鍛造装置
【課題】簡易な構成で、被加工物の加工精度を向上させることが可能な鍛造装置を提供すること。
【解決手段】線状または管状の被加工物２を鍛造で加工する鍛造装置は、被加工物２を所定形状に加工するための加工溝１８ａ、１９ａが形成されるダイス３と、ダイス３に振動を付与する振動付与機構とを備えている。ダイス３は、振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部１７ａと、振動伝達部１７ａからＺ方向に立ち上がるように形成される立上部２０、２１とを備えている。加工溝１８ａ、１９ａは、立上部２０、２１の先端側に形成されている。この鍛造装置では、振動付与機構からの振動で立上部２０、２１の先端側がＸ方向に振動して、加工溝１８ａ、１９ａで被加工物２を加圧する。
【解決手段】線状または管状の被加工物２を鍛造で加工する鍛造装置は、被加工物２を所定形状に加工するための加工溝１８ａ、１９ａが形成されるダイス３と、ダイス３に振動を付与する振動付与機構とを備えている。ダイス３は、振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部１７ａと、振動伝達部１７ａからＺ方向に立ち上がるように形成される立上部２０、２１とを備えている。加工溝１８ａ、１９ａは、立上部２０、２１の先端側に形成されている。この鍛造装置では、振動付与機構からの振動で立上部２０、２１の先端側がＸ方向に振動して、加工溝１８ａ、１９ａで被加工物２を加圧する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を鍛造で加工する鍛造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷間鍛造によって、径の小さい管状部材の先端部分を尖頭形状に加工して、注射針等を製造する鍛造装置が知られている。この種の鍛造装置として、管状部材の先端部分を尖頭形状に加工するための加工溝が形成された２個のダイスと、ダイスを振動させるための振動発生素子とを備える鍛造装置が本出願人によって提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の鍛造装置では、２個のダイスの一方のみを振動させ、他方を固定する場合には、１個の振動発生素子が配置され、この振動発生素子から伝達される振動で一方のダイスが管状部材の径方向に振動して、管状部材の先端部分を加圧する。また、この鍛造装置では、２個のダイスの両方を振動させる場合には、２個の振動発生素子が配置され、２個の振動発生素子のそれぞれから伝達される振動で２個のダイスのそれぞれが管状部材の径方向に振動して、管状部材の先端部分を加圧する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９４７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の鍛造装置において、管状部材の先端部分を精度良く加工するためには、２個のダイスの両方を振動させることが好ましい。すなわち、２個のダイスの一方のみを振動させ、他方を固定する場合と比較して、２個のダイスの両方を振動させる場合には、ダイスの振幅を小さくすることが可能になるため、管状部材の先端部分を精度良く加工することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の鍛造装置で、２個のダイスを振動させる場合には、２個の振動発生素子のそれぞれから伝達される振動で２個のダイスのそれぞれが振動する。そのため、２個のダイスの振動を同期させることは困難であり、管状部材の先端部分の加工精度が低下するおそれがある。また、２個の振動発生素子が必要となるため、鍛造装置の構成が複雑になる。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、簡易な構成で、被加工物の加工精度を向上させることが可能な鍛造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は、線状または管状の被加工物を鍛造で加工する鍛造装置において、被加工物を所定形状に加工するための加工溝が形成されるダイスと、ダイスに振動を付与する振動付与機構とを備え、ダイスは、振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部と、振動伝達部から被加工物の長手方向に立ち上がるように形成される複数の立上部とを備え、立上部の先端側に加工溝が形成され、振動付与機構からの振動で複数の立上部の先端側が被加工物の長手方向に略直交する方向に振動して、加工溝で被加工物を加圧することを特徴とする。
【０００９】
本発明の鍛造装置では、振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部から立ち上がるように複数の立上部が形成され、立上部の先端側に加工溝が形成されている。そのため、振動付与機構から付与される共通の振動に基づいて（すなわち、位相の一致した振動に基づいて）複数の立上部の先端側を振動させることができる。したがって、複数の立上部の先端側の振動を同期させるための各種の設定が容易になる。その結果、本発明では、複数の立上部の先端側の振動を同期させて、被加工物の加工精度を向上させることが可能になる。また、本発明では、共通の振動付与機構を用いて、複数の立上部の先端側を振動させることができるため、鍛造装置の構成を簡素化することが可能になる。
【００１０】
本発明において、振動付与機構は、被加工物の長手方向の振動を振動伝達部に付与することが好ましい。また、本発明において、複数の立上部は、被加工物の長手方向から見たときの振動伝達部の中心に対して略対称に配置されていることが好ましい。このように構成すると、複数の立上部の先端側の振動を同期させるための各種の設定がより容易になる。したがって、複数の立上部の先端側の振動を容易に同期させることが可能になる。
【００１１】
本発明において、ダイスは、たとえば、２個の立上部を備えている。この場合には、立上部の先端側の振動を同期させるための各種の設定がより容易になる。また、ダイスの構成を簡素化することが可能になる。
【００１２】
本発明において、立上部は、振動伝達部から被加工物の長手方向に伸びる柱部と、加工溝が形成されるとともに柱部から被加工物の長手方向に略直交する方向に伸びる溝形成部とを備えることが好ましい。このように構成すると、立上部の先端側の振動の、被加工物の長手方向に略直交する方向への振動成分を大きくすることが可能になり、被加工物を加圧するために必要な立上部の先端側の振幅を確保することが可能になる。
【００１３】
本発明において、立上部は、加工溝が形成される溝形成部を備え、溝形成部は、溝形成部以外の、立上部の他の部分と別体で形成されていることが好ましい。このように構成すると、たとえば、被加工物の加工を行うための溝形成部を硬度の高い金属材料で形成し、その他の部分を硬度の比較的低い金属材料で形成することが可能になる。したがって、ダイスのコストを低減することが可能になる。また、たとえば、溝形成部以外のその他の部分を硬度の比較的低い金属材料で形成することで、立上部の先端側を振動させやすくすることが可能になる。
【００１４】
本発明において、鍛造装置は、被加工物の軸中心を回転中心として被加工物またはダイスを回転させる回転機構を備えることが好ましい。このように構成すると、被加工物の、ダイスで加圧される加圧部分を順次変えることができるため、被加工物の加工部位でのバリの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明において、振動付与機構は、超音波振動を振動伝達部に付与することが好ましい。このように構成すると、ダイスの振幅を小さくすることが可能になる。すなわち、ダイスのわずかな振幅で被加工物を加圧することが可能になり、被加工物の加工精度を向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の鍛造装置では、被加工物の加工精度を向上させることが可能になり、また、装置の構成を簡素化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる鍛造装置の概略構成を説明するための概略図である。
【図２】図１の鍛造装置で加工された管状部材を示す図であり、（Ａ）はその一例を示し、（Ｂ）は他の例を示す。
【図３】図１に示すダイスおよび振動付与機構の斜視図である。
【図４】図１に示すダイスの斜視図である。
【図５】図４に示すダイスの正面図である。
