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【発明の名称】 旋盤加工機用治具
【発明者】 【氏名】畠山 三寛
【住所又は居所】埼玉県熊谷市三ヶ尻５２００番地 日立金属株式会社熊谷工場内
【課題】固定したホイールが周方向へ滑ることなく旋盤加工ができるように、チャック装置のホイールとの当接部をある特殊な手法により、軽合金ホイール用の旋盤加工機用治具として最適化したものを提供する。

【解決手段】軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面にロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の超硬材が具備され、かつ前記超硬材の軽合金ホイールとの接触面には複数の溝が設けられていることを特徴とする旋盤加工機用治具を用いる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面にロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の超硬材が具備され、かつ前記超硬材の軽合金ホイールとの接触面には複数の溝が設けられていることを特徴とする旋盤加工機用治具。
【請求項２】
軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面に溶射による凹凸を有する被覆処理面が設けられたことを特徴とする旋盤加工機用治具。
【請求項３】
軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面にロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の超硬材が具備され、かつ前記超硬材の軽合金ホイールとの接触面に溶射による凹凸を有する被覆処理面が設けられたことを特徴とする旋盤加工機用治具。
【請求項４】
前記溶射による被覆処理面の平均粗さＲａは１０〜７０μｍであることを特徴とする請求項２または３に記載の旋盤加工機用治具。
【請求項５】
前記旋盤加工機用治具は、軽合金ホイールのハブ穴の内径側を固定するためのコレットチャック、もしくはリムの端部を固定するためのクランプ部材であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の旋盤加工機用治具。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来よりも被切削物の固定性がよい旋盤加工機用治具に関するものであり、特に軽合金ホイールの切削加工に有用な旋盤加工機用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のロードホイールには種々の材質、構造のものがあるが、自動車の軽量化及び外観や意匠性の向上を目的として、鋳造による軽合金ホイールを装着する比率が増大している。一般に軽合金ホイール３０は、図４に示すようにボルトとナットにより車軸に取付けられる厚肉のハブ固定部３１と厚肉部と薄肉部が混在してデザインとなるスポーク３３からなるディスク部３２と、タイヤが取着される薄肉のリム部３４から構成されている。リム部の形状は規格により厳しく規定されている。アウターフランジ３５とインナーフランジ３６、およびアウター側のビードシート３７とインナー側のビードシート３８はタイヤが接触して内部の空気を密封するための形状であり特に重要な部分である。またディスク部３２には車両と連結するための貫通孔３９（ハブ穴）が形成される。
【０００３】
このホイールを鋳造により製造し、旋盤加工する場合、図２に示すようなチャック装置に固定する。加工前のホイール素材は、まず第一の旋盤加工機に、ハブ穴はフィンガーチャックなどにより固定され、また、リムの端部は別のチャックにより固定される。これにより旋盤加工機にホイール素材が固定される。図５（ａ）に示すように、ホイール素材はまずアウターフランジをチャック装置のクランプにより保持・固定され、このアウターフランジの端面全体を加工基準部としてインナーフランジ側の内周面と外周面を切削加工される。次に、図５（ｂ）に示すように、ドリル加工機に搬送して、今度はインナーフランジをクランプにより固定する。スポークの柄やバルブ穴などの位置から回転角度を判断して一定の角度になるようにホイールを回転させ、ボルト穴やバルブ穴をドリル加工する。その後、図５（ｃ）に示すように、第二の旋盤加工機に搬送し、インナーフランジをクランプにより固定し、アウターフランジ側を旋盤加工する。この際、必要によりスポーク部表面やディスク面も加工する。これにより最終製品形状に加工され、その後は塗装・焼きつけ処理などを施して最終製品となる。
【０００４】
