(57)【要約】 【課題】簡易な構成であり、汎用性が高く工程設計を容易に行うことができる鍛造装置を提供する。【解決手段】素材Ｍを押圧することで素材Ｍを変形させて所定の立体形状を成形する鍛造工具５を備え、鍛造工具５は、素材Ｍの周囲に配置される側面工具５０ａおよび５０ｂをもち、側面工具５０ａおよび５０ｂは、素材Ｍの一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に素材Ｍを押し込み可能な可動片５１ａ〜５５ａおよび５１ｂ〜５５ｂからなり、これらの可動片により素材Ｍを一端部側から他端部側へと順次押し込み得る鍛造装置であって、さらに、先に素材Ｍに押し込まれた可動片５１ａに隣接する可動片５１ｂが素材Ｍに押し込まれるときに、可動片５１ａ、可動片５１ｂおよび素材Ｍの相対的な位置を維持しつつ可動片５１ａと可動片５１ｂとで素材Ｍを保持させる工具係止手段を備える。 【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を押圧することで該素材を変形させて所定の立体形状を成形する鍛造工具を備え、
前記鍛造工具は、前記素材の周囲に配置される２以上の側面工具をもち、
前記側面工具のうちの少なくとも１つは、前記素材の一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に該素材を押し込み可能な複数の可動片からなり、複数の該可動片により該素材を該一端部側および該他端部側の少なくとも一方へと順次押し込み得る鍛造装置であって、
さらに、複数の前記可動片のうち、先に前記素材に押し込まれた第一可動片に隣接する第二可動片が該素材に押し込まれるときに、該第一可動片、該素材を挟んで該第一可動片に対峙する前記側面工具および該素材の相対的な位置を維持しつつ該第一可動片と該側面工具とで該素材を保持させる工具係止手段を備えることを特徴とする鍛造装置。
【請求項２】
前記工具係止手段は、前記第一可動片と該第一可動片と前記素材を挟んで対峙する前記側面工具とを連結する連結具である請求項１記載の鍛造装置。
【請求項３】
前記側面工具は、前記素材を挟んで前記第一可動片と対峙する第三可動片を有し、
前記連結具は、該第一可動片と該第三可動片とを連結する請求項２記載の鍛造装置。
【請求項４】
前記工具係止手段は、前記可動片と押し込み方向の後端部で当接することで該可動片の変位を規制する当接面と、該可動片の押し込み方向の後端部に当接するとともに該可動片の押し込み方向に対して直行する方向に移動することで該可動片を前記素材に押し込む傾斜面と、をもつ変位制御部材である請求項１記載の鍛造装置。
【請求項５】
複数の前記可動片は、前記第一可動片は２つの前記第二可動片の間に位置する請求項１〜４のいずれかに記載の鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素材を鍛造によって所定の形状に成形するための鍛造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鍛造は、金属製の素材の少なくとも一部を工具によって押し潰すことで所定の形状に成形する塑性加工法である。鍛造としては、型鍛造と自由鍛造がある。
【０００３】
型鍛造では、成形すべき鍛造品の表面形状に合わせた金型によって、素材表面の大部分を同時に加圧あるいは拘束して成形が行われる。特許文献１では、リブに囲まれた複数のウェブを有するウェブリブ形状品を、プレス型鍛造により成形している。プレス型鍛造には、ウェブリブ形状品を成形する凹部を備える金型と、凹部内で上下動可能な複数のスタンプ部と、を備える成形金型が用いられる。素材を凹部の底部に配置し、スタンプ部を素材に個別かつ順次圧入させると、圧縮された素材が凹部とスタンプ部との間にある空間に流動し、各ウェブおよびウェブの周囲のリブが成形される。
【０００４】
自由鍛造では、平坦または単純な曲面からなる表面をもつ汎用工具を用い、素材の大部分を拘束することなく素材を圧縮して変形させる。特許文献２では、水平に対向する左右一対の金型を用い、タービン羽根素材を成形している。成形の際には、素材の長手方向に繰り返し位置決めをし、素材に対して金型の位置をずらしながら逐次成形を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２９３５８１号公報
【特許文献２】特開平２−４６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
様々な部品形状や生産量に柔軟に対応できる成形方法、たとえば、部品のＣＡＤデータから自動的に成形工程を作成し、これに基づき部品を製造できる生産システムが望まれている。種々の部品形状に対して成形するには、鍛造において専用の金型を用いず、汎用工具で成形することが望ましい。
【０００７】
ところが、特許文献１では、ウェブリブ形状品の形状および寸法に応じた成形金型を用いるため、汎用性が低い。また、特許文献２では、汎用工具を使用するものの、一対の工具により位置をずらしながら繰り返し成形を行うため、素材が多方向に流動する。そのため、目的の形状にするための工程設計が困難である。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑み、簡易な構成であり、汎用性が高く工程設計を容易に行うことができる鍛造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鍛造装置は、素材を押圧することで該素材を変形させて所定の立体形状を成形する鍛造工具を備え、
