(57)【要約】【課題】弾性パンチの弾性変形を用いたプレス加工において、加工品の品質をより向上させること。【解決手段】上面に開口する空隙部６ａを有し且つ被加工材２を下方から支持するダイプレート６と、被加工材２の上方に配置され且つ弾性体で形成された弾性パンチ８と、弾性パンチ８よりも剛性が高く且つ弾性パンチ８を上方から加圧圧縮して弾性変形させる剛体パンチ１０と、弾性パンチ８の側面を包囲する外周包囲部材１２を備える弾性プレス金型１において、被加工材２の上下方向の長さをＬｗとし、空隙部６ａの上下方向の長さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に開口する空隙部を有し、被加工材を下方から支持するダイプレートと、
前記被加工材の上方に配置され且つ弾性体で形成された弾性パンチと、
前記弾性パンチよりも剛性が高く且つ弾性パンチを上方から加圧圧縮して弾性変形させる剛体パンチと、
前記弾性パンチの側面を包囲する外周包囲部材と、
を備え、
前記被加工材の上下方向の長さをＬｗとし、前記空隙部の上下方向の長さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立していることを特徴とする弾性プレス金型。
【請求項２】
上面に開口する空隙部を有するダイプレートにより下方から支持された被加工材の上方に配置され、弾性体で形成された弾性パンチの側面を外周包囲部材により包囲した状態で、前記弾性パンチよりも剛性の高い剛体パンチにより弾性パンチを上方から加圧圧縮して弾性変形させて、前記弾性パンチが前記被加工材に対して上方から押圧力を加えるプレス加工工程を含み、
前記プレス加工工程では、前記被加工材の上下方向の長さをＬｗとし、前記空隙部の上下方向の長さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立している状態で、前記弾性パンチが前記被加工材に対して上方から押圧力を加えることを特徴とする弾性プレス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体で形成される弾性パンチの弾性変形を用いて、金属板等のプレス材料をプレス加工する弾性プレス金型及び弾性プレス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム等の弾性体で形成した弾性パンチの弾性変形を用いて、金属板等の板材に曲げや絞り等のプレス加工を行なう技術として、例えば、特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１に開示されている技術は、所望の形状の凹部を備えたダイプレートと、ダイプレートの上方に配置した筒状のホルダーと、ホルダー内において板材の上方に配置した弾性パンチと、弾性パンチの上方に配置した剛体パンチを備えた金型である。そして、板材のプレス加工を行なう際には、ホルダー内において、剛体パンチにより弾性パンチを相対的に加圧圧縮して弾性変形させることにより、弾性パンチの一部をホルダー内から下方へ突出させて、板材の加工部位をダイプレートの凹部の形状に沿って変形させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術においては、剛体パンチが加圧圧縮した弾性パンチの弾性変形により、板材のプレス加工を行なう。このため、金属材料等、高剛性の材料を用いて形成したパンチを板材に押圧して行なうプレス加工と比較して、弾性パンチの弾性変形による押圧力が、板材全体へ均等に伝達されない可能性がある。
したがって、特許文献１に記載された技術では、板材に無用な変形が生じる可能性や、曲げや絞り等のプレス加工が不十分となる可能性がある。
【０００５】
このように、従来の技術においては、弾性パンチの弾性変形を用いてプレス加工を行なう場合に、加工品の品質低下を十分に抑制することが困難であった。
本発明の課題は、弾性パンチの弾性変形を用いたプレス加工において、加工品の品質をより向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る弾性プレス金型は、
上面に開口する空隙部（例えば、図１の空隙部６ａ）を有し、被加工材（例えば、図１の被加工材２）を下方から支持するダイプレート（例えば、図１のダイプレート６）と、前記被加工材の上方に配置され且つ弾性体で形成された弾性パンチ（例えば、図１の弾性パンチ８）と、前記弾性パンチよりも剛性が高く且つ弾性パンチを上方から加圧圧縮して弾性変形させる剛体パンチ（例えば、図１の剛体パンチ１０）と、前記弾性パンチの側面を包囲する外周包囲部材（例えば、図１の外周包囲部材１２）と、を備え、前記被加工材の上下方向の長さをＬｗとし、前記空隙部の上下方向の長さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立していることを特徴としている。
