JP2010260079A - 曲げ加工装置及びこの曲げ加工装置により加工されるブレーキシュー - Google Patents

Abstract

【課題】矯正することなく、始端部及び終端部を含め、高い曲げ精度を得られる曲げ加工装置及びこの曲げ加工装置により加工されるブレーキシューを提供する。
【解決手段】回転手段を有する上ロール１と、加工金属を挟んで前記上ロール１と対向する位置に配置される複数の下ロール２と、上ロール１の回転軸と下ロール２の回転軸との離間距離を変化させる位置変更手段とを備え、前記位置変更手段が、加工金属の始端と終端とで、終端時の離間距離を始端時の離間距離よりも小さくする、曲げ加工装置。
【選択図】図７

Description

本発明は、曲げ加工装置、特に回転駆動する上ロールと、これに対向して従動回転する下ロールとを有する、所謂ロール式の曲げ加工装置、及び、この曲げ加工装置により加工されるブレーキシューに関する。

曲げ加工は、様々な方法が従来より行われており、その中の一方法として、ロール曲げ加工がある。ロール曲げ加工は、平板部材又は直線状の部材を、複数本のロール間を通過させ、前記部材に曲げモーメントを作用させて、湾曲加工するものである。

図１に示すものは、高い剛性を有するロールを３本使用するもので、回転駆動する上ロール１の下方に、一対の従動回転する下ロール２が、水平且つ上ロール１の水平方向で見て前後に配置されている。下ロール２は、直線的に上下動する機構を有しており、加工後の部材の曲率は、上ロール１と下ロール２との回転軸離間距離Ｈにより決定される。
加工時は、回転軸離間距離Ｈを所定の値に設定し、上ロール１と下ロール２との間に、加工する部材３を進入させることで、上ロール１の回転駆動力により部材３が送出され、湾曲加工される。
尚、湾曲加工時に、図２に示すように、回転軸離間距離Ｈを一定に保った場合は、部材の始端部及び終端部において、十分な曲げモーメントが作用せず、直線部が残ることがある。これは、曲げモーメントＭが、下記式（１）に示されるように、押付力Ｆの作用点からの距離Ｘに比例する為であり、押付力Ｆの作用点である２本の下ロール２の位置では、曲げモーメントＭが発生せず、又、押付力Ｆの作用点近傍では、発生する曲げモーメントが、湾曲加工に必要な曲げモーメントに足らない為に、発生するものである。
これを防止するためには、部材３の端部を、予めプレス機等により円弧状に曲げておく、「端曲げ」という方法が用いられる。

特開平１−２６２０２４号公報 特開２０００−２８００２６号公報

曽田長一郎、小西せつ子、「３本ロール曲げによる板の変形」、塑性と加工、１９６２−７、第３巻、第１８号、第４７４〜４８４頁

しかしながら、前述したロールを用いる曲げ加工では、予め端曲げを施しても、端曲げ部分の曲率と、ロール曲げ加工された曲率とが異なり、曲げ加工精度（真円度等）は高くない。これは、図１に示すように、上ロール１と下ロール２との間の加工金属の曲率分布が、ロール加工始端付近（始端部４）に大きく変化する非定常状態領域６が存在し、この領域の成形曲率が、曲率分布の変化の小さいロール成形中間部の定常状態領域７に対して、小さくなる為である。このような現象は、ロール加工終端部（終端部５）においても同様である。
その為、加工金属が、板状部材の場合には、ロール加工後に矯正加工を施し、略円環状としているのが現状である。

別の方法としては、端曲げを矯正ロールによって加工する方法もあるが、加工金属が、極厚板又は断面コ字形状等の形材となると、矯正ロールに大きな荷重が加わることになり、装置の耐久性や大型化が、新たな問題となる。

本発明は、矯正加工することなく、始端部及び終端部を含め、高い曲げ加工精度を得られる曲げ加工装置及びこの曲げ加工装置により加工されるブレーキシューを、提供することを目的とする。

