WO2018012149A1

WO2018012149A1 - 機械加工用治具、及び加工方法

Info

Publication number: WO2018012149A1
Application number: PCT/JP2017/021045
Authority: WO
Inventors: 朝之伊志嶺; 博文木口
Original assignee: 住友電気工業株式会社; 住友電工焼結合金株式会社
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-01-18
Also published as: CN109562498B; EP3486030B1; US20190314941A1; CN109562498A; JPWO2018012149A1; EP3486030A1; EP3486030A4; JP6823655B2; US10737361B2

Abstract

機械加工用治具は、加工素材の外周面を部分的に除去する工具に対して加工素材を保持するものであって、加工素材の外形と相似形の内周面と、加工素材の軸方向に沿って傾斜する第一傾斜部を有する外周面とを備える第一治具と、第一傾斜部に嵌合する第二傾斜部を有する内周面を備える第二治具と、第二治具を同軸状に固定する台座と、第一傾斜部の大径側と第二傾斜部の小径側とが互いに近接および離反可能なスライド機構とを備える。機械加工用治具は、スライド機構により第二傾斜部の小径側で第一傾斜部の大径側を押圧し、加工素材の外周面のうち工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与する

Description

機械加工用治具、及び加工方法

本開示は機械加工用治具、及び加工方法に関する。本出願は２０１６年７月１２日出願の日本特許出願第２０１６－１３８０４３号に基づく優先権を主張し、前記日本特許出願に記載された全ての内容を援用する。

特許文献１には、金型成形が困難な部品を製造する方法として、粉末原料を金型潤滑成形（金型に潤滑剤を付着させて成形）して得られた成形体に切削又は研削等の機械加工を施し、その機械加工を施した成形体を焼結する方法が開示されている。この方法では、焼結体よりも硬度の低い成形体に機械加工を施すことで、機械加工を容易にしている。

特開２００４－３２３９３９号公報

本開示に係る機械加工用治具は、加工素材の外周面を部分的に除去する工具に対して加工素材を保持する機械加工用治具であって、加工素材の外形と相似形の内周面と、加工素材の軸方向に沿って傾斜する第一傾斜部を有する外周面とを備える第一治具と、第一傾斜部に嵌合する第二傾斜部を有する内周面を備える第二治具と、第二治具を同軸状に固定する台座と、第一傾斜部の大径側と第二傾斜部の小径側とが互いに近接および離反可能なスライド機構とを備える。機械加工用治具は、スライド機構により第二傾斜部の小径側で第一傾斜部の大径側を押圧し、加工素材の外周面のうち工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与する。
本開示に係る加工方法は、工具で加工素材の外周面を部分的に除去する加工方法であって、本開示に係る機械加工用治具で加工素材の外周面のうち工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与し、その圧縮応力を付与した状態で加工する。

図１は、実施形態１の機械加工用治具を示す概略断面斜視図である。図２は、実施形態１の機械加工用治具を示す概略分解斜視図である。図３は、実施形態１の機械加工用治具を示す概略断面模式図である。図４は、実施形態１の機械加工用治具を用いて機械加工を施す加工素材と、機械加工を施して得られた加工物とを示す概略斜視図である。図５は、実施形態２の機械加工用治具を示す概略断面模式図である。図６は、試験例１における試料Ｎｏ．１－１の歯を示す工具顕微鏡写真である。図７は、試験例１における試料Ｎｏ．１－１１の歯を示す工具顕微鏡写真である。

焼結部品の生産性の向上等を目的として、加工速度を速くする等の厳しい条件での機械加工が要望されている。しかし、焼結前の成形体により厳しい条件で機械加工を施すと、成形体の一部が欠ける等して良好な品質を維持できない虞がある。

そこで、機械加工による欠けを低減し高品質な加工物を効率的に得られる機械加工用治具を提供することを目的の一つとする。また、機械加工による欠けを低減し高品質な加工物を効率的に得られる加工方法を提供することを別の目的の一つとする。

最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

［実施形態の説明］
（１）本開示にかかる機械加工用治具は、加工素材の外周面を部分的に除去する工具に対して前記加工素材を保持する機械加工用治具であって、前記加工素材の外形と相似形の内周面と、前記加工素材の軸方向に沿って傾斜する第一傾斜部を有する外周面とを備える第一治具と、前記第一傾斜部に嵌合する第二傾斜部を有する内周面を備える第二治具と、前記第二治具を同軸状に固定する台座と、前記第一傾斜部の大径側と前記第二傾斜部の小径側とが互いに近接および離反可能なスライド機構とを備える。前記スライド機構により前記第二傾斜部の小径側で前記第一傾斜部の大径側を押圧し、前記加工素材の外周面のうち前記工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与する。

