CN101175583A - 圆筒轴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆筒轴(20)，其由弯曲加工后的金属板(10)形成，金属板(10)具有：凸部(16)，其包括从金属板(10)的接合的一对端部(12、14)的一端部(12)突出且越离开一端部(12)宽度越变宽的部分；凹部(18)，其形成在一对端部的另一端部(14)上，具有与凸部(16)互补的形状，并与凸部(16)嵌合。能提供一种正圆度高、纵向翘曲及横向翘曲都少、直线性优越的圆筒轴(20)。

Description

圆筒轴及其制造方法

技术领域

本发明涉及圆筒轴。尤其涉及将金属板弯曲加工后制造的圆筒轴及其制造方法。

对于承认根据文献参照而插入的指定国而言，将下述日本国申请所记载的说明书和附图的内容通过参照而插入到本申请中，作为本申请记载的一部分。

特愿2005-077574号申请日：平成17年3月17日

特愿2006-043955号申请日：平成18年2月21日

背景技术

弯曲加工金属板而制造圆筒状的制品的技术很多。下述专利文献1中公开了弯曲比较薄的金属板从而制造小径管的技术。即，专利文献1公开了如下的技术：通过与作为目的的圆筒状制品的内径大致相等的芯滚筒、压紧在芯滚筒上并联动旋转的一对压紧滚筒、及以独特的路径张挂在各滚筒上的引导带，使金属板密接在芯滚筒上同时进行成形。而且还记载了由此可进行没有桶型变形的成形。

专利文献1：特开2003-245721号公报

但是，例如以降低成本为目的，想要使用圆筒状制品替代通过切削加工制造的细径的实心金属制圆棒材时，还是无法制造出表面的正圆度、轴向的直线性等方面具有满意质量的圆筒制品。

发明内容

以解决所述问题为目的，根据本发明的第1方面，提供一种圆筒轴，其由接合了对置的一对端部的金属板形成，其特征在于，端部分别具有：凸部，其包括从端部突出且越离开端部宽度越变宽的部分；凹部，其包括从端部凹进且越离开端部宽度越变宽的部分，端部的一凸部及凹部分别与端部的另一凹部和凸部相互嵌合。由此，不会因为金属板的回弹而使端部分开，可在不进行焊接等接合工序的情况下维持圆筒轴的形状。而且，用于弯曲加工的金属板的展开长度变长，有助于良好的弯曲加工。

另外，根据一个实施方式，在所述圆筒轴中，与端部邻接而具有相对于端部大致成直角的直线状部分。这样，凹部和凸部的轮廊与直线状部分密接，能提高圆筒轴的扭转刚性。

另外，根据其他实施方式，在所述圆筒轴中，直线状部分沿着圆筒轴的长度方向等间隔配置。这样，可以使圆筒轴的物理特性在全长上均匀，能够防止局部变形的发生。

另外，根据其他实施方式，在所述圆筒轴中，直线状部分沿着圆筒轴的长度方向形成在凸部和凹部的相同侧。这样，由于能够等间隔配置凸部和凹部，所以圆筒轴的物理特性更加均匀。因此，可以使圆筒轴的物理特性在全长上均匀，能够更有效地防止局部变形的发生。

