JP4990756B2 - ワーク周壁における貫通孔の穿設装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒状部を少なくとも一部に有するワークの該筒状部の周壁に、プレス打抜きによって貫通孔を穿設するワーク周壁における貫通孔の穿設方法、その穿設装置、及びその穿設方法若しくは穿設装置によって貫通孔が開口されたワークに関する。

ワークに貫通孔を開けるには、フライスやドリルによる切削加工、放電加工やレーザ加工、プレスの打抜き加工などがある。ワークがパイプなどの筒状部を少なくとも一部に有する場合であって、その筒状部の周壁に貫通孔を開けるためにも、前記加工手段を用いることができる。
しかし、フライスやドリルによる孔加工では、加工時間が長く、さらに孔縁に比較的大きなバリが生じるのでバリ取りの手間が掛かる。また、放電加工やレーザ加工でも、加工時間が長く、ダレや溶けた材料の付着などが生じる。このため、品質や生産性が悪く、加工コストを低減できない。

ところで、板材については図１４に示すように、板材１０７ｂにプレスの打抜きによってバリを生じさせることなく貫通孔を開設する方法が提案されている（特許文献１参照）。
これはプレス又は切削による一次加工によって、ワーク（板材１０７ｂ）の少なくとも裏面に、打ち抜くべき貫通孔１７０ａの孔径に対応する周溝１７４ａを形成し（図１４（ａ））、図１４（ｂ）に示すように、プレスによる二次加工によって、板材１０７ｂの反対側面から周溝中心との対応位置に打抜きパンチ１５１ａを打ち込んで貫通孔１７０ａを開設するのである。なお、１７８ａはスクラップ(抜きカス)である。
特開平５−４２３３０号公報（[０００５]、[０００６] 、[０００９]、 [００１９]等）

しかし、前記の板材に貫通孔を開設する方法は、ダイに対してパンチを単純に真上から押圧するものであり、筒状部の周壁に貫通孔を開ける場合には適用できない。
特に、端部の開口が小さく、軸線方向の中途部の筒状部における内径の方が大きい場合、その中途部の筒状部に貫通孔を開けることは困難であった。また、端部の開口が小さく、その入り口から貫通孔を開けるべき位置までの距離が長い管状部材の場合にも、貫通孔を穿設することは困難であった。これは、ワークの貫通孔を穿設すべき筒状部内へダイを好適に挿入できないためである。
なお、ダイを用いずに、外側からパンチを打ち込んで貫通孔を開ける方法はあるが、パンチを打ち込む圧力でワークが変形してしまう。

ワーク周壁における貫通孔の穿設方法及び穿設装置に関して解決しようとする問題点は、筒状部の周壁に貫通孔を開けるために、従来の方法及び装置では生産性や品質が低いことにある。
そこで本発明の目的は、プレス打抜きの方法を用い、生産性や品質が高く、加工コストを大幅に低減できるワーク周壁における貫通孔の穿設方法及び穿設装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設方法の一形態によれば、筒状部を少なくとも一部に有するワークの該筒状部の周壁にプレス打抜きによって貫通孔を穿設する方法であって、先端側にダイが形成されたダイ部を、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面へ前記ダイが当接されるように挿入する工程と、該ダイ部を挿入する工程の後又は前の工程で、先端側に前記ダイを支持する部位が形成された支持部を、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面と反対の周壁内面へ前記ダイを支持する部位が当接されるように挿入する工程と、前記ダイ部及び前記支持部と一体化して前記筒状部内にプレス打抜き方向に隙間なく配されるダイユニットを構成するため、前記ダイ部と前記支持部の間に中間挿入部を挿入する工程と、前記筒状部の内部に配された前記ダイユニットの前記ダイに対応して、前記筒状部の外側からパンチを打ち込んで貫通孔を穿設する工程とからなることを特徴とする。

