軸肥大加工機及びその加工方法
【課題】金属棒材からなるワークに素材割れ等の不具合を招くことなく、拡径部の成形に要する加工時間の短縮を図ることができる軸肥大加工機及びその加工方法を提供することにある。
【解決手段】軸肥大加工機及びその加工方法は拡径部の成形過程中、拡径部の外径（ＤＸ）の増加（又はワーク（Ｗ）の圧縮変位速度（ＶＸ）の減少）を把握し、この増加（又は減少）に従いワーク（Ｗ）への加圧力（ＦＸ）を増加させるべく制御する。
【解決手段】軸肥大加工機及びその加工方法は拡径部の成形過程中、拡径部の外径（ＤＸ）の増加（又はワーク（Ｗ）の圧縮変位速度（ＶＸ）の減少）を把握し、この増加（又は減少）に従いワーク（Ｗ）への加圧力（ＦＸ）を増加させるべく制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属棒材の途中にカラー状の拡径部を成形する軸肥大加工機及びその加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の軸肥大加工機及びその加工方法は、金属棒材の軸線方向に離間した一対の保持体に金属棒材を嵌入保持し、そして、少なくとも一方の保持体を金属棒材の軸線回りに回転させながら、一対の保持体を近接させるべく一方の保持体を移動させて金属棒材にその軸線方向の加圧力を付与するとともに、一方の保持体を前記軸線に対して傾動させることで、一対の保持体間における金属棒材の部位を所望の外径まで塑性変形により拡径させ、この後、前記一方の保持体の傾動を元に戻すことで金属棒材の一部に一定幅の拡径部を成形する（特許文献１，２）。
【特許文献１】特許第3418698号明細書
【特許文献２】特許第3788751号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１，２に開示された軸肥大加工機及び加工方法はその実質的な成形過程にて、その金属棒材に付与する加圧力を一定として前記拡径部の成形加工を行っているが、この成形過程の初期段階での拡径部の成長速度に比べて、終期での拡径部の成長速度は大幅に低下し、これは拡径部の加工時間を長くしてしまう大きな要因である。
このことは、特許文献２の図３に相当する図６のグラフからも明らかであり、図６中、Ｄ０，Ｌ０は金属棒材自身の外径及び一対の保持体における初期の離間間隔をそれぞれ示し、また、ＤＮ，ＬＮは拡径部の成形過程において、金属棒材の回転回数Ｎでの拡径部の外径及び離間間隔をそれぞれ示す。従って、図６中のＤＮ／Ｄ０は拡径部の拡径比を表す一方、ＬＮ／Ｌ０は金属棒材の圧縮比を表しており、これらＤＮ／Ｄ０及びＬＮ／Ｌ０は何れも回転回数が増加するに連れ、即ち、成形過程の終期にて一定値に収束する傾向を示している。なお、図６中、θは金属棒材の曲げ角度である。
【０００４】
上述した加工時間の短縮を図るため、熟練作業者は自身の経験に基づき、成形過程にて金属棒材に付与する加圧力を増加させているものの、加圧力が過度になれば、金属棒材に素材割れが発生してしまい、成形加工品の歩留まり率を悪化させる。
なお、特許文献１の場合、成形過程の初期にて加圧力を低く設定し、この後、加圧力を増加させているが、これは保持体よる金属棒材の掴み力の軽減を目的とし、成形過程中、金属棒材への加圧力は実質的に一定である。
【０００５】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、拡径部の成形に要する加工時間の短縮と、拡径部の安定した成形加工との両立が可能となる軸肥大加工機及びその加工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】
上記の目的を達成するため、本発明は、金属棒材をその軸線方向に離間した位置にてそれぞれ嵌入して保持する一対の保持体と、一方の保持体を前記軸線の回りに回転させる駆動手段と、一方の保持体を他方の保持体に近接させるべく相対的に移動させ、前記金属棒材に対して前記軸線方向に圧縮する加圧力を付与する加圧手段と、前記軸線に対して、一方の保持体を傾動させる傾動手段とを備え、前記金属棒材を回転させながら、前記金属棒材に加圧力を付与するとともに前記一方の保持体を傾動させることで、前記一対の保持体間における前記金属棒材の部位に拡径部を成形する軸肥大加工機において、本発明の軸肥大加工機は、前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定する状態測定手段と、この状態測定手段により検出された前記拡径状態に基づき、前記加圧手段による前記加圧力を制御する制御装置とを更に具備する（請求項１）。
【０００７】
上述した請求項１の軸肥大加工機によれは、拡径部の成形過程中、金属棒材に付与される加圧力は一定ではなく、拡径部の拡径状態に基づいて加圧力が制御される。
具体的には、前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、そして、制御装置は、測定された前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出する検出手段を含み、この検出手段にて検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する（請求項２）。
【０００８】
この場合、拡径部の成形が進行するに連れ、一対の保持体間の離間距離が縮小するとともに拡径部の受圧面積が増加する結果、金属棒材に加わる応力が低下し、この低下を補うべく加圧力が増加される。
一方、前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、そして、前記制御装置は、前記状態測定手段により測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御するものであってもよい（請求項３）。
【０００９】
この場合、拡径部の成形速度は金属棒材における軸方向の圧縮変位速度で表されるから、成形過程にて圧縮変位速度が低下する状況に至れば、この低下を補うべく加圧力が増加される。
好ましくは、前記加圧手段は、前記一方の保持体を他方の保持体に対して接離させるボール螺子型の送り機構を含む（請求項４）。このようなボール螺子型の送り機構はその保持体の移動、即ち、金属棒材の圧縮変位速度を高精度に可変でき、この結果、加圧力は極め細かく制御される。
【００１０】
本発明は上述した請求項１〜３の加工機にそれぞれ対応する請求項５〜７の軸肥大加工方法もまた提供し、請求項５の加工方法は、前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定し、この測定した拡径状態に基づいて前記加圧力を制御する。
そして、請求項６の加工方法は、前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、この測定した前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出し、この検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する。
【００１１】
更に、請求項７の加工方法は、前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、この測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜３，５〜７の軸肥大加工機及びその加工方法は、拡径部の成形過程にて、金属棒材に加わる応力又はその圧縮変位速度を一定に維持すべく、金属棒材に付与する加圧力を制御しているので、金属棒材に素材割れ等の損傷を発生させることなく、拡径部の成形加工に要する加工時間の短縮が可能となり、成形加工の生産性を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、軸肥大加工機が縦断面にて示されている。
