特許 7311444 スピニング加工装置およびスピニング加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】スピニング加工装置およびスピニング加工方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 22/16 20060101AFI20230711BHJP

【ＦＩ】

B21D22/16 B

B21D22/16 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020039478

(22)【出願日】2020-03-09

(65)【公開番号】P2021137864

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000229047

【氏名又は名称】日本スピンドル製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179969

【弁理士】

【氏名又は名称】駒井 慎二

(74)【代理人】

【識別番号】100173532

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 彰文

(72)【発明者】

【氏名】檜垣 孝二

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６１－１７６４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－７０９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－９０５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１６５３１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第４６０６２０６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ２２／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状をなし、中心側よりも硬化した外縁硬化部を有する母材を支持する支持部と、
前記支持部によって前記母材を支持した状態で、前記外縁硬化部を加圧して、該外縁硬化部が分布する分布範囲を前記母材の厚さ方向に分ける第１成形部と、
前記支持部によって前記母材を支持した状態で、前記母材を加圧して、該母材を筒状に成形する第２成形部とを備えることを特徴とするスピニング加工装置。

【請求項2】

前記第１成形部および前記第２成形部として、共通のローラを用いる請求項１に記載のスピニング加工装置。

【請求項3】

前記支持部は、前記母材を前記厚さ方向と平行な回転軸回りに回転可能に支持し、
前記ローラは、前記回転軸を介して、一対配置されている請求項２に記載のスピニング加工装置。

【請求項4】

前記第１成形部は、前記外縁硬化部を前記中心側に向かって押圧して変形させる請求項１～３のいずれか１項に記載のスピニング加工装置。

【請求項5】

前記第１成形部は、前記外縁硬化部に対し、前記厚さ方向の両側で前記分布範囲が大となる高分布部を形成し、該各高分布部の間に前記分布範囲が小となる低分布部を形成する請求項４に記載のスピニング加工装置。

【請求項6】

前記第１成形部によって成形される以前の状態の前記母材は、前記外縁硬化部よりも前記中心側が非硬化部となっており、
前記第１成形部による成形後、前記非硬化部は、前記低分布部から露出する請求項５に記載のスピニング加工装置。

【請求項7】

板状をなし、中心側よりも硬化した外縁硬化部を有する母材を支持する支持工程と、
前記支持工程を維持した状態で、前記外縁硬化部を加圧して、該外縁硬化部が分布する分布範囲を前記母材の厚さ方向に分ける第１成形工程と、
前記支持工程を維持した状態で、前記母材を加圧して、該母材を筒状に成形する第２成形工程とを有することを特徴とするスピニング加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スピニング加工装置およびスピニング加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車を構成する自動車部品には、例えば、エンジンをクランキングするドライブプレートがある。ドライブプレートは、円板状をなし、その縁部に、スタータピニオンが噛み合わされる噛合歯（歯部）が形成されている。
このドライブプレートは、厚さが一定の母材（円板状素材）から得られる。母材は、まず、成形装置（例えば、特許文献１参照）により、外周部に、厚さが増大した厚肉部が形成される。そして、厚肉部の縁部に噛合歯を形成することにより、ドライブプレートが得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２４１１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

また、特許文献１に記載の成形装置の他に、板状の母材を筒状の成形品に成形する装置も知られている。この装置を用いて筒状の成形品を得る際、例えば母材の表面状態（表面の硬さ等）によっては、成形品の縁部に割れ等の損傷が生じる場合があった。

【0005】

本発明の目的は、母材を成形して得られる成形品に割れ等の損傷が生じるを防止することができるスピニング加工装置およびスピニング加工方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のスピニング加工装置の一つの態様は、板状をなし、中心側よりも硬化した外縁硬化部を有する母材を支持する支持部と、
前記支持部によって前記母材を支持した状態で、前記外縁硬化部を加圧して、該外縁硬化部が分布する分布範囲を前記母材の厚さ方向に分ける第１成形部と、
前記支持部によって前記母材を支持した状態で、前記母材を加圧して、該母材を筒状に成形する第２成形部とを備えることを特徴とする。

