JP6291938B2 - 細径化加工方法及び細径化加工設備 - Google Patents

Description

この発明は成形ロールを用いて細径部を加工形成する細径化加工方法及び細径化加工設備に関する。

従来、金属製品の成形手法として型鍛造による成形手法が広く行われている。
図１４はその一例を示している。
この例は、タービンブレード（動翼）を型鍛造により成形する場合の例で、図中２００は鍛造前の加工素材（被加工材）であり、円柱形状をなしている。
ここでは型鍛造として先ず荒打鍛造型を用いて荒打鍛造を行い、厚肉の翼根となるべき第１部分２０２Ａと、薄肉の翼部となるべき第２部分２０４Ａを備えた中間鍛造品２０６Ａを鍛造成形する。
そしてその後、仕上鍛造型を用いて中間鍛造品２０６Ａに仕上鍛造を施し、最終鍛造品２０６を成形する。
この仕上鍛造によって、第１部分２０２Ａは厚肉の翼根２０２となり、また第２部分２０４Ａは薄肉の翼部２０４となる。
尚、ここでは２枚のタービンブレードを翼部２０４の先端で長手方向に連結した形の連結体として鍛造成形している。

しかしながらこの例の型鍛造では、長手方向に同径の円柱形状の加工素材２００から、厚肉の翼根２０２と薄肉の翼部２０４とを鍛造することから、その薄肉の翼部２０４に繋がる形で大量のバリ２０８が発生し、これが材料歩留りを著しく悪化させてしまう。
加えて荒打鍛造と仕上鍛造とを行うことから、鍛造型として荒打鍛造型と仕上鍛造型との２種の鍛造型（金型）が必要となり、所要の金型コストが高くなってしまう。
タービンブレードは少量生産品であり、１つの鍛造品（タービンブレード）のコストに占める金型の比率は高く、必然的に製品コストが高くなってしまう。

対策として、上記荒打鍛造に代えて、図１４に示す円柱形状の被加工材２００の、両端部を除いた中間部を細径化する加工を施して、図１５に示すように両端部に断面円形の大径部２０２Ｂを、それらの間に同じく断面円形の長い細径部２０４Ｂを有する予備成形品２０６Ｂを成形しておき、この予備成形品２０６Ｂに対して仕上鍛造型を用いた仕上鍛造を施すことで、最終鍛造品２０６を得る方法も考えられる。
この方法によれば、図１５に示しているようにバリ２０８の発生量を効果的に少なくすることができ、材料の歩留り率を飛躍的に向上させることができる。
尚この手法については、下記特許文献１に具体的に開示されている。

但しこの場合、予備成形品２０６Ｂをどのようにして加工形成するかが別途問題となる。
通常考えられる方法は、軸方向に同径の図１４に示す円柱状の被加工材２００から削り出しによって図１５に示す予備成形品２０６Ｂを得る方法であるが、この場合多くの材料が無駄に失われてしまうとともに、削り出しによって残った部分が鍛えられていないため、強度が低くなってしまう。

他の方法として、被加工材２００の中間部を金敷で軸方向に順次に叩いて同部分を鍛伸する方法が考えられる。詳しくは、被加工材２００の両端部間の中間部分を金敷で軸方向に沿って順次に逐次的に叩いて行き、その後被加工材２００を回転させて再び同様の逐次的な自由鍛造を施し、これを何回も繰り返すことによって予備成形品２０６Ｂを得る方法が考えられる。
但しこの場合、細径部２０４Ｂの加工のために多くの手間と時間とを要してしまう。

他方このような予備成形品２０６Ｂを、予備成形品２０６Ｂに対応した形状の凹凸形状を有する鍛造型を用いて型鍛造により一挙に得る方法も考えられるが、その場合、鍛造型による鍛造成形のために大きな力を要し、また予備成形品２０６Ｂのための鍛造型を別途に要してしまう問題がある。
以上はタービンブレードを成形する場合の例であるが、同様の問題はその他の様々な金属製品を鍛造成形する場合においても生じ得る。

図１６は、自動車のクランクシャフトを型鍛造にて成形する場合の例で、この場合においても最終鍛造品２１０は円柱形状の素材（被加工材）２１２に対して型鍛造を施すことで得られるが、その際に細径の軸部２１４の個所において、これに繋がる形で大量のバリ２１６が発生し、これが材料歩留り率を大きく低下させてしまう。

対策として、図１６（Ｃ）に示すように円柱形状の被加工材２１２の軸方向端部を断面円形の細径部２１４Ｂとした予備成形品２１０Ｂを得ておいて、これに対して型鍛造を施すことが考えられる。
このようにすれば、細径部２１４Ｂから発するバリの量を少なくすることができる。
そしてこの場合においても部分的な細径部２１４Ｂをどのようにして加工形成するかが問題となる。

以上は、同一径の単一の細径部を有する予備成形品を加工形成する場合の問題点であるが、太さが即ち径が様々に異なった細径部を軸方向の複数個所に有する加工品を得る場合にも同様の問題を生ずる。

図１７はその具体例として、軸方向に沿って段付形状をなす自動車のドライブシャフトの例を示している。
例えばドライブシャフト２１８の場合、太さ（径）の異なった複数種類の細径部２２０-１，２２０-２，２２０-３，２２０-４，２２０-５，２２０-６，２２０-７を有する形状をしており、また別のドライブシャフト２２２の場合、同じく太さ（径）の異なる複数種類の細径部２２４-１，２２４-２，２２４-３，２２４-４，２２４-５，２２４-６，２２４-７，２２４-８を有している。
これら複数種類の細径部を有するドライブシャフト２１８，２２２をどのようにして造るかが問題となる。

