JP4551882B2

JP4551882B2 - インパクト成形用金型、この金型を用いたインパクト成形装置及びこのインパクト成形装置を用いて製造される容器形状部品

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Publication number: JP4551882B2
Application number: JP2006107318A
Authority: JP
Inventors: 正治岩崎; 康夫曽山; 好昭谷本; 浩史藤川
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-04-10
Also published as: JP2007275956A

Description

本願発明は、容器の内側底面に筒状の突起物が突設された形状を有する部品（以下、「容器形状部品」という。）をインパクト成形によって製造するためのインパクト成形用金型、この金型を用いたインパクト成形装置及びこのインパクト成形装置を用いて製作される容器形状部品に関する。

容器形状部品の代表例として、音響機器や電子機器などの音量調整や周波数調整などに使用される回転操作用のツマミがある。

従来のツマミの一例として、図１７や図１８に示す形状や構造を有したものがある。図１７に示すツマミ５０は、アルミからなる低背の円柱体からなり、一方の端面５０ａの中心に断面Ｄ字形の穴（断面Ｄ字形の回転軸７０（以下、「Ｄ軸」という。）に嵌入装着するための穴。以下、「Ｄ軸取付け穴」という。）５１が穿設されたものである。ツマミ５０は、無垢のアルミ丸材から切削加工によりツマミ本体の円柱体を削り出した後、一方端５０ａの中心にＤ軸取付け穴５１を穿設することにより製造される。

一方、図１８に示すツマミ６０は、アルミからなる断面円形の低背のキャップ部材６１と、このキャップ部材６１に内装可能な容器の底面中央にＤ軸取付け穴６３を突設した合成樹脂からなるＤ軸取付け部材６２とで構成され、キャップ部材６１にＤ軸取付け部材６２を内装し、接着剤で固定したものである。

ツマミ６０のキャップ部材６１は、アルミの板材を多工程のプレス絞り加工を繰り返してキャップ形状を形成する方法や円柱形のアルミ材料（スラグ）をインパクトプレスにより瞬間的に塑性変形させてキャップ形状を形成する方法によって製造される。また、ツマミ６０のＤ軸取付け部材６２は、合成樹脂を射出成形することにより製造される。

特開平９−３１６５８０号公報特開２００３−２８２３６２号公報

ところで、図１７に示すツマミ５０は、
（１）全体がアルミ材のため一定の重量（質量）があり、回転操作時に慣性力が発生するので、操作時の感触性能に優れる。
（２）無垢のアルミでできているので、高級感がでる。
という長所を有しているが、
（１）アルミ丸材を切削加工することによって製造されるので、一定の製造時間を要する。特にＤ軸取付け穴の切削加工が困難。
（２）切削による材料ロスが大きい。
（３）材料費が高い。
という短所を有している。以上の特徴より、ツマミ５０は比較的高級機種の音響機器などに採用されることが多い。

一方、図１８に示すツマミ６０は、
（１）ツマミ５０よりも製造コストを低くできる。（∵アルミキャップとＤ軸取付け部材の２部品で構成されるので、各部品の材料や製造方法を工夫することにより、各部品の製造コストを抑えることができる。特にアルミキャップの製造方法としては、絞り加工やインパクト成形の方法が適用可能で、インパクト成形方法は製造コスト削減に適している。
（２）ツマミ５０よりも材料費を抑制でき、材料ロスも少なくできる。
（３）アルミキャップの化粧処理により、見かけ上の高級感はツマミ５０と変わらない。
という長所を有しているが、
（１）アルミキャップとＤ軸取付け部材の製造のためにそれぞれ金型を必要とし、金型費用が発生する。
（２）アルミキャップとＤ軸取付け部材を部品として購入しても両部品を組み立てる工程が必要になるので、全体としての製造コストの低減率はあまり高くできない。従って、（１）の長所はあるとしても、生産数の増加による製造コストの削減効果はあまり期待できない。
（３）アルミキャップとＤ軸取付け部材の組み合わせであるので、ツマミ５０よりも操作時の感触性が劣る。
（４）アルミキャップとＤ軸取付け部材の組合せ時に軸ブレが発生する可能性がある。
という短所を有している。以上の特徴より、ツマミ６０は低中級機種の音響機器などに採用されることが多い。

上記のように、２種類のツマミ５０とツマミ６０にはそれぞれ一長一短があり、そのため音響機器などの機種によって使い分けられているのが現状である。

そこで、ツマミ５０とツマミ６０の長所を生かし、音響機器などの機種に関係なく、幅広い使用が可能な新規なツマミが要望される。

なお、本願発明の課題として、容器形状部品の適用可能な例として音響機器などの回転操作用のツマミについて説明したが、例えば、数個の突起物が突設された矩形アルミケース、ドアの取手などの他の部品についても同様のことが言える。

本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、容器形状部品をインパクト成形によって製造するためのインパクト成形用金型、及びその金型を用いてインパクト成形により製作された容器形状部品を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

