(57)【要約】【課題】せん断加工技術において、ポンチなどの工具や加工工程を増加させることなくかえりを抑える。【解決手段】本発明のせん断加工方法は、金属板（板材）１００に対してポンチ１３を用いて打ち抜きを行うことによって行われる。この方法では、ポンチ１３を金属板１００に向かって下降させ、ポンチ１３の先端部に設けられた第１突出部２１によって、金属板１００の一部を打ち抜く工程と、ポンチ１３をさらに下降させ、上記第１突出部２１よりも大きな断面径を有する第２突出部２２によって、打ち抜きが行われた金属板１００の切り口面を削り、これによって発生したかえりをポンチ１３側へ移動させる工程と、ポンチ１３を上昇させ、上記第１突出部２１によって金属板の本体部分１００と削られた部分１００ｂとを切り離す工程とによって、せん断加工が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材に対してポンチを用いて打ち抜きを行うことによって、該板材をせん断するせん断加工方法であって、
上記ポンチを上記板材に向かって下降させ、該ポンチの先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部によって、上記板材の一部を打ち抜く工程と、
上記ポンチをさらに下降させ、上記第１突出部から所定の距離を有して上記ポンチに設けられ、上記第１突出部よりも大きな断面径を有する第２突出部によって、打ち抜きが行われた上記板材の切り口面を、上記板材の一部の厚みを残して削るとともに削られた上記板材の材料を上記ポンチ側へ移動させる工程と、
上記ポンチを上昇させ、上記第１突出部によって上記板材の本体部分と削られた上記材料とを切り離す工程とを含むことを特徴とするせん断加工方法。
【請求項２】
上記第２突出部によって上記板材の切り口面を削る工程では、該切り口面における板材の残りの厚さが、０ｍｍよりも大きく、０．２ｍｍ以下となった時点で、上記ポンチの下降を停止して、上記ポンチを上昇させる工程へ移行することを特徴とする請求項１に記載のせん断加工方法。
【請求項３】
上記ポンチは、
先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部と、
上記先端部から離れる方向に向かって上記第１突出部から所定の距離だけ離れて設けられ、該第１突出部と同じ方向に突出した第２突出部とを備えており、
上記第１突出部の断面径は、上記第２突出部の断面径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のせん断加工方法。
【請求項４】
板材を載置するダイスと、該板材に対して打ち抜きを行うポンチとを備え、該板材のせん断加工を行うせん断加工装置であって、
上記ポンチは、
先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部と、
上記先端部から離れる方向に向かって上記第１突出部から所定の距離だけ離れて設けられ、該第１突出部と同じ方向に突出した第２突出部とを備え、
上記第１突出部の断面径は、上記第２突出部の断面径よりも小さくなっており、
上記ポンチが上記板材に対して打ち抜きを行う打ち抜き工程と、この打ち抜き工程によって形成された上記板材の切り口面を上記ポンチが削る工程とを連続的に行い、その後、上記の打ち抜きの方向とは逆の方向に向かって上記ポンチが動作することで、上記板材の本体部分と削られた部分とを切り離す工程を行うことを特徴とするせん断加工装置。
【請求項５】
上記ダイスは、板材のせん断を行うときに上記ポンチの先端部が嵌り込む貫通穴を有しており、
上記貫通穴の径は、上記第１突出部の断面径よりも大きくなっており、かつ、上記第２突出部の断面径と同じかそれよりも小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載のせん断加工装置。
【請求項６】
上記第２突出部の断面径と、上記第１突出部の断面径との差は、１ｍｍ以内となっていることを特徴とする請求項４または５に記載のせん断加工装置。
【請求項７】
上記ポンチは、一つ設けられており、
該一つのポンチによって上記板材に対してせん断加工が行われることを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載のせん断加工装置。
【請求項８】
上記ポンチにおける上記第１突出部と上記第２突出部との間には、各突出部の突出方向とは逆向きに窪んだ溝部が設けられており、
上記溝部における窪みの容積Ｖは、以下の式（１）
Ｖ＞π×{（ｄ２／２）２−（ｄ１／２）２}×ｔ          （１）
（上記式（１）において、ｄ１は上記第１突出部の断面径、ｄ２は上記第２突出部の断面径、ｔは上記板材の厚さである。）
を満たすことを特徴とする請求項４から７の何れか１項に記載のせん断加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板に所定形状の穴を形成したり、金属板を所定形状に打ち抜いたりする場合などに用いられる金属板のせん断加工技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属板に所定の形状の穴を加工する場合、せん断による打ち抜き加工が多く用いられている。従来のせん断加工技術では、図１２（ａ）に示すように、所定形状の穴１０１ａを有するダイス１０１上に金属板１００を載置し、さらに、板押え１０２によって金属板１００を上から挟み込んだ後、ポンチ（パンチともいう）１０３を上から穴１０１ａに向かって打ち下ろすという方法が用いられている。これにより、例えば、図１２（ｂ）に示すように、金属板に対して円形の穴を形成することができる。
【０００３】