軸肥大加工機は、金属棒材のワークが配置されるべき基準線Ａを有し、この基準線Ａは水平に延びている。ここで、ワークは中実及び中空の何れであっても良い。
基準線Ａの下方には装置フレーム２が配置され、この装置フレーム２は基準線Ａに沿って延びている。図１でみて、装置フレーム２の左端部には一対の支持壁４が設けられており、これら支持壁４は基準線Ａを挟んで配置され、装置フレーム２の底から立設されている。
【００１４】
支持壁４間には駆動側ホルダユニット６ａが配置され、この駆動側ホルダユニット６ａはユニットフレーム８を備えている。このユニットフレーム８は両支持壁４の近傍に、これら支持壁４の内面に沿って配置された一対の側板１０と、これら側板１０の上部を互いに連結するブロック形状の支持外筒１２と、側板１０の下端を相互に連結する底板１４とを有する。
【００１５】
図１でみて各側板１０の右縁はその上部が支持外筒１２から突出し、これら突出部１０ａは軸１６を介して対応する側の支持壁４に回転自在に支持されている。なお、図１中、参照符号１７は軸１６を支持する軸受プレートを示し、この軸受プレート１７は支持壁４の端縁に固定されている。
一方、底板１４の下面には先端ブラケット１８が取り付けられ、この先端ブラケット１８に傾動シリンダ（傾動手段）２０のピストンロッドがその先端にて連結されている。なお、傾動シリンダ２０は装置フレーム２の底に後端ブラケット１９を介して回動自在に取り付けられている。図１に示す状態から、傾動シリンダ２０が伸長されると、上述したユニットフレーム８は一対の軸１６を中心として上方、即ち、図１中の矢印Ｃで示す時計方向に傾動することができる。
【００１６】
支持外筒１２は基準線Ａと同心のシリンダボアを有し、このシリンダボアは支持外筒１１２を貫通して形成されている。シリンダボアには保持内筒（駆動側回転保持体）２２が配置され、この保持内筒２２は基準線Ａと同軸上に位置付けられ、シリンダボアを貫通している。保持内筒２２はその両端部にて、スラストころ軸受２４により支持外筒１２に回転自在に支持されている一方、スラストころ軸受２４間に配置された一対のラジアル玉軸受２６によっても支持外筒１２に対して回転自在に支持されている。なお、ラジアル玉軸受２６は図１でみて右側のスラストころ軸受２４に隣接して配置されている。
【００１７】
図１でみて保持内筒２２の左端は支持外筒１２から突出し、この突出端にプーリ２８が取り付けられている。このプーリ２８は保持内筒２２と一体的に回転可能である。一方、ユニットフレーム８の底板１４には取付台３０を介して電動モータ（駆動手段）３２が配置され、この電動モータ３２はその出力軸にプーリ３４を有する。このプーリ３４とプーリ２８とには伝動ベルト３６が掛け回され、電動モータ３２が駆動されることで、保持内筒２２は一方向に回転される。
【００１８】
一方、保持内筒２２の右端には保持体としての保持スリーブ３８が嵌合されており、この保持スリーブ３８は保持内筒２２から所定の距離だけ突出した状態で、取付板４０を介して保持内筒２２に固定されている。保持スリーブ３８は前述したワークの挿通を許容し且つワークをその全周に亘って保持するような内径を有する。
ここで、図１から明らかなように、前述した軸１６の軸線は基準線Ａと直交する方向に水平に延び、そして、保持スリーブ３８の突出端面から所定の距離だけ外側、つまり、図１でみて右方に位置付けられていることに留意すべきである。
【００１９】
また、保持内筒２２の左端には排出シリンダ４２が円筒状のリテーナ４４を介して同軸に取り付けられている。排出シリンダ４２は保持内筒２２内に位置付けられたピストンロッドを有し、このピストンロッドの先端はリテーナ４４を介してバッキング部材４６に当接している。
バッキング部材４６は、保持スリーブ３８側に位置付けられ、その先端が保持スリーブ３８内に摺動自在に嵌合された抜脱ロッド４６ａと、この抜脱ロッド４６ａの後端に固定され、リテーナ４４を介して排出シリンダ４２に当接されたテール４６ｂとを有し、このテール４６ｂは抜脱ロッド４６ａよりも大径である。
【００２０】
なお、前述の説明から明らかなように排出シリンダ４２は保持内筒２２と一緒に回転するため、ロータリジョイント４８を備えており、このロータリジョイント４８は排出シリンダ４２の回転に拘わらず、排出シリンダ４２への油圧の給排を可能にする。
一方、図１でみて、駆動側ホルダユニット６ａの右方にはこのユニット６ａと対をなす従動側ホルダユニット６ｂが配置されている。この従動側ホルダユニット６ｂは前述した駆動側ホルダユニット６ａの主要な構成要素と左右対称にして同様な構成要素を備え、説明の重複を避けるため、駆動側ホルダユニット６ａの構成要素と同様な機能を発揮する構成要素については同一の参照符号を付し、以下には、駆動側ホルダユニット６ａと相違する点のみを説明する。
【００２１】
従動側ホルダユニット６ｂの支持外筒１２はスライド台５４上に取り付けられており、このスライド台５４は一対の案内ベッド５６に摺動自在に支持されている。これら案内ベッド５６は基準線Ａを挟んで左右に配置され、基準線Ａに沿って水平面内を互いに平行に延びている。従って、従動側ホルダユニット６ｂは駆動側ホルダユニット６ａに対し、基準線Ａに沿って接離自在である。なお、案内ベッド５６は前述した装置フレーム２の上面に取り付けられている。
【００２２】
また、スライド台５４は支持外筒１２を両側から挟み込む側板５８を有し、これら側板５８は前述した駆動側ホルダユニット６ａの側板１０に対応する。
更に、スライド台５４の下方にはその送り機構６０が配置され、この送り機構６０は案内ベッド５６に沿い且つ基準線Ａと平行に延びるフィードスクリュー６２を備えている。このフィードスクリュー６２の両端は装置フレーム２に回転自在に支持され、そして、フィードスクリュー６２にはボールを介して噛み合うナット要素６４が取り付けられており、このナット要素６４は回転不能にしてホルダ６６に収容され、このホルダ６６はスライド台５４の下面に固定されている。
【００２３】
更に、駆動側ホルダユニット６ａとは反対側のフィードスクリュー６２の端部は装置フレーム２の端壁２ａを貫通し、加圧モータ６８に連結されている。この加圧モータ６８は正逆回転可能であり、ブラケット７０を介して端壁２ａに取り付けられている。
図１に示す状態から加圧モータ６８がフィードスクリュー６２を一方向に回転させると、スライド台５４はフィードスクリュー６２の回転方向に従い、基準線Ａに沿って前述した一対の案内ベッド５６上を移動する。即ち、従動側ホルダユニット６ｂは駆動側ホルダユニット６ａに対して接離することができる。
【００２４】
次に、上述した軸肥大加工機を使用したワークの加工方法について、図２を参照しながら説明する。なお、図２中、駆動側及び従動側ホルダユニット６ａ，６ｂは簡略化して示されている。
図２（ａ）は、駆動側及び従動側ホルダユニット６ａ，６ｂが基準線Ａに沿い所定の距離だけ離間した状態を示し、この際、ユニット６ａ，６ｂの保持スリーブ３８は基準線Ａ上にあって互いに対向している。
【００２５】
この状態にて、ユニット６ａ，６ｂ間に加工すべきワークＷが供給され、このワークＷはその一端部が駆動側ホルダユニット６ａの保持スリーブ３８内に挿入される。
ここでの挿入は、ワークＷの一端がバッキング部材４６の抜脱ロッド４６ａの先端に当接した時点で停止され、ワークＷの一端はバッキング部材４６及びリテーナ４４を介して排出シリンダ４２に受け止められる。
【００２６】
この後、加圧モータ６８を回転させて、駆動側ホルダユニット６ａに向けて従動側ホルダユニット６ｂを移動させ、ワークＷの他端部をユニット６ｂの保持スリーブ３８内に同様に挿入させる。それ故、ワークＷの他端もまたユニット６ｂ側のバッキング部材４６及びリテーナ４４を介して排出シリンダ４２に受け止められ、図２（ｂ）に示す状態となる。
【００２７】
図２（ｂ）の状態にて、ユニット６ａ，６ｂの保持スリーブ３８間には所定の初期間隔Ｄ０が確保され、ここでの初期間隔Ｄ０は、ワークＷに成形すべき拡径部の外径によって決定される。また、成形される拡径部の軸方向位置は、ワークＷの一端とユニット６ａにおける保持スリーブ３８の端面３８ａとの間の距離並びにワークＷの他端とユニット６ｂにおける保持スリーブ３８の端面３８ａとの間の距離により決定される。
