JP6187225B2

JP6187225B2 - シャーシの補強方法

Info

Publication number: JP6187225B2
Application number: JP2013258671A
Authority: JP
Inventors: 福永　尚美; 尚美福永
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: JP2015112637A; US20150165504A1

Description

本発明は、シャーシの補強方法に関する。

近年、電子機器装置の高性能化の要求が高まり、電子機器装置の小型高密度化の要望も高まってきている。これにより、限られたスペースの中にプリント回路板を含む様々な電気ユニット、接続ケーブル等を配置するために、これらを搭載するシャーシや外枠には、より高強度かつ省スペースであることが求められている。一方、サーバ装置などは、複数の機器をラックに積層配置される。このため、シャーシが歪んだり撓んだりすると、装置同士が干渉して装置の積層設置が妨げられる。そこで、シャーシに必要強度を付与すべく、曲げ加工の追加や補強部品の追加、厚肉化等の措置が採られている。しかしながら、これらの措置は、その一方で装置の省スペース化を阻害することにもなりかねない。

装置の省スペース化と強度の確保を実現するものとして、板材を加工してなるシャーシにビードを形成する方法が挙げられる。板材にビードを形成する方法としては、例えば、専用の金型とプレス加工機を用いたプレス加工がある。ところが、専用の金型を用いたプレス加工は、金型の準備が大変であり、一定量の生産量が見込めない場合は採用され難い。

少量生産にも対応し易い加工方法として、ＮＣ制御（Numerical Control）されたタレットパンチプレス装置を用いたＮＣＴ加工がある。ＮＣＴ加工は、繰り返しのパンチ動作により、所望の形状を得ることから汎用性が高く、少量生産にも対応し易い。しかしながら、その一方で、加工歪みが生じ易く、繰り返しのパンチ動作による歪みが蓄積し、加工対象となる板材に反りが生じる等、積層配置されることがある電子機器装置のシャーシ等には、採用しづらいこともある。

ところで、プレス加工等の金属を行う場合、加工対象材料の変形を抑制することは課題となることが多い。例えば、プレス機械を用いて絞り加工する際のしわ押さえ方法が知られている（特許文献１参照）。

特開平８−２７６２２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたしわ押さえ方法は、プレス機械を用いた絞り加工を行う際にしわの発生を抑制するためのものであり、タレットパンチプレス装置を用いたＮＣＴ加工への適用は考慮されていない。

１つの側面では、本明細書開示のシャーシの補強方法は、タレットパンチプレス装置を用いてシャーシに溝形状の補強部を形成する際にシャーシの反りの発生を抑制することを課題とする。なお、上記課題に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の課題の1つとして位置付けることができる。

本明細書開示のシャーシの補強方法は、タレットパンチプレス装置を用い、加工対象であり、シャーシとなる板材とダイボディとを相対移動させながら前記ダイボディの相対移動方向に沿った溝形状の補強部を形成するシャーシの補強方法であって、前記ダイボディを前記板材に押し当てて前記補強部を形成する際に、前記ダイボディの相対移動方向に沿って延びる補強部形成部と、前記補強部形成部の側方に前記補強部形成部と平行して設けられ、前記ダイボディの前記相対移動方向に沿う長さよりも長いくさび突起を備えたパンチを前記ダイボディの反対側から前記板材に押し当てる。