另外，根据其他实施方式，在所述圆筒轴中，在轴向上配置多个沿周向延伸的凹口。这样，缓和了圆筒轴在轴向产生的应力，使圆筒轴不易发生翘曲等变形。

另外，根据其他实施方式，在所述圆筒轴中，凹口配置在凸部及凹部上。这样，缓和了凹部和凸部嵌合而产生的应力，可保持轴向的直线性。

另外，根据其他实施方式，在所述圆筒轴中，凹口配置在轴向的凸部和凹部间。这样，可缓和圆筒轴整体的残留应力，保持轴向的直线性。

进而，根据本发明的第2实施方式，在所述圆筒轴中，在内面上具有沿周向延伸且在轴向上配置多个的凹口。这样，圆筒轴表面变得平滑，可以进行和实心圆棒材相同的处理。

另外，根据其他实施方式，在所述圆筒轴中，配置沿轴向延伸的凹口。这样，可缓和圆筒轴的周向的残留应力，保持高正圆度。

另外，作为本发明的第3实施方式，提供一种制造圆筒轴的制造方法，所述圆筒轴通过将金属板弯曲加工，并将对置的一对端部相互接合，从而使与长度方向正交的各剖面的形状为圆形，所述制造圆筒轴的制造方法的特征在于，依次执行以下工序：形成金属板的准备工序，金属板在一对端部分别具有：凸部，其包括从端部突出且越离开端部宽度越变宽的部分；凹部，其包括从端部凹进且越离开端部宽度越变宽的部分；预备工序，其在与圆筒轴的长度方向正交的各剖面上，将除去凸部之外的金属板的两端附近弯曲成圆弧；中间工序，其在与圆筒轴的长度方向正交的各剖面上，将金属板的中央附近的形状弯曲成圆弧；精加工工序，其在与圆筒轴的长度方向正交的剖面上，沿整个宽度将金属板弯曲成圆形，并且使凸部及凹部相互嵌合。这样，宽度变化的凸部和凹部相互圆滑地嵌合，不会因为金属板的回弹而再变形，可以制造出在不进行焊接等接合工序的情况下维持形状的圆筒轴。

还有，根据一个实施方式，在所述制造方法中，在弯曲加工所述金属板后使所述一对端部接合的过程中，使所述金属板的端部相互接近后，使所述凸部和凹部分别相互嵌合。这样，在接合金属板的端部的过程中，可以避免如下情况：凸部的宽度宽的部分和凹部的宽度窄的部分相互干涉而使金属板变形。

另外，所述发明的概要并不是列举了本发明所需要的所有特征，这些特征组的变形组合也在本发明的保护范围之内。

附图说明

图1是表示作为本发明涉及的圆筒轴20的材料的金属板10的形状的图。

图2是表示对金属板10进行最初的弯曲加工所使用的模具30的剖面图。

图3是表示使用图2所示的模具30弯曲加工后的金属板10的剖面形状的图。

图4是表示对金属板10进行接着的弯曲加工所使用的模具40的剖面图。

图5是表示使用图4所示的模具40弯曲加工后的金属板10的剖面形状的图。

图6是表示对金属板10进行最后的弯曲加工所使用的模具50的剖面图。

图7是表示形成圆筒轴20后的金属板10的剖面形状的图。

图8是表示圆筒轴20的接合部的状态和凹部18及凸部16的配置的图。

图9是圆筒轴20的接合部的放大示意图。

图10是示意地表示圆筒轴20的翘曲的图。

图11是以剖面表示圆筒轴20的翘曲方向的图。

图12是表示其他实施方式涉及的圆筒轴120的接合部的图。

图13是表示其他实施方式涉及的圆筒轴130的接合部的图。

图14是表示其他实施方式涉及的圆筒轴140的接合部的图。

图15是表示其他实施方式涉及的圆筒轴150的凹口155的配置的图。

图16是表示图15所示的圆筒轴150的B箭头剖面的图。

图17是表示其他实施方式涉及的圆筒轴170的凹口175的配置的图。

图18是表示其他实施方式涉及的圆筒轴180的凹口185、187的配置的图。

图19是图18所示的圆筒轴180剖面图。

图20是表示其他实施方式涉及的金属板219的形状的图。

图21是弯曲加工金属板219后制作的圆筒轴210的接合部的局部放大图。

图22是进一步表示其他实施方式涉及的圆筒轴220的接合部的局部放大图。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式说明本发明，但是，本发明所要求保护的范围并不限定于以下实施方式，而且实施方式中说明的特征的所有组合并不一定都是本发明的必要技术特征。

图1是表示作为本发明涉及的圆筒轴20的材料的金属板10的形状的图。如该图所示，该金属板10整体为矩形，但通过弯曲加工使其作为对置的长边的一对端部12、14对合，从而形成将长度方向作为轴向的圆筒轴20。这里，准备了长度方向的尺寸为314mm、一端部12到另一端部14为止的长度为10mm的金属板10。

在所述金属板10的一端部12留有间隔地形成多个从端部12突出的凸部16。另外，在另一端部14留有间隔地形成多个从端部14向端部12形成的凹部18。进而，各凸部16和各凹部18沿金属板10的长度方向配置在相同位置。

