JP4924653B2

JP4924653B2 - 円筒軸の製造方法

Info

Publication number: JP4924653B2
Application number: JP2009113307A
Authority: JP
Inventors: 至矢野倉; 昇一赤羽
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2009195987A

Description

本発明は、円筒軸に関する。より詳細には、金属板を曲げ加工して製造される円筒軸に関する。

金属板を曲げ加工して円筒状の製品を製造する技術は数多くある。下記の特許文献１には、そのうちでも比較的薄い金属板を曲げて小径の管を製造する技術が開示されている。即ち、特許文献１は、目的とする円筒状製品の内径に略等しい芯ロールと、芯ロールに押しつけられて連れ回る一対の押付ロールと、独特な経路で各ロールにかけ渡された案内ベルトによって、金属板を芯ロールに密着させながら成形することを提案している。また、これにより、樽型変形のない成形が行えると記載されている。

特開２００３−２４５７２１号公報

しかしながら、例えばコストダウンのために、切削加工により製造された細径の中実な金属製丸棒材に替えて円筒状の製品を使おうとすると、表面の真円度、軸方向の直線性等の点において満足な品質を有する製品は製造されていない。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、金属板を曲げ加工して形成された円筒状の軸製品を整形して、その軸方向の直線性を高くする整形方法であって、長手方向に対して直交する断面の各々において軸製品の外径と同じ内径の円弧をなす断面形状を有し、且つ、軸製品の長手方向と平行な断面の各々において直線状の内面形状を有する直線溝を備えた直金型と、長手方向に対して直交する断面の各々において軸製品の外径と同じ内径の円弧をなす断面形状を有し、且つ、軸製品の長手方向と平行な断面の各々において、長手方向の中央に近づくほど軸製品に対する圧下率が高くなる凸曲線状の内面形状を有する曲溝を備えた曲金型とを用い、軸製品における金属板の接合部に対して曲金型の溝の最も深い部分が当接するように、曲溝および直線溝の間に軸製品を挟んで軸製品を整形する整形方法が提供される。これにより、円筒軸として略完成された製品を更に整形して、全長にわたって高い真円度を有する円筒軸を製造できる。

また、ひとつの実施形態においては、上記整形方法において、直金型を、溝を上方に開口させて配置し、接合部を上方に向けて軸製品を溝の内部に置き、曲金型を、溝を下に向けて、直金型に向かって降下させ、直線溝および曲溝の間で軸製品を整形する。これにより、円筒軸においてスプリングバックが最も顕著に作用する金属板の合わせ目における加工度を高くし、円筒軸の全長にわたって均一な真円度を有する円筒軸を形成できる。

また、他の実施形態においては、上記整形方法において、曲溝の内面が、曲溝の長手方向と平行な断面の各々において連続した滑らかな曲線を描く。これにより、全長にわたって等しい真円率が均一に得られる。

また、ひとつの実施形態においては、上記整形方法において、金属板を完全に円筒形状まで成形せずに、加工代を残して整形加工に供する。これにより、整形加工における加工量を大きくして整形加工の効果を大きくすることができる。

また、本発明の第２の形態として、金属板を曲げ加工して形成された円筒状の軸製品を整形して、その軸方向の直線性を高くする金型であって、長手方向に対して直交する断面の各々において軸製品の外径と同じ内径の円弧をなす断面形状を有し、且つ、軸製品の長手方向と平行な断面の各々において直線状の内面形状を有する直線溝を備えた直金型と、長手方向に対して直角な断面の各々において軸製品の外径と同じ内径の円弧をなす断面形状を有し、且つ、軸製品の長手方向と平行な断面の各々において、長手方向の中央に近づくほど軸製品に対する圧下率が高くなる凸曲線状の内面形状を有する曲溝を備えた曲金型とを備え、軸製品における金属板の接合部に対して曲金型の溝の最も深い部分が当接するように、曲溝および直線溝の間に軸製品を挟んで軸製品を整形する整形金型が提供される。これにより、高い真円度を全長にわたって有する円筒軸を製造できる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

