JPH11342440A

JPH11342440A - 工具制御装置

Info

Publication number: JPH11342440A
Application number: JP10146874A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Suzuki; 良一鈴木; Takeji Hamaide; 武治濱出; Hiroyuki Sawai; 弘幸沢井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-14
Also published as: US6434988B1; US6240761B1

Abstract

(57)【要約】【課題】工具の位置制御、トルク制御を適切に行いワ
ークの圧延加工を円滑に行い、ワークの真円度の向上を
図る。【解決手段】ワークの加工に際し、ワークに押圧を加
える工具の位置制御及びトルク制御の変換及びトルク制
御中におけるトルクの変換をサーボモーターを用いて瞬
時に行うための位置制御手段及びトルク制御手段を備え
た工具制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工具制御装置に関
し、更に詳しくはワークに作用する工具の位置制御及び
トルク制御を適宜行う工具制御装置に関し、特にワーク
の成形加工である圧延加工中にワークの拡径を阻害する
ことなく、真円度の高い高精度のワークを提供する工具
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の工具制御装置の一つである輪体成
形装置は特公平３−３１５３４号公報に開示されてい
る。この装置ではマンドレルと平行な軸まわりに回転す
る成形ロールを相対的に押しつけ挟圧されたワークを回
転しつつ圧延して拡径する。このとき圧延加工中のガイ
ドレール等が輪体のワークを支持し、ワークの真円度を
維持する働きをする。また、ワークの外周面に周接する
外径検出レバーと該レバーの変位量を検出するセンサー
を備え、その外径検出レバーとセンサーによって加工中
のワークの外径を検出する。

【０００３】図１９は従来の輪体成形装置の圧延状況を
示す断面図である。従来の輪体成型方法の圧延加工で
は、初期送りでワーク３０５が成形ロール３１５を相対
接近させ、ワーク３０５と成形ロール３１５を点接触か
ら面接触にする。ワーク３０５と成形ロール３１５が面
接触となった後、粗送りでは成形ロール３１５とマンド
レル３０４を所定の早送りで相対接近させて、ワーク３
０５は大きなトルクで圧延加工され、ワーク３０５の拡
径速度が加速され、粗送りのトルクは圧延加工中で最高
値となる。この際ワーク３０５の姿勢を固定しつつワー
ク３０５の外周面を支持するため一対のガイドロール３
０６を用いるが、この時点でのガイドロール３０６のワ
ーク保持力が不足しているとワーク圧延部に異常振動が
発生しやすくなる。さらに一度振動が発生すると多角成
分が発生し丸いワークの加工は不可能となりワーク３０
５の外径が凸凹になる。

【０００４】次にワークの外径が仕上げ送りへの切り換
え径となった時点から切込圧下量mm／ rev（一回転）
（以下、ドラフト量という）を小さくしてワーク３０５
の真円度を良くするために、マンドレル３０４と成形ロ
ール３１５の相対移動速度を遅くして仕上げ送りへ移行
する。仕上げ送りのトルクが定常状態となりワーク外径
が所定の寸法に到達したことを検知したら圧延加工を終
了する。

【０００５】一般に仕上げ送りではガイドロール３０６
のトルクは粗送りに比較して小さい方がワークの拡径を
阻害せず良好な加工が可能である。このようにトルクは
圧延加工中に大きく変化するために安定した加工の条件
が作りにくいという問題が存在する。特に、従来の例え
ば油圧方式のガイドロールでは、各圧延加工工程でワー
クの押圧力をどの様に変更して行くかは明らかにされて
おらず、このため初期圧延の馴染ませ時期（初期送り）
から仕上げ送り完了の最後まで一定のワークの押圧力を
加え続けることになるため、特に仕上げ送り段階を粗送
り段階と同じワークの押圧力でワークをガイドするとワ
ーク３０５の真円度を阻害するおそれがある。特にそれ
は薄物のワークを圧延する場合にガイドロール３０６に
よるワーク３０５への押圧力の影響である上述のことが
より顕著になる。又サイクル短縮のため、仕上げ送り完
了からガイドロール３０６の開放までの段階では、早く
原点に戻って次の加工開始が出来るようにすることがサ
イクル短縮上望ましいのである。このように従来の輪体
成型装置では加工能率向上と加工精度向上は同時に達成
することが困難であった。

【０００６】ガイドロール３０６はワーク３０５がマン
ドレル３０４と成形ロール３１５により挟圧され塑性加
工される位置に対し、上流下流両側にガイドロール３０
６を取り付けてワーク３０５を挟むように配置し、一定
の押圧力をワーク３０５に加え、圧延加工によりワーク
３０５が拡径する際はその力に押されてガイドロール３
０６を後退させていく様な機構となっている。この場合
一対のガイドロールの一方のガイドロール３０６がワー
ク３０５が押すと、片側にワーク３０５が振れ、このと
きに他方のガイドロール３０６がこの力を受け、他方の
ガイドロール３０６がワークの振れを吸収することにな
り、この現象が繰返されいわば共振のような現象になり
ワーク位置の安定が難しい。従って、各々のガイドロー
ルは同じ開閉となるように強制的に同期させるか、又は
ワーク３０５を押し込み過ぎないないように押し込み過
ぎる方向をフリーにするワンウェイクラッチなどを組み
込んだ機構にしておく必要があった。特に仕上げ段階で
はこの共振現象を生じない様にしないとワーク３０５の
真円度が著しく悪くなるのである。

【０００７】ワークの真円度精度の向上を図る場合、ワ
ーク３０５を圧延する仕上げ送りを低速にし、ドラフト
量を少なくなるようにしなければならないが、この時、
先の共振現象をさけて行わなければ偏肉、真円度のよい
ワークは得られない。多数の圧延加工の実験を行った結
果、仕上げ送り時のガイドロール３０６の押圧力と、上
流側、下流側ガイドロール３０６の押圧力との関係が真
円度精度に影響を及ぼすことがわかった。すなわち、粗
送りに比べ仕上げ送りではガイドロールのワークの与え
る押圧力を小さくした方がよいこと、又上流側ガイドロ
ールの押圧力よりも下流側ガイドロールの押圧力を強く
してワーク３０５を支持することが重要であることが分
かった。そして、上流、下流側ガイドロールとも粗送り
よりも弱い押圧力で仕上げ送りを行うか、又は仕上げ送
り時のワーク３０５の塑性加工の際に上流側ガイドロー
ル３０６によりワーク３０５に強い押圧力を働かせると
真円度が悪くなるため、上流側ガイドロールはワーク３
０５から離れている必要がある。

【０００８】ワークは最初偏肉や真円度等ワーク素材の
形状が悪く、ドラフト量を大きくして圧延すると共振現
象が激しくなるのでこれを防止するためガイドロール３
０６で（粗送りまでは）ワークを上流側、下流側とも強
く押さえる機能を作用させる必要がある。

