(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間鍛造プレス装置であって、
ワークを保持するダイと、
前記ダイに保持されたワークを押圧して当該ワークを塑性変形させるパンチと、
前記パンチを前記ダイ側に移動させて前記パンチを介してワークを押圧する押圧部と、
前記押圧部に対する前記パンチの位置を変更する位置変更部と、
前記押圧部及び前記位置変更部を複合モーションダイアグアム制御にて制御可能な制御部とを備え、
前記複合モーションダイアグアム制御では、
前記押圧部を予め設定された第１ポジションまで移動させて前記ダイに保持されたワークを前記パンチにて押圧する第１モーションが実行された後、
前記押圧部の移動の向きを反転させるとともに、前記ダイに当該ワークが保持されたままの状態で前記パンチの位置が変更される変更モーションが実行された後、
前記第１ポジションより前記ダイに近い位置に設定された第２ポジションまで前記押圧部を移動させることにより、再度、当該ワークを前記パンチにて押圧する第２モーションが実行される
ことを特徴とする冷間鍛造プレス装置。
【請求項２】
前記押圧部を移動させる力を発揮する電動モータを備え、
前記制御部は、前記電動モータを正転させて前記押圧部を前記ダイ側に移動させるとともに、前記押圧部が前記第１ポジションに到達した時に前記電動モータを逆転させることを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造プレス装置。
【請求項３】
前記電動モータの回転運動を往復運動に変換して前記押圧部に伝達する変換機構を備え、
前記制御部は、前記押圧部が前記第２ポジションに到達した時以降も前記電動モータを正転させることを特徴とする請求項２に記載の冷間鍛造プレス装置。
【請求項４】
前記押圧部は、上下方向に移動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷間鍛造プレス装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷間鍛造プレス装置であって、軸線方向一端側に鍔状のフランジ部を有し、軸線方向他端側に外径寸法が段状に変化する段付部を有する中空軸を冷間鍛造する冷間鍛造プレス装置において、
前記ダイに筒状のワークが保持された状態でされた前記第１モーションが実行されることを特徴とする冷間鍛造プレス装置。
【請求項６】
前記第１モーションでは前記フランジ部が成形され、前記第２モーションでは前記段付部が成形されることを特徴とする請求項５に記載の冷間鍛造プレス装置。
【請求項７】
前記ワークの軸線方向他端に接触するノックアウトを備え、
前記第２モーションの実行時には、前記ノックアウトは、前記第１モーションの実行時に比べて軸線方向他端側に移動した位置にあることを特徴とする請求項６に記載の冷間鍛造プレス装置。
【請求項８】
冷間鍛造プレス方法であって、
ワークを保持するダイ、
前記ダイに保持されたワークを押圧して当該ワークを塑性変形させるパンチ、及び
前記パンチを前記ダイ側に移動させて前記パンチを介してワークを押圧する押圧部を備える冷間鍛造プレス装置を用いるとともに、
前記押圧部を予め設定された第１ポジションまで移動させて前記ダイに保持されたワークを前記パンチにて押圧する第１モーションを実行した後、
前記押圧部の移動の向きを反転させるとともに、前記ダイに当該ワークが保持されたままの状態で前記パンチの位置が変更される変更モーションを実行した後、
前記第１ポジションより前記ダイに近い位置に設定された第２ポジションまで前記押圧部を移動させることにより、再度、当該ワークを前記パンチにて押圧する第２モーションを実行する
ことを特徴とする冷間鍛造プレス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷間鍛造プレス装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間鍛造プレス装置は、例えば、特許文献１に示されるように、ワークを保持するダイ（金型）、及び当該ワークに成形力（押圧力）を作用させるパンチ等を有して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４２７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的な冷間鍛造プレス装置において、フランジ部及び段付部を有する中空軸を冷間鍛造にて製造する場合、従来は、ワークとして中実丸棒を用いるとともに、２〜３工程に分けてフランジ部を成形した後、２工程に分けて段付部を成形しながら貫通穴を成形せざるを得なかった。
