WO2015098044A1

WO2015098044A1 - スピニング成形装置

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Publication number: WO2015098044A1
Application number: PCT/JP2014/006279
Authority: WO
Inventors: 雄斗坂根; 嘉秀今村; 恒平三上; 勇人岩崎; 博北野
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2016-06-24
Also published as: JP6259656B2; JP2015120184A; KR101852095B1; TW201536445A; EP3095535A1; EP3446802A1; CN105764626B; EP3446802B1; CN105764626A; EP3095535A4; US10092939B2; KR20160091407A; TWI568517B; US20160325335A1; EP3095535B1

Abstract

　一つの側面からのスピニング成形装置では、回転軸に、成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具が取り付けられ、板材における変形対象部位が、加工具により押圧されるとともに、誘導加熱を行う加熱器により局所的に加熱される。加熱器は、内部に冷却液が流れる電通管であって、回転軸の周方向に延びる、板材に沿った二重円弧状のコイル部、およびコイル部から回転軸の径方向外向きに延びる一対のリード部を有する電通管を含む。一対のリード部は、コイル部側の端部で、コイル部よりも板材から遠ざかるように後退している。

Description

スピニング成形装置

　本発明は、板材を回転させながら所望の形状に成形するスピニング成形装置に関する。

　従来から、板材を回転させながらその板材に加工具を押圧して当該板材を変形させるスピニング成形装置が知られている。このようなスピニング成形装置は通常は回転軸に取り付けられたマンドレル（成形型）を有し、板材が加工具によってマンドレルに押し付けられることにより成形が行われる。

　近年では、板材を局所的に加熱しながらスピニング成形を行うスピニング成形装置が提案されている。例えば、特許文献１には、チタン合金用のスピニング成形装置として、板材におけるヘラ（加工具）によってマンドレルに押し付けられる部位を高周波誘導加熱により加熱するスピニング成形装置が開示されている。

特開２０１１－２１８４２７号公報

　ところで、本発明の発明者らは、誘導加熱によって板材を局所的に加熱すれば、マンドレルを用いなくても、板材を大気中で最終形状に合わせて変形できることを見出した。このような観点から、本件出願の出願人は、本件出願に先立つ出願（特願２０１２－１７８２６９号）において、マンドレルの代わりに、板材の中心部を支持する受け治具を用いたスピニング成形装置を提案した。このスピニング成形装置では、板材における変形対象部位が、受け治具から離れた位置で、加熱器によって加熱されるとともに加工具によって押圧される。

　さらに、本発明の発明者らは、上記の受け治具を用いたスピニング成形装置に好適な加熱器として、二重円弧状のコイル部を有する加熱器を考え出した。コイル部は、内部に冷却液が流れる電通管の一部分であり、電通管を通じた冷却液の循環によって電通管に大電流を流すことが可能となっている。このようなスピニング成形装置では、板材と加熱器とを非接触状態に保つ必要がある。

　そこで、本発明は、板材と加熱器との接触を防止することができるスピニング成形装置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、本発明は、１つの側面から、成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具と、前記受け治具が取り付けられた回転軸と、前記板材における変形対象部位を押圧して前記板材を変形させる加工具と、前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する加熱器と、を備え、前記加熱器は、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部、および前記コイル部から前記回転軸の径方向外向きに延びる一対のリード部を有する電通管を含み、前記一対のリード部は、前記コイル部側の端部で、前記コイル部よりも前記板材から遠ざかるように後退している、スピニング成形装置を提供する。

　また、本発明は、別の側面から、成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具と、前記受け治具が取り付けられた回転軸と、前記板材における変形対象部位を押圧して前記板材を変形させる加工具と、前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器と、を備え、前記表側加熱器は、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を有する電通管と、前記コイル部の内側円弧部を前記板材と反対側から覆う第１コアと、前記コイル部の外側円弧部を前記板材と反対側から覆う第２コアと、を含み、前記第１コアにおける前記内側円弧部の径方向内側に位置する内壁部が、先端に向かって細くなる形状を有する、または第１コアにおける前記内側円弧部の径方向外側に位置する外壁部よりも細くなっている、スピニング成形装置を提供する。

　また、本発明は、さらに別の側面から、成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具と、前記受け治具が取り付けられた回転軸と、前記板材における変形対象部位を押圧して前記板材を変形させる加工具と、前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器と、前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器と、前記表側加熱器および前記裏側加熱器を前記回転軸の軸方向に移動させる軸方向移動機構と、前記裏側加熱器を前記回転軸の径方向に移動させる第１径方向移動機構と、前記表側加熱器を前記裏側加熱器よりも速い速度で前記回転軸の径方向に移動させる第２径方向移動機構と、を備え、前記表側加熱器および前記裏側加熱器のそれぞれは、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を有する電通管と、前記コイル部の内側円弧部を前記板材と反対側から覆う第１コアと、前記コイル部の外側円弧部を前記板材と反対側から覆う第２コアと、を含む、スピニング成形装置を提供する。

