(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型と上型の間に被加工材を置き、前記上型を前記下型に向けて第１の方向に押圧し、前記被加工材を加工するプレス加工装置の金型であって、
前記上型は、
前記被加工材に接触して型押しする作用端と、
前記第１の方向に沿って前記作用端の反対側に設けられ振動が与えられる振動端と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に離間して前記作用端と前記振動端の間に設けられ、前記上型を固定するとともに前記上型に前記第１の方向の駆動力を伝える一対の保持部と、
前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に前記上型を貫通して、前記一対の保持部の間に設けられた孔と、
を有するプレス加工装置の金型。
【請求項２】
前記上型は、前記作用端を含む第１部分と、
前記第１部分と一体に形成された前記振動端を含む第２部分とを含み、
前記第１部分と前記第２部分は、前記上型の質量中心を通り、前記第１の方向と直交する平らな第１仮想面を挟んで同じ質量を有することを特徴とする請求項１に記載のプレス加工装置の金型。
【請求項３】
前記上型は、前記作用端を含む第１部分と、
前記第１部分と一体に形成され前記振動端を含む第２部分とを有し、
前記第１部分と前記第２部分は、前記第１部分と前記第２部分の間の前記第１の方向と直交する平らな第１仮想面を挟んで対称形であることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工装置の金型。
【請求項４】
前記上型は、前記質量中心を通り、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿った第２仮想面を挟んで対称形であることを特徴とする請求項２に記載のプレス加工装置の金型。
【請求項５】
前記上型は、前記質量中心を通り、前記第１の方向及び前記第３の方向に沿った第３仮想面を挟んで対称形であることを特徴とする請求項２に記載のプレス加工装置の金型。
【請求項６】
前記孔は、前記第１の方向に沿った断面形状が長円形であることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工装置の金型。
【請求項７】
下型と上型の間に被加工材を置き、前記上型を前記下型に向けて第１の方向に押圧し、前記被加工材を加工するプレス加工装置であって、
前記上型を第１の方向へ往復駆動する駆動機構と、
前記上型に固定され前記上型に振動を与える振動子と、を有し、
前記上型は、
前記被加工材に接触して型押しする作用端と、
前記第１の方向に沿って前記作用端の反対側に設けられ振動が与えられる振動端と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に離間して前記作用端と前記振動端の間に設けられ、前記上型を固定するとともに前記上型に前記第１の方向の駆動力を伝える一対の保持部と、
前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に前記上型を貫通して、前記一対の保持部の間に設けられた孔と、
を有するプレス加工装置。
【請求項８】
前記上型は、前記作用端を含む第１部分と、
前記第１部分と一体に形成された前記振動端を含む第２部分とを含み、
前記第１部分と前記第２部分は、前記上型の質量中心を通り、前記第１の方向と直交する平らな第１仮想面を挟んで同じ質量を有することを特徴とする請求項７に記載のプレス加工装置。
【請求項９】
前記振動子は、前記振動子の中心軸が、前記上型の前記質量中心を通る姿勢で設けられていることを特徴とする請求項８に記載のプレス加工装置。
【請求項１０】
前記振動子は、前記上型を前記第１の方向に振動させる振動成分を主として発振することを特徴とする請求項７に記載のプレス加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プレス加工装置の金型、及び、プレス加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、プレス加工としては、分離加工、成形加工等が知られている。そしてこれらの加工に用いられる装置は、一般的にプレス加工装置と呼ばれている。プレス加工装置は、例えば、上型（パンチとも呼ぶ）と下型（ダイとも呼ぶ）からなる金型の間に被加工材を置き、これらの金型で被加工材を挟んで押圧し、被加工材を所望の形状に加工する。