せん断加工における切り口面は、一般にだれ、せん断面、破断面、および、かえり（バリともいう）から構成される（図１３参照）。良好な切り口面は、せん断面の領域が多く、破断面、だれ、および、かえりの割合が少ない面である。特にかえりは、後工程における位置決め精度に悪影響を及ぼすだけでなく、他の製品や人体を傷つけるといった欠点を有しており、問題となっている。
【０００４】
せん断加工技術の分野においては、これまでに良好な切り口面を得るために様々な研究が行われてきた。例えば、ファインブランキング法では、金属板を下型のダイスと上型の板押えとによって強く挟み込んだ後に、打ち抜き部分を上型のポンチと下型のポンチとで挟み込みながら打ち抜くことで、切り口面におけるせん断面の割合を増加させることを可能としている。しかし、このファインブランキング法は、良好なせん断面を増やすことを主な目的としているため、かえりの量に関しては、逆に増加してしまうという問題がある。
【０００５】
一方、かえりを抑制するために考案されたせん断加工方法としては、上下打ち抜き法が挙げられる（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００６】
図１４（ａ）（ｂ）には、上下打ち抜き法によって金属板がせん断される様子を示す。上下打ち抜き法では、図１４（ａ）に示すように、まず、金属板１００の上側に位置する第１のポンチ１０３ａを用いて１回目の打ち抜きを行い、金属板１００が完全に切断される直前に第１のポンチ１０３ａを停止させた後に、図１４（ｂ）に示すように、金属板１００の下側の位置する第２のポンチ１０３ｂを用いて２回目の打ち抜きを行うという、２段階の工程によるせん断が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６３７４８号公報（２００２年９月１７日公開）
【特許文献２】特開平７−１４８７００号公報（１９９５年６月１３日公開）
【特許文献３】特開２００１−３００６４８号公報（２００１年１０月３０日公開）
【特許文献４】特開昭５３−７１３９２号公報（１９７８年６月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の上下打ちぬき法では、金属板の上側と下側の両方にそれぞれポンチが必要となり、工具の数が増加してしまう。また、金属板の上側から一方のポンチを金属板に対して振り下ろし、金属板が完全に切断される直前で該ポンチを引き上げるという工程を行った後、金属板の下側から他方のポンチを用いて金属板を打ち抜く工程という、２工程が必要となってしまう。このように、かえりを抑制するために考案された従来のせん断加工方法では、工程数および工具が増加してしまうという問題が起こる。
【０００９】
また、上下打ち抜きに使用されるせん断加工装置では、図１４（ｂ）に示すように、打ち抜かれた金属板１００ａが第１のポンチ１０３ａと第２のポンチ１０３ｂとの間に挟まれているため、取り出しが面倒であるという問題も生じる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ポンチなどの工具や加工工程を増加させることなくかえりを抑えるせん断加工技術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】
【００１１】
本発明にかかるせん断加工方法は、上記の課題を解決するために、板材に対してポンチを用いて打ち抜きを行うことによって、該板材をせん断するせん断加工方法であって、上記ポンチを上記板材に向かって下降させ、該ポンチの先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部によって、上記板材の一部を打ち抜く工程と、上記ポンチをさらに下降させ、上記第１突出部から所定の距離を有して上記ポンチに設けられ、上記第１突出部よりも大きな断面径を有する第２突出部によって、打ち抜きが行われた上記板材の切り口面を、上記板材の一部の厚みを残して削るとともに削られた上記板材の材料を上記ポンチ側へ移動させる工程と、上記ポンチを上昇させ、上記第１突出部によって上記板材の本体部分と削られた上記材料とを切り離す工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
上記の方法によれば、ポンチの１回のストロークによって、まず、ポンチを下降させる段階で、先端部に設けられた第１突出部によって板材の打ち抜きが行われた後、断面径のより大きな第２突出部によって板材の切り口面に対するせん断とかえりのポンチ側への移動が行われる。なお、第２突出部によって板材の切り口面を削る工程では、板材の全板厚のうちの一部が第２突出部によってせん断されずに残されるため、板材の本体部分と削られた部分とが、せん断加工を受けていない箇所でわずかにつながった状態となる。その後、上記ポンチを上昇させる際に、第１突出部によって上記板材の本体部分と削られた部分とを切り離すことで、切り口面の下端に発生したかえりを、第１突出部によって板材の本体部分から切り離すことができる。
【００１３】
つまり、上記の方法によれば、ポンチの１回の上下動によって、板材の切り口面に発生するかえりを除去することができる。したがって、本発明のせん断加工方法によれば、従来の上下打ち抜き法と比較して、少ない工具および少ない工程でかえりの発生を抑えたせん断加工を行うことができる。
【００１４】
また、第１突出部と第２突出部という２つの突出部でせん断を行うことで、第２突出部によるせん断時に板材にかかる荷重を、第１突出部による打ち抜き時にかかる荷重と比較して小さくすることができる。これにより、第２突出部を用いた切り口面のせん断時にはシェービング効果が得られるため、せん断面の割合が増加した良好な切り口面を得ることができる。
【００１５】
