JP4192246B2 - 環状支持体の製造方法およびその成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、環状支持体の製造方法およびその成形装置に係り、特に、中子式ランフラットシステムに用いられる高張力鋼製の環状支持体（いわゆるサポートリング）を製造するために好適に用いられる環状支持体の製造方法およびその成形装置に関する。

従来より、乗用車等に用いられる空気入タイヤが走行中に空気漏れを起こした場合においても数百ｋｍ程度の緊急走行をすることができるランフラットシステムの関連技術が多く提案されている。このランフラットシステムにはいくつかの類型が提案されているが、特に、高扁平率のタイヤを備える大型セダンやＳＵＶ（スポーツ・ユーティリティ・ビークル）タイプの乗用車においては、タイヤの内部かつホイールの外周（リム）に環状支持体を取り付けて構成される中子式ランフラットシステムが用いられることが多い。

この中子式ランフラットシステムは、図５に示すように、中子式ランフラットシステムを採用したタイヤ１０８が空気漏れを起こした際に、環状支持体１０３がホイールのリム１０９を介して車両（図示せず）を支えている仕組みになっている。この中子式ランフラットシステムは、半径方向外側に突出した２つの環状凸部１０４ａ、１０４ｂと周縁部付近に形成された平滑形状の耳部１０６Ａ、１０６Ｂとを有する成形パターン１０４に成形された環状支持体１０３と、その環状支持体１０３の耳部１０６Ａ、１０６Ｂに配設されているゴム製の環状弾性部材１０７とを備えている。この環状支持体１０３は、１トン以上の重量の車両（大型セダンやＳＵＶタイプの乗用車の場合）を変形することなく支持しなければならないので、いわゆるハイテン鋼と呼ばれる降伏応力もしくは０．２％耐力の高い高張力鋼を用いる必要がある。そのため、環状支持体１０３に成形パターン１０４を成形することが非常に困難であった。

ここで、従来の環状支持体１０３の製造方法の一例を説明する。従来、中子式ランフラットシステムの環状支持体１０３を製造するため、はじめに供給ロールからストリップを引き出し、これを矩形平板に裁断する。裁断後、これを円筒状に曲げるとともに、その末端相互を互いに溶接することにより閉じた環状体１０２を得る。そして、２つの成形工程によってこの環状体１０２に成形パターン１０４を段階的に成形することにより、成形パターン１０４を有する環状支持体１０３が製造されていた（特許文献１）。

前述した２つの成形工程を詳しく説明すると、第１の成形工程は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の成形装置１０１による環状体１０２の軸方向ＰＤへの圧縮および成形ロール１１０Ａを環状体１０２の内側から環状体１０２の側壁に対し押圧することによって成形パターン１０４の２つの環状凸部１０４ａ、１０４ｂの初期成形を行う。まず、図６（ａ）に示すように、環状体１０２を水平位置に置いて、その下側縁部１０２ａは、水平に玉軸受支持されたプレート１３０の環状受け溝１３１ａに差し込まれる。環状体１０２の上側縁部１０２ｂは、玉軸受支持された上蓋１２０の環状受け溝１２１ａに差し込まれる。この上蓋１２０が上蓋１２０専用の油圧シリンダー（図示せず）によって環状体１０２の軸方向ＰＤに移動自在に形成されつつ、他方のプレート１３０が固定されているので、環状体１０２は当該環状体１０２の軸方向ＰＤに圧縮される。

また、環状体１０２の内側には歯車モータ（図示せず）によって強制回動される成形ロール１１０Ａがプレート１３０側に配設されている。この成形ロール１１０Ａは、所望の成形パターン１０４の２つの環状凸部１０４ａ、１０４ｂよりも半径方向に突出していない初期の成形パターン１１１Ａをそのロール面に有しており、図６（ｂ）に示すように、成形ロール１１０Ａ専用の油圧シリンダー（図示せず）によって環状体１０２の圧縮時に環状体１０２の半径方向外側に移動する。そして、環状体１０２に初期の成形パターン１１１Ａが転写成形される。

第２の成形工程は、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第２の成形装置２０１によって環状体１０２の周縁部１０２ａ、１０２ｂの直径を縮小成形する。図７（ａ）に示すように、初期の成形パターン１１１Ａが形成された環状体１０２の内側に所望の成形パターン１０４の２つの環状凸部１０４ａ、１０４ｂの形状を有する成形ロール１１０Ｂを配設し、環状体１０２の外側に配設されたディスク状のロール２０４によって環状体１０２を成形ロール１１０Ｂに押しつける。そして、成形ロール１１０Ｂを油圧駆動装置（図示せず）によって回転駆動させることで環状体１０２を回転させる。

この状態で、環状体１０２の周縁部１０２ａ、１０２ｂ付近に配設された２つのディスク状の縮小ロール２０２Ａ、２０２Ｂ、２０３Ａ、２０３Ｂによって環状体１０２の周縁部１０２ａ、１０２ｂ付近の直径を縮小する。環状体１０２の内部に配設された縮小ロール２０２Ａ、２０２Ｂは、成形ロール１１０Ｂに対し自由に回転できる状態で偏心回転するように取り付けられている。また、環状体１０２の外部に配設された縮小ロール２０３Ａ、２０３Ｂは、自由回転できる状態に取り付けられている。そして、環状体１０２が回転する間に縮小ロール２０２Ａ、２０２Ｂ、２０３Ａ、２０３Ｂを環状体１０２の半径方向の中心に向かってゆっくりと移動させることによって、環状体１０２の周縁部１０２ａ、１０２ｂ付近を挟んで直径を縮小させて、図７（ｂ）に示すように、初期の成形パターン１１１Ａから所望する成形パターン１０４の環状凸部１０４ａ、１０４ｂの成形高さを成形し、更に周縁部に耳部１０６Ａ、１０６Ｂを成形して環状支持体１０３を製造する。