この発明に係る円筒軸２０の材料となる金属板１０の形状を示す図。金属板１０により形成された円筒軸２０の形状を部分的に示す図。金属板１０に対するはじめの曲げ加工で使用する金型３０を示す断面図。図２に示す金型３０で曲げ加工された金属板１０の断面形状を示す図。金属板１０に対する次の曲げ加工に使用する金型４０を示す断面図。図５に示す金型４０で曲げ加工された金属板１０の断面形状を示す図。金属板１０に対する最後の曲げ加工に使用する金型５０を示す断面図。実施例１において仕上げ工程で用いたパンチ５４の形状を示す斜視図。実施例１において仕上げ工程で用いたパンチ５４の形状を示す側面図。上記仕上げ工程により作製された円筒軸２０の断面形状を示す図。実施例２において、金型５０で加工した後の金属板１０の形状を示す断面図。実施例２の仕上げ工程において使用した整形金型６０のダイ６２およびパンチ６４の形状を示す断面図。整形金型６０に装着されるパンチ６４の形状を示す斜視図。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、曲げ加工して円筒軸２０にする前の金属板１０の形状を示す図である。金属板１０には、その端部から突出する凸部１６が間隔をおいて複数形成されている。また、他方の端部にも、凹１８が間隔をおいて複数形成されている。更に凸部１６の各々は凹部１８の各々と、金属板１０の長手方向に対して直交方向の同じ位置に配置されている。

図２は、上記のような金属板１０を、後述する加工により円筒軸２０としたものを部分的に拡大して示す図である。同図に示すように、円筒軸２０に成形された状態では、これら凸部１６および凹部１８が嵌合して、接合部が開くことを防止している。従って、この円筒軸２０は、溶接、接着等の工程なしに、そのまま軸製品として利用できる。

図３は、上記金属板１０に対するはじめの曲げ加工に使用する金型３０の形状を示す。同図に示すように、金型３０は、互いに相補的な形状の加工面３１、３３を有するダイ３２とパンチ３４とを備えている。ダイ３２およびパンチ３４の加工面は、中央付近が平坦である一方、両端部は約９０度の円弧状断面形状を有する。

また、この金型３０は、上記の断面形状を保ったまま、紙面の奥行き方向に延在している。更に、このダイ３２およびパンチ３４の加工面は、金属板１０の一方の端部１２に形成された凸部１６の先端から他方の端部１４までの長さと同じ長さを有している。以上のような構造の金型３０に対して、前記金属板１０は、その長手方向が図面の奥行き方向と一致するように挿入される。

図４は、図３に示す金型３０で曲げ加工された金属板１０の断面形状を示す図である。同図に示すように、金属板１０の短辺方向の両端は曲げ加工を受け、内角が約９０°の円弧状断面を有する被曲げ加工部２２、２４を形成している。

図５は、図４に示した金属板１０に対する次の曲げ加工に使用する金型４０の形状を示す図である。同図に示すように、この金型４０は、ダイ４２とパンチ４４とを備えている。ここで、ダイ４２は、円弧状の断面を有し、上方に向かって開いた加工面４１を備えている。これに対して、パンチ４４は、円弧状の断面を有する加工面４３を下端に備えている。更に、加工面４３の上方には、曲げ加工によって上昇した金属板１０の端部１４、１２を避けるために、加工面４３よりも幅の狭い逃げが形成されている。

図６は、図５に示した金型４０で曲げ加工された金属板１０の断面形状を示す図である。同図に示すように、金属板１０は、その端部１４から凸部１６の先端までの中央が、金型４０の加工面４１、４３の中心と一致するように装入されて曲げ加工されている。

また、金型３０により円弧状に曲げ加工された被曲げ加工部２２、２４に加え、やはり円弧状に曲げ加工された新規な被曲げ加工部２６が形成されている。一方、被曲げ加工部２２および被曲げ加工部２６の間並びに被曲げ加工部２４および被曲げ加工部２６の間には、それぞれ、非曲げ加工部２１、２３が残っている。なお、ここまでの工程は、以下に記載する実施例１および実施例２において共通である。

（実施例１）
図７は、図６に示した形状の金属板１０に対する本実施例における仕上げ工程で使用する金型５０に装着されたダイ５２およびパンチ５４の形状を示す断面図である。同図に示すように、この金型５０は、ダイ５２およびパンチ５４に加えて、芯型５６を含んで形成されている。ダイ５２は、その上面から僅かに持ち上げられて形成された、円弧状断面形状を有する加工面５１を備えている。これに対して、パンチ５４は、その下端面から上方に退避した位置に、やはり円弧状断面形状を有する加工面５３を備えている。

また、加工面５１の外側の側部と、パンチ５４の加工面５３以外の先端部とは、互いに相補的な形状をしており、パンチ５４を降下させたときに、両者が当接しないようになされている。なお、芯型５６は、最終的に得られる円筒軸２０の内径と同じ外径を有する丸棒であり、金型４０において曲げ加工された金属板１０の中に入れて用いられる。

図８は、図７に示した金型５０におけるパンチ５４の形状を示す斜視図である。同図に示すように、パンチ５４において、その長手方向に直交する各断面は、図７に示した通りの断面形状を有している。一方、このパンチ５４を長手方向に直交する側面から見たときは、長手方向の中央において高さ方向の寸法が大きくなっている。