【図６】図４に示すダイスの概略構成を側面から説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（鍛造装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる鍛造装置１の概略構成を説明するための概略図である。図２は、図１の鍛造装置１で加工された管状部材２を示す図であり、（Ａ）はその一例を示し、（Ｂ）は他の例を示す。図３は、図１に示すダイス３および振動付与機構４の斜視図である。
【００２０】
本形態の鍛造装置１は、冷間鍛造によって、線材部材や管状部材の先端を尖頭形状に加工するための装置であり、たとえば、注射針等を製造するために、被加工物となる中空円筒状の管状部材２の先端部分２ａ（図２参照）を略円錐状の尖頭形状に加工する。この鍛造装置１は、図１に示すように、ダイス３と、ダイス３に振動を付与する振動付与機構４と、管状部材２を保持する保持機構５とを備えている。また、鍛造装置１は、ダイス３に形成される後述の加工溝１８ａ、１９ａに管状部材２を案内するためのガイド部（図示省略）を備えている。
【００２１】
鍛造装置１は、管状部材２の先端部分２ａを尖頭形状に鍛造で加工するため、管状部材２は、たとえば、塑性加工が可能な金属材料で形成されている。また、管状部材２の先端部分２ａは鍛造されるため、先端部分２ａの硬度は比較的高くなっている。なお、管状部材２は、塑性加工が可能な非金属材料（たとえば、樹脂材料）で形成されても良い。
【００２２】
本形態の鍛造装置１は、径が微細な管状部材２の加工に適している。たとえば、鍛造装置１で加工される管状部材２の外径Ｄ１は約０．０５〜０．５ｍｍであり、内径Ｄ２は約０．０２〜０．３ｍｍである（図２参照）。また、尖頭形状とするために略円錐状に形成される先端部分２ａの長さＬ１は約０．５〜２ｍｍである。本形態では、たとえば、外径Ｄ１は０．２ｍｍ程度、長さＬ１は１．５ｍｍ程度であり、また、先端部分２ａの傾斜角度は１０°程度である。また、管状部材２の全長Ｌ２は２０ｍｍ程度である。
【００２３】
また、鍛造装置１によって、管状部材２の先端部分２ａは、たとえば、図２に示すような尖頭形状に加工される。すなわち、鍛造装置１によって、図２（Ａ）に示すように、管状部材２の先端（図２の右端）が尖った円錐状に先端部分２ａが加工される。あるいは、鍛造装置１によって、図２（Ｂ）に示すように、管状部材２の先端にわずかに平らな部分が残る円錐台状に先端部分２ａが加工される。なお、先端部分２ａの外周面は平滑面となっている。
【００２４】
振動付与機構４は、振動発生素子を有する振動発生部７と、振動発生部７で発生した振動を増幅してダイス３に伝達する振動増幅部８とを備えている。振動発生部７を構成する振動発生素子は、たとえば、圧電素子あるいは磁歪素子である。また、振動増幅部８の先端側にダイス３が固定され、振動増幅部８の基端側は振動発生部７に固定されている。
【００２５】
保持機構５は、管状部材２の後端側を保持するスピンドル９を備えている。スピンドル９は、図１の左右方向を軸方向（長手方向）として配置される管状部材２の軸中心を回転中心として回転可能な回転部９ａを備えている。回転部９ａの先端には、管状部材２を固定するためのチャック機構１０が取り付けられている。チャック機構１０は、たとえば、管状部材２の外周面に当接して管状部材２を保持するゴム製のゴムチャック１１と、管状部材２の径方向へゴムチャック１１を伸縮させるチャックナット１２とを備えている。
【００２６】
また、保持機構５は、回転部９ａを回転させる回転機構としてのモータ１３と、スピンドル９を管状部材２の軸方向へ移動させる直動機構（図示省略）とを備えている。モータ１３は、カップリング１４を介して回転部９ａの基端に連結されている。また、直動機構は、ボールネジ、リニアガイドおよびボールネジを回転させるモータ等によって構成されている。なお、本形態では、モータ１３によって回転する管状部材２の回転数は、一般的な金属加工（ドリリング、ミリングあるいは研削加工）の際の被加工物の回転数と比較して低くなっている。また、直動機構によって送られる管状部材２の単位時間当たりの送り量は比較的小さくなっている。
【００２７】
（ダイスの構成）
図４は、図１に示すダイス３の斜視図である。図５は、図４に示すダイス３の正面図である。図６は、図４に示すダイス３の概略構成を側面から説明するための図である。なお、以下の説明では、図４〜図６に示すように、鍛造加工時の管状部材２の軸方向（Ｚ方向）に直交するとともに互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とする。また、Ｘ１方向側を「右」側、Ｘ２方向側を「左」側とする。
【００２８】
ダイス３は、振動増幅部８の先端側に固定される固定部１７と、管状部材２の先端部分２ａを加圧して尖頭形状に加工するための加工溝１８ａ、１９ａが形成される２個の溝形成部１８、１９とを備えている。すなわち、ダイス３は、別体で形成される固定部１７と、２個の溝形成部１８、１９とを備えている。
【００２９】
固定部１７は、金属材料で形成されている。本形態の固定部１７は、比較的硬度の低い金属材料で形成されている。また、固定部１７は、略円板状に形成される基端部１７ａと、基端部１７ａからＺ方向に立ち上がるように（すなわち、Ｚ方向に伸びるように）形成される２本の柱部１７ｂ、１７ｃとを備え、二股状に形成されている。柱部１７ｂは、基端部１７ａの右端側に形成され、柱部１７ｃは、基端部１７ａの左端側に形成されている。具体的には、柱部１７ｂ、１７ｃは、Ｙ方向およびＺ方向に平行でかつ基端部１７ａの中心を通過する平面Ｐ（図５参照）に対して略面対称に形成されている。
【００３０】
溝形成部１８、１９は、金属材料で形成されている。本形態の溝形成部１８、１９は、比較的硬度の高い金属材料で形成されている。また、溝形成部１８、１９は、略矩形の板状に形成されている。溝形成部１８は、柱部１７ｂの先端面に固定され、溝形成部１９は、柱部１７ｃの先端面に固定されている。具体的には、振動付与機構４からの振動が付与されていない状態で、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが当接するように、溝形成部１８、１９は、柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されている。また、本形態では、溝形成部１８は、柱部１７ｂの先端面から左側に向かって伸びるように柱部１７ｂの先端面に固定され、溝形成部１９は、柱部１７ｃの先端面から右側に向かって伸びるように柱部１７ｃの先端面に固定されており、溝形成部１８、１９は、平面Ｐに対して略面対称に配置されている。
【００３１】
溝形成部１８の左側面には、加工溝１８ａが形成され、溝形成部１９の右側面には、加工溝１９ａが形成されている。具体的には、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とを当接させたときに、加工溝１８ａ、１９ａによって形成される孔が先端部分２ａに形成される尖頭形状に対応した形状となるように、加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。すなわち、図６等に示すように、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とを当接させたときに、溝形成部１８、１９の端面から窪む円錐形状の孔が加工溝１８ａ、１９ａによって形成されるように、加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。すなわち、加工溝１８ａ、１９ａはそれぞれ、半円錐形状に形成されている。このように、溝形成部１８、１９は、先端部分２ａを尖頭形状に加工するための金型が２分割された分割金型であり、溝形成部１８、１９には、鍛造加工用の加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。
【００３２】
本形態では、基端部１７ａが振動増幅部８の先端側に固定されており、基端部１７ａに振動付与機構４からの振動が伝達される。すなわち、本形態の基端部１７ａは、振動付与機構４からの振動が伝達される振動伝達部である。また、本形態では、柱部１７ｂ、１７ｃと溝形成部１８、１９とによって、振動伝達部である基端部１７ａからＺ方向に立ち上がるように形成される立上部２０、２１が構成されている。すなわち、本形態のダイス３は、柱部１７ｂと溝形成部１８とによって構成される立上部２０と、柱部１７ｃと溝形成部１９とによって構成される立上部２１との２個の立上部２０、２１を備えている。
【００３３】
