JP5702710B2 - 自由鍛造方法及び鍛造装置 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造の技術に関し、特に、素材にねじりを付与する加工を行う自由鍛造方法に関する。

自由鍛造方法に関する先行技術例として、特公平７−１０４０８号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、「長手方向に断面形状が変化し断面形状は上下左右に非対称であり全体に捩じれを有する長物製品を鍛造によって成形する方法において、長物製品の長手方向に複数に分割した各区分に対応する型形状を有した対向する型（55,56）を使用し、長手方向に連続して各区分ごとに鍛造を行い、長物製品の素材（11）の両端の拘束は、長手方向をｘ軸方向とし鍛造加工方向をｙ軸方向としｘ軸方向及びｙ軸方向と直角の方向をｚ軸方向として、一端側をｙ軸方向ｘ軸回りｚ軸方向に拘束し他端側をｙ軸方向ｚ軸方向に拘束し、前記一端側のｘ軸回りの拘束は鍛造をおこなう区分における該一端側に対する捩じれ角をあらかじめ与えておこなうことを特徴とする変断面長物の鍛造成形方法」等の記載がある。

特公平７−１０４０８号公報

前記特許文献１には、全体に捩じれを有する長物製品を鍛造によって成形する方法、特に素材の両端を拘束（把持）して捩じれを付与する方法、が記載されている。

（１）しかしながら、このような方法では、素材の両端の拘束（把持）に制約ができる。例えば、ねじりを付与するための素材の軸方向（長手方向）のねじりモーメントに対抗するための、素材（両端）を把持する機構（把持部）が必須である。更に当該機構（把持部）の剛性（把持力）を高くする必要があり、当該機構（把持部）を含む設備（鍛造装置）が大型・高コストになってしまう場合（問題）がある。

（２）更に、前記特許文献１のような方法では、加工可能なねじれ形状に制約ができる。このような方法では、例えば、素材の長手方向の区分における型による加工対象部分（被加工部）と、素材が把持される部分（被把持部）との間の部分（型による非加工対象部分）においても、素材の軸方向にねじりモーメントが発生するため、当該部分でねじれが生じる場合がある。即ち加工可能なねじれ形状に制約ができ、全体的に詳細・複雑なねじれ形状の設計・制御ができない。

以上を鑑み、本発明の主な目的は、素材にねじりを付与する加工を行う自由鍛造方法に関して、（１）素材の両端の拘束の制約を緩和でき、素材の把持部に大きな剛性を必要とせず、（２）加工可能なねじれ形状の制約を緩和でき、より詳細・複雑なねじれ形状を創生できる、フレキシブルな自由鍛造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のうち代表的な形態は、素材にねじりを付与する加工を行う鍛造方法（自由鍛造方法）などであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

本鍛造方法は、棒状や板状などの任意の断面形状を持つ素材における長手方向における任意の部分（区分単位）を対象（被加工部）として、一対の型（第１、第２の型）を用いて被加工部を挟み込んで加圧（押圧）して成形することにより被加工部にねじりを付与する自由鍛造方法である。

素材の長手方向をｘ軸方向とし、一対の型の加圧方向をｚ軸方向とし、ｘ及びｚに直交する方向をｙ軸方向とする。素材の長手方向（ｘ）における一対の型により加圧される被加工部の領域を、ｚｘ平面とｙｚ平面とで四分割し、ｘが正でｙが正である領域（ｘｙ平面での第１象限）を領域Ａとし、ｘが負でｙが正である領域（第２象限）を領域Ｂとし、ｘが負でｙが負である領域（第３象限）を領域Ｃとし、ｘが正でｙが負である領域（第４象限）を領域Ｄとする。一方の対角の領域ＡとＣをあわせて第１の領域とし、他方の対角の領域ＢとＤをあわせて第２の領域とする。

本鍛造方法では、例えば、素材のある１つの被加工部の加工（鍛造）の際、一対の型（第１、第２の型）が、被加工部を挟んで、素材の長手方向（ｘ）に対してそれぞれ角度（α，β：０度＜α＜９０度，０度＜β＜９０度）を成して配置され、かつ第１と第２の型が角度（γ：０度＜γ＜１８０度）を成して配置された状態とする。素材の長手方向（ｘ）と第１の型の長手方向とが成す角度をαとし、素材の長手方向（ｘ）と第２の型の長手方向とが成す角度をβとし、第１と第２の型が成す角度をγとする。

この状態で、被加工部に対して、第１の型をｚ負方向へ押込んで力を加え、第２の型をｚ正方向へ押込んで力を加える。この際、被加工部の第１の領域（Ａ，Ｃ）を、領域ＡとＣでｚ軸方向の同一方向（例えばｚ正方向）で押圧（加圧）して変形させると共（同時）に、それとは逆方向で、第２の領域を、領域ＢとＤでｚ軸方向の同一方向（例えばｚ負方向）で押圧（加圧）して変形させる。また第１の領域（Ａ，Ｃ）へ与える力と第２の領域（Ｂ，Ｄ）へ与える力とは同じにする。これにより、被加工部（区分単位）に、ｘ軸まわりのねじれが付与される。

本鍛造装置において、一対の型における少なくともｚ方向での移動を制御する駆動装置を有する。更に、駆動装置は、一対の型におけるｚ軸周りの回転を制御する。本鍛造装置のマニュピレータは、例えば素材の一方端部（被把持部）を把持部により把持し、素材を少なくともｘ方向で移動し、一対の型の位置に対する被加工部の位置決めを制御する。本鍛造装置は、上記位置決めした状態で、一対の型を駆動し、例えば第１の型をｚ負方向へ移動すると共に第２の型をｚ正方向へ移動して、被加工部へ押込んで加圧することにより、被加工部にねじりを付与し、第１、第２の型をｚ方向で移動して元の状態へ戻す。更に、本鍛造装置は、マニュピレータにより素材を例えばｘ方向で移動させ、一対の型の位置に対して素材の加工対象範囲における次の被加工部の位置を位置決めし、同様に、一対の型のｚ方向の駆動により、当該次の被加工部にねじりを付与する。同様の繰り返しにより、素材の所定の範囲での加工（ねじり付与）が可能である。

