(57)【要約】  本発明は、可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）および駆動ユニット（２；１０１）による材料成形のための方法であって、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）が加工材料（Ｗ）を打撃して前記加工材料（Ｗ）を成形するように前記駆動ユニット（２；１０１）を動かして前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）に運動エネルギーを提供する工程を含み、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）による前記加工材料（Ｗ）の打撃後に、前記加工材料から離れる、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の戻り動作を減衰させる、前記方法に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）および駆動ユニット（２；１０１）による材料成形のための方法であって、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）が加工材料（Ｗ）を打撃して前記加工材料（Ｗ）を成形するように前記駆動ユニット（２；１０１）を動かして前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）に運動エネルギーを提供する工程を含む、前記方法において、
前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）による前記加工材料（Ｗ）の打撃後に、前記加工材料から離れる、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の戻り動作を減衰させる、
ことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の跳ね返りがその戻り動作で起きないように減衰される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）をフレーム（３０）に提供する工程と、前記フレーム（３０）および／または前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）に取り付けられた減衰装置（３２）を提供する工程と、を含み、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）を、前記減衰装置（３２）によって減衰させる、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記減衰装置（３２）は、前記フレーム（３０）と、前記加工材料（Ｗ）から背向する前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の表面（３６）との間に配置された第一減衰要素（３２’）を有する、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第一減衰要素（３２’）は、前記フレーム（３０）の肩部（３８）と、前記加工材料（Ｗ）から背向する前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の表面（３６）との間で、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の足部（４０）に配置され、前記足部は、前記加工材料（Ｗ）が打撃された時に前記加工材料（Ｗ）と接触する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面（Ｓ）の外側で、前記加工材料（Ｗ）の打撃方向に対して横方向に設けられている、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記減衰装置（３２）は、前記フレーム（３０）と、前記加工材料（Ｗ）に対向する前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の表面との間に配置された第二減衰要素（３２”）を有する、
請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、前記減衰要素（３２’、３２”）の間に拘束されている、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第一減衰要素（３２’）の硬度は、前記第二減衰要素（３２”）の硬度よりも低い、
請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、前記加工材料（Ｗ）を打撃する工具（４’）と、動いている前記駆動ユニットからの打撃を受ける衝撃ヘッド（４”）とを有し、前記工具（４’）および前記衝撃ヘッド（４”）の周縁部に隣接して設けられた取付け手段によって、例えば、ボルト結合によって引き寄せることによって、前記工具（４’）および前記衝撃ヘッド（４’）を互いに固定する工程を含む、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記工具（４’）および前記衝撃ヘッド（４’）の前記取付け手段は、前記肩部（３８）によって形成された前記フレーム（３０）の凹部（４４）内に配置されている、
請求項６および９に記載の方法。
【請求項１１】
可動工具（４’）および駆動ユニット（１）による材料成形のための方法であって、前記工具（４’）が加工材料（Ｗ）を打撃して前記加工材料（Ｗ）を成形するように前記駆動ユニット（２；１０１）を動かして前記工具（４’）に運動エネルギーを提供する工程を含み、前記駆動ユニットと前記可動工具（４’）の間に衝撃ヘッド（４”）を提供する工程と、前記駆動ユニット（２；１０１）が前記衝撃ヘッド（４”）を打撃することによって前記工具（４’）に運動エネルギーを提供する工程とを含み、前記衝撃ヘッド（４”）が、前記打撃の方向に衝撃端部（４６）から基部領域（４８）まで延在し、前記基部領域（４８）が、前記衝撃端部（４６）よりも前記工具に近い、前記方法において、
前記衝撃端部（４６）が前記打撃の方向に対して横方向に前記基部領域（４８）よりも短く延在するように前記衝撃ヘッド（４”）を構成する、
ことを特徴とする前記方法。
【請求項１２】
フレーム（３０）を提供する工程を含み、前記衝撃ヘッド（４”）および前記工具（４’）は、前記フレーム（３０）に対して可動である、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記衝撃ヘッド（４”）の前記基部領域（４８）の周縁部は、前記打撃の方向（Ｄ）において、前記打撃時に前記加工材料（Ｗ）と接触する前記工具（４’）の加工面（Ｓ）の周縁部の外側にあり、および／または当該周縁部とほぼ一致している、
請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記衝撃ヘッド（４”）は、前記駆動ユニット（２；１０１）が前記衝撃ヘッド（４”）を打撃することによって前記衝撃ヘッド（４”）が前記工具（４’）の周縁部に向かって運動エネルギーを伝達するように、前記工具（４’）から離れる方向に狭くなっている、
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記衝撃ヘッド（４”）は、前記衝撃ヘッド（４”）が運動エネルギーを前記衝撃端部（４６）から前記基部領域（４８）まで前記工具（４’）に均等に広げるように、前記加工材料（Ｗ）から離れる方向に先細になっている、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記衝撃ヘッド（４”）と前記工具（４’）の境界部にそれぞれの襟部（５０、５２）を提供する工程を含み、前記工具（４’）の襟部（５２）が、前記打撃の方向（Ｄ）から見て、前記打撃時に前記加工材料（Ｗ）と接触する前記工具（４’）の加工面（Ｓ）を取り囲み、前記衝撃ヘッド（４”）の第一部分（５４）が、前記衝撃ヘッド（４”）の襟部（５２）から前記衝撃ヘッド（４”）の衝撃端部（４６）まで延在し、前記第一部分（５４）が、前記襟部（５０）で、前記打撃の方向（Ｄ）から見て、前記加工面（Ｓ）とほぼ一致する、周縁部を提示する、
請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一部分（５４）が、前記打撃の方向（Ｄ）に対して横方向に、前記衝撃ヘッドの襟部（５２）におけるよりも前記衝撃端部（４６）におけるほうが短く延在するように、前記第一部分（５４）を構成する工程を含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記襟部（５０、５２）をフレーム（３０）の凹部（４４）に配置する工程を含む、
