(57)【要約】【課題】成形型と被加工物との境界における摩擦抵抗を低減し、成形型の凹凸形状に被加工物の内壁をより効率よく充填することができるフローフォーミング成形装置を提供する。【解決手段】成形型Ｋ及び成形型Ｋに被せた被加工物Ｗを主軸回転軸２Ｚ回りに回転させる主軸装置３と、主軸回転軸２Ｚに直交する方向及び主軸回転軸２Ｚ方向に移動可能であるとともに主軸回転軸２Ｚに平行なローラ回転軸６０Ｚ、７０Ｚ、８０Ｚ回りに回転自在に取り付けられた単数または複数のフォーミングローラ６０、７０、８０とを備え、成形型及び被加工物を主軸回転軸回りに回転させながら、成形型とフォーミングローラにて被加工物を挟み込んで被加工物を塑性成形するフローフォーミング成形装置において、成形型Ｋを任意の方向に振動させることが可能な振動手段１６が設けられている。【選択図】図４
2010260077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型及び当該成形型に被せた被加工物を主軸回転軸回りに回転させる主軸装置と、
前記主軸回転軸に直交する方向及び前記主軸回転軸方向に移動可能であるとともに前記主軸回転軸に平行なローラ回転軸回りに回転自在に取り付けられた単数または複数のフォーミングローラと、を備え、
前記成形型及び被加工物を前記主軸回転軸回りに回転させながら、前記成形型と前記フォーミングローラにて前記被加工物を挟み込んで前記被加工物を塑性成形するフローフォーミング成形装置において、
前記成形型を任意の方向に振動させることが可能な振動手段が設けられている、
フローフォーミング成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフローフォーミング成形装置であって、
前記フォーミングローラにおける前記主軸回転軸に直交する方向への押付け力を検出可能な押付け力検出手段を備え、
前記振動手段は、前記押付け力検出手段にて検出した押付け力に応じて前記成形型を振動させる振幅または周波数の少なくとも一方を変更する、
フローフォーミング成形装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフローフォーミング成形装置であって、
更に、前記主軸回転軸に平行なバックアップ回転軸回りに回転自在に取り付けられているとともに、前記主軸装置に対して所定のフォーミングローラとは反対側の位置に前記主軸装置に接するように設けられたバックアップローラを備え、
前記振動手段は、前記バックアップローラに設けられており、前記バックアップローラを振動させることで前記成形型を振動させる、
フローフォーミング成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型及び当該成形型に被せた被加工物を主軸装置にて回転させながらフォーミングローラを押付けて成形型とフォーミングローラにて被加工物を挟み込んで被加工物を塑性成形するフローフォーミング成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば図１に示すような、心押軸５と主軸２にて、主軸２の回転軸である主軸回転軸２Ｚ回りに回転する成形型Ｋ（図４参照）と当該成形型Ｋに被せた被加工物Ｗとを挟持し、被加工物Ｗの外周面にフォーミングローラ６０、７０、８０を押付けて被加工物を塑性成形するフローフォーミング成形装置１が知られている。
ここで、特許文献１に記載された従来技術には、基台１０に直立固定されたコラム１３２、１３３にスライド移動可能に支持されて主軸回転軸２Ｚの方向に沿って移動可能な昇降台２０が設けられた、フローフォーミング成形装置１が開示されている。そして図３に示すように、昇降台２０は平面略三角形であり、昇降台２０には、略三角形の各頂点位置近傍にフォーミングローラ６０、７０、８０が回転自在に取り付けられたローラヘッド６１、７１、８１が設けられている。そしてローラヘッド６１、７１、８１は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、複数のフォーミングローラ６０、７０、８０のそれぞれを、主軸回転軸２Ｚに直交する方向に進退送りする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０４８０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたフローフォーミング成形装置１を用いた成形において、例えば主軸２に取り付ける成形型Ｋの外周に歯部等の凹凸形状が形成されている場合、被加工物Ｗの内壁にこの凹凸形状を転写させる。この場合、フォーミングローラ６０、７０、８０にて被加工物Ｗを押付けて、被加工物Ｗの内壁を成形型Ｋの凹凸形状の部分に充填していくが、成形型Ｋと被加工物Ｗの境界にて凝着が生じる場合があり、凝着が生じると摩擦抵抗が増加し、充填率が低下して成形精度が低下する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、成形型と被加工物との境界における摩擦抵抗を低減し、成形型の凹凸形状に被加工物の内壁をより効率よく充填することができるフローフォーミング成形装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのフローフォーミング成形装置である。