本発明のうち代表的な形態によれば、素材にねじりを付与する加工を行う自由鍛造方法に関して、（１）素材の両端の拘束の制約を緩和でき、素材の把持部に大きな剛性を必要とせず、（２）加工可能なねじれ形状の制約を緩和でき、より詳細・複雑なねじれ形状を創生できる、フレキシブルな自由鍛造方法を提供できる。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の各実施の形態における共通する概念（原理）について示す説明図である。 本発明の概念（原理）における被加工部の四分割の領域を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１の鍛造方法における１回の加工で素材（被加工部）にねじりを付与する例を示す図である。 実施の形態１で、素材と型の配置の角度について示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は、実施の形態１で、加工因子が及ぼす影響の例を示す説明図である。 実施の形態１で、加工位置及びピッチなどについて示す説明図である。 実施の形態１で、応用として、複数回の加工を行う例について示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２の鍛造方法における１回の加工で素材（被加工部）にねじりを付与する例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３の鍛造方法における１回の加工で素材（被加工部）にねじりを付与する例を示す図である。 本発明の概念（原理）における被加工部の八分割の領域を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態４の鍛造方法における１回の加工で素材（被加工部）にねじりを付与する例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態５の鍛造方法における１回の加工で素材（被加工部）にねじりを付与する例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態６の鍛造方法における素材（被加工部）に断面形状を成形すると共にねじりを付与する例を示す図である。 実施の形態１の鍛造方法に対応した実装構成を持つ本発明の一実施の形態の鍛造装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜概念（原理）＞
まず図１を用いて、本発明の各実施の形態（後述）における共通する概念（原理）について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）では、素材１の一部（被加工部３）を一対の型２を用いて加圧し成形することにより当該被加工部３にねじりを付与する自由鍛造方法（以下「鍛造方法」）について示す。説明上、図示のように、素材１の長手方向をｘ軸方向とし、一対の型２の加圧方向（加圧制御可能な上下方向）をｚ軸方向とし、ｘ軸方向とｚ軸方向に直行する方向をｙ軸方向とする。

図１（ａ）では、一対の型２（２ａ，２ｂ）と、一対の型２によって加圧される素材１の被加工部３との位置関係を概念的に示している。図１（ｂ），（ｃ）では、被加工部３を分かりやすく示すため、一対の型２を図示していない。

図１（ａ）で、素材１は、棒状や板状などの長手の形状を持つ金属製の素材１である。図１（ａ）の例では、素材１は、断面が正方形の直方体である。

型２（２ａ，２ｂ）は、素材１の一部（被加工部３）を挟んだ形で押し込んで加圧（押圧）する一対の型である。上側（ｚ軸正側）の第１の型２ａと、下側（ｚ軸負側）の第２の型２ｂとを有する。図１（ａ）では、型２（２ａ，２ｂ）は長方体であり、型２の長手方向（ｙ）と素材１の長手方向（ｘ）とが直交するように配置されている。一対の型２により被加工部３を挟んだ状態を示している。

被加工部３は、素材１の長手方向（ｘ）のうちの区分単位であり、１回の鍛造（加工）の対象部、即ちねじり付与の対象部である。

図１（ｂ）で、素材１の被加工部３の領域（ここでは立方体）を四分割した概念を示している。また図２は、図１（ｂ）に対応して、被加工部３の四分割された領域Ａ〜Ｄを示している。

図２で、被加工部３の領域を、ｚｘ平面とｙｚ平面とで四分割し、ｘが正でｙが正である領域（第１象限）をＡ、ｘが負でｙが正である領域（第２象限）をＢ、ｘが負でｙが負である領域（第３象限）をＣ、ｘが正でｙが負である領域（第４象限）をＤ、とする。また、領域ＡとＣをあわせて第１の領域とし、領域ＢとＤをあわせて第２の領域とする。

本鍛造方法では、図１（ａ）の一対の型２により、図２の矢印のように、素材１の被加工部３の領域Ａ〜Ｄにおける一方の対角の第１の領域（ＡとＣ）を、ｚ軸正方向に押圧して変形させると共に、他方の対角の第２の領域（ＢとＤ）を、第１の領域（Ａ，Ｃ）の押圧（変形）の方向とは逆方向であるｚ軸負方向に押圧して変形させる。基本的な力の条件としては、領域ＡとＣへの力は同じ、領域ＢとＤへの力は同じ、領域Ａ，Ｃと領域Ｂ，Ｄへの力は同じである。

これにより、図１（ｃ）のように、素材１の被加工部３において、ｘ軸まわりのねじりが付与される。領域Ａ〜Ｄでは、第１の領域（Ａ，Ｃ）側がｚ正方向へ上がり、第２の領域（Ｂ，Ｄ）側がｚ負方向へ下がり、全体的には鞍形である。図１（ｃ）で、９（９１，９２）は、１回の加工の際の素材１の被加工部３以外の領域（非加工部）であり、非加工部９ではねじりは付与されない。

図１（ｃ）のように、ねじりのイメージ（作用）としては、被加工部３の中心からみると、第１の領域（Ａ，Ｄ）及び第１の非加工部９１側は、ｘ軸の右まわりに回転、第２の領域（Ｂ，Ｄ）及び第２の非加工部９２側は、ｘ軸の左まわりに回転するようなイメージである。また例えば第１の非加工部９１側を把持して基準とした場合は、第２の非加工部９２側がｘ軸負方向で右回りにねじれるイメージである。第２の非加工部９２側を把持して基準とした場合は、第１の非加工部９１側がｘ軸正方向で右回りにねじれるイメージである。

なお上記例とは逆に、一対の型２を用いて、第１の領域（Ａ，Ｃ）にｚ軸負方向への力を与え、かつ第２の領域（Ｂ，Ｄ）にｚ軸正方向への力を与え、それぞれ変形させると、被加工部３に逆（全体的にｘ軸左まわり）のねじりを付与することができる。

また応用的には、所望の加工内容に応じて被加工部３の各領域Ａ〜Ｄへ与える力を異ならせて加工することも可能である。この場合は、ねじりの作用以外に、ｘｙ平面やｚｘ平面内での曲げなどが発生することになる。

このように本鍛造方法では、基本的に一対の型２の加圧力（押圧力）のみによって、素材１の一部（被加工部３）に対してねじりを付与することができ、素材１の長手方向（ｘ）の全体にわたってのねじりモーメントを付与する必要が無い（非加工部９には余計なねじりモーメントが発生しない）。そのため、原理的には（図１（ａ）のような場合）、素材１の長手方向（ｘ）の端部などの把持は必ずしも用いないようにすることができる。言い換えれば一対の型２は把持部の機能を果たしている。１回の加工の際、（型２以外に）素材１の把持が無くても、当該加工（ねじり）は正常に達成される。また（型２以外に）素材１の一部（端部など）を把持する場合は、位置決めのための軽い把持で十分である。鍛造装置（設備）の把持部などの剛性（把持力）などを必要としない利点がある。

また非加工部９にはねじりが発生しないため、前述のような加工の際のねじり形状の制約が小さく、全体的に詳細・複雑なねじれ形状の設計が可能となる利点がある。

＜実施の形態１＞
図３〜図５等を用いて、本発明の実施の形態１の鍛造方法について説明する。図３は、実施の形態１の鍛造方法における、１回の加工で一対の型２１（２１ａ，２１ｂ）を用いて素材１（被加工部３１）にねじりを付与する例を示す。一対の型２の一方（上側）を第１の型２１ａ，他方（下側）を２１ｂとする。

