(57)【要約】【課題】ディスク状部品の加工時間を短くすることができ、製造コストを削減することができるディスク状部品の成形方法及び成形装置を提供すること。【解決手段】成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部４ａを有する金型４にリング状の素材２１を嵌め込み、金型４が固定されている回転テーブル２を回転することで当該金型４を回転させながら、自由回転する成形ロール５をリング状の素材２１に押圧することで、当該ディスク状部品の外周部の斜状面と内周部の斜状面を同時に成形する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一または近似した斜状面の外周部を有する金型にリング状の素材を嵌め込み、前記金型が固定されている回転テーブルを回転することで当該金型を回転させながら、自由回転する成形ロールを前記リング状の素材に押圧することで、前記成形目標であるディスク状部品の外周部および内周部の斜状面を成形することを特徴とするディスク状部品の成形方法。
【請求項２】
前記成形ロールを当該成形ロールの前記リング状の素材に当接する面が前記成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように当該リング状の素材に押圧することを特徴とする請求項１に記載のディスク状部品の成形方法。
【請求項３】
成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一または近似した斜状面の外周部を有する金型と、リング状の素材が嵌め込まれた前記金型を固定する回転テーブル、前記回転テーブルを回転させるテーブル回転機構と、自由回転する成形ロールと、前記回転テーブルまたは前記成形ロールを当該成形ロールが前記リング状の素材を押圧するように移動する移動機構とを備えることを特徴とするディスク状部品の成形装置。
【請求項４】
前記成形ロールは、当該成形ロールの前記リング状の素材に当接する面が前記成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線と同一または近似した斜状線から構成されていることを特徴とする請求項３に記載のディスク状部品の成形装置。
【請求項５】
前記成形ロールは、当該成形ロールの前記リング状の素材に当接する面が前記成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線の最小曲率半径よりも小さい曲率半径を有する斜状線で構成されており、且つ前記移動機構は、前記成形ロールを当該成形ロールの前記リング状の素材に当接する面が前記成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動することを特徴とする請求項３に記載の成形装置。
【請求項６】
前記金型は、当該金型の外周部を前記成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一または近似した形状に形成する複数の外周部構成部材で構成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の成形装置。
【請求項７】
前記外周部構成部材は、直径が異なる円板状部材であることを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
【請求項８】
前記円板状部材間の段差部に、外周面が前記成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一または近似した曲面形状であるリング状のスペーサーを設けたことを特徴とする請求項７に記載の成形装置。
【請求項９】
前記外周面構成部材は、上下方向に移動可能な先端球状円柱部材であることを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種水力機械や空気機械が備えるインペラの構成部品であるインペラカバー等のディスク状部品の成形方法及び成形装置に関し、更に詳しくは、このディスク状部品の内外周部を同時に成形する成形方法及び成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディスク状部品の製造は、素材を切削することにより行われていた。しかし、素材をラッパ状に切削することは、切屑が多くなるため特に大型のディスク状部品では素材である材料コストが高くなり、ディスク状部品の製造コストが増大するという問題がある。従って、大型のディスク状部品を製造する際には、切削加工以外の加工方法を用いる必要がある。
【０００３】
図１２は、従来のディスク状部品の内外周部の成形方法を示す図である。同図（ａ）に示すように、従来の成形方法では、まずリング状に成形した素材１１０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、このリング状の素材１１０の内径寸法を決定する穴広げ作業を行う。ここで、同図（ｂ）に示す１１１は、穴広げ作業の完了した素材である。次に、同図（ｃ）に示すように、クサビ状工具１１５を用いてつば部の肉を押し出すための背切り作業を行う。ここで、同図（ｃ）に示す１１２は、背切り作業が完了した素材である。次に、同図（ｄ）に示すように、平型工具１１６を用いてつば部の荒加工を行う。ここで、同図（ｄ）に示す１１３は、荒加工の完了した素材である。次に、同図（ｅ）に示すように、素材１１３の上下を反転させて、型１１７に載置し、素材１１３の外周部を型１１７に沿わせるための鍛造仕上げ加工を行う。ここで、同図（ｅ）に示す１１４は、鍛造仕上げ加工の完了し、成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面が成形された素材である。そして、同図（ｆ）に示すように、後工程として、素材１１４の内周部の余肉を切削することでディスク状部品１１８を成形する。
【０００４】
