JP4584489B2 - Ｏａ機器用中空シャフト部材への端部材装着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＡ機器用中空シャフト部材に対し端部材を装着する為の方法に関し、更に詳細には、主にコンピュータ用プリンタ、複写機、ワードプロセッサー、ファクシミリ等の事務用機器、金融機関に用いられるＡＴＭ、電算機器及び計測機器等のＯＡ機器に対し、それら機器や紙送りローラーや紙押さえローラー等を備えた中空シャフト部材に端部材を装着する為の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記事務用機器やＡＴＭ、電算機、計測機器等には、例えば、紙送りローラーや紙押えローラー等を装着する為のシャフト部材が用いられているが、該シャフト部材には、中実材が用いられるのが一般的である。
しかし、斯かる中実材では、重量が重くなるばかりでなく、製造過程が非常に複雑となり、製品コストが高くなる欠点を有していた。
【０００３】
又、該シャフト部材に、紙送りローラーや紙押えローター等の部材が装着される場合には、紙送りローラー及びシャフト部材に嵌合用の雌ネジ部を穿設し、そこに雄ネジを螺合させて結合せねばならず、正確な位置付けを要する等製造工程を複雑化していた。
【０００４】
そこで、これを解消しようとして中空シャフト部材を用いる提案を本出願人はしているが、しかし、その中空を埋める為に端部には中実製の端部材を装着しなければならない（図８参照）。
その装着の方法は、従来、▲１▼アルミパイプの内径を圧入加工可能な寸法に旋盤加工し、圧入部材の精度を上げ、圧入するか、▲２▼又は、高い圧入強度を必要な場合には、接着剤を塗布するか、▲３▼平行ピン等をパイプと端部材に縦穴を空けて打ち込むか、▲４▼摩擦圧接等により溶接してしまう等しかなかった。
しかし、斯かる方法では、円筒形のアルミパイプに硬質の端部材を圧入しても、アルミパイプの軟質性によって精度が出難く、軸芯の位置を定める同軸度を精確に出しにくいものであった。又、その精度を出そうとすると煩雑で、コストの高い工程を経なければならなかった。
又、圧入や摩擦圧接等の工程は、高いエネルギーを必要とし、装置が高価であると共にエネルギー消費の激しいものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる欠点を解消しようとしてなされたもので、高い同軸度及び真直度が得られると共に、その工程が簡潔で、低廉なコストで実現できる方法を開発しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明ＯＡ機器用中空シャフト部材への端部材装着方法は、
（１）軟質金属で形成した円筒形の中空シャフト部材を用い、
（２）該中空シャフト部材に密接状態に挿入可能な円柱形で、以下の要件（ａ）〜（ｃ）を満たす嵌合溝を形成した硬質金属を素材とした端部材を挿入する。（ａ）終端部からの所定位置に、円柱形の端部材の周円に沿って端部材の軸心と同心となる周円状に穿設すること。（ｂ）溝の深さは、少なくとも打ち込みによる投錨効果が得られと共に、打ち込みによってシャフト部材が底面に到達し、且つ、その抗力で同軸度を得るに適した深さであること。（ｃ）溝底面の仕上精度は、求める同軸度を得るに充分な精度であること、
（３）割型の中央部に、押圧部材によって内部に抗力が発生してもシャフト部材の外形を外に向かって膨張させない孔径の円孔部を形成し、その成形孔の中心に向かって少なくとも３本以上の押圧部材をスライド自在に配設した成形機を用意し、
（４）該成形機の型にシャフト部材と端部材とを装着し、押圧部材を円孔部の中心に向かって移動させ、該押圧部材の押圧力でシャフト部材を端部材の嵌合溝に向かって塑性変形させて端部材をシャフト部材に装着させて構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明が対象とするシャフト部材１０は、主にコンピュータ用プリンタ、複写機、ワードプロセッサー、ファクシミリ等の事務用機器、金融機関に用いられるＡＴＭ、電算機器及び計測機器等のＯＡ機器を対象とし、そこに用いられるシャフト部材を指す（図９参照）。
