(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧工具を用いて板材を型工具に押圧することで前記板材を前記型工具の形状に合わせて形成する逐次成形方法であって、
第１押圧部と第２押圧部を備えた前記押圧工具により前記板材が押圧されるとき、前記第１押圧部が前記板材を押圧しながら、前記第２押圧部が前記板材を押圧して成形を行い、
前記第１押圧部と前記第２押圧部が前記板材を押圧するとき、前記第１押圧部と前記第２押圧部との距離は前記板材の形状に基づいて可変する
ことを特徴とする逐次成形方法。
【請求項２】
前記第２押圧部が前記第１押圧部に対し直線的に移動する
ことを特徴とする請求項１に記載の逐次成形方法。
【請求項３】
前記第２押圧部に前記板材の形状を検知する形状検知手段が配設されている
ことを特徴とする請求項２に記載の逐次成形方法。
【請求項４】
前記板材の形状を検知して前記第２押圧部を駆動させる
ことを特徴とする請求項３に記載の逐次成形方法。
【請求項５】
前記第２押圧部はローラを備え、該ローラにて前記板材を押圧する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の逐次成形方法。
【請求項６】
前記第１押圧部は回転可能に前記押圧工具に設けられる
ことを特徴をする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の逐次成形方法。
【請求項７】
前記第２押圧部は駆動手段により前記板材を押圧する方向に移動可能である
ことを特徴をする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の逐次成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属や樹脂などからなる板材に押圧工具を押し当てながら移動させて所定の立体形状に板材を成形加工する逐次成形方法および逐次成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の部品などを大量生産するための塑性加工方法として、金型を使用したプレス加工が広く用いられている。しかしながら、プレス装置及び金型による加工では設備が大型化するとともに金型製作費が高価であるため、消費者ニーズの多様化に対応した多品種少量生産に適する経済性に優れた新たな加工方法が求められている。また、プレス加工では製作できる部品の形状に制約があり、より複雑な形状の部品も製作できる高度な加工方法が必要になってきている。これらの要望に応えて、近年では逐次成形方法が実用化され、生産設備として普及しつつある。逐次成形方法では、特定形状の金型に代わり汎用の押圧工具を用い、金属や樹脂などの板材に押圧工具を押し当てながら移動させることにより、所定の立体形状を成形加工するようになっている。また、複雑な形状を成形加工するために、所望する形状の型工具と、板材を型工具に沿わせるための棒状工具と、が組み合わせて使用される場合もある。さらに、押圧工具の移動には数値制御が用いられており、複雑な形状に対応した移動制御が行われるとともに、異なる形状の部品にも同じ装置構成で対応できるようになっている。例えば、特許文献１には板材を板材の周囲を拘束せずに所望する形状の型工具（支持具）に固定し、ＮＣ加工機に取り付けられた押圧工具を決められた工具軌跡に沿って前記型工具に押し当てることで板材を所望する形状に加工する技術が示されている。この技術によれば、板材の周囲を拘束する場合と異なり板材の周囲を拘束していないため９０°曲げが可能となり、また板厚の減少を低減できる。
【０００３】
また、特許文献２には、逐次成形加工の際に加工部に発生する反り（突起）を防止するために、突起押え部材で押圧する工具が示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３４３１４号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００４−２９１０６６号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すように板材の周囲を拘束せずに逐次成形を行うと９０°曲げや板厚の低減が可能となるが、板材に押圧工具を押し当てることにより板材に反りが生じると、型工具の形状に加工することが難しくなる。
