円筒軸の製造方法

【課題】曲げ加工により全長にわたって高い真円度を有する円筒軸２０を製造する。
【解決手段】金属板１０を、金属板１０の幅方向に曲げるプレス成形により加工して、長手方向に直交する断面形状の各々が円形の円筒軸２０を製造する方法であって、金属板１０の幅の５０％以上を円弧状に曲げる予備工程と、互いに接近し予備工程上がりの金属板１０を円筒状に成形する一対の金型５０を用いて、長手方向に直交する断面における金型５０の合わせ方向に平行な径が軸製品の仕上がり径よりも短く、金型５０の合わせ方向と直交する金属板１０の径が軸製品の仕上がり径よりも長い段階で加工を止める仕上げ前工程と、長手方向に直交する各断面において、軸製品の仕上がり径と同じ内径を有する半円形の内面形状を有して長手方向に延在する溝の内面を加工曲面とする一対の金型６０を用い、金属板１０の表面に溝の内面が接した状態で加工を終える仕上げ工程とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒軸の製造方法に関する。より詳細には、金属板を曲げ加工して真円度の高い円筒軸を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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円筒を製造する技術が開示されている。特許文献１の記載によると、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旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２４５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、加工応力の残留分布による変形、加工により生じた肉厚分布等により、回転軸として使用できるまでの高い真円度を有する長尺円筒軸製品はまだ製造されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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、金属板の幅方向に曲げるプレス成形により加工して、長手方向に直交する断面形状の各々が円筒形の軸製品を製造する方法であって、長手方向に直交する断面において金属板の幅の５０％以上を円弧状に曲げる予備工程と、互いに接近し予備工程上がりの金属板を円筒状に加工する一対の金型を用いて、長手方向に直交する断面における金型の合わせ方向の径が軸製品の仕上がり径よりも長く、金型の合わせ方向と直交する予備工程上がりの金属板の径が軸製品の仕上がり径よりも短い段階で加工を止める仕上げ前工程と、互いに接近し仕上げ前工程上がりの金属板を円筒状に加工する一対の金型であって、前記一対の金型を当接させたときに、長手方向に直交する断面における金型の合わせ方向の径が仕上がり径よりも長く、金型の合わせ方向と直交する径が仕上がり径よりも短い加工面溝を形成する金型を用い、仕上げ前工程上がりの金属板の表面に前記溝の内面が接した状態で加工を終える仕上げ工程とを含む円筒軸の製造方法が提供される。
【０００５】
また、ひとつの実施形態においては、上記製造方法の仕上げ工程において、金型の合わせ方向の径が軸製品の仕上がり径よりも短く、金型の合わせ方向に直交する径が軸製品の仕上がり径よりも短い金型を用い、金属板のスプリングバックを相殺して仕上げ前工程上がりの長手方向に直交する断面における形状を円筒形に仕上げる。これにより、最終製品における円筒軸の真円率を向上させることができる。
【０００６】
また、他の実施形態においては、上記製造方法の仕上げ工程で用いられる金型において、加工曲面と加工曲面に隣接する面との境界が鋭利な角を有する。これにより、曲げ加工時に加工曲面と加工曲面に隣接する面との境界隙間へ金属板の変形が生じることがなく、円筒軸の表面における真円率が向上される。
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図７は、図６に示した形状の金属板１０に対する仕上げ前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。
【００１８】
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、両者が衝突しないようになされている。なお、芯型５６は、後述するように、最終的に得られる円筒軸２０の内径よりも僅かに小さな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の内側にセットされる。
【００１９】
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。続いて、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。
【００２０】
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。
【００２１】
図８は、上記仕上げ前工程における、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いる。このため、この円筒軸２０の断面形状は、水平方向の径よりも垂直方向の径が大きい。また、水平方向の径は、最終的な軸製品の径よりも短く、垂直方向の径は、最終的な軸製品の径よりも長い。
【００２２】
図９は、本実施例の仕上げ工程において使用する金型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、加工面６１、６３の外側に平坦な面を有する。また、各加工面６１、６３と平坦な面の境界は鋭利な角部を形成している。従って、パンチ６４を圧下し切ったときに、平坦面どうしが密着すると共に、加工面６１、６３は隙間なく閉じた面を形成する。なお、仕上げ工程では、材料のスプリングバックを考慮して若干過剰に加工するので、パンチ６４およびダイ６２が当接したときに、加工面６１、６３は、軸製品の仕上がり寸法よりも水平方向に長く垂直方向に短い内径を有する。
【００２３】
図１０は、図９に示す金型６０に、図８に示した仕上げ前工程後の円筒軸２０をセットした状態を説明する図である。同図に示すように、この段階では、円筒軸２０の径は垂直方向に長く、パンチ６４およびダイ６２の加工面６３、６１の最奥部に最初に接触する。
【００２４】
図１１は、図１０に示したようにセットした金型６０においてパンチ６４を降下させ、仕上げ工程を実施している状態を示す。同図に示すように、パンチ６４が降下し切って、パンチ６４およびダイ６２が相互に当接したとき、円筒軸２０は、水平方向の径が垂直方向の径よりも長くなるまで変形されている。
【００２５】
図１２は、金型６０において、円筒軸２０に加工応力が作用しなくなるまでパンチ６４を上昇させた状態を示す図である。同図に示すように、円筒軸２０は自身のスプリングバックにより正円の断面形状を形成している。
【００２６】
上記のような一連の工程により、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２０を作製した。金型５０では高精度な真円度を実現させ難いので、金型５０を用いた加工は円筒軸２０に部分的な膨らみが生じない範囲に止めた。従って、この段階では円筒軸２０は完全に閉じ切らない。続いて、金型６０を用いて仕上げ工程を実施したところ、局部的な膨らみが生じることなく、真円度の高い円筒軸２０を作製できた。また、この円筒軸２０は反りも少なく、真直性も高かった。これにより、仕上げ工程の導入が正確な形状の円筒軸２０製造に寄与することが確認された。
【００２７】
以上詳細に説明した通り、仕上げ加工工程を加えることにより、金属板１０を曲げ加工して製造した中空の円筒軸２０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２０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２０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。
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】金属板１０に対するはじめの曲げ加工で使用する金型３０を示す断面図である。
【図４】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。
【図５】金属板１０に対する次の曲げ加工に使用する金型４０を示す断面図である。
【図６】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である。
【図７】金属板１０に対する最後の曲げ加工に使用する金型５０を示す断面図である。
【図８】金型５０で加工した後の金属板１０の形状を示す断面図である。
【図９】仕上げ工程において使用した金型６０のダイ６２およびパンチ６４の形状を示す断面図である。
【図１０】金型６０に半完成品の円筒軸２０をセットした状態を示す図である。
【図１１】円筒軸２０をセットした金型６０においてパンチ６４をダイ６２に当接するまで降下させた状態を示す図である。
【図１２】仕上げ工程を実施した後に、円筒軸２０に加工応力が作用しなくなるまでパンチ６４を上昇させた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
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、６０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

