(57)【要約】【課題】  安価でかつ容易に、ブロー成形後のワークを金型から離型することのできるワーク離型方法を提供する。【解決手段】  予め表面に凹部１１を刻設した金型１を準備する金型準備工程と、凹部１１の開口面積よりも小さな開口面積の穴２３をブロー成形に関与しない部分２２に刻設したワーク２を準備するワーク準備工程と、凹部１１に対向する位置に穴２３が配置されるようにワーク２を金型１に設置するワーク設置工程と、ワーク２をブロー成形するブロー成形工程と、ブロー成形後のワーク２の穴２３に流体Ａを吐出してワーク２を金型１から離型するワーク離型工程とからなるワーク離型方法である。流体Ａの吐出方法は、少なくとも一部の穴２３ａ，２３ａ…に対して同時に流体Ａを吐出し、次に残りの穴２３ｂ，２３ｂ…に流体Ａを吐出することによりワーク２を金型１から離型し易くできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをブロー成形した後で金型からワークを離型するワーク離型方法であって、
予め表面に凹部を刻設した金型を準備する金型準備工程と、前記凹部の開口面積よりも小さな開口面積の穴をブロー成形に関与しない部分に刻設したワークを準備するワーク準備工程と、前記凹部に対向する位置に前記穴が配置されるように前記ワークを前記金型に設置するワーク設置工程と、前記ワークをブロー成形するブロー成形工程と、ブロー成形後のワークの前記穴に流体を吐出して該ワークを前記金型から離型するワーク離型工程と、からなるワーク離型方法。
【請求項２】
前記凹部は滑らかな曲面を備えており、前記穴および前記凹部内へ吐出された前記流体が前記曲面に案内されるように流れ、前記ワークの前記穴のエッジ部分を押し上げることによって該ワークを前記金型から離型させることを特徴とする、請求項１に記載のワーク離型方法。
【請求項３】
所定の間隔を置いて刻設された複数の前記穴のうち、少なくとも一部の穴に対して同時に流体を吐出し、次に残りの前記穴に流体を吐出して前記ワークを前記金型から離型させることを特徴とする、請求項１または２に記載のワーク離型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超塑性のワークをブロー成形した後に金型からワークを離型するワーク離型方法に関するものであり、特に簡易な方法によって効率的にワークを金型から離型することができるワーク離型方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金や、チタン合金、プラスチックなどは高温雰囲気下で低速にて引っ張ると数百％以上の伸びを示す、いわゆる超塑性という特性を備えている。この超塑性を利用した加工方法の一例として、次のようなブロー成形が適用されている。
【０００３】
ブロー成形とは、加熱炉内に設けた下型と上型（ともに金型）で例えば上記するような超塑性を示すワークを挟持させ、密閉した加熱炉内を数百度の高温状態としてワークを軟化させる。例えば下型のうちワークに対向する面は予め所望の成形型に成形されており、上型にはワークに対向する面に流体吐出用のパイプをその吐出口がワークに臨むように埋設しておく。高温状態で軟化したワークに上記するパイプから圧縮空気や不活性ガスなどを吐出することによってワークは下型の成形面に押圧されて塑性変形しながら成形面に応じた形状に成形される。
【０００４】
上記するように、金型にて成形されたワークは、金型から離型されるとともに常温に戻されることで成形品が製作されることとなる。ここで、成形品の量産性を向上させることを目的としたワークの成形装置が特許文献１に開示されている。
【０００５】
従来のワーク成形方法は、ワークを成形するたびに下型を加熱炉から取り出してワークを離型し、新たなワークを下型に設置して加熱炉内に戻すという方法であったために、ワークを離型するたびに下型の温度が低下し再度所定温度まで下型を加熱するのに一定の時間を要していた。かかる従来の方法に対して、特許文献１の成形装置を使用することにより、ワークの周縁部を保持部材で挟持した状態で下型に載置し、ワーク成形後は下型からワークを離型して保持部材ごとワークを加熱炉外へ搬出するため、加熱炉内に残る下型の温度低下は最小限に抑えることができる。
