JP2005161363A - ワッシャーの成形加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 材料コストおよび製造コストを削減して、製品コストを大きく低減することが
できるワッシャーの成形加工方法を提供する。
【解決手段】 ワッシャーの成形加工方法が、所定径のコイル材１を所定寸法に切断して
、所定長の棒材３を得る第１工程と、棒材３を、熱間にて、その軸方向に多段階にプレス
して、放射方向に押し広げ、周辺部に偏平な環状部５ａを有する中間体５を得る第２工程
と、中間体５の環状部５ａを除く部分を所定径の円形に打ち抜く第３工程とから構成され
ている。
【選択図】 図１

Description

本願の発明は、ワッシャーの成形加工方法に関し、特に材料コストおよび製造コストの
削減により、製品コストを大きく低減することができるワッシャーの成形加工方法に関す
る。

従来、ワッシャーを製造するのには、板材を素材として、プレス機械により、その周辺
部と中央部とを打ち抜く成形加工方法が一般的であった（例えば、特開平１０−６１６５
０号公報参照）。この場合、その周辺部は、円形もしくは矩形に打ち抜かれ、その中央部
は、円形に打ち抜かれて、残された中間部に形成された中央の円孔は、ボルト挿通用の孔
とされる。

しかしながら、このような方法によると、素材の中で切り粉として廃却される部分が多
くなり、材料の歩留りが悪く、材料コストが嵩んでいた。また、プレス金型が高価であり
、加工速度も遅かったので、製造コストが高くなり、これらの事情が相俟って、製品コス
トが高いものとなっていた。
特開平１０−６１６５０号公報

本願の発明は、従来のワッシャーの成形加工方法が有する前記のような問題点を解決し
て、材料コストおよび製造コストを削減して、製品コストを大きく低減することができる
ワッシャーの成形加工方法を提供することを課題とする。

本願の発明は、前記のような課題を解決したワッシャーの成形加工方法に係り、その請
求項１に記載された発明は、ワッシャーの成形加工方法であって、所定径のコイル材を所
定寸法に切断して、所定長の棒材を得る第１工程と、前記棒材を、その軸方向にプレスし
て、放射方向に押し広げ、周辺部に偏平な環状部を有する中間体を得る第２工程と、前記
中間体の前記環状部を除く部分を所定径の円形に打ち抜く第３工程とから成ることを特徴
とするワッシャーの成形加工方法である。

請求項１に記載された発明は、前記のように構成されており、そのワッシャーの成形加
工方法によれば、第１工程において得られた所定長の棒材を、第２工程において、その軸
方向にプレスして、放射方向に押し広げ、周辺部に偏平な環状部を有する中間体を得、第
３工程において、この中間体の環状部を除く部分を所定径の円形に打ち抜くだけであるの
で、打ち抜く部分は１個所だけであり、全体として、素材の中で切り粉として廃却される
部分が軽減されて、材料コストを削減することができる。

また、第１〜第３工程を一連の工程として多段式パーツフォーマー機を用いて製造する
ことができ、生産性が向上するとともに、各工程において使用される金型も、形状、構造
がシンプルなものとなるので、全体として、金型費用が軽減されて、これらにより、製造
コストを削減することができる。
このように、材料コストおよび製造コストを削減することができるので、製品コストを
大幅に低減することができる。

また、その請求項２に記載されたように請求項１に記載の発明を構成することにより、
第２工程は、棒材を、熱間にて、その軸方向に多段階にプレスする複数のサブ工程から成
るものとされる。

これにより、第１工程において得られた所定寸法の棒材は、段階的に放射方向に押し広
げられて、漸次、周辺部に偏平な環状部を有する中間体とされるので、無理のない塑性変
形過程を経て、残留応力の少ない、品質の良いワッシャーを得ることができる。

さらに、その請求項３に記載されたように請求項１または請求項２に記載の発明を構成
することにより、第１ないし第３工程を経ることによって形成されたワッシャーの中央円
孔の一方の端縁には、面取り部が、それらの工程を経る間に受ける塑性変形によって形成
されているようにされる。

これにより、機械加工などによる後工程を経ることなく、中央円孔の一方の端縁が面取
りされたワッシャーを一挙に得ることができる。

前記のとおり、本願の発明のワッシャーの成形加工方法によれば、材料コストおよび製
造コストを削減して、製品コストを大きく低減することができる。しかも、品質の良好な
ワッシャーを、機械加工などによる後工程を経ることなく、一挙に得ることができる。