【０００７】
このような構成により、上述した３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立していない場合と比較して、剛体パンチにより加圧圧縮されて弾性変形した弾性パンチによる押圧力を、被加工材全体に対して均等に伝達することが可能となる。
したがって、被加工材に無用な変形が生じる可能性や、プレス加工が不十分となる可能性を低減させることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る弾性プレス方法は、
上面に開口する空隙部を有するダイプレートにより下方から支持された被加工材の上方に配置され、弾性体で形成された弾性パンチの側面を外周包囲部材により包囲した状態で、前記弾性パンチよりも剛性の高い剛体パンチにより弾性パンチを上方から加圧圧縮して弾性変形させて、前記弾性パンチが前記被加工材に対して上方から押圧力を加えるプレス加工工程を含み、前記プレス加工工程では、前記被加工材の上下方向の長さをＬｗとし、前記空隙部の上下方向の長さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立している状態で、前記弾性パンチが前記被加工材に対して上方から押圧力を加えることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、上述した３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立していない場合と比較して、剛体パンチにより加圧圧縮されて弾性変形した弾性パンチによる押圧力を、被加工材全体に対して均等に伝達することが可能となる。
したがって、被加工材に無用な変形が生じる可能性や、プレス加工が不十分となる可能性を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態における弾性プレス金型の概略構成を示す図である。
【図２】プレス加工時における弾性プレス金型の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明に係る弾性プレス金型及び弾性プレス方法の、実施の形態（実施形態）を説明する。
（第一実施形態）
（構成）
まず、図１を用いて、第一実施形態における、弾性プレス金型の構成について説明する。
【００１２】
図１は、弾性プレス金型１の概略構成を示す図であり、弾性プレス金型１の中心付近を破断した断面図である。
図１において、弾性プレス金型１は、板状の被加工材２に、曲げや絞り等のプレス加工を行なう構成となっている。なお、第一実施形態では、一例として、被加工材２に行なうプレス加工が、被加工材２に貫通孔を形成する孔抜き加工である場合について説明する。また、第一実施形態では、一例として、被加工材２が、ＳＵＳ系材等を材料として形成した金属板である場合について説明する。
【００１３】
具体的には、第一実施形態では、被加工材２が、硬度の最大値がＨＶ４００であり、伸びが２０％程度の、ＳＵＳ４３０またはＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）を材料として形成した金属板である場合について説明する。
ここで、被加工材２を、硬度の最大値がＨＶ４００であり、伸びが２０％程度の、ＳＵＳ４３０またはＳＰＣＣを材料として形成した金属板とした理由について説明する。
【００１４】
第一実施形態では、被加工材２の材料を選定する際に、ＳＵＳ４３０と、ＳＰＣＣと、ブルースチール（硬度ＨＶ６００）の三種類を、材料の候補とした。そして、これらの材料を用いて形成した金属板に対して弾性プレス金型１によるプレス加工を行ない、各金属板の状態を比較した。
【００１５】
その結果、三種類の材料を用いて形成した金属板のうち、ブルースチールを用いて形成した金属板は、硬度がＨＶ６００と高いことにより、他の金属板と比較して適切なせん断力が得られず、割れてしまうことが多いという結果となった。
【００１６】
以上の理由により、第一実施形態では、被加工材２を、硬度の最大値がＨＶ４００であり、伸びが２０％程度の、ＳＵＳ４３０またはＳＰＣＣを材料として形成した金属板とする。なお、被加工材２を、硬度がＨＶ６００のブルースチールを材料として形成した金属板とする場合、このブルースチールとしては、伸びが５〜８％程度のものを用いる。
