JP6036555B2 - プレス金型 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば燃料電池用セパレータ等の成形に用いられるプレス金型に関するものである。
一般に、燃料電池に用いられるセパレータとしては、例えば図7に示すような構成が知られている。このセパレータはチタン等の硬質材料製のプレート41からなり、その表面には複数の凹溝42aが所定間隔毎に形成されている。また、プレート41の裏面には、互いに隣接する上記凹溝42aの間に凹溝42bが形成されている。そして、プレート41の凹溝42a,42bがそれぞれ水素ガスのガス流路及び酸素ガスのガス流路とされている。
このような燃料電池用セパレータを成形する場合には、例えば図8に示すようなプレス金型装置が従来から使用されている。このプレス金型装置においては、上面に凹凸状の型面431を有する下金型43と、その下金型43上に接離可能に配置され、下面に下金型43の型面431と対応する凹凸状の型面441を有する上金型44とが備えられている。そして、下金型43の型面431上にワークとしてのプレート41が載置された状態で、上金型44が下金型43に向かって移動されることにより、両金型43,44の型面431,441間でプレート41に凹溝42a,42bがプレス成形される。
前記のようなプレス金型装置の下金型43及び上金型44を製作する場合には、高速度鋼等の超硬質の金属材料製の金型素材の表面に切削加工を施して、凹凸状の型面431,441を形成している。この切削加工において、金型素材が高速度鋼等の超硬質の金属材料製である場合、切削工具が鈍化しやすいため、1つの切削工具により型面431,441の凹凸面をその延長方向へ一気に切削することは困難であった。
このような問題に対処するため、例えば図9及び図10に示すような構成のプレス金型装置も従来から提案されている。この従来構成においては、下金型43が四角柱状等の複数の型ブロック45に分割して構成されている。これらの型ブロック45は台46上において枠47内に嵌め込まれて、枠47の長さ方向及び幅方向に整列するように配置されている。枠47の内側面と各型ブロック45との間には、スペース部材48がそれぞれ介在されている。この構成によれば、各型ブロック45の端面の狭い範囲に凹凸面を切削加工することで、それらの凹凸面の総合により凹凸状の型面431を形成することができて、型面431の切削加工が容易になる。上金型44についても下金型43の場合と同様に、複数の型ブロックの整列により構成されている。
一方、特許文献1には、加熱された鋼材を上下一対の型によってプレス加工するようにしたダイクエンチ工法におけるプレス加工装置が開示されている。このプレス加工装置においては、型の熱伸縮を抑制するために、下型が複数の型ブロックに分割され、それらの型ブロックがベース上に隙間をおいて並設されている。そして、プレス加工時に、型ブロックに熱膨張が生じた場合、その熱膨張が型ブロック間の隙間によって吸収される。
特開2008−296262号公報
ところが、前記の従来構成においては、次のような問題がある。
図9及び図10に記載の従来構成では、複数の型ブロック45が枠47内において長さ方向及び幅方向に整列されて、ブロック列45A,45B,45Cをなすように配置されている。そして、一ブロック列45A,45B,45C内の隣接する2つの型ブロック45の接合部451が、当該ブロック列45A,45B,45Cに隣接する他のブロック列45B,45C,45A内の隣接する2つの型ブロック45の接合部451に一致するように配置されている。このため、ワークのプレス成形時に、各型ブロック45が強い押圧力を受けて外側に変形した場合、隣接するブロック列45A,45B,45C間において、2つの型ブロック45の接合部451におけるコーナ部452同士が衝突して損傷するおそれがある。
また、特許文献1に記載の従来構成においては、下型の各型ブロックをベース上に隙間を設けた状態で、位置ずれしないように位置決め配置することが困難であるという問題があった。しかも、特許文献1には、各型ブロック間の隙間により、型ブロックの熱膨張を吸収することは記載されているが、プレス加工時に、型ブロックのコーナ部が衝突により損傷するおそれを防止する作用については示唆されていない。