【０００６】
また、上記と同様に成形品の量産性を向上させることを目的としたワークの成形装置が特許文献２に開示されている。この成形装置は、成形面を設けた上型と成形ガス吹込み口を備えた下型の間に走行台車によってワークを投入してブロー成形し、ブロー成形後のワークを該走行台車に載置して搬出する装置である。走行台車にはアーム部材が設けてあり、アーム部材の下方に新たなワークを垂下させた状態で走行台車を金型内に移動させる。アーム部材の上面において、ブロー成形され上型から離型されて落下してきたワークを載置し、アーム部材の下方に垂下させた新たなワークを下型上に載置した後に、走行台車を金型外へ搬出するものである。
【０００７】
ここで、上型からのワーク離型方法は、次のような要領で行われる、すなわち、アーム部材には上方のワークに対向する位置に吹き出しノズルが取り付けられており、かかる吹き出しノズルから冷却ガスをワークの下面に吹き付ける。この冷却ガスの吹き付けと同時にまたは前後するように、上型内に設けられその吐出口が上型内面に臨むエアブロー通路からエアをワークの上面に吹き付ける。冷却ガスによってブロー成形後のワークは縮んで上型から離型し易くなり、さらにワークの上方からエアを吹き付けることによってワークを離型させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−５０１５３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２９６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のワーク成形装置によれば、保持部材ごとワークを加熱炉外へ搬出するために、下型の温度低下を最小限に抑えることができる。しかし、保持部材をワークに取り付けたり、保持部材をワークから取り外す手間がかかるため、生産性の向上に繋がり難いという問題がある。また、保持部材の重量が比較的重いことから、保持部材が取り付いたワークの金型からの取り出しに際し、比較的大掛かりなワーク搬出装置が必要となる。さらに、ワークの連続ブロー成形に際し、保持部材は複数必要となるため、上記するワーク搬出装置や保持部材の製作費用が嵩むといった問題もある。
【００１０】
また、特許文献２のワーク成形装置によれば、ブロー成形されたワークの搬出と次にブロー成形するワークの金型内への設置を同時に行うことができ、生産性を向上させることができる。しかし、エアブロー通路を備えた金型（上型）の製作手間や製作費用の問題、比較的大掛かりな走行台車の製作費用の問題などがある。下型には冷却ガス用の配管を埋設して製作するとともに、上型には離型用のエアが通る配管を埋設して製作することとなるため、金型（上型および下型）の製作手間や製作費用の高騰は大きな問題となる。
【００１１】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、安価でかつ容易にワークを金型から離型することのできるワーク離型方法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】
【００１２】
本発明によるワーク離型方法は、ワークをブロー成形した後で金型からワークを離型するワーク離型方法であって、予め表面に凹部を刻設した金型を準備する金型準備工程と、前記凹部の開口面積よりも小さな開口面積の穴をブロー成形に関与しない部分に刻設したワークを準備するワーク準備工程と、前記凹部に対向する位置に前記穴が配置されるように前記ワークを前記金型に設置するワーク設置工程と、前記ワークをブロー成形するブロー成形工程と、ブロー成形後のワークの前記穴に流体を吐出して該ワークを前記金型から離型するワーク離型工程と、からなるワーク離型方法である。
【００１３】