請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記加工材料（Ｗ）から背向する前記衝撃ヘッドの襟部（５０）の表面（３６）と、フレーム（３０）の肩部（３８）との間に、第一減衰要素（３２’）を配置する工程を含む、
請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記衝撃ヘッド（４”）から背向する前記工具の襟部（５２）の表面（４２）と、フレーム（３０）の肩部（３８）との間に、第二減衰要素（３２”）を配置する工程を含む、
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記襟部（５０、５２）は、前記減衰要素（３２’、３２”）の間に拘束されている、
請求項１９および２０に記載の方法。
【請求項２２】
可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）および駆動ユニット（２；１０１）による材料成形のための装置であって、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）が加工材料（Ｗ）を打撃して前記加工材料（Ｗ）を成形するように前記駆動ユニット（２；１０１）を動かして前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）に運動エネルギーを提供するように構成されている、前記装置において、
前記装置は、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）による前記加工材料（Ｗ）の打撃後に、前記加工材料から離れる、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の戻り動作が減衰されるように構成されている、
ことを特徴とする前記装置。
【請求項２３】
前記装置は、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の跳ね返りがその戻り動作で起きないように前記可動衝撃ヘッド／工具組合せ（４）を減衰させるように構成されている、
請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記駆動ユニット（１）は、フレーム（３０）に取り付けられ、前記フレーム（３０）には、減衰装置（３２）が取り付けられ、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、前記減衰装置（３２）によって減衰されるように構成されている、
請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記フレーム（３０）には、工具ハウジング（３４）が設けられ、前記減衰装置（３２）は、前記フレーム（３０）と、前記加工材料（Ｗ）から背向する前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の表面（３６）との間に配置された第一減衰要素（３２’）を有する、
請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記フレーム（３０）は、肩部（３８）を有し、前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、足部（４０）を有し、前記足部は、前記加工材料（Ｗ）が打撃された時に前記加工材料（Ｗ）と接触するように構成された、前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面（Ｓ）の外側で、前記加工材料（Ｗ）の打撃方向に対して横方向に設けられ、前記フレーム（３０）の前記肩部（３８）は、前記加工材料（Ｗ）から背向する前記足部（４０）の表面にわたって延在するように構成されている、
請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記減衰装置（３２）は、前記フレーム（３０）と、前記加工材料（Ｗ）に対向する前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）の表面（３６）との間に配置された第二減衰要素（３２”）を有する、
請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、前記減衰要素（３２’、３２”）の間に拘束された係合状態で配置されている、
請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記第一減衰要素（３２’）は、前記第二減衰要素（３２”）よりも硬度が低い、
請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記衝撃ヘッド／工具組合せ（４）は、前記加工材料（Ｗ）を打撃する工具（４’）と、動いている前記駆動ユニット（２；１０１）からの打撃を受ける衝撃ヘッド（４”）とを有し、前記工具（４’）および前記衝撃ヘッド（４”）は、前記工具および前記衝撃ヘッド（４）の周縁部に隣接して設けられた取付け手段によって、例えば、ボルト結合によって、互いに固定されている、
請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記工具および前記衝撃ヘッド（４”）の前記取付け手段は、前記肩部（３８）によって形成された前記フレーム（３０）の凹部（４４）内に配置されている、
請求項２６および３０に記載の装置。
【請求項３２】
工具（４’）および駆動ユニット（１）による材料成形のための装置であって、前記工具（４’）が加工材料（Ｗ）を打撃して前記加工材料（Ｗ）を成形するように前記駆動ユニット（２；１０１）を動かして前記工具（４’）に運動エネルギーを提供するように構成され、前記駆動ユニット（２；１０１）と前記可動工具（４’）の間に衝撃ヘッド（４”）が設けられ、前記駆動ユニット（２；１０１）が前記衝撃ヘッド（４”）を打撃することによって前記工具に運動エネルギーを提供するように構成され、前記衝撃ヘッド（４”）が、前記打撃の方向に衝撃端部（４６）から基部領域（４８）まで延在し、前記基部領域（４８）が、前記衝撃端部（４６）よりも前記工具に近い、前記装置において、
前記衝撃端部（４６）が前記打撃の方向（Ｄ）に対して横方向に前記基部領域（４８）よりも短く延在するように前記衝撃ヘッド（４”）が構成されている、
ことを特徴とする前記装置。
【請求項３３】
前記衝撃ヘッド（４”）および前記工具（４’）は、フレーム（３０）に対して可動であるように構成されている、
請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記装置は、前記衝撃ヘッド（４”）の前記基部領域（４８）の周縁部が、前記打撃の方向（Ｄ）において、前記打撃時に前記加工材料（Ｗ）と接触するように構成された前記工具（４’）の加工面（Ｓ）の周縁部の外側にあり、および／または当該周縁部とほぼ一致するように構成されている、
請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記衝撃ヘッド（４”）は、前記工具（４’）から離れる方向に狭くなっており、前記装置は、前記駆動ユニット（２；１０１）が前記衝撃ヘッド（４”）を打撃することによって前記衝撃ヘッド（４”）が前記工具（４’）の周縁部に向かって運動エネルギーを伝達するように構成されている、
請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
前記衝撃ヘッド（４”）は、前記加工材料（Ｗ）から離れる方向に先細になっており、前記装置は、前記衝撃ヘッド（４”）が運動エネルギーを前記衝撃端部（４６）から前記基部領域（４８）まで前記工具（４’）にわたって広げるように構成されている、
請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記衝撃ヘッド（４”）および前記工具（４’）は、前記衝撃ヘッド（４”）と前記工具（４’）の境界部にそれぞれの襟部（５０、５２）を有し、前記工具（４’）の襟部（５２）は、前記打撃の方向から見て、前記打撃時に前記加工材料（Ｗ）と接触するように構成された前記工具（４’）の加工面（Ｓ）を取り囲み、前記衝撃ヘッド（４”）の第一部分（５４）が、前記衝撃ヘッド（４”）の襟部（５０）から前記衝撃ヘッド（４”）の衝撃端部（４６）まで延在し、前記第一部分（５４）は、前記襟部（５０）で、前記打撃の方向（Ｄ）から見て、前記加工面（Ｓ）とほぼ一致する、周縁部を提示する、
