(57)【要約】【課題】  油圧シリンダに取り付けたパンチでワークに孔を打ち抜くとき、油圧シリンダを集約化することでパンチを高速で繰り出せるようにして加工時間を短縮し、同時にワークを非拘束状態にしていても加工できるようにする。 【解決手段】  油圧シリンダのピストンロッドに取り付けたパンチによってワークに複数の孔を打ち抜く孔打抜き装置であり、油圧シリンダを、一つのシリンダブロックに孔の位置に対応した複数のボアを形成し、各ボアにピストンロッドを収容したマルチ型油圧シリンダとするとともに、パンチをガイドする上パンチガイドと下パンチガイドとを間に空間を確保して設け、空間にワークを非拘束状態で挿入して各ピストンロッドを同期して繰り出して各パンチでワークに同時に孔を打ち抜くことを特徴とする孔打抜き装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧シリンダのピストンロッドに取り付けたパンチによってワークに複数の孔を打ち抜く孔打抜き装置であり、油圧シリンダを、一つのシリンダブロックに孔の位置に対応した複数のボアを形成し、各ボアにピストンロッドを収容したマルチ型油圧シリンダとするとともに、パンチをガイドする上パンチガイドと下パンチガイドとを間に空間を確保して設け、空間にワークを非拘束状態で挿入して各ピストンロッドを同期して繰り出して各パンチでワークに同時に孔を打ち抜くことを特徴とする孔打抜き装置。
【請求項２】
パンチが上パンチガイド内でワークに対してトップスピードになるまでの助走距離をおいて待機している請求項１の孔打抜き装置。
【請求項３】
シリンダブロックに各油圧シリンダの作動室に圧油を供給する分配マニホールドを設けるとともに、分配マニホールドから各作動室まで同じ長さの油路を形成した請求項１又は２の孔打抜き装置。
【請求項４】
ワークが鋼材であり、パンチを１．５ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは３ｍ／ｓｅｃ以上の速度で鋼材に衝突させる請求項１〜３いずれかの孔打抜き装置。
【請求項５】
ワークが鋼管であり、マルチ型油圧シリンダの各油圧シリンダが放射状に配置され、上パンチガイドと下パンチガイドとが間に空間を有する二重筒である請求項１〜４いずれかの孔打抜き装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧力によってワークに複数の孔を打ち抜く孔打抜き装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワークに孔を明けるには、ドリルによる機械加工と、プレスによる塑性加工とがあるが、後者の方が加工時間や作業環境の点で優れている。プレスで孔を打ち抜くには工具としてパンチを用いるが、このパンチの繰出しには機械式のものと油圧式のものとがある（空圧式のものもあるが、あまり大きな推力が出ない）。機械式のものは、大きな力は出せるが、装置が大掛かりになるし、騒音や振動も大きい。このため、多くの場合、油圧式が採用されるが、孔が複数の場合には、同時に打ち抜くことが加工時間や装置の簡略化の点で好ましい。
【０００３】
下記特許文献１及び２に示されるものは、ワークがパイプの場合であるが、これに対しては、油圧シリンダを放射状に配置して同時加工をしているが、これに見られるように、互いが干渉し合うことから、配置される油圧シリンダの数も制限される。特に、パイプが小径のものであれば、その傾向か強い。したがって、それ以上に孔が形成されるものでは、一度加工した後、パイプを軸芯回りに回転（割出し）させて再度加工する等の余分な工程を必要とする。このため、加工時間が長くなる上、割出し装置等を必要とする。また、ワークを押さえるための押さえ治具も必要とする。
【０００４】
ところで、ワークが鋼材の場合、パンチを１０ｍ／ｓｅｃという高速で繰り出して打ち抜くと、剪断面が発熱して脆性化し、恰も溶解したようになって孔表面が平滑化するとともに、打抜き抵抗が減少することが知られている（下記非特許文献１）。しかし、この速度は通常の油圧シリンダの５０倍近い値であり、油圧シリンダでこの速度を出そうとすると、特別の工夫が必要になる。
【特許文献１】特開２０００−０８４９７４号公報
【特許文献２】特開２００５−１８６１５７号公報
