(57)【要約】【課題】縮径圧延する場合であっても型鍛造時の鍛造欠陥を抑制可能なビレットを製造できる据込鍛造機、及び、その据込鍛造機を用いたビレットの製造方法を提供する。【解決手段】据込鍛造機（３）は、第１及び第２端面（１０、１１）と、側面（１２）とを含むビレット（１）を据込鍛造する。据込鍛造機（３）は、第１及び第２据込鍛造金型（３１、３２）を備える。第１及び第２据込鍛造金型（３１、３２）は、第１及び第２内周面（３１３、３２３）を有し、ビレット（１）の第１及び第２端面（１０、１１）に対向する第１及び第２テーパー穴（３１０、３２０）を含む第１及び第２ビレット対向面（３１１、３２１）と、その反対側に配置される第１及び第２裏面（３１２、３２２）とを含む。第１及び第２内周面（３１３、３２３）の断面の幅は、第１及び第２ビレット対向面（３１１、３２１）から第１及び第２裏面（３１２、３２２）に向かって減少する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端面と、前記第１端面と反対側の第２端面と、前記第１端面と前記第２端面との間の側面とを含む円柱状のビレットを据込鍛造する据込鍛造機であって、
据込鍛造時の前記ビレットの前記第１端面に対向する第１テーパー穴を含む第１ビレット対向面と、前記第１ビレット対向面と反対側に配置される第１裏面とを含む第１据込鍛造金型と、
据込鍛造時の前記ビレットの前記第２端面に対向する第２テーパー穴を含む第２ビレット対向面と、前記第２ビレット対向面と反対側に配置される第２裏面とを含む第２据込鍛造金型と、
前記第１据込鍛造金型を、据込鍛造時の前記ビレットの軸方向に駆動可能な据込駆動機構とを備え、
前記第１据込鍛造金型と前記第２据込鍛造金型とは、水平方向に配列され、
前記第１テーパー穴は、
第１内周面を含み、
前記第１据込鍛造金型の前記第１テーパー穴の中心軸を含む断面における前記第１内周面の幅は、前記第１ビレット対向面から前記第１裏面に向かって減少し、
前記第２テーパー穴は、
第２内周面を含み、
前記第２据込鍛造金型の前記第２テーパー穴の中心軸を含む断面における前記第２内周面の幅は、前記第２ビレット対向面から前記第２裏面に向かって減少する、据込鍛造機。
【請求項２】
請求項１に記載の据込鍛造機であってさらに、
前記据込鍛造時において、前記ビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、前記ビレットの側面と接触する第１拘束面を含む第１拘束工具と、
前記据込鍛造時において、前記ビレットを挟んで前記第１拘束工具の反対側であって、且つ、前記据込鍛造時の前記ビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、前記ビレットの側面と接触する第２拘束面を含む第２拘束工具と、
前記第１拘束工具の前記第１拘束面と反対側に配置され、前記第１拘束工具を支持する第１拘束工具支持機構と、
前記第２拘束工具の前記第２拘束面と反対側に配置され、前記第２拘束工具を支持する第２拘束工具支持機構とを備える、据込鍛造機。
【請求項３】
請求項２に記載の据込鍛造機であってさらに、
前記第１拘束工具と前記第１拘束工具支持機構との間に配置される第１弾性部材と、
前記第２拘束工具と前記第２拘束工具支持機構との間に配置される第２弾性部材とを備える、据込鍛造機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の据込鍛造機であってさらに、
前記第１及び第２拘束面の、前記据込み鍛造時の前記ビレットの軸方向に垂直な断面の形状は、弓状である、据込鍛造機。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の据込鍛造機であってさらに、
前記第１及び第２拘束工具を、前記据込鍛造時の前記ビレットの軸方向にスライド可能なスライド機構を備え、
前記据込鍛造時において、前記据込駆動機構が前記第１据込鍛造金型を前記ビレットの軸方向に駆動させている間、前記第１及び第２拘束工具が前記スライド機構により前記ビレットの軸方向にスライドしながら、前記第１及び第２拘束面が前記ビレットの軸方向中央部の側面との接触を維持する、据込鍛造機。
【請求項６】
請求項５に記載の据込鍛造機であって、
前記スライド機構は無駆動である、据込鍛造機。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の据込鍛造機を用いたビレットの製造方法であって、
加熱された円柱状の前記ビレットを前記ビレットの軸方向を水平に支持する工程と、
前記据込駆動機構により前記第１据込鍛造金型を前記ビレットの軸方向に駆動して前記ビレットに対して据込鍛造を実施し、前記ビレットの端部をテーパー形状にする工程とを備える、ビレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、据込鍛造機及びそれを用いたビレットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や船舶などに使用される部材には、高強度及び高靱性が要求されるようになっている。これらの部材は、たとえば型鍛造又は鋳造によって製造される。以下、型鍛造により製造される部材を「型鍛造部材」といい、鋳造により製造される部材を「鋳造部材」という。型鍛造部材又は鋳造部材はたとえば、クランクシャフト、フロントアクスル及びコンロッドである。型鍛造部材は、鋳造部材と比較して、強度及び靱性が高い。そのため、鍛造クランクシャフト等の型鍛造部材の需要が高まっている。
【０００３】
型鍛造部材は、所望の形状の型を用いて、素材を型鍛造することで成形される。たとえば鍛造クランクシャフトは、クランクシャフトの形状の型を用いて、ビレット等の素材を型鍛造することで成形される。
【０００４】
型鍛造すると、型鍛造部材の一部には鍛造欠陥が発生する場合がある。鍛造欠陥は様々な要因で引き起こされる。たとえば、素材が金型内に充満する際の不良によって鍛造欠陥が発生する。鍛造欠陥はたとえば、かぶさりきず、かじりきず、しわきず及びスケールきず等である。鍛造欠陥が発生すれば、歩留まりが低下する。そのため、型鍛造部材の鍛造欠陥は抑制される方が望ましい。
【０００５】
ところで、型鍛造では、素材のうち型の体積を超える分の余材がバリとして型の外にはみ出す。バリは、型鍛造の後に除去される。バリの体積が少ないほど、歩留まりが高まる。
【０００６】
バリの体積を減らすため、型鍛造前の素材に対する体積配分がこれまで検討されてきた。体積配分はたとえば、ロール成形及び曲げ加工等を施すことで行われる。ロール成形及び曲げ加工により、型鍛造前の素材の長さ方向の体積分布を、型鍛造部材の長さ方向の体積分布に近づける。この体積配分により、型鍛造後のバリの体積を減らし、歩留まりを高めることができる。体積配分により、型鍛造後のバリの体積を減らす方法がたとえば、特開２００１−４７１７７号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００７】
体積配分によりバリの体積を減少させる技術は数多く提案されている。一方、素材の外径を、型鍛造部材を製造するのに必要最低限な寸法にすることによっても、バリの体積を減らし、歩留まりを高めることができる。
【０００８】
しかしながら、型鍛造部材の素材の大きさの種類には限りがある。たとえばクランクシャフトでは、素材となるビレットの外径の種類に制限がある。ビレットは通常、分塊圧延を経て製造される。分塊圧延では、一対の水平ロールセット（上ロール及び下ロール）を用いて鋳片を圧延してビレットを製造する。各上下ロールはカリバーと呼ばれる孔型を有する。ビレットの外径は、この孔型に応じて決まる。一対の水平ロールが備えることが可能な孔型の数は限られる。したがって、複数種類のサイズのビレットを製造する場合、異なる孔型を有する水平ロールセットを複数準備しなければならない。さらに、所望のサイズのビレットを製造するために、分塊圧延機の水平ロールセットを交換しなければならない。このような水平ロールセットの交換を、ロール組替えという。ロール組替えの頻度が高ければ、生産性が低下する。