【０００５】
また、特許文献２に示すように突起押え部材で押圧する工具を用いれば反りを抑えることは可能となるが、板材を加工する押圧部位と突起押え部材で押圧して板材の反りを抑える部位との距離が一定となっているので、加工する形状によっては板材の反りが生ずる部位を押圧することができず所望する形状に加工するのが難しい場合も有り得る。さらに、突起押え部材は板材の表面と平面で接触しながら進行するため板材の表面に傷を付けやすくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、板材の反りを抑えて所望する形状に容易に加工することができること、また板材の表面に傷を付けにくい逐次成形方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の課題解決手段は、押圧工具を用いて板材を型工具に押圧することで前記板材を前記型工具の形状に合わせて形成する逐次成形方法であって、第１押圧部と第２押圧部を備えた前記押圧工具により前記板材が押圧されるとき、前記第１押圧部が前記板材を押圧しながら、前記第２押圧部が前記板材を押圧して成形を行い、前記第１押圧部と前記第２押圧部が前記板材を押圧するとき、前記第１押圧部と前記第２押圧部との距離は前記板材の形状に基づいて可変する。
【００１１】
また、第２の課題解決手段は、前記第２押圧部が前記第１押圧部に対し直線的に移動する。
【００１２】
また、第３の課題解決手段は、前記第２押圧部に前記板材の形状を検知する形状検知手段が配設されている。
【００１３】
また、第４の課題解決手段は、前記板材の形状を検知して前記第２押圧部を駆動させる。
【００１４】
また、第５の課題解決手段は、前記第２押圧部はローラを備え、該ローラにて前記板材を押圧する。
【００１５】
また、第６の課題解決手段は、前記第１押圧部は回転可能に前記押圧工具に設けられる。
【００１６】
また、第７の課題解決手段は、前記第２押圧部は駆動手段により前記板材を押圧する方向に移動可能である。
【発明の効果】
【００１７】
第１の課題解決手段では、第１押圧部と第２押圧部により板材を押圧するため、あたかも面で板材を押圧（面受け）するような効果が得られ、板材の局部的な変形を抑止することができる。特に高い強度を持つハイテン材を用いた板材の成形においては、板材のスプリングバックを抑え、板材の波打ちを防止できる。また、板材の支持（拘束）位置を従来より長くすることができるため、板材を成形する際の段取りが容易になる。
また、第１押圧部と第２押圧部を備えた押圧工具が板材を押圧するとき、前記第１押圧部と前記第２押圧部との距離は板材の形状に基づいて可変し、第１押圧部が前記板材を押圧しながら、第２押圧部が板材を押圧して成形を行うため、板材を型工具の形状に合わせ易くなり、所望する形状に容易に加工することができる。
【００２１】
また、第２の課題解決手段では、第２押圧部の前記第１押圧部に対する移動が直線的であれば、簡単な構造で第１押圧部に対し第２押圧部の位置を可変させることができる。
【００２２】
また、第３の課題解決手段では、第２押圧部に板材の形状を検知する形状検知手段を配設することで、簡単な構造で正確に、第２押圧部が前記板材を押圧する位置の前記板材の形状を検知することができる。
【００２３】
また、第４の課題解決手段では、前記板材の形状を検知して第２押圧部を移動させると、前記板材を型工具の形状に合わせ易くなり、より容易に所望する形状に成形することができる。
【００２４】
また、第５の課題解決手段では、第２押圧部にローラを備えると、板材の表面はローラが転がりながら押圧するので、板材の表面に傷を付けることが少なくなる。
【００２５】
