(57)【要約】  円筒形状を有するワーク（Ｗ）を準備し、前記ワークをワーク保持機構（１２０）に取り付ける保持ステップと、前記ワークをワーク回転軸（Ｘ）まわりに回転させつつ、前記ワークの内面及び外面をそれぞれ内側押圧部材（１５８）及び外側押圧部材（１３８）によって挟み込む態様で、前記内面及び外面の両側から押圧する押圧ステップと、前記押圧ステップにおける押圧を維持した状態で、前記外側押圧部材を前記内側押圧部材に対して前記ワーク回転軸に沿う方向に相対移動させる成形ステップと、を含むことを特徴とする円筒部材の成形方法。
2017199425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状を有するワークを準備し、前記ワークをワーク保持機構に取り付ける保持ステップと、  前記ワークをワーク回転軸まわりに回転させつつ、前記ワークの内面及び外面をそれぞれ内側押圧部材及び外側押圧部材によって挟み込む態様で、前記内面及び外面の両側から押圧する押圧ステップと、  前記押圧ステップにおける押圧を維持した状態で、前記外側押圧部材を前記内側押圧部材に対して前記ワーク回転軸に沿う方向に相対移動させる成形ステップと、を含むことを特徴とする円筒部材の成形方法。
【請求項２】
前記押圧ステップ及び前記成形ステップにおいて、前記ワークを押圧する加工点を前記ワークの円周方向に複数設けることを特徴とする請求項１に記載の円筒部材の成形方法。
【請求項３】
前記押圧ステップ及び前記成形ステップを実施する際に、前記ワークの少なくとも一部を加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒部材の成形方法。
【請求項４】
ベースと、前記ベースの上面と直交するワーク回転軸まわりに回転自在に設けられたワーク保持機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構に隣接して設けられた外側押圧機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構を取り囲む位置に設けられた側面支持機構と、前記外側押圧機構と対向して前記ワーク回転軸近傍に設けられた内側押圧機構と、を備えた円筒部材の成形装置であって、  前記ワーク保持機構は、前記ベースに取り付けられたモータと、前記モータの出力軸に取り付けられた一端クランプ部材と、前記一端クランプ部材に対して離間して配置される他端クランプ部材と、を有し、  前記外側押圧機構は、前記ワーク保持機構に保持されたワークの外面を押圧する外側押圧部材と、前記外側押圧部材を一端に取り付けて前記ワーク回転軸に対して進退移動する外側アームと、前記外側アームを前記ベースに対して接近又は離間する方向に移動させる昇降機構と、を有し、  前記内側押圧機構は、前記ワーク回転軸と同一軸心を有する軸部材と、前記ワークの内面を押圧する内側押圧部材と、前記内側押圧部材を一端に取り付けて前記軸部材から径方向に進退移動する内側アームと、を有することを特徴とする円筒部材の成形装置。
【請求項５】
前記内側押圧機構は、前記軸部材を中心として円周方向の等間隔に複数設けられ、  前記外側押圧機構は、前記複数設けられた前記内側押圧機構のうちの１つに対向して配置され、  前記側面支持機構は、前記複数設けられた前記内側押圧機構のうちで前記外側押圧機構と対向しない残余のものに対向して配置されることを特徴とする請求項４に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項６】
前記外側押圧機構を前記ワークの円周方向に複数備えることを特徴とする請求項５に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項７】
前記外側押圧部材及び前記内側押圧部材は、いずれもローラであることを特徴とする請求項５又は６に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項８】
前記外側押圧機構の前記昇降機構は、前記外側アームを進退移動させる移動軸を前記昇降機構が昇降する面内で自由に変更可能な回動機構をさらに有することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項９】
前記ワークを加熱する加熱機構をさらに備えることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の円筒部材の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、円筒形状の金属部材を成形する方法及び成形するための装置に関し、特に、円筒部材を径方向に成形加工するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  航空機用エンジンにおいて、回転するファンの外周を覆うファンケースは、円筒状の金属部材を所定の形状に成形加工することによって製造されている。  