【非特許文献１】中川威雄著  「鋼材の高速せん断」１９７５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、油圧シリンダを数多く高密度に配置できるようにするとともに、パンチをガイドするパンチガイドに工夫を凝らすことで、数多くの孔が形成されるワークであっても、一度に孔が打ち抜けるようにするとともに、ワークを敢えて固定しなくてもよいようにしたものである。加えて、鋼材のワークに対して上記した溶解化現象が生ずるパンチの最低速度を新たに見出したものであり、これに伴って孔表面の平滑化やパンチの長寿命化を可能にしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、油圧シリンダのピストンロッドに取り付けたパンチによってワークに複数の孔を打ち抜く孔打抜き装置であり、油圧シリンダを、一つのシリンダブロックに孔の位置に対応した複数のボアを形成し、各ボアにピストンロッドを収容したマルチ型油圧シリンダとするとともに、パンチをガイドする上パンチガイドと下パンチガイドとを間に空間を確保して設け、空間にワークを非拘束状態で挿入して各ピストンロッドを同期して繰り出して各パンチでワークに同時に孔を打ち抜くことを特徴とする孔打抜き装置を提供したものである。
【０００７】
また、本発明は、以上の孔打抜き装置において、請求項２に記載した、パンチが上パンチガイド内でワークに対してトップスピードになるまでの助走距離をおいて待機している手段、請求項３に記載した、シリンダブロックに各油圧シリンダの作動室に圧油を供給する分配マニホールドを設けるとともに、分配マニホールドから各作動室まで同じ長さの油路を形成した手段、請求項４に記載した、ワークが鋼材であり、パンチを１．５ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは３ｍ／ｓｅｃ以上の速度で鋼材に衝突させる手段、請求項５に記載した、ワークが鋼管であり、マルチ型油圧シリンダの各油圧シリンダが放射状に配置され、上パンチガイドと下パンチガイドとが間に空間を有する二重筒である手段を提供したものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によると、マルチ型油圧シリンダによって数多くの油圧シリンダを高密度に、かつコンパクトに配置できる。したがって、数多くの孔であっても、孔加工を一度にできるし、各油圧シリンダに圧油を給排する油路も短くなり、油圧シリンダの動きの同期も取り易く、かつ高速での動きも可能になる。この点で、加工時間を短縮でき、効率的な孔加工ができる。また、この同期、かつ高速化によってワークに対する衝撃も緩和され、しかもパンチガイドの構造によってワークのクランプも敢えて必要なくなり、非拘束状態でも加工できることになる。このため、ワークの押さえが省略でき、装置、時間の大幅な節約になる。
【０００９】
請求項２の手段によると、油圧シリンダの作動圧を抑えて移動距離を短くできるし、請求項３の手段によると、各油圧シリンダの同期がより確実になり、かつ高速化も可能になる。これらのことによって請求項４の手段をとることができ、剪断面を溶解させることができる。したがって、孔表面を平滑化できるとともに、打抜き抵抗が減少する。打抜き抵抗が減少すると、押さえ治具が不要になるのはもちろん、肩だれやバリも生じないから、後の修正作業が不要になる。また、パンチ等の工具の寿命も長くなるといった優れた効果がある。なお、パンチを上記の速度によって鋼材に孔を打ち抜くと、上記した溶解化現象が生ずることは、本発明者が上記した非特許文献の著者らと確認している。また、請求項５の手段によると、鋼管に数多くの孔を短い加工時間と簡単な装置で打ち抜くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はワークがパイプの場合の孔打抜き装置の説明図であるが、本例では、８基（数はこれに限定されない）の油圧シリンダ１を放射状に配置して並列に用いるものであり、これを制御する油圧回路は、各油圧シリンダ１に供給する圧油を十分な油量で蓄圧するアキュムレータ２と、アキュムレータ２で蓄圧された圧油を一気に流動させる開閉弁３等で構成されている。この場合において、各油圧シリンダ１のピストンロッド４にはパンチ５が取り付けられており、このパンチ５を間に空間６が確保された二重筒状の上パンチガイド７と下パンチガイド８とでガイドして空間６に挿入されるワーク９に衝突させるものである。
【００１１】
