(57)【要約】【課題】生産性を高め且つコストの削減が可能な段付き部材の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】製造装置１０は、軸肥大加工機１１と、切断機１２とを備え、軸肥大加工機１１は、軸材Ｗを軸方向に圧縮する圧力を軸材Ｗの両端に印加した状態で軸方向と交差する方向の交番負荷を軸材Ｗの中間部分Ｗａに印加し、軸材Ｗを軸方向に圧縮しながら軸材Ｗの中間部分Ｗａを肥大させ、切断機１２は、軸材Ｗの肥大した中間部分Ｗａを、中間部分Ｗａを軸方向に等分する中央において軸方向と直交する方向に切断し、軸材Ｗを、軸部Ｗｂ及び頭部Ｗｃをそれぞれ有する二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割する。【選択図】図２
2017070991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造方法であって、
管状の軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大ステップと、
前記軸材の肥大した中間部分を、該中間部分を前記軸方向に等分する中央において前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断ステップと、
を備える段付き部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の段付き部材の製造方法であって、
前記軸材を分割してなる二つの前記段付き部材を、二台の加工機を用いて並行して外形加工する外形加工ステップをさらに備える段付き部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の段付き部材の製造方法であって、
前記外形加工ステップのサイクルタイムは、前記軸肥大ステップのサイクルタイムの半分よりも長い段付き部材の製造方法。
【請求項４】
軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造装置であって、
管状の軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大加工機と、
前記軸材の肥大した中間部分を、該中間部分を前記軸方向に等分する中央において前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断機と、
を備える段付き部材の製造装置。
【請求項５】
請求項４記載の段付き部材の製造装置であって、
前記軸材を分割してなる二つの前記段付き部材に対して並行して外形加工を施す二台の加工機の組を一組以上さらに備える段付き部材の製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の段付き部材の製造装置であって、
前記加工機のサイクルタイムは、前記軸肥大加工機のサイクルタイムの半分よりも長い段付き部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部と、軸部の軸方向の一方の端部に設けられ軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された軸状製品の製造方法は、エンジンバルブを熱間鍛造によって製造するものである。この製造方法では、長尺材料を切断してなるブランクの一方の端部に対してトランスファープレス機を用いて複数回にわたって鍛造加工が施され、ブランクの一方の端部が段階的に拡大されて相対的に大径な頭部とされる。
【０００３】
特許文献２に記載された軸部材の製造方法は、等速自在継手用外側継手の軸部材であって、カップ状のマウス部の底壁に溶接される軸部材を製造するものである。この製造方法では、軸部材の素材となる棒材に軸肥大加工が施されて棒材の中間部分が肥大され、肥大部が切断されて二本の軸部材に分割され、軸部材それぞれに残る肥大部が相対的に大径な頭部とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２３７３５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された製造方法では、加工速度に優れる鍛造加工によって頭部が設けられるので生産性には優れるが、鍛造加工に金型を要し、金型費用が嵩むため、比較的少量の生産では高コストとなってしまう。
