(57)【要約】【課題】表層流れが発生するのを防止すること【解決手段】  ワーク軸心Ｙを中心に回転する円筒形状のワーク４に、ワーク軸心Ｙと直交するローラ軸心Ｘを中心に回転可能なローラ２を、ワーク４のワーク表層面４１ａに当接させ、ワーク４を拡径変形させるローラ鍛造方法において、ワーク４のワーク表層面４１ａの変形抵抗を、ワーク底面４１ｂよりも大きくする。【選択図】  図２
2011224581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、該ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転可能なローラを、該ワークの一端面に当接させ、該ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法において、
前記ワークの前記一端面の変形抵抗は、他端面の変形抵抗よりも大きいこと、
を特徴とするローラ鍛造方法。
【請求項２】
請求項１に記載するローラ鍛造方法において、
前記ワークの前記一端面の温度を、前記ワークの前記他端面と比較して６００度以上低くすること、
を特徴とするローラ鍛造方法。
【請求項３】
請求項１に記載するローラ鍛造方法において、
前記ワークの前記一端面のビッカース硬度を、前記ワークの前記他端面のビッカース硬度と比較して２倍とすること、
を特徴とするローラ鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転可能なローラを、ワークの一端面に当接させ、ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ローラ鍛造方法に関する技術においては、図１４に示すように、ローラ装置１０１とワーク回転装置１０２を備えるローラ鍛造装置１００を用いる。ローラ鍛造装置１００により鍛造するのは、円筒形状のワーク１０３である。ワーク１０３の表層がワーク表層面１０３ａであり、底部がワーク底面１０３ｂである。ワーク１０３は、スチール等の金属素材である。
ワーク回転装置１０２は、ワーク軸心Ｍを中心に回転する。ローラ装置１０１は、ワーク軸心Ｍと直交するワーク軸心Ｎを中心に回転する。
第１に、図１４に示すように、ワーク１０３を、ワーク回転装置１０２に裁置する。第２に、ローラ装置１０１及びワーク回転装置１０２を回転させる。第３に、ローラ装置１０１は、図示しない下降装置により矢印Ｌ方向へ下降し、ワーク回転装置１０２に裁置されたワーク１０３に当接し押圧する。ワーク１０３は、ローラ装置１０１とワーク回転装置１０１の間に挟まれ、内周及び外周方向に拡径変形する。ローラ鍛造装置１００により成型されたワーク１０３を、ワーク加工部材１０４とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−００１０６６号公報
【特許文献２】特開平６−２６９８８７号公報
【特許文献３】特開平５−２６１４６３号公報
【特許文献４】特開２００６−２１８４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
すなわち、ローラ鍛造装置１００により成型されたワーク加工部材１０４は、図１５に示すように、ワーク１０３と比較して、拡径し拡径部１０５が形成される。拡径部１０５は、成型の際の表層流れにより発生する。表層流れとは、ワークの表面の近くにあるワーク表層面がワーク底面よりも大きく拡径し、ローラの力を受けた方向にワーク表層面が大きく外部に流れることをいう。図１５に示すワーク加工部材１０４は、拡径部１０５は、次工程において不要な部分となる。具体的には、ワーク表層１０３ａの外径Ｃ１とワーク底面１０３ｂの外径Ｃ２の比が、１．５倍以上となると拡径部１０５を除去する次工程が必要とされる。従来技術においては、ワーク表層１０３ａとワーク底面１０３ｂの外径比が２．０倍以上となるため、次工程が必要とされた。次工程が必要となると、複雑な機構が必要になる。次工程及び複雑な機構が増えると、生産コストが悪くなるため問題となる。また、設備費が増える問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的はローラ鍛造において、表層流れが発生するのを防止することによって、次工程を省略し生産コストを下げるため、及び、複雑な形状を必要としないため設備費が増えるのを防止するためのローラ鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様におけるローラ鍛造方法は、以下の構成を有する。