所定径のコイル材を、第１工程において、所定寸法に切断して、所定長の棒材を得、第
２工程において、該棒材を、その軸方向にプレスして、放射方向に押し広げ、周辺部に偏
平な環状部を有する中間体を得、第３工程において、該中間体の環状部を除く部分を所定
径の円形に打ち抜く。なお、第２工程は、複数のサブ工程から構成して、棒材を、熱間に
て、その軸方向に多段階にプレスし、段階的な塑性変形過程を経て、漸次、最終中間体に
仕上げるようにする。また、所要個所の面取りは、この段階的な塑性変形過程の中で一挙
に形成されるように、金型を製作しておくのが望ましい。

次に、本願の発明の実施例について説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施例のワッシャーの成形加工方法を構成する一連の工程を
示す図、図２は、図１（ｂ）の部分拡大図、図３は、図１（ｃ）の部分拡大図、図４は、
図１（ｄ）の部分拡大図、図５（ａ）〜（ｄ）は、前記一連の工程により、棒状の素材か
ら最終の製品であるワッシャーが形成されていくまでの各段階におけるワークの形状を示
す図である。

図１（ａ）に示されるように、本実施例のワッシャーの成形加工方法は、先ず、細長い
所定径のコイル材１を用意し、これを先端から順次高周波誘導加熱装置２に通して、３０
０°Ｃ程度の所定温度に加熱してから、所定寸法に切断して、所定長の棒材３を得る（第
１工程）。コイル材１の材料としては、ＳＣＭ４３５等を用いる。なお、切断機は、図示
を省略している。

次いで、この棒材３を第１段プレス機１０にセットして、第１回目のプレスを行なう（
第１サブ工程、図１（ｂ）参照）。
この第１段プレス機１０は、雌型１１と雄型１２とを備えている。雌型１１は、その中
心部に棒材３の径に等しい円孔１３が形成されており、この円孔１３内を押し棒１４が進
退動する。円孔１３の開口縁部１５は、図２により良く示されているように、断面楔形に
尖らせられており、その周囲は、浅い環状の窪み１６により包囲されている。楔形開口縁
部１５の頂部には、わずかの幅の平坦面１７が残されており、この細い環状平坦面１７は
、雌型１１の軸方向に見て、雌型１１の平坦な端面１８と同じ位置にある。窪み１６は、
この端面１８の中央部に、楔形開口縁部１５を囲むようにして穿設されたものである。雄
型１２は、その先端の中央部に略半球形状の凹部１９を備えており、単純な形状をなして
いる。凹部１９の軸心と円孔１３の軸心とは、一致させられている。

棒材３は、当初、その長さの全長が雌型１１の円孔１３内に挿入されて、セットされて
いる。この時、押し棒１４は、同じ長さだけ円孔１３内を後退して、棒材３の後端部に当
接している（図１（ｂ）中の鎖線参照）。この状態において、押し棒１４が図１（ｂ）中
の実線の位置までａだけ前進させられ、同時に、雄型１２が、雌型１１の端面１８に小さ
な距離ｂを残して接近するまで対向的に前進させられて、棒材３が、熱間にて、その軸方
向にプレスされる。この操作により、棒材３は、その全長の略５分の１程の長さを後端部
近傍に残して、圧し潰され、半球形状の膨大部４ａと柱状部４ｂとから成る第１中間体４
が形成される（図５（ｂ）参照）。柱状部４ｂは、この工程において、塑性変形を受けな
かった棒材３の残部である。なお、雌型１１において、棒材３に直接接する近傍の工具と
なる部分は、母材とは異なる硬度の高い材料から構成されていて、この部分は、母材とは
異なるハッチングで図示されている（図１、図２参照）。後述する雌型２１、４１、雄型
２２、４２についても、同様である。

また、この操作により、柱状部４ｂから膨大部４ａに移行する部分の外表面には、環状
凹部４ｃと、それに連なるわずかの幅の環状平坦面４ｄとが形成されている（図５（ｂ）
参照）。これらは、雌型１１の円孔１３の楔形に尖らせられた開口縁部１５の先端部表面
形状と窪み１６の底部の一部形状とを反映するものである。したがって、この環状凹部４
ｃの外周面は、内方に向かうにしたがって縮径するテーパ状をなし、その底面は、細い帯
状の環状平坦面をなしている。