図９は、図８に示したパンチ５４を側方から見た様子を示す図である。同図に示すように、パンチ５４は、上記の通り長手方向中央において高さ方向の寸法が最も大きく、その下面は全体に滑らかな曲線を描いている。このとき、長手方向に直交する各断面における加工面５３の断面形状は一定である。従って、パンチ５４の下面において加工面５３が画成する溝も、全体に屈曲して曲溝を形成する。なお、図示は省略するが、ダイ５２では、加工面５１により画成される溝は曲がっておらず、直線溝を形成する。

上記のような金型５０に対して、金型４０ですでに曲げ加工された金属板１０は、まず、被曲げ加工部２６の外側が加工面５１の内部に当接するように、ダイ５２に装入される。次に、金属板１０の内部に、芯型５６が置かれる。

上記のような状態でパンチ５４を降下させると、金属板１０の端部１４および凸部１６を含む端部１２が互いに近づき、やがて、凸部１６が凹部１８に嵌入する。更に、パンチ５４を圧下すると、凸部１６および凹部１８を含む端部１２、１４の近傍は、パンチ５４の加工面５３と芯型５６との間で、全体で円弧をなすように成形される。

同時に、芯型５６の下側では、芯型５６とダイ５２の加工面５１との間で、非曲げ加工部２１、２３を含む金属板１０が曲げ加工される。従って、金型５０による曲げ加工で、金属板１０は、全体で環状の断面を有する円筒となる。

更に、この金型５０では、パンチ５４の加工面５３が長手方向中央において、凸状に膨らんだ曲溝を形成している。従って、金属板１０を加工した場合、その長手方向の中央付近において圧下率が大きくなる。このため、円筒軸２０の長手方向中央におけるスプリングバックがより低減され、円筒軸２０は全長にわたって均一な、より高い真円率で成形される。

なお、上記のような加工の効果に鑑みて、金型５０に円筒軸２０をセットするときに、曲溝を有するパンチ５４の加工面５３に対して、円筒軸２０の合わせ目２８が正対するようにセットすることが好ましい。これにより、スプリングバックの分布と加工率の分布とが相殺しあって、円筒軸２０の真円率、反り等が全長にわたって均一になる。また、前記のように、パンチ５４の加工面５３は全体に連続した滑らかな曲面を形成しているので、円筒軸２０の特定の部位に加工が集中することがなく、局部的な変形も生じない。

図１０は、図７に示す金型５０で製造された円筒軸２０の断面形状を示す図である。同図に示すように、金型３０、金型４０および金型５０による一連の曲げ加工により、金属板１０は、全体が同じ曲率で曲げられた円筒軸２０となっている。ここで、金属板１０は、その凸部１６を含めて全体が同じ曲率に曲げ加工されているので、真円度の高い円筒軸２０となっている。

（作製例１）
厚さ０．５ｍｍの亜鉛めっき鋼板を用いて、長さ３００ｍｍ、外径５ｍｍの円筒軸を作製した。また、比較のために、直線溝を有するパンチを用いて、同じ材料でやはり長さ３００ｍｍ、外径５ｍｍの円筒軸を作製した。ただし、曲溝を有するパンチ５４に換えて、直線溝を有する通常のパンチを用い、圧下装置のバッキングとパンチとの間に厚さの異なるシクネステープを挟むことにより、パンチの長手方向中央における圧下率を上昇させた。

具体的には、まず、長さが３１４ｍｍの直線溝を有するパンチを用いて、パンチを全長にわたって均一に圧下して比較例１としての円筒軸を作製した。続いて、同じパンチを用いつつ、その長手方向中央を頂点とし、両端に向かって滑らかな円弧になるようにパンチを凸形状にし、作製例１としての円筒軸を作製した。

作製された比較例１および作製例１の円筒軸の寸法精度を、仕上げ工程における円筒軸に対する圧下方向の径の分布範囲の広さにより評価したところ、直線溝を有するパンチで仕上げた比較例１に係る試料に対し、実施例１の資料は真円度が７０％向上された。

（実施例２）
この実施例に係る方法では、金型４０による加工までは、実施例１と同じ工程を辿る。また、実施例１で仕上げ工程に使用した金型５０も用いるが、後述の通りこの工程では仕上げ加工はせず、更に別の整形金型６０を用いて円筒軸２０を仕上げる。

図１１は、実施例２に係る円筒軸の製造において、仕上げ工程の前の工程として、金型５０による金属板１０の加工結果を示す図である。同図に示すように、本実施例では、金属板１０の合わせ目２８が完全に閉じ切る前に加工を止めて、後述する仕上げ工程における加工代を大きく残している。これにより、整形加工の効果をより高くすることができる。