【０００９】
分塊圧延機を用いずに、複数種類のサイズのビレットを製造する技術が、特開昭５９−１４７７０２号公報（特許文献２）及び特開昭５９−２２５８０２号公報（特許文献３）に提案されている。特許文献２及び特許文献３では、３個の傾斜ロールを備えた傾斜圧延機を用いて、横断面が円形状の鋼材（丸素材）を縮径圧延してビレットを製造する。この場合、種々のサイズのビレットを製造でき、内部品質も向上できる、と特許文献２及び特許文献３には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−４７１７７号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４７７０２号公報
【特許文献３】特開昭５９−２２５８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２及び特許文献３に記載の方法によれば、ロール組替えを行わずに、型鍛造品を製造するのに必要最低限な外径寸法を有するビレットを製造できる。しかしながら、上述の傾斜圧延機を用いて製造されたビレットを用いて型鍛造した場合に、鍛造欠陥が発生する場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、縮径圧延された場合であっても型鍛造時における鍛造欠陥の発生を抑制可能なビレットを製造できる据込鍛造機、及び、その据込鍛造機を用いたビレットの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施形態の据込鍛造機は、ビレットを据込鍛造する。ビレットは、円柱状であり、第１端面と、第１端面と反対側の第２端面と、第１端面と第２端面との間の側面とを含む。据込鍛造機は、第１据込鍛造金型と、第２据込鍛造金型と、据込駆動機構とを備える。第１据込鍛造金型は、第１ビレット対向面と、第１裏面とを含む。第１ビレット対向面は、据込鍛造時のビレットの第１端面に対向する第１テーパー穴を含む。第１裏面は、第１ビレット対向面と反対側に配置される。第２据込鍛造金型は、第２ビレット対向面と、第２裏面とを含む。第２ビレット対向面は、据込鍛造時のビレットの第２端面に対向する第２テーパー穴を含む。第２裏面は、第２ビレット対向面と反対側に配置される。据込駆動機構は、第１据込鍛造金型を、据込鍛造時のビレットの軸方向に駆動可能である。第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とは、水平方向に配列される。第１テーパー穴は、第１内周面を含む。第１据込鍛造金型の第１テーパー穴の中心軸を含む断面における第１内周面の幅は、第１ビレット対向面から第１裏面に向かって減少する。第２テーパー穴は、第２内周面を含む。第２据込鍛造金型の第２テーパー穴の中心軸を含む断面における第２内周面の幅は、第２ビレット対向面から第２裏面に向かって減少する。
【００１４】
本実施形態のビレットの製造方法は、上記据込鍛造機を用いたビレットの製造方法である。本実施形態のビレットの製造方法は、支持工程と、据込鍛造工程とを備える。支持工程では、加熱された円柱状のビレットを、ビレットの軸方向を水平に支持する。据込鍛造工程では、据込駆動機構により第１据込鍛造金型をビレットの軸方向に駆動してビレットに対して据込鍛造を実施し、ビレットの端部をテーパー形状にする。
【発明の効果】
【００１５】
本実施形態の据込鍛造機は、縮径圧延された場合であっても型鍛造時における鍛造欠陥の発生を抑制可能なビレットを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、３つの傾斜ロールを備える傾斜圧延機を用いて製造したビレットの一例である。
【図２】図２は、図１に示すビレットを用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。
【図３】図３は、図１に示すビレットを用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。
【図４】図４は、図１に示すビレットを用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。
【図５】図５は、端部をテーパー形状に成形したビレットである。
【図６】図６は、端部をテーパー形状に成形したビレットを縮径圧延した後のビレットである。
【図７】図７は、端面の凹みを抑制したビレットを用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。
【図８】図８は、端面の凹みを抑制したビレットを用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。
【図９】図９は、端面の凹みを抑制したビレットを用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の据込鍛造機が用いられる型鍛造部材の製造設備のレイアウト図の一例である。
【図１１】図１１は、傾斜圧延機を出側から見た斜視図である。
【図１２】図１２は、傾斜圧延機を入側から見た正面図である。
【図１３】図１３は、傾斜圧延機の側面図である。
【図１４】図１４は、図１２中の線分Ｉ−Ｉでの傾斜ロールの断面及びビレットを示す一部断面図である。
【図１５】図１５は本実施形態の据込鍛造機の側面図である。
【図１６】図１６は、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。
【図１７】図１７は、据込鍛造時のビレットの軸方向から見た据込鍛造金型の正面図である。
【図１８】図１８は、図１６とは異なる他の実施形態による、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。
【図１９】図１９は、図１６及び図１８とは異なる他の実施形態による、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。
【図２０】図２０は、図１６、図１８及び図１９とは異なる他の実施形態による、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。
【図２１】図２１は、図１５の据込鍛造機を用いて据込鍛造した場合の、据込鍛造中の据込鍛造機の側面図である。
【図２２】図２２は、本実施形態の据込鍛造機を用いて製造されたビレットを用いて製造されたクランクシャフトの側面図である。
【図２３】図２３は、型鍛造工程における、仕上げ打ち終了後を示す図である。
【図２４】図２４は、図１５及び図２１とは異なる、第２の実施形態による据込鍛造機の側面図である。
【図２５】図２５は、据込鍛造時のビレットの軸方向から見たビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。
【図２６】図２６は、図２４及び図２５とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレットの軸方向から見た、ビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。
【図２７】図２７は、図２５及び図２６とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレットの軸方向から見たビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。
【図２８】図２８は、据込鍛造後における、据込鍛造時のビレットの軸方向から見たビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。
【図２９】図２９は、図１５、図２１及び図２４とは異なる、第３の実施形態による据込鍛造機の側面図である。
