JP2016117080A - 曲面成形機用プレス金型及び該プレス金型を使用した曲面成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな設計が可能で製作コストを低く抑えることができる高精度で効率の良い曲面成形が可能なプレス金型を提供する。【解決手段】本発明の曲面成形機用プレス金型１は、平面二次元方向Ｘ、Ｙに整列配置された複数本のポンチ７と、ポンチ７の雌ネジ部９と螺合するネジ軸１１と回転従動軸１３を一体に備える送りネジ１５と、回転従動軸１３に対して設けられるクラッチ１７と、回転従動軸１３を駆動する駆動力を生起する単一の駆動モータ１９と、駆動モータ１９の出力軸の回転を第１回転従動軸１３Ａに伝達する第１回転伝達機構２１と、第１回転従動軸１３Ａに伝達された回転を後続の複数本の回転従動軸１３Ｂに伝達する第２回転伝達機構２３と、ポンチ７の軸回りの回転を規制する回り止め機構２５と、を具備することによって構成されている。【選択図】 図６

Description

本発明は、三次元曲面を有するコンクリート型枠用の表面材や金属製建材等を製作する場合に適用でき、成形面の形状を自由に変化させることが可能な曲面成形機用プレス金型及び該プレス金型を使用することによって実行される曲面成形方法に関する。

デザインの多様化、複雑化に伴って三次元曲面を有するコンクリート型枠用の表面材や金属製建材等の需要が高まっている。これらを正確に製作するためには、成形するコンクリート型枠用の表面材や金属製建材等の三次元曲面に合わせて、三次元曲面を有するプレス金型を製作し、当該プレス金型を曲面成形機に取り付けることによって上記コンクリート型枠用の表面材や金属製建材等が製作されている。
しかし、三次元曲面を有する金型の製作は難しく、金型の製作コストが高額になる。また、このような特殊な形状の金型は成形するコンクリート型枠用の表面材や金属製建材等が違えば最初から作り直さなければならず、繰り返しての使用は原則として不可能であった。

このような背景の下、特許文献１に開示されているようなプレス金型が提案されている。このプレス金型は、ワークの上下両面側に対向するように多数のポンチ群を配置し、上下両面側のポンチ群に高さを調整する手段を設け、更に各ポンチに加工力を与えるアクチュエータを各別に多数設けた構成が開示されている。
また、各ポンチの間隔がポンチの位置によって異なっており、各ポンチの断面形状は円形で、アクチュエータとして油圧シリンダを使用した構成が開示されている。

また、特許文献２に開示されているようなプレス金型も提案されている。このプレス金型は、三次元曲面を有する羽根の成形に使用されるプレス金型であって、上記特許文献１と同様、ワークの上下両面側に対向するように多数のポンチ群を配置し、各ポンチごとに角ネジスクリューによる高さ調整手段を設けた構成が開示されている。
また、各ポンチの間隔は、各ポンチを支持しているフレームによって設定されており、各ポンチの形状は先端に球形状の頭部を備えた円柱形状のものが採用されている。また、上記高さ調整手段としては、手動式のものが採用されており、ワークのプレス成形手段として油圧プレスによるものが開示されている。

特開平８−９０１００号公報 特開平１−９５８２９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているプレス金型は、各ポンチの高さを調整する手段を各ポンチごと各別に設けており、各ポンチの高さ調整を手動やアクチュエータによる送りネジ機構によって行っており、ポンチの数が多数に及べば、ポンチの高さ調整に要する労力が大きくなり、ポンチの高さ調整に要する時間も長くなってしまう。また、各ポンチに加工力を与えるワークのプレス成形手段としては油圧シリンダや送りネジ機構を使用しており、該油圧シリンダや送りネジ機構は駆動するポンチの数だけ必要になり、ポンチの数が多数に及べば、油圧シリンダや送りネジ機構の設置コストが増えてプレス金型全体の製作コストも増大してしまう。

また、特許文献２では、各ポンチの高さ調整を手動によって行っており、ポンチの数が多数に及べば、ポンチの高さ調整に要する労力が大きくなり、ポンチの高さ調整に要する時間も長くなってしまう。
また、特許文献１、２は、共に円形断面のポンチを使用しており、特許文献１において間隔を広くして配置されるポンチについては、別途ポンチの支持手段が必要になる。また、特許文献２のポンチについては、すべてのポンチにポンチの支持手段が必要になる。そして、ポンチの支持手段を多く設けるとプレス金型の大型化を招き、コンパクトなプレス金型の設計が困難になる。

