(57)【要約】【課題】平行なディスク面を持つリング状部品を経済的に得ることができると共に、リング状素形材を製造する際の材料歩留まりを向上することができ、かつ高寸法精度のリング状部品を効率良く製造するのに好適な金属製リング状素形材の製造方法を提供する。【解決手段】素材として金属からなる帯板を用い、帯板の幅方向に曲げ成形して円環状となし、次いで端面同士を突き合わせ溶接して、厚みが外面から内面に向かって漸増するリング状部材となし、リング状部材に一対の圧下ローラーでリング状部材の厚み偏差を小さくする回転圧延成形を施す。【選択図】        図３
2004202499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材として金属からなる帯板を用い、該帯板の幅方向に曲げ成形して円環状となし、次いで端面同士を突き合わせ溶接して、厚みが外面から内面に向かって漸増するリング状部材となし、該リング状部材に一対の圧下ローラーで前記リング状部材の厚み偏差を小さくする回転圧延成形を施すことを特徴とする金属製リング状素形材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行なディスク面を持つ金属製リング状部品を得るのに好適である金属製リング状素形材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製リング状部品としては、自動車用皿ばねや自動車用ブレーキディスクが代表的なものとして挙げられる。自動車用皿ばねは、オートマチックトランスミッションに組み付けてクラッチ接続時の衝撃を和らげるために用いられる。このために外形を皿状とし、所定のばね特性を得ている。これに対してブレーキディスクは、軸に組み付けてブレーキディスクをコの字状部材で挟んで挟圧することによって自動車を停止させる部品の一つである。そこで、ブレーキディスクには、硬度や耐摩耗性などの性質に加えて、高い厚み精度およびブレーキディスク自体の平坦度が必要とされる。
【０００３】
このような金属製リング状部品は、帯板を素材として用い、リング状部材に使用場所に応じた各種加工や熱処理を施して部品とするのが一般的であった。
例えば、皿ばねのような部品は、金属からなる帯板を素材とし、帯板の幅方向に曲げ成形して円環状となし、次いで端面同士を突き合わせ溶接してリング状部材となし、リング状部材に加熱加圧成形を施して切頭円錐形状に成形し、その後、更に焼戻してリング状部品としている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、ブレーキディスクのような平行なディスク面を持つ金属製リング状部品は、一般に図６に示す製造工程を経て製造される。
図６は、従来の金属製リング状素形材23の製造工程を説明する模式図であって、（ａ）は板面上方から見た平面図、（ｂ）はＹ−Ｙ断面図、（ｃ）はリング状素形材23の斜視図である。図６で符号21は、所定の断面寸法ａ、ｂを有する帯板であり、帯板21の材料としては、例えばステンレス鋼などの耐摩耗性金属が用いられる。符号22は、帯板21からプレス加工により打ち抜いてスクラップとされる円板を示し、符号23は、プレス加工により打ち抜いた、内径がｄ1 、外径がｄ2 のリング状素形材を示す。プレス加工後の帯板24はスクラップとされる。
【０００５】
リング状素形材23には、その後、必要に応じて角部に生じたバリを機械加工により除去するバリ取り処理や焼き入れ処理が施される。さらに厳しい条件下で使用されるものは、リング状素形材23のディスク面に研削加工を施して、平坦度や厚み寸法を所定とする仕上げ加工が施され、平行なディスク面を持つ金属製リング状部品とされる。
【０００６】
従来、平行なディスク面を持つリング状部品に用いるリング状素形材は、良好な平坦度と高厚み精度を有する帯板21を用い、プレス加工により円環状に打ち抜いて製造されていた。
このように、帯板をプレス加工により円環状に打ち抜いてリング状素形材を得る製造方法は、生産効率が良く、また円環状に打ち抜く際の、形状および厚み変化が小さく、リング状素形材の寸法精度および形状精度が良いために、その後、平行なディスク面を持つリング部品を得る際の機械加工による仕上げ加工工数を少なくすることができるという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平6-106277号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の金属製リング状素形材の製造方法は、広幅の帯板を用い、外径ｄ1 を持つ円板22と、プレス加工後の帯板24をスクラップとするために、リング状素形材を得る際の材料歩留まりが極めて低いという問題があった。