（１）ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、該ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転可能なローラを、該ワークの一端面（表層面）に当接させ、該ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法において、前記ワークの前記一端面の変形抵抗は、他端面（底面）の変形抵抗よりも大きいこと、を特徴とするものである。変形抵抗とは、ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転するローラを、ワークの一端面に当接させ、ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法により成型されるワークの塑性変形が開始する応力のことである。変形抵抗は、単位としてＭＰａで表す。
（２）（１）に記載するローラ鍛造方法において、前記ワークの前記一端面の温度を、前記ワークの前記他端面と比較して６００度以上低くすること、を特徴とするものである。
（３）（１）に記載するローラ鍛造方法において、前記ワークの前記一端面のビッカース硬度を、前記ワークの前記他端面のビッカース硬度と比較して２倍とすること、を特徴とするものである。ビッカース硬度とは、物質の硬さを表す尺度の一つである。硬度の測定は、試料に対して対面角１３６°の正四角錐のダイアモンド圧子を押し込んだときの荷重とくぼみの表面積の比により求められる。
【発明の効果】
【０００７】
上記ローラ鍛造方法の作用及び効果について説明する。
（１）ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転するローラを、ワークの一端面に当接させ、ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法において、ワークの一端面の変形抵抗は、他端面の変形抵抗よりも大きいことにより、ワークの一端面の表層流れを抑制することができる。その結果、表層流れによる拡径部分を除去する次工程を省略することができるため生産コストを上げることができる。また、ロータ鍛造装置に複雑な形状を必要としないため設備費を低減することができる。
（２）ワークの一端面の温度を２５０℃とし、ワークの他端面の温度１０００℃と比較して６００度以上低くすることにより、他端面よりも、ワークの一端面の変形抵抗が１１００ＭＰａであり他端面の変形抵抗の５００ＭＰａと比較して、６００ＭＰａ大きくなることを本出願人が実験により確認した。一端面の温度を他端面の温度よりも６００度以上低くし、一端面の変形抵抗を上げることにより、他端面よりも変形しやすくした。反対に、他端面は、一端面の温度よりも６００℃以上高くし、他端面の変形抵抗を下げることにより、一端面より変形しにくくした。それにより、ローラがワークに対して同じ荷重をかけた時に、一端面では変形量を小さくし、他端面では変形量を大きくすることができるため、一端面と他端面の変形量を近づけることができる。具体的には、成型後の一端面の外径と他端面の外径の外径比を１．５倍以内とすることができる。１．５倍以内とすることにより次工程を省略することができる。ワークの変形抵抗をワークの温度勾配により制御することで表層流れを抑制することができる。
（３）ワークの一端面のビッカース硬度を、ワークの他端面のビッカース硬度と比較して２倍とすることにより、他端面よりも、ワークの一端面の変形抵抗を大きくすることができることを本出願人が実験により確認した。一端面の変形抵抗を他端面の変形抵抗よりも大きくし、他端面よりも変形しやすくした。反対に、他端面は、一端面の変形抵抗よりも小さくし、一端面より変形しにくくした。それにより、ローラがワークに対して同じ荷重をかけた時に、一端面では変形量を小さくし、他端面では変形量を大きくすることができるため、一端面と他端面の変形量を近づけることができる。具体的には、成型後の一端面の外径と他端面の外径の外径比を１．５倍以内とすることができる。１．５倍以内とすることにより次工程を省略することができる。ワークの変形抵抗をワークの温度勾配により制御することで表層流れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の本実施例１に係るローラ鍛造装置の一部外観斜視図である。