請求項１に記載のフローフォーミング成形装置は、成形型及び当該成形型に被せた被加工物を主軸回転軸回りに回転させる主軸装置と、前記主軸回転軸に直交する方向及び前記主軸回転軸方向に移動可能であるとともに前記主軸回転軸に平行なローラ回転軸回りに回転自在に取り付けられた単数または複数のフォーミングローラと、を備え、前記成形型及び被加工物を前記主軸回転軸回りに回転させながら、前記成形型と前記フォーミングローラにて前記被加工物を挟み込んで前記被加工物を塑性成形するフローフォーミング成形装置において、前記成形型を任意の方向に振動させることが可能な振動手段が設けられている。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのフローフォーミング成形装置である。
請求項２に記載のフローフォーミング成形装置は、請求項１に記載のフローフォーミング成形装置であって、前記フォーミングローラにおける前記主軸回転軸に直交する方向への押付け力を検出可能な押付け力検出手段を備え、前記振動手段は、前記押付け力検出手段にて検出した押付け力に応じて前記成形型を振動させる振幅または周波数の少なくとも一方を変更する。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのフローフォーミング成形装置である。
請求項３に記載のフローフォーミング成形装置は、請求項１または２に記載のフローフォーミング成形装置であって、更に、前記主軸回転軸に平行なバックアップ回転軸回りに回転自在に取り付けられているとともに、前記主軸装置に対して所定のフォーミングローラとは反対側の位置に前記主軸装置に接するように設けられたバックアップローラを備え、前記振動手段は、前記バックアップローラに設けられており、前記バックアップローラを振動させることで前記成形型を振動させる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載のフローフォーミング成形装置を用いれば、振動手段を用いて成形型を振動させることで、成形型と被加工物との境界における摩擦抵抗を低減し、成形型の凹凸形状に被加工物の内壁をより効率よく充填することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載のフローフォーミング成形装置によれば、例えば押付け力が大きく摩擦抵抗がより大きい場合は、振幅をより大きくする等、より適切に成形型を振動させることができるので、成形型の凹凸形状に被加工物の内壁を更に効率よく充填することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載のフローフォーミング成形装置によれば、主軸装置に接しているバックアップローラを主軸回転軸方向に振動させることで、主軸装置を介して成形型を振動させることができる。
これにより、主軸装置に振動手段を直接的に設けることが困難であっても、成形型を振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】フローフォーミング成形装置１の一実施の形態を説明する図（正面図）である。
【図２】ローラヘッド６１及びフォーミングローラ６０が主軸回転軸２Ｚに直交する方向に移動する様子を説明する図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視線に沿ったフローフォーミング成形装置１の水平断面図である。
【図４】成形型Ｋの外周面に形成された凹凸形状部に被加工物Ｗの内壁を充填していく様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施の形態では、図４に示すように被加工物Ｗを、成形型Ｋとともに主軸２の回転軸である主軸回転軸２Ｚ回りに回転させながら、３つのフォーミングローラ６０、７０、８０の少なくとも１つを被加工物Ｗに押圧して塑性成形する、フローフォーミング成形装置１について説明する。
