(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状のパンチを軸方向に駆動してワークに孔を設ける孔加工装置において、
前記パンチを外周側で摺動自在に支持するガイドを備え、
このガイドは、軸方向に配列されて前記パンチに摺接する複数の摺接部材を有し、
軸方向に隣り合う２つの前記摺接部材の間には軸方向に伸縮する弾性体が配され、前記弾性体と前記摺接部材とは軸方向に交互に配列されており、
前記パンチが前記ワーク内を軸方向に前進している間、前記弾性体は２つの前記摺接部材により挟み込まれて圧縮され、
軸方向に隣り合う２つの前記摺接部材の間には、複数の前記弾性体が前記パンチの周囲に環状に配置されて環状群を形成し、前記環状群と前記摺接部材とが軸方向に交互に配列され、
１つの前記摺接部材を挟んで隣り合う２つの前記環状群の内、軸方向一方側の前記環状群に含まれる前記弾性体と、軸方向他方側の前記環状群に含まれる前記弾性体とは周方向にずれて配置されていることを特徴とする孔加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の孔加工装置において、
前記パンチの一部であって前記孔に相当する径を有する加工部の内、前記パンチの先端が前記ワークに当接したときに、前記ガイドにより摺接されずに支持されていない部分をフリー部分と定義すると、
このフリー部分は、前記ガイドを複数の前記摺接部材により構成して２つの前記摺接部材の間に前記弾性体を配することで複数に分割され、
前記パンチの座屈荷重は、分割後の前記フリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例することを特徴とする孔加工装置。
【請求項３】
柱状のパンチを軸方向に駆動してワークに孔を設ける孔加工方法において、
前記パンチを外周側で摺動自在に支持するガイドを利用し、
このガイドは、軸方向に配列されて前記パンチに摺接する複数の摺接部材を有し、
軸方向に隣り合う２つの前記摺接部材の間には軸方向に伸縮する弾性体が配され、前記弾性体と前記摺接部材とは軸方向に交互に配列されており、
前記パンチが前記ワーク内を軸方向に前進している間、前記弾性体は２つの前記摺接部材により挟み込まれて圧縮され、
軸方向に隣り合う２つの前記摺接部材の間には、複数の前記弾性体が前記パンチの周囲に環状に配置されて環状群を形成し、前記環状群と前記摺接部材とが軸方向に交互に配列され、
１つの前記摺接部材を挟んで隣り合う２つの前記環状群の内、軸方向一方側の前記環状群に含まれる前記弾性体と、軸方向他方側の前記環状群に含まれる前記弾性体とは周方向にずれて配置されていることを特徴とする孔加工方法。
【請求項４】
請求項３に記載の孔加工方法において、
前記パンチの一部であって前記孔に相当する径を有する加工部の内、前記パンチの先端が前記ワークに当接したときに、前記ガイドにより摺接されずに支持されていない部分をフリー部分と定義すると、
このフリー部分は、前記ガイドを複数の前記摺接部材により構成して２つの前記摺接部材の間に前記弾性体を配することで複数に分割され、
前記パンチの座屈荷重は、分割後の前記フリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例することを特徴とする孔加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状のパンチを軸方向に駆動してワークに孔を設ける孔加工装置および孔加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プレス等によりパンチを駆動して孔を設ける孔加工装置では、孔の長さＬと直径Ｄとの比（以下、Ｌ／Ｄと呼ぶ。）が大きくなるほど、パンチ座屈の虞が高まることが課題となっている。そこで、パンチを用いることなく、放電加工やレーザ加工により孔を設けることができる孔加工装置が考えられている（以下、パンチによって孔を設ける孔加工をパンチ加工と呼ぶ。）。
【０００３】
ところで、放電加工により孔を設ける場合、パンチ加工に比べて加工時間が長くなり、生産性が低下する課題がある。また、レーザ加工により孔を設ける場合、生産性の低下を回避できるものの、パンチ加工や放電加工に比べて孔の寸法精度や面性状等の加工品質が劣る課題がある。そこで、生産性および加工品質の両方に優れるパンチ加工を利用する孔加工装置において、パンチ座屈の虞を低減してＬ／Ｄの大きな孔を設けることを可能とする要請は極めて高い。
【０００４】
なお、特許文献１には、パンチの切羽部を連続して更新できるパンチの保持機構が開示されており、特許文献２には、パンチの外周側に逃げ部を形成するパンチガイド機構が開示されている。
しかし、いずれの機構においても、パンチ座屈の虞を低減することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０７４４７７号公報