本発明は、以下のものに関する．
（１）回転手段を有する上ロールと、加工金属を挟んで前記上ロールと対向する位置に配置される複数の下ロールと、上ロールの回転軸と下ロールの回転軸との離間距離を変化させる位置変更手段とを備え、前記位置変更手段が、加工金属の始端と終端とで、終端時の離間距離を始端時の離間距離よりも小さくする、曲げ加工装置。
（２）項（１）において、位置変更手段が、加工金属の始端から終端までの間で、離間距離を一旦徐々に長くし、その後離間距離を一定状態に保った後、徐々に短くする、曲げ加工装置。
（３）項（２）において、位置変更手段が、離間距離を徐々に長くする状態から、一定状態に変化するタイミング及び一定状態から短くするタイミングを、加工金属長さの始端又は終端から３分の１以内とする、曲げ加工装置。
（４）項（１）及至（３）の何れかに記載される曲げ加工装置により加工される、ブレーキシュー。

本発明の曲げ加工装置は、曲げ加工する際に、上下ロールの回転軸離間距離Ｈを縮めることで、加工品をより真円に近づけることができる。回転軸離間距離Ｈは、曲げ加工終了間際に小さくするのみではなく、初期値：Ａ、中間値：Ｂ、最終値：Ｃとした際に、Ａ＜Ｂ、Ａ＞Ｃの関係を満足するように、一旦徐々に回転軸離間距離Ｈを長くしてから、後にその長さを一定にして保持し、更に回転軸離間距離Ｈを始端加工時よりも短くするとの制御を行うことで、より加工品を真円に近づけることができる。また、上記回転軸離間距離Ｈを、ＡからＢに変化させるタイミング（Ｔ１）又はＢからＣに変化させるタイミング（Ｔ２）は、Ｔ１を加工品の始端から加工品全長の１／３以内とし、Ｔ２を加工品終端から加工品全長の１／３以内とすることで、更に加工品を真円に近づけることが可能となる。
本発明の曲げ加工装置により加工されたブレーキシューは、真円に近いために、矯正加工をする必要がなく、シューアッセンブリーの部品として使用でき、また、より低コストで、短時間に生産することが、可能となる。

従来例である、３本ロール曲げ加工装置の模式側面図である。 図１に示す３本ロール曲げ加工装置での、回転軸離間距離Ｈの変化を示すグラフである。 本発明の曲げ加工装置にて、部材終端部を曲げ加工する概略側面図である。 本発明のブレーキシューの断面図である。 本発明の１実施例である加工金属の、曲げ加工前の断面図である。 本発明の１実施例である加工金属の加工工程を示すものであり、（ａ）は切断された切り板を示し、（ｂ）はリブを成形して断面コ字形状にすると共に端曲げを行ったものを示し、（ｃ）は本発明の曲げ加工装置による曲げ加工を行ったものを示し、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、曲げ加工後の端部成形過程を示す。 本発明の１実施例である曲げ加工装置による、曲げ加工工程を示す工程図である。 図７の曲げ加工工程における、回転軸離間距離Ｈの変化を示すグラフである。 回転軸離間距離Ｈを一定にした際の、部材と真円との誤差を示すグラフである。 回転軸離間距離Ｈを変化させた際の、部材と真円との誤差を示すグラフである。

本発明にて述べる回転手段は、上ロールを回転駆動可能なものであれば良く、特に限定されるものではない。より具体的には、シーケンスプログラムで制御されたサーボモーターにより、減速機を介して、上ロールを設定された速度で駆動回転させるものを、用いることができる。

下ロールは、ベアリングを内蔵し、部材の送出に伴って従動回転する。尚、下ロールは、上ロール同様に回転手段を付設することにより駆動回転させても構わないが、このときは、部材の送出速度と、上ロール及び下ロールの周速度を、一致させる必要がある。
下ロールの設置位置は、上ロールに対し、加工すべき金属を挟んで、対向する部位とする。

上下ロールの材質は、特に限定されることはなく、上下ロールで同じ材質でも、異種材質であっても良い。材質は、加工すべき部材の硬度により、適宜選択されるが、硬さと耐磨耗性が優れていることから、上下ロール共にダイス鋼（ＳＫＤ１１（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：２００６））等を用いることが好ましい。

