JP2022002856A - プレス加工装置及び金属製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工程数でかつコストを低く抑えながら、抜き加工における抜き断面を高い角度精度で仕上げることができるプレス加工装置を提供する。【解決手段】パンチ１１１とダイ１１２とを用いて平板状の被加工金属板１０の一部（抜き落とし部分１１）を抜き落とす抜き加工に使用するプレス加工装置１００において、パンチ１１１が被加工金属板１０を押圧する際に、被加工金属板１０を湾曲した状態に弾性変形させる金属板湾曲手段（パンチ側凹面１１１ｂ１及びノックアウト側凸面１１４ｂ）を備えるようにした。これにより、パンチ１１１が被加工金属板１０を押圧した際に被加工金属板１０に生じる反りを相殺して、抜き断面を高い角度精度で仕上げることができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、パンチとダイとを用いて平板状の被加工金属板の一部を抜き落とす抜き加工に使用するプレス加工装置に関する。本発明はまた、このプレス加工装置を用いた金属製品の製造方法にも関する。

プレス加工装置を用いた金属加工の一つとして、パンチとダイとを用いて平板状の被加工金属板の一部を抜き落とす抜き加工が知られている。抜き加工としては、被加工金属板から抜き落とした側を製品として使用する場合（以下、この場合の製品を「抜き落とし製品」と呼ぶ。）と、抜き落とした後に残った側を製品として使用する場合（以下、この場合の製品を「穴抜き製品」と呼ぶ。）とがある。抜き加工は、高い生産効率を実現できる反面、抜き加工によって生じる断面（以下「抜き断面」という。）の角度精度を高めることが難しいという課題を有している。

すなわち、一般的な抜き加工においては、被加工金属板における抜き落とされる部分（以下「抜き落とし部分」という。）をパンチが押圧した際に、この抜き落とし部分に反りが生じ、被加工金属板におけるパンチ下面の周縁部に当接する部分では、被加工金属板の板厚方向に対して僅かに傾斜した方向からパンチが食い込むようになるために、製品の抜き断面（抜き落とし製品の外周面及び穴抜き製品の内周面）が被加工金属板の表面に対して垂直にならないことがある。

このため、抜き断面に高い角度精度が求められる場合には、抜き加工を終えた抜き断面を薄く削って整えるシェービング加工を追加で施すことがある。このような例としては、例えば、特許文献１に記載されたスラストプレートの製造方法が挙げられる。スラストプレート４６とは、同文献の図１に示されるように、スピンドルモーター１のシャフト１５に嵌合されて、シャフト１５と共に回転するドーナツ状の部材である。スラストプレート４６は、同文献の図２に示されるように、その内周面４９及び外周面５０が、上側スラスト面４７及び下側スラスト面４８に対して精度よく直角に形成されている必要がある。このため、同文献に記載の方法では、同文献の図３に記載されているように、抜き加工によって素材をドーナツ状に打ち抜いた後（同図（ａ）及び同文献の段落００３６，００３７を参照。）、打ち抜いたブランク材Ｂの内周面と外周面とを薄く削り取るシェービング加工（同図（ｄ）及び同文献の段落００３９〜００４４を参照。）を施している。これにより、内周面４９及び外周面５０を、上側スラスト面４７及び下側スラスト面４８に対して精度よく直角に形成することができるとしている。

また、他の方法として、ファインブランキングという特殊な抜き加工技術が知られている。このファインブランキングは、特許文献２の図６に示されるように、材料（被加工金属板）３における抜き落とし部分の周辺を、断面Ｖ字状の突起８を有する材料押え７で雌型（ダイ）１に対して非常に強い力で押さえつけた状態で、材料３における抜き落とし部分を、パンチ２とエジェクタ９とで強く挟みつけながら抜き落とす技術である。このファインブランキングを採用すれば、抜き落とし部分に反りが生じないようにすることができるため、シェービング加工等を追加で行わなくとも、抜き加工のみで高い角度精度を実現することができるとされている。

特開２００３−２７８７５９号公報 特開２００２−３２１０２２号公報

このように、シェービング加工を行うことや、ファインブランキングを採用することによっても、抜き断面を角度精度よく仕上げることは可能であるとされている。しかし、抜き加工を終えた後にシェービング加工も行うようにすると、工程数が増え、手間と時間がかかるという問題があった。また、歩留まりが悪くなるという問題もあった。一方、ファインブランキングを行うためには、専用のプレス機が必要であるため、コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、少ない工程数でかつコストを低く抑えながら、抜き断面を高い角度精度で仕上げることができるプレス加工装置を提供するものである。また、このプレス加工装置を用いた金属製品の製造方法を提供することも本発明の目的である。

上記課題は、
パンチとダイとを用いて平板状の被加工金属板の一部を抜き落とす抜き加工に使用するプレス加工装置であって、
パンチが被加工金属板を押圧する際に、被加工金属板を湾曲した状態に弾性変形させる金属板湾曲手段
を備えたことを特徴とするプレス加工装置
を提供することによって解決される。

本発明のプレス加工装置を用いることで、少ない工程数でかつコストを低く抑えながら、抜き断面を高い角度精度で仕上げることができる。この理由については、後で詳しく説明する。