図３（ａ）は斜視図であり、素材１（被加工部３１）と型２１（２１ａ，２１ｂ）との関係を示す。なお被加工部３１は概略的な領域を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）をｚ軸正側から見たｘｙ平面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態から型２１（２１ａ，２１ｂ）を取り除いた状態の説明図である。

図３（ａ），（ｂ）で、素材１の被加工部３１に対し、ｚ方向で被加工部３１を挟んで配置される一対の型２１（２１ａ，２１ｂ）は、長手方向（ｘ）に対してそれぞれ角度を成すように、かつ型２１（２１ａ，２１ｂ）同士で角度を成すように配置される。図４は、図３（ｂ）に対応した、素材１と型２１の配置の角度についての説明図である。

図３（ｂ）で、第１の型２１ａの長手方向の軸のベクトルとｚ軸方向のベクトルとで表現される平面をＰとし、第２の型２１ｂの長手方向の軸のベクトルとｚ軸方向のベクトルとで表現される平面をＱとする。図３（ｂ）で、ｘｙ平面でみると、被加工部３１の第１の領域（Ａ，Ｃ）は、第２の型２１ｂよりも第１の型２１ａにより多く覆われ、第２の領域（Ｂ，Ｄ）は、第１の型２１ａよりも第２の型２１ｂにより多く覆われる状態である。

図３（ｃ）で、被加工部３１における、型２１の成す角度に応じた、図２の四分割の領域Ａ〜Ｄに対応する領域Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’を示している。実施の形態１（図２（ｂ）の配置）では、例えば第１の領域（Ａ’，Ｃ’）は第１の型２１ａによりｚ負方向への力を多く受け、かつ、第２の領域（Ｂ’，Ｄ’）は第２の型２１ｂによりｚ正方向への力を多く受ける。

図４で、Ｍは、１回の加工の際に素材１のある被加工部３１を加工する際のｘ軸方向の加工位置を示す。丸点は型２１及び被加工部３１の中心点を示す。角度αは、平面Ｐ（型２１ａ側）がｘ軸と成す小さい方の角度である。角度βは、平面Ｑ（型２１ｂ側）がｘ軸と成す小さい方の角度である。角度γは、平面ＰとＱが成す角度である。

型２１の成す角度の条件（範囲）としては、平面Ｐ，Ｑをｘ軸（０度）及びｙ軸（９０度）からずらすこと、及び平面ＰとＱをずらすことであり、それ以外には特に限定されない。即ち、条件として、平面Ｐとｘ軸との成す小さい方の角度αが、０度より大きく９０度より小さい（０°＜α＜９０°）。平面Ｑとｘ軸との成す小さい方の角度βが、０度より大きく９０度より小さい（０°＜β＜９０°）。平面ＰとＱが成す角度γは、０度より大きく１８０度より小さい（０°＜γ＜１８０°）。

上記の角度（α，β，γ）の条件を満たす状態で、図３（ａ）等のように型２１（２１ａ，２１ｂ）を素材１の被加工部３１に対してｚ軸正負方向で挟むように押込む。すると、図３（ｃ）のように第１の領域（Ａ’，Ｃ’）がｚ軸の同一方向（ｚ負方向）に押圧により変形すると共に、第２の領域（Ｂ’，Ｄ’）が第１の領域の変形の方向とは逆方向（ｚ正方向）に押圧により変形し、被加工部３１にｘ軸まわりのねじり（図１（ｃ）と同様）を付与することができる。

上記の角度（α，β，γ）の条件の範囲で、製品設計内容や効率性などを考慮して、加工時の実際的な角度の条件を設定する。例えば、０°，９０°，１８０°付近は避け、γが３０°≦γ≦１５０°といった範囲内になるように設定する。設定例は以下：
（１）α＝β＝３０°，γ＝１２０°
（２）α＝β＝４５°，γ＝９０°
（３）α＝β＝６０°，γ＝６０°
（４）α＝β＝７５°，γ＝３０°
（５）α≠β： α＝９０°，β＝４５°，γ＝４５°。

図４の例は概略的に上記（３）α＝β＝６０°，γ＝６０°の場合を示している。なお上記（５）のように、α≠βとした設定例でも加工可能である。この場合、ねじりと共に、ｘｙ平面やｚｘ平面内での曲げが発生する。

図５は、実施の形態１の鍛造方法における、加工因子が及ぼす影響の例を示す説明図である。これらは有限要素シミュレーションにより得られた結果である。図５（ａ）は、図４の角度（α，β，γ）の条件を満たす状態の場合における、型２１（２１ａ，２１ｂ）の押込み量４０１（ｚ軸方向での押圧力）と、ねじり量４０２（被加工部３１に付与されるねじり量）との関係４０３を示す。押込み量４０１の増加に伴い、ねじり量４０２が増加する。

図５（ｂ）は、図４の角度（α，β，γ）の条件を満たす状態で、型２１（２１ａ，２１ｂ）と素材１との相対的なｘ軸方向の位置（加工位置Ｍ）に、あるピッチ４０４（Ｋ）で移動させた場合における、型２１（２１ａ，２１ｂ）の押込み１回あたりのねじり量４０５の関係４０６を示す。上記相対的なｘ軸方向の位置及びピッチ４０４は、図６に示す加工位置Ｍ及びピッチＫと対応している。ピッチ４０４（Ｋ）を大きくするに従い、型２１の押込み１回あたりのねじり量４０５が大きくなり、ピークを過ぎて一定となる。

図６は、上記の加工位置Ｍ及びピッチＫについて示している。図３（ａ）の型２１を用いて素材１に対し複数回の加工を行う場合における、各々の加工位置Ｍ｛Ｍ１，Ｍ２，……｝及びピッチＫ｛Ｋ１，Ｋ２，……｝、素材１の送り方向、素材１の被把持部８などをｘｚ平面で示している。型２１（２１ａ，２１ｂ）は、例えばＭ１，Ｍ３の位置で上下から挟んだ状態を示している。例えば第１の加工位置Ｍ１で１回目の加工を行い、Ｍ１からピッチＫ１分移動した第２の加工位置Ｍ２で２回目の加工を行う、といったように繰り返す。

なお図３（ｂ）で例えば型２１に対し素材１をｙ正方向へ少しずらした状態として加工を行うと、領域Ａへの力よりも領域Ｃへの力が小さくなり、領域Ｂへの力よりも領域Ｄへの力が小さくなる。この場合、ねじりと共に、ｘｙ平面やｚｘ平面内での曲げが発生する。所望の加工内容に応じてこのような加工を使用してもよい。曲げを発生させたくない場合は、前述のように基本的な力の条件として、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄへの力を同じにする。

［応用（複数回の加工）］
図７は、図６と対応して、実施の形態１の鍛造方法における応用として、型２１を用いて素材１に対し複数回の加工を逐次的（連続的）に行う場合の例を斜視図で示している。前記図３のように素材１の１つの被加工部３１に対する１回の加工（ねじり付与）だけでなく、素材１の長手方向（ｘ）での加工位置Ｍを変えながら所定の範囲にわたって複数回の加工を同様に繰り返す方法である。

