(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径方向に扁平化したリング材を真円に近づけるように矯正する方法であって、前記リング材の内周面側に矯正治具を装着し且つその矯正治具の外形を前記リング材を変形させながら所定形状に設定し、その状態で前記リング材を加熱し次いでそのリング材を冷却してそのリング材に前記矯正治具を締め付けるたが張り力を発生させ、これにより前記リング材を前記矯正治具の外形に倣う形状に拘束してリング材の扁平を矯正することを特徴とするリング材の矯正方法。
【請求項２】
前記矯正治具に設定する所定外形を、真円状としたことを特徴とする請求項１記載のリング材の矯正方法。
【請求項３】
前記矯正治具に設定する所定外形を、リング材の扁平状とは逆の扁平状としたことを特徴とする請求項１記載のリング材の矯正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直径方向に扁平化したリング材を真円に近づけるように矯正する方法に関する。
【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、鋼製の所定形状のリング材を製造し、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形成用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緻密な組織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、微小ではあるが直径方向に扁平化して楕円化していることがあり、例えば、外径２０００ｍｍのリング材において、外径の最大値と最小値の差が１０ｍｍを越えるような扁平が生じることもあった。リング材の外周面又は内周面に形成する金属被覆層は、通常その厚みを２〜５ｍｍ程度としているため、金属被覆層の表面を研削して真円に仕上げようとした時に、上記扁平に起因して一部領域では金属被覆層を全部削り取ってしまうことがあり、良品歩留りを高位に確保しにくくコスト高につながっている。そこで、リング材の扁平を矯正して真円に近づける必要が生じてきた。
【０００４】
本発明はかかる要望に基づいてなされたもので、大径のリング材の扁平を矯正して真円に近づけることの可能なリング材の矯正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】
【０００６】
本発明の矯正方法は、矯正すべきリング材の内周面側に矯正治具を装着し且つその矯正治具の外形を前記リング材を変形させながら所定形状に設定し、その状態で前記リング材を加熱し次いでそのリング材を冷却してそのリング材に前記矯正治具を締め付けるたが張り力を発生させ、これにより前記リング材を前記矯正治具の外形に倣う形状に拘束してリング材の扁平を矯正する構成としたものである。この構成により、矯正治具の外形設定時に変形させられたリング材の残留応力が加熱で緩和され、その後の冷却でリング材を矯正治具の外形に倣う形状に変形させて拘束でき、これによってリング材を矯正治具から外した後においてもリング材を元の扁平形状よりも矯正治具の外形に近づく形状に矯正でき、従って、矯正治具の外形を適正に設定しておくことで、リング材を矯正治具から外した後においてリング材が所望の真円度になるように矯正することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明方法で矯正の対象とするリング材は、全体的に中空円筒状をなすものであれば任意であり、代表的なものとしては、図６、図７に示すような、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を形成したリング材１、或いは母材２の内周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時の加熱によって微小量ではあるが扁平化して楕円状となることが多く、その後、金属被覆層の表面を真円状に研削加工する必要があることから、研削加工に先立って扁平を矯正して真円に近づけることが必要であり、本発明適用の効果が大きい。
【０００９】
なお、矯正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り、更には、金属被覆層を備えていない構成のものでもよい。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、金属被覆層も母材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、扁平量（＝最大径−最小径）が大きくなって金属被覆層の厚さを越えてしまい、扁平矯正の必要性が高いので、本発明方法を適用するメリットが大きい。