【０００６】
特許文献２に記載された製造方法では、軸肥大加工及び切断加工によって頭部が形成されるので金型が不要である。また、軸肥大加工は、一般に鍛造加工に比べて加工速度に劣り、生産性の低下が懸念されるが、特許文献２に記載された製造方法では、一本の棒材から二本の軸部材が製造されるので、軸肥大加工による加工速度の不利益を挽回することも可能である。
【０００７】
しかし、特許文献２に記載された製造方法では、軸部材の素材として棒材、すなわち中実材が用いられている。この場合に、軸肥大加工によって肥大され且つ切断加工によって切断される肥大部もまた中実に形成され、切断加工に時間を要し、切断加工が障害となって生産性の低下が懸念される。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、生産性を高め且つコストの削減が可能な段付き部材の製造方法及び製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】
【０００９】
本発明の一態様の段付き部材の製造方法は、軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造方法であって、管状の軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大ステップと、前記軸材の肥大した中間部分を、該中間部分を前記軸方向に等分する中央において前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断ステップと、を備える。
【００１０】
また、本発明の一態様の段付き部材の製造装置は、軸部と、前記軸部の軸方向の一方の端部に設けられ前記軸部よりも大径に形成された頭部とを有する段付き部材の製造装置であって、管状の軸材を軸方向に圧縮する圧力を該軸材の両端に印加した状態で前記軸方向と交差する方向の交番負荷を前記軸材の中間部分に印加し、前記軸材を前記軸方向に圧縮しながら前記軸材の中間部分を肥大させる軸肥大加工機と、前記軸材の肥大した中間部分を、該中間部分を前記軸方向に等分する中央において前記軸方向と直交する方向に切断し、前記軸材を二つの前記段付き部材に分割する切断機と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生産性を高め且つコストの削減が可能な段付き部材の製造方法及び製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、段付き部材の一例の平面図である。
【図２】図１の段付き部材の製造装置の一例の模式図である。
【図３】図２の製造装置の軸肥大加工機による加工の一例を示す模式図である。
【図４】軸肥大加工の他の例を示す模式図である。
【図５】軸肥大加工の他の例を示す模式図である。
【図６】軸肥大加工の他の例を示す模式図である。
【図７】軸肥大加工の他の例を示す模式図である。
【図８】軸肥大加工が施された軸材の断面図である。
【図９】図２の製造装置の切断機の一例を示す斜視図である。
【図１０】図９の切断機に用いられる治具の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態を説明するための、段付き部材の一例を示し、図２は、図１の段付き部材の製造装置の一例を示す。
【００１４】
段付き部材の一例として図１に示すボルト１は、ネジ山３が形成された軸部２と、軸部２の一方の端部に設けられ軸部２よりも大径に形成された頭部４とを有する。
【００１５】
ボルト１は円管状の軸材Ｗから製造され、ボルト１の製造装置１０は、軸材Ｗの軸方向の中間部分を肥大させる軸肥大加工機１１と、軸材Ｗの肥大した中間部分（肥大部）Ｗａを軸方向と直交する方向に切断して軸材Ｗを二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割する切断機１２と、軸材Ｗを分割してなる二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２の外形を加工する外形加工機１３とを備える。
