JP4356351B2 - カップ状部材のスピニング加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円板状の被加工部材に成形工具を押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、固定軸線上に心押軸と主軸（あるいは、主軸に固定されたマンドレル）に挟持され軸線を中心に回転する、金属等の被加工部材に対し、成形工具としての成形ロール（成形部材等）を軸線とほぼ垂直な方向から押し付けながら被加工部材の軸線方向に移動させて被加工部材の外形を成形するスピニング加工装置が知られている。成形ロールは、被加工部材と反対の方向に回転し、被加工部材をほとんど削ることなく組成（肉）を移動させて成形する。
従来のスピニング加工装置として、例えば、特許文献１では、被加工部材を成形する成形工具を取り付けた昇降台と、被加工部材の軸線方向に昇降台をスライド移動可能に支持するガイドレールとを備えた加工装置に関し、ガイドレールの支持剛性を高めることにより加工精度の良い加工装置を提供することを提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４８０３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、ガイドレールの支持剛性を高めることにより被加工部材の加工精度を向上することが可能であるが、円板状の被加工部材をカップ状部材（円筒状部材）に成形する場合、図８Ａに示されるようにカップ状部材のコーナー部の肉厚が薄くなり強度が低下する問題があった。本発明は、このような問題に鑑みて創案されたものであり、カップ状部材の側面の一部の肉をコーナー部に移動する（増肉）ことによりカップ状部材の強度を高めるスピニング加工方法を提供するものである。さらには、該スピニング加工方法は、従来の成形工程を変えること無く、あるいは成形ローラの交換を必要とすること無くカップ状部材の強度を高めるものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載のスピニング加工方法である。請求項１に記載のスピニング加工方法は、主軸軸線周りに回転可能なマンドレル上に載置された円板状の被加工部材を成形工具により押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法において、前記マンドレルを回転させながら前記成形工具を前記円板状の被加工部材をカップ状部材に加工するように前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線とほぼ平行な一方向に送る粗成形工程と、該粗成形工程に引き続き、前記成形工具を前記粗成形工程時よりも強い力で前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線に沿った一方向に予め設定された所定の精成形用速度で送る仕上げ成形工程と、該仕上げ成形工程に引き続き、前記仕上げ成形工程時の前記成形工具の前記主軸軸線とほぼ垂直な方向の位置に対して前記成形工具を移動させることなく、前記成形工具を前記主軸軸線の一方向とは逆方向に前記カップ状部材のコーナー部に向かって前記精成形用速度よりも低速に設定された増肉工程速度で送る増肉工程とを有することを特徴とする。
円板状の被加工部材に成形工具を押圧しながら成形工具を被加工部材の回転軸線方向（主軸軸線方向）に移動することにより被加工部材をカップ状部材に成形し、次に成形工具を前記移動方向と逆方向にカップ状部材のコーナー部に向かって移動させることによりカップ状部材の側面の一部の肉をカップ状部材のコーナー部に移動しコーナー部を増肉することにより、カップ状部材の強度を高めることが可能になる。
【０００６】
また、本発明の第２の発明は、請求項２に記載のスピニング加工方法である。請求項２に記載のスピニング加工方法は、主軸軸線周りに回転可能なマンドレル上に載置された円板状の被加工部材を成形工具により押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法において、前記マンドレルを回転させながら前記成形工具を前記円板状の被加工部材をカップ状部材に加工するように前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線とほぼ平行な一方向に送る粗成形工程と、該粗成形工程に引き続き、前記成形工具を前記粗成形工程時よりも強い力で前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線に沿った一方向に予め設定された所定の精成形用速度で送る仕上げ成形工程と、該仕上げ成形工程に引き続き、前記仕上げ成形工程時の前記成形工具の位置に対して成形工具を前記主軸軸線とほぼ垂直な方向に移動させる移動工程と、該移動工程に引き続き、前記成形工具を前記主軸軸線の一方向とは逆方向に前記カップ状部材のコーナー部に向かって前記精成形用速度よりも低速に設定された増肉工程速度で送る増肉工程とを有することを特徴とする。