本発明のプレス加工装置においては、パンチに対向する位置に設けられて、被加工金属板における抜き落とされる部分（抜き落とし部分）をパンチ側に向かって押さえるノックアウトを更に備えるとともに、金属板湾曲手段を、パンチにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたパンチ側凹面と、ノックアウトにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたノックアウト側凸面とで構成し、パンチ側凹面とノックアウト側凸面とで被加工金属板を挟むことにより、被加工金属板を湾曲させるようにすることができる。この構成は、後で詳しく説明するように、抜き落とし製品を製造する場合に採用すると好ましい。

また、本発明のプレス加工装置においては、ダイに対向する位置に設けられて、被加工金属板における抜き落とし部分以外の部分をダイ側に向かって押さえるストリッパを更に備えるとともに、金属板湾曲手段を、ダイにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたダイ側傾斜面と、ストリッパにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたストリッパ側傾斜面とで構成し、ダイ側傾斜面とストリッパ側傾斜面とで被加工金属板を挟むことにより、被加工金属板を湾曲させるようにすることもできる。この構成は、後で詳しく説明するように、穴抜き製品を製造する場合に採用すると好ましい。

本発明のプレス加工装置においては、パンチとして、被加工金属板に当接する部分に加工硬化用突起を有し、この加工硬化用突起で被加工金属板における抜き落とし部分の輪郭線の近傍（以下「輪郭線近傍部」という。）を当該輪郭線に沿って局所的にプレスすることにより、被加工金属板における輪郭線近傍部に加工硬化を生じさせる加工硬化用パンチと、加工硬化用パンチによるプレスを終えて輪郭線近傍部に加工硬化が生じた被加工金属板における、抜き落とし部分をプレスして切り離すことにより、当該部分を抜き落とす抜き落とし用パンチとを備え、加工硬化用パンチが被加工金属板を押圧する際に、被加工金属板を湾曲した状態に弾性変形させるようにすると好ましい。これにより、抜き断面にバリが生じないようにして、抜き断面をより精度よく仕上げることができる。

本発明のプレス加工装置を用いて製造することができる金属製品としては、製品の上面及び下面に対して抜き断面がほぼ直角に形成されたものや、製品の上面及び下面に対して抜き断面が所定の角度だけ傾斜したもの等が挙げられる。抜き断面が傾斜した製品を製造する場合には、パンチが、被加工金属板に対して直角以外の角度方向から近付いて、被加工金属板を押圧するようにすると好ましい。これにより、抜き断面が所望の角度だけ精度よく傾斜した金属製品を製造することができる。

以上のように、本発明によって、少ない工程数でかつコストを低く抑えながら、抜き断面を高い角度精度で仕上げることができるプレス加工装置を提供することが可能になる。また、このプレス加工装置を用いた金属製品の製造方法を提供することも可能になる。

第一実施形態において製造する金属製品の斜視図及び断面図である。 第一実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、加工硬化用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、加工硬化用パンチ及びストリッパが被加工金属板に対して下降する前の状態を示した図である。 第一実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、加工硬化用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、加工硬化用パンチ及びストリッパが被加工金属板に対して下降し、ストリッパが被加工金属板に当接した状態を示した図である。 第一実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、加工硬化用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、図３に示す状態から加工硬化用パンチがさらに下降し、加工硬化用パンチが被加工金属板に当接した状態を示した図である。 第一実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、加工硬化用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、図４に示す状態から加工硬化用パンチがさらに下降して下死点に達し、加工硬化用パンチが抜き落とし部分を被加工金属板から押し出した状態を示した図である。 第一実施形態において用いるプレス加工装置の抜き落とし加工部を、抜き落とし用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、抜き落とし用パンチが被加工金属板に対して下降する前の状態を示した図である。 第一実施形態において用いるプレス加工装置の抜き落とし加工部を、抜き落とし用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、抜き落とし用パンチが被加工金属板に対して下降し、抜き落とし用パンチが抜き落とし部分を抜き落とした後の状態を示した図である。 第二実施形態において製造する金属製品の斜視図及び断面図である。 第二実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、押し出し用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、押し出し用パンチ及びストリッパが製品部分に対して下降する前の状態を示した図である。 第二実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、押し出し用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、押し出し用パンチ及びストリッパが製品部分に対して下降し、ストリッパが製品部分に当接した状態を示した図である。 第二実施形態において用いるプレス加工装置の押し出し加工部を、押し出し用パンチの中心線を含む平面で切断した断面図であって、図１０に示す状態から押し出し用パンチがさらに下降して下死点に達し、押し出し用パンチが抜き落とし部分を製品部分から押し出した状態を示した図である。

１．概要
本発明の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図面にはｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を表示しており、これらの軸は、異なる図においても一致させている。本明細書においては、説明の便宜上、ｚ軸正側を「上」、ｚ軸負側を「下」と表現することがある。

２．第一実施形態
第一実施形態は、抜き落とし製品を製造する場合の例である。第一実施形態においては、コイル材から繰り出された帯状の被加工金属板１０（後掲の図２を参照。）の一部を抜き落とすことで、楕円盤状の金属製品２０（後掲の図１（ａ）を参照。）を製造する。

２．１ 製造しようとする金属製品
まず、第一実施形態において製造する金属製品２０について説明する。図１は、第一実施形態において製造する金属製品２０の斜視図及び断面図である。図１（ａ）は金属製品２０の斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＳ_１−Ｓ_１面における断面図である。図１（ｃ）は図１（ａ）のＳ_２−Ｓ_２面における断面図である。

