JP2017019010A - 逐次成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形ローラの干渉等による成形形状の制約を緩和し、成形形状に関する設計の自由度を高くする。【解決手段】バックアップローラ１８に設けられた位置決め溝４２とワーク（ギヤ粗材２０の素材）との間で成形ローラ１２、１４が挟圧されることにより、成形ローラ１２、１４は、自身の軸心Ｓ１が軸心Ｓ２と共通の平面内に位置し且つ所定の傾斜角度で傾斜する一定の成形姿勢に位置決めされるため、支持軸が不要で成形ローラ１２、１４の最大径寸法を小さくすることが可能となり、傾斜角度を適当に定めることができることと相まって、成形ローラ１２、１４の干渉が抑制されて成形形状の設計の自由度が高くなる。例えば、厚肉部２２を有するギヤ粗材２０を成形する場合、厚肉部２２の内周側に内隅部２４が設けられるが、成形ローラ１２、１４の干渉が抑制されることから、内隅部２４を９０°に近い角度で成形できるようになり、材料の歩留りが向上する。【選択図】図３

Description

本発明は、成形ローラを軸心まわりに連れ回り回転させながらワークを塑性変形させて回転対称体形状に成形する逐次成形装置の改良に関するものである。

自身の軸心Ｓ１まわりに回転可能にバックアップ部材に配設されている成形ローラを、ワークに対して、そのワークの軸心Ｓ２と平行な方向へ相対的に押圧した状態で、軸心Ｓ２まわりにそのワークと前記バックアップ部材とを相対回転させることにより、その成形ローラを軸心Ｓ１まわりに連れ回り回転させながらそのワークを塑性変形させて軸心Ｓ２を中心とする回転対称体形状に成形する逐次成形装置が知られている。特許文献１に記載の装置はその一例で、ワークの軸心Ｓ２に対して直交する姿勢で配設された支持軸に同心に、且つ軸心Ｓ２を挟んで対称的に一対のテーパ形状の成形ローラが設けられており、無段変速機用プーリのテーパ形状のベルト挟圧面等を成形する場合に用いられる。

特開２０１０−９４７２０号公報

しかしながら、このような従来の逐次成形装置においては、軸心Ｓ１がワークの軸心Ｓ２に対して直交する姿勢で成形ローラが配設されているとともに、その成形ローラは支持軸によって軸受等を介して回転可能に支持されているため外径寸法が大きくなることから、成形ローラの干渉などにより成形形状が制約される場合があった。逐次成形では成形ローラによってワークを塑性変形させるため、成形ローラには大きな負荷が作用し、支持軸についても十分な強度が必要で太くなり、成形ローラの外径寸法が大きくなってしまうのである。このため、例えば外周端部に厚肉部を有するギヤ粗材など、内周側が凹んだ形状の内隅部を有する部品を成形する場合、図９に破線で示すように９０°に近いシャープな内隅部２４を成形しようとすると、成形ローラ８０が干渉するようになり、実線で示すように傾斜面形状にするしかなく、歩留りが悪くなる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、成形ローラの干渉等による成形形状の制約を緩和し、成形形状に関する設計の自由度を高くすることにある。

本発明は、自身の軸心Ｓ１まわりに回転可能にバックアップ部材に配設されている成形ローラを、ワークに対して、そのワークの軸心Ｓ２と平行な方向へ相対的に押圧した状態で、軸心Ｓ２まわりにそのワークと前記バックアップ部材とを相対回転させることにより、その成形ローラを軸心Ｓ１まわりに連れ回り回転させながらそのワークを塑性変形させて軸心Ｓ２を中心とする回転対称体形状に成形する逐次成形装置において、(a) 前記バックアップ部材には、前記成形ローラの外周面に対応する断面形状の位置決め係合部が、軸心Ｓ２と同心の軸心Ｓ３を中心とする円環状に設けられており、(b) 成形時に前記成形ローラが前記ワークと前記位置決め係合部との間で挟圧されることにより、軸心Ｓ１が軸心Ｓ２と共通の平面内に位置するとともに、軸心Ｓ２に対して０°＜α＜９０°の範囲内の傾斜角度αで傾斜する成形姿勢に位置決めされ、(c) その状態で前記バックアップ部材と前記ワークとが軸心Ｓ２まわりに相対回転させられることにより、前記成形ローラは軸心Ｓ１まわりに回転しながら相対的に軸心Ｓ３まわりに公転するように前記位置決め係合部に沿って転動させられることを特徴とする。