本願発明によって提供されるインパクト成形用の金型は、加工される材料を装着するためのキャビティを有するダイスと、前記ダイスの上方に垂直に配置され、前記キャビティに装着された前記材料に衝突させて後方押出し法により当該材料を所定の形状に塑性変形させるパンチとからなるインパクト成形用の金型において、前記パンチは、少なくとも先端部分が筒状の外側パンチ部と、前記外側パンチ部の筒状部分の内側に上下方向に移動可能に設けられ、自重により下方移動し、前記外側パンチ部の衝突により前記筒状部分に流出する前記材料によって上方移動する内側パンチ部と、前記外側パンチ部の筒状部分内に設けられ、前記内側パンチ部の自重による下方移動を規制する第１の規制部材と、前記外側パンチ部の筒状部分内の前記第１の規制部材よりも上方に設けられ、前記外側パンチ部の衝突により前記筒状部分に流出する前記材料によって前記内側パンチ部が上方に移動してその内側パンチ部の先端が前記外側パンチ部の先端より所定の長さだけ前記筒状部分内に収納される所定の上昇位置で前記内側パンチ部の後端に当接して当該内側パンチ部の上方移動を規制する第２の規制部材と、を備え、前記パンチを前記ダイスに装着された前記材料に衝突させたとき、前記外側パンチ部の先端が前記材料に衝突して当該材料を前記筒状部分に流出させるように変形させるとともに前記材料の前記筒状部分への流出により前記内側パンチ部を上方移動させ、その後、前記第２の規制部材により前記内側パンチ部の上方移動を前記上昇位置で規制することにより当該内側パンチ部の先端が前記筒状部分内の前記材料に衝突して前記材料を前記所定の形状に塑性変形させることを特徴とする（請求項１）。

請求項１に記載のインパクト成形用の金型において、前記所定の長さが前記ダイスのキャビティの深さの１０〜２０％であるとよい（請求項２）。

請求項１または２に記載のインパクト成形用の金型において、前記外側パンチ部は、先端の前記材料に当接する面に外周形状と略同一形状の溝が設けられているとよい（請求項３）。

請求項１〜３のいずれかに記載のインパクト成形用の金型において、前記内側パンチ部は、先端に先窄まりのテーパが形成されているとよい（請求項４）。

本願発明によって提供されるインパクト成形装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインパクト成形用の金型と、前記金型のパンチを前記ダイスに装着された材料に所定の圧力で衝突させるプレス機械とからなる。（請求項５）。

本願発明によって提供される容器形状部品は、容器の内側底面に筒状の突起物が一体成形された形状を有する容器形状部品であって、請求項５に記載のインパクト成形装置を用いて成形されることを特徴とする（請求項６）。

請求項６に記載の容器形状部品は、前記パンチの外側パンチ部を前記材料に衝突させて塑性変形させた本体部と、前記外側パンチ部の前記材料への衝突により前記外側パンチ部の筒状部分内に流出した前記材料に前記内側パンチ部を衝突させて塑性変形させた穴を有する筒状の取付け部とが一体成形されたツマミである（請求項７）。

このような構成によれば、円柱形状の容器の内側底面にＤ軸取付け穴を有する筒体が一体成形されたツマミを１工程で製造することができる。よって、全体がアルミでできているツマミを低コストで、短時間に製造することができる。また、このツマミはアルミの一体物なのでイナーシャ特性や高級感の面で優れているうえに、軸ブレの問題を生じにくい。

本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本願発明の好ましい実施の形態を、音響機器や電子機器などの音量調整や周波数調整などに使用される回転操作用のツマミを例に説明する。

図１は、本願発明に係るツマミの一例を示す斜視図である。図２は、図１において、同ツマミをＡ方向から見た図であり、図３は、図２のＩ−Ｉ断面図である。

図１に示すツマミ１は、円柱形状の容器１１の底面の中心にＤ軸取付け穴１３を有する筒体１２を突設した構造を有している。円柱形状の容器１１に相当する部分（以下、「ツマミ本体部１１」という。）は、人の手によって操作される部分であり、筒体１２の部分（以下、「Ｄ軸取付け部１２」という。）は、Ｄ軸７０（図１７参照）を嵌入してツマミ１を当該Ｄ軸７０に固定する部分である。

ツマミ本体部１１の直径Ｄ１、高さＤ２、側面の厚みＤ３、底面の厚みＤ４，Ｄ軸取付け部１２の厚みＤ５は設計事項であるので、ツマミ１の用途に応じて適宜の値が設定される。また、Ｄ軸取付け部１２の直径Ｄ６はＤ軸７０の直径ｄ（図１７参照）とＤ軸取付け部１２の厚みＤ５によって決定される。以下では、一例として、Ｄ１＝３３ｍｍ、Ｄ２＝１８ｍｍ、Ｄ３＝４ｍｍ、Ｄ４＝２ｍｍ、Ｄ５＝２ｍｍ、Ｄ６＝１０ｍｍに設定されたツマミ１について説明する。

ツマミ本体部１１の内側底面１１ａには、同心円状に２本の凸条１１ｂが形成されているが、これらの凸条１１ｂは、後述するツマミ１の製造方法に適用されるインパクト成形の製造工程で形成されるものであり、ツマミ１のデザインや品質に影響を与えるものではない。また、Ｄ軸取付け部１２のＤ軸取付け穴１３の開口端部に楔形の凹溝１３ａが形成されているが、この凹溝１３ａもインパクト成形の製造工程で形成されるものであり、ツマミ１をＤ軸７０に嵌入装着する際に影響を与えるものではない。凸条１１ｂ及び凹溝１３ａについては後述する。

