(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１挟持体と第２挟持体とにより被加工素材を挟持する挟持機構を有し、被加工素材を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施す回転塑性加工装置において、
前記第１挟持体に対して、前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を発生させる発生部と、
第１弾性体と、を有し、
前記発生部によって発生した前記プリテンション力が前記第１弾性体を介して前記第１挟持体に伝わって前記第１挟持体を前記被加工素材に押し付ける回転塑性加工装置。
【請求項２】
前記第１弾性体の変形量に基づいて前記プリテンション力の大きさを検知する検知部を有する請求項１に記載の回転塑性加工装置。
【請求項３】
第１挟持体と第２挟持体とにより被加工素材を挟持する挟持機構を有し、被加工素材を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施す回転塑性加工装置において、
第１挟持体に対して、前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を発生させる発生部と、
第２弾性体と、を有し、
前記発生部によって発生した前記プリテンション力の反作用力が前記第２弾性体を介して前記第２挟持体に伝わって前記第２挟持体を前記被加工素材に押し付ける回転塑性加工装置。
【請求項４】
前記第２弾性体の変形量に基づいてプリテンション力の大きさを検知する検知部を有する請求項３に記載の回転塑性加工装置。
【請求項５】
第１挟持体と第２挟持体とにより被加工素材を挟持する挟持機構を有し、被加工素材を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施す回転塑性加工装置において、
前記主軸回転軸心周りに回転駆動される主軸部と、
前記主軸回転軸心周りに回転可能な心押し部とを有し、
前記第１挟持体は前記主軸部と前記心押し部のいずれか一方に設けられ、前記第２挟持体は前記主軸部と前記心押し部のうち前記第１挟持体が設けられない方に設けられ、
前記第１挟持体は、前記被加工素材に接触する第１マンドレルと、前記第１マンドレルに取り付けられ前記第２挟持体に挿入される挿入軸とを有し、
前記第２挟持体は前記被加工素材に接触する第２マンドレルを有し、プリテンション力発生部が設けられており、
前記プリテンション力発生部がネジ機構により前記プリテンション力を発生させるものであって、前記プリテンション力発生部は雄ネジと雌ネジのうちの一方を有し、前記挿入軸は雄ネジと雌ネジのうちの他方を有し、
前記プリテンション力発生部は、前記主軸回転軸心に沿う方向に移動可能なスリーブ部を有し、前記スリーブ部は雌ネジが形成された軸挿入穴を有し、前記挿入軸に雄ネジが形成されており、
前記スリーブ部が、前記挿入軸が前記第２マンドレルに挿入される際に前記主軸回転軸心に沿って前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう方向に移動し、前記挿入軸の前記雄ネジと前記軸挿入穴の前記雌ネジとが螺合する際に前記主軸回転軸心に沿って前記第２挟持体から前記第１挟持体に向かう方向に移動することで、前記プリテンション力発生部は、前記第１挟持体に対して前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を作用させる回転塑性加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１挟持体と第２挟持体とにより被加工素材を挟持する挟持機構を有し、被加工素材を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施す回転塑性加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる回転塑性加工装置は、被加工素材を挟持した挟持機構を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施すものである。塑性加工としては、表面が平面のローラを押し付けることによる増肉加工や、周状の凸部を有するローラによる溝入れ加工等がある。また、周方向に凸部と凹部が並んだギヤを押し付けて被加工素材の外周にギヤの歯を形成する加工もある。
【０００３】
このような回転塑性加工装置における被加工素材の挟持には、従来は心押し部の側に配置された油圧シリンダ等の機構が用いられていた。例えば特許文献１の装置においては、ワーク保持機構Ｈが、押圧部材５と、その押圧部材５を主軸１の回転軸心Ａ１方向（Ｚ方向）に沿って往復移動駆動するワーク保持用油圧シリンダ６とを備えて構成され、押圧部材５が素材支持部３に対向して位置するように配設されている。
【０００４】
押圧部材５は、主軸１の回転軸心Ａ１と同心で回転可能なようにベアリング（図示省略）等を介してワーク保持用油圧シリンダ６のシリンダロッドの先端に回転自在に支持されている。そして押圧部材５を素材支持部３に装着された円盤状素材Ｗに押し付けるようにワーク保持用油圧シリンダ６を作動させることにより、円盤状素材Ｗを素材支持部３と押圧部材５とにより挟持するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７９７９２号公報
【特許文献２】特開平３−６０８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２つの部材で被加工素材を挟持して回転させて塑性加工を施すと、被加工素材はその厚みを増そうとする。これにより被加工素材を挟持する部材を押し開こうとする力が、被加工素材から作用する。
【０００７】
例えば引用文献２の第１図（７−１）に示される第６金型装置では、上述した溝入れ加工が行われる。まず上型４４と下型４５とによって被加工素材であるつば付きカップ状体６４を挟持する。そしてこれらを中心線４６の周りに回転させ、転造ローラ９の環状凸部５３をつば部分６３の厚肉部６１の外周面に押し付ける。このとき厚肉部６１は環状凹部５１内に収まって、肉厚方向が拘束された状態にある。そして転造ローラ９が矢印E方向に移動し、転造ローラ９の環状凸部５３が厚肉部６１内に食い込む。その結果、つば部６３の外周に溝６５が形成される。その際、厚肉部６１の材料が環状凸部５３に押されて金型の環状凹部５１の内部に拡がり、環状凹部５１に合う形状に変化しつつ、上型４４と下型４５とを押し広げようとする。
【０００８】
加工品を金型通りの所定の形状に加工するためには、上型４４と下型４５とが所定の位置関係を保つよう、上型４４と下型４５とを大きな力で押し付け合う必要がある。その力の大きさは、金型の形状や被加工素材の材質にもよるが、時に約２０ｔ相当、すなわち約２００ｋＮにも達する場合がある。
【０００９】
そうすると、特許文献１の装置では、ワーク保持用油圧シリンダ６が押圧部材５を２００ｋＮの力で押すことになる。一方、ワーク保持用油圧シリンダ６を支持する構造体（図示なし）も２００ｋＮの力を受けることになるから、破損や撓みが起きないように構造体を堅牢にする必要がある。そして素材支持部３を支持する構造体も、同様に堅牢な構造にする必要がある。すなわち、装置全体として押圧の力に耐えられるよう堅牢に構成しなければならず、装置のコストが莫大なものとなる。
【００１０】
また、押圧部材５と素材支持部３は回転軸心の周りに回転可能とする必要があるが、主軸を駆動するモーターや、これらを支持するベアリングにも強い力がかかることになる。よって従来の装置では主軸の回転速度に変調を生じたりして、加工精度に悪影響を及ぼす場合があった。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで高い加工精度を有する回転塑性加工装置と、当該回転塑性加工装置における被加工素材の挟持方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、第１挟持体と第２挟持体とにより被加工素材を挟持する挟持機構を有し、被加工素材を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施す回転塑性加工装置において、
前記第２挟持体にプリテンション力発生部が設けられ、
前記プリテンション力発生部は、前記第１挟持体に対して前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を作用させる点にある。
【００１３】
上記の特徴構成によれば、挟持機構は、被加工素材を挟持する第１挟持体および第２挟持体を有し、第２挟持体にプリテンション力発生部が設けられ、プリテンション力発生部は、第１挟持体に対して第１挟持体から第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を作用させるから、挟持機構を支持する部材には被加工素材の挟持に係る大きな力が作用することを抑制できる。