具体的には、中間の所定位置には紙送り用のローラーや紙押さえ用のローラーが装着される場合等があり、これら紙送りローラー、紙押えローラー等の機能部材Ｓを備えたものをいう（図８参照）。
【０００８】
該シャフト部材１０にあって、素材を軟質の金属とし、例えば、アルミニウム、真鍮、銅、軟鉄等を指す。該軟質金属製のシャフト部材を中空状で断面が円形の円筒形を成すものとする。
その製法は、例えば、平板状の軟質金属を成形ローラーに掛けて徐々に円筒形に成形し、最後に、円形な孔を形成したダイスで引き抜き加工して得られる。
但し、このシャフト部材の製法は、これに限定されるものではない。
ここで、本発明では、シャフト部材の内径の寸法及び仕上げに特別高い精度を求める必要はない。
【０００９】
一方、上記中空シャフト部材１０に装着すべき、端部材２０は、図１，図２に示す如くで、その素材を硬質の金属素材とし、例えば、ＳＵＳ−３０４等の鋼製とし、円柱形の中実材に形成する。
そして、本発明にあっては、該端部材に以下の要件を満たす嵌合溝２１を形成する。
その嵌合溝２１の満たすべき要件とは、
▲１▼端部材の終端部より一定間隔をおいた所定位置に嵌合溝を刻む。その所定位置とは、後述の成型型による打ち込み工程との関係で、押圧部材による打ち込み位置と一致する位置をいう。具体的には、例えば、８φ（内径）×５０ｍｍの場合、終端部より１５ｍｍの位置とする。
▲２▼その嵌合溝２１は、円柱形の端部材１０の周縁に沿って端部材の軸芯と同芯となる周円溝を形成する。
▲３▼その嵌合溝２１の深さは、少なくとも打ち込みによる投錨効果が充分に得られる深さであると共に、打ち込みによシャフト部材が底面に到達し、且つ、その抗力で同軸度を得るに適した深さとしなければならない。
押圧部材によってシャフト部材が到達可能な深さは、シャフト部材の材質と厚み、及び溝の幅によって影響を受けるが、シャフト部材の厚み以下にするのが望ましい。
具体的には、例えば、厚み１．０ｍｍで、外径１０φ（内径８φ）×５０ｍｍの場合、深さ０．５ｍｍとする。
▲４▼上記嵌合溝の底面の仕上精度は、充分に精度の高いものが望ましい。何故なら、後述するように同軸度を決定するのは成型用の型の外壁面と当該嵌合溝の底面の精度であり、この精度を上げることによって仕上がりの同軸度を高めることができるからである。
【００１０】
又、端部材２０の嵌合溝２１の付近には、回り止め用の楔状の突起２２をラジアル方向に直角に形成することができる。その具体的手段は、例えば、ステーキングによる変形で隆起を形成し、その隆起を突起２２とする方法がある。
【００１１】
更に、シャフト部材の内壁面には空気抜きの為の縦溝１２を刻設することができ、これはシャフト部材の物理的強度に影響を与えないよう長手方向に沿って細い溝を刻めば良い。
【００１２】
そして、上記シャフト部材１０に端部材２０を装着する際に型枠装置３０を用いる。該型枠装置３０は、基台の上に支持台３１を載せ、その上にゴム台３３を介在させて下型３２を載置し、該支持台３１と下型３２との間には案内孔を穿設して案内杆３４を立設する。
更に、上型３５と天板３８との間にゴム台３６を介在させて、該上型３５と天板３８の間には案内孔を穿設して案内杆３７を立設する。
該下型３２と上型３５との間には、中空シャフト部材１０の外径寸法と一致させて半円状の円孔部３２ａ，３５ａを形成する。該円孔部３２ａ，３５ａの内壁面は後述する如く、下型３２と上型３５とで挟圧し、後述の押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによる打ち込みによって内部に抗力が発生しても、シャフト部材１０の外形を外に向かって膨張させない寸法及び精度の孔径をいう。