このように、前述した第１および第２の成形工程によって、図５に示すような最終的な成形パターン１０４を有する環状支持体１０３が製造されていた。

特表２００５−５０４６７４号公報

しかしながら、特許文献１の成形方法では、２つの成形工程によって環状支持体１０３の成形パターン１０４を成形していた。特許文献１によれば、環状支持体１０３の内部応力を平衡とするために、加工を２工程に分ける必要があった。２つの成形工程を必要とすることによって、環状支持体１０３の生産性の低下や成形装置１０１、１０２による設備コストの増加を招いていた。

仮に、第１の成形工程のみによって環状体１０２に最終的な成形パターン１０４を成形して環状支持体１０３を製造しようとしても、図６に示すように第１の成形工程の成形ロール１１０Ａが固定されたプレート１３０側に配設されていることから、第１の成形工程のみによって製造された環状支持体１０３’は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、固定されたプレート１３０に近い環状凸部（図８においては左側の環状凸部）１０４ａ’の板厚が薄くなり、他方の環状凸部（図８においては右側の環状凸部）１０４ｂ’の板厚が厚くなるため、２つの環状凸部が非対称なものとなり、全体として板厚分布が不均一なものとなる。更に、２つの環状凸部１０４ａ’ 、１０４ｂ’の間の谷の部分が、中央からずれてしまうため（図８においては右側の環状凸部１０４ａ’側に位置している）、所望の成形パターン１０４に比べて大きく変形した成形パターン１０４’となると推定される。そして、環状支持体１０３’は、板厚の薄い部分において耐久性が劣ってしまい成形時や空気漏れした走行車両の緊急走行時に、図８（ｃ）に示すように、板厚の薄い部分（図８においては左側の環状凸部１０４ａ’）において破断してしまうおそれがあった。

さらに、図８（ｂ）に示すように、第１の成形工程のみによって成形された環状支持体１０３’は、原材料となる高張力金属の耐力が高いために大きなスプリングバック（復元力）が環状支持体１０３’に発生するので、成形ロール１１０Ａの成形パターン１１１Ａと同じ形状とすることができず、成形精度を保てなかった。第１の成形工程によって環状体１０２を半径方向に拡張成形させて環状凸部を形成するため、スプリングバックによって環状支持体１０３’の環状凸部が縮小する方向に変形する。また、環状体１０２は第１の成形工程によって軸方向に圧縮されるため、スプリングバックによって環状支持体１０３’ は軸方向外側に伸張したり、環状支持体１０３’の耳部１０６Ａ’、１０６Ｂ’が環状支持体１０３の半径方向外側に反り返ってしまう。

また、特許文献１の第１の成形工程では、図６に示すように、成形ロール１１０Ａは、そのロール面に２つの環状凸部からなる初期の成形パターン１１１Ａしか有していない。そのため、環状体１０２を軸方向ＰＤに圧縮しつつ、成形ロール１１０Ａを半径方向の外側に移動させると、環状体１０２の２つの環状凸部に成形される部分の端部において、環状体１０２を軸方向ＰＤに圧縮する力が集中し、環状体１０２の側面を半径方向の内側に凹ませてしまう。更に、環状体１０２側面の成形パターン１１１Ａの端部が半径方向の内側に凹むことによって、環状体１０２の周縁部１０２ａ、１０２ｂを反り返させる応力が生じ、環状体１０２の周縁部１０２ａ、１０２ｂを半径方向の外側に広げてしまう。これらの変形によって、成形装置１０１の上蓋１２０及びプレート１３０の受け溝１２１ａ、１３１ａに環状体１０２の周縁部がかじり付いてしまい、環状体１０２が上蓋１２０及びプレート１３０から取り外せなくなってしまうという問題があった。加えて、上述したスプリングバックによっても、環状支持体１０３’の耳部１０６Ａ’、１０６Ｂ’が半径方向外側に反り返ってしまいかじり付きが生じる虞があった。

そこで、本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、湾曲波形状の成形パターンを成形する成形工程を複数に分けることなく１つの成形工程のみによって成形することができる環状支持体の製造方法およびその製造に用いられる成形装置を提供することを目的としている。

また、成形パターンの成形後にスプリングバックが生じても、所望の成形パターンを得ることができる環状支持体の製造方法およびその製造に用いられる成形装置を提供することを本発明の他の目的としている。

そして、成形パターンの成形後、成形装置の取付部分から環状支持体を容易に取り外すことができる環状支持体の成形装置を提供することを本発明の他の目的としている。

前述した目的を達成するため、本発明の環状支持体の製造方法は、円筒状に形成された環状体の両端の周縁部をそれぞれ保持し、前記環状体の軸を中心軸として前記環状体を回転させながら、前記環状体に対して前記環状体の軸方向に圧力を加え、かつ、成形パターンをロール面に有する成形ロールを前記環状体の円筒内側から前記成形パターンの中央が前記環状体の側面の中央と重なる位置を保ちながら前記環状体の側面に押し当てることにより、前記成形パターンによって前記環状体を成形する成形工程を有することを特徴とする。

本発明の環状支持体の製造方法においては、環状体の板厚分布を環状体の側面の中央を中心として対称な形に成形することができ、全体として均一な板厚分布を保ちながら所望の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。

更に、上記環状支持体の製造方法において、前記成形ロールを前記環状体の軸方向に移動させることによって、前記成形パターンの中央が前記環状体の側面の中央と重なる位置を保つことが好ましい。このような構成を採用することにより、環状体の成形時に生じる軸方向の力を利用して成形ロールの成形パターンの中央を環状体の側面の中央と重なる位置に保つことができるので、複雑な装置や制御を備えることなく成形ロールの配設位置を保つことができる。

更に、上記環状支持体の製造方法において、軸方向断面が湾曲形状の環状凸部を有し、前記成形ロールの前記環状凸部の曲率半径は、前記環状支持体に成形される所望の成形パターンの対応する部分の曲率半径よりも小さくなっていることが好ましい。このような構成を採用することにより、環状体のスプリングバックによる形状変化が生じて環状支持体に成形した成形パターンの曲率半径が大きくなっても、所望の曲率半径の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。