このような円筒部材の成形加工を行う場合、従来は、円筒部材の内側に円柱あるいは円筒形状の金型（中子）を配置し、当該金型と円筒部材とを回転させながら、上記円筒部材の外側からローラ状の押圧具で上記金型の中心軸方向に円筒部材を押圧変形させることにより、円筒部材を金型の外周に沿った所定の形状に成形するスピニング加工が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５６５５１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に記載されているスピニング加工は、円筒部材の中子として内側に挿入される金型には所定の外周形状が形成されているため、円筒部材を外側からのみ押圧して金型の外周に沿わせる、すなわち円筒部材を縮径させる加工にしか対応できない。  また、加工後の円筒部材の形状は金型の外周形状に依存するため、円筒部材自体の内径が大きくなると、中子としての金型の外径が大きくなり、その分だけ金型の材料コスト及び加工コストが増大してしまう。  そこで、本発明の目的は、円筒部材の内面を支持する機構を小型化するとともに、円筒部材の内側からも円筒部材を押圧変形させることができる円筒部材の成形方法及び成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明による円筒部材の成形方法は、円筒形状を有するワークを準備し、前記ワークをワーク保持機構に取り付ける保持ステップと、前記ワークをワーク回転軸まわりに回転させつつ、前記ワークの内面及び外面をそれぞれ内側押圧部材及び外側押圧部材によって挟み込む態様で、前記内面及び外面の両側から押圧する押圧ステップと、前記押圧ステップにおける押圧を維持した状態で、前記外側押圧部材を前記内側押圧部材に対して前記ワーク回転軸に沿う方向に相対移動させる成形ステップと、を含むことを特徴とする。【０００６】  本発明による円筒部材の成形方法の一例では、前記押圧ステップ及び前記成形ステップにおいて、前記ワークを押圧する加工点を前記ワークの円周方向に複数設けてもよい。  また、前記押圧ステップ及び前記成形ステップを実施する際に、前記ワークの少なくとも一部を加熱してもよい。【０００７】  また、本発明による円筒部材の成形装置は、ベースと、前記ベースの上面と直交するワーク回転軸まわりに回転自在に設けられたワーク保持機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構に隣接して設けられた外側押圧機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構を取り囲む位置に設けられた側面支持機構と、前記外側押圧機構と対向して前記ワーク回転軸近傍に設けられた内側押圧機構と、を備え、前記ワーク保持機構は、前記ベースに取り付けられたモータと、前記モータの出力軸に取り付けられた一端クランプ部材と、前記一端クランプ部材に対して離間して配置される他端クランプ部材と、を有し、前記外側押圧機構は、前記ワーク保持機構に保持されたワークの外面を押圧する外側押圧部材と、前記外側押圧部材を一端に取り付けて前記ワーク回転軸に対して進退移動する外側アームと、前記外側アームを前記ベースに対して接近又は離間する方向に移動させる昇降機構と、を有し、前記内側押圧機構は、前記ワーク回転軸と同一軸心を有する軸部材と、前記ワークの内面を押圧する内側押圧部材と、前記内側押圧部材を一端に取り付けて前記軸部材から径方向に進退移動する内側アームと、を有することを特徴とする。【０００８】  本発明による円筒部材の成形装置の一例として、前記内側押圧機構は、前記軸部材を中心として円周方向の等間隔に複数設けられ、前記外側押圧機構は、前記複数設けられた前記内側押圧機構のうちの１つに対向して配置され、前記側面支持機構は、前記複数設けられた前記内側押圧機構のうちで前記外側押圧機構と対向しない残余のものに対向して配置される。  このとき、前記外側押圧機構を前記ワークの円周方向に複数備えてもよい。【０００９】  本発明による円筒部材の成形装置の他の例として、前記外側押圧部材及び前記内側押圧部材は、いずれもローラで形成されるのが好ましい。  また、前記外側押圧機構の前記昇降機構は、前記外側アームを進退移動させる移動軸を前記昇降機構が昇降する面内で自由に変更可能な回動機構をさらに有するように構成してもよい。  さらに、前記ワークを加熱する加熱機構を備える構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、円筒部材の内面を支持する機構を小型化するとともに、円筒部材の内側からも円筒部材を押圧変形させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す図であって、上面図を示す。
【図１Ｂ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す図であって、図１ＡのＡ−Ａ断面における断面図を示す。
【図１Ｃ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す図であって、図１ＢのＢ−Ｂ断面における断面図を示す。
【図２Ａ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作を示す加工点近傍の要部断面図であって、保持ステップの状態を示す。
