(57)【要約】【課題】ローラ鍛造によりつつ，所望通りの外周形状を適切に得ることができる回転体状物品の製造方法を提供すること。【解決手段】リング状の部材である外周型１１の内周面１１１の内部に素材２０を配置する配置工程と，外周型１１の内部に配置された素材２０を，外周型１１の軸方向回りに回転させつつ，軸方向の両端面から圧迫して回転体状物品とする成形工程とにより，回転体状物品を製造する。ここで，外周型１１として素材２０より高強度のものを用いる。また，成形工程では，素材２０の一方の端面を，素材２０とともに回転する回転台１０で圧迫し，素材２０のもう一方の端面と外周型１１とを，素材２０の回転軸の方向と交差する方向の回転軸を中心に回転するローラ１２の側面で圧迫しつつ，ローラ１２と回転台１０とを互いに近接する方向に移動させて素材２０を加工する。【選択図】図３
2016000416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の部材である外周型の内周面の内部に素材を配置する配置工程と，
前記外周型の内部に配置された素材を，前記外周型の軸方向回りに回転させつつ，軸方向の両端面から圧迫して回転体状物品とする成形工程とを有する，回転体状物品の製造方法において，
前記外周型として素材より高強度のものを用い，
前記成形工程では，
素材の一方の端面を，素材とともに回転する回転型で圧迫し，
素材のもう一方の端面と前記外周型とを，前記素材の回転軸の方向と交差する方向の回転軸を中心に回転するローラ部材の側面で圧迫しつつ，
前記ローラ部材と前記回転型とを互いに近接する方向に移動させて素材を加工することを特徴とする回転体状物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，素材を回転させつつその端面を押圧して回転体状物品を製造する方法に関する。さらに詳細には，素材の回転軸に対する径方向への過度の拡大を防止して適切な形状が得られるようにした回転体状物品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，素材を回転させつつ，その端面に，素材と連れ回る円筒形状のローラを押し当てて成形するローラ鍛造が行われている。このようなローラ鍛造技術の一例として，特許文献１が挙げられる。同文献の技術では，素材の端面がローラの押し当てにより，径方向に拡げられることとなる。このことにより，押し広げられる素材の外周部には引っ張り応力が発生するので，成形限界が限定される要因となっている。そこで特許文献１の技術では，成形時に素材の外周にリング状の部材を装着することとしている。リング状部材は，素材の径方向の拡大とは逆向きの応力を素材の外周部に印加することとなる。これにより成形時の引っ張り応力を緩和し，成形限界を高めようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２４６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。すなわち，ローラ押し当て側の端面における素材の拡径方向の流れが大きく，仕上がり形状が必ずしも所望通りの形状にはならないのである。また，リング状部材として弾性部材を用いているので，径の拡大を十分制御できない。このため特に，厚みのある素材を成形する場合に，ローラ押し当て側の端面がその反対側の端面に比して大きく広がってしまう場合があった。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，ローラ鍛造によりつつ，所望通りの外周形状を適切に得ることができる回転体状物品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における回転体状物品の製造方法は，リング状の部材である外周型の内周面の内部に素材を配置する配置工程と，外周型の内部に配置された素材を，外周型の軸方向回りに回転させつつ，軸方向の両端面から圧迫して回転体状物品とする成形工程とを有している。ここにおいて，外周型として素材より高強度のものを用いる。そして，成形工程では，素材の一方の端面を，素材とともに回転する回転型で圧迫し，素材のもう一方の端面と外周型とを，素材の回転軸の方向と交差する方向の回転軸を中心に回転するローラ部材の側面で圧迫しつつ，ローラ部材と回転型とを互いに近接する方向に移動させて素材を加工する。
【０００７】