請求項３２〜３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記第一部分（５４）は、前記第一部分（５４）が、前記打撃の方向（Ｄ）に対して横方向に、前記衝撃ヘッドの襟部（５０）におけるよりも前記衝撃端部（４６）におけるほうが短く延在するように構成されている、
請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記襟部（５０、５２）は、フレーム（３０）の凹部（４４）に配置されている、
請求項３７または３８に記載の装置。
【請求項４０】
第一減衰要素（３２’）が、前記加工材料（Ｗ）から背向する前記衝撃ヘッドの襟部（５０）の表面（３６）と、フレーム（３０）の肩部（３８）との間に配置されている、
請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
第二減衰要素（３２”）が、前記衝撃ヘッド（４”）から背向する前記工具の襟部（５２）の表面（４２）と、フレーム（３０）の肩部（３８）との間に配置されている、
請求項３７〜４０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
前記襟部（５０、５２）は、前記減衰要素（３２’、３２”）の間に拘束されるように構成されている、
請求項４０および４１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料成形のための方法に関する。また、本発明は、材料成形のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、高速成形（ＨＶＦ）に有利に使用されるが、本発明の他の実施形態によれば、ＨＶＦに用いられる速度以外の速度を伴う材料成形にも使用可能である。ＨＶＦは、本明細書では高速材料成形とも呼ばれる。金属のＨＶＦも、高速金属成形として知られている。
【０００３】
従来の金属成形オペレーションでは、単純なハンマーブローまたはパワープレスを使用することによって、加工する金属に力を加える。使用する重い工具は、比較的低速で動かす。従来の技術には、鍛造（Forging）や押出し（Extrusion）、延伸（Drawing）、打ち抜き（Punching）などの方法が含まれる。他の技術の中には、レーザによる焼付け（burning）や、酸素燃料（oxy-fuel）焼付け、プラズマなどの、溶接（welding）／焼付け技術もある。
【０００４】
ＨＶＦは、工具をワークピースに衝突させる前に、工具の速度を大きくすることによって、工具に高い運動エネルギーを与えることを伴う。ＨＶＦには、油圧成形や、爆発成形、電動油圧成形、例えば電動モータによる電磁成形などの方法が含まれる。これらの成形プロセスでは、大量のエネルギーが非常に短時間の間にワークピースに加えられる。ＨＶＦの速度は、一般的に、少なくとも１ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも３ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも５ｍ／ｓであり得る。例えば、ＨＶＦの速度は、１〜２０ｍ／ｓ、好ましくは３〜１５ｍ／ｓ、好ましくは５〜１５ｍ／ｓであり得る。ＨＶＦは、材料成形力が運動エネルギーから得られるプロセスとみなすことができるのに対して、従来の材料成形では、材料成形力が、圧力、例えば油圧から得られる。
【０００５】
ＨＶＦの利点は、多くの金属が、荷重を非常に速く加えることで、より容易に変形する傾向があるという事実によって与えられる。歪み分布は、ＨＶＦの単一オペレーションにおいて、従来の成形技術と比較して、はるかに均一である。この結果、材料に不必要な歪みを誘発することなく、複雑な形状を容易に生成することができる。これにより、公差の近い複雑な部品を成形したり、従来の金属成形では成形できない可能性のある合金を成形したりすることが可能になる。例えば、ＨＶＦは、燃料電池に使用されるメタルフロープレートの製造に使用することができる。このような製造は、小さな公差を必要とする。
【０００６】
ＨＶＦによる別の利点は、工具の運動エネルギーが、工具の質量に直線的に比例する一方で、工具の速度の二乗に比例するため、従来の金属成形と比較して、かなり軽い工具をＨＶＦで使用し得ることである。
【０００７】
ＨＶＦでは、打撃によって、高い運動エネルギーを工具に伝達して、これにより加工材料（例えば、ワークピース）を処理するために、プランジャを第１チャンバ内の油圧によって開始位置から駆動するようにすることが知られている。プランジャからの打撃で工具が過度に変形することを避けるために、工具は、比較的高い剛性を有し、そのため比較的大きな質量を有する必要がある。その結果、プランジャを駆動するシステムは、高い能力を示す必要がある。さらに、高い運動エネルギーのために、プランジャは、工具に複数回当たることがある。これは、工具による打撃での変形のために加工材料がリバウンドし、その結果、今度は加工材料が工具に打撃を与え、それによって工具がプランジャの方へと押しやられて再度プランジャと接触する場合に起こり得る。これは、望ましくないイベントである。プランジャは、１回だけ工具に当たるようにすべきである。そうしないと、ワークピースの成形によって、最終製品の特性が損なわれる、例えば、弱くなったり、むらが生じたり、または製造に失敗することさえある。
【０００８】
また、ＨＶＦでは、プランジャと可動工具の間に衝撃ヘッドを設けることが知られている。
【０００９】
また、ＨＶＦでは、加工材料に提供されるエネルギーの制御を改善することも望まれている。改善されたエネルギー制御は、加工材料におけるプロセスの性質を改善し得る。これを行うことによって、成形部品の全体的な品質を向上させ得る。また、これを行うことによって、ＨＶＦの適用可能性を、例えば、現在のＨＶＦプロセスによって達成される公差よりもさらに小さな公差を有するタスクにまで、拡大し得る。また、高速材料成形のための装置の寿命を延ばしたいという要望もある。さらなる要望は、プランジャが、製品の成形のたびに１回以上、工具、または工具と駆動ユニットの間に設けられた衝撃ヘッドに当たる恐れをなくすことである。
【００１０】
特許文献１には、ＨＶＦ装置において下方に動いているプランジャのリバウンドを防止する方法が記載されている。プランジャの油圧駆動システムでは、打撃に関連してバルブがシステム圧力とプランジャの間の駆動接続を閉じる。さらに、工具がワークピースに到達する恐れを低減するために、工具と工具ハウジングの間に、工具に対して上方にばね力を提供する減衰／弾性要素が配置されている。
【００１１】
それにもかかわらず、後述する目的に従って高速成形をさらに改善したいという要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＥＰ３１２２４９１Ｂ１
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、材料成形において、好ましくは高速成形において、加工材料に提供されるエネルギーの制御を改善することである。本発明の他の目的は、好ましくは高速成形において、材料成形のための装置に含まれる部品の寿命を延ばすことである。さらなる目的は、現在の材料成形によって、好ましくは高速成形において、達成される品質および公差よりも高い品質および小さい公差を有する加工材料を提供できるようにすることである。さらに他の目的は、駆動ユニット（例えば、プランジャ）が製品の成形のたびに２回以上工具に当たらないようにすることである。
【００１４】
上記目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。したがって、上記目的は、可動衝撃ヘッド／工具組合せおよび駆動ユニットによる材料成形のための方法であって、前記衝撃ヘッド／工具組合せが加工材料を打撃して前記加工材料を成形するように前記駆動ユニットを動かして前記衝撃ヘッド／工具組合せに運動エネルギーを提供する工程を含み、前記衝撃ヘッド／工具組合せによる前記加工材料の打撃後に、前記加工材料から離れる、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作を減衰させる、前記方法によって達成される。
【００１５】
好ましくは、衝撃ヘッド／工具組合せの減衰は、衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作の運動エネルギーの少なくとも一部を消散させることを含む。好ましくは、衝撃ヘッド／工具組合せの減衰は、衝撃ヘッド／工具組合せの運動エネルギーの少なくとも一部を熱に変換することを含む。減衰は、衝撃ヘッド／工具組合せの速度に比例し得る。
【００１６】