　本発明によれば、板材と加熱器との接触を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係るスピニング成形装置の概略構成図である。第１実施形態における表側加熱器および裏側加熱器の断面側面図である。図２の一部を拡大した図である。図２のIV－IV線に沿った位置での表側加熱器の平面図である。図２のV－V線に沿った位置での表側加熱器の平面図である。第１実施形態の変形例における表側加熱器および裏側加熱器の断面側面図である。第１実施形態の別の変形例における表側加熱器および裏側加熱器の断面側面図である。第１実施形態のさらに別の変形例における表側加熱器および裏側加熱器の拡大断面側面図である。本発明の第２実施形態に係るスピニング成形装置の概略構成図である。第２実施形態における表側加熱器の断面側面図である。図１０の一部を拡大した図である。図１０のXII－XII線に沿った位置での表側加熱器の平面図である。第２実施形態の変形例における表側加熱器の拡大断面側面図である。第２実施形態の別の変形例における表側加熱器の拡大断面側面図である。本発明の第３実施形態に係るスピニング成形装置の概略構成図である。成形開始位置および成形終了位置と表側加熱器のコイル部との位置関係を示す図である。

　以下、本発明の実施形態として、第１～第３実施形態を説明する。

　板材と加熱器とが接触する態様としては、例えば、以下の態様が考えられる。例えば、板材における変形対象部位を加熱する加熱器は、コイル部から回転軸の径方向外向きに延びる一対のリード部を有するように構成され得る。

　マンドレルを用いた従来のスピニング成形装置は、通常は加熱器を具備しない。しかも、加工具によって板材の変形対象部位がマンドレルに押し付けられるため、板材の周縁部の変形を気にする必要はない。これに対し、加工具によって板材が押し付けられない受け治具、換言すれば成形面を有しない受け治具を用いた場合には、変形対象部位が空中に浮いた状態で板材の加工が行われる。従って、加熱器を具備するスピニング成形装置において受け治具を用いた場合には、板材の周縁部の変形が問題となる。すなわち、板材の周縁部が変形すると、板材が上述した一対のリード部と接触するおそれがある。

　第１実施形態は、板材とリード部との接触を防止することを主な目的とするものである。

　また、板材と加熱器とが接触する態様としては、例えば、以下の態様も考えられる。スピニング成形装置では、加工具が、回転軸の径方向外向きに移動させられながら、板材の変形対象部位を回転軸の軸方向に押圧する。すなわち、変形対象部位が径方向外側に推移するにつれて、変形対象部位の直ぐ内側に形成される円錐状部分（いわゆる、成形直後部分）は、しだいにその直径を大きくする。これに対し、変形対象部位を加熱する加熱器のコイル部の半径は通常は一定である。

　加熱器は、一般的に、コイル部を板材と反対側から覆う、磁束を集約するためのコアを有する。従って、加熱器が加工具と同じ側に配置されている場合、板材の成形直後部分が加熱器のコアに接触するおそれがある。

　第２および第３実施形態は、板材の成形直後部分とコアとの接触を防止することを主な目的とするものである。

　以下、第１～第３実施形態を詳細に説明する。

　（第１実施形態）
　図１に、本発明の第１実施形態に係るスピニング成形装置１Ａを示す。このスピニング成形装置１Ａは、回転軸２１と、回転軸２１に取り付けられた受け治具２２と、固定治具３１を備えている。受け治具２２は、成形されるべき板材９の中心部９１を支持し、固定治具３１は、受け治具２２と共に板材９を挟持する。さらに、スピニング成形装置１Ａは、板材９における回転軸２１の軸心２０から所定距離Ｒだけ離れた変形対象部位９２を誘導加熱により局所的に加熱する表側加熱器５および裏側加熱器４と、変形対象部位９２を押圧して板材９を変形させる加工具８を備えている。

　例えば、図１６に示すように、変形対象部位９２は、所定距離Ｒが徐々に大きくなるように、成形開始位置Ｐｓから成形終了位置Ｐｆまで推移する。

　図１に戻って、回転軸２１の軸方向（軸心２０が延びる方向）は、本実施形態では鉛直方向である。ただし、回転軸２１の軸方向は、水平方向や斜め方向であってもよい。回転軸２１の下部は基台１１に支持されており、基台１１内には回転軸２１を回転させるモータ（図示せず）が配置されている。回転軸２１の上面はフラットであり、この上面に受け治具２２が固定されている。

　板材９は、例えばフラットな円形状の板である。ただし、板材９の形状は、多角形状や楕円状であってもよい。また、板材９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９１の厚さが周縁部９３の厚さよりも厚かったり、全体または一部が予めテーパー状に加工されたりしてもよい。板材９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。