本発明のせん断加工方法において、上記第２突出部によって上記板材の切り口面を削る工程では、該切り口面における板材の残りの厚さが、０ｍｍよりも大きく、０．２ｍｍ以下となった時点で、上記ポンチの下降を停止して、上記ポンチを上昇させる工程へ移行することが好ましい。
【００１６】
上記の方法によれば、板材の切り口面においてせん断面の割合をさらに増加させつつ、かえりを除去することができるため、より良好な切り口面を得ることができる。
【００１７】
本発明にかかるせん断加工方法において、上記ポンチは、先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部と、上記先端部から離れる方向に向かって上記第１突出部から所定の距離だけ離れて設けられ、該第１突出部と同じ方向に突出した第２突出部とを備えており、上記第１突出部の断面径は、上記第２突出部の断面径よりも小さくなっていることが好ましい。
【００１８】
上記のせん断加工方法では、板材に対して打ち抜きを行うためのポンチが、その側面から突出した２つの突出部（第１突出部および第２突出部）を有し、かつ、該２つの突出部の断面径（打ち抜き方向に対して垂直な方向の断面径）が上記のような大小関係になっている。
【００１９】
これにより、ポンチの１回のストロークによって、まず、ポンチを下降させる段階で、先端部に設けられた第１突出部によって板材の打ち抜きが行われた後、断面径のより大きな第２突出部によって板材の切り口面に対するせん断が行われると同時に、せん断によって発生したかえりをポンチ側へ移動させる。その後、上記ポンチを上昇させる際に、切り口面の下端に発生したかえりを、第１突出部によって板材の本体部分から切り離すことができる。
【００２０】
以上のように、上記の方法によれば、ポンチの１回の上下動によって、板材の切り口面に発生するかえりを除去することができる。したがって、従来の上下打ち抜き法と比較して、少ない工具および少ない工程でかえりの発生を抑えたせん断加工を行うことができる。
【００２１】
また、第１突出部と第２突出部という２つの突出部でせん断を行うことで、第２突出部による切削時に板材にかかる荷重を、第１突出部による打ち抜き時にかかる荷重と比較して小さくすることができる。これにより、第２突出部を用いた切り口面の切削時にはシェービング効果が得られるため、せん断面の割合が増加した良好な切り口面を得ることができる。
【００２２】
本発明にかかるせん断加工装置は、上記の課題を解決するために、板材を載置するダイスと、該板材に対して打ち抜きを行うポンチとを備え、該板材のせん断加工を行うせん断加工装置であって、上記ポンチは、先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部と、上記先端部から離れる方向に向かって上記第１突出部から所定の距離だけ離れて設けられ、該第１突出部と同じ方向に突出した第２突出部とを備え、上記第１突出部の断面径は、上記第２突出部の断面径よりも小さくなっており、上記ポンチが上記板材に対して打ち抜きを行う打ち抜き工程と、この打ち抜き工程によって形成された上記板材の切り口面を上記ポンチが削る工程とを連続的に行い、その後、上記の打ち抜きの方向とは逆の方向に向かって上記ポンチが動作することで、上記板材の本体部分と削られた部分とを切り離す工程を行うことを特徴とする。
【００２３】
上記のせん断加工装置では、板材に対して打ち抜きを行うためのポンチが、その側面から突出した２つの突出部（第１突出部および第２突出部）を有し、かつ、該２つの突出部の断面径（打ち抜き方向に対して垂直な方向の断面径）が上記のような大小関係になっている。
【００２４】
また、上記の構成によれば、まず、上記板材に対して打ち抜きを行う打ち抜き工程と、この打ち抜き工程によって形成された上記板材の切り口面を上記ポンチが削る工程とを連続的に行い、その後、上記の打ち抜きの方向とは逆の方向に向かって上記ポンチが移動することで、切り口面の下端に発生したかえりを板材の本体部分から切り離すことができる。
【００２５】
これにより、ポンチの１回のストロークによって、まず、ポンチを下降させる段階で、先端部に設けられた第１突出部によって板材の打ち抜きが行われた後、断面径のより大きな第２突出部によって板材の切り口面に対するせん断が行われると同時に、せん断によって発生したかえりをポンチ側へ移動させる。その後、上記ポンチを上昇させる際に、切り口面の下端に発生したかえりを、第１突出部によって板材の本体部分から切り離すことができる。
【００２６】
したがって、上記の構成によれば、ポンチの１回の上下動によって、板材の切り口面に発生するかえりを除去することができる。したがって、本発明のせん断加工装置を用いれば、従来の上下打ち抜き法と比較して、少ない工具および少ない工程でかえりの発生を抑えたせん断加工を行うことができる。
【００２７】
また、第１突出部と第２突出部という２つの突出部でせん断を行うことで、第２突出部による切削時に板材にかかる荷重を、第１突出部による打ち抜き時にかかる荷重と比較して小さくすることができる。これにより、第２突出部を用いた切り口面の切削時にはシェービング効果が得られるため、せん断面の割合が増加した良好な切り口面を得ることができる。
【００２８】
本発明のせん断加工装置において、上記ダイスは、板材のせん断を行うときに上記ポンチの先端部が嵌り込む貫通穴を有しており、上記貫通穴の径は、上記第１突出部の断面径よりも大きくなっており、かつ、上記第２突出部の断面径と同じか、それよりも（第２突出部の断面径よりも）小さくなっていることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、ダイスの貫通穴の径が、ポンチの第１突出部の断面径よりも大きくなっていることにより、せん断加工の工程において、第１突出部が貫通穴に嵌合した際に、第１突出部と貫通穴との間に隙間をつくることができる。また、ダイスの貫通穴の径が、ポンチの第２突出部の断面径と同じかそれよりも小さくなっていることにより、板材の切り口面からせん断された材料およびかえりをポンチ側へ移動させることができるという効果が得られる。