本発明の第２の発明は、前記第１の発明に対し、カップ状部材の回転軸線方向（主軸軸線方向）とほぼ垂直な方向に成形工具を進退送りする工程を設けるものである。カップ状部材を成形する工程では、成形工具が被加工部材を押圧する力と成形工具が被加工部材から受ける反力とが釣り合った状態にある。この時、被加工部材を押圧する力は、成形工具の駆動力と成形工具を支持する機構のメカニカルな撓みによる力とに分けることができる。被加工部材をカップ状部材に成形した後の成形工具の位置は、通常メカニカルな撓みによる力を受けカップ状部材の側面を押圧する位置にある。請求項２では、この位置より成形工具をカップ状部材の回転軸線とほぼ垂直な方向に進退送りさせることによりコーナー部の増肉量を調節すると共に、カップ状部材の強度を高めることを可能にする。
【０００７】
また、本発明の第３の発明は、請求項３に記載のスピニング加工方法である。請求項３に記載のスピニング加工方法では、請求項１又は２に記載のスピニング加工方法であって、前記増肉工程において前記カップ状部材の一部の肉をカップ状部材のコーナー部に移動して突起状にし、その後工程で前記コーナー部をほぼ垂直に研削加工することを特徴とする。カップ部材のコーナー部を突起状に増肉することで、後工程の研削工程においてカップ状部材のコーナー部をほぼ直角（ピン角）に研削することを可能にする。よって、カップ状部材の強度を高め、カップ状部材の外観を良くすることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のスピンニング加工方法を適用したスピニング加工装置の概略正面図を示している。また、図２は、図１のＡ矢視方向から見たスピニング加工装置の断面図であり、図３は、図２のＢ矢視方向から見たロールヘッド７０ａ、成形ロール６０ａ、駆動装置６２ａの断面図である。図４Ａ〜Ｄは、本発明に適用したスピニング加工装置による加工において、中心部に穴のあいた円板状の被加工部材Ｗ（マンドレル７との心出しが可能であれば、穴があいていなくてもよい）から、内孔に溝が形成されたカップ状部材Ｃを成形する過程の例を示す図である。
【０００９】
図４Ｅ、Ｆは、本発明の請求項１に基づく第１の実施形態を説明する図である。図５は、本発明の請求項２に基づく第２の実施形態を説明する図である。図６は、本発明の請求項３に基づく第３の実施形態を説明する図である。図７Ａは、本発明の請求項３に基づく第３の実施形態より成形されるカップ状部材Ｃの断面図であり、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒには突起状の増肉部を有する。図７Ｂは、前記（図７Ａ）カップ状部材Ｃを研削加工してコーナー部Ｒをピン角にしたカップ状部材Ｃの断面図である。図８Ａは、従来技術のスピニング加工方法に基づくカップ状部材Ｃの断面を示す図であり、カップ状部材Ｃのコーナー部は、肉厚が薄くなっている。図８Ｂは本発明の一実施形態に基づくカップ状部材Ｃの断面図であり、カップ状部材のコーナー部は増肉されている。
【００１０】
まず、図１、図２、図３を用いて、本発明のスピニング加工方法を適用したスピニング加工装置の構造について説明する。スピニング加工装置は、基台１０を備え、基台１０にはコラム１３２、１３３が直立状態で固定されており、コラム１３２、１３３の上端には上部機体４０が固定されている。また、成形ロール６０ａ、６０ｂ、６０ｃが回転自在に取り付けられたロールヘッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃが進退送り自由に取り付けられた昇降台２０を備えている。昇降台２０は、ベアリングブロックを備え、コラム１３２、１３３に設けられた各一対のリニアガイド１３２ａ、１３３ａに沿って、上下方向に移動可能に取り付けられている。基台１０には、主軸駆動モータ４が設けられ、主軸駆動モータ４は、ベルト等にて回転を伝達させて、主軸ヘッド３に回転支持された主軸２を回転させる。上部機体４０には、心押軸駆動装置６が設けられ、心押軸駆動装置６は、例えば、モータ、ポンプ、リザーバ及び心押軸送りシリンダからなるハイブリッドアクチュエータユニットで構成され、心押軸５を上下方向に移動させる。被加工部材は、主軸２に固定されたマンドレル７と、下方向に移動した心押軸５の間に、任意の力で挟持され、固定される。また、心押軸５は、例えば、スラスト軸受け機構５ａを介して心押軸送りシリンダに対して回転可能に支持され、主軸２が回転すると、主軸２との間に挟持する被加工部材と共に心押軸５も連動して回転するように構成されている。
【００１１】
また、上部機体４０には、同期駆動される一対の昇降台駆動装置２５が設けられており、各昇降台駆動装置２５は、例えば、モータ、ポンプ、リザーバ及び昇降台送りシリンダからなるハイブリッドアクチュエータユニットで構成され、昇降台２０を上下方向に移動させる。昇降台２０は、例えば、平面略三角形であり、中心部に心押軸５と主軸２に固定されたマンドレル７とで挟持された被加工部材を通す孔２７が設けられている。昇降台２０の平面略三角形の各頂点には、ロールヘッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃが主軸軸線方向に位相をずらして設けられるとともに、昇降台２０に対して心押軸５の方向（略三角形の重心の方向）に進退送り可能に取り付けられている。また、昇降台２０には、各ロールヘッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃの駆動装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃが設けられている。