JPH0475105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はリング状製品の成形方法及びその装
置に関するもので、更に詳細には、対峙する一対
のロール間に介在されて延伸成形されるトラツ
ク、バスあるいは乗用車等のように幅が広くかつ
傾斜面を持つ車両用ホイールリム等のリング状製
品の成形方法及び装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、この種のリング状製品はプレス加工、
スピニング加工あるいはリングロール加工と称せ
られる方法にて成形されている。この内、上記リ
ングロール加工は、一般に対峙する駆動ロールと
加圧ロールとの間にリング状素材を介在させ、リ
ング状素材の内周面を駆動ロールにて回転させた
状態で、加圧ロールを駆動ロール側に漸近移動し
て素材の外周面に当接させながら延伸成形する方
法として知られている。この場合、リングロール
加工においては、リング状素材の肉厚が薄くなる
程すなわちリング状素材の直径が大きくなる程成
形速度が速くなり、真円度のよい状態でかつ目標
径に精度よく成形することが難しいとされてい
る。従来の技術としては、リングロール加工の
後にプレス成形により所定の寸法、形状精度を出
し、再びリングロール加工により成形を行う方法
（特開昭60−6231号公報参照）、圧下ロールの位
置を検出してロールギヤツプすなわちホイールリ
ムの肉厚を制御する方法（特開昭56−62637号公
報、特開昭58−90339号公報参照）、あるいは、
ホイールリム径が拡大するに従つて圧下ロールの
加圧力を段階的に減圧すると共に、成形終了直前
においては僅かに延伸成形が可能な加圧力にて成
形する方法（特開昭62−263839号公報参照）等が
知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、リングロール加工とプレス加
工とを組合せる方法においては、プレス加工によ
り寸法が決定できるので、リングロール時にはホ
イールリムの幅方向端部の外径の相違はある程度
許容されることになり、ロールギヤツプの微調整
の必要はないが、加工工数が増えると共に多くの
労力及び時間を要するために量産性には向かない
という欠点がある。成形の最終段階で圧下ロー
ルの位置を検出して製品径の制御を行うものにお
いては、ロールギヤツプを制御する方法であるた
め、加圧ロールの加圧を停止した場合においても
リング状素材の弾性変形や機械自体の剛性が有限
値を持つために生ずる機械の弾性変形等により素
材は延伸成形されて実質的にロールギヤツプは変
化するため、μｍ単位の制御が必要になり、制御
が非常に難しくなるという問題がある。また、
加圧力を段階的に減圧し、成形終了直前に僅かな
加圧力で成形する方法は、先に出願人が開発した
もので、真円度及び寸法精度の向上を図れるよう
にしたものであるが、この方法のものにおいても
加圧力（油圧）の変動、材料強度の不揃い等のた
めに目標とするリング状製品の公差範囲（製品径
±0.35mm）内に加工することは困難であつた。

この発明は、上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、リング状素材の重量の
不揃い、加工中の材料の強度あるいは硬度の相違
等に対しても目標とする製品の真円度、寸法精度
が得られるようにしたことを特徴とするリング状
製品の成形方法及びその装置を提供しようとする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、第１
に、対峙するロールのうちの一方の加圧ロールが
他方のマンドレルロールに向つて漸近移動する２
つのロール間にリング状素材を介在させてリング
状素材を延伸成形するリング状製品の成形に当つ
て、成形中のリング状素材の幅方向の両端部の直
径を別個に測定してその測定値を比較し、比較さ
れた値の信号をマンドレルロール操作部に送つて
マンドレルロールの傾きを左右の直径が同一にな
るように制御すると共に、上記リング状素材の直
径が大きくなるにつれて加圧ロールの移動速度を
予め設定された加工速度基準値に沿わせて漸次遅
くなるように制御しつつリング状製品を成形する
ようにしたことを特徴とするリング状製品の成形
方法を提供し、また、第２に、対峙するロールの
うちの一方の加圧ロールが他方のマンドレルロー
ルに向つて漸近移動する２つのロール間にリング
状素材を介在させてリング状素材を延伸成形する
リング状製品の成形装置において、上記加圧ロー
ルの移動速度を制御する加圧ロール制御部と、上
記マンドレルロールの傾きを調整するマンドレル
ロール操作部と、成形中のリング素材の幅方向の
両端部の直径寸法を別個に測定する測定手段と、
この測定手段からの信号を受けて測定値を比較す
る比較演算部及び少なくとも一方の測定手段から
入力される信号を予め設定された加工速度基準値
と比較する速度制御演算部とを有する制御部とか
ら成り、上記制御部からの比較信号を上記マンド
レルロール操作部に伝達してマンドレルロールの
傾きを調整すると共に、上記制御部からの速度制
御信号を上記加圧ロール制御部に伝達して加圧ロ
ールの移動速度をリング素材の直径が大きくなる
につれて漸次遅くなるように制御することを特徴
とするリング状製品の成形装置を提供しようとす
るものである。

