JP2012020290A - 円筒軸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒軸の製造方法は、金属板から円筒軸形成部材60をプレス抜きするプレス抜き工程と、円筒軸形成部材60の一対の端面61a,61bが近接又は当接するように円筒軸形成部材60を円筒状に曲げて円筒軸を形成する円筒曲げ工程と、円筒軸に外力を加えて円筒軸に残留する応力を調整する応力調整工程と、を有し、プレス抜き工程又は円筒曲げ工程の一方又は両方において、一対の端面61a,61bを含む側部62a,62bに対して加工を施す際に、側部62a,62bと中央部61cの応力状態が均衡するように加工する応力均衡加工を行う。
【選択図】図6
Description
この搬送装置は、回転することで記録媒体を搬送する搬送ローラーと、当該搬送ローラーに付勢されて当接された従動ローラーとを有しており、搬送ローラーと従動ローラーとで記録媒体を挟持して搬送するようになっている。搬送ローラーには中実の棒状部材が一般的に使用されている。その一方で、中実の材料は重量およびコストが嵩むという課題がある。
ここで、特許文献1には、金属板を曲げ加工して円筒状に成形する技術が記載されている。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図2(a)はインクジェットプリンターの搬送ユニットを示す平面図、図2(b)は搬送ユニットの駆動系を示す側面図である。
これにより、用紙Pはダイヤモンドリブ25の頂面上を滑らかに通過することが可能となっている。ダイヤモンドリブ25及び印字ヘッド21の下流側には、排紙ローラー機構29が設けられている。
ここで、搬送ローラー機構19及び排紙ローラー機構29の駆動部30及び搬送ローラー15、排紙ローラー27の駆動速度の関係について説明する。
このような構成のもとに、搬送モーター32等は、搬送ローラー15を回転駆動する駆動部30となっている。
図3(a)は搬送ローラー機構19の概略構成を示す図、図3(b)は軸受の概略構成を示す図である。
樹脂粒子としては、エポキシ系樹脂やポリエステル系樹脂等からなる、直径10〜20μm程度の微粒子が好適に用いられる。また、無機粒子としては、破砕処理によって所定の粒径分布に調整された酸化アルミニウム(アルミナ;Al2O3)や炭化珪素(SiC)、二酸化珪素(SiO2)等のセラミックス粒子が好適に用いられる。
図3(b)に示すように、軸受26は、上方に開口するU字形に形成され、このU字形部位に搬送ローラー15を嵌め込むことで、搬送ローラー15を前後側及び下側の3方向から軸支する。そして、軸受26と搬送ローラー15との接触面(搬送ローラー15の表面)には、グリス等の潤滑油(潤滑液)が供給(塗布)される。
また、搬送ローラー15の一端又は両端には、インナーギア39や搬送駆動ギア35が回転不能に係合し連結するための係合部(図示せず)が形成されている。搬送ローラー15には、種々の連結部品に連結するため、種々の形態の係合部が形成可能になっている。
以上の搬送ローラー15、軸受26、駆動部30及び従動ローラー17等により、インクジェットプリンター1の搬送部(搬送装置)20が構成されている。
インクジェットプリンター1は、給紙トレイ11の最上部に位置する用紙Pを給紙ローラー13によって挟圧して下流側へ送り出す。送り出された用紙Pは搬送ローラー機構19に至る。搬送ローラー機構19は、用紙Pを搬送ローラー15と従動ローラー17との間で挟圧し、搬送ローラー15の回転駆動による紙送り動作で印字ヘッド21の下方に向けて定速で搬送する。印字ヘッド21の下方に搬送された用紙Pは、ダイヤモンドリブ25の頂面上を滑らかに通過しつつ、印字ヘッド21によって高品質に印刷される。印字ヘッド21で印刷された用紙Pは、排紙部7の排紙ローラー27によって順次排出される。
搬送ローラー15を製造するには、図4に示すように、厚さ1mm程度の冷間圧延鋼板、亜鉛メッキ鋼板又はステンレス鋼板等の金属板Mをプレス加工(抜き加工)して、搬送方向に連続する枠部66と、搬送方向と交差する方向に延びる帯状の平板部(円筒軸形成部材)60と、枠部66と平板部60とを連結する連結部67とを形成する。
