タービンブレードやプロペラなどに用いられるねじれ形状を成形するためのテーパローラを用いた板材のねじり圧延
電気通信大学 大学院情報理工学研究科
機械知能システム学専攻
教授 久保木 孝
准教授 梶川 翔平
卒業生 AVANISH KUMAR
2023年5月11日

自己紹介
氏名：久保木 孝（くぼき たかし）
出身：京都
略歴：昭和63年 京大学部卒
平成 2年 京大修士終了
住友金属（鉄鋼会社）入社
平成13年 3月 学位[博士(工学)]取得
平成14年12月 住友金属退社
平成15年 1 月 電気通信大学 助教授（平成16年10月-17年9月 在英）
平成19年 4 月 准教授
平成25年 4 月 教授

1

共同研究先0. 電通大1. 日本製鉄/住友金属
2. アマダ3. ｺﾍﾞﾙｺﾏﾃﾘｱﾙ銅管4. 下村特殊精工
4. 山内ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ
5. ベンカン6. 宮﨑機械システム
コマツ, カルソニックカンセイ,LIXIL, ディムコ, 庄内工業,
白山工業

継続中
2

研究概要http://www.mt.mce.uec.ac.jp/research.html

3

研究概要
管の曲げ加工(株式会社 三五殿発明)

4

研究概要
管の減径加工管端中央部

Fig.6-2-8 Polygonal nose
(A1050,t 0=0.25mm, n t=5, =180°)

5

研究概要
管･棒の矯正加工

板の矯正加工6

1. 緒言：従来技術とその問題点
プロペラの羽などに使われる連続したねじれ形状を得る↓
機械による切削加工想定される用途

プロペラ

砂型による鋳造加工

タービンブレード
Designed by macrovector / Freepik

7

1. 緒言：従来技術とその問題点
問題点
・切りくずが多く発生してしまう＝歩留まりが低い
・生産効率が低い
・砂型は一度しか使えない・砂型鋳造は寸法精度に乏しい→先行研究では鍛造加工によってこれらの問題の解決を図った
8

1. 緒言：従来技術とその問題点＜ツイスト鍛造＞
棒状工具をクロスさせて配置することによってねじる鍛造加工法が提案された問題点：表面に凹凸形状が残留する，成形効率が低い

先行研究：T. Makiyama, T. Yagami, T. Teramae, G. Hirt, “New Incremental forgingof Twisted Shape”，COMPLAS XIII, Barcelona, p. IS-2 5-th paper. (2015)9

1. 緒言：新技術の特徴＜ツイスト鍛造＞＜ツイスト圧延＞加工に関して・棒状工具
・クロス配置加工に関して・テーパローラ
・クロス配置

問題点・表面に凹凸形状が残る
・成形効率が低い改善点
・一度の加工によって成形するので効率が高い
・連続したねじれ形状

特開番号：2022-168918

10

2. 新技術： ツイスト圧延

xzy11

目的➢➢➢➢

テーパローラを用いた圧延により，連続したねじれ形状を成形する「ツイスト圧延」を提案する
ローラの軸方向位置，スキュー角がねじれ角におよぼす影響を調査する被加工材の板厚とねじれ角の関係を調査する
実験および解析によりねじれ角の比較および考察を行う

ローラの軸方向位置

ローラのスキュー角

被加工材の板厚12緒言

実験方法と解析モデル

ローラの軸方向位置

ローラのスキュー角

被加工材の板厚結言
13

2. 実験方法と解析モデル

平行部

テーパ部

2. 実験方法と解析モデル
テーパ角

Taper angle θ

Skew angle φ
ローラ上側から見た図

スキュー角

2. 実験方法と解析モデル

2. 実験方法と解析モデル
y(圧延方向)z

2. 実験方法と解析モデル
y(圧延方向)z

2. 実験方法と解析モデル
y(圧延方向)z

軸方向位置
Axial position δ

2. 実験方法と解析モデル
y(圧延方向)z

2. 実験方法と解析モデル-実験装置の概略①サーボモータ：軸を回転②減速機：トルクを増幅③ボールねじ：減速機からの回転を直進運動に変更④押込み機構：板をローラの隙間に押込む
ガイド：板の反りを抑制⑤ローラ：板をねじる①②③④⑤21

2. 実験方法と解析モデル-実験装置の概略

金属板
Sheet metal

Twist rolling machine
ツイスト圧延機
テーパローラTaper roller222. 実験方法と解析モデル-実験装置の概略

23

2. 実験方法と解析モデル-実験条件
加工条件
Parent 素板
sheet metal
Rollerローラ

Positioning
ローラ位置

金属板

Material
材質
Thickness/ mm
板厚 t / tmm
Breadth/ mm
幅 b / bmm
Material
材質
テーパ角度
Taper angle θ / °
Skew
スキュー角
angle φ / °Axial
positionδδ/ /mm
mm
軸方向位置
Gap
between rollers/ mm
ローラギャップ
h /hmm