上述のように、柱部１７ｂ、１７ｃは平面Ｐに対して略面対称に配置され、溝形成部１８、１９は平面Ｐに対して略面対称に配置されている。すなわち、２個の立上部２０、２１は、平面Ｐに対して略面対称に配置されており、Ｚ方向から見たときの基端部１７ａの中心に対して略対称に配置されている。また、上述のように、溝形成部１８は、柱部１７ｂの先端面から左側に向かって伸びるように柱部１７ｂの先端面に固定され、溝形成部１９は、柱部１７ｃの先端面から右側に向かって伸びるように柱部１７ｃの先端面に固定されており、２個の立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｌ形状となるように形成されている。
【００３４】
本形態では、振動付与機構４を構成する振動発生素子が振動すると、振動付与機構４から伝達される振動によってダイス３が振動する。具体的には、以下のように、ダイス３が振動する。まず、本形態では、Ｚ方向（管状部材２の軸方向）の振動が振動付与機構４からダイス３の基端部１７ａに付与される。また、本形態では、超音波振動が振動付与機構４から基端部１７ａに付与される。
【００３５】
基端部１７ａにＺ方向の振動が付与されると、その振動は、立上部２０、２１に分岐して伝達される。本形態では、立上部２０、２１に振動が伝達されると、図６に示すように、柱部１７ｂ、１７ｃと基端部１７ａとの境界部を支点にして、溝形成部１８、１９がＸ方向に振動する。より具体的には、立上部２０、２１に振動が伝達されると、柱部１７ｂ、１７ｃと基端部１７ａとの境界部を支点にして、溝形成部１８、１９が略円弧状に振動する。また、立上部２０、２１に振動が伝達されると、溝形成部１８、１９が互いに近づいたり、遠ざかったりするように（すなわち、加工溝１８ａ、１９ａがＸ方向で開閉動作を行うように）、溝形成部１８、１９が同期して振動する。すなわち、溝形成部１８、１９は、加工溝１８ａ、１９ａがＸ方向で開閉動作を行うように位相の一致した振動を行う。
【００３６】
また、本形態では、立上部２０、２１に振動が伝達されると、立上部２０、２１は共振する。すなわち、立上部２０、２１に振動が伝達されると、立上部２０、２１が互いに異なる方向へ同期して共振しており、管状部材２の先端部分２ａを加工するための溝形成部１８、１９の振幅は、立上部２０、２１の共振によって確保されている。このように、本形態では、立上部２０、２１が互いに異なる方向へ同期して共振するように、振動発生素子の振動周波数、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等が設定されている。また、立上部２０、２１が異なる方向へ同期して共振すると、Ｘ方向に開閉動作を行う加工溝１８ａ、１９ａによって管状部材２の先端部分２ａが加圧されて、鍛造加工される。
【００３７】
なお、本形態では、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等の設定を変えることで、立上部２０、２１を互いに異なる方向へ同期して共振させるための共振周波数や、溝形成部１８、１９の振幅を任意に変えることが可能である。
【００３８】
（管状部材の鍛造方法）
以上のように構成された鍛造装置１では、たとえば、以下のように、管状部材２の先端部分２ａの鍛造が行われる。
【００３９】
まず、ダイス３を振動付与機構４に取り付け、管状部材２を保持機構５に取り付ける。その後、モータ１３を起動して、管状部材２の回転を開始する。その後、管状部材２を回転させた状態で、直動機構によって、管状部材２を加工溝１８ａ、１９ａに挿入しながら（すなわち、管状部材２を軸方向へ送りながら）、ダイス３を振動させ、管状部材２の先端部分２ａを加圧（鍛造）する。すなわち、立上部２０、２１が同期して共振するように、ダイス３を振動させて、加工溝１８ａと加工溝１９ａとによって、先端部分２ａをＸ方向から挟んで加圧する。
【００４０】
本形態では、先端部分２ａの加工時には、モータ１３によって管状部材２を常時回転させる。また、先端部分２ａの加工時には、直動機構で管状部材２を連続的に軸方向へ送る。なお、管状部材２の加圧時に、先端部分２ａと加工溝１８ａ、１９ａとの間に向かって加工用の潤滑油を供給しても良い。
【００４１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、振動付与機構４からの振動が伝達される基端部１７ａから立ち上がるように立上部２０、２１が形成され、立上部２０、２１の先端側に配置される溝形成部１８、１９に加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。そのため、振動付与機構４から付与される共通の振動に基づいて（位相の一致した振動に基づいて）溝形成部１８、１９を振動させることができる。したがって、本形態では、溝形成部１８、１９の振動を同期させるための、振動発生素子の振動周波数、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等の各種の設定が容易になり、上述のように、溝形成部１８、１９の振動を同期させることができる。その結果、本形態では、管状部材２の先端部分２ａの加工精度を向上させることが可能になる。
【００４２】
特に本形態では、管状部材２の軸方向の振動が振動付与機構４から基端部１７ａに付与され、かつ、立上部２０、２１は、基端部１７ａの中心を通過する平面Ｐに対して略面対称に配置されている。また、本形態では、ダイス３に形成される立上部２０、２１の数は２個である。そのため、溝形成部１８、１９の振動を同期させるための各種の設定がより容易になる。
【００４３】
本形態では、一体で形成される２個の柱部１７ｂ、１７ｃの上端面に、溝形成部１８、１９が固定されている。そのため、分割金型である溝形成部１８と溝形成部１９とを精度良く位置合わせすることが可能になる。すなわち、加工溝１８ａと加工溝１９ａとを精度良く位置合わせすることが可能になる。したがって、本形態では、管状部材２の先端部分２ａの加工精度をより向上させることが可能になる。
【００４４】
本形態では、共通の振動付与機構４を用いて、２個の溝形成部１８、１９を振動させている。そのため、鍛造装置１の構成を簡素化することが可能になる。また、本形態では、ダイス３に形成される立上部２０、２１の数は２個であるため、鍛造装置１の構成を簡素化することが可能になる。
【００４５】
本形態では、立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｌ形状となるように形成されている。そのため、立上部２０、２１の先端側（すなわち、溝形成部１８、１９）の振動のＸ方向への振動成分を大きくすることが可能になる。また、本形態では、固定部１７が硬度の比較的低い金属材料で形成されているため、柱部１７ｂ、１７ｃをＸ方向に振動させやすくなる。したがって、本形態では、管状部材２の先端部分２ａを加圧するために必要なＸ方向での溝形成部１８、１９の振幅を確保することが可能になり、加工溝１８ａ、１９ａによって、管状部材２を適切に加圧することが可能になる。
【００４６】
本形態では、立上部２０、２１を共振させているため、振動付与機構４からダイス３に伝達される振動が小さくても、Ｘ方向での溝形成部１８、１９の振幅を確保することが可能になる。したがって、振動付与機構４の構成を簡素化することが可能になる。
【００４７】
本形態では、別体で形成される固定部１７と溝形成部１８、１９とによって、ダイス３が構成されている。そのため、管状部材２を加工するための加工溝１８ａ、１９ａが形成される溝形成部１８、１９を硬度の高い金属材料で形成し、固定部１７を硬度の比較的低い金属材料で形成することができる。したがって、ダイス３のコストを低減することができる。
【００４８】
本形態では、鍛造装置１は、管状部材２の軸中心を回転中心として管状部材２を回転させるモータ１３を備えている。そのため、管状部材２の加工時に、管状部材２の先端部分２ａの、ダイス３で加圧される加圧部分を順次変えることができる。したがって、管状部材２の先端部分２ａでのバリの発生を抑制することができる。
【００４９】
本形態では、振動付与機構４は、ダイス３に超音波振動を付与している。そのため、ダイス３の振幅を小さくすることができる。すなわち、ダイス３のわずかな振幅で管状部材２の先端部分２ａを加圧することが可能になり、先端部分２ａの加工精度を向上させることが可能になる。
【００５０】
（他の実施の形態）
上述した形態では、ダイス３は、２個の立上部２０、２１を備えているが、ダイス３が備える立上部の数は、３個以上であっても良い。たとえば、固定部１７が３個の柱部を有する三股状に形成され、柱部のそれぞれに溝形成部が固定されても良い。すなわち、３個の溝形成部は、先端部分２ａを尖頭形状に加工するための金型が３分割された分割金型であっても良い。この場合には、たとえば、３個の立上部は、Ｚ方向から見たときの基端部１７ａの中心に対して略対称に配置される。
