(57)【要約】【課題】プレートに打ち抜かれるパンチ孔の形状に生じるバラツキを抑えられるプレス加工装置を提供すること。【解決手段】パンチ１０がプレート３０にパンチ孔３９を打ち抜くプレス加工装置１は、パンチ１０は、中心軸O方向に延びる胴体面１２と、胴体面１２から中心軸Oに近づくように傾斜して延びるテーパ面１３と、テーパ面１３の先端に延びるパンチ刃面１４と、を有し、中心軸O方向に移動するパンチ１０のパンチ刃面１４がダイ中空部５に入ることでプレート３０にパンチ孔３９を打ち抜き、続いて中心軸O方向に移動するパンチ１０のテーパ面１３及び胴体面１２が順にダイ中空部５に入ることでパンチ孔３９を押し拡げるようにした。【選択図】図１
2016097428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチが中心軸方向に移動してダイに載せられたプレートにパンチ孔を打ち抜くプレス加工装置であって、
前記ダイは、
前記プレートが載せられるダイ刃面と、
前記ダイ刃面に開口するダイ中空部と、を有し、
前記パンチは、
中心軸方向に延びる胴体面と、
前記胴体面から中心軸に近づくように傾斜して延びるテーパ面と、
前記テーパ面の先端に延びるパンチ刃面と、を有し、
中心軸方向に移動する前記パンチの前記パンチ刃面が前記ダイ中空部に入ることで前記プレートにパンチ孔を打ち抜き、続いて中心軸方向に移動する前記パンチの前記テーパ面及び前記胴体面が順に前記ダイ中空部に入ることで前記パンチ孔を押し拡げることを特徴とするプレス加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート（被加工物）にパンチ孔を打ち抜くプレス加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用ラジエータなどの熱交換器では、プレス加工装置のパンチによってプレートに打ち抜かれたパンチ孔にチューブが挿入され、プレートとチューブとがロウ付けによって接合されるものがある。
【０００３】
特許文献１には、プレス加工装置のパンチによって金属製プレートにパンチ孔（穿設孔１０１）が打ち抜かれた後に、別のパンチ（ポンチ３１４）によってパンチ孔の周縁に突出加工（バーリング加工）を施す熱交換器用フィンの製造金型が開示されている。
【０００４】
上記製造金型として設けられるパンチ（ポンチ３１４）は、軸方向に対して傾斜するテーパ面（第１テーパ面３２２、第２テーパ面３１８）を有し、金属製プレートに形成されたパンチ孔（穿設孔１０１）の周縁を押し拡げてバーリング穴を形成するようになっている。
【０００５】
特許文献２には、コアプレートにバーリング穴が形成され、バーリング穴に偏平状チューブの端部が圧着固定される熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−８１２３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２のようにプレートに打ち抜かれたパンチ孔を拡げるバーリング穴が形成されない場合には、パンチによってプレートにパンチ孔が打ち抜かれる際に、軸方向に移動するパンチがわずかに偏心すると、プレートに打ち抜かれるパンチ孔の形状にバラツキが生じ、熱交換器の部材間にロウ付け不良などを招くという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、プレートに打ち抜かれるパンチ孔の形状に生じるバラツキを抑えられるプレス加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様によれば、パンチが中心軸方向に移動してダイに載せられたプレートにパンチ孔を打ち抜くプレス加工装置であって、ダイは、プレートが載せられるダイ刃面と、ダイ刃面に開口するダイ中空部と、を有し、パンチは、中心軸方向に延びる胴体面と、胴体面から中心軸に近づくように傾斜して延びるテーパ面と、テーパ面の先端に延びるパンチ刃面と、を有し、中心軸方向に移動するパンチのパンチ刃面がダイ中空部に入ることでプレートにパンチ孔を打ち抜き、続いて中心軸方向に移動するパンチのテーパ面及び胴体面が順にダイ中空部に入ることでパンチ孔を押し拡げることを特徴とするプレス加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上記態様によれば、パンチがダイ中空部に対してわずかに偏心した場合にも、パンチ刃面とダイ中空部との間に十分な抜きクリアランス（間隙）が設けられることにより、パンチ孔は剪断面が過大に形成されることなく打ち抜かれる。