ここで、ワークとは、例えば、アルミニウム合金のように、高温雰囲気下で数百％もの大きな伸びを呈するような超塑性材料からなる板材をいう。かかるアルミニウム合金はブロー成形によって所望形状の成形品、例えば自動車のボディー材に仕上げられる。このブロー成形は、プレス成形などでは成形が極めて困難な車のフェンダー部分やドアパネルなどを成形する際に特に利用される。
【００１４】
まず、ブロー成形時にワークが押圧される側の金型（上型または下型）の表面には所望形状の成形面が設けられていると同時に、かかる成形面の周囲には複数の凹部が刻設されて該金型が製作され、ブロー成形場所に設置されている。例えば、下型に成形面及び凹部が設けられている場合は、その上部において上型が昇降可能に設けられている。下型には加熱用のヒータ設備が埋設されている場合もあるが、下型にヒータ設備が埋設されていない場合には下型を囲繞するようにヒータ設備が備えられ、下型及び上型を包囲するように加熱炉が設けられている場合もある。このように金型を含むブロー成形に必要な装置を準備するのが金型準備工程である。
【００１５】
次に、例えば板状のワークを準備する。ここで、ワークは、金型に刻設された凹部の開口面積よりも小さな開口面積の穴をブロー成形に関与しない部分に刻設したものである。例えば、ワークの中央付近がブロー成形によって最終的に成形品となる部分、すなわちブロー成形に関与する部分であるとすれば、その外周部分であるブロー成形に関与しない部分には複数の穴を刻設しておく。例えば下型に成形面及び複数の凹部が設けられている場合、ワークを下型に設置した際に上記する複数の穴が複数の凹部にそれぞれ対向する位置にくるように該穴を刻設してワークが製作される。なお、ブロー成形に関与しない部分は、ワーク離型後にトリミングされて、成形品が製作されることとなる。
【００１６】
さらに、穴の開口面積は、凹部の開口面積よりも小さくなるように刻設しておく。後述するように、穴に高圧の流体を吐出させることにより、凹部内で跳ね返った流体が凹部の開口端部よりも内側に突設した穴のエッジ部分に当たり、流体によって該エッジ部分を上方へ押し上げることによってワークを金型から離型し易くするためである。このように所定の位置に複数の穴を刻設したワークを製作し、金型に設置可能な状態にしておく工程がワーク準備工程である。
【００１７】
次に、準備したワークを下型または上型に設置する。例えば下型上にワークを載置する場合は、上記するように、ワークを下型に載置した際に凹部に対向する位置に穴が配置されるようにワークは予め製作されているため、ワークを下型に載置すると、複数の凹部と穴はそれぞれ対向する位置にきた状態でワークが下型上に載置されることとなる。ワークを下型上に載置した後、上型を降下させて上型および下型にてワークを挟持する。この場合、上型および下型にてワークを挟持する挟持箇所は、凹部や穴を包囲するようにその外側であってもよいし、凹部や穴の位置の内側であってもよい。この工程がワーク設置工程である。
【００１８】
ワーク設置工程の後、公知のブロー成形工程に移る。すなわち、高温雰囲気下でワークのうちブロー成形に関与する部分を軟化させ、高圧の空気や不活性ガスなどをワークの一側面に吐出して金型の成形面にワークを押圧することによってワークを所望形状に塑性変形させる。
【００１９】
ブロー成形後、上型（ワークが下型の成形面で所望形状に塑性変形している場合）を上昇させてワークを挟持状態から解放する。その後、ワークの穴に高圧の流体を吐出して該ワークを金型（この場合は下型）から離型させる。ワーク離型時にワークの穴に吐出させる流体も、ブロー成形時の流体と同様に高圧の空気や不活性ガスを使用できる。高圧の流体を吐出させることにより、凹部内で跳ね返った流体が凹部の開口端部よりも内側に突設した穴のエッジ部分に当たり、流体によって該エッジ部分を上方へ押し上げることによってワークは下型から離型する。この工程がワーク離型工程である。
【００２０】
