特許 6704584 フローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6704584

(24)【登録日】2020年5月15日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】フローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置

(51)【国際特許分類】

   B21H 1/00 20060101AFI20200525BHJP

   B21D 22/16 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   B21H1/00 B

   B21D22/16 H

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-77878(P2017-77878)

(22)【出願日】2017年4月11日

(65)【公開番号】特開2018-176209(P2018-176209A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2020年1月15日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、経済産業省、戦略的基盤技術高度化支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504105760

【氏名又は名称】タンレイ工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592102940

【氏名又は名称】新潟県

(74)【代理人】

【識別番号】100140394

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 康次

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 智裕

(72)【発明者】

【氏名】森田 順平

(72)【発明者】

【氏名】押野谷 明則

(72)【発明者】

【氏名】本田 崇

(72)【発明者】

【氏名】菅野 明宏

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１２−００７１４３９（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１１９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００６３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｈ １／００、１／０４

Ｂ２１Ｄ ２２／００ − ２６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１型と第２型とにより上下方向に保持された円筒素材を用意する素材用意工程と、
前記円筒素材を、該円筒素材の中心軸を基点として回転させる回転工程と、
円錐状の外周部を備えた第１・第２ローラーを用意し、第１ローラーの外径が下方向に減少しかつ第２ローラーの外径が上方向に減少するように第１・第２ローラーの外周部を対向させつつ前記円筒素材の周方向外側に配置する配置工程と、
第１ローラーを比較的上方に移動して前記円筒素材における第１型側に近い第１フランジ形成部位と胴部形成部位との第１境界に接触させるとともに、第２ローラーを比較的下方に移動して第２型側に近い第２フランジ形成部位と胴部形成部位との第２境界に接触させる接触工程と、
第１・第２ローラーを前記円筒素材の前記中心軸に向けて移動して前記円筒素材を押圧し、第１・第２ローラーの外周部により前記円筒素材の投影断面において相補的に上下の傾斜面が拘束された拘束加工領域を形成する押圧工程と、
前記拘束加工領域が除去されるように第１・第２ローラーを上下方向に接近させる胴部作成工程と、
を含むことを特徴とする、フランジ付円筒部品のフローフォーミング成形方法。

【請求項2】

前記配置工程において第１・第２ローラーが上下方向に部分的に重なるように配置し、
前記押圧工程で形成される前記拘束加工領域の上下の前記傾斜面の全てを第１・第２ローラーの外周部によって完全に拘束し、かつ、
前記胴部作成工程において前記拘束加工領域を発熱させて前記円筒素材の変形抵抗を減少させることを特徴とする請求項１に記載のフローフォーミング成形方法。

【請求項3】

前記素材用意工程では、第１・第２フランジ形成部位のいずれか一方をこれに対応する第１・第２型のいずれか一方で上下方向に変位しないように拘束し、かつ、第１・第２フランジ形成部位の他方をこれに対応する第１・第２型の他方で拘束しないように保持し、成形中に発生する前記円筒素材の伸びを該他方側に形成させることを特徴とする請求項１又は２に記載のフローフォーミング成形方法。

【請求項4】

目標の胴部厚さを予め決定し、該胴部厚さから前記押圧工程において第１・第２ローラーの進入により前記円筒素材の一部が除去される第１体積と、前記胴部作成工程において減少する前記拘束加工領域の第２体積とを求め、第１・第２体積の合計から前記円筒素材の胴部伸びを算出する予備計算工程をさらに含み、かつ、
前記素材用意工程では、目標の円筒部品の高さから、前記予備計算工程において算出された前記胴部伸びを差し引いた高さを有した前記円筒素材を用意することを特徴とする請求項３に記載のフローフォーミング成形方法。

【請求項5】

前記予備計算工程では、前記押圧工程又は前記胴部作成工程における第１・第２ローラーの加工パスをさらに決定し、かつ、
前記押圧工程における加工パスでは、前記円筒素材の伸びに追随するように、非拘束の前記フランジ形成部位側に設けられた前記ローラーを移動させることを特徴とする請求項４に記載のフローフォーミング成形方法。

【請求項6】

前記円筒素材が高合金特殊鋼であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフローフォーミング成形方法。

【請求項7】

円筒素材を上下方向から保持する第１型及び第２型と、
前記円筒素材を、該円筒素材の中心軸を基点として回転させる回転手段と、
円錐状の外周部を備えた第１・第２ローラーと、
第１・第２ローラーのモーションを制御する制御手段と、
第１・第２ローラーを前記円筒素材の周方向外側に配置し、前記制御手段の指示に応じて第１・第２ローラーを移動可能なローラー保持・移動手段と、
を備えたフランジ付円筒部品のフローフォーミング成形装置であって、
前記ローラー保持・移動手段は、第１ローラーの外径が下方向に減少しかつ第２ローラーの外径が上方向に減少するように第１・第２ローラーの外周部を対向させた状態で第１・第２ローラーを保持し、
前記制御手段は、第１ローラーを比較的上方に移動して前記円筒素材における第１型側に近い第１フランジ形成部位と胴部形成部位との第１境界に接触させるとともに、第２ローラーを比較的下方に移動して第２型側に近い第２フランジ形成部位と胴部形成部位との第２境界に接触させるよう前記ローラー保持・移動手段に指示し、
前記制御手段は、第１・第２ローラーの外周部により前記円筒素材の投影断面において相補的に上下の傾斜面が拘束された拘束加工領域を形成するために第１・第２ローラーを前記円筒素材の前記中心軸に向けて移動して前記円筒素材を押圧するよう前記ローラー保持・移動手段に指示し、
前記制御手段は、前記拘束加工領域を除去するために第１・第２ローラーを上下方向に接近させるよう前記ローラー保持・移動手段に指示することを特徴とするフローフォーミング成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フランジ付円筒部品（特に、厚さ方向の両側にて外周方向に向けてフランジ部が形成された両側フランジ付円筒部品）を成形するためのフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