前述のように方向、力、角度（α，β，γ）などの条件を満たす状態で、所望の被加工部３１の位置Ｍで型２１（２１ａ，２１ｂ）をｘ軸方向で押込むことによりねじりを付与し、型２１を押込み前の位置へ戻すことにより、１回の加工（ねじり付与）を行う。所望の加工内容（製品設計）に応じて各加工位置Ｍでの型２１の押圧力や角度などを変えることで、ねじりの状態を変える。このような加工の動作を、加工位置Ｍを変えながら所望の加工回数分、同様に繰り返す。これにより素材１の長手方向（ｘ）の所望の範囲にわたって連続的にねじりを付与することができる。

例えば図６のように、素材１の位置決めのために、素材１の長手方向の一方端を被把持部８として、人が持つ工具や鍛造装置（設備）の把持部（後述）などにより軽く把持する。そして、１回の加工ごとに、ピッチＫで素材１をｘ軸方向に送る（移動する）ことで、各加工位置Ｍへ調整（位置決め）する。加工内容に応じて、ピッチＫは一定としてもよいし可変としてもよい。

以上のように、実施の形態１の鍛造方法によれば、素材１の把持の剛性を必要とせずに、詳細・複雑なねじり形状を付与することができる。また実施の形態１の場合、例えば図３の型２１の形状に対応した単純な工具や鍛造装置によりねじりを付与することができる。

＜実施の形態２＞
次に、図８などを用いて、本発明の実施の形態２の鍛造方法について説明する。図８は、実施の形態２の鍛造方法における、１回の加工で一対の型２２（２２ａ，２２ｂ）を用いて素材１（被加工部３２）にねじりを付与する例を示す。実施の形態２では、型２の角度ではなく、型２の形状を工夫した構成である。

図８（ａ）は、素材１（被加工部３２）及び型２２（２２ａ，２２ｂ）の配置関係を示す斜視図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態（型２２により被加工部３２を挟んだ状態）をｙ軸負側から見たｘｚ平面図である。図８（ｃ）は、下側の第２の型２２ｂの形状を示す斜視図である。なお上側の第１の型２２ａもｘ軸回りに回転すると第２の型２２ｂと同じ形状・状態となる。

図８（ａ），（ｂ）で、一対の型２２（２２ａ，２２ｂ）における上下のそれぞれの型２２ａ，２２ｂは、例えば図８（ｃ）に示すように、素材１（被加工部３２）に対向する側が鞍形である。実施の形態２では、実施の形態１とは異なり、基本的に型２２は素材１の長手方向（ｘ）に対して直行に配置される。

図８（ｃ）で、第２の型２２ｂにおける、被加工部３２に接する側の上側の曲面（鞍形）において、図２の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する面を記号ａ，ｂ，ｃ，ｄで示している。第２の型２２ｂの形状として、ｚ方向の辺の長さとして、第１の領域Ａ，Ｃ（面ａ，ｃ）に対応する辺の長さ（Ｚ１）よりも、第２の領域Ｂ，Ｄ（面ｂ，ｄ）に対応する辺の長さ（Ｚ２）の方が大きい（Ｚ１＜Ｚ２）。

言い換えると、第１の型２２ａにおける、素材１の被加工部３２の第１の領域（Ａ，Ｃ）を加圧する部分（ａ，ｃ）が、第２の領域（Ｂ，Ｄ）を加圧する部分（ｂ，ｄ）よりも凸であり、第２の型２２ｂにおける、第２の領域（Ｂ，Ｄ）を加圧する部分（ｂ，ｄ）が、第１の領域（Ａ，Ｃ）を加圧する部分（ａ，ｃ）よりも凸である。

図８（ｂ）のように、１回の加工時には、一対の型２２（２２ａ，２２ｂ）を素材１の被加工部３２に対しｚ軸方向で押込む。これにより、前述同様に、第１の領域Ａ，Ｃがｚ軸の同一方向（例えばｚ負方向）に変形すると共に、第２の領域（Ｂ，Ｄ）がｚ軸の逆方向（例えばｚ正方向）に変形し、即ち被加工部３２にｘ軸まわりのねじり（図１（ｃ）と同様）を付与することができる。

実施の形態２で複数回の加工を行う場合も実施の形態１と同様に可能である。

以上のように、実施の形態２の鍛造方法によっても、実施の形態１と同様の加工の効果を得られる。また図８のような実施の形態２の場合、素材１の加工における長手方向（ｘ）の表面形状を滑らかとすることができる。

＜実施の形態３＞
次に、図９〜図１０などを用いて、本発明の実施の形態３の鍛造方法について説明する。実施の形態３では、型２ではなく、素材１の形状を工夫した構成である。

図９は、実施の形態３の鍛造方法における、１回の加工で一対の型２３（２３ａ，２３ｂ）を用いて素材１３（被加工部３３）にねじりを付与する例を示す。

図９（ａ）は、１回の加工の対象となる１つの被加工部３３を持つ場合の、一対の型２３（２３ａ，２３ｂ）によって加圧される前の素材１３の形状を示している。実施の形態３では、前記図１（ａ）の一対の型２（２ａ，２ｂ）と同様の形状の一対の型２３（２３ａ，２３ｂ）を用いて、素材１３の被加工部３３を加圧することにより、ねじりを付与する。なお図９（ａ）では、被加工部３３を分かりやすく示すため、型２３はずらして図示している。

図９（ａ）で、型２３により加圧される被加工部３３は、ａ，ｂのように凹凸を持つ形状である。

図１０は、素材１３の被加工部３３の領域（ここでは立方体）を八分割した概念を示している。被加工部３３の八分割されたＥ〜Ｌの領域を示している。被加工部３３の領域を、ｘｙ平面とｙｚ平面とｚｘ平面とで八分割する。ｘが正でｙが正でｚが正である領域をＥとし、ｘが負でｙが正でｚが正である領域をＦとし、ｘが負でｙが負でｚが正である領域をＧとし、ｘが正でｙが負でｚが正である領域をＨとし、ｘが正でｙが正でｚが負である領域をＩとし、ｘが負でｙが正でｚが負で領域をＪとし、ｘが負でｙが負でｚが負である領域をＫとし、ｘが正でｙが負でｚが負である領域をＬとする。領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌを第１の領域とし、領域Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋを第２の領域とする。なお図示する角度の影響で領域Ｉは見えていない。

図９（ａ）で、被加工部３３は、第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）が第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）よりも凹の形状（ｚ方向の長さが短い）である。ａは凹部の１つ、ｂは凸部の１つを示す。なお前記図２の四分割の概念に従って考えてもよく、この場合、被加工部３３は、第１の領域（Ａ，Ｃ）がｚ方向での凹、第２の領域（Ｂ，Ｄ）がｚ方向での凸である。

