揺動鍛造装置及び揺動鍛造方法
【課題】筒状部を有するワークを対象として揺動鍛造を行うにあたり、金型の破損を招くことなく、かつ、筒状部の内周面に余肉が生じることなく、所望の形状へと成形する。
【解決手段】ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するためのプラグ型２０が、上型１２及び下型１４とは別体をなしている。そして、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態で、かつ、上型１２に対する相対的な位置関係を、上型１２の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されている。プラグ型２０は上型１２及び下型１４のいずれにも強固に拘束されるものではないので、上型１２の揺動回転運動に際して、プラグ型２０に大きな曲げモーメントが生じることもない。
【解決手段】ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するためのプラグ型２０が、上型１２及び下型１４とは別体をなしている。そして、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態で、かつ、上型１２に対する相対的な位置関係を、上型１２の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されている。プラグ型２０は上型１２及び下型１４のいずれにも強固に拘束されるものではないので、上型１２の揺動回転運動に際して、プラグ型２０に大きな曲げモーメントが生じることもない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動鍛造装置及び揺動鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円盤状の部品を成形する一手法として、揺動鍛造方法が用いられているが、この揺動鍛造方法は、以下に説明するように、揺動部と昇降部とを備える揺動鍛造装置によって実現されるものである。ここで、揺動部は、例えば円錐状に角度を持った上型を、所定の中心点を基準に揺動回転駆動（いわゆる「すりこぎ運動」）させるものである。又、昇降部は、下型を上型に対し昇降させるものである。
揺動鍛造装置を用いた具体的な成形手順は、まず、円盤状又は円柱状のワークを下型にセットし、下型を上昇させて、揺動回転運動する上型に対しワークを当接させる。そして、上型の揺動回転運動に伴い、ワークの成形が円周方向に逐次進行していく。ワークの成形が進行するに従い、上型と下型との上下方向の距離が接近し、一定距離に保持される。そして、上型と下型とが一定距離に保持された状態で、上型の揺動回転運動を継続しつつワークを所定時間保持した後に、下型を下降させて成形を完了するものである。かかる揺動鍛造方法によれば、一般的な鍛造方法に比べ衝撃や振動の発生が少なく、又、ワークの内部応力も少なくすることが出来るので、最終的な製品形状へと、１サイクルで鍛造することも可能となる（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３７５８１号公報
【特許文献２】特開昭５９−７３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９（ａ）には、従来の揺動鍛造装置の上型１２及び下型１４と共に、仮想線で筒状部Ｗａを有するワークＷが示されている。図中の符号ＣＶで示される軸線は、鉛直軸（下型１４の鉛直方向中心軸）を表し、同図に符号Ｃ１２で示される軸線は、上型１２の揺動回転軸を示している。ところで、図示のような、筒状部Ｗａを有する円盤状のワークＷを対象として、揺動鍛造を行うために、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに、図９（ａ）に示されるような、上型１２の円錐台状の突起部１２ａを当接させると、突起部１２ａによる内周面Ｗｂの拘束が不十分となる。その結果、突起部１２ａに拘束されない部分が、本来必要な形状の内周面Ｗｃを損なうように、余肉部Ｗｄが発生してしまうこととなる。よって、余肉部Ｗｄを除去する後工程が必要不可欠となる。
【０００５】
これに対し、図９（ｂ）に示されるように、上型１２に、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを、より広範囲に拘束することが可能な円柱状突起部１２ａ’を設けて、揺動鍛造を実施すると、上記とは別の課題が発生する。すなわち、揺動鍛造工法は一般的な鍛造方法と異なり、上型１２が、鉛直軸Ｃｖに対して傾斜する揺動回転軸Ｃ１２を以って揺動運動を行うものである。このため、上型１２の揺動回転運動に伴い、円柱状突起部１２ａ’には大きな曲げモーメントＭが生じ、上型１２に破損を生じるおそれがある。このような課題は、円柱状突起部１２ａ’が、上型１２と一体構造であっても、或いは、上型１２に対して抜き差し自在に固定される、上型１２とは別体構造のいわゆるプラグ型であっても、同様に生じ得るものである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒状部を有するワークを対象として揺動鍛造を行うにあたり、金型の破損を招くことなく、かつ、筒状部の内周面に余肉が生じることなく、所望の形状へと成形することを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）第１型、及び、該第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させる揺動部と、筒状部を有するワークをセットする第２型、及び、該第２型と前記第１型とを離間接近させて前記ワークを前記第１型に当接させる昇降部と、前記ワークの筒状部の内周面を成形するための、前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型とを含み、該プラグ型は、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持されている揺動鍛造装置（請求項１）。
【０００８】
本項に記載の揺動鍛造装置は、第１型が所定の中心点を基準として揺動回転駆動された状態で、例えば、第２型が第１型に対し昇降することにより、第２型と第１型とを離間接近させるものである。又、ワークを第２型にセットした状態で第２型を上昇させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させることで、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行していくものである。
しかも、本項の発明においては、ワークの筒状部の内周面を成形するためのプラグ型を含んでおり、このプラグ型が第１型及び第２型とは別体をなしている。そして、その中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持されている。すなわち、プラグ型は第１型及び第２型のいずれにも強固に拘束されることなく、第１型の揺動回転運動に際して、プラグ型は適宜第１型に対する相対的な位置を変えて行くものである。より具体的には、プラグ型が、第１型の揺動回転運動に対して、一体に動作することなく、又、いわゆる連れ回り等の受動的な動作をすることもなく、第２型の鉛直方向中心軸に対し芯合わせされた状態が維持される態様で、プラグ型と第１型との相対的な位置を変えることから、プラグ型に大きな曲げモーメントが生じることもない。しかも、プラグ型は、その中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態にあることから、プラグ型が不用意に変位して、ワークの筒状部の内周面の成形精度を損なうものでもない。そして、プラグ型はワークの筒状部の内周面を成形するためのものであることから、プラグ型によるワークの筒状部の内周面の拘束は十分となり、余肉部が発生して本来必要な形状が得られなくなることもない。
【０００９】
（２）上記（１）項において、前記プラグ型は、前記ワークの筒状部に挿入され、該ワークが前記第２型にセットされることで、前記プラグ型の中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされる揺動鍛造装置（請求項２）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、プラグ型が、ワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされることで、プラグ型の中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされるものである。そして、プラグ型が第１型に対する相対的な位置関係が第１型によって拘束されることなく、下方から支持され、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させることとなる。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形が逐次進行していくものである。
【００１０】
（３）上記（１）（２）項において、前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めするための、位置決め手段を備える揺動鍛造装置（請求項３）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させ、更に、位置決め手段によって、ワークと共にプラグ型を第１型に対し押し付けた状態に位置決めするものである。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形が逐次進行していくものである。
【００１１】
（４）上記（３）項において、前記第２型を上下方向に貫通して前記ワークの筒状部を下方から保持するスリーブを含む揺動鍛造装置。
