JP2024074427A - 成形装置、成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い形状精度のプレス成形品を製造できる成形装置や製造方法が求められていた。【解決手段】移動可能に保持された第1金型と、第2金型と、圧力を発生する押圧部と、前記押圧部が発生する前記圧力を前記第1金型に伝達する力伝達部材と、を備え、前記第1金型と前記第2金型とで成形材を挟み、前記第1金型を前記力伝達部材を介して第1方向に移動させて前記成形材を押圧する際に、前記力伝達部材は、前記第1金型に対しては前記第1金型の中心軸に近づく方向に移動し、前記押圧部に対しては前記第1方向と交差する方向に移動する、ことを特徴とする成形装置である。【選択図】図1
Description
本発明は、成形装置、成形体の製造方法等に関する。
加熱により軟化されたガラス、樹脂、金属などの成形素材を、所定形状の成形型でプレス成形することにより成形体を製造する方法が知られている。
特許文献1には、プレス毎に金型の位置ずれを自動的に修正するプレス装置が記載されている。この装置では、第2金型を支持する上プレートと、第1金型を支持する下プレートとが弾性体を用いて連結され、上プレートと下プレートの間には転動自在の転動体が設けられている。転動体の周囲には、転動体が転がることができる範囲を規制するための周囲壁が設けられている。プレス成形時には、上プレートまたは下プレートの揺動および並進を許容する自由移動状態を維持しながらプレス荷重をかけることにより、位置ずれを修正するための弾性体に圧縮荷重がかかるのを防止する構造になっている。
特許文献1に記載された装置によれば、プレス荷重をかける際に上プレートと下プレートが転動体を介して水平方向に自由に移動できるため、位置合わせをするための機構部材である弾性体に圧縮荷重がかかるのを防止する効果が期待できる。
しかしながら、この構成では、弾性体の寿命を長くすることができるとしても、転動体が周囲壁で規制された範囲内を自由に移動可能であるため、加圧時の転動体の中心位置が、上プレートの軸中心あるいは下プレートの軸中心からずれる場合がある。
力を伝達する転動体の位置が軸中心からずれた場合には、加圧時に成形型(第2金型または第1金型)にモーメントが働く。すると、型内の成形材に非軸対称な応力分布が生じるため、プレス成形する際や加圧を継続しながら成形材を冷却する間などに、成形品の形状精度が劣化してしまう場合がある。
そこで、近年では、光学素子を作成するガラスモールドをはじめとして、いろいろな分野で高い形状精度のプレス成形品を製造できる成形装置や製造方法が求められている。
本発明の一つの態様は、移動可能に保持された第1金型と、第2金型と、圧力を発生する押圧部と、前記押圧部が発生する前記圧力を前記第1金型に伝達する力伝達部材と、を備え、前記第1金型と前記第2金型とで成形材を挟み、前記第1金型を前記力伝達部材を介して第1方向に移動させて前記成形材を押圧する際に、前記力伝達部材は、前記第1金型に対しては前記第1金型の中心軸に近づく方向に移動し、前記押圧部に対しては前記第1方向と交差する方向に移動する、ことを特徴とする成形装置である。
本発明によれば、高い形状精度のプレス成形品を製造できる成形装置や製造方法を提供することができる。
図面を参照して、本発明の実施形態である成形装置、成形体の製造方法等について説明する。尚、以下に示す実施形態や実施例は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。
以下の実施形態及び実施例の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。図中において、同一の要素が複数個配置されている場合には、符号の付与及びその説明が省略される場合がある。また、図示および説明の便宜のために図面を模式的に表現する場合があるため、図面に記載された要素の形状、大きさ、配置などは、現実の物と厳密に一致しているとは限らない場合があるものとする。
尚、以下の説明において、例えばXプラス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと同じ方向を指し、Xマイナス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと180度反対の方向を指すものとする。また、単にX方向と記す場合には、図示のX軸矢印が指す向きとの異同は関係なく、X軸と平行な方向であることを指すものとする。X以外の方向についても、同様とする。
[実施形態1]
実施形態1について、図1及び図2を参照して説明する。図1は実施形態1に係る成形装置100がプレス動作をする前に成形型を開いた状態を示す模式的断面図であり、図2は成形装置100がプレス動作において成形型を閉じた状態を示す模式的断面図である。
実施形態1について、図1及び図2を参照して説明する。図1は実施形態1に係る成形装置100がプレス動作をする前に成形型を開いた状態を示す模式的断面図であり、図2は成形装置100がプレス動作において成形型を閉じた状態を示す模式的断面図である。
(成形装置)
成形装置100は、胴型1、第1金型10、第2金型20、第2金型保持部材70、第1金型保持部材80、力伝達部材40、および押圧部60を備えている。第1金型10と第2金型20は胴型1に保持されており、第1金型10は成形面10aを、第2金型20は成形面20aを備えている。成形時には、押圧部60から力伝達部材40を介して第1金型10にZプラス方向の力を加え、成形面10aと成形面20aの間に載置された成形材31をプレスする。
