JP2010149182A - 筒状部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フローフォーミングによる不等厚成形に比べて、（ｉ）設備費を低減できること、（ii）生産性を向上させることができること、(iii) 外観品質を向上させることができること、の少なくとも１つを達成できる筒状部材の製造方法の提供。
【解決手段】（ａ）筒状素材４の軸方向一端部を折り曲げて折り曲げ部８を形成する工程と、（ｂ）パンチ２６と、側面が凹凸面２４とされたダイ２２と、押さえ部材２３とを、備えたしごき装置２０を用いて、筒状素材４を折り曲げ部８にてダイ２２に掛止し、ついで、折り曲げ部８を押さえ部材２３とダイ２２とで挟圧し、ついで、筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分をパンチ２６とダイ２２とでしごき加工し不等厚の筒状部材１０を作製する工程と、を有する筒状部材の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筒状部材の製造方法に関し、特に、筒状素材から不等厚の筒状部材を製造する筒状部材の製造方法に関する。

従来、特許文献１は、一定厚の板状素材から製造される不等厚の筒状部材の一例として、自動車用不等厚ホイールリムに用いられる円筒状部材を開示している。特許文献１の自動車用不等厚リムの製造方法では、一定厚の板状素材から一定厚の円筒状素材を作製し、該円筒状素材をフローフォーミング（フローターニング、スピニング等）によって不等厚の円筒状部材とし、該不等厚の円筒状部材をロール成形してリム形状を出し、自動車用不等厚リムが製造される。

しかし、フローフォーミングを用いた不等厚の筒状部材の製造方法にはつぎの問題点がある。
（ｉ）フローフォーミングは、それに用いる設備が高価となる。
フローフォーミングでは、マンドレルに対して筒状素材を押しつけるロールを、素材軸方向と素材厚さ方向との２つの方向に移動させなければならないので、パンチの送り方向が一方向でよいしごき装置などの設備に比べて、設備が、数倍、高価となる。
また、しごき装置を用いて筒状素材を不等厚化することは、つぎの理由により、考え難い。
（ａ）パンチが素材軸方向と直交方向に移動しないので、素材の板厚を不等厚にできない。パンチを素材軸方向と直交方向に移動できるようにした装置では、不等厚にする加工に大きな加圧力を必要とし、機構が複雑となり高価になる。
（ｂ）また、ダイとパンチを備えたしごき装置に組み付けて素材をしごき加工により不等厚化することは、素材の材料がダイの凹部に入り込むため、成型後に素材をダイから外せなくなる。
（ｃ）また、ダイとパンチを備えたしごき装置に組み付けて素材をしごき加工により不等厚化する成形では、円筒状素材のようにパンチがひっかかる底板が無い素材では、素材がパンチに引きずり込まれて成形中にダイに対して移動し高精度の成形が困難となるおそれがある。
（ii）フローフォーミングは、生産性が低い。
フローフォーミングは、しごき装置を用いた成形に比べて、生産性が約１／３となる。１つのリム製造ラインに分岐部を設けて該分岐部で３つのサブラインに分岐し、それぞれのサブラインに１つづつフローフォーミング設備を設けると、生産性の問題は解消されるが、フローフォーミング設備が３セットとなり、設備費用が３倍になる、かつ、フローフォーミング設備を設ける設置スペースが３倍必要になる、などの問題が生じるので、採用困難である。
(iii) フローフォーミングの成形ロールの成形痕が素材に残り、外観品質が低下する。

特表２００４−５１２９６３号公報

本発明の目的は、従来のフローフォーミングによる不等厚成形に比べて、（ｉ）設備費を低減できること、（ii）生産性を向上させることができること、(iii) 外観品質を向上させることができること、の少なくとも１つを達成できる筒状部材の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） パンチと該パンチに対向する側の側面が凹凸面とされたダイとを備えたしごき装置を用いて、筒状素材をしごき加工し、不等厚の筒状部材を作製するしごき加工工程を有する、筒状部材の製造方法。
（２） 前記しごき加工工程では、前記筒状素材を前記ダイにセットし、前記しごき装置を作動させて前記パンチを前記ダイに対して相対動させ、前記ダイの凹凸面と前記パンチとによる前記筒状素材の径と板厚の変化を伴いつつ、前記筒状素材をしごき加工して前記不等厚の筒状部材を作製する、（１）記載の筒状部材の製造方法。
（３） 前記凹凸面は、前記ダイの前記パンチに対向する側の側面の軸方向で、前記ダイと前記パンチの間隔を前記筒状素材の板厚より狭くする凸部が前記ダイに少なくとも１つ設けられることにより形成されている、（１）記載の筒状部材の製造方法。
（４） 前記しごき加工工程では、不等厚の筒状部材を作製した後、該筒状部材に軸方向に力を加え、該筒状部材を半径方向に変形させて、前記ダイから前記筒状部材を外す、（１）記載の筒状部材の製造方法。
（５） 前記凹凸面は、前記ダイの前記パンチに対向する側の側面の周方向で、前記ダイと前記パンチの間隔を前記筒状素材の板厚より狭くする凸部が前記ダイに少なくとも１つ設けられることにより形成されている、（１）記載の筒状部材の製造方法。
（６） 前記しごき加工工程の前に、前記筒状素材の軸方向一端部を該筒状素材の軸方向と交わる方向に折り曲げて前記筒状素材に折り曲げ部を形成する工程を有し、前記しごき加工工程で前記折り曲げ部を前記ダイに軸方向に掛止して前記しごき加工を行う、（１）記載の筒状部材の製造方法。
（７） 前記しごき加工工程では、前記筒状素材の前記折り曲げ部を、前記ダイに軸方向に掛止するとともに前記ダイと押さえ部材とで挟圧し、前記筒状素材の前記折り曲げ部以外の少なくとも一部を前記しごき加工を行なう、（６）記載の筒状部材の製造方法。
（８） 前記しごき加工工程の前に、一定厚の平板状素材から前記筒状素材を作製する筒状素材製作工程を有する、（１）記載の筒状部材の製造方法。
（９）前記しごき加工工程の後に、前記不等厚の筒状部材を自動車用ホイールリム形状にロール成形するロール成形工程を有する、（１）記載の筒状部材の製造方法。

