(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
はりを介してラムに固定されたパンチを、前記はりと共に、ダイスにセットされたワーク内部へと挿入し、前記はりを介して前記パンチに圧力を付与し、ワークの壁面を打ち抜く穿孔装置であって、前記はりの一端を、ラムと一体に移動可能に固定し、前記はりの他端を、前記はりが無負荷状態にあるときは非接触であり所定のたわみが生じた時点で接触する、バックアップ部材によりラムに対し支持することで、前記はりを一端固定他端支持ばりとしたことを特徴とする穿孔装置。
【請求項２】
前記はりが無負荷状態にあるときの、前記はりの他端と前記バックアップ部材との間隔は、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを考慮して決定されることを特徴とする請求項１記載の穿孔装置。
【請求項３】
はりを介してラムに固定されたパンチを、前記はりと共に、ダイスにセットされたワーク内部へと挿入し、前記はりを介して前記パンチに圧力を付与し、ワークの壁面を打ち抜く穿孔方法において、前記はりの一端を、ラムと一体に移動可能に固定し、前記はりの他端を、前記はりが無負荷状態にあるときは非接触であり所定のたわみが生じた時点で接触する、バックアップ部材によりラムに対し支持することで、前記はりを一端固定他端支持ばりとなるよう支持することを特徴とするパンチの支持方法。
【請求項４】
前記はりが無負荷状態にあるときの、前記はりの他端と前記バックアップ部材との間隔を、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを考慮して決定したことを特徴とする請求項３記載のパンチの支持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元曲面を有するワークへの穿孔作業において、工具の破損を防止し、かつ高精度の打抜きを可能とするための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示す等速ジョイントのケージ１に、内壁２と外壁３とを貫通する孔４を、打抜き加工によって形成するような場合には、従来から、図５に示す穿孔装置を用いている。この穿孔装置は、ケージ１の球面状をなす外壁３に倣った受け面を有するダイス７、基準プレート８および押えプレート９を含むクランプ装置、パンチ10とそれを支持するパンチホルダ11、パンチホルダ11を駆動するスライド12、バックアップ13等で構成されている。パンチホルダ11の一端は、スライド12に固定されており、スライド12は、ラム14に固定されている。また、バックアップ13は、パンチホルダ11と直交する方向へと移動可能であり、選択的にパンチホルダ11の他端を固定することができる。
【０００３】
加工手順は、まず、ダイス７上にケージ１を載置し、ケージ１の一方の開口面５（以下、「基準面」という。）に基準プレート８を、もう一方の開口面６（以下、「押え面」という。）に押えプレート９を夫々密着させて、ケージ１をクランプする。続いて、バックアップ13をパンチホルダ11から退避させて、基準面５の開口より、パンチホルダ11と共にパンチ10を挿通して、パンチ10をダイス7に対向させる。そして、押え面６の開口から突出するパンチホルダ11の他端に、図示のごとくバックアップ13を当接させて、スライド12およびバックアップ13で、パンチホルダ11を図中矢印で示す方向に駆動することにより、ケージ１に孔４を形成することができる。
【０００４】
以上のごとく、図５に示す穿孔装置は、ラムに固定したスライド12、スライド12に固定したパンチホルダ11を介して、パンチ10をラム14に固定しているので、球殻状のケージ１に対し、パンチホルダ11と共にパンチ10を挿通して、ケージ１の内壁２から外壁３へ向けて壁面を打ち抜くことが可能となる。また、パンチホルダ11は、その一端がスライド12に固定され、他端がバックアップ13によって選択的に固定されているので、パンチホルダ11のたわみを小さく抑え、当該たわみによるパンチ10の位置ズレを防止し、高精度の打抜きを可能とするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す穿孔装置は、以下のような問題点を有していた。パンチ10を固定するパンチホルダ11は、その一端がスライド12に固定され、他端がバックアップ13によって選択的に固定された、両端固定ばりとなっている。かかる両端固定ばり構造において、パンチホルダ11の、パンチ10を固定する部分11ａは、その断面積が最も小さくなっている部分であり、パンチの固定部分11ａの許容応力を超えて、かかる部分に破断を生じ易くなる。よって、従来の穿孔装置は、パンチホルダ11の折損による交換を余儀なくされ、工具コストを増大させるものとなっていた。
【０００６】
