JP2007268602A

JP2007268602A - 軸肥大成形装置および軸肥大成形方法

Info

Publication number: JP2007268602A
Application number: JP2006100750A
Authority: JP
Inventors: Masaya Furumoto; 雅也古本; Akira Yamaguchi; 亮山口
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】歩留りを低下させることなく、精度のよい軸肥大成形を行うことが可能な軸肥大成形装置および軸肥大成形方法を提供する。
【解決手段】軸肥大成形装置１０は、金属軸材（ワークＷ）における任意の位置に肥大部を形成するための装置であって、ワークＷの両端を保持しながら、ワークＷに対して圧縮応力と曲げ応力とを付与する固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とを備えている。軸肥大成形過程におけるＬ／Ｄをセンシングして、Ｌ／Ｄの大きさの変化に応じて適度な圧縮応力および／または曲げ応力を付与するように加圧・曲げ側回転ホルダ１２を制御する制御部２０をさらに備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸材の中間部に素材径よりも大きな径を有する肥大部を成形する軸肥大成形装置および軸肥大成形方法に関する。

従来より、金属製の軸材における任意の位置に肥大部を成形する成形方法として、大径の軸材の不要な部分を切削する方法や、金属製の軸材に対して圧縮および曲げ応力を付与する軸肥大成形方法等がある。
このうち、軸肥大成形方法による肥大部の成形は、切削加工による肥大部の成形と比較して切削加工に要する時間が不要となり、効率よく金属軸材の任意の位置に肥大部を成形することができることから、近年注目されている。

例えば、特許文献１には、金属軸材における任意の位置に肥大部を成形する際に、金属軸材の両端を保持する一対の回転保持体間の距離Ｌの初期値Ｌ₀を座屈が発生しない程度の間隔として肥大部を成形する軸肥大成形方法が開示されている。
具体的には、一般的に、座屈が発生しない程度の間隔としては、例えば、金属軸材の最大径Ｄとすると、その初期値Ｄ₀と上記初期値Ｌ₀との比Ｌ₀／Ｄ₀が３未満になるようにＬ₀が設定される。
特開２００５−８８０６６号公報（平成１７年４月７日公開）

しかしながら、上記従来の軸肥大加工方法では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された軸肥大成形方法では、初期スリーブ間間隔を、初期素材径Ｄ₀との比Ｌ₀／Ｄ₀＜３を満たす座屈しない程度の距離Ｌ₀とすることで、軸肥大成形時における座屈の発生を抑制している。しかし、確実に座屈の発生を防止するためには、成形開始後に一定の圧縮・曲げ応力を付与する条件下において、初期値Ｌ₀／Ｄ₀＜３を満たしつつ、Ｌ₀／Ｄ₀をできる限り小さめに設定する必要がある（図７参照）。

例えば、Ｌ₀／Ｄ₀をできる限り小さくするために、Ｌ₀を小さくした場合には、肥大部の最大径が不足してしまうおそれがある。一方、Ｄ₀を大きくした場合には、肥大成形後の工程において取り代が増えて加工時間が増大し、歩留りを低下させる要因となる。
本発明の課題は、歩留りを低下させることなく、精度のよい軸肥大成形を行うことが可能な軸肥大成形装置および軸肥大成形方法を提供することにある。

第１の発明に係る軸肥大成形装置は、金属軸材に対して圧縮応力と曲げ応力とを付与して、金属軸材の中間部に金属軸材の径よりも大きい径を有する肥大部を成形する軸肥大成形装置であって、一対の回転保持体と、圧縮機構と、偏心機構と、制御部と、を備えている。一対の回転保持体は、金属軸材の両端をそれぞれ保持しながら回転する。圧縮機構は、一対の回転保持体間の距離を小さくして金属軸材に対して圧縮応力を付与する。偏心機構は、回転保持体の少なくとも一方の軸芯を、他方の回転保持体の軸芯に対して所定の角度傾斜するように偏心させて曲げ応力を付与する。制御部は、一対の回転保持体間の距離Ｌ、一対の回転保持体の間に存在する金属軸材の最大径Ｄとすると、金属軸材の中間部に肥大部を成形する過程においてＬ／Ｄの値を検出し、この検出結果に応じて圧縮応力および曲げ応力の少なくとも一方を制御する。

