のサーボモータにより駆動する２モーターサーボシンクロ方式の転造盤としてもよいことはいうまでもない。
【００２７】
なお、本発明の実施の形態では、一対のボールねじ１４，１５をねじ溝７０の一端側７９にてヘッドプレート４３に設置したサポート軸受１８，１９により軸方向を規制して軸回転可能に軸支し、かつ他端側７８は軸方向を規制しないようにしたが、一対のボールねじ１４，１５をねじ溝７０の他端側７８にてロアプレート４０に設置したサポート軸受により軸方向を規制して軸回転可能に軸支し、かつ一端側７７の軸方向を規制しないようにして各々軸支してもよいことはいうまでもない。
【００２８】
また、本発明の実施の形態では、温度制御された冷却液をインサート管による流路３０へと供給するようにしたが、逆にインサート管周りの流路３２へ冷却液を供給し、インサート管による流路３０から冷却液を回収するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
また、本発明の実施の形態では、中空穴に挿入するインサート管を金属材としたが、このインサート管については樹脂チューブとしてもよいことはいうまでもない。しかし、硬質管としたほうが、転造加工中にインサート管とボールねじの内壁とが接触することがなく、インサート管が強い摩擦や衝撃を受けることはなくなるので好ましい。
【００３０】
また、本発明の実施の形態では、一対のボールねじの各々において、中空穴の一端に冷却液中継機構を配置するとともに他端を閉塞し、この冷却液中継機構から他端付近まで延出するようにして先端が開口されたインサート管を配置したが、前述した冷却液供給機構及びインサート管を配置せずに、さらに中空穴の他端を閉塞しないようにして、冷却液を中空穴一端より供給し、中空穴他端より回収するようにしてもよいことはいうまでもない。しかし、前述したインサート管を用いた構成とした方が、中空穴内に形成された往流路と復流路とで熱交換が生じ、ボールねじのねじ溝の両端での冷却液による冷却温度の差が小さくなり、ボールねじが均一に冷却されるので好ましい。
【実施例】
【００３１】
かかる本発明の実施の形態で述べた図１に示す転造盤１にて、ワーク１３を転造加工した。使用するボールねじ１４，１５の外径はφ６３ｍｍ、中空穴２６，２７の内径はφ１５ｍｍとし、この中空穴に冷却液を通すものとした。冷却液は、温度設定器には常に室温に追従して−３℃となるように液温を制御し、動粘度５ｍｍ2／秒、冷却液流量を１４リットル／分とした。転造速度は１５ｍ／分、ダイス戻し速度を２０ｍ／分、加工サイクルタイム１２秒として、モジュール１．０、圧力角３０°のスプライン転造を行った。平ダイス１１，１２は歯数２３、歯幅５０、硬度ＨＢ２００のものを使用した。その結果、加工後約１時間経過時のボールねじの最大伸びは、非冷却式のボールねじを使用した時の１／３以下となり、加工後のワークの累積ピッチ誤差も要求精度を十分満足するものとなり、良好な加工精度が得られる結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態を示す転造盤の部分断面側面図である。
【図２】図１のＡ部拡大詳細図である。
【図３】本発明の実施の形態を示すクーラント装置の回路の構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１          転造盤
２、３      コラム
５、６      摺動面
７、８      摺動台
９、１０    ホルダ
１１、１２  平ダイス
１４、１５  ボールねじ
１６、１７  ボールねじナット
２０        サーボモータ
２６、２７  中空穴
２８、２９  インサート管
４０        ロアプレート
４１        本体
４３        ヘッドプレート
４４        他端
４５        一端
７０        ねじ軸
７２、７３  冷却液中継機構
７６        先端部
７８        他端側
７９        一端側
【図１】
2005305527.tif 000003
【図２】
2005305527.tif 000004
【図３】
2005305527.tif 000005