例えば特許文献１では、クランプ部を増設して、アルミホイールの遠心力による変形を抑制し、かつ重旋削に必要な締め付け力を得るための構造が記載されている。従来であればアルミホイールの外径旋削には３個のクランプ部を備えたフィンガーチャックが広く使用されていが、特許文献１では、チャック軸線の周囲を３等分する位置に第１クランプ部を設け、その各間に第２クランプ部を配設し、計６個のクランプ部を設けることを一つの特徴としている。また、特許文献２では、旋盤加工機に固定する際、中心位置のズレ防止用のセンターガイドなどが記載されホイールがチャック装置にズレなく固定できる配慮がなされている。
【特許文献１】特開平７−６８４０５号公報（（０００８）〜（００１３）、第１図）
【特許文献２】特開平９−６６４０７号公報（（０００６）〜（００１１）、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、軽合金材により鋳造されているとはいえ、軽合金ホイールは加工後でさえ８ｋｇ近い重さになる。特許文献１のようなチャック装置では、チャック装置の構造が複雑になり、設備費用が増えることになり、また、クランプのどれか一つが稼動不良を起こすと軽合金ホイールの固定ができなくなる。また、径方向への変形には強くなるが、旋盤切削の際にバイトから受ける周方向へのトルクに対してはさほど寄与しない。バイトの切削抵抗により旋盤の回転方向と逆方向にトルクが発生するが、旋盤加工機のタクトを短くするためにバイトの送り速度を早めると、切削抵抗が増大してホイールと治具とが瞬間的に滑るという問題が発生した。また、鋳造した軽合金ホイールは、上記したように主に２工程から３工程の加工工程が必要になる。旋盤加工だけであれば周方向にずれても、加工上の問題は無いが、軽合金ホイールにはボルト穴やバルブ穴をドリル加工する必要がある。第一の旋盤加工機で上記の周方向への滑りが発生すると、ドリル加工する際の角度がずれてしまい、逐一角度を修正する必要が出てしまう。
【０００６】
したがって本発明は、上記問題を解決するためにチャック装置自体の構成ではなく、チャック装置のホイールとの当接部をある特殊な手法により、軽合金ホイール用の旋盤加工機用治具として最適化したものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、旋盤加工機用治具のホイールとの接触面に所定の工夫を用いることで上記課題を解決した。つまり第一の本発明は、軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面にロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の超硬材が具備され、かつ前記超硬材の軽合金ホイールとの接触面には複数の溝が設けられていることを特徴とするものである。従来は主にＳ４５Ｃ等の材質から製造されているが、硬度が低く、接触面に溝を設けると磨耗が激しくなり、固定の際にホイールの位置がずれてしまう。逆に、治具の全体に超硬材を使用すると、コストが高くなると共に、治具に切削時の振動を原因とする割れが局所的に発生し、ホイール用の旋盤加工機用治具として使用できない。また、磨耗損傷が無くなり長期に渡って使用できるという効果がある。
【０００８】
ここで、ロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材とは、例えばＪＩＳにより定められる、Ｓ３０Ｃ，Ｓ３５Ｃ，Ｓ４０Ｃ，Ｓ４５Ｃ，Ｓ５０Ｃ，Ｓ５５Ｃ等の炭素鋼や、ＳＭｎ４３８，ＳＣｒ４３５，ＳＣｒ４４０，ＳＣＭ４３５，ＳＣＭ４４０，ＳＣＭ４４５，ＳＮＣＭ６３０などの合金鋼など、既知のものが適用可能である。ロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の鋼材を主として使用してしまうと、前記のようにコストが高くなると共に、治具に切削時の振動を原因とする割れが局所的に発生してしまう。
【０００９】
ここで、ロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の超硬材とは、例えばＷＣ−Ｃｏ材やＷＣ−Ｎｉ材など適宜使用可能である。ＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の材質をこの接触面に使用すると、溝を設けた場合にホイールとの接触面積が小さくなり、磨耗による損傷が激しく、定位置でのホイール固定ができなくなってしまう。
【００１０】
また、第二の本発明は、軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面に溶射による凹凸を有する被覆処理面が設けられたことを特徴とするものである。溶射による皮膜を形成することにより、軽合金ホイールなどの外観を損ねることなく加工できること、周方向への回転ズレを防止できること、また、皮膜形成による磨耗損傷が無くなり長期に渡ってチャック装置を使用できる、という多大な効果がある。
【００１１】
