JP2011056548A - リング状成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設備費用を抑制して製造効率を高め、材料歩留まりが向上でき、リング状成形体全体に歪みを与えて組織に均一性をもたせるとともに、機械的強度が充分に確保されるリング状成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】リング状素材Ｍの外周側には、該リング状素材Ｍの外周面に形状を付与するメインロール１を当接させ、リング状素材Ｍの内周側には、該リング状素材Ｍの内周面に形状を付与するマンドレルロール２を当接させ、メインロール１とマンドレルロール２とを夫々軸Ｏ１、Ｏ２周りに回転させながら、互いの軸Ｏ１、Ｏ２同士を接近させるように相対移動させて、リング状中間体Ｒを作製する工程と、リング状中間体Ｒを、その軸Ｏ方向に交差する向きに沿って分断し、複数のリング状成形体Ｐを形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、航空機用エンジンのタービンディスクに用いられるリング状成形体の製造方法に関するものである。

従来、Ｎｉ基合金、Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金等の合金からなるリング状成形体が知られている。例えば、航空機用エンジンのタービンディスクには、高温強度に優れるＮｉ基合金からなるリング状成形体が用いられている。

タービンディスクの外周部には、周方向に沿って複数のタービンブレード（動翼）が配設されている。航空機用エンジンでは、エンジン内部で発生した高温・高圧の燃焼ガスが、タービンディスクの外周部においてその軸方向前方側から後方側へ向けて流れることにより、タービンブレードが該タービンディスクとともに高速で回転する。そして、この回転の駆動力がタービンディスクの前方側に配置されたファンに伝達されて、新たな推進力を得るようになっている。

このようなタービンディスクに用いられるリング状成形体には、充分な機械的強度が要求される。詳しくは、タービンディスクは、その外周部が燃焼ガスに晒されて６００〜７００℃程度の高温になる一方、内周部の温度は比較的低く抑えられており、エンジンの起動や停止にともなって、繰り返し内部に熱応力が生じることになる。また、このように高温に晒されることから、クリープ強度が重要視されてもいる。また、タービンディスクは、その軸周りに高速回転されることで多大な遠心力を受けており、該遠心力によって内部に比較的大きな応力変動が生じている。また、タービンディスクには、タービンブレードを確実に保持するために、高い引張・降伏強度が要求される。

このような種々の要求に対応し得る機械的強度を確保するため、タービンディスクに用いられるリング状成形体は、一般に、油圧プレスによる鍛造（鍛造プレス）で製造されている（例えば、非特許文献１参照）。このように、リング状成形体が鍛造により成形されることで、該リング状成形体全体に歪みを与えることができ、組織（結晶粒径）に均一性をもたせることができるので、タービンディスクの機械的強度が確保されている。尚、リング状成形体は、前述した鍛造後に、超音波探傷検査、蛍光探傷検査等の非破壊検査に供され、さらに機械加工を施されて、タービンディスクとなる。

図６は、従来の鍛造プレスを用いたリング状成形体の製造手順を示す説明図である。この鍛造プレスは、鍛造上型１０１と鍛造下型１０２とを有しており、これらの鍛造上下型１０１、１０２を鉛直方向に対向配置している。

図６（ａ）は、互いに離間した鍛造上下型１０１、１０２同士の間に、リング状素材Ｍを配置した状態を示している。尚、図中符号Ｏは、このリング状素材Ｍの中心軸（以下「軸」）を示している。この状態から、図６（ｂ）に示すように、鍛造上下型１０１、１０２同士を互いに接近させるとともに、リング状素材Ｍを鉛直方向に潰すようにして鍛造し、リング状中間体Ｆを作製する。次いで、このリング状中間体Ｆを鍛造プレスから取り出し、切削加工を施して、図中に２点鎖線で示す所定形状のリング状成形体Ｄを形成する。

ところで、近年、航空機用エンジンの高出力化への要求にともなって、タービンディスク（リング状成形体Ｄ）の大型化が求められている。また、製造効率を向上するため、１つのリング状素材Ｍから複数のリング状成形体Ｄを製造することへの要望がある。

Kenneth A.Green, Joseph A.Lemsky, Robert M.Gasior, DEVELOPMENT OF ISOTHERMALLY FORGED P/M UDIMET 720 FOR TURBINE DISK APPLICATIONS, "Superalloys 1996", The Minerals,Metals＆Materials Society,1996, p.697-703