また、第６の課題解決手段では、第１押圧部は回転可能に押圧工具に設けられるため、第１押圧部と第２押圧部を一緒に回転して成形と回転方向を同期化することで、第２押圧部と成形部位の干渉を防ぐことができる。
【００２６】
また、第７の課題解決手段では、第２押圧部を駆動手段により板材を押圧する方向（軸方向）に移動可能とすることで、板材の複雑な形状の成形に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。図１は、本発明の実施形態の逐次成形装置の模式図である。本実施形態の逐次成形装置１は、型工具２、押圧工具３、多関節ロボット４、図略の制御部、で構成され、押圧工具３は多関節ロボット４のアーム部４１の先端に取り付けられている。
【００２８】
逐次成形装置１は、板材Ｍを型工具２の表面形状に沿わせて成形する装置であり、型工具２の表面形状を取り替えることにより様々な形状の部品を成形できるようになっている。また、多関節ロボット４を使用することで押圧工具３に複雑な動きをさせることができ、これによりいろいろな形状を容易に形成することができる。なお、本実施形態では多関節ロボット４を使用しているが、形状によっては押圧工具３の動きを数値制御できる機械であればＮＣ加工機等の使用も可能である。ここで、板材Ｍには塑性変形する金属や樹脂などを用いることができ、特に制約はない。
【００２９】
型工具２は、製作する部品に合わせて前もって製作した所望する形状の型を用いることができ、板材Ｍを例えばボルト等の締結部材により、型工具上に拘束するようになっている。
【００３０】
本実施形態では型工具の中央部で板材Ｍを締結部材により拘束しているが、型工具の中央部以外または型工具２に板材Ｍを拘束せずに板材Ｍの外周部を拘束することも有り得る。
【００３１】
図２は図１に示す本実施形態の押圧工具３の正面図であり、図３は本実施形態の押圧工具３の下視図、図４は本実施形態の押圧工具３を図２の右側面から見た右側面図を示す。図２〜図４に示すように押圧工具３は第１取付け面３１１と反対の先端が半球棒状をした第１押圧部３２と、ローラ３３１を有し第１押圧部３２に対し直線的に移動する第２押圧部３３と、第２押圧部３３を移動させる駆動用送りねじ３５と、駆動用モータ（図示せず）と、を備えている。なお、第１押圧部３２の形状は本実施形態の棒状に限定するものではなく、型工具２の形状に合わせて製作された特定の形状にすることも有り得る。
【００３２】
押圧工具３の基部３１は、第１押圧部３２を取り付ける第１取付け面３１１と第２押圧部３３を直線的に移動させるための一対のレール３４を取り付ける第２取付け面３１２と多関節ロボット４のアーム部４１に取り付けられる第３取付け面３１３を有していて、第１取付け面３１１と第２取付け面３１２はそれぞれ第３取付け面３１３に対し同じ方向で第３取付け面３１３と対向し、かつ平行に配設されている。また、第３取付け面３１３と第２取付け面３１２の距離Ｄ２は第３取付け面３１３と第１取付け面３１１の距離Ｄ１より小さく設けられている。第２取付け面３１２には図３に示すように第１取付け面３１１と反対に位置する端部に駆動用モータを取り付けるための凹部３１ｃが設けられている。さらに、第２取付け面３１２には一対のレール３４が所定の距離を開けて基部３１の長手方向（図３中の左右方向）に沿って対向して設けられている。レール３４は図４に示すように断面が台形状で上底が基部３１の第２取付け面３１２に接してボルト等の締結部材により固定されている。
【００３３】
第２押圧部３３の移動板３３４はレール３４の断面と略同じ大きさの台形状の貫通穴が台形の上底が移動板３３４の上面と一致し、一対のレール３４と嵌合する位置に２箇所設けられている。レール３４と移動板３３４が略同じ台形形状で、台形の上底を上にして嵌合させることで移動板３３４は、レール３４から脱落せずに直線的に滑動することができる。また、移動板３３４には移動板３３４を駆動させる送りねじ３５が取り付けられている。駆動モータ(図示せず)が送りねじ３５を回転させ、この送りねじ３５の回転により移動板３３４は駆動させられてレールに沿って直線的に移動する。これにより、第１押圧部３２に対する第２押圧部３３の位置は自在に変化させることができので、どのような形状に対しても第２押圧部３３が第１押圧部３２から最適の距離で板材Ｍを押圧して板材Ｍの反りを抑制することができ、容易に型工具２の形状にすることが可能となる。