続いて中心軸方向に移動するテーパ面及び胴体面がプレートに打ち抜かれたパンチ孔を押し拡げることより、プレートが塑性変形し、パンチ孔の形状に生じるバラツキを抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るプレス加工装置を示す断面図である。
【図２】プレス加工装置の作動状態を示す断面図である。
【図３】プレート及びチューブの断面図である。
【図４】比較例に係るプレス加工装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るプレート３０（被加工物）を成形するプレス加工装置１を示す断面図である。
【００１４】
プレート３０は、図示しない車両に設けられるラジエータ（熱交換器）を構成するラジエータプレートである。後述するように、プレート３０には、チューブ４０（図３参照）がロウ付けによって接合される。ラジエータには、プレート３０及びチューブ４０によって冷却液（熱交換媒体）が循環する熱交換流路が形成される。
【００１５】
プレート３０は、アルミ材などの金属からなる板状の母材３１と、母材３１の外側面にロウ材が被覆されたロウ材皮膜層３２と、母材３１の内側面に犠材が被覆された犠材皮膜層３３（防食層）と、を有する。なお、プレート３０は、これに限らず、犠材皮膜層３３を有さないものであってもよい。チューブ４０は、アルミ材などの金属からなる筒状の母材４１と、母材４１の外側面にロウ材が被覆されたロウ材皮膜層４２と、を有する（図３参照）。なお、チューブ４０は、これに限らず、ロウ材皮膜層４２を有さないものであってもよい。
【００１６】
プレート３０は、プレス加工装置１による成形工程の前に行われる成形工程において、波形の板状に絞り成形されている。
【００１７】
なお、プレート３０は、波形の板状に成形されたもの限らず、平板状の板材であってもよい。
【００１８】
以下、プレス加工装置１の構成について説明する。
【００１９】
プレス加工装置１は、中心軸O方向（プレス方向）に移動するパンチ１０と、パンチ１０が摺動自在に挿入される中空のストリッパ３と、プレート３０を支持する中空のダイ４と、を備える。
【００２０】
プレス加工装置１では、パンチ１０が図１に２点鎖線で示すようにプレス方向に移動してダイ４内に入り込むことにより、パンチ１０がプレート３０を打ち抜き、プレート３０に開口するパンチ孔３９（図３参照）が形成される。
【００２１】
パンチ１０は、円形の断面形状を有する円柱状をしている。パンチ１０がプレート３０を打ち抜くことにより、プレート３０には断面形状が円形をしたパンチ孔３９が形成される。
【００２２】
なお、これに限らず、パンチ１０は、非円形の断面形状を有する柱状をして、プレート３０に非円形の断面形状をしたパンチ孔３９を形成するものであってもよい。
【００２３】
パンチ１０は、プレート３０を打ち抜くパンチ刃面１４と、パンチ孔３９を押し拡げるテーパ面１３及び胴体面１２と、を有する。
【００２４】
胴体面１２は、パンチ１０の中心となる中心軸Oと平行に延びる円柱面状に形成される。胴体面１２を表面とする円柱状の部位は、中心軸O方向に一定の断面を有する。
【００２５】
胴体面１２の外径Ｐ１は、プレート３０に形成されるパンチ孔３９の内径（輪郭寸法）に応じて設定される。
【００２６】
テーパ面１３は、中心軸Oに傾斜して延びる円錐面状に形成される。テーパ面１３を表面とする部位は、中心軸O方向に断面が次第に小さくなる先細の円錐台状に形成される。
【００２７】
パンチ１０のパンチ刃面１４は、テーパ面１３の先端に延び、中心軸Oに直交する平面状に形成される。
【００２８】