成形装置100は、胴型1、第1金型10、第2金型20、第2金型保持部材70、第1金型保持部材80、力伝達部材40、および押圧部60を備えている。第1金型10と第2金型20は胴型1に保持されており、第1金型10は成形面10aを、第2金型20は成形面20aを備えている。成形時には、押圧部60から力伝達部材40を介して第1金型10にZプラス方向の力を加え、成形面10aと成形面20aの間に載置された成形材31をプレスする。
胴型1には、第1金型10と第2金型20をプレス成形に適した温度にするため、あるいは成形材31をプレス成形可能な軟化した状態に保つため、筒部10bと筒部20bの近傍に、ヒータ2とヒータ3が設けられている。それぞれのヒータは、胴型1に設置された不図示の温度センサの検出結果に基づき、金型が所望の温度になるよう制御される。
また、プレス後に型開きして成形品を取り出せる温度まで金型を冷却するため、胴型1の外周部には不図示の冷却手段が設けられている。例えば、N2ガスを吹き付けるためのガス導入管が設置されており、N2ガスの流量を制御して冷却を行うことができる。
胴型1には、上下方向(Z方向)に貫通する貫通穴が設けられており、貫通穴は中心軸AX1に沿って形成されている。貫通穴の一部分に相当する筒部20bには第2金型20が嵌合しているが、第2金型20のつば部20cは、胴型1と第2金型保持部材70により挟持され、位置決めされている。つまり、第2金型20は、胴型1に固定されている。
貫通穴の別の一部分に相当する筒部10bには第1金型10が嵌合しているが、第2金型20とは異なり、第1金型10は胴型1内で上下方向(Z方向)に移動可能に保持されている。第1金型10は、つば部10cが第1金型保持部材80と当接する型開き位置(図1)から、つば部10cが胴型1の突き当て面1aと当接する位置まで、貫通穴の中心軸AX1に沿って上下方向(Z方向)に移動可能である。ただし、第2金型20が胴型1に装着され、成形材31が金型間に挿入されている状態では、第1金型10が移動可能な上限位置は、実質的には図2に示す型締め位置となる。尚、第1金型10が移動可能な方向を第1方向と呼ぶこともできる。
第1金型10の中心軸および第2金型20の中心軸は、胴型1の貫通穴の中心軸AX1と実質的に同軸になるよう構成される。尚、「実質的に同軸」とは、製造や組み立てにおいて不可避的に発生する誤差を除けば、同軸であるという意味である。
押圧部60は、中心軸AX2に沿って上下方向(Z方向)に移動可能に構成されており、下方に配置された不図示の圧力発生装置と連結されている。押圧部60は、型開き時には図1に示すように中心軸AX2に沿って下方(Zマイナス方向)に退避し、プレス時には図2に示す型締め位置まで中心軸AX2に沿って上方(Zプラス方向)に移動する。
押圧部60の押圧面60aには、力伝達部材40が転動可能に載置されており、図2に示す状態において圧力発生装置がZプラス方向のプレス圧力を発生すると、プレス圧力は押圧部60、力伝達部材40を介して第1金型10に加えられる。
ここで、押圧部60から加えられるプレス圧により、第1金型10にZプラス方向以外の回転モーメントが作用しないようにするには、押圧部60の中心軸AX2は、胴型1の貫通穴の中心軸AX1と同軸であるのが望ましい。しかし、現実的には、押圧部60は大きなプレス圧を発生する圧力発生装置と連結されてZ方向に往復運動するため、たとえ同軸になるように初期設定をしたとしても、成形装置100が成形動作を繰り返すうちに軸ずれが発生する。こうした現実に即して、図1あるいは図2では、押圧部60の中心軸AX2が、胴型1の貫通穴の中心軸AX1とずれた状態を示している。尚、図では押圧部60の中心軸AX2が貫通穴の中心軸AX1に対してXプラス方向にずれた状態が示されているが、これは一例であり、中心軸AX2が中心軸AX1に対してXマイナス方向やY方向にずれる状態も発生し得る。
本実施形態における押圧部60、力伝達部材40、第1金型10の形状と位置関係について説明する。押圧部60の上端部には、中心軸AX2と直交する平坦な押圧面60aが設けられている。押圧面60aの上には、転動可能な形状を有する力伝達部材40が載置されている。
力伝達部材40は、容易に転動できるように形状異方性を有さない対称形状であるのが望ましく、特に好ましいのは球形である。力伝達部材40は、押圧部60により支持され、押圧面60a上を転動可能であるが、XY面内方向の移動範囲は第1金型保持部材80により制限されるため、押圧面60aから外れて脱落することはない。
第1金型10の下端部、すなわち力伝達部材40を挟んで押圧面60aと対向する部分には、成形面10a側に向かって後退する凹部10eが設けられている。凹部10eの中心は、実質的に貫通穴の中心軸AX1上、あるいは実質的に第1金型10の中心軸上に位置している。尚、「実質的に」とは、製造や組み立てにおいて不可避的に発生する誤差を除けば、当該中心軸上に位置しているという意味である。凹部10eの形状は、貫通穴の中心軸AX1、あるいは第1金型10の中心軸に対して対称であるのが望ましく、本実施形態では中心軸AX1に対して傾斜したテーパ面で構成される逆円錐形状を採用している。