【００１６】
軸肥大加工機１１と切断機１２との間での軸材Ｗの受け渡し、及び切断機１２と外形加工機１３との間での段付き部材Ｗ１，Ｗ２の受け渡しは、例えばロボットアームやコンベヤベルト等の適宜な搬送機によって行われ、あるいは作業者によって行われる。
【００１７】
図３は、軸材Ｗに対する軸肥大加工の一例を示す。
【００１８】
軸肥大加工機１１は、軸材Ｗを軸方向に圧縮する圧力を軸材の両端に印加し、軸方向と交差する方向の交番負荷を軸材Ｗの中間部分に印加して、軸材Ｗを軸方向に圧縮しながら軸材Ｗの中間部分を肥大させる。図３に示す例では、軸材Ｗに曲げ角度を付加して軸材Ｗを回転させることにより軸材Ｗの中間部分を肥大させるものである。
【００１９】
図３（Ａ）に示すように、軸材Ｗの軸方向の両側の端部が、基準線Ａ上にて対向して配置された一対の軸保持スリーブ２０，２１にそれぞれ挿入される。そして、軸材Ｗの両端部が軸保持スリーブ２０，２１の底部にそれぞれ当接し、軸材Ｗは一対の軸保持スリーブ２０，２１によって挟持される。一対の軸保持スリーブ２０，２１の間には所定の間隔Ｄがあけられる。間隔Ｄは、軸肥大加工によって軸材Ｗに形成される肥大部の軸方向長さ及び外径に応じて決定される。
【００２０】
図３（Ｂ）に示すように、一方の軸保持スリーブ２１が基準線Ａに沿って並進移動され、一対の軸保持スリーブ２０，２１によって挟持された軸材Ｗは軸方向に圧縮される。併せて、他方の軸保持スリーブ２０が基準線Ａに対して傾斜され、また、回転駆動され、一対の軸保持スリーブ２０，２１に挟持された軸材Ｗは、基準線Ａ上の曲げ中心Ｏを中心に曲げられ、且つ軸材Ｗの軸線まわりに回転される。軸材Ｗの曲げ及び回転に伴い、軸材Ｗの湾曲部分（中間部分）には、曲げ方向における内側と外側とで軸材Ｗの軸方向と交差する方向に交番負荷が加えられる。
【００２１】
図３（Ｃ）に示すように、軸材Ｗは軸方向に圧縮されていることから、軸材Ｗの湾曲部の内側が塑性変形によって膨出し、塑性変形による膨出が全周に亘って成長して軸材Ｗの湾曲部分が肥大する。
【００２２】
図３（Ｄ）に示すように、一対の軸保持スリーブ２０，２１の間隔が目標間隔（軸材Ｗの肥大部の軸方向長さ）に到達した後、軸材Ｗの圧縮が停止され、そして、基準線Ａに対して傾斜された軸保持スリーブ２０が再び基準線Ａに沿って配置されて軸材Ｗが曲げ戻しされる。以上の手順により軸材Ｗに対する肥大加工が完了し、軸材Ｗの回転が停止される。
【００２３】
そして、図３（Ｅ）に示すように、軸材Ｗは一対の軸保持スリーブ２０，２１から取り外される。
【００２４】
なお、軸肥大加工は図３に示す例に限られるものではない。図４から図７は、軸材Ｗに対する軸肥大加工の他の例をそれぞれ示す。
【００２５】
図４に示す軸肥大加工方法は、軸材Ｗの曲げ及び軸線まわりの回転によって軸材Ｗの湾曲部分（中間部分）に交番負荷を加える点で図３の軸肥大加工方法と共通するが、一方の軸保持スリーブ２０の基準線Ａに対する傾動に替えて、基準線Ａと交差する方向への軸保持スリーブ２０のスライドにより、軸材Ｗを曲げるようにしたものである。
【００２６】
図５に示す軸肥大加工方法は、一方の軸保持スリーブ２０にて軸材Ｗの端部を回転可能に非拘束状態にて保持し、他方の軸保持スリーブ２１にて軸材Ｗの端部を回転不能に拘束状態にて保持し、軸保持スリーブ２０及びこの軸保持スリーブ２０に保持された軸材Ｗの端部を基準線Ａまわりに旋回させることにより、軸材Ｗを曲げ、且つ軸材Ｗの湾曲部分（中間部分）に交番負荷を加えるようにしたものである。
【００２７】
図６に示す軸肥大加工方法は、一対の軸保持スリーブ２０，２１それぞれにて軸材Ｗの端部を回転不能に拘束状態にて保持し、一方の軸保持スリーブ２０を基準線Ａまわりに往復回転させることにより、軸材Ｗの中間部分に交番負荷を加えるようにしたものである。
【００２８】
図７に示す軸肥大加工方法は、一対の軸保持スリーブ２０，２１や軸材Ｗの変位や回転に替えて、振動発生器ＯＳＣから軸材Ｗに曲げ又は捻り振動を与えることにより、軸材Ｗの中間部分に交番負荷を加えるようにしたものである。
【００２９】