このように軸方向に沿って径が様々に異なる種々の細径部を有する複雑形状のドライブシャフトの場合、これを上記のように金敷にて叩き、逐次的な自由鍛造にてこれを成形することは難しい。
現状では、通常これら複雑形状をなすドライブシャフトは、予め軸方向長の長いロールの表面に、ドライブシャフトの形状に対応した複雑形状の凹凸即ち型を形成して成る一対のロールダイスを用い、軸心位置を固定状態とした一対のロールダイスを軸心周りに回転させつつ、それらロールダイスの間に円柱状の素材（被加工材）を挟み込んで、これをロールダイスの回転により被加工材を中心の軸心周りに転動運動させ、被加工材の外面にロールダイスの凹凸形状を転写することで、複雑形状のドライブシャフト２１８，２２２等を転造加工しているが、このような転造加工方法では次のような問題がある。

即ちこの転造加工による成形手法では、ロールダイスに、ドライブシャフトの複雑形状に対応した凹凸形状を付与しておかなければならないために、１つのロールダイスに要するコストが高く、加えてこの転造加工による成形手法では、ロールダイスが特定形状の１つのドライブシャフトのみが成形可能な専用のロールダイスとなってしまい、従って形状の異なった他の種類のドライブシャフトを加工成形するためには別途の且つ専用のロールダイスが必要となり、ロールダイスに要するコストが高くなってしまう。

尚、特許文献２には「２ローラダイス型転造装置」についての発明が示され、そこにおいて被加工材（ブランク）に歯車を転造加工する２ローラダイス型転造装置が記載されており、一対の荒ローラダイスと仕上ローラダイスとを軸方向にそれぞれ並設し、被加工材を軸方向に順次位置移動させることで、ブランクに対して荒転造加工と仕上転造加工を連続して行う点が開示されている。

また特許文献３には「転造盤」についての発明が示され、そこにおいて被加工材（ワーク）にねじ形等を転造する転造盤が記載されており、転造加工中は送り装置とワーク保持台の連結を解除して被加工材を軸方向に自由移動可能とし、ロールダイスと被加工材の間にスラスト力が発生した場合には、被加工材を軸方向にスライド移動させることで、被加工材に作用する無理なスラスト力を解消する点が開示されている。

しかしながらこれら特許文献２，３に記載のものは、ロールダイスによる転造加工である点で上記と変りがなく、従ってこれら文献に記載のものでは、ロールダイス（ローラダイス）の成形面の幅を限度として被加工材に塑性変形を付与し得るのみであり、ロールダイスの幅を超えて被加工材の軸方向所定範囲に亘って塑性変形を付与することはできない。

特開２０１３−１８０１８号公報 特開平９−６６３３２号公報 特開２０１１−２５５３８７号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、棒状の被加工材に対して軸方向の所定部位に断面円形の細径部を少ない力で安価に加工形成することができ、また軸方向に沿って太さ（径）の様々に異なった細径部であっても共通の成形ロールを用いつつ容易に加工形成することを可能とする細径化加工方法及び細径化加工設備を提供することを目的としてなされたものである。

上記課題を解決するための本発明は、(ａ)棒状の被加工材を回転可能に保持する保持部材と、(ｂ)該被加工材の周方向に単数若しくは複数配置された、平滑な成形面を外周面に備えた成形ロールと、(ｃ)該成形ロールを該被加工材に対し、該被加工材の軸方向に任意の移動量で相対移動させる第１移動手段、及び該被加工材の軸直角方向に任意の移動量で相対移動させる第２移動手段を備えた該成形ロールの相対移動手段と、(ｄ)該成形ロールを回転駆動する回転駆動手段と、(ｅ)該成形ロールにおける幅方向の一方の外側部位および他方の外側部位に、且つ、互いに独立して前記軸直角方向に移動可能に配置された一方の均しロールおよび他方の均しロールと、を有する加工設備を用い、前記被加工材に接触させた前記成形ロールの回転により該被加工材を中心の軸心周りに転動させながら該成形ロールを押し込んで該被加工材を該軸心側に圧下し、断面円形に細径化する細径化動作を、該被加工材の軸方向に沿って同一の若しくは異なった圧下量で施し、前記成形ロールの幅よりも軸方向に長い予定加工範囲に亘って細径部を加工形成するとともに、該成形ロールの幅方向の外側部位で前記被加工材に生じる盛上りを、前記一方の均しロールおよび他方の均しロールの少なくとも何れかで押圧して均し動作させるようになしたものである。

以上のような本発明では、成形ロールを棒状の被加工材に接触させ、成形ロールの回転により被加工材をその中心の軸心周りに転動させながら、成形ロールにて被加工材を圧下し、細径化動作を行わせる。
そしてその細径化動作を、被加工材の軸方向に沿って同一の若しくは異なった圧下量で施し、成形ロールの幅よりも軸方向に長い予定加工範囲に亘って細径部を加工形成する。

いわば本発明は、成形ロールに被加工材に対して転写すべき形を付与しておいて、成形ロールと被加工材との軸方向の相対位置を同一に保ちながら、ロール回転により全形状を一挙に被加工材に写すのと異なって、成形ロールを被加工材の軸方向及び軸直角方向に相対移動させることで、軸方向に長い予定加工範囲に亘って被加工材に対して圧下を行い、所望の細径形状を付与することを技術的思想とするものである。

かかる本発明の加工方法によれば、成形ロールの被加工材に対する軸方向位置を様々に変化させながら、その軸方向位置に応じて成形ロールによる被加工材の圧下量を定めることで、同一の成形ロールを用いつつ、被加工材の、成形ロールの幅よりも軸方向に長い予定加工範囲に亘って同一径の若しくは径の様々に異なった複数の細径部を加工形成することが可能である。