上ロールの半径は、特に限定されるものではなく、曲げ加工される部材の、スプリングバック前の曲げ寸法よりも小さければよい。

下ロールの半径は、特に限定されるものではなく、予め部材に施される端曲げの長さ寸法よりも小さければよい。

本発明にて述べる下ロールの本数は、複数であれば特に限定されることはないが、機器を簡略化することができることから、２本であることが好ましい。

本発明にて述べる位置変更手段は、上ロールの回転軸と下ロールの回転軸との離間距離を変化させられるものであれば良く、上ロールを上下動させる、下ロールを上下動させる、又は、上下ロールを各々上下動させるの、何れの方法も用いることができるが、少なくとも上ロールに回転手段があることから、下ロールのみを上下動させることが、機器を簡素化でき、好ましい。
下ロールを上下動させる場合は、複数の下ロールの全てを、一様に上下動させることも、個々の下ロールを、独立に上下動させることもできる。
位置変更手段は、より具体的に述べると、シーケンスプログラムで制御されたサーボモーターにより、減速機とボールねじとを介して、下ロールを上下動させるものを、用いることができる。

位置変更手段により変化させる、回転軸離間距離Ｈは、曲げ加工始端付近及び終端付近の非定常状態領域では、定常状態領域よりも縮めることが好ましい。これは、非定常状態領域全体で見た曲率は、定常状態領域全体で見た曲率より小さくなる為である。
又、曲げ加工始端付近と終端付近とでは、終端付近の方が、回転軸離間距離Ｈを小さくする。図３に示すように、部材３が送出されるのに伴い、上ロール１と下ロール２との間に、部材３の終端部５が進入し、上ロール１と下ロール２との間の部材３の曲率分布が急激に変化することに対応している。
より詳細に述べると、予め端曲げを施してある部材３を加工する場合に、定常状態領域を曲げている段階では、左側の下ロール２に接触している部分から、右側の下ロール２に接触している部分迄の、部材３の曲率が、実線にて示すものとなる。しかし、部材３の曲率は、終端部５の端曲げ部が、左側の下ロール２と接触した瞬間から、２点鎖線にて示すものとなり、曲率が急激に変化する。この変化は、部材３の始端付近での変化よりも、部材３の終端付近にてより大きなものであり、この変化量に合わせて、始端付近での回転軸離間距離Ｈよりも、終端付近での回転軸離間距離Ｈを縮めている。

回転軸離間距離Ｈを変化させるタイミングは、定常状態領域と非定常状態領域の境界とし、この境界は、図２に示すような、回転軸離間距離Ｈを一定にして曲げ加工されたものを、３次元測定機等で形状測定し、曲率の変化点を見ることで決定する（図９参照）。
回転軸離間距離Ｈを変化させるタイミングは、予め施してある端曲げの状態により変化するが、加工金属全体の長さを３等分し、始端から３分の１以内と、終端から３分の１以内とで、変化させることが、バランスがとれて好ましい。
回転軸離間距離Ｈの変化は、加工金属の始端時と終端時とを比較し、終端時にて始端時より縮めてあれば良いが、始端時と終端時との間にて、加工金属全体長さの中間位置近辺にて最も長くするように、一旦徐々に長くしてから、徐々に縮めるようにすることが、加工金属をより真円に近づけられ、好ましい。

本発明の曲げ加工装置により加工される加工金属は、特に限定されることはないが、材質は軟鋼、アルミニウム等を用いることができ、形状は板材、断面コ字形状を持つ形材等を用いることができる。

本発明にて述べるシングルブレーキシューは、ドラムブレーキの内部に組み込まれ、ブレーキライニング（以下、「ライニング」と言う。）を張り付ける金属部材であり、通常は、円弧の一部が切り欠かれた形状で、この切り欠かれた部分に油圧シリンダーを設置し、径を拡大、縮小し、制動力を発揮させる。
形状は、ライニングの張付面を有するものであれば良く、特に限定されるものではないが、より具体的には、図４示すように、ライニング張付面８と、このライニング張付面８と直交するように延設される２本のリブ９とを有し、前記ライニング張付面８が、円弧形状を有しているものと、することができる。

