(57)【要約】【課題】プレス成形機を小型化する。【解決手段】プレス成形機１は、上型２と、上型２に係合する下型３と、上型２及び下型３の少なくとも一方を三次元的に移動操作するハンドリング装置５と、上型２と下型３とを型締めするクランパ装置７とを備える。【選択図】図１
2016175094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と、
前記上型に係合する下型と、
前記上型及び前記下型の少なくとも一方を三次元的に移動操作するハンドリング装置と、
前記上型と前記下型とを型締めするクランパ装置とを備えることを特徴とするプレス成形機。
【請求項２】
前記ハンドリング装置は、前記上型及び前記下型の少なくとも一方に対して着脱自在に構成される請求項１に記載のプレス成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼板を所定形状に成形するプレス成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車部品においては、軽量化への要求の高まりから、部品を構成する鋼板の高張力化が盛んに行われている。高張力鋼板は高強度であるため、常温下のプレス成形ではスプリングバックを生じてしまい、所望の寸法精度を得難い。このような場合、加熱装置によって加熱した鋼板をプレス金型に投入し、プレス金型で鋼板を成形しつつ冷却して焼き入れを施す、熱間プレス成形（ダイクエンチ工法）が行われる。
【０００３】
熱間プレス成形では、加熱された高温の鋼板が軟質、高延性になっているため、複雑な形状を寸法精度よく成形することが可能である。さらに、鋼板をオーステナイト域に加熱してからプレス成形し、金型内で急冷（焼入れ）することにより、マルテンサイト変態による鋼板の高強度化を成形と同時に達成できるという利点がある。
【０００４】
熱間プレス成形用の成形設備としては、特許文献１に開示されるように、ワークを加熱する加熱炉と、加熱されたワークを成形するプレス成形機と、加熱炉で加熱されたワークを加熱されたワークをプレス成形機へと搬送する搬送装置とを備えたものがある。このうち、プレス成形機は、上型及び下型からなる金型と、上型を上下動させる油圧式プレス機とを備える（同文献の図１及び段落００３０等参照）。油圧式プレス機は、上型の上方位置に設けられており、成形時に上型を下降させ、成形が完了すると上型を上昇させるものである。
【０００５】
このプレス成形設備では、加熱炉で加熱されたワークが搬送装置によってプレス成形機の金型に供給される。具体的には、油圧プレス機によって上型を下型の上方に離間させた状態で、搬送装置がワークを下型に載置する。この場合において、搬送装置が接触しないように、上型を下型から大きく上方に離間させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプレス成形機では、上型を上下動させるために、油圧式プレス機として大型のものが使用されることになる。さらに、油圧式プレス機が上型の上方位置に設けられていることも相俟って、プレス成形機が大型化する傾向にあった。また、搬送装置によってワークを金型に供給するために、上型を下型から十分に離間させる必要があることも、プレス成形機の大型化を招く一因となっていた。このように、従来のプレス成形機については、工場等における省スペース化の点で未だ課題の残るところである。
【０００８】
上記の事情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、プレス成形機を小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプレス成形機は、上記の課題を解決するためのものであり、上型と、前記上型に係合する下型と、前記上型及び前記下型の少なくとも一方を三次元的に移動操作するハンドリング装置と、前記上型と前記下型とを型締めするクランパ装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、従来のような油圧式プレス機を用いることなく、上型及び下型の一方又は両方を三次元的に移動操作するハンドリング装置を採用した。上型をハンドリング装置によって移動させる場合を例として説明すると、ハンドリング装置は、この上型を上下方向のみならず、水平方向にも移動させることができる。このため、ハンドリング装置は、ワークを下型に載置する際に、従来のように上型を下型の上方位置に離間させる必要がなく、ワークの載置の際に邪魔にならない水平方向の位置に上型を移動させることも可能である。さらに、上型をハンドリング装置によって移動操作させることから、クランパ装置には、上型を上下動させる必要がなく、従来の油圧式プレス機よりも小型のものを採用できる。しかも、クランパ装置は、上型の上方位置に設けられる必要がないことから、下型に近い位置に設けることができる。以上により、本発明ではプレス成形機を可及的に小型化でき、工場等における省スペース化に大きく寄与するものとなる。
