(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材である軸部材を軸中心周りに回転支持する回転支持手段と、前記軸部材に対して径方向から押圧するローラを回転自在な状態で支持する加工手段と、前記ローラによる径方向の押圧位置を調整する押圧位置調整手段と、前記ローラと前記軸部材との軸方向の加工位置を調整する加工位置調整手段と、前記回転支持手段、前記押圧位置調整手段及び前記加工位置調整手段を制御する制御手段とを備え、
回転する前記軸部材及び前記ローラに対する加工位置を軸方向に移動させながら前記ローラによる押圧位置を変化させて径方向寸法の異なる段部を有する段付軸部材を製造する
段付軸部材の製造装置において、
前記軸部材又は前記ローラに作用する加工中の軸方向荷重を検出する荷重検出手段と、
前記ローラの表面のうち前記軸部材を押圧する押圧面における前記軸部材の軸中心に対する傾き角度を前記ローラの回転軸を傾けることによって調整する傾動手段とを備え、
前記制御手段は、前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重に基づいて前記傾動手段の駆動を制御することにより前記押圧面における傾き角度を調整するようにしたものであることを特徴とする段付軸部材の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載する段付軸部材の製造装置において、
前記制御手段は、前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重の増加に基づいて、前記押圧面における傾き角度を小さくするようにしたものであることを特徴とする段付軸部材の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する段付軸部材の製造装置において、
前記加工手段は、外面にギヤを有し前記ローラの回転軸を支持するローラ支持体と、このローラ支持体を傾動可能に支持するハウジングとを備え、
前記傾動手段は、前記ローラ支持体のギヤと噛み合うピニオンと、このピニオンを回転させるモータとを備えていることを特徴とする段付軸部材の製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載する段付軸部材の製造装置において、
中実である前記軸部材の軸中心部に孔を形成するパンチを前記軸部材と同軸的に配置し、前記パンチを回転させながら前記軸部材の軸中心部に押し込む孔開け手段を設け、
前記軸部材の表面が前記ローラにより表面加工されるとともに、前記軸部材の軸中心部が前記パンチにより孔開け加工されることを特徴とする段付軸部材の製造装置。
【請求項５】
被加工部材である軸部材を軸中心周りに回転させた状態で、前記軸部材に対してローラを径方向から押圧するとともに、前記軸部材及び前記ローラとを軸方向に相対移動させ、前記ローラによる押圧位置を変化させて径方向寸法の異なる段部を有する段付軸部材を製造する段付軸部材の製造方法において、
前記軸部材又は前記ローラに作用する加工中の軸方向荷重を検出する荷重検出手段と、
前記ローラの表面のうち前記軸部材を押圧する押圧面における前記軸部材の軸中心に対する傾き角度を前記ローラの回転軸を傾けることによって調整する傾動手段とが設けられ、
前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重の増加に基づいて前記傾動手段を駆動することにより前記押圧面における傾き角度が小さくなるように調整することを特徴とする段付軸部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、径方向寸法の異なる段部を有する段付軸部材を製造する段付軸部材の製造装置、及び段付軸部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
段付軸部材の製造方法は、多く提案されていて、例えば下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１に記載された段付軸部材の製造方法は、段付円筒部材の製造方法であり、図１２に示したように、円筒部材１２０を軸中心Ｏ１周りに回転させた状態で、円筒部材１２０に対してローラ１１０を径方向から押圧するとともに、円筒部材１２０をローラ１１０に対して図１２の右側に移動させる。そして、ローラ１１０による押圧位置を図１２の仮想線で示したように変化させることにより、図１３に示したように、径寸法の異なる段部１２０ｂを有する段付円筒部材１２０Ａが製造される。
【０００３】