前記鍛造工具は、前記素材の周囲に配置される２以上の側面工具をもち、
前記側面工具のうちの少なくとも１つは、前記素材の一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に該素材を押し込み可能な複数の可動片からなり、複数の該可動片により該素材を該一端部側および該他端部側の少なくとも一方へと順次押し込み得る鍛造装置であって、
さらに、複数の前記可動片のうち、先に前記素材に押し込まれた第一可動片に隣接する第二可動片が該素材に押し込まれるときに、該第一可動片、該素材を挟んで該第一可動片に対峙する前記側面工具および該素材の相対的な位置を維持しつつ該第一可動片と該側面工具とで該素材を保持させる工具係止手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
なお、「第一可動片」および「第二可動片」とは、複数の可動片のうちの隣接する２つを便宜的に示す呼称であり、可動片は３つ以上で１つの側面工具を構成してもよいことは、言うまでもない。また、第二可動片が第一可動片としてはたらくこともあり得る。後に記載の「第三可動片」についても同様である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鍛造装置において、側面工具は、それぞれ独立に素材を押し込み可能な複数の可動片からなる。各可動片の押し込み量や押し込み位置を変更することにより、素材を様々な形状に変形させることができるため、汎用性が高い。
【００１２】
複数の可動片は、素材が保持される一端部側から他端部側へと配列され、その一端部側および他端部側の少なくとも一方へと順次素材に押し込まれる。このとき、工具係止手段により、はじめに素材に押し込まれた第一可動片、素材を挟んで該第一可動片に対峙する側面工具および素材の相対的な位置を維持しつつ第一可動片と側面工具とで素材が保持される。工具係止手段を使用した状態で第二可動片が素材に押し込まれると、第二可動片に押し込まれた素材の流動は、先に素材に押し込まれた第一可動片に確実に堰き止められる。その結果、素材は、主として素材の第二可動片側の端部へと一方向に流動する。素材の主な流動方向が一方向であれば、多方向に流動する場合に比べ、素材の保持状態、可動片の押し込み条件などを決定する工程設計が容易となる。
【００１３】
また、工具係止手段は、単に、第一可動片、側面工具および素材の相対的な位置を維持しつつ第一可動片と側面工具とで素材を保持するのみの手段である。そのため、工具系止手段は、具体的には、第一可動片と側面工具とを連結させるだけでよく、第二可動片が素材に押し込まれる際には、少なくとも第二可動片を加圧する加圧手段がありさえすればよい。さらに、第二可動片の加圧に先だって行われる第一可動片の加圧も、同じ加圧手段により行えばよい。つまり、本発明の鍛造装置は、複数の可動片のそれぞれの押し込み量や押し込み位置を一度に制御する必要がなく、装置の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、鉛直方向断面図である。
【図２】本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、図１のＹ−Ｙ’断面図である。
【図３】本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、工具係止手段により第一可動片、側面工具および素材の相対的な位置が維持されている状態を示す断面図である。
【図４】本発明の鍛造装置に好適な変位制御部材の一例を示す平面図である。
【図５】図４に示す変位制御部材を図１に示す可動片に適用した場合の可動片の変位を段階的に示す説明図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】本発明の鍛造装置の具体例である鍛造装置１を示す概略図である。
【図８】本発明の鍛造装置の具体例である鍛造装置２を示す概略図である。
【図９】本発明の鍛造装置の具体例である鍛造装置３を示す概略図である。
【図１０】本発明の鍛造装置の具体例である鍛造装置４を示す概略図である。
【図１１】素材を側面から撮影した図面代用写真である。
【図１２】鍛造装置１により成形された成形品を押し込み方向および押し込み方向と垂直な方向から撮影した図面代用写真である。
【図１３】従来の鍛造装置により成形された成形品を押し込み方向および押し込み方向と垂直な方向から撮影した図面代用写真である。
【図１４】鍛造装置３により成形された成形品を押し込み方向および押し込み方向と垂直な方向から撮影した図面代用写真である。
【図１５】鍛造装置４により成形された成形品を押し込み方向および押し込み方向と垂直な方向から撮影した図面代用写真である。
【図１６】本発明の鍛造装置の具体例である鍛造装置５を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の鍛造装置を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。
【００１６】
