JP4443960B2 - 金属製薄板の切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属製薄板の切断装置に関し、特に金属製薄板により形成された円筒状のドラムを輪切り状に切断して複数の金属リングを形成する際に好適な金属製薄板の切断装置に関する。

例えば、無段変速機に採用される動力伝達用のベルトにおいては、環状に積層配列された複数のエレメントを一体に結束するために、複数の金属製リング部材を積層してなる積層リングが用いられる。この種の積層リングを構成する金属リングは、矩形状の金属製薄板の両端縁を溶接接合して形成された円筒状のドラムを所定幅で輪切り状に切断することによって形成される。

従来、円筒状のドラムを所定幅毎に切断して前記金属リングを形成する際には、ドラムの一端部をクランプして支持し、回転する砥石を前記ドラムの他端部の外側から押し当て、該砥石を該ドラムの周方向に移動させることによって切断することが知られている。しかし、砥石を用いて前記ドラムを切断する場合には、砥石の幅に相当する研削代が必要とされるため、１つのドラムから得られる金属リングの歩留まりが低くなる。また、砥石を用いて前記ドラムを切断する場合には、摩耗した砥石を研磨する際の排水の処理が繁雑であるという問題がある。

そこで、下記特許文献１に見られるように、前記砥石に代えて、押切り刃具を用いて前記ドラムを切断する方法が知られている。しかし、この場合には、前記金属リングの内周側のコーナーエッジ部にバリが生じない反面、外周側のコーナーエッジ部に比較的大きなバリが発生し、切断後に行なわれるバレル研磨等の整形処理時間が長時間となる不都合がある。また、特許文献１には、ドラムの内面側と外面側との両側に押切り刃具を押し当てて切断することによって内周側と外面側との両方のコーナーエッジ部にバリが生じない方法が示されているが、ドラムが切断された後に両刃具同士が接触して刃具が損傷するおそれがある。
特開２００１−２４１５１２号公報

かかる不都合を解消して、本発明は、切断端縁の整形処理等の時間を短縮して製造効率を向上させることができ、しかも、金属製薄板を所定幅に歩留まり良く切断することができ、更に、刃具の寿命を長くすることができる金属製薄板の切断装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、金属製の薄板を所定幅に切断する金属製薄板の切断装置であって、前記薄板の表側面の所定位置に押し当てて該薄板を切断する押切り刃具と、該押切り刃具による切断位置に対向する溝部を備えて前記薄板の裏側面に当接する当接具とを備え、前記押切り刃具は、前記薄板より硬度の高い金属からなり５０〜９０°の範囲の刃角を備え、前記当接具の溝部は、断面視Ｖ字状に形成され、該溝部の互いに対向する内側壁の上縁の間隔寸法が前記薄板の板厚寸法の１５〜３０倍であり、且つ、該溝部の中央に位置する最深部の深さ寸法が前記薄板の板厚寸法の１〜３倍であり、更に、該溝部の両内側壁が前記薄板の板厚寸法の１５〜５０倍の曲率半径を有して該溝部内に張り出す湾曲面を備え、該溝部の最深部には、両内側壁間にわたって一定の深さとなるように平坦に形成された平坦部が設けられていることを特徴とする。

本発明によって金属製薄板が切断されるとき、先ず、押切り刃具が該薄板を押圧しながら切込む。このとき、刃具によって押圧された薄板が溝部の内側壁の湾曲面に沿って緩やかに撓む。刃具が切り込んだ部分では刃具から離反方向に肉流が生じる。それに伴って刃具先端に向かって未だ切断されていない側が引き伸ばされ、刃具先端が向かう部分の肉厚が局部的に薄くなり、刃具先端に向かって凹入変形したくびれが形成される。そして、くびれ形状を残した状態で、薄板が溝部の最深部に接触しないで切断される。このようなくびれが残余したことにより、切断端縁におけるバリの発生を減少させることができる。