この発明において、移動速度調整される加圧ロ
ール及び傾き調整されるマンドレルロールは対峙
して一方が他方に向つて漸近移動するものであれ
ば、垂直方向又は水平方向に互いに相対移動する
いずれであつてもよい。

上記加圧ロール制御部は加圧ロールの移動速度
を制御するものであれば任意のものでよいが、好
ましくはサーボモータの回転をボールネジを介し
て直線移動に変換する構造のものである方がよ
い。この場合、加圧ロール制御部は加圧ロールの
加圧操作部と別個に設けてもよく、加圧操作部と
兼用させる構造のものであつてもよい。

また、上記マンドレルロール操作部はマンドレ
ルロールの傾きを調整するものであれば任意のも
のでよく、例えばロールの一例を移動する構造と
し、シリンダ装置により直接ロールの一側を移動
してもよく、あるいは、シリンダ装置からの運動
を「てこの原理」を利用してロールの位置調整に
供するようにする等任意の手段にて行うことがで
きる。

一方、上記測定手段は、リング状素材の外径寸
法を検出するものであればフオトセンサや近接ス
イツチ等任意のものであつてもよいが、好ましく
は成形中のリング状素材の外径寸法を計測すべく
リング状素材に追従当接する検出体である方がよ
い。

加えて、上記制御部は、測定手段からの信号を
受けて測定値を比較する比較演算機能と、一方の
測定手段（装置）から入力される信号あるいは２
つの測定装置から入力される信号の平均値を予め
設定された加工速度基準値と比較する速度制御演
算機能とを有するものであれば任意のものでよい
が、好ましくは比較演算部と速度制御演算部とを
具現化するマイクロコンピユータを使用する方が
よい。この場合、速度制御演算は、例えば予め実
験により求められた加工速度基準特性曲線とリン
グ状素材の直径寸法の時間的変化とを比較して両
者が整合するように加工ロールの移動速度を調整
する制御方式とすることができる。

［作用］ 上記技術的手段は次のように作用する。

対峙する加圧ロールとマンドレルロールの間に
介在されるリング状素材を延伸成形しつつ回転さ
せた状態において、測定手段にてリング状素材の
幅方向の両端部の外径寸法が検出されると共に比
較され、両者の値の差が許容範囲から外れた時に
マンドレルロール操作部に信号が送られて、マン
ドレルロールの傾きが調整されると共に、両ロー
ルの平行度が調整されて、リング状素材の幅方向
端部の外径が均一に成形される。また、リング状
素材の直径が大きくなるにつれて加圧ロールの移
動速度を予め設定された加工速度基準値に沿わせ
て制御することにより、リング状素材の重量の不
揃い、加工中の材料の強度あるいは硬度の相違に
拘らず目標とする真円度、寸法精度を有するリン
グ状製品が得られる。