このように本発明の加工方法は、成形ロールの移動により少しずつ部分的に被加工材に加工を加えて行って全体の形状を造るものであるため、被加工材の全加工範囲に亘って一挙に鍛造型にて鍛造加工を施す場合のように、加工に際して著しく大きな力を要するといったことはなく、少ない力で加工を行うことができる。
また成形ロールの移動のパターンに応じて加工の形状を定め得ることから、少ない数の成形ロールにて様々な形状を加工形成することが可能であり、加工のための所要コストを安価とすることができる。

本発明では、被加工材の周方向において成形ロールを単数で設けておくことも可能である。
但しこの場合には、被加工材を支える支持部材を別途に設け、それら成形ロールと支持部材とで被加工材を挟み込むようにして、成形ロールによる加工を行わせるようになすのが望ましい。
この場合において、その支持部材としてロール（即ち支持ロール）を用いることができる。

本発明の加工方法では、被加工材に対する成形ロールの軸方向の相対移動を、被加工材からの成形ロールの一時的な離間を伴って間欠的に行い、細径化動作を軸方向に順次に施して行くことができる（請求項２）。

或いは成形ロールの被加工材に対する軸方向の相対移動を、被加工材に対し成形ロールを接触状態に保ちながら連続的に行い、上記細径化動作を軸方向に連続して施して行くことができる（請求項３）。

また上記の細径化動作を軸直角方向に複数段階に行い、被加工材を段階的に軸直角方向に細径化して行くことができる（請求項４）。

また被加工材に対する軸心側への成形ロールの圧下量を軸方向において異ならせることで、径の異なった細径部を被加工材に加工形成することができる（請求項５）。
尚、軸方向の同じ個所に対し、請求項４に従って細径化動作を軸直角方向に複数段階に行う場合（予定加工範囲全体に亘って細径化動作を軸直角方向に複数段階に行う場合も同様）、請求項１及び請求項５に言う圧下量とは、各段階の圧下量を合計した全体の圧下量を意味する。

本発明の加工方法では、また、被加工材の周方向に成形ロールを複数配置し、それら複数の成形ロールを均等な押込量で被加工材に押し込んで細径部を加工形成することができる（請求項６）。
このようにすれば、複数の成形ロールにて被加工材をバランス良く安定的に挟み込み圧下を行い易い。
この場合において、複数の成形ロールを周方向において等間隔で配置しておくことが望ましい。

本発明の加工形成方法ではまた、被加工材の周方向において、成形ロールの幅方向の外側部位で被加工材の外面に接触して押圧する均しロールを配置しておき、成形ロールの幅方向の外側部位で被加工材に生ずる盛上りを、その均しロールにて均し動作させる。
このようにすることで、成形ロールによる圧下によって、成形ロールの幅方向の外側部位で被加工材に生じた盛上りがそのまま残ってしまうのを防ぐことが可能であり、形状良好な加工品を得ることができる。

更に本発明では、成形ロールにおける幅方向の一方の外側部位と他方の外側部位とで、それぞれ被加工材の外面に接触する一方の均しロールと他方の均しロールとを、互いに独立して軸直角方向に移動可能に配置しており、盛上りの均し動作を各均しロールごとに独立して行わせることができる。

均しロールが均し動作する際、成形ロールにおける幅方向の一方の外側部位と他方の外側部位とで被加工材の径が異なっている場合、即ち軸方向において細径部の一方の外側部位と他方の外側部位とで径が異なっている場合、均しロールが盛上りを均し動作すべき軸直角方向位置（径方向位置）も異なったものとなる。
ここにおいて本発明によれば、そのような場合において一方の均しロールと他方の均しロールとにより、良好に被加工材に生ずる盛上りを均し動作することが可能となる（請求項７）。

本発明の加工方法は、中空構造の被加工材の加工に適用することも可能であるが、特に中実構造の被加工材の加工に適用して好適である（請求項８）。
また、軸方向に沿って径の異なった細径部を複数有する段付形状の形状複雑な加工品の加工方法として適したものである。

本発明の加工方法では、更に、被加工材の予定加工範囲全長に亘る、細径化動作を伴う成形ロールの１回の軸方向移動を１加工パスとして、加工パスを複数回繰り返し行い、細径化を行うようにすることができる（請求項９）。

請求項１０は加工設備に関するもので、この加工設備は(ａ)棒状の被加工材を回転可能に保持する保持部材と、(ｂ)該被加工材の周方向に単数若しくは複数配置された、平滑な成形面を外周面に備えた成形ロールと、(ｃ)該成形ロールを該被加工材に対し、該被加工材の軸方向に任意の移動量で相対移動させる第１移動手段、及び該被加工材の軸直角方向に任意の移動量で相対移動させる第２移動手段を備えた該成形ロールの相対移動手段と、(ｄ)該成形ロールを回転駆動する回転駆動手段と、(ｅ)該成形ロールにおける幅方向の一方の外側部位および他方の外側部位に、且つ、互いに独立して前記軸直角方向に移動可能に配置され、前記成形ロールの前記被加工材に対する圧下により該被加工材に生ずる盛上りを均し作用する一方の均しロールおよび他方の均しロールと、（ｆ）前記成形ロールの回転及び前記軸方向と軸直角方向の相対移動を制御し、該成形ロールにて該被加工材に予め定めたパターンで圧下による加工を行わせるとともに、前記一方の均しロールおよび他方の均しロールの前記軸直角方向の位置を互いに独立して制御するコントローラと、を有していることを特徴とする。
このような加工設備によれば、上記加工方法を好適に実施することができる。
またこの設備によれば、コントローラによる制御の下に加工を自動化することができる。

この加工設備では、成形ロールの被加工材に対する圧下により被加工材に生ずる盛上りを均し作用する均しロールを備えておき、この均しロールを、成形ロールの幅方向外側部位に配置しておく。
そしてこの均しロールもまた、上記コントローラにて位置制御するようになしておく。

