(57)【要約】【課題】ワークの内径の拡径変形を減少させることができるとともに、ワークの材料流動を制御できる成形ローラを提供する。【解決手段】回転するワーク３０に対して押し当てられることにより、ワーク３０を成形する成形ローラ１０であって、ワーク３０に対して押し当てられる面である接触表面１１に、成形ローラ１０の径方向内側に向けて窪む形状であるとともに、成形ローラ１０の軸心方向に並行な方向および成形ローラ１０の軸心方向に対して所定の角度傾斜する方向のいずれかに伸びる形状に形成される抑制凹部１２を備える。【選択図】図４
2011005519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する被加工部材に対して押し当てられることにより、該被加工部材を成形する成形ローラであって、
前記被加工部材に対して押し当てられる面に、前記成形ローラの径方向内側に向けて窪む形状であるとともに、前記成形ローラの軸心方向に並行な方向および前記成形ローラの軸心方向に対して所定の角度傾斜する方向のいずれかに伸びる形状に形成される抑制凹部を備える、
ことを特徴とする成形ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転しごき加工を行うためにワークに押し当てる成形ローラの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、回転しごき加工においては、一端が閉塞した円筒状または両端が開口した円筒状（管状）のワークをマンドレルに装着し、マンドレルに装着され回転するワークにロールを押し当てて圧延加工することにより、ワークの成形が行われる。
例えば、図５に示すように、マンドレル１２０に装着したワーク（被加工部材）１３０が、ロール１１０・１１０を用いて成形される。
【０００３】
ワーク１３０は、一端が閉塞した略円筒形状に形成されており、ワーク１３０の外周面には、回転しごき加工によって成形される部分である被加工部１３２が形成される。被加工部１３２は、ワーク１３０の径方向外側に向かって突出している。
【０００４】
ワーク１３０は、マンドレル１２０に支持（クランプ）されている。かかるマンドレル１２０は、その軸心方向を軸にして、所定の方向（図５における時計回りの方向）に回転する。このとき、ワーク１３０は、マンドレル１２０の回転にともなって一体的に回転する。このようなワーク１３０の被加工部１３２には、ロール１１０・１１０が押し当てられる。ロール１１０・１１０は、マンドレル１２０の回転方向と反対の方向に回転駆動する、あるいは回転するマンドレル１２０に押し当てられることでつれまわる。ロール１１０・１１０は、ワーク１３０に押し当てられた状態で、マンドレル１２０の回転軸方向Ｌ３に並行に移動する。
【０００５】
マンドレル１２０と一体的に回転するワーク１３０にロール１１０・１１０を押し当てるとともに、押し当てたロール１１０・１１０を回転軸方向Ｌ３に移動することで、ワーク１３０が圧延される。
つまり、図５（ａ）に示すように、ワーク１３０の被加工部１３２は、回転軸方向Ｌ３に材料流動する（図５（ａ）における矢印Ａ２・Ａ２参照）。これにより、ワーク１３０の板圧は減少し、薄肉化する。このような、回転しごき加工に用いられるロール１１０・１１０の技術は公知となっている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００６】
このような回転しごき加工においては、図５（ｂ）に示すように、ワーク１３０の外周面にロール１１０・１１０を押し当てて成形する際に、ワーク１３０がマンドレル１２０の円周方向に材料流動する場合がある（図５（ｂ）における矢印Ｂ２・Ｂ２参照）。このような場合において、ワーク１３０の内径は拡径変形する。
【０００７】
特許文献１および特許文献２に開示されたロール１１０・１１０を用いた回転しごき加工では、ロール１１０・１１０の表面性状が一定であるため、円周方向および回転軸方向Ｌ３のワーク１３０の材料流動の大きさ等を制御できなかった。言い換えれば、円周方向に材料流動したときに、ワーク１３０の内径が大きく拡径変形し（図５（ｂ）における矢印Ｒ・Ｒ参照）、ひいては、ワーク１３０の内径精度が悪化する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−０８７８３６号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、ワークの内径の拡径変形を減少できるとともに、ワークの材料流動を制御できる成形ローラを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１においては、回転する被加工部材に対して押し当てられることにより、該被加工部材を成形する成形ローラであって、前記被加工部材に対して押し当てられる面に、前記成形ローラの径方向内側に向けて窪む形状であるとともに、前記成形ローラの軸心方向に並行な方向および前記成形ローラの軸心方向に対して所定の角度傾斜する方向のいずれかに伸びる形状に形成される抑制凹部を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、ワークの内径の拡径変形を減少できるとともに、ワークの材料流動を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の回転しごき加工装置を示す説明図。