【図２】本発明の本実施例１に係るローラ鍛造方法（第１工程）の概念図である。
【図３】本発明の本実施例１に係るローラ鍛造方法（第２工程）の概念図である。
【図４】本発明の本実施例１に係るワークの部分断面図である。
【図５】本発明の本実施例１に係るワークの加熱方法１の概念図である。
【図６】本発明の本実施例１に係るワークの加熱方法２の概念図である。
【図７】本発明の本実施例１に係るワークの加熱方法３の概念図である。
【図８】本発明の本実施例１に係るワーク底面からの距離とワーク温度と変形抵抗の関係を表した図である。
【図９】本発明の本実施例に係る端面圧縮試験法によるワーク硬さと変形抵抗の関係を表した図である。
【図１０】本発明の本実施例に係る変形抵抗の勾配の有無によるワーク表層と底面の外径の関係を表した図である。
【図１１】本発明の本実施例２に係るローラの正面図である。
【図１２】本発明の本実施例２に係るローラの正面図である。
【図１３】本発明の本実施例２に係る成型ローラの突起高さとワーク表層と底面の外径の関係を表した図である。
【図１４】従来技術に係るローラ鍛造方法（第１工程）の概念図である。
【図１５】従来技術に係るローラ鍛造方法（第２工程）の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明に係るローラ鍛造方法に用いるローラ鍛造装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
＜ワークの全体構成＞
図２に、ローラ鍛造方法（第１工程）の概念図を示す。
図２に示すように、成型前のワーク４は、大円筒部４１と小円筒部４２を有する円筒形状をしている。大円筒部４１は小円筒部４２と一体となっている。ワーク４は、スチール等の金属素材で構成されている。大円筒部４１のワーク表層面４１ａの半径は径Ｐ１で示す。大円筒部４１のワーク底面４１ｂの半径は径Ｐ２で示す。大円筒部の高さは、高さＱで示す。高さＱは、４０ｍｍである。
小円筒部４２の厚みは、厚みＲで示す。小円筒部４２の半径は、半径Ｔで示す。小円筒部の高さは、高さＳで示す。ワーク４の高さは、高さＵで示す。
本実施例において、示す数値は、一実施例に過ぎないため、他の数値とすることも可能である。
【００１０】
図４に、ワーク４の部分断面図を示す。
図４に示すように、ワーク４のうち、大円筒部４１の表面をワーク表層面４１ａ（請求項中の「一端面」である。）とする。ワーク４のうち大円筒部４１の底面をワーク底面４１ｂ（請求項中の「他端面」である。）とする。
ワーク４をワーク底面４１ｂからの距離が０ｍｍの位置をワーク位置Ｗ０とする。ワーク底面４１ｂからの距離が１０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ１とする。ワーク底面４１ｂからの距離が２０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ２とする。ワーク底面４１ｂからの距離が３０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ３とする。ワーク底面４１ｂからの距離が４０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ４とする。
【００１１】
＜ローラ鍛造装置の全体構成＞
図１には、ローラ鍛造装置１の一部外観斜視図を示す。ローラ鍛造装置１は、ローラ２及びワーク回転装置３を有する。図１では、ローラ製造装置１のうち、ローラ２及びワーク回転装置３を一部抜き出して示した。ローラ鍛造装置１のうち、ローラ２及びワーク回転装置３の構成以外の構成については、従来技術と異なるところがないことから説明を割愛する。
図１に示すように、ローラ２は、２本の円筒形状のローラ部材２ａ及びローラ部材２ｂを有する。ローラ部材２ａ及びローラ部材２ｂの中心軸は、同じローラ軸心Ｘ上に位置している。
ローラ２は、図示しない下降機構を有する。下降機構は、矢印Ｂ方向へ下降することができる。ローラ２は、下降機構により矢印Ｂ方向であるワーク回転装置３方向に下降することができる。
【００１２】
図２に示すように、ワーク回転装置３は、中心にワーク４を固定するための中空円筒状の凹み部であるワーク固定部３１が形成されている。ワーク固定部３１の半径は、半径Ｔよりもわずかに大きい。ワーク固定部３１の高さは小円筒部４２の高さＳと同じ高さである。ワーク固定部３１のローラ２に近い方向の周辺部には、受け面３２が形成されている。受け面３２と、ワーク固定部３１は、テーパ面３３により連結している。ワーク回転装置３は、図示しない回転機構を有する。ワーク回転装置３の中心はワーク軸心Ｙである。ワーク回転装置３は、回転機構により図中上方向から下方向を見た場合、ワーク軸心Ｙを中心に時計反対回りに回転する。