また、図１中に示すように、弾性プレス金型１は、ベースプレート４と、ダイプレート６と、弾性パンチ８と、剛体パンチ１０と、外周包囲部材１２を備えている。
【００１７】
ベースプレート４は、弾性プレス金型１の土台を形成する部材であり、ダイプレート６及び外周包囲部材１２を下方から支持している。
ダイプレート６は、ベースプレート４の上面に配置された板状の部材であり、ダイプレート６の上面に開口する、複数の空隙部６ａを有している。
また、ダイプレート６は、上下方向から見て、円形に形成されている。ここで、上下方向とは、被加工材２の厚さ方向と同一方向であり、これは、以降の説明でも同様である。
また、ダイプレート６の上方には、被加工材２が配置されており、ダイプレート６は、被加工材２を下方から支持している。
【００１８】
空隙部６ａは、被加工材２に行なうプレス加工に対応した形状に形成されている。第一実施形態では、上述したように、被加工材２に行なうプレス加工が、被加工材２に貫通孔を形成する孔抜きであるため、空隙部６ａは、ダイプレート６を上下方向に貫通する貫通孔で形成されている。なお、被加工材２に行なうプレス加工が、曲げや絞りである場合は、空隙部６ａは、ダイプレート６の上面に開口する凹部により形成される。
【００１９】
また、空隙部６ａの上下方向の長さ（深さ）は、被加工材２の上下方向の長さ（厚さ）をＬｗとし、空隙部６ａの上下方向の長さ（深さ）をＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立する値に設定されている。
【００２０】
ここで、空隙部６ａの深さを、上記の値に設定した理由について説明する。
空隙部６ａの深さを設定する際には、厚さが１［ｍｍ］の被加工材２に対し、空隙部６ａの深さが互いに異なる五種類のダイプレート６と、材料である弾性体が互いに異なる三種類の弾性パンチ８を用いて、複数の貫通孔を形成する孔抜き加工を複数回行なった。そして、五種類のダイプレート６及び三種類の弾性パンチ８を用いた孔抜き加工に対し、それぞれ、被加工材２に形成された複数の貫通孔の状態を比較した。なお、弾性パンチ８の材料である弾性体の説明は、後述する。
【００２１】
なお、五種類のダイプレート６が有する空隙部６ａの深さは、それぞれ、値の小さい順に、３［ｍｍ］、５［ｍｍ］、１０［ｍｍ］、１５［ｍｍ］、２０［ｍｍ］である。また、三種類の弾性パンチ８の材料である弾性体は、それぞれ、「ブチルゴム」、「シリコンゴム」、「ウレタンゴム」である。
被加工材２に形成された複数の貫通孔の状態を比較した結果は、以下の表に示すとおりである。なお、第一実施形態では、上述したように、空隙部６ａは、ダイプレート６を上下方向に貫通する貫通孔で形成されているため、以下の表中に記載されている「空隙部の深さ」は、「ダイプレートの厚み」と同一の値となる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表中に示されているように、空隙部６ａの深さが、１５［ｍｍ］及び２０［ｍｍ］である場合、三種類の弾性パンチ８のいずれにおいても、被加工材２の孔抜き加工が出来ず（表中に示す「×」）に、被加工材２には変形のみが生じて、貫通孔は形成されなかった。
【００２４】
また、空隙部６ａの深さが、１０［ｍｍ］である場合、三種類の弾性パンチ８のいずれにおいても、被加工材２の一部についてのみ孔抜き加工が出来（表中に示す「△」）、被加工材２には、全ての貫通孔は形成されなかった。
さらに、空隙部６ａの深さが、５［ｍｍ］である場合、三種類の弾性パンチ８のいずれにおいても、被加工材２全体に孔抜き加工が出来（表中に示す「○」）、被加工材２には、全ての貫通孔が形成された。
【００２５】
一方、空隙部６ａの深さが、３［ｍｍ］である場合、三種類の弾性パンチ８のうち、ブチルゴムにおいては、被加工材２の一部についてのみ孔抜き加工が出来（表中に示す「△」）、被加工材２には、全ての貫通孔は形成されなかった。また、三種類の弾性パンチ８のうち、シリコンゴム及びウレタンゴムにおいては、被加工材２の一部についてのみ孔抜き加工が出来（表中に示す「△」）たものと、被加工材２の孔抜き加工が出来なかった（表中に示す「×」）ものが混在した。すなわち、空隙部６ａの深さが、３［ｍｍ］である場合、被加工材２には、全ての貫通孔が形成されなかった。
【００２６】
したがって、空隙部６ａの深さを５［ｍｍ］とすると、被加工材２には、全ての貫通孔が形成されることが確認された。
また、空隙部６ａの深さを３［ｍｍ］または１０［ｍｍ］とすると、被加工材２には、少なくとも一部の貫通孔が形成されることが確認された。
【００２７】