【図２】本実施形態の成形ローラを示す説明図。
【図３】抑制凹部の形状を示す断面図。（ａ）抑制凹部の形状が台形状であることを示す図。（ｂ）抑制凹部の形状が略Ｖ字状であることを示す図。（ｂ）抑制凹部の形状が略円弧状であることを示す図。
【図４】回転しごき加工時の状態を示す断面図。
【図５】従来の回転しごき加工時のワークおよび成形ローラを示す断面図。（ａ）軸方向材料流動を示す断面図。（ｂ）円周方向材料流動を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る成形ローラを二つ用いた回転しごき加工装置の実施の一形態である回転しごき加工装置１について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、回転しごき加工装置１は、ワーク（被加工部材）３０に対して回転しごき加工を行うものである。
回転しごき加工装置１は、第一金型２１、第二金型２２、および二つの成形ローラ１０・１０を具備する。
【００１５】
本実施形態のワーク３０は、一端が閉塞し、他端が開口した略円筒形状に形成されている。ワーク３０は、その軸心が上下方向となる姿勢に配置されており、上端（一端）が閉塞されるとともに、下端（他端）に開口部３１が形成されている。
また、ワーク３０の外周面には、回転しごき加工によって成形される部分である被加工部３２が形成される。被加工部３２は、ワーク３０の径方向外側に向かって突出している。
【００１６】
第一金型２１は、ワーク３０を支持（クランプ）するとともにワーク３０を回転させるものである。第一金型２１は、略円柱状に形成される。第一金型２１は、モータ等の所定の駆動源より動力が供給されて、第一金型２１の軸心方向を軸として所定の方向、すなわち図１における時計回りの方向に回転駆動する。第一金型２１は、ワーク３０に開口部３１側から嵌装されており、第一金型２１の上端面とワーク３０の閉塞する端面の内側とが当接している。
【００１７】
第一金型２１に嵌装された状態のワーク３０は、第一金型２１の回転にともなって、一体的に回転する。
【００１８】
図１および図２に示すように、第二金型２２は、第一金型２１とともにワーク３０を支持するものである。第二金型２２は、略円柱状に形成される。第二金型２２は、第一金型２１の回転軸方向Ｌ１、すなわち本実施形態における第一金型２１の軸心方向の延長線上に配置され、第二金型２２の下端面は、ワーク３０の閉塞する端面の外側と当接する。すなわち、ワーク３０は、回転軸方向Ｌ１の両側より第一金型２１および第二金型２２に挟まれた状態となる。
【００１９】
二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれワーク３０に押し当てられるものである。二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれその軸心方向Ｌ２の一側（上側）から他側(下側)へ向かって徐々に縮径する略円錐状に形成される。すなわち、二つの成形ローラ１０・１０の外周面には、それぞれ回転軸方向Ｌ１に対してロール角α傾斜する面が形成される。
【００２０】
二つの成形ローラ１０・１０には、それぞれ接触表面１１が形成される。接触表面１１は、各成形ローラ１０・１０の外周面を成す部分である。図２および図３（ａ）に示すように、各成形ローラ１０・１０の接触表面１１には、それぞれ複数の抑制凹部１２・１２・・・が形成される。複数の抑制凹部１２・１２・・・は、各成形ローラ１０・１０の径方向内側に向けて窪む（溝）形状に形成される。図３（ａ）に示すように、複数の抑制凹部１２・１２・・・は、各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２より見た場合において、略台形状に形成される。図２に示すように、複数の抑制凹部１２・１２・・・は、各成形ローラ１０・１０の軸心位置を通るとともに各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に並行な辺を有する仮想的な平面Ｐとの交線部に形成される。言い換えれば、複数の抑制凹部１２・１２・・・は、各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に並行な方向に伸びる形状に形成される。
【００２１】
