JP4862505B2 - 鍛造装置及び鍛造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置及び鍛造方法に関する。
一般的な鍛造は、生産性及び材料歩留まりが高いことから種々の部品の加工手段として広く活用されている。しかしながら、鍛造は大荷重を必要とするので、金型や装置の大型化によって初期投資が大きくなり、また、騒音や振動に対する対策費も必要となる。そのため、実際に鍛造を用いて製造されるものは、大量生産品に限られてしまう。
一方、金型や装置を小型化し、多品種少量生産に対応できる技術として、いわゆる揺動鍛造がある。この揺動鍛造は、１９２９年に英国のＭａｓｓｅｙが考案した技術に端を発するといわれている。しかし、揺動鍛造は、未だ十分に普及しているとはいえず、研究開発の事例もそれほど多くない。
特許文献としては、後述する特許文献１、２等がある。
特許文献としては、後述する特許文献１、２等がある。
従来の揺動鍛造では、必ずしも適切な加工状態が得られない場合があった。その原因を探るべく発明者らが検討を重ねた結果、次のことが一つの原因であるという結論を得た。すなわち、工具である上型を揺動させると共に全体的に旋回させる際に、上型自体はその軸心に対して自由回転するよう構成されているので、加工時において、ワークとの接触によって上型を回そうとするトルクが生じた場合には、そのトルクに応じて上型が従動して常に自由回転することが原因の一つであると考えられた。また、上型を揺動させない場合にもこの考察が応用できると考えられた。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、少なくとも、上型を全体的に旋回させる際に、上型自身の軸心（工具軸）に対する軸回転状態を、加工に最適な状態に制御可能な鍛造装置及び鍛造方法を提供しようとするものである。
第１の発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な位置を揺動させながら両者の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置において、
上記下型に対向配置され、工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型と、
該上型の上記工具軸を圧縮加工方向の基準軸に対して傾斜揺動させる揺動手段と、
該揺動手段及び上記上型を上記基準軸を中心に旋回させる旋回手段と、
該旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段とを有し、
上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置にある（請求項１）。
上記下型に対向配置され、工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型と、
該上型の上記工具軸を圧縮加工方向の基準軸に対して傾斜揺動させる揺動手段と、
該揺動手段及び上記上型を上記基準軸を中心に旋回させる旋回手段と、
該旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段とを有し、
上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置にある（請求項１）。
本発明の鍛造装置は、上記のごとく、上記旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記フリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段を有している。上記フリー状態においては、通常、上記上型を旋回させても、ワークとの摩擦によって、ワークに対する相対的な回転が生じず、工具軸に対して上記の旋回分だけ相対的に自由に回転する状態、つまり、ワークとの接触状態に応じて従動する状態となる。
上記軸回転制御手段を備え、上記のようなフリー状態ではない、異なる軸回転状態に上型を制御することによって、ワークに対する上記上型からの応力の付与され方を変化させることができる。そして、上型が常にフリー状態にある場合と比べて異なる加工状態を実現することができ、例えば、素材の内部的な材料流動状態を最適な状態に制御する等の、一般的な鍛造では不可能な制御をも可能とすることができる。
それ故、本発明によれば、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。
それ故、本発明によれば、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。
第２の発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置において、
上記下型に対向配置され、工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型と、
圧縮加工方向の基準軸を中心に上記上型を旋回させる旋回手段と、
該旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段とを有し、
上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置にある（請求項２）。
上記下型に対向配置され、工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型と、
圧縮加工方向の基準軸を中心に上記上型を旋回させる旋回手段と、
該旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段とを有し、
上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置にある（請求項２）。
本発明の鍛造装置は、特に上型を傾斜揺動させることなく、上記旋回手段によって旋回可能であると共に上記軸回転制御手段によって上記上型の軸回転状態をフリー状態と異なる状態に制御可能である。これによって、一般的な鍛造では不可能な制御をも可能とすることができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。
第３の発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置において、
上記下型に対向配置され、工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられた上記上型と、
圧縮加工方向の基準軸を中心に上記上型を旋回させる旋回手段とを有し、
上記下型は、第２工具軸を中心に回転可能に設けられており、該下型の上記第２工具軸を上記基準軸に対して傾斜揺動させる第２揺動手段と、
該第２揺動手段及び上記下型を上記基準軸を中心に旋回させる第２旋回手段と、
該第２旋回手段によって旋回する際の上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段とを有し、
上記第２軸回転制御手段は、上記下型の上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置にある（請求項９）。
上記下型に対向配置され、工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられた上記上型と、
圧縮加工方向の基準軸を中心に上記上型を旋回させる旋回手段とを有し、
上記下型は、第２工具軸を中心に回転可能に設けられており、該下型の上記第２工具軸を上記基準軸に対して傾斜揺動させる第２揺動手段と、
該第２揺動手段及び上記下型を上記基準軸を中心に旋回させる第２旋回手段と、
該第２旋回手段によって旋回する際の上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段とを有し、
上記第２軸回転制御手段は、上記下型の上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置にある（請求項９）。
本発明の鍛造装置は、特に上型を傾斜揺動させることなく、上記旋回手段によって旋回可能であると共に上記上型の軸回転状態を上記ロック状態とする。これによって、上記旋回手段による旋回を実施して工具軸が旋回した場合に、上記上型が、その工具軸に対してロック状態にあるので旋回分だけワークに対して相対的に回転する。それ故、一般的な鍛造では不可能な制御をも可能とすることができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。
第４の発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な位置を揺動させながら両者の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行う鍛造方法において、