【００１４】
説明すると、従来技術のように被加工素材の挟持力を発生させる機構が装置の筐体等に固定されていると、当該機構が力を発生させた際には、作用反作用の法則により同じ大きさで反対方向の力が当該筐体に作用してしまう。これに対して本発明は、第２挟持体の有するプリテンション力発生部が第１挟持体に対してプリテンション力を作用させる。すると、プリテンション力の反作用としての力（プリテンション反作用力）は、第２挟持体に対して作用する。そしてプリテンション力は第１挟持体から第２挟持体に向かう方向の力であるから、プリテンション反作用力は、方向が反対となり、第２挟持体から第１挟持体に向かう方向の力となる。
【００１５】
本発明は、プリテンション力とプリテンション反作用力とを被加工素材の挟持力として用い、これにより挟持機構を支持する部材に大きな力が作用することを抑制するものである。従って、装置全体の強度・堅牢度を従来装置よりも下げることができ、装置のコストを低減することができる。また、挟持機構を回転させる機構に対する負荷を軽減でき、高い加工精度を実現することができる。
【００１６】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記主軸回転軸心周りに回転駆動される主軸部と、前記主軸回転軸心周りに回転可能な心押し部とを有し、前記第１挟持体は前記主軸部と前記心押し部のいずれか一方に設けられ、前記第２挟持体は前記主軸部と前記心押し部のうち前記第１挟持体が設けられない方に設けられ、前記第１挟持体は、前記被加工素材に接触する第１マンドレルと、前記第１マンドレルに取り付けられ前記第２挟持体に挿入される挿入軸とを有し、前記第２挟持体は前記被加工素材に接触する第２マンドレルを有し、前記プリテンション力発生部は、前記第２マンドレルに取り付けられ、前記主軸回転軸心に沿って前記プリテンション力を前記挿入軸に作用させ、前記挿入軸に作用される前記プリテンション力が前記挿入軸から前記第１マンドレルに伝わって前記第１マンドレルを前記被加工素材に押し付け、かつ、前記プリテンション力の反作用として前記挿入軸が前記プリテンション力発生部に作用させるプリテンション反作用力が、前記プリテンション発生部から前記第２マンドレルに伝わって前記第２マンドレルを前記被加工素材に押し付ける点にある。
【００１７】
上記の特徴構成によれば、第１挟持体は、被加工素材に接触する第１マンドレルと、第１マンドレルに取り付けられ第２挟持体に挿入される挿入軸とを有し、第２挟持体は、被加工素材に接触する第２マンドレルと、第２マンドレルに取り付けられて主軸回転軸心に沿って第１挟持体から第２挟持体に向かう方向の力であるプリテンション力を挿入軸に作用させるプリテンション力発生部とを有し、挿入軸に作用されるプリテンション力が挿入軸から第１マンドレルに伝わって第１マンドレルを被加工素材に押し付け、かつ、プリテンション力の反作用として挿入軸がプリテンション力発生部に作用させるプリテンション反作用力が、プリテンション発生部から第２マンドレルに伝わって第２マンドレルを被加工素材に押し付けるから、主軸部と心押し部に被加工素材の挟持に係る大きな力が作用することを抑制できる。
【００１８】
詳しくは、第２挟持体の有するプリテンション力発生部が第１挟持体の有する挿入軸に対してプリテンション力を作用させる。すると、プリテンション力の反作用としての力（プリテンション反作用力）は、第２挟持体に対して作用する。そしてプリテンション力は主軸回転軸心に沿って第１挟持体から第２挟持体に向かう方向の力であるから、プリテンション反作用力は、方向が反対となり、第２挟持体から第１挟持体に向かう方向の力となる。
【００１９】
このプリテンション反作用力を第２マンドレルに伝えて第２マンドレルを被加工素材に押し付け、一方でプリテンション力は第１マンドレルに伝えて第１マンドレルを被加工素材に押し付け、もって被加工素材を挟持している。このように上記の特徴構成においては、プリテンション力とプリテンション反作用力とを被加工素材の挟持力として用い、これにより主軸部と心押し部に大きな力が作用することを抑制するものである。従って、主軸部と心押し部、さらにはそれらを支持駆動する装置全体の強度・堅牢度を従来装置よりも下げることができ、装置のコストを低減することができる。また、主軸部・心押し部の回転機構に対する負荷を軽減でき、高い加工精度を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記プリテンション力の大きさを検知するプリテンション力検知部と、前記プリテンション力検知部が検知する前記プリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となるように前記プリテンション力発生部を制御する制御部とを有する点にある。
【００２１】
上記の特徴構成によれば、プリテンション力の大きさを検知するプリテンション力検知部と、プリテンション力検知部が検知するプリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となるようにプリテンション力発生部を制御する制御部とを有するので、適切な大きさのプリテンション力を発生させて被加工素材を適切に挟持することができる。回転塑性加工装置においてプリテンション力の大きさは非常に大きいため、上記の特徴構成による制御が特に有効である。
【００２２】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記第１挟持体は、前記第１マンドレルと前記挿入軸との間に設けられる第１弾性体を有し、前記挿入軸に作用される前記プリテンション力が前記第１弾性体を介して前記第１マンドレルに伝わって前記第１マンドレルを前記被加工素材に押し付ける点にある。
【００２３】
上記の特徴構成によれば、第１挟持体は、第１マンドレルと挿入軸との間に設けられる第１弾性体を有し、挿入軸に作用されるプリテンション力が第１弾性体を介して第１マンドレルに伝わって第１マンドレルを被加工素材に押し付けるので、装置の運転中の振動や予期せぬ変位等を第１弾性体により吸収して、被加工素材をより適切に挟持することができる。また、第１挟持体を剛体で構成する場合に比べて挿入軸と第１マンドレルとの間の位置関係に自由度が生じることとなり、装置としての信頼度・安定性を高めることができる。
【００２４】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記プリテンション力の大きさを検知するプリテンション力検知部と、前記プリテンション力検知部が検知する前記プリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となるように前記プリテンション力発生部を制御する制御部と、前記第１弾性体の変形量を検知する第１変形検知部とを有し、前記プリテンション力検知部は前記第１変形検知部が検知した前記第１弾性体の変形量に基づいて前記プリテンション力の大きさを検知する点にある。
【００２５】
上記の特徴構成によれば、第１弾性体の変形量を検知する第１変形検知部を有し、プリテンション力検知部は第１変形検知部が検知した第１弾性体の変形量に基づいてプリテンション力の大きさを検知するので、プリテンション力をより適切に精度良く検知して、発生させるプリテンション力をより適切な大きさに制御することができる。すなわち、被加工素材をより適切に把持して、精度の高い加工を施すことができる回転塑性加工装置を提供できる。
【００２６】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記第２挟持体は、前記第２マンドレルと前記プリテンション力発生部との間に設けられる第２弾性体を有し、前記プリテンション力発生部に作用される前記プリテンション反作用力が前記第２弾性体を介して前記第２マンドレルに伝わって前記第２マンドレルを前記被加工素材に押し付ける点にある。
【００２７】
上記の特徴構成によれば、第２挟持体は、第２マンドレルとプリテンション力発生部との間に設けられる第２弾性体を有し、プリテンション力発生部に作用されるプリテンション反作用力が第２弾性体を介して第２マンドレルに伝わって第２マンドレルを被加工素材に押し付けるので、装置の運転中の振動や予期せぬ変位等を第２弾性体により吸収して、被加工素材をより適切に挟持することができる。また、第２挟持体を剛体で構成する場合に比べて挿入軸と第２マンドレルとの間の位置関係に自由度が生じることとなり、装置としての信頼度・安定性を高めることができる。
【００２８】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記プリテンション力の大きさを検知するプリテンション力検知部と、前記プリテンション力検知部が検知する前記プリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となるように前記プリテンション力発生部を制御する制御部と、前記第２弾性体の変形量を検知する第２変形検知部とを有し、前記プリテンション力検知部は前記第２変形検知部が検知した前記第２弾性体の変形量に基づいてプリテンション力の大きさを検知する点にある。