【０００９】しかし仕上げ送りに入ると真円度や偏肉が
次第に矯正されてきており粗送りよりワークとガイドロ
ールとの間に生ずる共振現象が小さくなりワークの姿勢
が安定してくる。図１８は成形ロールとマンドレルとに
挟圧されて圧延加工されるワークの状況を示す側面図で
ある。図１８に示すように加工前のワークの肉厚ｔ₀が
加工後のワークの肉厚ｔ_a より大きく、加工前のワーク
の入口速度ｖ₁ が加工後のワークの出口速度ｖ₀ より小
さいという関係が生じると共に、速度の方向も急変す
る。さらにマンドレルの粗送り時はワークが偏肉してい
ることもあり、又マンドレルの一回転あたりのワークへ
のドラフト量も大きく選ばれるのでガイドロールがなけ
れば下流側圧延部が強く押し出されワークの姿勢が不安
定となり振動を起こす。この不安定時に上流、下流側ガ
イドロールの押圧力が不均一となったり、小さいとワー
クはマンドレルの中心と成形ロールの中心を結ぶ軸芯Ｘ
−Ｘ線を基準に上下方向に共振を起こす。この振動を止
めないと、振動によりワークの圧延加工が困難になるば
かりか、ワークの真円度や偏肉が修正されないばかりか
かえって悪くなる場合もあり、さらには金型を傷つけた
りすることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで請求項１記載の
発明は、各圧延工程において特に工具の１つであるガイ
ドロール３０６の位置制御、トルク制御に適用しそれら
を選択的に行い、特にワークがマンドレルと成形ロール
との間で圧延開始工程手前（原点から初期送りの開始
前）と仕上げ送りが完了し、ガイドロールの原点位置ま
での復帰時は位置制御を、その余の中間圧延工程では所
望の押圧力（トルク）となる切換制御を行い真円度に優
れるワーク３０５を成形することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は工具の一つであるガイドロールの位置制御
手段と押圧制御手段を備えたことを特徴とする。そのた
めに、本発明は一例としてサーボモーター（油圧押圧機
構でもよい）を用い、ワークを加工する工具であるマン
ドレルと成形ロールとの間で成形する機構においてワー
クを支持するガイドロールの動作を制御するものであ
る。そして特に、工具の中でもガイドロールの動作の制
御に適用したことに特徴がある。そして、請求項１記載
の発明はワークの加工進行中、ワークと工具を相対的に
進退し、ワークの加工又は押圧を行う工具制御装置にお
いて、ワークの加工又は押圧の開始から終了までにワー
クのガイドロールの位置制御をするための位置制御手段
とでワークをガイドする際の押圧力を制御するための押
圧制御手段とを兼ね備えたことを特徴とする工具制御装
置を提供するものである。ここで位置制御手段とは現在
位置カウンター及び偏差カウンターの値に基づき、工具
であるガイドロールのワークへの高速で接触、非接触を
制御する手段の全てをいう。押圧制御手段とは工具のワ
ークへの押圧力（ここではサーボモーターのトルク値）
を各圧延工程の要求に応じ制御する手段の全てをいう。
また本発明における成形とはワークに押圧を加える加工
工程を全て含むものであり、その代表例として圧延加工
に適用した例を挙げ説明する。

【００１２】具体的には、請求項１記載の発明は輪体で
あるワークの圧延加工を行いワークの寸法形状を所望に
圧延する際に、ワークをマンドレルの中心と成形ロール
の中心を結ぶ軸芯（軸芯Ｘ−Ｘ線という）を挟んで支持
するガイドロールのワークに対する進退位置はガイドロ
ールをワークに早送りで近接させる時、そして圧延加工
を終了しワークをアンローディングするための元の位置
（原点）に復帰するまでを位置制御手段とし、その間の
マンドレルと成形ロールによってワークが圧延される各
圧延工程ではガイドロールのワークに対する押圧力をつ
まり初期送り、粗送り及び仕上げ送りに際し制御する押
圧制御手段とを兼ね備えたことを特徴とする輪体成形装
置を提供するものである。

【００１３】ワークを支持するガイドロールにサーボモ
ーターを応用した本発明の例としてその動作は、ガイド
ロールは位置制御によりワークに早送りで急速に接近
し、ワークの圧延開始ポイントの手前まで早送りを行
い、ガイドロールでワークを正確な位置で保持し、ワー
クの圧延加工の初期送り開始に合わせ電気信号によりト
ルク制御に切り替え、これをワークの圧延工程の初期送
り、粗送り及び仕上げ送りの各工程で所望の値に切換設
定を行い、そしてワークの圧延加工完了時に電気信号に
より位置制御に切り換え急速にワークの保持を開放し、
ガイドロールの原点復帰を行うものであり、位置制御と
トルク制御をワークの圧延加工の進行に合わせ電気信号
で切り換え、精度の高いワークの圧延加工を可能とする
と共にワークの圧延加工のサイクルを短縮することを目
的とし輪体成形装置に応用したものである。

【００１４】輪体であるワークの外周面に接して回転す
る成形ロールと相対的に移動可能なワークの内周面に接
するマンドレルとを相互に接離する方向に相対移動させ
る移動手段と、ワークの外周面に転接してワークの圧延
姿勢を保持するための一対のガイドローラーとこのガイ
ドローラーを動作させるためのサーボモーター及び位置
制御・トルク制御を可能とするコントローラーを搭載
し、圧延されるワークの外径を検出する外径検出手段で
ある寸法定寸レバーとを備え、成形ロールとマンドレル
とを相対的に接近させることでワークを挟圧して初期送
り、粗送り及び仕上げ送りを行う輪体成型装置である。
この構造により、ガイドロールの位置制御・トルク制御
の制御形態を変更し、かつトルク制御の際にタイミング
よく可変量を投入制御する。

【００１５】更に、請求項１記載の発明に含まれる他の
工具制御装置として高い真円度精度のワークを安定して
製造するため真円度確保手段を付加することもできる。
真円度確保手段としては、ワークの初期送りから粗送り
の間の圧延中にはワークに接触し、ワークに所望の押圧
力を加えつつ圧延による拡径に伴ってワークを保持しつ
つ後退し、粗送り終了点（仕上げ送り工程の入口）から
はワークとガイドロールのそれまでの接触状態位置（旋
回中心に対する開き角をその状態にして）から下流側ガ
イドロールの開き角と同じ角度で上流側ガイドロールを
開かせ、すなわち上流のガイドロールを下流側ガイドロ
ール開き角に連動し開かせ、仕上げ送りでは下流側ガイ
ドロールは所定のトルクで制御後退（ワークの拡径に伴
い）させつつ上流側ガイドロールはワークより離れさ
せ、専らワークの下流側をガイドロールによって支持拘
束するものである。具体的には、下流側アームの長さを
上流側アームの長さより長くしておく。ここでアーム長
さとは各ガイドロールの腕の長さをいう。初期送り及び
粗送り時にはそれぞれの腕の長さに応じた開き角度でワ
ークの外周面にガイドロールを従動させ、仕上げ送り時
には下流側アームのガイドロールがワークの外周面にト
ルク制御されつつ従動し、これに連動した開き角で上流
側アームのガイドロールはワークよりはなれるアーム機
構としたものである。このように下流側アームにより
（ガイドロールにより）適正なトルクでワークを押圧す
るだけで上流側アームは押圧しない方がワークの姿勢を
安定させることができる。つまりワークの姿勢を正しく
するため下流側ガイドロールのトルク（サーボモーター
のトルクのみでなく、油圧力によって行ってもよい）す
なわちワーク押圧支持力を与えておき上流側ガイドロー
ルはワークと離間させることで仕上げ送り工程時には上
流側の押圧力を「０」とすることが真円度向上に望まし
いのである。

【００１６】図６は仕上げ送り時に上流側ガイドロール
をワークから解放し、下流側ガイドロールでワークを押
圧するためのガイドロール、アーム長が、ワークとの関
係条件を示す線図である。ガイドロール駆動のトルクは
初期送り及び粗送りでは上流側、下流側ガイドロールと
もワークの圧延による拡径に伴ってワーク外径に接し等
しい押圧力を付与しつつ後退するが、仕上げ送りでは上
流側、下流側ガイドロールは連動して開かれる（等しい
開き角で）ので下流側ガイドロールから押圧力がワーク
に加えられるが、上流側ガイドロールは開放され押圧力
は作用しない。各送り工程（各圧延工程）におけるトル
ク制御においてトルク設定値以上の反力がワーク５から
ガイドロール６に加わるとガイドロール６は設定された
トルクが釣り合うまで押し戻される。また、ワーク５に
内挿されているマンドレル４と成形ロール３による圧延
が進むと、図６に示すようにワーク５の外径が大きくな
る。つまり半径Ｒ₀ から半径Ｒ_W に変化する。