それによって、衝撃ヘッド／工具組合せは、駆動ユニットに近づくにつれて減衰され得る。衝撃ヘッド／工具組合せが減衰されるため、リバウンドの恐れが低減または防止される。これにより、製造に失敗する危険性を低減するだけでなく、弱くなったりむらが生じたりするという問題も回避して、最終製品の特性が改善される。また、衝撃ヘッド／工具組合せが、加工材料の打撃後に、前記方法を実施する装置の別の部分（駆動ユニットや工具ホルダなど）と衝突する危険性が低減される。これにより、好ましくは高速成形において、材料成形のための装置に含まれる部品の寿命が向上する。なお、前記方法は、他のタイプの材料成形にも使用され得る。
【００１７】
駆動ユニットを動かすことは、駆動ユニットを加速することを含み得る。衝撃ヘッド／工具組合せに運動エネルギーを提供することは、さまざまな方法で行われ得る。例えば、駆動ユニットが、衝撃ヘッド／工具組合せを打撃し得る。それによって、衝撃ヘッド／工具組合せは、打撃前に、駆動ユニットが衝撃ヘッド／工具組合せに近づく間、静止していることができる。あるいは、工具が、駆動ユニットの加速の少なくとも大部分（例えば、加速全体）の間、駆動ユニットと接触していることができる。工具は、加工材料を打撃する前に駆動ユニットから分離され得る。この分離のために、駆動ユニットは減速され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態において、駆動ユニットを動かすことが駆動ユニットを加速することを含む場合、駆動ユニットは、油圧システムによって駆動されるように構成されたプランジャである。プランジャは、シリンダハウジング内に可動自在に配置され得る。シリンダハウジングは、フレームに取り付けられ得る。別の実施形態において、駆動ユニットは、別の何らかの方法で、例えば、爆発物によって、電磁気力によって、または空気圧によって、駆動されるように構成され得る。
【００１９】
工具のエネルギーは、工具の速度および／または質量を調節することによって調整され得る。加工材料の反対側には第２の工具が存在し得ることが理解されている。加工材料は、固体片の材料、例えば、シート（例えば、金属のシート）の形態をした材料、などのワークピースであり得る。あるいは、加工材料は、別の何らかの形態（例えば、粉末の形態）の材料であり得る。
【００２０】
好ましくは、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せは、前記衝撃ヘッド／工具組合せの跳ね返りがその戻り動作で起きないように減衰される。これによって、前記方法を実施する装置の部品の損傷を防止し得る。また、加工材料の打撃後に、衝撃ヘッド／工具組合せが駆動ユニットに接触することを防止し得る。
【００２１】
好ましくは、前記方法は、フレームを提供する工程を含む。駆動ユニットは、フレームに取り付けられ得る。フレームには減衰装置が取り付けられ得る。この場合、前記衝撃ヘッド／工具組合せは、前記減衰装置によって減衰される。前記方法は、衝撃ヘッド／工具組合せを工具ハウジング内に提供する工程を含み得る。工具ハウジングは、フレームの一部を形成し得る。前記方法は、工具ハウジングに取り付けられた減衰装置を提供する工程を含み得る。前記衝撃ヘッド／工具組合せは、前記減衰装置によって減衰され得る。いくつかの実施形態において、前記減衰装置は、前記衝撃ヘッド／工具組合せに取り付けられ得る。
【００２２】
好ましくは、衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作は、減衰装置によって減衰される。好ましくは、減衰装置は、戻り動作の間に衝撃ヘッド／工具組合せの運動エネルギーの少なくとも一部を消散させることによって、戻り動作を減衰させるように構成されている。好ましくは、減衰装置は、衝撃ヘッド／工具組合せの運動エネルギーの少なくとも一部を熱に変換することによって、戻り動作を減衰させるように構成されている。
【００２３】
好ましくは、工具ハウジングは、フレームの一部を形成し、前記減衰装置は、前記工具ハウジングと、前記加工材料から背向する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面との間に配置された第一減衰要素を有する。これによって、第一減衰要素は、衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作を減衰させ得る。第一減衰要素は、フレームに取り付けられ得る。第一減衰要素は、工具ハウジングに取り付けられ得る。あるいは、第一減衰要素は、衝撃ヘッド／工具組合せに取り付けられ得る。
【００２４】
前記第一減衰要素は、好ましくは、前記フレーム（例えば、前記フレームの工具ハウジング）の肩部と、前記加工材料から背向する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面との間で、前記衝撃ヘッド／工具組合せの足部に配置され、この足部は、前記加工材料が打撃された時に前記加工材料と接触する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面の外側で、前記加工材料の打撃方向に対して横方向に設けられている。
【００２５】
適切には、前記減衰装置は、第二減衰要素を有する。この第二減衰要素は、前記フレームと、前記加工材料に対向する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面との間に配置され得る。第二減衰要素は、工具ハウジングと、加工材料に対向する衝撃ヘッド／工具組合せの表面との間に配置され得る。第二減衰要素は、フレームに取り付けられ得る。第二減衰要素は、工具ハウジングに取り付けられ得る。あるいは、第二減衰要素は、衝撃ヘッド／工具組合せに取り付けられ得る。
【００２６】
第二減衰要素は、ばねとしての機能を果たし得る。第二減衰要素は、加工材料が打撃される前に、衝撃ヘッド／工具組合せが加工材料に向かって動いている間中弾性エネルギーを蓄積するように構成され得る。打撃後、弾性エネルギーは、衝撃ヘッド／工具組合せを加工材料から離れるよう付勢するために放出され得る。これによって、第一減衰要素は、結果として生じる衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作を減衰させる機能を果たし得る。また、第二減衰要素は、加工材料に向かう動作中に衝撃ヘッド／工具組合せの運動エネルギーの一部を消散させることによって、加工材料に向かう動作を減衰させるように構成され得ることにも留意されたい。
【００２７】
いくつかの実施形態において、前記衝撃ヘッド／工具組合せは、前記減衰要素の間に拘束され得る。これにより、弾性要素は、衝撃ヘッド／工具組合せに作用する反作用ばね力を生成するために弾性エネルギーを蓄積するように構成され得る。これにより、衝撃ヘッド／工具組合せは、第一減衰要素と第二減衰要素の間で絞られ得る。これにより、工具ハウジングと衝撃ヘッド／工具組合せの間の遊びはすべて低減または排除され得る。これにより、衝撃ヘッド／工具組合せの望ましくない動き（例えば、駆動ユニットもしくは加工材料との２回目の衝突を引き起こす動き、横方向の動き、または回転運動）をすべて低減または排除するように衝撃ヘッド／工具組合せの動きを制御し得る。好ましくは、衝撃ヘッド／工具組合せとフレームとの間の接触は、減衰要素を介して、加工材料を打撃するプロセス全体にわたって保たれている。前記プロセスは、衝撃ヘッド／工具組合せの静止状態から、加工材料の打撃を経て、衝撃ヘッド／工具組合せが再度静止する時間まで、時間的に延びていると考えられ得る。
【００２８】
また、好ましくは、前記第一減衰要素の硬度は、前記第二減衰要素の硬度よりも低いものとし得る。これにより、衝撃ヘッド／工具組合せが第一減衰要素と第二減衰要素の間に拘束されるとき、第一要素は第二要素よりも圧縮され得る。これにより、衝撃ヘッド／工具組合せが静止しているときに、衝撃ヘッド／工具組合せと加工材料との間に接触がないことを確保し得る。好ましくは、衝撃ヘッド／工具組合せが静止している時の第一減衰要素の圧縮は、衝撃ヘッド／工具組合せの静止位置から、衝撃ヘッド／工具組合せが加工材料を打撃する位置までの距離よりも大きい。これにより、第一減衰要素および第二減衰要素が、全打撃プロセスの間中、衝撃ヘッド／工具組合せ、およびフレームと接触したままであることを確保し得る。例えば、静止位置から打撃位置への移動が一定の距離（例えば、２ｍｍ）である場合、静止位置における第一減衰要素の圧縮は、その一定の距離よりも大きい（例えば、２ｍｍよりも大きい）。
【００２９】
いくつかの実施形態において、駆動ユニットは、衝撃ヘッド／工具組合せを打撃することによって、衝撃ヘッド／工具組合せに運動エネルギーを提供する。好ましくは、駆動ユニットは、衝撃ヘッド／工具組合せとの衝突時に、加工材料から離れるように移動する。衝撃ヘッド／工具組合せとの衝突時における駆動ユニットの動きは、駆動ユニットの質量、衝撃ヘッド／工具組合せの質量、および衝撃ヘッドとの衝突時に駆動ユニットに作用する駆動力を適切に選択することによって、確保され得る。これによって、衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作中に、衝撃ヘッド／工具組合せが駆動ユニットに接触することが回避される。
