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【発明の名称】 アプセット成形装置
【発明者】 【氏名】宮田 典佳

【要約】 【課題】稼働初期時における不良品の発生を防止して製品歩留まりを向上させることにある。

【解決手段】トランス14の一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器16と、前記電流検出器16で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に一対の電極18a、18bに対して供給される電流波形が、棒状素材22に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御する電流制御手段20とを有し、前記トランス14の二次側コイルには、棒状素材22を挟持する一対の電極18a、18bと、前記棒状素材22の一端部が当接可能に設けられた鍛縮台24とがそれぞれ電気的に接続される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トランスの一次側コイルに交流電源に接続され、前記トランスの二次側コイルに接続された電極間で棒状素材を通電加熱すると共に、押圧機構によって前記棒状素材を軸方向に圧縮して据え込み加工するアプセット成形装置において、
前記トランスの一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に前記電極に対して供給される電流波形が、前記棒状素材に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とするアプセット成形装置。
【請求項2】
請求項1記載の装置において、
前記電流検出器によって検出された電流値が導入され、前記電流値と予め設定された基準値とを比較してその偏差を前記電流制御手段に導出する比較設定手段が設けられることを特徴とするアプセット成形装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、金属製の棒状素材を電極間で加熱しながら軸方向に圧縮するアプセット成形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、エンジンの構成部品としてエンジンバルブが用いられている。このエンジンバルブは、一端部が傘形形状に形成された膨出部と、前記膨出部の下部側に一体的に形成された軸部とから構成されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、据え込み加工に要する時間を短縮するために、電極間に配置された棒状素材を通電加熱する加熱電源装置を直流インバータ加熱方式とする電気アプセッタが開示されている。
【0004】
この電気アプセッタは、金属製の棒状素材を一対の電極間で通電加熱して軟化させながら、加圧機構で前記棒状素材を軸方向に圧縮して前記棒状素材の一端部に略球状の膨出部を形成する装置であり、例えば、前記膨出部を加圧して傘形形状にプレス成形する前工程として、前記棒状素材の一端部に対して据え込み加工を施すエンジンバルブの製造ライン等で用いられている。
【0005】
この場合、特許文献1では、棒状素材への通電開始と同時に所定の許容最大加熱電流を通電するための第1段の波形パターン部と、前記第1段の波形パターン部に続き該第1段の波形パターン部の目標加熱電流よりも低い加熱電流を通電するための第2段の波形パターン部と、前記第2段の波形パターン部に続き該第2段の波形パターン部の目標加熱電流よりも低い加熱電流を通電するための第3段の波形パターンから構成される目標加熱電流波形パターンを設定し、前記目標加熱電流波形パターンに基づいて加熱電流を制御することにより、棒状素材の一端部に対する据え込み加工時間を短縮することができるとしている。
【0006】
ここで、前記エンジンバルブの製造工程について概略説明する。先ず、図示しないカッタ機構によって所定長に切断された金属製の棒状素材を一対の電極間で通電加熱するアプセット成形を施すことにより、棒状素材の一端部が加圧され略球状の加熱部を有するアプセット成形体が得られる。このアプセット成形体の加熱部に対してプレス装置を介してプレス加工を施し、プレス成形体に対して所定の熱処理加工を施した後、研磨加工が遂行されてエンジンバルブが完成する。
【0007】
【特許文献1】特開2004−160517号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、前記特許文献1に開示された目標加熱電流波形パターンは、棒状素材を加熱電源の電極間で通電加熱し、複数の棒状素材に対しアプセット成形を連続して施すときの加熱電流を制御するものであり、例えば、耐久性が劣化した鍛縮台を新たな鍛縮台と交換し前記新たな鍛縮台に対して通電する場合、又はメンテナンス作業や何らかの原因でアプセット成形作業が長時間停止した後、アプセット成形装置を再稼働させたときに、その稼働初期時におけるアプセット成形体にしわ等の不具合が発生する。
【0009】
一旦、アプセット成形装置に対する通電を長時間停止した後、電極間に対して前記目標加熱電流波形パターンに基づく加熱電流を通電した場合であっても、例えば、治具である鍛縮台の稼働初期時における温度が、連続成形時における温度よりも低くなっているため、棒状素材に対し据え込み加工可能な所要最適温度に到達するまでに時間がかかり、前記温度低下に起因して稼働初期時におけるアプセット成形体の略球状部に円形状の凸部を有する不良成形品が発生する。
