JP2005330167A - プレス成形用金型及びプレス成形方法並びにプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形部以外の部分に材料がはみ出して成形不良を起こすことのないプレス成形用金型及びこのプレス成型用金型を用いたプレス成形方法、並びにこのプレス成形金型を備えたプレス成形装置を提供する。
【解決手段】 上型２と下型３とを備え、上型２と下型３を当接させて材料１５を成形するプレス成形用金型１であって、上型２は、外枠プレート１１と中心ピン１０とを有し、外枠プレート１１を下型３と当接させた後に、中心ピン１０により材料１５を押圧することにより材料１５を成形するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プレス成形用金型及びプレス成形方法並びにプレス成形装置に関し、特に成形不良を抑制することのできるプレス成型用金型等に関する。

従来のガラス素子成形用金型およびガラス素子成形装置では、上型、下型及び中間型とを備え、中間型の上下面のそれぞれに成形部を設けた金型によって、ガラス素材をガラス素子に成形していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−４８７２５号公報（図１、図２）

しかし従来のガラス素子成形用金型およびガラス素子成形装置では（例えば、特許文献１参照）、例えば上型と中間型の成形部でガラス素材をガラス素子に成形する場合、ガラス素材が成形部以外の部分（上型と中間型が当接する部分）にはみ出して成形されたガラス素子にいわゆるバリができ、成形不良を起こすことがあるという問題点があった。またこのような成形不良に伴って、ガラス素子成形用金型が破損してしまう場合があるという問題点もあった。

上記のような問題は、ガラス素子成形用金型の場合だけでなく、プラスチック素材等を、一般的な一体型の上型及び下型によって成形するプレス成形用金型の場合でも同様に起こる場合があった。

本発明は、成形部以外の部分に材料がはみ出して成形不良を起こすことのないプレス成形用金型及びこのプレス成型用金型を用いたプレス成形方法、並びにこのプレス成形金型を備えたプレス成形装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス成形用金型は、上型と下型とを備え、上型と下型を当接させて材料を成形するプレス成形用金型であって、上型は、外枠プレートと中心ピンとを有し、外枠プレートを下型と当接させた後に、中心ピンにより材料を押圧することにより材料を成形するものである。
外枠プレートを下型と当接させた後に、中心ピンにより材料を押圧することにより材料を成形するため、まず外枠プレートと下型で成形部の外周部分が先に形成され、その後、中心ピンで材料が押圧されて材料が形成されることになり、外枠プレートと下型の間から材料がはみ出すことがない。またこのような構成では、材料が押圧された際に、成形部の気体が先に外部に出るため、材料が上型と下型の間からはみ出すのを効果的に抑制することができる。

また本発明に係るプレス成形用金型は、外枠プレートが、外枠プレート及び中心ピンを除く上型と弾性的に連結されているものである。
外枠プレートが、外枠プレート及び中心ピンを除く上型と弾性的に連結されているため、外枠プレートが下型と当接した際に、外枠プレートが弾性的に押されて下型と密着する。これにより材料が上型と下型の間からはみ出すのを抑制することができる。

また本発明に係るプレス成形用金型は、上型と下型が当接していない状態において、外枠プレートの上面と、外枠プレート及び中心ピンを除く上型の下面との間に隙間を有し、該隙間の間隔は、外枠プレートの下面と中心ピンの下面との間隔と等しいものである。
上型と下型が当接していない状態において、外枠プレートの上面と、外枠プレート及び中心ピンを除く上型の下面との間の隙間の間隔と、外枠プレートの下面と中心ピンの下面との間隔が等しいため、外枠プレートと中心ピンが下がりきったときに、外枠プレートと中心ピンの下面が一致する。これにより、特に平面状の成形品を成形するときに正確な成形が可能となり、また材料が上型と下型の間からはみ出すのを抑制することができる。

本発明に係るプレス成形方法は、外枠プレートと中心ピンを有する上型と、下型とを備えたプレス成形用金型を用い、上型と下型を当接させて材料を成形するプレス成形方法であって、外枠プレートが下型に当接した後に、中心ピンが材料を押圧して材料を成形するものである。
外枠プレートが下型に当接した後に、中心ピンが材料を押圧して材料を成形するため、まず外枠プレートと下型で成形部の外周部分が先に形成され、その後、中心ピンで材料が押圧されて材料が形成されることになり、外枠プレートと下型の間から材料がはみ出すことがない。またこのような構成では、材料が押圧された際に、成形部の空気が先に外部に出るため、材料が上型と下型の間からはみ出すのを効果的に抑制することができる。