本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設装置の一形態によれば、筒状部を少なくとも一部に有するワークの該筒状部の周壁にプレス打抜きによって貫通孔を穿設する装置であって、先端側にダイが形成され、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面へ前記ダイが当接されるように挿入されるダイ部と、先端側に前記ダイを支持する部位が形成され、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面と反対の周壁内面へ前記ダイを支持する部位が当接されるように挿入される支持部と、前記ダイ部及び前記支持部と一体化して前記筒状部内にプレス打抜き方向に隙間なく配されるダイユニットを構成するため、前記ダイ部と前記支持部の間に挿入される中間挿入部と、前記筒状部の内部に配された前記ダイユニットの前記ダイに対応して設けられ、前記筒状部の外側から打ち込んで貫通孔を穿設するパンチとを具備することを特徴とする。

また、本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設装置の他の形態によれば、軸線方向の中途部の筒状部における内径が一方の端部の開口よりも大きく形成されたワークについて、前記筒状部の周壁にプレス打抜きによって貫通孔を穿設する装置であって、前記一方の端部の開口から挿入可能に、先端側にダイが形成されると共に該先端側より後端側の支え棒状部が細く形成され、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面へ前記ダイが当接されるように挿入されるダイ部と、前記一方の端部の開口から挿入可能に、先端側に前記ダイを支持する部位が形成されると共に該先端側より後端側の支え棒状部が細く形成され、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面と反対の周壁内面へ前記ダイを支持する部位が当接されるように挿入される支持部と、前記ダイ部及び前記支持部と一体化して前記筒状部内にプレス打抜き方向に隙間なく配されるダイユニットを構成するため、前記ダイ部と前記支持部の間に前記一方の端部の開口から挿入される中間挿入部と、前記筒状部の内部に配された前記ダイユニットの前記ダイに対応して設けられ、前記筒状部の外側から打ち込んで貫通孔を穿設するパンチとを具備し、前記ダイ部の後端部には、前記ワークの前記一方の端部の端面に当接して軸線方向の位置決めがなされるように鍔部が形成され、前記支持部の後端部には、前記ワークの前記一方の端部の端面に当接して軸線方向の位置決めがなされるように鍔部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設装置の一形態によれば、前記中間挿入部は、くさび型の先端を備える先端側が一方へ延設されると共に根元部である後端部がベースに固定されて片持ち状態に保持されていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設装置の一形態によれば、前記中間挿入部には軸線方向に延びる溝部又は筋部が設けられており、前記ダイ部及び前記支持部には前記中間挿入部の溝部又は筋部と嵌り合って該中間挿入部の挿入を案内すべく軸線方向に延びる筋部又は溝部が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設装置の一形態によれば、前記ダイ部には底部を有する穴が形成されることで前記ダイが形成され、ピンを通して抜きカスを除去することができるように、前記底部にはプレス打抜き方向へ貫通する小孔が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかるワークによれば、筒状部を少なくとも一部に有するワークであって、前記のワーク周壁における貫通孔の穿設装置によって筒状部の周壁に貫通孔が開口されたことを特徴とすることができる。

本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設方法及び穿設装置によれば、生産性及び品質を向上させて加工コストを大幅に低減できる。貫通孔を穿設すべき筒状部の内径が端部の開口より大きい場合や、端部の開口から貫通孔を穿設すべき筒状部までの距離が長い場合にも、好適に適用できる。

本発明にかかる穿設装置の一形態を示す断面図である。 パンチを打ち込んで周壁に貫通孔を穿設した状態を示す断面図である。 ワークとダイ部を示す平面図等である。 ワークとダイ部を示す断面図である。 ダイ部の挿入工程を示す断面図等である。 ダイ部の次の挿入工程を示す断面図等である。 図６の構成と支持部を示す断面図である。 支持部の挿入工程を示す断面図等である。 支持部の次の挿入工程を示す断面図等である。 図９の構成と中間挿入部を示す断面図である。 中間挿入部の挿入工程を示す平面図である。 中間挿入部の挿入工程を示す断面図等である。 貫通孔の打抜き工程を示す断面図等である。 従来の穿設装置を説明する説明図である。

