(57)【要約】【課題】仕上がり寸法精度を向上することができ、かつ従来は困難であった複雑な形状でも成形加工できるように成形性を向上した、逐次成形方法及び逐次成形装置を提供する。【解決手段】本発明の逐次成形方法は、型工具２上で、板材Ｍの一部をクランプ部材４１、４２により挟持し、該板材Ｍに押圧工具３を押圧しながら相対移動させ、該板材Ｍを該型工具２の形状に沿わせて成形加工を行う逐次成形方法において、前記板材Ｍに対して所望の方向及び大きさの付勢力Ｆ０を付与する前記クランプ部材４１、４２を複数個配設し、前記押圧工具３の相対移動に連動して該付勢力Ｆ０を複数個の該クランプ部材４１、４２から個別に付与しながら、成形加工を行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型工具上で、板材の一部をクランプ部材により挟持し、該板材に押圧工具を押圧しながら相対移動させ、該板材を該型工具の形状に沿わせて成形加工を行う逐次成形方法において、
前記板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を付与する前記クランプ部材を複数個配設し、前記押圧工具の相対移動に連動して該付勢力を複数個の該クランプ部材から個別に付与しながら、成形加工を行うことを特徴とする逐次成形方法。
【請求項２】
前記付勢力は、前記板材を中央方向に送り込む押し込み力、該板材を周端方向に拡げる引っ張り力、該板材の板厚方向のせん断力、該板材を捻る方向の回転力、該板材を曲げる方向の回転力、あるいはこれらの力が複合した複合外力、のいずれかである請求項１に記載の逐次成形方法。
【請求項３】
型工具と、該型工具上で板材の一部を挟持する複数個のクランプ部材と、該板材に押圧されるとともに該板材に対して相対移動自在な押圧工具と、該押圧工具の相対移動を駆動する駆動部とを備え、該板材を該型工具の形状に沿わせて成形加工を行う逐次成形装置において、
複数個の前記クランプ部材は、前記板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を付与可能であり、かつ前記押圧工具の相対移動に連動して該付勢力を個別に付与することを特徴とする逐次成形装置。
【請求項４】
前記クランプ部材は、前記板材に摺接するローラーと、該ローラーと一体に回転するピニオンギヤと、該ピニオンギヤと噛合するラックギヤと、該ラックギヤを操作する操作源と、をもつ請求項３に記載の逐次成形装置。
【請求項５】
前記クランプ部材は、前記板材の周囲の一部を相対移動及び傾斜させることができる移動傾斜機構をもつ請求項３に記載の逐次成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属や樹脂などからなる板材に押圧工具を押し当てながら相対移動させて所定の立体形状に成形加工する逐次成形方法及び逐次成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の部品などを大量生産するための塑性加工方法として、金型を使用したプレス加工が広く用いられている。しかしながら、プレス装置及び金型による加工では設備が大型化するとともに金型製作費が高価であるため、消費者ニーズの多様化に対応した多品種少量生産に適する経済性に優れた新たな加工方法が求められている。また、プレス加工では製作できる部品の形状に制約があり、より複雑な形状の部品も製作できる高度な加工方法が必要になってきている。これらの要望に応えて、近年逐次成形方法が実用化され、生産設備として普及しつつある。
【０００３】
逐次成形装置の例として特許文献１に開示された板材のダイレスフォーミング装置は、基台、固定押圧機構、工具セット及び押圧機構、駆動装置、を備え、ダイレスすなわち金型なしでの成形加工を可能にしている。すなわち、逐次成形装置では、特定形状の金型に代わり汎用の押圧工具を用い、金属や樹脂などの板材に押し当てながら相対移動させることにより所定の立体形状を成形加工するようになっている。また、複雑な形状を成形加工するために、所望する形状の型工具と、板材を型工具に沿わせるための棒状工具と、が組み合わせて使用される場合もある。さらに、押圧工具の移動には数値制御が用いられており、複雑な形状に対応した移動制御が行われるとともに、異なる形状の部品にも同じ装置構成で対応できるようになっている。
【０００４】