次いで、第１中間体４を第２段プレス機２０に移し、第２回目のプレスを行なう（第２
サブ工程、図１（ｃ）参照）。
この第２段プレス機２０は、第１段プレス機１０の雌型１１と同じ構造の雌形２１と、
雄型２２とを備えている。そこで、雌形２１の各部には、雌型１１の各部と対応する部分
に同じ１の桁の数字を与え、１０の桁の数字に２を割り当てた、２桁の符号を付して示す
こととする。

雄型２２は、その中心部に棒材３の径より小さい径の円孔２９が形成されており、この
円孔２９の開口縁近傍部分３０は、図３により良く図示されるように、比較的幅広の平坦
な頂面３２を有する低い環状のバンクに形成されており、その周囲は、浅い環状の窪み３
１により包囲されている。頂面３２は、雄型２２の軸方向に見て、雄型２２の平坦な端面
３３と同じ位置にある。窪み３１は、この端面３３の中央部に、開口縁近傍部分（バンク
）３０を囲むようにして穿設されたものであり、その外延部は、窪み２６の外延部と放射
方向において一致した位置にまで延びていて、その外周面３４は、雄型２２の軸方向外方
に向かう程拡径するテーパ状に形成されている。円孔２９の軸心と円孔２３の軸心とは、
一致させられている。

第２サブ工程の開始時点において、第１中間体４は、第１サブ工程が終了した時の状態
と同じ状態で、雌形２１にセットされている。この状態において、雄型２２が、雌型２１
の端面２８に小さな距離ｃを残して接近するまで前進させられて、第１中間体４が、熱間
にて、その軸方向にプレスされる。この操作により、第１中間体４は、その膨大部４ａが
さらに圧し潰され、その一部は、頂部部分から円孔２９内に搾り込まれ、また、その一部
は、周辺部分から窪み２６と窪み３１とが対向する環状領域空間内に放射方向に押し出さ
れて、押し広げられる。この結果、周辺部に偏平な環状部５ａを有し、中央部に柱状部４
ｂと柱状部５ｂとを備えた第２中間体５が形成される（図５（ｃ）参照）。柱状部４ｂと
柱状部５ｂとは、環状部５ａを中心にして互いに反対方向に形成されるので、第２中間体
５は、概略十字形状をなしている。環状部５ａの厚さは、最終製品であるワッシャー６（
図５（ｄ））の厚さに等しくされている。

また、この操作により、柱状部５ｂから環状部５ａに移行する部分の外表面には、環状
凹部５ｃが形成されている（図５（ｃ）参照）。この環状凹部５ｃは、雄型２２の円孔２
９の開口縁近傍部分（バンク）３０の表面形状を反映したものである。この環状凹部５ｃ
は、環状凹部４ｃよりも浅いが、それよりも幅広であり、その外延部は、放射方向におい
て環状凹部４ｃの底部にまで達している。環状部５ａの柱状部５ｂ側の外周角部には、雄
型２２の窪み３１の外周面３４のテーパ形状を反映した面取り部５ｄが形成されている。

以上に説明した第１サブ工程と第２サブ工程とは、ワーク（棒材３、第１中間体４）を
プレスして、これに塑性変形を起こさせ、これにより、ワークを段階的に滑らかに放射方
向に押し広げて、第２中間体５に仕上げて行く工程であるので、本明細書においては、こ
れらをまとめて第２工程と呼ぶこととする。これらのサブ工程においてそれぞれ使用され
る雌型１１と雌型２１とは、同じ構造をなしているので、第１サブ工程から第２サブ工程
に移行する段階においては、雌型１１と雌型２１とを入れ替えるようにして使用すれば、
ワーク（棒材３）をセットし直す手間が省かれる。

次いで、第２中間体５を打ち抜き機４０に移し、第２中間体５の所定個所の打ち抜きを
行なう（第３工程、図１（ｄ）参照）。
この打ち抜き機４０は、雌型４１と雄型４２とを備えている。雌型４１は、図４により
良く図示されるように、その中心部に第２中間体５の外径に略等しい径を有する円孔４３
が形成されており、この円孔４３内を筒状体４４が進退動する。筒状体４４の内径は、第
２中間体５の柱状部４ｂの径（棒材３の径）と略等しくされており、この筒状体４４の内
部を、押し棒４５が進退動する。