　受け治具２２は、板材９における成形開始位置Ｐｓによって規定される円に収まるサイズを有している。例えば、受け治具２２が円盤状である場合は、受け治具２２の直径は、板材９における成形開始位置Ｐｓによって規定される円の直径以下である。また、従来のマンドレルと異なり、板材９は、受け治具２２の径方向外向きの側面に押し付けられて変形されることはない。

　固定治具３１は、加圧ロッド３２に取り付けられている。加圧ロッド３２は、駆動部３３によって上下方向に駆動されることにより、固定治具３１を介して板材９を受け治具２２に押し付ける。例えば、加圧ロッド３２および駆動部３３は油圧シリンダであり、回転軸２１の上方に配置されたフレーム１２に駆動部３３が固定され、駆動部３３には加圧ロッド３２を回転可能に支持するベアリングが内蔵される。

　なお、加圧ロッド３２および駆動部３３は必ずしも必要ではない。例えば、固定治具３１は、ボルトやクランプなどの締結部材によって板材９と共に受け治具２２に固定されてもよい。あるいは、固定治具３１を省略し、例えばボルトによって板材９を受け治具２２に直接的に固定してもよい。

　本実施形態では、板材９の変形対象部位９２を押圧する加工具８が板材９の上方に配置され、加工具８によって板材９が受け治具２２を収容するような下向きに開口する形状に加工される。すなわち、板材９の上面が表面であり、板材９の下面が裏面である。ただし、加工具８が板材９の下方に配置され、加工具８によって板材９が固定治具３１を収容するような上向きに開口する形状に加工されてもよい。すなわち、板材９の下面が表面であり、板材９の上面が裏面であってもよい。

　加工具８は、径方向移動機構１４により回転軸２１の径方向に移動させられるとともに、軸方向移動機構１３により径方向移動機構１４を介して回転軸２１の軸方向に移動させられる。軸方向移動機構１３は、上述した基台１１とフレーム１２を橋架するように延びている。本実施形態では、加工具８として、板材９の回転に追従して回転するローラが用いられている。ただし、加工具８は、ローラに限定されず、例えばヘラであってもよい。

　表側加熱器５は、板材９に対して加工具８と同じ側に配置されており、裏側加熱器４は、板材９を挟んで加工具８と反対側に配置されている。本実施形態では、表側加熱器５および裏側加熱器４が同一のヒートステーション６に連結されている。表側加熱器５および裏側加熱器４は、回転軸２１の軸方向で互いに対向するように配置されており、ヒートステーション６は、回転軸２１の径方向において加熱器５，４の外側に配置されている。表側加熱器５および裏側加熱器４は、ヒートステーション６を介して径方向移動機構１６により回転軸２１の径方向に移動させられるとともに、軸方向移動機構１５により径方向移動機構１６を介して回転軸２１の軸方向に移動させられる。軸方向移動機構１５は、上述した基台１１とフレーム１２を橋架するように延びている。

　例えば、表側加熱器５および裏側加熱器４のどちらか一方には、板材９の変形対象部位９２までの距離を計測する変位計（図示せず）が取り付けられる。表側加熱器５および裏側加熱器４は、その変位計の計測値が一定となるように、回転軸２１の軸方向および径方向に移動させられる。

　表側加熱器５および裏側加熱器４と加工具８との相対位置は、それらが回転軸２１の軸心２０を中心とするほぼ同一円周上に位置している限り、特に限定されるものではない。例えば、表側加熱器５および裏側加熱器４は、回転軸２１の周方向に加工具８から１８０度離れていてもよい。

　次に、図２～図５を参照して、表側加熱器５および裏側加熱器４の構成を詳細に説明する。

　表側加熱器５および裏側加熱器４が連結されたヒートステーション６は、箱状の本体６０と、本体６０における回転軸２１に対向する側面に固定された一対の接続箱６１，６２を含む。本体６０の内部には、交流電源回路が形成されている。接続箱６１，６２は、導電性の部材からなり、絶縁板７２を挟んで互いに隣接している。接続箱６１，６２のそれぞれは、本体６０内の電源回路と電気的に接続されている。本実施形態では、接続箱６１，６２が、表側加熱器５と裏側加熱器４に跨るように鉛直方向に延びている。

　接続箱６１，６２同士は、後述する表側加熱器５の電通管５１および裏側加熱器４の電通管４１を介して電気的に接続される。すなわち、接続箱６１，６２の一方から他方へ、電通管５１，４１を通じて交流電流が流される。交流電流の周波数は、特に限定されるものではないが、５ｋ～４００ｋＨｚの高周波数であることが望ましい。すなわち、表側加熱器５および裏側加熱器４による誘導加熱は、高周波誘導加熱であることが望ましい。