各機器の間には配管或いは各機器に直接形成された油路１０が接続されており、各油圧シリンダ１の作動室（正圧室）１ａは開閉弁３の流出側３ｂと連絡している。この流出側３ｂは同時に方向切換弁（ソレノイドバルブ）（Ａ）によってタンクとブロック（閉止）の接続に切り換えられるようにもなっている。一方、流入側３ａはアキュムレータ２と連絡しており、アキュムレータ２には油圧ポンプ１１で加圧された圧油がチェックバルブ１２を通して蓄圧されるようになっている。
【００１２】
この場合の開閉弁３はスプール１３が流入口を塞いでいる一種の逆止弁であり、スプール１３は開度（流量）調整用のネジ１４ａと復帰を迅速にするスプリング１４ｂとを有しており、油圧ポンプ１１からソレノイドバルブ（Ｂ）を介して供給される圧油によるパイロット圧で流入口側に付勢されている。なお、ソレノイドバルブ（Ｂ）はタンクとの接続にも切り換えられるようになっている。このようにアキュムレータ２で蓄圧された圧油を各油圧シリンダ１に供給する際にソレノイドバルブ等ではなく開閉弁３を用いたのは、ソレノイドバルブ等では、スプールとケースの通路が完全に合致するまでにリークが生じ、圧油が高速で送れないからである。
【００１３】
この開閉弁３は、スプール１３を後退させて流入口から離すと（ソレノイドバルブ（Ａ）からの圧油の供給を遮断してパイロット圧を解放する）、アキュムレータ２で蓄圧された圧油は一気に、しかも高速で各油圧シリンダ１の正圧室１ａに流入させるものである。これに伴って、流入口や流出口及び内部通路は十分な断面積を有して圧油の流動抵抗を減ずるものにしてあり、この点で、この開閉弁３は、瞬時開放型大流量の逆止弁ともいえるものである。さらに、全体を通じて、各油路は十分な断面積を有して流動抵抗を抑えているし、各油圧シリンダ１のリングやシールは低摩擦係数のものを使用して摺動抵抗を抑えている。なお、各油圧シリンダ１の背圧室１ｂは、ソレノイドバルブ（Ｃ）によって油圧ポンプ１１で加圧されるようになっており、ソレノイドバルブ（Ｃ）はタンクとの接続にも切り換えられるようになっている。
【００１４】
次に、以上の構成の孔打抜き装置の作用について説明すると、開閉弁３を作動させる前には、各油圧シリンダ１の背圧室１ｂはソレノイドバルブ（Ｃ）によって加圧されており、各油圧シリンダ１は打抜き前（後退）位置にある。また、開閉弁３の流出側３ｂはソレノイドバルブ（Ｂ）によってパイロット圧がかかっており、開閉弁３は閉じた状態になっている。さらに、各油圧シリンダ１の正圧室１ａはソレノイドバルブ（Ａ）によってタンクと通じている。この状態で、ソレノイドバルブ（Ｂ）を作動させて開閉弁３を開くと、各油圧シリンダ１の正圧室１ａはソレノイドバルブ（Ａ）が作動してブロックされ、背圧室１ｂはソレノイドバルブ（Ｃ）が作動してタンクに接続される。したがって、各ピストンロッド４（パンチ５）は高速で前進してワーク９に同時に衝突し、パンチ５の大きさの孔を打ち抜く。
【００１５】
一方、打抜きが終了すると、各油圧シリンダ１の正圧室１ａはタンクに通じ、背圧室１ｂに油圧ポンプ１１から圧油が供給されてピストンロッド４は後退する。同時に開閉弁３の流入側３ａにも圧油が供給されて流入口は閉まり、アキュムレータ２に蓄圧が始まる。したがって、各ソレノイドバルブ（Ａ）〜（Ｃ）はこのタイミングで作動するように設定してあり、この挙動を各ソレノイドバルブ（Ａ）〜（Ｃ）の位置との関係で示すと次のようになる。
ソレノイドバルブ      打抜き前          打抜き      打抜き後
（Ａ）              （イ）          （ロ）        （イ）
（Ｂ）              （イ）          （ロ）        （イ）
（Ｃ）              （イ）          （ロ）        （イ）
※（ロ）はソレノイドが励磁された状態
【００１６】
ワーク９をパンチ５で打ち抜くとき、ピストンロッド４の速度は早いに越したことはないが、上記したアキュムレータ２や瞬時開放型大流量の開閉弁３によって高速が可能になる。この回路で各油圧シリンダ１を作動させると、極めて短い時間（１〜２×１０-3ｓｅｃ）の初動速度を経てほぼ等速のトップスピードで動く。したがって、パンチ５を上パンチガイド７内でこのトップスピードになるまでの助走距離ａをおいて待機させる。この助走距離ａはトップスピードになるまでの最低限のものでよく、長すぎると移動距離が長くなるし、短すぎると大きな推力が必要になる。
