(57)【要約】【課題】板材に段差を成形する場合において、段差に連続する前後の平面部における反りの発生を低減することを可能としたプレス金型、このプレス金型を利用した段差加工方法およびこの段差加工方法により成形されたプレス加工品を提案する。【解決手段】上型凸部２ａを有する上型２と、下型凸部３ａを有する下型３とを備え、この上型凸部２ａと下型凸部３ａとのクリアランスＳが、金属板１０の加工前の部材厚ｔの７０％以上１２０％以下の範囲内であるプレス金型１と、このプレス金型１を利用して金属板１０に押圧力を付与することにで、金属板１０の平面部に、段差１１を成形する段差加工方法と、金属板１０の段差１１の部材厚が、金属板１０の加工前の部材厚ｔの７０％以上１００％以下の範囲内であるプレス加工品。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材の平面部に、段差加工を施すためのプレス金型であって、
設計された段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する上型と、
前記段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する下型と、を備え、
前記上型の凸部と前記下型の凸部とのクリアランスが、前記被加工材の加工前の部材厚の７０％以上１２０％以下の範囲内であることを特徴とする、プレス金型。
【請求項２】
前記クリアランスが、前記被加工材の加工前の部材厚であることを特徴とする、請求項１に記載のプレス金型。
【請求項３】
設計された段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する上型と、
前記段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する下型と、により押圧力を付与することで、被加工材の平面部に、前記段差を成形する段差加工方法であって、
前記被加工材の段差部分の部材厚が、該被加工材の加工前の部材厚の７０％以上１００％以下の範囲内となるように成形することを特徴とする、段差加工方法。
【請求項４】
被加工材の平面部に段差部が成形されたプレス加工品であって、
前記段差部の部材厚が、前記被加工材の加工前の部材厚の７０％以上１００％以下の範囲内であることを特徴とする、プレス加工品。
【請求項５】
最大寸法が、前記被加工材の加工前の部材厚の２５倍以上７００倍以下の範囲内であることを特徴とする、請求項４に記載のプレス加工品。
【請求項６】
前記被加工材の加工前の部材厚が、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のプレス加工品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス金型、このプレス金型を利用した段差加工方法およびこの段差加工方法により成形されたプレス加工品に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材の一部に段差が成形されるプレス加工品において、この段差の加工は、ハーフカット加工により行う場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなハーフカット加工は、図５に示すように、上型１０２の凸部１２０の側面と下型１０３の凸部の側面１３０とのクリアランスをなくすようにプレス金型１０１を設定し、被加工材である金属板１１０にこのプレス金型１０１により押圧力を付与することにより、金属板１１０をせん断変形させて、段差１１１を成形するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２９２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記従来のハーフカット加工は、加工後の金属板１０（プレス加工品）について、段差の前後の平面部１１２，１１２に大きな反りが発生すると言う問題点を有していた。特に、部材厚の薄い被加工材（例えば０．５ｍｍ以下）に対しては、歪の差に対して、部材厚が薄い方が、変形が生じやすいため、反りをコントロールすることが難しかった。さらに、部材厚に対する外形寸法の比が大きいプレス加工品は、発生した歪が増幅されやすく、反りのコントロールをし難い傾向を示す。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、板材に段差を成形する場合において、段差に連続する前後の平面部における反りの発生を低減することを可能としたプレス金型、このプレス金型を利用した段差加工方法およびこの段差加工方法により成形されたプレス加工品を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被加工材の平面部に、段差加工を施すためのプレス金型であって、設計された段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する上型と、前記段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する下型と、を備え、前記上型の凸部と前記下型の凸部とのクリアランスが、前記被加工材の加工前の部材厚の７０％以上１２０％以下の範囲内であることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプレス金型であって、前記クリアランスが、前記被加工材の加工前の部材厚であることを特徴としている。
