JP2013121597A - パンチおよび金属板の孔加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テーパー部によける必要なテーパー角を維持しつつ、応力分散を図ることができるパンチおよび金属板の孔加工方法を提供する。
【解決手段】補強部３の先端に形成した打込み加工部２を、ダイプレート３２にセットした金属板Ｐに打ち込んで、金属板Ｐに打込み加工部２と相補的形状を為す非貫通孔Ｐａを形成するパンチ１であって、打込み加工部２は、先端部に突設された細径円柱部１１と、細径円柱部１１の基端に連なり、先端が細径円柱部１１と同径に形成され基端に向かって拡径形状を為すテーパー部１２と、テーパー部１２の基端に連なり、先端がテーパー部１２の基端と同径に形成された太径円柱部１３と、を備えたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、補強部の先端部に形成した打込み加工部を、ダイにセットした金属板に打ち込んで金属板に非貫通孔を形成するためのパンチおよび金属板の孔加工方法に関するものである。

従来、この種のパンチとして、インクジェットヘッドのノズルプレートに、ノズル用の孔加工を行うポンチ（パンチ）が知られている（特許文献１参照）。
このポンチは、先端に設けた角度１２０°の錐状の突出部と、突出部の基端側に連なる細径部と、細径部の基端側に連なるテーパー部と、テーパー部の基端側に連なる太径部（補強部）と、を有している。
このように構成されたポンチを用いて孔加工を行う場合には、ポンチをプレス装置のくわえ部材にセットすると共に、ノズルプレートをプレス装置のダイにセットする。次に、ピンホルダーにガイドさせて、ポンチをダイの孔に向って打ち込む（ポンチング）。このポンチングにより、ノズルプレートには、突出部、細径部およびテーパー部を併せた形状に対し、相補的形状となる有底の孔（非貫通孔）が形成されると共に、ダイの孔に対応する部分が凹状に突出変形する。次に、この凹状に突出変形した部分（裏面変形部）を、研削して有底の孔を貫通孔とする。これにより、ノズルプレートには、細径部およびテーパー部と相補的形状を為すノズルが形成される。

特開２０００−２８９２１１号公報

このような従来のポンチでは、ノズルプレートに対し、突出部、細径部およびテーパー部が食い込むポンチングが行われる。この場合、テーパー部のテーパー角が大きく形成すると、ノズルプレートの変形体積も大きくなり、その分、ポンチがノズルプレートから受ける応力も大きくなる。一方、細径部からテーパー部に移行するポンチの形状に基づいて、細径部とテーパー部との境界部分に応力が集中することが知られている。このため、テーパー角が大きくしたこの種のポンチ（パンチ）では、応力集中により、細径部とテーパー部との境界部分にクラックが生じ、或いは細径部の欠け等の不具合により、ポンチ（パンチ）の寿命が極端に短くなる問題がある。

本発明は、テーパー部によける必要なテーパー角を維持しつつ、打込み時の応力分散を図ることができるパンチおよび金属板の孔加工方法を提供することを課題としている。

本発明のパンチは、補強部の先端に形成した打込み加工部を、ダイにセットした金属板に打ち込んで、金属板に打込み加工部と相補的形状を為す非貫通孔を形成するパンチであって、打込み加工部は、先端部に突設された細径円柱部と、細径円柱部の基端に連なり、先端が細径円柱部と同径に形成され基端に向かって拡径形状を為すテーパー部と、テーパー部の基端に連なり、先端がテーパー部の基端と同径に形成された太径円柱部と、を備えたことを特徴とする。

この場合、テーパー部は、テーパー角が４８°から５２°であることが好ましい。

この構成によれば、打ち込みにより金属板に形成される非貫通孔と相補的形状を為す打込み加工部が、先端側から細径円柱部、テーパー部および太径円柱部を備えているため、打ち込みによる金属板の変形体積は、太径円柱部の無い（この部分はテーパー部の延長部分となる）従来のものに比して、小さくなる。また、打込み時のパンチが、金属板から受ける応力は、細径円柱部およびテーパー部の境界部分の他、テーパー部および太径円柱部の境界部分にも集中するため、応力を分散することができる。したがって、テーパー部のテーパー角が大きくても、細径円柱部の欠け等が防止され、パンチの寿命を伸ばすことができる。

また、細径円柱部の軸方向長さ、テーパー部の軸方向長さおよび太径円柱部の軸方向長さの比が、１：３：１であることが好ましい。

この構成によれば、テーパー部の長さ（サイズ）を十分に確保した状態で、応力の分散を図ることができる。

さらに、細径円柱部の軸方向長さ、テーパー部の軸方向長さおよび太径円柱部の軸方向長さの総和が、金属板の厚さより僅かに大きいことが好ましい。

この構成によれば、ほぼ金属板の厚みに相当する非貫通孔を、金属板に形成することができる。

本発明の金属板の孔加工方法は、上記したパンチを用いた金属板の孔加工方法であって、ダイにセットした金属板に表側からパンチを打ち込んで、金属板に打込み加工部と相補的形状を為す非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、非貫通孔形成工程によりダイ側に突出変形した金属板の裏面変形部を、金属板の裏面と面一に研削して非貫通孔を貫通孔に加工する貫通加工工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ほぼ金属板の厚みに相当する非貫通孔を、金属板に形成した後、これにより生じた金属板の裏面変形部を、金属板の裏面と面一に研削することで、細径円柱部、テーパー部および太径円柱部を併せた形状に対し、相補的形状を為す貫通孔を簡単に形成することができる。

