(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼よりなる素材を用いて円筒形状の中間材を作製し，次いで，該中間材に，絞り加工，しごき加工又はＤＩ加工を加えて円筒部材を成形するに当たり，
少なくとも最後の加工ではＤＩ加工を行い，該最後の加工においては，上記中間材の開口端部の加工完了直前で加工を止めることにより，該開口端部に本体部よりも大径に拡開され，少なくともその端部の断面形状が内側に向けて凸状の形状である曲面形状の端部として形成された拡径部を形成して該拡径部を圧縮残留応力状態とし，
上記本体部から開口端部までの間に形成される上記拡径部の高さは０．５〜５．０ｍｍに設定し，
かつ，上記拡径部の厚さが０．１〜２．０ｍｍとなるようにＤＩ加工を行うことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１において，上記拡径部は，少なくともその端部が上記円筒部材の外側に曲率中心を有する曲面形状の端部として形成されていることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記拡径部の縦断面形状は，上記拡径部の全体に渡って，上記円筒部材の外側に曲率中心を有する曲面状に設けることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記円筒部材は，上記絞り加工，しごき加工又はＤＩ加工によって，誘起マルテンサイト変態させて強磁性体とすることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法。
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材であって，該円筒部材の開口端部には，本体部よりも大径に拡開され，少なくともその端部の断面形状が内側に向けて凸状の形状である曲面形状の端部として形成されてなると共に圧縮残留応力状態に設けられた拡径部を有しており，
上記本体部から開口端部までの間に形成される上記拡径部の高さは０．５〜５．０ｍｍに設定されており，
かつ，上記拡径部の厚さが０．１〜２．０ｍｍとなるようにＤＩ加工されていることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材。
【請求項６】
請求項５において，上記拡径部の縦断面形状は，上記円筒部材の外方に曲率中心を有する曲面状であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えば磁性材料として用いることができるステンレス鋼よりなる円筒部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば，電磁弁等の磁気回路を有する装置においては，オーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材を磁性材料として用いる場合がある。
オーステナイト系のステンレス鋼は，元来非磁性体であるが，冷間加工を加えると誘起マルテンサイトが発生し，これにより強磁性体となるという特徴を有している。そのため，オーステナイト系ステンレス鋼を用いて，冷間加工，溶体化処理等に工夫を加え，オーステナイトよりなる非磁性部とマルテンサイトよりなる強磁性部とを一体的に併せ持つ複合磁性部材も開発されている。
【０００３】
かかるオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材を製造するに当たっては，通常，円筒形状の中間材を作製した後，絞り加工等を複数回加えて所定寸法に加工する。また，この絞り加工等の条件を調整することにより，誘起マルテンサイトを発生させることができ，円筒部材を全体的に強磁性化させることができる。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法には，次の問題がある。
即ち，上記絞り加工を加えて得られた円筒部材には，引張残留応力が残る。このとき，円筒部材の開口端部に小さなキズなどの応力集中部が存在する場合には，開口端部から縦方向に時期割れが生じる場合がある。
【０００５】
一方，この時期割れ防止には，ショットピーニングにより上記引張残留応力を低減する方法が有効である。しかしながら，絞り加工後ショットピーニングを施すまでの時間が長い場合には，対策をとる前に時期割れが生じてしまう場合もある。
【０００６】
また，開口端部を滑らかな面に加工することも時期割れ対策に有効である。しかしながら，この場合も，開口端部の加工時期が遅い場合には，上記と同様に対策前に時期割れが生じてしまう場合がある。さらに，開口端部の加工工程の増加により製造コストの増加を招いてしまう。
【０００７】
また，絞り加工後にしごき加工を加えて引張残留応力を低減する方法もある。しかしながら，引張残留応力が大きい場合には，しごき率を大きく設定しても，引張残留応力を十分に低減することができない。
