(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の成形材をパンチ上に押圧することにより前記成形材を前記パンチの形状に倣うように成形するプレス加工装置であって、
前記パンチに対向して配設された板状の樹脂からなる弾性体と、
前記パンチに対して進退移動可能に配設されたスライドの前記パンチに対向する面上に着脱可能に配列され、前記成形材を前記弾性体を介して前記パンチ上に押圧する複数の押圧部と、
を具備し、
前記複数の押圧部は、バネ部材により前記パンチ方向に付勢されたピストン部を具備して構成されることを特徴とするプレス加工装置。
【請求項２】
前記複数の押圧部に配設される前記バネ部材は、対向する前記パンチの形状に応じて異なるバネ定数を有するように配設されることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工装置。
【請求項３】
前記複数の押圧部に配設される前記バネ部材は、前記パンチの絞り形状が深いほど大きいバネ定数を有するように配設されることを特徴とする請求項２に記載のプレス加工装置。
【請求項４】
前記複数の押圧部は、それぞれに配設された前記バネ部材が交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプレス加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の成形材をパンチ上に押圧することにより前記成形材を前記パンチの形状に倣うように成形するプレス加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板等の板状の成形材を所定の形状に加工する方法として、ダイ及びパンチからなる一対の金型を用いて加圧成形するプレス加工が知られている。なお、ダイ及びパンチは、雌型及び雄型とも称される。金型を用いたプレス加工は、同一形状の加工品を短期間に大量に得ることができる利点を有し、大量生産品の製造に主に用いられる。
【０００３】
しかしながら、プレス加工によって得られる加工品の形状を変更するためには、新たにその形状に対応した金型が必要なことから、金型の作成に時間と費用が必要となる。このため、プレス加工は、少量多品種生産や試作品の生産には向いていないという短所がある。
【０００４】
このような、プレス加工の短所を解消するために、金属板を加圧成形する一対の金型のうちの一方の代わりに、液体の圧力を用いて他方の金型に金属板を押圧して成形する技術が知られている。例えば、液体の圧力により成形材を加工するプレス加工装置は特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載されているようなプレス加工装置では、一対の金型のうちの一方が不要となるため、金型の作成に必要な費用や時間を削減することができる。
【０００６】
また、特許文献２には、ゴム等の弾性体からなるパンチを用いて、金型に金属板を押圧して成形する技術が記載されている。
【特許文献１】特開平５−２８５５５１号公報
【特許文献２】特開平８−２１５７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のプレス加工装置のような液圧を用いたプレス加工装置は、成形時に液体を高圧に保つ機構が必要なことから、専用のプレス装置が必要であると共に、装置規模が大きくなり保守に手間がかかるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、装置規模を拡大することなく、雄型及び雌型のいずれか一方の金型を不要とした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】
【０００９】
本発明のプレス加工装置は、板状の成形材をパンチ上に押圧することにより前記成形材を前記パンチの形状に倣うように成形するプレス加工装置であって、前記パンチに対向して配設された板状の樹脂からなる弾性体と、前記パンチに対して進退移動可能に配設されたスライドの前記パンチに対向する面上に着脱可能に配列され、前記成形材を前記弾性体を介して前記パンチ上に押圧する複数の押圧部と、を具備し、前記複数の押圧部は、バネ部材により前記パンチ方向に付勢されたピストン部を具備して構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置規模を拡大することなく、雄型及び雌型のいずれか一方の金型を不要としたプレス加工装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のプレス加工装置の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いた各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）  