ところで、近年、ローラを用いて被加工部材であるワークに絞り加工を施す塑性加工方法として、ローラの移動速度、即ち加工速度を制御する方法が提案されている。この塑性加工方法は、例えば下記特許文献２に記載されていて、ワークを回転させる主軸に作用する荷重を計測し、計測した荷重に基づいて加工速度を制御している。このため、計測した荷重が所定値を超えた場合、加工速度を小さくすることより、ワーク及びローラに作用する負荷を小さくすることができる。この結果、高負荷に耐えることができる装置構成にする必要でなくて、この装置を安く構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９２４３２号公報
【特許文献２】特開２００８−１３２５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の段付円筒部材の製造方法において、一般に、段部１２０ｂが形成される前では、ローラ１１０の表面のうち円筒部材１２０を押圧する押圧面１１０ａにおける円筒部材１２０の軸中心Ｏ１に対する傾き角度α（以下、「ローラ角度α」と呼ぶ）、ローラ１１０による径方向の押圧位置β（以下、「切り込み量β」と呼ぶ）、加工速度等の加工条件が適切に設定されている（図１４参照）。このため、段部１２０ｂが形成される前では、ローラ１１０の押圧により円筒部材１２０の周面１２０ａに盛り上がりが発生することはない。しかしながら、段部１２０ｂが形成された後では、段部１２０ｂが形成される前に比して切り込み量βが大きくなり、加工条件が変化して、切り込まれる素材が軸方向に流れ難くなる。この結果、図１４に示したように、円筒部材１２０の周面１２０ａに盛り上がり１２０ｘが発生し、押圧面１１０ａから円筒部材１２０に作用する軸方向荷重が増加するおそれがある。
【０００６】
そこで、従来では、ローラ角度αを比較的小さい角度に設定することで、切り込まれる素材が軸方向に流れ易くなり、段部１２０ｂが形成された後に盛り上がり１２０ｘが発生することを防止していた。しかし、この場合、ローラ角度αが比較的小さい角度に設定されるため、段部１２０ｂが形成される前から円筒部材１２０に対する押圧面１１０ａの接触面積Ｓ（図１４参照）が大きい。このため、材料回転軸（円筒部材１２０）に作用する回転トルクが大きくなり、材料回転軸に作用する負荷が大きくなっていた。なお、材料回転軸に作用する負荷が大きい場合、高負荷に耐えることができる装置構成にする必要があり、装置が高価になる。
【０００７】
ここで、仮に、上記特許文献１における段付円筒部材の製造方法に加工速度を制御する上記特許文献２を適用した場合、段部１２０ｂが形成された後、ローラ１１０又は円筒部材１２０の軸方向の移動速度を小さくすることが考えられる。この場合、切り込まれる素材が軸方向に流れ易くなり、押圧面１１０ａから円筒部材１２０に作用する軸方向荷重の増加を抑えることができ、上記した盛り上がりを抑制又は防止することができる。しかしながら、この場合、ローラ１１０又は円筒部材１２０の軸方向の移動速度を小さくするため、加工時間が長くなるといった新たな問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決すべく、加工時間が長くなることを防止しつつ、材料回転軸に作用する負荷を小さくするとともに、盛り上がりを抑制又は防止することができる段付軸部材の製造装置、及び段付軸部材の製造方法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】
本発明に係る段付軸部材の製造装置は、被加工部材である軸部材を軸中心周りに回転支持する回転支持手段と、前記軸部材に対して径方向から押圧するローラを回転自在な状態で支持する加工手段と、前記ローラによる径方向の押圧位置を調整する押圧位置調整手段と、前記ローラと前記軸部材との軸方向の加工位置を調整する加工位置調整手段と、前記回転支持手段、前記押圧位置調整手段及び前記加工位置調整手段を制御する制御手段とを備え、回転する前記軸部材及び前記ローラに対する加工位置を軸方向に移動させながら前記ローラによる押圧位置を変化させて径方向寸法の異なる段部を有する段付軸部材を製造するものであって、前記軸部材又は前記ローラに作用する加工中の軸方向荷重を検出する荷重検出手段と、前記ローラの表面のうち前記軸部材を押圧する押圧面における前記軸部材の軸中心に対する傾き角度を前記ローラの回転軸を傾けることによって調整する傾動手段とを備え、前記制御手段は、前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重に基づいて前記傾動手段の駆動を制御することにより前記押圧面における傾き角度を調整するようにしたものであることに特徴がある。
【００１０】