【０００８】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，円筒部材の成形後における時期割れを確実に防止することができる，ステンレス鋼よりなる円筒部材およびその製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，オーステナイト系ステンレス鋼よりなる素材を用いて円筒形状の中間材を作製し，次いで，該中間材に，絞り加工，しごき加工又はＤＩ加工を加えて円筒部材を成形するに当たり，
少なくとも最後の加工ではＤＩ加工を行い，該最後の加工においては，上記中間材の開口端部の加工完了直前で加工を止めることにより，該開口端部に本体部よりも大径に拡開され，少なくともその端部の断面形状が内側に向けて凸状の形状である曲面形状の端部として形成された拡径部を形成して該拡径部を圧縮残留応力状態とし，
上記本体部から開口端部までの間に形成される上記拡径部の高さは０．５〜５．０ｍｍに設定し，
かつ，上記拡径部の厚さが０．１〜２．０ｍｍとなるようにＤＩ加工を行うことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法にある。
【００１０】
本発明において最も注目すべきことは，上記最後の絞り加工又はしごき加工（以下，最終加工という）において，上記開口端部の加工完了直前で加工を止めることにより，上記拡径部を形成することである。
【００１１】
上記拡径部は，少なくとも上記最終加工において形成する。なお，絞り加工又はしごき加工を複数回行う場合には，最終加工よりも前の加工工程においても拡径部を形成してもよい。但し，この場合にも，最終加工においては必ず上記拡径部を形成する。
【００１２】
上記拡径部は，上記のごとく，本体部よりも大径に拡開させて設ける。
この拡径部の形成は，上記最終加工を開口端部の加工完了直前で止めることにより行う。具体的には，上記最終加工としての絞り加工あるいはしごき加工を行うダイとして，加工前の中間材の外径よりも小さい内径を有するダイを用いる。そして，上記のごとく，開口端部の加工が完了する直前，即ち，開口端部の加工途中で最終加工を止める。これにより，最終加工が完了した本体部よりも，最終加工が施されない開口端部を大径に維持することができる。
【００１３】
また，上記拡径部は，圧縮残留応力状態となるように設ける。これは，上記絞り加工又はしごき加工における加工途中部分が圧縮残留応力状態にあることを利用し，かつ，上記のごとく開口端部を未加工状態に維持することにより実現することができる（実施形態例参照）。
【００１４】
上記中間材としては，一端部に底部を有する有底円筒形状であっても，両端部を開口させた円筒形状であってもよい。
但し，上記有底円筒形状の方が，絞り加工又はしごき加工を行う場合の作業性に優れる。
【００１５】
また，素材として用いるオーステナイト系ステンレス鋼としては，例えばＣｒ−Ｎｉ系のステンレス鋼がある。
また，素材形状としては，板状，棒状，筒状等，少なくとも円筒形状の中間材を形成できればいずれの形状でもよい。例えば板状の場合には，これをプレスで打ち抜くと共に絞り加工して得ることができる。
【００１６】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明においては，上記最後の絞り加工又はしごき加工において，上記のごとく，開口端部に上記拡径部を形成する。この拡径部の存在により，上記円筒部材は時期割れを確実に回避することができる。
【００１７】
この理由は次のように考えられる。
即ち，上記拡径部は，上記のごとく，最終加工の加工完了直前で止めることにより形成している。一方，絞り加工あるいはしごき加工においては，加工途中の材料内部は全体的に圧縮残留応力が発生した状態とすることができる。そのため，加工完了直前で加工を中止された上記拡径部は，全体的に圧縮残留応力を有するものとなる。
【００１８】
そのため，たとえ円筒部材の開口端部（拡径部の端部）に小さなキズのような応力集中部が存在する場合においても，拡径部が圧縮残留応力状態にあるので割れの発生を十分に抑制することができる。
それ故，円筒部材を長期間放置しても，該円筒部材は時期割れすることなく健全な状態に維持される。
なお，上記拡径部は，その後にショットピーニング処理等の時期割れ対策を施した後削除することもできるし，そのまま残すことも可能である。
【００１９】
このように，本発明によれば，円筒部材の成形後における時期割れを確実に防止することができる，ステンレス鋼よりなる円筒部材の製造方法を提供することができる。
【００２０】
次に，請求項２の発明のように，上記拡径部は，少なくともその端部が上記円筒部材の外側に曲率中心を有する曲面形状の端部として形成されていることが好ましい。即ち，上記拡径部の少なくともその端部は，内側に向けて凸状の形状とし，水平面状あるいは外側に向けて凸状となるような形状には設けない。これにより，上記拡径部の圧縮残留応力状態を高めることができる。
