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1. (WO2018186214) カップ構造体の製造方法
Document

明 細 書

発明の名称 カップ構造体の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005   0006   0007   0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035  

符号の説明

0036  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

明 細 書

発明の名称 : カップ構造体の製造方法

技術分野

[0001]
 本明細書によって開示される技術は、鍛造によるカップ構造体の製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 従来、アルミニウム材等からなる有底筒状ケースとして、特開2014-27516号公報(下記特許文献1)に記載のものが知られている。この有底筒状ケースは全体として略円筒状をなし、その側面に2つの開口部が設けられたものである。このような有底筒状ケースは、一般に切削加工によって形成されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2014-27516号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 上記のような有底筒状ケースはカップ構造体の一例であって、カップ構造体を鍛造によって形成しようとした場合、ダイスに素材を装着しておき、パンチによって素材を押圧することによって成形することになる。しかしながら、パンチによってダイスの内部に押し出された素材が閉ざされた空間で逃げ場を失い、素材の一部がダイスとスリーブの間に入り込むことでバリが発生することがある。また、カップ構造体のような異形品の場合には、パンチの圧力が均等にかかりにくい。このため、最も圧力がかかりにくく、端面欠肉となる箇所を基準として全体の圧力を設定するため、全体の圧力が高くなりやすく、バリが発生しやすくなる。このように、鍛造によるカップ構造体の製造は容易とはいえなかった。

課題を解決するための手段

[0005]
 本明細書によって開示されるカップ構造体の製造方法は、有底の円筒状をなすカップ構造体の出発材料となる素材が収容されるダイス穴が設けられているとともに、前記ダイス穴よりも径が小さい逃がし穴が前記ダイス穴から下方に連なって設けられたダイスと、前記ダイス穴に収容された前記素材の周縁部の内側部分を押圧する成形パンチと、前記成形パンチの外周に設けられ前記素材の周縁部を押圧する押当部材と、を備えた鍛造プレス装置によって製造されるカップ構造体の製造方法であって、前記素材を前記ダイスに装着する装着工程と、前記素材の周縁部の内側部分が前記成形パンチによって押圧され、前記素材の周縁部に前記押当部材が当接するとともに、前記成形パンチによって前記素材の一部が前記逃がし穴に押し出されることで形成される突起部の下方に空間が確保された状態で前記カップ構造体に整形する鍛造工程と、を備えたものである。
[0006]
 このようにすると、鍛造工程において成形パンチによる押圧に加えて押当部材による当接が行われるため、素材の周縁部を押当部材によって確実に押さえ込むことができ、成形パンチによる整形後にカップ構造体の周縁部にバリが発生することを防ぐことができる。また、素材の一部が成形パンチによって逃がし穴に押し出されて突起部が形成されることになるものの、突起部の下方に空間が確保されているため、全体の圧力を高く設定しても、素材が逃げ場を失うことに起因したバリの発生を防ぐことができる。
[0007]
 本明細書によって開示されるカップ構造体の製造方法は、以下のようにしてもよい。
 前記ダイス穴は前記ダイスに開口して設けられた開口を有しており、
 前記素材の端面は前記ダイス穴の前記開口を通して外部に露出しているものとしてもよい。
 前記成形パンチは前記素材の端面と対向する対向端面を有しており、前記素材の端面における周縁部の内側部分を前記対向端面によって押圧するものとしてもよい。
 前記成形パンチは前記素材の端面における周縁部の内側部分を押圧し、前記押当部材は前記素材の端面における周縁部に当接するものとされ、前記成形パンチによる押圧と前記押当部材による当接とが同時に行われるものとしてもよい。
 前記鍛造プレス装置は、前記ダイスの前記逃がし穴に奥側から進入するノックアウトピンを備え、前記鍛造工程では、前記突起部の奥端と前記ノックアウトピンの端面との間に前記空間が確保されているものとしてもよい。
 このようにすると、ノックアウトピンを進入させるための穴を逃がし穴として利用することができるから、既存のダイスに大幅な変更を加えることなくバリの発生を防ぐことが可能になる。また、当然のことながら、取出工程においてノックアウトピンによってカップ構造体をダイスから取り出すことができる。
[0008]
 前記鍛造工程では、前記押当部材が前記ダイス穴に進入することで前記素材の端面における周縁部が押圧されるものとしてもよい。
 このような構成によると、押当部材とダイスによって素材の周縁部を整形することができる。
 前記押当部材によって前記カップ構造体の周縁部を押し出すことによって前記カップ構造体を前記成形パンチから取り出す取出工程をさらに備えたものとしてもよい。