このような形状の素材１３の被加工部３３を図１（ａ）同様に一対の型２３により挟んで押圧（加圧）する。すると、例えば、凹凸の関係から、領域Ｆ，Ｈ（相対的に凸部）に対しては第１の型２３ａによりｚ負方向へ力が強く働き、領域Ｉ，Ｋ（相対的に凸部）に対しては第２の型２３ｂによりｚ正方向へ力が強く働く。即ち前記図２の場合と同様の作用が働く。

これにより、図９（ｂ）に示すように、素材１３の被加工部３３に対しｘ軸まわりのねじり（図１（ｃ）と同様）を付与することができる。

また逆に、素材１３の被加工部３３において第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）が第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）よりも凸の形状である素材１３を用いる場合は、同様の型２３で加圧することにより、図９（ｂ）のｘ軸まわりのねじりとは逆のねじりを付与することができる。

更に、図９（ｃ）は、複数回の加工により素材１３の長手方向（ｘ）にわたって連続的にねじりを付与する場合に用いる素材１３Ｂの形状の例を示す。素材１３Ｂの加工対象の範囲にわたって、図９（ａ）の被加工部３３と同様に、凹部（ａ）と凸部（ｂ）が交互に配置された形状である。

素材１３，１３Ｂの凹凸の形状の形成は、各種の手段で可能である。例えば予め全面的なプレス加工などで可能である。なお凹部（ａ）及び凸部（ｂ）は図示のような矩形でなくても曲面などで構わない。

実施の形態３で複数回の加工を行う場合も実施の形態１と同様に可能である。

以上のように、実施の形態３の鍛造方法によっても、実施の形態１と同様の加工の効果を得られる。また図９のような実施の形態３の場合、素材１側の工夫により、加工側は例えば従来の設備（鍛造装置など）をそのまま有効利用できる。

＜実施の形態４＞
次に、図１１などを用いて、本発明の実施の形態４の鍛造方法について説明する。実施の形態４では、型２（２４）により被加工部３（３４）の温度を制御して変形抵抗を変えることによりねじりを付与する構成である。

実施の形態４では、素材１の被加工部３（３４）を前記図１０と同様に八分割して考えたとき、第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）のｘ軸方向の変形が第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）のｘ軸方向の変形よりも大きい（あるいは逆に、第１の領域のｘ軸方向の変形が第２の領域のｘ軸方向の変形よりも大きい）、という作用（条件）をもたらすように、型２４により被加工部３４の温度を制御する構成である。

図１１は、実施の形態４の鍛造方法における、一対の型２４（２４ａ，２４ｂ）により素材１の被加工部３４にねじりを付与する例を示す。図１１（ａ）は、１回の加工時の一対の型２４（２４ａ，２４ｂ）と被加工部３４との配置関係を示している。

図１１（ｂ）では、被加工部３４の図１０と同様の八分割の領域Ｅ〜Ｌに対応した、一対の型２４（２４ａ，２４ｂ）における対応する各領域を記号ｅ〜ｌで示している。第１の型２４ａにおける領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈの下側面は、加工時、それぞれ被加工部３４の領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈに近付くまたは接する。第２の型２４ｂにおける領域ｉ，ｊ，ｋ，ｌの上側面は、加工時、それぞれ領域Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌに近付くまたは接する。

そして、一対の型２４（型２４を制御する装置を含む）の構成として、被加工部３４の例えば第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）に対応して、第１の型２４ａの領域ｅ，ｇ、及び第２の型２４ｂの領域ｊ，ｌに、加熱機構（例えばバーナー、レーザー等）が実装される。あるいは逆に、被加工部３４の例えば第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）に対応して、第１の型２４ａの領域ｆ，ｈ、及び第２の型２４ｂの領域ｉ，ｋに、冷却機構が実装されてもよい。このような一対の型２４により被加工部３４の局所的な過熱あるいは冷却を行うことにより、第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）と第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）とで温度差をつくる。例えば第１の領域の温度を第２の領域の温度よりも高くし、第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）の変形抵抗を第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）の変形抵抗よりも小さくし、第１の領域の各領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌのそれぞれのｘ軸方向の変形を大きくし、即ち、第１の領域のｘ軸方向の変形を第２の領域のｘ軸方向の変形よりも大きくする。これにより第１の領域と第２の領域とにおけるｘ軸方向の変形の差により、被加工部３４にｘ軸まわりのねじりを付与することができる。

図１１（ｃ）は、上記温度制御の加工による、素材１の被加工部３４の加工後の状態を模式的に示している。このように被加工部３４は概略的に鞍形（一方の対角がｚ方向に凹、他方の対角がｚ方向に凸の形状）になる。

実施の形態４で複数回の加工を行う場合も実施の形態１と同様に可能である。

以上のように、実施の形態４の鍛造方法によっても、実施の形態１と同様の加工の効果を得られる。また図１１のような実施の形態４の場合、加熱または冷却の機構を除けば、実施の形態１と同様に、型２１の形状に対応した単純な工具や鍛造装置によりねじりを付与することができる。

＜実施の形態５＞
次に、図１２などを用いて、本発明の実施の形態５の鍛造方法について説明する。実施の形態５では、被加工部３５と型２５との接する面の摩擦抵抗を変えることによりねじりを付与する構成である。

図１２は、実施の形態５の鍛造方法における、１回の加工で一対の型２５（２５ａ，２５ｂ）を用いて素材１（被加工部３５）にねじりを付与する例を示す。

図１２（ａ）（図１１と同様）では、１回の加工時の一対の型２５（２５ａ，２５ｂ）と被加工部３５との配置関係を示している。図１２（ｂ），（ｃ）は、型２５のみを図示している。図１２（ｂ）は、特に第２の型２５ｂにおける被加工部３５の前記図１０の領域Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌに接する面を、対応する記号ｉ，ｊ，ｋ，ｌで示している。同様に、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）をｘ軸まわりに１８０度回転させた状態を示し、特に第１の型２５ｂにおける被加工部３５の前記図１０の領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈに接する面を、対応する記号ｅ，ｆ，ｇ，ｈで示している。例えば型２５の領域（面）ｅは、被加工部３５の領域Ｅを加圧する領域（面）となる。型２５の領域（面）ｅ，ｇ，ｊ，ｌは、被加工部１５の第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）を加圧する領域（面）となる。型２５の領域（面）ｆ，ｈ，ｉ，ｋは、被加工部１５の第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）を加圧する領域（面）となる。

そして、一対の型２５（２５ａ，２５ｂ）における、被加工部３５の例えば第２の領域（Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）を加圧する領域（面）ｆ，ｈ，ｉ，ｋの表面粗さを、第１の領域（Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌ）を加圧する方の領域（面）ｅ，ｇ，ｊ，ｌの表面粗さよりも粗くする、即ちｘ軸方向の摩擦抵抗を相対的に大きくする構成とする。これにより、第１の領域とのｘ軸方向の摩擦抵抗と、第２の領域とのｘ軸方向の摩擦抵抗との差により、一方側の領域の変形が大きくなるので、実施の形態４（図１１（ｃ））と同様に、素材１の被加工部３５にｘ軸まわりのねじりを付与することができる。