上記下型に対向配置され工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型の上記工具軸を、圧縮加工方向の基準軸に対して傾斜揺動させながら、上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法にある（請求項１２）。
上記下型に対向配置され工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型の上記工具軸を、圧縮加工方向の基準軸に対して傾斜揺動させながら、上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法にある（請求項１２）。
本発明の鍛造方法においては、上記下型に対向配置された上記上型の工具軸を基準軸に対して傾斜揺動させながら、上記基準軸を中心に旋回させる際に、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記フリー状態と異なる状態に制御する。これにより、ワークに対する上記上型からの応力の付与され方を、上記上型の工具軸に対する軸回転状態の制御によって変化させることができる。そして、上型が常にフリー状態にある場合と比べて異なる加工状態を実現することができ、例えば、素材の内部的な材料流動状態を最適な状態に制御する等の、一般的な鍛造では不可能な制御をも可能とすることができる。
それ故、本発明によれば、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造方法を提供することができる。
それ故、本発明によれば、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造方法を提供することができる。
第５の発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行う鍛造方法において、
上記下型に対向配置され工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型の上記工具軸を、圧縮加工方向の基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法にある（請求項１３）。
上記下型に対向配置され工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型の上記工具軸を、圧縮加工方向の基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法にある（請求項１３）。
本発明の鍛造方法では、特に上型を傾斜揺動させることなく、上型を旋回させ、かつ、上記上型の軸回転状態をフリー状態と異なる状態に制御可能である。これによって、一般的な鍛造では不可能な制御をも可能とすることができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造方法を提供することができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造方法を提供することができる。
第６の発明は、下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行う鍛造方法において、
上記下型に対向配置され工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられた上記上型を、圧縮加工方向の基準軸を中心に旋回させ、
さらに、第２工具軸を中心に回転可能に設けられた上記下型の上記第２工具軸を、上記基準軸に対して傾斜揺動させながら上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法にある（請求項１９）。
上記下型に対向配置され工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられた上記上型を、圧縮加工方向の基準軸を中心に旋回させ、
さらに、第２工具軸を中心に回転可能に設けられた上記下型の上記第２工具軸を、上記基準軸に対して傾斜揺動させながら上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法にある（請求項１９）。
本発明の鍛造方法では、特に上型を傾斜揺動させることなく、上記上型を旋回させると共に、上型の軸回転状態を上記ロック状態とする。これによって、上記工具軸が旋回した場合に、上記上型が、その工具軸に対してロック状態にあるので旋回分だけワークに対して相対的に回転する。それ故、一般的な鍛造では不可能な制御をも可能とすることができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造方法を提供することができる。
それ故、本発明によっても、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適した鍛造方法を提供することができる。
上記第１、第２の発明の鍛造装置において、上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有している。これにより、必要に応じて上記上型のフリー状態を停止させてロック状態とすることができる。このロック状態を適宜取り入れることにより、ワークに対して単なる圧縮応力だけでなく、上記上型を旋回させる際にワークに対する上型の相対的な回転によるねじりのような応力をワークに付与することができ、ワーク内部の材料流動の制御を行うことが可能となる。
上記オン−オフ切換機能としては、後述する実施例に示すような様々な具体的構成によって実現できる。なお、実施例に示す構造に限らず、少なくとも、上記上型の上記工具軸に対する回転を停止させる構造を実現することによって、上記オン−オフ切換機能を得ることができる。
また、上記軸回転制御手段は、上記上型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有していることも好ましい（請求項３）。この場合には、上記のロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上記上型をワークに対して相対回転させることができ、きめ細かい加工状態を得ることができる。
上記トルク制御機能としては、公知の様々なトルク制御装置を適用することができ、例えば後述する摩擦板等を用いて構成することが可能である。
上記トルク制御機能としては、公知の様々なトルク制御装置を適用することができ、例えば後述する摩擦板等を用いて構成することが可能である。
また、上記軸回転制御手段は、駆動手段を用いて上記上型を上記工具軸に対して積極的に回転させる自己回転機能を有していることも好ましい（請求項４）。この場合には、上記のロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上記上型をワークに対して相対回転させる、あるいは、上記フリー状態以上の速度で上記上型を工具軸に対して相対回転させる（上記ロック状態以下の速度で上記上型をワークに対して相対回転させる）、さらには、上記フリー状態の場合と逆方向に上型を工具軸に対して相対回転させることができ、更にきめ細かい加工状態を得ることができる。
上記駆動手段としては、例えば電気モータ等の公知の様々な駆動手段を採用することができる。
上記駆動手段としては、例えば電気モータ等の公知の様々な駆動手段を採用することができる。
また、上記第１〜第３の発明において、上記上型は、上記ワークに当接する加工面が、先端角度αが１７０°〜１８０°の範囲にある円錐状（α＝１８０°の場合は平面状）であることが好ましい（請求項５）。このような平面状あるいは平面状に近い加工面を設けることによって、加工時におけるワークとの接触面積を広くすることができ、より均一な応力付与が可能となり、均一な成形が可能となる。上記先端角度αが１７０°未満の場合には、上記のような効果が乏しく、１８０°を超える場合には、加工面としての機能を果たすことが困難となる。
また、上記下型は、上記ワークを支持した状態で回転しないように設けることができる。すなわち、上記下型は、該下型の第２工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられている構成とすることができる（請求項６）。この場合には、下型を固定された基準面とすることができ、上記上型の相対的な動きの制御の容易化を図ることができる。
また、上記下型は、上記ワークを支持した状態で上記基準軸を中心に回動可能に設けることも可能である。
また、上記下型の構造を上述した種々の上型の構成と同様にすることもできる。すなわち、上記下型は、第２工具軸を中心に回転可能に設けられており、該下型の上記第２工具軸を上記基準軸に対して傾斜揺動させる第２揺動手段と、
該第２揺動手段及び上記下型を上記基準軸を中心に旋回させる第２旋回手段と、
該第２旋回手段によって旋回する際の上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段とを有することも好ましい（請求項７）。
