(57)【要約】【課題】  従来の塑性加工中に加工具や被加工材に微振動を印加する方法および装置は、超音波振動子あるいは磁歪振動子を加振源として用い、加工具、被加工材を含めた機械振動系を共振状態で使用する。超音波振動子あるいは磁歪振動子の伸縮変位は数μｍ程度と微小であるため共振状態で使用するが、塑性加工中、共振状態を継続し安定的な超音波振動を発生させ、印加し続けることは困難である。ましてや、塑性加工条件や、加工進行程度に対応して印加する周波数を変更することはできない。【解決手段】  本発明による塑性加工方法及び装置は、カムにより十分大きな振幅の微振動を発生させ、その微振動を、直接、加工具や被加工材に印加するものである。また、カムの回転速度を制御することで、塑性加工条件や、加工進行程度に対応して印加する周波数を変更することが可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材及び被加工材に圧接して塑性加工を行う加工具の少なくとも一方に微振動を印加するためのカム式微振動印加機構であって、
微振動を発生するためのカム面を有するカム部が周方向に形成された回転体と、
前記回転体を回転する回転駆動部と、
前記カム部に拘束されて前記カム面に追従することで微振動を行うカムフォロワ部を有する微振動伝達具と、
前記微振動伝達具を加工具及び被加工材の少なくとも一方に連結することを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項２】
前記カム部のカム面は、前記回転体の一回転で２サイクル以上するカム曲線で輪郭曲線が形成されることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項３】
前記カム部のカム面は、無停留カム曲線で輪郭曲線が形成されることを特徴とする請求項２に記載の塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項４】
前記カム部はリブ状であって、該カム部を一対の前記カムフォロワ部で予圧を付加して挟み込むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項５】
前記カム部は溝状であって、該カム部に前記カムフォロワ部が隙間なく嵌りこんでいること特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項６】
前記カム部は揚呈が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項７】
発生する微振動の周波数が１ｋHｚ以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の塑性加工用カム式微振動印加機構。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の塑性加工用カム式微振動印加機構を備えた塑性加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンチやダイス等の加工具と被加工材の少なくともいずれか一つに微振動を印加しながら塑性加工をする装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
曲げ加工、絞り加工、しごき加工、引き抜き加工、押し出し加工、そして圧延加工などの塑性加工中に、パンチやダイ等の加工具あるいは被加工材の少なくともいずれか一つに微振動を印加すると、変形抵抗が減少する、高変形率加工が可能となる、スプリングバックが減少し高精度化が図られる等の優れた効果がある。
【０００３】
上記の効果をより確実なものとするには、印加する微振動の周波数は、加工条件、加工具、被加工材の変更に対応して最適な周波数に変化させることが必要である。
【０００４】
さらに、一連の塑性加工中、印加する微振動の周波数を、加工進行程度に合わせ、その時々で最適な周波数に変更しながら印加すれば前記した効果はさらに大きなものとなる。
【０００５】
従来から、微振動を加工具や被加工材に印加させるには、超音波振動子あるいは磁歪振動子を加振源として用い、その加振源に振動拡大伝達具、加工具、被加工材を連結し、振動拡大伝達具から、加工具、被加工材までの一連の機械振動系を加振源の共振周波数で共振させ加振エネルギーを拡大し、加工具や被加工材に微振動を印加する手段を用いている。
【０００６】
しかし、変位とパワーの小さい超音波振動子あるいは磁歪振動子を共振状態で使用する上記の手段では、加工進行にともない共振条件が変化するので、その共振条件に追従し安定して共振振動を継続するのが困難である。ましてや、加工条件、被加工材、加工形状に対応して微振動の周波数を最適な周波数に制御することや、一連の塑性加工中に、加工進行程度に合わせて微振動の周波数をその時々の最適な周波数に制御することはまったく不可能である。
【０００７】
また、シリンダを用いた流体圧機構や、クランクシャフト機構、偏心カム機構、そしてリンク機構を電動機で駆動して微振動を発生させる手段として、特許文献１に開示される「軸圧縮加工機及び圧延機」が知られている。
