特開 2024-29100 軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024029100

(43)【公開日】2024-03-05

(54)【発明の名称】軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/08 20060101AFI20240227BHJP

   B21J 9/02 20060101ALI20240227BHJP

【ＦＩ】

B21J5/08 Z

B21J9/02 A

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023218097

(22)【出願日】2023-12-25

(62)【分割の表示】P 2018138035の分割

【原出願日】2018-07-23

(31)【優先権主張番号】P 2017173281

(32)【優先日】2017-09-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】390029089

【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002505

【氏名又は名称】弁理士法人航栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】桑原 義孝

(72)【発明者】

【氏名】岡本 充宏

(72)【発明者】

【氏名】池田 多賀司

(72)【発明者】

【氏名】森 一樹

(57)【要約】

【課題】肥大率を増大でき、肥大に伴う亀裂の発生を抑制でき、ランニングコストを低減可能な軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置を提供する。
【解決手段】軸材Ｗを軸方向に間隔をあけて一対のホルダ２，３によって保持し、一対のホルダ２，３の間に配置される軸材Ｗの中間部分Ｗａに軸方向の圧縮力を作用させ、且つ軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させ、中間部分Ｗａを肥大させる軸肥大加工方法であって、中間部分Ｗａの温度を軸材Ｗの青熱脆性温度域を超える温度とし、ホルダ２，３の温度をホルダ２，３の焼戻し温度域未満の温度として、中間部分Ｗａを肥大させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面に観察される凝固パターンが楕円状である軸材を前記軸材の軸方向に間隔をあけて一対のホルダによって保持し、前記一対のホルダの間に配置される前記軸材の中間部分に前記軸方向の圧縮力を作用させ、且つ前記軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させ、前記中間部分を肥大させる軸肥大加工方法であって、
前記中間部分の温度を前記軸材の青熱脆性温度域を超える温度とし、前記ホルダの温度を前記ホルダの焼戻し温度域未満の温度として、前記中間部分を肥大させる軸肥大加工方法。

【請求項2】

請求項１記載の軸肥大加工方法であって、
前記中間部分の温度を４００℃以上とし、前記ホルダの温度を５８０℃未満として、前記中間部分を肥大させる軸肥大加工方法。

【請求項3】

請求項１又は２記載の軸肥大加工方法であって、
前記中間部分の温度を４００℃以上且つ７００℃以下として、前記中間部分を肥大させる軸肥大加工方法。

【請求項4】

請求項１又は２記載の軸肥大加工方法であって、
前記中間部分の温度を前記軸材の青熱脆性温度域を超え且つ前記ホルダの焼戻し温度域未満の温度として、前記中間部分を肥大させる軸肥大加工方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項記載の軸肥大加工方法であって、
前記中間部分を肥大させる前に前記中間部分を含む前記軸材の少なくとも一部を加熱する軸肥大加工方法。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項記載の軸肥大加工方法であって、
前記中間部分を肥大させている際中に前記中間部分を加熱する軸肥大加工方法。

【請求項7】

断面に観察される凝固パターンが楕円状である軸材の軸方向に間隔をあけて配置され、前記軸材を保持する一対のホルダと、
前記一対のホルダの間に配置される前記軸材の中間部分に前記軸方向の圧縮力を作用させる加圧部と、
前記軸材の前記中間部分に前記軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させる交番負荷発生部と、
前記軸材の前記中間部分に前記圧縮力及び前記交番負荷が加えられている期間において前記軸材の前記中間部分の温度が前記軸材の青熱脆性温度域を超え、且つ前記軸材を保持している前記一対のホルダの温度が前記ホルダの焼戻し温度未満となるように、前記軸材の少なくとも一部を加熱する加熱部と、
を備える軸肥大加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸肥大加工方法及び軸肥大加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軸材の中間部分に大径部を設ける場合には、太い軸材に対する切削加工によるか、鍛造等の塑性加工による成形と切削加工による仕上げ等によるか、あるいは、軸材に別部品を溶接して接合する方法が採られていた。しかしながら、素材に切削加工を施す場合には、切削加工に手間がかかるだけでなく、材料的にも無駄が多くなるので不経済であり、さらに、長尺物の中間部分に大径部を削り出すことは難しいものであった。また、溶接にて素材に別部品を接合する方法では、溶接熱の影響を受けるといった問題点があった。

