JP2003048032A

JP2003048032A - 加工装置

Info

Publication number: JP2003048032A
Application number: JP2001236412A
Authority: JP
Inventors: Takao Taniguchi; 孝夫谷口; Hiromichi Tamiya; 博道田宮; Takaya Nagahama; 貴也長濱
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-18
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: JP3744390B2

Abstract

(57)【要約】【課題】上下方向にスライド移動する昇降台を支持
するガイドレールの支持剛性が高く、すなわち、加工装
置全体の耐久性が良く、加工精度のよい加工装置を提供
する。【解決手段】加工時に、被加工物１を成形するロール
６０、７０、８０が取付けられた昇降台２０に作用する
一方向の回転モーメントによる荷重を受ける、昇降台２
０をスライド移動可能に支持するガイド部材の数と、他
方向の回転モーメントによる荷重を受けるガイド部材の
数が等しくなるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工装置、特に被
加工物を成形するロールが取付けられた昇降台と、昇降
台をスライド移動可能に支持するガイド部材とを備えた
加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】心押軸と主軸に挟持され、主軸の軸線を
中心に回転する被加工物の外周面に成形ロールを押圧し
て成形するスピニング加工装置が知られている。この公
知のスピニング加工装置では、例えば、図６に示すよう
に、複数の成形ロールを進退送り可能に支持する昇降台
２０が設けられている。例えば、昇降台２０は、平面略
三角形であり、略三角形の各頂点位置近傍に成形用のロ
ール６０、７０、８０が回転可能に取り付けられたロー
ルヘッド６１、７１、８１が設けられている。昇降台２
０は、略三角形の２辺の中間位置で、スピニング加工装
置の基台１０に直立固定された支持部材（例えば、コラ
ム１４２、１４３）にスライド移動可能に支持されてい
る。コラム１４２、１４３には、昇降台２０に当接する
面にそれぞれ２つずつのガイド部材（ガイドレール４２
ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ）が設けられている。ま
た、昇降台２０側には、前記ガイドレール４２ａ、４２
ｂ、４３ａ、４３ｂに対応する位置に、それぞれベアリ
ングブロックが設けられている。ガイドレール４２ａ、
４２ｂ、４３ａ、４３ｂとベアリングブロックによりリ
ニアガイド部材４２、４３が構成されている。これによ
り、昇降台２０はガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３
ａ、４３ｂに沿って上下方向にスライド移動可能となっ
ている。また、昇降台２０は、ガイドレール４２ａ、４
２ｂ、４３ａ、４３ｂに支持されている４点で水平方向
に回転しないように規制されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような加工装置で
は、例えば、３つのロールヘッド６１、７１、８１のう
ちの１つを使用して被加工物を成形する場合には、昇降
台２０を回転方向に規制している４点（ガイドレール４
２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂが設けられている点）に
作用する力は均等にはならない。例えば、ロールヘッド
６１のみを使用している場合には、図６に示すように、
ガイドレール４３ａに作用する力が大きい。これは、ロ
ールヘッド６１に設けられた成形ロール６０を被加工物
１１に押圧する際に、ガイドレール４３ａが受ける昇降
台２０の重心Ｏを中心とする昇降台２０に作用する右回
りの回転モーメントによる荷重が、ガイドレール４２
ａ、４２ｂ、４３ｂが受ける昇降台２０に作用する左回
りの回転モーメントによる荷重と等しくなる必要がある
ことによる。数式等詳しくは、後述する。このため、ガ
イドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの支持剛性
が低く、スピニング加工の精度が低くなる。そこで、本
発明は、ガイドレールの支持剛性が高く、すなわち、加
工装置全体の耐久性が良く、加工精度のよい加工装置を
提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、被加工物を成形するロー
ルが取付けられた昇降台と、昇降台をスライド移動可能
に支持する少なくとも２つのガイド部材とを備えた加工
装置であって、加工時に、昇降台に作用する一方向の回
転モーメントによる荷重を受けるガイド部材の数と、他
方向の回転モーメントによる荷重を受けるガイド部材の
数が等しくなるように構成されていることを特徴とす
る。請求項１に記載の加工装置によれば、各ガイド部材
にかかる力のバランスがよい。これにより、ガイド部材
（ガイドレール）の支持剛性、しいては、加工装置全体
の耐久性が向上し、加工精度のよい加工装置を提供する
ことができる。