しかしながら、従来の鍛造によるリング状成形体の製造においては、リング状成形体を大型化しようとすると、既存の鍛造プレス等の設備が使えず、他の設備すなわち数万トンレベルの大型の鍛造プレス等が必要になり、設備費用が大幅に嵩んでしまうという問題が生じる。また、非特許文献１の鍛造材（リング状成形体）では、材料の流れが軸対称とならないため、均等に荷重が作用する回転部品としては好ましくない。

また、製造効率を向上するために、例えば、図７（ａ）に示すように、予めリング状素材Ｍを軸Ｏ方向に沿う円筒状に形成しておき、このリング状素材Ｍを鍛造して、図７（ｂ）に示す円筒状のリング状中間体Ｆを成形する。そして、このリング状中間体Ｆを軸Ｏ方向に直交する向きに沿って分断し上下に分割することで、複数のリング状成形体Ｄを形成することが考えられる。

この場合、リング状素材Ｍ全体に歪みを与えるために、リング状素材Ｍの軸Ｏ方向に沿う寸法（高さ寸法）Ｈをその径方向に沿う厚さ寸法Ｔに比して大きく設定する必要がある。しかしながら、このように寸法設定した場合、鍛造中にリング状素材Ｍが座屈してしまう虞が生じる。また、リング状素材Ｍ全体に精度よく均一に歪みを与えることは難しい。

また、図７（ｂ）に符号Ｓで示すように、リング状中間体Ｆの軸Ｏ方向の中央部における内外周部には、リング状成形体Ｄを形成するのに不要な部分が生じる。すなわち、リング状中間体Ｆ内において上下に配置される複数のリング状成形体Ｄ同士の間には、これらのリング状成形体Ｄを形成するのに不要な廃棄される部分が生じることになり、材料の歩留まりが悪くなる。従って、機械加工取り代の少ない（歩留まりのよい）成形、すなわち、所謂ニアネットシェイプ成形を達成できないという課題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、設備費用を抑制して製造効率を高め、材料歩留まりが向上でき、リング状成形体全体に歪みを与えて組織に均一性をもたせるとともに、機械的強度が充分に確保されるリング状成形体の製造方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、合金からなるリング状素材を成形しリング状成形体を製造するリング状成形体の製造方法であって、前記リング状素材の外周側には、該リング状素材の外周面に形状を付与するメインロールを当接させ、前記リング状素材の内周側には、該リング状素材の内周面に形状を付与するマンドレルロールを当接させ、前記メインロールと前記マンドレルロールとを夫々軸周りに回転させながら、互いの軸同士を接近させるように相対移動させて、リング状中間体を作製する工程と、前記リング状中間体を、その軸方向に交差する向きに沿って分断し、複数のリング状成形体を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るリング状成形体の製造方法によれば、メインロールとマンドレルロールとの間でリング状素材を圧延により成形して、所望の直径や表面形状を付与したリング状中間体を作製した後、このリング状中間体を分断して複数のリング状成形体を形成している。このような手法により、大径のリング状成形体を作製する場合であっても、既存のリングローリングミル等の設備を用いて比較的容易に対応することができ、設備費用を抑制できる。

すなわち、従来のように、リング状素材を鍛造してリング状成形体を製造する場合には、リング状成形体の大型化にともなって大型の鍛造プレスを用意する等の大規模な設備投資が必要であったが、このような設備費用の増大を確実に抑えることができる。

また、リング状素材を圧延により成形してリング状中間体を作製しているので、リング状成形体の直径を比較的自由に設定でき、形状の自由度が増す。従って、多品種少量生産にも柔軟に対応することができる。

また、１つのリング状中間体から複数のリング状成形体を形成するので、製造効率が大幅に向上する。また、圧延によりリング状中間体を作製しているので、例えば、リング状成形体の複数個取りによってこのリング状中間体の高さ寸法が増大したとしても、精度よく安定して製造が行える。

また、リング状素材を圧延する際、該リング状素材の内外周面に対して、メインロールとマンドレルロールにより径方向に向けて形状を付与することができるので、高精度のニアネットシェイプ成形が行える。すなわち、従来の鍛造による製造とは異なり、本発明によれば、リング状素材の軸方向の中央部においても、内外周面から押し込むようにして形状を付与することができる。従って、リング状中間体の作製に当たり、リング状成形体に不要な部分を形成するようなことが抑制でき、機械加工取り代の少ない、材料歩留まりのよい成形が行える。