更に、上記環状支持体の製造方法において、前記成形ロールの前記成形パターンは、前記成形ロールの周縁部近傍に平滑部を有し、前記平滑部は、前記周縁部へ向けて外径が小さくなるように傾斜させて形成されていることが好ましい。このような構成を採用することにより、環状体のスプリングバックによる形状変化が生じて環状支持体に成形した成形パターンの耳部が環状支持体の半径方向外側に反り返っても、成形ロールの平滑部によって傾斜が形成されているので、１回の成形工程によって所望の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。更に、成形ロールの平滑部によって、環状体の側面が半径方向の内側への変形を防止することができ、成形装置の取付部分へのかじり付きを低減し、環状支持体を成形装置から容易に取り外すことができる。

また、本発明の環状支持体の成形装置は、円筒状に形成された環状体の両端の周縁部をそれぞれ保持するクランプを有するとともに、前記環状体の軸を中心軸として前記クランプを回転させながら前記環状体に対して前記環状体の軸方向に圧力を加える回転圧縮機と、前記回転圧縮機の作動時に、ロール面に形成された成形パターンを前記環状体の内側から前記環状体の側面に押し当てる成形ロールとを備え、前記成形ロールは、前記成形パターンの中央が前記環状体の側面の中央と重なる位置を保つスライド機構を有していることを特徴とする。

本発明の環状支持体の成形装置によって、環状体の板厚分布を環状体の側面の中央を中心として対称な形に成形することができ、全体として均一な板厚分布を保ちながら所望の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記成形ロールは、前記環状体の軸方向と平行に配設されたロール軸の軸方向に移動可能に形成されていてもよく、前記ロール軸は、前記成形ロールに対して前記成形ロールの軸方向に弾性力を生じる弾性部材を有していてもよい。このような構成を採用することにより、環状体の成形時に生じる軸方向の力を利用して成形ロールの成形パターンの中央を環状体の側面の中央と重なる位置に保つことができるので、複雑な装置や制御を備えることなく成形ロールの配設位置を保つことができる。弾性部材によって、成形ロールの初期位置を保持することができ、環状体に成形ロールを押し当てる初期の段階において、成形ロールが軸方向に不必要にスライド移動してしまうことを防止することができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記成形ロールは、前記成形ロールの中心軸に対して回転可能に形成されていることが好ましい。このような構成を採用することにより、環状体に当接した成形ロールが環状体と同一の速度で回転するので、環状体と成形ロールとの回転速度差によって生じる不必要な回転方向の摩擦を無くすことができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記クランプは、前記環状体の周縁部を挟持する断面コの字状の受け溝を有していることが好ましい。このような構成を採用することにより、受け溝によって生じる狭持力と、環状体が断面コの字状の受け溝に形成された底部と当接しながら軸方向に押し出されることによって生じる圧縮力とを利用して、クランプが環状体を確実に保持することができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記成形ロールの前記成形パターンは、軸方向断面が湾曲形状の環状凸部を有し、前記成形ロールの前記環状凸部の曲率半径は、前記環状支持体に成形される所望の成形パターンの対応する部分の曲率半径よりも小さくなっていることが好ましい。このような構成を採用することにより、環状支持体の成形後に生じるスプリングバックを利用して、環状支持体に所望の曲率半径の成形パターンを成形することができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記成形ロールの前記成形パターンは、前記成形ロールの周縁部近傍に平滑部を有し、前記環状体の側面の外側と面する前記クランプの外型は、前記成形ロールの平滑部に前記環状体を介して接触する部分に平滑部を有していることが好ましく、前記成形ロールの前記平滑部は、前記周縁部へ向けて外径が小さくなるように傾斜させて形成されており、前記外型の平滑部は、前記成形ロールの平滑部に対応して傾斜していることが好ましい。

このような構成を採用することにより、１回の成形工程によって環状支持体の周縁部に形成される平滑状の耳部を同時に成形することができる。更に、成形ロールの平滑部によって、環状体の側面が半径方向の内側への変形を防止することができ、成形装置の取付部分へのかじり付きを低減し、環状支持体を成形装置から容易に取り外すことができる。加えて、環状支持体の耳部の成形に内型を利用する必要がないので、内型の突出長さを短くすることができ、環状支持体のスプリングバックによって環状支持体がクランプから外れにくくなることを防止することができる。また、環状体のスプリングバックによる形状変化が生じて環状支持体に成形した成形パターンの耳部が環状支持体の半径方向外側に反り返っても、成形ロールの平滑部によって傾斜が形成されているので、所望の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記成形ロールの前記成形パターンは、軸方向断面が湾曲波形状の環状凸部を有し、前記環状体の側面の外側と面する前記クランプの外型は、前記成形ロールの前記環状凸部の一部に対応する湾曲部を有していることが好ましい。このような構成を採用することにより、環状支持体の板厚をより均一に、またより高精度に所望の形状を成形することができる。

更に、上記環状支持体の成形装置において、前記環状体の側面の内側と面する前記クランプの内型は、前記成形ロールが前記環状体を介して前記クランプの外型に接触したとき、前記内型の周縁部が前記成形ロールに接触しないように構成されていることが好ましい。

本発明の環状支持体の製造方法およびその成形装置によって、環状体の板厚分布を環状体の側面の中央を中心として対称な形に成形することができ、全体として均一な板厚分布を保ちながら所望の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。また、１回の成形工程によって、環状支持体を成形することも可能であるので、環状支持体の生産性やその成形装置のコストパフォーマンスが向上するという効果を奏する。

また、本発明の環状支持体の製造方法およびその成形装置によって、スプリングバックによる形状変化を考慮しながら環状支持体を製造もしくは成形することができるので、環状支持体の成形精度が向上するという効果を奏する。

そして、本発明の環状支持体の成形装置によって、環状支持体がスプリングバックを起こしても環状支持体がクランプの受け溝にかじり付いてしまうことがないので、環状支持体およびその成形装置を傷めることを防止することができるという効果を奏する。