【０００５】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の加工装置であって、昇降台が平面略三角形に形
成されている加工装置である。請求項２に記載の加工装
置によれば、平面略三角形の各頂点位置に、加工物を成
形するロールのロールヘッドが設けられていれば、作業
効率とコストのバランスがよい。

【０００６】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の加工装置であって、各ガイド部材は昇降台の異
なる２辺を支持している加工装置である。請求項３に記
載の加工装置によれば、昇降台のスライド移動が安定す
る。

【０００７】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の加工装置であって、ガイド部材は各辺に２つ設
けられ、ガイド部材によって支持されている辺によって
定義される頂点と、昇降台の重心とを通る線にほぼ直角
な線が、各辺の２つのガイド部材の間に配置されるよう
に構成されている加工装置である。請求項４に記載の加
工装置によれば、昇降台の異なる２辺に２つずつあるガ
イド部材にかかる力のバランスがよいため、ガイドレー
ルの支持剛性、しいては、加工装置全体の耐久性が一層
向上する。

【０００８】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
〜４のいずれかに記載の各装置であって、ガイド部材が
リニアガイド部材である。請求項５に記載の加工装置に
よれば、昇降台に発生する振動を抑制することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
〜図５に基づいて説明する。本実施の形態では、図４に
示す円盤状の予備成形品である被加工物１を主軸２の軸
心を中心に回転させながら、３つの成形ロール６０、７
０、８０のうち１つを被加工物１に押圧して加工する場
合のスピニング加工装置について説明する。図１は、被
加工物１を加工するスピニング加工装置の正面図を示し
たものである。図２は加工動作をする前の原位置に成形
ロール６０が回転自在に取り付けられたロールヘッド６
１がある場合、図３は被加工物１を加工する位置にロー
ルヘッド６１がある場合の説明図である。図４は、被加
工物１の加工例を示す説明図である。図５は、図１のＡ
矢視方向から見たスピニング加工装置の断面図である。

