(57)【要約】【課題】金属板からリング状部品をプレスで打ち抜くと材料利用効率が悪い。【解決手段】金属板状部材から板材を取り出す加工する加工工程と、加工工程の前記板材を立体的に変形させ、立体部材を作製する変形工程と、変形工程の立体部材に開口部を作製する開口工程と、開口工程後の前記立体部材を平面部材とする平面化工程と、からなる部品の製造方法を用いる。単一の金属板からなるリング状金属部品であり、表面処理、元素、化合物の添加をせず、前記単一の金属板の硬度より、３０％以上硬度が高いリング状部品を用いる。金属板からなる部品であり、その中央に開口部があり、開口部の周辺は金属板が折り返され２重となっている板状部品を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板状部材から板材を取り出す加工する打ち抜き工程と、
前記打ち抜き工程の前記板材を立体的に変形させ、立体部材を作製する立体化工程と、
前記立体部材に開口部を作製するカット工程と、
前記カット工程の後の前記立体部材をバーリングする第１バーリング工程と、
前記第１バーリング工程後の前記立体部材を平面化する平面化工程と、からなる部品の製造方法。
【請求項２】
前記立体化工程では、前記板材を折り畳み、
前記カット工程では、その折り畳み部分の一部をカットする請求項１記載の部品の製造方法。
【請求項３】
前記立体化工程では、さらに、前記板材を餃子形状、または、三日月形状にする請求項１又は２記載の部品の製造方法。
【請求項４】
さらに、前記平面化工程後、第２バーリング工程を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の部品の製造方法。
【請求項５】
前記第２バーリング工程後、前記第２バーリングでの加工部分を折り曲げる請求項４記載の部品の製造方法。
【請求項６】
前記部品が中央に円状の開口を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の部品の製造方法。
【請求項７】
前記立体化工程の後、変形された部分に、切欠を設ける切欠工程を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の部品の製造方法。
【請求項８】
前記切欠工程の後、前記平面部材を前記切欠により折り返す工程を有する請求項７記載の部品の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法で作製され、前記金属板状部材より硬度が３０％以上向上したリング状部品。
【請求項１０】
単一の金属板からなるリング状金属部品であり、表面処理、化合物、元素の添加をせず、変形させることで、前記単一の金属板の硬度より、３０％以上硬度が高いリング状部品。
【請求項１１】
金属板からなる部品であり、
その中央に開口部があり、前記開口部の周辺は金属板が折り返され２重となっているリング状部品。
【請求項１２】
前記折り返され２重となっている部分のメタルフローが、他の部分と連続している請求項１１記載のリング状部品
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング状部品とその製造方法に関するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リング状部品は、自動車分野、電気製品分野、機械分野などで、非常に多く使用されている。たとえば、リングプレート（特許文献１）というリング状部品９がある。図８（ａ）はリング状部品９の平面図、図８（ｂ）は断面図である。リング状部品９は、貫通する開口１２を真ん中に有する。
【０００３】
このリング状部品９の製造方法は、図８（ｃ）の平面図に示すように、金属板１１から、プレスにより、リング状部品９を打ち抜く方法がある。つまり、必要な厚みを有する金属板１１から、リング状部品９をプレス装置にて、打ち抜くものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来の図８（ｃ）の金属板１１からの部品の打ち抜きによる製造方法では、リング状部品９の内側の開口１２の部分と、リング状部品９の周辺の周辺部１４との金属板１１の材料が無駄になっていた。半分以上を廃棄（リサイクルへ回す）していた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、金属板状部材から板材を取り出す加工する加工工程と、前記加工工程の前記板材を立体的に変形させ、立体部材を作製する変形工程と、前記変形工程の前記立体部材に開口部を作製する開口工程と、前記開口工程後の前記立体部材を平面部材とする平面化工程と、からなる方法を用いる。