図１および図２は本発明の鍛造装置の一例を示す概略図である。図１および図２は、本発明の鍛造装置の一例を示すのみであるため、各構成の配置や形状は図１および図２に示す形態に限られない。また、装置自体の方向も図１および図２に限定されず、図１において軸Ｘが鉛直方向に一致するような方向に設置されてもよい。
【００１７】
本発明の鍛造装置によって成形される素材は、その形状に特に限定はないが、円柱形状や角柱形状の棒状体が好適である。また、材質にも特に限定はなく、従来から鍛造により加工される金属材料であればよい。以下、円柱形状の素材を例に説明するが、素材の形状が異なっても、本発明の鍛造装置にて成形することで円柱形状の素材を用いた場合と同様に、素材の流動を堰き止める効果が発揮される。
【００１８】
本発明の鍛造装置は、鍛造工具を備える。鍛造工具により素材を押圧することで素材を変形させて、所定の立体形状が成形される。鍛造工具は、素材の周囲に配置される２以上の側面工具をもつ。側面工具の形状に特に限定はなく、素材を押圧する側面工具の押し込み端面の形状は、素材の形状および成形品の形状に応じて適宜選択すればよい。押し込み端面の形状は、図２に示す曲面のほか、平面であってもよい。
【００１９】
また、鍛造工具は、さらに、素材の変形を拘束する変形拘束工具をもってもよい。たとえば、図１では、拘束工具２０ｃ、２０ｄ、２０ｅおよび２０ｆにより、素材Ｍの両端部の変形が拘束される。しかし、後述の可動片を素材Ｍに押し込んで成形すると、素材Ｍは、可動片が押し込まれる順番に応じて素材Ｍの長手方向の一端部側および他端部側の少なくとも一方へと流動する。そのため、変形拘束工具、特に素材の端部の変形を拘束する変形拘束工具は、素材の流動を堰き止めないように素材を保持すべきである。また、可動片をもたず素材に押し込まれない側面工具は、変形拘束工具と見なすこともできる。
【００２０】
側面工具は、素材の周囲に複数配置される。側面工具が配置される位置に特に限定はないが、素材の一端部と他端部とを結ぶ直線に対して略垂直な同一平面上に配置されるとよい。たとえば、図１および図２では、２つの側面工具２０ａおよび２０ｂは、素材Ｍの中心軸Ｘに対して垂直な同一平面上に、素材Ｍを挟んで対向して配置されている。３つ以上の側面工具が対峙していても、素材Ｍの中心軸Ｘに対して略垂直な同一平面上に中心軸Ｘを中心として等間隔に配置されるとよい。側面工具の個数に限定はなく、２〜６個が実用的である。
【００２１】
複数の側面工具のうちの少なくとも１つは、複数の可動片からなる。可動片は、素材の一端部側から他端部側へと配列され、それぞれ独立に素材を押し込み可能である。可動片の寸法や形状に特に限定はないが、板状体であるのが好ましく、厚さ方向に所定の枚数重ね合わされて一つの側面工具をなすのがよい。また、複数の可動片のうち隣接する２つの可動片は、押し込みの際に、互いに摺接する摺接面をもつのが好ましい。なお、図１において、１つの側面工具２０ａは５つの可動片２１ａ〜２５ａからなるが、可動片の個数に限定はない。また、図１では、２つの側面工具２０ａおよび２０ｂがともに可動片を有するが、側面工具２０ｂは可動片２１ｂ〜２５ｂを意図的に固定することで単なる側面工具（あるいは変形拘束具）として使用することも可能である。
【００２２】
可動片は、素材を一端部側および他端部側の少なくとも一方へと順次押し込み得る。つまり、複数の可動片のうち、第一可動片が素材に押し込まれたら、第一可動片に隣接する第二可動片が素材に押し込まれる。第二可動片が素材に押し込まれるときに先に第一可動片が素材に押し込まれた状態にあると、第二可動片により素材を押圧する際の材料の流動が、第一可動片により堰き止められる。
【００２３】
なお、前述の通り、第一可動片および第二可動片は、１つの側面工具において互いに隣接する可動片であればよい。図１に示す側面工具２０ａの可動片２１ａ〜２４ａを例にすれば、可動片２１ａおよび２２ａ、可動片２２ａおよび２３ａ、可動片２３ａおよび２４ａ、可動片２４ａおよび２５ａ、のうちの一方が第一可動片、他方が第二可動片である。この場合には、素材が一端部側から他端部側へと複数の可動片により順次押し込まれるため、主として他端部側の一方向に材料が流動する。また、可動片２３ａが第一可動片である場合には、可動片２２ａおよび２４ａが第二可動片になり得る。この場合には、素材が中央部から一端部側および他端部側へと複数の可動片により順次押し込まれるため、主として一端部側および他端部側のそれぞれ一方向に材料が流動する。
【００２４】
各可動片は、一般的な駆動手段により直接または間接的に移動されることで素材に押し込まれるのがよい。なお、素材を成形する場合には、変形させる部位に対応する全ての可動片を同時に動かす必要はない。たとえば、図１において互いに対向する可動片２１ａと２１ｂとで素材Ｍを押し込む場合には、予め可動片２１ｂを可動片２２ｂ〜２５ｂより突出させた状態で所定の位置に固定し、可動片２１ａと可動片２１ｂとで素材Ｍを挟持した状態で可動片２１ａのみを鉛直方向下向きに移動させる。このとき、素材Ｍの中心軸Ｘは、可動片２１ａとともに可動片２１ｂ側に移動するため、可動片２１ｂは相対的に素材Ｍに押し込まれる。
【００２５】
