JP5520542B2

JP5520542B2 - 細径薄肉金属管の製造方法および製造装置

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Publication number: JP5520542B2
Application number: JP2009187562A
Authority: JP
Inventors: 正幸高嶋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: JP2011036893A

Description

本発明は、細径薄肉金属管を製造する方法および装置に係り、さらに詳しくは、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの各種事務機器用軸部材として好適な中空角筒状の細径薄肉金属管を製造する方法および装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどといった事務機器には、紙送りローラの駆動軸をはじめ、機器の上部本体と下部本体の開平状態を保持する係合爪が固着される軸部材など、様々な軸部材が使用されている。

従来、このような軸部材には、断面が円形で空洞のない金属製の中実材や、そのような円筒状中実材の両端に、Ｄカットなどの回り止め加工を施したものなどが使用されている。

しかしながら、これらの軸部材は、中実材からなるために重量が重く、また回り止め加工などの加工を必要とするために製造コストが高くなるなどの問題があった。

そこで、本発明者はかかる問題を解消するものとして、中空角筒状の金属管からなる軸部材を開発し、先に出願した（特許文献１参照。）。図１０は、そのような軸部材を用いた複写機の紙送り用ローラを示したものであり、中空角筒状の金属管からなる軸部材１に、短尺なゴム製の筒体２、２を複数個、嵌着させた構造となっている。このような軸部材１においては、中空であるため軽量となり、また、角筒状なので、従来のような回り止め加工を行う必要がなくなり、製造コストを低減することができる。さらに、軽量であるため、紙送り用ローラの駆動軸として使用した場合に、その紙送り精度を向上させることができる。

また、本発明者は、上記軸部材１の製造方法として、予め造管加工により製造しておいた中空円筒状の金属管を、対向させたローラ対２組を十字状に配置してなるローラダイスに通し、中空円筒状の金属管を側方４方向より中心に向けて押圧することにより、減面することなく中空角筒状の金属管に成形した後、所定の長さに切断する方法を開発した。この方法によれば、一般的なダイス伸線法を用いる製造方法に比べて、工程数が少ないうえに、寸法精度に優れた金属管を製造することができる。

しかしながら、成形に供する中空円筒状の金属管の外径が小さくなると、つまりサイズの小さい（１辺の長さが短い）中空角筒状の金属管を製造しようとすると、上記のようにローラダイスに通し側方より押圧しただけでは、所期の正確な角形断面形状に成形されず、１辺の中央部分が内側にやや凹んだ形状の断面（以下、単に「異形断面」と称することもある。）に成形される場合があった。例えば、ステンレス鋼からなる中空円筒状の金属管を、１辺の長さが６ｍｍ乃至７ｍｍの略正方形の断面を有する中空角筒状の金属管に成形する場合、肉厚が０．４ｍｍより小さくなると、このような問題が発生した。また、同材料からなる中空円筒状の金属管を、１辺の長さが４ｍｍ乃至５ｍｍの略正方形の断面を有する中空角筒状の金属管に成形する場合、肉厚が０．７ｍｍであっても、上記問題が発生した。

この場合、用途によってはその性能が低下するという問題を生ずる。例えば、廃トナー撹拌用軸部材では、その一面にフィンとして機能するフィルム（フィン）を貼着して使用されるが、貼着面に凹みがあるとフィンの長さが変化することになるため、廃トナーを確実に撹拌することができなくなる。また、複写機における除電用軸部材でも、その一面に、片面に多数の繊維を植設したフィルムを貼着して使用されるが、貼着面に凹みがあると繊維の長さが変化することになるため、除電機能が低下する。

特開平６−１６６２２５号公報

上述したように、従来の方法では、１辺の中央部分が内側に凹んでしまい、正確な角型断面形状を有する中空角筒状の細径薄肉金属管を製造することが困難であるという問題があった。