ここでは、金属軸材に対して圧縮および曲げ応力を付与する一対の回転保持体間の距離Ｌと、一対の回転保持体の間に保持された金属軸材の最大径Ｄとの比Ｌ／Ｄをセンシングしながら、金属軸材に対して付与される圧縮・曲げ応力を制御する。
一般的に、軸肥大成形装置では、成形の度合いが進むにつれて、一対の回転保持体の間隔が狭くなるとともに金属軸材の最大径も大きくなっていく。このため、成形過程においてセンシングされるＬ／Ｄは、軸肥大成形が進むにつれて小さくなっていく。

ここで、成形の開始から金属軸材に対して一定の圧縮・曲げ応力を付与しながら成形を行った場合には、成形開始時の初期段階でＬ／Ｄ＞３の場合には、成形過程において偏心や座屈等が発生するおそれがある。このため、成形の開始から金属軸材に対して一定の圧縮・曲げ応力を付与しながら成形を行う場合に座屈の発生を確実に回避するためには、成形開始時における初期段階でのＬ／Ｄを３よりもできる限り小さくする必要がある。この結果、Ｌ／Ｄをできる限り小さくするために、Ｌの初期値Ｌ₀を小さくしたり、Ｄの初期値Ｄ₀を大きくしたりした場合には、肥大部の最大径が不足したり、後加工が必要となったりして、歩留りの低下を招いていた。

本発明の軸肥大成形装置では、成形過程において変動するＬ／Ｄの数値を検出し、この検出結果に応じて金属軸材に対して付与される圧縮応力および曲げ応力のいずれか一方を調整するように制御を行う。
これにより、金属軸材の軸方向における圧縮応力と曲げ応力との合成応力が座屈を発生させるための応力を超えないように制御することができる。この結果、歩留りの低下を招くことなく、効率よく金属軸材における任意の位置に肥大部を成形することができる。

第２の発明に係る軸肥大成形装置は、第１の発明に係る軸肥大成形装置であって、制御部は、金属軸材の軸方向における圧縮応力と曲げ応力との合成応力が、金属軸材に座屈を発生させるために必要な座屈発生応力未満になるように、圧縮応力および曲げ応力の少なくとも一方を制御する。
ここでは、Ｌ／Ｄの検出結果に基づいて金属軸材に付与される圧縮応力と曲げ応力とを調整する際には、金属軸材の軸方向における圧縮応力と曲げ応力との合成応力が座屈発生応力よりも小さくなるように制御を行う。

これにより、成形過程において変動するＬ／Ｄの大きさに応じて圧縮応力および曲げ応力を適切に調整することで、座屈の発生を効果的に回避することができる。
なお、断面が円形の軸材の塑性座屈を発生させるために最低限必要な応力である座屈臨界応力σは、以下の関係式に示すようにＬ／Ｄの値の変化の影響を受け易い。
σ＝１６π²ｎＣε^n-1／（Ｌ／Ｄ）² ・・・・・（１）
（ただし、σ：座屈臨界応力（軸方向）、ｎおよびＣ：材料定数、ε：相当塑性歪み）

第３の発明に係る軸肥大成形装置は、第１または第２の発明に係る軸肥大成形装置であって、制御部は、軸肥大成形過程において比Ｌ／Ｄの検出を複数回行う。
ここでは、軸肥大成形の過程において、Ｌ／Ｄの検出を複数回実施して、その都度金属軸材に対して付与される圧縮応力および／または曲げ応力の調整を行う。
これにより、軸肥大成形の進行に伴って変化するＬ／Ｄの大きさに応じて、金属軸材に対して付与される圧縮応力および／または曲げ応力を高精度に制御することができる。この結果、金属軸材における座屈の発生をさらに確実に回避することが可能になる。なお、Ｌ／Ｄの検出を複数回実施する場合には、所定時間経過毎にＬ／Ｄを検出してもよいし、金属軸材の変形量が所定量を超える毎にＬ／Ｄを検出してもよい。

第４の発明に係る軸肥大成形装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る軸肥大成形装置であって、制御部は、一対の回転保持体間の距離Ｌだけを検知して、比Ｌ／Ｄを検出する。
ここでは、Ｌ／Ｄの検出を行う際には、一対の回転保持体間の距離Ｌだけを検出する。
これにより、検出されたＬ値と、回転保持体間に挟まれた金属軸材の容積とから最大径Ｄを算出し、Ｌ／Ｄを求めることができる。この結果、最も検出が容易なＬ値を用いてＬ／Ｄを算出することで、さらに効率よく軸肥大成形を実施することができる。

