JP7110186B2 - 筒状体及び筒状体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒状体の製造方法に関する。

従来から、金属板に対して各種の加工を施すことで筒状体を製造する技術が提案されている。

例えば特許文献１では、金属板に曲げ加工を施すことで四角状の筒状体を形成する構成が記載されている。また特許文献２では、コの字断面形状の金属板と平板状の金属板とを嵌合させ、金属板の平面方向に沿う力を金属板に加えることによってその嵌合部を加締めて締結することで筒状体を形成する構成が記載されている。

特開昭５３－６５２５７号公報 特開２００２－１７８０２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、スプリングバックによって金属板の合わせ目が開いてしまうおそれがある。

また特許文献２に記載の構成では、二つの金属板を加工する必要があるため、加工工数の増加に伴って作業性が悪化する懸念がある。また二つの金属板を合わせた際に、嵌合部において凸部と凹部とが干渉するため、両者を合わせる際や、圧を加えて加締める際に凸部が座屈しやすく、嵌合精度や金属板同士の合わせ目の密着性が悪化する懸念がある。

そこで本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、一枚の金属板における一方の端部と他方の端部とを合わせて形成された筒状体において、両者を安定して密着させることができる筒状体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る筒状体の製造方法は、一方の端面に平面方向に切り欠かれた凹部を有し、他方の端面における前記凹部と対応する位置に平面方向に突出した一対の凸部を有し、前記一対の凸部の基端部から先端部までの長さが、該一対の凸部に対応する位置の前記凹部の深さ以下である一枚の金属板から形成される筒状体の製造方法であって、前記一枚の金属板を屈曲させて前記一方の端面と前記他方の端面を対面させるとともに、前記凹部に対して前記一対の凸部を進入させる第１工程と、前記一対の凸部を押圧する押圧部材を前記凹部に対して前記金属板の板厚方向に沿って進入させて、該押圧部材の進入方向に対して傾斜したテーパ部によって前記一対の凸部を互いに遠ざかる方向に変形させ、前記凹部の壁に前記一対の凸部のそれぞれが当接するように前記一対の凸部を押圧して曲げることで、前記凹部内に設けられた係合部に対して前記一対の凸部が引っ掛かるように係合させる第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、一枚の金属板における一方の端部と他方の端部とを合わせて形成された筒状体において、両者を安定して密着させることができる。

筒状体の斜視図である。 筒状体の展開斜視図である。 凸部と凹部の部分拡大図である 筒状体製造時の曲げ加工を説明するための模式図である。 加締パンチが凹部に進入する際の様子を示す斜視図である。 凸部と凹部の部分拡大図である。 凸部と凹部の部分拡大図である。 移動規制用突起と移動規制用凹部の部分拡大図である。 凸部と凹部の部分拡大図である。 凸部と凹部の部分拡大図である。 凸部を曲げる曲げ加工を説明するための模式的斜視図である。 凸部を曲げる曲げ加工を説明するための模式的平面図である。 凸部と凹部の部分拡大図である。 凸部と凹部の部分拡大図である。 凸部を曲げる曲げ加工を説明するための模式的斜視図である。 凸部を曲げる曲げ加工を説明するための模式的平面図である。 他の断面形状の筒状体を示す斜視図である。

（第１実施形態）
以下、まず本発明の第１実施形態に係る筒状体の構成について図面を参照しながら説明する。なお、記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は筒状体１の斜視図であり、図２は筒状体１の展開斜視図である。図１、２に示す様に、筒状体１は、板金１ａを４本の平行な線Ｌ１～Ｌ４に沿って各々９０度曲げ、端部１１ａ（一方の端部）と端部１５ａ（他方の端部）とを繋ぎ合わせることで形成される角柱の筒状体である。端部１１ａは板金１ａの一辺をなし、線Ｌ１～Ｌ４と略平行である。また、端部１５ａは板金１ａの一辺をなし、線Ｌ１～Ｌ４と略平行である。折り曲げ加工前の板金１ａにおける端部１１ａと端部１５ａは線Ｌ１～Ｌ４は互いに逆側に位置する辺である。ここで本実施形態では、板金１ａは原材料となる厚さ１ｍｍの金属シートから打ち抜き加工で形成された電気亜鉛めっき鋼板である。また筒状体１の外形寸法は１８ｍｍ×２５ｍｍで、全長は５００ｍｍである。なお、板金１ａの材質はこれに限られるものではなく、ステインレス、アルミ材などでも良い。また、板金１ａの厚さを１ｍｍであると例示したが、板金１ａの厚さは０．４ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることが望ましい。