このような逐次成形装置においては、バックアップ部材に設けられた位置決め係合部とワークとの間で成形ローラが挟圧されることにより、その成形ローラは、自身の軸心Ｓ１が軸心Ｓ２、Ｓ３と同一の平面内に位置し且つ所定の傾斜角度αで傾斜する略一定の成形姿勢に位置決めされる。このため、支持軸が不要で成形ローラの外径寸法を小さくすることが可能となり、傾斜角度αを適当に定めることができることと相まって、成形ローラの干渉を抑制することができるなど、成形形状の設計の自由度が高くなる。

本発明の一実施例である逐次成形装置の一部を切り欠いた正面図で、成形前の状態を示した図である。 図１におけるII−II矢視図で、成形ローラおよびリテーナと共にバックアップローラを示した底面図である。 図１に対応する正面図で、成形後の状態を示した図である。 図３に示した成形後のギヤ粗材（成形品）および一対の成形ローラを示した斜視図である。 図１の実施例のバックアップローラの底面図である。 図１の実施例の成形ローラを単独で示した正面図である。 図１の右側の成形ローラおよび位置決め溝を拡大して示した図である。 図７に対応する断面図で、位置ずれ状態の成形ローラが成形荷重Ｆ０によって正規の姿勢で位置決め溝に収容される姿勢変化を説明する図である。 特許文献１に記載の技術でギヤ粗材を成形する場合の断面図である。 従来の鍛造加工でギヤ粗材を成形する場合の断面図である。

成形ローラは１個でも良いが、軸心Ｓ３まわりに位置決め係合部に沿って２個または３個以上設けることも可能である。２個の場合は軸心Ｓ３を挟んで対称位置に設けることが望ましく、３個以上の場合は軸心Ｓ３まわりに等角度間隔で配置することが望ましい。ワークおよびバックアップ部材は、何れも軸心Ｓ２、Ｓ３まわりに回転可能に設けることが望ましいが、何れか一方を回転不能に配設することも可能である。

成形ローラの姿勢を位置決めする位置決め係合部は、例えばバックアップ部材の軸心Ｓ３を中心とする径方向に離間して設けられた互いに反対向きの一対の位置決め壁を有して構成され、成形ローラには、それ等の位置決め壁に線接触させられる２つの係合面が設けられる。ワークに押圧されて成形する成形面を係合面として用いることもできるが、成形面とは別に２つの係合面を設けることも可能である。位置決め係合部は、上記一対の位置決め壁を有する位置決め溝や位置決め突部にて構成される。この位置決め係合部の他に、例えば成形ローラを軸心Ｓ３まわりの所定位置に位置決めしたり、成形ローラの軸心Ｓ１が軸心Ｓ３と共通の平面内に位置するように成形ローラの姿勢を規制したりするリテーナが、必要に応じて設けられる。このリテーナは、例えば軸心Ｓ３まわりに相対回転可能にバックアップ部材に配設される。

傾斜角度αは、例えば外周端部に厚肉部を有するギヤ粗材など、内周側が凹んだ形状の内隅部を有する部品を成形する場合、軸心Ｓ２（Ｓ３）と平行な方向においてワークと反対方向を０°として、０°＜α＜９０°の範囲内で定められるが、成形形状によってはワークに向かう方向を０°として、０°＜α＜９０°の範囲内で定めることもできる。この傾斜角度αは、少なくとも０°＜α＜９０°の範囲内であれば良いが、αが小さい程、内隅部をシャープに成形できる反面、軸心Ｓ１まわりの回転抵抗が大きくなるため、３０°〜８０°程度の範囲内が適当で、５０°〜７０°程度の範囲内が望ましい。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である逐次成形装置１０の一部を切り欠いた正面図で、成形前の状態を示した図である。図２は、図１におけるII−II矢視図で、一対の成形ローラ１２、１４およびリテーナ１６と共にバックアップローラ１８を示した底面図である。また、図３は、図１に対応する正面図で、成形後の状態を示した図であり、図４は図３に示した成形後のギヤ粗材２０および一対の成形ローラ１２、１４を示した斜視図である。ギヤ粗材２０は成形品で、円環形状を成しているとともに、外周部には噛合歯を形成するために厚肉部２２が設けられており、その厚肉部２２の内周側にＬ字状に凹んだ内隅部２４を備えている。

