JP5080802B2 - 引抜加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、アルミニウム管等の管材を、引抜ダイスおよび引抜プラグ間の隙間に通して引き抜くようにした引抜加工方法およびその関連技術に関する。

引抜加工方法は、アルミニウム管等の管材（ワーク）を、引抜ダイスに通して引き抜くことにより加工するものである。

このような引抜加工によって得られる引抜管（引抜製品）は例えば、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真装置の感光ドラム用の基体として用いられているが、感光ドラム基体としての引抜製品は、表面品質はもちろん、高い寸法精度が要求される。

一方、近年の引抜加工技術においては、生産性向上等のために、引抜管の長尺化が進められている。ところが、引抜長さを長くすると、径寸法や肉厚等のバラツキが生じ易くなるため、高い寸法精度を維持することは困難である。特に感光ドラム基体用としての引抜管は、極めて高い寸法精度が要求されるため、こまめに品質管理を行っても、長尺化が困難であった。

このような技術背景の下、特許文献１には、引抜加工を行うに際して、引抜ダイス通過直後の管材を洗浄した後、管材の外径寸法を計測するとともに、その計測結果に基づいて、引抜速度を調整することにより、引抜管の外径寸法を制御する方法が用いられている。
特開２００４−２８３８６４号（特許請求の範囲、図３，５）

しかしながら、上記特許文献１に示す従来の引抜加工方法では、ダイス通過後の管材外径寸法を計測する計測装置に加えて、管材を洗浄する洗浄装置や、計測結果をフィードバックするフィードバック装置等の多数の装置が必要となり、生産設備の大型化や複雑化を来たし、コストも増大するという問題を抱えている。

さらに同文献の引抜加工方法では、引抜製品の外径寸法精度を向上させるものであるが、引抜製品によって構成される感光ドラム基体は、他の部材との嵌め合い関係が重要であり、外径寸法よりもむしろ内径寸法の管理が厳しく求められている。ところが、特許文献１の引抜加工方法は、内径寸法を直接管理するものではなく、外径寸法を管理するものであるため、内径寸法精度を向上させることは困難であるという問題もあった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な設備で、引抜製品の内径寸法を高精度で管理することができる引抜加工方法およびその関連技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、引抜加工方法において、引抜製品の内径寸法に注視しつつ、あらゆる角度から詳細に調査したところ、引抜製品の内径と、引抜速度との間に密接な関係があることが判明した。

引き続き本発明者は綿密な実験研究を繰り返し行った結果、引抜開始から引抜終了までの引抜速度が一定である場合、引抜開始時（引抜製品先端）の内径よりも、引抜終了時（引抜製品後端）の内径の方が大きくなることを解明した。さらに鋭意努力することによって、引抜速度と管内径との間における具体的な関係を見出し、引抜加工中に、引抜速度を制御することにより、管内径寸法を高い精度で管理できるという知見を得た。

そして本発明者は上記の研究結果を基に、上記目的を達成を可能とする最適な構成を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の構成を要旨とする。

［１］ 管材を、引抜ダイスおよび引抜プラグ間の隙間に通して引き抜くようにした引抜加工方法であって、
引抜開始から引抜終了にかけての引抜加工中に、引抜速度を増加させることにより、引抜開始時の初期引抜速度に対し、引抜終了時の終期引抜速度が速くなるように制御したことを特徴とする引抜加工方法。

なお本発明において、「初期引抜速度」とは、引抜加工された管材において、製品として用いられる有効長さ範囲内のうち、前端位置（先端位置）を引抜加工する際の速度である。さらに「終期引抜速度」とは、引抜加工された管材において、製品として用いられる有効長さ範囲内のうち、後端位置（基端位置）を引抜加工する際の速度である。