この設備によれば、成形ロールの圧下により被加工材に盛上りが生じることがあっても、均しローラの均し作用でこれを平滑化することが可能であり、且つコントローラによる制御によって均しロールを適正な位置に位置させ、被加工材の必要な個所に対する均し作用を適正に行わせることができる。

以上のような本発明は、被加工材に対して成形ロールの移動により少しずつ部分的に加工を加えて行って全体の形状を造るものであるため、被加工材の全加工範囲に亘って一挙に鍛造型にて鍛造加工を施す場合のように、加工に際して著しく大きな力を要するといったことはなく、少ない力で加工を行うことができる。
また成形ロールの移動のパターンに応じて加工の形状を定め得ることから、少ない数の成形ロールにて様々な形状を加工形成することが可能であり、加工のための所要コストを安価とすることができる。

本発明の一実施形態である細径化加工設備の斜視図である。 図１の細径化加工設備の構成説明図である。 細径化加工設備の図２とは異なる構成説明図である。 図２の成形ロールの作用説明図である。 図３の均しロールの作用説明図である。 本発明の細径化加工方法の一実施形態の説明図である。 図６に続く説明図である。 同実施形態の加工方法を図６，７とは異なる形状に適用した場合の説明図である。 図８の例における均しロールの作用説明図である。 本発明の細径化加工方法で加工形成可能な形状の例を示した図である。 本発明の他の実施形態の加工方法を示した説明図である。 同実施形態の加工方法を図１１とは異なる形状に適用した場合の説明図である。 本発明の加工方法における更に他の実施形態の説明図である。 タービンブレードの成形方法についての従来例を示した図である。 図１５とは異なる成形方法の例を示した図である。 クランクシャフトの成形方法についての説明図である。 ドライブシャフトの形状例を示した図である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は本実施形態の細径化加工設備で、１２はベース、１４は上固定盤である。これらベース１２と上固定盤１４とは４本のタイロッド１６にて上下に連結されている。
上固定盤１４には第１の昇降シリンダが組み込まれている。１８はその昇降シリンダから延び出したシリンダロッドで、その下端が上昇降プレート（第１の昇降プレート）２０に連結され上昇降プレート２０がシリンダロッド１８の上下動によって図中上下に昇降させられるようになっている。

上昇降プレート２０の下面側には、成形ロール（第１の成形ロール）２２が下向きに突出する状態で設けられている。
成形ロール２２は、その中心の水平な軸心周りに回転可能に、取付部材２４にて上昇降プレート２０に取り付けられており、成形ロール２２が、上昇降プレート２０一体に昇降させられるようになっている。

一方上記のベース１２には、その上面側に成形ロール（第２の成形ロール）２６が、同じく水平な中心の軸心周りに回転可能に設けられている。
この成形ロール２６は、取付部材２７によってベース１２に対し上下に位置固定状態で回転可能に取り付けられている。
ここで上側の成形ロール２２と下側の成形ロール２６とは、図中左右方向において同一位置に配置され、それぞれが上下に対向せしめられている。
詳しくは、上側の成形ロール２２の中心の軸心と下側の成形ロール２６の中心の軸心とが互いに平行で、且つ平面視において同じ位置に位置する状態に、成形ロール２２と２６とが上下に対向せしめられている。
尚、成形ロール２２と２６とは、そのサイズも形状も同一である。

図２において、３４は上，下一対の成形ロール２２，２６を回転駆動する駆動モータで、この駆動モータ３４からは駆動軸３６が延び出している。
そしてこの駆動軸３６に対して、その回転駆動力を成形ロール２２，２６に伝達する伝達ロッド４０，４１が、それぞれギヤ３８において連結され、駆動軸３６の回転が伝達ロッド４０，４１のそれぞれに、更には上下一対の成形ロール２２，２６のそれぞれに伝達されるようになっている。即ちそれら成形ロール２２及び２６が、駆動モータ３４による駆動力によって互いに回転させられるようになっている。
尚図２中の矢印で示しているように、成形ロール２２と２６とは同じ方向に回転させられる。
即ち、ここでは駆動モータ３４、駆動軸３６、ギヤ３８及び伝達ロッド４０，４１が回転駆動手段をなしている。

上昇降プレート２０の下側には、下昇降プレート（第２の昇降プレート）２８が設けられている。
この下昇降プレート２８には、図２に示しているように第２の昇降シリンダ３０が連結されており、この昇降シリンダ３０によって下昇降プレート２８が昇降するようになっている。
図２において、３２はその昇降シリンダ３０から延び出したシリンダロッドである。
ここで上昇降プレート２０と下昇降プレート２８とは、上記のタイロッド１６をガイドロッドとして昇降させられる。
この実施形態において、下昇降プレート２８は、上昇降プレート２０の昇降時に上昇降プレート２０の昇降量の半分の昇降量で且つ半分の速度で昇降せしめられる。

図２において４２は、図中左端から右端に到るまで太さ（径）が軸方向に一様な金属製の円柱状の被加工材で、４４，４６は被加工材４２の一端部と他端部とを回転可能に保持する保持部材としてのマニピュレータである。
ここで被加工材４２は、その中心の軸心が上成形ロール２２及び下成形ロール２６の中心軸心と平行、且つ平面視において上成形ロール２２，下成形ロール２６の軸心と一致する状態に配置される。マニピュレータ４４，４６の位置がその様に定められている。
マニピュレータ４４，４６は被加工材４２を把持する把持部４８，５０を有しており、爪５２によって被加工材４２を把持し、被加工材４２と一体に回転する。
この実施形態において、マニピュレータ４４，４６もまた、下昇降プレート２８と同じ昇降量で且つ同じ昇降速度で昇降し、被加工材４２を図中上下方向に移動させる。
尚、一方の把持部４８には油圧シリンダのシリンダロッド５４が連結されている。

