JP6417185B2 - スピニング成形方法 - Google Patents
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Description
本発明は、板材を加工するスピニング成形方法に関する。
従来から、板材を回転させながら加工具を用いて板材の成形対象領域をテーパー状に成形するスピニング成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
通常のスピニング成形方法では、加工具が一定の軸方向送込速度（板材の回転軸に沿う方向での加工具の移動速度）で板材に押圧されながら、板材の成形対象領域の内側端から外側端に向かって一定の径方向進行速度（板材の回転軸から垂直に離れる方向での加工具の移動速度）で移動させられ、加工具が成形対象領域の外側端に到達した直後に加工具が板材から引き離される。
しかしながら、そのような方法では、板材における加工具を引き離した位置に、加工具の形状に合う窪み（加工具の押圧跡）が形成される。
そこで、本発明は、加工具の押圧跡が形成されることを防止できるスピニング成形方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の１つの側面からのスピニング成形方法は、板材を回転させながら加工具を用いて前記板材の成形対象領域をテーパー状に成形するスピニング成形方法であって、前記加工具を、前記板材に押圧しながら前記成形対象領域の内側端から外側端に向かって移動させ、前記外側端では前記加工具の位置を拘束した状態で前記板材を回転させる、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、成形対象領域の外側端（すなわち、成形終了点）で加工具が待機させられるので、加工具の押圧跡が形成されることを防止できる。
また、本発明の別の側面からのスピニング成形方法は、板材を回転させながら加工具を用いて前記板材の成形対象領域をテーパー状に成形するスピニング成形方法であって、前記加工具を、前記板材に押圧しながら前記成形対象領域の内側端から外側端に向かって移動させ、前記外側端の近傍では前記加工具の軸方向送込速度および径方向進行速度を低下させる、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、成形対象領域の外側端（すなわち、成形終了点）の近傍では板材がゆっくりと加工されるので、加工具の押圧跡が形成されることを防止できる。
前記加工具の前記板材への押圧を、前記板材における前記加工具が押圧される部分と同一円周上に位置する部分を局所的に加熱しながら行ってもよい。この構成によれば、板材を加熱しない場合や板材を全体的に加熱する場合に比べて、板材における加工具が押圧される部分を集中的に加工することができる。このため、所望の形状を得るための加工具の操作が容易となる。
前記加工具は、前記板材の回転軸から遠ざかる方向に向かって縮径する断面台形状の成形ローラであり、前記成形ローラの前記板材への押圧を、成形ローラの大径部が板材に点接触し、かつ、成形ローラの側面と前記板材の回転軸に対する直交面とのなす角度が１度以上３０度以下となる姿勢に前記成形ローラを保った状態で行ってもよい。この構成によれば、板材における加工具が押圧される部分よりも外側部分の反り上がりを成形ローラの側面で規制することができる。
前記加工具の前記板材への押圧を、前記板材における前記加工具が押圧される部分が浮いた状態で行ってもよい。この構成によれば、従来のスピニング成形方法でよく用いられていた成形型（マンドレル）を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
本発明によれば、加工具の押圧跡が形成されることを防止できる。
図１は、本発明の一実施形態に係るスピニング成形方法の説明図である。このスピニング成形方法は、板材１を回転させながら加工具３を用いて板材１の成形対象領域Ｒ（図２（ａ）参照）をテーパー状に成形する方法である。
板材１は、例えばフラットな円形状の板である。ただし、板材１の形状は、多角形状や楕円状であってもよい。また、板材１は、必ずしも全面に亘ってフラットである必要はなく、例えば中心部の厚さが周縁部の厚さよりも薄くまたは厚くてもよいし、全体または一部が予めテーパー状に加工されてもよい。板材１の材質は、特に限定されるものではないが、例えばチタン合金である。
板材１は、回転シャフト２に固定される。すなわち、回転シャフト２の中心線が板材１の回転軸１０である。板材１の回転軸１０は、鉛直方向に平行であってもよいし、水平方向に平行であってもよいし、斜め方向を向いていてもよい。回転シャフト２は、図略の回転機構によって回転させられる。
本実施形態では、回転シャフト２に成形型（マンドレル）が設けられておらず、スピニング成形開始前だけでなくスピニング成形の途中でも、板材１の中心部のみが回転シャフト２に支持される。すなわち、後述する加工具３の板材１への押圧は、板材１における加工具３が押圧される部分が浮いた状態で行われる。この構成によれば、従来のスピニング成形方法でよく用いられていた成形型（マンドレル）を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。ただし、回転シャフト２に成形型（マンドレル）が設けられていて、スピニング成形中は、板材１における加工具３が押圧される部分が成形型に支持されてもよい。
加工具３は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、板材１に押圧されながら、成形対象領域Ｒの内側端（すなわち、成形開始点）Ｒｓから外側端（すなわち、成形終了点）Ｒｅに向かって移動させられる。加工具３は、場所に応じた特定の軸方向送込速度で、板材１の回転軸１０に沿う方向に移動させられて、板材１に押圧される。また、加工具３は、場所に応じた特定の径方向進行速度で、板材１の回転軸１０から垂直に離れる方向に移動させられる。本実施形態では、加工具３として、板材１の回転に追従して回転する成形ローラ３０が用いられている。ただし、加工具３は、成形ローラ３０に限定されず、例えばヘラであってもよい。