本発明の目的は、ワークのプレス成形時に、互いに隣接するブロック列間において、2つの型ブロックの接合部におけるコーナ部同士が衝突して損傷することを抑制することができるプレス金型を提供することにある。
上記の目的を達成するために、このプレス金型は、枠内において、複数の型ブロックよりなるブロック列が複数列並設されたプレス金型であって、前記ブロック列内の型ブロックであって、当該ブロック列の端の型ブロックと同型ブロックに隣接する型ブロックとの接合部が、当該ブロック列に隣接する他のブロック列内の型ブロックであって、同他のブロック列の端の型ブロックと同型ブロックに隣接する型ブロックとの接合部に対向しており、前記ブロック列内の型ブロックであって、当該ブロック列の端以外の型ブロックでは、当該ブロック列内において互いに隣接する型ブロックの接合部が、当該ブロック列に隣接する他のブロック列の型ブロックの側面に対向している。
こうした構成によれば、ワークのプレス成形時に、各型ブロックが押圧力を受けて外側に変形しても、互いに隣接するブロック列間において、2つの型ブロックの接合部におけるコーナ部同士が衝突することはない。従って、型ブロックの接合部におけるコーナ部が衝突によって損傷することを抑制することができる。
本発明によれば、ワークのプレス成形時に、互いに隣接するブロック列間において、2つの型ブロックの接合部におけるコーナ部同士が衝突して損傷することを抑制することができる。
一実施形態のプレス金型装置を示す断面図。 図1のプレス金型装置における下金型を拡大して示す平面図。 図2の3−3線における部分拡大断面図。 図2の4−4線における部分拡大断面図。 下金型の型ブロックを整列状態に固定する方法を示す部分断面図。 型ブロックの固定方法を図5に続いて示す部分断面図。 一般的な燃料電池用セパレータを示す部分斜視図。 図7の燃料電池用セパレータを成形するための従来のプレス金型装置を示す断面図。 従来のプレス金型装置における下金型の別の構成を示す平面図。 図9の10−10線における断面図。
以下、図1〜図6を参照して、プレス金型を備えたプレス金型装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、この実施形態のプレス金型装置は、上面が型面111である下金型11と、その下金型11の上部に接離可能に配置され、下面が下金型11の型面111と対応する形状の型面121である上金型12とを備えている。そして、下金型11の型面111上にワーク13が載置された状態で、上金型12が下金型11に向かって接近されることにより、両金型11,12の型面111,121間でワーク13が所定形状にプレス成形される。
図1及び図2に示すように、前記下金型11は、複数の四角柱状の型ブロック14に分割して構成されている。各型ブロック14は、平面横長四角状の枠15内において台16上にシム17を介して配置されている。枠15及び台16は、支持板18上に固定して配置されている。この場合、複数の型ブロック14によりブロック列14A,14B,14Cが構成されている。そして、このブロック列14A,14B,14Cが枠15内においてその長手方向に延長されるとともに、幅方向に複数列(実施形態では3列)並設されるように整列状態で配置されている。
図1及び図2に示すように、前記各ブロック列14A,14B,14Cには、その列の延長方向の辺長さを短くした型ブロック14xが混入されている。
上記延長方向における中央部付近に配置された型ブロック14においては、ワーク13のプレス成形時に、特に大きな押圧力を受ける。そこで、こうした型ブロック14については、ブロック列14A,14B,14C内において互いに隣接する2つの型ブロック14の接合部141が、当該ブロック列14A,14B,14Cに隣接する他のブロック列14B,14C,14Aの型ブロック14の側面142に対向している。
また、上記延長方向における端の型ブロック14と同型ブロック14に隣接する型ブロック14においては、ワーク13のプレス成形時に、それほど大きな押圧力が作用しない。そこで、こうした型ブロック14については、ブロック列14A,14B,14C内の互いに隣接する2つの型ブロック14の接合部141が、当該ブロック列14A,14B,14Cに隣接する他のブロック列14B,14C,14A内の互いに隣接する2つの型ブロック14の接合部141に対向している。