本項に記載の揺動鍛造装置は、プラグ型が、ワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされた状態で、第２型を上下方向に貫通するスリーブにより、ワークの筒状部は下方から保持されるものである。
【００１２】
（５）上記（４）項において、前記位置決め手段は、前記スリーブに挿通されて、前記プラグ型を上方へと付勢する付勢手段を含む揺動鍛造装置（請求項４）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、プラグ型が、ワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされた状態で、位置決め手段の付勢手段により、プラグ型は上方へと付勢され、第１型に対し押し付けられた状態に位置決めされるものである。なお、付勢手段によりプラグ型は上方へと付勢されることで、単に、プラグ型がワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされた状態では、プラグ型はワークから上方へと離間・突出する。かかる状態で第２型と第１型とを接近させると、プラグ型はワークよりも先に第１型へと当接し、遅れてワークが第１型に当接することとなる。
【００１３】
（６）上記（１）から（４）項において、前記第１型には、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための、凹部が設けられている揺動鍛造装置（請求項５）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、第１型に設けられた凹部に対して、プラグ型の上端部が揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合することで、プラグ型は、第１型に対する相対的な位置関係を、第１型の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持されるものとなる。しかも、揺動回転に連動してプラグ型の上端部と第１型との隙間には、円周方向に逐次隙間が形成されるが、当該隙間は第１型に設けられた凹部内に隠され、当該隙間にワークの余肉が流動することを回避するものである。よって、ワークの余肉がアンダーカット部となってプラグ型の上端部を部分的に覆い、プラグ型からのワークの離型が出来なくなることを、回避するものとなる。
【００１４】
（７）第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させ、第２型に筒状部を有するワークをセットし、前記第１型と前記第２型とを離間接近させ前記ワークを前記第１型に当接させて前記ワークの成形を行う揺動鍛造方法であって、前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型を、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持して、該プラグ型により、前記ワークの筒状部の内周面を成形する揺動鍛造方法（請求項６）。
【００１５】
本項に記載の揺動鍛造方法は、第１型を、所定の中心点を基準として揺動回転駆動した状態で、例えば、第２型を第１型に対し昇降させることにより、第２型と第１型とを離間接近させるものである。又、第２型にセットしたワークを、揺動回転運動する第１型に対し当接させることで、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形を円周方向に逐次進行させていく。そして、ワークの成形が進行するに従い、第１型と第２型との上下方向の距離を接近させ、第１型と第２型とをメカニカルストッパー等により一定距離に保持した状態で、更に第１型の揺動回転運動を行った後、成形を完了するものである。
しかも、本項の発明においては、第１型及び第２型とは別体の、ワークの筒状部の内周面を成形するためのプラグ型を用いるものである。そして、プラグ型の中心軸を、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせした状態を維持しながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持するものである。すなわち、プラグ型を第１型及び第２型のいずれにも強固に拘束することなく、第１型の揺動回転運動に際して、プラグ型は適宜第１型に対する相対的な位置を変えて行くものである。より具体的には、プラグ型が、第１型の揺動回転運動に対して一体に動作することなく、又、いわゆる連れ回り等の受動的な動作をすることもなく、第２型の鉛直方向中心軸に対し芯合わせされた状態が維持されるで、プラグ型と第１型との相対的な位置を変えることから、プラグ型に大きな曲げモーメントが生じることもない。しかも、プラグ型は、その中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態にあることから、プラグ型が不用意に変位して、ワークの筒状部の内周面の成形精度を損なうものでもない。そして、プラグ型はワークの筒状部の内周面を成形するためのものであることから、プラグ型によるワークの筒状部の内周面の拘束は十分となり、余肉部が発生して本来必要な形状が得られなくなることもない。
【００１６】
（８）上記（７）項において、前記プラグ型を、前記ワークの筒状部に挿入し、該ワークを前記第２型にセットすることで、前記プラグ型の中心軸を、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせする揺動鍛造方法（請求項７）。
本項に記載の揺動鍛造方法は、プラグ型を、ワークの筒状部に挿入し、ワークを第２型にセットすることで、プラグ型の中心軸を、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせするものである。そして、プラグ型が第１型に対する相対的な位置関係が第１型によって拘束されることなく、下方から支持して、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させるものである。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形を円周方向に逐次進行させ、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形を逐次進行させていくものである。
【００１７】
（９）上記（７）（８）項において、前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めする揺動鍛造方法（請求項８）。
本項に記載の揺動鍛造方法は、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させ、更に、ワークと共にプラグ型を第１型に対し押し付けた状態に位置決めするものである。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行させ、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形を逐次進行させていくものである。
【００１８】
（１０）上記（６）から（９）項において、前記第１型に、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための凹部を設け、該凹部に前記プラグ型の上端部を挿入して保持する揺動鍛造方法（請求項９）。
本項に記載の揺動鍛造方法は、第１型に設けられた凹部に対して、プラグ型の上端部が揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合することで、プラグ型の、第１型に対する相対的な位置関係を、第１型の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持するものである。しかも、揺動回転に連動してプラグ型の上端部と第１型との隙間には、円周方向に逐次隙間が形成されるが、当該隙間は第１型に設けられた凹部内に隠され、当該隙間にワークの余肉が流動することを回避するものである。よって、ワークの余肉がアンダーカット部となってプラグ型の上端部を部分的に覆い、プラグ型からのワークの離型が出来なくなることを、回避するものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明はこのように構成したので、筒状部を有するワークを対象として揺動鍛造を行うにあたり、金型の破損を招くことなく、かつ、筒状部の内周面に余肉が生じることなく、所望の形状へと成形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る揺動鍛造装置の要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る揺動鍛造装置の、金型の構成を一部断面図で示した分解図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する手順を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する際の、上型の揺動回転運動を示す断面図である。
【図５】図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する際の、成形開始時点の様子を右半分に、成形終了時点の様子を左半分に示した図である。
【図６】図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する際の、上型に設けられた凹部と、プラグ型の上端部とが、揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合する様子を示す拡大図である。
【図７】（ａ）は、図２に示される金型において、上型に設けられた凹部と、プラグ型の上端部とが、揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合することによる効果を示す説明図であり、（ｂ）は上型の凹部を省略した例を示す説明図である。
