(57)【要約】    【課題】  低コストでかつ短時間で行えるワークの穴開けを実現する。    【解決手段】  本発明は、ワークに穴を形成する穴開け装置であって、  ワークＷに穴を打ち抜くパンチ部材２２と、パンチ部材２２と別体であってワークＷの穴形成部分を加熱する加熱手段２４とを有することを特徴とする。パンチ部材２２と加熱手段２４が兼用されないため、それぞれを最適な構成にすることができる。【選択図】    図２
2007319912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに穴を形成する穴開け装置であって、
ワークに穴を打ち抜くパンチ部材と、
前記パンチ部材と別体であって、ワークの穴形成部分を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする穴開け装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の穴開け装置において、
前記加熱手段は、ワークの穴形成部分と当接する当接部材を有し、該当接部材を介してワークの穴形成部分を加熱することを特徴とする穴開け装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の穴開け装置において、
当接部材は電極であって、
前記加熱手段は、電極とワークとの間を通電することにより該ワークの穴形成部分を加熱する通電手段を有することを特徴とする穴開け装置。
【請求項４】
前記請求項２または３のいずれかに記載の穴開け装置において、
前記パンチ部材は筒形状であり、
前記当接部材は棒形状であり、該当接部材が前記パンチ部材内に配置されていることを特徴とする穴開け装置。
【請求項５】
前記請求項２または３のいずれかに記載の穴開け装置において、
前記当接部材は筒形状であり、
前記パンチ部材は棒形状であり、該パンチ部材が当接部材内に配置されていることを特徴とする穴開け装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の穴開け装置において、
ワークをプレス成形するプレス装置に組み込まれていることを特徴とする穴開け装置。
【請求項７】
前記請求項６に記載の穴開け装置において、
前記加熱手段は、プレス成形中にワークの穴形成部分の加熱を開始し、
前記パンチ部材は、プレス成形後の型開き前に該部分に穴を打ち抜くように構成されていることを特徴とする穴開け装置。
【請求項８】
予め加熱されたワークがプレス装置でプレス成形される際に該ワークに穴を形成する穴開け方法において、
前記プレス装置の型を通じて放熱されているワークの穴形成部分を加熱手段によって加熱し、その加熱された穴形成部分にパンチ部材によって穴を打ち抜くことを特徴とする穴開け方法。
【請求項９】
前記請求項８に記載の穴開け方法において、
前記加熱手段は、ワークの穴形成部分と当接する電極と、前記電極とワークとの間を通電することにより該ワークの穴形成部分を加熱する通電手段とを有し、かつ前記加熱手段と前記パンチ部材とが前記プレス装置に組み込まれていることを特徴とする穴開け方法。
【請求項１０】
前記請求項８または９のいずれかに記載の穴開け方法において、
前記加熱手段は、プレス成形中に、ワークの穴形成部分の加熱を開始し、
前記パンチ部材は、プレス成形後の型開き前に該部分に穴を打ち抜くように構成されていることを特徴とする穴開け方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１つに記載の穴開け方法において、
ワークは、引張強度約６００ＭＰａ以上の高張力鋼であることを特徴とする穴開け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに穴を形成する穴開け装置および該装置を用いた穴開け方法に関し、金属加工技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
パンチ部材によってワークに穴を打ち抜く方法として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、パンチ部材とワークが当接状態であるときに該パンチ部材と該ワークの間を通電することにより、パンチ部材と当接するワークの部分（以下、「穴形成部分」と称する。）を加熱して軟化させ、穴をうち抜きやすくするものである。ワークの穴形成部分を加熱してパンチ部材により穴を打ち抜くことにより、バリやカエリの発生が抑制され、打ち抜き時間が加熱しない場合に比べて短くなる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７０８３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のパンチ部材は、ワークの穴形成部分を加熱することはできるが本来の目的が穴を打ち抜くことであるために、ワークに対して短時間に十分に加熱できるような電気的性質を有する材料で作製されていない。その対処として、電気的性質を有する、例えば電極などに使用される材料でパンチ部材を作製することが考えられるが、電極材料からなるパンチ部材は穴を繰り返して打ち抜くほどの機械的強度がないために寿命が短い。それに加えて、電極材料は高価である。そのため、電極材料からなるパンチ部材による穴形成加工のコストは高いものとなる。