特許文献１の装置をはじめとする逐次成形装置では、通常、板材の周囲を対になったクランプ部材により一定のクランプ力で挟みこんで保持し、板材の中央に押圧工具を押し当てて成形加工を行う。このとき、板材の変形により生じる応力がクランプ力よりも大きくなると、板材はクランプ部材の間を滑って送り込まれるようになっている。しかしながら、一定のクランプ力による挟持では的確な板材の送り込みが難しく、これに対する一改良例が特許文献２に開示されている。特許文献２の逐次成形方法では、板材の周囲を押さえるブランクホルダーを複数個配置し、その各クランプ力を油圧により個別に制御可能とし、棒状押圧部材の移動に連動してクランプ力を変化させている。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９９／３８６２７号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２３６６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クランプ部材のクランプ力は、板材の接触面の面粗度や製作寸法精度に影響されやすく、特許文献２の個別制御を行っても、板材を的確に送り込むことが困難になる場合があった。例えば、深絞りのように変形量の大きな成形加工では、十分に板材が送り込まれず、仕上がり寸法が薄くなりすぎる”引け”の現象が問題となっていた。また、部品形状が複雑化するにつれて、成形加工は困難さを増していた。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、”引け”などが発生しないように仕上がり寸法精度を向上することができ、かつ従来は困難であった複雑な形状でも成形加工できるように成形性を向上した、逐次成形方法及び逐次成形装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の逐次成形方法は、型工具上で、板材の一部をクランプ部材により挟持し、該板材に押圧工具を押圧しながら相対移動させ、該板材を該型工具の形状に沿わせて成形加工を行う逐次成形方法において、前記板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を付与する前記クランプ部材を複数個配設し、前記押圧工具の相対移動に連動して該付勢力を複数個の該クランプ部材から個別に付与しながら、成形加工を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、板材を能動的に付勢する挟持方法及び送り込み方法に特徴を有している。すなわち、従来のようにクランプ部材で挟持された板材が変形応力によって受動的に引き込まれるのではなく、クランプ部材から能動的に付勢力を加え、板材を強制的に押し込んで送り込みを促し、押圧工具による成形加工を助長するようにしている。
【０００９】
まず、本発明の逐次成形方法を行うための装置構成について説明する。逐次成形を施す板材には、塑性変形する金属や樹脂などを用いることができ、特に制約はない。型工具には、前もって製作した所望する形状の型を用いることができる。押圧工具は、一般的な汎用の棒状工具でもよく、あるいは、型工具に合わせて製作された特定の型でもよい。さらには、型工具と押圧工具とに代えて、板材を挟んで向かい合う２本の汎用の棒状工具を用いることもできる。なお、板材と押圧工具との相対移動では、両者のうちいずれを移動させてもよく、相対移動のための駆動部を適宜設けることができる。
【００１０】
複数個のクランプ部材は、板材の一部を挟持するとともに、板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を付与するものである。各クランプ部材が板材を挟持するクランプ力は一定でもよく、あるいは個別に制御できるようにしておいてもよい。また、各クランプ部材は、板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を個別に付与することができるように形成されている。例えば、付勢力を出力するアクチュエータが個別に設けられ、個別に制御されるようにして、形成されている。
【００１１】
次に、逐次成形の実施方法について説明する。本発明では、板材に押圧工具を押圧しながら相対移動させる際、相対移動に連動して付勢力を複数個のクランプ部材から個別に付与しながら、成形加工を行うようにしている。
【００１２】
前記付勢力は、前記板材を中央方向に送り込む押し込み力、該板材を周端方向に拡げる引っ張り力、該板材の板厚方向のせん断力、該板材を捻る方向の回転力、該板材を曲げる方向の回転力、あるいはこれらの力が複合した複合外力、のいずれかであってもよい。
【００１３】