上記機械加工用治具は、加工素材の外周面のうち工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与できるため、その圧縮応力を付与した状態で加工素材に機械加工を施すことで、機械加工によって加工素材に欠け等が発生することを抑制できる。加工素材に切削や研削等の機械加工を施すと、一般的に、加工素材の表面のうち工具で除去する箇所近傍に引張応力が発生する。この引張応力は、加工素材を構成する粉末粒子間の結合を切るように働くものであり、機械加工によって加工素材に欠け等の発生を招き得るものである。そこで、上記機械加工用治具で加工素材に圧縮応力を付与することで、機械加工によって生じる引張応力を相当程度打ち消すことができ、機械加工による欠け等を低減し高品質な加工物を得ることができる。

上記機械加工用治具は、スライド機構により第二傾斜部の小径側で第一傾斜部の大径側を押圧することで、第一治具の内周面で加工素材に圧縮応力を容易に付与することができる。加工素材に直接的に圧縮応力を付与する第一治具が、加工素材の外形と相似形の内周面を備えることで、加工素材の全周に亘って連続的に圧縮応力を付与できる。上記機械加工用治具は、圧縮応力を付与した状態で機械加工を施すことができるため、加工速度を速くする等の厳しい条件での機械加工でも欠け等の発生を抑制でき、高品質な加工物を効率的に得られる。

（２）上記機械加工用治具の一例として、前記第一治具は、前記第一傾斜部の大径側が前記第二傾斜部の小径側に近接するに伴い縮径するように、内周面の軸方向に形成されたスリットを備えることが挙げられる。

第一治具にスリットを設けることで、第一傾斜部の大径側が第二傾斜部の小径側に近接するに伴い第一治具が縮径し易く、第一治具によって加工素材に圧縮応力を付与し易い。

（３）上記機械加工用治具の一例として、前記スライド機構は、前記第二傾斜部の大径側に連続して形成される雌ねじ部と、前記台座に設けられて、前記雌ねじ部に螺合する雄ねじ部とを備えることが挙げられる。

上記機械加工用治具は、加工素材の外周面のうち工具によって除去したい箇所を適切に加工できるように、第一治具の内周面で加工素材の除去する箇所近傍に圧縮応力を付与し、加工素材を工具に対して保持する。スライド機構を第二治具及び台座に設けることで、スライド機構により第二傾斜部の小径側で第一傾斜部の大径側を押圧する際に、加工素材が工具に対して保持した位置からずれることを防止できる。よって、加工素材の外周面のうち工具によって除去したい箇所に確実に機械加工を施すことができ、高品質な加工物を得易い。

（４）上記機械加工用治具の一例として、前記スライド機構は、前記第一傾斜部に設けられた雄ねじ部と、前記第二傾斜部に設けられて、前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部とを備えることが挙げられる。

スライド機構を第一治具及び第二治具に設けることで、第二治具とこの第二治具を固定する台座とを一体成形物とすることができ、機械加工用治具を第一治具と第二治具（台座の機能を兼ね備える）との二つの部材で構成することができる。

（５）上記機械加工用治具の一例として、前記機械加工用治具は、前記加工素材の外周面にアンダーカット形状を形成するための治具であることが挙げられる。

上記機械加工用治具は、金型成形が困難なアンダーカット形状を機械加工するのに好適に利用可能である。上記機械加工用治具は、欠け等が非常に少ない、好ましくは欠け等が実質的に存在しない高品質なアンダーカット形状が施された加工物を得ることができる。

（６）本開示に係る加工方法は、工具で加工素材の外周面を部分的に除去する加工方法であって、上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の機械加工用治具で前記加工素材の外周面のうち前記工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与し、その圧縮応力を付与した状態で加工する。

上記加工方法は、上述した機械加工用治具を用いて加工素材に圧縮応力を付与した状態で機械加工を施すため、機械加工による欠け等を低減し高品質な加工物を得ることができる。

［実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本開示の実施形態に係る機械加工用治具、及びこの機械加工用治具を用いた加工方法を詳細に説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。

≪実施形態１≫
図１～４を参照して、実施形態１の機械加工用治具１を説明する。実施形態１の機械加工用治具１は、図１に示すように、加工素材１００の外周面を部分的に除去する工具２００に対して加工素材１００を保持するものであり、第一治具１０と、第二治具２０と、台座３０と、スライド機構４０とを備える。第一治具１０は、加工素材１００の外形と相似形の内周面１２と、第一傾斜部１４ａを有する外周面１４とを備える。第二治具２０は、第一治具１０の外方に配置され、第一傾斜部１４ａに嵌合する第二傾斜部２２ａを有する内周面２２を備える。実施形態１の機械加工用治具１は、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳ（図３）で第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬ（図３）を押圧し、加工素材１００の外周面のうち工具２００で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与することを特徴の一つとする。加工素材１００に圧縮応力を付与した状態で機械加工を施すことで、機械加工による欠け等を低減し高品質な加工物が得られる。以下、加工素材１００、及び実施形態１の機械加工用治具１を用いて得られる加工物３００の構成について先に説明し、その後に機械加工用治具１の各構成について詳しく説明する。