本実施形態では、平板部60は略長方形であり、短辺60aが搬送方向に平行で長辺60bが搬送方向と直交するように型抜きされている。
金属板Mを不図示の搬送部によって間欠的に搬送しながら繰り返しプレスを行うことで、平板部60と連結部67は、金属板Mの搬送方向に等間隔に複数形成される。
金属板Mをプレス加工(抜き加工)して、平板部60を形成する際に、平板部60の長辺60b(側部62a,62b)の抜き加工を斜めに抜き加工にする。
具体的には、図5(a)〜(c)に示すように、金属板Mは、雄型121と雌型122を用いたプレスにより抜き加工される。そして、雌型122の上面端部(金属板Mの搬送方向)は円弧状に丸められている。
このため、図5(b)に示すように、雄型121と雌型122により金属板Mをプレス抜きする際に、平板部60の両側部62a,62bとなる部位は、雌型122の上面端部の形状に倣って湾曲した状態で切断(せん断加工)される。なお、プレス抜き加工の直後には、平板部60の両側部62a,62bは、その弾性力により平坦な状態に戻る。
これにより、図5(c)に示すように、平板部60の両側部62a,62bの端面61a,61bは、平板部60の主面C1,C2に対して傾斜するように形成される。すなわち、端面61a,61bは、平板部60の主面C1(後述の外周面16a)に対して鋭角、主面C2(後述の内周面16b)に対して鈍角となるように、傾斜して形成される。
このように、斜めに抜き加工を用いることで、両側部62a,62bに過剰な圧縮応力が残留することを回避できる。つまり、両側部62a,62bの応力状態が、それ以外の部位(中央部61c)の応力状態と著しく異なってしまうことがなく、平板部60の全域において応力状態が均衡した状態(同一又は近似した応力状態)を維持できる。
なお、図6〜図8においては、各部材を分かりやすくするため、平板部60と雌型・雄型との間にそれぞれ間隔を開けてこれらの部材を記しているが、この間隔は実際には存在せず、平板部60と雌型・雄型とはそれぞれの接触部においてほぼ密着している。
図6は、本実施形態に係る円筒曲げ工程の予備工程(応力均衡加工)を示す図である。
円筒曲げ工程の予備工程、すなわち側部丸め曲げ加工(応力均衡加工)では、図6(a)に示す雌型(曲げダイ)131と雄型(曲げパンチ)132とで金属板Mの両側部62a,62bをプレスし、両側部62a,62bを円弧状(望ましくは略1/4円弧)に曲げる。この際、平板部60の中央部61cを円筒状に曲げる方向とは逆の方向に反らせる。
この結果、両側部62a,62bを設計値通りの曲率に曲げることができる。なお、平板部60の中央部61cは、予備工程(応力均衡加工)の後は、図6(b)に示すように、その弾性力により平坦な形状に戻る。
言い換えると、両側部62a,62bを円弧状に曲げる際に、平板部60の中央部61cが平坦(水平)のままの状態では、両側部62a,62bのうち、曲げ力が加わる領域が狭く(短く)なるため、十分なプレス圧(押圧力)が与えられず、プレス開放直後にスプリングバックが発生しやすくなる。また、両側部62a,62bのうち、曲げ力が加わる領域を広く(長く)したとしても、端面61a、61bの近傍ではプレス(押圧)の方向が主面に対して大きく傾斜する(垂直でなくなる)ため、十分なプレス圧(押圧力)が与えらず、プレス開放直後にスプリングバックが発生しやすくなる。
つまり、本実施形態の場合には、図6に示すように、端面61a、61bのうち、曲げ力が加わる領域では、プレス(押圧)の方向が主面に対してほぼ垂直になるので、十分なプレス圧(押圧力)が与えられる。このため、スプリングバックは殆ど発生せず、設計値通りの曲率に曲げることができる。
主工程では、金属板Mを一方向に送った後、図7(a)に示す第2の雌型(曲げダイ)143と第2の雄型(曲げパンチ)144とで、平板部60の短辺方向(曲げ方向)における中央部をプレスする。そして、平板部60を円弧状(望ましくは略1/4円弧)に曲げる。