【０００９】
かかるプレス金型によれば、被加工材への段差加工に伴い、段差に連続する前後の平面部に反りが生じることを低減させて、高品質なプレス加工が可能となる。ここで、上型の凸部と下型の凸部とのクリアランスが７０％よりも小さいと、精密部品として必要とされるような板厚と同程度よりも大きな反りが発生する可能性が大きくなる。一方、同クリアランスが１２０％よりも大きいと加工後のスプリングバックが大きく、所定の段差寸法を得るのが難しくなる。なお、当該プレス金型により成形される好ましい段差の高さは、被加工材の加工前の部材厚以下、より好ましくは被加工材の加工前の部材厚に対して１／３〜２／３の範囲内である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、設計された段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する上型と、前記段差の平面形状に沿って形成された凸部を有する下型と、により押圧力を付与することで、被加工材の平面部に、前記段差を成形する段差加工方法であって、前記被加工材の段差部分の部材厚が、該被加工材の加工前の部材厚の７０％以上１００％以下の範囲内となるように成形することを特徴としている。
【００１１】
かかる段差加工方法によれば、プレス加工により成形された段差に連続する平面部の反りが従来に比べて減少され、かつ、平面度が良好に成形される。ここで、段差部分の部材厚が７０％よりも小さいと、精密部品として必要とされるような板厚と同程度よりも大きな反りが発生する可能性が大きくなる。なお、当該段差加工方法により成形する段差の好ましい高さは、被加工材の加工前の部材厚以下、より好ましくは被加工材の加工前の部材厚に対して１／３〜２／３の範囲内である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、被加工材の平面部に段差部が成形されたプレス加工品であって、前記段差部の部材厚が、前記被加工材の加工前の部材厚の７０％以上１００％以下の範囲内であることを特徴としている。ここで、プレス加工品の段差部の部材厚が７０％よりも小さいと、精密部品として必要とされるような板厚と同程度よりも大きな反りが発生する可能性が大きくなる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のプレス加工品であって、最大寸法が、前記被加工材の加工前の部材厚の２５倍以上７００倍以下の範囲内であることを特徴としている。なお、プレス加工品の最大寸法が被加工材の加工前の部材厚の２５倍より小さいと、プレス加工で生じた歪に抗して変形を抑制できる十分な剛性があるため、本発明に係るプレス加工品であるなしに関わらず必要な精度を得ることが可能である。一方、７００倍よりも大きいと、精密部品として必要とされるような反りに抑えることは難しい。
【００１４】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載のプレス加工品であって、前記被加工材の加工前の部材厚が、０．５ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００１５】
かかるプレス加工品は、被加工材の板厚や、被加工材の板厚に対するプレス加工品の形状寸法や、段差形状等の規定により、高品質に段差が成形されるとともに、平面部に生じる反りや変形が低減されるため、好適である。なお、当該プレス加工品における好ましい段差の高さは、被加工材の加工前の部材厚以下、より好ましくは被加工材の加工前の部材厚に対して１／３〜２／３の範囲内である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプレス金型およびこのプレス金型を利用した段差加工方法によれば、板材に段差を成形する場合において、段差に連続する前後の平面部における反りの発生を低減することを可能となり、高品質なプレス加工品を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、プレス加工品として、磁気媒体を収納するカートリッジの部品、より詳しくは、カートリッジのシャッタ部材を成形する場合について説明する。