【0007】

また、本発明のスピニング加工方法の一つの態様は、板状をなし、中心側よりも硬化した外縁硬化部を有する母材を支持する支持工程と、
前記支持工程を維持した状態で、前記外縁硬化部を加圧して、該外縁硬化部が分布する分布範囲を前記母材の厚さ方向に分ける第１成形工程と、
前記支持工程を維持した状態で、前記母材を加圧して、該母材を筒状に成形する第２成形工程とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

第１成形部による成形（第１成形工程）を省略した場合、母材は、外縁硬化部がそのまま成形品の開口部の縁部なる。外縁硬化部は、硬化された部分であることと、第２成形部による成形（第２成形工程）で厚さが薄く変形していくこととが相まって、当該変形による破断限界を超えると、割れ等の損傷が生じる傾向にある。結果、成形品は、損傷が生じた不良品となるおそれがある。

【0009】

これに対し、本発明によれば、成形品は、第１成形部による成形（第１成形工程）を経て得られる。この場合、損傷が生じ易い外縁硬化部を、成形品の開口部の縁部から外すことができる。これにより、母材を成形して得られる成形品に割れ等の損傷が生じるを防止することができ、良品としての成形品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明のスピニング加工装置の作動状態（ローラ離間状態）を順に示す部分垂直断面側面図である。

【図2】本発明のスピニング加工装置の作動状態（第１成形状態）を順に示す部分垂直断面側面図である。

【図3】本発明のスピニング加工装置の作動状態（ローラ離間状態）を順に示す部分垂直断面側面図である。

【図4】本発明のスピニング加工装置の作動状態（第２成形状態）を順に示す部分垂直断面側面図である。

【図5】図２中の二点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図である。

【図6】本発明のスピニング加工装置の主要部を示すブロック図である。

【図7】本発明のスピニング加工方法が有する工程を順に示す図である。

【図8】良品となった成形品の一例を示す斜視図である。

【図9】不良品となった成形品の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図１～図９を参照して、本発明のスピニング加工装置およびスピニング加工方法の実施形態について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定する。一例として、Ｘ軸とＹ軸を含むＸＹ平面が水平となっており、Ｚ軸が鉛直となっている。また、図１～図５、図８および図９中の上側を「上（または上方）」、下側を「下（または下方）」と言うことがある。

【0012】

図１～図４に示すように、スピニング加工装置１は、回転支持部（支持部）２と、成形部４と、第１移動機構部６と、第２移動機構部７とを備える。スピニング加工装置１は、母材９を成形して、その母材９から成形品９Ａを得ることができる。そして、後述するように、成形品９Ａは、例えば、自動車部品として用いられる。
また、図６に示すように、スピニング加工装置１は、制御部８を備える。

【0013】

図７に示すように、スピニング加工装置１は、本発明のスピニング加工方法、すなわち、回転工程（支持工程）と、第１成形工程と、第２成形工程とを順に実行することができる。回転工程は、回転支持部２により行われる。第１成形工程および第２成形工程は、成形部４により行われる。

【0014】

母材９は、本実施形態では平面視での形状、すなわち、Ｚ軸方向から見たときのが円形をなす板部材である。母材９は、厚さが一定である。また、母材９の中心部には、貫通孔９１が形成されている。
なお、母材９の平面視での形状は、円形に限定されない。また、母材９は、アルミニウムやステンレス鋼等の金属材料で構成される。

【0015】

図１に示すように、成形部４によって成形される以前の状態の母材９は、硬さが互いに異なる外縁硬化部９２と非硬化部９３とを有する。
外縁硬化部９２は、母材９の外縁部に設けられる。外縁硬化部９２は、中心側よりも硬化した部分である。本実施形態では、母材９は、帯状をなす板部材に対して、ブランキング（打ち抜き加工）やレーザ光による加工を行うことにより形成される。外縁硬化部９２は、ブランキング時やレーザ光照射時に生じる熱により、母材９の外縁部が焼入れ硬化してなる。