前記刃具の刃角及び前記当接具の溝部の形状は、本発明者による各種の試験に基づくものである。具体的には、次に示すことが試験により知見された。即ち、押切り刃具の刃角が５０〜９０°であることについては、刃角が９０°より大きいと、薄板に刃具が切り込んだ際に両側に押しのけられる肉流量が増大し、該薄板に反りや波打ちが発生する。刃角が５０°より小さいと、刃具が鋭利過ぎ、刃こぼれの発生等により耐久性が低下する。

また、溝部の両内側壁の上縁間の間隔寸法が薄板の板厚寸法の１５〜３０倍であることについては、１５倍より狭いと、薄板が刃具によって押圧されたとき、薄板が溝部の内側壁の湾曲面に沿って緩やかに撓むことができず、切断後には溝部の内側壁に沿ったバリが発生する。３０倍より広いと、薄板が刃具によって押圧されたとき、薄板が切断される前に溝部の最深部に接触し、十分なくびれが発生しない。

また、溝部の中央に位置する最深部の深さ寸法が薄板の板厚寸法の１〜３倍であることについては、１倍より浅いと、薄板が刃具によって押圧されたとき、薄板が切断される前に溝部の最深部に接触し、十分なくびれが発生しない。３倍より深いと、薄板の板厚寸法の１５〜５０倍の曲率半径を有する前記湾曲面の形成が困難となる。

更に、前記湾曲面が薄板の板厚寸法の１５〜５０倍の曲率半径を有することについては、１５倍より小さいと、薄板が刃具によって押圧されたとき、薄板が溝部の内側壁の湾曲面に沿って緩やかに撓むことができず、切断後には溝部の内側壁に沿ったバリが発生する。５０倍より大きいと、薄板が刃具によって押圧されたとき、薄板が切断される前に溝部の最深部に接触し、十分なくびれが発生しない。

以上のような試験結果から、本発明においては前記押切り刃具の刃角を５０〜９０°の範囲とし、更に、前記当接具の溝部については、両内側壁の上縁の間隔寸法を薄板の板厚寸法の１５〜３０倍、最深部の深さ寸法を薄板の板厚寸法の１〜３倍、更に、前記湾曲面の曲率半径を薄板の板厚寸法の１５〜５０倍とした。

これによって、前述の刃具及び溝部の形状を採用することにより、薄板の切断位置にくびれを形成することができるので、切断端縁においてはバリが極めて少なく、バレル研磨或いはブラシ研磨等による整形処理が短時間で行なえ、製造効率を向上させることができる。また、金属製薄板を所定幅に歩留まり良く切断でき、更に、溝部の最深部への刃具先端の当接が極めて少ないので、刃具の寿命を延ばすことができる。

そして更に、本発明においては、前記溝部の最深部に前記平坦部を設けたことにより、切断後の薄板の切断端縁が溝部の平坦部に倣う形状となり、くびれを一層大きく形成することができる。

更に具体的には、薄板が前記押切り刃具により溝部に沿って切断されたときの該薄板の切断端縁においては、前記押切り刃具の刃面に倣って傾斜する第１切断傾斜面と、前記溝部の平坦部に倣って傾斜する第２切断傾斜面と、第１切断傾斜面の先端と第２切断傾斜面の先端とが交わる切断頂部とが形成される。そして、前記溝部の両内側壁間にわたる前記平坦部の幅寸法によって、薄板の切断端縁の第２切断傾斜面の形状を所望の形状とすることができる。

ところで、薄板の切断端縁に対するバレル研磨或いはブラシ研磨等による整形処理を一層短時間で行なうためには、薄板の切断端縁に形成される切断頂部を板厚の中央に位置させることが考えられる。即ち、切断頂部を板厚の中央に位置させることにより第１切断傾斜面と第２切断傾斜面とが近似する形状とされ、これによって研磨による整形量を小とすることが可能である。そして、前記薄板の切断頂部を板厚の中央に位置させるために必要となる前記第２切断傾斜面の起点から切断頂部にわたる幅寸法についても予め求めておくことが可能である。そこで、本発明においては、前記薄板の切断頂部を板厚の中央に位置させるべく前記第２切断傾斜面の起点から切断頂部にわたる幅寸法が予め設定されているとき、前記平坦部の前記溝部の両内側壁間にわたる幅寸法を、前記第２切断傾斜面の幅寸法の２倍とする。これによって、前記溝部において前記押切り刃具により薄板を切断したときに、設定された幅寸法の第２切断傾斜面を形成することができ、切断頂部が板厚の中央に位置されるので、バレル研磨或いはブラシ研磨等による整形処理を一層短時間で行なうことができる。