［実施例］ 以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細に
説明する。

◎第一実施例 第１図はこの発明に係るリング状製品の成形装
置の第一実施例を示す正面図、第２図はその側面
図を示すものである。

この発明の成形装置は、基盤１０上に立設され
るフレーム１２の上部に突設されるシリンダブラ
ケツト１４に装着される加圧ロール昇降及び制御
用のサーボモータ１６と、このサーボモータ１６
の駆動側のボールねじ１６ａを介して昇降可能に
支持される回転機能な加圧ロール１８と、シリン
ダブラケツト１４に枢支される軸受アーム２０の
下端部とフレーム１２との間に軸受部２２，２２
を介して回転自在に支持されると共に軸受アーム
２０により位置調整可能に支持されるマンドレル
ロール２４と、垂直方向において対峙する上記加
圧ロール１８とマンドレルロール２４との間に介
在されるリング状素材Ａの外径径寸法を測定すべ
く素材Ａの左右の下端部に追従当接する２つの外
径測定装置２６，２６から成る測定手段２８と、
測定手段２８からの信号を受けて測定値を比較演
算すると共に一方の外径測定装置２６からの信号
あるいは２つの外径測定装置２６，２６からの信
号の平均値と予め設定された加工速度基準値とを
比較する制御部３０と、この制御部３０からの信
号を受けて上記マンドレルロール２４の傾き調整
を司るマンドレルロール操作部３２と、上記加圧
ロール１８に回転駆動を伝達する駆動モータ３４
とで主要部が構成されている。

上記加圧ロール１８は、サーボモータ１６のボ
ールねじ１６ａのナツト部に取付けられた加圧ロ
ールケース１３内に配設されており、そして、上
記制御部３０からの信号を受けて制御されるサー
ボモータ１６の回転がボールねじ１６ａを介して
昇降運動に変換されて昇降移動速度が制御される
ようになつている。また、この加圧ロール１８の
回転を司る加圧ロール軸１５にはユニバーサルジ
ヨイント１７及び減速機１９を介して駆動モータ
３４の出力側が連結されている。

一方、上記マンドレルロール２４は、第３図及
び第４図に示すように、フレーム１２及び軸受ア
ーム２０に対して回転可能に枢着される軸受部２
２，２２にて支持されるマンドレルロール軸２４
ａに装着されている。この場合、軸受部２２は、
ピン２１をもつてフレーム１２又は軸受アーム２
０に枢支される軸受ケーシング２３内にベアリン
グ２５を介して回転自在に内在されるテーパスリ
ーブ２７を有しており、このテーパスリーブ２７
内にマンドレルロール軸２４ａの端部に形成され
たテーパ部２４ｂが嵌挿されている。また、マン
ドレルロール軸２４ａはフレーム１２側において
押え板２９と固定ボルト２９ａ及び２９ｂによつ
てテーパスリーブ２７と連結され、また、軸受ア
ーム２０側においてテーパスリーブ２７とは係脱
可能に嵌合されている。なお、マンドレルロール
２４は、マンドレルロール軸２４ａと一体に作つ
てもよいことは勿論である。

上記軸受アーム２０は、シリンダブラケツト１
４に枢着される支点軸３６によつて垂直方向に回
転可能に軸支されており、その上端部には上記フ
レーム１２の上端面に立設された移動軸受シリン
ダ用ブラケツト３１にピン３３をもつて揺動可能
に支持される油圧式の移動軸受用シリンダ３８の
ピストンロツド３８ａがジヨイントピン３８ｂを
介して連結され、移動軸受用シリンダ３８の伸縮
動作によつて軸受アーム２０が成形時の使用位置
とリング状素材Ａの取外し時の不使用位置とに開
閉されるようになつている。また、軸受アーム２
０の下端部には、マンドレルロール軸２４ａに係
脱可能に連結するマンドレルロール軸駆動用モー
タ３５をラチエツト機構３７を介して装着されい
る。

一方、上記マンドレルロール操作部３２は、上
記支点軸３６の同軸上に形成される偏心部（図示
せず）から上方に向つて突設されるリフトアーム
４０と、このリフトアーム４０の回転を司る油圧
式のパワーシリンダ４２とで構成されている。こ
の場合、パワーシリンダ４２は、上記フレーム１
２の上端面に立設されたパワーシリンダ用ブラケ
ツト４１にピン４３をもつて揺動可能に支持さ
れ、ピストンロツド４２ａがジヨイントピン４２
ｂを介してリフトアーム４０の上端部に連結され
ている。したがつて、パワーシリンダ４２の伸縮
動作によつてリフトアーム４０が回転すると、リ
フトアーム４０と偏心部とにおける「てこの原
理」によつて軸受アーム２０が垂直方向に移動し
得るようになつている。ここで、リフトアーム４
０の支点軸３６とパワーシリンダ４２の枢支部と
の距離を50mmとし、偏心部の偏心量を１mmとする
と、パワーシリンダ４２のピストンロツド４２ａ
が50mm移動するのに対し、軸受アーム２０が１mm
移動して、マンドレルロール２４の位置調整が行
えるようになつている。この場合、パワーシリン
ダ４２はモータ４４の回転を直線運動に変える機
構（図示せず）を有すると共に、その伸縮移動量
を正確にすべく台形ねじ（図示せず）を使用して
いる。