【００３０】
本発明のせん断加工装置において、上記第２突出部の断面径と、上記第１突出部の断面径との差は、１ｍｍ以内となっていることが好ましい。
【００３１】
上記の構成によれば、第２突出部によって板材の切り口面を削り取るときに、板材にかかる荷重をより小さくすることができる。したがって、上記第２突出部による板材の切り口面に対する圧縮によって、より良好なシェービング効果を得ることができる。
【００３２】
本発明のせん断加工装置では、上記ポンチは一つ設けられており、該一つのポンチによって上記板材に対してせん断加工が行われる構成とすることができる。
【００３３】
従来の上下打ち抜き法で使用されるせん断加工装置では、かえりの発生を抑えることを目的として、ダイスの一つの貫通穴に対して２つのポンチを設ける構成となっていた。これに対して、本発明のせん断加工装置によれば、（一つの貫通穴に対して）ポンチを一つだけ設ける構成としても、かえりの発生を抑えることができる。
【００３４】
本発明のせん断加工装置において、上記ポンチにおける上記第１突出部と上記第２突出部との間には、各突出部の突出方向とは逆向きに窪んだ溝部が設けられており、上記溝部における窪みの容積Ｖは、以下の式（１）
Ｖ＞π×{（ｄ２／２）２−（ｄ１／２）２}×ｔ          （１）
（上記式（１）において、ｄ１は上記第１突出部の断面径、ｄ２は上記第２突出部の断面径、ｔは上記板材の厚さである。）
を満たすことが好ましい。
【００３５】
上記の構成によれば、第２突出部によって板材の切り口面から削られた材料（かえり）の全てを溝部の窪みの中へ収容することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明にかかるせん断加工方法は、上記ポンチを上記板材に向かって下降させ、該ポンチの先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部によって、上記板材の一部を打ち抜く工程と、上記ポンチをさらに下降させ、上記第１突出部から所定の距離を有して上記ポンチに設けられ、上記第１突出部よりも大きな断面径を有する第２突出部によって、打ち抜きが行われた上記板材の切り口面を、上記板材の一部の厚みを残して削るとともに削られた上記板材の材料を上記ポンチ側へ移動させる工程と、上記ポンチを上昇させ、上記第１突出部によって上記板材の本体部分と削られた上記材料とを切り離す工程とを含んでいる。
【００３７】
また、本発明のせん断加工装置に設けられたポンチは、先端部に設けられ、打ち抜き方向に対して垂直な方向に突出した第１突出部と、上記第１突出部から所定の距離だけ離れて設けられ、該第１突出部と同じ方向に突出した第２突出部とを備えており、上記第１突出部の断面径は、上記第２突出部の断面径よりも小さくなっていることを特徴とする。
【００３８】
本発明によれば、従来の上下打ち抜き法と比較して、少ない工具および少ない工程でかえりの発生を抑えたせん断加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態にかかるせん断加工方法の各工程を説明する模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかるせん断加工装置の構成を示す模式図である。
【図３】図２に示すせん断加工装置に備えられたポンチの構成を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態にかかるせん断加工方法によって得られた金属板の切り口面の状態を示す模式図である。
【図５】図１（ｂ）に示す第２突出部によるせん断工程（シェービング）の途中の段階における金属板の状態を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例において、第２突出部による圧縮幅（圧縮量）Ｌｃと荷重との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の第２突出部によるせん断工程（シェービング）の途中の段階における金属板の状態を示す図である。（ａ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．２ｍｍの場合であり、（ｂ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．４ｍｍの場合であり、（ｃ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．６ｍｍの場合であり、（ｄ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．８ｍｍの場合である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本実施例によって得られた金属板の切り口面を示す図である。（ａ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．２ｍｍの場合であり、（ｂ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．４ｍｍの場合であり、（ｃ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．６ｍｍの場合であり、（ｄ）は、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が０．８ｍｍの場合である。