また本発明に係るプレス成形方法は、材料が下型に載置されて中心ピンに押圧される前において、材料の横断面の最大面積が中心ピンの下面の面積よりも小さいものである。
横断面の最大面積が中心ピンの下面の面積よりも小さい材料を用いることにより、材料が中心ピンのみで押圧されることになり、材料が上型と下型の間からはみ出すのを抑制することができる。

本発明に係るプレス成形装置は、上記のいずれかのプレス成形用金型を備えたものである。
上記のいずれかのプレス成形用金型を備えているため、材料が上型と下型の間からはみ出すことがなく、成形不良を抑制することができる。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係るプレス成形用金型を示す縦断面図である。なお図１では、本実施形態１のプレス成形用金型を備えたプレス成形装置の一部も示している。また本実施形態１では、成形品の１例として歯車を成形する手順を説明する。
本実施形態１に係るプレス成形用金型１は、上型２と下型３を備えており、上型２はプレス成形装置の上軸４に接合されており、下型３はプレス成形装置の下軸５に接合されている。本実施形態１では、上軸４がプレス成形装置の駆動装置（図示せず）によって上下に動くようになっており、それに伴って上型２が上下に動くようになっている。また下軸５及び下型３は固定されており、動かないものとする。なお、上軸４を固定して下軸５を上下に動かすようにしたり、上軸４と下軸５を両方動かすようにしてもよい。

上型２は、第１プレート６、第２プレート７を有しており、第１プレート６は上軸４に溶接等により接合されている。また第２プレート７は、取付けボルト８によって第１プレート６に接合されており、第２プレート７は第１プレート６よりも若干柔らかい耐熱鋼等から形成されている。なお、第１プレート６と第２プレート７は一体に形成してもよい。

また上型２の第２プレート７の中央部には、中心ピン１０が設けられており、第２プレート７の下側に突出した状態となっている。なお本実施形態１では、中心ピン１０が他の部分より径の大きい取付け部１０ａを有し、取付け部１０ａによって第１プレート６及び第２プレート７に接合されるようになっているが、中心ピン１０を上型２に取付ける方法は図１に示されるものに限られない。また本実施形態１では、中心ピン１０は円柱状であるが、直方体等の他の形状であってもよい。さらに中心ピン１０の下面は平面状であってもよいが、例えば成型品の表面に溝等を成形したい場合には、それに合わせた形状を中心ピン１０の下面に形成するようにしてもよい。

上型２の第２プレート７の下側には、中心ピン１０と嵌合する貫通穴を有した外枠プレート１１が設けられており、ハンガーピン１２及びバネ１３によって第２プレート７に取付けられている。ここで中心ピン１０と外枠プレート１１は摺動可能となっており、ハンガーピン１２と第２プレート７も摺動可能となっている。また外枠プレート１１は、バネ１３によって第２プレート７と弾性的に連結された状態となっている。なお図１では、ハンガーピン１２がバネ１３の中心軸内に取付けられているが、ハンガーピン１２又はバネ１３の位置はこれと違う位置であってもよい。

外枠プレート１１は、下型３と当接していない状態では、第２プレート７と接触しておらず、外枠プレート１１の上面と第２プレート７の下面との間には所定の間隔Ａ（図１参照）の隙間を有する。またこの状態において、中心ピン１０の下面は外枠プレート１１の下面よりも上にあり、外枠プレート１１の下面と中心ピン１０の下面の間隔は、外枠プレート１１の上面と第２プレート７の下面の間隔Ａと等しくなっている。なお中心ピン１０の下面が平面状でない場合に、外枠プレート１１の下面と中心ピン１０の下面の間隔とは、外枠プレート１１の下面と中心ピン１０の下面の最も面積の大きい部分との間隔をいうものとする。

下型３の上面には、凹部状の成形部１４が形成されている。本実施形態１では、成形品として歯車を成形するため、成形部１４を上側（上型２側）から見ると歯車の形状の凹部となっている。ここで成形部１４の形状は、成形品に合わせて様々な形状とすることができる。
なおプレス成形用金型１の上型２及び下型３の材料としては、ＳＵＳ３１６等の耐熱鋼を使用することができる。