【0016】

そして、外縁硬化部９２よりも中心側が非硬化部９３となっている。ブランキング時の熱は、外縁硬化部９２よりも中心側にも伝わるが、非硬化部９３は、焼入れ硬化するまでには至らなかった部分である。

【0017】

回転支持部２は、母材９を支持して、当該母材９を回転させる回転工程を行うことができる。回転支持部２は、軸部材２１と、モータ２２とを有する。
軸部材２１は、上下方向に配置された２つの円柱状をなす部分を有する。２つの柱状をなす部分のうち、下側の部分を「第１部分（第１柱状部）２１１」と言い、上側の部分を「第２部分（第２柱状部）２１２」と言う。軸部材２１は、Ｚ軸方向と平行に配置され、自身の中心軸を回転中心（回転軸Ｏ２１）として回転することができる。

【0018】

第１部分２１１の上部には、外径が縮径した縮径部２１３が設けれている。縮径部２１３は、母材９の貫通孔９１を挿通している。そして、母材９は、厚さ方向が回転軸Ｏ２１と平行となるように、第１部分２１１と第２部分２１２の間で支持される。このとき、母材９は、軸部材２１と同心的に支持された状態となる。これにより、母材９を軸部材２１ごと回転軸Ｏ２１回りに回転させることができる。

【0019】

軸部材２１には、例えば減速機（図示せず）を介して、モータ２２が連結されている。モータ２２が作動することにより、軸部材２１ごと母材９を回転軸Ｏ２１回りに回転させることができる。なお、スピニング加工装置１では、モータ２２に対する印加電圧を調整することにより、モータ２２の回転数を変更することができる。

【0020】

第１移動機構部６は、成形部４が有する各ローラ４１をＸ軸方向（水平方向）に移動させる部分である。第１移動機構部６は、直動部６１と、モータ６２とを有する。
直動部６１は、ローラ４１と連結され、ローラ４１をＸ軸方向に沿って直進移動させる部分であり、例えば、リニアガイド、ボールねじ等で構成される。

【0021】

モータ６２は、直動部６１と連結されている。モータ６２が作動することにより、その動力が直動部６１を介してローラ４１に伝達される。これにより、ローラ４１をＸ軸方向に移動させることができる。

【0022】

第２移動機構部７は、各ローラ４１をＺ軸方向（鉛直方向）に移動させる部分である。第２移動機構部７は、直動部７１と、モータ７２とを有する。
直動部７１は、ローラ４１と連結され、ローラ４１をＺ軸方向に沿って直進移動させる部分であり、例えば、リニアガイド、ボールねじ等で構成される。

【0023】

モータ７２は、直動部７１と連結されている。モータ７２が作動することにより、その動力が直動部７１を介してローラ４１に伝達される。これにより、ローラ４１をＺ軸方向に移動させることができる。
そして、第１移動機構部６の作動と、第２移動機構部７の作動とを適宜組み合わせることにより、図１～図４に示すように、ローラ４１を母材９に対して接近、離間させたり、ローラ４１による母材９への成形を行うことができる。

【0024】

図６に示すように、制御部８は、回転支持部２、第１移動機構部６および第２移動機構部７と電気的に接続されており、これらの作動を制御することができる。制御部８は、ＣＰＵ８１と、記憶部８２とを有する。ＣＰＵ８１は、例えば、記憶部８２に予め記憶されている制御プログラムを実行することができる。制御プログラムには、例えば、回転支持部２、第１移動機構部６および第２移動機構部７の作動条件（作動タイミング）を制御して、母材９を成形するためのプログラム等が含まれる。

【0025】

成形部４は、回転支持部２によって母材９を回転させた状態で、すなわち、回転工程を維持した状態で、母材９に対して第１成形工程および第２成形工程を順に行う部分である。第１成形工程は、外縁硬化部９２を加圧して、外縁硬化部９２が分布する分布範囲を母材９の厚さ方向、すなわち、Ｚ軸方向に分ける工程である。第２成形工程は、母材９を加圧して、母材９を筒状に成形する工程である。後述するように、成形部４は、第１成形工程では第１成形部４Ａとして機能し、第２成形工程では第２成形部４Ｂとして機能する。