次に、筒状体１における板金１ａの端部１１ａ（端面）と端部１５ａ（端面）との繋ぎ合わせ目について説明する。図２に示す様に、端部１１ａおよび端部１５ａはそれぞれ板金１ａの辺を形成する。図２におけるＸ軸方向を板金１ａの端部１１ａを形成する第１辺、および端部１５ａを形成する第２辺が延びる第１方向と定義する。第１辺と第２辺は平行な辺である。また、Ｘ軸方向に垂直であるＹ軸方向を第１辺および第２辺に垂直な板金１ａの第３辺および第４辺が延びる第２方向と定義する。Ｘ軸方向およびＹ軸方向で規定される平面はプレス前の板金１ａの平面方向である。さらに、Ｚ軸方向を板金１ａの厚み方向である第３方向と定義する。Ｚ軸方向はＸ軸およびＹ軸に垂直な方向である。板金１ａの端部１５ａには、板金１ａの平面方向に切り欠かれた凹部１５ｂが形成されている。また板金１ａの端部１１ａにおける凹部１５ｂと対応する位置には、板金１ａの平面方向に突出した凸部１１ｂが形成されている。図２に示す一点鎖線は後述するプレス加工において折り曲げられる折り曲げ線である。Ｘ軸方向において、凸部１１ｂは凹部１５ｂのＸ軸方向の幅の範囲内に配置されている。そのため、後述するように一点鎖線で板金１ａを折り曲げた際に凸部１１ｂが凹部１５ｂを形成する端面（板金１ａの厚み方向の面）の間に収まる。この凸部１１ｂの基端部から先端部までの長さ（Ｙ軸方向の長さ）は、その凸部１１ｂに対応する位置の凹部１５ｂのＹ軸方向の深さ以下となっている。なお、本実施例では長方形の板金１ａを用いたため、上記の第１辺と第２辺に対して第３辺と第４辺が平行となるが、必ずしも第１辺と第２辺に対して第３辺と第４辺が平行でなくても良い。また、必ずしも第３辺と第４辺とが平行でなくても良い。さらに、第３辺および第４辺に代えて第１辺と第２辺とを繋ぐ板金１ａの端部が複数の辺によって形成されていても良い。

図３は、凸部１１ｂと凹部１５ｂの部分拡大図である。ここで図３（ａ）は凸部１１ｂの変形前（加工前）の状態を示し、図３（ｂ）は凸部１１ｂの変形後（加工後）の状態を示す。図３に示す様に、凹部１５ｂには突出部１５ｃが設けられている。図３（ａ）に示すように、端部１１ａと端部１５ａとを合わせた状態において突出部１５ｃが凸部１１ｂの先端部よりも凸部１１ｂの根元側に位置するように、突出部１５ｃは凹部１５ｂに設けられている。また端部１１ａと端部１５ａとを合わせた状態において突出部１５ｃが凸部１１ｂに向かって突出するように突出部１５ｃは凹部１５ｂに設けられている。すなわち、突出部１５ｃは筒状体１の長手方向に突出する部位である。板金１ａの端部１１ａと端部１５ａとを繋ぎ合せる際、凸部１１ｂは凹部１５ｂに収まった後、図３における左方向に曲げられる。これにより凸部１１ｂは塑性変形し、凹部１５ｂ内の凸部１１ｂの側面が対向する部分において、筒状体１の長手方向に突出して形成された突出部１５ｃ（係合部）に対して引っ掛かるように係合する。