【００５１】
上述した形態では、立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｌ形状となるように形成されているが、立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｔ形状あるいは略Ｙ形状となるように形成されても良い。また、上述した形態では、溝形成部１８、１９は、柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されているが、溝形成部１８、１９は、Ｚ方向における柱部１７ｂ、１７ｃの中間位置に固定されても良い。
【００５２】
上述した形態では、柱部１７ｂ、１７ｃと溝形成部１８、１９とによって、立上部２０、２１が構成されているが、柱部１７ｂ、１７ｃのみによって立上部２０、２１が構成されても良い。この場合には、柱部１７ｂ、１７ｃのＸ方向の間隔を狭くするとともに、柱部１７ｂ、１７ｃの上端側に管状部材２を加工するための加工溝を形成すれば良い。
【００５３】
上述した形態では、固定部１７と溝形成部１８、１９とは、別体で形成されているが、固定部１７と溝形成部１８、１９とは、一体で形成されても良い。この場合には、加工溝１８ａと加工溝１９ａとのより精度の高い位置合わせが可能になる。また、上述した形態では、基端部１７ａと柱部１７ｂ、１７ｃとは一体で形成されているが、基端部１７ａと柱部１７ｂ、１７ｃとが別体で形成されても良い。この場合には、柱部１７ｂと溝形成部１８とが一体で形成され、柱部１７ｃと溝形成部１９とが一体で形成されても良い。すなわち、立上部２０、２１のそれぞれが一体で形成されても良い。
【００５４】
上述した形態では、振動発生部７は、圧電素子や磁歪素子等の振動発生素子を備えているが、振動発生部７は、振動発生素子に代えて、振動モータ、ボイスコイルモータ、ソレノイドあるいはボルト締めランジュバン（ＢＬＴ）等の振動発生源を備えていても良い。また、上述した形態では、振動付与機構４は、ダイス３に超音波振動を付与しているが、振動付与機構４は、超音波の周波数領域と異なる周波数領域の振動をダイス３に付与しても良い。また、上述した形態では、振動付与機構４は、振動増幅部８を備えているが、振動付与機構４は、振動増幅部８を備えていなくても良い。
【００５５】
上述した形態では、ダイス３は、振動付与機構４の先端側に固定されており、ダイス３の外部からダイス３に振動が付与されている。この他にもたとえば、圧電素子や磁歪素子等の振動発生素子がダイス３の中に内蔵されても良い。この場合には、ダイス３の中に内蔵される振動発生素子がダイス３に振動を付与する振動付与機構となる。
【００５６】
上述した形態では、保持機構５は、管状部材２を回転させるためのモータ１３を備えている。この他にもたとえば、モータ１３に代えて、管状部材２の軸中心を回転中心としてダイス３を回転させる回転機構を鍛造装置１が備えていても良い。
【００５７】
上述した形態では、振動付与機構４からの振動が付与されていない状態で、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが当接するように、溝形成部１８、１９は、柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されている。この他にもたとえば、振動付与機構４からの振動が付与されていない状態で、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面との間に隙間が形成されるように、溝形成部１８、１９が柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されても良い。この場合には、振動付与機構４からの振動が付与されると、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが当接するように、溝形成部１８、１９が振動する。
【００５８】
上述した形態では、溝形成部１８、１９は略円弧状に振動しているが、溝形成部１８、１９は略円状に振動しても良い。すなわち、溝形成部１８、１９の振動時の軌跡が略円状になるように、振動発生素子の振動周波数、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等の各種の設定が行われても良い。この場合には、たとえば、溝形成部１８、１９は略真円状に振動しても良いし、略楕円状に振動しても良い。また、溝形成部１８、１９は、Ｚ方向の振動成分およびＸ方向の振動成分を有する略直線状に振動しても良い。また、溝形成部１８、１９の振動は、Ｚ方向の振動成分およびＸ方向の振動成分に加え、Ｙ方向の振動成分を有していても良い。
【００５９】
上述した形態では、先端部分２ａの加工時に、管状部材２を常時回転させ、直動機構で管状部材２を連続的に軸方向へ送っているが、先端部分２ａの加工時に、管状部材２を間欠的に回転させても良いし、管状部材２を間欠的に軸方向へ送っても良い。たとえば、振動付与機構４から基端部１７ａに付与される振動の振動周波数が低い場合には、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが離れたときに、管状部材２を回転させながら、管状部材２を軸方向へ送っても良い。また、先端部分２ａの加工時に、管状部材２を回転させずに、直動機構で管状部材２を送りながら、ダイス３を振動させて、管状部材２の先端部分２ａを加圧しても良い。
【００６０】
上述した形態では、加工溝１８ａ、１９ａは半円錐形状に形成されているが、加工溝１８ａ、１９ａは、たとえば、段付の半円柱形状に形成されても良い。すなわち、鍛造装置１によって、段付の軸が形成されても良い。この場合には、被加工物の先端に段付部が形成されても良いし、被加工物の軸方向における中間位置に段付部が形成されても良い。
【００６１】
上述した形態では、鍛造装置１で加工される被加工物の例として、中空円筒状の管状部材２を挙げているが、鍛造装置１で加工される被加工物は、中実円柱状の線状部材（棒状部材）であっても良い。また、鍛造装置１で加工される被加工物は、四角柱等の多角柱状の線状部材あるいは多角筒状の管状部材であっても良い。この場合には、鍛造装置１で、多角柱状の線状部材を円柱状に鍛造加工しても良い。また、モータ１３の適切な回転制御を行うことで、円柱状の線状部材を多角柱状に鍛造加工しても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１ 鍛造装置
２ 管状部材（被加工物）
３ ダイス
４ 振動付与機構
１３ モータ（回転機構）
１７ａ 基端部（振動伝達部）
１７ｂ、１７ｃ 柱部
１８、１９ 溝形成部
１８ａ、１９ａ 加工溝
２０、２１ 立上部
Ｘ 被加工物の長手方向に略直交する方向
Ｚ 被加工物の長手方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を鍛造で加工する鍛造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷間鍛造によって、径の小さい管状部材の先端部分を尖頭形状に加工して、注射針等を製造する鍛造装置が知られている。この種の鍛造装置として、管状部材の先端部分を尖頭形状に加工するための加工溝が形成された２個のダイスと、ダイスを振動させるための振動発生素子とを備える鍛造装置が本出願人によって提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の鍛造装置では、２個のダイスの一方のみを振動させ、他方を固定する場合には、１個の振動発生素子が配置され、この振動発生素子から伝達される振動で一方のダイスが管状部材の径方向に振動して、管状部材の先端部分を加圧する。また、この鍛造装置では、２個のダイスの両方を振動させる場合には、２個の振動発生素子が配置され、２個の振動発生素子のそれぞれから伝達される振動で２個のダイスのそれぞれが管状部材の径方向に振動して、管状部材の先端部分を加圧する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９４７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の鍛造装置において、管状部材の先端部分を精度良く加工するためには、２個のダイスの両方を振動させることが好ましい。