JP2014100720A - 金属リングの製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製の円筒状ワーク（ドラム）に対してレーザ光を照射することで輪切り状に切断する工程において生じるスパッタを、前記円筒状ワークを保持する保持部材から除去する。
【解決手段】金属リング製造装置１０は、側壁に長手方向通路７６及び周回方向通路７８が形成された保持治具１６を有する。該側壁に保持された円筒状ワークＷが切断される際、周回方向通路７８に流入した溶融飛散物、又は該溶融飛散物が固化したスパッタは、該周回方向通路７８に供給される流体（例えば、圧縮エア）によって除去される。すなわち、前記流体によって保持治具１６の清掃がなされる。
【選択図】図２

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得る金属リングの製造方法及びその装置に関する。

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、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、砥石や刃具等のカッタが主に採用されているが、特許文献１、２に示されるようにレーザ光が採用される（すなわち、レーザ加工が行われる）こともある。

レーザ加工を行う場合、ドラム等の被切断物は、レーザ光が照射されることによって溶融する。すなわち、ドロスと指称される溶融物が生じてしまう。

特許文献１においては、被切断物の内部から切断部を通じて流出するアシストガスによってドロスを被切断物の外部に押し流し、さらに、該ドロスを、被切断物の表面を切断部の内側から外側、又は切断部の外側から内側へと流れるアシストガスによって吹き飛ばすことが提案されている。特許文献１によれば、これによりドロスが被切断物に付着することが回避される、とのことである。

また、特許文献２記載の技術では、略円筒形状をなし且つ縮径・拡径可能なドラム保持治具の側壁に、周回方向に沿って延在する環状溝を、長手方向に沿って複数本形成するようにしている。レーザ光は、レーザ光照射手段が各環状溝の上方に位置したときに照射される。このためにドロスが前記環状溝に捕捉されるので、ドラムにドロスが発生することが抑制される。

特開２００２−３５９７３号公報 特開２０１１−１６７７０２号公報

特許文献２記載の装置における環状溝に捕捉されたドロスは、該環状溝内で固化する（以下、固化物を「スパッタ」という）。従って、ドロスの捕捉位置がワーク保持治具の側壁に近接していると、スパッタの一部が環状溝から露出してドラムに当接する可能性がある。このような事態が発生すると、ドラムを略真円形状に矯正するべく前記ワーク保持治具が拡径した際、ドラムが内壁側からスパッタに押圧されることがある。この場合、ドラムを略真円形状に矯正することが困難となる。また、前記の当接の際にスパッタによってドラムに傷が入る懸念もある。

なお、特許文献１記載の技術は肉厚のパイプに孔を形成する穿孔加工であり、ドラムから金属リングを切り出すものではない。すなわち、ドラム保持治具を拡径することで被切断物を略真円形状に矯正するものではなく、従って、上記した不具合が生じることもない。結局、特許文献１を参照しても、上記の不具合を回避し得る方策を見出すことはできない。

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、ドラムを略真円形状に矯正することが容易であり、しかも、ドラムに傷が入る懸念を払拭し得る金属リングの製造方法及びその装置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製造装置であって、
その側壁が前記円筒状ワークの貫通孔に通されたとき、前記側壁が該貫通孔の内壁に対して接近する方向に変位し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とともに該円筒状ワークを保持する中空の保持治具と、
前記レーザ光照射手段がレーザ光を照射することで前記円筒状ワークを切断する際に発生し、前記保持治具の内部に進入した溶融金属又はその凝固物を除去するための流体を供給する保持治具清掃機構と、
を備えることを特徴とする。

この構成においては、保持治具の内部に進入した溶融飛散物（溶融金属）や、それが固化して生じたスパッタ（凝固物）が、流体に押圧されることで保持治具から押し剥がされる。すなわち、除去される。これにより、保持治具の内部を容易に清掃することができる。

