(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビレットを所定寸法に切断するビレットの切断方法であって、
前記ビレットより小さな線膨張係数を有するとともに該ビレットの外径より僅かに大きな内径を有する輪状部材を複数個重ねて筒状の治具を組み立てる工程と、
前記筒状の治具に前記ビレットを挿入する工程と、
前記ビレットが半溶融状態になる温度まで該ビレットならびに前記治具を加熱する工程と、
隣り合う前記輪状部材を互いに異なる方向に移動させることで前記ビレットを切断する工程と、からなるビレットの切断方法。
【請求項２】
前記加熱は、誘導加熱法で実施することを特徴とする請求項１記載のビレットの切断方法。
【請求項３】
前記ビレットの材質は、アルミニウム基複合材であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のビレットの切断方法。
【請求項４】
前記治具の材質は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のビレットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塑性加工に用いるビレットを所定の厚さに切断するビレットの切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に特願２０００−１３７６７８「アルミニウム基複合材製部品の製造方法」を提案した。この発明の概要を次図で説明する。
図７は先に提案したアルミニウム基複合材製部品の製造方法の説明図である。
まず、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粉末を予め所定形状に成形し、多孔質アルミナの成形体とする。その次に、成形体を還元し、還元した多孔質にアルミニウム合金の溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材のビレット１０１を得る。
【０００３】
引き続いて、アルミニウム基複合材のビレット１０１をカッタ１０２で所定の厚さｔに切断する。そして、アルミニウム基複合材製のブランク材１０３・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を形成する。その次に、ブランク材１０３を金型にセットし、成形を実施する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の製造方法では、アルミニウム基複合材のビレット１０１をカッタ１０２で切断すると、カッタ１０２の刃の摩耗が早く、カッタ１０２の交換頻度が多くなり、生産コストが嵩む。
また、摩耗したカッタ１０２の交換頻度が多くなると、切断機の停止時間が長くなり、生産性が悪い。
さらに、カッタ１０２の幅寸法に準じた切り代が必要であり、高価なアルミニウム基複合材の歩留りが低下する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、生産コストの削減が図れるとともに、生産性の向上が図れるビレットの切断方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、ビレットを所定寸法に切断するビレットの切断方法であって、ビレットより小さな線膨張係数を有するとともにビレットの外径より僅かに大きな内径を有する輪状部材を複数個重ねて筒状の治具を組み立てる工程と、筒状の治具にビレットを挿入する工程と、ビレットが半溶融状態になる温度までビレットならびに治具を加熱する工程と、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断する工程と、からなる。
【０００７】
加熱する工程では、加熱により、ビレットは熱膨張し、隙間が無くなるとともに、ビレットの外面は治具の内面に密着し、ビレットに圧縮力が発生する。この圧縮力によって、治具は治具内で移動しないようにビレットを押えるので、軸線方向に滑りが起きず、後工程での切断が容易になる。
また、ビレットを半溶融状態になる温度までビレットならびに治具を加熱することで、ビレットの剪断の抵抗を小さくする。この結果、後工程でのビレットの切断が容易になる。
【０００８】
ビレットを切断する工程では、ビレットを半溶融状態にし、且つ、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断するので、カッタなどの切断工具を必要としない。この結果、カッタなどの切断工具の場合に起きる刃の摩耗が無く、切断工具の購入コストは発生しない。
また、ビレットを半溶融状態にし、且つ、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断するので、切断の取り代を設ける必要がない。この結果、ビレットの歩留りは向上し、生産コストは減少する。
【０００９】
さらに、ビレットを半溶融状態にし、且つ、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断するので、治具は１度にビレットを複数個に切断することができ、生産性は向上する。