【０００３】
分離加工は、被加工材を切ることにより形を作るものである。例えば、分離加工の一例として、下型の上に被加工材を置き上型で形を抜く、抜き加工が知られている。また、成形加工としては、例えば、被加工材を曲げる曲げ加工、被加工材を伸ばして成形する絞り加工等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003-181569号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、分離加工においては、せん断面の開始部と終端部にいわゆる「ばり」「だれ」が発生する。これら「ばり」や「だれ」の状態は、被加工材の板の厚みや被加工材の種類、加工速度、クリアランス等により異なる。「だれ」が多く発生するとせん断面の平坦度が損なわれるため、せん断面の平坦度が要求される場合には問題となる。また、「ばり」は、鋭利な先端を有するため、怪我や製品の故障の原因となる。
【０００６】
また、成形加工においては、被加工材の板の厚みや被加工材の種類、加工速度、クリアランス等により、曲げ加工時における、いわゆる「キズ」「割れ」の発生による品質低下の虞がある。また、絞り加工においては、被加工材の板の厚みや被加工材の種類、加工速度、クリアランス等により、いわゆる「しわ」「割れ」が発生する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明においては、高精度に被加工材を加工でき、且つ、プレス加工品の品質を向上させることができるプレス加工装置の金型及びプレス加工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】
【０００８】
一実施形態に係るプレス加工装置の金型は、下型と上型の間に被加工材を置き、前記上型を前記下型に向けて第１の方向に押圧し、前記被加工材を加工するプレス加工装置の金型であって、前記上型は、前記被加工材に接触して型押しする作用端と、前記第１の方向に沿って前記作用端の反対側に設けられ振動が与えられる振動端と、前記第１の方向と直交する第２の方向に離間して前記作用端と前記振動端の間に設けられ、前記上型を固定するとともに前記上型に前記第１の方向の駆動力を伝える一対の保持部と、前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に前記上型を貫通して、前記一対の保持部の間に設けられた孔と、を有する。
【０００９】
また、一実施形態に係るプレス加工装置は、下型と上型の間に被加工材を置き、前記上型を前記下型に向けて第１の方向に押圧し、前記被加工材を加工するプレス加工装置であって、前記上型を第１の方向へ往復駆動する駆動機構と、前記上型に固定され前記上型に振動を与える振動子と、を有し、前記上型は、前記被加工材に接触して型押しする作用端と、前記第１の方向に沿って前記作用端の反対側に設けられ振動が与えられる振動端と、前記第１の方向と直交する第２の方向に離間して前記作用端と前記振動端の間に設けられ、前記上型を固定するとともに前記上型に前記第１の方向の駆動力を伝える一対の保持部と、前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に前記上型を貫通して、前記一対の保持部の間に設けられた孔と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高精度に被加工材を加工でき、且つ、プレス加工品の品質を向上させることができるプレス加工装置の金型及びプレス加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るプレス加工装置の構造を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のプレス加工装置の可動側部分をＦ２の方向から見た概略図である。
【図３】図３は、図１のプレス加工装置の固定側部分をＦ３の方向から見た概略図である。
【図４】図４は、図１のプレス加工装置に固定される上型の斜視図である。
【図５】図５は、図４の上型に振動が伝わる様子を示す振動シミュレーション結果の図である。
【図６】図６は、図４の上型に振動が伝わる様子を示す振動シミュレーション結果の図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る上型へ振動を与えて分離加工を行った場合の被加工材Ｗの切断面写真である。
