JP3692634B2 - 環状体のローリング加工装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状体のローリング加工装置及びその方法に関し、特にテーパ状の周面を有するリングのローリング加工装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の環状体のローリング加工装置においては、環状ワークの外周面を成形ロールで押圧すると共に当該環状ワークの内周面をサポートロールを介し、マンドレルで押圧しつつ環状体を回転させて環状体のローリング加工が行われている。
【０００３】
特に内周面がテーパ状の形状を有する環状ワーク（例えば円錐ころ軸受の外輪用のブランク）を加工する場合、例えば、図１６に示される従来の環状体のローリング加工装置におけるローリング加工部（例えば特開平５−２２８５７１号公報）では、環状ワーク１００の外周面は成形ロール１０１で押圧され、環状ワーク１００のテーパ状の内周面は外周面がテーパ状のマンドレル１０２で押圧されている。この場合、たとえ環状ワーク１００の内周面がテーパ状であっても成形ロール１０１の軸線とマンドレル１０２の軸線とは互いに平行である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の環状体のローリング装置におけるローリング加工部には以下に述べる問題点がある。その問題点を図１６の装置のローリング加工部の詳細説明図である図１７を参照しながら説明する。
【０００５】
図１７において、環状ワーク１００のローリング加工の過程の当初においては、加工完了時のテーパ角に合わせた形状とされているマンドレル１０２は環状ワーク１００のＡ点でのみ当接し、環状ワーク１００への押圧力がＡ点への集中荷重Ｆとなる。また、環状ワーク１００のローリング加工が進むにつれ、環状ワーク１００の内周面のテーパ角度が刻々変化するので、環状ワーク１００の姿勢が不安定になる。環状ワーク１００が傾いたとき、環状ワーク１００の端面と外周面との間のチャンファの部分が成形ロール１０１に干渉する。また、環状ワークのＡ点近傍の内部に集中荷重に起因する内部ひずみが残ってしまうという問題もある。
【０００６】
上記作用により、環状ワーク１００は図１８に示されるように成形される。ここで、図１８はローリング加工完了前後の環状ワークの形状の説明図であり、図１７のＡ点から加工が始まり、反対側まで進行した時の状態を表す。図１８では、加工完了直前の環状ワーク１００は二点鎖線で示され、加工前の環状ワーク１００は実線で示されている。但し、見やすさのため、両者の平均直径は便宜上ほぼ等しく示してある。
【０００７】
図１８において、加工前から加工完了直前に環状ワーク１００の内周面のテーパ角は、θｉからθｆに減少する。ローリング加工の当初はマンドレル外周面と環状ワーク内周面のテーパ角が異なるため、両者の間ではＡ点でのみ（図１７）が加工圧力を受ける。そして両者間にすきまがあるため、上述のように環状ワークの姿勢が不安定となり、図１７に示すように加工部において本来加工中密着しているべき成形ロール外周面と環状ワーク内周面との間にもすきまが生じやすくなる。そのため、マンドレル１０２が環状ワーク１００の内周面全体に当たるときは、環状ワーク１００は図中二点鎖線で示される形状となる。すなわち、環状ワーク１００の外周面は一時的にテーパ状となり、そのテーパ角はΔθである。その後さらにローリング加工を進めると環状ワーク１００の外周面のテーパが少なくなり、通常、ローリング加工仕上げ時には完全にテーパがなくなるのであるが、最悪の場合、テーパが残ってしまう場合もある。
【０００８】
以上のような従来の環状体のローリング加工装置が有する問題点を解消するために、図１９に示されるような他の環状体のローリング加工装置のローリング加工部が考えられている（例えば特開平５−２２８５７１号公報）。図１９の装置では、成形ローラ２０１及びマンドレル２０２は、軸方向に関して反対に装填された２個の環状ワーク２００をローリング加工するように構成されている。この装置によれば、環状ワーク２００の断面形状は左右対称のため、上記従来技術の場合のようにモーメント荷重は生じず姿勢を安定化することはできるが、加工当初、環状ワークの一部に大きな集中荷重がかかることに変わりはなく、このため環状ワークに内部応力に起因する内部ひずみが生じるという問題は解消できない。さらには、ローリング加工の過程で２個の環状ワーク２００が互いに姿勢の変化を抑制することによる内部応力が発生するという新た問題点が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態で行い得る環状体のローリング加工装置及びその方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置は、内周面及び外周面の少なくとも一方が軸方向にテーパ状である環状体の外周面に当接する成形ロールと、前記成形ロールを回転自在に支持する第１の支持手段と、軸線が前記成形ロールの軸線を含む平面内にあり、前記成形ロールと協働して前記環状体を挟圧するように前記環状体の内周面に当接するマンドレルと、前記マンドレルを回転自在に支持する第２の支持手段とを備える環状体のローリング加工装置において、前記第１の支持手段及び前記第２の支持手段の一方が、前記成形ロールの軸線と前記マンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、前記相対角度を前記環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように前記第１の支持手段及び前記第２の支持手段の一方を制御する相対角度制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置によれば、第１の支持手段及び第２の支持手段の一方が、成形ロールの軸線とマンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、相対角度制御手段が前記相対角度を環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように第１の支持手段及び第２の支持手段の一方を制御するので、加工部においてマンドレル外周面と環状ワーク内周面、および環状ワーク外周面と成形ロール外周面を加工中常に密着状態に保て、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態でかつ、一部に大きな集中荷重がかかることなく行い得る。
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置において、前記相対角度制御手段は、前記環状体の外径寸法を測定する測定手段と、前記環状体の加工段階に応じた所定の角度を前記測定された環状体の外径寸法に基づいて算出する算出手段を含んでもよい。
【００１２】
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置において、前記第１の支持手段又は前記第２の支持手段が、前記成形ロールの軸線と前記マンドレルの軸線との間隔を所定間隔だけ変えるように構成されており、前記相対角度制御手段は、前記所定間隔と前記相対角度とが所定の関係となるように前記第１の支持手段又は前記第２の支持手段を制御するようにしてもよい。
【００１３】
前述の目的を達成するために、内周面及び外周面の少なくとも一方が軸方向にテーパ状である環状体を回転させながら、前記環状体の幅を実質的に一定に保ったままで前記環状体の外周面及び前記環状体の内周面を圧延しつつ前記環状体を拡径する工程を含む環状体のローリング加工方法において、前記圧延が、前記外周面と前記内周面との相対角度を前記環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように前記環状体の外周面及び前記環状体の内周面を圧延する工程からなることを特徴とする環状体のローリング加工方法が提供される。
【００１４】
上記環状体のローリング加工方法は、さらに、前記環状体の外径寸法を測定する工程と、前記環状体の加工段階に応じた所定の角度を前記測定された環状体の外径寸法に基づいて算出する工程とを含んでもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す好ましい実施の形態を参照しながら詳述する。
【００１６】
まず、本発明の原理を図１を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、例えば円錐ころ軸受用外輪用のもののような内周面がテーパ状の環状ワークのローリング加工の過程における形状の変化の説明図であり、図１（Ａ）は加工前の環状ワーク１の縦断面図、図１（Ｂ）は加工中の環状ワーク１１の縦断面図、図１（Ｃ）は加工後の環状ワーク２１の縦断面図である。
【００１８】
図１（Ａ）の環状ワーク１は、長さＨであり、直径Ｄｉの円筒状の外周面２と、テーパ角θｉ、小径ｄ２ｉ、大径ｄ１ｉであるテーパ状の内周面とを有する。図１（Ｂ）の環状ワーク１１は、長さＨであり、直径Ｄの円筒状の外周面１２と、テーパ角θ、小径ｄ２、大径ｄ１であるテーパ状の内周面１３とを有する。図１（Ｃ）の環状ワーク２１は、長さＨであり、直径Ｄｆの円筒状の外周面２２と、テーパ角θｉ、小径ｄ２ｆ、大径ｄ１ｆであるテーパ状の内周面２３とを有する。
【００１９】
環状ワーク１の軸方向の長さＨを一定値になるように規定する本環状体のローリング加工は、切削加工の場合とは異なり切屑を出さない塑性加工であり、軸方向に関して環状ワークの部材の移動（塑性流動）がないので、軸方向に関する任意の位置において、その位置における環状ワークの軸に垂直な断面積は加工中ほぼ一定となる。
【００２０】
具体的には、加工前における図１（Ａ）の環状ワーク１の一方の端面４から軸方向に距離Ｘの位置Ａにおける環状ワーク１の断面積は、例えば、加工中における図１（Ｂ）の環状ワーク１１の一方の端面１４から軸方向に距離Ｘの位置Ｂにおける環状ワーク１１の断面積とは等しくなり、全ての距離Ｘについて同様である。
【００２１】
よって、図１（Ａ）の環状ワーク１の一方の端面４、図１（Ｂ）の環状ワーク１の一方の端面１４、図１（Ｃ）の環状ワーク１の一方の端面２４についての面積は等しく、図１（Ａ）の環状ワーク１の他方の端面５、図１（Ｂ）の環状ワーク１の他方の端面１５、図１（Ｃ）の環状ワーク１の他方の端面２５の面積は等しい。
【００２２】
よって、図１（Ａ）の環状ワーク１の他方の端面５と図１（Ｃ）の環状ワーク１の他方の端面２５とに着目して、以下の式（１）が成り立つ。
【００２３】
π（Ｄｉ2−ｄ１ｉ2）／４＝π（Ｄｆ2−ｄ１ｆ2）／４ …（１）
式（１）を変形して、
ｄ１ｉ＝（Ｄｉ2−Ｄｆ2＋ｄ１ｆ2）1/2 …（２）
が得られる。同様に、、図１（Ａ）の環状ワーク１の一方の端面４と図１（Ｃ）の環状ワーク１の一方の端面２４とに着目して、以下の式（３）が成り立つ。
【００２４】
π（Ｄｉ2−ｄ２ｉ2）／４＝π（Ｄｆ2−ｄ２ｆ2）／４ …（３）
式（３）を変形して、
ｄ２ｉ＝（Ｄｉ2−Ｄｆ2＋ｄ２ｆ2）1/2 …（４）
が得られる。
【００２５】
また、図１（Ａ）の環状ワーク１におけるテーパ角θｉは
ｔａｎθｉ＝（ｄ１ｉ−ｄ２ｉ）／２Ｈ …（５）
である。
【００２６】
式（２）と式（４）とから、作りたい環状体２１の形状（Ｄｆ，ｄ１ｆ，ｄ２ｆ）が決まれば、環状ワーク１の形状（ｄ１ｉ，ｄ２ｉ，θ）が定まると言える。