本発明はこのような点に基づいてなされたもので、その目的とするところは、コンパクトなプレス金型の設計が可能で、プレス金型の製作コストを低く抑えることができ、ポンチの高さ調整を効率良く高い精度で実行して種々の形状の三次元曲面に対応し得る繰り返し使用が可能な曲面成形機用プレス金型と、該プレス金型を使用することによって実行される曲面成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するべく本発明の請求項１による曲面成形機用プレス金型は、成形面の形状を自在に変化させ、種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な曲面成形機用プレス金型において、ヘッドを成形面の形状に配置することによりワークを所定形状の三次元曲面を有する被成形品に成形する、平面二次元方向に整列配置された複数本のポンチと、上記各ポンチの基端部に設けられる雌ネジ部に螺合するネジ軸と該ネジ軸の軸方向に延びる、上記ネジ軸と一体の回転従動軸とを備える送りネジと、上記各回転従動軸に対して設けられ、該回転従動軸への動力の伝達と解除を切り替えるクラッチと、上記すべての送りネジの回転従動軸を駆動するための駆動力を生起する単一の駆動モータと、上記駆動モータの出力軸の回転を最初に動力が伝達される第１回転従動軸に伝達する第１回転伝達機構と、上記第１回転従動軸に伝達された回転を後続の複数本の回転従動軸に伝達する第２回転伝達機構と、上記各回転従動軸の回転を上記ポンチの軸方向の移動に変換するためにポンチの軸回りの回転を規制する回り止め機構と、を具備していることを特徴とするものである。

また、請求項２による曲面成形機用プレス金型は、請求項１記載の曲面成形機用プレス金型において、上記複数本のポンチは、軸方向がすべて平行で幅方向と奥行き方向に等間隔のマトリックス状に整列配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項３による曲面成形機用プレス金型は、請求項１または２記載の曲面成形機用プレス金型において、上記クラッチは、電磁クラッチであり、各々のクラッチの断接タイミングを制御することによって各ポンチの突出量を設定する制御装置を具備していることを特徴とするものである。

また、請求項４による曲面成形機用プレス金型、請求項１〜３記載のいずれかに記載の曲面成形機用プレス金型において、上記第１回転伝達機構は、上記駆動モータの出力軸に取り付けられる駆動ギアと、上記駆動ギアに噛合する第１中間ギアと、上記第１中間ギアと噛合し、上記第１回転従動軸に対して上記クラッチを介して接続される第１従動ギアと、を備えることによって構成されており、各ポンチに作用した荷重が駆動モータの出力軸に影響を与えない配置で設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項５による曲面成形機用プレス金型は、請求項４記載の曲面成形機用プレス金型において、上記第２回転伝達機構は、上記後続の回転従動軸に対して上記クラッチを介して接続される複数の第２従動ギアと、隣接する上記第１従動ギアと第２従動ギアとの間、または隣接する第２従動ギア間に配置されて、これらのギアと噛合する複数の第２中間ギアと、を備えることによって構成されており、各ポンチに作用した荷重が隣接する他の回転従動軸に影響を与えない配置で設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項６による曲面成形機用プレス金型は、請求項１〜５のいずれかに記載の曲面成形機用プレス金型において、上記回り止め機構は、上記整列配置された複数本のポンチを隣接するもの同士、互いに接触した状態で配置すると共に、これらのポンチを囲むように最外周に位置するポンチと接触する支持フレームを配置し、更にポンチの断面形状を、接触する他のポンチまたは支持フレームと接触ないし係合させることでポンチの回転が規制される回転規制形状に形成することによって構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７による曲面成形方法は、成形面の形状を自在に変化させ、種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な曲面成形機用プレス金型を使用することによって実行される曲面成形方法において、被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力工程と、入力した三次元曲面形状データに基づいて各位置のポンチの目標突出量を求め、各位置のポンチの目標突出量に基づいて各クラッチの断接のタイミングを設定するデータ処理工程と、上記設定した断接のタイミングで各クラッチの断接を実際に実行して各ポンチの移動と停止を切り替えることによって各ポンチの実際の突出量を上記目標突出量に一致させて成形面を形成する金型設定工程と、上記成形面が完成した曲面成形機用プレス金型をワークに押し当てることによって、当該成形面に対応した三次元曲面形状を有する被成形品を成形する曲面成形工程と、を備えていることを特徴とするものである。

上記手段によって以下のような効果が得られる。即ち、本発明の曲面成形機用プレス金型によると、送りネジを駆動する駆動モータを１基のみ設け、各送りネジへの動力の伝達と解除を切り替えるクラッチを各ポンチごと各別に設ける構成を採用しているから、各ポンチごとに駆動モータを設ける構成に比べてプレス金型の製作コストを大幅に削減することができ、プレス金型の小型、軽量化にも寄与し得る。

また、駆動モータの出力軸の回転を第１回転従動軸に伝達する第１回転伝達機構と、該第１回転従動軸に伝達された回転を後続の複数本の回転従動軸に一挙に伝達する第２回転伝達機構と、を備えているから、単一の駆動モータの出力軸の回転は、上記第１回転伝達機構と第２回転伝達機構を介してすべての回転従動軸に同時に伝達されて各ポンチを同時に突出させたり退避させることが可能になる。そして、各回転従動軸に対して設けられるクラッチの断接を個別に切り替えることによって各ポンチの突出量を個別に制御することが可能になる。