【図８】図８は、本実施形態に係る上型へ振動を与えて分離加工を行った場合の被加工材Ｗの切断面写真である。
【図９】図９は、従来の金型を用いて分離加工を行った場合の被加工材Ｗの切断面写真である。
【図１０】図１０は、従来の金型を用いて分離加工を行った場合の被加工材Ｗの切断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係るプレス加工装置１について説明する。なお、本実施形態に係るプレス加工装置１には、分離加工を目的とした金型（上型１０及び下型３０）が取り付けられているが、このプレス加工装置１に用いることができる金型はこれに限らない。例えば、曲げ加工、絞り加工等の他のプレス加工にも本実施形態のプレス加工装置１を用いることができる。また、本発明は、抜き加工、曲げ加工、絞り加工、成形加工、圧縮加工、接合加工など、プレス加工全般に用いる金型に適用することができる。
【００１３】
図１は、プレス加工装置１の金型周辺の主要な構造を示す概略図である。
【００１４】
破線で示した仮想線Ｏは、上型１０の質量中心Ｇを通るＺ方向の直線である。以下の説明では、この仮想線Ｏを中心軸Ｏと称する。なお、下記で説明する可動側部分２は、駆動機構６によって中心軸Ｏに沿って往復駆動し、可動側部分２の上型１０と固定側部分３の下型３０との間で被加工材Ｗを挟んで分離加工を行う。
【００１５】
プレス加工装置１は、上型１０を有する可動側部分２と下型３０を有する固定側部分３とを有する。可動側部分２は、上型１０と、上型１０を固定する固定プレート４４ａ、４４ｂと、固定プレート４４ａ、４４ｂを上型ホルダ４１に固定する支持体４７を有する。上型ホルダ４１と支持体４７は、ボルト４６で固定される。また、同様に支持体４７と固定プレート４４ａ、４４ｂは、ボルト４６で固定される。上型１０は、後述する２つの保持部１５でのみ固定プレート４４ａ、４４ｂによって固定され、それ以外の部位は固定されない。つまり、後述する振動子２０により上型１０を振動させた場合、その振動がストリッパ４５や支持体４７に伝わることはない。
【００１６】
可動側部分２は、上型１０に被加工材Ｗが取り付いた場合に剥がすためのストリッパ４５と、ストリッパ４５を下型３０へ向けて付勢するスプリング４８と、ストリッパ４５の姿勢を安定させるガイドピン４３を有する。また、以下で詳細に説明する上型１０の振動端１４には、振動子２０が設けられている。
【００１７】
固定側部分３は、下型３０と、下型３０を固定する下型ホルダ４２とを有する。下型３０は、上型１０の形状に対応する形状の孔３１とガイドピン４３を受け入れる孔３３を有している。なお、プレス加工装置１は、金型に加工に必要な力を与えるためのモータ、フライホイール等の駆動機構６及びこれらを制御する制御機構（図示せず）、安全装置（図示せず）等を備えている。
【００１８】
図２は、図１に示したプレス加工装置１の可動側部分２を図１の矢印Ｆ２の方向からみた概略図である。ストリッパ４５は、中央部に上型１０を通す孔を有する矩形板状の部材である。ストリッパ４５は、２本のガイドピン４３に沿って中心軸Ｏ方向に移動可能に設けられている。
【００１９】
また、破線で示すように、上型１０の振動端１４側の中心には、円柱状の振動子２０が設けられている。振動子２０は、その中心軸が中心軸Ｏと重なる姿勢で上型１０の振動端１４に固定される。
【００２０】
図３は、図１に示すプレス加工装置１の固定側部分３を図１の矢印Ｆ３の方向から見た概略図である。下型３０は、所定の厚みを有する矩形の金属製の部材であり、下型ホルダ４２の上に積層されてボルト３４によって固定されている。下型３０の中央部には、上型１０と対応する形状に型取られている孔３１が設けられている。孔３１は、上型１０よりも少し大きく形成され、上型１０と孔３１の間には所定のクリアランスが設けられている。所定のクリアランスとは、被加工材Ｗの板厚、材料特性、加工精度等により適宜設計される上型１０と下型３０の孔３１との間にある隙間である。
【００２１】
続いて、上型１０について、図１及び図４を用いて説明する。
【００２２】
図４は、上型１０の斜視図である。以下、上型１０の駆動方向（図示上下方向）をＺ方向（第１の方向）とし、Ｚ方向と直交する図示左右方向をＸ方向（第２の方向）とし、Ｚ方向及びＸ方向とそれぞれ直交する図示前後方向をＹ方向（第３の方向）とする。Ｚ方向に沿った中心軸Ｏは、上型１０の質量中心Ｇを通る。また、中心軸Ｏと直交し、上型１０の質量中心Ｇを通る第１仮想面Ｐは、上型１０を中心軸Ｏに沿って上下に二等分する面である。