参照する図面において、図１（ａ）は、本実施形態に係るプレス金型を示す横断面図であって、（ｂ）は（ａ）の一部分を示す拡大図である。図２は、本実施形態に係るプレス加工品を示す図であって（ａ）斜視図、（ｂ）は拡大断面図である。図３は、上型と下型の凸部同士のクリアランスとプレス加工品の反りの関係を示す図であり、（ａ）はクリアランスがない場合、（ｂ）は部材厚と同じクリアランスを有している場合をそれぞれ示している。さらに、図４（ａ）は実証実験における反りの測定方向を示す平面図、（ｂ）は反りの測定方法を示す概略図、（ｃ）は反りの方向を示す説明図である。
【００１８】
本実施形態に係るプレス金型１は、被加工材である金属板１０の平面部に、段差加工を施すためのプレス金型１であって、図１（ａ）に示すように、設計された段差の平面形状に沿って形成された上型凸部（凸部）２ａを有する上型２と、段差の平面形状に沿って形成された下型凸部（凸部）３ａを有する下型３と、を備えている。
【００１９】
本実施形態では、プレス金型１により金属板１０に押圧力を付与することにより、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、金属板１０（プレス加工品１５）の平面部１２に、周方向に沿って段差１１を成形し、プレス加工品１５を成形する。そして、段差１１に連続する平面部１２，１２は、段差加工に伴い、反りが生じることがないように（低減されるように）、品質が確保されている。なお、本実施形態に係るプレス金型１および段差加工方法によれば、金属板１０の板厚ｔが薄い場合に反りを低減する効果がより大きくなる傾向にある。特に、板厚ｔが０．５ｍｍ以下であると効果的であり、好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以下での効果が顕著である（図１（ｂ）参照）。なお、図面において、符号１３は、金属板１０の中央にバーリング加工を施すことにより成形されたボスである。また、符号１４は、金属板１０の周縁に絞り加工を施すことにより成形された縁壁である。
【００２０】
プレス金型１は、図１（ｂ）に示すように、上型２の上型凸部２ａの側面と下型３の下型凸部３ａの側面とのクリアランスＳが、金属板１０の加工前の部材厚ｔと同じ幅になるように構成されている。なお、クリアランスＳは、７０％〜１２０％の範囲内であれば限定されるものではなく、好ましくは８０％〜１００％に構成するものとする。また、プレス金型１（上型２および下型３）を構成する材料は限定されるものではなく、金属板１０のプレス加工により変形することがない強度を有している公知の材料から適宜選定して使用すればよい。
【００２１】
上型２は、図１（ａ）に示すように、プレス加工品１５の段差１１の外径に応じて上型凸部２ａが形成されている。本実施形態では、上型凸部２ａの高さが、金属板１０の加工前の部材厚ｔの１／３〜２／３となるように形成されている。この上型凸部２ａは、段差１１の形状に応じて、上型２の中央部分に略円形の凹部２ｂを形成ことで、この凹部２ｂの外周囲に形成されている。なお、上型凸部２ａの形状は限定されるものではなく、設計されたプレス加工品１５の段差１１の形状に応じて適宜設定されることはいうまでもない。
【００２２】
下型３は、図１（ａ）に示すように、プレス加工品１５の段差１１の内径に応じて下型凸部３ａが形成されている。本実施形態では、下型凸部３ａの高さが、金属板１０の加工前の部材厚ｔの１／３〜２／３となるように形成されている。この下型凸部３ａは、図１（ｂ）に示すように、上型凸部２ａとの間に所定のクリアランスＳを確保した状態で、上型凸部２ａの内側空間に内挿可能な形状に形成されている。
【００２３】
なお、本実施形態に係る下型３は、平面視が略円形の円柱状に形成されている。下型３の直径は、金属板１０の形状に応じて形成されており、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、前工程において金属板１０の周縁に成形された縁壁１４の内側面に沿った外径に形成されている。また、下型３の略中央には、略円形のボス穴３ｂが形成されており、前工程において金属板１０に成形されたボス１３が、段差加工時に変形することがないように構成されている。ここで、下型３のボス穴３ｂは、必要に応じて形成されるものであって、必ずしも形成されていなくてもよい。また、下型３の形状も平面視が円形に限定されるものではなく、例えば矩形、楕円形、その他多角形等、適宜、設計されたプレス加工品１５の形状に応じて形成すればよい。
【００２４】
なお、本実施形態では、上型２が金属板１０の上方から下降することで金属板１０に段差加工を施す構成とするが、下型３が下方から上昇する構成としてもよいことはいうまでもなく、金属板１０への押圧方向は限定されるものではない。