【０００５】
そこで、本発明は、ワークの穴形成部分に短時間かつ低コストで穴を形成することができる穴開け装置と該装置を用いた穴開け方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ワークに穴を形成する穴開け装置であって、
ワークに穴を打ち抜くパンチ部材と、
前記パンチ部材と別体であって、ワークの穴形成部分を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載する発明は、
前記請求項１に記載の穴開け装置において、
前記加熱手段は、ワークの穴形成部分と当接する当接部材を有し、該当接部材を介してワークの穴形成部分を加熱することを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に記載する発明は、
前記請求項２に記載の穴開け装置において、
当接部材は電極であって、
前記加熱手段は、電極とワークとの間を通電することにより該ワークの穴形成部分を加熱する通電手段を有することを特徴とする。
【０００９】
さらにまた、請求項４に記載する発明は、
前記請求項２または３のいずれかに記載の穴開け装置において、
前記パンチ部材は筒形状であり、
前記当接部材は棒形状であり、該当接部材が前記パンチ部材内に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
加えて、請求項５に記載する発明は、
前記請求項２または３のいずれかに記載の穴開け装置において、
前記当接部材は筒形状であり、
前記パンチ部材は棒形状であり、該パンチ部材が当接部材内に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
加えてまた、請求項６に記載する発明は、
前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の穴開け装置において、
ワークをプレス成形するプレス装置に組み込まれていることを特徴とする。
【００１２】
加えてさらに、請求項７に記載する発明は、
前記請求項６に記載の穴開け装置において、
前記加熱手段は、プレス成形中にワークの穴形成部分の加熱を開始し、
前記パンチ部材は、プレス成形後の型開き前に該部分に穴を打ち抜くように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、請求項８に記載する発明は、
予め加熱されたワークがプレス装置でプレス成形される際に該ワークに穴を形成する穴開け方法において、
前記プレス装置の型を通じて放熱されているワークの穴形成部分を加熱手段によって加熱し、その加熱された穴形成部分にパンチ部材によって穴を打ち抜くことを特徴とする。
【００１４】
さらに、請求項９に記載する発明は、
前記請求項８に記載の穴開け方法において、
前記加熱手段は、ワークの穴形成部分と当接する電極と、前記電極とワークとの間を通電することにより該ワークの穴形成部分を加熱する通電手段とを有し、かつ前記加熱手段と前記パンチ部材とが前記プレス装置に組み込まれていることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、請求項１０に記載する発明は、
前記請求項８または９のいずれかに記載の穴開け方法において、
前記加熱手段は、プレス成形中にワークの穴形成部分の加熱を開始し、
前記パンチ部材は、プレス成形後の型開き前に該部分に穴を打ち抜くように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
加えて、請求項１１に記載する発明は、
請求項８〜１０のいずれか１つに記載の穴開け方法において、
ワークは、引張強度約６００ＭＰａ以上の高張力鋼であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、ワークの穴形成部分を加熱する加熱手段と穴を打ち抜くパンチ部材と別体であるため、加熱手段を該部分の加熱に最適な構成にすることができるとともに、パンチ部材を穴の打ち抜きに最適な構成にすることができる。その結果、穴形成部分を短時間で十分に加熱でき、コストが安い穴形成加工が可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、加熱手段がワークの穴形成部分と当接する当接部材を介して該穴形成部分を加熱するため、熱を無駄にすることなくピンポイントな加熱が可能になる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、当接部材が電極であって該電極とワークとの間を通電されることにより穴形成部分が加熱されるため、簡単な構成で確実な加熱を行うことができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、パンチ部材が筒形状であって、加熱手段の当接部材が棒状であってパンチ部材内に配置されるため、当接部材によって穴形成部分を加熱しつつパンチ部材によって穴を打ち抜くことができる。また、穴形成部分において、当接部材からの熱は中心から無駄なく筒形状のパンチ部材でせん断される部分に伝導されるために熱の無駄が少ない。