【００２３】
また、中心軸Ｏと重なり、上型１０をＸＺ平面に沿って二等分する面を第２仮想面Ｒとする。また、中心軸Ｏを通り、第１仮想面Ｐ及び第２仮想面Ｒと直交する、上型１０をＹＺ平面に沿って二等分する面を第３仮想面Ｓとする。また、質量中心Ｇを通り中心軸Ｏに直交し、Ｙ方向に沿って延びる線を仮想線Ｑとする。
【００２４】
本実施形態に係る上型１０は、金属製の矩形ブロック状の部材である。上型１０は、駆動方向の一端（振動端１４）に中心軸Ｏと直交する振動面１４ａを有し、駆動方向の他端（作用端１３）に中心軸Ｏと直交する作用面１３ａ（図２参照）を有する。振動面１４ａと作用面１３ａは合同形である。また、上型１０は、振動面１４ａの各辺と、作用面１３ａの各辺をつなぐ４つの側面を有する。仮想線Ｑと交差する２つの湾曲した面を第１側面１７とし、その他のＹＺ平面に沿った平らな２つの面を第２側面１８とする。
【００２５】
２つの第２側面１８のＺ方向の中間位置には、それぞれ、第１仮想面Ｐに沿ってＹ方向に延びる凸状の保持部１５が一体に設けられている。これら２つの保持部１５は、固定プレート４４ａ、４４ｂによって可動側部分２に固定される。
【００２６】
第１側面１７は、作用面１３ａの対応する辺の湾曲した周縁の形状に合わせて形成されている。すなわち、第１側面１７は、被加工材Ｗの加工形状に合わせた形状に形成される。本実施形態では、第１側面１７は、質量中心Ｇに向けて内側に円弧状に窪んだ形状に形成されている。例えば、図３に示すように、被加工材Ｗの加工形状がギア型の場合には、第１側面１７には、対応する凹凸が設けられる。２つの第１側面１７は、同じ形状である。言い換えれば、上型１０は、第２仮想面Ｒを介して対称形になるように形成されている。
【００２７】
また、上型１０は、２つの第１側面１７を連絡して上型１０をＹ方向に貫通する孔１６を有する。孔１６は、Ｚ方向に延びる長円形の断面形状を有する。上型１０の質量中心Ｇは、孔１６の中心にある。
【００２８】
上型１０は、第１仮想面Ｐによって二等分される対称形である。第１仮想面Ｐを挟んで、下型３０側を第１部分１１と呼称する。第１仮想面Ｐを挟んで、上型ホルダ４１側を第２部分１２と呼称する。第１部分１１と第２部分１２とは同じ金属材料により一体に形成されている。したがって、第１部分１１と第２部分１２の質量は、略同じである。ここで、略同じとは、予め設定されている公差範囲に収まるものを含む。
【００２９】
第１部分１１は、図１に示す被加工材Ｗと接触して、被加工材Ｗを押圧する作用面１３ａを有する。また、第２部分１２は、振動子２０を固定し上型１０への振動の開始位置となる振動面１４ａを有する。さらに、上型１０は、仮想線Ｑに沿って上型１０を貫通する長円形の孔１６を有している。
【００３０】
第１部分１１と第２部分１２の質量を同じにするため、孔１６は、その容積を第１仮想面Ｐが二等分する位置に設けられている。なお、孔１６の形状は図示の形状に限定されない。孔１６の形状及び位置は、上型１０の振動シミュレーションに基づいて設計され、振動面１４ａから作用面１３ａまで振動が最も効率よく伝達されるように決められている。
【００３１】
また、本実施形態に係る上型１０は、第２仮想面Ｒに対して対称形となるように形成されている。さらに、上型１０は、第３仮想面Ｓに対して対称形となるように形成されている。
【００３２】
振動子２０は、例えば、円柱状の部材であり、一端から所定の周波数の振動を発振して対象物を振動させる装置である。振動周波数については、特に定められていないが、可聴域内の音波振動を使用するとプレス加工において振動子２０の動作音が気になることもあり、非可聴域であるいわゆる超音波領域の振動周波数を用いている。
【００３３】
本実施形態においては、図１に示すように、振動子２０は、上型１０の振動面１４ａに当接して設けられている。さらに言えば、振動子２０は、図２に示すように、上型１０の質量中心Ｇを通る中心軸Ｏと振動子２０の中心軸が重なる姿勢で上型１０に固定されている。振動子２０から発振される振動周波数は、いわゆる超音波である。具体的には、振動子２０から発振される振動の周波数は、例えば、１０ｋＨｚから３０ｋＨｚの範囲である。振動子２０から発振された振動は、上型１０をＺ方向に振動させる。なお、上型１０に振動子２０から与えられる周波数については、上記の範囲に限定されない。
【００３４】
