JP2014231074A - 成形金型装置及び型部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークのプレス成形時に、第１型の各型部材が強い押圧力を受けて外側に膨張状に変形しても、それらの変形が許容される成形金型装置を提供する。
【解決手段】端面に型面１１１を形成した第１型１１と、その第１型１１上のワーク１３を型面１１１に対して押圧する第２型１２とを備える。第１型１１を、複数の型部材１４を集合させて構成する。各型部材１４の他の型部材１４と隣接する側面１４２には、凹状部１７を形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、一対の接近離間可能な金型によってワークをプレス成形するようにした成形金型装置及びその成形金型装置に用いられる型部材に関するものである。

一般に、燃料電池に用いられるセパレータとしては、例えば図６に示すように、チタン等の耐腐食性金属材料よりなるプレート３１に凹凸部３２を連続して形成して、その凹凸部３２に水素，酸素等のガスや冷却水を流すためのガス流路を形成するようにした構成が知られている。

このような燃料電池用セパレータを成形する場合には、例えば図７に示すような成形金型装置が従来から使用されている。この成形金型装置においては、上面に凹凸状の型面３３１を有する下型３３と、その下型３３上に接近離間可能に配置され、下面に下型３３の型面３３１と対応する凹凸状の型面３４１を有する上型３４とが備えられている。そして、下型３３の型面３３１上にワークとしてのプレート３１が載置された状態で、上型３４が下型３３に向かって接近移動されることにより、両型３３，３４の型面３３１，３４１間でプレート３１に凹凸部３２がプレス成形されるようになっている。

前記のような成形金型装置の下型３３及び上型３４を製作する場合には、例えば高速度鋼よりなる超硬質の金属材料よりなる金型素材の表面に切削加工を施して、凹凸状の型面３３１，３４１を形成している。この切削加工において、型面３３１，３４１はその凹凸の延長方向に切削されて形成されるが、金型素材が超硬質の金属材料よりなるため、切削工具は早期に摩耗または損耗して切れ味が鈍化する。このため、型面３３１，３４１の凹凸面をその延長方向へ連続して長い距離を長時間切削することは困難であった。そして、切削工具の摩耗または損耗により、切削途中で切削工具を交換すると、被切削面の形状が交換の前後において大きく変化するため、型面３３１，３４１の精度低下を招く可能性が高い。

このような問題に対処するため、図８に示すような構成の成形金型装置が従来から提案されている。この従来構成においては、下型３３が四角柱状等の複数の型部材３５に分割して構成され、それらの型部材３５が基板３６上において枠３７内に嵌め込まれて集合されている。この構成によれば、各型部材３５の端面の狭い範囲に凹凸面を切削加工すればよく、切削工具の摩耗や損耗による鈍化の問題は生じにくい。そして、それらの凹凸面の総合により凹凸状の型面３３１を形成することができる。よって、型面３３１の切削が容易になる。上型３４についても下型３３の場合と同様に、複数の型部材の集合により構成されている。

一方、特許文献１には、加熱された鋼材を上下一対の型によってプレス加工するようにしたダイクエンチ工法におけるプレス加工装置が開示されている。このプレス加工装置においては、型の温度変化による伸縮を抑制するために、下型が複数のブロック型に分割され、それらのブロック型がベース上に相互間の隙間をおいて並設されている。そして、プレス加工時に、ブロック型に熱膨張が生じた場合、その熱膨張がブロック型間の隙間によって吸収されるようになっている。

特開２００８−２９６２６２号公報

ところが、図８に示す従来構成の成形金型装置及び特許文献１に記載のプレス加工装置においては、次のような問題があった。
すなわち、この種の成型金型装置においては、ワークのプレス成形に際して、下型等の型に対して強い押圧力が作用する。特許文献１の装置においては、下型３３の各型部材３５に対して上方から強い押圧力が作用する。これにより、図９に示すように、各型部材３５の側面が外側に膨張状に変形して、隣り合う型部材３５や、基板３６上の枠３７が破損するおそれがあった。