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、加熱手段の当接部材が筒形状であって、パンチ部材が棒状であって当接部材内に配置されるため、当接部材によって穴形成部分を加熱しつつパンチ部材によって穴を打ち抜くことができる。また、パンチ部材は、筒形状の当接部材内に配置可能な大きさであればよいため、例えば複数の大きさのパンチ部材を交換することにより様々な大きさの穴を打ち抜くことができる穴開け装置を構成することが可能になる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、穴開け装置がワークをプレス成形するプレス装置に組み込まれているため、プレス成形から穴を打ち抜くまでのワークに対する加工時間が、ワークの移動時間がないために短い持間となる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、ワークのプレス成形中に、加熱手段が穴形成部分の加熱を開始するため、プレス成形から穴を打ち抜くまでのワークに対する加工時間がさらに短縮される。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、予め加熱されたワークがプレス装置によってプレス成形された後の該プレス装置の型を通じて放熱されている該ワークの穴形成部分を加熱手段によって加熱し、その加熱された穴形成部分にパンチ部材によって穴を打ち抜く。加熱手段により、プレス装置の型によって行われる放熱によるワークの穴形成部分の冷却が抑制されるため、完全に冷却された穴形成部分を再加熱して穴を打ち抜く場合に比べて加工時間が短くなる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、加熱手段は、ワークの穴形成部分と当接する電極と該電極とワークとの間を通電することにより該ワークの穴形成部分を加熱する通電手段とを有し、また、加熱手段とパンチ部材とがプレス装置に組み込まれているため、穴開け方法は簡単で確実な方法となり、プレス成形から穴を打ち抜くまでのワークに対する加工時間が、ワークの移動時間がないために短い持間となる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明によれば、ワークのプレス成形中に、加熱手段が穴形成部分の加熱を開始するため、プレス成形から穴を打ち抜くまでのワークに対する加工時間がさらに短縮される。また、プレス成形中においては、ワークには予め加熱されたときの熱が残っているため、加熱手段によってワークに与える熱量は少なくて済む。その結果、コストの安い穴形成加工が実現される。
【００２７】
請求項１１に記載の発明によれば、本発明は、ワークとなる材料が引張強度約６００ＭＰａ以上の高張力鋼であっても短時間で穴を打ち抜くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本実施形態に係る穴開け装置を備えたプレス装置は、図１に示すような自動車のセンターピラーレインフォースＰ１を、金属板をプレス成形しつつ基準穴Ｈ１を形成することにより作製する。
【００２９】
図２に本発明の一実施形態に係る穴開け装置を備えたプレス装置の概略的な構成を示す。図において符号１０で示されるプレス装置は、ワークＷを所定の形状にプレス成形しつつ該ワークＷに穴を形成するように構成されている。
【００３０】
プレス装置１０は、ワークＷを所定の形状にプレス成形するための金型１２、１４と、金型１２が載置されるボルスタ１６と、金型１４を保持するラム１８と、ラム１８を昇降させる駆動装置２０とを有する。
【００３１】
また、プレス装置１０は、ワークＷに穴を形成する穴開け装置として、パンチ部材２２と、ワークＷの穴形成部分を加熱する加熱手段を構成する電極２４と該電極２４とワークＷとの間を通電させる通電装置２６とを有する。
【００３２】
金型１２、１４は板形状の金属のワークＷをプレスすることにより所定の形状に成形するように構成されている。金型１２は、ボルスタ１６上の所定の位置にホルダ２８によって固定されている（以下、金型１２を「下型１２」と称する。）。
【００３３】
一方、金型１４は、金型１２の上方で対向するようにラム１８に支持されている（以下、金型１４を「上型１４」と称する。）。具体的に言うと、上型１４はホルダ３０に保持されており、このホルダ３０はラム１８の下部から下方向に延びる位置決めピン３２に沿ってスプリング３４の押圧力により下方向に移動するように構成されている。また、ホルダ３０は、ロック３６により位置決めピン３２に固定されるように構成されている。
【００３４】
ラム１８は、油圧シリンダなどの直動装置である駆動装置２０によってガイドロッド３８に沿って昇降するように構成されている。
【００３５】
位置決めピン３２は、ホルダ２８に形成された位置決め穴４０と協働して上型１４を下型１２に対する所定の水平方向位置に配置するためのものである。ラム１８が降下すると位置決めピン３２が位置決め穴４０に挿入され、上型１４の下型１２に対する水平方向位置が所定の位置に位置決めされる。
【００３６】
パンチ部材２２は、棒状であってプレス成形されたワークＷの所定の穴形成部分に穴を打ち抜くようにラム１８の下部に固定されている。パンチ部材２２の先端は、その先端周辺を拡大した図３に示すようにワークＷに穴を打ち抜く前は上型１４に形成された貫通穴４２に収容されている。穴を打ち抜くとき、後述するようにパンチ部材２２の先端は上型１４の貫通穴４２から突出する。