第５の発明に係る軸肥大成形装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る軸肥大成形装置であって、制御部は、金属軸材に対して付与される圧縮応力および曲げ応力の双方を制御する。
ここでは、検出されたＬ／Ｄの値に基づいて、金属材料に対して付与される圧縮応力および曲げ応力の双方を制御する。
これにより、圧縮応力および曲げ応力のいずれか一方だけを制御する場合と比較して、座屈の発生を回避するための制御の幅を広げてより柔軟な制御を行うことができる。

第６の発明に係る軸肥大成形方法は、金属軸材に対して圧縮応力と曲げ応力とを付与して、金属軸材の中間部に金属軸材の径よりも大きい径を有する肥大部を成形する軸肥大成形方法であって、第１から第４のステップを備えている。第１のステップでは、金属軸材の両端を一対の回転保持体によってそれぞれ保持しながら回転させる。第２のステップでは、一対の回転保持体間の距離を小さくして金属軸材に対して圧縮応力を付与する。第３のステップでは、回転保持体の少なくとも一方の軸芯を、他方の回転保持体の軸芯に対して所定の角度傾斜するように偏心させて曲げ応力を付与する。第４のステップでは、一対の回転保持体間の距離Ｌ、一対の回転保持体の間に存在する金属軸材の最大径Ｄとすると、金属軸材の中間部に肥大部を成形する過程においてＬ／Ｄの値を検出し、この検出結果に応じて圧縮応力および曲げ応力の少なくとも一方を制御する。

ここでは、金属軸材に対して圧縮および曲げ応力を付与する一対の回転保持体間の距離Ｌと、一対の回転保持体の間に保持された金属軸材の最大径Ｄとの比Ｌ／Ｄをセンシングしながら、金属軸材に対して付与される圧縮・曲げ応力を制御する。
一般的に、軸肥大成形方法では、成形の度合いが進むにつれて、一対の回転保持体の間隔が狭くなるとともに金属軸材の最大径も大きくなっていく。このため、成形過程においてセンシングされるＬ／Ｄは、軸肥大成形が進むにつれて小さくなっていく。

本発明の軸肥大成形方法では、成形過程において変動するＬ／Ｄの数値を検出し、この検出結果に応じて金属軸材に対して付与される圧縮応力および曲げ応力のいずれか一方を調整するように制御を行う。
これにより、金属軸材の軸方向における圧縮応力と曲げ応力との合成応力が座屈を発生させるための応力を超えないように制御することができる。この結果、歩留りの低下を招くことなく、効率よく金属軸材における任意の位置に肥大部を成形することができる。

なお、第２から第４のステップについては、複数のステップが同時に実施されてもよいし、段階的に実施されてもよい。また、各ステップの実施順については、特に限定されるものではない。

本発明に係る軸肥大成形装置によれば、歩留りの低下を招くことなく、効率よく金属軸材における任意の位置に肥大部を成形することができる。

本発明の一実施形態に係る軸肥大成形装置１０について、図１〜図６を用いて説明すれば以下の通りである。
［軸肥大成形装置１０の構成］
本実施形態に係る軸肥大成形装置１０は、図１に示すように、金属製の丸棒であるワーク（金属軸材）Wの両端を保持した状態で回転させながらワークＷに対して圧縮および曲げ応力を付与して所定の位置に肥大部を成形する装置であって、上記ワークＷの両端を保持する左右一対の回転保持体として、固定側回転ホルダ（一対の回転保持体）１１と、加圧・曲げ側回転ホルダ（一対の回転保持体）１２と、回転モータＭと、油圧シリンダ（圧縮機構、偏心機構）ＨＣと、制御部２０と、を備えている。なお、図１および図２に示す構成では、説明の便宜上、加圧・曲げ側回転ホルダ１２を駆動するための油圧シリンダＨＣが１つだけ設けられているが、実際には、加圧・曲げ側回転ホルダ１２の加圧力を調整する油圧シリンダと加圧・曲げ側回転ホルダ１２の曲げ角度を調整する油圧シリンダとが別々に設けられているものとする。

本実施形態において軸肥大成形が施されるワークＷは、軸肥大成形前の状態において直径がＤ₀の金属製の丸棒であって、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２との間隔がＬ₀になるように、軸肥大成形装置１０にセットされる。
固定側回転ホルダ１１は、ワークWの一端を保持しながら、回転モータＭによって所定の回転速度で回転させられる一対の回転保持体の一方である。また、固定側回転ホルダ１１は、回転モータＭを介して制御部２０に接続されており、その回転速度を制御される。