したがって、空隙部６ａの深さを、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立しない値に設定すると、被加工材２に全ての貫通孔が形成されない可能性が増加することとなる。これは、空隙部６ａの深さを、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立しない値に設定すると、弾性パンチ８の弾性変形による押圧力が、被加工材２全体へ均等に伝達されない可能性がある。このため、被加工材２のうち、空隙部６ａの上方に配置される部分に、弾性パンチ８の弾性変形による押圧力が十分に伝達されず、貫通孔が形成されない可能性があるためである。
【００２８】
以上の理由により、第一実施形態では、空隙部６ａの深さを、被加工材２の厚さをＬｗとし、空隙部６ａの深さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立する値に設定する。
なお、上記の表中に示されるように、空隙部６ａの深さは、被加工材２の厚さをＬｗとし、空隙部６ａの深さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立する値に設定すると、全ての貫通孔が形成される可能性を増加させることが可能となるため、好適である。
【００２９】
弾性パンチ８は、ゴム等の弾性体で形成されており、被加工材２の上方に配置されている。また、弾性パンチ８は、ダイプレート６と同様、上下方向から見て、円形に形成されている。
なお、第一実施形態では、一例として、弾性パンチ８の材料である弾性体が、ゴムである場合について説明する。具体的には、フッ素ゴム、シリコンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム等を、弾性体として用いている。この場合、弾性体の種類は、耐屈曲亀裂性、反発弾性、圧縮永久歪み性、入手性及びコストの順番で、可能な限り数値の高い（コストについては、安い）ものを選定して決定する。これは、上述した、空隙部６ａの深さを設定する際に行なった実験（表１参照）において、上記の各種ゴム間における、特性の優位差は、明確には表れなかったためである。
【００３０】
また、弾性パンチ８の下面は、被加工材２を間に挟んで、ダイプレート６の上面と対向している。
剛体パンチ１０は、金属材料等を用いて、弾性パンチ８よりも剛性が高くなるように形成されており、弾性パンチ８の上方に配置されている。したがって、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０は、順に下方から上方へ積層されている。また、剛体パンチ１０は、ダイプレート６及び弾性パンチ８と同様、上下方向から見て、円形に形成されている。
【００３１】
また、剛体パンチ１０には、油圧プレス機等、剛体パンチ１０を下方（弾性パンチ８側）へ押圧可能なアクチュエータ（図示せず）が連結されている。
外周包囲部材１２は、剛体パンチ１０と同様、金属材料等を用いて、弾性パンチ８よりも剛性が高くなるように形成されている。
また、外周包囲部材１２は、円環状に形成されており、包囲部材保持ピン１４を用いて、ベースプレート４の上面に取り付けられている。
【００３２】
包囲部材保持ピン１４は、棒状の部材であり、下端側がベースプレート４の上面から内部に挿入され、上端側が外周包囲部材１２の下面から内部に挿入されている。なお、第一実施形態では、一例として、包囲部材保持ピン１４を用いて、外周包囲部材１２をベースプレート４に取り付けた場合を説明する。しかしながら、包囲部材保持ピン１４を用いることなく、接着や溶接等の手段を用いて、外周包囲部材１２をベースプレート４に取り付けてもよい。
【００３３】
また、外周包囲部材１２の内径側に形成された空間内には、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０が配置されている。すなわち、外周包囲部材１２は、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０の側面を包囲している。
【００３４】
（動作）
次に、図１を参照しつつ、図２を用いて、弾性プレス金型１の動作を説明する。
被加工材２に行なうプレス加工には、弾性パンチ８が被加工材２に対して上方から押圧力を加える、プレス加工工程を含む。
【００３５】
上記のプレス加工工程では、まず、ダイプレート６と弾性パンチ８との間に被加工材２を配置した状態で、剛体パンチ１０に連結されているアクチュエータを駆動させて、剛体パンチ１０を下方へ押圧する。
【００３６】
剛体パンチ１０が下方へ押圧されると、この剛体パンチ１０により弾性パンチ８が加圧圧縮されて弾性変形し、この弾性変形によって、弾性パンチ８の外面（上面、下面、側面）に、弾性パンチ８の外側への加圧力が発生する。
