JP2011167702A - 金属リングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製の円筒状ワークに対するレーザ光による切断を容易にする。
【解決手段】保持部材１６の内部に押圧用部材８０を挿入し、さらに、押圧用部材８０の内部に第１及び第２径変化用部材８２、８４を挿入する。押圧用部材８０の内部には、その長手方向に沿って、各端部から離間するにつれてテーパー状に縮径する２個の第１カム部８８、９０が形成される。一方、第１及び第２径変化用部材８２、８４の各々には、第１カム部８８、９０に摺接する第２カム部９４、９６が形成される。第１及び第２径変化用部材８２、８４が押圧用部材８０の内部深くに挿入される方向に変位すると、第１カム部８８、９０が第２カム部９４、９６によって押圧され、その結果、押圧用部材８０が拡径することに追従して保持部材１６の保持部６６が拡径する。これに伴い、保持部６６に保持された円筒状ワークＷが矯正される。
【選択図】図６

Description

本発明は、金属製の円筒状ワークをレーザ光の作用下に切断して複数個の金属リングを形成する金属リングの製造方法に関する。

自動車の無段変速機に採用される動力伝達用ベルトとしては、複数の金属リングを積層した積層リングが用いられる。この種の積層リングを構成する前記金属リングは、例えば、特許文献１に記載されるように、先ず、矩形状の金属製薄板の両端縁を溶接して円筒状のドラム（円筒状ワーク）を形成し、次に、前記ドラムを所定幅で輪切り状に切断することによって作製される。場合によっては、前記の溶接の後、ドラムの内部品質を向上させることを目的として溶体化処理が行われることもある。

ここで、ドラムを切断する切断手段としては、従来から、砥石や刃具等のカッタが主に採用されているが、一方においては、特許文献２、３に示されるようにレーザ光を採用する試みがなされている。

特開２００５−２９７０７４号公報 特公昭６３−５３９１２号公報 実開昭５９−６２８７９号公報

上記したように金属製薄板の両端縁を溶接した場合、得られた円筒状ワークには、溶接の熱によって歪みが生じることがある。周知のように、レーザ光で切断可能な範囲は限られており、このため、歪みが大きい場合には、円筒状ワークの内壁から外壁までの距離（肉厚）をレーザ光の焦点深度内とすることが困難となる。その結果、切断できない箇所が生じる。上記したように溶接後のドラムに対して溶体化処理が施されることもあるが、この場合、歪みが拡大されて一層大きくなってしまう。

また、歪みを矯正しないまま切断を行うと、金属リングに歪みが残留してしまう。すなわち、大きな歪みを含まない金属リングを得ることが容易でなくなる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、円筒状ワークを略真円形状に矯正可能であり、このために円筒状ワークを容易に切断し得、また、歪みを含まない金属リングを容易に得ることが可能な金属リングの製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、金属製の円筒状ワークを、レーザ光照射手段から照射されたレーザ光によって切断することで複数個の金属リングを形成する金属リングの製造方法であって、
前記円筒状ワークを冷却する冷やし金として機能する保持部材の側壁を、前記円筒状ワークの貫通孔に通す工程と、
前記保持部材の前記側壁を、前記円筒状ワークの前記貫通孔の内壁に対して接近する方向に変位させて該内壁を押圧することで前記円筒状ワークを略真円形状に矯正する工程と、
前記保持部材の前記側壁と、前記円筒状ワークの前記貫通孔の内壁との間に冷却媒体を供給しながら、略真円形状に矯正された前記円筒状ワークをレーザ光によって切断する工程と、
を有することを特徴とする。なお、本発明における「略真円形状」には、レーザ光による切断に際して支障のない範囲の形状が含まれるものとする。

すなわち、本発明では、保持部材の側壁を円筒状ワークの貫通孔の内壁に対して接近するように変位させ（換言すれば、保持部材を拡径し）、これにより、円筒状ワークを、その断面形状が略真円形状となるように矯正した後、レーザ光による切断を行うようにしている。矯正された円筒状ワークには、レーザ光で切断が困難な程の大きな歪みが残留していないので、該円筒状ワークの内壁から外壁までの距離（肉厚）を、レーザ光の焦点深度内とすることが容易である。従って、円筒状ワークを容易に切断し得るので、金属リングを作製することが容易となる。

また、円筒状ワークが矯正されているので、大きな歪みを含まない金属リングを得ることもできる。

しかも、保持部材の側壁が冷やし金として機能するので、円筒状ワークを効率よく冷却することができる。すなわち、レーザ光が照射された部位は該レーザ光によって加熱され、一方、それ以外の部位は、熱伝導によって温度が上昇することが回避される。従って、切断する部位以外の部位が溶融することが回避され、このため、溶融金属の発生量、ひいてはドロスの発生量を著しく低減することができる。