【００２８】
この後、電動モータ３２を駆動し、ユニット６ａ側の保持内筒２２を回転させる。このような保持内筒（駆動側回転保持体）２２の回転に伴い、両バッキング部材４６間にて挟持状態にあるワークＷは従動側ホルダユニット６ｂの保持内筒２２（従動側回転保持体）とともに回転する。
このようにしてワークＷを回転させながら、加圧モータ６８は更に同一の方向に回転され、駆動側ホルダユニット６ａに向けて従動側ホルダユニット６ｂが押圧される。それ故、 ワークＷは基準線Ａに沿い所定の加圧力Ｆで圧縮される。
【００２９】
この後、前述した傾動シリンダ２０が伸長されると、図２（ｃ）に示されるように駆動側ホルダユニット６ａは軸１６の回りに上方に向けて徐々に傾動され、この傾動に伴い、そのユニット６ａの保持内筒２２は基準線Ａに対して所定の角度、具体的には座屈を防止するためたに８°以下の角度でもって傾斜される。それ故、ワークＷは軸１６の軸線とワークＷとの交点を中心として曲げられることになる。
【００３０】
この際にも、ワークＷへの加圧力Ｆの付与は維持され、ワークＷはその軸線方向への圧縮を伴いながら、その曲げ方向でみて内側が塑性変形により膨らみ、この膨らみはワークＷの回転に伴い、その全周に亘って成長する（図２（ｄ））。
この後、加圧力Ｆの付与を維持した状態で、保持スリーブ３８間の間隔が所定の距離まで縮小されると、この時点にて加圧モータ６８の回転が停止される一方、駆動側ホルダユニット６ａの傾動、即ち、ワークＷの曲げが徐々に元に戻され、そして、図２（ｅ）に示されるようにユニット６ａ，６ｂの保持スリーブ３８は共に基準線Ａ上に位置付けられ、互いに再び対向する。
【００３１】
このようなワークＷの曲げ戻しは、ワークＷの軸線方向に沿った膨らみの幅をその全周に亘って均一にし、この結果、ワークＷにその一部を肥大化させた円形の拡径部Ｃが成形され、この拡径部Ｃの幅は加工完了時での保持スリーブ３８間の間隔、即ち、保持スリーブ３８の外端面３８ａ間の間隔により決定される。そして、拡径部Ｃの成形位置は、ユニット６ａ，６ｂへのワーク挿入量によって決定される。
【００３２】
この時点で、ワークＷに対する肥大加工が完了し、駆動側ホルダユニット６ａ側の保持内筒２２の回転は停止される。
この後、加圧モータ６８が逆向きに回転されて、従動側ホルダユニット６ｂは駆動側ホルダユニット６ａから離間する方向に移動され、この移動に伴い、成形加工後のワークＷは駆動側ホルダユニット６ａの保持内筒２２から抜き出される（図２(f)）。
【００３３】
この際、ユニット６ａの保持スリーブ３８内にて、ワークＷの部位が上述の肥大加工に伴い拡径して保持スリーブ３８の内周面に密接し、ワークＷの抜き出しが困難となっている場合には、ユニット６ａ側の排出シリンダ４２が伸長されることで、ワークＷの一端はバッキング部材４６の抜脱ロッド４６ａにより押し出され、この結果、ワークＷは保持スリーブ３８から強制的に排出される。
【００３４】
この後、従動側ホルダユニット６ｂ側においても、その排出シリンダ４２が伸長されることで、ワークＷはユニット６ｂから強制的に排出される。
前述した軸肥大加工機は、前述した基本的成形プロセスに加え、拡径部Ｃの成形過程にて、加圧力Ｆを制御する機能をも備えており、この機能を実現するための構成を以下に説明する。
【００３５】
先ず、駆動側ホルダユニット６ａ側の保持スリーブ３８の先端近傍には、外径センサ７２が配置されている。この外径センサ７２は例えば非接触型の測距計からなり、前述した拡径部Ｃの成形過程にて、拡径部の外周面までの距離、具体的には、拡径部の外周面と基準線Ａとの間の差に基づいて拡径部の外径を測定し、この測定データをコントローラ７４に供給する。なお、外径センサ７２としては、拡径部の外径を直接に測定する外径測定器であってもよい。
【００３６】
また、コントローラ７４にはロードセル７６からの検出データもまた供給されており、このロードセル７６は従動側ホルダユニット６ｂ側におけるバッキング部材４６のテール４６ｂに内蔵され、ワークＷに加わる荷重を検出する。前記コントローラ７４は検出した荷重からワークＷに加わる応力を演算する。なお、このロードセル７６の設置箇所はワークＷに加わる応力を検出できるところであれば良く、本実施例に限定されるものではない。
【００３７】
更に、コントローラ７４は加圧モータ６８に電気的に接続され、上述した外径センサ７２及びロードセル７６から測定及び検出データに基づき、拡径部の成形過程にて加圧モータ６８の回転、即ち、ワークＷに付与すべき加圧力を制御する。
なお、加圧モータ６８はロータリエンコーダ（図示しない）を内蔵しており、このロータリエンコーダは前述したフィードスクリュー６２の回転速度、即ち、従動側ホルダユニット６ｂの移動速度をコントローラ７４に供給する。
【００３８】
図３はコントローラ７４が実行する第１実施例の加圧制御ルーチンを示しており、この加圧制御ルーチンについて以下に説明する。
先ず、コントローラ７４は初期設定を実施し（ステップＳ１）、ここでは、ワークＷの素材径Ｄ０、成形すべき拡径部の目標外径ＤＴ及びワークＷに加えるべき設定応力σy（ワークＷの材料により決定される降伏応力）等が設定され、これらのデータに基づき、ワークＷに加えるべき初期加圧力Ｆ０が演算される。
【００３９】
具体的には、初期加圧力Ｆ０は次式(1)から演算される。
Ｆ０＝（Ｄ０／２）２×π×σy …(1)
この後、次のステップＳ２にて、目標加圧力ＦＸに初期加圧力Ｆ０が設定された後、前述した拡径部の成形プロセスが開始され、コントローラ７４は、目標加圧力ＦＸでワークＷを加圧すべく加圧モータ６８を駆動し（ステップＳ３）、これにより、従動側ホルダユニット６ｂを駆動側ホルダユニット６ａに向けて移動する。具体的には、ここでは、前述したロードセル７６にて検出したワークＷの実応力σaを設定応力σyに一致させるべく加圧モータ６８が駆動され、そして、これに並行してワークＷの回転や傾動が行われる。
【００４０】
そして、次のステップＳ４にて、前述した外径センサ７２からの測定データに基づき、拡径部の外径ＤＸを読み込み（ステップＳ４）、ワークＷの応力が前記設定応力σyに維持されるべく、次式(2)からワークＷに付与すべき目標加圧力ＦＸを再演算する（ステップＳ５）。
ＦＸ＝（ＤＸ／２）２×π×σy …(2)
この後、外径ＤＸが目標外径ＤＴ以上に達したか否かが判別され（ステップＳ６）、ここでの判別結果が偽(No)の場合には、ステップＳ３以降のステップが繰り返して実施される。これに対し、ステップＳ６の判別結果が真(Yes)になると、即ち、拡径部の外径ＤＸが目標外径ＤＴに達すると、駆動側ホルダユニット６ａの傾動を元の状態に戻してワークＷを真直化し、この後、加圧モータ６８の回転が停止される（ステップＳ７）。
【００４１】
上述の説明から明らかなように、拡径部がその目標外径ＤＴに達するまでの間、ワークＷに付与すべき目標加圧力ＦＸはその時点での拡径部の外径ＤＸに基づいて繰り返して再演算され、そして、再演算された目標加圧力ＦＸをワークＷに付与すべくワークＷの加圧力が制御される。この結果、ワークＷの応力は設定応力σyに維持される。
ここで、前記の(2)式中、π×σyを定数τに置換可能であるから、(2)式は下式(3)に書き直すことができる。
【００４２】
ＦＸ＝τ×（ＤＸ／２）２ …(3)
(3)式から明らかなように拡径部の外径ＤＸが大きくなれば、目標加圧力ＦＸは拡径部の半径（ＤＸ／２）の２乗に比例して増加する。即ち、図４に示されるように外径ＤＸの増加するにつれ、即ち、拡径部の成形過程が終期に近づくに連れ、目標加圧力ＦＸは急激に増加されるので、拡径部の成形速度が成形過程の終期において低下することはなく、拡径部Ｃの成形に要する加工時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