本発明はかかる従来技術の課題に対処してなされたもので、１辺の中央部分が内側に凹むようなことがなく、正確な角型断面形状を有する中空角筒状の細径薄肉金属管を、容易に、製造工程数を増やすことなく製造することができる方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、形成すべき中空角筒状の金属管と等しい外周長を有する中空円筒状の金属管を、対向させたローラ対２組を十字状に配置してなるローラダイスに通し、前記中空円筒状の金属管を側方４方向より中心に向けて押圧することにより、減面することなく中空角筒状の金属管に成形する工程を含む細径薄肉金属管の製造方法であって、前記ローラダイスを構成する各ローラの外周面は、中央部が内側に僅かに凹んだ円弧状曲面とされ、それに続く両端部が内側に向けて傾斜する傾斜面とされ、かつ前記傾斜面は、外側に膨らむ円弧状曲面からなることを特徴とする細径薄肉金属管の製造方法である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の細径薄肉金属管の製造方法において、前記中空角筒状の金属管は、断面形状が正方形もしくはその角部を面取りした形状を有し、かつその１辺の長さＬに対する肉厚ｔの割合ｔ／Ｌが１／２５〜１/７であることを特徴とする細径薄肉金属管の製造方法である。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の細径薄肉金属管の製造方法において、前記中空角筒状の金属管の１辺の長さＬが、８ｍｍ以下であることを特徴とする細径薄肉金属管の製造方法である。

請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の細径薄肉金属管の製造方法において、金属管は、ステンレス鋼からなることを特徴とする細径薄肉金属管の製造方法である。

請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の細径薄肉金属管の製造方法において、細径薄肉金属管は、事務機器用軸部材に用いられる金属管であることを特徴とする細径薄肉金属管の製造方法である。

請求項６に記載された発明は、対向させたローラ対２組を十字状に配置してなるローラダイスを備え、該ローラダイスに中空円筒状の金属管を通し、前記中空円筒状の金属管を側方４方向より中心に向けて押圧することにより、減面することなく中空角筒状の金属管に成形する細径薄肉金属管の製造装置において、前記ローラダイスを構成する各ローラの外周面は、中央部が内側に僅かに凹んだ円弧状曲面とされ、それに続く両端部が内側に向けて傾斜する傾斜面とされ、かつ前記傾斜面は、外側に膨らむ円弧状曲面からなることを特徴とする細径薄肉金属管の製造装置である。

本発明の細径薄肉金属管の製造方法および製造装置によれば、１辺の中央部分が内側に凹むようなことがなく、正確な角型断面形状を有する中空角筒状の細径薄肉金属管を、容易に、製造工程数を増やすことなく製造することができる。本発明は、特に、事務機器用軸部材に用いる細径薄肉金属管の製造に有用であり、高品質、高信頼性の事務機器用軸部材の提供が可能となる。

本発明の細径薄肉金属管の製造装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。図１の製造装置におけるローラダイスの構成を示す側面図である。図１の製造装置におけるローラダイスの各ローラの形状を説明する図である。図１の製造装置のローラダイスを通過した後の金属管を示す図である。図１の製造装置のローラダイスを構成するローラを拡大して示す側面図である。図１の製造装置におけるローラ型矯正装置の第１の矯正ローラ部の構成を示す側面図である。図１の製造装置におけるローラ型矯正装置の第２の矯正ローラ部の構成を示す側面図である。図１の製造装置におけるローラ型矯正装置の第３の矯正ローラ部の構成を示す側面図である。本発明により製造される金属管を示す斜視図である。従来の軸部材を用いた複写機の紙送り用ローラを示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の細径薄肉金属管の製造方法および製造装置の一実施形態を説明するための概略構成図である。

図１において、１０は、細径薄肉金属管となる金属帯１１を連続的に送り出す金属帯送出装置である。金属帯１１の材料としては、ステンレス鋼やアルミニウムなどが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。金属帯送出装置１０から送り出された金属帯１１は、図示を省略したフォーミングローラにより、円筒状に成形され、両端縁が突き合わされた後、溶接機１２で、金属帯１１の突合せ部が溶接され、中空円筒状の金属管１３とされる。この中空円筒状金属管１３は、形成すべき中空角筒状の金属管と等しい外周長および肉厚を有している。