図２および図３（ａ）に示すように、このような複数の抑制凹部１２・１２・・・は、各成形ローラ１０・１０の軸心位置を中心に略等間隔を空けて（本実施形態では、互いに１８°位相がずれた状態で）接触表面１１に形成される。すなわち、接触表面１１には、複数の抑制凹部１２・１２・・・が形成される部分と複数の抑制凹部１２・１２・・・が形成されない部分（以下、「複数の抑制凸部」という）１３・１３・・・とが、各成形ローラ１０・１０の軸心位置を中心に略等間隔を空けて形成される。つまり、接触表面１１は、複数の抑制凹部１２・１２・・・および複数の抑制凸部１３・１３・・・が交互に形成される構成となる。
【００２２】
図１に示すように、二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれモータ等の所定の駆動源より動力が供給されて、それぞれその軸心方向Ｌ２を軸として第一金型２１の回転方向の反対方向に回転駆動するとともに、かかる動力によって回転軸方向Ｌ１に移動するように構成される。このような二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれ回転軸方向Ｌ１を中心として、対向する位置に備えられる。
【００２３】
以下では、ワーク３０に対して回転しごき加工を行う場合の回転しごき加工装置１の動作について説明する。
まず、第一金型２１は、ワーク３０に開口部３１側から嵌装される。第二金型２２は、下端面がワーク３０の閉塞する側の端面の外側に当接する。これにより、ワーク３０は、所定の姿勢で支持される。
【００２４】
第一金型２１および第二金型２２によってワーク３０が支持された後で、第一金型２１および二つの成形ローラ１０・１０は回転する。すなわち、ワーク３０は、第一金型２１の回転にともなって一体的に回転する。そして、二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれワーク３０に押し当てられる。
【００２５】
図４に示すように、二つの成形ローラ１０・１０がワーク３０に押し当てられたとき、各成形ローラ１０・１０の接触表面１１が、それぞれワーク３０の被加工部３２に当接する。すなわち、ワーク３０の被加工部３２には、複数の抑制凹部１２・１２・・・および複数の抑制凸部１３・１３・・・が押し当てられる。このとき、二つの成形ローラ１０・１０およびワーク３０が回転しているため、ワーク３０の被加工部３２には、複数の抑制凹部１２・１２・・・および複数の抑制凸部１３・１３・・・が交互に順次押し当てられる。
【００２６】
図１および図４に示すように、ワーク３０に押し当てられた状態で二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれ回転軸方向Ｌ１に並行に移動する。このとき、ワーク３０の被加工部３２は、回転軸方向Ｌ１に伸びるように塑性変形される。言い換えれば、ワーク３０の被加工部３２は圧延されて、回転軸方向Ｌ１へ材料流動する（図１における矢印Ａ１・Ａ１参照、以下「軸方向材料流動」という）。
【００２７】
回転しごき加工装置１が以上のように動作することにより、ワーク３０には、回転しごき加工が行われる。これによりワーク３０の板圧は減少して、薄肉化する。
【００２８】
なお、本実施形態では、二つの成形ローラ１０・１０は、回転軸方向Ｌ１に移動可能な構成としたが、これに限定されるものでない。すなわち、回転しごき加工を行うときにワーク３０および二つの成形ローラ１０・１０が相対的に回転軸方向Ｌ１に並行に移動可能な構成であればよい。つまり、第一金型２１および第二金型２２を回転軸方向Ｌ１に移動可能とし、ワーク３０が第一金型２１および第二金型２２の移動にともなって一体的に移動するように構成した場合には、二つの成形ローラ１０・１０は、第一金型２１の軸心方向に移動不能な構成であっても構わない。
また、本実施形態では、二つの成形ローラ１０・１０は、それぞれ回転駆動可能な構成としたが、これに限定されるものでない。すなわち、二つの成形ローラ１０・１０は、回転するマンドレル１２０に押し当てられることでつれまわる構成であっても構わない。
【００２９】
また、本実施形態では、成形ローラ１０は、回転しごき加工装置１に二つ備える構成であったが、これに限定されるものでない。すなわち、成形ローラ１０は、ワーク３０に対して回転しごき加工を行うことができればよく、例えば、回転しごき加工装置１に一つ備える構成であっても構わない。また、回転しごき加工装置１に三つ以上備える構成であっても構わない。
【００３０】
図４に示すように、ワーク３０に回転しごき加工が行われているとき、ワーク３０は、第一金型２１の円周方向に材料流動する（図４における矢印Ｂ１・Ｂ１参照、以下、「円周方向材料流動」という）場合がある。すなわち、ワーク３０の内径が拡径変形する場合がある。
【００３１】
