(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の被加工材を保持する保持手段と，
上記被加工材の両側の面にそれぞれ対面するように配設される少なくとも一対の押圧工具及び対向工具と，
上記被加工材を上記対向工具に対して相対的に移動させる被加工材移動手段と，
上記押圧工具を上記対向工具に対して相対的に移動させる工具移動手段とを有し，
上記押圧工具には，凹状に形成された凹状押圧面が設けられており，一方，上記対向工具には，上記凹状押圧面内に対面する対向面が設けられており，
上記被加工材移動手段と上記工具移動手段によって上記被加工材と上記押圧工具及び上記対向工具との相対位置を逐次移動させると共に上記押圧工具の上記凹状押圧面によって上記被加工材を逐次押圧して上記対向工具の上記対向面との間に挟み込むことにより上記被加工材を成形するよう構成されていることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置。
【請求項２】
請求項１において，上記押圧工具の上記凹状押圧面は，上記押圧工具の押圧方向に対して傾いた斜めの基準線を谷部とする溝形状を呈していると共に，上記基準線に直行する断面形状が略円弧状であり，かつ，その曲率半径が上記基準線に沿って連続的又は断続的に変化していることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置。
【請求項３】
請求項２において，上記基準線に沿った上記曲率半径の変化は，上記押圧方向に進むにつれて徐々に大きくなるよう変化していることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置。
【請求項４】
板状の被加工材を保持する保持手段と，
上記被加工材の両側の面にそれぞれ対面するように配設される少なくとも一対の押圧工具及び対向工具と，
上記被加工材を上記対向工具に対して相対的に移動させる被加工材移動手段と，
上記押圧工具を上記対向工具に対して相対的に移動させる工具移動手段とを有し，
上記押圧工具には，凹状を形取るように配設された３つ以上の分割部材よりなると共に，これらの分割部材の配置を変更できるよう構成された凹状押圧面が設けられており，一方，上記対向工具には上記凹状押圧面に対面する対向面が設けられており，
上記被加工材移動手段と上記工具移動手段によって上記被加工材と上記押圧工具及び上記対向工具との相対位置を逐次移動させると共に上記押圧工具の上記凹状押圧面によって上記被加工材を逐次押圧して上記対向工具の上記対向面との間に挟み込むことにより上記被加工材を成形するよう構成されており，
かつ，上記押圧工具の上記各分割部材の配置により形取る凹状形状は，上記押圧工具の押圧方向に対して傾いた斜めの基準線を谷部とする溝形状を呈していると共に，上記基準線に直行する断面形状が略円弧状であり，かつ，その曲率半径が上記基準線に沿って連続的又は断続的に変化している形状であることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置。
【請求項５】
請求項４において，上記分割部材は円柱状であることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において，上記対向工具の上記対向面は，半球面状であることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，インクリメンタル成形押圧装置，特に絞り変形が効率よくできるインクリメンタル成形押圧装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
金属板を成形してなる製品を大量に製造するには，専用の金型を作製し，プレス成形することが効率的でコストダウンにもつながる。しかしながら，小ロットの製品を作製する場合には，金型の作製コストが高いため，プレス成形はむしろコストアップにつながるので，板金職人による一品生産が採用される場合がある。しかしながらこの一品生産は，けっして効率のよいものではなく，製造コストを低減させることが困難であった。
【０００３】
このような背景のもと，上記板金職人の作業と同様の作業を機械化する検討がなされてきた。そして例えば，日本塑性加工学会  平成７年度塑性加工春季講演会論文集，（１９９５），２１７．「ハンマリングによるインクリメンタルフォーミングに関する研究−インクリメンタルハンマリング装置の試作と実験−」（長谷部忠司他３名）に示されたような，成形方法及び装置が提案されている。