【００１１】
また、本発明において、上記のハンドリング装置は、上型及び下型の少なくとも一方に対して着脱自在に構成されることが望ましい。
【００１２】
このように、ハンドリング装置を上型等に対して着脱自在な構成とすることで、ハンドリング装置や上型等のメンテナンスを行う際に、これらを分離することでその作業性を向上させることができる。また、例えば熱間プレス成形では、加熱されたワークを上型及び下型によって冷却（焼入れ）するが、逆に言えば上型及び下型は、この冷却の際にワークによって加熱されてしまう。このため、次の成形のためにこれらを冷却（自然冷却）する必要がある。これに対し、ハンドリング装置を上型等に対して着脱自在に構成すれば、プレス成形の度にこれらを交換することができる。したがって、予め上型や下型を複数個用意しておけば、プレス成形機は、常に冷却された上型等を使用でき、プレス成形の作業効率を大幅に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プレス成形機を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プレス成形機の第１実施形態を示し、プレス成形前の状態を示す。
【図２】プレス成形中のプレス成形機の側面図である。
【図３】カップリング装置を示す断面図である。
【図４】プレス成形機の第２実施形態を示す側面図である。（ａ）図は、プレス成形前の状態を示し、（ｂ）図は、プレス成形中の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るプレス成形機を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１乃至図３は、本発明に係るプレス成形機の第１実施形態を示す。本実施形態において、プレス成形機１は、上型２及び下型３を含む金型４と、上型２を三次元的に操作するハンドリング装置５と、このハンドリング装置５と上型２とを着脱自在に連結するカップリング装置６と、上型２と下型３とを型締めする複数のクランパ装置７とを備える。
【００１７】
上型２は、例えば鋼板からなるワークＷを成形するための成形面２ａを有する。また、上型２は、下型３に係合する前の状態において、ワークＷを保持する装置（以下「保持装置」という）８を備える。保持装置８は、ワークＷを保持する複数の保持アーム９を備える。保持アーム９は、図示しないアクチュエータ（例えばエアシリンダ等）により、ワークＷを保持する保持姿勢（図１参照）と、保持姿勢から退避して待機する待機姿勢（図２参照）とに姿勢変更可能に構成される。
【００１８】
下型３は、設置面に配置された支持台１０に支持されている。この下型３は、上型２の成形面２ａとともにワークＷを成形するための成形面３ａと、上型２を案内する案内面（ガイド面）３ｂと、クランパ装置７の一部を支持する支持部３ｃとを有する。
【００１９】
ハンドリング装置５は、例えば多軸多関節型のロボットにより構成される。ハンドリング装置５は、上型２を支持する第１関節１１と、第１関節１１に連結される第１アーム１２と、第１アーム１２を支持する第２アーム１３と、第１アーム１２と第２アーム１３とを連結する第２関節１４と、第２アーム１３を支持する基台１５と、第２アーム１３と基台１５とを連結する第３関節１６とを備える。
【００２０】
ハンドリング装置５は、第１関節１１乃至第３関節１６を利用して６軸制御により、上型２を３次元的に移動操作する。すなわち、ハンドリング装置５は、第３関節１６による第２アーム１３の揺動及び旋回（水平面内回転）の２軸、第２関節１４による第１アーム１２の揺動の１軸、及び第１関節１１による３軸の制御により、上型２を操作する。なお、ハンドリング装置５の基台１５は、下型３の側方位置で設置面に固定されている。
【００２１】
図１に示すように、カップリング装置６は、ハンドリング装置５に設けられる第１アタッチメント１７と、上型２に設けられる第２アタッチメント１８とを備える。
【００２２】
図３に示すように、第１アタッチメント１７は、板状に構成される本体部１７ａと、本体部１７ａ内に設けられるピストン１９と、ピストン１９によって操作されるボール２０とを主に備える。本体部１７ａは、ハンドリング装置５の先端部を固定する固定部２１と、ピストン１９を摺動可能に保持する第１通路２２と、ボール２０を移動可能に保持する第２通路２３とを主に備える。
【００２３】