【００２５】
また、上型２および下型３について、それぞれ上型凸部２ａまたは下型凸部３ａが一体に形成されているものとしたが、プレス金型１の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、上型凸部２ａを別部材により構成することで、上型２と下型３とにより狭持された状態の金属板１０に対して、上型凸部２ａを加工させることで段差加工を施す構成としてもよい。
【００２６】
次に、本実施形態による段差加工方法について、説明する。
本実施形態では、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、金属板１０（プレス加工品１５）に略円形で、高さｈ１が金属板１０の加工前の部材厚ｔの１／３〜２／３の段差１１を成形する場合について説明する。なお、段差１１の形状は、円形に限定されるものではなく、プレス加工品１５の使用目的に応じて、適宜任意の形状に成形することが可能である。
また、本実施形態では、プレス加工品１５のプレス押圧方向から見た投影形状の最大寸法を、金属板１０の加工前の板厚ｔに対して２５倍〜７００倍の範囲内、好ましくは５０倍〜５５０倍の範囲内とするが、プレス加工品１５の形状は前記のものに限定されない。
【００２７】
本実施形態に係る段差加工は、下型３に金属板１０を配置する配置工程と、この金属板１０に上方から上型２により押圧力を付与することにより段差１１を成形する押圧工程とからなる。
【００２８】
＜配置工程＞
配置工程は、下型３の表面に、ボス１３および縁壁１４が成形された金属板１０を配置する工程である。この時、金属板１０は、下型３の中央に成形されたボス穴３ｂにボス１３が挿入されるとともに、側壁１４が、下型３の周縁の外側に沿うように配置されている。
【００２９】
配置工程では、上型２が上昇した位置に配置されており、上型２と下型３との間には隙間が形成されて、金属板１０の移動が可能な状態となっている。
【００３０】
＜押圧工程＞
押圧工程は、配置工程により下型２の上面に配置された金属板１０の上方から、上型２を加工させて、押圧力を付与することにより、段差加工を施す工程である。この時、上型２と下型３とには、それぞれ上型凸部２ａと下型凸部３ａが、クリアランスＳを有した状態で互いに嵌合するように形成されているため、上型２と下型３の段差により、金属板１０の平面部１２に段差１１が成形される。
【００３１】
本実施形態では、金属板１０に予め成形されたボス１３および縁壁１４が、それぞれ下型３のボス孔３ｂおよび周縁に係止された状態で金属板１０が配置されているため、押圧時に金属板１０が移動することがなく、高精度に加工を行うことができる。なお、金属板１０を固定するための部材を別途配設したり、プレス金型１に形成してもよいことはいうまでもない。
【００３２】
前記段差加工方法により成形されたプレス加工品は、段差１１の部材厚ｔ１が、金属板１０の加工前の板厚ｔの７０％〜１００％の範囲内、好ましくは８０％〜９５％の範囲内に形成される。部材厚ｔ１は、切断面を、段差形状部の略法線方向に、光学式の測定顕微鏡や非接触式の寸法測定機により測定する。
【００３３】
本実施形態に係るプレス金型およびこのプレス金型を利用した段差加工方法によれば、上型凸部２ａと下型凸部３ａとの間に、金属板１０の部材厚ｔと同等のクリアランスＳが確保されているため、金属板１０を打ち抜く従来のハーフカット加工と比べて、プレス加工時における金属板１０への負荷を低減し、金属板１０に歪が生じることを低減することが可能となる。このため、成形されたプレス加工品１５の段差１１に連続する平面部１２に生じる反りが低減されて、高品質なプレス加工品の提供が可能となる。そのため、例えば、記録ディスクカートリッジのシャッタなど、平面部１２に反りを有していると、その開閉移動が妨げられて、要求される機能を発揮することができないような、精密部品の段差加工について、適用することが可能である。
【００３４】
また、プレス金型１は、上型２と下型３とのクリアランスＳが、金属板１０の板厚ｔと略同じに構成されているため、加工後の段差１１の形状が一定に成形される。
【００３５】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、金属板の板厚を、０．５ｍｍ以下としたが、本発明に係るプレス金型およびバーリング加工方法により加工可能な被加工材の部材厚は、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００３６】
また、被加工材の材質も限定されるものではなく、例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４−ＳＰ、アルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼ＳＵＳ３０４−ＣＳＰのいずれを使用しても同様の効果を得ることが可能である。