この方法及び装置では，共に半球面状の先端形状を有する一対の工具を用いて板状の被加工材を押圧して成形する方法である。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の方法では，上記工具により一度に押圧できる領域が狭く，また，発生するしわを伸ばすために押圧ピッチが狭くなる。つまり絞り変形の効率がよくない。また，成形時の板厚減少率が大きく，成形品の剛性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，絞り変形の効率がよく，板厚減少率も少ないインクリメンタル成形押圧装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
第１の発明は，板状の被加工材を保持する保持手段と，上記被加工材の両側の面にそれぞれ対面するように配設される少なくとも一対の押圧工具及び対向工具と，上記被加工材を上記対向工具に対して相対的に移動させる被加工材移動手段と，上記押圧工具を上記対向工具に対して相対的に移動させる工具移動手段とを有し，上記押圧工具には，凹状に形成された凹状押圧面が設けられており，一方，上記対向工具には，上記凹状押圧面内に対面する対向面が設けられており，上記被加工材移動手段と上記工具移動手段によって上記被加工材と上記押圧工具及び上記対向工具との相対位置を逐次移動させると共に上記押圧工具の上記凹状押圧面によって上記被加工材を逐次押圧して上記対向工具の上記対向面との間に挟み込むことにより上記被加工材を成形するよう構成されていることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置にある（請求項１）。
【０００７】
本発明では，上記押圧工具として上記凹状に形成された凹状押圧面を有するものを用いる。そのため，上記凹状押圧面により被加工材を押圧した際には，従来のような半球面状の押圧面により押圧する場合よりも広い範囲を一度に押圧することができる。また，凹状押圧面により押圧した際に被加工材上に生じるしわの発生状態を均一化することができ，さらにそのしわを周囲に逃げないように潰すことができる。そのため，絞り変形を効率よく行うことができると共に，従来よりも板厚減少率を低減することもできる。
【０００８】
このように，本発明によれば，絞り変形の効率がよく，板厚減少率も少ないインクリメンタル成形押圧装置を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は，板状の被加工材を保持する保持手段と，
上記被加工材の両側の面にそれぞれ対面するように配設される少なくとも一対の押圧工具及び対向工具と，
上記被加工材を上記対向工具に対して相対的に移動させる被加工材移動手段と，
上記押圧工具を上記対向工具に対して相対的に移動させる工具移動手段とを有し，
上記押圧工具には，凹状を形取るように配設された３つ以上の分割部材よりなると共に，これらの分割部材の配置を変更できるよう構成された凹状押圧面が設けられており，一方，上記対向工具には上記凹状押圧面に対面する対向面が設けられており，
上記被加工材移動手段と上記工具移動手段によって上記被加工材と上記押圧工具及び上記対向工具との相対位置を逐次移動させると共に上記押圧工具の上記凹状押圧面によって上記被加工材を逐次押圧して上記対向工具の上記対向面との間に挟み込むことにより上記被加工材を成形するよう構成されており，
かつ，上記押圧工具の上記各分割部材の配置により形取る凹状形状は，上記押圧工具の押圧方向に対して傾いた斜めの基準線を谷部とする溝形状を呈していると共に，上記基準線に直行する断面形状が略円弧状であり，かつ，その曲率半径が上記基準線に沿って連続的又は断続的に変化している形状であることを特徴とするインクリメンタル成形押圧装置にある（請求項４）。
【００１０】
本発明においては，凹状を形取るように３つ以上の分割部材を配置した上記凹状押圧面を有している。この凹状押圧面は，互いの配置を変更して形取る凹状形状を変更できるようになっている。そして，成形しようとする所望の形状に最適な凹状形状を有する凹状押圧面を構成して加工することができる。そのため，効率よくインクリメンタル成形を行うことができる。また，そのため，押圧回数も減らすことができ，絞り変形効率の向上に加えて板厚減少率の低減をも図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記第１の発明においては，上記押圧工具の上記凹状押圧面は，上記押圧工具の押圧方向に対して傾いた斜めの基準線を谷部とする溝形状を呈していると共に，上記基準線に直行する断面形状が略円弧状であり，かつ，その曲率半径が上記基準線に沿って連続的又は断続的に変化していることが好ましい（請求項２）。この場合には，上記凹状押圧面における曲率が連続的又は断続的に変化しているので，実際に押圧させる部分をずらすことによって，異なる曲率の凹状の面を利用することができ，様々な形状の成形を１つの押圧工具で行うことができる。即ち汎用性が高い。