【0010】
換言すると、特許文献1に開示された目標加熱電流波形パターンは、棒状素材の一端部が当接する鍛縮台が所要最適温度に到達した後、前記棒状素材に対して連続してアプセット成形を施す場合における最適な加熱電流制御パターンを示したものであり、通電を長時間停止した後、アプセット成形装置を再稼働させたときには前記のような温度低下に起因して不良成形品が発生する。
【0011】
例えば、図10Aに示されるように、稼働初期状態における鍛縮台1の底面に対し棒状素材2の一端部を当接させて加圧し、一対の電極3a、3b間に通電した場合、前記鍛縮台1に当接した棒状素材2の一端部が該鍛縮台1の温度低下に起因して容易に溶け込まない。
【0012】
さらに一対の電極3a、3b間に通電し且つ棒状素材2に対する加圧状態を継続すると、図10B及び図10Cに示されるように、前記棒状素材2の一端部の端縁(鍛縮台1に接触する部分)が急に潰れて円形状の凸部4が膨出形成された後、さらに前記棒状素材2の一端部全体が溶融して略球状部5が形成される。この潰れて変形した円形状の凸部4が前記略球状部5の上部に一体的に残存したアプセット成形体6が得られる(図10D参照)。
【0013】
そして、図11Aに示されるように、円形状の凸部4を有するアプセット成形体6に対して予備成形を施した場合であっても、前記円形状の凸部6が円形状のしわ7となって残存すると共に、図11Bに示されるように、プレス成形によって傘形状のエンジンバルブ8を成形した場合であっても、前記円形状のしわ7がそのまま傘部の上面に残存して製品不良となる。
【0014】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、鍛縮台を新たな鍛縮台と交換した場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した場合等であっても、稼働初期時における不良品の発生を防止して製品歩留まりを向上させることが可能なアプセット成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
前記の目的を達成するために、本発明は、トランスの一次側コイルに交流電源に接続され、前記トランスの二次側コイルに接続された電極間で棒状素材を通電加熱すると共に、押圧機構によって前記棒状素材を軸方向に圧縮して据え込み加工するアプセット成形装置において、
前記トランスの一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に前記電極に対して供給される電流波形が、前記棒状素材に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【0016】
この場合、前記電流検出器によって検出された電流値が導入され、前記電流値と予め設定された基準値とを比較してその偏差を前記電流制御手段に導出する比較設定手段が設けられるとよい。
【0017】
本発明によれば、トランスの一次側コイルに供給される電流値を電流検出器によって検出し、前記電流検出器で検出された電流値を比較設定手段に導出し、前記比較設定手段において、予め設定された基準値(各種棒状素材の連続成形時における電流値)とを比較してその偏差を求め、その偏差に対応する信号を電流制御手段に導出する。そして、前記電流制御手段では、前記比較設定手段から導出された偏差に対応する信号に基づいて電極に通電する電流値が前記基準値と一致するように制御している。
【0018】
この結果、本発明では、例えば、前記棒状素材の一端部が当接する鍛縮台の耐久性が劣化して新たな鍛縮台と交換する場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した後、さらにアプセット成形装置を再稼働させる場合であっても、再稼働初期時における電流波形が連続成形時の電流波形と一致するように電流制御手段によって電極に供給される電流値が制御されることにより、再稼働初期時における成形不良品の発生を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【0019】
鍛縮台を新たな鍛縮台と交換した場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した場合等であっても、少なくとも再稼働初期時における不良品の発生を防止して製品歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
本発明に係るアプセット成形装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0021】
図1において、参照符号10は、本発明の実施の形態に係るアプセット成形装置を示す。
【0022】
このアプセット成形装置10は、交流電源12と、前記交流電源12から供給された電流が一次側コイルを介して供給されるトランス14と、前記トランス14の一次側コイルに供給される電流値を検出する電流検出器16と、前記トランスの一次側コイルに接続される電流制御手段20とを有し、前記交流電源12と電流検出器16とトランス14の一次側と電流制御手段20との間で電流ループが形成される。
【0023】
前記電流制御手段20は、前記電流検出器16で検出された電流値に基づいて、少なくとも再稼働時に後述する一対の電極18a、18bに対して供給される電流波形が、棒状素材22に対する連続成形時の電流波形と一致するように制御するものである。なお、前記電流検出器16としては、例えば、カレントトランスフォーマーによって構成されるとよい。
