JP2018199146A

JP2018199146A - 円筒部の製造方法

Info

Publication number: JP2018199146A
Application number: JP2017104498A
Authority: JP
Inventors: 裕太山北; Yuta Yamakita
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: US20180339330A1; US10974302B2; CN108927450A; CN108927450B; JP6874526B2

Abstract

【課題】円筒部の外周直径及び円筒度に関して、高い精度が必要とされる場合にも対応可能な製造方法の一例を開示する。【解決手段】可動パンチ２１を第１ダイ２３側に変位させながら被加工材１の一部を内周面２４Ａに向けて塑性流動させて当該塑性流動した部位を当該内周面２４Ａに圧接させる。これにより、塑性流動した金属組織は、内周面２４Ａに押し付けられるので、突出部１Ａの外周面には、内周面２４Ａの形状が転写される。したがって、円筒部３の外周直径及び円筒度を高い精度とすることが可能となる。【選択図】図３

Description

本願は、板状部に円筒部を一体成形するための製造方法に関する。

例えば、特許文献１等に記載されているように、金属板製の被加工品の多くは、量産性（生産性）に優れたプレス成形法により製造される。

特開２０１５−２０２０５号公報

円筒部の外周直径及び円筒度（ＪＩＳＢ００２１参照）に関して、高い精度が必要とされる場合、当該円筒部には、通常、切削加工等の機械加工が施される。しかし、機械加工は、通常、プレス成形法に比べて量産性（生産性）の点で劣る。そこで、本願は、円筒部の外周直径及び円筒度に関して、高い精度が必要とされる場合にも対応可能な製造方法の一例を開示する。

板状部（２）に円筒部（３）を一体成形するための製造方法において、成形時の円筒部（３）の外周面に接触する内周面（２４Ａ）が設けられた第１金型（２４）、成形時の円筒部（３）の突出方向先端に接触する第２金型（２３）、並びに被加工材（１）を挟んで第２金型（２３）と反対側に配設され、当該被加工材（１）を第２金型（２３）側に押圧する第３金型（２１）を備えた製造装置を利用し、かつ、第３金型（２１）を第２金型（２３）側に変位させながら被加工材（１）の一部を内周面（２４Ａ）に向けて塑性流動させて当該塑性流動した部位を当該内周面（２４Ａ）に圧接させる塑性加工工程を有する。

これにより、内周面（２４Ａ）に向けて塑性流動した金属組織は、当該内周面（２４Ａ）の形状が転写された円筒部（３）に成形される。したがって、当該円筒部（３）の外周直径及び円筒度は、第１金型（２４）の寸法と一致する。延いては、円筒部（３）の外周直径及び円筒度を高い精度とすることが可能となる。

なお、以下の方法であってもよい。
塑性加工工程を第２塑性加工工程としたとき、第２塑性加工工程の実施前に実行される第１塑性加工工程であって、板状部（２）の一部を押圧して当該一部を塑性流動させることにより、第２金型（２３）側に突出した突出部（１Ａ）を成形する第１塑性加工工程を有し、第２塑性加工工程においては、突出部（１Ａ）の一部を内周面（２４Ａ）側に塑性流動させることが望ましい。

これにより、突出部（１Ａ）を構成する金属組織が塑性流動して円筒部（３）が成形されるので、第２塑性加工工程を確実に実施することができる。つまり、第１塑性加工工程を実施することにより、例えば、第２塑性加工工程にて塑性流動させるべき金属組織が不足する等の問題が発生すること未然に防止でき得る。

「第２金型（２３）側に突出した」とは、「第２金型（２３）が配設された側」を意味する。例えば、以下の「第１実施形態」等に示された例における「第２金型（２３）側に突出した」とは、「下側」に相当する。