【００３０】
いくつかの実施形態では、衝撃ヘッド／工具組合せの動きの制御を、単に、衝撃ヘッド／工具組合せを第一減衰要素と第二減衰要素の間に拘束することだけで提供し得る。これは、衝撃ヘッド／工具組合せがフレームに対して比較的短い距離を移動する場合に十分であり得る。
【００３１】
しかし、いくつかの実施形態において、衝撃ヘッド／工具組合せは、比較的長い距離を移動することがある。いくつかの例において、前記方法は、衝撃ヘッド／工具組合せ用の案内装置を提供する工程を含む。例えば、案内装置は、工具またはフレームに固定され得る複数のピンを有し得る。しかし、代替手段も可能である。例えば、衝撃ヘッド／工具組合せ、または工具の経路、を取り囲むフレームを、衝撃ヘッド／工具組合せが、そのフレームに取り付けられた減衰装置に向かってまたこれと係合して案内されるように構成し得る。これにより、衝撃ヘッド／工具組合せに固定された１つ以上の案内装置が、衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作時に工具がフレームに沿って、このフレームに取り付けられた減衰装置に向かってまたこれと係合して移動している最中に、フレームと係合するように構成し得る。衝撃ヘッド／工具組合せを案内することによって、工具を加工材料の上に正確に位置決めすることができる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、前記衝撃ヘッド／工具組合せは、前記加工材料を打撃する工具と、動いている前記駆動ユニットからの打撃を受ける衝撃ヘッドとを有する。これにより、前記方法は、前記工具および前記衝撃ヘッドの周縁部に隣接して設けられた取付け手段によって、前記工具および前記衝撃ヘッドを互いに固定する工程を含む。例えば、前記工具および前記衝撃ヘッドは、１つ以上のボルトを有するボルト結合によって引き寄せられ得る。また、前記工具および前記衝撃ヘッドの前記取付け手段は、前記肩部によって形成された前記フレーム（例えば、前記フレームの工具ハウジング）の凹部内に配置され得る。衝撃ヘッド／工具組合せは、工具および衝撃ヘッドが、互いに何ら相対的に移動することもなく、互いに固定されている、固体ユニットとして連結され得る。また、フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）の凹部内における衝撃ヘッド／工具組合せの動きは制限されており、かつ制御可能である。これにより、特別に有利な実施形態が提供され得る。工具の加工面を取り囲む、衝撃ヘッド／工具組合せの外周領域は、衝撃ヘッドと工具を連結するとともに、第一減衰要素と第二減衰要素の間に制限されることによって、衝撃ヘッド／工具組合せの動きを制御するという二重の機能を提供し得る。以下に例示するように、そのような周辺領域は、衝撃ヘッドおよび工具の各襟部によって提供され得る。
【００３３】
また、上記目的は、請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の装置によっても達成される。したがって、本発明は、可動衝撃ヘッド／工具組合せおよび駆動ユニットによる材料成形のための装置であって、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せが加工材料を打撃して前記加工材料を成形するように前記駆動ユニットを動かして前記可動衝撃ヘッド／工具組合せに運動エネルギーを提供するように構成され、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せによる前記加工材料の打撃後に、前記加工材料から離れる、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作が減衰されるように構成されている、前記装置も提供する。前記装置が、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せを減衰させるように構成されている場合、前記装置は、前記可動衝撃ヘッド／工具組合せの跳ね返りがその戻り動作で起きないように構成され得る。このような装置の利点は、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法の実施形態の上記説明から理解される。
【００３４】
いくつかの実施形態において、前記駆動ユニットは、フレームに取り付けられ、前記フレームには、減衰装置が取り付けられ、前記衝撃ヘッド／工具組合せは、前記減衰装置によって減衰されるように構成されている。工具ハウジングが、前記フレームの一部を形成し得る。前記減衰装置は、前記フレーム（例えば、前記フレームの前記工具ハウジング）と、前記加工材料から背向する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面との間に配置された第一減衰要素を有し得る。好ましくは、前記フレーム（例えば、前記フレームの前記工具ハウジング）は、肩部を有し、前記衝撃ヘッド／工具組合せは、足部を有し、前記足部は、前記加工材料が打撃された時に前記加工材料と接触するように構成された、前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面の外側で、前記加工材料の打撃方向に対して横方向に設けられ、前記工具ハウジングの前記肩部は、前記加工材料から背向する前記足部の表面にわたって延在するように構成されている。好ましくは、前記減衰装置は、前記フレーム（例えば、前記フレームの前記工具ハウジング）と、前記加工材料に対向する前記衝撃ヘッド／工具組合せの表面との間に配置された第二減衰要素を有する。前記衝撃ヘッド／工具組合せは、前記減衰要素の間に拘束された係合状態で配置され得る。好ましくは、前記第一減衰要素は、前記第二減衰要素よりも硬度が低い。
【００３５】
いくつかの実施形態において、前記衝撃ヘッド／工具組合せが、前記加工材料を打撃する工具と、動いている前記駆動ユニットからの打撃を受ける衝撃ヘッドとを有する場合、前記工具および前記衝撃ヘッドは、前記工具および前記衝撃ヘッドの周縁部に隣接して設けられた取付け手段によって、例えば、ボルト結合によって、互いに固定され得る。好ましくは、前記工具および前記衝撃ヘッドの前記取付け手段は、前記肩部によって形成された前記フレーム（例えば、前記フレームの前記工具ハウジング）の凹部内に配置されている。
【００３６】
本発明のさらなる態様によれば、上記目的は、請求項１１に記載の方法によっても達成される。したがって、上記目的は、可動工具および駆動ユニットによる材料成形のための方法であって、前記工具が加工材料を打撃して前記加工材料を成形するように前記駆動ユニットを動かして前記工具に運動エネルギーを提供する工程を含み、前記駆動ユニットと前記可動工具の間に衝撃ヘッドを提供する工程と、前記駆動ユニットが前記衝撃ヘッドを打撃することによって前記工具に運動エネルギーを提供する工程とを含み、前記衝撃ヘッドが、前記打撃の方向に衝撃端部から基部領域まで延在し、前記基部領域が、前記衝撃端部よりも前記工具に近く、前記衝撃端部が前記打撃の方向に対して横方向に前記基部領域よりも短く延在するように前記衝撃ヘッドを構成する、前記方法によって達成される。
【００３７】
これにより、衝撃端部から基部領域へ横方向の伸長を増大させ得る。これにより、駆動ユニットによる衝撃ヘッドの衝突端部への打撃のエネルギーは、直接的な形で外の方に分配され得る。これにより、運動エネルギーは、直接的な形で、加工材料と接触することを目的としている工具の加工面にわたって直接的に分配され得る。エネルギーがより中央に、その後、外の方に分配される解決策と比較して、これは有利である。運動エネルギーが工具の一部に若干遅れて分配されることに起因する工具の変形が軽減される。したがって、衝撃ヘッドのすべての部分への運動エネルギーの同時伝達が達成され得る。これにより、製造に失敗する危険性を低減するだけでなく、弱くなったりむらが生じたりするという問題も回避して、最終製品の特性が改善される。また、工具の変形を低減し、これにより疲労を低減することによって、材料成形のための装置に含まれる部品の寿命が向上する。
【００３８】
衝撃端部は、例えば、衝撃ヘッドに対する駆動ユニットの打撃時に、駆動ユニットと接触するように構成され得ることに留意されたい。基部領域は、衝撃ヘッドと工具の境界部から少し離れていてもよい。これにより、基部領域を衝撃端部と上記境界部の間に配置し得る。しかし、いくつかの実施形態において、基部領域は上記境界部にあってもよい。本明細書では、衝撃端部から基部領域に延在する衝撃ヘッドの部分を、衝撃ヘッドの第一部分とも呼ぶ。
