特許 7188234 筒状構造体、該筒状構造体の製造方法及び製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】筒状構造体、該筒状構造体の製造方法及び製造装置

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/06 20060101AFI20221206BHJP

   B21J 13/02 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

B21J5/06 D

B21J13/02 C

B21J13/02 K

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019065073

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020163412

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-11-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100182925

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 明弘

(72)【発明者】

【氏名】木寅 孝次

(72)【発明者】

【氏名】須釜 淳史

(72)【発明者】

【氏名】乘田 克哉

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０８５８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００７２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭６０－００５３８２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平０７－００９０６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ ５／０６

Ｂ２１Ｊ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状素材から前後方押出し鍛造により円筒部と該円筒部の内部を仕切る仕切板部とを有する筒状構造体を製造する製造方法であって、
前記円柱状素材の外径と少なくとも同じ大きさの内径の円環形状を有する側方型の内側に、前記円柱状素材の外径よりも小さい所定の直径を有する円柱形状の上型及び下型を設置し、前記上型と前記下型との間に前記円柱状素材を配置して、
前記上型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ１とし、前記側方型の加工方向に沿った移動速度をＶ２とし、前記下型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ３とし、前記仕切板部の板厚中心から前記筒状構造体の上端までの所望の長さをＨ１及び下端までの所望の長さをＨ２とする場合に、前記上型と前記下型とを相対的に近づけるように移動させて前記円柱状素材を押圧すると共に、前記側方型を下記の数式（１）で表されるＶ２の速度で移動させる製造方法。

【数1】

但し、Ｖ１及びＶ３は下方向を正とし、Ｖ２は上方向を正とし、Ｈ１０及びＨ２０はＶ２＝０で加工した場合のそれぞれのＨ１及びＨ２の実測値とし、Ｈ１＝Ｈ２である場合を除く。

【請求項2】

前記数式（１）において、－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５となるように、Ｖ２の速度を設定する請求項１に記載の製造方法。
但し、Ｖ１＝－Ｖ３の場合は、Ｖ２＝０とする。

【請求項3】

前記数式（１）において、Ｖ３＝０とする請求項１又は２に記載の製造方法。

【請求項4】

円柱状素材から前後方押出し鍛造により円筒部と該円筒部の内部を仕切る仕切板部とを有する筒状構造体を製造するための製造装置であって、
前記円柱状素材の外径と少なくとも同じ大きさの内径の円環形状を有し、加工方向に沿って移動可能な側方型と、
前記側方型の内側に設置され、前記円柱状素材の外径よりも小さい所定の直径を有する円柱形状の上型及び下型と、を備え、
前記上型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ１とし、前記側方型の加工方向に沿った移動速度をＶ２とし、前記下型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ３とし、前記仕切板部の板厚中心から前記筒状構造体の上端までの所望の長さをＨ１及び下端までの所望の長さをＨ２とする場合に、前記上型と前記下型とを相対的に近づけるように移動させ、前記側方型を下記の数式（１）で表されるＶ２の速度で移動させるよう制御する製造装置。

【数2】

但し、Ｖ１及びＶ３は下方向を正、Ｖ２は上方向を正、Ｈ１０及びＨ２０はＶ２＝０で加工した場合のそれぞれのＨ１及びＨ２の実測値とし、Ｈ１＝Ｈ２である場合を除く。

【請求項5】

前記数式（１）において、－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５となるように、Ｖ２の速度を設定する請求項４に記載の製造装置。
但し、Ｖ１＝－Ｖ３の場合は、Ｖ２＝０とする。

【請求項6】

前記数式（１）において、Ｖ３＝０とする請求項４又は５に記載の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、前後方押出し鍛造による筒状構造体の製造方法及び製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、断面の形状がＨ型の筒状構造体は、機械設備、自動車、化学プラントのスペーサ部品や軸受スリーブ、歯車などに使用され、その多くは丸棒材の切削により製造されている。
丸棒の切削により筒状構造体を製造すると、材料歩留まりが低く、生産タクトも著しく低い。そのため、近年では、板材をプレス装置で押圧して、最終製品に近い形状であるニアネットシェイプ形状まで成形し、その後切削加工を施して最終の製品形状とすることが多くなっている。

