WO2022004222A1

WO2022004222A1 - ワークの製造装置

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Publication number: WO2022004222A1
Application number: PCT/JP2021/020553
Authority: WO
Inventors: 和之平田
Original assignee: トヨタ紡織株式会社
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-01-06
Also published as: US20230249239A1; CN115916427A; JP2022010904A; DE112021003485T5

Abstract

ワークの製造装置は、固定型（１０）および可動型（２０）を備える。固定型（１０）は、固定型本体（１０ａ）と、ダイ（１１）と、を備える。可動型（２０）は、可動型本体（２０ａ）と、成形パンチ（２１）と、打ち抜きパンチ（２２）と、第１押圧部材（３０）と、第１押圧部材（３０）よりも高剛性の第２押圧部材（４０）と、を備える。ワークの製造装置は、固定型（１０）に対して可動型（２０）を近接させることで、板材の予備成形、板材からのワークの打ち抜き、第１押圧部材（３０）の圧縮変形に伴い第２押圧部材（４０）の先端（４２）が成形パンチ（２１）を押圧することによるワークの本成形を順に行うように構成されている。

Description

ワークの製造装置

　本開示は、ワークの製造装置に関する。

　特許文献１には、溝付き板材の製造方法が記載されている。この製造方法では、波形形状の型面を有する第１金型で金属板を予備成形することにより波形形状の板材を形成する。続いて、形成目標の溝部と同一形状の型面を有する第２金型で上記板材を本成形することにより、平坦な面により構成された表面をそれぞれ有する複数の溝部を形成する。

特開２００３－２４９２３８号公報

　ところで、特許文献１に記載の製造方法においては、予備成形を行うための第１金型と、本成形を行うための第２金型とが必要となる。また、第１金型から第２金型に板材を載せ替える工程が必要となる。こうしたことから、ワークの製造工程が複雑化するといった不都合が生じる。

　本開示の目的は、製造工程を簡略化することのできるワークの製造装置を提供することにある。

　上記目的を達成するためのワークの製造装置は、金属製の板材からワークを製造するように構成されたワークの製造装置であって、固定型および可動型を備える。前記固定型は、固定型本体と、前記板材を成形するように構成されたダイ側成形面を有するダイと、を備える。前記可動型は、前記固定型に対して近接及び離間可能に設けられた可動型本体と、前記ダイ側成形面との協働により前記板材を成形するように構成されたパンチ側成形面および該パンチ側成形面とは反対側の基端面を有する成形パンチと、前記成形パンチの外周側において前記可動型本体に固定され、前記ダイとの協働により前記板材から前記ワークを打ち抜くように構成された打ち抜きパンチと、前記可動型本体に固定される基端、及び前記成形パンチの前記基端面に固定される先端を有する第１押圧部材と、前記可動型本体に固定される基端、及び前記成形パンチの前記基端面との間に隙間を有して設けられる先端を有し、前記第１押圧部材よりも高剛性の第２押圧部材と、を備える。ワークの製造装置は、前記固定型に対して前記可動型を近接させることで、前記板材の予備成形、前記板材からの前記ワークの打ち抜き、前記第１押圧部材の圧縮変形に伴い前記第２押圧部材の前記先端が前記成形パンチを押圧することによる前記ワークの本成形を順に行うように構成されている。

図１は、ワークの製造装置の一実施形態について、可動型及び固定型を分離して示す断面図。図２は、同実施形態について、板材を固定型及び可動型により拘束した状態を示す断面図。図３は、同実施形態のワークの製造装置による予備成形工程を示す断面図。図４は、同実施形態のワークの製造装置による打ち抜き工程を示す断面図。図５は、同実施形態のワークの製造装置による本成形工程を示す断面図。

　以下、図１～図５を参照して、ワークの製造装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態のワーク１００は、燃料電池用のセパレータである。
　図１～図５に示すように、製造装置は、金属製の板材５０からワーク１００を製造する装置であり、固定型１０と、可動型２０とを有している。