【００１０】
請求項２では、加熱は、誘導加熱法で実施することを特徴とする。
誘導加熱法を採用することで、ビレットの加熱時間を短縮するとともに、加熱工程のサイクルタイムを短縮する。
【００１１】
請求項３では、ビレットの材質は、アルミニウム基複合材であることを特徴とする。
アルミニウム基複合材を治具に挿入し、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでアルミニウム基複合材を切断するので、アルミニウム基複合材の切断に切断工具を必要としない。その結果、アルミニウム基複合材に対して消耗の激しかった切断工具を購入する費用は発生しない。
【００１２】
また、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでアルミニウム基複合材を切断するので、アルミニウム基複合材の切断に切断工具を必要としない。その結果、切断の取り代を設ける必要はなく、高価なアルミニウム基複合材の歩留りは向上する。
【００１３】
請求項４では、治具の材質は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする。
治具の材質にオーステナイト系ステンレス鋼を採用すると、誘導加熱法の場合、オーステナイト系ステンレス鋼は誘導加熱されずに、ビレットのみを誘導加熱することができ、より膨張差が拡大してビレットの圧縮応力を大きくすることができる。その結果、後工程での切断がより容易になる。
また、オーステナイト系ステンレス鋼を採用すると、オーステナイト系ステンレス鋼の線膨張係数は、アルミニウム基複合材の線膨張係数より小さいので、熱膨張差によって治具内のアルミニウム基複合材に圧縮力を加えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係るビレットの切断方法のフローチャートであり、ＳＴはステップを示す。
ＳＴ０１：ビレットより小さな線膨張係数の輪状部材を複数個重ねて筒状の治具を組み立てる。
ＳＴ０２：筒状の治具にビレットを挿入する。
ＳＴ０３：ビレットが半溶融状態になる温度までビレットならびに治具を加熱する。
ＳＴ０４：隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断する。
次に、ＳＴ０１〜ＳＴ０４を具体的に説明する。
【００１５】
図２は本発明に係るビレットの切断方法の第１説明図である。
まず、ビレット１１の切断に使用する治具１２を組み立てる。具体的には、治具１２は、両端に設ける押え板１３，１４と、これら押え板１３，１４の間に並べる第１輪状部材１５、第２輪状部材１６、第３輪状部材１７および第４輪状部材１８と、ボルト２１，２２とからなる。押え板１４の上に第１〜第４輪状部材１５〜１８を重ねて筒状の治具１２を組み立てる。
【００１６】
第１輪状部材１５は、ビレット１１の外径Ｄｂより僅かに大きな内径Ｄｉを形成し、所定幅Ｗを形成したものである。第１輪状部材１５の材質は、ビレット１１より小さな線膨張係数の材質であり、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４）である。第２〜第４輪状部材１６〜１８は、第１輪状部材１５と同じであり、説明を省略する。
【００１７】
ビレット１１の材質は、例えばアルミニウム基複合材である。
アルミニウム基複合材は、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粉末を予め所定形状に成形し、多孔質アルミナの成形体とし、窒化マグネシウム雰囲気下でアルミナを還元し、金属を露出させ、濡れ性をよくし、多孔質にアルミニウム合金の溶湯を浸透させたもので、アルミニウムと強化材の界面がケミカルコンタクトによって強固に結合され、成形性に優れたものである。
引き続いて、筒状の治具１２にビレット１１を矢印▲１▼の如く挿入する。
【００１８】
図３は本発明に係るビレットの切断方法の第２説明図である。
ビレット１１を挿入した後、第１輪状部材１５に押え板１３（図２参照）を載せ、ボルト２１，２２を締める。
ここでは、隙間Ｃを均等に設けて、ビレット１１を配置したが、当然、治具１２にビレット１１の一部が触れた状態で置いてもよい。
【００１９】
既に述べたように、ビレット１１の外径Ｄｂより僅かに大きな内径Ｄｉを治具１２に設定することで、筒状の治具１２とビレット１１との間には所定の隙間Ｃ（半径での隙間）を設定する。詳しくは、ビレット１１の線膨張係数をβとし、治具１２の線膨張係数をαとし、治具１２およびビレット１１の常温時の温度をＴ１とし、加熱温度をＴ２としたときに、隙間Ｃは、２×Ｃ＜（Ｄｂ×β−Ｄｉ×α）×（Ｔ２−Ｔ１）である。
また、治具１２の線膨張係数αは、α＜βでる。
【００２０】
このような条件に設定すべく、ビレット１１の材質をアルミニウム基複合材とし、治具１２の材質にオーステナイト系ステンレス鋼を採用すると、オーステナイト系ステンレス鋼の線膨張係数は、アルミニウム基複合材の線膨張係数より小さいので、熱膨張差によって治具１２内のアルミニウム基複合材に圧縮力を加えることができる。