【図８】図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形した後に、プラグ型からワークを離型する方法を示す説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、従来の揺動鍛造装置の、上型構造が異なる別例を一部断面図で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて説明する。なお、以下の説明において、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００２２】
図１には、本発明の実施の形態に係る揺動鍛造装置の、揺動部及び昇降部の要部を断面で示している。揺動鍛造装置１０は、揺動部１６及び昇降部１８を含むものであり、揺動部１６は、第１型として、本実施の形態では上型１２を保持して、上型１２を所定の中心点を基準に揺動回転させるものである。又、昇降部１８は、筒状部Ｗａ（図２参照）を有するワークＷをセットする第２型として、本実施の形態では下型１４を、上型１２に対し昇降させて、ワークＷを上型１２に当接させるものである。更に、本発明の実施の形態では、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するための、上型１２及び下型１４とは別体をなすプラグ型２０を含むものである。
なお、図１には、揺動部１６と昇降部１８の、２つの状態（成形開始前及び成形中）を示している。又、図示の様に、昇降部１８に対して揺動部１６が昇降するように構成しても良く、上述の如く昇降部１８の方が、揺動部１６に対して昇降するように動作することで、下型１４を上昇させて、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させる構成を採用してもよい。本実施の形態では、後者を例に挙げて以下の説明を行う。
【００２３】
図２には、本発明の実施の形態に係る上型１２、下型１４、プラグ型２０及び関連する部材を示している。プラグ型２０は、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態で、かつ、上型１２に対する相対的な位置関係が上型１２によって拘束されることなく、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されている。
ここで、プラグ型２０は、図示の例では多段の円筒状をなしており、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされることで、プラグ型２０の中心軸が、下型の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされるようになっている。この芯合わせを可能とするために、プラグ型２０の外周形状は、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに倣った形状を有しており、プラグ型２０がワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入されることで、ワークＷの中心軸とプラグ型２０の中心軸とが一致する関係となっている。又、下型１４は成形面１４ａと、ワークＷの筒状部Ｗａが挿入される貫通穴１４ｂとを有している。そして、ワークＷが下型１４にセットされることで、ワークＷを介在して、プラグ型２０の中心軸が、下型の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされることとなる。
更に、プラグ型２０は、成形の前後に渡り、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入された状態で、その下端部２０ｂがワークＷの筒状部Ｗａから突出するように形成されている（図８参照）。
【００２４】
又、ワークＷと共にプラグ型２０を上型１２に対し押し付けた状態に位置決めするための、位置決め手段２２として、プラグ型２０を上方へと付勢する付勢手段２４と、下型１４を、上下方向に貫通してワークＷの筒状部Ｗａを下方から保持するスリーブ２６とを含んでいる。図示の例では、スリーブ２６は、貫通穴１４ｂに対し摺接する外径を有する円筒状の部材であり、付勢手段２４を構成するコイルスプリングが、スリーブ２６の内筒部２６ａに挿通されることで、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入された状態のスリーブ２６の下端部２０ｂに、上方への弾性力を付勢するものである。
【００２５】
なお、スリーブ２６は、下型１４に対してスリーブ２６が上昇することで、プラグ型２０とワークＷとを一体に離型させる、イジェクターとしての機能も有している。そして、スリーブ２６の動作は、昇降部１８に設けられた油圧シリンダー等により、行われるものである。又、付勢手段２４は、図示のコイルスプリングに限定されるものではなく、必要に応じ、他の弾性部材を用いることも、リニアアクチュエータ等、任意に制御された上方への付勢力を発生する手段を用いることも可能である。
更に、後述するように、上型１２には、プラグ型２０の上端部２０ａが揺動回転を許容し得る隙間（図６の符号Ｓ部参照）を開けて嵌合するための、凹部２８が設けられている。
【００２６】
又、プラグ型２０の上端部２０ａには、揺動回転を許容し得る隙間（図６の符号Ｓ部参照）を確保するために、面取り部２０ｃが形成されている。又、上型１２の揺動回転運動を受けて、プラグ型２０がその中心軸にぶれを生じるような、半径方向の過大な力を受けることが無いように、上端部２０ａの端面は、中心部寄りの一定範囲Ａｃの傾斜角度が緩やか（例えば、鉛直軸Ｃｖと直交する面に対する傾斜角度が２°）に設定され、外周部Ａｄの傾斜角度はそれよりも急角度（例えば、鉛直軸Ｃｖと直交する面に対する傾斜角度が５°）に形成されている。従って、上型１２の揺動回転運動の際には、中心部寄りの一定範囲Ａｃでのみ、上型１２に当接するものである。
又、図示の例では、プラグ型２０の上端部２０ａは緩やかな凸球面状をなし、上型１２に設けられた凹部２８は、プラグ型２０の上端部２０ａの端面に倣った凹球面をなしている。しかしながら、上型１２の揺動回転運動中、プラグ型２０の上端部２０ａとの良好な接触状態が維持される限り、何れか一方が平坦面であっても良い。
【００２７】
続いて、図３〜図５を参照しながら、本発明の実施の形態に係る揺動鍛造方法について説明する。
まず、プラグ型２０を、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入する。そして、図３（ａ）に示されるように、上型１２に対して下型１４が十分に下降した状態（下死点）で、かつ、スリーブ２６が、下型１４の貫通穴１４ｂ内で、ワークＷの筒状部Ｗａの下端部を下方から保持するための適切な高さに保持された状態で、ワークＷを下型１４にセットする。この際、図３（ａ）に示されるように、付勢手段２４を構成するコイルスプリングが、スリーブ２６の内筒部２６ａに挿通され、スリーブ２６から上方に突出する。よって、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂにプラグ型２０が挿入された状態で、プラグ型２０の下端部２０ｂに付勢手段２４が当接することで、プラグ型２０には上方への弾性力が付勢され、ワークＷから離間するようにして、上方へと押し上げられる。
なお、通常は、ワークＷを下型１４にセットする際に、上型１２は揺動回転した状態にあり、下型１４に対するワークＷのセット作業及び取り出し作業は、ロボットその他の搬送機械を用いて無人で行われる。
【００２８】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、上型１２に対し下型１４を上昇させる。すると、プラグ型２０がワークＷから上方へと離間・突出した状態で、ワークＷよりも先に上型１２へと当接し、付勢手段２４を構成するコイルスプリングが縮むことで、プラグ型２９に遅れてワークＷが上型１２に当接することとなる。これにより、プラグ型２０はワークＷの筒状部Ｗａに押込まれる。そして、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされつつ、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに当接する。又、図５の右半分に示されるように、上型１２に設けられた凹部２８に、プラグ型２０の上端部２０ａが揺動回転を許容し得る隙間（図６の符号Ｓ参照）を開けて嵌合する。
そして、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷが当接した状態で、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、上型１２の揺動回転運動がなされることで、それに伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行していく。なお、図４（ａ）に示される下型１４に対する上型１２の位置を位相０°とした場合、図４（ｂ）の上型１２の位相は９０°、図４（ｃ）の上型１２の位相は１８０°となっている。又、図５の右半分に示される、成形開始時点から、同左半分に示される成形終了時点までの間、プラグ型２０は、付勢手段２４によって、常時、上型１２（凹部２８）に向けて付勢されて、上型１２との密着状態が維持される。
【００２９】
その後、ワークＷが所定の厚みまで成形された時点で、下型１４を下降させる。更に、下型１４に対してスリーブ２６を上昇させ、プラグ型２０とワークＷとを、下型１４から一体に離型させる。そして、図８に示されるように、プラグ型２０とワークＷとを一体の状態のまま、テーブル３０等の平坦面に置く（又は落下させる）。すると、プラグ型２０は、成形終了時においても、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入された状態で、その下端部２０ｂがワークＷの筒状部Ｗａから突出した状態となっていることから、プラグ型２０がワークＷの筒状部Ｗａから上方へと押し出され、プラグ型２０はワークＷから分離される。
