(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面、内周面又は端面に金属被覆層を有するリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながら前記リング材を前記加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却することを特徴とする、金属被覆層を有するリング材の平均直径修正方法。
【請求項２】
外周面、内周面又は端面に金属被覆層を有するリング材の円周方向に離れた複数の荷重作用点に外方への荷重を加え、その状態で、前記荷重作用点から離れた領域にあるリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながら前記リング材を前記加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却することを特徴とする金属被覆層を有する、リング材の平均直径修正方法。
【請求項３】
前記リング材に加えた荷重によって曲率半径が拡大する方向の最大曲げモーメントが作用する領域に前記加熱装置を配置し、更に、前記リング材に生じる円周方向の温度分布を、前記加熱装置を配置した領域では、その領域に作用する曲げモーメントで塑性変形を生じる温度に昇温させ、前記荷重作用点では、その作用点に作用する曲げモーメントでは塑性変形がほとんど生じない温度に低下するように設定したことを特徴とする請求項２記載の、リング材の平均直径修正方法。
【請求項４】
前記加熱装置によるリング材の円周方向の加熱幅を調整することで、リング材の直径修正量を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の、リング材の平均直径修正方法。
【請求項５】
前記加熱装置に対するリング材の移動速度を調整することで、リング材の直径修正量を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の、リング材の平均直径修正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周面、内周面又は端面に金属被覆層を有するリング材の平均直径を所望の径になるように微修正するリング材の平均直径修正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、直径が１〜３ｍに及ぶ大径のリング状母材の外周面、内周面又は端面に、耐摩耗性等の物性を向上させるために硬質の金属被覆層を形成した構成のリング材が要求されてきた。そこで、本発明者等は、この構成のリング材の製造方法として、まず、鋼等の母材で所定形状、寸法のリング材を製造し、次いでそのリング材の外周面、内周面又は端面に、自溶性合金等の金属被覆層を形成するための材料を溶射して溶射層を形成し、次いでその溶射層を加熱、溶融処理することで硬質の金属被覆層を形成する方法を開発した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この方法で製造したリング材は、金属被覆層を形成する前のリング材の平均直径（外径、内径等の全周平均値即ち周長÷π）を所望の値となるように機械加工しておいても、溶射層の溶融処理によって微少量ではあるが縮小するという現象があった。そこで、溶融処理時の平均直径の縮小量を見込んで、金属被覆層形成前のリング材の平均直径を大きく設定することが考えられるが、溶射層の溶融処理時に生じる平均直径の縮小量が、溶融処理条件、環境の温湿度等の影響を受けるためか、必ずしも一定でなく、このため、リング材を所望直径とすることができず、直径の０．０２〜０．２％程度の狂いが生じることがあった。リング材が鋼等の母材のみで構成されている場合には、リング材を大きめに作っておいて、所望直径に修正するように研削等の機械加工を施せばよいが、金属被覆層を形成したリング材では、その金属被覆層が薄いため（通常、１〜５ｍｍ程度）、金属被覆層を機械加工によって所望の平均直径になるように修正することはできない。このため、金属被覆層を形成した後のリング材を、機械加工によることなく所望の平均直径となるように微修正する必要が生じた。
【０００４】