上記（１）の筒状部材の製造方法によれば、筒状素材をしごき加工により不等厚の筒状部材に成形するため、従来のフローフォーミングのための設備と工程が不要となる。その結果、前述の（ｉ）、（ii）、(iii) のフローフォーミングに付随する問題点が、それぞれ、つぎの（ｉ）、（ii）、(iii) のように解決される。
（ｉ）従来のフローフォーミング設備が、本発明では、しごきのダイ、パンチと、しごき装置にとって代わられ、フローフォーミング設備費用に比べてしごきのダイ、パンチと、しごき装置の合計費用が低価であるため、従来に比べて設備費用を低減できる。
（ii）素材の不等厚化において、従来のフローフォーミング工程が、本発明では、しごき装置によるしごき加工工程にとって代わられるため、筒状素材を不等厚化する時間をフローフォーミングに比べて約１／３に短縮でき、生産性を向上できる。１つのリム製造ラインに円筒状素材の板厚を不等厚化する工程を設ける場合に、従来のフローフォーミングに代えてしごき装置を用いたしごき成形を用いると、従来１つのリム製造ラインにつき３セットのフローフォーミング設備を設けなければならなかったところを、１セットのしごき装置を用いたしごき設備を設けるだけで済み、コスト上および設備設置スペース上の問題点を解決できる。
(iii) フローフォーミングがパンチとダイによるしごきにとって代わられるため、不等厚筒状部材に、フローフォーミングの成形ロールの成形痕が残らず、外観品質が維持される。

上記（２）の筒状部材の製造方法によれば、パンチをダイに対して軸方向に相対動させ、筒状素材をしごき加工して不等厚の筒状部材を作製するので、パンチのダイに対する相対動は半径方向動は伴わず軸方向動のみであり、しごき装置をパンチのダイに対する一方向ストローク動に使用できる。その結果、成形時間の短縮化、成形設備のコストダウンをはかることができる。

上記（３）の筒状部材の製造方法によれば、凹凸面が、ダイのパンチに対向する側の側面の軸方向で、ダイとパンチの間隔を筒状素材の板厚より狭くする凸部がダイに少なくとも１つ設けられることにより形成されているので、軸方向に厚さが変化する筒状部材を作製できる。

上記（４）の筒状部材の製造方法によれば、不等厚の筒状部材を作製した後、該筒状部材に軸方向の力を加え、該筒状部材を半径方向に変形させて、ダイから筒状部材を外すので、ダイを、周方向に分割する必要がなく、一体のダイを用いることができる。その結果、周方向に分割されたダイを用いる場合に比べて、分割ダイを半径方向に移動させる機構が必要でなく、設備費用を低く維持できる。さらに、しごき加工後の筒状部材に分割ダイの合わせ部にくい込んだばりが残ることがなく、ばり取り加工が不必要である。

上記（５）の筒状部材の製造方法によれば、凹凸面が、ダイのパンチに対向する側の側面の周方向で、ダイとパンチの間隔を筒状素材の板厚より狭くする凸部がダイに少なくとも１つ設けられることにより形成されているので、周方向に厚さが変化する筒状部材を作製できる。

上記（６）の筒状部材の製造方法によれば、しごき加工工程で折り曲げ部をダイに軸方向に掛止してしごき加工を行うので、素材がパンチによって引きずり込まれて成形中にダイに対して移動することが抑制され、高精度の成形が可能となる。

上記（７）の筒状部材の製造方法によれば、しごき加工を行なうときに折り曲げ部をダイと押さえ部材で挟圧するので、筒状素材全体がパンチが押す軸方向にずれることを抑制できる。

上記（８）の筒状部材の製造方法によれば、しごき加工工程の前に、筒状素材を一定厚の平板状素材から作製する筒状素材製作工程を有するので、一定厚の筒状素材を製作できる。

上記（９）の筒状部材の製造方法によれば、しごき加工工程の後に、不等厚の筒状部材を自動車用ホイールリム形状にロール成形するロール成形工程を有するので、不等厚の軽量な、自動車用ホイールリムを作製できる。

