JP3554855B2

JP3554855B2 - 金属軸材の拡径装置

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Publication number: JP3554855B2
Application number: JP21190498A
Authority: JP
Inventors: 忠井浦
Original assignee: 忠井浦
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: CA2303377A1; EP1022076A1; WO2000002682A1; KR20010015574A; JP2000024732A; US6257036B1; EP1022076A4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属軸材の中間部を拡径成形することができる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中間部に部分的に拡径部が形成された金属軸材を製作する場合は、従来、当該軸材の径よりも大径の棒材を素材として、所望の拡径部を有する形状に削り出す方法が採用されてきた。しかしながら、大径の棒材を削り出す方法では、切削加工に手間がかかり、材料的にも無駄が多くなるので不経済であった。
【０００３】
一方、機械装置の動力伝動軸には、当該伝動軸よりも径の大きい歯車、カム、スプロケットホイール等の機械部品を設けることが多いが、上記のように削り出しでこれらを一体成形するのは不経済であるので、別途製作したこれら大径の部品をボルト、溶接等で軸材に固着していた。金属軸材の中間部を所望の大径に膨らませることができれば、当該軸材を膨らませた部分に適当な成形加工を施すことによって上記大径の部品を一体成形することができるが、軸材の中間部を大径に膨らませることは従来不可能とされていた。
【０００４】
金属軸材の中間部を簡単に拡径することのできる方法として、本願発明者は、金属軸材に回転と曲げと圧縮を作用させる方法を発明し、すでに特許を取得している（日本国特許第１９９３９５６号）。この新しい技術によれば、鋼材に切削加工等を施さなくてもその中間部の所望箇所を簡単に拡径することができるので、この拡径部を利用して歯車や大径部等を一体成形することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許発明の拡径方法を実施するための装置として、試験的な装置はすでに開発されているが、通常の生産での使用に耐えるほど十分に実用的なものは開発されていなかったため、せっかくの優れた技術がほとんど実用化されていないのが現状である。そこで、本発明は、上記新規な拡径技術を利用して部分的に拡径された軸材を簡単に製作することのできる実用性に富んだ拡径装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、本発明にかかる金属軸材の拡径装置は、ワ−クである金属軸材を嵌合して保持する保持部を備え該保持部に金属軸材を嵌合保持した状態でモータによって回転駆動される駆動回転部と、前記駆動回転部の保持部に対向するように設けられた保持部を備え前記駆動回転部に対し互いに接近・離反する方向に相対移動自在で、かつその保持部が前記駆動回転部の保持部の軸心に対し傾斜するように回動軸を中心に回動自在に設けられた従動回転部と、当該従動回転部を駆動回転部に対し接近・離反する方向に相対移動させる送り手段と、前記従動回転部の保持部を前記回動軸を中心に強制的に回動させる偏倚手段と、前記従動回転部を駆動回転部に向かって押圧する加圧手段とを備え、前記従動回転部の保持部の回動中心となる回動軸は、前記駆動回転部の保持部によって保持された金属軸材の中心線から折り曲げ方向と反対側に外れた位置に設けられていることを特徴としている。
【０００７】