発明の効果

[0009]
 本明細書によって開示されるカップ構造体の製造方法によれば、素材の周縁部の押圧される端面の平坦性を確保し、さらにバリの発生を防ぎながら鍛造によってカップ構造体を製造することができる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 装着工程を示した断面図
[図2] 鍛造工程を示した断面図
[図3] 図2の一部を拡大して示した拡大断面図
[図4] 鍛造工程を示した断面図であって、図2の切断面とは直交する切断面における断面図
[図5] 図4の一部を拡大して示した拡大断面図
[図6] 取出工程を示した断面図
[図7] 異形品の正面図
[図8] 異形品の平面図
[図9] 図8におけるA-A線断面図
[図10] カップ状に形成された異形品の正面図

発明を実施するための形態

[0011]
 <実施形態>
 実施形態を図1から図10の図面を参照しながら説明する。本実施形態で製造される異形品1は、例えば自動車の距離測定用センサーに用いられる超音波センサーのカップ状ケースとされている。異形品1は、図7に示すように、略円筒状をなして上方に開口する筒部2と、筒部2の下端部に設けられた段付部3と、段付部3の下端部から下方に突出して設けられた突起部4とを備えて構成されている。図7に示す異形品1は中間製品であって、最終的には筒部2の下側部分が削られることによって図10に示すカップ状の異形品1Aに形成される。一方、異形品1の出発材料となる素材9は、図1に示すように、略円柱状をなすアルミニウム合金熱処理材製の中実体(貫通孔がない塊)であって、素材9の上下面は必ずしも平面状である必要はなく任意形状とされている。
[0012]
 筒部2の内部には、図8に示すように、横長の略長円形状をなす有底の凹部5が設けられており、凹部5は平面視において横方向よりも縦方向のほうが短い扁平形状とされている。凹部5の内壁のうち縦方向に対向する位置には、円弧状に切り欠かれた切欠部6が凹設されている。この切欠部6は、図9に示すように、凹部5の開口部7に臨んで上方に開口する形態で設けられている。
[0013]
 以下においては、図8に示す異形品1の上面のうち凹部5の外周側を周縁部8というものとし、切欠部6の外周側も含めて周縁部8というものとする。また、筒部2の内径のうち横方向の寸法を内径R1とし、筒部2の内径のうち縦方向の寸法を内径R2とした場合に、内径R1は内径R2よりも大きいものとされている。したがって、周縁部8のうち凹部5に隣接する部分は、切欠部6に隣接する部分よりも薄肉に形成されている。
[0014]
 異形品1は、鍛造プレス装置10によって素材9に冷間鍛造または温間鍛造を施すことにより製造されている。この鍛造プレス装置10は、図1に示すように、口元ダイス21と成形ダイス22と下側ノックアウトピン23とを備えて構成された下側装置20と、成形パンチ31とパンチスリーブ32とピンホルダ33と上側ノックアウトピン34とを備えて構成された上側装置30とによって構成されている。上側装置30が下側装置20に対して相対的に移動することによって異形品1の圧造が行われるようになっている。本実施形態では上側装置30が下側装置20に対して垂直方向に移動するものとされている。
[0015]
 口元ダイス21は、成形ダイス22の上面に載置されている。口元ダイス21には、成形パンチ31が進入可能な上側ダイス穴24が上下方向に貫通して設けられている。上側ダイス穴24は、口元ダイス21に開口して設けられた開口241を有している。素材9の端面91は上側ダイス穴24の開口241を通して外部に露出している。上側ダイス穴24の内径は、上下方向において一定とされている。一方、成形ダイス22の上端部には、下方に向かうほど内径が小さくなる段付き状の下側ダイス穴25が上下方向に貫通して設けられている。下側ダイス穴25の上端における内径は、上側ダイス穴24の下端における内径と同じである。
[0016]
 また、成形ダイス22には、逃がし穴26が下側ダイス穴25の下端部から下方に連なって設けられている。逃がし穴26の内径は、上下方向において一定とされ、下側ダイス穴25の下端部の内径よりも小さい。逃がし穴26には、下側ノックアウトピン23が下方(開口241側を手前側として奥側)から進入可能とされ、下側ノックアウトピン23の上端は、異形品1の取り出し時以外は逃がし穴26の下部に位置している。上側ダイス穴24と下側ダイス穴25と逃がし穴26とは互いに連通しており、全体として段付き状をなす一つの貫通孔を構成している。
[0017]