【００１７】
各パンチ５を高速で同期して繰り出すと、加工時間が短くなるのはもちろんのこと、衝撃も円周上にバランスされてワーク９を動かそうという力は働かず、ワーク９は非拘束状態のままで加工できる。ここでの非拘束状態とは、ワーク９の内外周は下パンチガイド８と上パンチガイド７とで拘束されるが、空間６内では自由に摺動又は回転をしてもよいということで、特別の固定構造は必要ないということである。ただ、下パンチガイド８は、ワーク９の変形を抑制している機能は有している。この結果、ファインブランキングのような複雑な押さえ治具を必要とせず、装置が簡単になる上にロード、アンロードの手間や時間も必要なく、結果的に加工時間を短縮できる。なお、このときの圧油の圧力は、３５ｋｇ／ｃｍ2 以上であれば十分と思われる。
【００１８】
図４はワーク９の一例を示す斜視図であるが、本例のワーク９は自動車のエアバッグに用いられる鋼管であり、外径２５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍであり、その長手方向特定の位置に直径２．６ｍｍの孔ｈが円周上８個（一つおきに１個と２個が形成されるから合計１２個）等分に形成されるものである。図２はこの場合の孔打抜き装置における各油圧シリンダ１の配置状態を示す一部断面正面図、図３は同じく一部断面側面図であるが、上記のワーク９に対応して、本例の油圧シリンダ１は一つのシリンダブロック１５に８個のボア１６を放射状に形成し、各々のボア１６にピストンロッド４を直接収容したマルチ型油圧シリンダとしている（４ａはピストンロッド４の戻りストロークを調整するストッパ）。そして、各ピストンロッド４の先端にはパンチ５を取り付けている。
【００１９】
具体的には、ボア１６の径を４０ｍｍとし、これにピストンロッド４を直接収容すると、各ピストンロッド４の先端を直径６５ｍｍの円周状に配置しても、各ピストンロッド４及びパンチ５を干渉なく動かすことができる。したがって、シリンダブロック１５の外径は３１０ｍｍ程度の非常にコンパクトなものになる。なお、圧油の圧力を上記の二倍の７０ｋｇ／ｃｍ2 以上に設定すると、ボア１６（ピストンロッド４）の径は更に小さくてよくなり、倍の１６個程度のピストンロッド４を配置できることになる。このように、非常にコンパクトで多数のピストンロッド４を高密度で配置するのが特徴である。
【００２０】
シリンダブロック１５の中心には円筒形の下パンチガイド８を取り付け、その外周にワーク９を挿入する空間６を確保して上パンチガイド７を二重筒状に取り付けている。なお、下パンチガイド８と上パンチガイド７にはパンチ５をガイドするガイド孔８ａ、７ａが設けられており、パンチ５は上パンチガイド７のガイド孔７ａの中でピストンロッド４が少なくともトップスピードになる最低限の助走距離ａである約２ｍｍの間隔をおいて待機している。こうすると、大きな推力を必要とせずに移動距離を短くできるからである。これを制御する油圧回路も、開閉弁３の流出側３ｂから各正圧室１ａに並列して連通させ、背圧室１ｂからも並列してタンクに接続している。そして、各正圧室１ａに圧油が同時に、かつ高速で配給されるようにシリンダブロック１５の中心に分配マニホールド１７を設けている。
【００２１】
この分配マニホールド１７は、シリンダブロック１５とエンドマニホールド１８との間に挟設されるもので、中央に圧油を集める油溜まり１９が形成され、油溜まり１９から各正圧室１ａに圧油を供給する分配油路２０が同じ長さで放射状に形成されたものである。エンドマニホールド１８にはアキュムレータ２が取り付けられており、これから開閉弁３の流入側３ａに連絡する油路２１が形成されていて、油圧ポンプ１１からチェック弁１２を経て供給された圧油はこの油路２１に合流するようになっている。そして、開閉弁３の流出側３ｂは上記した油溜まり１９に通じている。
【００２２】
これに加えて、油圧シリンダ１の背圧室１ｂの圧油も小さな流動抵抗でタンクに戻るようになっている。すなわち、シリンダブロック１５と分配マニホールド１７とに各背圧室１ｂに連絡する戻り油路２２が放射状に形成されており、これはエンドマニホールド１８に形成された円形油路２３に合流している。そして、円形油路２３に集められた圧油はその所定個所に形成された排出油路２４からタンクに戻している。
【００２３】