また、本発明に係る段付軸部材の製造装置は、前記制御手段が、前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重の増加に基づいて、前記押圧面における傾き角度を小さくするようにしたものであることが好ましい。特に、前記制御手段は、前記軸方向荷重が所定荷重値以下である場合又は前記軸方向荷重の荷重増加率が所定荷重増加率より小さい場合、前記押圧面における傾き角度を維持し、前記軸方向荷重の荷重増加率が前記所定荷重増加率以上である場合、前記押圧面における傾き角度を小さくするようにしたものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る段付軸部材の製造装置は、前記加工手段が、外面にギヤを有し前記ローラの回転軸を支持するローラ支持体と、このローラ支持体を傾動可能に支持するハウジングとを備え、前記傾動手段は、前記ローラ支持体のギヤと噛み合うピニオンと、このピニオンを回転させるモータとを備えていても良い。
【００１２】
また、本発明に係る段付軸部材の製造装置は、中実である前記軸部材の軸中心部に孔を形成するパンチを前記軸部材と同軸的に配置し、前記パンチを回転させながら前記軸部材の軸中心部に押し込む孔開け手段を設け、前記軸部材の表面が前記ローラにより表面加工されるとともに、前記軸部材の軸中心部が前記パンチにより孔開け加工されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る段付軸部材の製造方法は、被加工部材である軸部材を軸中心周りに回転させた状態で、前記軸部材に対してローラを径方向から押圧するとともに、前記軸部材及び前記ローラとを軸方向に相対移動させ、前記ローラによる押圧位置を変化させて径方向寸法の異なる段部を有する段付軸部材を製造するものであって、前記軸部材又は前記ローラに作用する加工中の軸方向荷重を検出する荷重検出手段と、前記ローラの表面のうち前記軸部材を押圧する押圧面における前記軸部材の軸中心に対する傾き角度を前記ローラの回転軸を傾けることによって調整する傾動手段とが設けられ、前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重の増加に基づいて前記傾動手段を駆動することにより前記押圧面における傾き角度が小さくなるように調整することに特徴がある。
【００１４】
この場合において、前記荷重検出手段により検出された軸方向荷重の増加に基づいて、前記押圧面における傾き角度を小さくすることが好ましい。また、中実である前記軸部材の軸中心部に孔を形成するパンチを前記軸部材と同軸的に配置し、前記パンチを回転させながら前記軸部材の軸中心部に押し込む孔開け手段を設け、前記軸部材の表面が前記ローラにより表面加工されるとともに、前記軸部材の軸中心部が前記パンチにより孔開け加工されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
よって、本発明によれば、軸部材に段部が形成される前、押圧面における傾き角度（ローラ角度）を比較的大きい角度に設定し且つ加工条件を適切に設定することで、盛り上がりが発生しない状況で材料回転軸に作用する負荷を小さくすることができる。そして、軸部材に段部が形成された後、切り込み量が増加して加工条件が変化しても、押圧面における傾き角度（ローラ角度）が比較的小さくなるように調整することで、盛り上がりを抑制又は防止できる。即ち、軸部材に段部が形成された後、加工速度を減少させる方法とは別の方法で、盛り上がりを抑制又は防止できる。従って、加工時間が長くなることを防止しつつ、材料回転軸に作用する負荷を小さくするとともに、盛り上がりを抑制又は防止することができる。また、材料回転軸に作用する負荷を小さくすることができるため、高負荷に耐えることができる装置構成にする必要がなくて、この装置を安く構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における段付軸部材の製造装置と軸部材を示した全体構成図である。
【図２】段部が形成される前、ローラ角度がα１であるときの作動説明図である。
【図３】段部が形成されたときであり且つローラ角度がα１であるときの作動説明図である。
【図４】段部が形成された後、ローラ角度がα１であるときの作動説明図である。
【図５】段部が形成された後、ローラ角度がα１からα２に設定されたときの作動説明図である。
【図６】段部が形成された後、ローラ角度がα２であるときの作動説明図である。
【図７】ローラ角度を変化させた場合において、軸部材に作用する軸方向荷重と時間との関係を示した図である。
【図８】ローラ角度を変化させた場合において、軸部材の径に対する盛り上がりが発生する部位の径の比と時間との関係を示した図である。
