(57)【要約】【課題】環状素材を据込み加工により成形する場合に、環状素材と据込み冶具との摩擦係数が大きい場合であっても、内径及び外径を拡径可能な成形方法を提供すること。【解決手段】本発明の環状素材１の成形方法は、環状素材１の内部に非圧縮性の充填物２を入れ、環状素材１の軸方向の両端面及び充填物２を、拡径後の環状素材１の外径よりも大きい平坦面で押圧して軸方向に圧縮する据込み加工を行うことにより環状素材１の内径及び外径を拡径させ、内径及び外径が拡径された環状素材１の内部から充填物２を除去して行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状素材の内部に非圧縮性の充填物を装入し、
前記環状素材の軸方向の両端面及び装入された前記充填物を、拡径後の前記環状素材の外径よりも大きい平坦面で押圧して軸方向に圧縮する据込み加工を行うことにより該環状素材の内径及び外径を拡径させ、
内径及び外径が拡径された前記環状素材の内部から前記充填物を除去する環状素材の成形方法。
【請求項２】
前記据込み加工は、前記環状素材の外周面が拘束されない自由据込み加工である請求項１に記載の成形方法。
【請求項３】
前記充填物として、ゲル状物質を用いる請求項１または２に記載の成形方法。
【請求項４】
前記充填物として、弾性体を用いる請求項１または２に記載の成形方法。
【請求項５】
前記充填物として、液体を用いる請求項１または２に記載の成形方法。
【請求項６】
前記環状素材は、円環状である請求項１〜５のいずれかに記載の成形方法。
【請求項７】
前記環状素材は、管状部材を軸方向に垂直に切断して得られる請求項１〜６のいずれかに記載の成形方法。
【請求項８】
前記管状部材として、電縫鋼管を用いる請求項７に記載の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状素材の据込み加工による成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円環状等の環状素材を成形する方法として、特許文献１に記載されるように、柱状素材に据込み加工及び打ち抜き加工を施して得られた環状素材（第三中間素材）をローリング加工して拡径し、所望の形状にする成形方法が一般的に行われている。
【０００３】
ローリング加工を施さずに環状素材を拡径して成形する方法として、特許文献２には、環状素材（リング素形品）を据込み加工して、外径を拡径する方法が記載されている。
また、特許文献３には、環状素材（リングブランク）を据込み加工する場合に、環状素材と据込み冶具との摩擦係数によって、内径側が膨出したりしなかったりすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４９０９４号公報
【特許文献２】特開２００１−１５００８２号公報
【特許文献３】特開２００１−３００６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
環状素材の成形方法について、工程数を少なくするため、ローリング加工を施さずに、据込み加工により拡径を行う方法が考えられる。しかしながら、特許文献２で開示されたように、環状素材の内径及び外径の両方を拡径したい場合に、環状素材と据込み冶具との摩擦係数によっては、所望の形状を得られない場合がある。
【０００６】
従って、本発明は、環状素材を据込み加工により成形する場合に、環状素材の内径及び外径を好適に拡径できる成形方法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】
【０００７】
本発明は、環状素材の内部に非圧縮性の充填物を装入し、前記環状素材の軸方向の両端面及び装入された前記充填物を、拡径後の前記環状素材の外径よりも大きい平坦面で押圧して軸方向に圧縮する据込み加工を行うことにより該環状素材の内径及び外径を拡径させ、
内径及び外径が拡径された前記環状素材の内部から前記充填物を除去する環状素材の成形方法に関する。
【０００８】
また、前記据込み加工は、前記環状素材の外周面が拘束されない自由据込み加工であることが好ましい。
【０００９】
また、前記充填物として、ゲル状物質を用いることが好ましい。
【００１０】
また、前記充填物として、弾性体を用いることが好ましい。
【００１１】
また、前記充填物として、液体を用いることが好ましい。
【００１２】
また、前記環状素材は、円環状であることが好ましい。
【００１３】