图2表示对所述金属板10进行最初的弯曲加工所使用的模具30的形状。如该图所示，模具30具有包括相互互补形状的加工面31、33的模32和冲头34。就模32和冲头34的加工面而言，中央附近是平坦的，另一方面，两端部具有约90度的圆弧状剖面形状。

另外，该模具30在保持所述剖面形状的状态下沿纸面的进深方向延伸。另外，该模32及冲头34的加工面具有与除去凸部16及凹部18以外的金属板10的宽度相同的宽度。所述金属板10以其长度方向与纸面的进深方向一致的方式插入以上那样构造的模具30。

图3是表示用图2所示的模具30弯曲加工后的金属板10的剖面形状的图。如该图所示，金属板10的短边方向的两端接受弯曲加工，形成了具有内角约90度的圆弧状剖面的被弯曲加工部22、24。另外，如前所述，模32及冲头34的加工面由于对应于金属板10整体的尺寸，因此，弯曲除去形成有凸部16及凹部18的端部附近的金属板10的两端，形成圆弧状剖面。

图4是表示对图3所示的金属板10进行接着的弯曲加工所使用的模具40的形状的图。如该图所示，该模具40具有模42及冲头44。这里，模42具有圆弧状剖面，包括向上开放的加工面41。与此相对，冲头44在下端具有包括圆弧状剖面的加工面43。进而，在加工面43的上方，形成有用于避开通过弯曲加工而上升的金属板10的端部14、12的退让部45。

图5是表示用图4所示的模具40弯曲加工后的金属板10的剖面形状的图。如该图所示，金属板10以从其端部14到凸部16的前端的中央与模具40的加工面41、43的中心一致的方式被装入并弯曲加工。

另外，除了由模具30弯曲加工成圆弧状的被弯曲加工部22、24之外，还形成有也被弯曲加工成圆弧状的另一被弯曲加工部26。另一方面，被弯曲加工部22和被弯曲加工部26之间以及被弯曲加工部24和被弯曲加工部26之间分别留有非弯曲加工部21和23。

图6是表示对图5所示的金属板10进行最后弯曲加工所使用的模具50的形状的图。如该图所示，该模具50除了具有模52及冲头54之外，还具有芯模56。模52具有从其上面稍微抬起而形成的具有圆弧状剖面形状的加工面51。与此相对，冲头54在从其下端面向上方退避的位置具有也呈圆弧状剖面形状的加工面53。

另外，加工面51的外侧的侧部和冲头54的加工面53以外的前端部为互补的形状，使冲头54下降时，二者不会接触。芯模56是具有与最终获得的圆筒轴20的内径大致相同的外径的圆棒，装入在模具40中被弯曲加工的金属板10中使用。

相对于如上所述的模具50，已经被模具40弯曲加工后的金属板10首先以被弯曲加工部26的外侧接触到加工面51的内部的方式装入模52。然后，将芯模56放在金属板10的内部。

以所述状态使冲头54下降，则金属板10的端部14和包含凸部16的端部12相互接近，不久凸部16嵌入凹部18中。进而，如果将冲头54下压，则包含凸部16和凹部18的端部12、14附近在冲头54的加工面53和芯模56之间整体成形为圆弧。

同时，在芯模56的下侧，在芯模56和模52的加工面51之间，弯曲加工包括非弯曲加工面21、23的金属板10。因此，通过用模具50进行的弯曲加工，金属板10变为整体具有环状剖面的圆筒。另外，加工所述的金属板10而获得的圆筒轴20的外径是大约5mm。

图7是表示用图6所示模具50制造的圆筒轴20的剖面形状的图。如该图所示，通过模具30、模具40及模具50的一系列弯曲加工，金属板10形成为整体以相同的曲率弯曲的圆筒轴20。这里，金属板10，包含其凸部16，整体弯曲加工为相同曲率，所以，形成了正圆度高的圆筒轴20。

另外，在金属板10从图5所示的剖面形状加工成图7所示的剖面形状的过程中，凸部16和凹部18相互嵌合。这里，凸部16的宽度宽的部分贯入了凹部18的宽度窄的部分时，有时金属板10会发生不规则变形。因此，应该探讨冲头54的加工面53的形状，注意使凸部16和凹部18平滑地嵌合。具体而言，在与圆筒轴20的长度方向正交的各剖面上，维持相对于端部12、14的切线相互交叉的状态，同时使端部12、14相互接近，使凸部16的宽度宽的部分通过凹部18的宽度宽的部分。这样，加工变得平滑，并且可防止金属板10的不规则变形。