【００２１】
さらに，請求項３の発明のように，上記拡径部の縦断面形状は，上記拡径部の全体に渡って，上記円筒部材の外側に曲率中心を有する曲面状に設けることが好ましい。即ち，上記拡径部の断面形状は，その全体に渡って内側に向けて凸状の形状とし，水平面状あるいは外側に向けて凸状となるような形状には設けない。これにより，上記拡径部の圧縮残留応力状態をさらに高めることができる。
【００２２】
また，請求項４の発明のように，上記最後の絞り加工又はしごき加工は，絞り加工としごき加工とを同時に行うＤＩ（Drawing  Ironing）加工であることが好ましい。この場合には，しごき加工により，円筒部材全体の引張残留応力を軽減することができ，上記拡径部による時期割れ防止効果をさらに高めることができる。
【００２３】
また，請求項４の発明のように，上記円筒部材は，上記絞り加工，しごき加工又はＤＩ加工によって，誘起マルテンサイト変態させて強磁性体とすることができる。この場合には，オーステナイト相からマルテンサイト相への変態による体積膨張が発生し，通常は時期割れを生じやすい状態となる。しかしながら，この場合にも上記拡径部を設けることにより十分に時期割れの発生を防止することができる。
【００２４】
また，上記請求項１の発明では，上記本体部から開口端部までの間に形成される上記拡径部の高さは０．５〜５．０ｍｍに設定される。この場合には，拡径部の残留応力を容易に圧縮状態とすることができる。一方，拡径部の高さが０．５ｍｍ未満の場合には，拡径部の領域が小さすぎて本体部の引張残留応力に対向しきれないという問題があり，また，５．０ｍｍを越える場合には，端部側が引張残留応力に変化してくるという問題がある。
【００２５】
また，上記拡径部の厚さが０．１〜２．０ｍｍとなるように絞り加工又はしごき加工を行う。この場合には，上記拡径部の高さを上記範囲内に設定することにより，拡径部の残留応力をさらに容易に圧縮状態とすることができる。
【００２６】
次に，請求項５の発明は，オーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材であって，該円筒部材の開口端部には，本体部よりも大径に拡開され，少なくともその端部の断面形状が内側に向けて凸状の形状である曲面形状の端部として形成されてなると共に圧縮残留応力状態に設けられた拡径部を有しており，
上記本体部から開口端部までの間に形成される上記拡径部の高さは０．５〜５．０ｍｍに設定されており，
かつ，上記拡径部の厚さが０．１〜２．０ｍｍとなるようにＤＩ加工されていることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材にある。
【００２７】
本発明の円筒部材において最も注目すべきことは，上記開口端部には，上記拡径部を設けてあり，かつ，該拡径部を圧縮残留応力状態としてあることである。
上記拡径部の形成方法としては，例えば，上述した製造方法に示したごとく，絞り加工又はしごき加工を途中で止めることにより形成する方法がある。
【００２８】
本発明においては，この拡径部が圧縮残留応力状態にある。そのため，たとえ円筒部材の開口端部（拡径部の端部）に小さなキズのような応力集中部が存在する場合においても，割れの発生を十分に抑制することができる。
それ故，本発明の円筒部材を長期間放置しても，該円筒部材は時期割れすることなく健全な状態に維持される。
【００２９】
また，請求項６の発明のように，上記拡径部の縦断面形状は，上記円筒部材の外方に曲率中心を有する曲面状であることが好ましい。この場合には，上記のごとく，上記拡径部の圧縮残留応力状態をさらに高めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材およびその製造方法につき，図１，図２を用いて説明する。
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材１は，図１，図２に示すごとく，その開口端部には，本体部１０よりも大径に拡開されていると共に圧縮残留応力状態に設けられた拡径部２を有している。
また，この拡径部２の縦断面形状は，上記円筒部材１の外方に曲率中心を有する曲面状，即ち，内側に向けて凸状に設けられている。
【００３１】
この円筒部材１を製造するに当たっては，図１に示すごとく，まず，オーステナイト系ステンレス鋼よりなる素材８１を用いて円筒形状の中間材８を作製する。次いで，該中間材８に絞り加工又はしごき加工を加えて円筒部材１を成形する。
そして，少なくとも最後の絞り加工又はしごき加工においては，上記中間材８の開口端部の加工完了直前で加工を止めることにより，上記拡径部２を形成する。
【００３２】
以下，この製造方法につき詳説する。