加圧・曲げ側回転ホルダ１２は、ワークWの他端を保持しながら、固定側回転ホルダ１１と同じく設定された回転速度で回転する一対の回転保持体の他方である。また、加圧・曲げ側回転ホルダ１２には、油圧シリンダＨＣによって固定側回転ホルダ１１側に対して近づこうとする力が加えられる。これにより、ワークＷに対して、ワークＷの軸方向に圧縮する応力を付与することができる。さらに、加圧・曲げ側回転ホルダ１２には、油圧シリンダＨＣによって、固定側回転ホルダ１１の回転軸に対して加圧・曲げ側回転ホルダ１２における回転軸を傾ける方向に力が加えられる。これにより、ワークＷに対して曲げ応力を付与することができる。また、加圧・曲げ側回転ホルダ１２は、回転モータＭおよび油圧シリンダＨＣを介して制御部２０と接続されており、回転速度や、ワークＷに対して圧縮応力を付与するための加圧力、曲げ応力を付与するための曲げ角度等が、制御部２０において制御される。

制御部２０は、上述したように、回転モータＭを介して固定側回転ホルダ１１と、回転モータＭおよび油圧シリンダＨＣを介して加圧・曲げ側回転ホルダ１２と、それぞれ接続されており、各ホルダ１１・１２における回転、加圧力、曲げ角度等を制御する。さらに、制御部２０は、軸肥大成形中における固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２との間の距離Ｌのセンシングを行い、Ｌのセンシング結果に基づいて、軸肥大成形中におけるワークＷの最大径Ｄを算出する。そして、制御部２０は、これらの比Ｌ／Ｄに基づいて、ワークＷに対して付与される圧縮応力（加圧力）と曲げ応力（曲げ角度）を変更するように加圧・曲げ側回転ホルダ１２側の油圧シリンダＨＣを制御する。なお、制御部２０における、軸肥大成形過程におけるＬ／Ｄのセンシング結果に基づいた加圧、曲げ角度の制御については後段にて詳述する。

［軸肥大成形装置１０による軸肥大成形］
本実施形態の軸肥大成形装置１０による軸肥大成形の工程について、図２〜図５を用いて説明すれば以下の通りである。
すなわち、軸肥大成形装置１０による軸肥大成形は、図２のフローチャートに従って実施される。なお、以下の工程における動作の主体は、特に断りのない限り、制御部２０とする。

まず、図３（ａ）に示すように、固定側回転ホルダ１１および加圧・曲げ側回転ホルダ１２によってワークＷの両端を保持した状態とした後、ステップＳ１では、固定側回転ホルダ１１および加圧・曲げ側回転ホルダ１２を回転モータＭによって４０ｒｐｍの回転速度で回転駆動しながら、加圧・曲げ側回転ホルダ１２側を制御して、ワークＷに対して４００ｋＮの圧縮応力、傾き２度の曲げ応力を付与する。

このとき、ワークＷに対しては、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とによって図４（ａ）に示すような圧縮応力と、加圧・曲げ側回転ホルダ１２によって図４（ｂ）に示すような曲げ応力とが付与される。このため、ワークＷ内には、これらの圧縮応力と曲げ応力とを合成した、図４（ｃ）に示すように、ワークＷの上側にかかる大きな圧縮応力と、ワークＷの下側にかかる引っ張り応力とがそれぞれ分布することになる。

そして、ステップＳ２では、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２との間の距離であるＬ値のセンシングを行う。
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２において検知されたＬ値が、所定値以上であるか否かを判定する。ここでは、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２との間の距離（換言すれば、成形されたワークＷに成形される肥大部の長さ）が、図３（ｃ）に示すように、軸肥大成形の完了タイミングを意味する所定値未満、つまり所望の長さになったことを検出して軸肥大成形を終了させる。なお、初期段階では、ワークＷの最大径Ｄ₀に対して、比Ｌ₀／Ｄ₀が３よりも大きくなるようにセットされており、Ｌ値が所定値未満となることはないため、ステップＳ４へと進む。

次に、ステップＳ４では、検知されたＬ値に基づいて、まずはワークＷにおける肥大部成形部分における最大径Ｄを算出する。そして、検知されたＬ値と算出されたＤ値とを用いて、Ｌ／Ｄを算出する。このとき、ステップＳ１から開始されるワークＷに対する圧縮・曲げ応力の付与によって、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とに挟まれたワークＷの部分には、図３（ｂ）に示すように、徐々に肥大部が成形されてくる。このため、軸肥大成形が進むにつれて、Ｌ値は小さくなる方向に進み、Ｄ値は大きくなる方向に進むことから、その比であるＬ／Ｄの値は軸肥大成形の進行に伴って小さくなる方向に進んでいく。