【００２９】
上記の特徴構成によれば、第２弾性体の変形量を検知する第２変形検知部を有し、プリテンション力検知部は第２変形検知部が検知した第２弾性体の変形量に基づいてプリテンション力の大きさを検知するので、プリテンション力をより適切に精度良く検知して、発生させるプリテンション力をより適切な大きさに制御することができる。すなわち、被加工素材をより適切に把持して、精度の高い加工を施すことができる回転塑性加工装置を提供できる。
【００３０】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記プリテンション力発生部がネジ機構により前記プリテンション力を発生させるものであって、前記プリテンション力発生部は雄ネジと雌ネジのうちの一方を有し、前記挿入軸は雄ネジと雌ネジのうちの他方を有し、前記雄ネジと前記雌ネジが相対回転してかみ合うことにより前記プリテンション力が生じる点にある。
【００３１】
上記の特徴構成によれば、プリテンション力発生部がネジ機構によりプリテンション力を発生させるものであって、プリテンション力発生部は雄ネジと雌ネジのうちの一方を有し、挿入軸は雄ネジと雌ネジのうちの他方を有し、雄ネジと雌ネジが相対回転してかみ合うことによりプリテンション力が生じるので、簡便な機構によって大きなプリテンション力を確実に発生させることができる。また、主軸回転軸心周りに高速に回転する環境下においても、安定してプリテンション力を発生させることができる。すなわち、より低コストでより高精度な回転塑性加工装置を提供できる。
【００３２】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記プリテンション力発生部は、前記主軸回転軸心に沿う方向に移動可能なスリーブ部を有し、前記スリーブ部は雌ネジが形成された軸挿入穴を有し、前記挿入軸に雄ネジが形成されており、前記スリーブ部は、前記挿入軸が前記第２マンドレルに挿入される際に前記主軸回転軸心に沿って前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう方向に移動し、前記挿入軸の前記雄ネジと前記軸挿入穴の前記雌ネジとが螺合する際に前記主軸回転軸心に沿って前記第２挟持体から前記第１挟持体に向かう方向に移動する点にある。
【００３３】
上記の特徴構成によれば、プリテンション力発生部は、主軸回転軸心に沿う方向に移動可能なスリーブ部を有し、スリーブ部は雌ネジが形成された軸挿入穴を有し、挿入軸に雄ネジが形成されている。そしてスリーブ部は、挿入軸が第２マンドレルに挿入される際に主軸回転軸心に沿って第１挟持体から第２挟持体に向かう方向に移動し、挿入軸の雄ネジと軸挿入穴の雌ネジとが螺合する際に主軸回転軸心に沿って第２挟持体から第１挟持体に向かう方向に移動するので、まず螺合に先立って挿入軸が第２マンドレルに挿入されることが可能になり、雄ネジと雌ネジの螺合や、被加工素材の装着がより容易になる。
【００３４】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記心押し部の前記主軸回転軸心周りの回転を抑制可能に構成される心押し回転抑制部を有し、前記第２挟持体は前記第２マンドレルとの相対回転を抑制するスリーブ部回転抑制部を有し、前記挿入軸はその中心軸が前記主軸回転軸心に一致して配置され、前記スリーブ部は前記軸挿入穴の中心軸が前記主軸回転軸心に一致して配置され、前記スリーブ部回転抑制部が前記スリーブ部と前記第２マンドレルとの相対回転を抑制した状態で、かつ、前記心押し回転抑制部が前記心押し部の回転を抑制した状態で、前記主軸回転駆動部が前記主軸部を前記主軸回転軸心周りに回転させることにより、前記挿入軸の前記雄ネジが前記軸挿入穴の雌ネジにかみ合って前記プリテンション力が生じる点にある。
【００３５】
上記の特徴構成によれば、まず、前記挿入軸はその中心軸が前記主軸回転軸心に一致して配置され、前記スリーブ部は前記軸挿入穴の中心軸が前記主軸回転軸心に一致して配置されるので、雄ネジと雌ネジの中心軸が主軸回転軸心に一致して配置されることになる。そして心押し部の主軸回転軸心周りの回転を抑制可能に構成される心押し回転抑制部を有し、第２挟持体は第２マンドレルとの相対回転を抑制するスリーブ部回転抑制部を有し、スリーブ部回転抑制部がスリーブ部と第２マンドレルとの相対回転を抑制した状態で、かつ、心押し回転抑制部が心押し部の回転を抑制した状態で、主軸回転駆動部が主軸部を主軸回転軸心周りに回転させることにより、挿入軸の雄ネジが軸挿入穴の雌ネジにかみ合ってプリテンション力が生じるので、主軸回転駆動部の他に駆動機構を設けることなく、雄ネジ・雌ネジを螺合させることができ、装置をより簡素な構成とすることができる。
【００３６】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記プリテンション力発生部は、楔形状の軸挿入体と、前記軸挿入体を前記主軸回転軸心と平行でない方向に沿って前記挿入軸に向けて進退させる進退機構を有し、前記挿入軸は前記軸挿入体が挿入される軸切欠部を有し、前記進退機構による前記軸切欠部への前記軸挿入体の挿入により、前記軸挿入体が前記挿入軸に対して前記プリテンション力を作用させ、前記プリテンション力の反作用として前記挿入軸が前記軸挿入体に前記プリテンション反作用力を作用させ、前記プリテンション反作用力が前記軸挿入体から前記第２マンドレルに伝わる点にある。
【００３７】
上記の特徴構成によれば、プリテンション力発生部は、楔形状の軸挿入体と、軸挿入体を主軸回転軸心と平行でない方向に沿って挿入軸に向けて進退させる進退機構を有し、挿入軸は軸挿入体が挿入される軸切欠部を有し、進退機構による軸切欠部への軸挿入体の挿入により、軸挿入体が挿入軸に対してプリテンション力を作用させ、プリテンション力の反作用として挿入軸が軸挿入体にプリテンション反作用力を作用させ、プリテンション反作用力が軸挿入体から第２マンドレルに伝わるので、さらに簡易な構成でプリテンション力・プリテンション反作用力を発生することができる。すなわち、より低コストでより高精度な回転塑性加工装置を提供できる。
【００３８】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記軸挿入体は、前記進退機構による進退の方向と交差し、かつ、前記主軸回転軸心と平行でない第１接触面を有し、前記軸切欠部は、前記第１接触面と平行な第２接触面を有し、前記進退機構による前記軸切欠部への前記軸挿入体の挿入によって前記第１接触面と前記第２接触面とが接触し、前記第１接触面が前記第２接触面に垂直抗力を及ぼし、前記垂直抗力の前記主軸回転軸心に沿う方向の分力が前記プリテンション力となる点にある。
【００３９】
上記の特徴構成によれば、軸挿入体は、進退機構による進退の方向と交差し、かつ、主軸回転軸心と平行でない第１接触面を有し、軸切欠部は、第１接触面と平行な第２接触面を有し、進退機構による軸切欠部への軸挿入体の挿入によって第１接触面と第２接触面とが接触し、第１接触面が第２接触面に垂直抗力を及ぼし、垂直抗力の主軸回転軸心に沿う方向の分力がプリテンション力となるので、進退機構が軸挿入体を押す力がプリテンション力へと変換され、被加工素材を挟持することができる。すなわち、より簡便な機構でプリテンション力・プリテンション反作用力を発生することができ、より低コストでより高精度な回転塑性加工装置を提供できる。
【００４０】
本発明に係る回転塑性加工装置の別の特徴構成は、前記進退機構は、前記主軸回転軸心に沿う方向の力を発生させる押圧機構と、前記押圧機構が発生させた力の方向を前記軸挿入体の進退の方向へ変化させて前記軸挿入体に伝達する力伝達機構とを有する点にある。
【００４１】
上記の特徴構成によれば、進退機構は、主軸回転軸心に沿う方向の力を発生させる押圧機構と、押圧機構が発生させた力の方向を軸挿入体の進退の方向へ変化させて軸挿入体に伝達する力伝達機構とを有するので、主軸回転軸心と平行でない方向に沿った軸挿入体の進退を主軸回転軸心に沿う方向の力を発生させる押圧機構により実現でき、より簡便な構成で進退機構を構成することができる。特に、主軸回転軸心周りに回転する機構をもつ回転塑性加工装置に好適に用いることができる。
【００４２】
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、第１挟持体と、プリテンション力発生部が設けられた第２挟持体とにより被加工素材を挟持する挟持機構を有し、被加工素材を主軸回転軸心周りに回転させて塑性加工を施す回転塑性加工装置における被加工素材の挟持方法であって、前記第１挟持体と前記第２挟持体との間に前記被加工素材を配置する配置ステップと、前記第１挟持体と前記第２挟持体とを接近させ、前記第１挟持体と前記第２挟持体とを前記被加工素材に接触させる挟持ステップと、前記プリテンション力発生部に前記第１挟持体に対して前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を作用させる力作用ステップとを有する点にある。
