JP6368175B2 - 金属製部品、金属製部品の製造装置、及び金属製部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製部品、金属製部品の製造装置、及び金属製部品の製造方法に関する。

図１１に示すように、ショックアブソーバ１００は、機械の稼動部の衝撃や振動を吸収し騒音や損傷を軽減する油圧式緩衝器であって、有底筒１１３と、有底筒１１３に配された内筒１２と、内筒１２の内部空間（圧縮室）において進退自在なピストン１３と、ピストン１３と連結するピストンロッド１４と、有底筒１１３の開口を塞ぐシール部材１５と、有底筒１１３の側面に設けられスプリングＳと係合するスプリング係合フランジ１１４と、を有する。稼動部の衝撃や振動がピストンロッド１４に伝達すると、圧縮室においてピストン１３が移動する。このピストン１３の移動の際、内筒１２に充填されたオイルＺは、内筒１２に形成されたオリフィス１２Ｘを通過する。このようにして、オリフィス１２ＸにおけるオイルＺの抵抗が、ピストンロッド１４に伝達された衝撃等を緩衝する。このようなショックアブソーバ１００は、有底筒１１３にスプリング係合フランジ１１４を溶接させたものが多い（例えば、特許文献１）。

特開平１１―２９４５１３号公報

特許文献１において、有底筒１１３とスプリング係合フランジ１１４とからなる金属製部品は、アルミ製であるため軽量であるものの、溶接部分があるため、強度や、溶接工程による製造コストの問題が残る。かかる問題を解決するためには、溶接工程の省略が必要になるが、それに代わる製造方法は未だ確立されていない。

本発明では、溶接工程を省略するとともに、強度が高く、製造が安価な金属製部品を提供する。さらに、本発明では、金属製部品の製造装置や金属製部品の製造方法を提供する。

本発明は、ワークから金属製部品をつくる金属製部品の製造装置であって、前記ワークの押し込みを第１側から行なうパンチと、前記第１側と反対の第２側から前記ワークを受ける受用金型と、前記第１側と交差する第３側から前記ワークを受ける側受用金型と、を備え、前記側受用金型は、前記受用金型によって支持された前記ワークに対する前記パンチの押しつけによって、前記ワークに突起を形成するための突起形成金型機構を有し、前記突起形成金型機構は、前記突起のうち前記第１側を形成する第１金型と、前記突起のうち前記第２側を形成する第２金型と、前記第１金型と前記第２金型に囲まれる空間であって、前記ワークが変形して前記突起が形成される突起用据込空間と、を有し、前記第１金型は、前記突起が形成される前の前記ワークの前記第１側の周面と当接しており、前記第２金型は、前記突起が形成される前の前記ワークの前記第２側の周面と当接しており、前記第１金型と前記第２金型に径方向から保持される前記ワークに対して前記パンチが押し込まれることで、前記ワークの軸方向の途中に前記突起が形成されることを特徴とする。

本発明は、前記受用金型を駆動する受用アクチュエータと、前記パンチを駆動するパンチ用アクチュエータと、前記受用アクチュエータ及び前記パンチ用アクチュエータを制御するアクチュエータ制御機構と、をさらに備え、前記アクチュエータ制御機構によって、前記受用金型は、前記パンチによる前記ワークへの押し込みに追従して、前記ワークを支持しながら前記第２側へ移動することが好ましい。

前記受用金型の前記第２側への移動は、前記パンチによる前記ワークへの押し込みができない状態となる前、または当該状態に行なわれることが好ましい。また、前記受用金型の前記第２側への移動は、前記パンチが前記突起よりも前記第２側に位置する場合に行なわれることが好ましい。さらに、前記受用金型の前記第２側への移動は、前記突起の形成後に行なわれることが好ましい。

本発明の前記パンチ用アクチュエータは、前記ワークに対する前記パンチの押しつけを、前記パンチによる前記ワークへの押し込みができない状態となる前、または当該状態にて一旦停止するとともに、前記ワークに対する前記パンチの再度の押しつけは、前記突起形成金型機構を退避した後に行なうことを特徴とする。

本発明は、ワークへの押し込みを第１側から行なうパンチと、前記第１側と反対の第２側から前記ワークを受ける受用金型と、前記第１側と交差する第３側から前記ワークを受ける側受用金型と、を備え、前記側受用金型は、前記受用金型によって支持された前記ワークに対する前記パンチの押しつけによって、前記ワークに突起を形成するための突起形成金型機構と、前記突起形成金型機構よりも前記第２側に配され、側支持面を用いて前記ワークを第３側から支持する支持機構と、を有し、前記側支持面によって形成される空間の幅 は、前記第１側から前記第２側に向かって等しいことを特徴とする金属製部品の製造装置である。

