特許第6832015号(P6832015)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6832015
(24)【登録日】2021年2月3日
(45)【発行日】2021年2月24日
(54)【発明の名称】プレス加工装置
(51)【国際特許分類】
   B21J 9/02 20060101AFI20210215BHJP
【FI】
   B21J9/02 A
【請求項の数】2
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2018-47775(P2018-47775)
(22)【出願日】2018年3月15日
(65)【公開番号】特開2019-155443(P2019-155443A)
(43)【公開日】2019年9月19日
【審査請求日】2019年10月23日
(73)【特許権者】
【識別番号】500372717
【氏名又は名称】学校法人福岡工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100090697
【弁理士】
【氏名又は名称】中前 富士男
(74)【代理人】
【識別番号】100176142
【弁理士】
【氏名又は名称】清井 洋平
(74)【代理人】
【識別番号】100127155
【弁理士】
【氏名又は名称】来田 義弘
(72)【発明者】
【氏名】廣田 健治
【審査官】 石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−125834(JP,A)
【文献】 独国特許出願公開第10017462(DE,A1)
【文献】 特開平09−047836(JP,A)
【文献】 特開2003−126999(JP,A)
【文献】 特開昭63−016828(JP,A)
【文献】 独国特許出願公開第19753949(DE,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21J 9/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1、第2の金型片で被加工物を挟んで加圧し加工するプレス加工装置において、
電動式駆動源、該電動式駆動源の作動により移動して、前記第2の金型片に接触している前記被加工物に前記第1の金型片の加圧面を押し付ける可動体、及び、前記可動体の移動を案内する直線ガイド部をそれぞれ有する複数の押圧機構と、
前記各電動式駆動源の作動を制御して、該電動式駆動源の作動により移動する前記可動体の移動長を調整し、前記加圧面の前記被加工物に対する角度を変える制御手段と
前記第1の金型片の変位を制限して、該加圧面の前記被加工物への接触状態を維持する変位制限機構とを備え
前記変位制限機構は、前記第1の金型片、又は、該第1の金型片が固定されたスライドブロックに連結された自在継手を有し、前記各可動体は、前記第1の金型片、及び、前記スライドブロックに非連結であることを特徴とするプレス加工装置。
【請求項2】
請求項記載のプレス加工装置において、3つ以上の前記押圧機構を備え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、金属を所定の形状に成形するプレス加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プレス加工において、加圧面積に対し加圧方向の厚みが薄い低アスペクト比断面の被加工物は、摩擦の影響が顕著となり大きな加圧荷重が必要となる。加圧荷重を抑制する手法には、摩擦力の低減化(以下、「手法1」と言う)、加圧面積の低減化(以下、「手法2」と言う)、及び、変形抵抗の低減化(以下、「手法3」と言う)がある。
手法1の具体例として、潤滑剤の性能改善や、振動鍛造による潤滑剤の膜切れ防止(非特許文献1参照)が挙げられる。手法2の具体例として、刀鍛冶のように小さな工具によって逐次的に加圧することや、図8に示すように、加圧盤100を回転させながら被加工物101を圧下する揺動鍛造法(非特許文献2参照)が存在する。手法3について、非特許文献3には、圧縮とせん断の複合応力下で加圧に必要な応力が低下することが示唆され、ねじりを与えながら加圧することによって加圧荷重を低減する事例が示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】前野智美、小坂田宏造、森謙一郎:「荷重振動による板鍛造における摩擦低減」、論文誌「塑性と加工」、Vol.50−No.585(2009)、p951−955
【非特許文献2】河合望:新版 塑性加工学、(1988)、p139、朝倉書店
【非特許文献3】松本良、康仁漢、宇都宮裕:「ねじり付加による冷間据込み圧縮における軸方向荷重の低減」、第67回塑性加工連合講演会予稿集、(2016)、p85−86