【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を、幅方向に曲げるプレス成形により加工して、長手方向に直交する断面の各々の形状が円筒形の軸製品を製造する方法であって、
長手方向に直交する断面において金属板の幅の５０％以上を円弧状に曲げる予備工程と、
互いに接近し予備工程上がりの金属板を円筒状に加工する一対の金型を用いて、長手方向に直交する断面における金型の合わせ方向の径が円筒形の軸製品の仕上がり径よりも短く、金型の合わせ方向と直交する予備工程上がりの金属板の径が仕上がり径よりも長い段階で加工を止める仕上げ前工程と、
互いに接近し仕上げ前工程上がりの金属板を円筒状に加工する一対の金型であって、前記一対の金型を当接させたときに、長手方向に直交する断面における金型の合わせ方向の径が仕上がり径よりも長く、金型の合わせ方向と直交する径が仕上がり径よりも短い加工面溝を形成する金型を用い、仕上げ前工程上がりの金属板の表面に前記溝の内面が接した状態で加工を終える仕上げ工程と
を含む円筒軸の製造方法。
【請求項２】
仕上げ工程において、金型の合わせ方向の径が円筒形の軸製品の仕上がり径よりも長く、金型の合わせ方向に直交する径が円筒形の軸製品の仕上がり径よりも短い加工面を形成する金型を用い、前記金属板のスプリングバックを相殺して仕上げ前工程上がりの金属板の長手方向に直交する断面における形状を円筒形に仕上げる請求項１に記載の円筒軸の製造方法。
【請求項３】
仕上げ工程で用いられる前記金型において、加工曲面と加工曲面に隣接する面との境界が鋭利な角をなす請求項１または請求項２に記載の円筒軸の製造方法。
【請求項４】
仕上げ工程において、前記金型の加工曲面の縁部が相互に密着する請求項１または請求項２に記載の円筒軸の製造方法。

【図１】