符号の説明

１０ ワーク
１２ 筒状部
１５ 周壁
２０ ダイユニット
２１ ダイ部
３１ 支持部
４１ 中間挿入部
５０ パンチ
７０ 貫通孔
８０ 抜きカス

以下、本発明にかかるワーク周壁における貫通孔の穿設方法及び穿設装置の最良の形態の一例を添付図面と共に詳細に説明する。図１は本発明にかかる穿設装置及び金型にワークをセットした状態を示す正面の断面図（ａ）及び右側面の断面図（ｂ）である。また、図２は本発明にかかる穿設装置によってワークに貫通孔を開けた状態を示す正面の断面図（ａ）及び右側面の断面図（ｂ）である。
この穿設装置は、ワークの筒状部の周壁に外側からプレス打ち抜きで貫通孔を穿設する装置である。また、本形態例は、軸線方向の中途部の筒状部における内径が端部の開口よりも大きく形成されたワークについて、その筒状部の周壁にプレス打抜きによって貫通孔を穿設する装置となっている。

１０はワークであり、筒状部１２を少なくとも一部に有するものの一例である。図３に示すように、一方の端部が開口１０ａしており、軸線方向の中途部１０ｂが開口側の部分よりも太く形成されている。また、他方側が徐々に小径となっている(図面せず)。内径も開口側の部分に比べて中途部１０ｂの方が大きくなっている。つまり、ワーク１０は中途部１０ｂが太く形成された管状の部材である。なお、ワーク１０の他方は中心が僅かに透孔となっているが、実質的に閉じた形状となっている（図示せず）。
このワーク１０は、具体的には自動車のハンドルシャフトであり、金属材によって形成されたものである。開口１０ａの内径が１７ｍｍ（外形が２３ｍｍ)程度である。また、貫通孔を開けるべき部分（中途部１０ｂ）は、外径が３６ｍｍ程度、周壁１５の厚さが２．５ｍｍ程度である。そして、その中途部１０ｂの軸線方向の所定位置に、長径３０ｍｍ×短径９ｍｍ程度の長円形の貫通孔７０（図２参照）が１つ穿設される。

２０はダイユニットであり、ダイ部２１、支持部３１及び中間挿入部４１という３つの構成要素から設けられている。図１では、３つの構成要素がワーク１０の内部に挿入されて、ダイユニット２０としてセットされた状態を示している。
ダイ部２１は、先端側にダイ２２が形成され、貫通孔７０が開けられるべき筒状部１２の周壁内面１５ａへ前記ダイ２２が当接されるように挿入される。
また、このダイ部２１は、ワーク１０の端部の開口１０ａ(図３等参照)から挿入可能に、先端側にダイ２２が形成されると共にその先端側より後端側の支え棒状部２３が細く形成されている。このため、ダイ２２を、筒状部１２内に挿入した後、軸線方向に直交する方向へ移動させて周壁内面１５ａへ当接させることができる。
さらに、ダイ部２１の後端部には、ワーク１０の端面１１が当接して軸線方向の位置決めがなされるように鍔部２４が形成されている。

このダイ部２１の先端部には底部２５を有する穴２６が形成されることでダイ２２が形成されている。その底部２５にはプレス打抜き方向へ貫通する小孔２７が設けられている。これによれば、その小孔２７にピン（図示せず）を通して抜きカス８０（図２）を除去できる。また、底部２５を有することで、ダイ２２の強度を高めることができる。
なお、穴２６の深さは、図２に示すように、パンチ５０が下死点に下降した場合でも、抜きカス８０と底面との間に所定の隙間２６ａを確保できるように設定すればよい。

３１は支持部であり、先端側にダイを支持する部位３２が形成され、貫通孔７０が開けられるべき筒状部１２の周壁内面１５ａと反対の周壁内面１５ｂへダイを支持する部位３２が当接されるように挿入される。
また、この支持部３１は、ワーク１０の端部の開口１０ａ(図３等参照)から挿入可能に、先端側にダイを支持する部位３２が形成されると共に先端側より後端側の支え棒状部３３が細く形成されている。このため、ダイを支持する部位３２を、筒状部１５内に挿入した後、軸線方向に直交する方向へ移動させて反対の周壁内面１５ｂへ当接させることができる。
さらに、支持部３１の後端部には、ワーク１０の端面１１が当接して軸線方向の位置決めがなされるように鍔部３４が形成されている。

