(57)【要約】      （修正有）【課題】押圧ローラの冷却と回転部の潤滑を同時に行える内部冷却装置付きスピニング押圧ローラを提供する。【解決手段】スピニング加工用押圧ローラ装置は、回転軸部３０と、回転軸部の先端に設けられた押圧ローラ部４０と、回転軸部を収容して回転可能に支持する支持部５０とを備えている。押圧ローラ部には、冷却液が通る冷却通路４５が形成されている。冷却通路の入側は、回転部材の第１連絡通路３１，ベアリング７０のための潤滑通路７５を介して支持部材の流入口５１に連なっている。冷却通路の出側は、回転軸部の第２連絡通路３２を介して支持部材の流出口５２に連なっている。【選択図】図２
2006095536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ア）回転軸部と、
（イ）上記回転軸部の先端に設けられた押圧ローラ部と、
（ウ）上記回転軸部を収容して回転可能に支持する支持部と、
を備えたスピニング加工用押圧ローラ装置において、
上記押圧ローラ部には、冷却液が通る冷却通路が形成され、上記支持部には、上記冷却液が入る流入口と上記冷却液が出る流出口が形成され、上記回転軸部には、上記冷却通路の入側と上記流入口を連ねる第１連絡通路が形成されるとともに、上記冷却通路の出側と上記流出口とを連ねる第２連絡通路が形成されていることを特徴とするスピニング加工用押圧ローラ装置。
【請求項２】
上記冷却通路が上記押圧ローラ部の外周と同心をなす環状通路部分を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のスピニング加工用押圧ローラ装置。
【請求項３】
上記冷却通路がさらに第１補助通路部分と第２補助通路部分とを含み、これら第１，第２の補助通路部分の一端が上記環状通路部分に略１８０°対向する２箇所でそれぞれ接続され、第１，第２補助通路部分の他端が上記第１，第２連絡通路にそれぞれ連なることを特徴とする請求項２に記載のスピニング加工用押圧ローラ装置。
【請求項４】
上記押圧ローラ部が、環状の外側部材とこの外側部材の径方向内側に嵌められた内側部材とを有し、これら外側部材の内周面と内側部材の外周面との間に上記環状通路部分が形成され、上記内側部材には、上記第１，第２の補助通路部分が一直線上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスピニング加工用押圧ローラ装置。
【請求項５】
上記回転軸部と支持部との間の筒状の間隙が、ベアリングを収容するとともに潤滑通路として提供され、この潤滑通路が、上記回転軸部の第１連絡通路と上記支持部の流入口との間に介在され、上記冷却液が、上記ベアリングのための潤滑油を兼ねることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスピニング加工用押圧ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両ホイール等のワークをスピニング加工する際に用いられる押圧ローラ装置に関し、特にその冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にスピニング加工では、マンドレルの外周にワークを被せ、マンドレルを回転させながら、このワークの外周から押圧ローラを押し当て、この押圧ローラまたはマンドレルを相対的に軸方向移動させながら、押圧ローラをマンドレルの外周のプロフィールに沿ってマンドレルの径方向に移動させる。これによりワークをマンドレルの外周形状に成形する。一例として、車両ホイールのスピニング加工を開示した特許文献１を挙げる。
【０００３】
ところで、上記スピニング加工では押圧ローラがワークを押し付けながらしごくため、ワーク材料が押圧ローラに凝着し、加工後のワーク表面に加工傷が残ることがある。この押圧ローラ部への材料凝着を防止するため、特許文献１には開示されていないが一般的には、潤滑を兼ねた冷却液（特殊な水溶性潤滑剤を含む水）を押圧ローラに向けて噴射し、押圧ローラを冷却している。
【特許文献１】特公昭４７−１５２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記冷却液を噴射することにより押圧ローラを冷却する方法では、十分な冷却を行なおうとすると多量の冷却液を必要とし、冷却液の回収等の管理が煩雑であった。特に熱間スピニング加工では、冷却液を多量に押圧ローラ部に噴射すると、ワークにも冷却液が飛び散ってワークを冷やしてしまい、成形性を悪化させる不都合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、（ア）回転軸部と、（イ）上記回転軸部の先端に設けられた押圧ローラ部と、（ウ）上記回転軸部を収容して回転可能に支持する支持部と、を備えたスピニング加工用押圧ローラ装置において、