【０００５】
上記の従来製造方法では、全体で約６工程の加工工程を必要とする。このため、実質的に６台の冷間鍛造プレス装置を同時に稼働させる必要があるため、設備全体が大型化するとともに、設備投資額が大きくなる。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、例えば「軸線方向一端側に鍔状のフランジ部を有し、かつ、軸線方向他端側に外径寸法が段状に変化する段付部を有する中空軸等」を冷間鍛造にて生産する場合等において、その生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、冷間鍛造プレス装置であって、ワークを保持するダイ（６）と、ダイ（６）に保持されたワークを押圧して当該ワークを塑性変形させるパンチ（９）と、パンチ（９）をダイ（６）側に移動させてパンチ（９）を介してワークを押圧する押圧部（４）と、押圧部（４）に対するパンチ（９）の位置を変更する位置変更部（１０）と、押圧部（４）及び位置変更部（１０）を複合モーションダイアグアム制御にて制御可能な制御部（１４）とを備え、複合モーションダイアグアム制御では、押圧部（４）を予め設定された第１ポジションまで移動させてダイ（６）に保持されたワークをパンチ（９）にて押圧する第１モーションが実行された後、押圧部（４）の移動の向きを反転させるとともに、ダイ（６）に当該ワークが保持されたままの状態でパンチ（９）の位置が変更される変更モーションが実行された後、第１ポジションよりダイ（６）に近い位置に設定された第２ポジションまで押圧部（４）を移動させることにより、再度、当該ワークをパンチ（９）にて押圧する第２モーションが実行されることを特徴とする。
【０００８】
これにより、本発明では、ワークを移動させて複数の工程に分けて成形することなく、実質的に１工程にて中空軸等を鍛造成形することが可能となる。したがって、中空軸等の生産性を向上させることができ得る。
【０００９】
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は冷間鍛造プレス装置１の概略を示す図である。
【図２】可動金型組２及び固定金型組３を示す図である。
【図３】複合モーションダイアグアムを示す線図である。
【図４】第１モーション時における可動金型組２及び固定金型組３を示す図である。
【図５】変更モーション時における可動金型組２及び固定金型組３を示す図である。
【図６】第２モーション時における可動金型組２及び固定金型組３を示す図である。
【図７】中空軸を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態は、自動車用変速機に用いられる中空軸を鍛造するための冷間鍛造プレス装置に本発明を適用したものである。なお、上記の中空軸Ｓは、図７に示すように、軸線方向一端側に鍔状のフランジ部Ｓ１、及び軸線方向他端側に外径寸法が段状に変化する段付部Ｓ２を有するものである。以下、鍛造成形する前の素材をワークＷという。そして、本実施形態では予め円筒状に成形されたものをワークＷ（素材）として使用する。
【００１３】
因みに、各図に付された方向を示す矢印等は、各図相互の関係を理解し易くするために記載したものである。本発明は、各図に付された方向に限定されるものではない。少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
【００１４】
１．冷間鍛造プレス装置の構成の概略
冷間鍛造プレス装置１は、図１（ａ）に示すように、可動金型組２、固定金型組３、ラム４等を備えている。可動金型組２及び固定金型組３それぞれは、複数の金型が組み合わされて構成されたダイセットである。
【００１５】
固定金型組３は、ボルスタ等の基台部５に組み付けられたものであって、可動金型組２を介してワークに作用する成形力（押圧力）を受ける金型組である。可動金型組２は固定金型組３に対して離接方向に変位可能な金型組であって、ラム４の変位に連動して変位する。
【００１６】