この、下型１４からのプラグ型２０及びワークＷの離型作業、プラグ型２０とワークＷとの分離作業、及び、分離したプラグ型２０及びワークＷの各搬送作業は、適宜、ロボットを用いて行われる。
【００３０】
さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、本発明の実施の形態によれば、ワークＷを下型１４にセットした状態で下型１４を上昇させて、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させることで、上型１２の揺動回転運動に伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行していくものである。
【００３１】
しかも、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するためのプラグ型２０が、上型１２及び下型１４とは別体をなしている。そして、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態で、かつ、上型１２に対する相対的な位置関係を、上型１２の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されている。すなわち、プラグ型２０は上型１２及び下型１４のいずれにも強固に拘束されることなく、上型１２の揺動回転運動に際して、プラグ型２０は適宜上型１２に対する相対的な位置を変えて行くものである。そして、プラグ型２０が、上型１２の揺動回転運動に対して、一体に動作することなく、又、いわゆる連れ回り等の受動的な動作をすることもなく、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対し芯合わせされた状態が維持されることから、プラグ型２０に大きな曲げモーメントが生じることもない。しかも、プラグ型２０は、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態にあることから、プラグ型２０が不用意に変位して、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂの成形精度を損なうものでもない。そして、プラグ型２０はワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するためのものであることから、プラグ型２０によるワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂの拘束は十分となる。よって図５に示されるような、余肉部Ｗｄが発生して、本来必要な内周面Ｗｂの形状が得られなくなることもない。
【００３２】
又、プラグ型２０が、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされることで、プラグ型２０の中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされるものである。そして、プラグ型２０の上型１２に対する相対的な位置関係が上型１２によって拘束されることなく、上型１２の揺動回転運動に応じてプラグ型２０の上型１２に対する相対的な位置関係を変えて行きながら下方１４から支持され、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させる。これにより、上型１２の揺動回転運動に伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂについても、プラグ型２０による成形が逐次進行していくものである。
【００３３】
又、ワークＷを下型１４にセットした状態で下型１４を上昇させて、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させ、更に、位置決め手段２２によって、ワークＷと共にプラグ型２０を上型１２に対し押し付けた状態に位置決めする。これにより、上型１２の揺動回転運動に伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂについても、プラグ型２０による成形が逐次進行していくこととなる。
【００３４】
又、上記成形工程中、プラグ型２０が、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされた状態で、位置決め手段２２の付勢手段２４により、プラグ型２０は上方へと付勢され、上型１２に対し押し付けられた状態に位置決めされるものである。
又、上記成形工程中、プラグ型２０が、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされた状態で、下型１４を上下方向に貫通するスリーブ２６により、ワークＷの筒状部Ｗａは下方から保持されるものである。そして、スリーブ２６は、成形工程中、ワークＷを適切な位置に下支えするのみならず、下型１４からのワークＷの離型時には、イジェクターとしても機能するものである。
【００３５】
又、本発明の実施の形態では、上型１２に設けられた凹部２８に対して、プラグ型２０の上端部２０ａが揺動回転を許容し得る隙間Ｓ（図６参照）を開けて嵌合する。このため、プラグ型２０は、上型１２に対する相対的な位置関係を、上型１２の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されるものとなる。
しかも、揺動回転に連動してプラグ型２０の上端部２０ａと上型１２との隙間には、円周方向に逐次隙間Ｓが形成されるが、隙間Ｓは上型１２に設けられた凹部２８内に隠される。よって図７（ａ）に示されるように、隙間ＳにワークＷの余肉が流動することを、回避することが可能となる。なお、図７（ａ）の矢印Ｆは、余肉の流れが、ワークＷの内周面Ｗｂと、プラグ型２０の壁面との間に流入する様子を示している。
【００３６】
よって、ワークＷの余肉Ｗｄ（図６参照）がアンダーカット部となって、プラグ型２０の上端部２０ａを部分的に覆い、プラグ型２０からのワークＷの離型が出来なくなることを、回避することが可能となる。
なお、図７（ｂ）に示されるように、プラグ型２０の上端部の形状（例えば、面取り部２０ｃ）の形状と、上型１２のプラグ型２０に対向する面の形状とを、適宜調整することにより、ワークＷの余肉がアンダーカット部となってプラグ型２０の上端部２０ａを部分的に覆ってしまうような、余肉の流れＦを回避することも可能である。この場合には、上型１２の凹部２８を省略することも可能である。
更に、プラグ型２０の、上型１２に対する相対的な位置関係が上型１２によって拘束されることなく、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能となっている限り、プラグ型２０と上型１２とを、ボールジョイント等、一方に凸部を他方に凹部を設けた相補的な関係の連結部で、相対的な揺動回転が可能に、かつ、着脱自在に連結することとしても、同様の作用効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：揺動鍛造装置、１２：上型、１４：下型、２０：プラグ型、２０ａ：上端部、２０ｂ：下端部、２２：位置決め手段、２４：付勢手段、２６：スリーブ、２８：凹部、Ｗ：ワーク、Ｗａ：筒状部、Ｗｂ：内周面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動鍛造装置及び揺動鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円盤状の部品を成形する一手法として、揺動鍛造方法が用いられているが、この揺動鍛造方法は、以下に説明するように、揺動部と昇降部とを備える揺動鍛造装置によって実現されるものである。ここで、揺動部は、例えば円錐状に角度を持った上型を、所定の中心点を基準に揺動回転駆動（いわゆる「すりこぎ運動」）させるものである。又、昇降部は、下型を上型に対し昇降させるものである。
揺動鍛造装置を用いた具体的な成形手順は、まず、円盤状又は円柱状のワークを下型にセットし、下型を上昇させて、揺動回転運動する上型に対しワークを当接させる。そして、上型の揺動回転運動に伴い、ワークの成形が円周方向に逐次進行していく。ワークの成形が進行するに従い、上型と下型との上下方向の距離が接近し、一定距離に保持される。そして、上型と下型とが一定距離に保持された状態で、上型の揺動回転運動を継続しつつワークを所定時間保持した後に、下型を下降させて成形を完了するものである。かかる揺動鍛造方法によれば、一般的な鍛造方法に比べ衝撃や振動の発生が少なく、又、ワークの内部応力も少なくすることが出来るので、最終的な製品形状へと、１サイクルで鍛造することも可能となる（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３７５８１号公報
【特許文献２】特開昭５９−７３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９（ａ）には、従来の揺動鍛造装置の上型１２及び下型１４と共に、仮想線で筒状部Ｗａを有するワークＷが示されている。図中の符号ＣＶで示される軸線は、鉛直軸（下型１４の鉛直方向中心軸）を表し、同図に符号Ｃ１２で示される軸線は、上型１２の揺動回転軸を示している。ところで、図示のような、筒状部Ｗａを有する円盤状のワークＷを対象として、揺動鍛造を行うために、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに、図９（ａ）に示されるような、上型１２の円錐台状の突起部１２ａを当接させると、突起部１２ａによる内周面Ｗｂの拘束が不十分となる。その結果、突起部１２ａに拘束されない部分が、本来必要な形状の内周面Ｗｃを損なうように、余肉部Ｗｄが発生してしまうこととなる。よって、余肉部Ｗｄを除去する後工程が必要不可欠となる。
【０００５】