加えて、この冷却によって円筒状ワークが収縮するので、該円筒状ワークに生じた歪みが一層矯正される。

円筒状ワークをレーザ光によって切断する際には、該円筒状ワークの周速を３０〜２００ｍ／分に設定して回転動作させることが好ましい。周速をこの範囲とした場合、円筒状ワークが切断するに十分なエネルギが付与される。すなわち、円筒状ワークを容易に切断することができる。また、単位時間当たりの溶融金属の発生量が少なくなるので、ドロスの発生量も少なくなる。

なお、円筒状ワークは、例えば、四角形状の金属板の両端縁を溶接して円筒形状とすることによって作製することができる。この作製は、保持部材への保持に先んじて行われる。

さらに、円筒状ワークが切断される際に切断箇所から漏出する冷却媒体を吸引する吸引手段を設けることが好ましい。吸引を行うことにより、冷却媒体、ひいては、この冷却媒体に含まれる溶融金属ないしドロスを切断箇所から除去することが一層容易となる。

この場合、搬送媒体吐出手段をさらに設け、この搬送媒体吐出手段から搬送媒体を吐出することで、切断箇所から漏出する冷却媒体を吸引手段に指向して搬送することが好ましい。これにより、冷却媒体や、該冷却媒体に含まれる溶融金属ないしドロスを切断箇所から一層効率よく除去することが可能となる。

そして、レーザ光照射手段を、冷却媒体の供給下流側から供給上流側に向かって円筒状ワークを切断するように設定することが好ましい。

冷却媒体の供給上流側から円筒状ワークを切断した場合、周回方向通路に流通する冷却媒体の全てがこの切断箇所から漏洩し、このために次の切断箇所（すなわち、供給下流側）で冷却媒体が上記のように漏出しなくなる結果、溶融金属ないしドロスを除去することが容易でなくなる懸念がある。これに対し、冷却媒体の供給下流側から円筒状ワークを切断した場合には、この切断箇所から冷却媒体が漏出しても、次の切断箇所（すなわち、供給上流側）にも冷却媒体が必ず到達しているので、上記の漏出が起こる。従って、次の切断箇所においても、溶融金属ないしドロスを容易に除去することが可能となる。

以上において、金属リングの好適な例としては、自動車の無段変速機を構成する動力伝達用ベルトを挙げることができる。

本発明によれば、円筒状ワークを作製する際に溶接等が実施されることに伴って該円筒状ワークにレーザ光で切断が困難な程の大きな歪みが生じていたとしても、該円筒状ワークを保持した保持部材を拡径し、これにより該円筒状ワークを略真円形状に矯正して歪みを除去するようにしている。このため、該円筒状ワークの肉厚がレーザ光の焦点深度内となっているので、その後のレーザ加工時、該円筒状ワークを容易に切断することができる。

しかも、大きな歪みを含まない略真円形状の金属リングを得ることも容易である。

本発明の実施の形態に係る金属リングの製造方法を実施するための円筒状ワーク切断装置の一部断面平面図である。 図１に示す円筒状ワーク切断装置の要部断面側面図である。 保持部材の全体概略斜視図である。 前記保持部材の内部に挿入される押圧用部材の全体概略斜視図である。 図１に示す円筒状ワーク切断装置の正面図である。 押圧用部材及び保持部材が図２から拡径した状態を示す要部断面側面図である。

以下、本発明に係る金属リングの製造方法につき、それを実施する円筒状ワーク切断装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る金属リングの製造方法を実施するための円筒状ワーク切断装置１０の一部断面平面図であり、図２は、要部断面側面図である。この円筒状ワーク切断装置１０は、スピンドル１２を回転動作させるためのモータ１４と、前記スピンドル１２に連結されて該スピンドル１２に追従して回転動作する保持部材１６と、前記保持部材１６に保持された円筒状ワークＷの所定位置に対してレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射手段としての加工ヘッド１８（図２参照）とを有する。

円筒状ワーク切断装置１０は図示しない基台を有し、この基台上に、図１に示す第１基盤２０及び第２基盤２２が設置される。第１基盤２０には前記モータ１４が支持され、一方、第２基盤２２には、前記スピンドル１２が挿入されるスピンドル支持部材２４が設置される。なお、スピンドル支持部材２４とスピンドル１２の間にはベアリング２６が介在されており、このため、スピンドル１２は、回転可能にスピンドル支持部材２４に支持される。