すなわち、２個のダイスの一方のみを振動させ、他方を固定する場合と比較して、２個のダイスの両方を振動させる場合には、ダイスの振幅を小さくすることが可能になるため、管状部材の先端部分を精度良く加工することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の鍛造装置で、２個のダイスを振動させる場合には、２個の振動発生素子のそれぞれから伝達される振動で２個のダイスのそれぞれが振動する。そのため、２個のダイスの振動を同期させることは困難であり、管状部材の先端部分の加工精度が低下するおそれがある。また、２個の振動発生素子が必要となるため、鍛造装置の構成が複雑になる。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、簡易な構成で、被加工物の加工精度を向上させることが可能な鍛造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は、線状または管状の被加工物を鍛造で加工する鍛造装置において、被加工物を所定形状に加工するための加工溝が形成されるダイスと、ダイスに振動を付与する振動付与機構とを備え、ダイスは、振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部と、振動伝達部から被加工物の長手方向に立ち上がるように形成される複数の立上部とを備え、立上部の先端側に加工溝が形成され、振動付与機構からの振動で複数の立上部の先端側が被加工物の長手方向に略直交する方向に振動して、加工溝で被加工物を加圧することを特徴とする。
【０００９】
本発明の鍛造装置では、振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部から立ち上がるように複数の立上部が形成され、立上部の先端側に加工溝が形成されている。そのため、振動付与機構から付与される共通の振動に基づいて（すなわち、位相の一致した振動に基づいて）複数の立上部の先端側を振動させることができる。したがって、複数の立上部の先端側の振動を同期させるための各種の設定が容易になる。その結果、本発明では、複数の立上部の先端側の振動を同期させて、被加工物の加工精度を向上させることが可能になる。また、本発明では、共通の振動付与機構を用いて、複数の立上部の先端側を振動させることができるため、鍛造装置の構成を簡素化することが可能になる。
【００１０】
本発明において、振動付与機構は、被加工物の長手方向の振動を振動伝達部に付与することが好ましい。また、本発明において、複数の立上部は、被加工物の長手方向から見たときの振動伝達部の中心に対して略対称に配置されていることが好ましい。このように構成すると、複数の立上部の先端側の振動を同期させるための各種の設定がより容易になる。したがって、複数の立上部の先端側の振動を容易に同期させることが可能になる。
【００１１】
本発明において、ダイスは、たとえば、２個の立上部を備えている。この場合には、立上部の先端側の振動を同期させるための各種の設定がより容易になる。また、ダイスの構成を簡素化することが可能になる。
【００１２】
本発明において、立上部は、振動伝達部から被加工物の長手方向に伸びる柱部と、加工溝が形成されるとともに柱部から被加工物の長手方向に略直交する方向に伸びる溝形成部とを備えることが好ましい。このように構成すると、立上部の先端側の振動の、被加工物の長手方向に略直交する方向への振動成分を大きくすることが可能になり、被加工物を加圧するために必要な立上部の先端側の振幅を確保することが可能になる。
【００１３】
本発明において、立上部は、加工溝が形成される溝形成部を備え、溝形成部は、溝形成部以外の、立上部の他の部分と別体で形成されていることが好ましい。このように構成すると、たとえば、被加工物の加工を行うための溝形成部を硬度の高い金属材料で形成し、その他の部分を硬度の比較的低い金属材料で形成することが可能になる。したがって、ダイスのコストを低減することが可能になる。また、たとえば、溝形成部以外のその他の部分を硬度の比較的低い金属材料で形成することで、立上部の先端側を振動させやすくすることが可能になる。
【００１４】
本発明において、鍛造装置は、被加工物の軸中心を回転中心として被加工物またはダイスを回転させる回転機構を備えることが好ましい。このように構成すると、被加工物の、ダイスで加圧される加圧部分を順次変えることができるため、被加工物の加工部位でのバリの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明において、振動付与機構は、超音波振動を振動伝達部に付与することが好ましい。このように構成すると、ダイスの振幅を小さくすることが可能になる。すなわち、ダイスのわずかな振幅で被加工物を加圧することが可能になり、被加工物の加工精度を向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の鍛造装置では、被加工物の加工精度を向上させることが可能になり、また、装置の構成を簡素化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる鍛造装置の概略構成を説明するための概略図である。
【図２】図１の鍛造装置で加工された管状部材を示す図であり、（Ａ）はその一例を示し、（Ｂ）は他の例を示す。
【図３】図１に示すダイスおよび振動付与機構の斜視図である。
【図４】図１に示すダイスの斜視図である。
【図５】図４に示すダイスの正面図である。
【図６】図４に示すダイスの概略構成を側面から説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（鍛造装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる鍛造装置１の概略構成を説明するための概略図である。図２は、図１の鍛造装置１で加工された管状部材２を示す図であり、（Ａ）はその一例を示し、（Ｂ）は他の例を示す。図３は、図１に示すダイス３および振動付与機構４の斜視図である。
【００２０】
本形態の鍛造装置１は、冷間鍛造によって、線材部材や管状部材の先端を尖頭形状に加工するための装置であり、たとえば、注射針等を製造するために、被加工物となる中空円筒状の管状部材２の先端部分２ａ（図２参照）を略円錐状の尖頭形状に加工する。この鍛造装置１は、図１に示すように、ダイス３と、ダイス３に振動を付与する振動付与機構４と、管状部材２を保持する保持機構５とを備えている。また、鍛造装置１は、ダイス３に形成される後述の加工溝１８ａ、１９ａに管状部材２を案内するためのガイド部（図示省略）を備えている。
【００２１】
鍛造装置１は、管状部材２の先端部分２ａを尖頭形状に鍛造で加工するため、管状部材２は、たとえば、塑性加工が可能な金属材料で形成されている。また、管状部材２の先端部分２ａは鍛造されるため、先端部分２ａの硬度は比較的高くなっている。なお、管状部材２は、塑性加工が可能な非金属材料（たとえば、樹脂材料）で形成されても良い。
【００２２】
本形態の鍛造装置１は、径が微細な管状部材２の加工に適している。たとえば、鍛造装置１で加工される管状部材２の外径Ｄ１は約０．０５〜０．５ｍｍであり、内径Ｄ２は約０．０２〜０．３ｍｍである（図２参照）。また、尖頭形状とするために略円錐状に形成される先端部分２ａの長さＬ１は約０．５〜２ｍｍである。本形態では、たとえば、外径Ｄ１は０．２ｍｍ程度、長さＬ１は１．５ｍｍ程度であり、また、先端部分２ａの傾斜角度は１０°程度である。また、管状部材２の全長Ｌ２は２０ｍｍ程度である。
【００２３】
また、鍛造装置１によって、管状部材２の先端部分２ａは、たとえば、図２に示すような尖頭形状に加工される。すなわち、鍛造装置１によって、図２（Ａ）に示すように、管状部材２の先端（図２の右端）が尖った円錐状に先端部分２ａが加工される。あるいは、鍛造装置１によって、図２（Ｂ）に示すように、管状部材２の先端にわずかに平らな部分が残る円錐台状に先端部分２ａが加工される。なお、先端部分２ａの外周面は平滑面となっている。
【００２４】
振動付与機構４は、振動発生素子を有する振動発生部７と、振動発生部７で発生した振動を増幅してダイス３に伝達する振動増幅部８とを備えている。振動発生部７を構成する振動発生素子は、たとえば、圧電素子あるいは磁歪素子である。また、振動増幅部８の先端側にダイス３が固定され、振動増幅部８の基端側は振動発生部７に固定されている。
【００２５】
保持機構５は、管状部材２の後端側を保持するスピンドル９を備えている。スピンドル９は、図１の左右方向を軸方向（長手方向）として配置される管状部材２の軸中心を回転中心として回転可能な回転部９ａを備えている。回転部９ａの先端には、管状部材２を固定するためのチャック機構１０が取り付けられている。チャック機構１０は、たとえば、管状部材２の外周面に当接して管状部材２を保持するゴム製のゴムチャック１１と、管状部材２の径方向へゴムチャック１１を伸縮させるチャックナット１２とを備えている。