【００３７】
電極２４は、筒形状であって、２つの金型１２、１４によってワークＷがプレスされている間、その下端がワークＷと接触するように上型１４の貫通穴４２に挿入されている。電極２４の内部の大きさは、パンチ部材２２が挿通可能な大きさにされている。
【００３８】
また、電極２４は、絶縁断熱材料の部材４４を介して上型１４の貫通穴４２に挿入されている。これは、通電装置２６によって電流が流される電極２４から上型１４に電流が流れないようにすることと、電極２４に発生した熱が上型１４に逃げないようにするためである。
【００３９】
さらに、電極２４は、加熱手段として機能することから、高温強度が高い材料で作製されている。電極２４は、対酸化性に優れた、銀と炭化タングステンからなる合金（例えば、銀を重量パーセントで約４０〜５０％含むＡｇ−ＷＣ合金）、タングステンとニッケルと鉄からなる合金（例えば、タングステンを重量パーセントで約９５％含むＷ−Ｎｉ−Ｆｅ合金）、タングステンとニッケルと銅を含む合金（Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ合金）などから作製されるのが好ましい。
【００４０】
図２に戻って、通電装置２６は、電極２４とワークＷが接触状態であるとき、すなわち２つの型１２と１４によってワークＷがプレスされているとき、電極２４とワークＷの間を通電するように構成されている。
【００４１】
ここからは、ワークＷに対して穴を打ち抜く動作を含めたプレス装置１０の動作について説明する。
【００４２】
まず、図２に示すように、ラム１８が最上位に配置されるとともに、ホルダ３０がロック３６によって位置決めピン３２に固定されている状態（以下、「初期状態」と称する。）で、板形状のワークＷが下型１２上の所定の位置にセッティングされる。なお、説明および図示はしていないが、ワークＷを下型１２上の所定の位置に配置するためのストッパが存在する。
【００４３】
ワークＷのセッティングが完了すると、駆動装置２０がラム１８を降下させる。ラム１８が降下することにより、上型１４が降下してワークＷと接触する。そして、図４に示すように、ワークＷが下型１２と上型１４に挟まれてプレスされ、所定の形状に成形される。
【００４４】
ワークＷが下型１２と上型１４によってプレス成形されて所定時間経過後（例えば、プレスされているワークＷの変形挙動が停止した後）、通電装置２６が２つの型１２、１４に挟まれているワークＷと電極２４との間を通電し、図５に示すように電極２４と接触しているワークＷの穴形成部分Ｘを加熱し始める。
【００４５】
電極２４によってワークＷの穴形成部分が十分に加熱されると（パンチ部材２２と対向するワーク部分が十分に加熱されると）、図６に示すようにロック３６が解除され、ホルダ３０が位置決めピン３２に沿って移動可能になる。続いて、駆動装置２０によりラム１８が降下される。ラム１８が降下することにより、パンチ部材２２の先端がワークＷに向かって降下し、図６と図６の部分拡大図である図７とに示すようにパンチ部材２２がワークＷに穴を打ち抜く。このとき、ワークＷの穴形成部分が電極２４によって加熱されているため、パンチ部材２２はバリやカエリの発生が少ない穴を短時間に形成することができる。なお、ワークＷは、図６に示すようにスプリング３４によって下方向に付勢されている上型１４と下型１２によって動かないように挟持されている。
【００４６】
そして、パンチ部材２２がワークＷに穴を打ち抜いたあと、図２に示すような初期状態にプレス装置１０は戻る。
【００４７】
なお、本実施形態においては、パンチ部材は、円筒形状の電極の内部を挿通可能であればいかような大きさのものでもよい。したがって、プレス装置（穴開け装置）を種々の大きさのパンチ部材を取り付け可能に構成すれば、種々の大きさの穴を形成することが可能になる。
【００４８】
以上、一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００４９】
例えば、上述の実施形態において、穴開け装置は、プレス装置に組み込まれてプレス成形されたワークに穴を形成するものであるが、これに限定されない。穴開け装置が穴を形成するワークはプレスされたものでなくてもよい。ただし、プレス成形されたワークに穴を形成するのであれば、上述の実施形態のように、穴開け装置はプレス装置に組み込まれるのが好ましい。理由は、プレス装置からワークを取り出して穴開け装置にセッティングするまでの時間が省略されることと、穴形成時にワークを保持する手段としてプレス装置の金型を利用できるためである。
【００５０】
また、上述の実施形態はプレスされた（プレスによる変形挙動が完全に停止した）後に加熱手段によるワークの穴形成部分の加熱を開始するが、これに限らずプレス成形中（プレスによるワークの変形中）にワークの穴形成部分の加熱を開始してもよい。この場合、加熱がプレス成形中に開始されるため、加熱がプレス成形完了後に開始される上述の実施形態に比べて、ワークをプレス成形してそのワークに穴を形成するまでの加工時間が短くなる。
【００５１】
さらに、高張力鋼（例えば、引張強度６００ＭＰａ以上の高張力鋼）などの高強度なワークの場合、通常、プレス成形をしやすくするために、ワークはプレス装置１０にセッティングする前に予め加熱される。このようなプレス方法は、温間プレスと呼ばれている。