　また、接続箱６１，６２には、冷却液ポート６３，６４がそれぞれ設けられている。そして、接続箱６１，６２の一方の内部には冷却液ポート（６３または６４）を通じて冷却液が供給され、この冷却液が後述する電通管５１，４１を循環した後に、接続箱６１，６２の他方の内部から冷却液ポート（６４または６３）を通じて排出される。このような電通管５１，４１を通じた冷却液の循環により、電通管５１，４１に大電流（例えば、１０００～４０００Ａ）を流すことが可能となっている。

　表側加熱器５は、内部に冷却液が流れる電通管５１と、支持板５０を含む。電通管５１の断面形状は、本実施形態では正方形状であるが、その他の形状（例えば、円形状）であってもよい。支持板５０は、例えば、耐熱性の材料（例えば、セラミック繊維系材料）からなり、図略の絶縁部材を介して電通管５１を支持する。また、支持板５０は、図略の絶縁部材を介してヒートステーション６の本体６０に固定される。なお、支持板５０を絶縁性の樹脂で構成することも可能である。この場合は、支持板５０が電通管５１を直接的に支持していてもよいし、支持板５０がヒートステーション６の本体６０に直接的に固定されてもよい。

　電通管５１は、回転軸２１の周方向に延びる、板材９に沿った二重円弧状のコイル部５４と、コイル部５４から回転軸２１の径方向外向きに延びる一対のリード部５２，５３を有する。一対のリード部５２，５３は、回転軸２１の軸心２０と垂直な面（本実施形態では、水平面）上で互いに平行であり、コイル部５４の略中央から延びている。すなわち、コイル部５４は、１つの内側円弧部５５と、リード部５２，５３の両側に広がる２つの外側円弧部５６を含む。内側円弧部５５と外側円弧部５６は、回転軸２１の径方向に互いに離間している。コイル部５４の開き角度（両端部間の角度）は、例えば６０～１２０度である。

　一方（図４でヒートステーション６から回転軸２１に向かって左側）のリード部５２は、上述した接続箱６１につながっており、リード部５２の内部が接続箱６１の内部と連通している。他方（ヒートステーション６から回転軸２１に向かって右側）のリード部５３は、中継管７１につながっている。

　また、表側加熱器５は、コイル部５４の内側円弧部５５を板材９と反対側から覆う１つの第１コア５７と、外側円弧部５６を板材９と反対側から覆う２つの第２コア５８を含む。第１コア５７および第２コア５８は、内側円弧部５５および外側円弧部５６の周囲に発生する磁束を集約するためのものであり、第１コア５７と第２コア５８の間には僅かな隙間が確保されている。第１コア５７および第２コア５８は、図略の絶縁部材を介して支持板５０に支持されている。第１コア５７および第２コア５８は、例えば、金属磁性粉末が樹脂中に分散されたものである。あるいは、第１コア５７および第２コア５８は、フェライトやケイ素鋼などからなっていてもよい。

　リード部５２，５３は、コイル部５４側の端部で、コイル部５４よりも板材９から遠ざかるように後退している。換言すれば、リード部５２，５３における回転軸２１の径方向に平行な部分とコイル部５４との間には段差が形成されている。本実施形態では、リード部５２，５３は、コア５７，５８の溝底（円弧部（５５または５６）と支持板５０の間の部分）の厚さ分だけ、回転軸２１の軸方向に後退している。すなわち、リード部５２，５３のコイル部５４側の端部は、外側円弧部５６の中央側端部から上方に延びた後に水平方向に９０度に折れ曲がっている。

　ただし、リード部５２，５３が後退する形状はこれに限られるものではない。例えば、リード部５２，５３のコイル部５４側の端部は、外側円弧部５６の中央側端部から斜め上向きに延びた後に水平方向に折れ曲がっていてもよい。

　裏側加熱器４は、内部に冷却液が流れる電通管４１と、支持板４０を含む。電通管４１の断面形状は、本実施形態では正方形状であるが、その他の形状（例えば、円形状）であってもよい。支持板４０は、例えば、耐熱性の材料（例えば、セラミック繊維系材料）からなり、図略の絶縁部材を介して電通管４１を支持する。また、支持板４０は、図略の絶縁部材を介してヒートステーション６の本体６０に固定される。なお、支持板４０を絶縁性の樹脂で構成することも可能である。この場合は、支持板４０が電通管４１を直接的に支持していてもよいし、ヒートステーション６の本体６０に直接的に固定されてもよい。