【０００８】
しかし、特許文献１に開示されるシリンダを用いた流体圧機構は、作動流体の流路を制御弁で切り替えながら微振動を発生させるもので、発生できる微振動の周波数は高々数百Hzと低く、高周波数の微振動を印加することにより塑性変形が促進される効果は少ない。また、クランクシャフト機構、偏心カム機構、そしてリンク機構による微振動発生機構は、回転つりあいが取られていないので、これらの加振機構を高速回転駆動することはできず、そのため高周波数の微振動を発生することは困難である。
【０００９】
また、偏心部を持つ加振シャフトに、複数の滑らかな包絡線を有する軸方向の凹溝を持つ偏心リングカムを嵌め合せ、該偏心リングカムに、従動ローラを介して加振ロッド、振動テーブルをバネ力により当接し、前記加振シャフトを回転させることで、前記加振ロッド、振動テーブルに低周波振動に高周波振動を重畳させた振動を発生させる手段として、特許文献２に開示される「重畳振動装置」が知られている。
【００１０】
しかし、特許文献２に開示された装置は、前記偏心リングカムに前記従動ローラ、加振ロッド、振動テーブルが拘束されていないので、前記加振シャフトが高速回転すると、前記従動ローラ、加振ロッド、振動テーブルは追従して振動することが不可能になる。また、前記加振シャフトは回転つりあいがとれていないため、高速回転は不可能で、その結果、高周波数の微振動を発生することは困難である。
【００１１】
また、複数の山を有するカムに追従して往復運動するピストンを摺動可能に内包する加圧シリンダの流体圧を加振シリンダに導き、該加振シリンダのピストンで作業ロールを加振する手段として、特許文献３に開示される「圧延機」が知られている。
【００１２】
しかし、特許文献３に開示された装置は、前記複数の山を有するカムと該カムに追従するべき前記加圧シリンダのピストンとは拘束されてなく、前記加圧シリンダのピストンが高速追従するには限界がある。また、前記加振シリンダのピストンを高速に往復運動、つまり加振運動させるべき機械的に連結した駆動源はない。したがって、高い周波数の微振動を発生することができない。
【００１３】
【特許文献１】特開平8−90010
【特許文献２】特開平3−32785
【特許文献３】特開平13−333503
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来技術は、塑性変形を促進するに十分な高周波数の微振動を発生できない、一時的に発生しても安定的に継続できない、強力なパワーを持つ微振動でない、必要な周波数の微振動を任意に発生できない等の課題を抱えている。本発明はこれらの課題を解決し、加工条件、被加工材、加工形状に対応して最適な周波数の強力な微振動を確実に安定して発生印加することや、一連の塑性加工中に、加工進行程度に合わせて最適な周波数の微振動を確実に安定して発生印加することを可能とする塑性加工用微振動印加機構と前記塑性加工用微振動機構を備えた塑性加工装置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】
【００１５】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第１の手段は、
被加工材及び被加工材に圧接して塑性加工を行う加工具の少なくとも一方に微振動を印加するためのカム式微振動印加機構であって、
微振動を発生するためのカム面を有するカム部が周方向に形成された回転体と、
前記回転体を回転する回転駆動部と、
前記カム部に拘束されて前記カム面に追従することで微振動を行うカムフォロワ部を有する微振動伝達具と、
前記微振動伝達具を加工具及び被加工材の少なくとも一方に連結することを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００１６】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第２の手段は、第1の手段の前記カム部のカム面は、前記回転体の一回転で２サイクル以上するカム曲線で輪郭曲線が形成されることを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００１７】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第３の手段は、第2の手段の前記カム部のカム面は、無停留カム曲線で輪郭曲線が形成されることを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００１８】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第４の手段は、第1の手段から第３の手段のいずれかの手段の前記カム部はリブ状であって、該カム部を一対の前記カムフォロワ部で予圧を付加して挟み込むことを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００１９】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