４１は中間挿入部であり、ダイ部２１及び支持部３１と一体化して筒状部１２内にプレス打抜き方向に隙間なく配されるダイユニット２０を構成するため、ダイ部２１と支持部３１の間に挿入される。
この中間挿入部４１は、くさび型の先端４２を備える先端側が一方へ延設されると共に根元部である後端部がベース６０に固定されて片持ち状態に保持されている。
このように中間挿入部４１が保持されているため、ダイ部２１及び支持部３１と一体化して形成されるダイユニット２０の回転方向の位置決めを好適に行うことができる。
また、中間挿入部４１には軸線方向に延びる溝部４３又は筋部４４が設けられている。ダイ部２１及び支持部３１には中間挿入部４１の溝部４３又は筋部４４と嵌り合ってその中間挿入部４１の挿入を案内すべく軸線方向に延びる筋部２８又は溝部３５が設けられている。
これによって、ダイ部２１、支持部３１及び中間挿入部４１という３つの構成要素を好適に一体化でき、ダイユニット２０を好適に筒状部１２内に配することができる。

５０はパンチであり、筒状部１２の内部に配されたダイユニット２０のダイ２２に対応して設けられ、筒状部１２の外側から打ち込んで貫通孔７０を穿設する。
このパンチ５０は、加圧手段（図示せず）によって下降し、図２に示すように貫通孔７０を穿設する。加圧手段の加圧装置としては、例えばシリンダ装置を用いればよい。

６１はワーク保持部であり、載置されたワーク１０を保持すると共に、パンチ５０が貫通孔７０を打抜く際にそのプレス力を受ける部分となっている。ワーク１０を保持すべく上方に開いた断面コの字状に形成され、ベース６０上に固定されている。
また、６２はストリッパー部であり、パンチ５０をワーク１０からストリップするために設けられている。下方に開いた断面コの字状に形成され、ワーク保持部６１に固定されている。また、ワーク１０に上から当接する天板分には、パンチ５０の上下動を許容する貫通孔が設けられている。なお、本形態例のストリッパー部６２は、ワーク保持部６１に固定されているが、パンチ５０側にスプリングを介した可動ストリッパー方式とすることもできる（図示せず）。

また、プレス打ち抜きが適切になされるには、ダイ２２とパンチ５０とのクリアランスが適正であることを要する。クリアランスが適正であれば、バリはほとんど発生しない。そのため、後加工としてのバリ取り作業などが不要となり、品質及び生産性を向上できる。
なお、この適正クリアランスについては、経験的に適切な値が知られている。例えば、鉄系の材料に円形の貫通孔を開ける際には、ダイの内径とパンチの外径が、以下の式の関係となるように設定すればよい。
ダイの内径＝パンチの外径＋｛被加工材厚さ×（５〜１０％）｝×２

以上に説明したワーク周壁における貫通孔の穿設装置で、筒状部１２を少なくとも一部に有するワーク１０について、その筒状部１２の周壁１５に外側から貫通孔７０を開口したことは、せん断や破断の状況などを検査することで検証することができる。

次に、以上の構成からなる穿設装置を用いて、ワーク１０の筒状部１２の周壁１５に貫通孔７０を穿設する工程について図３〜１０に基づいて順に説明する。
図３及び図４は、ダイ部２１をワーク１０の筒状部１２内に挿入する前の状態を示している。図３は、ワーク１０の主要部とダイ部２１の形態を示す正面の平面図（ａ）及び右側面の断面図（ｂ）である。図４は、図３に示したワーク１０の主要部とダイ部２１の形態を示す正面の断面図（ａ）及び右側面の断面図（ｂ）である。
ワーク１０は、中途部１０ｂが太く形成された管状部材であり、端部の開口１０ａの直径よりも中途部１０ｂの筒状部１２の内径の方が大きく形成されている。
ダイ部２１は、下面が略平坦に形成され、先端側が上側へ厚く形成されている。その先端側の部位にダイ２２が設けられている。また、ダイ部２１の後端側の支え棒状部２３が上下方向及び幅方向について薄く形成されている。さらに、鍔部２４おいては、先端側と同様に上側へ厚く形成されている。

