JP6761054B2 - 金型および該金型を用いた加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型および該金型を用いた加工方法に関する。

板状のワークを曲げ加工するための従来の金型および該金型を用いた加工方法としては、溝が形成されたダイス（固定部）の上にワークとしての金属板材を載置して、上方からポンチ（可動部）を用いて押圧する方法がある。従来はこのような方法によりワークを所望の形状に折曲加工していた（特許文献１，２参照）。

特許文献１の方法では、潤滑性物性の優れた素材からなるインサート部材を金型に嵌装した状態で、折曲加工を行うことによってワークの表面に傷がつくことを防止している。
また、特許文献２には、絞り加工を行うプレス装置において、上下動可能に配置されたしわ押さえリングと、しわ押さえリングを支持するクッションピンとを有しているものが記載されている。このようなものでは、プレス加工時に上ダイスにかかる圧力とクッションピンにかかる圧力との差でしわ押さえ荷重を調整し、しわの発生を抑制している。

特開平０９−０９４６１５号公報 特開平０８−０２４９６０号公報

近年、アルミニウム等の金属とセラミック等とからなる板状の金属基複合材に曲げ加工を行い、曲げ加工品とするものが知られている。
金属基複合材のうち、特にアルミニウムとセラミックとから構成される複合材は、ワークの延展性が低い。このため、従来の方法で曲げ加工を行うと、曲げた箇所の外側に引っ張り応力（以下、張力ともいう）が作用して、破断、亀裂が発生しやすく、一方、曲げた箇所の内側には、圧縮応力が加わり、しわ等が発生しやすい。

このような金属基複合材（ワーク）を加工する場合、特許文献１に記載されている方法では、上方のポンチでワークを加圧する際に、ワークの曲げ起点から外側の側面に沿って発生した張力によりワークが破断してしまう虞があった。
また、特許文献２に記載されている方法では、荷重パターンを変化させることにより、加圧時に張力が発生しないように加工できる。しかしながら、ポンチとダイスとの間に隙間が形成されているため、ワークの曲げ起点から生じる張力がこの隙間に逃げ込み、ワークが破断し易いといった問題があった。
そこで、本発明は、曲げ加工を行う際のワークの破断やしわの発生を抑制することができる金型および該金型を用いた加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、板状のワークを曲げ加工するための金型であって、ワークが載置される下型と、ワークを下型に向けて押圧する押圧面が形成された上型とを備え、下型は、上型の移動方向と同方向にスライド可能な下側可動部と、下側可動部を下方から弾性支持する反力発生部材と、下側可動部の両端部に位置する受け部材と、を備える、金型を特徴としている。

本発明によれば、下側可動部が反力発生部材によって下方から弾性支持されている。そして、上型を下方に向けて移動させて、ワークを押圧面によって押圧すると、上下方向からワークに圧縮応力をかけながら、下型にワークが押し付けられて曲げ加工が行われる。
このため、曲げ加工を行う際のワークの破断やしわの発生を抑制することができる金型および該金型を用いた加工方法が提供される。

また、反力発生部材は、ガススプリングによって構成されている。このため、バネなどの他の反力機構よりも初期反力が比較的強く、上型と下型によりワークを強固に保持することができる。また、ピストンのストロークが短く圧縮されるにつれて、シリンダの内部のガス反力が上昇して、下側可動部がワークに与える反力を増大させることができる。
したがって、下型の下側可動部が下方へスライド移動するにつれてガススプリングの上方向への反力は強まり、上型をワークに押し付けるにつれてワークを上下方向（板厚方向）で拘束する挟持力を徐々に強めることができる。
その結果、下側可動部が下方へスライド移動する間は、ワークと金型との間が滑ることの無いように十分な程度の挟持力でワークを拘束することができる。

また、ガススプリングは、金型を用いた曲げ加工が繰り返されて、圧縮の回数が増大しても、反力が衰えにくい。さらに、ガススプリングは、設置も容易でランニングコストを軽減することができる。そして、ガススプリングの発生する反力は、バラツキを生じにくく安定して曲げ加工を行うことができる。このため、ガススプリングを用いることにより、曲げ加工機全体のセッティングにかかる作業が容易になる。

さらに、ガススプリングが下型の長手方向に沿って複数個、配列されている。このため、ワークが長尺状を呈していても、長手方向で均一な反力を生じさせて、長手方向の各部分で同様の曲げ加工を行うことができる。
そして、ガススプリングを下型の長手方向に沿って複数個、配置することにより、ワークの長手方向寸法に適応した長さの金型を構成することができる。

また、ガススプリングは、反力を調整可能に構成されている。
このため、ワークの大きさや強度、上型の押圧力等に応じて、適宜、必要とされる反力を設定して、曲げ加工に必要とされる曲げ応力に対して、十分な反力とすることができる。