【図９】ローラ角度を変化させた場合において、ローラに作用する回転トルクと時間との関係を示した図である。
【図１０】ローラ角度を小さくするために電子制御装置が実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における段付軸部材の製造装置と円筒部材を示した全体構成図である。
【図１２】従来の段付軸部材の製造方法において、段付円筒部材が製造されるときの斜視図である。
【図１３】従来の段付軸部材の製造方法において、製造された段付円筒部材を示した側面図である。
【図１４】従来の段付軸部材の製造方法において、円筒部材の周面に盛り上がりが発生したときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明に係る段付軸部材の製造装置及び段付軸部材の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、加工手段としての段部形成装置１０（以下、「装置１０」と呼ぶ）と、被加工部材としての軸部材２０と、孔開け手段としてのパンチ３０と、制御手段としての電子制御装置４０等の関係を示した全体構成図である。装置１０は、ローラ１１の押圧面１１ａにおける傾き角度α、即ち、ローラ１１の表面のうち軸部材２０を押圧する押圧面１１ａにおける軸部材２０の軸中心Ｏ１に対する傾き角度α（以下、「ローラ角度α」と呼ぶ）を調整できるように構成されている。そこで装置１０の具体的構成について説明する。
【００１８】
ローラ１１は、軸部材２０の周面２０ａを表面加工するためのものであり、工具鋼である。また、ローラ１１は、ベアリング１４を介して図１の左右方向に延びるローラ回転軸１５に組付けられていて、ローラ回転軸１５周りに回転自在である。ローラ１１の押圧面１１ａは、軸部材２０の周面２０ａを押圧するためのものであり、円錐台形状の周面である。ローラ回転軸１５の両端は、ローラ支持体１６に支持されている。ローラ支持体１６は、ローラ１１の上部を覆っていて、ドーム状に形成されている。このローラ支持体１６の背部１６ａは、図１の左右方向及び図１の上下方向に直交する方向に延びる支持ピン１３を介してハウジング１２に傾動可能に組付けられている。これにより、ローラ１１は、ハウジング１２に対して、図１の左右方向及び図１の上下方向に直交する方向に延びる軸Ｏ２周りに傾動できる。
【００１９】
ハウジング１２は、押圧位置調整手段としてのアクチュエータ１８により、図１の上下方向に移動可能に構成されている。なお、アクチュエータ１８は、ローラ１１による径方向の押圧位置を調整するためのものであり、例えば油圧シリンダ等のアクチュエータである。このハウジング１２及びローラ１１とが上下方向に移動することにより、押圧面１１ａの下端１１ｂと軸部材２０の周面２０ａとの間の径方向における距離β（以下、「切り込み量β」と呼ぶ）が調整される。
【００２０】
傾動手段としての電動モータ１７は、ローラ回転軸１５を傾動させるためのものである。電動モータ１７は、ハウジング１２に固定されていて、電子制御装置４０に接続されている。電動モータ１７のモータシャフト１７ａには、ピニオン１７ｂが一体回転可能に連結されていて、このピニオン１７ｂとローラ支持体１６の外面１６ｂに設けられたギヤ１６ｃとが、噛み合っている。このため、この段付軸部材の製造装置は、電動モータ１７の駆動により、モータシャフト１７ａが回転し、ローラ支持体１６及びローラ１１が軸Ｏ２周りに傾動することで、上述したローラ角度αが調整できるように構成されている。
【００２１】
次に、軸部材２０と、回転支持手段及び押圧位置調整手段としての回転移動装置２１について説明する。軸部材２０は、例えば鋼であり、軸方向に延びる中実の丸棒である。なお、軸部材２０は、アルミ又は鉄であっても良い。回転移動装置２１は、軸部材２０を軸中心Ｏ１周りに回転支持するとともに、ローラ１１と軸部材２０との軸方向の加工位置を調整するためのものである。この回転移動装置２１は、チャック２２を用いて軸部材２０を保持していて、例えば、軸部材２０を軸方向に移動させる油圧シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）と、軸部材２０を軸中心Ｏ１周りに回転させるモータ（図示省略）とを有している。これらアクチュエータ及びモータは、電子制御装置４０に接続されていて、電子制御装置４０により制御されている。この回転移動装置２１は、軸部材２０が軸中心Ｏ１周りに所定の回転速度で回転する状態で、軸部材２０を図１の左側から右側へ軸方向に一定の移動速度Ｖで移動させるように構成されている。
【００２２】