本発明は、上記の金属製部品の製造装置を用いて前記ワークから金属製部品を作る金属製部品の製造方法であって、前記第１金型が前記ワークの前記第１側の周面と当接すると共に、前記第２金型が前記ワークの前記第２側の周面と当接するように前記ワークをセットして、前記ワークが前記第１金型と前記第２金型に径方向から保持されるようにするワークセット工程と、前記セットされた前記ワークに前記パンチが押し込まれることで、前記ワークの軸方向の途中に前記突起が形成される突起形成工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、溶接工程を省略するとともに、強度が高く、製造が安価な金属製部品を提供することができる。

（Ａ）は、金属製部品の天面図である。（Ｂ）は、金属製部品のＩａ−Ｉａ線断面図である。 （Ａ）は、ショックアブソーバの断面図である。（Ｂ）ショックアブソーバの底部を拡大した断面図である。 金属製部品の製造装置の概要を示す断面図である。 金属製部品の製造装置の概要を示す断面図である。 金属製部品の製造装置の概要を示す断面図である。 金属製部品の製造装置の概要を示す断面図である。 金属製部品の製造装置の概要を示す断面図である。 本発明の比較例に相当する金属製部品の製造装置の断面図である。 金属製部品の製造装置の変形例の概要を示す断面図である。 金属製部品の製造装置の変形例の概要を示す断面図である。 金属製部品の製造装置の変形例の概要を示す断面図である。 （Ａ）は、従来のショックアブソーバの断面図である。（Ｂ）は、従来のショックアブソーバの底部を拡大した断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、金属製部品２は、一方側が開口し他方側が閉塞する有底筒３と、有底筒３の側面に形成された突起４と、備える。突起４は、有底筒３の長さ方向において底部３Ｂと開口３Ｘとの間に位置する。有底筒３と突起４とは、溶接などによって互いに接合されたものではなく、一体となっている。金属製部品２は、鉄、鋼、合金鋼の他、非鉄金属（アルミニウム合金等）から形成される。

有底筒３は、まっすぐに形成されている。すなわち、有底筒３の外径Ｒ１及び内径Ｒ２は、有底筒３の長さ方向においてほぼ一定である。また、内径Ｒ２の精度が、０．１ｍｍ 以下であることが好ましい。さらに、有底筒３の底部３Ｂには、内径漸減部３Ｃが形成されることが好ましい。内径漸減部３Ｃの形成によって、底部３Ｂ近傍の内径Ｒ２は、一方側から他方側へ向かうに従って小さくなる。

図２に示すように、ショックアブソーバ１０は、機械の稼動部の衝撃や振動を吸収し騒音や損傷を軽減するものであって、金属製部品２と、金属製部品２の有底筒３に配された内筒１２と、内筒１２の内部空間（圧縮室）において進退自在なピストン１３と、ピストン１３と連結するピストンロッド１４と、有底筒３の開口３Ｘを塞ぐシール部材１５と、を有する。金属製部品２の突起４は、スプリングＳと係合するスプリング係合フランジとして機能する。

稼動部の衝撃や振動がピストンロッド１４に伝達すると、圧縮室においてピストン１３が移動する。このピストン１３の移動の際、内筒１２に充填されたオイルＺは、内筒１２の他方側に形成されたオリフィス１２Ｘを通過する。このようにして、オリフィス１２ＸにおけるオイルＺの抵抗が、ピストンロッド１４に伝達された衝撃等を緩衝する。このように、ショックアブソーバ１０の緩衝性能は、オリフィス１２Ｘの形状や形成位置に強く依存するため、内筒１２が当接する底部３Ｂの形状の精度が非常に重要となる。また、内筒１２において底部３のガタツキがあると、騒音などの問題も生じてしまう。このため、有底筒３の底部３Ｂには、前述した内径漸減部３Ｃが設けられていることが好ましい。内径漸減部３Ｃにより、底部３Ｂに対する内筒１２Ｂの当接が安定するため、ショックアブソーバ１０としての所期の性能を奏するとともに、ガタツキに起因する問題（騒音など）を抑制することができる。

図３に示すように、金属製部品の製造装置２０は、ワークＷに対して所定の鍛造を行なって金属製部品を得るものであり、ワークＷへの押し込みを下側（第１側）から行なうパンチ３０と、上側（第２側）からワークＷを受ける上受用金型４０と、横側（第３側）からワークＷを受ける側受用金型５０と、を備える。パンチ３０、上受用金型４０及び側受用金型５０によって囲まれる空間は、ワークＷの収容空間となる。