そして、上型３５内を挿通させて天板３８の押圧によって突出する押圧部材３９ａを円孔部３５ｂの中心に向かって形成する。又、下型３２内に終端部が支持台３１に支持され下型３２の下降によって相対的に先端部が突出する押圧部材３９ｂ，３９ｃを円孔部中心に向けて配設する。
【００１３】
そして、重要なことは、上記３本以上の押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃは、円孔部３２ａ，３５ａの中心に向かって相互に等しい角度を保つと共に、端部材２０の嵌合溝２１に向かって等しい高さとなる寸法精度を保つことである。
何故なら、後述するようにこの押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによる抗力の作用によってシャフト部材に対する端部材の同軸度が決定されるからである。
【００１４】
上記にあっては端部材２０の嵌合溝２１を１列だけ配した態様を示したが、図３及び図４に示す如く、一層の効果の向上を狙いとして、該端部材２０の嵌合溝２１は適当間隔をおいて２列以上の嵌合溝２１’・・を刻設し、これに対応させて成形機の押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃにも２列以上の押圧部材３９’ａ，３９’ｂ，３９’ｃ・・を配設しても良い。その場合、該２列以上の押圧部材の押圧力で２列以上の嵌合溝に向かって塑性変形させて端部材２０をシャフト部材１０に装着させ、外周面に押圧溝１１，１１’・・を形成する。
【００１５】
次に、上記条件に基づいて本発明端部材２０を中空シャフト部材１０に装着する方法について説明する。
先ず、上記製法等で成形された中空パイプ状のシャフト部材１０に対し、上記条件を満たして成形された端部材２０を挿入する。
その方法は、例えば、シャフト部材１０に端部材２０を挿入機で挿入し、次に型枠装置３０の円孔部３２ａ，３５ａ型に挿入し、先端をストッパーで止め、ストッパーからの押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃの位置を端部材２０の嵌合溝２１の位置と一致させる。
【００１６】
そして、上型３５の上の天板３８をプレス機（図示省略）等で押圧する。
すると、案内杆３７に沿って上型３５が下降し、下型３２に接近し、更に押圧を続けるとゴム台３３，３６を圧縮させ、上型３５の押圧部材３９ａがシャフト部材１０の上側を押圧し、更に下型３２の押圧部材３９ｂ，３９ｃが下側から突き上げる格好でシャフト部材１０を下側から押圧し、シャフト部材１０の外壁を押す（図６Ａ参照）。
【００１７】
すると、下型３２と上型３５とによって形成された円孔部３２ａ，３５ａは、押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによる打ち込みによって内部に抗力が発生しても、シャフト部材１０の外形を外に向かって膨張させない寸法に形成されているから、その押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによる押圧力は、確実にシャフト部材１０を端部材２０に形成された嵌合溝２１内へと向かわせる。この作用は、３本の押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃに等しく起こされる。
すると、軟質の金属で形成されたシャフト部材１０に塑性変形が起こり、内部摩擦熱の発生と共に組織内で激しいすべり、転移が惹起され、内部に空けられた端部材の嵌合溝２１の空間に沿って徐々に変形し（図６Ｂ参照）、最終的に嵌合溝２１の底面に至る。そして、シャフト部材１０の外側には押圧溝１１が形成される。
【００１８】
このとき、押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによるシャフト部材１０への押圧力は、少なくとも３方向から中心に向かって等しい力で加えられ、そして、シャフト部材１０が端部材２０の嵌合溝２１の底面に到達したとき、その底面から反発による抗力が生まれる。