〔加工素材及び加工物〕
実施形態１では、加工素材１００が、図１，４に示すように、径の異なる二段の波付面を有する成形体（焼結前の圧粉成形体）である形態を説明する。加工素材１００は、図４の上図に示すように、一端側の大径部１２０に大歯部１２０ｄから構成される波付面と、他端側から大径部１２０までの長さを有する小径部１４０に小歯部１４０ｄから構成される波付面とを有する。実施形態１では、この小径部１４０の外周面のうち大径部１２０側の外周面に機械加工を施して、小歯部１４０ｄを含む加工素材１００の外周面を部分的に除去する。これにより、図４の下図に示すように、一端側の外周に大歯部３２０ｄ（１２０ｄと同様）を有する大径部３２０（１２０と同様）と、他端側の外周に小歯部３４０ｄ（１４０ｄと同様）を有する小径部３４０（１４０と同様）と、大径部３２０と小径部３４０との間に小径部３４０よりも小径の円筒部３６０とを備える加工物３００（二枚歯スプロケット）が得られる。

〔機械加工用治具〕
・第一治具
第一治具１０は、両端面が開口した筒状部材であり（図２を参照）、加工素材１００の外形と相似形の内周面１２と、加工素材１００の軸方向に沿って傾斜する第一傾斜部１４ａを有する外周面１４とを備える。第一治具１０は、図３に示すように、第二治具２０により内側に押圧されることで、加工素材１００の外周面に密着して圧縮応力を付与する機能を有する。

第一治具１０の内周面１２は、図１，２に示すように、加工素材１００の外形と相似形である。本例では、内周面１２は、加工素材１００の小径部１４０（図４）の外形と相似形であり、スプロケットの歯形状になっている。また、内周面１２は、その軸方向（図１の上下方向）の全長に亘って加工素材１００の外形と相似形になっている。内周面１２は、少なくとも加工素材１００と接する部分が加工素材１００の外形と相似形であればよく、加工素材１００と接しない部分は滑らかな面であってもよい。

第一治具１０の内周面１２は、その軸方向の一部分の領域が加工素材１００と接触して圧縮応力を付与する圧縮面となっている。本例では、内周面１２は、図３に示すように、一端側（図３の上側）から略中央部分までに加工素材１００と接触して圧縮応力を付与する圧縮面１２ａと、略中央部分から他端側（図３の下側）までに加工素材１００とは接触せずに、台座３０に嵌められる嵌合面１２ｂとを備える。内周面１２には、圧縮面１２ａと嵌合面１２ｂとで歯たけに相当する段差を形成する段差面１２ｃ（図３）が形成されている。

第一治具１０の外周面１４は、図１，３に示すように、加工素材１００の軸方向に沿って傾斜する第一傾斜部１４ａを有する。第一傾斜部１４ａは、内周面１２の圧縮面１２ａ側から嵌合面１２ｂ側に向かって連続的に拡径する傾斜面となっている。本例では、第一傾斜部１４ａは、外周面１４の一端から他端までの全長（加工素材１００の軸方向の全長）に亘って連続的に傾斜する円錐台状の面としている。第一傾斜部１４ａは、少なくとも内周面１２の圧縮面１２ａと対向する部分が傾斜していればよく、内周面１２の嵌合面１２ｂと対向する部分は傾斜していなくてもよい。

第一治具１０は、所定位置（本例では、後述する台座３０の載置面３４ａ）に配置したとき、加工素材１００の外周面のうち工具２００で除去する箇所が露出されると共に、加工素材１００の除去箇所近傍に内周面１２の圧縮面１２ａが接触するような高さを有する（図１を参照）。

第一治具１０は、図１，２に示すように、各歯間において内周面１２の圧縮面１２ａ側から嵌合面１２ｂ側に向かってスリット１６を備える。スリット１６は、第一治具１０が第二治具２０により内側に押圧されると、その間隔が狭まることで、第一治具１０の縮径に寄与する。第一治具１０が縮径することで、第一治具１０の内周面１２が加工素材１００の外周面に密着して圧縮応力を付与し易い。

・第二治具
第二治具２０は、両端面が開口した筒状部材であり（図２を参照）、第一傾斜部１４ａに嵌合する第二傾斜部２２ａを有する内周面２２を備える。第二治具２０は、図３に示すように、スライド機構４０を介して台座３０に回転可能に固定されており、スライド機構４０により第一治具１０を内側に押圧する機能を有する。具体的には、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳで第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬを押圧する。

第二傾斜部２２ａは、図１，３に示すように、第一傾斜部１４ａの傾斜面と同様に、内周面２２の一端側から他端側に向かって連続的に拡径する傾斜面となっている。第二傾斜部２２ａは、第一傾斜部１４ａに沿った方向の長さの半分以上の長さを有することが好ましい。第二傾斜部２２ａは、小径側２２ａＳが第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬに近接する方向にスライドしたときに、第一治具１０の小径側１４ａＳを内側に押圧可能な長さを有していればよく、第一傾斜部１４ａと同等の長さを有していなくてもよい。

