JP2019100786A - ポンチング装置及びポンチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の力加減や習熟度等に関係なく穴径の均一化を図ることができる、ポンチング装置及びポンチング方法を提供する。【解決手段】ポンチング装置１は、穿孔対象物Ｍの上に配置されポンチＰを挿入可能な貫通孔を備えたポンチ位置決め治具２と、ポンチ位置決め治具２の上に貫通孔を内包するように配置されたガイド筒３と、ガイド筒３の上方から内部に落下される錘４と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンチング装置及びポンチング方法に関し、特に、穴径の均一化を図るためのポンチング装置及びポンチング方法に関する。

材料の疲労特性に及ぼす多軸負荷の影響を把握するために、単軸負荷と多軸負荷の疲労試験を実施し、それらの結果を比較する必要がある。多軸強度研究に用いられる試験手法には複数の手法があり、試験片の形状や試験手法により実現できる多軸状態が異なる。この中で、薄肉円筒試験片を用いた引張・圧縮と繰返し捩りを負荷する試験は、最も多く採用されている方法である。

この薄肉円筒試験片を用いた試験手法では、試験片の板厚を薄くすることで、標点部の応力やひずみの勾配が小さくなり、高精度な試験を実施することができる。円筒型試験片でのひずみ計測方法としては、レバー式の伸び計がよく用いられる。レバー式の伸び計の取り付けには、捩り負荷による伸び計の先端のずれを防ぐ必要があるため、試験片の表面にくぼみを形成することがある。

しかしながら、ポンチでくぼみを形成する場合には、試験片の板厚が薄いため、試験片を破損させるおそれがある。そこで、特許文献１に記載された発明では、試験片の中空部に中子を挿入し、ポンチを挿入するための貫通孔が形成された上蓋を有する治具を使用して試験片にくぼみを形成することが提案されている。

特開２０１１−０９９８３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、上蓋の貫通孔に挿入されたポンチを作業者がハンマー等の工具を用いて叩くことによりくぼみを形成している。したがって、作業者の力加減や習熟度等により、くぼみの穴径にばらつきが生じるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、作業者の力加減や習熟度等に関係なく穴径の均一化を図ることができる、ポンチング装置及びポンチング方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、穿孔対象物の上に配置されポンチを挿入可能な貫通孔を備えたポンチ位置決め治具と、該ポンチ位置決め治具の上に前記貫通孔を内包するように配置されるガイド筒と、該ガイド筒の上方から内部に落下される錘と、を備えたことを特徴とするポンチング装置が提供される。

前記ガイド筒は、前記錘の落下高さを設定するストッパを備えていてもよい。また、前記ガイド筒は、側面に延伸方向に沿って配置され、前記ストッパを挿通可能な複数の挿通孔を備えていてもよい。

前記ガイド筒は、前記ポンチの姿勢を調整する姿勢調整手段を備えていてもよい。また、前記ガイド筒は、側面に前記ポンチを視認可能な開口部を備えていてもよい。

前記穿孔対象物は、例えば、疲労試験用の試験片である。

また、本発明によれば、穿孔対象物の上にポンチを挿入可能な貫通孔を備えたポンチ位置決め治具を配置する治具設置工程と、前記貫通孔にポンチを挿入するポンチ設置工程と、前記ポンチ位置決め治具の上に前記ポンチを内包するようにガイド筒を配置するガイド筒設置工程と、前記ガイド筒の上方から内部に錘を落下させる錘落下工程と、を含むことを特徴とするポンチング方法が提供される。

前記ポンチング方法は、前記錘落下工程の前に前記錘の重量及び落下高さを設定する錘調整工程を含んでいてもよい。

また、前記ポンチング方法は、前記ガイド筒設置工程の後に前記ポンチの姿勢を調整する姿勢調整工程を含んでいてもよい。

上述した本発明に係るポンチング装置及びポンチング方法によれば、ポンチ位置決め治具に設置したポンチの上方から錘を自由落下させることにより、ポンチに衝撃を与えて穿孔対象物にくぼみや貫通孔を形成することができる。したがって、錘の重量や落下高さを調整することにより、誰が操作しても所定の荷重をポンチに付加することができ、作業者の力加減や習熟度等に関係なく穴径の均一化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るポンチング装置を示す断面図である。 ポンチ位置決め治具を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ矢視図、である。 ガイド筒を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、である。 ガイド筒の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、を示している。 本発明の一実施形態に係るポンチング方法を示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係るポンチング装置を示す断面図である。図２は、ポンチ位置決め治具を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ矢視図、である。図３は、ガイド筒を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、である。