シリンダロッド５４を有する油圧シリンダは、後述するように、被加工材４２に対する加工時に被加工材４２の軸方向の伸びを吸収する吸収機構としての働きを有するもので、被加工材４２が伸びを生じるとシリンダロッド５４がその伸びに追従して図中右方向に引込動作し、即ち油圧シリンダが収縮動作し、被加工材４２の伸びを吸収する。

図１及び図３に示しているように、下昇降プレート２８の上面には、上成形ロール２２と下成形ロール２６との間の位置において、被加工材４２を間にした図３中上下の両側位置に、各１組の（合せて２組の）均しロールユニット５６，５８が設けられている。
一方の組の均しロールユニット５６は、被加工材４２の軸方向に離隔した一対の均しロール６０ａ，６０ｂと、それらを保持して被加工材４２の軸直角方向に移動させる移動シリンダ６２ａ，６２ｂとを有している。図３中６４ａ，６４ｂは、それら移動シリンダ６２ａ，６２ｂから突き出したシリンダロッドである。

他方の組の均しロールユニット５８もまた同様に、被加工材４２の軸方向に離隔した一対の均しロール６６ａ，６６ｂと、それぞれを保持して被加工材４２の軸直角方向に移動させる一対の移動シリンダ６８ａ，６８ｂとを有している。図３中７０ａ，７０ｂは、それら移動シリンダ６８ａ，６８ｂにおけるシリンダロッドを示している。

ここで各組の均しロールユニット５６，５８は、それぞれの各一対の均しロール６０ａ，６０ｂ及び６６ａ，６６ｂを、上成形ロール２２，下成形ロール２６の幅方向の両外側部位で被加工材４２の外面に接触させてこれを押圧し、上成形ロール２２，下成形ロール２６による圧下によって上成形ロール２２，下成形ロール２６の幅方向の両外側部位で被加工材４２が盛上り７６（図５参照）を生じたときに、これを均し動作する働きをする。

尚、各組の均しロールユニット５６，５８それぞれにおいて、一対の移動シリンダ６２ａ，６２ｂ及び６８ａ，６８ｂは、それぞれが独立に均しロール６０ａ，６０ｂ及び６６ａ，６６ｂを被加工材４２の軸直角方向に移動させることができる。
従って均しロール６０ａと６０ｂ及び６６ａと６６ｂとは、それぞれ被加工材４２の軸直角方向において異なった位置に位置して均し動作することが可能である。
尚、図３において図中右側の均しロール，左側の均しロールは被加工材４２の周方向の２個所に設けてあるが、場合によってこれらを周方向の１個所にのみ設けておくこと、或いは３個所以上の複数個所に設けておくといったことも可能である。

図２において、１５は設備全体の動作を制御するコントローラで、上記上昇降プレート２０を昇降させる第１の昇降シリンダ，下昇降プレート２８を昇降させる第２の昇降シリンダ３０，成形ロール２２，２６を回転駆動するモータ３４，マニピュレータ４４，４６は、このコントローラ１５によってそれぞれ動作制御される。
即ち、成形ロール２２，２６による被加工材４２に対する加工の動作がコントローラ１５により動作制御されることで、被加工材４２に対する様々な加工が自動的に行われる。

図６及び図７は、上記細径化加工設備１０を用いて被加工材４２に対し細径化加工を施す際の手順を示している。
図６（Ｉ）に示しているように、ここでは成形ロール２２を上昇降プレート２０とともに上昇させて成形ロール２２と２６との間を拡げた状態とし、その状態で後退位置に位置させたマニピュレータ４４により被加工材４２の一端部を保持して、これをマニピュレータ４４の前進により軸方向に移動させ、被加工材４２を成形ロール２２と２６との間に挿入する。そして被加工材４２の他端部を今一方のマニピュレータ４６にて保持する。
このとき成形ロール２２，２６と被加工材４２とは、それぞれの軸心が互いに平行且つ平面視において一致した状態となる。

尚、図６に示しているように一対の成形ロール２２及び２６は、水平方向即ち成形ロール２２，２６及び被加工材４２の軸心と平行方向に伸び、同方向及び周方向に平滑な面をなす成形面７１ａを外周面７１に備えている。
この外周面７１にはまた、成形面７１ａの幅方向両外側部位にテーパ形状をなす微小幅のテーパ面７１ｂが備えられている。
テーパ面７１ｂは、成形ロール２２，２６の幅方向のコーナー部を面取りすることによって形成された面である。

次に図６（II）に示しているように、成形ロール２２，２６を同じ方向に回転させながら成形ロール２２を下降させて、一対の成形ロール２２，２６にて被加工材４２を周方向に１８０°隔たった位置で、即ち上下に対向する位置で挟み込む。
これにより被加工材４２を成形ロール２２と２６との間で転動させ、その状態で成形ロール２２，２６を被加工材４２に対して軸直角方向に移動させ押し込んで、成形ロール２２，２６にて被加工材４２に対して圧下を加える（図４参照）。
このようにすることで、軸方向端部の大径部７４に隣接する位置に細径部７２Ａ-１を加工形成する。
尚このとき、被加工材４２は成形ロール２２，２６による圧下によって軸方向への伸びを生じるが、この伸びは、マニピュレータ４４側のシリンダロッド５４の図中右向きの引込動作によって吸収される。即ちシリンダロッド５４を有する油圧シリンダの収縮動作によって吸収される。