一方、皿ばねを製造する際の加熱加圧成形は、得られる素形材の形状が皿状であり、平行なディスク面を持つリング部品を経済的に得ることが困難で、金属製リング状素形材の製造方法として採用するには問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、平行なディスク面を持つリング状部品を経済的に得ることができると共に、リング状素形材を製造する際の材料歩留まりを向上することができ、かつ高寸法精度のリング状部品を効率良く製造するのに好適な金属製リング状素形材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、素材として金属からなる帯板を用い、該帯板の幅方向に曲げ成形して円環状となし、次いで端面同士を突き合わせ溶接して、厚みが外面から内面に向かって漸増するリング状部材となし、該リング状部材に一対の圧下ローラーで前記リング状部材の厚み偏差を小さくする回転圧延成形を施すことを特徴とする金属製リング状素形材の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る金属製リング状素形材の製造方法について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は３ロール式曲げ加工機により帯板１を帯板の幅方向に曲げ成形した際の模式図であって、（ａ）は板面上方から見た曲げ成形途中の帯板１の形状を示す平面図、（ｂ）は、曲げ成形終了後の帯板１の一巻き目の形状を示す平面図である。素材としては、目的および用途に応じて、金属からなる所定の厚みＡ0 、幅Ｂの帯板１を用いる。
【００１２】
また、図２（ａ）は、曲げ成形して円環状となし、端面同士を突き合わせ溶接して得たリング状部材２の平面図、図２（ｂ）は、Ｘ−Ｘ断面図である。図３は、本発明おける回転圧延成形を説明する概略斜視図である。
このように、本発明の実施の形態に係るリング状素形材の製造方法では、帯板１を用い、帯板１の幅方向に曲げ成形して円環状となし、端面同士を突き合わせ溶接して溶接部６を有し、厚みが外面から内面に向かって漸増するリング状部材２となしている。
【００１３】
ここで、曲げ成形して円環状となし、リング状部材２を得るには、例えば、図１（ａ）に示すように配置した３つの曲げローラ７を備えた３ロール式曲げ加工機を用いるのが効率的にかつ精度よく帯板１を帯板の幅方向に曲げ成形して円環状とすることができるので好ましい。図１（ｂ）で破線は切断位置を示し、この位置で切断することにより帯板素材１の円環状とすることができなかった先端部を除去すると共に円環状とされた部材を帯板１から切り離している。
【００１４】
その際に帯板１の長さは、図４に示すリング状素形材３を少なくとも一つ以上製造することができる長さとする。リング状素形材３の内径は、Ｄ1 −２β、外径はＤ2 ＋２α、厚みはＡ3 として示した。なお、短尺長さに切断された帯板１を用いた場合、条件によっては従来より材料歩留まりを向上することができるが、長い帯板１を用い、連続して曲げ加工を行って螺旋状に巻いた後、螺旋状に巻いた部材を円環毎に切断するようにするのが材料歩留まりを顕著に向上させることができるのでより好ましい。円環状とされた部材の切断は、特に規定する必要はないが、例えばバンドソー等の鋸切断により行うことができる。このような切断方法によれば、材料の歩留まり低下が小さいので望ましい。
【００１５】
このようにして得た円環状部材の端面同士を突き合わせ溶接して図２に示すような、溶接部６を有し、かつ厚みが外面から内面に向かって漸増するリング状部材２とする。リング状部材２は、曲げ成形により内面側が周方向に縮んだ結果、内面側の厚みが帯板素材１の厚みＡ0 より増え、一方、外面側が周方向に伸ばされた結果、外面側の厚みが帯板素材１の厚みＡ0 より減る。そこで、リング状部材２の厚みは、Ａ1 ＜Ａ0 ＜Ａ2 となる。Ａ1 は、リング状部材２の外周での厚み寸法であり、Ａ2 はリング状部材２の内周での厚み寸法である。