例えば、板材を型工具と押圧工具とで挟み込んで深絞り加工を行うとき、変形する加工部位には板材をまわりから引き込もうとする応力が発生する。このとき、加工の進捗に応じて、クランプ部材から中央方向に向かう付勢力を付与し、板材を中央方向に押し込むようにすることができる。この結果、板材は従来よりも容易に十分な量が送り込まれるので、板材の伸びすぎによる肉厚減少の”引け”が抑制される。また、板材内部に発生する応力が減少するので、スプリングバックなど本来は変形させたくない箇所の変形量が減少して仕上がり寸法精度が向上する。さらに、従来は困難であった程の深い絞りや複雑な形状の絞りもできるようになり、加工を行う工具側の所要力も小さくて済み、成形性が向上する。
【００１４】
また、圧延加工に類する成形加工では、板材に引っ張り力を付与して、板材の延伸を助長することができる。板材の周囲に高低差を設ける成形加工では、高くする部分のクランプ部材で上向きに付勢し低くする部分のクランプ部材で下向きに付勢するせん断力を付与することができる。ファンのように捻りをもつ部品を成形する加工では、捻る方向の回転力を板材に付与することができる。板材をＶ字状に曲げる成形加工では、板材の中央が徐々に低下するように両端を徐々に傾けてゆく回転力を付与することができる。さらには、複雑な形状の成形加工では、押圧工具の相対移動の進捗に応じ、上述の各付勢力の大きさを調整しつつ重ね合わせて付与することもできる。いずれの場合も、付勢力が付与されることにより、板材の変形は容易となって、成形加工が助長される。
【００１５】
なお、本発明の逐次成形方法では、成形工程を粗成形工程と精密成形工程との二段階に分けて行うようにしてもよい。例えば、おおまかな全体形状と部分的な凹凸の細部形状とをもつ部品では、型工具による粗成形工程で全体形状を成形加工した後、押圧工具による精密成形工程で細部形状を成形加工することができる。このとき、粗成形工程では、クランプ部材のクランプ力を低減するとともに大きな付勢力を付与し、板材の送り込みを促して、全体形状の形成を容易にすることができる。また、精密成形工程では、クランプ部材のクランプ力を強化するとともに付勢力は除外し、板材を型工具に安定して密着させ、押圧工具による細部形状の形成を容易にすることができる。これは、細部形状の形成に板材の送り込みが不要な場合の例である。
【００１６】
上述の説明の他、クランプ部材のクランプ力と付勢力の制御方法や、成形工程の分割方法については、製作する部品の形状に応じて様々な応用が可能である。
【００１７】
次に、本発明の逐次成形方法を行うことのできる逐次成形装置について説明する。本発明の逐次成形装置は、型工具と、該型工具上で板材の一部を挟持する複数個のクランプ部材と、該板材に押圧されるとともに該板材に対して相対移動自在な押圧工具と、該押圧工具の相対移動を駆動する駆動部とを備え、該板材を該型工具の形状に沿わせて成形加工を行う逐次成形装置において、複数個の前記クランプ部材は、前記板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を付与可能であり、かつ前記押圧工具の相対移動に連動して該付勢力を個別に付与することを特徴とする。
【００１８】
型工具には、前もって製作した所望する形状の型を用いることができる。押圧工具は、一般的な汎用の棒状工具でもよく、あるいは、型工具に合わせて製作された特定の型でもよい。駆動部は、板材及び押圧工具の相対移動、及び板材への押圧工具の押圧を行うものである。駆動部には、十分な相対移動範囲と成形加工に必要な押圧力とが必要であり、例えば、押圧工具を板材に対して平行に二次元的に相対移動させる移動機構と、板材を押圧工具に垂直に押圧する押圧操作機構と、で構成することができる。
【００１９】
複数個のクランプ部材は、板材の一部を挟持するとともに、板材に対して所望の方向及び大きさの付勢力を付与するものである。各クランプ部材が板材を挟持するクランプ力には、例えば、ばね部材などの一定の弾性力を適用することができる。また、油圧機構などを利用してクランプ力を個別に可変制御できるようにしておいてもよい。各クランプ部材の付勢力を発生する手段は、例えばアクチュエータを個別に設けることで実現できる。アクチュエータにモーターを用いる場合、出力軸に動力伝達機構や動力変換機構を付加して所望の方向の付勢力を得ることができ、電気入力を調整することにより付勢力の大きさを増減制御することができる。なお、クランプ力及び付勢力の発生手段は共通としてもよく、あるいは別々に設けてもよい。
【００２０】
押圧工具の相対移動に連動して各クランプ部材が付勢力を個別に付与するための制御手段として、例えばマイクロコンピュータを応用した数値制御方式の電子制御装置を用いることができる。電子制御装置では、部品形状を表現する各部寸法、押圧工具の相対移動の順序、付勢力の大きさや発生タイミング、などを数値データとして保持し、プログラムによって自動的に駆動部及び各クランプ部材を連動させて制御することができる。なお、クランプ部材のクランプ力を可変制御する場合には、これも連動させることができる。