上記型２５における表面粗さを粗くする（摩擦抵抗を変える）方法としては、例えば相対的に粗くする方の表面にローレットをつける等、各種の手段を適用可能である。

実施の形態５で複数回の加工を行う場合も実施の形態１と同様に可能である。

以上のように、実施の形態５の鍛造方法によっても、実施の形態１（実施の形態４）と同様の加工の効果を得られる。

＜実施の形態６＞
次に、図１３などを用いて、本発明の実施の形態６の鍛造方法について説明する。実施の形態６の鍛造方法として、素材１に断面形状を成形すると共にねじりを付与する鍛造方法の例を示す。実施の形態６は、例えば実施の形態１の構成（型２を角度を成して配置する構成）を基本としつつ、素材１に断面形状を成形するための型２の構成を有する。

図１３（ａ）は、一対の型２６（２６ａ，２６ｂ）を用いて素材１（所望の範囲の被加工部）を複数回の加工により加工している状態の例を示す。また、上下の型２６（２６ａ，２６ｂ）は形状が異なり、第１の型２６ａは下側の面が凸形状、第２の型２６ｂは上側の面が凹形状である。

図１３（ｂ）は、型２６（２６ａ，２６ｂ）をｚ軸正側から見たｘｙ平面図である。前記実施の形態１（図３）と同様に、一対の型２６は角度を成すように配置されている。

図１３（ｃ）は、型２６（２６ａ，２６ｂ）をｘ軸負側から見たｙｚ平面図である。第１の型２６ａの下側の面は、ｚ軸負方向に凸（楕円）の形状を持つ曲面になっている。第２の型２６ａの上側の面は、ｚ軸負方向に凹（楕円）の形状を持つ曲面になっている。第１の型２６ａの曲面よりも第２の型２６ａの曲面（凹）の方が深くなっている。

１回の加工時、上側の凸の型２６ａと下側の凹の型２６ｂとを、前述（図４）のように角度などの条件を満たす状態で、素材１の被加工部３６（所望の加工位置Ｍ）に対し押込む。すると、素材１の当該加工位置Ｍの断面形状を成形すると共に、ねじりを付与することができる。この断面形状の成形（及びねじり付与）は、型２６の形状に応じたものとなる。よって例えばいくつかの種類の型２６を用意して使い分けることで、所望の加工内容に応じたより詳細・複雑な断面形状の成形（及びねじり付与）が可能である。

また、所望の加工内容に応じて、型２６の配置の角度を変更したり、型２６の押圧力を変更したり、送りのピッチＫを調整したりすることにより、所望の形状を成形できる。特に、製品の設計データに応じて上記のような鍛造方法の加工因子を制御するデータ（加工装置の数値制御データ等）を作成して鍛造（加工）の手順を自動化するシステム構成としてもよい。

以上のように、実施の形態６の鍛造方法によれば、実施の形態１と同様にねじりを付与する効果が得られると共に、所望の断面形状を成形できる。

上述した実施の形態では、便宜上、断面形状が四角である棒状の素材１を例に説明してきたが、これに限らず、素材１の断面形状は、楕円などを含む任意の閉じた曲線であってもよく、また長方形や多角形などの任意の閉じた形状であってもよい。

＜鍛造装置＞
次に、図１４を用いて、実施の形態１等の鍛造方法に対応した実装構成を持つ本発明の一実施の形態の鍛造装置の構成について説明する。本実施の形態の鍛造装置では、特に実施の形態１の鍛造方法（図３等）に対応した構成例を示す。これに限らず、実施の形態２〜６の鍛造方法に対応した鍛造装置とする場合は、当該鍛造方法に応じて一部（型２及びその駆動制御機構など）を異なる構成とすればよく、全体的には概略同様に構成可能である。

図１４で、本鍛造装置は、フレーム５０と、マニュピレータ５１と、把持部５２（クランプアーム等）と、駆動装置５３と、テーブル５４と、型２１（図３同様）と、を有する構成である。フレーム５０は、駆動装置５３やテーブル５４を含む各部を収容する筐体である。

マニュピレータ５１は、素材１を把持部５２により把持して操作する。なおマニュピレータ５１の本体は図示していないが公知技術により構成可能である。マニュピレータ５１は、少なくとも、素材１の長手方向に対応したｘ方向（前後）で移動可能である。本構成では、ｘ方向、ｙ方向（左右）、ｚ方向（上下）でそれぞれ移動可能であり、またｘ軸まわりの回転も可能となっている。即ちマニュピレータ５１（その制御）により、素材１を任意の位置に移動させ、任意の姿勢で保持することができ、型２１に対する被加工部３の位置（加工位置Ｍ）を調整できる。

把持部５２は、素材１の任意の位置を把持する。例えば前記図６のように、素材１の一方端部（被把持部８）を把持する。そして、マニュピレータ５１により素材１を例えばｘ方向に適宜移動して位置決めすることができる。把持部５２は例えばｘ軸まわりの回転動作が可能となっている。本構成例では特に、素材１の片側（長手方向の一方端部）のみを位置決めのため把持する構成例を示しており、把持部５２の剛性（把持力）は高くなくて済む。

テーブル５４（５４ａ，５４ｂ）には型２１（２１ａ，２１ｂ）が取り付けられ保持される。複数の種類の型２を使い分ける構成の場合は、例えばテーブル５４に型２を着脱可能な構成とする。駆動装置５３は、テーブル５４（５４ａ，５４ｂ）の駆動を介して、テーブル５４（５４ａ，５４ｂ）に保持された型２１（２１ａ，２１ｂ）を駆動する。駆動装置５３は、少なくとも、テーブル５４及び型２１のｚ方向の移動と、素材１の被加工部３に対する押込みの加圧力（押込み量）とを制御する。本構成では、実施の形態１の型２１の成す角度（α，β，γ）を可変に設定可能な構成とする。即ち、駆動装置５３は、テーブル５４（５４ａ，５４ｂ）のｚ軸まわりの回転を自在に制御し、これにより型２１（２１ａ，２１ｂ）の配置を制御して所望の角度（α，β，γ）に設定可能である。

なお駆動装置５３による下側のテーブル５４ｂ及び型２１ｂの駆動制御は必須ではなく、上側のテーブル５４ａ及び型２１ａの駆動制御のみに統合した形態とすることができる（下側は固定とし、相対的に上側を制御すればよい）。また駆動装置５３は更に上位の制御装置（例えば前述の設計データに応じた数値制御データを生成して駆動装置５３に与える装置）などから制御されてもよい。

なお前述（図１）の通り原理的には素材１の長手方向の端部などの把持は必須では無いが、本鍛造装置（図１４）では、素材１の任意の加工位置による複数回の加工を自在に可能とする素材１の位置決めの手段として、マニュピレータ５１等を備える構成を示している。