本発明の実施例１の筒状部材の製造方法の、折り曲げ部形成工程、しごき加工工程を示す工程図である。ただし、本図は、ダイとパンチの関係を変えることにより、本発明の実施例２にも適用可能である。図１（ａ）は筒状素材を示す。図１（ｂ）は折り曲げ部を形成した筒状素材を示す。左半分は断面を示し、右半分は外観を示す。図１（ｃ）はしごき加工工程を示す。左半分はしごき加工前を示し、右半分はしごき加工後を示す。図１（ｄ）はしごき加工工程後の不等厚の筒状部材を示す。左半分は断面を示し、右半分は外観を示す。 本発明の実施例１の筒状部材の製造方法の、筒状素材製作工程を示す工程図である。ただし、本図は、本発明の実施例２にも適用可能である。図２（ａ）は一定厚の板状素材を筒状に巻き、巻きの端部を溶接した筒状素材の製作工程を示す。図２（ｂ）はパイプ状素材を所定長さに切断した筒状素材の製作工程を示す。 本発明の実施例１の筒状部材の製造方法の、ロール成形工程を示す工程図である。ただし、本図は、本発明の実施例２にも適用可能である。図３（ａ）は上ロールと下ロールの間に筒状素材を挟み、ロール成形をしている状態の側面図を示す。図３（ｂ）は上ロールと下ロールの間に筒状素材を挟み、ロール成形をしている状態の正面図を示す。図３（ｃ）はロール成形後、リム形状になった筒状部材を示す。 本発明の実施例１の筒状部材の製造方法の、しごき装置を示す断面図である。本図は、ダイとパンチと押さえ部材の関係を変えることにより、本発明の実施例２にも適用可能である。図４の左半分はしごき加工前のダイに筒状素材を挿入した状態を示し、図４の右半分はしごき加工後を示す。 本発明の実施例１の筒状部材の製造方法の、パンチ、ダイ、筒状素材を示す部分断面図である。図５の左半分はしごき加工前を示し、図５の右半分はしごき加工後を示す。 本発明の実施例１の筒状部材の製造方法の、ダイ（アウターダイ）のみを軸方向から見た断面図である。 本発明の実施例２の筒状部材の製造方法の、パンチ、ダイ、筒状素材を示す部分断面図である。図７の左半分はしごき加工前を示し、図７の右半分はしごき加工後を示す。 本発明の実施例２の筒状部材の製造方法の、ダイ（インナーダイ）のみを軸方向から見た断面図である。

以下に、本発明の筒状部材の製造方法を、図面を参照して説明する。
図中、図１〜図６は、本発明の実施例１に適用可能であり、図７、図８は、本発明の実施例２に適用可能である。ただし、図１、図４は、ダイとパンチと押さえ部材の関係を変えることにより、本発明の実施例２にも適用可能であり、図２、図３は、本発明の実施例２にも適用可能である。
本発明の全実施例に共通な部分に対しては、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。

まず、本発明の全実施例に共通な部分を、図１〜図８を参照して、説明する。
本発明の筒状部材１０の製造方法は、図１に示すように、筒状素材４から不等厚の筒状部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）を製造する方法である。筒状素材４の材料は金属であり、金属は、たとえば、鋼、非鉄金属（アルミニウム、マグネシウム、チタンおよびその合金を含む）などである。不等厚の筒状部材１０は、内周面と外周面の一方が凹凸面とされ、他方の面が軸芯と平行なストレート状の壁を有する部材１０Ａであってもよいし、図３に示すように、不等厚の筒状部材１０Ａをさらにロール成形して軸直交方向に湾曲する壁を有する部材１０Ｂであってもよい。不等厚の筒状部材１０Ａは、たとえばしごき加工後の折り曲げ部８を除く（内周面または外周面）部分が軸芯と平行な不等厚の筒状部材であり、不等厚の筒状部材１０Ｂは、たとえば乗用車用、トラック・バス用、産業車両用のホイールリムである。ただし、不等厚の筒状部材１０Ｂは、ホイールリムに限るものではない。また、不等厚の筒状部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、断面円形の部材に限るものではなく、たとえば断面多角形の筒状部材、または断面楕円形状の筒状部材であってもよい。

本発明の筒状部材１０の製造方法は、図１に示すように、（ａ）筒状素材４の軸方向一端部を折り曲げて筒状素材４に折り曲げ部８を形成する折り曲げ部形成工程と、（ｂ）パンチ２６と、パンチ２６に対向する側の側面が凹凸面２４とされたダイ２２と、押さえ部材２３とを備えたしごき装置２０を用いて、筒状素材４を折り曲げ部８にてダイ２２に軸方向に掛止し（引っ掛けて）、ついで、押さえ部材２３をダイ２２に対して相対動させて筒状素材４の折り曲げ部８を押さえ部材２３とダイ２２とで挟圧し、ついで、筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分の少なくとも一部をパンチ２６をダイ２２に対して相対動させてしごき加工し、不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）を作製するしごき加工工程と、を有する。
なお、図１におけるしごき加工工程を示す（ｃ）において、左半分はしごき加工前の筒状素材４の折り曲げ部８を押さえ部材２３とダイ２２とで挟圧している状態を示し、右半分はパンチ２６をダイ２２に対して相対動させて筒状素材４をしごき加工し、筒状素材４が不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）となった状態を示している。
なお、筒状素材４が鋳造品である場合など、最初から筒状素材４に折り曲げ部８に相当するダイ２２に係止可能な形状がある場合には、折り曲げ部形成工程は不要である。

上記折り曲げ部８を形成する工程の前に、図２に示すような、一定厚の平板状素材２から一定厚の筒状素材４を作製する筒状素材製作工程を有していてもよい。筒状素材製作工程では、図２（ａ）に示すように、一定厚の平板状素材（矩形素材）２は、たとえばコイル状に巻かれた一定厚の帯状部材から、帯状部材を直線状に引き出して、所定寸法長さ毎に切断することにより、順次、作製される。ついで、平板状素材２は、筒状に巻かれ、巻きの両端部を互いに突き合わせてフラッシュバット溶接、バット溶接、アーク溶接等で溶接し、溶接部６の盛り上がりとバリをトリミングして、一定厚の筒状素材４を作製する。
なお、筒状素材製作工程では、図２（ｂ）に示すように、パイプ状素材２´を所定寸法長さに切断して一定厚の筒状素材４を製作しても良い。