該第２揺動手段及び上記下型を上記基準軸を中心に旋回させる第２旋回手段と、
該第２旋回手段によって旋回する際の上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段とを有することも好ましい（請求項７）。
この場合には、上記第２揺動手段、第２旋回手段、及び第２軸回転制御手段を設けることによって、上述した上型の場合と同様な回転制御を上記下型に対して行うことができる。そのため、上記上型の軸回転状態のみを制御する場合と比べて、さらに、上記下型の軸回転状態を制御することによるきめ細かい加工状態の設定をを行うことができるので、よりいっそう少量多品種生産に適した鍛造装置を提供することができる。具体的な下型の軸回転状態制御は、上型の場合と同様に下記のような機能によって行うよう構成することができる。
例えば、上記第２軸回転制御手段は、上記下型の上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることが好ましい（請求項８）。
また、上記第２軸回転制御手段は、上記下型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有していることも好ましい（請求項１０）。
また、上記第２軸回転制御手段は、駆動手段を用いて上記下型を上記第２工具軸に対して積極的に回転させる自己回転機能を有していることも好ましい（請求項１１）。
また、上記第２軸回転制御手段は、上記下型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有していることも好ましい（請求項１０）。
また、上記第２軸回転制御手段は、駆動手段を用いて上記下型を上記第２工具軸に対して積極的に回転させる自己回転機能を有していることも好ましい（請求項１１）。
次に、上記第４、５の発明の鍛造方法において、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御する。これにより、必要に応じて上記上型のフリー状態を停止させることができ、ワークに対して単なる圧縮応力だけでなく、上記上型を旋回させる際にねじりのような応力をワークに付与することができ、ワーク内部の材料流動の制御を行うことが可能となる。
また、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記上型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするよう制御することも好ましい（請求項１４）。この場合には、上記のロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上記上型を回転させることができ、きめ細かい加工状態を得ることができる。
また、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、駆動手段を用いて上記上型を上記工具軸に対して積極的に回転させるよう制御することも好ましい（請求項１５）。この場合には、上記のロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上記上型をワークに対して相対回転させる、あるいは、上記フリー状態以上の速度で上記上型を工具軸に対して相対回転させる（上記ロック状態以下の速度で上記上型をワークに対して相対回転させる）、さらには、上記フリー状態の場合と逆方向に上型を工具軸に対して相対回転させることができ、更にきめ細かい加工状態を得ることができる。
また、上記と同様に、上記下型は、上記ワークを支持した状態で回転しないようにすることができる。すなわち、上記下型は、該下型の第２工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態とすることができる。この場合には、下型を固定された基準面とすることができ、上記上型の相対的な動きの制御の容易化を図ることができる。
また、上記下型は、上記ワークを支持した状態で上記基準軸を中心に回動可能に設けることも可能である。すなわち、上記下型の第２工具軸を上記基準軸に対して傾斜揺動させながら上記基準軸を中心に旋回させ、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御することも好ましい（請求項１７）。
また、より具体的には、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することも好ましい（請求項１８）。
また、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記下型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするよう制御することも好ましい（請求項２０）。
また、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、駆動手段を用いて上記下型を上記第２工具軸に対して積極的に回転させるよう制御することも好ましい（請求項２１）。
また、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記下型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするよう制御することも好ましい（請求項２０）。
また、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、駆動手段を用いて上記下型を上記第２工具軸に対して積極的に回転させるよう制御することも好ましい（請求項２１）。
（実施例１）
本発明の実施例に係る鍛造装置及び鍛造方法につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の鍛造装置１は、図１〜図３に示すごとく、下型４と上型２に挟持したワーク９に対して、下型４と上型２の相対的な位置を揺動させながら両者の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置である。
本発明の実施例に係る鍛造装置及び鍛造方法につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の鍛造装置１は、図１〜図３に示すごとく、下型４と上型２に挟持したワーク９に対して、下型４と上型２の相対的な位置を揺動させながら両者の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置である。
鍛造装置１は、下型４に対向配置され、工具軸Ｇを中心に回転可能に設けられた上型２と、上型２の工具軸Ｇを基準軸Ｃに対して傾斜揺動させる揺動手段５と、揺動手段５及び上型２を基準軸Ｇを中心に旋回させる旋回手段６と、旋回手段６によって旋回する際の上型２の工具軸Ｇに対する軸回転状態を、ワーク９との接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段７とを有する。
上記軸回転制御手段７は、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有している。
以下、さらに詳説する。
上記軸回転制御手段７は、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有している。
以下、さらに詳説する。
鍛造装置１は、図１に示すごとく、ベース板１０１上に立設された架台部１０２を有し、該架台部１０２上に本体部分が設置されている。本体部分は、底板部１０３と天板部１０４とを４本のガイドポスト１１により繋いだ構成を有している。
ガイドポスト１１には、該ガイドポスト１１を挿通させたガイドパイプ４１１を四隅に設けたホルダプレート４１が昇降可能に配設されている。ホルダプレート４１の上面には、下型４を保持するホルダ部４２が配設されており、該ホルダ部４２に円柱状の下型４が保持されている。
上記ホルダプレート４１の下方には、送りシリンダ４３によって昇降する送りロッド４３５が底板部１０３を貫通して連結されており、送りシリンダ４３が駆動することによってホルダプレート４１及びその上方に保持された下型４が昇降するよう構成されている。
ガイドポスト１１には、該ガイドポスト１１を挿通させたガイドパイプ４１１を四隅に設けたホルダプレート４１が昇降可能に配設されている。ホルダプレート４１の上面には、下型４を保持するホルダ部４２が配設されており、該ホルダ部４２に円柱状の下型４が保持されている。
上記ホルダプレート４１の下方には、送りシリンダ４３によって昇降する送りロッド４３５が底板部１０３を貫通して連結されており、送りシリンダ４３が駆動することによってホルダプレート４１及びその上方に保持された下型４が昇降するよう構成されている。
天板部１０４には、上記旋回手段６を構成する旋回ホルダ６１と、その旋回駆動源となる旋回駆動モータ６２とを備えている。旋回ホルダ６１は断面コ字状を呈し、その上方に立設した旋回軸部６１２を有し、この旋回軸部６１２を天板部１０４に係合するベアリング６３１によって回転可能に保持してある。
