JP4511213B2 - プレス金型装置及び金属プレス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板の塑性加工または穿孔加工等のプレス加工に使用されるプレス金型装置及び金属プレス加工方法に関し、特に、空気調和装置等の熱交換器を構成する熱交換フィンの製造に使用されるプレス金型装置及びその金型装置を用いた金属プレス加工方法に関する。

従来、自動車用や家庭用空気調和装置等の熱交換器に使用される熱交換フィンは、図７（ａ）に例示した一連のプレス加工により製造される。このプレス加工は、主に、加工されるアルミ等の金属板を加工しやすくするための予備成形工程、予備成形された金属板に孔を穿設すると共にバーリングを行なうピアシング・バーリング（抜きバーリング）工程、金属板にあけた孔周縁の突出部分からカラーを形成するアイアニング工程、及び、形成したカラーの先端を折り曲げるリフレアー工程からなる。アルミ等の金属板にこのようなプレス加工を施すことによって、図７（ｂ）に示すようなプレートフィンが製造される。

このようなプレス加工では、金型の磨耗を抑制すると共に被加工材料（金属板）に破れ等の不具合が生じるのを抑制するため、加工時に潤滑液を使用するのが通常である。

現在、熱交換器用フィンを製造するためのプレス加工における潤滑には、炭化水素系潤滑油が用いられている。炭化水素系潤滑油は、それ以前に使用されていた鉱油系潤滑油と異なり、有機塩素系溶剤による洗浄が不要であるため、地球環境に優しい潤滑油として広く使用されている。

炭化水素系潤滑油を使用してプレス加工を行う場合、フィンの製造効率の面から、加工後にフィンを加熱してフィンに付着している潤滑油を蒸発乾燥させている。そして、蒸発した炭化水素系潤滑油の大気放出を避けるため、触媒燃焼による処理を行なっている。また、プレス加工に使用されて液体のままプレス金型から回収された炭化水素系潤滑油については、産業廃棄物として所定の廃棄処分が行なわれている。このように、炭化水素系潤滑油を用いた場合には、触媒燃焼や産業廃棄物としての廃棄処分等、後処理に多大なコストが掛かっていた。また、昨今の地球環境保護気運の盛り上がりもあり、さらに環境に優しい潤滑液の使用が望まれている。

一方、金属加工の中でも切削加工用の潤滑剤として、炭化水素系潤滑油に代えて、水や水溶性潤滑剤を水に溶解させた水系潤滑液を使用するための技術開発が進められている。水系潤滑液（以下、「水系潤滑液」という表現は、水も含む意味で用いる。）をプレス加工時の潤滑に用いることができれば、触媒燃焼による処理や産業廃棄物としての後処理に掛かる手間、コストが軽減されるばかりでなく、自然環境に対してもより一層優しい物作りを実現できると考えられる。また、これに伴い、製造装置や製造ラインの小型化が可能で、初期投資コスト、運転コストの大幅な低減も可能と考えられる。

しかしながら、プレス金型装置にはストリッパープレートやノックアウトピン等を上下動させるスプリング等の弾発部材を収納するための凹部が形成されており、潤滑剤として水系潤滑液を用いた場合、このような凹部に水系潤滑液が流入し、そこに滞留することになる。潤滑液が水分を含む結果、通常のバネ鋼で作られたスプリングは発錆し、繰り返し荷重により発錆部位から疲労破壊を起こすという問題が生じる。

この対策として樹脂コーティングされたスプリングを用いてみたが、スプリングの長寿命化に僅かな効果が認められたに過ぎず、摩擦等によりコーティング材が損傷を受け、その損傷部から内部のスプリングに錆が生じ、結局、疲労破損してしまった。

また、水系潤滑液には腐敗防止剤を添加することもできるが、弾発部材を収納する凹部に水系潤滑液が流入し長期に亘り滞留すると、もはや水系潤滑液に添加された腐敗防止剤では、細菌の繁殖等による潤滑液の腐敗は阻止しきれなくなり、潤滑液の腐敗が進行し異臭を発するようになる。このように異臭を発するに至った潤滑液が加工時に製品に付着すると、プレス加工後に製品の洗浄等の後処理が必要となってしまう。