このように板金１ａの端部同士の繋ぎ合わせ目において、凸部１１ｂが突出部１５ｃに引っ掛かるように係合させることで、端部１１ａと端部１５ａとが離れる方向の力、即ちスプリングバックにより開こうとする力に抗して両者の密着が保持される。

また凸部１１ｂの基端部から先端部までの長さを、その凸部１１ｂに対応する位置の凹部１５ｂの深さ以下にすることで、端部１１ａと端部１５ａとを合わせる際に、凸部１１ｂが座屈することが防止される。なお、ここでいう深さとは、凹部１５ｂ内において凸部１１ｂの先端部が対向する部分の端部１５ａからの距離を意味する。従って、凸部１１ｂの突出部１５ｃに対する係合精度が維持される。

従って、上記構成によれば、一枚の板金１ａから形成された筒状体１において、端部１１ａと端部１５ａとの合わせ目を安定して密着させることができる。

次に、筒状体１の製造方法について説明する。

図４は、筒状体１製造時の曲げ加工を説明するための模式図である。筒状体１を製造する際には、まず図４（ａ）に示す様に、プレス機１００によって板金１ａを線Ｌ１～Ｌ４（図２参照）に沿って屈曲させ、その後にプレス機１００のベースプレート１０１上でスライドブロック１０２に挟持されるようにセットする。

次に図４（ｂ）に示す様に、上型１０３を下降させることで、ベースプレート１０１上でスライドブロック１０２が互いに接近し、これに伴って板金１ａの端部１１ａと１５ａとが接近する。その後、さらに上型１０３を下降させると、図４（ｃ）に示す様に、板金１ａの端部１１ａと端部１５ａとが合わさる。

次に図４（ｄ）に示す様に、更に上型１０３を下降させると、スライドプレート１０４はストッパブロック１０５に当接して下降が規制される。この状態で上型１０３を下降させると、加締パンチ１０７（押圧部材）が取り付けられたパンチプレート１０６のみが下降し、加締パンチ１０７が板金１ａの凹部１５ｂに進入する。加締パンチ１０７は、進入方向に対して傾斜したテーパ角２０°のテーパ部１０７ａを先端に備える。

図５は、加締パンチ１０７が凹部１５ｂに進入する際の様子を示す斜視図である。図５に示す様に、板金１ａの凹部１５ｂに凸部１１ｂが進入した状態で、凸部１１ｂを介して突出部１５ｃとは反対側の凹部１５ｂ、凸部１１ｂ、および端部１５ａに囲まれた空間に加締パンチ１０７が進入することで、加締パンチ１０７のテーパ部１０７ａによって凸部１１ｂが筒状体１の長手方向に押圧されて曲げられる。これにより凸部１１ｂが突出部１５ｃに対して引っ掛かるように係合して加締が行われ、端部１１ａと端部１５ａが高い密着性を保持して繋ぎ合わされて筒状体１が形成される。

なお、本実施形態では、筒状体１の長手方向において、凹部１５ｂと凸部１１ｂをそれぞれ４つずつ設ける構成について説明した。しかし本発明はこれに限られず、凹部１５ｂと凸部１１ｂの数は適宜変更することができる。

また本実施形態では、４つの凸部１１ｂにおいて、凸部１１ｂの曲げ方向を全て同じ方向にした。しかし本発明はこれに限られず、凸部１１ｂの曲げ方向と突出部１５ｃの配置を筒状体１の長手方向で逆にする構成や、両者を交える構成としてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る筒状体の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の図面、同一の符号を付して説明を省略する。

図６は、本実施形態に係る筒状体１の凸部１１ｂと凹部１５ｂの部分拡大図である。図６に示す様に、板金１ａの端部１１ａには、端部１５ａの凹部１５ｂ内において、筒状体１の長手方向において凸部１１ｂとは反対側で凹部１５ｂに係合する移動規制用突起１１ｃ（規制部）を設ける。この移動規制用突起１１ｃは、凸部１１ｂとは異なり、曲げられない状態で凹部１５ｂに係合する。