ここで溶射とは、一般的に用いられる燃料-酸素の燃焼、電気エネルギーなどの熱源を用いて溶射材料を加熱し、溶融またはそれに近い状態にした粒子を基材に吹き付けて皮膜を形成する表面改質法の一種である。溶射法は他の表面改質法（表面焼き入れ、浸炭、窒化、イオン注入、メッキ、蒸着、肉盛溶接など）に比べて下記の利点を持っている。1.ほとんどあらゆる材質の基材に対して皮膜を形成できる。２.溶射材料の種類が非常に多い。3.多層型複合皮膜や傾斜組成皮膜を容易に形成できる。4.基材の寸法に制限がなく、また大型基材の限定された部分のみに対しても施工ができる。5.溶射熱による基材の歪みがない。6.皮膜の成膜速度がきわめて高い。7.現場作業が容易である。
【００１２】
特に上記４の限定された部分のみに対しても施工ができるという特徴は当接面だけを溶射する本願発明として好ましい手法といえる。また、上記５の溶射熱による基材の歪みがないという点も本願発明として好ましい手法である。チャック装置のホイールとの当接面は寸法精度を要求される部位である。少しでも変形がおきると、ホイールが芯ズレした状態や斜めに傾いた上体でチャック装置に固定され、その結果ホイールのリム部、特にインナーフランジ部で歪やフレが発生し、寸法精度を悪化させてしまう。溶射による表面改質はそのような不具合を発生させることがない。
【００１３】
また、表面が程よい粗さになるため、柔らかな軽合金ホイールの鋳肌や加工面に食い込み、旋盤加工のバイトからの負荷による回転ズレが起きない。この溶射による表面改質では、表面の平均粗さＲａを１０〜７０μｍとすることが好ましい。１０μｍ未満であると軽合金ホイールを固定するための固定力が十分得られない。また、７０μｍを超えてしまうと、リム端部の加工面を固定した際に、押さえつけたことによる凹凸が視覚的に残ってしまい、外観不良となる。
【００１４】
一般的に旋盤加工機用治具の材料はＳ４５Ｃ材が使用される。溶射はこの下地素材に対して適宜溶射方法や材料が選定される。溶射方法としては既知もの、例えばフレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射、レーザー溶射、レーザー・プラズマ複合溶射などが使用できる。また、溶射する材質としては、例えば金属、セラミックス、サーメット等が使用できる。
【００１５】
また、第三の本発明は、軽合金ホイールの旋盤加工機に用いる旋盤加工機用治具であって、前記旋盤加工機用治具はロックウェル硬度がＨＲＡ７０未満、ヤング率が４００ＧＰａ未満の鋼材から主に構成され、かつ軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面にロックウェル硬度がＨＲＡ７０以上、ヤング率が４００ＧＰａ以上の超硬材が具備され、かつ前記超硬材の軽合金ホイールとの接触面に溶射による凹凸を有する被覆処理面が設けられたことを特徴とするものである。これは第一と第二の本発明の利点を併せ持つ。
【００１６】
本発明の旋盤加工機用は、軽合金ホイールを旋盤加工する用途として好適である。溶射を行う接触面の具体的な位置として、軽合金ホイールのハブ穴の内径側を固定するためのコレットチャックの先端部近辺、もしくはリムの端部を固定するためのクランプ部材の一部が挙げられる。また、リム端面の円周全体を抑える板状の治具（背面板）に対して行っても良い。
【００１７】
鋳造する軽合金ホイールの合金組成は既知のもの、例えばアルミホイール用途として使用されるＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ材の他、Ａｌ−Ｓｉ―Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系合金製など、例えばＡＤＣ３材，ＡＤＣ５材，ＡＤＣ１０材、ＡＤＣ１２材などでも適宜使用できる。さらに、本発明は１６インチ以上のホイール製造に対してより優位な効果を発揮するが、それより小さなホイールでもその効果自体は同一で大きさにより限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１８】
以上に記述の如く、本発明によれば、旋盤加工機用治具の軽合金ホイールを固定する際に接触する接触面に超硬材を用い、軽合金ホイールとの接触面に複数の溝を設けたことで、旋盤加工中の軽合金ホイールが周方向に回転することなく確実に固定される。これにより切削工具のチッピング対策となる。また、生産ライン上の切削機器間の軽合金ホイールの受け渡しにおいても、軽合金ホイールが常に一定の方向で搬送されるため、高い加工精度で軽合金ホイールが加工できる。また、超硬材を使用することで接触面の磨耗が無くなるので高い加工精度で軽合金ホイールが加工できる。
さらに、旋盤加工機用治具の軽合金ホイールとの接触面に、溶射による被覆処理を行い、かつ凹凸を設けることで、上記と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の詳細を述べるが本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