金属製品２０は、図１（ａ）に示すように、略平坦な上面２１及び下面２２と、上面２１及び下面２２に対して一方向（図１においては、ｘ軸方向）に傾斜した外周面２３とを有する楕円盤状の金属部材となっている。この金属製品２０は、円筒状の金属管の内部に、金属管の断面（金属管の中心線に垂直な断面）に対して所定の角度（以下「θ_Ｔ」と表記する。）だけ傾斜した状態で挿入されて、弁体として用いられるものである。このため、金属製品２０の外周面２３は、金属管の内周面に精度よく添わせる必要がある。したがって、外周面２３には高い角度精度が要求される。換言すると、外周面２３の上側傾斜角θ_１及び下側傾斜角θ_２（図１（ｂ））は、いずれも角度θ_Ｔに極めて近い角度となるようにする必要がある。

この種の金属製品２０は、平板状の被加工金属板を斜めに抜き落とすことによって製造される。しかし、従来のプレス加工装置を用いた抜き加工でこの金属製品２０を製造すると、上側傾斜角θ_１（パンチが押圧する側の傾斜角）は角度θ_Ｔよりも小さく、下側傾斜角θ_２は角度θ_Ｔよりも大きくなってしまっていた。これは、前述したように、パンチで被加工金属板を押圧した際に、被加工金属板がパンチ側から見て凹状に反ることによるものである。この点、第一実施形態において用いるプレス加工装置１００においては、金属板湾曲手段によって被加工金属板をパンチ側から見て凸状に湾曲させた状態で、パンチが被加工金属板を押圧するため、反りの影響を相殺することができる。

２．２ プレス加工装置
以下、第一実施形態において用いるプレス加工装置１００について説明する。図２〜５は、第一実施形態において用いるプレス加工装置１００の押し出し加工部１１０を、押し出し用パンチ１１１の中心線を含む平面で切断した断面図である。図２は、押し出し用パンチ１１１及びストリッパ１１３が被加工金属板１０に対して下降する前の状態を示した図である。図３は、押し出し用パンチ１１１及びストリッパ１１３が被加工金属板１０に対して下降し、ストリッパ１１３が被加工金属板１０に当接した状態を示した図である。図４は、図３に示す状態から押し出し用パンチ１１１がさらに下降し、押し出し用パンチ１１１が被加工金属板１０に当接した状態を示した図である。図５は、図４に示す状態から押し出し用パンチ１１１がさらに下降して下死点に達し、押し出し用パンチ１１１が抜き落とし部分１１を被加工金属板１０から押し出した状態を示した図である。

図６及び図７は、第一実施形態において用いるプレス加工装置１００の抜き落とし加工部１２０を、抜き落とし用パンチ１２１の中心線を含む平面で切断した断面図である。図６は、抜き落とし用パンチ１２１が被加工金属板１０に対して下降する前の状態を示した図である。図７は、抜き落とし用パンチ１２１が被加工金属板１０に対して下降し、抜き落とし用パンチ１２１が抜き落とし部分１１を抜き落とした後の状態を示した図である。

第一実施形態において用いるプレス加工装置１００は、図２に示すように、上型１０１及び下型１０２から成る順送金型を備えた順送プレス装置となっている。この順送金型には、押し出し加工部１１０と、抜き落とし加工部１２０（図６）の２箇所のプレス加工部が、この順に並んで設けられている。押し出し加工部１１０から抜き落とし加工部１２０への搬送は、図示省略の送り装置によって行われる。以下、押し出し加工部１１０と抜き落とし加工部１２０のそれぞれについて、詳しく説明する。

２．２．１ 押し出し加工部
押し出し加工部１１０は、図２〜５に示すように、コイル材から繰り出された被加工金属板１０を押し出し用パンチ１１１で押圧することによって、被加工金属板１０における抜き落とし部分１１を被加工金属板１０から押し出すためのプレス加工部である。押し出し加工部１１０には、図２に示すように、押し出し用パンチ１１１と、押し出し用ダイ１１２と、ストリッパ１１３と、ノックアウト１１４とが設けられている。図２の状態において、被加工金属板１０は、図示省略の金属板支持手段によって支えられ、押し出し用ダイ１１２から浮いた状態となっている。

押し出し用パンチ１１１は、順送金型の上型１０１とは別体の部材であり、上型１０１に設けられたスライド用傾斜面１０１ａに当接した状態で設けられている。押し出し用パンチ１１１は、スライド用傾斜面１０１ａに当接する部分である板状のパンチ基部１１１ａと、パンチ基部１１１ａに対して略垂直に設けられた筒状のパンチ先端部１１１ｂとを備えている。パンチ先端部１１１ｂの外周面は、被加工金属板１０に対して傾斜した状態（非垂直な状態）となっている。パンチ先端部１１１ｂの先端面（被加工金属板１０に当接する面）は、緩やかな球凹面状のパンチ側凹面１１１ｂ_１となっている。この押し出し用パンチ１１１は、後で説明するように、パンチ先端部１１１ｂに加工硬化用突起１１１ｂ_２（図５の拡大部分を参照。）を備えており、加工硬化を行うための加工硬化用パンチを兼ねたものとなっている。