これに対し、図９（ｂ）に示されるように、上型１２に、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを、より広範囲に拘束することが可能な円柱状突起部１２ａ’を設けて、揺動鍛造を実施すると、上記とは別の課題が発生する。すなわち、揺動鍛造工法は一般的な鍛造方法と異なり、上型１２が、鉛直軸Ｃｖに対して傾斜する揺動回転軸Ｃ１２を以って揺動運動を行うものである。このため、上型１２の揺動回転運動に伴い、円柱状突起部１２ａ’には大きな曲げモーメントＭが生じ、上型１２に破損を生じるおそれがある。このような課題は、円柱状突起部１２ａ’が、上型１２と一体構造であっても、或いは、上型１２に対して抜き差し自在に固定される、上型１２とは別体構造のいわゆるプラグ型であっても、同様に生じ得るものである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒状部を有するワークを対象として揺動鍛造を行うにあたり、金型の破損を招くことなく、かつ、筒状部の内周面に余肉が生じることなく、所望の形状へと成形することを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）第１型、及び、該第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させる揺動部と、筒状部を有するワークをセットする第２型、及び、該第２型と前記第１型とを離間接近させて前記ワークを前記第１型に当接させる昇降部と、前記ワークの筒状部の内周面を成形するための、前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型とを含み、該プラグ型は、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持されている揺動鍛造装置（請求項１）。
【０００８】
本項に記載の揺動鍛造装置は、第１型が所定の中心点を基準として揺動回転駆動された状態で、例えば、第２型が第１型に対し昇降することにより、第２型と第１型とを離間接近させるものである。又、ワークを第２型にセットした状態で第２型を上昇させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させることで、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行していくものである。
しかも、本項の発明においては、ワークの筒状部の内周面を成形するためのプラグ型を含んでおり、このプラグ型が第１型及び第２型とは別体をなしている。そして、その中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持されている。すなわち、プラグ型は第１型及び第２型のいずれにも強固に拘束されることなく、第１型の揺動回転運動に際して、プラグ型は適宜第１型に対する相対的な位置を変えて行くものである。より具体的には、プラグ型が、第１型の揺動回転運動に対して、一体に動作することなく、又、いわゆる連れ回り等の受動的な動作をすることもなく、第２型の鉛直方向中心軸に対し芯合わせされた状態が維持される態様で、プラグ型と第１型との相対的な位置を変えることから、プラグ型に大きな曲げモーメントが生じることもない。しかも、プラグ型は、その中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態にあることから、プラグ型が不用意に変位して、ワークの筒状部の内周面の成形精度を損なうものでもない。そして、プラグ型はワークの筒状部の内周面を成形するためのものであることから、プラグ型によるワークの筒状部の内周面の拘束は十分となり、余肉部が発生して本来必要な形状が得られなくなることもない。
【０００９】
（２）上記（１）項において、前記プラグ型は、前記ワークの筒状部に挿入され、該ワークが前記第２型にセットされることで、前記プラグ型の中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされる揺動鍛造装置（請求項２）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、プラグ型が、ワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされることで、プラグ型の中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされるものである。そして、プラグ型が第１型に対する相対的な位置関係が第１型によって拘束されることなく、下方から支持され、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させることとなる。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形が逐次進行していくものである。
【００１０】
（３）上記（１）（２）項において、前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めするための、位置決め手段を備える揺動鍛造装置（請求項３）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させ、更に、位置決め手段によって、ワークと共にプラグ型を第１型に対し押し付けた状態に位置決めするものである。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形が逐次進行していくものである。
【００１１】
（４）上記（３）項において、前記第２型を上下方向に貫通して前記ワークの筒状部を下方から保持するスリーブを含む揺動鍛造装置。
本項に記載の揺動鍛造装置は、プラグ型が、ワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされた状態で、第２型を上下方向に貫通するスリーブにより、ワークの筒状部は下方から保持されるものである。
【００１２】
（５）上記（４）項において、前記位置決め手段は、前記スリーブに挿通されて、前記プラグ型を上方へと付勢する付勢手段を含む揺動鍛造装置（請求項４）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、プラグ型が、ワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされた状態で、位置決め手段の付勢手段により、プラグ型は上方へと付勢され、第１型に対し押し付けられた状態に位置決めされるものである。なお、付勢手段によりプラグ型は上方へと付勢されることで、単に、プラグ型がワークの筒状部に挿入され、ワークが第２型にセットされた状態では、プラグ型はワークから上方へと離間・突出する。かかる状態で第２型と第１型とを接近させると、プラグ型はワークよりも先に第１型へと当接し、遅れてワークが第１型に当接することとなる。
【００１３】
（６）上記（１）から（４）項において、前記第１型には、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための、凹部が設けられている揺動鍛造装置（請求項５）。
本項に記載の揺動鍛造装置は、第１型に設けられた凹部に対して、プラグ型の上端部が揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合することで、プラグ型は、第１型に対する相対的な位置関係を、第１型の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持されるものとなる。しかも、揺動回転に連動してプラグ型の上端部と第１型との隙間には、円周方向に逐次隙間が形成されるが、当該隙間は第１型に設けられた凹部内に隠され、当該隙間にワークの余肉が流動することを回避するものである。よって、ワークの余肉がアンダーカット部となってプラグ型の上端部を部分的に覆い、プラグ型からのワークの離型が出来なくなることを、回避するものとなる。
【００１４】
（７）第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させ、第２型に筒状部を有するワークをセットし、前記第１型と前記第２型とを離間接近させ前記ワークを前記第１型に当接させて前記ワークの成形を行う揺動鍛造方法であって、前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型を、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持して、該プラグ型により、前記ワークの筒状部の内周面を成形する揺動鍛造方法（請求項６）。
【００１５】
本項に記載の揺動鍛造方法は、第１型を、所定の中心点を基準として揺動回転駆動した状態で、例えば、第２型を第１型に対し昇降させることにより、第２型と第１型とを離間接近させるものである。又、第２型にセットしたワークを、揺動回転運動する第１型に対し当接させることで、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形を円周方向に逐次進行させていく。そして、ワークの成形が進行するに従い、第１型と第２型との上下方向の距離を接近させ、第１型と第２型とをメカニカルストッパー等により一定距離に保持した状態で、更に第１型の揺動回転運動を行った後、成形を完了するものである。