【図２Ｂ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作を示す加工点近傍の要部断面図であって、加工中の第１段階を示す。
【図２Ｃ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作を示す加工点近傍の要部断面図であって、加工中の第２段階を示す。
【図２Ｄ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作を示す加工点近傍の要部断面図であって、加工中の第３段階を示す。
【図２Ｅ】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作を示す加工点近傍の要部断面図であって、加工後の状態を示す。
【図３】本発明の実施例１による円筒部材の成形方法及び成形装置の変形例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の実施例２による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す上面図である。
【図５】本発明の実施例３による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】＜実施例１＞  図１は、本発明の実施例１による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す図であって、図１Ａは上面図を示し、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ断面における断面図を示し、図１Ｃは図１ＢのＢ−Ｂ断面における断面図を示す。  図１に示す円筒部材の成形装置１００は、円筒形状のワークＷをその中心軸Ｘ（後述するワーク回転軸Ｘと同一のもの）に対して径方向に拡径あるいは縮径することにより、ワークＷを任意の形状に成形するものであって、ベース１１０と、当該ベース１１０の上面と直交するワーク回転軸Ｘを中心とし符号Ｒで示す方向に回転自在に設けられたワーク保持機構１２０と、ワーク保持機構１２０に隣接して設けられた外側押圧機構１３０と、ワーク保持機構１２０を取り囲む位置に設けられた側面支持機構１４０と、上記外側押圧機構１３０と対向してワーク回転軸Ｘ側に設けられた内側押圧機構１５０と、上述した機構の動作を制御する制御装置（図示せず）と、を備えている。
【００１３】  図１Ｂに示すように、ベース１１０は、工場の床面等に載置される筐体１１２の上部に取り付けられており、その上面がワーク保持機構１２０、外側押圧機構１３０、側面支持機構１４０あるいは内側押圧機構１５０等を配置するテーブルとして機能する。  筐体１１２には、ベース１１０を貫通する出力軸１２２ａを有するモータ１２２が取り付けられている。
【００１４】  ワーク保持機構１２０は、上述したモータ１２２と、当該モータ１２２の出力軸１２２ａに取り付けられた支持板１２４と、当該支持板１２４に一体に取り付けられてワークＷの一端を保持する一端クランプ部材１２６と、一端クランプ部材１２６に対して離間して配置される他端クランプ部材１２８と、を含む。  支持板１２４は、モータ１２２の出力軸１２２ａの端部に固定された円板であって、出力軸１２２ａの回転と供回りする部材である。  また、出力軸１２２ａは、後述する内側押圧機構１５０の軸部材１５２を貫通する配置とされており、支持板１２４の底面が軸部材１５２の上面に支持されている。
【００１５】  一端クランプ部材１２６は、ワーク回転軸Ｘから放射状にかつ円周方向に等間隔で複数配置されたアーム状の部材であって、それぞれ支持板１２４の下面に一体固定されている。  また、一端クランプ部材１２６の下面には、ワークＷの一端（上端）をクランプするクランプ爪１２６ａがそれぞれ設けられている。
【００１６】  他端クランプ部材１２８は、中央にモータ出力軸１２２ａ及び軸部材１５２を挿通する貫通穴を有する円板状の部材であって、ワーク回転軸Ｘを中心に回転自在となるようにベース１１０上に支持される。  また、他端クランプ部材１２８の上面には、ワークＷの他端（下端）をクランプするクランプ爪１２８ａがそれぞれ設けられている。
【００１７】  図１Ｂに示すように、一端クランプ部材１２６のクランプ爪１２６ａにワークＷの一端をクランプし、他端クランプ部材１２８のクランプ爪１２８ａにワークの他端をクランプした状態で、他端クランプ部材をベース１１０上に載置することにより、ワーク保持機構１２０は、ワークＷを保持した状態でワーク回転軸Ｘを中心に符号Ｒの方向に回転する。  ここで、一端クランプ部材１２６のクランプ爪１２６ａと他端クランプ部材１２８のクランプ爪１２８ａとは、ワークＷの径に応じてその径方向に取付位置を変更できるように構成されている。
【００１８】  外側押圧機構１３０は、ベース１１０から直立する本体部１３２と、該本体部１３２に取り付けられてベース１１０に対して接近又は離間する方向に移動する昇降機構１３４と、昇降機構１３４に取り付けられて上記ワーク回転軸Ｘに向かう方向に進退移動する外側アーム１３６と、外側アーム１３６の一端に取り付けられてワークＷの外面に接触し押圧する外側押圧部材１３８と、を含む。  本体部１３２は、その側面に昇降機構１３４が移動する矢印Ｄ２方向に沿ったレール等のガイド（図示せず）を備えるとともに、内部に当該昇降機構１３４を昇降させるための駆動源（図示せず）を備えている。