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、手法1、3では、プレス加工装置と被加工物が接触する面積を減少させることができないため、加圧面積に対して加圧方向の厚みが薄いほど摩擦力が大きくなり、加圧荷重の低減効果が限定的となる。また、手法2の揺動鍛造法や手法3では、回転用の駆動機構と加圧用の駆動機構が必要なため、プレス加工装置の大型化や構造の複雑化を招来させる。そして、手法2は、実用化されているものの特殊な用途での利用に限られ、手法3は、大学での研究成果としての報告である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、回転用の駆動機構を有することなく、加圧荷重を抑制可能な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】
【0005】
前記目的に沿う本発明に係るプレス加工装置は、第1、第2の金型片で被加工物を挟んで加圧し加工するプレス加工装置において、電動式駆動源、該電動式駆動源の作動により移動して、前記第2の金型片に接触している前記被加工物に前記第1の金型片の加圧面を押し付ける可動体、及び、前記可動体の移動を案内する直線ガイド部をそれぞれ有する複数の押圧機構と、前記各電動式駆動源の作動を制御して、該電動式駆動源の作動により移動する前記可動体の移動長を調整し、前記加圧面の前記被加工物に対する角度を変える制御手段と、前記第1の金型片の変位を制限して、該加圧面の前記被加工物への接触状態を維持する変位制限機構とを備え、前記変位制限機構は、前記第1の金型片、又は、該第1の金型片が固定されたスライドブロックに連結された自在継手を有し、前記各可動体は、前記第1の金型片、及び、前記スライドブロックに非連結である。
【0006】
【0007】
【0008】
本発明に係るプレス加工装置において、3つ以上の前記押圧機構を備えるのが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係るプレス加工装置は、電動式駆動源、電動式駆動源の作動により移動して、被加工物に第1の金型片の加圧面を押し付ける可動体、及び、可動体の移動を案内する直線ガイド部をそれぞれ有する複数の押圧機構と、各電動式駆動源の作動を制御する制御手段とを備えるので、直線ガイド部に案内される可動体の移動によって被加工物がプレス加工されることとなり、回転用の駆動機構は用いられない。また、制御手段は、各電動式駆動源の作動を制御して、電動式駆動源の作動により移動する可動体の移動長を調整し、加圧面の被加工物に対する角度を変えることから、加圧面の被加工物に対する角度を変えながら被加工物をプレス加工することができ、被加工物との接触面積を減じて被加工物にかかる加圧荷重を低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の一実施の形態に係るプレス加工装置の説明図である。
図2】(A)、(B)はそれぞれ、被加工物を加圧する様子を示す説明図である。
図3】制御手段の接続を示すブロック図である。
図4】(A)〜(D)は、揺動加圧1の説明図である。
図5】(A)〜(E)は、揺動加圧2の説明図である。
図6】実験に用いたプレス加工装置の説明図である。
図7】(A)は被加工物に生じる荷重と圧下率の関係を示すグラフであり、(B)はパターン2〜5の荷重低減率を示すグラフである。
図8】揺動鍛造法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1図2に示すように、本発明の一実施の形態に係るプレス加工装置10は、上型11(第1の金型片の一例)及び下型12(第2の金型片の一例)で被加工物Wを挟んで加圧し加工する装置であって、それぞれ上型11に力を作用させて被加工物Wを加圧した状態にする複数(ここでは4つ)の押圧機構13、14、15、16を備えている。以下、詳細に説明する。
【0012】
プレス加工装置10は、図1に示すように、矩形のベースプレート17に取り付けられた押圧機構13、14、15、16と、ベースプレート17の下方に配置され、上型11が装着された板状のスライドブロック18と、スライドブロック18の下方に配置され、下型12が取り付けられた板状のボルスタ19を備えている。それぞれ水平配置されたベースプレート17及びボルスタ19は、図示しない支持部材によって固定されている。
【0013】
下型12は、図2(A)に示すように、板状であり、ボルスタ19の上側中央に設けられた凹部20に嵌め込まれ、水平状態でボルスタ19に固定されている。下型12の上面側中央には窪み21が形成されており、被加工物Wは、窪み21の上方に重心が配された状態で下型12に載置されている。