固定部２１は、ハンドリング装置５の先端部を挿通可能な孔２４を有する。図３に示すように、ハンドリング装置５の先端部は、この孔２４に挿通されるとともに、図示しないネジ部材等の固定手段により第１アタッチメント１７に対して着脱自在に固定される。第１通路２２は、ハンドリング装置５の先端部における軸方向に沿って、ピストン１９を案内する。第１通路２２には、ピストン１９を往復移動させるために、作動流体（例えばエア、オイル等）が供給され得る。第２通路２３は、第１通路２２と連通するとともに、この第１通路２２と直交する方向にボール２０を案内する。
【００２４】
ピストン１９は、第１通路２２に供給される作動流体により、ボール２０を操作して所定位置に固定する固定位置（図３に示す位置）と、この固定位置から退避してボール２０との係合を解除する退避位置とにその位置を変更できる。
【００２５】
ボール２０は、ピストン１９の操作により、第２アタッチメント１８を第１アタッチメント１７に固定（ロック）する固定位置（図３参照）と、この固定を解除する解除位置とにその位置を変更できる。ボール２０は、弾性体からなる付勢部材２５によって第１通路２２に向かって付勢されている。ボール２０は、図３に示すように、ピストン１９によって操作されることで、第１通路２２から離れるように第２通路２３内を移動し、第２アタッチメント１８に係合する。ピストン１９が固定位置から退避位置へと移動すると、付勢部材２５の作用により、ボール２０は、第１通路２２に近づくように第２通路２３内を移動する。この移動により、ボール２０と第２アタッチメント１８との係合が解除され、第１アタッチメント１７と第２アタッチメント１８との連結が解除される。
【００２６】
第２アタッチメント１８は、上型２に固定される板状の本体部１８ａを備える。本体部１８ａは、上型２に一体に固定されているが、着脱自在な構成を有していてもよい。本体部１８ａは、第１アタッチメント１７におけるボール２０によって係止される係止部２６を有する。係止部２６は、所定の角度で傾斜する傾斜面（カム面）２７を有する。この傾斜面２７は、図３に示すように、第１アタッチメント１７のピストン１９が固定位置に移動し、このピストン１９によって操作されたボール２０が第２通路２３の奥側に移動したときに、このボール２０によって係止される。係止部２６がボール２０によって係止されることにより、第２アタッチメント１８は、第１アタッチメント１７に固定（ロック）される。
【００２７】
なお、カップリング装置６は、上記の構成の他、第１アタッチメント１７と第２アタッチメント１８の連結に際し、これらの位置決めを行う位置決め手段２８を備える。この位置決め手段２８は、第１アタッチメント１７の本体部１７ａに設けられる位置決めピン２９と、第２アタッチメント１８の本体部１８ａに形成されるとともに、この位置決めピン２９が挿通される挿通孔３０とを含む。  
【００２８】
クランパ装置７は、クランパ本体３１と、クランパ本体３１を上下方向に移動させる第１移動装置（昇降装置）３２と、クランパ本体３１及び第１移動装置３２を水平方向に移動させる第２移動装置（水平移動装置）３３とを備える。
【００２９】
クランパ本体３１は、例えば金属製の板部材からなる。クランパ本体３１は、上型２の上面（上型２が成形面２ａを下向きにした状態における上面）を押圧することにより、金型４の型締めを行うことができる。本実施形態において、第１移動装置３２は、シリンダ装置（例えば油圧シリンダ装置）からなるが、これに限定されるものではなく、他の各種アクチュエータを使用できる。第１移動装置３２は、第２移動装置３３に支持されるとともに、ピストンロッド３４を上下方向に移動させるように構成される。このピストンロッド３４の先端部には、クランパ本体３１が固定されている。ピストンロッド３４が上下動することにより、クランパ本体３１は、上下方向において、金型４（上型２及び下型３）に接触して型締を行う位置（型締め位置）と、金型４から離れて型締めを解除する位置（型締め解除位置）とにその位置を変更できる。
【００３０】
第２移動装置３３は、第１移動装置３２を支持するとともに、図示しないガイド機構により、この第１移動装置３２とクランパ本体３１とを水平方向に移動させることができる。第２移動装置３３は、下型３に設けられた支持部３ｃに支持されている。これにより、クランパ本体３１は、水平方向において、金型４を型締めする位置（図２参照）と、この位置から離れて待機する待機位置（図１参照）とにその位置を変更できる。
【００３１】
以下、上記構成のプレス成形機１によるプレス成形方法について説明する。なお、以下では熱間プレス成形法について説明するが、これに限定されるものではなく、冷間プレス成形、温間プレス成形等の各種成形方法にこのプレス成形機１を使用できる。
【００３２】