そこで、水系潤滑液をプレス加工に使用する場合は、パンチプレート等の金型部材に設けられ、弾発部材が収納される凹部から潤滑液を排出させる手段や、凹部への潤滑液の流入を防止する手段を講じる必要があると本願発明者は考えた。

金型の凹部に滞留する潤滑液等の不要物を排出させる手段としては、鍛造金型の本体のキャビティ底面に貫通孔を設け、鍛造時における潤滑剤滓の排出孔とする技術が特許文献１に開示されている。一方、金型の凹部への潤滑剤の流入を防止する先行例は出願人及び発明者の知る限りでは存在していない。

ここで、特許文献１に開示されている技術は、被加工部材が進入し直接加工されるキャビティ内から不要な潤滑材滓を排出するものであるのに対し、本願発明の場合は、ストリッパープレートやノックアウトピン等の動作に不可欠な弾発部材が収納される凹部に流入する潤滑液を排出しようとするもの若しくはその流入を阻止しようとするものである点で異なる。また、特許文献１に開示されている技術は、本願発明のように水系潤滑液の使用を前提とし水系潤滑液の使用に伴う問題を解決するものとは異なる。このため、特許文献１に記載の技術は、ストリッパープレートやノックアウトピン等の動作に不可欠な弾発部材が収納される凹部に流入する潤滑液を排出する若しくはその流入を阻止する必要性が全く認められないものである（特許文献１段落［００１７］、図１、図２参照）。
特開平０９−１３６１３３号公報

上述の事情から、本発明は、水系潤滑液をプレス加工に使用した場合に、不要となった潤滑液が金型部材に滞留しないようにして、スプリング等の弾発部材の腐食及び金型上での潤滑液の腐敗を抑制し得るプレス金型装置の提供を目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明によるプレス金型装置の一の形態においては、弾発部材の少なくとも一部が収納される凹部に流入する水系潤滑液を該凹部外に排出する排出路を設けた点が最も主要な構成となっている。

このような構成とすることにより、プレス金型装置に形成された凹部に加工時に使用する水系潤滑液が入り込んでも、排出路から潤滑液を凹部外に排出することができる。そのため、金型装置の凹部には、水系潤滑液が滞留することがなく、残留水系潤滑液による金型部材及び弾発部材の腐食や、細菌の繁殖を抑制することができる。

また、この本発明の一の形態において、凹部が金型装置を構成する部材を貫通した貫通孔の内面と、この貫通孔に少なくとも一部が挿入された閉塞部材の上面とによって形成されている場合、排出路を閉塞部材に設けることが好ましい。

このようにすることにより、排出路を、金型装置から比較的容易に着脱可能で他の金型部材（パンチプレート等）に比べ小型の閉塞部材に設けることができるので、他の金型部材に排出路を形成する場合に比べ排出路の形成が容易となる。

さらに、本発明によるプレス金型装置の上述した形態とは異なる形態においては、弾発部材の伸縮を許容しつつ水系潤滑剤が弾発部材の少なくとも一部が収納される凹部に流入するのを実質的に防止する流入防止手段を備える点が最も主要な構成となっている。

このような構成にすることにより、プレス金型装置に形成された凹部に、水系潤滑液が入り込むことが実質的になくなる。そのため、金型装置の凹部に水系潤滑液が滞留することがなく、水系潤滑液による金型部材及び弾発部材の腐食の問題や、細菌の繁殖の問題を解消できる。

本発明によるプレス金型装置では、パンチプレート等の金型部材に形成され、弾発部材の少なくとも一部を収納する凹部から潤滑液を排出する排出路を設けたので、該凹部から潤滑液が排出路を通して排出され、金型部材や凹部に収納されるスプリング等の弾発部材の腐食を抑制することが可能となった。また、凹部に水系潤滑液が滞留し難くなるので、凹部内における細菌の繁殖が抑制され、潤滑液の腐敗によって生ずる悪臭の問題も解決できた。

また、弾発部材を収納するための凹部の底部を構成するプラグ等の閉塞部材に排出路を設ける場合は、排出路を、金型装置から比較的容易に着脱可能で他の金型部材（パンチプレート等）に比べ小型の閉塞部材に設けることができるので、他の金型部材に排出路を形成する場合に比べ、排出路を比較的容易に設けることができる。