【0003】

このようなニアネットシェイプ形状の筒状構造体を製造する方法の一つとして、円柱状の素材を前後方に分流させて押し出す前後方押出し鍛造が知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－００７２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の前後方押出し鍛造で、仕切板部を有する筒状構造体を製造する場合、前方向及び後方向にそれぞれ流れる素材の先端は、金型で拘束されておらず自由端となるため、押し出す長さを制御することが難しい。そのため、所望の形状を得ることが難しく、鍛造後の切削工程において切削量が多くなってしまう。

【0006】

従って、本発明は、仕切板部を有する筒状構造体を前後方押出し鍛造により製造する場合に、任意の場所に仕切板部を形成可能な製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、円柱状素材から前後方押出し鍛造により円筒部と該円筒部の内部を仕切る仕切板部とを有する筒状構造体を製造する製造方法であって、前記円柱状素材の外径と少なくとも同じ大きさの内径の円環形状を有する側方型の内側に、前記円柱状素材の外径よりも小さい所定の直径を有する円柱形状の上型及び下型を設置し、前記上型と前記下型との間に前記円柱状素材を配置して、前記上型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ１とし、前記側方型の加工方向に沿った移動速度をＶ２とし、前記下型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ３とし、前記仕切板部の板厚中心から前記筒状構造体の上端までの所望の長さをＨ１及び下端までの所望の長さをＨ２とする場合に、前記上型と前記下型とを相対的に近づけるように移動させて前記円柱状素材を押圧すると共に、前記側方型を下記の数式（１）で表されるＶ２の速度で移動させる製造方法に関する。

【数1】

但し、Ｖ１及びＶ３は下方向を正とし、Ｖ２は上方向を正とし、Ｈ１_０及びＨ２_０はＶ２＝０で加工した場合のそれぞれのＨ１及びＨ２の実測値とする。

【0008】

また、前記数式（１）において、－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５となるように、Ｖ２の速度を設定することが好ましい。

【0009】

また、前記数式（１）において、Ｖ３＝０とすることが好ましい。

【0010】

また、本発明は、円柱状素材から前後方押出し鍛造により円筒部と該円筒部の内部を仕切る仕切板部とを有する筒状構造体を製造するための製造装置であって、前記円柱状素材の外径と少なくとも同じ大きさの内径の円環形状を有し、加工方向に沿って移動可能な側方型と、前記側方型の内側に設置され、前記円柱状素材の外径よりも小さい所定の直径を有する円柱形状の上型及び下型と、を備え、前記上型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ１とし、前記側方型の加工方向に沿った移動速度をＶ２とし、前記下型の加工方向の速度を所定の速度Ｖ３とし、前記仕切板部の板厚中心から前記筒状構造体の上端までの所望の長さをＨ１及び下端までの所望の長さをＨ２とする場合に、前記上型と前記下型とを相対的に近づけるように移動させ、前記側方型を下記の数式（１）で表されるＶ２の速度で移動させるよう制御する製造装置に関する。

【数2】

但し、Ｖ１及びＶ３は下方向を正、Ｖ２は上方向を正、Ｈ１_０及びＨ２_０はＶ２＝０で加工した場合のそれぞれのＨ１及びＨ２の実測値とする。

【0011】

また、本発明は、前記製造方法により製造される円筒部と該円筒部の内部を仕切る仕切板部とを有する筒状構造体であって、前記筒状構造体の鍛流線は、前記仕切板部においては、径方向に沿うように形成されており、前記円筒部においては、前記仕切板部から続いて内側面から上端面又は下端面に沿って外側面に達するように形成されており、該外側面における鍛流線の方向は、大部分が径方向に沿っている筒状構造体に関する。

【0012】

また、本発明は、－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５にＶ２の速度を設定した前記製造方法により製造される円筒部と該円筒部の内部を仕切る仕切板部とを有する筒状構造体であって、前記筒状構造体の鍛流線は、前記仕切板部においては、径方向に沿うように形成されており、前記円筒部においては、前記仕切板部の板厚の中心面について上下略対称に形成されている筒状構造体に関する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、前後方押出し鍛造の際にコンテナの移動速度を所定の条件で制御することにより、任意の場所に仕切板部が設けられた筒状構造体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る製造方法の説明図である。