図1〜図3に示すように、前記各型ブロック14における4つの側面142には、断面円弧状の凹状部19が形成されている。この凹状部19は、型ブロック14の側面142の上端部及び下端部に所定長さの平面部20を残した状態で形成されている。そして、隣接する型ブロック14間において、それらの側面142に形成された凹状部19が互いに対向して配置されている。なお、枠15に隣接する型ブロック14においては、枠15の内側面に対向する側面142が平面状に形成されている。
図1〜図3に示すように、前記枠15の長手方向における一端の内面と同内面に対向する型ブロック14との間には、型ブロック14毎にブロック状のスペース部材21が介在されている。また、枠15の長手方向に直交する方向における一端の内面とそれに隣接する型ブロック14との間には、型ブロック14毎にブロック状のスペース部材22が介在されている。これらのスペース部材21,22は、ねじ23により台16に固定されている。
枠15の長手方向における他端の内面とそれに隣接する型ブロック14との間には、型ブロック14毎に楔24が介在されている。枠15の長手方向に直交する方向における他端の内面とそれに隣接する型ブロック14との間には、型ブロック14毎に楔25が介在されている。
そして、各楔24,25の楔効果により、枠15内で長手方向及び長手方向に直交する方向に配列された複数の型ブロック14がスペース部材21,22に向かって押圧されて整列状態に固定されている。
次に、前記楔24,25の構成について詳細に説明する。なお、両楔24,25は同一の構成となっているため、一方の楔24について説明して、他方の楔25については説明を省略する。
図1〜図3に示すように、楔24は、型ブロック14側において台16上に配置された第1楔部材26と、その第1楔部材26と枠15との間に介在された第2楔部材27とによって構成されている。両楔部材26,27の互いに対向する側面には、互いに接合する斜面261,271が形成されている。この斜面261,271は、上端部から下端部に向かって第2楔部材27に隣接する枠15側へ次第に接近するように形成されている。第2楔部材27の上下面間には、ねじ28を挿通するための一対の挿通孔29が形成されている。台16上において挿通孔29に対応する位置には、ねじ28が螺入される一対のねじ孔30が形成されている。
そして、第2楔部材27の上方から挿通孔29を介してねじ孔30にねじ28が螺入されて締め付けられることにより、第2楔部材27が台16側に移動されて、両楔部材26,27の斜面261,271の楔効果で、第1楔部材26が型ブロック14側に押し付けられる。これにより、各ブロック列14A〜14Cにおける複数の型ブロック14がスペース部材21に向けて押圧され、各型ブロック14の間に隙間の存在しない状態で固定されている。
図1及び図3に示すように、前記第2楔部材27と台16との間には、平板状のスペーサ31が介在されている。スペーサ31には、ねじ28を挿通するための一対の挿通孔32が形成されている。そして、このスペーサ31によって、ねじ28の締め付け時における第2楔部材27の台16側への移動量が規制される。これにより、両楔部材26,27の楔効果の程度、すなわち各ブロック列14A〜14Cにおける複数の型ブロック14をスペース部材21に向けて押圧する押圧力が所定レベルに保持される。
図2及び図4に示すように、前記第2楔部材27における一対の挿通孔29の中央部において同第2楔部材27の上下面間には、貫通孔33が形成されている。この貫通孔33は、台16と第2楔部材27との間にスペーサ31を介在させない状態で、ねじ28の締め付けにより第2楔部材27を台16側へ移動させて型ブロック14を配置する際に、第2楔部材27の位置を測定するために用いられる。
図1〜図3に示すように、前記枠15の上部側面には、両楔部材26,27の楔効果に起因する枠15の変形を測定するための被測定面35が形成されている。
図1に示すように、前記上金型12においても、前記下金型11の場合と同様に、複数の四角柱状の型ブロック14に分割して構成されている。各型ブロック14は、枠15内において下金型11の場合とほぼ同様の整列状態に配置されている。各型ブロック14における4つの側面142には、円弧状の凹状部19が上下両端部に平面部20を残した状態で形成されている。枠15と型ブロック14との間には、楔効果によって型ブロック14を整列状態に固定するための第1楔部材26及び第2楔部材27よりなる楔24,25(図1には一方の楔24のみを図示)が介在されている。台16と楔24との間には、楔効果の程度を所定レベルに保持するためのスペーサ31が設けられている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