　＜固定型１０＞
　図１に示すように、固定型１０は、固定型本体１０ａと、直方体状のダイ１１とを有している。ダイ１１は、板材５０を成形するように構成されたダイ側成形面１１ａを有している。

　図５に示すように、ダイ側成形面１１ａは、ダイ１１の上面に設けられている。ダイ側成形面１１ａは、板材５０に複数の流路１０１を形成する複数の溝部を有している。
　図１に示すように、固定型本体１０ａは、固定側ダイセット１６、固定側ダイバッキングプレート１５、ダイプレート１４、ベーシックプレート１３、及び固定側ストリッパ１２を備えている。

　固定側ダイセット１６の上面には、図示しないボルトを介して、固定側ダイバッキングプレート１５が固定されている。
　固定側ダイバッキングプレート１５の上面には、ダイ１１、ダイプレート１４、及びベーシックプレート１３が固定されている。

　ダイプレート１４は、四角枠状であり、ダイ１１の外周側に設けられている。
　ベーシックプレート１３は、直方体状であり、ダイプレート１４とダイ１１とによって挟持されている。

　ベーシックプレート１３の上面には、四角枠状の固定側ストリッパ１２が固定されている。固定側ストリッパ１２の内周面とダイ１１の外周面との間には、全周にわたって隙間Ｓ１が設けられている。

　固定側ストリッパ１２における上側内周縁１２ａは、全周にわたって断面円弧状に面取りされている（図２参照）。
　＜可動型２０＞
　図１に示すように、可動型２０は、固定型１０の上方において昇降可能に設けられた可動型本体２０ａと、直方体状の成形パンチ２１とを有している。成形パンチ２１は、ダイ１１のダイ側成形面１１ａとの協働により板材５０を成形するように構成されたパンチ側成形面２１ａを有している。すなわち、可動型本体２０ａは、固定型１０に対して近接及び離間可能に設けられている。

　図５に示すように、パンチ側成形面２１ａは、成形パンチ２１の下面に設けられている。パンチ側成形面２１ａは、板材５０に複数の流路１０１を形成する複数の溝部を有している。成形パンチ２１の上面には、基端面２１ｂが設けられている。すなわち、成形パンチ２１は、パンチ側成形面２１ａとは反対側に基端面２１ｂを有している。

　図１及び図２に示すように、可動型２０は、打ち抜きパンチ２２を有している。打ち抜きパンチ２２は、成形パンチ２１の外周側において可動型本体２０ａに固定されている。打ち抜きパンチ２２は、ダイ１１との協働により板材５０からワーク１００を打ち抜くように構成されている。

　図１に示すように、可動型本体２０ａは、可動側ダイセット２８、可動側ダイバッキングプレート２７、パンチバッキングプレート２６、パンチプレート２５、パンチホルダ２４、及び可動側ストリッパ２３を備えている。

　可動側ダイセット２８は、図示しない駆動装置により昇降可能に構成されている。
　可動側ダイセット２８の下面には、図示しないボルトを介して可動側ダイバッキングプレート２７が固定されている。

　可動側ダイバッキングプレート２７の下面には、パンチバッキングプレート２６が固定されている。パンチバッキングプレート２６は、上下方向に沿って延在する中心孔２６ａを有している。

　パンチバッキングプレート２６の下面には、パンチホルダ２４、パンチプレート２５、及び打ち抜きパンチ２２が固定されている。
　パンチホルダ２４は、上下方向に沿って延在する中心孔２４ａを有している。パンチホルダ２４は、パンチバッキングプレート２６の下面の内周側部分に固定されている。

　パンチプレート２５は、四角枠状であり、パンチホルダ２４の外周側に設けられている。
　打ち抜きパンチ２２は、四角枠状であり、パンチホルダ２４とパンチプレート２５とによって挟持されている。