また「引抜開始」「引抜終了」という用語も、引抜加工された管材において、製品として用いられる有効長さ範囲を基準として用いられるものである。

［２］ 初期引抜速度に対し、終期引抜速度を１．５〜３．０倍に設定する前項１に記載の引抜加工方法。

［３］ 引抜加工中の引抜速度を一定の割合で連続的に増加させる前項１または２に記載の引抜加工方法。

［４］ 引抜加工中の引抜速度を段階的に増加させる前項１または２に記載の引抜加工方法。

［５］ 初期引抜速度を１５〜２５ｍ／ｍｉｎに設定する前項１〜４のいずれか１項に記載の引抜加工方法。

［６］ 終期引抜速度を３５〜６０ｍ／ｍｉｎに設定する前項１〜５のいずれか１項に記載の引抜加工方法。

［７］ 管材として、アルミニウムまたはその合金製のアルミニウム管が使用される前項１〜６のいずれか１項に記載の引抜加工方法。

［８］ 前項１〜７のいずれか１項に記載の引抜加工方法によって製造されたことを特徴とする引抜製品。

［９］ 前端と後端との間の内径寸法差が３μｍ以下に調整される前項８に記載の引抜製品。

［１０］ 引抜ダイスと、
引抜ダイスのダイス孔に対応して配置される引抜プラグと、
引抜ダイスおよび引抜プラグ間の隙間に通した管材の先端を把持する管材把持手段と、
管材把持手段を引抜方向に移動させる引抜方向移動手段と、
引抜方向移動手段の駆動を制御して、管材把持手段を引抜方向に移動させて、引抜加工を行うとともに、引抜開始から引抜終了にかけての引抜加工中に、引抜速度を増加させることにより、引抜開始時の初期引抜速度に対し、引抜終了時の終期引抜速度を速くする引抜速度制御手段と、を備えることを特徴とする引抜加工装置。

発明［１］の引抜加工方法によれば、引抜速度を増加させているため、引抜管の内径寸法が引抜開始時よりも引抜終了時の方が大きくなるという不具合を解消することができ、引抜管の内径寸法を高い精度で管理することができる。

さらに本発明は、引抜途中に引抜速度を増加させるだけで、引抜製品の寸法精度を向上できるため例えば、他の多くの装置を必要とせず、その分、設備の小型コンパクト化を図ることができる。

発明［２］［３］の引抜加工方法によれば、上記の効果を、より確実に得ることができる。

発明［４］の引抜加工方法によれば、引抜速度の制御を簡単に行うことができる。

発明［５］［６］の引抜加工方法によれば、上記の効果を、より一層確実に得ることができる。

発明［７］の引抜加工方法によれば、アルミニウム製の管状引抜製品を得ることができる。

発明［８］〜［１１］は、上記の発明方法によって得られる引抜製品を特定するものであるため、上記と同様の作用効果を得ることができる。

発明［１２］は、上記の発明方法を実施可能か引抜加工装置を特定するものであるため、上記と同様に、同様の作用効果を得ることができる。

図１，２はこの発明の実施形態であるアルミニウム管の引抜加工装置を示す図である。同図に示すように、この引抜加工装置は、引抜ダイス（２）と、引抜ダイス（２）のダイス孔（２１）内に配置される引抜プラグ（３）とを備え、ダイス孔（２１）と引抜プラグ（３）との間に環状の成形隙間が形成されている。そしてワーク（管材）としてのアルミニウム管（Ｗ）がこの成形隙間を通って引き抜かれることにより、加工されるようになっている。

なお本実施形態においては、アルミニウム管（Ｗ）の搬送方向（図１に向かって右方向）を「前方」として説明する。

引抜ダイス（２）は、ベースフレーム（１）におけるダイスフレーム（１２）内に設けられて、そのダイス孔（２１）が、ワーク（管材）としてアルミニウム管（Ｗ）の搬送経路上に配置されている。

ダイス孔（２１）内に配置される引抜プラグ（３）は、プラグロッド（３１）によって支持されている。すなわちプラグロッド（３１）は、アルミニウム管（Ｗ）の搬送経路上に沿って配置されるようにして、基端がベースフレーム（１）のプラグフレーム（１３）に固定されるとともに、そのプラグロッド（３１）の先端に上記引抜プラグ（３）が固定されている。

ダイスフレーム（１２）の下流側（前側）において、ベースフレーム（１）上には、アルミニウム管（Ｗ）の引抜方向に沿ってレール（５１）が敷設されており、このレール（５１）上にプラー（５）が走行自在に取り付けられている。