【００２１】
ここで、アルミニウム基複合材の線膨張係数は１９．３×１０-6／℃、オーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４）の線膨張係数は１８×１０-6／℃である。
【００２２】
図４は本発明に係るビレットの切断方法の第３説明図である。
ビレット１１が半溶融状態になる温度までビレット１１ならびに治具１２を誘導加熱手段２３で加熱する。２４は治具１２を載せる台を示す。
【００２３】
この加熱する工程では、ビレット１１が半溶融状態になる温度までビレット１１ならびに治具１２を加熱すると、ビレット１１は熱膨張し、治具１２との膨張差によってビレット１１の外面は治具１２の内面に密着するとともに、治具１２の拘束によってビレット１１には圧縮力が発生する。その結果、後工程での切断の際に、軸線方向に滑りが起きず、切断が容易になる。
【００２４】
また、この加熱する工程では、ビレット１１が半溶融状態になる温度までビレット１１ならびに治具１２を加熱するので、後工程での切断の際に、剪断の抵抗は小さくなり、ビレット１１の切断が容易になる。
【００２５】
一方、加熱する工程では、誘導加熱法を採用することで、ビレット１１の加熱時間を短縮することができるとともに、加熱工程のサイクルタイムを短くすることができる。従って、生産性の向上を図ることができる。
【００２６】
また、誘導加熱法を採用し、且つ治具１２の材質にオーステナイト系ステンレス鋼を採用すると、オーステナイト系ステンレス鋼は誘導加熱されずに、ビレット１１のみを誘導加熱することができ、より膨張差が拡大してビレット１１の圧縮応力を大きくすることができる。その結果、後工程での切断がより容易になる。
【００２７】
引き続き、ビレット１１が半溶融状態になる温度に達した時点で治具１２から誘導加熱手段２３を取り外す。
【００２８】
図５（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るビレットの切断方法の第４説明図である。
（ａ）：治具１２を用いて切断を開始する。具体的には、ボルトを取り外し、取り外した孔に引張り治具２５，２６を取付る。そして、保圧手段２７で両端の押え板１３，１４を開かない程度に押えつつ、引張り治具２５，２６を矢印▲２▼，▲３▼の如く互いに異なる方向に引く。
【００２９】
（ｂ）：引張り治具２５，２６を矢印▲２▼，▲３▼の如く互いに異なる方向に移動させ、治具１２でビレット１１に剪断力を与え、ビレット１１を１回で４個に切断する。
【００３０】
（ｃ）：最後に、第１〜第４輪状部材１５〜１８を冷却し、第１〜第４輪状部材１５〜１８から成形用板材３１を取り出す。この冷却後の取り出し作業で、本発明のビレットの切断方法によるビレットの切断は完了するとともに、切断の１サイクルは完了する。引き続き、図２に戻って２サイクル目を開始する。
（ｄ）は、ビレットを所定寸法としての所定厚さｔに切断した成形用板材３１を示す。
【００３１】
このように、ビレット１１を切断する工程では、第２・第４輪状部材１６，１８を左（矢印▲２▼の方向）に引き、これらの第２・第４輪状部材１６，１８に接する第１・第３輪状部材１５，１７を右（矢印▲３▼の方向）へ引き、第２・第４輪状部材１６，１８に隣り合う第１・第３輪状部材１５，１７を互いに異なる方向に移動させることで、ビレット１１を切断する。その結果、カッタなどの切断工具を用いずにビレット１１を切断することができ、生産コストを削減することができる。
【００３２】
ビレット１１がアルミニウム基複合材の場合には、アルミニウム基複合材に対して消耗が激しかった切断工具の調達費を無くすることができる。従って、生産コストを削減することができる。
【００３３】
また、第２・第４輪状部材１６，１８に隣り合う第１・第３輪状部材１５，１７を互いに異なる方向に移動させることで、ビレット１１を切断するので、ビレット１１に切断の取り代を設ける必要がなく、高価なアルミニウム基複合材の歩留りを向上させることができ、生産コストを削減することができる。
【００３４】
さらに、ビレット１１を半溶融状態にし、且つ、第２・第４輪状部材１６，１８に隣り合う第１・第３輪状部材１５，１７を互いに異なる方向に移動させることで、ビレット１１を切断するので、１度にビレット１１を４個に切断することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００３５】
次に、本発明のビレットの切断方法で得た成形用板材を用いた成形例を簡単に説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は成形用板材を用いた成形の説明図である。
（ａ）：成形用板材３１を金型３２（上金型３３、下金型３４）にセットする。
【００３６】
（ｂ）：上金型３３を圧下し、成形用板材３１を塑性変形させてプーリ用部品３５を得る。
（ｃ）は完成したプーリ用部品３５を示す。
【００３７】
尚、本発明の実施の形態に示した図４の誘導加熱手段２３の構成は一例であり、例えば、専用の炉を用いてもよい。