なお、ブロー成形に関与しないワーク部分を流体によって持ち上げることによりワークを金型から離型させることに加えて、例えば、ブロー成形されたワーク部分は冷気などの冷媒によって収縮させることにより、より一層、ワークの離型を促進させることができる。
【００２１】
また、前記するワーク離型方法において、前記凹部は滑らかな曲面を備えており、前記穴および前記凹部内へ吐出された前記流体が前記曲面に案内されるように流れ、前記ワークの前記穴のエッジ部分を押し上げることによって該ワークを前記金型から離型させることを特徴とする。
【００２２】
ここで、「滑らかな曲面を備えている」とは、凹部を半球体状にくり貫いた形状などをいう。凹部がかかる曲面を備えていることにより、高圧の流体が凹部内に吐出されて凹部の底にぶつかった後、かかる流体は曲面に案内されて効率良く上方に流れることができ、その後ワークの穴のエッジ部分を上方へ押し上げることができる。
【００２３】
さらに、本発明のワーク離型方法は、所定の間隔を置いて刻設された複数の前記穴のうち、少なくとも一部の穴に対して同時に流体を吐出し、次に残りの前記穴に流体を吐出して前記ワークを前記金型から離型させることを特徴とする。
【００２４】
複数の穴に同時に高圧の流体を吐出することによってもワークの離型を行うことができるのは勿論である。しかし、複数の穴に同時に高圧の流体を吐出すると、一つの穴のエッジ部分が押し上げられる際にその隣に位置する穴のエッジ部分も押し上げられようとするため、双方の押し上げられようとする動きが他方の押し上げられようとする動きを損なう場合も考えられる。この場合、ワークを離型させるには極めて高圧の流体を吐出させる必要が生じ、コンプレッサー等の設備も大掛かりなものとなり得る。そこで、上記するように同時に全ての穴に流体を吐出するのではなく、一部の穴に対して流体を吐出させた後、残りの穴に流体を吐出するといった方法を適用することにより、相互に干渉し合うことなくそれぞれの穴を押し上げることが可能となる。一部の穴に流体を吐出した後で残りの穴に流体を吐出するとは、例えば、少なくとも隣り合う穴には同時に流体の吐出を行わず、流体を吐出するタイミングをずらして行うことをいうが、その流体吐出のタイミング（流体吐出パターン）はワークの表面積や穴の数などに応じて適宜のタイミングを設定できる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明のワーク離型方法によれば、金型に凹部を、ワークに穴をそれぞれ設けるだけの簡易な構成として該穴に流体を吐出するだけで容易にワークを金型から離型することができる。すなわち、本発明のワーク離型方法の実施に際しては、ワーク成形面を備えた金型の一方（上型または下型）にのみ凹部を刻設することと、ワークのブロー成形に関与しない部分に穴を刻設しておくことのみでよいため、ブロー成形に要する設備（金型）に施す加工手間やワークに施す加工手間は極めて僅かであり、加工費用も極めて低廉なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に使用するワークおよび金型（下型）を、ワークを設置する前の分解斜視図で示した図であり、図２は、凹部の形状と穴の形状の組み合わせの実施形態を示した斜視図である。図３は、ブロー成形後のワークと金型（下型）を示した斜視図であり、図４は、図３のIV−IV矢視図である。図５は、複数の穴に同時に流体を吐出した場合にワークが下型から離型し難いことを説明した説明図であり、図６（ａ）は隣の穴には流体を吐出させず、一つおきに流体を吐出している状況を説明した図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に続いて残りの穴に一つおきに流体を吐出している状況を説明した図である。図７は、ブロー成形に関与しない部分をトリミングして成形品が製作される状況を説明した図である。
【００２７】