【図９】本発明の実施例において、第２突出部の径を変化させた場合に得られる切り口面の状態を各部分（せん断面、下だれ、および上だれ）の割合で示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例において、第２突出部の径を変化させた場合に得られる突起の高さＨを示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例において、第２突出部の径を変化させた場合に得られる製品の穴径を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は、従来のせん断加工方法を説明する模式図である。（ｂ）は、（ａ）のせん断加工によって得られる製品を示す模式図である。
【図１３】従来のせん断加工によって得られる切り口面を示す模式図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、上下打ち抜き法の工程を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
本実施の形態では、金属板（板材）に所定形状の穴を形成するためのせん断加工方法およびせん断加工装置については説明する。なお、金属板（板材）に所定形状の穴を形成するせん断加工は、打ち抜き加工とも呼ばれる。
【００４２】
図１（ａ）〜図１（ｃ）には、本実施の形態にかかるせん断加工方法を各工程順に示す。また、図２には、本実施の形態にかかるせん断加工装置１の構成を示す。
【００４３】
まず、せん断加工装置１の構成について、図２を参照しながら説明する。せん断加工装置１は、ダイス１１（下側のダイスともいう）、板押え１２（上側のダイスともいう）、ポンチ１３、下側ポンチガイド１４、および上側ポンチガイド１５を主な構成部材として有している。なお、図２では、ポンチ１３以外の構成部材については、その断面の形状を示しており、ポンチ１３については、その側面の形状を示している。また、図２には、せん断加工の対象となる金属板（板材）１００も示している。
【００４４】
ダイス１１は、金属板１００を載置するものである。板押え１２は、金属板１００を上から押さえ込むものである。ダイス１１と板押え１２とにより、金属板１００は挟み込まれて押圧保持される。ポンチ１３は、上下にストロークすることで、金属板１００に対して所定形状の穴を打ち抜くものである。下側ポンチガイド１４および上側ポンチガイド１５は、ポンチ１３のストロークのガイドとして機能する。
【００４５】
図２に示すように、ダイス１１、板押え１２、下側ポンチガイド１４、および上側ポンチガイド１５は、ポンチ１３のストロークに沿って、貫通穴をそれぞれ有している。ポンチ１３の断面形状（ストロークの方向に垂直な断面の形状）は、目的に応じて（金属板１００に形成したい穴の形状に応じて）適宜決めることができる。そして、ダイス１１、板押え１２、下側ポンチガイド１４、および上側ポンチガイド１５にそれぞれ形成される貫通穴の形状は、ポンチ１３の断面形状に合わせて決めることができる。
【００４６】
ここで、ポンチ１３のより具体的な構成について、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、ポンチ１３の先端部には、ストロークの方向（打ち抜き方向）に対して垂直な方向に突出した第１突出部２１が設けられている。また、ポンチ１３において、（上記先端部から離れる方向に向かって）第１突出部２１から所定の距離だけ離れた位置には、第１突出部２１と同じ方向に突出した第２突出部２２が設けられている。そして、ポンチ１３において、第１突出部２１と第２突出部２２との間には、ストロークの方向（打ち抜き方向）に対して垂直な方向に窪んだ溝部２３が設けられている。
【００４７】
上記のポンチ１３の構造を言い換えると、上記ポンチ１３の側面が溝部２３の部分で凹みを有しており、上記溝部２３を間に挟んで設けられた上記第１突出部２１および第２突出部２２は、上記ポンチ１３の外周を拡げる方向に突出していると表現することもできる。
【００４８】
本実施の形態のせん断加工装置１は、上記のような形状のポンチ１３を備えていることによって、金属板１００の切り口面におけるかえりの発生を抑えることができる。
【００４９】
この点について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態のせん断加工方法を説明するための図である。図１の（ａ）〜（ｃ）では、本実施の形態のせん断加工方法を各工程順に示している。図１に示す各図では、図２に示すせん断加工装置１の一部を示している。
【００５０】
まず、図１（ａ）に示すように、金属板１００に向かってポンチ１３を下降させ、第１突出部２１によって金属板１００をせん断し、金属板１００の一部を打ち抜く（打ち抜き工程）。次に、ポンチ１３の下降動作をそのまま続けることで、図１（ｂ）に示すように、第２突出部２２によって金属板１００の切り口面付近の金属材料をせん断および圧縮する（シェービング工程）。ここで圧縮された金属片は溝部２３へ流れ込む。そして、圧縮された金属片が金属板１００とつながっている状態で、ポンチ１３は下降動作を停止し、上昇動作へ移行する。すると、図１（ｃ）に示すように、溝部２３へ移動した金属片（かえり）は、第１突出部２１によって切り離される（かえり除去工程）。
【００５１】
このように、本実施の形態のせん断加工方法では、せん断加工装置１を用いて、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す各工程を実施して、金属板１００のせん断加工を行っている。つまり、まずポンチ１３を金属板１００へ向けて下降させ、第１突出部２１によって金属板１００を打ち抜いた後、第２突出部２２によって金属板１００の切り口面付近を圧縮し、その後、ポンチ１３を上昇させることで、第２突出部２２によって圧縮された金属片１００ｂ（削られた部分）を、第１突出部２１によって破断している。これにより、ポンチ１３の１回の上下動によって、切り口面におけるかえりの発生を抑えることができる。