なお、上記マンドレルロール２４の両側方のフ
レーム１２の側部には、リング状素材Ａの水平及
び垂直方向の振れを防止する一対の側方支持ロー
ル５０，５０が径の変化に追従可能に配設されて
いる。

上記測定手段２８は、上記加圧ロール１８とマ
ンドレルロール２４との間に介在されて延伸成形
されるリング状素材Ａの下端両側の測定位置に当
接される測定ロール２６ａと、この測定ロール２
６ａを回転可能に支承する一対のブラケツト２６
ｂ，２６ｂとを立設する支持板２６ｃと、この支
持板２６ｃを垂直方向に移動可能に支持する垂直
移動シリンダ２６ｄとから成る２つの測定装置２
６，２６とで構成されており、上記垂直移動シリ
ンダ２６ｄに所定の空気圧を付与することによ
り、測定ロール２６ａがリング状素材Ａの延伸成
形による垂直変位に追従できるようになつてい
る。このように構成される測定手段２８のデータ
は制御手段である制御部３０にて比較演算され、
その信号が上記マンドレルロール操作部３２のパ
ワーシリンダ４２のモータ４４に電気的に伝達さ
れるようになつている。

一方、上記制御部３０は、測定手段２８の両外
径測定装置２６，２６からの信号を受けて測定値
を比較演算する比較演算部と一方の外径測定装置
２６からの信号あるいは２つの外径測定装置２
６，２６から入力される信号の平均値と予め設定
された加工速度基準値とを比較する速度制御演算
部とを有するマイクロコンピユータにて形成され
ており、比較演算部からの信号をマンドレルロー
ル操作部３２に送り、また、速度制御演算部から
の信号をサーボモータ１６に送るようになつてい
る。

上記のように構成される装置によつて、リング
状製品を成形するには、まず、移動軸受用シリン
ダ３８を収縮して軸受アーム２０を開放してマン
ドレルロール２４にリング状素材Ａを挿入した
後、移動軸受用シリンダ３８を伸長して軸受アー
ム２０を閉じる。次に、駆動モータ３４を駆動し
て加圧ロール１８を駆動すると同時に、加圧ロー
ル操作用サーボモータ１６を回転すると、ボール
ねじ１６ａを介して加圧ロール１８が下降｛無負
荷（加工開始前）15〜30mm／sec、加工開始時１
〜２mm／sec｝してリング状素材Ａの外周面に当
接し、マンドレルロール２４との間でリング状素
材Ａの回転延伸を行う。この際、駆動開始時にマ
ンドレルロール軸駆動用モータ３５を駆動してラ
チエツト機構３７を介してマンドレルロール２４
を補助的に駆動することにより、始動時の運転が
スムースになる。この場合、加圧ロール１８の回
転によるマンドレルロール２４の回転速度が、マ
ンドレル軸駆動用モータ３５による回転速度より
速くなると、ラチエツト機構３７によりマンドレ
ル軸駆動用モータ３５からの動力は伝達せずに空
回りする。また、マンドレルロール軸駆動用モー
タ３５も図示しないタイマによつて一定時間後停
止するようになつている。

