(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の長さとした素材の一方端側を下型にチャッキングして固定し、その上型の下降に伴い該素材の他方端側をパンチ内に案内して、該パンチ及びパンチケースが割ダイスと接触すると同時に、前記他方端にパンチピンが接触して押圧し、該押圧によって前記素材を拘束しながら他方端側にボール部を据え込み加工する玉継手におけるボール部の製造方法において、
次の各予備成形工程における据え込み部分の長さL0と据え込み部分の軸径ｄをＬ０／ｄ＝２.5以内に設定して、第１予備成形及び第２予備成形では、据え込み部の上方を截頭円錐形に成形すると同時に、据え込み部下方は前記の上方の截頭円錐形とは逆向きの截頭円錐形に成形し、第３予備成形及び第４予備成形では、据え込み部下方はダイスの臼面にて半球部を形成するとともに、上方は上型方向に延長する截頭円錐形に成形し、該上型方向に截頭円錐形に予備成形した他方端側から半球形としたパンチで押圧してボール部を形成させることを特徴とする玉継手におけるボール部の製造方法。
【請求項２】
前記予備成形は４工程、仕上げ成形は１工程の合計５工程として工程を設定したことを特徴とする請求項１記載の玉継手におけるボール部の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、軸端もしくはボルト頭上方にボール部を有し、そのボール部を枢着することにより自在継手とするボール部を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタッドボルトのボール部を製造する方法は、図５に示すように、素材軸（細線の２点鎖線で示した軸、長さＬ）４２ａを据え込み加工してボール部４１と軸４２部とを成形した後、その反対側のねじ４４側から一定太さに扱き加工または据え込み加工することにより、工具係止部４３を形成させてスタッドボルト４０を製造することが、特許第２７５０３０１号公報によって開示されている。
【０００３】
ところで、このボール部４１を成形するにあたり、変形中自由な材料部の長さは、その直径ｄの２．３〜２．５倍以上のときは、折曲がりのおそれがある。このため４．５ｄ≧Ｌ≧２．５ｄの場合は、据え込み工程を二工程に、さらに６．５〜８．０ｄ≧Ｌ≧４．５ｄの場合は三工程にと分割加工しなければならない（昭和４４年１２月３０日初版発行  西山  卯二郎・山本  博一著  日刊工業新聞社発行「冷間鍛造」第３９頁〜第４１頁３．１．４「据込み」の項抜粋）。すなわち、ボール部４１は、据え込み予定部分の軸４２ａの長さＬは、その軸４２の直径ｄに対して４．５ｄのときは二工程で、４．５ｄを超えて８．０ｄであれば三工程で加工することが開示されている。
【０００４】
また、金型としては、「プレス型設計資料集」（昭和４０年６月１日日本工業技術振興協会発行  発売元  株式会社オーム社書店  第６章  冷間圧縮圧造プレス型の設計資料  ５．製品設計に対する考慮  第1９８頁第１７図参照）によれば、頭付き部品加工のための工程分割の例として、三度打ち、すなわち図６に示すような線材のビレット（以下、単に素材という）Ｓをダイス５１の孔Ｈに挿入し、ついでパンチ５２ａ、５２ｂ、５２ｃによってＰ方向に荒押し、中押し、仕上げ押しというように、据え込み加工されることが開示されている。このダイス５１側は、一般的には一面に形成され、ロータリー式に１ピッチづつ回転されて、夫々はパンチ５２ａ、５２ｂ、５２ｃによって荒押し、中押し、仕上げ押しされ、加工した物品の取り出しと素材Ｓの挿入がプレスの１ストロークごとに行われ、１台のプレスで加工されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、据え込みの素材Ｓの軸４２ａ部の長さＬが８．０ｄ（総据え込み比Ｌ／ｄ＝８．０）のようなとき、三工程で加工することが記載されている。しかしながら、ボール部４１の大きさ（体積）にもよるが、据え込み部分の長さＬ＝８．０ｄに近いときには、金型は試打・調整しながら決定するため、金型設計、金型の製作、プレス試打、金型調整のように、計画設定から量産化決定までに日時を必要としていた。すなわち、試作によって生産の可否が決定されることが多く、その試作も経験に頼るところが多分にあった。
