(57)【要約】  意匠面の剛性を確保しながら、金型全体が適度な柔軟性を有する金型を提供する。  金型２は、機械プレス用の金型である。金型２は、対置された金型１０２との間でワーク板Ｗをプレスして目的の形状に成形するための金型である。金型２は、意匠ブロック２０、位置合わせブロック２４、及び、複数のロッド１２を備える。意匠ブロック２０は、目的の形状をワーク板に転写するための意匠面を有している。位置合わせブロック２４は、対置された金型と位置合わせをするために用いられる。意匠ブロックと位置合わせブロックは、複数の棒状部材によって連結されている。
2012086038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対置された金型との間でワーク板をプレスして目的の形状に成形するための金型であり、
目的の形状をワーク板に転写するための意匠面を有している意匠ブロックと、
対置された金型と位置合わせするための位置合わせブロックと、
を備えており、
意匠ブロックと位置合わせブロックが、複数の棒状部材で接続されていることを特徴とする機械プレス用の金型。
【請求項２】
複数の棒状部材が、ラーメン構造、トラス構造、或いは、ラーメン構造とトラス構造を組み合せた構造のフレームを構成しており、そのフレームに意匠ブロックと位置合わせブロックが相互に離れて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
金型を平面視したときに意匠ブロックが複数の棒状部材に囲まれており、位置あわせブロックは金型の外周に位置していることを特徴とする請求項２に記載の金型。
【請求項４】
金型を平面視したときに意匠ブロックの四方のそれぞれが棒状部材によって支持されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の金型。
【請求項５】
フレームは、金型裏面を支える垂直棒状部材を含んでいることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の金型。
【請求項６】
プレス荷重を利用してワーク板を加工するためのツールを支持するブロックであり、意匠ブロックと位置合わせブロックから離れてフレームに固定されているツール支持ブロックをさらに備えることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の金型。
【請求項７】
意匠ブロックと位置合わせブロックと複数の棒状部材が、一体鋳造されている請求項１から５のいずれか１項に記載の金型。
【請求項８】
意匠ブロックと位置合わせブロックと複数の棒状部材が、フルモールド鋳造プロセスにて一体鋳造されている請求項７に記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械プレス用の金型（a die for machine press）に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械プレス用の金型について多くの改良が提案されている。例えば、特許文献１には、複数のリンクを網目状に連結した金型が開示されている。この金型は、網の面そのものが意匠面を形成する。この金型は、リンクの連結角度を変更することによって、網の形状、即ち意匠面を様々に変えることができる。なお、本明細書において「意匠面」とは、ワーク板に接する面であって目的の形状に形成されており、その目的の形状をワーク板に転写するための面を意味する。以下、説明を簡単にするため、「機械プレス用の金型」を単に「金型」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１０３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、金型は一対で用いられる。一方の金型はプレス機械のボルスタに取り付けられ、他方の金型はスライダに取り付けられる。一対の金型の間にワーク板を配置した後、スライダが下降し、ワーク板に荷重を加え、金型をワーク板に押し付ける。ワーク板は金型の意匠面に沿って変形し、目的の形状がワーク板に転写される。【０００５】