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図３を参照して説明する。図１は、第１の実施形態のプレス加工装置の構成を説明する図である。図２は、ダイ装置の押圧部の配列を示す図である。図３は、プレス加工を実施中の状態を示す図である。
【００１３】
本実施形態のプレス加工装置１は、図示しない基台上に固設されたボルスタ２と、該ボルスタ２の上方に配設され、図示しないスライド軸によりボルスタ２に対して鉛直上下方向に進退移動可能に配設されたスライド３と、該スライド３を所定の力でスライド軸に沿って進退移動させる油圧駆動部とを具備して構成される、一般的な縦型の油圧プレス装置である。
【００１４】
以下の説明において、水平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面に直交する軸をＺ軸とする。すなわち、スライド３は、ボルスタ２の上方においてＺ軸に沿う方向に移動する。なお、プレス加工装置１は、ボルスタに対してスライドが水平方向や斜め方向に移動する形態のプレス装置であってもよいし、またスライドを駆動する方法は、電動モータやその他の駆動力によるものであってもよい。
【００１５】
プレス加工装置１の、ボルスタ２とスライド３との間には、パンチ４及びダイ装置１０が対向して配設されている。パンチ４は、ボルスタ２の上面上に凸状に固定された金属製の雄型である。パンチ４の上面部４ａは、成形品の形状に応じた曲面形状により構成されている。
【００１６】
一方、ダイ装置１０は、スライド３の下面に固定されており、パンチ４の上方において下方向に開口する開口部１１ａを有する略箱形状の金属製の筐体部１１の内部に、複数の押圧部２０と、板状の弾性体１２とを具備して構成されている。本実施形態では、筐体部１１の開口部１１ａは、パンチ４を内部に収容可能な形状及び寸法を有している。
【００１７】
なお、本実施形態のプレス加工装置１においては、ダイ装置１０は、スライド３にねじ締結により固定されており、スライダ３に対して着脱可能な構成とされている。例えば、ダイ装置１０は、一般的な雌型となる金型に容易に交換することが可能である。
【００１８】
そして、筐体部１１の開口部１１ａの底面部上には、複数の押圧部２０が配設されている。押圧部２０は、筐体部１１に対してＺ軸と略平行な方向（上下方向）に所定の距離だけ進退移動可能に配設されたピストン部２１と、該ピストン部２１を下方に付勢するバネ部材２２とを具備して構成されている。本実施形態では、図２に示すように、複数の押圧部２０は、水平面上において互いに直交する２方向に行列状に所定の間隔で配列されている。
【００１９】
ピストン部２１は、外力が加えられない状態において、バネ部材２２の付勢力によって移動可能範囲の下端側に位置決めされている。そして複数の押圧部２０のそれぞれのピストン部２１は、下端側に位置決めされた状態において、ピストン部２１の下端部２１ａが全て略同一の水平面上に位置決めされるように構成されている。なお、図１にはピストン部２１の下端部２１ａは平面状として示しているが、ピストン部２１の下端部２１ａは、テーパ状や球面状等、他の形状であってもよい。
【００２０】
押圧部２０のバネ部材２２は、所定のバネ定数を有する金属製のコイルバネからなる。押圧部２０のバネ部材２２は、異なるバネ定数又は異なる自由長を有する他のコイルバネに交換可能に構成されている。なお、バネ部材２２は、所定のバネ定数を有してピストン部２１を筐体部１１に対して下方に付勢する弾性部材であればよく、コイルバネ以外の他の形態であってもよい。
【００２１】
複数の押圧部２０の下方側、すなわち押圧部２０のピストン部２１の下端部２１ａとパンチ４の上面部４ａとの間には、筐体部１１の開口部１１ａを塞ぐように板状の弾性体１２が配設されている。
【００２２】
弾性体１２は、所定の反発力を有する弾性又は粘弾性を有する樹脂材料からなる所定の厚さの板状の部材である。弾性体１２は、パンチ４の上面部４に沿うように弾性変形させた場合に、少なくともパンチ４の上面部４ａの全体を被覆可能な形状を有する。
【００２３】