プラー（５）には、チャック（４）が取り付けられており、このチャック（４）によってアルミニウム管（Ｗ）の先端部を把持できるようになっている。

プラー（５）の前方には、巻取装置（６）が設置されている。さらにプラー（５）の前面には、チェーン（６１）の一端が取り付けられるとともに、このチェーン（６１）の他端側が上記巻取機（６）に巻き取られている。そして、チャック（４）によりアルミニウム管（Ｗ）を把持した状態で、巻取機（６）が駆動して、チェーン（６１）が巻き取られると、プラー（５）およびチャック（４）が前方へ移動して、アルミニウム管（Ｗ）が引抜加工されるよう構成されている。

また本実施形態において、巻取機（６）は、引抜加工中に巻取速度を変化させることができるように構成されており、その速度変更によって、引抜速度を自在に変化させることができるようになっている。

なお本実施形態においては、チャック（４）およびプラー（５）等によって管材把持手段が構成されるとともに、チェーン（６１）を含む巻取機（６）等によって引抜方向移動手段が構成されている。

本実施形態の引抜加工装置は、パーソナルコンピュータ等によって構成される制御装置（７）を備えており、この制御装置（７）は、予め設定されたプログラムに従って、巻取機（６）の駆動部を含む、引抜加工装置の各駆動部の駆動を制御して、後に説明する動作が自動的に行われる。なおこの制御動作には、後述するように、引抜加工中で引抜速度を変化させる動作が含まれており、この速度変更動作を行うための制御装置（７）の機能（プログラム）が、引抜速度制御手段を構成している。

次に本実施形態の引抜加工装置における動作について説明する。まずアルミニウム管（Ｗ）をセットした状態では、管内部の軸線に沿ってプラグロッド（３１）が配置されるとともに、アルミニウム管（Ｗ）の先端が、引抜ダイス（２）および引抜プラグ（３）間の成形加工用隙間に挿通されて、チャック（４）により把持されている。なおプラー（５）は、図１の想像線に示すように引抜ダイス（２）に近づいた位置（後退位置）に配置されている。

この状態において制御装置（７）に動作開始指令を与えると、巻取機（６）が駆動してチェーン（６１）が巻き取られて、プラー（５）が前方へ走行する。これによりチャック（４）に把持されたアルミニウム管（Ｗ）が、引抜ダイス（２）および引抜プラグ（３）間の加工隙間を通過して、引抜加工が行われる。

ここで本実施形態においては、アルミニウム管（Ｗ）が引き抜かれている間に、その引抜速度が変化する。すなわち、制御装置（７）は、予め設定されたプログラムに従って、巻取機（６）の駆動を制御して、引抜開始から引抜終了までの間において、巻取機（６）による巻取速度を次第に増加させていく。これにより引抜加工中に、引抜速度が徐々に増加していき、初期引抜速度に対し、終期引抜速度が速くなる。

以上のように、本実施形態の引抜加工装置によれば、引抜速度を増加させているため、引抜管の内径寸法を高い精度に維持することができる。すなわち引抜加工において例えば、引抜開始から引抜終了までの間、引抜速度を一定に設定した場合、アルミニウム管（引抜管）において先端側から後端側にかけて、内径寸法が次第に大きくなるように加工されてしまう。これはおそれらく、引抜開始から引抜終了までの間に、引抜プラグ（３）に発生する加工熱（加工発熱）が多くなり、熱膨張により引抜プラグ（３）の径寸法が大きくなって、管内径寸法も大きくなることが要因であると推定される。

これに対し、本実施形態においては、引抜途中に引抜速度を増加させているため、その速度増加によって、引抜プラグ（３）への潤滑油の取込量が多くなり、潤滑性の向上と共に、潤滑油による冷却効果も向上して加工発熱が抑えられて、引抜プラグ（３）の熱膨張が十分に抑制される。このように引抜プラグ（３）の熱膨張による内径寸法変化を防止できるため、引抜管の内径寸法を高い精度に維持管理することができる。

また本実施形態においては、引抜途中に引抜速度を増加させるという簡単な構成を採用するだけで、引抜製品の内径寸法を高精度に管理できるため、例えば従来のように、管材の外径寸法を計測するための計測装置、管材を洗浄するための洗浄装置さらには、計測結果をフィードバックするためのフィードバック装置等の多数の装置を必要とせず、その分、生産設備の小型コンパクト化を図ることができるとともに、コストの削減も図ることができる。

なお参考までに、本実施形態の引抜加工装置によって得られる引抜管（引抜製品）では、前端と後端との間の内径寸法差を３μｍ以下に調整可能であり、内径寸法を高精度に維持することができる。