その抗力は、押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによる押圧方向とは反対の、端部材の中心からシャフト部材の少なくとも３カ所の変形部位へと向かう。その結果、等しい弧の角度θ１，θ２，θ３に分散された３方向以上の力が相互に影響し合いバランスされる。
従って、もし、シャフト部材の厚みに不揃いがあったとしても、それが３方向以上の力の互いの抗力によって平均化され、端部材を中心位置へと固定させる（図６Ｃ，図７参照）。
【００１９】
同時に、この押圧力を決定するのは、外側が、軟質金属のシャフト部材ではなく、硬質金属で形成された上型及び下型の円孔部３２ａ，３５ａの内壁面である。同時に、内側も硬質金属で形成された端部材２０の嵌合溝２１の底面である。
即ち、図５に示す如く、天板３８の下降により押圧部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃに押圧力が発生すると、その力の外側は下型３２と上型３５とに挟まれて形成された円孔部３２ａ，３５ａの内壁によって固定、支持される。同時に、その力の内側は、塑性変形の結果到達した端部材２０の嵌合溝２１の底面によって固定される。
そして、この円孔部３２ａ，３５ａ及び嵌合溝２１は、いずれも硬質の金属で形成され、且つ、仕上精度の高いものであり、ここに軟質金属が押圧によって組織内すべり、転移等を伴って塑性変形されて挟圧される形態となる。
従って、変形された部位の寸法精度は極めて高いものとなり、終局的に中心位置に定められた端部材の同軸度の精度もすこぶる高いものとなる。
【００２０】
又、端部材２０に楔状突起２２を形成すると、シャフト部材に強い回転力が加えられた場合にも、端部材の回りをシャフト部材が空転することがなく、いわゆる回り止め効果を発揮する。
【００２１】
更に、左右から中空状のシャフト部材に挿入するにあたって、両端が密閉状態であると、例えばゴムローラー等をシャフト部材に高熱下で付着させる場合等に空気が膨張して悪影響を与えることがあるが、しかし、シャフト部材の内壁面にエアー抜け用の縦溝を刻設すれば、予め空気を逃がすことでこれらを防止することができる。
【００２２】
そして、上記端部材２０の嵌合溝２１等を２列以上の刻設した態様とすると、下記の如き、優れた作用がもたらされる。
即ち、上述した如く、シャフト部材１０の製法は、例えば、平板状の軟質金属を成形ローラーに掛けて徐々に円筒形に成形し、又は、押出工程及びスエージング工程の後、最後に、円形な孔を形成したダイスで引き抜き加工して得られるのが一般的である。最後にダイスによる引き抜き加工を施すのは、シャフト部材の内径の精度を一定以上の高さに保たないと、高い精度の同軸度を得られないからである。
ところが、本発明装着方法にあっては、最後のダイスによる引き抜き加工を省略させても高い同軸度が得られ、特に上記端部材の嵌合溝２１等を２列以上とした場合には高い同軸度が得られることが下記の振れ試験で確認された。
【００２３】
ここで振れ試験とは、被試験体のシャフト部材をＶ字型の溝を刻設させた台で回転させ、そのＶ字溝内での回転に伴って起こる外周面の振れをレーザースキャンマイクロメータで測定したものをいう。
【００２４】
試験結果
【表１】

Ａ部：中空シャフト左側の２列の嵌合溝の中間位置を指す。
Ｂ部：中空シャフト右側の２列の嵌合溝の中間位置を指す。
【００２５】
この結果、シャフト内外径の振れと固定時の芯振れの加算上の最大平均値０．５０８ｍｍに対し、本発明装着方法による実測値０．１７３ｍｍは、約２９％の振れを改善することが確認された。
又、シャフト内径と圧入軸外径の差の平均値０．３６９ｍｍに対し、本発明装着方法では２．５５Ｐａ以上の耐トルクを得られることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上の構成に基づいて本発明は、以下の如き優れた効果を奏する。