【００１３】
図５に、ワークの加熱方法１の概念図を示す。
図５に示すように、ワーク固定部３１の内部にヒータ５を埋め込む。ヒータ５は、電熱線等の発熱部である。ヒータ５を発熱させることにより、受け面３２と当接する、大円筒部４１のワーク底面４１ｂに近いほど温度が高く、受け面３２と当接しないワーク表層面４１ａに近づくほど温度が低くなる温度勾配を持たせることができる。温度勾配を持たせることにより、ワーク４のワーク位置Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４で変形抵抗を変化させることができる。
例えば、ワーク位置Ｗ１とワーク位置Ｗ４で温度差を大きくするために、ワーク位置Ｗ４に冷風をかける。それによりワーク位置Ｗ４の温度をワーク位置Ｗ１と比べ下げることができる。
【００１４】
図８に、ワーク加熱方法により加熱されたワークのワーク底面からの距離とワーク温度の変形抵抗の関係を表す。
図８に示すように、縦軸が、ワーク４の温度(℃)とワーク４の変形抵抗(ＭＰａ)を表し、横軸が、底面からの距離(ｍｍ)を表す。横軸は、１０ｍｍごとのワーク位置Ｗ１〜Ｗ４に対応するメモリが付されている。破線グラフＦが、ワーク４の大円筒部４１の位置における変形抵抗を表す。線グラフＧが、ワーク４の大円筒部４１の位置における温度を表す。
破線グラフＦは、ワーク位置Ｗ１のＦ１の場合には、ワーク変形抵抗が５００ＭＰａである。ワーク位置Ｗ２のＦ２の場合には、ワーク変形抵抗が６２０ＭＰａである。ワーク位置Ｗ３のＦ３場合には、ワーク変形抵抗が９００ＭＰａである。ワーク位置Ｗ４のＦ４場合には、ワーク変形抵抗が１１００ＭＰａである。したがって、線グラフＦは、ワーク４がワーク底面４１ｂからの距離が離れ、ワーク表層面４１ａに近いほど、変形抵抗が大きくなることを表す。
線グラフＧは、ワーク位置Ｗ１のＧ１場合には、ワーク温度が１０００℃である。ワーク位置Ｗ２のＧ２場合には、ワーク温度が７００℃である。ワーク位置Ｗ３のＧ３場合には、ワーク温度が４００℃である。ワーク位置Ｗ４のＧ４場合には、ワーク温度が２５０℃である。したがって、線グラフＧは、ワーク４がワーク底面４１ｂからの距離が離れ、ワーク表層面４１ａに近づくほど、温度が低くなることを表す。
【００１５】
図８に示すように、線グラフＧのワーク温度が下がると、破線グラフＦのワークの変形抵抗が上がる関係にある。
したがって、本実施例においては、ワーク温度を変化させ、ワーク変形抵抗を制御することで、ワーク４の表層流れを制御することができる。
具体的には、本実施形態においては、図８に示すように、ワーク４のワーク位置Ｗ１は、ワークの変形抵抗は約５００ＭＰａである。ワーク４のワーク位置Ｗ２は、ワークの変形抵抗は約６００ＭＰａである。ワーク４のワーク位置Ｗ３は、ワークの変形抵抗は約９００ＭＰａである。ワーク４のワーク位置Ｗ４は、ワークの変形抵抗は約１１００ＭＰａである。
したがって、ワーク４のワーク底面４１ｂのワーク温度を、ワーク表層面４１ａのワーク温度よりも高くすることにより、ワーク底面４１１ｂのワーク変形抵抗を、ワーク表層面４１ａの変形抵抗よりも大きくすることができる。
それにより、変形抵抗の小さいワーク底面４１ｂの変形量が大きくなり、変形抵抗の大きいワーク表層面４１ａの変形量が小さくなる。したがって、成型後の一端面の外径と他端面の外径の外径比を１．５倍以内とすることができる。１．５倍以内とすることにより次工程を省略することができる。ワークの変形抵抗をワークの温度勾配により制御することで表層流れを抑制することができる。
【００１６】
ワーク４を加熱する方法として、加熱方法１以外に様々な方法がある。以下に、様々な方法のうち具体的に２つの加熱方法を示す。
図６に、ワークの加熱方法２の概念図を示す。
図６に示すように、ワーク鍛造装置１にレーザ６を形成する。レーザ６は、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分にレーザが照射されるように配置する。
レーザ６で照射しワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分を発熱させることにより、ワーク４のワーク底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１の温度を、ワーク位置Ｗ４よりも高くすることができる。ワーク４について、温度勾配を持たせることにより、ワーク４の変形抵抗を変化させることができる。