また、上記複数本のポンチを、軸方向がすべて平行で幅方向と奥行き方向に等間隔のマトリックス状に整列配置した場合には、各ポンチが位置する平面二次元方向の座標と各ポンチの突出量とによって、被成形品の三次元曲面形状に対応した成形面が各ポンチとワークの接点を通る曲面として生成される。そして上記構成によって各ポンチの突出量の調整が容易かつ正確に実行されるようになる。

また、上記クラッチを電磁クラッチとし、各々のクラッチの断接タイミングを制御する制御装置を具備している場合には、複数のクラッチの断接タイミングの調整を自動的に一度に行うことが可能になる。これにより、複数本設けられるポンチの突出量の設定に要する労力の低減と設定時間の大幅な短縮とを図ることが可能になる。

また、第１回転伝達機構を、駆動モータの出力軸に取り付けられた駆動ギアと、該駆動ギアに噛合する第１中間ギアと、該第１中間ギアと噛合し、第１回転従動軸に対してクラッチを介して接続される第１従動ギアと、を備えることによって構成した場合には、駆動モータの出力軸と同方向、同速度の回転を比較的簡単な構成によってロスなく正確に第１回転従動軸に伝達することが可能になる。
また、上記第１回転伝達機構が、各ポンチに作用した荷重が駆動モータの出力軸に影響を与えない配置で設けられている場合には、プレス成形時にポンチに作用した荷重が駆動モータの出力軸に伝達されることによって生ずる駆動モータとその支持部材における破損や変形等の不具合を防止することが可能になる。

また、第２回転伝達機構を、後続の回転従動軸に対してクラッチを介して接続される複数の第２従動ギアと、隣接する第１従動ギアと第２従動ギアとの間、または隣接する第２従動ギア間に配置されて、これらのギアと噛合する複数の第２中間ギアと、を備えることによって構成した場合には、駆動モータの出力軸の回転が最初に伝達される第１回転従動軸と同方向、同速度の回転をロスなく正確にすべての回転従動軸に一挙に伝達することが可能になる。
また、上記第２回転伝達機構が、各ポンチに作用した荷重が隣接する他の回転従動軸に影響を与えない配置で設けられている場合には、プレス成形時にポンチに作用した荷重が、他の回転従動軸に伝達されることによって生ずる回転従動軸とその支持部材における破損と変形等の不具合を未然に防止することが可能になる。

また、回り止め機構を、整列配置された複数本のポンチを隣接したもの同士、互いに接触させた状態で配置すると共に、これらのポンチを囲むように最外周に位置するポンチと接触する支持フレームを配置し、更にポンチの断面形状を回転規制形状に形成することによって構成した場合には、隣接するポンチ間と、最外周のポンチと支持フレームとの間に隙間が存在しないからコンパクトなプレス金型が設計でき、接触するポンチと支持フレームが支持部材として機能するから、プレス成形時にポンチに荷重がかかった場合のポンチの曲がりや座屈変形が防止される。
更に、上記ポンチ間とポンチと支持フレームとの接触及びポンチの断面形状を回転規制形状に形成したことに伴い、別途の回り止め機構を設ける必要がなく、ポンチの形状とポンチ及び支持フレームの配置構成のみによって実質的に回り止め機構を構成することができプレス金型の構造が簡単になる。

また、本発明の曲面成形方法によると、作業者が被成形品の三次元曲面形状データを入力するだけで、各ポンチの目標突出量が求まり、クラッチの断接のタイミングが決まって、それぞれのポンチを所定の突出位置まで移動させることが可能になる。
従って、駆動源をポンチごと設けなくてもクラッチの操作のみによってプレス金型の成形面を所定の三次元曲面形状に形成することが可能になる。

本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形機用プレス金型を示す正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形機用プレス金型を示す平面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形機用プレス金型を示す第１回転伝達機構と第２回転伝達機構の伝達経路に沿った縦断正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形機用プレス金型を示す縦断正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、第１回転伝達機構と第２回転伝達機構の伝達経路を拡大して示す平断面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、第１回転伝達機構と第２回転伝達機構の伝達経路を拡大して制御装置の関係を併せ示す縦断正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形機用プレス金型の使用時の状態の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形機用プレス金型を使用したプレス成形の様子の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、クラッチの断接タイミングとポンチの突出量の関係を段階的に示す説明図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形方法の各工程を示すブロック図である。

以下、図１〜図９に示す実施の形態を例にとって、本発明の曲面成形機用プレス金型の構成とその作動態様について最初に説明し、続いて図１０に示すブロック図に基づいて上記曲面成形機用プレス金型を使用することによって実行される本発明の曲面成形方法の構成を被成形品の成形の過程と併せて具体的に説明する。
（１）曲面成形機用プレス金型の構成（図１〜図７参照）
本発明の曲面成形機用プレス金型（以下、プレス金型ともいう）１は、成形面３の形状を自由に変化させて種々の形状の三次元曲面を有する被成形品Ｗを繰り返して成形することが可能な曲面成形機用プレス金型であって、三次元曲面を有するコンクリート型枠用の表面材や屋根材、壁材を含む金属製建材等を製作する場合に曲面成形機に取り付けて使用することが可能なプレス金型である。