【００３４】
また、移動板３３４の下面には一対の固定板３３２が所定の間隔を開けて固定され、一対の固定板３３２の間にローラ３３１が軸ピン３３３により回転自在に固定されている。ローラ３３１の外周面３３１ａは移動板３３４と反対に位置する固定板３３２の端部３３２ａより外に位置し、このローラ３３１の外周面３３１ａが板材Ｍを押圧しながら板材Ｍの表面を移動する。このように、ローラ３３１は板材Ｍの表面を回転しながら移動するため板材Ｍの表面に傷が付くのを抑制することができる。
【００３５】
さらに、移動板３３４の下面には固定板３３２に当接して設けられている形状検知部３３５が配設され、形状検知部３３５には形状検知部３３５の下面３３５ａと同一平面状に形状検知手段３３５ａが配設されている。形状検知部３３５の下面３３５ａはローラ３３１の外周面３３１ａより移動板３３４側にあり、ローラ３３１の外周面３３１ａが板材Ｍを押圧するのを妨げないようになっている。
【００３６】
次に本実施形態の逐次成形装置を使った成形方法について説明する。
【００３７】
多関節ロボット４のアーム部４１の先端に取り付けた押圧工具３の第１押圧部３２が型工具２の形状に沿って押圧して成形加工する軌跡を多関節ロボット４にプログラムする。プログラム入力後、ボルト等により板材Ｍを型工具２に拘束した後前記プログラムを実行させることで多関節ロボット４が板材Ｍを前記プログラムによる軌跡に従って押圧して成形加工する。この成形加工に際し、押圧工具３の第２押圧部３３に設けた形状検知手段３３５ａが板材Ｍの形状を検知し、この検知結果に基づいて第２押圧部３３を送りねじ３５により駆動させて第1押圧部３２に対する第２押圧部３３の距離を変えて板材Ｍを押圧することで板材Ｍの反りを抑制する。形状検知手段３３５ａは、例えば光や超音波等を使った近接センサが使用でき本実施形態では光による近接センサを一列に５個並べて使用している。この５個の近接センサのＯＮまたはＯＦＦの信号に基づいて板材Ｍの形状を判別して第２押圧部３３を駆動させる。
【００３８】
なお、本実施形態では板材Ｍの形状を形状検知手段３３５ａにより検知しながら押圧工具２を移動させて成形を行っているが、型工具２の形状によっては成形前に最良の位置に押圧工具２を移動させた後は、押圧工具２の位置を移動させずに成形を行うことも有り得る。
【００３９】
以下に板材Ｍの形状の判別と第２押圧部３３の駆動について説明する。
【００４０】
図５に示すように第１押圧部３２に近い方からＮｏ．１からＮ０．５の近接センサ３３５ａが配設され、それぞれのＯＮ、ＯＦＦ信号の状況によって以下に示すように第２押圧部３３を駆動させる。
【００４１】
（Ａ）Ｎｏ．１からＮ０．５がすべてＯＦＦの場合
第２押圧部３３が板材Ｍの端部より外側に位置し板材Ｍを押圧することができないので、
ローラ３３１を板材Ｍの端部に合わせるために第２押圧部３３を第１押圧部３２側へ駆動させる。
【００４２】
（Ｂ）Ｎｏ．１、またはＮｏ．１およびＮｏ．２がＯＮの場合
板材Ｍは近接センサ３３５ａのＮｏ．１の位置からＮｏ．５の位置に向かって次第に離れていて形状変化が大きい。または、第２押圧部３３のローラ３３１の一部が板材Ｍの端部より外側に位置している。このため、第２押圧部３３を第１押圧部３２側へ駆動させる。このように駆動することで、板材Ｍの形状変化が大きいときは第２押圧部３３の板材Ｍを押圧する位置が第１押圧部３２の板材Ｍを押圧する位置に近くなり、形状変化に細かく追従させることができ、また第２押圧部３３のローラ３３１の一部が板材Ｍの端部より外側に位置しているときはローラ３３１を板材Ｍの端部に合わせることができる。
【００４３】
（Ｃ）Ｎｏ．１からＮｏ．３までがＯＮの場合