なお，上記略円弧状は，単純な円弧状，楕円状の他に，滑らかな曲線形状あるいは折れ線形状をも含み，全体的にほぼ円弧状となるあらゆる形状を含む概念である。また，上記基準線は必ずしも直線である必要はなく，滑らかな曲線あるいは折れ線状とすることもできる。
【００１２】
また，上記基準線に沿った上記曲率半径の変化は，上記押圧方向に進むにつれて徐々に大きくなるよう変化していることが好ましい（請求項３）。この場合には，曲率半径が大きい先端側の面をより水平状に近づけることができ，しわ潰し部分として利用しやすくすることができる。
【００１３】
また，上記第２の発明においては，上記分割部材は円柱状とすることができる（請求項５）。この場合には，上記分割部材の位置を変化させる際に，表面の向きを考慮する必要が無く，その軸芯位置だけを制御すればよく，制御が比較的容易である。
なお，上記分割部材としては，円錐状，四角柱状，凹面状を有する部材など，様々な形状のものを採用することができる。
【００１４】
また，上記第１，第２いずれの発明においても，上記対向工具の上記対向面は，半球面状であることが好ましい（請求項６）。この場合には，上記押圧工具の凹状押圧面内に上記対向工具の上記半球面状の対向面を配置することができる。そのため，少なくとも上記凹状押圧面の両側端部の２点と上記半球面状の対向面の１点，合計３点による被加工材に対する押圧を行うこともできる。そのため，いわゆる３点曲げを容易に行うことができ，成形性をさらに向上させることができる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例に係るインクリメンタル成形押圧装置につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例のインクリメンタル成形押圧装置１は，図４に示すごとく，板状の被加工材８を保持する保持手段１０と，被加工材８の両側の面にそれぞれ対面するように配設される一対の押圧工具２及び対向工具３とを有する。また，インクリメンタル成形押圧装置１は，上記被加工材８を対向工具３に対して相対的に移動させる被加工材移動手段４と，上記押圧工具２を上記対向工具３に対して相対的に移動させる工具移動手段５とを有している。そして，押圧工具２には，凹状に形成された凹状押圧面２０が設けられている。また対向工具３には，上記凹状押圧面２０に対面する対向面３０が設けられている。
【００１６】
そして，被加工材移動手段４と工具移動手段５によって被加工材８と押圧工具２及び対向工具３との相対位置を逐次移動させると共に押圧工具２の凹状押圧面２０によって被加工材８を逐次押圧して上記対向工具３の対向面３０との間に挟み込むことにより被加工材８を成形するよう構成されている。
以下，これを詳説する。
【００１７】
本例のインクリメンタル成形押圧装置１は，図４に示すごとく，ハウジング１１内にベース部１２を有し，このベース部１２上およびハウジング１１にすべての構成部分が配設されている。
まずベース部１２上に立設された基台３９上には対向工具３が固定されている。本例の対向工具３は，凸状，具体的には半球面状に形成された対向面３０を有している。
【００１８】
ベース部１２上にはＸ−Ｙテーブル１３が配設されており，さらにその上に被加工材移動手段４が配設されている。
被加工材移動手段４は，同図に示すごとく，２本のガイドポール４１，４２と，これらのガイドポール４１，４２に沿って昇降可能な昇降部４３，４４を有している。２つの昇降部４３，４４は互いに連動して昇降するように構成されている。
【００１９】
上記２つの昇降部４３，４４の間には，上記被加工材８を保持する保持手段１０が配設されている。そして，保持手段１０は，上記Ｘ−Ｙテーブル１３の移動に伴って平面状で任意の方向に移動し，上記昇降部４３，４４の移動に伴って上下方向に移動するよう構成されている。
【００２０】
上記保持手段１０は，被加工材８の中央部を固定する固定部１０２を有している。固定部１０２は，任意の方向に傾動可能に設けられている。そして，被加工材８を，上記固定部１０２の傾動によって任意の方向に傾けることができるよう構成されている。
【００２１】