本実施形態では、弾性体１２は、ウレタンゴムにより構成されている。なお、弾性体１２を構成する材料はウレタンゴムに限らず、ニトリルゴムやシリコーンゴム等、他の材料により構成されてもよい。また、弾性体１２は、内部に空洞を有するいわゆる発泡体、多孔質体により構成されてもよい。
【００２４】
上述した構成を有するプレス加工装置１の、成形材である金属板５を成形する場合の動作について以下に説明する。
【００２５】
まず、スライド３が上昇した状態、すなわちパンチ４に対してダイ装置１０が上方に離間した状態において、パンチ４の上面部４ａと、ダイ装置１０の弾性体１２の下面との間に、金属板５を配設する（図１に示す状態）。
【００２６】
そして、スライド３を所定の速度で所定の距離だけボルスタ２側へ下降させる。これにより、ボルスタ２上に固定されたパンチ４の上面部４上に、スライド３に固定されたダイ装置１０によって金属板５が押し付けられる（図３に示す状態）。
【００２７】
すなわち、金属板５は、ダイ装置１０の下降量に応じて圧縮される押圧部２０のバネ部材２２及び弾性体１２の反発力によって、パンチ４の上面部４ａの形状に倣って変形するように押圧される。
【００２８】
ここで、本実施形態においては、複数の押圧部２０により生じる押圧力は、ウレタンゴムからなる弾性体１２を介して金属板５に伝えられることから、金属板５の表面に対して略等方的に伝えられる。このため、本実施形態によれば、パンチ４の凹凸形状に対して金属板５を正確に倣わせるように塑性変形させることが可能となる。例えばパンチ４の側面部４ｂ側にも、弾性体１２が回り込むように変形することから、金属板５をパンチ４の側面部４ｂに倣う絞り形状に加工することが可能である。
【００２９】
このように、本実施形態のプレス加工装置１では、ダイ装置１０を使用することにより、雄型であるパンチ４に対応する雌型の金型を用いることなく、パンチ４の形状に倣うように金属板５を成形することができる。
【００３０】
また、ダイ装置１０は、押圧部２０と弾性体１２とにより構成される単純な構成からなるため、一般的なプレス装置のスライダにねじ締結により容易に固定することが可能であり、かつ保守が容易である。
【００３１】
したがって本実施形態によれば、プレス加工装置において、装置規模を拡大することなく、雄型及び雌型のいずれか一方の金型を不要とすることができる。すなわち、本実施形態によれば、金型の作成に必要な費用や時間を削減することが可能であり、かつ専用のプレス装置を必要としないことから、少量多品種生産や試作に好適な汎用性の高いプレス加工装置を実現することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）  
以下、本発明の第２の実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、第２の実施形態のプレス加工装置の構成を説明する図である。図５は、パンチの形状に対する異なるバネ定数を有するバネ部材の配置の状態を示す図である。
【００３３】
第２の実施形態は、上述した第１の実施形態に対して、ダイ装置１０の一部の構成のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００３４】
第１の実施形態では、ダイ装置１０に配設された複数の押圧部２０は、全て同一のバネ定数及び自由長を有するバネ部材２２を具備して構成されるものとして説明したが、本実施形態では、図４及び図５に示すように、パンチ４の形状、すなわち金属板５の曲げ形状に応じて、異なるバネ定数を有するバネ部材２２が配設される。
【００３５】
本実施形態では、バネ定数の異なるバネ部材２２ａ、２２ｂ及び２２ｃのうち、絞り形状がより深い領域により大きいバネ定数のバネ部材が配設される。ここで、バネ部材２２ａ、２２ｂ及び２２ｃのバネ定数は、２２ａが最も小さく、２２ｃが最も大きいものとする。
【００３６】
具体的には、パンチ４の最上部にあたるような絞りの浅い領域には、バネ定数の最も小さいバネ部材２２ａが配設される（図５中、網掛けのハッチングで示した領域）。また、なだらかに傾斜する領域には、バネ部材２２ｂが配設される（図５中、斜線のハッチングで示した領域）。そして、パンチ４の外周部のような絞りの深い領域には、バネ定数の最も大きいバネ部材２２ｃが配設されている。
【００３７】