【0003】

この問題点を解決するために、軸材に回転と圧縮力及び曲げを作用させることによって軸材の中間部分を肥大させる軸肥大加工方法がある。この技術によれば、軸材の中間部分に容易に大径部を形成することができるので、従来のような切削加工あるいは溶接をする必要がなくなる。

【0004】

この従来の技術を詳しく説明すると、所定間隔に離間した一対のホルダで直線状の軸材を保持させる。そして、この軸材の軸心回りに回転を加え、その状態で、ホルダの少なくとも一方を他方に接近する方向に移動させると共に、一対のホルダのいずれかを軸線と交差する方向へ徐々に偏倚させる。これにより、曲げの外側においても常に圧縮応力が作用する条件下で回転中の軸材に圧縮力と曲げ力を作用させて、両ホルダ間の軸材に直径方向の塑性変形を生じさせる。然る後、曲げの外側においても圧縮応力が作用する条件を保ったまま、ホルダの偏倚を徐々に復元させることにより、軸材の中間部分を肥大させるものである。

【0005】

しかしながら、上記技術では軸材に曲げ及び回転を作用させる際には、圧縮力を加えると共に回転させ、曲げを行い所望の形状を得た後、曲げ戻しを行い圧縮と回転を停止するものであるため、軸材の素材が高強度鋼材や大型軸鋼材になると、高い圧縮力が必要となり、該軸肥大加工法を軸材に施す装置の大型化が不可欠となる。また、逆に低い圧縮力では所望の形状を得るまでの軸肥大加工回転回数が多くなるため時間がかかるといった問題点がある。さらには、２倍程度の肥大率（軸材の肥大された中間部分の外径／軸材の素材径）を得ることが限界であり、適用できる部品も限られたものとなっていた。

【0006】

そこで、特許文献１に記載された軸肥大加工方法では、軸肥大加工を施す前又は加工を行っている最中に、軸材が加熱されることによって軸材の変形抵抗が低下されている。これによると、僅かな圧縮力にて軸材の中間部分を肥大させることが可能となると共に、装置の大型化を回避することができる。また、軸材の塑性変形能を向上させることが可能となることから、従来以上に肥大率を増大できるようになる。

【0007】

また、特許文献２に記載された軸肥大加工方法では、軸材の青熱脆性域に加熱した場合には、青熱脆性等の影響が生じて、軸材が硬化されて変形抵抗が大きくなり、所望の肥大部を得られず、軸材に亀裂が発生する等の不具合が生じる場合があることに鑑み、軸材が青熱脆性域を超える温度に加熱されている。この特許文献２には、一例として、軸材が構造用炭素鋼ＪＩＳ－Ｓ４５Ｃからなる場合に、軸材の温度が約４００℃以下では、青熱脆性の影響により、肥大率に対して軸材を加熱することの効果がなく、軸材を５８０℃以上に加熱することによって２倍以上の肥大率が得られ、且つき裂損傷の発生も抑制されることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５－８８０６６号公報

【特許文献2】特開２００７－１６７８８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

軸肥大加工と同様にワークを塑性変形させる鍛造において、いわゆる温間鍛造では、ワークは、典型的には７００℃～８５０℃に加熱され、熱間鍛造（亜熱間鍛造を含む）では、ワークは、典型的には９５０℃以上に加熱されている。そこで、軸材を５８０℃以上に加熱して軸肥大加工を行うに際し、鍛造に倣って、軸材を温間域（７００℃～８５０℃）又は熱間域（９５０℃以上）に加熱することが考えられる。しかし、軸肥大加工において軸材に回転と圧縮力及び曲げを作用させるにあたり、軸材を保持するホルダにも荷重が作用する。そして、ホルダは、一般にダイス鋼、ハイス鋼等の工具鋼によって形成され、これらの工具鋼の焼戻し温度域は、概ね５００℃～５８０℃である。さらに、軸材とホルダとが接触している時間は、鍛造加工においてワークと金型とが接触している時間よりも比較的長い。このため、軸材が温間域又は熱間域に加熱された場合に、ホルダに焼戻しが生じてホルダの硬度が低下する虞がある。ホルダの硬度が低下すると、繰り返しの使用に対するホルダの耐久性が低下してホルダの寿命が短縮されてしまう。