【図2】本発明の製造方法により得られる筒状構造体の説明図である。

【図3】ダイを固定する場合の上下対称の筒状構造体を得る方法の説明図である。

【図4】ダイを固定しない場合の上下対称の筒状構造体を得る方法の説明図である。

【図5】筒状構造体の形状とコンテナ速度との関係を示す対数グラフである。

【図6】コンテナ速度の条件式の係数を算出するための方法についての説明図である。

【図7】上下対称の筒状構造体が得られる製造方法の説明図である。

【図8】上下対称の筒状構造体の鍛流線の形状について説明するための模式図である。

【図9】実施例１で得られた筒状構造体の断面形状及び鍛流線の観察結果を示す。

【図10】上下対称の筒状構造体の用途の一例について示す。

【図11】変形強度の測定を行うための試験片の切り出し形状について説明するための図である。

【図12】変形強度の試験方法について説明するための模式図である。

【図13】強度試験（１）の結果を示すグラフである。

【図14】強度試験（２）の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の筒状構造体の製造方法及び製造装置の好ましい実施形態について、図１～図８を参照しながら説明する。

【0016】

＜実施形態＞
図１は、本実施形態に係る製造方法を説明するための製造装置１の断面模式図であり、図２は、本実施形態の製造方法で得られる筒状構造体の説明図である。

【0017】

図１に示すように、製造装置１は、上型としてのパンチ１０と、側方型としてのコンテナ２０と、下型としてのダイ３０と、で構成されており、パンチ１０及びダイ３０は、コンテナ２０の内側にそれぞれの中心軸が一致するように配置される。

【0018】

パンチ１０は、被加工体である円柱状素材４０Ａの外径よりも小さい所定の直径の円柱形状を有し、上下に移動可能である。

【0019】

コンテナ２０は、円柱状素材４０Ａの外径と一致する内径の円環形状を有し、加工方向について上下に移動可能である。なお、コンテナ２０の内径は、円柱状素材４０Ａの外径よりもやや大きくてもよいが、加工開始から加工終了まで円柱状素材４０Ａの側面を拘束し続けることができる点で、円柱状素材４０Ａの外径と一致することが好ましい。

【0020】

ダイ３０は、円柱状素材４０Ａの外径よりも小さい所定の直径の円柱形状を有し、上下に移動可能である。本実施形態では、内径が一定の筒状構造体を製造するため、ダイ３０の直径は、パンチ１０と一致するように構成される。

【0021】

円柱状素材４０Ａの原素材としては、特殊鋼やステンレス鋼の鋼板や、丸棒材を切断して据込んで円盤状にしたもの等を用いることができる。

【0022】

本実施形態の製造方法では、円柱状素材４０Ａをパンチ１０とダイ３０との間に配置し、パンチ１０を所定の速度Ｖ１（下方向を正とする）で、ダイ３０を所定の速度Ｖ３（下方向を正とする）で、相対的に近づけるように移動させて円柱状素材４０Ａを押圧すると共に、コンテナ２０を速度Ｖ２（上方向を正とする）で移動させて加工を行い、所望の形状の筒状構造体４０Ｂを得る。コンテナ速度Ｖ２は、後に説明する条件式に基づいて設定される。

【0023】

図２を参照して、筒状構造体４０Ｂの形状について説明する。
筒状構造体４０Ｂは、円筒部４１と円筒部４１の内部を仕切る仕切板部４２とを備える（図２（ａ）参照）。その断面形状はＨ型となり、仕切板部４２の板厚中心から筒状構造体の上端までの長さをＨ１とし、下端までの長さをＨ２とする（図２（ｂ）参照）。
筒状構造体４０Ｂの高さ（Ｈ１＋Ｈ２）は、本発明の製造方法によれば、所望のＨ１、Ｈ２を設定して仕切板部４２を任意の場所に形成した筒状構造体４０Ｂを得ることができる。

【0024】

まず、円柱状素材４０Ａにプレス加工を施して、板厚の中心で上下軸対称な断面形状がＨ型の筒状構造体４０Ｂ、即ち、Ｈ１＝Ｈ２となる筒状構造体４０Ｂを得る方法について図３及び図４を参照して説明する。