押し出し用ダイ１１２は、順送金型の下型１０２に設けられている。押し出し用ダイ１１２には、押し出し用パンチ１１１のパンチ先端部１１１ｂを受けるためのダイ穴１１２ａが設けられている。ダイ穴１１２ａの内周面は、パンチ先端部１１１ｂの外周面と同様、被加工金属板１０に対して傾斜した状態（非垂直な状態）で設けられている。

ストリッパ１１３は、ストリッパ穴１１３ａを有する板状の部材であり、ストリッパ付勢手段１１３ｂによって押し出し用ダイ１１２側に向かって付勢されている。図２に示す状態において、ストリッパ穴１１３ａ内には押し出し用パンチ１１１のパンチ先端部１１１ｂが収納されている。したがって、ストリッパ穴１１３ａの内周面は、パンチ先端部１１１ｂの外周面に添うように、被加工金属板１０に対して傾斜した状態（非垂直な状態）となっている。

ノックアウト１１４は、押し出し用ダイ１１２のダイ穴１１２ａ内に設けられており、ノックアウト付勢手段１１４ａによって押し出し用パンチ１１１側に向かって付勢されている。ノックアウト１１４の上面（被加工金属板１０に当接する面）は、押し出し用パンチ１１１のパンチ側凹面１１１ｂ_１に相補的な形状のノックアウト側凸面１１４ｂとなっている。ノックアウト１１４の外周面は、ダイ穴１１２ａの内周面に添うように、被加工金属板１０に対して傾斜した状態（非垂直な状態）となっている。

図２に示す状態から上型１０１が被加工金属板１０に向かって下降すると、図３に示すように、まずストリッパ１１３が被加工金属板１０に当接して、被加工金属板１０を押し出し用ダイ１１２側に向かって押さえつける。このとき、被加工金属板１０における抜き落とし部分１１はノックアウト１１４によって下支えされており、被加工金属板１０における抜き落とし部分１１以外の部分（周辺部分１２）は、押し出し用ダイ１１２によって下支えされている。

図３に示す状態から上型１０１がさらに下降すると、押し出し用パンチ１１１におけるパンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０に近付いて、図４に示すように、パンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０に当接する。このとき、パンチ先端部１１１ｂは、図３における矢印Ｄ_１で示すように、被加工金属板１０に対して斜めの方向（直角以外の角度方向）から近付くようになっている。より具体的には、被加工金属板１０の表面に垂直な方向に対して前述した角度θ_Ｔと略同じ角度だけ傾斜した方向から、被加工金属板１０に近付くようになっている。

これは、以下のような機構による。すなわち、図３に示す状態から上型１０１が下降し、上型１０１によって押し出し用パンチ１１１が押し下げられると、ストリッパ穴１１３ａの内周面がカム面となって、押し出し用パンチ１１１をｘ軸方向正側に移動させる力が働く。押し出し用パンチ１１１がｘ軸方向に移動するためには、押し出し用パンチ１１１が上型１０１に当接したまま、上型１０１に対してｘ軸方向にずれる必要がある。この点、第一実施形態においては、上型１０１に、被加工金属板１０の表面に対して角度θ_Ｔと略同じ角度だけ傾斜させたスライド用傾斜面１０１ａを設けて、図３における矢印Ｄ_２で示すように、このスライド用傾斜面１０１ａ上を押し出し用パンチ１１１のパンチ基部１１１ａがスライド移動するようにしている。これにより、押し出し用パンチ１１１が上型１０１に対して滑らかに移動できるようになっている。

なお、パンチ先端部１１１ｂの側面（外周面）は被加工金属板１０に対して傾斜しているが、パンチ先端部１１１ｂの先端面は、パンチ側凹面１１１ｂ_１が設けられているためにやや凹んでいるものの、被加工金属板１０に対して略平行な状態となっている。したがって、パンチ先端部１１１ｂの先端面は、その片側から被加工金属板１０に対して食い込んでいくのではなく、図４に示すように、その全体が略同時に被加工金属板１０に当接するようになっている。

パンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０に当接すると、被加工金属板１０が、押し出し用パンチ１１１のパンチ側凹面１１１ｂ_１と、ノックアウト１１４のノックアウト側凸面１１４ｂとの間に挟まれた状態となる。これにより、平板状であった被加工金属板１０が、上向き凸状に（押し出し用パンチ１１１側から見て凸状に）湾曲する。この被加工金属板１０の変形は、弾性変形である。

ここで、ノックアウト付勢手段１１４ａの付勢力が弱すぎると、ストリッパ１１３が被加工金属板１０を押し出し用ダイ１１２側に向かって押さえつけた際（図３）や、パンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０に当接した際（図４）に、ノックアウト１１４がダイ穴１１２ａ内に引き込まれてしまい、被加工金属板１０を湾曲させることができない。このため、ノックアウト付勢手段１１４ａの付勢力は、被加工金属板１０を湾曲させた際に生じる復帰力よりも強くしておくことが望ましい。

被加工金属板１０をどの程度湾曲させるか（パンチ側凹面１１１ｂ_１及びノックアウト側凸面１１４ｂの曲率をどの程度にするか）については、被加工金属板１０の弾性変形範囲内であれば特に限定されず、被加工金属板１０の材質や厚みや、角度θ_Ｔの大きさ等によって適宜決定される。第一実施形態においては、被加工金属板１０として厚みが２ｍｍのアルミ材を使用しており、パンチ側凹面１１１ｂ_１及びノックアウト側凸面１１４ｂの曲率半径を、８００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度としている。