【0026】

成形部４は、アイドルローラである一対のローラ４１と、各ローラ４１を回転可能に支持する軸部材４２とを有する。
一対のローラ４１は、軸部材２１（回転軸Ｏ２１）を介して、Ｘ軸方向に配置されている。これにより、第１成形工程および第２成形工程を行う際、母材９に対し、Ｘ軸方向正側と負側とからローラ４１で力を加えることができ、よって、各成形工程を迅速かつ安定して行うことができる。

【0027】

本実施形態では、各ローラ４１は、短径方向がＺ軸方向と平行に配置されている。また、各ローラ４１は、その外周部のうち、曲率が大きい大曲率部４１１が母材９に押し付けられる。
軸部材４２は、ローラ４１をＺ軸と平行な回転軸Ｏ４２回りに回転可能に支持する。

【0028】

次に、スピニング加工装置１により、母材９が成形されていく過程について説明する。
［１］ まず、図１に示すように、回転支持部２によって母材９が支持された状態とするとともに、ローラ４１同士の間に母材９が配置された状態とする。また、各ローラ４１は、母材９から離間している。
そして、この状態で、回転支持部２を作動させて、母材９を回転させる。母材９の回転は、母材９に対する成形が完了するまで維持される。

【0029】

［２］ 次いで、第１移動機構部６を作動させて、図２に示すように、各ローラ４１を母材９に接近させる。そして、一方のローラ４１の大曲率部４１１をＸ軸方向正側から母材９の外縁硬化部９２に押し付けるとともに、他方のローラ４１の大曲率部４１１をＸ軸方向負側から母材９の外縁硬化部９２に押し付ける。これにより、外縁硬化部９２は、回転軸Ｏ２１側（母材９の中心側）に向かって押圧されて（加圧されて）、Ｚ軸方向正側と負側に広がりつつ変形する。なお、このとき、各ローラ４１は、回転支持部２からの回転力が母材９を介して伝達されて、回転軸Ｏ４２回りに回転する。

【0030】

外縁硬化部９２の変形により、図５に示すように、外縁硬化部９２が分布する分布範囲を、母材９の厚さ方向、すなわち、Ｚ軸方向に分けることができる（第１成形工程）。これにより、外縁硬化部９２のＺ軸方向両側には、外縁硬化部９２の分布範囲が大となる高分布部９２１が形成される。また、高分布部９２１同士の間には、外縁硬化部９２の分布範囲が小となる低分布部９２２が形成される。

【0031】

このように、第１成形工程では、ローラ４１（成形部４）は、外縁硬化部９２が分布する分布範囲をＺ軸方向に分ける第１成形部４Ａとして機能する。
そして、ローラ４１による押圧力の程度にもよるが、本実施形態では、ローラ４１による成形後、非硬化部９３の縁部９３１が低分布部９２２から露出する。これにより、外縁硬化部９２をできる限りＺ軸方向両側に寄せることができ、よって、後述する外縁硬化部９２で生じ得る割れを防止することができる。
なお、高分布部９２１が厚さ方向に対して片側に形成されてもよい。この場合も非硬化部９３の縁部９３１が露出するため、外縁硬化部９２で生じ得る割れを防止することができる。

【0032】

［３］ 次いで、第１移動機構部６および第２移動機構部７を適宜作動させて、図３に示すように、各ローラ４１を母材９の上方に離間させた状態とする。

【0033】

［４］ 次いで、第１移動機構部６および第２移動機構部７を適宜作動させて、図４に示すように、各ローラ４１で母材９を下方、すなわち、Ｚ軸方向負側に向かって加圧して絞り加工を行う。これにより、母材９は、軸部材２１の第１部分２１１の外周部に沿って薄く延ばされて変形することとなり、徐々に円筒状に成形されていく（第２成形工程）。