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明では、必要な量の金属板の材料から、変形、加工させることで、目的の部品を作製するので、材料利用効率が高い。金属を変形させることにより強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）本発明のリング状部品を金属板から打ち抜く時のレイアウトを示す平面図、（ｂ）本発明のリング状部品の平面図
【図２】（ａ）〜（ｆ）実施の形態１の製造方法を説明する図
【図３】（ａ）〜（ｈ）実施の形態１の製造方法を説明する図
【図４】（ａ）従来の部品の平面図、（ｂ）〜（ｅ）実施の形態２の製造方法を説明する図
【図５】（ａ）従来の部品の側面図、（ｂ）従来の部品の平面図、（ｃ）従来の部品の１つの平面図、（ｄ）従来の部品の１つの平面図
【図６】（ａ）〜（ｇ）実施の形態３の製造方法を説明する図、（ｈ）従来例の断面図
【図７】（ａ）〜（ｈ）実施の形態４の製造方法を説明する図
【図８】（ａ）従来のリング状部品の平面図、（ｂ）（ａ）の断面図、（ｃ）従来のリング状部品を金属板から打ち抜く時のレイアウトを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
実施の形態１の方法では、図１（ａ）の平面図で示すように、金属板１１から、打ち抜き部材２０をプレス加工にて打ち抜く。その後、図１（ｂ）に示す開口を有するリング状部品１０となるように、打ち抜き部材２０を変形、加工させていく。詳細は図２以降で説明する。
【００１０】
従来の図８（ｃ）では、図１（ａ）と同じ大きさの金属板１１から４個しかとれなかったが、同じリング状部品１０が、この発明の方法では、同じ大きさの金属板１１から、図１（ａ）のように、数倍の個数の部品がとれる。
図２（ａ）から図２（ｆ）にて、実施の形態１の方法を説明する。
【００１１】
図２（ａ）の部材工程（打ち抜き工程）では、金属板ＳＰＨＣ（熱間圧延軟鋼板：ＪＩＳ  Ｇ  ３１３１）厚み２．６ｍｍから、打ち抜き部材２０をプレスにて、長方形形状の打ち抜き部材２０を打ち抜く。厚みは限定されないが、以下で説明する工程上、１ｍｍから３ｍｍが好ましい。この範囲なら、以下で説明する打ち抜き工程、立体化工程、カット工程と、バーリング工程、平面化工程がより精度よくできる。
【００１２】
大きさ（体積）は、最終のリング状部品１０の体積より少し大きめの体積を有する寸法である。体積比で、最終形状に対し３０％程度大きめとする。この理由は、底部開口３０（図２（ｄ））により捨ててしまう部分が発生するためである。好ましい範囲は、２０％から４０％である。安定して、無駄なく生産できる。下記で説明する工程では、１回の打ち抜きでなく、工程途中でのカットや複数回変形するので、ある程度、大き目の体積を確保する必要がある。
【００１３】
図２（ｂ）の変形工程（絞り工程）では、打ち抜き部材２０に凸状の型を押しあて、船の底部のような形状の船状部材２１に絞り加工する。つまり、立体化する。
図２（ｃ）の成形工程では、船状部材２１を圧縮して、角のある箱状部材２２にする。さらに立体で変形させる。この成形工程は、必須でなく、あればより好ましい。
【００１４】
図２（ｄ）のカット工程（打ち抜き工程）では、箱状部材２２の底を切断し、底部開口３０を有する枠状部材２３を作製する。切断する場所が一定化しにくく予め余裕を見ておくことが好ましい。
図２（ｅ）のバーリング工程では、枠状部材２３を、ドーナツ形状になるように、底部開口３０を広げ、ドーナツ状部品２４を作製する。円錐状の治具により、枠状部材２３を広げる。この例では、ドーナツであるが、最終部品の形状に合わせて、広げる。
【００１５】
図２（ｆ）の平面化工程（絞り工程）では、ドーナツ状部品２４を上下から圧縮し、リング状部品１０が完成する。
絞り工程後、最後に、鍛圧加工にて、圧縮変形で形状を整え完成する。昇温せず、冷間加工する。この鍛圧加工で、別途、リング状部品１０の内径部に側壁を設けるタイプ（エンドリング部品）も作製することもできる。
【００１６】
上記工程を大きく分類すると、平面金属板の打ち抜き工程と、立体化工程（変形工程、成形工程）と、カット工程と、バーリング工程と、平面化工程とからなる。この工法では、平面を一旦立体化し、再度平面化することが、１つの特徴である。