【００１９】  昇降機構１３４は、上述した本体部１３２の側面に取り付けられるとともに、矢印Ｄ２の方向に昇降するものであって、外側アーム１３６を矢印Ｄ１の方向（ワーク回転軸Ｘに向かう方向）に進退させる進退機構（図示せず）を内蔵している。  ここで、外側アーム１３６を進退させる進退機構としては、外側押圧部材１３８をワークＷに押圧するとともに成形時のワークＷからの反力にも対抗できるものであればいずれの手段を採用してもよいが、例えば油圧式のピストンやラックピニオン機構等が例示できる。
【００２０】  外側アーム１３６は、一端が上述した昇降機構１３４の進退機構に取り付けられるとともに、他端には側面視で断面Ｕ字形のスリットが形成されており、当該スリットに回転軸Ｃ１（図１Ｃ参照）を中心に回動する外側押圧部材（外側ローラ）１３８が取り付けられる。  外側押圧部材１３８は、ワークＷの外面に接触、押圧しつつ回転するローラであって、より局部的な押圧を行うために、例えば図２に示すような断面楕円形の偏平な形状として形成される。
【００２１】  そして、外側押圧部材１３８は、加工時に回転するワークＷの外面に接触すると、回転軸Ｃ１を中心に連れ回りし、その側面でワークＷの外面を連続的に押圧する。  このような構成により、外側押圧機構１３０は、外側アーム１３６を矢印Ｄ１方向に進出させつつ昇降機構１３４を矢印Ｄ２の方向に移動させることにより、外側押圧部材１３８とワークＷとの接触を維持した状態で、図１Ｂの点線で示す位置Ｐ１から破線で示す位置Ｐ２に加工位置を動かす機能を有する。
【００２２】  側面支持機構１４０は、ベース１１０から直立する本体部１４２と、該本体部１４２の側面に取り付けられて上記ワーク回転軸Ｘに向かう方向に進退移動する側面支持アーム１４４と、側面支持アーム１４４の一端に取り付けられた側面ローラ支持部材１４６と、側面ローラ支持部材１４６に取り付けられてワークＷの外面に接触支持する側面ローラ１４８と、を含む。  本体部１４２は、その側面に側面支持アーム１４４を矢印Ｄ３の方向（ワーク回転軸Ｘに向かう方向）に進退させる進退機構（図示せず）を内蔵している。
【００２３】  側面支持アーム１４４は、一端が上述した本体部１４２の進退機構に取り付けられるとともに、他端には側面視で断面Ｕ字形の側面ローラ支持部材１４６が取り付けられる。  側面ローラ支持部材１４６には、対向する２つの面を通る回転軸Ｃ２（図１Ｃ参照）を中心に回動する側面ローラ１４８が取り付けられる。
【００２４】  側面ローラ１４８は、ワークＷのワーク回転軸Ｘに沿った加工幅（図２Ａの符号Ｈ参照）に対応する高さを有する円柱状のローラであって、その断面形状は、図１Ｂに示すように、後述する内側押圧機構１５０の内側押圧部材１５８の断面形状に対応して連続的に変化する径となるように形成される。  そして、側面ローラ１４８は、加工時に回転するワークＷの外面に接触すると、回転軸Ｃ２を中心に連れ回りし、内側押圧部材１５８との間でワークＷを挟む態様でワークＷの回転をガイドする。
【００２５】  内側押圧機構１５０は、ベース１１０から直立する軸部材１５２と、該軸部材１５２の側面に取り付けられて上記ワーク回転軸Ｘに向かう方向に進退移動する内側アーム１５４と、内側アーム１５４の一端に取り付けられた内側支持部材１５６と、内側支持部材１５６に取り付けられてワークＷの外面に接触し押圧する内側押圧部材１５８と、を含む。  軸部材１５２は、ワーク回転軸Ｘと同一軸心を有する円筒形状の部材であって、上述のとおり、その内側にワーク保持機構１２０のモータ１２２の出力軸１２２ａが挿通される。
【００２６】  内側アーム１５４は、一端が軸部材１５２の側面に取り付けられるとともに、他端には側面視で断面Ｕ字形の内側支持部材１５６が取り付けられる。  また、内側アーム１５４は、上記内側支持部材１５６を矢印Ｄ４の方向（ワーク回転軸Ｘに向かう方向）に進退させる進退機構（図示せず）を内蔵している。
【００２７】  内側押圧部材１５８は、ワークＷのワーク回転軸Ｘに沿った加工幅（図２Ａの符号Ｈ参照）に対応する高さを有する円柱状のローラであって、その断面形状は、図２Ｅに示すように、加工後のワークＷの断面形状に対応して連続的に変化する径となるように形成される。  ここでは、内側押圧部材（内側ローラ）１５８の一例として、加工後に２つの段部を有し２段階に縮径する形状のワークＷとなるような断面形状を採用した場合を説明する。
【００２８】  内側押圧部材１５８は、内側支持部材１５６の対向する２つの面を通る回転軸Ｃ３（図１Ｃ参照）を中心に回動するように取り付けられる。  そして、内側押圧部材１５８は、加工時に回転するワークＷの内面に接触すると、回転軸Ｃ３を中心に連れ回りし、外側押圧部材１３８あるいは側面ローラ１４８との間でワークＷを挟む態様でワークＷの回転をガイドする。