【００１７】仕上げ送りに入る直前では、ワークの拡径
にならって上流側が角度θ₀₂、下流側が角度θ₀₁でガイ
ドロールの旋回中心に対し開いた状態であり、ガイドロ
ールとワークの外周が接触している。このとき、上流側
ガイドロールの腕の長さをＡ₂ 、下流側ガイドロールを
Ａ₁ としＡ₁ ＞Ａ₂ の関係とする。仕上げ送り工程に入
る直前において（初期）ワークの拡径が始まる前のワー
ク中心とガイドロール旋回中心の間の距離はＲ₀ ＋Ｌか
ら最終の仕上げ送り工程ではＲ_W ＋Ｌに変わる（ただ
し、任意のワークの拡径半径をＲ_W とする）。仕上げ送
り開始時の角度θ₀₁、θ₀₂でワーク５に接触している状
態から、ガイドロールの腕は（上流と下流は）連動して
動く（ワークへの進退として）ので、そこから連動によ
りＡ₁ ＞Ａ₂ なのでθ₀₁とθ₀₂は等しくなっておらず次
の式によりθ₀₁＞θ₀₂となる。

【００１８】

【数１】

【００１９】そこから、連動している上流側、下流側ガ
イドロールの開き角は、ワークの拡径により、上流側、
下流側ガイドロールの両者が△θだけ増えた様子（図６
に示してある）をみればガイドロールからのトルクに逆
らって反ワーク側に押し戻されたとき下流側ガイドロー
ルが△θだけ増え、ワークの上流側ガイドロールも連動
して開くから同じ△θだけサーボモーターによって開か
される。しかし、結論的には次の式に示すように拡径し
たワークの中心からガイドロールの中心までの距離は上
流側でＳ、下流側でＫとするとＳ＞Ｋとなる。

【００２０】

【数２】

【００２１】つまり、ガイドロールのアームの長さがＡ
₁ ＞Ａ₂ の関係からＫ（下流側）の方が小さくなるので
下流側ガイドロールがワークと接している距離Ｋではト
ルク制御がかかっている。しかし、上流側ガイドロール
はＫより大きいＳとなっているのでワークに接触してい
ない。つまり、上流側ガイドロールは下流側ガイドロー
ルより大きな角度で開いている。このことは上流側ガイ
ドロールは下流側ガイドロールと同じサーボモーター制
御でその開き角（△θ）を制御していてもＡ₁>A₂ のた
めθ_L ＞θ_U となり、上流側ガイドロールはワークに接
触しなくなる。従って、上流側ガイドロールではワーク
の拘束のトルクは「０」となる。それ故、Ａ₁ ＞Ａ₂ 、
θ_L ＞θ_U （ガイドロールの押圧開始の角度）の関係を
形成し、下流側ガイドロールでのみトルク制御すること
になる。従って、下流側のアームを上流側のアームより
長くすることが必要である。

【００２２】より具体的には、マンドレルによるドラフ
ト量の大きい粗送りまでは一対のガイドロールで軸芯Ｘ
―Ｘ線に対し対向となるようにワークに接触し押圧を加
えワーク位置を制御する。ただし、仕上げ送りになると
ドラフト量が小さくなり、ワークの入口速度ｖ₁ と出口
速度ｖ₀ の差が少なくなり振動しなくなる。つまり、ワ
ークの姿勢が軸芯Ｘ―Ｘ線に対し安定してくる。このよ
うな状態になったときは、上流側ガイドロールはワーク
から離し非接触の状態とし、下流側ガイドロールはワー
クに所望の押圧力を与え接触させた状態にしておく。こ
のように片寄りを防止する一種の自動調心効果の方が圧
延加工を安定させやすく、両方のガイドロールに押圧力
を与えワークに接触させておくよりワークの真円度の向
上を図ることができる。このように第１の発明は初期送
りから仕上げ送りにかけてガイドロールの支持押圧力
（トルク）を所望の値に可変するものであり、又第２の
発明は仕上げ送りのみ上流側ガイドロールを開放させ下
流側ガイドロールのみトルク制御させるものであり、ワ
ークの初期の偏肉や真円度或いはワークの肉厚によって
使い分けることができる。

【００２３】

【実施例】（第一実施例）以下、本発明の実施例を図面
に基づいて説明する。本発明の実施例では工具制御装置
として輪体成形装置を用いている。図１は本発明を輪体
成型装置に応用した時の概略構成を示す側面図である。
ベッドの一端には第一支持ブロック２が設けられてお
り、第一支持ブロック２には成形ロール３が回転可能に
支持されている。ベッド１の上の第一支持ブロック２よ
りも中央寄りにはマンドレル４が成形ロール３の成形ロ
ール軸１５と平行に、マンドレル支持軸（不図示）に回
転可能に支承されている。マンドレル４の上方及び下方
には、ワーク５を押圧するように２つのガイドロール６
が設けられている。

【００２４】成形ロール３は、外周面にワーク５の外周
面を成形するための型が形成されており、成形ロール駆
動モーター（不図示）の回転出力によって回転駆動され
る。該回転駆動される成形ロール３にワーク５が外挿さ
れたマンドレル４を接近させていくことによって、ワー
ク５を成形ロール３とマンドレル４とで挟圧して圧延加
工する。圧延加工中のワーク５は、型ずれしないように
ガイドロール６及びマンドレル４の押圧により保持され
る。

【００２５】ベッド１の略中央部にはベッド１の長手方
向に伸長するレール７が設けられており、該レール７の
上には圧下スライド８が載置される。圧下スライド８の
右側にはマンドレル４を成形ロール３に向かって押圧す
るためのサポートロール９が設けられている。サポート
ロール９は、同型の二枚の円板を間を開けて同軸に並置
した構成をなし、成形ロール３の回転軸と平行な軸まわ
りに回転可能に支持されている。また、サポートロール
９は、上記二枚の円板の間にワーク５を挟み込んだ状態
でマンドレル４を成形ロール３に向かって押圧すること
になる。

【００２６】ベッド１の他端には第二支持ブロック１０
が設けられており、第二支持ブロック１０と第一支持ブ
ロック２とはタイロッド１１で連結されている。第二支
持ブロック１０には偏心した円板状のカム１２が成形ロ
ール３の回転軸と平行な軸まわりに回転可能に支持され
ている。カム１２は回転角度に比例したリフト量を有
し、サーボモーターからなるカム駆動モーター（不図
示）によって回転駆動される。

【００２７】圧下スライド８の左側にはカム１２と接す
るように円板状のカムフォロア１３が設けられている。
カムフォロア１３はカム１２の回転角度に応じてカム１
２外周面により押圧され、これにより圧下スライド８が
移動して、該圧下スライド８の右側に設けられたサポー
トロール９によってマンドレル４が成形ロール３に向か
って押圧される。カム１２が一回転することによってマ
ンドレル４が早送り、初期送り、粗送り、仕上げ送り及
びアンローディングの移動を完了する。

【００２８】マンドレル４とサポートロール９との軸心
との間には、ワーク５の外周面と接するように寸法定寸
レバー１４が設けられている。寸法定寸レバー１４はワ
ーク５が圧延・拡径されるのに伴って移動し、この移動
量を測定することによって、圧延加工中のワーク５の外
径が検出される。このセンサー信号により圧延工程の切
換信号が得られる。