さらに、圧延加工の際、リング状素材全体に歪みが入りやすくなるので、作製されるリング状中間体の組織に均一性をもたせることができ、機械的強度が充分に確保される。すなわち、このように作製されたリング状中間体は、その組織が微細な結晶構造とされるとともに連続的なメタルフローを有することになる。従って、このリング状中間体から形成されるリング状成形体は、従来の鍛造により得られたリング状成形体に対比して、機械的強度、特に低サイクル疲労強度が大幅に高められている。

また、本発明に係るリング状成形体の製造方法において、前記リング状中間体が、前記軸方向に直交する仮想平面を挟んで面対称に形成されていることとしてもよい。

本発明に係るリング状成形体の製造方法によれば、リング状中間体内において、軸方向に配列する複数のリング状成形体が、軸方向に直交する仮想平面を挟んで対称形状に配置されることになる。

従って、リング状素材を圧延してリング状中間体を作製する際、リング状素材の軸方向に沿う各部における径方向リダクションが安定して、より精度の高いニアネットシェイプ成形が行える。

また、安定した圧延加工により、偏った加工力がメインロールやマンドレルロール等に加わるようなことが抑制され、設備への負荷が低減するとともに、工具寿命が延長できる。

また、本発明に係るリング状成形体の製造方法において、前記リング状中間体内には、前記リング状成形体が偶数個配されていることとしてもよい。

本発明に係るリング状成形体の製造方法によれば、リング状中間体内に軸方向に沿ってリング状成形体が偶数個配されているので、リング状素材を圧延して該リング状中間体を作製する際、リング状素材の軸方向に沿う各部における径方向リダクションがより安定することになる。従って、成形されたリング状中間体が意図せずテーパ状になったりゆがんだりするようなことが確実に防止されて、圧延加工が高精度かつ簡便に行え、生産効率が向上する。

また、本発明に係るリング状成形体の製造方法において、前記メインロール及び前記マンドレルロールのうち少なくとも一方には、ロール外周面から突出するとともに周方向に沿って延びる環状の突条が形成されており、前記リング状素材の外周面及び内周面のうち少なくとも一方には、前記突条に係合するとともに、周方向に沿って延びる環状の溝が形成されていることとしてもよい。

本発明に係るリング状成形体の製造方法によれば、メインロール又は／及びマンドレルロールのロール外周面に形成された突条と、リング状素材の溝とが、互いに係合するようになっている。従って、このリング状素材を圧延する際、該リング状素材が各ロールに対して軸方向に沿って意図せず移動してしまうようなことが確実に防止される。

すなわち、例えば、リング状素材の内外周面が凸曲面状に形成され、各ロールのリング状素材に当接する部分も突出した形状とされているような場合であっても、溝と突条とが係合してリング状素材と各ロールとの軸方向に沿う相対移動を規制することができる。よって、圧延加工時において、リング状素材の材料の軸方向への流動を精度よく制御でき、圧延加工がより安定して高精度に行える。

本発明に係るリング状成形体の製造方法によれば、設備費用を抑制して製造効率を高め、材料歩留まりが向上でき、リング状成形体全体に歪みを与えて組織に均一性をもたせるとともに、機械的強度が充分に確保される。

本発明の第１の実施形態に係るリング状成形体の形状を示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るリング状成形体の製造手順を示す側断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るリング状成形体の製造手順を示す側断面図である。 リング状中間体内におけるリング状成形体の配置の変形例を示す側断面図である。 リング状中間体内におけるリング状成形体の配置の変形例を示す側断面図である。 従来のリング状成形体の鍛造による製造手順を示す側断面図である。 従来のリング状成形体の鍛造による製造手順を示す側断面図である。

本発明の第１の実施形態に係るリング状成形体は、航空機用エンジンのタービンディスクに用いられるものであり、高温強度に優れるＮｉ基合金から形成されている。詳しくは、このＮｉ基合金は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃを含有し、残りがＦｅ及び不可避不純物からなる成分組成を有している。

図１に示すように、リング状成形体Ｐは、その軸Ｏ方向に沿う中央部が、径方向内方及び外方に向けて夫々突出するように形成されており、前記中央部における内径が最も小さく、外径が最も大きく設定されている。また、このリング状成形体Ｐは、熱処理、超音波探傷検査、蛍光探傷検査等の非破壊検査に供された後、機械加工を施されて、タービンディスクとなる。
尚、以下の説明においては、このリング状成形体Ｐの軸Ｏに沿う方向を高さ方向と呼び、軸Ｏに直交する方向を径方向と呼び、軸Ｏ回りに沿う方向を周方向と呼ぶ。