（フランジ付円筒体を製造するための従来の加工方法）
外周方向にフランジ部が形成された円筒体は、真空装置用の部品やその他の用途に使用されている。特に、真空装置用部品の用途には、優れた耐食性と高温強度の特性を有しているＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などの高合金特殊鋼が、その素材として選ばれている。このような汎用性の高いフランジ付円筒部品を成形する従来の製造方法として、図７に示すように、（１）型鍛造、（２）切削加工による削り出し、及び（３）溶接が挙げられる。

【0003】

（従来の加工方法１の課題・欠点）
しかしながら、上記（１）型鍛造では、被加工物（ワーク）にその厚み方向の両側にて外周方向に向けてフランジを形成しようとした場合には、ワークを離型できず、この手法自体を適用できない。

【0004】

（従来の加工方法２の課題・欠点）
また、上記（２）切削加工では、加工によって削り出されて無駄になる削り代が大きく、ワークが大型になる程、加工の際の材料ロスが増大し、とても看過できない。

【0005】

（従来の加工方法３の課題・欠点）
また、上記（３）溶接では、加工された製品には、円筒状本体と、該本体に溶接されたフランジとの間に生じ得る局所的な未接合部（空隙）を介したリークを常に懸念しなければならない。

【0006】

（従来の加工方法１〜３以外の成形技術であるフローフォーミング成形）
上述した従来の製造方法以外に、材料ロスを殆ど生まずに所望形状に加工できる（つまり、ニアネットシェイプ化を実現可能な）、「フローフォーミング」と呼ばれる成形方法が既に開発されている（例えば、特許文献１を参照）。この「フローフォーミング」（以下、単に「ＦＦ」とも呼ぶ。）は、ワークを回転させながら、ワーク側面に加工ローラーを押し当てることで、ワークの肉厚（径方向の厚み）を減肉すると同時に軸方向へ伸ばしてワークを所望の形状に塑性変形させる加工技術（逐次回転成形法）の一つである。なお、このＦＦ技術は、塑性加工が比較的に容易な素材（アルミニウムや炭素鋼など）の加工に通常、利用される。

【0007】

本発明者らは、この既存のフローフォーミング技術を、フランジ付円筒部品の製造に適用できないかを検討した。

【0008】

（フランジ付円筒部品成形の目的に従来のフローフォーミングをそのまま利用した場合）
この既存のＦＦ技術を用いてフランジ付円筒部品を製造する場合、目標とするフランジの幅以上の厚肉を有した円筒素材を用意する。但し、厚肉素材の外周面に対して加工ローラーの接触面を増加させると、時間当たりの変形量が増大するため、加工速度（生産性）は上がるが、加工荷重（つまり、ワークへの加工ローラーの押圧のために成形装置に掛かる負荷）も大きくなってしまう。この傾向は、ワークの素材がＳＵＳ３０４等の高合金特殊鋼など比較的硬いものになる程、顕著になる。

【0009】

よって、従来のＦＦ技術を利用する場合、ワークへ押し付ける加工ローラーの幅を極力狭くすることによって、局所的な押圧力を大きくしながらも装置全体に掛かる加工荷重を抑えつつ、複数の加工ローラーの荷重バランスを釣り合わせながらワークを加工していた。具体的には、図８（ａ）に示すように、略同形状の加工ローラー１０３，１０４を複数使用（対置）し、これらの加工経路（パス）を同じ（又は対称）になるように加工していた。

【0010】

（従来のフローフォーミングを利用した場合の加工上の問題点）
このため、成形の際、加工ローラー１０３，１０４が接触していないワークＷの一部（非接触部分）に余肉、欠肉、フランジの変形や崩れが発生する不具合が発生していた。具体的には、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、円筒状ワークＷの外周面にて「被り」とも呼ばれる余肉（の倒れ・巻き込み）Ｔ３が発生する一方、その内周面に「ひけ」とも呼ばれる欠肉Ｔ１が発生していた。更に、フランジ部が全体的に変形したり、その端面が崩れたりするなどの不具合Ｔ２，Ｔ４も散見されていた。特に、ワークＷが厚肉で硬い材料になる程、上述の成形不良が顕著になる。

【0011】

要するに、従来のＦＦ加工技術では、円筒状素材から所望の形状のフランジ付部品へと成形すること（ニアネットシェイプ化を実現すること）が非常に困難であった。

【0012】

このように従来の製造方法を適用した際に生じ得る不具合を一切起こさないで上記フランジ付円筒部品を精度良く加工できる新規な成形技術が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２０１０−２６００７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、余肉や欠肉等の成形不良を起こさずに、フランジ付円筒部品を精度良く製造できる新規な成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明者らは、鋭意検討の末、加工ローラーの形状および配置を上手に組み合わせるととともに、加工ローラーの加工パス（モーション）を上手く制御することにより、上述の課題を効果的に解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0016】