 成形パンチ31は、異形品1の凹部5および切欠部6を整形するメイン押出部35と、メイン押出部35よりも大径のホルダ取付部36とを備えて構成されている。メイン押出部35は、素材9の端面(本実施形態では上端面)91と対向する対向端面(本実施形態では下端面)311を有している。また、素材9の端面91は、周縁部911と周縁部911の内側部分912とからなる。成形パンチ31の対向端面311は素材9の端面91における周縁部911の内側部分912を押圧するものとされている。成形パンチ31のホルダ取付部36は、ピンホルダ33に取り付けられて固定されている。一方、パンチスリーブ32は成形パンチ31の外周に設けられており、異形品1の上面における周縁部8を整形するサブ押出部37と、サブ押出部37よりも大径のピン取付部38とを備えて構成されている。サブ押出部37は、素材9の端面91における周縁部911に当接するものとされている。成形パンチ31の対向端面311による内側部分912の押圧とパンチスリーブ32のサブ押出部37による周縁部911への当接とは同時に行われるものとされている。ピンホルダ33の上面には受圧板39が配置され、この受圧板39によってピンホルダ33とホルダ取付部36が上方に抜けることが抑制されている。ピン取付部38には、複数の上側ノックアウトピン34の下端部が当たっている。素材9の圧造時に、パンチスリーブ32は成形パンチ31による整形に伴い、素材9の端面91における周縁部911に当接することにより、上方に移動する。これにより、上側ノックアウトピン34も上方に持ち上げられる。一方、整形後の異形品1を取り外すには、上側ノックアウトピン34を鍛造プレス装置10により下方へ移動させることにより、成形パンチ31から異形品1を取り外す。
[0018]
 次に、本実施形態における鍛造プレス装置10を用いた異形品1の製造方法について説明する。まず、装着工程では、素材9を上側ダイス穴24に対して上方から挿入し、図1に示すように、下側ダイス穴25に対して約半分の深さとなるように装着する。このとき、下側ダイス穴25の底面と素材9の下面との間には所定の空間が確保されている。また、素材9の端面91は、上側ダイス穴24の下端部に位置している。
[0019]
 装着工程の次には、素材9の鍛造工程が行われる。鍛造工程は冷間鍛造または温間鍛造によって行われる。
[0020]
 ダイス穴24、25に収容された素材9に向けて成形パンチ31およびパンチスリーブ32を下降させる。下降操作の初期状態では、成形パンチ31の対向端面311がパンチスリーブ32の下端面よりもやや後退した位置(上方位置)にある。このため、パンチスリーブ32が成形パンチ31よりも先に素材9の端面91の周縁部911に接触することになるものの、パンチスリーブ32によって素材9が塑性変形することはない。つまり、本実施形態のパンチスリーブ32は、素材9の端面91における周縁部911に当接しているが、素材9の端面91における周縁部911を塑性変形させる程度の力で押圧するものではない。このようにパンチスリーブ32は素材9の端面91を押圧して塑性変形させるものではなく、素材9の一部が上方にはい上がってきて、バリが発生することを防ぐものである。パンチスリーブ32は、図示しないコイルばね、サラばね等のばねを圧縮させながら成形パンチ31に対して相対的に上方へ移動していく。この間、成形パンチ31の対向端面311が素材9の端面91の内側部分912に当接し、素材9の圧造が開始される。
[0021]
 素材9の圧造が開始されて成形パンチ31により凹部5および切欠部6が所定の深さになったとき、パンチスリーブ32の先端(サブ押出部37の端面)が素材9(製品)の端面91の周縁部911に当たり、異形品1の周縁部8を整形する。図3および図5に示すように、素材9の周縁部911はパンチスリーブ32に当接することによって異形品1の周縁部8に整形され、素材9の周縁部911の内側部分912は成形パンチ31に押圧されることによって異形品1の凹部5および切欠部6に整形されることになる。
[0022]
 素材9の一部は、図2および図4に示すように、逃がし穴26を通って下方に流れ込むことで突起部4に整形されるものの、突起部4の奥端(下端)41と下側ノックアウトピン23の端面(上端面)231との間には所定の空間Sが確保されているため、素材9の一部が逃げ場を失ってパンチスリーブ32と口元ダイス21の間に入り込み、バリの発生原因となることが抑制されている。この結果、異形品1の周縁部8は、図3および図5に示すように、成形パンチ31とパンチスリーブ32と口元ダイス21とによって囲まれた領域に形成される。このようにして成形パンチ31およびパンチスリーブ32が下死点に到達すると、素材9の圧造が完了し、異形品1が形成される。このとき、周縁部8の端面と凹部5の底面とはいずれも平面に整形されるため、これらを鍛造加工とは別に切削加工によって平面に加工しなくてもよく、大幅に製造コストを低減することができる。
[0023]
 鍛造工程の次には、異形品1の取出工程が行われる。図2および図4に示すように、異形品1の凹部5と切欠部6は、成形パンチ31の下端部に嵌合した状態となっている。この状態から下側ノックアウトピン23を上方へ移動させると、下側ノックアウトピン23の端面231が突起部4の奥端41に当接し、異形品1が口元ダイス21および成形ダイス22の上方に押し出された状態となる。これと同時に、あるいはその直後に、上側ノックアウトピン34を下方へ移動させることでパンチスリーブ32を成形パンチ31に対して相対的に下方へ移動させ、異形品1を成形パンチ31の下端部から離脱させる。これにより、異形品1は、図6に示すように、下側ノックアウトピン23の端面231に載置された状態となる。この後、突起部4を切削加工によって削ることにより、図10に示す異形品1Aが得られる。
[0024]