また、図１は、フローフォーミング成形装置１の正面図の例を示したものであり、図２（Ａ）は、フォーミングローラ６０を支持しているローラヘッド６１が成形前の原位置にある状態を示しており、図２（Ａ）はローラヘッド６１が成形位置に移動した状態を示している。また、図３は、図１のＡ矢視方向から見たフローフォーミング成形装置１の断面図の例を示しており、図４は被加工物Ｗを塑性成形する様子を示している。
なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている図面において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｚ軸方向は鉛直上向きを示しており、Ｘ軸方向とＹ軸方向は水平方向を示している。
【００１３】
●［フローフォーミング成形装置１の全体構成（図１〜図３）］
図１に示すように、フローフォーミング成形装置１は、基台１０と、基台１０に直立状態で固定されているコラム１３２、１３３と、コラム１３２、１３３の上部に固定されている上部機体４０と、コラム１３２、１３３に支持されて上下方向にスライド移動可能な昇降台２０を備えている。
基台１０には、Ｚ軸に平行な主軸回転軸２Ｚ回りに回転可能な主軸２が設けられており、主軸２は、主軸駆動装置４の回転が伝達される主軸ヘッド３（主軸装置に相当）に取り付けられている。
上部機体４０には、心押軸５を上下方向に移動させる心押軸駆動装置６が設けられており、主軸２に取り付けた成形型Ｋ（図４参照）と、成形型Ｋに被せた被加工物Ｗを支持するためのスラスト軸受機構を有する心押軸５が設けられている。また、上部機体４０には、昇降台２０を昇降させる昇降台駆動装置２５、２６が設けられている。
【００１４】
また図３に示すように、昇降台２０には、フォーミングローラ６０、７０、８０が回転自在に取り付けられたローラヘッド６１、７１、８１が、駆動装置６２、７２、８２にて水平方向且つ主軸回転軸２Ｚに直交する方向に進退送り自在に取り付けられている。また図４に示すように、フォーミングローラ６０、７０、８０のそれぞれは、主軸回転軸２Ｚに平行なローラ回転軸６０Ｚ、７０Ｚ、８０Ｚ回りに回転自在である。
また、コラム１３２には昇降台２０を上下方向にスライド移動可能に取り付けるためのガイドレール３２ａ、３２ｂが取り付けられており、同様にコラム１３３にはガイドレール３３ａ、３３ｂが取り付けられている。
昇降台２０は、例えば、平面略三角形であり、中心部に心押軸５と主軸２で挟持した状態の被加工物Ｗを通す孔部２７が設けられた中空の移動台である。昇降台２０の平面略三角形の各頂点位置近傍には、ローラヘッド６１、７１、８１が主軸回転軸２Ｚに直交する方向に（略三角形の中心方向に）昇降台２０に対して進退送り可能に取り付けられている。また、昇降台２０には、各ローラヘッドの駆動装置６２、７２、８２が取り付けられている。また、ガイドレール３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂが対向する位置における昇降台２０には、ベアリングブロック２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂが取り付けられている。
【００１５】
また主軸ヘッド３に隣接する位置には、フォーミングローラ６０（所定のフォーミングローラに相当）からの押付け力に対する抗力を発生させる（フォーミングローラ６０からの押付け力に対して主軸ヘッド３のたわみを防止する）バックアップローラ１５が設けられている。すなわち、バックアップローラ１５は、主軸ヘッド３に対してフォーミングローラ６０とは反対側の位置に、主軸ヘッド３に接するように設けられている。また、バックアップローラ１５は、主軸回転軸２Ｚに平行なバックアップ回転軸１５Ｚ回りに回転自在に設けられている。本実施の形態にて説明するフローフォーミング成形装置１では、フォーミングローラを３個備えているが、フォーミングローラを１個のみ用いる場合では、フォーミングローラ６０を使用するように設定しており、これにより、バックアップローラ１５の位置が決められている。
更にバックアップローラ１５には、バックアップローラ１５を振動可能な振動手段１６が設けられている。振動手段１６は、バックアップローラ１５を、任意の方向に振動させる（例えば超音波振動させる）ことが可能である。
【００１６】
●［成形型Ｋの例と、被加工物Ｗを塑性成形する動作（図４）］
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す成形型Ｋの形状を、被加工物Ｗの内壁に転写する塑性成形の例を説明する。
この場合、まず成形型Ｋを主軸２に固定し、成形型Ｋの上部に略円盤状の被加工物Ｗを被せ、心押軸５を降下させ、被加工物Ｗの上下を心押軸５と成形型Ｋにて挟み込んで保持する。