離接方向とは離間及び近接する方向をいう。そして、本実施形態に係る離接方向は、上下方向と一致する。つまり、ラム４は上下方向に往復変位することにより、図１（ｂ）に示すように、可動金型組２を固定金型組３に対して離接変位させる。
【００１７】
図２に示すように、固定金型組３はダイ６及びノックアウト７等を少なくとも有している。ダイ６はワークＷを保持する金型であって基台部５に対して不動の金型である。ノックアウト７は、ワークＷの軸線方向他端に接触する金型であって、ダイ６に対して軸線方向に変位可能な金型である。
【００１８】
なお、ワークＷの軸線方向他端とは、ワークＷの軸線方向端のうちダイ６に嵌り込む端部をいう。本実施形態では、ダイ６に保持されたワークＷのうち可動金型組２側にフランジ部Ｓ１が形成され、ノックアウト７側に段付部Ｓ２が形成される。
【００１９】
ノックアウト位置変更部８は、ノックアウト７の位置を、図２に示す位置と当該位置よりダイ６に対して離間した位置（図５参照）との間で変位させる。当該ノックアウト位置変更部８は、筒状のシリンダ８Ａ、及び当該シリンダ８Ａ内で軸線方向に変位するピストン８Ｂ等を有する油圧式のアクチュエータにて構成されている。
【００２０】
可動金型組２は、パンチ９、パンチ位置変更部１０、及び可動プレート１１等を有している。可動プレート１１は、ラム４に組み付け固定されてラム４と一体的に変位する。パンチ９は、ダイ６に保持されたワークＷを押圧して当該ワークを塑性変形させる金型である。
【００２１】
パンチ位置変更部１０は、可動プレート１１に対するパンチ９の位置を変更するとともに、可動プレート１１に作用するラム４の押圧力（成形力）をパンチ９に伝達する。このため、ラム４がダイ６側に近づく向きに変位すると、パンチ９はラム４と一体的にダイ６側に変位してワークＷを押圧する。つまり、ラム４は、パンチ９をダイ６側に移動させる押圧部として機能する。
【００２２】
パンチ位置変更部１０は、パンチ９の位置を、図２に示す位置と当該位置よりダイ６に近接した位置（図５参照）との間で変位させる。当該パンチ位置変更部１０は、筒状のシリンダ１０Ａ、及び当該シリンダ１０Ａ内で軸線方向に変位するピストン１０Ｂ等を有する油圧式のアクチュエータにて構成されている。
【００２３】
押圧プレート１２は、成形時に、ワークＷの軸線方向一端側であってフランジ部Ｓ１に相当する部位の位置を規制する。そして、押圧プレート１２を可動プレート１１（ラム４）側に押圧する力、つまり押圧プレート１２を上向きに押圧する力（以下、プレート押圧力という。）が所定値以上の力となると、押圧プレート１２は、図２に示す位置から可動プレート１１に近づいた位置（図４及び図６参照）に変位する。
【００２４】
そして、プレート押圧力が所定値未満となると、図２に示す位置に復帰する。このため、押圧プレート１２は、恰もバネによりダイ６側に向けて押圧されているが如く作動する。なお、プレート押圧力は、押圧プレート１２がダイ６に接触したとき（図４参照）に、ダイ６から押圧プレート１２に作用する反力、つまりダイ６の変位に伴って発生す力である。
【００２５】
上記した押圧プレート１２の作動を実現する押圧プレート位置変更部１３の具体的な構成として、本実施形態では、筒状のシリンダ１３Ａ、及び当該シリンダ１３Ａ内で軸線方向に変位するピストン１３Ｂ等を有する油圧式のアクチュエータを採用している。
【００２６】
上記した３つの油圧式アクチュエータ、つまり、ノックアウト位置変更部８、パンチ位置変更部１０及び押圧プレート位置変更部１３の作動は、図１（ａ）に示すように、制御装置（コントローラともいう。）１４により制御される。
【００２７】
制御装置１４は、油圧を発生させる油圧装置１５、及び各変更部８、１０、１３用の油圧制御弁（図示せず。）の作動を制御することにより、各変更部８、１０、１３の作動を制御する。
【００２８】
クランク機構１６は、電動モータ１７の回転運動を往復運動に変換してラム４に伝達する変換機構である。そして、制御装置１４は、各変更部８、１０、１３と連動させて電動モータ１７の作動を制御することにより、冷間鍛造プレス装置１の作動を制御する。
【００２９】
なお、クランク機構１６は、電動モータ１７により回転駆動されるクランクシャフト１６Ａ、当該クランクシャフト１６Ａ及びラム４に連結されたリンク機構１６Ｂ等を有している。そして、クランクシャフト１６Ａが１回転すると、ラム４が１往復する。
【００３０】