【0010】

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、肥大率を増大でき、肥大に伴う亀裂の発生を抑制でき、ランニングコストを低減可能な軸肥大加工方法及び軸肥大加工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】

【0011】

本発明の一態様の軸肥大加工方法は、軸材を前記軸材の軸方向に間隔をあけて一対のホルダによって保持し、前記一対のホルダの間に配置される前記軸材の中間部分に前記軸方向の圧縮力を作用させ、且つ前記軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させ、前記中間部分を肥大させる軸肥大加工方法であって、前記中間部分の温度を前記軸材の青熱脆性温度域を超える温度とし、前記ホルダの温度を前記ホルダの焼戻し温度域未満の温度として、前記中間部分を肥大させる。

【0012】

本発明の一態様の軸肥大加工装置は、軸材の軸方向に間隔をあけて配置され、前記軸材を保持する一対のホルダと、前記一対のホルダの間に配置される前記軸材の中間部分に前記軸方向の圧縮力を作用させる加圧部と、前記軸材の前記中間部分に前記軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させる交番負荷発生部と、前記軸材の前記中間部分に前記圧縮力及び前記交番負荷が加えられている期間において前記軸材の前記中間部分の温度が前記軸材の青熱脆性温度域を超え、且つ前記軸材を保持している前記一対のホルダの温度が前記ホルダの焼戻し温度未満となるように、前記軸材の少なくとも一部を加熱する加熱部と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、肥大率を増大でき、肥大に伴う亀裂の発生を抑制でき、ランニングコストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の一例の模式図である。

【図2】炭素含有量が異なる各種鋼材の温度と引張強さとの関係を示すグラフである。

【図3】（Ａ）～（Ｅ）は、図１の軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法の一例を説明する模式図である。

【図4】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例を説明する模式図である。

【図5】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例を説明する模式図である。

【図6】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例を説明する模式図である。

【図7】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例を説明する模式図である。

【図8】実験例の所定の肥大率を得るまでに要した回転回数の計測結果及び亀裂の有無の確認結果を示すグラフである。

【図9】実験例の楕円量の評価結果を示すグラフである。

【図10】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の加熱部の一例の模式図である。

【図11】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の加熱部の他の例の模式図である。

【図12】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の加熱部の他の例の模式図である。

【図13】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の加熱部の他の例の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の一例を示す。

【0016】

図１に示す軸肥大加工装置１は、軸材Ｗの軸方向に間隔をあけて軸材Ｗをそれぞれ保持した一対のホルダ２，３を軸材Ｗの軸方向に互いに接近させることによって一対のホルダ２，３の間に配置される軸材Ｗの中間部分に軸方向の圧縮力を作用させ、且つ一対のホルダ２，３の間に配置される軸材Ｗの中間部分に軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させ、軸材Ｗの中間部分を軸方向に圧縮しながら肥大させるものである。

【0017】

ホルダ２は、軸材Ｗが配置される基準線Ａに沿って移動可能に支持台４に支持されており、並進駆動部（加圧部）５によって移動される。ホルダ２が基準線Ａに沿ってホルダ３に向けて移動されることにより、ホルダ２，３に保持された軸材Ｗの中間部分に軸方向の圧縮力が負荷され、軸材Ｗの中間部分が圧縮される。

