(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を有し且つ金属材料からなるワークピースの両端部を把持するとともに、これら端部の軸線方向への相対的な移動を許容した状態で、前記ワークピースに前記軸線方向の圧縮力を加える一方、前記ワークピースを前記軸線回りに回転させ、前記ワークピースの一方の端部に対して他方の端部を前記軸線と平行を保ったまま前記軸線と交差する方向に相対的にスライド変位させて、前記ワークピースの前記両端部間の部位を塑性変形により肥大化させることを特徴とするワークピースの軸肥大加工方法。
【請求項２】
前記一方の端部に回転駆動力が付与され、前記他方の端部が前記一方の端部に対してスライド変位されることを特徴とする請求項１のワークピースの軸肥大加工方法。
【請求項３】
金属材料からなるワークピースが配置されるべき基準線と、
前記基準線に沿って互いに接離可能に配置され、前記基準線上に前記ワークピースを保持する保持部をそれぞれ有する一対のホルダユニットと、
前記一対のホルダユニット間に前記保持部を介して保持されたワークピースを前記保持部とともに前記基準線回りに回転させる回転駆動手段と、
前記一対のホルダユニットを前記基準線に沿い互いに近接する方向に相対的に移動させ、一対のホルダユニット間に保持されたワークピースを前記基準線の方向に加圧する加圧手段と、
一方の前記保持部を前記ワークピースとともに前記基準線に直交する方向に横スライドさせるべく対応する側のホルダユニットを移動させる横スライド手段と
を備えていることを特徴とするワークピースの軸肥大加工装置。
【請求項４】
前記一対のホルダユニットは、
前記基準線上に配置された固定側ホルダユニットと、この固定側ホルダユニットに対して前記基準線に沿って接離する可動側ホルダユニットからなり、
前記固定側ホルダユニットは、
前記ワークピースの一端を把持し、且つ、前記回転駆動手段により前記基準線回りに回転駆動される固定側保持部を有し、
前記可動側ホルダユニットは、
前記基準線回りに回転自在に支持され、前記ワークピースの他端を把持する可動側保持部を有し、
前記横スライド手段は、
前記可動側保持部を回転自在に支持し、前記基準線に直交する横方向に横スライド自在な横スライドステージと、
前記横スライドステージを前記横方向にスライドさせるスライド駆動機構と、
前記横スライドステージが載置され、前記加圧手段により前記基準線に沿う方向への移動が可能なスライド台と
を有する
ことを特徴とする請求項３に記載のワークピースの軸肥大加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料のワークピースの一部を塑性変形により肥大化させ、ワークピースに肥大部を形成するワークピースの軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のワークピースの肥大加工方法は、棒状部材からなるワークピースの両端部を把持し、この状態で、ワークピースに軸線方向の圧縮力を加える一方、ワークピースを軸線回りに回転させ、更にワークピースに曲げを加えることで実施される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第3418698号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の肥大加工方法は、ワークピースに回転駆動力を付与しながら曲げを付与するため、この肥大加工を実施する加工機にはワークピースに曲げを加える傾動機構が必要となる。この傾動機構は、ワークピースが圧縮且つ回転した状態でワークピースを傾動させなければならないため、ワークピースはしっかりと把持されていなければならず、また、所望のサイズの肥大部を得るにはワークピースの傾動中心は高い精度で位置決めされる必要がある。
【０００５】
このため、加工機には高い剛性を有したフレームが要求され、しかも、上述の傾動機構が必要不可欠であるために構造が複雑化し、その設置には多大な設備投資が必要となる。
また、上述の傾動機構の採用は、ワークピースの支持構造からみてワークピースに加えるべき圧縮力の大きさを制限するものとなるから、加工機の大型化を阻害する大きな要因となり、大径のワークピースに対する肥大加工を不能にする。