【００１０】
以下、本発明の参考例及び実施形態を詳細に説明する。図１は参考例によるリング材の矯正方法を説明するものであり、（ａ）は矯正すべきリング材１を示している。なお、図面では分かりやすくするため、このリング材１の扁平を誇張して示しており、楕円状に扁平化したリング材１の短径軸をＸ−Ｘ、長径軸をＹ−Ｙとしている。リング材１の実際の扁平量（＝最大径−最小径）は、リング材１の外径が２０００ｍｍの場合に、３〜１０ｍｍ程度である。
【００１１】
まず、このリング材１を加熱して拡径させる。この時の加熱温度は、リング材１を加熱して拡径させた時に、あらかじめ所定外形に設定してなる矯正治具（詳細は後述する）をリング材１の内面側に容易に装着しうる程度に拡径させるように定めればよく、具体的には、母材２が鋼材の場合には３００〜７５０°Ｃ程度に選定すればよい。加熱方法は、リング材１を炉に入れて全体を同時に加熱、昇温させてもよいし、リング材１の円周方向の一部領域を誘導加熱コイル等の局部加熱装置で加熱し、その局部加熱装置に対してリング材１を円周方向に相対的に移動させることで、リング材１の全周を加熱してもよい。
【００１２】
リング材１を所定温度に加熱して拡径した後、そのリング材１の内周面側に、図１（ｂ）に示すようにあらかじめ所定外形に設定してなる矯正治具４を装着する。ここで使用する矯正治具は、リング材１を冷却して縮径させる際、冷却中にリング材１の内周面を所定形状に拘束することができるものであれば任意であり、一定の外形に作られたものであってもよいし、外形を所望形状に変更させることができる外形調整機能を備えたものでもよいが、後者の方が利用範囲が広くなるので好ましい。図１の参考例では、外形調整機能を備えた矯正治具４を用いている。
【００１３】
図４はこの矯正治具４の概略平面図、図５はその矯正治具４の概略断面図である。５は円形の治具本体、６はその治具本体５に放射状に且つ放射方向の取り付け位置を調整可能に取り付けられた複数の調整部材であり、ここでは治具本体５にねじ係合して取り付けられたスタッドボルトが使用されている。７はそのスタッドボルトを固定するためのナット、８は各調整部材の先端に取り付けられ、リング材の内周面を支持する当金である。当金８は図４から良く分かるように円弧状の外面８ａを備えており、且つ調整部材６に対して回転自在に保持されている。かくして、当金８は回転させないで調整部材６のみを回転させて当金８の外面８ａの放射方向位置を調整でき、矯正治具４の外形（複数の当金８の外面によって形成される外形）を真円状、楕円状等任意に調整できる。
【００１４】
治具本体５に取り付ける調整部材６及び当金８は、リング材の内周面を円周方向に均等に規制することができるよう、円周方向に一定ピッチで配置することが好ましい。また、調整部材６及び当金８の使用個数は、多い程リング材の内周面の規制位置を多くして内周面規制の均等化が図れるので好ましいが、或る程度以上に多くすると内周面規制の均等化効果はあまり向上せず、一方、部品点数が多くなることによるコストアップ及び調整作業量の増加をもたらすという欠点を生じる。これらを考慮して、調整部材６及び当金８はそれぞれ、１２〜２０個設けることが好ましく、図面では１６個設けた例を示している。
【００１５】
図１（ｂ）に示す矯正治具４は、加熱、拡径したリング材１に取り付ける前に、調整部材６を調整して矯正治具４の外形を所定形状に設定しており、この実施形態では、あらかじめ設定する所定形状として、真円を採用している。真円状に設定した矯正治具４の外径は、リング材１をほぼ真円になるように矯正し且つ常温に冷却した後のリング材１の内径よりも少し大きく（例えば、０．１〜０．２％程度大きく）設定している。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、加熱、拡径したリング材１内に、外形を真円状の所定形状に設定した矯正治具４を装着し、その後、リング材１を冷却して縮径させる。この冷却操作は、水冷、空冷、放冷、断熱材で覆った状態での放冷（徐冷）等の任意の方法を採用できるが、冷却による収縮時にリング材１の母材２と金属被覆層３（図６参照）との間の熱収縮量が異なって金属被覆層３に亀裂が発生する恐れのある場合には、冷却速度が遅くなるように、放冷或いは徐冷することが好ましい。この冷却により、図１（ｄ）に示すように、リング材１は矯正治具４の外面に接触する状態まで縮径し、その後は縮径しようとしても矯正治具４が内周面を拘束するため、縮径できず、このため、リング材１にはその矯正治具４を締め付けるたが張り力が発生し、リング材１は矯正治具４の外面に倣った形状に拘束される。すなわち、扁平状態のリング材１の短径軸Ｘ−Ｘ上の部分１ｘは曲率半径が小さくなるように変形し、長径軸Ｙ−Ｙ上の部分１ｙは曲率半径が大きくなるように変形し、その形状に拘束される。このようにリング材１を変形させ、その状態に拘束して常温に冷却することで、リング材１の上記倣い変形のかなりの部分が固定され、リング材１の扁平が矯正される。その後、リング材１から矯正治具４を取り外すことにより、扁平を矯正されたリング材１が得られる。なお、リング材１から矯正治具４を取り外すと、そのリング材１はたが張り力に起因する残留応力によりスプリングバックして縮径し、且つ縮径の際に扁平が幾分か戻るが、それによって生じる扁平量は元からあった扁平量に比べると小さいため、リング材１は最終的にはかなり真円に近い形状となる。かくして、扁平なリング材１の扁平を矯正できる。
