(57)【要約】      （修正有）【課題】金属板の曲げ加工により、寸法誤差が非常に少ない軸製品を提供する。【解決手段】窪み１１０を有する主ダイ１００および窪み１１０の両側に一対配され主ダイ１００に対して摺動可能な側方ダイ２００を備えるダイユニットに金属板５００を載置するステップと、主ダイ１００に対してパンチ４００を近接させて金属板５００を主ダイ１００の窪み１１０に向けて押圧するステップと、一対のカムドライバ３００が一対の側方ダイ２００のそれぞれに近接することにより一対の側方ダイ２００を摺動させて、パンチ４００の先端が金属板５００を窪みに向けて押圧した後に金属板５００をパンチ４００の側面に押圧するステップとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を曲げ加工することにより、長手方向に直角な断面形状がＵ形状の軸を製造する軸製造方法であって、
窪みを有する主ダイ、及び、前記主ダイにおける前記窪みの開放側において、前記窪みの両側に一対配され、前記主ダイに対して摺動可能な側方ダイを備えるダイユニットに前記金属板を載置するステップと、
前記主ダイに対してパンチを近接させて、前記パンチの先端で前記金属板を前記主ダイの前記窪みに向けて押圧するステップと、
前記パンチが前記主ダイに近接するのに伴って、一対のカムドライバが前記一対の側方ダイのそれぞれに近接することにより、前記一対のカムドライバで前記一対の側方ダイを摺動させて、前記パンチの前記先端が前記金属板を前記窪みに向けて押圧した後に前記金属板を前記パンチの側面に押圧するステップと
を備える軸製造方法。
【請求項２】
前記側方ダイのそれぞれは、前記パンチが前記主ダイの前記窪みに対して近接する方向について前記窪みから離れるほど、前記側方ダイが摺動する方向について前記主ダイの前記窪み側により突出する突出部を有する請求項１に記載の軸製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の軸製造方法により製造されたＵ形状の断面を有する軸。
【請求項４】
原稿に印刷された情報を光学的に読み取る光学読取装置において光学素子を摺動させるガイド軸であって、請求項１に記載の軸製造方法により製造されたガイド軸。
【請求項５】
原稿に印刷された情報を光学的に読み取る光学読取装置において光学素子を摺動させるガイド軸であって、摺動方向に垂直な断面がＵ形状を有するガイド軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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軸とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的画像を取り扱う機器には、直線的に移動する部材を備えた製品がある。具体的には、複写装置あるいは光学読取装置におけるラインセンサ、記録装置における記録ヘッド等が挙げられる。この種の部材は、移動するときに移動方向以外の方向にはぶれないことが重要で、そのために正確に直線的な形状を有し、且つ、表面の滑らかな案内部材に支持される構造が採られることが多い。
【０００３】
上記のような案内部材としては、その表面形状の精度を重視して、冷間鍛造加工、引き抜き加工あるいは切削加工で製造された軸製品が用いられるが、加工精度の高さと引き換えに、製造コストが高く、また、それ自身の重量も大きいという問題があった。
【０００４】
これに対して、下記特許文献１には、プレス加工によって軽量で廉価な軸製品を提供することが提案されている。
【特許文献１】実開平０４−０９４１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えばＵ形状の断面を有するガイド軸を製造する場合、製品と相補的な形状を有する金型を使って単純なプレス加工を行っても、所望の部品精度が達成できない場合があった。また、ひとつの部材に対して曲げ加工を繰り返すことで要求精度を達成できる場合もあるが、製造工数が増加するので、コスト低減という長所も薄れてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、金属板を曲げ加工することにより、長手方向に直角な断面形状がＵ形状の軸を製造する軸製造方法であって、窪みを有する主ダイ、及び、主ダイにおける窪みの開放側において、窪みの両側に一対配され、主ダイに対して摺動可能な側方ダイを備えるダイユニットに金属板を載置するステップと、主ダイに対してパンチを近接させて、パンチの先端で金属板を主ダイの窪みに向けて押圧するステップと、パンチが主ダイに近接するのに伴って、一対のカムドライバが一対の側方ダイのそれぞれに近接することにより、一対のカムドライバで一対の側方ダイを摺動させて、パンチの先端が金属板を窪みに向けて押圧した後に金属板をパンチの側面に押圧するステップとを備える軸製造方法が提供される。これにより、１回の加工工程で、精度の高いＵ形状の断面を有する軸を製造できる。