すなわち、本発明は、例えば、以下の構成・特徴を備えるものである。
（態様１）
第１型と第２型とにより上下方向に保持された円筒素材を用意する素材用意工程と、
前記円筒素材を、該円筒素材の中心軸を基点として回転させる回転工程と、
円錐状の外周部を備えた第１・第２ローラーを用意し、第１ローラーの外径が下方向に減少しかつ第２ローラーの外径が上方向に減少するように第１・第２ローラーの外周部を対向させつつ前記円筒素材の周方向外側に配置する配置工程と、
第１ローラーを比較的上方に移動して前記円筒素材における第１型側に近い第１フランジ形成部位と胴部形成部位との第１境界に接触させるとともに、第２ローラーを比較的下方に移動して第２型側に近い第２フランジ形成部位と胴部形成部位との第２境界に接触させる接触工程と、
第１・第２ローラーを前記円筒素材の前記中心軸に向けて移動して前記円筒素材を押圧し、第１・第２ローラーの外周部により前記円筒素材の投影断面において相補的に上下の傾斜面が拘束された拘束加工領域を形成する押圧工程と、
前記拘束加工領域が除去されるように第１・第２ローラーを上下方向に接近させる胴部作成工程と、
を含むことを特徴とする、フランジ付円筒部品のフローフォーミング成形方法。
（態様２）
前記配置工程において第１・第２ローラーが上下方向に部分的に重なるように配置し、
前記押圧工程で形成される前記拘束加工領域の上下の前記傾斜面の全てを第１・第２ローラーの外周部によって完全に拘束し、かつ、
前記胴部作成工程において前記拘束加工領域を発熱させて前記円筒素材の変形抵抗を減少させることを特徴とする態様１に記載のフローフォーミング成形方法。
（態様３）
前記素材用意工程では、第１・第２フランジ形成部位のいずれか一方をこれに対応する第１・第２型のいずれか一方で上下方向に変位しないように拘束し、かつ、第１・第２フランジ形成部位の他方をこれに対応する第１・第２型の他方で拘束しないように保持し、成形中に発生する前記円筒素材の伸びを該他方側に形成させることを特徴とする態様１又は２に記載のフローフォーミング成形方法。
（態様４）
目標の胴部厚さを予め決定し、該胴部厚さから前記押圧工程において第１・第２ローラーの進入により前記円筒素材の一部が除去される第１体積と、前記胴部作成工程において減少する前記拘束加工領域の第２体積とを求め、第１・第２体積の合計から前記円筒素材の胴部伸びを算出する予備計算工程をさらに含み、かつ、
前記素材用意工程では、目標の円筒部品の高さから、前記予備計算工程において算出された前記胴部伸びを差し引いた高さを有した前記円筒素材を用意することを特徴とする態様３に記載のフローフォーミング成形方法。
（態様５）
前記予備計算工程では、前記押圧工程又は前記胴部作成工程における第１・第２ローラーの加工パスをさらに決定し、かつ、
前記押圧工程における加工パスでは、前記円筒素材の伸びに追随するように、非拘束の前記フランジ形成部位側に設けられた前記ローラーを移動させることを特徴とする態様４に記載のフローフォーミング成形方法。
（態様６）
前記円筒素材が高合金特殊鋼であることを特徴とする態様１〜５のいずれかに記載のフローフォーミング成形方法。
（態様７）
円筒素材を上下方向から保持する第１型及び第２型と、
前記円筒素材を、該円筒素材の中心軸を基点として回転させる回転手段と、
円錐状の外周部を備えた第１・第２ローラーと、
第１・第２ローラーのモーションを制御する制御手段と、
第１・第２ローラーを前記円筒素材の周方向外側に配置し、前記制御手段の指示に応じて第１・第２ローラーを移動可能なローラー保持・移動手段と、
を備えたフランジ付円筒部品のフローフォーミング成形装置であって、
前記ローラー保持・移動手段は、第１ローラーの外径が下方向に減少しかつ第２ローラーの外径が上方向に減少するように第１・第２ローラーの外周部を対向させた状態で第１・第２ローラーを保持し、
前記制御手段は、第１ローラーを比較的上方に移動して前記円筒素材における第１型側に近い第１フランジ形成部位と胴部形成部位との第１境界に接触させるとともに、第２ローラーを比較的下方に移動して第２型側に近い第２フランジ形成部位と胴部形成部位との第２境界に接触させるよう前記ローラー保持・移動手段に指示し、
前記制御手段は、第１・第２ローラーの外周部により前記円筒素材の投影断面において相補的に上下の傾斜面が拘束された拘束加工領域を形成するために第１・第２ローラーを前記円筒素材の前記中心軸に向けて移動して前記円筒素材を押圧するよう前記ローラー保持・移動手段に指示し、
前記制御手段は、前記拘束加工領域を除去するために第１・第２ローラーを上下方向に接近させるよう前記ローラー保持・移動手段に指示することを特徴とするフローフォーミング成形装置。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、従来の成形方法での加工の際に散見された成形不良等を起こさずに、フランジ付円筒部品を加工できる新規な成形方法及び成形装置が提供される。