また，上記ハウジング１１の天井部には，上記押圧工具２をセットした工具移動手段５が配設されている。工具移動手段５は，上記押圧工具２を上下方向に移動させ，押圧量（押し込み量）および対向工具とのＸ方向偏心量と回転方向相対位置を調整できるように構成されている。
押圧工具２は，図１〜図３に示すごとく，円柱状の基部２２と，工具移動手段５に固定するための円柱状の固定端部２３を有する。そして，上記基部２２には，その先端に上記凹状押圧面２０を設けた押圧面形成部２１が配設されている。
【００２２】
押圧面形成部２１は，図１に示すごとく，押圧方向（矢印Ｆ）に直行する断面形状が台形状を呈している。そして，その押圧方向の先端部分に設けられた凹状押圧面２０は，押圧方向に対して傾いた斜めの基準線Ｓを谷部とする溝形状を呈していると共に，上記基準線Ｓに直行する断面形状が略円弧状であり，かつ，その曲率半径が上記基準線に沿って連続的断続的に変化している。本例の基準線Ｓとしては，図２に示すごとく，押圧方向からの傾き角度αが４５°である直線を採用した。
【００２３】
また，図１〜図３に示すごとく，上記基準線Ｓに沿った上記曲率半径の変化は，上記押圧方向に進むにつれて徐々に大きくなるよう変化している。より具体的には，最も後端側の曲率半径Ｒ１は１４ｍｍであり，最も先端側の曲率半径Ｒ２は５０ｍｍである。また，図３に示すごとく，いずれの部分においても，上記基準線Ｓに直交する断面形状の円弧の中心角βが約６０°となるように構成した。
【００２４】
また，図１，図３に示すごとく，凹状押圧面２０の両側端部２０５は，凹状押圧面２０の凹状と逆の曲率を有する滑らかな曲面で面取りを行っている。
また，図１に示すごとく，凹状押圧面２０の先端部２０４も同様に滑らかな曲面で面取りを行っており，しわ伸ばし部分としての役割をも果たせるように構成した。
【００２５】
次に，本例では，上記インクリメンタル成形押圧装置１を用いて，板厚０．９９ｍｍの円盤状の被加工材８を図６に示すごとく，外径約８４ｍｍ，深さ１９ｍｍの浅円筒絞りを行って，浅いカップ状の成形品８８を成形した。
具体的には，図５に示すごとく，被加工材移動手段４と工具移動手段５によって被加工材８と押圧工具２及び対向工具３との相対位置を，被加工材８の中心側から外周側に徐々に随時移動させると共に，被加工材８を適度に傾けて回転させながら，上記押圧工具２を随時押し込んだ。これにより，押圧工具２の凹状押圧面２０によって被加工材８を逐次押圧して対向工具３の対向面３０との間に挟み込むことにより被加工材８を成形した。
【００２６】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例では，上記押圧工具２として上記凹状に形成された凹状押圧面２０を有するものを用いた。そのため，凹状押圧面２０により被加工材２を押圧した際には，従来のような半球面状の押圧面により押圧する場合よりも広い範囲を一度に押圧することができた。また，凹状押圧面２０により押圧した際に被加工材８上に生じるしわの発生状態を均一化することができ，しわを周囲に逃げないようにうまく潰すことができた。これにより発生するしわのピッチも大きくても良く，押圧ピッチも従来より大きくすることができた。
【００２７】
また，本例では，図６，図７に示すごとく，得られた成形品８８の板厚を測定した。その結果を図７に示す。同図は，横軸に成形品８８の端部８９からの距離をとり，縦軸に板厚ひずみεをとったものである。なお，図７中のａ，ｂは，図６中のａ，ｂの位置に対応した位置を示している。また板厚ひずみεは，ε＝ｌｎ（ｔ／ｔｏ），ここで，ｔｏ；変形前の板厚，ｔ；変形後の板厚，という関係式により求めたものである。
図７より知られるごとく，全体的に板厚ひずみεがおよそ±０．１５の範囲内に収まっており，板厚減少率が非常に小さかった。
【００２８】
（比較例１）
本比較例では，図８に示すごとく，実施例１の優位性をさらに明らかにするため，半球面状の凸状の押圧面９２０を有する押圧工具９２を用いて実施例１と同様に成形を行い，実施例１と比較した。
比較例１のインクリメンタル成形押圧装置９は，図８に示すごとく，半球面状の押圧面９２０を有する押圧工具９２を用いた点以外は実施例１のインクリメンタル成形押圧装置１と同様である。
【００２９】
比較例１及び実施例１において成形した際の押圧工具２，９２の押圧回数を表１に示す。
表１より知られるごとく，実施例１のように凹状押圧面２０を有する押圧工具２を採用することにより，半球面状の凸状の押圧面９２０を有する押圧工具９２を使用する場合と比べて，押圧回数を半分以下に減少させることができた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
（実施例２）