旋回駆動モータ６２は、上記天板部１０４の上面に配置された円筒状のスリーブカバー６４の上端に固定されており、そのモータ軸６２１がトルク計６２２、連結ロッド６２３、及びスリップリング６２４を介して上記旋回ホルダ６１の旋回軸部６１２に連結されている。このような構成により、上記旋回ホルダ６１は、旋回駆動モータ６２の回転駆動によって、上記旋回軸部６１２の中心を通る基準軸Ｃを中心に旋回（回転）するようになっている。
上記旋回ホルダ６１には、上述した揺動手段５が配設されている。揺動手段５は、揺動用ホルダ５１と、該揺動用ホルダ５１を傾斜揺動させる揺動駆動モータ５２とを有している。揺動用ホルダ５１は、断面コ字状を有し、その両端の側板部５１１を上記旋回ホルダ６１の両端の側板部６１１の内面側に対面させ、側板部５１１に設けた揺動軸部５１２を上記側板部６１１に貫通させることにより、旋回ホルダ６１に対して傾斜揺動可能に配置されている。
また、旋回ホルダ６１の内部には、揺動駆動モータ５２が配設されており、その駆動軸５２１が旋回ホルダ６１の側板部６１１の外方に貫通突出している。揺動駆動モータ５２の駆動軸５２１と、上記揺動軸部５１２の一方には、互いに係合する揺動駆動ギア５３１、５３２が設けられている。そして、揺動用ホルダ５１は、揺動駆動モータ５２の回動によって、上記揺動軸部５１２の中心を通る揺動軸Ｋを中心に傾斜揺動するように構成されている。
揺動用ホルダ５１には、工具軸Ｇを中心に回転可能に上型２が保持されている。図２、図３に示すごとく、本例の上型２は、ワーク９に当接する加工面２２が、先端角度αが１７０°である円錐状である。また、上型２は、工具軸Ｇを通る支持棒２０にベアリング２３を介して配設され、上記支持棒２０に対して自由回転可能に配設されている。上記支持棒２０は、揺動用ホルダ５１天板部５１０の中央に設けられた貫通穴５１９を貫通し、この貫通穴５１９を覆うように固定された蓋体５１８に上端が固定されている。
また、支持棒２０には、クラッチ板７１が、キー板２０１と係合すると共に軸方向に移動可能に外挿されている。このクラッチ板７１には、上記蓋体５１８に固定されたアクチュエータ７１１が接続されている。さらに、クラッチ板７１には、蓋体５１８に固定されたスプリング７１２が接続されている。そして、クラッチ板７１は、上記アクチュエータ７１１の伸張駆動によって、支持棒２０の軸方向に前進して上型２の後端面２９に当接し、アクチュエータ７１１の駆動力を解除することによって、上記スプリング７１２の付勢力により後退して上型２との当接状態が解除されるように構成されている。
また、クラッチ板７１には、図２、図４に示すごとく、上型２の後端面２９に対面する側の下端面７１０に、放射状に配置された複数の突起部７１５を設けてある。一方、上記上型２の後端面２９には、上記突起部７１５に対応する位置に、該突起部７１５と係合可能な溝部２９５を放射状に配置してある。これらの構成により、上記アクチュエータ７１１の駆動によってクラッチ板７１が上型２の後端面２９に当接した際には、上記突起部７１５と溝部２９５との係合により上型２の工具軸Ｇに関する回転を不能とすることができる。
すなわち、上記クラッチ板７１を含む構成が本例における軸回転制御手段７であり、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有したものである。
すなわち、上記クラッチ板７１を含む構成が本例における軸回転制御手段７であり、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有したものである。
次に、上記構成の鍛造装置１を用いて揺動鍛造を行う方法について説明する。
まず、上型２と下型４との間隔が十分に開くように送りシリンダ４３を操作して、下型４を下降させておく。そして、ワーク９を下型４上に載置した後、下型４を上記送りシリンダ４３の操作によって上昇させてワーク９と上型２とを当接させる。以降、送りシリンダ４３によって、常時所定の圧縮力をワークに付与する。
まず、上型２と下型４との間隔が十分に開くように送りシリンダ４３を操作して、下型４を下降させておく。そして、ワーク９を下型４上に載置した後、下型４を上記送りシリンダ４３の操作によって上昇させてワーク９と上型２とを当接させる。以降、送りシリンダ４３によって、常時所定の圧縮力をワークに付与する。
次に、上記旋回手段６の旋回駆動モータ６２を駆動して、基準軸Ｃを中心に旋回ホルダ６１を一定速度で回転させる。これと同時に、上記揺動手段５の揺動駆動モータ５２を駆動させて揺動用ホルダ５１を揺動軸Ｋを中心に傾斜揺動させる。このときの揺動用ホルダ５１の揺動周期と旋回ホルダ６１の回転速度の関係により、上型２の加工面２２の動きは様々な形態に設定できる。例えば、揺動角度を一定にした場合には、単純な円モーションとなり、揺動角度を変化させる場合に、その変化のさせ方を調整することにより、いわゆるシーソーモーション、スパイラルモーション、デージーモーションといった動きを実現することができる。
そして、上記旋回手段６と揺動手段５の操作による上記上型２の加工面２２のワーク９に対する接触位置の変化によって、徐々に揺動鍛造が進められる。
ここで、本例では、上記軸回転制御手段７を備えており、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有している。この軸回転制御手段７を利用することにより、ワーク９の特性、加工目的等に応じて、上記ロック状態かフリー状態を選択することができ、より適切な加工状態を得ることができる。
それ故、本例の鍛造装置１は、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適したものとなる。なお、上記軸回転制御手段７の利用による具体的な効果を示す実験結果については後述する。
ここで、本例では、上記軸回転制御手段７を備えており、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有している。この軸回転制御手段７を利用することにより、ワーク９の特性、加工目的等に応じて、上記ロック状態かフリー状態を選択することができ、より適切な加工状態を得ることができる。
それ故、本例の鍛造装置１は、従来よりも多様な加工を実現でき、より少量多品種生産に適したものとなる。なお、上記軸回転制御手段７の利用による具体的な効果を示す実験結果については後述する。
また、本例における上記旋回手段６及び揺動手段５の構成は一例であり、その機能が果たせる限り、例えば前述した従来技術等に示されたような構成に変更できることはいうまでもない。
（実施例２）
本例の鍛造装置は、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０２は、図６、図７に示すごとく、上型２に付与されるトルクが基準値以上となった場合にワーク９との接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有するものである。
本例の鍛造装置は、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０２は、図６、図７に示すごとく、上型２に付与されるトルクが基準値以上となった場合にワーク９との接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有するものである。
すなわち、同図に示すごとく、揺動用ホルダ５１には、実施例１の場合と同様に、上型２が、工具軸Ｇを通る支持棒２０にベアリング２３を介して配設され、上記支持棒２０に対して自由回転可能に配設されている。また、支持棒２０には、摩擦円板７２が、キー板２０１と係合すると共に軸方向に移動可能に外挿されている。この摩擦円板７２には、、上記蓋体５１８に固定された２つのアクチュエータ７２１、７２２が接続されている。そして、摩擦円板７２は、上記アクチュエータ７２１、７２２の伸張駆動によって、支持棒２０の軸方向に沿って前進して、その摩擦面７２０を上型２の後端面２９に当接させ、両者の間に摩擦力が発生するように構成されている。なお、摩擦円板７２の表面と上型２の後端面２９には、実施例１のような突起部や溝部は設けていない。その他の構成は、実施例１と同様である。
本例では、上記構成の軸回転制御手段７０２を有しているので、上記摩擦円板７２と上型２との間の摩擦力を上記アクチュエータ７２１、７２２によって調整し、上型２に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上型２が工具軸Ｇを中心に回転するように制御することができる。そのため、例えば、上型２のロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上型２を回転させることができ、きめ細かい加工状態を得ることができる。なお、摩擦円板７２による摩擦力を全く無くす、あるいは非常に強くすることによって、実施例１と同様にオン−オフ切換機能を実行することも可能である。