【００５２】
したがって、本実施の形態のせん断加工装置１およびせん断加工方法によれば、ポンチなどの工具や加工工程を増加させることなく効率的にかえりの発生を抑えることができる。すなわち、ダイス１１の１つの貫通穴１１ａに対して、１つのポンチ１３のみが設けられている構成で、ポンチ１３を上下に一回ストロークさせるという動作のみで、かえりを除去することができる。
【００５３】
また、本実施の形態のせん断加工装置１およびせん断加工方法では、上記の効果に加えて、図１（ｂ）に示すように、第２突出部２２が金属板１００の切り口面付近の金属材料を圧縮し、表面から削り取ることで、得られる切り口面に対してシェービング加工を施し、切り口面にせん断面を形成することができる。これは、第１突出部２１を用いた打ち抜きと第２突出部２２を用いたせん断及び圧縮という２段階のせん断を行うことで、第２突出部２２による圧縮時の荷重を、第１突出部２１による打ち抜き時の荷重と比較して、小さくする（１／１０以下にする）ことができるためである。
【００５４】
図４には、上記のせん断加工方法によって得られる金属板１００の切り口面の状態を示す。図４に示すように、切り口面は、せん断面Ａ、上だれＢ、下だれＣ、突起Ｄで構成されており、図１３に示すようなかえりは存在しない。なお、下だれＣは、第１突出部２１を上昇させて切り口面の下端からかえりを切り離す際に、第１突出部２１と切り口面との接触によって発生する。また、本実施の形態のせん断加工方法によれば、切り口面におけるせん断面の割合を５０％以上とすることができる。なお、従来のせん断加工によって得られる切り口面（図１３参照）では、せん断面の割合は３０〜４０％程度である。
【００５５】
続いて、ポンチ１３における第１突出部２１、第２突出部２２、貫通穴１１ａの大きさについて説明する。
【００５６】
ここで、図３に示すように、第１突出部２１の断面径（打ち抜き方向に対して垂直な方向の断面径）をｄ１とし、第２突出部２２の断面径（打ち抜き方向に対して垂直な方向の断面径）をｄ２とする。
【００５７】
この場合、第１突出部２１の断面径ｄ１と、第２突出部２２の断面径ｄ２とは、ｄ１＜ｄ２の関係を有している。これにより、まず、断面径ｄ１の第１突出部２１によって金属板１００に比較的小さな穴（径がほぼｄ１の穴）を形成した後、形成された穴よりも大きな断面径ｄ２の第２突出部２２が下降することによって、切り口面付近の金属材料がわずかにせん断される。第２突出部２２が下降する際に金属板１００にかかる荷重は第１突出部２１が下降する際にかかる荷重と比較して小さいため、切り口面にシェービング加工を施すことができる。
【００５８】
なお、第２突出部２２の断面径ｄ２と、第１突出部２１の断面径ｄ１との差は、１ｍｍ以内とすることがより好ましい。例えば、後述の実施例の場合（ｄ１＝９．８ｍｍ）であれば、ｄ２＝９．８ｍｍ＋１ｍｍ＝１０．８ｍｍより、第２突出部２２の断面径ｄ２は、９．８ｍｍよりも大きく、１０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５９】
上記の構成によれば、例えば図６に示すように、第２突出部２２によって金属板１００の表面を削り取るときに、金属板にかかる荷重をさらに小さくすることができる。したがって、第２突出部２２による金属板１００の切り口面に対するせん断によって、より良好なシェービング効果を得ることができる。
【００６０】
また、第２突出部２２によって削り取られる金属材料の厚さを０〜０．５ｍｍ程度とすることで、第２突出部２２が下降する際に金属板１００にかかる荷重をさらに低くすることができる。
【００６１】
また、ダイス１１に設けられた貫通穴１１ａの径（打ち抜き方向に対して垂直な方向の径）をｄ３とした場合、第１突出部２１の断面径ｄ１、第２突出部２２の断面径ｄ２、および貫通穴１１ａの径は、ｄ１＜ｄ３≦ｄ２の関係になっていることが好ましい。これにより、貫通穴１１ａと第１突出部２１との間には、それぞれが互いに嵌合した場合にある程度の隙間（クリアランス）が得られるとともに、貫通穴１１ａと第２突出部２２との間には、ある程度の重複部分が得られることになる。
【００６２】
なお、貫通穴１１ａと第１突出部２１との間に形成される隙間は、金属板の板厚ｔ（図４参照）に対して５〜１０％程度であることが好ましい。これにより、通常のせん断加工を行うことができるという効果が得られる。
【００６３】
また、貫通穴１１ａと第２突出部２２との重複部分の長さＬｄは、０よりも大きく、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、シェービングの効果が得られる。
【００６４】
なお、上記の説明において、ポンチ１３の断面形状が円の場合には、各径ｄ１、ｄ２、およびｄ３は打ち抜き方向に垂直な方向であれば、それぞれどの方向の径であっても構わないが、ポンチ１３の断面形状が円以外の形状の場合には、各径ｄ１、ｄ２、およびｄ３は同一方向の径のことをいう。
【００６５】
次に、溝部２３の大きさおよび形状について、以下に説明する。
【００６６】
溝部２３の大きさ（すなわち、ポンチ１３が有している窪みの容積）は、第２突出部でのせん断工程によって圧縮されて溝部２３へ移動する金属材料を収容できる程度であればよい。つまり、溝部２３における窪みの容積は、第２突出部２２によって削られる金属板１００の体積よりも大きくなっていることが好ましい。
【００６７】
上記の構成によれば、第２突出部２２による金属板１００の切り口面に対する圧縮によって、切り口面から切削された金属材料の全てを溝部の窪みの中へ移動させることができる。