実施形態に係るパンチの外観斜視図である。 実施形態に係るパンチにおける先端部の拡大側面図である。 実施形態に係るプレス装置の全体模式図である。 実施形態のパンチによる孔加工方法の説明図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係るパンチおよびこれを用いた金属板の孔加工方法について説明する。このパンチは、打ち込みにより、ステンレスやスチール等の金属板に、非貫通孔を形成するものであり、また孔加工方法は、パンチにより非貫通孔を形成した後、この非貫通孔を貫通孔に加工するものである。

図１は、パンチの外観斜視図であり、同図に示すように、パンチ１は、超硬合金等で構成されており、加工対象物となる金属板Ｐに打ち込まれる打込み加工部２と、打込み加工部２を保持する補強部３と、後述するプレス装置２０（図３参照）に固定される取付け部４と、で一体に形成されている。

補強部３は、先端に打込み加工部２を保持する補強テーパー部６と、補強テーパー部６の基端に連なる補強軸部７と、を有している。取付け部４は、補強軸部７に対しフランジ状を為し、補強軸部７より十分に太径の円柱状に形成されている。

図１および図２に示すように、打込み加工部２は、パンチ１において、金属板Ｐに打ち込まれて金属板Ｐの肉厚に喰い込む部分であり、先端部に突設された細径円柱部１１と、細径円柱部１１の基端に連なるテーパー部１２と、テーパー部１２の基端に連なる太径円柱部１３と、を備えている。細径円柱部１１は、その直径寸法に対し短い寸法の長さ（軸方向長さ）を有する円柱状に形成されている。同様に、太径円柱部１３は、その直径寸法に対し極端に短い寸法の長さ（軸方向長さ）を有する円柱状に形成されている。このため、パンチ１の先端部は、太径円柱部１３を存して連なる補強テーパー部６とこのテーパー部１２とにより、段つきテーパーの形状を有している。

テーパー部１２は、その先端が細径円柱部１１と同径に形成され、基端が太径円柱部１３と同径に形成されている。この場合、テーパー部１２は、そのテーパー角が４８°から５２°であることが好ましく、実施形態のものはテーパー角５０°としている。また、細径円柱部１１の軸方向長さと、テーパー部１２の軸方向長さと、太径円柱部１３の軸方向長さとの総和は、金属板Ｐの厚さより僅かに大きく形成されており、パンチ１は、太径円柱部１３の基端（補強テーパー部６の先端）が、金属板Ｐの表面に達する位置まで打ち込まれるようになっている（図４（ａ）参照）。そして、細径円柱部１１の軸方向長さ、テーパー部１２の軸方向長さおよび太径円柱部１３の軸方向長さの比は、１：３：１となっており、金属板Ｐに形成される非貫通孔Ｐａがロート状の孔となるようにしている。

次に、図３および図４を参照して、上記のパンチ１を用いた金属板Ｐの孔加工方法について説明する。この孔加工方法は、パンチ１を打ち込んで金属板Ｐに非貫通孔Ｐａを形成する非貫通孔形成工程と、非貫通孔形成工程により突出変形した金属板Ｐの裏面変形部Ｐｂを研削して非貫通孔Ｐａを貫通孔Ｐｃに加工する貫通加工工程と、を備えている。非貫通孔形成工程は、パンチ１をセットしたプレス装置２０（後述する）により行われ、貫通加工工程は、図外の研削装置で行なわれる。そこで、先ずプレス装置２０について簡単に説明する。

図３に示すように、プレス装置２０は、機台２１と、機台２１上に設けた装置本体２２と、装置本体２２に取り付けたダイセット２３と、を備えている。装置本体２２は、動力源となるモーターやダイセット２３をプレス動作させる昇降機構等（いずれも図示省略）を組み込んだ装置駆動部２５と、後述するダイセット２３のダイプレート３２を下側から支持するボルスター部２６と、後述するダイセット２３のパンチプレート３１を上側から支持するラム部２７と、を有している。ラム部２７は、装置駆動部２５に昇降自在に取り付けられており、装置駆動部２５を駆動するとラム部２７が昇降し、プレス動作を実施する。

ダイセット２３は、上側のパンチプレート３１と、下側のダイプレート３２（ダイ）と、ダイプレート３２の四隅に立設され、パンチプレート３１がスライド自在に係合する４本のガイドポスト３３と、パンチプレート３１の下面に設けたパンチホルダー３４と、スライドピン３６を介してパンチホルダー３４の下側に吊設したストリッパープレート３５と、を有している。ストリッパープレート３５は、スライドピン３６を介して下方に付勢されており、パンチ１の下降時に金属板Ｐを押圧する。ダイプレート３２には、パンチ１に対応するパンチ穴３８が形成されており、パンチ穴３８の径は、パンチ１の細径円柱部１１の径の３倍程度に形成されている（図４（ａ）参照）。そして、パンチ１は、打込み加工部２を下向きにし、取付け部４の部分でパンチホルダー３４にセットされ、金属板Ｐは、図外のセット治具を介して、ダイプレート３２に位置決め状態でセットされる。