一方、パンチの固定部分11ａの折損を防止するために、パンチホルダ11の他端のバックアップ13を削除し、パンチホルダ11を片持ちばりとすると、パンチホルダ11のたわみによるパンチ10の位置ズレが許容範囲を越えて大きくなり、高精度の打抜きをすることができないという不具合が生ずることとなった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パンチホルダの折損による工具コストの増大を防止し、かつ高精度の打抜きを可能とすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る穿孔装置は、はりを介してラムに固定されたパンチを、前記はりと共に、ダイスにセットされたワーク内部へと挿入し、前記はりを介して前記パンチに圧力を付与し、ワークの壁面を打ち抜く穿孔装置であって、前記はりの一端を、ラムと一体に移動可能に固定し、前記はりの他端を、前記はりが無負荷状態にあるときは非接触であり所定のたわみが生じた時点で接触する、バックアップ部材によりラムに対し支持することで、前記はりを一端固定他端支持ばりとしたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、前記はりを一端固定他端支持ばりとしたことによって、穿孔時の荷重による前記はりのたわみを小さく抑え、当該たわみによるパンチの位置ズレを防止し、かつ、前記はりに発生する応力の増大を抑える。
【００１０】
また、本発明によれば、前記はりの他端は、前記はりが無負荷状態にあるとき前記バックアップ部材と非接触であるが、所定のたわみが生じた時点で前記バックアップ部材と接触し、ラムに対し支持される。すなわち、穿孔作業のごく初期段階においては、前記はりはその一端部をラムに対し固定した片持ちばりであり、所定のたわみが生じて前記バックアップ部材と接触した後は、前記はりは、近似的に一端固定他端支持ばりとなる。かかる構造のはりにおいて、前記パンチを固定する部分に発生する応力は、前記はりが両端固定ばりであった場合に比して小さいものとなる。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る穿孔装置は、請求項１記載の穿孔装置において、前記はりが無負荷状態にあるときの、前記はりの他端と前記バックアップ部材との間隔は、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを考慮して決定されるものである。本発明によれば、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを、何れも低いレベルでバランスした状態を得ることが可能となる。
【００１２】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係るパンチの支持方法は、はりを介してラムに固定されたパンチを、前記はりと共に、ダイスにセットされたワーク内部へと挿入し、前記はりを介して前記パンチに圧力を付与し、ワークの壁面を打ち抜く穿孔方法において、前記はりの一端を、ラムと一体に移動可能に固定し、前記はりの他端を、前記はりが無負荷状態にあるときは非接触であり所定のたわみが生じた時点で接触する、バックアップ部材によりラムに対し支持することで、前記はりを一端固定他端支持ばりとなるよう支持することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、前記はりを一端固定他端支持ばりとなるよう支持することによって、穿孔時の荷重による前記はりのたわみを小さく抑え、当該たわみによるパンチの位置ズレを防止し、かつ、前記はりに発生する応力の増大を抑える。
【００１４】
また、本発明によれば、前記はりの他端は、前記はりが無負荷状態にあるとき前記バックアップ部材と非接触であるが、所定のたわみが生じた時点で前記バックアップ部材と接触し、ラムに対し支持される。すなわち、穿孔作業のごく初期段階においては、前記はりはその一端部をラムに対し固定した片持ちばりであり、所定のたわみが生じて前記バックアップ部材と接触した後は、前記はりは、近似的に一端固定他端支持ばりとなる。かかる構造のはりにおいて、前記パンチを固定する部分に発生する応力は、前記はりが両端固定ばりであった場合に比して小さいものとなる。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係るパンチの支持方法は、請求項３記載のパンチの支持方法において、前記はりが無負荷状態にあるときの、前記はりの他端と前記バックアップ部材との間隔を、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを考慮して決定したものである。本発明によれば、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを、何れも低いレベルでバランスした状態を得ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分及び相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００１７】