なお、第２塑性加工工程の終了後に、板状部（２）のうち円筒部（３）の径方向外側に歯形を成形する第３塑性加工を実施することが望ましい。
因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る被加工材の斜視図である。本発明の実施形態に係る第１塑性加工工程を示す図である。本発明の実施形態に係る第２塑性加工工程を示す図である。本発明の実施形態に係る打ち抜き加工工程を示す図である。本発明の実施形態に係る第３塑性加工工程を示す図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は、本願発明の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、各図に付された方向を示す矢印等は、各図相互の関係を理解し易くするために記載したものである。本発明は、各図に付された方向に限定されるものではない。

少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「１つの」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。

（第１実施形態）
１．概要
本実施形態は、図１に示す外歯プレート１の製造に本発明を適用したものである。外歯プレート１は、電動式リクライナーの構成部品である。電動式リクライナーは、乗物用シート等のシート（図示せず。）に適用され、当該シートのシートバック（図示せず。）をシートクッション（図示せず。）に対して揺動させるための機構である。

外歯プレート１（以下、被加工材１という。）は、板状部２、円筒部３及び歯部４を備える金属製の部材である。円筒部３は、板状部２の板厚方向に突出した円筒状の部位である。

歯部４は、板状部２のうち円筒部３の径方向外側に形成された外歯歯車を構成する部位である。そして、板状部２、円筒部３及び歯部４は、後述するように、塑性加工による金属製の一体成形品である。

２．被加工材の製造方法
図２〜図５は、本実施形態に係る製造方法を利用した製造装置の作動を工程順に示している。当該製造装置は、被加工材１に対して、以下の塑性加工を順次実行して、金属製の板材から外歯プレート１を成形する。以下、上記の塑性加工を工程順に、「第１塑性加工工程」、「第２塑性加工工程」、「抜き加工工程」、「第３塑性加工工程」という。

製造装置は、第１ステージ〜第３ステージを有している。第１ステージでは、第１塑性加工工程で実行される第１塑性加工が実行される。第２ステージでは、第２塑性加工工程で実行される第２塑性加工、及び抜き加工工程で実行される抜き加工が実行される。第３ステージでは、第３塑性加工工程で実行される第３塑性加工が実行される。

本実施形態に係る製造装置は、１つの被加工材１を第１ステージ→第２ステージ→第３ステージの順に移送しながら、当該被加工材１に第１塑性加工〜第３塑性加工を順次、実行する。このため、当該製造装置では、第１塑性加工〜第３塑性加工が同時に実行され得る。

＜第１塑性加工工程＞
第１塑性加工を実行する第１ステージ（製造装置）は、図２に示すように、可動パンチ１１、固定パンチ１２、第１ダイ１３及び第２ダイ１４等を備えている。固定パンチ１２、第１ダイ１３及び第２ダイ１４は不動な金型である。

第１ダイ１３の上面は、第２ダイ１４の上面に対して下方側にずれている。このため、第１ダイ１３が配置された部位には、第２ダイ１４に対して窪んだ円柱状の凹部１４Ａが構成される。

可動パンチ１１は、固定パンチ１２、第１ダイ１３及び第２ダイ１４に対して変位可能な略円柱状の金型である。つまり、固定パンチ１２には、可動パンチ１１が変位可能に収納された貫通穴が設けられている。

可動パンチ１１は、当該貫通穴に収納された状態で第１ダイ１３及び第２ダイ１４に対して離間及び近接する方向に変位可能である。当該可動パンチ１１の先端外周部には、テーパ部１１Ａが設けられている。

テーパ部１１Ａは、固定パンチ１２と被加工材１との接触面１２Ａに対して傾斜した略円錐状の傾斜面である。つまり、当該テーパ部１１Ａは、可動パンチ１１の中心軸線Ｌｏに近づくほど第１ダイ１３に近づくように略円錐状に傾斜している。

そして、可動パンチ１１は、被加工材１をなす金属製の板材の一部を第１ダイ１３に向けて押圧する。これにより、当該一部が第１ダイ１３側に押圧されて塑性流動し、第１ダイ１３側に突出した突出部１Ａが板状部２に一体成形される。