さらに、上型の押圧面は、凸状の曲面を有し、押圧面と対向する下側可動部の対向面には、長手方向に沿って延在する断面弧状の凹部が形成されている。
そして、凹部の曲率半径は、押圧面の曲率半径以上となるように設定されている。
このため、ワークと押圧面および対向面との接触面積を増大させて、ワークが押圧面と対向面との間で圧縮される際、各内，外側面の曲率半径などを所望の大きさおよび形状とすることができる。

また、対向面の両端部の各曲率半径は、下型の隣接する縁部の曲率半径よりも小さくなるように設定されている。
このため、下側可動部の端部、縁部およびワークの三部材にて挟まれて形成される空間部分を小さく設定して、この部分に逃げ込む張力を減少させることができる。したがって、ワークの滑りを充分に抑制して、ワークを抱き込むことができる。

また、曲げ加工を行う際のワークの破断やしわの発生を抑制することができる。

そして、金属製の敷板を下型の上面にセッティングし、敷板の上にワークを載置してから、上型を下降させてプレスによる曲げ加工を開始する。
特に、下側可動部が最下点に到達した際にワークに加わる曲げ応力は最大となる。そして、この際、ワークの下側面（曲げ方向で外側面）に発生する張力は最大となる。
張力が発生する領域は、ワークの外側面である。このため、ワークの外側に敷板を配置することにより、張力の発生領域を敷板部分へシフトさせることができる。
従って、さらに、ワークの破断やしわの発生を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態１にかかる金型および該金型を用いた加工方法で、全体の構成を示す斜視図である。 金型のうち、下型の上面図である。 図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った位置での断面図である。 実施形態１の金型および該金型を用いた加工方法で、曲げ加工を行っている様子を示す図２中ＩＶ−ＩＶ線に沿った位置での縦断面図である。 寸法関係を説明する要部の縦断面図である。 金型を用いた加工方法で、下型にワークをセッティングする工程を示す模式的な工程図である。 上型でワークを押圧する工程を示す模式的な工程図である。 反力発生部材の反力で、上型の移動方向と逆方向へ付勢しながら、下型に対して上型を近接させる工程を示す模式的な工程図である。 ワークを取り出す工程を示す模式的な工程図である。 実施形態２の金型を用いた加工方法で、下型にセッティングされた敷板の上にワークをセッティングする工程を示す模式的な工程図である。 上型でワークを押圧する工程を示す模式的な工程図である。 反力発生部材の反力で、上型の移動方向と逆方向へ付勢しながら、下型に対して上型を近接させる工程を示す模式的な工程図である。 ワークを取り出す工程を示す模式的な工程図を示す模式的な工程図である。 実施形態３の寸法関係を説明する要部の縦断面図である。 実施形態３の金型を用いた加工方法で、下型にセッティングされた敷板の上にワークをセッティングする工程を示す模式的な工程図である。 上型でワークを押圧する工程を示す模式的な工程図である。 反力発生部材の反力で、上型の移動方向と逆方向へ付勢しながら、下型に対して上型を近接させる工程を示す模式的な工程図である。 ワークを取り出す工程を示す模式的な工程図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、実施形態１の曲げ加工機１に用いられる金型１０を示す斜視図である。
この実施形態１の金型１０は、板状のワーク１００を曲げ加工するものである。金型１０は、ワーク１００を載置する下型２０と、ワーク１００を押圧する押圧面３２を形成した上型３０とを備えている。

ワーク１００は、加工前に平板状を呈するコア部１００ａと、コア部１００ａの表裏に設けられたスキン部１００ｂ，１００ｂとから主に構成されている。
この実施形態１のコア部１００ａは、アルミニウム粉末およびタングステン粉末もしくは、ホウ素（Ｂ４Ｃ）の混合材によって構成されることにより、放射線もしくは中性子線の遮蔽性能を有している。このような複合材は、アルミニウム合金と比較して延展性が低い。

コア部１００ａの両側には、ほぼ同じ表面積のスキン部１００ｂが貼設されている。スキン部１００ｂは、コア部１００ａの表裏面を略全面に亘り、それぞれ覆うように設けられている。
この実施形態１のスキン部１００ｂは、延展性の良好なアルミニウム合金によって構成されている。これらの各スキン部１００ｂ，１００ｂは、コア部１００ａと比較して厚さ方向の寸法がそれぞれ小さくなるように形成されている。

上型３０は、図示省略の駆動機構によって、上下に移動可能に構成されている。上型３０の下端部には、下型２０に対向する押圧面３２が形成されている。
そして、上型３０は、上方に退避した準備位置では、下型２０を構成する受け部材５４の上面部との間に所定の空間を形成する。
また、上型３０は、下方に降下した押圧位置では、下端の押圧面３２が下型２０に形成
されたスリット部５８に一部挿入または近接する。

図２は、金型１０のうち、下型２０の上面図である。下型２０には、台座部４０に固定される載置部５０と、下側可動部６０と、下側可動部６０を下方から支持する反力発生部材としてのガススプリング７０とが設けられている。
このうち、載置部５０には、長手方向Ａに沿って凹状の溝部５２が形成されている。溝部５２には、受け部材５４が嵌合される。そして、受け部材５４は、複数のボルト５６によって載置部５０に固定されている（図４参照）。