リング状成形体Ｐの外周面は、前記中央部よりも上部においては、該中央部から高さ方向の上側へ向かうに連れ漸次縮径するテーパ状に形成されている。また、リング状成形体Ｐの外周面における前記中央部よりも下部は、軸Ｏに平行な円筒外周面状に形成されている。

また、リング状成形体Ｐの内周面において、前記中央部よりも上部及び下部は、軸Ｏに平行な円筒内周面状に夫々形成されている。また、前記中央部よりも上部における内径は、前記中央部よりも下部における内径よりも小さく設定されている。

図１において、リング状成形体Ｐの径方向に沿う厚さ寸法は、その中央部が最も大きく設定されている。また、リング状成形体Ｐの上端部における厚さ寸法Ｔ１は、下端部における厚さ寸法Ｔ２よりも大きく設定されている。図示の例では、厚さ寸法Ｔ１が、厚さ寸法Ｔ２の２倍程度に設定されている。

このように、リング状成形体Ｐは、高さ方向の両端部に厚肉部Ａ（すなわち前記上端部）と薄肉部Ｂ（すなわち前記下端部）とを夫々有し、前記中央部を挟んで上下の形状が互いに非対称に形成されている。

次に、リング状成形体Ｐの素材であるリング状素材Ｍと、このリング状素材Ｍを圧延加工するリングローリングミル１０について説明する。

図２（ａ）に示すように、リング状素材Ｍは、その外面が凸曲面状に形成された環状又はドーナツ状をなしており、その軸Ｏ方向に沿う断面が略円形状又は略楕円形状とされている。すなわち、リング状素材Ｍの内外周面は、径方向に膨らむ凸曲面状に夫々形成されている。また、リング状素材Ｍは、軸Ｏ方向に沿う中央部を挟んで上下の形状が略対称に形成されている。

リング状素材Ｍは、例えば、三重溶解プロセスを経て作製されたインゴットを熱処理及び高温塑性加工して鍛造組織へと調整し、円柱状のビレットとし、さらに、このビレットを鍛造プレスにより鍛造し中央に軸Ｏに沿って貫通孔を形成して作製されている。尚、リング状素材Ｍの直径は、リング状成形体Ｐに要求される直径よりも充分に小さく設定されていることから、前述の鍛造に大型の鍛造プレス等を用いる必要はない。

また、前述の三重溶解プロセスは、一次〜三次溶解により構成される。
一次溶解では、真空高周波誘導溶解（ＶＩＭ）炉を用いて、成分調整した一次電極を作製する。二次溶解では、一次溶解により作製した電極をエレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）する。三次溶解は、セラミックスを使用しない真空アーク再溶解（ＶＡＲ）により行われる。このような三重溶解プロセスを用いることで、清浄度が高く、合金成分の凝固偏析が小さく、かつ、凝固組織が制御されたインゴットが作製される。

また、リングローリングミル１０は、メインロール１と、マンドレルロール２と、一対のアキシャルロール（不図示）とを有している。

メインロール１は、リング状素材Ｍの外周面側に当接して圧延加工を施すとともに後述するリング状中間体Ｒの外周面側の形状を付与するものであって、略円柱状をなし、その軸Ｏ１回りに回転駆動されるようになっている。また、メインロール１は、その軸Ｏ１方向の全長（すなわち高さ寸法）が、リング状素材Ｍの高さ寸法よりも大きく設定されている。

また、メインロール１の外周面（ロール外周面）には、周方向に沿って延びる環状の溝からなる加工部１１が形成されている。この加工部１１の径方向外方を向く表面には、凹凸形状が形成されていて、該表面がリング状素材Ｍの外周面を圧延加工しリング状中間体Ｒの形状を付与するための加工面とされている。

加工部１１において、軸Ｏ１方向に沿う中央部には、ロール外周面から径方向外方に突出するとともに周方向に沿って延びる環状の突条１１Ａが形成されている。また、加工部１１の軸Ｏ１方向に沿う開口寸法は、リング状素材Ｍの高さ寸法と同一又は僅かに大きく設定されている。

マンドレルロール２は、リング状素材Ｍの内周面側に当接して圧延加工を施すとともにリング状中間体Ｒの内周面側の形状を付与するものであって、略円柱状をなし、その軸Ｏ２回りに回転駆動されるようになっている。また、マンドレルロール２は、その軸Ｏ２方向の全長（高さ寸法）が、リング状素材Ｍの高さ寸法と略同一に設定されているとともに、メインロール１の加工部１１の前記開口寸法と同一又は僅かに小さく設定されている。