図１（ｂ）に示すように、折り曲げ部８を形成する場合は、しごき加工工程の前に、折り曲げ部８形成工程を挿入する。折り曲げ部８は、しごき加工工程で、一定厚の筒状素材４をダイ２２に軸方向に掛止して位置決めし、しごき加工時に筒状素材４がダイ２２に対して軸方向にずれないようにすることに役立つ。折り曲げ部８の角度は筒状素材４の軸方向から内側または外側へ０度から１８０度の範囲内で加工することができ、角度が大きくなるほどしごき加工時の筒状素材４のダイ２２に対する軸方向のずれを防ぐことができる。ただし、折り曲げ部８を形成することなく、一定厚の筒状素材４を、直接、しごき加工工程に送ってもよい。

しごき加工工程では、一定厚の筒状素材４（折り曲げ部８をもつ筒状素材４）を折り曲げ部８にてダイ２２に軸方向に掛止しダイ２２にセットする。その後、しごき装置２０を作動させて押さえ部材２３とパンチ２６をダイ２２に対して筒状素材４の軸方向にのみ相対動させ（接近させ）る。押さえ部材２３とパンチ２６をダイ２２に対して相対動させると、押さえ部材２３がダイ２２にセットされた筒状素材４の折り曲げ部８に当たり、押さえ部材２３とダイ２２とで筒状素材４の折り曲げ部８を挟圧し（押さえ部材２３で筒状素材４の折り曲げ部８をダイ２２に押し付け）、押さえ部材２３は止まる。パンチ２６がさらにダイ２２に対して筒状素材４の軸方向にのみ相対動し（接近し）、筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分をダイ２２の凹凸面２４とパンチ２６とによる筒状素材４の径と板厚の変化を伴いつつしごき加工する。
筒状素材４をしごき加工しているとき、パンチ２６の移動方向に、筒状素材４の軸方向長さは徐々に長くなる（伸びる）。
なお、しごき加工に必要な力が小さい場合、押さえ部材２３は無くてもよい。

しごき装置２０は、たとえば、図４に示すようなプレス機３０で構成される。
プレス機３０は、架台３２、架台３２に取り付けられたラム駆動手段３４、ラム駆動手段３４により上下動されるラム３６、ボルスター３８、素材保持排出板４０、素材保持排出板４０に連結され素材保持排出板４０に素材排出荷重をかける素材保持排出板駆動手段４２を有する。ダイ２２はボルスター３８またはボルスター３８に対して固定される固定部材に固定され、パンチ２６はラム３６またはラム３６に固定される固定部材に固定される。ラム駆動手段３４を作動させて（プレス機３０を作動させて）ラム３６を下降させると、パンチ２６がダイ２２に対して筒状素材４の軸方向にのみ相対動（接近）する。
ここでプレス機３０はラム駆動手段３４が液圧シリンダの液圧式プレスのほか、ラム駆動手段３４がモータとクランク軸、コネクティングロッド等からなる機械式プレスであってもよいし、ラム駆動手段３４がサーボモータ、ボールスクリュー等からなるサーボ駆動プレスであってもよい。また素材保持排出板駆動手段４２は、油圧シリンダであっても空圧シリンダであってもよく、また電動モータ等を用いた昇降機構であっても良い。

固定側がダイ２２で、可動側がパンチ２６である。図１（ｃ）に示すように、ダイ２２の、パンチ２６の突出部２８に対向する側の側面が凹凸面２４とされている。凹凸面２４は、パンチ２６の突出部２８との間隔（一定厚の筒状素材４の板厚の方向の間隔）が一様でなく異なる部分がある面である。
ダイ２２の凹凸面２４は、パンチ２６の突出部２８に対向する側の側面とパンチ２６の突出部２８との間隔を一定厚の筒状素材４の板厚より狭くするために、（ａ）図５に示すように、ダイ２２の側面の軸方向で、隣接する部分（凹部２４ｂ）に比べてパンチ２６の突出部２８側に凸となる凸部２４ａが少なくとも１つ設けられることにより形成されていてもよく、（ｂ）図６に示すように、ダイ２２の側面の周方向で、隣接する部分（凹部２４ｂ）に比べてパンチ２６の突出部２８側に凸となる凸部２４ａが少なくとも１つ設けられることにより形成されていてもよく、（ｃ）上記（ａ）と上記（ｂ）の複合にて形成されていてもよい。
凸部２４ａの突出量は、筒状部材１０の各部分の目標板厚によって決定され、１つの凸部２４ａの中で、一定とされていてもよく異なっていてもよい。また、複数の凸部２４ａが設けられる場合、それぞれの凸部２４ａの突出量は筒状部材１０の各部分の目標板厚によって決定され、それぞれの凸部２４ａの突出量は同一であってもよく異なっていてもよい。凸部２４ａは、ダイ２２のパンチ２６の突出部２８に対向する側の側面の少なくとも一部に形成されていればよい。
図５に示すように、ダイ２２の側面の軸方向で、１つの凸部２４ａと、その１つの凸部２４ａよりしごき加工時のパンチ２６の移動方向の先側にありその１つの凸部２４ａに隣接する凹部２４ｂとは、ダイ２２の側面の軸芯と直交する面ではない傾斜面からなる第１の傾斜面２４ｃ１で接続されている。軸芯と直交する面の場合に比べて、素材保持排出板４０から筒状部材１０Ａに素材排出荷重をかけたときに、筒状部材１０Ａが凸部２４ａに引っ掛かり難く筒状部材１０Ａがダイ２２から外れやすいためである。また、ダイ２２の側面の軸方向で、１つの凸部２４ａと、その１つの凸部２４ａより筒状部材１０（１０Ａ）をダイ２２から外すときに素材保持排出板４０が移動する方向の先側にありその１つの凸部２４ａに隣接する凹部２４ｂとは、ダイ２２の側面の軸芯と直交する面ではない傾斜面からなる第２の傾斜面２４ｃ２で接続されている。第１の傾斜面２４ｃ１と第２の傾斜面２４ｃ２との、ダイ２２の側面の軸方向に対する角度は、６０度以下に緩やかにされていることが望ましく、さらには４５度以下に緩やかにされていることが望ましい。各第１の傾斜面２４ｃ１の傾斜角度は、一定であってもよく、徐々に変化していてもよい。また、各第２の傾斜面２４ｃ２の傾斜角度は、一定であってもよく、徐々に変化していてもよい。
パンチ２６は、ダイ２２に向かって移動された時の先端部近傍に、ダイ２２に向かって突出する突出部２８を有し、突出部２８で筒状素材４をしごく。