図１２は、本実施例の仕上げ工程において使用する整形金型６０の構造を示す断面図であり、軸製品の長手方向に直交する断面における、パンチ６４、ダイ６２および芯型５６の形状を示す。同図に示すように、ここで用いるパンチ６４およびダイ６２は、相互に密着したときに、円筒軸２０の仕上がり形状と相補的な形状の加工面６３、６１を内側に形成する。

図１３は、図１２に示した整形金型６０におけるパンチ６４の形状を示す斜視図である。同図に示すように、パンチ６４において、半円径の断面形状を有する加工面６３が形成された下面は、中央の寸法がより大きくなっている。即ち、パンチ６４は、幅長手方向中央において高さ方向の寸法が最も大きく、その下面は全体に滑らかな曲線を描いている。これにより、加工面６３も円滑な曲面を形成する。

ただし、このパンチ６４において、各断面における加工面６３の形状は相互に等しく、加工面６３が形成する曲溝の深さは全体に一定である。なお、図示は省略するが、このようなパンチ６４に対して、ダイ６２は、加工面６１の断面形状はパンチ６４の加工面６３と同じであるが、全体に屈曲することなく、直線溝を形成している。

上記のように、直線溝を有するダイ６２と曲溝を有するパンチ６４を用いて円筒軸２０を加工した場合、その長手方向の中央において、円筒軸２０に対する圧下率が大きくなり、円筒軸２０の加工度が高くなる。このため、円筒軸２０の長手方向中央におけるスプリングバックがより低減され、円筒軸２０はその全長にわたって均一な真円率で整形される。

なお、上記のような加工の効果に鑑みて、整形金型６０に円筒軸２０をセットするときに、曲溝を有するパンチ６４の加工面６３に対して、円筒軸２０の合わせ目２８が正対するようにセットすることが好ましい。これにより、スプリングバックの分布と加工率の分布とが相殺しあって、円筒軸２０の真円率、反り等が全長にわたって均一になる。また、前記のように、パンチ６４の加工面６３は全体に連続した滑らかな曲面を形成しているので、円筒軸２０の特定の部位に加工が集中することがなく、局部的な変形も生じない。

（作製例２）
厚さ０．５ｍｍの亜鉛めっき鋼板を用いて、長さ３００ｍｍ、外径５ｍｍの円筒軸を作製した。ただし、曲溝を有するパンチ６４に換えて、直線溝を有する通常のパンチを用い、圧下装置のバッキングとパンチとの間に厚さの異なるシクネステープを挟むことにより、パンチの長手方向中央における圧下率を上昇させた。

具体的には、長さが３１４ｍｍの直線溝を有するパンチを用いて、その長手方向中央を頂点とし、両端に向かって滑らかな円弧になるようにパンチを製作例１より更に３０％凸形状にし、作製例２としての円筒軸を作製した。

作製された比較例２および作製例２の円筒軸の寸法精度を、仕上げ工程における円筒軸に対する圧下方向の径の分布範囲の広さにより評価したところ、実施例１に係る試料に対し、実施例２の資料は真円度が更に３０％向上された。

以上詳細に説明した通り、圧下率に分布を形成して仕上げ加工することにより、金属板１０を曲げ加工して製造した中空の円筒軸でありながら、高い真円度と直線性を有するものが製造できる。この円筒軸は、中実な金属製丸棒材に代替して使用することができる。従って、部品精度の限界から削り出しの丸棒材を使用せざるを得なかった多くの用途において材料コストを低減させることができる。また、この円筒軸は中実材よりも軽量なので、これを用いることにより、機器の重量はもちろん、動作時のフリクションロスも低減させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…金属板、１２，１４…端部、１６…凸部、１８…凹部、２０…円筒軸、２１，２３…非曲げ加工部、２２，２４，２６…被曲げ加工部、２８…合わせ目、３０，４０，５０…金型、６０…整形金型、３２，４２，５２，６２…ダイ、３１，３３，４１，４３，５１，５３，６１，６３…加工面、３４，４４，５４，６４…パンチ、５６…芯型。

Claims

金属板を第１の金型により曲げ加工する曲げ加工工程と、
曲げ加工された前記金属板を、ダイ、パンチ、芯型を含む第２の金型により円筒とする
仕上げ工程と、を有する円筒軸の製造方法であって、
前記パンチの加工面は、長手方向中央において凸状に膨らんだ曲溝となっており、
前記ダイの加工面は、前記曲溝に対応する直線溝である
ことを特徴とする円筒軸の製造方法。
前記仕上げ工程において、曲げ加工された前記金属板の合わせ目を、前記パンチの加工
面と正対するよう配置す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。
前記曲げ加工工程において、前記金属板の合わせ目が完全に閉じきる前に加工を止める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の円筒軸の製造方法。