【００２７】
同様に、図１（Ｂ）の環状ワーク１の他方の端面１５と図１（Ｃ）の環状ワーク１の他方の端面２５とに着目して、以下の式（６）が成り立つ。
【００２８】
ｄ１＝（Ｄ2−Ｄｆ2＋ｄ１ｆ2）1/2 …（６）
また、図１（Ｂ）の環状ワーク１の一方の端面１４と図１（Ｃ）の環状ワーク１の一方の端面２４とに着目して、以下の式（７）が成り立つ。
【００２９】
ｄ２＝（Ｄ2−Ｄｆ2＋ｄ２ｆ2）1/2 …（７）
また、図１（Ｂ）の環状ワーク１１におけるテーパ角θは
ｔａｎθ＝（ｄ１−ｄ２）／２Ｈ …（８）
である。
【００３０】
すなわち、式（６）から式（８）に基づいて、作りたい環状体２１の形状（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）と、加工中の外径寸法Ｄが決まれば、環状ワーク１の形状（ｄ１、ｄ２、θ）が定まる。換言すれば、加工が進み外形Ｄが拡径される従い、式（６）から式（８）を満たすようにｄ１、ｄ２、θが変化する。一例を後述の図１１に示す。このように算出されたθ値に合わせて成形ロールとマンドレルとの相対角度を変化させ、成形ロールを環状ワーク１１の外周面１２に密着させると共に、マンドレルを環状ワーク１１の内周面１３に密着させる。
【００３１】
以下、図２を参照しながら本発明の冷間ローリング装置および加工方法の第１の実施の形態を詳述する。ここで、図２は本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【００３２】
ベッド３１の一端には支柱３２が設けられている。支柱３２には、カム３３が水平軸のまわりに回転自在に取り付けられている。カム３３はモータ３４により回転される。ベッド３１の他端側にはスイベルプレート３６が垂直なピボットねじ３５により取り付けられており、スイベルプレート３６はピボットねじ３５のまわりに回転自在であり、その回転はスイベルプレート３６に設けられたモータ３７により制御される。スイベルプレート３６には支柱３８が設けられている。
【００３３】
支柱３２及びスイベルプレート３６の間においてベッド３１の上にはベッド３１の長手方向に移動自在にサポートブロック３９が設けられている。支柱３２の側においてサポートブロック３９には、カム３３に当接するカムフォロワ４０が水平軸のまわりに回転自在に取り付けられている。これにより、カム３３のカム面のプロフィル及びカム３３の回転角に従ってサポートブロック３９はベッド３１の長手方向に並進移動する。
【００３４】
サポートブロック３９の側において支柱３８には、水平軸のまわりに回転自在に成形ロール４１が取り付けられている。成形ロール４１はモータ４２により回転される。成形ロール４１には後述の図３に示すように加工中のワークの幅を一定値Ｈに保ち、外径面にテーパを生じないように拘束するための段部が設けてある。
【００３５】
一方、支柱３８の側においてサポートブロック３９には、成形ロール４１の軸と同一高さの水平軸のまわりに回転自在にサポートロール４３が取り付けられている。成形ロール４１とサポートロール４３との間にはマンドレル４４が成形ロール４１の軸と同一高さの水平軸のまわりに回転自在に配置されている。マンドレル４４及びサポートロール４３とは常に軸心が互いに平行になるように構成されている。これにより、サポートブロック３９の支柱３８に向かう移動に応じてマンドレル４４は成形ロール４１の方向に押圧される。
【００３６】
環状体Ｗのローリング加工を行うときは成形ロール４１を環状ワークＷの外周面に当接させると共にマンドレル４４を環状ワークＷの内周面に当接させて、環状ワークＷを成形ロール４１とマンドレル４４の間に挟む。この場合のマンドレル４４の環状ワークＷに対する加工点（後述する図３のＢ点）は、成形ロール４１の軸と同一高さににあると共に、ピボットねじ３５の垂直軸上付近にある。
【００３７】
なお、ローリング加工中の環状ワークＷを支えるためにマンドレル４４の上及び下において、環状ワークＷの外周面に当接するようにバックアップローラ４５，４６が配置されている。
【００３８】
以上の構成により、モータ３４の作動によりカム３３が回転することによって、マンドレル４４が環状ワークＷを所定の押圧力で押圧する。モータ４２の作動により成形ロール４１が回転すると、成形ロール４１の回転力がそれぞれの摩擦力により環状ワークＷ、マンドレル４４、サポートロール４３に伝達され。このような成形ロール４１とマンドレル４４の回転、及びマンドレル４４の成形ロール４１への押圧力により環状ワークＷにローリング加工が行われる。
【００３９】
図２の装置のローリング加工要部の説明図である図３によれば、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御は、モータ３７を作動させてスイベルプレート３６をピボットねじ３５の垂直軸まわりに、回転させることにより行う。
【００４０】
以下、図４を参照しながらマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを制御するスイベル機構について詳述する。ここで、図４は、図２の装置のスイベル機構の説明図であり、図４（Ａ）は図２の装置のスイベル機構の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の機構の要部のＣ−Ｃ断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の機構の要部の下方におけるベッド３１の部分の平面図である。
【００４１】
図４において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図４と同様である。
【００４２】
図４（Ａ）において、スイベルプレート３６は、その一端においてピボットねじ３５によりベッド３１に取り付けられている。スイベルプレート３６の他端にはスイベルプレート３６の横方向に伸長する切欠き部５０が設けられている。切欠き部５０内には送りねじ棒５１がスイベルプレート３６の横方向に伸長するように配置されており、その両端においてベアリング５２，５３によりスイベルプレート３６に回転自在に支持されている。送りねじ棒５１の一端側はカップリング５４を介してモータ３７に連結されており、モータ３７はスイベルプレート３６の一側部に固定されている。
【００４３】
ベアリング５２，５３の間において、送りねじ棒５１にはナット５５が係合しており、ナット５５はナット支持部材５６に収容されている。ナット支持部材５６には、ナット５５の半径方向かつ水平方向にそれぞれ水平平板状の突起部５７，５８が設けられており、かつナット５５の下方に向かって円柱状の突起部５９が設けられている。
【００４４】
ナット支持部５６の突起部５７，５８は、その対応部においてベッド３１上に固定されたナット回転止め６２，６３の水平溝６０，６１にそれぞれ受容されている。ナット支持部材５６の突起部５９は、その対応位置においてベッド３１上に設けられた長穴６４に受容されている（図４（Ｃ））。長穴６４はスイベルプレート３６の長手方向、すなわち長穴の中心とピボットねじ３５の中心とを結ぶ直線方向に長く、幅は突起部５９と同等である。
【００４５】
以上の構成により、モータ３７の回転によって送りねじ棒５１が回転し、ナット５５がスイベルプレート３６の横方向に送られる。この際、長穴６４にナット支持部材５６の突起部５９が上記のように係合していることにより、ナット５５がベッド３１に対しそのスイベルプレート３６の横方向へ移動するのを拘束するので、スイベルプレート３６がピボットねじ３５のまわりに回転する。
【００４６】
以下、図５を参照しながら図４のスイベル機構の変形例を説明する。ここで、図５は図４のスイベル機構の変形例の説明図であり、図５（Ａ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の平面図であり、図５（Ｂ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の部分断面図である。図５において、図４に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図４と同様である。
【００４７】
図５（Ａ）において、ナット支持部材５６には、ナット５５の半径方向且つ水平方向の一方にそれぞれに伸長する２枚の板ばね７０が設けられている。２枚の板ばね７０は、それぞれ垂直に配向されており、ナット５５の軸方向に沿って互いに平行に配置されている。また、ナット支持部材５６には、ナット５５の半径方向且つ水平方向の他方にそれぞれに伸長する２枚の板ばね７１が設けられている。２枚の板ばね７１は、それぞれ垂直に配向されており、ナット５５の軸方向に関して互いに平行に配置されている。板ばね７０，７１は、その対応部においてベッド３１上に固定された固定部材７２，７３にそれぞれ固定されている。本変形例は、上記図４のスイベル機構と同様の作用を奏するのに加えて、制御されるべきマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θが微少の場合（例えば後述の図１０に示す変形例）に適している。
【００４８】
以下、図６を参照しながら図４のスイベル機構の他の変形例について説明する。ここで、図６は、図４のスイベル機構の他の変形例の説明図であり、図６（Ａ）は図４のスイベル機構の他の変形例の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の機構の要部の側面図である。図６において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００４９】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、モータ３７はベッド３１の他端における側部に回転軸が垂直になるように固定されている。モータ３７の回転軸には減速機７５を介してピニオン歯車７６が取り付けられている。一方、ピボットねじ３５のまわりに回転自在なスイベルプレート３６の他端における側部には半径Ｒの大歯車に相当する歯７７が形成されており、歯７７はピニオン歯車７６に係合している。
【００５０】
以上の構成により、モータ３７の回転により、スイベルプレート３６は適宜に回転し、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θが制御される。
【００５１】
以下、図７を参照しながら、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御機構を説明する。ここで、図７は、図２の装置のマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御機構の概略図である。図７において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００５２】
図７において、スイベルプレート３６上には、スイベルプレート３６の長手方向に伸長するようにリニアスケール８０が設けられている。リニアスケール８０には接触子８１の一端が摺動自在に取り付けられており、接触子８１の他端は上方に伸長し、かつ成形ロール４１の反対側において環状ワークＷ（図３においてえはＥ点で示す位置）に接している。リニアスケール８０は、リニアスケール８０上の接触子８１の移動量を測定する。すなわち、Ｅ点と、加工中リニアスケールに対し不動の図３に示すＧ点との距離（外径Ｄ）を測定できるように構成されている。