【００１６】
このようなリング状部材２の内面側と外面側との厚み偏差を材料歩留まりを低下させずに効率的に小さくすることが重要である。
そこで、本発明では、図３に示すようにリング状部材２に一対の圧下ローラー８で厚み偏差を小さくする回転圧延成形を施している。図３で符号8A、8Bは、一対の圧下ローラー８の軸芯を示し、圧下ローラーは軸芯を中心として回転する。
【００１７】
本発明では、回転圧延成形を施すことによってリング状素形材３を得る際に、内径、外径が若干変化するので、リング状部材２には、その寸法変化を予め見込んでおくようにする。このようにすることにより、厚みがＡ0 、幅がＢの帯板１から所定の寸法：厚みＡ3 、内径Ｄ1 −２β、外径Ｄ2 ＋２αを有するリング状素形材３を得ることができる。なお、２α、２βはリング状素形材３の内、外面の切断代である。
【００１８】
ここで、図３中、符号９で示す矢印は圧下ローラ８の回転方向を示し、符号10で示す矢印は、回転圧延成形中のリング状部材２の回転方向を示す。回転圧延成形では、駆動回転させた、一対の圧下ローラー８によりリング状部材２の厚みを圧下しつつ、リング状部材２を周方向に従動回転させることにより周方向に亘りリング状部材２の厚み偏差を小さくするようにしている。
【００１９】
符号2Aは、従動回転するリング状部材２の回転中心を示す。圧下ローラー８は、その軸芯8A、8Bが回転中心2Aと交わるように配置されている。また、一対の圧下ローラー８の幅は、リング状部材２の厚みを半径方向に亘り一度に圧下できる寸法とされている。勿論、一対の圧下ローラー８間のロールギャップは内面側と外面側の厚みを均一にすることができるように圧延荷重に応じて設定されている。このようにすることにより回転圧延成形によりリング状部材２の厚み偏差を安定して小さくすることができる。ここで、回転圧延成形は、一対の圧下ローラー８を駆動回転させ、リング状部材２を周方向に従動回転させることが圧下ローラー８の周速とリング状部材２の周速を同調させる速度調整を行う必要がないので好ましい。また回転圧延成形は、リング状部材２の内面での厚み圧下量がＡ2 −Ａ1 で外面での厚み圧下量が０となるようにリング状部材２の内、外面に対応する位置の負荷時ロールギャップをＡ1 に設定するのが効率的に内面側と外面側の厚みを均一にすることができるので望ましい。
【００２０】
このようにして得たリング状素形材３の断面形状を図４に示した。図５に示すリング状素形材４は、図４に示すリング状素形材３の内面および外面にせん断加工を施したものである。せん断加工は、例えば、図４（ｂ）と図５（ｂ）を比較してわかるように周面に形成された断面円弧状の出っ張りを除去する加工である。内面側の切断代２β、外面側の切断代２αは、バルジング量を若干超える量とされている。この断面円弧状の出っ張りは、回転圧延成形により厚みを均一にするに際し、内周面および外周面が自由端面であるためにバルジング変形により形成されたものである。
【００２１】
但し、せん断加工は必須ではなく、行わなくてもよい。あるいは、回転圧延成形中に内周面および外周面を成形ローラーにより角部が直角となるように成形することにより、せん断加工を省略することもできる。
また、回転圧延成形は、リング状部材２を適宜な加熱手段により加熱して熱間状態としてから圧下ローラー８で圧下することもできるし、あるいは加熱せずに、冷間状態で圧下ローラー８により圧下することもできる。
【００２２】
このようにして製造されたリング状素形材は、所定の厚み精度と所定の形状を有する。その後、必要な熱処理などの処理を施すことによって、所定の機械的性質と所定の寸法精度を有するリング状部品とするに際し、リング状素形材の平坦度や厚みを所定とする仕上げ加工工数を少なくすることができる。
以上説明したように、本発明では素材として、狭幅の帯板を用い、円環状に曲げ成形し、端面同士を突き合わせ溶接してリング状部材となし、リング状部材にリング状部材の厚み偏差を小さくする回転圧延成形を施するようにした。
【００２３】
このために帯板からリング状素形材を製造する際の材料歩留まりを顕著に向上することができ、従来のように広幅の帯板をプレス加工により円環状に打ち抜いてリング状素形材を製造する場合に比べてリング状素形材を経済的に製造することができる。
【００２４】
【実施例】