また、従来ではリング状の素材をダイにセットした状態でこのリング状の素材を傾斜させ、且つ旋回させながら逐次鍛造してディスク状部品を成形する成形方法及び成形装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、従来のディスク状部品の内外周部の他の成形方法を示す図である。この成形装置では、円柱状の素材１００に穴を設けリング状の素材１０１とし、このリング状の素材１０１を加熱してダイ１０３に取り付け、ポンチ１０４とダイ１０３の隙間でリング状の素材１０１の円周方向の一部を成形する。次に、ポンチ１０４とダイ１０３との間隙を開いて（ポンチ１０４を上昇させて）、ダイ１０３を旋回させることで、このダイ１０３とリング状の素材１０１との摩擦力により、このリング状の素材１０１をダイ１０３と同一方向に旋回させる。次に、所定の位置で旋回するリング状の素材１０１を停止させ、再びポンチ１０４とダイ１０３との隙間を閉じることにより、上記成形された部分に隣接する未成形部を逐次鍛造していく。そして、円周方向に１周リング状の素材１０１を鍛造した後に、ポンチ１０４をこのリング状の素材１０１の成形された部分より下側に下降させて、上記と同様に円周方向に逐次鍛造を行うことで、ディスク状部品１０２を成形する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２９０９８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、成形目標であるディスク状部品としては例えばインペラカバー等があり、このインペラカバーは種々の形状のものがある。これは、インペラのブレードの形状やインペラ自体の種類や大きさにより、インペラカバーの内外周部の斜状面の形状が異なるためである。従って、図１２に示す従来のディスク状部品の内外周部の成形方法では、種々の形状に合わせた型１１７が必要となり、ディスク状部品の製造コストがかかるという問題があった。また、素材１１４の内周部の成形を行わないため、余肉が多くなり、ディスク状部品の加工時間がかかるという問題もあった。
【０００７】
一方、図１３に示す従来のディスク状部品の内外周部の成形方法は、基本的に自由鍛造である。従って、リング状の素材１０１を成形目標であるディスク状部品の形状に仕上げるためには、リング状の素材１０１の形状の適正化、ポンチ１０４の押込み量、ポンチ１０４の打点順序などの熟練を要するとともに、ポンチ１０４とダイ１０３との間隙の開閉を繰り返す必要があるため、ディスク状部品の加工時間が長くなる恐れがあった。
【０００８】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ディスク状部品の加工時間を短くすることができ、製造コストを削減することができるディスク状部品の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明では、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部を有する金型にリング状の素材を嵌め込み、金型が固定されている回転テーブルを回転することで当該金型を回転させながら、自由回転する成形ロールをリング状の素材に押圧することで、成形目標であるディスク状部品の外周部および内周部の斜状面を成形することを特徴とする。なお、成形ロールのリング状の素材に当接する面は、ディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線と同一又は近似した斜状線で構成されることが好ましい。ここで、斜状線とは、直線、曲率半径が異なる曲線あるいは直線と曲線の組み合わせからなる線をいう（以下同様）。
【００１０】
この発明によれば、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部を有する金型にリング状の素材を嵌め込み、金型が固定されている回転テーブルを回転することで当該金型を回転させながら、自由回転する成形ロールをリング状の素材に押圧することで、成形目標であるディスク状部品の外周部及び内周部の斜状面を成形、すなわちディスク状部品の外周部は成形ロールにより連続して成形し、それと同時に内周部は金型により連続して成形するので、成形されたディスク状部品の外周部と内周部の余肉を少なくすることができる。これにより、成形されたディスク状部品の後処理の工程を少なくすることができるので、ディスク状部品の加工時間を短くすることができる。
【００１１】
また、この発明では、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように当該リング状の素材に押圧することを特徴とする。なお、成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線の最小曲率半径よりも小さい曲率半径を有する斜状線で構成されていることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように当該リング状の素材に押圧するので、外周部の斜状面形状が異なるディスク状部品を１つの成形ロールで成形することができる。これにより、成形するディスク状部品の外周部の斜状面形状に応じて金型を準備し、外周部の斜状面形状が異なるディスク状部品を成形するごとに金型を交換する必要が無くなるので、ディスク状部品の加工時間をさらに短くすることができ、製造コストを削減することができる。
【００１３】
また、この発明では、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部を有する金型と、リング状の素材が嵌め込まれた金型を固定する回転テーブル、回転テーブルを回転させるテーブル回転機構と、自由回転する成形ロールと、回転テーブル又は成形ロールを当該成形ロールがリング状の素材を押圧するように移動する移動機構とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部を有する金型と、リング状の素材が嵌め込まれた金型を固定する回転テーブル、回転テーブルを回転させるテーブル回転機構と自由回転する成形ロールと、回転テーブル又は成形ロールを当該成形ロールがリング状の素材を押圧するように移動する移動機構とを備える成形装置により、ディスク状部品の外周部を成形ロールにより連続して成形し、それと同時に内周部を金型により連続して成形するので、成形されたディスク状部品の外周部と内周部の余肉を少なくすることができる。これにより、成形されたディスク状部品の後処理の工程を少なくすることができるので、ディスク状部品の加工時間を短くすることができる。
【００１５】