上記押圧ローラ部には、冷却液が通る冷却通路が形成され、上記支持部には、上記冷却液が入る流入口と上記冷却液が出る流出口が形成され、上記回転軸部には、上記冷却通路の入側と上記流入口を連ねる第１連絡通路が形成されるとともに、上記冷却通路の出側と上記流出口とを連ねる第２連絡通路が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、押圧ローラ部の内部を流れる冷却液により押圧ローラ部を冷却するので、押圧ローラ部の外側から冷却液を多量に噴射する場合に比べて冷却液の管理がし易い。特に熱間スピニング加工では、ワークを冷却液で冷やすことがなく、良好な成形性を確保できる。
【０００７】
好ましくは、上記冷却通路が上記押圧ローラ部の外周と同心をなす環状通路部分を含んでいる。これによれば、環状通路部分を冷却液が通ることにより、押圧ローラ部の外周部を均一に効率良く冷却することができる。
【０００８】
好ましくは、上記冷却通路がさらに第１補助通路部分と第２補助通路部分とを含み、これら第１，第２の補助通路部分の一端が上記環状通路部分に略１８０°対向する２箇所でそれぞれ接続され、第１，第２補助通路部分の他端が上記第１，第２連絡通路にそれぞれ連なる。これによれば、冷却液が環状通路部分を２手に分かれて半周分にわたって流れるので、より一層均一に効率良く冷却することができる。
【０００９】
好ましくは、上記押圧ローラ部が、環状の外側部材とこの外側部材の径方向内側に嵌められた内側部材とを有し、これら外側部材の内周面と内側部材の外周面との間に上記環状通路部分が形成され、上記内側部材には、上記第１，第２の補助通路部分が一直線上に形成されている。これによれば、環状通路部分を有する冷却通路を容易に形成することができる。
【００１０】
好ましくは、上記回転軸部と支持部との間の筒状の間隙が、ベアリングを収容するとともに潤滑通路として提供され、この潤滑通路が、上記回転軸部の第１連絡通路と上記支持部の流入口との間に介在され、上記冷却液が、上記ベアリングのための潤滑油を兼ねる。これによれば、冷却液が潤滑油を兼ね、押圧ローラ部の冷却とベアリングの潤滑を行なうので、押圧ローラ装置の冷却，潤滑のための通路構造を簡略化することができ、押圧ローラ装置外での循環経路構造も簡略化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明装置によれば、押圧ローラ部の内部を流れる冷却液により押圧ローラ部を冷却するので、押圧ローラ部の外側から冷却液を多量に噴射する場合に比べて冷却液の管理がし易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、アルミ合金製（軽合金製）の車両ホイールをスピニング加工する装置を示す。
概略的に説明すると、このスピニング加工装置は、マンドレル１０と、カウンタープレート２０（クランプ部材）と、押圧ローラ装置Ａと、カウンタープレート２０をマンドレル１０に対して昇降させる押圧機構（図示しない）と、マンドレル１０とカウンタープレート２０を一緒に回転させる回転駆動機構（図示しない）と、押圧ローラ装置Ａをマンドレル１０の軸方向に移動させる軸方向移動機構（図示しない）と、押圧ローラ装置Ａをマンドレル１０の径方向に移動させる径方向移動機構（図示しない）とを備えている。
【００１３】
上記マンドレル１０は、中心軸（回転軸）が垂直に延びており、成形筒１１と、この成形筒１１の上端に固定された端盤１２と、端盤１２の中央部に挿入固定されて端盤１２の一部となる受筒１３と、受筒１３に挿入固定された芯出し用ピン１４とを有している。  上記芯出し用ピン１４のヘッド部１４ａは、受筒１３のフランジ１３ａの上面（マンドレル１０の端面）から上方に突出している。
【００１４】
上記カウンタープレート２０は、円盤形状の本体２１と、小径の円盤形状をなす支持部材２２と、リング形状の当接部材２３とを有している。本体２１の中央には穴２１ａが形成され、この中央穴２１ａの上端拡径部に上記支持部材２２が嵌められ、下端拡径部に上記当接部材２３が嵌められている。これら支持部材２２と当接部材２３は、当接部材２３と本体２１を貫通するボルト２４を支持部材２２にねじ込むことにより、本体２１に固定されている。