【0018】

また、本発明によれば、円筒部品の外周面のみならず内周面も精度良く成形できる。更に、本発明の好適な態様によれば、加工の際に変形の分量や形状を容易に予測できることから、被加工物の素材の歩留まり向上やニアネットシェイプ化を実現できるフローフォーミング成形方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のフローフォーミング成形装置の概略を説明した図である。

【図2】本発明により製造されたフランジ付円筒部品の一例を示した画像である。

【図3】本発明の成形方法の各工程を示したフローチャートである。

【図4】各工程の第１・第２ローラーの動作と円筒素材の成形状態を示した図である。

【図5】各成形工程における円筒素材及び第１・第２ローラーの投影断面を示した図である。

【図6】本発明の成形方法及び従来技術によって加工中の円筒素材の温度状態を示した画像である。

【図7】従来の製造方法の概略及び課題を説明した図である。

【図8】従来のＦＦ技術をフランジ付円筒部品の製造にそのまま適用した場合に生じる成形不良を示した図である。

【図9】従来のＦＦ技術と本発明との成形方法や作用効果を比較した図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施態様に何等限定されるものではない。なお、各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。

【0021】

図１は、実施例１に係るフローフォーミング成形装置１０の概略を説明した図である。図２は、本発明により製造されたフランジ付円筒部品Ｐの一例を示した画像である。図３は、本発明の成形方法の各工程を示したフローチャートである。図４（ａ）〜（ｄ）は、成形過程の第１・第２ローラー３，４の動作と円筒素材Ｗの成形状態を示した図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、各成形工程における円筒素材Ｗ及び第１・第２ローラー３，４の投影断面を示した図である。つまり、第１ローラー３を第２ローラー４側に半周期ずらした（１８０°回転した）状態の断面図である。図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の成形方法及び従来技術によって加工中の円筒素材の温度状態を示した画像である。図７は、従来の製造方法の概略及び課題を説明した図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、従来のＦＦ技術をフランジ付円筒部品の製造にそのまま適用した場合に生じる成形不良を示した図である。図９は、従来のＦＦ技術と本発明との成形方法や作用効果を比較した図である。

【実施例1】

【0022】

（本発明の成形装置の概略）
先ず、本発明のフローフォーミング成形装置１０（以下、単に「成形装置」や「装置」とも呼ぶ。）は、図１に示すように、被加工物（ワーク）としての円筒素材Ｗを上下方向（図示の上下方向）から保持する第１型１及び第２型２と、円錐状の外周部３ａ，４ａを備えた第１・第２ローラー３，４とを備える。なお、円筒素材Ｗの軸方向（長手方向）のいずれかの一端（図示では、第１型１側の一端ＷＥ１）は、図示のように、第１・第２型１，２のいずれかの型（図示では、第１型１）によって当接（固定）されており、該一端ＷＥ１は軸方向に変位しないことが望ましい。

【0023】

（被加工物の形状および組成）
本発明の加工対象（被加工物）として、金属製の中空円筒素材Ｗの使用を前提とする。アルミニウムや炭素鋼など、従来のＦＦ技術でも比較的加工が容易な材料を原料として使用しても良く、金属製であれば原料組成は限定されない。しかしながら、従来のＦＦ技術では比較的加工が困難で、加工の際に余肉や欠肉等の不具合Ｔ１〜Ｔ４が顕著に起こりやすい高合金特殊鋼（例えば、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ３）製の素材を被加工物として使用する場合に、本発明の長所及び作用効果をより一層享受するものと思われる。高合金特殊鋼は、例えば、鍛造（好適には、リングローリング鍛造）品を利用することが好ましい。

【0024】

（予備加熱）
また、本発明の成形装置１０にて成形される直前に、高周波加熱装置等の予備加熱装置２０（図１を参照）の加熱部２０ａを用いて円筒素材Ｗを短時間で所望の温度（１０００〜１２００℃）に加熱しておくことも好ましい。これにより、加温状態で装置１０内に投入された円筒素材Ｗ（例えば、上述の高合金特殊鋼）の変形抵抗が大幅に下がり、成形中の加工荷重を低減することができるようになる。

【0025】

（目標とする製品の加工形状）
上述の被加工物Ｗから、本発明の成形装置１０を用いて成形される製品は、上下両側にフランジが周方向外側に張り出したフランジ付きの円筒部品Ｐである（例えば、図２を参照）。それぞれのフランジは、図２に示すように、その張出し長さやフランジ高さが異なるよう成形されてもよいし、フランジ間の胴部（薄肉部）の厚みが上下方向に一定のものに限らず、段差が付くようにしてもよい。

【0026】

（加工ローラーの形状および組成）
第１・第２ローラー３，４は、前述のとおり、円錐状の外周部３ａ，４ａを備える。ここで、本発明における「円錐状」の形状には、図１に示すように、通常の円錐の頂点を含む先端領域が除去され、第１・第２ローラー３，４の軸方向の断面形状が中心軸Ｏ１，Ｏ２を基点に対称な台形となるものを含んでもよい。また、円錐状の外周部３ａ，４ａの傾斜角度θ１，θ２の勾配が、図示のように、外周部３ａ，４ａの全長に亘って一定となる（直線状の傾斜面を有する）ものや前記勾配が全長に沿って変化する（例えば、曲線状の傾斜面を有する「お椀状」）ものを第１・第２ローラー３，４に採用しても良い。なお、図示の第１・第２ローラー３，４は、互いに対称な断面形状を成すが、この図示の例に限定されず、互いに異なる厚みや傾斜角度を有するものを採用しても良い。