【００２９】次に、図２を参照して図１の輪体成型装置
の動作を制御するための制御系統を説明する。図２は図
１の輪体成型装置のガイドロール６を除く動作を制御す
るための制御系統の概略構成を示すブロック図である。
圧延部１０１は圧延加工を実行するための機械的構成で
あり、図１の輪体成型装置全体と略一致する。圧延送り
制御部１０２は圧延部１０１におけるマンドレル４の送
りを制御するための制御装置である。

【００３０】接触検出部１０３はワーク５と成形ロール
３とが接触したか否かに係わるパラメーターを測定する
機構であり、本実施例の形態においては、上記成形ロー
ル駆動モーターの駆動電力を測定する電力センサー（電
流センサー）（不図示）から構成される。接触検出部１
０３の検出値は接触レベル判定部１０５に出力される。
接触レベル設定部１０４は、上記パラメーターの接触判
定用の閾値が設定される記憶装置であり、設定された閾
値は接触レベル判定部１０５に供給される。

【００３１】接触レベル判定部１０５は、接触検出部１
０３により測定されたパラメーター（駆動電力値）と接
触レベル設定値１０４に設定された上記閾値とを比較す
ることによって、ワーク５と成形ロール３とが接触した
か否かを判定する。接触レベル判定部１０５における判
定結果は圧延送り制御部１０２に出力され、圧延送り制
御部１０２は該判定結果に応じて圧延部１０１における
マンドレル４の送り速度を変化させる。時間に対するマ
ンドレル送り量は図２の圧延送り制御部１０２で行われ
る。

【００３２】次に、図３、図４、図５、図７、図８、図
９及び図１０に基づいて輪体成型装置の動作を説明す
る。図３は輪体成形装置の成形ロールに対するマンドレ
ルの送り量を時間経過と共に示したグラフである。図４
（１）は本発明の実施例のガイドロールの位置・トルク
と時間との関係を示すグラフである。図４（２）は図３
の時間に対応する現在位置カウンターの値を示す線図で
ある。図５は本発明の実施例のサーボモーター制御のブ
ロック図である。図７はワークの圧延加工プロセスを説
明する流れ図である。図８は本発明の実施例のアーム支
持軸の詳細な断面図である。図９は本発明の実施例の輪
体成形装置の平面図である。図１０はアームギヤとアー
ムに噛み合うギヤの噛み合い状況を示す平面図である。

【００３３】図９において成形ロール軸１５を組み込ん
だ成形ロール３の右側にはアーム支持軸１６を配置し、
左側にはマンドレル４を配置し、それぞれの中心位置が
一直線に並ぶように配置してある。成形ロール３とマン
ドレル４の間にはワーク５が挟まれている。アーム支持
軸１６には上流側アーム１７、下流側アーム１８が取り
付けらており、ガイドロール６を軸芯Ｘ−Ｘ線を基準に
対称に旋回する。上流側アーム１７、下流側アーム１８
はワーク５の外周にガイドロール６を当接するために円
弧を描きながらワーク５の外周へ伸びている。ガイドロ
ール６の支柱となるアーム支持軸１６はアーム支持軸ブ
ラケット（不図示）で支持している。本実施例において
はアームにガイドロール６を取り付けているが、回転自
在ローラーとすることもできる。

【００３４】図８では
アーム支持軸１６は、モーターで駆動されるのでアーム
支持軸ブラケット２２に対し軸受３２、円錐軸受３４を
介して回転自在に支持されている。図９に示すようにア
ーム支持軸１６は成形ロール軸１５と平行に配置され
る。また、アーム支持軸の位置決めを行うためにアーム
支持軸ブラケット２２に回転しないように固定支持す
る。アーム支持軸１６の中央部分に中間部材３０を配
し、その中間部材３０に軸受３２を介して上流側アーム
１７、下流側アーム１８を回転自在に支持する。この軸
受３２は離れた軸方向位置でこの中間部材３０に固定さ
れる。一方の軸受３２の外輪が下流側アーム１８、他方
の軸受３２が上流側アーム１７に固定され中間部材３０
に対し上流側アーム１７、下流側アーム１８は回転自在
に支持されている。なお、図８に示したアーム支持軸１
６は部品点数の軽減のため成形ロール軸１５と兼用とす
ることもできる。図８においては、現在位置センサー２
６は下流側アーム１８に設置してあるが、上流側アーム
１７及び下流側アーム１８の両方に取り付けることも可
能である。この現在位置センサー２６内に現在位置カウ
ンター８４が設けられている。

【００３５】図１０において上流側アーム１７及び下流
側アーム１８のアーム支持軸１６側では外周の円周上に
はそれぞれギヤが形成されている。サーボモーター３６
からの動力はサーボモーター３６の軸に固定されたピニ
オン３８を介し、メインギヤ４０に伝え減速し、メイン
ギヤ４０と一体に回る下流側アームに噛み合うギヤ４４
とこれとアイドラーギヤ４２を介して一体に回転する上
流側アームギヤ１７ａに伝えられる。このとき、下流側
アームに噛み合うギヤ４４、アイドラーギヤ４２及び上
流側アームに噛み合うギヤ５０は同一の歯車を使用する
ので、上流側アーム１７と下流側アーム１８はお互いに
離間するよう、軸芯Ｘ―Ｘ線に対称に開閉することがで
きる。つまり上流側アーム１７と下流側アーム１８が仕
上げ送り工程で連動して開く場合に用いる機構である。
一例として連動しない従動期は上側アームギヤ１７ａと
下側アームギヤ１８ａとが、上流側アームに噛み合うギ
ヤ５０と下流側アームに噛み合うギヤ４４と噛み合わず
（歯がなく）、滑る様にする。このサーボモーターを用
いればガイドロールの開閉位置及びトルク制御を行うこ
とができる。

【００３６】次に図５を用いガイドロールの位置及びト
ルク制御について説明する。図５の左側にある「Ａ」
（ワーク５の外径の位置センサー信号）は１）早送り完
了点である時刻ｔ１の位置であるｘ１、２）仕上げ送り
完了点である時刻ｔ４からガイドロールの復帰点（原
点）までの位置であるｘ４の位置指令信号である。位置
指令信号はデジタルデータ（パルス列）として偏差カウ
ンター８３に送られる。「Ｂ」は１）時刻ｔ１から時刻
ｔ２までの間の加工初期送りのトルク、２）時刻ｔ２か
ら時刻ｔ３までの間の粗送りのトルク、３）時刻ｔ３か
ら時刻ｔ４までの間の仕上げ送りのトルク指令の信号で
あり、トルクはサーボモーター３６が出力できるトルク
を設定し、これらの値以上のトルクがガイドロール６に
与えられるとガイドロール６はワーク５へ設定トルク以
上の押圧力が加わらないように逃げることになる。
「Ｃ」は１）ガイドロール６の閉位置（時刻ｔ０〜ｔ１
の初期送り開始時）開始指令、２）ガイドロール６の開
位置（時刻ｔ４の仕上げ完了時）を開始指令する信号で
ある。