また、図8(a)〜図8(c)に示すように下型146は左右一対の割型であり、これら割型146a,146bは、それぞれ独立して昇降可能に構成されている。
なお、上型145も下型146と同様左右一対の割型とし(割面145b参照)、この図8(a)に示す工程の際に、同じ側の上型を割型146aに近接させてもよい。
そして、平板部60が円筒状に形成された後は、不図示の切断部により連結部67が切断されて、図9(a)に示すように、中空円筒状のローラー本体16となる。
このように、繋ぎ目80を形成する端面61a,61bが外周面16a側で互いに接しているため、外周面16a側の平滑度が向上している。したがって、ローラー本体16を搬送ローラー15として使用する場合には、その外周面が記録紙Pと安定して接触するようになり、記録紙Pを高い精度で搬送することが可能となる。
すなわち、図10は、円筒曲げ工程後のローラー本体16に対して、X線を照射して非接触に応力(残留応力)を測定した結果を示している。ここで、ローラー本体16の繋ぎ目80を0°として、円周方向の外周面16aの位置(45°毎の位置)の測定結果を示している。また、図10において、プラスの値は引張応力を、マイナスの値は圧縮応力を示す(単位はMPa)。そして、図10(a)はローラー本体の外周面の円周方向の応力、図10(b)はローラー本体の外周面の軸方向の応力を示す。
なお、図10(a),(b)は、ローラー本体16の軸方向の中央領域における測定結果を示している。軸方向の他の領域(両端側)においても、図10(a),(b)と同様の結果が得られたので、その測定結果は省略している。
すなわち、応力均衡加工を行った場合には、図10(a),(b)のグラフ線図(実線)が円形(多角形)となっており、ローラー本体16の全域において応力状態が均衡した状態となっていることが分かる。
このように、ローラー本体16の両側部62a,62bの応力状態が、中央部61cの応力状態と均衡した状態(同一又は近似した応力状態)となっている。特に、両側部62a,62bの応力状態が、外周面16a側及び内周面16b側のいずれも圧縮応力が残留するような応力状態となることが回避されている。
具体的には、円周方向の応力(図10(a)参照)は、0°位置(繋ぎ目80の近傍)で強い圧縮応力が残留し、180°位置(繋ぎ目80の反対側)では強い引張圧応力が残留している。軸方向の応力(図10(b)参照)は、0°位置(繋ぎ目80の近傍)で強い圧縮応力が残留し、90°,270°位置では強い引張圧応力が残留している。つまり、両側部62a,62bの応力状態が中央部61cと比べて著しく異なった状態となっている。最小でも約300MPa以上の差が生じている。したがって、ローラー本体16の全域において応力状態が均衡した状態にはなっていないことが分かる。
なお、図10(a),(b)に示す破線のグラフ線図は、ローラー本体16の両側部62a,62bの端面61a、61bに対して面押し加工を施した場合を示している。
このため、後述する経時変形を最小限に抑えることができる。なぜなら、ローラー本体16に存在する残留応力が時間を経ることにより緩和(開放)されたとしても、ローラー本体16の全域に亘って均等に緩和するので、ローラー本体16が変形することが殆どないからである。
この応力調整工程では、ローラー本体16の外周面16aのうち少なくとも高摩擦層50が形成される所定部分に押圧力を加える。本実施形態では、ローラー本体16の外周面16aのほぼ全面に対して押圧力を加える場合を例に挙げて説明する。
応力調整工程としては、具体的には、ロールレベラーを用いて、ローラー本体16に対して押圧力を加える(ロールレベラー工程)。
押圧ローラーR1は、外周面が凸状(紡錘形)に形成されている。すなわち、軸方向の両端が小径で中央が大径となるように径が漸次変化した円柱に形成されている。
一方、押圧ローラーR2は、外周面が凹状(鼓形)に形成されている。すなわち、軸方向の両端が大径で中央が小径となるように径が漸次変化した円柱に形成されている。
そして、この押圧ローラーR1,R2の間に、ローラー本体16を押圧ローラーR1,R2に対して平行に配置する。つまり、押圧ローラーR1,R2により、ローラー本体16を挟持する。