なお、Ｌ値だけを検知してＤを算出する方法としては、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２との間に保持されたワークＷの容積が軸肥大成形の過程において一定と仮定すると、加圧・曲げ側回転ホルダ１２によって付与される加圧力によって小さくなっていくＬ値だけをセンシングすることで、ワークＷの肥大部の容積と検知されたＬ値とに基づいて容易にＤ値を算出することができる。

次に、ステップＳ５では、ステップＳ４において算出されたＬ／Ｄが３より大きいか否かを判定する。ここで、Ｌ／Ｄが３より小さい場合には、座屈発生のおそれはほとんどないため、ステップＳ１０へと進み、加圧・曲げ側回転ホルダ１２による加圧力・曲げ角度を一定として軸肥大成形を行う。一方、Ｌ／Ｄが３より大きいと判定されると、ステップＳ６へと進む。

ステップＳ６では、加圧・曲げ側回転ホルダ１２側の油圧シリンダＨＣの状態からワークＷに対して付与されている加圧力および曲げ角度を計算する。
そして、ステップＳ７では、ステップＳ４において算出されたＬ／Ｄの大きさに応じて、現在ワークＷに対して付与されている加圧力および曲げ角度を補正するように、加圧・曲げ側回転ホルダ１２側の油圧シリンダＨＣを制御する。

なお、断面が円形の軸材の塑性座屈を発生させるために最低限必要な応力である座屈臨界応力σは、以下の関係式から、Ｌ／Ｄの値の変化の影響を受け易いことがわかる。
σ＝１６π²ｎＣε^n-1／（Ｌ／Ｄ）² ・・・・・（１）
（ただし、σ：座屈臨界応力（軸方向）、ｎおよびＣ：材料定数、ε：相当塑性歪み）
これにより、圧縮応力と曲げ応力とを上昇する方向に調整した場合でも、ワークＷに座屈が発生することを回避することができる。

次に、ステップＳ８では、補正後の加圧力、曲げ角度によって、ステップＳ９におけるサンプリングタイムが経過するまで成形を継続して軸肥大成形をさらに進行させる。
次に、ステップＳ９において、サンプリングタイムが経過すると、ステップＳ２へ戻って、軸肥大成形が進んだ状態でのＬ値を再度検知する。
そして、これ以降は、ステップＳ３において、図３（ｃ）に示すように、Ｌ値が軸肥大成形の完了を意味する所定の値以下となるまで、ステップＳ２〜ステップＳ９までの処理を繰り返し行う。そして、Ｌ値が所定の値以下になると、図３（ｃ）に示すように、加圧・曲げ側回転ホルダ１２における曲げ角度を０度、加圧力を０ｋＮとし、固定側回転ホルダ１１および加圧・曲げ回転側ホルダ１２における回転速度を０にして、軸肥大成形を終了する。

ここで、ステップＳ２〜ステップＳ９までの処理を、図５を用いて具体的に説明すれば以下の通りである。
すなわち、図５のグラフに示すように、Ｌ／Ｄが小さくなっていくことを検出して、加圧力をＡ１からＢ１，Ｃ１，Ｄ１と段階的に変化させるように制御を行う。より詳細には、軸肥大成形が進んでＬ／Ｄの値が小さくなって行くにつれて、加圧力を初期値である４００ｋＮ（Ａ１）から５５０ｋＮ（Ｂ１）、１０００ｋＮ（Ｃ１）、１３００ｋＮ（Ｄ１）の順に段階的に加圧力を上昇させる。

同様に、図５のグラフに示すように、Ｌ／Ｄが小さくなっていくことを検出して、曲げ角度をＡ２からＢ２，Ｃ２，Ｄ２と段階的に変化させるように制御を行う。より詳細には、軸肥大成形が進んでＬ／Ｄの値が小さくなると、曲げ角度を初期値である２度（Ａ２）から２度（Ｂ２）、２度（Ｃ２）、３度（Ｄ２）という順で２段階で上昇させる。
本実施形態の軸肥大成形装置１０では、以上のように、軸肥大成形過程において、所定時間経過毎にセンシングしたＬ値に基づいてＬ／Ｄを算出し、このＬ／Ｄの大きさに基づいて加圧力および曲げ角度を変更制御している。