モータ１４の回転軸２８には、第１プーリ３０が外嵌される。一方、スピンドル１２の一端部には第２プーリ３２が外嵌され、これら第１プーリ３０及び第２プーリ３２には、タイミングベルト３４が掛け渡されている。従って、スピンドル１２は、後述するように、モータ１４の作用下に回転動作を開始する。

スピンドル１２は、中空体として形成されている。すなわち、スピンドル１２の内部には、その長手方向に沿って内孔３６が延在する。

この内孔３６は、スピンドル１２の長手方向の両端面で開口しており、その中の一方の開口には、管継手用ソケット３８のソケット部４０が挿入されている。この管継手用ソケット３８の本体部４１に管継手４２を介して連結される図示しない送気管は、冷却媒体としての圧縮エアを供給する圧縮エア供給源に接続されている。すなわち、内孔３６には、圧縮エア供給源から供給されて前記送気管及び前記管継手４２を通過した圧縮エアが流通する。このことから諒解されるように、内孔３６は、圧縮エア用流通路として機能する。

なお、管継手用ソケット３８における円錐台形状をなすソケット部４０は、本体に対して回転自在である。

図２に示すように、保持部材１６は、第１連結部材４４と第２連結部材４６を介してスピンドル１２に連結されている。具体的には、スピンドル１２の一端部には段部４８が形成されており、この段部４８に第１連結部材４４の円柱状突部５０が挿入されるとともに、第１連結部材４４の一端面から挿入された第１連結ボルト５２がスピンドル１２の端部に螺合される。

そして、第２連結部材４６の一端面から挿入された第２連結ボルト５４が第１連結部材４４の端部に螺合される。なお、第２連結ボルト５４は、第１連結ボルト５２の内周側に位置する。

第２連結部材４６の一端部には、環状の挿入口５６が形成されている。一方、図２及び図３に示すように、保持部材１６の一端部には、他の部位に比して小径な小径部５８が形成されており、この小径部５８が前記挿入口５６に挿入される。なお、小径部５８には、前記挿入口５６の底部に向かって延在する連結ピン６０が埋設される。この連結ピン６０が前記挿入口５６の底部に形成された嵌合穴６２に嵌合されることにより、第２連結部材４６と保持部材１６が連結される。

挿入口５６の内壁には、シール部材６４が設けられる。このシール部材６４により、第２連結部材４６と保持部材１６との間がシールされ、圧縮エアが漏洩することが回避される。

図３に示すように、保持部材１６は、前記小径部５８と、該小径部５８に比して大径であり概ね円筒形状をなす保持部６６と、該保持部６６に比して大径な堰止部６８とを有する中空体である。すなわち、保持部材１６には、その長手方向に沿って延在する挿入用貫通孔７０が形成されている。なお、この挿入用貫通孔７０は、第１連結部材４４、第２連結部材４６の各々に貫通形成された連通孔７２、７４に連通する。

保持部材１６には、挿入用貫通孔７０から側壁（外壁）に至るまで、複数本の直径方向通路７６が放射状に貫通形成されている。すなわち、直径方向通路７６は、挿入用貫通孔７０に連通する。

直径方向通路７６の各々は、保持部材１６の長手方向に沿って延在する。そして、小径部５８から堰止部６８の途中にわたって切り欠かれるように形成された直径方向通路７６には、堰止部６８から小径部５８の途中にわたって切り欠かれるように形成された直径方向通路７６が隣接する。

保持部材１６の保持部６６の側壁には、該側壁の周回方向に沿って延在し、隣接する直径方向通路７６同士を連通する周回方向通路７８が複数本形成される。なお、図２及び図３から諒解されるように、周回方向通路７８は、挿入用貫通孔７０には到達していない。すなわち、周回方向通路７８は、挿入用貫通孔７０に直接連通するのではなく、直径方向通路７６を介してのみ挿入用貫通孔７０に連通する。

このように構成される保持部材１６の内部には、図２に示すように押圧用部材８０が挿入され、さらに、該押圧用部材８０の内部には、第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４が挿入される。ここで、第１径変化用部材８２と、第１連結部材４４及び第２連結部材４６の各連通孔７２、７４、保持部材１６の挿入用貫通孔７０との間には、所定のクリアランスが形成される。

図２に示すように、押圧用部材８０は中空体である。そして、押圧用部材８０には、図４に示すように、内壁から外壁に向かうようにして貫通した複数本（この場合、４本）のスリット８６が長手方向に沿って延在するように形成される。なお、スリット８６は、図４における左端から右端に向かうものと、右端から左端に向かうものとが交互になるように配置されている。