また、前記環状素材は、管状部材を軸方向に垂直に切断して得られることが好ましい。
【００１４】
また、前記管状部材として、電縫管を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、環状素材の内部に非圧縮性の充填物を入れて据込み加工を行うことにより、環状素材と据込み冶具との摩擦係数が大きい場合であっても、環状素材の内径及び外径を拡径可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る環状素材の成形方法を示す図である。
【図２】実施例１、実施例２及び比較例１における据込み加工前後の外観を示す。
【図３】内径拡径率及び外径拡径率の説明図である。
【図４Ａ】実施例１、実施例２及び比較例１における圧縮率と外径拡径率との関係を示す図である。
【図４Ｂ】実施例１、実施例２及び比較例１における圧縮率と内径拡径率との関係を示す図である。
【図５】真円度の説明図である。
【図６】実施例１、実施例２及び比較例１における真円度の測定結果を示す。
【図７】実施例３における据込み加工前後の外観を示す。
【図８Ａ】実施例３における圧縮率と外径拡径率との関係を示す図である。
【図８Ｂ】実施例３における圧縮率と内径拡径率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の成形方法は、例えば、環状素材を扁平な環状形状に成形する場合に好適に用いられる。
【００１８】
＜実施形態＞
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る環状素材の成形方法における各工程を説明するための断面模式図である。
本実施形態において環状素材は、据込み加工により座屈が生じにくい程度の所定の高さ及び所定の肉厚を有するリングブランク１である。また、環状素材（リングブランク１）は、板状素材を打ち抜く等、どのような成形方法により用意してもよいが、鋼管や銅管等の管状部材を軸方向に垂直に切断することにより、材料歩留まりよく用意することができる。また、管状部材として電縫管を用いることで、電縫管の肉厚を制御することで所望の内径及び外径を有する環状素材（リングブランク１）を用意することができ、肉厚の均一性が高い環状素材（リングブランク１）を用意することができる。
また、本実施形態に係る成形方法における据込み加工は、加工対象である環状素材の外周面を拘束しない自由据込み加工である。
【００１９】
図１を参照して、本実施形態に係る環状素材の成形方法について説明する。
図１（ａ）は、リングブランク１をダイ４の上に載置し、リングブランク１の内部に非圧縮性の充填物２を入れ、パンチ３をリングブランク１の上に載せた状態を示す。充填物２は、リングブランク１の内部にほぼ隙間なく充填される。
【００２０】
図１（ｂ）は、据込み加工途中の状態を示す。パンチ３及びダイ４の少なくとも一方を、他方に対して両者の間隔を小さくする方向に逐次移動させることにより、リングブランク１及び充填物２をリングブランク１の軸方向に圧縮して据込み加工を進行させる。
充填物２は非圧縮性を有するので、据込み加工の進行に伴い、リングブランク１と同様に高さが減少していき、径方向外側に拡がって変形する。よって、リングブランク１の内周面は、充填物２により径方向外側に押圧されて、リングブランク１の内径が拡径して行く。リングブランク１の内径の拡径に伴って、リングブランク１は、径方向外側にさらに流動することが可能となり、外周面が径方向外側に拡がって変形する。
【００２１】
図１（ｂ）に示す状態から、リングブランク１が所望の高さ（厚さ）、所望の内径及び外径となるまで、さらに据込み加工を進行させた状態を図１（ｃ）に示す。
【００２２】
図１（ｄ）に示すように、据込み加工後のリングブランク１の内部から充填物２を除去して、内径及び外径が拡径されたリングブランク１が得られる。
【００２３】
ここで、「非圧縮性」とは、変形の前後で連続体（充填物２）の体積が一定であることを意味し、充填物２としては、水や高粘度油等の液体、デンプン糊等のゲル状物質、及び、ウレタン等の弾性体を用いることができる。充填物２として液体、ゲル状物質及び弾性体を用いる場合、いずれも、リングブランク１に対して容易に充填及び除去が可能であり、弾性体を用いる場合には、液体やゲル状物質を用いる場合に比べて作業性を向上させることができ、繰り返し利用することができる。
【００２４】
