JP4287912B2 - 板材のダイレスフォーミング装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は板材を比較的大きな底面積を有する任意の３次元形状に逐次成形するための装置の改良に関する。
背景技術
航空機や自動車の部品、ボートなどの船舶製品、建材や厨房用品、浴槽などの浴室用品などの塑性加工法として、金型を使用したプレス加工が汎用されている。しかしながら、このように金型とプレスを使用する方法は、設備が大型となって設置スペースも大きなものを必要とし、また、設備費および金型製作費が極めて高価となる。しかも、複雑な形状は成形が困難で、高度の加工技術と仕上げの熟練度を必要とする。また、プレス作業は騒音や振動が発生するため環境に悪影響を与えたり、安全対策も問題となった。
この対策として、スピニング加工法が知られているが、この方法は回転する成形型に板材を押し付けて成形する方法であるため、横断面が円形の円筒状や円錐状のものしか成形できない点に致命的な欠点があった。
そこで、本出願人の一人は、日本国特許公開７−１３２３２９号において、板材の逐次成形方法と装置を提案した。この先行技術は、板材の下面に球面先端部を持つ棒状押圧体を当接させ、板材の反対側（上面）から球面状の押圧部を有する可動押圧体を当接させ、板材の周縁をねじ式の保持具により一定保持力で保持した状態において、可動押圧体を成形すべき製品の横断面形状に対応させて棒状押圧体の周りに移動させつつ保持具をバネ式のクッションにより板材板厚方向に移動させる構成であった。
しかし、この先行技術は、円錐状、角錐状といった単純な末広がり形状の成形は可能であるが、底と側壁部（胴部）とがシャープなコーナー部分で連続する成形を行なうことができず、ことに、製品寸法が大きな場合には、板材を支持している枠状の保持具が傾いて下降しやすいため、成形不可能となったり、成形形状の精度が悪化することが問題であった。このため、バスタブやシンクで代表されるような、大きな底面積を持ちしかもその底輪郭形状が異形であったり、底部に続く側壁部の高さが高く、あるいは側壁中間レベルに段を有していたりする製品の成形は不可能であった。
また、先行技術は板材の周縁を挟持して行なう単純な張り出し成形であるため、垂直ないしこれに近い角度αの側壁の成形を行なった場合には、水平状態での長さｌ₀の材料が長さｌ₁にまで伸び、これに伴って板厚がｔ₀からｔ₁に減少し（ｔ₁＝ｔ₀sinα）、たとえば厚さ２ｍｍの板厚が０．１７ｍｍに減少してしまうなど、板厚減少率が高い。このため、板材の材質、板厚等によって、側壁に亀裂が入ったり、局部変形が生じたりするなど、成形がほとんど不可能であり、たとえ成形できても強度の低下が著しくなるという問題があった。
また、先行技術はステンレス鋼板などの硬い板材を成形する場合に、スプリングバックを制御することが困難であるため、成形性と形状精度が不良となりやすいという問題があった。また、製品が単純な平坦状のフランジでなく、反転したフランジを有するような場合にも、そのフランジ部の成形を行なえないという点も問題であった。
発明の開示
本発明の第１の目的は、金属あるいは非金属の板材から、輪郭が複雑で広い面積の底部を有したり、さらには側壁部が垂直ないしそれに近い角度を有していたりする大型な立体製品を高精度に成形することができる比較的簡単な構造のダイレスフォーミング装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、板材の全体が正確に平衡移動され、したがって、複雑な形状と高い側壁を持つ大型製品を高い形状精度で成形することができるダイレスフォーミング装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、材質、板厚に変化に自在に対応して良好な成形性と精度にて成形を行なうことができ、たとえば、垂直ないしこれに近い角度の側壁を有する製品を板厚の減少を抑制して精度よく成形したり、逆に水平に対する角度が小さい製品を材料の盛り上がり変形を抑制して精度よく成形することができるダイレスフォーミング装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、反転部を有するフランジ付き製品を容易に成形することができるダイレスフォーミング装置を提供することにある。
前記第１の目的を達成するため本発明のダイレスフォーミング装置は、板材を立体形状に逐次成形するための装置において、基台と、固定押圧機構と、板材保持機構および板材押え機構とを備えた工具セット、および該工具セットと協働する押圧機構を有している。かつ、前記工具セットと押圧機構を全体としてＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させるための数値制御型の複数の駆動装置とを備えている。
固定押圧機構は、基台から立設された脚体と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し前記脚体の頂部に交換可能に取り付けられた天板型とを有しており、板材保持機構は、前記基台に配置された複数本の支柱と、前記天板型を囲む窓穴を有し、かつ前記支柱を介してＺ軸方向に移動可能な支持板と、基台に固定され支持板に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータを有している。
板材押え機構は、板材の周縁を前記支持板とで板厚方向に挟持する枠状の押え板と、この押え板による板材周縁部の押え力を可変に制御するための押え用アクチュエータを有している。
押圧機構は、板材の上面に接し天板型と協働して製品形状を成形するための押圧工具部を先端に有している。
数値制御型の駆動装置は、押圧工具部を板材に押し当てこの状態で天板型の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ天板型に対して押圧機構と支持板とを板材の板厚方向に相対的に移動させるようにプログラム制御される。
この構成によれば、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状の天板型と押え用アクチュエータとの協働作用により、板材からたとえば約６ｍ²というような広い面積をもちしかも単純な多角形や円形以外の複雑な輪郭を持つ底部と、シャープなコーナーおよびこれに続いて急角度の高い側壁部を有するといった製品を容易に成形することができる。
また、昇降用アクチュエータにより、逐次成形中に支持板を成形方向（下方）あるいは反成形方向（側方）に強制移動できるため、各種の材質や板厚の板材に最適な状態を形成することができ、側壁部に亀裂や変形を生じさせずに精度よく成形することができる。
第２の目的を達成するため本発明の装置は、前記構成に加えて、板材保持機構に支持板を支柱とともに水平度を保ちつつ平行移動させるための平衡移動用機構を備えている。この平衡移動用機構は、好適には、各支柱に設けたラックと、各支柱の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラックと噛み合うピニオンと、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸を備えている。
前記構成によれば、昇降用アクチュエータは支持板と板材および板材押え機構の重量を打ち消すバランスシリンダとして機能し、支持板を支える各支柱には過剰な重量がかからず、各支柱のラックと噛み合うピニオンが同期回転用軸のねじれ剛性により常に同量回転するため、各支柱は常に均等に上下する。したがって、支持板を基台ないしテーブルに対して円滑に平行移動させることができる。このため、たとえば、フランジを含めた製品の寸法が６０００×２０００×６００ｍｍ（６００ｍｍは高さ）で、製品の底部面積が６．６ｍ²というような大きな立体製品を高い精度で成形することができる。
そしてまた、前記昇降用アクチュエータは、支持板すなわち板材を強制的に成形方向（下方）に引張りあるいは反成形方向（上方）に押し上げることもできるため、成形限界を向上させ、成形可能範囲を広げることができる。ことに昇降用アクチュエータとして、油圧シリンダを使用し、油圧サーボ弁によって圧油の供給制御を行なうようにした場合には、前記支持板の引張りや押し上げの圧力を任意に調整（圧力制御）したり、支持板の位置保持を含む高さ位置の正確な制御（位置制御）を行なえる。したがって、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
本発明においては、平衡移動用機構が、各支柱に設けたラックと、各支柱の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラックと噛み合うピニオンと、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸に加えて、同期回転用軸そのものが回転駆動装置を有している場合を含んでいる。
この構成を採用した場合には、昇降用アクチュエータは支持板と板材および板材押え機構の重量を打ち消すバランスシリンダとして機能するので、支持板を支える各支柱に過剰な荷重をかけずに平行移動させることができる。しかも、回転駆動装置として数値制御型のモータたとえばＡＣサーボモータを利用することにより、トルク制御により支持板の高さ位置を自由に精度よく調整することができる。このため、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができるだけでなく、逐次成形前または逐次成形中に回転駆動装置を作動して支柱を意図的に下降させることにより、板材を固定押圧機構の天板型の輪郭を利用して絞ることができる。このため、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