具体的には、ヘッド５を成形面３の形状に配置することによりワークＷ０を所定形状の三次元曲面を有する被成形品Ｗに成形する、平面二次元方向Ｘ、Ｙに整列配置された複数本のポンチ７と、上記各ポンチ７の基端部に設けられる雌ネジ部９に螺合するネジ軸１１と該ネジ軸１１の軸方向Ｚに延びる、上記ネジ軸１１と一体の回転従動軸１３とを備える送りネジ１５と、上記各回転従動軸１３に対して設けられ、該回転従動軸１３への動力の伝達と解除を切り替えるクラッチ１７と、上記すべての送りネジ１５の回転従動軸１３を駆動するための駆動力を生起する単一の駆動モータ１９と、上記駆動モータ１９の出力軸の回転を最初に動力が伝達される第１回転従動軸１３Ａに伝達する第１回転伝達機構２１と、上記第１回転従動軸１３Ａに伝達された回転を後続の複数本の回転従動軸１３Ｂに伝達する第２回転伝達機構２３と、上記各回転従動軸１３の回転を上記ポンチ７の軸方向Ｚの移動に変換するためにポンチ７の軸回りの回転を規制する回り止め機構２５と、を具備することによって本発明の曲面成形機用プレス金型１は基本的に構成されている。
そして、本実施の形態では上記クラッチ１７として電磁クラッチが採用されており、各々のクラッチ１７の断接タイミングを制御することによって各ポンチの突出量Ｓを設定する制御装置２７が具備されている。

また、本発明のプレス金型１は、曲面成形機の取付けベース２９にボルト、ナットを使用して取り付けるベース板３１と支持台３３を介して上記ベース板３１の上方に設けられる支持板３５と、支持壁３６を介して上記支持板３５の上方に設けられる支持フレーム３７とを備える支持架台３９を備えており、該支持架台３９に対して上述したプレス金型１の基本的な構成部材が取り付けられ、支持されている。
尚、本実施の形態では上記ベース板３１と支持板３５は、幅が８５０ｍｍ、奥行きが７７０ｍｍ、厚さが３０ｍｍの金属製の矩形平板部材を一例として適用しており、上記支持フレーム３７は、外形幅が７７０ｍｍ、外形の奥行きが７７０ｍｍ、窓部の幅が６４０ｍｍ、窓部の奥行きが６４０ｍｍ、厚さが１２ｍｍの金属製の矩形平板枠状部材を一例として適用している。しかし、上記寸法は一例であり、該寸法に限らず成形する被成形品Ｗの大きさ等に対応して種々の寸法の支持架台３９が製作可能である。

ポンチ７は、角筒状の胴部４１の先端部に先端が球面状に加工された角柱状のヘッド５を取り付け、上記胴部４１の基端部に角ナット状の雌ネジ部９を取り付けた構造の押圧部材である。
そして、本実施の形態ではポンチ７は、胴部４１の外形が一例として一辺４０ｍmの略正方形状で、長さが約３００ｍｍの角筒状の部材によって構成されており、幅方向Ｘと奥行き方向Ｙにそれぞれ一例として１６本ずつ計２５６本のポンチ７を、軸方向Ｚがすべて平行で幅方向Ｘと奥行き方向Ｙに等間隔の図２に示すようなマトリックス状に整列配置された構成が一例として採用されている。尚、これらの寸法についても被成形品Ｗの大きさや曲面の起伏の大小等に応じて種々の寸法に調整することが可能である。

送りネジ１５は、上記ポンチ７を軸方向Ｚに移動させてポンチ７の突出量Ｓを調整する部材で、上述したように先端側にネジ軸１１、基端側に回転従動軸１３を軸心を一致させた状態で一体に配置した多段軸状の部材である。
ネジ軸１１は、上述したポンチ７の雌ネジ部９と螺合する雄ネジが外周部に形成された長さが一例として２００ｍｍ程度の軸部材であり、該ネジ軸１１の基端面には、太径部１３ａ、中径部１３ｂ、細径部１３ｃを備える回転従動軸１３が延長形成されている。尚、上記ネジ軸１１の径と長さは、上記ポンチ７の径と長さに対応して適宜調整することが可能である。

また、上記回転従動軸１３の太径部１３ａには、軸受ケース４３によって保持された一例としてニードルベアリングによって構成されるベアリング４５が外嵌され、カラー４７を介して上記太径部１３ａの下部に形成されている雄ネジ部と螺合するナット４９によってベアリング４５は取り付けられている。
また、回転従動軸１３の中径部１３ｂには、一例としてボールベアリングによって構成されるギアベアリング５１が外嵌されており、該ギアベアリング５１を介して後述する第１従動ギア５３Ａまたは第２従動ギア５３Ｂが自由回転可能な状態で取り付けられている。
また、回転従動軸１３の細径部１３ｃには、クラッチ１７のロータ１７ｂがキー５５を使用して取り付けられている。