まず、ワークＷは、図示しない加熱炉により加熱される。所定の温度に加熱されると、ワークＷは加熱炉から取り出され、図示しない搬送装置（例えばベルトコンベア等）によって、プレス成形機１の近傍位置まで搬送される。ハンドリング装置５は、カップリング装置６を介して上型２を支持しており、搬送装置のワークＷに上型２を接近させる。ハンドリング装置５は、ワークＷの上方位置で上型２を停止させ、保持装置８を作動させて保持アーム９を保持姿勢としてワークＷを保持させる。
【００３３】
ハンドリング装置５は、保持装置８によってワークＷを保持すると、このワークＷとともに上型２を下型３の上方位置に移動させる。図１に示すように、ハンドリング装置５は、ワークＷ及び上型２を下型３の上方位置に配置し、その後、これらを下型３に向けて下降させる。保持装置８は、ワークＷが下型３の直上位置に到達したときに、保持アーム９によるワークＷの保持を解除する。このとき、保持アーム９は待機姿勢となり、ワークＷは、下型３の成形面３ａに載置される。なお、クランパ装置７は、保持アーム９に接触しないように、第２移動装置３３によって、クランパ本体３１及び第１移動装置３２を待機位置に移動させている（図１参照）。
【００３４】
その後、ハンドリング装置５は、上型２をさらに下降させて下型３に係合させる。このとき、上型２は、その側面が下型３の案内面３ｂに案内されるとともに、その成形面２ａが下方に移動する。この移動により、上型２の成形面２ａは、下型３の成形面３ａに載置されたワークＷに接触し、下型３の成形面３ａとともにワークＷを挟持する。
【００３５】
次に、クランパ装置７は、第２移動装置３３を作動させ、待機位置にあるクランパ本体３１及び第１移動装置３２を水平方向に移動させ、下型３及び上型２に接近させる。クランパ本体３１及び第１移動装置３２が、下型３及びこれに係合する上型２の上方位置に移動すると、クランパ装置７は、第１移動装置３２を作動させ、クランパ本体３１を下降させる。これによりクランパ本体３１は、上型２の上部（上面）に接触してこれを押圧する。なお、このとき、複数のクランパ本体３１は同期して上型２を押圧する。この押圧により、上型２は徐々に下降し、上型２の成形面２ａと下型３の成形面３ａとによってワークＷに所定の成形が施される。上型２が十分に下降すると、クランパ本体３１は、図２に示すように、上型２の上部と下型３の上部とを押圧した状態（型締め状態）となる。ワークＷは、この成形の際に、上型２及び下型３により冷却され、これによる焼入れが施される。所定時間の型締めにより、ワークＷのプレス成形が終了する。
【００３６】
以上説明した本実施形態に係るプレス成形機１によれば、ハンドリング装置５によって上型２を三次元的に移動させるようにしたので、従来のように、上型２の上方位置に設けられる油圧式プレス機によって上型２を上下動させる必要がなくなる。ハンドリング装置５は、下型３の上方ではなく側方に配置されるため、このプレス成形機１においては、下型３の上方に大型の構造物（油圧式プレス機等）が配置されることがない。また、ハンドリング装置５とは別体とされるクランパ装置７は、上型２を上下動させる必要がないため、従来の油圧式プレス機よりも小型化されるとともに、下型３に近い位置に設けられる。以上により、プレス成形機１は、従来のものよりも全体として小型化されたものになる。
【００３７】
また、上型２に備えられた保持装置８により、加熱処理されたワークＷを直接保持して搬送することも可能になるため、プレス成形の作業性を大幅に向上させることができる。
【００３８】
図４は、プレス成形機の第２実施形態を示す。第１実施形態では、ハンドリング装置５により上型２を操作する例を示したが、本実施形態では、下型３を操作する例を示す。図４（ａ）（ｂ）に示すように、ハンドリング装置５は、カップリング装置６を介して下型３に連結されている。
【００３９】
上型２は、成形面２ａを下方に向けた状態で所定位置に固定されている。上型２は、成形面２ａの他、下型３を案内する案内面２ｂと、クランパ装置７の第２移動装置３３を支持する支持部２ｃとを有する。クランパ装置７は、第１実施形態では、クランパ本体３１が上型２に押圧するように構成されていたが、本実施形態では、クランパ本体３１が下型３を押圧するように構成されている。なお、本実施形態では、第１実施形態で例示した保持装置８は、金型４に設けられていない。
【００４０】
以下、本実施形態におけるワークＷの成形方法について説明する。本実施形態に係るプレス成形機１によってワークＷを成形するには、加熱炉によって加熱されたワークＷを搬送装置によってプレス成形機１の近傍まで搬送する。ハンドリング装置５は、成形面３ａが上方に面した状態で下型３を支持しており、搬送装置から搬送されたワークＷは、別のハンドリング装置（マテハン装置）によって、この成形面３ａに載置される。