シングルブレーキシューの材質は、特に限定されるものではないが、軟鋼、アルミニウム、焼結合金等の弾性的材料を用いることができ、特に軟鋼は強度が高いので好ましい。
ライニングは、ドラムに押圧させることにより、運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、制動力を得るものであり、一般に「摩擦材」と呼ばれている。ライニングの材質は、一般に公知の材料が用いられ、例えば、スチール繊維、黄銅繊維、銅繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、フェノール繊維、セラミック繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、カーボン繊維等の繊維状物質を、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂にて成形したものである。
尚、前記ライニング材料の配合割合は、摩擦特性により決定される。リブの材質は、特に制限されないが、一つの部材から、加工によりリブを形成できることから、ライニング張付面と、同一のものを用いることが好ましい。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
本実施例にて用いた加工金属は、以下の通りである。
材質：自動車用加工性熱間圧延高張力鋼帯（ＳＰＦＨ５９０（ＪＩＳ Ｇ ３１３４：２００６）、新日本製鐵株式会社製）
降伏点：４５０〜６００Ｎ／ｍｍ^２
引張強さ：５９０Ｎ／ｍｍ^２
伸び：１８〜３２％
板厚：２．５ｍｍ
上記加工金属は、曲げ加工前に、ブレーキ使用時の摺動抵抗を軽減する為、図５に示すように、加工金属の両縁を、加工機（株式会社ヨシダキネン製、商品名：カセットローラーダイスＣＲＤ１００型６０幅タイプ）により、幅：５ｍｍ、深さ：０．５ｍｍで潰した後、図６に示すように、加工を行った。
即ち、図６（ａ）に示すように、プレス加工により、長さ：５１７ｍｍ毎に切断して切り板１０とし、図６（ｂ）に示すように、刻印１１（図６（ａ）参照）、断面コ字形状に曲げ加工（コ字曲げ品１２）をすると同時に、両端部に半径９１ｍｍ、長さ４０ｍｍの端曲げ１３を行った。

曲げ加工は、図７に示すような、高い剛性を有する３本のロールを使用した、ロール式の曲げ加工装置で行い、回転駆動する上ロール１と、従動回転する下ロール２との間に、加工金属（部材３）を進入させることで、上ロール１の回転駆動力により加工金属を送出し、湾曲加工した。
この際使用した上下ロールは、以下のものである。
＜上ロール＞
材質：ＳＫＤ１１（焼き入れ、ＨＲＣ（ロックウェル硬度）６０〜６５）
半径：６７．５ｍｍ
表面処理：硬質クロムめっき
＜下ロール＞
材質：ＳＫＤ１１（焼き入れ、ＨＲＣ（ロックウェル硬度）６０〜６５）
半径：３９．０ｍｍ
表面処理：硬質クロムめっき

曲げ加工の際の上ロール１と下ロール２との回転軸離間距離Ｈは、図８に示すように、初期値：Ａ、中間値：Ｂ、最終値：Ｃとした際に、Ａ＜Ｂ、Ａ＞Ｃの関係を満足するように、一旦徐々に回転軸離間距離Ｈを長くしてから、後にその長さを一定にして保持し、更に回転軸離間距離Ｈを始端加工時よりも短くするとの制御を行った。

回転軸離間距離Ｈを変化させるタイミングは、先に述べた図７に示す曲げ加工装置を用い、下記表１に示すように、回転軸離間距離Ｈを一定に保って加工した部材を、３次元測定機（株式会社ミツトヨ製、商品名：ＢＲＴ７０７）により形状測定し、中心点から１５度（距離では２４ｍｍ）毎に真円との誤差を示す図９のグラフより、曲率変化点を読み取り決定した。尚、この加工及び測定は、同一条件で５回実施している。

本実施例における、回転軸離間距離Ｈを変化させるタイミングは、部材（全長：５１７ｍｍ）の始端から８０ｍｍを第１変化点、１６０ｍｍを第２変化点、終端から８０ｍｍを第４変化点、４０ｍｍを第５変化点とし、更に、第４及び第５変化点でのロール位置の急激な変化を緩和するために、終端から１６０ｍｍを第３変化点とした。尚、本実施例において目標外半径：９０．２ｍｍであり、このときの回転軸離間距離Ｈの設定値を、下記表２に示す。
表２に示す曲げ工程は、初期値を曲げ工程１とし、前記第１変化点通過後を曲げ工程２、前記第２変化点通過後を曲げ工程３、前記第３変化点通過後を曲げ工程４、前記第４変化点通過後を曲げ工程５、前記第５変化点通過後を曲げ工程６、としている。