本発明の一実施形態に係るポンチング装置１は、図１に示したように、穿孔対象物Ｍの上に配置されポンチＰを挿入可能な貫通孔２１を備えたポンチ位置決め治具２と、ポンチ位置決め治具２の上に貫通孔２１を内包するように配置されるガイド筒３と、ガイド筒３の上方から内部に落下される錘４と、を備えている。

穿孔対象物Ｍは、例えば、疲労試験用の薄肉円筒試験片である。かかる試験片は、中間部に配置された薄肉円筒部と、薄肉円筒部の両側に配置された円形のフランジ部と、を備えている。この薄肉円筒試験片では、薄肉円筒部の表面に伸び計の先端を配置するくぼみが形成される。

なお、穿孔対象物Ｍは、薄肉円筒試験片に限定されるものではなく、表面にくぼみ（穴）や貫通孔を形成したい部品の全てを含むものである。例えば、穿孔対象物Ｍは、平板形状の部品であってもよいし、複雑な三次元形状を有する部品であってもよい。また、本明細書において、「穿孔」とは、くぼみ（穴）及び貫通孔の両方を含むものとする。

ポンチング装置１は、図１に示したように、床面に配置されたポンチ台５の上に載置される。ポンチ台５は、ポンチング時における衝撃を吸収する部品であり、樹脂製であってもよいし金属製であってもよい。なお、ポンチ台５は、必要に応じて省略することができる。

穿孔対象物Ｍは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、ポンチ台５上に配置された台座６に配置される。台座６は、穿孔対象物Ｍを位置決めする部品である。本実施形態では、穿孔対象物Ｍは円形状の外形を有しているため、台座６は穿孔対象物Ｍの転動を防止するためのＶ字形状の溝６１を有している。台座６は、穿孔対象物Ｍの形状によって任意に変更可能である。例えば、台座６は、穿孔対象物Ｍの外形の全体を収容する凹部を有していてもよいし、ブラケット等の別の部品を用いて穿孔対象物Ｍを台座６に固定するようにしてもよい。

ポンチ位置決め治具２は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、台座６に載置された穿孔対象物Ｍの上に配置される天板部２２と、天板部２２を支持する複数の脚部２３と、を有している。脚部２３は、例えば、ポンチ台５上に配置される四本の柱状部材によって構成される。脚部２３は、ポンチ位置決め治具２と台座６との相対移動を抑制するために、ボルト等の締結具によって台座６に固定されていてもよい。

天板部２２には、ポンチＰを挿入可能な径を有する貫通孔２１が形成されている。天板部２２は、例えば、ボルト等の締結具によって脚部２３に固定される。このとき、天板部２２は、穿孔対象物Ｍに当接した状態であってもよいし、離間した状態であってもよい。また、天板部２２には、ガイド筒３の位置決めを行う凹部や凸部が形成されていてもよい。なお、天板部２２及び脚部２３は一体に形成されていてもよい。

貫通孔２１は、台座６に穿孔対象物Ｍを載置し、脚部２３を台座６に固定し、天板部２２を脚部２３に固定した状態で、穿孔対象物Ｍにくぼみ（穴）を形成したい箇所の鉛直線上に形成される。複数のくぼみ（穴）を形成する場合には、天板部２２に複数の貫通孔２１が形成されていてもよい。

ポンチＰは、例えば、先端が尖った又は丸みを帯びた棒状の工具である。ポンチＰは、形成したいくぼみ（穴）や貫通孔の形状に応じて任意に選択することができる。また、一般に、ポンチＰは、穿孔対象物Ｍよりも硬い材料により構成されているものを選択する。

また、ポンチＰは、ポンチ位置決め治具２の貫通孔２１に先端を挿入し、先端が穿孔対象物Ｍに当接した状態で起立した姿勢を維持できる形状を有している。例えば、穿孔対象物Ｍと天板部２２とが離れている場合には、ポンチＰは重心が高い形状であってもよいが、穿孔対象物Ｍと天板部２２とが近い場合（例えば、当接している場合）には、ポンチＰは重心が低い形状であることが好ましい。

ガイド筒３は、例えば、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示したように、略円筒形状を有する部品である。ガイド筒３は、ポンチ位置決め治具２の貫通孔２１にポンチＰを挿入した状態でポンチＰの上から被せられ、ポンチＰ（すなわち、貫通孔２１）を内包した状態でポンチ位置決め治具２の上に配置される。また、ガイド筒３は、ポンチ位置決め治具２の上面に載置したときに自立可能に構成されていてもよい。