第二治具２０の内周面２２は、図１，３に示すように、第二傾斜部２２ａの大径側２２ａＬに連続して雌ねじ部２２ｂを有する。この雌ねじ部２２ｂは、後述する台座３０に形成された雄ねじ部３４ｂに螺合する。雌ねじ部２２ｂ及び雄ねじ部３４ｂにより、第二治具２０を台座３０に対して回転することで、第二治具２０が上下方向（図１，３の上下方向）に移動する。

第二治具２０の外周面２４は、一端側から他端側に向かって同径の面であり、その形状等は特に問わない。外周面２４が粗面であったり、外周面２４に突起を形成したりすることで（いずれも図示せず）、第二治具２０を台座３０に対して回転させ易い。

・台座
台座３０は、スライド機構４０を介して第二治具２０を同軸状に固定する。台座３０は、その両端面を貫通する貫通孔３０ｈを有する筒状部材であり（図２を参照）、加工素材１００が載置される上端面３２と、外周面に第二治具２０の雌ねじ部２２ｂに螺合する雄ねじ部３４ｂを有する突出部３４とを備える。台座３０は、図３に示すように、雌ねじ部２２ｂ及び雄ねじ部３４ｂにより、第二治具２０を台座３０に対して回転可能とし、この回転に伴い第二治具２０を上下方向（図３の上下方向）に移動可能とする機能を有する。

台座３０に対して第二治具２０が同軸状に固定されることで、台座３０、第二治具２０、第一治具１０、加工素材１００の全てが同軸状に配置される。台座３０は、後述するように、図示しない設置対象に軸部３０ｂを介して設置される。台座３０、第二治具２０、第一治具１０、加工素材１００が同軸状に配置されることで、軸部３０ｂを回転軸として加工素材１００を回転することができる。

台座３０の上端面３２は、加工素材１００が載置される。上端面３２の貫通孔３０ｈ近傍には凹部３２ｃが形成されている。この凹部３２ｃには、後述する押さえ部５０が固定される。台座３０の上端面３２に加工素材１００が載置されることで、台座３０に対する加工素材１００の位置決めを行うことができる。そうすることで、台座３０に対して工具２００を位置決めしておけば、工具２００に対して加工素材１００の位置決めができるため、加工素材１００の適切な位置に機械加工を施すことができる。

台座３０の突出部３４は、台座３０の外周面の全周に亘って連続的に突出しており、突出方向の先端面に雄ねじ部３４ｂが形成されている。突出部３４の上面は平坦面となっており、第一治具１０が載置可能な載置面３４ａとなっている。載置面３４ａに第一治具１０を載置したとき、第一治具１０の圧縮面１２ａは、台座３０の上端面３２よりも上方に位置し、確実に第一治具１０の圧縮面１２ａで加工素材１００の外周面に圧縮応力を付与できる。

台座３０は、図示しない設置対象に台座３０の下端部を固定するためのボルト３６ｂの挿通孔３６ｈを有する取付部３６を備える。設置対象は、例えば、モータ等の図示しない駆動源により回転可能な回転盤である。台座３０の貫通孔３０ｈに軸部３０ｂを挿通すると共に、台座３０を回転可能な設置対象に固定すると、軸部３０ｂを中心に台座３０を回転させることができる。台座３０を回転させることで、台座３０の上端面３２に載置した加工素材１００も軸部３０ｂを中心に回転させることができる。

・スライド機構
スライド機構４０は、第二治具２０に設けられた雌ねじ部２２ｂと、台座３０に設けられた雄ねじ部３４ｂとで構成される。スライド機構４０は、図３に示すように、第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとを互いに近接および離反可能とする機能を有する。

雌ねじ部２２ｂ及び雄ねじ部３４ｂにより、第二治具２０を台座３０に対して回転すると、第二治具２０が上下方向（図１，３の上下方向）に移動する。この第二治具２０の上下方向の移動により、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳと第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬとが互いに近接および離反する。第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳと第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬとが近接すると、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳで第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬを押圧することになり、第一治具１０を内側に押圧することになる。

・その他
機械加工用治具１は、更に、図１～３に示すように、加工素材１００の内周面及び上端面を押さえる押さえ部５０を備えることもできる。押さえ部５０は、加工素材１００の内部に挿入される内側押さえ部５２と、加工素材１００の上端面を押さえる上端押さえ部５４とを備える。

内側押さえ部５２は、加工素材１００の内径と同等以下の径と、加工素材１００の軸方向長さと同等以下の長さとを有する。また、内側押さえ部５２は、台座３０の上端面３２に形成された凹部３２ｃに嵌合する凸部５２ｐを有する。内側押さえ部５２には貫通孔５２ｈが形成されており、貫通孔５２ｈの内周面には雌ねじが形成されている。また、軸部３０ｂの先端部には雄ねじが形成されている。内側押さえ部５２の凸部５２ｐを台座３０の凹部３２ｃに嵌合させると共に、軸部３０ｂを台座３０の貫通孔３０ｈに挿通し、軸部３０ｂの雄ねじと内側押さえ部５２の貫通孔５２ｈの雌ねじとをねじ結合することで、台座３０に対して内側押さえ部５２を固定できる。この内側押さえ部５２に対して加工素材１００を配置することで、加工素材１００を台座３０に対して位置決めした状態で固定することができる。