AA10501, 2, 360
SKD111010, 20
10, 15, 20, 25
Equal
to sheet metal
板厚と同じt
thickness t

スキュー角

軸方向位置

24

2. 実験方法と解析モデル-評価方法
平均比ねじれ角 𝛽ҧ （ °/ mm） = 1 mmあたりのねじれ角
500 mm実
験front𝛽ҧ =合計のねじれた角度(°)
押込んだ長さ（500mm）

800 mm

隣り合った二つの節点解
析

中央面

板厚方向

被加工材中央面におけ
β = る隣り合う節点座標を比ねじれ角 もとに算出

𝛽ҧ =
被加工材

被加工材の定常域（ねじれが安定している箇所）の比ねじれ角を平均

25

緒言

実験方法と解析モデル

ローラの軸方向位置

（省略）

（省略）

ローラのスキュー角

被加工材の板厚結言
26

3. ローラの軸方向位置がねじれ角に及ぼす影響

y(圧延方向)z

δ=0mm

3. ローラの軸方向位置がねじれ角に及ぼす影響

y(圧延方向)z

軸方向位置
Axial position δ3. ローラの軸方向位置がねじれ角に及ぼす影響

Parent 素板
sheet metal
Rollerローラ

Positioning
ローラ位置

加工条件
Material
材質
Thickness/ mm
板厚 t / tmm
Breadth/ mm
幅 b / bmm
Material
材質
Taper angle θ / °テーパ角度
Skewangle φ / °
スキュー角
Axial
positionδδ/ /mm
mm
軸方向位置
Gap
between rollers/ mm
ローラギャップ
h /hmm

軸方向位置

AA10501, 2, 360
SKD111010, 20
10, 15, 20, 25
Equal
to sheet metal
板厚と同じt
thickness t29

3. ローラの軸方向位置がねじれ角に及ぼす影響

実験

比ねじれ角

解析

δ=10mm
δ=20mm
δ=15mm
δ=25mm
軸方向位置 d軸方向位置
軸方向位置と平均比ねじれ角の関係

30

緒言

実験方法と解析モデルローラの軸方向位置

（省略）

（省略）

ローラのスキュー角

被加工材の板厚

結言
31

結言
実験及び解析によるツイスト圧延により以下の知見を得た◼ テーパローラを用いることにより様々なねじれ角が得られるツイスト圧延という新たな加工法を提案した．
◼ ローラの軸方向位置によってねじれ角を制御できる．
◼ スキュー角10°の方が20°よりもねじれ角は大きくなった．
◼ 板厚が薄くなるとスプリングバックの影響によりねじれ角は小さくなった．

ローラの軸方向位置

ローラのスキュー角

被加工材の板厚32

新技術の特徴・従来技術との比較
提案の方法，ツイスト圧延は以下の点で優れている．
･ 歩留まりが高い．
･ 生産能率が高い．
･ 表面性状に優れている．
【従来方法】

切削鋳造【提案の方法】
ツイスト圧延鍛造

33

実用化に向けた課題･ ねじれ角の精度  スプリングバックの抑制，または，予測．
･ 全体のたわみ  重力の影響の抑制
支えの設置． 垂直方向に送り出す．
･ 座屈の発生
 ロール駆動とする．
【現状】

円筒状の支え重力

垂直送り押し込み座屈
ロール駆動

34

企業への期待･ 未解決の問題は，ロールを駆動式にする，出側支えの取り付けによって克服できると考える．
･ ブレード，インペラ，風力発電用の羽根など，ねじれた板材の製造メーカなどを実施している企業，予定している企業には本技術の導入が有効と考えられる．

35

技術に関する知的財産権• 発明の名称• 出願番号• 出願人• 発明者：ねじり加工用ローラ，ねじり加工装置及びねじり加工方法：特願2021- 74604：電気通信大学：久保木 孝, 梶川 翔平, アバニシュ クマール

36

産学連携の経歴
日本製鉄/住友金属
アマダ
ｺﾍﾞﾙｺﾏﾃﾘｱﾙ銅管/KMCT
下村特殊精工サポイン
コマツ
カルソニックカンセイ
ベンカン
白山工業

2006 ～ 20202006 ～ 2020?
2015 ～ 現在2017 ～ 現在
2008 ～ 2010，2016 ～ 20182006 ～ 2009，2014
2006
2016
2010, 201337お問い合わせ先
国立大学法人電気通信大学
産学官連携センター
産学官連携ワンストップサービス
TEL
FAX
E-mail042-443-5871
042-443-5725
onestop@sangaku.uec.ac.jp38