なお、ガイド筒３は、ポンチ位置決め治具２の上面にボルト等の締結具を用いて固定するようにしてもよい。また、ガイド筒３は、外周が円形状に限定されるものではなく、矩形形状や楕円形状等であってもよい。また、ガイド筒３は、樹脂製であってもよいし、金属製であってもよい。

ガイド筒３は、例えば、図１に示したように、ポンチＰの姿勢を調整する姿勢調整手段３１を備えていてもよい。姿勢調整手段３１は、例えば、ガイド筒３の側面に形成されたネジ孔３１ａと、ネジ孔３１ａに挿通され螺合される三本のボルト３１ｂと、により構成される。

ポンチ位置決め治具２の貫通孔２１の径は、ポンチＰの径よりも大きく形成されているため、ポンチＰを貫通孔２１に挿入したときにポンチＰが僅かに傾くことがあり得る。この場合、ポンチＰの先端がくぼみ（穴）を形成したい位置から僅かにずれてしまうことが予想される。そこで、本実施形態では、ポンチＰの上部にボルト３１ｂの先端を当接させ、ポンチＰを略鉛直方向に沿うように姿勢を調整し、ポンチＰのずれを低減するようにしている。

姿勢調整手段３１は、ポンチＰの上端（後端）の水平方向の位置決めをする手段であることから、ポンチＰの側面の少なくとも三箇所に当接してポンチＰを拘束することができるように構成される。例えば、図３（ｃ）に示したように、ネジ孔３１ａは、ガイド筒３の側面に中心角１２０度の間隔で均等に形成される。

また、本実施形態では、ポンチＰに当接させる手段としてボルト３１ｂを使用しているが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、姿勢調整手段３１は、電動シリンダやエアシリンダ等の伸縮可能なロッドを有するものであってもよいし、単なる貫通孔に挿入可能なピンであってもよい。ただし、姿勢調整手段３１は、ポンチＰに錘４を落下する際に干渉しないこと及びポンチＰの鉛直方向の移動を阻害しないことが必要である。

また、ガイド筒３は、側面にポンチＰを視認可能な開口部３２を備えていてもよい。開口部３２は、姿勢調整手段３１によりポンチＰの姿勢を調整する際に使用する覗き窓である。開口部３２は、ポンチＰを視認可能な大きさであれば、矩形形状であってもよいし、円形状であってもよいし、長孔形状であってもよい。

なお、姿勢調整手段３１がない場合や、センサやカメラ等を用いてポンチＰの姿勢を把握することができる場合には、開口部３２を省略するようにしてもよい。

また、ガイド筒３は、錘４の落下高さを設定するストッパ３３と、側面に延伸方向に沿って配置されストッパ３３を挿通可能な複数の挿通孔３４と、を備えていてもよい。ストッパ３３は、例えば、挿通孔３４に挿通可能なピンである。なお、図１では、説明の便宜上、ストッパ３３を挿入する向きを水平面内で９０度だけ偏向した状態を図示している。

図１では、ストッパ３３をガイド筒３の対峙する側面の両方に貫通させて両端支持させているが、錘４が軽量な場合には、ガイド筒３の片方の側面のみに貫通させて片持ち支持状態となるようにストッパ３３を配置してもよい。ストッパ３３を両端支持する場合には、挿通孔３４は対峙する側面の同じ高さに同じ数だけ形成し、ストッパ３３を片持ち支持する場合には、挿通孔３４は側面の片側にのみ形成すればよい。

図３（ａ）に示したように、挿通孔３４は、ガイド筒３の延伸方向に所定の間隔（例えば、１０ｍｍ間隔）で離れている。したがって、ストッパ３３を挿入する位置に応じて、錘４の落下高さを任意に調整することができる。

また、挿通孔３４の形状は、ストッパ３３の形状に合わせて形成されるものであり、例えば、ストッパ３３がピン形状の場合には挿通孔３４は丸孔形状であってもよいし、ストッパ３３が平板形状の場合には挿通孔３４はスリット形状であってもよい。

なお、錘４の落下高さを設定する構成は、ストッパ３３及び挿通孔３４の組み合わせに限定されるものではなく、錘４の位置を一時的に保持し、ポンチング時に錘４を落下させることができれば他の構成であってもよい。

