JP2005095954A

JP2005095954A - 回転軸の製造方法

Info

Publication number: JP2005095954A
Application number: JP2003335147A
Authority: JP
Inventors: Yasuoki Mizutani; 保起水谷; Hiroyuki Sugie; 宏之杉江
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-14
Also published as: EP1518632A3; US20050067465A1; EP1518632A2

Abstract

【課題】部材同士を摩擦圧接した接合部の強度を向上させることができる回転軸の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】オーガの材料として、３つの中実丸棒を、本体部材４１、上部軸部材４２および下部軸部材４３として用意し、それぞれの端面同士を摩擦圧接により同軸上に接合する。次に、旋盤による旋削加工を行ない、螺旋刃３１ａ、スプライン３３ａ等を形成する。さらに、摩擦圧接された接合面３４の外周縁３４ａを含む隅部３５および摩擦圧接された接合面３６の外周縁３６ａを含む隅部３７に対して、バニシング加工を施す。バニシング加工は、スパロール５０のローラ支持軸心５４回りに回転自在なローラ５５を、回転するオーガの隅部３５および３７に向かって、矢印Ａ方向に押圧する。
ローラバニシング加工を、所定の時間間隔をあけて同一箇所に２回行うようにしてもよい。
【選択図】図２

Description

この発明は、回転軸本体と、この回転軸本体に対して同軸上に接合される軸部とを有する回転軸の製造方法に関し、特に、オーガ式製氷機のオーガの製造方法に関する。

オーガ式製氷機のオーガのように、一般にトルク伝達に用いられる金属製回転軸は、直径が一様な中空丸棒、中実丸棒に限られるものではない。例えば、オーガの場合、両端のオーガ軸部と、螺旋刃を有するオーガ本体部とでは、直径の大きさがそれぞれ異なるものである。このオーガのように、回転軸を均一な直径のひとつの丸棒から旋削等により成形しようとすると、直径の小さい軸部を加工する際に大量の旋削が必要となり、材料に対する製品の歩留まりが著しく低くなってしまう。また、多大な加工時間を要することになる。
そのため、両軸部、オーガ本体部のそれぞれの直径に対応した丸棒を用意し、これらを互いに摩擦圧接して接合する方法が特許文献１に開示されている。この摩擦圧接の方法によれば、余分な材料が少なくなり材料費が低減するとともに、加工時間も短くなり工数低減につながる。

特開平８−３５７５１号公報

しかしながら、摩擦圧接した接合部は、回転軸の母材に比べて強度が低下するという問題点がある。また、オーガのように、接合する部材同士の径が異なる異径丸棒を接合する場合、接合部が応力集中を生じる隅部（フィレット部）と重なるために、接合部の強度が問題になる。

この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、部材同士を摩擦圧接した接合部の強度を向上させることができる回転軸の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る回転軸の製造方法は、回転軸本体と、この回転軸本体に対して同軸上に接合される軸部とを有する回転軸の製造方法において、対向する回転軸本体の端面と軸部の端面とを互いに摩擦圧接によって接合した後、摩擦圧接によって接合した接合部位にローラバニシング加工を施すことを特徴とするものである。
また、ローラバニシング加工は、時間間隔をあけて複数回、施されるものにしてもよい。

この発明によれば、摩擦圧接によって接合した接合部位にローラバニシング加工を施すので、接合部の強度を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態では、発明に係る回転軸として、オーガ式製氷機のオーガを例示して説明するものである。
図１に、オーガ式製氷機の製氷機構部の構成を示す。
円筒状の冷却筒１の内部には、外周に螺旋状に設けられた螺旋刃３１ａを有するオーガ３が配置され、上下端部において回転可能に支持されている。
オーガ３は、螺旋刃３１ａを備えた本体部３１、本体部３１より外径の小さい上部軸部３２および下部軸部３３から構成されている。上部軸部３２は軸受４により回転自在に支持されている。また、下部軸部３３も回転自在に支持され、さらに端部にはスプライン３３ａが形成され、このスプライン３３ａを介して、減速機および駆動モータを備えたギヤードモータ２に連結されている。
一方、冷却筒１の上部には、圧縮通路５ａを有する固定刃５が設けられている。