【００１５】
上記カウンタープレート２０の中央には、離脱機構２５が設けられている。この離脱機構２５は、本体２１の中央穴２１ａに上下スライド可能に収容された小径円盤形状の押圧部材２６と、この押圧部材２６と支持部材２２との間に設けられた圧縮コイルバネ２７とを有している。この圧縮コイルバネ２７により、押圧部材２６は下方にすなわち支持部材２２から離れる方向に付勢されている。
【００１６】
次に、本発明の特徴部となる押圧ローラ装置Ａについて図２を参照しながら詳述する。押圧ローラ装置Ａは、中心軸がマンドレル１０の中心軸と平行をなす回転軸部３０と、この回転軸部３０の下端（先端）に設けられた押圧ローラ部４０と、この回転軸部３０を収容して回転可能に支持する筒状の支持部５０と、回転軸部３０に挿入された予回転用シャフト６０とを備えている。
【００１７】
上記回転軸部３０は、軸方向に沿って径が変化する単一の軸部材により構成されている。上記押圧ローラ部４０は、環状をなす外側部材４０ａと、この外側部材４０ａの内周に嵌って固定された環状の内側部材４０ｂとを有している。この内側部材４０ｂは、上記回転軸部３０の下端小径部に嵌って固定されている。上記支持部５０は、軸方向に沿って上から順に重ねられるようにして固定された４つの環状ないしは筒状の部材５０ａ〜５０ｄを有している。
【００１８】
上記回転軸部３０は、その外周と上記支持部５０の内周との間に上下に離れて配置された複数のベアリング７０により、支持部５０に回転可能に支持されている。
【００１９】
上記回転軸部３０には、上端面から中心軸に沿って所定長さにわたって収容穴３５が形成され、この収容穴３５に上記予回転シャフト６０が間隙をおいて収容されている。この予回転シャフト６０は、その上端部がベアリング８０により支持部５０に回転可能に支持されており、その中間部が上下一対のベアリング８１により回転軸部３０に回転可能に支持されている。さらに一対のベアリング８１間にはワンウェイクラッチ８２が設けられており、このワンウェイクラッチ８２を介して予回転シャフト６０から回転軸部３０に予回転が伝達されるようになっている。
【００２０】
上記押圧ローラ装置Ａは、図示しない移動台に水平方向，すなわちマンドレル１０の径方向にスライド可能に支持されており、前述した径方向移動機構により同方向に移動できるようになっている。また、上記移動台は前述した軸方向移動機構により移動されるようにもなっている。
【００２１】
上記押圧ローラ装置Ａは、上記ベアリング７０，８０，８１を潤滑するとともに上記押圧ローラ部４０を冷却するために、潤滑兼冷却油（潤滑油を兼ねた冷却液）を流通させる通路構造を有している。以下、詳述する。
【００２２】
上記支持部５０の最上位の部材５０ａには径方向に貫通する流入口５１が形成され、支持部５０の最下位の部材５０ｄには流出口５２が形成されている。
【００２３】
上記押圧ローラ部４０の内側部材４０ｂの外周面には環状溝４３（環状通路部分）が形成されており、内側部材４２の内部には径方向に延びるとともに一直線上に配置された第１，第２の補助通路部分４１，４２が形成されている。これら補助通路部分４１，４２の外端は、互いに１８０°をなして対向して上記環状溝４３に連なっており、その内端は内側部材４２の内周に開口している。これら環状溝４３と補助通路部分４１，４２により、押圧ローラ部４０を冷却するための冷却通路４５が構成されている。
【００２４】
上記回転軸部３０の外周と支持部５０の内周との間に形成された筒状の隙間は、上記ベアリング７０を収容するとともにこのベアリング７０を潤滑するための潤滑通路７５として提供される。
【００２５】
上記潤滑通路７５の上端と上記流入口５１は、予回転シャフト６０の上端部と支持部５０の部材５１ａとの間に形成された環状空間９０，予回転シャフト６０に形成されたＴ字形の通路６１，予回転シャフト６０の下部外周と回転軸部３０の収容穴３５の内周との間に形成された通路６５，および予回転シャフト６０の中間部外周と収容穴３５の上部内周との間に形成されたベアリング８１のための潤滑通路８５を介して、互いに連なっている。
【００２６】
上記予回転用シャフト６０の上端部と支持部５０との間には、上記環状通路９０の両側（上下）において、シール部材９１，９２が配置されている。シール部材９１は環状通路９０と外部を遮断するものであり、シール部材９２は環状通路９０と潤滑通路７５，８５とを仕切るものである。
【００２７】