第３の目的を達成するため、本発明の装置においては、板材保持機構に材料流動制御機構を付設している。この材料流動制御機構は、支持板の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータと、これらの作動により成形中に板材を強制的に成形領域に向けて押込む治具を有している。
この構成によれば、押え板による板材周縁部の押え力を可変に制御する押え用アクチュエータの働きに加えて、逐次成形中に移動用アクチュエータの作動により板材の周縁部分を押圧工具部による成形領域に積極的に供給させることができる。このため、材料の過剰な伸びとそれによる板厚の減少率を少なくすることができる。それゆえ、垂直あるいはこれに近いシビアーな角度の側壁を少なくとも一部に有する製品たとえばボートやバスタブなどを容易に精度よく製作することができ、製品の強度も良好なものとすることができる。アクチュエータは数値制御型のものが好適であり、これにより押込み位置と押込み圧力とを正確に制御することができるため、板材の厚さ、材質、機械的特性に即応した材料の成形領域への流動を行なうことができる。
また、本発明は、材料流動制御機構が、支持板の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータと、これらの作動により成形中に板材を強制的に外周方向に引っ張る治具を有している場合を含んでいる。
この構成によれば、伸びの大きな材質の板材から、水平に対する角度が比較的小さい側壁たとえば１４°以下のような側壁を少なくとも一部有する平底ボート形状の製品を作るような場合に、押圧工具部による押し移動で材料が余剰となって盛り上がることが防止され、精度のよい形状に成形することが可能となる。
本発明においては、固定押圧機構の天板型が成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有しているため、この天板型により如何様な底面形状の製品も作ることができる。そして、天板型は脚体の頂部に交換可能に取り付けられているため、基台と板材保持機構および板材押え機構は同一のまま、天板型を異なる輪郭のものと交換するだけで、多種類の形状の製品を成形することができる。前記天板型は単一のものに限定されない。すなわち、複数枚が高さ方向でまたは水平方向で間隔をおいて位置しているものを含んでおり、これによれば、複数の底部を有する複雑形状の製品を容易に能率よく成形することができる。
本発明の板材保持機構は、補助支持板すなわち天板型の挿通を許す窓穴に続いて環状段面を有するか、天板型の挿通を許す窓穴の近傍に溝形をなした環状段面を有する形態のものを含んでいる。この補助支持板を支持板に重ねて一体に固定した場合には、押圧工具部との協働作用により、反転した環状フランジを有する製品を精度よく容易に成形することができる。
また本発明においては、押圧機構の押圧工具部がフリー回転可能な球体からなっている態様を含み、さらには、前記球体に対して潤滑剤を供給する注油穴を有している態様を含んでいる。
このような構成によれば、押圧工具部が板材を押圧しながら等高線上を移動する際に板材との摩擦で球体が回転し、板材との関係が滑り摩擦でなく転がり摩擦の関係となる。これにより、摩擦係数と発熱が抑制されるため成形速度を早くすることができるとともに、スプリングバックを抑制することができる。
また、本発明は、押圧機構が自軸の回りで回転自在であるとともに、下端部に押圧機構の軸芯と偏心した押圧工具部を有する態様を含んでいる。この構成によれば、板材を押圧するだけでなく押圧工具部が横方向に振動して材料を叩くので、効果的に局部的な塑性変形を与えることができ、それによって成形後のスプリングバックを抑制することができる。
本発明においては、等高線上で押圧工具部を移動させ、板材を天板型に対して相対的に移動させる成形形態を取るため、基台とこれより上方の板材保持機構、固定押圧機構、板材押え機構、平衡移動用機構などからなる工具セットとこれよりも上方の押圧機構は、全体としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動することが不可欠である。
その第１の態様としては、ベッドの上に工具セットを支持する２段のテーブルを有し、それらテーブルが駆動装置によりＸ軸とＹ軸の方向に移動され、押圧機構がベッドより上方の門型フレームに配したスライドに搭載され、駆動装置によりＺ軸方向に移動される形態が挙げられる。
この態様は構造が比較的簡単であるとともに下部の重量が大きいため安定性がよい利点があり、板材の大きさが１３００×１８００ｍｍ程度のものまでの形成には適している。
第２の態様としては、ベッドの上に工具セットを支持する一段のテーブルを有し、このテーブルが駆動装置によりＸ軸またはＹ軸の１方向に移動され、押圧機構がベッドより上方の門型フレームに配したテーブルを介してスライドに搭載され、駆動装置によりＹ軸またはＸ軸のいずれかとＺ軸の２方向に移動されるようになっている形態がある。この態様は、装置高さを低くすることができるメリットがある。
また第３の態様としては、ベッドの上方に架構フレームを設けており、該架構フレームに駆動装置によりＸ軸方向に移動自在なテーブルを設け、このテーブルに駆動装置によりＹ軸方向に移動自在なテーブルを配し、これに駆動装置によりＺ軸方向に移動自在なスライドを設け、これに押圧機構が搭載され、工具セットはベッド側に据付けられている形態がある。
この形態によれば、押圧機構側のみがＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向で運動し、工具セットは静止したままでよいので、工具セットという重量体を高速で移動させることによる大きな慣性力と停止時のショックが解消され、停止精度がよくなるとともにショックの発生なしで高速移動できる利点がある。
また第４の態様としては、ベッドの上方に架構フレームを設けており、該架構フレームに駆動装置によりＸ軸方向に移動自在なテーブルを設け、このテーブルに駆動装置によりＹ軸方向に移動自在なテーブルを設け、このテーブルに押圧機構が搭載される一方、ベッドには駆動機構によりＺ軸方向に移動されるテーブルを設け、これに工具セットを搭載している態様がある。
この態様によれば、押圧機構がＸ軸およびＹ軸方向で運動し、工具セットはＺ軸方向にだけ運動される。逐次成形においては、工具セットは押圧機構の押圧工具部が等高線上を移動しているあいだは高さ位置が固定されていてよいので、工具セットという重量体を高速でＸ軸及びＹ軸方向に移動させることによる大きな慣性力と停止時のショックが解消され、停止精度がよくなるとともにショックの発生なしで高速移動できる利点がある。
本発明の他の特徴や利点は以下の詳細な説明の記載で明らかにするが、本発明の基本的特徴を備えている限り、実施例に示される構成に限定されるものではなく、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更ならびに修正が可能となることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の態様を示す側面図である。
図２は本発明の第１の態様を示す正面図である。
図３は本発明の第１の態様を示す横断面図である。
図４は本発明の第２の態様を示す斜視図である。
図５は本発明の第３の態様を示す斜視図である。
図６は第３の態様の部分的断面図である。
図７は本発明の第４の態様を示す斜視図である。
図８は第４の態様の縦断正面図である。
図９は本発明において好適な工具セットの第１の態様を示す斜視図である。
図１０は図９の部分的断面図である。
図１１は工具セットの第１の態様の側面図である。
図１２は工具セットの第１の態様の横断面図である。
図１３は工具セットの第２の態様を示す斜視図である。
図１４は工具セットの第２の態様の側面図である。
図１５は工具セットの第３の態様を示す斜視図である。
図１６は工具セットの第３の態様の側面図である。
図１７−Ａは本発明における固定押圧機構の一例を示す部分切欠側面図である。
図１７−Ｂは本発明における固定押圧機構の他の例を示す部分切欠側面図である。
図１８−Ａは本発明において使用可能な固定押圧機構の他の例を示す部分切欠側面図である。
図１８−Ｂは本発明において使用可能な固定押圧機構の他の例を示す部分切欠側面図である。
図１９は本発明における板材押え機構の一例を示す部分切欠側面図である。
図２０は本発明における成形制御機構の第１の例を使用状態で示す断面図である。
図２１は本発明における成形制御機構の第２の例を使用状態で示す断面図である。
図２２−Ａは本発明における押圧機構の第１例の示す側面図である。
図２２−Ｂは本発明における押圧機構の第２例の示す側面図である。
図２２−Ｃは本発明における押圧機構の第３例の示す側面図である。
図２３−Ａは本発明における押圧機構の第４の例を使用状態で示す側面図である。
図２３−Ｂは図２４−Ａの部分的拡大図である。
図２４は本発明における制御系の概要を示す説明図である。
