JP6846761B2

JP6846761B2 - プレス装置、及び楕円筒状部材の製造方法

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Publication number: JP6846761B2
Application number: JP2018197733A
Authority: JP
Inventors: 大輔泉川; 博幹小山
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2021-03-24
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Description

本開示は、プレス装置、及び楕円筒状部材の製造方法に関する。

楕円筒状の金属部材を製造する方法として、内部に芯金を入れた真円筒体を上型と下型とでプレスする方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１６１４４６号公報

上述の方法では、筒体のうち、楕円の長軸と交わる頂点部分（つまり、曲率半径が最小の部分）の内側に芯金が当接しないため、この部分のプレス成型が不十分となる。そのため、得られる部材の形状精度が低下する。

本開示の一局面は、形状精度の高い楕円筒状部材を形成できるプレス装置を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、平板状の金属素材を楕円筒状にプレスするプレス装置である。プレス装置は、楕円柱状の第１の型と、第１の型を内部に配置可能な楕円柱状空間の一部を構成する第１凹部を有する第２の型と、第１凹部と組み合わされることで楕円柱状空間を構成する第２凹部を有する第３の型と、平板状の金属素材が重ねられた第２の型の第１凹部に、第１の型を径方向に沿って挿入することで、金属素材をプレスする第１プレス機構と、第１凹部に挿入された第１の型に対する第３の型の相対移動により、第１凹部と第２凹部とによって構成される楕円柱状空間に、第１の型と金属素材とを閉じ込めることで、金属素材のうち第１凹部に挿入されていない未プレス部位をプレスする第２プレス機構と、を備える。

このような構成によれば、楕円筒における長軸と交わる頂点部分において第１の型を金属素材に内側から当接させつつ、第２の型及び第３の型によって金属素材を楕円筒状にプレスできるので、楕円筒状部材の上記頂点部分における形状精度の低下を抑制できる。その結果、楕円筒状部材の形状精度を高めることができる。

本開示の一態様では、第２プレス機構は、第１の型の中心軸方向から視て、楕円における長軸と交わる頂点で金属素材の端部同士を突き合わせてもよい。このような構成によれば、長軸と交わる頂点部分の形状精度の低下をより確実に抑制できる。

本開示の一態様では、第１の型の外周面のうち、第１凹部と対面する部分の曲率半径は、第１凹部のうち、この部分と対面する部分の曲率半径よりも小さくてもよい。このような構成によれば、楕円筒状部材の頂点部分の形状精度を維持しつつ、第１プレス機構によって第１の型と共に第１凹部内に配置された部分にて金属素材が閉じる方向に力を作用させることができる。そのため、金属素材のうち、第１プレス機構によって第１の型と共に第２凹部内に配置された部分のスプリングバックを抑制することができる。その結果、楕円筒状部材の形状精度をより高めることができる。

本開示の一態様は、第１の型が第１凹部に挿入された状態で、金属素材の未プレス部位を第１の型に向けてガイドするガイド機構をさらに備えてもよい。このような構成によれば、第２プレス機構の稼働時に、金属素材の未プレス部位を第２凹部内に容易かつ確実に誘導できる。その結果、楕円筒状部材の生産性を高めることができる。

本開示の別の態様は、平板状の金属素材を用いた楕円筒状部材の製造方法である。楕円筒状部材の製造方法は、楕円柱状の第１の型と、第１の型を内部に配置可能な楕円柱状空間の一部を構成する第１凹部を有する第２の型と、第１凹部と組み合わされることで楕円柱状空間を構成する第２凹部を有する第３の型と、を用意する工程と、第１凹部に平板状の金属素材を重ねる工程と、金属素材が重ねられた第２の型の第１凹部に、第１の型を径方向に沿って挿入することで、金属素材をプレスする工程と、第１凹部に挿入された第１の型に対する第３の型の相対移動により、第１凹部と第２凹部とによって構成される楕円柱状空間に、第１の型と金属素材とを閉じ込めることで、金属素材のうち第１凹部に挿入されていない未プレス部位をプレスする工程と、を備える。

このような構成によれば、楕円筒における長軸と交わる頂点部分において第１の型を金属素材に内側から当接させつつ、第２の型及び第３の型によって金属素材を楕円筒状にプレスできるので、楕円筒状部材の上記頂点部分における形状精度の低下を抑制できる。