また、成形過程の終期において、目標加圧力ＦＸが急激に増加されるとしても、ワークＷに加わる応力は前述した設定応力σyに維持されているので、ワークＷに素材割れ等の不具合が発生することはなく、拡径部Ｃの成形を安定して実施可能となる。
更に、前述したように従動側ホルダユニット６ｂの送りはボール螺子型の送り機構６０によりなされることから、ワークＷに付与すべく目標加圧力ＦＸを極め細かく制御することができる。
【００４４】
なお、ワークＷに目標加圧力ＦＸを付与するにあたり、ロードセル７６に代えて、ホルダユニット６ａ，６ｂにおける保持スリーブ３８間の離間距離がワークＷに加わる応力と相関することから、この離間距離に基づいてワークＷに加わる実応力σaを推定するようにしてもよく、前記離間距離は拡径部の成形プロセスが開始されてからの加圧モータ６８の回転回数に基づいて求めることができる。また、ボール螺子型送り機構の発生推力はワークＷに加わる応力と相関関係にあることから、その発生推力に基づいてワークＷに加わる実応力σａを推定してもよい。なお、発生推力は加圧モータ６８のトルクから求めることができる。
【００４５】
図５はコントローラ７４が実行する第２実施例の変位制御ルーチンを示し、この変位制御ルーチンについて以下に説明する。
第２実施例の変位制御ルーチンは、図３のステップＳ２〜Ｓ５がステップＳ８〜Ｓ１２に置換されている。
ステップＳ８では、前述した初期加圧力Ｆ０がワークＷの圧縮変位速度ＶＸが変換され、この圧縮変位速度ＶＸは、ワークＷに初期加圧力Ｆ０を付与するうえで、ワークＷをその軸線（基準線Ａ）に沿って圧縮変位させるべき速度である。
【００４６】
そして、加圧モータ６８は圧縮変位速度ＶＸを達成すべく駆動されて、ワークＷが加圧され（ステップＳ９）、圧縮変位速度ＶＸが読み込まれる（ステップＳ１０）。ここでの圧縮変位速度ＶＸは加圧モータ６８におけるロータリエンコーダからの検出データに基づき演算して求められる。
この後、圧縮変位速度度ＶＸが許容速度ＶＭＡＸ以下であるか否かが判別され（ステップＳ１１）、ここでの判別結果が真の場合、圧縮変位速度ＶＸは所定の増分ΔＸだけ増加された後（ステップＳ１２）、次のステップＳ６の判別が実施され、これに対し、その判別結果が偽の場合には、ステップ１１をバイパスしてステップＳ６の判別が実施される。
【００４７】
従って、拡径部の成形過程において、拡径部の外径ＤＸが目標外径ＤＴに達するまでの間にあっては、圧縮変位速度ＶＸが許容速度ＶＭＡＸに近似すべく制御されるので、拡径部の成形が進行しても、圧縮変位速度ＶＸが不所望に低下することはなく、拡径部Ｃの成形に要する加工時間が長くなるようなことはない。また、圧縮変位速度ＶＸは許容速度ＶＭＡＸ以下に制限されているので、拡径部の成形過程にて、ワークＷに過度な加圧力が加わることもなく、ワークＷの素材割れ等が引き起こされるようなこともない。
【００４８】
なお、本発明の軸肥大加工機を作動させるにあたり、図２（ａ）〜（ｆ）に示される加工手順に限らず、ワークＷの回転はワークＷに加圧力及び曲げ力を加えた後、つまり、図２（ｃ）に示す状態から開始されてよい。また、駆動側ホルダユニット６ａは水平面内にて傾動されてもよいし、従動側ホルダユニット６ｂが傾動されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】軸肥大加工機を示した断面図である。
【図２】図１の加工機を使用したワークの加工手順を（ａ）〜（ｆ）の順次で示す図である。
【図３】第１実施例の加圧制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】図３の加圧制御ルーチンの実行を受け、拡径部の外径の増加に従って目標加圧力が増加されることを示したグラフである。
【図５】第２実施例の変位制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】従来技術（特許文献２）を使用したワークの加工において、回転回数に対するワークの拡径比及び圧縮比を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
６ａ 駆動側ホルダユニット
６ｂ 従動側ホルダユニット
１２ 支持外筒
２０ 傾動シリンダ（傾動手段）
２２ 保持内筒（駆動側及び従動側回転保持体）
３８ 保持スリーブ（保持部）
６０ 送り機構（加圧手段）
６２ フィードスクリュー
６４ ナット要素
６８ 加圧モータ（加圧手段）
７２ 外径センサ（状態測定手段）
７４ コントローラ（制御装置）
７６ ロータリエンコーダ（検出手段）
Ａ 基準線
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属棒材の途中にカラー状の拡径部を成形する軸肥大加工機及びその加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の軸肥大加工機及びその加工方法は、金属棒材の軸線方向に離間した一対の保持体に金属棒材を嵌入保持し、そして、少なくとも一方の保持体を金属棒材の軸線回りに回転させながら、一対の保持体を近接させるべく一方の保持体を移動させて金属棒材にその軸線方向の加圧力を付与するとともに、一方の保持体を前記軸線に対して傾動させることで、一対の保持体間における金属棒材の部位を所望の外径まで塑性変形により拡径させ、この後、前記一方の保持体の傾動を元に戻すことで金属棒材の一部に一定幅の拡径部を成形する（特許文献１，２）。
【特許文献１】特許第3418698号明細書
【特許文献２】特許第3788751号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１，２に開示された軸肥大加工機及び加工方法はその実質的な成形過程にて、その金属棒材に付与する加圧力を一定として前記拡径部の成形加工を行っているが、この成形過程の初期段階での拡径部の成長速度に比べて、終期での拡径部の成長速度は大幅に低下し、これは拡径部の加工時間を長くしてしまう大きな要因である。
このことは、特許文献２の図３に相当する図６のグラフからも明らかであり、図６中、Ｄ０，Ｌ０は金属棒材自身の外径及び一対の保持体における初期の離間間隔をそれぞれ示し、また、ＤＮ，ＬＮは拡径部の成形過程において、金属棒材の回転回数Ｎでの拡径部の外径及び離間間隔をそれぞれ示す。従って、図６中のＤＮ／Ｄ０は拡径部の拡径比を表す一方、ＬＮ／Ｌ０は金属棒材の圧縮比を表しており、これらＤＮ／Ｄ０及びＬＮ／Ｌ０は何れも回転回数が増加するに連れ、即ち、成形過程の終期にて一定値に収束する傾向を示している。なお、図６中、θは金属棒材の曲げ角度である。
【０００４】
上述した加工時間の短縮を図るため、熟練作業者は自身の経験に基づき、成形過程にて金属棒材に付与する加圧力を増加させているものの、加圧力が過度になれば、金属棒材に素材割れが発生してしまい、成形加工品の歩留まり率を悪化させる。
なお、特許文献１の場合、成形過程の初期にて加圧力を低く設定し、この後、加圧力を増加させているが、これは保持体よる金属棒材の掴み力の軽減を目的とし、成形過程中、金属棒材への加圧力は実質的に一定である。
【０００５】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、拡径部の成形に要する加工時間の短縮と、拡径部の安定した成形加工との両立が可能となる軸肥大加工機及びその加工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】
上記の目的を達成するため、本発明は、金属棒材をその軸線方向に離間した位置にてそれぞれ嵌入して保持する一対の保持体と、一方の保持体を前記軸線の回りに回転させる駆動手段と、一方の保持体を他方の保持体に近接させるべく相対的に移動させ、前記金属棒材に対して前記軸線方向に圧縮する加圧力を付与する加圧手段と、前記軸線に対して、一方の保持体を傾動させる傾動手段とを備え、前記金属棒材を回転させながら、前記金属棒材に加圧力を付与するとともに前記一方の保持体を傾動させることで、前記一対の保持体間における前記金属棒材の部位に拡径部を成形する軸肥大加工機において、本発明の軸肥大加工機は、前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定する状態測定手段と、この状態測定手段により検出された前記拡径状態に基づき、前記加圧手段による前記加圧力を制御する制御装置とを更に具備する（請求項１）。