逐次成形装置１０は、略垂直な軸心Ｓ２まわりに回転可能に配設された主軸３０を備えており、主軸３０は、電動モータ等の回転駆動装置３２により軸心Ｓ２まわりに回転駆動されるようになっている。主軸３０の上端部にはダイス３４が一体的に固設されているとともに、そのダイス３４には、ギヤ粗材２０の裏面形状（図４における紙面の裏面側の形状）に対応する円環形状の成形面３６が設けられており、その成形面３６上に被成形材料である円環形状のワーク３８が軸心Ｓ２と略同心に載置される。

主軸３０の上方位置には、前記バックアップローラ１８が配設されている。バックアップローラ１８は、その軸心Ｓ３が主軸３０の軸心Ｓ２と同心となる位置に、軸心Ｓ３まわりに回転可能に配設されているとともに、油圧シリンダや送りねじ機構、リンク機構等の押圧装置４０により、所定の成形荷重Ｆ０で下方すなわち主軸３０に向かって押圧されるようになっている。このバックアップローラ１８はバックアップ部材に相当し、その底面には、図５に示す底面図から明らかなように、軸心Ｓ３を中心とする円周上に円環形状の位置決め溝４２が設けられており、その位置決め溝４２によって前記一対の成形ローラ１２、１４が傾斜角度αで傾斜する所定の成形姿勢に位置決めされるようになっている。

そして、押圧装置４０によりバックアップローラ１８を介して一対の成形ローラ１２、１４が成形荷重Ｆ０でワーク３８に押圧された状態で、主軸３０が回転駆動装置３２によって軸心Ｓ２まわりに回転駆動されると、成形ローラ１２、１４はワーク３８との摩擦で軸心Ｓ１まわりに連れ回り回転させられる。これにより、主軸３０と共に軸心Ｓ２まわりに回転させられるワーク３８に対する成形ローラ１２、１４の押圧位置すなわち成形位置が変化し、そのワーク３８が逐次成形されて、軸心Ｓ２を中心とする回転対称体形状のギヤ粗材２０が得られる。バックアップローラ１８は軸心Ｓ３まわりに回転可能に配設されており、成形ローラ１２、１４が軸心Ｓ１まわりに連れ回り回転させられることにより、それ等の成形ローラ１２、１４は相対的に軸心Ｓ３まわりに公転するように位置決め溝４２に沿って転動させられる。バックアップローラ１８は軸心Ｓ３まわりに自由回転するものでも良いが、主軸３０の回転に同期して主軸３０と逆回転方向へ回転させることも可能で、その場合は一対の成形ローラ１２、１４が略一定位置に保持される。

成形ローラ１２、１４は同一形状で、図６に示すように軸心Ｓ１を中心とする回転対称体形状を成しているとともに、その外周面には、前記ギヤ粗材２０の表面側形状すなわち内隅部２４を含む段差形状に対応して３つの成形面４４、４６、４８が設けられている。この成形ローラ１２、１４は、軸心Ｓ１まわりに回転しつつ全周でワーク３８を逐次成形するもので、成形面４４、４６、４８は何れもテーパ形状（截頭円すい形状）を成しており、成形面４６と４８との間のコーナー部４７によって前記内隅部２４が成形される。コーナー部４７の外径寸法、すなわち成形ローラ１２、１４の最大径寸法Ｄ０は、ギヤ粗材２０の内隅部２４の内径寸法Ｄ１よりも小さく、成形ローラ１２、１４が傾斜角度αで傾斜配置されることと相まって、その内隅部２４の角度すなわちコーナー部４７の角度を９０°に近いシャープな角度とすることができる。これに対し、図９は、特許文献１に記載の逐次成形方法の場合で、軸心Ｓ２に対して軸心Ｓ１が直交するように一対の成形ローラ８０が配置されており、且つ、支持軸８２や図示しない軸受等の存在で最大径寸法Ｄ０が比較的大きくなるため、破線で示すようなシャープな内隅部２４を成形しようとすると成形ローラ８０が干渉するようになり、実線で示すように大きく傾斜した内隅部しか成形することができなかった。