図１は、実施形態におけるプレス装置の模式的な正面図である。図２は、図１のプレス装置によってプレスされた金属素材から得られる楕円筒状部材の模式的な斜視図である。図３は、図１のプレス装置における第１の型、第１凹部及び第２凹部の模式的な正面図である。図４は、実施形態における楕円筒状部材の製造方法のフロー図である。図５Ａは、図１のプレス装置による金属素材のプレスの手順を説明する模式図であり、図５Ｂは、図５Ａの次の手順を説明する模式図であり、図５Ｃは、図５Ｂの次の手順を説明する模式図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すプレス装置１は、平板状の金属素材（つまりワーク）を楕円筒状にプレスする装置である。

プレス装置１を用いて楕円筒状にプレスされた金属素材を溶接することによって、図２に示す楕円筒状部材Ｐが得られる。楕円筒状部材Ｐは、例えば、自動車のマフラ等の排気部品に用いられる。

プレス装置１は、第１の型２と、第２の型３と、第３の型４と、第１プレス機構５と、第２プレス機構６と、ガイド機構７と、台座８とを備える。

＜第１の型＞
第１の型２は、楕円柱状の金属型である。第１の型２は、後述する第２の型３と第３の型４とによって形成される楕円柱状空間に配置可能な形状を有する。

第１の型２は、後述する第１プレス機構５によって支持されている。本実施形態では、
第１の型２は、楕円柱の中心軸方向（つまり長手方向）が水平方向と平行となり、かつ、楕円の長軸が鉛直方向と平行となる向きで支持されている。

＜第２の型＞
第２の型３は、第１の型２を内部に配置可能な楕円柱状空間の一部を構成する第１凹部３Ａと、金属素材を載置する載置面３Ｂとを有する金属型である。

第２の型３は、台座８に支持されている。本実施形態では、第２の型３は、第１の型２の下方に配置されている。第１凹部３Ａは、第１の型２の長手方向（つまり、図１中の紙面と垂直な方向）に沿って溝状に延伸している。また、第１凹部３Ａは、最も深い点が最下点となる向き、つまり楕円柱状空間の長軸が鉛直方向と平行となる向きに形成されている。

載置面３Ｂは、プレスを行う金属素材が載置される平面である。本実施形態では、載置面３Ｂは、水平方向と平行（つまり、水平面）である。また、載置面３Ｂは、プレス時に第３の型４と当接する。

本実施形態では、第２の型３は移動せずに定位置に固定される。したがって、第１の型２及び第３の型４が第２の型３に対して相対移動することで、金属素材が楕円柱状にプレスされる。

＜第３の型＞
第３の型４は、第１凹部３Ａと組み合わされることで楕円柱状空間を構成する第２凹部４Ａと、第２の型３と当接する下面４Ｂとを有する金属型である。

第３の型４は、後述する第２プレス機構６によって支持されている。本実施形態では、第３の型４は、第１の型２の上方に配置されている。第２凹部４Ａは、第１の型２の長手方向に沿って溝状に延伸している。また、第２凹部４Ａは、最も深い点が最上点となる向き、つまり楕円柱状空間の長軸が鉛直方向と平行となる向きに形成されている。

図３に示すように、第１凹部３Ａと第２凹部４Ａとは、楕円の短軸の近傍において、短軸と平行な平面で楕円柱状空間を２分割した形状である。また、第２の型３と第３の型４との突き合わせ面（つまり、載置面３Ｂ及び下面４Ｂ）は、楕円柱状空間の短軸と平行である。

＜第１プレス機構＞
第１プレス機構５は、平板状の金属素材が載置面３Ｂに重ねられた第２の型３の第１凹部３Ａに、第１の型２の第１部分２Ａを径方向に沿って挿入することで、金属素材をプレスする機構である。

本実施形態では、第１プレス機構５は、楕円柱状空間の長軸と平行な方向に沿って（具体的には下方に向かって）、第１の型２を第１凹部３Ａに挿入する。この第１の型２の移動によって、第１の型２の外周面及び第１凹部３Ａの内面に沿って金属素材が湾曲され、楕円筒の下半分が形成される。

＜第２プレス機構＞
第２プレス機構６は、第１プレス機構５によって第１凹部３Ａに挿入された第１の型２に対する第３の型４の相対移動により、第１凹部３Ａと第２凹部４Ａとによって構成される楕円柱状空間に、第１の型２と金属素材とを閉じ込める。

つまり、第２プレス機構６は、第３の型４の第２凹部４Ａに、第１の型２のうち、第１凹部３Ａに挿入されていない第２部分２Ｂを金属素材と共に径方向に沿って挿入する。これにより、第２プレス機構６は、金属素材のうち第１凹部３Ａに挿入されていない未プレス部位をプレスする。