中空円筒状金属管１３は、次いで、送りゴムローラ（図示なし）などにより、ローラダイス１４に送り込まれる。ローラダイス１４は、対向させた２つのローラ１５からなるローラ対を２組、十字状に、その中心に所定の角形状の成形孔が形成されるように配置した構造を有する。本実施形態では、図２に示すように、ローラダイス１４は、４個のローラ１５を、その中心に正方形状の成形孔が形成されるように配置した構造となっている。

そして、ローラダイス１４を構成する各ローラ１５は、外周面がいずれも、図３に示すように、中央部が内側に僅かに凹んだ円弧状曲面１５ａとされ、それに続く両端部が内側に向けて傾斜する傾斜面１５ｂとされている。なお、図３では、ローラ１５外周面の形状を明確にするため、各ローラ１５を被成形体の中空円筒状の金属管１３の表面から離して示している。中空円筒状の金属管１３は、ローラダイス１４を通過する間に、４個のローラ１５により、左右上下４方向より、ほぼ均等な力で押圧されて、角形状（正方形状）断面に成形されるが、各ローラ１５の外周面がいずれも、円弧状曲面１５ａとその両側に続く傾斜面１５ｂで形成されているため、金属管１３が、例えば１辺の長さ７ｍｍ、肉厚０．３５ｍｍのステンレス鋼からなる中空角筒状の金属管を成形するための金属管のような、細径薄肉の金属管であっても、図４に示すように、所定の正確な正方形状断面を有する中空角筒状金属管１５に成形され、従来のような、１辺の中央部分が内側にやや凹んだ異形断面に成形されることはない。なお、図４でも、ローラ１５外周面の形状と、成形された中空角筒状金属管１５の形状を明確にするため、各ローラ１５を中空角筒状の金属管１５の表面から離して示している。

このようにローラダイス１４を構成する各ローラ１５の外周面を円弧状曲面１５ａと両傾斜面１５ｂで形成することにより、断面を正確な角形状に成形することが可能になるのは、いかなる理由によるものかは明確ではないものの、かかる効果を得るためには、例えば１辺の長さが８ｍｍ以下の中空角筒状の金属管を形成する場合、少なくとも図５に示すように定義される円弧状曲面１５ａの幅Ａを０．８〜１．５ｍｍ程度、最大深さＢを０．０４〜０．０６ｍｍ程度、傾斜面１５ｂの最大深さＣを０．０１〜０．０３ｍｍ程度とすることが好ましい。また、傾斜面１５ｂは、外側に膨らむ円弧状曲面からなることがより好ましい。

また、ローラダイス１４は、複数、配置するようにしてもよく、寸法精度により優れた成形が可能となる。

ローラダイス１４により角形に成形された金属管１６は、次に、ローラ型矯正装置１７へと送られ、前段の成形の際に生じた曲がりおよび捩れが矯正される。本実施形態では、ローラ型矯正装置１７は、金属管１６の進行方向に沿って、ローラダイス１４側より、図６に示すような、正方形状に成形された金属管１６を左右両側より挟み込むように配置された２個のローラ１８からなる第１の矯正ローラ部１９、図７に示すような、正方形状に成形された金属管１６を上下両側より挟み込むように配置された２個のローラ２０からなる第２の矯正ローラ部２１、および、図８に示すような、正方形状に成形された金属管１６を左右上下４方向より挟み込むように配置された４個のローラ２２からなる第３の矯正ローラ部２３を順に配置した構成となっている。

そして、第１の矯正ローラ部１９は、２個のローラ１８をローラ間距離を保持したまま水平方向に移動させることにより、これを通過する金属管１６にその断面形状を変えることなく水平方向の力を加えることができるように構成されている。また、第２の矯正ローラ部２１は、２個のローラ２０をローラ間距離を保持したまま鉛直方向に移動させることにより、これを通過する金属管１６にその断面形状を変えることなく鉛直方向の力を加えることができるように構成されている。さらに、第３の矯正ローラ部２３は、４個のローラ２２をそれらの位置関係を保持したまま周方向に回転させることにより、これを通過する金属管１６に周方向の力を加えることができるように構成されている。