【図３０】図３０は、図２９の据込鍛造機を用いて据込鍛造した場合の、据込鍛造時の据込鍛造機の側面図である。
【図３１】図３１は、図２４〜３０とは異なる、第４の実施形態による、据込鍛造時のビレットの軸方向から見た、ビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１８】
本発明者らは、３つの傾斜ロールを備える傾斜圧延機により縮径圧延されたビレットを用いて型鍛造部材を製造した場合、鍛造欠陥が発生する原因について調査した。
【００１９】
ビレットが通過するパスライン周りに３つの傾斜ロールを用いた傾斜圧延機では、分塊圧延機と比較して１回の圧下量を大きくすることができる。しかしながら、３つの傾斜ロールを備える傾斜圧延機でビレットを製造（縮径圧延）すれば、圧下率を大きくすることができるために、ビレットの表層部分の方がビレットの中央部分よりも軸方向に顕著に延伸する。その結果、圧延後にビレット端面が、ビレット軸方向に大きく凹む場合があることが分かった。
【００２０】
型鍛造では、加熱された素材が金型内を流動し、金型に充満する。これにより所望の形状を有する型鍛造部材が得られる。金型に素材が充満する際、金型内で素材がよれたり、しわになったりすれば、鍛造欠陥となる。
【００２１】
図１は、上述の傾斜圧延機を用いて製造したビレットの一例である。ビレット１は、ビレット１の表層部分がビレット１の中央部分よりも延伸し、端面１０に凹みが形成されている。図２〜図４は、端面１０が凹んだ図１に示すビレット１を用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の型の端部の拡大図である。図２〜図４を参照して、ビレット１の端面１０が大きく凹んでいた場合、図２〜図４へと型鍛造が進むにつれ凹状の端面１０が折り曲げられ、最終的に重なり合う。その結果、素材が重なり合った部分に鍛造欠陥が形成されることが分かった。この場合の鍛造欠陥をまくれ込み疵という。つまり、まくれ込み疵とは、型鍛造において、金型内で素材の一部が折れ曲がり、重なり合うことでできた鍛造欠陥をいう。
【００２２】
ビレット１の端面１０の凹みを抑制できれば、型鍛造部材のまくれ込み疵を抑制できる。そこで本発明者らは、上述の傾斜圧延機を用いてビレット１を製造（縮径圧延）する際に、ビレット１の端面１０の凹みを抑制する方法を検討した。その結果、以下の知見を得た。
【００２３】
縮径圧延の前に、あらかじめビレット１の端部をテーパー形状に成形する。図５は端部をテーパー形状に成形したビレット１である。これにより、縮径圧延後であっても、ビレット１の端面１０の凹みを抑制する。本明細書において、テーパー形状とは、ビレット１の端面１０に向かって、ビレット１の中心軸を含む断面におけるビレット１の幅が連続的又は断続的に減少する形状、又は、後述する第１及び第２ビレット対向面から第１及び第２裏面に向かって、第１及び第２テーパー穴の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型の断面における第１及び第２内周面の幅が連続的又は断続的に減少する形状をいう。上記幅が減少する割合は、一定でもよいし一定でなくてもよい。たとえば、ビレット１の端面１０に向かって、又は、後述する第１及び第２ビレット対向面から第１及び第２裏面に向かって、ビレット１の幅又は第１及び第２内周面の幅が不連続に減少する形状（たとえば階段状）も、テーパー形状に含まれる。テーパー形状とはたとえば、ビレット１の端が凸になる円錐であってもよい。
【００２４】
図６は、端部をテーパー形状に成形した図５のビレット１を縮径圧延した後のビレット１である。図７〜図９は、端面１０の凹みを抑制した図６に示すビレット１を用いて型鍛造を行った場合の、型鍛造時の金型の端部の拡大図である。図７〜図９を参照して、ビレット１の端面１０の凹みが抑制されれば、図７〜図９へと型鍛造が進んでも、ビレット１は、型鍛造時に端面１０が折り曲げられることなく金型内に充満しやすくなる。つまり、あらかじめビレット１の端部をテーパー形状に成形すれば、３つの傾斜ロールを備える傾斜圧延機を用いて縮径圧延を実施しても、端面１０の凹みを抑制できる。これにより、鍛造欠陥（まくれ込み疵）を抑制できる。
【００２５】
以上の検討を踏まえ、本発明者らはさらに、ビレット１の端部をテーパー形状にする方法を検討した。ビレット１の端面をテーパー形状にする方法の一つとして、切削加工によりビレット１の端部をテーパー形状にする方法が考えられる。しかしながらこの場合、ビレット１の歩留まりが低下する。
【００２６】
そこで、本発明者らは、切削加工ではなく、ビレット１の端部に対して据込鍛造を実施することにより、ビレット１の端部をテーパー形状に成形することを考えた。据込鍛造では、切削加工とは異なり、ビレットの一部を除去しない。そのため、歩留まり良くビレット１の端部を加工できる。そこで、縮径圧延の前に、テーパー形状の穴を有する金型を用いて、ビレット１の端部に対して据込鍛造を実施する。これにより、縮径圧延後のビレット１の端部１０の凹みを抑制でき、型鍛造時のまくれ込み疵の発生を抑制できるビレット１が製造できる。
【００２７】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態の据込鍛造機は、ビレットを据込鍛造する。ビレットは、円柱状であり、第１端面と、第１端面と反対側の第２端面と、第１端面と第２端面との間の側面とを含む。据込鍛造機は、第１据込鍛造金型と、第２据込鍛造金型と、据込駆動機構とを備える。第１据込鍛造金型は、第１ビレット対向面と、第１裏面とを含む。第１ビレット対向面は、据込鍛造時のビレットの第１端面に対向する第１テーパー穴を含む。第１裏面は、第１ビレット対向面と反対側に配置される。第２据込鍛造金型は、第２ビレット対向面と、第２裏面とを含む。第２ビレット対向面は、据込鍛造時のビレットの第２端面に対向する第２テーパー穴を含む。第２裏面は、第２ビレット対向面と反対側に配置される。据込駆動機構は、第１据込鍛造金型を、据込鍛造時のビレットの軸方向に駆動可能である。第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とは、水平方向に配列される。第１テーパー穴は、第１内周面を含む。第１据込鍛造金型の第１テーパー穴の中心軸を含む断面における第１内周面の幅は、第１ビレット対向面から第１裏面に向かって減少する。第２テーパー穴は、第２内周面を含む。第２据込鍛造金型の第２テーパー穴の中心軸を含む断面における第２内周面の幅は、第２ビレット対向面から第２裏面に向かって減少する。
【００２８】
ここで、第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とが水平方向に配列されるとは、第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とが重力と直角に交わる方向に配列される場合のみに限定されず、第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とが重力と直角に交わる方向から３０°以下の範囲でずれて配列されている場合を含む。
【００２９】
ここで、第１及び第２テーパー穴の中心軸とは、第１及び第２内周面の、据込鍛造時のビレットの軸方向と直交する断面における重心を、第１及び第２ビレット対向面から第１及び第２裏面に向かって結んだ線分である。
【００３０】
上述の据込鍛造機は、ビレットの端面に対向して配置されるテーパー穴を含む据込鍛造金型を備える。この据込鍛造金型を用いて据込鍛造されたビレットの端部は、テーパー形状に成形される。テーパー形状に成形されたビレットを縮径圧延すれば、端面の凹みが抑制される。端面の凹みが抑制されたビレットを用いて型鍛造すれば、型鍛造部材のまくれ込み疵の発生が抑制される。
【００３１】