【0027】

なお、第１・第２ローラー３，４は、被加工物Ｗの素材より機械的強度の高く、耐摩耗性及び耐蝕性に優れた金属素材（例えば、ＳＫＤ６１等の熱間工具鋼）から作られていることが望ましい。なお、本実施例では、説明の便宜のため、第１・第２ローラー３，４からなる２つの加工ローラーだけを使用しているが、３つ以上の加工ローラー（図示せず）を使用して円筒素材Ｗの外側に均等に離間するように配置してもよい。

【0028】

（加工ローラーの保持及びモーション制御を行うための手段）
成形装置１０には、さらに、制御手段５と、ローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）とが、設けられる。制御手段５は、第１・第２ローラー３，４の加工前後及び加工中のモーションを制御するための指示をローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）に送る。なお、図１では、制御手段５やローラー保持・移動手段６の具体的な構造を省略しているが、後述の目的や役割を果たすことが可能なあらゆる公知の手段を採用可能である。

【0029】

また、ローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）は、第１・第２ローラー３，４を円筒素材Ｗの周方向外側に保持し、制御手段５の指示に応じて第１・第２ローラー３，４を移動可能である。より具体的には、ローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）は、第１ローラー３の外径Ｄ１が下方向に減少しかつ第２ローラー４の外径Ｄ２が上方向に減少するように第１・第２ローラー３，４の外周部３ａ，４ａを対向させた状態で（つまり、互いに逆さまの配置となるように）第１・第２ローラー３，４を保持する。

【0030】

制御手段５は、図１等に示すように、第１ローラー３を比較的上方に移動して円筒素材Ｗにおける第１型１側に近い第１フランジ形成部位ＷＦ１と胴部形成部位ＷＢとの境界位置（第１境界Ｂ１）に接触させるとともに、第２ローラー４を比較的下方に移動して第２型２側に近い第２フランジ形成部位ＷＦ２と胴部形成部位ＷＢとの境界位置（第２境界Ｂ２）に接触させるようローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）に指示する。

【0031】

次に、制御手段５は、図４（ｂ）及び５（ｂ）に示すように、第１・第２ローラー３，４の外周部３ａ，４ａにより円筒素材Ｗの投影断面において相補的に上下の傾斜面ＷＳ１，ＷＳ２が拘束された拘束加工領域ＷＣを形成するために第１・第２ローラー３，４を円筒素材Ｗの中心軸Ｏに向けて移動して円筒素材Ｗを押圧するようローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）に指示する。これにより、円筒素材Ｗにおける第１・第２フランジ形成部位ＷＦ１，ＷＦ２の間の胴部形成部位ＷＢには、加工の際に、投影断面視において、上下方向のいずれの側面にも第１・第２ローラー３，４のいずれかの外周部３ａ，４ａによって確実に接触（拘束）された拘束加工領域ＷＣが形成され、このような拘束が不十分な場合に発生しがちな余肉や欠肉等の成形不良の発生が大幅に抑えられる。

【0032】

更に、制御手段５は、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、第１・第２ローラー３，４を上下方向に接近させるようローラー保持・移動手段６（６ａ，６ｂ）に指示する。これにより、２つの外周部３ａ，４ａによって確実に拘束された拘束加工領域ＷＣが徐々に減少し、除去されるとともに、円筒素材Ｗの軸方向の一端ＷＥ１が変位しないように拘束されているので、反対の他端ＷＥ２側に（図示では下方向に）、その減少・除去の体積分だけ胴部形成部ＷＢが目標の肉厚のまま伸びる。

【実施例2】

【0033】

（本発明の成形方法）
次に、本発明を成形方法（製造方法）の観点から、詳述する。図３は、本発明の成形方法の各工程を示したフローチャートである。

【0034】

（素材用意工程Ｓ１）
先ず、円筒素材Ｗを用意して、図１に示すように、この円筒素材Ｗを第１型１と第２型２とにより上下方向に保持する（素材用意工程Ｓ１）。円筒素材Ｗは、事前に鍛造（特に、リングローリング鍛造）されていることが好ましい。

【0035】

（回転工程Ｓ２）
次に、図示しない回転手段（例えば、第２型２より下方に設置された図示しない回転モーター）により、第１型１と第２型２とこれらに一体的に保持された円筒素材Ｗを所定の回転速度で中心軸Ｏを基点として回転させる（回転工程Ｓ２）。円筒素材Ｗに比較的高い強度を有した素材を選択した場合には、回転速度を比較的小さい１００〜２００ｒｐｍに設定することが好ましい。一方、円筒素材Ｗに比較的低い強度を有した素材を選択した場合には、回転速度を比較的大きい２００〜５００ｒｐｍに設定することが好ましい。