【００４１】
ワークＷが下型３に載置されると、ハンドリング装置５は、図４（ａ）に示すように、この下型３を移動させて上型２の下方位置に配置し、この位置から下型３を上昇させて上型２に接近させる。下型３は、ハンドリング装置５による操作によって上昇し、上型２に係合する。その後、下型３は、その側面が上型２の案内面２ｂによって案内されながら、その成形面３ａが上型２の成形面２ａに接近するように移動する。下型３がさらに上昇し、下型３に載置されているワークＷが上型２の成形面２ａに接触すると、クランパ装置７による型締めが開始される。
【００４２】
クランパ装置７の第２移動装置３３は、待機位置にあるクランパ本体３１及び第１移動装置３２を水平方向に移動させ、下型３の下方位置に移動させる。その後、クランパ装置７は、各第１移動装置３２を作動させ、各クランパ本体３１を同時に上昇させる。これにより、各クランパ本体３１は、下型３の下面に接触して、上方に押圧する。下型３がクランパ本体３１に押圧されることで、その成形面３ａは、徐々に上昇し、上型２の成形面２ａとともに、ワークＷを成形する。下型３が十分に上昇すると、クランパ本体３１は、図４（ｂ）に示すように、上型２の下部と下型３の下部とを押圧した状態（型締め状態）となる。ワークＷは、上型２及び下型３によって冷却されながら、所定の形状に成形される。
【００４３】
なお、本実施形態では、複数の下型３が用意されており、プレス成形機１は、一回毎に下型３を交換してプレス成形を行うことが可能である。熱間プレス成形では、成形終了後は、次回の成形に備えて、下型３を十分に冷却（自然冷却）する必要がある。これに関し、複数の下型３を使用することができれば、成形終了後に、加熱された下型３を、十分に冷却されている他の下型３と交換することができる。このように、プレス成形機１は、常に冷却された下型３を使用することができるため、プレス成形を効率良く行うことが可能になる。
【００４４】
なお、本発明に係るプレス成形機は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係るプレス成形機は、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明に係るプレス成形機は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４５】
上記の実施形態では、上型２のみをハンドリング装置５によって移動操作する例（第１実施形態）、及び下型３のみをハンドリング装置５によって移動操作する例（第２実施形態）を示したが、これに限定されない。これらの他、上型２と下型３の両方をハンドリング装置５によって移動操作してもよい。この場合、ハンドリング装置５は、上型２を操作する第１ハンドリング装置と、下型３を操作する第２ハンドリング装置を含むことになる。また、上記の第２実施形態では、複数の下型３を使用してプレス成形を行う例を示したが、これに限定されず、複数の上型２を使用してプレス成形を行ってもよい。
【００４６】
上記の第１実施形態では、保持アーム９を有する保持装置８を上型２に備え付けた例を示したが、保持装置８は、この例に限らず、例えば電磁石等による磁力を利用してワークＷを上型２に保持するようにしてもよく、他の各種の保持手段を使用することも可能である。また、この保持装置８を省略するとともに、別のハンドリング装置によって、ワークＷを下型３に載置するようにしてもよい。また、プレス成形終了後に、このハンドリング装置によって、ワークＷを下型３から取り出してもよい。
【００４７】
上記の実施形態では、カップリング装置６として、ピストン１９及びボール２０を利用した構造のものを例示したが、これに限らず、他の各種連結手段を用いることができる。また、カップリング装置６を省略して、ハンドリング装置５に上型２又は下型３を固定するようにしてもよい。
【００４８】
上記の実施形態では、ハンドリング装置５として、多軸多関節型のロボットを例示したが、これに限定されない。ハンドリング装置５は、上型２及び下型３の少なくとも一方を、上下移動させる昇降機構、及び水平移動させる水平移動機構を備えたものであればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１     プレス成形機
２     上型
３     下型
５     ハンドリング装置  
６     カップリング装置
７     クランパ装置
【図１】
2016175094.tif 000003
【図２】
2016175094.tif 000004
【図３】
2016175094.tif 000005
【図４】
2016175094.tif 000006