また、マンドレルロール２の外周面（ロール外周面）には、周方向に沿って延びる環状の溝が一対と、これら溝同士の間に配置され、ロール外周面から径方向外方に突出するとともに周方向に沿って延びる環状の突条１２Ａと、を有する加工部１２が形成されている。

このように、加工部１２の径方向外方を向く表面には、凹凸形状が形成されていて、該表面がリング状素材Ｍの内周面を圧延加工しリング状中間体Ｒの形状を付与するための加工面とされている。また、突条１２Ａは、加工部１２の軸Ｏ２方向に沿う中央部に配置されている。

前記アキシャルロールは、リング状素材Ｍの高さ方向の両端面を抑えるように設けられるものであって、略切頭円錐状をなし、その軸をリング状素材Ｍの径方向に向けるようにして配設されている。図示しないが、これらアキシャルロールは、リング状素材Ｍの軸Ｏを挟んだメインロール１及びマンドレルロール２の反対側に配設されている。

次に、リング状素材Ｍからリング状成形体Ｐを製造する手順について説明する。
まず、リング状素材Ｍを、メインロール１とマンドレルロール２との間に配置する。詳しくは、リング状素材Ｍの周方向に沿う一部が、メインロール１の外周面とマンドレルロール２の外周面との間に配置されるように設定する。この状態において、リング状素材Ｍの軸Ｏと、メインロール１の軸Ｏ１と、マンドレルロール２の軸Ｏ２とは、互いに平行に配置される。

次いで、メインロール１の軸Ｏ１と、マンドレルロール２の軸Ｏ２とを接近させていくとともに、リング状素材Ｍの外周側にメインロール１のロール外周面を当接させ、リング状素材Ｍの内周側にマンドレルロール２のロール外周面を当接させる。

この状態で、メインロール１をその軸Ｏ１回りに回転させながら、互いの軸Ｏ１、Ｏ２同士を接近させるように相対移動させていく。これにより、メインロール１の摩擦によって、リング状素材Ｍを軸Ｏ回りに回転させる。マンドレルロール２は、軸Ｏ２回りに回転自由に保持されているため、リング状素材Ｍとの摩擦により従動回転する。

詳しくは、図２（ｂ）に示すように、軸Ｏ１及び軸Ｏ２を、共に軸Ｏから離間させる向きに相対移動させつつ、軸Ｏ１と軸Ｏ２とを互いに接近させていく。尚、図示の例では、軸Ｏを中心にして、軸Ｏに対する軸Ｏ１、軸Ｏ２の移動方向として説明したが、これに限らず、例えば軸Ｏ１を中心に見てもよく、その場合、軸Ｏ１に対して軸Ｏが離間する向きに移動し、軸Ｏ２は接近する向きに移動することになる。

このように、リング状素材Ｍ及び各ロール１、２が互いに相対移動していくことにより、リング状素材Ｍは、その外周面及び高さ方向の両端面がメインロール１の加工部１１の形状に対応するように塑性変形され、その内周面がマンドレルロール２の加工部１２の形状に対応するように塑性変形される。

リング状素材Ｍは、このようにして圧延加工により成形され、その内外周面に形状が付与されるとともに所定の直径まで拡径されて、図２（ｂ）に示すリング状中間体Ｒが作製される。図示の例では、このリング状中間体Ｒ内には、高さ方向に沿って偶数個のリング状成形体Ｐが配されており、具体的には、一対のリング状成形体Ｐが配されている。尚、前述の圧延加工は材料（リング状素材Ｍ）を高温に加熱して行われる。また、加工は、複数回に分けて、必要に応じて加熱と圧延とを繰り返し行う。

図２（ｂ）に示すように、前記一対のリング状成形体Ｐ同士は、リング状中間体Ｒにおける軸Ｏ方向の中心を通り該軸Ｏに直交する仮想平面Ｃを挟んで、互いに対称形状となるように配置されている。詳しくは、リング状中間体Ｒ内において、一対のリング状成形体Ｐが、仮想平面Ｃを挟んで互いの薄肉部Ｂ同士を対向させるように面対称に配置されている。また、このようなリング状成形体Ｐの配置により、リング状中間体Ｒは、仮想平面Ｃを挟んで面対称に形成されている。