このようなローラ型矯正装置１７においては、成形直後の金属管１６の曲がりおよび捩れに応じて、金属管１６にそれらの曲がりや捩れを打ち消すような水平方向、鉛直方向あるいは周方向の力が作用するように、第１の矯正ローラ部１９、第２の矯正ローラ部２１および第３の矯正ローラ部２３を予め設定しておくことにより、これらに通過させた金属管１６の成形時に生じた曲がりおよび捩れを矯正することができる。なお、このローラ型矯正装置１７における各ローラ１８、２０、２１は、いずれも外周面が軸方向に平らな面で形成されている。

このように曲がりおよび捩れが矯正された断面角形の金属管１６は、その後、所定の長さに切断され、事務機器用軸部材などとして使用される。

このようにして得られる中空角筒状の金属管１６は、所定の正確な角形断面に成形され、かつ曲がりや捩れもないため、高い品質を有しており、これを用いて信頼性の高い事務機器用軸部材が提供される。なお、事務機器用軸部材としては、ファクシミリや複写機などにおける紙送り用ローラの軸部材のほか、それらの機器において上部本体と下部本体の開閉状態を保持するための係合爪が固着される軸部材などが例示される。これらはいずれも両端Ｄカットの平行度や外径寸法に高い精度が要求される軸部材である。

本発明は、図９に示すような、断面形状が正方形もしくはその角部を面取りした形状であって、かつその１辺の長さＬに対する肉厚ｔの割合ｔ／Ｌが１／２５〜１／７の範囲にある金属管の製造に有用であり、特に、角形成形時に、１辺の中央部分が内側にやや凹んだ異形断面に成形されやすい、１辺の長さＬが８ｍｍ以下の金属管の製造に有用である。ちなみに、１辺の長さＬに対する肉厚ｔの割合ｔ／Ｌが１／２５〜１／７の範囲にある金属管は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などにおける紙送り用ローラの軸部材のほか、これらの機器における上部本体と下部本体の開閉状態を保持するための係合爪が固着される軸部材、廃トナー撹拌用軸部材、除電用軸部材などに使用される。

ここで、本発明の効果を確認するために行った実験およびその結果について記載する。

実験は、まず、図１に示す装置（ローラ１５の円弧状曲面１５ａの幅Ａ＝１．０ｍｍ、同最大深さＢ＝０．０５ｍｍ、傾斜面（円弧状）１５ｂの最大深さＣ＝０．０２ｍｍ）を用いて、肉厚ｔが０．３ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍまたは０．７ｍｍで、１辺の長さＬが５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍまたは８ｍｍの正方形の４角をＲ付けした形状の断面を有するステンレス鋼からなる中空角筒状の金属管を製造した（実施例１〜８）。また、比較のために、ローラ１５を外周面が軸方向に平らな面からなるローラに変えた以外は図１に示す装置と同一構成の装置を用いて、同様のステンレス鋼からなる中空角筒状の金属管を製造した（比較例１〜８）。

得られた金属管の断面形状を目視により観察し、断面形状がＲ付けされた正確な正方形である場合を良好（○）、少なくとも１辺に外側への膨らみまたは内側への凹みが観察された場合を不良（×）と評価した。

これらの評価結果を、上記肉厚ｔ（ｍｍ）、１片の長さＬ（ｍｍ）、およびローラ外周面の形状とともに、表１に示す。

上記の実験結果から明らかなように、図１に示す装置を用いて製造された金属管（実施例１〜８）は、１片の長さＬが５ｍｍという極めて細径の金属管でも、断面が正確に成形されていたのに対し、ローラダイスが軸方向に平らな外周面を有するローラで構成された従来型の装置を用いて製造された金属管（比較例１〜８）は、１片の長さＬが８ｍｍでも断面を正確に成形することができなかった。この実験結果から、本実施形態の方法、装置によれば、従来技術では困難であった細径かつ薄肉の中空角筒状金属管であっても、容易に、製造工程数を増やすことなく製造することができることが確認された。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できることはいうまでもない。