この拡径装置を用いて金属軸材の拡径を行う場合は、駆動回転部と従動回転部を、互いの保持部の軸心が同一線上に位置するように配置し、両保持部によってワークである金属軸材を保持する。然る後、駆動回転部を駆動して軸材を回転させつつ、加圧手段で金属軸材を軸方向に加圧するとともに、偏倚手段により金属軸材が所定の角度に折り曲げられるように従動回転部側を駆動回転部の軸心に対し傾斜させる。この偏倚手段による金属軸材の折り曲げは、その折り曲げ作用の中心となる従動回転部の回動中心が元の金属軸材の中心線から折り曲げ方向と反対側に外れた位置に位置するように設定して行うのが望ましい。このようにしておくと、金属軸材は折れ曲がったまま回転するが、折り曲げ作用の中心が金属軸材の中心線から折り曲げ方向と反対側に外れた位置にあるので、折れ曲がり部に常に圧縮方向の力が作用し、圧縮・引張が交互に作用することによる疲労破壊が生じない。この回転と折り曲げと加圧により、駆動回転部の保持部先端と従動回転部の保持部先端との間の部分が次第に膨張し、その分だけ従動回転部が駆動回転部側へ移動するが、この間も金属軸材に常に圧縮応力が作用するように加圧を作動し続ける。
【０００８】
所望の拡径状態が得られたら、回転と加圧を続けながら偏倚手段を元の状態、すなわち駆動回転部側と従動回転部側の軸心が一致する状態まで復帰させた後、回転と加圧を停止して軸材を取り外せばよい。
【０００９】
なお、上記加圧手段としては、流体シリンダ、油圧ジャッキ等を利用することができる。また、偏倚装置としては、例えば、従動回転部の保持部をその軸心に対し回動自在に枢着支持しておき、ねじ式加圧手段等で軸心と直角な方向の力を作用させて傾斜させるようにしておけばよい。
【００１０】
軸材を拡径した後は、両保持部から軸材を取り外す必要がある。この場合、軸材には加工中に大きな力が加えられているので、取り外し困難となることが多い。この取り外しは、加工により拡径した部分に係合する係合部を有する抜き取り具を用い、当該拡径された部分を利用して保持部から引き出すようにするのが便利である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に表された本発明の実施の形態を例示しつつ、本発明をより具体的に説明する。図１、図２において、この拡径装置１は、床上に設置されるベース２の側部に一対の側板３，３が立設され、その上部に平面視長方形のフレーム４が設けられている。このフレーム４の前端部（図１における左側端部）には駆動回転部５が設けられている。
【００１２】
駆動回転部５は、フレーム４の左右方向の部材４ａに固着された支持筒体６に円筒状の保持筒１０が回転自在に支承され、該保持筒の端部には従動歯車１２が取り付けられている。保持筒１０の内部には、ワークを保持するチャック部材としてチャックスリーブ１５が嵌め込まれている。チャックスリーブ１５の芯部にはワークが嵌合する保持孔１６が設けられており、該保持孔の端部には雌ネジ部１６ａが設けられている。この雌ネジ部１６ａには、保持筒１０の端部に設けたバカ穴１０ａを通して押出ネジ１７が螺着される。
【００１３】
上記支持筒体６の下方には駆動源であるモータ２０が設置されており、その出力軸に取り付けた駆動歯車２１が上記従動歯車１２と噛合している。
【００１４】
前記駆動回転部５に対向するように従動回転部３０が設けられている。従動回転部３０は、フレーム４の上縁部に設けたレール部３１に沿って前後にスライドする摺動体３５を備え、該摺動体の端部にはリング状の回動フレーム３７が回動軸である軸３６によって枢着されている。この回動フレーム３７には従動側の支持筒体３８が固着されており、該支持筒体３８の内部に保持筒４０が回転自在に支承されている。この保持筒４０の内部には、上記駆動回転部のチャックスリーブ１５と同様なワーク保持用のチャックスリーブ４５が嵌合している。チャックスリーブ４５の芯部には保持孔４６が設けられ、該保持孔の端部には雌ネジ部４６ａが設けられている。この雌ネジ部４６ａには、保持筒４０の端部に設けたバカ穴４０ａを通して押出ネジ４７が螺着される。
【００１５】