【００３７】現在位置カウンター８４はガイドロール６
の復帰位置（原点位置）からどれだけワーク５に近づい
たかの現在位置を計数するカウンターである。ガイドロ
ール６がワーク５に向かって移動する場合をプラスの方
向とし、ガイドロール６がワーク５から離れるように移
動する場合をマイナスの方向とする。偏差カウンター８
３はメインギヤ４０と係合するピニオン３８の回転によ
るラックアンドピニオンのラック（不図示）の移動量を
カウントするものである。つまり原点から早送り完了
迄、及び仕上げ送り完了から原点までのガイドロール６
の移動量を設定値に対しどの様になっているか（設定値
に対するガイドロールの変化量）をサーボモーター３６
の回転状態を検知するエンコーダー９３からのエンコー
ダーパルスとの比較を行ってガイドロール６の位置制御
を行うために用いるものである。ガイドロール６の現在
位置カウンターは初期送り完了時でもクリアーせず常に
現在位置を監視し、異常検出又はアンローディングの始
点信号に利用することもできる。偏差カウンター８３に
は現在位置カウンターの早送り完了時の値及び仕上げ送
り完了時の値が入力される。

【００３８】はじめに、図７に示すように「ワークのロ
ーディング」を行う。ローディングは輪体であるワーク
５を輪体成形装置にセットすることである。セットに際
しマンドレル４を輪体であるワーク５の内周面でワーク
５を保持するように外挿する。

【００３９】「マンドレルの早送り」ではワーク５を外
挿したマンドレル４を早送りで急速（最大速度で）に成
形ロール３に接近させる。この早送りはマンドレル４を
ワーク５の圧延開始ポイントまで移動させるプリセット
送りの一つとして実行される。この早送りによるマンド
レル４の送り量Ｌ１は、早送り実行中にワーク５が成形
ロール３と衝突しないように、想定される圧延開始ポイ
ントのある程度手前で早送りが終了するように設定され
る。位置制御は偏差カウンター８３によって行われる。
まず時刻ｔ０において、偏差カウンター８３及び現在位
置カウンター８４は「０」に設定する。図４（１）のグ
ラフの中で一点鎖線は、コントローラー８０の中に設置
してある現在位置カウンター８４によるガイドロール６
の位置状況が監視され、実線はマンドレル４の各送り工
程でのサーボモーター３６（油圧の場合は油圧力）のト
ルク設定値を表している。マンドレル４の移動によりワ
ーク５が成形ロール３と接触する（時刻ｔ０から時刻ｔ
１に変化）。ガイドロール６の移動に伴い現在位置カウ
ンター８４が変化する。例えば、現在位置カウンター８
４は時刻ｔ１では「１０、０００」カウンターとなる。
偏差カウンター８３には位置指令として予め現在位置カ
ウンターの「１０、０００」という値を入力し、マンド
レル４を駆動するサーボモーター（不図示）のエンコー
ダーから出力されるパルスが位置指令と一致するか比較
し、一致すればガイドロール６のワーク側への進みであ
る位置制御を終了させる。この位置制御が終了した時点
で偏差カウンター８３は「０」になっている。

【００４０】ワーク５の圧延開始前の上記プリセット送
りの他の一つとして実行される早送りは、ワーク５と成
形ロール３との接触検出の時間遅れによる不都合をなく
すために行われる。つまり成形ロール３の型形状とワー
ク５の接触する状態をより正しく確実に行うために実行
されるものである。この時点においてはガイドロール６
は位置制御が完了し時刻ｔ１となる。マンドレル４の送
り量Ｌが図３に示すＬ１に達し、成形ロール３の送り速
度が減速されて、初期送りの位置制御が終わり、ガイド
ロール６は初期送りのトルク制御に移る。

【００４１】図７に示す「マンドレルの初期送り」では
時刻ｔ１の時にワーク５の外周面と成形ロール３の外周
面は点接触している。これよりワークの点接触による圧
延が始まり、ワーク５が成形ロール３の回転力（マンド
レル４は従動）により成形ロール３とマンドレル４の間
で挟圧された状態で回転し始める。成形ロール３を回転
駆動している成形ロール駆動モーター（不図示）の負荷
が増大し、該モーターの駆動電力が上昇する。マンドレ
ル４の初期送りはマンドレル４を駆動するサーボモータ
ー（不図示）のエンコーダー指令で制御する。ワーク５
と成形ロール３とが面接触したときに、マンドレル４の
初期送りのエンコーダー指令が終了し（時刻ｔ２）、マ
ンドレル４の送り速度を減速し、マンドレル４を駆動す
るサーボモーター（不図示）のエンコーダー指令は初期
送りを粗送りに切り換える。

【００４２】図７に示す「マンドレルの粗送り」はワー
ク５を面接触による圧延を行うための加工送りの一つで
あり、ワーク５の外径が略所望の外径に達するまでこの
粗送りでマンドレル４を移動させる。粗送りでは、ドラ
フト量を増大するため、初期送りより大きなトルク設定
値（電圧値）にし、二つのガイドロール６でワーク５を
外径側から強く保持する。この粗送りにおけるマンドレ
ル４の移動速度は初期送りにおけるマンドレル４の移動
速度よりも小さい。

【００４３】マンドレル４の粗送りのエンコーダー指令
が終了し（時刻ｔ３）、粗送り完了位置をワーク５の寸
法定寸レバー１４で検知すると、図３に示す一種のバッ
クラッシュをなくすための送りを戻すリトラクションを
行う。具体的には、マンドレル４をワークを介して成形
ロール３に押圧するため成形荷重が生じ、第一支持ブロ
ック２、第二支持ブロック１０、タイロット１１等に弾
性変形が生じる。マンドレル４の送り量にその弾性変形
の影響が及ばないようにマンドレル４を少し後退させ
る。粗送りの圧延が進行すると次第に圧延力が発生して
くるために、ワーク５の拡径が始まる。このときガイド
ロール６もワーク５に押されて徐々に開き方向に強制移
動させられるが、サーボモーターのトルク制御により同
一の力でワークに押圧を加えるように作用する。時刻ｔ
３にワーク５の外径が略所望の外径まで圧延・拡径され
たことを寸法定寸レバー１４により検知させると、粗送
りから更に低速の仕上げ送りに切り換わる。

【００４４】図７に示す「マンドレルの仕上げ送り」
は、略所望の外径にまで圧延・拡径されたワーク５を精
密に所望の外径まで圧延・拡径するために実行される加
工送りである。従って、仕上げ送りではドラフト量は減
少し、ガイドロールのトルク設定値（電圧）を粗送りよ
り下げ、仕上げ送りトルクの設定値に切り換える。ワー
ク５が仕上げ寸法まで拡径されたと寸法定寸レバー１４
により検知されると仕上げ送りが完了し、圧延加工が完
了し時刻ｔ４となる。このとき、例えば現在位置カウン
ター「８、５００」カウンターと表示されるとする。時
刻ｔ１の現在位置カウンター「１０、０００」より減少
しているが、これはワーク５の加工終了によりワーク５
の外径が拡径されガイドロールが押し戻されたことによ
るものである。

【００４５】そして、ガイドロール６をトルク制御から
位置制御へ戻し、ガイドロール６及びマンドレル４の初
期位置への戻しが実行され処理を終了する。アンローデ
ィング及びローディング工程では、仕上げ外径寸法を寸
法定寸レバー１４の信号により検知するとガイドロール
のトルク制御から位置制御に切り換えて急速戻りの動作
をする。現在位置カウンター８４の仕上げ送り完了時で
ある時刻ｔ４の値である「８、５００」を符号をマイナ
スにして「−８、５００」として偏差カウンター８３に
入力する。このようにすれば、ガイドロール６のサーボ
モーターからのエンコーダーパルスと比較し、一致した
ときにはガイドロール６は元の位置に戻ることになる。
偏差カウンター８３の位置指令は早送り完了時の時刻ｔ
１での偏差カウンター８３の値は一定の値とすることが
できるが、仕上げ送り完了時の時刻ｔ４は完成品のワー
クの厚み、あるいは若干の偏肉といった影響があるた
め、一定の値とすることができず、ワーク加工ごとの時
刻ｔ４の現在位置カウンター８４の値を偏差カウンター
８３の値として使用することになる。