本発明はかかる要望に基づいてなされたもので、金属被覆層を備えたリング材の平均直径を微修正することの可能な方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は金属被覆層を備えたリング材の平均直径を微修正する方法を鋭意検討の結果、このリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱し且つリング材を加熱装置に対して相対的に移動させてリング材を全周に亘って適当な温度に加熱し、その後冷却することで、リング材の平均直径が縮小すること、及びその操作の際にリング材に外方への適当な荷重を加えた状態としておくことで平均直径の縮小量を少なくでき、更には拡径させることも可能であることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本願の第一の発明に係る平均直径修正方法は、金属被覆層を有するリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながら前記リング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却するという構成としたものある。リング材にこのような加熱・冷却操作を加えると、リング材の平均直径が縮小するという現象が生じ、その際の縮径率は、加熱温度、加熱装置による加熱幅、リング材の回転速度等によって定まるので、それらを適切に設定することでリング材の平均直径を所望の値に縮小させて修正することができる。
【０００７】
本願の第二の発明に係る平均直径修正方法は、リング材の円周方向に離れた複数の荷重作用点に外方への荷重を加え、その状態で、前記荷重作用点から離れた領域にあるリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながら前記リング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させた後、冷却するという構成としたものある。前記したように、リング材に対して加熱・冷却操作を加えることでリング材に縮径が生じるが、その際、リング材に外方への荷重を加えた状態とすることで、リング材の加熱領域に拡径方向の塑性変形を生じさせて拡径することが可能となり、ついては、加熱・冷却操作の条件選定による縮径作用調整と相まって縮・拡径調整の自由度が増すところとなって、平均直径を所望の値に修正することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で平均直径修正の対象とするリング材は、全体的に中空円筒状をなす母材の表面に金属被覆層を形成したものであれば任意であり、代表的なものとしては、図１に示すリング材１のように、内周面及び外周面を共に単純な円筒状とした母材２の外周面に母材の物性向上のための金属被覆層３を形成したもの、或いは母材２の内面に金属被覆層を形成したもの等を挙げることができる。この構成のリング材は、金属被覆層の溶融処理を行った後の平均直径が最終製品に要求される寸法からずれていた場合、外周面或いは内周面に薄い金属被覆層があるので、その金属被覆層の表面を大きく研削して平均直径を修正するということができず、このため、本発明の平均直径修正方法によって平均直径を所定寸法に修正することが有効である。
【００１１】
なお、平均直径修正の対象のリング材はこの構造に限らず、母材２の外周面、内周面、端面等に溝や段差を設けるとか、フランジを形成する等の変更を施したものでもよいし、また、金属被覆層の形成位置も適宜変更可能である。リング材を構成する母材は、金属材料であれば任意であり、具体的には、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、鋳鋼、鋳鉄、Ｎｉ基合金、Ｃｕ基合金、Ａｌ基合金等を挙げることができる。また、金属被覆層も表面の物性を所望に応じて向上させ得る材料であれば任意であり、例えば、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、或いはこれらにＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、ＴｉＢ2 等の硬質材微粒子を配合したもの等を挙げることができる。リング材の寸法も特に限定されるものではないが、径の大きいもの、例えば外径が１〜３ｍといった大径のものが、平均直径に変化を生じた場合の所望値からのずれが大きく、本発明適用のメリットが大きい。
【００１２】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るリング材の平均直径修正方法の実施に用いるリング材の平均直径修正装置及びそれを用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図、図２はリング材１を平面に展開し加熱装置との関係を示す概略側面図である。この平均直径修正装置は、処理すべきリング材１を、リング材の外径の拡大を妨げない形で支持し且つ回転させるリング材支持回転装置８と、そのリング材１の円周方向の小区間を加熱する加熱装置１０を備えたものである。