なお、図２（ｆ）の平面状になった後に、プレスで必要な形状を打ち抜いてもよい。ただし、この場合、収率（材料の利用効率）は少し下がる。
【００１７】
ここで、打ち抜きとは、金属板から目的の形状のものを打ち抜くことを意味する。カットとは、金属の一部を削除、または、分離する加工である。バーリングとは、金属板の貫通穴、開口の周辺を絞り加工し縁を立てる加工、または、縁までいかなくとも、金属板を貫通穴、開口の周辺にそわせる加工である。開口周辺の立体化や、立体を開口の周辺にそわせる加工である。
【００１８】
絞り加工とは、金属板を曲げ、球面などの形状へ変形させる加工である。鍛圧加工とは、切削、打ち抜きの加工でなく、圧力、型などで金属板を圧縮変形させる加工である。成形加工とは、金属板を変形、圧縮し、目的の形状にする加工である。
【００１９】
（強度試験）
従来のリング状部品９と実施の形態１のリング状部品１０のビッカース硬さ（ＨＶ）硬度を測定した。ビッカース硬さとは、対面角が１３６°のダイヤモンド四角すい圧子を用いて、試験面にピラミッド形状のくぼみをつけたときの荷重を、くぼみの対角線の長さで割った値である。
荷重をＰ（Ｎ）、くぼみの対角線の平均長さをｄ（ｍｍ）とすると、ビッカース硬さＨＶは次のようになる。ビッカース硬さＨＶ＝０．１８９０９×（Ｐ／ｄ２）で計算され、ビッカース硬さは単位を表記しない。ビッカース硬さＨＶは、材質が均一であれば、試験荷重に関係なくほぼ一定の値が得られるほか、測定する硬さの範囲が比較的広いことから、最も代表的な硬さ試験である。なお、今回のビッカース硬さ測定での加重の大きさは３０ｋｇであった。
【００２０】
測定結果を表１に示す。ここで、初期品とは、図２（ａ）や、図８（ａ）、（ｂ）に示すところの打ち抜いただけの部材（素材自身、リング状部品９）である。従来のプレスで部品を打ち抜いて作製したものである。中間品とは、図２（ｆ）で平面化直後のものである。最終とは、図２（ｆ）後、鍛圧加工した完成品である。測定は、リング状部品９、１０なら円周に沿って数１０点を測定した。板状の素材なら、均等な場所で数１０点で測定した。
【００２１】
【表１】
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初期のものと比べ、最終品は、硬度が約１．５倍増加している。
【００２２】
中間品で、初期品より３割程度向上する。これは、部材加工、変形工程、成形工程、平面化工程により、金属が変形、圧縮させ、強度が向上したためと考えられる。加工硬化のためである。
この工法では、表面処理や元素、化合物の添加など、付加的なものを伴わないで、また、特殊な熱処理せず、もとの材料から、加工のみで硬度を向上できる。ただし、上の結果は、測定箇所におけるものであり、局所的な強度向上である。変形、圧縮された部分の強度が向上したものと思われる。なお、従来の切削加工（打ち抜き加工）では、材料の繊維（メタルフロー）が分断されて強度が上昇せず、逆に低下する。一方、本願の加工（打ち抜き、バーリング、鍛圧）ではメタルフローが途切れないため、疲労強度が切削加工に比べて向上する。
【００２３】
結果、この実施の形態では、材料利用効率が、向上し、かつ、硬度も局所的に約５０％向上する。さらに、別の例として、図３（ａ）から図３（ｆ）を用いて、図２（ｆ）以降の加工の例を説明する。図３（ａ）から図３（ｃ）は、斜視図である。図３（ｄ）から図３（ｆ）は、図３（ａ）から（ｃ）のそれぞれの断面図である。
【００２４】
図２（ｆ）で作製されたリング状部品１０が、図３（ａ）、図３（ｂ）に相当する。
その後、図３（ｂ）、図３（ｅ）に示すように、外周を絞り加工することにより、リング状部品１０を、立体形状になるように、加工し、立体リング部品２６を作製する。側壁３５が形成されている。
【００２５】
その後、鍛圧工程にて、図３（ｃ）、図３（ｆ）のような丸みを帯びた形状にする。つまり、コーナー部分を圧縮変形させている。この側壁３５を設ける効果は、立体化にすることで全体としての強度が向上させる。つまり、全体を薄い金属板から形成し、金属使用料を抑え、その代わりに立体化で強度を確保する。なお、上記に示したように折り曲げなどの変形でも強度が向上する。
なお、従来の工法の切削加工のみでは、材料の繊維（メタルフロー）が分断されて強度が低下する。しかし、この実施の形態のプレス加工（バーリング、鍛圧）ではメタルフローが途切れないため、疲労強度が切削加工に比べて向上する。