つまり、第１塑性加工工程では、凹部１４Ａに被加工材１の一部が塑性流動しながら流れ込むことにより、略円柱状の突出部１Ａが成形される。第１塑性加工が終了すると、被加工材１は、第２ステージに移送される。

＜第２塑性加工工程＞
第２塑性加工を実行する第２ステージ（製造装置）は、図３に示すように、可動パンチ２１、固定パンチ２２、第１ダイ２３及び第２ダイ２４等を備えている。固定パンチ２２及び第２ダイ２４は不動な金型である。

可動パンチ２１は、被加工材１を挟んで第１ダイ２３と反対側に配設され、被加工材１を第１ダイ２３側に押圧する略円柱状の金型である。つまり、固定パンチ２２には、可動パンチ２１が変位可能に収納された貫通穴が設けられている。

可動パンチ２１は、当該貫通穴に収納された状態で第１ダイ２３及び第２ダイ２４に対して離間及び近接する方向に変位可能である。可動パンチ２１の直径寸法は、第１ステージに設けられた可動パンチ１１の直径寸法より小さい。

換言すれば、可動パンチ２１の直径寸法は、突出部１Ａの外径寸法より小さい寸法である。なお、本実施形態に係る可動パンチ２１の直径寸法は、円筒部３の内径寸法と略同一の寸法である。

第１ダイ２３は、成形時の円筒部３、つまり突出部１Ａの突出方向先端に接触する円柱状の金型である。第１ダイ２３の外径寸法は、円筒部３の外径寸法と略同位置の寸法であって、可動パンチ２１の外径寸法より大きい寸法である。

第１ダイ２３のうち突出部１Ａの突出方向先端に接触する部位（以下、接触部２３Ｂという。）の中央部には、可動パンチ２１側に突出した円柱状の突起部２３Ａが設けられている。つまり、突起部２３Ａは、接触部２３Ｂのうち可動パンチ２１と対向する部位に設けられている。

突起部２３Ａの外径寸法は、第１ダイ２３の外径寸法より小さい寸法である。したがって、可動パンチ２１の押圧方向（図３では、紙面上下方向）と直交する仮想平面に突起部２３Ａ及び可動パンチ２１が投影されたとき、投影された突起部２３Ａは、投影された可動パンチ２１内に位置する。

固定パンチ２２のうち可動パンチ２１の外周側には、テーパ部２２Ａが設けられている。テーパ部２２Ａは、第１ステージに設けられたテーパ部１１Ａに相当する位置において、当該テーパ部１１Ａと同様な向きに傾斜した略円錐状の傾斜面である。

第１ダイ２３の上面は、第２ダイ２４の上面に対して下方側にずれている。このため、第１ダイ２３が配置された部位は、第２ダイ２４に対して窪んだ円柱状の凹部２４Ｂを構成する。そして、第１ステージから移送されてきた被加工材１の突出部１Ａは、当該凹部２４Ｂに嵌り込む。

つまり、第２ステージにおいては、突出部１Ａは、凹部２４Ｂに嵌り込んで第１ダイ２３側に突出した状態となる。このため、第２ダイ２４は、成形時の円筒部３の外周面、つまり突出部１Ａの外周面に接触する内周面２４Ａを構成する。

そして、第２塑性加工工程では、可動パンチ２１を第１ダイ２３側に変位させながら被加工材１の一部を内周面２４Ａに向けて塑性流動させて当該塑性流動した部位を当該内周面２４Ａに圧接させる。

すなわち、可動パンチ２１が第１ダイ２３側に変位すると、突出部１Ａの一部が内周面２４Ａ側、つまり径方向外側に向けて塑性流動する。この塑性流動した金属組織は、内周面２４Ａに押し付けられるので、突出部１Ａの外周面には、図３に示すように、内周面２４Ａの形状が転写される。