図２５−Ａは第１の態様を例にとった成形開始時の状態を示す部分切欠正面図である。
図２５−Ｂは成形末期の状態を示す部分切欠正面図である。
図２６は成形中の状態を示す斜視図である。
図２７−Ａは本発明における固定押圧機構の使用例を示す斜視図である。
図２７−Ｂはこれによる製品を示す斜視図である。
図２８−Ａは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図２８−Ｂは製品を示す斜視図である。
図２９−Ａは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図２９−Ｂは製品を示す斜視図である。
図３０−Ａは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図３０−Ｂは製品を示す斜視図である。
図３１−Ａは本発明における固定押圧機構の別の使用例を示す斜視図である。
図３１−Ｂは成形時の状態を示す断面図である。
図３１−Ｃは製品を示す斜視図である。
図３２−Ａは本発明における製品例（ボート形状）の斜視図である。
図３２−Ｂは本発明による製品例の正面図である。
図３２−Ｃは板材形状と成形制御力の関係を示す平面図である。
図３２−Ｄは成形状態を示す平面図である。
である。
図３３−Ａは本発明による製品例の斜視図である。
図３３−Ｂは板材形状と成形制御力の関係を示す平面図である。
図３３−Ｃは成形状態を示す平面図である。
図３４−Ａは本発明における材料流動制御機構の使用状態を示す断面図である。
図３４−Ｂは本発明における材料流動制御機構の使用状態を示す断面図である。
図３５−Ａは本発明で成形されたフランジ付き製品の一例を示す斜視図である。
図３５−Ｂはその一部断面図である。
図３５−Ｃは図３５−Ａの製品を成形するための補助支持板の一例を示す斜視図である。
図３５−Ｄは成形状態を示す断面図である。
図３５−Ｅは図３５−Ｄの部分拡大図である。
図３６−Ａはフランジ付き製品を成形するための補助支持板の他の例を示す斜視図である。
図３６−Ｂは成形状態を示す断面図である。
図３７−Ａはスプリングバックと底部の変形を防止するための手段とそれらを使用した成形状態を示す断面図である。
図３７−Ｂは図３７−Ａの平面図である。
図３８−Ａは潤滑機構を備えた本発明の他の態様を示す断面図である。
図３８−Ｂはその部分的平面図である。
発明の詳細な説明
以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。以下の第１態様ないし第４態様は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向への移動方式を基準としたものである。
図１ないし図３は本発明によるダイレスフォーミング装置の第１の態様を示している。
１は基床に据え付けられるベッド（ベッドフレーム）、２は前記ベッド１に搭載された第１のテーブル、３は前記テーブル２上に搭載され、該テーブルと直交する方向に移動される第２のテーブルである。それら第１と第２の各テーブル２，３は、ＡＣサーボモータやリニアモータで代表される数値制御型の駆動装置（駆動アクチュエータ）２ａ，３ａによりそれぞれ移動されるようになっている。
４はスライドであり、前記ベッド１に立設された門型フレーム１００に搭載され、ＡＣサーボモータやリニアモータで代表される数値制御型の駆動装置（駆動アクチュエータ）４ａによって移動されるようになっている。
５は前記第２のテーブル３の上に固定された基台であり、該基台５の中央領域には固定押圧機構６が設けられている。
該固定押圧機構６は、基台５に据付け固定される脚体６ａを有し、この頂部に、成形すべき製品の底部輪郭に合致する平面形状を有する天板型６ｂを取り付けることにより構成されている。
７は板材保持機構であり、前記固定押圧機構６の脚体６ａよりも半径方向外側の基台上に配置された複数本の支柱７ａと、前記支柱７ａの上に配置された支持板７ｂと、前記基台に固定され出力部７２の端部が支持板７ａに連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃとを備えている。
前記支持板７ｂは、成形すべき板材Ｗを支持する手段であり、前記天板型６ｂの外形寸法よりも大きな窓穴７０を有して枠状に構成されており、この例では、支柱７ａが不動であるため、支柱７ａに沿って摺動可能なように筒部７１を有している。
昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃはエア又は油を動力源とした流体圧シリンダからなっており、この態様では、支持板７ｂは、前記昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃにより天板型６ｂと面一のレベルまで押し上げられたり、この状態から天板型６ｂよりも下方のレベルに引下げられるようになっている。
前記支持板７ｂには成形すべき板材Ｗの周縁部（フランジ部）ｗを前記支持板７ｂとで挟持する板材押え機構７ｄを備えている。板材押え機構７ｄは、板材Ｗの周縁部上面に接する枠状の押え板７４と、これを介して板材周縁部に加える押え力を可変制御するための複数の押え用アクチュエータ７５を有している。基台５から上の前記した要素で工具セットが構成される。
８は前記固定押圧機構６の天板型６ｂと協働して逐次成形を行なうための工具として機能する押圧機構であり、この例では軸部分８ｃが前記スライド４に固定したホルダー８ａに交換可能に取り付けられ、駆動装置４ａによるスライド４の移動により、Ｚ軸方向（上下方向）に動かされるようになっている。軸部分８ｃは下端に板材Ｗに接して成形加工を行なうための曲率を持った押圧工具部８０を有している。
１４は逐次成形の制御装置であり、前記各駆動装置２ａ，３ａ，４ａと、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃと、押え用アクチュエータ７ｄ，７ｄを始めとして各駆動系の作動を制御するコントローラを含んでいる。制御系については後述する。
図４は本発明の第２の態様を示している。この態様においては、ベッド１に単一の第１のテーブル２を設け、これに前記第１の態様と同じように基台５を固定し、これに前述した工具セットを設けている。
そして、ベッド１に立設された門型フレーム１００にテーブル３’を設け、これに押圧機構８を備えたスライド４を装備させている。
前記テーブル３’の移動方向は前記第１のテーブル２と直交する方向すなわちテーブル２の移動方向がＸ軸方向であればＹ軸方向であり、それらテーブル３’とスライド４はそれぞれＡＣサーボモータやリニアモータで代表される数値制御型の駆動装置３ａ，４ａによってそれぞれ移動されるようになっている。したがって、この第２の態様においては、押圧機構８がＸ軸（またはＹ軸）とＺ軸方向に運動し、基台５とそれより上の工具セットがＹ軸（またはＸ軸）の方向に運動する。
その他の構成は第１の態様と同じであるから、第１の態様の説明を援用するものとし、説明は省略する。
図５と図６は本発明の第３の態様を示している。この態様は前述したような一辺が６０００ｍｍといった大型の製品の製作に適している。第３の態様は、ベッド１に四隅のコラムとそれらコラムと剛結する矩形状の梁からなる架構フレーム１０１を設けており、架構フレーム１０１の平行な２辺の梁に、数値制御型の駆動装置２ａによりＸ軸方向に移動自在なテーブル２’を横架し、このテーブル２’に数値制御型の駆動装置３ａによりＹ軸方向に移動自在なスライド型のテーブル３’を配し、該テーブル３’に数値制御型の駆動装置４ａによりＺ軸方向に移動自在なスライド４を取り付け、スライド４に押圧機構８を搭載している。
前記駆動装置２ａ，３ａはこの例ではリニアモータが用いられている。図６において、２０はガイドレール、２１は磁石板、２２はコイルスライダ、２３はリニアスケールである。
この態様においては、押圧機構８がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３方向に運動し、したがって、基台５はベッド１またはこれに配置したボルスタの上に固定される。
その他の構成は第１の態様と同じであるから、第１の態様の説明を援用するものとし、説明は省略する。
図７と図８は本発明の第４の態様を示している。
この態様においては、ベッド１に四隅のコラムとそれらコラムと剛結する矩形状の梁からなる架構フレーム１０１を設けており、架構フレーム１０１の平行な２辺の梁に、数値制御型の駆動装置２ａによりＸ軸方向に移動自在なテーブル２’を横架し、このテーブル２’に数値制御型の駆動装置３ａによりＹ軸方向に移動自在なスライド型のテーブル３’を配し、該テーブル３’に押圧機構８を搭載している。
そして、ベッド１には数値制御型の駆動装置４ａによりＺ軸方向に移動自在なテーブル４’を取り付け、テーブル４’に基台５およびその上の工具セットを搭載している。
前記駆動装置２ａ，３ａはこの例ではリニアモータが用いられており、駆動装置４ａ’としてはこの例ではＡＣサーボモータとこれで駆動されるピニオンが用いられおり、テーブル４’にはピニオンと噛み合うラックが使用されている。もちろんボールねじ方式であってもよい。
この態様においては、押圧機構８がＸ軸とＹ軸の２方向に運動し、基台５およびその上の工具セットはＺ軸方向に運動する。
その他の構成は第１の態様と同じであるから、第１の態様の説明を援用するものとし、説明は省略する。