以上の軸肥大加工において、円管状の軸材Ｗ、すなわち中空の軸材Ｗを用いることにより、中実の軸材に比べて圧縮速度を大きくでき、加工に要する時間を短縮して生産性を高めることができる。また、中空の軸材Ｗを用いることにより、中実の軸材に比べて圧縮圧力を小さくでき、軸肥大加工機１１の小型化も可能である。
【００３０】
図８は、軸肥大加工が施された軸材Ｗの断面形状を示す。
【００３１】
円管状の軸材Ｗに対して上述した軸肥大加工が施されることにより、軸材Ｗには、軸方向両端部の軸部Ｗｂの間で軸部Ｗｂよりも大径の肥大部Ｗａが形成され、軸材Ｗの内部は、軸材Ｗを軸方向に貫く中空に形成されている。肥大部Ｗａの内周面は、肥大部Ｗａを軸方向に等分する中央を境に略対称に、中央に向かうにつれて外径側に沈み込んでいる。
【００３２】
肥大部Ｗａの軸方向中央部は、内周面の外径側への沈み込みに起因して肉薄となっており、強度が低くなっている。通常、軸材における軸方向中間部分での局所的な強度低下は、破壊の起点になるなどの理由によって忌避される。ボルト１の製造においては、肥大部Ｗａを切断し、軸材Ｗを二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割して用いることにより、肥大部Ｗａの軸方向中央部の強度低下の影響を排する。
【００３３】
図９は、切断機１２の一例を示し、図１０は、切断機１２に用いられる治具の一例を示す。
【００３４】
切断機１２は、バンドソー型の鋸盤であり、上述した軸肥大加工機１１によって中間部分Ｗａが肥大された軸材Ｗを保持するバイス３０と、水平方向に間隔をあけて配置され且つ鉛直面内で回転駆動される一対のプーリ３１と、一対のプーリ３１に架け渡された無端状の鋸刃３２と、鋸刃３２の刃先をバイス３０に保持された軸材Ｗに向けるように鋸刃３２を捻る一対のローラ３３とを有する。
【００３５】
軸材Ｗは治具を介してバイス３０に設置されている。治具は、軸材Ｗの肥大部Ｗａの両側の軸部Ｗｂをそれぞれ保持する保持部３５，３６と、治具における軸材Ｗの位置決めを行うピン３７と、を有する。
【００３６】
保持部３５は、バイス３０の一対の口金３０ａ，３０ｂにそれぞれ固定された一対のブロック３５ａ，３５ｂを含み、対向するブロック３５ａ，３５ｂの側面には軸材Ｗの軸部Ｗｂが嵌り込む略Ｖ字状の溝が設けられている。
【００３７】
保持部３６もまた、保持部３５と同様に、バイス３０の一対の口金３０ａ，３０ｂにそれぞれ固定される一対のブロック３６ａ，３６ｂを含み、対向するブロック３６ａ，３６ｂの側面には軸材Ｗの軸部Ｗｂが嵌り込む略Ｖ字状の溝が設けられている。
【００３８】
ピン３７は、保持部３６の一方のブロック３６ｂに接合されたブラケット３８に支持され、軸材Ｗの一方の端面に当接して軸材Ｗを軸方向に位置決めする。ピン３７は軸材Ｗの軸方向に進退可能にブラケット３８に支持されており、ピン３７によって軸方向に位置決めされる肥大部Ｗａの軸方向中央が鋸刃３２の直下に配置されるように、ピン３７のブラケット３８からの突出長さが調節される。
【００３９】
プーリ３１及び鋸刃３２並びに一対のローラ３３は、図示しない駆動機構によって鉛直方向に移動され、鋸刃３２の降下に伴い、鋸刃３２の直下に配置された肥大部Ｗａの軸方向中央が軸方向と直交する方向に切断される。これにより、軸材Ｗは、軸部Ｗｂ及び頭部Ｗｃをそれぞれ有する二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割される（図２参照）。
【００４０】
上記のとおり、肥大部Ｗａの強度低下の要因をなす内周面の外径側への沈み込みは、肥大部Ｗａを軸方向に等分する中央を境に略対称に生じており、肥大部Ｗａを、その中央において軸方向と直交する方向に切断することにより、沈み込み部分が除去され、肥大部Ｗａが分割されてなる段付き部材Ｗ１，Ｗ２それぞれの頭部Ｗｃに沈み込み部分が残留しない。これにより、肥大部Ｗａの軸方向中央部の強度が段付き部材Ｗ１，Ｗ２及びボルト１の製品強度に影響を及ぼすことを排することができる。
【００４１】
なお、軸材Ｗの切断は上述した鋸盤による切断に限られるものではない。例えば、旋盤による突っ切りによって軸材Ｗを切断するようにしてもよい。
【００４２】