　電通管４１は、回転軸２１の周方向に延びる、板材９に沿った二重円弧状のコイル部４４と、コイル部４４から回転軸２１の径方向外向きに延びる一対のリード部４２，４３を有する。一対のリード部４２，４３は、回転軸２１の軸心２０と垂直な面（本実施形態では、水平面）上で互いに平行であり、コイル部４４の略中央から延びている。すなわち、コイル部４４は、１つの内側円弧部４５と、リード部４２，４３の両側に広がる２つの外側円弧部４６を含む。内側円弧部４５と外側円弧部４６は、回転軸２１の径方向に互いに離間している。コイル部４４の開き角度（両端部間の角度）は、例えば６０～１２０度である。

　一方（図５でヒートステーション６から回転軸２１に向かって右側）のリード部４２は、上述した接続箱６２につながっており、リード部４２の内部が接続箱６２の内部と連通している。他方（ヒートステーション６から回転軸２１に向かって左側）のリード部４３は、中継管７１につながっている。

　また、裏側加熱器４は、コイル部４４の内側円弧部４５を板材９と反対側から覆う１つの第１コア４７と、外側円弧部４６を板材９と反対側から覆う２つの第２コア４８を含む。第１コア４７および第２コア４８は、内側円弧部４５および外側円弧部４６の周囲に発生する磁束を集約するためのものであり、第１コア４７と第２コア４８の間には僅かな隙間が確保されている。第１コア４７および第２コア４８は、図略の絶縁部材を介して支持板４０に支持されている。第１コア４７および第２コア４８は、例えば、金属磁性粉末が樹脂中に分散されたものである。あるいは、第１コア４７および第２コア４８は、フェライトやケイ素鋼などからなっていてもよい。

　リード部４２，４３は、コイル部４４側の端部で、コイル部４４よりも板材９から遠ざかるように後退している。換言すれば、リード部４２，４３における回転軸２１の径方向に平行な部分とコイル部４４との間には段差が形成されている。本実施形態では、リード部４２，４３は、コア４７，４８の溝底（円弧部（４５または４６）と支持板４０の間の部分）の厚さ分だけ、回転軸２１の軸方向に後退している。すなわち、リード部４２，４３のコイル部４４側の端部は、外側円弧部４６の中央側端部から下方に延びた後に水平方向に９０度に折れ曲がっている。

　ただし、リード部４２，４３が後退する形状はこれに限られるものではない。例えば、リード部４２，４３のコイル部４４側の端部は、外側円弧部４６の中央側端部から斜め下向きに延びた後に水平方向に折れ曲がっていてもよい。

　上述した表側加熱器５の右側のリード部５３と裏側加熱器４の左側のリード部４２とは、クランク状に折れ曲がる中継管７１によって互いに接続されている。換言すれば、表側加熱器５と裏側加熱器４における同じ位置のリード部同士ではなく異なる位置のリード部同士が連結されている。これにより、表側加熱器５のコイル部５４と裏側加熱器４のコイル部４４とには、同じ方向に冷却液および電流が流れる。ただし、表側加熱器５と裏側加熱器４における同じ位置のリード部同士を連結することも可能である。

　以上説明したように、本実施形態のスピニング成形装置１Ａでは、裏側加熱器４のリード部４２，４３が、コイル部４４側の端部で、コイル部４４よりも板材９から遠ざかるように後退しているとともに、表側加熱器５のリード部５２，５３が、コイル部５４側の端部で、コイル部５４よりも板材９から遠ざかるように後退している。このため、板材１の周縁部９３が下方に垂れ下がるように変形したり、上方に反り上がるように変形したとしても、板材９の周縁部９３がリード部４２，４３，５２，５３と接触することを防止することができる。

　ただし、当初から、板材９の周縁部９３の変形が下方に垂れ下がる変形か上方に反り上がる変形かを想定できる場合には、裏側加熱器４と表側加熱器５の一方のみでリード部を後退させるという構成を採用してもよい。この場合、裏側加熱器４と表側加熱器５の他方では、リード部（４２，４３または５２，５３）がコイル部（４４または５４）から真っ直ぐに回転軸２１の径方向に延びていてもよい。すなわち、裏側加熱器４と表側加熱器５の他方では、リード部とコイル部との間に段差が形成されていなくてもよい。

　ところで、本実施形態では、図２に示すように、表側加熱器５のコイル部５４の中心Ｃｕの位置は、裏側加熱器４のコイル部４４の中心Ｃｂの位置から回転軸２１の径方向外側に所定距離Ｓだけずれている。所定距離Ｓと、表側加熱器５のコイル部５４の中心Ｃｕの曲率半径Ｒｕ（図４参照）と、裏側加熱器４のコイル部４４の中心Ｃｂの曲率半径Ｒｂ（図５参照）との関係は、以下の式１、
　　０．５Ｓ≦Ｒｕ－Ｒｂ≦１．５Ｓ　・・・（式１）
を満たすことが望ましい。