【００１７】
以上の矯正操作において、矯正効果を増すには、矯正治具４の真円状に形成した外形の直径を大きくすることが有効である。すなわち、矯正治具４の外径を大きくしておくと、リング材１が、冷却初期の、かなり高温の状態で矯正治具４を締め付けた状態に変形するので、その変形は大部分が塑性変形となり、しかも、その後の冷却に伴う熱収縮力によってリング材１に生じる矯正治具４に対するたが張り力が大きくなり、大きいたが張り力で矯正治具の外形に拘束されるので、その形状に固定される効果が大きくなり、これによって扁平の矯正効果を増すことができる。しかしながら、矯正治具４の外径を大きくすると、冷却を終わって矯正治具４から取り外した後におけるリング材１の冷間でのスプリングバック縮径量が大きくなる。リング材１に形成している金属被覆層によっては、冷間での伸縮量を大きくすると亀裂が生じる場合があるので、その場合にはその亀裂が生じないように、矯正治具４の外径を設定すればよい。例えば、リング材１の母材２を炭素鋼とし、金属被覆層３を自溶性合金とした場合には、冷間の伸縮量が０．２〜０．２５％程度で亀裂が生じる場合が多いので、矯正治具４の外径を、リング材１の内径よりも０．１〜０．２％程度上回るレベルに留めることが好ましい。
【００１８】
なお、矯正治具４の外径をあまり大きくとれず、このため扁平矯正効果が低い場合、或いはリング材１の初期の扁平量が大きい場合などには、上記した扁平矯正動作を行った後でも、リング材１を所望の真円度まで矯正できない場合がある。その場合には、上記した動作を繰り返すことにより、扁平を更に矯正して真円度を上げることができ、所望の真円度を得ることができる。
【００１９】
図１に示す参考例では、矯正治具４の外形を真円状に設定したが、矯正治具４の外径は真円に限らず、他の形状としてもよく、例えば、リング材１の扁平状態とは逆の扁平状に設定することも可能である。図２はこの場合の参考例を示すものであり、図２（ａ）に示すように、矯正すべきリング材１が、横軸Ｘ−Ｘが短径軸、縦軸Ｙ−Ｙが長径軸となる扁平形状をなしていた場合に、図２（ｂ）に示すように、矯正治具４の外形形状を、リング材１の内面を９０度回転させた逆扁平状態（横軸Ｘ−Ｘが長径軸、縦軸Ｙ−Ｙが短径軸となる形状）とする。そして、図２（ｃ）に示すように、リング材１を加熱して拡径させた後、その内側に逆扁平状の矯正治具４を装着し、リング材１を冷却する。この冷却により、図２（ｄ）に示すように、リング材１は縮径して矯正治具４の外面に接触し且つその内周面が矯正治具４によって拘束され、リング材１には逆扁平状の矯正治具４の外面を締め付けるたが張り力が発生する。これにより、矯正前には曲率半径の大きかったリング材１の短径軸上の部分１ｘが、矯正治具４の外形の曲率半径の小さい長径軸（Ｘ−Ｘ）上の部分に押し付けられて狭められ、一方、矯正前には曲率半径の小さかったリング材１の長径軸上の部分１ｙが、矯正治具４の外形の曲率半径の大きい短径軸（Ｙ−Ｙ）上の部分に押し付けられて広げられ、この状態に拘束される。このようにリング材１を変形させ、その状態に拘束して常温に冷却することで、リング材１の倣い変形の一部が固定される。その後、リング材１を矯正治具４から外すと、リング材１は幾分か元の扁平状態に戻るため、真円に近づくこととなり、所望の真円度に矯正することができる。
【００２０】
矯正治具４の外形を逆扁平状に設定する場合において、その扁平度は通常、リング材１の扁平度にほぼ等しく設定されるが、これに限らず適宜増減可能である。また、逆扁平状に設定した矯正治具外形の平均直径は、扁平状のリング材１の内周面の平均直径にほぼ等しい値としてもよいし、それより少し大きく設定してもよい。矯正治具４の外形の平均直径は大きいほど、図１の参考例で説明したのと同様に矯正効果が増すが、あまり大きくすると真円を通り過ぎて逆扁平状になる恐れがあり、しかもリング材１の加熱、拡径量を大きくせざるを得なくなるので、これらを考慮して適正な値に設定すればよい。
【００２１】