当初、筒状体４４は、雌型４１の端面４８から所定長引っ込んだ位置にあり、押し棒４
５は、筒状体４４の端面４４ａから所定長引っ込んだ位置にあり、筒状体４４の前方部分
の内部に、第２中間体５の柱状部４ｂを受け入れるだけの空間が形成されている。そして
、第２中間体５の柱状部４ｂがそこに受け入れられ、第２中間体５の環状部５ａの柱状部
４ｂ側の面（図５（ｃ）において上面）５ｅが筒状体４４の端面４４ａにより受けられる
ことにより、第２中間体５が打ち抜き機４０にセットされている（図示されず）。このと
き、第２中間体５の柱状部４ｂの端面は、押し棒４５の端面４５ａに当接している。

打ち抜き機４０の雄型４２は、中央部に、その端面４７から突出する筒状部４９を有す
る。この筒状部４９の内径は、雌型４１の筒状体４４の内径よりわずかに大きく、その外
径は、同筒状体４４の外径に略等しくされており、筒状部４９は、雌型４１の円孔４３内
を進退動し、また、その内部を、雌型４１の押し棒４５が進退動することができる。筒状
部４９の内部空間は、雄型４２の後方にまで延び、そこに、断面円形の通路５０が形成さ
れている。この通路５０は、後述する第２中間体５の打ち抜き片の排出通路となる。

したがって、今、押し棒４５を当初位置に固定し、筒状体４４を後退が自由な状態に解
放して、雄型４２を、雄型４２が雌型４１の端面４８に小さな距離ｄを残して接近するま
で前進させると、筒状部４９の端面４９ａは、環状部５ａを圧しながら押し棒４５の端面
４５ａの位置まで前進して、前記のようにして打ち抜き機４０にセットされていた第２中
間体５の環状部５ａは打ち抜かれ、この部分と、柱状部４ｂおよび柱状部５ｂを含む中央
部分（環状部５ａを除く部分）とは、分離される。これを、逆に、押し棒４５側から見れ
ば、雄型４２の前進により、柱状部４ｂおよび柱状部５ｂを含む中央部分が、押し棒４５
により打ち抜かれることになる。図１（ｄ）には、この状態が図示されている。

打ち抜き機４０が第２中間体５の柱状部４ｂおよび柱状部５ｂを含む中央部分（環状部
５ａを除く部分）を打ち抜く位置は、具体的には、環状凹部４ｃのテーパ状外周面のテー
パが内方において終了する円周線５ｆ上辺り、換言すれば、環状凹部４ｃの底面をなす細
い帯状の環状平坦面の外周線上辺りである。この位置は、また、放射方向において、環状
凹部５ｃの外延部辺りに丁度相当している。

このようにして、柱状部４ｂおよび柱状部５ｂを含む中央部分が打ち抜かれた第２中間
体５の残部をなす環状部５ａは、最終製品であるワッシャー６となるものであり、図５（
ｄ）に図示されるように、その中央部には、ボルト挿通用の円孔（中央円孔）６ａが形成
され、円孔６ａの一方の端縁には、面取り部６ｂが形成され、また、環状部５ａの面取り
部６ｂが開口する側とは反対側の外周角部には、面取り部５ｄが形成されている。これら
の面取り部６ｂ、５ｄは、以上の工程を経る間にワークが受ける塑性変形により自動的に
形成されるものである。面取り部６ｂは、前記した、環状凹部４ｃのテーパ状外周面に丁
度相当している。

打ち抜かれた、柱状部４ｂおよび柱状部５ｂを含む中央部分は、雄型４２の内部の通路
５０を通って外部に排出され、廃却されるか、再利用が図られる。環状部５ａは、打ち抜
き作業の終了後、雄型４２を後退させ、かつ、筒状体４４を前進させることによって、外
部に取り出すことができる。

これら第１ないし第３工程を実行する高周波誘導加熱装置２および切断機、第１段プレ
ス機１０、第２段プレス機２０、打ち抜き機４０は、１個所に集中的に配置され、工程順
に並べられて、多段式パーツフォーマー機として構成されることができる（図示されず）
。これら第１ないし第３工程は、この多段式パーツフォーマー機の作動により、一連の工
程として連続的に実行され、ワッシャー６の効率的な大量生産が可能とされる。なお、ワ
ッシャー６には、必要に応じて、さらに後熱処理が施される。