【００６８】
より具体的には、ポンチ１３の第１突出部２１および第２突出部２２の断面形状（ストロークの方向と垂直な方向の断面形状）が円形の場合、溝部２３の凹んだ部分（窪み）の容積Ｖは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
【００６９】
Ｖ＞π×{（ｄ２／２）２−（ｄ１／２）２}×ｔ          （１）
上記の式（１）において、ｄ１は第１突出部２１の断面径であり、ｄ２は第２突出部２２の断面径であり、ｔは金属板１００の板厚であり、πは円周率である。上記の式（１）における、π×{（ｄ２／２）２−（ｄ１／２）２}×ｔは、第２突出部２２によって切り口面から削られ、溝部２３へ移動する金属材料の体積とほぼ等しい。したがって、溝部２３の凹んだ部分の容積Ｖが、上記の式（１）を満たすことにより、切り口面から削られた金属材料の全てを溝部の窪みの中へ収容することができる。
【００７０】
また、溝部２３の窪みの底面（すなわち、溝部２３において金属板１００の切り口面と向かい合っている面）は、湾曲していてもよい。上記底面が湾曲していることによって、金属板１００から切り離された金属片（かえり）を取り出しやすくすることができる。
【００７１】
次に、本実施の形態のせん断加工方法において、ポンチ１３の動作が下降から上昇に転じるタイミングについて、以下に説明する。
【００７２】
本実施の形態のせん断加工方法において、切り口面にかえりを形成しないために、第２突出部２２によるせん断工程（図１（ｂ）参照）において、圧縮されて溝部２３へ移動した金属片１００ｂが、金属板１００の本体部分から完全に切り離される前に、ポンチ１３の下降を停止する。すなわち、金属板１００と圧縮された金属片１００ｂとがわずかにつながった状態で、ポンチ１３が下降から上昇へ転じる。これにより、第１突出部２１が上昇する際に、溝部２３に移動した金属片１００ｂは金属板１００の本体部分から切り離される（図１（ｃ）参照）。
【００７３】
具体的には、上記の第２突出部によるせん断工程では、切り口面における金属板１００の残りの厚さ（切り口面においてせん断をまだ受けていない部分の厚さであって、（板厚ｔ）−（圧縮幅Ｌｃ）で表される）が、０ｍｍよりも大きく、０．２ｍｍ以下となった時点で、ポンチ１３の下降を停止して、次のポンチ１３を上昇させる工程へ移行することが好ましい。
【００７４】
これを言い換えると、圧縮幅Ｌｃ（図５参照）が、以下の式（２）の条件を満たした状態で、ポンチ１３の下降を停止し、上昇へ転じることが好ましい。ここで、ｔは金属板１００の板厚である。
【００７５】
（ｔ−０．２ｍｍ）≦Ｌｃ＜ｔ              （２）
本実施の形態のせん断加工方法において、上記の式（２）を満たすことによって、金属板１００の切り口面をより良好な状態とすることができる。
【００７６】
なお、上記のようなせん断加工を行う場合、使用するせん断加工装置１は、ポンチ１３の動作の微調整が可能なものであることが好ましい。このような微調整が可能なせん断加工装置１としては、サーボプレスなどが挙げられる。なお、ポンチ１３のストロークの速度については、従来のせん断加工装置におけるポンチの速度と同程度であればよい。また、ポンチ１３の下降時と上昇時とでは、同じ速度に設定すればよい。
【００７７】
〔実施例〕
本発明の一実施例について以下に説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７８】
本実施例では、図２に示すせん断加工装置１を実験装置として使用し、金属板１００に対してせん断加工を行う実験を行った。実験装置には、ダイス１１、板抑え１２、ポンチガイド１４、およびポンチガイド１５を組み込むことができ、上面および下面のどちらからでもポンチを用いて打ち抜き加工を行うことができる機構となっている。
【００７９】
本実施例では、第１突出部２１および第２突出部２２を有するポンチ１３を用いることを考慮し、図１（ａ）、図１（ｂ）、および図１（ｃ）の三段階の加工工程を別々に行い、形成された穴周辺の金属材料の変形状態およびかえりの除去効果を調査した。実験に用いた試験材料（金属板１００）は、板厚ｔ＝１．０ｍｍで、直径２０ｍｍの円形状の冷間圧延鋼板ＳＰＣＣである。
【００８０】
まず、図１（ａ）に示す工程で、ｄ３＝１０ｍｍの貫通穴１１ａを有するダイス１１に対して、上面から第１突出部２１の断面径ｄ１が９．８ｍｍであるポンチ１３を用いて、穴抜きを行った。次に、図１（ｂ）に示す工程で、第２突出部２２の断面径ｄ２を、１０．０ｍｍ、１０．１ｍｍ、１０．３ｍｍ、１０．５ｍｍ、１１．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、および１３．０ｍｍと変化させたポンチ１３を使用して、金属板１００の切り口面の圧縮を行った。このとき、図５に示すように、第２突出部２２による圧縮幅をＬｃとし、このＬｃを０．２ｍｍ刻みで変位させて、最大０．８ｍｍまで圧縮を行った。このとき、圧縮による荷重Ｐを測定した。
【００８１】
最後に、図１（ｃ）に示す工程で、下面から断面径ｄ１が９．８ｍｍである第１突出部２１を上昇させることでかえりの除去を行った。このときかえりを除去した後の試験片（金属板１００）の内径を測定し、その後切り口面形状を測定するため、試験片をアクリル樹脂で固め、グランドカッターを用いて二等分に切断し、マイクロスコープを用いて切り口面の面形状を測定した。その結果、切り口面性状は、図４に示すように、せん断面Ａ、上だれＢ、下だれＣ、突起Ｄから構成されていた。
【００８２】