本実施形態では、第２プレス機構６は、楕円柱状空間の長軸と平行な方向に沿って（具体的には下方に向かって）、第３の型４を第１の型２及び第２の型３の上に重ね合わせるように移動させる。これにより、第１凹部３Ａと第２凹部４Ａとが組み合わさって楕円柱状空間が形成される。

第１プレス機構５によってプレスされなかった金属素材の未プレス部位は、楕円柱状空間内で第１の型２の外周面及び第２凹部４Ａの内面に沿って湾曲される。これにより、金属素材全体が楕円筒状に加工される。

また、本実施形態では、第２プレス機構６は、第１の型２の中心軸方向（つまり図１の紙面と垂直な方向）から視て、第３の型４の相対移動により、楕円における長軸と交わる頂点Ｓ（図２参照）で金属素材の端部同士を突き合わせる。この突き合わせた端部同士を溶接することで、楕円筒状部材Ｐが得られる。

第１の型２の外周面のうち、第１凹部３Ａと対面する部分（例えば、頂点部分）の曲率半径Ｒ１は、第１凹部３Ａのうち、この部分と対面する部分の曲率半径Ｒ２よりも小さい。また、第１の型２の外周面と第１凹部３Ａの内面との間にはクリアランスＣが設けられる。

つまり、第１の型２は、第１凹部３Ａ内に挿入される第１部分２Ａにおける外周面の曲率半径Ｒ１が、第２凹部４Ａに挿入される第２部分２Ｂにおける外周面の曲率半径Ｒ２よりも小さい。換言すれば、短軸から同じ距離における幅（つまり、短軸と平行な方向の長さ）を比較すると、第１部分２Ａの幅Ｗ１は第２部分２Ｂの幅Ｗ２よりも小さい。

なお、第１の型２の中心軸と垂直な断面形状は、楕円の長軸を対称軸とする線対称の形状である。また、第１の型２の上記断面形状は、中心軸方向に沿って一定であり、変化しない。

＜ガイド機構＞
ガイド機構７は、第１の型２が第１凹部３Ａに挿入された状態で、金属素材の未プレス部位を第１の型２に向けてガイドする機構である。

具体的には、ガイド機構７は、第１の型２の短軸と平行な方向（つまり水平方向）にスライド可能な部位を有する。また、ガイド機構７は、第２プレス機構６に取り付けられており、第３の型４と共に上下方向に移動する。

ガイド機構７は、例えば、第１の型２に向かってスライドすることにより金属素材を第１の型２に押し当て、第２プレス機構６の稼働時に金属素材を第２凹部４Ａに誘導する。また、ガイド機構７は、金属素材の先端部が第２凹部４Ａに進入した後、第１の型２から離間する。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）楕円筒における長軸と交わる頂点部分において第１の型２を金属素材に内側から当接させつつ、第２の型３及び第３の型４によって金属素材を楕円筒状にプレスできる
ので、楕円筒状部材の上記頂点部分における形状精度の低下を抑制できる。その結果、楕円筒状部材の形状精度を高めることができる。

（１ｂ）第２プレス機構６によって楕円における長軸と交わる頂点Ｓにおいて金属素材の端部同士を突き合わせることで、上記頂点部分の形状精度の低下をより確実に抑制できる。

（１ｃ）第１の型２の外周面のうち、第１凹部３Ａと対面する部分の曲率半径Ｒ１を、第１凹部３Ａのうち、この部分と対面する部分の曲率半径Ｒ２よりも小さくすることで、楕円筒状部材の頂点部分の形状精度を維持しつつ、第１プレス機構５によって第１の型２と共に第１凹部３Ａ内に配置された部分にて金属素材が閉じる方向に力を作用させることができる。そのため、金属素材のうち、第１プレス機構５によって第１の型２と共に第２凹部４Ａ内に配置された部分のスプリングバックを抑制することができる。その結果、楕円筒状部材の形状精度をより高めることができる。

（１ｄ）第１の型２の第１凹部３Ａと対面する部分の曲率半径Ｒ１を第１凹部３Ａの曲率半径Ｒ２よりも小さくすると共に、第２プレス機構６によって頂点Ｓにおいて金属素材の端部同士を突き合わせることで、第２プレス機構６によるプレスの際、楕円における短軸と交わる頂点で突き合わせるのに比べ、金属素材の未プレス部位のうち、曲率半径の大きい部分からプレスできる。そのため、未プレス部位がプレスされた後のスプリングバックが抑制され、上記頂点部分の形状精度の低下をより確実に抑制できる。その結果、楕円筒状部材の形状精度を高めることができる。