また、本実施形態の成形方法における据込み加工は、加工対象であるリングブランク１（環状素材）の軸方向の両端面を凹凸や溝等が形成されていない平坦面で圧縮できるように、パンチ３及びダイ４は、据込み加工後のリングブランク１の外径よりも面積が大きい平坦面を備えている。これにより、リングブランク１（環状素材）における軸方向の両端面は、径方向についてパンチ３及びダイ４との接触による摩擦力以外の拘束力は受けないので、リングブランク１の軸方向の両端部も拡径することができ、リングブランク１の軸方向中心部の外周面の膨出を低減できる。
【００２５】
このようにして、リングブランク１（環状素材）に、内部に充填された充填物２とともに据込み加工を行うことにより、内径及び外径を拡径することが可能である。
【００２６】
以上説明した本実施形態に係る環状素材１の成形方法によれば、以下の効果（１）〜（７）を奏する。
【００２７】
（１）環状素材（リングブランク）１の成形方法を、環状素材（リングブランク）１の内部に非圧縮性の充填物２を入れ、環状素材（リングブランク）１及び充填物２を環状素材（リングブランク）１の軸方向に圧縮して据込み加工を行うことにより環状素材１（リングブランク）の内径及び外径を拡径させ、内径及び外径が拡径された環状素材１の内部から充填物２を除去するものとし、据込み加工は、環状素材（リングブランク）１の軸方向の両端面及び充填物２を、拡径後の環状素材（リングブランク）１の外径よりも大きい平坦面で押圧して行うものとした。
これにより、充填物を入れないで据込み加工を行う場合に比べて、パンチ３及びダイ４と環状素材（リングブランク）１との接触による摩擦力によらず、内径を拡径可能である。また、リングブランク１は、内径の拡径に伴って、径方向外側にさらに流動することが可能となり、さらに外径を拡径することが可能となる。また、環状素材（リングブランク）１の軸方向の両端面は、据込み加工時に平坦面で押圧されるので、環状素材（リングブランク）１の軸方向の両端部も拡径することができ、環状素材（リングブランク）１の軸方向中心部の外周面の膨出を低減できる。
【００２８】
（２）環状素材（リングブランク）１の成形方法における据込み加工を、環状素材（リングブランク）１の外周面が拘束されない自由据込み加工であるものとした。これにより、環状素材（リングブランク）１の内径及び外径を軸方向の全長にわたって拡径することができる。
【００２９】
（３）環状素材（リングブランク）１の内部に充填する充填物２として、ゲル状物質を用いるものとした。例えば、充填物として金属を用いる場合には、充填物を環状素材の内部に充填可能なように成形または、溶融して充填及び除去する等、煩雑な工程が必要となるが、充填物２がゲル状物質であれば、容易に環状素材（リングブランク）１の内部に充填及び除去が可能となる。
【００３０】
（４）環状素材（リングブランク）１の内部に充填する充填物２として、弾性体を用いるものとした。例えば、充填物として金属を用いる場合には、充填物を環状素材の内部に充填可能なように成形または、溶融して充填及び除去する等、煩雑な工程が必要となるが、充填物２が弾性体であれば、環状素材（リングブランク）１の内部に充填可能に成形することが容易であり、また、環状素材（リングブランク）１の内部に充填及び除去が容易にでき、充填物２として繰り返し、使用が可能である。
【００３１】
（５）環状素材（リングブランク）１の内部に充填する充填物２として、液体を用いるものとした。例えば、充填物として金属を用いる場合には、充填物を環状素材の内部に充填可能なように成形または、溶融して充填及び除去する等、煩雑な工程が必要となるが、充填物２が液体であれば、環状素材（リングブランク）１の内部に容易に充填及び除去が可能となる。
【００３２】
（６）環状素材（リングブランク）１は、管状部材を軸方向に垂直に切断して得られるものとした。これにより、板状素材の打ち抜きをする場合等に比べて、材料歩留まりよく環状素材（リングブランク）１を用意することができる。
【００３３】
（７）管状部材として、電縫管を用いるものとした。これにより、電縫管の肉厚を制御することで所望の内径及び外径を有する環状素材（リングブランク１）を用意することができ、肉厚の均一性が高い環状素材（リングブランク１）を用意することができる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の環状素材の成形方法について、実施例に基づいて詳細に説明する。
