JP5761514B2 - プレス成形装置及びプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空部にマンドレルが差し込まれた筒形の素材をプレス成形するための装置及び方法に関する。

特許文献１には、汎用のプレス機に抜き通し構造を有するプレス金型がセットされたプレス成形装置が開示されている。この成形装置は、マンドレル（心金）の下端部がダイス側（特許文献１ではマンドレル支え板）で支持されており、中空部にマンドレルが差込まれた筒形の素材を順次投入してプレス成形することにより、歯車等の成形が完了した素材を心太式に得ることができる。

特開２００２−２６３７７９号公報

特許文献１に記載されたプレス成形装置では、成形が完了したマンドレル支え板上の素材（成形品）を、メスダイスと素材落とし込み板とをマンドレルと共に押し上げて取り出すように構成されているため、油圧シリンダ等のアクチュエータ及びアクチュエータへ作動油圧を給排するための油圧回路が必要であり、構造が煩雑化して製造コストが上昇する。また、アクチュエータの動作をパンチの上昇動作に同期させるため、設備側（プレス機）にパンチの位置を検出するための改造が必要である。さらに、マンドレル支え板上に取り残された素材を回収するための機構（アクチュエータ等）並びにこの機構を実施するための設備側の改造も必要となる。

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、プレス機を改造することなく、成形が完了した素材をマンドレルから取り外して回収することが可能なプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明のプレス成形装置は、ダイスとマンドレルとの間に形成される筒形の成形部と、前記マンドレルの下端部が当接し、成形時に前記マンドレルに作用する軸線方向の力を受圧する受圧プレートとを有するプレス金型を備え、前記成形部内で連なった状態の筒形の素材がパンチによって前記軸線方向へ押し込まれることにより、成形が完了して前記成形部から脱離した前記素材が前記受圧プレート上に落下するように構成されたプレス成形装置であって、通常のプレス成形と同一のタイミングのノックアウトピンの上昇／下降動作に連動させて前記受圧プレートを待避／受圧位置へ向けて移動させる連動機構と、前記連動機構によって前記受圧プレートを前記待避位置へ移動させることにより、前記成形部内の前記素材によって保持された前記マンドレルの下方に現出されるシュータと、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のプレス成形方法は、マンドレルの下端部を受圧プレートによって支持した状態で、ダイスと前記マンドレルとの間に形成される筒形の成形部内で連なった状態の筒形の素材をパンチによって軸線方向へ押し込むステップと、前記パンチによって前記成形部から押し出されて前記マンドレルに沿って落下した前記素材を前記受圧プレートによって受け止めるステップと、ノックアウトピンの上昇動作に連動させて前記受圧プレートを受圧位置から待避位置へ向けて移動させて、前記成形部内の前記素材によって保持された前記マンドレルの下方にシュータを現出させるステップと、を含むことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（４）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１〜４の各々に相当する。