各駆動装置６２は、例えば、ハイブリッドアクチュエータユニットであり、図３で代表して例示するように、モータ６３、ポンプ６４、リザーバ７１、油圧シリンダ６５から構成され、モータ６３の駆動力でポンプ６４を駆動し、油圧シリンダ６５の前後室内への圧油の給排を制御して、成形ロール６０を備えたロールヘッド７０を進退送りする。ロールヘッド７０は、ガイドレール６６を備え、昇降台２０に備えられたベアリングブロックに案内され、移動（進退）可能に構成されている。制御手段１００は、スピニング加工装置の起動／停止を操作するためのスイッチ及び加工条件を設定あるいは入力する入力手段等が設けられている。また、制御手段１００は、主軸回転信号、主軸駆動モータ４、ロール駆動モータ６１等を制御する。尚、詳細図示を省略したが、前述した心押軸駆動装置６及び各昇降台駆動装置２５を構成するハイブリッドアクチュエータユニットも図３に示すそれと略同一の構成となっている。
【００１２】
次に、図４Ａ〜Ｆを用いて、本発明のスピニング加工方法を適用したスピニング加工装置で被加工部材Ｗを加工する加工例を説明する。図４Ａ〜Ｄは、中心部に穴のあいた円板状の被加工部材Ｗから、内孔に溝が形成されたカップ状部材Ｃを成形する過程の例を示している。図４Ａは、加工前の状態を示している。ここで、主軸２には、溝７ａが設けられたマンドレル７が固定されている。図４Ｂは、被加工部材Ｗ（この例では、中心部に穴のあいた円板状の被加工部材）をセットした状態である。被加工部材Ｗをマンドレル７の上にセットし、心押軸５を下方向に移動させ、主軸２に固定されたマンドレル７と、任意の力で挟持可能な心押軸５との間に被加工部材Ｗを挟持し、固定する。図４Ｃは、主軸軸線方向の下側に位置する粗成形用のロール（例えば、６０ｂ）を用いて、粗成形を開始した状態を示している。粗成形の場合、粗成形用のロール６０ｂを、予め設定された所定の加工速度（粗成形用速度）で、被加工部材Ｗの回転軸線とほば垂直な方向（図４Ｃ中に示した第１方向）から押し付けるとともに、当該回転軸線とほぼ平行な方向（図４Ｃ中に示した第２方向）に移動させる。そして、被加工部材Ｗをカップ状部材Ｃに加工する。図４Ｄは、主軸軸線方向の上側に位置する精成形用のロール（例えば、６０ａ）を用いての仕上げ成形工程を示している。精成形の場合、精成形用のロール６０ａを、予め設定された所定の加工速度（精成形用速度）で、被加工部材Ｗの回転軸線とほば垂直な方向から粗成形用ロール６０ｂよりも強い力で押し付けるとともに、当該回転軸線とほぼ平行な方向に移動させる。そして、カップ状部材Ｃから、内孔の溝７ａに確実に組成（肉）が充填され、且つ外側表面が精度よく仕上げられたカップ状部材Ｃに加工する。このとき、コーナー部Ｒは、成形により肉厚が薄くなる形状となっている。
【００１３】
次に、図４Ｅ、Ｆを用いて、本発明に適用したスピニング加工装置における、請求項１に基づく第１の実施形態を説明する。第１の実施形態は、カップ状部材Ｃの側面Ｓの一部の肉をコーナー部Ｒに集める（増肉）ことにより、カップ状部材の強度を高めることを目的とする。図４Ｅは、図４Ｄに示される仕上げ成形工程が終了した状態を示す。このとき、精成形用のロール６０ａは、カップ状部材Ｃの下端に位置する。図４Ｆは、図４Ｅに引き続き精成形用のロール６０ａを用いてコーナー部Ｒを増肉する工程を示す。本増肉工程の場合、精成形用のロール６０ａを予め設定された所定の加工速度（増肉工程速度）、例えば前記精成形用速度よりも低速に設定し、図４Ｅに示される精成形用のロール６０ａが停止した位置より上方（第２方向と逆方向）に、被加工部材Ｗの回転軸線とほぼ平行な方向に移動させる。なお、精成形用のロール６０ａは、通常メカニカルな撓みを受けてカップ状部材Ｃを押圧している。すなわち、既にカップ状部材Ｃを押圧しているので、コーナー部Ｒを増肉するために、精成形用のロール６０ａを被加工部材Ｗの回転軸線と垂直な方向（第１方向）に移動する工程は必要が無い。以上のように、第１の実施形態によれば、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを増肉してカップ状部材Ｃの強度を高めることができる。
【００１４】
次に、図５を用いて、本発明に適用したスピニング加工装置における、請求項２に基づく第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は仕上げ工程に続き、精成形ロール６０ａを被加工物Ｗの回転軸線と垂直な方向（第１方向）に進退送りした後、カップ状部材Ｃの側面Ｓの一部の肉をコーナー部Ｒに集める（増肉工程）ことにより、カップ状部材Ｃの増肉量を調節し、カップ状部材Ｃの強度を高めることを目的とする。図５Ａは、図４Ｄに示される仕上げ成形工程が終了した状態を示す。このとき、精成形用のロール６０ａは、カップ状部材Ｃの下端に位置する。図５Ｂは、精成形用のロール６０ａを前記第１方向に進退送りする移動工程を示す。前記第１の実施形態においては、移動工程はメカニカルな撓みによる押圧力を考慮して省略されていたが、第２の実施形態においては、メカニカルな撓みが増肉量に関し適切でない場合、あるいは増肉量を調節することを目的として、前記図５Ｂに示す第１方向への移動工程を設けている。該移動工程における移動速度は、予め設定された所定の速度であって前記精成形速度よりも低速に設定される。図５Ｃは、図５Ｂに引き続き精成形用のロール６０ａを用いてコーナー部Ｒを増肉する工程を示す。本増肉工程の場合、精成形用のロール６０ａを、予め設定された所定の加工速度（増肉工程速度）、例えば前記精成形用速度よりも低速に設定し、図５Ｂに示される精成形用のロール６０ａが前記第１方向に移動停止した位置より上方（第２方向と逆方向）に、被加工部材Ｗの回転軸線とほぼ平行な方向に移動させる。以上のように、第２の実施形態によれば、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒの増肉量を調節し、カップ状部材Ｃの強度を高めることができる。