【００２６】
また、保持機構５は、回転部９ａを回転させる回転機構としてのモータ１３と、スピンドル９を管状部材２の軸方向へ移動させる直動機構（図示省略）とを備えている。モータ１３は、カップリング１４を介して回転部９ａの基端に連結されている。また、直動機構は、ボールネジ、リニアガイドおよびボールネジを回転させるモータ等によって構成されている。なお、本形態では、モータ１３によって回転する管状部材２の回転数は、一般的な金属加工（ドリリング、ミリングあるいは研削加工）の際の被加工物の回転数と比較して低くなっている。また、直動機構によって送られる管状部材２の単位時間当たりの送り量は比較的小さくなっている。
【００２７】
（ダイスの構成）
図４は、図１に示すダイス３の斜視図である。図５は、図４に示すダイス３の正面図である。図６は、図４に示すダイス３の概略構成を側面から説明するための図である。なお、以下の説明では、図４〜図６に示すように、鍛造加工時の管状部材２の軸方向（Ｚ方向）に直交するとともに互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とする。また、Ｘ１方向側を「右」側、Ｘ２方向側を「左」側とする。
【００２８】
ダイス３は、振動増幅部８の先端側に固定される固定部１７と、管状部材２の先端部分２ａを加圧して尖頭形状に加工するための加工溝１８ａ、１９ａが形成される２個の溝形成部１８、１９とを備えている。すなわち、ダイス３は、別体で形成される固定部１７と、２個の溝形成部１８、１９とを備えている。
【００２９】
固定部１７は、金属材料で形成されている。本形態の固定部１７は、比較的硬度の低い金属材料で形成されている。また、固定部１７は、略円板状に形成される基端部１７ａと、基端部１７ａからＺ方向に立ち上がるように（すなわち、Ｚ方向に伸びるように）形成される２本の柱部１７ｂ、１７ｃとを備え、二股状に形成されている。柱部１７ｂは、基端部１７ａの右端側に形成され、柱部１７ｃは、基端部１７ａの左端側に形成されている。具体的には、柱部１７ｂ、１７ｃは、Ｙ方向およびＺ方向に平行でかつ基端部１７ａの中心を通過する平面Ｐ（図５参照）に対して略面対称に形成されている。
【００３０】
溝形成部１８、１９は、金属材料で形成されている。本形態の溝形成部１８、１９は、比較的硬度の高い金属材料で形成されている。また、溝形成部１８、１９は、略矩形の板状に形成されている。溝形成部１８は、柱部１７ｂの先端面に固定され、溝形成部１９は、柱部１７ｃの先端面に固定されている。具体的には、振動付与機構４からの振動が付与されていない状態で、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが当接するように、溝形成部１８、１９は、柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されている。また、本形態では、溝形成部１８は、柱部１７ｂの先端面から左側に向かって伸びるように柱部１７ｂの先端面に固定され、溝形成部１９は、柱部１７ｃの先端面から右側に向かって伸びるように柱部１７ｃの先端面に固定されており、溝形成部１８、１９は、平面Ｐに対して略面対称に配置されている。
【００３１】
溝形成部１８の左側面には、加工溝１８ａが形成され、溝形成部１９の右側面には、加工溝１９ａが形成されている。具体的には、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とを当接させたときに、加工溝１８ａ、１９ａによって形成される孔が先端部分２ａに形成される尖頭形状に対応した形状となるように、加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。すなわち、図６等に示すように、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とを当接させたときに、溝形成部１８、１９の端面から窪む円錐形状の孔が加工溝１８ａ、１９ａによって形成されるように、加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。すなわち、加工溝１８ａ、１９ａはそれぞれ、半円錐形状に形成されている。このように、溝形成部１８、１９は、先端部分２ａを尖頭形状に加工するための金型が２分割された分割金型であり、溝形成部１８、１９には、鍛造加工用の加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。
【００３２】
本形態では、基端部１７ａが振動増幅部８の先端側に固定されており、基端部１７ａに振動付与機構４からの振動が伝達される。すなわち、本形態の基端部１７ａは、振動付与機構４からの振動が伝達される振動伝達部である。また、本形態では、柱部１７ｂ、１７ｃと溝形成部１８、１９とによって、振動伝達部である基端部１７ａからＺ方向に立ち上がるように形成される立上部２０、２１が構成されている。すなわち、本形態のダイス３は、柱部１７ｂと溝形成部１８とによって構成される立上部２０と、柱部１７ｃと溝形成部１９とによって構成される立上部２１との２個の立上部２０、２１を備えている。
【００３３】
上述のように、柱部１７ｂ、１７ｃは平面Ｐに対して略面対称に配置され、溝形成部１８、１９は平面Ｐに対して略面対称に配置されている。すなわち、２個の立上部２０、２１は、平面Ｐに対して略面対称に配置されており、Ｚ方向から見たときの基端部１７ａの中心に対して略対称に配置されている。また、上述のように、溝形成部１８は、柱部１７ｂの先端面から左側に向かって伸びるように柱部１７ｂの先端面に固定され、溝形成部１９は、柱部１７ｃの先端面から右側に向かって伸びるように柱部１７ｃの先端面に固定されており、２個の立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｌ形状となるように形成されている。
【００３４】
本形態では、振動付与機構４を構成する振動発生素子が振動すると、振動付与機構４から伝達される振動によってダイス３が振動する。具体的には、以下のように、ダイス３が振動する。まず、本形態では、Ｚ方向（管状部材２の軸方向）の振動が振動付与機構４からダイス３の基端部１７ａに付与される。また、本形態では、超音波振動が振動付与機構４から基端部１７ａに付与される。
【００３５】
基端部１７ａにＺ方向の振動が付与されると、その振動は、立上部２０、２１に分岐して伝達される。本形態では、立上部２０、２１に振動が伝達されると、図６に示すように、柱部１７ｂ、１７ｃと基端部１７ａとの境界部を支点にして、溝形成部１８、１９がＸ方向に振動する。より具体的には、立上部２０、２１に振動が伝達されると、柱部１７ｂ、１７ｃと基端部１７ａとの境界部を支点にして、溝形成部１８、１９が略円弧状に振動する。また、立上部２０、２１に振動が伝達されると、溝形成部１８、１９が互いに近づいたり、遠ざかったりするように（すなわち、加工溝１８ａ、１９ａがＸ方向で開閉動作を行うように）、溝形成部１８、１９が同期して振動する。すなわち、溝形成部１８、１９は、加工溝１８ａ、１９ａがＸ方向で開閉動作を行うように位相の一致した振動を行う。
【００３６】
また、本形態では、立上部２０、２１に振動が伝達されると、立上部２０、２１は共振する。すなわち、立上部２０、２１に振動が伝達されると、立上部２０、２１が互いに異なる方向へ同期して共振しており、管状部材２の先端部分２ａを加工するための溝形成部１８、１９の振幅は、立上部２０、２１の共振によって確保されている。このように、本形態では、立上部２０、２１が互いに異なる方向へ同期して共振するように、振動発生素子の振動周波数、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等が設定されている。また、立上部２０、２１が異なる方向へ同期して共振すると、Ｘ方向に開閉動作を行う加工溝１８ａ、１９ａによって管状部材２の先端部分２ａが加圧されて、鍛造加工される。
【００３７】
なお、本形態では、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等の設定を変えることで、立上部２０、２１を互いに異なる方向へ同期して共振させるための共振周波数や、溝形成部１８、１９の振幅を任意に変えることが可能である。
【００３８】
（管状部材の鍛造方法）
以上のように構成された鍛造装置１では、たとえば、以下のように、管状部材２の先端部分２ａの鍛造が行われる。
【００３９】