次に、ツマミ１の製造方法について説明する。

ツマミ１は、従来のインパクト成形方法を改良した方法によって製造される。インパクト成形は、一般に、スラグ（円柱状のアルミ材料）をダイス（雌型）にセットし、プレス機によって棒状のパンチ（雄型）をスラグに打ち込むことにより当該スラグを押し潰すとともに、押し潰されたスラグの一部をパンチとダイスの隙間から放出させることにより、有底の筒体や低背の容器を瞬時に成形する成形技術である。従来のインパクト成形に適用されるパンチは、中実の棒状体で構成されているので、円柱状のアルミ材料を厚みの薄い有底の筒体や低背の容器に塑性変形させることしかできず、ツマミ１のような、容器の底面に筒体が突出した形状を有する部品を製造することはできないようになっている。

本実施形態では、インパクト成形に使用されるパンチの構造を改良し、スラグを２段階でインパクトプレスすることによりツマミ１を成形するようにしている。

図４は、ツマミ１を製造するためのインパクト成形機の基本的な構成を示す図である。

インパクト成形機２は、プレス機械３とこのプレス機械３に取り付けられるインパクト成形用の金型４（パンチ４１とダイス４２からなる）によって構成されている。

プレス機械３は、パンチ４１をダイス４２側に移動させ、所定の高圧力で当該ダイス４２にセットされたアルミ材料からなるスラグＷに衝突させるものである。図４に示すプレス機械３は、クランクプレス式のもので、フレーム３１、フライホイール３２、クランクシャフト３３、コネクティングロッド３４、スライド３５、スライドギブ３６、ボルスタ３７、ストリッパプレート３８を備えている。本実施形態では２００ｔ（加圧能力が約２０００ｋＮ）のクランクプレス式のプレス機械を使用している。

フレーム３１は、プレス機械３の外枠を構成するものである。フライホイール３２は、図略のモータ（プレスのエネルギー源）から図略のＶベルトによって供給される運動エネルギー（回転エネルギー）を蓄積し、増幅する機能を果たすものである。フライホイール３２は、円盤形状をしている。クランクシャフト３３は、回転運動を上下運動に変換するものである。クランクシャフト３３は、両端部がＬ字状に屈曲した棒部材からなり、クランクシャフト３３の両端は、フレーム３１内の上部に回転可能に支持されている。

クランクシャフト３３の中央部にはコネクティングロッド３４が回動可能に取り付けられ、クランクシャフト３３のフレーム３１の右側側面を貫通した一方端には図略のクラッチを介してフライホイール３２が取り付けられている。クラッチは、フライホイール３２をクランクシャフト３３に連結するか否か切替えるものである。フライホイール３２とクランクシャフト３３がクラッチによって連結されると、フライホイール３２の運動エネルギー（回転エネルギー）がクランクシャフト３３に伝達され、フライホイール３２とクランクシャフト３３との連結がクラッチによって解除されると、フライホイール３２の運動エネルギー（回転エネルギー）はクランクシャフト３３に伝達されない。

コネクティングロッド３４はＴ字状の棒状部材からなり、水平に延びる部分がクランクシャフト３３の中央部に回動可能に取り付けられている。コネクティングロッド３４の下方に延びる部分の先端は、軸受けを介してインパクト成形用金型４のパンチ４１が装着されるスライド３５に当該スライド３５に対して揺動可能に取り付けられている。スライド３５の両端部は、フレーム３１の内側側面の略中央部に設けられたスライドギブ３６に上下動可能に支持されている。スライドギブ３６は、スライド３５の水平方向の移動を規制し、スライド３５を垂直方向に正確に移動させるものである。

ボルスタ３７は、インパクト成形用金型４のダイス４２を装着するためのもので、フレーム３１の内側底面の中央に設けられている。ストリッパプレート３８は、パンチ４１の上下動をガイドするとともに、インパクト成形後にパンチ４１に残るツマミ１を当該パンチ４１から離脱するためのもので、中央にパンチ４１を通すための穴が設けられた板部材で構成されている。この穴の径は、パンチ４１の径より僅かに大きく、ツマミ１の外径より小さく設定されている。

ストリッパプレート３８は、ボルスタ３７の上方位置に当該ボルスタ３７の上面に立設された脚を介して設けられている。ストリッパプレート３８のボルスタ３７からの高さは、スライド３５が最も上昇した位置（以下、この位置を「上死点」という。）に位置するとき、スライド３５の下面に取り付けられたパンチ４１の下端がストリッパプレート３８の下面よりも上に位置するように設置されている。

スライド３５の下面のパンチ４１の取付位置、ストリッパプレート３８の穴及びボルスタ３７のダイス４２の取付位置は、鉛直線上に配置されている。棒状のパンチ４１は先端部をストリッパプレート３８の穴に貫通して基端部がスライド３５の下面の所定位置に固定され、円盤状のダイス４２は、ボルスタ３７の所定位置に固定されている。

次に、インパクト成形機２の動作について説明する。

まず、図略のクラッチをフライホイール３２がクランクシャフト３３に連結しない状態にして、図略のモータが起動されると、そのモータの回転力が図略のＶベルトによりフライホイール３２に伝えられ、当該フライホイール３２が回転する。フライホイール３２は、自重による慣性を利用して回転エネルギーを蓄える。