本例においては，図１（ａ）に示すごとく，オーステナイト系ステンレス鋼よりなる素材として，板材８１を準備した。これを円盤状のブランク材に打ち抜き，絞り加工を施して有底円柱形状の中間材８を形成した（同図（ｂ））。この第１回目の絞り加工は端面部も含めて全体的に絞り加工を施した。
【００３３】
次に，中間材８に対して，同図（ｃ）に示すごとく，複数回の絞り加工を施して，誘起マルテンサイトを発生させて全体を強磁性化した。このときの複数回の絞り加工は，通常の絞り加工と同様に端面部も含めて加工を施した。
次に，同図（ｄ）に示すごとく，強磁性化した中間材８にＤＩ加工を２回施した。１回目のＤＩ加工は開口端部も含めて全体的に加工を施した。最後のＤＩ加工においては，中間材８の開口端部の加工完了直前で加工を止めた。そして，開口端部に本体部１０よりも大径に拡開された拡径部２を形成した。
【００３４】
この拡径部２の縦断面形状は，図２に示すごとく，ＤＩ加工用ダイの断面形状の影響により，円筒部材１の外方に曲率中心を有する曲面状に設けられた。即ち，拡径部２の断面形状は，内側に向けて凸状の形状とした。
この拡径部２の応力状態は，Ｘ線による測定の結果，圧縮残留応力状態にあることが確認された。
【００３５】
次に，本例の作用につき説明する。
本例においては，上記最後のＤＩ加工において，上記のごとく，開口端部に上記拡径部２を形成する。また，この拡径部２は，上記のごとく圧縮応力状態にある。そのため，上記円筒部材１は時期割れを確実に回避することができる。
【００３６】
即ち，たとえ円筒部材１の開口端部に応力集中部が存在する場合においても，拡径部２が圧縮残留応力状態にあるので割れの発生を十分に抑制することができる。
それ故，円筒部材１を長期間放置しても，該円筒部材１は時期割れすることなく健全な状態に維持される。
【００３７】
実施形態例２
本例は，図３に示すごとく，実施形態例１における最初の絞り加工を除き，複数回の絞り加工（同図（ｃ））と２回のＤＩ加工のすべて（同図（ｄ））において拡径部２を形成した。即ち，上記中間材８の絞り加工においては，中間材８の開口端部の加工完了直前で加工を止めた。また，２回のＤＩ加工においても，同様に，中間材８の開口端部の加工完了直前で加工を止めた。
【００３８】
これにより，各途中段階の中間材８においても，その開口端部に本体部よりも大径に拡開された拡径部２を形成した。また，各拡径部２の縦断面形状は，各中間材８の外方に曲率中心を有する曲面状に設けた。この断面形状は，絞り加工又はＤＩ加工に用いるダイの断面形状の影響により得ることができた。
【００３９】
この場合には，最後のＤＩ加工を施す前の中間段階においても，時期割れの発生を十分に防止することができる。例えば，絞り加工とＤＩ加工との間のように，比較的長時間放置される可能性がある場合には特に有効である。
その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００４０】
なお，製品の種類によっては，上記拡径部２を取り除く必要がある場合もある。この場合には，上記拡径部２を備えたまま円筒部材１にショットピーニング等の時期割れ防止策を施した後，上記拡径部２を削除することもできる。また，拡径部２を残せる場合であっても，ショットピーニング処理を施して時期割れ防止効果をさらに高めることも勿論可能である。
【００４１】
実施形態例３
本例においては，実施形態例２の製造方法により作製した円筒部材の効果を評価すべく，比較例の製造方法により作製した円筒部材と共に時期割れの発生状況を確認するテストを行った。
比較例の製造方法は，図４に示すごとく，オーステナイト系ステンレス鋼よりなる素材として，板材９８１を準備した。そして，これを円盤状のブランク材に打ち抜き，絞り加工を施して有底円柱形状の中間材９８を形成した（同図（ｂ））。
【００４２】
次に，中間材９８に対して，同図（ｃ）に示すごとく，複数回の絞り加工を施して，誘起マルテンサイトを発生させて全体を強磁性化すると共に，所望寸法の円筒部材９に仕上げた。上記絞り加工においては，開口端部も含めて全体に加工を施した。
【００４３】
次に，上記実施形態例２の製造方法により作製した円筒部材１と，比較例の製造方法により作製した円筒部材９をそれぞれ８７個，３ヶ月間放置した。そして，放置後に時期割れ発生状況を調べた。
このテストの結果，比較例の方法による場合には，８７個中４５個（５２％）に時期割れが発生した。一方，実施形態例２にかかる円筒部材１には，まったく時期割れが発生しなかった。
以上の結果から，本発明にかかる円筒部材は時期割れが非常に起こりにくい優れた材料であることが分かる。
【００４４】
実施形態例４
本例では，上記拡径部２による時期割れ防止のメカニズムをさらに明確にすべく，実験的に絞り加工を行い，各加工段階での残留応力状態を測定した。
具体的には，図５に示すごとく，ダイ７１とパンチ７２とを用いて板材８８に絞り加工を施した。また，この絞り加工は，ダイ７１を通過していない開口端部を十分に残して途中で止めた。
【００４５】
