(57)【要約】【課題】  本発明は表面硬度および機械特性の優れた金属製の管状部材の新規な製造方法を提供すること。【解決手段】  金属製の管状部材を型内において長さ方向に圧縮し、体積を減少させることを特徴とする、金属製の管状部材の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の管状部材を型内において長さ方向に圧縮し、体積を減少させることを特徴とする、金属製の管状部材の製造方法。
【請求項２】
金属製の管状部材を型内において長さ方向に圧縮し、体積を減少させ、一部分の断面形状を変化させることを特徴とする、金属製の管状部材の製造方法。
【請求項３】
金属が鉄合金である、請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
管状部材が金属製の板材から形成される、金属製の管状部材の製造方法。
【請求項５】
管状部材を型内において長さ方向に圧縮した後、脱型し、合わせ目を接合する工程を含む、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
接合がレーザー溶接により行われる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
製造される金属製の管状部材がコアドリルのシャンク部分である、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
製造される金属製の管状部材がコアドリルのシャンク部分およびビット取り付け部分の一体成型物である、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面硬度および機械特性の優れた金属製の管状部材の製造方法に関する。また、本発明は断面形状が異なる部分を有する金属製の管状部材を簡単に製造できる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製の管状部材としては種種の製品が市販されている。しかし既製品は大ロットで規格化されたサイズのものを製造するため、特殊なサイズおよび形状の製品を少量入手することは困難であった。そのため、既製品を加工して所望の製品を簡便に製造することのできる方法が求められていた。
【０００３】
本発明の製造方法により製造される製品の代表的な例はコアドリルのシャンク部分であるが、これについては以下に記載するような課題があった。  
コアドリルのシャンク部分の製造に際しては、引抜成型による通常７〜８ｍの長さの長尺管を購入し、これを需用者が所望の長さに切断するして使用する方法が一般的であった。しかし引抜加工では引抜くための握持部は口絞されており、規格外の寸法公差となっているため、この部分を製品にすることはできず、歩留りの低下を余儀なくされていた。さらに、保管中に長尺の管が自重により変形するという課題もあった。
【特許文献１】特開昭６０−３７２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡便な物理的加工により製品の表面や機械特性を改善したり、その形状を変化させる加工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は金属製の管状部材を型内において長さ方向に圧縮し、体積を減少させることを特徴とする、金属製の管状部材の製造方法に関する。
本発明はその異なる態様において、金属製の管状部材を型内において長さ方向に圧縮し、体積を減少させ、一部分の断面形状を変化させることを特徴とする、金属製の管状部材の製造方法に関する。
一般的には金属は鉄および鉄合金である。
本発明の一態様においては、管状部材は金属製の板材から形成される。
本発明はその好ましい態様において、管状部材を型内において長さ方向に圧縮した後、脱型し、合わせ目が接合され、好ましくはレーザー溶接される。
本発明の製造方法により、コアドリルのシャンク部分、またはコアドリルのシャンク部分およびビット取り付け部分の一体成型物が製造される。
【０００６】
本発明で使用される管状部材は金属製であり、プレスにより圧縮可能な任意の金属を使用することができる。一般的には炭素鋼、合金鋼、ニッケル クロム鋼、ニッケル クロム モリブデン鋼、クロム鋼、クロム モリブデン鋼、マンガン鋼などの各種の鉄合金が使用されるが、アルニウム、銅、ニッケル、マグネシウム、チタンおよびそれらの合金等も使用できる。
本発明で使用される管状部材とは、長さ方向に沿って内部に連続した空間を有する筒状の部材をいう。典型的には管状部材は一定の断面形状を有する。一般的には断面が円形、楕円形、または長方形などの矩形であるが、必要に応じ任意の形状であることができる。断面形状とは管状部材の長さ方向と垂直な方向における断面の形状をいう。典型的には断面形状は一定であり、肉厚も一定である。なお、断面が円形である管状部材については、特に円筒状部材と呼ぶ場合がある。
管状部材は任意の方法で製造することができ、後述のように板材から形成することもできるし、既成のパイプなどの成形された管状部材を使用することもできる。
型内において長さ方向に圧縮するとは、圧縮前の管状部材を収納でき圧縮後に所望の形状を与える型の内部に管状部材を保持し、管状部材の長さ方向に力を加え、その長さを短くするように圧縮することをいう。