図９ないし図１６は本発明において好適な工具セットを示しており、その特徴とするところは、支持板７ｂすなわち板材の平衡移動用機構９を備えていることにある。なお、図９ないし図１６の工具セットは、前記第１態様ないし第４態様に選択的に適用されるものである。
図９ないし図１２はかかる平衡移動用機構９を備えた工具セットの第１の態様を示している。
基台５には支柱７ａに対応する位置に図１０に示すようなピニオン９ｂを内蔵したギヤボックス９ｅが固定されており、各支柱７ａはギヤボックス９ｅを貫通し基台５のガイド孔を貫通して延び得る長さを有しており、周方向の一側面には前記ピニオン９ｂと噛み合うラック９ａが設けられている。各支柱７ａの上端は支持板７ｂに連結され、支持板７ｂにＺ軸方向の押圧力が働いたときに各支柱７ａのラック９ａがピニオン９ｂを回転させつつ、下降または上昇するようになっている。
前記各ピニオン９ｂの軸９０はギヤボックス９ｅを貫いており、それらピニオン軸９０は、基台５の上に配置した同期回転用軸９ｃによって連結されている。同期回転用軸９ｃ図１２のように全体として矩形状をなすようにギヤボックス９１中のギヤ類たとえばベーベルギヤによって方向を変えられている。したがって、各支柱７ａのラック９ａと噛み合うピニオン９ｂは常に同期回転し、各支柱７ａの下降量または上昇量は均等となり、支持板７ｂは水平を保ったまま平行に移動する。
昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃは通常の流体圧シリンダを使用することができるが、この例ではマグネツト式のロッドレスシリンダが用いられており、ケーシングが基台５に固定される一方、出力部としてのチューブ７２の上端が支持板７ｂに固定され、図１１のように、成形時には下端が基台５よりも下方に延出するようになっている。このマグネツト式のロッドレスシリンダを使用した場合には、大きな保持力をコンパクトな構造によって実現することができる利点がある。
図１３と図１４は、平衡移動用機構９を備えた工具セットの第２の態様を示している。この態様も平衡移動用機構９の構造は前記図９ないし図１２のものと同じであるが、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃとして、油圧サーボ弁７０２で制御される数値制御型の油圧シリンダを使用しており、かかる昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを使用することにより、支持板７ｂが平行昇降可能であることに加えて、支持板７ｂの引張りや押し上げの力を精度よく制御することができるとともに、支持板７ｂの高さ位置を精度よく制御することができる。
図１５と図１６は平衡移動用機構９を備えた工具セットの第３の態様を示している。この態様においては、平衡移動用機構９が駆動系となっている。すなわち、同期回転用軸９ｃの任意の位置の近傍に回転駆動装置９ｄが設置されており、これの出力軸が減速機９ｆを介して同期回転用軸９ｃに結合されている。
回転駆動装置９ｄとしては数値制御型のアクチュエータたとえばＡＣサーボモータが一般的であるが、ラックを使用して同期回転用軸９ｃを回転する場合などには油圧サーボシリンダも使用することができる。
この回転駆動装置９ｄを有する態様によれば、回転駆動装置９ｄの作動により同期回転用軸９ｃを介してすべてピニオン９ｂが同期回転し、それによりラツク９ａを介して各支柱７ａが等量下降または上昇するので、支持板７ｂは水平を保って下降又は上昇することができる。また、回転駆動装置９ｄの出力パルス制御やトルク制御により支持板７ｂの引張り力や押し上げ力の正確な制御と高さ位置の精度のよい制御を行なうことができる。昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃはバランスシリンダとして機能し、支持板７ｂ、その上の板材および板材押え機構７ｄの重量をキャンセルすることができる。したがつて、各支柱７ａには大きな荷重がかかない。
次に、固定押圧機構６について説明する。
図１７−Ａと図１７−Ｂは本発明における固定押圧機構６の天板型６ｂの着脱構造の例を示しており、図１７−Ａは脚体６ｂの頂部に雌ねじ穴６０を設け、天板型６ｂには雌ねじ穴６０に対応する位置に挿通穴６１を設け、これに固定手段としてのボルト６２を通して雌ねじ穴６０に螺合することにより固定している。図１７−Ｂでは、天板型６ｂの下面に固定手段としてのボス６４を設け、これを脚体６ａの頂部に嵌合させている。なお、天板型６ｂは必ずしも上面がフラットであることは必要ではなく、ふくらんでいたり、へこんでいたりしてもよい。
なお、天板型６ｂとしては、特に複雑な形状の場合には、３次元形状をなしたものを使用してもよい。図１８−Ａと図１８−Ｂはその例を示しており、合成樹脂あるいは金属によって成形形状の要部または全部をかたどっている。これらは脚体６ａに取り付けられ、基台５に固定される。
図１９は板材押え機構７ｄの例を示しており、押え用アクチュエータ７５はブラケット７５０により支持板７ｂに固定されている。押え用アクチュエータ７５は回転型のものを使用してもよいが、通常、油圧または空気圧シリンダが用いられ、そのピストンロッドは押え板７４に対峙し、成形時に押え板７４に当接しこれを加力する。シリンダのピストン側とロッド側に接続する導管は加圧力制御用のバルブ７０１を介して図示しない圧力流体供給源に接続されている。
しかし、本発明は、単に押え板７４と、これを介して板材周縁部に加える押え力を可変制御するための複数の押え用アクチュエータ７５を有している場合に限定されず、成形中に押え用アクチュエータ７５による押圧力を弱め、この状態で積極的に板材Ｗを成形領域に流動させ、あるいは逆に積極的に板材Ｗを成形領域から引っ張るための材料流動制御機構１０を有しているものを含む。この材料流動制御機構１０は垂直やそれに近い角度αの側壁を成形したり、水平に対する角度の小さい側壁を成形するのに好都合である。
図２０は成形中に積極的に板材Ｗを成形領域に流動させる材料流動制御機構１０の一例を示しており、板材押え機構７ｄよりも外側の支持板周辺部分に、相互に所要の間隔をおいて複数の移動用アクチュエータ１０ａを設け、これの出力部に板材Ｗの周縁部ｗを内方に押し込む治具１０ｂを摺動可能に取り付けている。図２０は左半分に成形開始前の状態を示し、右半分に板材Ｗの周縁部ｗを押圧工具部８０による成形領域に押圧移動させている状態を示している。こうすれば、側壁部の板厚が減少することが防止される。この例では、治具１０ｂは薄いスライド盤に作られ、押え板７４に設けた溝または支持板７ｂに設けた溝に沿って移動できるようになっている。そして、先端面が周縁部ｗの端面に当接して押圧するようになっている。
図２２は別の治具１０ｂ’を示している。この治具は板材Ｗの周縁部ｗをクランプするための上下の挟みあご１０５，１０５を有しており、押え板７４に設けた溝または支持板７ｂに設けた溝に沿って移動できるようになっている。この治具１０’を使用した場合には、一種類で板材Ｗを成形領域に流動させあるいは逆に積極的に板材Ｗを引っ張ることができる。
移動用アクチュエータ１０ａは油圧シリンダでもよいし、モータであってもよい。前者の場合にはピストンロッドが治具１０ｂ，１０ｂ’に連結される。後者の場合には、モータの出力軸に結合したねじ軸が治具１０ｂ，１０ｂ’の雌ねじ孔に螺合される。油圧シリンダやモータはオンオフ制御型のものでもよいが、好ましくは数値制御型のものたとえば、油圧サーボシリンダやＡＣサーボモータであり、これら使用すれば、位置と押圧力とを成形状態によくマッチするように制御することができる。
次に押圧機構８について詳細に説明する。
図２２−Ａないし図２２−Ｃは本発明で使用される押圧機構８の態様を示している。図２２−Ａは軸部分８ｃの先端に押圧工具部８０を一体に形成している。図２２−Ｂは、より好適なタイプを示しており、軸部分８ｃの先端に曲率状の凹部を設け、ここにベアリングのように硬質な球体からなる押圧工具部８０を自由回転可能に取り付けている。図２２−Ｃはさらに好適なタイプを示しており、軸部分８ｃに曲率状の凹部に通じる注液孔８００を有し、これから球体からなる押圧工具部８０に潤滑剤を供給するようになっている。
図２２−Ｂと図２２−Ｃのように、押圧工具部８０を自由回転しうるようにした場合には、成形時において材料との接触が滑り摩擦から転がり摩擦になるので、板材を高速成形するときの摩擦による発熱を防止でき、また、製品に加工痕の発生を減少させたり、製品のスプリングバックを防止することができる利点がある。
図２３−Ａと図２３−Ｂは本発明で使用される押圧機構８の他の態様を示しており、ホルダー８ａに回転軸８ｅを取り付け、軸部分８ｃの先端に前記図２２−Ａないし図２２−Ｃの例から選択される押圧工具部８０を前記回転軸８ｅの軸心と偏心させて取り付けている。回転機構は任意であり、この例ではホルダー８ａに駆動モータを取り付け、その出力軸に連結したプーリと回転軸８ｅに固定したプーリとをベルトでつなでいる。
かかる図２３−Ａの態様を採用した場合には、押圧工具部８０による押圧だけでなく、軸部分８ｃが偏心回転するので、図２３−Ｂのように成形領域Ｗ’を叩くことになり、それにより局部塑性変形が得られ、成形後のスプリングバックの発生を押えることができる。またあわせて潤滑性もよくなり、摩擦による発熱も低減することができる。
本発明は、押圧機構８が振動付与手段８ｄを有している場合を含んでいる。これは、たとえば図１に仮想線で示すように、ホルダー８ａにサーボシリンダで代表される低周波加振装置または超音波加振装置を取り付けることで実現される。