次に、オーガ３の製造方法を図２に基づいて説明する。
まず、いずれもステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる３つの中実丸棒を、本体部材４１、上部軸部材４２および下部軸部材４３として用意する。これらの部材は、それぞれ、完成したオーガ３の本体部３１、上部軸部３２および下部軸部３３を形成する。
上部軸部材４２、下部軸部材４３は、その直径がそれぞれ本体部材４１の直径よりも小さい材料を用いている。
本体部材４１の一方の端面４１ａと、上部軸部材４２の対向する端面４２ａを、中心軸を一致させてすなわち同軸上に摩擦圧接により接合する。具体的には、端面４１ａおよび端面４２ａを突き合わせ、加圧した状態で、一方の部材、例えば、上部軸部材４２を回転させ、相対回転運動による摩擦熱を利用して接合面を加熱させる。上部軸部材４２および本体部材４１が軟化状態になったときに、相対回転を停止して、アップセット圧力を加えて両者を圧接する。

例えば、摩擦圧接する部材間の相対回転数２０００ｒｐｍ、摩擦圧力１２０ＭＰａ程度で、寄り代５．３ｍｍになるまで両部材の接合面を摩擦して加熱した後、アップセット圧力１８０ＭＰａ程度、アップセット時間１０秒で、両部材を圧接する。
本体部材４１と上部軸部材４２とは、直径が異なるため段付き状態で接合される。
同様に、本体部材４１の他方の端面４１ｂと、下部軸部材４３の対向する端面４３ａとを摩擦圧接により同軸上に接合する。

このようにして、摩擦圧接により３つの部材が接合されて、一体になったオーガ３の部材が形成された後、旋盤による旋削加工が行われ、螺旋刃３１ａ、スプライン３３ａ等が形成され、摩擦圧接されたオーガ３の外観形状が形成される。この際、摩擦圧接された接合面３４の外周縁３４ａ、接合面３６の外周縁３６ａは、それぞれオーガ３の外周面に現れてくることになる。

次に、外周縁３４ａを含む隅部３５および外周縁３６ａを含む隅部３７に対して、バニシング加工を施す。すなわち、摩擦圧接によって接合した接合部位にローラバニシング加工が行われる。
バニシング加工は、詳細には図３よび４に示すスパロール５０を、回転するオーガ３の隅部３５および３７に向かって、矢印Ａ方向に押圧する。
図３に示されるように、スパロール５０は、ボディ５１の先端にヘッドジョイント５２を介してローラホルダ５３が接続されている。ローラホルダ５３には、ボディ５１の長手方向に垂直なローラ支持軸心５４まわりに回転自在なローラ５５が設けられている。ローラ５５は、外周部５５ａがテーパ状に尖った円板状であって、テーパ状に尖った先端の外周端５５ｂは、Ｒ１の角丸みをもつように形成されている。
ボディ５１の後端には、ローラ５５をワークに押圧したときの初期押しつけ荷重を調整するためのプリロード調整ノブ５６が設けられている。また、ボディ５１にはシャンク５７が取り付けられていて、ボディ５１を位置決めできるように構成されている。

例えば、ＮＣ旋盤のツールとしてこのスパロール５０を取付け、ワークとして取り付けたオーガ３を回転させ、ローラ５５の外周端５５ｂをまず隅部３５に押しつける。ローラ５５は、隅部３５の表面を押圧しながらローラ支持軸心５４を中心に回転する。摩擦圧接された接合部位を含む隅部３５の表面は加圧され、塑性変形して平滑に仕上げられる。
隅部３７についても、スパロール５０を用いて同様な処理を行う。
なお、上述したローラバニシング加工を行う際のローラ５５の押し込み量（バニシ量）は、０．０４〜０．０７ｍｍである。