パンチ刃面１４の外径Ｐ２は、胴体面１２の外径Ｐ１に対して、プレート３０の板厚ｔの１０％だけ小さくした寸法を有する。つまり、パンチ刃面１４の外径Ｐ２は、次式で求められる。
Ｐ２＝Ｐ１−２×（ｔ×１０％）  …（１）
【００２９】
ダイ４は、プレート３０が載せられるダイ刃面６と、ダイ刃面６に開口するダイ中空部５と、を有する。
【００３０】
ダイ４のダイ刃面６は、中心軸Oに直交する平面状に形成される。
【００３１】
ダイ中空部５は、中心軸O方向に延びる円柱面状の内周面を有する。ダイ中空部５の内径Ｄは、胴体面１２の外径Ｐ１に対して、プレート３０の板厚ｔに対して３〜５％だけ大きくした寸法を有する。つまり、内径Ｄは、次式で求められる。
Ｄ＝Ｐ１＋２×（ｔ×３〜５％）  …（２）
【００３２】
ダイ中空部５とパンチ刃面１４との間には、間隙として抜きクリアランスＣ（間隙）が設けられる。抜きクリアランスＣ（間隙）は、板厚ｔに対して１３〜１５％の範囲に設定される。これに対して、テーパ面が設けられない従来のパンチ（図４参照）では、抜きクリアランスが板厚ｔに対して３〜５％の範囲に設定される。つまり、プレス加工装置１では、パンチ刃面１４の抜きクリアランスＣが、従来のパンチに設定される抜きクリアランスに対して３倍程度大きく設定される。
【００３３】
テーパ面１３は、パンチ１０の中心軸O方向に長さＢを有する。テーパ面１３の長さＢは、プレート３０の板厚ｔに対して２倍の寸法を有する。つまり、テーパ面１３の長さＢは、次式で求められる。
Ｂ＝ｔ×２  …（３）
【００３４】
次に、プレス加工装置１によってプレート３０に施されるプレス加工について説明する。
【００３５】
図１は、プレス加工装置１にプレート３０がセットされた状態を示す。プレート３０は、その谷部がダイ４のダイ中空部５が開口する部位に載せられ、ストリッパ３によってダイ４に押し付けられる。プレス加工装置１は、図１に示すセット状態からパンチ１０を中心軸O方向に移動することで、図２の［I］、［II］、［III］図に示すようにプレート３０にパンチ孔３９を形成する。
【００３６】
図２の［I］図に示すように、パンチ１０がプレート３０に接触してから所定のストロウク下降してプレート３０を押圧することで、ダイ刃面６によってプレート３０にダレ３０Ａが形成された後、プレート３０にクラック３０Ｂ（切断面）が形成され、プレート３０から円盤状の切断片３５が切り離される。
【００３７】
パンチ１０がプレート３０に接触してから下降するときに、パンチ刃面１４に押されて移動するプレート３０の部位はすぐに切断されずに、パンチ刃面１４に押されて絞り加工されることで、ダレ３０Ａが形成される。このときに、ダイ中空部５に対するパンチ刃面１４の抜きクリアランスＣが従来装置より大きく設定されているため、ダレ３０Ａが従来のものより大きく形成される。
【００３８】
ダレ３０Ａが形成された後にパンチ１０が下降するのに伴って、パンチ刃面１４がダイ４のダイ中空部５に入り込む前に、プレート３０にはクラック３０Ｂが形成される。さらにパンチ１０が下降するのに伴って、プレート３０ではパンチ刃面１４に押される部位が切断されて切断片３５となる。
【００３９】
プレート３０のクラック３０Ｂには、剪断応力によって形成される剪断面と、引張応力によって形成される破断面と、が設けられる。このときに、ダイ中空部５に対するパンチ刃面１４の抜きクリアランスＣが大きく設定されているため、パンチ１０及びダイ４の刃先によって剪断される剪断面が小さくなる反面、破断面が大きくなる。
【００４０】
パンチ１０がダイ中空部５に対してわずかに偏心した場合にも、パンチ１０のパンチ刃面１４とダイ４のダイ中空部５との間に十分な抜きクリアランスＣが設けられていることにより、パンチ孔３９は剪断面を大きくすることなく打ち抜かれる。
【００４１】
図２の［II］図に示すように、パンチ１０が続けて下降すると、パンチ刃面１４によってプレート３０から切り離された切断片３５がダイ中空部５内を下降するとともに、テーパ面１３がパンチ孔３９を押し拡げる。
【００４２】