　加工具８は、回転軸２１の径方向外向きに移動させられながら、板材９の変形対象部位９２を回転軸２１の軸方向に押圧する。このため、変形対象部位９２の直ぐ内側に形成される円錐状部分（いわゆる、成形直後部分）は、しだいにその直径を大きくする。これに対し、変形対象部位９２を加熱する表側加熱器５のコイル部５４の半径は一定である。従って、図１６に示すように、仮に、コイル部５４の半径を成形開始位置Ｐｓの半径と一致させた場合には、成形終了時に平面視でコイル部５４の両端部が成形終了位置Ｐｆよりも径方向内側に入り込むため、板材９の成形直後部分が第１コア５７と接触するおそれがある。上記式１を満たす構成であれば、そのような板材９の成形直後部分と表側加熱器５の第１コア５７との接触を抑制できる。なお、上記式１を満たす場合のコイル部５４の半径は、成形終了位置Ｐｆの半径と一致していてもよい。また、成形開始位置Ｐｓおよび成形終了位置Ｐｆの半径によっては、Ｒｕ＝Ｒｂとしてもよい。

　＜変形例＞
　第１実施形態では、裏側加熱器４および表側加熱器５のリード部（４２，４３，５２，５３）が、コイル部（４４，５４）側の端部で、一段で板材９から遠ざかるように後退している。しかし、裏側加熱器４および表側加熱器５の少なくとも一方のリード部が、コイル部側の端部で、少なくとも二段で板材９から遠ざかるように後退していてもよい。この構成によれば、板材９の周縁部９３とリード部との接触をより効果的に防止することができる。

　例えば、図６に示すように、表側加熱器５の第１コア５７および第２コア５８と支持板５０との間にスペーサ５９を挿入し、一段目の後退では第１実施形態と同様とし、二段目の後退ではスペーサ５９の厚さ分だけリード部５２，５３を後退させればよい。同様に、裏側加熱器４の第１コア４７および第２コア４８と支持板４０との間にスペーサ４９を挿入し、一段目の後退では第１実施形態と同様とし、二段目の後退ではスペーサ４９の厚さ分だけリード部４２，４３を後退させればよい。

　なお、表側加熱器５でリード部５２，５３を一段だけ後退させ、裏側加熱器４でリード部４２，４３を二段で後退させてもよい。同様に、裏側加熱器４でリード部４２，４３を一段だけ後退させ、表側加熱器５でリード部５２，５３を二段で後退させてもよい。

　さらには、リード部（４２，４３および／または５２，５３）を一段だけ後退させる場合も少なくとも二段で後退させる場合も、図７に示すように、リード部を滑らかに湾曲するように後退させてもよい。この構成によれば、電通管（４１および／または５１）の全長に亘って冷却液をスムーズに流すことができ、電通管内で気泡が留まることを防止することができる。従って、良好な冷却性能を得ることができ、電通管の溶融を防止することができる。

　また、表側加熱器５および裏側加熱器４の少なくとも一方では、図８に示すように、第２コア（５８，４８）における外側円弧部（５６，４６）の径方向外側に位置する外壁部（５８ａ，４８ａ）の少なくとも一部が、先端に向かって細くなる形状を有していてもよい。例えば、外壁部は、径方向外側の先端角部が斜めに切り取られたような形状を有してもよい。換言すれば、外壁部に、外側円弧部における板材９と対向する面と同一面上のフラットな先端面の一部が残るように、または先端面が全く残らないように、傾斜面が形成されてもよい。この構成によれば、板材９の周縁部９３と第２コアとの接触をも防止することができる。

　また、スピニング成形装置１Ａは、必ずしも表側加熱器５と裏側加熱器４の双方を有している必要はなく、どちらか一方のみを有していてもよい。ただし、スピニング成形装置１Ａが少なくとも裏側加熱器４を有していれば、加工中の板材９の形状に拘らずに、裏側加熱器４を板材９の変形対象部位９２の直近に位置させることができる。これにより、変形対象部位９２を適切に加熱することができる。

　（第２実施形態）
　次に、図９～１２を参照して、本発明の第２実施形態に係るスピニング成形装置１Ｂを説明する。なお、本実施形態および後述する第３実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

　本実施形態では、スピニング成形装置１Ｂが表側加熱器５のみを有している。ただし、第１実施形態と同様に、スピニング成形装置１Ｂが裏側加熱器４をも有してもよいことは言うまでもない。この場合、表側加熱器５および裏側加熱器４は、同一のヒートステーション６に連結されていてもよいし、後述する第３実施形態と同様に別々のヒートステーション６Ａ，６Ｂ（図１５参照）に連結されていてもよい。