【特許文献２】特開昭５６−１１４５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、パンチ座屈の虞を低減してＬ／Ｄの大きな孔を設けることを可能とする孔加工装置および孔加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、孔加工装置は、柱状のパンチを軸方向に駆動してワークに孔を設けるものであり、パンチを外周側で摺動自在に支持するガイドを備える。また、ガイドは、軸方向に配列されてパンチに摺接する複数の摺接部材を有し、軸方向に隣り合う２つの摺接部材の間には軸方向に伸縮する弾性体が配され、弾性体と摺接部材とは軸方向に交互に配列されている。そして、パンチがワーク内を軸方向に前進している間、弾性体は２つの摺接部材により挟み込まれて圧縮される。
【０００８】
ここで、パンチの一部であって孔に相当する径を有する加工部の内、パンチの先端がワークに当接したときに、ガイドにより摺接されずに支持されていない部分をフリー部分と定義し、フリー部分の長さの合計をパンチフリー長さと定義する。
そして、請求項１の手段によれば、ガイドを複数の摺接部材に分割して摺接部材間に弾性体を配することで、フリー部分を複数に分割している。これにより、パンチの座屈荷重を大幅に高めることができるので、パンチ座屈の虞を低減して、よりＬ／Ｄの大きな孔を設けることができる。
【０００９】
つまり、従来の孔加工装置のようにフリー部分が分割されていない場合、パンチの座屈荷重は、フリー部分全体の軸方向長さ、つまりパンチフリー長さの２乗に逆比例する。これに対し、請求項１の手段のようにフリー部分が複数に分割されている場合、パンチの座屈荷重は、分割後のフリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例する。このため、ガイドを複数の摺接部材に分割して摺接部材間に弾性体を配することで、パンチの座屈荷重を大幅に高めることができるので、パンチ座屈の虞を低減してＬ／Ｄの大きな孔を設けることができる。
【００１０】
さらに、請求項１の手段によれば、軸方向に隣り合う２つの摺接部材の間には、複数の弾性体がパンチの周囲に環状に配置されて環状群を形成し、環状群と摺接部材とが軸方向に交互に配列されている。そして、１つの摺接部材を挟んで隣り合う２つの環状群の内、軸方向一方側の環状群に含まれる弾性体と、軸方向他方側の環状群に含まれる弾性体とは周方向にずれて配置されている。
これにより、例えば、２つの摺接部材間に弾性体を装着するためのザグリ穴を、１つの摺接部材において一方面と他方面とで周方向にずらして設けることができる。このため、摺接部材の剛性を高めることができる。
【００１１】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、フリー部分はガイドを複数の摺接部材により構成して２つの摺接部材の間に弾性体を配することで複数に分割され、パンチの座屈荷重は、分割後のフリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例する。
この手段は、パンチの座屈荷重の算出方法を示すものである。
【００１２】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、孔加工方法は、柱状のパンチを軸方向に駆動してワークに孔を設けるものであり、パンチを外周側で摺動自在に支持するガイドを利用する。また、ガイドは、軸方向に配列されてパンチに摺接する複数の摺接部材を有し、軸方向に隣り合う２つの摺接部材の間には軸方向に伸縮する弾性体が配され、弾性体と摺接部材とは軸方向に交互に配列されている。そして、パンチがワーク内を軸方向に前進している間、弾性体は２つの摺接部材により挟み込まれて圧縮される。
これにより、孔加工方法に関して請求項１の手段と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
さらに、請求項３の手段によれば、軸方向に隣り合う２つの摺接部材の間には、複数の弾性体がパンチの周囲に環状に配置されて環状群を形成し、環状群と摺接部材とが軸方向に交互に配列されている。そして、１つの摺接部材を挟んで隣り合う２つの環状群の内、軸方向一方側の環状群に含まれる弾性体と、軸方向他方側の環状群に含まれる弾性体とは周方向にずれて配置されている。
これにより、孔加工方法に関して請求項１の手段と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、フリー部分はガイドを複数の摺接部材により構成して２つの摺接部材の間に弾性体を配することで複数に分割され、パンチの座屈荷重は、分割後のフリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例する。
これにより、孔加工方法に関して請求項２の手段と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）はパンチの先端がワークに当接したときの孔加工装置の要部構成図であり、（ｂ）はパンチの先端が目標とする深さまで前進したときの孔加工装置の要部構成図である（実施例）。