係る構成を備えた本実施形態では、図1に示す型開き状態から、図2に示す型締め状態に向けて押圧部60をZプラス方向に移動させてゆくと、まず、力伝達部材40が第1金型10の凹部10eのテーパ面と接触する。さらに押圧部60をZプラス方向に移動させると、形状異方性を有さない対称形状の力伝達部材40は、テーパ面と当接しながら凹部10eの中心に向かって移動してゆき、図2に示す型締め状態に至る。力伝達部材40と凹部10eのテーパ面が最初に接触した瞬間は1点接触であるが、図2に示す状態では、力伝達部材40と第1金型10は、XY平面と平行な円に沿って線接触している。
したがって、プレス時には、中心軸AXに対して対称に配置された接触部(中心軸AXを中心とする円に沿った線接触部)を介して、力伝達部材40から第1金型10にZプラス方向のプレス圧が加わることになる。その際には、第1金型10には中心軸AXに対して対称にプレス圧が印可されるため、第1金型10に回転モーメントが作用することは抑制される。このため、特開2009-233727号公報に記載された従来方式に比べて型内の成形材に非軸対称な応力分布が生じるのを大幅に低減することができる。
本実施形態によれば、非軸対称な応力分布の発生が抑制された状態で成形材をプレスし、さらに非軸対称な応力分布が抑制された状態のまま冷却を行ってから、型開きして成形体30を取り出すことができため、極めて形状精度が高いプレス成形品を製造できる。力伝達部材は、第1金型を第1方向に移動させて第2金型に近接させてゆく際に、押圧部に対しては第1方向と交差する方向に移動し、第1金型に対しては第1金型の移動軸中心(中心軸)に近づく方向に移動する。たとえ、プレスのたびに押圧部60の中心軸AX2が胴型1の貫通穴の中心軸AX1に対して変位したとしても、力伝達部材40から第1金型10に力を伝達する接触部位の位置は、第1金型10の中心軸に対して対称になるように自動的に調整される。このため、極めて形状精度が高いプレス成形品を、連続的に量産することが可能になる。
尚、図2の状態において、力伝達部材40は押圧部60の中心軸AX2に対してずれた位置に存在するが、押圧部60から力伝達部材40にZプラス方向のプレス圧を伝達するのに問題はない。また、押圧部60を機械的に堅牢に構成することは容易であるため、押圧部60にモーメントがかるとしても、問題となることはない。
特開2009-233727号公報に記載された装置では、球形の力伝達部材は点接触を介して金型にプレス圧を伝達していたが、本実施形態では線接触を介して金型にプレス圧を伝達するため、力伝達部材の損耗を抑制することもできる。
[実施例]
実施形態1の具体的な実施例を説明する。図1及び図2を参照して説明した成形装置を用いて、成形材としての光学ガラスをプレス成形して、成形体としての光学素子を製造する。プレス成形プロセスは、型や装置の酸化を防ぐため、N2ガス雰囲気中において行われる。
実施形態1の具体的な実施例を説明する。図1及び図2を参照して説明した成形装置を用いて、成形材としての光学ガラスをプレス成形して、成形体としての光学素子を製造する。プレス成形プロセスは、型や装置の酸化を防ぐため、N2ガス雰囲気中において行われる。
まず、図1に示すように第1金型10のつば部10cが、第1金型保持部材80の上面と当接している状態にしておき、第1金型10、第2金型20、胴型1をヒータ2、ヒータ3を用いて所定の温度になるよう加熱し、温度を保持しておく。
次に、不図示のハンドにより第1金型10の成形面10aの中心に、成形材31として光学ガラス材を位置精度良く載置した後、ヒータ2、ヒータ3により第1金型10、第2金型20の温度をそれぞれ制御してプレス温度まで加熱し、その温度に保持する。
その後、不図示の圧力発生装置により、押圧部60をZプラス方向に移動させる。押圧部60上に転動可能に支持された力伝達部材40は、押圧部60とともにZプラス方向に移動し、第1金型10の凹部10eと当接する。さらに押圧部60をZプラス方向に移動させると、球形である力伝達部材40は、第1金型10の凹部10eのテーパ面に倣いながら第1金型10の中心軸に向かって移動する。
力伝達部材40の中心と第1金型10の中心軸が実質的に一致するまで力伝達部材40が移動すると、力伝達部材40と第1金型10は、第1金型10の中心軸を中心とする円に沿って線接触した状態になる。以後は、押圧部60をZプラス方向に移動させると、力伝達部材40と連動して第1金型10もZプラス方向に移動する。
押圧部60をZプラス方向に移動させながらプレス荷重を加えると、第1金型10の成形面10aと第2金型20の成形面20aの間に成形材31が挟まれてプレスが行われ、光学素子の形状が成形材31に転写される。
成形材31が所定の厚みになるまでプレスされてプレス成形が終了すると、プレス圧を一旦解除するか、あるいは低圧に切り替えて、冷却工程に移る。第1金型10、第2金型20、胴型1は、前述のように、不図示のN2導入管を通して供給されるN2ガスにより冷却される。N2ガスはマスフローコントローラを通すなどして流量を制御し、適宜の冷却レートで冷却が行われるよう制御する。
型開きして成形体30を取り出せる温度まで冷却する間に、成形体である光学素子が収縮して、第1金型10の成形面10aおよび第2金型20の成形面20aから剥離しないようにするため、第1金型10には、力伝達部材40を介して再度圧力をかけておく。