次に、操作者によりフライホイール３２がクランクシャフト３３に連結されるようにクラッチが切替えられると、フライホイール３２の蓄積された回転エネルギーがクランクシャフト３３に伝達され、クランクシャフト３３はフライホイール３２と一体的に回転する。クランクシャフト３３が回転すると、その回転運動は、コネクティングロッド３４により直線運動に変換されてスライド３５に伝達される。従って、クランクシャフト３３が１回転する間に、スライド３５は、上死点から最も下降した位置（以下、この位置を「下死点」という。）を１往復する。

スライド３５が上死点から下死点に移動する間に、所定のタイミングでスライド３５に固着されたパンチ４１が所定の高圧力でダイス４２にセットされたスラグＷに衝突し、この衝撃によりスラグＷが瞬時に変形してツマミ１が成形される。本実施例では加圧能力が約２０００ｋＮのプレス機械を使用して高い圧力をかけている。成形後のツマミ１は収縮作用によりパンチ４１に張り付いた状態となり、スライド３５が下死点から上死点に上昇する際に、パンチ４１とともに上昇する。そして、パンチ４１の先端部がストリッパプレート３８を通過するとき、当該パンチ４１に張り付いたツマミ１は、ストリッパプレート３８により上昇移動が規制され、当該パンチ４１から抜け落ちることになる。

なお、ツマミ１の量産工程においては、インパクト成形機２に、クランクシャフト３３の回転（パンチ４１の上下動）に同期してスラグＷを自動的にダイス４２にセットする材料供給装置と、製造されたツマミ１をベルトコンベアで次の工程に搬送する給送装置と、クランクシャフト３３の回転（パンチ４１の上下動）に同期して当該パンチ４１から抜け落ちたツマミ１を給送装置側（ベルトコンベア側）に排出する排出装置とを組み合わせたインパクト成形システムが用いられる。

材料供給装置は、スライド３５が下死点から上死点まで上昇している間の所定のタイミングで、次のインパクトプレスのためのスラグＷをダイス４２のキャビティにセットする。材料供給装置は、通常、プレス機械３と同期して動作可能なパーツフィーダやロボットが使用される。

排出装置は、エアーを噴出すエアー噴出装置からなり、スライド３５が下死点から上死点まで上昇している間のストリッパプレート３８によりパンチ４１からツマミ１が抜け落ちるタイミングでエアーを吹き付けることにより、当該ツマミ１をプレス機械３から給送装置側に排出する。吹き飛ばされたツマミ１は、給送装置により次の工程に搬送される。

このインパクト成形システムでは、クランクシャフト３３が１回転する毎に上述した所定のタイミングで材料供給装置によりダイス４２のキャビティにスラグＷがセットされるとともに、このスラグＷからインパクト成形によりツマミ１が成形され、ストリッパプレート３８によりパンチ４１からツマミ１が抜け落ちるタイミングで排出装置により当該ツマミ１が給送装置に排出される動作が連続して繰り返される。クランクシャフト３３は、例えば、４０〜６０ｒｐｍ程度の回転速度で回転されるので、本願発明に係るツマミ１は、極めて短時間（１〜１．５秒／個）の１行程成形処理により量産されることになる。

なお、本実施形態では、インパクト成形システムとして、クランクプレス式を用いているが、２０００ｋＮ程度の加圧能力があれば、他の機械式プレスでも良く、油圧プレスや空圧プレスであっても良い。

次に、インパクト成形用の金型４について説明する。

図５は、本願発明に係るインパクト成形用の金型４を示す図で、（ａ）は、パンチ４１の縦断面図、（ｂ）は同パンチ４１を先端側から見た図、（ｃ）はダイス４２の縦断面図である。

パンチ４１は、外側パンチ４１１、内側パンチ４１２、及び図略の取付け機構により構成されている。

外側パンチ４１１は断面円形の棒状をなし、先端部分は筒状になっている。そして、この筒状の空間は、内側パンチ４１２を上下動可能に格納する格納空間４１１ａとなっている。外側パンチ４１１の先端面４１１ｂには同心円状に２本の溝４１１ｃが設けられている。本実施形態に係るインパクト成形では、外側パンチ４１１をスラグＷに衝突させたとき、外側パンチ４１１の外側だけでなく、内側の筒状部分にもスラグＷを流出させる必要があるが、一般に、スラグＷはパンチ衝突時にパンチから外側に放射状に流れる傾向が強いので、この傾向を抑止するために、この溝４１１ｃが設けられている。

なお、本実施形態では溝４１１ｃは２本設けられているが、１本でもよく、３本以上でもよい。図１〜図３に示すツマミ１の構造から明らかなように、ツマミ本体部１１の側面の高さとＤ軸取付け部１３の高さは略同一であるので、外側パンチ４１１をスラグＷに衝突させ、外側パンチ４１１の筒状部分にスラグＷの一部を流出させる際、外側パンチ４１１の筒状部分には、内側パンチ４１２を衝突させたときに外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間を所望の高さ（図１〜図３に示すツマミ１では、ツマミ本体部１１の側面の高さと略同一の高さ）まで上昇するのに十分なスラグＷの量が必要になる。従って、この条件を満たすように、溝４１１ｃの数は、経験的に適当な数が設定される。