また、特許文献１に記載の従来構成においては、下型の各ブロック型をベース上に隙間を設けた状態で、位置ずれしないように位置決め配置することが困難で、型面の精度維持が難しいという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、型部材を正確に位置決めできるとともに、ワークのプレス成形に際して、型部材が強い押圧力を受けて外側に膨張状に変形することを許容できる成形金型装置及び型部材を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この成形金型装置は、端面に型面を形成した第１型と、その第１型上のワークを前記型面に対して押圧する第２型とを備えた成形装置において、少なくとも一方の型を複数の型部材を集合させて構成するとともに、その型部材の他の型部材と隣接する側面を凹状に形成したことを特徴としている。

また、型部材は、複数集合されることによって成形金型装置を構成し、端面に型面を形成するとともに、他の型部材と対向する側面を凹状に形成している。
従って、この構成においては、各型部材の端面に切削加工を施すことで、それらの加工面の総合により凹凸状等の型面を形成することができる。よって、型部材の金型素材が高速度鋼等の超硬質の金属材料よりなる場合でも、型面の切削加工を容易に行うことができる。また、ワークのプレス成形時において、各型部材が強い押圧力を受けて外側に膨張状に変形した場合には、その変形が型部材の側面の凹状部により吸収される。よって、各型部材の変形が許容される。

前記の成形金型装置及び型部材によれば、ワークのプレス成形に際して、各型部材が強い押圧力を受けて外側に膨張状に変形しても、その変形が許容されるという効果を発揮する。

実施形態の型部材を示す斜視図。 実施形態の成形金型装置を示す断面図。 図２の成形金型装置における第１型を拡大して示す平面図。 図２の第１型の一部を拡大して示す部分断面図。 図４の第１型の型部材の変形状態を示す部分断面図。 一般的な燃料電池用セパレータを示す部分斜視図。 図６の燃料電池用セパレータを成形するための従来の成形金型装置を示す断面図。 従来の成形金型装置における下型の別の構成を示す断面図。 図８の下型の型部材の変形状態を示す部分断面図。

以下、成形金型装置及び型部材の一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図２に示すように、この実施形態の成形金型装置においては、上端面に凹凸状等の型面１１１を形成した第１型１１と、その第１型１１の上部に接近離間可能に配置され、下面に第１型１１の型面１１１と対応する凹凸状等の型面１２１を形成した第２型１２とが備えられている。そして、第１型１１の型面１１１上にワーク１３が載置された状態で、第２型１２が第１型１１に向かって接近移動されることにより、両型１１，１２の型面１１１，１２１間でワーク１３が図６に示す凹凸状の所定形状にプレス成形される。

図１，図２及び図３に示すように、前記第１型１１は、複数の四角柱状の型部材１４に分割して構成されている。各型部材１４は、基板１５上において平面横長四角状の枠１６内に嵌め込まれた状態で集合されている。この場合、型部材１４は、それらのコーナ部１４１が対接するように一列に配置されるとともに、その型部材１４の列が枠１６内でその短辺の延長方向に複数（実施形態では３列）並設されている。

また、前記型部材１４の各列においては、その列の延長方向の辺の長さが異なった型部材１４Ａが混入されている。これにより、ワーク１３のプレス成形時に、特に大きな押圧力を受ける中央部付近に配置された型部材１４については、そのコーナ部１４１が隣接する他の列の型部材１４の側面１４２に対向して位置するようになっている。つまり、１つの列の型部材１４のコーナ部１４１が隣接する他の列の型部材１４の側面１４２に対向して位置するようになっている。

図１及び図２〜図４に示すように、前記枠１６に接する型部材１４を除いて、第１型１１の各型部材１４における４つの側面１４２には、その側面１４２の上下両端部を除いて円弧状の凹状部１７が形成されている。枠１６に接する型部材１４の枠１６に接する側面には凹状部１７が形成されておらず、枠１６に接しない側面に凹状部１７が形成されている。そして、型部材１４の凹状部１７が形成された側面１４２の上端部及び下端部には平面部１８が形成されている。各型部材１４の上端面には凹凸形状の成形面１４３が形成されている。そして、隣接する型部材１４間において、それらの側面１４２に形成された凹状部１７が互いに対向して配置されるとともに、平面部１８どうしが面接触されている。