【００１３】
リング材支持回転装置８は、リング材１を、リング材の外径の拡大を妨げない形で支持し、回転させることができるものであれば、その構成は任意であるが、この実施形態では、軸線が垂直になるように且つ回転可能に設けられた３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、水平に設けられた受けローラ１２を備えている。ここで、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち、２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ１１Ｃはその軸線に直角方向に且つ矢印Ａで示す方向に移動可能に設けられている。更に、その支持ローラ１１Ｃには、その支持ローラ１１Ｃを適当な圧力でリング材１の内面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）が連結されている。かくして、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを取り囲むようにリング材１を配置し、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａ方向に押してリング材１の内周面に押し付けることにより、リング材１の内周面を定位置に配置された２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして支持できる。
【００１４】
このように、移動可能な支持ローラ１１Ｃを含む３本の支持ローラ方式を採用すると、リング材１をセットする際に、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａとは反対方向に引っ込めておくことにより、リング材１のセットをきわめて容易に行うことができ、またリング材１の内径の大小に関係なく、リング材１を２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして支持できるという効果が得られる。なお、支持ローラ１１Ａ、１１Ｂの配置間隔は簡単に変更できるようにしておくことが好ましい。ここで使用する支持ローラの個数は、図示した３個に限らず、２個或いは４個以上とすることも可能である。例えば、２個使用する場合には、一方を定位置に設け、他方を移動可能とすることにより、リング材２をその２個の支持ローラがリング材２の直径上に位置するように位置決めすることができる。また、４個を使用する場合には２個を定位置に設け、残り２個を移動可能とすることで、リング材を定位置の２個で定まる位置に位置決めすることができる。
【００１５】
１個の支持ローラ１１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ１１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。前記した支持ローラ１１Ｃをリング材１の内周面に押し付ける押圧力は、リング材１が半径方向にがたつかない程度に拘束すると共に支持ローラ１１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材１を変形させることがないように低く定めている。なお、駆動手段で回転させる支持ローラは、１個に限らず、２個或いは全部としてもよい。回転駆動する支持ローラの個数を多くすると、リング材１を回転させるのに必要な摩擦力が小さくて済むので、リング材１を回転させるために要する支持ローラのリング材１に対する押圧力を小さくすることが可能となる。
【００１６】
リング材１を支持する受けローラ１２は、単にリング材１の重量を受けるためのものであり、リング材１の回転に支障を生じないよう、受けローラ１２も回転自在に設けられている。なお、リング材１を回転自在に支持する手段としては受けローラ１２に限らず、適宜変更可能である。また、受けローラ１２を回転駆動することでリング材１を回転させる構成とし、支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは単にリング材１を回転自在に支持する構成としてもよい。
【００１７】