この態様によれば、押圧機構８の先端の押圧工具部８０が振動しながら板材Ｗに接触するため、成形効率がよくなり、形状精度の向上と成形速度の向上を図ることができる。
次に成形制御装置１４について説明する。
図２４は本発明における制御系を模式的に示しており、コンピュータを含むコントローラ１４０を備え、このコントローラ１４０の出力側が、前記駆動装置２ａ，３ａ，４ａ，４ａ’に図示しない増幅器を介して接続され、また少なくとも、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃ、押え用アクチュエータ７５、流動性制御機構の移動用アクチュエータ１０ａ、平衡移動機構９の回転駆動装置９ｄの各駆動部や弁類に接続されている。
前記コントローラ１４０には成形すべき製品の３次元ＣＡＤ／ＣＡＭのデータＤ１から作成したＮＣデータＤ１がプログラムとして入力され、また板材の材質、板厚、伸び、引張り強さなどの機械的特性のデータＤ２も入力され、それらが総合的に演算されて、前記駆動装置２ａ，３ａ，４ａ，４ａ’、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃ、押え用アクチュエータ７５、流動性制御機構の移動用アクチュエータ１０ａ、平衡移動機構９の回転駆動装置９ｄのそれぞれの移動速度、位置、圧力、方向、タイミングなどを自動制御するようになっている。たとえば、第１態様においては、少なくともスライド４の下降速度、位置、第１のテーブル２および第２のテーブル３の移動速度、移動方向、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃの作動方向と作動速度と位置および強さと、押え用アクチュエータ７５，７５の作動強さとその変化をそれぞれ設定し、逐次指令を与えるようになっている。なお、コントローラ１４０は切換え回路を有し、これにより前記各手段のうち所要のものを独立制御し得るようになっている。
次に本発明装置によるダイレスフォーミング作業を説明する。
図２５−Ａ，図２５−Ｂないし図２７−Ａ，Ｂは第１態様を例にとってフォーミング成形を行なった状態を示している。
まず、成形にあたっては、製品形状に対応する天板型６ｂを用意する。たとえば製品Ａが、図２７−Ｂのようなまゆ形輪郭の広い面積の平たい底部ｂを有し、その底部ｂからかなり高い側壁部（胴部）ｃを有し、その側壁部下端にフランジｄを有する形状（バスタブやシンクに用いられることが多い形状）の場合には、図２７−Ａのように製品の底面輪郭形状に合致した平面形状の天板型６ｂを準備し、該天板型６ｂを脚体６ａの頂部に配してボルト６２などの固定手段により固定する。なお、製品Ａが底部ｂにたとえば排水穴などのための短筒ｅを有している場合には、天板型６ｂに所定の径と高さの突起６５を設けておく。
この製品形状をはじめとする情報はあらかじめコントローラ１４０に入力され、前記のように各手段の制御形態と条件が計算され、当該製品の形状に則したプログラムが設定されている。
成形に当たっては、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを上昇側に作動させ、図２５−Ａのように、支持板７ｂの上面を天板型６ｂと整合させ、板材Ｗたとえばステンレス板を天板型６ｂから支持板７ａにかけて配置する。板材Ｗの下面には天板型６ｂの上面が当接する。そして、別部材の押え板７４を板材Ｗの周縁部ｗに重ね、各押え用アクチュエータ７５，７５を作動して押え板７４を板厚方向に加力し、板材Ｗの周縁部ｗを挟持させる。
この状態で、次に制御装置１４を作動させる。こうすれば、この第１態様では、押圧機構８の押圧工具部８０の軸線が天板型６ｂの縁部の鉛直線上に対峙するように第１のテーブル２および第２のテーブル３が数値制御により移動される。そして次に、数値制御によりスライド４が駆動され、押圧工具部８０が天板型６ｂの縁部に対応する板材Ｗの部位に当接される。これが図２５−Ａの状態である。
この状態でスライド４が数値制御により駆動されることにより押圧機構８が所定量たとえば０．５〜１ｍｍだけ下降されるとともに、第１のテーブル２および第２のテーブル３が製品Ａの底部ｂの輪郭形状すなわち天板型６ｂの輪郭に即応するようにＸ，Ｙ軸方向に複合移動される。この例ではまゆ形を描くように移動される。前記の押圧機構８からの加重により昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃが下降作動され、板材押え機構７ｄと共に支持板７ｂは板材の肉厚方向に移動する。
天板型６ｂはコーナー成形に適するエッジと所要の厚さを有し、基台５に固定した脚体６ａで一定高さに固定されているため、前記スライド４に取り付けられている押圧機構８の押圧工具部８０が板材Ｗを押圧し、天板型６ｂの輪郭（上縁から側縁）に沿って曲げるように塑性加工する。これにより天板型６ｂの輪郭形状に合致したコーナーｆと底部ｂが成形される。
そして少なくとも１回、等高線上で押圧機構８が天板型６ｂの輪郭形状に合致する移動経路をたどり終わると、押圧機構８は任意量だけ下降され、この状態で第１のテーブル２および第２のテーブル３が製品Ａに予定している側壁部ｃの輪郭形状に即応するようにＸ，Ｙ軸方向に複合移動される。これにより板材Ｗの未加工部分は塑性変形され、板材押え機構７ｄと共に支持板７ｂは板材の肉厚方向に移動する。
これにより、支持板７ｂの下降で天板型６ｂは逆に上方に相対移動することになり、支持板７ｂの窓穴７０を通して上方に位置するようになる。したがって、等高線上で押圧機構８が天板型６ｂの輪郭形状に合致する移動経路をたどり終わるたびに押圧機構８を任意量下降させ、第１のテーブル２および第２のテーブル３を製品Ａに予定している側壁部ｃの輪郭形状に即応するように移動させる工程を繰り返すことにより、板材Ｗは側壁部（胴部）ｃが逐次成形される。
こうして所定の側壁高さに達したときには、支持板７ｂの下降が停止され、その位置で第１のテーブル２および第２のテーブル３により支持板７ｂがＸ軸とＹ軸方向に複合移動されることで、支持板７ｂと押圧機構８の押圧工具部８０によりフランジ部ｄが成形される。これが図２５−Ｂの状態である。
以上により、図２７−Ｂで例示するような、広く異形の底部ｂを有する製品Ａが精度よく高能率で成形される。
なお、製品Ａの底部ｂに短筒ｅを成形する場合には、押圧機構８の押圧工具部８０を天板型６ｂの突起６５の外縁に対応する部位に当接させ、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを下降させずにおき、その状態で第１のテーブル２および第２のテーブル３により支持板７ｂを突起６５の輪郭にそうような経路で動かし、ついで、天板型６ｂの輪郭形状に合致するまで次第に経路を外側に移動させればよい。これで短筒ｅを有する底部ｂを容易に成形することができる。
第２の態様の場合には、第１のテーブル２の作動による支持板７ｂの一方向移動（たとえばＸ軸方向）とテーブル３’による押圧機構８の他方向（Ｙ軸方向）の移動により天板型６ｂの輪郭形状に合致する押圧工具部８０の移動軌跡が実現され、これと数値制御されるスライド４による押圧機構８の下降と、前記第１の態様と同じく昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃの下降作動により製品の側壁部が成形される。
第３態様においては、押圧機構８だけがＸ，Ｙ，及びＺ軸方向に移動し、製品の側壁部が成形される。第４態様においては、テーブル４’がＺ軸方向に移動させることにより押圧工具部８０の送りこみが行われ、この状態で押圧機構８をＸ軸方向とＹ軸方向に複合移動させることにより側壁の形状に則した等高線上の移動軌跡が得られ、製品の側壁部が成形される。
本発明においては、板材保持機構７がスプリングで代表される単純な弾性クッションでなく、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを有している。このため、前記したような関連作動で側壁部ｃ形成している時に、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを押し上げ側に作動させたり、逆に引下げ側に作動させることによって成形性を向上させることができる。
すなわち、たとえば板材の材質がアルミニウムやその合金のような場合、押圧機構８の押圧工具部８０による加力に加えて、支持板７ｂとこの上の押え板７４と押え用アクチュエータ７５などの重量が成形中の側壁部ｃに作用する。このため形成中に側壁部に亀裂が入ったり変形したりしやすくなる。
このような場合には、コントローラ１４０からの信号により、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを意図的に上昇方向に作動させるものであり、こうすれば、支持板７ｂに加えられる上昇方向の力（反成形方向の力）と前記重量とがほぼバランスされるため、材料に局部的な負荷がかからなくなり成形性がよくなる。したがって、高精度の製品を成形することができる。
また、比較的厚い板を成形するような場合には、逆に支持板７ｂとこの上の押え板７４と押え用アクチュエータ７５などの重量が成形抵抗により相当小さくなる傾向となる。このため材料の局部変形が生じやすくなるが、この場合に昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを意図的に下降方向（成形方向）に作動して支持板７ａを強制的に下降させることにより材料が成形方向に引っ張られるため成形性がよくなり、高精度の製品を成形することができる。