加圧ロール１８とマンドレルロール２４の回転
により素材Ａが延伸成形される状態において、測
定手段２８によつて素材Ａの左右の外径寸法が測
定され、その測定値が制御手段３０にて比較演算
されて、左右において許容差以上の変位差がある
と、その信号がパワーシリンダ４２のモータ４４
に伝達され、パワーシリンダ４２の作動により軸
受アーム２０を介してマンドレルロール２４の傾
きが調整される。例えば、第２図において、左側
の外径が大きい場合には、左側が多く圧下されて
いるので、左側の加圧ロール１８とマンドレルロ
ール２４間の寸法を広くする信号すなわち軸受ア
ーム２０を下げる作動が指令されて、パワーシリ
ンダ４２は収縮動作する。また、逆に左側の外径
が小さい場合には、左側の加圧ロール１８とマン
ドレルロール２４間の寸法を狭くする信号すなわ
ち軸受アーム２０を上げる作動が指令されて、パ
ワーシリンダ４２は伸長する。この場合、移動軸
受アーム２０が下へ移動した場合は、油圧力によ
り移動軸受シリンダ３８のピストンロツド３８ａ
が軸受アーム２０側に押圧される。また、逆に軸
受アーム２０が上に移動した場合には、軸受アー
ム２０からの圧力が移動軸受用シリンダの油圧に
勝るので、移動軸受用シリンダ３８内のピストン
ロツド３８ａが引込むことになり、結局、油圧系
統全体の中で加圧力は吸収される。したがつて、
軸受アーム２０及びマンドレルロール２４の位置
の移動は、移動軸受用シリンダ３８のピストンロ
ツド３８ａの移動と移動軸受用シリンダ３８がピ
ン３３によつて枢着されていることによる回転角
によつて吸収されることになる。

また、上記制御部３０は、測定手段２８の２つ
の外径測定装置２６，２６からの信号を受けると
共にその一方の信号あるいは２つの信号の平均値
を予め設定された加工速度基準値と比較して、リ
ング状素材Ａの直径が大きくなつた場合にその信
号を加圧ロール制御用サーボモータ１６に送つ
て、このサーボモータ１６の回転を遅くすると共
に、加圧ロール１８の移動速度を遅くして、リン
グ状素材Ａの成形を行う。この場合、加工速度基
準値は、予め実験によつて得られたデータに基づ
いて得られるもので、例えばリング状素材Ａ
（JIS5154のアルミニウム合金）を呼び径406.4mm
（外径442.4mm）に成形する場合は、第５図に示す
ように加工速度基準特性曲線と外径測定装置２
６，２６からの信号（どちらか一方の信号あるい
は両者の平均値）により求められる実際の加工速
度曲線とが整合するように加圧ロール１８の移動
速度を制御するようになつている。具体的には、
目標直径の90〜95％を過ぎた時点で移動速度の制
御が開始され、その速度を成形終了直前において
0.2〜0.1mm／sec（リング状素材Ａの直径に対して
４／10000〜２／10000）とする。なお、加圧ロー
ル１８の移動速度は製品の直径、肉厚等によつて
影響を受けるので、それぞれの製品に対して加工
速度基準値である特性曲線を予め用意しておく必
要がある。

上記のようにしてリング状素材Ａを成形するに
はリング状素材Ａを複数段階に分けてリング状製
品を成形すると共に、最終段階において加圧ロー
ル１８の移動速度を制御すれば目標とする精度寸
法が得られるが、好ましくは各段階において加圧
ロール１８の移動速度を制御することにより、一
層寸法精度のよい製品を得ることが可能になる。
例えば、外径：192mm、肉厚：11.5mm、幅：254mm
のリング状素材Ａを呼び径：406.4mm、幅：203.2
mmの製品に仕上げるには、以下のようにして成形
する。

第１段階：外径を約290mmに成形する。

第２段階：外径を約380mmに成形する。

第３段階（最終段階）：呼び径406.4mmに仕上げ
る。

◎第二実施例 第６図及び第７図はこの発明の成形装置の第二
実施例を示す平面図及びその正面図で、加圧ロー
ルとマンドレルロールとを水平方向に対峙させる
と共に、マンドレルロールの傾き調整を可能にし
た場合である。すなわち、基盤１０上に立設され
るフレーム１２の側部から上方に向つて突設され
たシリンダブラケツト１４に装着される加圧ロー
ル制御用サーボモータ１６のボールねじ１６ａに
加圧ロールケース１３を介して加圧ロール１８を
水平方向に回転可能に形成し、シリンダブラケツ
ト１４に枢支される軸受アーム２０の自由端部と
フレーム１２との間に軸受部２２，２２を介して
マンドレルロール２４を水平方向に回転自在に支
持すると共に、軸受アーム２０により傾き調整を
可能に支持し、そして、水平方向において対峙す
る上記加圧ロール１８とマンドレルロール２４と
の間にリング状素材Ａを介在させて、延伸加工す
るようにした場合である。この場合、リング状素
材Ａを水平状態に支持する必要があるので、フレ
ーム１２の測定手段２８側下部に素材Ａの下端を
支持する一対の支持ロール５２，５２を配設する
と共に、マンドレルロール２４に関して支持ロー
ル５２，５２と直交する方向の対称位置に側方支
持ロール５０，５０を配設する。なおこの場合、
支持ロール５２と側方支持ロール５０はリング状
素材Ａの形状、寸法に対応して移動調整可能に形
成されている。