以上のようにこの実施形態に用いるリング材支持回転装置８は、リング材１の内側に配置される支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃとリング材１の下端を支持する受けローラ１２でリング材１を支持して回転させる構成であるので、リング材１をその外径の拡大を妨げない形で支持することができ、このため、リング材１が加熱装置１０によって加熱されて熱膨張を生じようとした時にも、リング材全体が拡径することができ、局部的な異常変形を生じることがない。
【００１８】
加熱装置１０は、リング材１の円周方向の小区間を加熱することの可能なものであれば任意であるが、加熱装置１０として誘導子を配し、これに高周波交流を通電して行う誘導加熱方式によるのが投入熱量を大きくでき且つ投入熱量を容易に制御できるので好ましい。このため、この実施形態では、誘導子を配している。加熱装置１０によるリング材の円周方向の加熱幅ｗ（図２参照）は、リング材１を縮径させるべき量、加熱温度、リング材１の回転速度等によっても異なるが、通常は２０〜１００ｍｍ程度に設定される。この寸法ｄが２０ｍｍよりも小さいと、加熱領域が小さすぎて、大入熱での誘導加熱が困難となってリング材１の回転速度を小さくせざるを得ず、このため処理速度が遅くなり、一方１００ｍｍよりも大きいと、誘導子や給電設備が大型化してしまう。これらを考慮すると前記した寸法範囲が好ましい。
【００１９】
前記した構成の装置を用いたリング材の平均直径修正方法は次のように行われる。すなわち、処理すべきリング材１を図１に示すように支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで定位置で回転するように支持し、そのリング材１の円周方向の小区間を加熱装置１０で加熱しながら、リング材１を回転させ、リング材１を全周に亘って加熱する。そしてこの加熱及びリング材１の回転を継続することで、リング材１を、図４のグラフに特性曲線１４で示すように、徐々に昇温させ（直線１４ａ）、所定温度に達すると、その温度に所定時間保持し（直線１４ｂ）、その後、加熱及びリング材１の回転を停止し、冷却を行う（曲線１４ｃ）。なお、リング材１を回転させながら円周方向の小区間を加熱装置１０で加熱した場合、リング材１には円周方向に、図３に曲線１５で示すような温度分布が生じている。すなわち、加熱装置１０で加熱される領域では曲線１５ａで示すように昇温し、その他の領域では曲線１５ｂで示すように徐々に温度降下する。図４に示すグラフにおける温度は、リング材１の、加熱装置１０を出た直後の領域の温度（図３における点１６）を指標として示したものである。
【００２０】
前記したように、リング材１の加熱操作に当たっては、図４に曲線１４で示すように、リング材１を昇温、保持、冷却する。昇温工程においては、リング材１に皮膜割れが生じないように昇温速度を低く抑えておく。すなわち、リング材１を構成する母材２と金属被覆層３とは熱膨張係数が若干異なるため、リング材１の昇温速度を大きくして急激に熱膨張させると皮膜割れが生じるので、この皮膜割れが生じない程度に昇温速度を設定する。例えば、母材２がＳ２０Ｃ、金属被覆層３がＮｉ−Ｃｒ系自溶合金の場合には、昇温速度を５〜２０°Ｃ／分程度に設定する。リング材１の回転速度は、リング材１の全周をなるべく均等に加熱する上からは早い方がよいが、あまり早くすると回転に要する動力が大きくなると共に放熱量も大きくなってエネルギーロスが大きくなる欠点が生じるので、リング材周速にして１０〜５０ｍｍ／秒程度とすることが好ましい。
【００２１】
リング材１の加熱温度（保持温度）は、通常５００〜１０００°Ｃ程度に設定する。本発明者等が確認した結果、保持温度がリング材の縮径率に影響することが判明した。従って、保持温度は所望の縮径率に応じて設定する。保持時間は、短いと縮径の効果が低く且つ縮径率不安定になる傾向があるので、通常、１〜２時間に設定する。
【００２２】
冷却時においても、温度下降速度が大きいと皮膜割れが生じるので、ゆっくりと冷却することが望ましく、放冷若しくは断熱材で包んで放冷する徐冷を行うことが好ましい。
【００２３】
以上のようにしてリング材１の加熱、保持、及び冷却を行うと、リング材１には縮径が生じ、平均直径が縮小する。この縮径の理由は、断定はできないが、加熱・温度保持後の冷却過程におけるリング材の外周面側と内周面側との冷却挙動の差異によるものと思われる。すなわち、外周面側と内周面側の温度は加熱・温度保持過程では概ね同等に推移するが、冷却過程では、放射冷却、対流冷却共々外周面側の方に強く作用して外周面側の温度が内周面側よりも低い形で推移する。ついては、外周面側の熱収縮が内周面側よりも先行して進んで、外周面側が内周面側に圧縮力を及ぼし、内周面側が外周面側にたが張り力を及ぼす力関係で、且つ、外周面側の変形抵抗が内周面側より高い状態で冷却が進む。この結果、冷却過程では、変形抵抗の低い（軟らかい）内周面側が外周面側から及ぼされる圧縮力により圧縮降伏して縮径塑性変形し、常温まで熱収縮したときの内周面側の直径（たとえば内径寸法）は、元の直径より小さくなる。外周面側については、この時点で、内周面側との間で相互に微少な弾性変形力を及ぼし合って寸法整合する形で内周面側の直径に倣う。即ち、上記内周面側の縮径塑性変形がリング材全体の冷却後の直径を支配することになるというものである。