そして，図６に示すごとく，開口端部付近における，曲げ加工開始前のフランジ部Ａ，曲げ加工中の曲げ加工部Ｂ，曲げ加工が完了した加工完了部Ｃの各部分をリング状に輪切りした。そして切り出したリングの一部を切断して，この切断部が口開き状態あるいは口閉じ状態のいずれになるかを観察した。
【００４６】
その結果を模式的に示したものが図６である。同図に示すごとく，上記フランジ部Ａおよび加工完了部Ｃは，いずれも最初の外径Ｄ1，Ｄ3がＤ12，Ｄ32に拡大して口開き状態となり，引張残留応力状態にあることが分かる。一方，上記曲げ加工部Ｂは，最初の外径Ｄ2がＤ22に縮小して口閉じ状態（スプリングゴー状態）となり，圧縮残留応力状態にあることが分かる。
【００４７】
これらのことから，絞り加工又はしごき加工あるいはＤＩ加工において，図７に示すごとく，開口端部が上記曲げ加工部Ｂの位置において止まるように加工を施すことにより，拡径部２の応力状態を確実に圧縮残留応力状態にすることができるということが分かる。
【００４８】
また，上記実施形態例１のように，拡径部２の縦断面形状を上記円筒部材１の外方に曲率中心を有する曲面状，即ち，内側に向けて凸状とすることにより，拡径部２を上記の曲げ加工部Ｂの状態にすることができる。そして，これにより，拡径部２を容易に圧縮残留応力状態とすることができることが分かる。
【００４９】
なお，上記各実施形態例により得られたオーステナイト系ステンレス鋼よりなる円筒部材を複合磁性部材の素材として利用することも勿論可能である。即ち，得られた円筒部材の一部に熱処理を加えてオーステナイト化し，マルテンサイト相よりなる強磁性部とオーステナイト相よりなる非磁性部とからなう複合磁性部材を得ることができる。
【００５０】
実施形態例５
本例では，上記拡径部２の残留応力状態を，拡径部の高さと厚みの面から評価した。
即ち，実施形態例１に示した製造工程において，最後のＤＩ加工における拡径部２の形成状態を変更し，得られた拡径部の残留応力を測定した。具体的には，拡径部の厚み（板厚）が１．２ｍｍの場合と２．０ｍｍの場合について，拡径部の高さを０〜５．３ｍｍの範囲で変更し，得られた拡径部の残留応力を測定した。
【００５１】
残留応力の測定結果を図８に示す。同図は，横軸に拡径部の高さ（端面残し量Ｌ（ｍｍ：図７参照））を，縦軸に端面の円周方向の残留応力（ＭＰａ）をとった。このとき残留応力が０より大きければ引張状態であることを意味し，０より小さければ圧縮状態であることを意味する。また，厚みが１．２ｍｍの場合を実線Ｅ１，２．０ｍｍの場合を実線Ｅ２により示した。さらに比較のために，拡径部を設けない場合（Ｌ＝０）において，最終加工が絞り加工の場合の残留応力を符号Ｃ１，ＤＩ加工の場合の残留応力を符号Ｃ２により示した。
【００５２】
同図より知られるごとく，拡径部の厚さが２．０ｍｍの場合にはその高さが０．５〜５．０ｍｍの範囲において，拡径部の厚さが１．２ｍｍの場合にはその高さが０．６〜２．８ｍｍの範囲において，圧縮残留応力状態を実現できた。
また，拡径部を設けない場合（Ｃ１，Ｃ２）には，最終加工が絞り加工であってもＤＩ加工であっても残留応力を圧縮状態とすることが困難であることも分かった。
【００５３】
以上のことから，板厚が１．２〜２．０ｍｍの場合には，拡径部の高さを０．５〜５．０ｍｍの範囲から選択することにより，拡径部を所望の圧縮残留応力状態とすることができるということが分かる。
なお，拡径部の板厚の加工範囲としては，０．１〜２．０ｍｍ程度である。上述したように，拡径部の高さの適性範囲は，その板厚に応じて変動するので，最終的に得られる拡径部の板厚に応じて拡径部の高さを適切に選択することが必要である。
【００５４】
【発明の効果】
上述のごとく，本発明によれば，円筒部材の成形後における時期割れを確実に防止することができる，ステンレス鋼よりなる円筒部材およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，円筒部材の製造工程を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，円筒部材の断面図。
【図３】実施形態例２における，円筒部材の製造工程を示す説明図。
【図４】実施形態例３の比較例における，円筒部材の製造工程を示す説明図。
【図５】実施形態例４における，試験方法を示す説明図。
【図６】実施形態例４における，残留応力状態を示す説明図。
【図７】実施形態例４における，円筒部材の形状を示す説明図。
【図８】実施形態例５における，端面残し量と端面残留応力との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．円筒部材，
１０．．．本体部，
２．．．拡径部，
８．．．中間材，
【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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