【0018】

そして、軸肥大加工装置１は、軸材Ｗの中間部分に曲げ角度を付加して軸材Ｗを回転させることにより、軸材Ｗの中間部分に軸方向と交差する方向の交番負荷を作用させる。ホルダ３が傾動駆動部（交番負荷発生部）６によって基準線Ａに対して傾けられ、軸材Ｗの中間部分に曲げ角度が付加される。そして、軸材Ｗの中間部分に曲げ角度が付加された状態で、ホルダ３が回転駆動部（交番負荷発生部）７によって回転される。ホルダ３が回転されるのに伴い、ホルダ３に保持された軸材Ｗが回転され、軸材Ｗを保持するホルダ２もまたホルダ３及び軸材Ｗに従動して回転される。

【0019】

制御部８は、設定された加工条件に基づき、並進駆動部５及び傾動駆動部６並びに回転駆動部７を制御する。

【0020】

本発明の軸肥大加工方法では、上記の軸肥大加工の前及び／又は軸肥大加工の際中に、軸材Ｗの中間部分が加熱される。なお、中間部分だけが加熱されてもよいし、中間部分を含む軸材Ｗの全体が加熱されてもよい。

【0021】

軸材Ｗの加熱は、例えば燃焼炉、電気炉等の炉を用いて行うことができる。また、別の加熱方法として、抵抗加熱及び誘導加熱を用いることもできる。抵抗加熱は、導電性の被加熱材に電極を接触させて被加熱材に直接通電し、そのジュール熱によって被加熱材を発熱させるものである。誘導加熱は、交流電源に接続された加熱コイルを被加熱材に近接配置し、加熱コイルが発生させる交番磁束を被加熱材と錯交させることによって被加熱材の表面に渦電流を生じさせ、そのジュール熱によって被加熱材の表面を発熱させるものである。

【0022】

抵抗加熱は、一対のホルダ２，３に保持された軸材Ｗの中間部分に電極を接触させて中間部分を局所的に加熱でき、誘導加熱は、一対のホルダ２，３に保持された軸材Ｗの中間部分に加熱コイルを近接配置して中間部分を局所的に加熱でき、いずれも軸肥大加工の際中の加熱に好適に用いることができる。なかでも、軸材Ｗと非接触で加熱することができる誘導加熱が好適である。

【0023】

そして、本発明の軸肥大加工方法では、軸材Ｗの中間部分の温度が軸材Ｗの青熱脆性域を超え且つホルダ２，３の焼戻し温度域未満の温度とされて、軸材Ｗの中間部分が肥大される。

【0024】

図２は、炭素含有量が異なる各種鋼材の温度と引張強さ（応力）との関係を示す。

【0025】

図２に示すグラフは、『日本金属学会、日本鉄鋼協会編、「鉄鋼材料便覧」、第１版、丸善株式会社、１９６７年６月、ｐ．５５２』から引用したものであり、基本的には、鋼材の温度の上昇に対して鋼材の引張強さは減少する。これは、上記軸肥大加工において、軸材Ｗの温度を高くすることにより、軸材Ｗの中間部分を肥大させる際の変形抵抗を小さくできることを意味する。ただし、青熱脆性域（図示の例では概ね２００℃～４００℃の温度域）では、温度の上昇に対して引張強さは増大し、青熱脆性域を超える温度域で、温度の上昇に対して引張強さは再び減少する。

【0026】

そこで、本発明の軸肥大加工方法では、軸材Ｗの中間部分の温度が軸材Ｗの青熱脆性域を超える温度とされる。これにより、軸材Ｗの中間部分が肥大される際の変形抵抗を小さくでき、肥大率を増大させ、また、肥大に伴う亀裂の発生を抑制することができる。

【0027】

軸材Ｗとしては、機械構造用炭素鋼（例えばＪＩＳ－Ｓ４５Ｃ）や機械構造用合金鋼（例えばＪＩＳ－ＳＣｒ４２０Ｈ）等の鋼材からなる断面円形の中実丸棒又は中空丸棒が用いられ、ＪＩＳ－Ｓ４５Ｃの青熱脆性域の上端温度は４００℃弱であり、ＪＩＳ－ＳＣｒ４２０Ｈの青熱脆性域の上端温度もまた４００℃弱である。したがって、軸材Ｗの中間部分の温度は、好ましくは４００℃以上である。