【００２４】
前記した方法で縮径を行った際の縮径率に影響を及ぼす因子を検討した結果、保持温度のみならず、誘導子による加熱幅、リング材の回転速度があることが判明した。例えば、表１は、下記条件にて加熱保持温度と縮径率の関係を測定して得た結果である。
（１）試供リング材材質
母材２；Ｓ２０Ｃ
金属被覆層３；Ｎｉ−Ｃｒ系自溶合金
（２）試供リング材サイズ
外径；１８４５ｍｍ
内径；１８４０ｍｍ
幅  ；８０ｍｍ
金属被覆層厚み；２．５ｍｍ
（３）加熱・回転条件
リング材周速；１５ｍｍ／秒
誘導子加熱幅ｗ；４０ｍｍ
昇温速度；５〜７°Ｃ／分
保持時間；２時間
冷却方法；断熱材で覆って放冷（徐冷）
【００２５】
【表１】
0004446530.tif 000002
【００２６】
表２は、下記条件にて誘導子の加熱幅と縮径率の関係を測定して得た結果である。
（１）試供リング材材質
母材２；Ｓ２０Ｃ
金属被覆層３；Ｎｉ−Ｃｒ系自溶合金
（２）試供リング材サイズ
外径；１８４５ｍｍ
内径；１８４０ｍｍ
幅  ；８０ｍｍ
金属被覆層厚み；２．５ｍｍ
（３）加熱・回転条件
リング材周速；１５ｍｍ／秒
昇温速度；６°Ｃ／分
保持温度；８００°Ｃ
保持時間；２時間
冷却方法；断熱材で覆って放冷（徐冷）
【００２７】
【表２】
0004446530.tif 000003
【００２８】
表３は、下記条件にてリング材の回転速度と縮径率の関係を測定して得た結果である。
（１）試供リング材材質
母材２；Ｓ２０Ｃ
金属被覆層３；Ｎｉ−Ｃｒ系自溶合金
（２）試供リング材サイズ
外径；１８４５ｍｍ
内径；１８４０ｍｍ
幅  ；８０ｍｍ
金属被覆層厚み；２．５ｍｍ
（３）加熱条件
誘導子加熱幅ｗ；３０ｍｍ
昇温速度；６°Ｃ／分
保持温度；８００°Ｃ
保持時間；２時間
冷却方法；断熱材で覆って放冷（徐冷）
【００２９】
【表３】
0004446530.tif 000004
【００３０】
以上に説明したように、リング材１の縮径率は、保持温度、誘導子による加熱幅、リング材の回転速度によって異なるので、あらかじめリング材に対するこれらの特性を実験で求めておき、その特性から所望の縮径率に対する条件を求め、その条件で縮径操作を行うことで、リング材１を所望の直径に修正することができる。
【００３１】
前記した実施形態では、リング材１の内周面に接するように配置された支持ローラ１１Ｃのリング材１に対する押圧力を、リング材１が半径方向にがたつかない程度に拘束すると共に支持ローラ１１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材１を変形させることがないように低く定めている。従って、リング材１には実質的な荷重を加えていない状態で加熱操作を行っている。しかしながら、本発明はこの場合に限らず、リング材１に直径方向外方への荷重を加えた状態で加熱操作を行い、これによって、縮径量を減少させるとか、更には拡径を行わせることも可能である。以下、この場合の実施形態を説明する。
【００３２】
図５は、この場合の実施形態を示す概略平面図である。この実施形態で用いる平均直径修正装置も、処理すべきリング材１を支持して回転させるリング材支持回転装置１８と、そのリング材１の円周方向の小区間を加熱する加熱装置１０を備えている。リング材支持回転装置１８は、定位置に配置された支持ローラ２１Ａとその支持ローラ２１Ａに対して離れる方向にエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）で押された支持ローラ２１Ｂを備えており、二つの支持ローラ２１Ａ、２１Ｂを包囲するようにリング材１をセットし、支持ローラ２１Ｂを矢印Ａで示す方向に押圧手段で押すことにより、２本の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂでリング材１の内面の直径上の２箇所の荷重作用点Ｃに直径方向外方への荷重を加えることができる。一方の支持ローラ２１Ａには回転機構が連結されており、その支持ローラ２１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。加熱装置１０は、リング材１の円周方向の小区間を加熱するものであり、図１に示す実施形態の加熱装置と同様なものが使用される。この加熱装置１０は、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの中間位置でリング材１を加熱するように配置されている。