更に、台座３０に固定された加工素材１００の上端面から上端押さえ部５４を配置すると、加工素材１００を台座３０に対して位置決めした状態でより固定し易い。上端押さえ部５４にはスリット５４ｓが形成されている。このスリット５４ｓと内側押さえ部５２の貫通孔５２ｈに挿通可能な押さえ軸５６の先端には雄ねじが形成されている。押さえ軸５６の雄ねじと貫通孔５２ｈの内周面の雌ねじとのねじ結合により上端押さえ部５４を押さえることができ、内側押さえ部５２を台座３０に固定すると共に、加工素材１００を台座３０に固定することができる。

〔用途〕
上述した機械加工用治具１は、粉末原料を金型成形して得られた成形体（金型潤滑成形によって得られたものや、粉末中に潤滑剤が添加されたもの等）や、この成形体に焼結を施した焼結体等の加工素材１００の外周面に切削加工や研削加工等の機械加工を施すのに好適に利用可能である。特に、硬度の低い成形体に機械加工を施すのに好適である。また、金型成形が困難なアンダーカット形状に機械加工を施すのに好適である。切削加工として、フライスやエンドミル等の回転式の切削工具を用いることが挙げられる。研削加工として、研削砥石等の研削工具を用いることが挙げられる。

〔加工方法〕
実施形態１の加工方法は、上述した機械加工用治具１を用いて加工素材１００の外周面に圧縮応力を付与する工程と、圧縮応力を付与した箇所近傍に機械加工を施す工程とを備える。なお、本例では、回転可能な設置対象に台座３０を固定し、機械加工用治具１、即ち加工素材１００を回転（自転）させながら、自公転するサイドカッターで機械加工を施す形態を説明する。

前提条件として、台座３０に第二治具２０がねじ結合されていると共に、第二治具２０の内側に第一治具１０が配置されている。更に、本例では、台座３０の凹部３２ｃに内側押さえ部５２の凸部５２ｐを嵌合させると共に、台座３０の貫通孔３０ｈと貫通孔５２ｈの双方に軸部３０ｂを挿通しておき、台座３０に対して内側押さえ部５２を固定している。そうすることで、加工素材１００を機械加工用治具１に配置するにあたり、加工素材１００をある程度位置決めした状態で固定し易い。

・圧縮応力を付与する工程
まず、加工素材１００を上述した機械加工用治具１に配置する。機械加工用治具１に加工素材１００を配置するにあたり、機械加工用治具１は、第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとが離反した状態としておく。このとき、第一治具１０のスリット１６には間隔が形成され、第一治具１０は拡径された状態である。
この状態であれば、第一治具１０の内側に加工素材１００を配置し易い。

加工素材１００を、第一治具１０の内周面１２と内側押さえ部５２の外周面との間に嵌め込み、台座３０の上端面３２に載置する。本例では、加工素材１００の歯形状と第一治具１０の歯形状とが対応するように載置する。第一治具１０の圧縮面１２ａは、台座３０の上端面３２よりも上方に位置するため、第一治具１０の圧縮面１２ａは確実に加工素材１００の外周面に対応する。この状態では、第一治具１０と加工素材１００との間にはクリアランスを有する。

本例では、加工素材１００の上端面に上端押さえ部５４を配置すると共に、内側押さえ部５２の貫通孔５２ｈと上端押さえ部５４のスリット５４ｓの双方に押さえ軸５６を挿通する。そうすることで、機械加工用治具１と加工素材１００との位置ずれを抑制し易い。

次に、雌ねじ部２２ｂ及び雄ねじ部３４ｂ（スライド機構４０）により、第二治具２０を台座３０に対して回転し、第二治具２０を下方に移動させる。第二治具２０が下方に移動すると、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳと第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬとが近接する。そうすると、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳが第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬを押圧することになり、第一治具１０のスリット１６の間隔が狭まり、第一治具１０が縮径する。第一治具１０が縮径すると、第一治具１０の内周面１２が加工素材１００の外周面に密着して圧縮応力を付与する。

機械加工用治具１は、加工素材１００の外周面のうち工具２００で除去する箇所近傍に圧縮応力が付与されるように、第一治具１０の圧縮面１２ａが加工素材１００の上記除去箇所近傍に密着可能に適宜配置すればよい。

・機械加工を施す工程
加工素材１００に圧縮応力を付与した状態で、その圧縮応力を付与した箇所近傍に機械加工を施す。本例では、軸部３０ｂを中心にして機械加工用治具１を回転させながら機械加工を施す。つまり、加工素材１００をその中心軸を中心にして回転（自転）させて機械加工を施す。また、工具２００として、自転すると共に、加工素材１００に対して公転する円盤状のカッターを用い、工具２００で加工素材１００の全周を切削する。加工素材１００の自転軸と、工具２００の公転軸とが、軸部３０ｂに相当する。加工素材１００の自転方向（図１の反時計回りの矢印）と、工具２００の自転方向（図１の時計回りの矢印）とは、互いに逆方向である。また、工具２００自体の自転方向と公転方向とは、互いに逆方向である。軸部３０ｂを中心とする求心方向に加工素材１００に圧縮応力を付与している。