さらに冷却を行い、ガラス転移点以下の所定温度になった時点で、押圧部60から力伝達部材40を介して第1金型10にかけていた圧力を解除し、必要に応じてさらに冷却を行う。成形体30を取り出し可能な所定の温度になった時点で、不図示の駆動源により押圧部60をZマイナス方向に移動させ、第1金型10を下降させる。
その際、下降していく第1金型10が力伝達部材40から離れた時点では、第1金型10はそれ以上落下しないように、つば部10cが第1金型保持部材80により支持された状態となる。そして、不図示のハンドにより、成形体30を第1金型10の成形面10aから取り出して成形を終了する。
上記のような一連の動作を繰り返して、形状精度が高い成形品である光学素子が量産される。例えば、転移点510℃のガラス材料を使用し、両非球面凹メニスカスレンズを成形する。その際、第1金型10、力伝達部材40、押圧部60の材質は、高圧のプレス荷重に耐えられるようにするため、超硬を使用することが望ましい。
また、力伝達部材40が、第1金型10及び押圧部60に当接した状態で、力伝達部材40が第1金型10の中心軸に向かって容易に移動できるようにするため、部材相互の摩擦係数は小さい方が良い。すなわち、力伝達部材40と第1金型10の摩擦係数、および力伝達部材40と押圧部60の摩擦係数は、ともに小さい方が良い。一般に同じ材質の金属同士を摩擦させる場合には摩擦係数が増大するため、力伝達部材40と第1金型10、力伝達部材40と押圧部60は、それぞれ異種の材料の組み合わせであることが望ましい。
尚、第1金型10、第2金型20、胴型1の制御温度や、押圧部60から金型10に加えるプレス圧力は、使用する成形材の種類や成形品の形状に応じて適宜設定される。一例を挙げれば、第1金型10、第2金型20、胴型1の温度を第1温度(例えば460℃)にしてから、成形材としてのガラスを金型にセットする。そして、第1温度よりも高い第2温度(例えば570℃)になるまでこれらの部材を加熱して、成形材の粘度を成形に適した状態になるまで低下させる。そして、第1荷重(例えば2900Nの荷重)でプレスする。成形材が一定の厚みになるまでプレスされた時点で、第1金型10にかかる荷重を第1荷重よりも小さな第2荷重(例えば490N)まで下げて実質的なプレス動作を終了し、冷却工程へと移る。
そして、第1金型10及び第2金型20が第2温度よりも低い第3温度(例えば550℃)になった時点で、力伝達部材40を介して第1金型10から成形体30に第3荷重を加える。第3荷重は、第2荷重よりも大きな荷重であり、例えば第1荷重と同等の2900Nとする。この状態のまま冷却を続け、第1金型10及び第2金型20が、第3温度よりも低い第4温度(例えば480℃)になった時点で第1金型10からの圧力を解除する。その後、第1金型10及び第2金型20が第4温度よりも低い第5温度(例えば460℃)になるまで冷却した時点で、第1金型10を下降させて型を開き、成形体30を取出す。
[実施形態2]
実施形態2について、図3を参照して説明する。図3は、実施形態2に係る成形装置101がプレス動作において成形型を閉じた状態を示す模式的断面図である。実施形態1と同様の事項については、説明を簡略化ないし省略する。
実施形態2について、図3を参照して説明する。図3は、実施形態2に係る成形装置101がプレス動作において成形型を閉じた状態を示す模式的断面図である。実施形態1と同様の事項については、説明を簡略化ないし省略する。
実施形態1では、第1金型10の下端部、すなわち力伝達部材40を挟んで押圧面60aと対向する部分に、成形面10a側に向かって後退した凹部10eが設けられていた。本実施形態においても、第1金型10の下端部に成形面10a側に向かって後退する凹部を設ける点は同様であるが、凹部の形状が実施形態1と異なっている。
実施形態1の凹部10eが中心軸AX1に対して傾斜したテーパ面で構成される逆円錐形状であったのに対し、本実施形態の凹部10fは、軸方向に沿って切断すると斜面が直線ではなく突出した逆R形状になっている。凹部10fの中心は、実質的に胴型1の貫通穴の中心軸AX1上、あるいは実質的に第1金型10の中心軸上に位置している。尚、「実質的に」とは、製造や組み立てにおいて不可避的に発生する誤差を除けば、当該中心軸上に位置しているという意味である。凹部10fの形状は、胴型1の貫通穴の中心軸AX1、あるいは第1金型10の中心軸に対して対称であるのが望ましい。
本実施形態においても、図3に示す状態では、力伝達部材40と第1金型10は、XY平面と平行な円に沿って線接触している。したがって、プレス時には、中心軸AXに対して対称に配置された接触部(中心軸AXを中心とする円に沿った線接触部)を介して、力伝達部材40から第1金型10にZプラス方向のプレス圧が加わることになる。その際、第1金型10には中心軸AXに対して対称にプレス圧が印可されるため、回転モーメントが作用することが抑制される。このため、特開2009-233727号公報に記載された従来方式に比べて型内の成形材に非軸対称な応力分布が生じるのを大幅に低減することができる。