【００２９】  図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本発明の実施例１による円筒部材の成形装置１００において、内側押圧機構１５０の内側押圧部材１５８は、軸部材１５２の円周方向に等間隔となる４か所にそれぞれ配置されている。  そして、４か所に配置された内側押圧部材１５８のうちの１つに対向する位置に、外側押圧部材１３８が位置する、すなわち、外側押圧部材１３８の進退方向（図１Ｂの符号Ｄ１）と内側押圧部材１５８の進退方向（図１Ｂの符号Ｄ４）とが同一直線上に整列するように配置される。  このとき、外側押圧部材１３８と対向する内側押圧部材１５８を進退させる進退機構として、外側押圧機構１３０の場合と同様に、内側押圧部材１５８をワークＷに押圧するとともに成形時のワークＷからの反力にも対抗できるものが採用される。
【００３０】  一方、外側押圧部材１３８と対向しない内側押圧部材１５８と対向する位置には、上述した側面ローラ１４８がそれぞれ配置されている。  このとき、側面ローラ１４８の進退方向（図１Ｂの符号Ｄ３）と内側押圧部材１５８の進退方向（図１Ｂの符号Ｄ４）とは、同様に同一直線上に整列するように配置される。
【００３１】  これらの配置により、ワークＷには、外側押圧部材１３８により外面側から押圧力が負荷されるとともに、内側押圧部材１５８により内面側からも押圧力が負荷されることとなる。  そして、外側押圧部材１３８の押圧力と内側押圧部材１５８の押圧力とを制御装置によって制御することにより、回転するワークＷを拡径あるいは縮径するスピニング加工を任意に実施することが可能となる。
【００３２】  また、図１Ｂに示すように、外側押圧部材１３８の回転軸Ｃ１方向の高さは、内側押圧部材１５８の回転軸Ｃ３方向の高さに対して十分小さく設定されている。  これにより、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８とは、一般的なスピニング加工における「ヘラ（接触具）」と「マンドレル（中子）」とにそれぞれ相当する構成となり、内側押圧部材１５８の外面形状をワークＷに転写加工することができる。
【００３３】  一方、側面ローラ１４８とこれに対向する内側押圧部材１５８とは、いずれもワークＷの外面又は内面との接触が維持できる程度の押圧力が負荷されている。  これにより、ワークＷの径や形状の変化に追従しつつワークＷの回転をガイドするように機能する。
【００３４】  次に、図２を用いて、本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作の概略を説明する。  図２は、本発明の実施例１による円筒部材の成形方法で実行される動作を示す加工点近傍の要部断面図であって、図２Ａは保持ステップの状態を示し、図２Ｂは加工中の第１段階を示し、図２Ｃは加工中の第２段階を示し、図２Ｄは加工中の第３段階を示し、図２Ｅは加工後の状態を示す。
【００３５】  図２Ａに示すように、本発明の実施例１による円筒部材の成形方法では、まず円筒形状のワークＷを準備し、ワーク保持機構１２０に取り付ける。  具体的には、ワークＷの一端（図示上の上端）を一端クランプ部材１２６のクランプ爪１２６ａでクランプし、他端（図示上の下端）を他端クランプ部材１２８のクランプ爪１２８ａでクランプした状態で、一端クランプ部材１２６を図示しない支持板１２４に取り付ける。  このとき、クランプ爪１２６ａ及び１２８ａの径方向の位置をワークＷに合わせて調整し、加工中は当該調整された位置で固定する。
【００３６】  続いて、外側押圧機構１３０、側面支持機構１４０及び内側押圧機構１５０を駆動させ、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８とをワークＷの直近で対向させる。  ここで、図２Ａに示すように、内側押圧部材１５８は、段部１５８ａ及び１５８ｂを中間に有し、第１領域Ｈ１、第２領域Ｈ２、第３領域Ｈ３に至るにつれて徐々に縮径する形状で高さＨのローラとして形成されている。  また、加工点ではない側面支持機構１４０が設置された位置においても、同様に側面ローラ１４８と内側押圧部材１５８とをワークＷの直近で対向させる。
【００３７】  続いて、図２Ｂに示すように、第１段階の成形加工として、内側押圧部材１５８の第１領域Ｈ１での加工を行う。  具体的には、ワーク保持機構１２０に取り付けられたワークＷを矢印Ｒで示す方向に回転させつつ、ワークＷの外面側から外側押圧部材１３８を、ワークＷの内面側から内側押圧部材１５８を、それぞれワークＷに接触、押圧させる（押圧ステップ）。  このとき、外側押圧部材１３８の進退機構と内側押圧部材１５８の進退機構とが負荷する押圧力を個別に制御することにより、ワークＷを内側に縮径するあるいは外側に拡径する加工を選択可能となる。
【００３８】  そして、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８とでワークＷを挟み込んで押圧力を維持した状態で、加工点（外側押圧部材１３８の端面がワークＷの外面と接触する点）ＷＰが例えば第１領域Ｈ１の下端から上端に移動するように昇降機構１３４及び外側アーム１３６を駆動させる（成形ステップ）。  これにより、内側押圧部材１５８の第１領域Ｈ１における外周面の形状を、ワークＷに転写する成形加工が行われる。すなわち、例えば内側押圧部材１５８に段部１５８ａが形成されているような場合には、ワークＷに屈曲部Ｆ１が成形される。