【００２１】
次に、付勢力を付与する具体的な手段について説明する。前記クランプ部材は、前記板材に摺接するローラーと、該ローラーと一体に回転するピニオンギヤと、該ピニオンギヤと噛合するラックギヤと、該ラックギヤを操作する操作源と、をもつようにしてもよい。例えば操作源に直流モーターを用い、ラックギヤに直線運動を与えると、ピニオンギヤ及びローラーが回転して板材を摺動駆動し、付勢力を付与することができる。直流モーターの電気入力を増減制御することにより付勢力を増減制御することができ、電源極性を反転することにより押し込み力と引っ張り力を切り替えることができる。
【００２２】
前記クランプ部材は、前記板材の周囲の一部を相対移動及び傾斜させることができる移動傾斜機構をもうようにしてもよい。例えば、板材を挟持しているクランプ部材自体を相対移動及び傾斜させるようにすれば、板材に付勢力を付与することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の逐次成形方法では、押圧工具の相対移動に連動して付勢力を各クランプ部材から個別に付与しながら、成形加工を行うようにしたので、板材の変形が容易となって仕上がり寸法精度が向上した。かつ、従来は困難であった複雑な形状でも成形加工できるようになり、成形性が向上した。
【００２４】
また、本発明の逐次成形装置は、所望の方向及び大きさの付勢力を付与可能でかつ押圧工具の相対移動に連動する複数のクランプ部材を備えるので、本発明の逐次成形方法を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明を実施するための最良の形態を、図１及び図２を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例の逐次成形装置を模式的に説明する図である。実施例の逐次成形装置１は、型工具２、押圧工具３、左右のクランプ部材４１、４２をそれぞれ構成する上部クランプ５１及び付勢機構６、型駆動部８１及び押圧駆動部８２、図略の制御部、で構成されている。逐次成形装置１は、板材Ｍを型工具２に沿わせて成形する装置であり、型工具２を取り替えることにより様々な形状の部品を製作できるようになっている。
【００２６】
型工具２は、製作する部品に合わせて製造された特定の形状を有する型であり、図１の実施例では３段階の高さをもっている。すなわち、型工具２の中央左側は最も高い上面２１であり、中央右側は上面２１よりも高さＨ１だけ低い中間面２２、両端側は上面２１よりも高さＨ２だけ低い左底面２３、及び右底面２４となっている。各面２３、２１、２２、２４の間は、急峻な斜面２７、２８、２９で連なっている。型工具２は、板材Ｍの下側に配置され、型駆動部８１に駆動されて上向きに板材Ｍを押圧しつつ上下動すなわち相対移動するようになっている。
【００２７】
押圧工具３は、下向きの先端が半球状の汎用の棒状工具であり、板材Ｍの上側に配置されている。押圧工具３は、押圧駆動部８２に駆動されて下向きに板材Ｍを押圧しつつ二次元的に走査することにより、板材Ｍを型工具２に沿わせて成形することができるようになっている。
【００２８】
板材Ｍの左右両端にそれぞれ配置されるクランプ部材４１、４２は、板材Ｍを一定高さで挟持するように構成されている。クランプ部材４１、４２を構成する上部クランプ５１は、板材Ｍを上側から押さえつけるものである。クランプ部材４１、４２を構成する付勢機構６は、図略のローラー、ピニオンギヤ６１、ラックギヤ６２、操作源のモーター６３、で形成されている。ローラーは、図１中のピニオンギヤ６１の紙面奥側の上部クランプ５１の下側に配置されている。ピニオンギヤ６１はローラーと一体に形成され、ラックギヤ６２と噛合している。ラックギヤ６２は、モーター６３の出力軸に設けられたギヤに噛合し、回転運動が直線運動に変換されて図中の左右に駆動されるようになっている。
【００２９】
板材Ｍは、上部クランプ５１とローラーとによって挟持され、摺動するローラーの回転によって付勢力が付与されるようになっている。例えば、図１に太い矢印で示されるように、右側の付勢機構６のモーター６３が反時計回りに回転すると、ラックギヤ６２が右側に駆動され、ピニオンギヤ６１及びローラーは反時計回りに回転して、板材Ｍを中央方向に付勢する押し込み力Ｆ０が付与される。これによって、板材Ｍは中央方向に送り込まれるようになっている。
【００３０】
図略の制御部は、型工具２の高さを検出しつつ型駆動部８１を制御するとともに、押圧工具３の位置を検出しつつ押圧駆動部８２を制御し、さらに付勢機構６のモーター６３の電気入力を制御するように構成されている。
【００３１】