本発明の鍛造装置は、工具係止手段を備える。工具係止手段は、第一可動片、素材を挟んで第一可動片に対峙する側面工具および素材の相対的な位置を維持しつつ、第一可動片と側面工具とで素材を保持する手段である。この手段は、複数の前記可動片のうち、先に素材に押し込まれた第一可動片に隣接する第二可動片が素材に押し込まれるときに用いられる。つまり、工具係止手段により、第一可動片の押し込みが終了した時点での第一可動片と側面工具との位置関係が維持される必要がある。具体的には、第一可動片と第一可動片と素材を挟んで対峙する側面工具とを連結する連結具であるのが好ましい。連結具は、第一可動片と側面工具とが素材を挟んだ状態で所定の間隔を保って固定されればよく、両者をボルトで締結したり、両者の少なくとも一部を変形しにくい枠に嵌め込んで相対移動を拘束したりするのがよい。連結具としてボルトを用いた具体例を、図３を用いて説明する。
【００２６】
図３は、本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、工具係止手段により第一可動片、側面工具（あるいは第三可動片）および素材の相対的な位置が維持されている状態を示す断面図である。なお、第一可動片が素材に押し込まれる前の状態を点線で図示する。第一可動片２１ａは、押し込み方向の後端部（押し込む方向と反対側の端部）から先端部へ貫通する２つの挿通孔２１１ａを有する。挿通孔２２１ａには、それぞれボルト３０の軸部３１が挿入される。２つの挿通孔２１１ａは、第一可動片２１ａの幅方向の両端部にそれぞれ形成される。また、側面工具２０ｂは、第一可動片２１ａの押し込み端面と対向する面に開口する２つの雌ねじ部２０３ａをもつ。そのため、２つの挿通孔２１１ａと２つの雌ねじ部２０３ａは、それぞれが互いに同軸的に位置する。雌ねじ部２０３ａには、ボルト３０の先端部に形成された雄ねじ部３３をねじ込むことができる。
【００２７】
成形を行うには、はじめに、素材Ｍが、側面工具２０ｂの押し込み端面に載置される。さらに、雌ねじ部２０３ａが開口する側面工具２０ｂの押し込み端面には、円筒形状のスペーサ３２がそれぞれ載置される。そして、素材Ｍに第一可動片２１ａを載置するとともに、ボルト３０を挿通孔２１１ａを通じてスペーサ３２に挿入し、先端部を雌ねじ部２０３ａに螺合させて、第一可動片２１ａの位置決めを行う。その後、第一可動片２１ａが鉛直方向下向きに移動することで、素材Ｍは押し潰される。第一可動片２１ａの移動は、第一可動片２１ａがスペーサ３２に当接した時点で終了とする。この状態で、ボルト３０を雌ねじ部２０３ａにさらにねじ込む。ボルト３０により第一可動片２１ａと側面工具２０ｂとが連結されることで、第一可動片２１ａ、側面工具２０ａおよび素材Ｍの相対的な位置が維持されるとともに、第一可動片２１ａと側面工具２０ａとで素材Ｍが保持される。なお、図３において、側面工具２０ａは、第一可動片２１ａと対峙する第三可動片２１ｂであってもよい。
【００２８】
第一可動片と側面工具とを連結させると、第一可動片、側面工具および素材は、これらのうちのいずれか１つが移動しても、残りの２つはそれに追従して移動する。したがって、連結具を用いれば、たとえば、第二可動片を素材に押し込む際に素材の中心軸が押し込み方向に移動するような成形（後述の［素材の加工１］に相当）を行っても、第一可動片、側面工具および素材の相対的な位置関係は保たれる。なお、第二可動片を素材に押し込む際に、素材の中心軸が移動しないのであれば、第一可動片および側面工具の位置を装置自体に固定して移動を規制するだけでもよい。
【００２９】
また、工具係止手段は、可動片と押し込み方向の後端部で当接することで該可動片の変位を規制する当接面と、該可動片の押し込み方向の後端部に当接するとともに該可動片の押し込み方向に対して直行する方向に移動することで該可動片を素材に押し込む傾斜面と、をもつ変位制御部材であるとよい。以下に、図４〜図６を用いて変位制御部材を具体的に説明する。
【００３０】
図４は、本発明の鍛造装置に好適な変位制御部材の一例を示す平面図である。また、図５および図６は、図４に示す変位制御部材を図１に示す可動片に適用した場合の可動片の変位を段階的に示す説明図である。なお、図５は配列された複数の可動片を一端側からみた側面図、図６は変位制御部材の移動方向に垂直方向の断面図である。図５および図６では、一つの側面部材が有する可動片のみを示すが、これらの可動片に対峙する可動片に対しても変位制御部材を適用してもよい。また、変位制御部材が適用される側面部材に対峙する側面部材（可動片）は、移動せず装置に固定されていてもよい。
【００３１】
変位制御部材４０は、その表面に段差を有し、同一平面上になく互いに平行な第一当接面（低面）４１Ｆおよび第二当接面（高面）４２Ｆの境界部に傾斜面４１Ｃ〜４５Ｃが形成されている。これらの傾斜面は、第一当接面４１Ｆから第二当接面４２Ｆに向かって所定の角度で立ち上がる。傾斜面の配置は、可動片の位置および可動片を押し込むタイミングに応じて決定される。変位制御部材４０では、変位制御部材４０の移動方向に対して垂直な線上に並んだ複数の可動片を一端から他端まで順に押し込ませるため、それぞれの可動片を押し込むための傾斜面４１Ｃ〜４５Ｃを移動方向の先端側から後端側へとずらして順に配置している。
【００３２】
また、変位制御部材４０により変位を制御される可動片２１ａ〜２５ａは、それぞれ、押し込み方向の後端部にローラ２１ｒ〜２５ｒを有する。たとえば、ローラ２１ｒは、可動片２１ａの押し込み方向の後端部に回転可能に取り付けられる。ローラ２２ｒ〜２５ｒについても同様である。
【００３３】