板材Ｍの形状変化が（Ｂ）に比べて小さい。または、第２押圧部３３のローラ３３１の中央が板材Ｍの端部に位置している。このため、第２押圧部３３は駆動させない。
【００４４】
（Ｄ）Ｎｏ．３からＮｏ．５までがＯＮの場合
板材Ｍの形状変化が（Ｃ）の場合と同様に板材Ｍの形状変化が（Ｂ）に比べて小さいので第２押圧部３３は駆動させない。
【００４５】
（Ｅ）Ｎｏ．１からＮｏ．４までがＯＮ、またはすべてがＯＮの場合
第２押圧部３３に対し板材Ｍは略同一の距離にあることから第２押圧部３３と板材Ｍは略平行状態にある。このため、より効率的に成形加工するために第１押圧部３２に対し反対方向に駆動させて、第１押圧部３２に対し第２押圧部３３の距離を遠くする。
【００４６】
（Ｆ）Ｎｏ．５、またはＮｏ．４およびＮｏ．５がＯＮの場合
板材Ｍは近接センサ３３５ａのＮｏ．１の位置からＮｏ．５の位置に向かって次第に近づいていて（Ｂ）と同様形状変化が大きい。このため、第２押圧部３３を第１押圧部３２側へ駆動させる。これにより形状変化に細かく追従させることができる。
【００４７】
以上述べたように形状検知手段３３５ａにより板材Ｍの形状を検知し、この検知結果に基づき第２押圧部３３を駆動させて第１押圧部３２に対する第２押圧部３３の位置を変化させることで第１押圧部３２と第２押圧部３３の板材Ｍを押圧する距離を形状に合わせて最適にすることができ、容易に型工具２の形状を形成することができる。また、前記（Ａ）から（Ｆ）までの場合のうち第２押圧部３３を駆動させない（Ｃ）および（Ｄ）以外は、一端ローラ３３１の外周面３３１ａを板材Ｍから離した後に第２押圧部３３の駆動を行う。これにより板材Ｍへの傷付きを防ぐことができる。
【００４８】
なお、本実施形態では形状検知手段３３５ａに近接センサを５個使用しているが、形状によっては３個の場合もありうる。また、形状検知手段３３５ａは形状を検知できるものであれば近接センサに限定するものではなく、ＣＣＤカメラやレーザーセンサの使用も可能である。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の逐次成形装置による成形方法では、押圧工具３の第１押圧部３２で板材Ｍを型工具２に押圧して成形加工しながら、第１押圧部３２の押圧による板材Ｍの反りを押圧工具３の第２押圧部３３にて押圧することで抑制し、効率よく成形加工することができる。この際、第１押圧部３２の押圧による板材Ｍの反りは形状によって第１押圧部３２からの距離が変化するので、第１押圧部３２に対する第２押圧部３３の距離を可変させることで各種形状に対応ができ、所望する形状に容易に成形加工することができる。
【００５０】
また、第２押圧部３３は一対のレール３４と送りねじ３５の簡単な構造で直線的に移動して、第１押圧部に対し第２押圧部の距離を可変することができる。
【００５１】
また、第２押圧部３３には形状を検知する形状検知手段３３５ａが配設されているので、
簡単な構造で正確に板材Ｍの形状を検知し、第１押圧部３２に対する第２押圧部３３の距離を可変することで各種形状に対応ができ、容易に所望する形状に成形加工することができる。
【００５２】
また、第２押圧部３３はローラ３３１で板材Ｍを押圧するので板材Ｍの表面に傷を付けにくい。
【００５３】
（他の実施例）
図６は本発明に関する他の実施例の逐次成形装置１０の断面を示す説明図である。図１の逐次成形装置１との違いは、板材Ｍは外周部を拘束されること、多間接ロボット４を備えていないこと、また第１押圧部と第２押圧部との距離が可変しない（固定距離）ことである。逐次成形装置１と共通する機能、部位については共通の符番を付し、主に構成の違い及びその効果について説明する。
【００５４】
逐次成形装置１０は、ダイスセット１１と、ダイスセット１１に固定されたダイス１２（型工具）と、板材Ｍの外周部を拘束する板押えプレート１３と、押圧工具１４と、押圧工具１４に回転可能に設けられた第１押圧部１５と、第１押圧部１５と一定の間隔（固定距離）に設けられた第２押圧部１６と、第２押圧部１６の端部に設けられ板材Ｍを押圧するローラ１７と、から構成される。
【００５５】