ここで、せん断面Ａ、上だれＢ、および、下だれＣの切り口面全体に占める割合を、それぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とし、せん断面から突起の先端までの高さをＨとした。また、図１（ｃ）に示す工程後の試験片の穴径をφｐとした。このときの、試験片の打ち抜き速度は、５００ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００８３】
（シェービング工程の結果）
図１（ｂ）に示す工程（シェービング工程）で、第２突出部２２の断面径ｄ２を変化させたときの圧縮幅Ｌｃと荷重Ｐとの関係を図６に示す。また、図７（ａ）〜（ｄ）には、第２突出部２２の断面径ｄ２が１０．５ｍｍの場合に、圧縮幅Ｌｃをそれぞれ変位させて得られる試験片の切り口面形状のマイクロスコープによる測定結果を示す。図７（ａ）は、圧縮幅Ｌｃが０．２ｍｍの場合であり、図７（ｂ）は、圧縮幅Ｌｃが０．４ｍｍの場合であり、図７（ｃ）は、圧縮幅Ｌｃが０．６ｍｍの場合であり、図７（ｄ）は、圧縮幅Ｌｃが０．８ｍｍの場合である。
【００８４】
図６に示すように、圧縮幅（圧縮量）Ｌｃが０．２ｍｍまでは、第２突出部２２の径によらず、荷重が増加する。Ｌｃが０．４ｍｍ以上になると、径ｄ２が１０．５ｍｍ以下のポンチ１３では、荷重の増加は見られなかった。一方、径ｄ２が１１．０ｍｍ以上のポンチ１３では、圧縮幅Ｌｃの増加とともに荷重が増加した。
【００８５】
また、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、圧縮量（圧縮幅）の増加に伴い、かえりが穴の中央側へ移動していることがわかる。
【００８６】
（かえり除去工程の結果）
図１（ｃ）に示す工程（かえり除去工程）の結果を以下に示す。
【００８７】
図８（ａ）〜（ｄ）には、第２突出部２２の断面径ｄ２が１０．５ｍｍの場合に、帰り除去工程を行って得られる試験片の切り口面形状のマイクロスコープによる測定結果を示す。図８（ａ）は、圧縮幅Ｌｃが０．２ｍｍの場合であり、図８（ｂ）は、圧縮幅Ｌｃが０．４ｍｍの場合であり、図８（ｃ）は、圧縮幅Ｌｃが０．６ｍｍの場合であり、図８（ｄ）は、圧縮幅Ｌｃが０．８ｍｍの場合である。なお、図８（ａ）〜（ｄ）は、図７（ａ）〜（ｄ）に示す各試験片に対してかえり除去工程を行った結果をそれぞれ示している。
【００８８】
図８の各図に示すように、圧縮幅Ｌｃが０．５ｍｍまではかえりの除去効果は低く、移動した金属材料がポンチ１３によって押し上げられた形状となった。圧縮幅Ｌｃが０．６ｍｍでは、かえりの除去は良好に行えたものの、下だれの割合が大きく、また、上面に突起が生じた。また、圧縮幅Ｌｃが０．８ｍｍでは、かえりの除去を良好に行うことができ、かつ、良好な切り口面形状を得ることができた。なお、第２突出部２２の断面径ｄ２を変化させた場合には、上記と同様の結果が得られた。
【００８９】
図９には、圧縮幅Ｌｃ＝０．８ｍｍまで圧縮した場合の切り口面における各部分（せん断面Ａ、下だれＣ、および上だれＢ）の割合を示す。第２突出部２２の断面径ｄ２の径によらず、せん断面が６０％前後となる良好な切り口面が得られた。上だれおよび下だれに関しても、第２突出部２２の断面径ｄ２の径によらず、上だれは５％前後であり、下だれは２０％前後の切り口面が得られた。
【００９０】
図１０には、圧縮幅Ｌｃ＝０．８ｍｍまで圧縮した場合の突起Ｄの高さＨを測定した結果を示す。この図に示すように、圧縮に使用する第２突出部２２の断面径ｄ２を小さくすることで、突起Ｄのばらつきが小さくなることが確認された。特に、第２突出部２２の断面径ｄ２が１０．１ｍｍのポンチ１３では、突起Ｄの高さＨのばらつきがほぼない状態となった。
【００９１】
図１１には、最終的に得られる試験片の穴径φｐを測定した結果を示す。図１１に示すように、試験片の穴径φｐは、第２突出部２２の断面径ｄ２の大きさになっていることが確認された。
【００９２】
（まとめ）
本実施例のせん断加工方法において、第１突出部２１で板厚１．０ｍｍの金属板１００のせん断加工を行い、より大きい径を有する第２突出部２２で圧縮幅Ｌｃが０．８ｍｍ以上となるように圧縮を行った後、かえりの除去を行うことにより、かえりが発生せず、せん断面の割合が６０％程度となる良好な切り口面を得ることができる。また、圧縮を行う第２突出部の径が小さくなるにつれて、突起Ｄの高さＨのばらつきが小さくなり、良好な製品が得られる。
【００９３】
以上の結果から、第１突出部２１、第２突出部２２、および溝部２３を有するポンチ１３を使用することによって、ポンチ１３の１回のストロークのみでかえりないせん断加工が行えることが確認できた。
【００９４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、ここで開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明のせん断加工技術を用いれば、効率的にかえりを抑えることができる。従って、本発明のせん断加工装置およびせん断加工方法は、金属材料に所定形状の穴を開ける、あるいは、金属材料を所定形状に切断するなどといった金属加工の分野に適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１    せん断加工装置
１１    ダイス
１１ａ  貫通穴
１２    板押え
１３    ポンチ
１４    ポンチガイド（下側ポンチガイド）
１５    ポンチガイド（上側ポンチガイド）
２１    第１突出部
２２    第２突出部
２３    溝部
１００    金属板
【図１】
2011073031.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図７】
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【図８】
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