初期の状態では、図５および図６の（１）に示すように、変位制御部材４０は可動片２１ａ〜２５ａの押し込み方向の後端部側に位置し、ローラ２１ｒ〜２５ｒは、第一当接面４１Ｆに当接した状態にある。そのため、可動片２１ａ〜２５ａの押し込み端面は、すべて位置Ｔ０にある。この状態で変位制御部材４０を押し込み方向と垂直方向かつ可動片の配列方向と垂直方向にスライド移動させる。変位制御部材４０のスライド移動により、可動片２１ａのローラ２１ｒは傾斜面４１Ｃ上を回動するため、可動片２１ａは傾斜面４１Ｃに押圧されて変位する。その結果、可動片２１ａの押し込み端面は、（２）に示すように位置Ｔ０からＴ１に移動する。さらに変位制御部材４０をスライド移動させると、可動片２２ａのローラ２２ｒは傾斜面４２Ｃ上を回動するため、可動片２２ａは傾斜面４２Ｃに押圧されて変位する。その結果、可動片２２ａの押し込み端面は、（３）に示すように位置Ｔ０からＴ１に移動する。可動片２２ａが押し込まれるとき、可動片２１ａのローラ２２ｒは高面である第二当接面４２Ｆと常に当接している。従って、可動片２１ａは、素材を押し込んだままの位置で維持される。さらに変位制御部材４０をスライド移動させることで、可動片２３ａ〜２５ａもそれぞれ傾斜面４３Ｆ〜４５Ｆにより順に変位する。いずれの場合も、隣接する可動片の位置は、第二当接面４２Ｆで固定される。そして、変位制御部材４０をスライド移動し続けることでローラ２１ｒ〜２５ｒをすべて第二当接面４２Ｆに当接した状態となって、素材の成形が終了する。
【００３４】
すなわち、当接面と傾斜面とを有する変位制御部材を用いることで、１つの駆動装置で変位制御部材を一方向に移動させるだけで、複数の可動片の変位の制御が可能となる。変位制御部材は、段差を有すればその形状に特に限定はない。当接面および傾斜面の寸法、配置、個数などを変えることにより、可動片を押し込むタイミング、押し込み量などを鍛造後の素材の形状に合わせられる。なお、さらに可動片の押し込みを行いたい場合には、変位制御部材の位置を変更して再度スライド移動させてもよいし、１つの変位制御部材に当接面を３つ以上形成してもよい。
【００３５】
また、変位制御部材は、押し込み方向と垂直方向かつ可動片の配列方向にスライド移動させてもよい。この場合、移動方向と垂直方向に少なくとも１つの段差が変位制御部材にあればよい。
【００３６】
以上説明したように、本発明の鍛造装置は、各可動片に対してそれぞれ１つずつの駆動装置が必要となるような複雑な装置ではない。可動片が複数存在しても、工具係止手段の構成によっては、１つの駆動装置だけですべての可動片の位置を制御することも可能である。したがって、既存の一方向または二方向から加圧するプレス装置内に、鍛造工具および工具係止手段を設置することで、本発明の鍛造装置を構成することが可能である。
【００３７】
以上、本発明の鍛造装置の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明の鍛造装置の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。
【００３９】
［鍛造装置１］
本実施例の鍛造装置１を、図７を用いて説明する。なお、図７において（１−１）と（１−２）以降の装置は同じ装置であるため、（１−２）以降の符号は一部のみの記載とする。鍛造装置１は、鍛造工具５が一方向からのプレスが可能なプレス装置１０内に設置されてなる。プレス装置１０は、加工する素材Ｍを収容する収容空間１１と、収容空間１１への加圧が可能なプレスラム１２と、を備える。
【００４０】
鍛造工具５は、上下一対の側面工具５０ａおよび５０ｂからなる。側面工具５０ｂは、側方ブロック５０ｅおよび５０ｆとともに、収容空間１１の底部に載置される。側面工具５０ｂは、順に並べられた５枚の可動片５１ｂ〜５５ｂからなり、それぞれ独立に素材Ｍを押圧できるように側方ブロック５０ｅと５０ｆとで上下動可能に挟持される。また、側面工具５０ａは、側方ブロック５０ｃおよび５０ｄとともに、収容空間１１の上部に設置される。側面工具５０ａは、順に並べられた５枚の可動片５１ａ〜５５ａからなり、それぞれ独立に素材Ｍを押圧できるように側方ブロック５０ｃと５０ｄとで上下動可能に挟持される。
【００４１】
可動片５１ａ〜５５ａおよび可動片５１ａ〜５５ａは、厚さ１０ｍｍ、幅６０ｍｍの板状である。なお、可動片の幅とは、可動片の配列方向および押し込み方向に対して垂直方向の長さである。各可動片の押し込み方向の端面は、幅方向に湾曲し中央部における曲率半径が７０ｍｍである曲面からなる押し込み端面である。そして、可動片５１ａと５１ｂ、可動片５２ａと５２ｂ、可動片５３ａと５３ｂ、可動片５４ａと５４ｂ、可動片５５ａと５５ｂ、は、それぞれの押し込み端面が互いに対向するように配置される。
【００４２】
可動片５１ａ〜５５ａは、幅方向の両端部に、ボルトの軸を挿通するための挿通孔をもつ。また、可動片５１ｂ〜５５ｂは、幅方向の両端部に、押し込み端面側に開口する雌ねじ部をもつ。対向する可動片の挿通孔と雌ねじ部は、互いに同軸的に位置する。すなわち、各可動片は、対向する上下の可動片同士をボルトの螺合により連結することができる。
【００４３】
［素材の加工１］