【００３３】
この実施形態は、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂによってリング材１に直径方向外方への荷重を加えた状態でリング材１の回転及び加熱を行うものであり、リング材１の回転及び加熱は図１〜図４で説明した実施形態と同様に行われる。これにより、リング材１には、前記実施形態で説明したように、縮径が生じようとする。
【００３４】
一方、リング材１には中心をはさんだ二つの荷重作用点Ｃに直径方向外方への荷重が加わっているため、これがリング材１を微少ではあるが塑性変形させ、リング材を拡径させるように作用する。以下、この点を説明する。
【００３５】
図６に示すように、リング材１の半径をＲ、リング材１の加熱点をＢ、リング材１に荷重が作用する点をＣ、Ｃ、その荷重をＦとする。この荷重Ｆにより、リング材１は誇張して示すように、楕円状に変形し、荷重作用点Ｃではリング材１の曲率半径を小さくする方向に曲げモーメントＭｃが作用し、作用点Ｃ、Ｃの中間点にある加熱点Ｂにはリング材１の曲率半径を大きくする方向に曲げモーメントＭｂが作用する。これらの曲げモーメントＭｂ、Ｍｃはそれぞれ、数１、数２で表される。
【００３６】
【数１】
0004446530.tif 000005
【００３７】
【数２】
0004446530.tif 000006
【００３８】
ここで、ｋは曲がり梁の断面係数であり、半径Ｒに対してリング材１の半径方向の厚みが小さい場合には、１よりかなり小さく、従って省略しうる。従って、ｋを省略して前記の曲げモーメントの大きさを計算すると、
Ｍｂ＝０．１８２ＦＲ
Ｍｃ＝０．３１８ＦＲ
となる。この曲げモーメントによってリング材１に生じる応力は、リング材１の断面係数をＺとすると、それぞれ、
σ（Ｂ点）＝Ｍｂ／Ｚ＝０．１８２ＦＲ／Ｚ
σ（Ｃ点）＝Ｍｃ／Ｚ＝０．３１８ＦＲ／Ｚ
となる。従って、両者の比は
σ（Ｃ点）／σ（Ｂ点）＝１．７５
となり、荷重作用点の方に大きい応力が生じている。
【００３９】
加熱点Ｂに作用する曲げモーメントＭｂによってリング材１に生じる応力σ（Ｂ点）が、加熱点Ｂにおけるリング材１の塑性変形応力σｆを超えた場合には  、リング材１は加熱点Ｂにおいて曲率半径が増大する方向に塑性変形し、これによってリング材１は拡径しようとする。一方、荷重作用点Ｃに作用する曲げモーメントＭｃによってリング材１に生じる応力σ（Ｃ点）が、荷重作用点Ｃにおけるリング材１の塑性変形応力σｆを超えた場合には、リング材１は荷重作用点Ｃにおいて曲率半径が縮小する方向に塑性変形し、これによってリング材１は縮径しようとする。従って、加熱点Ｂにおける塑性変形を多くし、荷重作用点Ｃにおける塑性変形を抑制若しくは無くすことで、リング材１に拡径作用を与えることができる。ところで、前記したように加熱点Ｂと荷重作用点Ｃに生じる応力は同一ではなく、荷重作用点Ｃにおける応力の方が加熱点Ｂの応力より１．７５倍大きくなっている。このため加熱点Ｂと荷重作用点Ｃの塑性変形応力σｆが同一であれば、荷重作用点Ｃにおける塑性変形の方が加熱点Ｂにおける塑性変形の１．７５倍生じることとなり、拡径は生じない。従って、加熱点Ｂにおける塑性変形を荷重作用点Ｃにおける塑性変形よりも大きくするには、加熱点Ｂ及び荷重作用点Ｃにおける塑性変形応力の比を次式のように設定すればよい。
σｆ（Ｃ点）／σｆ（Ｂ点）＞σ（Ｃ点）／σ（Ｂ点）＝１．７５・・・（１）
【００４０】
リング材の塑性変形応力σｆは温度に依存して変化し、例えば、Ｓ２０Ｃ（焼ならし炭素鋼）の塑性変形応力の温度特性は図８に示すグラフのようになっており、温度が上昇するにつれて低下する。また、図３で示したように、リング材１内には円周方向に温度分布が生じている。この温度分布はリング材１の回転速度を変えるとか、加熱装置１０を出た領域のリング材１に空気を吹き付けて冷却すること等によって変更可能である。そこで、リング材１における温度分布を適切に設定することで、加熱点Ｂにおける塑性変形抵抗σｆ（Ｂ点）と荷重作用点Ｃにおける塑性変形抵抗σｆ（Ｃ点）を前記（１）式を満たす値とすることができ、これによりリング材１に拡径作用を生じさせることができる。具体的な数値で説明すると、加熱点Ｂを８５０°Ｃとすると、塑性変形抵抗σｆ（Ｂ点）は図８から、５２２ｋｇ／ｃｍ2 となるので、荷重作用点Ｃにおける塑性変形応力σｆ（Ｃ点）は、前記（１）式から
σｆ（Ｃ点）＞５２２×１．７５＝９１４ｋｇ／ｃｍ2