【０００７】
また、ひとつの実施形態によると、上記軸製造方法において、側方ダイのそれぞれは、パンチが主ダイの窪みに対して近接する方向について窪みから離れるほど、側方ダイが摺動する方向について主ダイの窪み側により突出する突出部を有する。これにより、材料のスプリングバックによる形状のズレを補い、ひとつの工程で精度の高い加工ができる。
【０００８】
また、本発明の第２の形態によると、上記軸製造方法により製造されたＵ形状の断面を有する軸が提供される。これにより、切削加工等により製造されたムクの金属軸に匹敵する形状精度を有する一方、軽量で低コストの軸製品が提供される。
【０００９】
また、本発明の第３の形態によると、上記軸製造方法により製造されたガイド軸であって、原稿に印刷された情報を光学的に読み取る光学読取装置において光学素子を摺動させるガイド軸が提供される。更に、本発明の第４の形態によると、原稿に印刷された情報を光学的に読み取る光学読取装置において光学素子を摺動させるガイド軸であって、摺動方向に垂直な断面がＵ形状を有するガイド軸が提供される。これにより、光学読取装置を軽量化し、且つ、低コスト化できる。
【００１０】
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】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は、後述するプレス装置により金属板５００をプレス加工して製造されたＵ形状の軸を示す斜視図である。同図に示すように、この軸は、円弧状の断面を有する円弧面部５１０と平板状の一対のリブ部５２０とが境界Ｃにおいて結合され、全体でＵ型の断面形状をなす一体に形成さた軸である。
【００１３】
ここで、円弧面部５１０の断面は、内角が１８０°の半円弧を描いており、真円の円弧に対する誤差は非常に少ない。一方、リブ部５２０は、それぞれ起伏のない平坦な形状を保っており、境界Ｃの近傍においても反り等は無い。また、リブ部５２０は全長および全幅にわたって互いに平行で、両者の間隔は一定である。
【００１４】
図２は、上記の軸を製造するために用いるプレス装置１０の構造を示す断面図である。また、同図は、軸製造の始めのステップも併せて示す。
【００１５】
なお、図２は、図１に示した軸の長手方向に直角な面で切ったプレス装置１０の断面図である。従って、各部材は、図中に示す断面形状で、紙面の奥行き方向に連続して延在している。
【００１６】
同図に示すように、このプレス装置１０は、上面中央に窪み部１１０を有する主ダイ１００と、主ダイ１００の上面で窪み部１１０の両側部に載せられた一対の側方ダイ２００と、各側方ダイ２００の後方に配置された１対のカムドライバ３００と、主ダイ１００の窪み部１１０の上方に配置されたパンチ４００とから主に形成されている。また、この図では、一対の側方ダイ２００にまたがって、材料となる金属板５００が載置されている。
【００１７】
上記プレス装置１０において、カムドライバ３００の下方では主ダイ１００を上下に貫通するスルーホール１２０が設けられている。これにより、後述するステップにおいて、降下したカムドライバ３００が主ダイ１００と干渉しなくなる。
【００１８】
また、側方ダイ２００は、カムドライバ３００に後方から押されて、主ダイ１００の上面で互いに近接するように摺動する。ここで、側方ダイ２００が相互に近接したときに、主ダイ１００の窪み部１１０と共に、Ｕ形状の軸の外型と概ね相補的な形状を形成するが、その形状の詳細については後述する。
【００１９】
上記一対のカムドライバ３００は、互いに対向する面に、それぞれ２つの傾斜面（カム面）を備えている。即ち、カムドライバ３００は、対向面下端の肩部３１０と、やや上方に形成された段差部３２０とを備えている。このカムドライバ３００が降下するとき、これら肩部３１０および段差部３２０に押されて、側方ダイ２００が水平に摺動する。なお、これら一対のカムドライバ３００は、同じ降下量で同時に降下する。