【００３９】  続いて、図２Ｃに示すように、第１段階の成形加工に引き続いて、内側押圧部材１５８の第２領域Ｈ２での第２段階の成形加工を行う。  具体的には、ワークＷの回転を維持しつつ、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８との押圧力を再設定し、ワークＷの内外面を押圧する（押圧ステップ）。
【００４０】  そして、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８とでワークＷを挟み込んで押圧力を維持した状態で、加工点ＷＰが第２領域Ｈ２の下端から上端に移動するように昇降機構１３４及び外側アーム１３６を駆動させる（成形ステップ）。  これにより、内側押圧部材１５８の第２領域Ｈ２における外周面の形状を、ワークＷに転写する成形加工が行われる。すなわち、例えば内側押圧部材１５８に段部１５８ｂが形成されているような場合には、ワークＷに屈曲部Ｆ２が成形される。
【００４１】  続いて、図２Ｄに示すように、第２段階の成形加工に引き続いて、内側押圧部材１５８の第３領域Ｈ３での第３段階の成形加工を行う。  すなわち、第２段階の場合と同様に、ワークＷの回転を維持しつつ、ワークＷの内外面を外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８とで押圧し、加工点ＷＰが第３領域Ｈ３の下端から上端に移動するように昇降機構１３４及び外側アーム１３６を駆動させる。  これにより、内側押圧部材１５８の第３領域Ｈ３における外周面の形状を、ワークＷに転写する成形加工が行われる。
【００４２】  続いて、図２Ｅに示すように、外側押圧機構１３０の外側アーム１３６と内側押圧機構１５０の内側アーム１５４とを駆動させて、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８とをワークＷから退避させ、その後、ワーク保持機構１２０によるワークＷの回転を停止する。  これにより、ワークＷに２つの屈曲部Ｆ１及びＦ２を含む所定の外径を有する形状が成形される。そして、成形加工後のワークＷは、必要に応じて、その上端及び下端の近傍が円周方向に切断されて製品となる。
【００４３】  本発明の実施例１による円筒部材の成形方法及び成形装置は、上記した構成及び動作を含むことにより、ワークＷの外側に配置した外側押圧部材１３８と内側に配置した内側押圧部材１５８との押圧力を制御することにより、ワークＷを縮径させるだけでなく拡径させる成形加工も実行することが可能となる。  また、ワークＷの内側を押圧する内側押圧部材１５８を、外側押圧部材１３８に対向する位置にのみ配置する構成で足りるため、従来のスピニング加工で必要とされたワークＷの内部に配置される中子の金型に比べて、ワークＷの内面の支持機構を小型化することができる。  さらに、外側押圧部材１３８と内側押圧部材１５８との押圧力を制御することにより、ワークＷの塑性変形による金属材料の流れも制御できるため、ワークＷの肉厚も適宜変更することが可能となる。
【００４４】  図３は、本発明の実施例１による円筒部材の成形方法及び成形装置の変形例を示す要部断面図である。  図３に示すように、外側押圧機構１３０の昇降機構１３４に、所定の回動軸Ｘ１を中心に回動する回動機構をさらに含む構成としてもよい。
【００４５】  これにより、外側アーム１３６が進退する移動軸を、昇降機構１３４が昇降する面内で自由に設定することができるため、ワークＷへの押圧方向を任意に変更することでより複雑な形状の成形加工に対応することができる。  また、外側アーム１３６の移動軸を昇降機構１３４の昇降方向に対して傾斜して設定できるため、外側押圧部材１３８にかかるワークＷからの反力、すなわち外側押圧部材１３８の回転軸Ｃ１にかかるスラスト荷重を低減することができ、結果として外側押圧機構１３０の寿命を延ばすことができる。
【００４６】＜実施例２＞  図４は、本発明の実施例２による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す上面図である。  なお、実施例２において、実施例１で説明したものと同一の構成であるものについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４７】  図４に示すように、実施例２による円筒部材の成形装置２００は、実施例１で示したベース１１０、ワーク保持機構１２０、側面支持機構１４０、内側押圧機構１５０、及び制御装置に加えて、第１の外側押圧機構１３０と第２の外側押圧機構２３０と、を備えている。  第２の外側押圧機構２３０は、実施例１で示した外側押圧機構１３０と同様に、本体部２３２と、昇降機構２３４と、外側アーム２３６と、外側押圧部材２３８と、を含む。  これらの本体部２３２、昇降機構２３４、外側アーム２３６及び外側押圧部材２３８は、第１の外側押圧機構１３０の本体部１３２、昇降機構１３４、外側アーム１３６及び外側押圧部材１３８と同一の構造及び機能を有するものである。