第５の手段は、第1の手段から第３の手段のいずれかの手段の前記カム部は溝状であって、該カム部に前記カムフォロワ部が隙間なく嵌りこんでいること特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００２０】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第６の手段は、第1の手段から第５の手段のいずれかの手段の前記カム部は揚程が２００μｍ以下であることを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００２１】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第７の手段は、第1の手段から第６の手段のいずれかの手段の、発生する微振動の周波数が１ｋHｚ以上であることを特徴とする塑性加工用カム式微振動印加機構である。
【００２２】
本発明者が上記課題を解決するために採用した第８の手段は、第1の手段から第７の手段のいずれかの手段の塑性加工用カム式微振動印加機構を備えた塑性加工装置である。
【発明の効果】
【００２３】
上述したように、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構を用いれば、前記微振動伝達具は、前記カム部に拘束されているため、前記カム部のカム面に形成された一周間の輪郭曲線のサイクル数をKサイクル、揚程をHμｍ、前記回転体の回転速度をＮｒｐｍとすれば、振幅はHμｍで、振動数ｆはK・Ｎ／６０Ｈｚの微振動を確実に発生させ印加できる。
【００２４】
前記回転体の回転速度を変化させることで、加工具、被加工材、加工条件、加工進行程度に対応して最適な周波数の微振動を安定して加工具や被加工材に印加できる。
【００２５】
また、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構は、カムによる機械的な微振動発生方法であるため、塑性加工中に加工具や被加工材に作用する大きな荷重にも打ち勝つことができる。
【００２６】
また、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構は、シンプルな機構であるので適用範囲が広い。
【００２７】
その結果、本発明は、塑性加工中に加工具や被加工材に微振動を印加する技術を幅広く安定して適用できるものとした。また、微振動を印加することによる効果を最大限に発揮させ、従来技術に比べ、より低い変形抵抗、より高い加工精度、より高い変形率を実現可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の構成を添付図面に図示する好ましい実施の形態に基づいて、さらに詳しく説明する。
【実施例】
【００２９】
〔実施例１〕
図１は、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構の構成を適用した実施例である引き抜き加工装置（実施例１）の主要部分を図示したものである。
【００３０】
図面上、符号１で指示するものは、前記回転体である。図面上、符号１１で指示するものは、前記回転体１に形成されたカム部である。本実施例では、前記カム部１１はリブ状で、前記カム部１１のカム面は、１５μｍの揚呈、単弦曲線のカム曲線、昇り行程０．５度の割り付け角、下り行程０．５度の割り付け角の輪郭曲線で形成され、一周間の輪郭曲線のサイクル数は360サイクルである。前記回転体１は前記回転駆動部である電動機Ｄで回転駆動される。前記電動機Ｄの回転速度は回転速度制御器ＳＰＣにより制御される。前記回転体１は、前記カム部１１単独でも、また、全体でも完全に回転つりありが取られていて高速回転可能である。
【００３１】
図面上、符号２で指示するものは、前記微振動伝達具である。前記微振動伝達具２の一端に一対の前記カムフォロワ部２１が付設してある。一対の前記カムフォロワ部２１は、リブ状の前記カム部１１を予圧付加して隙間なく挟んでいる。与圧付加の方法は、一対の前記カムフォロワ部２１の一方を前記微振動伝達具２に固定し、他方はリブ状の前記カム部１１を挟む位置に可動に配設し、該カムフォロワ部の軸部(図示せず)をセットボルト（図示せず）でカム面方向へ圧接し、予圧付加した状態で前記微振動伝達具２に固定ボルト(図示せず)で固定する方法である。前記微振動伝達具２は、前記カム部１１が形成された前記回転体１が１回転すると、一対の前記カムフォロワ部２１を介して、案内具２２に案内され、振幅１５μｍで３６０回往復運動する。前記回転体１が、前記回転速度制御器ＳＰＣからの、例えば、３０００ｒｐｍの回転速度指令により前記電動機Ｄで３０００ｒｐｍの速度で回転駆動されると、前記微振動伝達具２は、前記カム部１１のカム面が一周する間の輪郭曲線のサイクル数K＝３６０サイクル、揚程H＝１５μｍ、前記回転体１の回転速度Ｎ＝３０００ｒｐｍであるから、振幅は１５μｍで、振動数ｆはK・Ｎ／６０で計算される１８ｋＨｚの微振動を確実に発生させ印加できる。
【００３２】