【００５３】
一方、本制御機構は、制御装置８２を有しており、制御装置８２は、コントローラ８３と、コントローラ８３に接続されたドライバ８４とを備える。コントローラ８３はリニアスケール８０に接続されており、ドライバ８４はモータ３７に接続されている。コントローラ８３は、リニアスケール８０で測定された環状ワークＷの外径Ｄのデータを取り込み、その外形Ｄのデータと作られるべき環状体の形状データ（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）に基づいて前述の式（６）から式（８）による演算により、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを算出する。ドライバ８４は、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる。
【００５４】
以下、図８を参照しながら図２の冷間ローリング加工装置の作動を説明する。ここで、図８は、図２の装置の作動のフローチャートである。
【００５５】
まず、環状ワークＷを図２のローリング加工装置にセットし（ステップＳ１）、次いで、成形ロール４１が回転を開始しすると共にカム３３の回転によりサポートブロック３９及びマンドレル４４の送りを開始して、ローリング加工装置は加工を開始する（ステップＳ２）。次に、コントローラ８３は、リニアスケール８０で測定された環状ワークＷの外径Ｄのデータを取り込み、その外形Ｄのデータと作られるべき環状体の形状データ（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）に基づいて前述の式（６）から式（８）による演算により、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを算出する（ステップＳ３）。さらに、ステップＳ３で算出された相対角度θの指令値をドライバ８４に送出し、ドライバ８４は、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる（ステップＳ４）。
【００５６】
ステップＳ５で、外形Ｄのデータが加工されるべき環状体の外径寸法Ｄｆに等しいか否かを判別する。ステップＳ５で、外径寸法Ｄのデータが加工されるべき環状体の外形Ｄｆに等しくなければ、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３がらＳ５を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ５で、外径寸法Ｄのデータが加工されるべき環状体の外径寸法Ｄｆに等しくなれば、ステップＳ６に進み、加工終了動作を行って、本作動を終了する。
【００５８】
以下、図９を参照しながら、図７の制御機構の変形例を説明する。ここで、図９は、図７の制御機構の変形例の概略図である。図９において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００５９】
図９において、本制御機構は、制御装置８５を有しており、制御装置８５は、コントローラ８６と、コントローラ８６に接続されたドライバ８７とを備える。ドライバ８７はモータ３４及びモータ３７に接続されている。
【００６０】
以下、コントローラ８６の作動を説明する。
【００６１】
前述の通り、式（６）から式（８）により、作りたい環状体２１の形状（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）と、加工中の外形Ｄから、環状ワーク１の形状（Ｄ、ｄ１、ｄ２、θ）を算出する。
【００６２】
この関係は、例えば図１１のＤに対するｄ１、ｄ２及びθの関係を示すグラフに示されるように、外形Ｄと相対角度θとの関係を予め図示しない記憶部に格納しておき、この記憶部から外形Ｄについての相対角度θを求めてもよい。
【００６３】
また、Ｄに対する環状ワーク１のテーパ状の内周面上の代表位置、例えば図１（Ｂ）でＸ＝Ｈ／２の位置における環状ワーク１の厚さＴも相対角度θに対して一義的に定まる。この関係を利用して、予めサポートブロック３９の変位量ｆ（Ｔ）（環状ワーク１の厚さＴに比例する）と、相対角度θとの関係を求めることができる。コントローラ８６は、予め求めておいた上記関係を満たしたサポートブロック３９の変位量ｆ（Ｔ）と相対角度θをドライバ８７に送出する。
【００６４】
ドライバ８７は、サポートブロック３９の変位量がコントローラ８３から受け取った変位量ｆ（Ｔ）になるようにカム３３を回転させるべく、モータ３４を作動させる。また、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる。
【００６５】
以下、図１２を参照しながら図９の制御装置８５の作動を説明する。ここで、図１２は、図９の制御装置８５の作動のフローチャートである。
【００６６】
まず、環状ワークＷを図２のローリング加工装置にセットし（ステップＳ１１）、次いで、成形ロール４１が回転を開始し、ローリング加工装置は加工を開始する（ステップＳ１２）。次に、コントローラ８６は、予め求めておいた上記関係を満たしたサポートブロック３９の変位量ｆ（Ｔ）と相対角度θをドライバ８７に送出し、ドライバ８４は、サポートブロック３９の変位量がコントローラ８３から受け取った変位量ｆ（Ｔ）になるようにカム３３を回転させて、サポートブロック３９を送るべく、モータ３４を作動させる。また、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる（ステップＳ１３）。
【００６７】
次いで、ステップＳ１４で、環状ワークＷの加工が続行中か否かを判別する。ステップＳ１４で、環状ワークＷの加工が続行中の場合は、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３及びＳ１４を繰り返す。ステップＳ１４で、環状ワークＷの加工が続行中でなければ、ステップＳ１５に進み、加工終了動作を行って、本作動を終了する。
【００６８】
以上説明した本発明の第１の実施の形態では、スイベル機構が成形ロール４１の角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００６９】
以下、図１０を参照しながら、図７の制御機構の他の変形例を説明する。ここで、図１０は図７の制御機構の他の変形例の説明である。図１０において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。この変形例は、円筒度の精度の比較的悪い円筒状のワークを、特に外径面の円筒度を精度良く仕上げる必要のある場合に適用できる。
【００７０】
本変形例は、制御装置９０を有しており、制御装置９０は、コントローラ９１と、コントローラ９１に接続されたドライバ９２とを有する。また、環状ワークＷの外形Ｄを測定する手段として、環状ワークＷの一方の端面側において環状ワークＷの外周面に配置された接触子９３と、環状ワークＷの他方の端面側において環状ワークＷの外周面に配置された接触子９４とが設けられている。接触子９３と接触子９４とは距離ｈだけ離間している。接触子９３は環状ワークＷの一方の端面側における環状ワークＷの外径寸法Ｄ１を測定し、接触子９４は環状ワークＷの他方の端面側における環状ワークＷの外径寸法Ｄ２を測定する。
【００７１】
接触子９３及び接触子９４はコントローラ９１に接続されている。ドライバ９２は、モータ３４及びモータ３７に接続されている。
【００７２】
コントローラ９１は、接触子９３及び接触子９４から受容した外径寸法Ｄ１及び外径寸法Ｄ２とから外径寸法Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２を算出し、この外径寸法Ｄ値に基づいて、前述のようにマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを算出する。
【００７３】
コントローラ９１は、また、接触子９３及び接触子９４から受容した外径寸法Ｄ１及び外径寸法Ｄ２と、予め設定された環状ワークＷの幅Ｈとから、変位量θ１＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｈを算出する。コントローラ９１は、これらの算出された値θ及びθ１をドライバ９２に送出する。
【００７４】
ドライバ９２は、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がθになるように、また、上記変位量θ１が０になるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる。これにより、上記の変位量θ１を０にすることにより環状ワークＷの外径面の円筒度を０にすることができる。
【００７５】
以下、図１３を参照しながら本発明の第２の実施の形態を説明する。ここで、図１３は本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。図１３において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００７６】
図２の装置においては、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８がベッド３１の一端側に設けられたスイベルプレート３６に固定されているが、本実施の形態においては、スイベルプレート３６がベッド３１の一端側に垂直なピボットねじ３５により取り付けられており、スイベルプレート３６はピボットねじ３５のまわりに回転自在であり、その回転はスイベルプレート３６に設けられたモータ３７により制御される。支柱３８はベッド３１に固定されており、支柱３２はスイベルプレート３６に固定されている。また、サポートブロック３９はスイベルプレート３６上にスイベルプレート３６の長手方向に摺動自在に取り付けられている。リニアスケール８０および接触子８１よりなる環状ワークの外径測定機構（不図示）は支柱３８またはベッド３１上に固定されている。
【００７７】
第１の実施の形態においては、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えているが、本実施の形態では、相対角度θを変えるのにマンドレル４４の向きを変えている。その他の構成、及び制御機構の作動は第１の実施の形態に準ずる。
【００７８】
以上説明した本発明の第２の実施の形態では、スイベル機構がサポートロール４３及びマンドレルの角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００７９】
以下、図１４を参照しながら本発明の第３の実施の形態を説明する。ここで、図１４は本発明の第３の実施の形態の概略構成図である。図１４において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００８０】
図２の装置においては、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８がベッド３１の一端側に設けられたスイベルプレート３６に固定されているが、本実施の形態においては、ベッドの一端側に設けられたスイベルプレート３６には、サポートロール４３が取り付けられたサポートブロック３９が固定されている。また、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８はベッド３１にベッド３１の長手方向に摺動自在に取り付けられている。