【００１０】スピニング加工装置は、成形ロール６０、
７０、８０が回転自在に取り付けられたロールヘッド６
１、７１、８１が進退送り自在に取り付けられた昇降台
２０と、昇降台２０が図１において上下方向にスライド
移動可能に取り付けられた支持部材であるコラム１３
２、１３３と、コラム１３２、１３３が直立状態で固定
されている基台１０と、上部機体４０を備えている。基
台１０には、主軸２が回転自在に設けられていて、基台
１０の下部には、主軸２を回転させる主軸駆動装置４が
設けられている。主軸駆動装置４としては、例えば、主
軸モータ、主軸モータの回転を伝達するベルト、主軸ヘ
ッドとから構成される。また、基台１０には、コラム１
３２、１３３が基台１０に直立状態で固定されている。
コラム１３２、１３３の上端部には、上部機体４０が取
り付けられている。また、コラム１３２には、図５に示
すように、昇降台２０を上下方向にスライド移動可能に
取り付けるためのリニアガイド部材３２の１対のガイド
レール３２ａ、３２ｂが取り付けられている。また、コ
ラム１３３には、昇降台２０を上下方向にスライド移動
可能に取り付けるためのリニアガイド部材３３の１対の
ガイドレール３３ａ、３３ｂが取り付けられている。昇
降台２０は、例えば、平面略三角形であり、中心部に心
押軸５と主軸２で挟持した状態の被加工物１を通す孔２
７が設けられた中空の移動台である。昇降台２０の平面
略三角形の各頂点位置近傍には、ロールヘッド６１、７
１、８１が心押軸５と主軸２を結ぶ軸線方向に（略三角
形の中心方向に）昇降台２０に対して進退送り可能に取
り付けられている。また、昇降台２０には、各ロールヘ
ッドの駆動装置６２、７２、８２が取り付けられてい
る。駆動装置６２、７２、８２としは、例えば、ハイブ
リッドアクチュエータユニットであり、モータ、カップ
リング、ポンプ、リザーバ、油圧シリンダから構成され
ている。また、昇降台２０がコラム１３２に当接する辺
のコラム１３２に取り付けられたガイドレール３２ａ、
３２ｂに対応する位置には、ベアリングブロック２２
ａ、２２ｂが取り付けられている。このようにして、コ
ラム１３２に設けられたガイドレール３２ａ、３２ｂ
と、昇降台２０に設けられたベアリングブロック２２
ａ、２２ｂとでリニアガイド部材３２が構成されてい
る。また、コラム１３３に設けられたガイドレール３３
ａ、３３ｂと、昇降台２０に設けられたベアリングブロ
ック２３ａ、２３ｂとでリニアガイド部材３３が構成さ
れている。上部機体４０には、昇降台駆動装置２５、２
６と、心押軸駆動装置６とが取り付けられている。各昇
降台駆動装置２５、２６は、例えば、ハイブリッドアク
チュエーターユニットであり、モータ、カップリング、
ポンプ、リザーバ、及び昇降台送りシリンダとから構成
されている。ポンプからの圧油を昇降台送りシリンダに
供給し、昇降台送りシリンダの一端を上部機体４０に取
付けて他端を昇降台２０に取り付けることにより、昇降
台２０が、上部機体４０と基台１０の間で上下方向にス
ライド移動可能となる。また、心押軸駆動装置６は、例
えば、ハイブリッドアクチュエーターユニットであり、
モータ、カップリング、ポンプ、リザーバ、及び心押軸
送りシリンダとから構成されている。ポンプからの圧油
を心押軸送りシリンダに供給し、心押軸送りシリンダの
一端を上部機体４０に取付けて他端に心押軸５を設ける
ことにより、被加工物１が心押軸５と主軸２の間で、任
意の圧力で挟持可能となる。ここで、心押軸５は、例え
ば、スラスト軸受機構５ａを介して心押軸送りシリンダ
に回転可能に支持されているので、主軸２が回転するこ
とにより、主軸２との間に挟持した被加工物１と共に回
転可能な構成となっている。

【００１１】次に、スピニング加工装置の動作について
図２〜図４に基づいて説明する。主軸２と心押軸５に挟
持された被加工物１を加工する場合、ロールヘッド６
１、７１、８１の３つのうちで、予め設定されたロール
ヘッド（複数でも単数でもよい）の駆動装置６２、７
２、８２を動作させ、図２に示す原位置から図３に示す
被加工物加工位置まで移動させる。そして、回転してい
る被加工物１に、被加工物１の回転と連れ回り方向に回
転させながら成形ロール６０、７０、８０を被加工物１
に押し付ける。図４Ａ〜Ｄは、被加工物１の加工例を示
す詳細図である。図４は、中心部に穴のあいた円板状部
材から内孔に溝が形成されたカップ状部材を成形する過
程を示している。ここで、図４Ａは、加工前の状態を示
している。主軸２には、溝２ｂが形成された心棒２ａが
取り付けられている。図４Ｂは、中心部に穴のあいた円
板状部材である被加工物１をセットした状態であり、心
押軸５と主軸２に取り付けられた心棒２ａで被加工物１
が挟持されている。図４Ｃは、粗成形用のロール（例え
ば、ロール７０）を用いて、粗成形を開始した状態を示
している。粗成形用のロール７０は、主軸２の回転方向
と連れ回り方向に、同速度、あるいは、若干異ならせた
速度で回転させ、被加工物１の外周部に押圧させた状態
で主軸方向（図４Ｃの下方向）に所定の移動速度で移動
させる。これにより、図４Ｃに示すように、被加工物１
の外周部が主軸方向に曲げられ、被加工物１は概略カッ
プ状に粗成形される。図４Ｄは、精成形用のロール（例
えば、ロール６０）を用いて、仕上げをしている状態を
示している。精成形用のロール６０は、主軸２の回転方
向と連れ回り方向に、同速度、あるいは、若干異ならせ
た速度で回転させ、被加工物１の外周部に押圧させた状
態で主軸方向（図４Ｄの下方向）に所定の移動速度で移
動させる。これにより、図４Ｄに示すように、被加工物
１の内孔に溝が形成されたカップ状部材に精成形され
る。ロールの種類、及びロールにより被加工物１を押圧
する位置と力、ロールの主軸方向への移動速度等を制御
することにより、被加工物１を任意の形状に加工するこ
とができる。なお、このとき、心棒２ａに形成された溝
２ｂに対応する形状の溝がカップ状部材の内孔に形成さ
れる。