クラッチ１７としては、クラッチ１７の断接タイミングを電気信号によって高精度に制御できる電磁クラッチが適用でき、本実施の形態では常時ＯＦＦで給電時にＯＮになるように設定した三木プーリ株式会社製造販売のマイクロ励磁作動形クラッチを一例として使用した。
クラッチ１７は、ステータ１７ａとロータ１７ｂとアーマチュア１７ｃとを備えており、ステータ１７ａは、上記ベース板３１の上面側のポンチ７の設置部位に取り付けられる基準ピン５７によって位置決めされた状態で取付けネジ５９によってベース板３１に取り付けられている。また、ロータ１７ｂは、上述したようにキー５５によって送りネジ１５の回転従動軸１３における細径部１３ｃに固定されている。更に、アーマチュア１７ｃは、上述した従動ギア５３の下面に皿ネジ等を使用して取り付けられている。

駆動モータ１９としては、上述した複数本の送りネジ１５を同時に駆動できるトルクを有し、出力軸の回転角度を高精度に制御できる分解能を有するサーボモータ等が適用でき、本実施の形態では、一例として回転数が５６００ｒｐｍ、減速比が１／１６０、最大トルクが２２９Ｎ・ｍ、許容連続トルクが８１Ｎ・ｍ、出力軸分解能が２０９７１５２０パルス／回転のサーボモータを使用した。
尚、駆動する送りネジ１５の径や送りネジ１５の数等に対応してトルクや分解能が違う他のタイプのモータを駆動モータ１９として使用することも勿論可能である。

第１回転伝達機構２１は、上記駆動モータ１９の出力軸に取り付けられる駆動ギア６１と、上記駆動ギア６１に噛合する第１中間ギア６３Ａと、上記第１中間ギア６３Ａと噛合し、上記第１回転従動軸１３Ａに対して上記クラッチ１７を介して接続される第１従動ギア５３Ａと、を備えることによって基本的に構成されている。
そして、上記第１回転伝達機構２１は、各ポンチ７に作用した荷重が駆動モータ１９の出力軸に影響を与えない配置、具体的には、図６に示すように駆動モータ１９の出力軸とポンチ７ないし送りネジ１５の軸方向Ｚとが平行であり、ポンチ７に作用した荷重が駆動モータ１９の出力軸に伝達されない配置で設けられている。

第２回転伝達機構２３は、上記第１回転従動軸１３Ａの後続の回転従動軸１３Ｂに対して上記クラッチ１７を介して接続される複数の第２従動ギア５３Ｂと、隣接する第１従動ギア５３Ａと第２従動ギア５３Ｂとの間、または隣接する第２従動ギア５３Ｂ間に配置されて、これらのギア５３Ａ、５３Ｂと噛合する複数の第２中間ギア６３Ｂと、を備えることによって基本的に構成されている。
そして、上記第２回転伝達機構２３は、各ポンチ７に作用した荷重が隣接する他の回転従動軸１３に影響を与えない配置、具体的には、図６に示すようにすべてのポンチ７ないし送りネジ１５の軸方向Ｚが平行であり、各ポンチ７に作用した荷重が当該部位の送りネジ１５を除く他の送りネジ１５に伝達されない配置で設けられている。

回り止め機構２５は、整列配置された複数本のポンチ７を隣接するもの同士、互いに接触した状態で配置すると共に、これらのポンチ７を囲むように最外周に位置するポンチ７と接触する上述した支持フレーム３７を配置し、更に、ポンチ７の断面形状を、接触する他のポンチ７または支持フレーム３７と接触ないし係合させることでポンチ７の回転が規制される回転規制形状に形成することによって構成されている。
尚、本実施の形態では、上述したようにポンチ７の外形の断面形状を正方形状にした回転規制形状を採用したが、回転規制形状としてはこの他、長方形状、四角形以外の多角形状、円の一部をカットしてＤ形断面や俵形断面にしたもの、外周面の一部に係合突起や係合溝を形成したもの等、種々の回転規制形状が採用可能である。

また、図６に併せて図示されているように、本実施の形態に係るプレス金型１には制御装置２７が具備されている。そして、該制御装置２７には、被成形品Ｗの三次元曲面形状データを入力するデータ入力部６７と、入力した三次元曲面形状データに基づいて各位置のポンチ７の目標突出量Ｓ０を求め、各位置のポンチ７の目標突出量Ｓ０に基づいて各クラッチ１７の断接のタイミングを設定するデータ処理部６９と、該データ処理部６９で設定したクラッチ１７の断接タイミング情報に基づいて各クラッチ１７の断接を行うための実行指令を出す実行指令部７１と、が一例として備えられている。
そして、上記実行指令部７１からの実行指令を受けて各クラッチ１７が各々の断接タイミングで断接を切り替えることによって、各位置のポンチ７はそれぞれ所定の突出量Ｓになるまで移動して成形面３を形成する。