【００４６】このように図４（１）で示すように時刻ｔ
０から時刻ｔ１までの早送りの時間と時刻ｔ４から僅か
の時間であるアンローディングの時間は位置制御が行わ
れる。時刻ｔ１、ｔ２，ｔ３及びｔ４の切り換え信号は
寸法定寸レバー１４を介して行うこともでき、寸法定寸
レバー１４の位置信号の発生は例えば、電気マイクロ、
リニアスケール等で行われる。その場合、図４（２）に
示すように時刻ｔ１に対応する位置がｘ１、時刻ｔ２に
対応する位置がｘ２、時刻ｔ３に対応する位置がｘ３、
時刻ｔ４に対応する位置がｘ４となり、（ｘｎ−ｘ１）
の差分で位置制御をすることになる。

【００４７】次に、図５を用いてガイドロール駆動装置
の回路の構成を説明する。図５は本発明の実施例のサー
ボモーター制御ブロック図である。工具制御装置の回路
は大きく分けるとコントローラーとモータードライバー
からなる。コントローラー８０には外部から入力可能な
スイッチ「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」が設けられている。
スイッチ「Ａ」及び「Ｃ」では位置制御を行うための信
号（以下、位置指令という）が入力され、スイッチ
「Ｂ」ではトルク制御を行うための信号（以下、トルク
指令という）が入力される。コントローラー８０には
「Ｃ」からの信号が通る偏差カウンター８３及びＤ／Ａ
コンバーター８６が設けられており、サーボモーター３
６のエンコーダーから送られてくるエンコーダーパルス
を受ける現在位置カウンター８４及びエンコーダーパル
スと位置指令との差分検出を行う偏差カウンター８３が
設けられている。偏差カウンター８３と現在位置カウン
ター８４の間には位置制御とトルク制御を切り換えるス
イッチ「Ｃ」が設けられている。さらに「Ｂ」からのト
ルク指令を受けるためのＤ／Ａコンバーター８５が設け
られている。

【００４８】モータードライバー８２ではＤ／Ａコンバ
ーター８６の位置指令が周波数／電圧変換（以下、Ｆ／
Ｖという）コンバーター９１で変換されたエンコーダー
パルスと差分を行う差動演算器９０が設けられ、差動演
算器９０とＦ／Ｖコンバーター９１との間に位置制御と
トルク制御を切り換えるスイッチが設けられている。差
動演算器９０からの出力は速度アンプ８７より増幅され
電流アンプ８８に向かう途中にも位置制御とトルク制御
を切り換えるスイッチが設けられている。このスイッチ
はコントローラー８０内のＤ／Ａコンバーター８５とも
接続されている。このスイッチには電流の差動演算器８
９が設けられ次いで電流アンプ８８と電力アンプ８１に
接続され、電力アンプ８１の出力側にはサーボモーター
３６に流す電流を検出するためのＣＴ（カレントトラ
ンスファー）９２が設けられサーボモーター３６と接続
されている。サーボモーター３６からの信号はガイドロ
ール駆動装置９５に送られる。サーボモーター３６には
エンコーダー９３が設けられている。また、電力アンプ
８１からのモーター電流（サーボモーター３６へ供給す
るための電流）を調整するためＣＴ９２と電流の差動演
算器８９からの信号を増幅する電流アンプ８８を設けて
ある。エンコーダー９３とＦ／Ｖコンバーター９１との
間では速度ループが形成されている。エンコーダー９３
から送られるエンコーダーパルスがＦ／Ｖコンバーター
９１に入力され周波数当たりのパルス数が求まり、そこ
から角速度が求められガイドロール６の速度が定まるた
め速度ループを形成することになる。またエンコーダー
９３と偏差カウンター８３との間ではエンコーダー９３
からエンコーダーパルスが出力されることにより位置ル
ープが形成されている。なお、エンコーダーパルスはガ
イドロール６がプラスの方向へ移動する場合にはクロッ
クワイズであり、ガイドロール６がマイナスの方向へ移
動する場合にはカウンター−クロックワイズとなる。

【００４９】時間毎の回路の動作としては、時刻ｔ０か
ら時刻ｔ１までは、位置制御が行われるため、「Ａ」か
らの位置指令のみが与えられる。具体的には、「ガイド
ロール閉位置」信号が与えられる。例えば、実施例にお
いては「１０、０００」という値が入力される。この
「１０、０００」という値は予め実測により得られた値
である。コントローラー８０内の偏差カウンター８３の
下に設置してあるスイッチは位置制御に接続され、モー
タードライバー８２内の全てのスイッチも同様に位置制
御に接続される。コントローラー８０内の「Ａ」に位置
指令として入力された信号はＤ／Ａコンバーター８６で
電圧値に変換される。変換された信号はモータードライ
バー８２に入力され各アンプにより電流増幅が行われサ
ーボモーター３６に位置指令が与えられ、ガイドロール
駆動装置９５に送られる。またガイドロール駆動装置９
５からサーボモーター３６に信号が送られ、エンコーダ
ー９３からはフィードバック信号（エンコーダーパル
ス）が出力される。これはエンコーダー９３から送られ
るガイドローラの位置情報である。従って、ガイドロー
ルの回転角として捉えることもできる。エンコーダー９
３から送られるエンコーダーパルスはコントローラー８
０内のカウンター（不図示）に送られ二方向に分かれ
る。一方向では偏差カウンター８３内の差分増幅器で位
置指令との差分が行われ、他方向では現在位置カウンタ
ー８４でカウンター（不図示）からの信号が加算又は減
算される。偏差カウンター８３においての差分値が
「０」となった時点で時刻ｔ０から時刻ｔ１の間の回路
の動作は停止する。なおエンコーダーパルスは周波数／
電圧コンバーター（Ｆ／Ｖコンバーター）を介して差動
増幅器９０に入り単位時間当たりのパルスを電圧値に変
換し、Ｄ／Ａコンバーター８６からの出力信号の電圧値
（位置指令信号）と差分が行われる。ここではアナログ
値同士で差分が行われる。この差分値に基づいてガイド
ロールの異常動作を検出することも可能である。

【００５０】次にマンドレル４の時刻ｔ１での圧下スラ
イド８の位置情報又は寸法定寸レバー１４から得られる
信号情報に基づいて時刻ｔ１から時刻ｔ２までのトルク
制御に切り換わる。時刻ｔ１の時点でコントローラー８
０及びモータードライバー８２のスイッチが位置制御か
らトルク制御に切り換わり、「Ｂ」から初期送りのトル
ク指令がコントローラー８０に与えられると共に「Ｃ」
の制御信号により偏差カウンター８３がリセットされ
る。初期送りのトルク指令をＤ／Ａコンバーター８５で
電圧値に変換しその電圧値はモータードライバー８２に
送られ、各種アンプで増幅され、電力アンプ８１で増幅
された電流値がサーボモーター３６に送られる。サーボ
モーター３６のエンコーダー９３からはフィードバック
信号（エンコーダーパルス）が出力される。ＣＴ９２か
らのトルクに関する電流信号は差動演算器８９で初期送
りのトルク指令に基づく出力信号の電圧値と間で差分が
行われ電流ループを形成する。その差分値は各種アンプ
により増幅された電流値がサーボモーター３６に出力さ
れ、ガイドロール駆動装置９５に伝わる。エンコーダー
９３からのエンコーダーパルスはカウンター（不図示）
を介して現在位置カウンター８４に送られ加算又は減算
される。