これにより、センシングされたＬ／Ｄの大きさに応じて適切な大きさの圧縮応力と曲げ応力とをワークＷに対して付与することで、軸肥大成形過程において一定の加圧力、曲げ角度によって成形を行う従来の軸肥大成形方法と比較して、ワークＷに座屈が発生することをより確実に回避しつつ、効率よく軸肥大成形を実施することができる。
一般的に、軸肥大成形過程において一定の加圧力、曲げ角度で成形を行う従来の軸肥大成形方法では、軸肥大成形開始時におけるＬ／Ｄの初期値Ｌ₀／Ｄ₀が３未満であることが、座屈の発生を回避するための要件とされてきた。

これに対して、本実施形態の軸肥大成形装置１０による成形方法では、図６に示すように、座屈発生の基準となる偏芯量２．０ｍｍ以上となる初期値を、Ｌ₀／Ｄ₀＝３．５まで拡張することができる。
この結果、一定条件で成形を進める従来の軸肥大成形方法と比較して、ワークＷを軸肥大成形装置１０に対してセットした際の初期条件を緩和し、製造歩留りを向上させることが可能になる。

なお、図６に示す例では、座屈発生の有無の判定を、偏心量が２．０ｍｍを超えるか否かによって判定した結果を示しているものとする。
（比較例）
ここでは、本実施形態の軸肥大成形装置１０による軸肥大成形方法のように、Ｌ／Ｄをセンシングしながらその都度、ワークＷに対して付与される圧縮応力、曲げ応力を調整して成形された軸肥大成形との比較例として、成形開始後には一定の圧縮応力、曲げ応力を付与しながら成形を行った場合の試験結果について、図７を用いて説明する。

この従来の軸肥大成形方法による試験では、Ｌ／Ｄの初期値Ｌ₀／Ｄ₀を２．０から３．７５まで０．２５刻みで変化させた８個の試験片を用いて試験を行った。
試験結果としては、図７に示すように、Ｌ₀／Ｄ₀が３．０以下の場合には座屈の発生は見られなかった。一方、Ｌ₀／Ｄ₀が３．２５以上になると座屈の発生が認められた。
［軸肥大成形装置１０の特徴］
（１）
本実施形態の軸肥大成形装置１０は、図１および図３（ａ）等に示すように、金属軸材（ワークＷ）における任意の位置に肥大部を成形するための装置であって、ワークＷの両端を保持しながら、ワークＷに対して圧縮応力と曲げ応力とを付与する固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とを備えている。そして、軸肥大成形過程におけるＬ／Ｄをセンシングして、Ｌ／Ｄの大きさの変化に応じて適度な圧縮応力および／または曲げ応力を付与するように加圧・曲げ側回転ホルダ１２を制御する（図２参照）制御部２０をさらに備えている。

これにより、軸肥大成形過程におけるＬ／Ｄの大きさに応じて、座屈が発生しない適度な大きさの圧縮応力と曲げ応力とを、ワークＷに対して付与することができる。この結果、軸肥大成形過程において一定の大きさの圧縮応力と曲げ応力とを付与する従来の軸肥大成形方法と比較して、ワークＷに座屈が発生することをより確実に回避することができる。

（２）
本実施形態の軸肥大成形装置１０では、センシングされたＬ／Ｄに基づいて圧縮応力と曲げ応力とを調整する際には、制御部２０が、これらの合成応力が座屈発生臨界応力σよりも小さくなるように、圧縮応力および曲げ応力の大きさを変更制御する。
これにより、Ｌ／Ｄの大きさに基づいて圧縮応力や曲げ応力を上昇させるような制御を行う場合でも、圧縮応力等を大きくしたことによって座屈が発生することをより確実に回避することができる。

（３）
本実施形態の軸肥大成形装置１０では、図２に示すように、軸肥大成形過程において、制御部２０が、Ｌ値のセンシングを複数回実施する。
これにより、軸肥大成形が開始された後、１回だけＬ値のセンシングを行って圧縮応力等の変更制御を行う場合と比較して、より高精度に軸肥大成形を行いながら、座屈の発生を回避することができる。

（４）
本実施形態の軸肥大成形装置１０では、Ｌ／Ｄのセンシングを行うために、制御部２０が、Ｌ値だけをセンシングしてＬ／Ｄを算出する。
これにより、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２との間に存在するワークＷの肥大部成形部分の容積は肥大成形過程において一定であるから、Ｌ値だけをセンシングするだけで容易にＤを算出することができる。この結果、センシングされたＬ値と算出されたＤ値とを用いて、これらの比Ｌ／Ｄを容易に算出することができる。