受け部材５４には、長手方向Ａに沿ってスリット部５８が形成されている。下側可動部６０は、受け部材５４のスリット部５８に装着されている。下側可動部６０の上面部には、凹状の対向面６２が形成されている。対向面６２は、上型の押圧面３２の凸状の曲面と対向する。そして、下側可動部６０は、スリット部５８内で上下方向にスライド可能となるように構成されている。

また、ガススプリング７０は、図２又は図３に示すように、スリット部５８の直下で、下型２０の長手方向Ａ（スリット部５８の延設方向）に沿って所定の間隔を置いて一列となるように複数個、ここでは７個、配列されている。

各ガススプリング７０は、シリンダ７２とピストン７４とを有している。そして、ピストン７４は、シリンダ７２内に充填されたガスの圧力に応じて、反力を調整可能に構成されている。この実施形態１では、充填されるガスとして窒素ガスを用いている。しかしながら特にこれに限らず他の種類のガスまたはこれらの混合ガスを用いてもよい。

また、図５に示すように、ピストン７４の上端面７４ａは、下側可動部６０の下面６０ａに当接している。そして、ガススプリング７０は、下方から下側可動部６０を弾性支持するように構成されている。

この下側可動部６０の上端縁に位置する対向面６２は、長手方向Ａに沿って延在する凹部を有している。この凹部の断面形状は下向きに凸となる弧状を呈している。
そして、対向面６２の凹部の曲率半径ｒ２は、押圧面３２の曲率半径ｒ１以上となるように設定されている。

対向面６２の両端部６２ａ，６２ａの断面形状は、上向きに凸となる弧状を呈している。この端部６２ａの曲率半径ｒ３は、受け部材５４の縁部２０ａ，２０ａの曲率半径ｒ４よりも小さくなる（ｒ３＜ｒ４）ように設定されている。このようにすると、下側可動部６０の端部６２ａと、受け部材５４の縁部２０ａとワーク１００との三部材にて挟まれて形成される空間部分を小さくすることができる。これにより、ワーク１００に生じる引っ張る圧を小さくすることができ、割れを抑制することができる。

そして、この実施形態１では、板状のワーク１００の厚さ方向寸法ｔ１が、対向面６２の凹部の曲率半径ｒ２から、押圧面３２の曲率半径ｒ１を減算した大きさ（ｒ２−ｒ１）よりも大きくなる（ｔ１＞（ｒ２−ｒ１））ように設定されている。

次に、この実施形態１の金型１０を用いた加工方法について、図６Ａ〜図６Ｄに示す各工程に沿って説明する。
この実施形態１では、曲げ加工機１を用いて、長尺平板状のワーク１００を、幅方向略中央で約９０度に折り曲げる工程について説明する。

まず、図６Ａに示すように、下型２０の上面部にワーク１００を載置してセッティ
ングが行われる。このとき、下側可動部６０の両端部６２ａ，６２ａと、受け部材５４の上面とは、ワーク１００の下面に当接する。また、上型３０は退避位置にあり、図中の記載を省略している。
次に、図６Ｂに示すように、上型３０を下方に降下させて、ワーク１００を押圧する。
上型３０の押圧面３２は、ワーク１００を上面側から押圧して、下側可動部６０の対向面６２との間にワーク１００を挟持する。そして、ガススプリング７０は、上型の押圧力により下方に向けて移動する。
上型３０を更に下降させると、下側可動部６０が降下し、ワーク１００は、幅方向のほぼ中央を折り曲げの起点として曲げ加工の変形を開始する。
特に、下側可動部６０は、対向面６２をワーク１００の下面に当接させた状態を維持しつつ、下方に移動する。ワーク１００の下面は、移動する対向面６２と両側で固定されている縁部２０ａ，２０ａとに当接する。このため、対向面６２の湾曲形状に倣って、ワーク１００の下面側のスキン部１００ｂが湾曲するように徐々に変形を開始して、急激な張力を発生させる変形が抑制される。

図６Ｃは、上型３０をさらに下方に降下させて、ワーク１００を押圧する工程を示している。
この工程では、上型３０をさらに下方に降下する間、常にガススプリング７０の反力が下側可動部６０に与えられている。このため、上型３０の下方への移動方向と逆方向である上方へ向けてワーク１００は付勢されている。そして、ガススプリング７０は、バネなどの他の反力機構よりも初期反力が比較的強く、上型と下型によりワークを強固に保持することができる。
上型３０の降下により、下型２０に対して上型３０が近接する。このため、下型２０の対向面６２と上型３０の押圧面３２との間に挟持されたワーク１００は、対向面６２と押圧面３２との湾曲形状に倣いながら、曲げ変形する。

また、下側可動部６０の両側では、対向面６２および縁部２０ａ，２０ａと、上型３０の押圧面３２とでワーク１００が挟持された状態となる。
上型３０を所定位置まで下降させると、対向面６２が当接している幅方向中央部分を中心として、下面側が外側面となるように９０度に折り曲げられる。
なお、ワーク１００のスプリングバックを考慮してワーク１００を幅方向略中央で、９０度よりも鋭角に折り曲げてもよい。