図７は、図６の板材Ｍの成形の詳細図で、板材Ｍは第１押圧部１５と第２押圧部１６のローラ１７とで押圧され、あたかも面で押圧（面受け）されるかのように板材Ｍの局部的な変形を抑止する。また、板材Ｍの支持（拘束）位置を長くとることができるため、板材を成形する際の段取りが容易である。
【００５６】
図８は、従来の第２押圧部を備えていない逐次成形装置２０の断面を示す説明図である。第１押圧部１５と板材Ｍを支持する板押えプレート１３との間の距離は長くなる。
【００５７】
図９は、図８の板材Ｍの成形の詳細図で、板材Ｍは第１押圧部１５において局部的に変形する。板材Ｍにハイテン材などの硬い材料を使用する場合、板材Ｍの押圧部は元の位置のままでいようとして、材料のスプリングバックを招来し、板材Ｍが波打ってしまう。
【００５８】
図１０は、図８の板押えプレート１３を第１押圧部１５の根元まで延在して板材Ｍの外周部を拘束した従来の逐次成形装置２０の断面を示す説明図である。この場合、第１押圧部１５と板材Ｍの拘束部との距離が短くなり、板材Ｍの局部的な変形を抑止しスプリングバックを抑えることができるが、板押えプレート１３の段取りに多くの工数が必要になる。
【００５９】
図１１は、図６の押圧工具１４の第１押圧部１５と第２押圧部１６の板材Ｍの成形の軌跡を示す説明図である。押圧工具１４に回転可能に設けられた第１押圧部１５は第２押圧部１６と一緒に回転し、成形と回転方向が同期化している。第１押圧部１５と第２押圧部１６が一緒に回転することで、第２押圧部１６と成形部位との干渉を防ぐことができる。
【００６０】
図１２は、第２押圧部１６の変形例で、押圧工具１４の第２押圧部１６は駆動装置１８により板材Ｍを押圧する方向（軸方向）に移動可能である。駆動装置１８はソレノイド又はモータ等を備え、成形時に押圧する方向に５ｍｍ程度移動可能である。第２押圧部１６を移動可能にすることで、板材Ｍの複雑な形状の成形に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態の逐次成形装置の模式図である。
【図２】図１に示す押圧工具の正面図である。
【図３】図１に示す押圧工具の下視図である。
【図４】図１に示す押圧工具の図２の右側面図である。
【図５】図３に示す第２押圧工具の要所部分拡大図である。
【図６】本発明に関する他の実施例の逐次成形装置の断面を示す説明図である。
【図７】図６の板材の成形の詳細図である。
【図８】従来の第２押圧部を備えない逐次成形装置の断面を示す説明図である。
【図９】図８の板材の成形の詳細図である。
【図１０】図８の板押えプレートを第１押圧部の根元まで延在して板材の外周部を拘束した従来の逐次成形装置の断面を示す説明図である。
【図１１】図６の押圧工具の第１押圧部と第２押圧部の板材の成形の軌跡を示す説明図である。
【図１２】第２押圧部の変形例である。
【符号の説明】
【００６２】
１    逐次成形装置
２    型工具
３    押圧工具
１０  逐次成形装置
１２  ダイス（型工具）
１４  押圧工具
１５  第１押圧部
１６  第２押圧部
１７  ローラ
１８  駆動装置（駆動手段）
３２  第１押圧部
３３  第２押圧部
３３１  ローラ
３３５  形状検知部
３３５a  近接センサ（形状検知手段）
３４  レール
３５  送りねじ
Ｍ    板材
【図１】
0005381075.tif 000002
【図２】
0005381075.tif 000003
【図３】
0005381075.tif 000004
【図４】
0005381075.tif 000005
【図５】
0005381075.tif 000006
【図６】
0005381075.tif 000007
【図７】
0005381075.tif 000008
【図８】
0005381075.tif 000009
【図９】
0005381075.tif 000010
【図１０】
0005381075.tif 000011
【図１１】
0005381075.tif 000012
【図１２】
0005381075.tif 000013