図４に示す状態から上型１０１がさらに下降すると、図５に示すように、パンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０における抜き落とし部分１１を押圧して、抜き落とし部分１１を被加工金属板１０から押し出す。この間、被加工金属板１０は、パンチ側凹面１１１ｂ_１とノックアウト側凸面１１４ｂとの間に挟まれて、湾曲したままの状態となっている。これにより、パンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０を押圧することによって生じる被加工金属板１０の反り（押し出し用パンチ１１１側から見て凹状の反り）を相殺して、抜き落とし部分１１の抜き断面（抜き落とし部分１１を押し出したことで、抜き落とし部分１１側に生じる断面）を高い角度精度で仕上げることができるようになっている。

ここで、図５に示す状態からさらに上型１０１（押し出し用パンチ１１１）を下降させて、抜き落とし部分１１を完全に抜き落とすようにしてもよい。その場合には、押し出し加工部１１０におけるプレス加工のみで（１工程のみで）金属製品２０を製造することができる。しかし、第一実施形態における押し出し加工部１１０では、抜き落とし部分１１が被加工金属板１０から抜き落とされる直前で押し出し用パンチ１１１の下降が止まるようにしてあり、抜き落とし部分１１を完全には抜き落とさないように（抜き落とし部分１１が周辺部分１２に僅かにつながったままの状態に）している。抜き落とし部分１１は、後に続く抜き落とし加工部１２０（図６）において抜き落とされる。このように、２段階に分けて抜き落とし部分１１を抜き落とすようにすると、抜き断面にバリが生じにくくするようにできるため好ましい。

ところで、第一実施形態においては、図５の拡大部分に示すように、パンチ先端部１１１ｂの先端面における周縁部に、断面ｖ字状の加工硬化用突起１１１ｂ_２を環状に設けている。加工硬化用突起１１１ｂ_２の稜線間隔（加工硬化用突起の先端頂部を結んでできる稜線で囲まれた領域の外寸法のこと。以下同じ。）は、金属製品２０の外寸法に略一致させている。

パンチ先端部１１１ｂが被加工金属板１０を押圧すると、被加工金属板１０における抜き落とし部分１１の輪郭線の近傍（輪郭線近傍部α）が、加工硬化用突起１１１ｂ_２によって当該輪郭線に沿って局所的にプレスされる。このように、金属材料を局所的にプレスすると、当該部分に加工硬化（金属に応力を与えると塑性変形によって硬度が増す現象）が生じる。これにより、押し出し加工部１１０におけるプレス加工を終えた被加工金属板１０における抜き落とし部分１１と周辺部分１２との接続部分（輪郭線近傍部α）は、薄く硬い脆弱な状態となっている。

押し出し加工部１１０におけるプレス加工が終わると、図５に示す状態から押し出し用パンチ１１１が上昇する。これにより、弾性湾曲していた抜き落とし部分１１が平板状に復帰する。続いて、抜き落とし部分１１は、周辺部分１２（被加工金属板１０）につながったまま、送り装置（図示省略）によって押し出し加工部１１０から抜き落とし加工部１２０へと順送される。

２．２．２ 抜き落とし加工部
抜き落とし加工部１２０は、押し出し加工部１１０におけるプレス加工によって被加工金属板１０から押し出され、周辺部分１２に僅かに繋がった状態となっている抜き落とし部分１１を抜き落とすためのプレス加工部である。抜き落とし加工部１２０には、図６に示すように、抜き落とし用パンチ１２１と、抜き落とし用ダイ１２２とが設けられている。

第一実施形態においては、抜き落とし用パンチ１２１の先端面を平坦に形成している。一方、抜き落とし用ダイ１２２には、抜き落とし用パンチ１２１を受けるためのダイ穴１２２ａを設けている。抜き落とし用パンチ１２１及びダイ穴１２２ａは、共に、押し出し用パンチ１１１のパンチ先端部１１１ｂと同様、被加工金属板１０に対して傾斜している。図６及び図７においては図示を省略しているが、抜き落とし加工部１２０にも押し出し加工部１１０のストリッパ１１３と同様のストリッパが備えられており、押し出し用パンチ１１１と同様の機構によって、抜き落とし用パンチ１２１が被加工金属板１０に対して斜め方向から（直角以外の角度方向から）近付くようになっている。

図６に示す状態において、抜き落とし部分１１と周辺部分１２との接続部分（輪郭線近傍部α）における上縁側には、図６の拡大部分に示すように、加工硬化用突起１１１ｂ_２（図５の拡大部分を参照。）でプレスされたことによって断面ｖ字状の溝部βが形成されている。溝部βの頂部（稜部）周辺には加工硬化が生じている。また、輪郭線近傍部αの下縁側（溝部βに対向する位置）には、押し出し加工部１１０におけるプレス加工時に押し出し用ダイ１１２のダイ肩に押し付けられたことによって（図５を参照。）、断面ｖ字状の食い込み部γが形成されている。