（１）ダイスとマンドレルとの間に形成される筒形の成形部と、マンドレルの下端部が当接し、成形時にマンドレルに作用する軸線方向の力を受圧する受圧プレートとを有するプレス金型を備え、成形部内で連なった状態の筒形の素材がパンチによって軸線方向へ押し込まれることにより、成形が完了して成形部から脱離した素材が受圧プレート上に落下するように構成されたプレス成形装置であって、通常のプレス成形と同一のタイミングのノックアウトピンの上昇／下降動作に連動させて受圧プレートを待避／受圧位置へ向けて移動させる連動機構と、連動機構によって受圧プレートを待避位置へ移動させることにより、成形部内の素材によって保持されたマンドレルの下方に現出されるシュータと、を含むプレス成形装置。
本項に記載のプレス成形装置では、パンチが下降端位置に到達すると、成形部内の一連の素材（例えば、軸線方向に重ねられた４個の素材）のうち、成形が完了した最下位値の素材は、成形部から脱離して（押し出されて）マンドレルに沿って（素材の中空部がマンドレルによって案内されて）落下し、受圧プレートによって受け止められる。
次のタイミング（例えば、パンチの上昇開始）で、ノックアウトピンを上昇させると、ノックアウトピンの上昇動作に連動して受圧プレートが受圧位置から待避位置へ向けて移動する。換言すると、連動機構によって、ノックアウトピンの運動（上昇動作）が受圧プレートの運動（待避動作）に変換される。この時、受圧プレート上の素材の中空部（軸孔）にはマンドレルが貫通されているので、受圧プレート上の素材は受圧プレートと共に移動しない。
マンドレルは、成形部内に残った素材の軸孔によって保持（吊持）され、成形が完了した素材は、このマンドレルの下方に現出したシュータ内へ落下して、シュータによってプレス金型の外へ搬出される。
本項に記載のプレス成形装置によれば、通常のプレス成形と同一のタイミングのノックアウトピンの動作に連動させて受圧プレートを移動させる、換言すると、ノックアウトピンが上昇する際の軸力によって受圧プレートが待避位置へ向けて駆動されるので、受圧プレートを駆動するための油圧シリンダ等のアクチュエータが不要であり、製造コストを低く抑えることができるとともに操作（段取り）性及びメンテナンス性の高い装置を提供することができる。また、通常のプレス成形と同一のタイミングでノックアウトピンを上昇／下降させるので、例えば、パンチの位置を検出する信号を得るための改造も必要がなく、汎用のプレス機をそのまま使用することが可能であり、実施が極めて容易である。

（２）連動機構は、ノックアウトピンに形成されるピン側斜面と、受圧プレートに形成されてピン側斜面に対して摺動可能に面接触されるプレート側斜面と、受圧プレートを受圧位置へ向けて付勢する付勢手段とを含む（１）のプレス成形装置。
本項に記載のプレス成形装置によれば、例えば、鉛直方向へ上昇／下降されるノックアウトピンに対して、受圧プレートは、ノックアウトピンの軸線と交差する水平方向へ移動可能に構成される。ノックアウトピンが下降端位置に位置した状態では、付勢手段の付勢力（例えば、圧縮コイルばねのばね力）によって、受圧プレートのプレート側斜面は、ダイホルダの既定位置に形成された斜面（下降端位置に位置するノックアウトピンのピン側斜面に対して略面一に形成された斜面）に当接され、これにより、受圧プレートは受圧位置に位置決めされる。
この状態で、ノックアウトピンのピン側斜面と受圧プレートのプレート側斜面とを摺動させながらノックアウトピンを上昇させると、プレート側斜面には、受圧プレートを水平方向へ駆動する力が作用し、受圧プレートは、ノックアウトピンの上昇に伴い、付勢手段の付勢力に抗して受圧位置から待避位置へ向けて移動する。
逆に、ノックアウトピンを上昇端位置から下降させると、受圧プレートは、ノックアウトピンの下降に伴い、受圧プレートのプレート側斜面をノックアウトピンのピン側斜面に摺動させながら、付勢手段の付勢力によって待避位置から受圧位置へ向けて移動する。
なお、プレート側斜面及びピン側斜面を水平面に対して４５°に傾斜させて、ノックアウトピンの鉛直方向への移動距離と受圧プレートの水平方向への移動距離とを同一に設定することが望ましい。