外側パンチ４１１の筒状部分の格納空間４１１ａの適所には内側に突出した突出部４１１ｄが設けられている。この突出部４１１ｄは、格納空間４１１ａ内に上下動可能に設けられる内側パンチ４１２の下移動を規制するものである。この突出部４１１ｄによって形成される穴の内径は、内側パンチ４１２の加工部４１２ｂの径と略同一になっている。

更に、外側パンチ４１１の格納空間４１１ａの上方の所定の位置には段差４１１ｅが形成され、この段差４１１ｅの部分に内側パンチ４１２の上方移動を規制する規制部材４１３が装着されている。

内側パンチ４１２は、スライド部４１２ａと加工部４１２ｂとにより構成されている。スライド部４１２ａは、格納空間４１１ａの突出部４１１ｄより上側の空間の内径と略同一の径を有する円柱状をなし、加工部４１２ｂは、Ｄ軸７０の外径と略同一の径を有する断面Ｄ字の棒状をなしている。内側パンチ４１２は、外側パンチ４１１の格納空間４１１ａの上側から加工部４１２ｂを突出部４１１ｄの穴に嵌入させた後、規制部材４１３を装着することにより、当該格納空間４１１ａに上下動可能に設けられている。

パンチ４１は、プレス機械３のスライド３５下面に鉛直方向に取り付けられるので、内側パンチ４１２は自重により落下しようとするが、スライド部４１２ａが突出部４１１ｄに係止するので、図５に示す状態で外側パンチ４１１に保持される。この内側パンチ４１２が最下位置に位置するとき、内側パンチ加工部４１２ｂの先端は外側パンチ先端面４１１ｂよりＤ８だけ突出している。一方、パンチ４１をダイス４２のキャビティにセットされたスラグＷに衝突させたときには、内側パンチ４１２は外側パンチ４１１の筒状部分にあるスラグＷによって上方に押し上げられるが、スライド部４１２ａが規制部材４１３と当接した時点でその上昇移動が停止される。この意味で、スライド部４１２ａは、内側パンチ４１２の上下の移動範囲を規制する機能を果たし、その移動範囲は、スライド部４１２ａの先端面（加工部４１２ｂとは反対側の面）と規制部材４１３との間の距離Ｄ７によって決定されている。本実施形態ではＤ７＝６ｍｍ、Ｄ８＝３ｍｍで設定している。

上記の様に、内側パンチ４１２は、格納空間４１１ａ内部を距離Ｄ７だけ上下移動するので、外側パンチ４１１より遅れてスラグＷに衝突し、成形後のツマミ１から抜かれるタイミングも外側パンチ４１１より遅れる。すなわち、パンチ４１がスラグＷに衝突する際、内側パンチ加工部４１２ｂの先端は、外側パンチ先端面４１１ｂがスラグＷの上面に衝突して（Ｄ７−Ｄ８）＝３ｍｍの距離だけ移動した後に、スラグＷの上面に達するので、外側パンチ４１１の筒状部分にスラグＷが適度に流出してから、衝突することができる。経験より、この（Ｄ７−Ｄ８）の距離は製造するツマミ１の高さＤ２の１０〜２０％に設計されている。また、加工後のツマミ１がパンチ４１から取り外される際、ストリッパプレート３８により上昇移動が規制されたツマミ１が外側パンチ４１１に対して相対的に下方に移動するが、内側パンチ４１２はツマミ１と一体になって移動する。内側パンチ加工部４１２ｂは、外側パンチ４１１に対してＤ７＝６ｍｍ移動したところで、内側パンチスライド部４１２ａが外側パンチ突出部４１１ｄに係止することにより、ツマミ１から抜かれることになる。その後も内側パンチ加工部４１２ｂの先端は外側パンチ先端面４１１ｂよりＤ８＝３ｍｍの距離だけ遅れてツマミ１から抜かれることになり、ツマミ１の外側パンチ４１１が抜かれて収縮しようとする部分を内側パンチ加工部４１２ｂが内側から抑えることでＤ軸取付け穴１３が縮まらないようにしている。

一方、加工部４１２ｂは、パンチ４１のスラグＷへの衝突時に内側パンチ４１２の上方移動が規制部材４１３によって停止された後、外側パンチ４１１の筒状部分にあるスラグＷに衝突される部分で、この衝突によりツマミ１のＤ軸取付け部１２をインパクト成形する機能を果たす部分である。

加工部４１２ｂの先端部には、図６に示すように、先窄まりのテーパ４１２ｃが形成され、円錐形状となっている。加工部４１２ｂの先端部を円錐形状とするのは、外側パンチ４１１の先端の筒状部分の断面形状は円形（点対称形）であるのに対し、加工部４１２ｂの断面形状はＤ字状（非点対称形）であるので、内側パンチ４１２が外側パンチ４１１の先端の筒状部分のスラグＷに衝突し、当該スラグＷが外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間に流出して変形しようとするとき、加工部４１２ｂの先端部がフラットであれば、その隙間への流出量が不均一になり、ツマミ１のＤ軸取付け部１２の部分の品質が劣化することになるので、その品質劣化を防止するためである。