そして、押圧ローラーR1,R2の軸間距離を調整することで、挟持したローラー本体16に対して所望の押圧力を与えることができる。また、ローラー本体16を挟持した状態で、2つの押圧ローラーR1及びR2を異なる方向に回転させる。
このように、押圧ローラーR1,R2を異なる方向に回転させることで、押圧ローラーR1,R2の間に挟持されたローラー本体16は、回転しつつ押圧力を受ける。
つまり、押圧ローラーR1及びR2を固定しておき、ローラー本体16を押圧ローラーR1,R2の間を回転しながら通過させる。これにより、ローラー本体16には、第一端部16fから第二端部16sへと順に押圧力が加えられることになる。この押圧力により、ローラー本体16に残留する応力が調整されることになる。
冷間圧延鋼板(SPCC)は、約0.1%のひずみが発生すると、塑性変形域に達する(塑性変形が発生する)と言われている。つまり、ロールレベラー工程では、ローラー本体16に対して、塑性変形が発生し始める外力(ひずみ)の約2倍から約5倍程度の外力(ひずみ)を与える。
これにより、ローラー本体16は塑性変形(圧縮変形)して、内部応力が均一化されるとともに経時変化も確実に抑制することができる。
プレス加工の際にローラー本体16の内部に残留した応力(残留応力)が、徐々に開放(緩和)されることによる変形であると考えられる。特に、ローラー本体16は、後述するメッキ処理工程や高摩擦層形成工程を経る際に加熱されるので、残留応力が開放(緩和)されやすくなると考えられる。そして、ローラー本体16の残留応力が不均一となると、ローラー本体16の形状変化が現れると考えられる。
具体的には、時間の経過に伴って、ローラー本体16は、繋ぎ目80が湾曲の外側に位置するように湾曲変形(反り)してしまう。つまり、ローラー本体16の円周方向において繋ぎ目80を0°とすると、ローラー本体16は0°方向に膨らむように湾曲してしまう。
なお、本実施形態に係る円筒軸の製造方法では、応力均衡加工を行っているので、応力均衡加工を行わない場合に比べて、時間の経過に伴う湾曲変形(反り)は非常に僅かとなる。
特に、本実施形態に係る円筒軸の製造方法では、応力均衡加工を行っているので、時間の経過に伴うローラー本体16の湾曲増加量を確実に最小限に抑えることができる。
図12(a)に示すように、転造工程を用いてもよい。
転造工程は、2つの転造ローラー201,202を用いた所謂スルーフィード転造(歩み転造、通し転造とも呼ばれている)加工である。
具体的には、図12(a)に示すように、ローラー本体16を挟むように配置された二つの転造ローラー201,202をローラー本体16に対して所定の圧力で押し付けた状態とする。この状態で、二つの転造ローラー201,202を同方向に回転させる。スルーフィード転造においては、転造ローラー201,202が回転することにより、ローラー本体16が転造ローラー201,202の回転方向とは逆方向に回転しながら、軸方向に移動する。
回転押圧工程は、ローラー本体16に押圧部材を押圧した状態で当該ローラー本体16を回転させ、押圧部材とローラー本体16とを当該ローラー本体16の中心軸方向に相対的に移動させる工程である。
この研磨工程では、図13に示すように、円柱状(又は円筒状)に形成された砥石部材GDを用いてローラー本体16の外周面16aを研磨する。研磨工程では、ローラー本体16の表面から所定の深さ(30μm〜80μm程度の厚さ。以下、「研磨深さ」と表記)の部分が研磨されることになる。
まず、ローラー本体16の形成材料(金属板M)として、冷間圧延鋼板(SPCC)を用いた場合には、メッキ処理工程を行う。ローラー本体16に表面にメッキ層を形成することで、防錆性を高めている。
この高摩擦層50の形成方法としては、乾式法及び湿式法(またはこれらを併用した方法)が採用可能であるが、本実施形態では乾式法が好適に採用される。具体的には、まず、高摩擦層50の形成材料として、樹脂粒子と無機粒子とを用意する。樹脂粒子としては、エポキシ系樹脂やポリエステル系樹脂等からなる、直径10μm程度の微粒子が好適に用いられる。
なお、アルミナ粒子の粒径は、適宜、選択調整することができる。