図６に戻って、成形ローラ１２、１４には、成形面４４、４６、４８の他に前記位置決め溝４２に係合させられるテーパ形状の係合面５０が設けられている。図７は、図１における右側の成形ローラ１４付近の拡大断面図で、バックアップローラ１８に設けられた位置決め溝４２は、軸心Ｓ３を中心とする径方向に離間して設けられた互いに反対向きの一対の位置決め壁５２、５４を備えている。外周側の位置決め壁５２は、軸心Ｓ３を中心線とする内側向きのテーパ形状を成しており、成形ローラ１４の係合面５０に線接触させられる一方、内周側の位置決め壁５４は、軸心Ｓ３を中心線とする外側向きのテーパ形状を成しており、成形ローラ１４の成形面４８に線接触させられる。そして、それ等の位置決め壁５２、５４に対して係合面５０、成形面４８がそれぞれ略線接触させられるように成形ローラ１４が押圧されることにより、その成形ローラ１４は、図７に示すように軸心Ｓ１が軸心Ｓ３と共通の平面内（図７の紙面上）に位置するとともに、軸心Ｓ１が軸心Ｓ３に対して所定の傾斜角度αで傾斜する一定の成形姿勢、言い換えれば軸心Ｓ１が軸心Ｓ３と傾斜角度αで交差する成形姿勢、に位置決めされる。傾斜角度αは、軸心Ｓ３と平行な方向においてワーク３８と反対方向、すなわち図７における上方を０°として、０°＜α＜９０°の範囲内で、本実施例では５０°〜７０°程度の範囲内の角度とされている。位置決め溝４２は位置決め係合部に相当し、成形面４８は位置決め溝４２に係合させられて成形ローラ１４の姿勢を位置決めする係合面としても機能する。なお、反対側の成形ローラ１２は、軸心Ｓ３を挟んで成形ローラ１４と対称位置に配置されるとともに、位置決め溝４２の一対の位置決め壁５２、５４により成形ローラ１４と対称的な成形姿勢に位置決めされる。

また、図８の(a) に示すように、軸心Ｓ１が軸心Ｓ３と交差しないねじれの位置関係になった場合に、成形ローラ１４が成形荷重Ｆ０の反力で位置決め溝４２に押圧されることにより、(b) に示す正規の成形姿勢に自然に落ち着くように、成形ローラ１４の形状や寸法が定められている。具体的には、図７に示すように成形ローラ１４の最大径寸法Ｄ０の円（破線）Ｒが位置決め壁５２、５４に接する位置の中心Ａが、正規の成形姿勢の成形ローラ１４の重心Ｂよりも、軸心Ｓ３と平行な方向において位置決め溝４２から離間する側（図７における下方）へずれるように、成形ローラ１４の形状や寸法が定められている。これにより、図８の(a) に示すように軸心Ｓ１が軸心Ｓ３と交差しないねじれの位置関係になると、成形ローラ１４が正規の成形姿勢の場合に比較して所定寸法ｄだけ位置決め溝４２から下方へ突き出す寸法が大きくなり、成形荷重Ｆ０の反力で成形ローラ１４が位置決め溝４２に向かって押圧されると、(b) に示すように正規の成形姿勢に戻されるようになり、成形ローラ１４の姿勢が安定的に正規の成形姿勢に保持される。