【0024】
前記トランス14の二次側コイルには、成形素材である棒状素材22を挟持する一対の電極18a、18bと、前記棒状素材22の一端部(上端部)が当接可能に設けられた鍛縮台24とがそれぞれ電気的に接続される。
【0025】
また、前記アプセット成形装置10は、前記電流検出器16によって検出された電流値が導入され、前記電流値と予め設定された設定値(基準値)とを比較してその偏差を前記電流制御手段20に導出する比較設定手段26とを有する。
【0026】
前記鍛縮台24は、図示しない昇降手段に連結されて上下方向に沿って変位すると共に、図示しない送り機構を介して軸心を回転軸として周方向に沿って所定角度ずつ回転可能に設けられる。
【0027】
また、アプセット成形装置10は、図示しない下部側ユニットに固定され、前記棒状素材22の下端部に当接して該棒状素材22を上方に向かって押圧するピストンロッド28が設けられた図示しない押圧用シリンダ(押圧機構)と、図示しないアームにそれぞれ連結されて接近又は離間可能に設けられ、通電することにより棒状素材22を加熱する一対の電極18a、18bとを有する。
【0028】
本発明の実施の形態に係るアプセット成形装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【0029】
先ず、成形材料である金属製の棒状素材22を、押圧用シリンダのピストンロッド28と鍛縮台24との間の所定位置にセットした後、図示しないクランプシリンダの駆動作用下に一対のアームを接近させ、前記アームにそれぞれ設けられた一対の電極18a、18bが棒状素材22に接触した状態でクランプされる(図2A〜2C参照)。その際、図示しない昇降手段を介して鍛縮台24を所定位置まで下降させた後、所定位置で停止して固定状態とし、前記鍛縮台24の底面24aが棒状素材22の上端部に接触した状態とする。
【0030】
前記棒状素材22がクランプされた状態において、交流電源12及びトランス14を介して一対の電極18a、18bに通電して前記棒状素材22をそれぞれ加熱すると共に、押圧用シリンダの駆動作用下にピストンロッド28を上昇させて棒状素材22を上方に向かって押圧する(図2D参照)。
【0031】
従って、前記一対の電極18a、18bによる通電加熱作用及び押圧用シリンダによる押圧作用下に、鍛縮台24の底面24aに当接する棒状素材22の上端部が膨張して略球形状の加熱部22aが形成される。鍛縮台24の底面24aによって平面状の窪みを有する略球形状の所望の加熱部22aの形状が形成された後(図2E参照)、前記電極18a、18bに対する通電を停止し、図示しないクランプシリンダを駆動させて一対の電極18a、18bを棒状素材22から離間させることにより(図2F参照)、アプセット成形体30が図示しない容器内に収納される。
【0032】
1本のアプセット成形体30が完成した後、図示しない送り機構を付勢することにより、軸心をその回転中心として鍛縮台24が所定角度(例えば、3度)だけ所定方向に回動する。
【0033】
次にアプセット成形がなされる棒状素材22を前記と同様にしてセットして前記のようなアプセット成形体30が得られた後、図示しない送り機構の付勢作用下に鍛縮台24を所定角度だけ回動させ、1本の棒状素材22に対する加工毎に鍛縮台24を周方向に沿って所定角度ずつ回動させる。
【0034】
この場合、前記所定角度を、例えば、3度に設定すると、鍛縮台24が1回転することにより120本のアプセット成形体30が得られ、上記のアプセット成形を連続して遂行することにより所定数のアプセット成形体30が得られる。
【0035】
なお、前記アプセット成形体30に対する予備成形工程を経て図示しない金型装置によってプレス成形がなされた後、研磨加工等の仕上げ工程を経て製品としてのエンジンバルブ32が得られる(図3A、図3B参照)。
【0036】
次に、例えば、従前から使用していた鍛縮台24の耐久性が低下して新たな鍛縮台24と交換する場合、又は何らかの原因によって上記のようなアプセット成形作業を長時間停止した後、さらに前記アプセット成形装置10を再稼働させる場合について以下に説明する。
【0037】
先ず、鍛縮台24の温度差と電流値との関係は、以下の通りであることが実験により確認された。
【0038】
図4は、従来から使用されている図示しない電気アプセッタを用い、棒状素材に対して連続してアプセット成形を遂行する連続成形時において、前記棒状素材に対して通電する電流値の波形を示したものである。
【0039】
これに対し、図5は、従来から使用されている図示しない電気アプセッタを用いてアプセット成形作業を数時間停止した後(このとき、一対の電極に対する通電は停止されている)、前記電気アプセッタを再稼働させた初期状態における前記棒状素材に対する電流値の波形を示したものである。
【0040】
そこで、従来から使用されている電気アプセッタの連続成形時における電流波形と、長時間停止した後の再稼働初期時における電流波形とを比較するために、図4と図5との電流波形を重ね合わせると、図6に示されるように、再稼働した1本目の棒状素材から3本目までの棒状素材に対する電流波形が一致しない波形図となる。
【0041】
これは、連続成形時における鍛縮台の温度特性曲線Aと再稼働初期時における鍛縮台の温度特性曲線Bとを対比した図7に示されるように、アプセット成形作業の長時間の停止により鍛縮台の温度が低下し、棒状素材に通電される電流値が低くなっていることがわかった。なお、4本目の棒状素材に対するアプセット成形作業では連続成形時と再稼働初期時との電流波形が一致していることが諒解される。