【００４３】
上記の特徴構成によれば、第１挟持体と第２挟持体との間に被加工素材を配置する配置ステップと、第１挟持体と第２挟持体とを接近させ、第１挟持体と第２挟持体とを被加工素材に接触させる挟持ステップと、プリテンション力発生部に前記第１挟持体に対して前記第１挟持体から前記第２挟持体に向かう力であるプリテンション力を作用させる力作用ステップとを有するので、主軸部と心押し部とには被加工素材の挟持に係る大きな力が作用することを抑制できる。
【００４４】
すなわち本発明では力作用ステップにおいて、第２挟持体の有するプリテンション力発生部が第１挟持体に対してプリテンション力を作用させる。すると、プリテンション力の反作用としての力（プリテンション反作用力）は、第２挟持体に対して作用する。そしてプリテンション力は第１挟持体から第２挟持体に向かう方向の力であるから、プリテンション反作用力は、方向が反対となり、第２挟持体から第１挟持体に向かう方向の力となる。本発明は、プリテンション力とプリテンション反作用力とを被加工素材の挟持力として用い、これにより挟持機構を支持する部材に大きな力が作用することを抑制するものである。従って、装置全体の強度・堅牢度を従来装置よりも下げることができ、装置のコストを低減することができる。また、挟持機構を回転させる機構に対する負荷を軽減できる。すなわち、被加工素材を適切に保持して、高い精度にて加工を施すことができる。
【００４５】
本発明に係る回転塑性加工装置における被加工素材の挟持方法の別の特徴構成は、前記回転塑性加工装置は前記プリテンション力の大きさを検知するプリテンション力検知部と、前記プリテンション力検知部が検知する前記プリテンション力の大きさに基づいて前記プリテンション力発生部を制御する制御部とを有し、
前記力作用ステップにおいて、前記制御部が前記プリテンション力発生部を制御して前記プリテンション力を増大させ、前記プリテンション力検知部が検知する前記プリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となった場合に前記プリテンション力の増大を停止する力調整ステップを有する点にある。
【００４６】
上記の特徴構成によれば、回転塑性加工装置はプリテンション力の大きさを検知するプリテンション力検知部と、プリテンション力検知部が検知するプリテンション力の大きさに基づいてプリテンション力発生部を制御する制御部とを有し、力作用ステップにおいて、制御部がプリテンション力発生部を制御してプリテンション力を増大させ、プリテンション力検知部が検知するプリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となった場合にプリテンション力の増大を停止する力調整ステップを有するので、適切な大きさのプリテンション力を発生させて被加工素材を適切に挟持することができる。回転塑性加工装置において被加工素材を把持するにあたり、必要とされるプリテンション力の大きさは非常に大きいため、上記の特徴構成による制御が特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る回転塑性加工装置の全体構成を示す概略図
【図２】第１実施形態に係る挟持機構の説明図
【図３】被加工素材の挟持方法の説明図
【図４】被加工素材の挟持方法の説明図
【図５】被加工素材の挟持方法の説明図
【図６】第２実施形態に係る回転塑性加工装置の全体構成を示す概略図
【図７】第２実施形態に係る挟持機構の説明図
【図８】被加工素材の挟持方法の説明図
【図９】被加工素材の挟持方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００４８】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係る回転塑性加工装置１について図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、図１に示すように、主軸回転軸心Ｃに沿った方向をＹ方向、主軸回転軸心Ｃに直交する方向をＸ方向と記載する場合がある。また、Ｙ方向において主軸部３から心押し部４に近づく方向をＹ１方向またはＹ１側と、心押し部４から主軸部３に近づく方向をＹ２方向またはＹ２側と記載する場合がある。また、Ｘ方向において主軸回転軸心Ｃからローラー４１に近づく方向（紙面左方向）をＸ１方向またはＸ１側、ローラー４１から主軸回転軸心Ｃに近づく方向（紙面右方向）をＸ２方向またはＸ２側と記載する場合がある。
【００４９】
図１に示すように、回転塑性加工装置１は、モーター２（主軸回転駆動部の一例）により主軸回転軸心Ｃの周りに回転駆動される主軸部３と、主軸回転軸心Ｃの周りに回転可能に構成される心押し部４と、主軸部３と心押し部４とに固定され、被加工素材Ｍを挟持する挟持機構とを有する。そして、主軸部３の回転により回転する被加工素材Ｍの外周にローラー４１を押し付けて塑性加工を施す。
【００５０】
図１には被加工素材Ｍへの接触面が平面のローラーが図示されているが、塑性加工の種類に応じて接触面に凸部や凹部を備えたものや、周方向に凸部と凹部が並んだギヤ状のものを用いることもできる。ローラー４１は、ローラー支持移動部４２に回転可能に支持される。ローラー支持移動部４２は、ローラー４１を主軸回転軸心Ｃに沿う方向（Ｙ方向）、および主軸回転軸心Ｃに近接・離間する方向（Ｘ方向）に移動可能に構成される。
【００５１】
挟持機構は、被加工素材Ｍを挟持する第１挟持体７および第２挟持体６を有している。第１挟持体７は、被加工素材Ｍに接触する第１マンドレル２１と、第１マンドレル２１に取り付けられ第２挟持体６に挿入される挿入軸２３とを有している。第２挟持体６は、被加工素材Ｍに接触する第２マンドレル１１と、第２マンドレル１１に取り付けられて主軸回転軸心Ｃに沿って第１挟持体７から第２挟持体６に向かう方向の力であるプリテンション力を挿入軸２３に作用させるプリテンション力発生部Ｐとを有している。
【００５２】
本実施形態では、プリテンション力発生部Ｐは、主軸回転軸心Ｃに沿う方向に移動可能なスリーブ部１３を有して構成される。スリーブ部１３は雌ネジｆが形成された軸挿入穴１４を有している。一方、挿入軸２３に雄ネジｍが形成されている。すなわち、プリテンション力発生部Ｐがネジ機構によりプリテンション力を発生させるよう構成されており、挿入軸２３の雄ネジｍとスリーブ部１３の雌ネジｆが相対回転してかみ合うこと、つまり螺合することによりプリテンション力が生じる。
【００５３】
具体的には、雄ネジｍと雌ネジｆの螺合により、Ｙ２方向（主軸回転軸心Ｃに沿って第１挟持体７から第２挟持体６に向かう方向）に軸力（プリテンション力の一例）が生じる。そして挿入軸２３に作用されるプリテンション力が挿入軸２３から第１マンドレル２１に伝わって第１マンドレル２１を被加工素材に押し付ける。また、プリテンション力の反作用として挿入軸２３がスリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）に作用させるプリテンション反作用力が、スリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）から第２マンドレル１１に伝わって、第２マンドレル１１を被加工素材に押し付ける。これらの力の作用については後に詳述する。
【００５４】
なお回転塑性加工装置１は、上述したモーター２、ローラー支持移動部４２等を制御する制御部と、心押し部４の主軸回転軸心Ｃ周りの回転を抑制可能に構成される心押し回転抑制部（図示なし）とを有している。心押し回転抑制部は、主軸部３を主軸回転軸心Ｃの周りに回転させて挿入軸２３とスリーブ部１３とを螺合させる際に、心押し部４の回転を抑制する。心押し回転抑制部は、例えば回転塑性加工装置１の筐体に固定された部材であって、心押し部４の外周面の直径方向（Ｘ方向）に対向する位置に設けられた一対の平坦部に対して外側から嵌合する部材や、心押し部４の側面に設けられたＸ方向の貫通孔に対して挿入される部材等が用いられる。
【００５５】
被加工素材Ｍとしては、主軸回転軸心Ｃの周りに回転可能な円盤状のものが用いられ、本実施形態では中央部にスリーブ部１３の上端部（Ｙ１側の端部）が挿入可能な形状の円盤が好適に用いられる。
【００５６】
次に、回転塑性加工装置１の各部について説明を加える。図１に示すように、架台（図示省略）上に主軸部３が、鉛直方向に沿う主軸回転軸心Ｃ周りに回転自在に支持されて設けられる。モーター２が主軸部３を回転駆動するように設けられる。主軸部３のＹ１側の先端に第２挟持体６が装着され固定される。
【００５７】