（２）曲面成形機用プレス金型の成形面形成態様（図５〜図９参照）
次に、本発明の曲面成形機用プレス金型１の成形面３の形成態様をポンチ７の（ａ）突出時と（ｂ）退避時に分けて具体的に説明する。
尚、プレス成形の態様としては、本発明のプレス金型１を図８に示すように下型として使用し、該下型の上方においてチャック７３によってワークＷ０を水平に支持しておき、上方のワークＷ０を下降させて本発明のプレス金型１に押し当てたり、上方のワークＷ０に向けて下方のプレス金型１を上昇させて押し当てることによって被成形品Ｗを所定の三次元曲面形状に成形する態様が一例として適用可能である。

（ａ）突出時
曲面成形機の電源スイッチをＯＮ状態にし駆動モータ１９を駆動させると、駆動モータ１９の出力軸が回転を始めクラッチ１７はＯＦＦ状態からＯＮ状態になって駆動モータ１９の出力軸の回転は、第１回転伝達機構２１の駆動ギア６１、第１中間ギア６３Ａ、第１従動ギア５３Ａ、クラッチ１７、第１回転従動軸１３Ａと伝達されて１本目の送りネジ１５Ａを駆動モータ１９の出力軸の回転と同じ所定の方向に回転させる。
また、第１回転伝達機構２１の第１従動ギア５３Ａが回転すると、該第１従動ギア５３Ａの回転は、第２回転伝達機構２３を構成する第２中間ギア６３Ｂ、第２従動ギア５３Ｂ、クラッチ１７、第２回転従動軸１３Ｂと伝達されて後続の送りネジ１５Ｂを１本目の送りネジ１５Ａの回転と同じ所定の方向に回転させる。

従って、上記１本目の送りネジ１５Ａと螺合する１本目のポンチ７Ａと、上記後続の送りネジ１５Ｂと螺合する後続のポンチ７Ｂは、図９（ａ）に示す退避位置Ｑから同時に上昇する。図９（ｂ）に示すように目標突出量Ｓ０が最も低い突出位置Ｐ１にポンチ７が到達すると、当該目標突出量Ｓ０のポンチ７と螺合している送りネジ１５に取り付けられているクラッチ１７がＯＦＦ状態となり、図９（ｃ）に示すように当該位置のポンチ７の上昇は停止され、その突出量がＳ１となるが、他のポンチ７の上昇は継続される。

また、図９（ｃ）に示すように目標突出量Ｓ０が２番目に低い突出位置Ｐ２に上昇中のポンチ７が到達すると、当該目標突出量Ｓ０のポンチ７と螺合している送りネジ１５に取り付けられているクラッチ１７がＯＦＦ状態となり、図９（ｄ）に示すように当該位置のポンチ７の上昇は停止され、その突出量がＳ２となるが、上昇中の残りのポンチ７の上昇は継続される。
更に、図９（ｄ）に示すように目標突出量Ｓ０が３番目に低い突出位置Ｐ３に上昇中のポンチ７が到達すると、当該目標突出量Ｓ０のポンチ７と螺合している送りネジ１５に取り付けられているクラッチ１７がＯＦＦ状態となり、当該位置のポンチ７の上昇は停止され、その突出量がＳ３となるが、上昇中の残りのポンチ７の上昇は継続される。

以下、同様の作動態様が繰り返され、目標突出量Ｓ０が最も高い突出位置Ｐｎに最後に残ったポンチ７が到達すると、すべてのポンチ７がそれぞれの突出位置Ｐに到達し、ワークＷ０とのそれぞれの接点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、…Ｏｎを通る曲面が成形面３となって、所定の三次元曲面形状の被成形品Ｗに成形し得る形状になり、駆動モータ１９の回転を停止させる。
尚、上記接点Ｏの位置は、必ずしもポンチ７の軸中心に常時、位置する訳ではなく、成形面３の曲率の変化等によって図９（ｄ）に示すように幾分、前後左右のずれた位置に移動する。

（ｂ）退避時
駆動モータ１９を駆動して、駆動モータ１９の出力軸を上記突出時と反対の方向に回転させると、クラッチ１７はＯＦＦ状態からＯＮ状態になって、駆動モータ１９の出力軸の回転は、第１回転伝達機構２１、第２回転伝達機構２３及びクラッチ１７を介してすべての送りネジ１５に伝達され、すべてのポンチ７を同時に下降させる。
突出位置Ｐが最も低いポンチ７が退避位置Ｑに到達すると、当該ポンチ７と螺合している送りネジ１５に取り付けられているクラッチ１７がＯＦＦ状態になり、当該ポンチ７の下降は停止されるが、他のポンチ７の下降は継続される。
以下、同様の作動態様が繰り返され、すべてのポンチ７が退避位置Ｑに到達したところで駆動モータ１９の回転を停止させる。