アルミニウム基複合材の構成は任意であり、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粉末をアルミニウム合金の溶湯に分散させたものでもよい。
第１〜第４輪状部材１５〜１８を重ねて筒状の治具１２を組み立てたが、輪状部材の数量は４個に限定するものではなく、任意である。
また、治具１２で１度にビレット１１を４個に切断したが、切断する個数は任意である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、ビレットより小さな線膨張係数を有するとともにビレットの外径より僅かに大きな内径を有する輪状部材を複数個重ねて筒状の治具を組み立てる工程と、筒状の治具にビレットを挿入する工程と、ビレットが半溶融状態になる温度までビレットならびに治具を加熱する工程と、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断する工程と、からなる。
加熱する工程では、ビレットは熱膨張し、治具との膨張差によってビレットの外面は治具の内面に密着するとともに、治具の拘束によってビレットには圧縮力が発生するので、軸線方向に滑りが起きず、後工程での切断が容易になる。
【００３９】
また、加熱する工程では、ビレットを半溶融状態になる温度まで加熱することで、剪断の抵抗を小さくする。従って、後工程でのビレットの剪断による切断が容易になる。
【００４０】
ビレットを切断する工程では、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断するので、カッタなどの切断工具の場合に起きる刃の摩耗が無く、生産コストを削減することができる。
【００４１】
また、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断するので、ビレットに切断の取り代を設ける必要がなく、ビレットの歩留りを向上させることができる。従って、生産コストを削減することができる。
【００４２】
さらに、ビレットを半溶融状態にし、且つ、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでビレットを切断するので、１度にビレットを複数個に切断することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００４３】
請求項２では、加熱は、誘導加熱法で実施するので、ビレットの加熱時間を大きく短縮することができるとともに、加熱工程のサイクルタイムを短くすることができる。従って、生産性の向上を図ることができる。
【００４４】
請求項３では、ビレットの材質は、アルミニウム基複合材であり、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでアルミニウム基複合材を切断するので、切断工具を用いずにアルミニウム基複合材を切断することができる。その結果、アルミニウム基複合材に対して消耗が激しかった切断工具の調達費を無くすることができる。従って、生産コストを削減することができる。
【００４５】
また、隣り合う輪状部材を互いに異なる方向に移動させることでアルミニウム基複合材を切断するので、切断工具を用いずにアルミニウム基複合材を切断することができる。その結果、アルミニウム基複合材に切断の取り代を設ける必要がなく、高価なアルミニウム基複合材の歩留りを向上させることができ、生産コストを削減することができる。
【００４６】
請求項４では、治具の材質は、オーステナイト系ステンレス鋼であり、誘導加熱の際に、オーステナイト系ステンレス鋼であれば誘導加熱されずに、ビレットのみを誘導加熱することができ、より熱膨張差が拡大してビレットの圧縮応力を大きくすることができる。その結果、後工程での切断がより容易になる。
【００４７】
また、治具の材質がオーステナイト系ステンレス鋼であれば、オーステナイト系ステンレス鋼の線膨張係数は、アルミニウム基複合材の線膨張係数より小さいので、熱膨張差によって治具内のアルミニウム基複合材に圧縮力を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るビレットの切断方法のフローチャート
【図２】本発明に係るビレットの切断方法の第１説明図
【図３】本発明に係るビレットの切断方法の第２説明図
【図４】本発明に係るビレットの切断方法の第３説明図
【図５】本発明に係るビレットの切断方法の第４説明図
【図６】成形用板材を用いた成形の説明図
【図７】先に提案したアルミニウム基複合材製部品の製造方法の説明図
【符号の説明】
１１…ビレット、１２…治具、２３…誘導加熱手段、２５，２６…引張り治具、３１…成形用板材、Ｄｂ…ビレットの外径、Ｄｉ…輪状部材の内径、ｔ…切断する所定寸法（所定厚さ）、β…ビレットの線膨張係数、α…輪状部材の線膨張係数（治具の線膨張係数）。
【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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