【０００７】
上述した請求項１の軸肥大加工機によれは、拡径部の成形過程中、金属棒材に付与される加圧力は一定ではなく、拡径部の拡径状態に基づいて加圧力が制御される。
具体的には、前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、そして、制御装置は、測定された前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出する検出手段を含み、この検出手段にて検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する（請求項２）。
【０００８】
この場合、拡径部の成形が進行するに連れ、一対の保持体間の離間距離が縮小するとともに拡径部の受圧面積が増加する結果、金属棒材に加わる応力が低下し、この低下を補うべく加圧力が増加される。
一方、前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、そして、前記制御装置は、前記状態測定手段により測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御するものであってもよい（請求項３）。
【０００９】
この場合、拡径部の成形速度は金属棒材における軸方向の圧縮変位速度で表されるから、成形過程にて圧縮変位速度が低下する状況に至れば、この低下を補うべく加圧力が増加される。
好ましくは、前記加圧手段は、前記一方の保持体を他方の保持体に対して接離させるボール螺子型の送り機構を含む（請求項４）。このようなボール螺子型の送り機構はその保持体の移動、即ち、金属棒材の圧縮変位速度を高精度に可変でき、この結果、加圧力は極め細かく制御される。
【００１０】
本発明は上述した請求項１〜３の加工機にそれぞれ対応する請求項５〜７の軸肥大加工方法もまた提供し、請求項５の加工方法は、前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定し、この測定した拡径状態に基づいて前記加圧力を制御する。
そして、請求項６の加工方法は、前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、この測定した前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出し、この検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する。
【００１１】
更に、請求項７の加工方法は、前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、この測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜３，５〜７の軸肥大加工機及びその加工方法は、拡径部の成形過程にて、金属棒材に加わる応力又はその圧縮変位速度を一定に維持すべく、金属棒材に付与する加圧力を制御しているので、金属棒材に素材割れ等の損傷を発生させることなく、拡径部の成形加工に要する加工時間の短縮が可能となり、成形加工の生産性を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、軸肥大加工機が縦断面にて示されている。
軸肥大加工機は、金属棒材のワークが配置されるべき基準線Ａを有し、この基準線Ａは水平に延びている。ここで、ワークは中実及び中空の何れであっても良い。
基準線Ａの下方には装置フレーム２が配置され、この装置フレーム２は基準線Ａに沿って延びている。図１でみて、装置フレーム２の左端部には一対の支持壁４が設けられており、これら支持壁４は基準線Ａを挟んで配置され、装置フレーム２の底から立設されている。
【００１４】
支持壁４間には駆動側ホルダユニット６ａが配置され、この駆動側ホルダユニット６ａはユニットフレーム８を備えている。このユニットフレーム８は両支持壁４の近傍に、これら支持壁４の内面に沿って配置された一対の側板１０と、これら側板１０の上部を互いに連結するブロック形状の支持外筒１２と、側板１０の下端を相互に連結する底板１４とを有する。
【００１５】
図１でみて各側板１０の右縁はその上部が支持外筒１２から突出し、これら突出部１０ａは軸１６を介して対応する側の支持壁４に回転自在に支持されている。なお、図１中、参照符号１７は軸１６を支持する軸受プレートを示し、この軸受プレート１７は支持壁４の端縁に固定されている。
一方、底板１４の下面には先端ブラケット１８が取り付けられ、この先端ブラケット１８に傾動シリンダ（傾動手段）２０のピストンロッドがその先端にて連結されている。なお、傾動シリンダ２０は装置フレーム２の底に後端ブラケット１９を介して回動自在に取り付けられている。図１に示す状態から、傾動シリンダ２０が伸長されると、上述したユニットフレーム８は一対の軸１６を中心として上方、即ち、図１中の矢印Ｃで示す時計方向に傾動することができる。
【００１６】
支持外筒１２は基準線Ａと同心のシリンダボアを有し、このシリンダボアは支持外筒１１２を貫通して形成されている。シリンダボアには保持内筒（駆動側回転保持体）２２が配置され、この保持内筒２２は基準線Ａと同軸上に位置付けられ、シリンダボアを貫通している。保持内筒２２はその両端部にて、スラストころ軸受２４により支持外筒１２に回転自在に支持されている一方、スラストころ軸受２４間に配置された一対のラジアル玉軸受２６によっても支持外筒１２に対して回転自在に支持されている。なお、ラジアル玉軸受２６は図１でみて右側のスラストころ軸受２４に隣接して配置されている。
【００１７】
図１でみて保持内筒２２の左端は支持外筒１２から突出し、この突出端にプーリ２８が取り付けられている。このプーリ２８は保持内筒２２と一体的に回転可能である。一方、ユニットフレーム８の底板１４には取付台３０を介して電動モータ（駆動手段）３２が配置され、この電動モータ３２はその出力軸にプーリ３４を有する。このプーリ３４とプーリ２８とには伝動ベルト３６が掛け回され、電動モータ３２が駆動されることで、保持内筒２２は一方向に回転される。
【００１８】
一方、保持内筒２２の右端には保持体としての保持スリーブ３８が嵌合されており、この保持スリーブ３８は保持内筒２２から所定の距離だけ突出した状態で、取付板４０を介して保持内筒２２に固定されている。保持スリーブ３８は前述したワークの挿通を許容し且つワークをその全周に亘って保持するような内径を有する。
ここで、図１から明らかなように、前述した軸１６の軸線は基準線Ａと直交する方向に水平に延び、そして、保持スリーブ３８の突出端面から所定の距離だけ外側、つまり、図１でみて右方に位置付けられていることに留意すべきである。
【００１９】
また、保持内筒２２の左端には排出シリンダ４２が円筒状のリテーナ４４を介して同軸に取り付けられている。排出シリンダ４２は保持内筒２２内に位置付けられたピストンロッドを有し、このピストンロッドの先端はリテーナ４４を介してバッキング部材４６に当接している。
バッキング部材４６は、保持スリーブ３８側に位置付けられ、その先端が保持スリーブ３８内に摺動自在に嵌合された抜脱ロッド４６ａと、この抜脱ロッド４６ａの後端に固定され、リテーナ４４を介して排出シリンダ４２に当接されたテール４６ｂとを有し、このテール４６ｂは抜脱ロッド４６ａよりも大径である。
【００２０】
なお、前述の説明から明らかなように排出シリンダ４２は保持内筒２２と一緒に回転するため、ロータリジョイント４８を備えており、このロータリジョイント４８は排出シリンダ４２の回転に拘わらず、排出シリンダ４２への油圧の給排を可能にする。