【０００６】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、加工機に加わる負荷を低減し、大径のワークピースに対しても肥大加工を可能にするワークピースの軸肥大加工方法及びこの軸肥大加工方法を実施するための軸肥大加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明のワークピースの軸肥大加工方法は、ワークピースの両端部を把持するとともに、これら端部の軸線方向への相対的な移動を許容した状態で、ワークピースに軸線方向の圧縮力を加える一方、ワークピースを軸線回りに回転させ、ワークピースの一方の端部に対して他方の端部を前記軸線と平行を保ったまま前記軸線と交差する方向にスライド変位させて、ワークピースの両端部間の部位を塑性変形により肥大化させる（請求項１）。
【０００８】
上述の軸肥大加工方法によれば、ワークピースの曲げがその傾動ではなく、スライド変位により付与され、このようなワークピースのスライド変位は直動的に実施される。
好ましくは、ワークピースの肥大加工を実施するにあたり、ワークピースの一方の端部に回転駆動力が付与され、ワークピースの他方の端部がその一方の端部に対してスライド変位される（請求項２）。この場合、回転駆動力及びスライド変位を付与するスライド力はワークピースの両端部に分担して付与される。
【０００９】
また、本発明のワークピースの軸肥大加工装置は、金属材料からなるワークピースが配置されるべき基準線と、前記基準線に沿って互いに接離可能に配置され、前記基準線上に前記ワークピースを保持する保持部をそれぞれ有する一対のホルダユニットと、前記一対のホルダユニット間に前記保持部を介して保持されたワークピースを前記保持部とともに前記基準線回りに回転させる回転駆動手段と、前記一対のホルダユニットを前記基準線に沿い互いに近接する方向に相対的に移動させ、一対のホルダユニット間に保持されたワークピースを前記基準線の方向に加圧する加圧手段と、一方の前記保持部を前記ワークピースとともに前記基準線に直交する方向に横スライドさせるべく対応する側のホルダユニットを移動させる横スライド手段とを備えている（請求項３）。
【００１０】
上述の軸肥大加工装置によれば、一方のホルダユニットが横スライド手段により前記基準線に直交する方向に横スライドさせられるので、ワークピースは、前記基準線に直交する方向にスライド力を受け、直動的にスライド変位する。
ここで、前記一対のホルダユニットは、前記基準線上に配置された固定側ホルダユニットと、この固定側ホルダユニットに対して前記基準線に沿って接離する可動側ホルダユニットからなり、前記固定側ホルダユニットは、前記ワークピースの一端を把持し、且つ、前記回転駆動手段により前記基準線回りに回転駆動される固定側保持部を有し、前記可動側ホルダユニットは、前記基準線回りに回転自在に支持され、前記ワークピースの他端を把持する可動側保持部を有し、前記横スライド手段は、前記可動側保持部を回転自在に支持し、前記基準線に直交する横方向に横スライド自在な横スライドステージと、前記横スライドステージを前記横方向にスライドさせるスライド駆動機構と、前記横スライドステージが載置され、前記加圧手段により前記基準線に沿う方向への移動が可能なスライド台とを有する構成とすることが好ましい（請求項４）。この場合、回転駆動手段及びスライド駆動機構が固定側ホルダユニット及び可動側ホルダユニットに分けて設けられているので、軸肥大加工装置の構造を簡単なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，２におけるワークピースの肥大加工方法は、ワークピースに曲げを付与するスライド変位をワークピースの直動運動により達成でき、このような直動運動はワークピースを傾動動作させる場合に比べ、加工機のフレームに要求される剛性を低下させるばかりでなく、ワークピースの支持構造の観点からみてもワークピースに付与すべき圧縮力を制限することもないし、肥大加工後のワークピースの芯出しもまた容易となる。
【００１２】
それ故、本発明の肥大加工方法を実施する請求項３，４におけるワークピースの軸肥大加工装置は、その構造が簡単になるばかりでなく、大型化も容易となり、大径のワークピースであっても肥大加工が可能となる。
更に、ワークピースに対する回転駆動力及びスライド力がワークピースの両端部に分担して付与されていれば、これら回転駆動力及びスライド力を付与する機構も容易に実現可能となり、加工装置の製造コストの低減に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の軸肥大加工方法に使用する加工機を示した側面図である。