【００２６】
この例は１つの形状を作製する例であり、いろいろな所望の形状へ加工がなされる。
ここで、１つの変形例として、図３（ｇ）、図３（ｈ）を示す。図３（ｇ）は、図３（ｃ）に対応する斜視図であり、図３（ｈ）は、図３（ｆ）に対応する断面図である。
図３（ｃ）、図３（ｆ）と異なり、内周に側壁３５を設けた立体リング部品２６である。図３（ａ）、図３（ｄ）の状態から、中央の開口をバーリングし側壁３５を設ける。その後、鍛圧加工などにより内周コーナー２９に丸み（R形状）を持たせる。この丸みにより、軸などにこの立体リング部品２６をはめ込む時にはめ込みやすい。
なお、１本の細長い金属棒、板をリング状に丸め、溶接にてリング状部品１０を製造することもできる。しかし、この場合、つなぎ目が他の部分と異なる強度であること、また、全体の曲げ方が場所により異なること、さらに、曲げ回数が少ないことから、強度的に不均質でよくない。さらに、溶接という別の工法が必要であるので、複雑であり、工程が増え、実施の形態１と比較してよくない。
【００２７】
（実施の形態２）
図４（ａ）は、従来の部品の平面図を示す。実施の形態１と異なり、上下方向と、左右方向で形状が異なるものである。
【００２８】
プレート状で開口を有するプレート部品３９である。実施の形態１では、全方向、点対称の円形の部品であったので、実施の形態１のような方法で作製できた。しかし、図４（ａ）の部品は、全方向においては、点対称でないため、実施の形態１のような方法を用いることはできない。この例では、以下の方法で図４（ａ）の部品を製造する。
【００２９】
図４（ｂ）から図４（ｅ）にて、この方法を説明する。図４（ｂ）の部材工程（打ち抜き工程）では、金属板ＳＰＨＣ（熱間圧延軟鋼板：ＪＩＳ  Ｇ  ３１３１）厚み２．６ｍｍから、打ち抜き部材４０をプレスにて打ち抜く。
【００３０】
大きさは、最終のプレート部品３９の体積より少し大きめの寸法である。実施の形態１と同様である。
図４（ｃ）の変形工程（絞り工程）では、打ち抜き部材４０に、餃子状、または、三日月形状の型を押しあて、長手方向に２つ折り状にし、押し返し部材３１に絞り加工する。餃子状の形状、または、三日月形状である。ドーナツの円部分で、ドーナツを半分にカットしたような形状である。内側半円の面部分と外側の半円面部分とがある。
【００３１】
図４（ｄ）のカット工程では、折り返し部材４８の内面（内側半円の面）をカット、切断する。カットした部分が開き口４２である。
図４（ｅ）のバーリング工程（平面化工程）では、折り返し部材４８を、開き口４２である開口４３の周辺に展開する。開口４３の周辺に縁までは作製しないが、そわせる変形をするのでバーリングとしている。その後、平面化（平面化工程）して、プレート部品３９が完成する。開き口４２が、開口４３となる。
【００３２】
実施の形態１と同様、大きく分類すると、打ち抜き工程と、立体化工程（変形工程、成形工程）と、カット工程と、バーリング工程と、平面化工程とからなる。
最後に、鍛圧加工して、圧縮変形で形状を整え完成する。
【００３３】
実施の形態１と同様、部分的に強度が向上する、材料の収率（利用効率）も高い。
この例では、餃子状の中間体、または、三日月形状の折り返し部材４８を用いたが、目的対象の部品形状の応じて別の形状の中間体を用いる場合もある。
【００３４】
なお、記載しなかった事項は、実施の形態１と同じである。
実施の形態２の特徴は、以下である。最小量に近い平板材料（方形状）を平板金属板から切り出す。２つに折り曲げ、折り返し部分（背の部分）の一部をカットする。広げ平面にし、最終形状へ加工することである。平面を変形させながら、開口形成、立体化、平面化することが特徴である。
【００３５】
（実施の形態３）
図５（ａ）は、従来の部品の側面図であり、図５（ｂ）は、平面図である。この部品は、自動車のアクスルハウジングのカバープレートである。
この部品は、図５（ｃ）に示す平面図であるプレート本体５２と、図５（ｄ）に示す平面図であるリング状部品１０とを溶接、ボルトなどで一体化して作製されている。中央に開口１２を有するリング状部品１０を、プレート本体５２につけることにより、補強している。プレート本体５２は全体に薄く作製し、リング状部品１０により部分的に補強して、全体として軽量化を実現している。
【００３６】
これら２つの部品を、別々に作製し、合体するため、部品の管理、組み立て工程数が多かった。また、２つの部品の寸法ずれの問題もあった。実施の形態１，２の方法だけでは、この部品を１つの金属シートの加工からのみでは、作製できない。