また、本発明の一態様として、前記金属製薄板は円筒状のドラムを形成しており、前記当接具は、前記ドラムの内部に挿入して該ドラムの内周面に当接可能な円筒状に形成され、前記溝部は、前記当接具の外周面に所定間隔を存して複数配設され、前記押切り刃具は周縁に切刃を備える円盤状に形成されて回転しつつドラムの外周面の各溝部に切り込み、該ドラムを周方向に所定幅に切断して無端帯状の金属リングを形成することが挙げられる。これによれば、金属製薄板によって形成されたドラムを歩留まり良く輪切りにして複数の金属リングを効率よく形成することができる。

そして、前記当接具においては、その軸線方向に延びる複数の割溝を備えて拡径自在に形成することが挙げられる。前記当接具が拡径自在とすることにより、ドラム内に挿入した後に拡径させて、ドラムに十分に密着させることができる。ドラムと当接具との密着が不十分であると、ドラムに反りや波打ちが発生して切断後の金属リングの幅寸法にばらつきが生じる。そこで、本発明においては、当接具を拡径させてドラムと当接具とを十分に密着させることで、ドラムの反りや波打ちを防止でき、金属リングの幅寸法のばらつきを防止することができる。なお、本発明においては、金属リングの幅寸法のばらつきが許容できるものであれば、拡径自在とされていない前記当接具を採用することを妨げるものではない。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態の装置を示す説明図、図２は刃具及び溝部を示す説明的断面図、図３は本実施形態におけるドラムの切断工程を示す説明図、図４は切断時のドラムの一部を拡大して示す説明的断面図、図５はドラムから切断された金属リングの一部を示す説明的断面図、図６は他の当接具を示す説明図、図７は図６の当接具を採用した場合の装置形態を示す説明的断面図である。

図１に示す本実施形態の切断装置１は、金属製のドラムＷを所定幅毎に輪切り状に切断して図示しない無段変速機用ベルトの金属リングを製造するものである。前記ドラムＷは、マルエージング鋼の矩形状の平坦な薄板を円筒状に成形した後、両端縁を互いに突き合わせて溶接接合することによって形成されたものである。

本実施形態の切断装置１は、図１に示すように、前記ドラムＷを保持するドラム保持手段２と、ドラムＷを切断する切断手段３とによって構成されている。

前記ドラム保持手段２は、図示しない回転駆動手段によって回転される支持軸４と、該支持軸４に連結されてその外周に前記ドラムＷを保持し、該ドラムＷの内面に当接する当接具５とを備えている。

前記当接具５は、図１に示すように、金属により円柱状に形成されており、その外周には、ドラムＷの切断位置（後述する押切り刃具７の切り込み位置）に沿って複数の溝部８が所定間隔を存して形成されている。

該溝部８は、図２に示すように、断面視大略Ｖ字状に形成されている。該溝部８について更に詳しく説明すれば、本実施形態においては、溝部８の両側の内側壁９には溝部８の内方に張り出すように湾曲する湾曲面１０が形成されている。なお、溝部８の両側の内側壁９の上縁９ａ，９ｂの間隔寸法ａは、ドラムＷの板厚寸法ｂの約２０倍（１５〜３０倍であればよい）とされている。また、溝部８の最深部１１の深さ寸法ｃはドラムＷの板厚寸法ｂの約２倍（１〜３倍であればよい）とされ、更に、内側壁９の湾曲面１０の曲率半径はドラムＷの板厚寸法ｂの約３０倍（１５〜５０倍であればよい）とされている。更に、最深部１１は両側の内側壁９間にわたって平坦に形成されている。この平坦部１１ａの幅寸法ｄは、詳しくは後述するが、ドラムＷが切断されたときの切断端縁の形状に応じて設定される。