上型１０へ与える振動の周波数については、上型１０の質量や形状又は孔１６の大きさや位置によって変化する。このため、上型１０の形状を固定した場合には、振動シミュレーションを用いて最適な振動の周波数を計測する。具体的には、上型１０に与えられる最適な振動の周波数は、振動面１４ａからの振動が作用面１３ａに効率的に伝導する周波数である。これは、例えば、上型１０の固有振動数の付近であり、共振が起こる周波数が選択される。
【００３５】
続いて、本実施形態に係るプレス加工装置１によって被加工材Ｗを打ち抜く動作について説明する。作業者は、プレス加工装置１に電源を入れ、プレス加工装置１の駆動機構６を駆動させる。プレス加工装置１が駆動した後、振動端１４に固定された振動子２０を駆動させる。この振動子２０から発生した振動は上型１０に伝導する。上型１０は、Ｚ方向に微細な高速振動を開始する。続いて、作業者は、被加工材Ｗを下型３０の上型１０と対向する面３２に載置する。このとき作業者は、被加工材Ｗの打ち抜き位置を確認し、被加工材Ｗを面３２の所定の位置にセットする。そして、作業者は、プレス加工装置１を操作して、可動側部分２に固定されている上型１０を固定側部分３に固定されている下型３０に向けて閉じる方向（Ｚ方向）に動作させる。これにより、まず、可動側部分２のストリッパ４５が被加工材Ｗに接触して被加工材Ｗを押さえる。さらに可動側部分２を駆動させると、上型１０がストリッパ４５の中央部の孔から突出し、被加工材Ｗに当接するとともに、被加工材Ｗを打ち抜く。その後、上型１０は、下型３０の孔３１へ挿入される。
【００３６】
上型１０による被加工材Ｗの打ち抜き動作が終了すると、可動側部分２が逆方向に駆動されて、上型１０が下型３０から離間される。このとき、ストリッパ４５がスプリング４８の付勢力により図１の位置に戻り、上型１０に張り付いた被加工材Ｗを剥がし取る。
【００３７】
続いて、上型１０の振動面１４ａに振動子２０から与えられた振動がどのようにして作用面１３ａまで伝わるのかを振動シミュレーションを用いて検証した結果について説明する。上型１０の振動シミュレーションの結果は、図５及び図６に示す。まず、上型１０の振動シミュレーションについて説明する。
【００３８】
始めにプレス加工装置１に組み込む上型１０をコンピュータ上で設計する。設計された上型１０（以下、上型モデル１０ａとする。）を用いて、振動シミュレーションを行った。なお、上型モデル１０ａにおいても、上型１０と共通する部分においては、同一の符号を付して表し、その詳細な説明は省略する。なお、振動シミュレーションとは、コンピュータ上で設計された上型モデル１０ａの振動端１４から種々の振動を与えた場合の上型モデル１０ａにおける振動の伝導状態、及び、上型モデル１０ａの変形の状態を視覚的に表し、その特性を把握するためのものである。
【００３９】
図５及び図６は、上型モデル１０ａを図４に示すＹ方向から見た様子示している。簡単に説明すると、図示上側に振動端１４、図示下側に作用端１３が示され、振動端１４と作用端１３の中間位置に２つの保持部１５が示されている。また、上型モデル１０ａの中央部には、長円形の孔１６が示されている。また、図示下方が第１部分１１であり、図示上方が第２部分１２を示している。なお、本振動シミュレーションにおいて、上型モデル１０ａは、図１に示すように可動側部分２の固定プレート４４ａ、４４ｂに固定された状態を想定してシミュレーションを行っている。
【００４０】
図５及び図６中の白色の縞状に表される点は、振動シミュレーションにおいて上型モデル１０ａに振動が発生している箇所を示している。振動シミュレーションにおいて、上型モデル１０ａに与えられる振動は、上型モデル１０ａを第１の方向に振動させる成分の振動（以下、縦方向の振動５１という。）が主成分である。
【００４１】
上型モデル１０ａの振動端１４に、上型モデル１０ａの固有振動数に近い周波数であって、上型モデル１０ａが共振する周波数の振動を与えたところ、良好なシミュレーション結果を得た。つまり、この上型モデル１０ａによると振動端１４から与えられた振動が作用端１３まで減衰することなく伝導され、振動端１４に与えた振動を作用端１３で再現できることがわかった。言い換えれば、この上型モデル１０ａは、ある周波数の振動を与えられると、保持部１５で固定されているにも関わらず、中心軸Ｏに沿って上下方向に高速振動する。
【００４２】