上記の鍛造装置１にて鍛造を行った。素材Ｍとして、純アルミニウムＡ１０７０−Ｈ１１２材（加工硬化を加えず製造されたままの状態で機械的性質が保証されているもの：引張強さ６９Ｎ／ｍｍ２）を用いた。素材Ｍの形状は、直径４０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱とした。鍛造装置１により円柱の中央部を押し込むことで、合計の押し込み量が２０ｍｍ（成形後の厚さが２０ｍｍ）となるまで成形を行った。以下に、手順を説明する。
【００４４】
はじめに、側方ブロック５０ｅおよび５０ｆに挟持された側面工具５０ｂの押し込み端面に素材Ｍを載置し、側面工具５０ａと５０ｂとで素材Ｍを挟持した。このとき、側面工具５０ｂ、側方ブロック５０ｅおよび５０ｆは、その表面を同一平面とした。次に、側面工具５０ｂのうち、側方ブロック５０ｅに隣接する可動片５１ｂを、素材Ｍごと１０ｍｍ上方に移動させた。可動片５１ｂを移動させたことによりできるプレス装置１０の底面の空間には、可動片固定部材として１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍの角材５６を差し込んだ。こうして、素材Ｍは、図７（１−１）に示すように、可動片５１ａと可動片５１ｂとで保持された。
【００４５】
次に、プレス装置１０のプレスラム１２を可動片５１ａの押し込み方向の後端部に移動させ、プレスラム１２により可動片５１ａを１０ｍｍ押し込んだ（図７（１−２））。素材Ｍは上下に５ｍｍずつ押しつぶされた。この状態で、可動片５１ａの両端部に挿通された２本のボルト（図示せず）を可動片５１ｂの雌ねじ部に螺合させた。可動片５１ａと５１ｂとは、素材Ｍを挟んだ状態でボルトにて連結され、可動片５１ａ、５１ｂおよび素材Ｍの位置が相対的に固定された。
【００４６】
可動片５１ａと５１ｂとがボルトで連結された状態で、側面工具５０ｂのうち、可動片５１ｂに隣接する可動片５２ｂを、素材Ｍごと１０ｍｍ上方に移動させた。可動片５２ｂを移動させたことによりできるプレス装置１０の底面の空間には、（１−１）と同様に角材５６を差し込んだ。こうして、素材Ｍは、図７（１−３）に示すように、素材Ｍに対する可動片５１ａおよび５１ｂの位置が固定されるとともに可動片５２ａと可動片５２ｂとで保持された。
【００４７】
次に、プレスラム１２を可動片５２ａの押し込み方向の後端部に移動させ、プレスラム１２により可動片５２ａを１０ｍｍ押し込んだ（図７（１−４））。素材Ｍは上下に５ｍｍずつ押しつぶされた。この状態で、可動片５２ａの両端部に挿通された２本のボルト（図示せず）を可動片５２ｂの雌ねじ部に螺合させた。可動片５２ａと５２ｂとは、素材Ｍを挟んだ状態でボルトにて連結され、可動片５２ａ、５２ｂおよび素材Ｍの位置が相対的に固定された。
【００４８】
同様の手順で、可動片５３ａ、５４ａおよび５５ａを順に素材Ｍに押し込んだ（図７（１−５）〜（１−１０））。その結果、素材Ｍの中央部の厚みが３０ｍｍに成形された。この素材Ｍに対して、上記の手順を再度行い、素材Ｍの中央部の厚みを２０ｍｍとした。
【００４９】
［鍛造装置２］
本実施例の鍛造装置２を、図８を用いて説明する。なお、図８において（２−１）と（２−２）以降の装置は同じ装置であるため、（２−２）以降の符号は一部のみの記載とする。鍛造装置２は、鍛造工具５が二方向からのプレスが可能なプレス装置２０内に設置されてなる。プレス装置６０は、加工する素材Ｍを収容する収容空間６１と、収容空間６１への加圧が可能なプレスラム６２および６３と、を備える。
【００５０】
鍛造工具５は、一対の側面工具５０ａおよび５０ｂからなる。側面工具５０ａは側方ブロック５０ｃおよび５０ｄに挟持され、側面工具５０ｂは側方ブロック５０ｅおよび５０ｆに挟持されて、収容空間６１に配置される。
【００５１】
側面工具５０ａおよび５０ｂは、それぞれ独立に素材Ｍを押圧できる５つの可動片５１ａ〜５５ａおよび５１ｂ〜５５ｂを有する。各可動片の寸法および形状はすでに述べたとおりである。可動片５１ａ〜５５ａは、鉛直方向上方から下方に向かって５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａの順に厚さ方向に５枚重ねられて側面工具５０ａをなす。同様に、可動片５１ｂ〜５５ｂは、鉛直方向上方から下方に向かって５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ、５５ｂの順に厚さ方向に５枚重ねられて側面工具５０ｂをなす。そして、可動片５１ａと５１ｂ、可動片５２ａと５２ｂ、可動片５３ａと５３ｂ、可動片５４ａと５４ｂ、可動片５５ａと５５ｂ、は、それぞれの押し込み端面が互いに対向するように配置される。また、すでに述べたように、互いに対向する可動片同士は、ボルトによる連結が可能である。
【００５２】
［素材の加工２］
上記の鍛造装置２にて鍛造を行った。素材Ｍとして、前述の純アルミニウムＡ１０７０−Ｈ１１２材（直径４０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）を用いた。鍛造装置２により円柱の中央部を押し込むことで、合計の押し込み量が２０ｍｍ（成形後の厚さが２０ｍｍ）となるまで成形を行った。以下に、手順を説明する。
【００５３】