また、この発明では、請求項３に記載のディスク状部品の成形装置において、成形ロールは、当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線と同一又は近似した斜状線から構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、成形ロールを当該成形ロールの前記リング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線と同一又は近似した斜状線から構成するので、回転しているリング状の素材に、この成形ロールを一方向（鉛直方向）に押圧することで、成形目標であるディスク状部品の外周部を成形することができる。従って、複雑な成形装置を必要とせず、簡単な構成で、且つ容易にディスク状部品を成形することができ、ディスク状部品の製造コストを削減することができる。
【００１７】
また、この発明では、請求項３に記載の成形装置において、成形ロールは、当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線の最小曲率半径よりも小さい曲率半径を有する斜状線で構成されており、且つ移動機構は、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線の最小曲率半径よりも小さい曲率半径を有する斜状線で構成し、且つ移動機構は、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動するので、外周部の斜状面形状が異なるディスク状部品を１つの成形ロールで成形することができる。これにより、成形するディスク状部品の外周部の斜状面形状に応じて金型を準備し、外周部の斜状面形状が異なるディスク状部品を成形するごとに金型を交換する必要が無くなるので、ディスク状部品の加工時間をさらに短くすることができ、製造コストを削減することができる。
【００１９】
また、この発明では、請求項３〜５のいずれか一つに記載の成形装置において、金型は、当該金型の外周部を成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した形状に形成する複数の外周部構成部材で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、金型を当該金型の外周部を成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した形状に形成する複数の外周部構成部材で構成するので、成形するディスク状部品の内周部の斜状面形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができる。これにより、ディスク状部品の製造コストをさらに削減することができる。
【００２１】
また、この発明では、請求項６に記載の成形装置において、外周部構成部材は、直径が異なる円板状部材であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、外周部構成部材を直径が異なる円板状部材とするので、この円板状部品をその側面がディスク状部品の内周部の斜状面に近似するように積み重ねることができる。従って、成形するディスク状部品の内周部の斜状面形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができる。これにより、ディスク状部品の製造コストをさらに削減することができる。
【００２３】
また、この発明では、請求項７に記載の成形装置において、円板状部材間の段差部に、外周面が成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した曲面形状であるリング状のスペーサーを設けたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、円板状部材間の段差部に、外周面が成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した曲面形状であるリング状のスペーサーを設けるので、金型の外周部の外周面形状を成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面形状にさらに近似することができる。これにより、請求項７に記載の発明による作用効果に加えて、成形されたディスク状部品の内周部の余肉を少なくすることができ、ディスク状部品の加工時間を削減することができる。
【００２５】
また、この発明では、請求項６に記載の成形装置において、外周面構成部材は、上下方向に移動可能な先端球状円柱部材であることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、外周面構成部材を上下方向に移動可能な先端球状円柱部材とするので、この先端球状円柱部材をその先端が成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面形状に近似するように移動することができる。従って、成形するディスク状部品の内周部の斜状面形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができる。これにより、ディスク状部品の製造コストをさらに削減することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００２８】
図１は、この発明にかかるディスク状部品の成形装置の構成例を示す図である。成形装置１は、同図に示すように、回転テーブル２と、テーブル回転機構３と、金型４と、成形ロール５と、移動機構６と、制御装置７と、入力装置８とにより構成されている。回転テーブル２は、耐熱性を有する金属等からなる円板状であり、その下端に後述するテーブル回転機構３の回転軸３ａが取り付けられている。テーブル回転機構３は、回転軸３ａ、駆動装置３ｂにより構成されている。回転軸３ａは、駆動装置３ｂの図示しないモータなどの駆動源に接続されている。従って、テーブル回転機構３は、回転テーブル２を駆動装置３ｂにより回転軸３ａを介して矢印Ａ方向に回転することができる。
【００２９】
図２は、この発明にかかる金型の断面図である。図１及び図２に示すように、金型４は、耐熱性を有する金属等から構成されており、その軸Ｘ方向の断面形状が略凸状である。金型４は、上記回転テーブル２に図示しない固定手段（例えば、ボルトとナット、キーとキー溝など）により固定されており、回転テーブル２が図１に示す矢印Ａ方向に回転すると同時に矢印Ｂ方向に回転する。金型４の外周部４ａは斜状面であり、この斜状面は金型４の軸Ｘ方向の断面において斜状線４ａ´から構成されている。一方、成形目標であるディスク状部品Ｓの内周部Ｓ１は、図２に示すように斜状面であり、この斜状面はディスク状部品ＳのＸ軸方向の断面において斜状線Ｓ１´から構成されている。ここで、金型４の斜状線４ａ´は、上記ディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ１´と同一の形状となるように形成されている。すなわち、ディスク状部品Ｓの内周部Ｓ１の斜状面と同一の形状となるように金型４の外周部４ａの斜状面を形成する。