（３）マンドレルの下端部を受圧プレートによって支持した状態で、ダイスとマンドレルとの間に形成される筒形の成形部内で連なった状態の筒形の素材をパンチによって軸線方向へ押し込むステップと、パンチによって成形部から押し出されてマンドレルに沿って落下した素材を受圧プレートによって受け止めるステップと、ノックアウトピンの上昇動作に連動させて受圧プレートを受圧位置から待避位置へ向けて移動させて、成形部内の素材によって保持されたマンドレルの下方にシュータを現出させるステップと、を含むプレス成形方法。
本項に記載のプレス成形方法における素材を押し込むステップでは、成形部内のマンドレルを貫通させた一連の素材（例えば、軸線方向に重ねられた４個の素材）をパンチによって押し込んで軸線方向へ移動させる。
そして、素材を受け止めるステップでは、パンチが下降端位置に到達することで、成形部から脱離して（押し出されて）マンドレルに沿って（素材の中空部がマンドレルによって案内されて）落下した素材（成形が完了した最下位値の素材）を、受圧プレートによって受け止める。
次のステップでは、例えば、パンチが上昇を開始するタイミングで、ノックアウトピンを上昇させることにより、ノックアウトピンの上昇動作に連動させて受圧プレートを受圧位置から待避位置へ向けて移動させる。この時、受圧プレート上の素材の中空部（軸孔）にはマンドレルが貫通されているので、受圧プレート上の素材は受圧プレートと共に移動しない。これにより、成形部内に残った素材の軸孔によって保持（吊持）されたマンドレルの下方にシュータを現出させ、このシュータ内へ成形が完了した素材を落下させてプレス金型の外へ搬出する。
本項に記載のプレス成形方法によれば、ノックアウトピンの動作に連動させて受圧プレートを移動させるので、受圧プレートを駆動するための油圧シリンダ等のアクチュエータが不要であり、製造コストを低く抑えることができるとともに操作（段取り）性及びメンテナンス性の高い装置を提供することができる。また、ノックアウトピンを通常のプレス成形と同一のタイミングで上昇／下降させるので、例えば、パンチの位置を検出する信号を得るための改造も必要がなく、汎用のプレス機をそのまま使用することが可能であり、実施が極めて容易である。

（４）受圧プレートを、ノックアウトピンの下降動作に連動させて付勢部材の付勢力によって待避位置から受圧位置へ向けて移動させることにより受圧位置に復帰させる（３）のプレス成形方法。
本項に記載のプレス成形方法によれば、成形が完了した素材を回収後、ノックアウトピンを上昇端位置から下降させることにより、受圧プレートを、ノックアウトピンの下降に伴い、付勢手段の付勢力によって待避位置から受圧位置へ向けて移動させる。これにより、油圧シリンダ等のアクチュエータを使用することなく、受圧プレートを待避位置から受圧位置へ復帰させて、次の素材を押し込むステップに備えることができる。

本発明によれば、プレス機を改造することなく、成形が完了した素材をマンドレルから取り外して回収することが可能なプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することができる。

本実施形態の説明図であって、素材が素材導入部にセットされた状態を示す。 図１に示される状態からパンチが下降して成形開始位置に到達した状態を示す図である。 図２に示される状態からパンチがさらに下降して下降端位置に到達した状態を示す図である。 図３に示される状態からノックアウトピンが上昇して上昇端位置に到達した状態を示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、汎用のプレス機に抜き通し構造を有するダイセット２（プレス金型）をセットして構成されたプレス成形装置１を使用して、円筒形の素材３から中空のヘリカルギア３（成形が完了した素材３）を心太式に得る場合を説明する。なお、本実施形態のプレス成形装置１に用いられるプレス機は、ノックアウト機構を備える既存のプレス機がそのまま使用されるので、プレス機の基本構造に係る説明及び図解は省略する。また、素材３には、必要に応じて３Ａ〜３Ｄの符号を付与する。

図１に示されるように、ダイセット２は、プレス機側のスライドに上プレート４を介して取り付けられるパンチホルダ５と、パンチホルダ５に装着されるパンチ６とを含む。また、ダイセット２は、プレス機側のボルスタプレートに下プレート７を介して取り付けられるダイホルダ８を含む。ダイホルダ８は、ダイホルダ８の外郭（側壁）を形成する略円筒形のホルダリング９を有する。ホルダリング９の上部には、略円筒形のダイスホルダ１１がカラー１０を介して収容されている。ダイスホルダ１１の中空部には、上側から、円筒形の素材導入部３１、円筒形に形成されて内周部に歯形が形成されたダイス１２、円筒形に形成されて成形時にダイス１２に作用する軸方向の力を支持する受圧リング１３と、が順次重ねられた状態で収容されている。