このようなスリット８６が形成されていることにより、該押圧用部材８０は、弾性変形を起こすことが容易である。

押圧用部材８０の内壁には、左端、右端の各々から離間するに従ってテーパー状に縮径する２個の第１カム部８８、９０が形成される（特に図２参照）。なお、押圧用部材８０の内壁の中腹部近傍は、所定の長さにわたって略等径である。

一方、第１径変化用部材８２は、円筒形状部９２と、押圧用部材８０の内部に挿入されるにつれてテーパー状に縮径する第２カム部９４とを有し、第２カム部９４が前記第１カム部８８に摺接するようにして押圧用部材８０の内部に挿入されている。

また、第２径変化用部材８４は略円錐台形状をなし、その側壁は、押圧用部材８０の内部に挿入されるにつれてテーパー状に縮径するとともに、第１カム部９０に摺接するカム部として機能する。以下においては、この側壁を第２カム部９６と指称する。

第１径変化用部材８２と第２径変化用部材８４には、それぞれ、長手方向に沿って挿通孔９８、１００が貫通形成される。これら挿通孔９８、１００には、１本の連結バー１０２が挿入される。また、第１径変化用部材８２と第２径変化用部材８４の間には、これら第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４を互いに離間する方向に弾発付勢するコイルスプリング１０４が配置されている。

連結バー１０２の図２における左端部には、幅広なフランジ部１０６が形成される。このフランジ部１０６の一端面は、第１径変化用部材８２の円筒形状部９２の端部に形成された収容段部１０８に着座する。

第２径変化用部材８４の底面（図２における右端面）には、保持部材１６の挿入用貫通孔７０の直径に対応する直径の円盤形状体１１０が挿入される。この円盤形状体１１０と第２径変化用部材８４とは、第３連結ボルト１１２を介して連結される。

円盤形状体１１０の外方（図２における右端）には、第４連結ボルト１１４を介して円盤状のカバー部材１１６が連結される。このカバー部材１１６の直径は、挿入用貫通孔７０の直径に比して大きく設定されている。すなわち、カバー部材１１６が挿入用貫通孔７０に挿入されることはない。

円盤形状体１１０及びカバー部材１１６には、突出用孔１１８、１２０がそれぞれ貫通形成される。

前記連結バー１０２の図２における右端部は、第２径変化用部材８４の挿通孔１００、円盤形状体１１０及びカバー部材１１６の突出用孔１１８、１２０を通過して露呈する。この露呈した右端部にはネジ部１２２が形成され、該ネジ部１２２に２個の緊締用ナット１２４、１２６が螺合される。これら緊締用ナット１２４、１２６の直径は、突出用孔１２０の直径よりも小さく、且つ突出用孔１１８の直径よりも大きく設定されている。

以上の構成において、円筒状ワークＷの外周壁の近傍には、図５に示すように、吐出機構を構成してアルゴンガスや窒素ガス、又は圧縮エア等を吐出する吐出ノズル１２８と、吸引機構を構成して吸引作用を営む吸引ノズル１３０とが互いに対向するようにして配置される。

ここで、図５に示すように、加工ヘッド１８は、保持部材１６の回転中心Ｏから延在する線、すなわち、保持部材１６の半径（仮想線Ｍ１）に対し、回転方向下流側にオフセットされて該保持部材１６に対向する。すなわち、レーザ光Ｌの仮想的な軸線Ｍ２は、仮想線Ｍ１と角度θをなす。以下においては、便宜上、この角度θを入射角と指称する。

次に、本実施の形態に係る金属リングの製造方法につき、上記のように構成された円筒状ワーク切断装置１０の動作との関係で詳細に説明する。

無段変速機に用いられる動力伝達用ベルトを作製するための金属リングを製造するに当たっては、例えば、先ず、矩形状の金属製薄板を切り出し、この矩形状の金属製薄板を湾曲して両端縁を溶接することで円筒形状体である円筒状ワークＷを得る。なお、金属製薄板としては、その厚みが０．３〜０．４ｍｍ程度のものが一般的に使用される。また、金属製薄板は、好適にはマルエージング鋼からなる。

円筒状ワークＷを切断するに際しては、はじめに、保持部材１６の側壁を小径部５８側から円筒状ワークＷの貫通孔に通す。円筒状ワークＷは、保持部材１６の堰止部６８によって堰止されて保持部６６に位置する。保持部６６の外壁と円筒状ワークＷの内壁との間には、若干のクリアランスが形成される。