図２から図６は、本発明の実施形態１に係るプレス成形用金型を用いて材料を成形品に成形する工程を示した縦断面図である。なお図２から図６に示すプレス成形方法では、図１に示すプレス成形用金型１を使用して材料を成形するものとする。
まず下型３の成形部１４の内部に成形品の材料１５を載せる（図２）。なお材料１５としては、プラスチック、ガラス、金属ガラス等の、固体から粘性流動状態への転移点（ガラス転移点）を持ったものを使用することができる。また材料１５の体積は、完成した成形品の体積と同じになるようにする。

この材料１５は以下の工程において中心ピン１０によって押圧されることとなるが、中心ピン１０に押圧される前の状態では、材料１５の横断面の最大面積（上側から見た射影面積）が中心ピン１０の下面の面積よりも小さくなっている。また、図２の状態で材料１５を上側から見たときに、材料１５が中心ピン１０の下面に収まるような形状にし、また材料１５が中心ピン１０の下面に収まるような位置に置くようにする。なおこのような条件を満たせば、成形部１４に載置する際の材料１５の形状は、円柱、球等の任意の形状であってよい。

そして図２に示すように成形部１４の内部に材料１５が載置された状態で、プレス成形用金型１及び材料１５を加熱する。なおこの加熱温度は、材料１５の材質に応じたガラス転移温度以上になるようにし、材料１５がある程度の粘性を持った状態になるようにする。なおこのとき、プレス成形用金型１や材料１５が酸化しないように、真空状態又はアルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気中で加熱するのが望ましい。

それからプレス成形用金型１及び材料１５を加熱した状態で、プレス成形装置の駆動装置（図示せず）を作動させて上軸４及び上型２を下降させていき、外枠プレート１１と下型３を当接させる（図３）。このとき、下型３の成形部１４以外の上面と外枠プレート１１の下面が密着するようにするのが望ましい。なお外枠プレート１１と下型３が当接した直後の状態では、材料１５は上型２のどの部分からも押圧されておらず、またバネ１３は圧縮されていない状態となっている。

続けて上軸４及び上型２を下降させると、中心ピン１０が材料１５を押圧して押し潰し始める（図４）。このとき、バネ１３が圧縮することにより外枠プレート１１は下型３と当接して密着した状態を保持している。またハンガーピン１２は第２プレート７に対して摺動する。なお本実施形態１では、成形部１４の径が中心ピン１０の下面の径よりも大きいため、材料１５が中心ピン１０に押圧された時に、成形部１４の内部で横方向に拡がることとなる。

さらに上軸４及び上型２を下降させていくと、外枠プレート１１の上面と第２プレート７の下面が当接して上軸４及び上型２の下降が止まる（図５）。同時に中心ピン１０の下降も止まり、材料１５が成形部１４の内部に充填される。またこのとき、外枠プレート１１の下面と中心ピン１０の下面は一致している。なお本実施形態１では、図５において外枠プレート１１の上面と第２プレート７の下面が密着した状態となっている。
そして図５に示すように、中心ピン１０及び外枠プレート１１が下がりきった状態で、冷却を行う。この冷却は、例えば窒素ガスを噴射することにより行うことができる。

そしてプレス成形用金型１及び材料１５が十分に冷却された後に、上軸４及び上型２を上昇させる（図６）。この状態では、材料１５は成型品１５ａに成形されている。
最後に、完成した成型品１５ａを成形部１４から取り出して、成形品１５ａが完成することとなる。

本実施形態１では、外枠プレート１１を下型３と当接させた後に、中心ピン１０により材料１５を押圧することにより材料１５を成形するため、まず外枠プレート１１と下型３で成形部１４の外周部分が先に形成され、その後、中心ピン１０で材料１５が押圧されて材料１５が形成されることになり、外枠プレート１１と下型３の間から材料１５がはみ出すことがない。またこのような構成では、材料１５が押圧された際に、成形部１４の気体が先に外部に出るため、材料１５が上型２と下型３の間からはみ出すのを効果的に抑制することができる。
また外枠プレート１１が、外枠プレート１１及び中心ピン１０を除く上型２と弾性的に連結されているため、外枠プレート１１が下型３と当接した際に、外枠プレート１１が弾性的に押されて下型３と密着するため、材料１５が上型２と下型３の間からはみ出すのを抑制することができる。