【００１５】
次に、図６を用いて、本発明に適用したスピニング加工装置における、請求項３に基づく第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、前記第２の実施形態と同様な工程を有する他に、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉することを特徴とする。即ち、図６Ａに示される精成形用のロール６０ａが停止した位置より、図６Ｂに示される第１方向へ移動し、図６Ｃに示される第２方向の逆方向に精成形用のロール６０ａを移動してカップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉するものである。カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉することにより、後工程で実施されることがある研削加工等において、コーナー部Ｒをピン角に加工することを可能にする。
よって、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉することにより、カップ状部材Ｃの強度を高めることが可能になり、後工程においてカップ状部材Ｃのコーナー部Ｒをピン角に加工することを可能にし、カップ状部材Ｃの外観をよくすることが可能になる。
なお、本発明では、突起状に増肉するとしたが、特に突起状の形状である必要はなく、後工程においてコーナー部Ｒがピン角に加工可能な程に増肉できればよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上、請求項１に記載のスピニング加工方法によれば、カップ状部材のコーナー部を増肉するので、カップ状部材の強度を高めることができる。また、請求項２に記載のスピニング加工方法によれば、成形工具を被加工物の回転軸線と垂直な方向に移動してカップ状部材のコーナー部を増肉するので、カップ状部材のコーナー部の増肉量を調節し、カップ状部材の強度を高めることができる。また、請求項３に記載のスピニング加工方法を用いれば、カップ状部材のコーナー部を突起状に増肉するので後工程の研削加工等においてコーナー部をピン角に研削することができるのでカップ状部材の強度を高め、カップ状部材の外観を良くすることが可能になる。さらには、請求項１〜３によれば、従来の成形工程を変更すること無く増肉工程を追加することで、成形ローラの交換を必要とせずにカップ状部材の強度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用したスピニング加工機の概略正面図である。
【図２】図１のＡ矢視方向から見たスピニング加工装置の断面図である。
【図３】図２のＢ矢視方向から見た断面図である。
【図４】図４Ａ〜Ｄは、本発明に適用したスピニング加工装置による加工において、円板状の被加工部材Ｗからカップ状部材Ｃを成形する過程の例を示す図である。図４Ｅ、Ｆは、本発明の請求項１に基づく第１の実施形態の説明図である。
【図５】本発明の請求項２に基づく第２の実施形態の説明図である。
【図６】本発明の請求項３に基づく第３の実施形態の説明図である。
【図７】図７Ａは、本発明の請求項３に基づくカップ状部材Ｃの断面図である。また、図７Ｂは、前記図７Ａに示されるカップ状部材Ｃに例えば研削加工を施したカップ状部材Ｃの断面図である。
【図８】図８Ａは、従来技術のスピニング加工方法に基づくカップ状部材Ｃの断面図である。また、図８Ｂは、本発明のスピニング加工方法に基づく一実施形態のカップ状部材Ｃの断面図である。
【符号の説明】
２ 主軸、５ 心押軸、７ マンドレル、７ａ 溝
６０ａ 精成形用ロール、６０ｂ 粗成形用ロール
Ｗ 被加工部材、Ｒ コーナー部、Ｃ カップ状部材
Ｓ 側面
【発明の属する技術分野】
本発明は、円板状の被加工部材に成形工具を押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、固定軸線上に心押軸と主軸（あるいは、主軸に固定されたマンドレル）に挟持され軸線を中心に回転する、金属等の被加工部材に対し、成形工具としての成形ロール（成形部材等）を軸線とほぼ垂直な方向から押し付けながら被加工部材の軸線方向に移動させて被加工部材の外形を成形するスピニング加工装置が知られている。成形ロールは、被加工部材と反対の方向に回転し、被加工部材をほとんど削ることなく組成（肉）を移動させて成形する。