【００１７】
図７に、ワークの加熱方法３の概念図を示す。
図７に示すように、ワーク鍛造装置１に高周波コイル７を形成する。
高周波コイル７を、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分を加熱できる箇所に形成する。高周波コイル７から磁束を生じさせることにより、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分を発熱させることにより、ワーク底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１を加熱することができる。ワーク４について、ワーク底面４１ｂに近いほど温度が高く、ワーク表層面４１ａに近づくほど温度が低くなる温度勾配を持たせるようにすることができる。
例えば、ワーク位置Ｗ１とワーク位置Ｗ４で温度差を大きくするために、ワーク位置Ｗ４に冷風をかける。それによりワーク位置Ｗ４の温度をワーク位置Ｗ１と比べ下げることができる。
【００１８】
＜ローラ鍛造方法＞
ローラ鍛造方法は、第１工程及び第２工程を有する。図２及び図３を用いてローラ鍛造方法の説明を行う。
[第１工程]
図２に示すように、ワーク４の小円筒部４２をワーク回転装置３のワーク固定部３１に固定する。ワーク４の小円筒部４２をワーク固定部３１に固定すると、小円筒部４２がワーク固定部３１の形状とほぼ同一であるため、ワーク４がワーク回転装置３に固定される。小円筒部４２の高さとワーク固定部３１の高さは同じであるため、大円筒部４１は受け面３２に当接する。
ワーク４をワーク回転装置３に固定した状態で、ワーク回転装置３を図中上方向から下方向を見た場合、ワーク軸心Ｙを中心に時計反対回りに回転する。
また、ローラ２を図示しない下降機構により矢印Ｂ方向に下降させる。
【００１９】
[第２工程]
図３に示すように、ローラ２が回転しながらワーク４に当接する。ローラ２がワーク４に当接すると、ローラ２は、ローラ軸心Ｙを中心に図中左方向から右方向を見た場合に時計反対回りに共回りする。当接した後にさらにローラ２をワーク４に押し当てることにより、ワーク４の降伏点を超えた圧力がかけられる。それにより、ワーク４は塑性変形され、拡径し拡径部４５が成型される。ワーク４が所定長さまで拡径したところで、ローラ４を上昇させ、当接状態を解除し、拡径を終了させる。ローラ２を上昇させ、ワーク回転装置３の回転を止めることで、ローラ鍛造方法は終了する。
【００２０】
本実施例の第１工程及び第２工程においては、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い位置を、ヒータ５、レーザ６、高周波コイル７で加熱する。ワーク底面４１ｂに近い位置を加熱することにより、ワーク底面４１ｂに近いほど温度が高く、ワーク表層面４１ａに近いほど温度が低い温度勾配を持たせることができる。温度勾配を持たせることで、図８に示すように、ワーク表層面４１ａのワーク位置Ｗ４はワーク変形抵抗が１１００ＭＰａと大きくなり、反対に、ワーク４のワーク表層面４１ａから遠いワーク位置Ｗ１はワーク抵抗が５００ＭＰａと小さくなる。
ローラ２と当接するワーク４の表層面４１ａであるワーク位置Ｗ４のワーク変形抵抗が１１００ＭＰａとワーク底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１のワーク変形抵抗５００ＭＰａよりも大きいことにより、ワーク４の表層面４１ａの変形量が小さくなる。反対に、ワーク４の底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１のワーク変形抵抗がワーク表層面４１ｂであるワーク位置Ｗ４のワーク変形抵抗よりも小さいことにより、ワーク４の底面４１ｂの変形量が大きくなる。
したがって、ローラ２によって鍛造された場合に、ワーク表層面４１ａの変形量は小さく、ワーク底面４１ｂの変形量が大きくなる。そのため、ワーク表層面４１ａ外径とワーク底面４１ｂの外径の外形比を１．１３倍と小さくすることができる。ワーク表層面４１ａ外径とワーク底面４１ｂの外径の外形比が１．５倍内とすることにより、表層流れによる次工程を省略することができる。
ワーク４の表層流れが小さくなることは、具体的には、以下に示す図１０で説明する。
【００２１】