以上に説明したように、リング材１の内周面側に装着する矯正治具４はその外形を真円状に設定しても良いし、逆扁平状に設定してもよい。一般に、矯正治具４の外形を図２に示す参考例のように逆扁平状に設定した方が、図１に示す参考例のように真円状に設定する場合に比べて、扁平矯正効果は大きい。しかしながら、この場合には、リング材１の短径部分を矯正治具４の長径部分に装着する関係上、リング材１の拡径量を大きくする必要がある。従って、これらの得失と、リング材の扁平量、物性等を考慮して、いずれかの方法を採用すればよい。
【００２２】
図３は本発明の実施形態を説明するものである。この実施形態では、図３（ａ）に示すように、リング材１を加熱、拡径する前に、その内周面側に矯正治具４を装着する。この時、矯正治具４はその外形を、リング材１内に装着しうるように小さくしている。次に、矯正治具４の各調整部材６を螺転させて治具本体５から放射方向に延び出させ、矯正治具４の外形を所望の矯正を行うための外形に設定する。この外形としては、図１、図２に示す参考例と同様に真円状としてもよいし、逆扁平状としてもよい。図３（ｂ）は矯正治具４の外形を真円に設定した場合であり、図３（ｃ）は矯正治具４の外形を逆扁平状に設定した場合であり、いずれの場合にも、リング材１は所定形状に設定した矯正治具４の外形に倣う形状に変形する。なお、この時、リング材１は冷間で変形させられるため、ほとんどが弾性変形であり内部には応力が発生している。
【００２３】
次に、図３（ｂ）或いは図３（ｃ）に示すように、矯正治具４を装着した状態のリング材１を加熱し、残留応力を減少させる。この時の加熱温度は、残留応力を緩和させることができるように定めればよく、具体的には、母材２が鋼材の場合には３００〜７５０°Ｃ程度に選定すればよい。加熱方法は、リング材１を炉に入れて全体を同時に加熱、昇温させてもよいし、リング材１の円周方向の一部領域を誘導加熱コイル等の局部加熱装置で加熱し、その局部加熱装置に対してリング材１を円周方向に相対的に移動させることで、リング材１の全周を加熱してもよい。その後、リング材１を冷却する。この冷却により、図１、図２に示す参考例で説明したのと同様に、リング材１が縮径し、図３（ｂ）或いは図３（ｃ）に示すように、リング材１の内周面が矯正治具４によって拘束され、リング材１には矯正治具４の外面を締め付けるたが張り力が発生する。これにより、矯正前には曲率半径の大きかったリング材１の短径軸上の部分１ｘが、矯正治具４によって狭められ、一方、矯正前には曲率半径の小さかったリング材１の長径軸上の部分１ｙが、矯正治具４によって広げられ、これによって、リング材１は真円に近づくように矯正される。その後、リング材１を矯正治具４から外すことでリング材を所望の真円度に矯正することができる。なお、この場合にも１回の矯正動作で所望の真円度が得られない場合には、同様な矯正動作を繰り返せば良い。
【００２４】
【実施例】
〔参考例１〕
図６、図７に示すリング材１を次の仕様で製造した。すなわち、母材２の材質はＳ２０Ｃ、金属被覆層３の材質はＮｉ−Ｃｒ系自溶合金、母材２の半径方向の厚さは３６．５ｍｍ、幅は７２ｍｍ、金属被覆層３の厚さは２．０ｍｍである。このリング材１の内外径を測定して表１に示す結果を得た。なお、表１における測定点は、図７に示す中心を通る各直線上である。表１から分かるように、このリング材１の外径及び内径の扁平量Δｄ（＝最大径−最小径）はそれぞれ、９．７ｍｍ、１０ｍｍであった。
【００２５】
【表１】
0004360721.tif 000002
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、矯正治具４を、当金８で形成する外形が、直径１７６８．７ｍｍの真円となるように調整し、次いで、リング材１を炉によって５００°Ｃに加熱して拡径させ、その内部に矯正治具４を装着した。その後、リング材１を放冷して縮径させ、その内面を矯正治具４で拘束した。この状態で１０時間放置した。その結果、リング材温度は３２°Ｃに低下していた。その後、矯正治具４を外し、内外径を測定して、表２に示す結果を得た。表２より明らかなように、外径、内径の扁平量Δｄはそれぞれ、４．４ｍｍ、４．５ｍｍに低下しており、扁平矯正の効果があった。
【００２７】
【表２】
0004360721.tif 000003
【００２８】
〔参考例２〕
参考例１と同じ仕様のリング材１を製造し、その内外径を測定して表３に示す結果を得た。表３から分かるように、このリング材１の外径及び内径の扁平量Δｄ（＝最大径−最小径）はそれぞれ、４．４ｍｍ、４．６ｍｍであった。
【００２９】
【表３】
0004360721.tif 000004
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示すように、矯正治具４を、当金８で形成する外形が、リング材１とは逆扁平状となるように、且つ表４で示す直径となるように調整した。この矯正治具４の外径は、リング材１の内径を９０°回転させたものと同一である。
【００３１】
【表４】
0004360721.tif 000005
【００３２】