図５は、ダイ部２１がワーク１０に対して相対的に軸線方向へ移動され、ダイ部２１がワーク１０の筒状部２２内へ挿入された状態を示している。ダイ部２１の先端部側の部位は、開口１０ａを通過できる大きさに形成されており、スムースに挿入される。
なお、この図５では正面から見た断面図を中央に記載し、右側に右側面から見た断面図を、左側に左側面から見た図を記載してある。以下の図の中でも、挿入状態等を明らかにするために同様に記載している。
図６は、ダイ部２１がワーク１０に対して相対的に軸線方向と直交する方向（上方）へ移動され、先端側のダイ２２が周壁内面１５ａへ当接された状態を示している。ダイ部２１の支え棒状部２３は、上下方向に薄く形成されており、スムースに上下方向へ移動できる。

図７に示すように、支持部３１は、上面が略平坦に形成され、先端側が下側へ厚く形成されている。また、支持部３１の後端側の支え棒状部３３が上下方向及び幅方向について薄く形成されている。さらに、鍔部３４おいては、先端側と同様に下側へ厚く形成されている。
図８は、支持部３１がワーク１０に対して相対的に軸線方向へ移動され、支持部３１がワーク１０の筒状部１２内でダイ部２１の下側へ挿入された状態を示している。支持部３１の先端部は、開口１０ａを通過できる大きさに形成されており、スムースに挿入される。このとき、ダイ部２１の下面に形成された軸線方向へ延びる筋部２８（図１）に、支持部３１の上面に形成された溝部３５が嵌って案内（スライド）され、上記の軸線方向の移動が好適になされる。
図９は、支持部３１がワーク１０に対して相対的に軸線方向と直交する方向（下方）へ移動され、先端側のダイを支持する部位３２が反対の周壁内面１５ｂへ当接された状態を示している。支持部３１の支え棒状部３３は、上下方向に薄く形成されており、スムースに上下方向へ移動できる。

図１０に示すように、中間挿入部４１は、先端４２がくさび状に形成されている他は、長手方向の全体に亘って上面及び下面が共に略平坦に形成されている。
図１１及び図１２は、中間挿入部４１がワーク１０に対して相対的に軸線方向へ移動され、その中間挿入部４１をダイ部２１と支持部３１の間へ挿入した状態を示している。（図１１は平面図であり、図１２は断面図である。）中間挿入部４１の上下方向の厚さは、以上の工程でセットされたダイ部２１と支持部３１との間隙に相当するもので、スムースに挿入される。このとき、ダイ部２１の下面に形成された軸線方向へ延びる筋部２８(図１参照)に、中間挿入部４１の上面に形成された溝部４３（図１及び図１０）が嵌る。また、中間挿入部４１の下面に形成された軸線方向へ延びる筋部４４(図１参照)に、支持部３１の上面に形成された溝部３５（図１及び図１０）が嵌って案内（スライド）され、上記の軸線方向の移動が好適になされる。

以上の工程によって、ワーク１０内にダイユニット２０が好適に挿入された状態となる。
つまり、ダイ部２１、支持部３１及び中間挿入部４１というパーツに３分割されていたダイユニット２０が一体化して、筒状部１２内にプレス打抜き方向に隙間なく配される。このダイユニット２０とワーク保持部６１（図１参照）によって、ワーク１０は、プレス力を好適に受けることが可能な状態にセットされる。
次に、図１３に示すように貫通孔７０の打抜きがなされる。前述したようにワークは好適にセットされているため、プレス力によって変形することがなく、貫通孔７０が好適に穿設される。
従って、この穿設装置によれば、プレス加工によって好適に貫通孔を開けることができるため、生産性及び品質を向上させて加工コストを大幅に低減できる。