以下、図１を用いて、本発明の環状支持体３の製造方法およびその成形装置１の一実施形態を説明する。ここで、図１は、環状支持体３の成形装置１の断面図を示している。

図１に示すように、本実施形態の環状支持体３の成形装置１は、円筒状に形成された環状体２の周縁部２ａ、２ｂをそれぞれ保持して回転させる回転圧縮機４０と、回転圧縮機４０に固定された環状体２の内側に配設された成形ロール１０とを備えている。

環状体２は、例えば、金属平板を環状体２に適合した寸法（環状体２の形成に必要な長辺および短辺の長さ）を有する矩形基材の形状にシャーリング（せん断）し（せん断工程）、ウレタンロール等の円筒物を用いて、せん断工程によって得た矩形基材を長辺に沿って円筒状に曲げ（曲げ工程）、直線Ｔｉｇ自動溶接装置等の溶接装置を用いて、円筒状に曲げられた閉じていない矩形基材の両端（矩形基材の短辺同士）を溶接して形成される（溶接工程）。金属平板としては、耐力が３．４×１０⁸Ｐａ以上の高張力金属が好ましく、例えばハイテン鋼（高張力鋼）などを使用することができる。

そして、環状支持体３の成形装置１を用いて、環状体２の両端の周縁部２ａ、２ｂをそれぞれ保持し、環状体２の軸を中心軸として環状体２を回転させながら、環状体２に対して環状体２の軸圧縮方向ＣＤに圧力を加えるとともに、成形パターン１１を有する成形ロール１０を環状体２の内側から環状体２の側面２ｃに押し当てて環状体２に成形パターン４を成形する（成形工程）。なお、成形工程後に、製造された環状支持体３の周縁部３ａ、３ｂ端面を切削して当該周縁部３ａ、３ｂの形状を整えることがより好ましい（仕上げ工程）。

成形装置１の回転圧縮機４０は、環状体２の両端の周縁部２ａ、２ｂをそれぞれ保持するクランプ２０、３０と、環状体２の軸を中心軸としてクランプ２０、３０を回転させながら環状体２に対して環状体２の軸圧縮方向ＣＤに圧力を加える回転圧縮機構（図示せず）とを備えている。クランプ２０、３０は、環状体２の周縁部２ａ、２ｂの内側および外側からそれぞれ当接する断面コの字状の受け溝２１ａ、３１ａが形成されていることが好ましい。この受け溝２１ａ、３１ａの幅は、環状体２の板厚と同等もしくは僅かに小さな値となっており、環状体２の周縁部２ａ、２ｂの少なくとも一部を受け溝２１ａ、３１ａに嵌め込むことによって狭持することができるようになっている。なお、受け溝２１ａ、３１ａは、環状に設けられ、環状体２の周縁部２ａ、２ｂの全部を狭持することが好ましい。

クランプ２０、３０の環状体２の側面２ｃの内側と面する部分を内型２２、３２と称し、環状体２の側面２ｃの外側と面する部分を外型２１、３１と称する。内型２２、３２と外型２１、３１は、図１に示すように別の部材から構成され、両部材を組み合わせることによって受け溝２１ａ、３１ａを形成してもよいが、一つの部材に受け溝２１ａ、３１ａ、内型２２、３２及び外型２１、３１を成型してもよい。なお、内型２２、３２および外型２１、３１の形状は、後述する成形ロール１０とともに説明する。

回転圧縮機４０の回転圧縮機構は、クランプ２０、３０の少なくとも一方を環状体２の軸を中心軸として図示しない駆動手段によって回転させるように形成されている。この場合、他方のクランプは、一方のクランプと同期させて環状体２の軸を中心軸として図示しない駆動手段によって回転させてもよいし、回転自在に構成して環状体２を介して伝達される一方のクランプによる回転によって回転させてもよい。また、この回転圧縮機構は、クランプの少なくとも一方を環状体の軸方向ＰＤに移動させることによって、環状体２の軸方向ＰＤに圧力を加えられるように形成されている。図１においては、クランプ３０を環状体２の軸方向ＰＤに対して固定し、クランプ２０を環状体２の軸圧縮方向ＣＤに移動させる構成である。以後、環状体２の軸方向ＰＤの移動が固定されているクランプを固定クランプ３０、環状体２の軸方向ＰＤに移動可能となっているクランプを可動クランプ２０と称する。

成形装置１の成形ロール１０は、環状体２の中心軸と平行な軸を中心軸として回転可能に設けられており、ロール面に成形パターン１１を有している。成形パターン１１は、軸方向ＰＤの断面が湾曲形状の環状凸部１１Ａ、１１Ｂを有している。成形ロール１０の成形パターン１１の環状凸部１１Ａ、１１Ｂにおける曲率半径ｒは、環状支持体３に成形される所望の成形パターン４の曲率半径Ｒ（図４参照）よりも小さいことが好ましい。また、環状凸部１１Ａ、１１Ｂは、成形パターン１１の軸方向ＰＤの中央１１ｍに対して鏡面対称であることが好ましい。

更に、成形パターン１１は、成形ロール１０の周縁部１４Ａ、１４Ｂ近傍に平滑部１３Ａ、１３Ｂを有していてもよい。成形ロール１０の平滑部１３Ａ、１３Ｂは、成形ロール１０の周縁部１４Ａ、１４Ｂへ向けて外径が小さくなるように傾斜させて形成されていることが好ましい。環状凸部１１Ａ、１１Ｂと平滑部１３Ａ、１３Ｂは滑らかに連続していてもよいし、境界が存在してもよい。また、成形パターン１１が全体として、成形パターン１１の軸方向ＰＤの中央１１ｍに対して鏡面対称であることが好ましい。

図１においては、滑らかな湾曲波形状の２つの環状凸部１１Ａ、１１Ｂと、その軸方向外側に向けて傾斜した平滑部１３Ａ、１３Ｂとが滑らかに連続した成形パターンを有し、成形パターン１１は軸方向ＰＤの中央１１ｍに対して鏡面対称である。