すなわち、内側パンチ４１２が外側パンチ４１１の先端の筒状部分のスラグＷに衝突し、当該スラグＷが外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間に流出して変形しようとするとき、加工部４１２ｂの先端部がフラットであれば、急激に強い圧力がスラグＷに加わるので、外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間のうち、広い隙間の部分に多くスラグＷが流出して隙間全体で流出量の不均一を生じることになるが、加工部４１２ｂの先端部を円錐形状にしているので、スラグＷへの急激な強い圧力が緩和され、これにより広い隙間の部分へのスラグＷの流出量が抑制され、隙間全体での流出量の不均一が低減されるようになっている。内側パンチの加工部４１２ｂの断面形状が点対称形であれば、加工部４１２ｂの先端部がフラットでもよい。

また、加工部４１２ｂの平坦面（断面Ｄ字形状の直線部分に該当する。）には、図６に示すように、突出している突出部４１２ｄが設けられている。突出部４１２ｄが設けられているのは、加工部４１２ｂの断面形状をできるだけ円形状に近づけて、外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間を可及的に均一にして、製造されるツマミ１のＤ軸取付け部１２の高さを均一にするためである。

すなわち、内側パンチ４１２が外側パンチ４１１の先端の筒状部分のスラグＷに衝突し、当該スラグＷが外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間に流出して変形しようとするとき、突出部４１２ｄが設けられていなければ、加工部４１２ｂの平坦面側の隙間に流出するスラグＷの量が隙間の体積に対して不足し、製造されるツマミ１のＤ軸取付け穴１３断面の平坦面側のＤ軸取付け部１２の高さが不足して不均一を生じることになるが、突出部４１２ｄが設けられているので、外側パンチ４１１と内側パンチ４１２の隙間が均一になり、製造されるツマミ１のＤ軸取付け部１２の高さが均一になる。

取付け機構は、パンチ４１をプレス機械３のスライド３５の下面に固定するものであり、図５では省略されている。

ダイス４２は、スラグＷを装着するためのキャビティ４２ａを有する。キャビティ４２ａ内の底面の形状とキャビティ４２ａの深さは、製造するツマミ１の底面の形状とツマミの高さに合わせて設計される。本実施形態で製造されるツマミ１の底面は直径がＤ１＝３３ｍｍの円であり、高さはＤ２＝１８ｍｍなので、キャビティ４２ａ内の底面の形状は直径がＤ１＝３３ｍｍの円となり、キャビティの深さはＤ２＝１８ｍｍになる。ダイス４２は、プレス機械３のボルスタ３７の上面に固定されるための取付け機構を有するが、図５では省略されている。

スラグＷは、純度の高いアルミニウムまたはアルミニウムの合金で、低背の円柱体形状のものである。スラグＷの底面の形状は、ダイスのキャビィティ４２ａの底面の形状と同一形状であり、キャビィティ４２ａ内への装着し易さのため、大きさは少し小さいものとなっている。インパクト成形においては、材料が流動変形されて製品に加工されるので、材料であるスラグＷの体積と加工後の製品であるツマミ１の体積とは等しくなる。よって、スラグＷの高さは、ツマミ１の体積とスラグＷの底面積から算出され決定される。なお、本実施形態ではツマミ１の体積が９８５０ｍｍ³であり、スラグＷの底面積が８２０ｍｍ²なのでスラグＷの高さは１２ｍｍとなっている。

パンチ４１は、プレス機械３のスライド３５と一体となって上下移動することで、ダイス４２に対して相対的に上下移動し、スライドが下死点付近に達したときに、ダイス４２のキャビティ４２ａ内に装着されたスラグＷに衝突して加工を行う。なお、スライド３５が下死点に位置するときに、外側パンチ４１１の先端面４１１ｂとダイス４２のキャビティ４２ａの底面との距離がツマミ１の底面の厚みＤ４となるように、スライド３５とボルスタ３７の位置はあらかじめ調整されている。

次に、本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について、図７〜１４に示す図を参照して説明する。

パンチ４１はプレス機械３のスライド３５下面に固着され、ダイス４２はボルスタ３７上面に固着される。スライド３５とボルスタ３７が所定の位置に調整される。操作者の操作により、プレス機械３が起動され、クラッチが接続され、パンチ４１はスライド３５と一体となって下降する。材料供給装置から所定のタイミングでスラグＷが供給され、ダイス４２のキャビティ４２ａに装着される。

図７は、内側パンチの加工部分４１２ｂの先端がスラグＷに達した瞬間の図である。内側パンチ４１２は、重力により、外側パンチの格納空間４１１ａ内の最下位置に位置されている。

図８は、外側パンチの先端面４１１ｂがスラグＷの上面に達した瞬間の図である。内側パンチ４１２は、スラグＷに押されて格納空間４１１ａ内を上方へ移動させられるが、Ｄ８（内側パンチ加工部４１２ｂの、外側パンチの先端面４１１ｂより突出している部分の長さ）がＤ７（内側パンチスライド部４１２ａの先端面と規制部材４１３との間の距離）より短いので、外側パンチ４１１内に収納されるだけでスラグＷへの加工には寄与しない。