下金型11を構成する複数の型ブロック14を枠15内において整列状態に配置する場合には、図5に示すように、台16と第2楔部材27との間にスペーサ31を介在させない状態で、第2楔部材27をねじ28により台16に締め付ける。その結果、両楔部材26,27の斜面261,271の楔効果により、当該ブロック列14A,14B,14Cにおける複数の型ブロック14がシム17側に押圧されて移動することで整列状態に配置される。そして、この型ブロック14の整列状態を目視または位置ゲージ36を用いて確認する。
すなわち、前記ねじ28の締め付け時には、両楔部材26,27の楔効果により、枠15が外側に押圧されて変形する。この枠15の変形量を、枠15の被測定面35において位置ゲージ36により測定して、その測定値が所定値に達している場合には、型ブロック14が所定の整列状態に調整されたことを確認することができる。
続いて、図6に示すように、ブロック列14A〜14Cにおける各型ブロック14が配置された状態で、貫通孔33に深さゲージ34を挿通することにより、第2楔部材27の上面から台16の上面までの距離L1を測定する。そして、この距離L1の測定値から第2楔部材27の厚さ寸法L2を減算することにより、第2楔部材27の下面から台16の上面までの距離L3を求める。その後、この距離L3に基づいてスペーサ31の厚さを研削等により調節して、調節後のスペーサ31を第2楔部材27と台16との間に介在させる。
このように、第2楔部材27と台16との間にスペーサ31を介在させることにより、型ブロック14の交換時等において、各型ブロック14を再び整列状態に調整する場合に、その操作が簡単になる。すなわち、各型ブロック14を整列状態に配置するために、ねじ28により第2楔部材27を台16側に締め付けると、両楔部材26,27の楔効果の程度が所定レベルになったとき、図3に示すように、第2楔部材27の下面がスペーサ31に当接する。これにより、第2楔部材27の台16側への移動が規制されて、型ブロック14が所定の整列状態に配置される。
そして、このプレス金型装置の運転時には、図1に示すように、下金型11上にワーク13が載置された状態で、上金型12が下金型11に向かって移動されることにより、ワーク13が下金型11の型面111に対して押圧されて、ワーク13が所定形状にプレス成形される。このワーク13のプレス成形時には、下金型11の各型ブロック14に強い押圧力が作用して、その型ブロック14の側面142が外側に変形する。ここで、各型ブロック14の側面142には凹状部19が形成されているので、型ブロック14の側面142の変形が凹状部19によって吸収される。このため、各型ブロック14の変形が累積されたりすることはなく、型ブロック14を保持する枠15が型ブロック14の変形による外側方への力を受けて損傷するおそれはない。
さらに、ワーク13のプレス成形時には、上金型12の各型ブロック14も押圧力の反力を受けて、その側面142が外側に変形する。ここで、上金型12の各型ブロック14の側面142にも凹状部19が形成されているので、前記下金型11の場合と同様に、型ブロック14の側面142の変形が凹状部19によって吸収される。このため、上金型12の各型ブロック14の変形が累積されたりすることはなく、型ブロック14を保持する枠15が外側方への力を受けて損傷するおそれはない。
しかも、ワーク13のプレス成形時には、特に両金型11,12の中央部付近に大きな押圧力や反力が作用する。ここで、両金型11,12の中央部付近の型ブロック14においては、当該ブロック列14A,14B,14C内において互いに隣接する2つの型ブロック14の接合部141が、当該ブロック列14A,14B,14Cに隣接する他のブロック列14B,14C,14Aの型ブロック14の側面142に対向している。このため、互いに隣接するブロック列14A,14B,14C間において、2つの型ブロック14の接合部141のコーナ部143同士が衝突して損傷するおそれはない。