上記鍛造装置の構成で、各部（５１〜５４，２１）を駆動制御して各種の加工因子を調整することにより、素材１を所望の様々な形状にフレキシブルに鍛造加工することが可能である。

上記図１４の鍛造装置の構成で、素材１の長手方向（ｘ）の所望の範囲にわたって連続的にねじりを付与する鍛造方法における作業内容（処理手順）の例を以下に示す。なお本作業内容の各処理手順は、基本的に自動化（製品設計データに応じた数値制御など）により人の動作を概ね省略できるが、人の動作により各手順を実現してもよい。

（１）マニピュレータ５１の把持部５２に素材１（金属製の棒状）の一方端（被把持部８）を把持させる。

（２）マニピュレータ５１を移動させ、把持された素材１の被加工部（区分単位）３が、型２１（２１ａ，２１ｂ）の位置に対して所望の加工位置Ｍになるように調整（位置決め）する。それと共に、駆動装置５３によるテーブル５４の駆動により、型２１（２１ａ，２１ｂ）が被加工部３に対して加工内容に応じた所定の角度（α，β，γ）になるように調整する。例えば図３（ｂ），図４のような状態にする。

（３）駆動装置５３によるテーブル５４のｚ方向の駆動により、上側の第１の型２１ａをｚ負方向に駆動（移動）させて、一対の型２１により素材１の被加工部３を挟み込んで所定の力で第１の型２１ａ及び第２の型２２ａを被加工部３に押込む。これにより前述のように被加工部３にねじりが付与される。

（４）上記押込みを所定時間で行った後、駆動装置５３によるテーブル５４のｚ方向の駆動により、上側の第１の型２１ａをｚ正方向に駆動（移動）させて、型２１（２１ａ，２１ｂ）を元（押込み前）の位置へ戻す。

（５）型２１（２１ａ，２１ｂ）の位置に対して素材１の次の加工位置Ｍの被加工部（区分単位）３が来るようにマニピュレータ５１をｘ方向などで所定ピッチＫで移動させる（素材１をｘ方向で送る）。そしてそれと共に、上記（２）と同様に、駆動装置５３によるテーブル５４の駆動により、型２１（２１ａ，２１ｂ）が被加工部３に対して加工内容に応じた所定の角度（α，β，γ）になるように調整する。

（６）以後、上記（３）〜（５）のような手順を、所望の加工内容に応じて加工位置Ｍを変えながら同様に繰り返し、素材１の加工対象の全範囲に応じた加工回数分の鍛造加工が終了すると、マニピュレータ５１を移動させて把持部５２から素材１を離す。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば上述した各実施の形態の鍛造方法を２つ以上組み合わせて素材１にねじりを付与する加工を行う形態なども可能である。

変形例として、図１のような原理に基づき、型２の構成をより複雑な構成としてもよい。例えば図２の領域Ａ〜Ｄに対応して、型２（２ａ，２ｂ）を二分割や四分割した構成として、分割された部分をそれぞれ独立的に駆動可能とし、これによりｚ方向で各領域Ａ〜Ｄへ与える加圧力を可変に制御可能としてもよい。例えば第１の型２ａを領域Ａ，Ｃに対応して二分割し、第２の型２ｂを領域Ｂ，Ｄに対応して二分割した構成などである。

本発明は、例えばタービンなどを含む各種の製品の製造に利用可能である。

１…素材、２（２ａ，２ｂ），２１（２１ａ，２１ｂ）…型、３，３１…被加工部、８…被把持部、９…非加工部。

Claims (8)