ここで本実施形態において、引抜開始時の初期引抜速度を「Ｖｓ」、引抜終了時の終期引抜速度を「Ｖｅ」としたとき、初期引抜速度（Ｖｓ）に対し、終期引抜速度（Ｖｅ）を１．５〜３．０倍に調整するのが良い。すなわち速度変化倍率（Ｖｅ／Ｖｓ）を上記の範囲に調整する場合には、引抜製品における内径寸法の管理を精度良く行うことができる。換言すれば、速度変化倍率が小さ過ぎる場合には、引抜製品の内径寸法を的確に制御できず、管材の引抜終了時における内径寸法が大きくなるおそれがある。逆に速度変化倍率を過度に大きく設定しようとしても、設備的に難しく、実施するのが困難になるおそれがある。

さらに本実施形態においては、引抜開始から引抜終了までの間、引抜速度を一定の割合で増加させる構成、つまり、加速度を一定にして、引抜速度を増加させる構成を採用するのが良い。すなわちこの構成においては、引抜製品の内径寸法をより確実に制御することができ、引抜製品の内径寸法精度を、より一層向上させることができる。

もっとも本発明においては、引抜速度を必ずしも、一定の割合で増加させる構成を採用する必要はない。例えば段階的に引抜速度を増加させる構成や、加速度を変化させつつ引抜速度を増加させる構成等も採用することができる。さらに引抜速度を段階的に増加させる構成を採用した場合には、引抜速度の制御を簡単に行うことができ、本発明を容易に実施することができる。

また本実施形態においては、初期引抜速度（Ｖｓ）を１５〜２５ｍ／ｍｉｎ、より好ましくは１８〜２２ｍ／ｍｉｎに設定するのが良い。すなわち初期引抜速度（Ｖｓ）を上記の範囲内に設定する場合には、速度変化倍率を上記特定の範囲内に調整することが容易になり、上記したように、引抜製品の内径寸法精度を向上させることができる。さらに同様の理由から、終期引抜速度（Ｖｅ）を３５〜６０ｍ／ｍｉｎ、より好ましくは４０〜５５ｍ／ｍｉｎに設定するのが良い。

＜実施例１＞
上記図１，２に示す実施形態の引抜加工装置と同様な装置を用いて、合金記号Ａ３００３のアルミニウム合金製素管をワークとして引抜加工を行い、外径２３．９２ｍｍ、肉厚０．７１ｍｍの引抜製品を製作した。

この引抜加工においては表１に示すように、初期引抜速度（Ｖｓ）を２０ｍ／ｍｉｎに設定して、引抜中に引抜速度を一定の加速度で増加させていき、終期引抜速度（Ｖｅ）が４０ｍ／ｍｉｎとなるように調整した。なおこの引抜加工において、初期引抜速度（Ｖｓ）に対する終期引抜速度（Ｖｅ）の倍率（速度変化倍率Ｖｅ／Ｖｓ）は２倍となる。

こうして得られた引抜製品を所定の間隔で切断して、各切断製品に対して、内径寸法を測定することにより、引抜製品全長にわたって内径寸法変化量（μｍ）を取得した。

その測定結果を図３のグラフに示す。同グラフにおいては、横軸が引抜製品の長さ方向の位置を示し、同グラフに向かって右端位置が引抜製品の先端位置（引抜開始位置）であり、左端位置が引抜製品の後端位置（引抜終了位置）である。さらに縦軸は引抜製品の後端位置を基準とする内径寸法変化量（μｍ）を示す。

＜実施例２＞
表１に示すように初期引抜速度（Ｖｓ）を２０ｍ／ｍｉｎ、終期引抜速度（Ｖｅ）を３５ｍ／ｍｉｎに調整して、速度変化倍率（Ｖｅ／Ｖｓ）を１．７５倍に設定した。それ以外は、上記と同様にして引抜加工を行い、引抜製品を得た。

こうして得られた引抜製品に対し、上記と同様に内径寸法を測定し、長さ方向の位置と、内径寸法変化量との関係を求めた。その結果を図４のグラフに示す。

＜実施例３＞
表１に示すように初期引抜速度（Ｖｓ）を２０ｍ／ｍｉｎ、終期引抜速度（Ｖｅ）を５０ｍ／ｍｉｎに調整して、速度変化倍率（Ｖｅ／Ｖｓ）を２．５倍に設定した。それ以外は、上記と同様にして引抜加工を行い、引抜製品を得た。