まず、ダイス３を振動付与機構４に取り付け、管状部材２を保持機構５に取り付ける。その後、モータ１３を起動して、管状部材２の回転を開始する。その後、管状部材２を回転させた状態で、直動機構によって、管状部材２を加工溝１８ａ、１９ａに挿入しながら（すなわち、管状部材２を軸方向へ送りながら）、ダイス３を振動させ、管状部材２の先端部分２ａを加圧（鍛造）する。すなわち、立上部２０、２１が同期して共振するように、ダイス３を振動させて、加工溝１８ａと加工溝１９ａとによって、先端部分２ａをＸ方向から挟んで加圧する。
【００４０】
本形態では、先端部分２ａの加工時には、モータ１３によって管状部材２を常時回転させる。また、先端部分２ａの加工時には、直動機構で管状部材２を連続的に軸方向へ送る。なお、管状部材２の加圧時に、先端部分２ａと加工溝１８ａ、１９ａとの間に向かって加工用の潤滑油を供給しても良い。
【００４１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、振動付与機構４からの振動が伝達される基端部１７ａから立ち上がるように立上部２０、２１が形成され、立上部２０、２１の先端側に配置される溝形成部１８、１９に加工溝１８ａ、１９ａが形成されている。そのため、振動付与機構４から付与される共通の振動に基づいて（位相の一致した振動に基づいて）溝形成部１８、１９を振動させることができる。したがって、本形態では、溝形成部１８、１９の振動を同期させるための、振動発生素子の振動周波数、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等の各種の設定が容易になり、上述のように、溝形成部１８、１９の振動を同期させることができる。その結果、本形態では、管状部材２の先端部分２ａの加工精度を向上させることが可能になる。
【００４２】
特に本形態では、管状部材２の軸方向の振動が振動付与機構４から基端部１７ａに付与され、かつ、立上部２０、２１は、基端部１７ａの中心を通過する平面Ｐに対して略面対称に配置されている。また、本形態では、ダイス３に形成される立上部２０、２１の数は２個である。そのため、溝形成部１８、１９の振動を同期させるための各種の設定がより容易になる。
【００４３】
本形態では、一体で形成される２個の柱部１７ｂ、１７ｃの上端面に、溝形成部１８、１９が固定されている。そのため、分割金型である溝形成部１８と溝形成部１９とを精度良く位置合わせすることが可能になる。すなわち、加工溝１８ａと加工溝１９ａとを精度良く位置合わせすることが可能になる。したがって、本形態では、管状部材２の先端部分２ａの加工精度をより向上させることが可能になる。
【００４４】
本形態では、共通の振動付与機構４を用いて、２個の溝形成部１８、１９を振動させている。そのため、鍛造装置１の構成を簡素化することが可能になる。また、本形態では、ダイス３に形成される立上部２０、２１の数は２個であるため、鍛造装置１の構成を簡素化することが可能になる。
【００４５】
本形態では、立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｌ形状となるように形成されている。そのため、立上部２０、２１の先端側（すなわち、溝形成部１８、１９）の振動のＸ方向への振動成分を大きくすることが可能になる。また、本形態では、固定部１７が硬度の比較的低い金属材料で形成されているため、柱部１７ｂ、１７ｃをＸ方向に振動させやすくなる。したがって、本形態では、管状部材２の先端部分２ａを加圧するために必要なＸ方向での溝形成部１８、１９の振幅を確保することが可能になり、加工溝１８ａ、１９ａによって、管状部材２を適切に加圧することが可能になる。
【００４６】
本形態では、立上部２０、２１を共振させているため、振動付与機構４からダイス３に伝達される振動が小さくても、Ｘ方向での溝形成部１８、１９の振幅を確保することが可能になる。したがって、振動付与機構４の構成を簡素化することが可能になる。
【００４７】
本形態では、別体で形成される固定部１７と溝形成部１８、１９とによって、ダイス３が構成されている。そのため、管状部材２を加工するための加工溝１８ａ、１９ａが形成される溝形成部１８、１９を硬度の高い金属材料で形成し、固定部１７を硬度の比較的低い金属材料で形成することができる。したがって、ダイス３のコストを低減することができる。
【００４８】
本形態では、鍛造装置１は、管状部材２の軸中心を回転中心として管状部材２を回転させるモータ１３を備えている。そのため、管状部材２の加工時に、管状部材２の先端部分２ａの、ダイス３で加圧される加圧部分を順次変えることができる。したがって、管状部材２の先端部分２ａでのバリの発生を抑制することができる。
【００４９】
本形態では、振動付与機構４は、ダイス３に超音波振動を付与している。そのため、ダイス３の振幅を小さくすることができる。すなわち、ダイス３のわずかな振幅で管状部材２の先端部分２ａを加圧することが可能になり、先端部分２ａの加工精度を向上させることが可能になる。
【００５０】
（他の実施の形態）
上述した形態では、ダイス３は、２個の立上部２０、２１を備えているが、ダイス３が備える立上部の数は、３個以上であっても良い。たとえば、固定部１７が３個の柱部を有する三股状に形成され、柱部のそれぞれに溝形成部が固定されても良い。すなわち、３個の溝形成部は、先端部分２ａを尖頭形状に加工するための金型が３分割された分割金型であっても良い。この場合には、たとえば、３個の立上部は、Ｚ方向から見たときの基端部１７ａの中心に対して略対称に配置される。
【００５１】
上述した形態では、立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｌ形状となるように形成されているが、立上部２０、２１は、Ｙ方向から見たときの形状が略Ｔ形状あるいは略Ｙ形状となるように形成されても良い。また、上述した形態では、溝形成部１８、１９は、柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されているが、溝形成部１８、１９は、Ｚ方向における柱部１７ｂ、１７ｃの中間位置に固定されても良い。
【００５２】
上述した形態では、柱部１７ｂ、１７ｃと溝形成部１８、１９とによって、立上部２０、２１が構成されているが、柱部１７ｂ、１７ｃのみによって立上部２０、２１が構成されても良い。この場合には、柱部１７ｂ、１７ｃのＸ方向の間隔を狭くするとともに、柱部１７ｂ、１７ｃの上端側に管状部材２を加工するための加工溝を形成すれば良い。
【００５３】
上述した形態では、固定部１７と溝形成部１８、１９とは、別体で形成されているが、固定部１７と溝形成部１８、１９とは、一体で形成されても良い。この場合には、加工溝１８ａと加工溝１９ａとのより精度の高い位置合わせが可能になる。また、上述した形態では、基端部１７ａと柱部１７ｂ、１７ｃとは一体で形成されているが、基端部１７ａと柱部１７ｂ、１７ｃとが別体で形成されても良い。この場合には、柱部１７ｂと溝形成部１８とが一体で形成され、柱部１７ｃと溝形成部１９とが一体で形成されても良い。すなわち、立上部２０、２１のそれぞれが一体で形成されても良い。
【００５４】
上述した形態では、振動発生部７は、圧電素子や磁歪素子等の振動発生素子を備えているが、振動発生部７は、振動発生素子に代えて、振動モータ、ボイスコイルモータ、ソレノイドあるいはボルト締めランジュバン（ＢＬＴ）等の振動発生源を備えていても良い。また、上述した形態では、振動付与機構４は、ダイス３に超音波振動を付与しているが、振動付与機構４は、超音波の周波数領域と異なる周波数領域の振動をダイス３に付与しても良い。また、上述した形態では、振動付与機構４は、振動増幅部８を備えているが、振動付与機構４は、振動増幅部８を備えていなくても良い。
【００５５】
上述した形態では、ダイス３は、振動付与機構４の先端側に固定されており、ダイス３の外部からダイス３に振動が付与されている。この他にもたとえば、圧電素子や磁歪素子等の振動発生素子がダイス３の中に内蔵されても良い。この場合には、ダイス３の中に内蔵される振動発生素子がダイス３に振動を付与する振動付与機構となる。
【００５６】
上述した形態では、保持機構５は、管状部材２を回転させるためのモータ１３を備えている。この他にもたとえば、モータ１３に代えて、管状部材２の軸中心を回転中心としてダイス３を回転させる回転機構を鍛造装置１が備えていても良い。
【００５７】