【図２】（ａ）はコイルスプリングの環状群の配置を示す説明図であり、（ｂ）は加工ストロークとコイルスプリングの環状群の圧縮量との関係を示す説明図である（実施例）。
【図３】１つのコイルスプリングをガイドプレート間に配する場合の説明図である（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態の孔加工装置は、柱状のパンチを軸方向に駆動してワークに孔を設けるものであり、パンチを外周側で摺動自在に支持するガイドを備える。また、ガイドは、軸方向に配列されてパンチに摺接する複数の摺接部材を有し、軸方向に隣り合う２つの摺接部材の間には軸方向に伸縮する弾性体が配され、弾性体と摺接部材とは軸方向に交互に配列されている。そして、パンチがワーク内を軸方向に前進している間、弾性体は２つの摺接部材により挟み込まれて圧縮される。
【００１７】
また、軸方向に隣り合う２つの摺接部材の間には、複数の弾性体がパンチの周囲に環状に配置されて環状群を形成し、環状群と摺接部材とが軸方向に交互に配列されている。そして、１つの摺接部材を挟んで隣り合う２つの環状群の内、軸方向一方側の環状群に含まれる弾性体と、軸方向他方側の環状群に含まれる弾性体とは周方向にずれて配置されている。
【００１８】
さらに、フリー部分はガイドを複数の摺接部材により構成して２つの摺接部材の間に弾性体を配することで複数に分割され、パンチの座屈荷重は、分割後のフリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例する。
【実施例】
【００１９】
〔実施例の構成〕
実施例の孔加工装置１の構成を、図１に基づいて説明する。
孔加工装置１は、柱状のパンチ２を軸方向に駆動してワーク３に孔４を設けるものであり、例えば、Ｌ／Ｄが２以上となる場合でもパンチ２が座屈することなく孔４を設けることができるものである。
【００２０】
そして、孔加工装置１は、例えば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクタのボディをワーク３として噴射孔を設けるために利用されたり、インジェクタの背圧室を形成するプレートをワーク３として背圧室への燃料の流出入流路を設けるために利用されたりする。なお、パンチ２の材質は、例えば、炭化タングステンとバインダとしてのコバルトとを混合して焼結した超硬である。
【００２１】
孔加工装置１は、パンチ２の軸方向への移動を支持するガイド６、ガイド６を内周側に摺動自在に収容してガイド６の先端を支持するガイドホルダ７、パンチ２の後端を保持するとともにガイド６の後端を支持するパンチホルダ８、ワーク３を保持するワーク保持手段９、ワーク保持手段９により保持されたワーク３に向けてパンチ２およびガイド６を軸方向に駆動するプレス１０、パンチホルダ８の後端側に配され、プレス１０の当接を受けてプレス１０の押圧力をパンチ２に伝達するプレス当接部１１、プレス当接部１１を軸方向に摺動自在に支持する後方ガイド１２を備える。
【００２２】
ここで、パンチ２は、後端が径大に設けられてパンチホルダ８により保持され、後端以外の先端部が孔４に相当する径を有するように細長に設けられ、この細長の先端部がワーク３内を前進する加工部２ａをなす。そして、ガイド６は、加工部２ａに外周側から摺接して加工部２ａを摺動自在に支持する。
【００２３】
ワーク保持手段９は、例えば、ワーク３を載せる下型１５、ワーク３を軸方向に対して垂直に押さえるワーク押さえ１６等からからなる。また、下型１５には、パンチ２により押し出されたワーク３の材料を逃す逃し穴１７が設けられている。
プレス１０は、例えば、電動モータによりカムを回転させ、カムの回転によりパンチ２をワーク３に向けて前進させたり、ワーク３から後退させたりするものであり、カムの回転駆動等を制御する制御手段とともに、孔加工装置１の一部であるプレス装置を構成している。
【００２４】
〔実施例の特徴〕
実施例の孔加工装置１の特徴を、図１および図２に基づいて説明する。
ガイド６は、軸方向に配列されてパンチ２に摺接する複数のガイドプレート１９を有し、軸方向に隣り合う２つのガイドプレート１９の間には軸方向に伸縮するコイルスプリング２０が配され、ガイドプレート１９とコイルスプリング２０とは軸方向に交互に配列されている。
【００２５】
ここで、ガイドプレート１９は、例えば、円板状に設けられており、軸方向に隣り合う２つのガイドプレート１９の間には、複数のコイルスプリング２０がパンチ２の加工部２ａの周囲に等角度間隔で環状に配置されて環状群２１を形成している。そして、ガイドプレート１９と、コイルスプリング２０の環状群２１とが軸方向に交互に配列されている。
【００２６】
また、軸方向に１つのガイドプレート１９を挟んで隣り合う環状群２１同士は、軸方向に重ならないように周方向にずれて配置されている（図２（ａ）参照）。つまり、１つのガイドプレート１９を挟んで隣り合う２つの環状群２１の内、先端側の環状群２１に含まれるコイルスプリング２０と、後端側の環状群２１に含まれるコイルスプリング２０とは周方向にずれて配置されている。
【００２７】