（実施例３）
本例の鍛造装置も、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０３は、図８、図９に示すごとく、上型２に付与されるトルクが基準値以上となった場合にワーク９との接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有するものである。
本例の鍛造装置も、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０３は、図８、図９に示すごとく、上型２に付与されるトルクが基準値以上となった場合にワーク９との接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有するものである。
すなわち、同図に示すごとく、揺動用ホルダ５１には、実施例１の場合と同様に、上型２が、工具軸Ｇを通る支持棒２０にベアリング２３を介して配設され、上記支持棒２０に対して自由回転可能に配設されている。そして、本例では、この上型２の外周部に複数の永久磁石７３１を配設してある。また、揺動用ホルダ５１には、上記永久磁石７３１と間隙をあけて配置された複数の電磁コイル７３２を配設してある。この電磁コイル７３２の制御によって、永久磁石７３１との間に電磁的な力を作用することができるので、この電磁的力によって上型２の軸回転状態を制御することができる。その他の構成は、実施例１と同様である。
本例では、上記構成の軸回転制御手段７０３を有しているので、上記電磁コイル７３２の制御によって、上型２に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上型２が工具軸Ｇを中心に回転するように制御することができる。そのため、例えば、上型２のロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上型２を回転させることができ、きめ細かい加工状態を得ることができる。なお、電磁コイル７３２による電磁力を無くす、あるいは非常に強くすることによって、実施例１と同様にオン−オフ切換機能を実行することも可能である。
（実施例４）
本例の鍛造装置も、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０４は、図１０、図１１に示すごとく、駆動手段７４０を用いて上記上型２を工具軸Ｇに対して積極的に回転させる自己回転機能を有するものである。
本例の鍛造装置も、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０４は、図１０、図１１に示すごとく、駆動手段７４０を用いて上記上型２を工具軸Ｇに対して積極的に回転させる自己回転機能を有するものである。
すなわち、同図に示すごとく、揺動用ホルダ５１には、実施例１の場合と同様に、上型２が、工具軸Ｇを通る支持棒２０にベアリング２３を介して配設され、上記支持棒２０に対して自由回転可能に配設されている。そして、本例では、この上型２の上端外周に従動ギア７４３が設けられている。
また、揺動用ホルダ５１には、駆動手段７４０としての軸回転駆動モータが配設されており、その駆動軸７４１の先端には上記従動ギア７４３に係合する駆動ギア７４２が設けられている。上記駆動手段７４０の軸回転状態を制御することによって、上型２の軸回転状態を積極的に制御することができる。その他の構成は、実施例１と同様である。
本例では、上記構成の軸回転制御手段７０４を有しているので、上記駆動手段７４０の制御によって、上型２を、そのロック状態とフリー状態との間の中間の速度で上記上型２をワーク８に対して相対回転させることもできるし、上記フリー状態以上の速度で上記上型２を工具軸Ｇに対して相対回転させる（上記ロック状態以下の速度で上記上型をワークに対して相対回転させる）、さらには、上記フリー状態の場合と逆方向に上型２を工具軸Ｇに対して相対回転させることができ、更にきめ細かい加工状態を得ることができる。もちろん、実施例１と同様にオン−オフ切換機能を実行することも可能である。
（実施例５）
本例の鍛造装置は、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０５は、図１２〜図１４に示すごとく、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有するものである。
本例の鍛造装置は、実施例１における鍛造装置１の軸回転制御手段７を変更したものである。
すなわち、本例における軸回転制御手段７０５は、図１２〜図１４に示すごとく、上型２の工具軸Ｇに対する相対的な回転を停止するロック状態と、フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有するものである。
すなわち、同図に示すごとく、揺動用ホルダ５１には、実施例１の場合と同様に、上型２が、工具軸Ｇを通る支持棒２０にベアリング２３を介して配設され、上記支持棒２０に対して自由回転可能に配設されている。また、上型２の上端には、上型２よりも大径のブレーキディスク７５１が固定されている。また、揺動用ホルダ５１には、上記ブレーキディスク７５１を挟持可能なブレーキシュー７５２を備えたブレーキ装置７５３が配設されている。つまり、上記ブレーキディスク７５１と、上記ブレーキシュー７５２を備えたブレーキ装置７５３とによって構成されるディスクブレーキが設けられている。その他の構成は、実施例１と同様である。
本例では、上記構成の軸回転制御手段７０５を有しているので、上記ブレーキ装置７５３の操作によって、上型２のロック状態とフリー状態とを切り替えることができ、実施例１と同様のオン−オフ切換機能を実行することができる。その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
上記実施例１〜５においては、上記上型２に対する上記揺動手段５を設けたが、この揺動手段５の配設を省略すれば、上述した第２発明の鍛造装置が実現できる。さらに、軸回転制御手段７０５を設けずに、ロック状態に固定すれば、上述した第３発明の鍛造装置が実現可能である。
（実施例６）
本例の鍛造装置１０６は、図１５に示すごとく、実施例４の例を基本として、上型２だけでなく、下型４の回転制御も積極的に行うようにした例である。
すなわち、鍛造装置１０６は、同図に示すごとく、下型４は、第２工具軸Ｇ２を中心に回転可能に設けられており、下型４の上記第２工具軸Ｇ２を上記基準軸Ｃに対して傾斜揺動させる第２揺動手段５６と、第２揺動手段５６及び下型４を基準軸Ｃを中心に旋回させる第２旋回手段６６と、第２旋回手段６６によって旋回する際の下型４の第２工具軸Ｇ２に対する軸回転状態を、ワーク９との接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段７６とを有する。
本例の鍛造装置１０６は、図１５に示すごとく、実施例４の例を基本として、上型２だけでなく、下型４の回転制御も積極的に行うようにした例である。
すなわち、鍛造装置１０６は、同図に示すごとく、下型４は、第２工具軸Ｇ２を中心に回転可能に設けられており、下型４の上記第２工具軸Ｇ２を上記基準軸Ｃに対して傾斜揺動させる第２揺動手段５６と、第２揺動手段５６及び下型４を基準軸Ｃを中心に旋回させる第２旋回手段６６と、第２旋回手段６６によって旋回する際の下型４の第２工具軸Ｇ２に対する軸回転状態を、ワーク９との接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段７６とを有する。
同図に示すごとく、鍛造装置１０６のガイドポスト１１には、該ガイドポスト１１を挿通させたガイドパイプ４６１を四隅に設けた第１ホルダプレート４６と、その上方において同じくガイドポスト１１を挿通させたガイドパイプ４７１を四隅に設けた第２ホルダプレート４７とが昇降可能に配設され、両者は支柱部４６５を介して連結されている。
上記第１ホルダプレート４６の下方には、送りシリンダ４３によって昇降する送りロッド４３５が底板部１０３を貫通して連結されており、送りシリンダ４３が駆動することによって第１ホルダプレート４６及びその上方の第２ホルダープレート４７、並びに第２ホルダープレート４７に保持された下型４が昇降するよう構成されている。
第２ホルダープレート４７には、上記第２旋回手段６６を構成する第２旋回ホルダ６７と、その旋回駆動源となる第２旋回駆動モータ６８とを備えている。第２旋回ホルダ６７は断面コ字状を呈し、その下方に立設した旋回軸部６７２を有し、この旋回軸部６７２を第２ホルダープレート４７に係合するベアリング６３２によって回転可能に保持してある。
第２旋回駆動モータ６８は、上記第２ホルダープレート４７の下面に配置された円筒状のスリーブカバー６９の下端に固定されており、そのモータ軸６９１がトルク計６８２、連結ロッド６８３、及びスリップリング６８４を介して上記第２旋回ホルダ６７の旋回軸部６７２に連結されている。このような構成により、上記第２旋回ホルダ６７は、旋回駆動モータ６８の回転駆動によって、上記旋回軸部６７２の中心を通る基準軸Ｃを中心に旋回（回転）するようになっている。したがって、上述した上型２用の旋回ホルダ６１と下型４用の旋回中心は同一線上にある。