図４の例では、成形型Ｋの外周部には、主軸回転軸２Ｚ方向に歯部が形成されており、主軸回転軸２Ｚ方向に延びる凹部及び凸部が形成されている。
また、上記に説明したように、フォーミングローラ６０、７０、８０は、主軸回転軸２Ｚに直交する方向、及び主軸回転軸２Ｚ方向に移動可能であり、図４（Ｂ）に示すように、このフォーミングローラ６０、７０、８０を、主軸回転軸２Ｚに直交する方向に押し付けながら、主軸回転軸２Ｚ方向に移動させて、被加工物Ｗを切削することなく塑性成形していく。
【００１７】
しかし、成形型Ｋが図４（Ａ）のような形状の場合、成形型Ｋの凹部に被加工物Ｗの内壁を充分に充填して形状精度を向上させるのは困難である。この例では、成形型Ｋと被加工物Ｗとが接する境界部において、成形型Ｋの外周部の凸部と被加工物Ｗとが凝着し易く、凝着によって増大した摩擦抵抗によって、成形型Ｋの凹部に被加工物Ｗが充填されにくくなる。
本発明のフローフォーミング成形装置１では、この凝着を防止するために、成形型Ｋを振動（例えば超音波振動）させる。なお、成形型Ｋを振動させるためには、主軸ヘッド３を振動させても良いし、主軸ヘッド３に接しているバックアップローラ１５を振動させても良い。本実施の形態の説明では、主軸ヘッド３に接しているバックアップローラ１５を振動させる例で説明する。
【００１８】
図１及び図４（Ｂ）に示すように、振動手段１６は、バックアップローラ１５に隣接して設けられており、バックアップローラ１５を振動させて主軸ヘッド３を介して成形型Ｋを振動させる。
振動手段１６は、バックアップローラ１５を（すなわち成形型Ｋを）任意の方向に、任意の周波数で、任意の振幅で振動させることができる。なお、図４（Ａ）の例に示す成形型Ｋの場合、主軸回転軸２Ｚ方向に凹部及び凸部が延びているため、主軸回転軸２Ｚ方向に振動させることが好ましい。また周波数は、可聴帯域を越えた２０ＫＨｚ以上の超音波とすることがより好ましい。
成形型Ｋを振動させることで、成形型Ｋと被加工物Ｗとの境界において、成形型Ｋから被加工物Ｗを引き剥がす効果、成形型Ｋの突起部を被加工物Ｗの突起部が飛び越える効果、成形型Ｋと被加工物Ｗとの間に潤滑油を供給した場合に負圧による潤滑油の流入効果（潤滑油の供給構造については図示省略する）が期待され、凝着を防止し、摩擦抵抗をより低減することができる。これにより、成形型Ｋに凹部があっても、当該凹部に被加工物Ｗを効率よく充填することが可能となり、成形精度をより向上させることができる。
【００１９】
また、振動の振幅と周波数の少なくとも一方を可変制御するようにしてもよい。例えば、フォーミングローラによる主軸回転軸２Ｚに直交する方向への押付け力に応じて、振幅と周波数の少なくとも一方を変更する。この場合、フォーミングローラの押付け力を、駆動装置６２、７２、８２への制御量、フォーミングローラに歪センサを設けて検出した歪量、あるいは主軸２または主軸駆動装置４にトルクセンサを設けて検出したトルク、あるいは主軸駆動装置４に消費電力を検出するセンサを設けて検出した消費電力、等から押付け力を検出し、検出した押付け力に応じて適切な周波数及び振幅にて振動させる。
また、粗成形では振幅を大きくして成形型Ｋの凹部への充填効率を向上させ、仕上げ成形では振幅を小さく（または振動を停止）して形状精度を向上させることも可能である。
【００２０】
本発明のフローフォーミング成形装置１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明では、フローフォーミング成形装置１が３個のフォーミングローラを備えている例を説明したが、フローフォーミング成形装置１は、単数または複数の、任意の数のフォーミングローラを備えていてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１        フローフォーミング成形装置
２        主軸
２Ｚ      主軸回転軸
３        主軸ヘッド
４        主軸駆動装置
５        心押軸
１０      基台
１５      バックアップローラ
１６      振動手段
２０      昇降台
３２ａ、３２ｂ    ガイドレール
３３ａ、３３ｂ    ガイドレール
４０      上部機体
６０、７０、８０    フォーミングローラ
６１、７１、８１    ローラヘッド
１３２、１３３    コラム
Ｋ        成形型
Ｗ        被加工物
【図１】
2010260077.tif 000003
【図２】
2010260077.tif 000004
【図３】
2010260077.tif 000005
【図４】
2010260077.tif 000006