图8是表示从接合部看圆筒轴20的状态的图。如该图所示，各端部12、14密接。此外，凸部16和凹部18相互嵌合。还有，各凸部16相互的间隔D₁～D_x在圆筒轴20的全长上是一定的。

图9是图8所示圆筒轴20的凸部16和凹部18的接合状态的放大图。如该图所示，凸部16具有越向其前端宽度越变宽的形状。与此相对，凹部18越接近端部14宽度越变窄。这样，即使在因金属板10的弹性而引起的回弹的作用下，作用沿着圆筒轴20的周向扩散的力，凸部16和凹部18的嵌合也不会脱开。因此，该圆筒轴20可以不需要焊接、粘接等工序，能原封不动地作为轴制品使用。

另外，凸部16和凹部18的形状如果包括能够克服回弹的部分，则可以为任意形状。即，例如凸部16的轴长方向的宽度非常长时，由于凸部16的轴长方向的压曲，有时凸部16和凹部18的嵌合会脱开。在这样的情况下，也可以在凸部16的轴长方向将中央附近加长，提高凸部16的强度。还有，如果将作为材料的金属板弯曲成锐利形状，则容易产生应力集中，所以，也可以形成整体圆滑的形状。另外，如果至少凸部16的一部分具有越向其前端宽度越变宽的形状，且凹部18具有与其互补的形状，则也可以在其上加上其它形状。例如，凸部16可以是大致圆盘状，且具有将其圆周的一部分和金属板10的本体相连的连结部。

在本实施例中，如图中所示，凹部18的端部14的开口宽度为5mm、凸部16的高度(凹部18的深度)为1.4mm。另外，凸部16的前端(凹部18的深处)分别比其根部宽出0.05mm。

如以上说明所述，通过重复减少了一次弯曲加工量的工序，可以用弯曲加工制造出正圆度高的圆筒轴。另外，通过在用于弯曲加工的金属板的端部形成互补的凹部和凸部并使其嵌合，可以不需要焊接、粘接等接合工序，能只以弯曲加工来保持圆筒形状的形状。

图10是示意地表示所述圆筒轴20产生的翘曲的概念的图。如该图所示，使金属板10的合缝28向上，假想与圆筒轴20的轴向正交的X-Y坐标时，有时产生圆筒轴20的长度方向的中心沿Y轴方向变位的纵向翘曲和沿X轴方向变位的横向翘曲。

图11是表示在从图10的A箭头方向看的圆筒轴20的剖面中的、所述纵向翘曲和横向翘曲的方向的示意图。如该图所示，这里，设上方或右方为正值，但翘曲量优选无论正负绝对值都小。即，所述那样的圆筒轴20的正圆度高，但有大的翘曲时，尤其不适合作为旋转轴使用。

图12是表示在所述翘曲中与横向翘曲或翘曲的横成分对应的圆筒轴120的实施方式的图。如该图所示，在该实施方式中，相对于形成圆筒轴120的金属板129的各端部122、124，分别以等间隔分别交替形成凸部126、123和凹部128、121。这样，金属板129的展开长度变长，并且金属板129的形状在短边方向变得对称，因此，可以进行精度高的弯曲加工。另外，凸部126、123和凹部128、121的嵌合部产生的应力也对称分散，所以，能降低圆筒轴120的横向翘曲。

图13是表示也与横向翘曲对应的圆筒轴130的其他实施方式的图。如该图所示，在该实施方式中，相对于金属板139的一对端部132、134，凸部136、133和凹部138、131数量不同。这是在所述圆筒轴130的翘曲在圆筒轴130的长度方向的两端部轻微、而在中央部较多时有效的结构。这样，圆筒轴130也可以应对于发生复杂的横向翘曲那样的材料和规格。

图14是表示与横向翘曲对应的圆筒轴140的其他实施方式的图。如该图所示，该圆筒轴140中，在金属板149的各端部，凸部143、146彼此之间直接形成了凹部141、148。因此，端部相互的形状对称，不易发生横向翘曲。