前述した上下ロール及び、回転軸離間距離Ｈ、この回転軸離間距離Ｈを変化させるタイミングにより、図６（ｂ）に示すコ字曲げ品１２を曲げ加工して図６（Ｃ）に示す形状のものとし、加工後の部材を三次元測定器（株式会社ミツトヨ製、商品名：ＢＲＴ７０７）により、真円度（評価方法：最小二乗中心法（ＬＳＣ））の測定を行った。その結果を、表３に示す。また、図１０には、目標である半径：９０．２ｍｍの理想円に対し、本実施例（表３に示す）にて加工したブレーキシューの測定形状を示した。尚、本実施例は、５回の加工及び測定を行った。

（比較例）
回転軸離間距離Ｈを、表２に示すものから表１に示すものに代えた以外は、先に述べた実施例と同じように行った。この結果を、表３（比較例）、及び図９に示す。

表３に示される、本発明の実施例サンプルＮＯ．１〜５の平均及び分散と、比較例サンプルＮＯ．１〜５の平均及び分散とをそれぞれ比較する。
先ず、Ｆ検定を行うと、実施例と比較例とでは、有意水準０．０５（５％）で等分散とされ、両群の分散が等しいことが判る。そこでＴ検定を行うと、有意水準０．０１（１％）で有意差ありとなり、本発明による真円度は、比較例に比べ改善していることが分かる。
更に、本発明による真円度の比較例からの改善率は、約３０％〜７８％とされ、最低でも３０％程度の改善が見込まれる。
尚、ここで述べる改善率は、実施例及び比較例にて得られた真円度の実験データから推測される未知母集団の分布を、実施例の推定最小平均値：０．４９、推定最大平均値：１．０９、比較例の推定最小平均値：１．５６、推定最大平均値：２．１８とし、実施例と比較例との最大差：０．４９−２．１８＝−１．６９（この絶対値）を２．１８（比較例の推定最大平均値）で除して、最小差：１．０９−１．５６＝−０．４７（この絶対値）を１．５６（比較例の推定最小平均値）で除して、それぞれ計算している。

曲げ加工を終えたシングルブレーキシューは、図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、油圧シリンダー接合部を成形する。
油圧シリンダー接合部の成形は、図６（ｄ）に示すように、始端部４及び終端部５のライニング張付面８を、円弧の外側から内側に圧力をかけて断面をコ字からＭ字になし、図６（ｅ）に示すように、リブ９を図面にて上下方向から押しつぶすようにして、断面のＭ字を各々の辺が密着するようにし、更に、図６（ｆ）に示すように、図６（ｅ）にて凹んでいた凹部１４を、円弧の内側から外側に向けて加圧し、平坦化させている。
このようにして形成された、油圧シリンダー接合部１５には、後に油圧シリンダーの両端部が接続され、油圧シリンダーにてシングルブレーキシューを変形させることで、ライニングをドラムブレーキの内面に当接させ、制動力を発揮させる。

ブレーキシューは、ライニング張付面をショットブラスト加工してから洗浄化成処理を行い、プライマをコーティングした。
その後、熱硬化性樹脂を用いて、ライニング張付面にライニングを張り付けた。

１…上ロール、２…下ロール、３…部材、４…始端部、５…終端部、６…非定常状態領域、７…定常状態領域、８…ライニング張付面、９…リブ、１０…切り板、１１…刻印、１２…コ字曲げ品、１３…端曲げ、１４…凹部、１５…油圧シリンダー接合部

Claims (4)

1. 回転手段を有する上ロールと、加工金属を挟んで前記上ロールと対向する位置に配置される複数の下ロールと、上ロールの回転軸と下ロールの回転軸との離間距離を変化させる位置変更手段とを備え、前記位置変更手段が、加工金属の始端と終端とで、終端時の離間距離を始端時の離間距離よりも小さくする、曲げ加工装置。
2. 請求項１において、位置変更手段が、加工金属の始端から終端までの間で、離間距離を一旦徐々に長くし、その後離間距離を一定状態に保った後、徐々に短くする、曲げ加工装置。
3. 請求項２において、位置変更手段が、離間距離を徐々に長くする状態から、一定状態に変化するタイミング及び一定状態から短くするタイミングを、加工金属長さの始端又は終端から３分の１以内とする、曲げ加工装置。
4. 請求項１及至３の何れかに記載される曲げ加工装置により加工される、ブレーキシュー。

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