続いて成形ロール２２を上向きに上昇させるとともに、マニピュレータ４４，４６にて保持した被加工材４２を図中上向きに移動させることにより、一対の成形ロール２２，２６を被加工材４２からその軸直角方向に離間させる。
尚このとき、マニピュレータ４４，４６の移動により被加工材４２を、成形ロール２２の移動量の半分で且つ半分の速度で上向きに移動させる。
この動きによって、成形ロール２２と２６及び被加工材４２の上下の位置関係が図６（III）に示す状態となる。
尚、図６（I）から図６（II）に示す状態への変化の際の成形ロール２２，被加工材４２の上下の動きは、図６（II）から図６（III）に示す状態への変化の際の成形ロール２２，被加工材４２の上下の動きとは逆の動きとなる。

次に成形ロール２２，２６を被加工材４２から離間させた状態で、マニピュレータ４４，４６により被加工材４２を図中左向きに所定ストローク移動させて図６（III）に示す状態とし、続いて図６（IV）に示しているように成形ロール２２，２６にて被加工材４２に対して再び圧下を加える。
詳しくは、既に加工成形した細径部７２Ａ-１の隣接部分に対して成形ロール２２，２６により同じ圧下量で圧下を加え、細径部７２Ａ-１に連続した同径の細径部７２Ａ-２を加工形成する。

そしてその後、成形ロール２２，２６の被加工材４２からの離間と、被加工材４２の軸方向の所定ストロークの移動、更にこれに続く成形ロール２２，２６の圧下によって、図６（Ｖ）に示すように細径部７２Ａ-２に連続した同径の細径部７２Ａ-３を加工形成する。
以上のようにして軸方向両端部の大径部７４と７４との間に細径部７２Ａ-１，７２Ａ-２，７２Ａ-３から成る細径部７２Ａ全体を加工形成する。

以上のことから分かるように、この実施形態ではマニピュレータ４４，４６が、成形ロール２２，２６を被加工材４２に対して軸方向に相対移動させる第１移動手段を成しており、また第１の昇降シリンダと昇降プレート２０及びマニピュレータ４４，４６が、成形ロール２２，２６を被加工材４２に対して軸直角方向に相対移動させる第２移動手段を成している。

以上のような加工を行った後、更なる細径化が必要である場合には、図７に示すようにして成形ロール２２，２６により細径部７２Ａに対し圧下を加える。
具体的には、図７に示しているように図６に示したのと同様の手順で圧下を行い、細径部７２Ａを更に圧下量が大で径の小さい細径部７２Ｂに加工形成する。その際の成形ロール２２，２６，被加工材４２の動きは、基本的に図６に示す手順を実行する際の動きと同様である。
このようにして軸方向の両端部の大径部７４と７４との間に、軸方向に同径の細径部７２Ｂを、成形ロール２２，２６の幅よりも軸方向に長い所定加工範囲に亘って加工形成する。

尚、図５（Ｂ）（イ）に示しているように成形ロール２２，２６にて被加工材４２に対し圧下を加える際、図５（Ｂ）（ロ）に示しているように成形ロール２２，２６の幅方向の両外側部位において、被加工材４２に盛上り７６が生ずる。
上記の均しロールユニット５６，５８は、この盛上りを均して平滑化する働きを行う。

詳しくは均しロールユニット５６，５８は、均しロール６０ａ，６６ａを成形ロール２２，２６の幅方向の一方の外側部位で被加工材４２の外面に押圧し、また均しロール６０ｂ，６６ｂを他方の外側部位で被加工材４２の外面に押圧し、それらの部位で被加工材４２に生じた盛上り７６を各均しロール６０ａ，６０ｂ及び６６ａ，６６ｂによって平滑化する。
尚、細径部の幅方向の両外側に位置する部位の径（外径）が同一である場合には、均しロール６０ａと６０ｂとを１本の連続したロールとし、同様に均しロール６６ａと６６ｂとを１本の連続したロールとして構成しておくことも可能である。

以上は軸方向に一様な外径で長い細径部を加工形成する場合の例であるが、図８に示しているように成形ロール２２，２６によって径の異なった細径部７８，８０等を大径部８２，８２間に加工形成することも可能である。
この例においては、例えば一旦細径部８０を大径部８２と８２との間に全長に亘り加工形成し、その後細径部８０の一部を更に成形ロール２２，２６によって圧下し、合計の圧下量の多い細径部７８を細径部８０に隣接して加工形成することが可能である。
尚細径部７８と８０とを、それぞれの１回の圧下量を異ならせることで、１回の圧下即ち細径化動作で加工形成することも可能である。

尚、図８の細径部を加工形成するに際し、例えば成形ロール２２，２６によって細径部７８を加工形成する際、その細径部７８の軸方向の外側部位、つまり成形ロール２２，２６の幅方向の外側部位における被加工材４２の外径は異なったものとなる。即ち両外側部位の外面の軸直角方向位置が異なったものとなる。

この場合、均しロールユニット５６，５８における一対の均しロール６０ａ，６０ｂ及び６６ａ，６６ｂが、それぞれ１本の長いロールにて構成されていると、細径部７８の図中右側の外側部位の外面に対して均しロール６０ａ，６６ａを接触させ押圧することができない。

しかるにこの実施形態では、図９で示すように一対の均しロール６０ａ，６０ｂ及び６６ａ，６６ｂが、それぞれ被加工材４２の軸直角方向に独立して位置移動可能となしてあるため、細径部７８の軸方向外側部位において被加工材４２に生ずる盛上り７６を良好に均し動作し、平滑化することが可能である。

以上のことから理解できるように、この実施形態の加工方法によれば、様々なバリエーションで単数若しくは２以上の複数の径の異なった細径部を軸方向の異なった位置に有する加工品を、成形ロール２２，２６による圧下量を軸方向において異ならせることで容易に加工形成することができる。