続いて、孔開け手段としてのパンチ３０及びパンチ３０を回転させる回転装置３１について説明する。パンチ３０は、軸部材２０の軸中心部２０ｂに孔２０ｃ（図２参照）を形成するためのものである。パンチ３０は、工具鋼であり、先端が尖っている円柱体であって、軸部材２０と同軸的に配置されている。回転装置３１は、例えばパンチ３０を軸中心Ｏ１周りに回転させるモータ（図示省略）を有していて、パンチ３０を軸部材２０と同じ回転速度で且つ同じ回転方向で回転させる。そして、上述したように軸部材２０がパンチ３０に対して軸方向に移動するとき、パンチ３０が軸部材２０の軸中心部２０ｂに押し込まれることにより、軸部材２０に孔２０ｃが形成される。
【００２３】
この第１実施形態において、軸部材２０は、所謂スピン押出し法により、加工される。スピン押出し法は、軸部材２０が軸中心Ｏ１周りに回転し且つパンチ３０が軸中心Ｏ１周りに回転する状態で、ローラ１１及びパンチ３０と軸部材２０とが軸方向に相対移動するとき、軸部材２０の周面（表面）２０ａがローラ１１により表面加工されるとともに、軸部材２０の軸中心部２０ｂがパンチ３０により孔開け加工される加工方法である。このスピン押出し法により、外径及び内径が所定値に設定された中空パイプが一工程で製造される。
【００２４】
次に、荷重検出センサ３２、回転角センサ３３、及び電子制御装置４０について説明する。荷重検出手段としての荷重検出センサ３２は、ローラ１１及びパンチ３０から軸部材２０に作用する軸方向荷重Ｆを検出するためのものである。この荷重検出センサ３２は、チャック２２に取り付けられている。この軸方向荷重Ｆの増加が大きいとき、後述するように、軸部材２０の周面２０ａに盛り上がり（図１４参照）が発生する。回転角センサ３３は、モータシャフト１７ａの回転角θを検出するためのものである。検出された軸方向荷重Ｆ及び回転角θは、電子制御装置４０に入力される。電子制御装置４０は、アクチュエータ１８、回転移動装置２１及び電動モータ１７を制御している。
【００２５】
ここで、軸部材２０に段部２０ｅが形成される前の工程について説明する。まず、ローラ１１の傾動量は、ローラ角度αがα１になるように、電動モータ１７により調整されるとともに、ローラ１１による径方向の押圧位置は、切り込み量βがβ１になるように、アクチュエータ１８により調整される。そして、図２に示したように、軸部材２０の周面２０ａがローラ１１の押圧面１１ａに押圧されて、軸部材２０に第１周面部２０ｄが形成される。また、軸部材２０の軸中心部２０ｂがパンチ３０に押し込まれて、軸部材２０に孔２０ｃが形成される。ローラ角度α１、切り込み量β１、軸部材２０の軸方向の移動速度Ｖ等の加工条件は、軸部材２０に段部２０ｅ（図３参照）が形成される前において、軸部材２０の周面２０ａに盛り上がりが発生しないように、適切に設定されるものである。
【００２６】
続いて、軸部材２０に段部２０ｅが形成される工程について説明する。ローラ１１による径方向の押圧位置は、図３に示したように、切り込み量βがβ１より大きいβ２になるように、アクチュエータ１８により調整される。即ち、ローラ１１の押圧面１１ａは、第１周面部２０ｄより径内方向に移動する。これにより、径方向寸法の異なる段部２０ｅを有する段付パイプ２０Ａが製造される。なお、製造された段付パイプ２０Ａは、例えば、自動車のトランスアクスルのギヤシャフトに用いられるものである。
【００２７】
ところで、軸部材２０に段部２０ｅが形成された後では、段部２０ｅが形成される前に比して切り込み量βが大きくなり、加工条件が変化して、切り込まれる素材が軸方向に流れ難くなる。この結果、押圧面１１ａから軸部材２０に作用する軸方向荷重Ｆの増加が大きく、軸部材２０の周面２０ａに盛り上がりが発生するおそれがある。
【００２８】
そこで、この第１実施形態では、段部２０ｅが形成された後、盛り上がりを防止するため、ローラ１１の傾動量は、ローラ角度αがα１より小さいα２に設定されるように、電動モータ１７により調整される。以下、段部２０ｅが形成される前ではローラ角度αがα１に設定され、段部２０ｅが形成された後ではローラ角度αがα１より小さいα２に設定される理由について、図７、図８、図９を用いて詳細に説明する。
【００２９】
軸部材が軸中心周りに回転する状態で、軸部材とローラとが軸方向に一定の速度で相対移動し且つローラが軸部材に対して径方向から押圧する場合において、図７は、ローラの押圧面から軸部材に作用する軸方向荷重Ｆと時間ｔとの関係を示し、図８は、軸部材の径ｄ１に対する盛り上がりが発生する部位の径ｄ２の比（図１４参照）と時間ｔとの関係を示し、図９は、ローラに作用する回転トルクＴと時間ｔとの関係を示している。
【００３０】