なお、貫通孔７０が穿設された後、ダイユニット２０はセットされる際とは逆に、中間挿入部４１、支持部３１、ダイ部２１の順にワーク１０の筒状部１２から引き抜かれる。
そして、ダイ部２１のダイ２２の穴２６に嵌っている抜きカス８０が、小孔２７に挿通されるピン（図示せず）によって押し出されて除去される。なお、条件によっては、ダイ２２を逆さにするだけで抜きカス８０が落下して除去できる場合もある。
以上の工程を繰り返すことで、効率よく貫通孔７０を穿設できる。

以上に説明した形態例では、上方からパンチ５０を打ち込んで貫通孔７０を打抜く場合について説明したが、一般のプレス装置と同様、その打抜き方向は特に限定されないことは勿論である。
また、中間挿入部４１は、１つだけの部材でなく複数の部材で構成されていても良いことは勿論である。つまり、ダイユニット２０を、４段重ね等、４分割以上の部材で構成しても良い。
また、パンチやダイなどの各構成の材質については、孔開け精度が高くて寿命が長いなどの好適な金型を得るべく、その仕様条件に応じて既知の材質から適宜に選定すればよい。さらに、パンチやダイなどについては、その耐久強度などを向上させるべく、必要に応じて既知の表面硬化技術を用いればよい。

以上の実施の形態では長円形の貫通孔（長孔）を穿設する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、円形や楕円形などの他の形状の貫通孔を穿設する場合にも適用できるのは勿論である。また、本発明は、以上に示した中途部が太いワークに限らず、細長い直管状のワークの中途部に貫通孔を穿設する場合にも好適に適用できる。
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

Claims (4)

1. 軸線方向の中途部の筒状部における内径が一方の端部の開口よりも大きく形成されたワークについて、前記筒状部の周壁にプレス打抜きによって貫通孔を穿設する装置であって、
   前記一方の端部の開口から挿入可能に、先端側にダイが形成されると共に該先端側より後端側の支え棒状部が細く形成され、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面へ前記ダイが当接されるように挿入されるダイ部と、
   前記一方の端部の開口から挿入可能に、先端側に前記ダイを支持する部位が形成されると共に該先端側より後端側の支え棒状部が細く形成され、貫通孔が開けられるべき前記筒状部の周壁内面と反対の周壁内面へ前記ダイを支持する部位が当接されるように挿入される支持部と、
   前記ダイ部及び前記支持部と一体化して前記筒状部内にプレス打抜き方向に隙間なく配されるダイユニットを構成するため、前記ダイ部と前記支持部の間に前記一方の端部の開口から挿入される中間挿入部と、
   前記筒状部の内部に配された前記ダイユニットの前記ダイに対応して設けられ、前記筒状部の外側から打ち込んで貫通孔を穿設するパンチとを具備し、
   前記ダイ部の後端部には、前記ワークの前記一方の端部の端面に当接して軸線方向の位置決めがなされるように鍔部が形成され、前記支持部の後端部には、前記ワークの前記一方の端部の端面に当接して軸線方向の位置決めがなされるように鍔部が形成されていることを特徴とするワーク周壁における貫通孔の穿設装置。
2. 前記中間挿入部は、くさび型の先端を備える先端側が一方へ延設されると共に根元部である後端部がベースに固定されて片持ち状態に保持されていることを特徴とする請求項１記載のワーク周壁における貫通孔の穿設装置。
3. 前記中間挿入部には軸線方向に延びる溝部又は筋部が設けられており、前記ダイ部及び前記支持部には前記中間挿入部の溝部又は筋部と嵌り合って該中間挿入部の挿入を案内すべく軸線方向に延びる筋部又は溝部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のワーク周壁における貫通孔の穿設装置。
4. 前記ダイ部には底部を有する穴が形成されることで前記ダイが形成され、ピンを通して抜きカスを除去することができるように、前記底部にはプレス打抜き方向へ貫通する小孔が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のワーク周壁における貫通孔の穿設装置。

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