上記態様における回転体状物品の製造方法では，成形工程において，素材が軸方向まわりに回転しつつ，一方の端面が回転型により成形され，もう一方の端面がローラ部材により成形される。このとき素材の材料の拡径方向への流れは，外周型の内側面により規制されている。これにより，成形済み製品における高い寸法精度および形状精度を，ローラ鍛造にて得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本構成によれば，ローラ鍛造によりつつ，所望通りの外周形状を適切に得ることができる回転体状物品の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態で使用する鍛造成形装置の構成を説明する断面図である。
【図２】図１の鍛造成形装置に素材を配置した状態を示す断面図である。
【図３】実施の形態による鍛造加工における成形前後での状況を比較して示す断面図である。
【図４】実施の形態による鍛造加工にて強く加工を受けた領域を示す断面図である。
【図５】参考例における成形前後での状況を比較して示す断面図である。
【図６】参考例による鍛造加工にて強く加工を受けた領域を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。まず，本形態で使用する回転体状物品の製造装置，すなわち鍛造成形装置について説明する。図１に示す本形態に係る製造装置は主として，回転台１０と，外周型１１と，ローラ１２とにより構成されている。
【００１１】
回転台１０は，素材を載置する載置台としての役割と，素材を回転させる回転伝達部材としての役割と，素材を回転させつつ成形し成形後の素材における図中下側の端面の形状を規定する回転型としての役割とを有している。回転台１０の上面１０１が，載置台および下型としての役割を果たす。回転台１０は，シャフト１３によりモータ等の回転駆動源１６に接続されている。これにより回転台１０は，図中上下方向の回転軸Ｌ１を中心に回転するようになっている。
【００１２】
外周型１１はリング状の部材である。外周型１１は，回転台１０上に素材を配置した場合に，その素材が外周型１１の内周面１１１の内部に位置するように配置されている。外周型１１の内周面１１１は，成形後の素材における外周形状を規定する役割を有している。外周型１１はまた，回転台１０の高さ方向位置に対して，上下方向（回転軸Ｌ１と平行な方向）に移動可能である（矢印Ｂ）。さらに外周型１１には，バネ１４が設けられている。バネ１４は，外周型１１を図中上方へ向けて付勢している。図１中に示される外周型１１の位置は，バネ１４の付勢により上昇した位置である。外周型１１は，この位置から，後述するローラ１２で押し下げられることにより下降する。外周型１１が押し下げられている状態では，回転台１０の少なくとも一部が，内周面１１１の内部に位置することとなる。本形態では，外周型１１が押し下げられていない状態で既に，回転台１０の一部が内周面１１１の内部に位置することしている。ローラ１２での押し下げが解除されると外周型１１は，バネ１４の付勢により図１中の位置に戻る。
【００１３】
ローラ１２は，シャフト１５（回転軸Ｌ２）を中心に回転可能に設けられた回転体形状の部材である。回転軸Ｌ２の方向は，回転台１０の回転軸Ｌ１に対して交差する方向である。ローラ１２は，その回転体としての側面により，成形後の素材における図中上側の端面の形状を規定する役割を果たす。また，ローラ１２は，シャフト１５ごと，図１中上下方向（回転軸Ｌ１と平行な方向）に，外部からの操作により移動可能とされている（矢印Ａ）。図１中にはローラ１２の高さ方向位置が２水準示されているが，このうちの下側の位置よりさらにローラ１２を押し下げることができる。
【００１４】
ローラ１２が存在する水平方向の範囲Ｗについて述べる。範囲Ｗの外端Ｗ２は，外周型１１の半径方向に対し，内周面１１１より外側でなければならない。ローラ１２を押し下げたときに外周型１１の上端面１１２に接触する必要があるからである。また，範囲Ｗの内端Ｗ１は，回転台１０の回転軸Ｌ１と外端Ｗ２との間に位置していなければならない。つまり，ローラ１２は，回転軸Ｌ１を横切っては存在していない。
【００１５】
外周型１１は，成形対象である素材の材質より高強度な材料で形成されている。素材が通常の炭素鋼である場合，外周型１１としては，冷間鍛造型用の鋼種を用いたものであればよい。回転台１０やローラ１２も同様である。
【００１６】