【００８１】
第１の実施の形態においては、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えているのに対して、本実施の形態では、相対角度θを変えるのにマンドレル４４及びサポートロール４３の向きを変えている。また、第１の実施の形態においては、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整をサポートブロック３９の移動により行っているのに対して、本実施の形態では、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整を支柱３８の移動により行っている。外径測定機構（上記実施の形態と同様の構成）は支柱３８上に固定されており、支柱３８とともに移動する。この実施の形態では、加工の開始から終了まで常に図３のＢ点に相当するマンドレルの加工点位置はピボットねじ３５の垂直軸上に保たれるようにすることができる。その他の構成、及び制御機構の作動は第１の実施の形態に準ずる。
【００８２】
以上説明した本発明の第３の実施の形態では、スイベル機構がサポートロール４３及びマンドレル４４の角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００８３】
以下、図１５を参照しながら本発明の第４の実施の形態を説明する。ここで、図１５は本発明の第４の実施の形態の概略構成図である。図１５において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００８４】
図２の装置においては、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８がベッド３１の一端側に設けられたスイベルプレート３６に固定されているが、本実施の形態においては、スイベルプレート３６がベッド３１の一端側に垂直なピボットねじ３５により取り付けられており、スイベルプレート３６はピボットねじ３５のまわりに回転自在であり、その回転はスイベルプレート３６に設けられたモータ３７により制御される。支柱３９はベッド３１に固定されており、不図示の支柱３２はスイベルプレート３６に固定されている。また、サポートブロック３９はスイベルプレート３６上にスイベルプレート３６の長手方向に摺動自在に取り付けられている。
【００８５】
第１の実施の形態においては、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えているのと同様、本実施の形態では、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えている。また、第１の実施の形態においては、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整をサポートブロック３９で行っているが、本実施の形態においては、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整を支柱３８の移動により行っている。外径測定機構（上記各実施の形態のものと同様の構成）が支柱３８上に固定されており、また、図３のＢ点に相当するマンドレルの加工点位置がピボットねじ３５の垂直軸上に保たれることは上記第３の実施の形態と同様である。その他の構成、及び制御機構の作動は第１の実施の形態に準ずる。
【００８６】
以上説明した本発明の第４の実施の形態では、スイベル機構が成形ロール４１及びマンドレル４４の角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００８７】
また、以上説明した本発明の第１から第４の実施の形態におけるローリング加工は、冷間加工を例にとり説明したが、冷間又は熱間加工の双方に適用できる。また、本発明の第１及び第２の実施の形態において、サポートブロック３９の移動は油圧シリンダ等の他の機構によって行ってもよい。本発明の第３及び第４の実施の形態において支柱３８の移動は油圧シリンダ等の他の機構で行ってもよい。
【００８８】
さらに、上記第１〜第４の実施の形態は、いずれも内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工装置および方法を示したが、環状ワークＷの幅を一定に保ち、テーパを生じないように環状ワークを拘束する段部を成形ロール４１に設ける代わりにマンドレル４４に設けることにより、いずれの場合も、外周面が軸方向にテーパ状である環状ワークの加工をすることができる。
【００８９】
この場合、外径の代わりに加工中のワークの内径ｄを測定するようにすれば、内径テーパ状の場合と同様の仮定（加工中ワーク幅Ｈは一定かつ、軸方向の塑性流動がないとする）に基づき、ｄおよび加工完了後の内径、および大径側外径、小径側外径により、加工中の大径側外径Ｄ1、および小径側外径Ｄ2を式で表すことができる。従ってこれらのＤ1およびＤ2とワーク幅Ｈとから対応する加工中の外周面の傾斜角θを算出できるので上記実施の形態と同様な構成（図７（但し、外径の代わりに内径測定とする）、または図９）によりスイベル角θを制御することにより、外周面が軸方向にテーパ状である環状ワークの加工ができる。
【００９０】
この場合、加工中のθは、ｄを用いなくても、Ｄ1，Ｄ2の少なくとも一方、加工完了後の大径側外径Ｄ1、小径側外径Ｄ2の少なくとも一方、およびワーク幅Ｈにより表すことができるので、内径ｄを測定する代わりにＤ1値，Ｄ2値の少なくとも一方を測定するようにしてもよい。また、２つの測定子を用い、Ｄ1値、Ｄ2値を測定するようにしてもよい。加工終了点はこれらの測定値をもとに、例えば平均外径（Ｄ1＋Ｄ2）／２、内径ｄ等から選ばれる所望の寸法値が予め定められた値に達した時点とする。
【００９１】
さらにまた、外径寸法を２つの測定子を用いて幅方向の２ケ所で測定するような構成は上記内周面が軸方向にテーパ状態である環状ワークの加工にも適用することができる。このようにすることにより、外径寸法Ｄは２つの測定値の平均値とするので、より信頼性が高まる。
【００９２】
さらに、本発明の第１の実施の形態における、マンドレル４４の成形ロール４１に体する相対角度θの制御機構の変形例（図９、図１０）は、本発明の第２から第３の実施の形態に適用できる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置によれば、第１の支持手段及び第２の支持手段の一方が、成形ロールの軸線とマンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、相対角度制御手段が前記相対角度を環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように第１の支持手段及び第２の支持手段の一方を制御するので、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態で行い得る。
本発明の請求項４の環状体のローリング加工装置によれば、外周面と内周面との相対角度を環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように環状体の外周面及び環状体の内周面を圧延するので、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態で行い得る。
【００９４】
さらに、円筒状の環状体の場合に、外周面の円筒度を精度よく仕上げるのに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】環状ワークのローリング加工の過程における形状の変化の説明図であり、（Ａ）は加工前の環状ワーク１の縦断面図、は加工中の環状ワーク１１の縦断面図、（Ｃ）は加工後の環状ワーク２１の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図３】図２の装置のローリング加工要部の説明図である。
【図４】図２の装置のスイベル機構の説明図であり、（Ａ）は図２の装置のスイベル機構の平面図、（Ｂ）は図４（Ａ）の機構の要部のＣ−Ｃ断面図、（Ｃ）は図４（Ａ）の機構の要部の下方におけるベッド３１の部分の平面図である。
【図５】図４のスイベル機構の変形例の説明図であり、（Ａ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の平面図であり、（Ｂ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の部分断面図である。
【図６】図４のスイベル機構の他の変形例の説明図であり、（Ａ）は図４のスイベル機構の他の変形例の平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）の機構の要部の側面図である。
【図７】マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御機構の概略図である。
【図８】図７の制御装置８２の作動のフローチャートである。
【図９】図７の制御機構の変形例の概略図ある。
【図１０】図７の制御機構の他の変形例の概略図である。
【図１１】Ｄに対するｄ１、ｄ２及びθの関係を示すグラフ
【図１２】図１０の制御装置８５の作動のフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の概略構成図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の概略構成図である。
【図１６】従来の環状体のローリング加工装置の要部の説明図である。
【図１７】図１６の装置のローリング加工部の詳細説明図である。
【図１８】ローリング加工前後の環状ワークの形状の説明図であり、
【図１９】従来の他の環状体のローリング加工装置の要部の説明図である。
【符号の説明】
３１ ベッド
３２ 支柱
３３ カム
３６ スイベルプレート
３７ モータ
３８ 支柱
３９ サポートブロック
４１ 成形ロール
４３ サポートロール
４４ マンドレル
４５，４６ バックアップローラ
Ｗ 環状ワーク
１００ 環状ワーク
１０１ 成形ロール
１０２ マンドレル
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状体のローリング加工装置及びその方法に関し、特にテーパ状の周面を有するリングのローリング加工装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の環状体のローリング加工装置においては、環状ワークの外周面を成形ロールで押圧すると共に当該環状ワークの内周面をサポートロールを介し、マンドレルで押圧しつつ環状体を回転させて環状体のローリング加工が行われている。
【０００３】