素材保持排出板４０は、一定厚の筒状素材４のしごき加工時に（しごき加工工程時に）、筒状素材４の折り曲げ部８と反対側の端面がダイ２２に対してしごき加工による想定した伸び以上に軸方向にずれないようにするために、しごき加工時にパンチ２６が移動する方向（筒状素材４を押す方向）と反対方向から（筒状素材４の軸方向に）筒状素材４を押し受ける（支える）。なお、筒状素材４をしごき加工しているときに筒状素材４の軸方向長さは徐々に長くなるが、素材保持排出板４０の位置は素材保持排出板駆動手段４２により制御されており、筒状素材４の軸方向長さの変化に伴って素材保持排出板４０が後退し、素材保持排出板４０は一定荷重でまたは略一定荷重で筒状素材４を軸方向にしごき加工中押し続けることができるようになっている。
また、素材保持排出板４０に作用する荷重を制御してもよいし、軸方向に変位する量を制御してもよい。

図１（ｃ）に示すように、しごき加工工程では、パンチ２６を下降させて不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）を作製した後、パンチ２６をダイ２２から抜いた後あるいは抜きながら該筒状部材１０（１０Ａ）に素材保持排出板４０からの軸方向の力を加え、該筒状部材１０（１０Ａ）を半径方向に変形させて、ダイ２２から筒状部材１０（１０Ａ）を外す。 筒状部材１０（１０Ａ）がホイールリム用の部材の場合、ダイ２２から筒状部材１０（１０Ａ）を外すときに必要な筒状部材１０(１０Ａ)の径の変化率は最大でも１．２パーセント程度であり、弾性変形域内で十分対応でき、素材保持排出板４０からの軸方向の力で筒状部材１０（１０Ａ）を半径方向（筒状部材１０（１０Ａ）の板厚方向）に弾性変形させてダイ２２から外すことができる。また、筒状部材１０（１０Ａ）がホイールリム用の部材の場合であっても、素材保持排出板４０からの軸方向の力で筒状部材１０（１０Ａ）を半径方向に塑性変形させてダイ２２から外してもよい。
素材保持排出板４０は筒状部材１０（１０Ａ）をしごき加工時にパンチ２６が移動する方向（筒状素材４を押す方向）と反対方向に押す。筒状部材１０（１０Ａ）を外すときに素材保持排出板４０が筒状部材１０（１０Ａ）を押す軸方向の力は、筒状部材１０（１０Ａ）を軸方向に押した時に筒状部材１０（１０Ａ）を半径方向に変形させて筒状部材１０（１０Ａ）を外すのに必要な力以上であり、この力は、パンチ２６が筒状素材４を軸方向に押す（しごく）力に比べてはるかに小さい。筒状部材１０（１０Ａ）を外すのに、ダイ２２を周方向に分割する必要がないので、ダイ２２は、非分割で、一体ダイとされている。

不等厚の筒状部材１０における厚肉部（板厚を薄くしない部分）は、最終製品の使用状態で、大きな力が働く部分（ホイールリムの場合、曲がり部、フランジ部）に対応しており、不等厚の筒状部材１０における薄肉部（板厚を薄くした部分）は、最終製品の使用状態で、小さな力が働く部分（ホイールリムの場合、曲がり部やフランジ部以外の部分）に対応している。これによって、最終製品状態で、必要な強度、剛性を維持しつつ、軽量化、材料の節約、コストダウンがはかられている。

本発明の筒状部材１０の製造方法は、しごき加工工程の後に、図３に示すように、不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）を自動車用ホイールリム形状にロール成形するロール成形工程を有していてもよい。不等厚自動車用ホイールリムは、不等厚の筒状部材の一例１０（１０Ｂ）となる。
ロール成形工程は、不等厚の筒状部材１０Ａの軸方向両端部をフレア加工（図示略）して拡開した後に行なわれる。ロール成形工程では、下ロール３１と上ロール３２との間に筒状部材１０Ａを挟みロールを回転させ、筒状部材１０Ａを筒状部材１０Ｂに成形し、リム形状を出す。その後、エキスパンダーおよび／またはシュリンカーを用いてサイジング加工（真円に近づける加工およびリム断面形状の整形加工）し、最終リム形状にする。