はじめに、可動片５１ａと可動片５１ｂとの間で素材Ｍを保持した（図８（２−１））。次に、プレス装置６０のプレスラム６２を可動片５１ａの押し込み方向の後端部に、プレスラム６３を可動片５１ｂの押し込み方向の後端部に移動させ、それぞれの可動片を５ｍｍずつ押し込んだ（図８（２−２））。この状態で、可動片５１ａの両端部に挿通された２本のボルト（図示せず）を可動片５１ｂの雌ねじ部に螺合させた。可動片５１ａと５１ｂとは、素材Ｍを挟んだ状態でボルトにて連結され、可動片５１ａ、５１ｂおよび素材Ｍの位置が相対的に固定された。
【００５４】
可動片５１ａと５１ｂとがボルトで連結された状態で、プレスラム６２を可動片５２ａの押し込み方向の後端部に、プレスラム６３を可動片５２ｂの押し込み方向の後端部に移動させ、それぞれの可動片を５ｍｍずつ押し込んだ（図８（２−３））。この状態で、可動片５２ａの両端部に挿通された２本のボルト（図示せず）を可動片５２ｂの雌ねじ部に螺合させた。可動片５２ａと５２ｂとは、素材Ｍを挟んだ状態でボルトにて連結され、可動片５２ａ、５２ｂおよび素材Ｍの位置が相対的に固定された。
【００５５】
同様の手順で、可動片５３ａと５３ｂ、可動片５４ａと５４ｂ、可動片５５ａと５５ｂを順に素材Ｍに押し込んだ（図８（２−４）〜（２−６））。その結果、素材Ｍの中央部の厚みが３０ｍｍに成形された。この素材Ｍに対して、上記の手順を再度行い、素材Ｍの中央部の厚みを２０ｍｍとした。
【００５６】
［鍛造装置３］
本実施例の鍛造装置３を、図９を用いて説明する。なお、図９において（３−１）と（３−２）以降の装置は同じ装置であるため、（３−２）以降の符号は一部のみの記載とする。鍛造装置３は、側面工具５０ｂを使用せず、側面工具５０ａの可動片を５１ａ〜５３ａの３枚としたほかは、鍛造装置１と同様の構成である。
【００５７】
プレス装置１０の底部には、側面工具５０ｂ、側方ブロック５０ｅおよび５０ｆのかわりにブロック状の側面工具５０ｇが固定されている。側面工具５０ｇは、可動片５１ａ〜５３ｂの有するボルトの挿通孔に対応する位置に、６つの雌ねじ部が形成されている。なお、側面工具５０ｇ、側方ブロック５０ｃおよび５０ｄは、変形拘束具としての役割も果たす。
【００５８】
［素材の加工３］
上記の鍛造装置３にて鍛造を行った。素材Ｍとして、前述の純アルミニウムＡ１０７０−Ｈ１１２材（直径４０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）を用いた。鍛造装置３により円柱の中央部を押し込むことで、合計の押し込み量が２０ｍｍ（成形後の厚さが２０ｍｍ）となるまで成形を行った。以下に、手順を説明する。
【００５９】
はじめに、側面工具５０ｇに素材Ｍを載置した（図９（３−１））。次に、プレス装置１０のプレスラム１２により、可動片５２ａを５ｍｍ押し込んだ（図９（３−２））。この状態で、可動片５２ａの両端部に挿通された２本のボルト（図示せず）を側面工具５０ｇの雌ねじ部に螺合させた。可動片５２ａと側面工具５０ｇとは、素材Ｍを挟んだ状態でボルトにて連結され、プレス装置１０に固定された側面工具５０ｇに、可動片５２ａおよび素材Ｍが固定された。
【００６０】
可動片５２ａと側面工具５０ｇとがボルトで連結された状態で、可動片５２ａに隣接する可動片５１ａおよび５３ａを、プレスラム１２で同時に５ｍｍずつ押し込んだ（図９（３−３））。素材Ｍは、中央部の３０ｍｍの範囲が５ｍｍ凹んだ形状となった。その後、可動片５２ａと側面工具５０ｇとの連結を解放し、上記の手順を２回繰り返して行うと（図９（３−４）〜（３−７））、素材Ｍの中央部は合計で１５ｍｍ押し込まれ、素材Ｍの中央部の厚みが２５ｍｍとなった。さらに、上記の手順で素材Ｍの中央部を５ｍｍずつ押し込むことで、素材Ｍの中央部の厚みを２０ｍｍとした。
【００６１】
［鍛造装置４］
本実施例の鍛造装置４を、図１０を用いて説明する。なお、図１０において（４−１）と（４−２）以降の装置は同じ装置であるため、（４−２）以降の符号は一部のみの記載とする。鍛造装置４は、側面工具５０ｂを使用せず、側面工具５０ａの可動片を５１ａ〜５３ａの３枚としたほかは、鍛造装置１と同様の構成である。
【００６２】
プレス装置１０の底部には、側面工具５０ｂのかわりにブロック状の側面工具５０ｈが固定されている。側面工具５０ｈは、可動片５１ａ〜５３ｂの有するボルトの挿通孔に対応する位置に、６つの雌ねじ部が形成されている。また、側面工具５０ｈは、その押圧面が、隣接する側方ブロック５０ｅおよび５０ｆよりも１０ｍｍ下方に下がった状態で配置されている。なお、側面工具５０ｃ〜５０ｈおよび側方ブロック５０ｈは、変形拘束具としての役割も果たす。
【００６３】
［素材の加工４］
上記の鍛造装置４にて鍛造を行った。素材Ｍとして、前述の純アルミニウムＡ１０７０−Ｈ１１２材（直径４０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）を用いた。鍛造装置４により円柱の中央部を押し込むことで、合計の押し込み量が３０ｍｍ（成形後の厚さが２０ｍｍ）となるまで成形を行った。以下に、手順を説明する。
【００６４】
（予備加工）
はじめに、側方ブロック５０ｅおよび５０ｆに素材Ｍを載置した（図１０（４−１））。このとき、下方に下がった状態で配置された側面工具５０ｈは、素材Ｍとは当接しない。次に、プレス装置１０のプレスラム１２により、可動片５２ａを５ｍｍ押し込んだ（図１０（４−２））。さらに、可動片５１ａおよび５３ａを５ｍｍ押し込むことで、（４−３）に示すように素材Ｍは変形して側面工具５０ｈに当接した。
【００６５】
（本加工）