上記第２旋回ホルダ６７には、上述した第２揺動手段５６が配設されている。第２揺動手段５６は、第２揺動用ホルダ５７と、該第２揺動用ホルダ５７を傾斜揺動させる第２揺動駆動モータ５８とを有している。第２揺動用ホルダ５７は、断面コ字状を有し、その両端の側板部５７１を上記旋回ホルダ６７の両端の側板部６７１の内面側に対面させ、側板部５７１に設けた揺動軸部５７２を上記側板部６７１に貫通させることにより、第２旋回ホルダ６７に対して傾斜揺動可能に配置されている。
また、第２旋回ホルダ６７の内部には、第２揺動駆動モータ５８が配設されており、その駆動軸５８１が第２旋回ホルダ６７の側板部６１１の外方に貫通突出している。第２揺動駆動モータ５８の駆動軸５８１と、上記揺動軸部５７２の一方には、互いに係合する揺動駆動ギア５９１、５９２が設けられている。そして、第２揺動用ホルダ５７は、揺動駆動モータ５８の回動によって、上記揺動軸部５７２の中心を通る揺動軸Ｋ２を中心に傾斜揺動するように構成されている。
図１６、図１７に示すごとく、第２揺動用ホルダ５７には、第２工具軸Ｇ２を中心に回転可能に下型４が保持されている。本例の下型４は、ワーク９に当接する加工面４２が、先端角度βが１７０°である円錐状であり、上述した上型２と同様の形状を有している。また、下型４は、第２工具軸Ｇ２を通る支持棒４０にベアリング４３を介して配設され、上記支持棒４０に対して自由回転可能に配設されている。
そして、上記下型４に対する第２軸回転制御手段７６は、駆動手段７６０を用いて上記下型４を第２工具軸Ｇ２に対して積極的に回転させる自己回転機能を有するものである。
すなわち、同図に示すごとく、上記のごとく第２揺動用ホルダ５７に自由回転可能に配設された下型４には、その下端外周に従動ギア７６３が設けられている。
すなわち、同図に示すごとく、上記のごとく第２揺動用ホルダ５７に自由回転可能に配設された下型４には、その下端外周に従動ギア７６３が設けられている。
また、第２揺動用ホルダ５７には、駆動手段７６０としての第２軸回転駆動モータが配設されており、その駆動軸７６１の先端には上記従動ギア７６３に係合する駆動ギア７６２が設けられている。上記駆動手段７６０の軸回転状態を制御することによって、下型４の軸回転状態を積極的に制御することができる。
また、図１５に示すごとく、上記上型２用の旋回ホルダ６１及び揺動用ホルダ５１に対して、下型４用の第２旋回ホルダ６７及び第２揺動用ホルダ５７の大きさを大きくしてあり、互いの揺動、旋回が干渉しないように構成してある。その他の構成は、実施例４と同様である。
また、図１５に示すごとく、上記上型２用の旋回ホルダ６１及び揺動用ホルダ５１に対して、下型４用の第２旋回ホルダ６７及び第２揺動用ホルダ５７の大きさを大きくしてあり、互いの揺動、旋回が干渉しないように構成してある。その他の構成は、実施例４と同様である。
この場合には、第２揺動手段５６、第２旋回手段６６、及び第２軸回転制御手段７６を設けることによって、上述した上型２の場合と同様な回転制御を上記下型４に対して行うことができる。そのため、上記上型２の軸回転状態のみを制御する場合と比べて、さらに、上記下型４の軸回転状態を制御することによるきめ細かい加工状態の設定をを行うことができるので、よりいっそう少量多品種生産に適した鍛造装置とすることができる。
（実施例７）
本例では、実施例１の構成の鍛造装置１を用いて、鋼の熱間加工を模擬するといわれている粘土モデルよりなる円柱状のワークを実際に加工し、その成形状態を観察した。
ワーク（素材）は、上記のごとく円柱状であり、サイズは直径φ２５ｍｍとして、高さｈ0が３７．５ｍｍのもの（第１素材）と２５ｍｍのもの（第２素材）の２種類を準備した。全てのワークには、素材流動状態がわかるように、縦横に黒い筋目を均等に入れてある。
本例では、実施例１の構成の鍛造装置１を用いて、鋼の熱間加工を模擬するといわれている粘土モデルよりなる円柱状のワークを実際に加工し、その成形状態を観察した。
ワーク（素材）は、上記のごとく円柱状であり、サイズは直径φ２５ｍｍとして、高さｈ0が３７．５ｍｍのもの（第１素材）と２５ｍｍのもの（第２素材）の２種類を準備した。全てのワークには、素材流動状態がわかるように、縦横に黒い筋目を均等に入れてある。
下型４は、円板状とし、その加工面は平坦であり、回転しないよう固定されたものを採用した。
上型２は、その加工面２２の先端角度αが１８０°、１７５°、１６０°の３種類を採用した。
また、上型２の揺動角度（工具軸Ｇと基準軸Ｃとがなす角度）は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には±２．５°、上記先端角度αが１６０°の場合には±１０°とした。
また、上型２の揺動速度は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には５°／秒、上記先端角度αが１６０°の場合には１０°／秒とした。
上型２は、その加工面２２の先端角度αが１８０°、１７５°、１６０°の３種類を採用した。
また、上型２の揺動角度（工具軸Ｇと基準軸Ｃとがなす角度）は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には±２．５°、上記先端角度αが１６０°の場合には±１０°とした。
また、上型２の揺動速度は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には５°／秒、上記先端角度αが１６０°の場合には１０°／秒とした。
旋回ホルダ６１の回転速度（旋回速度）は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には０．０８３３回転／秒、上記先端角度αが１６０°の場合には０．０４１７回転／秒とした。
また、下型４の上昇速度、つまり、圧縮速度は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には０．４ｍｍ／秒、上記先端角度αが１６０°の場合には０．２ｍｍ／秒とした。
また、上型２及び下型４の加工面と素材との間の潤滑材としては、炭酸カルシウム（摩擦係数μが約０．３となるもの）を用いた。
これらの条件は、まとめて表１に示す。
また、下型４の上昇速度、つまり、圧縮速度は、上記先端角度αが１８０°及び１７５°の場合には０．４ｍｍ／秒、上記先端角度αが１６０°の場合には０．２ｍｍ／秒とした。
また、上型２及び下型４の加工面と素材との間の潤滑材としては、炭酸カルシウム（摩擦係数μが約０．３となるもの）を用いた。
これらの条件は、まとめて表１に示す。
また、上記上型２の軸回転状態は、上記軸回転制御手段７のオン−オフ切換機能を用いて、ロック状態と、フリー状態とを切り替えた。上記第１素材に対してはフリー状態のみを、第２素材に対しては、フリー状態と、ロック状態の両方を実施した。
加工した結果を図１８に示す。いずれも高さが５０％減少するまで圧縮した。
加工した結果を図１８に示す。いずれも高さが５０％減少するまで圧縮した。
同図の第１欄には、上型２の加工面２２の先端角度αを示す。
同図の第２欄には、各条件における上型とワークとの接触域Ｓ及びその運動順を示す説明図を示した。説明図における接触域Ｓは、同図右側に上型２が傾斜した状態の第１番目のワークと上型との接触領域Ｓを示してある。この接触領域Ｓは、上述した条件の傾斜揺動と旋回とを行うことによって、番号１〜６の順に傾斜方向を移しながら移動することを示してある。
同図の第２欄には、各条件における上型とワークとの接触域Ｓ及びその運動順を示す説明図を示した。説明図における接触域Ｓは、同図右側に上型２が傾斜した状態の第１番目のワークと上型との接触領域Ｓを示してある。この接触領域Ｓは、上述した条件の傾斜揺動と旋回とを行うことによって、番号１〜６の順に傾斜方向を移しながら移動することを示してある。
同図の第３欄には、上記第１素材を上記フリー状態で加工した結果の写真を示してある。
同図の第４欄には、上記第２素材を上記フリー状態で加工した結果の写真を示してある。
同図の第５欄には、上記第２素材を上記ロック状態で加工した結果の写真を示してある。
同図の第４欄には、上記第２素材を上記フリー状態で加工した結果の写真を示してある。
同図の第５欄には、上記第２素材を上記ロック状態で加工した結果の写真を示してある。
上記第３欄〜第５欄から知られるように、いずれの条件の場合も、上型２の加工面２２の先端角度αが１８０°に近いほど、高さ方向における外径寸法のばらつきが少ない安定した成形が可能であることがわかる。また、１６０°の場合には成形安定性があまり高くないように見られることから、先端角度αはｓ少なくとも１７０°以上とすることが好ましいと思われる。
また、上記第４欄と第５欄との比較から知られるように、上記軸回転制御手段７を利用して、上型２の工具軸Ｇに対する軸回転状態をロック状態にすることが、より安定した成形に有効であることがわかる。