ここで、前述したクランプ２０、３０の外型２１、３１は、図１および図２（ｃ）に示すように、成形ロール１０の平滑部１３Ａ、１３Ｂに環状体２を介して接触する部分に平滑部２１ｂ、３１ｂを有していることが好ましい。この外型２１、３１の平滑部２１ｂ、３１ｂは成形ロール１０の平滑部１３Ａ、１３Ｂに対応して傾斜していることが好ましい。更に、外型２１、３１は、成形ロール１０の湾曲形状の環状凸部１１Ａ、１１Ｂの一部と環状体２を介して接触する部分に、環状凸部１１Ａ、１１Ｂの一部に対応する曲率の湾曲部２１ｃ、３１ｃを有していることが好ましい。

また、クランプ２０、３０の内型２２、３２は、図１および図２（ｃ）に示すように、成形ロール１０が環状体２を介してクランプ２０、３０の外型２１、３１に接触したとき、内型２２、３２の周縁部が成形ロール１０に接触しないように構成されていることが好ましい。ただし、内型２２、３２は、少なくともクランプ２０、３０の受け溝２１ａ、３１ａが環状体２を狭持するのに必要な長さだけ突出している。図１に示すように、成形ロール１０が平滑部１３Ａ、１３Ｂを有しているため、環状体２の軸方向ＰＤにおける内型２２、３２の突出長さが短くなり、スプリングバックによって環状体２の周縁部２ａ、２ｂが変形しても成形後の取り外しが容易にできる。

そして、成形ロール１０は、成形パターン１１の中央１１ｍが環状体２の側面の中央２ｍと重なる位置を保つスライド機構を有している。具体的には、成形ロール１０は、回転圧縮機４０のクランプ２０、３０に取り付けられた環状体２の軸方向ＰＤと平行に配設された円柱状のロール軸１６にニードルベアリング１７Ａ、１７Ｂ・・・を介して取り付けられている。このロール軸１６は、固定クランプ３０配設側の端部（図１においては左方の端部）に鍔部１６ａを有しており、この鍔部１６ａと成形ロール１０の固定クランプ３０配設側の周縁部１４Ａが当接することによって、図２（ａ）に示すように、成形前の初期状態において、成形ロール１０の成形パターン１１の中央１１ｍが環状体２の側面の中央２ｍと重なる位置（初期位置）に成形ロール１０が配設される。なお、このロール軸１６は、環状体２の半径方向ＲＤに圧力を加えることができる油圧シリンダ１９に取り付けられており、可動クランプ２０と共に環状体２の軸方向ＰＤへ同距離を移動するように形成されている（ただし、可動クランプ２０と共に回動しない。）。

また、成形ロール１０に対して成形ロール１０の軸方向ＰＤに弾性力を生じるコイルばねなどの弾性部材１８がロール軸１６上の可動クランプ２０配設側に配設されている。これは、成形ロール１０がニードルベアリング１７Ａ、１７Ｂ・・・によってロール軸１６の軸方向ＰＤへ不必要に往復移動するのを防止するためである。この弾性部材１８は、初期状態において、成形ロール１０を鍔部１６ａに押しつけ初期位置に保持したり、成形ロール１０と環状体２との当接時に不必要に軸方向ＰＤにぶれたりすることを抑制する程度の弾性力を有しているが、成形ロール１０が環状体２の成形にともなって軸方向ＰＤへ移動しようとする力を妨げるほどの弾性力を有していない。

つぎに、このように形成された環状支持体３の成形装置１を用いて、環状支持体３の成形工程を詳細に説明する。

まず、図１に示すように、せん断工程、曲げ工程、溶接工程を経て得られた環状体２の一方の周縁部（図１においては左方の周縁部）２ａを固定クランプ３０の受け溝３１ａに差し込む。つぎに、可動クランプ２０を固定クランプ３０側（図１においては左方側）に進行させることによって環状体２の他方の周縁部（図１においては右方の周縁部）２ｂを可動クランプ２０の受け溝２１ａに差し込み、環状体２を各クランプ２０、３０に固定する。

環状体２が固定されたら、図１に示すように、環状体２の軸を中心軸としてクランプ２０、３０を回動する。その後、図２（ｂ）に示すように、可動クランプ２０およびロール軸１６に固定クランプ３０側へ向かう推力を加えて圧縮方向ＣＤに進行させるとともに、ロール軸１６上の成形ロール１０に環状体２の内側から外側へ向かう推力を加える。その際、可動クランプ２０の推力が強すぎると、成形ロール１０の成形パターン１１による環状体２の変形よりも、軸方向の圧縮力による変形が強くなり、成形精度が保てない虞がある。また成形ロール１０の推力が強すぎると成形ロール１０が強く押し当てられた部分（例えば環状凸部１１Ａ、１１Ｂの頂点１１Ａｔ、１１Ｂｔ）の環状体２の板厚が薄くなってしまう。よって、可動クランプ２０の推力と成形ロール１０の推力の条件出しを行って、適当な推力で成形することが好ましい。

なお、環状体２を回転させてから成形ロール１０を環状体２に接触させてもよいが、成形ロール１０の摩耗を緩和するために、予め成形ロール１０を環状体２に接触させた状態で環状体２を回転させてもよい。図１においては、回転ロール１０には特に駆動手段を設けておらず、環状体２との摩擦力によって回転する構成であるが、成形ロール１０の摩耗を緩和するために、環状体２の回転に合わせて成形ロール１０を駆動手段によって回転させることもできる。