加工素材１００に圧縮応力を付与した状態で機械加工を施すことができるため、加工速度を速くする（例えば、１５０ｍ／ｍｉｎ以上、更に１６０ｍ／ｍｉｎ以上）等の厳しい条件での機械加工でも欠け等の発生を抑制できる。加工速度を速くすることで加工時間を大幅に低減できる。加工時間は、例えば２０ｓ／個以下、更に１５ｓ／個、特に１０ｓ／個以下とすることができる。

実施形態１の機械加工用治具１は、第一治具１０に設けられた第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと、第二治具２０に設けられた第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとを容易に近接させることができ、第一治具１０で加工素材１００の外周面に容易に圧縮応力を付与できる。特に、第一治具１０にはスリット１６が形成されているため、第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとが近接すると、第一治具１０が縮径し、第一治具１０の内周面１２が加工素材１００の外周面に密着し易く圧縮応力を付与し易い。加工素材１００の外周面のうち工具２００で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与した状態で機械加工を施すことで、機械加工によって加工素材１００に欠け等が発生することを抑制できる。

加工素材１００がスプロケットである場合、隣り合う歯間に間隔を有するために断続加工を施すことになる。断続加工の場合、歯先に欠けが発生し易い。上記機械加工用治具１は、第一治具１０の内周面１２が加工素材１００の外形と相似形であるため、加工素材１００の全周に亘って連続的に圧縮応力を付与できる。つまり、加工素材１００の個々の歯に対して、工具２００の入側と出側のいずれの面にも圧縮応力を付与できる。よって、断続加工であっても、歯先に欠けが発生することを抑制できる。また、工具２００がフライスやエンドミル等の回転式の切削工具である場合、加工素材１００の歯と工具２００の歯とが複雑に絡み合うため、機械加工によって生じる引張応力がどのように加工素材１００に作用するかの特定が難しい。上記機械加工用治具１は、加工素材１００の全周に亘って連続的に圧縮応力を付与するため、加工素材１００の形状や工具２００の種類に関係なく、加工素材１００に欠けが発生することを抑制できる。

実施形態１の機械加工用治具１は、台座３０に対して第二治具２０を上下方向に移動可能とするスライド機構４０と、第二治具２０で第一治具１０を内側に押圧する第一傾斜部１４ａ及び第二傾斜部２２ａとが、独立して構成されている。そのため、スライド機構４０の影響が、第一治具１０によって圧縮応力が付与される加工素材１００に及ぶことを抑制できる。つまり、台座３０の上端面３２に加工素材１００を載置すると、台座３０に対する加工素材１００の上下方向の位置がスライド機構４０の動作、つまり第二治具２０の回転によって変化しない。よって、台座３０に対して工具２００を位置決めしておけば、工具２００に対して加工素材１００の位置決めができるため、加工素材１００の適切な位置に機械加工を施すことができる。

≪変形例１－１≫
実施形態１では、加工素材１００が二枚歯スプロケットである例を説明した。その他に、加工素材１００は、歯を有さない筒状部材や柱状部材等であってもよく、その断面形状が円形状や多角形状等であってもよい。その場合、第一治具１０の内周面１２が加工素材１００の外形と相似形のものに変更すればよい。

  ≪実施形態２≫
  〔機械加工用治具〕
  図５を参照して、実施形態１と同じ加工素材１００を同様に外周切削する際に用いる治具として、実施形態２の機械加工用治具２を説明する。実施形態２の機械加工用治具２は、図５に示すように、加工素材１００を載置可能な第一治具１０と、第二治具２０と、第二治具２０と一体成形可能な台座３０と、第一治具１０及び第二治具２０に設けられるスライド機構４０とを備える。実施形態２の機械加工用治具２も、実施形態１の機械加工用治具１と同様の特徴を有する。つまり、実施形態２の機械加工用治具２は、第二治具２０の内周面２２に形成された第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳで、第一治具１０の外周面１４に形成された第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬを押圧し、加工素材１００の外周面のうち工具２００で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与することを特徴の一つとする。以下、各構成について、実施形態１との相違点を中心に詳しく説明する。

・第一治具
第一治具１０は、円柱状部材であり、その上端面に加工素材１００が嵌合可能な環状の溝部１０ｃを備える。この溝部１０ｃの内周面のうち、加工素材１００の小歯部１４０ｄ（図４）に対向する側の内周面１２（第一治具１０の内周面１２）は、加工素材１００の外形と相似形である。第一治具１０の外周面１４に形成された第一傾斜部１４ａは、第一治具１０の上端側（加工素材１００が載置される側）から下端側（加工素材１００と離れる側）に向かって連続的に縮径する傾斜面となっている。第一傾斜部１４ａは、上端から下端までの全長に亘って連続的に傾斜している。