本実施形態も、非軸対称な応力分布の発生が抑制された状態で成形材をプレスし、さらに非軸対称な応力分布が抑制された状態のまま冷却を行ってから、型開きして成形体30を取り出すことができため、極めて形状精度が高いプレス成形品を製造できる。力伝達部材は、第1金型を第1方向に移動させて第2金型に近接させてゆく際に、押圧部に対しては第1方向と交差する方向に移動し、第1金型に対しては第1金型の移動軸中心(中心軸)に近づく方向に移動する。たとえ、プレスのたびに押圧部60の中心軸AX2が胴型1の貫通穴の中心軸AX1に対して変位したとしても、力伝達部材40から第1金型10に力を伝達する接触部位の位置は、第1金型10の中心軸に対して対称になるように自動的に調整される。このため、極めて形状精度が高いプレス成形品を、連続的に量産することが可能になる。
[実施形態3]
実施形態3について、図4(a)および図4(b)を参照して説明する。実施形態1と同様の事項については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態は、第1金型10の下端部に成形面10a側に向かって後退する凹部を設ける点は実施形態1と同様であるが、凹部の形状が実施形態1と異なっており、力伝達部材40と凹部が当接する態様も異なっている。
実施形態3について、図4(a)および図4(b)を参照して説明する。実施形態1と同様の事項については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態は、第1金型10の下端部に成形面10a側に向かって後退する凹部を設ける点は実施形態1と同様であるが、凹部の形状が実施形態1と異なっており、力伝達部材40と凹部が当接する態様も異なっている。
図4(a)は、本実施形態の第1金型10の底面を押圧部60側から見た底面図であり、図4(b)は、第1金型10の底面を斜めから見た斜視図である。本実施形態の凹部10gは、逆円錐形状のテーパ部10g1と、テーパ部10g1から中心軸AX1に向けて突出したテーパ部10g2により構成されている。図示の例では、突出したテーパ部10g2は、中心軸AX1を中心にして対称になるように回転座標でみて120度ずつずらして3か所に対称配置されているが、対称に配置されるかぎり4か所以上に設けてもよい。
本実施形態では、押圧部60を上昇させてゆくと、力伝達部材40は、中心軸AX1に向けて突出したテーパ部10g2と接触する。型締め状態では、力伝達部材40から3か所のテーパ部10g2を介して第1金型10にプレス圧力が加えられるが、テーパ部10g2は中心軸AX1を中心にして対称に配置されているため、第1金型10に不要なモーメントが作用することが抑制される。このため、特開2009-233727号公報に記載された従来方式に比べて型内の成形材に非軸対称な応力分布が生じるのを大幅に低減することができる。
本実施形態も、非軸対称な応力分布の発生が抑制された状態で成形材をプレスし、さらに非軸対称な応力分布が抑制された状態のまま冷却を行ってから、型開きして成形体30を取り出すことができため、極めて形状精度が高いプレス成形品を製造できる。力伝達部材は、第1金型を第1方向に移動させて第2金型に近接させてゆく際に、押圧部に対しては第1方向と交差する方向に移動し、第1金型に対しては第1金型の移動軸中心(中心軸)に近づく方向に移動する。たとえ、プレスのたびに押圧部60の中心軸AX2が胴型1の貫通穴の中心軸AX1に対して変位したとしても、力伝達部材40から第1金型10に力を伝達する接触部位の位置は、第1金型10の中心軸に対して対称になるように自動的に調整される。このため、極めて形状精度が高いプレス成形品を、連続的に量産することが可能になる。
[実施形態4]
実施形態4について、図5および図6を参照して説明する。図5は実施形態4に係る成形装置102がプレス動作をする前に成形型が開いた状態を示す模式的断面図であり、図6は成形装置102がプレス動作において成形型を閉じた状態を示す模式的断面図である。実施形態1と同様の事項については、説明を簡略化ないし省略する。
実施形態4について、図5および図6を参照して説明する。図5は実施形態4に係る成形装置102がプレス動作をする前に成形型が開いた状態を示す模式的断面図であり、図6は成形装置102がプレス動作において成形型を閉じた状態を示す模式的断面図である。実施形態1と同様の事項については、説明を簡略化ないし省略する。
実施形態1では、力伝達部材40として高剛性の球体を用いたが、本実施形態では、力伝達部材40として高剛性の球体40aと球体支持部40bの組みを用いる点が異なる。
球体支持部40bには、第1金型10と対向する上面に凹部が設けられており、球体40aは当該凹部により転動可能に支持されている。当該凹部は、対称な形状に形成されており、球体40aは、XY平面と平行な円に沿った線接触を介して球体支持部40bに支持されている。
球体支持部40bの下面は平坦面であり、押圧部60の押圧面60aと当接しているが、両面は高い平坦性を備えて形成されており低摩擦であるため、球体支持部40bはXY平面と平行な面内で押圧面60a上を容易に移動(摺動)することができる。ただし、XY面内方向の移動範囲は第1金型保持部材80により制限されるため、球体支持部40bおよび球体40aが押圧面60aの上から外れて脱落することはない。
係る構成を備えた本実施形態では、図5に示す型開き状態から、図6に示す型締め状態に向けて押圧部60をZプラス方向に移動させてゆくと、球体40aが第1金型10の凹部10eのテーパ面と接触する。さらに押圧部60をZプラス方向に移動させると、球体40aがテーパ面と当接しながら凹部10eの中心に向かって移動するように球体支持部40bが押圧部60上を移動してゆき、図6に示す型締め状態に至る。球体40aと凹部10eのテーパ面が最初に接触した瞬間は1点接触であるが、図6に示す状態では、球体40aと第1金型10は、XY平面と平行な円に沿って線接触している。