例えば、錘４の落下高さは、ガイド筒３の高さによって調整するようにしてもよい。ここで、図４は、ガイド筒の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、を示している。

図４（ａ）に示した第一変形例は、ガイド筒３の高さＨａを図１に示したガイド筒３よりも高くしたものである。また、図４（ｂ）に示した第二変形例は、ガイド筒３の高さＨｂを図１に示したガイド筒３よりも低くしたものである。

このように、錘４の落下高さをガイド筒３の高さによって調整した場合には、例えば、ストッパ３３及び挿通孔３４を省略し、手動によって錘４をガイド筒３の内部に挿入して落下させるようにしてもよい。

錘４は、ガイド筒３の内部に挿入され自由落下される部品である。図１に示したように、ガイド筒３にストッパ３３を挿通した状態で錘４はガイド筒３の内部に配置される。その後、ストッパ３３を挿通孔３４から引き抜くことにより、錘４をガイド筒３内で落下させる。錘４は、ガイド筒３に挿通可能な形状を有しており、例えば、円柱形状や直方体形状を有している。

錘４の重量は、穿孔対象物Ｍの硬さ、穿孔したいくぼみ（穴）の深さ、落下高さ等の条件によって任意に設定可能である。例えば、穿孔対象物Ｍが薄肉円筒試験片である場合において、錘４の落下高さが１００〜３００ｍｍ程度の場合には、錘４は、１００〜３００ｇ程度の重さで十分である。

上述した実施形態において、穿孔対象物Ｍに所定のくぼみ（穴）を形成するには、ポンチＰに与える荷重を予め設定しておく必要がある。すなわち、錘４を自由落下させてポンチＰに衝突させた際に、所定のくぼみ（穴）を形成可能な荷重をポンチＰに付加することができるように、錘４の重量及び落下高さを設定する。

例えば、穿孔対象物Ｍが疲労試験用の試験片である場合には、その材料特性が不明確な場合が多いことから、データ取得用の試験片を作成し、錘４の重量及び落下高さと形成される穴径との相関関係を予め求めておくようにするとよい。

次に、上述したポンチング装置１を用いたポンチング方法について説明する。ここで、図５は、本発明の一実施形態に係るポンチング方法を示すフロー図である。

本発明の一実施形態に係るポンチング方法は、台座６に穿孔対象物Ｍを配置する対象物配置工程Ｓ１と、穿孔対象物Ｍの上にポンチＰを挿入可能な貫通孔２１を備えたポンチ位置決め治具２を配置する治具設置工程Ｓ２と、貫通孔２１にポンチＰを挿入するポンチ設置工程Ｓ３と、ポンチ位置決め治具２の上にポンチＰを内包するようにガイド筒３を配置するガイド筒設置工程Ｓ４と、ポンチＰの姿勢を調整する姿勢調整工程Ｓ５と、錘４の重量及び落下高さを設定する錘調整工程Ｓ６と、ガイド筒３の上方から内部に錘４を落下させる錘落下工程Ｓ７と、を備えている。

対象物配置工程Ｓ１は、穿孔対象物Ｍの位置決めを行う工程である。具体的には、ポンチ台５の上に配置された台座６に穿孔対象物Ｍをポンチング時に動かないように載置又は固定する。

治具設置工程Ｓ２は、ポンチ位置決め治具２を台座６に配置する工程である。具体的には、脚部２３を台座６に固定し、天板部２２を脚部２３に固定する。このとき、天板部２２に形成された貫通孔２１が、穿孔対象物Ｍのくぼみ（穴）を形成したい箇所の鉛直線上に配置されるように天板部２２を固定する。

ポンチ設置工程Ｓ３は、ポンチ位置決め治具２にポンチＰを配置する工程である。具体的には、ポンチＰの先端を貫通孔２１に挿入し、ポンチＰの先端を穿孔対象物Ｍのくぼみ（穴）を形成したい箇所に当接させる。

ガイド筒設置工程Ｓ４は、ポンチＰを囲うようにガイド筒３を配置する工程である。具体的には、ガイド筒３の内部にポンチＰが位置するように、ガイド筒３の下端を天板部２２の上面に当接させて立たせる。

姿勢調整工程Ｓ５は、姿勢調整手段３１によりポンチＰの傾きを修正する工程である。具体的には、ガイド筒３の側面に形成されたネジ孔３１ａにボルト３１ｂを挿入し、螺合させながらボルト３１ｂの先端をポンチＰに当接させ、ポンチＰの姿勢を調整する。