前記リテーナ１６は、図２から明らかなように、一対の成形ローラ１２、１４を軸心Ｓ３に対して対称位置に保持するとともに、軸心Ｓ１が軸心Ｓ３と共通の平面内に位置するように位置決めするためのもので、一対の四角形の位置決め穴５６、５８を備えている。それ等の位置決め穴５６、５８には、軸心Ｓ３を中心とする周方向の２辺にそれぞれ緩衝材６０が配設されており、軸心Ｓ１まわりに回転する成形ローラ１２、１４との摺接によるリテーナ１６の摩耗が防止されるようになっている。緩衝材６０としては、成形ローラ１２、１４よりも軟質の金属材料が好適に用いられる。このリテーナ１６は、取付ボルト６２を介して軸心Ｓ３まわりに相対回転可能にバックアップローラ１８の底面に配設されている。

このように、本実施例の逐次成形装置１０においては、バックアップローラ１８に設けられた位置決め溝４２とワーク３８との間で成形荷重Ｆ０によって成形ローラ１２、１４が挟圧されることにより、その成形ローラ１２、１４は、自身の軸心Ｓ１が軸心Ｓ２、Ｓ３と共通の平面内に位置し、且つ所定の傾斜角度αで傾斜する略一定の成形姿勢に位置決めされる。特に、リテーナ１６が配設されて、一対の成形ローラ１２、１４が軸心Ｓ１、Ｓ２まわりの所定位置、具体的には対称位置に位置決めされ、且つ軸心Ｓ１が軸心Ｓ２、Ｓ３と共通の平面内に位置決めされるようになっているため、それ等の成形ローラ１２、１４の姿勢が一層適切に成形姿勢に保持される。これにより、支持軸が不要で成形ローラ１２、１４の最大径寸法Ｄ０を小さくすることが可能となり、傾斜角度αを適当に定めることができることと相まって、成形ローラ１２、１４の干渉が抑制されて成形形状の設計の自由度が高くなる。例えば、外周部に厚肉部２２を有するギヤ粗材２０を成形する場合、厚肉部２２の内周側に内隅部２４が設けられるが、成形ローラ１２、１４の干渉が抑制されることから、その内隅部２４を９０°に近いシャープな角度で成形できるようになり、材料の歩留りが向上する。

また、厚肉部２２の内周側に内隅部２４を有するギヤ粗材２０は、従来、図１０に示すように一対の金型９０および９２により鍛造加工で成形しており、ギヤ粗材２０の全周に亘って同時に鍛造加工を行なうため、大きな成形荷重Ｆ１が必要で、製造設備が大型で高価であったのに対し、本実施例の逐次成形装置１０によれば、瞬間的な成形面積が大幅に小さくなるため、成形荷重Ｆ０がＦ１の１／１０程度になり、その逐次成形装置１０を小型で安価に構成できる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：逐次成形装置 １２、１４：成形ローラ １８：バックアップローラ（バックアップ部材） ３８：ワーク ４２：位置決め溝（位置決め係合部） Ｓ１：第１軸心 Ｓ２：第２軸心 Ｓ３：第３軸心 α：傾斜角度

Claims (1)

1. 自身の軸心Ｓ１まわりに回転可能にバックアップ部材に配設されている成形ローラを、ワークに対して、該ワークの軸心Ｓ２と平行な方向へ相対的に押圧した状態で、軸心Ｓ２まわりに該ワークと前記バックアップ部材とを相対回転させることにより、該成形ローラを軸心Ｓ１まわりに連れ回り回転させながら該ワークを塑性変形させて軸心Ｓ２を中心とする回転対称体形状に成形する逐次成形装置において、
   前記バックアップ部材には、前記成形ローラの外周面に対応する断面形状の位置決め係合部が、軸心Ｓ２と同心の軸心Ｓ３を中心とする円環状に設けられており、
   成形時に前記成形ローラが前記ワークと前記位置決め係合部との間で挟圧されることにより、軸心Ｓ１が軸心Ｓ２と共通の平面内に位置するとともに、軸心Ｓ２に対して０°＜α＜９０°の範囲内の傾斜角度αで傾斜する成形姿勢に位置決めされ、
   その状態で前記バックアップ部材と前記ワークとが軸心Ｓ２まわりに相対回転させられることにより、前記成形ローラは軸心Ｓ１まわりに回転しながら相対的に軸心Ｓ３まわりに公転するように前記位置決め係合部に沿って転動させられる
   ことを特徴とする逐次成形装置。

Images