つまり、基準位置からクランクシャフト１６Ａの回転角（クランク角）が決まると、ラム４の位置が一義的に決まる。因みに、本実施形態では、クランク角が１８０度となったときに、ラム４（可動金型組２）が最も固定金型組３に近づいた位置（以下、下死点という。）となる。
【００３１】
クランク角が０度（又は３６０度）となったときに、ラム４（可動金型組２）が最も固定金型組３から離間した位置（以下、上死点という。）となる。そして、当該クランク角を検出するクランク角センサ１４Ａの検出信号が制御装置１４に入力されている。制御装置１４は、クランク角センサ１４Ａの検出信号を利用してラム４の位置を認識する。
【００３２】
２．本実施形態に係る冷間鍛造プレス装置の特徴的作動
２．１  作動の概要
制御装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するコンピュータにて構成されている。そして、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部には、電動モータ１７及び各変更部８、１０、１３の作動を制御するためのプログラムが予め記憶されている。
【００３３】
制御装置１４は、図３に示す制御ダイアグラム（以下、複合モーションダイアグアム制御）にて冷間鍛造プレス装置１を制御することが可能である。そして、複合モーションダイアグアム制御とは、以下の通りである。
【００３４】
すなわち、複合モーションダイアグアム制御では、先ず、ラム４を予め設定された第１ポジションまで移動させてダイ６に保持されたワークＷをパンチ９にて押圧する第１モーションが実行される（矢印Ａで示す作動）。
【００３５】
次に、複合モーションダイアグアム制御では、ラム４の移動の向きが反転するとともに（矢印Ｂで示す作動）、ダイ６に当該ワークＷが保持されたままの状態でパンチ９の位置が変更される変更モーションが実行される。
【００３６】
その次に、複合モーションダイアグアム制御では、第１ポジションよりダイ６に近い位置に設定された第２ポジションまでラム４が移動することにより、再度、当該ワークＷをパンチ９にて押圧する第２モーションが実行される（矢印Ｃで示す作動）。
【００３７】
制御装置１４は、第１モーションの実行時には、電動モータ１７を正転させてラム４をダイ６側に移動させるとともに、ラム４が第１ポジションに到達した時に電動モータ１７を逆転させる。
【００３８】
次に、制御装置１４は、変更モーションを実行した後、再び、電動モータを正転させて第２モーションを実行する。そして、制御装置１４は、ラム４が第２ポジションに到達した時以降も電動モータ１７を正転させる。
【００３９】
つまり、ラム４が第２ポジションに到達した時とは、本実施形態ではラム４が下死点に位置した時である。ラム４が第２ポジションに到達した時以降も電動モータ１７が正転すると、矢印Ｄで示すように、ラム４が再び上死点に向けて移動する。なお、第１ポジションは、下死点より上死点側に所定寸法（ラム４の位置１０ｍｍ、クランク角で５０度）ずれた位置である。
【００４０】
因みに、第２モーションが開始される時のラム４の位置、つまり変更モーション終了時のラム４の位置（以下、第３ポジションともいう。）は、下死点より上死点側に所定寸法（ラム４の位置で９０ｍｍ、クランク角で９０度）ずれた位置である。
【００４１】
２．２  作動の詳細
＜第１モーション＞
図４は第１モーション終了時を示している。第１モーションの実行時においては、パンチ９は、第２モーション時（図６参照）に比べてダイ６から離間した位置にある。そして、第１モーションが実行されるときには、図２に示すように、円筒状のワークＷがダイ６に保持された状態で、可動金型組２全体が固定金型組３に近づくように降下する。
【００４２】
ラム４が第１ポジションに到達した状態では、図４に示すように、押圧プレート１２がダイ６と接触して押圧プレート１２が可動プレート１１側に変位するとともに、パンチ９がワークＷを押圧してワークＷを塑性変形させる。
【００４３】
このとき、押圧プレート１２とダイ６とにより挟まれた空間にワークＷの一部が塑性流動して入り込むため、軸線方向一端側にフランジ部Ｓ１が成形される。なお、ノックアウト７は、ワークＷに作用する成形力、つまり軸線方向一端から軸線方向他端に向かう力を受けるとともに、軸線方向他端側に段付部Ｓ２が成形されることを抑制する。
【００４４】
＜変更モーション＞