【００３９】
本明細書における多くの例は高速成形に関するが、前記方法は、他のタイプの材料成形にも使用され得る。
【００４０】
好ましくは、前記方法は、フレームに取り付けられた前記駆動ユニットを提供する工程を含み、前記衝撃ヘッドおよび前記工具は、前記フレーム（例えば、前記フレームの工具ハウジング）に対して可動である。好ましくは、前記衝撃ヘッドの前記基部領域の周縁部は、前記打撃の方向において、前記打撃時に前記加工材料と接触する前記工具の加工面の周縁部の外側にあり、および／または当該周縁部とほぼ一致している。適切には、前記衝撃ヘッドは、前記駆動ユニットが前記衝撃ヘッドを打撃することによって前記衝撃ヘッドが前記工具の周縁部に向かって運動エネルギーを伝達するように、前記工具から離れる方向に狭くなっている。また、好ましくは、前記方法は、前記衝撃ヘッドを、前記加工材料から離れる方向に先細にする工程を含む。これにより、前記衝撃ヘッドは、運動エネルギーを前記衝撃端部から前記基部領域まで前記工具に均等に広げ得る。
【００４１】
いくつかの実施形態において、衝撃端部は、駆動ユニットに対する円形の衝撃面を呈し得る。これにより、衝撃面は、駆動ユニットの円筒状ピストンからの打撃を受けるように適合され得る。衝撃面の直径は、ピストンの直径とほぼ同じであり得る。これにより、運動エネルギーの衝撃ヘッドへの均一な伝達が達成され得る。基部領域は、任意の適切な形状を有し得る。例えば、基部領域は、加工材料の打撃の方向に対して横断する平面において、矩形または円形であり得る。したがって、いくつかの実施形態において、衝突ヘッドは、断面形状が衝突端部から基部領域へ徐々に変化する、例えば、円形から矩形へ徐々に変化し得る。
【００４２】
さらに、前記方法は、好ましくは、前記衝撃ヘッドと前記工具の境界部にそれぞれの襟部を提供する工程を含み、前記工具の襟部が、前記打撃の方向から見て、前記打撃時に前記加工材料と接触する前記工具の加工面を取り囲み、前記衝撃ヘッドの第一部分が、前記衝撃ヘッドの襟部から前記衝撃ヘッドの衝撃端部まで延在し、前記第一部分が、前記襟部で、前記打撃の方向から見て、前記加工面とほぼ一致する、周縁部を提示する。好ましくは、前記方法は、前記第一部分が、前記打撃の方向に対して横方向に、前記衝撃ヘッドの襟部におけるよりも前記衝撃端部におけるほうが短く延在するように、前記第一部分を構成する工程を含む。襟部で加工面とほぼ一致する周縁部によって、運動エネルギーを加工面全体にわたって直接的かつ均等に分配することが可能になる。これによって、加工面の変形が低減される。これによって、本プロセスの結果の質が向上する。
【００４３】
好ましくは、前記方法は、前記襟部をフレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）の凹部に配置する工程を含む。フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）は、衝撃ヘッドおよび工具を保持するように構成され得る。フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）は、加工材料の打撃時に衝撃ヘッドおよび工具を案内するように構成され得る。また、前記方法は、前記加工材料から背向する前記衝撃ヘッドの襟部の表面と、フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）の肩部との間に、第一減衰要素を配置する工程を含み得る。適切には、前記方法は、前記衝撃ヘッドから背向する前記工具の襟部の表面と、フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）の肩部との間に、第二減衰要素を配置する工程を含み得る。前記襟部は、前記減衰要素の間に拘束され得る。これにより、襟部は、衝撃ヘッド／工具組合せの動きを制御するとともに、衝撃ヘッドと工具を、例えばボルト結合で、連結するという二重の目的を果たし得る。
【００４４】
また、上記目的は、請求項３２〜４２のいずれか一項に記載の装置によっても達成される。したがって、本発明は、工具および駆動ユニットによる材料成形のための装置であって、前記工具が加工材料を打撃して前記加工材料を成形するように前記駆動ユニットを動かして前記工具に運動エネルギーを提供するように構成され、前記駆動ユニットと前記可動工具の間に衝撃ヘッドが設けられ、前記駆動ユニットが前記衝撃ヘッドを打撃することによって前記工具に運動エネルギーを提供するように構成され、前記衝撃ヘッドが、前記打撃の方向に衝撃端部から基部領域まで延在し、前記基部領域が、前記衝撃端部よりも前記工具に近く、前記衝撃端部が前記打撃の方向に対して横方向に前記基部領域よりも短く延在するように前記衝撃ヘッドが構成されている、前記装置も提供する。このような装置の利点は、請求項１１〜２１のいずれかに記載の方法の実施形態の上記説明から理解される。
【００４５】
いくつかの実施形態において、前記衝撃ヘッドおよび前記工具は、フレームに対して可動であるように構成されている。フレームは、工具ハウジングを有し得る。フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）は、衝撃ヘッドおよび工具を保持するように構成され得る。フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）は、加工材料の打撃時に衝撃ヘッドおよび工具を案内するように構成され得る。いくつかの実施形態において、駆動ユニットは、フレームに取り付けられ、衝撃ヘッドおよび工具は、フレームの工具ハウジングに対して可動自在に構成されている。好ましくは、前記装置は、前記衝撃ヘッドの前記基部領域の周縁部が、前記打撃の方向において、前記打撃時に前記加工材料と接触するように構成された前記工具の加工面の周縁部の外側にあり、および／または当該周縁部とほぼ一致するように構成されている。適切には、前記衝撃ヘッドは、前記工具から離れる方向に狭くなっており、前記装置は、前記駆動ユニットが前記衝撃ヘッドを打撃することによって前記衝撃ヘッドが前記工具の周縁部に向かって運動エネルギーを伝達するように構成されている。好ましくは、前記衝撃ヘッドは、前記加工材料から離れる方向に先細になっており、前記装置は、前記衝撃ヘッドが運動エネルギーを前記衝撃端部から前記基部領域まで前記工具にわたって広げるように構成されている。好ましくは、前記衝撃ヘッドおよび前記工具は、前記衝撃ヘッドと前記工具の境界部にそれぞれの襟部を有し、前記工具の襟部は、前記打撃の方向から見て、前記打撃時に前記加工材料と接触するように構成された前記工具の加工面を取り囲み、前記衝撃ヘッドの第一部分が、前記衝撃ヘッドの襟部から前記衝撃ヘッドの衝撃端部まで延在し、前記第一部分は、前記襟部で、前記打撃の方向から見て、前記加工面とほぼ一致する、周縁部を提示する。前記第一部分は、前記第一部分が、前記打撃の方向に対して横方向に、前記衝撃ヘッドの襟部におけるよりも前記衝撃端部におけるほうが短く延在するように構成され得る。前記襟部は、フレームの凹部に配置され得る。好ましくは、第一減衰要素が、前記加工材料から背向する前記衝撃ヘッドの襟部の表面と、フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）の肩部との間に配置されている。第二減衰要素が、前記衝撃ヘッドから背向する前記工具の襟部の表面と、フレーム（例えば、フレームの工具ハウジング）の肩部との間に配置され得る。前記襟部は、前記減衰要素の間に拘束されるように構成され得る。
【００４６】
本発明のさらなる利点および有益な特徴は、以下の説明および従属請求項に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態による材料成形のための装置の部分断面概略図である。
【図２】図１の装置の一部の概略断面斜視図である。
【図３】図２の一部の詳細図である。
【図４】本発明の一実施形態による方法のステップを示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態による材料成形のための装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、本発明の一実施形態による材料成形のための装置を示している。本発明の実施形態によれば、本装置は、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４を保持する工具ハウジングを有する。工具ハウジングは、フレーム３０の一部を形成し得る。本装置は、図１に示すように、プランジャ２の形をした駆動ユニットをさらに有する。図１に示す実施形態において、駆動アセンブリは、シリンダハウジング１を有する。また、駆動アセンブリは、シリンダハウジング１に配置されたプランジャ２を有する。シリンダハウジング１は、フレーム３０に取り付けられ得る。