この実施の形態では、次に示す方法で、１つの部品として作製している。
【００３７】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は平面図、図６（ｄ）〜（ｆ）は、断面図である。図６（ａ）と図６（ｄ）、図６（ｂ）と図６（ｅ）、図６（ｃ）と図６（ｆ）は、それぞれ対応する。図６（ａ）と図６（ｄ）は、実施の形態２により作製された、全方位が点対称ではない部品である。
プレート本体３４と開口３３とからなる。
【００３８】
図６（ａ）、図６（ｄ）は、図４（ｅ）に相当するものである。この後、このプレート本体３４を、図６（ｂ）、図６（ｅ）に示すようにバーリング加工する。開口３３の周辺に側壁３５が形成される。
図６（ｃ）、図６（ｆ）では、側壁３５をプレート本体３４上へ折り返しリング部３６を設ける。
【００３９】
この後、鍛圧して圧縮変形で形状を整え、完成する。図６（ａ）での開口３３の大きさは、最終製品、たとえば、図６（ｃ）の開口３３の大きさより小さくしておく必要がある。つまり、図６（ｂ）のように側壁３５を設ける分を考慮する必要がある。
図６（ｇ）、図６（ｈ）にメタルフローを示す模式断面図を示す。図６（ｇ）は、図６（ｆ）のリング部３６、プレート本体３４の一部部分の断面図である。図６（ｈ）は、従来の部材２つを別途作製し接合したもの（図５（ｂ））に相当する図である。実施の形態３の図６（ｇ）の方が、従来の図６（ｈ）より、メタルフローが上下でつながっており、強度的に強く、一体性が高い。
【００４０】
（実施の形態４）
なお、上記実施の形態３では、リング部３６が、開口３３の外周と同じ形状であったが、多角形の形状でもよい。この場合の例を、図７（ａ）から図７（ｈ）を用いて説明する。
【００４１】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、上面図であり、図７（ｅ）〜図７（ｈ）は、図７（ａ）〜図７（ｄ）のそれぞれの断面である。
事前に、金属のプレート本体３４を金属板から打ち抜く（打ち抜き工程）。
【００４２】
次に、図７（ａ）に示すように、金属板であるプレート本体３４に凸部３７を設ける。プレート本体３４に型を押し当て曲げ、凸部３７を形成する（立体化工程（変形工程、成形工程）。図７（ｅ）は、その断面である。
次に、図７（ｂ）に示すように、凸部３７に、十字の開口３３を設ける（カット工程）。
【００４３】
その後、図７（ｃ）のように、バーリング加工にて、開口３３を折りのプレート本体３４に垂直に立て、側壁３５を設ける（バーリング工程）。
図７（ｄ）に示すように、側壁３５を、プレート本体３４上に折り、リング部３６を形成する（平面化工程）。
【００４４】
実施の形態１，２と同様、大きく分類すると、打ち抜き工程と、立体化工程（変形工程、成形工程）と、カット工程と、バーリング工程と、平面化工程とからなる。
この方法により、最終部品の製品として、開口３３が円形でない場合でも、折り返してリング部を形成できる。１枚の金属シートからなる１つの部品、２層構造の部品が作製できる。実施の形態１、２同様、硬度が上がる。材料利用効率が高い。また、折り返しているので、強度向上がさらに達成される。２部材の接合でなく、一体性が高い。
【００４５】
なお、記載しなかった事項は実施の形態１，２と同様である。また、リング状部品とは、部品の内部に開口がある部品を意味し、例示した部品はリング状部品である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本願発明の製造方法で、各種部品を作製できる。
【符号の説明】
【００４７】
９、１０  リング状部品
１１  金属板
１２  開口
１４  周辺部
２０、４０  打ち抜き部材
２１  船状部材
２２  箱状部材
２３  枠状部材
２４  ドーナツ状部品
２６、２７  立体リング部品
２９  内周コーナー
３０  底部開口
３１  押し返し部材
３３、４３  開口
３４、４４  プレート本体
３５  側壁
３６  リング部
３７  凸部
３９  プレート部品
４２  開き口
５１  カバープレート
５２  プレート本体
４１、４８  折り返し部材
１０５  初期品
１３０  中間品
１５０  最終品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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