第一治具１０の第一傾斜部１４ａには、雄ねじ部１４ｂを備える。この雄ねじ部１４ｂは、後述する第二治具２０に形成された雌ねじ部２２ｂに螺合する。雄ねじ部１４ｂ及び雌ねじ部２２ｂのねじ結合により、第一治具１０を第二治具２０に対して回転することで、第一治具１０が上下方向（図５の上下方向）に移動する。

・第二治具
第二治具２０は、両端面が開口した筒状部材であり、第一傾斜部１４ａに嵌合する第二傾斜部２２ａを有する内周面２２を備える。第二傾斜部２２ａは、第一傾斜部１４ａの傾斜面と同様に、内周面２２の一端側（加工素材１００が配置される側）から他端側（加工素材１００と離れる側）に向かって連続的に縮径する傾斜面となっている。第二傾斜部２２ａは、一端から他端までの全長に亘って連続的に傾斜している。第二治具２０の第二傾斜部２２ａには、雌ねじ部２２ｂを備える。

・台座
台座３０は、軸部３０ｂが取り付けられ、第二治具２０を同軸状に固定する。本例では、台座３０は、中心部にボルト穴を有する板状部材であり、第二治具２０の小径側の内周に配置される。本例のように、台座３０と第二治具２０とが別部材である場合、台座３０を第二治具２０の上方から下方にねじ込み、台座３０の下面と第二治具２０の下面とを面一とし、その台座３０と第二治具２０とを共に設置対象４００に図示しない取付機構で固定すればよい。その結果、本例の台座３０は、機能的には第二治具２０の底部分を構成するとも言える。ボルト穴に固定されるボルト（軸部３０ｂ）は、第一治具１０の中心を貫通する。台座３０は、回転可能な設置対象４００に設置される。台座３０、第二治具２０、第一治具１０、加工素材１００が同軸状に配置されることで、軸部３０ｂを回転軸として加工素材１００を回転することができる。

台座３０は、第二治具２０と一体成形物とすることもできる。例えば、第二治具２０を有底筒状部材とすることが挙げられる。この有底筒状部材は、開口側から底部側に向かって縮径する内周面を有する側壁部（第二治具２０）と、中心部にボルト穴を有する底板部（台座３０）とを有する。また、台座３０と設置対象４００とを一体物とすることもできるし、台座３０、第二治具２０および設置対象４００を一体物とすることもできる。

・スライド機構
スライド機構４２は、第一治具１０に設けられた雄ねじ部１４ｂと、第二治具２０に設けられた雌ねじ部２２ｂとで構成される。スライド機構４２は、雄ねじ部１４ｂ及び雌ねじ部２２ｂにより、第一治具１０を第二治具２０に対して回転することで、第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとを互いに近接および離反可能である。第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとが近接すると、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳで第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬを押圧することになる。

〔加工方法〕
実施形態２の加工方法は、機械加工用治具２への加工素材１００の配置形態が実施形態１の加工方法と相違する。そのため、以下では、上述した機械加工用治具２への加工素材１００の配置方法について説明する。

機械加工用治具２に加工素材１００を配置するにあたり、機械加工用治具２は、第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとが離反した状態としておく。加工素材１００を第一治具１０の溝部１０ｃに載置する。第一治具１０を第二治具２０に対して回転し、第一治具１０を下方に移動させる。第一治具１０が下方に移動すると、第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬと第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳとが近接する。そうすると、第二傾斜部２２ａの小径側２２ａＳが第一傾斜部１４ａの大径側１４ａＬを押圧することになり、第一治具１０の内周面１２が加工素材１００の外周面に密着して圧縮応力を付与する。

実施形態２の機械加工用治具２は、スライド機構４２を第一傾斜部１４ａ及び第二傾斜部２２ａに設けるため、第二治具２０とこの第二治具２０を固定する台座３０とを一体成形物とすることができ、第一治具１０と第二治具２０（台座３０の機能を兼ね備える）との二つの部材で構成することができる。

［試験例１］
粉末原料を金型成形して得られた成形体（加工素材）の外周面を部分的に除去するにあたり、実施形態１の機械加工用治具１で成形体の外周面のうち工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与した状態で切削加工を施し、その加工物（試料Ｎｏ．１－１）の欠けの発生を調べた。本例では、径の異なる二段の波付面を有する成形体（図１，４を参照）に対して、小径部の外周面のうち大径部側の外周面の全周に亘って切削加工を施して歯を除去し、一端側の外周に大歯部を有する大径部と、他端側の外周に小歯部を有する小径部と、大径部と小径部との間に小径部よりも小径の円筒部とを備える二枚歯スプロケットの加工物（図４を参照）を製造した。