摺動体３５の後部には送り装置５０が設けられている。この送り装置５０は、従動回転部３０を駆動回転部５に対し接近・離反する方向に前後移動させる送り手段をなすもので、摺動体３５の後端部にブラケット５２が設けられ、該ブラケットに軸受５３が設けられている。また、フレーム４の後端部の横枠４ｂには通孔５４が設けられるとともに、前側には粗送り手段を構成する筒体５５が固着されている。この筒体５５には前後方向のスリット５６が設けられ、内部には前後方向のネジ穴５７ａを備えた移動ブロック５７が、その上端部に設けた突起５７ｂを前記スリット５６から突出させた状態で前後移動自在に嵌合している。
【００１６】
前記ブラケット５２の軸受５３と横枠４ｂとによって送りロッド６０が軸回りに回転自在に支持されている。このロッド６０の外周部には雄ネジ６０ａが設けられ、これに前記移動ブロック５７が螺合している。送りロッド６０の前端部には抜け止め用のリング６１が取り付けられ、後端部にはハンドル６２が取り付けられている。
【００１７】
従動回転部３０の下側には加圧装置７０が設けられている。この加圧装置７０は、前記従動回転部３０を駆動回転部５に向かって押圧する加圧手段を構成するもので、ベース２上に流体ジャッキである油圧ジャッキ７１が設置されている。この油圧ジャッキの前寄り上部には軸７３によって上下に回動自在に支持されたカム７５が設けられている。カム７５の前部には前記従動回転部の回動フレーム３７の後部に係合する係合部７５ａが形成されている。また、カム７５の後部側には前記油圧ジャッキ７１のピストンロッド７１ａに当接して該ジャッキの押し上げ力を受ける受け部７５ｂが設けられている。
【００１８】
上記油圧ジャッキ７１を作動させると、ピストンロッド７１ａが伸び出してカム７５を押し上げる。図からわかるとおり、油圧ジャッキ７１の加圧方向は駆動回転部５の中心軸の方向ではなく、それと交差する方向である。するとカム７５は軸７３を中心に図１の反時計回りに回転し、その係合部と回動フレーム３７の係合を介して従動回転部３０を駆動回転部５側へ前進させる。なお、油圧ジャッキ７１としては、通常の乗用車のタイヤ交換等に用いられる手動式のジャッキを用いることができるが、油圧ジャッキの代わりに他の流体圧を利用するジャッキでもよく、場合によっては公知のネジ式ジャッキを用いることもできる。なお、手動式ジャッキの代りに、電力で作動する動力ジャッキを採用してもよい。
【００１９】
前記従動回転部３０には、該従動回転部を上下に回動させる偏倚手段として偏倚装置８０が設けられている。この偏倚装置８０は、上記従動回転部の支持筒体３８に固着したナット部材８２と、該ナット部材８２に螺合するネジ棒８５とを備えている。ネジ棒８５の下端部は前記摺動体３５に当接しており、その上端部にはハンドル８６が取り付けられている。このハンドルを回すと、ネジ棒８５が回転するが、当該ネジ棒８５の下端部は摺動体３５上面に当接しているので、ネジ棒自体は上下動せず、これに螺合しているナット部材が支持筒体３８とともに上下動する。これにより、従動回転部３０が軸３６を中心として上下に回動するのである。
【００２０】
この拡径装置１の使用に際しては、駆動回転部５のチャックスリーブ１５と従動回転部のチャックスリーブ４５にワークである金属棒（通常は鋼材）Ｗの端部をそれぞれ挿入して保持する。この場合、駆動回転部５の押出ネジ１７の螺合量を適量の押出シロｄが得られるように予め調節しておき、該押出ネジ１７の端部に金属棒の端部が当たるまで挿入する。また、従動回転部３０の押出ネジ４７を調節して金属棒Ｗの後端部に当接させる。
【００２１】
しかる後、送り装置５０で駆動回転部と従動回転部の間隔を所定の間隔Ｄとする。この間隔Ｄは、所望の拡径が得られる距離であり、予め試験を行って決定しておく。この間隔調節は、送り手段を構成するハンドル６２を操作して移動ブロック５７をその突起５７ｂがスリット５６の後端部に当接するまで前進（粗送り）させた後、さらにハンドル６２を回してロッド６０を徐々に前進させることにより行う。ロッド６０の先端部は従動回転部の摺動体３５に接続されているので、従動回転部３０がフレーム４に沿って前進する。この場合、チャックスリーブ１５，４５は金属棒を隙間嵌め状態でゆるく保持しているだけであり金属棒の端部が押出ネジ１７に当接しているので、金属棒自体は移動しない。