以下、ワーク成形面および凹部を備えた金型が下型である場合を取り上げて、本発明のワーク離型方法を詳細に説明するが、上型がワーク成形面および凹部を備えた場合であっても本発明のワーク離型方法を適用できることは勿論である。また、上型を降下させてワークを下型と上型にて挟持する状況やブロー成形工程の詳細などについては、公知の従来例と同様であることから図示を省略するとともに適宜その詳細な説明についても省略することとする。
【００２８】
本発明のワーク離型方法は、金型準備工程、ワーク準備工程、ワーク設置工程、ブロー成形工程、ワーク離型工程からなる方法である。ワーク離型方法に金型準備工程やワーク準備工程を含むのは、本発明のワーク離型方法を使用するに当たり、ワークや金型に所望の加工を施す必要があるからである。すなわち、ワーク成形面を備えた下型には該ワーク成形面の外周に複数の凹部を刻設する加工を施し、ワークのうちブロー成形に関与する部分の外周に位置する、ブロー成形に関与しない部分には複数の穴を刻設する加工を施しておく。
【００２９】
図１に示すように、下型１に設ける成形面１２は、平面視が２つの円を滑らかに連続させたゴーグル形状の穴が下型１の上面から下面にわたって設けられたような場合を例示する。なお、成形面１２の形状および成形品４の形状は、適宜の形状でよいことは勿論である。
【００３０】
下型１の上面のうち、成形面１２の外周には複数の凹部１１，１１…を刻設しておく。ここで、凹部１１の形状は、図２に示すように適宜の形状に刻設することができる。図２ａは、半球体状に刻設した実施形態を示している。図２ｂは、開口形状が矩形であって凹部１１の内部に曲面を備えた、円柱状をその上下の底面の中心を通るように縦割りしてなる形状の実施形態を示している。図２ｃは、開口形状が楕円形で凹部１１の内部は曲面を備えた、卵を長手方向に半割りしてなる形状の実施形態を示している。
【００３１】
このように加工した下型１の上部に、図示しないが昇降可能に上型を設置してブロー成形用の金型を準備する（金型準備工程）。なお、下型１内部にはワーク加熱用のヒータが埋設されている場合もあるし、下型１を囲繞するようにヒータが設置され、該下型１、ヒータ、および上型を包囲するように加熱炉が設けてある場合もある。
【００３２】
次に、図１に示すようなワーク２を準備する（ワーク準備工程）。ワーク２は、ブロー成形に関与する部分２１（中央付近）と、その外周のブロー成形に関与しない部分２２とから構成される。ここで、ブロー成形に関与しない部分２２においては、ワーク２を下型１に載置した際に凹部１１，１１…に対向する位置に穴２３，２３…が配置されるように該穴２３，２３…が刻設されている。
【００３３】
この穴２３の開口面積は、凹部１１の開口面積よりも小さくなるように刻設されている。図２に示すように、下型１に刻設された凹部１１，１１…の開口形状や開口面積に応じた形状および開口面積の穴２３，２３…を刻設する。図２ａでは、凹部１１の開口形状直径ａ２の円形より小さな直径ａ１からなる円形の穴２３とする。図２ｂでは凹部１１の開口形状長径ｂ２、短径ｃ２の楕円よりも小さな長径ｂ１、短径ｃ１からなる楕円の穴２３とする。図２ｃでは、凹部１１の開口形状ｄ２、ｅ２の辺長からなる矩形よりも小さな辺長ｄ１、ｅ１からなる矩形の穴２３とする。
【００３４】
なお、凹部１１や穴２３はかかる形態に拘束されるものではなく、穴２３の開口面積が凹部１１の開口面積よりも小さくなるように、すなわち、図４に示すように凹部１１の開口端部から内部に穴２３のエッジ部分が突設するような構成としておけば、適宜の形状を選定できる。
【００３５】
次に、準備されたワーク２をその穴２３，２３…が凹部１１，１１…にそれぞれ対向するように該ワーク２を下型１に載置する。その後、上型を降下させて上型および下型１にてワーク２を挟持する（ワーク設置工程）。ここで、上型には高圧流体吐出用のパイプが１本または複数本埋設され、吐出口が上型内面に臨んだ状態となっている。
【００３６】