第２挟持体６は、第２マンドレル１１とスリーブ部１３とを有する。第２マンドレル１１は主軸回転軸心Ｃを中心軸とする円筒状の部材であり、上端面（Ｙ１側の面）に被加工素材Ｍが載置される。第２マンドレル１１の内部には主軸回転軸心Ｃを中心とする円筒形状の空洞が設けられ、その空洞と連通して、空洞よりも直径が小さい貫通孔が第２マンドレル１１の上端面に設けられている。第２マンドレル１１の内壁の直径方向（Ｘ方向）両端には、Ｙ方向に延びるレール状の凸部が形成されている。
【００５８】
スリーブ部１３は、主軸回転軸心Ｃを中心軸として直径の異なる円筒をＹ方向に接合した形状であり、小径部が第２マンドレル１１の貫通孔に挿入された状態で、かつ大径部が第２マンドレル１１の空洞部に配置される状態で、第２マンドレル１１の内部の空洞に配置される。スリーブ部１３の中心には主軸回転軸心Ｃに沿って貫通孔（軸挿入穴１４）が設けられ、その内部に雌ネジｆが形成されている。
【００５９】
図１に示す状態で、スリーブ部１３の大径部の上端面（Ｙ１側の面）と、第２マンドレル１１とが接触している。これにより、スリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）に作用されるＹ１方向の力は、スリーブ部１３から第２マンドレル１１に伝わって、第２マンドレル１１を被加工素材Ｍに押し付ける。
【００６０】
スリーブ部１３の大径部の直径方向（Ｘ方向）両端には、Ｙ方向に延びる溝１５（スリーブ部回転抑制部）が形成されている。そしてスリーブ部１３は、上述した第２マンドレル１１の内壁に設けられたレール状の凸部が溝１５に挿入された状態で、第２マンドレル１１の内部の空洞をＹ方向（主軸回転軸心Ｃに沿う方向）に移動可能に配置されている。また、第２マンドレル１１の内壁の凸部が溝１５に挿入されていることにより、第２マンドレル１１とスリーブ部１３とは相対回転が抑止されており、主軸部３の回転に伴って第２マンドレル１１とスリーブ部１３とは同期して回転する。なおスリーブ部１３は、図示しないスプリングにてＹ１方向に付勢されている。
【００６１】
スリーブ部１３が第２マンドレル１１の空洞の上端に位置するときは、スリーブ部１３の小径部は、第２マンドレル１１の上端面（Ｙ１側の面）からその一部が露出した状態となり、被加工素材Ｍの中央の穴に挿入された状態となる。これにより、被加工素材Ｍの装着時の位置決めが容易となる。
【００６２】
被加工素材Ｍを挟んで主軸部３と対向する位置に、心押し部４が配置される。心押し部４は、架台（図示省略）上に鉛直方向に沿う主軸回転軸心Ｃ周りに回転自在に支持されて設けられる。心押し部４のＹ２側の先端に、アダプタ５を介して第１挟持体７が装着され固定される。
【００６３】
第１挟持体７は、第１マンドレル２１と、先端に挿入軸２３を備える挿入軸ユニット２２と、第１弾性体２４とを有する。
第１マンドレル２１は主軸回転軸心Ｃを中心軸とする円筒状の部材であり、下端面（Ｙ２側の面）が被加工素材Ｍと接触する。第１マンドレル２１の内部には主軸回転軸心Ｃを中心とする円筒形状の空洞が設けられ、その空洞と連通して、空洞よりも直径が小さい貫通孔が第１マンドレル２１の下端面に設けられている。
【００６４】
挿入軸ユニット２２は、主軸回転軸心Ｃを中心軸として直径の異なる円筒をＹ方向に接合した形状であり、大径部のＹ２側に小径部が接合されており、Ｙ２側の小径部の先端に挿入軸２３が接合されている。そして、挿入軸２３が第１マンドレル２１の貫通孔に挿入された状態で、第２マンドレル１１の内部の空洞に配置される。挿入軸２３の外周面には雄ネジｍが形成されている。挿入軸２３の中心軸は、挿入軸ユニット２２の中心軸に一致しており、従って主軸回転軸心Ｃに一致している。
【００６５】
挿入軸ユニット２２の小径部の周囲に、第１弾性体２４が配置されている。第１弾性体２４は例えばコイル状の板バネで構成される。第１弾性体２４の上端部（Ｙ１側の端部）は挿入軸ユニット２２の大径部の下端面（Ｙ２側の面）に接しており、下端部（Ｙ２側の端部）は第１マンドレル２１に接している。すなわち第１挟持体７は、第１マンドレル２１と挿入軸２３（挿入軸ユニット２２）との間に設けられる第１弾性体２４を有しており、挿入軸２３に作用されるＹ２方向の力が、第１弾性体２４を介して第１マンドレル２１に伝わり、第１マンドレル２１を被加工素材Ｍに押し付ける。
【００６６】
第１弾性体２４は、第１マンドレル２１からＹ２方向の力を受けることにより弾性変形し、Ｙ２方向の大きさが小さくなる。そうすると、挿入軸ユニット２２は第１マンドレル２１に対してＹ２方向に変位する。ここで挿入軸ユニット２２のＹ２方向の変位量はスリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）が挿入軸ユニット２２（挿入軸２３）に及ぼすプリテンション力に比例、もしくは対応する。従って、挿入軸ユニット２２のＹ方向の変位量、すなわち第１弾性体２４の変形量を検知することにより、プリテンション力の大きさを検知することができる。
【００６７】
図１に示す通り、アダプタ５の内部に、挿入軸ユニット２２の移動量を測定する変位センサ３０が設けられている。変位センサ３０は、その先端が挿入軸ユニット２２の上端面（Ｙ１側の面）に接する状態で配置されており、挿入軸ユニット２２の主軸回転軸心Ｃに沿う方向（Ｙ方向）の移動量を測定する。すなわち、変位センサ３０が第１弾性体２４の変形量を検知する第１変形検知部Ｅとして動作する。
【００６８】
変位センサ３０の出力は制御部に送信されて、プリテンション力の大きさに換算される。すなわち、変位センサ３０と制御部とはプリテンション力検知部Ｄとして動作する。
【００６９】
挿入軸ユニット２２の小径部の内部には、ひずみゲージ３１が配置されている。ひずみゲージ３１は、スリーブ部１３から挿入軸２３に加えられるプリテンション力によって挿入軸ユニット２２に生じるひずみを電気信号に変換し、制御部に送信する。制御部はひずみゲージ３１から送信されたひずみ量をプリテンション力の大きさに換算する。すなわち、ひずみゲージ３１と制御部とはプリテンション力検知部Ｄとして動作する。
【００７０】
そして制御部は、プリテンション力検知部Ｄが検知するプリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となるように、プリテンション力発生部Ｐを制御する。本実施形態では、制御部はモーター２を制御して主軸を回転させてスリーブ部１３の雌ネジｆと挿入軸２３の雄ネジｍとを螺合させてプリテンション力を発生させる。具体的には、変位センサ３０とひずみゲージ３１の出力を監視しながらモーター２の回転量、または回転トルクを制御し、プリテンション力が所定範囲内になった時点でモーター２を停止する。制御の目標となるプリテンション力の所定範囲は、オペレーターが入力するか、被加工素材Ｍの材質や形状、厚さ等に応じて制御部が決定するように構成してもよい。例えば、所定範囲は２００ｋＮ±１％の範囲に設定される。なお、変位センサ３０とひずみゲージ３１のどちらか一方を用いるように構成してもよい。
【００７１】
ここで図２を用いて、第１挟持体７（第１マンドレル２１）と第２挟持体６（第２マンドレル１１）が被加工素材Ｍを挟持する力について説明する。まず第１挟持体７について説明する。
【００７２】
＜スリーブ部１３と挿入軸２３との間の力＞
スリーブ部１３の雌ネジｆと挿入軸２３の雄ネジｍとが相対回転してかみ合うと（螺合すると）、雄ネジｍと雌ネジｆとの間に軸力が発生する。すなわち、接触部位Ｃ１においてスリーブ部１３が挿入軸２３に対してＹ２方向にプリテンション力Ｆ１を作用させる。
そうすると、作用反作用の法則により、プリテンション力Ｆ１の反作用として、スリーブ部１３はＹ１方向にプリテンション力Ｆ１と同じ大きさで方向が反対の力であるプリテンション反作用力Ｆ１’を受ける。言い換えると、接触部位Ｃ１において挿入軸２３がスリーブ部１３に対してＹ１方向に力Ｆ１’を作用させる。プリテンション力Ｆ１の大きさとプリテンション反作用力Ｆ１’の大きさは上述の通り等しく、従って次の関係にある。なお、例えば力Ｆ１の大きさを｜Ｆ１｜と記す。
｜Ｆ１｜＝｜Ｆ１’｜      （式１）
【００７３】
＜挿入軸２３（挿入軸ユニット２２）と第１弾性体２４との間の力＞
挿入軸２３と一体の剛体である挿入軸ユニット２２は、接触部位Ｃ２において第１弾性体２４と接しているので、挿入軸ユニット２２が第１弾性体２４をＹ２方向に押すことになる。すなわち、接触部位Ｃ２において挿入軸ユニット２２が第１弾性体２４に対してＹ２方向に力Ｆ２を作用させる。
そうすると、力Ｆ２の反作用として、挿入軸ユニット２２はＹ１方向に力Ｆ２と同じ大きさで方向が反対の力である力Ｆ２’を受ける。言い換えると、接触部位Ｃ２において第１弾性体２４が挿入軸ユニット２２に対してＹ１方向に力Ｆ２’を作用させる。力Ｆ２と力Ｆ２’の大きさは上述の通り等しく、従って次の関係にある。
｜Ｆ２｜＝｜Ｆ２’｜      （式２）
【００７４】
＜第１弾性体２４と第１マンドレル２１との間の力＞
第１弾性体２４は、接触部位Ｃ３において第１マンドレル２１と接しているので、第１弾性体２４が第１マンドレル２１をＹ２方向に押すことになる。すなわち、接触部位Ｃ３において第１弾性体２４が第１マンドレル２１に対してＹ２方向に力Ｆ３を作用させる。