据込み加工を行うためのプレス機は、精密成形プレス（ＡＩＤＡ製、アルティメート精密成形機ＵＬシリーズ  ４０００ｋＮ）を使用し、１ｍｍ毎の逐次圧縮で据込み加工を行った。パンチ３及びダイ４として、超硬合金製のフラットパンチ及びダイを用い、潤滑油は、工作油Ｇ−３４５６（日本工作油株式会社製）を用いた。
【００３５】
環状素材１の供試材としては、鋼材０．２％Ｃ鋼、ＳＵＪ２及びＳ４５Ｃを用いた。それぞれの供試材の化学成分（規格値、質量％）を表１に、機械的性質を表２に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【表２】
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【００３８】
本発明の成形方法を適用した例について、据込み加工前後の外観を示す図２を参照しながら、実施例１、２及び比較例１に基づいて説明する。
実施例１、２及び比較例１では、リングブランク１として、電縫鋼管を軸方向について所定の幅で切断して、表３に示す供試材を用意した。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
充填物２について詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１では、それぞれの供試材番号１〜３のリングブランク１の内部に充填物２としてゲル状物質の一例であるデンプン糊を入れて据込み加工を行った。充填物２としてゲル状物質を用いると、リングブランク１の内部へ充填する際に細部への充填性がよく、リングブランク１からの除去も容易である。また、デンプン糊を用いることで、環境負荷を低減することができる。
【００４１】
（実施例２）
実施例２では、それぞれの供試材番号１〜３のリングブランク１の内部に充填物２として弾性体の一例であるウレタンを入れて据込み加工を行った。ウレタンは、硬度５０、径公差０．０５ｍｍのものを用いた。また、ウレタンの形状は、それぞれのリングブランク１の供試材の内部に充填可能なように、各供試材と同じ高さを有し、各供試材の内径を直径とする円柱形状とした。このように、充填物２として弾性体を用いると、リングブランク１の内部への充填及び内部からの除去が容易であり、繰り返し利用することができる。
【００４２】
（比較例１）
比較例１では、それぞれの供試材番号１〜３のリングブランク１の内部に充填物を入れないで据込み加工を行った。
【００４３】
実施例１、２及び比較例１について、供試材番号１〜３の各リングブランク１における据込み加工前後の形状の変化を表４に示す。以下、本明細書において、「実施例○−□」と示す場合、前半の「○」は、実施例の番号を示し、後半の「□」は、供試材番号を示すものとする。比較例及び参考例についても同様の表記とする。
尚、参考例１−２は、圧縮率以外は実施例２−２と同じ条件で据込み加工を行ったものであり、圧縮率が５２％になった時点で破断した例を示す。
【００４４】
【表４】
2020078825.tif 000006
【００４５】
表４において、据込み後の平均外径Ｄは、最も大きい外径である外径（長）Ｄｌと、最も小さい外径である外径（短）Ｄｓの平均により算出した。平均内径ｄについても同様である。また、外径拡径率及び内径拡径率は、据込み前の外径及び内径が据込みによりどの程度、拡径されたかを示す指標である。図３に示すように、外径拡径率＝（据込み後平均外径Ｄ−初期外径Ｄ０）／初期外径Ｄ０×１００、内径拡径率＝（据込み後平均内径ｄ−初期内径ｄ０）／初期内径ｄ０×１００で算出される。また、圧縮率（％）は、（初期高さｈ０−据込み後高さｈ）／初期高さｈ０×１００で算出される。
【００４６】
表４で示した結果について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。
図４Ａは、圧縮率と外径拡径率との関係を示し、図４Ｂは、圧縮率と内径拡径率との関係を示す。
図４Ａに示すように、実施例１、２及び比較例１のいずれにおいても、圧縮率の上昇に伴い外径拡径率が上昇しているが、いずれの圧縮率においても比較例１に比べて、実施例１及び２の方が、５０％ほど外径拡径率が高い結果となった。
図４Ｂに示すように、実施例１及び２について、圧縮率の上昇に伴い内径拡径率が上昇しているが、比較例１については、内径拡径率は圧縮率にかかわらず１０％に満たない結果となった。
【００４７】
以上の結果から、本発明の成形方法によれば、内径拡径率を大幅に上昇させることができ、それに伴って外径拡径率も、充填物がない場合に比べて大きく上昇させることができることが示された。