下型１に埋設されたヒータ、または下型１を囲繞するように構成されたヒータにて金型および金型内部（上型と下型にて包囲された空間）を加熱することにより、上型と下型１にて挟持したワーク２を高温雰囲気下にて軟化させる。その状態で上記する吐出口から高圧の空気または不活性ガスをワーク２の一側面に吐出させることにより、図３に示すようにブロー成形に関与する部分２１は塑性変形しながらワーク２の他側面が成形面１２に押圧される（ブロー成形工程）。
【００３７】
ブロー成形後、上型を上昇させてワーク２を挟持された状態から解放させる。ここで、図４に示すように、穴２３の上方にノズル３を設置し、該ノズル３から穴２３に高圧の流体Ａを吐出する。この流体Ａは、空気や不活性ガスなどを使用することができる。かかる構成とすることにより、流体Ａによって穴２３のエッジ部分が押し上げられ、ワーク２は下型１から離型される（ワーク離型工程）。なお、凹部１１を図４に示すように滑らかな曲面を備えた形状とすることによって、凹部１１内に吐出された流体Ａは、凹部１１の内面にぶつかった後、曲面に沿って効率よく上方へ案内され穴２３のエッジ部分に導かれることとなる。
【００３８】
次に、複数の穴２３，２３…に流体Ａを吐出する方法について以下に示す。
【００３９】
例えば、図５に示すように、複数の穴２３，２３…に同時に流体Ａを吐出すると、一つの穴２３のエッジ部分が押し上げられる際にその隣に位置する穴２３のエッジ部分も押し上げられようとするため、双方の押し上げられようとする動きが他方の押し上げられようとする動きを損なうといった場合も考えられる。
【００４０】
その場合に、本発明では図６に示す実施例のように、一部の穴２３ａ，２３ａ…に対して流体を吐出させた後、残りの穴２３ｂ，２３ｂ…に流体Ａを吐出するといった方法を適用する。例えば、図６（ａ）に示すように、少なくとも隣り合う穴２３ａ，２３ｂ…には同時に流体の吐出を行わず、一つおきに（図では、穴２３ａ，２３ａ…）流体Ａを吐出する。次に残りの穴２３ｂ，２３ｂ…に流体Ａを吐出する。このように、穴２３に流体Ａを吐出するタイミングを相互にずらすことによって、隣り合う穴２３ａ，２３ｂ…に同時に流体Ａを吐出した場合に一方の穴２３ａに吐出された流体Ａによって他方の流体Ａの穴２３ｂを押し上げようとする作用が損なわれるといった問題を解消することができる。
【００４１】
なお、穴２３ａ，２３ｂ…に流体Ａを吐出するノズル３ａ，３ｂ…は、それぞれの穴２３ａ，２３ｂ…に対向する位置にノズル３ａ，３ｂ…を板材に備えた流体吐出装置をワーク２上方にスライド可能に制御した構成とすることができる。また、上記する流体吐出装置を手動にてワーク２の上方に導いて流体吐出を行うこともできる。さらに、ブロー成形後の上型に上記する流体吐出装置を設置して上型をワーク２から所定の離隔となるまで降下させ流体吐出を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に使用するワークと金型（下型）を設置する前の分解斜視図。
【図２】（ａ）は凹部の形状と穴の形状の組み合わせの一実施形態を示した斜視図。（ｂ）は凹部の形状と穴の形状の組み合わせのその他の実施形態を示した斜視図。（ｃ）は凹部の形状と穴の形状の組み合わせのその他の実施形態を示した斜視図。
【図３】ブロー成形後のワークおよび金型（下型）を示した斜視図。
【図４】図３のIV−IV矢視図。
【図５】複数の穴に同時に流体を吐出している状況を説明した図。
【図６】（ａ）は隣の穴には流体を吐出させず、一つおきに流体を吐出している状況を説明した図。（ｂ）は図６ａに続いて一つおきに流体を吐出している状況を説明した図。
【図７】ブロー成形に関与しない部分をトリミングして成形品が製作される状況を説明した図。
【符号の説明】
【００４３】
１…下型、１１…凹部、１２…成形面、２…ワーク、２１…ブロー成形に関与する部分、２２…ブロー成形に関与しない部分、２３，２３ａ，２３ｂ…穴、３，３ａ，３ｂ…ノズル、４…成形品、Ａ…流体
【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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