そうすると、力Ｆ３の反作用として、第１弾性体２４はＹ１方向に力Ｆ３と同じ大きさで方向が反対の力である力Ｆ３’を受ける。言い換えると、接触部位Ｃ３において第１マンドレル２１が第１弾性体２４に対してＹ１方向に力Ｆ３’を作用させる。力Ｆ３と力Ｆ３’の大きさは上述の通り等しく、従って次の関係にある。
｜Ｆ３｜＝｜Ｆ３’｜      （式３）
【００７５】
＜第１マンドレル２１と被加工素材Ｍとの間の力＞
第１マンドレル２１は、接触部位Ｃ４において被加工素材Ｍと接しているので、第１マンドレル２１が被加工素材ＭをＹ２方向に押すことになる。すなわち、接触部位Ｃ４において第１マンドレル２１が被加工素材Ｍに対してＹ２方向に力Ｆ４を作用させる。
そうすると、力Ｆ４の反作用として、第１マンドレル２１はＹ１方向に力Ｆ４と同じ大きさで方向が反対の力である力Ｆ４’を受ける。言い換えると、接触部位Ｃ４において第１マンドレル２１が被加工素材Ｍに対してＹ１方向に力Ｆ４’を作用させる。力Ｆ４と力Ｆ４’の大きさは上述の通り等しく、従って次の関係にある。
｜Ｆ４｜＝｜Ｆ４’｜      （式４）
【００７６】
以上、第１挟持体７において作用する力を説明した。次に第２挟持体６において作用する力を説明する。
＜スリーブ部１３と第２マンドレル１１との間の力＞
スリーブ部１３は、接触部位Ｃ５において第２マンドレル１１と接しているので、スリーブ部１３が第２マンドレル１１をＹ１方向に押すことになる。すなわち、接触部位Ｃ５においてスリーブ部１３が第１マンドレル２１に対してＹ１方向に力Ｆ５を作用させる。
そうすると、力Ｆ５の反作用として、スリーブ部１３はＹ２方向に力Ｆ５と同じ大きさで方向が反対の力である力Ｆ５’を受ける。言い換えると、接触部位Ｃ５において第２マンドレル１１がスリーブ部１３に対してＹ２方向に力Ｆ５’を作用させる。力Ｆ５と力Ｆ５’の大きさは上述の通り等しく、従って次の関係にある。
｜Ｆ５｜＝｜Ｆ６’｜      （式５）
【００７７】
＜第２マンドレル１１と被加工素材Ｍとの間の力＞
第２マンドレル１１は、接触部位Ｃ６において被加工素材Ｍと接しているので、第２マンドレル１１が被加工素材ＭをＹ１方向に押すことになる。すなわち、接触部位Ｃ６において第２マンドレル１１が被加工素材Ｍに対してＹ１方向に力Ｆ６を作用させる。
そうすると、力Ｆ６の反作用として、第２マンドレル１１はＹ２方向に力Ｆ６と同じ大きさで方向が反対の力である力Ｆ６’を受ける。言い換えると、接触部位Ｃ６において被加工素材Ｍが第２マンドレル１１に対してＹ２方向に力Ｆ６’を作用させる。力Ｆ６と力Ｆ６’の大きさは上述の通り等しく、従って次の関係にある。
｜Ｆ６｜＝｜Ｆ６’｜      （式６）
【００７８】
つまり被加工素材Ｍは、第１マンドレル２１からＹ２方向に力Ｆ４を受け、第２マンドレル１１からＹ１方向に力Ｆ６を受け、もって第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とに挟持される。
【００７９】
次に各部材に作用する力の釣り合いを考える。被加工素材Ｍを挟持した状態において、各部材は静止しているから、各部材に作用する力は釣り合っている。つまり、各部材に作用する力の合計値はゼロとなる。そこで、以下の式が成り立つ。
−｜Ｆ１｜＋｜Ｆ２’｜＝０      （式７）
−｜Ｆ２｜＋｜Ｆ３’｜＝０      （式８）
−｜Ｆ３｜＋｜Ｆ４’｜＝０      （式９）
−｜Ｆ４｜＋｜Ｆ６｜＝０        （式１０）
｜Ｆ１’｜−｜Ｆ５’｜＝０      （式１１）
｜Ｆ５｜−｜Ｆ６’｜＝０        （式１２）
なお、式７は一体となっている挿入軸２３および挿入軸ユニット２２に作用する力、式８は第１弾性体２４に作用する力、式９は第１マンドレル２１に作用する力、式１０は被加工素材Ｍに作用する力、式１１はスリーブ部１３に作用する力、式１２は第２マンドレル１１に作用する力の、それぞれの釣り合いの式である。
【００８０】
以上の式１〜１２を計算すると、力Ｆ１〜Ｆ６および力Ｆ１’〜Ｆ６’の大きさは全て同じとなる。すなわち、挿入軸２３の雄ネジｍとスリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）の雌ネジｆとの螺合により、Ｙ２方向（主軸回転軸心Ｃに沿って第１挟持体７から第２挟持体６に向かう方向）にプリテンション力Ｆ１が生じる。そして挿入軸２３に作用されるプリテンション力Ｆ１が挿入軸２３から第１弾性体２４を介して第１マンドレル２１に伝わって第１マンドレル２１を被加工素材に力Ｆ４で押し付ける。力Ｆ４の大きさは力Ｆ１と同じである。また、プリテンション力の反作用として挿入軸２３がスリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）に作用させるプリテンション反作用力Ｆ１’が、スリーブ部１３（プリテンション発生部）から第２マンドレル１１に伝わって、第２マンドレル１１を被加工素材に力Ｆ６で押し付ける。力Ｆ６の大きさは力Ｆ１’（すなわち力Ｆ１）と同じである。
【００８１】
なお図２において、力が作用する接触部位Ｃ１〜Ｃ６を点で表しているが、力は２つの部材の接触面全体において作用する。また、挿入軸２３とスリーブ部１３との接触部位Ｃ１は、雌ネジｆと雄ネジｍとが螺合している面全体である。
【００８２】
次に図３から図５を用いて、第１挟持体７と第２挟持体６とが被加工素材Ｍを挟持する際の動作、すなわち回転塑性加工装置１における被加工素材Ｍの挟持方法について説明する。
【００８３】
＜配置ステップ＞
まず最初に、図３に示すように、第１マンドレル２１と第２マンドレル１１との間に被加工素材Ｍを配置する（配置ステップ）。図示しない移動機構により心押し部４をＹ１方向に移動させて第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とを離間させ、第２マンドレル１１の上端面（Ｙ１側の端面）に被加工素材Ｍを載置する。このとき、スリーブ部１３は図示しないスプリングに付勢されて、第２マンドレル１１の内部空洞の上端に位置しており、スリーブ部１３のＹ１側の小径部が第２マンドレル１１の上端面の貫通孔から突出した状態となっている。この突出した部位の外形状を被加工素材Ｍの中央の穴に挿入した状態で、被加工素材Ｍを載置する。
【００８４】
＜挟持ステップ＞
次に、心押し部４をＹ２方向に移動させ、第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とを接近させる。そして図４に示すように、第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とを被加工素材Ｍに接触させて挟持する（挟持ステップ）。
【００８５】
このとき、第１マンドレル２１の下端面（Ｙ２側の端面）から挿入軸２３の先端が突出しており、第２マンドレル１１の上端面（Ｙ１側の端面）からスリーブ部１３の上端部が突出しているので、第１マンドレル２１が被加工素材Ｍに接触する前に挿入軸２３の先端とスリーブ部１３の上端部とが接触する。ここでスリーブ部１３は第２マンドレル１１の空洞内部を主軸回転軸心Ｃに沿う方向（Ｙ方向）に移動可能であり、図示しないスプリングによりＹ１方向に付勢されている。よって、心押し部４が下降して挿入軸２３が第２マンドレル１１に挿入される際に、スリーブ部１３は主軸回転軸心Ｃに沿って第１挟持体７から第２挟持体６に向かう方向（Ｙ２方向）に移動し、図４に示す状態となる。
【００８６】
＜力作用ステップ、力調整ステップ＞
次に、スリーブ部１３の雌ネジｆと挿入軸２３の雄ネジｍとを螺合させてプリテンション力を生じさせる（力作用ステップ）。
まず制御部が、心押し回転抑制部（図示なし）を動作させて、心押し部４が主軸回転軸心Ｃの周りに回転しないよう固定する。次にモーター２を動作させて、主軸部３を主軸回転軸心Ｃの周りに回転させる。そうすると、スリーブ部１３はスリーブ部回転抑制部１５により第２マンドレル１１と一体に回転する。スリーブ部１３はＹ方向に移動可能かつＹ１方向に付勢されているから、主軸部３の回転に伴ってスリーブ部１３の雌ネジｆと挿入軸２３の雄ネジｍとが螺合し、螺合につれてスリーブ部１３はＹ１方向に移動する。
【００８７】
スリーブ部１３が第２マンドレル１１の内部空洞の上端に達すると、雄ネジｍと雌ネジｆとがかみ合って軸力、すなわちプリテンション力が発生する。主軸部３が回転するにつれてプリテンション力は大きくなる。そしてプリテンション力が第１弾性体２４に作用することで第１弾性体２４がＹ方向に縮む。よって挿入軸ユニット２２が第１マンドレル２１に対してＹ２方向に変位する。
【００８８】
制御部は、変位センサ３０（またはひずみゲージ３１）の出力を監視しながらモーター２を回転させてプリテンション力を増大させ、プリテンション力が予め設定された所定範囲内となった時、モーター２を停止させる（力調整ステップ）。
【００８９】