となる。この数値の塑性変形抵抗に対応する温度は図８から６６０°Ｃであるので、荷重作用点Ｃにおける温度を６６０°Ｃ以下とすることで拡径作用を生じさせることができ、その温度を低くする程、拡径量は大きくなる。
【００４１】
以上のように、リング材１を加熱装置１０で加熱しながら回転させる操作を行う際に、リング材１に直径方向外方への荷重Ｆを加え且つ加熱点Ｂと荷重作用点に適切な温度差を設けることにより、リング材１に拡径作用を与えることができる。この拡径作用によって生じる拡径量は、荷重Ｆを大きくするほど、また、温度差を大きくするほど大きくなる。一方、前記したようにリング材１に、リング材１を加熱しながら回転させ次いで冷却するという操作を加えることによってリング材１には縮径が生じる。従って、荷重よる拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを適切に調整することで、リング材を拡径或いは縮径させて平均直径を所望の値に修正することができる。
【００４２】
図５に示す実施形態のように、リング材１に直径方向外方への荷重を加えて拡径作用を与える場合において、効果的に拡径作用を与えるには、リング材１の加熱装置１０で加熱、昇温した領域に曲率半径が拡大する方向の大きい曲げモーメントを作用させることが好ましい。従って、加熱装置１０を、リング材１に加えた荷重によって該リング材に曲率半径が拡大する方向の最大曲げモーメントが作用する領域に配置することが好ましい。この最大曲げモーメントが作用する領域は、図５の実施形態では、二つの支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの中間点であり、ここに加熱装置１０を配置している。また、効果的に拡径作用を与えるには、荷重作用点Ｃの温度を下げて塑性変形が生じないようにすることも有効であり、このため、リング材１に生じさせる温度パターンを、加熱装置１０を配置した領域では、その領域に作用する曲げモーメントで塑性変形を生じる温度に昇温させ、荷重の作用点では、その作用点に作用する曲げモーメントでは塑性変形がほとんど生じない温度に低下するように設定することが好ましい。
【００４３】
図５の実施形態は、リング材１を２本の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂで支持する構成としているが、支持ローラの使用本数も適宜増加させることができ、例えば、図１に示すように３本としてもよい。換言すれば、図１に示す装置も、支持ローラ１１Ｃに加える押圧力を大きくすることで、リング材１に対して直径方向外方への荷重を加えることができ、図５の実施形態と同様に、荷重による拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを生じさせてリング材の平均直径を所望の値に修正する方法の実施に使用できる。
【００４４】
また、図７は支持ローラを更に多くした実施形態を示すものである。すなわち、この実施形態では、リング材１を回転するように支持するリング材支持回転装置２８が、リング材１の中心の片側に定位置に固定して設けられた３本の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと、中心をはさんで反対側に直径方向に移動可能に設けられた３本の支持ローラ３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆを備えており、この支持ローラ３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆにはエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）が連結されている。この実施形態でも、３本の支持ローラ３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆを押圧手段でリング材１の直径方向外方へ押すことで、この支持ローラ３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ及び反対側の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃによってリング材１に外方への荷重を加えることができ、この状態でリング材１を回転させ且つ加熱装置１０で加熱することで、図５の実施形態と同様に、荷重による拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを生じさせてリング材の平均直径を所望の値に修正することができる。図７の実施形態のように、リング材１に対する荷重作用点を多くすると、リング材１に加える力を分散させることができ、このため、各作用点に生じる曲率半径を縮小させる方向の曲げモーメントを小さくでき、拡径の効果を上げることができる。