このように凸部１１ｂとは別に、凹部１５ｂと係合する移動規制用突起１１ｃを設けることで、凸部１１ｂを曲げる工程で筒状体１の長手方向において端部１１ａと端部１５ａとの相対位置がずれることを抑制することができる。従って、凸部１１ｂと突出部１５ｃとの係合をより安定させることができ、端部１１ａと端部１５ａとの合わせ目を安定して密着させることができる。

なお、移動規制用突起１１ｃと凸部１１ｂとの位置関係は本実施形態の構成に限られるものではない。すなわち、図７に示す様に、例えば凸部１１ｂと移動規制用突起１１ｃとの位置関係を、筒状体１の長手方向で反対にする構成にしてもよい。また位置関係を変えたものを両方含む構成にしてもよい。これにより移動規制用突起１１ｃにより移動を規制する方向が互いに逆向きになるものが含まれるため、筒状体１の長手方向において、端部１１ａと端部１５ａとの相対位置がずれることをより強固に防止できる。

また移動規制用突起１１ｃの配置は本実施形態の構成に限られるものではない。すなわち、図８示す様に、例えば凸部１１ｂが進入する凹部１５ｂとは別に、移動規制用突起１１ｃと係合する移動規制用凹部１５ｄを端部１５ａに別途設ける構成としても上記同様の効果を得ることができる。また端部１５ａに移動規制用突起１１ｃを設け、端部１１ａに移動規制用凹部１５ｄを設ける構成としてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る筒状体の第３実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態、第２実施形態と説明の重複する部分については、同一の図面、同一の符号を付して説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る筒状体１の凸部１１ｂと凹部１５ｂの部分拡大図である。ここで図９（ａ）は凸部１１ｂの変形前の状態を示し、図９（ｂ）は凸部１１ｂの変形後の状態を示す。

図９に示す様に、本実施形態では、板金１ａにおける端部１５ａに形成された一つの凹部１５ｂに対して、端部１１ａに形成された一対（複数）の凸部１１ｂが進入する。そして凹部１５ｂ内に一対の凸部１１ｂが進入した状態で、加締パンチ１０７が凹部１５ｂ内における一対の凸部１１の間に上方から進入する。これにより加締パンチ１０７のテーパ部１０７ａによって一対の凸部１１ｂがそれぞれ曲げられる。そして、凹部１５ｂ内（凹部内）の凸部１１ｂの側面が対向する部分において、筒状体１の長手方向に突出して形成された一対の突出部１５ｃ（複数設けられた係合部）に対してそれぞれ引っ掛かるように係合する。なお、一対の凸部１１ｂの曲げ方向は、筒状体１の長手方向において互いに逆向きである。

このように凹部１５ｂ内において、一対の凸部１１ｂと一対の突出部１５ｃとがそれぞれ係合することで、板金１ａの端部同士の繋ぎ合わせ目をより安定して密着させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る筒状体の第４実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態と説明の重複する部分については、同一の図面、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る筒状体１の凸部１１ｂと凹部１５ｂの部分拡大図である。図１０に示す様に、本実施形態では、板金１ａの端部１１ａに形成された凸部１１ｂの幅が、基端部から先端部にかけて大きくなる形状を成す。また一対の凸部１１ｂにおいて曲げ加工時に加締パンチ１０７のテーパ部１０７ａが当接する縁部１１ｅは、基端部側から先端部側にかけて両者の間隔が狭くなるように、筒状体１の長手方向における両者の中心を結ぶ線Ｙに対して角度αを持って傾斜している。

図１１、図１２は、上述した加締パンチ１０７による曲げ加工で凸部１１ｂを曲げる工程を説明するための模式的斜視図と模式的平面図である。ここで図１１、１２においては、加締パンチ１０７が下降していく様子を図１１（ａ）～（ｃ）、図１２（ａ）～（ｃ）の順に示す。また図１２に示す二点鎖線は、加締パンチ１０７の板金平面における断面を示す。