続いて、プレスラム１２により、可動片５２ａを５ｍｍ押し込んだ（図１０（４−４））。この状態で、可動片５２ａの両端部に挿通された２本のボルト（図示せず）を側面工具５０ｈの雌ねじ部に螺合させた。可動片５２ａと側面工具５０ｈとは、素材Ｍを挟んだ状態でボルトにて連結され、プレス装置１０に固定された側面工具５０ｈに、可動片５２ａおよび素材Ｍが固定された。
【００６６】
可動片５２ａと側面工具５０ｈとがボルトで連結された状態で、可動片５２ａに隣接する可動片５１ａおよび５３ａを、プレスラム１２で同時に５ｍｍずつ押し込んだ（図１０（４−５））。素材Ｍは、中央部の３０ｍｍの範囲が１０ｍｍ凹んだ形状となった。
【００６７】
その後、可動片５２ａと側面工具５０ｇとの連結を解放し、上記の手順を２回繰り返して行うと（図１０（４−６）〜（４−９））、素材Ｍの中央部は合計で２０ｍｍ押し込まれ、素材Ｍの中央部の厚みが３０ｍｍとなった。さらに、素材Ｍの中央部を５ｍｍずつ２度押し込むことで、素材Ｍの中央部の厚みを２０ｍｍとした。
【００６８】
［評価］
図１１は、素材Ｍを側面から撮影した写真である。また、上記の鍛造装置１、３および４により上記の手順で素材Ｍを加工して得られた成形品を図１２、図１４および図１５に示す。ただし、図１２に示す成形品は、鍛造装置１において可動片５５ａおよび５５ｂを用いず、可動片５１ａ〜５４ａおよび５１ｂ〜５４ｂにより成形したものである。
【００６９】
また、図１３は、鍛造装置１において、対向する可動片を連結せず、各可動片を素材Ｍに同時に２０ｍｍ押し込んで得た成形品（比較例）を示す。ただし、可動片５５ａおよび５５ｂを用いず、可動片５１ａ〜５４ａおよび５１ｂ〜５４ｂにより成形した。
【００７０】
鍛造工具１を用いることで、材料の流動は図１２の矢印で示す一方向に制御された。一方、比較例の成形品は、図１３の矢印で示すように、軸方向と垂直方向にも流動が生じた。また、図１２に示す成形品の加工時には、プレスラムの荷重は５〜６トンであった。しかし、図１３に示す成形品の加工時には、プレスラムの荷重が２２トン必要であった。すなわち、本発明の鍛造装置によって、素材の流動を一方向に制御できるとともに、低荷重で成形できることがわかった。
【００７１】
また、鍛造装置３および鍛造装置４を用いた場合には、中央部から両端部へと材料がスムーズに流動することが確認された。
【００７２】
［鍛造装置５］
以下に、変位制御部材を備える鍛造装置５を、図１６を用いて説明する。なお、図１６の上図は、鍛造装置５を押し込み方向と垂直な方向に平面視したときの断面図、下図は、側面図である。鍛造装置５は、既に説明したプレス装置１０と、既に説明した側面工具２０ａおよび変位制御部材４０（図５）とを組み合わせてなる。そのため、以下の説明では、プレス装置１０に対する、側面工具２０ａおよび変位制御部材４０の配置のみを説明する。
【００７３】
側面工具２０ａおよび変位制御部材４０は、変位制御部材４０の移動方向を鉛直方向下向き、各可動片の押し込み方向を水平方向とし、プレス装置１０の収容空間１１内に２つずつ設置される。２つの側面工具２０ａは、互いに対向させて、プレス装置１０の底部に固定された台座部１６に載置される。側面工具２０ａの上には、さらに覆い板１７が載置される。そのため、側面工具２０ａの各可動片は、台座１６と覆い板１７とで上下方向（可動片の幅方向）を挟持され、台座１６と覆い板１７との間をスライド移動する。このとき、台座１６および覆い板１７は、それぞれ５枚の可動片を厚さ方向に挟持する側方ブロック２０ｇ〜２０ｊを介して互いに固定される。
【００７４】
変位制御部材４０は、プレス装置１０の収納空間１１を区画するとともに互いに対向する側壁１１ｆに沿ってスライド移動する。変位制御部材４０は、移動方向の後端部が同一の板材４９に固定されている。プレスラム１２は、板材４９を下方に加圧することで、変位制御部材４０を下方に移動させる。なお、変位制御部材４０と側壁１１ｆとの間に押し込み量調整板４８を挿入することで、各可動片の押し込み量を押し込み量調整板４８の厚さに応じて調整することができる。変位制御部材４０の移動中の各可動片の動きは、既に説明した通りであり、前述の［素材の加工１］および［素材の加工２］と同様の加工が可能となる。
【符号の説明】
【００７５】
１０、６０：プレス装置
２、５：鍛造工具
２０ａ、２０ｂ：側面工具
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ：可動片
３０：ボルト
４０：変位制御部材
５０ａ、５０ｂ：側面工具
５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ：可動片
Ｍ：素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１６】
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【図１１】
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【図１２】
2010172919.tif 000015
【図１３】
2010172919.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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