【００４８】  そして、第２の外側押圧機構２３０は、ワーク保持機構１２０を挟んで、第１の外側押圧機構１３０と反対側の位置に配置される。  これにより、ワークＷに対する加工点が等間隔に２か所となるため、加工効率を向上させることが可能となる。  また、加工点を対向して２か所とすることにより、例えば１か所目の押圧による塑性変形でいわゆるスプリングバック（内部応力による戻り）が生じた場合であっても、２か所目の押圧でこれを補正あるいはさらに加工を進めることも可能となり、加工精度の向上も図ることが可能となる。
【００４９】＜実施例３＞  図５は、本発明の実施例３による円筒部材の成形方法を実施する成形装置の概略を示す上面図である。  なお、実施例３において、実施例１で説明したものと同一の構成であるものについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】  図５に示すように、実施例３による円筒部材の成形装置３００は、実施例１で示したベース１１０、ワーク保持機構１２０、外側押圧機構１３０、側面支持機構１４０、内側押圧機構１５０、及び制御装置に加えて、ワークＷを加熱する加熱機構３６０を備えている。  加熱機構３６０は、加熱源等の構成を内蔵した本体部３６２と、当該本体部３６２の側面に取り付けられた加熱部３６４と、を含む。
【００５１】  加熱機構３６０に適用される加熱部３６４としては、赤外線ヒータや誘導加熱装置等のワークＷの表面のある程度の面積を広く輻射加熱するものを例示できる。  また、加熱部３６４として、レーザやアーク等のワークＷの表面の局部的な入熱を行うことができるものを適用してもよい。
【００５２】  そして、加熱機構３６０は、加熱部３６４がワークＷに対向するように、ワークＷの回転方向に関して外側押圧機構１３０の直前の位置に配置される。  これにより、ワークＷを加熱した状態で加工点に押圧力を負荷して塑性変形させることができるため、常温あるいは低温での加工に比べて負荷する押圧力を低減することが可能となり、外側押圧部材１３８、側面ローラ１４８及び内側押圧部材１５８の摩耗等を抑制できる。  また、図５に示した加熱機構３６０に代えて、成形装置３００自体を図示しない加熱炉の内部に収容して加工を実施してもよい。
【００５３】  以上、本発明による円筒部材の成形方法及び成形装置について実施例１から実施例３に基づき説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々の改変を施すことができる。  例えば、実施例１から実施例３において、内側押圧機構をワークの円周方向に対して等間隔に４か所配置した場合を例示したが、必要に応じて、２か所あるいは３か所であっても、また５か所以上に配置する構成であってもよい。
【００５４】  また、外側押圧機構に外側押圧部材を１つ設けた場合を例示したが、同一位置での加工効率を向上させるために、１つの外側押圧機構において、例えば昇降方向に複数の外側押圧部材を設けるように構成してもよい。  さらに、内側押圧機構の内側押圧部材として、ワークの加工すべき高さに対応した円柱状のローラを適用した場合を例示したが、内側押圧部材も外側押圧部材と同様の偏平なローラで形成し、両者の間に挟まれた加工点のみで局部的な押圧力を負荷させて加工する構成としてもよい。
【００５５】  また、実施例１から実施例３で例示した成形装置に、ワークの外径等を測定するセンサ等の測定機構を追加して、加工中の寸法変化等のデータを外側押圧機構及び内側押圧機構の押圧力に対してフィードバック制御するように構成してもよい。  さらに、特に加工点における外側押圧部材及び内側押圧部材の近傍に、例えばオイルを供給する潤滑機構を追加して、ワークと外側押圧部材及び内側押圧部材との摩耗を低減するように構成してもよい。  その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことも可能である。
【符号の説明】
【００５６】１００  成形装置１１０  ベース１２０  ワーク保持機構１２２  モータ１２２ａ  出力軸１２４  支持板１２６  一端クランプ部材１２６  クランプ爪１２８  他端クランプ部材１２８  クランプ爪１３０、２３０  外側押圧機構１３４、２３４  昇降機構１３６、２３６  外側アーム１３８、２３８  外側押圧部材１４０  側面支持機構１４４  側面支持アーム１４６  側面ローラ支持部材１４８  側面ローラ１５０  内側押圧機構１５２  軸部材１５４  内側アーム１５６  内側支持部材１５８  内側押圧部材１５８ａ、１５８ｂ  段部３６０  加熱機構３６４  加熱部Ｗ  ワークＷＰ  加工点Ｘ  ワーク回転軸
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2017199425.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
2017199425.tif 000006
【図２Ｂ】
2017199425.tif 000007
【図２Ｃ】
2017199425.tif 000008