図１１、１２に示す様に、凸部１１ｂを曲げて加締める際には、加締パンチ１０７が凹部１５ｂに対して上方から徐々に進入していき、加締パンチ１０７のテーパ部１０７ａが凸部１１ｂの縁部１５ｅを押圧することで凸部１１ｂを曲げていく。これにより凸部１１ｂが、凹部１５ｂ内の凸部１１ｂの側面が対向する部分において、筒状体１の長手方向に突出して形成された突出部１５ｃに引っ掛かるように係合する。

ここで上述した通り、縁部１１ｅは、線Ｙ（図１０参照）に対して角度αを持って傾斜している。このため、加締パンチ１０７により凸部１１ｂを曲げる過程で端部１１ａが端部１５ａに向かう方向の力を発生させることができ、端部１１ａと端部１５ａとの密着性を高めることができる。

なお、凸部１１ｂの基端部の幅Ｘ（図１１参照）は、板金１ａの厚みに対して、０．５倍乃至１．５倍であることが好ましい。これは幅Ｘが０．５倍未満の場合、加締強度が弱く、曲げ加工のスプリングバックによる力に負けて端部１１ａと端部１５ａとの合わせ目が開きやすくなるためである。また幅Ｘが１．５倍より大きい場合、上述した曲げ加工で凸部１１ｂが加締パンチ１０７に押圧された際に、凸部１１ｂが筒状体１の内側に倒れて加締強度が弱くなるおそれがあるためである。

本実施形態では、板金１ａとして厚み１ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板を用い、幅Ｘは１．３ｍｍに加工したものを用いた。この結果、上述した加締パンチ１０７による曲げ加工において凸部１１ｂの先端は筒状体１の内側に約０．２ｍｍ倒れたものの、十分な加締強度が得られた。なお、このように凸部１１ｂの先端が筒状体１の内側に入り込む場合、筒状体１の外形に対して凸部１１ｂが突出しないため、筒状体１同士を組み合わせる際や他の部材等と密着結合する際に干渉しない。

（第１変形例）
次に本実施形態の第１変形例として、板金１ａの端部１１ａに、当接部１１ｆを設ける構成について説明する。

図１３は、第１変形例に係る凸部１１ｂと凹部１５ｂの部分拡大図である。図１３に示す様に、第１変形例においては、前述した加締パンチ１０７による曲げ加工において、加締パンチ１０７が凹部１５ｂに進入する際に、一対の凸部１１ｂとともに加締パンチ１０７のテーパ部１０７ａと当接する当接部１１ｆを設ける。

これにより加締パンチ１０７によって凸部１１ｂの曲げる際に、加締パンチ１０７を３点で支持することができ、凸部１１ｂに安定して荷重をかけることができる。従って、凸部１１ｂの突出部１５ｃに対する係合精度が向上する。

（第２変形例）
次に本実施形態の第２変形例として、当接部１１ｆの近傍に孔１１ｇを設ける構成について説明する。

図１４は、第２変形例に係る凸部１１ｂと凹部１５ｂの部分拡大図である。図１４に示す様に、第２変形例においては、第１変形例の構成に対して、当接部１１ｆの近傍に孔１１ｇが設けられている。以下、本構成における凸部１１ｂの曲げ工程を説明する。

図１５、図１６は、上述した加締パンチ１０７による曲げ加工で凸部１１ｂを曲げる工程を説明するための模式的斜視図と模式的平面図である。ここで図１５、１６においては、加締パンチ１０７が下降していく様子を図１５（ａ）～（ｃ）、図１６（ａ）～（ｃ）の順に示す。また図１６に示す二点鎖線は、加締パンチ１０７の板金平面における断面を示す。

図１５、１６に示す様に、凸部１１ｂを曲げる際には、加締パンチ１０７が凹部１５ｂに対して上方から徐々に進入していき、加締パンチ１０７のテーパ部１０７ａが凸部１１ｂを押圧することで凸部１１ｂを曲げていく。これにより凸部１１ｂが突出部１５ｃに引っ掛かるように係合する。