このように、３つの部材の対向する端面を摩擦圧接によって接合すると、摩擦圧接時の摩擦圧力やアップセット圧力によって、接合面３４および３６には圧縮残留応力が発生する。さらに、オーガ３を切削加工した後、オーガ３の隅部３５および３７の表面上に現れる摩擦圧接の接合部位にローラバニシング加工を施すと、摩擦圧接なしに単独でローラバニシング加工を行った場合に比べ、さらに高い圧縮残留応力をオーガ３の内部の深いところまで発生させることができ、オーガ３の強度を向上させることができる。
また、ローラバニシング加工を施した表面において、硬度も向上させることができる。
さらに、このようなローラバニシング加工を行うためには、特殊な工作機械を必要せず、また段取り時間や加工時間も短くて済む。このため、コストをあまりかけることなく安定した強度を有するオーガ３を得ることができる。
図３および４に示されるように、スパロール５０は、ローラ５５の外周端５５ｂが尖っており、かつローラ５５のワーク接触部に対して、ローラ５５周辺形状が引っ込んだ形状を有するので、隅部３５および３７においても、容易にローラバニシング加工を行うことができる。

なお、摩擦圧接によって接合した接合部位にローラバニシング加工を行うことで接合部位の強度を向上させることができるものであり、ローラバニシング加工を行う接合部位は隅部３５および３７のような狭所に限定されるものではない。また、直径の同一な部材を用いて摩擦圧接した接合部位にローラバニシング加工を行ってもよい。

実施の形態２．
実施の形態１においては、摩擦圧接による材料接合、旋盤加工による成形を行った後、ローラバニシング加工を一回施したが、この実施の形態では、図５に示されるように、ローラバニシング加工を、所定の時間間隔をあけて同一箇所に２回行うようにしたものである。
この時間間隔としては、１〜２ケ月であることが望ましい。
ローラバニシング加工は、同じ箇所に複数回行うと疲労強度を向上させることができるが、あまり多く行うと、逆に効果が低下する。また、時間間隔をあけずに連続的にローラバニシング加工を複数回おこなうと、疲労強度も向上の効果が低下してしまう。そこで、上述のようにローラバニシング加工を、１〜２ケ月という長期間にわたる時間的間隔をあけて、同一箇所に２回行うと、疲労強度が向上することが知見された。
なお、この実施の形態では、時間間隔をあけた２回のローラバニシング加工を行ったが、加工材料の種類、大きさ等に応じて、時間間隔をあけて、ローラバニシング加工を３回以上行ってもよい。

上述した実施の形態１および２ではオーガ式製氷機のオーガの製造方法を例にあげて説明したが、この発明に係る回転軸の製造方法は、オーガ式製氷機のオーガの製造に利用できるだけでなく、複数の部材を摩擦圧接して接合した部材において、接合部の強度向上を必要とするものであれば、広く適用することが可能である。

この発明の実施の形態１に係る製造方法で生産したオーガを用いたオーガ式製氷機の構成を示す概略図である。図１のオーガの製造方法の工程を説明する工程図である。ローラバニシング加工を施すツールとして用いられるスパロールの構造を示す側面図である。図３の矢視Ｂから見た図である。この発明の実施の形態２に係るオーガの製造方法の工程を説明する工程図である。

符号の説明

４１（３１）本体部材（回転軸本体）、４２（３２）上部軸部材（軸部）、４３（３３）下部軸部材（軸部）、４１ａ，４１ｂ端面（回転軸本体の端面）、４２ａ，４３ａ端面（軸部の端面）、３５，３７隅部、３４ａ，３６ｂ外周縁（接合部位）。

Claims

回転軸本体と、この回転軸本体に対して同軸上に接合される軸部とを有する回転軸の製造方法において、
対向する、前記回転軸本体の端面と、前記軸部の端面とを互いに摩擦圧接によって接合した後、
前記摩擦圧接によって接合した接合部位にローラバニシング加工を施すことを特徴とする回転軸の製造方法。
前記ローラバニシング加工は、時間間隔をあけて複数回、施されることを特徴とする請求項１に記載の回転軸の製造方法。