図１０に、変形抵抗の勾配の有無によるワーク表層と底面の外径の関係を表す。
図１０に示すように、縦軸がワーク表層面４１ａの外径(図２中の径Ｐ１を指す。以下同じ。)とワーク底面４１ｂの外径(図２中の径Ｐ２を指す。以下同じ。)の比を表し、横軸が成型ＳＴを表す。成型ＳＴとは、ロールがワークに当たってから、ロールがストロークする距離を意味する。線グラフＨは、変形抵抗の勾配がない場合を表し、破線グラフＩは、本実施例の図８に示すように変形抵抗の勾配がある場合を表す。
線グラフＨに示すように、変形抵抗の勾配がない場合には、成型ＳＴが０ｍｍであるＨ１のときには、ワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比(以下、「外径比」という。)が１倍である。成型ＳＴが１０ｍｍであるＨ２のときには、外径比が１．１倍である。成型ＳＴが２０ｍｍであるＨ３のときには、外径比が１．２５倍である。成型ＳＴが３０ｍｍであるＨ４のときには、外径比が１．５倍である。成型ＳＴが４０ｍｍであるＨ５のときには、外径比が２倍である。
本実施例の破線グラフＩに示すように、図８のように変形抵抗の勾配がある場合には、成型ＳＴが０ｍｍであるＩ１のときには、外径比が１倍である。成型ＳＴが１０ｍｍであるＩ２のときには、外径比が１．０５倍である。成型ＳＴが２０ｍｍであるＩ３のときには、外径比が１．０７倍である。成型ＳＴが３０ｍｍであるＩ４のときには、外径比が１．１倍である。成型ＳＴが４０ｍｍであるＨ５のときには、外径比が１．１３倍である。
外径比が、成型ＳＴが４０ｍｍの場合に、１．５倍以内であれば、表層流れによる拡径部分を除去する次工程は必要がない。本実施例においては、外径比が１．１３倍であるため、温度を下げたとしても１．５倍以内とすることができる。
【００２２】
したがって、図１０に示すように、図８の温度勾配を有し変形抵抗の勾配がある破線グラフＩの場合には、成型ＳＴが４０ｍｍの場合に、ワーク表層面４１ａとワーク底面４１ｂの外径比が最大１．１３倍である。そのため１．５倍以内となるため、表層流れによる拡径部分を除去する次工程が必要ない。本実施例により、ワーク４に図８の温度勾配を有し変形抵抗の勾配を持たせることにより、成型ＳＴ４０ｍｍの場合において、ワーク４のワーク表層面４１ａとワーク底面４１ｂの外径比を最大１．１３倍にすることができる。
また、図１０に示すように、最も外径比の大きい成型ＳＴが４０ｍｍの場合に、本実施例のように図８の温度勾配を有し変形抵抗の勾配がある場合(Ｉ５＝１．１３倍)には、温度勾配を有さず変形抵抗の勾配がない場合(Ｈ５＝２倍)と比較して、約２倍近くの表層流れの違いがある。２倍近く表層流れの違いがあることにより、本実施例では、ワーク４のワーク表層面４１ａの表面流れを抑制することができる。
【００２３】
本実施例においては、図８の変形抵抗の勾配を温度勾配により生じさせたが、ワークに変形抵抗の勾配を生じさせるものであればどのような方法でもよい。例えば、部分焼入れ、焼き戻しによるワーク硬さの勾配によりワークの変形抵抗の勾配持たす方法であってもよい。
具体的には、ワーク４のワーク表層面４１ａの変形抵抗を大きくするため、ワーク４のワーク表層面４１ａを加熱する。加熱方法は、火炎、誘導加熱、ヒータ等の加熱できるものであればよい。加熱後ワーク４を水冷、空冷などを用いることにより、ワーク４のワーク表層面４１ａが焼入れされ硬化し、ワーク硬さを大きくする方法である。
【００２４】
ワーク硬さの勾配を持たすことによりワークの変形抵抗の勾配を持たすことができることを示すものとして図９を示す。図９に、端面圧縮試験法によるワーク硬さと変形抵抗の関係を表す。
図９に示すように、縦軸がワークの変形抵抗(ＭＰａ)を表し、横軸がワークの硬さ(ＨＶ（ビッカース硬度）)を表す。線グラフＪは、ワーク４の変形抵抗とワーク４の硬さとの関係を表す。
線グラフＪに示すように、ワーク４の硬さが１５０ＨＶであるＪ１のときには、ワーク４の変形抵抗が５００ＭＰａである。ワーク４の硬さが２００ＨＶであるＪ２のときには、ワーク４の変形抵抗が７５０ＭＰａである。ワーク４の硬さが４００ＨＶであるＪ３のときには、ワーク４の変形抵抗が１４５０ＭＰａである。ワーク４の硬さが５００ＨＶであるＪ４のときには、ワーク４の変形抵抗が２０００ＭＰａである。ワーク４の硬さが６００ＨＶであるＪ５のときには、ワーク４の変形抵抗が２４５０ＭＰａである。