また、上記第４欄と第５欄との比較から知られるように、上記軸回転制御手段７を利用して、上型２の工具軸Ｇに対する軸回転状態をロック状態にすることが、より安定した成形に有効であることがわかる。
（実施例８）
本例では、実施例７と同様に、さらに実施例１の構成の鍛造装置１を用いて、粘土モデルよりなる円柱状のワークを実際に加工し、その成形状態を観察した。
ワーク（素材）は、実施例７における第２素材と同じ直径φ２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状のものである。そして、本例では、揺動鍛造の場合だけでなく、通常のプレスを用いた圧縮加工を含む合計３種類の実験を実施して成形状態を比較した。
本例では、実施例７と同様に、さらに実施例１の構成の鍛造装置１を用いて、粘土モデルよりなる円柱状のワークを実際に加工し、その成形状態を観察した。
ワーク（素材）は、実施例７における第２素材と同じ直径φ２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状のものである。そして、本例では、揺動鍛造の場合だけでなく、通常のプレスを用いた圧縮加工を含む合計３種類の実験を実施して成形状態を比較した。
第１の実験（実験８−１）は、いわゆる通常のプレス装置を用いて単純に圧縮加工する通常圧縮である。
第２の実験（実験８−２）は、揺動鍛造において、上型の軸回転状態をフリー状態としたものである。
第３の実験（実験８−３）は、揺動鍛造において、上型の軸回転状態をロック状態としたものである。
第２の実験（実験８−２）は、揺動鍛造において、上型の軸回転状態をフリー状態としたものである。
第３の実験（実験８−３）は、揺動鍛造において、上型の軸回転状態をロック状態としたものである。
いずれの加工も、素材の高さが１２．５ｍｍに半減するまで実施した。
揺動鍛造の実験（実験８−１、８−２）は、実施例７と同様に実施例１に記載の装置を用いて行い、下型４は、円板状とし、その加工面が平坦で回転しないものを採用し、上型２は、その加工面２２の先端角度αが１７５°のものを採用した。
また、上型２の揺動角度（工具軸Ｇと基準軸Ｃとがなす角度）は、±２．５°、上型２の揺動速度は、５°／秒とした。
旋回ホルダ６１の回転速度（旋回速度）は、０．０８３３回転／秒とした。
下型４の上昇速度、つまり、圧縮速度は、０．４ｍｍ／秒とした。
また、上型２及び下型４の加工面と素材との間の潤滑材としては、炭酸カルシウム（摩擦係数μが約０．３となるもの）を用いた。
揺動鍛造の実験（実験８−１、８−２）は、実施例７と同様に実施例１に記載の装置を用いて行い、下型４は、円板状とし、その加工面が平坦で回転しないものを採用し、上型２は、その加工面２２の先端角度αが１７５°のものを採用した。
また、上型２の揺動角度（工具軸Ｇと基準軸Ｃとがなす角度）は、±２．５°、上型２の揺動速度は、５°／秒とした。
旋回ホルダ６１の回転速度（旋回速度）は、０．０８３３回転／秒とした。
下型４の上昇速度、つまり、圧縮速度は、０．４ｍｍ／秒とした。
また、上型２及び下型４の加工面と素材との間の潤滑材としては、炭酸カルシウム（摩擦係数μが約０．３となるもの）を用いた。
加工した結果を図１９に示す。
同図（ａ）には、左から順に、素材、通常圧縮（実験８−１）、揺動鍛造の上型フリー状態（実験８−２）、揺動鍛造の上型ロック状態（実験８−３）という条件のものにつき、外観の写真を示した。
同図（ｂ）には、上記と同様の順序で、縦断面の写真を示した。
また、図２０には、図１９（ｂ）を基にして測定した、中心部の内部歪み測定結果を示す。図２０は、横軸に上面からの距離、縦軸にひずみεｙを示したものである。このひずみεｙは、εｙ＝ｌｎ（ｌ／ｌ0）、ここでｌｎ：自然対数、ｌ0：圧縮前の高さ寸法、ｌ：圧縮後の高さ寸法、という定義に基づいて求めたものである。
同図（ａ）には、左から順に、素材、通常圧縮（実験８−１）、揺動鍛造の上型フリー状態（実験８−２）、揺動鍛造の上型ロック状態（実験８−３）という条件のものにつき、外観の写真を示した。
同図（ｂ）には、上記と同様の順序で、縦断面の写真を示した。
また、図２０には、図１９（ｂ）を基にして測定した、中心部の内部歪み測定結果を示す。図２０は、横軸に上面からの距離、縦軸にひずみεｙを示したものである。このひずみεｙは、εｙ＝ｌｎ（ｌ／ｌ0）、ここでｌｎ：自然対数、ｌ0：圧縮前の高さ寸法、ｌ：圧縮後の高さ寸法、という定義に基づいて求めたものである。
図１９、図２０から知られるように、通常圧縮の場合よりも揺動鍛造の場合の方が、軸方向における外径の差が少なく、また、揺動鍛造でも上型の軸回転状態をロック状態とした方がさらに軸方向における外径の差が小さい安定した成形が可能であることがわかる。また、内部ひずみについても、通常圧縮の場合よりも揺動鍛造の場合の方がばらつきが小さく、さらに、揺動鍛造でも上型をロック状態とした方がよりいっそうばらつきが小さくなることがわかる。
（実施例９）
本例でも、実施例７と同様に、実施例１の構成の鍛造装置１を用いて、粘土モデルよりなる円柱状のワークを実際に加工し、その成形状態を観察した。
ワーク（素材）は、実施例７における第１素材と同じ直径φ２５ｍｍ、高さ３７．５ｍｍの円柱状のものである。そして、本例では、揺動鍛造と通常のプレスを用いた通常圧縮加工も含め、表２に示すごとく、４種類の条件で加工を行った。素材の高さが１８．７５ｍｍに半減するまで実施した。
本例でも、実施例７と同様に、実施例１の構成の鍛造装置１を用いて、粘土モデルよりなる円柱状のワークを実際に加工し、その成形状態を観察した。
ワーク（素材）は、実施例７における第１素材と同じ直径φ２５ｍｍ、高さ３７．５ｍｍの円柱状のものである。そして、本例では、揺動鍛造と通常のプレスを用いた通常圧縮加工も含め、表２に示すごとく、４種類の条件で加工を行った。素材の高さが１８．７５ｍｍに半減するまで実施した。
第１加工条件（実験９−１）は、通常のプレスを用いた通常圧縮加工であって、型と素材との間の潤滑を、摩擦係数μが約０．３となるよう炭酸カルシウムを用いて行ったものである。圧縮速度は１ｍｍ／秒とした。
第２加工条件（実験９−２）は、通常のプレスを用いた通常圧縮加工であって、型と素材との間の潤滑を、摩擦係数μが約０．０３となるようワセリンを用いて行ったものである。圧縮速度は１ｍｍ／秒とした。
第２加工条件（実験９−２）は、通常のプレスを用いた通常圧縮加工であって、型と素材との間の潤滑を、摩擦係数μが約０．０３となるようワセリンを用いて行ったものである。圧縮速度は１ｍｍ／秒とした。
第３加工条件（実験９−３）は、実施例１に記載の装置を用いて行い、下型４は、円板状とし、その加工面は平坦なものを採用し、上型２は、その加工面２２の先端角度αが１８０°のものを採用し、旋回ホルダ６１の回転速度（旋回速度）は、０．１２５回転／秒とした。圧縮速度は１ｍｍ／秒とした。この条件では、上型２を傾斜揺動させず、軸回転制御手段７によってロック状態とした。すなわち、上述した第２発明及び第３発明の例である（適宜、回転圧縮という）。
第４加工条件（実験９−４）は、上記第３の加工条件を基本として、上型２の揺動角度を±２．５°とし、その揺動速度を５°／秒とした揺動鍛造である。その他は第３の加工条件と同じである。
第４加工条件（実験９−４）は、上記第３の加工条件を基本として、上型２の揺動角度を±２．５°とし、その揺動速度を５°／秒とした揺動鍛造である。その他は第３の加工条件と同じである。
加工した結果を図２１に示す。また、加工時に測定した荷重の変化を図２２に示す。
図２１には、右側から順に、素材、第１加工条件（実験９−１）によるもの、第３加工条件（実験９−３）によるもの、第４加工条件（実験９−４）によるものにつき、外観の写真を示した。
図２２には、横軸に圧縮ストローク（ｍｍ）、縦軸に荷重（Ｎ）およびトルク（Ｎ・ｃｍ）を取り、上記第１〜第４の加工条件（実験９−１〜４）における荷重（ａ１〜ａ４）と、上記第３、第４加工条件（実験９−３、４）におけるトルク（ｂ３、ｂ４）を示したものである。
図２１には、右側から順に、素材、第１加工条件（実験９−１）によるもの、第３加工条件（実験９−３）によるもの、第４加工条件（実験９−４）によるものにつき、外観の写真を示した。
図２２には、横軸に圧縮ストローク（ｍｍ）、縦軸に荷重（Ｎ）およびトルク（Ｎ・ｃｍ）を取り、上記第１〜第４の加工条件（実験９−１〜４）における荷重（ａ１〜ａ４）と、上記第３、第４加工条件（実験９−３、４）におけるトルク（ｂ３、ｂ４）を示したものである。
図２１から知られるように、通常圧縮の場合（実験９−１）よりも、上型をロック状態にして旋回させる場合（実験９−３）、及び傾斜揺動と旋回とを行いかつ上型をロック状態とする場合（実験９−４）の方が、軸方向における外径の差が少なく、安定した加工が実現できることがわかる。
また、図２２から知られるように、通常圧縮の場合（実験９−１）よりも他の鍛造の場合（実験９−３、４）の方が、荷重が小さく、加工が容易であることがわかる。
また、図２２から知られるように、通常圧縮の場合（実験９−１）よりも他の鍛造の場合（実験９−３、４）の方が、荷重が小さく、加工が容易であることがわかる。