より詳しくは、成形ローラ３０は、板材１の回転軸１０から遠ざかる方向に向かって縮径する断面台形状の形状を有している。すなわち、成形ローラ３０は、回転軸１０側の大径の底面、回転軸１０と反対側の小径の頂き面、およびそれらをつなぐテーパー状の側面３１を有している。つまり、側面３１と底面の間の環状のコーナー部が大径部、側面３１と頂き面の間の環状のコーナー部が小径部である。ただし、加工具３としては、他の断面形状（例えば、断面菱形状や断面長丸状）の成形ローラを用いることも可能である。
加工具３として断面台形状の成形ローラ３０が用いられた本実施形態では、成形ローラ３０の板材１への押圧が、成形ローラ３０の大径部が板材１に点接触し、かつ、成形ローラ３０の側面３１と板材１の回転軸１０に対する直交面（すなわち、板材１と平行な面）とのなす角度θ（図２（ａ）参照）が１度以上３０度以下となる姿勢に成形ローラ３０を保った状態で行われる。
さらに、本実施形態では、加工具３の板材１への押圧が、板材１における加工具３が押圧される部分と同一円周上に位置する部分が加熱器４によって局所的に加熱されながら行われる。ここで、「同一円周上」とは、板材１の回転軸１０を中心とするある程度の幅のリング状範囲内に、加工具３が押圧される部分と加熱器４によって加熱される部分とが存することをいう。例えば、板材１の回転軸１０から加工具３が押圧される部分までの距離の±１０％の範囲内に、加熱器４によって加熱される部分が存していてもよい。
本実施形態では、加熱器４が板材１を裏側から加熱するように、加熱器４が板材１に対して加工具３と反対側に配置されている。ただし、加熱器４は、板材１を表側から加熱するように、板材１に対して加工具３と同じ側に配置されていてもよい。
加熱器４は、５ｋ〜４００ｋＨｚの高周波数の交流電圧が印加されるコイル部を有する高周波誘導加熱器であることが望ましい。このような高周波誘導加熱器では、板材１の局所的な加熱を板材１の回転方向に連続的に行うことができるように、コイル部が、板材１の回転方向に延びる、板材１に沿った二重円弧状をなしていることが望ましい。ただし、加熱器４としては、ガスバーナーを用いてもよい。
本実施形態のスピニング成形方法では、加工具３が成形対象領域Ｒの外側端Ｒｅに到達すると、加工具３の位置を拘束した状態で板材１を回転させる。図３は、スピニング成形終了直前の板材１への加工具３の押圧状態を示す。従来技術と同様に、加工具３が成形対象領域Ｒの外側端Ｒｅに到達した直後に加工具３が板材１から引き離されると、図４に示すように、板材１における加工具３を引き離した位置に、加工具３の形状に合う窪み（加工具３の押圧跡１１）が形成される。これに対し、本実施形態では、成形対象領域Ｒの外側端Ｒｅで加工具３が待機させられるので、図５に示すように、加工具３の押圧跡１１（図４参照）が形成されることを防止できる。
ところで、板材１における加工具３が押圧される部分よりも外側部分は、加工具３に向かって反り上がることもある。これに対し、断面台形状の成形ローラ３０を用い、成形ローラ３０の姿勢を本実施形態のように保てば、板材１の外側部分の反り上がりを成形ローラ３０の側面３１で規制することができる。
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、前記実施形態では、加工具３が成形対象領域Ｒの外側端Ｒｅに到達したときに加工具３を待機させたが、外側端Ｒｅの近傍では加工具３の軸方向押込速度および径方向進行速度を低下させてもよい。例えば、加工具３が成形対象領域Ｒの外側端Ｒｅに隣接する終了近接点に到達したときに加工具３の軸方向送込速度および径方向進行速度を終了近接点に到達する前の半分以下に低下させてもよい。
上記の構成によれば、成形対象領域Ｒの外側端Ｒｅの近傍では板材１がゆっくりと加工されるので、図５に示すように、加工具３の押圧跡１１（図４参照）が形成されることを防止できる。
また、板材１への加工具３の押圧は、板材１を局所的に加熱する代わりに、板材１を全体的に加熱した状態で、または板材１を加熱せずに、行ってもよい。ただし、前記実施形態のように、板材１を局所的に加熱すれば、板材１を加熱しない場合や板材１を全体的に加熱する場合に比べて、板材１における加工具３が押圧される部分を集中的に加工することができる。このため、所望の形状を得るための加工具３の操作が容易となる。
１ 板材
１０ 回転軸
３ 加工具
３０ 成形ローラ
３１ 側面
１０ 回転軸
３ 加工具
３０ 成形ローラ
３１ 側面
Claims (5)
- 板材を回転させながら加工具を用いて前記板材の成形対象領域をテーパー状に成形するスピニング成形方法であって、
前記加工具を、前記板材に押圧しながら前記成形対象領域の内側端から外側端に向かって移動させ、前記外側端では前記加工具の位置を拘束した状態で前記板材を回転させる、スピニング成形方法。 - 板材を回転させながら加工具を用いて前記板材の成形対象領域をテーパー状に成形するスピニング成形方法であって、
前記加工具を、前記板材に押圧しながら前記成形対象領域の内側端から外側端に向かって移動させ、前記外側端の近傍では前記加工具の軸方向送込速度および径方向進行速度を低下させる、スピニング成形方法。 - 前記加工具の前記板材への押圧を、前記板材における前記加工具が押圧される部分と同一円周上に位置する部分を局所的に加熱しながら行う、請求項１または２に記載のスピニング成形方法。
- 前記加工具は、前記板材の回転軸から遠ざかる方向に向かって縮径する断面台形状の成形ローラであり、前記成形ローラの前記板材への押圧を、成形ローラの大径部が板材に点接触し、かつ、成形ローラの側面と前記板材の回転軸に対する直交面とのなす角度が１度以上３０度以下となる姿勢に前記成形ローラを保った状態で行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピニング成形方法。
- 前記加工具の前記板材への押圧を、前記板材における前記加工具が押圧される部分が浮いた状態で行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピニング成形方法。
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