従来のスピニング加工装置として、例えば、特許文献１では、被加工部材を成形する成形工具を取り付けた昇降台と、被加工部材の軸線方向に昇降台をスライド移動可能に支持するガイドレールとを備えた加工装置に関し、ガイドレールの支持剛性を高めることにより加工精度の良い加工装置を提供することを提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４８０３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、ガイドレールの支持剛性を高めることにより被加工部材の加工精度を向上することが可能であるが、円板状の被加工部材をカップ状部材（円筒状部材）に成形する場合、図８Ａに示されるようにカップ状部材のコーナー部の肉厚が薄くなり強度が低下する問題があった。本発明は、このような問題に鑑みて創案されたものであり、カップ状部材の側面の一部の肉をコーナー部に移動する（増肉）ことによりカップ状部材の強度を高めるスピニング加工方法を提供するものである。さらには、該スピニング加工方法は、従来の成形工程を変えること無く、あるいは成形ローラの交換を必要とすること無くカップ状部材の強度を高めるものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載のスピニング加工方法である。請求項１に記載のスピニング加工方法は、主軸軸線周りに回転可能なマンドレル上に載置された円板状の被加工部材を成形工具により押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法において、前記マンドレルを回転させながら前記成形工具を前記円板状の被加工部材をカップ状部材に加工するように前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線とほぼ平行な一方向に送る粗成形工程と、該粗成形工程に引き続き、前記成形工具を前記粗成形工程時よりも強い力で前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線に沿った一方向に予め設定された所定の精成形用速度で送る仕上げ成形工程と、該仕上げ成形工程に引き続き、前記仕上げ成形工程時の前記成形工具の前記主軸軸線とほぼ垂直な方向の位置に対して前記成形工具を移動させることなく、前記成形工具を前記主軸軸線の一方向とは逆方向に前記カップ状部材のコーナー部に向かって前記精成形用速度よりも低速に設定された増肉工程速度で送る増肉工程とを有することを特徴とする。
円板状の被加工部材に成形工具を押圧しながら成形工具を被加工部材の回転軸線方向（主軸軸線方向）に移動することにより被加工部材をカップ状部材に成形し、次に成形工具を前記移動方向と逆方向にカップ状部材のコーナー部に向かって移動させることによりカップ状部材の側面の一部の肉をカップ状部材のコーナー部に移動しコーナー部を増肉することにより、カップ状部材の強度を高めることが可能になる。
【０００６】
また、本発明の第２の発明は、請求項２に記載のスピニング加工方法である。請求項２に記載のスピニング加工方法は、主軸軸線周りに回転可能なマンドレル上に載置された円板状の被加工部材を成形工具により押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法において、前記マンドレルを回転させながら前記成形工具を前記円板状の被加工部材をカップ状部材に加工するように前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線とほぼ平行な一方向に送る粗成形工程と、該粗成形工程に引き続き、前記成形工具を前記粗成形工程時よりも強い力で前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線に沿った一方向に予め設定された所定の精成形用速度で送る仕上げ成形工程と、該仕上げ成形工程に引き続き、前記仕上げ成形工程時の前記成形工具の位置に対して成形工具を前記主軸軸線とほぼ垂直な方向に移動させる移動工程と、該移動工程に引き続き、前記成形工具を前記主軸軸線の一方向とは逆方向に前記カップ状部材のコーナー部に向かって前記精成形用速度よりも低速に設定された増肉工程速度で送る増肉工程とを有することを特徴とする。
本発明の第２の発明は、前記第１の発明に対し、カップ状部材の回転軸線方向（主軸軸線方向）とほぼ垂直な方向に成形工具を進退送りする工程を設けるものである。カップ状部材を成形する工程では、成形工具が被加工部材を押圧する力と成形工具が被加工部材から受ける反力とが釣り合った状態にある。この時、被加工部材を押圧する力は、成形工具の駆動力と成形工具を支持する機構のメカニカルな撓みによる力とに分けることができる。被加工部材をカップ状部材に成形した後の成形工具の位置は、通常メカニカルな撓みによる力を受けカップ状部材の側面を押圧する位置にある。請求項２では、この位置より成形工具をカップ状部材の回転軸線とほぼ垂直な方向に進退送りさせることによりコーナー部の増肉量を調節すると共に、カップ状部材の強度を高めることを可能にする。
【０００７】
また、本発明の第３の発明は、請求項３に記載のスピニング加工方法である。請求項３に記載のスピニング加工方法では、請求項１又は２に記載のスピニング加工方法であって、前記増肉工程において前記カップ状部材の一部の肉をカップ状部材のコーナー部に移動して突起状にし、その後工程で前記コーナー部をほぼ垂直に研削加工することを特徴とする。カップ部材のコーナー部を突起状に増肉することで、後工程の研削工程においてカップ状部材のコーナー部をほぼ直角（ピン角）に研削することを可能にする。よって、カップ状部材の強度を高め、カップ状部材の外観を良くすることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のスピンニング加工方法を適用したスピニング加工装置の概略正面図を示している。また、図２は、図１のＡ矢視方向から見たスピニング加工装置の断面図であり、図３は、図２のＢ矢視方向から見たロールヘッド７０ａ、成形ロール６０ａ、駆動装置６２ａの断面図である。図４Ａ〜Ｄは、本発明に適用したスピニング加工装置による加工において、中心部に穴のあいた円板状の被加工部材Ｗ（マンドレル７との心出しが可能であれば、穴があいていなくてもよい）から、内孔に溝が形成されたカップ状部材Ｃを成形する過程の例を示す図である。