一方、図１でみて、駆動側ホルダユニット６ａの右方にはこのユニット６ａと対をなす従動側ホルダユニット６ｂが配置されている。この従動側ホルダユニット６ｂは前述した駆動側ホルダユニット６ａの主要な構成要素と左右対称にして同様な構成要素を備え、説明の重複を避けるため、駆動側ホルダユニット６ａの構成要素と同様な機能を発揮する構成要素については同一の参照符号を付し、以下には、駆動側ホルダユニット６ａと相違する点のみを説明する。
【００２１】
従動側ホルダユニット６ｂの支持外筒１２はスライド台５４上に取り付けられており、このスライド台５４は一対の案内ベッド５６に摺動自在に支持されている。これら案内ベッド５６は基準線Ａを挟んで左右に配置され、基準線Ａに沿って水平面内を互いに平行に延びている。従って、従動側ホルダユニット６ｂは駆動側ホルダユニット６ａに対し、基準線Ａに沿って接離自在である。なお、案内ベッド５６は前述した装置フレーム２の上面に取り付けられている。
【００２２】
また、スライド台５４は支持外筒１２を両側から挟み込む側板５８を有し、これら側板５８は前述した駆動側ホルダユニット６ａの側板１０に対応する。
更に、スライド台５４の下方にはその送り機構６０が配置され、この送り機構６０は案内ベッド５６に沿い且つ基準線Ａと平行に延びるフィードスクリュー６２を備えている。このフィードスクリュー６２の両端は装置フレーム２に回転自在に支持され、そして、フィードスクリュー６２にはボールを介して噛み合うナット要素６４が取り付けられており、このナット要素６４は回転不能にしてホルダ６６に収容され、このホルダ６６はスライド台５４の下面に固定されている。
【００２３】
更に、駆動側ホルダユニット６ａとは反対側のフィードスクリュー６２の端部は装置フレーム２の端壁２ａを貫通し、加圧モータ６８に連結されている。この加圧モータ６８は正逆回転可能であり、ブラケット７０を介して端壁２ａに取り付けられている。
図１に示す状態から加圧モータ６８がフィードスクリュー６２を一方向に回転させると、スライド台５４はフィードスクリュー６２の回転方向に従い、基準線Ａに沿って前述した一対の案内ベッド５６上を移動する。即ち、従動側ホルダユニット６ｂは駆動側ホルダユニット６ａに対して接離することができる。
【００２４】
次に、上述した軸肥大加工機を使用したワークの加工方法について、図２を参照しながら説明する。なお、図２中、駆動側及び従動側ホルダユニット６ａ，６ｂは簡略化して示されている。
図２（ａ）は、駆動側及び従動側ホルダユニット６ａ，６ｂが基準線Ａに沿い所定の距離だけ離間した状態を示し、この際、ユニット６ａ，６ｂの保持スリーブ３８は基準線Ａ上にあって互いに対向している。
【００２５】
この状態にて、ユニット６ａ，６ｂ間に加工すべきワークＷが供給され、このワークＷはその一端部が駆動側ホルダユニット６ａの保持スリーブ３８内に挿入される。
ここでの挿入は、ワークＷの一端がバッキング部材４６の抜脱ロッド４６ａの先端に当接した時点で停止され、ワークＷの一端はバッキング部材４６及びリテーナ４４を介して排出シリンダ４２に受け止められる。
【００２６】
この後、加圧モータ６８を回転させて、駆動側ホルダユニット６ａに向けて従動側ホルダユニット６ｂを移動させ、ワークＷの他端部をユニット６ｂの保持スリーブ３８内に同様に挿入させる。それ故、ワークＷの他端もまたユニット６ｂ側のバッキング部材４６及びリテーナ４４を介して排出シリンダ４２に受け止められ、図２（ｂ）に示す状態となる。
【００２７】
図２（ｂ）の状態にて、ユニット６ａ，６ｂの保持スリーブ３８間には所定の初期間隔Ｄ０が確保され、ここでの初期間隔Ｄ０は、ワークＷに成形すべき拡径部の外径によって決定される。また、成形される拡径部の軸方向位置は、ワークＷの一端とユニット６ａにおける保持スリーブ３８の端面３８ａとの間の距離並びにワークＷの他端とユニット６ｂにおける保持スリーブ３８の端面３８ａとの間の距離により決定される。
【００２８】
この後、電動モータ３２を駆動し、ユニット６ａ側の保持内筒２２を回転させる。このような保持内筒（駆動側回転保持体）２２の回転に伴い、両バッキング部材４６間にて挟持状態にあるワークＷは従動側ホルダユニット６ｂの保持内筒２２（従動側回転保持体）とともに回転する。
このようにしてワークＷを回転させながら、加圧モータ６８は更に同一の方向に回転され、駆動側ホルダユニット６ａに向けて従動側ホルダユニット６ｂが押圧される。それ故、 ワークＷは基準線Ａに沿い所定の加圧力Ｆで圧縮される。
【００２９】
この後、前述した傾動シリンダ２０が伸長されると、図２（ｃ）に示されるように駆動側ホルダユニット６ａは軸１６の回りに上方に向けて徐々に傾動され、この傾動に伴い、そのユニット６ａの保持内筒２２は基準線Ａに対して所定の角度、具体的には座屈を防止するためたに８°以下の角度でもって傾斜される。それ故、ワークＷは軸１６の軸線とワークＷとの交点を中心として曲げられることになる。
【００３０】
この際にも、ワークＷへの加圧力Ｆの付与は維持され、ワークＷはその軸線方向への圧縮を伴いながら、その曲げ方向でみて内側が塑性変形により膨らみ、この膨らみはワークＷの回転に伴い、その全周に亘って成長する（図２（ｄ））。
この後、加圧力Ｆの付与を維持した状態で、保持スリーブ３８間の間隔が所定の距離まで縮小されると、この時点にて加圧モータ６８の回転が停止される一方、駆動側ホルダユニット６ａの傾動、即ち、ワークＷの曲げが徐々に元に戻され、そして、図２（ｅ）に示されるようにユニット６ａ，６ｂの保持スリーブ３８は共に基準線Ａ上に位置付けられ、互いに再び対向する。
【００３１】
このようなワークＷの曲げ戻しは、ワークＷの軸線方向に沿った膨らみの幅をその全周に亘って均一にし、この結果、ワークＷにその一部を肥大化させた円形の拡径部Ｃが成形され、この拡径部Ｃの幅は加工完了時での保持スリーブ３８間の間隔、即ち、保持スリーブ３８の外端面３８ａ間の間隔により決定される。そして、拡径部Ｃの成形位置は、ユニット６ａ，６ｂへのワーク挿入量によって決定される。
【００３２】
この時点で、ワークＷに対する肥大加工が完了し、駆動側ホルダユニット６ａ側の保持内筒２２の回転は停止される。
この後、加圧モータ６８が逆向きに回転されて、従動側ホルダユニット６ｂは駆動側ホルダユニット６ａから離間する方向に移動され、この移動に伴い、成形加工後のワークＷは駆動側ホルダユニット６ａの保持内筒２２から抜き出される（図２(f)）。
【００３３】
この際、ユニット６ａの保持スリーブ３８内にて、ワークＷの部位が上述の肥大加工に伴い拡径して保持スリーブ３８の内周面に密接し、ワークＷの抜き出しが困難となっている場合には、ユニット６ａ側の排出シリンダ４２が伸長されることで、ワークＷの一端はバッキング部材４６の抜脱ロッド４６ａにより押し出され、この結果、ワークＷは保持スリーブ３８から強制的に排出される。
【００３４】
この後、従動側ホルダユニット６ｂ側においても、その排出シリンダ４２が伸長されることで、ワークＷはユニット６ｂから強制的に排出される。
前述した軸肥大加工機は、前述した基本的成形プロセスに加え、拡径部Ｃの成形過程にて、加圧力Ｆを制御する機能をも備えており、この機能を実現するための構成を以下に説明する。
【００３５】
先ず、駆動側ホルダユニット６ａ側の保持スリーブ３８の先端近傍には、外径センサ７２が配置されている。この外径センサ７２は例えば非接触型の測距計からなり、前述した拡径部Ｃの成形過程にて、拡径部の外周面までの距離、具体的には、拡径部の外周面と基準線Ａとの間の差に基づいて拡径部の外径を測定し、この測定データをコントローラ７４に供給する。なお、外径センサ７２としては、拡径部の外径を直接に測定する外径測定器であってもよい。
【００３６】
また、コントローラ７４にはロードセル７６からの検出データもまた供給されており、このロードセル７６は従動側ホルダユニット６ｂ側におけるバッキング部材４６のテール４６ｂに内蔵され、ワークＷに加わる荷重を検出する。前記コントローラ７４は検出した荷重からワークＷに加わる応力を演算する。なお、このロードセル７６の設置箇所はワークＷに加わる応力を検出できるところであれば良く、本実施例に限定されるものではない。