ここで、成形ロール１０は、成形途中の環状体２の成形パターン４’に噛み合うことにより環状体２とともに軸方向ＰＤに移動する力が加わることから、成形ロール１０およびロール軸１６間に介在したニードルベアリング１７Ａ、１７Ｂ・・・により、固定クランプ３０の方向（圧縮方向ＣＤ）へ移動しながら環状体２に押し当てられる。たとえば、図２（ｂ）に示すように、可動クランプ２０およびロール軸１６が固定クランプ３０の方向（圧縮方向ＣＤ）へ２Ｌだけ進行すると、環状体２の中央１１ｍは固定クランプ３０の方向へＬ（可動クランプ２０の移動量の半分）だけ進行する。なお、可動クランプ２０からみれば、成形ロール１０は、相対的に可動クランプ２０側（圧縮方向ＣＤと反対の方向。図２においては右方）にＬだけ後退したことになる。

また、この成形ロール１０は、図２（ａ）に示すように、初期位置として成形ロール１０の成形パターン１１の中央１１ｍが環状体２の側面２ｃの中央２ｍと重なる位置に配設されている。そして、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、成形ロール１０が半径方向ＲＤへ移動しても、その成形パターン１１の中央１１ｍは、環状体２の側面２ｃの中央２ｍと重なる位置に配設されている。つまり、成形ロール１０は、初期位置の配置とその後の成形ロール１０の軸方向ＰＤの移動によって、その中央１１ｍが環状体２の側面２ｃの中央２ｍと重なる位置を保ちながら、環状体２に成形パターン４’を成形する。

これら一連の動作によって、図２（ｃ）に示すように、環状体２の側面２ｃに成形パターン４’が成形される。成形ロール１０の成形パターン１１として、環状凸部１１Ａ、１１Ｂ及び平滑部１３Ａ、１３Ｂを有していれば、複数の成形工程を経ずとも１つの成形工程によって環状支持体３の環状凸部４ａ、４ｂ及び耳部６Ａ、６Ｂを成形することができる。

つぎに、図２から図４を用いて、本実施形態の環状支持体３の製造方法およびその成形装置１の作用を説明する。

図２に示すように、本実施形態の環状支持体３の製造方法およびその成形装置１は、回転している環状体２を軸方向ＰＤに圧縮するとともに、成形ロール１０を成形ロール１０の成形パターン１１の中央１１ｍが環状体２の側面の中央２ｍと重なる位置に常に保ちながら成形を行なうので、環状体２の中央２ｍを挟んで両側の形状が対称に成形される。そして、ある一部分に板厚分布が極端に偏ることなく環状体２全体がほぼ均一に変形される。図２に示す形状の場合は、環状凸部４ａの板厚分布と環状凸部４ｂの板厚分布が均一となり、所望の形状の成形パターン４を成形することができる。これは、４２％程度の破断ひずみを有するＳＳ鋼（一般構造用圧延鋼材）ではなく１７％程度の破断ひずみを有する高張力金属を用いる環状支持体３の製造および成形にとって、環状体２の板厚分布がほぼ均一になることは大変有利な効果となる。高張力金属の場合、板厚分布が不均一になると、成形途中に破断する可能性が高くなるからである。

実際に、成形後の板厚分布を測定すると、本発明の製造装置及び製造方法によって製造された環状支持体は、最も板厚が薄くなる環状凸部４Ａ、４Ｂの頂点であっても、最初の板厚の８７％程度であり、最も板厚が厚くなる環状凸部４Ａ，４Ｂの間の谷の部分でも１０５％程度であった。このため、環状支持体の板厚分布は、全体として最初の板厚の８７％〜１０５％の範囲内であり、ほぼ均一なものとなっている。

この成形に用いる成形ロール１０は、ニードルベアリング１７Ａ、１７Ｂ・・・を用いてロール軸１６上を移動可能に形成されているので、環状体２の成形時に成形途中の環状体２（図２（ｂ）を参照）に噛み合って生じる軸方向ＰＤの力を利用しながら成形ロール１０の成形パターン１１の中央１１ｍを環状体２の側面の中央２ｍと重なる位置に保つことができる。また、軸方向ＰＤに移動可能な成形ロール１０の初期位置は、成形ロール１０の右方（可動クランプ２０の配設側）に配設された弾性部材１８によって決められている。これによって、高度な位置制御を必要とする複雑な位置制御装置を用いることなく成形ロール１０の配設位置を中央２ｍ、１１ｍのそれぞれが重なる位置に保つことができる。また、ニードルベアリング１７Ａ、１７Ｂ・・・は成形ロール１０をロール軸１６上に回転可能にもするので、回転する環状体２に成形ロール１０を押し当てても、成形ロール１０が回転することで、環状体２と成形ロール１０との間に生じる摩擦を減らすことができる。

また、成形ロール１０の成形パターン１１として、環状凸部１１Ａ、１１Ｂ及び平滑部１３Ａ、１３Ｂを有し、外型２１、３１が成形ロール１０に対応した湾曲部２１ｃ、３１ｃおよび平滑部２１ｂ、３１ｂを有していると、１つの成形工程のみにおいて、環状支持体３の環状凸部４ａ、４ｂ及び耳部６Ａ、６Ｂを成形することができる。なお、図２に示すように、成形ロール１０の環状凸部１１Ａ、１１Ｂの頂点１１Ａｔ、１１Ｂｔから順に環状体２の側面２ｃの内側に接触していく。

ここで、成形ロール１０の成形パターン１１の環状凸部１１Ａ、１１Ｂにおける曲率半径ｒが、環状支持体３に成形される所望の成形パターン４の曲率半径Ｒよりも小さいと、成形ロール１０全体が押し当てられた状態の環状支持体３’の成形パターン４’の曲率半径ｒは、環状支持体３に成形される所望の成形パターン４の曲率半径Ｒよりも小さくなる。これは、成形ロール１０の半径方向ＲＤの推力を取り除くことによって、図３に示すように成形直後の環状支持体３’が図３の矢印の方向へスプリングバックを起こし、図４に示すように曲率半径ｒが所望の曲率半径Ｒへ拡大する形状に変化するためである。すなわち、成形直後の環状支持体３’の成形パターン４’の曲率半径ｒがスプリングバックによって大きくなっても、当該スプリングバックを予め想定して成形されているので、所望の曲率半径Ｒの成形パターン４を有する環状支持体３を製造もしくは成形することができる。