【００１２】上記したように、例えば、被加工物１に溝
を同時に形成する場合には、３つの成形ロール６０、７
０、８０を同時に使用するよりも、いずれか１つの成形
ロールで、もしくは、種類の違う成形ロールを１つずつ
用いて加工した方が加工精度が良い場合がある。この場
合の各リニアガイド部材の各ガイドレールにかかる荷重
を、図５、図６を参照して以下で説明する。例えば、ロ
ールヘッド６１のみを用いて被加工物１を加工する場
合、ロールヘッド６１は被加工物１を押圧する力と等し
い反力Ｆを被加工物１から受ける。ロールヘッド６１は
昇降台２０に固定されているので、反力Ｆは昇降台２０
に作用する。そして、反力Ｆと昇降台２０を支持してい
るガイドレール３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂにより
昇降台２０に回転モーメントが働く。例えば、図６に示
す従来のスピニング加工装置では、昇降台２０のリニア
ガイド部材４２によって支持される辺Ｘ（コラム１４２
側）の中点から辺Ｘに沿って等しい距離の位置にガイド
レール４２ａとガイドレール４２ｂが設けられている。
また、昇降台２０のリニアガイド部材４３によって支持
される辺Ｙ（コラム１４３側）の中点から辺Ｙに沿って
等しい距離の位置にガイドレール４３ａとガイドレール
４３ｂが設けられている。このため、昇降台２０のロー
ルヘッド６１の中心線の延長線からガイドレール３３
ａ、３３ｂ、３２ａ、３２ｂまでの距離をそれぞれＫ、
Ｌ、Ｍ、Ｎとすると、重心Ｏ点を中心とする回転モーメ
ントによる荷重は以下のように表される。昇降台２０に作用する右回りの回転モーメントによる荷
重＝ｆ１・Ｋ昇降台２０に作用する左回りの回転モーメントによる荷
重＝ｆ２・Ｌ＋ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎここで、昇降台２０が回転することがないように、右回
りの回転モーメントによる荷重と左回りのモーメントに
よる荷重は均衡する必要があるので、以下の式が成立す
る必要がある。ｆ１・Ｋ＝ｆ２・Ｌ＋ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎこのため、従来例では、ガイドレール３３ａにかかる荷
重ｆ１が大きくなり、ガイドレール３３ａの負担が大き
くなる。

【００１３】一方、本実施の形態のスピニング加工装置
では、図５に示す構成となっている。昇降台２０のリニ
アガイド部材３２によって支持されている辺Ｘ（コラム
１３２側）と、昇降台２０のリニアガイド部材３３によ
って支持されている辺Ｙ（コラム１３３側）によって定
義されている頂点Ｚと重心Ｏとを通る線ｚ１に平面上で
直角に交差する線ｚ２がガイドレール３２ａとガイドレ
ール３２ｂ及びガイドレール３３ａとガイドレール３３
ｂの間を通ようにコラム１３２、１３３が配置されてい
る。この場合、重心Ｏとロールヘッド６１の中心線を結
ぶ延長線からガイドレール３３ａ、３３ｂ、３２ａ、３
２ｂまでの距離をそれぞれＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎとすると、重
心Ｏを中心とする回転モーメントによる荷重は以下のよ
うに表される。昇降台２０に作用する右回りの回転モーメントによる荷
重＝ｆ１・Ｋ＋ｆ２・Ｌ昇降台２０に作用する左回りの回転モーメントによる荷
重＝ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎ右回りの回転モーメントによる荷重と左回りのモーメン
トによる荷重は均衡する必要があるので、以下の式が成
立する必要がある。ｆ１・Ｋ＋ｆ２・Ｌ＝ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎこのように、本実施の形態では、右回りの回転モーメン
トによる荷重に対してはガイドレール３３ａ及び３３
ｂ、左回りの回転モーメントによる荷重に対してはガイ
ドレール３２ａ及び３２ｂが作用するので、各ガイドレ
ールにかかる荷重のバランスがよい。