補強部形成部の側方にくさび突起を備えたパンチを用いることにより、補強部形成過程で生じる応力の伝播が妨げられ、シャーシの反りの発生が抑制される。

本明細書開示のシャーシの補強方法によれば、タレットパンチプレス装置を用いてシャーシに溝形状の補強部を形成する際にシャーシの反りの発生を抑制することができる。

図１は実施形態におけるタレットパンチプレス装置の概略構成を示す説明図である。図２は実施形態におけるタレットパンチプレス装置の主要部のブロック図である。図３はラックに収納されるサーバ装置を示す説明図である。図４はサーバ装置の分解図である。図５はタレットパンチプレス装置が備えるパンチ、ダイボディ及びダイホルダーを模式的に示す説明図である。図６はパンチのくさび突起が形成された面を示す説明図である。図７はパンチ及びダイボディを示す説明図である。図８はパンチとダイボディが組み合わされた状態を示す説明図である。図９はくさび突起を示す説明図である。図１０は加工された板材の状態を示す説明図である。図１１（Ａ）〜（Ｄ）はタレットパンチプレス装置を用いた加工方法を示す説明図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）はパンチ及びダイボディの形成動作により、ビード及び長溝が順次形成される様子を示す説明図である。図１３（Ａ）は一回のビード形成動作により形成されたビード及び長溝を示す説明図であり、図１３（Ｂ）はくさびの有無による板材の反り量の違いを示す表である。図１４（Ａ）は二回のビード形成動作により形成されたビード及び長溝を示す説明図であり、図１４（Ｂ）はくさびの有無による板材の反り量の違いを示す表である。図１５はビード及び長溝が形成された板材の斜視図である。図１６（Ａ）は図１５におけるＡ−Ａ線断面におけるミーゼス応力の分布を示す説明図であり、図１６（Ｂ）は比較例におけるミーゼス応力の分布を示す説明図である。図１７は（Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の方法を用いた加工例を示す説明図である。図１８（Ａ）〜（Ｃ）はタレットパンチプレス装置を用いた他の加工方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（実施形態）
まず、図１及び図２を参照しつつ、板材２５を補強する加工を行うタレットパンチプレス装置１００の概略構成について説明する。図１は実施形態におけるタレットパンチプレス装置（以下、ＮＣＴ装置という）１００の概略構成を示す説明図である。図２は実施形態におけるＮＣＴ装置１００の主要部のブロック図である。ＮＣＴ装置１００は、加工対象であり、シャーシとなる板材２５と後に詳説するダイボディ１１とを相対移動させながらダイボディ１１の相対移動方向に沿った溝形状のビード２６を形成するシャーシの補強方法を実施ことができる。ＮＣＴ装置１００は、シャーシの補強方法を実施する際に、ダイボディ１１を板材２５に押し当ててビード２６を形成する際に、パンチ２をダイボディ１１の反対側から板材２５に押し当てる。パンチ２は、後に詳述するように、ダイボディ１１の相対移動方向に沿って延びる補強部形成部５と、この補強部形成部５の側方に補強部形成部５と平行して設けられ、ダイボディ１１の相対移動方向に沿う長さよりも長いくさび突起４ａを備える。

ＮＣＴ装置１００は、ＮＣ制御されるプレス加工機である。具体的に、ＮＣＴ装置１００は、パンチ２と、ダイホルダー１０に保持され、パンチ２と対向配置されたダイボディ１１を備える。ダイボディ１１は、ダイホルダー１０が備えるダイボディ収容部１０ａにパンチ２側へ出没可能に収納され、支持されている。パンチ２は、第１駆動部２ａによって駆動される。ダイボディ１１は、第２駆動部１１ａによって駆動される。ＮＣＴ装置１００は、加工対象であり、シャーシ５１ａとなる板材２５を保持する材料保持部１２を備える。材料保持部１２は、第３駆動部１２ａによって駆動され、板材２５を所望の方向に所望のピッチで移動させることができる。これにより、材料保持部１２は、板材２５とダイボディ１１との相対位置を変化させ、パンチ２とダイボディ１１とによって押圧される板材２５の位置を順次変更する。

ＮＣＴ装置１００は、後に詳述するように板材２５に所望のビード２６を形成する。ビード２６は一部が重複するように、少しずつダイボディ１１の打点をずらし、連続して成形されることにより、所望の形状の補強部５１ａ１となる。板材２５はどのような製品に適用してもよいが、本実施形態では、板材２５を図３及び図４に示すようなサーバ装置５１のシャーシ５１ａの材料とし、これを補強するための補強部５１ａ１を形成する場合について説明する。サーバ装置５１は、図３に示すようにラック５０に積層配置される。このため、シャーシ５１ａの加工時に反りが生じたり、重量物を搭載することによる撓みが生じたりすると、積層配置の妨げとなる。そこで、シャーシ５１ａを加工する際に反りを抑制しつつ補強部５１ａ１を設ける。補強部５１ａ１は、必要に応じて適宜配置することができるが、例えば、重量物となるマザーボード５１ｂが搭載される箇所に設けることができる。