【0042】
本実施の形態に係るアプセット成形装置10では、トランス14の一次側コイルに供給される電流値を電流検出器16によって検出し、前記電流検出器16で検出された電流値を比較設定手段26に導出し、前記比較導出手段26において、図示しない入力手段によって予め設定された基準値(各種棒状素材の連続成形時における電流値)とを比較してその偏差を求め、その偏差に対応する信号を電流制御手段20に導出する。そして、前記電流制御手段20では、前記比較設定手段26から導出された偏差に対応する信号に基づいてトランス14の一次側コイルに対する電流値(終局的にはトランス14の二次側コイルを介して通電される一対の電極18a、18bに対する電流値)が前記基準値と一致するように制御している。
【0043】
従って、本実施の形態では、新たな鍛縮台24と交換する場合、又は何らかの原因によってアプセット成形作業を長時間停止した後、さらに前記アプセット成形装置10を再稼働させる場合であっても、前述した再稼働初期時における電流波形が連続成形時の電流波形と一致するように電流制御手段20によって一対の電極18a、18bに供給される電流値が制御されることにより、再稼働初期時における成形不良品の発生を確実に防止することができる。
【0044】
このように電流制御手段20によって制御された再稼働初期時における電流値の波形図を図8に示す。この図8から諒解されるように、1本目の棒状素材22に対する電流値の波形は、続く2本〜4本目の棒状素材22の電流値波形と比較して加熱時間が僅かに長いだけであり(図9に示されるように、例えば、約1秒)、その他の立ち上がり時における電流値の波形形状は一致しており、再稼働初期時における電流値が連続成形時における電流波形と一致するように制御されていることが諒解される。
【0045】
この結果、本実施の形態では、稼働初期時における不良品の発生を確実に防止して製品歩留まりを向上させ、製造コストの高騰を阻止することができる。
【0046】
なお、本実施の形態では、自動車用のエンジンバルブの傘部を成形する鍛造プレス加工の前工程である据え込み加工に用いるアプセット成形に基づいて説明しているがこれに限定されるものではなく、例えば、プロペラシャフト、リアアクスルシャフト、メインドライブギヤ、軸付ギヤ等の自動車用トランスミッション構成部品の鍛造プレスや切削加工の前工程として、金属製の棒状素材の先端部に所定の大きさの半径外方向膨出部を成形するために適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の実施の形態に係るアプセット成形装置のブロック構成図である。
【図2】図2A〜図2Fは、図1のアプセット成形装置を用い、棒状素材に対するアプセット成形工程を示す動作説明図である。
【図3】図3Aは、前記アプセット成形工程によって得られたアプセット成形体の正面図及び平面図、図3Bは、前記アプセット成形体に対して鍛造成形を施すことにより得られたエンジンバルブの正面図及び平面図である。
【図4】従来から使用されている電気アプセッタを用いたアプセット成形の連続成形時において、棒状素材に対して通電する電流値の波形を示す特性図である。
【図5】従来から使用されている電気アプセッタを用い、アプセット成形作業を数時間停止した後、再稼働させた初期状態において、棒状素材に対して通電する電流値の波形を示す特性図である。
【図6】図4に示す電流の波形と図5に示す電流波形とを比較するために両者を重畳させた特性図である。
【図7】連続成形時における鍛縮台の温度特性曲線Aと再稼働初期時における鍛縮台の温度特性曲線Bとを対比した説明図である。
【図8】図1のアプセット成形装置を構成する電流制御手段によって制御された再稼働初期時における電流値の波形を示す特性図である。
【図9】図8において、1本目と4本目の電流値の波形を重畳させた説明図である。
【図10】図10A〜図10Dは、従来技術において、再稼働初期時における棒状素材に対するアプセット成形工程を示す側面図である。
【図11】図11Aは、図10に示されるアプセット成形工程によって成形されたアプセット成形体の正面図及び平面図、図11Bは、前記アプセット成形体に対して鍛造成形を施したエンジンバルブの正面図及び平面図である。
【符号の説明】
【0048】
10…アプセット成形装置 12…交流電源
14…トランス 16…電流検出器
18a、18b…電極 20…電流制御手段
22…棒状素材 24…鍛縮台
26…比較設定手段 28…ピストンロッド
30…アプセット成形体
【出願人】 【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
【出願日】 平成18年11月29日(2006.11.29)
【代理人】 【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏

【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸

【識別番号】100142066
【弁理士】
【氏名又は名称】鹿島 直樹

【識別番号】100126468
【弁理士】
【氏名又は名称】田久保 泰夫


【公開番号】 特開2008−132527(P2008−132527A)
【公開日】 平成20年6月12日(2008.6.12)
【出願番号】 特願2006−321559(P2006−321559)