　また、本実施形態では、電通管５１の一対のリード部５２，５３が、コイル部５４から真っ直ぐに回転軸２１の径方向に延びており、接続箱６１，６２につながっている。

　図１１に示すように、コイル部５４の内側円弧部５５を板材９と反対側から覆う第１コア５７は、内側円弧部５５の径方向内側に位置する内壁部５７ａと、内側円弧部５５の径方向外側に位置する外壁部５７ｂとを含む。外壁部５７ｂは、基部から先端まで一定の幅（回転軸２１の径方向の寸法）を有している。一方、内壁部５７ａの少なくとも一部は、先端に向かって細くなる形状を有している。

　本実施形態では、内壁部５７ａは、径方向内側の先端角部が斜めに切り取られたような形状を有している。換言すれば、内壁部５７ａに、内側円弧部５５における板材９と対向する面と同一面上のフラットな先端面の一部が残るように傾斜面が形成されている。なお、傾斜面は、内壁部５７ａの先端面が全く残らないように形成されていてもよい。

　加工具８は、回転軸２１の径方向外向きに移動させられながら、板材９の変形対象部位９２を回転軸２１の軸方向に押圧する。このため、変形対象部位９２の直ぐ内側に形成される円錐状部分（いわゆる、成形直後部分）は、しだいにその直径を大きくする。これに対し、変形対象部位９２を加熱する表側加熱器５のコイル部５４の半径は一定である。従って、図１６に示すように、仮に、コイル部５４の半径を成形開始位置Ｐｓの半径と一致させた場合には、成形終了時に平面視でコイル部５４の両端部が成形終了位置Ｐｆよりも径方向内側に入り込むため、板材９の成形直後部分が第１コア５７と接触するおそれがある。

　これに対し、本実施形態のスピニング成形装置１Ｂのように、第１コア５７の内壁部５７ａが先端に向かって細くなる形状を有していれば、そのような板材９の成形直後部分と表側加熱器５の第１コア５７との接触を抑制できる。なお、コイル部５４の半径は、成形終了位置Ｐｆの半径と一致していてもよい。

　＜変形例＞
　第１コア５７は、内壁部５７ａの形状が先端に向かって細くなっていれば、どのような形状を有していてもよい。例えば、図１４に示すように、第１コア５７の断面形状の輪郭は、円の一部（例えば、直径の１／１０～１／３の部分）を直線的に切断したような形状であってもよい。

　あるいは、内壁部５７ａの形状は、必ずしも先端に向かって細くなる必要はない。例えば、図１３に示すように、内壁部５７ａは、外壁部５７ｂよりも細くなっていてもよい。この構成であっても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、スピニング成形装置１Ｂが裏側加熱器４をも有する場合は、第１実施形態と同様に、表側加熱器５のコイル部５４の中心Ｃｕの位置が、裏側加熱器４のコイル部４４の中心Ｃｂの位置から回転軸２１の径方向外側に所定距離Ｓだけずれていてもよい。そして、所定距離Ｓと、表側加熱器５のコイル部５４の中心Ｃｕの曲率半径Ｒｕ（図４参照）と、裏側加熱器４のコイル部４４の中心Ｃｂの曲率半径Ｒｂ（図５参照）との関係は、以下の式１、
　　０．５Ｓ≦Ｒｕ－Ｒｂ≦１．５Ｓ　・・・（式１）
を満たすことが望ましい。この構成であれば、板材９の成形直後部分と表側加熱器５の第１コア５７との接触をより効果的に抑制できる。

　（第３実施形態）
　次に、図１５を参照して、本発明の第３実施形態に係るスピニング成形装置１Ｃを説明する。本実施形態では、表側加熱器５と裏側加熱器４が別々に径方向に移動できるように構成されている。

　具体的に、本実施形態では、表側加熱器５および裏側加熱器４が別々のヒートステーション６Ａ，６Ｂに連結されている。裏側加熱器４は、ヒートステーション６Ａを介して、第１径方向移動機構１７により回転軸２１の径方向に移動させられる。表側加熱器５は、ヒートステーション６Ｂを介して、第２径方向移動機構１８により回転軸２１の径方向に移動させられる。表側加熱器５および裏側加熱器４は、軸方向移動機構１５により径方向移動機構１７，１８を介して回転軸２１の軸方向に移動させられる。

　第２径方向移動機構１８は、表側加熱器５を、第１径方向移動機構１７が裏側加熱器４を回転軸２１の径方向に移動させる速度よりも速い速度で、回転軸２１の径方向に移動させる。すなわち、板材９の成形が進行するにつれて、表側加熱器５は、裏側加熱器４よりも回転軸２１の軸心２０から遠ざかる。

　ヒートステーション６Ａ，６Ｂの構成は、第１実施形態で説明したヒートステーション６の構成と同様である。すなわち、ヒートステーション６Ａ，６Ｂのそれぞれは、内部に交流電源回路が形成された本体６０（図２参照）を含み、裏側加熱器４の電通管４１と表側加熱器５の電通管５１には、独立した電流および冷却液が流れる。