【００３７】
また、本発明のプレス金型は、個別の金型として使用してもよく、順送金型の一部として使用してもよいことはいうまでもない。
また、前記実施形態では、プレス加工品が、略円形状に形成される場合について説明したが、プレス加工品が円形状に限定されないことはいうまでもなく、例えば、楕円形や矩形やその他の多角形等でもよい。
【００３８】
さらに、前記実施形態では、プレス加工品として、磁気媒体を収納するカートリッジの部品、より詳しくは、カートリッジのシャッタ部材を成形する場合について説明したが、本発明のプレス金型および段差加工方法により成形されるプレス加工品の使用用途や形状等が限定されないことはいうまでもない。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明に係るプレス金型および段差加工方法によるプレス加工品の品質の向上について、実証実験を行った結果について記載する。
【００４０】
本実証実験では、上型凸部２ａと下型凸部３ａとの間にクリアランスＳが０ｍｍに構成されたプレス金型（従来のプレス金型）と、クリアランスＳが金属板１０の部材厚ｔに構成されたプレス金型１（本発明に係るプレス金型）と、により、それぞれ金属板１０に段差加工を施す前と施した後のプレス加工品１５（金属板１０）の平面部１２の反りの量を測定することで、本発明に係るプレス金型１を利用した段差加工方法による品質の向上効果（平面部の反りの低減化）の実証を行った。
【００４１】
本実証実験では、部材厚が０．１５ｍｍの金属板１０（ステンレス鋼ＳＵＳ３０４−ＳＰ）を使用する。そして段差加工前後のプレス加工品１５（金属板１０）の平面部１２について、図４（ａ）に示すＡ，Ｂ，Ｃの３方向の反りの変化を測定し、比較を行った。なお、本実証実験では、段差の高さが、金属板１０の加工前の部材厚ｔの１／２（０．０７５ｍｍ）となるように成形したプレス加工品１５に対して行った。
【００４２】
なお、反りの測定は、図４（ｂ）に示すように、レーザ変位計Ｌにより、ボス１３の根元における３点（ａ，ｂ，ｃ）の座標を測定し、仮想面Ｚを形成する。そして、レーザ変位計Ｌをボス１３が成形された金属板１０のＡ方向、Ｂ方向、Ｃ方向に移動させながら平面部１２の変位を測定することで、３点ａ，ｂ，ｃの座標により形成された仮想面Ｚに対する平面部１２の反りを測定する。ここで、反りの＋−は、図４（ｃ）に示すように、ボス１３の突出部分と反対側への反りを＋、ボス１３側への反りを−とする。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、従来行われていた段差加工方法（ハーフカット加工）と同様に、クリアランスＳを０とすると、Ａ，Ｂ，Ｃの３方向のいずれもが３００ｍｍ程度反りが増加する結果となった。一方、クリアランスＳが部材厚ｔ（０．１５ｍｍ）の場合は、図３（ｂ）に示すように、反りの変化は、最も大きい方向（Ａ方向）でも２００ｍｍ以下となった。したがって、従来のクリアランスＳを０としたハーフカット加工による段差加工方法に比べて、クリアランスＳを被加工材の部材厚ｔ程度確保する本発明の段差加工方法によれば、平面部１２に生じる反りが大幅に低減される結果が得られた。
【００４４】
なお、金属板１０として、アルミニウム（Ａｌ）製の板材やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ）について同様の試験を行った結果、同様の傾向が示された。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は本実施形態に係るプレス金型を示す横断面図であって、（ｂ）は（ａ）の一部分を示す拡大図である。
【図２】本実施形態に係るプレス加工品を示す図であって（ａ）斜視図、（ｂ）は拡大断面図である。
【図３】クリアランスとプレス加工品の反りの関係を示す図であり、（ａ）はクリアランスがない場合、（ｂ）は部材厚と同じクリアランスを有している場合をそれぞれ示している。
【図４】（ａ）は実証実験における反りの測定方向を示す平面図、（ｂ）は反りの測定方法を示す概略図、（ｃ）は反りの方向を示す説明図である。
【図５】従来のプレス金型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    プレス金型
２    上型
２ａ  上型凸部
３    下型
３ａ  下型凸部
１０  金属板（被加工材）
１１  段差
１２  平面部
１５  プレス加工品
Ｓ    クリアランス
ｔ    部材厚
【図１】
2007289968.tif 000003
【図２】
2007289968.tif 000004
【図３】
2007289968.tif 000005
【図４】
2007289968.tif 000006
【図５】
2007289968.tif 000007