１ 鍛造装置
２ 上型
２２ 加工面
４ 下型
５ 揺動手段
６ 旋回手段
７ 軸回転制御手段
２ 上型
２２ 加工面
４ 下型
５ 揺動手段
６ 旋回手段
７ 軸回転制御手段
Claims (21)
- 下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な位置を揺動させながら両者の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置において、
上記下型に対向配置され、工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型と、
該上型の上記工具軸を圧縮加工方向の基準軸に対して傾斜揺動させる揺動手段と、
該揺動手段及び上記上型を上記基準軸を中心に旋回させる旋回手段と、
該旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段とを有し、
上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置。 - 下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置において、
上記下型に対向配置され、工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型と、
圧縮加工方向の基準軸を中心に上記上型を旋回させる旋回手段と、
該旋回手段によって旋回する際の上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な軸回転制御手段とを有し、
上記軸回転制御手段は、上記上型の上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置。 - 請求項１又は２において、上記軸回転制御手段は、上記上型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有していることを特徴とする鍛造装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、上記軸回転制御手段は、駆動手段を用いて上記上型を上記工具軸に対して積極的に回転させる自己回転機能を有していることを特徴とする鍛造装置。
- 請求項１〜４のいずれか１項において、上記上型は、上記ワークに当接する加工面が、先端角度αが１７０°〜１８０°の範囲にある円錐状（α＝１８０°の場合は平面状）であることを特徴とする鍛造装置。
- 請求項１〜５のいずれか１項において、上記下型は、該下型の第２工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられていることを特徴とする鍛造装置。
- 請求項１〜５のいずれか１項において、上記下型は、第２工具軸を中心に回転可能に設けられており、該下型の上記第２工具軸を上記基準軸に対して傾斜揺動させる第２揺動手段と、
該第２揺動手段及び上記下型を上記基準軸を中心に旋回させる第２旋回手段と、
該第２旋回手段によって旋回する際の上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段とを有することを特徴とする鍛造装置。 - 請求項７において、上記第２軸回転制御手段は、上記下型の上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置。
- 下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行うための鍛造装置において、
上記下型に対向配置され、工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられた上記上型と、
圧縮加工方向の基準軸を中心に上記上型を旋回させる旋回手段とを有し、
上記下型は、第２工具軸を中心に回転可能に設けられており、該下型の上記第２工具軸を上記基準軸に対して傾斜揺動させる第２揺動手段と、
該第２揺動手段及び上記下型を上記基準軸を中心に旋回させる第２旋回手段と、
該第２旋回手段によって旋回する際の上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御可能な第２軸回転制御手段とを有し、
上記第２軸回転制御手段は、上記下型の上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるオン−オフ切換機能を有していることを特徴とする鍛造装置。 - 請求項７〜９のいずれか１項において、上記第２軸回転制御手段は、上記下型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするトルク制御機能を有していることを特徴とする鍛造装置。
- 請求項７〜１０のいずれか１項において、上記第２軸回転制御手段は、駆動手段を用いて上記下型を上記第２工具軸に対して積極的に回転させる自己回転機能を有していることを特徴とする鍛造装置。
- 下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の相対的な位置を揺動させながら両者の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行う鍛造方法において、
上記下型に対向配置され工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型の上記工具軸を、圧縮加工方向の基準軸に対して傾斜揺動させながら、上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法。 - 下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行う鍛造方法において、
上記下型に対向配置され工具軸を中心に軸回転可能に設けられた上記上型の上記工具軸を、圧縮加工方向の基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法。 - 請求項１２又は１３において、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、上記上型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするよう制御することを特徴とする鍛造方法。
- 請求項１２〜１４のいずれか１項において、上記上型の上記工具軸に対する軸回転状態は、駆動手段を用いて上記上型を上記工具軸に対して積極的に回転させるよう制御することを特徴とする鍛造方法。
- 請求項１２〜１５のいずれか１項において、上記下型は、該下型の第２工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態とすることを特徴とする鍛造方法。
- 請求項１２〜１５のいずれか１項において、さらに、第２工具軸を中心に回転可能に設けられた上記下型の上記第２工具軸を、上記基準軸に対して傾斜揺動させながら上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御することを特徴とする鍛造方法。
- 請求項１７において、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法。
- 下型と上型に挟持したワークに対して、上記下型と上記上型の間隔を徐々に縮めて所望の圧縮加工を行う鍛造方法において、
上記下型に対向配置され工具軸に対する相対的な回転を停止したロック状態に設けられた上記上型を、圧縮加工方向の基準軸を中心に旋回させ、
さらに、第２工具軸を中心に回転可能に設けられた上記下型の上記第２工具軸を、上記基準軸に対して傾斜揺動させながら上記基準軸を中心に旋回させ、かつ、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態を、上記ワークとの接触状態に応じて従動するフリー状態と異なる状態に制御し、
上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記第２工具軸に対する相対的な回転を停止するロック状態と、上記フリー状態とを切り替えるよう制御することを特徴とする鍛造方法。 - 請求項１７〜１９のいずれか１項において、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、上記下型に付与されるトルクが基準値以上となった場合に上記ワークとの接触状態に応じた従動回転を可能とするよう制御することを特徴とする鍛造方法。
- 請求項１７〜２０のいずれか１項において、上記下型の上記第２工具軸に対する軸回転状態は、駆動手段を用いて上記下型を上記第２工具軸に対して積極的に回転させるよう制御することを特徴とする鍛造方法。
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