次に、上述のように構成された実施例の逐次成形装置１による逐次成形方法について、図１及び図２を参考にして説明する。図１は、装置１の構成を示すだけでなく、最初の段取り工程の状態も示している。段取り工程では、板材Ｍをクランプ部材４１、４２に挟持させ、板材Ｍの下側に型工具２を、上側に押圧工具３をそれぞれ配置する。そして、制御部を起動することにより成形加工工程が開始される。
【００３２】
図２は成形加工工程の途中の状況を説明する図であり、（Ａ）は型工具２の中間面２２で加工している状況、（Ｂ）は型工具２の右底面２４で加工している状況、を示している。成形加工工程において、制御部は、型駆動部８１を制御して型工具２を板材Ｍの下側から押圧しつつ徐々に上昇させるとともに、押圧駆動部８２を制御して押圧工具３を上側から押圧しつつ型工具２の斜面２７、２８、２９を二次元的に走査するように制御する。さらに、制御部は、押圧工具３の走査箇所にあわせて板材Ｍが送り込まれるように付勢機構６のモーター６３の電気入力を制御する。これにより、板材Ｍは常に挟持されている高さで加工が施され、型工具２の斜面２７、２８、２９に沿う形状に加工される。
【００３３】
型工具２が高さＨ１だけ上昇した状態が図２（Ａ）であり、上面２１と中間面２２との間の斜面２８では成形加工が終わり、上面２１と左底面２３との間の斜面２７では途中まで成形加工が進んでいる。さらに進んで、型工具２が高さＨ２だけ上昇した状態が図２（Ｂ）であり、上面２１と左底面２３との間の斜面２７、及び中間面２２と右底面２４との間の斜面２９では成形加工が終わっている。斜面２７、２８、２９の成形加工では、板材Ｍには大きな付勢力が付与されて中央方向に送り込まれ、中間面２２や左底面２３、右底面２４の成形加工では付勢力は付与されないように制御されている。
【００３４】
なお、上述の説明では、クランプ部材４１、４２は一定高さで型工具２が上昇するものとしたが、型工具２を固定しクランプ部材４１、４２及び板材Ｍを降下させるようにしても作用は同等である。
【実施例】
【００３５】
本発明の別の実施例を、図３及び図４を参考にして説明する。図３は、本発明の別の実施例で移動傾斜機構をもつクランプ部材を備える逐次成形装置を模式的に説明する図であり、図４は移動傾斜機構の動作を説明する図である。図３の別の実施例の逐次成形装置１１は、図１の付勢機構６に代えて下部クランプ５２と移動傾斜機構７とを備えており、その他の構成は略同一である。
【００３６】
下部クランプ５２は、上部クランプ５１に対向して板材Ｍの下側に配置されている。そして、板材Ｍは、上部クランプ５１と下部クランプ５２により挟持されている。また、移動傾斜機構７は、上部クランプ５１と下部クランプ５２とを一括して把持し、板材Ｍごと移動及び傾斜させるものである。移動傾斜機構７には公知の各種機構を応用することができるので詳述はしないが、図４に示されるように、板材Ｍに対して押し込み力Ｆ１、引っ張り力Ｆ２、せん断力Ｆ３、捻る方向の回転力Ｆ４、曲げる方向の回転力Ｆ５、などあらゆる方向の付勢力Ｆ１〜Ｆ５を付与することができる。
【００３７】
このうち、押し込み力Ｆ１を利用することにより、図１の実施例と同様の作用、効果を得ることができる。他にも、押圧工具３の相対移動に連動して、適宜付勢力Ｆ１〜Ｆ５を選択して付与することにより、自在な成形加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例の逐次成形装置、及び最初の段取り工程を説明する図である。
【図２】図１の実施例において、成形加工工程の途中の状況を説明する図であり、（Ａ）は型工具の中間面で加工している状況、（Ｂ）は型工具の右底面で加工している状況、を示している。
【図３】別の実施例で移動傾斜機構をもつクランプ部材を備える逐次成形装置を模式的に説明する図である。
【図４】図３の実施例において、移動傾斜機構の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１１：逐次成形装置
２：型工具
２１：上面              ２２：中間面          ２３：左底面      
２４：右底面            ２７〜２９：斜面
３：押圧工具
４１、４２：クランプ部材
５１：上部クランプ            ５２：下部クランプ
６：付勢機構
６１：ピニオンギヤ      ６２：ラックギヤ      ６３：モーター（操作源）
７：移動傾斜機構
８１：型駆動部                ８２：押圧駆動部
Ｍ：板材
Ｈ１、Ｈ２：型工具の高さ
Ｆ０〜Ｆ５：付勢力
【図１】
2007319892.tif 000003
【図２】
2007319892.tif 000004
【図３】
2007319892.tif 000005
【図４】
2007319892.tif 000006