また、ガイドホルダ７の先端部７ａは、ガイド６の先端を支持するとともに、加工部２ａを摺動自在に支持するように設けられている。さらに、先端部７ａは、コイルスプリング２０を支持するように設けられており、最先端に配されるガイドプレート１９と先端部７ａとの間にも、コイルスプリング２０の環状群２１が配されている。これにより、先端部７ａは、環状群２１を介してガイド６の先端を支持する。
【００２８】
そして、フリー部分は、ガイド６を複数のガイドプレート１９により構成して２つのガイドプレート１９の間に環状群２１を配することで複数に分割されるので、パンチ２の座屈荷重は、分割後のフリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例するようになる。
【００２９】
以上の構成により、孔加工装置１では、プレス１０が先端側に前進してプレス当接部１１を先端側に押圧すると、プレス１０の押圧力がプレス当接部１１からパンチホルダ８を介してパンチ２およびガイド６に伝達され、パンチ２の先端およびガイドホルダ７の先端部７ａがワーク３に当接するとともに、パンチ２の先端がワーク３内を前進していく。このとき、パンチ２の前進とともにワーク３の材料が前方および後方に流動しながら逃し穴１７に押し出されて逃される。また、パンチ２がワーク３内を前進する間、コイルスプリング２０は２つのガイドプレート１９により挟み込まれて軸方向に圧縮される。
【００３０】
やがて、パンチ２の先端が目標とする深さまで前進すると、プレス１０が後端側に後退してパンチ２がパンチホルダ８およびプレス当接部１１とともに後端側に引き上げられる。また、パンチ２がワーク３内から引き上げられると、コイルスプリング２０の弾性力により、隣り合うガイドプレート１９間の軸方向の距離が復元する。
【００３１】
なお、パンチ２の先端がワーク３に当接してからワーク３内において前進を停止するまでのパンチ２の軸方向における移動距離を加工ストロークＸと定義すると、図２（ｂ）に示すように、加工ストロークＸは、パンチ２の先端がワーク３に当接してからワーク３内において前進を停止するまでの間におけるそれぞれの環状群２１の圧縮量ΔＸｉの和となる。
【００３２】
〔実施例の効果〕
実施例の孔加工装置１によれば、ガイド６は、軸方向に配列されてパンチ２に摺接する複数のガイドプレート１９を有し、軸方向に隣り合う２つのガイドプレート１９の間には軸方向に伸縮するコイルスプリング２０が環状に配されて環状群２１をなし、ガイドプレート１９と環状群２１とは軸方向に交互に配列されている。そして、パンチ２がワーク３内を前進する間、環状群２１をなす個々のコイルスプリング２０は２つのガイドプレート１９により挟み込まれて軸方向に圧縮される。
【００３３】
これにより、ガイド６を複数のガイドプレート１９で構成してガイドプレート１９間にコイルスプリング２０の環状群２１を配することで、フリー部分を複数に分割してパンチ２の座屈荷重を大幅に高めることができるので、パンチ２の座屈の虞を低減して、よりＬ／Ｄの大きな孔４を設けることができる。
【００３４】
つまり、従来のようにフリー部分が分割されていない場合、パンチ２の座屈荷重はパンチフリー長さの２乗に逆比例する。これに対し、フリー部分が複数に分割されている場合、パンチ２の座屈荷重は、分割後のフリー部分の長さの内で最大の長さの２乗に逆比例する。このため、ガイド６を複数のガイドプレート１９で構成してガイドプレート１９間にコイルスプリング２０の環状群２１を配することで、パンチ２の座屈荷重を大幅に高めることができるので、パンチ２の座屈の虞を低減してＬ／Ｄの大きな孔４を設けることができる。
【００３５】
また、１つのガイドプレート１９を挟んで隣り合う２つの環状群２１の内、先端側の環状群２１に含まれるコイルスプリング２０と、後端側の環状群２１に含まれるコイルスプリング２０とは周方向にずれて配置されている。
これにより、コイルスプリング２０を装着するためにガイドプレート１９に設けられるザグリ穴を、ガイドプレート１９の先端側の面と後端側の面とで周方向にずらして設けることができる。このため、ガイドプレート１９の剛性を高めることができる。
【００３７】
〔変形例〕
孔加工装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の孔加工装置１によれば、孔４は、パンチ２によりワーク３を貫通することなくワーク３の材料を後方および前方に流動させることで設けられていたが、パンチ２によりワーク３に孔加工をする際、加工の最終段階においてせん断変形を起こさせて材料を分離することで貫通した孔を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  孔加工装置
２  パンチ
２ａ  加工部
３  ワーク
４  孔
６  ガイド
１９  ガイドプレート（摺接部材）
２０  コイルスプリング（弾性体）
２１  環状群
【図１】
0005533571.tif 000002
【図２】
0005533571.tif 000003
【図３】
0005533571.tif 000004