そして、図６Ｄでは、上型３０を上方へ移動させて退避位置とすると、下型２０と上型３０との間に間隙が形成される。下型２０の下側可動部６０には、上型３０による押圧力が作用しなくなる。これにより、ガススプリング７０の反力は、ワーク１００を台座部４０からもち上げる力として作用する。したがって、上型３０を退避させることにより、曲げ加工されたワーク１００を曲げ加工機１から容易に取り出すことができる。

次に、この実施形態１の金型１０および金型１０を用いた加工方法の作用効果について説明する。
この実施形態１の金型１０では、下型２０の下側可動部６０がガススプリング７０によって下方から弾性支持されている。そして、上型３０を下方に向けて移動させて、ワーク１００を押圧面３２によって押圧する。すると、押圧面３２と対向面６２との間にワーク１００が挟持されて、板厚方向に圧縮力（挟持力）がかけられながら、下型２０にワーク１００が押し付けられて曲げ加工が行われる。

この金型１０では、図６Ａに示すように、ガススプリング７０によって下方から弾性支持されている下側可動部６０の対向面６２が、下型２０の上面部近傍でワーク１００
の下面に当接する。
このため、図６Ｂに示すように、曲げ加工の初期の段階から、押圧面３２と対向面６２との間にワーク１００を挟持することができ、よって、ワーク１００の板厚方向に圧縮応力をかけながら曲げ加工を行える。
したがって、圧縮により減少した部分のスキン部１００ｂのメタルがワーク１００の下面側（曲げ方向で外側）に沿って両外側方向に移動する。スキン部１００ｂのメタルが曲げにより減少する曲げられた部分のスキン部１００ｂのメタルを補うように移動することにより、下面側に生じる張力を軽減する。

また、ワーク１００の上面側のスキン部１００ｂは、対向面６２の曲率半径ｒ２よりも小さく設定された曲率半径ｒ１の押圧面３２によって圧縮される（図５参照）。このため、ワーク１００の上面側（曲げ方向で内側）にしわが発生しにくい。
このように、実施形態１の金型１０および金型１０を用いた加工方法では、曲げ加工を行う際のワークの破断やしわの発生を抑制することができる。

上述してきたように、実施形態１の曲げ加工機１によって、ワーク１００は、ガススプリング７０の反力で、上型３０と下型２０との間に挟まれた状態で徐々に圧縮されながら曲げ加工される。
この実施形態１では、曲げ変形に伴い、特に、下側可動部６０の対向面６２が当接している部分を中心として板厚方向に圧縮される。このため、ワーク１００下面側表面のスキン部１００ｂは、隣接するコア部１００ａの素材とともに延展方向に移動して、張力を軽減することが出来る。
したがって、ワーク１００は、曲げ加工の変形に伴う張力が緩和されるため、下面側でのワーク１００の破断が抑制される。また、ワーク１００は、上面側での圧縮応力が緩和されて、しわの発生が抑制される。

すなわち、この実施形態１の曲げ加工機１では、下型２０に設置したワーク１００を上型３０で加圧する際、下型２０の反力を利用してワーク１００を拘束している。ワーク１００は、上型３０で押し付けられた時点から下側可動部６０が最下点に到達するまでの間、板厚方向の圧縮応力が加えられている。
これにより、金型１０とワーク１００との間の滑りを抑制して、対向面６２が当接する部分近傍の側面に沿う方向の張力を軽減できる。

そして、ワーク１００を拘束した状態で下型２０の下側可動部６０を下方に向けてスライド移動させる。これにより、曲げ起点がワーク１００の下面に沿って移動して、ワーク１００上に発生する曲げ応力の一極集中を防止することができる。

すなわち、ワーク１００において曲げ加工の初期の段階で生じる曲げ起点は、押圧面３２がワーク１００の上面に当接する箇所とワーク１００が縁部２０ａに接触した箇所となる。ワーク１００が拘束された状態で、下側可動部６０が下方へスライド移動すると、ワーク１００が縁部２０ａに接触している箇所が、この箇所からさらに下方で、内側に近接するようにスライド移動する。

下側可動部６０が最下点、すなわち、ガススプリング７０がこれ以上、圧縮できなくなった地点に到達すると、ワーク１００に曲げ形成されたＲ部分の中心線上に応力が集中する。曲げられたワーク１００の外側に張力が発生する。
この実施形態１では、上型３０の押圧面３２と、下型２０の下側可動部６０の対向面６２および両側に位置する縁部２０ａ，２０ａとに対するワーク１００の接触面積が大きくなるように形状が設定されている。
このため、曲げ加工の際、ワーク１００の曲り部を金型１０が抱き込み、ワーク１００
に発生する張力を軽減させることができる。