【００２０】
それぞれの側方ダイ２００は、互いに対向する側面を被加工材に対する押圧面２２０としている。また、押圧面２２０とは反対側になる後端面の上端に、それぞれ傾斜した肩部２３０が形成されている。肩部２３０が、前記したカムドライバ３００の肩部３１０または段差部３２０と当接・摺動することにより、側方ダイ２００は互いに近接するように水平に移動する。
【００２１】
図３は、図２に示したプレス装置１０に装着して用いる側方ダイ２００の単独の形状を示す図である。既に説明した通り、側方ダイ２００は、主ダイ１００の上面を滑動して、その側面である押圧面２２０により金属板５００を水平に押圧する。押圧面２２０上端の肩部２１０は、側方ダイ２００の上面から滑らかに連続した形状を有し、パンチ４００が金属板５００を圧下し始めたときに局部的に大きな圧力が生じて金属板５００の下面を傷つけないように形成されている。
【００２２】
図４は、図３において点線Ａで囲まれた領域を拡大して示す図である。同図に点線２５０で示すのは、金属板５００を加工した後に得られるＵ形状の軸の外側側面形状である。即ち、境界Ｃから下の部分は円弧面部５１０に対応した円弧をなし、境界Ｃよりも上の部分は、肩部２１０を除けば鉛直な直線である。
【００２３】
これに対して、押圧面２２０においては、肩部２１０よりも下で境界Ｃよりも上方の領域は、下方ほど点線２５０から離れた傾斜面をなしており、肩部２１０の下端が最も点線２５０に近接した突出部となっている。一方、境界Ｃよりも下方の領域では、上記の傾斜により点線２５０から離れてはいるが、円弧状の形状自体は点線２５０と同じである。このような形状を有する側方ダイ２００で側方から押圧することにより、境界Ｃよりも上の領域で、リブ部５２０に相当する金属板５００の部分を、曲げ加工前の水平面から９０°を越えて曲げることができる。
【００２４】
即ち、曲げ加工を終えて側方ダイ２００の押圧から開放されたとき、スプリングバックによって金属板５００のリブ部５２０は互いに離れるようにわずかに広がる。しかしながら、上記のような過剰な曲げ加工を行うことにより、過剰な曲げとスプリングバックとが相殺される。従って、押圧面２２０の傾斜を適切に設定することにより、最終製品における曲げ加工量が正確になるように曲げ加工できる。
【００２５】
パンチ４００は、図１に示した軸の円弧面部５１０の内面と同じ形状を有する円弧面４１０をその下端に備えている。このパンチ４００は、加工開始前は主ダイ１００の窪み部１１０の上方に位置し、加工開始と共に窪み部１１０に近接するように降下する。従って、図示のように側方ダイ２００の上に被加工材である金属板５００を載置してあるときにパンチ４００が降下すると、金属板５００はパンチ４００下端の円弧面４１０により圧下されて曲がり、最終的に窪み部１１０の底に当接する。
【００２６】
図５は、パンチ４００単独の形状を示す図である。同図に示すように、このパンチ４００は、下端に形成された円弧面４１０と、円弧面４１０を上方から支持する頸部４２０とを備えている。円弧面４１０は、図１に示したＵ形状の軸の円弧面部５１０の内面形状と相補的な形状を有し、内角が略１８０°の円柱状の形状を有している。
【００２７】
これに対して、頸部４２０は、円弧面４１０から遠ざかるにつれて幅を減じるテーパ状の断面形状を有している。これにより、前記した側方ダイ２００が側方から金属板５００を押圧して過剰な曲げ加工を行ったときの、金属板５００の縁部の変形する余地が形成されている。
【００２８】
図６は、図５において点線Ｂで囲まれた部分を拡大して示す図である。同図に示すように、パンチ４００先端の円弧面４１０と、その上方の頸部４２０との境界Ｃには、微細な突起部４３０が形成されている。
【００２９】
この突起部４３０は、側方パンチ４００が金属板５００のリブ部５２０を側方から押圧するときに、他の領域よりも大きな圧力を金属板５００の内側に印加する。これにより、金属板５００において曲面をなす円弧面部５１０と、平坦なリブ部５２０との境界領域におけるスプリングバックが強く抑制される。従って、一定の曲率を有する円弧面部５１０と、全く曲げ加工されないリブ部５２０とのそれぞれの領域が、個別に高い精度で成形される。
【００３０】
図７は、上記のように形成されたプレス装置１０による金属板５００に対する曲げ加工の次のステップを示す図である。なお、図２と共通の構成要素には共通の参照符号を付し、重複する説明は省いている。