したがって、プレス時には、中心軸AXに対して対称に配置された接触部(中心軸AXを中心とする円に沿った線接触部)を介して、力伝達部材40(球体40a)から第1金型10にZプラス方向のプレス圧が加わることになる。その際、第1金型10には中心軸AXに対して対称にプレス圧が印可されるため、回転モーメントが作用することが抑制される。このため、特開2009-233727号公報に記載された従来方式に比べて型内の成形材に非軸対称な応力分布が生じるのを大幅に低減することができる。
本実施形態によれば、非軸対称な応力分布の発生が抑制された状態で成形材をプレスし、さらに非軸対称な応力分布が抑制された状態のまま冷却を行ってから、型開きして成形体30を取り出すことができため、極めて形状精度が高いプレス成形品を製造できる。力伝達部材は、第1金型を第1方向に移動させて第2金型に近接させてゆく際に、押圧部に対しては第1方向と交差する方向に移動し、第1金型に対しては第1金型の移動軸中心(中心軸)に近づく方向に移動する。たとえ、プレスのたびに押圧部60の中心軸AX2が胴型1の貫通穴の中心軸AX1に対して変位したとしても、力伝達部材40から第1金型10に力を伝達する接触部位の位置は、第1金型10の中心軸に対して対称になるように自動的に調整される。
実施形態1では、球体は押圧部60と点接触していたが、本実施形態では、球体40aは円に沿った線接触を介して球体支持部40bと当接しているため、第1金型10にプレス圧を加える際の球体の損耗を抑制することができる。
尚、力伝達部材40として高剛性の球体40aと球体支持部40bを組み合わせて用いる場合に、第1金型10の凹部10eの形状は実施形態1で説明したテーパ形状に限られるわけではない。図7に示すように、実施形態2で説明した逆R形状の斜面で構成される凹部でもよい。また、図4(a)、図4(b)を参照して説明した実施形態3に係る凹部形状を備える第1金型10であってもよい。また、球体支持部40bの凹部は、図7に示すように逆R形状の斜面とするか、図4(a)、図4(b)と同様な凹部形状にして、球体40aを支持してもよい。
本実施形態では、球体40aは球体支持部40bの上を転動できるように構成しており、プレス成形を繰り返し行う際には、球体支持部40bあるいは第1金型と接触する球体40aの位置が変化し、球体40aに局所的な損耗が生じにくい。言い換えれば、損耗が球面全体で平均化されるため、球体40aの耐用期間を長くすることができる。
しかし、材料の選択などにより、球体40aを転動させなくても十分な耐用期間を確保できる場合には、球体40aと球体支持部40bを固着(一体化)させた力伝達部材を用いることも可能である。あるいは、球体の一部を平坦な切断面でカットし、当該平坦面が押圧部60の押圧面60aと面接触して摺動し、球面が第1金型の凹部と接触可能な形態の力伝達部材であってもよい。あるいは、円錐台形状の力伝達部材とし、円錐台の底面が押圧部60の押圧面60a上を摺動し、円錐台部が第1金型の凹部と当接する構成にしてもよい。あるいは、逆R形状に突出した力伝達部材とし、底面が押圧部60の押圧面60a上を摺動し、逆R形状の部分が第1金型の凹部と当接する構成にしてもよい。これらの形態の力伝達部材を用いる場合にも、押圧部60の押圧面60a上で、力伝達部材が底面を摺動させて移動することにより、中心軸AXに対して対称に第1金型にプレス圧を伝達することができる。
[他の実施形態]
なお、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。例えば、上述した異なる実施形態や実施例を組み合わせて実施しても差し支えない。
なお、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。例えば、上述した異なる実施形態や実施例を組み合わせて実施しても差し支えない。
例えば、実施形態3において、第1金型10のテーパ部10g1から中心軸AX1に向けて突出したテーパ部10g2は、実施形態1のような断面形状が直線の傾斜面であってもよいし、実施形態2のような断面形状が逆R形状の傾斜面であってもよい。また、力伝達部材は、実施形態1のような球体に限らず、実施形態4で例示した種々の形態の力伝達部材を用いることができる。
また、上記実施形態では、第2金型20は胴型1に対して固定されていたが、第1金型だけでなく第2金型も胴型1に対してZ方向に可動な構成にしてもよい。その場合には、第2金型側についても、上記の実施形態の第1金型側と同様に、凹部と力伝達部材を設け、力伝達部材が第2金型に対しては第2金型の中心軸に近づく方向に移動し、押圧部に対しては第1方向と交差する方向に移動するように構成し得る。
本明細書は、少なくとも以下の事項を開示している。
[構成1]
移動可能に保持された第1金型と、
第2金型と、
圧力を発生する押圧部と、
前記押圧部が発生する前記圧力を前記第1金型に伝達する力伝達部材と、を備え、
前記第1金型と前記第2金型とで成形材を挟み、前記第1金型を前記力伝達部材を介して第1方向に移動させて前記成形材を押圧する際に、
前記力伝達部材は、前記第1金型に対しては前記第1金型の中心軸に近づく方向に移動し、前記押圧部に対しては前記第1方向と交差する方向に移動する、
ことを特徴とする成形装置。