特に内周面がテーパ状の形状を有する環状ワーク（例えば円錐ころ軸受の外輪用のブランク）を加工する場合、例えば、図１６に示される従来の環状体のローリング加工装置におけるローリング加工部（例えば特開平５−２２８５７１号公報）では、環状ワーク１００の外周面は成形ロール１０１で押圧され、環状ワーク１００のテーパ状の内周面は外周面がテーパ状のマンドレル１０２で押圧されている。この場合、たとえ環状ワーク１００の内周面がテーパ状であっても成形ロール１０１の軸線とマンドレル１０２の軸線とは互いに平行である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の環状体のローリング装置におけるローリング加工部には以下に述べる問題点がある。その問題点を図１６の装置のローリング加工部の詳細説明図である図１７を参照しながら説明する。
【０００５】
図１７において、環状ワーク１００のローリング加工の過程の当初においては、加工完了時のテーパ角に合わせた形状とされているマンドレル１０２は環状ワーク１００のＡ点でのみ当接し、環状ワーク１００への押圧力がＡ点への集中荷重Ｆとなる。また、環状ワーク１００のローリング加工が進むにつれ、環状ワーク１００の内周面のテーパ角度が刻々変化するので、環状ワーク１００の姿勢が不安定になる。環状ワーク１００が傾いたとき、環状ワーク１００の端面と外周面との間のチャンファの部分が成形ロール１０１に干渉する。また、環状ワークのＡ点近傍の内部に集中荷重に起因する内部ひずみが残ってしまうという問題もある。
【０００６】
上記作用により、環状ワーク１００は図１８に示されるように成形される。ここで、図１８はローリング加工完了前後の環状ワークの形状の説明図であり、図１７のＡ点から加工が始まり、反対側まで進行した時の状態を表す。図１８では、加工完了直前の環状ワーク１００は二点鎖線で示され、加工前の環状ワーク１００は実線で示されている。但し、見やすさのため、両者の平均直径は便宜上ほぼ等しく示してある。
【０００７】
図１８において、加工前から加工完了直前に環状ワーク１００の内周面のテーパ角は、θｉからθｆに減少する。ローリング加工の当初はマンドレル外周面と環状ワーク内周面のテーパ角が異なるため、両者の間ではＡ点でのみ（図１７）が加工圧力を受ける。そして両者間にすきまがあるため、上述のように環状ワークの姿勢が不安定となり、図１７に示すように加工部において本来加工中密着しているべき成形ロール外周面と環状ワーク内周面との間にもすきまが生じやすくなる。そのため、マンドレル１０２が環状ワーク１００の内周面全体に当たるときは、環状ワーク１００は図中二点鎖線で示される形状となる。すなわち、環状ワーク１００の外周面は一時的にテーパ状となり、そのテーパ角はΔθである。その後さらにローリング加工を進めると環状ワーク１００の外周面のテーパが少なくなり、通常、ローリング加工仕上げ時には完全にテーパがなくなるのであるが、最悪の場合、テーパが残ってしまう場合もある。
【０００８】
以上のような従来の環状体のローリング加工装置が有する問題点を解消するために、図１９に示されるような他の環状体のローリング加工装置のローリング加工部が考えられている（例えば特開平５−２２８５７１号公報）。図１９の装置では、成形ローラ２０１及びマンドレル２０２は、軸方向に関して反対に装填された２個の環状ワーク２００をローリング加工するように構成されている。この装置によれば、環状ワーク２００の断面形状は左右対称のため、上記従来技術の場合のようにモーメント荷重は生じず姿勢を安定化することはできるが、加工当初、環状ワークの一部に大きな集中荷重がかかることに変わりはなく、このため環状ワークに内部応力に起因する内部ひずみが生じるという問題は解消できない。さらには、ローリング加工の過程で２個の環状ワーク２００が互いに姿勢の変化を抑制することによる内部応力が発生するという新た問題点が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態で行い得る環状体のローリング加工装置及びその方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置は、内周面及び外周面の少なくとも一方が軸方向にテーパ状である環状体の外周面に当接する成形ロールと、前記成形ロールを回転自在に支持する第１の支持手段と、軸線が前記成形ロールの軸線を含む平面内にあり、前記成形ロールと協働して前記環状体を挟圧するように前記環状体の内周面に当接するマンドレルと、前記マンドレルを回転自在に支持する第２の支持手段とを備える環状体のローリング加工装置において、前記第１の支持手段及び前記第２の支持手段の一方が、前記成形ロールの軸線と前記マンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、前記相対角度を前記環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように前記第１の支持手段及び前記第２の支持手段の一方を制御する相対角度制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置によれば、第１の支持手段及び第２の支持手段の一方が、成形ロールの軸線とマンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、相対角度制御手段が前記相対角度を環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように第１の支持手段及び第２の支持手段の一方を制御するので、加工部においてマンドレル外周面と環状ワーク内周面、および環状ワーク外周面と成形ロール外周面を加工中常に密着状態に保て、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態でかつ、一部に大きな集中荷重がかかることなく行い得る。
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置において、前記相対角度制御手段は、前記環状体の外径寸法を測定する測定手段と、前記環状体の加工段階に応じた所定の角度を前記測定された環状体の外径寸法に基づいて算出する算出手段を含んでもよい。
【００１２】
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置において、前記第１の支持手段又は前記第２の支持手段が、前記成形ロールの軸線と前記マンドレルの軸線との間隔を所定間隔だけ変えるように構成されており、前記相対角度制御手段は、前記所定間隔と前記相対角度とが所定の関係となるように前記第１の支持手段又は前記第２の支持手段を制御するようにしてもよい。
【００１３】
前述の目的を達成するために、内周面及び外周面の少なくとも一方が軸方向にテーパ状である環状体を回転させながら、前記環状体の幅を実質的に一定に保ったままで前記環状体の外周面及び前記環状体の内周面を圧延しつつ前記環状体を拡径する工程を含む環状体のローリング加工方法において、前記圧延が、前記外周面と前記内周面との相対角度を前記環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように前記環状体の外周面及び前記環状体の内周面を圧延する工程からなることを特徴とする環状体のローリング加工方法が提供される。
【００１４】
上記環状体のローリング加工方法は、さらに、前記環状体の外径寸法を測定する工程と、前記環状体の加工段階に応じた所定の角度を前記測定された環状体の外径寸法に基づいて算出する工程とを含んでもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す好ましい実施の形態を参照しながら詳述する。
【００１６】
まず、本発明の原理を図１を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、例えば円錐ころ軸受用外輪用のもののような内周面がテーパ状の環状ワークのローリング加工の過程における形状の変化の説明図であり、図１（Ａ）は加工前の環状ワーク１の縦断面図、図１（Ｂ）は加工中の環状ワーク１１の縦断面図、図１（Ｃ）は加工後の環状ワーク２１の縦断面図である。
【００１８】
図１（Ａ）の環状ワーク１は、長さＨであり、直径Ｄｉの円筒状の外周面２と、テーパ角θｉ、小径ｄ２ｉ、大径ｄ１ｉであるテーパ状の内周面とを有する。図１（Ｂ）の環状ワーク１１は、長さＨであり、直径Ｄの円筒状の外周面１２と、テーパ角θ、小径ｄ２、大径ｄ１であるテーパ状の内周面１３とを有する。図１（Ｃ）の環状ワーク２１は、長さＨであり、直径Ｄｆの円筒状の外周面２２と、テーパ角θｉ、小径ｄ２ｆ、大径ｄ１ｆであるテーパ状の内周面２３とを有する。
【００１９】
環状ワーク１の軸方向の長さＨを一定値になるように規定する本環状体のローリング加工は、切削加工の場合とは異なり切屑を出さない塑性加工であり、軸方向に関して環状ワークの部材の移動（塑性流動）がないので、軸方向に関する任意の位置において、その位置における環状ワークの軸に垂直な断面積は加工中ほぼ一定となる。
【００２０】
具体的には、加工前における図１（Ａ）の環状ワーク１の一方の端面４から軸方向に距離Ｘの位置Ａにおける環状ワーク１の断面積は、例えば、加工中における図１（Ｂ）の環状ワーク１１の一方の端面１４から軸方向に距離Ｘの位置Ｂにおける環状ワーク１１の断面積とは等しくなり、全ての距離Ｘについて同様である。
【００２１】
よって、図１（Ａ）の環状ワーク１の一方の端面４、図１（Ｂ）の環状ワーク１の一方の端面１４、図１（Ｃ）の環状ワーク１の一方の端面２４についての面積は等しく、図１（Ａ）の環状ワーク１の他方の端面５、図１（Ｂ）の環状ワーク１の他方の端面１５、図１（Ｃ）の環状ワーク１の他方の端面２５の面積は等しい。
【００２２】
よって、図１（Ａ）の環状ワーク１の他方の端面５と図１（Ｃ）の環状ワーク１の他方の端面２５とに着目して、以下の式（１）が成り立つ。
【００２３】
π（Ｄｉ2−ｄ１ｉ2）／４＝π（Ｄｆ2−ｄ１ｆ2）／４ …（１）
式（１）を変形して、
ｄ１ｉ＝（Ｄｉ2−Ｄｆ2＋ｄ１ｆ2）1/2 …（２）
が得られる。同様に、、図１（Ａ）の環状ワーク１の一方の端面４と図１（Ｃ）の環状ワーク１の一方の端面２４とに着目して、以下の式（３）が成り立つ。
【００２４】
π（Ｄｉ2−ｄ２ｉ2）／４＝π（Ｄｆ2−ｄ２ｆ2）／４ …（３）
式（３）を変形して、
ｄ２ｉ＝（Ｄｉ2−Ｄｆ2＋ｄ２ｆ2）1/2 …（４）
が得られる。
【００２５】
また、図１（Ａ）の環状ワーク１におけるテーパ角θｉは
ｔａｎθｉ＝（ｄ１ｉ−ｄ２ｉ）／２Ｈ …（５）
である。
【００２６】
式（２）と式（４）とから、作りたい環状体２１の形状（Ｄｆ，ｄ１ｆ，ｄ２ｆ）が決まれば、環状ワーク１の形状（ｄ１ｉ，ｄ２ｉ，θ）が定まると言える。
【００２７】
同様に、図１（Ｂ）の環状ワーク１の他方の端面１５と図１（Ｃ）の環状ワーク１の他方の端面２５とに着目して、以下の式（６）が成り立つ。
【００２８】
ｄ１＝（Ｄ2−Ｄｆ2＋ｄ１ｆ2）1/2 …（６）
また、図１（Ｂ）の環状ワーク１の一方の端面１４と図１（Ｃ）の環状ワーク１の一方の端面２４とに着目して、以下の式（７）が成り立つ。
【００２９】
ｄ２＝（Ｄ2−Ｄｆ2＋ｄ２ｆ2）1/2 …（７）
また、図１（Ｂ）の環状ワーク１１におけるテーパ角θは
ｔａｎθ＝（ｄ１−ｄ２）／２Ｈ …（８）
である。
【００３０】
すなわち、式（６）から式（８）に基づいて、作りたい環状体２１の形状（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）と、加工中の外径寸法Ｄが決まれば、環状ワーク１の形状（ｄ１、ｄ２、θ）が定まる。換言すれば、加工が進み外形Ｄが拡径される従い、式（６）から式（８）を満たすようにｄ１、ｄ２、θが変化する。一例を後述の図１１に示す。このように算出されたθ値に合わせて成形ロールとマンドレルとの相対角度を変化させ、成形ロールを環状ワーク１１の外周面１２に密着させると共に、マンドレルを環状ワーク１１の内周面１３に密着させる。