【０００６】
そこで、本発明では据え込み工程数を増加して、その各工程での据え込み部分の長さＬ0／据え込み部分の軸部の直径ｄ＝２．５以内とすることにより、総据え込み比Ｌ／ｄ＝８．０以上であっても設計でき、その設計段階で、量産化の判断ができるようにするボール部の製造方法を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る玉継手におけるボール部の製造方法は、前記の目的を達成するために、一定の長さとした素材の一方端側を下型にチャッキングして固定し、その上型の下降に伴い該素材の他方端側をパンチ内に案内して、該パンチ及びパンチケースが割ダイスと接触すると同時に、前記他方端にパンチピンが接触して押圧し、該押圧によって前記素材を拘束しながら他方端側にボール部を据え込み加工する玉継ぎ手におけるボール部の製造方法において、次の各工程における据え込み部分の長さL0／据え込み部分の軸径ｄ＝２.5以内に設定して、第１予備成形及び第２予備成形では、据え込み部の上方は截頭円錐形に成形すると同時に、据え込み部下方は前記の上方の截頭円錐形とは逆向きの截頭円錐形に形成し、第３予備成形及び第４予備成形では、据え込み部下方はダイスの臼面にて半球部を形成するとともに、上方は上型方向に延長する截頭円錐形に成形し、該上型方向に截頭円錐形に予備成形した他方端側から半球形としたパンチで押圧してボール部を形成させることをその特徴とするものである。
【０００８】
また、この製造方法は、予備成形を４工程に、仕上げ工程を１工程とし、据え込み加工する軸部の長さＬ／据え込み加工する軸部の直径ｄ＝総据え込み比  Ｌ／ｄ＝８．０以上であり、Ｌ／ｄ＝８．０以下の場合であっても適用可能で、さらには、各工程での据え込み長さをＬ0＝２．５ｄ以内として、据え込み加工の安定性をも考慮されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本製造方法において使用した金型例を、図２ないし図４で説明する。
【００１０】
上型１には、パンチ３を一体に固着したパンチケース４はピストン６と連結され、上ホルダー８と補助ホルダー９を連結するとともに、上ホルダー８のピストン６との嵌合部１６、１７にＯリングまたはパッキングのようなシール部材を設置して、油圧室７を形成している。その油圧室には、配管１１によって作動油を供給可能にしてあり、図示していないが、油圧回路にはリリーフ弁やサージタンク及びポンプなどが設置されている。そして、油圧室７に一定の作動油を供給し、一定圧以上の圧力がパンチ３またはパンチケース４に作用したときは、その作動油は戻されるように構成してある。また、パンチ３の中央は素材Ｓを案内する孔３ｈがあり、その下端側は大きく面取りしたような広くなった据込み部が形成され、パンチ３及びパンチケース４の外端面は面一に整えてある。さらに、孔３ｈに臨むようにパンチピン５がピン受１２のパンチガイド先端でカラー１４によって固着され、ピン受１２は上ホルダー８の中央になるよう取付板１０にボルト（図示せず）によって固定されている。図中、１５はパンチケース４の摺動のためのストローク空間、３１は下型２の外径３０と嵌め合うための内径である。
【００１１】