従って、スパッタの一部が環状溝から露出することが回避される。このため、スパッタが円筒状ワーク（ドラム）に当接することが回避されるので、円筒状ワークを略真円形状に矯正することが容易である。また、スパッタによって円筒状ワークに傷が入る懸念を払拭することもできる。

保持治具としては、例えば、側壁に周回方向に沿って延在する周回方向通路と、長手方向に沿って延在するとともに前記周回方向通路に連通する長手方向通路とが形成されたものを用いることができる。この場合、レーザ光照射手段は、前記周回方向通路の位置で停止してレーザ光を照射することにより、円筒状ワークを切断する。

従って、溶融金属は前記周回方向通路に進入する。すなわち、この場合、周回方向通路に進入した溶融金属又はその凝固物を除去することになる。このためには、前記保持治具清掃機構から供給された前記流体を、前記長手方向通路を流通させて前記周回方向通路に分配すればよい。

また、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、
前記円筒状ワークの貫通孔に、中空な保持治具の側壁を通す工程と、
前記保持治具の前記側壁を、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とともに該円筒状ワークを保持する工程と、
前記保持治具の前記側壁に保持された前記円筒状ワークを、前記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工程と、
を有し、
前記円筒状ワークをレーザ光で切断する際に発生して前記保持治具の内部に進入した溶融金属又はその凝固物を、保持治具清掃機構から供給した流体によって除去することを特徴とする。

このように流体を保持治具の内部に供給することにより、該内部に進入したスパッタを容易に除去することができる。すなわち、保持治具の内部が清掃されるので、スパッタの一部が保持治具から露出することが回避される。その結果、スパッタが円筒状ワークに当接することが回避されるので、円筒状ワークを略真円形状に矯正することが容易となるとともに、スパッタによって円筒状ワークに傷が入る懸念が払拭される。

円筒状ワークをレーザ光で切断する際には、前記保持治具の内部に、該保持治具を冷却するための冷却媒体を流通することが好ましい。これによりドロスが発生することを抑制することができるので、溶融金属が保持治具の内部に進入することを抑制し得る。その結果、保持治具の内部から除去すべき溶融金属ないしスパッタの量が低減する。

本発明によれば、円筒状ワークを保持する保持治具の側壁に、周回方向に沿って延在する周回方向通路を設け、該周回方向通路に対して流体を導入することで該周回方向通路からスパッタを除去するようにしている。このため、該周回方向通路において、スパッタの一部が露出することが回避されるので、スパッタがドラムに当接することが回避される。

従って、円筒状ワークを略真円形状に矯正することが容易となる。また、スパッタによって円筒状ワークに傷が入る懸念を払拭することもできる。

本発明の実施の形態に係る金属リング製造装置の一部断面平面図である。 図１に示す金属リング製造装置の要部断面側面図である。 保持治具の全体概略斜視図である。 前記保持治具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に示す金属リング製造装置の要部正面図である。 押圧用部材及び保持治具が図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、それを実施する金属リング製造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製造装置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。この金属リング製造装置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治具１６と、前記保持治具１６に保持された円筒状ワークＷ（ドラム）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。

金属リング製造装置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、冷却媒体及び清掃用流体としての圧縮エアを供給し、保持治具清掃機構を構成する圧縮エア供給源（図示せず）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、保持治具１６は、第１径変化用部材４４の大径なフランジ部４５、第１連結部材４６及び第２連結部材４７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径変化用部材４４の円柱状突部５０が挿入されるとともに、フランジ部４５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、フランジ部４５と第１連結部材４６は、図示しないボルトを介して互いに連結される。

さらに、第２連結部材４７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４６のボルト穴に深く進入する。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。

ここで、第１連結部材４６における第２連結部材４７を臨む側の端面には、環状の嵌合用凸部５５が突出形成される。一方、第２連結部材４７における第１連結部材４６を臨む側の端面には、嵌合用凹部５６が陥没形成される。この嵌合用凹部５６に前記嵌合用凸部５５が進入して嵌合することにより、第１連結部材４６が第２連結部材４７に強固に保持される。