プレス加工の際、金型には高い荷重が加えられる。そのため、金型には高い剛性が要求される。他方、一対の金型でワークを成形する際の一対の金型同士の位置合わせも重要である。通常、一対の金型の夫々には、位置合わせのためのガイドピンとガイドブッシュが備えられている。プレスの際に一方の金型が他方の金型に近づきながら、一方の金型に備えられたガイドピンが他方の金型に備えられたガイドブッシュに嵌り込み、両者の位置が正確に合わせられる。即ち、金型は、意匠面を有する部分と、位置合わせのための部分を有する。ガイドピンとガイドブッシュによって一対の金型が正確に位置合わせされたとき、一対の金型の双方の意匠面の位置も厳密に決まる。ここで、金型の剛性が高いと、意匠面の位置が堅固に固定されるため、意匠面の特定の一部に荷重が集中する虞がある。荷重の集中は意匠面に局所的なダメージを与える虞がある。或いは、荷重の集中により金型全体が傾いてしまい、ワークの加工精度が低下する虞がある。逆に、金型の剛性が低いと、意匠面そのものが変形してしまい、やはり加工精度が低下してしまう虞がある。たとえば特許文献１の技術は、網目状のリンクを意匠面として用いるため、意匠面に高い剛性を期待することができず、比較的堅いワーク板のプレスには不向きである。本明細書は、意匠面の剛性を確保しながら、金型全体に適度な柔軟性を与える技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する新規な金型の一態様は、フレームと意匠ブロックと位置合わせブロックを備える。フレームは、複数の棒状部材（rod、あるいは、straight rod）によって組まれている。フレームは、ラーメン構造、トラス構造、或いは、ラーメンとトラスの混合構造を有するように、複数の棒状部材によって組まれている。ラーメン構造、トラス構造は、構造力学あるいは建築学の分野の専門用語である。「トラス構造」とは、棒状部材で組まれた構造物であって、棒状部材に軸方向荷重のみが加わり、曲げモーメントは加わらない構造物を意味する。「ラーメン構造」とは、棒状部材で組まれた構造物であり、棒状部材に軸方向荷重と曲げモーメントの双方が加わる構造物を意味する。【０００７】
棒状部材、意匠ブロック、及び、位置合わせブロックはいずれも、典型的には、鋼、鋳物、その他の金属で作られている。【０００８】
意匠ブロックは、目的の形状をワーク板に転写するための意匠面を有しているブロックである。位置合わせブロックは、プレス機械に取り付けられた相手型との位置合わせをするためのブロックであり、典型的にはガイドピンを有するブロック、あるいはガイドブッシュを有するブロックである。位置合わせをするための部品はピンとブッシュに限られないことに留意されたい。【０００９】
意匠ブロックと位置合わせブロックはともにフレームに固定されているが、意匠ブロックと位置合わせブロックは相互に離れた位置でフレームに固定されている。別言すれば、この金型は、意匠ブロックと位置合わせブロックが複数の棒状部材によって連結された形態を有しており、その複数の棒状部材がトラス構造、ラーメン構造、あるいは、トラスとラーメンの混在したフレーム構造に組み上げられている。以下では、説明を簡単にするため、「複数の棒状部材からなる構造であり、トラス構造、ラーメン構造、あるいは、トラスとラーメンの混在した構造」を、単純に「フレームワーク構造（骨組み構造、framework structure）」と称する。即ち、上記した金型は、フレームワーク構造を有するフレームを備えている。【００１０】
意匠面は意匠ブロックに設けられているため、高い剛性を有する。ガイドピンあるいはガイドブッシュは位置合わせブロックに設けられており、位置合わせブロック自体の剛性は高い。他方、意匠ブロックと位置合わせブロックは棒状部材によって連結されているため、意匠ブロックは位置合わせブロックに対して適度な柔軟性を有する。特に、棒状部材がフレームワーク構造に組まれているフレームは、各部の剛性を予想し易いため、望ましい剛性を実現し易い。このことが、位置合わせブロックと意匠ブロックの間に適切な剛性を実現する大きな要因である。この金型を別の観点から記述すると、フレームは位置合わせブロックの剛性よりも低く、かつ、意匠ブロックの剛性よりも低い剛性を有している。【００１１】
本明細書が開示する金型の他の一態様では、金型を平面視したときに意匠ブロックが複数の棒状部材に囲まれており、位置あわせブロックは金型の外周（フレームの外周）に配置されていることが好ましい。ここで、「金型を平面視」とは、「意匠面の正面からみたとき」に相当する。フレームの中心付近に配置された意匠ブロックの位置を正確に定めるためには、位置合わせブロックは金型の外周側に位置していることが望ましい。【００１２】