さらに、側受用金型５０は、パンチ３０が進退可能な孔が形成されたパンチ進退金型５１と、パンチ進退金型５１の上側に配され、ワークＷに突起を形成するための突起形成金型５２と、突起形成金型５２よりも上側に配され、側支持面５３Ａを用いてワークＷを横側から支持する側支持金型５３と、を有する。突起形成金型５２は、下側突起形成金型５２Ｌと、横側突起形成金型５２Ｃと、上側突起形成金型５２Ｕと、を有する。図示しない連結機構によって、下側突起形成金型５２Ｌはパンチ進退金型５１及び横側突起形成金型５２Ｃと連結し、上側突起形成金型５２Ｕは側支持金型５３と連結している。

金属製部品の製造装置２０は、さらに、パンチ３０の移動を行なうパンチ用アクチュエータ６１と、上受用金型４０の移動を行なう受用金型用アクチュエータ６２と、側受用金型５０の移動を行なう側受用金型用アクチュエータ６３と、各アクチュエータ６１〜６３を駆動する駆動コントローラ８０と、を有する。駆動コントローラ８０によれば、各金型６１〜６３は上下方向において独立して移動可能となる。より詳しく言えば、上側突起形成金型５２Ｕは、側受用金型用アクチュエータ６３によって、横側突起形成金型５２Ｃから離隔した状態（図３。以下、離隔状態と称する。）と、横側突起形成金型５２Ｃに接した状態（図４。以下、接触状態と称する。）と、の間で移動自在となる。接触状態において、突起形成金型５２及びワークＷによって囲まれてなる突起用据込空間ＳＫが形成される。また、パンチ３０は、パンチ用アクチュエータ６１によって、上受用金型４０は、受用金型用アクチュエータ６２によって、それぞれ独立して、上下方向に移動する（図３〜図７）

次に、金属製部品の製造方法について説明する。

図３〜５において、側受用金型用アクチュエータ６３は、上側突起形成金型５２Ｕを接触状態へ付勢している。パンチ用アクチュエータ６１はパンチ３０をワークＷへ押し込み、受用金型用アクチュエータ６２は、上受用金型４０の位置が上下方向に変動しないように、上受用金型４０をワークＷへ付勢している。すなわち、パンチ用アクチュエータ６１による圧力は、受用金型用アクチュエータ６２による圧力と等しい。

上側突起形成金型５２Ｕは、横側突起形成金型５２Ｃから離れた離隔状態（図３）から接触状態へとなる（図４）。接触状態の際、ワークＷに突起用据込空間ＳＫが臨むため、パンチ３０による下側からの押し込みと、上受用金型４０による上側からの受け止めによって、半密閉据込が行なわれる（図４〜６）。半密閉据込によって、ワークＷから、パンチ３０の侵入によって形成された有底筒３（図１）と、ワークＷの一部が突起用据込空間ＳＫに充填されてなる突起４（図１）とを有する金属製部品２の前駆体を得ることができる。

図６において、パンチ３０による下側からの押し込みと、上受用金型４０による上側からの受け止めとを継続して行おうとしても、ワークＷの変形ができない状態（以下、変形不可能状態と称する）となる。ここで、上受用金型４０を上側に移動してワークＷと上受用金型４０との間に空隙Ｙを形成した状態（図８）で、パンチ３０による下側からの押し込みを行なおうとすると、突起４（特に根元部分）が破損してしまう。そこで、パンチ３０による下側からの押し込みの際、上受用金型４０をワークＷに接したまま上側へ移動させると、突起４が破損せずに、パンチ３０による押し込みが可能となる。このパンチ３０の侵入によって有底筒３（図１）の穴をより深くすることができる（図７）。

パンチ３０による下側からの押し込みの際、上受用金型４０をワークＷに接したまま上側へ移動させるためには、例えば、次のように行なう。側受用金型用アクチュエータ６３は、接触状態を維持するように上側突起形成金型５２Ｕを付勢する。パンチ用アクチュエータ６１はパンチ３０をワークＷへ押し込む。受用金型用アクチュエータ６２は、上受用金型４０が上方向へ移動するとともに、上受用金型４０をワークＷに向けて付勢する。すなわち、パンチ用アクチュエータ６１によってワークＷにかかる圧力は、受用金型用アクチュエータ６２による圧力よりも大きい。