本形態では，上記の鍛造成形装置により，回転体状物品を製造する。製造される物品の一例としては，燃料電池自動車用の高圧ガスタンクの口金が挙げられる。本形態の製造方法は基本的に，配置工程と成形工程との２段階による。
【００１７】
（配置工程）
配置工程では，図１に示した鍛造成形装置に素材を配置する。素材を配置するときには，ローラ１２を図１中に示される上段の位置まで上昇させる。このときリング状の外周型１１も，その移動範囲内の最上の位置まで上昇する。バネ１４の付勢のためである。図１中に示される外周型１１の位置は，このときの位置である。この状態で，回転台１０の上面１０１に素材を載置する。載置された素材は，外周型１１の内周面１１１の内部に位置する。載置される素材の形状，すなわち鍛造前の形状は，概略，円板状である。素材を載置したらローラ１２を，外周型１１の上端面１１２に接触するまで下降させる。この状態を図２に示す。図２中におけるローラ１２の位置は，図１中における下段のローラ１２の位置と同じである。また，図２中における外周型１１の位置は，図１中における位置と同じである。すなわちこの時点では，外周型１１がバネ１４の付勢に抗して押し下げられるまでには至っていない。
【００１８】
このとき，ローラ１２と上端面１１２とが接触していることが望ましい。すなわち，素材２０の形状（鍛造前の形状）によっては，ローラ１２を下降させる際に，上端面１１２よりも先に素材２０がローラ１２に接触することもあり得る。その場合には，ローラ１２を下降させた時点で，ローラ１２と上端面１１２との間に隙間があることになる。そうであると，後の成形工程で，素材２０の一部がローラ１２と上端面１１２との間に入り込んで拡径方向に流れる可能性がある。その場合にはその拡径した部位では，製品の外周形状が規定されないことになる。ローラ１２を下降させた時点でローラ１２と上端面１１２とが接触していれば，そのようなおそれはない。ただしこのことは，絶対的な必須条件ではない。ローラ１２と上端面１１２との隙間がごくわずかで，成形開始後，素材２０の一部がローラ１２と上端面１１２との間に入り込むより前にローラ１２と上端面１１２とが接触する程度であれば問題はない。本形態では図２に示すように，ローラ１２を下降させた時点でローラ１２と上端面１１２とが接触しているものとする。
【００１９】
また図２では，素材２０と外周型１１の内周面１１１とが隙間なく接触しているように描いているが，このことも必須条件ではない。鍛造前の素材２０の径方向のサイズは，内周面１１１に対してジャストサイズであってもよいし，それより小さくてもよい。素材２０の材質は，塑性加工が可能で，外周型１１や回転台１０，ローラ１２より強度の低いものであれば特に限定はない。一般的には炭素鋼やアルミ等の金属類である。以上が配置工程の説明である。
【００２０】
（成形工程）
続いて成形工程を行う。成形工程ではまず，素材２０を軸回りに回転させる。すなわち，回転台１０を回転駆動源１６の回転駆動力により回転させる。これにより，回転台１０に載置されている素材２０も，回転台１０の回転に伴って回転軸Ｌ１を中心に回転する。このときに外周型１１は，回転台１０とともに回転することはない。外周型１１は，回転方向に関しては固定されている。外周型１１が回転台１０の回転に伴って一緒に回転
するような装置構成も可能ではあるが，本形態ではそうしていない。以下，成形工程における引き続きの処理は，素材２０の回転を続行させつつ行われる。
【００２１】
このように素材２０を回転させながら，ローラ１２を，図２中に示した位置からさらに押し下げる。ここから先のローラ１２の押し下げは，外周型１１をも押し下げつつ，また素材２０を塑性変形させつつ行うことになる。ローラ１２をさらに押し下げることで，回転台１０とローラ１２との間隔が，図２中に示される間隔よりも狭くなっていく。
【００２２】
このため，素材２０の下側端面が，回転台１０の上面１０１により圧迫される。また，素材２０の上側端面は，ローラ１２の側面により圧迫される。このときローラ１２は，素材２０の回転に引きずられて，自身の回転軸Ｌ２を中心に回転することとなる。こうして素材２０は，下側の端面が回転台１０の上面１０１の形状に倣った形状に成形され，上側の端面のうち，図１に示したローラ１２の内端Ｗ１より外側の部分がローラ１２の側面形状に倣った形状に成形されることとなる。なお，素材２０の上側の端面は，図２で見ると右側半分しか加工されないようにも見えるが，実際には，回転軸Ｌ１の周りの全方位にわたり加工される。素材２０は回転軸Ｌ１を中心に回転しているからである。ただし回転軸Ｌ１付近の状況については別途説明する。