成形後の筒状部材１０（１０Ｂ）からなるリムは、軸方向一端から他端に向かって順に、フランジ部１０ａ、ビードシート部１０ｂ、サイドウオール部１０ｃ、ドロップ部１０ｄ、サイドウオール部１０ｅ、ビードシート部１０ｆ、フランジ部１０ｇを有する。図示略のディスクがリムに嵌入され、溶接されて、溶接タイプのホイールとなる。各部の間には曲がり部がある。曲がり部とフランジ部１０ａ、１０ｇは、それ以外の部分に比べて、通常使用時に発生する応力が大きく、厚肉であることが望ましい。

一定厚の筒状素材４がホイールリムに成形される場合、従来は、一定厚の直円筒状素材のしごき加工による不等厚化は行われず、一定厚の直円筒状素材のまま、ロール加工によるリム形状出し工程に送られるか、あるいは、たとえ一定厚の直円筒状素材を不等厚化するとしても、スピニング加工以外の方法の適用は、従来技術で説明したように、考えつかなかったし、実際にも使用されていない。本発明では、しごき加工を、筒状素材４の作製工程と、筒状部材１０（１０Ａ）のロール加工工程との間に挿入して、筒状素材４をスピニング加工によらずに、不等厚化している。

ここで、本発明全実施例に共通する部分の作用を説明する。
本発明実施例では、一定厚の筒状素材４をしごき加工により不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）に成形するため、従来のフローフォーミングのための設備と工程が不要となる。その結果、前述の（ｉ）、（ii）、(iii) のフローフォーミングに付随する問題点が、それぞれ、つぎの（ｉ）、（ii）、(iii) のように解決される。
（ｉ）従来のフローフォーミング設備が、本発明では、しごきのダイ２２、パンチ２６と、しごき装置２０（プレス機３０）にとって代わられ、フローフォーミング設備費用に比べてしごきのダイ２２、パンチ２６と、しごき装置２０（プレス機３０）の合計費用が低価であるため、従来に比べて設備費用を低減できる。
（ii）筒状素材４の不等厚化において、従来のフローフォーミング工程が、本発明では、しごき装置２０（プレス機３０）によるしごき工程にとって代わられるため、筒状素材４を不等厚化する時間をフローフォーミングに比べて約１／３に短縮でき、生産性を向上できる。１つのリム製造ラインに円筒状素材の不等厚化工程を設ける場合に、従来のフローフォーミングに代えてしごき装置２０（プレス機３０）を用いたしごき成形を用いると、従来１つのリム製造ラインにつき３セットのフローフォーミング設備を設けなければならなかったところを、１セットのしごき装置２０（プレス機３０）を用いたしごき設備を設けるだけで済み、コスト上および設備設置スペース上の問題点を解決できる。
(iii) フローフォーミングがパンチ２６とダイ２２によるしごきにとって代わられるため、不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）に、フローフォーミングの成形ロールの成形痕が残らず、外観品質が維持される。

パンチ２６をダイ２２に対して相対動させ、筒状素材４をしごき加工して不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）を作製するので、パンチ２６のダイ２２に対する相対動は半径方向動は伴わず軸方向動のみであり、プレス機３０をパンチ２６のダイ２２に対する一方向ストローク動に使用できる。その結果、成形時間の短縮化、成形設備のコストダウンをはかることができる。

不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）を作製した後、筒状部材１０（１０Ａ）に軸方向の力を加え、筒状部材１０（１０Ａ）を半径方向に変形させて、ダイ２２から筒状部材１０（１０Ａ）を外すので、ダイ２２に、周方向に分割されていない、一体のダイを用いることができる。その結果、周方向に分割されたダイを用いる場合に比べて、分割ダイを半径方向に移動させる機構が必要でなく、設備費用を低く維持できる。さらに、しごき加工後の筒状部材１０（１０Ａ）に分割ダイの合わせ部にくい込んだばりが残ることがなく、ばり取り加工が不必要である。

しごき加工工程で折り曲げ部８をダイ２２に軸方向に掛止してしごき加工を行うため、筒状素材４全体がパンチ２６が押す軸方向にずれることが抑制され、高精度の成形が可能となる。

また、しごき加工工程では、筒状素材４の折り曲げ部８を押さえ部材２３とダイ２２とで挟圧してから、筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分の少なくとも一部をしごき加工するため、筒状素材４全体がパンチ２６が押す軸方向にずれることが抑制され、高精度の成形が可能となる。

筒状素材４が、筒状素材４の軸方向他端を素材保持排出板４０で押し受けながらしごき加工されるため、しごき加工時に、よりいっそう筒状素材４全体がパンチ２６が押す軸方向にずれることが抑制される。また、しごき加工による筒状素材４の伸び量の制御もしやすくなる。

凹凸面２４が、ダイ２２の側面の軸方向で、ダイ２２とパンチ２６の間隔を一定厚の筒状素材４の板厚より狭くする凸部２４ａが少なくとも１つ設けられることにより形成されているので、軸方向に厚さが変化する筒状部材１０Ａを作製できる。

凹凸面２４が、ダイ２２の側面の周方向で、ダイ２２とパンチ２６の間隔を一定厚の筒状素材４の板厚より狭くする凸部２４ａが少なくとも１つ設けられることにより形成されているので、周方向に厚さが変化する筒状部材１０Ａを作製できる。

しごき加工工程の後に、不等厚の筒状部材１０（１０Ａ）を自動車用ホイールリム形状にロール成形するロール成形工程を有するので、不等厚の軽量な、自動車用ホイールリムを作製できる。

つぎに、本発明の各実施例に特有な構成を説明する。
[実施例１]
本発明の実施例１の筒状部材１０の製造方法では、図１、図５に示すように、ダイ２２が筒状孔２２ａと内周側面２２ｂをもつアウターダイからなり、アウターダイの内周側面２２ｂが凹凸面２４とされている。また、パンチ２６がアウターダイ２２の筒状孔２２ａに軸方向に出入りするインナーパンチからなり、その外周側面２６ｅに突出部２８が形成されている。