【図２】図１の加工機の平面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図１の加工機のホルダを示した概略平面図である。
【図５】ワークの肥大加工過程にある加工機のホルダの概略平面図である。
【図６】ワークの肥大加工が完了した時点での加工機のホルダの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１及び図２を参照すると、本発明のワークピースの軸肥大加工方法を実施する軸肥大加工装置（以下、加工機という）２０が側面図及び平面図にてそれぞれ示されている。
加工機２０は、金属の棒材が配置される基準線Ｓを有し、この基準線Ｓは水平に延びている。この加工機２０は、固定側ホルダユニット２２及び可動側ホルダユニット２４を備え、図１から明らかなように、これらホルダユニット２２，２４は基準線Ｓ上にて、互いに離間対向して配置されている。これらホルダユニット２２，２４は、ワークピース（以下、単にワークという）Ｗの両端部をそれぞれ受け入れ、これら端部にて、ワークＷをその軸線方向に挟み込んだ状態で把持可能となっている。
【００１５】
より詳しくは、図１に示すように、加工機２０は、基準線Ｓの下方に、ベースプレート２６を備えており、このベースプレート２６は基準線Ｓに沿って延びている。ベースプレート２６上には、装置フレーム２８が配置されている。そして、図１でみて、この装置フレーム２８の左端部には、一対の支持壁３０が設けられている。これら支持壁３０は基準線Ｓを挟んで配置され、ベースプレート２６上に立設されている。そして、これら支持壁３０間に、固定側ホルダユニット２２が支持されている。
【００１６】
固定側ホルダユニット２２は、ワークＷを把持する固定側ホルダ２と、固定側ホルダ２を支持する固定側ハウジング３２と、この固定側ホルダ２を回転駆動する回転駆動機構３４とを有している。この固定側ホルダ２は基準線Ｓに沿う方向に関しては固定されているものの、基準線Ｓの回りには回転自在に支持されている。それ故、固定側ホルダ２は回転駆動機構３４からの回転駆動力を受けたとき、一方向に回転される。
【００１７】
一方、可動側ホルダユニット２４は、ワークＷの対応する側の端部を把持する可動側ホルダ４及びこの可動側ホルダ４を支持する可動側ハウジング３６を備えている。詳しくは、図３に示すように、可動側ホルダ４は、円筒形状をなしており、可動側ハウジング３６は、この可動側ホルダ４を囲繞し、軸線Ａ回りに回転自在に支持している。
より詳しくは、可動側ホルダユニット２４は、スライド台４０上に設置されており、このスライド台４０は、案内手段としての一対の案内ベッド４２に摺動自在に支持されている。これら案内ベッド４２は、装置フレーム２８の上端に取り付けられており、図２から明らかなように、基準線Ｓを挟んで左右に配置され、基準線Ｓに沿って水平面内を互いに平行に延びている。従って、可動側ホルダユニット２４は固定側ホルダユニット２２に対し、基準線Ｓに沿って接離自在である。そして、このスライド台４０は、図１でみて、装置フレーム２８の右端部に設けられた加圧駆動機構４４により駆動される。即ち、可動側ホルダ４には加圧駆動機構４４により、固定側ホルダ２に向かう加圧力（圧縮力）が付与可能である。
【００１８】
このスライド台４０は、より詳しくは、図３から明らかなように、その上面にトップステージ４６を有しており、このトップステージ４６上に立設された一対の支持壁４８間に可動側ホルダユニット２４が固定されている。
このトップステージ４６は、スライド台４０の上面に沿い、且つ、基準線Ｓに直交する方向に延びる一対のスライドレール５０上に摺動自在に支持されている。従って、可動側ホルダユニット２４は、その軸線Ａを基準線Ｓに対し、水平方向に移動させることができる。
【００１９】
ここで、スライド台４０上において、トップステージ４６の一方側にスライド駆動機構としてのスライド駆動シリンダ５２が配置されている。このスライド駆動シリンダ５２は、図２から明らかなように、一対のスライドレール５０間にて、スライドレール５０に沿って水平に延び、スライド台４０上に取り付けられている。このスライド駆動シリンダ５２のピストンロッドはトップステージ４６に向けて突出し、一方側の支持壁４８に連結具５４を介して連結されている。
【００２０】
それ故、スライド駆動シリンダ５２が伸縮されると、トップステージ４６は、一対のスライドレール５０上を往復移動し、この結果、可動側ホルダユニット２４は、固定側ホルダユニットに対して基準線Ｓと直交する方向、具体的には水平方向にスライド変位可能となっており、水平方向のスライド力が付与可能となっている。