【００３１】
同図に示すように、パンチ４００が降下するとき、一対のカムドライバ３００も同時に降下する。このため、カムドライバ３００の肩部３１０と側方ダイ２００の後方の肩部２３０とが互いに摺動し、一対の側方ダイ２００は互いに近接するように水平に移動する。ただし、この時点では、側方ダイ２００は金属板５００に当接しているに過ぎず、側方からの押圧による積極的な加工にはまだ関与していない。従って、金属板５００とパンチ４００の頸部４２０との間には、僅かに間隙が残っている。
【００３２】
図８は、プレス装置１０による加工の最終ステップを示す図である。なお、図２および図７と共通の部材には同じ参照番号を付して、重複する説明は省いている。
【００３３】
同図に示すように、このステップでは、一対のカムドライバ３００が更に降下する。従って、各カムドライバ３００の段差部３２０によって、各側方ダイ２００はそれぞれ後方から押される。このため、各側方ダイ２００の押圧面２２０はさらに近接し、金属板５００の両縁部を、パンチ４００の頸部４２０に向かって押し付ける。従って、この領域では、金属板５００は９０°を越える加工量で曲げ加工される。
【００３４】
しかしながら、前述の通り、金属板５００は、パンチ４００、主ダイ１００および側方ダイ２００から開放されたときに、スプリングバックによって加工前の形状へと僅かに戻る。これにより、最終的には、金属板５００のリブ部５２０は、元の金属板５００に対してちょうど９０°曲げられた形状になる。
【００３５】
このように、図２、図７および図８に示したステップを経て製造された軸は、非常に精度の高い形状を有する。具体的には、厚さ０．５ｍｍの電気亜鉛メッキ冷延鋼板（ＳＥＣＣ）を材料として、円弧面部５１０の内径が７ｍｍ、リブ部５２０の高さが４ｍｍ、長手方向の全長が３６０ｍｍの軸を製造した。また、用いたパンチ４００では、この突起部４３０の水平方向の厚さを０．１ｍｍとした。得られた軸は、全体反りは０．１ｍｍ以下、局部変形は０．０５ｍｍ以下であった。また、円弧面部５１０の変異も最大０．０２５ｍｍであった。
【００３６】
上記のように精度の高い軸は、例えば、解像度の高い光学読み取り装置においてラインセンサを支持・案内するガイド軸としても使用できる。そこで、実際に上記の軸をガイド軸として組み込んだ光学読み取り装置を組み立てて動作させたところ、ラインセンサは円滑に摺動し、得られた画像情報にも乱れは無かった。また、摺動時の振動、摺動音、耐磨耗性においても満足できる性能を発揮した。
【００３７】
以上詳細に説明した通り、この発明によると、金属板を曲げ加工して製造したＵ形状の軸製品を、冷間鍛造、引き抜き、切削加工等により製造された軸製品に匹敵する高い精度で製造できる。この軸製品は、冷間鍛造、引き抜き、切削加工等により製造された軸製品と代替して使用し得るので、部品精度の限界から切削加工による中実材を使用せざるを得なかった機器において、コストと重量を低減に大きく寄与する。
【００３８】
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】
【００３９】
【図１】金属板５００を曲げ加工して製造されたＵ形状の軸を示す斜視図。
【図２】図１に示した軸を製造できるプレス装置１０の構造を示す断面図。
【図３】プレス装置１０に装着して用いる側方ダイ２００の形状を示す図。
【図４】側方ダイ２００の更に詳細な形状を示す図。
【図５】プレス装置１０で用いるパンチ４００の形状を示す図。
【図６】パンチ４００の更に詳細な形状を示す図。
【図７】プレス装置１０による加工のひとつのステップを示す断面図。
【図８】プレス装置１０による加工の最終ステップを示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１０  プレス装置、１００  主ダイ、１１０  窪み部、１２０  スルーホール、２００  側方ダイ、２１０、２３０、３１０  肩部、２２０  押圧面、３００  カムドライバ、３２０  段差部、４００  パンチ、４１０  円弧面、４２０  頸部、４３０  突起部、５００  金属板、５１０  円弧面部、５２０  リブ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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