図１には、本発明の実施の形態に係る穿孔装置を示している。この穿孔装置は、ケージ１の球面状をなす外壁３に倣った受け面を有するダイス７、パンチ10とそれを支持するパンチホルダ11、パンチホルダ11を駆動するスライド12、バックアップ13等で構成されている。パンチホルダ11の一端は、スライド12に固定されており、スライド12は、ラム14に固定されている。また、バックアップ13は、パンチホルダ11と直交する方向へと移動可能であり、選択的にパンチホルダ11の他端を固定することができる。なお、本発明の実施の形態に係る穿孔装置も、従来例（図５）と同様に、クランプ装置である基準プレート、押えプレートを備えるが、図１では図示を省略している。
【００１８】
ここで、本発明の実施の形態に係る穿孔装置の特徴部分として、パンチホルダ11が無負荷状態にあるとき、バックアップ13とパンチホルダ11の他端との間に、隙間Ｓを設けている点が挙げられる。隙間Ｓは、図３に示すように、打抜き加工の際に、パンチホルダ11に生ずる最大主応力σとパンチの位置ズレ量Δとを考慮して、最大主応力σとパンチの位置ズレ量Δの何れも低いレベルでバランスするような範囲の値ＳＡを選択して、決定されるものである。
【００１９】
また、ラム14、スライド12、パンチホルダ11を下降させて、パンチ10をケージ１の内壁２に当接させ、はりを介してパンチ10に付与する圧力を増大させることにより、パンチホルダ11にたわみが生じると、バックアップ13にパンチホルダ11が接触し、バックアップ13とパンチホルダ11の他端との隙間Ｓは０ｍｍとなる。
【００２０】
そして、バックアップ13にパンチホルダ11が接触し、隙間Ｓ＝０ｍｍとなった後は、パンチホルダ11はその一端がスライド12に固定され、他端がバックアップ13に支持された状態で、パンチ10に付与する圧力を増大させ、ケージ１の壁面を、内壁２から外壁３へ向けて打抜くことができる。
【００２１】
上記構成をなす本発明の実施の形態に係る穿孔装置によれば、以下のような作用効果を得ることができる。パンチ10を支持するパンチホルダ11は、その一端がスライド12に固定されている。一方、パンチホルダ11の他端は、パンチホルダ11が無負荷状態にあるとき、バックアップ13と非接触である。しかしながら、パンチホルダ11に所定のたわみが生じると、パンチホルダ11の他端はバックアップ13と当接し、バックアップ13によってラム14に対し支持される。
【００２２】
すなわち、パンチホルダ11は、無負荷状態にあるときから、隙間Ｓ＝０ｍｍとなるまでの、穿孔作業のごく初期段階においては、片持ちばりである。また、パンチホルダ11に所定のたわみが生じて、その他端がバックアップ13と接触した後は、パンチホルダ11は近似的に一端固定他端支持ばりとなる。
【００２３】
ここで、本発明の実施の形態に係るパンチホルダ11において、隙間Ｓを設けた場合と隙間Ｓを設けなかった場合の、パンチホルダ11に生ずる曲げモーメントの大きさの違いを、図２に、パンチホルダ11の模式図と共に曲げモーメント図として示している。ここで、パンチホルダ11の全長をＬ、パンチホルダ11の一端（固定端）からパンチの荷重（打抜き荷重）Ｗが掛かる点までの長さをａ、パンチホルダ11の他端（支持端）からパンチの荷重Ｗが掛かる点までの長さをｂとする。そして、隙間Ｓを設けた場合の曲げモーメント図を太線Ｍで、隙間Ｓを設けなかった場合の曲げモーメント図を細線Ｍ’で示している。
【００２４】
図示のごとく、パンチホルダ11に生ずる曲げモーメントは、何れも固定端部で最大となるが、パンチの荷重Ｗが掛かる点、すなわちパンチを固定する部分11ａについてもその値は大きなものとなる。しかも、パンチを固定する部分11ａは、パンチホルダ11の断面積が最も小さくなっている部分であることから、パンチホルダ11に生ずる応力は、パンチを固定する部分11ａで最大となる。よって、パンチホルダ11の折損は、パンチを固定する部分11ａで、最も生じ易くなる。ここで、パンチホルダ11の固定端に生ずる曲げモーメントの値は、隙間Ｓを設けない場合を（１）、隙間Ｓを設けた場合を（２）として、
（１）の値は、
Ｍ＝（４Ｌ２ａＷ−３Ｗａ２Ｌ＋Ｗａ３）/（４Ｌ２）
（２）の値は、
Ｍ＝（６ＥＩＳ）/（４Ｌ２）
となる。また、パンチを固定する部分11ａに生ずる曲げモーメントの値は、隙間Ｓを設けない場合を（３）、隙間Ｓを設けた場合を（４）として、
（３）の値は、
Ｍ＝（３Ｗａ３Ｌ−Ｗａ３―６ＥＩＳ）/（４Ｌ２）×（１−ａ/Ｌ）
（４）の値は、
Ｍ＝（３Ｗａ３Ｌ−Ｗａ３）/（４Ｌ２）×（１−ａ/Ｌ）