図２に示すように、前記第２型１２においても、前記第１型１１の場合と同様に、複数の四角柱状の型部材１９に分割して構成されている。各型部材１９は、支持板２０の下面において枠２１内に嵌め込まれて、第１型１１の場合とほぼ同様な配列状態（コーナ部１９１を隣接する型部材１９の側面１９２に対向して位置させた状態）で集合されている。各型部材１９における枠２１と接しない側面１９２には、円弧状の凹状部２２が上下両端部に平面部２３を残した状態で形成されるとともに、型部材１４の凹状部２２を有する側面１４２の上端部及び下端部には平面部１８が形成されている。各型部材１９の下端面には第１型１１の型部材１９の上端面の成形面１４３と凹凸の関係で対応されている。

次に、前記のように構成された成形金型装置の作用を説明する。
この成形金型装置においては、第１型１１及び第２型１２が、複数の型部材１４，１９の集合により構成されている。このため、金型の製作時に、各型部材１４，１９の端面の狭い範囲に切削加工を施すことで、型部材１４，１９の集合状態において、これらの加工面の総合により、型部材１４，１９の端面に凹凸状等の型面１１１，１２１が形成される。よって、両型１１，１２の金型素材が高速度鋼等の超硬質の金属材料からなる場合においても、型面１１１，１２１の切削加工を型部材１４，１９ごとに区分して支障なく行うことができる。

また、この成形金型装置の運転時には、図２に示すように、第１型１１上にワーク１３が載置された状態で、第２型１２が第１型１１に向かって接近移動されることにより、ワーク１３が第１型１１の型面１１１に対して押圧されて、ワーク１３が凹凸状等にプレス成形される。このワーク１３のプレス成形時には、第１型１１の各型部材１４が強い押圧力を受けて、その側面１４２が外側に膨張状に変形する。この場合、各型部材１４の側面１４２には凹状部１７が形成されているため、図５に示すように、型部材１４の側面１４２の膨張状の変形が凹状部１７によって吸収される。このため、各型部材１４の変形が累積されることもなく、型部材１４を保持する枠１６が膨張状の変形による外側方への力を受けて不都合が生じるおそれはない。

さらに、ワーク１３のプレス成形時には、第２型１２の各型部材１９が押圧力の反力を受けて、その側面１９２が外側に膨張状に変形する。ところが、各型部材１９の側面１９２には凹状部２２が形成されているため、前記第１型１１の場合と同様に、型部材１９の側面１９２の膨張状の変形が凹状部２２によって吸収される。このため、各型部材１９の変形が平面部から突出するように膨張されることはない。従って、隣接する型部材１９どうしが干渉したり、型部材１９を保持する枠２１が外側方への力を受けて加工精度が低下する等の不都合を生じたりするおそれを少なくすることができる。

しかも、ワーク１３のプレス成形時には、特に両型１１，１２の中央部付近に大きな押圧力や反力が作用するが、その中央部付近の型部材１４，１９においては、コーナ部１４１，１９１が隣接する他の型部材１４，１９の側面１４２，１９２に対向して位置されている。このため、隣接配置された型部材１４，１９においてコーナ部１４１，１９１同士が圧接するおそれを回避することが可能になる。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） この実施形態においては、端面に型面１１１を形成した第１型１１と、その第１型１１上のワーク１３を型面１１１に対して押圧する第２型１２とが備えられている。前記第１型１１が複数の型部材１４を集合させることによって構成されている。第１型１１の各型部材１４の他の型部材１４と隣接する側面１４２には、凹状部１７が形成されている。

このため、この成形金型装置においては、第１型１１の各型部材１４の端面に切削加工を施すことで、それらの加工面の総合により凹凸状等の型面１１１を形成することができる。よって、第１型１１の金型素材が高速度鋼等の超硬質の金属材料よりなる場合でも、型面１１１の切削加工を容易に行うことができる。また、ワーク１３のプレス成形時において、第１型１１の各型部材１４が強い押圧力を受けて外側に膨張状に変形した場合には、その変形が型部材１４の側面の凹状部１７により吸収される。よって、枠１６等の部材が、各型部材１４の変形にともなう外側方への力を受けて不都合が生じるおそれを防止することができて、型部材１４の変形が許容される。

（２） この実施形態においては、前記第２型１２が複数の型部材１９を集合させることによって構成されている。第２型１２の各型部材１９の他の型部材１９と隣接する側面１９２には、凹状部２２が形成されている。このため、前記第１型１１の場合と同様に、第２型１２の金型素材が超硬質の金属材料よりなる場合でも、その型面１２１の切削加工を容易に行うことができる。また、ワーク１３のプレス成形時に、第２型１２の各型部材１９が押圧力の反力により外側に膨張状に変形しても、第１型１１と同様に、第２型１２の各型部材１９を保持する枠２１等の部材が、不都合を生じるおそれを防止することができて、型部材１９の変形が許容される。