【００５１】時刻ｔ２から時刻ｔ３まで及び時刻ｔ３か
ら時刻ｔ４までも同様にトルク制御が行われる。この各
時間の切換えは、マンドレル４の圧下位置情報又は寸法
定寸レバー１４の信号で行われる。コントローラー８０
及びモータードライバー８２のスイッチはトルク制御の
状態を維持することになる。動作としては、差動演算器
８９とＣＴ９２の間で電流ループにより、電力アンプ８
１から増幅された電流が出力されＣＴ９２で電流の変化
を電圧の変化に変換し、その電圧値を差動演算器８９で
トルク指令に基づく出力信号の電圧値と差分を行い、そ
の差分値が電流アンプ８８及び電力アンプ８１を通りサ
ーボモーター３６に出力され、ガイドロール駆動装置９
５に伝わる。エンコーダー９３からのエンコーダーパル
スについてもカウンター（不図示）を介して現在位置カ
ウンター８４に送られ加算又は減算される。

【００５２】時刻ｔ４ではマンドレル４は原点位置に復
帰されているので位置制御に切り換わる。マンドレル４
の圧下スライドの位置情報又は寸法定寸レバーの位置情
報により時刻ｔ４でコントローラー８０及びモータード
ライバー８２のスイッチはトルク制御から位置制御に切
り換わり位置ループが作動する。「Ｃ」の制御により偏
差カウンター８３のリセットは解除（カウンター開始の
状態）状態とされている。次に「Ａ」からは目標値であ
る「０」に戻すために現在位置カウンター８４の時刻ｔ
４の値を読み出し（マンドレル後端位置ｘ４）、０値−
現在位置カウンター値を求め、その結果を「Ａ」に入力
する。サーボモーター３６のエンコーダー９３から送ら
れるエンコーダーパルスとの差分が偏差カウンター８３
内の差動増幅器で行われ差分値が「０」となるまで続け
られる。「０」となった時点でガイドロールははじめの
位置に戻る。

【００５３】（第二実施例）第二実施例で示す発明は、
仕上げ送り工程時にワーク５の真円度の向上を図るた
め、下流側ガイドロールをワーク５に接触させ（一定ト
ルクを加え続ける）、上流側ガイドロールを開放する
（ワーク５と非接触状態）機構である。

【００５４】図１１はアーム支持軸一本の第二実施例の
平面図である。図１６は仕上げ送り工程開始時のアーム
支持軸一本の第二実施例の簡略図である。図１１ではア
ーム支持軸が一本の場合で粗送りのトルクから仕上げ送
りのトルクに切り換えたことにより上流側アームが押し
戻される状況を示している。破線で描かれたワーク５、
上流側ガイドロール４６及び下流側ガイドロール４８が
仕上げ送り圧延加工が施される以前の状態を示してい
る。実線で描かれたワーク５は仕上げ送りによりワーク
が拡径した状態を示しており、上流側ガイドロール４６
及び下流側ガイドロール４８は拡径により移動した状態
を示している。アーム支持軸の中心１６ａから先端のガ
イドロールまでの距離を上流側より下流側の方を長くす
れば、仕上げ送りトルクに切換えてから上流側アーム１
７と下流側アーム１８のワーク５に対する変位は（同一
θに対し）上流側の方が大きくなる。それ故、上流側ア
ーム１７は非接触状態（ワーク５外径面と非接触）、下
流側アーム１８は接触状態（トルク制御）となる。この
とき、下流側ガイドロール４８はワーク５の外周面に接
触しているが、上流側アーム１７が下流側アーム１８よ
り短いため、上流側ガイドロール４６がワーク５外周面
から離れ、ワーク５外周面との間にすきまが生じ、上流
側ガイドロール４６が解放される。このことにより、仕
上げ送り時の下流側ガイドロール４８によるワーク５の
保持により、ワーク５の真円度が向上する。

【００５５】図１１における上流側アーム１７及び下流
側アーム１８の駆動を摩擦駆動とギヤ駆動それぞれを使
い分けて用いる例を説明する。図４（１）に示す位置制
御を行う早送りと仕上げ送りから原点に復帰する間はギ
ヤ駆動とし、この時、図１０に示すサーボモーター３６
で与えられる回転駆動力は上流側アームに噛み合うギヤ
５０から上流側アームギヤ１７ａ及びアイドラギヤ４２
を介して下流側アームに噛み合うギヤ４４から下流側ア
ームギヤ１８ａへ、それぞれ上流側アーム１７と下流側
アーム１８がＸ−Ｘ軸を挟んで等しい角度で対向離間す
る様に駆動される。このとき、上流側アーム長さＡ₂ ＜
下流側アーム長さＡ₁ の関係になっているので図１６で
示すアーム開き角θ_i ＜θ₀ となり、両ガイドロールが
ワーク５の外周面に接する様に上流側アームに噛み合う
ギヤ５０と上流側アームギヤ１７ａ、及び下流側アーム
に噛み合うギヤ４４と下流側アームギヤ１８ａの歯数モ
ジュールを予め選定しておく。そして、トルク制御に入
った初期送り、粗送りでは、先の上流側アームに噛み合
うギヤ５０と上流側アームギヤ１７ａ及び下流側アーム
に噛み合うギヤ４４と下流側アームギヤ１８ａは、歯の
ないすべり伝達すなわち摩擦駆動関係にし、ワーク５の
外周面の拡径に従動できる様にする。

【００５６】この様なアーム駆動方法とした状態で仕上
げ送り工程に入る。粗送り完了時点ではワーク５の外周
面の拡径に従動した状態であるから図１１に示すＡ₂ ＜
Ａ₁の関係からθ_i ＜θ₀ の関係のアーム開き角になっ
ている。仕上げ送り工程に入ると同時に先の位置制御の
ところで説明した様に、上流側アームに噛み合うギヤ５
０と上流側アームギヤ１７ａ及び下流側アームに噛み合
うギヤ４４と下流側アームギヤ１８ａをギヤ駆動となる
様にすれば、その後の上流側ガイドロール４６と下流側
ガイドロール４８の開き角をＸ−Ｘ軸に対し等しくなる
様に出来る。つまり図１７に示す様に、それぞれの歯車
（ギヤ）を摩擦駆動とする部分とギヤ駆動する部分とに
分けることにより可能であり、上、下流側ガイドロール
４６、４８のアーム長さＡ₁ 、Ａ₂ の大小関係が予め知
れるので、ギヤ駆動時はそれぞれの歯数とモジュールを
予め選択して用いＸ−Ｘ軸に対し等しい開き角で開ける
様にすることが出来る。ワーク５の外周面の拡径に伴っ
て、上、下流側ガイドロール４６、４８が従動する時
は、摩擦駆動（ギヤのない）とすることでワーク外周面
に所定のトルク（押圧力）を与えながら後退することが
出来る。なお図４（１）において先のガイドロールの位
置制御段階である早送り段階ではトルク制御の開始する
少し手前（ｔ₁ より少し手前）でギヤー駆動から摩擦駆
動に切換えガイドロールをワーク５の外周に接近させれ
ば、先のＡ₁ ≠Ａ₂ による歯車及びワーク５の外周面へ
の過大な力を防止できる。