[構成2]
前記第1金型は、前記力伝達部材を挟んで前記押圧部と対向する凹部を備え、
前記凹部は、前記第1金型の中心軸に対して傾斜した傾斜面を備え、
前記凹部の中心は、前記中心軸の上に位置する、
ことを特徴とする構成1に記載の成形装置。
[構成3]
前記凹部は、逆円錐形状の前記傾斜面を備える、
ことを特徴とする構成2に記載の成形装置。
[構成4]
前記凹部は、逆R形状の前記傾斜面を備える、
ことを特徴とする構成2に記載の成形装置。
[構成5]
前記力伝達部材は、球体である、
ことを特徴とする構成1乃至4のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成6]
前記力伝達部材は、前記第1金型に接触可能な球面と、前記押圧部に支持された平坦面とを備える、
ことを特徴とする構成1乃至4のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成7]
前記力伝達部材は、球体と、前記球体を転動可能に支持する球体支持部を備え、
前記押圧部は、前記球体支持部の底面を前記第1方向と交差する方向に移動可能に支持している、
ことを特徴とする構成1乃至4のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成8]
前記第1金型に前記第1方向の圧力を加える際に、前記中心軸を中心とする円に沿って前記第1金型と前記力伝達部材とが線接触する、
ことを特徴とする構成1乃至7のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成9]
前記第1金型に前記第1方向の圧力を加える際に、前記中心軸を中心に対称配置された3つ以上の位置で前記第1金型と前記力伝達部材とが接触する、
ことを特徴とする構成1乃至7のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成10]
前記力伝達部材は、前記押圧部の押圧面と点接触する、
ことを特徴とする構成1乃至5のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成11]
前記力伝達部材は、前記押圧部の押圧面と面接触する、
ことを特徴とする構成6または7に記載の成形装置。
[構成12]
前記力伝達部材と、前記第1金型は、異種の材料で形成されている、
ことを特徴とする構成1乃至11のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成13]
前記力伝達部材と、前記押圧部は、異種の材料で形成されている、
ことを特徴とする構成1乃至12のいずれか1項に記載の成形装置。
[方法1]
構成1乃至13のいずれか1項に記載の成形装置を用いて、前記押圧部から前記力伝達部材を介して前記第1金型に圧力を加えながら、前記成形材を成形する、
ことを特徴とする成形体の製造方法。
[方法2]
前記成形材を成形した後、前記押圧部から前記力伝達部材を介して前記第1金型に圧力を加えながら冷却する、
ことを特徴とする方法1に記載の成形体の製造方法。
[構成1]
移動可能に保持された第1金型と、
第2金型と、
圧力を発生する押圧部と、
前記押圧部が発生する前記圧力を前記第1金型に伝達する力伝達部材と、を備え、
前記第1金型と前記第2金型とで成形材を挟み、前記第1金型を前記力伝達部材を介して第1方向に移動させて前記成形材を押圧する際に、
前記力伝達部材は、前記第1金型に対しては前記第1金型の中心軸に近づく方向に移動し、前記押圧部に対しては前記第1方向と交差する方向に移動する、
ことを特徴とする成形装置。
[構成2]
前記第1金型は、前記力伝達部材を挟んで前記押圧部と対向する凹部を備え、
前記凹部は、前記第1金型の中心軸に対して傾斜した傾斜面を備え、
前記凹部の中心は、前記中心軸の上に位置する、
ことを特徴とする構成1に記載の成形装置。
[構成3]
前記凹部は、逆円錐形状の前記傾斜面を備える、
ことを特徴とする構成2に記載の成形装置。
[構成4]
前記凹部は、逆R形状の前記傾斜面を備える、
ことを特徴とする構成2に記載の成形装置。
[構成5]
前記力伝達部材は、球体である、
ことを特徴とする構成1乃至4のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成6]
前記力伝達部材は、前記第1金型に接触可能な球面と、前記押圧部に支持された平坦面とを備える、
ことを特徴とする構成1乃至4のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成7]
前記力伝達部材は、球体と、前記球体を転動可能に支持する球体支持部を備え、
前記押圧部は、前記球体支持部の底面を前記第1方向と交差する方向に移動可能に支持している、
ことを特徴とする構成1乃至4のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成8]
前記第1金型に前記第1方向の圧力を加える際に、前記中心軸を中心とする円に沿って前記第1金型と前記力伝達部材とが線接触する、
ことを特徴とする構成1乃至7のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成9]
前記第1金型に前記第1方向の圧力を加える際に、前記中心軸を中心に対称配置された3つ以上の位置で前記第1金型と前記力伝達部材とが接触する、