また、成形ロール１０の平滑部１３Ａ、１３Ｂが成形ロール１０の周縁部１４Ａ、１４Ｂへ向けて外径が小さくなるように傾斜させて形成されていると、成形ロール１０全体が押し当てられた状態の環状支持体３’の耳部６Ａ、６Ｂは、周縁部３ａ、３ｂへ向けて直径が小さくなるように傾斜する。これによって、図３に示すように成形直後の環状支持体３’が、スプリングバックによって、環状凸部４ａ、４ｂの外側の湾曲部５Ａ、５Ｂにおける直径が縮小するような形状変化または耳部６Ａ、６Ｂが環状支持体の半径方向外側に反り返る形状変化が生じても、図４に示すように所望の傾斜（例えば図４のような水平）の耳部６Ａ、６Ｂを有する環状支持体３を製造もしくは成形することができる。

また、成形ロール１０の平滑部１３Ａ、１３Ｂによって、環状凸部４ａ、４ｂの端において、環状体２の側面が半径方向の内側へ変形するのを防止することができるので、成形装置１のクランプ２０，３０へのかじり付きを低減し、環状支持体３’を成形装置１から容易に取り外すことが可能となる。さらに、図２（ｃ）に示すように、内型２２、３２の突出長さが短く、受け溝２１ａ、３１ａを浅くすれば、内型２２、３２に加わる力が少なくなるので、成形された環状支持体３’がかじり付いてクランプ２０、３０から外れにくくなることをより防止することができる。なお、クランプ２０、３０として、内型２２、３２を設けずに、外型２１、３１のみで環状体２を保持する構造とするとより環状支持体３’をさらに取り外しやすくなる。

また、図１および図２に示すように、環状支持体３の成形装置１のクランプ２０、３０は、断面コの字状の受け溝２１ａ、３１ａを有していることから、内型２２、３２および外型２１、３１によって生じる狭持力の他に、断面コの字状の受け溝２１ａ、３１ａに形成された底部と環状体２との当接によって固定クランプ３０および可動クランプ２０が軸方向ＰＤに環状体２を挟むことができる。すなわち、内型２２、３２および外型２１、３１の狭持力とクランプ２０、３０の圧縮力とを利用して環状体２を確実に狭持することができる。

このクランプ２０、３０の外型２１、３１は、成形ロール１０の環状凸部１１Ａ、１１Ｂの一部および平滑部１３Ａ、１３Ｂに環状体２を介して接触する湾曲部２１ｃ、３１ｃおよび平滑部２１ｂ、３１ｂを有しており、またその内型２２、３２は、成形ロール１０が環状体２を介して外型２１、３１に接触したときに成形ロール１０に接触しない程度の長さ分だけ環状体２の軸方向ＰＤの内側に突出している。これによって、環状支持体３の環状凸部４ａ、４ｂと耳部６Ａ、６Ｂとを有する成形パターン４を複数の成形工程を経ることなく１つの成形工程のみによって成形することができる。特に、外型２１、３１に湾曲部２１ｃ、３１ｃおよび平滑部２１ｂ、３１ｂを有していることにより、環状凸部４ａ、４ｂと耳部６Ａ、６Ｂとの境界部分５Ａ、５Ｂの応力歪みを緩和することができる。また、成形ロール１０と外型２１、３１とによって環状支持体３の耳部６Ａ、６Ｂの少なくとも一部が形成されることから、環状支持体３の耳部６Ａ、６Ｂの成形に内型２２、３２をあまり利用しなくてもよい。この結果として、上述したとおり、内型２２、３２の軸方向ＰＤへの突出長さを短くすることができるので、クランプ２０、３０に対するかじり付きを防止することができ、成形後の環状支持体３の取り外しが容易にできる。

以上のとおり、本実施形態の環状支持体３の製造方法およびその成形装置１によって、環状体２の板厚分布を環状体の側面の中央を中心として対称な形に成形することができ、全体として均一な板厚分布を保ちながら所望の成形パターンを有する環状支持体を製造することができる。また、１つの成形工程のみで環状支持体３のすべての部分を同時成形することも可能であるので、環状支持体３の生産性およびその成形装置１のコストパフォーマンスが向上するという効果を奏する。

また、本実施形態の環状支持体３の製造方法およびその成形装置１によって、スプリングバックによる形状変化を考慮しながら環状支持体３を製造もしくは成形することができるので、環状支持体３の成形精度が向上するという効果を奏する。

そして、本実施形態の環状支持体３の成形装置１では、環状支持体３がクランプ２０、３０の受け溝２１ａ、３１ａにかじり付き難いので、環状支持体３およびその成形装置１を傷めることを防止することができ、生産性も向上することができるという効果を奏する。

なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態の成形装置１においては、成形ロール１０の成形パターン１１の中央１１ｍを環状体２の側面２ｃの中央２ｍと重なる位置にするため、成形ロール１０をロール軸１６上を移動可能に形成してスライド機構を構成していたが、他の実施形態においては、このスライド機構は各中央位置２ｍ、１１ｍを制御する制御手段、例えばマイクロコンピュータ等を有する油圧シリンダなどを用いて構成されていてもよい。

また、本実施形態の成形装置１においては、両クランプ２０、３０の一方を固定しつつ他方を成形ロール１０のロール軸１６とともに可動させているが、他の実施形態においては、成形ロール１０を環状体２の半径方向ＲＤにおいて成形ロール１０の成形パターン１１の中央１１ｍが環状体２の側面２ｃの中央２ｍと重なる位置に成形ロール１０の配設位置を固定し、環状体２の軸方向ＰＤ両側に配設された両クランプ２０、３０を共に圧縮方向（図１の場合、右方のクランプ２０が右方から左方へ、左方のクランプ３０が左方から右方へ可動する方向）へ可動させることによって、環状体２に成形パターン４が成形されてもよい。