つぎに、図５乃至図９を参照しつつ、ＮＣＴ装置１００の主要部に含まれるパンチ２及びダイボディ１１について詳細に説明する。パンチ２は、ダイボディ１１の板材２５に対する相対移動方向に沿って延びる補強部形成部５と、この補強部形成部５の側方に補強部形成部５と平行して設けられたくさび突起４ａを備える。より具体的に、パンチ２は、板状のパンチチップ３と、このパンチチップ３に埋め込まれた２枚のくさびチップ４を備える。補強部形成部５は溝状であり、くさびチップ４の板材２５と対向する面に設けられている。補強部形成部５は、ダイボディ１１によって板材２５がパンチ２側に押し当てられることにより、ビード２６を形成する部位である。くさび突起４ａの長さＬは、後に詳述するようにダイボディ１１の相対移動方向に沿う長さＤよりも長い。補強部形成部５の幅は、図７に示すようにＷ２に設定されている。補強部形成部５の幅Ｗ２は、ビード２６の突出側、すなわち、外側の幅に相当する。補強部形成部５の深さはｈである。

くさびチップ４の端縁は、図６に拡大して示すようにくさび突起４ａを形成している。くさび突起４ａは、パンチチップ３の補強部形成部５が設けられた面側に露出している。すなわち、くさび突起４ａは、ダイボディ１１と対向配置されるパンチ２の板材２５との対向面に設けられている。くさび突起４ａは、補強部形成部５の両側に補強部形成部５と平行に設けられている。図７に示すように平行に配置された２本のくさび突起４ａの間隔は、Ｐである。２本のくさび突起４ａが延びる方向は、加工対象となる板材２５とダイボディ１１とが相対移動する方向に沿っている。このようなくさび突起４ａの相対移動方向に沿った長さは、Ｌである。くさびチップ４のくさび突起４ａと反対側の端部には、シム４ｂが設置されている。シム４ｂの枚数を変更することにより、くさび突起４ａの突出量を変更することができる。くさび突起４ａの突出量を変更することにより、くさび突起４ａにより板材２５の表面に刻まれる長溝２７の深さＡを調節することができる。図９を参照すると、くさび突起４ａの先端部の角度は、Ｂである。角度Ｂを変更したいときは、くさびチップ４を所望の先端角度を有するものと交換する。

ダイボディ１１の幅は、図７に示すようにＷ１に設定されている。ダイボディ１１の幅Ｗ１は、ビード２６の凹部側、すなわち、内側の幅に相当する。ダイボディ１１の板材２５とダイボディ１１とが相対移動方向に沿った長さは、Ｄである。ここで、ダイボディ１１の長さＤと、くさび突起４ａの長さＬとを比較すると、くさび突起４ａの長さＬの方が長い。このような寸法設定にしているのは、ビード２６を形成する際に、ビード形成過程で発生する応力をくさび突起４ａ及びくさび突起４ａによって形成される長溝２７の外側の領域に伝播させないようにするためである。