また、図示するように、リング状中間体Ｒは、内部に配するリング状成形体Ｐの形状に対応するようにして、所謂ニアネットシェイプ成形されている。すなわち、リング状中間体Ｒは、その内部に配されるリング状成形体Ｐに僅かに肉盛りしたように形成されていて、該リング状成形体Ｐの外形に近い形状を有している。

次いで、このリング状中間体Ｒをリングローリングミル１０から取り出し、該リング状中間体Ｒを、その軸Ｏ方向に交差する向きに沿って分断するとともに、内部に配される一対のリング状成形体Ｐを上下に分割する。詳しくは、突切りバイト等を用いた機械加工によって、仮想平面Ｃに沿ってリング状中間体Ｒを切断し、２つのリング状成形体Ｐとする。

最後に、これらのリング状成形体Ｐの外形を機械加工により整えて、図１で説明した形状のリング状成形体Ｐを夫々形成する。

以上説明したように、本実施形態に係るリング状成形体Ｐの製造方法によれば、メインロール１とマンドレルロール２との間でリング状素材Ｍを圧延により成形して、所望の直径や表面形状を付与したリング状中間体Ｒを作製した後、このリング状中間体Ｒを分断して複数のリング状成形体Ｐを形成する。このような手法により、大径のリング状成形体Ｐを作製する場合であっても、既存のリングローリングミル等の設備を用いて比較的容易に対応することができ、設備費用を抑制できる。

すなわち、図６、図７で説明した従来の製法のように、リング状素材Ｍを鍛造してリング状成形体Ｄを製造する場合には、リング状成形体Ｄの大型化にともなって大型の鍛造プレスを用意する等の大規模な設備投資が必要であったが、このような設備費用の増大を確実に抑えることができる。

また、リング状素材Ｍを圧延により成形してリング状中間体Ｒを作製しているので、リング状成形体Ｐの直径を比較的自由に設定でき、形状の自由度が増す。すなわち、従来の鍛造では、リング状成形体Ｄの形状に対応する鍛造上型１０１、鍛造下型１０２が必要であったので、形状を自由に設定することはできなかった。一方、本実施形態によれば、多品種少量生産にも柔軟に対応することができる。

また、１つのリング状中間体Ｒから複数のリング状成形体Ｐを形成するので、製造効率が大幅に向上する。また、圧延によりリング状中間体Ｒを作製しているので、リング状成形体Ｐの複数個取りによってこのリング状中間体Ｒの高さ寸法が増大したとしても、精度よく安定して製造が行える。

また、リング状素材Ｍを圧延する際、該リング状素材Ｍの内外周面に対して、メインロール１とマンドレルロール２により径方向に向けて形状を付与することができるので、高精度のニアネットシェイプ成形が行える。すなわち、従来の鍛造による製造とは異なり、本実施形態によれば、リング状素材Ｍの軸Ｏ方向の中央部においても、内外周面から押し込むようにして形状を付与することができる。

従って、中間体であるリング状中間体Ｒの作製に当たり、リング状成形体Ｐに不要な部分を形成するようなことが抑制でき、機械加工取り代の少ない、材料歩留まりのよい成形が行える。

さらに、圧延加工の際、リング状素材Ｍ全体に歪みが入りやすくなるので、作製されるリング状中間体Ｒの組織に均一性をもたせることができ、機械的強度が充分に確保される。すなわち、このように作製されたリング状中間体Ｒは、その組織が微細な結晶構造とされるとともに連続的なメタルフローを有することになる。従って、このリング状中間体Ｒから形成されたリング状成形体Ｐは、従来の鍛造により得られたリング状成形体Ｄに対比して、機械的強度、特に低サイクル疲労強度が大幅に高められている。

また、リング状中間体Ｒ内において、軸Ｏ方向に配列する複数のリング状成形体Ｐ同士が、軸Ｏ方向に直交する仮想平面Ｃを挟んで互いに対称形状になるように配置されているので、リング状中間体Ｒ全体を、仮想平面Ｃを中心に面対称に形成できる。

このように、リング状中間体Ｒが面対称に形成されると、リング状素材Ｍを圧延して該リング状中間体Ｒを作製する際、リング状素材Ｍの軸Ｏ方向に沿う各部における径方向リダクションが安定して、より精度の高いニアネットシェイプ成形が行える。

また、安定した圧延加工により、偏った加工力がメインロール１やマンドレルロール２等に加わるようなことが抑制され、リングローリングミル１０への負荷が低減するとともに、工具寿命が延長できる。

