特許 7413036 工作機械

(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】2024-01-04

(45)【発行日】2024-01-15

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240105BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020005435

(22)【出願日】2020-01-16

(65)【公開番号】P2021112747

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-11-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000137856

【氏名又は名称】シチズンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100154003

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】野口 賢次

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏之

(72)【発明者】

【氏名】中谷 尊一

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】実開平０２－０４８２９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５８－０５３３８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる内径を有するとともに各々ワークを把持する２つの把持部を有し、
前記両把持部で各々把持した前記ワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械であって、
前記摩擦圧接時に、より小さい前記内径を有する方の前記把持部に把持された前記ワークを前記両把持部間で支持する支持体を有し、
前記両把持部を各々備える２つの主軸を有し、
より小さい前記内径を有する方の前記把持部を有する前記主軸が、旧材としての前記ワークを受取る背面主軸を構成することを特徴とする工作機械。

【請求項2】

互いに異なる内径を有するとともに各々ワークを把持する２つの把持部と、
より大きい前記内径を有する方の前記把持部に把持された前記ワークを旋削加工する時に当該ワークを支持するガイドブッシュとを有し、
前記両把持部で各々把持した前記ワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械であって、
前記ガイドブッシュは、前記摩擦圧接時に、より小さい前記内径を有する方の前記把持部に把持された前記ワークを前記両把持部間で支持することを特徴とする工作機械。

【請求項3】

互いに異なる内径を有するとともに各々ワークを把持する２つの把持部を有し、
前記両把持部で各々把持した前記ワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械であって、
前記摩擦圧接時に、前記把持部から摩擦接合点までの距離がより長い前記ワークを前記両把持部間で支持する支持体を有し、
前記両把持部を各々備える２つの主軸を有し、
より小さい前記内径を有する方の前記把持部を有する前記主軸が、旧材としての前記ワークを受取る背面主軸を構成することを特徴とする工作機械。

【請求項4】

前記両把持部に各々把持された前記ワークにおける前記摩擦圧接により接合される前のいずれかの接合端面の外周縁部を旋削加工する、請求項１～３の何れか１項に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの把持部で各々把持したワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械が知られている。例えば特許文献１には、このような工作機械として、両把持部が互いに異なる内径を有する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２６９３６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されるように、互いに異なる内径を有する２つの把持部を用いて摩擦圧接を行う場合には、摩擦圧接時に、より小さい内径を有する方の把持部で把持されたワークが芯ぶれし、接合精度が低下する虞がある。またこの場合、摩擦圧接時に、把持部から摩擦接合点までの距離がより長いワークが芯ぶれし、接合精度が低下する虞がある。

【0005】

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、互いに異なる内径を有する２つの把持部を用いた摩擦圧接時にワークを芯ぶれし難くし、接合精度の向上が可能である工作機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様における工作機械は、互いに異なる内径を有するとともに各々ワークを把持する２つの把持部を有し、前記両把持部で各々把持した前記ワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械であって、前記摩擦圧接時に、より小さい前記内径を有する方の前記把持部に把持された前記ワークを前記両把持部間で支持する支持体を有することを特徴とする。

【0007】

本発明の第２の態様における工作機械は、互いに異なる内径を有するとともに各々ワークを把持する２つの把持部と、より大きい前記内径を有する方の前記把持部に把持された前記ワークを旋削加工する時に当該ワークを支持するガイドブッシュとを有し、前記両把持部で各々把持した前記ワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械であって、前記ガイドブッシュは、前記摩擦圧接時に、より小さい前記内径を有する方の前記把持部に把持された前記ワークを前記両把持部間で支持することを特徴とする。

【0008】

本発明の第３の態様における工作機械は、互いに異なる内径を有するとともに各々ワークを把持する２つの把持部を有し、前記両把持部で各々把持した前記ワークを相対回転させて摩擦圧接により接合する工作機械であって、前記摩擦圧接時に、前記把持部から摩擦接合点までの距離がより長い前記ワークを前記両把持部間で支持する支持体を有することを特徴とする。

【0009】

本発明の工作機械は、上記構成において、前記両把持部を各々備える２つの主軸を有し、より小さい前記内径を有する方の前記把持部を有する前記主軸が、旧材としての前記ワークを受取る背面主軸を構成するのが好ましい。