さらに上型２と下型３が当接していない状態において、外枠プレート１１の上面と、外枠プレート１１及び中心ピン１０を除く上型２の下面との間の隙間の間隔と、外枠プレート１１の下面と中心ピン１０の下面との間隔が等しいため、外枠プレート１１と中心ピン１０が下がりきったときに、外枠プレート１１と中心ピン１０の下面が一致するため、正確な成形が可能となり、材料１５が上型２と下型３の間からはみ出すのを抑制することができる。
また横断面の最大面積が中心ピン１０の下面の面積よりも小さい材料１５を用いているため、材料１５が中心ピン１０のみで押圧されることになり、材料１５が上型２と下型３の間からはみ出すのを抑制することができる。

実施形態２．
図７は、本発明の実施形態２に係るプレス成形用金型を示す縦断面図である。なお図７では、本実施形態２のプレス成形用金型を備えたプレス成形装置の一部も示している。
本実施形態２に係るプレス成形用金型１は、実施形態１の成形部１４の代わりに、下型３の上面に下型成形部１４ａと、外枠プレート１１の下面に上型成形部１４ｂが設けられている。また中心ピン１０の下面は、外枠プレート１１及び中心ピン１０が下がりきったときに（図５参照）、上型成形部１４ｂの上面と一致するようになっている。その他の本実施形態２のプレス成形用金型１の構造は、実施形態１の図１に示すプレス成形用金型１と同様であり、同じ構成要素には同じ符号が付してある。また材料を成形する工程も、実施形態１の図２から図６に示すものと同様である。

本実施形態２に示すプレス成形用金型１のように、上型２と下型３の両方に成形部を設けることができる。なお本実施形態２に係るプレス成形用金型１の効果は、実施形態１のプレス成形用金型１と同様である。

本発明の実施形態１に係るプレス成形用金型を示す縦断面図。 実施形態１に係るプレス成形用金型を用いて材料を成形品に成形する工程を示した縦断面図。 図２の続きの成形工程を示す縦断面図。 図３の続きの成形工程を示す縦断面図。 図４の続きの成形工程を示す縦断面図。 図５の続きの成形工程を示す縦断面図。 本発明の実施形態２に係るプレス成形用金型を示す縦断面図。

符号の説明

１ プレス成形用金型、２ 上型、３ 下型、４ 上軸、５ 下軸、６ 第１プレート、７ 第２プレート、８ 取付けボルト、１０ 中心ピン、１０ａ 取付け部、１１ 外枠プレート、１２ ハンガーピン、１３ バネ、１４ 成形部、１５ 材料。

Claims (6)

1. 上型と下型とを備え、前記上型と前記下型を当接させて材料を成形するプレス成形用金型であって、
   前記上型は、外枠プレートと中心ピンとを有し、前記外枠プレートを前記下型と当接させた後に、前記中心ピンにより前記材料を押圧することにより前記材料を成形することを特徴とするプレス成形用金型。
2. 前記外枠プレートは、前記外枠プレート及び前記中心ピンを除く上型と弾性的に連結されていることを特徴とする請求項１記載のプレス成形用金型。
3. 前記上型と前記下型が当接していない状態において、前記外枠プレートの上面と、前記外枠プレート及び前記中心ピンを除く上型の下面との間に隙間を有し、該隙間の間隔は、前記外枠プレートの下面と前記中心ピンの下面との間隔と等しいことを特徴とする請求項１又は２記載のプレス成形用金型。
4. 外枠プレートと中心ピンを有する上型と、下型とを備えたプレス成形用金型を用い、前記上型と前記下型を当接させて材料を成形するプレス成形方法であって、
   前記外枠プレートが前記下型に当接した後に、前記中心ピンが前記材料を押圧して前記材料を成形することを特徴とするプレス成形方法。
5. 前記材料が前記下型に載置されて前記中心ピンに押圧される前において、前記材料の横断面の最大面積が前記中心ピンの下面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項４記載のプレス成形方法。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形用金型を備えたことを特徴とするプレス成形装置。
   

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