となる。したがって、パンチを固定する部分11ａにおけるモーメントの値は、隙間Ｓを設けた場合にその値が小さくなるので、パンチホルダ11の損壊の危険性を低く抑えることが可能である。
【００２５】
図３には、パンチホルダ11が無負荷状態にあるときのバックアップ13とパンチホルダ11の他端との隙間Ｓの距離に対する、パンチホルダ11に生ずる最大主応力σと、パンチの位置ズレ量Δとの関係を示している。図３から明らかなように、隙間Ｓの増加に伴い主応力σの値は減少する。一方、隙間Ｓの増加に伴いパンチの位置ズレ量Δは増加する。すなわち、隙間Ｓを増加させると、主応力σの減少には効果的であり、パンチホルダ11の損壊の危険性を低減することができるが、その反面、パンチの位置ズレ量Δは増加して、孔の打抜き精度を低下させることになる。
【００２６】
そこで、本発明の実施の形態では、主応力σの値が所定値以下となり、かつ、パンチのズレ量Δが所定値以下となる範囲ＳＡを、隙間Ｓの値として決定する。隙間Ｓの値をかかる方法によって範囲ＳＡに決定することで、パンチホルダ11に生ずる最大主応力σとパンチの位置ズレ量Δとを、何れも低いレベルでバランスした状態を得ることが可能となる。その結果、パンチホルダ11の破損を防止し、かつ高精度の打抜きを両立させることが可能となる。
【００２７】
なお、本発明の実施の形態では、穿孔対象ワークとして、等速ジョイントのケージ１を例示して説明したが、本発明は、かかるワークに限定適用されるものではなく、はりによってパンチを支持し、例えば管状のワークに対し穿孔を施すような場合にも、適用可能であることは理解されるであろう。
【００２８】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、以下のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る穿孔装置によれば、パンチホルダの折損による工具コストの増大の防止と、高精度の打抜きとを両立させることが可能となる。
【００２９】
また、はりは近似的に一端固定他端支持ばりとなり、前記パンチを固定する部分に発生する応力を、前記はりが従来の両端固定ばりであった場合に比して小さくすることができる。よって、パンチホルダの折損による工具コストの増大を確実に防止することができる。
【００３０】
また、本発明の請求項２に係る穿孔装置によれば、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを、何れも低いレベルでバランスした状態を得ることができるので、パンチホルダの折損による工具コストの増大の防止と、高精度の打抜きとを両立させることが可能となる。
【００３１】
また、本発明の請求項３に係るパンチの支持方法によれば、パンチホルダの折損による工具コストの増大の防止と、高精度の打抜きとを両立させることが可能となる。
【００３２】
また、はりは近似的に一端固定他端支持ばりとなり、前記パンチを固定する部分に発生する応力を、前記はりが従来の両端固定ばりであった場合に比して小さくすることができる。よって、パンチホルダの折損による工具コストの増大を確実に防止することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項４に係るパンチの支持方法によれば、前記はりに生ずる最大主応力とパンチの位置ズレ量とを、何れも低いレベルでバランスした状態を得ることができるので、パンチホルダの折損による工具コストの増大の防止と、高精度の打抜きとを両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る穿孔装置を示す模式図である。
【図２】  図１に示す穿孔装置のパンチの支持方法による場合の、パンチホルダの曲げモーメント図を、従来例による場合と比較しながら示した説明図である。
【図３】  図１に示す穿孔装置のパンチホルダが無負荷状態にあるときのバックアップとパンチホルダの他端との隙間に対する、パンチホルダに生ずる最大主応力と、パンチの位置ズレ量との関係を示すグラフである。
【図４】  等速ジョイントのケージを示す斜視図である。
【図５】  従来の穿孔装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ケージ
２  内壁
３  外壁
４  孔
５  基準面
６  押え面
７  ダイス
８  基準プレート
９  押えプレート
10  パンチ
11  パンチホルダ
11ａ  パンチの固定部分
12  スライド
13  バックアップ
Ｓ  隙間
Ｗ  打抜き荷重
σ  最大主応力
Δ  パンチの位置ズレ量
【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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