本発明においては、圧縮により体積が減少される。圧縮される割合は材料および用途により変更することができる。圧縮の割合が少ないと物性の変化も少なく、本発明の効果が得られないので、圧縮の際の加工の容易性、要求物性、使用機械への設備投資費用などに応じて適宜任意に圧縮する割合を決定することができる。典型的には３％以上、より典型的には約５％以上、さらに典型的には約７．５％以上圧縮することができる。また場合によっては１０％以上、または１５％以上、または２０％以上圧縮することができる。上記の数値は特に鋼を使用した場合に適当なものである。
圧縮はプレスなどの任意の公知手段により加圧することにより行われる。圧縮の際の圧力割合も、加工の容易性、要求物性、設備投資費用などに応じて適宜任意に決定することができる。たとえば、１０ｃｍφの鋼材では典型的には１０ｔから６０ｔのプレス圧力、より典型的には２０から３０ｔのプレス圧力で圧縮が行われる。
圧縮加工の終了は、所定の時間の経過により、または管状部材の長さまたは体積の減少により決定されることができる。最適な加工圧力および時間については、実験的に決定することができる。  
【０００７】
本発明の異なる態様においては、金属製の管状部材を型内において長さ方向に圧縮し、体積を減少させ、一部分の断面形状を変化させることを特徴とする金属製の管状部材の製造方法が提供される。
断面形状が異なる部分を有する金属製の管状部材とは、管状部材の長さ方向と垂直な方向において断面の形状および肉厚が他と異なる部分を有することを言う。たとえば、断面の一部分において肉厚の厚い部分がある場合、または断面の一部分において断面形状が変化している場合があげられる。より具体的に説明すれば、断面が円形である円筒状部材において内径が一定で外径のみが大きくされて一部分が肉厚とされる場合、または円筒状部材において内径が一定で外側の形状がたとえば矩形のような異なる形状にされる場合が例示される。
【０００８】
本発明のさらなる実施態様においては、管状部材は金属製の板材から形成される。
板材から管状部材を形成する方法は、ローラー加工、ベンダー加工、プレス加工などの公知の方法によることができる。得られた管状部材は圧縮加工用の型に移される。管状部材がプレス成形により製造される場合には、プレス成形の型内に保持したまま、圧縮加工を行うこともできる。
【０００９】
上記において成形された管状部材は、脱型後、溶接、圧着、接着などの公知の方法により合わせ目部分が接合される。好ましくは接合は溶接により行われ、最適にはレーザー溶接により行われる。
レーザー溶接する際には、溶接部の幅は、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。レーザー溶接の条件は、必要に応じて適宜決定することができる。本発明においては脱型後の成形品のスプリングバックがほとんど起こらないので、脱型された製品を軽く保持してレーザー溶接を行うことにより、レーザー溶接を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の方法によれば、簡便な物理的加工により製品の表面や機械特性を改善したり、その形状を変化させることができる。たとえば、市販のパイプを加工することにより、その表面硬度を大きくすることができ、典型的には本発明の方法により製造された管状部材は、原料の板材または管状部材の表面硬度よりもビッカース硬度で少なくとも２０％、好適には約５０％、より好適には約７５％大きい表面硬度を有する。
またパイプの端部分の肉厚を厚くしたり、または端に向かって徐々に肉厚を厚く変化させたりすることができる。さらには表面に模様を施したり、エンボス加工を施すことなどもできる。
また本発明の方法によれば一工程の圧縮加工により、成型物は一体成型物として得られる。すなわち本発明により、断面形状の異なる少なくとも２つの部分を有する管状部材を、寸法精度良く一体成型物として製造することができる。
板材から管状部材を形成する場合には、所望の厚さの板材から所望の長さの管状部材を製造することができるので、軽量の管状部材を歩留まり良く製造することができる。
本発明によれば寸法精度の高い部材を製造することができ、管状部材が円筒状管状部材である場合には真円度の高い円筒状部材を製造することができる。
本発明の方法によれば、いわゆるスプリングバックと呼ばれる脱型後の変形がほとんど起きない。したがって、脱型後に管状部材の合わせ目を溶接する際に再度圧力を加える必要がなく、残留応力の非常に少ない製品を製造することができる。
また、本発明の方法により製造された管状部材は、原料の板材よりも小さい結晶粒界を有するので、各種の物理特性が向上される。
さらに、本発明の方法により、コアドリルのシャンクとして好適な、真円度の高い円筒状部材を容易に製造することができる。またシャンクとビット取り付け部分とを一体成型により、簡便に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の最も典型的な実施態様においては、鋼材を使用してコアシャンクが製造される。
コアシャンクの内径は０．１ｍｍから２０００ｍｍ、典型的には１ｍｍから１８００ｍｍ、さらに典型的には１０ｍｍから１０００ｍｍ、最も典型的には１７ｍｍから４５０ｍｍであり、厚さは１ｍｍから６ｍｍ、典型的には２ｍｍから５ｍｍであり、長さは１０ｍｍから２０００ｍｍ、典型的には５０ｍｍから１０００ｍｍ、より典型的には１００ｍｍから６００ｍｍの円筒管が製造される。また、シャンクの下端にビットを取り付けるための肉厚部分が提供された管状部材を一体成形品として提供することができる。