ここで、二つの成形ローラ１０・１０がそれぞれワーク３０に押し当てられたとき、ワーク３０の被加工部３２には、複数の抑制凹部１２・１２・・・および複数の抑制凸部１３・１３・・・が交互に順次押し当てられる。すなわち、ワーク３０の被加工部３２には、各成形ローラ１０・１０の外周面の円周方向に形成された凹凸形状が押し当てられる。
【００３２】
これにより、回転しごき加工において、二つの成形ローラ１０・１０は、従来技術にあるようなロール１１０・１１０（図５参照）と比較して、円周方向材料流動を小さくできる。すなわち、円周方向材料流動を抑制して、回転しごき加工後のワーク３０の内径の拡径変形を減少できる。つまり、回転しごき加工において、ワーク３０の内径精度を向上できる。このため、内径精度が求められる円筒の部材および蓋ものの部材を回転しごき加工によって成形できる。このような内径精度が求められる部材としては、例えば、自動車用の無段変速機のプーリ等がある。  
【００３３】
また、二つの成形ローラ１０・１０に形成される複数の抑制凹部１２・１２・・・の窪みの形状（例えば、角度および大きさ等）は、本実施形態に限定されるものでない。すなわち、各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２より見た場合において、複数の抑制凹部１２・１２・・・の窪みの形状は、例えば、図３（ｂ）に示すような略Ｖ字形状であっても構わない。また、図３（ｃ）に示すような略円弧状であっても構わない。
このような場合、図３（ａ）に示すような各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２より見た場合において略台形状である場合と比較して、軸方向材料流動および円周方向材料流動の大きさ等を変更することができる。すなわち、複数の抑制凹部１２・１２・・・の窪みの形状を適宜変更することにより、ワーク３０の材料流動の大きさ等を適宜変更できる、換言すれば、ワークの材料流動を制御できる。
【００３４】
なお、図２に示すように、二つの成形ローラ１０・１０に形成される複数の抑制凹部１２・１２・・・は、それぞれ各成形ローラ１０・１０の軸心位置を通るとともに各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に並行な辺を有する仮想的な平面Ｐとの交線部に形成したが、これに限定されるものでない。すなわち、複数の抑制凹部１２・１２・・・は、それぞれ円周方向材料流動を抑制することができればよく、例えば、各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に対して所定の角度傾斜する辺を有する仮想的な平面との交線部に、換言すれば、それぞれ各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に対して所定の角度傾斜する方向に伸びる形状に形成しても構わない。
【００３５】
また、二つの成形ローラ１０・１０に形成される複数の抑制凹部１２・１２・・・は、それぞれ各成形ローラ１０・１０の径方向内側に向けて窪むとともに各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に伸びる部分であったが、これに限定されるものでない。すなわち、複数の抑制凹部１２・１２・・・は、それぞれ円周方向材料流動を抑制することができればよく、例えば、各成形ローラ１０・１０の接触表面１１に、各成形ローラ１０・１０の径方向外側に向けて突出するとともに各成形ローラ１０・１０の軸心方向Ｌ２に伸びる突起部を形成することによって構成しても構わない。この場合、接触表面１１における突起部が形成されない部分が、各成形ローラ１０・１０の径方向内側に向けて形成される窪みの部分となる。つまり、複数の抑制凹部１２・１２・・・となる。また、接触表面１１における突起部が形成される部分が複数の抑制凸部１３・１３・・・となる。
【００３６】
また、抑制凹部１２が形成される個数（各成形ローラ１０・１０の軸心位置を中心に空けられる間隔）は、特に限定されるものでない。すなわち、抑制凹部１２は、それぞれ円周方向材料流動を抑制することができればよく、例えば、各成形ローラ１０・１０にそれぞれ四つ備える構成であっても構わない。この場合、抑制凹部１２は、回転軸方向Ｌ１より見て互いに９０°位相がずれた位置となる。また、各成形ローラ１０・１０は、抑制凹部１２が一つ形成される構成であっても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１    回転しごき加工装置
１０  成形ローラ
１１  接触表面（押し当てられる面）
１２  抑制凹部
１３  抑制凸部
２１  第一金型
２２  第二金型
３０  ワーク
３１  開口部
３２  被加工部
【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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