錘調整工程Ｓ６は、所定の穴径を有するくぼみ（穴）を形成する際に必要な荷重をポンチＰに付加するための錘４の重量及び落下高さを設定する工程である。具体的には、穿孔対象物Ｍの種類と錘４の重量及び落下高さと穿孔される穴径との相関関係を予め求めておき、そのデータに基づいて錘４の重量及び落下高さを選択する。そして、設定した落下高さに合わせて、例えば、ストッパ３３をガイド筒３の側面に形成された挿通孔３４に挿通し、錘４をガイド筒３の内部に配置し、ストッパ３３に一時的に係止させる。

錘落下工程Ｓ７は、例えば、ストッパ３３を挿通孔３４から引き抜いて、錘４を自由落下（自然落下）させる工程である。このように、錘４をガイド筒３内で落下させると、錘４はポンチＰの上端に衝突し、所定の荷重がポンチＰに付加され、ポンチＰの先端が穿孔対象物Ｍの表面に食い込み、所定の穴径のくぼみ（穴）が形成される。

なお、本実施形態に係るポンチング方法では、図１に示した実施形態に係るポンチング装置１に基づいて説明しているが、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した変形例にも適用され得る。これらの変形例では、錘調整工程Ｓ６において、ガイド筒３の高さを変更することによって錘４の落下高さを設定する。また、錘落下工程Ｓ７では、作業者が錘４を手で掴んでガイド筒３内に移動させ、手を離すことによって落下させるようにしてもよい。

上述した本実施形態に係るポンチング装置１を用いたポンチング方法によれば、ポンチ位置決め治具２に設置したポンチＰの上方から錘４を自由落下させることにより、ポンチＰに衝撃を与えて穿孔対象物Ｍにくぼみ（穴）や貫通孔を形成することができる。したがって、錘４の重量や落下高さを調整することにより、誰が操作しても所定の荷重をポンチＰに付加することができ、作業者の力加減や習熟度等に関係なく穴径の均一化を図ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ ポンチング装置
２ ポンチ位置決め治具
３ ガイド筒
４ 錘
５ ポンチ台
６ 台座
２１ 貫通孔
２２ 天板部
２３ 脚部
３１ 姿勢調整手段
３１ａ ネジ孔
３１ｂ ボルト
３２ 開口部
３３ ストッパ
３４ 挿通孔
６１ 溝
Ｍ 穿孔対象物
Ｐ ポンチ
Ｓ１ 対象物配置工程
Ｓ２ 位置決め治具設置工程
Ｓ３ ポンチ設置工程
Ｓ４ ガイド筒設置工程
Ｓ５ 姿勢調整工程
Ｓ６ 錘調整工程
Ｓ７ 錘落下工程

Claims (9)

1. 穿孔対象物の上に配置されポンチを挿入可能な貫通孔を備えたポンチ位置決め治具と、
   該ポンチ位置決め治具の上に前記貫通孔を内包するように配置されるガイド筒と、
   該ガイド筒の上方から内部に落下される錘と、
   を備えたことを特徴とするポンチング装置。
2. 前記ガイド筒は、前記錘の落下高さを設定するストッパを備える、請求項１に記載のポンチング装置。
3. 前記ガイド筒は、側面に延伸方向に沿って配置され、前記ストッパを挿通可能な複数の挿通孔を備える、請求項２に記載のポンチング装置。
4. 前記ガイド筒は、前記ポンチの姿勢を調整する姿勢調整手段を備える、請求項１に記載のポンチング装置。
5. 前記ガイド筒は、側面に前記ポンチを視認可能な開口部を備える、請求項４に記載のポンチング装置。
6. 前記穿孔対象物は、疲労試験用の試験片である、請求項１に記載のポンチング装置。
7. 穿孔対象物の上にポンチを挿入可能な貫通孔を備えたポンチ位置決め治具を配置する治具設置工程と、
   前記貫通孔にポンチを挿入するポンチ設置工程と、
   前記ポンチ位置決め治具の上に前記ポンチを内包するようにガイド筒を配置するガイド筒設置工程と、
   前記ガイド筒の上方から内部に錘を落下させる錘落下工程と、
   を含むことを特徴とするポンチング方法。
8. 前記錘落下工程の前に前記錘の重量及び落下高さを設定する錘調整工程を含む、請求項１に記載のポンチング方法。
9. 前記ガイド筒設置工程の後に前記ポンチの姿勢を調整する姿勢調整工程を含む、請求項１に記載のポンチング方法。