【0025】

ダイ３０が固定される場合について、図３を用いて説明する。プレス加工前の円柱状素材４０Ａの板厚をｔ_０（図３（ａ）参照）とし、プレス加工後の板厚をｔ（図３（ｂ）参照）とする。
図３に示すように、円柱状素材４０Ａの板厚方向（上向き）の座標をＸとし、プレス加工前にパンチ１０及びダイ３０で挟まれた状態の円柱状素材４０Ａの底部をＸ座標の原点としプレス加工前後について板厚中心の座標の遷移について考える。
プレス加工前の円柱状素材４０Ａの板厚中心の座標は、Ｘ＝ｔ_０／２と表せる。パンチ１０の移動量をＸ１とし、ダイ３０は固定したとすると、プレス加工後の仕切板部４２の板厚ｔは、ｔ＝ｔ_０－Ｘ１となり、仕切板部４２の板厚中心の座標は、Ｘ＝ｔ／２＝（ｔ_０－Ｘ１）／２となる。

【0026】

プレス加工後の筒状構造体４０Ｂが上下対称になるためには、円筒部４１のＸ方向の中心座標が仕切板部４２の板厚中心の座標と一致するように、仕切板部４２の板厚の中心線を一直線に保ったまま、筒状構造体４０Ｂに加工する必要がある。
そのために、円筒部４１となる部位のＸ方向の中心線が円柱状素材４０Ａの板厚の中心線に追随できるように、コンテナ２０を移動量Ｘ２で補正することを考える。
コンテナ２０をＸ２の移動量で移動させた場合の円筒部４１のＸ方向の中心線の座標は、Ｘ＝ｔ_０／２＋Ｘ２となり、これが仕切板部４２の板厚中心の座標であるＸ＝（ｔ_０－Ｘ１）／２と一致すればよい。これより、Ｘ２＝－（１／２）Ｘ１が得られ、移動量Ｘ１及びＸ２を移動速度Ｖ１＝Ｘ１／ｓ、Ｖ２＝Ｘ２／ｓ（ｓ：プレスにかかる時間）に変換すると、Ｖ２／Ｖ１＝－０．５の関係式１が得られる。
つまり、Ｖ２／Ｖ１＝－０．５の関係式１を満たせば、摩擦係数やＶ１、Ｖ２の大きさや円柱状素材４０Ａの材料による影響を受けずに、板厚中心で上下対称のＨ型の筒状構造体４０Ｂを得ることができる。

【0027】

次に、ダイ３０が固定されずに移動速度Ｖ３で移動する場合について図４を用いて説明する。プレス加工前の円柱状素材４０Ａの板厚をｔ_０（図４（ａ）参照）とし、プレス加工後の板厚をｔ（図４（ｂ）参照）とする。
図４に示すように、円柱状素材４０Ａの板厚方向（上向き）の座標をＸとし、プレス加工前にパンチ１０及びダイ３０で挟まれた状態の円柱状素材４０Ａの底部をＸ座標の原点としプレス加工前後について板厚中心の座標の遷移について考える。
プレス加工前の円柱状素材４０Ａの板厚中心の座標は、Ｘ＝ｔ_０／２と表せる。パンチ１０の移動量をＸ１とし、ダイ３０の移動量をＸ３とすると、プレス加工後の仕切板部４２の板厚中心の座標は、プレス加工後の板厚ｔの１／２にＸ３の移動によるずれ量を加え、Ｘ＝ｔ／２＋Ｘ３と表せる。プレス加工後の仕切板部４２の板厚ｔは、ｔ＝ｔ_０－Ｘ１＋Ｘ３となり、仕切板部４２の板厚中心の座標は、Ｘ＝ｔ／２＋Ｘ３＝（ｔ_０－Ｘ１＋Ｘ３）／２＋Ｘ３となる。

【0028】

コンテナ２０をＸ２で移動させた場合の円筒部４１のＸ方向の中心線の座標は、Ｘ＝ｔ_０／２＋Ｘ２となり、これが仕切板部４２の板厚中心の座標であるＸ＝（ｔ_０－Ｘ１＋Ｘ３）／２＋Ｘ３と一致すればよい。これより、Ｘ２＝－（Ｘ１＋Ｘ３）／２が得られ、移動量Ｘ１、Ｘ２及びＸ３を移動速度Ｖ１＝Ｘ１／ｓ、Ｖ２＝Ｘ２／ｓ、Ｖ３＝Ｘ３／ｓ（ｓ：プレスにかかる時間）に変換すると、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）＝－０．５の関係式２が得られる。
つまり、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）＝－０．５の関係式２を満たせば、摩擦係数やＶ１、Ｖ２、Ｖ３の大きさや円柱状素材４０Ａの材料による影響を受けずに、板厚中心で上下対称のＨ型の筒状構造体４０Ｂを得ることができる。