ことを特徴とする構成1乃至7のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成10]
前記力伝達部材は、前記押圧部の押圧面と点接触する、
ことを特徴とする構成1乃至5のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成11]
前記力伝達部材は、前記押圧部の押圧面と面接触する、
ことを特徴とする構成6または7に記載の成形装置。
[構成12]
前記力伝達部材と、前記第1金型は、異種の材料で形成されている、
ことを特徴とする構成1乃至11のいずれか1項に記載の成形装置。
[構成13]
前記力伝達部材と、前記押圧部は、異種の材料で形成されている、
ことを特徴とする構成1乃至12のいずれか1項に記載の成形装置。
[方法1]
構成1乃至13のいずれか1項に記載の成形装置を用いて、前記押圧部から前記力伝達部材を介して前記第1金型に圧力を加えながら、前記成形材を成形する、
ことを特徴とする成形体の製造方法。
[方法2]
前記成形材を成形した後、前記押圧部から前記力伝達部材を介して前記第1金型に圧力を加えながら冷却する、
ことを特徴とする方法1に記載の成形体の製造方法。
1・・・胴型/10・・・第1金型/10a・・・成形面/10b・・・筒部/10c・・・つば部/10e、10f、10g・・・凹部/10g1、10g2・・・テーパ部/20・・・第2金型/20a・・・成形面/20b・・・筒部/20c・・・つば部/30・・・成形体/31・・・成形材/40・・・力伝達部材/40a・・・球体/40b・・・球体支持部/60・・・押圧部/60a・・・押圧面/70・・・第2金型保持部材/80・・・第1金型保持部材/100、101、102、103・・・成形装置/AX1・・・胴型1の中心軸/AX2・・・押圧部60の中心軸
Claims (15)
- 移動可能に保持された第1金型と、
第2金型と、
圧力を発生する押圧部と、
前記押圧部が発生する前記圧力を前記第1金型に伝達する力伝達部材と、を備え、
前記第1金型と前記第2金型とで成形材を挟み、前記第1金型を前記力伝達部材を介して第1方向に移動させて前記成形材を押圧する際に、
前記力伝達部材は、前記第1金型に対しては前記第1金型の中心軸に近づく方向に移動し、前記押圧部に対しては前記第1方向と交差する方向に移動する、
ことを特徴とする成形装置。 - 前記第1金型は、前記力伝達部材を挟んで前記押圧部と対向する凹部を備え、
前記凹部は、前記第1金型の中心軸に対して傾斜した傾斜面を備え、
前記凹部の中心は、前記中心軸の上に位置する、
ことを特徴とする請求項1に記載の成形装置。 - 前記凹部は、逆円錐形状の前記傾斜面を備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の成形装置。 - 前記凹部は、逆R形状の前記傾斜面を備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材は、球体である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材は、前記第1金型に接触可能な球面と、前記押圧部に支持された平坦面とを備える、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材は、球体と、前記球体を転動可能に支持する球体支持部を備え、
前記押圧部は、前記球体支持部の底面を前記第1方向と交差する方向に移動可能に支持している、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記第1金型に前記第1方向の圧力を加える際に、前記中心軸を中心とする円に沿って前記第1金型と前記力伝達部材とが線接触する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記第1金型に前記第1方向の圧力を加える際に、前記中心軸を中心に対称配置された3つ以上の位置で前記第1金型と前記力伝達部材とが接触する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材は、前記押圧部の押圧面と点接触する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材は、前記押圧部の押圧面と面接触する、
ことを特徴とする請求項6に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材と、前記第1金型は、異種の材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 前記力伝達部材と、前記押圧部は、異種の材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成形装置。 - 請求項1または2に記載の成形装置を用いて、前記押圧部から前記力伝達部材を介して前記第1金型に圧力を加えながら、前記成形材を成形する、
ことを特徴とする成形体の製造方法。 - 前記成形材を成形した後、前記押圧部から前記力伝達部材を介して前記第1金型に圧力を加えながら冷却する、
ことを特徴とする請求項14に記載の成形体の製造方法。
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