上型11は、板状であり、スライドブロック18の下側中央に設けられた凹部22に嵌め込まれて、スライドブロック18に固定されている。
【0014】
押圧機構13、14、15、16は、ベースプレート17の四隅にそれぞれ固定されている。押圧機構13は、図1に示すように、電動式駆動源13aと、鉛直方向に長い棒状の可動体13bと、鉛直方向に長く、可動体13bが昇降可能に取り付けられた筒状部材13cと、電動式駆動源13aの駆動力を可動体13bに伝える図示しない動力伝達手段を備えている。筒状部材13cの内側には、鉛直方向に長く、可動体13bの昇降移動を案内する内孔部13d(直線ガイド部の一例)が形成されており、可動体13bは、電動式駆動源13aの作動により上昇又は下降(移動)する。なお、動力伝達手段は主として回転軸、カム及びカムフォロアによって構成可能である。
【0015】
押圧機構14、15、16は押圧機構13と同じ構造を有し、押圧機構14は、電動式駆動源14a、可動体14b及び内孔部14d(直線ガイド部の一例)が形成された筒状部材14cを備え、押圧機構15は、電動式駆動源15a、可動体15b、内孔部15d(直線ガイド部の一例)が形成された筒状部材15cを備え、押圧機構16は、電動式駆動源16a、可動体16b及び内孔部16d(直線ガイド部の一例)が形成された筒状部材16cを備えている。本実施の形態では、電動式駆動源13a、14a、15a、16aとして電動モータが採用されている。
【0016】
電動式駆動源13a、14a、15a、16aには、図3に示すように、各電動式駆動源13a、14a、15a、16aの作動を制御する制御手段23が接続されている。制御手段23は、電動式駆動源13a、14a、15a、16aの作動をそれぞれ制御して、可動体13b、14b、15b、16bの昇降動作を個別に制御することが可能である。制御手段23は、例えば、電動式駆動源13a、16aを停止させて電動式駆動源14a、15aを作動させることで、可動体13b、16bを停止させた状態で可動体14bを上昇させながら可動体15bを下降させる。
本実施の形態では制御手段23が主としてマイクロコンピュータによって構成されているが、これに限定されない。
【0017】
可動体13b、14b、15b、16bがそれぞれ基準位置に配された状態で、スライドブロック18は水平配置され、上型11は被加工物Wの上方、即ち、被加工物Wに非接触な高さ位置で水平に配される。
上型11の下面(加圧面)24は、被加工物Wに接触する面であり、可動体13b、14b、15b、16bが基準位置から下降することで、上型11はスライドブロック18と共に下降し、下面24が、図2(A)に示すように、被加工物Wに上から接して負荷をかける。よって、可動体13b、14b、15b、16bは、下降(移動)して、下型12に載置されて(接触して)いる被加工物Wに上型11の下面24を上から押し付ける。
被加工物Wは、金属物であり、上型11及び下型12に挟まれた状態で負荷を与えられて圧下され、被加工物Wの上面及び底面はそれぞれ上型11の下面24及び下型12の上面に対応した形状となる。
【0018】
可動体13b、14b、15b、16bそれぞれの基準位置からの移動方向が等しく、基準位置からの移動長が等しければ、スライドブロック18及び上型11(上型11全体及び上型11の下面24を意味する)は、図2(A)に示すように、水平状態が保たれる。それ以外の場合(例えば、可動体13b、14b、15b、16bそれぞれの基準位置からの下降距離が異なる場合)、スライドブロック18及び上型11(上型11の下面24も)は、図2(B)に示すように、水平方向に対し傾く。
【0019】
被加工物Wに対する上型11の下面24の角度は、可動体13b、14b、15b、16bそれぞれの基準位置からの移動方向及び移動長によって決定される。よって、制御手段23は、電動式駆動源13a、14a、15a、16aの作動を制御して、各可動体13b、14b、15b、16bの移動長を調整し、上型11の下面24の被加工物Wに対する角度を変えることとなる。
【0020】
また、ベースプレート17の下側中央には、図1に示すようにスライドブロック18の上側中央に連結された自在継手25を下端側(一端側)に有する変位制限機構26の上端側(他端側)が連結されている。変位制限機構26は、ベースプレート17に固定された鉛直方向に長いガイド部材27と、ガイド部材27に昇降可能に取り付けられ、下端側に自在継手25が連結された鉛直方向に長い棒材28とを備えている。棒材28はガイド部材27によって水平方向の移動が防止されている。なお、ベースプレート17には、棒材28に上向きの復元力を与える図示しない引張バネが取り付けられており、スライドブロック18は、この引張バネの復元力によって、可動体13b、14b、15b、16bの少なくとも1つに下から接触した状態が維持されている。