この結果についてより詳細に説明する。振動端１４から与えられた振動は、作用端１３へ向かって縦方向の振動５１として伝導する。縦方向の振動５１のエネルギーは、固定された保持部１５の位置においてその方向を変化させる。つまり、縦方向の振動５１のエネルギーを示す明瞭な白色の縞模様が消えて、白色の霧状に示される。言い換えれば、縦方向の振動５１のエネルギーは、横方向に広がり、横方向の振動５２に変わる。この横方向の振動５２に変化したエネルギーは、図５及び図６に示すように、断面形状が長円形の孔１６をＸ方向に開閉し、上型１０を横方向に振動させるエネルギーへと変換される。その後、この横方向の振動エネルギーは、保持部１５を超えて第１部分１１側へ伝導する。固定位置である保持部１５を超えた振動エネルギーは、縦方向の振動５１に再変換されて作用端１３へ伝わる。
【００４３】
このように、上型モデル１０ａは、振動子２０から連続的に与えられる振動を、保持部１５の位置で孔１６の開閉を高速で繰り返す横方向の振動エネルギーへと変換することで、固定位置における振動の大幅な減衰を防ぎ、作用端１３側へ振動を伝導することを可能とした。
【００４４】
一方、振動伝達の最適条件を検討するため、本実施形態の上型モデル１０ａとは異なる形状を有する上型のモデルを種々設計して同様に振動シミュレーションを実施した。
【００４５】
検証した上型のモデルとしては、例えば、上型に孔１６を設けないモデル、第１部分１１と第２部分１２の形状が異なるモデル、また、第１部分１１と第２部分１２との質量が異なるモデル、上型の孔１６が貫通していないモデル等である。なお、上記検証用の上型モデルの振動シミュレーションの設定条件は、上型モデルの条件（形状、質量、孔等）以外の条件（保持部の固定状態、振動子の位置、振動成分等）を上型モデル１０ａの振動シミュレーションに使用した条件と同じ条件に揃えた。
【００４６】
その結果、いずれの上型モデルの場合にも作用端１３側において振動の大幅な減衰がみられた。すなわち、これらの形状を有する上型のモデルは、振動端１４に与えられた振動を作用端１３へ十分に伝導することができなかった。
【００４７】
これは、第１に、第１部分１１と第２部分１２の質量が異なると、第２部分１２の振動を保持部１５を超えて第１部分１１で再現することが難しいことが考えられる。第２に、孔１６が貫通していない、又は設けられていない場合には、振動端１４から伝わった振動の逃げ場がなくなるため、上型１０の固定部である保持部１５で振動が大幅に減衰されることが考えられる。例えば、上記の２つの理由により、上述したその他の上型のモデルにおいては、振動を作用端１３まで良好に伝えることができなかったものと考えられる。なお、もし、保持部１５を無くして上型１０を固定しないフリーな状態に維持することができるのであれば、孔１６が無くても振動伝達は可能である。しかしながら、保持部１５が無いと、上型１０にプレス加工装置１の駆動機構６からの駆動力を伝達することができない。
【００４８】
上記の点を考慮して、上記振動シミュレーション結果から得られた上型１０の好ましい構成条件をまとめると以下のようになる。
【００４９】
・第１部分１１と第２部分１２の質量が同じであること。  
・仮想線Ｑに沿って上型１０を貫通する孔１６が設けられていること。  
・第１仮想面Ｐを介して対称形であること。  
・第２仮想面Ｒを介して対称形であること。  
・第３仮想面Ｓを介して対称形であること。  
・保持部１５で固定されていること。  
以上が、上型１０の好ましい構成条件である。ただし、上型１０の形状によっては、振動シミュレーションにより、例えば、孔１６は、必ずしも仮想線Ｑに沿って設けられている必要はなく、振動シミュレーションの結果を考慮して作製される。
【００５０】
次に、本実施形態に係る上型１０を用いて分離加工をした被加工材Ｗのせん断面と比較例の被加工材Ｗのせん断面の違いについて説明する。
【００５１】
図７及び図８は、本実施形態に係る上型１０に振動子２０から発振された振動を与えながら分離加工を行った場合の被加工材Ｗの切断面写真である。これに対して、図９及び図１０は、比較例として振動が与えられていない金型を用いて分離加工を行った場合の被加工材Ｗの切断面写真である。なお、比較例の金型は、本実施形態の金型と同じものを用いた。
【００５２】
＜加工条件＞
本実施形態に係る上型の加工条件
・加工速度：２５ｓｐｍ
・クリアランス：０．０３ｍｍ
・振動の有無：有（２０ｋＨｚ）
比較例として使用した上型の加工条件
・加工速度：１４ｓｐｍ
・クリアランス：０．２ｍｍ
・振動の有無：無
なお、ｓｐｍとは、Shot Per Minuteを示し、１分間に何個のプレス加工が出来るかを示す。本加工条件においては、ＲＰＭ（Revolutions per minute）と同様の意味で用いている。