そして、可動パンチ２１が第１ダイ２３に近接し、可動パンチ２１と第１ダイ２３との距離が予め決められた距離以下となったとき、又は可動パンチ２１と第１ダイ２３とが接触したきに、第１ダイ２３が突出部１Ａの先端から離間する。

＜抜き加工工程＞
抜き加工は、図４に示すように、可動パンチ２１が突出部１Ａを貫通し、突出部１Ａに貫通穴を成形する。つまり、抜き加工では、可動パンチ２１が突出部１Ａを貫通することにより、円柱状の突出部１Ａが円筒状の円筒部３に成形される。

このため、抜き加工工程では、第１ダイ２３に代えて円筒状の第３ダイ２５が用いられる。第３ダイ２５は、可動パンチ２１が嵌り込み可能な穴部２５Ａを有する円筒状の金型である。

すなわち、第３ダイ２５の外径寸法は、内周面２４Ａの内径寸法と同じである。第３ダイ２５の内径寸法は、可動パンチ２１の外径寸法、つまり円筒部３の内径寸法と略同一の寸法である。

＜第３塑性加工工程＞
第３塑性加工は、図５に示すように、板状部２のうち円筒部３の径方向外側に歯部４を構成する歯形を成形する加工である。

第３塑性加工を実行する第３ステージ（製造装置）は、図５に示すように、第１可動パンチ３１、第２可動パンチ３２、第１ダイ３３及び第２ダイ３４等を備えている。第１ダイ３３及び第２ダイ３４は不動な金型である。

第１可動パンチ３１及び第２可動パンチ３２が、第１ダイ３３及び第２ダイ３４側に変位しながら被加工材１を押圧することにより、当該被加工材１の一部を塑性流動させて歯部４を成形する。なお、本実施形態に係る第３塑性加工では、歯部４以外の部位の加工も実行される。

３．本実施形態に係る製造方法の特徴
第２塑性加工において、内周面２４Ａに向けて塑性流動した金属組織は、当該内周面２４Ａの形状が転写された円筒部３に成形される。したがって、当該円筒部３の外周直径及び円筒度は、第２ダイ２４に形成された内周面２４Ａの内径寸法と一致する。延いては、円筒部３の外周直径及び円筒度を高い精度とすることが可能となる。

すなわち、金型の寸法精度は、当該金型にて成形される製品より高い精度である。そして、本実施形態では、内周面２４Ａに向けて塑性流動した金属組織は、当該内周面２４Ａの形状が転写された円筒部３に成形される。したがって、円筒部３の外周直径及び円筒度を高い精度とすることが可能となる。

製造装置は、第１塑性加工にて突出部１Ａを成形した後、第２塑性加工において、当該突出部１Ａの金属組織を内周面２４Ａ側に塑性流動させる。これにより、突出部１Ａを構成する金属組織が塑性流動して円筒部３が成形される。

したがって、第２塑性加工工程を確実に実施することができる。つまり、第１塑性加工を第２塑性加工前に実施することにより、例えば、第２塑性加工にて塑性流動させるべき金属組織が不足する等の問題が発生すること未然に防止でき得る。

第２塑性加工工程の終了後に、歯部４を構成する歯形を成形する。これにより、歯部４と円筒部３との相対寸法精度を高めることができる。つまり、円筒部３を基準として歯部４が成形されることになるので、歯部４と円筒部３との相対寸法精度を高めることができる。

第１ダイ２３には突起部２３Ａが設けられている（図３参照）。これにより、突出部１Ａの金属組織を確実に内周面２４Ａ側に塑性流動させることが可能となり得る。つまり、突起部２３Ａは、金属組織を内周面２４Ａ側に塑性流動させる案内部材として機能し得る。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、第２塑性加工を実行する前に突出部１Ａを成形する第１塑性加工を実施した。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１塑性加工が廃止された製造方法又は製造装置であってもよい。

上述の実施形態では、外歯プレート１の成形に本発明を適用した。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、円筒部３を有する部材であれば、外歯プレート以外の部材（例えば、歯部４を有していない部材）の成形にも適用可能である。