上記回転軸部３０の下部（押圧ローラ部４０の近傍部）には第１連絡通路３１と第２連絡通路３２が形成されている。上記冷却通路４５の入側は、この第１連絡通路３１および上述した潤滑回路７５，８５等を介して上記流入口５１に連なっており、上記冷却通路４５の出側は、この第２連絡通路３２を介して上記流出口５２に連なっている。
【００２８】
より詳しく説明する。上記第１連絡通路３１は、回転軸部３０を径方向に貫通する上側の水平通路部分と、この水平通路部分の中間部から軸方向に下方に延びる垂直通路部分と、この垂直通路部分から径方向に延びて回転軸部３０の下端小径部の外周面に開口する下側水平通路部分とを有している。上記上側水平通路部分の２つの開口端（第１連絡通路３１の入口端）は、上記潤滑通路７５の下端（一端）に連なっている。この下側水平通路部分の開口端は上記押圧ローラ部４０の第１補助通路部分４１の内端に連なっている。
【００２９】
上記第２連絡通路３２は、径方向に延びる上側水平通路部分と、この上側水平通路部分の内端に連なり下方に延びる垂直通路部分と、この垂直通路部分に連なり径方向に延びる下側水平通路部分とを有している。この下側水平通路部分の開口端は、上記押圧ローラ部４０の第２補助通路部分４２の内端に連なる。上側水平通路部分の開口端（第２連絡通路３２の出口端）は、回転軸部３０と支持部５０との間に形成された環状通路９３に連なっている。
【００３０】
上記環状通路９３は、上記潤滑通路７５に隣接し、上記流出口５２と軸方向位置が一致している。回転軸部３０と支持部５０との間には、この環状通路９３の両側（上下）において、シール部材９４，９５が配置されている。シール部材９４は環状通路９３とその上方に配置された潤滑通路７５とを遮断するためのものであり、シール部材９５は環状通路９３と外部とを遮断するためのものである。
【００３１】
上記構成をなすスピニング装置の作用を、図１を参照しながら概略的に説明する。まず、加工対象となるプリフォーム１００（ワーク）について説明する。このプリフォーム１００は、ディスク部１０１とリム原形部１０２とを一体に有している。リム原形部１０２は、第１部分１０２ａと、第２部分１０２ｂを有している。さらにプリフォーム１００は、鋳型の湯道に対応して成形された湯道成形部１０３と、鋳型の溶湯案内部に対応して成形された凹部１０４とを有している。湯道成形部１０３はディスク部１０１の中央においてリム原形部１０２の第２部分１０２ｂの反対側に突出している。上記凹部１０４は湯道成形部１０３の裏側に位置している。
【００３２】
スピニング加工に際して、予熱されたプリフォーム１００が搬送ロボットによりマンドレル１０にセットされる。すなわち、リム原形部１０２がマンドレル１０の成形筒１１の外周面にはまり、ディスク部１０１の中央部がマンドレル１０の受筒１３のフランジ１３ａに載せられる。上記プリフォーム１００のセット状態において、プリフォーム１００の凹部１０４に芯出し用ピン１４のヘッド部１４ａが嵌ることにより、プリフォーム１００の芯出しがなされる。
【００３３】
上記プリフォーム１００をマンドレル１０にセットした後、押圧機構を作動させてカウンタープレート２０を下降させ、このカウンタープレート２０とマンドレル１０とでプリフォーム１００を挟持する。この際、カウンタープレート２０の当接部材２３がプリフォーム１００のディスク部１０１の中央部を押す。このプリフォーム１００が受ける押圧荷重は、マンドレル１０の受筒１３のフランジ１３ａで受ける。
【００３４】
上記挟持状態で、湯道成形部１０３がカウンタープレート２０の中央穴２１ａに入り込んでいる。この湯道成形部１０３に押圧部材２６が当たり、押圧部材２６は本体２１に対して相対的に上昇し、支持部材２２に近づくか当たる。押圧部材２６は圧縮コイルバネ２７の力で湯道成形部１０３を押している。
【００３５】
上記プリフォーム１００の挟持状態で、回転駆動機構によりマンドレル１０を回転させ、これによりマンドレル１０とカウンタープレート２０を一緒に回転させる。これと同時に、軸方向移動機構により押圧ローラ装置Ａを下方へ移動させるとともに、径方向移動機構により、押圧ローラ装置Ａをマンドレル１０の外周のプロフィールに対応してマンドレル１０の径方向に移動させる。
【００３６】
上記作用により、上記押圧ローラ部４０をプリフォーム１００のリム原形部１０２の第２部分１０２ｂに押し付けながら、減肉を伴ってしごく。これにより、図２の想像線で示すように車両ホイールの最終形状に近い形状のリム部１０９が得られる。
【００３７】