【００２２】
次に、加圧装置７０で金属棒を軸方向に加圧し、偏倚装置８０で従動回転部３０を図３に示すように傾斜させる。この加圧は、油圧ジャッキ７１を作動させ、カム７５を矢印Ｘ方向に回転させることによって行う。上記加圧装置７０と偏倚装置８０を作動させた状態でモータ２０を起動すると、チャックスリーブに保持された金属棒Ｗが折れ曲がった状態で回転し圧縮される。回転速度は毎分数回乃至数十回程度でよく、折り曲げ角αは３〜７度以上でよい。折り曲げ中心Ｐは、元の金属棒の中心線ＣＬよりも外側に位置している。また、必要な加圧力は金属棒の太さ等によって異なるが、金属棒の単軸圧縮降伏応力の２０〜３０％の応力が生じる程度の加圧力で拡径できることが確かめられている（新居浜工業高等専門学校紀要第３４巻「丸棒の直径拡大法の研究（第１報）」長田他）。
【００２３】
上記回転、曲げ、加圧によりチャックスリーブ１５，４５の間隔部分、すなわちつかみ間隔部分が圧縮され拡径が行われる。この拡径の進行により、つかみ間隔が短くなり、ついには拡径部の両端部がチャックスリーブの端面に接するようになる。所望の拡径が行われたら、回転と加圧を継続しつつ偏倚装置８０を元の状態に復帰させ、金属棒を直線化する。これにより、中間部が拡径した直線状の金属棒が得られる。そこで回転と加圧を停止し、金属棒をチャックスリーブから取り外す。
【００２４】
金属棒は、両側のチャックスリーブ１５，４５に当初はゆるく嵌合（余りゆるいとその部分まで拡径されるので、適度のスキマ嵌め状態とする）していたが、上記回転、曲げ、圧縮によりチャックスリーブにきつく嵌り込んだ状態となり、容易には取り外すことができないことが多い。この場合は、駆動回転部の押出ネジ１７をねじ込んで金属棒の端部を押圧する。すると、金属棒がその押出シロｄだけ押し出され、拡径部の端部とチャックスリーブ端面との間にｄだけ隙間ができる。そこで、この隙間部分に図１２に例示するようなフック状の抜き取り具９０の係合部９１を嵌め込んで拡径部Ｇに係合させ、図１の右向きに引き出せばよい。抜き取り具９０の基部には、円筒状の支持筒体６に外嵌する半円状の凹部９２が形成されリング状の回動フレーム３７の背面に係合する係合部９３が設けられているので、この係合部を従動回転部３０の回動フレームに係合しておき、送り装置５０を逆向きに作動させれば金属棒を容易に引き抜くことができる。
【００２５】
次に、図４乃至図６は上記と異なる実施形態を表すもので、上記実施形態では加圧装置７０が油圧ジャッキ７１とカム７５で構成されていたが、本実施形態では加圧装置１００として複動式の油圧シリンダ１０１が設けられている。すなわち、従動回転部３０の摺動体３５が第２の摺動体１０２上にスライド可能に載せられ、該第２の摺動体がフレーム４上を摺動するようになっている。送り装置５０のロッド６０は上記第２の摺動体１０２に接続されており、第２の摺動体ごと従動回転部３０を前後動させる。前記油圧シリンダ１０１は、第２の摺動体１０２の後部フレーム１０３と前記摺動体３５との間に取り付けられ、摺動体３５を前向きに押圧する。他の部分は上記実施形態と同様であり、同じ部分には同じ記号を付している。
【００２６】
この加圧装置１００は、油圧シリンダ１０１で従動回転部３０を加圧するので、構造的に簡単であり、力の伝達効率も高い。また、油圧シリンダとして複動式のシリンダを使用すれば、拡径後の金属棒の引き抜きを当該油圧シリンダを利用して行うこともできるようになるので便利である。図１３及び図１４は拡径後の金属棒Ｗの抜き取り方法を表すもので、押出ネジ１７をねじ込んでチャックスリーブ１５から金属棒を若干押し出し、図１２に例示する抜き取り具９０の係合部９１を金属棒の拡径部Ｇに係合する。抜き取り具９０の反対側の係合部９３は従動回転部の回動フレーム３８の背面に係合する。この状態で送り装置５０を逆向きに操作して従動回転部３０を後退させると、拡径部Ｇに係合した抜き取り具によって引っ張られるので、金属棒が駆動回転部のチャックスリーブ１５から抜き取られる。一方、従動回転部３０のチャックスリーブ４５からは人手で容易に金属棒を抜き取ることができる。