【００２３】
図３に，成形後の素材２０の形状を示す。図３では，成形前の状態を左半分に示し，成形後の状態を右半分に示している。図３の右半分を見ると，ローラ１２および外周型１１か，左半分と比べて下降していることが分かる。そして，成形後の素材２０には，フランジ部２１とボス部２２とが形成されていることが分かる。なお，成形完了後には，ローラ１２の下方への押し付けを解除し，図１中における上段のローラ１２の位置まで上昇させる。これにより外周型１１も，バネ１４の付勢により図１中の位置へ戻る。その状態で鍛造成形装置から成形後の製品（素材２０）を取り出せばよい。
【００２４】
フランジ部２１は，略円盤状の部分であり，元の素材２０が全体に厚み方向に圧迫されて形成された部分である。その外径は，外周型１１の内周面１１１により規定されている。また厚さは，ローラ１２および回転台１０の形状と，図３の左半分の状態から右半分の状態へのローラ１２の下降のストローク量とにより規定されている。このため，フランジ部２１の寸法および形状の精度は高い。ボス部２２は，フランジ部２１の部分の素材２０のうち，上下から圧迫されて押し出された部分が，素材２０の上側端面のうち中央部分に寄せ集められて形成された凸部である。ボス部２２が形成されている領域は，フランジ部２１の上側端面のうち，ローラ１２による加工を受けない部分，すなわち内端Ｗ１よりも回転軸Ｌ１寄りの範囲内の領域である。ボス部２２の径は，内端Ｗ１の位置により規定されている。また，フランジ部２１とボス部２２との接続部分の形状は，ローラ１２の形状により規定されている。
【００２５】
このように本形態の製造方法では，素材２０の材料の加工時の流れの向きは，内側向きである。拡径向きの流れが外周型１１の内周面１１１により規制されているからである。これにより高い寸法精度および形状精度を得ている。加工後の素材２０のうち，本形態での加工を強く受けた部分は，図４の断面図の素材２０中に網掛けを付して示す部分である。すなわち，フランジ部２１のうち上側端面の表層付近と，ボス部２２の全体である。前述のようにこの網掛け部分といえども，加工時に外向きにはほとんど流れていない。
【００２６】
図５に示す参考例のように加工時に素材を大きく拡径させる場合には，加工時に材料の外向きの流れがある。図５の例では一応，加工後の最大径は下型２１１により規定されていると言えるが，得ようとする形状によっては必ずしもそうはならない。図６に示す参考例では，加工を強く受けた領域である網掛け領域のうち，フランジ部３１の部分が，外向きの流れによって形成された領域である。このようなフランジ部３１では，外径，厚みとも，精度があまりよくない。これに対し本形態では，先に説明したように高い精度が得られるのである。
【００２７】
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，素材２０を，素材２０よりも高強度の外周型１１の中に配置し，その状態で、ローラ１２と外周型１１とを接触させつつローラ鍛造を行うようにしている。これにより，加工時の材料の流れを主として内側向きとしつつ，成形後の外径を外周型１１の内周面１１１により規定し，高い形状精度および寸法精度を得ている。これにより，従来の鍛造加工では得にくかった形状の製品を容易に製造できる回転体状物品の製造方法が実現されている。
【００２８】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，図３の左半分の状態から右半分の状態への加工において，ローラ１２および外周型１１を下降させる代わりに，回転台１０を上昇させるようにしてもよい。また，ローラ１２の回転軸Ｌ２まわりの回転について，素材２０による連れ回りに頼らず，独自の回転駆動源により回転駆動するようにしてもよい。また，鍛造成形装置に備えられるローラ１２の個数は，２つには限られない。
【符号の説明】
【００２９】
１０    回転台
１１    外周型
１２    ローラ
２０    素材
１１１  外周型の内周面
Ｌ１    回転台の回転軸
Ｌ２    ローラの回転軸
【図１】
2016000416.tif 000003
【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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