【0028】

青熱脆性域を超える温度では、軸材Ｗの中間部分の温度の上昇に対して引張強さは単調に減少する。したがって、肥大率を増大させ、また、肥大に伴う亀裂の発生を抑制する観点では、軸材Ｗの中間部分の温度に上限はない。しかし、軸材Ｗからホルダ２，３への熱伝導によってホルダ２，３の温度が上昇し、ホルダ２，３の温度が焼戻し温度域に達すると、焼戻しによってホルダ２，３の硬度が低下する虞がある。そこで、本発明の軸肥大加工方法では、ホルダ２，３の温度がホルダ２，３の焼戻し温度域未満の温度とされる。これにより、焼戻しによってホルダ２，３の硬度が低下することを防止でき、ホルダ２，３の寿命を延長することができる。

【0029】

ホルダ２，３は、一般に、ダイス鋼（例えばＪＩＳ－ＳＫＤ６１）やハイス鋼（例えばＪＩＳ－ＳＫＨ５１）等の工具鋼によって形成され、ＪＩＳ－ＳＫＤ６１の焼戻し温度域は５００℃～５６０℃であり、ＪＩＳ－ＳＫＨ５１の焼戻し温度域は５６０℃～５８０℃である。したがって、ホルダ２，３の温度は、好ましくは５８０℃未満であり、さらに好ましくは５００℃未満である。

【0030】

ホルダ２，３の温度は軸材Ｗからの熱伝導によって上昇し、熱伝導の損失を考慮すれば、本発明の軸肥大加工方法における軸材Ｗの中間部分の温度の上限は、ホルダ２，３の焼戻し温度域より若干高い温度まで許容され得る。例えば、ホルダ２，３の一般的な焼戻し温度域（５００℃～５８０℃）に対して、軸材Ｗの中間部分の温度の上限は７００℃とすることができる。好ましくは、軸材Ｗの中間部分の温度の上限は、ホルダ２，３の焼戻し温度域未満であり、これにより、ホルダ２，３の温度が焼戻し温度域に達することを確実に防止できる。

【0031】

図３を参照して、軸肥大加工装置１を用いた軸肥大加工方法の一例を説明する。

【0032】

本例では、図３（Ａ）に示すように、軸材Ｗの中間部分Ｗａが、軸肥大加工の前に、加熱部９によって加熱される。なお、軸材Ｗの全体が加熱されてもよい。ここで、中間部分Ｗａの温度が、少なくとも軸肥大加工が開始される時点で軸材Ｗの青熱脆性域を超えており、好ましくは軸肥大加工の全てのプロセスが終了するまでの期間で軸材Ｗの青熱脆性域を超える温度に維持されるように、加熱後の放熱等を考慮し、さらには、軸材Ｗを保持するホルダ２，３が焼戻し温度域未満に維持されるように、軸材Ｗからホルダ２，３への熱伝導を考慮して、中間部分Ｗａ又は軸材Ｗの全体が加熱される。

【0033】

次に、図３（Ｂ）に示すように、軸材Ｗがホルダ２，３によって保持される。加工前の軸材Ｗの中間部分Ｗａの軸方向長さＬ_０は、中間部分Ｗａの外径をＤ_０として、Ｄ_０との関係において、肥大された中間部分Ｗａの軸方向長さＬ及び外径Ｄに応じて適宜決定される。

【0034】

次に、図３（Ｃ）に示すように、軸材Ｗがホルダ２，３によって保持された状態で、ホルダ２が並進駆動部５（図１参照）によって基準線Ａに沿って並進移動され、軸材Ｗの中間部分Ｗａに軸方向の圧縮力が負荷される。また、ホルダ３が傾動駆動部６（図１参照）によって基準線Ａに対して傾斜され、併せて回転駆動部７（図１参照）によって回転される。