また、意匠ブロックは、ワーク板を挟んで対置された金型（相手型）の意匠面と対向し、荷重を受ける。荷重を受けたとき、意匠ブロックの意匠面と相手型の意匠面が平行となることが好ましい。そのためには、意匠ブロックの四方の夫々が棒状部材によって均一に支持されているとよい。【００１３】
本明細書が開示する金型の他の好ましい態様では、フレームは、金型裏面を支える垂直棒状部材を有している。プレスの際の荷重に耐えるには、金型裏面を支えるのが好適だからである。【００１４】
フレームには意匠ブロックだけでなく、ワーク板を加工するためのツールを支持するブロックが固定されていてもよい。機械プレスの金型には、プレス荷重を利用する様々なツールが取り付けられる場合がある。例えば、プレス荷重をプレス方向と直交する方向に変換し、ワーク板に孔を開けるツールがある。あるいは、プレス荷重をプレス方向と直交する方向に変換し、ワーク板を曲げるツールがある。そのようなツールを支持するブロックも、意匠ブロックと同様にブロック自体の高い剛性と、位置合わせブロックに対する相対的な柔軟性を備えることが好ましい。そのため、ツールを支持するブロックは、意匠ブロックと位置合わせブロックから離れてフレームに固定されていることが好ましい。【００１５】
本明細書が開示する新規な金型は、鋳造成形で作るのに適している。特に、消失模型を用いるフルモールド鋳造プロセスに適している。別言すれば、本明細書が開示する金型のさらに他の一態様は、意匠ブロックと位置合わせブロックと複数の棒状部材が、消失模型を用いるフルモールド鋳造プロセスにて一体鋳造されている。本明細書が開示する金型が消失模型を用いるフルモールド鋳造プロセスに適している利点は、実施例にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の金型の平面図を示す。
【図２】プレスマシンの模式的側面図を示す。
【図３】プレス荷重を利用したツールの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１の上側の図は、実施例の金型２の平面図を示しており、下側の図は金型２の側面図を示している。仮想線は、対置される金型１０２を示している。対置される金型１０２を以下、相手型１０２と称する。金型２、１０２は、機械プレス用の金型であり、図２に示すように、プレスマシン５０に取り付けられて使用される。金型２は、ボルスタ５１に固定され、相手型１０２はスライダ５２に固定される。スライダ５２は支柱５３にガイドされながら、アクチュエータ５５によって上下に移動する。
【００１８】
金型２は、意匠ブロック２０、位置合わせブロック２４、及び、支持ブロック３０を有する。意匠ブロック２０は、目的の形状をワーク板に転写するための意匠面２０ａを有している。この例の金型２は、自動車のフェンダーをプレス形成するための金型である。意匠面２０ａはフェンダーの形状に形成されている。なお、位置合わせブロック２４は金型２の４隅に位置している。一つの位置合わせブロックだけに符号２４を付してあり、他の位置合わせブロックには符号を省略していることに留意されたい。
【００１９】
ワーク板Ｗを金型２の意匠ブロック２０と相手型１０２の意匠ブロック１２０で挟み、アクチュエータ５５がスライダ５２を降下させ、ワーク板Ｗに荷重を加えると、ワーク板Ｗが意匠面２０ａの形状に変形する。即ち、意匠面２０ａの形状がワーク板Ｗに転写される。
【００２０】
金型２と相手型１０２を合わせる際、金型２のガイドピン２５が、相手型１０２のガイドブッシュ１２５に嵌合し、金型２と相手型１０２の位置が合わせられる。即ち、金型２の意匠面２０ａと相手型１０２の意匠面１２０ａの位置が合わせられる。ガイドピン２５は、位置合わせブロック２４に設けられている。図１に示すように、位置合わせブロック２４は、意匠ブロック２０を囲むように金型２の４つの隅に配置されている。意匠ブロック２０の４隅に位置合わせブロック２４を配置することによって、金型２の意匠面２０ａと相手型１０２の意匠面１２０ａの相対的な位置を正確に定めることができる。
【００２１】
支持ブロック３０は、プレス荷重を利用する様々なツールを取り付けるためのブロックである。支持ブロック３０については後に説明する。
【００２２】