好ましくは、上記据込鍛造機はさらに、第１及び第２拘束工具と、第１及び第２拘束工具支持機構とを備える。第１拘束工具は、据込鍛造時において、ビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレットの側面と接触する第１拘束面を含む。第２拘束工具は、据込鍛造時において、ビレットを挟んで第１拘束工具の反対側であって、且つ、据込鍛造時のビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレットの側面と接触する第２拘束面を含む。第１拘束工具支持機構は、第１拘束工具の第１拘束面と反対側に配置され、第１拘束工具を支持する。第２拘束工具支持機構は、第２拘束工具の第２拘束面と反対側に配置され、第２拘束工具を支持する。
【００３２】
ここで、ビレットの軸方向中央部とは、ビレットの軸方向において、ビレットの端からビレットの直径と同じ距離までの部分以外の部分をいう。
【００３３】
この場合、第１及び第２拘束工具が、据込鍛造中のビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレットの側面を拘束する。これにより、据込鍛造時において、ビレットが座屈するのを抑制できる。
【００３４】
好ましくは、上記据込鍛造機はさらに、第１及び第２弾性部材を備える。第１弾性部材は、第１拘束工具と第１拘束工具支持機構との間に配置される。第２弾性部材は、第２拘束工具と第２拘束工具支持機構との間に配置される。
【００３５】
ここでいう弾性部材とは、外力を加えられた場合にひずみが生じて変形するものの、外力が除去されたときには元の形状に戻る部材を意味する。弾性部材はたとえば、ばね及びゴム等である。
【００３６】
据込鍛造工程では、ビレットをビレットの軸方向に据込鍛造する。そのため、据込鍛造を実施すれば、ビレットの半径が増大する。拘束工具と拘束工具支持機構との間に配置された弾性部材は、ビレットの半径の増大に伴う拘束工具のビレットの径方向外向きの圧力を受けて収縮する。そのため、拘束工具のビレットの径方向への移動が許容される。これにより、据込鍛造後のビレットの径が制限されず、複数種類のサイズのビレットが製造可能である。さらに、収縮した弾性部材により、ビレットの径が増大した場合であっても、拘束工具はビレット側面を拘束している状態を維持できる。これにより、拘束工具のビレットの径方向への移動が許容される場合であっても、据込鍛造時におけるビレットの座屈の発生を抑制できる。
【００３７】
好ましくは、上記第１及び第２拘束工具の第１及び第２拘束面の、据込み鍛造時のビレットの軸方向に垂直な断面の形状は、弓状である。
【００３８】
ここで、弓状とは、一部又は全体が弧をなして曲がっている状態をいう。弓状はたとえば、楕円弧、円弧である。弓状は、複数の曲率を有した形状であってもよいし、中央部が曲率を有し、端部が直線状となっている形状でもよい。
【００３９】
拘束面の断面形状が弓状であれば、据込鍛造時におけるビレットの側面と拘束面との接触面積を大きくすることができる。このため、据込鍛造時において、第１及び第２拘束工具がビレットの形状を維持しつつ、ビレットを拘束しやすい。
【００４０】
好ましくは、上記据込鍛造機はさらに、スライド機構を備える。スライド機構は、第１及び第２拘束工具を、据込鍛造時のビレットの軸方向にスライド可能である。据込鍛造時において、据込駆動機構が第１据込鍛造金型をビレットの軸方向に駆動している間、第１及び第２拘束工具はスライド機構によりビレットの軸方向にスライドしながら、第１及び第２拘束面がビレットの軸方向中央部の側面との接触を維持する。
【００４１】
据込鍛造時のビレットの座屈は、ビレットの軸方向中央部を拘束することで効果的に抑制できる。据込鍛造時において、第１及び第２拘束工具はスライド機構によりビレットの軸方向にスライド可能な状態である。これにより、据込鍛造時においても、第１及び第２拘束工具とビレットの軸方向中央部の側面との接触が維持される。そのため、据込鍛造によってビレットの軸方向長さが大きく縮む場合であっても、ビレットの座屈を抑制しやすい。
【００４２】
上記スライド機構は無駆動であってもよい。
【００４３】
ここで、「無駆動」とは、モータ等の駆動源により直接的に、及び、減速機等の駆動源と連結する連結機構を介して、動力を与えられていない状態をいう。
【００４４】
第１及び第２拘束面はビレット側面を拘束する。そのため、第１及び第２拘束面とビレット側面とは互いに強い面圧を受けながら接触する。したがって、据込鍛造に伴うビレットの軸方向長さの収縮によって、第１及び第２拘束面とビレット側面との接触点が移動する場合、第１及び第２拘束面はビレットの側面との摩擦を受ける。スライド機構により第１及び第２拘束工具がスライド可能であれば、第１及び第２拘束工具は、拘束面とビレットの側面との摩擦により無駆動でスライドする。この場合、モータ等の駆動源により第１及び第２拘束工具を据込鍛造時のビレットの軸方向にスライドさせなくてもよい。
【００４５】
本実施形態のビレットの製造方法は、上記据込鍛造機を用いたビレットの製造方法である。本実施形態のビレットの製造方法は、支持工程と、据込鍛造工程とを備える。支持工程では、加熱された円柱状のビレットを、ビレットの軸方向を水平に支持する。据込鍛造工程では、据込駆動機構により第１据込鍛造金型をビレットの軸方向に駆動してビレットに対して据込鍛造を実施し、ビレットの端部をテーパー形状にする。
【００４６】
上記据込鍛造機を用いてビレットを据込鍛造すれば、端部がテーパー形状に成形されたビレットが製造できる。このビレットを縮径圧延すれば、端面の凹みが抑制されたビレットが製造できる。そのため、型鍛造時において鍛造欠陥（まくれ込み疵）の発生を抑制できる。
【００４７】
以下、本発明の実施形態による据込鍛造機及びその据込鍛造機を用いたビレットの製造方法について詳細に説明する。
【００４８】
［第１の実施形態］
図１０は、本実施形態の据込鍛造機が用いられる型鍛造部材の製造設備のレイアウト図の一例である。本実施形態の据込鍛造機が用いられる型鍛造部材の製造設備のレイアウトは、図１０に限られないが、図１０を参照して、型鍛造部材の製造設備は、加熱炉２と、据込鍛造機３と、傾斜圧延機４と、型鍛造機５とを備える。加熱炉２と据込鍛造機３との間、据込鍛造機３と傾斜圧延機４との間、傾斜圧延機４と型鍛造機５との間には、それぞれ搬送機構６が配置される。搬送機構６は、加熱炉２から抽出されたビレット１を据込鍛造機３に搬送したり、据込鍛造機３で据込鍛造されたビレット１を傾斜圧延機４に搬送したり、傾斜圧延機４で縮径圧延されたビレット１を型鍛造機５に搬送したりする。搬送機構６はたとえば、搬送ローラー、チェーン式コンベア、ロボットアーム等である。
【００４９】
［加熱炉］
加熱炉２はビレット１を所定の温度に加熱する。加熱炉２は周知のものでよい。加熱炉２はたとえば、ウォーキングビーム式の連続式加熱炉であってもよいし、ロータリーハース式の連続式加熱炉であってもよい。
【００５０】
［傾斜圧延機］
傾斜圧延機４は据込鍛造機３の下流に配置される。図１１は、傾斜圧延機４を出側から見た斜視図である。図１１を参照して、傾斜圧延機４は３つの傾斜ロール４０を含む。３つの傾斜ロール４０は、パスラインＬまわりに等間隔に配置される。図１２は、傾斜圧延機４を入側から見た正面図である。図１１及び図１２では、３つの傾斜ロール４０がパスラインＬまわりに等間隔（１２０°ごと）に配置される。
【００５１】
３つの傾斜ロール４０は、図示しないモーターに取り付けられている。３つの傾斜ロール４０は、モーターにより同一方向に回転して、ビレット１を縮径圧延して所望の外径に調整する。
【００５２】
図１３は、傾斜圧延機４の側面図である。図１４は、図１２中の線分Ｉ−Ｉでの傾斜ロール４０の断面及びビレット１を示す一部断面図である。図１３を参照して、各傾斜ロール４０は、パスラインＬに対して角度α１°傾斜して配置される。さらに、図１４を参照して、各傾斜ロール４０はパスラインＬに対して角度β１°交叉して配置される。ビレット１は、傾斜角α１及び交叉角β１に応じた螺旋回転をしながら縮径圧延され、所望の外径に調整される。