なお、図14(a)及び後述する図14(b),(c)では、繋ぎ目80については図示を省略している。
そして、ローラー本体16を中心軸回りに回転させる。ローラー本体16をその軸廻りに、100rpm〜500rpm程度の低速でゆっくり回転駆動させる。
このため、ローラー本体16に存在する残留応力が時間を経ることにより緩和(開放)されたとしても、経時変形が最小限に抑えられる。
よって、このようなローラー本体16を、インクジェットプリンター1(搬送ローラー機構19)の搬送ローラー15に用いた場合には、印刷用の用紙Pを高精度に搬送することが可能となり、高精度な印刷を行うことができる。
なお、図15(b)に示すように、端面61a,61bのいずれか一方を外周面16aに対して傾斜させ、他方をほぼ直交させる場合であってもよい。
プレス抜き工程において応力均衡加工(斜め抜き加工)を行わず、円筒曲げ工程においてのみ応力均衡加工(側部丸め曲げ加工)を行ってもよい。この場合には、図15(c)に示すように、端面61a,61bの両方を外周面16aに対してほぼ直交する。
また、プレス抜き工程においてのみ応力均衡加工(斜め抜き加工)を行い、円筒曲げ工程において応力均衡加工(側部丸め曲げ加工)を行わない場合であってもよい。
なお、図16(a)〜(d)に示す繋ぎ目80の形状を、ローラー本体16の軸方向の全体又は一部に設ける場合でもよいし、これらの形状を組み合わせる場合であってもよい。
平板状の金属板を母材とし、当該平板金属板から上記平板部60とほぼ同形同寸法の金属板を形成して、当該金属板を加工することでローラー本体16を形成しても構わない。したがって、上記説明あるいは以下の記載において、平板部60を当該金属板に置き換えた場合であっても適用可能である。
Claims (7)
- 金属板から円筒軸形成部材をプレス抜きするプレス抜き工程と、
前記円筒軸形成部材の一対の端面が近接又は当接するように当該円筒軸形成部材を円筒状に曲げて円筒軸を形成する円筒曲げ工程と、
前記円筒軸に外力を加えて前記円筒軸に残留する応力を調整する応力調整工程と、
を有し、
前記プレス抜き工程又は前記円筒曲げ工程の一方又は両方において、前記一対の端面を含む側部に対して加工を施す際に、当該側部とそれ以外の部位の応力状態が均衡するように加工する応力均衡加工を行うことを特徴とする円筒軸の製造方法。 - 前記プレス抜き工程における前記応力均衡加工は、前記円筒軸形成部材の主面に対して前記端面を傾斜させる斜め抜き加工であることを特徴とする請求項1に記載の円筒軸の製造方法。
- 前記円筒曲げ工程における前記応力均衡加工は、前記円筒軸形成部材の全体を円筒状に曲げる加工の前に、前記側部を円弧状に曲げる丸め曲げ加工であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の円筒軸の製造方法。
- 前記丸め曲げ加工の際に、前記円筒軸形成部材の中央部を、円筒状に曲げる方向と反対方向に反らせることを特徴とする請求項3に記載の円筒軸の製造方法。
- 前記応力調整工程は、平行配置された一対の押圧回転ローラーの間に、前記円筒軸を平行に配置し、前記円筒軸を前記一対の押圧回転ローラーで押圧しつつ回転させながら軸方向に移動させるロールレベラー工程であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の円筒軸の製造方法。
- 前記応力調整工程の後に、平行配置された2つの回転砥石部材間に前記ローラー本体を配置して外周面を研磨するセンターレス工程を行うことを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の円筒軸の製造方法。
- 前記センターレス工程の後に、前記ローラー本体の外表面の少なくとも一部に高摩擦層を形成する高摩擦層形成工程を行うことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の円筒軸の製造方法。
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