以上により、上パンチガイド７と下パンチガイド８との間の空間６にワーク９を挿入し（このとき、空間６はパンチ５の位置から一定の奥行Ｓで行き止まりになっており、この奥行Ｓで孔ｈを形成する位置を設定する）、開閉弁３を開くと、アキュムレータ２で蓄圧された圧油は分配マニホールド１７の油溜まり１９から分配油路２０を通って各油圧シリンダ１の正圧室１ａに同時に、かつ高速で流入する。このとき、背圧室１ｂの圧油も戻り油路２２、円形油路２３及び排出油路２４を通ってタンクへの戻りが許容されているから、パンチ５は高速で前進し、ワーク９に孔ｈを打ち抜く。
【００２４】
この場合、ピストンロッド４は８個設けられているが、圧油はアキュムレータ２で十分な油量で蓄圧されていること、圧油の流動の制御を瞬時開放型大流量の開閉弁３で行っていること、圧油を給排する油溜まり１９や分配油路２０及び戻り油路２２や円形油路２３といった油路は断面積が大きくて短いこと、機器に直接油路を形成していること、ピストンロッド４の移動距離は５ｍｍ程度と短いこと等によって打抜き時に鋼材が溶解化する少なくとも１．５ｍ／ｓｅｃ以上の速度が確保される。なお、溶解化が起こると、孔表面を平滑化できるとともに、打抜き抵抗が減少し、打抜き抵抗が減少すると、押さえ治具が不要になることはもちろん、肩だれやバリも生じないから、後作業が不要になるし、パンチ等の工具の寿命も長くなるといった優れた効果があるのは上記したとおりである。
【００２５】
ところで、以上のワーク９はパイプであるが、その材質は鋼やアルミといった金属でもよいし、樹脂等、他の材質のものであってもよい。ただ、鋼材のパイプであれば、パンチ５を１．５ｍ／ｓｅｃ以上の速度でワーク９に衝突させると、種々有利な点を享受できる溶解化現象を起こさせることができるのである。
【００２６】
さらに、ワーク９はパイプに限らず、平板であってもよい。図５はこの場合の打抜き装置の説明図であるが、油圧シリンダ１をシリンダブロック１５に直接形成して集約化すること、アキュムレータ２で蓄圧した圧油は油溜まり１９を経てこれから同じ長さの分配油路２０を通して各ピストンロッド４に供給することは変わらない。そして、パンチ５は上パンチガイド７と下パンチガイド８とでガイドされるのであり、ワーク９は両者の空間６に挿入され、このとき打抜き力は下パンチガイド８に直角に作用するから、ワーク９は非拘束状態であっても、孔ｈが打ち抜けることも変わらない。加えて、ワーク９が鋼材であり、パンチ５を上記した速度で衝突させると、溶解化現象が生じてこれに基づく種々有利な点を享受できることも変わらない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一例を示す打抜き装置の油圧回路と機器を示す説明図である。
【図２】本発明の一例を示す打抜き装置の一部断面正面図である。
【図３】本発明の一例を示す打抜き装置の一部断面側面図である。
【図４】ワークの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の他の一例を示す打抜き装置の油圧回路と機器を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    油圧シリンダ
１ａ        〃    の正圧室
１ｂ        〃    の背圧室
２    アキュムレータ
３    開閉弁
３ａ    〃  の流入側
３ｂ    〃  の流出側
４    ピストンロッド
５    パンチ
６    空間
７    上パンチガイド
７ａ        〃      のガイド孔
８    下パンチガイド
８ａ        〃      のガイド孔
９    パイプ（ワーク）
１０  配管
１１  油圧ポンプ
１２  チェックバルブ
１３  開閉弁のスプール
１４ａ  〃  の開度調整ネジ
１４ｂ  〃  のスプリング
１５  ヘッド
１６  ボア
１７  分配マニホールド
１８  エンドマニホールド
１９  油溜まり
２０  分配油路
２１  油路
２２  戻り油路
２３  円形油路
２４  排出油路
ｈ    ワークに形成される孔
ａ    パンチの助走距離
Ｓ    パンチガイドの奥行
【図１】
2008036657.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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