本発明の環状支持体の成形装置における一実施形態を示す部分的な軸方向断面図 （ａ）は環状体の成形開始時、（ｂ）は環状体の成形途中、（ｃ）は環状体の成形終了直前における本発明の環状支持体の製造方法における成形工程の一実施例の軸方向一部断面図 本発明の製造方法および成形装置によって製造もしくは成形された環状支持体の成形直後を示す部分断面図 本発明の製造方法および成形装置によって製造もしくは成形された環状支持体の成形後を示す部分断面図 ランフラットシステムの構成を示す部分断面図 （ａ）及び（ｂ）は従来の環状支持体の製造方法における第１の成形工程およびその成形装置を示す断面図 （ａ）及び（ｂ）は従来の環状支持体の製造方法における第２の成形工程およびその成形装置を示す断面図 （ａ）は従来の製造方法および成形装置によって成形された環状支持体を示す全体断面図、（ｂ）は図８（ａ）の楕円囲繞部を拡大した部分断面図、（ｃ）は破損状態を示す部分断面図

符号の説明

１ 成形装置
２ 環状体
２ａ、２ｂ 環状体の周縁部
２ｃ 環状体の側面
２ｍ 環状体の側面の中央
３ 環状支持体
４ 環状支持体の成形パターン
１０ 成形ロール
１１ 成形ロールの成形パターン
１１Ａ、１１Ｂ 成形ロールの環状凸部
１１ｍ 成形パターンの中央
１３Ａ、１３Ｂ 成形ロールの平滑部
１４Ａ、１４Ｂ 成形ロールの周縁部
１６ ロール軸
１７Ａ、１７Ｂ・・・ ニードルベアリング
１８ 弾性部材
２０、３０ クランプ
２１、３１ 外型
２１ａ、３１ａ 受け溝
２１ｂ、３１ｂ 外型の平滑部
２１ｃ、３１ｃ 外型の湾曲部
２２、３２ 内型
４０ 回転圧縮機

Claims (16)

1. 円筒状に形成された環状体の両端の周縁部をそれぞれ保持し、前記環状体の軸を中心軸として前記環状体を回転させながら、前記環状体に対して前記環状体の軸方向に圧力を加え、かつ、成形パターンをロール面に有する成形ロールを前記環状体の円筒内側から前記成形パターンの中央が前記環状体の側面の中央と重なる位置を保ちながら前記環状体の側面に押し当てることにより、前記成形パターンによって前記環状体を成形する成形工程を有することを特徴とする環状支持体の製造方法。
2. 前記成形ロールを前記環状体の軸方向に移動させることによって、前記成形パターンの中央が前記環状体の側面の中央と重なる位置を保つことを特徴とする請求項１に記載の環状支持体の製造方法。
   
   
3. 前記成形ロールの前記成形パターンは、軸方向断面が湾曲形状の環状凸部を有し、前記成形ロールの前記環状凸部の曲率半径は、前記環状支持体に成形される所望の成形パターンの対応する部分の曲率半径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の環状支持体の製造方法。
4. 前記成形ロールの前記成形パターンは、前記成形ロールの周縁部近傍に平滑部を有し、前記平滑部は、前記周縁部へ向けて外径が小さくなるように傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の環状支持体の製造方法。
5. 前記環状体として高張力金属を使用し、前記環状支持体は中子式ランフラットシステムに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の環状支持体の製造方法。
6. 円筒状に形成された環状体の両端の周縁部をそれぞれ保持するクランプを有するとともに、前記環状体の軸を中心軸として前記クランプを回転させながら前記環状体に対して前記環状体の軸方向に圧力を加える回転圧縮機と、
   前記回転圧縮機の作動時に、ロール面に形成された成形パターンを前記環状体の内側から前記環状体の側面に押し当てる成形ロールとを備え、
   前記成形ロールは、前記成形パターンの中央が前記環状体の側面の中央と重なる位置を保つスライド機構を有していることを特徴とする環状支持体の成形装置。
7. 前記成形ロールは、前記環状体の軸方向と平行に配設されたロール軸の軸方向に移動可能に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の環状支持体の成形装置。
8. 前記ロール軸は、前記成形ロールに対して前記成形ロールの軸方向に弾性力を生じる弾性部材を有していることを特徴とする請求項７に記載の環状支持体の成形装置。
9. 前記成形ロールは、前記成形ロールの中心軸に対して回転可能に形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。
10. 前記クランプは、前記環状体の周縁部を挟持する断面コの字状の受け溝を有していることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。
11. 前記成形ロールの前記成形パターンは、軸方向断面が湾曲形状の環状凸部を有し、前記成形ロールの前記環状凸部の曲率半径は、前記環状支持体に成形される所望の成形パターンの対応する部分の曲率半径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。
12. 前記成形ロールの前記成形パターンは、前記成形ロールの周縁部近傍に平滑部を有し、
    前記環状体の側面の外側と面する前記クランプの外型は、前記成形ロールの平滑部に前記環状体を介して接触する部分に平滑部を有していることを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。
13. 前記成形ロールの前記平滑部は、前記周縁部へ向けて外径が小さくなるように傾斜させて形成されており、
    前記外型の平滑部は、前記成形ロールの平滑部に対応して傾斜していることを特徴とする請求項１２に記載の環状支持体の成形装置。
14. 前記成形ロールの前記成形パターンは、軸方向断面が湾曲波形状の環状凸部を有し、
    前記環状体の側面の外側と面する前記クランプの外型は、前記成形ロールの前記環状凸部の一部に対応する湾曲部を有していることを特徴とする請求項６から１３のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。
15. 前記環状体の側面の内側と面する前記クランプの内型は、前記成形ロールが前記環状体を介して前記クランプの外型に接触したとき、前記内型の周縁部が前記成形ロールに接触しないように構成されていることを特徴とする請求項６から１４のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。
16. 前記環状体として高張力金属を使用し、前記環状支持体は中子式ランフラットシステムに用いられることを特徴とする請求項６から１５のいずれか１項に記載の環状支持体の成形装置。

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