前記切断手段３は、図１に示すように、回転軸１２と、該回転軸１２に一体的に支持された円盤状の押切り刃具７とを備えている。該切断手段３は、図示しないが、押切り刃具７をドラムＷに向かって進退させると共に、ドラムＷの軸線方向に移動させる進退移動手段を備えている。また、押切り刃具７は回転軸１２によって回転自在に設けられている。押切り刃具７が回転自在であることにより、前記ドラム保持手段２により回転されるドラムＷへの当接によって押切り刃具７が連れ回りし、押切り刃具７全周によるドラムＷの押し切りが可能とされる。なお、押切り刃具７は回転軸１２を介して図示しない回転駆動手段により回転駆動されてもよい。

押切り刃具７は、前記マルエージング鋼より硬度の高い金属、例えば超硬合金、高速度鋼等からなり、図２に示すように、刃物角θが６０°（５０〜９０°であればよい）とされている。

以上の構成による装置１によってドラムＷを輪切りにして金属リングを形成するときには、先ず、図１に示すように、当接具５に外挿保持されたドラムＷがドラム保持手段２により回転され、次いで、前記切断手段３がドラムＷに接近して押切り刃具７がドラムＷに切り込む。このとき、ドラムＷが回転していることにより、ドラムＷ全周にわたって押切り刃具７が切り込み、所定幅の金属リングが得られる。

ここで、押切り刃具７がドラムＷに切り込む際の作動を説明する。先ず、図３（ａ）に示すように、押切り刃具７がドラムＷに圧接されると、押切り刃具７がドラムＷの外周面側に切り込み、これによって切断が開始される。同時に、押切り刃具７によって押圧されたドラムＷが溝部８の内側壁９の湾曲面１０に沿って撓む。また、このとき、ドラムＷは溝部８の最深部１１から離間した状態か、或いは最深部１１に当接しても瞬時である。

次いで、図３（ｂ）に示すように、押切り刃具７のドラムＷへの切り込みが進行し、押切り刃具７の先端がドラムＷの内周面側に近づくと、ドラムＷの内周面側には、押切り刃具７の先端に向かって凹入変形したくびれＸが形成される。該くびれＸは、図４に示すように、押切り刃具７の切り込みによりドラムＷの金属に押切り刃具７から離反方向に肉流が生じ、それに伴って未だ切断されていないドラムＷの内周面側が引き伸ばされ、押切り刃具７の先端が向かう部分の肉厚が局部的に薄くなることによって形成される。従って、このときのドラムＷの金属に肉流が発生するように、ドラムＷを溝部８の内側壁９の湾曲面１０に沿って撓ませ、前記くびれＸが円滑に発生するように、ドラムＷが溝部８の最深部１１から離間させた状態となるように溝部８の各寸法が設定されている。即ち、発明者は、溝部８の各寸法と前記くびれＸの発生との関係について各種の試験を行い、その結果から、図２に示すように、溝部８の両側の内側壁９の上縁９ａ，９ｂの間隔寸法ａをドラムＷの板厚寸法ｂの１５〜３０倍とし、溝部８の最深部１１の深さ寸法ｃをドラムＷの板厚寸法ｂの１〜３倍とし、更に、内側壁９の湾曲面１０の曲率半径をドラムＷの板厚寸法ｂの１５〜５０倍とすることで、前記くびれＸを確実に発生させることができることを知見した。本実施形態は、これに基づいて溝部８の両側の内側壁９の上縁９ａ，９ｂの間隔寸法ａをドラムＷの板厚寸法ｂの約２０倍、溝部８の最深部１１の深さ寸法ｃをドラムＷの板厚寸法ｂの約２倍、湾曲面１０の曲率半径をドラムＷの板厚寸法ｂの約３０倍として、十分な前記くびれＸを発生させている。