こうして得られた引抜製品に対し、上記と同様の測定を行った。その結果を図５のグラフに示す。

＜実施例４＞
表１に示すように初期引抜速度（Ｖｓ）を２０ｍ／ｍｉｎ、終期引抜速度（Ｖｅ）を５５ｍ／ｍｉｎに調整して、速度変化倍率（Ｖｅ／Ｖｓ）を２．７５倍に設定した。それ以外は、上記と同様にして引抜加工を行い、引抜製品を得た。

こうして得られた引抜製品に対し、上記と同様の測定を行った。その結果を図６のグラフに示す。

＜比較例＞
表１に示すように引抜開始から引抜終了までの引抜速度を３０ｍ／ｍｉｎで一定となるように調整した。それ以外は、上記と同様に引抜加工を行い、引抜製品を得た。

こうして得られた引抜製品に対し、上記と同様の測定を行った。その結果を図７のグラフに示す。

＜評価＞
表１および図３〜６に示すように、本発明に関連した実施例１〜４の引抜製品は、長さ方向に対する内径寸法の変化量が少なく、内径寸法を高い精度に維持することができた。

これに対し表１および図７に示すように、本発明の要旨を逸脱する比較例１の引抜製品は、長さ方向に対する内径寸法の変化量が大きく、本実施例のものに比べて、内径寸法変化量が３〜４倍程度大きく、内径寸法を高い精度に維持するのが困難であった。

この発明の引抜加工方法は、アルミニウム管等の管材を引抜加工する際に好適に用いられる。

この発明の実施形態であるアルミニウム管の引抜加工装置を示す側面図である。 実施形態の引抜加工装置における引抜ダイス周辺を拡大して示す断面図である。 この発明に関連した実施例１の引抜製品における長さ方向位置と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。 実施例２の引抜製品における長さ方向位置と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。 実施例３の引抜製品における長さ方向位置と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。 実施例４の引抜製品における長さ方向位置と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。 この発明の要旨を逸脱する比較例の引抜製品における長さ方向位置と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。

符号の説明

２…引抜ダイス
３…引抜プラグ
４…チャック（管材把持手段）
６…巻取機（引抜方向移動手段）
７…制御装置（引抜速度制御手段）
Ｖｅ…終期引抜速度
Ｖｓ…初期引抜速度
Ｗ…アルミニウム管

Claims (9)

1. 管材を、引抜ダイスおよび引抜プラグ間の隙間に通して引き抜くようにした引抜加工方法であって、
   引抜開始から引抜終了にかけての引抜加工中に、引抜速度を増加させることにより、引抜開始時の初期引抜速度に対し、引抜終了時の終期引抜速度が速くなるように制御したことを特徴とする引抜加工方法。
2. 引抜加工中の引抜速度を一定の割合で連続的に増加させる請求項１に記載の引抜加工方法。
3. 引抜加工中の引抜速度を段階的に増加させる請求項１に記載の引抜加工方法。
4. 初期引抜速度を１５〜２５ｍ／ｍｉｎに設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の引抜加工方法。
5. 終期引抜速度を３５〜６０ｍ／ｍｉｎに設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の引抜加工方法。
6. 管材として、アルミニウムまたはその合金製のアルミニウム管が使用される請求項１〜５のいずれか１項に記載の引抜加工方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の引抜加工方法によって製造されたことを特徴とする引抜製品。
8. 前端と後端との間の内径寸法差が３μｍ以下に調整される請求項７に記載の引抜製品。
9. 引抜ダイスと、
   引抜ダイスのダイス孔に対応して配置される引抜プラグと、
   引抜ダイスおよび引抜プラグ間の隙間に通した管材の先端を把持する管材把持手段と、
   管材把持手段を引抜方向に移動させる引抜方向移動手段と、
   引抜方向移動手段の駆動を制御して、管材把持手段を引抜方向に移動させて、引抜加工を行うとともに、引抜開始から引抜終了にかけての引抜加工中に、引抜速度を増加させることにより、引抜開始時の初期引抜速度に対し、引抜終了時の終期引抜速度を速くする引抜速度制御手段と、を備えることを特徴とする引抜加工装置。
   

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