【0036】

（配置工程Ｓ３）
外周部３ａ，４ａを備えた円錐状の第１・第２ローラー３，４を用意し、図１に示すように、第１ローラー３の外径Ｄ１が下方向に減少しかつ第２ローラー４の外径Ｄ２が上方向に減少するように外周部３ａ，４ａを対向させつつ円筒素材Ｗの周方向外側に配置する（配置工程Ｓ３）。なお、この配置工程Ｓ３や後述の工程での第１・第２ローラー３，４の移動や保持には、前述した成形装置１０の制御手段５やローラー保持・移動手段６を利用することにより、実行可能となる。

【0037】

（接触工程Ｓ４）
この後、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、第１ローラー３を比較的上方に移動して円筒素材Ｗにおける第１型１側に近い第１フランジ形成部位ＷＦ１と胴部形成部位ＷＢとの境界位置（第１境界Ｂ１）に接触させるとともに、第２ローラー４を比較的下方に移動して第２型２側に近い第２フランジ形成部位ＷＦ２と胴部形成部位ＷＢとの境界位置（第２境界Ｂ２）に接触させる（接触工程Ｓ４）。

【0038】

（押圧工程Ｓ５）
その後、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、第１・第２ローラー３，４を円筒素材Ｗの中心軸Ｏに向けて移動して円筒素材Ｗを押圧し、第１・第２ローラー３，４の外周部３ａ，４ａにより円筒素材Ｗの投影断面において相補的に上下の傾斜面ＷＳ１，ＷＳ２が拘束された拘束加工領域ＷＣを形成する（押圧工程Ｓ５）。つまり、円筒素材Ｗが中心軸Ｏを基点に一回転する間に、円筒素材Ｗの上側傾斜面ＷＳ１が第１ローラー３の外周部３ａによって接触・押圧されるとともに、下側傾斜面ＷＳ２が第２ローラー４の外周部４ａによって接触・押圧される。この上下からの拘束により、押圧による素材の自由な（成形不良等の原因となる望ましくない）塑性変形を抑制できる。

【0039】

（胴部作成工程Ｓ６）
次に、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、拘束加工領域ＷＣを減少（除去する）ように第１・第２ローラー３，４を上下方向に接近させる（胴部作成工程Ｓ６）。これにより、２つの外周部３ａ，４ａによって確実に拘束された拘束加工領域ＷＣが徐々に減少し、除去されるとともに、円筒素材Ｗの軸方向の一端ＷＥ１が変位しないように拘束されているので、反対の他端ＷＥ２側に（図示では下方向に）、その減少・除去の体積分だけ胴部形成部ＷＢを目標の肉厚ｔのまま伸ばすことができる。なお、所望の肉厚ｔでもって精度良く胴部形成部ＷＢを伸ばすためには、後述の予備計算工程Ｓ１１を加工前に実行し、この予備計算工程Ｓ１１で予め求められた加工パスでもって押圧工程Ｓ５及び胴部作成工程Ｓ６の第１・第２ローラー３，４を移動させることが好ましい。

【0040】

（仕上げ工程Ｓ７）
上述の工程Ｓ６によって胴部形成部ＷＢが除去されて（塑性変形により移動し）、上下方向に目標のフランジが形成されるようになる。もし、胴部形成部ＷＢの一部が削り残しのように残存している場合は、この残存部分に対して第１・第２ローラー３，４（又は、図４（ｄ）及び図５（ｄ）に示すような別の加工ローラー３Ｎ，４Ｎ）を再度押し当てるか、別途、図示しない切削又は研磨等の加工技術により仕上げを行うようにしてもよい（仕上げ工程Ｓ７）。

【0041】

次に、本発明の成形方法の好適な例について説明する。

【0042】

（温度モニタリング工程Ｓ１０）
一例としては、成形装置１０に熱画像計測装置３０（図１参照）を更に設けて、本発明の成形方法に、加工中の円筒素材Ｗ（特に、拘束加工領域ＷＣ）の温度を常時計測する工程（温度モニタリング工程Ｓ１０）を加えることも好ましい。具体的には、加工（回転）中の円筒素材Ｗの外周面の計測温度が所定の温度範囲（例えば、１０００〜１２００℃）内であれば、加工及び温度計測を続行する一方、所定の温度範囲から逸脱した場合には、加工を停止する。この工程Ｓ１０により、円筒素材Ｗの変形抵抗（成形装置１０への負荷）の変化を常時モニタリングできるため、温度条件が適切に管理された状態で成形を実現できるだけでなく、加工による成形装置１０の故障を未然に防止することができるようになる。

【0043】

（第１・第２ローラーのオーバーラップ）
配置工程Ｓ３において、互い違いに配置された第１・第２ローラー３，４が上下方向に部分的に重なる（図５（ａ）に示すように、第１・第２ローラー３，４の投影断面がオーバーラップする）ように配置することが好ましい。これにより、その後の押圧工程Ｓ５で形成される拘束加工領域ＷＣの上下の傾斜面全てを第１・第２ローラー３，４の外周部３ａ，４ａによって完全に拘束することができる。加えて、胴部作成工程Ｓ６においては、第１・第２ローラー３・４が加工と拘束を同時かつ繰り返すため、加工中の拘束加工領域ＷＣを集中的に加工発熱させることができるようになる。加工領域ＷＣの昇温は、円筒素材Ｗの変形抵抗の減少、ひいては、加工荷重（成形装置１０への負荷）の抑制に貢献する。