また、本実施形態のように、リング状中間体Ｒ内に軸Ｏ方向に沿ってリング状成形体Ｐが偶数個配されている場合には、リング状素材Ｍを圧延して該リング状中間体Ｒを作製する際、リング状素材Ｍの軸Ｏ方向に沿う各部における径方向リダクションがより安定することになる。従って、成形されたリング状中間体Ｒが意図せずテーパ状になったりゆがんだりするようなことが確実に防止されて、圧延加工が高精度かつ簡便に行え、生産効率が向上する。

また、リング状中間体Ｒ内において、一対のリング状成形体Ｐが、仮想平面Ｃを挟んで互いの薄肉部Ｂ同士を対向させるように面対称に配置されているので、加工により高温となったリング状中間体Ｒを冷却する際、該リング状中間体Ｒ全体が均一に降温することになる。すなわち、リング状中間体Ｒのうち、一般に放熱しにくいと考えられる軸Ｏ方向に沿う中央部が、本実施形態では薄肉に形成されているので、放熱効率が充分に確保されている。従って、このリング状中間体Ｒを構成する組織の均一性が、より高められている。

また、図２（ｂ）に示されるように、リング状素材Ｍを圧延加工する際、マンドレルロール２は、そのメインロール１側の部分が該メインロール１の加工部１１内に収容される。これにより、加工部１１、１２の対向する部分同士の間に配置されたリング状素材Ｍは、その高さ方向の両端面が加工部１１において軸Ｏ１方向の内側（すなわち中央側）を向く両端面に夫々当接することになるので、各ロール１、２に対する軸Ｏ方向への移動が規制されている。従って、安定して精度のよい圧延加工が行える。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態が前述の実施形態と相違する点は、リング状素材Ｍを用いる代わりに、リング状素材ＭＡ（Ｍ）を用いてリング状中間体Ｒを作製する点にある。
図３（ａ）に示すように、リング状素材ＭＡは、その内外周面に、周方向に沿って延びる環状の溝Ｍｄが夫々形成されている。

溝Ｍｄは、機械加工等により形成されている。これら一対の溝Ｍｄのうち、リング状素材ＭＡの外周面側に形成された溝Ｍｄは、その軸Ｏ方向に沿う幅が、メインロール１の突条１１Ａにおいて径方向外方を向く先端部の幅に対応するように設定されているとともに、前記溝Ｍｄと前記先端部とが互いに係合するようになっている。

また、これら一対の溝Ｍｄのうち、リング状素材ＭＡの内周面側に形成された溝Ｍｄは、その軸Ｏ方向に沿う幅が、マンドレルロール２の突条１２Ａにおいて径方向外方を向く先端部の幅に対応するように設定されているとともに、前記溝Ｍｄと前記先端部とが互いに係合するようになっている。

このように構成されたリング状素材ＭＡを圧延加工する際には、図３（ａ）に示すように、該リング状素材ＭＡを、メインロール１とマンドレルロール２との間に配置する。この際、リング状素材ＭＡの一対の溝Ｍｄのうち、前記外周面側に形成された溝Ｍｄをメインロール１の突条１１Ａに係合させ、前記内周面側に形成された溝Ｍｄをマンドレルロール２の突条１２Ａに係合させる。

この状態から、メインロール１とマンドレルロール２とを、夫々の軸Ｏ１、Ｏ２回りに、互いに反対方向となるように同期回転させながら、互いの軸Ｏ１、Ｏ２同士を接近させるように相対移動させていく。このように圧延加工して、図３（ｂ）に示すリング状中間体Ｒが作製される。

以上説明したように、本実施形態に係るリング状成形体Ｐの製造方法によれば、メインロール１及びマンドレルロール２のロール外周面に夫々形成された突条１１Ａ、１２Ａと、リング状素材ＭＡの溝Ｍｄとが、互いに係合するようになっている。従って、このリング状素材ＭＡを圧延する際、該リング状素材ＭＡが各ロール１、２に対して軸Ｏ方向に沿って意図せず移動してしまうようなことがより確実に防止される。

すなわち、本実施形態のように、リング状素材ＭＡの内外周面が凸曲面状に形成され、各ロール１、２のリング状素材ＭＡに当接する部分（突条１１Ａ、１２Ａ）も突出した形状とされている場合であっても、溝Ｍｄと突条１１Ａ、１２Ａとが係合してリング状素材ＭＡと各ロール１、２との軸Ｏ方向に沿う相対移動を規制することができる。よって、圧延加工時において、リング状素材ＭＡの材料の軸Ｏ方向への流動を精度よく制御でき、圧延加工がより安定して高精度に行える。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前述の実施形態においては、リング状中間体Ｒ内において、一対のリング状成形体Ｐが、仮想平面Ｃを挟んで互いの薄肉部Ｂ同士を対向させるように面対称に配置されていることとしたが、これに限定されるものではない。