また、弾発部材を収納する凹部に水系潤滑液が流入するのを実質的に防止する流入防止手段を設けた場合、該凹部に水系潤滑液が流入することを実質的に防止できる。そのため、凹部内に収納されている弾発部材の腐食や凹部内で潤滑液が腐敗し異臭を生ずる問題を解決できた。

以下、本発明を熱交換フィン用プレス金型装置に適用した場合の実施形態について、図１〜図６に基づき説明する。図１〜図６は、それぞれ本発明をプレス金型装置のアイアニング工程に用いられるアイアニングパンチ２近傍に適用した実施形態１〜６を示した部分断面図である。

（実施形態１）
金属薄板は、背景技術でも説明したように、予備成形工程、ピアシング・バーリング工程を経て、アイアニング工程に至る。

この熱交換フィン用プレス金型装置は、開閉可能に設けられた上型と下型とから構成され、上型を構成するダイプレート（図示せず）には、アイアニング用のダイ（図示せず）等が保持されている。

一方、下型を構成するパンチプレート１には、アイアニングパンチ２が固定されている。パンチプレート１の上方には、プレート１から所定距離を隔ててストリッパープレート３が設けられている。ストリッパープレート３は、弾発部材としてのバネ(コイルスプリング)５によって弾発的に支持されている。このストリッパープレート３には、アイアニングパンチ２の先端部２ａが通過可能な透孔３ａが穿設され、ストリッパープレート３に荷重が加えられない状態のとき、アイアニングパンチ２の先端部２ａがストリッパープレート３の上面以下となるように、ストリッパープレート３が位置調整されている。

ストリッパープレート３を弾発的に支えるバネ５は、下型パンチプレート１に形成された凹部６にその少なくとも一部が収納され、位置決めされている。図１に示した実施形態では、バネ５の下方部が凹部６に収納されている。

凹部６は、図１に示した実施形態では、下型パンチプレート１に形成された貫通孔１ａの内側面と、この貫通孔１ａに挿入され、貫通孔内に螺合したプラグ（閉塞部材）７の上面とにより構成されている。そして、このプラグの中心部には凹部６に流入した潤滑液の排出路８となる貫通孔が穿設されている。

このように、排出路８をプラグ７に設ける場合は、後述する他の実施形態のようにプラグ７に比し大型のパンチプレート１そのものに排出路８を形成する場合に比べ、排出路８を比較的容易に形成することが出来て好ましい。なお、本形態において、一の凹部６に対し一の排出路８が設けられているが、一の凹部６に対して複数の排出路８を設けることも可能である。また、本形態において、排出路８は円筒形状を有するが、排出路８の断面形状は円形に限らず、様々な形状を有してもよく、また、排出路８長手方向に沿ってその形状、および／または、断面積が変化してもよい。

次に、このような構成の金型装置を水系潤滑剤と共に用いて熱交換フィンをプレス成形する工程について、説明する。

熱交換器フィン用プレス金型装置の上型（図示せず）と下型（アイアニングポンチ等を部分的に図示）との間に、ピアシング・バーリング加工後の金属薄板が送り込まれ、上型と下型との型閉が行われる。この際に、上型の降下を開始すると、上型に設けられている下型押圧部材（図示せず）がストリッパープレート３上に搬送された金属薄板１１に当接してバネ５の付勢力に抗してストリッパープレート３を下方に押圧する。そして、ストリッパープレート３の透孔３ａを通過したアイアニングパンチ２の先端部がストリッパープレート３の上面に突出する。ストリッパープレート３の上面に突出したアイアニングパンチ２の先端部は、図１に破線で示す様に、ピアシング・バーリング工程で事前に形成された突出部１１ａ内に挿入され、突出部１１ａを利用して金属薄板１１とアイアニングパンチ２との相対的位置決めが行われる。更に、上型が降下することによって鉛直下方に押し下げられたストリッパープレート３の上面からアイアニングパンチ２は突出し、上型に保持されたダイ（図示せず）と協働して突出部１１ａのしごき加工を行なう。このしごき加工（アイアニング加工）により、突出部１１ａが所定高さを有する筒状部に形成される。