【００５３】
＜被加工材Ｗの条件＞
被加工材Ｗは、熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）により形成され、板厚は、６ｍｍとし、加工形状は、ギア形状である。その他、プレス加工装置１の条件については、同じとした。
【００５４】
本実施形態によると、図７に示すように、ギアの歯の歯先２００に割れが生じることがなく、金型形状に沿って精確に切り抜くことができた。また、図８に示すように、本実施形態によると、せん断面に「だれ」や「ばり」がほぼみられず、表面が非常に滑らかに切り取られて、亀裂等が発生しなかった。
【００５５】
これに対して、図９に示すように、比較例の場合、ギアの歯の歯先２００に割れが生じた。また、図１０に示すように、比較例によると、せん断面の粗さが目立ち、さらに一部に亀裂が生じた。なお、本実施形態に係る分離加工の加工速度は、上記の通り、図９及び図１０に示した従来の分離加工の加工速度の約２倍で行った。
【００５６】
以上のように、本実施形態によると、同一の板厚を有する同じ材質の被加工材Ｗの加工において、加工精度を高めることでき、加えて、加工速度を上昇させることができる。また、本実施形態によると、「ばり」等の発生を抑えることができるため、加工時の金型（上型１０又は下型３０）と被加工材Ｗとの摩擦による、金型の摩耗を低減することができる。このため、本実施形態のように上型１０に振動を与えながらプレス加工をすると、金型の寿命を約２倍に長くすることができる。
【００５７】
本実施形態の上型１０は、振動子２０から発振される第１の方向（Ｚ方向）の振動をほぼ減衰させることなく作用端１３へ伝導可能な形状を有している。本実施形態に係るプレス加工装置１は、分離加工を開始する時点から加工終了の時点の一工程（ワンストローク）に亘って振動子２０を連続的に作動させ上型１０を中心軸Ｏに沿って継続的に振動させる。この振動は、上型１０の作用端１３と被加工材Ｗとの接触時において、被加工材Ｗと上型１０との間の摩擦力を小さくさせる。このため、上型１０側に被加工材Ｗが挟まり抜けなくなることを低減することができる。さらに、被加工材Ｗと上型１０との間の摩擦力を小さくすることにより、潤滑油の使用量を減らすことができるため経済的である。
【００５８】
さらに、上型１０の中心軸Ｏに沿った振動は、上型１０のワンストロークの間に多数の連続した圧力を被加工材Ｗに対して与える。このため、従来は、分離加工が困難とされている、板厚が５ｍｍ以上の熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）の被加工材Ｗであっても抵抗を軽減し分離加工を行うことができる。例えば、本実施形態の上型１０を用いた分離試験においては、加工精度を維持した状態で約１２ｍｍの厚さまでの熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）の被加工材Ｗを分離加工することが可能であった。
【００５９】
また、本実施形態に係るプレス加工装置１及び金型（上型１０、下型３０）を用いることにより、被加工材Ｗとして例えば、ガラス繊維を樹脂に含浸させた素材や、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等の繊維性の材料を含む素材の場合であっても、繊維層の剥離等を生じずに良好な、せん断面を得ることができる。振動子２０から振動を与えられた上型１０は、ワンストロークにおいて、多数回の圧力を連続して被加工材Ｗに対して与えることができるため、中心軸Ｏと直交するＸＹ平面に沿って積層された炭素繊維も良好に切断することができる。
【００６０】
本実施形態に係るプレス加工装置１は、６ｍｍ程度の板厚の熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）の被加工材Ｗの加工においては、加工精度を維持した状態で、加工速度を従来よりも大幅に上昇させることが可能である。具体的には、図７及び図８に示すように加工速度を比較例に対して約２倍にしても、加工精度の低下が見られなかった。よって、本実施形態に係るプレス加工装置１を用いることにより、量産性を飛躍的に向上させることができる。
【００６１】
また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態においては、プレス加工の中でも分離加工のみを記載しているが、本実施形態に係るプレス加工装置１は、例えば、金型を交換することにより他のプレス加工にも適用することができる。