したがって、図９に示すように、ワーク４の硬さ(ＨＶ（ビッカース硬度）)が大きくなると、ワーク４の変形抵抗(ＭＰａ)も大きくなる。そのため、部分焼入れ、焼き戻し等によりワーク硬さの勾配を制御し、ワーク４に変形抵抗を制御することで、表層流れを抑制することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
＜ローラ鍛造装置の全体構成＞
第２実施形態においては、ローラ鍛造装置１のうち、ローラ２の形状が異なるのみであり、他の構造は同一である。そこで、ローラ２のローラ部２ａ、２ｂと変更されるローラ２０、３０について図１１及び図１２を用いて説明することで、他の構造については説明を割愛する。
図１１に、ローラ２０の正面図を示す。図１１に示すように、ローラ２０の全周にわたって側面に、凹凸部２３が設けられている。突起部となる凸部２１と、凹み部となる凹部２２が交互に側面に形成されている。凸部２１の高さＥは、凹部２２の先端部から凸部２１の先端部までの高さである。
【００２６】
第１実施形態におけるローラ鍛造装置１のローラ２をローラ２０に交換し、ローラ鍛造を行う。ローラ２０は、表面に凹凸部が形成されているため、ワーク４に当接した際、ワーク４が表層流れを生じさせるのを、凹部２２の溝により堰き止めることができる。ワーク４の表層流れを堰き止めることにより表層流れを防止することができる。
【００２７】
図１３に、ローラの突起高さとワーク表層と底面の外径の関係を示す。
図１３に示すように、縦軸は、ワーク表層の外径と底面の外径比を表す。横軸は、成型ＳＴを示す。成型ＳＴとは、ロールがワークに当たってからのロールがストロークする距離を意味する。線グラフＫは、ローラ２０に凸部２１及び凹部２２が形成されていない場合を示す。線グラフＶは、凸部２１の高さＥが、０．５ｍｍの場合を示す。線グラフＺは、凸部２１の高さＥが、１．５ｍｍの場合を示す。
図１３に示すように、線グラフＫは、成型ＳＴが４０ｍｍの場合には、ワーク４のワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比が２倍である。それに対して、線グラフＶは、成型ＳＴが４０ｍｍの場合には、ワーク４のワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比が１．５倍である。また、線グラフＺは、成型ＳＴが４０ｍｍの場合には、ワーク４のワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比が１．１５倍である。
以上から、ロール２０に、凸部２１及び凹部２２が形成されているほうが、凸部２１及び凹部２２が形成されていない場合と比較して、成型ＳＴが４０ｍｍの場合に表層流れが発生しにくいことが分かった。また、凸部２１の高さＥは、低いよりも高いほうが表層漏れが生じにくいことを確認することができた。
ローラ２０に凸部２１及び凹部２２を設けることは簡単な機構であるため、コスト削減をすることができる。
【００２８】
なお、第２実施形態における凸部及び凹部は、図１２に示すように、凸部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのように、半月状の形状であってもよい。半月状であることにより、凸部３１ａ等の窪み部３１１ａ等で表層流れを生じるワーク表層面４１ａを堰き止めることができるため、表層流れを防止することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、本実施例においては、ワーク位置を４つの階層に分けたが、大円筒部４１を２つの階層に分けることもできる。２つの階層にした場合には、ワーク表層面４１ａの変形抵抗を大きくし、それに比べてワーク底面４１ｂの変形抵抗を小さくする。さらに、階層を２つ以上とすることができる。
例えば、本実施例においては、ローラ２に回転機構を設けなかったが、ローラ２に回転機構を設けることにより、ローラ２を回転させて、ワーク４に当接させることもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１      ワーク鍛造装置
２      ローラ
３      ワーク回転装置
４      ワーク
４１ａ    ワーク表層面（請求項中の「一端面」。）
４１ｂ    ワーク底面（請求項中の「他端面」。）
Ｘ      ローラ軸心
Ｙ      ワーク軸心
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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