【0029】

次に、所望のＨ１、Ｈ２を設定して仕切板部４２を任意の場所に形成した筒状構造体４０Ｂを得る方法について説明する。コンテナ速度Ｖ２を設定するための条件式を求めるために、所定のパンチ速度Ｖ１及び所定のダイ速度Ｖ３で、コンテナ速度Ｖ２を変えた場合の筒状構造体４０Ｂの形状について、シミュレーションした結果を表１に示す。
パンチ速度Ｖ１＝３で一定とし、ダイ３０は固定し（Ｖ３＝０）、コンテナ速度Ｖ２を－３３≦Ｖ２≦３０とした。また、パンチ及びダイの直径は１７ｍｍ、パンチ及びダイの角部の曲率半径は０．３ｍｍ、コンテナの内径は２４ｍｍ、円柱状素材４０Ａの直径は２４ｍｍ、板厚は４．２ｍｍとし、円柱状素材４０Ａを加工後の筒状構造体４０Ｂの仕切板部４２の板厚が１．２ｍｍとなるような条件でシミュレーションを行った。

【0030】

【表1】

【0031】

図５に示すように、コンテナ速度Ｖ２を変えることで、様々な形状に成形できることが示された。

【0032】

コンテナ速度Ｖ２を設定するための条件式を求めるため、表１のＶ２／（Ｖ１＋Ｖ３）とＨ２／Ｈ１との相関関係を図５の対数グラフに示した。なお、表には示さないが、図５にはパンチ速度Ｖ１＝２、ダイ速度Ｖ３＝－１でシミュレーションした結果も示した。

【0033】

図５のグラフによれば、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）＝－０．５のときＨ２／Ｈ１＝１の点を通る所定の傾きａと所定の切片ｂをもった直線になっていることが見て取れる。
以下、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）とＨ２／Ｈ１との関係式を求め、その関係式からＶ２の条件式を求める。
Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）をｘとし、Ｈ２／Ｈ１をｙとして、次の数式（２）の傾きａと切片ｂとを求める。
ｌｏｇｙ＝ａｘ＋ｂ・・・（２）
尚、図５に示すグラフから、数式（２）が成り立つＨ２／Ｈ１の範囲は、おおよそ１／７≦Ｈ２／Ｈ１≦７であることが見て取れる。
ここで数式（２）のａ、ｂを考えると、ｘ＝０、つまり、図６に示すようにコンテナ速度Ｖ２＝０（コンテナ２０を動かさない場合）として、プレス加工した場合のＨ１、Ｈ２の値をそれぞれＨ１_０、Ｈ２_０とすると、数式（２）よりｂ＝ｌｏｇＨ２_０／Ｈ１_０となる。また、前述より、ｘ＝Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）＝－０．５のとき、ｙ＝Ｈ２／Ｈ１＝１となるので、これを数式（２）に代入すると、ａ＝２ｂとなる。これらより、ａ＝２ｌｏｇＨ２_０／Ｈ１_０と表せる。
数式（２）のａ、ｂはＨ２_０、Ｈ１_０で表せるので、コンテナ２０を動かさない場合のＨ１、Ｈ２を測定することで、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）とＨ２／Ｈ１との関係式を求めることができる。

【0034】

Ｖ２の条件式を求めるため、数式（２）に、ｘ＝Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）、ｙ＝Ｈ２／Ｈ１、ａ＝２ｌｏｇＨ２_０／Ｈ１_０、ｂ＝ｌｏｇＨ２_０／Ｈ１_０を代入して、Ｖ２について整理すると、次の数式（１）が得られる。

【数3】

但し、１／７≦Ｈ２／Ｈ１≦７。

【0035】

以上より、所定のパンチ速度Ｖ１、所定のダイ速度Ｖ３において、所望のＨ１、Ｈ２の筒状構造体４０Ｂを得るには、数式（１）からコンテナ速度Ｖ２を算出すればよい。
例えば、表１のＶ１＝３、Ｖ３＝０の条件において、Ｖ２＝０の時、Ｈ２／Ｈ１＝Ｈ２_０／Ｈ１_０＝０．７４となるので、Ｈ２／Ｈ１＝２となるコンテナ速度Ｖ２は、数式（１）から、Ｖ２＝－４．９５と算出することができる。つまり、プレス加工時にコンテナ２０を下方に４．９５の速さで移動させれば、Ｈ２／Ｈ１が略２となる筒状構造体４０Ｂを得ることができる。