ダイボディ１１を板材２５に押し当ててビード２６を形成する際に、板材２５には、ダイボディ１１の反対側からパンチ２が押し当てられる。パンチ２には、上述のように補強部形成部５とくさび突起４ａが設けられており、板材２５の内部応力の発生を抑制しつつビード２６を形成することができる。具体的に、このようなパンチ２及びダイボディ１１を備えるＮＣＴ装置１００を稼動させることにより、板材２５を図１０に模式的に示す形状に加工することができる。すなわち、一断面を切り出して観察した場合、内径幅Ｗ１、外形幅Ｗ２、高さｈのビード２６が形成される。また、このビード２６を形成する際に、ビード２６の両側に深さＡ、角度Ｂのくさび状の長溝２７が形成される。ビード２６が形成されることにより板材２５の強度が向上する。ビード２６が形成される際、くさび突起４ａが板材２５に押し当てられることにより、応力の伝播が抑制され、板材２５の反り量が低減される。すなわち、ビード形成過程では、通常、板材２５に圧縮や引張りが混在した不均一な内部応力状態が生じ、その後、外力が取り除かれると、内部応力が開放され、板材２５に反りが生じる。通常のＮＣＴ加工では、繰り返しビード形成動作が行われることから、その一回毎に反りが生じ、その反りが積み重なって反り量が大きくなる傾向がある。本実施形態の補強方法を用いると、プレスによるビード形成動作一回毎に生じる反りが抑制されるため、所望の形状のビード２６を形成する場合にも、その全体の反り量が低減される。なお、ビード２６は、板材２５を相対移動させつつダイボディ１１とパンチ２による加工を受けることにより所望の形状の補強部５１ａ１を形成する。

パンチ２とダイボディ１１との稼動のタイミングは、ビード形成時に応力が伝播しないようにくさび突起４ａで板材２５を押さえることができれば、どのようなタイミングであってもよい。例えば、パンチ２とダイボディ１１は、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すタイミングで稼動することができる。まず、図１１（Ａ）に示すように板材２５の加工部位が補強部形成部５及びダイボディ１１と対向するように板材２５をダイホルダー１０上に設置する。そして、図１１（Ｂ）に示すように、パンチ２を下降させ、パンチ２により板材２５を押圧する。これにより、くさび突起４ａが板材２５に押し当てられ、その表面に食い込む。この結果、板材２５のビード２６が形成される位置の側方にダイボディ１１の相対移動方向に沿って延び、ダイボディ１１の相対移動方向に沿う長さよりも長い長溝２７が形成される。その後、図１１（Ｃ）に示すようにダイボディ１１を上昇させ、板材２５を押し込む。このとき、板材２５が曲げられることにより、板材２５内に応力が生じるが、その応力のくさび突起４ａの外側への伝播は抑制される。その後、図１１（Ｄ）に示すようにパンチ２及びダイボディ１１を板材２５から離す。このとき、板材２５は、図１２（Ａ）に示す状態となる。すなわち、板材２５には、長さＤのビード２６が形成されるとともに、ビード２６の両側に、これと平行して長さＬの長溝２７が刻まれる。このような状態の板材２５に加えられている外力を開放しても、内部応力の伝播が抑制された状態となっているため、板材２５全体の反りの発生は抑制される。パンチ２及びダイボディ１１を板材２５から離した後は、図１２（Ｂ）に示す矢示３０のように板材２５を所望のピッチで送り、再び図１１（Ｂ）〜（Ｄ）の動作を繰り返す。なお、二回目の形成動作が終了した後の板材２５は、図１２（Ｂ）に示す状態となる。すなわち、板材２５が矢示３０で示す方向に移動し、板材２５とダイボディ１１が相対移動した状態となる。そして、ビード形成動作が行われることにより、一回目の形成動作によって設けられた長さｄ１に長さｄ１２を加えた長さのビード２６が、二回目の形成動作によってさらに長さｄ２分長くなる。ここで、長さｄ１２分は、ダイボディ１１が重複した部分の長さである。長溝２７も同様に、一回目の形成動作によって設けられた長さｌ１に長さｌ１２を加えた長さの長溝２７が、二回目の形成動作によってさらに長さｌ２分長くなる。ここで、長さｌ１２分は、くさび突起４ａが重複した部分の長さである。以後、必要回数の形成動作が繰り返されることによりビード２６及び長溝２７が延びていく。このように、繰り返しの形成動作が行われても、一回の形成動作による反りが抑制されており、繰り返しの形成動作が行われ、所望の形状のビード２６が形成された後も反りが抑制された板材２５を得ることができる。なお、形成動作が行われる際、板材２５は、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す参照番号２５ａが付された領域が押さえられる。すなわち、ビード２６の側方を広範囲に押さえられ板材２５の滑りが抑制されている。