上述した形態では、振動付与機構４からの振動が付与されていない状態で、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが当接するように、溝形成部１８、１９は、柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されている。この他にもたとえば、振動付与機構４からの振動が付与されていない状態で、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面との間に隙間が形成されるように、溝形成部１８、１９が柱部１７ｂ、１７ｃの先端面に固定されても良い。この場合には、振動付与機構４からの振動が付与されると、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが当接するように、溝形成部１８、１９が振動する。
【００５８】
上述した形態では、溝形成部１８、１９は略円弧状に振動しているが、溝形成部１８、１９は略円状に振動しても良い。すなわち、溝形成部１８、１９の振動時の軌跡が略円状になるように、振動発生素子の振動周波数、ダイス３の材質、柱部１７ｂ、１７ｃの長さおよび溝形成部１８、１９の長さ等の各種の設定が行われても良い。この場合には、たとえば、溝形成部１８、１９は略真円状に振動しても良いし、略楕円状に振動しても良い。また、溝形成部１８、１９は、Ｚ方向の振動成分およびＸ方向の振動成分を有する略直線状に振動しても良い。また、溝形成部１８、１９の振動は、Ｚ方向の振動成分およびＸ方向の振動成分に加え、Ｙ方向の振動成分を有していても良い。
【００５９】
上述した形態では、先端部分２ａの加工時に、管状部材２を常時回転させ、直動機構で管状部材２を連続的に軸方向へ送っているが、先端部分２ａの加工時に、管状部材２を間欠的に回転させても良いし、管状部材２を間欠的に軸方向へ送っても良い。たとえば、振動付与機構４から基端部１７ａに付与される振動の振動周波数が低い場合には、溝形成部１８の左側面と溝形成部１９の右側面とが離れたときに、管状部材２を回転させながら、管状部材２を軸方向へ送っても良い。また、先端部分２ａの加工時に、管状部材２を回転させずに、直動機構で管状部材２を送りながら、ダイス３を振動させて、管状部材２の先端部分２ａを加圧しても良い。
【００６０】
上述した形態では、加工溝１８ａ、１９ａは半円錐形状に形成されているが、加工溝１８ａ、１９ａは、たとえば、段付の半円柱形状に形成されても良い。すなわち、鍛造装置１によって、段付の軸が形成されても良い。この場合には、被加工物の先端に段付部が形成されても良いし、被加工物の軸方向における中間位置に段付部が形成されても良い。
【００６１】
上述した形態では、鍛造装置１で加工される被加工物の例として、中空円筒状の管状部材２を挙げているが、鍛造装置１で加工される被加工物は、中実円柱状の線状部材（棒状部材）であっても良い。また、鍛造装置１で加工される被加工物は、四角柱等の多角柱状の線状部材あるいは多角筒状の管状部材であっても良い。この場合には、鍛造装置１で、多角柱状の線状部材を円柱状に鍛造加工しても良い。また、モータ１３の適切な回転制御を行うことで、円柱状の線状部材を多角柱状に鍛造加工しても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１ 鍛造装置
２ 管状部材（被加工物）
３ ダイス
４ 振動付与機構
１３ モータ（回転機構）
１７ａ 基端部（振動伝達部）
１７ｂ、１７ｃ 柱部
１８、１９ 溝形成部
１８ａ、１９ａ 加工溝
２０、２１ 立上部
Ｘ 被加工物の長手方向に略直交する方向
Ｚ 被加工物の長手方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状または管状の被加工物を鍛造で加工する鍛造装置において、
前記被加工物を所定形状に加工するための加工溝が形成されるダイスと、前記ダイスに振動を付与する振動付与機構とを備え、
前記ダイスは、前記振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部と、前記振動伝達部から前記被加工物の長手方向に立ち上がるように形成される複数の立上部とを備え、
前記立上部の先端側に前記加工溝が形成され、
前記振動付与機構からの振動で複数の前記立上部の先端側が前記被加工物の長手方向に略直交する方向に振動して、前記加工溝で前記被加工物を加圧することを特徴とする鍛造装置。
【請求項２】
前記振動付与機構は、前記被加工物の長手方向の振動を前記振動伝達部に付与することを特徴とする請求項１記載の鍛造装置。
【請求項３】
複数の前記立上部は、前記被加工物の長手方向から見たときの前記振動伝達部の中心に対して略対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の鍛造装置。
【請求項４】
前記ダイスは、２個の前記立上部を備えることを特徴とする請求項３記載の鍛造装置。
【請求項５】
前記立上部は、前記振動伝達部から前記被加工物の長手方向に伸びる柱部と、前記加工溝が形成されるとともに前記柱部から前記被加工物の長手方向に略直交する方向に伸びる溝形成部とを備えることを特徴する請求項１から４のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項６】
前記立上部は、前記加工溝が形成される溝形成部を備え、
前記溝形成部は、前記溝形成部以外の、前記立上部の他の部分と別体で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項７】
前記被加工物の軸中心を回転中心として前記被加工物または前記ダイスを回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項８】
前記振動付与機構は、超音波振動を前記振動伝達部に付与することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項１】
線状または管状の被加工物を鍛造で加工する鍛造装置において、
前記被加工物を所定形状に加工するための加工溝が形成されるダイスと、前記ダイスに振動を付与する振動付与機構とを備え、
前記ダイスは、前記振動付与機構からの振動が伝達される振動伝達部と、前記振動伝達部から前記被加工物の長手方向に立ち上がるように形成される複数の立上部とを備え、
前記立上部の先端側に前記加工溝が形成され、
前記振動付与機構からの振動で複数の前記立上部の先端側が前記被加工物の長手方向に略直交する方向に振動して、前記加工溝で前記被加工物を加圧することを特徴とする鍛造装置。
【請求項２】
前記振動付与機構は、前記被加工物の長手方向の振動を前記振動伝達部に付与することを特徴とする請求項１記載の鍛造装置。
【請求項３】
複数の前記立上部は、前記被加工物の長手方向から見たときの前記振動伝達部の中心に対して略対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の鍛造装置。
【請求項４】
前記ダイスは、２個の前記立上部を備えることを特徴とする請求項３記載の鍛造装置。
【請求項５】
前記立上部は、前記振動伝達部から前記被加工物の長手方向に伸びる柱部と、前記加工溝が形成されるとともに前記柱部から前記被加工物の長手方向に略直交する方向に伸びる溝形成部とを備えることを特徴する請求項１から４のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項６】
前記立上部は、前記加工溝が形成される溝形成部を備え、
前記溝形成部は、前記溝形成部以外の、前記立上部の他の部分と別体で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項７】
前記被加工物の軸中心を回転中心として前記被加工物または前記ダイスを回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の鍛造装置。
【請求項８】
前記振動付与機構は、超音波振動を前記振動伝達部に付与することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の鍛造装置。
【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２０１０−２０７８３４（Ｐ２０１０−２０７８３４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４５２２（Ｐ２００９−５４５２２）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（５９３１７４８７０）高島産業株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（５９３１７４８７０）高島産業株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
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