［実施形態２］
次に、この実施形態１の変形例である実施形態２の金型１０を用いた加工方法について、図７Ａ〜図７Ｄに示す各工程に沿って説明する。
この実施形態２では、実施形態１と同様に構成されている曲げ加工機１を用いて、長尺平板状のワーク１００を、幅方向略中央部分で約９０度に折り曲げる各工程について説明する。

まず、図７Ａに示すように、下型２０の上面部に補助部材としての敷板２００を載置する。敷板２００は、延展性の良好なアルミニウム合金によって構成されている。また、敷板２００の厚さ方向寸法は、ワーク１００と同程度若しくは大きく設定されている。しかしながら、これに限らずワーク１００の厚さ方向寸法よりも、敷板２００の厚さ方向寸法が小さくなるように設定してもよい。
そして、敷板２００の上にワーク１００が載置される。上型３０は退避位置にあり、記載が省略されている。

次に、図７Ｂに示すように、上型３０を下方に降下させて、ワーク１００を押圧する。
上型３０の押圧面３２は、ワーク１００を上面側から押圧して、下側可動部６０の対向面６２との間にワーク１００及び敷板２００を挟持する。その際、ワーク１００は上型３０及び掛った下側可動部６０により、外側に移動しないようにクランプされた状態となる。ワーク１００の曲げ角度がおよそ１３０°となる地点で、受け部材５４のＲ部分を支点に、ワーク１００に曲げ加工が開始される。そして、ガススプリング７０は、上型の押圧力により下方に向けて移動する。
上型３０を更に下降させると、下側可動部６０が下降し、ワーク１００は、幅方向のほぼ中央を折り曲げの起点として曲げ加工の変形を開始する。
特に、ワーク１００の曲げ変形が開始される初期の段階で、敷板２００の下面は、移動する対向面６２と両側で固定されている縁部２０ａ，２０ａとに当接して下方から支持されている。このため、対向面６２の湾曲形状に倣って、敷板２００の下面側から徐々に変形を開始して、急激な張力の変化をワーク１００の表面に発生させる変形が抑制される。
通常、曲げ加工において、板厚の外側は引っ張り圧が掛り、中央部は中立、内側は圧縮圧が掛るが、本発明の場合、敷板２００は延びるがワーク１００には圧縮圧が掛ることで、割れにくい効果を得ることができる。

図７Ｃは、上型３０をさらに下方に降下させて、ワーク１００を押圧する工程を示している。
この工程では、上型３０を下方に降下する間、常にガススプリング７０の反力で、上方へ向けてワーク１００および敷板２００を付勢しながら、下型２０に対して上型３０を近接させる。
これにより、ワーク１００および敷板２００は、下型２０と上型３０との間で、圧縮されてともに曲げ変形される。なお、ワーク１００及び敷板２００のスプリングバックを考慮してワーク１００及び敷板２００を幅方向略中央で、９０度よりも多めに折り曲げておいてもよい。

そして、図７Ｄでは、上型３０が上方へ移動し退避位置となると、下型２０と上型３０との間に間隙が形成される。下型２０の下側可動部６０は、上型３０による押圧力が無くなる。これにより、ガススプリング７０の反力は、ワーク１００および敷板２００にもち上げる力として作用する。したがって、上型３０を退避させることにより、曲げ加工されたワーク１００および敷板２００を曲げ加工機１から容易に取り出すことができる。

上述してきたように、この実施形態２の金型１０では、実施形態１の作用効果に加えてさらに、ワーク１００が敷板２００とともに、下型２０と上型３０との間で、圧縮されつつ曲げ加工される。
この実施形態２のワーク１００は、変形の初期の段階から面内方向で均等に当接する敷板２００によって下方から支持されている。したがって、ワーク１００は、ガススプリング７０の反力で上型３０と敷板２００との間に挟まれた状態で曲げられる。
このとき、ワーク１００は敷板２００により強く抱き込まれ、ワーク１００に引っ張り圧が掛らず、圧縮圧をかけながら曲げ加工を行うことができ、さらにワーク１００の下面側に発生する張力は、面内にて分散され、一か所に集中することがない。このため、ワーク１００の破断や、上面側でのしわの発生を効果的に抑制することができる。

他の構成、および作用効果については実施形態１と同一であるので説明を省略する。

図８および図９Ａ〜図９Ｄは、この発明の実施形態３の金型および当該金型を用いた加工方法について説明するものである。なお、実施形態１および２と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明を省略する。
まず、この実施形態３の構成について、前記実施形態１および２の構成との相違点を中心に説明する。