　これに対し、本実施形態のスピニング成形装置１Ｃのように、表側加熱器５が裏側加熱器４よりも速い速度で回転軸２１の径方向に移動すれば、そのような板材９の成形直後部分と表側加熱器５の第１コア５７との接触を抑制できる。なお、コイル部５４の半径は、成形終了位置Ｐｆの半径と一致していてもよい。

　本発明は、種々の素材からなる板材をスピニング成形する際に有用である。

　１Ａ～１Ｃ　スピニング成形装置
　１３，１５　軸方向移動機構
　１４，１６　径方向移動機構
　１７　第１径方向移動機構
　１８　第２径方向移動機構
　２１　回転軸
　２２　受け治具
　４　　裏側加熱器
　５　　表側加熱器
　４１，５１　電通管
　４２，４３，５２，５３　リード部
　４４，５４　コイル部
　４５，５５　内側円弧部
　４６，５６　外側円弧部
　４７，５７　第１コア
　４８，５８　第２コア
　５７ａ　内壁部
　５７ｂ，４８ａ　外壁部
　８　　加工具
　９　　板材
　９１　中心部
　９２　変形対象部位

Claims

　成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具と、
　前記受け治具が取り付けられた回転軸と、
　前記板材における変形対象部位を押圧して前記板材を変形させる加工具と、
　前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する加熱器と、を備え、
　前記加熱器は、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部、および前記コイル部から前記回転軸の径方向外向きに延びる一対のリード部を有する電通管を含み、
　前記一対のリード部は、前記コイル部側の端部で、前記コイル部よりも前記板材から遠ざかるように後退している、スピニング成形装置。
　前記一対の前記リード部は、少なくとも二段で前記板材から遠ざかるように後退している、請求項１に記載のスピニング成形装置。
　前記加熱器は、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器である、請求項１または２に記載のスピニング成形装置。
　前記加熱器は、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器と、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器の両方である、請求項１または２に記載のスピニング成形装置。
　前記裏側加熱器は、前記コイル部の内側円弧部を前記板材と反対側から覆う第１コアと、前記コイル部の外側円弧部を前記板材と反対側から覆う第２コアと、を含み、
　前記第２コアにおける前記外側円弧部の径方向外側に位置する外壁部の少なくとも一部が、先端に向かって細くなる形状を有している、請求項３または４に記載のスピニング成形装置。
　成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具と、
　前記受け治具が取り付けられた回転軸と、
　前記板材における変形対象部位を押圧して前記板材を変形させる加工具と、
　前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器と、を備え、
　前記表側加熱器は、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を有する電通管と、前記コイル部の内側円弧部を前記板材と反対側から覆う第１コアと、前記コイル部の外側円弧部を前記板材と反対側から覆う第２コアと、を含み、
　前記第１コアにおける前記内側円弧部の径方向内側に位置する内壁部の少なくとも一部が、先端に向かって細くなる形状を有する、または第１コアにおける前記内側円弧部の径方向外側に位置する外壁部よりも細くなっている、スピニング成形装置。
　前記板材における変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器をさらに備え、
　前記裏側加熱器は、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を有する電通管を含む、請求項６に記載のスピニング成形装置。
　前記表側加熱器のコイル部の中心位置は、前記裏側加熱器のコイル部の中心位置から前記回転軸の径方向外側に所定距離だけずれており、
　前記所定距離をＳ、前記表側加熱器のコイル部の中心の曲率半径をＲｕ、前記裏側加熱器のコイル部の中心の曲率半径をＲｂとしたとき、以下の式
　　０．５Ｓ≦Ｒｕ－Ｒｂ≦１．５Ｓ
を満たす、請求項４または７に記載のスピニング成形装置。
　成形されるべき板材の中心部を支持する受け治具と、
　前記受け治具が取り付けられた回転軸と、
　前記板材における変形対象部位を押圧して前記板材を変形させる加工具と、
　前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器と、
　前記変形対象部位を誘導加熱により局所的に加熱する、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器と、
　前記表側加熱器および前記裏側加熱器を前記回転軸の軸方向に移動させる軸方向移動機構と、
　前記裏側加熱器を前記回転軸の径方向に移動させる第１径方向移動機構と、
　前記表側加熱器を前記裏側加熱器よりも速い速度で前記回転軸の径方向に移動させる第２径方向移動機構と、を備え、
　前記表側加熱器および前記裏側加熱器のそれぞれは、内部に冷却液が流れる電通管であって、前記回転軸の周方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を有する電通管と、前記コイル部の内側円弧部を前記板材と反対側から覆う第１コアと、前記コイル部の外側円弧部を前記板材と反対側から覆う第２コアと、を含む、スピニング成形装置。