下型２は、下ホルダー２４に上ガイド２２、下ガイド２３、受台２５が夫々嵌め合わされて一体化組み立てられ、下部側でノックアウトピン３２の一方端には、素材Ｓを挿入保持するカラー２７を固着し、該素材を安定させるためのシムＪが取り付けてある（図４）。また、２６は高さを調整するためのカラーである。カラー２６（２６ａ）を別体としたのは、素材Ｓの長さが変わったとき、または、この部分で太さを大きくしたいときにカラー２７を、場合によってはカラー２６（２６ａ）も設計変更に応じることができるようにしたもので、受台２５と一体に切削加工しても差し支えはない。そして、上ガイド２２と下ガイド２３の穴内面２２ａ、２３ａは逆截頭円錐形状のテーパーの臼状になっていて、その一箇所に一条のガイド溝２２ｂ、２３ｂを設けてある。また、下ガイド２２の最下位置で、その穴内面２３ａとぴったりと内接して一致する截頭円錐形に切削されたダイス２１を四等分に分割して割ダイス２１（以下、割ダイスを分割する前のダイスと区別することなく、割りダイスと称する）としている。
【００１２】
その割ダイス２１の一個の背面側の中心線上にガイドピン２９を固く打ち込み植立し、四等分にした切断面に相対向して押圧するようにバネを挿入し、前記したガイドピン２９をガイド溝２２ｂに嵌まり込むように位置合わせしながら臼状の穴内面２２ａに沿って、割ダイス２１の上面を押えリング２８で押え込み、その押えリングをボルト（図示せず）で固く締め付けて固定する。割ダイス２１にはバネが互いに切断面を押圧するように付勢されているから、互いに反発しあって拡開して上昇し、押えリング２８と密着した状態で上ガイド２２上方に位置している。
【００１３】
四等分した割ダイス２１は、上型１の下降によってパンチケース４の下面と割ダイス２１の上面とが接触し、その下降に基づき割ダイス２１は縮小して分割した切断面が密着する。この上型１の下降とともに下型２の外径３０と、上型１の内径３１とが嵌り合い、据え込み加工中の上下型の揺動を防止する。そして、据え込み部Ａと、その下方には把持面２１ｕによって孔が形成され、挿入した素材Ｓが固く把持される。この把持は、上型１の下降中に押圧子Ｍを割ダイス２１に押し込み、楔のように接触させる（図４）。そして、据え込み加工中は把持状態を継続させるようにしている。なお、押圧子Ｍとガイド溝２２ａ、２３ａとの関係を確実に保持するためには、キーＫを打ち込んでおくと良い。
【００１４】
上述上型１において、油圧室７を設けて油圧を利用した理由は、油圧は回路調整によって空圧よりも設定圧力を幅広く選定できることにある。また、固定金型２におけるダイス２１を四つ割としたのは、分割型とすることにより円筒状の孔内部応力を避けてダイス２１の破損を防止したこと、そしてダイス２１の拡開手段としてバネによって相互に対向する切断面に互いにその直角方向に付勢できるようにしたこと、及び分割数が多くなるほど把持面２１ｕが幅狭くなるので破損や磨耗の原因になり易い、等が四つ割型とした大きな理由である。そして、ガイドピン２９を割ダイス２１の一箇所とし、ガイド溝２２ｂ、２３ｂの一条としたのは、割ダイス２１が互いにバネによって釣合いを保って摺動して縮小、または、拡開するからその作動を円滑にさせるようにしたものである。
【００１５】
また、図２、図３と比較して図４における下ホルダーの高さが高くなっているのは、プレス機械のダイハイトと関係するもので、高さの相違は本発明の要旨とは関係はない。そして、図２および図３では、丸棒の材料の端部にボール部４１を成形する場合の第１予備成形におけるプレス上死点および第２予備成形でのプレス下死点での断面図を示している。図４の場合は、スタッドボルト４０のボール部４１を成形する第１予備成形工程をプレス下死点での部分断面図を図示したものである。
【００１６】
従って、高さ調整用のカラー１８、２６ｂ、２６ｃが挿入されており、バッキングプレート２６ｄを装備、下型２固定用のデスク（回転テーブル）２０に取付けられている。さらには、図４ではボルスタープレートＶにはノックアウトピン３２と連通する孔がないが、製品を放出するステージ、例えば、図１に示す第８ステージ（８）製品排出の位置では、プレス機械の下部に備えられたノックアウト装置（図示せず）と連結されているプレッシャーピンと、前記ノックアウトピン３２とが連接できるようにボルスタープレートＶの孔位置と位置合わせされている。