【００３７】
更に、コントローラ７４は加圧モータ６８に電気的に接続され、上述した外径センサ７２及びロードセル７６から測定及び検出データに基づき、拡径部の成形過程にて加圧モータ６８の回転、即ち、ワークＷに付与すべき加圧力を制御する。
なお、加圧モータ６８はロータリエンコーダ（図示しない）を内蔵しており、このロータリエンコーダは前述したフィードスクリュー６２の回転速度、即ち、従動側ホルダユニット６ｂの移動速度をコントローラ７４に供給する。
【００３８】
図３はコントローラ７４が実行する第１実施例の加圧制御ルーチンを示しており、この加圧制御ルーチンについて以下に説明する。
先ず、コントローラ７４は初期設定を実施し（ステップＳ１）、ここでは、ワークＷの素材径Ｄ０、成形すべき拡径部の目標外径ＤＴ及びワークＷに加えるべき設定応力σy（ワークＷの材料により決定される降伏応力）等が設定され、これらのデータに基づき、ワークＷに加えるべき初期加圧力Ｆ０が演算される。
【００３９】
具体的には、初期加圧力Ｆ０は次式(1)から演算される。
Ｆ０＝（Ｄ０／２）２×π×σy …(1)
この後、次のステップＳ２にて、目標加圧力ＦＸに初期加圧力Ｆ０が設定された後、前述した拡径部の成形プロセスが開始され、コントローラ７４は、目標加圧力ＦＸでワークＷを加圧すべく加圧モータ６８を駆動し（ステップＳ３）、これにより、従動側ホルダユニット６ｂを駆動側ホルダユニット６ａに向けて移動する。具体的には、ここでは、前述したロードセル７６にて検出したワークＷの実応力σaを設定応力σyに一致させるべく加圧モータ６８が駆動され、そして、これに並行してワークＷの回転や傾動が行われる。
【００４０】
そして、次のステップＳ４にて、前述した外径センサ７２からの測定データに基づき、拡径部の外径ＤＸを読み込み（ステップＳ４）、ワークＷの応力が前記設定応力σyに維持されるべく、次式(2)からワークＷに付与すべき目標加圧力ＦＸを再演算する（ステップＳ５）。
ＦＸ＝（ＤＸ／２）２×π×σy …(2)
この後、外径ＤＸが目標外径ＤＴ以上に達したか否かが判別され（ステップＳ６）、ここでの判別結果が偽(No)の場合には、ステップＳ３以降のステップが繰り返して実施される。これに対し、ステップＳ６の判別結果が真(Yes)になると、即ち、拡径部の外径ＤＸが目標外径ＤＴに達すると、駆動側ホルダユニット６ａの傾動を元の状態に戻してワークＷを真直化し、この後、加圧モータ６８の回転が停止される（ステップＳ７）。
【００４１】
上述の説明から明らかなように、拡径部がその目標外径ＤＴに達するまでの間、ワークＷに付与すべき目標加圧力ＦＸはその時点での拡径部の外径ＤＸに基づいて繰り返して再演算され、そして、再演算された目標加圧力ＦＸをワークＷに付与すべくワークＷの加圧力が制御される。この結果、ワークＷの応力は設定応力σyに維持される。
ここで、前記の(2)式中、π×σyを定数τに置換可能であるから、(2)式は下式(3)に書き直すことができる。
【００４２】
ＦＸ＝τ×（ＤＸ／２）２ …(3)
(3)式から明らかなように拡径部の外径ＤＸが大きくなれば、目標加圧力ＦＸは拡径部の半径（ＤＸ／２）の２乗に比例して増加する。即ち、図４に示されるように外径ＤＸの増加するにつれ、即ち、拡径部の成形過程が終期に近づくに連れ、目標加圧力ＦＸは急激に増加されるので、拡径部の成形速度が成形過程の終期において低下することはなく、拡径部Ｃの成形に要する加工時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
また、成形過程の終期において、目標加圧力ＦＸが急激に増加されるとしても、ワークＷに加わる応力は前述した設定応力σyに維持されているので、ワークＷに素材割れ等の不具合が発生することはなく、拡径部Ｃの成形を安定して実施可能となる。
更に、前述したように従動側ホルダユニット６ｂの送りはボール螺子型の送り機構６０によりなされることから、ワークＷに付与すべく目標加圧力ＦＸを極め細かく制御することができる。
【００４４】
なお、ワークＷに目標加圧力ＦＸを付与するにあたり、ロードセル７６に代えて、ホルダユニット６ａ，６ｂにおける保持スリーブ３８間の離間距離がワークＷに加わる応力と相関することから、この離間距離に基づいてワークＷに加わる実応力σaを推定するようにしてもよく、前記離間距離は拡径部の成形プロセスが開始されてからの加圧モータ６８の回転回数に基づいて求めることができる。また、ボール螺子型送り機構の発生推力はワークＷに加わる応力と相関関係にあることから、その発生推力に基づいてワークＷに加わる実応力σａを推定してもよい。なお、発生推力は加圧モータ６８のトルクから求めることができる。
【００４５】
図５はコントローラ７４が実行する第２実施例の変位制御ルーチンを示し、この変位制御ルーチンについて以下に説明する。
第２実施例の変位制御ルーチンは、図３のステップＳ２〜Ｓ５がステップＳ８〜Ｓ１２に置換されている。
ステップＳ８では、前述した初期加圧力Ｆ０がワークＷの圧縮変位速度ＶＸが変換され、この圧縮変位速度ＶＸは、ワークＷに初期加圧力Ｆ０を付与するうえで、ワークＷをその軸線（基準線Ａ）に沿って圧縮変位させるべき速度である。
【００４６】
そして、加圧モータ６８は圧縮変位速度ＶＸを達成すべく駆動されて、ワークＷが加圧され（ステップＳ９）、圧縮変位速度ＶＸが読み込まれる（ステップＳ１０）。ここでの圧縮変位速度ＶＸは加圧モータ６８におけるロータリエンコーダからの検出データに基づき演算して求められる。
この後、圧縮変位速度度ＶＸが許容速度ＶＭＡＸ以下であるか否かが判別され（ステップＳ１１）、ここでの判別結果が真の場合、圧縮変位速度ＶＸは所定の増分ΔＸだけ増加された後（ステップＳ１２）、次のステップＳ６の判別が実施され、これに対し、その判別結果が偽の場合には、ステップ１１をバイパスしてステップＳ６の判別が実施される。
【００４７】
従って、拡径部の成形過程において、拡径部の外径ＤＸが目標外径ＤＴに達するまでの間にあっては、圧縮変位速度ＶＸが許容速度ＶＭＡＸに近似すべく制御されるので、拡径部の成形が進行しても、圧縮変位速度ＶＸが不所望に低下することはなく、拡径部Ｃの成形に要する加工時間が長くなるようなことはない。また、圧縮変位速度ＶＸは許容速度ＶＭＡＸ以下に制限されているので、拡径部の成形過程にて、ワークＷに過度な加圧力が加わることもなく、ワークＷの素材割れ等が引き起こされるようなこともない。
【００４８】
なお、本発明の軸肥大加工機を作動させるにあたり、図２（ａ）〜（ｆ）に示される加工手順に限らず、ワークＷの回転はワークＷに加圧力及び曲げ力を加えた後、つまり、図２（ｃ）に示す状態から開始されてよい。また、駆動側ホルダユニット６ａは水平面内にて傾動されてもよいし、従動側ホルダユニット６ｂが傾動されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】軸肥大加工機を示した断面図である。
【図２】図１の加工機を使用したワークの加工手順を（ａ）〜（ｆ）の順次で示す図である。
【図３】第１実施例の加圧制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】図３の加圧制御ルーチンの実行を受け、拡径部の外径の増加に従って目標加圧力が増加されることを示したグラフである。
【図５】第２実施例の変位制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】従来技術（特許文献２）を使用したワークの加工において、回転回数に対するワークの拡径比及び圧縮比を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
６ａ 駆動側ホルダユニット
６ｂ 従動側ホルダユニット
１２ 支持外筒
２０ 傾動シリンダ（傾動手段）
２２ 保持内筒（駆動側及び従動側回転保持体）
３８ 保持スリーブ（保持部）
６０ 送り機構（加圧手段）