【００２７】
図８乃至図１１はさらに異なる実施形態を表すもので、本実施形態では、拡径装置１１０が公知の旋盤に組み込まれている。すなわち、１１１は公知のＮＣ旋盤であり、その芯押し台１０５に拡径装置を構成する拡径ユニット１２０が組み込まれている。図の１１２は拡径装置の駆動回転部を兼ねたチャックであり、１１３はツールホルダである。
【００２８】
拡径ユニット１２０は、アリ溝１２３を有するベース１２５の上に回転台１２７を取り付けたもので、この回転台１２７には芯押し台１３０と拡径ユニット１２０が並列に設置されている。そして、この回転台１２７を１８０度反転することにより、拡径ユニット１２０又は芯押し台１３０が前記チャック１１２に対向するようになっている。
【００２９】
拡径ユニット１２０は、正面視上向きコ字型のフレーム１３５上に左右一対の第２の摺動体１３７がスライド自在に設けられ、該第２の摺動体にネジ穴を有するブロック１３８が固着されている。このブロック１３８のネジ穴には送り装置１５０を構成するネジ棒１３９が螺合しており、該ネジ棒の一方の端部には従動歯車１４０が取り付けられている。フレーム１３５の内部には送り用モータ１４３が設置されており、この送り用モータの軸に取り付けた駆動歯車１４５が前記従動歯車１４０に噛合している。上記モータ１４３を正逆回転させれば、ブロック１３８が第２の摺動体１３７と一体となってネジ棒１３９に沿って前後に移動する。送り装置としては、このようなモータによる自動送り装置１５０を設ける代りに、上記他の実施形態と同様な手動式の送り装置を設けておいてもよい。
【００３０】
第２の摺動体１３７上には上記他の実施形態におけると同様な従動回転部３０が設けられている。すなわち、この従動回転部の摺動体３５が第２の摺動体１３７上にスライド自在に載置され、これに回動フレーム３８が軸３６によって取り付けられている。従動回転部の他の部分の構成も前記実施形態と同じである。
【００３１】
偏倚装置８０も前記実施形態と同様であり、従動回転部の支持筒体３８に固着したナット部材８２と、該ナット部材８２に螺合するネジ棒８５とを備えている。ネジ棒８５の下端部は前記摺動体３５に当接しており、その上端部にはハンドル８６が取り付けられている。このハンドルを回すと、ネジ棒８５が回転するが、当該ネジ棒８５の下端部は摺動体３５上面に当接しているので、ネジ棒自体は上下動せず、これに螺合しているナット部材が支持筒体３８とともに上下動する。これにより、従動回転部３０が軸３６を中心として上下に回動する。
【００３２】
加圧装置としては、上記第２の実施形態におけると同様な油圧シリンダ式の加圧装置１００が設置されている。１０１は油圧シリンダで、背面側は第２の摺動体１３７のフレームに当接し、ピストンロッドは摺動体３５を押圧するようになっている。
【００３３】
この拡径ユニット１２０を用いて金属棒の拡径を行う場合は、金属棒の一方の端部側を旋盤のヘッドに設けられているチャックで掴み、他方を従動回転部３５のチャックスリーブ４５で保持する。従動回転部３５の移動は、送り装置１５０の送り用モータ１４３を回転させることにより行う。この状態で前記実施形態におけると同様に回転、曲げ、加圧を付与して拡径を行う。
【００３４】
この拡径装置１００は、公知の旋盤に組み込まれており、駆動回転部は旋盤のヘッドの回転装置をそのまま利用することができるので経済的である。拡径ユニット１２０には駆動回転部以外の部分を設けておけばよいので、コンパクトなものとすることができる。図示例では、拡径ユニットが旋盤に必ず設けられている芯押し台と結合されており、回転台を前後反転することにより、芯押し台としての使用も、拡径ユニットとしての使用も可能であるからきわめて便利であるが、このように芯押し台と結合せず、拡径ユニット自体を旋盤の付属品として設けておくこともできる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、ワークである金属棒を保持するチャックスリーブとして、等径の保持孔を有するものが使用されているが、このチャックスリーブとしては、種々の形状、寸法のものを使用することができる。