ここで、図１３乃至図１６を参照しつつ、本実施形態のシャーシ（板材）の補強方法による反り量低減の効果について具体的な数値を示しつつ説明する。図１３（Ａ）は一回のビード形成動作により形成されたビード２６及び長溝２７を示す説明図であり、図１３（Ｂ）は長溝２７の有無による板材２５の反り量の違いを示す表である。図１４（Ａ）は二回のビード形成動作により形成されたビード２６及び長溝２７を示す説明図であり、図１４（Ｂ）は長溝２７の有無による板材２５の反り量の違いを示す表である。図１５はビード２６及び長溝２７が形成された板材２５の斜視図である。図１６（Ａ）は図１５におけるＡ−Ａ線断面におけるミーゼス応力の分布を示す説明図であり、図１６（Ｂ）は比較例におけるミーゼス応力の分布を示す説明図である。

まず、加工条件について説明する。板材２５は、電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）板厚１ｍｍを用いる。ダイボディ１１は、長さＤ＝３０ｍｍ、幅Ｗ１＝２０ｍｍとする。くさび突起４ａは、長さＬ＝９０ｍｍ、ピッチＰ＝２４ｍｍ、深さＡ＝０．１ｍｍとする。パンチ押さえ荷重は１０トンに設定する。板材２５の接触表面の摩擦係数は０．１５とする。測定箇所は、ビード２６の中心点からのｘ座標及びｙ座標で標記されるａ部、ｂ部、ｃ部の３箇所とする。ａ部の座標は、（ｘ、ｙ）＝（０ｍｍ、７０ｍｍ）とする。ｂ部の座標は、（ｘ、ｙ）＝（５４ｍｍ、７０ｍｍ）とする。ｃ部の座標は、（ｘ、ｙ）＝（５４ｍｍ、０ｍｍ）とする。

まず、一回のビード形成動作が行われた後の評価について説明する。評価は、長溝２７がない場合と長溝２７がある場合との比較において説明する。なお、反り量の表記において、＋（プラス）と−（マイナス）では、逆側に反ったことを表している。一回のビード形成動作が完了した後のａ部では、長溝２７がない場合の反り量が−１１０μｍ、長溝２７がある場合の反り量が３μｍである。従って、反り量の低減効果は、（１１０−３）（μｍ）／１１０（μｍ）で９７％と評価することができる。ｂ部では、長溝２７がない場合の反り量が−２４０μｍ、長溝２７がある場合の反り量が−１１μｍである。従って、反り量の低減効果は、（２４０−１１）（μｍ）／２４０（μｍ）で９５％と評価することができる。ｃ部では、長溝２７がない場合の反り量が−２５１μｍ、長溝２７がある場合の反り量が２７μｍである。従って、反り量の低減効果は、（２５１−２７）（μｍ）／２５１（μｍ）で８９％と評価することができる。

同様に、二回のビード形成動作が行われた後の評価について説明する。二回のビード形成動作が完了した後のａ部では、長溝２７がない場合の反り量が−２１０μｍ、長溝２７がある場合の反り量が２４μｍである。従って、反り量の低減効果は、（２１０−２４）（μｍ）／２１０（μｍ）で８９％と評価することができる。ｂ部では、長溝２７がない場合の反り量が−１５５μｍ、長溝２７がある場合の反り量が−２１μｍである。従って、反り量の低減効果は、（１５５−２１）（μｍ）／１５５（μｍ）で８６％と評価することができる。ｃ部では、長溝２７がない場合の反り量が−７μｍ、長溝２７がある場合の反り量が−８μｍである。従って、反り量の低減効果は、（８−７）（μｍ）／７（μｍ）で−１４％と評価することができる。ここで、二回目の形成動作後のｃ部において、僅かながら反り量が増加しているが、反り量自体がごくわずかであり、総じて、反り量を低減できていると評価することができる。