アウターダイ２２の内周側面２２ｂの上端部は、図５に示すように、筒状素材４の折り曲げ部８を掛止するフランジ受け部２２ｃが形成されている。筒状素材４は、折り曲げ部８をフランジ受け部２２ｃに接触させ、掛止して、アウターダイ２２にセットされる。

アウターダイ２２の凸部２４ａが設けられている部分の内径は、しごき加工前の筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分の外径より大きい。そのため、しごき加工前の筒状素材４を容易にアウターダイ２２にセットすることができる。
インナーパンチ２６の突出部２８の外径は、しごき加工前の筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分の内径より大きい。そのため、しごき加工によって筒状素材４をダイ２２に押し付けて筒状素材４にダイ２２の凹凸面２４の凹凸形状を転写できる。
インナーパンチ２６の突出部２８の外半径とアウターダイ２２の凸部２４ａが設けられている部分の内半径との差は、しごき加工前の筒状素材４の板厚より小さい。そのため、しごき加工によって凸部２４ａ部分で筒状素材４の板厚を薄くできる。
パンチ２６をしごき装置２０（プレス機３０）によりアウターダイ２２の筒状孔２２ａ内に突入させていくと、パンチ２６の突出部２８が筒状素材４をしごき、筒状素材４を拡径させ、さらにアウターダイ２２の凸部２４ａが設けられている部分で筒状素材４の板厚を薄くさせる。
アウターダイ２２の凸部２４ａが設けられていない部分の内半径と、インナーパンチ２６の突出部２８の外半径との差をしごき前の筒状素材４の板厚と等しいか該板厚より大きくした場合、しごき加工によって筒状素材４の板厚を薄くすることはない。筒状素材４の板厚より厚くすることも可能であり、素材保持排出板４０の筒状素材４を押し受ける制御により、より厚くすることができる。

筒状素材４をしごき加工するとき、筒状素材４はインナーパンチ２６が押す軸方向に筒状部材４全体がずれようとするが、筒状素材４の折り曲げ部８をアウターダイ２２のフランジ受け部２２ｃに掛止していること、押さえ部材２３とダイ２２とで筒状素材４の折り曲げ部８を挟圧していること、素材保持排出板４０が筒状素材４をインナーパンチ２６の押し方向と反対方向から押し受けていること、により、筒状素材４がインナーパンチ２６により軸方向にずれることが抑制される。その結果、筒状部材１０に形成される厚肉部と薄肉部の軸方向位置は、アウターダイ２２の凹凸面２４の軸方向位置に対して互いにずれることが抑制される。この筒状部材１０（１０Ａ）を用いて、ロール成形したホイールリム１０（１０Ｂ）は、厚さが必要な部分は厚く、厚さが必要ない部分は薄い軽量なホイールリム１０（１０Ｂ）となる。

本発明の実施例１の筒状部材１０の製造方法では、ダイ２２が筒状孔２２ａと内周側面２２ｂをもつアウターダイからなり、アウターダイ２２の内周側面２２ｂが凹凸面２４とされており、パンチ２６がアウターダイ２２の筒状孔２２ａに軸方向に出入するインナーパンチからなるので、アウターダイ２２をしごき装置２０（プレス機３０）の下側のボルスター３８側に固定し、インナーパンチ２６をしごき装置２０（プレス機３０）の上側のラム３６側に固定して、インナーパンチ２６をアウターダイ２２に対して上下ストロークさせることにより、筒状部材１０（１０Ａ）の製造にしごき装置２０（プレス機３０）を用いることができる。

[実施例２]
本発明の実施例２の筒状部材１０の製造方法では、図７，図８に示すように、ダイ２２が外周側面２２ｅをもつインナーダイからなり、インナーダイ２２の外周側面２２ｅが凹凸面２４とされている。また、パンチ２６が筒状孔２６ａと内周側面２６ｂをもつアウターパンチからなり、その内周側面２６ｂに突出部２８が形成されている。

インナーダイ２２の外周側面２２ｅの上端部には、筒状素材４の折り曲げ部８を掛止するフランジ受け部２２ｄが形成されている。筒状素材４は、折り曲げ部８をフランジ受け部２２ｄに接触させ、掛止して、インナーダイ２２にセットされる。

インナーダイ２２の凸部２４ａが設けられている部分の外径は、しごき加工前の筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分の内径より小さい。そのため、しごき加工前の筒状素材４を容易にインナーダイ２２にセットすることができる。
アウターパンチ２６の突出部２８の内径は、しごき加工前の筒状素材４の折り曲げ部８以外の部分の外径より小さい。そのため、しごき加工によって筒状素材４をダイ２２に押し付けて筒状素材４に凹凸を付けられる。
アウターパンチ２６の突出部２８の内半径とインナーダイ２２の凸部２４ａが設けられている部分の外半径との差は、しごき前の筒状素材４の板厚より小さい。そのため、しごき加工によって凸部２４ａ部分で筒状素材４の板厚を薄くできる。
アウターパンチ２６をしごき装置２０（プレス機３０）によりインナーダイ２２側に移動させインナーダイ２２がアウターパンチ２６の筒状孔２６ａに入り込んでくると、アウターパンチ２６の突出部２８が筒状素材４をしごき、筒状素材４を縮径させ、さらにインナーダイ２２の凸部２４ａが設けられている部分で筒状素材４の板厚を薄くさせる。
インナーダイ２２の凸部２４ａが設けられていない部分の外半径と、アウターパンチ２６の突出部２８の内半径との差をしごき前の筒状素材４の板厚と等しいか該板厚より大きくした場合、しごき加工によって筒状素材４の板厚を薄くすることはなく、筒状素材４の板厚より厚くすることができる場合もある。