【００５７】又仕上げ送り工程では上、下流側ガイドロ
ール４６、４８がギヤ駆動となっているが、上流側ガイ
ドロール４６はワーク外周面より離れて行くので下流側
ガイドロール４８でのみワーク外周面へのトルク伝達を
ギヤ駆動の状態で伝達することができる。以上、第二実
施例では仕上げ送り工程において、上流側ガイドロール
４６と下流側ガイドロール４８をギヤ駆動で連動し、等
しい開き角となる様に開き、この結果、下流側ガイドロ
ール４８のみでワーク５の外周面を支持（トルク制御）
し、押圧力を与える様にしたが、図３と図４（１）のワ
ーク５がマンドレル４と成形ロール３により圧延されワ
ーク外径の拡径が始まる段階、すなわちこの段階ですで
に、早送り後、上流側ガイドロール４６と下流側ガイド
ロール４８とがワーク５の外周面に接触させた状態（先
の説明で位置制御完了後）としているが、ギヤ駆動と
し、上流側ガイドロール４６と下流側ガイドロール４８
を等しい開き角で開かせる様にすれば、ワーク５の圧延
の最初から下流側ガイドロール４８のみでワーク５の外
周面を支持押圧（トルク制御）し、上流側ガイドロール
４６をワーク５の外周面から離れる様にしても、本願発
明の目的が達成できる。

【００５８】図１５はこの方法において、冷間圧延され
たものと従来のように仕上げ送り工程で上流、下流側ガ
イドロールによりワーク５を拘束した例を比較した表で
ある。本発明によれば従来技術に比べ真円度のばらつき
は約１０倍向上していることがわかる。

【００５９】図１２はアーム支持軸二本の他の実施例の
平面図である。仕上げ送り時のみ同じ開き角となるよう
に連動させ、初期送りから粗送りではワーク５の外周面
に対するガイドロールは従動（上流側アーム６０はギヤ
による駆動にし、下流側アームのみ従動とすることもで
きる）させた例で、図１１と同様に上流側アーム６０と
下流側アーム６２の長さを変え、仕上げ送りに入って上
流側アーム６０を開放（ワーク５と非接触状態とし
た）、下流側アーム６２はワーク５と接触の機構を示す
ものである。具体的には、サーボモーターの歯車６４を
サーボモーター（不図示）により回転しアーム旋回歯車
６６、６８を回転させる。それに伴い上流側アーム６０
及び下流側アーム６２を旋回することができる。この場
合、アーム旋回歯車６６、６８は対向する方向に回転す
るため、上流側アーム６０及び下流側アーム６２の開閉
の動作は同期する。θ_i は早送り完了後のガイドロール
とワークが接触したときに決まる角度である。θは上流
側及び下流側でアームが等しく開く角度である。上流側
アーム６０の長さＲ１が下流側アーム６２の長さＲ２よ
り短いので、第二実施例と同様に下流側アーム６２がワ
ーク５に接触している状態では上流側アーム６０はワー
ク５と非接触の状態となる。なお、ギヤ駆動及び摩擦駆
動の条件は先の第二実施例と同様である。

【００６０】図１３はアーム支持軸二本のラックアンド
ピニオンを利用した他の実施例である。上流側アーム５
０及び下流側アーム５２を水平に配し、ピニオン５８と
ラック５４及びラック５６を噛み合わせ、ピニオン５８
の回転によりラック５４及びラック５６に取り付けられ
た上流側アーム５０及び下流側アーム５２を平行に上下
方向に移動する。初期送りから粗送りまでは上流側アー
ム５０及び上流側アーム５２の先端に取り付けられた上
流側ガイドロール４６及び下流側ガイドロール４８をワ
ーク５の外周に接触し従動させワーク外周面を保持す
る。仕上げ送りになるとラック５４及び５６とピニオン
５８との噛み合わせて連動、ギヤ駆動にすれば上流側ア
ーム長さ＜下流側アーム長さ、の関係から先の第二実施
例と同様の構造を採ることにより、上流側ガイドロール
４６とワーク５の間にすきまを設け、下流側ガイドロー
ル４８でワーク５を保持することが可能となる。

【００６１】図１４はアーム旋回中心をオフセットした
他の実施例である。上流側アーム７０、下流側アーム７
２のアーム長さをｌ_i ＝ｌ₀ とし、アーム旋回中心７４
を下流側にオフセットさせた例を示したものであり、図
１１の構造を変形させた例である。つまり、アームの旋
回中心７４を移動することにより上流側ガイドロール４
６とワーク５の間に隙間を設け非接触の状態とし、下流
側ガイドロール４８とワーク５を接触させて圧延加工を
行うというものである。以上、仕上げ送り工程でのみ、
上流側、下流側アームの開き角を連動し、下流側ガイド
ロール４８でワーク外周面を支持（トルク制御）する様
に説明したが、第二実施例と同様、ワークの拡径が始ま
った段階からギヤ駆動にして連動させ、下流側ガイドロ
ール４８によってのみワーク外周面を支持する様にして
もよい。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ワークの
圧延加工中にガイドロールの位置制御、トルク制御の変
換を瞬時に行い圧延加工サイクル時間の短縮化を図り、
ガイドロールのトルクによるワークへの押圧を早送りか
らアンローディングまでにタイミングよく切り換えるこ
とにより、ワークの真円度を向上できると共に拡径の阻
害を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を輪体成型装置に応用した時の概
略構成を示す側面図である。

【図２】図２は図１の輪体成型装置のガイドロール６を
除く動作を制御するための制御系統の概略構成を示すブ
ロック図である。

【図３】図３は輪体成形装置の成形ロールに対するマン
ドレルの送り量を時間経過と共に示したグラフである。

【図４】図４（１）は本発明の実施例のガイドロールの
位置・トルクと時間との関係を示すグラフである。図４
（２）は図３の時間に対応する現在位置カウンターの値
を示す線図である。

【図５】図５は本発明の実施例のサーボモーター制御の
ブロック図である。

【図６】図６は仕上げ送り工程で上流側ガイドロールを
ワークから解放し、下流側ガイドロールでワークを押圧
するための条件を示す線図である。

【図７】図７はワークの圧延加工プロセスを説明する流
れ図である。

【図８】図８は本発明の実施例のアーム支持軸の詳細な
断面図である。

【図９】図９は本発明の実施例の輪体成形装置の平面図
である。

【図１０】図１０はアームギヤとアームに噛み合うギヤ
の噛み合い状況を示す平面図である。

【図１１】図１１はアーム支持軸一本の第二実施例の平
面図である。

【図１２】図１２はアーム支持軸二本の他の実施例の平
面図である。

【図１３】図１３はアーム支持軸二本のラックアンドピ
ニオンを利用した他の実施例である。

【図１４】図１４はアーム旋回中心をオフセットした他
の実施例である。

【図１５】図１５はこの方法において、冷間圧延された
ものと従来のように仕上がり工程で上、下流側のガイド
ロールによりワーク５を拘束した例を比較した表であ
る。

【図１６】図１６はアーム支持軸一本の第二実施例の簡
略図である。

【図１７】図１７は上、下流側アームギヤと上、下流側
アームに噛み合うギヤの嵌合を示す部分図である。

【図１８】図１８は成形ロールとマンドレルとに挟圧さ
れて圧延加工されるワークの状況を示す側面図である。

【図１９】図１９は従来の輪体成形装置の圧延状況を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ベッド３成形ロール４マンドレル５ワーク１６アーム支持軸１６ａアーム支持軸の中心１７上流側アーム１８下流側アーム１８ａ下流側アームギヤ４４下流側アームに噛み合うギヤ４６上流側ガイドロール４８下流側ガイドロール８０コントローラー８３偏差カウンター８４現在位置カウンター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの加工進行中、ワークと工具を相
対的に進退し、ワークの加工又は押圧を行う工具制御装
置において、ワークの加工又は押圧の開始から終了まで
に工具の位置制御をするための位置制御手段と工具のワ
ークの加工又は押圧力を制御するための押圧制御手段と
を兼ね備えたことを特徴とする工具制御装置。