【0044】

（外周面の熱画像解析の検討）
ここで、図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の成形方法及び従来技術によって加工中の円筒素材Ｗの温度状態を示した画像である。より具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）は、従来のＦＦ技術を用いて成形を開始した時点と成形が進んだ時点で計測された円筒素材の外周面の温度画像である。これらの図より、円筒素材Ｗの外周面（加工ローラーによって接触される加工箇所を含めた外周面全て）の温度がドラスティックに下がってしまっていることが判る。一方、図６（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の成形装置１０を用いて成形を開始した時点と成形が進んだ時点で計測された円筒素材Ｗの外周面の温度画像である。これらの図より、本発明の成形装置１０では、第１・第２ローラー３，４によって完全に拘束された円筒素材Ｗ（特に、拘束加工領域ＷＣの部分）が発熱（図６（ｄ）では白く発光）しており、第１・第２ローラー３，４によって接触・拘束された加工箇所付近の温度が、成形開始時よりも上昇していることが確認された。

【0045】

（予備計算工程Ｓ１１）
また、本発明の成形方法は、以下の予備計算工程Ｓ１１をさらに含むことが好ましい。具体的には、目標の胴部厚さｔを予め決定し、該胴部厚さｔから押圧工程Ｓ５において第１・第２ローラー３，４の進入により円筒素材Ｗの一部が除去される第１体積Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ（図１参照）と、胴部作成工程Ｓ６において減少する拘束加工領域ＷＣの第２体積Ｖ２（図１参照）と、を求め、第１・第２体積Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２の合計から円筒素材Ｗの上下方向の胴部伸びδを算出する（予備計算工程Ｓ１１）。

【0046】

そして、素材用意工程Ｓ１では、目標の円筒部品Ｐの高さから、予備計算工程Ｓ１１において算出された胴部伸びδを差し引いた高さを有した円筒素材Ｗを用意すればよい。これにより、計算上は材料ロスを全く生み出さないで、円筒素材Ｗからも目標のフランジ付円筒部品Ｐを成形できるようになり、製造のニアネットシェイプ化が実現する。

【0047】

（予備計算工程Ｓ１１におけるローラーの加工パスの決定）
また、上述の予備計算工程Ｓ１１では、第１・第２ローラー３，４の加工パスを以下のように予め決定しておくことが好ましい。

【0048】

図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、接触工程Ｓ４では、第１・第２ローラー３，４を円筒素材Ｗに接触させる位置（第１・第２境界Ｂ１，Ｂ２）から円筒素材Ｗの中心軸Ｏに向けて互いに徐々に接近させるのであるが、その直後の押圧工程Ｓ５では、第１・第２ローラー３，４の外周部３ａ，４ａが円筒素材Ｗに入り込んだ分だけ、拘束されていない第２フランジ形成部位ＷＦ２側へ円筒素材Ｗが徐々に伸びる。

【0049】

ところで、第１・第２ローラー３，４の当初（接触時）の高さ位置のままで互いに接近させていくと、これに従い徐々に増大するこの伸びδを有した伸長部分を第１・第２ローラー３，４で適切に拘束できず、当該伸長部分では所望の厚みで成形・管理できなくなる。言い換えれば、成形時の円筒素材Ｗにおいて随時除去（塑性変形）されるべき体積を除去予定体積（例えば、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ）と呼び、かつ、押圧工程Ｓ５において当初の高さ位置のまま平行に第１・第２ローラー３，４が進入させてしまうと、拘束加工領域ＷＣの体積Ｖ_ＷＣが、成形前の胴部形成部ＷＢの体積Ｖ_ＷＢから除去予定体積の分だけ小さくなる。

【0050】

【数1】

【0051】

このため、本発明では、徐々に伸びていく伸長部分をも、所望の胴部厚みｔに制限しながら第１・第２ローラー３，４によって完全に拘束されるように、円筒素材Ｗが伸びていく側（非拘束側、図示では第２フランジ形成部ＷＦ２側）に押し当てられる加工ローラー（図示では、第２ローラー４）の高さ位置を徐々に非拘束フランジ側ＷＥ２（図示では下方）へ移動させる（つまり、伸長部分の伸びδに追随させる）ことが好ましい。別言すれば、第２ローラー４については、第１ローラー３と同様に円筒素材Ｗの中心軸０へ向けて移動させるだけでなく、同時に、塑性変形により新たに生じた伸長部分に追随して該部分も拘束加工領域ＷＣに取り込めるように下方向（伸び方向）に移動させる（図５（ｂ）の黒塗矢印を参照）。

【0052】

つまり、円筒素材Ｗの一部が常に塑性変形が行われる押圧工程Ｓ５において、拘束加工領域ＷＣの体積Ｖ_ＷＣが、成形前の胴部形成部ＷＢの対応する体積Ｖ_ＷＢと同一となるだけでなく、成形中（押圧工程Ｓ５）も拘束加工領域ＷＣの体積Ｖ_ＷＣが常に同一となり、かつ、該工程Ｓ５の各時点において常に所望の胴部厚みｔが維持されるように、非拘束側ＷＥ２のローラー（図示の例では、第２ローラー４）を、押圧方向のみならず、高さ方向下側（非拘束フランジ側ＷＥ２に接近する方向）にも移動させることを特徴とした加工パスに設定する。