 以上のように本実施形態では、鍛造工程において成形パンチ31による押圧に加えてパンチスリーブ32による押圧が行われるため、素材9の周縁部911をパンチスリーブ32によって確実に押さえ込むことができ、成形パンチ31による整形後に異形品1の周縁部8にバリが発生することを防ぐことができる。また、素材9の一部が成形パンチ31によって逃がし穴26に押し出されて突起部4が形成されることになるものの、突起部4の下方に空間Sが確保されているため、異形品1でない場合(すなわち低い圧力でも圧造が可能な単純な形状の最終製品の場合)よりも全体の圧力を高く設定しても、素材9が逃げ場を失うことに起因したバリの発生を防ぐことができる。
[0025]
 ダイス穴(上側ダイス穴24)はダイス(口元ダイス21)に開口して設けられた開口241を有しており、素材9の端面91はダイス穴の開口241を通して外部に露出しているものとしてもよい。
 成形パンチ31は素材9の端面91と対向する対向端面311を有しており、素材9の端面91における周縁部911の内側部分912を対向端面311によって押圧するものとしてもよい。
 成形パンチ31は素材9の端面91における周縁部911の内側部分912を押圧し、パンチスリーブ32は素材9の端面91における周縁部911に当接するものとされ、成形パンチ31による押圧とパンチスリーブ32による当接とが同時に行われるものとしてもよい。
 鍛造プレス装置10は、ダイス(成形ダイス22)の逃がし穴26に奥側から進入するノックアウトピン(下側ノックアウトピン23)を備え、鍛造工程では、突起部4の奥端41とノックアウトピンの端面231との間に空間Sが確保されているものとしてもよい。
 このようにすると、ノックアウトピンを進入させるための穴を逃がし穴26として利用することができるから、既存のダイスに大幅な変更を加えることなくバリの発生を防ぐことが可能になる。また、当然のことながら、取出工程においてノックアウトピンによって異形品1をダイスから取り出すことができる。
[0026]
 鍛造工程では、パンチスリーブ32がダイス穴に進入することで素材9の端面91における周縁部911が押圧されるものとしてもよい。
 このような構成によると、パンチスリーブ32とダイスによって素材9の周縁部911を整形することができる。
[0027]
 <他の実施形態>
 本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
 (1)上記実施形態では切欠部6が設けられた異形品1を例示しているものの、凹部5のみが設けられた異形品としてもよい。これ以外にも、例えば、有底の凹部を有する部品の周壁部分の厚さが一定でないものを異形品としてもよい。
[0028]
 (2)上記実施形態では口元ダイス21と成形ダイス22を備えて構成されたダイスを例示しているものの、口元ダイス21と成形ダイス22が一体となった一つのダイスとしてもよい。
[0029]
 (3)上記実施形態では逃がし穴26に下側ノックアウトピン23が下方から進入するものとされているものの、下側ノックアウトピン23が進入する穴とは別に逃がし穴を設けてもよい。
[0030]
 (4)上記実施形態では口元ダイス21の内部においてパンチスリーブ32が素材9の周縁部911を押圧しているものの、パンチスリーブ32側に上型を設置し、上型の内部において素材9の周縁部911を押圧するようにしてもよいし、成形ダイス22の内部において素材9の周縁部911を押圧するようにしてもよい。
[0031]
 (5)突起部4の断面形状は円形には限定されず、楕円形や角形等の異形形状にしてもよい。
[0032]
 (6)上記実施形態では凹部5と切欠部6を1工程で同時に加工しているものの、凹部5と切欠部6を別々の工程で行い、全体として2工程で加工するようにしてもよい。
[0033]
 (7)上記実施形態では素材9はアルミ合金熱処理材を用いているものの、アルミ材やアルミ合金材を用いてもよいし、これらの金属材料以外にも、炭素鋼、低合金鋼、銅、銅合金等、塑性加工が可能な金属材料を用いてもよい。
[0034]
 (8)上記実施形態では周縁部8の厚さが一定でない異形品1をカップ構造体の一例として説明しているものの、周縁部が均等の厚さで形成されたカップ構造体(周縁部の外周面と内周面とが同軸に配置されたカップ構造体)を用いてもよい。
[0035]
 (9)上記実施形態では突起部4が上下方向において同一の外径をなす円柱状とされているものの、下方に向かうほど外径が小さくなるようなテーパ形状をなす突起部としてもよい。このようにすると、突起部の下方ほど圧力がかかりやすくなり、徐々に荷重が大きくなるため、成形パンチ31の対向端面311によって凹部5の底面を平面に整形しやすくなる。
 (10)上記実施形態では上側装置30が下側装置20に対して垂直方向に移動することによって異形品1の圧造が行われるようになっているものの、上側装置30と下側装置20が水平方向に並んで配置され、上側装置が下側装置に対して水平方向に移動することによって異形品1の圧造が行われるようにしてもよい。
 (11)上記実施形態では押当部材としてのパンチスリーブ32が成形パンチ31とは別体に構成されているものの、成形パンチ31と一体に構成された部分を押当部材としてもよい。すなわち、パンチスリーブ32は押当部材の一例であり、パンチスリーブ32以外の金型部品を押当部材として使用してもよい。
 (12)上記実施形態ではパンチスリーブ32によって異形品1の周縁部911を押し出すことによって異形品1を成形パンチ31から取り出しているものの、パンチスリーブ32とは別の部材によって異形品1を成形パンチ31から取り出してもよい。