図４及び図５は、前述の実施形態の変形例を示している。
すなわち、図４に示すように、リング状中間体Ｒ内において、一対のリング状成形体Ｐが、仮想平面Ｃを挟んで互いの厚肉部Ａ同士を対向させるように面対称に配置されていても構わない。

また、図５に示すように、リング状中間体Ｒ内に４つのリング状成形体Ｐが配置されているとともに、軸Ｏ方向に隣り合うリング状成形体Ｐ同士が、仮想平面Ｃを挟んで互いに薄肉部Ｂ同士又は厚肉部Ａ同士を対向させるように面対称に配置されていることとしてもよい。

また、前述の実施形態では、リング状中間体Ｒ内において、軸Ｏ方向に隣り合うリング状成形体Ｐ同士が、仮想平面Ｃを挟んで面対称に配置されていることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、図７（ｂ）に示されるように、一方のリング状成形体Ｐにおける薄肉部Ｂと、他方のリング状成形体Ｐにおける厚肉部Ａとが対向配置されていても構わない。ただし、この場合、リング状成形体Ｐの形状により、圧延加工時のバランスが安定しなくなることがあるので、前述の実施形態のように面対称に設定することがより望ましい。

また、リング状中間体Ｒ内には、偶数個のリング状成形体Ｐが配されていればよく、その数量は前述した２つ（一対）、４つに限定されるものではない。
尚、リング状成形体Ｐの形状が比較的単純であって、特に上下対称に形成されているような場合には、リング状中間体Ｒ内に奇数個のリング状成形体Ｐを配することとしても構わない。

また、前述の実施形態では、リング状成形体Ｐは、航空機用エンジンのタービンディスクに用いられ、Ｎｉ基合金から形成されていることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、リング状成形体Ｐを、タービンディスク以外の航空機用エンジンのケーシングとして用いたり、軸受部材の外装に用いたり、自動車用部品に用いたりしてもよい。また、リング状成形体Ｐは、Ｎｉ基合金以外のＦｅ基合金やＣｏ基合金等で形成されていてもよい。

また、第２の実施形態において、リング状素材ＭＡの内外周面には、周方向に沿って延びる環状の溝Ｍｄが夫々形成されていることとしたが、これに限らず、溝Ｍｄは、前記内外周面のうちいずれか一方にのみ形成されていても構わない。

１ メインロール
２ マンドレルロール
１１Ａ、１２Ａ 突条
Ｃ 軸Ｏに直交する仮想平面
Ｍ リング状素材
ＭＡ リング状素材（溝有り）
Ｍｄ リング状素材の溝
Ｏ リング状素材（リング状成形体）の軸
Ｏ１ メインロールの軸
Ｏ２ マンドレルロールの軸
Ｐ リング状成形体
Ｒ リング状中間体

Claims (4)

1. 合金からなるリング状素材を成形しリング状成形体を製造するリング状成形体の製造方法であって、
   前記リング状素材の外周側には、該リング状素材の外周面に形状を付与するメインロールを当接させ、前記リング状素材の内周側には、該リング状素材の内周面に形状を付与するマンドレルロールを当接させ、
   前記メインロールと前記マンドレルロールとを夫々軸周りに回転させながら、互いの軸同士を接近させるように相対移動させて、リング状中間体を作製する工程と、
   前記リング状中間体を、その軸方向に交差する向きに沿って分断し、複数のリング状成形体を形成する工程と、を備えることを特徴とするリング状成形体の製造方法。
2. 請求項１に記載のリング状成形体の製造方法であって、
   前記リング状中間体が、前記軸方向に直交する仮想平面を挟んで面対称に形成されていることを特徴とするリング状成形体の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のリング状成形体の製造方法であって、
   前記リング状中間体内には、前記リング状成形体が偶数個配されていることを特徴とするリング状成形体の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のリング状成形体の製造方法であって、
   前記メインロール及び前記マンドレルロールのうち少なくとも一方には、ロール外周面から突出するとともに周方向に沿って延びる環状の突条が形成されており、
   前記リング状素材の外周面及び内周面のうち少なくとも一方には、前記突条に係合するとともに、周方向に沿って延びる環状の溝が形成されていることを特徴とするリング状成形体の製造方法。

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