【0036】

また、数式（１）によれば、筒状構造体４０Ｂを仕切板部４２の板厚中心面で上下対称の構造となるようにしたい場合、即ち、Ｈ１＝Ｈ２としたい場合には、Ｖ２＝－１／２（Ｖ１＋Ｖ３）と設定すればよく、これは、図４で説明し前述の関係式２と一致する。Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）＝－０．５を中心に－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５となるようにＶ２を設定すると、略上下対称形状の筒状構造体４０Ｂが得られる。特に、図７に示すように、ダイ３０を固定する場合（Ｖ３＝０）には、Ｖ２＝－１／２Ｖ１と設定すればよく、これは、図３で説明し前述の関係式１と一致する。プレス加工時にコンテナ２０を下方に１／２Ｖ１の速さで移動させれば、上下対称形状の筒状構造体４０Ｂを得ることができる。

【0037】

以上の説明においては、ダイ３０を固定する場合について示したが、これに限らない。ダイ３０を固定することで片押しのプレス装置を用いて加工を行うことができ、パンチ１０もダイ３０も両方駆動する両押しのプレス装置に比べて、簡易な設備でプレス加工を行うことができる。

【0038】

次に、発明の製造方法により製造される筒状構造体４０Ｂに形成される鍛流線を示した模式断面図である図８を参照して、鍛流線の形状について説明する。図８（ａ）は、筒状構造体４０Ｂが仕切板部４２の板厚中心面で上下非対称の構造（Ｈ１≠Ｈ２）となる場合を示し、図８（ｂ）は、筒状構造体４０Ｂが仕切板部４２の板厚中心面で上下対称の構造となる場合（Ｈ１＝Ｈ２）を示す。

【0039】

円柱状素材４０Ａとして圧延により製造された鋼材製の丸棒や鋼板を用いて、本発明の製造方法で筒状構造体４０Ｂを鍛造した場合、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、鍛流線ＭＦは互いに交差せず、途切れることなく、筒状構造体の形状に沿って形成される。更に詳しく説明すると、鍛流線ＭＦは、仕切板部４２においては、板厚方向に略垂直な方向、即ち径方向に沿うように形成され、円筒部４１においては、仕切板部４２から続いて内側面から上端面又は下端面に沿って外側面に達するように形成される。外側面における鍛流線ＭＦの方向は、大部分が径方向に沿うように形成される。従って、筒状構造体４０Ｂの機械的特性を向上させることができる。

【0040】

また、図８（ｂ）に示すように、筒状構造体４０Ｂが上下対称の形状を備える場合は、円筒部４１において鍛流線ＭＦも仕切板部４２の板厚の中心面について上下略対称に形成される。また、その中心線上には円柱状素材４０Ａを得るために鋼材製の丸棒や鋼板を圧延する際に集積した異物質が含まれている。その集積した異物質は、中心線上の鍛流線と同じ経路を辿っているので、鍛流線の代替となる。従って、形状が上下略対称かつ歪の分布も上下略対称であり、強度も上下略対称と考えられるので、後の工程で切削加工を施す場合に、上下の区別なく同じ切削荷重で切削加工を行える。また、後の工程で焼入れ等の熱処理をする場合に、歪の分布が上下略対称なので、反りの発生を低減することができる。

【0041】

以上説明したように、本発明の製造方法により製造した筒状構造体４０Ｂにおける鍛流線の形状は、従来技術を用いて製造した丸棒状又はパイプ状のものを用いた加工品や板材から切削工法での加工品における鍛流線の形状とは明らかに異なる。そのため、断面の鍛流線を電解エッチングにより可視化して鍛流線を観察することで、従来技術により製造されたものか、本発明により製造されたものが容易に区別するこが可能である。