【００３０】
図３は、この発明にかかる成形ロールの断面図を示す図であり、同図（ａ）は成形ロールの素材に当接する面が曲線により構成されている場合、同図（ｂ）は成形ロールの素材に当接する面が直線により構成されている場合を示す図である。図１及び図３（ａ）に示すように、成形ロール５は耐熱性を有する金属等からなる円板状であり、その下面（図１では右側面）に回転軸５ａが取り付けられている。回転軸５ａは、成形ロール支持部材５ｂにボールベアリングなどの軸受５ｃを介して回転自在に支持されている。つまり、成形ロール５は、軸Ｙを中心に自由回転できるように支持されている。成形ロール支持部材５ｂは、後述するシャフト６ｂに取り付けられている。
【００３１】
この成形ロール５の外周端面５ｄ、すなわち成形ロール５が後述するリング状の素材２１と当接する面は、図３（ａ）に示すように、成形ロール５の軸Ｙ方向の断面において斜状線５ｄ´から構成されている。一方、成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２は、図３（ａ）に示すように斜状面であり、この斜状面はディスク状部品ＳのＸ軸方向の断面において斜状線Ｓ２´から構成されている。ここで、成形ロール５の斜状線５ｄ´は、上記ディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ２´と同一の形状となるように形成されている。すなわち、成形ロール５のリング状の素材２１と当接する面（外周端面）が、ディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状面を構成する斜状線Ｓ２´と同一の形状となるように斜状線５ｄ´で構成されている。
【００３２】
ここで、この成形ロール５の外周端面５ｄの長さは、図１に示すリング状の素材２１の成形に伴いその外周部が拡張する際に、その外周部が円周方向に沿って引張り応力下とならないように、すなわち拡張されつつあるリング状の素材２１を金型４に押圧して圧縮応力を付加させるに足る長さに設定すると良い。また、この成形ロール５の外周端面５ｄの長さは、成形目標である複数のディスク状部品Ｓのうちで、外周部Ｓ２の斜状線Ｓ２´の長さが最長のものと同じ長さ又は若干長くなるように設定すると良い。これは、複数のディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ２´の形状が同一でその長さのみ異なる際には、ディスク状部品Ｓの大きさが異なっていても一つの成形ロール５でその外周部Ｓ２を成形することができるからである。また、同図（ｂ）に示すように、成形目標であるディスク状部品Ｓの斜状面Ｓ２を構成する斜状線Ｓ２″が曲線ではなく直線で構成されている場合は、成形ロール５の外周端面５ｄは、この斜状線Ｓ２″の形状と同一の形状となるように斜状面５ｄ″で構成すると良い。
【００３３】
なお、成形ロール５は、その外周径（直径）が大きすぎると、この成形ロール５の外周端面５ｄは、リング状の素材２１と当接する長さがこの成形ロール５の円周方向に長くなるので、成形ロール５の押圧荷重を大きくする必要がある。従って、成形ロール５の外周径は極力小さくすることが好ましい。一方、成形ロール５の直径が小さ過ぎると、この成形ロール５の外周端面５ｄは、リング状の素材２１とこのリング状の素材２１の半径方向に細長く当接するので、半径方向へのリング状の素材２１を構成する材料の流動性が低下し、リング状の素材２１の成形性が低下する。このため、成形ロール５の直径は、成形ロール５の押圧荷重を過剰に大きくすることなく、且つリング状の素材２１を構成する材料のこのリング状の素材２１の半径方向への流動性を向上し、リング状素材の成形性を向上させるように所定の値に設定することが好ましい。
【００３４】
移動機構６は、駆動装置６ａとシャフト６ｂとにより構成されている。駆動装置６ａは、図示しない鉛直方向ガイド、水平方向ガイド、モータなどにより構成されており、このモータにより鉛直方向ガイドに沿ってシャフト６ｂを矢印Ｄ方向（上下方向）に移動させるとともに、水平方向ガイドに沿ってシャフト６ｂを矢印Ｅ方向（左右方向）に移動させる。従って、この移動機構６は、駆動装置６ａによりシャフト６ｂを介して成形ロール５を矢印Ｄ方向に移動することができる。また、この移動機構６は、駆動装置６ａによりシャフト６ｂを介して成形ロール５を矢印Ｅ方向に移動することができる。
【００３５】
制御装置７は、図示しない処理部、記憶部などにより構成されており、成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２及び内周部Ｓ１の形状に応じて、テーブル回転機構３の回転速度及び移動機構６の移動速度を制御するものである。処理部は、記憶部に格納されているディスク状部品Ｓごとの回転速度及び移動速度から成形目標であるディスク状部品Ｓの回転速度及び移動速度を読み込み、テーブル回転機構３の駆動装置３ｂの図示しないモータに駆動信号を出力するとともに、移動機構６の駆動装置６ａの図示しない駆動信号に出力する。入力装置８は、キーボード、マウス、マイクなどにより構成されており、リング状の素材２１から成形目標であるディスク状部品Ｓを成形する際に、この成形目標であるディスク状部品Ｓのデータを入力するものである。また、ディスク状部材Ｓごとの回転速度及び移動速度を制御装置７の記憶部に格納する際にも用いられる。
【００３６】
次に、この発明にかかるディスク状部品の成形方法について説明する。図４及び図５は、この発明にかかるディスク状部品の成形方法を説明するための図である。図４（ａ）はディスク状部品に成形する前の素材の状態、図４（ｂ）は素材をリング状に加工した状態、図４（ｃ）は金型にリング状の素材を嵌め込んだ状態を示す図である。図５（ａ）は成形ロールがリング状の素材に押圧した状態、図５（ｂ）は成形ロールがさらにリング状の素材に押圧した状態、図５（ｃ）は、余肉を含むディスク状部品を成形目標であるディスク状部品に切削した状態を示す図である。まず、図示しない鍛造用丸棒から適当寸法に切出されたディスク状部品Ｓに成形する前の素材２０を用意する（図４（ａ）参照）。次に、図４（ｂ）に示すように、素材２０に穴２１ａを設け、素材２０をリング状に加工し、リング状の素材２１とする。なお、穴２１ａは、図４（ｃ）に示すように、リング状の素材２１を金型４に嵌め込んだ際、その上面２１ｂが金型の上面４ｂよりも下に位置するように、裾広がりに設けられている。