プレス装置２０を用いた非貫通孔形成工程では、装置駆動部２５を駆動し、ラム部２７を介してパンチプレート３１を所定の位置まで下降させる。パンチプレート３１が下降を開始すると、パンチホルダー３４に保持されたパンチ１に先行して、ストリッパープレート３５が下降し、金属板Ｐをダイプレート３２に弾力的に押し付ける。続いて、後続のパンチ１が下降してゆき、金属板Ｐに垂直に打ち込まれる（図４（ａ）参照）。この打ち込みでは、パンチ１の太径円柱部１３の基端が金属板Ｐの表面の位置に達し、細径円柱部１１の先端が金属板Ｐの裏面より僅かに下方となる位置まで達する。これにより、金属板Ｐには、細径円柱部１１、テーパー部１２および太径円柱部１３を併せた形状に対し、相補的形状となる非貫通孔Ｐａが形成される。すなわち、金属板Ｐには、打込み加工部２と相補的形状となるロート状の有底の孔が形成される。

上述のように、パンチ１に対しパンチ穴３８は数倍のサイズ（径）を有しており、非貫通孔Ｐａの形成に伴って、金属板Ｐの裏面側には、裏面変形部Ｐｂが突出形成される。裏面変形部Ｐｂは、非貫通孔Ｐａと同心であってパンチ穴３８の径と同径の外形を有し、下方に突出変形している（図４（ｂ）参照）。

そこで、続く貫通加工工程では、この裏面変形部Ｐｂを研削により除去するようにしている（図４（ｃ）参照）。上述のように、打ち込みにおいて、パンチ１の細径円柱部１１は金属板Ｐの裏面より僅かに下方となる位置まで達している。すなわち、非貫通孔Ｐａの底面は、金属板Ｐの裏面より僅かに下方に位置している。このため、裏面変形部Ｐｂを研削すると、非貫通孔Ｐａの底面部分が除去され、非貫通孔Ｐａが貫通孔Ｐｃに加工される。したがって、貫通孔Ｐｃも、打込み加工部２に対し相補的形状となる。なお、金属板Ｐの裏面は、研削後、バフ仕上げ等を行うことが好ましい。

以上のように本実施形態によれば、パンチ１の打込み加工部２が、先端側から細径円柱部１１、テーパー部１２および太径円柱部１３を備えているため、打ち込みによる金属板Ｐの変形体積を幾分少なくすることができ、パンチ１に加わる応力を小さくすることができる。また、打込み時のパンチ１が受ける応力は、細径円柱部１１およびテーパー部１２の境界部分の他、テーパー部１２および太径円柱部１３の境界部分にも集中することになり、応力を分散することができる。したがって、テーパー部１２のテーパー角が大きくても、細径円柱部１１の欠け等を有効に防止することができ、パンチ１の寿命を伸ばすことができる。

１ パンチ、２ 打込み加工部、３ 補強部、１１ 細径円柱部、１２ テーパー部、１３ 太径円柱部、２０ プレス装置、２３ ダイセット、３１ パンチプレート、３２ ダイプレート、３８ パンチ穴、Ｐ 金属板、Ｐａ 非貫通孔、Ｐｂ 裏面変形部、Ｐｃ 貫通孔

Claims (5)

1. 補強部の先端に形成した打込み加工部を、ダイにセットした金属板に打ち込んで、前記金属板に前記打込み加工部と相補的形状を為す非貫通孔を形成するパンチであって、
   前記打込み加工部は、
   先端部に突設された細径円柱部と、
   前記細径円柱部の基端に連なり、先端が前記細径円柱部と同径に形成され基端に向かって拡径形状を為すテーパー部と、
   前記テーパー部の基端に連なり、先端が前記テーパー部の基端と同径に形成された太径円柱部と、を備えたことを特徴とするパンチ。
2. 前記テーパー部は、テーパー角が４８°から５２°であることを特徴とする請求項１に記載のパンチ。
3. 前記細径円柱部の軸方向長さ、前記テーパー部の軸方向長さおよび前記太径円柱部の軸方向長さの比が、１：３：１であることを特徴とする請求項１または２に記載のパンチ。
4. 前記細径円柱部の軸方向長さ、前記テーパー部の軸方向長さおよび前記太径円柱部の軸方向長さの総和が、前記金属板の厚さより僅かに大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパンチ。
5. 請求項４に記載のパンチを用いた金属板の孔加工方法であって、
   ダイにセットした金属板に表側から前記パンチを打ち込んで、前記金属板に前記打込み加工部と相補的形状を為す非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
   前記非貫通孔形成工程により前記ダイ側に突出変形した前記金属板の裏面変形部を、前記金属板の裏面と面一に研削して前記非貫通孔を貫通孔に加工する貫通加工工程と、を備えたことを特徴とする金属板の孔加工方法。

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