【0042】

以上説明した本実施形態の筒状構造体４０Ｂの製造方法及び製造装置１によれば、以下のような効果を奏する。

【0043】

（１）円柱状素材４０Ａから前後方押出し鍛造により円筒部４１と円筒部４１の内部を仕切る仕切板部４２とを有する筒状構造体４０Ｂを、円柱状素材４０Ａの外径と少なくとも同じ大きさの内径の円環形状を有する側方型２０の内側に、円柱状素材４０Ａの外径よりも小さい所定の直径を有する円柱形状の上型１０及び下型３０を設置し、上型１０と下型３０との間に円柱状素材４０Ａを配置して、上型１０の加工方向の速度を所定の速度Ｖ１とし、側方型２０の加工方向に沿った移動速度をＶ２とし、下型３０の加工方向の速度を所定の速度Ｖ３とし、仕切板部４２の板厚中心から筒状構造体４０Ｂの上端までの所望の長さをＨ１及び下端までの所望の長さをＨ２とする場合に、上型１０と下型３０とを相対的に近づけるように移動させて円柱状素材４０Ａを押圧すると共に、側方型２０を下記の数式（１）で表されるＶ２の速度で移動させて製造するものとした。

【数4】

但し、Ｖ１及びＶ３は下方向を正とし、Ｖ２は上方向を正とし、Ｈ１_０及びＨ２_０はＶ２＝０で加工した場合のそれぞれのＨ１及びＨ２の実測値とする。
これにより、円筒部４１の任意の場所に仕切板部４２を設けることができるので、ニアネットシェイプ加工を行うことができ、また、後の工程で切削加工が必要な場合でも、切削量を削減することができる。

【0044】

（２）数式（１）において、－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５となるように、Ｖ２の速度を設定するものとした。これにより、形状が上下略対称かつ歪の分布も上下略対称であり、強度も上下略対称と考えられるので、後の工程で切削加工を施す場合に、上下の区別なく同じ切削荷重で切削加工を行える。また、後の工程で焼入れ等の熱処理をする場合に、歪の分布が上下略対称なので、反りの発生を低減することができる。

【0045】

（３）数式（１）において、Ｖ３＝０とするものとした。これにより、ダイ３０が固定された片押しのプレス装置を用いて加工を行うことができ、パンチ１０もダイ３０も両方駆動する両押しのプレス装置に比べて、簡易な設備でプレス加工を行うことができる。

【0046】

（４）上述の数式（１）に記載の条件でＶ２した製造方法により製造される筒状構造体４０Ｂは、円筒部４１と円筒部４１の内部を仕切る仕切板部４２とを有し、筒状構造体４０Ｂの鍛流線ＭＦは、仕切板部４２においては、径方向に沿うように形成されており、円筒部４１においては、仕切板部４２から続いて内側面から上端面又は下端面に沿って外側面に達するように形成されており、外側面における鍛流線ＭＦの方向は、大部分が径方向に沿っているものとした。これにより、鍛流線ＭＦが内部で交差せず、また、途切れることなく、筒状構造体４０Ｂの形状に沿って形成されているので、従来の方法で製造されたもの比べて、機械的特性を向上させることができる。

【0047】

（５）上述の数式（１）、かつ、－０．５５≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ３）≦－０．４５の条件でＶ２した製造方法により製造される筒状構造体４０Ｂは筒状構造体４０Ｂの鍛流線ＭＦは、仕切板部４２においては、径方向に沿うように形成されており、円筒部４１においては、仕切板部４２の板厚の中心面について上下略対称に形成されているものとした。これにより、筒状構造体４０Ｂの形状が上下略対称かつ歪の分布も上下略対称であり、強度も上下略対称と考えられるので、後の工程で切削加工を施す場合に、上下の区別なく同じ切削荷重で切削加工を行える。また、後の工程で焼入れ等の熱処理をする場合に、歪の分布が上下対称なので、反りの発生を低減することができる。

【実施例】

【0048】

以下に、図９～図１４を参照して、本発明の製造方法で筒状構造体４０Ｂを製造した実施例について説明する。

【0049】

＜加工条件＞
直径が２４ｍｍ、板厚が４．２ｍｍのＳ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼）の円柱状素材４０Ａを供試材とし、プレス装置として、４０００ｋＮメカプレス（油圧ユニット、理研機器株式会社）を用いた。
直径１７ｍｍのダイ３０を固定してダイ速度Ｖ３を０ｍｍ／ｓとし、直径１７ｍｍのパンチ１０のパンチ速度Ｖ１を１０ｍｍ／ｓとし、内径２４ｍｍのコンテナ２０のコンテナ速度Ｖ２を０ｍｍ／ｓとして、予備実験として加工を行った。その結果、Ｈ１_０＝３．３０ｍｍ、Ｈ２_０＝４．４４ｍｍの筒状構造体が得られた。Ｈ１_０＝３．３０ｍｍ、Ｈ２_０＝４．４４ｍｍとして、コンテナ速度Ｖ２の条件式である前述の数式（１）を求めた。その結果、条件式Ｖ２＝５×｛ｌｏｇ（Ｈ２／Ｈ１）／ｌｏｇ（１．３５）－１｝が得られた。このＶ２の条件式に所望のＨ２／Ｈ１を代入することで、任意の場所に仕切板部４２を備える筒状構造体を得ることが可能となる。