切削加工の条件は、切削速度を１５０ｍ／ｍｉｎとした。

比較として、成形体の外周面に圧縮応力を付与しないで切削加工を施し、その加工物（試料Ｎｏ．１－１１）の欠けの発生を調べた。なお、試料Ｎｏ．１－１１は、成形体や加工条件等は、試料Ｎｏ．１－１と同様である。

得られた試料Ｎｏ．１－１及び１－１１について、各小歯部を切断分割し、各小歯部の側面を工具顕微鏡写真（１００倍）で撮像し、画像解析により欠け面積及び最大欠け深さを全歯について測定した。欠け面積及び最大欠け深さ共に、全歯における平均値である。
図６に、試料Ｎｏ．１－１の特定の歯における切削工具の抜け側の側面の工具顕微鏡写真を示し、図７に、試料Ｎｏ．１－１１の特定の歯における切削工具の抜け側の側面の工具顕微鏡写真を示す。図６，７において、左側が歯先側、右側が歯元側であり、黒線で囲んだ部分が欠け部分である。

その結果、切削加工を施す箇所近傍に圧縮応力を付与しなかった試料Ｎｏ．１－１１は、加工時間を２０ｓ／個とした場合に、欠け面積：１．１ｍｍ^２、最大欠け深さ：１２００μｍであった（図７を参照）。一方、切削加工を施す箇所近傍に圧縮応力を付与した試料Ｎｏ．１－１は、加工時間を１０ｓ／個とした場合でも、欠け面積：０．５ｍｍ^２、最大欠け深さ：５００μｍであった（図６を参照）。つまり、切削加工を施す箇所近傍に圧縮応力を付与することで、加工時間を短くでき、かつ切削加工による欠けの発生を低減できることがわかった。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、加工素材の形態（成形体であるか焼結体であるか、形状・大きさ等）や、加工条件（アンダーカット形状であるか）等を適宜変更することができる。また、本例では、加工素材が回転（自転）し、かつ工具が回転（自転及び公転）する形態を説明したが、加工素材を固定し、工具を回転（自転及び公転）する形態としたり、加工素材を回転（自転）し、工具を固定（自転も公転もせず）して切込みを行う形態としたりできる。

１，２機械加工用治具、１０第一治具、１０ｃ溝部、１２内周面、１２ａ圧縮面、１２ｂ嵌合面、１２ｃ段差面、１４外周面、１４ａ第一傾斜部、１４ａＬ大径側、１４ａＳ小径側、１４ｂ雄ねじ部、１６スリット、２０第二治具、２２内周面、２２ａ第二傾斜部、２２ａＬ大径側、２２ａＳ小径側、２２ｂ雌ねじ部、２４外周面、３０台座、３０ｈ貫通孔、３０ｂ軸部、３２上端面、３２ｃ凹部、３４突出部、３４ａ載置面、３４ｂ雄ねじ部、３６取付部、３６ｈ挿通孔、３６ｂボルト、４０，４２スライド機構、５０押さえ部、５２内側押さえ部、５２ｐ凸部、５２ｈ貫通孔、５４上端押さえ部、５４ｓスリット、５６押さえ軸、１００加工素材、１２０大径部、１４０小径部、１２０ｄ大歯部、１４０ｄ小歯部、２００工具、３００加工物、３２０大径部、３４０小径部、３６０円筒部、３２０ｄ大歯部、３４０ｄ小歯部、４００設置対象

Claims

  加工素材の外周面を部分的に除去する工具に対して前記加工素材を保持する機械加工用治具であって、
  前記加工素材の外形と相似形の内周面と、前記加工素材の軸方向に沿って傾斜する第一傾斜部を有する外周面とを備える第一治具と、
  前記第一傾斜部に嵌合する第二傾斜部を有する内周面を備える第二治具と、
  前記第二治具を同軸状に固定する台座と、
  前記第一傾斜部の大径側と前記第二傾斜部の小径側とが互いに近接および離反可能なスライド機構とを備え、
  前記スライド機構により前記第二傾斜部の小径側で前記第一傾斜部の大径側を押圧し、前記加工素材の外周面のうち前記工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与する機械加工用治具。
前記第一治具は、前記第一傾斜部の大径側が前記第二傾斜部の小径側に近接するに伴い縮径するように、内周面の軸方向に形成されたスリットを備える請求項１に記載の機械加工用治具。
  前記スライド機構は、
  前記第二傾斜部の大径側に連続して形成される雌ねじ部と、
  前記台座に設けられて、前記雌ねじ部に螺合する雄ねじ部とを備える請求項１又は請求項２に記載の機械加工用治具。
  前記スライド機構は、
  前記第一傾斜部に設けられた雄ねじ部と、
  前記第二傾斜部に設けられて、前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部とを備える請求項１又は請求項２に記載の機械加工用治具。
前記機械加工用治具は、前記加工素材の外周面にアンダーカット形状を形成するための治具である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の機械加工用治具。
工具で加工素材の外周面を部分的に除去する加工方法であって、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の機械加工用治具で前記加工素材の外周面のうち前記工具で除去する箇所近傍に圧縮応力を付与し、その圧縮応力を付与した状態で加工する加工方法。