続いて、図３（ｃ）に示すように、押切り刃具７がドラムＷを切断する。このとき、ドラムＷのくびれＸは溝部８の最深部１１から離間した状態で切断され、押切り刃具７が溝部８の最深部１１に当接することなく切断が完了する。なお、押切り刃具７の刃角は、９０°より大きいと、ドラムＷに切り込んだ際に両側に押しのけられる肉流量が過剰に増大し、ドラムＷに反りや波打ちが発生する。刃角が５０°より小さいと、押切り刃具７の先端が鋭利過ぎ、刃こぼれの発生等により耐久性が低下する。そこで、押切り刃具７の刃角は５０〜９０°とすることが好ましく、本実施形態ではこれに基づいて押切り刃具７の刃角を６０°とした。

そして、図３（ｄ）に示すように、押切り刃具７が後退してドラムＷから離反する。ドラムＷの内周面側には前記くびれＸが発生していたことにより、ドラムＷは内周面側の角縁にくびれＸによる湾曲形状を残して切断され、金属リングが形成される。

そして、図５に一部を示すが、このようにして形成された金属リングＹは、内周面側の角縁に残るくびれＸによってバリが生じることなく、後工程で行なわれるバレル研磨或いはブラシ研磨といった整形処理の時間を短縮させることができる。しかも、押切り刃具７による破断を採用したことによって、砥石を採用した場合に比べて切断端縁の削り取りもなく、ドラムＷから得られる金属リングＹの歩留まりを向上させることができる。

また、前記溝部８は、図２に示すように、該溝部８の最深部１１に平坦部１１ａを設けておくことで、図５に示すように、切断頂部１４の位置を板厚寸法ｂの中央に位置させることができる。

即ち、図４に示すように、押切り刃具７がドラムＷを切断したとき、ドラムＷのくびれＸが溝部８の最深部１１から離間した状態で切断されると共に、切断端縁の押切り刃具７に接する部分は、押切り刃具７による切り込み押圧を受けて押切り刃具７に倣う形状に傾斜する（第１切断傾斜面１５）。一方、このとき、切断端縁の溝部８に接する部分は、平坦部１１ａに圧接されて変形し、平坦部１１ａに倣う形状に傾斜する（第２切断傾斜面１６）。これによって、平坦部１１ａに倣って第２切断傾斜面１６が形成された分、くびれＸが延長されたような形状となり、切断頂部１４の位置を板厚寸法ｂの中央側に寄せることができる。

そして、図５に示すように、切断頂部１４の位置が板厚寸法ｂの中央に位置したときの第２切断傾斜面１６の幅寸法ｅを予め定め、図２に示すように、平坦部１１ａの幅寸法ｄを第２切断傾斜面１６の幅寸法ｅの２倍としておくことより、図５に示すように、精度良く切断頂部１４の位置を板厚寸法ｂの中央に位置させることができる。なお、平坦部１１ａの幅寸法ｄを第２切断傾斜面１６の幅寸法ｅの２倍とすることについては、図４に示すように、平坦部１１ａの中央に押切り刃具７が切り込んだとき、押切り刃具７の両側にドラムＷが２つに分断されて一対の第２切断傾斜面１６が形成されることによる。

こうして図５に示すように、切断頂部１４の位置を板厚寸法ｂの中央に位置させることにより、金属リングＹの切断頂部１４を研磨するだけで切断端縁形状を良好に整えることができ、バレル研磨或いはブラシ研磨等による整形処理を一層短時間で行なうことができる。

なお、本実施形態においては、前記当接具５を円柱状に形成したが、他の例を挙げれば、図６に示すように、円筒状に形成され、その長手方向に沿って複数の割溝１７が形成された当接具１８を採用してもよい。該当接具１８に形成された割溝１７は、該当接具１８の一端縁で開放されるものと、他端縁で開放されるものとが交互に配設されており、各割溝１７の間隔の拡張によって該当接具１８の外径が拡径自在となっている。該当接具１８に形成されている溝部８は前述したものと同様な形状である。