1. 長手方向を持つ素材における被加工部を一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形する自由鍛造方法であって、
   前記素材の長手方向をｘ軸方向とし、前記一対の型による加圧方向をｚ軸方向とし、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とし、前記一対の型による前記素材の被加工部の領域を、ｘｙ平面とｚｘ平面とｙｚ平面とで八分割し、ｘが正でｙが正でｚが正である領域をＥ、ｘが負でｙが正でｚが正である領域をＦ、ｘが負でｙが負でｚが正である領域をＧ、ｘが正でｙが負でｚが正である領域をＨ、ｘが正でｙが正でｚが負である領域をＩ、ｘが負でｙが正でｚが負である領域をＪ、ｘが負でｙが負でｚが負である領域をＫ、ｘが正でｙが負でｚが負である領域をＬとし、一方の対角である領域ＥとＧとＪとＬを第１の領域、他方の対角である領域ＦとＨとＩとＫを第２の領域としたとき、
   前記素材の被加工部を前記一対の型によりｚ軸方向で挟み込み、前記第１の領域の各領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌのｘ軸方向の変形が、前記第２の領域の各領域Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋのｘ軸方向の変形よりも大きくなるように加圧することにより、前記被加工部にねじりを付与すること、を特徴とする自由鍛造方法。
2. 長手方向を持つ素材における被加工部を一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形する自由鍛造方法であって、
   前記素材の長手方向をｘ軸方向とし、前記一対の型による加圧方向をｚ軸方向とし、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とし、前記一対の型による前記素材の被加工部の領域を、ｚｘ平面とｙｚ平面とで四分割し、ｘが正でｙが正である領域をＡ、ｘが負でｙが正である領域をＢ、ｘが負でｙが負である領域をＣ、ｘが正でｙが負である領域をＤとし、一方の対角である領域ＡとＣを第１の領域、他方の対角である領域ＢとＤを第２の領域としたとき、
   前記素材の被加工部を前記一対の型によりｚ軸方向で挟み込み、前記第１の領域に対しｚ軸正方向の力を与えて変形させると共に、逆に前記第２の領域に対しｚ軸負方向の力を与えて変形させることにより、前記被加工部にねじりを付与し、
   前記一対の型における一方を第１の型、他方を第２の型とし、
   前記第１の型の長手方向の軸のベクトルとｚ軸方向のベクトルとで表現される平面を第１の平面（Ｐ）とし、前記第２の型の長手方向の軸のベクトルとｚ軸方向のベクトルとで表現される平面を第２の平面（Ｑ）とし、
   前記第１の平面（Ｐ）とｘ軸方向とで成す角度を第１の角度（α）とし、
   前記第２の平面（Ｑ）とｘ軸方向とで成す角度を第２の角度（β）とし、
   前記第１の平面（Ｐ）と第２の平面（Ｑ）とで成す角度を第３の角度（γ）としたとき、
   前記素材の被加工部に対する前記一対の型の配置の状態として、前記第１の角度（α）及び第２の角度（β）は０度より大きく９０度より小さい範囲内とし、前記第３の角度（γ）は０度より大きく１８０度より小さい範囲内とした状態で、前記素材の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより、前記被加工部にねじりを付与すること、を特徴とする自由鍛造方法。
3. 長手方向を持つ素材における被加工部を一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形する自由鍛造方法であって、
   前記素材の長手方向をｘ軸方向とし、前記一対の型による加圧方向をｚ軸方向とし、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とし、前記一対の型による前記素材の被加工部の領域を、ｚｘ平面とｙｚ平面とで四分割し、ｘが正でｙが正である領域をＡ、ｘが負でｙが正である領域をＢ、ｘが負でｙが負である領域をＣ、ｘが正でｙが負である領域をＤとし、一方の対角である領域ＡとＣを第１の領域、他方の対角である領域ＢとＤを第２の領域としたとき、
   前記素材の被加工部を前記一対の型によりｚ軸方向で挟み込み、前記第１の領域に対しｚ軸正方向の力を与えて変形させると共に、逆に前記第２の領域に対しｚ軸負方向の力を与えて変形させることにより、前記被加工部にねじりを付与し、
   前記一対の型による前記素材の被加工部の領域を、ｘｙ平面とｚｘ平面とｙｚ平面とで八分割し、ｘが正でｙが正でｚが正である領域をＥ、ｘが負でｙが正でｚが正である領域をＦ、ｘが負でｙが負でｚが正である領域をＧ、ｘが正でｙが負でｚが正である領域をＨ、ｘが正でｙが正でｚが負である領域をＩ、ｘが負でｙが正でｚが負である領域をＪ、ｘが負でｙが負でｚが負である領域をＫ、ｘが正でｙが負でｚが負である領域をＬとし、一方の対角である領域ＥとＧとＪとＬを第１の領域、他方の対角である領域ＦとＨとＩとＫを第２の領域としたとき、
   前記第１の領域の各領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌがｚ軸方向で凹形状であり、相対的に、前記第２の領域の各領域Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋがｚ軸方向で凸形状であり、
   前記素材の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより、前記被加工部にねじりを付与すること、を特徴とする自由鍛造方法。
4. 請求項１記載の自由鍛造方法において、
   前記素材の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで、前記第１の領域の各領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌの温度を前記第２の領域の各領域Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋの温度よりも高くする、もしくは低くして、前記第１の領域の変形抵抗を前記第２の領域の変形抵抗よりも高くする、もしくは低くすることにより、前記被加工部にねじりを付与すること、を特徴とする自由鍛造方法。
5. 請求項１記載の自由鍛造方法において、
   前記一対の型における、前記素材の被加工部の前記第１の領域の各領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌを加圧する第１の部分の表面粗さが、前記第２の領域の各領域Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋを加圧する第２の部分の表面粗さよりも粗く、
   前記素材の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより、前記被加工部にねじりを付与すること、を特徴とする自由鍛造方法。
6. 請求項１記載の自由鍛造方法において、
   前記素材の一方端部を鍛造装置または工具の把持部により把持した状態で、前記素材を移動させて前記一対の型の間の位置に対して前記素材の第１の被加工部が配置されるように位置決めする手順と、
   上記状態で、前記第１の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより当該第１の被加工部にねじりを付与し、前記一対の型を元の位置へ戻す手順と、
   前記素材を所定のピッチで移動させて前記一対の型の間の位置に対して前記素材の第２の被加工部が配置されるように位置決めする手順と、
   上記状態で、前記第２の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより当該第２の被加工部にねじりを付与し、前記一対の型を元の位置へ戻す手順と、を有すること、を特徴とする自由鍛造方法。
7. 長手方向を持つ素材における被加工部を一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形する自由鍛造の加工を行うための鍛造装置であって、
   前記素材の一方端部を把持する把持部を有し前記素材を少なくともｘ軸方向で移動させて前記素材を位置決めするマニュピレータと、
   前記一対の型を少なくともｚ軸方向で移動させて前記素材の被加工部を前記一対の型により挟み込んで加圧する駆動を行う駆動装置と、を有し、
   前記素材の長手方向をｘ軸方向とし、前記一対の型による加圧方向をｚ軸方向とし、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とし、前記一対の型による前記素材の被加工部の領域を、ｚｘ平面とｙｚ平面とで四分割し、ｘが正でｙが正である領域をＡ、ｘが負でｙが正である領域をＢ、ｘが負でｙが負である領域をＣ、ｘが正でｙが負である領域をＤとし、一方の対角である領域ＡとＣを第１の領域、他方の対角である領域ＢとＤを第２の領域としたとき、
   前記素材の被加工部を前記一対の型によりｚ軸方向で挟み込み、前記第１の領域に対しｚ軸正方向の力を与えて変形させると共に、逆に前記第２の領域に対しｚ軸負方向の力を与えて変形させることにより、前記被加工部にねじりを付与する加工、を制御し、
   前記素材の一方端部を前記把持部により把持した状態で、前記素材を移動させて前記一対の型の間の位置に対して前記素材の第１の被加工部が配置されるように位置決めする手順と、
   上記状態で、前記第１の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより当該第１の被加工部にねじりを付与し、前記一対の型を元の位置へ戻す手順と、
   前記素材を所定のピッチで移動させて前記一対の型の間の位置に対して前記素材の第２の被加工部が配置されるように位置決めする手順と、
   上記状態で、前記第２の被加工部を前記一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形することにより当該第２の被加工部にねじりを付与し、前記一対の型を元の位置へ戻す手順と、を制御すること、を特徴とする鍛造装置。
8. 長手方向を持つ素材における被加工部を一対の型を用いて挟み込んで加圧し成形する自由鍛造の加工を行うための鍛造装置であって、
   前記素材の一方端部を把持する把持部を有し前記素材を少なくともｘ軸方向で移動させて前記素材を位置決めするマニュピレータと、
   前記一対の型を少なくともｚ軸方向で移動させて前記素材の被加工部を前記一対の型により挟み込んで加圧する駆動を行う駆動装置と、を有し、
   前記素材の長手方向をｘ軸方向とし、前記一対の型による加圧方向をｚ軸方向とし、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とし、前記一対の型による前記素材の被加工部の領域を、ｘｙ平面とｚｘ平面とｙｚ平面とで八分割し、ｘが正でｙが正でｚが正である領域をＥ、ｘが負でｙが正でｚが正である領域をＦ、ｘが負でｙが負でｚが正である領域をＧ、ｘが正でｙが負でｚが正である領域をＨ、ｘが正でｙが正でｚが負である領域をＩ、ｘが負でｙが正でｚが負である領域をＪ、ｘが負でｙが負でｚが負である領域をＫ、ｘが正でｙが負でｚが負である領域をＬとし、一方の対角である領域ＥとＧとＪとＬを第１の領域、他方の対角である領域ＦとＨとＩとＫを第２の領域としたとき、
   前記素材の被加工部を前記一対の型によりｚ軸方向で挟み込み、前記第１の領域の各領域Ｅ，Ｇ，Ｊ，Ｌのｘ軸方向の変形が、前記第２の領域の各領域Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋのｘ軸方向の変形よりも大きくなるように加圧することにより、前記被加工部にねじりを付与する加工、を制御すること、を特徴とする鍛造装置。

Images