【0010】

本発明の工作機械は、上記構成において、前記両把持部に各々把持された前記ワークにおける前記摩擦圧接により接合される前のいずれかの接合端面の外周縁部を旋削加工するのが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、互いに異なる内径を有する２つの把持部を用いた摩擦圧接時にワークを芯ぶれし難くし、接合精度の向上が可能である工作機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態である工作機械を示す概略図である。

【図2】図１に示す工作機械の動作を説明する図であり、旧材となったワークの端部を処理した状態を示す。

【図3】図１に示す工作機械の動作を説明する図であり、新材として供給されたワークの接合端面を処理した状態を示す。

【図4】図１に示す工作機械の動作を説明する図であり、摩擦圧接による接合が完了した状態を示す。

【図5】本発明の第２実施形態である工作機械の動作を説明する図であり、旧材となったワークの端部を処理した状態を示す。

【図6】図５に示す工作機械の動作を説明する図であり、新材として供給されたワークの接合端面を処理した状態を示す。

【図7】図５に示す工作機械の動作を説明する図であり、摩擦圧接による接合が完了した状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態である工作機械について詳細に例示説明する。

【0014】

図１に示す本発明の第１実施形態である工作機械１は、２つのワークＷを摩擦圧接により接合する機能と、両ワークＷを摩擦圧接により接合した接合材Ｗ３（図４参照）を旋削加工する機能とを有している。工作機械１は、例えば、ＣＮＣ旋盤等の旋盤に摩擦圧接の機能を付加して構成される。

【0015】

工作機械１は、各々ワークＷを操作する２つのワーク操作部２を有している。各々のワーク操作部２は、ワークＷを把持する把持部３ａを備えるチャック３と、チャック３を一体に支持する主軸４とを有している。主軸４は、図示しない駆動源としての電動モータにより主軸台５に対して回転することができる。

【0016】

各々のチャック３は、チャックスリーブ６の内側に収容されている。各々のチャック３の把持部３ａは、チャックスリーブ６が主軸４の先端側に向けてスライド移動すると閉じられ、チャックスリーブ６が主軸４の基端側に向けてスライド移動すると開かれる。なお、各々のチャック３の開閉機構はこれに限らない。主軸４は、チャック３を開いた開放状態としてワークＷを挿入し、チャック３を閉じた閉止状態とすることによってワークＷを把持することができる。

【0017】

各々のワーク操作部２は、主軸台５を基台７に対して主軸４の回転軸線Ｏと平行な方向であるＺ軸方向に移動する移動駆動装置８を有している。各々の移動駆動装置８は、例えば、駆動源としての電動モータ（不図示）と、駆動力伝達機構としてのボールねじ機構（不図示）とを有する。各々の移動駆動装置８は、主軸台５をＺ軸方向以外の方向にも移動可能に構成されてもよい。なお、両ワーク操作部２の何れか一方を、移動駆動装置８を設けずに基台７に固定した構成としてもよい。

【0018】

工作機械１は、ワークＷを旋削加工する加工部９（図２、図３参照）を有している。加工部９は、選択された適切な工具１０をワークＷに対して移動させる刃物台１１を有している。刃物台１１によって工具１０は、例えば、ワークＷに対して相対的に切込み方向となるＸ軸方向（図１の上下方向）に移動され、また、ワークＷに対して相対的に送り方向となるＺ軸方向に移動される。工具１０の切込み方向への相対移動は、例えば図示しない工具駆動装置によってなされる。工具１０の送り方向への相対移動は、例えば移動駆動装置８によってなされる。

【0019】

一方の主軸４は新材供給部１２から供給される新材Ｗ１としてのワークＷを受取る正面主軸１３を構成している。他方の主軸４は正面主軸１３から旧材Ｗ２としてのワークＷもしくは製品Ｐとして加工されたワークＷを受取る背面主軸１４を構成している。背面主軸１４は正面主軸１３によって製品Ｐとして加工されたワークＷを受取るため、正面主軸１３よりも小さく形成されている。したがって、背面主軸１４が備えるチャック３の把持部３ａの内径Ｄは、製品Ｐとして加工されたワークＷを受取る場合と旧材Ｗ２として加工されたワークＷを受取る場合とで同じであり、正面主軸１３が備えるチャック３の把持部３ａの内径Ｄよりも小さい。