図６に示す状態から上型１０１が被加工金属板１０に向かって下降し、抜き落とし用パンチ１２１が抜き落とし部分１１を押圧すると、溝部βの頂部を起点としてクラック（亀裂）が発生する。溝部βに対向する位置には食い込み部γが形成されているため、このクラックは、溝部βの頂部から食い込み部γの頂部（稜部）に向かって真っすぐ形成されやすくなっている。クラックによって抜き落とし部分１１と周辺部分１２とが完全に切り離されると、図７に示すように、抜き落とし部分１１が抜き落とされる。このように、輪郭線近傍部αに加工硬化を起こして薄く脆い状態としておくことで、剪断ではなくクラックによる抜き落としが可能になり、図７の拡大部分に示すように、抜き落とし部分１１の抜き断面にバリ自体が生じないようにすることができる。このようにして抜き落とされた抜き落とし部分１１は、金属製品２０として利用に供される。

以上のように、第一実施形態のプレス加工装置１００を用いることによって、抜き加工のみで（追加でシェービング加工等の加工を施さなくとも）、抜き落とし製品の抜き断面を高い角度精度で仕上げることができる。したがって、少ない工程数で高い精度の製品を得ることができ、生産性を高めることができる。また、第一実施形態のプレス加工装置１００は、ファインブランキングのように特殊な装置を必要としないため、コストを低く抑えることもできる。

３．第二実施形態
第二実施形態は、穴抜き製品を製造する場合の例である。第二実施形態においては、コイル材から繰り出された帯状の被加工金属板３０を、略円盤状に半加工したのち、当該略円盤状の部分（製品部分３１。後掲の図９を参照。）の略中央部分を抜き落とすことで、リング状の金属製品４０（後掲の図８（ａ）を参照。）を製造する。

３．１ 製造しようとする金属製品
まず、第二実施形態において製造する金属製品４０について説明する。図８は、第二実施形態で製造する金属製品４０の斜視図及び断面図である。図８（ａ）は金属製品４０の斜視図である。図８（ｂ）は図８（ａ）のＳ_３−Ｓ_３面における断面図である。

金属製品４０は、図８（ａ）に示すように、略平坦な上面４１及び下面４２と、上面４１から下面４２まで貫通して設けられた穴部４３とを有するリング状の金属部材となっている。この金属製品４０は、通常、略円盤状に半加工された半加工品（製品部分３１。後掲の図９を参照。）を抜き加工することによって製造される。穴部４３の内周面４３ａには、高い角度精度が要求される。すなわち、内周面４３ａが、上面４１及び下面４２に対して精度よく垂直に形成されている必要がある。

しかし、従来のプレス加工装置を用いた抜き加工でこの穴部４３を形成すると、パンチで製品部分３１を押圧した際に、製品部分３１がパンチ側から見て凹状に反ることにより、内周面４３ａがすり鉢状に傾斜してしまっていた。この点、第二実施形態において用いるプレス加工装置２００では、第一実施形態において用いたプレス加工装置１００と同様に、製品部分３１を湾曲させた状態でパンチが被加工金属板を押圧するため、反りの影響を相殺することができる。

３．２ プレス加工装置
以下、第二実施形態において用いるプレス加工装置２００について説明する。図９〜１１は、第二実施形態において用いるプレス加工装置２００の押し出し加工部２１０を、押し出し用パンチ２１１の中心線を含む平面で切断した断面図である。図９は、押し出し用パンチ２１１及びストリッパ２１３が製品部分３１に対して下降する前の状態を示した図である。図１０は、押し出し用パンチ２１１及びストリッパ２１３が製品部分３１０に対して下降し、ストリッパ２１３が製品部分３１に当接した状態を示した図である。図１１は、図１０に示す状態から押し出し用パンチ２１１がさらに下降して下死点に達し、押し出し用パンチ２１１が抜き落とし部分３２を製品部分３１から押し出した状態を示した図である。

第二実施形態において用いるプレス加工装置２００は、図９に示すように、上型２０１及び下型２０２から成る順送金型を備えた順送プレス装置となっている。この順送金型には、製品部分３１から抜き落とし部分３２を押し出す押し出し加工部２１０と、押し出し加工部２１０で押し出された抜き落とし部分３２を抜き落とす抜き落とし加工部（図示省略）とが、この順に並んで設けられている。第二実施形態における抜き落とし加工部は、第一実施形態の抜き落とし加工部１２０と同様の構成を採用している（ただし、抜き落とし用パンチは抜き落とし部分３２に対して略垂直な方向から近付くようになっている）。

この順送金型における押し出し加工部２１０よりも上流側には、コイル材から繰り出された帯状の被加工金属板３０にプレス加工を施して、図９に示す略円盤状の製品部分３１に半加工する一又は複数箇所のプレス加工部が設けられているが、これら上流のプレス加工部については説明を割愛する。製品部分３１は、図には表れていないが、細い接続部分を介して帯状の被加工金属板３０につながったままとなっており、送り装置（図示省略）で被加工金属板３０を送ることによって、順送が可能な状態となっている。