【００５３】
図１４に示す各傾斜ロール４０とパスラインＬとの最短距離Ｄを調整することにより、傾斜圧延機４は、ビレット１の外径を自由に調整できる。そのため、傾斜圧延機４では、分塊圧延機のように、ビレット１の外径に応じてロール組替えを実施する必要が無い。つまり、傾斜圧延機４は、ロール組替えをすることなくビレット１を種々の外径に調整できる。
【００５４】
図１１〜図１４では、各傾斜ロール４０の外径は、傾斜圧延機４の入側から出側に向かって大きくなる。しかしながら、各傾斜ロール４０の形状は、これに限定されない。たとえば、傾斜ロール４０の長手方向中央付近で、外径が最も大きくなる、いわゆる樽型ロールを用いてもよい。
【００５５】
［据込鍛造機］
据込鍛造機３は加熱炉２と傾斜圧延機４との間に配置される。図１５は本実施形態の据込鍛造機３の側面図である。図１５では、据込鍛造機３の一部を断面図（ハッチング部分）で示す。図１５を参照して、据込鍛造機３は、第１据込鍛造金型３１と、第２据込鍛造金型３２と、据込駆動機構３３とを備える。据込鍛造機３は、ビレット１をビレット１の軸方向に据込鍛造する。
【００５６】
ビレット１は、第１端面１０と、第１端面１０と反対側の第２端面１１と、第１端面１０と第２端面１１との間の側面１２とを含む。
【００５７】
第１据込鍛造金型３１及び第２据込鍛造金型３２は、ビレット１の端部を据込鍛造する。図１５を参照して、第１据込鍛造金型３１と第２据込鍛造金型３２とは、水平方向に配列される。第１据込鍛造金型３１と、第２据込鍛造金型３２とは、後述するテーパー穴３１０及び３２０とが互いに対向する向きで配置される。第１据込鍛造金型３１及び第２据込鍛造金型３２は、据込鍛造時のビレット１の中心軸の延長線上に配置される。据込鍛造時には、第１鍛造金型３１と第２据込鍛造金型３２との間にビレット１が配置される。
【００５８】
ここで、第１据込鍛造金型３１と第２据込鍛造金型３２とが水平方向に配列されるとは、第１据込鍛造金型３１と第２据込鍛造金型３２とが重力と直角に交わる方向に配列される場合のみに限定されず、第１据込鍛造金型３１と第２据込鍛造金型３２とが重力と直角に交わる方向から３０°以下の範囲でずれて配列されている場合を含む。
【００５９】
［第１及び第２据込鍛造金型］
図１６は、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面図である。図１６を参照して、第１据込鍛造金型３１は、第１ビレット対向面３１１と、第１裏面３１２とを含む。第１ビレット対向面３１１は、据込鍛造時のビレット１の第１端面１０に対向する第１テーパー穴３１０を含む。第１裏面３１２は、第１ビレット対向面３１１と反対側に配置される。第２据込鍛造金型３２は、第２ビレット対向面３２１と、第２裏面３２２とを含む。第２ビレット対向面３２１は、据込鍛造時のビレット１の第２端面１１に対向する第２テーパー穴３２０を含む。第２裏面３２２は、第２ビレット対向面３２１と反対側に配置される。
【００６０】
［第１及び第２据込鍛造孔型のテーパー穴について］
図１６を参照して、第１テーパー穴３１０は、第１内周面３１３を含む。第１テーパー穴３１０の中心軸を含む、第１据込鍛造金型３１の断面（たとえば、図１６）における第１内周面３１３の幅は、第１ビレット対向面３１１から第１裏面３１２に向かって減少する。第２テーパー穴３２０は、第２内周面３２３を含む。第２テーパー穴３２０の中心軸を含む、第２据込鍛造金型３２の断面（たとえば、図１６）における第２内周面３２３の幅は、第２ビレット対向面３２１から第２裏面３２２に向かって減少する。
【００６１】
ここで、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸とは、第１及び第２内周面３１３、３２３の、据込鍛造時のビレット１の軸方向と直交する断面における重心を、第１及び第２ビレット対向面３１１、３２１から第１及び第２裏面３１２、３２２に向かって結んだ線分である。
【００６２】
図１７は、据込鍛造時のビレット１の軸方向から見た第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の正面図である。図１７を参照して、第１テーパー穴３１０は、据込鍛造時のビレット１の軸方向と直交する断面の形状がたとえば円状である第１内周面３１３を有する。第２テーパー穴３２０は、据込鍛造時のビレット１の軸方向と直交する断面の形状がたとえば円状である第２内周面３２３を有する。図１７では、第１及び第２内周面３１３、３２３の、断面の形状は円状である。しかしながら、第１及び第２内周面３１３、３２３の据込鍛造時のビレット１の軸方向と直交する断面の形状は円状に限られない。第１及び第２内周面３１３、３２３の断面の形状は、据込鍛造時のビレット１の軸方向と直交する断面において、第１及び第２内周面３１３、３２３上の任意の２点と重心を通る線分において、最大長さを有する線分（たとえば、長軸又は直径）の長さと、最少長さを有する線分（たとえば、短軸又は直径）の長さとの比が２０％以下の範囲で異なっている場合を含む。第１及び第２内周面３１３、３２３の据込鍛造時のビレット１の軸方向と直交する断面の形状はたとえば、楕円や多角形でもよい。
【００６３】
上述のとおり、テーパー形状とは、ビレット１の第１及び第２端面１０、１１に向かって、ビレット１の中心軸を含む断面におけるビレット１の幅が連続的又は断続的に減少する形状、又は、第１及び第２ビレット対向面３１１、３２１から第１及び第２裏面３１２、３２２に向かって、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面における第１及び第２内周面３１３、３２３の幅が連続的又は断続的に減少する形状をいう。上記幅が減少する割合は、一定でもよいし一定でなくてもよい。たとえば、ビレット１の第１及び第２端面１０、１１に向かって、又は、第１及び第２ビレット対向面３１１、３２１から第１及び第２裏面３１２、３２２に向かって、ビレット１の中心軸を含む断面におけるビレット１の幅又は第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面における第１及び第２内周面３１３、３２３の幅が不連続に減少する形状（たとえば階段状）も、テーパー形状に含まれる。テーパー形状とはたとえば、ビレット１の端が凸になる円錐であってもよい。
【００６４】
第１ビレット対向面３１１は第２ビレット対向面３２１に対応し、第１裏面３１２は第２裏面３２２に対応し、第１内周面３１３は第２内周面３２３に対応する。したがって、以降の説明では、第１テーパー穴３１０の各構成について説明して、第２テーパー穴３２０の各構成の説明の代替とする。
【００６５】
第１テーパー穴３１０の中心軸を含む断面（図１６）において、第１内周面３１３の幅は、第１ビレット対向面３１１から第１裏面３１２にむかって減少する。図１６において、第１内周面３１３は直線である。第１内周面３１３の面積は第１ビレット対向面３１１から第１裏面３１２に向かって連続的に減少する。
【００６６】
図１６では、第１テーパー穴３１０は、第１ビレット対向面３１１から第１裏面３１２まで貫通している。しかしながら、第１テーパー穴３１０は第１ビレット対向面３１１から第１裏面３１２まで貫通しなくてもよい。
【００６７】
図１８は、図１６とは異なる他の実施形態による、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面図である。図１８を参照して、第１据込鍛造金型３１は、第１テーパー穴３１０の穴底部３１４を含む。図１８を参照して、第２据込鍛造金型３２は、第２テーパー穴３２０の穴底部３２４を含む。図１８に示すとおり、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０は、第１又は第２ビレット対向面３１１又は３２１から、第１又は第２裏面３１２又は３２２まで貫通せず、穴底部３１４又は３２４を備えてもよい。