図５は変更モーション終了時のラム４の位置、つまりラム４が第３ポジションに位置している時の冷間鍛造プレス装置１を示している。そして、第３ポジション時においては、パンチ９の位置が、第１モーション時（図４参照）に比べてダイ６に近づいた位置に変更されるとともに、ノックアウト７が第１モーション時（図４参照）に比べてダイ６から離間した位置に変更される。
【００４５】
なお、第３ポジション時においては、押圧プレート１２がダイ６と接触した状態が維持される。このため、第１ポジション時に比べてラム４がダイ６から離間しても、フランジ部Ｓ１が押圧プレート１２に引っ掛かるように係止された状態となるので、ダイ６にワークＷが保持された状態が維持される。
【００４６】
＜第２モーション＞
図６は第２モーション終了時を示している。第２モーションは、変更モーション終了時の状態から実行される。つまり、フランジ部Ｓ１が押圧プレート１２に係止された状態のまま、ラム４の降下変位とともにパンチ９が降下変位してパンチ９がワークＷを押圧してワークＷを更に塑性変形させる。
【００４７】
このとき、パンチ９が第１モーション時に比べて深く（奥まで）ワークＷ内に変位するため、パンチ９に設けられた段付先細部９Ａと固定金型組３との隙間にワークＷの一部が塑性流動して入り込んで段付部Ｓ２が成形される。
【００４８】
＜型開き＞
ラム４が第２ポジションに到達して第２モーションが終了した後も、電動モータ１７はそのまま正転する。このため、ラム４が再び上死点に向けて移動して可動金型組２全体が固定金型組３から離間するように上昇変位する（図２参照）。
【００４９】
可動金型組２の上昇変位に連動してノックピン７Ａが上昇するため、成形が終了したワークＷ（中空軸）が冷間鍛造プレス装置１から排出される。なお、継続してワークＷ（中空軸）を成形する際には、ダイ６に新たなワークＷが装着される。
【００５０】
３．本実施形態に係る冷間鍛造プレス装置の特徴
以上のように、本実施形態に係る冷間鍛造プレス装置１では、ワークＷを移動させて複数の工程に分けて成形することなく、実質的に１工程にて中空軸を鍛造成形することが可能となる。したがって、中空軸の生産性を向上させることができ得る。
【００５１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ラム４及び可動金型組２が固定金型組３に対して上下方向に移動するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラム４及び可動金型組２が固定金型組３に対して上下方向に移動するものであってもよい。
【００５２】
上述の実施形態では、電動モータ１７の回転を反転させて変更モーションを実行させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の手法によりラム４の移動の向きを反転させてもよい。
【００５３】
上述の実施形態では、クランク角に基づいてラム４（可動プレート１１）の位置を検出したが、本発明はこれに限定されるものではなく、位置センサにてラム４の位置を直接的に検出してもよい。
【００５４】
上述の実施形態では、「軸線方向一端側に鍔状のフランジ部を有し、かつ、軸線方向他端側に外径寸法が段状に変化する段付部を有する中空軸等」を成形する場合を例に本発明を説明したが、本発明の適用対象は、上記中空軸に限定されるものではない。
【００５５】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５６】
１… 冷間鍛造プレス装置
２… 可動金型組
３… 固定金型組
４… ラム
５… 基台部
６… ダイ
７… ノックアウト
７Ａ… ノックピン
８… ノックアウト位置変更部
８Ａ… シリンダ
９… パンチ
９Ａ… 段付先細部
１０… パンチ位置変更部
１０Ａ… シリンダ
１０ｍｍ… 位置
１１… 可動プレート
１２… 押圧プレート
１３… 押圧プレート位置変更部
１３Ａ… シリンダ
１４… 制御装置
１４Ａ… クランク角センサ
１５… 油圧装置
１６… クランク機構
１６Ａ… クランクシャフト
１７… 電動モータ
Ｓ… 中空軸
Ｓ１… フランジ部
Ｓ２… 段付部
【図１】
0005981471.tif 000002
【図２】
0005981471.tif 000003
【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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