その後、保持部材１６が連結ピン６０を介して第２連結部材４６に連結され、これにより、円筒状ワーク切断装置１０に円筒状ワークＷが保持される。

上記したように、円筒状ワークＷには、溶接時の熱によって歪みが生じていることがある。そこで、本実施の形態では、保持部材１６を拡径させることで円筒状ワークＷを押圧する。

具体的には、緊締用ナット１２４、１２６を締め付け方向に螺回する。これにより、緊締用ナット１２４、１２６が第２径変化用部材８４側に向かって変位する。緊締用ナット１２４、１２６の直径が突出用孔１１８の直径よりも大であるため、緊締用ナット１２４、１２６は、円盤形状体１１０を押圧して第２径変化用部材８４を第１径変化用部材８２側に押圧する。

同時に、緊締用ナット１２４、１２６が螺回されることに伴って、連結バー１０２のネジ部１２２が図２における右方に向かうように引っ張られる。これにより、連結バー１０２が第２径変化用部材８４側に向かって変位する。

上記したように、第１径変化用部材８２の収容段部１０８には、連結バー１０２のフランジ部１０６が着座している。このため、第１径変化用部材８２は、第２径変化用部材８４側に向かって変位する連結バー１０２に引っ張られる。換言すれば、第１径変化用部材８２は、連結バー１０２に追従して第２径変化用部材８４側に向かって変位する。

すなわち、図６に示すように、第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４の双方が、押圧用部材８０の長手方向の内部深くに挿入されるように変位し、同時にコイルスプリング１０４が圧縮する。この変位により、第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４の各第２カム部９４、９６における一層大径な部位が、押圧用部材８０の第１カム部８８、９０に当接するようになる。その結果、第１カム部８８、９０が第２カム部９４、９６から押圧される。第２カム部９４、９６からの押圧力は、押圧用部材８０の直径方向外方に向かう。

この押圧によって、押圧用部材８０が拡径される。押圧用部材８０が、その内壁に形成された第１カム部８８、９０を介して直径方向外方に向かう方向に押圧されるからである。上記したように、押圧用部材８０は容易に弾性変形するので、この拡径も容易に進行する。

拡径した押圧用部材８０は、保持部材１６の保持部６６を直径方向外方に向かう方向に沿って略均等に押圧する。図３に示すように、保持部材１６には、直径方向通路７６及び周回方向通路７８が複数本形成されている。このため、保持部材１６も弾性に富む。すなわち、保持部材１６は、押圧用部材８０から押圧されることによって容易に弾性変形を起こし、略均等に拡径する。

例えば、円筒状ワークＷに歪みが生じているために該円筒状ワークＷの内径が不均一である場合、この拡径の途中で、円筒状ワークＷにおける内径が最小の部位に対して保持部６６の側壁が当接する。一方、この部位よりも内径が大きい部位は、保持部６６の側壁に対して未だ離間したままである。

保持部６６の拡径がさらに進行することに伴い、内径が最小の部位が拡径される。また、保持部６６の側壁が、円筒状ワークＷにおける内径が若干大きな部位に当接する。

保持部６６の拡径がさらに一層進行すると、内径が最小であった部位が一層拡径されるとともに、内径が若干大きな部位が拡径される。このようにして保持部６６の拡径が進行すると、円筒状ワークＷにおける内径が最大の部位に対して保持部６６の側壁が当接する。

この際には、内径が最小であった部位や、該部位よりも内径が若干大きかった部位が、内径が最大の部位と略同一の内径となる程度まで拡径されている。すなわち、円筒状ワークＷが、その断面が略真円形状となるように矯正される。

以上のようにして、円筒状ワークＷが矯正されるに至る。なお、緊締用ナット１２４、１２６が過度に螺回されると、カバー部材１１６が保持部材１６の堰止部６８に堰止され、円盤形状体１１０、ひいては第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４のそれ以上の変位が停止される。これにより、押圧用部材８０及び保持部６６の拡径も停止される。

その後、上記と逆に緊締用ナット１２４、１２６を弛緩する方向に螺回してもよい。この際には、コイルスプリング１０４が第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４の双方を互いに離間する方向に弾発付勢する。その結果、第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４が、押圧用部材８０の内部から離脱する方向に変位する。

従って、第１径変化用部材８２及び第２径変化用部材８４の各第２カム部９４、９６においては、小径な部位が押圧用部材８０の第１カム部８８、９０に当接するようになる。このため、第１カム部８８、９０が、第２カム部９４、９６による押圧から解放される。換言すれば、押圧用部材８０を拡径する押圧力がなくなるので、該押圧用部材８０が縮径する。