【００６８】
第１テーパー穴３１０の中心軸を含む断面（図１６及び図１８）において、第１内周面３１３は直線であった。しかしながら、第１テーパー穴３１０の中心軸を含む断面（図１６及び図１８）における、第１内周面３１３は、直線でなくてもよい。
【００６９】
図１９は、図１６及び図１８とは異なる他の実施形態による、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面図である。図１９では、第１内周面３１３が直線ではなく、屈曲している。第１内周面３１３の幅は、第１ビレット対向面３１１から第１裏面３１２に向かって途中まで連続的に減少するが、その後は減少せず一定となる。
【００７０】
図２０は、図１６、図１８及び図１９とは異なる他の実施形態による、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面図である。図２０において、第１内周面３１３は直線ではなく、第１テーパー穴３１０の外に向かって湾曲している。
【００７１】
第１テーパー穴３１０の形状は図１６〜図２０に限定されない。第１テーパー穴３１０の形状はたとえば、第１内周面３１３が第１テーパー穴３１０の内に向かって湾曲してもよく、第１内周面３１３が階段状であってもよい。また、縮径圧延後のビレット１の第１及び第２端面１０、１１の凹みの度合いに応じて、第１及び第２テーパー穴３１０、３２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２の断面における第１内周面３１３の傾きを大きくしても良い。第１テーパー穴３１０の形状は、据込鍛造後のビレット１の端部において、ビレット１の中央部が凸になる範囲で適宜調整できる。
【００７２】
第２据込鍛造金型３２が有する第２テーパー穴３２０の形状は、第１テーパー穴３１０と同じでもよいし異なってもよい。第１テーパー穴３１０と第２テーパー穴３２０とが同じ形状の場合、ビレット１の第１端面１０と第２端面１１とにかかる負荷が同じになる。そのため、ビレット１全体にわたって均一に鍛造による応力を付与できる。一方で、たとえば、縮径圧延後に、ビレット１の第１端面１０と第２端面１１とで、凹みの程度が異なる場合、第１テーパー穴３１０の形状と第２テーパー穴３２０の形状とを変えてもよい。
【００７３】
据込鍛造時に、ビレット１の第１端面１０は、第１テーパー穴３１０の形状に沿って変形し、第１テーパー穴３１０の形状に成形される。ビレット１の第２端面１１は、第２テーパー穴３２０の形状に沿って変形し、第２テーパー穴３２０の形状に成形される。したがって、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２を使用してビレット１を据込鍛造した場合、据込鍛造後のビレット１の第１及び第２端面１０、１１の面積は、ビレット１の他の部分の断面積よりも小さくなる。そして、ビレット１の端部は、第１又は第２端面１０又は１１に向かって断面積が小さくなる。また、据込鍛造後のビレット１の端部の形状は、第１又は第２内周面３１３又は３２３と同じ傾斜をもつ形状（テーパー形状）になる。
【００７４】
据込鍛造機３を用いた据込鍛造によりビレット１の端部をテーパー形状にすれば、その後に傾斜圧延機４によりビレット１を縮径圧延しても、縮径圧延後のビレット１の第１及び第２端面１０、１１の凹みが抑制される。すなわち、図５を参照して、ビレット１の端部において、縮径圧延前は、ビレット１の端部において、ビレット１の中央部が凸のテーパー形状である。そのため、縮径圧延によってビレット１の表層部分がビレット１の中央部よりも延伸しても、図６に示すように、縮径圧延後のビレット１の第１及び第２端面１０、１１の凹みが抑制される。図７〜図９を参照して、第１及び第２端面１０、１１の凹みが抑制されたビレット１を型鍛造すれば、図７〜図９へと型鍛造が進んでも、まくれ込み疵の発生を抑制できる。
【００７５】
［据込駆動機構３３］
据込駆動機構３３は、第１据込鍛造金型３１を、据込鍛造時のビレット１の軸方向に駆動可能である。図１５を参照して、据込鍛造時には、据込駆動機構３３により、第１据込鍛造金型３１が図中矢印で示す方向に駆動する。そして、第１据込鍛造金型３１を第２の据込鍛造金型３２へ相対的に近づける。これにより、ビレット１の端部が据込鍛造される。
【００７６】
図１５では、据込駆動機構３３は、第１据込鍛造金型３１を駆動する。しかしながら、据込駆動機構は、第１据込鍛造金型３１に替えて、第２据込鍛造金型３２を駆動してもよい。据込駆動機構３３はさらに、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２を、互いに近づけるように駆動してもよい。
【００７７】
図１５では、据込鍛造機３はその他に、第１及び第２据込鍛造金型３１、３２を固定するためのダイホルダ３４、ダイホルダ３４を一定軸上に移動させるためのガイドポスト３５を備える。しかしながら、据込鍛造機３の他の構成はこれに限られない。第１及び第２の据込鍛造金型３１及び３２が、据込鍛造時のビレット１の中心軸の延長線上に配置されれば良く、据込鍛造機３の他の構成は、いわゆるＣフレームや、一体型ストレートサイドフレームであってもよい。
【００７８】
図１５ではさらに、据込鍛造機３は、ビレット１を支持する支持機構３６を備える。図１５では、支持機構３６は、ビレット１を下方から支持する支持架台である。しかしながら、支持機構３６は図１５に示す構成に限定されない。支持機構３６はたとえばロボットアームであり、ビレット１の一部を把持する機構であってもよい。支持機構３６はまた、チェーン等による吊り下げであってもよい。支持機構３６は、据込鍛造が開始されるまでの間、ビレット１を支持できる機構であれば、その構成は特に限定されない。また、支持機構３６は、据込鍛造に伴うビレット１の軸方向長さの収縮に伴って、移動してもよい。
【００７９】
図２１は、図１５の据込鍛造機を用いて据込鍛造した場合の、据込鍛造中の据込鍛造機３の側面図である。図２１も図１５と同様に、据込鍛造機３の一部を断面図で示す。図２１を参照して、据込鍛造時には、据込駆動機構３３により、第１据込鍛造金型３１が図中矢印で示す方向に駆動する。そして、第１据込鍛造金型３１を第２の据込鍛造金型３２へ相対的に近づける。これにより、ビレット１の端部が据込鍛造される。
【００８０】
以下、据込鍛造機３を用いたビレット１の製造方法について詳述する。以下の実施形態では、型鍛造部材の一例としてクランクシャフトを想定して説明する。しかしながら、型鍛造部材はクランクシャフトに限定されない。型鍛造部材は、型を用いて熱間鍛造されて製造される部材であれば、形状や用途は特に限定されない。
【００８１】
［ビレットの製造方法］
ビレット１の製造方法は、ビレット支持工程と、据込鍛造工程とを備える。以下、各工程について説明する。
【００８２】
［ビレット支持工程］
支持工程では、初めに、周知の加熱炉２を用いて、ビレット１を所定の温度に加熱する。ビレット１を加熱した後、加熱炉２から抽出する。次に、加熱炉２から抽出されたビレット１を、ビレット１の軸方向を水平に支持する。ここで、水平とは、重力と直角に交わる方向にのみに限定されず、重力と直角に交わる方向から３０°以下の範囲でずれている場合を含む。
【００８３】
ビレット１は、第１据込鍛造金型３１と第２据込鍛造金型３２との間に支持される。支持する方法は特に限定されない。図１５及び図２１に示すように、支持機構３６を用いて支持してもよいし、ロボットアームやチェーンによる吊り下げによって支持してもよい。
【００８４】
［据込鍛造工程］
据込鍛造工程では、据込駆動機構３３で第１据込鍛造金型３１をビレット１の軸方向に駆動する。そして、第１据込鍛造金型３１を相対的に第２据込鍛造金型３２に近づける。第１及び第２据込鍛造金型３１、３２はテーパー穴３１０及び３２０を含むため、ビレット１の端部は、テーパー穴３１０及びテーパー穴３２０の形状に変形する。そのため、ビレット１の端部がテーパー形状に成形される。