以上説明した本実施形態に係るプレス金型を備えたプレス金型装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)枠15内において、複数の型ブロック14よりなるブロック列14A,14B,14Cが複数列並設されている。前記ブロック列14A,14B,14C内において互いに隣接する2つの型ブロック14の接合部141が、隣接する他のブロック列14B,14C,14Aの型ブロック14の側面142に対向している。こうした構成によれば、ワーク13のプレス成形時に、各型ブロック14が押圧力を受けて外側に変形しても、互いに隣接するブロック列14A,14B,14C間において、2つの型ブロック14の接合部141におけるコーナ部143同士が衝突することはない。従って、型ブロック14の接合部141におけるコーナ部143が衝突によって損傷するおそれを防止することができる。
(2)当該ブロック列14A,14B,14C内の型ブロック14であって、その端の型ブロック14とこれに隣接する型ブロック14との接合部141が、これに隣接する他のブロック列14B,14C,14A内の型ブロック14であって、その端の型ブロック14とこれに隣接する型ブロック14との接合部141に対向している。すなわち、ワーク13のプレス成形時においては、各ブロック列14A,14B,14Cの端部の型ブロック14に対して強い押圧力が作用しない。このため、互いに隣接するブロック列14A,14B,14C間において、各ブロック列の端に配置された2つの型ブロック14の接合部141を互いに対向配置しても、型ブロック14のコーナ部143が損傷するおそれはない。従って、各ブロック列14A,14B,14Cの端における型ブロック14を整列状態に容易に配置することができる。
(3)前記枠15の内面と同内面に対向する型ブロック14との間に楔24,25が介在され、その楔効果によって型ブロック14が整列状態に固定されている。このため、楔24,25を調整することで、その楔効果により型ブロック14を枠15内において所定の整列状態に容易に配置して固定することができる。
(4)前記台16と楔24,25との間に、楔効果の程度を所定レベルに保持するためのスペーサ31が設けられている。このため、型ブロック14の交換時等において、各型ブロック14を再び整列状態に調整する場合には、スペーサ31により楔24,25の移動量が規制されて、その楔効果の程度が所定レベルに保持される。よって、各型ブロック14を元の整列状態に簡単かつ正確に戻すことができる。
(5)前記台16のねじ孔30に螺入されるねじ28が備えられ、そのねじ28によって楔24,25が楔効果が増す方向に締め付けられている。このため、ねじ28の締め付けにより楔24,25を移動させることができるとともに、その楔24,25を型ブロック14の整列状態に固定することができる。
(6)前記型ブロック14の他の型ブロック14と隣接する側面142に、凹状部19が形成されている。このため、ワーク13のプレス成形時において、各型ブロック14が押圧力を受けて外側に変形した場合には、その変形が型ブロック14の側面142の凹状部19により吸収される。従って、各型ブロック14の変形が累積されることはなく、各型ブロック14を整列状態に保持する枠15が、各型ブロック14の変形の累積にともなう外側方への力を受けて損傷するおそれを抑制することができる。
(7)前記型ブロック14の枠15と隣接する面に凹状部19が形成されている。このため、枠15に隣接する型ブロック14の変形にともなう力が枠15に対して直接作用することを抑制することができる。
(8)前記凹状部19が、型ブロック14の側面142の上端部及び下端部に平面部20を残した状態で形成されている。このため、型ブロック14の側面142に凹状部19が形成されていても、隣接する型ブロック14間の上端部及び下端部において、平面部20が互いに接合することにより、複数の型ブロック14を所定の整列状態に容易に配置することができる。
(変更例)
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・型ブロックにおける枠の内側面に対向する側面を、その他の3つの側面と同様な形状としてもよい。