【００３１】
以下、図２を参照しながら本発明の冷間ローリング装置および加工方法の第１の実施の形態を詳述する。ここで、図２は本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【００３２】
ベッド３１の一端には支柱３２が設けられている。支柱３２には、カム３３が水平軸のまわりに回転自在に取り付けられている。カム３３はモータ３４により回転される。ベッド３１の他端側にはスイベルプレート３６が垂直なピボットねじ３５により取り付けられており、スイベルプレート３６はピボットねじ３５のまわりに回転自在であり、その回転はスイベルプレート３６に設けられたモータ３７により制御される。スイベルプレート３６には支柱３８が設けられている。
【００３３】
支柱３２及びスイベルプレート３６の間においてベッド３１の上にはベッド３１の長手方向に移動自在にサポートブロック３９が設けられている。支柱３２の側においてサポートブロック３９には、カム３３に当接するカムフォロワ４０が水平軸のまわりに回転自在に取り付けられている。これにより、カム３３のカム面のプロフィル及びカム３３の回転角に従ってサポートブロック３９はベッド３１の長手方向に並進移動する。
【００３４】
サポートブロック３９の側において支柱３８には、水平軸のまわりに回転自在に成形ロール４１が取り付けられている。成形ロール４１はモータ４２により回転される。成形ロール４１には後述の図３に示すように加工中のワークの幅を一定値Ｈに保ち、外径面にテーパを生じないように拘束するための段部が設けてある。
【００３５】
一方、支柱３８の側においてサポートブロック３９には、成形ロール４１の軸と同一高さの水平軸のまわりに回転自在にサポートロール４３が取り付けられている。成形ロール４１とサポートロール４３との間にはマンドレル４４が成形ロール４１の軸と同一高さの水平軸のまわりに回転自在に配置されている。マンドレル４４及びサポートロール４３とは常に軸心が互いに平行になるように構成されている。これにより、サポートブロック３９の支柱３８に向かう移動に応じてマンドレル４４は成形ロール４１の方向に押圧される。
【００３６】
環状体Ｗのローリング加工を行うときは成形ロール４１を環状ワークＷの外周面に当接させると共にマンドレル４４を環状ワークＷの内周面に当接させて、環状ワークＷを成形ロール４１とマンドレル４４の間に挟む。この場合のマンドレル４４の環状ワークＷに対する加工点（後述する図３のＢ点）は、成形ロール４１の軸と同一高さににあると共に、ピボットねじ３５の垂直軸上付近にある。
【００３７】
なお、ローリング加工中の環状ワークＷを支えるためにマンドレル４４の上及び下において、環状ワークＷの外周面に当接するようにバックアップローラ４５，４６が配置されている。
【００３８】
以上の構成により、モータ３４の作動によりカム３３が回転することによって、マンドレル４４が環状ワークＷを所定の押圧力で押圧する。モータ４２の作動により成形ロール４１が回転すると、成形ロール４１の回転力がそれぞれの摩擦力により環状ワークＷ、マンドレル４４、サポートロール４３に伝達され。このような成形ロール４１とマンドレル４４の回転、及びマンドレル４４の成形ロール４１への押圧力により環状ワークＷにローリング加工が行われる。
【００３９】
図２の装置のローリング加工要部の説明図である図３によれば、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御は、モータ３７を作動させてスイベルプレート３６をピボットねじ３５の垂直軸まわりに、回転させることにより行う。
【００４０】
以下、図４を参照しながらマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを制御するスイベル機構について詳述する。ここで、図４は、図２の装置のスイベル機構の説明図であり、図４（Ａ）は図２の装置のスイベル機構の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の機構の要部のＣ−Ｃ断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の機構の要部の下方におけるベッド３１の部分の平面図である。
【００４１】
図４において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図４と同様である。
【００４２】
図４（Ａ）において、スイベルプレート３６は、その一端においてピボットねじ３５によりベッド３１に取り付けられている。スイベルプレート３６の他端にはスイベルプレート３６の横方向に伸長する切欠き部５０が設けられている。切欠き部５０内には送りねじ棒５１がスイベルプレート３６の横方向に伸長するように配置されており、その両端においてベアリング５２，５３によりスイベルプレート３６に回転自在に支持されている。送りねじ棒５１の一端側はカップリング５４を介してモータ３７に連結されており、モータ３７はスイベルプレート３６の一側部に固定されている。
【００４３】
ベアリング５２，５３の間において、送りねじ棒５１にはナット５５が係合しており、ナット５５はナット支持部材５６に収容されている。ナット支持部材５６には、ナット５５の半径方向かつ水平方向にそれぞれ水平平板状の突起部５７，５８が設けられており、かつナット５５の下方に向かって円柱状の突起部５９が設けられている。
【００４４】
ナット支持部５６の突起部５７，５８は、その対応部においてベッド３１上に固定されたナット回転止め６２，６３の水平溝６０，６１にそれぞれ受容されている。ナット支持部材５６の突起部５９は、その対応位置においてベッド３１上に設けられた長穴６４に受容されている（図４（Ｃ））。長穴６４はスイベルプレート３６の長手方向、すなわち長穴の中心とピボットねじ３５の中心とを結ぶ直線方向に長く、幅は突起部５９と同等である。
【００４５】
以上の構成により、モータ３７の回転によって送りねじ棒５１が回転し、ナット５５がスイベルプレート３６の横方向に送られる。この際、長穴６４にナット支持部材５６の突起部５９が上記のように係合していることにより、ナット５５がベッド３１に対しそのスイベルプレート３６の横方向へ移動するのを拘束するので、スイベルプレート３６がピボットねじ３５のまわりに回転する。
【００４６】
以下、図５を参照しながら図４のスイベル機構の変形例を説明する。ここで、図５は図４のスイベル機構の変形例の説明図であり、図５（Ａ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の平面図であり、図５（Ｂ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の部分断面図である。図５において、図４に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図４と同様である。
【００４７】
図５（Ａ）において、ナット支持部材５６には、ナット５５の半径方向且つ水平方向の一方にそれぞれに伸長する２枚の板ばね７０が設けられている。２枚の板ばね７０は、それぞれ垂直に配向されており、ナット５５の軸方向に沿って互いに平行に配置されている。また、ナット支持部材５６には、ナット５５の半径方向且つ水平方向の他方にそれぞれに伸長する２枚の板ばね７１が設けられている。２枚の板ばね７１は、それぞれ垂直に配向されており、ナット５５の軸方向に関して互いに平行に配置されている。板ばね７０，７１は、その対応部においてベッド３１上に固定された固定部材７２，７３にそれぞれ固定されている。本変形例は、上記図４のスイベル機構と同様の作用を奏するのに加えて、制御されるべきマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θが微少の場合（例えば後述の図１０に示す変形例）に適している。
【００４８】
以下、図６を参照しながら図４のスイベル機構の他の変形例について説明する。ここで、図６は、図４のスイベル機構の他の変形例の説明図であり、図６（Ａ）は図４のスイベル機構の他の変形例の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の機構の要部の側面図である。図６において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００４９】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、モータ３７はベッド３１の他端における側部に回転軸が垂直になるように固定されている。モータ３７の回転軸には減速機７５を介してピニオン歯車７６が取り付けられている。一方、ピボットねじ３５のまわりに回転自在なスイベルプレート３６の他端における側部には半径Ｒの大歯車に相当する歯７７が形成されており、歯７７はピニオン歯車７６に係合している。
【００５０】
以上の構成により、モータ３７の回転により、スイベルプレート３６は適宜に回転し、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θが制御される。
【００５１】
以下、図７を参照しながら、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御機構を説明する。ここで、図７は、図２の装置のマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御機構の概略図である。図７において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００５２】
図７において、スイベルプレート３６上には、スイベルプレート３６の長手方向に伸長するようにリニアスケール８０が設けられている。リニアスケール８０には接触子８１の一端が摺動自在に取り付けられており、接触子８１の他端は上方に伸長し、かつ成形ロール４１の反対側において環状ワークＷ（図３においてえはＥ点で示す位置）に接している。リニアスケール８０は、リニアスケール８０上の接触子８１の移動量を測定する。すなわち、Ｅ点と、加工中リニアスケールに対し不動の図３に示すＧ点との距離（外径Ｄ）を測定できるように構成されている。
【００５３】
一方、本制御機構は、制御装置８２を有しており、制御装置８２は、コントローラ８３と、コントローラ８３に接続されたドライバ８４とを備える。コントローラ８３はリニアスケール８０に接続されており、ドライバ８４はモータ３７に接続されている。コントローラ８３は、リニアスケール８０で測定された環状ワークＷの外径Ｄのデータを取り込み、その外形Ｄのデータと作られるべき環状体の形状データ（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）に基づいて前述の式（６）から式（８）による演算により、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを算出する。ドライバ８４は、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる。
【００５４】