第２連結部材４７には、挿入孔５７が貫通形成される。一方、図２及び図３に示すように、保持治具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が前記挿入孔５７に挿入される。すなわち、第２連結部材４７は、小径部５８に外嵌されている。

以上の構成において、フランジ部４５、第１連結部材４６及び第２連結部材４７には、互いに連通する第１連通路６０、第２連通路６２、第３連通路６４がそれぞれ複数本形成される。この中の第１連通路６０は、前記内孔３６に連通する。また、第２連通路６２は、第１連通路６０に連通する第１水平通路と、放射状に延在する放射状通路と、第３連通路６４に連通する第２水平通路とを含む。

図３に示すように、保持治具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、保持治具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。

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

長手方向通路７６の各々は、保持治具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長手方向通路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長手方向通路７６が隣接する。

保持治具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、隣接する長手方向通路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、長手方向通路７６を介してのみ挿入用貫通孔７０に連通する。

小径部５８の端面、及び堰止部６８の端面には、長手方向通路７６に連通する第１連通孔７９、第２連通孔８０がそれぞれ形成される。図２から諒解されるように、第１連通孔７９は第３連通路６４に連なり、結局、長手方向通路７６は、第１連通孔７９、第３連通路６４、第２連通路６２及び第１連通路６０を介して内孔３６に連通する。

このように構成される保持治具１６の内部には、図２に示すように押圧用部材８２が挿入され、さらに、該押圧用部材８２の内部には、第１径変化用部材４４及び第２径変化用部材８４が挿入される。

図２に示すように、押圧用部材８２は中空体である。そして、押圧用部材８２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８２は、弾性変形を起こすことが容易である。

押圧用部材８２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８２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４４は、等径部９２を介して前記フランジ部４５に連なり、且つ押圧用部材８２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８２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８２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４４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４４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４４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４４の円柱状突部５０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、保持治具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、保持治具１６の回転中心Ｏから延在する線、すなわち、保持治具１６の半径（仮想線Ｍ１）に対し、回転方向上流側にオフセットされて該保持治具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。

本実施の形態に係る金属リング製造装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。

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、保持治具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、保持治具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。

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、保持治具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４４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４４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４４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４４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４４及び第２径変化用部材８４の双方が、押圧用部材８２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４４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８２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８２の直径方向外方に向かう。

この押圧によって、押圧用部材８２が拡径される。押圧用部材８２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８２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８２は、保持治具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、保持治具１６には、長手方向通路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、保持治具１６も弾性に富む。すなわち、保持治具１６は、押圧用部材８２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。このため、該円筒状ワークＷの内壁から外壁までの距離（肉厚）が、レーザ光Ｌの焦点深度内となる。

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が保持治具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４４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８２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４４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４４及び第２径変化用部材８４が、押圧用部材８２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４４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８２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８２を拡径する押圧力がなくなるので、該押圧用部材８２が縮径する。

これに伴い、保持治具１６の保持部６６も縮径する。保持治具１６が、押圧用部材８２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、保持治具１６の保持部６６、及び押圧用部材８２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に連結された保持治具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、保持治具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、冷却媒体及び清掃用流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４４のフランジ部４５、第１連結部材４６、第２連結部材４７の各々に形成された第１連通路６０、第２連通路６２及び第３連通路６４を経由した後、第１連通孔７９を通過して長手方向通路７６（図３参照）に到達する。長手方向通路７６が挿入用貫通孔７０及び周回方向通路７８に連通しているため、圧縮エアは、周回方向通路７８に分配されるとともに保持治具１６の内部に導入される。従って、圧縮エアは、円筒状ワークＷの内壁に対し、その長手方向及び周回方向に沿って接触する。

保持治具１６の保持部６６、及び押圧用部材８２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、上記のようにして保持治具１６の内部及び側壁に圧縮エアが到達することにより、該保持治具１６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８２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。