以上のような本実施形態の構成によれば、絞り形状の深い領域、すなわち押圧力がより必要な領域を、バネ定数の大きいバネ部材の反発力により押圧することができるため、より正確に金属板５をパンチ４の形状に倣うように成形することが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態のプレス加工装置では、複数の押圧部２０のバネ部材２２のバネ定数及び自由長を適宜に変更することにより、金属板５をパンチ４に押圧する力を局所的に変更することができる。これにより、本実施形態によれば、金型であるパンチ４の形状を変更しなくとも成形条件を変化させることができ、成形品の出来上がり形状を変化させることが可能となる。したがって本実施形態によれば、費用や時間を必要とする金型の修正や変更を無くす又は減らすことができる。
【００３９】
また、図示しないが、好適な成形条件を得るために、パンチ４の形状に応じて、弾性体１２の材料、厚さ及び平面形状のうちの少なくとも一つを変化させる構成であってもよい。金型であるパンチ４の形状の変更に比して、樹脂である弾性体１２の加工や材料の変更はより安価かつ容易に実施可能であることから、より安価かつ短時間で成形条件を変更することができる。
【００４０】
その他の効果は、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
（第３の実施形態）  
以下、本発明の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、第３の実施形態のプレス加工装置の概略的な構成を示す図である。
【００４２】
第３の実施形態は、上述した第１の実施形態に対して、ダイ装置１０の一部の構成のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００４３】
第１の実施形態では、ダイ装置１０に配設された複数の押圧部２０は、バネ部材２２によって筐体部１１に対して下方向に付勢されるピストン部２１を具備する構成として説明したが、本実施形態の押圧部３０は、ピストン部３１の筐体部１１に対する上下方向の移動が制御可能に構成されている。
【００４４】
具体的には、本実施形態の押圧部３０は、筐体部１１に対して上下方向に進退移動可能なピストン部３１を具備した油圧シリンダを有し、ピストン部３１の位置及び推進力を制御部９によって数値的に制御可能に構成された、いわゆる油圧サーボ装置を具備してなる。複数の押圧部３０は、水平面上において互いに直交する２方向に行列状に所定の間隔で配列されている。
【００４５】
上述した構成を有するプレス加工装置の、成形材である金属板５を成形する場合の動作について以下に説明する。
【００４６】
まず、スライド３及びピストン部３１を共に上昇させた状態において、パンチ４と、ダイ装置１０ｂの弾性体１２の下面との間に、金属板５を配設する。
【００４７】
次に、スライド３を所定の位置まで、例えば弾性体１２とパンチ４とにより金属板５が軽く挟持される位置まで、下降させる。そして、複数の押圧部３０のそれぞれのピストン部３１を、あらかじめ制御部９に記憶されたプログラムに応じて下降させることにより、金属板５をパンチ４上に押し付けて成形する。ここで、ピストン部３１の下降を制御するプログラムは、例えば事前の数値シミュレーション又は実際の試行により求められるものである。
【００４８】
本実施形態では、複数の押圧部３０のピストン部３１によって金属板５をパンチ４に押圧する順序、ピストン部３１の速度、及びピストン部３１の押圧力を個々に制御することが可能である。
【００４９】
このため、例えば金属板５を中央部から外周部に向けて順に押圧することにより、成形品の絞り形状部における皺の発生を抑制する等、成形条件を容易かつ短時間で変更することができる。また、本実施形態によれば、成形条件の自由度が向上することから様々な形状のプレス成形に対応することが可能となる。
【００５０】
その他の効果は、第１及び第２の実施形態と同様である。
【００５１】
（第４の実施形態）  
以下、本発明の第４の実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、第４の実施形態のプレス加工装置の概略的な構成を示す図である。図８は、油圧シリンダの構成を示す図である。
【００５２】
第４の実施形態は、上述した第３の実施形態に対して、ピストン部を駆動する油圧シリンダの構成のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第３の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００５３】
本実施形態の押圧部４０は、図７に示すように、筐体部５０に穿設された油圧シリンダ４２と、該油圧シリンダ４２により進退移動可能に配設されたピストン部４１とにより構成されている。油圧シリンダ４２は、筐体部５０に複数形成されている。言い換えれば、本実施形態においては、複数の油圧シリンダ４２が一体に形成されている。