【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月7日(2017.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースの上面と直交するワーク回転軸まわりに回転自在に設けられたワーク保持機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構に隣接して設けられた外側押圧機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構を取り囲む位置に設けられた側面支持機構と、前記外側押圧機構と対向して前記ワーク回転軸近傍に設けられた内側押圧機構と、を備えた円筒部材の成形装置であって、
前記ワーク保持機構は、前記ベースに取り付けられたモータと、前記モータの出力軸に取り付けられた一端クランプ部材と、前記一端クランプ部材に対して離間して配置される他端クランプ部材と、を有し、
前記外側押圧機構は、前記ワーク保持機構に保持されたワークの外面を押圧する外側押圧部材と、前記外側押圧部材を一端に取り付けて前記ワーク回転軸に対して進退移動する外側アームと、前記外側アームを前記ベースに対して接近又は離間する方向に移動させる昇降機構と、を有し、
前記内側押圧機構は、前記ワーク回転軸と同一軸心を有する軸部材と、前記ワークの内面を押圧する内側押圧部材と、前記内側押圧部材を一端に取り付けて前記軸部材から径方向に進退移動する内側アームと、を有する
ことを特徴とする円筒部材の成形装置。
【請求項２】
前記内側押圧機構は、前記軸部材を中心として円周方向の等間隔に複数設けられ、
前記外側押圧機構は、前記複数設けられた前記内側押圧機構のうちの１つに対向して配置され、
前記側面支持機構は、前記複数設けられた前記内側押圧機構のうちで前記外側押圧機構と対向しない残余のものに対向して配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項３】
前記外側押圧機構を前記ワークの円周方向に複数備える
ことを特徴とする請求項２に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項４】
前記外側押圧部材及び前記内側押圧部材は、いずれもローラである
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項５】
前記外側押圧機構の前記昇降機構は、前記外側アームを進退移動させる移動軸を前記昇降機構が昇降する面内で自由に変更可能な回動機構をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の円筒部材の成形装置。
【請求項６】
前記ワークを加熱する加熱機構をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の円筒部材の成形装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、円筒形状の金属部材を成形するための装置に関し、特に、円筒部材を径方向に成形加工するための装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
特許文献１に記載されているスピニング加工は、円筒部材の中子として内側に挿入される金型には所定の外周形状が形成されているため、円筒部材を外側からのみ押圧して金型の外周に沿わせる、すなわち円筒部材を縮径させる加工にしか対応できない。
また、加工後の円筒部材の形状は金型の外周形状に依存するため、円筒部材自体の内径が大きくなると、中子としての金型の外径が大きくなり、その分だけ金型の材料コスト及び加工コストが増大してしまう。
そこで、本発明の目的は、円筒部材の内面を支持する機構を小型化するとともに、円筒部材の内側からも円筒部材を押圧変形させることができる円筒部材の成形装置を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明による円筒部材の成形装置は、ベースと、前記ベースの上面と直交するワーク回転軸まわりに回転自在に設けられたワーク保持機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構に隣接して設けられた外側押圧機構と、前記ベース上で前記ワーク保持機構を取り囲む位置に設けられた側面支持機構と、前記外側押圧機構と対向して前記ワーク回転軸近傍に設けられた内側押圧機構と、を備え、前記ワーク保持機構は、前記ベースに取り付けられたモータと、前記モータの出力軸に取り付けられた一端クランプ部材と、前記一端クランプ部材に対して離間して配置される他端クランプ部材と、を有し、前記外側押圧機構は、前記ワーク保持機構に保持されたワークの外面を押圧する外側押圧部材と、前記外側押圧部材を一端に取り付けて前記ワーク回転軸に対して進退移動する外側アームと、前記外側アームを前記ベースに対して接近又は離間する方向に移動させる昇降機構と、を有し、前記内側押圧機構は、前記ワーク回転軸と同一軸心を有する軸部材と、前記ワークの内面を押圧する内側押圧部材と、前記内側押圧部材を一端に取り付けて前記軸部材から径方向に進退移動する内側アームと、を有することを特徴とする。
【国際調査報告】
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2017199425.tif 000016
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