図１０は、そのような加工品のバリエーションの一例を示している。
このうち図１０（Ａ）の例は両端の大径部７４の間に、軸方向に一様な径の長い細径部７２Ｂを加工形成した場合の例であり、図１０（Ｂ）は、軸方向の一端部に、本体側の部分よりも細径をなす細径部８４を加工形成した場合の例である。
また図１０（Ｃ）は、軸方向に径の様々に異なった複数の細径部８６，９０，９２，９４，９６，９８，１００を加工形成した場合の例である。

以上のような本実施形態の加工形成方法によれば、成形ロール２２，２６の軸方向位置（被加工材４２の軸方向位置）を様々に変化させ、且つその軸方向位置に応じて成形ロール２２，２６による被加工材４２の圧下量を定めることで、同一の成形ロール２２，２６を用いながら、被加工材４２の、成形ロール２２，２６の幅よりも軸方向に長い予定加工範囲に亘って、同一径若しくは径の様々に異なった複数の細径部を加工形成することが可能である。

かかる本実施形態の加工方法は、成形ロール２２，２６の被加工材４２に対する相対移動により、少しずつ部分的に加工を加えて行って全体の形状を造るものであることから、被加工材４２の全加工範囲に亘って一挙に鍛造型にて鍛造加工を施す場合のように、加工に際して著しく大きな力を要するといったことはなく、少ない力で加工を行うことができる。

また成形ロール２２，２６の相対移動のパターンに応じて加工の形状を定め得ることから、少ない数の成形ロールにて様々な形状を加工形成することが可能であるとともに、そのことによって所要コストを安価となすことができる。

また本実施形態の加工設備によれば、上記の加工方法を好適に実施することができるとともに、様々な加工を自動化することができる。
またコントローラによる制御の内容をプログラム変更によって容易に変更することができ、様々な形状を有する加工品を簡単に自動的に加工することができる。

図１１は本発明の他の実施形態を示している。
この例は、被加工材の軸方向の予定加工範囲の全体に亘って、連続して軸方向に細径部を加工形成して行く場合の例である。
図１１において１０２，１０４は、それぞれ互いに同一形状をなす上側と下側の成形ロールで、水平方向即ち成形ロール１０２，１０４及び被加工材４２の軸心と平行方向に伸び、同方向及び周方向に平滑な面をなす成形面１０５ａを外周面１０５に備えている。
外周面１０５にはまた、成形面１０５ａを間にした軸方向両側にテーパ面１０５ｂが備えられている。
テーパ面１０５ｂは、成形ロール１０２，１０４を被加工材４２に押し込んでこれを変形させ圧下する際に、その変形を助け、案内する。

ここでは成形ロール１０２，１０４及び被加工材４２を回転させながら、成形ロール１０２，１０４を被加工材４２に対して軸直角方向に押し込んで所定圧下量で圧下させ、更にその圧下量を保ちつつ成形ロール１０２，１０４を被加工材４２に対して軸方向に相対移動させることで、被加工材４２に、軸方向所定長さ範囲（予定加工範囲）に亘って先ず細径部１０６Ａを加工形成する。

次いで更にその細径部１０６Ａに対して、同じようにして成形ロール１０２，１０４による圧下を加えながら、成形ロール１０２，１０４を被加工材４２の軸方向に連続的に移動させて第２回目の圧下を軸方向に等しい圧下量で行い、以て細径部１０６Ａよりも更に細径の細径部１０６Ｂを軸方向に連続的に加工形成する。
同様にして、更に細径をなす細径部１０６Ｃ，１０６Ｄを同様の手法にて加工形成する。

因みにここでは、被加工材４２の予定加工範囲全長に亘る、細径化動作を伴う成形ロール１０２，１０４の１回の軸方向移動を１加工パスとして、合計４加工パスの加工を施し、最終の目的とする径の細径部１０６Ｄを、両端部の大径部７４と７４との間に加工形成している。

尚このように成形ロールを軸方向に連続的に移動させることで細径部を連続的に形成する加工方法を、図６及び図７に示すように成形ロールを、被加工材４２からの成形ロールの一時的な離間を伴って間欠的に軸方向に移動させて加工を行う方法と組み合せて、細径部を加工形成するようになすことも可能である。

図１１では、軸方向に一様な径の細径部を加工形成するようにしているが、図１１に示す加工方法を図１２に示しているように軸方向に沿って異なった径の細径部を有する加工品の加工方法として適用することも可能である。
例えば大径部１０８と１０８との間に細径部１１０，１１２を隣接して加工形成する場合において、図１１に示した加工手法を適用することも可能である。
具体的には、ここでは成形ロール１０２，１０４の被加工材４２に対する圧下量を軸方向に沿って異ならせることで、径の異なった細径部１１０，１１２を加工形成する。

このとき、大径部１０８の図中右端にＲ形状部（断面円弧形状部）１１４が、また細径部１１０の右端に同じくＲ形状部１１６があり、且つそれら２つのＲ形状部１１４，１１６の曲率半径が異なっている場合、更には大径部１０８の図中左端側にテーパ形状部１１８があるような場合、図６及び図７に示す加工手法によってこのような形状を加工することは難しいが、図１１及び図１２に示す加工手法によれば、容易にこれらＲ形状部１１４，１１６、更にテーパ形状部１１８を有する加工品を加工形成することが可能である。

図１３は本発明の更に他の実施形態を示している。
この例は、被加工材４２に対して中間の大径部１２０の軸方向の一方の側、具体的にはここでは図中左側に細径部１２２を、また図中右側にこれよりも径の大きな細径部１２４を加工形成する場合の例である。

ここでは先ずマニピュレータ４４にて被加工材４２の図中右端部を保持する一方、今一方のマニピュレータ４６を図中左側に退避させておき、即ち被加工材４２をマニピュレータ４４にて片持状態に保持した状態とし、その状態で成形ロール１０２，１０４にて先ず小径側の図中左側の細径部１２２を、図１１に示す手法にて加工形成する。