弾性パンチ８の外面に発生した加圧力のうち、弾性パンチ８の上面に発生した加圧力は、剛体パンチ１０が弾性パンチ８へ加える押圧力により相殺される。
【００３７】
また、弾性パンチ８の外面に発生した加圧力のうち、弾性パンチ８の側面に発生した加圧力は、外周包囲部材１２による抑制力により相殺される。
したがって、剛体パンチ１０により弾性パンチ８が加圧圧縮されて弾性変形すると、弾性パンチ８の外面に発生した加圧力のうち、弾性パンチ８の下面に発生した下方への加圧力のみが、被加工材２を上方から押圧することとなる。
【００３８】
弾性パンチ８の下面に発生した下方への加圧力により、被加工材２が押圧されると、弾性パンチ８の一部が、被加工材２のうち空隙部６ａの上方に配置されている部分を上方から押圧し、この押圧した部分を空隙部６ａ内へ押し込む。
【００３９】
弾性パンチ８のうち、被加工材２を上方から押圧して空隙部６ａ内へ押し込んでいる部分は、空隙部６ａ内において、ダイプレート６と被加工材２との間にせん断力を発生させ、図２中に示すように、被加工材２を打ち抜き、被加工材２に貫通孔２ａを形成する。なお、図２は、プレス加工時における弾性プレス金型の動作を示す図である。また、図２中には、弾性パンチ８が被加工材２に対して加える押圧力を、下向きの白抜き矢印により示している。
【００４０】
ここで、第一実施形態では、空隙部６ａの深さを、被加工材２の厚さをＬｗとし、空隙部６ａの深さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立する値に設定している。
【００４１】
すなわち、プレス加工工程では、空隙部６ａの深さを、被加工材２の厚さをＬｗとし、空隙部６ａの深さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立する値に設定した状態で、弾性パンチ８が被加工材２に対して上方から押圧力を加える。
このため、空隙部６ａの深さを、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立しない値に設定した場合と比較して、弾性パンチ８の弾性変形による押圧力が、被加工材２全体へ均等に伝達される。
【００４２】
以上のように、第一実施形態に係る弾性プレス金型１は、ダイプレート６が有する空隙部６ａの深さを、被加工材２の厚さをＬｗとし、空隙部６ａの深さをＬｖとした場合に、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立する値に設定している。
【００４３】
そのため、本発明では、空隙部６ａの深さを、３Ｌｗ＜Ｌｖ＜１０Ｌｗの条件式が成立しない値に設定した場合と比較して、剛体パンチ１０により加圧圧縮されて弾性変形した弾性パンチ８による押圧力を、被加工材２全体に対して均等に伝達することが可能となる。
したがって、本発明では、被加工材２に無用な変形が生じる可能性や、プレス加工が不十分となる可能性を低減させることが可能となり、弾性パンチ８の弾性変形を用いてプレス加工を行なう場合に、加工品の品質をより向上させることが可能となる。なお、加工品とは、上述したように、プレス加工により貫通孔を形成した被加工材２である。
【００４４】
（第二実施形態）
第一実施形態においては、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０を、上下方向から見て、円形に形成したが、これに限定するものではなく、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０を、上下方向から見て、方形に形成してもよい。この場合、外周包囲部材１２の形状を、方形に形成したダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０に対応した形状とし、外周包囲部材１２により、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０の側面を包囲する。もっとも、剛体パンチ１０による弾性パンチ８の加圧圧縮において、圧力を平均化するためには、ダイプレート６、弾性パンチ８及び剛体パンチ１０を、上下方向から見て、円形に形成することが好適である。
【符号の説明】
【００４５】
１  弾性プレス金型、２  被加工材、２ａ  貫通孔、４  ベースプレート、６  ダイプレート、６ａ  空隙部、８  弾性パンチ、１０  剛体パンチ、１２  外周包囲部材、１４  包囲部材保持ピン、Ｌｗ  被加工材２の上下方向の長さ（厚さ）、Ｌｖ  空隙部６ａの上下方向の長さ（深さ）
【図１】
2011224602.tif 000004
【図２】
2011224602.tif 000005