【００４５】
なお、以上に説明した実施形態ではいずれも、リング材１を加熱するための加熱装置１０を１個設けているが、この加熱装置１０は１個に限らず、複数個設けて、リング材１を円周上の複数箇所で加熱する構成としてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、金属被覆層を有するリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながらそのリング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却するという操作を行うことで、リング材の直径を微少量、縮径させることができ、その際の縮径量は、加熱温度、加熱装置による加熱幅、リング材の回転速度等によって定まるので、それらを適切に設定することでリング材の平均直径を所望の値に修正することができる。このため、外周面或いは内周面に、薄い（従って削り代のきわめて小さい）金属被覆層を形成したリング材の平均直径が最終製品に要求される平均直径よりも大きかった時に、このリング材の平均直径を所望の値に修正でき、その後、そのリング材に対して仕上げ加工を施すことで、所望サイズの、金属被覆層を有するリング材を製造できるという効果が得られる。
【００４７】
また、リング材の円周方向に離れた複数の荷重作用点に外方への荷重を加え、その状態で、前記荷重作用点から離れた領域にあるリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながらそのリング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却するという操作を行うことで、リング材に対して荷重による拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを与えることができ、この荷重よる拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを適切に調整することで、リング材を所望径に縮径させたり、逆に拡径させることができ、平均直径を所望の値に修正することができる。このため、外周面或いは内周面に、薄い金属被覆層を形成したリング材の平均直径が最終製品に要求される平均直径からずれていた時に、このリング材の平均直径を所望の値に修正でき、その後、そのリング材に対して仕上げ加工を施すことで、所望サイズの、金属被覆層を有するリング材を製造できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るリング材の平均直径修正方法の実施に用いる平均直径修正装置及びそれを用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図
【図２】  図１に示す実施形態におけるリング材１を平面に展開し加熱装置との関係を示す概略側面図
【図３】  回転中のリング材１に生じる温度分布を示すグラフ
【図４】  図１に示す実施形態において、リング材の加熱装置出側における温度の経時変化を示すグラフ
【図５】  本発明の他の実施形態に用いる平均直径修正装置及びそれを用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図
【図６】  図５に示す実施形態において、リング材に作用する荷重及び曲げモーメントを示す模式図
【図７】  本発明の更に他の実施形態に係る平均直径修正装置を用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図
【図８】  焼きならし炭素鋼の塑性変形応力と温度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  リング材
２  母材
３  金属被覆層
８、１８、２８  リング材支持回転装置
１０  加熱装置
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  支持ローラ
２１Ａ、２１Ｂ  支持ローラ
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ  支持ローラ
【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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