なお、第二実施例においてその他の部分は基本
的には上記第一実施例と同様であるので、同一部
分には同一符号を付してその説明は省略する。

［発明の効果］ この発明は、上記のように構成されているの
で、以下のような効果が得られる。

(1) リング状素材の幅方向の両端部の外径直径の
差分に応じてマンドレルロールの傾きを調整す
るので、リング状製品の左右の直径が同一に成
形できる。

(2) 成形されるリング状素材の重量、強度、硬度
及び目標直径に最適な設定度基準値に沿つてリ
ング状素材の直径が大きくなるにつれて加工速
度が漸次遅くなるように制御するので、素材重
量、強度等の不揃いなものに対しても、その誤
差を吸収することができ、真円度及び寸法精度
のよいリング状製品を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るリング状製品の成形装
置の第一実施例を示す正面図、第２図はその側面
図、第３図は第一実施例におけるマンドレルロー
ルの取付け状態を示す要部断面図、第４図はマン
ドレルロールの要部を示す斜視図、第５図はこの
発明におけるリング状素材の直径と加工時間との
関係を示す特性曲線図、第６図はこの発明の第二
実施例を示す平面図、第７図はその正面図であ
る。 符号説明、１６……加圧ロール制御用サーボモ
ータ、１６ａ……ボールねじ、１８……加圧ロー
ル、２０……軸受アーム、２１……ピン、２２…
…軸受部、２４……マンドレルロール、２６……
外径測定装置、２８……測定手段、３０……制御
部、３２……マンドレルロール操作部、３８……
移動軸受用シリンダ、３９……位置調整用シリン
ダ、４０……リフトアーム、４２……パワーシリ
ンダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対峙するロールのうちの一方の加圧ロールが
   他方のマンドレルロールに向つて漸近移動する２
   つのロール間にリング状素材を介在させてリング
   状素材を延伸成形するリング状製品の成形に当つ
   て、成形中のリング状素材の幅方向の両端部の直
   径を別個に測定してその測定値を比較し、比較さ
   れた値の信号をマンドレルロール操作部に送つて
   マンドレルロールの傾きを左右の直径が同一にな
   るように制御すると共に、上記リング状素材の直
   径が大きくなるにつれて加圧ロールの移動速度を
   予め設定された加工速度基準値に沿わせて漸次遅
   くなるように制御しつつリング状製品を成形する
   ようにしたことを特徴とするリング状製品の成形
   方法。 ２ 対峙するロールのうちの一方の加圧ロールが
   他方のマンドレルロールに向つて漸近移動する２
   つのロール間にリング状素材を介在させてリング
   状素材を延伸成形するリング状製品の成形装置に
   おいて、上記加圧ロールの移動速度を制御する加
   圧ロール制御部と、上記マンドレルロールの傾き
   を調整するマンドレルロール操作部と、成形中の
   リング素材の幅方向の両端部の直径寸法を別個に
   測定する測定手段と、この測定手段からの信号を
   受けて測定値を比較する比較演算部及び少なくと
   も一方の測定手段から入力される信号を予め設定
   された加工速度基準値と比較する速度制御演算部
   とを有する制御部とから成り、上記制御部からの
   比較信号を上記マンドレルロール操作部に伝達し
   てマンドレルロールの傾きを調整すると共に、上
   記制御部からの速度制御信号を上記加圧ロール制
   御部に伝達して加圧ロールの移動速度をリング素
   材の直径が大きくなるにつれて漸次遅くなるよう
   に制御することを特徴とするリング状製品の成形
   装置。