受け部材１５４の縁部１２０ａは、水平面に対して傾斜する平面として、Ｒ部の少なくとも一部に平坦部１２０ｂを有している。平坦部１２０ｂは、ワーク１００に当接する平面を有し、水平面に対して約４５度となるように、受け部材１５４の長手方向Ａ（図１参照）に沿う全長に亘り形成されている。
そして、縁部１２０ａのうち、平坦部１２０ｂの上下にそれぞれ隣接するＲ部は、実施形態１の受け部材５４の縁部２０ａの曲率半径ｒ４とほぼ同じ曲率半径ｒ５およびｒ６を有する凸状の曲面を備えている。すなわち、平坦部１２０ｂの上下にそれぞれ隣接する各Ｒ部は、ほぼ同じ弧長の曲面を有している。しかしながら、特にこれに限らず、曲率半径ｒ５と曲率半径ｒ６とを相違させたり、あるいは、弧長の異なる曲面によって構成されていてもよい。
つまり、平坦部１２０ｂを中心に対称となっている必要はなく、例えば非対称であってもよい。

また、この実施形態３では、上型１３０の押圧面１３２が下端部に形成された凸状の曲面と当該曲面に隣接する左右一対の平面とを備えている。上型１３０の押圧面１３２の平面部の傾斜角度を、対向する平坦部１２０ｂの傾斜角度と同一とした。つまり、押圧面１３２の左，右の平面部は、それぞれ対向する平面部１２０ｂ（受け部材１５４の縁部１２ａの平面）と平行である。

次に、この実施形態３の金型および該金型を用いた加工方法の作用効果について、図９Ａ〜図９Ｄに示す模式的な工程図に沿って説明する。
この実施形態３の金型では、まず、図９Ａに示すように、下型２０の上に、ワーク１００を配置する。ワーク１００の下側には、敷板２００を重ねておく。
ワーク１００は、敷板２００と共に下側可動部１６０によって下方から支持される。

図９Ｂに示すように、上型１３０を下方に降下させて、上型１３０の凸部１３１と、下側可動部１６０の対向面６２との間でワーク１００を挟持し、ワーク１００を上下両方向から押圧する。下側可動部１６０の対向面６２は、下向きに凸となる曲面に成形されている。このため、上型１３０と下側可動部１６０とでワーク１００を挟持すると、対向面６２に沿ってワーク１００が一次変形する。
ワーク１００が一次変形した状態（ワーク１００が受け部材１５４に接していない状態）では、ワーク１００と水平面のなす角度がほぼ１４°となる。この程度の角度であれば、急激な張力による不必要な変形が抑制される。

図９Ｃに示すように、さらに、下側可動部１６０の押圧力に抗して上型１３０を下降させると、下側可動部１６０も降下し、敷板２００は、変曲部１２０ｃ，１２０ｃよりも外側の曲面（曲率半径ｒ５）の一部に線状に当接する。これにより、ワーク１００は、二次変形を開始する。
ワーク１００の下面に敷かれた敷板２００は、変曲部１２０ｃ，１２０ｃに摺接しながら変形する。ワーク１００は、敷板２００とともに変形するが、引張力が大きい曲げ外側に敷板２００が配置されているので、ワーク１００に亀裂等が生じにくい。
下側可動部１６０は、対向面６２と上型１３０の凸部１３１との間にワーク１００および敷板２００を挟持した状態を維持しつつ、下側可動部１６０および上型１３０を下降させて下方に移動し、ワーク１００の下面は、縁部２０ａ，２０ａに当接する。
そして、さらに下側可動部１６０および上型１３０を下方に移動させると、対向面６２の湾曲形状および縁部１２０ａの形状に沿って、ワーク１００および敷板２００は、徐々に変形する（二次変形）。

図９Ｄに示すように、二次変形が進むと、上型１３０の押圧面１３２と受け部材１５４の平坦部１２０ｂとの間で、ワーク１００が所定角度に曲げられる。
押圧面１３２と平坦部１２０ｂとの間は平行となるように設けられている。このため、ワーク１００は、押圧面１３２と平坦部１２０ｂとの間では、変形が抑制される。

このように、この実施形態３では、上型１３０の凸部１３１の両側に位置する押圧面１３２が平面に形成されていて、平坦部１２０ｂと平行に設けられている。このため、面内外方向の両側からワーク１００を挟持した状態で、中央部に正確に屈曲させるための圧力を加えやすい。
このため、加工されたワーク１００の寸法精度をさらに向上させることができる。
他の構成および作用効果については、実施形態１および２と同一乃至均等であるので説明を省略する。

以上説明したとおり、板状のワーク１００を曲げ加工するための金型１０は、ワーク１００を載置する下型２０と、ワーク１００を下型２０に向けて押圧する押圧面３２が形成された上型３０と、下型２０に設けられて、上型３０の移動方向と同方向にスライド可能な下側可動部６０と、下側可動部６０を下方から弾性支持するガススプリング７０とを備えている。
そして、上型３０の押圧面３２がワーク１００の上面に当接して、下型２０に向けて押圧する。ガススプリング７０によって下方から弾性支持されている下側可動部６０は、ワーク１００の下面に対向面６２を当接させて、上型３０の移動方向である下方と逆方向である上方へ付勢しながら、下型２０に対して上型３０を近接させる。

これにより、ワーク１００は、板厚方向に圧縮されて、曲げ方向外側面に位置する下面側に発生する張力を軽減することができる。また、曲げ方向内側面に位置する上面側の圧縮力の発生を抑制することができる。
したがって、曲げ加工を行う際のワークの破断やしわの発生を抑制することができる。