【0035】

ホルダ２，３に保持された軸材Ｗは、中間部分Ｗａの基準線Ａ上の曲げ中心Ｏを中心に曲げられ、且つ中心軸まわりに回転される。軸材Ｗの曲げ及び回転に伴い、曲げられた中間部分Ｗａには、軸材Ｗの軸方向と交差する方向に交番負荷が加えられる。中間部分Ｗａに付加される曲げ角度θ、即ちホルダ３の基準線Ａに対する傾斜角度は、軸材Ｗの曲げが弾性限度の変形内に収まる角度とされ、軸材Ｗの材料の弾性限度によって異なるが、典型的には２°～４°程度である。

【0036】

次に、図３（Ｄ）に示すように、軸材Ｗの中間部分Ｗａは、曲げ内側が塑性流動によって膨出する。そして、軸材Ｗの圧縮及び回転に伴い、塑性流動による膨出が全周に亘って成長し、中間部分Ｗａが次第に肥大する。そして、ホルダ２，３の間隔が所定の間隔となったところで、ホルダ２の並進移動による軸材Ｗの圧縮が停止される。以上で軸材Ｗの中間部分Ｗａを肥大させるプロセスが終了する。

【0037】

次に、図３（Ｅ）に示すように、圧縮が停止された軸材Ｗには、引き続き並進駆動部５によってホルダ２，３を介して圧縮力が負荷される。そして、基準線Ａに対して傾斜されたホルダ３が再び基準線Ａに沿って配置され、軸材Ｗが曲げ戻しされる。軸材Ｗの曲げ戻しにより、肥大された中間部分（以下、肥大部という）Ｗａの厚みが全周に亘って均される。以上のプロセスを経て軸材Ｗに対する軸肥大加工は完了し、軸材Ｗの回転が停止される。この後、肥大部Ｗａに必要に応じて切削加工等が施され、肥大部Ｗａが所望の形状（例えば円柱状）に成形される。

【0038】

軸材Ｗの中間部分Ｗａが軸材Ｗの青熱脆性域を超える温度とされ、軸材Ｗの変形抵抗が小さくなっているので、肥大率を増大させることができ、例えば２倍以上の肥大率を得ることができ、また、肥大に伴う亀裂の発生を抑制することもできる。また、ホルダ２，３が焼戻し温度域未満に維持されるので、焼戻しによってホルダ２，３の硬度が低下することを防止してホルダ２，３の寿命を延長でき、ランニングコストを低減することができる。そして、ホルダ２，３を焼戻し温度域未満に維持するにあたり、軸材Ｗの中間部分Ｗａの温度の上限がホルダ２，３の焼戻し温度域より若干高い温度とされ、温間域よりも低い温度に抑制されるので、中間部分Ｗａの脱炭を抑制でき、脱炭に伴って中間部分Ｗａの表面に生成されるスケールの除去や、脱炭に起因して強度が低下した脱炭層の除去に要する削り代を縮小して材料を節約することができる。さらには、軸材Ｗの加熱に要するエネルギを節約してランニングコストを低減することができる。

【0039】

なお、図３（Ａ）～図３（Ｅ）に示した例では、軸材Ｗの中間部分Ｗａが軸肥大加工の前に加熱されるが、中間部分Ｗａが軸肥大加工の際中に加熱され、又は軸肥大加工の前及び軸肥大加工の際中に加熱されてもよい。中間部分Ｗａが軸肥大加工の際中に加熱されることにより、放熱による温度の低下を抑制して、中間部分Ｗａの温度を青熱脆性域を超える温度に確実に維持することができる。これにより、肥大率を一層増大させることができ、肥大に伴う亀裂の発生を一層抑制することができる。

【0040】

また、ホルダ３を基準線Ａに対して傾けて軸材Ｗを曲げ、そして軸材Ｗを中心軸まわりに回転させて、軸材Ｗの中間部分Ｗａに交番負荷を加えるものとして説明したが、中間部分Ｗａに交番負荷を加える方法はこれに限定されるものではない。

【0041】

図４に示す例は、軸材Ｗの曲げ及び回転によって中間部分Ｗａに交番負荷を加える点で図３（Ａ）～図３（Ｅ）に示した軸肥大加工方法と共通するが、ホルダ３を傾けることに替えて、基準線Ａと交差する方向にホルダ３をスライドさせることによって軸材Ｗを曲げるようにしたものである。