意匠ブロック２０、位置合わせブロック２４、及び、支持ブロック３０は、複数のロッド１２によって相互に連結されている。ロッド同士はジョイント１４で連結される。複数のロッド１２は、縦、横、斜めに組み合わされてフレーム１０を形成している。フレーム１０を構成する複数のロッド１２は、いくつかのタイプに分類される。即ち、複数のロッド１２は、縦列ロッド１２ａ、横列ロッド１２ｂ、斜めロッド１２ｃ、及び、垂直ロッド１２ｄに分類される。縦列ロッド１２ａと横列ロッド１２ｂは、組み合わされて、水平面内で格子を形成する。垂直ロッド１２ｄは、垂直面内に配置される。幾つかの縦列ロッド１２ａ、横列ロッド１２ｂ、及び、垂直ロッド１２ｃは、直方体（平行６面体）を構成する。斜めロッド１２ｃは、格子の対角に配置される。フレーム１０全体も直方体を形成している。なお、図では一部のロッドについては符号を省略していることに留意されたい。
【００２３】
格子窓が矩形の部分は、ラーメン構造を構成する。斜めロッド１２ｃを含み、格子が三角形の部分は、トラス構造を構成する（ただし、ロッド同士がピン接続の場合）。即ち、フレーム１０は、前述したフレームワーク構造を有している。なお、トラス構造は、ロッドに軸力だけが作用しモーメントは作用しないフレームワーク構造を意味し、ラーメン構造はロッドに軸力とモーメントの両者が作用するフレームワーク構造を意味する。ラーメン構造、トラス構造、いずれも、ロッドのみから構成されるので、高い強度を有しながら、全体として適度な柔軟性も有する。
【００２４】
図１に示すように、意匠ブロック２０は、平面視したときに四方からロッド１２（縦列ロッド１２ａと横列ロッド１２ｂ）で支持されている。また、意匠ブロック２０は、垂直ロッド１２ｄによって裏面からも支持されている。意匠ブロック２０は、四方と裏面をロッド１２によって支持されているので、僅かではあるが、荷重を受けると柔軟に移動することができる。即ち、偏ったプレス荷重が加わったとき、意匠ブロック２０は、プレス荷重の分布が均一になるように僅かに移動する。そのような僅かな移動によってプレス荷重の偏りが解消される。金型２の全体は、四隅の位置合わせブロック２４によって、相手型１０２との相対位置が正確に定まる。その一方で、意匠ブロック２０は、四方と裏面がロッド１２によって支持されているので、プレス荷重の偏りを解消するように僅かに移動する。意匠面２０ａに偏ったプレス荷重が集中しないので、金型の磨耗が抑制されるとともに、高いワーク成形精度が維持される。
【００２５】
意匠ブロック２０の剛性は棒状部材１２で組み上げられたフレーム１０の剛性よりも高い。また、位置合わせブロック２４の剛性も、フレーム１０の剛性よりも高い。従って、プレス荷重が加わったとき、フレーム１０の変形量と比較すると、意匠ブロック２０と位置合わせブロック２４の変形量はわずかである。即ち、フレーム１０全体は変形するが、意匠ブロック２０の変形と位置合わせブロック２４の変形は抑制される。意匠ブロック２０そのものの変形が抑制されるので、高いワーク成形精度を維持できる。
【００２６】
支持ブロック３０、及びプレス荷重を利用するツールについて説明する。図３は、ワーク板Ｗの側面に孔を開けるためのツール６０を説明する図である。支持ブロック３０の上面はフラットであり、その上面に、ツール６０が取り付けられる。ツール６０の側方にはパンチ６０ａが取り付けられている。ツール６０の上面は傾斜している。ツール６０の上方には、相手ツール１６０が相手型１０２に取り付けられている。相手ツール１６０の下面は、ツール６０の傾斜した上面と平行である。相手ツール１６０が下降すると、ツール６０の傾斜した上面が相手ツール１６０の傾斜下面に接する。相手ツール１６０がさらに下降すると、傾斜した上面に加わるプレス荷重によってツール６０は図３の右側（水平方向）に移動する。即ち、プレス荷重がプレス方向と直交する方向に変換される。ツール６０が移動し、その先端のパンチ６０ａがワークＷの側面に孔を開ける。このようにツール６０は、プレスマシンのプレス荷重を利用して水平方向に移動し、ワークＷの側面に孔を開ける。
【００２７】
ツール６０にもプレス荷重が加わる。このとき、ツール６０を支持する支持ブロック３０は、ロッド１２ａ、１２ｄによって四方と裏面を支持されており、意匠ブロック２０と同様に、プレス荷重の偏りを解消するように僅かにシフトする。
【００２８】