本例は，図９，図１０に示すごとく，押圧工具７として，凹状を形取るように配設された３つの分割部材７０１〜７０３よりなると共に，これらの分割部材７０１〜７０３の配置を変更できるよう構成された凹状押圧面７０を設けたものを用いた。その他の装置の構成は実施例１と同様である。
【００３２】
上記押圧工具７は，図９，図１０に示すごとく，円柱状の基部７２と，工具移動手段５（図４参照）に固定するための円柱状の固定端部７３を有する。そして，上記基部７２には，その先端に上記凹状押圧面７０を設けた押圧面形成部７１が配設されている。
【００３３】
押圧面形成部７１は，図９に示すごとく，押圧方向（矢印Ｆ）に直行する断面形状が台形状を呈している。そして，その押圧方向の先端部分には，基準面７００が設けられ，この基準面７００から複数の油圧シリンダ７０８を介して分割部材７０１〜７０３が配設されている。
【００３４】
分割部材７０１〜７０３はいずれも円柱状であり，その位置を上記油圧シリンダ７０８の伸縮により変更可能に構成されている。
図１０に示すごとく，各分割部材７０１〜７０３の配置は，初期設定では，中央の分割部材７０１の上面が押圧方向Ｆに対して傾斜角度が４５°となるようにし，その両側に２つの分割部材７０２，７０３を末広がりとなるように配置してある。
【００３５】
そして，各分割部材７０１〜７０３の配置は，互いの表面が円弧状の接線Ｔに接するようにした。また，その円弧状の接線Ｔの上記分割部材７０１の軸方向に直行する断面の曲率半径は，各分割部材７０１〜７０３の位置変更により変更できるようになっている。初期設定では，上記分割部材の後端側に接する円弧状の接線Ｔの曲率半径Ｒ３が１４ｍｍ，中心角γが６０°となるように設定した。また，上記分割部材の先端側に接する円弧状の接線の曲率半径は５０ｍｍ，中心角が６０°となるように設定した。即ち，凹状押圧面７０の基本的な凹状形状が実施例１の場合と同様となるようにした。
【００３６】
本例の場合には，上記油圧シリンダ７０８の伸縮によって，分割部材７０１〜７０３の位置を変更し，凹状押圧面７０の凹状形状を変更することができる。そのため，成形しようとする所望の形状に最適な凹状形状を有する凹状押圧面７０を構成して加工することができる。そのため，効率よくインクリメンタル成形を行うことができる。また，そのため，押圧回数も減らすことができ，絞り変形効率の向上に加えて板厚減少率の低減をも図ることができる。
【００３７】
なお，本例では，上記のごとく円柱状の分割部材７０１〜７０３を用いたが，図１１に示すごとく，種々の形状の分割部材７４〜７８を適用することもできる。同図（ａ）に示すものは，上記と同様の円柱状の分割部材７４であり，同図（ｂ）に示すものは，若干大径化した円柱状の分割部材７５である。同図（ｃ）に示すものは四角柱状の分割部材７６である。同図（ｄ）に示すものは，四角柱の一つ面７７０を凹状にした分割部材７７である。同図（ｅ）に示すものは，円錐状の分割部材７８である。
いずれの形状の分割部材でも，上記と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，押圧工具を示す斜視図。
【図２】実施例１における，図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における，図１のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図４】実施例１における，インクリメンタル成形押圧装置の構成を示す説明図。
【図５】実施例１における，押圧工具と対向工具とによって被加工材を成形している状態を示す説明図。
【図６】実施例１において成形した成形品の断面形状を示す説明図。
【図７】実施例１において成形した成形品の板厚ひずみの測定結果を示す説明図。
【図８】比較例１における，押圧工具と対向工具とによって被加工材を成形している状態を示す説明図。
【図９】実施例２における，押圧工具を示す斜視図。
【図１０】実施例２における，押圧工具の分割部材の配設状態を示す説明図。
【図１１】実施例２における，押圧工具の分割部材の複数の変形例を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．インクリメンタル成形押圧装置，
２，７．．．押圧工具，
２０，７０．．．凹状押圧面，
３．．．対向工具，
４．．．被加工材移動手段，
５．．．工具移動手段，
７０１〜７０３，７４〜７８．．．分割部材，
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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