（３）曲面成形方法の構成（図１０参照）
本発明の曲面成形方法は、上述した本発明の曲面成形機用プレス金型１を使用することによって実行される三次元曲面Ｗを有する被成形品Ｗの成形方法である。
具体的には、（ａ）データ入力工程と、（ｂ）データ処理工程と、（ｃ）金型設定工程と、‘ｄ）曲面成形工程と、を備えることによって本発明の曲面成形方法は基本的に構成されている。以下、これらの工程を、被成形品Ｗの成形の過程と併せて具体的に説明する。

（ａ）データ入力工程
データ入力工程は、被成形品Ｗの三次元曲面形状データを入力する工程である。三次元曲面形状データはＣＡＤデータ等を利用することが可能であり、現物や木型、サンプル等がある場合には、これらから計測して三次元曲面形状データを抽出することも可能である。

（ｂ）データ処理工程
データ処理工程は、入力した三次元曲面形状データに基づいて各位置のポンチ７の目標突出量Ｓ０を求め、各位置のポンチ７の目標突出量Ｓ０に基づいて各クラッチ１７の断接のタイミングを設定する工程である。
具体的には、駆動モータ１９のパルス信号から各クラッチ１７の断接タイミングを割り出し、各ポンチ７の実際の突出量Ｓがそれぞれの目標突出量Ｓ０になるようにクラッチ１７の断接のタイミングを設定する。

（ｃ）金型設定工程
金型設定工程は、上記設定した断接のタイミングで各クラッチの断接を実際に実行して各ポンチ７の移動と停止を切り替えることによって各ポンチ７の実際の突出量Ｓを上記目標突出量Ｓ０に一致させて成形面３を形成する工程である。
具体的には、上記（２）の曲面成形機用プレス金型の作動態様における（ａ）突出時の作動態様を実行して、すべてのポンチ７を所定の突出位置Ｐに移動させてワークＷ０との接点Ｏを通る曲面を形成して成形面３を完成させる。

（ｄ）曲面成形工程
曲面成形工程は、上記成形面３が完成した曲面成形機用プレス金型１とワークＷ０とを相対的に押し当てることによって、当該成形面３に対応した三次元曲面形状を有する被成形品Ｗを成形する工程である。
具体的には、図８に示すチャック７３によって水平に支持されたワークＷ０を下降させて下方のプレス金型１に対して押し当てたり、下方のプレス金型１を上昇させて上方のワークＷ０に対して押し当てることによってプレス成形を実行して所定の三次元曲面形状を有する被成形品Ｗを成形する。

そして、このようにして構成される本発明の曲面成形機用プレス金型１と該プレス金型１を使用した曲面成形方法によれば、コンパクトなプレス金型１の設計が可能になり、プレス金型１の製作コストを低く抑えることができるようになる。
また、ポンチ７の高さ調整を効率良く高い精度で実行して作業者の労力の軽減と作業時間の短縮を図ることが可能になる。そして、種々の形状の三次元曲面に対応し得る繰り返し使用が可能な利用価値の高い曲面成形機用プレス金型１と曲面成形方法を提供することが可能になる。

尚、本発明の曲面成形機用プレス金型１と該プレス金型１を使用した曲面成形方法は、上述した実施の形態のものに限定されず、その発明の要旨内での変更が可能である。
例えば、本発明の曲面成形機用プレス金型１をワークＷ０の上下に対向するように二組配置し、上下からポンチ７を突出させて三次元曲面形状に被成形品Ｗを成形するようにすることが可能である。また、上記実施の形態とは逆に本発明の曲面成形機用プレス金型１を上型として使用して、下方に水平に配置したワークＷ０に向けてプレス金型１を下降させて押し当てたり、下方のワークＷ０を上昇させて上方のプレス金型１に押し当てることによって三次元曲面形状に被成形品Ｗを成形することも可能である。
また、本発明のプレス金型１は単独で使用する他、被成形品Ｗが大きい場合に複数組のプレス金型１を組み合わせて使用することが可能である。
［産業上の利用可能性］

本発明の曲面成形機用プレス金型及び該プレス金型を使用した曲面成形方法は、三次元曲面を有するコンクリート型枠用の表面材や金属製建材等を製作する現場で利用でき、特にコンパクトなプレス金型の設計が可能でプレス金型の製作コストを低く抑え、効率良く、高い精度で三次元曲面形状を有する被成形品を成形したい場合に利用可能性を有する。