これに伴い、保持部材１６の保持部６６も縮径する。保持部材１６が、押圧用部材８０の押圧力から解放されるからである。

保持部６６の縮径に際しては、例えば、図２に示す状態、すなわち、拡径前の初期状態に戻すようにしてもよいし、初期状態よりも若干大径な状態に戻す程度であってもよいが、以下においては、初期状態に戻した場合を例示して説明する。

なお、保持部材１６の保持部６６、及び押圧用部材８０が初期状態に復帰した場合であっても、円筒状ワークＷはさほど弾性がないので、矯正された後の形状から元の形状に戻ることはない。すなわち、矯正された略真円形状が保たれる。

次に、モータ１４が駆動される。この駆動に伴い、該モータ１４の回転軸２８が回転動作を開始する。この回転動作に追従して第１プーリ３０が回転動作するとともにタイミングベルト３４が周回動作し、その結果、第２プーリ３２が回転動作する。これに追従し、スピンドル１２、及び該スピンドル１２に連結された保持部材１６が回転動作し始める。

モータ１４の回転駆動力は、好ましくは、保持部材１６に保持された円筒状ワークＷの回転速度が３０〜２００ｍ／分の周速となるように設定される。なお、上記したように、スピンドル１２とスピンドル支持部材２４との間にはベアリング２６が介在されているので、スピンドル支持部材２４が回転動作することはない。また、管継手用ソケット３８は、ソケット部４０のみが回転動作し、本体部４１は回転動作しない。

同時に、前記吐出機構及び前記吸引機構が駆動され、吐出ノズル１２８から圧縮エア等（搬送媒体）が吐出されるとともに、吸引ノズル１３０を介しての吸引が開始される。吐出ノズル１２８と吸引ノズル１３０とが互いに対向しているので、吐出ノズル１２８から吐出された圧縮エア等は、吸引ノズル１３０に向かって流通する。

この前後に、前記圧縮エア供給源から、冷却媒体としての圧縮エアが供給される。圧縮エアは、前記送気管及び前記管継手４２を介して前記管継手用ソケット３８に到達し、ソケット部４０からスピンドル１２の内孔３６に供給される。

圧縮エアは、内孔３６を流通し、第１径変化用部材８２の円筒形状部９２と、第１連結部材４４及び第２連結部材４６の各連通孔７２、７４、保持部材１６の挿入用貫通孔７０との間のクリアランスを通過して保持部材１６の内部、すなわち、挿入用貫通孔７０に到達する。さらに、保持部材１６に形成されて挿入用貫通孔７０に連通する直径方向通路７６（図３参照）を介して外壁（側壁）側に移動し、その一部が円筒状ワークＷの内壁に対し、長手方向に沿って接触する。また、残部は、周回方向通路７８を流通することで保持部６６の側壁に対して周回するように移動し、この際、円筒状ワークＷの内壁に対し、周回方向に沿って接触する。

保持部材１６の保持部６６、及び押圧用部材８０が円筒状ワークＷを矯正したときの径から縮径されている場合、保持部６６の側壁と円筒状ワークＷの内壁との間には若干のクリアランスが存在する。従って、圧縮エアは、このクリアランスにおいて空気膜を形成する。その一方で、このようにして保持部材１６の側壁に圧縮エアが到達することにより、該側壁が冷却効率に優れた冷やし金として機能する。

なお、保持部６６及び押圧用部材８０の径が円筒状ワークＷを矯正したときの径のままであっても、圧縮エアは、保持部６６の側壁と円筒状ワークＷの内壁との間に進入して空気膜を形成する。

次に、加工ヘッド１８から円筒状ワークＷに向けてレーザ光Ｌが照射される。本実施の形態においては、レーザ光Ｌは、先ず、円筒状ワークＷの図２における右端近傍、換言すれば、圧縮エアが供給される最も下流に照射される。この際には、レーザ光Ｌが照射される部位と、周回方向通路７８の位置とが略合致する。

円筒状ワークＷにおけるレーザ光Ｌが入射した部位は、温度が上昇して溶融し、円筒状ワークＷから切り離される。すなわち、金属リングとして切断される。この溶融に際しては、円筒状ワークＷから、その材質である金属（例えば、マルエージング鋼）が昇華することに伴い、昇華金属ガスが発生する。なお、円筒状ワークＷの材質がマルエージング鋼以外の金属、例えば、ステンレス鋼やその他の金属であっても、上記と同様に昇華金属ガスが発生することは勿論である。