このように被加工素材Ｍの把持が行われるが、以上述べたように、スリーブ部１３は、挿入軸２３が第２マンドレル１１に挿入される際に主軸回転軸心Ｃに沿って第１挟持体７から第２挟持体６に向かう方向に移動し、挿入軸２３の雄ネジｍと軸挿入穴１４の雌ネジｆとが螺合する際に主軸回転軸心Ｃに沿って第２挟持体６から第１挟持体７に向かう方向に移動する。
また、スリーブ部回転抑制部１５がスリーブ部１３と第２マンドレル１１との相対回転を抑制した状態で、かつ、心押し回転抑制部が心押し部４の回転を抑制した状態で、モーター２が主軸部３を主軸回転軸心Ｃ周りに回転させることにより、挿入軸２３の雄ネジｍが軸挿入穴１４の雌ネジｆにかみ合ってプリテンション力が生じる。
【００９０】
まとめると、本実施形態に係る回転塑性加工装置１では、第１挟持体７と第２挟持体６との間に被加工素材Ｍを配置する配置ステップと、第１挟持体７と第２挟持体６とを接近させ、第１挟持体７と第２挟持体６とを被加工素材Ｍに接触させる挟持ステップと、プリテンション力発生部Ｐに第１挟持体７に対して第１挟持体７から第２挟持体６に向かう力であるプリテンション力を作用させる力作用ステップとを有する被加工素材の挟持方法が行われる。
【００９１】
また力作用ステップにおいては、制御部がプリテンション力発生部Ｐを制御してプリテンション力を増大させ、プリテンション力検知部Ｄが検知するプリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となった場合にプリテンション力の増大を停止する力調整ステップが行われる。
【００９２】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、挿入軸２３の雄ネジｍとスリーブ部１３の雌ネジｆとの螺合によってプリテンション力を発生させた。第２実施形態では、第１マンドレル２１に設けられた楔形状の軸挿入体５１と、挿入軸２３に形成された軸切欠部５４とによってプリテンション力を発生させる。
【００９３】
すなわち、図６に示す第２実施形態に係る回転塑性加工装置においては、プリテンション力発生部Ｐは、楔形状の軸挿入体５１と、軸挿入体を主軸回転軸心と平行でない方向に沿って挿入軸２３に向けて進退させる進退機構Ｇを有し、挿入軸２３は軸挿入体５１が挿入される軸切欠部５４を有している。そして、進退機構Ｇによる軸切欠部５４への軸挿入体５１の挿入により、軸挿入体５１が挿入軸２３に対してプリテンション力を作用させ、プリテンション力の反作用として挿入軸２３が軸挿入体５１にプリテンション反作用力を作用させ、プリテンション反作用力が軸挿入体５１から第２マンドレル１１に伝わるように構成されている。
【００９４】
また軸挿入体５１は、進退機構Ｇによる進退の方向と交差し、かつ、主軸回転軸心Ｃと平行でない第１接触面５２を有し、軸切欠部５４は、第１接触面５２と平行な第２接触面５５を有している。そして、進退機構Ｇによる軸切欠部５４への軸挿入体５１の挿入によって第１接触面５２と第２接触面５５とが接触し、第１接触面５２が第２接触面５５に垂直抗力Ｎを及ぼし、垂直抗力Ｎの主軸回転軸心Ｃに沿う方向の分力Ｎｙがプリテンション力となる。
【００９５】
そして進退機構Ｇは、主軸回転軸心Ｃに沿う方向の力を発生させる押圧機構６１と、押圧機構６１が発生させた力の方向を軸挿入体５１の進退の方向へ変化させて軸挿入体５１に伝達する力伝達機構６３とを有する。
【００９６】
次に、第２実施形態に係る回転塑性加工装置の各部について説明を加える。なお、第１実施形態に係る回転塑性加工装置と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９７】
図６に示すように、挿入軸２３に軸切欠部５４が設けられている。軸切欠部５４は、挿入軸２３をＸ方向に貫通し、主軸回転軸心Ｃと直交して設けられる角柱状の穴である。軸切欠部５４の幅（Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向の大きさ）は、Ｘ１側からＸ２側にわたって一定である。軸切欠部５４の上面（Ｙ１側の面、天面）は主軸回転軸心Ｃに直交する平面である。軸切欠部５４の下面（Ｙ２側の面、底面）は、紙面に直交しＸ方向から３０°傾斜した面となっている。軸切欠部５４のＸ方向に直交する面による断面は長方形となっている。
【００９８】
軸切欠部５４には、Ｘ方向に沿って軸挿入体５１が挿入される。図６に示される被加工素材Ｍを挟持した状態では、挿入軸２３が第２マンドレル１１に挿入され、軸切欠部５４に対してＸ２側から軸挿入体５１が挿入されている。なお、軸切欠部５４の下面（第２接触面）は、軸挿入体５１が挿入された際に軸挿入体５１と接触する面である。
【００９９】
軸挿入体５１は第２挟持体６に設けられている。軸挿入体５１は、角柱の一部を平面で切り欠いた楔形状をしており、上述した挿入軸２３の軸切欠部５４に対して高さ（Ｙ方向の大きさ）を若干減じた形状となっている。すなわち、軸挿入体５１の幅（Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向の大きさ）は、Ｘ１側からＸ２側にわたって一定である。軸挿入体５１の上面（Ｙ１側の面、天面）は主軸回転軸心Ｃに直交する平面である。下面（Ｙ２側の面、底面）は、紙面に直交しＸ方向から傾斜した面となっている。軸挿入体５１のＸ方向に直交する面による断面は長方形となっている。
【０１００】
軸挿入体５１の下面（第１接触面５２）は、軸挿入体５１が軸切欠部５４に挿入された際に軸切欠部５４の下面（第２接触面５５）と接触する面である。また軸挿入体５１は、軸挿入体５１の上面５３が、第２マンドレル１１と接触した状態で配置されている。
【０１０１】
軸挿入体５１は、押圧機構６１と力伝達機構６３とを有する進退機構Ｇにより、Ｘ方向に沿って進退される。押圧機構６１は例えば油圧シリンダ等が用いられ、伸縮方向を主軸回転軸心Ｃに平行として主軸部３に配置される。押圧機構６１の先端は力伝達機構６３に接続される。力伝達機構６３は押圧機構６１と軸挿入体５１とに接続され、押圧機構６１からの力をＸ方向に変化させて軸挿入体５１に伝達する。
【０１０２】
軸挿入体５１の進退の方向は、主軸回転軸心Ｃ（Ｙ方向）と直交しているので、主軸回転軸心Ｃと進退方向とのなす角αは９０°である。また、軸挿入体５１の第１接触面５２は軸切欠部５４の第２接触面５５と平行である。
【０１０３】
次に図７を用いて、力伝達機構６３の構成と、第１挟持体７（第１マンドレル２１）と第２挟持体６（第２マンドレル１１）が被加工素材Ｍを挟持する力について説明する。
【０１０４】
力伝達機構６３は、長穴６４を有するレバー６５と、レバー６５を第２マンドレル１１に対して回転可能に取り付ける固定軸６６と、レバー６５を軸挿入体５１に対して回転可能に取り付ける連結ピン６７を有する。押圧機構６１の先端のピン６２が長穴６４に挿入されており、ピン６２は長穴６４の内部を移動可能となっている。レバー６５は、固定軸６６の位置でＹ１方向に曲がった形状とされている。
【０１０５】
そして、押圧機構６１が伸びてピン６２をＹ１方向の力Ｆ７で押すと、レバー６５は固定軸６６の周りに反時計方向に回転し、連結ピン６７にて軸挿入体５１をＸ１方向に力Ｆ８で押す。
【０１０６】
次に第１挟持体７（第１マンドレル２１）と第２挟持体６（第２マンドレル１１）とが被加工素材Ｍを挟持する力について説明する。進退機構Ｇによる軸切欠部５４への軸挿入体５１の挿入によって第１接触面５２と第２接触面５５とを接触させ、力伝達機構６３から軸挿入体５１に力Ｆ８を作用させると、第１接触面５２が第２接触面５５に垂直抗力Ｎを及ぼし、垂直抗力Ｎの主軸回転軸心Ｃに沿う方向の分力Ｎｙがプリテンション力となる。
【０１０７】
つまり軸切欠部５４への軸挿入体５１の挿入により、軸挿入体５１が挿入軸２３に対してプリテンション力Ｎｙを作用させ、プリテンション力の反作用として挿入軸２３が軸挿入体５１にプリテンション反作用力Ｎ'ｙを作用させ、プリテンション反作用力Ｎ'ｙが軸挿入体５１から第２マンドレル１１に伝わるように構成されている。
【０１０８】
そして挿入軸２３に作用されるプリテンション力Ｎｙが挿入軸２３から第１マンドレル２１に伝わって第１マンドレル２１を力Ｆ４（＝Ｎｙ）で被加工素材Ｍに押し付ける。また、プリテンション力Ｎｙの反作用として挿入軸２３が軸挿入体５１（プリテンション力発生部Ｐ）に作用させるプリテンション反作用力Ｎ'ｙが、軸挿入体５１から第２マンドレル１１に伝わって、第２マンドレル１１を力Ｆ６（＝Ｎ'ｙ）被加工素材に押し付ける。
【０１０９】
次に図８と図９を用いて、第１挟持体７と第２挟持体６とが被加工素材Ｍを挟持する際の動作、すなわち回転塑性加工装置１における被加工素材Ｍの挟持方法について説明する。
【０１１０】
＜配置ステップ＞
まず最初に、図８に示すように、第１マンドレル２１と第２マンドレル１１との間に被加工素材Ｍを配置する（配置ステップ）。図示しない移動機構により心押し部４をＹ１方向に移動させて第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とを離間させ、第２マンドレル１１の上端面（Ｙ１側の端面）に被加工素材Ｍを載置する。このとき、制御部が押圧機構６１を収縮させて、軸挿入体５１をＸ２方向に移動させる。これによって挿入軸２３を第２マンドレル１１に挿入可能な状態となっている。