つぎに、図面上、符号３で指示するものは、前記加工具である引き抜き加工用ダイスであり、前記微振動伝達具２の中央部に微振動方向に引き抜き方向を合わせて固着されている。前記引き抜き加工用ダイス３には、被加工材Ｍである線材が挿入され、線材把持具Ｃで前記被加工材Ｍである線材を把持し引き抜き加工する。また、前記引き抜き加工用ダイス３は、印加する微振動の方向に対して任意の角度を付けて固着することができる。また、引き抜き加工前の前記被加工材Ｍに本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構により微振動を印加することもできる。
【００３３】
前記回転体1は、本実施例では板状の回転体であるが、円筒状の回転体とすることもできる。また、前記カム部１１は溝状であって、該カム部に1個の前記カムフォロワ部２１が隙間なく嵌りこんで拘束することもできる。
【００３４】
前記カム部１１のカム面は、前記した単弦曲線や無停留変形台形曲線、無停留変形等速度曲線等の無停留曲線の他に、両停留対称曲線、両停留非対称曲線、そして片停留曲線のいずれかのカム曲線による輪郭曲線で形成することができる。前記微振動伝達具２や前記引き抜き加工用ダイス３の質量が大きく加振に必要なエネルギーが大きい場合は、前記カム部１１のカム面は最も加速度の小さい無停留曲線である単弦曲線による輪郭曲線で形成する。また、前記微振動伝達具２や前記引き抜き加工用ダイス３の質量が小さく加振に必要なエネルギーが小さい場合は、前記引き抜き加工用ダイス３に印加する微振動力を大きくするため、前記カム部１１のカム面は両停留対称曲線、両停留非対称曲線、そして片停留曲線など加速度の大きいカム曲線による輪郭曲線で形成する。
【００３５】
印加する微振動の振幅は、加工具、被加工材、加工条件に対応して最適な振幅とする必要がある。微振動の振幅を２００μｍに変化させる場合は、揚程Ｈが２００μｍである前記カム部１１が形成された回転体１と交換して実現する。また、印加する微振動の周波数ｆも、加工具、被加工材、加工条件、加工進行程度に対応して最適な周波数とする必要がある。微振動の周波数ｆを１ｋＨｚにする場合は、前記カム部１１のカム面が一周する間の輪郭曲線のサイクル数K＝３６０サイクルであるから、前記回転体１の回転速度Ｎは６０・ｆ／Ｋで計算される１６７ｒｐｍとする。
【００３６】
以上の一連の構成により、引き抜き加工中に、前記被加工材Mの種類、引き抜き加工速度、並びに前記引き抜き加工ダイス３の絞り角等の加工条件に対応して最適に設定された周波数の微振動を前記引き抜き加工用ダイス３に印加することができる。引き抜き加工後の完成品に求められる用途仕様により、長さ方向において部分的に異なる表面粗さ、仕上げ寸法精度、硬度を必要とする場合は、連続した一連の引き抜き加工中に微振動の周波数を上下させ、仕様を実現することができる。
【００３７】
〔実施例２〕
図２は、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構の構成を適用した実施例である曲げ加工装置（実施例２）の主要部分を図示したものである。
【００３８】
この実施例2の曲げ加工装置が前述の実施例１と異なる点は、前記電動機D、前記カム部１１が周方向に形成された前記回転体１、前記微振動伝達具２、一対の前記カムフォロワ部２１、前記案内具２２、そして加工具である曲げ加工用パンチ４ならびに曲げ加工用ダイス５で構成される微振動発生伝達機構を上下に２組保有し、上側の微振動発生伝達機構で曲げ加工用パンチ４に微振動を印加し、下側の微振動発生伝達機構で曲げ加工用ダイス５に微振動を印加する点である。さらに、前記パンチ側の微振動発生伝達機構は、前記パンチ４と一体となって、パンチ上昇下降機構Ｕにより上昇下降する。前記パンチ側とダイス側の微振動発生伝達機構の微振動条件は、異なるものにすることも可能である。また、パンチ側とダイス側の少なくとも一方でもよい。
【００３９】
以上の一連の構成により、曲げ加工中に、前記被加工材Mの種類、曲げ加工速度、並びに前記曲げ加工用パンチ４ならびに曲げ加工用ダイス５の曲げ加工角等の加工条件に対応して最適に設定された周波数の微振動を前記曲げ加工用パンチ４ならびに曲げ加工用ダイス５に印加することができる。一連の曲げ加工中、曲げ角度が大きくなるに伴い、微振動の周波数を上げることで、加工硬化によるひび割れが減少する、より大きな曲げ角度まで加工することが可能となる、そして、スプリングバックが減少し加工精度が向上する等の効果がある。
【００４０】
〔実施例３〕
図３は、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構の構成を適用した実施例である深絞り加工装置（実施例３）の主要部分を図示したものである。
【００４１】
この実施例３の深絞り加工装置が前述の実施例２と異なる点は、上側の微振動発生伝達機構で深絞り加工用パンチ６に微振動を印加し、下側の微振動発生伝達機構で深絞り加工用ダイス７に微振動を印加する点である。図面上、符号８で指示するものは、しわ抑え具である。前記深絞り加工用パンチ６側と前記深い絞り加工用ダイス７側の微振動発生伝達機構の微振動条件は、異なるものにすることも可能である。また、前記深絞り加工用パンチ６側と前記深い絞り加工用ダイス７側の少なくとも一方でもよい。