【００８５】
以上の工程により、縮径圧延する場合であっても、型鍛造時のまくれ込み疵の発生を抑制できる、ビレット１が製造できる。
【００８６】
図２２は、本実施形態の据込鍛造機を用いて製造されたビレット１を用いて製造された型鍛造部材の一例であるクランクシャフトの側面図である。図２２において、クランクシャフト７はジャーナル部７１、ピン部７２、フロント部７３、及び、ジャーナル部７１とピン部７２とをつなぐクランクアーム部７４とを備える。図２２のクランクシャフト７は、次の方法で製造される。上述の製造方法によって製造されたビレット１を、縮径圧延しさらに、型鍛造機５で型鍛造する。型鍛造は、荒打ち及び仕上げ打ちを備えてもよい。図２３は、型鍛造工程における、仕上げ打ち終了後を示す図である。型鍛造後に、型鍛造で発生したバリ８を刃物型によって打ち抜き除去する。
【００８７】
以上の工程により、縮径圧延する場合であっても、型鍛造時のまくれ込み疵の発生を抑制しつつ、型鍛造部材（たとえばクランクシャフト７）を製造できる。
【００８８】
［第２の実施形態］
図２４は、図１５及び図２１とは異なる、第２の実施形態による据込鍛造機３の側面図である。図２４では、据込鍛造機３の一部を断面図（ハッチング部分）で示す。図２４を参照して、据込鍛造機３は、第１据込鍛造金型３１、第２据込鍛造金型３２及び据込駆動機構３３に加え、第１及び第２拘束工具９１、９２と、第１及び第２拘束工具支持機構９３、９４と、第１及び第２弾性部材９５、９６とを新たに備える。
【００８９】
第１拘束工具９１は、据込鍛造時において、ビレット１の軸方向中央部の軸周りに配置される。第２拘束工具９２は、据込鍛造時において、ビレット１を挟んで第１拘束工具９１の反対側であって、且つ、据込鍛造時のビレット１の軸方向中央部の軸周りに配置される。
【００９０】
［第１及び第２の拘束工具］
図２５は、据込鍛造機３が第１及び第２の拘束工具９１、９２を備える場合において、据込鍛造時のビレット１の軸方向から見たビレット１の軸方向中央部及び第１及び第２の拘束工具９１、９２の断面図である。図２５を参照して、第１及び第２拘束工具９１、９２は、ビレット１の側面１２と接触する第１及び第２拘束面９１０及び９２０を含む。
【００９１】
ビレット１を据込鍛造する場合、ビレット１が座屈する場合がある。第１及び第２拘束工具９１、９２は、ビレット１の軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレット１の側面１２を拘束する。これにより、据込鍛造時のビレット１の座屈を抑制できる。
【００９２】
図２４及び図２５では、第１拘束工具９１がビレット１の上方に配置され、第２拘束工具９２がビレット１の下方に配置されている。しかしながら、第１及び第２拘束工具９１、９２の配置は逆でもよく、また、第１及び第２拘束工具９１、９２は上下方向に配置されなくてもよい。第１及び第２拘束工具９１、９２は、ビレット１を挟んで対向して配置されていればよい。
【００９３】
図２６は、図２４及び図２５とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレット１の軸方向から見た、ビレット１の軸方向中央部及び第１及び第２の拘束工具９１、９２の断面図である。図２６を参照して、第１及び第２の拘束工具９１、９２は、水平方向に配置される。第１及び第２の拘束工具９１、９２の配列方向は、図２４〜図２６に限定されない。第１及び第２の拘束工具９１、９２の配列方向はビレット１を挟んで直線上に配置されればよく、たとえば、垂直方向に対して０〜４５°傾いてもよい。
【００９４】
［第１及び第２の拘束工具の断面形状］
好ましくは、図２５及び図２６において示すとおり、第１及び第２の拘束面９１０、９２０の据込鍛造時のビレット１の軸方向から見た断面の形状は弓状である。第１及び第２の拘束面９１０、９２０の断面形状が弓状であれば、据込鍛造時におけるビレット１と第１及び第２の拘束面９１０、９２０との接触面積を大きくすることができる。このため、据込鍛造時において、第１及び第２拘束工具９１、９２がビレット１の形状を維持しつつ、ビレットを拘束しやすい。そのため、より効率的にビレット１の座屈を抑制できる。ここで、弓状とは、一部又は全体が弧をなして曲がっている状態をいう。弓状はたとえば、楕円弧、円弧である。弓状は、複数の曲率を有した形状であってもよいし、中央部が曲率を有し、端部が直線状となっている形状でもよい。
【００９５】
しかしながら、第１及び第２の拘束面９１０、９２０の断面形状は弓状に限定されない。図２７は、図２５及び図２６とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレット１の軸方向から見たビレット１の軸方向中央部及び第１及び第２の拘束工具９１、９２の断面図である。図２７を参照して、第１及び第２の拘束面９１０、９２０のビレット１の軸方向から見た断面の形状はビレット１の半径方向外向きに凸のＶ字状でもよい。他には、第１及び第２の拘束面９１０、９２０の断面形状は円弧及び台形であってもよい。第１及び第２拘束面９１０、９２０の断面形状は、ビレット１の座屈を抑制できる範囲で適宜調整できる。
【００９６】
図２５〜図２７において、ビレット１の軸周りには第１及び第２の拘束工具９１、９２の２つが配置される。しかしながら、さらに拘束工具が配置されてもよい。たとえば、ビレット１の軸周りに第１及び第２の拘束工具９１、９２に加え、さらに第３及び第４の拘束工具を配置する。この場合、ビレット１の軸周りには第１〜第４の拘束工具４つが配置される。ビレット１の軸周りに配置される拘束工具の数は適宜設定できる。また、据込鍛造機３はビレット１の軸方向中央部の異なる位置に、さらに拘束工具を備えてもよい。たとえば、第１及び第２拘束工具９１、９２に加え、ビレット１の軸方向において、第１及び第２拘束工具９１、９２とビレット１の第１及び第２端面１０、１１との間に、さらに第３及び第４の拘束工具を配置する。この場合、さらに座屈を抑制できる。ビレット１の軸方向における、拘束工具の個数は適宜設定できる。
【００９７】
［弾性部材］
図２５を参照して、第１弾性部材９５は、第１拘束工具９１と第１拘束工具支持機構９３との間に配置される。第２弾性部材９６は、第２拘束工具９２と第２拘束工具支持機構９４との間に配置される。ここでいう弾性部材とは、外力を加えられた場合にひずみが生じて変形するものの、外力が除去されたときには元の形状に戻る部材を意味する。弾性部材はたとえば、ばね及びゴム等である。
【００９８】
上述の据込鍛造工程では、ビレット１を軸方向に据込鍛造する。そのため、据込鍛造を実施すれば、ビレット１の半径が拡大する。図２８は、据込鍛造機３が第１及び第２の拘束工具９１、９２を備える場合における、据込鍛造後の、据込鍛造時のビレット１の軸方向から見たビレット１の軸方向中央部及び第１及び第２の拘束工具９１、９２の断面図である。図２５及び図２８を参照して、据込鍛造前のビレット１の半径はＲ０であり、据込鍛造後はビレット１の半径が拡大して半径Ｒ１となる。
【００９９】
ビレット１の半径が拡大すれば、第１及び第２の拘束工具９１、９２に、ビレット１の径方向の外向きの圧力が加わる。第１及び第２の弾性部材９５、９６は、この圧力を受けて収縮する。そのため、第１及び第２の拘束工具９１、９２のビレット１の径方向への移動が許容される。これにより、据込鍛造後のビレット１の径が制限されず、複数種類のサイズのビレットが製造可能である。
【０１００】
収縮した第１及び第２の弾性部材９５、９６により、ビレット１の半径が拡大した場合であっても、第１及び第２の拘束工具９１、９２がビレット１の側面１２を拘束している状態が維持される。これにより、第１及び第２の拘束工具９１、９２のビレット１の径方向への移動が許容される場合であっても、ビレット１の座屈が抑制できる。
【０１０１】