この切断の際、円筒状ワークＷの回転速度が３０〜２００ｍ／分であると、円筒状ワークＷが切断するに十分なエネルギが付与される。すなわち、円筒状ワークＷを容易に切断することができる。また、回転速度がこの範囲である場合、単位時間当たりの溶融金属の発生量が少ない。この理由は、以下の通りである。

円筒状ワークＷが回転しているため、レーザ光Ｌは、該円筒状ワークＷの同一部位に対して断続的に入射する。レーザ光Ｌが入射した部位は、円筒状ワークＷの回転に伴って該レーザ光Ｌから離間するからである。

ここで、一般的なレーザ光Ｌのエネルギ密度は、スポット幅の中央で高く、端部で低くなる。すなわち、レーザ光Ｌには、エネルギ密度に分布がある。このため、円筒状ワークＷにおいて、スポット幅の中央が入射した部位は昇華が起こり易く、一方、端部が入射した部位では昇華が起こり難くなる。

回転速度が上記の範囲内であると、スポット幅の中央（高エネルギ密度）が入射した部位は瞬時に昇華して昇華金属ガスとなる。一方、端部（低エネルギ密度）が入射した部位は、温度は上昇するものの、概ね融点未満である。該部位は、円筒状ワークＷの回転に伴ってレーザ光Ｌから離間し、これにより温度が上昇することが回避されるので、該部位の温度が融点を上回ることは困難である。このため、溶融金属が発生し難くなる。このため、ドロスが発生することが回避される。

なお、この部位は、円筒状ワークＷの回転数が２回転目ないしそれ以降となったときに、レーザ光Ｌのスポット幅の中央が入射されることで昇華する。これにより、上記したように、円筒状ワークＷが切断されて金属リングが得られる。

また、発生した昇華金属ガスの略全部を吸引ノズル１３０によって吸引することが可能となるので、該昇華金属ガスが円筒状ワークＷに付着すること、ひいてはドロスが発生することが回避される。

さらに、保持部材１６の側壁は、圧縮エアが供給されることで効率的な冷やし金として機能している。このため、円筒状ワークＷにおけるレーザ光Ｌが照射された部位以外の部位の温度が上昇することが回避され、結局、この部位が溶融することが回避されるとともに該部位にドロスが発生することが回避される。

しかも、本実施の形態においては、保持部材１６の側壁と円筒状ワークＷの内壁との間に空気膜が形成されている。従って、仮に溶融金属やドロスが発生したとしても、これら溶融金属ないしドロスは、空気膜に吸収される。

ここで、切断の最中に発生した溶融金属が凝固するときには、レーザ光Ｌに沿って円筒状ワークＷに層状の線（ドラグライン）が残留するが、本実施の形態では、図５に示すように、加工ヘッド１８が保持部材１６の回転中心線からオフセットされた位置に配置されている。従って、レーザ光Ｌが入射角θをもって円筒状ワークＷに入射する。

このような加工においては、ドラグラインが円筒状ワークの外壁側から内壁側、すなわち、厚み方向に沿って直進するように形成される。この場合、ドロスが付着することはほとんどない。

すなわち、加工ヘッド１８を、その軸線が保持部材１６の回転中心線からオフセットされる位置に配置し、レーザ光Ｌを入射角θで円筒状ワークＷに入射させることにより、ドロスが付着することを一層回避することができるようになる。

円筒状ワークＷが切断されると、レーザ光Ｌの照射部位と周回方向通路７８の位置とが略一致しているため、周回方向通路７８が露呈するとともに空気膜が外部に漏出する。その後、この空気膜は、遠心力によって飛散する。保持部材１６が回転動作しているからである。

この空気膜には、上記したように溶融金属ないしドロスが含まれる。すなわち、溶融金属ないしドロスが発生したとしても、これら溶融金属ないしドロスは、切断箇所から効率よく除去される。

この場合、吐出ノズル１２８から圧縮エア等が吐出されるとともに、吸引ノズル１３０を介しての吸引が行われている。圧縮エア等が吸引ノズル１３０に指向して流通しているので、空気膜は、圧縮エア等に搬送されて吸引ノズル１３０に向かう。このことから諒解されるように、圧縮エア等は、液膜を吸引ノズル１３０に向かって搬送する搬送媒体として機能し、これにより、空気膜が効率よく除去される。

勿論、レーザ光Ｌによる切断に際して切断箇所に発生する昇華金属ガスや溶融金属等も圧縮エア等によって吸引ノズル１３０に搬送される。このため、切断箇所が清浄に保たれる。