６２ フィードスクリュー
６４ ナット要素
６８ 加圧モータ（加圧手段）
７２ 外径センサ（状態測定手段）
７４ コントローラ（制御装置）
７６ ロータリエンコーダ（検出手段）
Ａ 基準線
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属棒材をその軸線方向に離間した位置にてそれぞれ嵌入して保持する一対の保持体と、
一方の保持体を前記軸線の回りに回転させる駆動手段と、
一方の保持体を他方の保持体に近接させるべく相対的に移動させ、前記金属棒材に対して前記軸線方向に圧縮する加圧力を付与する加圧手段と、
前記軸線に対して、一方の保持体を傾動させる傾動手段と
を備え、前記金属棒材を回転させながら、前記金属棒材に加圧力を付与するとともに前記一方の保持体を傾動させることで、前記一対の保持体間における前記金属棒材の部位に拡径部を成形する軸肥大加工機において、
前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定する状態測定手段と、
前記状態測定手段により検出された前記拡径状態に基づき、前記加圧手段による前記加圧力を制御する制御装置と
を更に具備したことを特徴とする軸肥大加工機。
【請求項２】
前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、
前記制御装置は、測定された前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出する検出手段を含み、この検出手段にて検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸肥大加工機。
【請求項３】
前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、
前記制御装置は、前記状態測定手段により測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸肥大加工機。
【請求項４】
前記加圧手段は、前記一方の保持体を他方の保持体に対して接離させるボール螺子型の送り機構を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の軸肥大加工機。
【請求項５】
金属棒材の軸線方向に離間した一対の保持体に前記金属棒材をそれぞれ嵌入して保持し、
一方の保持体を前記軸線の回りに回転させながら、一方の保持体を他方の保持体に近接させるべく相対的に移動させ、前記金属棒材に対して前記軸線方向に圧縮する加圧力を付与するともに、前記軸線に対して一方の保持体を傾動させることで、前記一対の保持体間における前記金属棒材の部位に拡径部を成形する軸肥大加工方法において、
前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定し、この測定した拡径状態に基づいて前記加圧力を制御する、ことを特徴とする軸肥大加工方法。
【請求項６】
前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、
測定した前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出し、この検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の軸肥大加工方法。
【請求項７】
前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、
測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の軸肥大加工方法。
【請求項１】
金属棒材をその軸線方向に離間した位置にてそれぞれ嵌入して保持する一対の保持体と、
一方の保持体を前記軸線の回りに回転させる駆動手段と、
一方の保持体を他方の保持体に近接させるべく相対的に移動させ、前記金属棒材に対して前記軸線方向に圧縮する加圧力を付与する加圧手段と、
前記軸線に対して、一方の保持体を傾動させる傾動手段と
を備え、前記金属棒材を回転させながら、前記金属棒材に加圧力を付与するとともに前記一方の保持体を傾動させることで、前記一対の保持体間における前記金属棒材の部位に拡径部を成形する軸肥大加工機において、
前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定する状態測定手段と、
前記状態測定手段により検出された前記拡径状態に基づき、前記加圧手段による前記加圧力を制御する制御装置と
を更に具備したことを特徴とする軸肥大加工機。
【請求項２】
前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、
前記制御装置は、測定された前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出する検出手段を含み、この検出手段にて検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸肥大加工機。
【請求項３】
前記状態測定手段は、前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、
前記制御装置は、前記状態測定手段により測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸肥大加工機。
【請求項４】
前記加圧手段は、前記一方の保持体を他方の保持体に対して接離させるボール螺子型の送り機構を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の軸肥大加工機。
【請求項５】
金属棒材の軸線方向に離間した一対の保持体に前記金属棒材をそれぞれ嵌入して保持し、
一方の保持体を前記軸線の回りに回転させながら、一方の保持体を他方の保持体に近接させるべく相対的に移動させ、前記金属棒材に対して前記軸線方向に圧縮する加圧力を付与するともに、前記軸線に対して一方の保持体を傾動させることで、前記一対の保持体間における前記金属棒材の部位に拡径部を成形する軸肥大加工方法において、
前記金属棒材の成形過程にて、前記金属棒材の拡径状態を測定し、この測定した拡径状態に基づいて前記加圧力を制御する、ことを特徴とする軸肥大加工方法。
【請求項６】
前記金属棒材の成形過程における拡径部の外径若しくはこの外径に相関するパラメータを前記拡径状態として測定し、
測定した前記拡径状態に基づいて前記成形過程の前記金属棒材に加わる応力を検出し、この検出した前記応力を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の軸肥大加工方法。
【請求項７】
前記金属棒材の成形過程にて前記金属棒材における前記軸線方向の圧縮変位速度を前記拡径状態として測定し、
測定された前記圧縮変位速度を一定に維持すべく前記加圧力を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の軸肥大加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２１２９３６（Ｐ２００８−２１２９３６Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４９１５２（Ｐ２００７−４９１５２）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（３９４００６１２９）株式会社いうら (63)
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（３９４００６１２９）株式会社いうら (63)
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
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