（１）押圧部材によってシャフト部材の端部材の嵌合溝への塑性変形を導き強い投錨効果を得ることができ、且つ、それが３方向以上の力の互いの抗力によって平均化されるので、端部材を中心位置へと固定させ高い同軸度を得ることができる。
（２）その同軸度は、硬質材で形成される、端部材の嵌合溝の底面と円孔部の内壁面とで寸法精度が決定される為、高い精度で得ることができる。
（３）比較的精密な加工が可能な端部材の嵌合溝の底面に精度が求められるだけで、シャフト部材等には精度を必要とせず、成型器によるプレス加工等で簡単に端部材をシャフト部材に装着させることができ、省力的であると共にコストを安価に製造できる。
（４）シャフト部材の製造にあって、最後の円形の孔を形成したダイスによる引き抜き加工を省略することができ、特に端部材の嵌合溝等を２列以上としたとき効果が顕著で、大きな省力効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明シャフト部材と端部材の一部切欠断面図。
【図２】本発明シャフト部材に端部材を嵌合させた状態の一部切欠断面図。
【図３】本発明シャフト部材と端部材の別の態様の一部切欠断面図。
【図４】本発明シャフト部材に端部材を嵌合させた状態の別の態様の一部切欠断面図。
【図５】本発明シャフト部材の製造過程で用いる型枠機の断面図。
【図６】本発明シャフト部材に押圧部材で押圧する状態を示す一部拡大断面図で、（Ａ）が押圧前、（Ｂ）が押圧途中、（Ｃ）が押圧終了時を示す。
【図７】本発明シャフト部材に押圧部材で押圧する状態を示す模式的拡大図。
【図８】ゴムローラーを装着した態様の本発明シャフト部材の斜視図。
【図９】本発明シャフト部材を装着したＯＡ機器の斜視図。
【符号の説明】
１０ シャフト部材
１１ 押圧溝
２０ 端部材
２１ 嵌合溝
２２ 突起
３０ 型枠装置
３１ 支持台
３２ 下型
３２ａ 円孔部
３３ ゴム台
３４ 案内杆
３５ 上型
３５ａ 円孔部
３６ ゴム台
３７ 案内杆
３８ 天板
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ 押圧部材

Claims (4)

1. （１）軟質金属で形成した円筒形の中空シャフト部材を用い、
   （２）該中空シャフト部材に密接状態に挿入可能な円柱形で、以下の要件（ａ）〜（ｃ）を満たす嵌合溝を形成した硬質金属を素材とした端部材を挿入し、
   （ａ）終端部からの所定位置に、円柱形の端部材の周円に沿って端部材の軸心と同心となる周円状に穿設すること、
   （ｂ）溝の深さは、少なくとも打ち込みによる投錨効果が得られと共に、打ち込みによってシャフト部材が底面に到達し、且つ、その抗力で同軸度を得るに適した深さであること、
   （ｃ）溝底面の仕上精度は、求める同軸度を得るに充分な精度であること、
   （３）割型の中央部に、押圧部材によって内部に抗力が発生してもシャフト部材の外形を外に向かって膨張させない孔径の円孔部を形成し、その成形孔の中心に向かって少なくとも３本以上の円孔部の中心に向かって相互に等しい間隔を保つと共に、端部材の嵌合溝に向かって等しい高さとなる精度を保った押圧部材をスライド自在に配設した成形機を用意し、
   （４）該成形機の型にシャフト部材と端部材とを装着し、押圧部材を円孔部の中心に向かって移動させ、該押圧部材の押圧力でシャフト部材を端部材の嵌合溝に向かって塑性変形させて端部材をシャフト部材に装着させることを特徴とするＯＡ機器用中空シャフト部材への端部材装着方法。
2. 端部材の表面の一部に楔状の突起を形成した請求項１記載の端部材装着方法。
3. シャフト部材の内壁面にエアー逃がし用の穴を穿設した請求項１又は２項いずれか１項記載の端部材装着方法。
4. 端部材に嵌合溝を２列以上刻設し、成形機に押圧部材を２列以上配設し、該２列以上の押圧部材の押圧力で２列以上の嵌合溝に向かって塑性変形させて端部材をシャフト部材に装着させる請求項１〜３のうちいずれか１項記載の端部材装着方法。

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