上述した切断機１２によって軸材Ｗから分割された二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２は、外形加工機１３（図２参照）によって外形を加工されてボルト１とされ、段付き部材Ｗ１，Ｗ２それぞれの軸部Ｗｂはボルト１の軸部２とされ、段付き部材Ｗ１，Ｗ２それぞれの頭部Ｗｃはボルト１の頭部４とされる。
【００４３】
このように、軸肥大加工が施された軸材Ｗを、軸部Ｗｂ及び頭部Ｗｃをそれぞれ有する二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に分割し、分割された二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２を、軸部２及び頭部４を有するボルト１にそれぞれ加工することにより、加工速度が比較的小さい軸肥大加工を利用したボルト１の製造であっても、一つのボルト１の製造に要する時間を短縮して生産性を高めることができる。
【００４４】
そして、円管状の軸材Ｗ、すなわち中空の軸材Ｗを用いることにより、この軸材Ｗに軸肥大加工が施されて形成される肥大部Ｗａは中空となり、中実の軸材に軸肥大加工が施されて形成される中実な肥大部を切断するのに比べて肥大部Ｗａを切断するのに要する時間を短縮でき、一つのボルト１の製造に要する時間を短縮して生産性を高めることができる。さらに、中空の軸材Ｗを用いることにより、段付き部材Ｗ１，Ｗ２及びボルト１もまた中空となり、軽量化が可能である。
【００４５】
さらに、図２に示した製造装置１０では、二台の外形加工機１３で二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に対して並行して外形加工が施されており、これによれば、一台の外形加工機１３で二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２に対して順に外形加工が施される場合に比べて、一つのボルト１を製造するのに要する時間をさらに短縮し、生産性を高めることができる。
【００４６】
二台の外形加工機１３を用いた並行処理は、外形加工機１３のサイクルタイム（一つの段付き部材に対する外形加工に要する時間）ｔ１が、軸肥大加工機１１のサイクルタイム（一つの軸材に対する軸肥大加工に要する時間）ｔ２の半分よりも長い場合（ｔ１＞ｔ２／２）に特に有用であり、この場合に二台の外形加工機１３を用いて並行処理することによって、軸肥大加工及び切断加工を経て外形加工に逐次供給される段付き部材の滞留を抑制することができる。
【００４７】
外形加工機１３のサイクルタイムｔ１が軸肥大加工機１１のサイクルタイムｔ２よりも長い場合（ｔ１＞ｔ２）には、二台の外形加工機１３を一組として外形加工機１３の組を複数用い、軸肥大加工及び切断加工を経て外形加工に逐次供給される二つの段付き部材Ｗ１，Ｗ２の組に対して外形加工機１３の組を順に割り当てるようにすればよい。
【００４８】
なお、段付き部材としてボルト１を例に説明したが、軸部と、軸部の軸方向の一方の端部に設けられ軸部よりも大径に形成された頭部とを有するものであれば、段付き部材はボルトに限られるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１     ボルト（段付き部材）
２     軸部
４     頭部
１０   製造装置
１１   軸肥大加工機
１２   切断機
１３   外形加工機
Ｗ     軸材
Ｗａ   肥大部（中間部分）
Ｗ１   段付き部材
Ｗ２   段付き部材
Ｗｂ   軸部
Ｗｃ   頭部
【図１】
2017070991.tif 000003
【図２】
2017070991.tif 000004
【図３】
2017070991.tif 000005
【図４】
2017070991.tif 000006
【図５】
2017070991.tif 000007
【図６】
2017070991.tif 000008
【図７】
2017070991.tif 000009
【図８】
2017070991.tif 000010
【図９】
2017070991.tif 000011
【図１０】
2017070991.tif 000012