【０００９】
図４Ｅ、Ｆは、本発明の請求項１に基づく第１の実施形態を説明する図である。図５は、本発明の請求項２に基づく第２の実施形態を説明する図である。図６は、本発明の請求項３に基づく第３の実施形態を説明する図である。図７Ａは、本発明の請求項３に基づく第３の実施形態より成形されるカップ状部材Ｃの断面図であり、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒには突起状の増肉部を有する。図７Ｂは、前記（図７Ａ）カップ状部材Ｃを研削加工してコーナー部Ｒをピン角にしたカップ状部材Ｃの断面図である。図８Ａは、従来技術のスピニング加工方法に基づくカップ状部材Ｃの断面を示す図であり、カップ状部材Ｃのコーナー部は、肉厚が薄くなっている。図８Ｂは本発明の一実施形態に基づくカップ状部材Ｃの断面図であり、カップ状部材のコーナー部は増肉されている。
【００１０】
まず、図１、図２、図３を用いて、本発明のスピニング加工方法を適用したスピニング加工装置の構造について説明する。スピニング加工装置は、基台１０を備え、基台１０にはコラム１３２、１３３が直立状態で固定されており、コラム１３２、１３３の上端には上部機体４０が固定されている。また、成形ロール６０ａ、６０ｂ、６０ｃが回転自在に取り付けられたロールヘッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃが進退送り自由に取り付けられた昇降台２０を備えている。昇降台２０は、ベアリングブロックを備え、コラム１３２、１３３に設けられた各一対のリニアガイド１３２ａ、１３３ａに沿って、上下方向に移動可能に取り付けられている。基台１０には、主軸駆動モータ４が設けられ、主軸駆動モータ４は、ベルト等にて回転を伝達させて、主軸ヘッド３に回転支持された主軸２を回転させる。上部機体４０には、心押軸駆動装置６が設けられ、心押軸駆動装置６は、例えば、モータ、ポンプ、リザーバ及び心押軸送りシリンダからなるハイブリッドアクチュエータユニットで構成され、心押軸５を上下方向に移動させる。被加工部材は、主軸２に固定されたマンドレル７と、下方向に移動した心押軸５の間に、任意の力で挟持され、固定される。また、心押軸５は、例えば、スラスト軸受け機構５ａを介して心押軸送りシリンダに対して回転可能に支持され、主軸２が回転すると、主軸２との間に挟持する被加工部材と共に心押軸５も連動して回転するように構成されている。
【００１１】
また、上部機体４０には、同期駆動される一対の昇降台駆動装置２５が設けられており、各昇降台駆動装置２５は、例えば、モータ、ポンプ、リザーバ及び昇降台送りシリンダからなるハイブリッドアクチュエータユニットで構成され、昇降台２０を上下方向に移動させる。昇降台２０は、例えば、平面略三角形であり、中心部に心押軸５と主軸２に固定されたマンドレル７とで挟持された被加工部材を通す孔２７が設けられている。昇降台２０の平面略三角形の各頂点には、ロールヘッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃが主軸軸線方向に位相をずらして設けられるとともに、昇降台２０に対して心押軸５の方向（略三角形の重心の方向）に進退送り可能に取り付けられている。また、昇降台２０には、各ロールヘッド７０ａ、７０ｂ、７０ｃの駆動装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃが設けられている。各駆動装置６２は、例えば、ハイブリッドアクチュエータユニットであり、図３で代表して例示するように、モータ６３、ポンプ６４、リザーバ７１、油圧シリンダ６５から構成され、モータ６３の駆動力でポンプ６４を駆動し、油圧シリンダ６５の前後室内への圧油の給排を制御して、成形ロール６０を備えたロールヘッド７０を進退送りする。ロールヘッド７０は、ガイドレール６６を備え、昇降台２０に備えられたベアリングブロックに案内され、移動（進退）可能に構成されている。制御手段１００は、スピニング加工装置の起動／停止を操作するためのスイッチ及び加工条件を設定あるいは入力する入力手段等が設けられている。また、制御手段１００は、主軸回転信号、主軸駆動モータ４、ロール駆動モータ６１等を制御する。尚、詳細図示を省略したが、前述した心押軸駆動装置６及び各昇降台駆動装置２５を構成するハイブリッドアクチュエータユニットも図３に示すそれと略同一の構成となっている。
【００１２】