ここで加締パンチ１０７により凸部１１ｂが曲げられる際、凸部１１ｂとともに加締パンチ１０７に当接する当接部１１ｆが加締パンチ１０７から受ける圧力によって孔１１ｇが収縮していく。これにより当接部１１ｆが加締パンチ１０７から退避する方向に移動する。このように凸部１１ｂとともに当接部１１ｆが移動することで、加締パンチ１０７が凸部１１ｂを曲げる際に加締パンチ１０７の軸位置が移動するのが抑制される。従って、型構造や動作が安定し、タクト向上が可能になる。

なお、上記第１～４実施形態では、加締パンチ１０７のテーパ角を２０°、つまり傾斜１０°に設定したものの、本発明はこれに限られるものではなく、他のテーパ角であってもよい。しかしこのテーパ角をθとしたとき、１０°≦θ≦３０°を満たすように設定するのが好ましい。

これはテーパ角を１０°以下とする場合、加締めることは可能であるものの、加締パンチ１０７の昇降ストロークが大きくなり、また加締パンチ１０７を上昇させた際に筒状体１も共に上昇するおそれがあるためである。またテーパ角を３０°より大きくする場合、凸部１１ｂを筒状体１の内側に曲げてしまいやすくなるためである。

また上記第１～４実施形態では、円錐状の加締パンチ１０７を用いて板金１ａを加工する方法を例示したものの、本発明はこれに限定されるものでなく、テーパ部を有する構成であれば、四角錐状等の加締パンチ１０７を用いてもよい。

また上記第１～第４実施形態では、四角柱状の筒状体を例示して本発明を説明した。しかし本発明はこれに限られず、図１７（ａ）に示す三角柱状の筒状体や図１７（ｂ）に示す円筒状の筒状体など、筒状体１の断面形状によらず適用することができる。

また本発明に係る筒状体１は、各種の用途で使用可能であり、例えば複合機やプリンタ等の画像形成装置のフレーム等に使用することができる。

本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

本願は、２０１７年５月３１日提出の日本国特許出願特願２０１７－１０８０６５を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

本発明は、筒状体及び筒状体の製造方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１…筒状体
１ａ…板金（金属板）
１１ａ…端部（他方の端部）
１１ｂ…凸部
１１ｃ…移動規制用突起（突起）
１１ｆ…当接部
１１ｇ…孔
１５ａ…端部（一方の端部）
１５ｂ…凹部
１５ｃ…突出部（係合部）
１０７…加締パンチ（押圧部材）

Claims (4)

1. 一方の端面に平面方向に切り欠かれた凹部を有し、他方の端面における前記凹部と対応する位置に平面方向に突出した一対の凸部を有し、前記一対の凸部の基端部から先端部までの長さが、該一対の凸部に対応する位置の前記凹部の深さ以下である一枚の金属板から形成される筒状体の製造方法であって、
   前記一枚の金属板を屈曲させて前記一方の端面と前記他方の端面を対面させるとともに、前記凹部に対して前記一対の凸部を進入させる第１工程と、
   前記一対の凸部を押圧する押圧部材を前記凹部に対して前記金属板の板厚方向に沿って進入させて、該押圧部材の進入方向に対して傾斜したテーパ部によって前記一対の凸部を互いに遠ざかる方向に変形させ、前記凹部の壁に前記一対の凸部のそれぞれが当接するように前記一対の凸部を押圧して曲げることで、前記凹部内に設けられた係合部に対して前記一対の凸部が引っ掛かるように係合させる第２工程と、
   を含むことを特徴とする筒状体の製造方法。
2. 前記一対の凸部の間に設けられる当接部であって、前記押圧部材が前記凹部に進入する際に前記一対の凸部とともに前記押圧部材の前記テーパ部と当接する当接部を備えることを特徴とする請求項１に記載の筒状体の製造方法。
3. 前記当接部の近傍において、前記押圧部材の前記テーパ部が前記当接部に当接する際の圧力によって収縮する孔を有することを特徴とする請求項２に記載の筒状体の製造方法。
4. 前記押圧部材の前記テーパ部のテーパ角をθとしたとき、１０°≦θ≦３０°を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の筒状体の製造方法

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