また、この実施形態の反力発生部材は、ガススプリング７０によって構成されている。このため、ピストン７４のストロークが短く圧縮されるにつれて、シリンダ７２の内部のガス反力が上昇して、下側可動部６０がワーク１００に与える反力を増大させることができる。
したがって、下型２０の下側可動部６０が下方へスライド移動するにつれてガススプリング７０の上方向への反力は強まり、上型３０をワーク１００に押し付けるにつれてワーク１００を上下方向（板厚方向）で拘束する挟持力を徐々に強めることができる。
その結果、下側可動部６０が下方へスライド移動する間は、ワーク１００と金型１０との間が滑ることの無いように十分な程度の挟持力でワーク１００を拘束することができる。

また、ガススプリング７０は、金型１０を用いた曲げ加工が繰り返されて、圧縮の回数が増大しても、反力が衰えにくい。さらに、ガススプリング７０は、設置も容易でランニングコストを軽減することができる。そして、ガススプリング７０の発生する反力は、バラツキを生じにくく安定して曲げ加工を行うことができる。このため、ガススプリング７０を用いることにより、曲げ加工機１全体のセッティングにかかる作業が容易になる。

さらに、ガススプリング７０が下型２０の長手方向Ａに沿って複数個、この実施形態では７個、配列されている。このため、ワーク１００が長尺状を呈していても、長手方向Ａで均一な反力を生じさせて、長手方向Ａの各部分で同様の曲げ加工を行うことができる。
そして、ガススプリング７０を下型２０の長手方向Ａに沿って複数個、配置することにより、ワーク１００の長手方向寸法に適応した長さの金型１０を構成することができる。

また、ガススプリング７０は、シリンダ７２内に充填されたガスの圧力を変更することにより、ピストン７４の反力を調整可能に構成されている。
このため、ワーク１００の大きさや強度、上型３０の押圧力等に応じて、適宜、必要とされる反力を設定して、曲げ加工に必要とされる曲げ応力に対して、十分な反力とすることができる。したがって、様々なワーク１００を断裂やしわを発生させることなく曲げ加工できる。
例えば、アルミニウムとセラミックとからなる金属基複合材を曲げ加工する場合、図５に示す板状のワーク１００の厚さ方向寸法ｔ１＝３．２ｍｍとすると、少なくとも曲げ応力が１３ＭＰａ以上必要となる。このため、上型３０と下型２０との反力の合計は、１３ＭＰａ以上必要となる。

さらに、上型３０の押圧面３２は、凸状の曲面を有し、押圧面３２と対向する下側可動部６０の対向面６２には、長手方向Ａに沿って延在する断面弧状の凹部が形成されている。
そして、図５に示すように、対向面６２の凹部の曲率半径ｒ２は、押圧面３２の曲率半径ｒ１以上（ｒ２＞ｒ１）となるように設定されている。
このため、ワーク１００と押圧面３２および対向面６２との接触面積を増大させて、ワーク１００が押圧面３２と対向面６２との間で圧縮される際、各内，外側面の曲率半径などを所望の大きさおよび形状とすることができる。

また、図５に示すように、対向面６２の両端部６２ａ，６２ａの各曲率半径ｒ３は、下型２０の隣接する縁部２０ａ，２０ａの曲率半径ｒ４よりも小さくなる（ｒ３＜ｒ４）ように設定されている。
このため、下側可動部６０の端部６２ａ、縁部２０ａおよびワーク１００の三部材にて挟まれて形成される空間部分を小さく設定して、この部分に逃げ込む張力を減少させることができる。したがって、ワーク１００の滑りを充分に抑制して、ワーク１００を抱き込むことができる。

また、実施形態の金型１０を用いた加工方法では、曲げ加工を行う際のワーク１００の破断やしわの発生を抑制することができる。

この実施形態２の加工方法では、実施形態１の加工方法に加えてさらに、金属製の敷板２００を下型２０の上面にセッティングし、敷板２００の上にワーク１００を載置してから、上型３０を下降させてプレスによる曲げ加工を開始する。
特に、下側可動部６０が最下点に到達した際にワーク１００に加わる曲げ応力は最大となる。そして、この際、ワーク１００の下側面（曲げ方向で外側面）に発生する張力は最大となる。
張力が発生する領域は、ワーク１００の外側面である。このため、ワーク１００の外側に敷板２００を配置することにより、張力の発生領域を敷板２００部分へシフトさせることができる。
従って、さらに、ワーク１００の破断やしわの発生を抑制することが可能となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、たとえば以下のようなものである。

この実施形態の金型および該金型を用いた加工方法では、反力発生部材として、ガススプリング７０を用いている。しかしながら特にこれに限らず、例えば、油圧シリンダ、金属製スプリングなどの他の機構により構成されるものや、ウレタン等の発泡合成樹脂材料やゴム部材等、軟質で弾性を有するものであれば、他の構成の反力を発生させる部材であってもよい。すなわち、下側可動部６０を下方から弾性支持するもの、特に圧縮されるにつれ、反力が上昇するものが好適であり、このような反力を発生させるものであれば、反力発生部材の形状、数量および材質が特に限定されるものではない。