幅が350 mm、厚みが５mmのステンレス製の帯板をプレス加工により円環状に打ち抜いて内径ｄ1 が250mm 、外径ｄ2 が300mm 、厚みａが５mmであるリング状素形材を得た従来の製造方法では、帯板素材の75％がスクラップとして処理され、材料歩留まりが25％であった。
【００２５】
これに対して、従来と同程度の平坦度と寸法精度を有するリング状素形材を得るに当たり、幅が60mm、厚みが５mmの帯板をステンレス製の帯板を用い、円環状に曲げ成形し、端面同士を突き合わせ溶接してリング状部材となし、リング状部材に回転圧延成形を施して、リング状部材の厚み偏差を小さくするようにした発明例の製造方法では、曲げ成形→切断→突き合わせ溶接→回転圧延成形と工程数は増えるが、帯板の材料歩留まりを95％に向上することができた。
【００２６】
その際に、圧下ローラー８の直径を100 mmとし、冷間でリング状部材に厚み偏差を小さくする回転圧延成形を施して、0.85mm以上であったリング状部材の厚み偏差を±0.1mm 以下とすることができた。回転圧延成形中における最大圧延荷重は、9800ｋＮ程度であった。
また、特開平6-106277号公報に示されている加熱加圧成形方法は、上記と同様な寸法のリング状部材の成形する際のプレス荷重は板厚を均一化するための荷重としては、回転圧延成形中における最大圧延荷重の数十倍と推定されるうえに、得られる素形材の形状が皿状であり、平行なディスク面を持つ金属製リング状部品の素形材の成形方法としては不適あるために採用しなかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、リング状素形材を製造する際の材料歩留まりを向上することができ、かつ高寸法精度のリング状素形材を効率良く製造することができる。
この結果、安価なリング状素形材を使用し、機械加工による仕上げ加工工数を増やすことがなく、平行なディスク面を持つリング部品を得ることができるので、金属製リング状部品のコストを下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、３ロール式曲げ加工機により帯板を幅方向に曲げ成形した際の模式図であって、（ａ）は板面上方から見た曲げ成形途中の帯板１の形状を示す平面図、（ｂ）は、曲げ成形された帯板１の一巻き目の形状を示す平面図である。
【図２】図２（ａ）、図２（ｂ）は、リング状部材の平面図、同Ｘ−Ｘ断面図である。
【図３】図３は、本発明における回転圧延成形を説明する概略斜視図である。
【図４】本発明により得たリング状素形材の外形形状を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図５】本発明により得たリング状素形材にせん断加工を施した素形材の外形形状を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図６】従来の金属製リング状素形材の製造工程を説明する模式図であって、（ａ）は板面上方から見た平面図、（ｂ）はＹ−Ｙ断面図、（ｃ）はリング状素形材の斜視図である。
【符号の説明】
１  帯板
２  リング状部材
2A  リング状部材２の回転中心
３  リング状素形材
４  せん断加工後のリング状素形材
６  溶接部
７  曲げローラ
８  圧下ローラ
8A  上圧下ローラの軸芯
8B  下圧下ローラの軸芯
９  圧下ローラの回転方向を示す矢印
10  回転圧延成形中のリング状部材２の回転方向を示す矢印
Ａ0   帯板１の厚み寸法
Ｂ    帯板１の幅寸法
Ａ1 、Ａ2   リング状部材２の厚み寸法
Ａ3   リング状素形材３の厚み寸法
Ｄ1   リング状素形材４の内径寸法
Ｄ2   リング状素形材４の外径寸法
α、β  せん断代
21  帯板
22  円板
23  リング状素形材
24  プレス加工後の帯板
ａ  帯板21の厚み寸法
ｂ  帯板21の幅寸法
ｄ1   リング状素形材23の内径寸法
ｄ2   リング状素形材23の外形寸法
【図１】
2004202499.tif 000003
【図２】
2004202499.tif 000004
【図３】
2004202499.tif 000005
【図４】
2004202499.tif 000006
【図５】
2004202499.tif 000007
【図６】
2004202499.tif 000008