【００５２】
温間プレスにおいて、予め加熱されたワークは、プレス装置の金型によって所定の形状にプレス成形されつつ該金型に熱を奪われる、言い換えると焼き入れされる。焼き入れによりワークが硬化すると、穴開け装置の加熱手段による該ワークの穴形成部分の加熱時間を長く設定する必要があるため、加熱手段による該部分の加熱はワークが硬化する前、すなわちプレス成形途中またはプレス成形完了後すぐに開始するのが好ましい。プレス形成途中にワークの穴形成部分を加熱し始める場合、予め加熱されたワークに残る熱を利用することができるため、加熱手段によるワークの穴形成部分の加熱時間や加熱量を小さくすることができる。結果、穴形成加工のコストが安くなる。
【００５３】
さらにまた、加熱手段は、ヒータと熱的に接続された当接部材を有し、この当接部材をワークの穴形成部分と当接させることにより該部分を加熱するように構成してもよい。しかしながら、加熱手段は、加熱量や加熱時間の調整が簡単でありそのための構造が簡単な、上述の実施形態ような電極と通電装置であるのが好ましい。
【００５４】
さらにまた、加熱手段による加熱方法は、ワークの穴形成部分と当接する当接部材を介してではなく、穴形成部分と当接しない手段、例えばレーザ、光もしくは電磁誘導を利用した手段であってもよい。しかしながら、どのような表面形状（例えば、異なる表面粗さ）のワークの穴形成部分であっても十分に短時間に加熱できるように、加熱手段による加熱方法は、穴形成部分と当接する当接部材を介する方法が好ましい。
【００５５】
加えて、上述の実施形態においては、パンチ部材が棒状であって、加熱手段である電極が筒形状であるが、パンチ部材と電極の形状はこれに限定されない。
【００５６】
例えば、図８に示すようなセンタピラーインパネルＰ２のシートベルト巻取り装置を配置する穴Ｈ２を形成する場合、図９に示すように、パンチ部材１２２は筒形状であって、電極１２４は棒形状であってもよい。
【００５７】
この場合、電極１２４がパンチ部材１２２の内部に配置されるため、電極１２４はブラケット部材１５０によって保持される。ブラケット部材１５０は、通電装置（図示せず）によって通電される導電性の部材であって、その中央部で電極１２４を保持し、パンチ部材１２２に形成された該パンチ部材１２２の進行方向に長い長穴１５２を介して外部に突出した両端で上型１１４に絶縁断熱材料部材１３８を介して固定される。
【００５８】
図１０に示すように下型１１４と下型１１２によりワークＷがプレスされると、加熱手段である電極１２４がワークＷの部分Ｙを加熱する。
【００５９】
電極１２４による加熱が十分に行われるとまたは加熱中に、図１１に示すように、円筒形状のパンチ部材１２２が降下してワークＷに穴を打ち抜く。
【００６０】
加熱手段である電極が棒状であって円筒形状のパンチ部材の内部に配置される利点は、電極からワークに伝達される熱が無駄なくパンチ部材によってせん断される部分に伝導することである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、ワークの穴形成部分をパンチ部材と別体の加熱手段によって短時間で十分に加熱し、加熱された部分をパンチ部材によって打ち抜くものである。したがって、穴を打ち抜く加工全てに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る穴開け装置によって穴が形成される一例のワークを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る穴開け装置が組み込まれたプレス装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図２のパンチ部材の先端周辺を拡大した図である。
【図４】図２のプレス装置がワークをプレスしている様子を示す図である。
【図５】図４のパンチ部材の先端周辺を拡大した図である。
【図６】パンチ部材によってワークに穴を打ち抜いた様子を示す図である。
【図７】図６のパンチ部材の先端周辺を拡大した図である。
【図８】別の実施形態の穴開け装置を備えたプレス装置で作製されるセンターピラーインパネルを示す図である。
【図９】別の実施形態のプレス装置のパンチ部材の先端周辺を拡大した図である。
【図１０】別の実施形態のプレス装置がワークをプレスしている様子を示す図である。
【図１１】パンチ部材によってワークに穴を打ち抜いた様子を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２２：パンチ部材
２４：加熱手段（電極）
Ｗ：ワーク
【図１】
2007319912.tif 000003
【図２】
2007319912.tif 000004
【図３】
2007319912.tif 000005
【図４】
2007319912.tif 000006
【図５】
2007319912.tif 000007
【図６】
2007319912.tif 000008
【図７】
2007319912.tif 000009
【図８】
2007319912.tif 000010
【図９】
2007319912.tif 000011
【図１０】
2007319912.tif 000012
【図１１】
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