例えば、ローラ型矯正装置１７を構成する第１、第２および第３のローラ矯正部１９、２１、２３は、それぞれ、前述したような機能、すなわち水平方向の曲がりを矯正する機能、鉛直方向の曲がりを矯正する機能、および、捩れを矯正する機能をそれぞれ有するように構成されていれば、用いるローラの種類やその配置方法などは特に限定されるものではない。また、上記実施形態では、まず水平方向の曲がりを矯正し、次いで、鉛直方向の曲がりを矯正しているが、まず鉛直方向の曲がりを矯正し、次いで、水平方向の曲がりを矯正するようにしてもよい。さらに、第１のローラ矯正部１７と第２のローラ矯正部１８を組み合わせるなどして、水平方向および鉛直方向の曲がりを同時に矯正する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、４個の厚さの均一なローラ１５からなるローラダイス１４が使用されているが、中央部の厚さが外縁部より厚いローラ、例えば厚さが外縁部より中央部に向けて徐々に厚くなるように形成された紡錘状のローラからなるダイスローラを用いることも可能である。このようなダイスローラを用いることにより、ローラ個々のがたつきの発生を抑えることができ、その結果、安定した成形が可能となる。すなわち、ローラは厚さが薄くなるほど、つまり、成形する金属管の外径が小さくなるほど、回転の際にがたつきが生じやすくなるが、中央部を厚くしたローラを用いることにより、かかるがたつきの発生を抑えることができる。なお、ローラのがたつきは、ローラ外径を小さくする、つまり、より小径のローラを使用することによっても抑制することができるが、その場合には、ローラダイスを通過する金属管に十分な成形圧を加えることが困難になる。外縁部より中央部の厚いローラを用いることにより、小径化せずにがたつきの発生を抑えることが可能になり、良好かつ安定した成形が可能となる。

なお、同様に、ローラ型矯正装置１７を構成する第１、第２および第３のローラ矯正部１９、２１、２３も、上記のような中央部の厚さを外縁部より厚くしたローラで構成するようにしてもよい。ローラのがたつきが抑制され、安定した矯正を行うことができる。

１１…金属帯、１２…溶接機、１３…中空円筒状の金属管、１４…ローラダイス、１５，１８，２０，２２…ローラ、１５ａ…円弧状曲面、１５ｂ…傾斜面、１６…中空角筒状の金属管、１７…ローラ型矯正装置、１９…第１の矯正ローラ部、２１…第２の矯正ローラ部、２３…第３の矯正ローラ部

Claims

形成すべき中空角筒状の金属管と等しい外周長を有する中空円筒状の金属管を、対向させたローラ対２組を十字状に配置してなるローラダイスに通し、前記中空円筒状の金属管を側方４方向より中心に向けて押圧することにより、減面することなく中空角筒状の金属管に成形する工程を含む細径薄肉金属管の製造方法であって、
前記ローラダイスを構成する各ローラの外周面は、中央部が内側に僅かに凹んだ円弧状曲面とされ、それに続く両端部が内側に向けて傾斜する傾斜面とされ、かつ前記傾斜面は、外側に膨らむ円弧状曲面からなることを特徴とする細径薄肉金属管の製造方法。
前記中空角筒状の金属管は、断面形状が正方形もしくはその角部を面取りした形状を有し、かつその１辺の長さＬに対する肉厚ｔの割合ｔ／Ｌが１／２５〜１/７であることを特徴とする請求項１記載の細径薄肉金属管の製造方法。
前記中空角筒状の金属管の１辺の長さＬが、８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の細径薄肉金属管の製造方法。
金属管は、ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の細径薄肉金属管の製造方法。
細径薄肉金属管は、事務機器用軸部材に用いられる金属管であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の細径薄肉金属管の製造方法。
対向させたローラ対２組を十字状に配置してなるローラダイスを備え、該ローラダイスに中空円筒状の金属管を通し、前記中空円筒状の金属管を側方４方向より中心に向けて押圧することにより、減面することなく中空角筒状の金属管に成形する細径薄肉金属管の製造装置において、
前記ローラダイスを構成する各ローラの外周面は、中央部が内側に僅かに凹んだ円弧状曲面とされ、それに続く両端部が内側に向けて傾斜する傾斜面とされ、かつ前記傾斜面は、外側に膨らむ円弧状曲面からなることを特徴とする細径薄肉金属管の製造装置。