【００１７】
ついで、図１について説明する、（１）素材挿入、（２）素材把持、（３）第１予備成形、（４）第２予備成形、（５）第３予備成形、（６）第４予備成形、（７）仕上げ成形、（８）把持解放・製品取り出しからなる８つのステージで構成されている（Ｐは、据え込み方向を示す）。各ステージには、同一の下型２が等分割して並んでおり、前記（３）第１予備成形ステージから（７）仕上げ成形ステージまでの５つのステージでは、上型１が下型２に相対向するようにプレスラム側に配置されている。
【００１８】
（１）材料挿入のステージで、素材Ｓは開放状態の割ダイス２１内に挿入し（矢印は、割ダイスの拡開を示す）、（２）素材把持ステージでは、下降した上型１にはパンチ３、パンチピン５がない状態で、プレスラムの下降に基づきパンチケース４が割ダイス２１と接触して、その割ダイス２１を押し下げたその下死点で、押圧子Ｍを楔状に押し込み、割ダイス２１を収縮状態にするから、前記素材Ｓを固く把持する。この把持は、（８）把持・開放ステージで強制的に押圧子Ｍを引き外すまで持続するようになっている。
【００１９】
割ダイス２１の上部側に、コーナーR（図１、図５）と半球状とした臼５０（図１、図６）とが形成されている。それに対向するパンチ３の下方には、（３）第１予備成形ステージではパンチピン５で押された材料が、急激に膨出するのを抑制するように小さなコーナーRで、臼状の割ダイス２１に押しつける。
また、（４）第２予備成形では、前記据え込み長さL0（各工程での据え込み分）だけ長くしたパンチピン５で素材を押圧するので、パンチ３下方のコーナーRは、前ステージよりも大きなコーナーRとして、それぞれ、第１予備成形、第２予備成形では、据え込み部においては外観上では、上方と下方に互いに向きを逆とされた略相似形状の截頭円錐形となるように設計され、加工されている。
【００２０】
そして、（５）第３予備成形および（６）第４予備成形ステージでは、前ステージの据え込み部Ａでの材料が外側に膨出するのを抑制しながら、かつ、割ダイス２１に形成されている臼５０部に材料を押し込むように、大きなコーナーＲから直線のテーパー状にパンチ３下方は形成されている。そのパンチには素材Ｓの他方端が差し込まれるように挿入され、パンチピン５のプレス下死点でＰ方向に据え込み部Ａ（図３、図４）を、下方には低く、上方には高く、截頭円錐形状に成形するようになっている。
【００２１】
（７）仕上げ成形では、従来例で説明した上方の半球状とした臼５２ｃと同じように、半球部としたパンチ３によって、ボール部４１は押圧して据え込む。
【００２２】
成形が完了した製品は、（８）把持・開放ステージで、割ダイス２１を楔状に押しつけていた押圧子Ｍを引き外すことによって、その分割面を互いに押圧して把持孔を形成していたのを、バネ作用により拡開するから、この割ダイス２１が開放したときに製品をノックアウトピン３２で押し上げ、待機する取り出し装置（図示していない）、例えば、ロボットにより取り出す。製品取り出し後、割ダイス２１は開放状態で（１）材料挿入ステージに移動して、材料は挿入され、加工は順次行われるようになっている。
【００２３】
【実施例】
そこで図５で示したスタッドボルト４０のボール部４１の加工を、表１の通りとして成形した。すなわち、各工程での据え込み比Ｌ0／ｄ≒２．５以内になるように金型を設計・加工する。加工プレスは、１００トン油圧プレス。使用鋼材は、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１  機械構造用炭素鋼であるＳ１０Ｃを選定。その他の条件として、素材Ｓの外径ｄを特許第２７５０３０１号公報に記載のように前方押し出し加工によって、軸４２ａ側を扱き加工してそれぞれの実施例１および２の直径ｄに加工した。加えて、その端面を旋削で一定長さＬとし、面取り仕上げして、焼きなましの熱処理加工したものをテストピースとして各５個用意し、さらに、前記処理に加えて燐酸皮膜化成処理（ボンデライト法）したものを量産化試料として多数用意して、量産と同じように生産した。また、据え込み加工時には、エアを吹き付けるとともに、ヘッダー油を常に供給できるようにした。