【００１２】
圧縮に際しては管状部材を、図１または図２に示すような雌型の内部にセットする。
図１および２において１は内側型、２は外側型であり、その間の型キャビティに管状部材２が設置される。型キャビティに対応する形状の雄型を図１または図２に示される雌型の上方にセットし、型を閉めた後、矢印の方向に圧力を加え、管状部材を圧縮する。加える圧力の大きさおよび加圧時間は前述の通りである。所定の時間経過後、または所定の長さ又は体積の減少を感知した後に加圧を停止して常圧に戻すことができる。長さ又は体積の減少は加圧盤の移動距離の測定などにより測定することができる。型キャビティの幅を調節することにより、製造される管状部材の肉厚を調節することができる。
肉厚の異なる部分が提供された管状部材は、たとえば図３または図４に示す型を使用することにより製造することができる。たとえば、図３または４中の４で示された肉厚の厚い部分がビットの取り付け部分とされることができる。
なお、図１−４において、斜線を付した部分は管状部材を示す。
【００１３】
真円度は、円形形体の幾何学的に正しい円からの相違の度合いをいい、製造された円筒状部材の外側表面についての、最大内接円と半径と最小外接円の半径との差をいう。本発明の方法により製造される円筒状部材においては、真円度は好適には０．５以下、より好適には０．３以下、さらに好適には０．１以下とされる。
【００１４】
レーザー溶接の幅は製品を脱型した後のスプリングバックによる合わせ目の開いた幅であり、この開いた幅が好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下であるように成型が行われる。
【００１５】
得られた円筒状部材にビットを取り付けることにより、コアドリルを製造することができる。ビットとしては公知の任意の材質のものが使用できるが、一般的にはダイヤモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣ等の硬質砥粒と、銅、コバルト、鉄などの金属粉末とを焼結したものが使用される。
【００１６】
実施例１
長さ３７０ｍｍ、幅３３０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのＳＰＣＣ鋼材を使用して、５０ｔプレスでロールプレス加工した。得られた成形品を図１および２に示す型の中に設置し、５０ｔプレスを使用して圧縮加工し、体積を約８％減少させた。得られた成形品を脱型したところ、合わせ目の開きは０．１ｍｍ以下であり、スプリングバックはほとんど見られなかった。ついでレーザー溶接を行って、合わせ目を接合した。幅０．５ｍｍでレーザー溶接することができた。成形品の真円度を測定したところ、０．１であった。
得られた製品のビッカース硬度を、ＪＩＳ  Ｚ２２４４により、松沢精機株式会社製の自動微小硬度計システムＭＨＴ−１を使用して測定した。本実施例により得られた製品の硬度は１５０−１６０の範囲であった。一方、ロールプレス加工のみを行った製品を比較例として製造した。比較例においては硬度は８０−８５の範囲であった。本実施例による製品は、比較例の製品と比較してビッカース硬度が顕著に改善されていることが示された。
実施例１と比較例の製品の結晶粒界の状態を顕微鏡で観察した。結果を図３に示す。実施例１による製品は、比較例の製品と比較して結晶粒界が有意に小さくなっていることが示されている。
【００１７】
実施例２
長さ３７０ｍｍ、幅３３０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのＳＰＣＣ鋼材を使用して、５０ｔプレスでロールプレス加工した。得られた成形品を図３に示す型の中に設置し、５０ｔプレスを使用して圧縮加工し、体積を約８％減少させた。肉厚の異なる部分を有する一体成形品が得られた。得られた成形品の設計寸法との公差は０．１以下であり、型の形状に良好に追随し、良好な寸法精度を有していることが確認された。
【００１８】
本発明の製造方法により得られる成形品は、加圧されることにより結晶粒界が圧縮され、そのために表面硬度の他各種の物性が向上される。すなわち、管状部材の断面形状に拘わらず本発明の効果が得られることは当業者には容易に理解できるであろう。
【００１９】
本発明の実施態様の先の記述が例示の目的だけのためにあることも理解されるだろう。本発明は、当該技術分野における当業者により、特許請求の範囲により規定される本発明の技術範囲を逸脱することなく多くの改良を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の製造方法で使用される型の一例の上面図である。
【図２】図１の型の正面断面図である。
【図３】本発明の製造方法で使用される型の一例の、正面断面図である。
【図４】本発明の製造方法で使用される型の一例の、正面断面図である。
【図５】本発明により加工される管状部材の圧縮前の金属組織の様子を示す顕微鏡写真である。
【図６】本発明により得られた製品の金属組織の様子を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２１】
１：内側型
２：管状部材
３：外側型
４：肉厚の厚い部分
【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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