このことから、押え用アクチュエータ７５と昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃを併用して作動させるならば、なお一層高精度の成形を行えることが理解されよう。
本発明においては、工具セットが平衡移動用機構９を有している。この場合には、支持板７ｂのＺ軸方向の移動時に、各支柱７ａがラック９ａとピニオン９ｂおよび同期回転用軸９ｃとの協働作用で常に等量降下または上昇することになる。このとき、昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃは支持板７ｂと板材Ｗおよび板材押え機構７ｄの重量を打ち消すバランスシリンダとして機能するので、支持板７ｂを支える各支柱には過剰な荷重がかからないことになる。このため、寸法の大きな製品を成形すべく大きな面積の板材を使用ししたがって支持板７ｂが大型で重い場合であっても、毎回の等高線上の押圧工具部８０の終るたびに、板材を正しく水平度を保って円滑に移動させることができるので、成形精度を一段と向上することができる。
そしてまた、前記昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃは、支持板７ｂすなわち板材Ｗを強制的に成形方向（下方）に引張りあるいは反成形方向（側方）に押し上げることもできるため、成形限界が向上し、成形可能範囲を広げることができる。ことに昇降用アクチュエータ７ｃ，７ｃとして、油圧シリンダを使用し、油圧サーボ弁によって圧油の供給制御を行なうようにした場合には、プログラム制御にしたがってあるいはプログラケ制御から独立して、前記支持板７ｂの引張りや押し上げの圧力を任意に調整（圧力制御）したり、支持板７ｂの位置保持を含む高さ位置の正確な制御（位置制御）を行なえる。したがって、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
さらに、平衡移動用機構９の各ピニオン９ｂの軸９０を相互に連結する同期回転用軸９ｃを回転駆動装置９ｄで回転させるようにした場合には、昇降用アクチュエータ７ｃ，ｃ７は支持板７ｂと板材Ｗおよび板材押え機構７ｄの重量を打ち消すバランスシリンダとして機能するので、支持板７ｂを支える各支柱７ａに過剰な荷重をかけずに平行移動させることができる。しかも、回転駆動装置９ｄとして数値制御型のモータ類を利用することにより、支持板の高さ位置を自由に精度よく調整することができる。また、力も制御できるため、逐次成形前または逐次成形中に駆動機構を作動して支柱７ａを意図的に下降させて、支持板７ｂを下方に任意の力で引っ張ることにより、板材を固定押圧機構６の天板型６ｂの輪郭を利用して絞ることができる。このため、このため、成形可能な側壁高さが増大し、板材が厚くても薄くても精度のよい製品を成形することができる。
本発明においては、固定押圧機構６の天板型６ｂが交換可能であるため、種々の形状を成形することができる。図２８−Ａと図２８−Ｂは多底状製品を得る場合の例を示している。、この場合には、天板型として、図２８−Ａのように脚体６ａ，６ａの頂部に高さの異なる複数の天板型６ｂ１，６ｂ２を相互に隣接するように取り付けたものを用いる。こうした固定押圧機構６を使用して前記のような動作を行なうことで図２８−Ｂのように、高さの異なる複数の底部ｂ１，ｂ２を有する製品Ａを簡単に、高速で精度よく成形することができる。
すなわち、押圧体８の押圧工具部８０を高位側の天板型６ｂ１の縁に沿う経路で動かすことにより高位側の底部ｂ１とのコーナー部が成形され、次いで、押圧機構８と板材保持機構７とを板厚方向で移動させ、押圧体８の押圧工具部８０に高位側の天板型６ｂ１の輪郭に相当する移動経路をたどらせることにより、高位側の底部ｂ１に続く側壁部ｃが成形される。次いで、押圧体８の押圧工具部８０を低位側の天板型６ｂ２の縁に沿う経路で動かすことにより低位側の底部ｂ２とのコーナー部が成形される。
図２９−Ａと図２９−Ｂも多山形状製品を得る他の例を示しており、３つの脚体６ａ，６ａ，６ａの両端のものの頂部に、それぞれ天板型６ｂ１，６ｂ２を取り付け、中間の脚体６ａの頂部に前記天板型６ｂ１，６ｂ２と高さの異なる天板型６ｂ３を取り付けたものである。
このような固定押圧機構６を使用して前記のような動作を行なうことで、図２９−Ｂのように左右に高位の底部ｂ１，ｂ２を有しそれらの間に高さの異なる底部ｂ５を有する製品Ａを簡単に、高速で精度よく成形することができる。
図３０−Ａは、図３０−Ｂのようにバスタブやシンクなどに見られるような側壁部の一部に段部ｇを有する製品Ａを成形する場合に好適な固定押圧機構６を示しており、脚体６ａ，６ａに一部に凹状切欠部６７を有する底部形成用天板型６ｂ１を取り付けると共に、該天板型６ｂ１よりも所要寸法下方の位置に、前記凹状切欠部６７よりも外方に張り出す段部成形用天板６ｂ４を取り付けたものである。
かかる固定押圧機構６を使用したときには、押圧機構８の押圧工具部８０の底部形成用天板型６ｂ３の輪郭に沿った移動により、図３０−Ｂのような一部がくびれた底部ｂが成形される。そしてこの輪郭に則した等高線上の経路を維持しつつ、１回の等高線上の移動が終る毎に押圧機構８と板材保持機構７とを板厚方向で移動させる。こうすることにより、一部にくびれ状側壁部ｃ’を有する側壁部ｃが成形され、段部成形用天板６ｂ４に到ったところで押圧体８の押圧工具部８０を該天板６ｂ４の面上で移動させることにより段部ｇが成形される。
なお前記各例において、前記天板型６ｂ１，６ｂ２は、必ずしも別々の脚体に取り付けられる必要はなく、面積の小さな天板をあらかじめ固定した天板を脚体に取り付けてもよい。
また、複数の天板の輪郭形状は任意であり、上下の天板型６ｂ１，６ｂ２の輪郭形状は異なっていてもよく、こうすれば高位と低位の底部輪郭が相違する製品を成形することができる。図３１−Ａないし図３１−Ｃはこの例を示している。天板型は、図３１−Ａのように脚体６ａに低位側底部成形用の天板型６ｂ２を取り付けており、この天板型６ｂ２には中間の脚体６ａ’を介して所望形状の高位側底部成形用の天板型６ｂ１を設けている。かかる固定押圧機構６を用いた場合には、図３１−Ｂと図３１−Ｃのような形状の異なる底部ｂ３，ｂ４が複合した複雑形状の製品Ａを簡単に効率よく成形することができる。
なお、詳細は省略するが、前記各天板型は、脚体に前記した図１７−Ａ，図１７−Ｂのような着脱機構により取り付けられることが好ましい。
本発明においては、板材押え機構７ｄとして、板材Ｗの周縁部上面に接する押え板７４とこれを介して押え力を可変制御するための複数の押え用アクチュエータ７５を有している。
したがって、高い側壁部を作る場合には、天板型６ｂの輪郭に沿った押圧工具部８０の移動により底部ｂとのコーナーｆが形成された後、側壁部ｃを形成している時に、押え用アクチュエータ７５の押圧力を緩め側に作動すればよい。こうすれば板材Ｗの周縁部ｗに対する挟圧力が弱化されるため、材料は図１９の矢印のように押圧工具部８０による成形領域Ｗ’に流動することになり、これにより絞りが加味された成形状態となるため、高い垂直壁を有する製品を容易に精度よく成形することができる。
さらに、図２０と図２１に示すような材料流動制御機構１０を併用した場合には、材料の伸び限界や成形形状（高く垂直ないしはそれに近い角度αの側壁部を有している場合）などの問題を解消することができる。
すなわち、側壁部の成形に際して、材料の流動を要する部分に位置する押え用アクチュエータ７５の加力を緩めあるいはさらに積極的に板材周縁部との間に板厚方向で微小な隙間たとえば０．１ｍｍを形成し、この状態で移動用アクチュエータ１０ａを作動し、治具１０ｂを前進させながら、前述したような逐次成形を行なう。こうすれば、図２１の右半分のように、板材Ｗの周縁部が強制的に押圧移動され、成形領域Ｗ’への材料の供給量が増す。このため、材料の過剰な伸びとそれによる板厚の減少が抑制され、亀裂等の発生がなく、板厚も部分的に薄くならずに、急角度で高い側壁部を成形することができる。
図３２−Ａないし図３２−Ｄは材料流動制御機構１０を併用した成形例を示している。この例は、対向する２辺の側壁部ｃ１，ｃ１の垂直に対する角度αがたとえば１０度程度のボート形状を製作したケースであり、図３２−Ｃのように、板材Ｗの対応する２辺に平行な切込みｗｃ，ｗｃをあらかじめ加工しておく。これを窓穴７０を有する支持板７ｂに装着し、板材周縁部ｗの上に押え板７４を載せ、前述したように逐次成形を行なう。このときに、製品になったときの側壁部ｃ１，ｃ１と９０度位相をずらした２辺については、押え用アクチュエータ７５，７５によって通常の成形時の押圧力を付加し、側壁部ｃ１，ｃ１に対応する押え用アクチュエータ７５は加圧力を弱め、それとともに当該領域に配置されている材料流動制御機構１０の移動用アクチュエータ１０ａを所定の力と速度（量）で作動させる。こうすることにより、側壁部ｃ１，ｃ１の成形領域には、図３２−Ｃの仮想線のように材料が積極的に送りこまれるので、希望する角度の側壁部が精度よく成形される。かかる材料流動制御機構１０は、通常、２３度よりも垂直に近い角度αのときに使用すると効果的である。