次に、図４Ａ〜Ｆを用いて、本発明のスピニング加工方法を適用したスピニング加工装置で被加工部材Ｗを加工する加工例を説明する。図４Ａ〜Ｄは、中心部に穴のあいた円板状の被加工部材Ｗから、内孔に溝が形成されたカップ状部材Ｃを成形する過程の例を示している。図４Ａは、加工前の状態を示している。ここで、主軸２には、溝７ａが設けられたマンドレル７が固定されている。図４Ｂは、被加工部材Ｗ（この例では、中心部に穴のあいた円板状の被加工部材）をセットした状態である。被加工部材Ｗをマンドレル７の上にセットし、心押軸５を下方向に移動させ、主軸２に固定されたマンドレル７と、任意の力で挟持可能な心押軸５との間に被加工部材Ｗを挟持し、固定する。図４Ｃは、主軸軸線方向の下側に位置する粗成形用のロール（例えば、６０ｂ）を用いて、粗成形を開始した状態を示している。粗成形の場合、粗成形用のロール６０ｂを、予め設定された所定の加工速度（粗成形用速度）で、被加工部材Ｗの回転軸線とほば垂直な方向（図４Ｃ中に示した第１方向）から押し付けるとともに、当該回転軸線とほぼ平行な方向（図４Ｃ中に示した第２方向）に移動させる。そして、被加工部材Ｗをカップ状部材Ｃに加工する。図４Ｄは、主軸軸線方向の上側に位置する精成形用のロール（例えば、６０ａ）を用いての仕上げ成形工程を示している。精成形の場合、精成形用のロール６０ａを、予め設定された所定の加工速度（精成形用速度）で、被加工部材Ｗの回転軸線とほば垂直な方向から粗成形用ロール６０ｂよりも強い力で押し付けるとともに、当該回転軸線とほぼ平行な方向に移動させる。そして、カップ状部材Ｃから、内孔の溝７ａに確実に組成（肉）が充填され、且つ外側表面が精度よく仕上げられたカップ状部材Ｃに加工する。このとき、コーナー部Ｒは、成形により肉厚が薄くなる形状となっている。
【００１３】
次に、図４Ｅ、Ｆを用いて、本発明に適用したスピニング加工装置における、請求項１に基づく第１の実施形態を説明する。第１の実施形態は、カップ状部材Ｃの側面Ｓの一部の肉をコーナー部Ｒに集める（増肉）ことにより、カップ状部材の強度を高めることを目的とする。図４Ｅは、図４Ｄに示される仕上げ成形工程が終了した状態を示す。このとき、精成形用のロール６０ａは、カップ状部材Ｃの下端に位置する。図４Ｆは、図４Ｅに引き続き精成形用のロール６０ａを用いてコーナー部Ｒを増肉する工程を示す。本増肉工程の場合、精成形用のロール６０ａを予め設定された所定の加工速度（増肉工程速度）、例えば前記精成形用速度よりも低速に設定し、図４Ｅに示される精成形用のロール６０ａが停止した位置より上方（第２方向と逆方向）に、被加工部材Ｗの回転軸線とほぼ平行な方向に移動させる。なお、精成形用のロール６０ａは、通常メカニカルな撓みを受けてカップ状部材Ｃを押圧している。すなわち、既にカップ状部材Ｃを押圧しているので、コーナー部Ｒを増肉するために、精成形用のロール６０ａを被加工部材Ｗの回転軸線と垂直な方向（第１方向）に移動する工程は必要が無い。以上のように、第１の実施形態によれば、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを増肉してカップ状部材Ｃの強度を高めることができる。
【００１４】
次に、図５を用いて、本発明に適用したスピニング加工装置における、請求項２に基づく第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は仕上げ工程に続き、精成形ロール６０ａを被加工物Ｗの回転軸線と垂直な方向（第１方向）に進退送りした後、カップ状部材Ｃの側面Ｓの一部の肉をコーナー部Ｒに集める（増肉工程）ことにより、カップ状部材Ｃの増肉量を調節し、カップ状部材Ｃの強度を高めることを目的とする。図５Ａは、図４Ｄに示される仕上げ成形工程が終了した状態を示す。このとき、精成形用のロール６０ａは、カップ状部材Ｃの下端に位置する。図５Ｂは、精成形用のロール６０ａを前記第１方向に進退送りする移動工程を示す。前記第１の実施形態においては、移動工程はメカニカルな撓みによる押圧力を考慮して省略されていたが、第２の実施形態においては、メカニカルな撓みが増肉量に関し適切でない場合、あるいは増肉量を調節することを目的として、前記図５Ｂに示す第１方向への移動工程を設けている。該移動工程における移動速度は、予め設定された所定の速度であって前記精成形速度よりも低速に設定される。図５Ｃは、図５Ｂに引き続き精成形用のロール６０ａを用いてコーナー部Ｒを増肉する工程を示す。本増肉工程の場合、精成形用のロール６０ａを、予め設定された所定の加工速度（増肉工程速度）、例えば前記精成形用速度よりも低速に設定し、図５Ｂに示される精成形用のロール６０ａが前記第１方向に移動停止した位置より上方（第２方向と逆方向）に、被加工部材Ｗの回転軸線とほぼ平行な方向に移動させる。以上のように、第２の実施形態によれば、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒの増肉量を調節し、カップ状部材Ｃの強度を高めることができる。
【００１５】
次に、図６を用いて、本発明に適用したスピニング加工装置における、請求項３に基づく第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、前記第２の実施形態と同様な工程を有する他に、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉することを特徴とする。即ち、図６Ａに示される精成形用のロール６０ａが停止した位置より、図６Ｂに示される第１方向へ移動し、図６Ｃに示される第２方向の逆方向に精成形用のロール６０ａを移動してカップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉するものである。カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉することにより、後工程で実施されることがある研削加工等において、コーナー部Ｒをピン角に加工することを可能にする。