・当該ブロック列内の複数の型ブロックのうちで、中央部付近の型ブロック間の接合部のみでなく、全ての型ブロック間の接合部が、当該ブロック列に隣接するブロック列の型ブロックの側面に対向するようにしてもよい。
(課題を解決するための手段に関する付記)
上記課題を解決するための手段は、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想である以下の(付記項1)〜(付記項11)を含む。
(付記項1)枠内において、台上に複数の型ブロックを整列させるとともに、前記枠と型ブロックとの間に楔を介在させて、楔効果によって型ブロックを整列状態に固定したプレス金型であって、
前記台と楔との間に楔効果の程度を所定レベルに保持するためのスペーサを設けた請求項1または請求項2に記載のプレス金型。
(付記項2)前記台のねじ孔に螺入されたねじを備え、同ねじによって楔を楔効果が増す方向に締め付けるようにした付記項1に記載のプレス金型。
(付記項3)前記楔には、楔の台側の面とその反対側の面との間を貫通する貫通孔を形成した付記項1または付記項2に記載のプレス金型。
(付記項4)前記楔を斜面同士が接合する一対の楔部材によって構成し、一方の楔部材に前記貫通孔と、前記ねじが挿通される挿通孔とが形成されるとともに、その一方の楔部材側に前記スペーサを設けた付記項4に記載のプレス金型。
(付記項5)請求項1、請求項2、及び付記項1〜付記項4のいずれか一項に記載のプレス金型を備える成形金型装置であって、
端面に型面を形成した第1型と、その第1型上のワークを押圧する第2型とを備え、
少なくとも一方の型が複数の型ブロックを集合させて構成されるとともに、その型ブロックの他の型ブロックと隣接する側面を凹状に形成した成形金型装置。
(付記項6)前記型ブロックの側面の端部に他の型ブロックの端部と面接触可能な平面を形成した付記項5に記載の成形金型装置。
(付記項7)前記複数の型ブロックを枠内に嵌め込むとともに、型ブロックの枠と隣接する面を凹状に形成した付記項5または付記項6に記載の成形金型装置。
(付記項8)前記型ブロックの側面の端部に前記枠の内側面と面接触可能な平面を形成した付記項7に記載の成形金型装置。
(付記項9)前記各型ブロックを四角柱状に形成するとともに、そのコーナ部を隣接する他の型ブロックの側面に位置させた付記項5〜付記項8のいずれか一項に記載の成形金型装置。
(付記項10)複数集合されることによって成形金型装置を構成する型ブロックであって、端面に型面を形成するとともに、側面を凹状に形成した型ブロック。
(付記項11)前記側面の端部に他の型ブロックの端部と面接触可能な平面を形成した付記項10に記載の型ブロック。
11…下金型(プレス金型、第1型)、12…上金型(プレス金型、第2型)、13…ワーク、14…型ブロック、14A〜14C…ブロック列、141…接合部、142…側面、143…コーナ部、15…枠、16…台、19…凹状部、20…平面部、21,22…スペース部材、24,25…楔、26…第1楔部材、27…第2楔部材、28…ねじ、30…ねじ孔、31…スペーサ。

Claims (3)

  1. 枠内において、複数の型ブロックよりなるブロック列が複数列並設されたプレス金型であって、
    前記ブロック列内の型ブロックであって、当該ブロック列の端の型ブロックと同型ブロックに隣接する型ブロックとの接合部が、当該ブロック列に隣接する他のブロック列内の型ブロックであって、同他のブロック列の端の型ブロックと同型ブロックに隣接する型ブロックとの接合部に対向しており、
    前記ブロック列内の型ブロックであって、当該ブロック列の端以外の型ブロックでは、当該ブロック列内において互いに隣接する型ブロックの接合部が、当該ブロック列に隣接する他のブロック列の型ブロックの側面に対向している、
    プレス金型。
  2. 前記ブロック列内には、当該ブロック列の延長方向の辺長さを短くした型ブロックが混入されている、
    請求項1に記載のプレス金型。
  3. 枠内において、台上に複数の型ブロックを整列させるとともに、前記枠と型ブロックとの間に楔を介在させて、楔効果によって型ブロックを整列状態に固定し、
    前記台と楔との間には、楔効果の程度を所定レベルに保持するためのスペーサを設けた
    請求項1または2に記載のプレス金型。
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