図１５はチャックスリーブの交換を容易にした従動回転部（駆動回転部も同じ）の例であり、図１６のチャックスリーブを使用すると、図１７のような拡径部Ｇが得られ、図１８のようなチャックスリーブを使用すると、図１９のような段付きの拡径部Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３が得られる。チャックスリーブの外径は一定でも、内径の異なる種々のチャックスリーブを用意しておくと、金属棒の径が異なるものでもチャックスリーブを交換するだけで簡単に拡径することができるようになり、便利なものとなる。上記チャックスリーブの代りに、公知のチャックを用いることもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる拡径装置は、構造的に簡単であるとともに、簡単な操作で金属棒の中間部を拡径することができる実用性の高いものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡径装置の一例を表す側面断面図である。
【図２】その平面図である。
【図３】その動作を表す要部の断面図である。
【図４】上記と異なる実施形態における側面断面図である。
【図５】その平面図である。
【図６】その動作を表す要部の断面図である。
【図７】要部の断面図である。
【図８】更に異なる実施形態の説明図である。
【図９】その拡径ユニットの平面図である。
【図１０】拡径ユニットの側面図である。
【図１１】その正面図である。
【図１２】抜き取り具の斜視図である。
【図１３】抜き取り具の使用方法を表す側面図である。
【図１４】その平面図である。
【図１５】上記と異なる実施形態におけるチャックスリーブ保持部の断面図である。
【図１６】チャックスリーブの一例を表す断面図である。
【図１７】拡径成形後の金属軸の外観図である。
【図１８】上記と異なるチャックスリーブの断面図である。
【図１９】このチャックスリーブによる成形品の外観図である。
【符号の説明】
１拡径装置
２ベース
４フレーム
５駆動回転部
６，３８支持筒体
１０，４０保持筒
１５，４５チャックスリーブ
２０モータ
３０従動回転部
３５摺動体
３７回動フレーム
５０送り装置
５７移動ブロック
６０ロッド
７０，１００加圧装置
７１油圧ジャッキ
７５カム
８０偏倚装置
９０抜き取り具
Ｗ金属棒
Ｇ拡径部

Claims

ワ−クである金属軸材を嵌合して保持する保持部を備え該保持部に金属軸材を嵌合保持した状態でモータによって回転駆動される駆動回転部と、前記駆動回転部の保持部に対向するように設けられた保持部を備え前記駆動回転部に対し互いに接近・離反する方向に相対移動自在で、かつその保持部が前記駆動回転部の保持部の軸心に対し傾斜するように回動軸を中心に回動自在に設けられた従動回転部と、当該従動回転部を駆動回転部に対し接近・離反する方向に相対移動させる送り手段と、前記従動回転部の保持部を前記回動軸を中心に強制的に回動させる偏倚手段と、前記従動回転部を駆動回転部に向かって押圧する加圧手段とを備え、前記従動回転部の保持部の回動中心となる回動軸は、前記駆動回転部の保持部によって保持された金属軸材の中心線から折り曲げ方向と反対側に外れた位置に設けられていることを特徴とする金属軸材の拡径装置。
前記従動回転部を回動自在に支持する回動軸は、従動回転部
の前記駆動回転部寄りの位置であって、かつ駆動回転部の中心軸から外れた位置に設けられている請求項１に記載の金属軸材の拡径装置。
前記加圧手段が複動式油圧シリンダで構成される請求項１又
は２に記載の金属軸材の拡径装置。
前記加圧手段が、駆動回転部の中心軸と交差する方向に加圧
する油圧ジャッキと、該油圧ジャッキの加圧力を駆動回転軸の中心軸方向の加圧力として従動回転部に伝達するカムとで構成される請求項１乃至３のいずれかに記載の金属軸材の拡径装置。
駆動回転部として公知の旋盤の回転ヘッドを使用し、これに
従動回転部と加圧装置と偏倚装置と送り装置を備えた拡径ユニットを付設して構成される請求項１又は２に記載の金属軸材の拡径装置。