筒状素材４をしごき加工するとき、筒状素材４はアウターパンチ２６が押す軸方向に筒状部材４全体がずれようとするが、筒状素材４の折り曲げ部８をインナーダイ２２のフランジ受け部２２ｄに掛止していること、押さえ部材２３（図７では省略）とダイ２２とで筒状素材４の折り曲げ部８を挟圧していること、素材保持排出板４０が筒状素材４をアウターパンチ２６の押し方向と反対方向から押し受けていること、により、筒状素材４全体がアウターパンチ２６により軸方向にずれることが抑制される。その結果、筒状部材１０に形成される厚肉部と薄肉部の軸方向位置は、インナーダイ２２の凹凸面２４の軸方向位置に対して互いにずれることが抑制される。この筒状部材１０（１０Ａ）を用いて、ロール成形したホイールリム１０（１０Ｂ）は、厚さが必要な部分は厚く、厚さが必要ない部分は薄い軽量なホイールリム１０（１０Ｂ）となる。

本発明の実施例２の筒状部材１０の製造方法では、ダイ２２が外周側面をもつインナーダイからなり、インナーダイ２２の外周側面が凹凸面２４とされており、パンチ２６が筒状孔２６ａと内周側面をもつアウターパンチからなるので、インナーダイ２２をしごき装置２０（プレス機３０）の下側のボルスター３８側に固定し、アウターパンチ２６をしごき装置２０（プレス機３０）の上側のラム３６側に固定して、アウターパンチ２６をインナーダイ２２に対して上下ストロークさせることにより、筒状部材１０（１０Ａ）の製造にしごき装置２０（プレス機３０）を用いることができる。

２ 一定厚の平板状素材
４ 一定厚の筒状素材
６ 溶接部
８ 折り曲げ部
１０（１０Ａ，１０Ｂ） 不等厚の筒状部材
２０ しごき装置
２２ ダイ（アウターダイ、インナーダイ）
２２ａ アウターダイの筒状孔
２２ｂ アウターダイの内周側面
２２ｃ アウターダイのフランジ受け部
２２ｄ インナーダイのフランジ受け部
２２ｅ インナーダイの外周側面
２３ 押さえ部材
２４ 凹凸面
２４ａ 凸部
２４ｂ 凹部
２６ パンチ（インナーパンチ、アウターパンチ）
２６ａ アウターパンチの筒状孔
２６ｂ アウターパンチの内周側面
２６ｅ インナーパンチの外周側面
２８ 突出部
３０ プレス機
３２ 架台
３４ 油圧シリンダ
３６ ラム
３８ ボルスター
４０ 素材保持排出板
４２ 油圧シリンダ

Claims (9)

1. パンチと該パンチに対向する側の側面が凹凸面とされたダイとを備えたしごき装置を用いて、筒状素材をしごき加工し、不等厚の筒状部材を作製するしごき加工工程を有する、筒状部材の製造方法。
2. 前記しごき加工工程では、前記筒状素材を前記ダイにセットし、前記しごき装置を作動させて前記パンチを前記ダイに対して相対動させ、前記ダイの凹凸面と前記パンチとによる前記筒状素材の径と板厚の変化を伴いつつ、前記筒状素材をしごき加工して前記不等厚の筒状部材を作製する、請求項１記載の筒状部材の製造方法。
3. 前記凹凸面は、前記ダイの前記パンチに対向する側の側面の軸方向で、前記ダイと前記パンチの間隔を前記筒状素材の板厚より狭くする凸部が前記ダイに少なくとも１つ設けられることにより形成されている、請求項１記載の筒状部材の製造方法。
4. 前記しごき加工工程では、不等厚の筒状部材を作製した後、該筒状部材に軸方向に力を加え、該筒状部材を半径方向に変形させて、前記ダイから前記筒状部材を外す、請求項１記載の筒状部材の製造方法。
5. 前記凹凸面は、前記ダイの前記パンチに対向する側の側面の周方向で、前記ダイと前記パンチの間隔を前記筒状素材の板厚より狭くする凸部が前記ダイに少なくとも１つ設けられることにより形成されている、請求項１記載の筒状部材の製造方法。
6. 前記しごき加工工程の前に、前記筒状素材の軸方向一端部を該筒状素材の軸方向と交わる方向に折り曲げて前記筒状素材に折り曲げ部を形成する工程を有し、前記しごき加工工程で前記折り曲げ部を前記ダイに軸方向に掛止して前記しごき加工を行う、請求項１記載の筒状部材の製造方法。
7. 前記しごき加工工程では、前記筒状素材の前記折り曲げ部を、前記ダイに軸方向に掛止するとともに前記ダイと押さえ部材とで挟圧し、前記筒状素材の前記折り曲げ部以外の少なくとも一部を前記しごき加工を行なう、請求項６記載の筒状部材の製造方法。
8. 前記しごき加工工程の前に、一定厚の平板状素材から前記筒状素材を作製する筒状素材製作工程を有する、請求項１記載の筒状部材の製造方法。
9. 前記しごき加工工程の後に、前記不等厚の筒状部材を自動車用ホイールリム形状にロール成形するロール成形工程を有する、請求項１記載の筒状部材の製造方法。

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