しかも、本項の発明においては、第１型及び第２型とは別体の、ワークの筒状部の内周面を成形するためのプラグ型を用いるものである。そして、プラグ型の中心軸を、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせした状態を維持しながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持するものである。すなわち、プラグ型を第１型及び第２型のいずれにも強固に拘束することなく、第１型の揺動回転運動に際して、プラグ型は適宜第１型に対する相対的な位置を変えて行くものである。より具体的には、プラグ型が、第１型の揺動回転運動に対して一体に動作することなく、又、いわゆる連れ回り等の受動的な動作をすることもなく、第２型の鉛直方向中心軸に対し芯合わせされた状態が維持されるで、プラグ型と第１型との相対的な位置を変えることから、プラグ型に大きな曲げモーメントが生じることもない。しかも、プラグ型は、その中心軸が、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態にあることから、プラグ型が不用意に変位して、ワークの筒状部の内周面の成形精度を損なうものでもない。そして、プラグ型はワークの筒状部の内周面を成形するためのものであることから、プラグ型によるワークの筒状部の内周面の拘束は十分となり、余肉部が発生して本来必要な形状が得られなくなることもない。
【００１６】
（８）上記（７）項において、前記プラグ型を、前記ワークの筒状部に挿入し、該ワークを前記第２型にセットすることで、前記プラグ型の中心軸を、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせする揺動鍛造方法（請求項７）。
本項に記載の揺動鍛造方法は、プラグ型を、ワークの筒状部に挿入し、ワークを第２型にセットすることで、プラグ型の中心軸を、第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせするものである。そして、プラグ型が第１型に対する相対的な位置関係が第１型によって拘束されることなく、下方から支持して、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させるものである。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形を円周方向に逐次進行させ、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形を逐次進行させていくものである。
【００１７】
（９）上記（７）（８）項において、前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めする揺動鍛造方法（請求項８）。
本項に記載の揺動鍛造方法は、ワークを第２型にセットした状態で第２型と第１型とを接近させて、揺動回転運動する第１型に対しワークを当接させ、更に、ワークと共にプラグ型を第１型に対し押し付けた状態に位置決めするものである。これにより、第１型の揺動回転運動に伴い、第２型にセットされたワークの成形が円周方向に逐次進行させ、かつ、ワークの筒状部の内周面についても、プラグ型による成形を逐次進行させていくものである。
【００１８】
（１０）上記（６）から（９）項において、前記第１型に、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための凹部を設け、該凹部に前記プラグ型の上端部を挿入して保持する揺動鍛造方法（請求項９）。
本項に記載の揺動鍛造方法は、第１型に設けられた凹部に対して、プラグ型の上端部が揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合することで、プラグ型の、第１型に対する相対的な位置関係を、第１型の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークと共に第１型に対し当接可能に、下方から支持するものである。しかも、揺動回転に連動してプラグ型の上端部と第１型との隙間には、円周方向に逐次隙間が形成されるが、当該隙間は第１型に設けられた凹部内に隠され、当該隙間にワークの余肉が流動することを回避するものである。よって、ワークの余肉がアンダーカット部となってプラグ型の上端部を部分的に覆い、プラグ型からのワークの離型が出来なくなることを、回避するものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明はこのように構成したので、筒状部を有するワークを対象として揺動鍛造を行うにあたり、金型の破損を招くことなく、かつ、筒状部の内周面に余肉が生じることなく、所望の形状へと成形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る揺動鍛造装置の要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る揺動鍛造装置の、金型の構成を一部断面図で示した分解図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する手順を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する際の、上型の揺動回転運動を示す断面図である。
【図５】図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する際の、成形開始時点の様子を右半分に、成形終了時点の様子を左半分に示した図である。
【図６】図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形する際の、上型に設けられた凹部と、プラグ型の上端部とが、揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合する様子を示す拡大図である。
【図７】（ａ）は、図２に示される金型において、上型に設けられた凹部と、プラグ型の上端部とが、揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合することによる効果を示す説明図であり、（ｂ）は上型の凹部を省略した例を示す説明図である。
【図８】図２に示される金型を用い、筒状部を有するワークを成形した後に、プラグ型からワークを離型する方法を示す説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、従来の揺動鍛造装置の、上型構造が異なる別例を一部断面図で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて説明する。なお、以下の説明において、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００２２】
図１には、本発明の実施の形態に係る揺動鍛造装置の、揺動部及び昇降部の要部を断面で示している。揺動鍛造装置１０は、揺動部１６及び昇降部１８を含むものであり、揺動部１６は、第１型として、本実施の形態では上型１２を保持して、上型１２を所定の中心点を基準に揺動回転させるものである。又、昇降部１８は、筒状部Ｗａ（図２参照）を有するワークＷをセットする第２型として、本実施の形態では下型１４を、上型１２に対し昇降させて、ワークＷを上型１２に当接させるものである。更に、本発明の実施の形態では、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するための、上型１２及び下型１４とは別体をなすプラグ型２０を含むものである。
なお、図１には、揺動部１６と昇降部１８の、２つの状態（成形開始前及び成形中）を示している。又、図示の様に、昇降部１８に対して揺動部１６が昇降するように構成しても良く、上述の如く昇降部１８の方が、揺動部１６に対して昇降するように動作することで、下型１４を上昇させて、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させる構成を採用してもよい。本実施の形態では、後者を例に挙げて以下の説明を行う。
【００２３】
図２には、本発明の実施の形態に係る上型１２、下型１４、プラグ型２０及び関連する部材を示している。プラグ型２０は、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態で、かつ、上型１２に対する相対的な位置関係が上型１２によって拘束されることなく、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されている。
ここで、プラグ型２０は、図示の例では多段の円筒状をなしており、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされることで、プラグ型２０の中心軸が、下型の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされるようになっている。この芯合わせを可能とするために、プラグ型２０の外周形状は、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに倣った形状を有しており、プラグ型２０がワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入されることで、ワークＷの中心軸とプラグ型２０の中心軸とが一致する関係となっている。又、下型１４は成形面１４ａと、ワークＷの筒状部Ｗａが挿入される貫通穴１４ｂとを有している。そして、ワークＷが下型１４にセットされることで、ワークＷを介在して、プラグ型２０の中心軸が、下型の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされることとなる。
更に、プラグ型２０は、成形の前後に渡り、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入された状態で、その下端部２０ｂがワークＷの筒状部Ｗａから突出するように形成されている（図８参照）。
【００２４】
又、ワークＷと共にプラグ型２０を上型１２に対し押し付けた状態に位置決めするための、位置決め手段２２として、プラグ型２０を上方へと付勢する付勢手段２４と、下型１４を、上下方向に貫通してワークＷの筒状部Ｗａを下方から保持するスリーブ２６とを含んでいる。図示の例では、スリーブ２６は、貫通穴１４ｂに対し摺接する外径を有する円筒状の部材であり、付勢手段２４を構成するコイルスプリングが、スリーブ２６の内筒部２６ａに挿通されることで、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入された状態のスリーブ２６の下端部２０ｂに、上方への弾性力を付勢するものである。