図７では、ローラ角度αがα１のときの実験結果が実線で示され、ローラ角度αがα１より小さいα２のときの実験結果が破線で示され、ローラ角度αがα１より小さく且つα２より大きいα３（α２＜α３＜α１）のときの実験結果が一点鎖線で示されている。図８では、ローラ角度αがα１のときの実験結果が実線で示され、ローラ角度αがα２のときの実験結果が破線で示されている。
【００３１】
図７及び図８から明らかなように、時間ｔが「０」からｔａまでの間、ローラ角度αの大きさに拘わらず軸方向荷重Ｆがほぼ同じ値で推移していて、軸部材の周面に盛り上がりが発生しない。ここで、ローラ角度αの大きさに拘わらず軸方向荷重Ｆがほぼ同じ値である場合において、軸方向荷重Ｆの最大値、即ち時間ｔがｔａであるときの軸方向荷重Ｆを盛り上がり発生荷重Ｆａとする。従って、軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａ以下である場合には、ローラ角度αの大きさに拘わらず、盛り上がりが発生しないことになる。
【００３２】
一方、時間ｔがｔａより大きい場合、即ち軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａより大きい場合、ローラ角度αの大きさに応じて、盛り上がりが発生する場合と盛り上がりが発生しない場合とが生じる。ここで、ローラ角度αがα１であるとき、盛り上がりが発生し、時間ｔに対する軸方向荷重Ｆの荷重増加率ΔＦが大きい。また、ローラ角度αがα２であるとき、盛り上がりが発生せず、荷重増加率ΔＦが極めて小さい。従って、軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａより大きくなった後、ローラ角度αがα２であれば、言い換えれば荷重増加率ΔＦが所定荷重増加率より小さければ、盛り上がりを防止できることになる。
【００３３】
図９では、ローラ角度αがα１，α２，α３のときの実験結果が示されている。図９から明らかなように、ローラ角度αが大きい程、材料回転軸（軸部材）に作用する回転トルクＴが小さい。これは、ローラ角度αが大きい程、ローラの押圧面と軸部材との接触面積Ｓ（図１４参照）が小さくなり、ローラに作用する回転方向の荷重が小さくなるためである。従って、ローラ角度αが大きい程、材料回転軸に作用する負荷を小さくすることができる。
【００３４】
上述した実験結果により、軸部材２０に段部２０ｅが形成される前では、ローラ角度αを大きくしつつ、盛り上がりが発生しないように加工条件を適切に設定することが好ましい。従って、軸部材２０に段部２０ｅが形成される前、ローラ角度αをα１に設定することにより、材料回転軸（軸部材２０）に作用する負荷を小さくすることができる。一方、軸部材２０に段部２０ｅが形成された後であり、且つ軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａより大きくなるとき、ローラ角度αがα１に維持されていると、盛り上がりが発生することになる。しかし、このとき、ローラ角度αをα１からα２に設定することにより、盛り上がりを防止できる。
【００３５】
なお、ローラ角度αがα１からα２に変化するとき、ローラ１１による径方向の押圧位置は、切り込み量βがβ２に維持されるように、アクチュエータ１８により調整される。これは、上述したようにローラ１１による径方向の押圧位置が調整されない場合、ローラ１１が軸Ｏ２周りに傾動することによって、押圧面１１ａの下端１１ｂが図１の上方に移動して、切り込み量βがβ２から小さくなるためである。
【００３６】
次に、電子制御装置４０の制御内容について説明する。電子制御装置４０は、軸部材２０がスピン押出し法により加工されているとき、荷重検出センサ３２の検出値である軸方向荷重Ｆに基づいて、電動モータ１７の駆動を制御することにより、ローラ角度αを調整するようになっている。電子制御装置４０は、図１０に示したローラ角度低減プログラムＰｒを所定時間（例えば、５ｍｓｅｃ）の経過毎に開始・実行する。
【００３７】
ステップ４１では、切り込み量βが増加しているか否か、即ち加工条件が変化しているか否かが判定される。従って、図２に示したように軸部材２０に段部２０ｅが形成される前では、切り込み量βがβ１に維持されているため、「Ｎｏ」と判定され、このプログラムＰｒが直ちに終了する。一方、図３に示したように軸部材２０に段部２０ｅが形成された後では、切り込み量βがβ１からβ２に増加しているため、「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ４２以降の処理がなされる。
【００３８】