【００３７】
ここで、リング状の素材２１の形状は、成形目標であるディスク状部品の形状に応じて決定される。例えば、リング状の素材２１の内径（穴２１ａの直径）は、成形目標であるディスク状部品Ｓの内径（成形目標形状と余肉を合わせたもの）と同じ寸法か又は欠肉を生じないように成形目標であるディスク状部品の内径に対して若干小さくすることが好ましい。また、リング状の素材２１の高さは、成形目標であるディスク状部品Ｓと同じ寸法か又は欠肉を生じないように成形目標であるディスク状部品の高さに対して若干大きくすることが好ましい。リング状の素材２１の外径は、このリング状の素材２１の材料歩留まり（リング状の素材２１の重量／成形目標であるディスク状部品Ｓの重量）を設定することで決定することが好ましい。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すリング状の素材２１を所定温度に加熱した後、図４（ｃ）に示すように、この高温のリング状の素材２１を金型４に嵌め込む。そして、リング状の素材２１が金型４に嵌め込まれた状態で、金型４を矢印Ｂ方向に回転させる。つまり、制御装置７からの駆動信号により、テーブル回転機構３の駆動装置３ｂが回転軸３ａを介して回転テーブル２を回転させることで、この回転テーブル２に固定された金型４を回転させる。次に、成形ロール５をこの成形ロール５の上面（同図（ｃ）では、左側面）とリング状の素材２１の外側面との幅を成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２と内周部Ｓ１との厚みと同じ幅又は若干広い幅となるように移動させる。つまり、制御装置７からの駆動信号により、移動機構６の駆動装置６ａがシャフト６ｂを図１に示す矢印Ｅ方向のいずれか一方向に移動させることで、成形ロール５を移動させる。
【００３９】
次に、同図（ｃ）に示すように、成形ロール支持部材５ｂを介して成形ロール５をリング状の素材２１にその上方から押圧する。つまり、制御装置７からの駆動信号により、移動機構６の駆動装置６ａがシャフト６ｂを図１に示す矢印Ｄ方向のうち下側に移動させることで、成形ロール５を鉛直方向に移動させる。この押圧により、自由回転できる成形ロール５は、リング状の素材２１の回転方向である矢印Ｂ方向と同一の方向である矢印Ｃ方向に従動回転する。ここで、押圧状態での成形ロール５によるリング状の素材２１に対する加圧は、この成形ロール５の接線速度を一定に保持しつつ、成形ロール５を金型４（回転テーブル２）に近づけながら行われる。なお、成形ロール５の接線速度は一定でなくても良い。
【００４０】
リング状の素材２１は、図５（ａ）に示すように、成形ロール５をリング状の素材２１に押圧することで、熱間で塑性変形を生じ、その内側面は金型４の外周部４ａと同一の形状に成形され、同時にその外側面は成形ロール５の外周端面５ｄと同一の形状に成形される。さらに成形ロール５をリング状の素材２１に押圧することで、同図（ｂ）に示すように、リング状の素材２１の外側面と内側面との厚みを成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２と内周部Ｓ１との厚みと同じ厚み又は若干広い厚みに成形する。つまり、リング状の素材２１は余肉を含むディスク状部品Ｓに成形され、ディスク状部品Ｓの成形を終了する。ここで、制御装置７は、成形ロール５の成形動作を１回で終了するように、テーブル回転機構３及び移動機構６を制御するので、ディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２及び内周部Ｓ１を同時に１挙動で連続して成形することができる。なお、同図（ｃ）に示すように、成形されたディスク状部品Ｓは、余肉Ｓ３の切削などの後工程を行うことで、製品としてのディスク状部品Ｓ´に成形される。
【００４１】
上記のような成形方法によれば、ディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２は成形ロール５により連続して成形され、それと同時に内周部Ｓ１は金型４により連続して成形されるので、成形されたディスク状部品の外周部と内周部の余肉を少なくすることができる。これにより、ディスク状部品Ｓ´の加工時間を短くすることができる。
【００４２】
次に、この発明にかかるディスク状部品の他の成形方法について説明する。図６はこの発明にかかるディスク状部品の成形装置の成形ロールの他の構成例、図７及び図８はこの発明にかかるディスク状部品の他の成形方法を説明するための図である。図６に示すように、成形ロール５´は、この成形ロール５´の外周端面５ｅを構成する斜状線５ｅ´が、成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状線Ｓ２´である曲線の中で最も小さい曲率半径ｒ´よりも小さい曲率半径ｒの曲線を有する。なお、この斜状線５ｅ´である曲線の曲率半径ｒは、成形装置１により成形を行う対象である種々のディスク状部品の外周部Ｓ２の斜状線Ｓ２´の中で、最も小さい曲率半径ｒ´よりも小さくすることが好ましい。また、成形ロール５´の外周端面５ｅと連続する円周面５ｆの長さは、図１に示すリング状の素材２１の成形に伴いその外周部が拡張する際に、その外周部が円周方向に沿って引張り応力下とならないように、すなわち拡張されつつあるリング状の素材２１を金型４に押圧して圧縮応力を付加させるに足る長さに設定すると良い。
【００４３】
まず、図示しない鍛造用丸棒から適当寸法に切出されたディスク状部品Ｓに成形する前の素材２０を用意し（図７（ａ）参照）、この素材２０に穴２１ａを設け、素材２０をリング状に加工し、リング状の素材２１とする（図７（ｂ）参照）。次に、図７（ｂ）に示すリング状の素材２１を所定温度に加熱した後、この高温のリング状の素材２１を金型４に嵌め込み、リング状の素材２１が金型４に嵌め込まれた状態で、金型４を矢印Ｂ方向に回転させる（図７（ｃ）参照）。つまり、制御装置７からの駆動信号により、テーブル回転機構３の駆動装置３ｂが回転軸３ａを介して回転テーブル２を回転させることで、この回転テーブル２に固定された金型４を回転させる。次に、成形ロール５´をこの成形ロール５´の上面（同図（ｃ）では、左側面）とリング状の素材２１の外側面との幅を成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２と内周部Ｓ１との厚みと同じ幅又は若干広い幅となるように移動させる。つまり、制御装置７からの駆動信号により、移動機構６の駆動装置６ａがシャフト６ｂを図１に示す矢印Ｅ方向のいずれか一方向に移動させることで、成形ロール５´を移動させる。