ホルダリング９の下部には、略円筒形に形成された下スペーサ１４の上部が収容されている。また、ホルダリング９の内部には、下スペーサ１４によって支持される上スペーサ１５が収容されている。なお、上スペーサ１５とカラー１０及びダイスホルダ１１との間には、略円筒形に形成されたホルダ本体１６が介装される。

上スペーサ１５は、ホルダリング９の直径方向へ延びて既定の二面幅を有する空間１７を有する。空間１７の図１における右側部分には、空間１７を画定する二面幅間に摺動可能に支持される受圧プレート１８が挿入される。空間１７の図１における左側部分は後述するシュータ１９を構成する。なお、シュータ１９は、外側（図１における左側）に向けて下るように傾斜するスロープ２０を有し、ホルダリング９には、シュータ１９に連通させて形成した素材排出口２１が開口している。また、スロープ２０の内側（図１における右側）の稜部には、後述するノックアウトピン２２の先端部のピン側斜面２２ａ（連動機構）の角度（本実施形態では４５°）に一致させた斜面２３が形成される。

受圧プレート１８は、下スペーサ１４の上面１４ａに摺動可能に当接する下面１８ｃと、下面１８ｃに対して平行に配置されてホルダ本体１６の下面１６ａに摺動可能に当接する受圧面１８ａとを有する。また、受圧プレート１８は、一対の圧縮コイルばね２４（付勢部材）の内側（図１における左側）の各端部を収容する一対のばね受部２５が形成される背面１８ｂを有する。一対の圧縮コイルばね２４の外側（図１における右側）の各端部は、ばね受部材２６に形成された各ばね受部２７によって受け止められる。なお、ばね受部材２６のばね受部２７が形成された側の面とは反対側の面は、ホルダリング９の内周面の曲率よりも小さい曲率のＲ曲面によって構成され、ホルダリング９の内周面に当接される。

また、受圧プレート１８は、下面１８ｃ（水平面）に対して既定角度（本実施形態では４５°）で傾斜したプレート側斜面１８ｄ（連動機構）を備える。プレート側斜面１８ｄは、ノックアウトピン２２が下降端位置に位置している時（図１参照）、受圧プレート１８が一対の圧縮コイルばね２４のばね力（付勢力）によって図１における左方向へ付勢されることにより、上スペーサ１５の斜面２３に押圧される。この状態で、受圧プレート１８は受圧位置に位置し、また、受圧プレート１８のプレート側斜面１８ｄの下部は、ノックアウトピン２２の先端部の斜面２２ａに僅かな間隙を空けて対向する。

また、受圧プレート１８は、スロープ２０に対して略平行に配置される斜面１８ｅを有し、斜面１８ｅには、斜面１８ｅの延長上に延びる素材受板２８が取り付けられる。斜面１８ｅは、受圧プレート１８に形成された切欠３３の底面であり、受圧プレート１８が受圧位置に位置した状態でスロープ２０よりも高い位置に配置される。また、受圧プレート１８は、受圧位置に位置する状態で、受圧面１８ａにマンドレル２９の下端部が当接される。これにより、成形時にマンドレル２９に作用する軸線方向の力が受圧プレート１８によって受圧される構造になっている。なお、ダイス１２とマンドレル２９との間には素材３を通過させる成形部３２が形成される。

ノックアウトピン２２は、先端部の軸直角断面が長方形に形成されており、この先端部の形状に対応する長方形に断面が形成された下スペーサ１４の穴３０によって、摺動可能に支持されるとともに軸線回りの回転動作が阻止される。そして、ノックアウトピン２２を下降端位置から上昇させることにより、受圧プレート１８は、プレート側斜面１８ｄをノックアウトピン２２の先端部の斜面２２ａに摺動させるとともに一対の圧縮コイルばね２４を圧縮させながら、受圧位置から待避位置（図４参照）へ向けて移動する。そして、ノックアウトピン２２が図４に示される上昇端位置に到達した時点で、受圧プレート１８は待避位置に到達する。