ステップ４２では、電子制御装置４０が荷重検出センサ３２により検出された軸方向荷重Ｆを入力する。そして、ステップ４３では、軸方向荷重Ｆが、上述した盛り上がり発生荷重Ｆａより大きいか否かが判定される。この盛り上がり発生荷重Ｆａは、加工条件及び軸部材２０の形状、材質に基づいて実験により予め決定された値である。従って、軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａ以下である場合（図３に示した状態から図４に示した状態までの間）、「Ｎｏ」と判定され、このプログラムＰｒが直ちに終了する。一方、軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａより大きい場合、ステップ４４以降の処理がなされる。
【００３９】
ステップ４４では、時間ｔに対する軸方向荷重Ｆの荷重増加率ΔＦが、所定荷重増加率ΔＦａ以上であるか否かが判定される。所定荷重増加率ΔＦａは、盛り上がりが発生するか否かを判定するために実験により予め決定された値であり、「０」に近い微小値である。なお、所定荷重増加率ΔＦａは、盛り上がりが発生することを確実に防止するため、実際に盛り上がりが発生し始めるときの荷重増加率ΔＦより、僅かに小さい値に設定される。従って、荷重増加率ΔＦが所定荷重増加率ΔＦａより小さい場合、盛り上がりが発生しないため、「Ｎｏ」と判定され、このプログラムＰｒが直ちに終了する。一方、荷重増加率ΔＦがΔＦａ以上である場合、盛り上がりが発生することを防止するため、ステップ４５以降の処理がなされる。
【００４０】
ステップ４５では、ローラ角度αが現在値からΔαを引いた値になる。Δαは、ローラ角度αを徐々に減少させるために予め決定された値であり、「０」に近い微小値である。このようにローラ角度αが僅かに減少することにより、荷重増加率ΔＦは僅かに減少することになる。そして、ステップ４６では、電子制御装置４０が荷重検出センサ３２により検出された軸方向荷重Ｆを再び入力する。その後、ステップ４７では、荷重増加率ΔＦが、所定荷重増加率ΔＦａより小さいか否かが判定される。即ち、荷重増加率ΔＦが僅かに減少することにより、既に盛り上がりが発生しない状況であるか否かが判定される。従って、荷重増加率ΔＦが所定荷重増加率ΔＦａより小さい場合、盛り上がりが発生しない状況であるため、「Ｙｅｓ」と判定され、このプログラムＰｒが終了する。一方、荷重増加率ΔＦが所定荷重増加率ΔＦａ以上である場合、盛り上がりが発生することを防止するため、荷重増加率ΔＦが所定荷重増加率ΔＦａより小さくなるまで、ステップ４５、４６、４７の処理がなされる。
【００４１】
これらステップ４５、４６、４７のフィードバック制御により、ローラ角度αは、盛り上がりが発生しないときの最大の角度に設定される。即ち、ローラ１１は、図４に示したようにローラ角度αがα１である状態から、図５に示したようにローラ角度αがα２である状態になるように、軸Ｏ２周りに傾動する。これにより、図６に示したように、軸部材２０に第２周面部２０ｆが形成されているとき、軸部材２０の周面２０ａに盛り上がりが発生することを防止できる。更に、段部２０ｅが形成された後、ローラ角度αは盛り上がりが発生しないときの最大の角度に設定されているため、材料回転軸に作用する回転トルクＴを最も小さくすることができ、材料回転軸に作用する負荷を最も小さくすることができる。
【００４２】
よって、本実施形態では、軸部材２０に段部２０ｅが形成される前、ローラ角度αを比較的大きい角度であるα１に設定し且つ加工条件を適切に設定することで、盛り上がりが発生しない状況で材料回転軸に作用する負荷を小さくすることができる。そして、軸部材２０に段部２０ｅが形成された後、切り込み量βがβ１からβ２に増加して加工条件が変化しても、ローラ角度αをα２に設定することで、盛り上がりを防止できる。更に、軸部材２０の軸方向の移動速度Ｖは、一定であり減少しない。従って、加工時間が長くなることを防止しつつ、材料回転軸に作用する負荷を小さくするとともに、盛り上がりを防止することができる。
【００４３】
また、材料回転軸に作用する負荷を小さくすることができるため、高負荷に耐えることができる装置構成にする必要がなくて、この装置１０を安く構成することができる。更に、ローラ角度αを変化させることができるため、１つのローラ１１で軸部材の様々な部位を加工することができる。従って、軸部材の様々な部位に適したローラを複数個製造する必要がなくて、ローラを節約することができる。
【００４４】
次に第２実施形態について説明する。図１１は、軸部材としての円筒部材５０が、所謂回転しごき法により加工される全体構成図である。回転しごき法は、円筒部材５０が軸中心Ｏ１周りに回転する状態で、円筒部材５０とローラ１１とが軸方向に相対移動するとき、円筒部材５０の周面（表面）５０ａがローラ１１により表面加工される加工方法である。この回転しごき法により、外径が所定値に設定された中空パイプが製造される。
【００４５】