【００４４】
次に、同図（ｃ）に示すように、成形ロール支持部材５ｂを介して成形ロール５´をリング状の素材２１をまずその上方から押圧する。つまり、制御装置７からの駆動信号により、移動機構６の駆動装置６ａがシャフト６ｂを図１に示す矢印Ｄ方向のうち下側に移動させることで、成形ロール５´を鉛直方向に移動させる。この押圧により、自由回転できる成形ロール５´は、リング状の素材２１の回転方向である矢印Ｂ方向と同一の方向である矢印Ｃ方向に従動回転する。
【００４５】
次に、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、成形ロール５´を移動機構６により、この成形ロール５´の上部端面５ｅ、すなわち成形ロール５´のリング状の素材２１に当接する面が成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動させる。つまり、制御装置７からの駆動信号により、移動機構６の駆動装置６ａがシャフト６ｂを図１に示す矢印Ｄ方向のうち下側に移動させるとともに矢印Ｅのうち左側に移動させることで、成形ロール５´を鉛直方向に移動させつつ、リング状の素材２１金型４の外周方向に移動させる。リング状の素材２１は、成形ロール５´をリング状の素材２１に押圧しながら移動させることで、熱間で塑性変形を生じ、その内側面は金型４の外周部４ａと同一の形状に成形され、同時にその外側面は成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状面形状に成形される。
【００４６】
この成形ロール５´がリング状の素材２１に押圧しながら移動することで、同図（ｂ）に示すように、リング状の素材２１の外側面と内側面との厚みを成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２と内周部Ｓ１との厚みと同じ厚み又は若干広い厚みに成形する。つまり、リング状の素材２１は余肉を含むディスク状部品Ｓに成形され、ディスク状部品Ｓの成形を終了する。ここで、制御装置７は、成形ロール５の成形動作を１回で終了するように、テーブル回転機構３及び移動機構６を制御するので、ディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２及び内周部Ｓ１を同時に１挙動で連続して成形することができる。なお、同図（ｃ）に示すように、成形されたディスク状部品Ｓは、余肉Ｓ３の切削などの後工程を行うことで、製品としてのディスク状部品Ｓ´に成形される。
【００４７】
上記のような成形方法によれば、外周部Ｓ２の斜状面形状が異なるディスク状部品Ｓを１つの成形ロール５´で成形することができるので、成形するディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状面形状に応じて金型を準備し、外周部Ｓ２の斜状面形状が異なるディスク状部品Ｓを成形するごとに金型を交換する必要が無くなるので、ディスク状部品Ｓの加工時間をさらに短くすることができ、製造コストを削減することができる。
【００４８】
なお、上記本実施形態では、ディスク状部品Ｓの成形装置１は、リング状の素材２１に対して、成形ロール５、５´を移動機構６により、鉛直方向に押圧させる又は成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、金型４を回転テーブル２を介して回転させる回転機構３が、成形ロール５、５´に対して、リング状の素材２１を鉛直方向に押圧させる又は成形目標であるディスク状部品Ｓの外周部Ｓ２の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動させても良い。また、成形ロール５、５´自体を図示しない成形ロール回転機構により回転させても良い。また、成形ロール５、５´の成形動作は、必要に応じて複数回繰り返しても良く、また１回の成形動作でリング状の素材２１の成形不良が生じた場合には、再度リング状の素材２１を加熱して成形し直しても良い。
【００４９】
また、上記本実施形態では、金型４の斜状線４ａ´を成形目標であるディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ１´と同一の形状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、金型４の斜状線４ａ´が成形目標であるディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ１´と近似した形状である場合は、この金型４を用いて複数のディスク状部品Ｓを成形することもできる。これにより、内周部Ｓ１の斜状面（斜状線Ｓ１´）が近似している複数のディスク状部品Ｓを成形する際には、それぞれの内周部Ｓ１の斜状面に対応する外周部４ａを有する金型４を準備する必要がなく、１つの金型４により複数のディスク状部品Ｓを成形することができる。ここで、１つの金型４を複数のディスク状部品Ｓに用いる場合は、この金型４の斜状線４ａ´が成形目標であるディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ１´よりも緩やか、すなわち斜状線４ａ´と成形目標であるディスク状部品Ｓの斜状線Ｓ１´との間に隙間ができる場合に限られる。
【００５０】