その後、図中左側のマニピュレータ４６を右向きに前進移動させて、これにより細径部１２２の端部を保持し、一方図中右側のマニピュレータ４４を図中右方向に後退させて退避させておき、その状態で今度は成形ロール１０２，１０４にて右側の大径側の細径部１２４を加工形成する。
このような手法によって、大径部１２０を軸方向の中間部に有し、その軸方向の両側に細径部１２２，１２４を有する形状の加工品を、成形ロール１０２，１０４の軸方向及び軸直角方向の相対移動を伴って加工形成することが可能である。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明は場合によって成形ロールを被加工材の周方向に単数で設けて加工を行うことも可能であり、また成形ロールとして様々な形状のものを用いることが可能である等、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

１０ 細径化加工設備
１５ コントローラ
１８ シリンダロッド
２０ 上昇降プレート
２２，１０２ 上成形ロール
２６，１０４ 下成形ロール
２８ 下昇降プレート
３０ 第２の昇降シリンダ
３４ 駆動モータ
３６ 駆動軸
４０，４１ 伝達ロッド
４２ 被加工材
４４，４６ マニピュレータ
６０ａ，６０ｂ，６６ａ，６６ｂ 均しロール
７１，１０５ 外周面
７１ａ，１０５ａ 成形面
７２Ａ，７２Ｂ 細径部
７６ 盛上り

Claims (10)

1. (ａ)棒状の被加工材を回転可能に保持する保持部材と、(ｂ)該被加工材の周方向に単数若しくは複数配置された、平滑な成形面を外周面に備えた成形ロールと、(ｃ)該成形ロールを該被加工材に対し、該被加工材の軸方向に任意の移動量で相対移動させる第１移動手段、及び該被加工材の軸直角方向に任意の移動量で相対移動させる第２移動手段を備えた該成形ロールの相対移動手段と、(ｄ)該成形ロールを回転駆動する回転駆動手段と、(ｅ)該成形ロールにおける幅方向の一方の外側部位および他方の外側部位に、且つ、互いに独立して前記軸直角方向に移動可能に配置された一方の均しロールおよび他方の均しロールと、を有する加工設備を用い、
   前記被加工材に接触させた前記成形ロールの回転により該被加工材を中心の軸心周りに転動させながら該成形ロールを押し込んで該被加工材を該軸心側に圧下し、断面円形に細径化する細径化動作を、該被加工材の軸方向に沿って同一の若しくは異なった圧下量で施し、前記成形ロールの幅よりも軸方向に長い予定加工範囲に亘って細径部を加工形成するとともに、該成形ロールの幅方向の外側部位で前記被加工材に生じる盛上りを、前記一方の均しロールおよび他方の均しロールの少なくとも何れかで押圧して均し動作させることを特徴とする細径化加工方法。
2. 請求項１において、前記成形ロールの前記被加工材に対する前記軸方向の相対移動を、該成形ロールの該被加工材からの一時的な離間を伴って間欠的に行い、前記細径化動作を該軸方向に順次に施して行くことを特徴とする細径化加工方法。
3. 請求項１において、前記成形ロールの前記被加工材に対する前記軸方向の相対移動を、該被加工材に対し該成形ロールを接触状態を保ちながら連続的に行い、前記細径化動作を該軸方向に連続して施して行くことを特徴とする細径化加工方法。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記細径化動作を前記軸直角方向に複数段階に行い、前記被加工材を該軸直角方向に段階的に細径化して行くことを特徴とする細径化加工方法。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記被加工材に対する前記軸心側への前記成形ロールの圧下量を前記軸方向において異ならせることで、該軸方向に沿って径の異なった細径部を前記被加工材に加工形成することを特徴とする細径化加工方法。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記被加工材の周方向に前記成形ロールを複数配置し、該複数の成形ロールを均等な押込量で該被加工材に押し込んで前記細径部を加工形成することを特徴とする細径化加工方法。
7. 請求項１〜６の何れかにおいて、前記一方の均しロールと、前記他方の均しロールとを、前記被加工材の軸直角方向の異なる位置に位置させて、該一方の均しロールと他方の均しロールとを、該異なる位置で前記均し動作させることを特徴とする細径化加工方法。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記被加工材が中実構造のものであることを特徴とする細径化加工方法。
9. 請求項１〜８の何れかにおいて、前記被加工材の前記予定加工範囲の全長に亘る、前記細径化動作を伴う前記成形ロールの１回の軸方向移動を１加工パスとして、該加工パスを複数回繰り返し行い、前記細径化を行うことを特徴とする細径化加工方法。
10. (ａ)棒状の被加工材を回転可能に保持する保持部材と、
    (ｂ)該被加工材の周方向に単数若しくは複数配置された、平滑な成形面を外周面に備えた成形ロールと、
    (ｃ)該成形ロールを該被加工材に対し、該被加工材の軸方向に任意の移動量で相対移動させる第１移動手段、及び該被加工材の軸直角方向に任意の移動量で相対移動させる第２移動手段を備えた該成形ロールの相対移動手段と、
    (ｄ)該成形ロールを回転駆動する回転駆動手段と、
    (ｅ)該成形ロールにおける幅方向の一方の外側部位および他方の外側部位に、且つ、互いに独立して前記軸直角方向に移動可能に配置され、前記成形ロールの前記被加工材に対する圧下により該被加工材に生ずる盛上りを均し作用する一方の均しロールおよび他方の均しロールと、
    （ｆ）前記成形ロールの回転及び前記軸方向と軸直角方向の相対移動を制御し、該成形ロールにて該被加工材に予め定めたパターンで圧下による加工を行わせるとともに、前記一方の均しロールおよび他方の均しロールの前記軸直角方向の位置を互いに独立して制御するコントローラと、
    を有していることを特徴とする細径化加工設備。
    

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