受圧プレート１８が待避位置に位置する状態では、成形部３２に位置する素材３によって支持されたマンドレル２９の下方に受圧プレート１８の切欠３３が位置されてシュータ１９が現出する。この状態では、素材受板２８は、成形部３２に位置する素材３によって支持されたマンドレル２９の直下に位置するとともに下面がスロープ２０の上面に当接する。なお、周知のように、マンドレル２９は、軸線方向の中間に位置するダイス１２に対応する部分の直径がその両側の部分の直径よりも大きく形成されている。これにより、受圧プレート１８が待避位置に位置する状態で、マンドレル２９を、成形部３２に位置する素材３によって保持することができる。

次に、前述したプレス成形装置１を使用したプレス成形方法を説明する。
図１は、パンチ６が上端位置に復帰した後、既存設備であるロボット等の素材供給装置によって、ダイセット２の素材導入部３１に素材３Ｄがセットされた状態を示す。ここで、素材導入部３１の中空部を成形部３２に含めると定義した場合、４つの素材３Ａ〜３Ｄは、成形部３２内で軸線方向（図１における上下方向）へ連なっている。なお、素材３Ａ及び３Ｂは成形が完了した素材であり、素材３Ｃは成形途中の素材である。また、ノックアウトピン２２は下降端位置に、受圧プレート１８は受圧位置に各々位置している。

図１の状態からパンチ６を下降させる。ここで、図２は、パンチ６が素材３Ｄに接触した成形開始の状態を示す。この状態から、マンドレル２９の下端部を受圧プレート１８の受圧面１８ａによって支持しながら、パンチ６を図３に示される下降端位置まで下降させる過程で、各素材３Ａ〜３Ｄは、パンチ６によって既定距離だけ下方へ押し込まれる。これにより、成形が完了した最下位値の素材３Ａは、成形部３２から脱離してマンドレル２９に沿って落下、すなわち、軸孔がマンドレル２９によって案内されて落下し、図３に示されるように、受圧プレート１８の受圧面１８ａによって受け止められる。

次に、パンチ６が上昇を開始するタイミングでノックアウトピン２２を上昇させると、プレート側斜面１８ｄとピン側斜面２２ａとを摺動させることでノックアウトピン２２の運動（上昇動作）を受圧プレート１８の運動に変換する連動機構の作用により、受圧プレート１８は、一対の圧縮コイルばね２４（付勢手段）を圧縮させながら受圧位置から待避位置へ向けて（図３における右方向へ）移動する。そして、図４に示されるように、ノックアウトピン２２が上昇端位置に到達した時点で、受圧プレート１８は待避位置に到達する。なお、マンドレル２９は、成形部３２内の素材３Ｂ〜３Ｄによって保持（吊持）される。

受圧プレート１８が待避位置に位置した状態では、マンドレル２９の下方に受圧プレート１８の切欠３３が位置されてシュータ１９が現出し、受圧プレート１８の受圧面１８ａによって受け止められた素材３Ａは、マンドレル２９から脱離して落下し、切欠３３を通過して素材受板２８によって受け止められる。さらに、素材３Ａは、スロープ２０を滑り落ちてホルダリング９の素材排出口２１からダイホルダ８の外へ排出されて回収される。