第二実施形態で用いるプレス加工装置２００は、製品部分３１（被加工金属板）を湾曲させる金属板湾曲手段の構成において、第一実施形態において用いたプレス加工装置１００と異なっている。すなわち、プレス加工装置２００の押し出し加工部２１０には、第一実施形態における押し出し加工部１１０と同様、押し出し用パンチ２１１と、押し出し用ダイ２１２と、ストリッパ２１３と、ノックアウト２１４とが設けられているが、押し出し用パンチ２１１の先端面やノックアウト２１４の上面は平坦に形成されており、凸状や凹状とはなっていない。第二実施形態においては、金属板湾曲手段として、押し出し用ダイ２１２の上面（製品部分３１に当接する部分）に設けられたダイ側傾斜面２１２ａと、ストリッパ２１３の下面（製品部分３１に当接する部分）に設けられたストリッパ側傾斜面２１３ａとを設けている。ダイ側傾斜面２１２ａは、ダイ肩から遠ざかるにつれて押し出し用パンチ２１１から離れる方向に傾斜した円錐状傾斜面となっている。ストリッパ側傾斜面２１３ａは、ダイ側傾斜面２１２ａに平行な傾斜面となっている。

また、第二実施形態は、図８に示すように、金属製品４０の抜き断面（内周面４３ａ）が、上面４１及び下面４２に対して傾斜していないという点においても、第一実施形態と異なっている。このため、押し出し用パンチ２１１は、図９〜１１に示すように、製品部分３１の表面に対して略垂直方向から近付くようになっている。

図９に示す状態から上型２０１が製品部分３１に向かって下降すると、図１０に示すように、まずストリッパ２１３が製品部分３１に当接して、製品部分３１を押し出し用ダイ２１２側に向かって押さえつける。すると、製品部分３１がストリッパ側傾斜面２１３ａとダイ側傾斜面２１２ａとの間に挟まれた状態となる。これにより、平板状であった製品部分３１が、上向き凸状に（押し出し用パンチ２１１側から見て凸状に）湾曲する。この製品部分３１の変形は、弾性変形である。

図１０に示す状態から上型２０１がさらに下降すると、図１１に示すように、押し出し用パンチ２１１が製品部分３１における抜き落とし部分３２を押圧して、抜き落とし部分３２を製品部分３１から押し出す。この間、製品部分３１は、ストリッパ側傾斜面２１３ａとダイ側傾斜面２１２ａとの間に挟まれて、湾曲したままの状態となっている。これにより、押し出し用パンチ２１１が製品部分３１を押圧することによって生じる製品部分３１の反り（押し出し用パンチ２１１側から見て凹状の反り）を相殺して、製品部分３１の抜き断面（抜き落とし部分３２を押し出したことで、製品部分３１側に生じる断面）を高い角度精度で仕上げることができるようになっている。

製品部分３１をどの程度湾曲させるか（ストリッパ側傾斜面２１３ａ及びダイ側傾斜面２１２ａの傾斜角をどの程度にするか）については、製品部分３１の弾性変形範囲内であれば特に限定されず、製品部分３１の材質や厚み等によって適宜決定される。第二実施形態においては、製品部分３１を、厚みが４ｍｍの熱間圧延鋼板（ＳＰＨ）で形成しており、ストリッパ側傾斜面２１３ａ及びダイ側傾斜面２１２ａを、共に、製品部分３１の表面に対して１．５度程度傾斜させている。

押し出し加工部２１０では、第一実施形態における押し出し加工部１１０と同様に、抜き落とし部分３２を製品部分３１から完全には抜き落とさないように（抜き落とし部分３２が製品部分３１に僅かにつながったままの状態に）している。また、この時点での製品部分３１は、細い接続部分を介して帯状の被加工金属板３０につながった状態である。押し出し加工部２１０でのプレス加工を終えた製品部分３１及び抜き落とし部分３２は、被加工金属板３０につながったまま送り装置（図示省略）によって押し出し加工部２１０から抜き落とし加工部（図示省略）へと順送され、抜き落とし加工部において抜き落とし部分３２が製品部分３１から抜き落とされる。さらにその後、抜き落とし加工部の下流に設けられた一又は複数のプレス加工部において、製品部分３１が被加工金属板３０から切り離される。こうして得られた製品部分３１は、金属製品４０として利用に供される。

ところで、第二実施形態においては、押し出し用パンチ２１１に加工硬化用突起を設けていない。というのも、加工硬化用突起を設けると、通常、図５の拡大部分に示すように、パンチ（パンチ先端部１１１ｂ）の外寸法が抜き落とし部分１１の外寸法よりも若干大きくなる（マイナスクリアランスとなる）ため、抜き落とし部分を抜き落として残った穴の寸法精度が低下するおそれがあるからである。

４．その他
第一実施形態においては、被加工金属板を湾曲させる金属板湾曲手段として、押し出し用パンチ１１１の先端面に形成されたパンチ側凹面１１１ｂ_１と、ノックアウト１１４の上面に形成されたノックアウト側凸面１１４ｂとを採用している。また、第二実施形態においては、金属板湾曲手段として、押し出し用ダイ２１２の上面に形成されたダイ側傾斜面２１２ａと、ストリッパ２１３の下面に形成されたストリッパ側傾斜面２１３ａとを採用している。しかし、金属板湾曲手段は、その具体的な構成を特に限定されず、パンチやダイやノックアウトやストリッパとは異なる箇所に設けてもよい。

第一実施形態や第二実施形態においては、金属板湾曲手段によって、被加工金属板を２軸方向に（略球面状に）湾曲させている。しかし、金属板湾曲手段は、被加工金属板を１軸方向に（アーチ状に）湾曲させるものであってもよい。この構成は、例えば、抜き落とし部分が矩形状の場合等に好適に採用することができる。