【００５４】
より詳しくは、図８の断面図に示すように、筐体部５０の複数箇所に下面側から上方に向かって穴部を穿設し、該穴部の下方側の開口部を蓋部材５１によって閉じることで複数の油圧シリンダ４２が一体に形成されている。
【００５５】
複数の油圧シリンダ４２内には、それぞれ油圧シリンダ４２に沿って進退移動可能なピストン部４１が配設されている。油圧シリンダ４２内は、ピストン部４１の上端部４１ｂによって、上端部４１ｂの上方の上室４３と、上端部４１ｂの下方の下室４４とに分けられている。また、ピストン部４１は、上端部から蓋部材５１を貫通して下方に延出するロッド部４１ａを有し、該ロッド部４１ａの下端部が弾性体１２に当接するよう構成されている。
【００５６】
筐体部５０には、油圧シリンダ４２内の上室４３に連通する上室連通路５２と、下室４４に連通する下室連通路５３が穿設されている。本実施形態では、筐体部５１を上方から見た状態において、上室連通路５２は油圧シリンダ４２と重なる位置に形成されており、下室連通路５２は、複数の油圧シリンダ４２間に形成されている。上室連通路５２及び下室連通路５３の上端部には、一端が制御部９に接続された配管６１及び６２の他端が接続されている。
【００５７】
以上のような構成を有する押圧部４０は、油圧シリンダ４２の上室４３及び下室４４内の油圧を制御部９によって制御することにより、ピストン部４１の進退位置及び推進力の少なくとも一方を制御することが可能であり、第３の実施形態と同様の効果を有する。
【００５８】
また、複数の油圧シリンダ４２を一体に形成し、さらに上室連通路５２を油圧シリンダ４２の直上に形成したことによって、第３の実施形態に比して複数の油圧シリンダ４２間の距離を縮めることができる。このため、本実施形態によれば、複数のピストン部４１の下方への突出の状態をパンチ４のより細かい形状に倣わせることが可能となり、より微細な形状のプレス加工を行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態では、上室連通路５２及び下室連通路５３の上端部は全て筐体部５０の上面に配設されることから、上室連通路５２及び下室連通路５３に接続する配管６１及び６２の取り回しが容易となり、装置を小型に構成することが可能となるとともに、メンテナンス性も向上する。
【００６０】
なお、本実施形態では、全ての油圧シリンダ４２が一つの筐体部５０に形成される構成としたが、筐体部は複数に分割されており、複数の筐体部のそれぞれに複数の油圧シリンダ４２が形成される構成であってもよい。このような構成であれば、筐体部の形成が容易となる。また、この複数の筐体部が独立して上下方向に移動可能に構成されていてもよい。
【００６１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うプレス加工装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施形態のプレス加工装置の構成を説明する図である。
【図２】ダイ装置の押圧部の配列を示す図である。
【図３】プレス加工を実施中の状態を示す図である。
【図４】第２の実施形態のプレス加工装置の構成を説明する図である。
【図５】パンチの形状に対する異なるバネ定数を有するバネ部材の配置の状態を示す図である。
【図６】第３の実施形態のプレス加工装置の構成を説明する図である。
【図７】第４の実施形態のプレス加工装置の構成を説明する図である。
【図８】第４の実施形態の油圧シリンダの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  プレス加工装置、  ２  ボルスタ、  ３  スライド、  ４  パンチ、  ５  金属板、  ９  制御部、  １０  ダイ装置、  １１  筐体部、  １１ａ  開口部、  １２  弾性体、  ２０  押圧部、  ２１  ピストン部、  ２２  バネ部材
【図１】
0005330817.tif 000002
【図２】
0005330817.tif 000003
【図３】
0005330817.tif 000004
【図４】
0005330817.tif 000005
【図５】
0005330817.tif 000006
【図６】
0005330817.tif 000007
【図７】
0005330817.tif 000008
【図８】
0005330817.tif 000009