図９は、この発明にかかる金型の他の構成例を示す図である。同図に示すように、この金型９は、複数の耐熱性を有する金属等からなる円板状部材９ａにより構成されている。金型９の外周部構成部材である円板状部材９ａは、それぞれの直径が異なり下側から上側に向けてその直径が小さくなるように積み重ねることで金型９を構成している。ここで、円板状部材９ａの積み重ねは、各円板状部材９ａの側面が通常の金型４の外周部４ａの斜状面、すなわち図示しないディスク状部品の内周部の斜状面と近似するように積み重ねられている。金型９を金型４の代わりに、図１に示す回転テーブル２に固定し、リング状の素材２１を嵌め込み、この金型９とリング状の素材２１を回転させ、嵌め込まれたリング状の素材２１を成形ロール５により押圧することで、ディスク状部品を成形しても良い。従って、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と円板状部材９ａの側面が近似するように、複数の直径が異なる円板状部品９ａが積み重ねられた金型９を成形装置１に用いるので、ディスク状部品Ｓの内周部Ｓ１の斜状面形状に応じて金型４を準備する必要が無くなり、使用する金型４を少なくすることができる。なお、上記金型９は、複数の直径が異なる円板状部材９ａを積み重ねて構成されているが、直径を可変できる複数の円板状部材を積み重ねて構成しても良い。この可変式の円板状部材は、その直径を可変させることで、その側面をディスク状部品Ｓの内周部Ｓ１の斜状面形状に近似させることができる。従って、ディスク状部品Ｓの内周部Ｓ１の斜状面の形状が異なるごとに、円板状部材９ａを積み重ねる必要がなくなり、使用する金型をさらに少なくすることができる。
【００５１】
図１０は、この発明にかかる金型の他の構成例を示す図である。同図に示す金型９´が図９に示す金型９と異なる点は、各円板状部材９ａの間の段差部９ｂにリング状のスペーサー９ｃを設けたことである。このリング状のスペーサー９ｃは、耐熱性を有する金属等からなり、その外周面９ｃ´が通常の金型４の外周部４ａの斜状面、すなわち図示しないディスク状部品Ｓの内周部Ｓ１の斜状面と同一又は近似した曲面形状で形成されている。この金型９´を金型９の代わりに、図１に示す回転テーブル２に固定し、リング状の素材２１を嵌め込み、この金型９´とリング状の素材２１を回転させ、嵌め込まれたリング状の素材２１を成形ロール５により押圧することで、ディスク状部品を成形しても良い。これにより、金型９よりもリング状部品の内周部の余肉を少なくすることができる。
【００５２】
図１１は、この発明にかかる金型の他の構成例を示す図である。同図に示すように、この金型１０は、基台１０ａと複数の先端球状円柱部材１０ｂとにより構成されている。基台１０ａは耐熱性を有する金属等からなり、その外周面が階段状に形成されており、上面１０ｃ及び各段差部１０ｄに先端球状円柱部材１０ｂがこの基台１０ａの円周方向に沿って複数個設けられている。先端球状円柱部材１０ｂは、耐熱性を有する金属等からなり、その下面にシャフト１０ｅが取り付けられている。このシャフト１０ｅは、図示しない上下動装置（例えば、油圧シリンダなど）により先端球状円柱部材１０ｂを上下方向に移動することができる。この先端球状円柱部材１０ｂは、その先端が通常の金型４の外周部４ａの斜状面、すなわち図示しないディスク状部品の内周部の斜状面となるようにシャフト１０ｅを介して、上下動装置により移動される。この金型１０を金型４の代わりに、図１に示す回転テーブル２に固定し、リング状の素材２１を嵌め込み、金型１０とリング状の素材２１を回転させ、嵌め込まれたリング状の素材２１を成形ロール５により押圧することで、ディスク状部品を成形しても良い。従って、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と先端球状円柱部材１０ｂの先端が近似するようにこの先端球状円柱部材１０ｂを上下方向に移動させた金型１０を成形装置１に用いるので、ディスク状部品のすべての内周部の斜状面の形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができる。なお、図１０に示すリング状のスペーサー９ｃの代わりに、各円板状部材９ａの間の段差部９ｂに、図示しない上下動装置によりシャフト１０ｅを介して上下動する先端球状円柱部材１０ｂを取り付けても良い。
【００５３】
また、上記実施形態では各種水力機械や空気機械が備えるインペラの構成部品であるインペラカバーの成形に適用する場合について説明したが、他のディスク状部品（例えば、回転軸に対して対称形状を有するもの）の成形に適用しても良い。また、上記実施形態ではリング状の素材２１を加熱した状態でディスク状部品Ｓに成形する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リング状の素材２１を冷却した状態、すなわち冷間での成形にも適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部を有する金型にリング状の素材を嵌め込み、金型が固定されている回転テーブルを回転することで当該金型を回転させながら、自由回転する成形ロールをリング状の素材に押圧することで、成形目標であるディスク状部品の外周部及び内周部の斜状面を成形、すなわちディスク状部品の外周部は成形ロールにより連続して成形し、それと同時に内周部は金型により連続して成形するので、成形されたディスク状部品の外周部と内周部の余肉を少なくすることができ、ディスク状部品の加工時間を短くすることができる。
【００５５】
また、請求項２に記載の発明によれば、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように当該リング状の素材に押圧するので、外周部の斜状面形状が異なるディスク状部品を１つの成形ロールで成形することができ、ディスク状部品の加工時間をさらに短くすることができ、製造コストを削減することができる。
【００５６】
また、請求項３に記載の発明によれば、成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した斜状面の外周部を有する金型と、リング状の素材が嵌め込まれた金型を固定する回転テーブル、回転テーブルを回転させるテーブル回転機構と自由回転する成形ロールと、回転テーブル又は成形ロールを当該成形ロールがリング状の素材を押圧するように移動する移動機構とを備える成形装置により、ディスク状部品の外周部を成形ロールにより連続して成形し、それと同時に内周部を金型により連続して成形するので、成形されたディスク状部品の外周部と内周部の余肉を少なくすることができ、ディスク状部品の加工時間を短くすることができる。
【００５７】
また、請求項４に記載の発明によれば、成形ロールを当該成形ロールの前記リング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線と同一又は近似した斜状線から構成するので、回転しているリング状の素材に、この成形ロールを一方向（鉛直方向）に押圧することで、成形目標であるディスク状部品の外周部を成形することができ、複雑な成形装置を必要とせず、簡単な構成で、且つ容易にディスク状部品を成形することができ、ディスク状部品の製造コストを削減することができる。