上述の実施形態では、第１ダイ２３には突起部２３Ａが設けられていた、しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１ダイ２３に突起部２３Ａが設けられていない構成であってもよい。

上述の実施形態に係る突起部２３Ａは、円柱状の突起部であった。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、内周面２４Ａに近づくほど突出寸法が小さくなる傾斜部を有する円錐状の突起部により突起部２３Ａが構成されていてもよい。

上述の実施形態に係る製造装置では、１つの被加工材１を第１ステージ→第２ステージ→第３ステージの順に移送しながら、当該被加工材１に第１塑性加工〜第３塑性加工を順次実行した。

しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、被加工材１を移送することなく、各金型を変更して被加工材１に第１塑性加工〜第３塑性加工を順次実行する構成であってもよい。

上述の実施形態に係る製造装置では、第１ステージの第１ダイ１３と第２ステージの第１ダイ２３とは異なる金型であった。しかし、本願明細書に開示された発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１ステージの第１ダイ１３と第２ステージの第１ダイ２３とが同一の金型であってもよい。

さらに、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態を組み合わせてもよい。

１… 外歯プレート（被加工材）１Ａ… 突出部２… 板状部
３… 円筒部４… 歯部１１… 可動パンチ
１１Ａ… テーパ部１２… 固定パンチ１２Ａ… 接触面
１３… 第１ダイ１４… 第２ダイ２１… 可動パンチ
２２… 固定パンチ２２Ａ… テーパ部２２Ｂ… 接触面
２３… 第１ダイ２３Ｂ… 接触部２３Ａ… 突起部２４… 第２ダイ
２４Ａ… 内周面２５… 第３ダイ２５Ａ… 穴部

Claims

金属板製の板状部、及び当該板状部の板厚方向に突出した円筒状の円筒部を備える被加工材の製造方法であって、前記板状部に前記円筒部を一体成形するための製造方法において、
成形時の前記円筒部の外周面に接触する内周面が設けられた第１金型、
成形時の前記円筒部の突出方向先端に接触する第２金型、並びに
前記被加工材を挟んで前記第２金型と反対側に配設され、当該被加工材を前記第２金型側に押圧する第３金型を備えた製造装置を利用し、かつ、
前記第３金型を前記第２金型側に変位させながら前記被加工材の一部を前記内周面に向けて塑性流動させて当該塑性流動した部位を当該内周面に圧接させる塑性加工工程を有する円筒部の製造方法。
前記塑性加工工程を第２塑性加工工程としたとき、当該第２塑性加工工程の実施前に実行される第１塑性加工工程であって、前記板状部の一部を押圧して当該一部を塑性流動させることにより、前記第２金型側に突出した突出部を成形する第１塑性加工工程を有し、
前記第２塑性加工工程においては、前記突出部の一部を前記内周面側に塑性流動させる請求項１に記載の円筒部の製造方法。
前記第２塑性加工工程の終了後に実行される第３塑性加工工程であって、前記板状部のうち前記円筒部の径方向外側に歯形を成形する第３塑性加工工程を有する請求項１に記載の円筒部の製造方法。
金属板製の板状部、及び当該板状部の板厚方向に突出した円筒状の円筒部を備える被加工材の製造方法であって、前記板状部に前記円筒部を一体成形するための製造装置において、
成形時の前記円筒部の外周面に接触する内周面が設けられた第１金型と、
成形時の前記円筒部の突出方向先端に配設された第２金型と、
前記第２金型に設けられた突起部であって、前記被加工材側に突出する突起部と、
前記被加工材を挟んで前記第２金型と反対側に配設され、当該被加工材を前記第２金型側に押圧する第３金型とを備え、
前記第３金型は、前記第２金型側に変位しながら前記被加工材の一部を前記内周面に向けて塑性流動させて当該塑性流動した部位を当該内周面に圧接させる円筒部の製造装置。