【００２５】
なお、スリーブ２６は、下型１４に対してスリーブ２６が上昇することで、プラグ型２０とワークＷとを一体に離型させる、イジェクターとしての機能も有している。そして、スリーブ２６の動作は、昇降部１８に設けられた油圧シリンダー等により、行われるものである。又、付勢手段２４は、図示のコイルスプリングに限定されるものではなく、必要に応じ、他の弾性部材を用いることも、リニアアクチュエータ等、任意に制御された上方への付勢力を発生する手段を用いることも可能である。
更に、後述するように、上型１２には、プラグ型２０の上端部２０ａが揺動回転を許容し得る隙間（図６の符号Ｓ部参照）を開けて嵌合するための、凹部２８が設けられている。
【００２６】
又、プラグ型２０の上端部２０ａには、揺動回転を許容し得る隙間（図６の符号Ｓ部参照）を確保するために、面取り部２０ｃが形成されている。又、上型１２の揺動回転運動を受けて、プラグ型２０がその中心軸にぶれを生じるような、半径方向の過大な力を受けることが無いように、上端部２０ａの端面は、中心部寄りの一定範囲Ａｃの傾斜角度が緩やか（例えば、鉛直軸Ｃｖと直交する面に対する傾斜角度が２°）に設定され、外周部Ａｄの傾斜角度はそれよりも急角度（例えば、鉛直軸Ｃｖと直交する面に対する傾斜角度が５°）に形成されている。従って、上型１２の揺動回転運動の際には、中心部寄りの一定範囲Ａｃでのみ、上型１２に当接するものである。
又、図示の例では、プラグ型２０の上端部２０ａは緩やかな凸球面状をなし、上型１２に設けられた凹部２８は、プラグ型２０の上端部２０ａの端面に倣った凹球面をなしている。しかしながら、上型１２の揺動回転運動中、プラグ型２０の上端部２０ａとの良好な接触状態が維持される限り、何れか一方が平坦面であっても良い。
【００２７】
続いて、図３〜図５を参照しながら、本発明の実施の形態に係る揺動鍛造方法について説明する。
まず、プラグ型２０を、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入する。そして、図３（ａ）に示されるように、上型１２に対して下型１４が十分に下降した状態（下死点）で、かつ、スリーブ２６が、下型１４の貫通穴１４ｂ内で、ワークＷの筒状部Ｗａの下端部を下方から保持するための適切な高さに保持された状態で、ワークＷを下型１４にセットする。この際、図３（ａ）に示されるように、付勢手段２４を構成するコイルスプリングが、スリーブ２６の内筒部２６ａに挿通され、スリーブ２６から上方に突出する。よって、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂにプラグ型２０が挿入された状態で、プラグ型２０の下端部２０ｂに付勢手段２４が当接することで、プラグ型２０には上方への弾性力が付勢され、ワークＷから離間するようにして、上方へと押し上げられる。
なお、通常は、ワークＷを下型１４にセットする際に、上型１２は揺動回転した状態にあり、下型１４に対するワークＷのセット作業及び取り出し作業は、ロボットその他の搬送機械を用いて無人で行われる。
【００２８】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、上型１２に対し下型１４を上昇させる。すると、プラグ型２０がワークＷから上方へと離間・突出した状態で、ワークＷよりも先に上型１２へと当接し、付勢手段２４を構成するコイルスプリングが縮むことで、プラグ型２９に遅れてワークＷが上型１２に当接することとなる。これにより、プラグ型２０はワークＷの筒状部Ｗａに押込まれる。そして、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされつつ、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに当接する。又、図５の右半分に示されるように、上型１２に設けられた凹部２８に、プラグ型２０の上端部２０ａが揺動回転を許容し得る隙間（図６の符号Ｓ参照）を開けて嵌合する。
そして、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷが当接した状態で、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、上型１２の揺動回転運動がなされることで、それに伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行していく。なお、図４（ａ）に示される下型１４に対する上型１２の位置を位相０°とした場合、図４（ｂ）の上型１２の位相は９０°、図４（ｃ）の上型１２の位相は１８０°となっている。又、図５の右半分に示される、成形開始時点から、同左半分に示される成形終了時点までの間、プラグ型２０は、付勢手段２４によって、常時、上型１２（凹部２８）に向けて付勢されて、上型１２との密着状態が維持される。
【００２９】
その後、ワークＷが所定の厚みまで成形された時点で、下型１４を下降させる。更に、下型１４に対してスリーブ２６を上昇させ、プラグ型２０とワークＷとを、下型１４から一体に離型させる。そして、図８に示されるように、プラグ型２０とワークＷとを一体の状態のまま、テーブル３０等の平坦面に置く（又は落下させる）。すると、プラグ型２０は、成形終了時においても、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂに挿入された状態で、その下端部２０ｂがワークＷの筒状部Ｗａから突出した状態となっていることから、プラグ型２０がワークＷの筒状部Ｗａから上方へと押し出され、プラグ型２０はワークＷから分離される。
この、下型１４からのプラグ型２０及びワークＷの離型作業、プラグ型２０とワークＷとの分離作業、及び、分離したプラグ型２０及びワークＷの各搬送作業は、適宜、ロボットを用いて行われる。
【００３０】
さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、本発明の実施の形態によれば、ワークＷを下型１４にセットした状態で下型１４を上昇させて、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させることで、上型１２の揺動回転運動に伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行していくものである。
【００３１】
しかも、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するためのプラグ型２０が、上型１２及び下型１４とは別体をなしている。そして、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態で、かつ、上型１２に対する相対的な位置関係を、上型１２の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されている。すなわち、プラグ型２０は上型１２及び下型１４のいずれにも強固に拘束されることなく、上型１２の揺動回転運動に際して、プラグ型２０は適宜上型１２に対する相対的な位置を変えて行くものである。そして、プラグ型２０が、上型１２の揺動回転運動に対して、一体に動作することなく、又、いわゆる連れ回り等の受動的な動作をすることもなく、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対し芯合わせされた状態が維持されることから、プラグ型２０に大きな曲げモーメントが生じることもない。しかも、プラグ型２０は、その中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされた状態にあることから、プラグ型２０が不用意に変位して、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂの成形精度を損なうものでもない。そして、プラグ型２０はワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂを成形するためのものであることから、プラグ型２０によるワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂの拘束は十分となる。よって図５に示されるような、余肉部Ｗｄが発生して、本来必要な内周面Ｗｂの形状が得られなくなることもない。
【００３２】
又、プラグ型２０が、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされることで、プラグ型２０の中心軸が、下型１４の鉛直方向中心軸Ｃｖに対して芯合わせされるものである。そして、プラグ型２０の上型１２に対する相対的な位置関係が上型１２によって拘束されることなく、上型１２の揺動回転運動に応じてプラグ型２０の上型１２に対する相対的な位置関係を変えて行きながら下方１４から支持され、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させる。これにより、上型１２の揺動回転運動に伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂについても、プラグ型２０による成形が逐次進行していくものである。
【００３３】
又、ワークＷを下型１４にセットした状態で下型１４を上昇させて、揺動回転運動する上型１２に対しワークＷを当接させ、更に、位置決め手段２２によって、ワークＷと共にプラグ型２０を上型１２に対し押し付けた状態に位置決めする。これにより、上型１２の揺動回転運動に伴い、下型１４にセットされたワークＷの成形が円周方向に逐次進行し、かつ、ワークＷの筒状部Ｗａの内周面Ｗｂについても、プラグ型２０による成形が逐次進行していくこととなる。
【００３４】
又、上記成形工程中、プラグ型２０が、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされた状態で、位置決め手段２２の付勢手段２４により、プラグ型２０は上方へと付勢され、上型１２に対し押し付けられた状態に位置決めされるものである。