符号の説明

[0036]
 1…異形品(カップ構造体)
 1A…異形品(カップ構造体)
 4…突起部
 41…奥端
 8…(異形品1の)周縁部
 9…素材
 91…端面
 911…周縁部
 912…内側部分
 10…鍛造プレス装置
 21…口元ダイス
 22…成形ダイス
 23…下側ノックアウトピン
 231…端面
 24…上側ダイス穴
 241…開口
 25…下側ダイス穴
 26…逃がし穴
 31…成形パンチ
 311…対向端面
 32…パンチスリーブ(押当部材)
 S…空間

請求の範囲

[請求項1]
 有底の円筒状をなすカップ構造体の出発材料となる素材が収容されるダイス穴が設けられているとともに、前記ダイス穴よりも径が小さい逃がし穴が前記ダイス穴から下方に連なって設けられたダイスと、
 前記ダイス穴に収容された前記素材の周縁部の内側部分を押圧する成形パンチと、
 前記成形パンチの外周に設けられ前記素材の周縁部を押圧する押当部材と、を備えた鍛造プレス装置によって製造されるカップ構造体の製造方法であって、
 前記素材を前記ダイスに装着する装着工程と、
 前記素材の周縁部の内側部分が前記成形パンチによって押圧され、前記素材の周縁部に前記押当部材が当接し、前記成形パンチによって前記素材の一部が前記逃がし穴に押し出されることで形成される突起部の下方に空間が確保された状態で前記カップ構造体に整形する鍛造工程と、を備えたカップ構造体の製造方法。
[請求項2]
 前記ダイス穴は前記ダイスに開口して設けられた開口を有しており、
 前記素材の端面は前記ダイス穴の前記開口を通して外部に露出している請求項1に記載のカップ構造体の製造方法。
[請求項3]
 前記成形パンチは前記素材の端面と対向する対向端面を有しており、前記素材の端面における周縁部の内側部分を前記対向端面によって押圧する請求項1または請求項2に記載のカップ構造体の製造方法。
[請求項4]
 前記成形パンチは前記素材の端面における周縁部の内側部分を押圧し、前記押当部材は前記素材の端面における周縁部に当接するものとされ、前記成形パンチによる押圧と前記押当部材による当接とが同時に行われる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のカップ構造体の製造方法。
[請求項5]
 前記鍛造プレス装置は、前記ダイスの前記逃がし穴に奥側から進入するノックアウトピンを備え、
 前記鍛造工程では、前記突起部の奥端と前記ノックアウトピンの端面との間に前記空間が確保されている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のカップ構造体の製造方法。
[請求項6]
 前記鍛造工程では、前記押当部材が前記ダイス穴に進入することで前記素材の端面における周縁部が押圧される請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のカップ構造体の製造方法。
[請求項7]
 前記押当部材によって前記カップ構造体の周縁部を押し出すことによって前記カップ構造体を前記成形パンチから取り出す取出工程をさらに備えた請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のカップ構造体の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]