また、材料流動制御機構１０を併用して、逐次成形中に成形領域から材料を外方に積極的に引張り移動させることもできる。これは伸びの大きな材料を使用して水平に対する角度が比較的小さい製品、たとえば平底ボート形状や車輌の燃料タンクなどを作る場合に好適である。すなわち、押圧工具部８０による等高線上の移動が逐次繰り返されると材料は伸びが生じ、押圧工具部８０による押圧力とあいまって材料は板厚方向に膨出して盛り上が現象が生じ、成形が不可能になりやすい。これを防止するため一つは天板型６ｂとして３次元形状の型を使用することが考えられるが、それだけではまだ前記現象を防止できない。しかし、材料流動制御機構１０を併用すれば、確実に前記現象を抑制して精度のよい製品を作ることができる。かかる材料流動制御機構１０は、通常、１４度よりも水平に近い角度βのときに使用すると効果的である。
図３３−Ａないし図３３−Ｃと図３３−Ａと図３３−Ｂは材料流動制御機構１０により、成形領域への材料の押込みと、成形領域からの材料の引張りとを行なった例を示している。成形形状は、図３３−Ａのように、後方の側壁部ｃ１が垂直に対する角度が小さく、これと反対側の側壁部ｃ２が水平に対する角度βの小さいことが特徴である。この場合には、図３３−Ｂのように側壁部ｃ１に対応する部分と側壁部ｃ２と９０度変異した２辺が外側に延出するような形状に加工した板材Ｗを使用する。
そして、板材Ｗを図３３−Ｃのように支持板７ｂに装着し、押圧工具部８０を図３３−Ｂのスタート位置Ｐから時計方向に移動させて逐次成形を行なうが、このときに前記２辺については押え用アクチュエータ７５，７５によって通常の成形時の押圧力を付加し、側壁部ｃ１に対応する部分では移動用アクチュエータ１０ａを所定の力と速度（量）で作動して板材を成形領域に押込み、側壁部ｃ２に対応する部分では、移動用アクチュエータ１０ａを所定の力と速度（量）で作動して材料を外方に引張る。図３４−Ａと図３４−Ｂはこの状態を示しており、垂直に近い角度の側壁部ｃ１と水平に近い角度の側壁部ｃ２の双方を精度よく成形することができることが理解されよう。
本発明は、成形のための各種手段を有している。
図３５−Ａないし図３５−Ｅは、製品Ａが図３５−Ａおよび図３５−Ｂのように自由端ｄ１がわん曲したフランジ部ｄを有するものである場合に、好適な板材保持機構を示している。
この場合には、板材保持機構として、支持板７ｂに加えて図３５−Ｃのような枠状の補助支持板７ｅを用いる。該補助支持板７ｅは、板に天板型６ｂの挿通を許す窓穴７６を形成し、しかもその窓穴７６に隣接して環状段面７７を形成しており、板部分には支持板７ｂと固定するボルトの挿通穴７８が配設されている。
該補助支持板７ｅは支持板７ｂに重ねられてボルトにより一体に固定される。この状態で板材Ｗは補助支持板７ｅの板面に配され、板材押え機構７ｄの押え板７４により挟持される。
この状態で前記したように逐次成形が行われるが、成形終期に、押圧機構８の押圧工具部８０を補助支持板７ｅの環状段面７７に当接させつつ、押圧工具部８０を環状段面７７に沿った軌跡で動かす。これにより板材Ｗは、環状段面７７の段面形状にしたがって図３５−Ｅのように水平状部ｄとこれから立ち上がる部分ｄ１とその立上り端部から水平に伸びる部分ｄ２とが連続した形状に成形される。
そこで、成形後、立上り端部から水平に伸びる部分を切除することにより、図３５−Ａのような製品形状が得られる。
図３６−Ａと図３６−Ｂは補助支持板７ｅの別な例を示しており、この場合には、板に天板型６ｂの挿通を許す窓穴７６を形成し、しかもその窓穴７６の外側の板面に溝状の環状段面７７を形成している。他は前記した図３５と同様である。なお、押圧機構８の押圧工具部８０として図２３−Ａのような偏心タイプのものを使用すると横叩き作用の相乗効果でより形状精度がよくなる。
天板型６ｂとしては基本的に板材を使用することがコストの面からも好適である。複雑な形状である場合には３次元形状のものを使用するが、これを使用しないで済ませるには、図３７−Ａと図３７−Ｂのような弾性バッグ１２を使用すればよい。弾性バッグ１２はゴムや合成樹脂の袋体からなり、基台５と天板型６ｂとの間で希望する周方向部位に配置される。そして成形中に弾性バッグ１２内に流体（エア、油など）を制御弁を介して充填して膨らませ、この状態を保たせて前述した逐次成形を行なう。こうすれば、型は実質的に３次元形状になり、弾性バッグ１２がバックアップ機能を発揮するので、水平角度の小さい形状の成形が容易となる。また成形部分のスプリングバックを軽減することができるとともに、局部的な変形を防止することができる。
また、板材が薄い場合や製品の底部の面積が大きな場合には、図３７−Ａと図３７−Ｂのように、製品の底形状に則しかつ若干縮尺した寸法の板材固定板１３を使用する。この板材固定板１３を板材Ｗの上に配して天板型６Ｂに固定し、前述した逐次成形を行なう。こうすれば、底になるべき部分には成形に伴って発生する不必要な力が作用しないので、わん曲やねじれなどが有効に抑えられ、形状精度が向上する。
本発明は前記のように押圧機構８に潤滑機構を組込むほか、押圧機構８とは別に潤滑機構１１を併用する態様を含む。これは、単純に板材Ｗを張設した状態で板材押え機構７ｄを構成する押え板７４の内側に潤滑油などの潤滑液を収容してオイルバスとすることでもよい。しかし、好ましくは、押圧工具部８０に向くかまたはこれに近い部位に噴孔を向けた噴出ノズル１１ａを押圧機構８に直接かまたはホルダー８ａに連結具１１ｂによって取り付け、該噴出ノズル１１ａをホース１１ｃとポンプ１１ｄを介して外部の潤滑液タンク１１ｅに接続する。そして、潤滑液タンク１１ｅに通ずる吸引回収手段１１ｆを噴出ノズル１１ａと位相をずらせた形で押圧機構８に直接取り付ける。あるいはホルダー８ａに連結具１１ｂを介して取り付ける。
これによれば、押圧機構８による成形部位に常に潤滑液ｊが供給されて回収される循環式の潤滑・冷却系が構成される。このため、たとえば１０ｍ／ｍｉｎを越える高速成形時において、ステンレス材に生じやすい凝着が防止され、またアルミニウム材においては割れの発生が防止され、３０ｍ／ｍｉｎ以上の高速成形も可能となる。
もちろんこの潤滑機構１１と前述した振動付与機構８ｄを併用することも本発明に含まれる。これらと前述した材料流動制御機構１０、平衡移動用機構９などを選択的に併用するならば、どのような材質、板厚、成形形状、成形力においても高精度な所望製品を高能率で成形することができる。
産業上の利用可能性
本発明の板材のダイレスフォーミンク装置は、金属、非金属の板材から特殊な形状の製品を少量生産するのに好適であり、設備コストが安く、成形形状の変更も容易で、能率もよく、騒音も少ない利点を持つ。したがって、自動車部品、航空部品、建材船舶、厨房製品や浴室製品などあらゆる分野の底付き製品の製作に利用することができる。

Claims (25)

1. 板材を立体形状に逐次成形するための装置であり、次の機構を備えている。
   i.基台（５）と、固定押圧機構（６）と、板材保持機構（７）および板材押え機構（７ｄ）を備えた工具セット。
   前記固定押圧機構（６）は基台（５）の上に設けられており、基台（５）から立設された脚体（６ａ）と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し前記脚体（６ａ）の頂部に取り付けられた天板型（６ｂ）とを有する。
   板材保持機構（７）は、前記基台（５）に配置された複数本の支柱（７ａ）と、前記天板型（６ｂ）を囲む窓穴（７０）を有し、かつ前記支柱（７ａ）を介してＺ軸方向に移動可能な支持板（７ｂ）と、基台に固定され支持板（７ｂ）に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータ（７ｃ）を有している。
   板材押え機構（７ｄ）は、板材の周縁を前記支持板（７ｂ）とで板厚方向に挟持する枠状の押え板（７４）と、この押え板（７４）による板材周縁部の押え力を可変に制御するための押え用アクチュエータ（７５）を有している。
   ii.前記板材保持機構（７）よりも上方に配された押圧機構（８）。該押圧機構（８）は、板材の上面に接し天板型（６ｂ）と協働して製品形状を成形するための押圧工具部（８０）を先端に有している。
   iii.前記工具セットと押圧機構（８）を全体としてＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させるための複数の数値制御型の駆動装置。これら駆動装置は、押圧工具都（８０）を天板型（６ｂ）の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ天板型（６ｂ）に対して押圧機構（８）と支持板（７ｂ）とを板材の板厚方向に相対的に移動させる。
2. 板材を立体形状に逐次成形するための装置であり、次の機構を備えている。
   i.基台（５）と、固定押圧機構（６）と、板材保持機構（７）と、板材押え機構（７ｄ）および平衡移動用機構（９）を備えた工具セット。
   前記固定押圧機構（６）は基台（５）の上に設けられており、基台（５）から立設された脚体（６ａ）と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し前記脚体（６ａ）の頂部に取り付けられた天板型（６ｂ）とを有する。
   板材保持機構（７）は、前記基台（５）に配置された複数本の支柱（７ａ）と、前記天板型（６ｂ）を囲む窓穴（７０）を有し、かつ前記支柱（７ａ）を介してＺ軸方向に移動可能な支持板（７ｂ）と、基台に固定され支持板（７ｂ）に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータ（７ｃ）を有している。