本実施例は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる
。
第１工程において得られた所定長の棒材３を、第２工程（第１サブ工程と第２サブ工程
とから成る）において、熱間にて、その軸方向に多段階にプレスして、放射方向に押し広
げ、周辺部に偏平な環状部５ａを有する第２中間体５を得、第３工程において、この第２
中間体５の環状部５ａを除く部分を所定径の円形に打ち抜くだけであるので、打ち抜く部
分は１個所だけであり、全体として、素材の中で切り粉として廃却される部分が軽減され
て、材料コストを削減することができる。

また、第１〜第３工程を一連の工程として多段式パーツフォーマー機を用いてワッシャ
ー６を製造することができ、生産性が向上するとともに、各工程において使用される雌雄
金型も、形状、構造がシンプルなものとなるので、全体として、金型費用が軽減されて、
これらにより、製造コストを削減することができる。
このように、材料コストおよび製造コストを削減することができるので、製品コストを
大幅に低減することができる。

また、第２工程においては、棒材３を、熱間にて、その軸方向に多段階にプレスする複
数のサブ工程から成るものとされているので、第１工程において得られた所定寸法の棒材
３は、段階的に放射方向に押し広げられて、漸次、周辺部に偏平な環状部５ａを有する第
２中間体５に仕上げられるので、無理のない塑性変形過程を経て、残留応力の少ない、品
質の良いワッシャー６を得ることができる。

さらに、第１ないし第３工程を経ることによって形成されたワッシャー６の中央円孔６
ａの一方の端縁には面取り部６ｂが、また、環状部５ａの面取り部６ｂが開口する側とは
反対側の外周角部には面取り部５ｄが、それらの工程を経る間にワークが受ける塑性変形
により自動的に形成されるので、機械加工などによる後工程を経ることなく、所定個所が
面取りされたワッシャー６を一挙に得ることができる。

本願の発明は、以上の実施例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において、種々
の変形が可能である。

本実施例のワッシャーの成形加工方法を構成する一連の工程（ａ）〜（ｄ）を示す図である。 図１（ｂ）の部分拡大図である。 図１（ｃ）の部分拡大図である。 図１（ｄ）の部分拡大図である。 図１の一連の工程（ａ）〜（ｄ）により、棒状の素材から最終の製品であるワッシャーが形成されていくまでの各段階におけるワークの形状（ａ）〜（ｄ）を示す図である。

符号の説明

１…コイル材、２…高周波誘導加熱装置、３…棒材、４…第１中間体、４ａ…膨大部、
４ｂ…柱状部、４ｃ…環状凹部、４ｄ…環状平坦面、５…第２中間体、５ａ…環状部、５
ｂ…柱状部、５ｃ…環状凹部、５ｄ…面取り部、５ｅ…面、５ｆ…円周線、６…ワッシャ
ー、６ａ…中央円孔、６ｂ…面取り部、１０…第１段プレス機、１１…雌型、１２…雄型
、１３…円孔、１４…押し棒、１５…楔形開口縁部、１６…窪み、１７…環状平坦面、１
８…端面、１９…凹部、２０…第２段プレス機、２１…雌形、２２…雄型、２３…円孔、
２４…押し棒、２５…楔形開口縁部、２６…窪み、２７…環状平坦面、２８…端面、２９
…円孔、３０…開口縁近傍部分（バンク）、３１…窪み、３２…頂面、３３…端面、３４
…外周面、４０…打ち抜き機、４１…雌型、４２…雄型、４３…円孔、４４…筒状体、４
４ａ…端面、４５…押し棒、４５ａ…端面、４７…端面、４８…端面、４９…筒状部、４
９ａ…端面、５０…通路。

Claims (3)

1. ワッシャーの成形加工方法であって、
   所定径のコイル材を所定寸法に切断して、所定長の棒材を得る第１工程と、
   前記棒材を、その軸方向にプレスして、放射方向に押し広げ、周辺部に偏平な環状部を
   有する中間体を得る第２工程と、
   前記中間体の前記環状部を除く部分を所定径の円形に打ち抜く第３工程と
   から成ることを特徴とするワッシャーの成形加工方法。
2. 前記第２工程は、前記棒材を、熱間にて、その軸方向に多段階にプレスする複数のサブ
   工程から成ることを特徴とする請求項１に記載のワッシャーの成形加工方法。
3. 前記第１ないし第３工程を経ることによって形成されたワッシャーの中央円孔の一方の
   端縁には、面取り部が、それらの工程を経る間に受ける塑性変形によって形成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワッシャーの成形加工方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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