よって、カップ状部材Ｃのコーナー部Ｒを突起状に増肉することにより、カップ状部材Ｃの強度を高めることが可能になり、後工程においてカップ状部材Ｃのコーナー部Ｒをピン角に加工することを可能にし、カップ状部材Ｃの外観をよくすることが可能になる。
なお、本発明では、突起状に増肉するとしたが、特に突起状の形状である必要はなく、後工程においてコーナー部Ｒがピン角に加工可能な程に増肉できればよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上、請求項１に記載のスピニング加工方法によれば、カップ状部材のコーナー部を増肉するので、カップ状部材の強度を高めることができる。また、請求項２に記載のスピニング加工方法によれば、成形工具を被加工物の回転軸線と垂直な方向に移動してカップ状部材のコーナー部を増肉するので、カップ状部材のコーナー部の増肉量を調節し、カップ状部材の強度を高めることができる。また、請求項３に記載のスピニング加工方法を用いれば、カップ状部材のコーナー部を突起状に増肉するので後工程の研削加工等においてコーナー部をピン角に研削することができるのでカップ状部材の強度を高め、カップ状部材の外観を良くすることが可能になる。さらには、請求項１〜３によれば、従来の成形工程を変更すること無く増肉工程を追加することで、成形ローラの交換を必要とせずにカップ状部材の強度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用したスピニング加工機の概略正面図である。
【図２】図１のＡ矢視方向から見たスピニング加工装置の断面図である。
【図３】図２のＢ矢視方向から見た断面図である。
【図４】図４Ａ〜Ｄは、本発明に適用したスピニング加工装置による加工において、円板状の被加工部材Ｗからカップ状部材Ｃを成形する過程の例を示す図である。図４Ｅ、Ｆは、本発明の請求項１に基づく第１の実施形態の説明図である。
【図５】本発明の請求項２に基づく第２の実施形態の説明図である。
【図６】本発明の請求項３に基づく第３の実施形態の説明図である。
【図７】図７Ａは、本発明の請求項３に基づくカップ状部材Ｃの断面図である。また、図７Ｂは、前記図７Ａに示されるカップ状部材Ｃに例えば研削加工を施したカップ状部材Ｃの断面図である。
【図８】図８Ａは、従来技術のスピニング加工方法に基づくカップ状部材Ｃの断面図である。また、図８Ｂは、本発明のスピニング加工方法に基づく一実施形態のカップ状部材Ｃの断面図である。
【符号の説明】
２ 主軸、５ 心押軸、７ マンドレル、７ａ 溝
６０ａ 精成形用ロール、６０ｂ 粗成形用ロール
Ｗ 被加工部材、Ｒ コーナー部、Ｃ カップ状部材
Ｓ 側面
Claims (3)
- 主軸軸線周りに回転可能なマンドレル上に載置された円板状の被加工部材を成形工具により押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法において、
前記マンドレルを回転させながら前記成形工具を前記円板状の被加工部材をカップ状部材に加工するように前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線とほぼ平行な一方向に送る粗成形工程と、
該粗成形工程に引き続き、前記成形工具を前記粗成形工程時よりも強い力で前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線に沿った一方向に予め設定された所定の精成形用速度で送る仕上げ成形工程と、
該仕上げ成形工程に引き続き、前記仕上げ成形工程時の前記成形工具の前記主軸軸線とほぼ垂直な方向の位置に対して前記成形工具を移動させることなく、前記成形工具を前記主軸軸線の一方向とは逆方向に前記カップ状部材のコーナー部に向かって前記精成形用速度よりも低速に設定された増肉工程速度で送る増肉工程と
を有することを特徴とするスピニング加工方法。 - 主軸軸線周りに回転可能なマンドレル上に載置された円板状の被加工部材を成形工具により押圧してカップ状部材に成形するスピニング加工方法において、
前記マンドレルを回転させながら前記成形工具を前記円板状の被加工部材をカップ状部材に加工するように前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線とほぼ平行な一方向に送る粗成形工程と、
該粗成形工程に引き続き、前記成形工具を前記粗成形工程時よりも強い力で前記主軸軸線とほぼ垂直な方向から押し付けるとともに、前記主軸軸線に沿った一方向に予め設定された所定の精成形用速度で送る仕上げ成形工程と、
該仕上げ成形工程に引き続き、前記仕上げ成形工程時の前記成形工具の位置に対して成形工具を前記主軸軸線とほぼ垂直な方向に移動させる移動工程と、
該移動工程に引き続き、前記成形工具を前記主軸軸線の一方向とは逆方向に前記カップ状部材のコーナー部に向かって前記精成形用速度よりも低速に設定された増肉工程速度で送る増肉工程と
を有することを特徴とするスピニング加工方法。 - 請求項１又は２に記載のスピニング加工方法であって、前記増肉工程において前記カップ状部材の一部の肉をカップ状部材のコーナー部に移動して突起状にし、その後工程で前記コーナー部をほぼ垂直に研削加工することを特徴とするスピニング加工方法。
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