以下、図８を参照しながら図２の冷間ローリング加工装置の作動を説明する。ここで、図８は、図２の装置の作動のフローチャートである。
【００５５】
まず、環状ワークＷを図２のローリング加工装置にセットし（ステップＳ１）、次いで、成形ロール４１が回転を開始しすると共にカム３３の回転によりサポートブロック３９及びマンドレル４４の送りを開始して、ローリング加工装置は加工を開始する（ステップＳ２）。次に、コントローラ８３は、リニアスケール８０で測定された環状ワークＷの外径Ｄのデータを取り込み、その外形Ｄのデータと作られるべき環状体の形状データ（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）に基づいて前述の式（６）から式（８）による演算により、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを算出する（ステップＳ３）。さらに、ステップＳ３で算出された相対角度θの指令値をドライバ８４に送出し、ドライバ８４は、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる（ステップＳ４）。
【００５６】
ステップＳ５で、外形Ｄのデータが加工されるべき環状体の外径寸法Ｄｆに等しいか否かを判別する。ステップＳ５で、外径寸法Ｄのデータが加工されるべき環状体の外形Ｄｆに等しくなければ、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３がらＳ５を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ５で、外径寸法Ｄのデータが加工されるべき環状体の外径寸法Ｄｆに等しくなれば、ステップＳ６に進み、加工終了動作を行って、本作動を終了する。
【００５８】
以下、図９を参照しながら、図７の制御機構の変形例を説明する。ここで、図９は、図７の制御機構の変形例の概略図である。図９において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００５９】
図９において、本制御機構は、制御装置８５を有しており、制御装置８５は、コントローラ８６と、コントローラ８６に接続されたドライバ８７とを備える。ドライバ８７はモータ３４及びモータ３７に接続されている。
【００６０】
以下、コントローラ８６の作動を説明する。
【００６１】
前述の通り、式（６）から式（８）により、作りたい環状体２１の形状（Ｄｆ、ｄ１ｆ、ｄ２ｆ）と、加工中の外形Ｄから、環状ワーク１の形状（Ｄ、ｄ１、ｄ２、θ）を算出する。
【００６２】
この関係は、例えば図１１のＤに対するｄ１、ｄ２及びθの関係を示すグラフに示されるように、外形Ｄと相対角度θとの関係を予め図示しない記憶部に格納しておき、この記憶部から外形Ｄについての相対角度θを求めてもよい。
【００６３】
また、Ｄに対する環状ワーク１のテーパ状の内周面上の代表位置、例えば図１（Ｂ）でＸ＝Ｈ／２の位置における環状ワーク１の厚さＴも相対角度θに対して一義的に定まる。この関係を利用して、予めサポートブロック３９の変位量ｆ（Ｔ）（環状ワーク１の厚さＴに比例する）と、相対角度θとの関係を求めることができる。コントローラ８６は、予め求めておいた上記関係を満たしたサポートブロック３９の変位量ｆ（Ｔ）と相対角度θをドライバ８７に送出する。
【００６４】
ドライバ８７は、サポートブロック３９の変位量がコントローラ８３から受け取った変位量ｆ（Ｔ）になるようにカム３３を回転させるべく、モータ３４を作動させる。また、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる。
【００６５】
以下、図１２を参照しながら図９の制御装置８５の作動を説明する。ここで、図１２は、図９の制御装置８５の作動のフローチャートである。
【００６６】
まず、環状ワークＷを図２のローリング加工装置にセットし（ステップＳ１１）、次いで、成形ロール４１が回転を開始し、ローリング加工装置は加工を開始する（ステップＳ１２）。次に、コントローラ８６は、予め求めておいた上記関係を満たしたサポートブロック３９の変位量ｆ（Ｔ）と相対角度θをドライバ８７に送出し、ドライバ８４は、サポートブロック３９の変位量がコントローラ８３から受け取った変位量ｆ（Ｔ）になるようにカム３３を回転させて、サポートブロック３９を送るべく、モータ３４を作動させる。また、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がコントローラ８３から受け取った相対角度θとなるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる（ステップＳ１３）。
【００６７】
次いで、ステップＳ１４で、環状ワークＷの加工が続行中か否かを判別する。ステップＳ１４で、環状ワークＷの加工が続行中の場合は、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３及びＳ１４を繰り返す。ステップＳ１４で、環状ワークＷの加工が続行中でなければ、ステップＳ１５に進み、加工終了動作を行って、本作動を終了する。
【００６８】
以上説明した本発明の第１の実施の形態では、スイベル機構が成形ロール４１の角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００６９】
以下、図１０を参照しながら、図７の制御機構の他の変形例を説明する。ここで、図１０は図７の制御機構の他の変形例の説明である。図１０において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。この変形例は、円筒度の精度の比較的悪い円筒状のワークを、特に外径面の円筒度を精度良く仕上げる必要のある場合に適用できる。
【００７０】
本変形例は、制御装置９０を有しており、制御装置９０は、コントローラ９１と、コントローラ９１に接続されたドライバ９２とを有する。また、環状ワークＷの外形Ｄを測定する手段として、環状ワークＷの一方の端面側において環状ワークＷの外周面に配置された接触子９３と、環状ワークＷの他方の端面側において環状ワークＷの外周面に配置された接触子９４とが設けられている。接触子９３と接触子９４とは距離ｈだけ離間している。接触子９３は環状ワークＷの一方の端面側における環状ワークＷの外径寸法Ｄ１を測定し、接触子９４は環状ワークＷの他方の端面側における環状ワークＷの外径寸法Ｄ２を測定する。
【００７１】
接触子９３及び接触子９４はコントローラ９１に接続されている。ドライバ９２は、モータ３４及びモータ３７に接続されている。
【００７２】
コントローラ９１は、接触子９３及び接触子９４から受容した外径寸法Ｄ１及び外径寸法Ｄ２とから外径寸法Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２を算出し、この外径寸法Ｄ値に基づいて、前述のようにマンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θを算出する。
【００７３】
コントローラ９１は、また、接触子９３及び接触子９４から受容した外径寸法Ｄ１及び外径寸法Ｄ２と、予め設定された環状ワークＷの幅Ｈとから、変位量θ１＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｈを算出する。コントローラ９１は、これらの算出された値θ及びθ１をドライバ９２に送出する。
【００７４】
ドライバ９２は、マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度がθになるように、また、上記変位量θ１が０になるようにスイベルプレート３６を回転させるべく、スイベル機構を作動させる。これにより、上記の変位量θ１を０にすることにより環状ワークＷの外径面の円筒度を０にすることができる。
【００７５】
以下、図１３を参照しながら本発明の第２の実施の形態を説明する。ここで、図１３は本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。図１３において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００７６】
図２の装置においては、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８がベッド３１の一端側に設けられたスイベルプレート３６に固定されているが、本実施の形態においては、スイベルプレート３６がベッド３１の一端側に垂直なピボットねじ３５により取り付けられており、スイベルプレート３６はピボットねじ３５のまわりに回転自在であり、その回転はスイベルプレート３６に設けられたモータ３７により制御される。支柱３８はベッド３１に固定されており、支柱３２はスイベルプレート３６に固定されている。また、サポートブロック３９はスイベルプレート３６上にスイベルプレート３６の長手方向に摺動自在に取り付けられている。リニアスケール８０および接触子８１よりなる環状ワークの外径測定機構（不図示）は支柱３８またはベッド３１上に固定されている。
【００７７】
第１の実施の形態においては、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えているが、本実施の形態では、相対角度θを変えるのにマンドレル４４の向きを変えている。その他の構成、及び制御機構の作動は第１の実施の形態に準ずる。
【００７８】
以上説明した本発明の第２の実施の形態では、スイベル機構がサポートロール４３及びマンドレルの角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００７９】
以下、図１４を参照しながら本発明の第３の実施の形態を説明する。ここで、図１４は本発明の第３の実施の形態の概略構成図である。図１４において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００８０】
図２の装置においては、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８がベッド３１の一端側に設けられたスイベルプレート３６に固定されているが、本実施の形態においては、ベッドの一端側に設けられたスイベルプレート３６には、サポートロール４３が取り付けられたサポートブロック３９が固定されている。また、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８はベッド３１にベッド３１の長手方向に摺動自在に取り付けられている。
【００８１】
第１の実施の形態においては、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えているのに対して、本実施の形態では、相対角度θを変えるのにマンドレル４４及びサポートロール４３の向きを変えている。また、第１の実施の形態においては、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整をサポートブロック３９の移動により行っているのに対して、本実施の形態では、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整を支柱３８の移動により行っている。外径測定機構（上記実施の形態と同様の構成）は支柱３８上に固定されており、支柱３８とともに移動する。この実施の形態では、加工の開始から終了まで常に図３のＢ点に相当するマンドレルの加工点位置はピボットねじ３５の垂直軸上に保たれるようにすることができる。その他の構成、及び制御機構の作動は第１の実施の形態に準ずる。