次に、リング材１を炉によって６００°Ｃに加熱して拡径させ、その内部に矯正治具４を装着した。その後、リング材１を放冷して縮径させ、その内面を矯正治具４で拘束した。この状態で１２時間放置した。その結果リング材温度は３０°Ｃに低下していた。その後、矯正治具４を外し、内外径を測定して、表５に示す結果を得た。表５より明らかなように、外径、内径の扁平量Δｄはそれぞれ、１．８ｍｍ、１．７ｍｍに低下しており、扁平矯正の効果があった。
【００３３】
【表５】
0004360721.tif 000006
【００３４】
〔実施例１〕
参考例１と同じ仕様のリング材１を製造し、その内外径を測定して表６に示す結果を得た。表６から分かるように、このリング材１の外径及び内径の扁平量Δｄ（＝最大径−最小径）はそれぞれ、４．２ｍｍ、４．５ｍｍであった。
【００３５】
【表６】
0004360721.tif 000007
【００３６】
次に、図３（ａ）に示すように、加熱する前のリング材１の内周面側に矯正治具４を装着し、次いで、その矯正治具４の調整部材６を調整して、その矯正治具４の外形を、図３（ｃ）に示すように、リング材１とは逆扁平状となるように設定した。この時の矯正治具４の外径は表７に示す通りであり、リング材１の内径を９０°回転させたものと同一とした。
【００３７】
【表７】
0004360721.tif 000008
【００３８】
次に、矯正治具４を取り付けた状態のリング材１を炉によって６００°Ｃに加熱し、その後、炉から取り出し、リング材１を放冷して縮径させ、その内面を矯正治具４で拘束した。この状態で１２時間放置した。その結果リング材温度は３０°Ｃに低下していた。その後、矯正治具４を外し、内外径を測定して、表８に示す結果を得た。表８より明らかなように、外径、内径の扁平量Δｄはそれぞれ、１．５ｍｍ、１．３ｍｍに低下しており、扁平矯正の効果があった。
【００３９】
【表８】
0004360721.tif 000009
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のリング材の矯正方法は、扁平を矯正すべきリング材の内周面側に矯正治具を装着し且つその矯正治具の外形を前記リング材を変形させながら所定形状に設定し、その状態で前記リング材を加熱し次いでそのリング材を冷却することで、縮径するリング材に前記矯正治具を締め付けるたが張り力を発生させ、これにより前記リング材を前記矯正治具の外形に倣う形状に拘束しリング材の扁平を矯正する構成としたことにより、リング材を矯正治具から外した後においてもリング材を元の扁平形状よりも矯正治具の外形に近づく形状に矯正でき、従って、矯正治具の外形を適正に設定しておくことで、リング材を矯正治具から外した後において、リング材が所望の真円度になるように矯正することができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例による矯正方法を説明するものであり、（ａ）は矯正すべきリング材の概略平面図、（ｂ）は所定外形に設定した矯正治具の概略平面図、（ｃ）は加熱、拡径したリング材に矯正治具を装着した状態を示す概略平面図、（ｄ）は矯正治具を装着したリング材を冷却した状態で示す概略平面図
【図２】  本発明の他の参考例による矯正方法を説明するものであり、（ａ）は矯正すべきリング材の概略平面図、（ｂ）は所定外形に設定した矯正治具の概略平面図、（ｃ）は加熱、拡径したリング材に矯正治具を装着した状態を示す概略平面図、（ｄ）は矯正治具を装着したリング材を冷却した状態で示す概略平面図
【図３】  本発明の実施態様による矯正方法を説明するものであり、（ａ）は矯正すべきリング材の概略平面図、（ｂ）はリング材に装着した矯正治具を真円状の所定形状に設定した状態を示す概略平面図、（ｃ）はリング材に装着した矯正治具を逆扁平状の所定形状に設定した状態を示す概略平面図
【図４】  本発明方法に用いる矯正治具の一例を示す概略平面図
【図５】  図４に示す矯正治具の概略断面図
【図６】  本発明で矯正の対象とするリング材の一例を示す概略断面図
【図７】  図６に示すリング材の概略平面図
【符号の説明】
１  リング材
２  母材
３  金属被覆層
４  矯正治具
５  治具本体
６  調整部材
７  ナット
８  当金
【図１】
0004360721.tif 000010
【図２】
0004360721.tif 000011
【図３】
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【図４】
0004360721.tif 000013
【図５】
0004360721.tif 000014
【図６】
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【図７】
0004360721.tif 000016