【００５０】
フレームには、アンビル１０６が固定されている。アンビル１０６には、固定工具５が取り付けられている。固定工具５は、アンビル１０６の上側に取り付けられている。固定工具５の上方には、図２を参照して後述する可動衝撃ヘッド／工具組合せ４が位置している。工具４、５は、互いに対向する相補的な表面を呈する。固定工具５には、加工材料Ｗが着脱自在に取り付けられる。加工材料Ｗは、任意の適切な方法で、例えば、クランプによって、または真空によって、固定工具５に取り付けられ得る。加工材料Ｗは、いろいろな種類の物、例えば、金属シート片とすることができる。いくつかの実施形態において、本明細書で固定工具と呼ぶものは、可動とすることもできることに留意されたい。
【００５１】
プランジャ２は、後述するように、固定工具５に近づいたり離れたりするように構成されている。プランジャ２は、油圧システム６によって駆動されるように構成されている。油圧システム圧力によって駆動されるプランジャ２に関しては、参照により本明細書に組み込まれている特許文献１の開示を参照する。
【００５２】
本装置は、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４が加工材料Ｗを打撃して加工材料を成形するようにプランジャ２を動かして可動衝撃ヘッド／工具組合せ４に運動エネルギーを提供するように構成されている。
【００５３】
プランジャ２を移動または加速させて可動衝撃ヘッド／工具組合せ４を打撃することによって可動衝撃ヘッド／工具組合せ４に運動エネルギーを提供する前に、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４は、加工材料Ｗから任意の適切な距離に配置され得る。一例として、その距離は、１〜１０ｍｍ、例えば、１．５〜５ｍｍ、または２〜３ｍｍであり得る。
【００５４】
本装置は、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４による加工材料Ｗの打撃後に、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４の、加工材料Ｗから離れる、戻り動作を減衰させるように構成されている。本装置が、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４を減衰させるように構成されている場合、本装置は、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４の跳ね返りがその戻り動作で起きないように構成され得る。
【００５５】
図２は、図１の装置の、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４および周辺部を概略的に示している。フレーム３０は、工具ハウジング３４を有し得る。固定工具５は、工具支持体５１に設けられている。
【００５６】
図２では、提示のために、工具ハウジング３４が工具支持体５１から離れている状態で示されている。しかし、本装置の使用中、工具ハウジング３４は、工具支持体５１と接触することになる。したがって、図２では、固定工具５から少し離れている衝撃ヘッド／工具組合せ４を示している。したがって、図２では、衝撃ヘッド／工具組合せ４は、加工材料Ｗからかなり離れて位置するように示されている。しかし、加工材料を打撃するために、この例では、衝撃ヘッド／工具組合せ４は、加工材料Ｗに向かってかなり近接して配置される。それにもかかわらず、加工材料を変更するために、例えば、図２に示すように、工具ハウジング３４を工具支持体５１から離し得る。例えば、この離隔は、工具ハウジングの動きを案内するように構成された案内装置によって支援され得る。
【００５７】
また、図３も参照する。フレーム３０、この例では工具ハウジング３４には、減衰装置３２が取り付けられ得る。衝撃ヘッド／工具組合せ４は、減衰装置３２によって減衰されるように構成され得る。減衰装置３２は、工具ハウジング３４と、加工材料Ｗから背向する衝撃ヘッド／工具組合せ４の表面３６との間に配置された第一減衰要素３２’を有し得る。工具ハウジング３４には、肩部３８を設け得る。衝撃ヘッド／工具組合せ４には、足部４０を設けることができ、この足部４０は、加工材料Ｗが打撃された時に加工材料と接触するように構成された衝撃ヘッド／工具組合せ４の表面Ｓの外側で、加工材料の打撃方向Ｄに対して横方向に設けられている。この例では、工具ハウジングの肩部３８は、加工材料Ｗから背向する足部４０の表面にわたって延在するように構成されている。
【００５８】
好ましくは、減衰装置３２は、工具ハウジング３４と、加工材料Ｗに対向する衝撃ヘッド／工具組合せ４の表面４２との間に配置された第二減衰要素３２”を有する。衝撃ヘッド／工具組合せ４は、減衰要素３２’、３２”の間に拘束された係合状態配置され得る。好ましくは、第一減衰要素３２’は、第二減衰要素３２”よりも硬度が低い。
【００５９】
減衰要素３２’、３２”は、例えば、ポリウレタンやゴムなど、任意の適切な材料で形成され得る。この材料は、弾性を有し得る。また、この材料は、減衰の性質を有し得る。この材料は、衝撃ヘッド／工具組合せ４の運動エネルギーを消散させるのに適していることができる。あるいは、減衰要素３２’、３２”は、減衰ばねとして設けられ得る。この例では、減衰要素は、細長いストリップ３２’、３２”として提供されている。ストリップ３２’、３２”は、矩形の断面を有する。ストリップは、工具ハウジングの各溝に部分的に嵌合される。これに代えて、またはこれに加えて、ストリップは、足部４０の各溝に部分的に嵌合され得る。ストリップ３２’、３２”は、衝撃ヘッド／工具組合せ４の加工面Ｓの外側に横方向に配置されている。打撃の方向Ｄから見て、ストリップ３２’、３２”は、加工面Ｓを取り囲んでいる。あるいは、減衰要素３２’、３２”の一方または各々に、複数の分離した要素を設け得る。
【００６０】
第一減衰要素の材料は、弾性であり得る。この材料は、減衰の性質を有し得る。この材料は、衝撃ヘッド／工具組合せ４の運動エネルギーを消散させるのに適していることができる。第一減衰要素の寸法および材料は、好ましくは、衝撃ヘッド／工具組合せの運動エネルギーの消散に起因する過剰な発熱を回避するように適合されている。
【００６１】
第二減衰要素の材料は、弾性であり得る。また、この材料は、減衰の性質を有し得る。第二減衰要素の寸法および材料は、好ましくは、打撃プロセスにおける変形中の過剰な発熱を回避するように適合されている。
【００６２】
図１および図２に示す実施形態において、衝撃ヘッド／工具組合せ４は、加工材料Ｗを打撃する工具４’を有する。衝撃ヘッド／工具組合せ４は、動いている駆動ユニット２からの打撃を受ける衝撃ヘッド４”をさらに有する。工具４’および衝撃ヘッド４”は、工具および衝撃ヘッドの周縁部に隣接して設けられた取付け手段によって、例えば、ボルト結合によって、互いに固定され得る。好ましくは、工具４’および衝撃ヘッド４”の取付け手段は、肩部３８によって形成された工具ハウジング３４の凹部４４内に配置されている。好ましくは、前記減衰要素３２’、３２”も、凹部４４内に設けられている。凹部４４は、衝撃ヘッド／工具組合せ４の加工面Ｓの外側に横方向に配置されている。打撃の方向Ｄから見て、凹部４４は、加工面Ｓを取り囲んでいる。
【００６３】
好ましくは、衝撃ヘッド４”および工具４’は、衝撃ヘッド４”と工具４’の境界部にそれぞれの襟部５０、５２を有し、工具４’の襟部５２は、打撃の方向Ｄから見て、打撃時に加工材料Ｗと接触するように構成された工具の加工面Ｓを取り囲んでいる。これにより、前記襟部５０、５２は、前記足部４０を形成し得る。両方の襟部５０、５２は、凹部４４の中に延在し得る。衝撃ヘッド４”の襟部５０は、第一減衰要素３２’と接触するように構成され得る。工具４’の襟部５２は、第二減衰要素３２”と接触するように構成され得る。前記ボルト結合のボルトは、襟部５０、５２を通って伸張し得る。
【００６４】
打撃時に、衝撃ヘッド／工具組合せ４は、加工材料Ｗに向かって移動し、これにより、第二減衰要素３２”を圧縮する。加工材料Ｗが打撃されると、第二減衰要素３２”の弾性エネルギーが、衝撃ヘッド／工具組合せ４を加工材料Ｗから離れるように移動させる。これにより、第一減衰要素３２’は、衝撃ヘッド／工具組合せ４が加工材料Ｗから離れるにつれて、衝撃ヘッド／工具組合せ４の動きを減衰させる。これにより、衝撃時の衝撃ヘッド／工具組合せ４の厳密に制御された往復動作が達成される。
【００６５】
衝撃ヘッド４”は、打撃の方向Ｄに、衝撃端部４６から基部領域４８まで延在する。このとき、基部領域４８は、衝撃端部４６よりも工具４’に近い。衝撃ヘッド４”は、衝撃端部４６が打撃の方向Ｄに対して横方向に基部領域４８よりも短く延在するように構成されている。この例では、基部領域４８は、衝撃ヘッド４”と工具４’の境界部にはない。基部領域は、この境界部から少し離れている。基部領域４８は、図２の波線で示されている。