かかるしごき加工は、上型と下型との型閉が終了した際に終了する。型閉終了後、上型と下型との型開が行なわれる。型開は、上型が上方に移動することにより行なわれる。上型が上方に移動するとアイアニングパンチ２の先端部がダイから後退し、アイアニングにより形成された筒状部は、ダイから抜き出される。筒状部がダイから確実に抜け出るように、エジェクタピン（図示せず）若しくはノックアウト（図示せず）が上型に設けられるのが通常であり、エジェクタピン（図示せず）若しくはノックアウトにより、筒状部はダイから押し出される。

また、筒状部がアイアニングパンチ２側に嵌った場合は、上型の上昇により押圧力を解かれたバネ５の付勢力によりストリッパープレート３がアイアニングパンチ２に対して相対的に上昇するので、これにより筒状部はアイアニングパンチ２による拘束から解かれる。

アイアニング加工の次に、金属薄板１１（被加工材料）はリフレアー工程に送られ、カラーの先端を外方に折り曲げられる。さらに、金属薄板１１は所定の形状に切り揃えられ熱交換フィンが形成される。

ところで、熱交換フィンを上述のようにプレス成形する場合、加工性能を確保するため金型と成形材料間の潤滑が重要である。従来、この潤滑のため、炭化水素系の揮発成分を含んだ潤滑油が重宝に使われてきた。今回、本願発明者は、環境負荷を軽減するため、そのような潤滑油に代わり、水系潤滑液を用いることに挑戦した。水系潤滑液を用いる場合は、加工前（金型装置に材料が送り込まれる前）に材料表面に万遍なく塗布される炭化水素系潤滑油の使い方と異なり、材料となる金属薄板表面に形成されている潤滑被膜の溶出・剥離を避ける等の理由から必要な箇所に局所的に供給する方式が望ましいと考えられ、金型装置内に潤滑液供給路（図示せず）が設けられる。

このように、金型に設けられた潤滑液供給路から供給された水系潤滑液は金型及び加工材料の潤滑を行うが、潤滑後若しくは余分に供給された潤滑液は下型に形成されている凹部６に流入する。本発明によるプレス金型装置にあっては、潤滑液が流入する凹部６には、潤滑液排出のための排出路８が形成されているので、凹部６に流入した潤滑液は排出路８を通して、速やかに排出される。従って、凹部６に流入した水系潤滑液が凹部６内に滞留しにくくなるので、細菌の繁殖による潤滑液の腐敗が抑制される。この結果、潤滑液の腐敗に伴う悪臭の発生も抑制できるし、悪臭予防のため、加工後の熱交換フィンを洗浄する手間を軽減できる。

また、凹部６に流入した潤滑液は比較的速やかに凹部６から排出されるので、凹部６に収納されているバネ５の腐食も抑制される。

なお、バネ５の腐食を完全に近い形で防止するには、耐水性素材からなるバネ５を用いることが望ましい。そのようなバネ５として、たとえば、ウレタン等の樹脂素材製の円筒状のバネ５や耐水性のステンレス鋼で作られたコイル状のバネ５、耐水性のコーティングが施されたバネ５を用いることが出来る。

（実施形態２）
図２に、上述した実施形態１とは異なる実施形態２を示す。この実施形態２においては、図１に示した実施形態１と異なり、バネ５を収納する凹部６がパンチプレート１の上面に形成された有底穴として形成されている。そして、潤滑液を排出する排出路８はパンチプレート１下面から凹部６までパンチプレート１を貫通して設けられており、図１に示した実施形態１と同様に、凹部６に流入した潤滑液は排出路８から排出されるようになっている。そのほかの構造は図１に示した実施形態１と同様であるので、同一部材には同一番号を付してその説明は省略する。

（実施形態３）
図３に上述した実施形態とは異なる実施形態３を示す。この実施形態３においては、バネ５が収納される凹部６はパンチプレート１に形成された貫通孔の内側面とパンチプレート１の下側に配置されたバックプレート１３の上面とから構成されている。そして、凹部６に連通する排出路８がバックプレート１３を貫通して形成されており、上述した実施形態と同様に、凹部６に流入した潤滑液が排出路８から排出されるようになっている。他の構造は上述した実施形態と同様であるので、同一部材には同一番号を付してその説明は省略する。