図９は、外側パンチ４１１がスラグＷに衝突して変形させ、内側パンチのスライド部４１２ａの先端面が規制部材４１３に達した瞬間の図である。このとき、内側パンチ加工部４１２ｂの先端と外側パンチ先端面４１１ｂの距離は（Ｄ７−Ｄ８）で加工後のツマミ１の高さＤ２の１０〜２０％となっている。この距離の分、内側パンチ加工部４１２ｂは、外側パンチの先端面４１１ｂよりスラグＷに達するのが遅れ、外側パンチ４１１の衝突により外側パンチ４１１の筒状部分に適度に流出したスラグＷに衝突することができる。

図１０は、スライド３５が下死点に位置し、パンチ４１が最下点に達した瞬間の図である。このとき、パンチ４１とダイス４２により、スラグＷはツマミ１の形状に変形されている。

図１１は、パンチ４１が上昇し、ツマミ形状となったスラグＷ（以下、単に「ツマミ１」という。）がダイスのキャビティ４２ａから取り出されたときの図である。

図１２は、ツマミ１がストリッパプレート３８に当たり、外側パンチ４１１から外される途中であり、内側パンチのスライド部４１２ａが外側パンチの突出部４１１ｄに達した瞬間の図である。ツマミ１は、外側パンチから約半分取り外されていて、外側パンチ先端面４１１ｂとツマミ本体部の内側底面１１ａとの間がＤ７の距離だけ離されているが、ツマミ１は内側パンチ４１２と一体となって下降しているので、内側パンチ４１２からは外されていない。

図１３は、パンチ４１が上昇して、内側パンチの加工部４１２ｂからツマミ１が外される途中の図である。内側パンチ加工部４１２ｂの先端が外側パンチ先端面４１１ｂよりＤ８の距離だけ遅れて抜けることで、ツマミ１のＤ軸取付け穴１３が縮まらないようにしている。

図１４は、外側パンチ４１１が更に上昇して、ツマミ１がパンチ４１から取り外された図である。取り外されたツマミ１は、ダイス４２に落下しないように排出装置により給送装置に排出され、給送装置により次の工程に搬送される。

上記のように、本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形方法によると、１つのスラグから１工程で、ツマミ本体部１１とＤ軸取付け部１２とを一体とする、本願発明に係るツマミ１を製造することができる。このツマミ１は操作用のツマミ本体部１１とＤ軸取付け穴１３を設けられたＤ軸取付け部１２とが一体として成形されているので、図１８のツマミ６０のような軸ブレの問題を生じにくし、全体がアルミでできているので、ツマミ６０よりもイナーシャ特性や高級感の面に優れている。また、この成形方法では、ツマミ１を１工程で製造できるので製造に要する時間の短縮が可能となり、一組の金型で製造できるので金型の設備投資を削減でき、使用する材料の全てを塑性変形して使うので材料のロスがない。よって、ツマミ１は、図１７のツマミ５０や図１８のツマミ６０より低コストで製造できる。また、この成形方法では、下死点におけるパンチの底面とダイスの底面との間隔の調整によりツマミの底の厚みが設定でき、パンチの外側面とダイスの内側面との間隔の調整によりツマミの外筒部分の厚みが設定できるので、設計の自由度が向上する。

なお、本願発明に係るツマミ１は、Ｄ軸取付け部１２が円筒形状のものが１個でＤ軸取付け穴１３がＤ字型としたが、Ｄ軸取付け部１２は１個に限られず、円筒形状に限られないし、Ｄ軸取付け穴１３がＤ字型以外の非点対称形であってもよいし点対称形でもよい。図１５に（ａ）Ｄ軸取付け部１２が２個ある例、（ｂ）Ｄ軸取付け部１２が角柱形状の例、（ｃ）Ｄ軸取付け穴１３が六角形の例を示す。さらに、図示しないが、次の工程において取付け穴の内壁にネジ溝を形成することも可能である。

また、本願発明に係るインパクト成形装置を使用すれば、本願発明に係るツマミ１以外にも、内側底面に筒状の突起物を一体成形された容器形状部品を１工程で製造することができる。図１６にツマミ以外の容器形状部品の例として、（ａ）円柱状の取手、（ｂ）灰皿（ｃ）数個の突起物が突設された矩形アルミケースを示す。

また、本実施形態では、外側パンチが材料に衝突した後に内側パンチが衝突しているが、内側底面の筒状の突起物の高さが低い場合は衝突のタイミングをずらしてスラグが内側に流出するのを待つ必要がないので、外側パンチと内側パンチが同時に衝突するようにしてもよい。また、本実施形態では、内側パンチが外側パンチに対して相対的に移動するよう構成されているが、プレス機械のクランクシャフトの回転速度が遅く、インパクト成形後ツマミをパンチから取り外すまで材料の収縮が完了するのに十分な時間があれば、ツマミから内側パンチと外側パンチを抜くタイミングをずらす必要がないので、内側パンチが外側パンチに固定されている構成でも構わないし、内側パンチが外側パンチと一体である構成でも構わない。