【００１４】本発明の構成及び動作は本実施の形態に限
定されるものではない。本発明は、スピニング加工装置
以外の種々の加工装置にも適用することができる。ま
た、昇降台２０は平面略三角形でなくてもよい。また、
コラム１３２、１３３は、２つではなくてもよい。ま
た、コラム１３２、１３３と昇降台２０の位置関係は、
本実施の形態で示す図面に限定されるものではない。ま
た、昇降台２０とコラム１３２、１３３に設けられてい
るリニアガイド部材３２、３３において、ガイドレール
３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂが昇降台２０側に、ベ
アリングブロック２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂがコ
ラム１３２、１３３側に設けられていてもよい。また、
本実施の形態では、ガイドレール３２ａ、３２ｂ、３３
ａ、３３ｂとベアリングブロック２２ａ、２２ｂ、２３
ａ、２３ｂでリニアガイド部材３２、３３が構成されえ
ているが、昇降台２０がコラム１３２、１３３に対して
スライド移動可能であれば、リニアガイド部材ではなく
てもよい。本実施の形態では、略三角形の昇降台２０の
重心Ｏ点を中心とする回転モーメントの均衡について考
えたが、被加工物１の中心で考えてもよい。また、昇降
台２０を支える支持部材は、コラム１３２、１３３では
なくてもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
加工装置によれば、ガイド部材（ガイドレール）の支持
剛性、しいては、加工装置全体の耐久性が向上し、加工
精度のよい加工装置を提供することができる。また、請
求項２に記載の加工装置によれば、作業効率とコストの
バランスがよい。また、請求項３に記載の加工装置によ
れば、昇降台のスライド移動が安定する。また、請求項
４に記載の加工装置によれば、ガイドレールの支持剛
性、しいては、加工装置全体の耐久性が一層向上する。
また、請求項５に記載の加工装置によれば、昇降台に発
生する振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の正面図である。

【図２】原位置にロールヘッド６１がある場合の説明図
である。

【図３】加工する位置にロールヘッド６１がある場合の
説明図である。

【図４】被加工物１の加工例を示す説明図である。

【図５】図１のＡ−Ａ矢視線に沿って破断して示すスピ
ニング加工装置の水平断面図である。

【図６】従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１被加工物２主軸５心押軸１０基台２０昇降台２２ａ、ｂベアリングブロック（リニアガイド
部材３２）２３ａ、ｂベアリングブロック（リニアガイド
部材３３）３２、３３リニアガイド部材３２ａ、ｂガイドレール（リニアガイド部材３
２）３３ａ、ｂガイドレール（リニアガイド部材３
３）４０上部機体６０、７０、８０成形ロール６１、７１、８１ロールヘッド１３２、１３３コラム（支持部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長濱貴也愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を成形するロールが取付けられ
た昇降台と、昇降台をスライド移動可能に支持する少な
くとも２つのガイド部材とを備えた加工装置であって、加工時に、昇降台に作用する一方向の回転モーメントに
よる荷重を受けるガイド部材の数と、他方向の回転モー
メントによる荷重を受けるガイド部材の数が等しくなる
ように構成されていることを特徴とする、加工装置。
【請求項２】請求項１に記載の加工装置であって、昇降台が平面略三角形に形成されている加工装置。
【請求項３】請求項２に記載の加工装置であって、各ガイド部材は昇降台の異なる２辺を支持している加工
装置。
【請求項４】請求項３に記載の加工装置であって、ガ
イド部材は昇降台を支持している各辺に２つ設けられ、ガイド部材によって支持されている辺によって定義され
る頂点と、昇降台の重心とを通る線にほぼ直角な線が、
昇降台を支持している各辺の２つのガイド部材の間に配
置されるように構成されている加工装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の各装置
であって、前記ガイド部材によりリニアガイド部材が構
成されている加工装置。