【００６２】
例えば、プレス加工装置１は、曲げ加工にも使用することができる。ここで、曲げ加工とは、被加工材Ｗを上型と下型で挟みこんで、被加工材Ｗの一部を曲げる加工をするものである。曲げ加工においては、曲げ部分の「割れ」や、「キズ」が問題となることがある。この問題は、被加工材Ｗの板厚が厚すぎたり、曲げ部分の丸みが足りない場合に、被加工材Ｗの曲げ部分に大きな圧力がかかることにより発生する。
【００６３】
そこで、例えば、上述の分離加工において検証された上型１０の好ましい構成条件を充足するように設計された曲げ加工用の上型１０を作製する。この曲げ加工用の上型１０は、振動子２０と組み合わせて用いることで、一度の上型１０のストロークに多数回の圧力を被加工材Ｗに与えながら、曲げ加工をする。このため、押圧力の集中を防ぎ「割れ」や「キズ」の発生を抑える。また、従来よりも板厚の厚い被加工材においてもプレス加工装置のサイズを大きくすることなく加工することができる。
【００６４】
また、本実施形態に係るプレス加工装置１を曲げ加工に使用することにより、いわゆる曲げの加工精度を悪くする原因となるスプリングバックの発生を抑制することができる。具体的には、上型１０は、振動子２０によって中心軸Ｏの方向に振動するため、上型１０と下型３０とが被加工材Ｗを挟み込んだ状態においても、多数回の連続した押圧力を被加工材Ｗに加える。このため、被加工材Ｗの曲げ部分に発生している元に戻ろうとする力が高速の振動を伴う上型１０の圧力により抑えられる。これにより、被加工材のスプリングバックを抑制し、被加工材Ｗを所望の角度に一度で曲げることができると考えられる。
【００６５】
また、例えば、絞り加工においても本実施形態に係るプレス加工装置１を使用することができる。絞り加工とは、板状の被加工材を上型と下型とから構成される金型により挟み込むことにより、つなぎ目のない一方端が塞がれた筒状のものを作り出す加工のことである。絞り加工において、被加工材は、上型により下型へ押し込まれ、引張力により伸ばされて板厚が減少する。そして、被加工材の上型により押し込まれる部分の周りの部分は、上型の押込み動作に伴って中心方向へ移動する。
【００６６】
このため、絞り加工においては、上型による被加工材を引っ張る力と、その外周において被加工材を押さえる力とのバランスが重要となる。このバランスが崩れると被加工材の外周部分に「しわ」が発生する虞があり、上型が下型へ押し込んだ部分においては、「割れ」が発生する虞がある。
【００６７】
例えば、本実施形態に係るプレス加工装置１に用いられる絞り加工用の上型１０は、上述の分離加工において検証された上型１０の好ましい構成条件を充足するように設計された絞り加工用の上型１０である。この絞り加工用の上型１０は、振動子２０と組み合わせて用いることで、一度の上型１０のストロークに多数回の圧力を被加工材Ｗに与えながら、絞り加工をする。
【００６８】
この多数回の圧力は、引張力により伸ばされた被加工材Ｗの残留応力を低下させ、上述の「割れ」や「しわ」の発生を抑制する。また、本実施形態におけるプレス加工装置１を用いた絞り加工は、限界絞り率を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態において、被加工材Ｗは、熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）及びＣＦＲＰを示しているが、被加工材Ｗはこれに限られない。
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【符号の説明】
【００７０】
１…プレス加工装置、２…可動側部分、３…固定側部分、６…駆動機構、１０…上型、１１…第１部分、１２…第２部分、１３…作用端、１４…振動端、１５…保持部、１６…孔、２０…振動子、３０…下型、３１…孔、３２…面、３３…孔、４１…上型ホルダ、４２…下型ホルダ、４３…ガイドピン、４４ａ…固定プレート、４４ｂ…固定プレート、４５…ストリッパ、４６…ねじ、４７…支持体、４８…スプリング、５１…縦方向の振動、５２…横方向の振動。
【図１】
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【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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