【0020】

新材供給部１２は正面主軸１３の後方に配置されている。新材供給部１２は、新材Ｗ１の後端を把持するフィンガー１２ａと、フィンガー１２ａをＺ軸方向に駆動する駆動ロッド１２ｂとを有している。新材供給部１２は、正面主軸１３に新材Ｗ１を順次供給することができる。新材Ｗ１の外径は正面主軸１３の把持部３ａの内径Ｄに適合している。

【0021】

工作機械１は、後述する一連の加工を行うように両主軸４（チャック３の開閉機構と回転の駆動源）、両移動駆動装置８、加工部９及び新材供給部１２を制御する制御部１５を有している。制御部１５は、例えば、プロセッサとメモリとを有するコンピュータで構成することができる。

【0022】

工作機械１は、正面主軸１３で把持した新材Ｗ１に所定の旋削加工を施し、その後に突切加工を施すことで、製品Ｐを加工する。図２に示すように、工作機械１は、新材Ｗ１からの所定個数の製品Ｐの加工が完了すると、旧材Ｗ２となったワークＷを正面主軸１３で把持して当該ワークＷの端部Ｗａを、背面主軸１４が備えるチャック３の把持部３ａの内径Ｄに適合する外径に旋削加工する。これにより、工作機械１は、図３に示すように、旧材Ｗ２の旋削加工された端部Ｗａを背面主軸１４の把持部３ａに把持できる。その後、工作機械１は、新材Ｗ１を新材供給部１２から正面主軸１３に供給する。

【0023】

さらに、工作機械１は、両把持部３ａに各々把持されたワークＷにおける摩擦圧接により接合される前のいずれかの接合端面Ｗｂの外周縁部Ｗｃを旋削加工する。これにより、図４に示すように、両把持部３ａで各々把持したワークＷを相対回転させて摩擦圧接により接合した時にバリＷｄが生じても、発生場所が外周縁部Ｗｃに形成された溝の内部であるので、その後の接合材Ｗ３の加工時に支持体１６や正面主軸１３の把持部３ａにバリＷｄが引掛かることを抑制することができる。なお、図２～図４においては、両主軸４の全体は図示せずに、両チャック３のみを示している。

【0024】

図１及び図４に示すように、本実施形態では工作機械１は、摩擦圧接時に、背面主軸１４の把持部３ａに把持されたワークＷを両把持部３ａ間で支持する支持体１６を有している。また本実施形態では支持体１６は、摩擦圧接時に、把持部３ａから摩擦接合点（つまり接合端面Ｗｂ）までの距離Ｌがより長いワークＷを両把持部３ａ間で支持する。旧材Ｗ２は、１つ以上の製品Ｐを加工できる長さを有しており、把持部３ａから接合端面Ｗｂまでの距離Ｌが新材Ｗ１よりも長い。支持体１６は、旧材Ｗ２の外径に適合する開口１７ａを有する筒部材１７で構成されており、例えば、高精度で回転可能なブッシュやベアリングである。なお旧材Ｗ２と新材Ｗ１の外径は同じである。筒部材１７は例えば、刃物台１１に搭載され、摩擦圧接時に選択されて刃物台１１によって移動される。また、開口１７ａと旧材Ｗ２は、ほぼ同径が望ましい。

【0025】

工作機械１は、背面主軸１４で把持した旧材Ｗ２を支持体１６の開口１７ａに通し、旧材Ｗ２を支持体１６で支持した状態で摩擦圧接を行うことができる。なお、摩擦圧接とは、両主軸４を相対回転させ、両ワークＷの接合端面Ｗｂを所定の摩擦圧力で押圧することで両接合端面Ｗｂ間に摩擦熱を生じさせた後、両主軸４の相対回転を停止させて所定のアプセット圧力で押圧することで接合端面Ｗｂを接合する従来公知の技術であり、詳細な説明は割愛する。