（５）
本実施形態の軸肥大成形装置１０では、図２に示すように、Ｌ値のセンシング結果に基づいて算出されたＬ／Ｄの値に基づいて、制御部２０が、ワークＷに対して付与される圧縮応力と曲げ応力の双方を変更制御する。
これにより、圧縮応力および曲げ応力のいずれか一方を変更制御する場合と比較して、ワークＷに対して、成形の進行に伴って変化するＬ／Ｄの大きさに応じた適度な応力を付与しながら、軸肥大成形を実施することができる。この結果、ワークＷにおける座屈の発生を回避しつつ、より効果的に軸肥大成形を実施することが可能になる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、Ｌ／Ｄ（Ｌ値）について、軸肥大成形の過程において複数回のセンシングを行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、Ｌ／Ｄ（Ｌ値）のセンシングを、軸肥大成形の過程において１回だけ行うようにしてもよい。
この場合でも、軸肥大成形の過程においてＬ／Ｄのセンシングを１回行って、この検出結果に基づいて金属軸材に対する圧縮、曲げ応力の調整を行うことで、従来よりも軸肥大成形時における歩留りを向上させることができるという上記と同様の効果を得ることができる。

ただし、より確実に金属軸材における座屈の発生を防止するためには、上記実施形態のように、Ｌ／Ｄのセンシングを複数回実施して、その検出結果に基づいて圧縮および曲げ応力を調整することがより好ましい。
（Ｂ）
上記実施形態では、軸肥大成形の過程においてＬ／Ｄ（Ｌ値）のセンシングを複数回行って、圧縮応力および曲げ応力の大きさを段階的に変更する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、Ｌ／Ｄのセンシングの結果に基づいて、圧縮応力および曲げ応力の大きさを連続的に変更するように制御してもよい。
この場合でも、段階的に変更する場合と同様に、従来よりも軸肥大成形時における歩留りを向上させることができるという上記と同様の効果を得ることができる。
（Ｃ）
上記実施形態では、軸肥大成形の過程において、所定時間（サンプリングタイム）が経過するごとに、Ｌ値のセンシングを行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

Ｌ値をセンシングするタイミングとしては、所定時間経過毎に行う以外にも、例えば、Ｌ値が所定間隔縮まるごとに行う等のように、他の条件によってセンシングのタイミングを決定することもできる。
（Ｄ）
上記実施形態では、軸肥大成形時において、Ｌ／Ｄの検出結果に基づいて、圧縮応力および曲げ応力の双方を調整する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、Ｌ／Ｄの検出結果に基づいて、圧縮応力だけを調整する等のように、圧縮応力および曲げ応力のいずれか一方だけを調整して、座屈の発生を回避するような制御であってもよい。
この場合でも、従来よりも軸肥大成形時における歩留りを向上させることができるという上記と同様の効果を得ることができる。

ただし、制御の幅を広げることができるという面では、上記実施形態のように、圧縮応力および曲げ応力の双方について調整しながら制御を行うことがより好ましい。
（Ｅ）
上記実施形態では、Ｌの値だけを検出し、検出されたＬ値からＤの値を算出しながら、Ｌ／Ｄを求める例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ＬだけでなくＤについてもセンシングしながら、Ｌ／Ｄを直接検出するようにしてもよい。
（Ｆ）
上記実施形態では、Ｌ／Ｄを検出しながら、軸方向における圧縮応力と曲げ応力との合成応力が座屈臨界応力を超えないように制御を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

軸方向における座屈臨界応力以外にも、Ｌ／Ｄを検出しながら、例えば、軸方向以外の方向における座屈臨界応力等の他のパラメータを基準にして、金属軸材における座屈の発生を回避するように制御を行ってもよい。
（Ｇ）
上記実施形態では、一対の回転保持体の一方を加圧・曲げ側回転ホルダ、他方を固定側回転ホルダとして用いながら軸肥大成形を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、一対の回転保持体の双方を加圧・曲げ・回転ホルダとして用いながら、ワークに対して所定の大きさの圧縮・曲げ応力が付与されるように、軸肥大成形を行ってもよい。
（Ｈ）
上記実施形態では、金属軸材に対して圧縮応力と曲げ応力とを付与する機構として、ともに油圧シリンダＨＣを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、油圧シリンダ以外にも、他の機構によって金属軸材に対する圧縮応力および曲げ応力を付与するような構成であってもよい。
（Ｉ）
上記実施形態では、共通の回転モータＭを用いて固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とを回転駆動する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とを別々の回転モータによって回転駆動するような構成であってもよい。
ただし、固定側回転ホルダ１１と加圧・曲げ側回転ホルダ１２とを、異なる回転数で回転させることは考えにくいため、上記実施形態のように共通の回転モータによって同じ回転速度で回転するような構成とすることが、コストの面等を考慮してもより好ましい。