【００５８】
また、請求項５に記載の発明によれば、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面を構成する斜状線の最小曲率半径よりも小さい曲率半径を有する斜状線で構成し、且つ移動機構は、成形ロールを当該成形ロールのリング状の素材に当接する面が成形目標であるディスク状部品の外周部の斜状面形状に沿うように押圧しながら移動するので、外周部の斜状面形状が異なるディスク状部品を１つの成形ロールで成形することができ、ディスク状部品の加工時間をさらに短くすることができ、製造コストを削減することができる。
【００５９】
また、請求項６に記載の発明によれば、金型を当該金型の外周部を成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した形状に形成する複数の外周部構成部材で構成するので、成形するディスク状部品の内周部の斜状面形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができ、ディスク状部品の製造コストをさらに削減することができる。
【００６０】
また、請求項７に記載の発明によれば、外周部構成部材を直径が異なる円板状部材とするので、この円板状部品をその側面がディスク状部品の内周部の斜状面に近似するように積み重ねることができ、成形するディスク状部品の内周部の斜状面形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができ、ディスク状部品の製造コストをさらに削減することができる。
【００６１】
また、請求項８に記載の発明によれば、円板状部材間の段差部に、外周面が成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面と同一又は近似した曲面形状であるリング状のスペーサーを設けるので、金型の外周部の外周面形状を成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面形状にさらに近似することができ、成形されたディスク状部品の内周部の余肉を少なくすることができ、ディスク状部品の加工時間を削減することができる。
【００６２】
また、請求項９に記載の発明によれば、外周面構成部材を上下方向に移動可能な先端球状円柱部材とするので、この先端球状円柱部材をその先端が成形目標であるディスク状部品の内周部の斜状面形状に近似するように移動することができ、成形するディスク状部品の内周部の斜状面形状に応じて金型を準備する必要が無くなり、使用する金型を少なくすることができ、ディスク状部品の製造コストをさらに削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるディスク状部品の成形装置の構成例を示す図である。
【図２】この発明にかかる金型の断面図である。
【図３】この発明にかかる成形ロールの断面図を示す図であり、同図（ａ）は成形ロールの素材に当接する面が曲線により構成されている場合、同図（ｂ）は成形ロールの素材に当接する面が直線により構成されている場合を示す図である。
【図４】この発明にかかるディスク状部品の成形方法を説明するための図であり、同図（ａ）はディスク状部品に成形する前の素材の状態、同図（ｂ）は素材をリング状に加工した状態、同図（ｃ）は金型にリング状の素材を嵌め込んだ状態を示す図である。
【図５】この発明にかかるディスク状部品の成形方法を説明するための図であり、同図（ａ）は成形ロールがリング状の素材に押圧した状態、同図（ｂ）は成形ロールがさらにリング状の素材に押圧した状態、図５（ｃ）は、余肉を含むディスク状部品を成形目標であるディスク状部品に切削した状態を示す図である。
【図６】この発明にかかるディスク状部品の成形装置の成形ロールの他の構成例を示す図である。
【図７】この発明にかかるディスク状部品の他の成形方法を説明するための図であり、同図（ａ）はディスク状部品に成形する前の素材の状態、同図（ｂ）は素材をリング状に加工した状態、同図（ｃ）は金型にリング状の素材を嵌め込んだ状態を示す図である。
【図８】この発明にかかるディスク状部品の他の成形方法を説明するための図であり、同図（ａ）は成形ロールがリング状の素材に押圧しながら移動した状態、同図（ｂ）は成形ロールがさらにリング状の素材に押圧しながら移動した状態、同図（ｃ）は、余肉を含むディスク状部品を成形目標であるディスク状部品に切削した状態を示す図である。
【図９】この発明にかかる金型の他の構成例を示す図である。
【図１０】この発明にかかる金型の他の構成例を示す図である。
【図１１】この発明にかかる金型の他の構成例を示す図である。
【図１２】従来のディスク状部品の内外周部の成形方法を示す図である。
【図１３】従来のディスク状部品の内外周部の他の成形方法を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　成形装置
２　　　　回転テーブル
３　　　　テーブル回転機構
４　　　　金型
４ａ　　　外周部
５、５´　成形ロール
５ａ　　　回転軸
５ｄ、５ｅ　外周端面
６　　　　移動機構
７　　　　制御装置
８　　　　入力装置
９、９´　金型
９ａ　　　円板状部材
９ｂ　　　段差部
９ｃ　　　スペーサー
１０　　　金型
１０ａ　　基台
１０ｂ　　先端球状円柱部材
１０ｃ　　上面
１０ｄ　　段差部
１０ｅ　　シャフト
２０　　　素材
２１　　　リング状の素材
Ｓ　　　　ディスク状部品（余肉を含む）
Ｓ´　　　製品としてのディスク状部品
Ｓ１　　　内周部
Ｓ２　　　外周部
Ｓ３　　　余肉
【図１】
2004098089.tif 000003
【図２】
2004098089.tif 000004
【図３】
2004098089.tif 000005
【図４】
2004098089.tif 000006
【図５】
2004098089.tif 000007
【図６】
2004098089.tif 000008
【図７】
2004098089.tif 000009
【図８】
2004098089.tif 000010
【図９】
2004098089.tif 000011
【図１０】
2004098089.tif 000012
【図１１】
2004098089.tif 000013
【図１２】
2004098089.tif 000014
【図１３】
2004098089.tif 000015