（３） この実施形態においては、前記複数の型部材１４，１９が枠１６，２１内に嵌め込まれるとともに、型部材１４，１９の枠１６，２１と隣接する面に凹状部１７，２２が形成されている。このため、複数の型部材１４，１９を枠１６，２１内で集中状態に保持することができるとともに、枠１６，２１に隣接する型部材１４，１９の膨張にともなう力が枠１６，２１に対して直接作用することを防止できる。

（４） この実施形態においては、前記各型部材１４，１９が四角柱状に形成されている。そして、型部材１４，１９のコーナ部１４１，１９１が隣接する他の型部材１４，１９の側面１４２，１９２に位置するように構成されている。このため、ワーク１３のプレス成形時に、各型部材１４，１９が強い押圧力を受けて外側に膨張状に変形した場合、型部材１４，１９のコーナ部１４１，１９１が隣接する他の型部材１４，１９においてそれらのコーナ部１４１，１９１に圧接による大きな集中応力が発生することを回避して、不都合が生じるおそれを防止することができる。

（５） この実施形態においては、前記型部材１４，１９がそれらのコーナ部１４１，１９１を対接させるように一列に配置されるとともに、その型部材１４，１９の列が複数設けられている。そして、型部材１４，１９のコーナ部１４１，１９１が隣接する他の列の型部材１４，１９の側面に位置するように構成されている。このため、複数の型部材１４，１９を一列に配置した状態で複数列並設することができるとともに、隣接する列間において型部材１４，１９のコーナ部１４１，１９１同士が圧接して不都合が生じるおそれを防止することができる。

（６） 前記型部材１４，１９の側面の端部に他の型部材１４，１９あるいは前記枠１６の内側面と面接触可能な平面部１８が形成されているため、成形によって型部材１４，１９や枠１６に強い圧力が作用しても、型部材１４，１９の移動を阻止できて、高精度加工を確保できる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 各型１１，１２の型部材１４，１９を六角柱状等の他の多角柱状に形成して、枠１６，２１内に集合配置すること。

・ １つの列に配置された複数の型部材１４のうちで、中央部付近の型部材１４のみでなく全ての型部材１４のコーナ部１４１が、隣接する他の列の型部材１４の側面１４２に対向して位置するように構成すること。

・ 第１，第２型のうちの一方の型のみを型部材を集合させて構成すること。

１１…第１型、１１１…型面、１２…第２型、１２１…型面、１３…ワーク、１４…第１型の型部材、１４１…コーナ部、１４２…側面、１６…枠、１７…凹状部、１９…第２型の型部材、１９１…コーナ部、１９２…側面、２１…枠、２２…凹状部。

Claims (8)

1. 端面に型面を形成した第１型と、その第１型上のワークを押圧する第２型とを備えた成形装置において、
   少なくとも一方の型を複数の型部材を集合させて構成するとともに、その型部材の他の型部材と隣接する側面を凹状に形成した成形金型装置。
2. 前記型部材の側面の端部に他の型部材の端部と面接触可能な平面を形成した請求項１に記載の成形金型装置。
3. 前記複数の型部材を枠内に嵌め込むとともに、型部材の枠と隣接する面を凹状に形成した請求項１または２に記載の成形金型装置。
4. 前記型部材の側面の端部に前記枠の内側面と面接触可能な平面を形成した請求項３に記載の成形金型装置。
5. 前記各型部材を四角柱状に形成するとともに、そのコーナ部を隣接する他の型部材の側面に位置させた請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の成形金型装置。
6. 複数の前記型部材を一列に配置するとともに、その型部材の列を複数設け、型部材のコーナ部が隣接する他の列の型部材の側面に位置させた請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の成形金型装置。
7. 複数集合されることによって成形金型装置を構成する型部材であって、端面に型面を形成するとともに、他の型部材と対向する側面を凹状に形成した型部材。
8. 側面の端部に他の型部材の端部と面接触可能な平面を形成した請求項７に記載の型部材。