このときに、パンチ１０が下降するのに伴って、テーパ面１３がパンチ孔３９の輪郭面（クラック３０Ｂ）を矢印Ｅで示すように押圧することにより、パンチ孔３９の輪郭面が圧延されて拡がり、犠材皮膜層３３の開口端も拡大される。同時に、ロウ材皮膜層３２がテーパ面１３に摺接して斜め下方に引っ張られることにより、ロウ材がパンチ孔３９内に引き込まれる。
【００４３】
図２の［III］図に示すように、パンチ１０が続けて下降すると、上記テーパ面１３に続いて胴体面１２がパンチ孔３９を押し拡げる。
【００４４】
このときに、パンチ１０が下降するのに伴って、胴体面１２がパンチ孔３９の開口端を矢印Ｆで示すように押圧することにより、パンチ孔３９の輪郭面が圧延され、犠材皮膜層３３の開口端も拡大される。これにより、パンチ孔３９の開口端と犠材皮膜層３３の開口端との間には、間隙Ｇが形成される。
【００４５】
パンチ１０がダイ中空部５に対してわずかに偏心した場合にも、前記したようにテーパ面１３及び胴体面１２がプレート３０に打ち抜かれたパンチ孔３９を押し拡げることより、プレート３０が塑性変形し、パンチ孔３９の輪郭面が規定内の形状に形成される。
【００４６】
以上のように成形工程では、プレス加工装置１が作動することで、プレート３０にパンチ孔３９が所定の形状に形成される。
【００４７】
続くラジエータの組み立て工程では、パンチ孔３９にラジエータのチューブ４０（図３参照）が挿入され、ラジエータの組み立てが行われる。
【００４８】
続くラジエータの接合工程では、組み立てられたラジエータが加熱炉に搬入される。ラジエータは、加熱炉にて熱処理されることで、各部材がロウ付けによって接合される。
【００４９】
図３は、プレート３０とチューブ４０とがロウ付けによって接合された状態を示す断面図である。パンチ孔３９では、剪断面が小さく、ロウ材皮膜層３２のロウ材がチューブ４０の外周面に面しているため、接合工程でロウ材皮膜層３２から溶融したロウ材がチューブ４０の外周面のまわりに途切れることなく拡がるとともに、チューブ４０の外周に形成されたロウ材皮膜層４２が溶融してロウ材皮膜層３２と接合することで、ロウ付け部３６が環状に形成される。
【００５０】
上記のようにしてロウ付けが行われる際に、プレート３０の母材３１がチューブ４０の外周面から間隙Ｈを持って離れているため、溶融したロウ材がプレート３０の母材３１の内周面（パンチ孔３９の輪郭面）とチューブ４０の母材４１の外周面との間に溜まり、ロウ付け部３６の上部にフィレット３６Ａがプレート３０とチューブ４０との間にわたって環状に形成される。
【００５１】
そして、プレート３０の犠材皮膜層３３の開口端がチューブ４０の外周面から所定の間隙Ｇを持って離れているため、溶融したロウ材が犠材皮膜層３３の開口端とチューブ４０の外周面との間に溜まり、ロウ付け部３６の下部にフィレット３６Bが犠材皮膜層３３とチューブ４０との間にわたって環状に形成される。
【００５２】
以上のようにしてラジエータの接合工程では、ロウ付けが行われ、ロウ材がパンチ孔３９とチューブ４０との間に隙間なく埋められる。
【００５３】
なお、上述した構成に限らず、プレート３０とチューブ４０とは、ロウ付け以外の方法によって接合される構成としてもよい。
【００５４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５５】
本実施形態によれば、パンチ１０が中心軸O方向に移動してダイ４に載せられたプレート３０にパンチ孔３９を打ち抜くプレス加工装置１であって、パンチ１０は、中心軸O方向に延びる胴体面１２と、胴体面１２から中心軸Oに近づくように中心軸Oに対して傾斜して延びるテーパ面１３と、テーパ面１３の先端に延びるパンチ刃面１４と、を有する。中心軸O方向に移動するパンチ１０のパンチ刃面１４がダイ中空部５に入ることでプレート３０にパンチ孔３９を打ち抜き、続いて中心軸O方向に移動するパンチ１０のテーパ面１３及び胴体面１２が順にダイ中空部５に入ることでパンチ孔３９を押し拡げるプレス加工装置１が提供される。
【００５６】