图15是表示所述翘曲中与纵向翘曲或翘曲的纵成分对应的圆筒轴150的实施方式的图。如该图所示，在该实施方式中，圆筒轴150和图12所示的圆筒轴120同样，相对于金属板159的各端部152、154，分别交替形成凸部156、153和凹部158、151。另外，在该圆筒轴150中，在形成其的金属板159中的各凸部153、156和凹部158、151分别配置的位置，在金属板159的内侧，形成有减少其板厚且沿周向延伸的凹口155。

图16表示图15所示的圆筒轴150的B箭头剖面。如该图所示，凹口155是在形成圆筒轴150的金属板159上形成的槽，在该部位，金属板159自身的刚性下降。通过这样的结构，可以缓和因为凸部156、153以及凹部158、151嵌合而产生的轴向应力的作用，降低圆筒轴150自身的纵向翘曲。

在所述实施方式中，重视圆筒轴150的表面正圆度，在内面形成了凹口155。但是，根据圆筒轴150的用途，有时在表面形成凹口155也无妨。

图17是表示也与纵向翘曲对应的其他实施方式涉及的圆筒轴170的凹口175的配置的图。如该图所示，该圆筒轴170中凸部176、173以及凹部178、171的配置也和图12所示的实施例相同。与此相对，凹口175设置在凸部176、173或者凹部178、171的相互之间。但是，这样也可以缓和在接合部沿轴向伸展的应力的作用，降低纵向翘曲。

图18是进一步表示其他实施方式涉及的圆筒轴180的凹口185、187的配置的图。如该图所示，该圆筒轴180中的凸部186、183以及凹部188、181以及沿周向延伸的凹口185的配置也和图17所示的圆筒轴170相同，这些构成要素的作应也相同。其中，在该实施方式中，还追加了沿圆筒轴180的轴向延伸的多个凹口187。

图19是表示图18所示的圆筒轴180在与长度方向正交的面剖开的剖面图。如该图所示，在圆筒轴180的内面等间隔形成有凹口187。该凹口187也和凹口185同样，减少金属板189的厚度而形成，可缓和金属板189的周向应力的作用。这样，具有持续保持圆筒轴180的高正圆度的效果。另外，从图15到图19所示的圆筒轴150、170、180例如也可以使用预先形成有凹口的金属板作为材料来制造。

图20是表示作为其他实施方式涉及的圆筒轴210的材料的金属板219的形状的图。和图1所示的金属板10同样，金属板219也是整体为矩形，但是，这里，为了便于理解凸部211及凹部213的形状，而将金属板219的一部分放大表示。

如该图所示，在金属板219的端部215、217上交替形成有凸部211和凹部213。这里，凸部211和凹部213具有相互互补的形状。另外，如图中虚线所示，一端部215的凸部211和凹部213形成在沿金属板219的长度方向与另一端部217的凹部213和凸部211对置的位置上。

另外，端部215、217的凸部211和凹部213的宽度W₁随着远离端部215、217而扩展到宽度W₂。其中，凸部211和凹部213的与端部215、217邻接的一对侧端部之一为与端部215、217呈直角的直角侧端部216。与此相对，在另一侧，形成与215、217夹着锐角的倾斜侧端部218。另外，如果着眼于凸部211和凹部213的各直角侧端部216的配置，则在该实施方式中，在一端部215、217上，凸部211的直角侧端部216和凹部213的直角侧端部216沿金属板219的长度方向形成在相互相反侧。

图21是放大表示将图20所示的金属板219弯曲加工而制作的圆筒轴210的接合部的一部分的图。对与图20相同的构成要素标注相同的参照号码，省略重复的说明。

如该图所示，在接合了端部215、217的部分，凸部211和凹部213相互嵌合。这里，凸部211和凹部213都是越远离端部215、217宽度越变宽。因此，金属板219的回弹进行作用时，也不会由于嵌合的凸部211和凹部213脱离而导致端部215、217脱离。