金型２の利点をまとめると次の通りである。金型２は、意匠ブロック２０、位置合わせブロック２４、及び、支持ブロック３０が複数のロッドで連結されている。位置合わせブロック２４によって、相手型１０２との相対的な位置は正確に調整される。他方、意匠ブロック２０、支持ブロック３０は、裏面、及び、水平面内の四方からロッド１２で支持されているので、偏ったプレス荷重を分散するように僅かに移動する。プレス荷重の集中が緩和されるので、意匠面が局所的に磨耗することがなく、また、ワークの高い成形精度を実現することができる。また、複数の棒状部材で組まれたフレーム１０は、多くの格子窓を有するため、風通しがよい。そのため、塵などが付着し難いという利点も有する。
【００２９】
上記のフレーム構造を有する金型２は、消失金型を用いるフルモールド鋳造プロセスで一体鋳造するのに適している。その理由は以下の通りである。第一に、ロッドで囲まれた格子窓が大きいため、砂を密に詰め込みやすいという利点がある。また、鋳造プロセスは冷却時に鋳造品が熱で収縮し、寸法が変化するが、ロッドは熱収縮が予測しやすいため、フレームの寸法コントロールが容易である。また、複数のロッドで組み上げられたフレームは、鋳造後に比較的に短い時間で冷める。例えば自動車ボディ用の金型は巨大である。巨大な金型を鋳造するには、冷却に長時間を要する。巨大な金型であっても、複数のロッドで組み上げられたフレームは迅速に冷えるので、製造時間を短縮することができる。
【００３０】
次に、本明細書が開示した技術の留意点を述べる。ロッドで囲まれた格子は、四角形と三角形に限られない。ロッドで囲まれる格子は、台形や多角形であってもよい。即ち、フレームは、ロッドが不規則に配置されて組み上げられていてもよい。また、棒状部材の断面形状は円、矩形、その他の多角形でよい。また、フレームにネームプレートや防塵プレートなどの板材が取り付けられているフレームも、本明細書が開示する技術の範囲に含まれる。なぜならば、ネームプレートや防塵プレートは、フレームの強度に貢献する部材ではないからである。
【００３１】
実施例の金型２は、その４隅に位置合わせブロック２４を有している。金型が有する位置合わせブロックの数は４個に限られない。本明細書が開示する技術は、例えば、２個の位置合わせブロックを有する金型に適用することもできる。例えば、金型は、１本の対角線上の２隅にのみ位置合わせブロックを有するものであってよい。金型は、４個より多い位置合わせブロックを有するものであってもよい。また、位置合わせブロックの位置は金型の隅に限られない。本明細書が開示する技術は、例えば、金型の一対の対辺の夫々に位置合わせブロックを有する金型に適用することもできる。位置合わせブロックは、金型を平面視したときに、フレーム外周の内側に配置される場合もある。本明細書が開示する技術は、そのような金型に適用することもできる。
【００３２】
棒状部材同士、又は棒状部材とブロックは、ピン、ボルト、リベットなどの締結部材で接合されてよい。これに替えて、棒状部材同士、又は棒状部材とブロックは溶接によって接合されていてもよい。前述したように複数の棒状部材とブロックは一体鋳造されていてもよい。
【００３３】
また、ロッド同士の接続は、ピン接合と剛接合のいずれであってもよい。なお、格子窓が三角となるように棒状部材が組まれており、それぞれの棒状部材がピン接合している場合はトラス構造となる。意匠ブロックと位置合わせブロックと棒状部材の全てが一体鋳造される場合は、棒状部材の接合部が剛接合となるので、フレーム１０はラーメン構造を有することになる。
【００３４】
プレス加工の際、金型２にクッションリングを組み合わせて用いてもよい。クッションリングは、ワーク板を押えつけるための部品であり、意匠ブロックを囲むように配置される。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２：金型
１０：フレーム
１２：ロッド
１２ａ：縦列ロッド
１２ｂ：横列ロッド
１２ｃ：垂直ロッド
１２ｄ：垂直ロッド
２０：意匠ブロック
２０ａ：意匠面
２４：位置合わせブロック
２５：ガイドピン
３０：支持ブロック
５０：プレスマシン
５１：ボルスタ
５２：スライダ
５３：支柱
５５：アクチュエータ
６０：ツール
６０ａ パンチ
１０２：相手型
【図１】
2012086038.tif 000003
【図２】
2012086038.tif 000004
【図３】
2012086038.tif 000005
【国際調査報告】
2012086038.tif 000006
2012086038.tif 000007