【0042】

図５に示す例は、ホルダ２によって軸材Ｗを回転不能な拘束状態に保持し、ホルダ３によって軸材Ｗを回転可能に非拘束状態に保持し、ホルダ３を基準線Ａまわりに旋回させることにより、軸材Ｗの中間部分Ｗａを曲げ、且つ曲げられた軸材Ｗの中間部分Ｗａに交番負荷を加えるようにしたものである。

【0043】

図６に示す例は、ホルダ２，３によって軸材Ｗの端部を回転不能な拘束状態に保持し、ホルダ３を基準線Ａまわりに往復回転させることにより、軸材Ｗの中間部分Ｗａに交番負荷を加えるようにしたものである。

【0044】

図７に示す例は、振動発生器ＯＳＣから軸材Ｗに曲げ又は捻り振動を与えることにより、軸材Ｗの中間部分Ｗａに交番負荷を加えるようにしたものである。

【0045】

以下、実験例について説明する。

【0046】

実験例１では、ＪＩＳ－ＳＣｒ４２０Ｈからなる軸材に対し、軸材の全体を軸肥大加工の前に電気炉で加熱し、上述した軸肥大加工装置１を用いて、圧縮力２０００ｋＮ、曲げ角度４．０°の条件で軸肥大加工を行った。ＪＩＳ－ＳＣｒ４２０Ｈの青熱脆性域の上端温度は４００℃弱である。軸材の温度（軸肥大加工開始時の温度）を種々に変えて、肥大率が３．０となるまでに要する回転回数を計測し、得られた肥大部における亀裂の有無を確認した。亀裂の有無は、染色浸透探傷剤を用いたカラーチェックによって確認した。結果を図８に示す。なお、図８において、亀裂が確認された試料は「×」で、亀裂が確認されなかった試料は「〇」で示している。

【0047】

図８に示すとおり、軸材の温度が高いほど肥大率が３．０となるまでに要する回転回数が小さくなる傾向にあり、変形抵抗が小さいことがわかる。そして、軸材の温度が４００℃未満の試料では、いずれも肥大部に亀裂が確認されたのに対し、軸材の温度が４００℃以上の試料では、いずれも肥大部に亀裂が確認されなかった。以上から、軸材の中間部分を青熱脆性域を超える温度として軸肥大加工を行うことにより、肥大率を増大させることができ、且つ肥大に伴う亀裂の発生を抑制することができることがわかる。

【0048】

次に、実験例２では、ＪＩＳ－ＳＣｒ４２０Ｈからなり且つ圧延棒鋼の断面に観察される凝固パターンが楕円状である軸材と、ＪＩＳ－ＳＣｒ４２０Ｈからなり且つ圧延棒鋼の断面に観察される凝固パターンが長方形状である軸材とに対し、実験例１と同じ加工条件で、軸材の温度（軸肥大加工開始時の温度）を種々に変えて肥大率が３．０となるまで軸肥大加工を行い、得られた肥大部の長径と短径との差である楕円量を評価した。なお、軸材の凝固パターンとは、連続鋳造圧延にて製造される軸材の鋳造時の断面形状であり、一般に、凝固パターンは軸材の塑性変形の等方性及び異方性に関連する。結果を図９に示す。

【0049】

図９に示すとおり、凝固パターンが楕円状である場合、及び長方形状である場合のいずれの場合にも、軸材の温度が高いほど楕円量が小さくなる傾向にある。すなわち、肥大化が等方的に進んでおり、このことからも軸材の温度が高いほど変形抵抗が小さく、加えて凝固パターンの影響を受け難く円周方向の変形が均一に進行することがわかる。軸肥大加工の後の切削加工によって、例えば肥大部が円柱状に加工される場合に、楕円量が小さいほど、削り代を小さくして材料の無駄を少なくできるので、経済的である。