次に、ノックアウトピン２２を上昇端位置から下降端位置へ下降させると、受圧プレート１８は、ノックアウトピン２２の下降動作に連動して、一対の圧縮コイルばね２４のばね力（付勢力）により、待避位置から受圧位置へ向けて（図４における左方向へ）移動し、図１に示されるように、ノックアウトピン２２が下降端位置に到達した時点で、受圧位置に復帰する。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、ノックアウトピン２２の動作に連動させて受圧プレート１８を移動させるので、受圧プレート１８を駆動するための油圧シリンダ等のアクチュエータが不要であり、製造コストを低く抑えることができるとともに操作（段取り）性及びメンテナンス性が高いプレス成形装置１を提供することができる。
また、ノックアウトピン２２を通常のプレス成形時と同一のタイミングで上昇／下降させるので、例えば、パンチ６の位置を検出する信号を得るための改造を既存のプレス機に施す必要がなく、汎用のプレス機をそのまま使用することが可能であるため、実施が極めて容易である。
また、マンドレル２９をダイス１２（ダイホルダ８）側で支持（受圧）するように構成したので、マンドレル２９をパンチ６（パンチホルダ５）側で支持するように構成した場合と比較して、高い精度のヘリカルギヤを得ることができる。これにより、機械加工により両端面を切削する工程を廃止することが可能になり、製造コストを削減することができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本実施形態では、円筒形の素材からヘリカルギヤを成形する場合を説明したが、本発明は、対象をヘリカルギヤに限定されるものではない。
また、素材は、筒形であれば円筒形に限定されるものではなく、例えば、多角形の筒体を対象とすることができる。
さらに、本実施形態では、筒形の素材の外周部に歯形を成形する場合を説明したが、筒形の素材の内周部又は外周部と内周部との両方に歯形等を成形する実施形態にも、本発明のプレス成形装置及びプレス成形方法を採用することができる。

１ プレス成形装置、２ ダイセット（プレス金型）、３ 素材、６ パンチ、１８ 受圧プレート、１８ｄ プレート側斜面（連動機構）、１９ シュータ、２２ ノックアウトピン、２２ａ ピン側斜面（連動機構）、２４ 圧縮コイルばね（付勢部材）、２９ マンドレル、３２ 成形部

Claims (4)

1. ダイスとマンドレルとの間に形成される筒形の成形部と、前記マンドレルの下端部が当接し、成形時に前記マンドレルに作用する軸線方向の力を受圧する受圧プレートとを有するプレス金型を備え、前記成形部内で連なった状態の筒形の素材がパンチによって前記軸線方向へ押し込まれることにより、成形が完了して前記成形部から脱離した前記素材が前記受圧プレート上に落下するように構成されたプレス成形装置であって、
   通常のプレス成形と同一のタイミングのノックアウトピンの上昇／下降動作に連動させて前記受圧プレートを待避／受圧位置へ向けて移動させる連動機構と、
   前記連動機構によって前記受圧プレートを前記待避位置へ移動させることにより、前記成形部内の前記素材によって保持された前記マンドレルの下方に現出されるシュータと、
   を含むことを特徴とするプレス成形装置。
2. 前記連動機構は、
   前記ノックアウトピンに形成されるピン側斜面と、前記受圧プレートに形成されて前記ピン側斜面に対して摺動可能に面接触されるプレート側斜面と、前記受圧プレートを前記受圧位置へ向けて付勢する付勢手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
3. マンドレルの下端部を受圧プレートによって支持した状態で、ダイスと前記マンドレルとの間に形成される筒形の成形部内で連なった状態の筒形の素材をパンチによって軸線方向へ押し込むステップと、
   前記パンチによって前記成形部から押し出されて前記マンドレルに沿って落下した前記素材を前記受圧プレートによって受け止めるステップと、
   ノックアウトピンの上昇動作に連動させて前記受圧プレートを受圧位置から待避位置へ向けて移動させて、前記成形部内の前記素材によって保持された前記マンドレルの下方にシュータを現出させるステップと、
   を含むことを特徴とするプレス成形方法。
4. 前記受圧プレートを、前記ノックアウトピンの下降動作に連動させて付勢部材の付勢力によって前記待避位置から前記受圧位置へ向けて移動させることにより前記受圧位置に復帰させることを特徴とする請求項３に記載のプレス成形方法。

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