カスタム金属シムとは？
シムは、すき間を埋める、予圧を設定する、位置ずれを修正する、または表面を摩耗から保護するために使用される薄い金属部品です。カスタムシムは、在庫品から購入するのではなく図面に基づいて製作されます。厚さ、外周・内周形状、穴パターン、平坦度がすべて1つの組立品に紐づくためです。一般的な製造方法は、プレス金型による打ち抜き、せん断面を直角かつ清浄にする必要がある場合の精密打ち抜き（ファインブランキング）、小ロットや複雑な輪郭向けのレーザー切断、厚さそのものが管理寸法となる両面同時研削（ダブルディスク研削）です。厚さは通常0.05 mm～約3 mmです。約0.20 mmより薄いものは、通常、積層型または剥離可能なシムセットとして供給され、組立作業者が多数の個別厚さを在庫する代わりにライン上で調整できます。
シムの実際の機能によって製造方法が決まる
図面上で同一に見える2枚のシムでも、まったく異なる工程が必要になることがあります。すき間を埋めるだけのシムは、バリ代を広めに取ってコイル材から打ち抜くことができます。軸受の予圧やエンドフロートを設定するシムは厚さ管理部品であり、厚さ公差によって研削か圧延かが決まります。摺動アセンブリ内またはシール面に接するシムは表面品質が重要な部品であり、寸法公差よりもバリ高さとエッジ状態が重要です。
- すき間埋めと位置合わせ — 輪郭と穴位置が支配的。厚さは±0.05 mmでよい。
- 予圧とエンドフロート — 厚さが管理寸法のため、両面研削します。
- 摩耗・かじり防止 — 材質と表面状態が支配的。ステンレスまたはメッキ材が一般的です。
- 組立ラインでの調整 — 単体シムではなく、剥離可能な積層セットとして供給されます。
材質と厚さ範囲
- DC01およびDC03軟鋼 — コストが重要なすき間・位置合わせシム向けの汎用選択肢。
- DC04深絞り用鋼 — 平坦な輪郭ではなく成形形状があるシムに使用。
- 301および304ステンレス — 腐食環境、食品設備、錆が許されない組立品向け。
- 65Mnばね鋼 — 荷重を保持する、またはへたりに抵抗する必要があるシム向け。
- 黄銅、銅、リン青銅 — 電気・熱用途、および非磁性部品が必要なケース。
- アルミニウム1050、5052、6061 — 重量重視の組立品。より軟らかいため、バリの扱いがより重要。
板厚は0.05 mm～3 mm。おおよそ0.20 mm未満では材料の取扱いが難しく、平坦度の維持も難しいため、薄い調整シムは通常、積層セットで供給されます。約3 mmを超えるとシムとしての挙動ではなくなり、通常は機械加工スペーサーとして指定する方が適切です。Balfordは25 t～350 tのプレスと最大直径250 mmの深絞りに対応しているため、シムのプロファイルは金型の対応範囲に十分収まります。
製造ルートと、対象部品に必要な工法
- プレス金型による打抜き。 約10,000個以上の数量で標準的な工法。1ストロークで外形、穴、切欠きを形成。金型費は短期間で償却でき、外形と穴位置の精度も安定します。
- ファインブランキング。 せん断面が直角で、バリがほとんどないことが必要な場合、および打抜き後の平坦度が重要な場合に使用。金型はより高価なため、エッジ状態が好みではなく機能要件である場合に適した工法です。
- レーザー切断。 約2,000個未満で経済的な工法であり、形状がまだ変更中のプロファイルに適した唯一の現実的な工法。切断面には小さな熱影響部と軽微なドロスバリが発生し、梱包前に除去します。
- 両面研削。 板厚が管理寸法である場合に適用。両面を同時に研削するため、コイルからの打抜きより板厚と平行度をはるかに高精度に維持できます。Balfordでは認定外注先が実施しており、外注先は要請に応じて開示し、本注文と同じ機密保持条件を適用します。
重要ポイント