上記スピニング加工は、リム原形部１０２の材料の大きな流動（広義には材料の塑性変形）を伴い、巣の圧着，組織の微細化（動的再結晶），組織の異方性（圧延組織），加工硬化を実現できる。
【００３８】
上記スピニング加工が終了したら、押圧機構を作動させて上記カウンタープレート２０を上方へ移動させ、マンドレル１０から遠ざける。この際、離脱機構２５の圧縮コイルスプリング２７の力で押圧部材２６が湯道成形部１０３を押すので、車両ホイールがカウンタープレート２０から離脱され、マンドレル１０に残される。それから搬送ロボットによりマンドレル１０に残された車両ホイールを搬出する。
【００３９】
上記スピニング加工の後で、熱処理し、さらにディスク部１０１の中央にハブ穴を形成し、その周囲にボルト穴を形成し、さらにリム部１０９に切削加工を施し、塗装を施すことにより、車両ホイールが完成する。ハブ穴を形成する際に、上記湯道成形部１０３は取り除かれる。
【００４０】
次に、本発明の特徴部である押圧ローラ装置Ａのスピニング加工時の作用について詳細に説明する。図示しない予回転モータにより予回転シャフト６０を回転させる。この予回転シャフト６０の回転がワンウェイクラッチ８２を介して回転軸部３０および押圧ローラ部４０が回転される。押圧ローラ部４０は予回転しながら回転状態のプリフォーム１００を押圧する。押圧ローラ部４０はプリフォーム１００に接した後は、プリフォーム１００の回転に伴って予回転時より高速で回転する。
【００４１】
上記押圧ローラ装置Ａの流入口５１からは潤滑兼冷却油が流入し、潤滑通路９０，通路６１，６５を経て、潤滑通路８５，７５を通り、この潤滑通路８５，７５に配置されたベアリング８０，８１，７０，の潤滑を行なう。
【００４２】
この後、潤滑兼冷却油は、潤滑通路７５の下端から回転軸部３０の第１連絡通路３１を通り、押圧ローラ部４０の冷却通路４５を通り、さらに第２連絡通路３２，環状通路９３を経て流出口５２から流出される。流出口５２から出た潤滑兼冷却油は循環経路を経て図示しないポンプにより流出口５１に戻る過程で放熱される。
【００４３】
上記冷却通路４５での潤滑兼冷却油の流れについて図３を参照しながら詳述する。第１連絡通路３１から第１補助通路４１の内端に流入した潤滑兼冷却油は、第１補助通路４１に沿って径方向外方向に向かい環状溝４３に達し、ここで２手に分かれて環状溝４３内をそれぞれ半周分にわたって流れ、第２補助通路４２の外端に達し、この第２補助通路４２に沿って径方向内方向に流れ、第２連絡通路３２に向かう。
【００４４】
上記潤滑兼冷却油は特に冷却通路４５の環状溝４３を流れる過程で押圧ローラ部４０，特に外側部材４０ａを冷却する。その結果、押圧ローラ４０にプリフォーム１００の材料の凝着を防止でき、加工傷が生じるのを防止できる。
【００４５】
上記潤滑兼冷却油は、押圧ローラ部４０の外周と同心をなし外周に近接して形成された環状溝４３を流れ、しかも２手に分かれて半周ずつ流れるので、押圧ローラ部４０，特に外側部材４０ａを均等に効率良く冷却することができる。
【００４６】
上記スピニング加工の際に、ノズル（図２において符号２００で示す）から、水溶性潤滑剤を含んだ水からなる潤滑加工液を圧縮エアとともに押圧ローラ部４０に向けて噴霧するが、この噴霧量はわずかであり、プリフォーム１００を冷やすことがなく、良好な成形性を確保できる。
【００４７】
本発明は、さらに他の形態を採用可能である。例えば、スピニング加工の際にマンドレルの中心軸（回転軸）を水平にしてもよい。
本発明は、冷間でのスピニング加工にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】プリフォームをスピニング加工する装置を示す縦断面図である。
【図２】同装置に用いられる押圧ローラ装置の拡大縦断面図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ  押圧ローラ装置
１０  マンドレル
２０  カウンタープレート（クランプ部材）
３０  回転軸部
３１  第１連絡通路
３２  第２連絡通路
４０  押圧ローラ部
４０ａ  外側部材
４０ｂ  内側部材
４１  第１補助通路部分
４２  第２補助通路部分
４３  環状溝（環状通路部分）
４５  冷却通路
５０  支持部
５１  流入口
５２  流出口
７０  ベアリング
７５  潤滑通路
１００  プリフォーム（ワーク）
【図１】
2006095536.tif 000003
【図２】
2006095536.tif 000004
【図３】
2006095536.tif 000005