【００６６】
示唆したように、衝撃ヘッド４”および工具４’は、フレーム３０に取り付けられ得る、また、フレーム３０の工具ハウジング３４に対して可動自在に構成され得る。好ましくは、本装置は、衝撃ヘッド４”の基部領域４８の周縁部が、打撃方向Ｄにおいて、打撃持に加工材料Ｗと接触するように構成された工具４’の加工面Ｓの周縁部とほぼ一致するように構成されている。適切には、衝撃ヘッド４”は、工具４’から離れる方向ＤＡに狭くなっている。この例における本装置は、衝撃ヘッド４”が、プランジャ２の衝撃ヘッド４”に対する打撃に由来する運動エネルギーを、直接的に加工面Ｓ全体に伝達するように構成されている。衝撃端部と基部領域４８の間にある、衝撃ヘッド４’の第一部分５４は、工具４’から離れる方向ＤＡに先細になっている。本装置は、衝撃ヘッド４”が、運動エネルギーを衝撃端部４６から加工面Ｓにわたって直接的に広げるように構成されている。
【００６７】
示唆したように、この例における衝撃ヘッド４”および工具４’は、衝撃ヘッド４”と工具４’の境界部にそれぞれの襟部５０、５２を有する。工具４’の襟部５２は、打撃の方向Ｄから見て、打撃時に加工材料Ｗと接触するように構成された工具の加工面Ｓを取り囲んでいる。衝撃ヘッド４”の第一部分５４は、衝撃ヘッド４”の襟部５０から衝撃ヘッドの衝撃端部４６まで延在している。第一部分５４は、襟部５０で、つまり、基部領域４８で、打撃の方向Ｄから見て、加工面Ｓとほぼ一致する、周縁部を提示する。第一部分５４は、第一部分５４が、打撃の方向Ｄに対して横方向に、衝撃ヘッドの襟部５０におけるよりも、衝撃端部４６におけるほうが短く延在するように構成され得る。示唆したように、襟部５０、５２は、この例では、工具ハウジング３４の凹部４４に配置されている。これにより、減衰要素３２’、３２”は、衝突端部４６から加工面Ｓへの運動エネルギーの直接的な伝達から分離することができ、かつその伝達を「妨害」しないことができる。
【００６８】
図４は、図１〜３を参照して説明した本発明の実施形態による方法のステップを示すフローチャートである。本方法は、工具を有し、かつ、工具４’から離れる方向に狭くなっている衝撃ヘッド４”を有する、衝撃ヘッド／工具組合せ４を提供する工程（Ｓ１）を含む。その後、衝撃ヘッド／工具組合せ４を、第一減衰要素３２’と第二減衰要素３２”の間に拘束して配置する（Ｓ２）。その後、駆動ユニットを動かして衝撃ヘッドを打撃し（Ｓ３）、これにより、衝撃ヘッド／工具組合せ４に運動エネルギーを提供する。これにより、衝撃ヘッド４”は、工具の周縁部に向かって運動エネルギーを伝達する。本方法は、上記のようにして運動エネルギーを提供された衝撃ヘッド／工具組合せによって加工材料Ｗを打撃して、加工材料を成形する工程（Ｓ４）をさらに含む。その後、第二減衰要素３２”のばね作用によって、加工材料から離れる、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４の戻り動作を可能にし、または支援する（Ｓ５）。さらに、第一減衰要素３２’によって、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４の戻り動作を減衰させる（Ｓ６）。
【００６９】
好ましくは、駆動ユニット２（この例では、プランジャ）は、衝撃ヘッドとの衝突時に、加工材料から離れるように移動する。したがって、駆動ユニット２は、衝撃ヘッドとの衝突時に、加工材料から離れるように構成され得る。駆動ユニット２は、衝撃ヘッドとの衝突時に、跳ね返るように構成され得る。衝撃ヘッドとの衝突時における駆動ユニット２の動きは、駆動ユニットの質量、衝撃ヘッド／工具組合せの質量を適切に選択することによって確保され得る。衝撃ヘッドとの衝突時における駆動ユニット２の動きは、衝撃ヘッドとの衝突時に駆動ユニットに作用する駆動力（例えば、油圧力）を適切に選択することによって、さらに確保され得る。
【００７０】
衝撃ヘッドとの衝突時に駆動ユニットが加工材料から離れる動きによって、衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作中に、衝撃ヘッド／工具組合せが駆動ユニットに接触することが回避される。
【００７１】
図５は、本発明の他の実施形態による高速材料成形のための装置を示している。図１および図２を参照して示し説明した特徴に対応する特徴については、同じ参照番号を使用する。本装置は、フレーム３０を有する。このフレームは、複数の支持装置１１０によって支持されている。このフレームには、アンビル１０６が固定されている。本実施形態において、アンビル１０６は、フレーム３０の最上部に固定されている。
【００７２】
アンビルには、工具（ここでは固定工具５と呼ぶ）が取り付けられている。固定工具５は、アンビル１０６の下側に取り付けられている。後述する可動衝撃ヘッド／工具組合せ４は、固定工具５の下方に位置している。衝撃ヘッド／工具組合せ４および固定工具５は、互いに対向する相補的な表面を呈する。固定工具５には、ワークピースＷが着脱自在に取り付けられる。ワークピースＷは、任意の適切な方法で、例えば、クランプによって、または真空によって、固定工具５に取り付けられ得る。ワークピースＷは、いろいろな種類の物、例えば、金属シート片とすることができる。
【００７３】
図５に示す実施形態では、シリンダハウジング１０２を有する駆動アセンブリが、フレーム３０に取り付けられている。また、駆動アセンブリは、シリンダハウジング１０２内に配置されたプランジャ１０１を有する。プランジャ１０１は、細長く、以下の説明から理解されるように、その縦軸に沿って幅が変化している。好ましくは、プランジャのどの断面も円形である。プランジャ１０１は、後述するように、固定工具５に近づいたり離れたりするように構成されている。
【００７４】
本実施形態において、衝撃ヘッド／工具組合せ４は、プランジャ１０１が油圧システム６によって加速されている時に、プランジャと接触している。したがって、プランジャ１０１と衝撃ヘッド／工具組合せ４との間には衝撃がない。したがって、ここで衝撃ヘッド／工具組合せ４と呼ぶものには、単に衝撃ヘッド／工具組合せ４の工具のための支持体のみを形成する「衝撃ヘッド」を設け得る。プランジャ１０１を移動または加速することによって工具に運動エネルギーを提供する前に、工具は、加工材料Ｗから少なくとも１２ｍｍ（例えば、５０、１００、または２００ｍｍ）の距離にあり得る。
【００７５】
プランジャ１０１は、衝撃ヘッド／工具組合せ４を固定工具に向かって加速させるように構成されている。プランジャ１０１は、油圧システム６によって駆動されるように構成されている。衝撃ヘッド／工具組合せ４が加工材料Ｗを打撃する前に、プランジャ１０１は、衝撃ヘッド／工具組合せ４が慣性によって加工材料Ｗに向かって進み続けるように減速される。
【００７６】
衝撃ヘッド／工具組合せ４が加工材料Ｗを打撃すると、衝撃ヘッド／工具組合せ４は、加工材料Ｗから離れ、重力によってプランジャ１０１に向かって移動する。可動衝撃ヘッド／工具組合せ４がプランジャ１０１に近づくにつれて可動衝撃ヘッド／工具組合せの戻り動作を制動するために、減衰装置３２が設けられている。この例では、減衰装置は、プランジャ１０１に取り付けられたダンパを有する。ダンパは、プランジャの最上端に取り付けられている。ダンパは、任意の適切な種類、例えば、油圧式または空気圧式であり得る。これに代えて、またはこれに加えて、ダンパは、板ばねのような弾性要素を有し得る。いくつかの実施形態において、減衰装置は、衝撃ヘッド／工具組合せ４に取り付けられたダンパを有し得る。さらなる実施形態において、減衰装置は、フレーム３０に取り付けられたダンパを有し得る。減衰装置は、可動工具の戻り動作を効果的に制動する。また、減衰装置は、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４の戻り動作の終わりにおける可動衝撃ヘッド／工具組合せの跳ね返りも防止し得る。これにより、可動衝撃ヘッド／工具組合せ４を、制御された方法で、プランジャの上に戻して静止させ得る。
【００７７】
なお、本発明は、上述しまた図面に示した実施形態に限定されないと理解されたい。むしろ、当業者は、多くの変更および改変が添付の特許請求の範囲内でなされ得ることを認識するであろう。
【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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【国際調査報告】
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