【0021】
棒材28、自在継手25、スライドブロック18の中央(上型11が固定された領域)及び上型11は、可動体13b、14b、15b、16bの昇降によって、一体的に昇降する。スライドブロック18及び上型11は、スライドブロック18への自在継手25の連結によって、ガイド部材27に対する角度が所定範囲内で変化可能な状態となっている。
ここで、変位制限機構26は、自在継手25が連結されているスライドブロック18の中央及び上型11の水平方向の移動(変位)を制限していることから、可動体13b、14b、15b、16bの昇降により被加工物Wに対する角度が変えられている上型11の下面24の被加工物Wへの接触状態を維持することができる。
【0022】
本実施の形態では、スライドブロック18の下降によって上型11及び下型12に挟まれた状態となった被加工物Wを、以下の4つの方法で加圧することができる。また、加圧の途中で以下の4つの方法を任意に切り替えることも可能である。
<通常加圧>
被加工物Wに下面24が接触している上型11を、可動体13b、14b、15b、16bを一体的に下降させて、水平状態で下降させ被加工物Wを加圧する。
【0023】
<振動加圧>
可動体13b、14b、15b、16bの下降と上昇を交互に行って、上型11が水平状態で下降と上昇を繰り返すようにし、被加工物Wを加圧する。
【0024】
<揺動加圧1>
可動体14b、15bを同速度で下降させつつ、可動体13bを下降させながら可動体16bを上昇させる動作と、可動体13bを上昇させながら可動体16bを下降させる動作とを交互に行うことによって(あるいは、可動体13b、16bを同速度で下降させつつ、可動体14bを下降させながら可動体15bを上昇させる動作と、可動体14bを上昇させながら可動体15bを下降させる動作とを交互に繰り返すことによって)、図4(A)〜(D)に示すように、上型11の下面24をシーソのように動作させ、被加工物Wを加圧する。
【0025】
<揺動加圧2>
1)可動体14b、15bを同速度で下降させつつ、可動体13bを下降させながら可動体16bを上昇させて、図5(A)、(B)に示すように、水平状態だった上型11の下面24を傾けた後、2)可動体13b、16bを同速度で下降させつつ、可動体14bを下降させながら可動体15bを上昇させて、図5(C)に示すように、上型11の下面24の水平方向に対する傾き角度を一定に保った状態で上型11の下面24の傾き方向を変える。そして、3)可動体14b、15bを同速度で下降させつつ、可動体13bを上昇させながら可動体16bを下降させて、図5(D)、(E)に示すように、上型11の下面24の水平方向に対する傾き角度を一定に保った状態で上型11の下面24の傾き方向を変え続け、以降も、上型11の下面24の水平方向に対する傾き角度を一定に保った状態で上型11の下面24の傾き方向を変え続けて、被加工物Wを加圧する。
【0026】
ここで、振動加圧、揺動加圧1及び揺動加圧2は、通常加圧に比べ、被加工物Wを加圧して加工する際に生じる加圧荷重を低減できることが確認されている。また、電動式駆動源13aを有する押圧機構13、電動式駆動源14aを有する押圧機構14、電動式駆動源15aを有する押圧機構15、及び、電動式駆動源16aを有する押圧機構16は、油圧シリンダを主とする押圧機構に比べ、応答性が高く、可動体13b、14b、15b、16bの昇降移動の制御が安定的であることから、振動加圧、揺動加圧1及び揺動加圧2を正確に行うことが可能であり、更に、設計や構造の簡素化を図ることができる。
【実施例】
【0027】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
直径8mm、高さ12mmの円柱状の純アルミニウム軟質材からなる被加工物を、図6に示すプレス加工装置30を用いて、高さが50%になるまで圧下した。
【0028】
プレス加工装置30は、図6に示すように、第1の金型片31が第2の金型片32の直下で矩形のスライドブロック33に固定されている。スライドブロック33の一の角部とその対角部には下方から可動軸(可動体の一例)34、35が接触しており、スライドブロック33の残り2つの角部にはベースプレート36に固定された固定軸37、38が下方から接触している。ベースプレート36の下方には、可動軸34、35をそれぞれ昇降させる電動モータ(電動式駆動源の一例)39、40が設けられている。第2の金型片32は、図示しない万能試験機から円柱体41を介して下向きの力を与えられるボルスタ42に取り付けられている。
【0029】
実験では、万能試験機の作動により、ボルスタ42と共に第2の金型片32を押し下げて被加工物を圧下しながら、円柱体41と万能試験機の間に生じている荷重をロードセルで計測した。