円筒部材５０の内部には、マンドレル２３が装着されている。マンドレル２３は、ローラ１１が円筒部材５０に対して径方向から押圧するとき、円筒部材５０がローラ１１から逃げないようにするためのものである。この第２実施形態においては、円筒部材５０が中空状であるため、孔開け手段としてのパンチ及び回転装置が設けられていない。その他の構成は、上記した第１実施形態の構成と実質的に同一であるため、説明を省略する。また、第２実施形態の作用効果は、第１実施形態の作用効果と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００４６】
以上、本発明に係る段付軸部材の製造装置及び段付軸部材の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第１実施形態において、孔開け手段としてのパンチ３０及び回転装置３１を設けて、中空の段付パイプ２０Ａを製造した。しかしながら、孔開け手段としてのパンチ３０及び回転装置３１を設けないで、中実の段付棒を製造しても良い。
【００４７】
また、各実施形態において、電子制御装置４０は、ローラ角度αをα１から軸部材２０の周面２０ａに盛り上がりが発生しないときの最大の角度α２になるように調整した。しかしながら、電子制御装置４０は、ローラ角度αをα１からα２より小さい角度になるように調整しても良い。
【００４８】
また、各実施形態において、段部２０ｅが形成された後、軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａより大きいことが判定された場合、荷重増加率ΔＦの大きさに基づいてローラ角度αを減少させた。これにより、盛り上がりを防止できた。しかしながら、軸部材２０の周面２０ａの径方向位置を検出する位置検出センサを設けて、段部２０ｅが形成された後、位置検出センサにより軸部材２０の周面２０ａに盛り上がりが僅かに発生し始めたことが検知された場合、荷重増加率ΔＦの大きさに基づいてローラ角度αを減少させても良い。この場合には、僅かに生じた盛り上がりを抑制することができる。
【００４９】
また、各実施形態において、チャック２２に荷重検出センサ３２を取り付けて、電子制御装置４０が軸部材２０に作用する軸方向荷重Ｆに基づいてローラ角度αを調整した。しかしながら、ローラ１１に荷重検出センサを取り付けて、電子制御装置４０がローラ１１に作用する軸方向荷重に基づいてローラ角度αを調整しても良い。
【００５０】
また、各実施形態において、軸部材２０，円筒部材５０がローラ１１及びパンチ３０に対して近づくように、軸部材２０，円筒部材５０を軸方向に移動させた。しかしながら、ローラ１１及びパンチ３０が軸部材２０，円筒部材５０に対して近づくように、ローラ１１及びパンチ３０を軸方向に移動させても良い。
【００５１】
また、各実施形態において、軸部材２０に段部２０ｅが形成された後、軸部材２０の軸方向の移動速度Ｖが一定である状態で、ローラ角度αを減少させた。しかしながら、軸部材２０に段部２０ｅが形成された後、ローラ角度αを減少させるとともに、軸部材２０の軸方向の移動速度Ｖを減少させても良い。この場合には、軸部材２０に段部２０ｅが形成された後、盛り上がりが上記した移動速度Ｖ及びローラ角度αの二つの減少により防止されるため、盛り上がりを防止するためにローラ角度αが維持された状態で上記した移動速度Ｖのみ減少される場合に比して、上記した移動速度Ｖの減少が小さくなる。従って、ローラ角度αが維持された状態で上記した移動速度Ｖのみ減少させる場合に比して、加工時間が長くなることを防止できる。
【００５２】
また、各実施形態において、電子制御装置４０は、軸部材２０に段部２０ｅが形成される前、ローラ角度αをα１に維持した。しかしながら、電子制御装置４０は、軸部材２０に段部２０ｅが形成される前、仮に軸方向荷重Ｆが盛り上がり発生荷重Ｆａより大きく且つ荷重増加率ΔＦが所定荷重増加率ΔＦａより大きい場合には、ローラ角度αがα１からα２に調整しても良い。
【符号の説明】
【００５３】
１０      段部形成装置
１１      ローラ
１２      ハウジング
１５      ローラ回転軸
１６      ローラ支持体
１７      電動モータ
１８      アクチュエータ
２０      軸部材
２０Ａ    段付パイプ
２０ｅ    段部
２１      回転移動装置
３０      パンチ
３１      回転装置
３２      荷重検出センサ
４０      電子制御装置
５０      円筒部材
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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