本願発明に係るツマミの一例を示す斜視図である。図１において、ツマミをＡ方向から見た図である。図２のＩ−Ｉ断面図である。本願発明に係るツマミを製造するためのインパク成形装置の基本的な構成を示す図である。本願発明に係るインパクト成形用の金型を示す図で、（ａ）は、パンチの縦断面図、（ｂ）は同パンチを先端側から見た図、（ｃ）はダイスの縦断面図である。内側パンチの先端部の形状を示す斜視図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、内側パンチの加工部４１２ｂの先端がスラグＷに達した瞬間の図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、外側パンチの先端面４１１ｂがスラグＷの上面に達した瞬間の図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、外側パンチがスラグＷに衝突して変形させ、内側パンチのスライド部４１２ａの底面が格納空間４１１ａの底面に達した瞬間の図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、パンチ４１が最下点に達した瞬間の図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、パンチ４１が上昇し、ツマミがダイス４２のキャビティ４２ａから取り出されたときの図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、ツマミがストリッパプレート３８に当たり、外側パンチ４１１から外される途中であり、内側パンチのスライド部４１２ａが外側パンチの突出部分４１１dに達した瞬間の図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、パンチ４１が上昇して、内側パンチの加工部４１２ｂからツマミが外される途中の図である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用したインパクト成形について説明するための図であり、外側パンチ４１１が更に上昇して、ツマミがパンチ４１から取り外された図である。本願発明に係るツマミの他の形状の例である。本願発明に係るインパクト成形装置を使用して製造される他の容器形状部品の例である。無垢のアルミ丸材から切削加工により製造されたツマミ５０の斜視図である。アルミからなるキャップ部材とＤ軸取付け穴を突設した合成樹脂からなるＤ軸取付け部材とを接着することにより製造されたツマミ６０の側面断面図およびキャップ部材とＤ軸取付け部材の正面図である。

符号の説明

１ツマミ
１１ツマミ本体部
１１ａ底面
１１ｂ凸条
１２Ｄ軸取付け部
１３Ｄ軸取付け穴
１３ａ凹溝
２インパクト成形装置
３プレス機械
３１フレーム
３２フライホイール
３３クランクシャフト
３４コネクティングロッド
３５スライド
３６スライドギブ
３７ボルスタ
３８ストリッパプレート
４金型
４１パンチ
４１１外側パンチ
４１１ａ格納空間
４１１ｂ先端面
４１１ｃ溝
４１１ｄ突出部
４１１ｅ段差
４１２内側パンチ
４１２ａスライド部
４１２ｂ加工部
４１２ｃテーパ
４１２ｄ突出部
４１３規制部材
４２ダイス
Ｗスラグ

Claims

加工される材料を装着するためのキャビティを有するダイスと、前記ダイスの上方に垂直に配置され、前記キャビティに装着された前記材料に衝突させて後方押出し法により当該材料を所定の形状に塑性変形させるパンチとからなるインパクト成形用の金型において、
前記パンチは、
少なくとも先端部分が筒状の外側パンチ部と、
前記外側パンチ部の筒状部分の内側に上下方向に移動可能に設けられ、自重により下方移動し、前記外側パンチ部の衝突により前記筒状部分に流出する前記材料によって上方移動する内側パンチ部と、
前記外側パンチ部の筒状部分内に設けられ、前記内側パンチ部の自重による下方移動を規制する第１の規制部材と、
前記外側パンチ部の筒状部分内の前記第１の規制部材よりも上方に設けられ、前記外側パンチ部の衝突により前記筒状部分に流出する前記材料によって前記内側パンチ部が上方に移動してその内側パンチ部の先端が前記外側パンチ部の先端より所定の長さだけ前記筒状部分内に収納される所定の上昇位置で前記内側パンチ部の後端に当接して当該内側パンチ部の上方移動を規制する第２の規制部材と、を備え、
前記パンチを前記ダイスに装着された前記材料に衝突させたとき、前記外側パンチ部の先端が前記材料に衝突して当該材料を前記筒状部分に流出させるように変形させるとともに前記材料の前記筒状部分への流出により前記内側パンチ部を上方移動させ、その後、前記第２の規制部材により前記内側パンチ部の上方移動を前記上昇位置で規制することにより当該内側パンチ部の先端が前記筒状部分内の前記材料に衝突して前記材料を前記所定の形状に塑性変形させることを特徴とするインパクト成形用の金型。
前記所定の長さが前記ダイスのキャビティの深さの１０〜２０％である、請求項１に記載のインパクト成形用の金型。
前記外側パンチ部は、先端の前記材料に当接する面に外周形状と略同一形状の溝が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクト成形用の金型。
前記内側パンチ部は、先端に先窄まりのテーパが形成さ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インパクト成形用の金型。
請求項１〜４のいずれかに記載のインパクト成形用の金型と、前記金型のパンチを前記ダイスに装着された材料に所定の圧力で衝突させるプレス機械とからなるインパクト成形装置。
容器の内側底面に筒状の突起物が一体成形された形状を有する容器形状部品であって、請求項５に記載のインパクト成形装置を用いて成形されることを特徴とする容器形状部品。
前記容器形状部品は、前記パンチの外側パンチ部を前記材料に衝突させて塑性変形させた本体部と、前記外側パンチ部の前記材料への衝突により前記外側パンチ部の筒状部分内に流出した前記材料に前記内側パンチ部を衝突させて塑性変形させた穴を有する筒状の取付け部とが一体成形されたツマミである、請求項６に記載の容器形状部品。