【００４２】
以上の一連の構成により、深絞り加工中に、前記被加工材Mの種類、深絞り加工速度、並びに前記深絞り加工用パンチ６ならびに深絞り加工用ダイス７の絞り形状等の加工条件に対応して最適に設定された周波数の微振動を前記深絞り加工用パンチ６ならびに深絞り加工用ダイス７に印加することができる。一連の深絞り加工中、絞り程度が大きくなるに伴い、微振動の周波数を上げることで、加工硬化によるひび割れが減少する、より深く絞り加工することが可能となる等の効果がある。
【００４３】
〔実施例４〕
図４は、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構の構成を適用した実施例であるしごき加工装置（実施例４）の主要部分を図示したものである。
【００４４】
この実施例４のしごき加工装置が前述の実施例３と異なる点は、上側の微振動発生伝達機構でしごき加工用パンチ９に微振動を印加し、下側の微振動発生伝達機構でしごき加工用ダイス１０に微振動を印加する点である。前記しごき加工用パンチ９側と前記しごき加工用ダイス１０側の微振動発生伝達機構の微振動条件は、異なるものにすることも可能である。また、前記しごき加工用パンチ９側と前記しごき加工用ダイス１０側の少なくとも一方でもよい。
【００４５】
以上の一連の構成により、しごき加工中に、前記被加工材Mの種類、しごき加工速度、並びに前記しごき加工用パンチ９ならびにしごき加工用ダイス１０の形状等の加工条件に対応して最適に設定された周波数の微振動を前記しごき加工用パンチ９ならびにしごき加工用ダイス１０に印加することができる。しごき加工後の完成品に求められる用途仕様により、長さ方向において部分的に異なる表面粗さ、仕上げ寸法精度、硬度を必要とする場合は、連続した一連のしごき加工中に微振動の周波数を上下させ、仕様を実現することができる。
【００４６】
〔実施例５〕
図５は、本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構の構成を適用した実施例である圧延加工装置（実施例５）の主要部分を図示したものである。
【００４７】
この実施例５の圧延加工装置が前述の実施例４と異なる点は、上側の微振動発生伝達機構で上圧延ロール２０に微振動を印加し、下側の微振動発生伝達機構で下圧延ロール３０に微振動を印加する点である。前記上圧延ロール２０側と前記下圧延ロール３０側の微振動発生伝達機構の微振動条件は、異なるものにすることも可能である。また、前記上圧延ロール２０側と前記下圧延ロール３０側の少なくとも一方でもよい。また、圧延前の前記被加工材Ｍに本発明の塑性加工用カム式微振動印加機構により微振動を印加することもできる。
【００４８】
以上の一連の構成により、圧延加工中に、前記被加工材Mの種類、圧延加工速度、並びに前記上圧延ロール２０ならびに下圧延ロール３０の形状等の加工条件に対応して最適に設定された周波数の微振動を前記上圧延ロール２０ならびに下圧延ロール３０に印加することができる。圧延加工後の完成品に求められる用途仕様により、長さ方向において部分的に異なる表面粗さ、仕上げ寸法精度、硬度を必要とする場合は、連続した一連の圧延加工中に微振動の周波数を上下させ、仕様を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明を適用して構成した実施例１の引き抜き加工装置の構成を表現した説明図である。
【図２】図２は、本発明を適用して構成した実施例2の曲げ加工装置の構成を表現した説明図である。
【図３】図３は、本発明を適用して構成した実施例３の深絞り加工装置の構成を表現した説明図である。
【図４】図４は、本発明を適用して構成した実施例４のしごき加工装置の構成を表現した説明図である。
【図５】図５は、本発明を適用して構成した実施例５の圧延加工装置の構成を表現した説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１      回転体
１１  カム部
２      微振動伝達具
２１  カムフォロワ部
２２  案内具
３      引き抜き加工用ダイス
４      曲げ加工用パンチ
５      曲げ加工用ダイス
６      深絞り加工用パンチ
７      深絞り加工用ダイス
８      しわ抑え具
９      しごき加工用パンチ
１０    しごき加工用ダイス
２０    上圧延ロール
３０    下圧延ロール
Ｄ      電動機
ＳＰＣ  回転速度制御器
Ｍ      被加工材
Ｃ      線材把持具
Ｕ      パンチ上昇下降機構
【図１】
2008302383.tif 000003
【図２】
2008302383.tif 000004
【図３】
2008302383.tif 000005
【図４】
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【図５】
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