上記構成に基づき、パンチ１０がダイ中空部５に対してわずかに偏心した場合にも、パンチ刃面１４とダイ中空部５との間に十分な抜きクリアランスＣ（間隙）が設けられることにより、パンチ孔３９は剪断面が過大になることなく打ち抜かれる。続いて中心軸O方向に移動するテーパ面１３及び胴体面１２がプレート３０に打ち抜かれたパンチ孔３９を押し拡げることより、プレート３０が塑性変形し、パンチ孔３９の形状に生じるバラツキを抑えられる。これにより、プレート３０は、パンチ孔３９に挿入されるチューブ４０に対峙するパンチ孔３９の形状にバラツキが生じることが抑えられ、チューブ４０との接合が良好に行われる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、プレート３０は、金属材からなる母材３１と、母材３１の表面にロウ材が被覆されたロウ材皮膜層３２と、を有し、中心軸O方向に移動するパンチ１０のテーパ面１３及び胴体面１２によってロウ材皮膜層３２がパンチ孔３９の内側に引き込まれる。
【００５８】
上記構成に基づき、パンチ孔３９では、ロウ材皮膜層３２のロウ材がチューブ４０の外周面に面している。このため、プレート３０とパンチ孔３９に挿入されるチューブ４０との間でロウ付けが行われる際に、ロウ材皮膜層３２から溶融したロウ材がチューブ４０の外周面のまわりに途切れることなく拡がり、ロウ付けが良好に行われる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、プレート３０は、金属材からなる母材３１と、母材３１の表面に犠材が被覆された犠材皮膜層３３と、を有し、中心軸O方向に移動するパンチ１０のテーパ面１３及び胴体面１２によって犠材皮膜層３３の開口端が押し拡げられる。
【００６０】
上記構成に基づき、パンチ孔３９では、犠材皮膜層３３の開口端がチューブ４０の外周面から離れる。このため、プレート３０とパンチ孔３９に挿入されるチューブ４０との間でロウ付けが行われる際に、ロウ材の流れが犠材皮膜層３３の成分によって阻害されることが抑えられ、ロウ付けが良好に行われる。
【００６１】
上記構成に基づき、熱交換器では、プレート３０とチューブ４０との接合が隙間なく行われるため、熱交換器を循環する熱交換媒体の洩れが防止される。
【００６２】
なお、図４には、比較例としてプレス加工装置１００が示されている。プレス加工装置１００のパンチ１１０は、円柱状に形成され、テーパ面が設けられない。
【００６３】
上記プレス加工装置１００では、パンチ１１０の中心軸Oがダイ孔１０５の中心軸O５に対してわずかに偏心して、パンチ１１０のダイ孔１０５の抜きクリアランスＫ（間隙）が片側に偏る状態で、パンチ１１０が移動すると、パンチ孔３９の輪郭面において、剪断面と破断面とが形成される部位が周方向について大きく異なる。抜きクリアランスＫが小さい側では、中心軸Oと平行に延びる剪断面が多くなる。このため、抜きクリアランスＫが小さい側では、ロウ付け時に、パンチ孔３９とチューブ４０との間にロウ材が導かれる間隙が十分につくられず、ロウ付け不良となる部位が生じる。さらに、抜きクリアランスＫが小さい側では、プレート３０の犠材皮膜層３３の開口端が剪断面に近接するため、犠材皮膜層３３に含まれる成分によりパンチ孔３９とチューブ４０との間に導かれるロウ材の流れが阻害され、ロウ付け不良となる部位が生じる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６５】
本発明は、ラジエータに限らず、車両に搭載されるオイルクーラ、インタクーラ、コンデンサなどの熱交換器を製造する装置にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器を製造する装置にも適用できる。
【００６６】
本発明は熱交換器を製造する装置に好適であるが、熱交換器以外の機械、設備などの製造に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１    プレス加工装置
４    ダイ
５    ダイ中空部
１０    パンチ
１２    胴体面
１３    テーパ面
１４    パンチ刃面
３０    プレート
３９    パンチ孔
【図１】
2016097428.tif 000003
【図２】
2016097428.tif 000004
【図３】
2016097428.tif 000005
【図４】
2016097428.tif 000006