ここで、円筒状ワークＷは、上記したように矯正によって、その内壁から外壁までの距離（肉厚）がレーザ光Ｌの焦点深度内となっている。従って、集光径が比較的小さくエネルギ密度が高いレーザ光Ｌを円筒状ワークＷに照射することができる。その結果、照射の際、円筒状ワークＷの切断部位の金属材の大部分を、溶融ではなく昇華させることができる。すなわち、溶融量を可及的に少なくしながら円筒状ワークＷの除去加工を行うことができる。従って、円筒状ワークＷが受ける熱影響を小さくしながら、切断で生じる溶融飛散物の量を少なくすることができる。

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。このために溶融金属が発生し難くなるので、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。

また、保持治具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、保持治具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が保持治具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Ｗ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Ｍ２が保持治具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。保持治具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、空気膜を吸引ノズル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。

それでもなお、溶融金属が飛散して周回方向通路７８に進入する可能性がある。ここで、周回方向通路７８には、上記したように圧縮エアが流通している。このため、この溶融金属、又は該溶融金属が冷却固化したスパッタは、圧縮エアに同伴されて速やかに長手方向通路７６等に排出される。これにより周回方向通路７８の底面、側面が清掃される。

以上のようにしてスパッタが周回方向通路７８から除去されるので、円筒状ワークＷが内周面側からスパッタに押圧されることが回避される。従って、円筒状ワークＷを略真円形状に矯正することが容易となるとともに、スパッタによって円筒状ワークＷに傷が入る懸念を払拭することができる。

このようにして清掃が実施されている間、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４７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、保持治具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、保持治具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、冷却媒体及び清掃用流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。また、冷却媒体及び清掃用流体は、別個の流体であってもよい。

冷却媒体が液体であるときには、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。

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、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…金属リング製造装置 １２…スピンドル
１４…モータ １６…保持治具
１８…加工ヘッド ４４…第１径変化用部材
５８…小径部 ６０、６２、６４…連通路
６６…保持部 ６８…堰止部
７０…挿入用貫通孔 ７６…長手方向通路
７８…周回方向通路 ７９、８０…連通孔
８２…押圧用部材 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 (4)

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製造装置であって、
   その側壁が前記円筒状ワークの貫通孔に通されたとき、前記側壁が該貫通孔の内壁に対して接近する方向に変位し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とともに該円筒状ワークを保持する中空の保持治具と、
   前記レーザ光照射手段がレーザ光を照射することで前記円筒状ワークを切断する際に発生し、前記保持治具の内部に進入した溶融金属又はその凝固物を除去するための流体を供給する保持治具清掃機構と、
   を備えることを特徴とする金属リング製造装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記保持治具には、前記側壁に周回方向に沿って延在する周回方向通路と、長手方向に沿って延在するとともに前記周回方向通路に連通する長手方向通路とが形成され、
   前記レーザ光照射手段は、前記周回方向通路の位置で停止してレーザ光を照射することで前記円筒状ワークを切断し、
   且つ前記保持治具清掃機構から供給された前記流体が、前記長手方向通路を流通して前記周回方向通路に分配され、前記周回方向通路に進入した溶融金属又はその凝固物を除去することを特徴とする金属リング製造装置。
3. 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、
   前記円筒状ワークの貫通孔に、中空な保持治具の側壁を通す工程と、
   前記保持治具の前記側壁を、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とともに該円筒状ワークを保持する工程と、
   前記保持治具の前記側壁に保持された前記円筒状ワークを、前記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工程と、
   を有し、
   前記円筒状ワークをレーザ光で切断する際に発生して前記保持治具の内部に進入した溶融金属又はその凝固物を、保持治具清掃機構から供給した流体によって除去することを特徴とする金属リングの製造方法。
4. 請求項３記載の製造方法において、前記円筒状ワークをレーザ光で切断する際、前記保持治具の内部に、該保持治具を冷却するための冷却媒体を流通することを特徴とする金属リングの製造方法。

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