（１ｅ）ガイド機構７によって、第２プレス機構６の稼働時に、金属素材の未プレス部位を第２凹部４Ａ内に容易かつ確実に誘導できる。その結果、楕円筒状部材の生産性を高めることができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図４に示す楕円筒状部材の製造方法は、平板状の金属素材を用いて図２の楕円筒状部材Ｐを得る方法である。

楕円筒状部材の製造方法は、型用意工程Ｓ１０と、金属素材配置工程Ｓ２０と、第１プレス工程Ｓ３０と、第２プレス工程Ｓ４０と、型外し工程Ｓ５０と、溶接工程Ｓ６０とを備える。

＜型用意工程＞
本工程では、第１の型２と、第２の型３と、第３の型４とを用意する。つまり、図１のプレス装置１を用意し、プレスが可能な運転状態にする。

＜金属素材配置工程＞
本工程では、第２の型３の載置面３Ｂに金属素材を配置することで、第１凹部３Ａに平板状の金属素材を重ねる。

＜第１プレス工程＞
本工程では、図５Ａに示すように、金属素材Ｒが重ねられた第２の型３の第１凹部３Ａに、第１の型２を径方向に沿って挿入することで、金属素材Ｒを部分的にプレスする。本工程により、金属素材Ｒは、２つの端部が上方を向くように湾曲される。

＜第２プレス工程＞
本工程では、図５Ｂに示すように、第１凹部３Ａに挿入された第１の型２に対する第３の型４の相対移動により、第１凹部３Ａと第２凹部４Ａとによって構成される楕円柱状空間に、第１の型２と金属素材Ｒとを閉じ込めることで、金属素材Ｒのうち第１凹部３Ａに挿入されていない未プレス部位をプレスする。

このとき、ガイド機構７によって、金属素材Ｒの未プレス部位を第１の型２に向けてガイドする。その後、第３の型４を第２の型３と当接する位置まで移動させることで、楕円柱状空間が形成され、楕円柱状空間内で金属素材Ｒが第１の型２の外周面を覆うように曲げられる。これにより、金属素材Ｒのプレスが完了する。

＜型外し工程＞
本工程では、図５Ｃに示すように、プレス後の金属素材Ｒから各型を外し、楕円筒状に加工された金属素材Ｒをプレス装置１から取り出す。

具体的には、第２の型３、第３の型４、及び第１の型２の順で型を外す。本実施形態では、最初に第３の型４と第１の型２とを同時に上方に移動させることで、第２の型３を外す。その後、第３の型４のみを上方に移動させることで、第３の型４を外す。最後に、第１の型２に対し、楕円筒状の金属素材Ｒを中心軸方向にスライドさせることで、第１の型２を外す。

なお、第２の型３及び／又は第３の型４を外す際に、ガイド機構７によって金属素材Ｒを第１の型２に押し付けてもよい。これにより、金属素材Ｒのスプリングバックや、第１の型２からの脱落が抑制できる。

＜溶接工程＞
本工程では、金属素材Ｒの端部の突き合わせ部分を楕円筒の中心軸方向に沿って溶接することで、金属素材Ｒを環状に加工する。これにより、楕円筒状部材Ｐが得られる。

［２−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）楕円筒における長軸と交わる頂点部分において第１の型２を金属素材に内側から当接させつつ、第２の型３及び第３の型４によって金属素材を楕円筒状にプレスできるので、楕円筒状部材の上記頂点部分における形状精度の低下を抑制できる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（３ａ）上記実施形態のプレス装置１において、必ずしも楕円における長軸と交わる頂点で金属素材の端部同士を突き合わせなくてもよい。つまり、短軸と交わる頂点で端部同士を突き合わせてもよいし、頂点以外の部分で端部同士を突き合わせてもよい。

（３ｂ）上記実施形態のプレス装置１において、第１凹部３Ａと対面する部分の曲率半径Ｒ１は、必ずしも、第１凹部３Ａのうち、この部分と対面する部分の曲率半径Ｒ２よりも小さくなくてもよい。

（３ｃ）上記実施形態のプレス装置１は、必ずしもガイド機構７を備えなくてもよい。また、上記実施形態の楕円筒状部材の製造方法において、第２プレス工程で必ずしも金属素材Ｒの未プレス部位が第１の型２に向けて押圧されなくてもよい。