【0050】

次に、加熱部９について説明する。

【0051】

図１０に示す例では、加熱部９は、軸材Ｗの中間部分又は中間部分を含む軸材Ｗの全体を、上記の軸肥大加工の前に加熱する。軸材Ｗの加熱方法は、炉加熱、抵抗加熱、又は誘導加熱である。加熱部９は一対のホルダ２，３に隣設されており、加熱部９にて加熱された軸材Ｗは、ロボット１０によって、加熱部９から一対のホルダ２，３に移送される。そして、軸材Ｗが一対のホルダ２，３によって保持され、一対のホルダ２，３によって保持された軸材Ｗに対して上記の軸肥大加工が施される。

【0052】

図１１に示す例では、加熱部９は、一対のホルダ２，３のうち一方のホルダによって保持された軸材Ｗの中間部分を、上記の軸肥大加工の前に、誘導加熱によって加熱する。加熱部９は螺旋状の加熱コイル１１を有する。加熱コイル１１が基準線Ａに沿って移動され、ホルダ２に保持された軸材Ｗが加熱コイル１１に挿通される。高周波の交流電流が加熱コイル１１に供給され、加熱コイル１１の内部に収容されている軸材Ｗの中間部分が誘導加熱される。なお、軸材Ｗの中間部分が加熱コイル１１の全長よりも長い場合には、加熱コイル１１が基準線Ａに沿って適宜移動される。軸材Ｗの中間部分の加熱が済んだ後、加熱コイル１１が基準線Ａに沿って移動され、軸材Ｗが加熱コイル１１から抜かれる。次に、加熱コイル１１が基準線Ａ上から退避される。そして、軸材Ｗが一対のホルダ２，３によって保持され、一対のホルダ２，３によって保持された軸材Ｗに対して上記の軸肥大加工が施される。

【0053】

図１２に示す例では、加熱部９は、一対のホルダ２，３によって保持された軸材Ｗの中間部分を、上記の軸肥大加工の前に及び／又は軸肥大加工の際中に、誘導加熱によって加熱する。加熱部９は円弧状の加熱コイル１２を有する。加熱コイル１２が、一対のホルダ２，３によって保持された軸材Ｗの中間部分に接近され、加熱コイル１２の内周面と軸材Ｗの中間部分の外周面とが対向した状態に加熱コイル１２が配置される。高周波の交流電流が加熱コイル１２に供給され、加熱コイル１２の内周面に対向している軸材Ｗの中間部分が誘導加熱される。そして、軸材Ｗが回転駆動部７（図１参照）によって回転されることにより、軸材Ｗの中間部分が全周にわたって誘導加熱される。なお、軸材Ｗの中間部分が加熱コイル１２の全長よりも長い場合には、加熱コイル１２が基準線Ａに沿って適宜移動される。また、軸材Ｗの中間部分が軸肥大加工の際中に誘導加熱される場合には、軸材Ｗの中間部分の肥大化に応じて加熱コイル１２が外径側に適宜移動される。こうして加熱される軸材Ｗに対して上記の軸肥大加工が施される。

【0054】

図１３に示す例では、加熱部９は、一対のホルダ２，３によって保持された軸材Ｗの中間部分を、上記の軸肥大加工の前に及び／又は軸肥大加工の際中に、抵抗加熱によって加熱する。加熱部９はホルダ２，３に接続される一対の電極１３，１４を有する。直流電流又は交流電流が、一対のホルダ２，３及び一対のホルダ２，３に保持された軸材Ｗの中間部分を介して一対の電極１３，１４間に流され、軸材Ｗの中間部分が抵抗加熱される。こうして加熱される軸材Ｗに対して上記の軸肥大加工が施される。

【符号の説明】

【0055】

１ 軸肥大加工装置
２ ホルダ
３ ホルダ
４ 支持台
５ 並進駆動部（加圧部）
６ 傾動駆動部（交番負荷発生部）
７ 回転駆動部（交番負荷発生部）
８ 制御部
９ 加熱部
１０ ロボット
１１ 加熱コイル
１２ 加熱コイル
１３ 電極
１４ 電極
Ａ 基準線
Ｗ 軸材
Ｗａ 中間部分（肥大部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】