このように、本発明によれば、鍛造によって、有底筒３と突起４とが一体成型された金属製部品２を得るため、有底筒３と突起４との溶接工程を省略することができる。さらに、溶接部などの接合跡が存在しないため、強度が高く、製造が安価な金属製部品を提供することができる。

またさらに、本発明によれば、有底筒３の内径及び外径や、内径漸減部３Ｃの形状は、パンチ３０の形状によって決まる。したがって、金属製部品２は、ショックアブソーバ１０の構成部品に適している。

ところで、ワークＷから有底筒３の穴を形成するために、パンチ３０の押し込み工程を２回に分けて行なうと、押し込み工程の間における誤差によって、わずかな段差が穴に形成されてしまう。本発明によれば、ワークＷから有底筒３の穴を形成するために、パンチ３０の押し込み工程（特に、図５〜７）を連続して行なうことができるため、有底筒３の穴の内壁面の精度を高くすることができる。したがって、金属製部品２は、ショックアブソーバ１０の構成部品に適している。

上記実施形態では、受用金型用アクチュエータ６２による上受用金型４０の制御の切替えを、変形不可能状態である際に行なったが、本発明はこれに限られない。例えば、この切り替えを変形不可能状態に至る前に行なっても良い。ここで、変形不可能状態としては、例えば、上受用金型４０とパンチ３０との相対的位置の変化量が所定の閾値より小さい状態やパンチ３０の押し込みに対する抵抗が所定の閾値よりも大きい状態としてもよい。

また、金属製部品の製造装置２０は、変位計や圧力センサを備えていても良い。そして、駆動コントローラ８０は、変位センサや圧力センサからのセンシング信号を読み取り、各センサからの測定値及び所定の閾値に基づいて変形不可能状態であるか否かを判定し、変形不可能状態であると判定した場合には、受用金型用アクチュエータ６２による上受用金型４０の制御の切替えを行なっても良い。

さらに、受用金型用アクチュエータ６２による上受用金型４０の制御の切替えタイミングとしては、パンチ４０が突起または突起の前駆体よりも上側に位置する場合や、突起またはその前駆体が形成された後としてもよい。ここで、「パンチ４０が突起またはその前駆体よりも上側に位置する」とは、パンチ４０の上端が突起またはその前駆体よりも上側に位置する場合や、パンチ４０の上端が下側突起形成金型５２Ｌの上端よりも上側に位置する場合を含む。また、「突起またはその前駆体が形成された後」としては、据込空間ＳＫの全体にワークＷの変形部分が充填された後や、据込空間ＳＫの一部分にワークＷの変形部分が充填された後を含む。

なお、本発明においては、突起の前駆体の成型と開口部分の成型とのいずれを優先されてもよいが、突起の前駆体の成型が、開口部分の成型よりも優先されることが好ましい（図５〜６参照）。

上記実施形態では、断面が円形の有底筒３としたが、本発明はこれに限られず、断面が楕円や多角形の有底筒であってもよい。

上記実施形態では、横側突起形成金型５２Ｃを用いたが、本発明はこれに限られず、側突起形成金型５２Ｃは省略しても良い。この場合には、上側突起形成金型５２Ｕは、側受用金型用アクチュエータ６３によって、離隔状態（図３）と、横側突起形成金型５２Ｃに近接した状態（以下、近接状態と称する。）と、の間で移動自在とすればよい。また、近接状態における横側突起形成金型５２Ｃと上側突起形成金型５２Ｕとの間隔は、成型しようとする突起の形状に応じて設定すればよい。

なお、次のようにして、金属製部品を製造してもよい。

図９Ａ〜９Ｂに示すように、金属製部品の製造装置２２は、パンチ３０と、上受用金型４０と、側受用金型５０と、パンチ用アクチュエータ６１と、駆動コントローラ８０と、を備える。上受用金型４０は、ワークＷを収容する収容孔４０Ｘが形成されたものであり、図３における上受用金型４０、上側突起形成金型５２Ｕ及び側支持金型５３が一体となったものと同等の機能を有する。また、上受用金型４０は、パンチ３０の押し込みに抗するように製造室の壁や床に固定されている。側受用金型５０は、パンチ進退金型５１と、突起形成金型５２とを有する。突起形成金型５２は、横側突起形成金型５２Ｃと、下側突起形成金型５２Ｌとを有する。