又、上記成形工程中、プラグ型２０が、ワークＷの筒状部Ｗａに挿入され、ワークＷが下型１４にセットされた状態で、下型１４を上下方向に貫通するスリーブ２６により、ワークＷの筒状部Ｗａは下方から保持されるものである。そして、スリーブ２６は、成形工程中、ワークＷを適切な位置に下支えするのみならず、下型１４からのワークＷの離型時には、イジェクターとしても機能するものである。
【００３５】
又、本発明の実施の形態では、上型１２に設けられた凹部２８に対して、プラグ型２０の上端部２０ａが揺動回転を許容し得る隙間Ｓ（図６参照）を開けて嵌合する。このため、プラグ型２０は、上型１２に対する相対的な位置関係を、上型１２の揺動回転運動に応じて変えて行きながら、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能に、下方から支持されるものとなる。
しかも、揺動回転に連動してプラグ型２０の上端部２０ａと上型１２との隙間には、円周方向に逐次隙間Ｓが形成されるが、隙間Ｓは上型１２に設けられた凹部２８内に隠される。よって図７（ａ）に示されるように、隙間ＳにワークＷの余肉が流動することを、回避することが可能となる。なお、図７（ａ）の矢印Ｆは、余肉の流れが、ワークＷの内周面Ｗｂと、プラグ型２０の壁面との間に流入する様子を示している。
【００３６】
よって、ワークＷの余肉Ｗｄ（図６参照）がアンダーカット部となって、プラグ型２０の上端部２０ａを部分的に覆い、プラグ型２０からのワークＷの離型が出来なくなることを、回避することが可能となる。
なお、図７（ｂ）に示されるように、プラグ型２０の上端部の形状（例えば、面取り部２０ｃ）の形状と、上型１２のプラグ型２０に対向する面の形状とを、適宜調整することにより、ワークＷの余肉がアンダーカット部となってプラグ型２０の上端部２０ａを部分的に覆ってしまうような、余肉の流れＦを回避することも可能である。この場合には、上型１２の凹部２８を省略することも可能である。
更に、プラグ型２０の、上型１２に対する相対的な位置関係が上型１２によって拘束されることなく、ワークＷと共に上型１２に対し当接可能となっている限り、プラグ型２０と上型１２とを、ボールジョイント等、一方に凸部を他方に凹部を設けた相補的な関係の連結部で、相対的な揺動回転が可能に、かつ、着脱自在に連結することとしても、同様の作用効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：揺動鍛造装置、１２：上型、１４：下型、２０：プラグ型、２０ａ：上端部、２０ｂ：下端部、２２：位置決め手段、２４：付勢手段、２６：スリーブ、２８：凹部、Ｗ：ワーク、Ｗａ：筒状部、Ｗｂ：内周面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１型、及び、該第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させる揺動部と、
筒状部を有するワークをセットする第２型、及び、該第２型と前記第１型とを離間接近させて前記ワークを前記第１型に当接させる昇降部と、
前記ワークの筒状部の内周面を成形するための、前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型とを含み、
該プラグ型は、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持されていることを特徴とする揺動鍛造装置。
【請求項２】
前記プラグ型は、前記ワークの筒状部に挿入され、該ワークが前記第２型にセットされることで、前記プラグ型の中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされることを特徴とする請求項１記載の揺動鍛造装置。
【請求項３】
前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めするための、位置決め手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の揺動鍛造装置。
【請求項４】
前記位置決め手段は、前記第２型を上下方向に貫通して前記ワークの筒状部を下方から保持するスリーブと、該スリーブに挿通されて、前記プラグ型を上方へと付勢する付勢手段とを含むことを特徴とする請求項３記載の揺動鍛造装置。
【請求項５】
前記第１型には、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための、凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の揺動鍛造装置。
【請求項６】
第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させ、第２型に筒状部を有するワークをセットし、前記第１型と前記第２型とを離間接近させ前記ワークを前記第１型に当接させて前記ワークの成形を行う揺動鍛造方法であって、
前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型を、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持して、該プラグ型により、前記ワークの筒状部の内周面を成形することを特徴とする揺動鍛造方法。
【請求項７】
前記プラグ型を、前記ワークの筒状部に挿入し、該ワークを前記第２型にセットすることで、前記プラグ型の中心軸を、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせすることを特徴とする請求項６記載の揺動鍛造方法。
【請求項８】
前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めすることを特徴とする請求項６又は７記載の揺動鍛造方法。
【請求項９】
前記第１型に、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための凹部を設け、該凹部に前記プラグ型の上端部を挿入して保持することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の揺動鍛造方法。
【請求項１】
第１型、及び、該第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させる揺動部と、
筒状部を有するワークをセットする第２型、及び、該第２型と前記第１型とを離間接近させて前記ワークを前記第１型に当接させる昇降部と、
前記ワークの筒状部の内周面を成形するための、前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型とを含み、
該プラグ型は、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持されていることを特徴とする揺動鍛造装置。
【請求項２】
前記プラグ型は、前記ワークの筒状部に挿入され、該ワークが前記第２型にセットされることで、前記プラグ型の中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされることを特徴とする請求項１記載の揺動鍛造装置。
【請求項３】
前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めするための、位置決め手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の揺動鍛造装置。
【請求項４】
前記位置決め手段は、前記第２型を上下方向に貫通して前記ワークの筒状部を下方から保持するスリーブと、該スリーブに挿通されて、前記プラグ型を上方へと付勢する付勢手段とを含むことを特徴とする請求項３記載の揺動鍛造装置。
【請求項５】
前記第１型には、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための、凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の揺動鍛造装置。
【請求項６】
第１型を所定の中心点を基準に揺動回転させ、第２型に筒状部を有するワークをセットし、前記第１型と前記第２型とを離間接近させ前記ワークを前記第１型に当接させて前記ワークの成形を行う揺動鍛造方法であって、
前記第１型及び前記第２型とは別体をなすプラグ型を、その中心軸が、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせされた状態を維持しながら、前記ワークと共に前記第１型に対し当接可能に、下方から支持して、該プラグ型により、前記ワークの筒状部の内周面を成形することを特徴とする揺動鍛造方法。
【請求項７】
前記プラグ型を、前記ワークの筒状部に挿入し、該ワークを前記第２型にセットすることで、前記プラグ型の中心軸を、前記第２型の鉛直方向中心軸に対して芯合わせすることを特徴とする請求項６記載の揺動鍛造方法。
【請求項８】
前記ワークと共に前記プラグ型を前記第１型に対し押し付けた状態に位置決めすることを特徴とする請求項６又は７記載の揺動鍛造方法。
【請求項９】
前記第１型に、前記プラグ型の上端部が前記揺動回転を許容し得る隙間を開けて嵌合するための凹部を設け、該凹部に前記プラグ型の上端部を挿入して保持することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の揺動鍛造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０７０９６（Ｐ２０１３−１０７０９６Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２９６４（Ｐ２０１１−２５２９６４）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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