図１，２を用いて本発明用の旋盤加工機用治具を説明する。施行中の様態を示すため、破線にて車両用ホイール３０を記載する。図２の治具１０(a)(b)は本発明の治具の一例である。治具１０は治具本体１６にホイールのフランジを受けるための底板材２が設けられ、また、その底板材２にホイールのフランジを押し付けるためのクランプ１１が備えられている。また、図２(b)ではハブ穴を固定するためのコレットチャック機構１５が備えられている。クランプ１１の先端には図１に示す爪部材１が設けられ、この爪部材１の一部がホイールのフランジと接触する。また、治具本体１６は旋盤加工機に固定部１７を介して回転力が与えられる。治具本体１６はＪＩＳ分類Ｓ４５Ｃの炭素鋼で主に製造されている。また、図１に示す治具の一部の爪部材１、図３に示す底板材２も同じ材質である。
爪部材１には、ホイールと接触する部分にＷＣ−Ｃｏ系、ＪＩＳ分類Ｖ４０の超硬材１ａが埋め込まれている。この鋼材は、硬度がロックウェル硬度ＨＲＡで８７．５、ヤング率が５３９ＧＰａである。また、ホイールとの接触面には溝が設けられている。溝は５ｍｍ間隔で図１中の縦方向に設けられており、巾２ｍｍ、深さ３ｍｍの櫛型形状である。また、底板材２も同様にＪＩＳ分類Ｖ４０の超硬材２ａが埋め込まれている。また、ホイールのリム部の軸方向端部との接触面２ｂには溝が設けられている。溝は５ｍｍ間隔で図３中の縦方向に設けられており、また溝の巾は２ｍｍ、深さが３ｍｍの櫛型形状とした。この底板材２は溝がホイールの径方向になるように治具本体１６にボルトで固定される。このようにクランプの爪部材１と底板材２のホイールとの接触面に溝が設けられた超硬材を用いて旋盤加工を行った。
切削条件は、まず軽合金ホイールは低圧鋳造した一体鋳造ホイールを用いた。低圧鋳造においてはＡＣ４Ｃ材などを溶湯原料として用い、金型はホイールのディスク部の中心位置、およびリム部の周囲に湯口を設けるマルチゲート方案のものを用いた。これによりリム部とディスク部が一体型である１７インチ相当のホイール素材（Ｆ材）を得た。このＦ材を図２(a)に示す治具に固定し、回転数２２００ｒｐｍ、送り速度を１．２ｍｍ／回転の切削条件で、リム部を旋盤加工した。バイトにはイスカルジャパン株式会社製のカーバイト系工具（WC/Co系）で先端刃先がほぼ円形でＲ４ｍｍのものを使用した。治具に設けた溝により、ホイールの周方向への固定ズレがなくなったため、過負荷によるバイト刃先の損傷が無くなることが確認できた。また、従来の超硬材を使用しなかったものは、数ヶ月で接触面が磨耗し、治具のホイール固定力が低下する。このため、ホイールの固定位置がずれて加工精度を悪化させ、定期的な爪部材と底板材の交換を余儀なくされていたが、本発明の治具を用いたために年単位の連続使用が可能となった。
【００２０】
（実施例２）
爪部材１および底板材２を変えた以外は実施例１と同様にして旋盤加工を行った。爪部材１には、全体にＪＩＳ分類Ｓ４５Ｃの炭素鋼を使用し、またホイールとの接触面に溶射による皮膜改質処理を行った。この溶射により、両者の接触面には平均粗さＲａが４７μｍの凹凸が形成された。この治具を用いて旋盤加工を行ったところ、実施例１と同様の効果が得られた。
【００２１】
（実施例３）
爪部材１および底板材２を変えた以外は実施例１と同様にして旋盤加工を行った。爪部材１には、実施例１で用いた爪部材１および底板材２に対し、ホイールとの接触面に溶射による皮膜改質処理を行った。この溶射により、両者の接触面には平均粗さＲａが４４μｍの凹凸が形成された。この治具を用いて旋盤加工を行ったところ、実施例１と同様の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の旋盤加工機用治具に用いる爪部材の一例である。
【図２】本発明の旋盤加工機用治具の全体的な構成を示す図である。
【図３】本発明の旋盤加工機用治具に用いる底板材の一例である。
【図４】ホイールの各部分を説明するための図である。
【図５】ホイールの加工工程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 爪部材、 ２ 底板材、１０ 旋盤加工機用治具、１１ クランプ、１５コレットチャック、１６ 治具本体、１７ 固定部、３０ 車両用ホイール、３１ ハブ固定部、３２ ディスク部、３３ スポーク、３４ リム部、３５ アウターフランジ、３６ インナーフランジ、３７ アウター側のビードシート、３８ インナー側のビードシート、３９ ハブ穴
【出願人】 【識別番号】０００００５０８３
【氏名又は名称】日立金属株式会社
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目２番１号
【出願日】 平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【代理人】
【公開番号】 特開２００６−２２４２２５（Ｐ２００６−２２４２２５Ａ）
【公開日】 平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【出願番号】 特願２００５−３９１７０（Ｐ２００５−３９１７０）