【０１１１】
＜挟持ステップ＞
次に、心押し部４をＹ２方向に移動させ、第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とを接近させる。そして図９に示すように、第１マンドレル２１と第２マンドレル１１とを被加工素材Ｍに接触させて挟持する（挟持ステップ）。
【０１１２】
このとき、挿入軸２３が第２マンドレル１１の上端面（Ｙ１側の面）の貫通孔に挿入される。そして、軸切欠部５４のＸ２側の開口部が軸挿入体５１に向かい合う位置となり、軸挿入体５１が軸切欠部５４に挿入可能な状態となる。
【０１１３】
＜力作用ステップ、力調整ステップ＞
次に、軸挿入体５１を挿入軸２３の軸切欠部５４へ挿入し、プリテンション力を生じさせる（力作用ステップ）。
まず制御部が押圧機構６１を伸長させて進退機構Ｇを動作させ、軸挿入体５１を軸切欠部５４の内部に進入させる。軸挿入体５１の第１接触面５２が挿入軸２３の第２接触面５５に接触すると、第１接触面５２が第２接触面５５に対して垂直抗力（図７の力Ｎ）を及ぼす。垂直抗力ＮのＹ方向の分力Ｎｙがプリテンション力となって挿入軸２３に作用することで、第１弾性体２４がＹ方向に縮む。よって挿入軸ユニット２２が第１マンドレル２１に対してＹ２方向に変位する。
【０１１４】
制御部は、変位センサ３０（またはひずみゲージ３１）の出力を監視しながら押圧機構６１の発生する力を増大させ、それによりプリテンション力を増大させ、プリテンション力が予め設定された所定範囲内となった時、押圧機構６１の力の増大を停止させる（力調整ステップ）。そして被加工素材Ｍに塑性加工を施す間、制御部は押圧機構６１に力の発生を継続させる。
【０１１５】
すなわち本実施形態に係る回転塑性加工装置では、第１挟持体７と第２挟持体６との間に被加工素材Ｍを配置する配置ステップと、第１挟持体７と第２挟持体６とを接近させ、第１挟持体７と第２挟持体６とを被加工素材Ｍに接触させる挟持ステップと、プリテンション力発生部Ｐ（進退機構Ｇ、軸挿入体５１）に第１挟持体７に対して第１挟持体７から第２挟持体６に向かう力であるプリテンション力を作用させる力作用ステップとを有する被加工素材の挟持方法が行われる。
【０１１６】
また力作用ステップにおいては、制御部がプリテンション力発生部Ｐを制御してプリテンション力を増大させ、プリテンション力検知部Ｄが検知するプリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となった場合にプリテンション力の増大を停止する力調整ステップが行われる。
【０１１７】
＜別実施形態＞
（１）第１実施形態および第２実施形態では、主軸部３と第２マンドレル１１を別部材として構成し、心押し部４とアダプタ５と第１マンドレル２１とを別部材として構成した。これらを一体の部材として構成してもよい。
【０１１８】
（２）第１実施形態および第２実施形態では、心押し部４の側に第１挟持体７を配置し、主軸部３の側に第２挟持体６を配置した。この配置を逆にして、心押し部４の側に第２挟持体６を配置し、主軸部３の側に第１挟持体７を配置してもよい。
【０１１９】
（３）第１実施形態および第２実施形態では、第１挟持体７に第１弾性体２４を設け、第１弾性体２４の変形量を検知する第１変形検知部Ｅ（変位センサ３０）を設けていた。これに換えて、あるいはこれに加えて、第２挟持体６に第２弾性体を設け、第２弾性体の変形量を検知する第２変形検知部（変位センサ）を設けてもよい。
【０１２０】
すなわち第２挟持体６を、第２マンドレル１１とスリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）の間に設けられる第２弾性体を有し、スリーブ部１３に作用されるプリテンション反作用力が第２弾性体を介して第２マンドレル１１に伝わって第２マンドレル１１を被加工素材Ｍに押し付けるよう構成する。第２弾性体は例えばコイル状の板バネで構成でき、スリーブ部１３の小径部の周囲に配置する。第２弾性体の上端部（Ｙ１側の端部）は第２マンドレル１１に接触し、第２弾性体の下端部（Ｙ２側の端部）はスリーブ部１３の大径部の上面（Ｙ１側の端面）に接触するように配置する。
【０１２１】
そして第２マンドレル１１に、プリテンション力により弾性変形する第２弾性体の変形量をスリーブ部１３の変位として検出する変位センサ（第２変形検知部）を設ける。当該変位センサは、第１実施形態における変位センサ３０と同様の機能をもつ。
【０１２２】
（４）第１実施形態および第２実施形態では、挟持機構は挿入軸２３を１つ有し、挿入軸２３の中心軸と主軸回転軸心Ｃとが一致する位置に配置していた。これを、挟持機構が２つ以上の挿入軸２３を有するように構成してもよい。また、挿入軸２３を中心軸が主軸回転軸心Ｃと一致しない位置、例えば主軸回転軸心Ｃに関して対称となる位置に配置してもよい。
【０１２３】
この場合、第１実施形態におけるスリーブ部１３（プリテンション力発生部Ｐ）と、スリーブ部１３を回転させて挿入軸２３と螺合させる駆動部とが、挿入軸２３と同数設けられ、挿入軸２３と対応する位置に配置される。第２実施形態における軸挿入体５１（プリテンション力発生部Ｐ）と進退機構Ｇは、挿入軸２３と同数設けられ、挿入軸２３と対応する位置に配置される。これらの構成は、被加工素材Ｍの中心に大径の穴を配置できない場合に有用である。
【０１２４】
（５）第２実施形態では、軸切欠部５４を角柱状の穴とし、挿入軸２３の中心軸と交差する位置に１つ設けたが、軸切欠部５４を複数設けてもよい。例えば、挿入軸２３の中心軸を挟んで対称となる位置に２つ設けてもよい。また、軸切欠部５４の側面が開口し、挿入軸２３がＸ方向視でカタカナのコの字形状や上下逆のＴ字形状となるように構成してもよい。また、軸切欠部５４を円柱状や楕円柱状の穴としてもよい。この場合、軸挿入体５１の形状を軸切欠部５４に対応する形状として構成する。
【０１２５】
（６）第２実施形態では、押圧機構６１を主軸部３の外周部に配置したが、主軸部３の中央すなわち主軸回転軸心Ｃと一致する位置に配置してもよい。この構成は、主軸部３が主軸回転軸心Ｃの周りに回転する回転塑性加工装置においては、回転モーメントを小さくすることができ有用である。
【０１２６】
（７）第２実施形態において、被加工素材Ｍに塑性加工を施す間、制御部が押圧機構６１に力の発生を継続させる。第２マンドレル１１に、軸挿入体５１が軸切欠部５４に挿入され所定のプリテンション力を発生させた状態で軸挿入体５１の位置を固定する固定機構を設けてもよい。そして力制御ステップにおいてプリテンション力の大きさが予め設定された所定範囲内となった場合に固定機構を動作させて軸挿入体５１の位置を固定し、その後に押圧機構６１の動作を停止させてもよい。このように構成すれば、押圧機構６１の動作を停止させてエネルギー消費を抑制しつつ、被加工素材Ｍに塑性加工を施す間、プリテンション力の大きさを適切に保つことができる。
【０１２７】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上説明したように、低コストで高い加工精度を有する回転塑性加工装置および回転塑性加工装置における被加工素材の挟持方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１        ：回転塑性加工装置
２        ：モーター（主軸回転駆動部）
３        ：主軸部
４        ：心押し部
６        ：第２挟持体
７        ：第１挟持体
１１      ：第２マンドレル
１３      ：スリーブ部
１４      ：軸挿入穴
１５      ：溝（スリーブ部回転抑制部）
２１      ：第１マンドレル
２３      ：挿入軸
２４      ：第１弾性体
３０      ：変位センサ
３１      ：ひずみゲージ
５１      ：軸挿入体
５２      ：第１接触面
５４      ：軸切欠部
５５      ：第２接触面
６１      ：押圧機構
６３      ：力伝達機構
Ｃ        ：主軸回転軸心
Ｄ        ：プリテンション力検知部
Ｅ        ：第１変形検知部
Ｇ        ：進退機構
Ｍ        ：被加工素材
Ｐ        ：プリテンション力発生部
ｆ        ：雌ネジ
ｍ        ：雄ネジ
【図１】
0006532694.tif 000002
【図２】
0006532694.tif 000003
【図３】
0006532694.tif 000004
【図４】
0006532694.tif 000005
【図５】
0006532694.tif 000006
【図６】
0006532694.tif 000007
【図７】
0006532694.tif 000008
【図８】
0006532694.tif 000009
【図９】
0006532694.tif 000010