【００４８】
次に、表４における真円度について説明する。
真円度とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさをいい、値が小さいほど真円に近いことを表す。さらに詳しく説明すると、図５に示すように、真円度は、円形形体を２つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心二円の間隔が最小となる場合の二円の半径差で表し、本明細書では、真円度（ｍｍ）と表示する。
【００４９】
実施例１、２及び比較例１について、真円度測定器（ＳＶＡ−６００Ａ、東京精密社製）を用いて、外径及び内径の真円度を測定した。図６は、充填物と外径の真円度の関係を示す図である。
図６に示すように、充填物がデンプン糊である実施例１については、約１ｍｍ〜約７．５ｍｍと、真円度にばらつきがあったが、充填物がウレタンである実施例２については、いずれも２．５ｍｍ以下の真円度となった。従って、円環状の環状素材（リングブランク）１を拡径する場合、充填物２としては、デンプン糊等のゲル状物質を用いるよりも、ウレタン等の弾性体を用いた方が、真円に近く成形できることが示された。
【００５０】
（実施例３）
次に、実施例３について、表５に示す供試材番号４〜８のリングブランク１それぞれの内部に充填物２として液体の一例である油を入れて据込み加工を行った。充填物２としての油は、工作油Ｇ−３４５６（日本工作油株式会社製）を用いた。充填物２として油等の液体を用いると、リングブランク１の内部へ充填する際に細部への充填性がよく、リングブランク１からの除去も容易である。また、粘度の大きい液体を用いることで、加工性を向上させられる。
【００５１】
【表５】
2020078825.tif 000007
【００５２】
供試材番号４〜８の各リングブランク１における据込み加工前後の形状の変化を表６に示す。図７は、供試材番号５（実施例Ｎｏ．３−５）のリングブランク１の据込み加工前後の外観を示す。
【００５３】
【表６】
2020078825.tif 000008
【００５４】
表６で示した結果について、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明する。
図８Ａは、圧縮率と外径拡径率との関係を示し、図８Ｂは、圧縮率と内径拡径率との関係を示す。
図８Ａに示すように、実施例３においても、実施例１及び２の場合と同様に圧縮率の上昇に伴い外径拡径率が上昇することが示された。
また、図８Ｂに示すように、実施例３においても、実施例１及び２の場合と同様に圧縮率の上昇に伴い内径拡径率が上昇することが示された。
【００５５】
以上の結果から、充填物２として油等の液体を用いたとしても、本発明の成形方法によれば、内径及び外径を拡径可能なことが示された。
【００５６】
以上、本発明の環状素材の成形方法の好ましい一実施形態及び実施例につき説明したが、本発明は、上述の実施形態及び実施例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態及び実施例では、環状素材の一例として円環状のものを示したがこれに限らない。環状素材としては、環形状であれば、円環状に限らず角環状等でも本発明の範囲に含まれる。
【００５７】
また、管状部材の一例として、電縫管を用いる場合を示したが、継目無管を用いてもよい。
また、環状素材の一例として、鋼素材を用いる場合を示したが、銅やアルミ等の他の金属素材の環状素材に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１  環状素材（リングブランク）
２  充填物
３  パンチ
４  ダイ
【図１】
2020078825.tif 000009
【図２】
2020078825.tif 000010
【図３】
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【図４Ａ】
2020078825.tif 000012
【図４Ｂ】
2020078825.tif 000013
【図５】
2020078825.tif 000014
【図６】
2020078825.tif 000015
【図７】
2020078825.tif 000016
【図８Ａ】
2020078825.tif 000017
【図８Ｂ】
2020078825.tif 000018