【００２４】
【表１】
0003750908.tif 000002
【００２５】
結果的には、熱処理調質したが、潤滑性能向上を施さなかったテストピースは、実施例１および２ともに（６）第４予備成形ステージの終了時には、据え込み部Ａ外周に、変形限界と見られる肌荒れが見られたので、試験を取り止めた。熱処理調質し、燐酸被膜化成処理を施した量産化試料は、全数外観も良好に成形ができた。そして、断面観察を抜き取り検査で確認したが、顕微鏡観察でも組織に異常なく、緻密化していることも確認できた。
【００２６】
上記実施例から見て、ボール部４１の据え込み首部のコーナーＲの寸法設定にも影響されるところが大きいが、一般的な材料の総据え込み比Ｌ／ｄの最大は、１１．０位が限度であると考えられる。
【００２７】
従って、本発明のように、Ｌ／ｄ≒１１．０と高据え込み比の場合、ボール部４１を成形するときは５工程で、その工程での据え込み比Ｌ0／ｄ＝２．５以内に設定することにより、金型の設計が安定化し、試作から量産化への立ち上がりを早くできる。従来例で述べた３工程で成形するような場合でも、その工程での据え込み比Ｌ0／ｄをできるだけ低くして５工程で成形するようにすれば、プレス機械に無理を負荷させることなく、かつまた、ボール部４１を正確に仕上げることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、割ダイスに固く保持された素材は、上型が下降してくるとともにそのパンチ孔に素材が案内され、パンチケースが割ダイスと当接すると同時に、素材軸端とパンチピン下端とが当接して、さらに、プレス下死点に達するまでパンチケースは割ダイスを押圧し、パンチケースと連接した油圧室へと圧力を伝達して後退するから、パンチピンは、素材の軸端を押圧して据え込む。従って、素材は、割ダイス、パンチ及びパンチピンで拘束状態にされ、据え込まれる。そして、その据え込み状態が、上下方向に互いに相反する向きの略相似の截頭円錐形から上方側に延長する截頭円錐形に据え込むようにしたから、前記の拘束と合わせて無理のない加工方法であるので、据え込み比は改善される。
【００２９】
また、成形工程を５工程とすることによって、各工程での据え込み比を低くでき、素材には折れ曲がりを生じさせるようなこともなく、設計の時から安定した据え込み加工を計画できるから、試作・立ち上がりの期間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工程とその工程の成形工程での模式図。
【図２】本発明に使用した金型の上型および下型の構造を示す断面図。
【図３】図２における上型と下型のプレス下死点での状態図。
【図４】本発明に使用した別の金型でプレス下死点における下型の要部断面図。
【図５】本発明の製品代表例としたスタッドボルトの側面図。
【図６】従来例における金型の要部断面図。
【符号の説明】
１  上型
２  下型
３  パンチ
５  パンチピン
（３）  第１予備成形
（４）  第２予備成形
（５）  第３予備成形
（６）  第４予備成形
（７）  仕上げ成形
Ｓ  素材
Ａ  据込み部
Ｌ  （据え込み）長さ
Ｌ0  （各工程での据え込み）長さ
ｄ  （軸）直径
【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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