本発明の軸肥大成形装置は、歩留りの低下を招くことなく、効率よく金属軸材における任意の位置に肥大部を成形することができるという効果を奏することから、金属軸材に対して機械的に応力を付与しながら肥大部を成形する装置に対して広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る軸肥大成形装置の主要な構成を示す側面図。図１に示す軸肥大成形装置による軸肥大成形の流れを示すフローチャート。（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す軸肥大成形装置による軸肥大成形の過程を示す概略図。（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す軸肥大成形装置による軸肥大成形の過程においてワークに掛かる応力の分布を示す説明図。図１の軸肥大成形装置において加圧力・曲げ角度を段階的に変更する制御を示すグラフ。図１の軸肥大成形装置による軸肥大成形方法と加圧力および曲げ角度を一定にした従来の成形方法とで座屈の発生とＬ／Ｄとの関係を比較したグラフ。従来の軸肥大成形方法によるＬ／Ｄの大きさが異なる試験片による座屈発生状況を示す説明図。

符号の説明

１０軸肥大成形装置
１１固定側回転ホルダ（一対の回転保持体）
１２加圧・曲げ側回転ホルダ（一対の回転保持体）
２０制御部
ＨＣ油圧シリンダ（圧縮機構、偏心機構）
Ｄ最大径
Ｌ距離
Ｍ回転モータ
Ｓステップ
W ワーク（金属軸材）

Claims

金属軸材に対して圧縮応力と曲げ応力とを付与して、前記金属軸材の中間部に前記金属軸材の径よりも大きい径を有する肥大部を成形する軸肥大成形装置であって、
前記金属軸材の両端をそれぞれ保持しながら回転する一対の回転保持体と、
前記一対の回転保持体間の距離を小さくして前記金属軸材に対して前記圧縮応力を付与する圧縮機構と、
前記回転保持体の少なくとも一方の軸芯を、他方の回転保持体の軸芯に対して所定の角度傾斜するように偏心させて前記曲げ応力を付与する偏心機構と、
前記一対の回転保持体間の距離Ｌ、前記一対の回転保持体の間に存在する前記金属軸材の最大径Ｄとすると、前記金属軸材の中間部に前記肥大部を成形する過程においてこれらの比Ｌ／Ｄの値を検出し、この検出結果に応じて前記圧縮応力および前記曲げ応力の少なくとも一方を制御する制御部と、
を備えている軸肥大成形装置。
前記制御部は、前記金属軸材の軸方向における前記圧縮応力と前記曲げ応力との合成応力が、前記金属軸材に座屈を発生させるために必要な座屈発生応力未満になるように、前記圧縮応力および前記曲げ応力の少なくとも一方を制御する、
請求項１に記載の軸肥大成形装置。
前記制御部は、前記肥大部を成形する過程において前記比Ｌ／Ｄの検出を複数回行う、
請求項１または２に記載の軸肥大成形装置。
前記制御部は、前記一対の回転保持体間の距離Ｌだけを検知して、前記比Ｌ／Ｄを検出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の軸肥大成形装置。
前記制御部は、前記金属軸材に対して付与される前記圧縮応力および前記曲げ応力の双方を制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の軸肥大成形装置。
金属軸材に対して圧縮応力と曲げ応力とを付与して、前記金属軸材の中間部に前記金属軸材の径よりも大きい径を有する肥大部を成形する軸肥大成形方法であって、
前記金属軸材の両端を一対の回転保持体によってそれぞれ保持しながら回転させる第１のステップと、
前記一対の回転保持体間の距離を小さくして前記金属軸材に対して前記圧縮応力を付与する第２のステップと、
前記回転保持体の少なくとも一方の軸芯を、他方の回転保持体の軸芯に対して所定の角度傾斜するように偏心させて前記曲げ応力を付与する第３のステップと、
前記一対の回転保持体間の距離Ｌ、前記一対の回転保持体の間に存在する前記金属軸材の最大径Ｄとすると、前記金属軸材の中間部に前記肥大部を成形する過程においてＬ／Ｄの値を検出し、この検出結果に応じて前記圧縮応力および前記曲げ応力の少なくとも一方を制御する第４のステップと、
を備えている軸肥大成形方法。