ビレット１の座屈を抑制するために、たとえば、ビレット１の側面１２を移動不可能な型枠等によって完全に拘束することもできる。これにより、ビレット１の座屈を抑制できる。しかしながら、この場合、据込鍛造後のビレット１の半径の種類が、型枠の内径によって制限される。一方、本実施形態では、ビレット１の半径方向に移動可能な第１及び第２拘束工具９１、９２でビレット１の側面１２を拘束する。そのため、据込鍛造時のビレット１の半径の拡大が許容される。本実施形態ではさらに、第１及び第２の弾性部材９５、９６があることにより、ビレット１の半径が拡大した場合であっても、第１及び第２の拘束工具９１、９２がビレット１の側面１２を拘束している状態を維持する。そのため、本実施形態の据込鍛造機３では、据込鍛造時のビレット１の座屈を抑制し、さらに、複数種類のサイズのビレット１が製造できる。
【０１０２】
図２５、図２６及び図２８において、第１及び第２の弾性部材９５、９６の数はそれぞれ４つである。しかしながら、第１及び第２の弾性部材９５、９６の数は特に限定されない。第１及び第２の弾性部材９５、９６の数はそれぞれ１つでもよい。弾性部材の数、大きさ及び材質等は適宜選択できる。
【０１０３】
［拘束工具支持機構］
第１拘束工具支持機構９３は、第１拘束工具９１の第１拘束面９１０と反対側に配置され、第１拘束工具９１を支持する。第２拘束工具支持機構９４は、第２拘束工具９２の第２拘束面９２０と反対側に配置され、第２拘束工具９２を支持する。
【０１０４】
図２４において、第１拘束工具支持機構９３は、拘束工具支持部材９３０とそれに取り付けられたシリンダ９３１とを備える。第２拘束工具支持機構９４は、拘束工具支持部材９４０及びその直下に拘束工具支持架台９４１を備える。第１拘束工具９１は、シリンダ９３１により垂直方向に移動可能である。これにより第１拘束工具９１と第２拘束工具９２との距離を広げ、据込鍛造前後において、ビレット１を据込鍛造機３内から容易に出し入れできる。
【０１０５】
図２４、図２５及び図２８において、第１拘束工具支持機構９３は、拘束工具支持部材９３０とそれに取り付けられたシリンダ９３１とを備える。第２拘束工具支持機構９４は、拘束工具支持部材９４０及びその直下に拘束工具支持架台９４１を備える。しかしながら、第１及び第２拘束工具９１及び９２を支持する方法は、この方法に限定されない。第１及び第２拘束工具支持機構９３及び９４は、第１及び第２拘束工具９１及び９２を支持できる範囲で適宜選択できる。
【０１０６】
［第３の実施形態］
据込鍛造機３が第１及び第２拘束工具９１、９２を備える場合、据込鍛造機３はさらに、スライド機構９７、９８を備えることが好ましい。図２９は、図１５、図２１及び図２４とは異なる、第３の実施形態による据込鍛造機３の側面図である。図２９では、据込鍛造機３の一部を断面図（ハッチング部分）で示す。図２９を参照して、据込鍛造機３は、シリンダ９３１に取り付け可能な、スライド機構９７を備える。据込鍛造機３は、拘束工具支持架台９４１の直下にさらにスライド機構９８を備える。スライド機構９７は、シリンダ９３１に取り付けられており、シリンダ９３１を据込鍛造時のビレット１の軸方向にスライド可能である。スライド機構９７は、シリンダ９３１をスライドさせることにより、その下に取り付けられた第１拘束工具９１を据込鍛造時のビレット１の軸方向にスライドさせる。スライド機構９８は、拘束工具支持架台９４１を据込鍛造時のビレット１の軸方向にスライド可能である。スライド機構９８は、拘束工具支持架台９４１をスライドさせることにより、その上に取り付けられた第２拘束工具９２を据込鍛造時のビレット１の軸方向にスライドさせる。
【０１０７】
スライド機構９７及び９８は、第１及び第２拘束工具９１、９２を、据込鍛造時のビレット１の軸方向にスライドさせる。据込鍛造時において、据込駆動機構３３が第１据込鍛造金型３１をビレット１の軸方向に駆動させている間、第１及び第２拘束工具９１、９２はスライド機構９７、９８によりビレット１の軸方向にスライドしながら、第１及び第２拘束面９１０、９２０とビレット１の軸方向中央部の側面１２との接触を維持する。
【０１０８】
図３０は、図２９の据込鍛造機３を用いて据込鍛造した場合の、据込鍛造時の据込鍛造機３の側面図である。図３０では、据込鍛造機３の一部を断面図（ハッチング部分）で示す。図３０を参照して、据込鍛造時には、スライド機構９７、９８により、第１及び第２拘束工具９１、９２が図３０中の矢印の方向に移動する。これにより、第１及び第２拘束面９１０、９２０と、ビレット１の軸方向中央部の側面１２との接触が維持される。
【０１０９】
据込鍛造時のビレット１の座屈は、ビレット１の軸方向中央部を拘束することで効果的に抑制できる。据込鍛造時に、第１及び第２拘束工具９１及び９２とビレット１の軸方向中央部の側面１２との接触が維持されれば、据込鍛造によってビレット１の軸方向長さが大きく縮む場合であっても、ビレット１の座屈が抑制しやすい。
【０１１０】
スライド機構９７及び９８は無駆動であってもよい。ここで、「無駆動」とは、モータ等の駆動源により直接的に、及び、減速機等の駆動源と連結する連結機構を介して、動力を与えられていない状態をいう。第１及び第２拘束面９１０、９２０はビレット１の側面１２を拘束する。そのため、第１及び第２拘束面９１０、９２０とビレット１の側面１２とは互いに強い面圧を受けながら接触する。したがって、据込鍛造に伴うビレット１の軸方向長さの収縮によって、第１及び第２拘束面９１０、９２０とビレット１の側面１２との接触点が移動する場合、第１及び第２拘束面９１０、９２０はビレット１の側面１２との摩擦を受ける。スライド機構により第１及び第２拘束工具９１、９２がスライド可能であれば、第１及び第２拘束工具９１、９２は、第１及び第２拘束面９１０、９２０とビレット１の側面１２との摩擦により無駆動でスライドする。この場合、モータ等の駆動源により第１及び第２拘束工具９１、９２を据込鍛造時のビレット１の軸方向にスライドさせなくてもよい。
【０１１１】
上記第３の実施例では、スライド機構９７はシリンダ９３１に取り付けられており、スライド機構９８は拘束工具支持部材９４１に取り付けられていた。しかしながら、スライド機構９７及び９８の配置方法はこれに限定されない。スライド機構９７、９８の配置方法は第１及び第２拘束工具９１、９２をスライド可能な範囲で適宜選択される。
【０１１２】
［第４の実施形態］
上述の第１及び第２拘束工具９１、９２を備える第２及び第３の実施形態において、第１及び第２の弾性部材９５、９６は無くてもよい。図３１は、図２４〜３０とは異なる、第４の実施形態による、据込鍛造時のビレット１の軸方向から見た、ビレット１の軸方向中央部及び第１及び第２拘束工具９１、９２の断面図である。図３１を参照して、第１及び第２拘束工具９１、９２は、拘束工具支持部材９３０、９４０に直接取り付けられている。この場合であっても、第１及び第２拘束工具の拘束面９１０、９２０は、据込鍛造時のビレット１の側面１２を拘束する。そのため、据込鍛造時において、ビレット１の座屈を抑制できる。
【０１１３】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１              ビレット
１０、１１      ビレットの端面
１２            ビレットの側面
３              据込鍛造機
３１、３２      据込鍛造金型
３１０、３２０  テーパー穴
３１１、３２１  据込鍛造金型のビレット対向面
３１２、３２２  据込鍛造金型の裏面
３１３、３２３  テーパー穴の内周面
３３            据込駆動機構
９１、９２      拘束工具
９１０、９２０  拘束工具の拘束面
９３、９４      拘束工具支持機構
９５、９６      弾性部材
９７、９８      スライド機構
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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