【0050】

実施例１として、Ｈ２／Ｈ１＝１となる筒状構造体を得るため、Ｖ２＝－５ｍｍ／ｓの条件で加工を行った。その結果、Ｖ２＝－５ｍｍ／ｓにおいては、Ｈ１＝３．７４ｍｍ、Ｈ２＝３．７５ｍｍの上下略対称形状の筒状構造体が得られた。
Ｖ２＝０ｍｍ／ｓ、Ｖ２＝－０．５ｍｍ／ｓのそれぞれの条件で得られた筒状構造体を、それぞれ中心軸を含む断面で切断して、電解エッチングを施した結果を図９に示す。

【0051】

図９によれば、予備実験で得られた筒状構造体及び実施例１の筒状構造体のいずれも鍛流線は交差しておらず、途中で途切れることもなく、筒状構造体の外側面に達していることが確認された。また、実施例１においては、鍛流線は、仕切板部の板厚方向の中心線において、上下略対称となっていることが確認された。

【0052】

＜強度試験＞
仕切板部を有する筒状構造体は、仕上げ加工の後、各種製品に使用されるが、Ｈ１＝Ｈ２となる上下対称形状を有する部品、例えば、図１０（ａ）に示すギアや、図１０（ｂ）に示すベアリングスリーブ等の場合、変形強度においても対称性が要求される場合が多々存在する。以下、変形強度の試験として強度試験（１）及び強度試験（２）を実施して、その対称性を確認した。

【0053】

変形強度の測定を行うため試験片は、Ｖ２／Ｖ１＝－０．５と、Ｖ２／Ｖ１＝０の２種類の加工条件（但し、Ｖ３＝０ｍｍ／ｓ）の筒状構造体を供し、同じ上下対称の形状とするため、図１１に示す寸法で切り出して作製した。Ｖ２／Ｖ１＝－０．５の試験片を実施例２とし、Ｖ２／Ｖ１＝０の試験片を参考例１とした。
変形強度試験は、図１２（ａ）に示す強度試験（１）と、図１２（ｂ）に示す強度試験（２）とを行った。強度試験（１）では、押え型１及び押え型２で作製した試験片を押さえ、試験片の外周突出部を、潰し型を用いて筒状構造体の板厚方向上方から下方に向けて押し込み量１．２ｍｍまで圧縮を行った。強度試験（２）では、押え型１及び押え型２で作製した試験片を押さえ、試験片の外周突出部を、筒状構造体の径方向外側から内側に向けて押し込み量２．０ｍｍまで圧縮を行った。強度試験（１）及び（２）は、２種の試験片について、中心線よりも上面側と下面側の両方でそれぞれ行った。強度試験（１）の結果を図１３に、強度試験（２）の結果を図１４に示す。

【0054】

いずれの試験においても、実施例２の試験片は、変形強度にほとんど差が見られなかったが、参考例１の試験片は、上面側と下面側とで変形強度に差が生じ、特に、横面からの変形強度に大きい差が生じていた。
以上の変形強度試験によれば、鍛流線が上下非対称である参考例１では、変形強度も上下非対称となることが分かった。それに対して、形状が上下対称、かつ、鍛流線が上下略対称である実施例２では、変形強度も上下対称となることが確認された。

【0055】

以上、本発明の筒状構造体の製造方法及び製造装置について実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

【0056】

例えば、上述の実施形態及びでは、ダイ速度を０とする場合について説明したが、パンチとダイを両方駆動して、プレス加工を行ってもよい。

【符号の説明】

【0057】

１ 製造装置
１０ 上型（パンチ）
２０ 側方型（コンテナ）
３０ 下型（ダイ）
４０Ａ 円柱状素材
４０Ｂ 筒状構造体
４１ 円筒部
４２ 仕切板部
ＭＦ 鍛流線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】