つぎ、図１５に示すＡ−Ａ断面におけるミーゼス応力について、図１６（Ａ）に示す長溝２７がある場合と、図１６（Ｂ）に示す長溝２７がない場合とを比較して説明する。図１６（Ｂ）に示すように、比較例の板材２５では、折り曲げられた箇所の外側にもミーゼス応力が存在し、外側に行くに従って徐々に低下していることがわかる。これに対し、本実施形態に対応する図１６（Ａ）に示す板材２５では、くさび突起４ａの位置から外側に向かって急激にミーゼス応力が減少していることがわかる。この結果、板材２５に作用する外力を取り除いても、反りの発生を抑制することができる。

以上、説明したように、本実施形態のシャーシの補強方法によれば、板材２５の反りを抑制しつつ、ビード２６を形成することができる。本実施形態のシャーシの補強方法は、ＮＣＴ装置１００を用いるため、所望の形状にビード２６を連ねた補強部を形成し易い。例えば、図１７（Ａ）に示すように、平行に設けられた直線状の補強部５１ａ２や、図１７（Ｂ）に示すように、格子状に設けられた補強部５１ａ３形成することができる。さらに、図１７（Ｃ）に示すように、電子部品５２を避けるように設けられた複雑な形状の補強部５１ａ４等を形成することができる。

なお、上述のようにパンチ２とダイボディ１１との稼動のタイミングは、ビード形成時に周囲に応力が伝播しないようにくさび突起４ａで板材２５を押さえ、長溝２７を形成することがでできれば、どのようなタイミングであってもよい。例えば、図１８（Ａ）〜（Ｃ）に示すタイミングとしてもよい。具体的に、図１８（Ｂ）で示すように、パンチ２とダイボディ１１をほぼ同時に稼動させて、板材２５を挟み込むようにし、その後、図１８（Ｃ）で示すようにパンチ２とダイボディ１１を同時に離脱させてもよい。すなわち、くさび突起４ａが完全に板材２５に食い込んでいなくても、板材２５に発生する応力の伝播を阻止できるタイミングでくさび突起４ａが板材２５に押し当てられていればよい。また、くさび突起４ａ間のピッチＰや、その他の寸法は、必要に応じて適宜変更することができる。

本実施形態のシャーシの補強方法によれば、電子機器のシャーシに用いられる薄板に対し、歪みや反りが低減しつつ、補強部５１ａ１を形成することができる。この結果、省スペース化を図り易い。また、シャーシ５１ａの薄肉軽量化、剛性向上を両立することができる。さらに、補強加工時の板材２５の反りが抑制されることから、製造上の製品品質のバラツキを低減することができる。また、ＣＮＴ装置１００を用いることで必要な箇所に必要な強度を得るための加工を施すことができる。ＣＮＴ装置１００は、汎用性のある金型を用いるため、金型製造コスト、金型製造工数を削減することができる。また、本実施形態のシャーシの補強方法によれば、板材の捩じりも抑制される。なお、本明細書では、シャーシの補強方法として説明しているが、板材を加工してなる種々の部品、構造物についても同様の補強方法を施すことができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

２パンチ
２ａ第１駆動部
３パンチチップ
４くさびチップ
４ａくさび突起
４ｂシム
５補強部形成部
１０ダイホルダー
１０ａダイボディ収容部
１１ダイボディ
２５板材
２６ビード
２７長溝
５０ラック
５１サーバ装置
５１ａシャーシ
５１ａ１、５１ａ２、５１ａ３、５１ａ４補強部
５１ｂマザーボード
５２電子部品
１００タレットパンチプレス装置（ＮＣＴ）

Claims

タレットパンチプレス装置を用い、加工対象であり、シャーシとなる板材とダイボディとを相対移動させながら前記ダイボディの相対移動方向に沿った溝形状の補強部を形成するシャーシの補強方法であって、
前記ダイボディを前記板材に押し当てて前記補強部を形成する際に、前記ダイボディの相対移動方向に沿って延びる補強部形成部と、前記補強部形成部の側方に前記補強部形成部と平行して設けられ、前記ダイボディの前記相対移動方向に沿う長さよりも長いくさび突起を備えたパンチを前記ダイボディの反対側から前記板材に押し当てるシャーシの補強方法。
前記シャーシは、サーバ装置に組み込まれる請求項１に記載のシャーシの補強方法。