【0034】

このように、第２成形工程では、ローラ４１（成形部４）は、母材９を加圧して、母材９を筒状に成形する第２成形部４Ｂとして機能する。
そして、第２成形工程が完了すると、図８に示すような、成形品９Ａが得られる。

【0035】

また、スピニング加工装置１では、第１成形部４Ａおよび第２成形部４Ｂとして、共通のローラ４１を用いている。これにより、例えば、成形部４が第１成形工程用のローラと、第２成形工程用のローラとをそれぞれ有する場合に比べて、スピニング加工装置１の装置構成が簡単となる。

【0036】

ところで、第１成形工程を省略した場合、図９に示すような成形品９Ｂが得られる。
成形品９Ａと成形品９Ｂとは、いずれも、板状の底部９４と、円筒状の側壁部９５とを有し、板状の底部９４と反対側が開口した開口部９６が形成されている。また、側壁部９５の厚さは、底部９４の厚さよりも薄い。成形品９Ａと成形品９Ｂとの相違点は、成形品９Ｂには、割れ（亀裂）等の損傷９７が生じている点である。損傷９７が生じる原因としては、以下のことが考えられる。

【0037】

第１成形工程を省略して、回転工程から第２成形工程に移行すると、母材９は、外縁硬化部９２がそのまま成形品９Ｂの開口部９６の上端縁部９８となる。この場合、外縁硬化部９２は、硬化された部分であることと、第２成形工程で厚さが薄く変形していくこととが相まって、当該変形による破断限界を超えると、割れ等の損傷９７が生じる傾向にある。結果、成形品９Ｂは、損傷９７が生じた不良品となるおそれがある。

【0038】

これに対し、成形品９Ａは、回転工程から、第１成形工程を経て、第２成形工程に移行して得られる。この場合、第１成形工程では、非硬化部９３の縁部９３１が外縁硬化部９２の低分布部９２２から露出する。この縁部９３１は、成形品９Ａの開口部９６の上端縁部９８となる。縁部９３１は、外縁硬化部９２ほど硬化されていない。そのため、縁部９３１の厚さを薄く変形していっても、縁部９３１が破断限界を超える前に、成形品９Ａが完成する。これにより、成形品９Ａに損傷９７が生じるを防止することができる。

【0039】

以上、本発明のスピニング加工装置およびスピニング加工方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、スピニング加工装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

【0040】

また、スピニング加工装置１は、前記実施形態では母材９を回転させた状態で成形を行うよう構成されているが、これに限定されず、例えば、母材９を固定した状態で成形を行うよう構成されていてもよい。
また、前記実施形態では、第１成形部４Ａおよび第２成形部４Ｂとして、共通のローラ４１を用いているが、これに限定されない。例えば、第１成形部４Ａおよび第２成形部４Ｂとして、それぞれ、別のローラを用いてもよい。

【0041】

また、ローラ４１の配置数は、前記実施形態では２つであるが、これに限定されず、例えば、１つまたは３つ以上であってもよい。
また、成形品９Ａは、側壁部９５の内周部に歯部が形成されていてもよい。この場合、成形品９Ａは、内歯歯車として用いられる。

【符号の説明】

【0042】

１ スピニング加工装置
２ 回転支持部（支持部）
２１ 軸部材
２１１ 第１部分（第１柱状部）
２１２ 第２部分（第２柱状部）
２１３ 縮径部
２２ モータ
４ 成形部
４１ ローラ
４１１ 大曲率部
６ 第１移動機構部
６１ 直動部
６２ モータ
７ 第２移動機構部
７１ 直動部
７２ モータ
８ 制御部
８１ ＣＰＵ
８２ 記憶部
９ 母材
９Ａ 成形品
９Ｂ 成形品
９１ 貫通孔
９２ 外縁硬化部
９２１ 高分布部
９２２ 低分布部
９３ 非硬化部
９３１ 縁部
９４ 底部
９５ 側壁部
９６ 開口部
９７ 損傷
９８ 上端縁部
Ｏ２１ 回転軸
Ｏ４２ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】