第一実施形態で用いたプレス加工装置１００及び第二実施形態で用いたプレス加工装置２００は、共に順送プレス装置であった。しかし、本発明の構成は、単発型のプレス加工装置や、トランスファープレス装置においても採用することができる。第一実施形態や第二実施形態においては、順送金型の上型にパンチを、下型にダイを設けるようにしたが、上型にダイを、下型にパンチを設けるようにしてもよい。

本発明のプレス加工装置は、誤差５０μｍ以下の高い精度が求められる用途に用いると、本発明の意義が高まるため好ましい。本発明は、誤差２０μｍ以下が求められる用途に用いるとより好ましく、誤差１０μｍ以下が求められる用途に用いると更に好ましい。誤差は、小さければ小さいほど良いが、通常０μｍ以上とされる。

１０ 被加工金属板
１１ 抜き落とし部分１１
１２ 周辺部分１２
２０ 金属製品
２１ 上面
２２ 下面
２３ 外周面
３０ 被加工金属板
３１ 製品部分３１
３２ 抜き落とし部分３２
４０ 金属製品
４１ 上面
４２ 下面
４３ 穴部
４３ａ 内周面
１００ プレス加工装置
１０１ 上型
１０１ａ スライド用傾斜面
１０２ 下型
１１０ 押し出し加工部
１１１ 押し出し用パンチ（加工硬化用パンチ）
１１１ａ パンチ基部
１１１ｂ パンチ先端部
１１１ｂ_１ パンチ側凹面
１１１ｂ_２ 加工硬化用突起
１１２ 押し出し用ダイ
１１２ａ ダイ穴
１１３ ストリッパ
１１３ａ ストリッパ穴
１１３ｂ ストリッパ付勢手段
１１４ ノックアウト
１１４ａ ノックアウト付勢手段
１１４ｂ ノックアウト側凸面
１２０ 抜き落とし加工部
１２１ 抜き落とし用パンチ
１２２ 抜き落とし用ダイ
１２２ａ ダイ穴
２００ プレス加工装置
２０１ 上型
２０２ 下型
２１０ 押し出し加工部
２１１ 押し出し用パンチ
２１２ 押し出し用ダイ
２１２ａ ダイ側傾斜面
２１３ ストリッパ
２１３ａ ストリッパ側傾斜面
２１４ ノックアウト
α 輪郭線近傍部
β 溝部
γ 食い込み部
θ_１ 上側傾斜角
θ_２ 下側傾斜角

Claims (6)

1. パンチとダイとを用いて平板状の被加工金属板の一部を抜き落とす抜き加工に使用するプレス加工装置であって、
   パンチが被加工金属板を押圧する際に、被加工金属板を湾曲した状態に弾性変形させる金属板湾曲手段
   を備えたことを特徴とするプレス加工装置。
   
2. パンチに対向する位置に設けられて、被加工金属板における抜き落とされる部分をパンチ側に向かって押さえるノックアウト
   を更に備えるとともに、
   金属板湾曲手段が、
   パンチにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたパンチ側凹面と、
   ノックアウトにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたノックアウト側凸面と
   で構成され、
   パンチ側凹面とノックアウト側凸面とで被加工金属板を挟むことにより、被加工金属板を湾曲させるようにした
   請求項１記載のプレス加工装置。
   
3. ダイに対向する位置に設けられて、被加工金属板における抜き落とされる部分以外の部分をダイ側に向かって押さえるストリッパ
   を更に備えるとともに、
   金属板湾曲手段が、
   ダイにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたダイ側傾斜面と、
   ストリッパにおける被加工金属板に当接する部分に形成されたストリッパ側傾斜面と
   で構成され、
   ダイ側傾斜面とストリッパ側傾斜面とで被加工金属板を挟むことにより、被加工金属板を湾曲させるようにした
   請求項１記載のプレス加工装置。
   
4. パンチとして、
   被加工金属板に当接する部分に加工硬化用突起を有し、この加工硬化用突起で被加工金属板における抜き落とされる部分の輪郭線の近傍（以下「輪郭線近傍部」という。）を当該輪郭線に沿って局所的にプレスすることにより、被加工金属板における輪郭線近傍部に加工硬化を生じさせる加工硬化用パンチと、
   加工硬化用パンチによるプレスを終えて輪郭線近傍部に加工硬化が生じた被加工金属板における、抜き落とされる部分をプレスして切り離すことにより、当該部分を抜き落とす抜き落とし用パンチと
   を備え、
   加工硬化用パンチが被加工金属板を押圧する際に、被加工金属板を湾曲した状態に弾性変形させるようにした
   請求項１〜３いずれか記載のプレス加工装置。
   
5. パンチが、被加工金属板に対して直角以外の角度方向から近付いて、被加工金属板を押圧するようにした請求項１〜４いずれか記載のプレス加工装置。
   
6. プレス加工装置を使用し、パンチとダイとを用いて平板状の被加工金属板の一部を抜き落とす抜き加工を行うことによって金属製品を得る金属製品の製造方法であって、
   パンチが被加工金属板を押圧する際に、被加工金属板を湾曲した状態に弾性変形させる
   ことを特徴とする金属製品の製造方法。

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