ワークＷを収容孔４０Ｘへ配置した後、上受用金型４０は、側受用金型５０に固定される（図９Ａ）。その後、パンチ用アクチュエータ６１の駆動によって、パンチ３０がワークを押し込む（図９Ｂ）。このパンチ３０による下側からの押し込みと、上受用金型４０による上側からの受け止めによって、半密閉据込が行なわれる。その後、ワークＷ、上受用金型４０及びパンチ３０を一体のまま上下反転した後、すなわち側受用金型５０を上受用金型４０から退避した後、再び、パンチ３０をワークＷに向けて押し込む（図１０）。こうして、金属製部品を製造することができる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ 金属製部品
３ 有底筒
３Ｂ 底部
３Ｃ 内径漸減部
４ 突起
１０ ショックアブソーバ
１２ 内筒
１３ ピストン
１４ ピストンロッド
１５ シール部材
２０ 金属製部品の製造装置
３０ パンチ
４０ 上受用金型
５０ 側受用金型
５１ パンチ進退金型
５２ 突起形成金型
５２Ｃ 横側突起形成金型
５２Ｌ 下側突起形成金型
５２Ｕ 上側突起形成金型
５３ 側支持金型
５３Ａ 側支持面
６１ パンチ用アクチュエータ
６２ 受用金型用アクチュエータ
６３ 側受用金型用アクチュエータ
８０ 駆動コントローラ
１００ ショックアブソーバ
１１３ 有底筒
１１４ スプリング係合フランジ
Ｒ１ 外径
Ｒ２ 内径
Ｓ スプリング
ＳＫ 据込空間
Ｗ ワーク
Ｚ オイル

Claims (6)

1. ワークから金属製部品をつくる金属製部品の製造装置であって、
   前記ワークの押し込みを第１側から行なうパンチと、
   前記第１側と反対の第２側から前記ワークを受ける受用金型と、
   前記第１側と交差する第３側から前記ワークを受ける側受用金型と、を備え、
   前記側受用金型は、
   前記受用金型によって支持された前記ワークに対する前記パンチの押しつけによって、前記ワークに突起を形成するための突起形成金型機構を有し、
   前記突起形成金型機構は、
   前記突起のうち前記第１側を形成する第１金型と、
   前記突起のうち前記第２側を形成する第２金型と、
   前記第１金型と前記第２金型に囲まれる空間であって、前記ワークが変形して前記突起が形成される突起用据込空間と、を有し、
   前記第１金型は、前記突起が形成される前の前記ワークの前記第１側の周面と当接しており、
   前記第２金型は、前記突起が形成される前の前記ワークの前記第２側の周面と当接しており、
   前記第１金型と前記第２金型に径方向から保持される前記ワークに対して前記パンチが押し込まれることで、前記ワークの軸方向の途中に前記突起が形成されることを特徴とする、
   金属製部品の製造装置。
2. 前記受用金型を駆動する受用アクチュエータと、
   前記パンチを駆動するパンチ用アクチュエータと、
   前記受用アクチュエータ及び前記パンチ用アクチュエータを制御するアクチュエータ制御機構と、をさらに備え、
   前記アクチュエータ制御機構によって、前記受用金型は、前記パンチによる前記ワークへの押し込みに追従して、前記ワークを支持しながら前記第２側へ移動することを特徴とする請求項１に記載の金属製部品の製造装置。
3. 前記受用金型の前記第２側への移動は、前記パンチによる前記ワークへの押し込みができない状態となる前、または当該状態に行なわれることを特徴とする請求項２に記載の金属製部品の製造装置。
4. 前記受用金型の前記第２側への移動は、前記パンチが前記突起よりも前記第２側に位置する場合に行なわれることを特徴とする請求項２または３に記載の金属製部品の製造装置。
5. 前記パンチ用アクチュエータは、前記ワークに対する前記パンチの押しつけを、前記パンチによる前記ワークへの押し込みができない状態となる前、または当該状態にて一旦停止するとともに、前記ワークに対する前記パンチの再度の押しつけは、前記突起形成金型機構を退避した後に行なうことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の金属製部品の製造装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の金属製部品の製造装置を用いて前記ワークから金属製部品を作る金属製部品の製造方法であって、
   前記第１金型が前記ワークの前記第１側の周面と当接すると共に、前記第２金型が前記ワークの前記第２側の周面と当接するように前記ワークをセットして、前記ワークが前記第１金型と前記第２金型に径方向から保持されるようにするワークセット工程と、
   前記セットされた前記ワークに前記パンチが押し込まれることで、前記ワークの軸方向の途中に前記突起が形成される突起形成工程と、
   を備えることを特徴とする、
   金属製部品の製造方法。

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