次に、上述の加工機２０を使用したワークＷの肥大加工について説明する。
【００２１】
先ず、図４に示されるようにワークＷは固定側ホルダ２及び可動側ホルダ４間に挟み込まれ、その両端部が対応するホルダ２，４にそれぞれ把持される。ここで、本実施例の場合、ワークＷは金属材料からなる中実の棒状部材として示されている。このとき、固定側ホルダ２と可動側ホルダ４間には所定の間隔Ｄ０が確保され、これらホルダ２，４に保持されたワークＷはその軸線Ａが加工機２０の基準線Ｓと一致した状態にある。
【００２２】
この状態で、固定側ホルダ２が回転駆動機構３４により回転されると、ワークＷはホルダ２，４間にて挟持されていることから、ワークＷは固定側及び可動側ホルダ２，４とともに一方向に回転される。
一方、可動側ホルダ４はスライド台４０を介して加圧駆動機構４４により加圧され、これにより、ワークＷはその軸線Ａ方向に圧縮力を受ける。更に、可動側ホルダ４は、可動側ハウジング３６及びトップステージ４６を介して、スライド駆動シリンダ５２により水平方向のスライド力を受け、このスライド力は、固定ホルダ２側のワークＷの一端部に対し、可動側ホルダのワークＷの他端部を基準線Ｓと直交する水平方向に押込み、スライド変位させることで、ワークＷの他端部に曲げを加える。
【００２３】
ここでのスライド変位は、ワークＷがその軸線Ａの回りに回転していることから、ワークＷの横断面内に圧縮力と引張力を交互に加え、固定側ホルダ２と可動側ホルダ４との間のワークＷの部位に逐次的な塑性変形を発生させる。この塑性変形はワークＷがその軸線方向にも圧縮されていることから、可動側ホルダ４が固定側ホルダ２に向けて移動し、ホルダ２，４間の間隔がＤ0からＤ1に減少するに連れ、ワークＷの径方向外側に徐々に成長し、図５に示されるようにホルダ２，４間のワークＷの部位を肥大変形させる。
【００２４】
ここで、図５は、前述したスライド変位を受け、ワークＷの軸線Ａがその一端部側の軸線部分Ａ1と他端部側の軸線部分Ａ2とに分割され、これら軸線部分Ａ1，Ａ2が水平方向に互いに変位していることを明瞭に示している。
この後、ワークＷに所望のサイズの肥大部が形成されると、可動側ホルダ４が基準線Ｓに向けて復動され、図６に示されるように前述のスライド変位が解消される。それ故、ワークＷの軸線部分Ａ1，Ａ2は元の１本の軸線Ａとなり、また、ここでの復動の際にも、肥大部の成長は進行し、肥大部Ｈの幅、即ち、ホルダ２，４間の間隔は所望のＤ2（＜Ｄ1＜Ｄ0）まで更に減少する。
【００２５】
このようにしてワークＷの肥大加工が完了すると、ワークＷの回転及び圧縮は停止され、固定側及び可動側ホルダ２，４からのワークＷの取り出しがなされる。
上述の説明から明らかなように、ワークＷの肥大変形はワークＷを傾動させて曲げるのではなく、そのスライド変位による曲げによってもたらされ、そして、このスライド変位はワークＷの軸線Ａと直交する水平方向に、その他端部を直進運動させることで達成される。このようなワークＷの直進運動はその傾動動作に比べて、加工機のフレームに高い剛性を要求しないから、加工機の構造が簡単になり、また、その大型化、つまり、取り扱い可能なワークＷの大径化も容易になる。
【００２６】
また、上述のスライド変位によれば、ワークＷにおける軸線部分Ａ1，Ａ2の変位量を高精度に制御可能であるから、肥大部を安定して形成可能となる。
更に、本実施例の場合には、前述した回転駆動機構及びスライド駆動機構が固定側ホルダ２及び可動側ホルダ４に分けて備えられているので、加工機の構造は頗る簡単なものとなり、その製造コストの低減に大きく寄与する。
【００２７】
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、ワークＷに対して回転、圧縮及びスライド変位を付与する順序は任意であり、また、ワークＷのスライド変位をワークＷの一端部に付与しても、その肥大加工は可能である。
【符号の説明】
【００２８】
２            固定側ホルダ
４            可動側ホルダ
２０          加工機
Ａ            軸線
Ｈ            肥大部
Ｗ            ワーク（ワークピース）
【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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