例えば、第３の型４における第２凹部４Ａの開口側の端部を部分的に拡幅する（つまり、ガイド用の切欠きを設ける）ことで、金属素材Ｒを第２凹部４Ａに誘導することができる。この場合、第２の型３には、上記切欠きを埋める凸部が設けられてもよい。

（３ｄ）上記実施形態のプレス装置１において、第１凹部３Ａと第２凹部４Ａとは、楕円柱状空間を長軸と平行な平面で２分割した形状であってもよい。つまり、第１の型２は、第１凹部３Ａに短軸と平行な方向に沿って挿入されてもよい。

また、第１プレス機構５は、第１の型２を固定したまま第２の型３を移動させてもよいし、第１の型２と第２の型３との両方を移動させてもよい。同様に、第２プレス機構６は、第３の型４を固定したまま、第１の型２と第２の型３とを動かしてもよいし、全ての型を移動させてもよい。

さらに、第１の型２、第２の型３、及び第３の型４の移動方向（つまりプレス方向）は、上下方向に限定されない。つまり、これらの型の移動方向は、水平方向であってもよいし、上下方向及び水平方向以外の方向であってもよい。

（３ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…プレス装置、２…第１の型、２Ａ…第１部分、２Ｂ…第２部分、３…第２の型、
３Ａ…第１凹部、３Ｂ…載置面、４…第３の型、４Ａ…第２凹部、４Ｂ…下面、
５…第１プレス機構、６…第２プレス機構、７…ガイド機構、８…台座。

Claims

平板状の金属素材を楕円筒状にプレスするプレス装置であって、
楕円柱状の第１の型と、
前記第１の型を内部に配置可能な楕円柱状空間の一部を構成する第１凹部を有する第２の型と、
前記第１凹部と組み合わされることで前記楕円柱状空間を構成する第２凹部を有する第３の型と、
平板状の金属素材が重ねられた前記第２の型の前記第１凹部に、前記第１の型を径方向に沿って挿入することで、前記金属素材をプレスする第１プレス機構と、
前記第１凹部に挿入された前記第１の型に対する前記第３の型の相対移動により、前記第１凹部と前記第２凹部とによって構成される前記楕円柱状空間に、前記第１の型と前記金属素材とを閉じ込めることで、前記金属素材のうち前記第１凹部に挿入されていない未プレス部位をプレスする第２プレス機構と、
を備え、
前記第１の型の外周面のうち、前記第１凹部と対面する部分の曲率半径は、前記第１凹部のうち、この部分と対面する部分の曲率半径よりも小さい、プレス装置。
請求項１に記載のプレス装置であって、
前記第２プレス機構は、前記第１の型の中心軸方向から視て、楕円における長軸と交わる頂点で前記金属素材の端部同士を突き合わせる、プレス装置。
請求項１又は請求項２に記載のプレス装置であって、
前記第１の型の挿入方向と、前記第３の型の移動方向とは、それぞれ、前記楕円柱状空間の長軸と平行である、プレス装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレス装置であって、
前記第１の型が前記第１凹部に挿入された状態で、前記金属素材の前記未プレス部位を前記第１の型に向けてガイドするガイド機構をさらに備える、プレス装置。
請求項４に記載のプレス装置であって、
前記ガイド機構は、前記楕円柱状空間の短軸と平行な方向にスライドすることで、前記金属素材の前記未プレス部位を前記第１の型に押し当てる、プレス装置。
平板状の金属素材を用いた楕円筒状部材の製造方法であって、
楕円柱状の第１の型と、前記第１の型を内部に配置可能な楕円柱状空間の一部を構成する第１凹部を有する第２の型と、前記第１凹部と組み合わされることで前記楕円柱状空間を構成する第２凹部を有する第３の型と、を用意する工程と、
前記第１凹部に平板状の金属素材を重ねる工程と、
前記金属素材が重ねられた前記第２の型の前記第１凹部に、前記第１の型を径方向に沿って挿入することで、前記金属素材をプレスする工程と、
前記第１凹部に挿入された前記第１の型に対する前記第３の型の相対移動により、前記第１凹部と前記第２凹部とによって構成される前記楕円柱状空間に、前記第１の型と前記金属素材とを閉じ込めることで、前記金属素材のうち前記第１凹部に挿入されていない未プレス部位をプレスする工程と、
を備え、
前記第１の型の外周面のうち、前記第１凹部と対面する部分の曲率半径は、前記第１凹部のうち、この部分と対面する部分の曲率半径よりも小さい、楕円筒状部材の製造方法。