また、実施形態では、図３に示すようにガススプリング７０が下型２０の長手方向Ａに沿って７個配列されている。しかしながら特にこれに限らず、例えば、１個又は２以上の複数個のガススプリング７０を用いてもよく、配列も一列に限定されることなく複数列や交互に配列される等、どのように配置されていてもよい。

さらに、この実施形態では、図５に示すように、対向面６２の両端部６２ａ，６２ａの各曲率半径ｒ３は、下型２０のスリット部５８の対向する縁部２０ａ，２０ａの曲率半径ｒ４よりも小さくなる（ｒ３＜ｒ４）ように設定されて、下側可動部６０の端部６２ａと、縁部２０ａとワーク１００との三部材にて挟まれた小面積の空間部分が形成されている。しかしながら、特にこれに限らず、更に空間部分を小さく、もしくは無くすように、端部６２ａおよび縁部２０ａの形状を設定してもよい。

そして、実施形態２では、ワーク１００と同程度若しくは大きく、厚さ方向の寸法が設定された敷板２００を用いている。しかしながら特にこれに限らず、例えば、ワーク１００よりも厚さ方向の寸法が小さくてもよく、なくてもよい。また、敷板２００の形状、数量および材質が特に限定されるものではなく、ワーク１００と下型２０との間に介在される枚数についても特に限定されるものでない。

さらに、実施形態２では、敷板２００の上にワーク１００を重ねる工程を別工程で行っているが特にこれに限らず、予め敷板２００の上にワーク１００を重ねておいて、同時に下型２０の上面部に敷板２００とワーク１００を載置するようにしてもよい。

１ 加工機
１０ 金型
２０ 下型
２０ａ 縁部
３０ 上型
３２ 押圧面
４０ 台座部
５０ 載置部
６０ 下側可動部
６２ 対向面
６２ａ 端部
７０ ガススプリング（反力発生部材）
１００ ワーク
２００ 敷板（補助部材）

Claims (11)

1. 板状のワークを曲げ加工するための金型であって、
   前記ワークが載置される下型と、
   前記ワークを前記下型に向けて押圧する押圧面が形成された上型とを備え、
   前記下型は、前記上型の移動方向と同方向にスライド可能な下側可動部と、
   前記下側可動部を下方から弾性支持する反力発生部材と、
   前記下側可動部の両端部に位置する受け部材と、
   を備え、
   前記上型の押圧面は、凸状の曲面を有し、
   前記押圧面と対向する前記下側可動部の対向面には、長手方向に沿って延在する断面弧状の凹部が形成されており、
   前記凹部の曲率半径は、前記押圧面の曲率半径以上となるように設定されていること、を特徴とする金型。
2. 前記反力発生部材は、ガススプリングであることを特徴とする請求項１記載の金型。
3. 前記反力発生部材が前記下型の長手方向に沿って複数個配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の金型。
4. 前記反力発生部材は、反力の大きさを調整可能であることを特徴とする請求項２または３記載の金型。
5. 前記下側可動部は、前記下型に形成されたスリット部に収容されており、
   前記対向面の両端部の各曲率半径は、前記スリット部の縁部の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の金型。
6. 前記受け部材の縁部は、凸状の曲面を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の金型。
7. 前記受け部材の縁部は、水平面に対して傾斜する平面と、当該平面に隣接する凸状の曲面とを有していることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一項記載の金型。
8. 前記上型の押圧面は、前記受け部材の前記平面に対向する平面を有し、前記上型の前記平面と、前記受け部材の前記平面とが平行であることを特徴とする請求項７に記載の金型。
9. 前記下型と、前記ワークとの間に、平板状の補助部材を介在させて用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項記載の金型。
10. 請求項１〜９の何れか一項記載の金型を用いた加工方法であって、
    前記下型にワークをセッティングする工程と、
    前記上型で前記ワークを押圧し、前記対向面に沿って前記ワークを一次変形させる工程と、
    前記反力発生部材の反力で、前記上型の移動方向と逆方向へ前記ワークを付勢しながら、前記下型および前記上型を下降させ、前記ワークを受け部材の縁部に当接させて二次変形させる工程と、
    を備えることを特徴とする金型を用いた加工方法。
11. 請求項１〜９の何れか一項記載の金型を用いた加工方法であって、
    前記下型に補助部材およびワークをセッティングする工程と、
    前記上型で前記ワークを押圧し、前記対向面に沿って前記ワークを一次変形させる工程と、
    前記反力発生部材の反力で、前記上型の移動方向と逆方向へ前記補助部材を付勢しながら、前記下型および前記上型を下降させ、前記ワークを受け部材の縁部に当接させて二次変形させる工程と、
    を備えることを特徴とする金型を用いた加工方法。

Images