このような当接具１８を採用する場合には更に、図７に示すように、当接具１８を拡径させる拡径手段１９を備えるドラム保持手段２０が採用される。該ドラム保持手段２０の構成を簡単に説明すれば、図示しない回転駆動手段に連結された支持軸２１に、拡径自在のコレット２２を介して当接具１８が着脱自在に装着されている。支持軸２１の先端部にはコレット２２を介して当接具１８を拡径させる前記拡径手段１９が設けられている。拡径手段１９は、押圧ナット２３の回転によってテーパ部材２４を進退させ、コレット２２を拡径させることによって当接具１８を拡径させることができるようになっている。そして、ドラムＷを保持した状態で当接具１８を拡径させることにより、当接具１８をドラムＷの内周面に密着させる。これにより、当接具１８とドラムＷとの滑りを防止することができ、ドラムＷから切断された各金属リングの幅寸法のばらつきを飛躍的に減少させて精度の高い金属リングを得ることができる。

なお、本実施形態においては、金属製の薄板により形成されたドラムＷを切断する装置１を示したが、本発明はこれに限るものではなく、図示しないが平板状の薄板であっても、図２及び図４に示す前記溝部８の形状及び押切り刃具７を採用すれば同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態の装置を示す説明図。 刃具及び溝部を示す説明的断面図。 本実施形態におけるドラムの切断工程を示す説明図。 切断時のドラムの一部を拡大して示す説明的断面図。 ドラムから切断された金属リングの一部を示す説明的断面図。 他の当接具を示す説明図。 図６の当接具を採用した場合の装置形態を示す説明的断面図。

符号の説明

Ｗ…ドラム、Ｙ…金属リング、１…金属製薄板ドラムの切断装置、７…押切り刃具、５，１４…当接具、８…溝部、９…内側壁、１０…湾曲面、１１…最深部、１３…平坦部、１４…切断頂部、１５…第１切断傾斜面、１６…第２切断傾斜面。

Claims (4)

1. 金属製の薄板を所定幅に切断する金属製薄板の切断装置であって、
   前記薄板の表側面の所定位置に押し当てて該薄板を切断する押切り刃具と、
   該押切り刃具による切断位置に対向する溝部を備えて前記薄板の裏側面に当接する当接具とを備え、
   前記押切り刃具は、前記薄板より硬度の高い金属からなり５０〜９０°の範囲の刃角を備え、
   前記当接具の溝部は、断面視Ｖ字状に形成され、該溝部の互いに対向する内側壁の上縁の間隔寸法が前記薄板の板厚寸法の１５〜３０倍であり、且つ、該溝部の中央に位置する最深部の深さ寸法が前記薄板の板厚寸法の１〜３倍であり、更に、該溝部の両内側壁が前記薄板の板厚寸法の１５〜５０倍の曲率半径を有して該溝部内に張り出す湾曲面を備え、
   該溝部の最深部には、両内側壁間にわたって一定の深さとなるように平坦に形成された平坦部が設けられていることを特徴とする金属製薄板の切断装置。
2. 前記押切り刃具により切断されたとき、該薄板の切断端縁には、前記押切り刃具の刃面に倣って傾斜する第１切断傾斜面と、前記溝部の平坦部に倣って傾斜する第２切断傾斜面と、第１切断傾斜面の先端と第２切断傾斜面の先端とが交わる切断頂部とが形成され、
   前記薄板の切断頂部を板厚の中央に位置させるべく前記第２切断傾斜面の起点から切断頂部にわたる幅寸法が予め設定されているとき、前記平坦部は、その前記溝部の両内側壁間にわたる幅寸法が、前記第２切断傾斜面の幅寸法の２倍とされていることを特徴とする請求項１記載の金属製薄板の切断装置。
3. 前記金属製薄板は円筒状のドラムを形成しており、
   前記当接具は、前記ドラムの内部に挿入して該ドラムの内周面に当接可能な円筒状に形成され、
   前記溝部は、前記当接具の外周面に所定間隔を存して複数配設され、
   前記押切り刃具は周縁に切刃を備える円盤状に形成されて回転しつつドラムの外周面の各溝部に切り込み、該ドラムを周方向に所定幅に切断して無端帯状の金属リングを形成することを特徴とする請求項１又は２記載の金属製薄板の切断装置。
4. 前記当接具は、その軸線方向に延びる複数の割溝を備えて拡径自在に形成されていることを特徴とする請求項３記載の金属製薄板の切断装置。

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