被加工物の圧下は以下に記載する5つのパターンで行った。
【0030】
パターン1:可動軸34、35を固定した状態で第2の金型片32を押し下げて(通常加圧に相当)、圧下率が50%になるまで被加工物を圧下する。
パターン2〜5:可動軸34、35を固定した状態で第2の金型片32を押し下げて(通常加圧に相当)、圧下率が約25%になるまで被加工物を圧下した後、可動軸34を上昇させながら可動軸35を下降させる動作と、可動軸34を下降させながら可動軸35を上昇させる動作とを交互に行って(揺動加圧1に相当)、圧下率が50%になるまで被加工物を圧下する。
【0031】
パターン2〜5については、第1の金型片の加圧面が最も傾いた際の水平方向に対する角度をθとし、揺動加圧1の繰り返し回数をNとして(但し、第1の金型片の加圧面の一側が上昇し他側が下降した状態から、第1の金型部の加圧面の一側が下降し他側が上昇した状態を経て、再び第1の金型片の加圧面の一側が上昇し他側が下降した状態となるまでの動作を1回とする)、パターン2がθ=2°、N=5回、パターン3がθ=2°、N=10回、パターン4がθ=3°、N=5回、パターン5がθ=3°、N=10回とする。
【0032】
実験結果を図7(A)、(B)に示す。図7(A)、(B)において、P1、P2、P3、P4、P5はそれぞれパターン1、2、3、4、5を示し、Fはパターン1による加圧によって被加工物の圧下率を50%にした時点で被加工物に生じていた荷重を示し、△Fは、パターン2〜5による加圧によって被加工物の圧下率を50%にした時点でそれぞれ被加工物に生じていた荷重を、Fから差し引いた荷重であり、△F/Fはパターン1に対する荷重低減率を示す。なお、図7(A)にはパターン2に対応する△Fのみを記載している。
実験結果より、被加工物の圧下率が50%となった時点で被加工物に生じていた荷重は、パターン2〜5がパターン1より小さくなり、パターン5が最小でパターン1の約50%となった。また、パターン2〜5については、θやNが大きい値ほど、荷重低減率が大きくなった。
【0033】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、下型を第1の金型片とし、上型を第2の金型片として、下型を押し上げることによって被加工物を加圧してもよい。
また、自在継手を有さない変位制限機構を採用可能である。
変位制限機構を設けなくてもよい。但し、変位制限機構を設けた場合、変位制限機構を設けない場合に比べ、第1の金型片の加圧面が被加工物に接触した状態を安定的に維持できるため、変位制限機構を設けるのが好ましい。
【0034】
そして、スライドブロックを設けず、第1の金型片に各押圧機構の可動体を直接接触させて第1の金型片の加圧面の角度を変えるようにしてもよく、その場合において、自在継手を有する変位制限機構を採用する際には、自在継手を第1の金型片に直接連結すればよい。
また、プレス加工装置が備える押圧機構は複数個であればよく、4つである必要はない。但し、押圧機構が2つの場合、通常加圧、振動加圧、揺動加圧1は可能であるが、揺動加圧2を行うことはできない。従って、押圧機構は3つ以上が好ましい。
【0035】
更に、押圧機構の可動体(先側)はスライドブロックに連結されていてもよく、その場合、押圧機構の基側はベースプレートに対する角度が変化可能な状態でベースプレートに取り付けられる。
また、第1、第2の金型片は、プレス加工後の被加工物の形状に応じた形状に設計され、その形状は特に限定されるものではない。第1、第2の金型片の一方もしくは双方に窪みを設けることで、被加工物の位置ずれを防止することができる。
【符号の説明】
【0036】
10:プレス加工装置、11:上型、12:下型、13:押圧機構、13a:電動式駆動源、13b:可動体、13c:筒状部材、13d:内孔部、14:押圧機構、14a:電動式駆動源、14b:可動体、14c:筒状部材、14d:内孔部、15:押圧機構、15a:電動式駆動源、15b:可動体、15c:筒状部材、15d:内孔部、16:押圧機構、16a:電動式駆動源、16b:可動体、16c:筒状部材、16d:内孔部、17:ベースプレート、18:スライドブロック、19:ボルスタ、20:凹部、21:窪み、22:凹部、23:制御手段、24:下面、25:自在継手、26:変位制限機構、27:ガイド部材、28:棒材、30:プレス加工装置、31:第1の金型片、32:第2の金型片、33:スライドブロック、34、35:可動軸、36:ベースプレート、37、38:固定軸、39、40:電動モータ、41:円柱体、42:ボルスタ、W:被加工物
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8