【0053】

なお、胴部形成工程Ｓ６では、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、第１・第２ローラー３，４を互いに高さ方向（軸方向）に互いに接近させていくことで、拘束加工領域ＷＣがさらに狭まるのであるが、この胴部形成工程Ｓ６では、第１・第２境界Ｂ１，Ｂ２間の両側に伸びる伸長部分の体積と拘束加工領域ＷＣとの合計体積を、成形前の胴部形成部ＷＢの対応する体積Ｖ_ＷＢと同一にしつつ、所望の胴部厚みｔを維持するように第１・第２ローラー３,４を移動させる（加工パスにする）ことが好ましい。

【0054】

以上のように、予備計算工程Ｓ１１において、押圧工程Ｓ５と胴部形成工程Ｓ６とにおける第１・第２ローラー３，４の加工パスを決定し、各段階で決定された加工パスに従って第１・第２ローラー３，４を操作することが好ましい。

【0055】

（予備加熱工程Ｓ１２）
また、素材用意工程Ｓ１の直前（円筒素材Ｗが第１・第２型１，２によって保持される直前）に、高周波加熱装置等の予備加熱装置２０（図１を参照）の加熱部２０ａを用いて円筒素材Ｗを短時間で所望の温度（１０００〜１２００℃）に加熱しておくことも好ましい（この工程Ｓ１２を含んだ成形方法を「熱間ＦＦ成形」とも呼ぶ。）。これにより、加温状態で装置１０内に投入された円筒素材Ｗ（例えば、上述の高合金特殊鋼）の変形抵抗が大幅に下がり、成形中の加工荷重を低減することができるようになる。

【0056】

以上、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明した。なお、図９は、従来のＦＦ技術と本発明との成形方法や作用効果等を比較したものである。従来技術では、対置させる加工ローラーは同一形状のものを使用し、基本的に上下方向に同じ位置（軸方向の同じ高さ位置）で接触させていたため、左右から円筒素材Ｗを潰すように同じ高さの領域を成形していた。このため、上述の成形不良が発生していた。また、従来技術では、加工の際のローラーを動作させる加工パスも操作者の勘と繰り返しの経験に基づいて決定されていた。

【0057】

これに対して、本発明の加工ローラー３，４では、上下の円錐の向きが逆さまの配置であれば、ローラー３，４での形状（傾斜角度や厚さ）は異なる組み合わせを採用することができる。また、本発明は、両側のフランジ部を最初に分離する形で成形し、その後、接触位置（高さ）が異なる第１・第２ローラー３，４でもって胴部形成部位ＷＢを上下から拘束して該拘束加工領域ＷＣの周方向外側への逃げ場を無くしながら（かつ、ワークＷの伸び部分に追随・捕捉しながら）、該拘束加工領域ＷＣを徐々に狭めていき、軸方向にフランジ部を拘束・固定していない型（図示の実施例では第２型２）側へ塑性変形させていく。これにより、従来技術で問題とされていた成形不良が全くと言ってよい程、無くなり、また、勘と経験で培われていた加工パスも、本発明の場合は、事前に予備計算により決定できてしまうのである。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明によれば、従来の成形方法での加工の際に散見された成形不良等を起こさずに、フランジ付円筒部品を加工できる新規な成形方法及び成形装置が提供される。

【0059】

また、本発明によれば、円筒部品の外周面のみならず内周面も精度良く成形できる。更に、本発明の好適な態様によれば、加工の際に塑性変形の分量や形状を容易に予測できることから、被加工物の素材の歩留まり向上やニアネットシェイプ化を実現できる。

【0060】

このように、本発明は、産業上の利用価値及び産業上の利用可能性が非常に高い。

【符号の説明】

【0061】

１，２ 第１・第２型
３，４ 第１・第２ローラー
３ａ，４ａ 第１・第２ローラーの外周部
３Ｎ，４Ｎ 別の加工ローラー（仕上げ用のローラー）
５ 制御手段
６（６ａ，６ｂ） ローラー保持・移動手段
１０ フローフォーミング成形装置
２０ 予備加熱装置
３０ 熱画像計測装置
Ｂ１，Ｂ２ 第１境界，第２境界
Ｄ１，Ｄ２ 第１・第２ローラーの外径
Ｏ 円筒素材の中心軸（回転軸）
Ｏ１，Ｏ２ 第１・第２ローラーの中心軸（回転軸）
Ｓ１ 素材用意工程
Ｓ２ 回転工程
Ｓ３ 配置工程
Ｓ４ 接触工程
Ｓ５ 押圧工程
Ｓ６ 胴部作成工程
Ｓ７ 仕上げ工程
Ｓ１０ 温度モニタリング工程
Ｓ１１ 予備計算工程
Ｓ１２ 予備加熱工程
ｔ 胴部の肉厚
Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ 押圧工程によって除去される円筒素材の体積
Ｖ２ 胴部作成工程において減少する拘束加工領域の第２体積
Ｖ_ＷＢ 胴部形成部の体積
Ｖ_ＷＣ 拘束加工領域の体積
Ｗ 円筒素材（被加工物、ワーク）
ＷＢ 円筒素材の胴部形成部
ＷＣ 拘束加工領域
ＷＦ１，ＷＦ２ 円筒素材の第１・第２フランジ形成部
ＷＳ１，ＷＳ２ 拘束加工領域の上下の傾斜面
θ１，θ２ 第１・第２ローラーの外周部の傾斜角
δ 胴部伸び

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】