【0026】

このように、本実施形態に係る工作機械１は、互いに異なる内径Ｄを有するとともに各々ワークＷを把持する２つの把持部３ａを有しており、両把持部３ａで各々把持したワークＷを相対回転させて摩擦圧接により接合するように構成されている。また、工作機械１は、摩擦圧接時に、より小さい内径Ｄを有する方の把持部３ａに把持され且つ把持部３ａから接合端面Ｗｂまでの距離Ｌがより長いワークＷを両把持部３ａ間で支持する支持体１６を有している。したがって、摩擦圧接時にワークＷを芯ぶれし難くし、接合精度を向上させることができる。

【0027】

また、上述したように工作機械１は、両把持部３ａを各々備える２つの主軸４を有しており、より小さい内径Ｄを有する方の把持部３ａを有する主軸４が、旧材Ｗ２としてのワークＷを受取る背面主軸１４を構成している。したがって、工作機械１は、製品Ｐの加工を終え旧材Ｗ２となったワークＷと新材Ｗ１としてのワークＷとを摩擦圧接することができる。

【0028】

また、上述したように工作機械１は、両把持部３ａに各々把持されたワークＷにおける摩擦圧接により接合される前のいずれかの接合端面Ｗｂの外周縁部Ｗｃを旋削加工するように構成されている。したがって、摩擦圧接によって径方向外側に突出するバリＷｄが生じることを抑制し、その後のスムーズな加工を実現することができる。

【0029】

上述した実施形態に代えて、図５～図７に示す本発明の第２実施形態のように、より大きい内径Ｄを有する方の把持部３ａに把持されたワークＷを旋削加工する時に当該ワークＷを支持するガイドブッシュ１８で支持体１６の機能を実現してもよい。なお、図５～図７においては、図１～図４に示した要素に対応する要素に同一の符号を付している。

【0030】

本実施形態では、工作機械１は、図５に示すように、正面主軸１３で把持した新材Ｗ１をガイドブッシュ１８で支持した状態で、所定の旋削加工を施し、その後に突切加工を施すことで、製品Ｐを加工することができる。また、工作機械１は、図６に示すように、正面主軸１３で把持した新材Ｗ１をガイドブッシュ１８で支持した状態で、新材Ｗ１の接合端面Ｗｂの外周縁部Ｗｃを旋削加工することができる。また、工作機械１は、図７に示すように、背面主軸１４で把持した旧材Ｗ２をガイドブッシュ１８に通し、旧材Ｗ２をガイドブッシュ１８で支持した状態で摩擦圧接を行うことができる。

【0031】

このように、本実施形態に係る工作機械１は、ガイドブッシュ１８が、摩擦圧接時に、より小さい内径Ｄを有する方の把持部３ａに把持され且つ把持部３ａから接合端面Ｗｂまでの距離Ｌがより長いワークＷを両把持部３ａ間で支持するように構成されている。したがって、簡単な構成でワークＷの加工精度を向上させることができる。

【0032】

本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【0033】

例えば、支持体１６は前記の実施形態においては、より小さい内径Ｄを有する方の把持部３ａに把持され且つ把持部３ａから接合端面Ｗｂまでの距離Ｌがより長いワークＷを支持するように構成されているが、これに限らない。例えば、支持体１６は、より小さい内径Ｄを有する方の把持部３ａに把持され且つ把持部３ａから接合端面Ｗｂまでの距離Ｌがより短いワークＷを支持するように構成されてもよいし、より大きい内径Ｄを有する方の把持部３ａに把持され且つ把持部３ａから接合端面Ｗｂまでの距離Ｌがより長いワークＷを支持するように構成されてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ 工作機械
２ ワーク操作部
３ チャック
３ａ 把持部
４ 主軸
５ 主軸台
６ チャックスリーブ
７ 基台
８ 移動駆動装置
９ 加工部
１０ 工具
１１ 刃物台
１２ 新材供給部
１２ａ フィンガー
１２ｂ 駆動ロッド
１３ 正面主軸
１４ 背面主軸
１５ 制御部
１６ 支持体
１７ 筒部材
１７ａ 開口
１８ ガイドブッシュ
Ｏ 回転軸線
Ｗ ワーク
Ｗａ ワークの端部
Ｗｂ 接合端面（摩擦接合点）
Ｗｃ 接合端面の外周縁部
Ｗｄ バリ
Ｗ１ 新材
Ｗ２ 旧材
Ｗ３ 接合材
Ｐ 製品
Ｄ 内径
Ｌ 距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】