１ プレス金型（曲面成形機用プレス金型）
３ 成形面
５ ヘッド
７ ポンチ
７Ａ １本目のポンチ
７Ｂ 後続のポンチ
９ 雌ネジ部
１１ ネジ軸
１３ 回転従動軸
１３Ａ 第１回転従動軸
１３Ｂ 複数本の回転従動軸
１３ａ 太径部
１３ｂ 中径部
１３ｃ 細径部
１５ 送りネジ
１７ クラッチ
１７ａ ステータ
１７ｂ ロータ
１７ｃ アーマチュア
１９ 駆動モータ
２１ 第１回転伝達機構
２３ 第２回転伝達機構
２５ 回り止め機構
２７ 制御装置
２９ 取付けベース
３１ ベース板
３３ 支持台
３５ 支持板
３６ 支持壁
３７ 支持フレーム
３９ 支持架台
４１ 胴部
４３ 軸受ケース
４５ ベアリング
４７ カラー
４９ ナット
５１ ギアベアリング
５３ 従動ギア
５３Ａ 第１従動ギア
５３Ｂ 第２従動ギア
５５ キー
５７ 基準ピン
５９ 取付けネジ
６１ 駆動ギア
６３ 中間ギア
６７ データ入力部
６９ データ処理部
７１ 実行指令部
７３ チャック
Ｗ０ ワーク
Ｗ 被成形品
Ｘ 幅方向
Ｙ 奥行き方向
Ｘ、Ｙ 平面二次元方向
Ｚ 軸方向
Ｓ 突出量
Ｓ０ 目標突出量
Ｑ 退避位置
Ｐ 突出位置
Ｏ 接点

Claims (7)

1. 成形面の形状を自在に変化させ、種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な曲面成形機用プレス金型において、
   ヘッドを成形面の形状に配置することによりワークを所定形状の三次元曲面を有する被成形品に成形する、平面二次元方向に整列配置された複数本のポンチと、
   上記各ポンチの基端部に設けられる雌ネジ部に螺合するネジ軸と該ネジ軸の軸方向に延びる、上記ネジ軸と一体の回転従動軸とを備える送りネジと、
   上記各回転従動軸に対して設けられ、該回転従動軸への動力の伝達と解除を切り替えるクラッチと、
   上記すべての送りネジの回転従動軸を駆動するための駆動力を生起する単一の駆動モータと、
   上記駆動モータの出力軸の回転を最初に動力が伝達される第１回転従動軸に伝達する第１回転伝達機構と、
   上記第１回転従動軸に伝達された回転を後続の複数本の回転従動軸に伝達する第２回転伝達機構と、
   上記各回転従動軸の回転を上記ポンチの軸方向の移動に変換するためにポンチの軸回りの回転を規制する回り止め機構と、を具備していることを特徴とする曲面成形機用プレス金型。
2. 上記複数本のポンチは、軸方向がすべて平行で幅方向と奥行き方向に等間隔のマトリックス状に整列配置されていることを特徴とする請求項１記載の曲面成形機用プレス金型。
3. 上記クラッチは、電磁クラッチであり、各々のクラッチの断接タイミングを制御することによって各ポンチの突出量を設定する制御装置を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の曲面成形機用プレス金型。
4. 上記第１回転伝達機構は、上記駆動モータの出力軸に取り付けられる駆動ギアと、
   上記駆動ギアに噛合する第１中間ギアと、
   上記第１中間ギアと噛合し、上記第１回転従動軸に対して上記クラッチを介して接続される第１従動ギアと、を備えることによって構成されており、
   各ポンチに作用した荷重が駆動モータの出力軸に影響を与えない配置で設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の曲面成形機用プレス金型。
5. 上記第２回転伝達機構は、上記後続の回転従動軸に対して上記クラッチを介して接続される複数の第２従動ギアと、
   隣接する上記第１従動ギアと第２従動ギアとの間、または隣接する第２従動ギア間に配置されて、これらのギアと噛合する複数の第２中間ギアと、を備えることによって構成されており、
   各ポンチに作用した荷重が隣接する他の回転従動軸に影響を与えない配置で設けられていることを特徴とする請求項４記載の曲面成形機用プレス金型。
6. 上記回り止め機構は、上記整列配置された複数本のポンチを隣接するもの同士、互いに接触した状態で配置すると共に、これらのポンチを囲むように最外周に位置するポンチと接触する支持フレームを配置し、更にポンチの断面形状を、接触する他のポンチまたは支持フレームと接触ないし係合させることでポンチの回転が規制される回転規制形状に形成することによって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の曲面成形機用プレス金型。
7. 成形面の形状を自在に変化させ、種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な曲面成形機用プレス金型を使用することによって実行される曲面成形方法において、
   被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力工程と、
   入力した三次元曲面形状データに基づいて各位置のポンチの目標突出量を求め、各位置のポンチの目標突出量に基づいて各クラッチの断接のタイミングを設定するデータ処理工程と、
   上記設定した断接のタイミングで各クラッチの断接を実際に実行して各ポンチの移動と停止を切り替えることによって各ポンチの実際の突出量を上記目標突出量に一致させて成形面を形成する金型設定工程と、
   上記成形面が完成した曲面成形機用プレス金型をワークに押し当てることによって、当該成形面に対応した三次元曲面形状を有する被成形品を成形する曲面成形工程と、を備えていることを特徴とする曲面成形方法。

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