このようにして１つの金属リングが得られた後、図２に示すように、加工ヘッド１８が移動し、円筒状ワークＷの別部位に対してレーザ光Ｌを照射する。この場合においても、加工ヘッド１８は周回方向通路７８の位置に対応する位置に移動し、その後、上記と同様にして円筒状ワークＷの切断が営まれる。

円筒状ワークＷを、第２連結部材４６に近接する左端側、すなわち、圧縮エアが供給される上流側から切断した場合、保持部材１６の内部に供給された圧縮エア全てが切断箇所から漏洩し、このために保持部６６の側壁と円筒状ワークＷの間に空気膜が形成されない懸念がある。しかしながら、本実施の形態では、圧縮エアが供給される下流側から円筒状ワークＷを切断するようにしているので、保持部材１６の内部に供給された圧縮エアが、保持部６６の側壁と、該円筒状ワークＷにおける未だ切断されていない箇所の内壁との間に到達する。このため、前記空気膜が継続して形成されるので、切断箇所において、溶融金属ないしドロスを容易に除去することができる。

なお、上記した実施の形態においては、冷却媒体として圧縮エアを用いた場合を例示して説明しているが、その他の気体であってもよいし、液体であってもよい。この場合、上記した空気膜に代替して液膜が形成されるが、この液膜も溶融金属ないしドロスを効率的に切断箇所から除去する機能を営む。液体としては、冷却効率が良好であり且つ低コストであることから、水が好適である。

また、吐出ノズル１２８から吐出される搬送媒体も、水等の液体であってもよい。この場合、切断箇所を一層効率よく冷却することが可能となるとともに、切断箇所を一層清浄に保つことができるという利点が得られる。なお、液体である場合、吐出ノズル１２８及び吸引ノズル１３０を、レーザ光Ｌの照射を妨げない位置とすることはいうまでもない。

さらに、レーザ光Ｌの照射位置を周回方向通路７８の位置に対応させる必要は特にない。レーザ光Ｌの照射位置と周回方向通路７８の位置が一致していない場合であっても、液膜や空気膜の漏出が妨げられることは特にないからである。

さらにまた、自動車の無段変速機に採用される動力伝達用ベルト以外の金属リングを作製するようにしてもよいことは勿論である。

１０…円筒状ワーク切断装置 １２…スピンドル
１４…モータ １６…保持部材
１８…加工ヘッド ５８…小径部
６６…保持部 ６８…堰止部
７０…挿入用貫通孔 ７６…直径方向通路
７８…周回方向通路 ８０…押圧用部材
８２…第１径変化用部材 ８４…第２径変化用部材
８６…スリット ８８、９０…第１カム部
９４、９６…第２カム部 １０２…連結バー
１０４…コイルスプリング １１０…円盤形状体
１１６…カバー部材 １２４、１２６…緊締用ナット
１２８…吐出ノズル １３０…吸引ノズル
Ｌ…レーザ光 Ｗ…円筒状ワーク

Claims (7)

1. 金属製の円筒状ワークを、レーザ光照射手段から照射されたレーザ光によって切断することで複数個の金属リングを形成する金属リングの製造方法であって、
   前記円筒状ワークを冷却する冷やし金として機能する保持部材の側壁を、前記円筒状ワークの貫通孔に通す工程と、
   前記保持部材の前記側壁を、前記円筒状ワークの前記貫通孔の内壁に対して接近する方向に変位させて該内壁を押圧することで前記円筒状ワークを略真円形状に矯正する工程と、
   前記保持部材の前記側壁と、前記円筒状ワークの前記貫通孔の内壁との間に冷却媒体を供給しながら、略真円形状に矯正された前記円筒状ワークをレーザ光によって切断する工程と、
   を有することを特徴とする金属リングの製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記円筒状ワークをレーザ光によって切断する際に該円筒状ワークが３０〜２００ｍ／分の周速で回転動作することを特徴とする金属リングの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法において、四角形状の金属板の両端縁を溶接して円筒形状とすることによって前記円筒状ワークを形成することを特徴とする金属リングの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記円筒状ワークを切断する際に切断箇所から漏出する前記冷却媒体を吸引手段によって吸引することを特徴とする金属リングの製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、切断箇所から漏出する前記冷却媒体を、搬送媒体吐出手段から吐出された搬送媒体によって前記吸引手段に指向して搬送することを特徴とする金属リングの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記レーザ光照射手段を、前記冷却媒体の供給下流側から供給上流側に向かって前記円筒状ワークが切断されるように変位させることを特徴とする金属リングの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法において、前記金属リングとして、自動車の無段変速機を構成する動力伝達用ベルトを得ることを特徴とする金属リングの製造方法。

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