   板材押え機構（７ｄ）は、板材の周縁を前記支持板（７ｂ）とで板厚方向に挟持する枠状の押え板（７４）と、この押え板（７４）による板材周縁部の押え力を可変に制御するための押え用アクチュエータ（７５）を有している。
   平衡移動用機構（９）は支持板（７ｂ）を水平度を保ちつつ移動されるための手段を支柱（７ａ）と基台（５）上に有している。
   ii.前記板材保持機構（７）よりも上方に配された押圧機構（８）。該押圧機構（８）は、板材の上面に接し天板型（６ｂ）と協働して製品形状を成形するための押圧工具部（８０）を先端に有している。
   iii.前記工具セットと押圧機構（８）を全体としてＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させるための複数の数値制御型の駆動装置。これら駆動装置は、押圧工具部（８０）を天板型（６ｂ）の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ天板型（６ｂ）に対して押圧機構（８）と支持板（７ｂ）とを板材の板厚方向に相対的に移動させる。
3. 平衡移動用機構（９）が、各支柱（７ａ）に設けたラック（９ａ）と、各支柱（７ａ）の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラック（９ａ）と噛み合うピニオン（９ｂ）と、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸（９ｃ）を備えている請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
4. 平衡移動用機構（９）が、各支柱（７ａ）に設けたラック（９ａ）と、各支柱（７ａ）の近傍の基台に設けられそれぞれが対応する支柱の前記ラック（９ａ）と噛み合うピニオン（９ｂ）と、それら各ピニオンの軸を相互に連結する同期回転用軸（９ｃ）を備え、かつ、同期回転用軸（９ｃ）に回転駈動装置（９ｄ）が取り付けられているものを含む請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
5. 昇降用アクチュエータ（７ｃ）が流体圧で作動するシリンダ形式のものであり、ロッドが支持板（７ａ）に連結されている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
6. 昇降用アクチュエータ（７ｃ）がマグネット式のロッドレスシリンダであり、チューブの一端が支持板（７ａ）に連結されている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
7. 板材保持機構（７）がさらに材料流動制御機構（１０）を備えており、該材料流動制御機構（１０）が、支持板（７ｂ）の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータ（１０ａ）と、これらの作動により成形中に板材を強制的に成形領域に向けて押圧移動させる治具（１０ｂ），（１０ｂ’）を有している請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装霊。
8. 板材保持機構（７）がさらに材料流動制御機構（１０）を備えており、該材料流動制御機構（１０）が、支持板（７ｂ）の周辺部に配置された複数の移動用アクチュエータ（１０ａ）と、これらの作動により成形中に板材を強制的に外周方向に引っ張る治具（１０ｂ’）を有している請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
9. 脚体（６ａ）が頂部に雌ねじ穴を有し、天板型（６ｂ）が雌ねじ穴にボルトを螺合することで脚体（６ａ）に交換可能に固定されるようになっている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
10. 天板型（６ｂ）は、複数枚が高さ方向でまたは水平方向で間隔をおいて位置しているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
11. 天板型（６ｂ）が底形成用の天面を含む３次元形状を有しているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
12. 板材保持機構（７）が、支持板（７ｂ）に加えて、天板型（６ｂ）を囲む窓穴（７６）とこれよりも外側に環状段面（７７）を有する補助支持板（７ｅ）からなっていて、補助支持板（７ｅ）が支持板（７ｂ）に重ねられているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
13. 板材保持機構（７）が、支持板（７ｂ）に加えて、天板型（６ｂ）を囲む窓穴（７６）とこれよりも外側に溝の形態をなした環状段面（７７）を有する補助支持板（７ｅ）からなっていて、補助支持板（７ｅ）が支持板（７ｂ）に重ねられているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
14. 押圧機構（８）が棒状をなしており、押圧工具部（８０）がフリー回転可能な球体からなっている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
15. 押圧機構（８）が棒状をなしており、押圧工具部（８０）がフリー回転可能な球体からなっており、かつ押圧機構（８）には前記球体に対して潤滑剤を供給する注液穴（８００）を有している請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
16. 押圧機構（８）が自軸の回りで回転自在であるとともに、下端部に押圧機構（８）の軸芯と偏心した押圧工具部（８０）を有しているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
17. 押圧機構（８）が押圧工具部（８０）ないしはその近傍に噴孔を向けたノズル（１１ａ）とこれに潤滑液を供給する手段を有している請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
18. 押圧機構８が振動付与機構（８ｄ）を有しているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
19. 基台（５）と天板型（６ｂ）との間に、板材の要部裏面を支承する弾性バッグ（１２）を介在しているものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
20. 天板型（６ｂ）の全体または要部に対応する領域に、製品の底となるべき部分を天板型（６ｂ）とで挟圧する補助固定板（１３）を有するものを含む請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング成形装置。
21. ベッド（１）の上に工具セットを支える２段のテーブル（３）（２）を有し、それらテーブル（３）（２）が駆動装置（３ａ），（３ａ）によりＸ軸とＹ軸の方向に移動されるようになっており、押圧機構（８）がベッド（１）より上方の門型フレーム（１００）に配したスライド（４）に搭載され、駆動装置（４ａ）によりＺ軸方向に移動されるようになっている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
22. ベッド（１）の上に工具セットを支える一段のテーブル（２）を有し、このテーブル（２）が駆動装置（２ａ）によりＸ軸またはＹ軸の１方向に移動されるようになっており、押圧機構（８）がベッド（１）より上方の門型フレーム（１００）に配したテーブル（３’）を介してスライド（４）に搭載され、駆動装置（３ａ），（４ａ）によりＹ軸またはＸ軸のいずれかとＺ軸の２方向に移動されるようになっている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
23. ベッド（１）の上方に架構フレーム（１０１）を設けており、該架構フレーム（１０１）に駆動装置（２ａ）によりＸ軸方向に移動自在なテーブル（２’）を設け、このテーブル（２’）に駆動装置（３ａ）によりＹ軸方向に移動自在なテーブル（３’）を配し、これに駆動装置（４ａ）によりＺ軸方向に移動自在なスライド（４）を設け、これに押圧機構（８）が搭載され、工具セットはベッド側に据付けられている請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
24. ベッド（１）の上方に架構フレーム（１０１）を設けており、該架構フレーム（１０１）に駆動装置（２ａ）によりＸ軸方向に移動自在なテーブル（２’）を設け、このテーブル（２’）に駆動装置（３ａ）によりＹ軸方向に移動自在なテーブル（３’）を設け、このテーブル（３’）に押圧機構（８）が搭載される一方、ベッド（１）には駆動機構（４ａ）によりＺ軸方向に移動されるテーブル（４’）を設け、これに工具セットを搭載している請求範囲１または請求範囲２に記載の板材のダイレスフォーミング装置。
25. 駆動機構（２ａ），（３ａ），（４ａ）がリニアモータを含む請求範囲１または請求範囲２に記載のダイレスフォーミング装置。

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