部品の機能上重要なエッジから工法を選び、形状から選ばないこと。図面が両面の板厚を管理しているなら研削、せん断面を管理しているならファインブランキング、どちらも指定がなければ打抜きまたはレーザー切断で十分であり、それ以上のコストを払う必要はありません。
図面に記載すべき事項
- 板厚とその専用公差 — 一般公差欄ではなく。板厚が一般公差欄で管理されたシムは、検査できないシムです。
- バリ状態 — 許容バリ高さ、または圧延エッジもしくはバリ取りエッジが必要である旨の注記。片面のみが重要な場合は、どちらが基準面かを明記。
- 平坦度 — 特に薄い打抜きシムでは、コイルの残留応力が解放されてわずかに反ることがあるため。
- 材料グレードと調質 — DC01、304、65Mn、および必要な場合は硬さ条件。
- 表面処理 — 亜鉛めっき、リン酸塩処理、ステンレス用パッシベーション、または保管用の油塗布仕上げ。
- 年間数量と梱包数量 — どちらも金型の決定を左右し、梱包数量は部品の数え方とバリ取り方法を変えます。
シムで失敗しやすいポイント
最も多い不具合は寸法ではなく、エッジです。打ち抜きシムは片面にバリ、反対面にダレが生じます。シムが軸受面に接する場合や摺動ペアの内部に入る場合、そのバリが摩耗点または干渉になります。次に多いのが平坦度です。コイルから切断した薄いシムはわずかに皿状に反って到着し、シムで埋めるはずの隙間が組立時に残ります。どちらも図面段階で回避でき、金型を製作した後より前の方が安く修正できます。
Balfordは2000年から単発絞り金型を製作しており、4,000型以上を手がけてきました。シムタイプの打ち抜きもその実績に含まれ、すでに量産中の65Mnばね鋼シムプログラムもあります。見積もりは図面ベースで、通常24時間以内に対応します。必要なプログラムではPPAP Level 3を標準提出レベルとし、ISO 9001:2015に基づく品質管理とIATF 16949に準拠した管理を行っています。材料証明書と検査記録は出荷時に同梱します。
よくある質問
製造できる最も薄いシムは何ですか？
実用上の下限は、個片の打ち抜きシムまたはレーザー切断シムで0.05 mmです。難しいのは切断そのものより、損傷なくハンドリングすることです。約0.20 mm未満では、ほとんどの組立で積層シムまたは剥離式シムセットの方が適しています。これは接着した箔を積み重ねて部品を構成し、組立作業者が隙間がなくなるまで層を剥がすものです。必要な厚みと調整範囲をお送りいただければ、積層構成を図面で指定できます。
シムで厳しい厚み公差を維持できますか？
はい。厚みが管理寸法である場合は、コイルからの打ち抜きではなく、両面を両頭ディスク研削で加工します。達成可能な公差幅は、素材、厚み、組立に必要な平坦度によって変わります。研削は認定外注先で実施します。図面に厚み公差と平行度または平坦度の要求を記載いただければ、量産で再現できない数値を見積もるのではなく、見積もり前に工程で維持できる範囲を確認します。
シムにおけるレーザー切断と打ち抜きの違いは何ですか？
コストと切断面の状態です。レーザー切断は金型が不要なため、約2,000個までは経済的で、試作や形状変更中のプロファイルに適しています。切断面には軽微な熱影響層とドロスバリが生じ、梱包前に除去します。打ち抜きはプレス金型が必要なため、約10,000個以上では安価になり、せん断面がよりきれいで穴位置も安定します。せん断面を直角かつほぼバリなしにする必要がある場合は、その上でファインブランキングが適します。
カスタムシムはどの業界で採用されていますか？
ボルト締結またはクランプ締結の継手があり、公差の積み上げを吸収する必要がある用途全般です。自動車・二輪車の組立、ポンプ・バルブ内部、ギアボックス・モーターのエンドフロート調整、農業機械、電気開閉装置、計装機器などがあります。共通するのは、隙間を設計で排除するのではなく、生産で管理する必要があること、また相手部品をより厳しい公差に機械加工するコストと比べてシムが安価であることです。