在各凸部211以及凹部213中，各直角侧端部216相互沿长度方向对置。当该圆筒轴210发生扭曲之类的应力作用时，相对于图中的接合部在接合部上侧212及接合部下侧214，金属板219在圆筒轴210的长度方向上向相互相反的方向变位。但是，该圆筒轴210中，由于与变位的方向成直角的直角侧端部216相互密接，所以抑制了变位。另外，直角侧端部216可以比倾斜侧端部218具有更高精度，因此，直角侧端部216彼此之间的间隙小。从而，该圆筒轴210具有高扭转刚性。

图22是其他实施方式涉及的圆筒轴220的接合部的局部放大图。如该图所示，该圆筒轴220中，金属板229上形成的凸部221以及凹部223的各形状和图21所示的圆筒轴210相同。但是，在该圆筒轴220上，所有的凸部221及凹部223的直角侧端部216在图上的右侧形成。因此，在圆筒轴220的长度方向上，以等间隔D配置凸部221以及凹部223，且直角侧端部216的间隔也以等间隔D配置。这样，在圆筒轴220的长度方向上均匀地具有高扭转刚性。

如以上的详细说明所述，根据本发明，可以将金属板弯曲加工制造出具有高正圆度和直线性的中空圆筒轴。该圆筒轴可以代替实心的金属制圆棒材使用。因此，可以在由于部件精度的限制而不得不使用基于切削加工的实心材的众多机械、器具中降低材料成本。另外，该圆筒轴比实心材轻量，所以，使用它不仅可以降低机器的重量，还可以降低动作时的摩擦损耗。

以上，通过实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于所述实施方式所记载的范围。本领域技术人员当然知道可对所述实施方式加以多种变形和改良。此类变形和改良后的实施方式也包括在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种圆筒轴，其由接合了对置的一对端部的金属板形成，其特征在于，

所述端部分别具有：凸部，其包括从所述端部突出且越离开所述端部宽度越变宽的部分；凹部，其包括从所述端部凹进且越离开所述端部宽度越变宽的部分，

所述端部的一所述凸部及所述凹部分别与所述端部的另一凹部和凸部相互嵌合。

2.根据权利要求1所述的圆筒轴，其特征在于，

所述凸部及凹部的各轮廊与所述端部邻接而具有相对于所述端部大致成直角的直线状部分。

3.根据权利要求2所述的圆筒轴，其特征在于，

所述直线状部分沿着所述圆筒轴的长度方向等间隔配置。

4.根据权利要求2或3所述的圆筒轴，其特征在于，

所述直线状部分沿着所述圆筒轴的长度方向形成在所述凸部和所述凹部的相同侧。

5.根据权利要求1所述的圆筒轴，其特征在于，

在轴向上配置多个沿周向延伸的凹口。

6.根据权利要求5所述的圆筒轴，其特征在于，

所述凹口配置在所述凸部及凹部上。

7.根据权利要求5所述的圆筒轴，其特征在于，

所述凹口配置在轴向的所述凸部和凹部间。

8.一种圆筒轴，其由接合了对置的一对端部的金属板形成，其特征在于，

在内面上具有沿周向延伸且在轴向上配置多个的凹口。

9.根据权利要求8所述的圆筒轴，其特征在于，

还包括沿轴向延伸且在周向上配置多个的凹口。

10.一种制造圆筒轴的制造方法，所述圆筒轴通过将金属板弯曲加工，并将对置的一对端部相互接合，从而使与长度方向正交的各剖面的形状为圆形，所述制造圆筒轴的制造方法的特征在于，依次执行以下工序：

形成所述金属板的准备工序，所述金属板在所述一对端部分别具有：凸部，其包括从所述端部突出且越离开所述端部宽度越变宽的部分；凹部，其包括从所述端部凹进且越离开所述端部宽度越变宽的部分；

预备工序，其在与所述圆筒轴的长度方向正交的各剖面上，将除去所述凸部之外的所述金属板的两端附近弯曲成圆弧；

中间工序，其在与所述圆筒轴的长度方向正交的各剖面上，将所述金属板的中央附近的形状弯曲成圆弧；

精加工工序，其在与所述圆筒轴的长度方向正交的剖面上，沿整个宽度将所述金属板弯曲成圆形，并且使所述凸部及所述凹部相互嵌合。

11.根据权利要求10所述的制造圆筒轴的制造方法，其特征在于，

在所述精加工工序中，使所述金属板的一对端部相互接近后，使所述凸部及凹部分别相互嵌合。

Images