（実施形態４）
図４に上述した実施形態とは異なる実施形態４を示す。この実施形態４においては、凹部６に流入した潤滑液の排出路としてバックプレート１３に貫通孔を設けるのではなく、バックプレート１３の上面に凹部６に連通する溝８ｂを形成している。この溝８ｂは、バックプレート１３の外周縁まで達するように形成されている。このように、溝８ｂを形成しておくことによって、凹部６に流入した潤滑液をこの溝８ｂを通じて排出させられるようになっている。他の構造は上述した実施形態と同様であるので、同一部材には同一番号を付してその説明は省略する。

なお、この実施形態においては、溝１５をバックプレート１３上面に形成しているが、パンチプレート１の下面に同様な溝（図示せず）を形成してもよい。

（実施形態５）
図５に、上述した実施形態とは異なる実施形態５を示す。この実施形態５においては、バネ５に筒状のキャップ１６が被せられている。キャップ１６の外周面は凹部６内側面に内嵌し、滑らかに摺動するようになっている。キャップ１６外周面と凹部６内側面との隙間から潤滑液が凹部６内に流入するのを実質的に防止するためパッキン（Ｏリング）１７が凹部６内側面上部に設けられている。

図５に示した実施形態においては、潤滑液が凹部６内に流入するのを実質的に防止する手段としてキャップ１６及びパッキン１７を設けているので、潤滑液が凹部６に流入するのを実質的に防止できる。

なお、図示したように、プラグ７には貫通孔１８が形成されていることが望ましい。この貫通孔１８は、バネ５が収納されている空間の空気抜きとして作用する。また、万一、潤滑液が凹部６内に流入した場合において、潤滑液の排出路としても作用し得る。他の構造は上述した実施形態と同様であるので、同一部材には同一番号を付してその説明は省略する。

（実施形態６）
図６に、上述した実施形態とは異なる実施形態６を示す。この実施形態６においては、バネ５が収納される凹部６がパンチプレート１に形成された貫通孔１ａの内側面とパンチプレート１の下側に配置されたバックプレート１３の上面とから構成されている点及びバネ５が収納されている空間の空気抜き及び潤滑液の排出路として作用する貫通孔１８がプラグ１０ではなくバックプレート１３に形成されている点で図５に示した実施形態と異なっている。その他の構造は図５に示した実施形態と同様であるので、同一部材には同一番号を付してその説明は省略する。この実施形態においても、潤滑液が凹部６に流入するのを実質的に防止できるようになっている。

なお、上述のすべての実施形態では、プレス金型装置のアイアニング加工工程に使用される部位周辺を例に説明したが、ピアシング加工やバーリング加工の工程に使用される部位周辺にも本発明が適用されることが望ましい。

また、上述の実施形態では、アイアニング工程が独立して行なわれる場合を例にしているが、一回の型閉で他の加工工程も同時に複合的に行うことが可能な構造のプレス金型装置にも適用可能である。

本発明によるプレス金型装置は、環境に優しく製品製造ラインの低コストを実現できるプレス金型装置として有用である。

本発明を適用したプレス金型装置の一部（実施形態１）を示した部分断面図 本発明を適用したプレス金型装置の一部（実施形態２）を示した部分断面図 本発明を適用したプレス金型装置の一部（実施形態３）を示した部分断面図 本発明を適用したプレス金型装置の一部（実施形態４）を示した部分断面図 本発明を適用したプレス金型装置の一部（実施形態５）を示した部分断面図 本発明を適用したプレス金型装置の一部（実施形態６）を示した部分断面図 熱交換フィンの製造工程及び熱交換フィンを示した図

符号の説明

１ 下型パンチプレート
１ａ 貫通孔
５ バネ
６ 凹部
７ プラグ
８ 排出路
１１ 金属薄板
１６ キャップ
１７ パッキン

Claims (2)

1. 弾発部材の少なくとも一部を収納する凹部を有し、水系潤滑液による潤滑下における金属板の加工に用いられるプレス金型装置であって、
   前記弾発部材の伸縮を許容しつつ前記水系潤滑液が前記凹部に流入するのを実質的に防止する流入防止手段を備え、
   前記流入防止手段は、前記弾発部材の被加工物側端部を覆い少なくとも一部が前記凹部に内嵌して前記凹部の内側面に沿って摺動するキャップと、前記キャップに当接して前記水系潤滑液の前記凹部への流入を実質的に防止するパッキンとを含むことを特徴とするプレス金型装置。
2. 請求項１に記載されたプレス金型装置を用いて金属板を加工する金属プレス加工方法。

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