【００８２】
以上説明した本発明の第３の実施の形態では、スイベル機構がサポートロール４３及びマンドレル４４の角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００８３】
以下、図１５を参照しながら本発明の第４の実施の形態を説明する。ここで、図１５は本発明の第４の実施の形態の概略構成図である。図１５において、図２に対応する構成要素には同じ参照番号が付されており、これらの構成要素の説明は図２と同様である。
【００８４】
図２の装置においては、成形ロール４１が取り付けられた支柱３８がベッド３１の一端側に設けられたスイベルプレート３６に固定されているが、本実施の形態においては、スイベルプレート３６がベッド３１の一端側に垂直なピボットねじ３５により取り付けられており、スイベルプレート３６はピボットねじ３５のまわりに回転自在であり、その回転はスイベルプレート３６に設けられたモータ３７により制御される。支柱３９はベッド３１に固定されており、不図示の支柱３２はスイベルプレート３６に固定されている。また、サポートブロック３９はスイベルプレート３６上にスイベルプレート３６の長手方向に摺動自在に取り付けられている。
【００８５】
第１の実施の形態においては、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えているのと同様、本実施の形態では、相対角度θを変えるのに成形ロール４１の向きを変えている。また、第１の実施の形態においては、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整をサポートブロック３９で行っているが、本実施の形態においては、成形ロール４１とマンドレル４４との間隔の調整を支柱３８の移動により行っている。外径測定機構（上記各実施の形態のものと同様の構成）が支柱３８上に固定されており、また、図３のＢ点に相当するマンドレルの加工点位置がピボットねじ３５の垂直軸上に保たれることは上記第３の実施の形態と同様である。その他の構成、及び制御機構の作動は第１の実施の形態に準ずる。
【００８６】
以上説明した本発明の第４の実施の形態では、スイベル機構が成形ロール４１及びマンドレル４４の角度を変えるので、内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工に適している。
【００８７】
また、以上説明した本発明の第１から第４の実施の形態におけるローリング加工は、冷間加工を例にとり説明したが、冷間又は熱間加工の双方に適用できる。また、本発明の第１及び第２の実施の形態において、サポートブロック３９の移動は油圧シリンダ等の他の機構によって行ってもよい。本発明の第３及び第４の実施の形態において支柱３８の移動は油圧シリンダ等の他の機構で行ってもよい。
【００８８】
さらに、上記第１〜第４の実施の形態は、いずれも内周面が軸方向にテーパ状である環状ワークＷの加工装置および方法を示したが、環状ワークＷの幅を一定に保ち、テーパを生じないように環状ワークを拘束する段部を成形ロール４１に設ける代わりにマンドレル４４に設けることにより、いずれの場合も、外周面が軸方向にテーパ状である環状ワークの加工をすることができる。
【００８９】
この場合、外径の代わりに加工中のワークの内径ｄを測定するようにすれば、内径テーパ状の場合と同様の仮定（加工中ワーク幅Ｈは一定かつ、軸方向の塑性流動がないとする）に基づき、ｄおよび加工完了後の内径、および大径側外径、小径側外径により、加工中の大径側外径Ｄ1、および小径側外径Ｄ2を式で表すことができる。従ってこれらのＤ1およびＤ2とワーク幅Ｈとから対応する加工中の外周面の傾斜角θを算出できるので上記実施の形態と同様な構成（図７（但し、外径の代わりに内径測定とする）、または図９）によりスイベル角θを制御することにより、外周面が軸方向にテーパ状である環状ワークの加工ができる。
【００９０】
この場合、加工中のθは、ｄを用いなくても、Ｄ1，Ｄ2の少なくとも一方、加工完了後の大径側外径Ｄ1、小径側外径Ｄ2の少なくとも一方、およびワーク幅Ｈにより表すことができるので、内径ｄを測定する代わりにＤ1値，Ｄ2値の少なくとも一方を測定するようにしてもよい。また、２つの測定子を用い、Ｄ1値、Ｄ2値を測定するようにしてもよい。加工終了点はこれらの測定値をもとに、例えば平均外径（Ｄ1＋Ｄ2）／２、内径ｄ等から選ばれる所望の寸法値が予め定められた値に達した時点とする。
【００９１】
さらにまた、外径寸法を２つの測定子を用いて幅方向の２ケ所で測定するような構成は上記内周面が軸方向にテーパ状態である環状ワークの加工にも適用することができる。このようにすることにより、外径寸法Ｄは２つの測定値の平均値とするので、より信頼性が高まる。
【００９２】
さらに、本発明の第１の実施の形態における、マンドレル４４の成形ロール４１に体する相対角度θの制御機構の変形例（図９、図１０）は、本発明の第２から第３の実施の形態に適用できる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明の請求項１の環状体のローリング加工装置によれば、第１の支持手段及び第２の支持手段の一方が、成形ロールの軸線とマンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、相対角度制御手段が前記相対角度を環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように第１の支持手段及び第２の支持手段の一方を制御するので、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態で行い得る。
本発明の請求項４の環状体のローリング加工装置によれば、外周面と内周面との相対角度を環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように環状体の外周面及び環状体の内周面を圧延するので、テーパ状の周面を有する環状体のローリング加工を安定した状態で行い得る。
【００９４】
さらに、円筒状の環状体の場合に、外周面の円筒度を精度よく仕上げるのに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】環状ワークのローリング加工の過程における形状の変化の説明図であり、（Ａ）は加工前の環状ワーク１の縦断面図、は加工中の環状ワーク１１の縦断面図、（Ｃ）は加工後の環状ワーク２１の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図３】図２の装置のローリング加工要部の説明図である。
【図４】図２の装置のスイベル機構の説明図であり、（Ａ）は図２の装置のスイベル機構の平面図、（Ｂ）は図４（Ａ）の機構の要部のＣ−Ｃ断面図、（Ｃ）は図４（Ａ）の機構の要部の下方におけるベッド３１の部分の平面図である。
【図５】図４のスイベル機構の変形例の説明図であり、（Ａ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の平面図であり、（Ｂ）は図４のスイベル機構の変形例の要部の部分断面図である。
【図６】図４のスイベル機構の他の変形例の説明図であり、（Ａ）は図４のスイベル機構の他の変形例の平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）の機構の要部の側面図である。
【図７】マンドレル４４の成形ロール４１に対する相対角度θの制御機構の概略図である。
【図８】図７の制御装置８２の作動のフローチャートである。
【図９】図７の制御機構の変形例の概略図ある。
【図１０】図７の制御機構の他の変形例の概略図である。
【図１１】Ｄに対するｄ１、ｄ２及びθの関係を示すグラフ
【図１２】図１０の制御装置８５の作動のフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の概略構成図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の概略構成図である。
【図１６】従来の環状体のローリング加工装置の要部の説明図である。
【図１７】図１６の装置のローリング加工部の詳細説明図である。
【図１８】ローリング加工前後の環状ワークの形状の説明図であり、
【図１９】従来の他の環状体のローリング加工装置の要部の説明図である。
【符号の説明】
３１ ベッド
３２ 支柱
３３ カム
３６ スイベルプレート
３７ モータ
３８ 支柱
３９ サポートブロック
４１ 成形ロール
４３ サポートロール
４４ マンドレル
４５，４６ バックアップローラ
Ｗ 環状ワーク
１００ 環状ワーク
１０１ 成形ロール
１０２ マンドレル
Claims (5)
- 内周面及び外周面の少なくとも一方が軸方向にテーパ状である環状体の外周面に当接する成形ロールと、前記成形ロールを回転自在に支持する第１の支持手段と、軸線が前記成形ロールの軸線を含む平面内にあり、前記成形ロールと協働して前記環状体を挟圧するように前記環状体の内周面に当接するマンドレルと、前記マンドレルを回転自在に支持する第２の支持手段とを備える環状体のローリング加工装置において、前記第１の支持手段及び前記第２の支持手段の一方が、前記成形ロールの軸線と前記マンドレルの軸線との相対角度を変えるように構成されており、前記相対角度を前記環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように前記第１の支持手段及び前記第２の支持手段の一方を制御する相対角度制御手段を備えることを特徴とする環状体のローリング加工装置。
- 前記相対角度制御手段は、前記環状体の外径寸法を測定する測定手段と、前記環状体の加工段階に応じた所定の角度を前記測定された環状体の外径寸法に基づいて算出する算出手段を含むことを特徴とする請求項１記載の環状体のローリング加工装置。
- 前記第１の支持手段又は前記第２の支持手段が、前記成形ロールの軸線と前記マンドレルの軸線との間隔を所定間隔だけ変えるように構成されており、前記相対角度制御手段は、前記所定間隔と前記相対角度とが所定の関係となるように前記第１の支持手段又は前記第２の支持手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の環状体のローリング加工装置。
- 内周面及び外周面の少なくとも一方が軸方向にテーパ状である環状体を回転させながら、前記環状体の幅を実質的に一定に保ったままで前記環状体の外周面及び前記環状体の内周面を圧延しつつ前記環状体を拡径する工程を含む環状体のローリング加工方法において、前記圧延が、前記外周面と前記内周面との相対角度を前記環状体の加工段階に応じた所定の角度に変えるように前記環状体の外周面及び前記環状体の内周面を圧延する工程からなることを特徴とする環状体のローリング加工方法。
- 前記環状体の外径寸法を測定する工程と、前記環状体の加工段階に応じた所定の角度を前記測定された環状体の外径寸法に基づいて算出する 工程とを含むことを特徴とする請求項４記載の環状体のローリング加工方法。
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