　打ち抜きパンチ２２は、パンチプレート２５の内周面に対向する基部２２ａと、基部２２ａから下方に突出する突部２２ｂとを有している。突部２２ｂの外周面は、基部２２ａの外周面よりも内周側に位置している。一方、突部２２ｂの内周面は、基部２２ａの内周面と同一平面上に位置している。

　成形パンチ２１は、打ち抜きパンチ２２の内部において、打ち抜きパンチ２２に対して上下方向において相対変位可能に設けられている。
　突部２２ｂの先端外周面には、枠状の可動側ストリッパ２３が固定されている。

　可動側ストリッパ２３は、固定側ストリッパ１２と共に板材５０を挟持する。
　＜押圧部材３０，４０＞
　図１に示すように、成形パンチ２１は、第１押圧部材３０を介して、可動側ダイバッキングプレート２７に固定されている。第１押圧部材３０は、パンチバッキングプレート２６の中心孔２６ａ及びパンチホルダ２４の中心孔２４ａに挿通されている。

　第１押圧部材３０は、上下方向、すなわち可動型２０の移動方向に沿って延びる四角柱状である。第１押圧部材３０は、上下方向に沿って延びる貫通孔３０ａを有している。貫通孔３０ａは、例えば断面円形状である。

　第１押圧部材３０の基端３１は、図示しないボルトを介して、可動側ダイバッキングプレート２７の下面に固定されている。
　第１押圧部材３０の先端３２は、図示しないボルトを介して、成形パンチ２１の基端面２１ｂに固定されている。

　貫通孔３０ａの上端部（基端部）は、同上端部よりも下方の部分よりも拡径されている。このことにより、貫通孔３０ａの内周面には、段差部３３が設けられている。
　第１押圧部材３０の貫通孔３０ａ内には、第１押圧部材３０よりも高剛性の第２押圧部材４０が挿入されている。

　第２押圧部材４０は、上下方向、すなわち可動型２０の移動方向に沿って延びる円柱状である。なお、以降において、第２押圧部材４０の軸線方向に直交する方向である径方向（図１の左右方向）を単に径方向と称することがある。

　第２押圧部材４０の基端部４３は、基端部４３よりも先端側の部分４４よりも拡径されている。基端部４３の下面は、貫通孔３０ａの段差部３３に係止されている。第２押圧部材４０の基端４１は、可動側ダイバッキングプレート２７の下面に当接している。これにより、基端４１は、可動側ダイバッキングプレート２７、すなわち可動型本体２０ａに固定されている。第２押圧部材４０の先端４２と、成形パンチ２１の基端面２１ｂとの間には、所定の隙間Ｓ３が設けられている。

　第１押圧部材３０の外周面とパンチバッキングプレート２６の内周面との間には、所定の隙間Ｓ２が上下方向の全体にわたって設けられている。
　第１押圧部材３０の外周面とパンチホルダ２４の内周面との間には、図示しない所定の隙間が上下方向の全体にわたって設けられている。

　これらの隙間は、第１押圧部材３０が上下方向に圧縮変形するとともに径方向に膨張変形する際に、パンチバッキングプレート２６及びパンチホルダ２４に対する第１押圧部材３０の相対変位を許容する大きさに設定されている。

　第１押圧部材３０の内周面と第２押圧部材４０の外周面との間には、図示しない隙間が設けられている。この隙間は、第１押圧部材３０が上下方向に圧縮変形するとともに径方向に膨張変形する際に、第１押圧部材３０と第２押圧部材４０との相対変位を許容する大きさに設定されている。

　第１押圧部材３０の材料のヤング率は、７０～８０ＧＰａであることが好ましい。こうした材料としては、アルミニウム合金の一種である超ジュラルミンや超々ジュラルミンが好ましい。本実施形態の第１押圧部材３０は、超ジュラルミンにより形成されている。

　第２押圧部材４０の材料のヤング率は、５００～６００ＧＰａであることが好ましい。こうした材料としては、超硬合金が好ましい。本実施形態の第２押圧部材４０は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金により形成されている。

　本実施形態では、固定型１０に対して可動型２０を近接させることで、板材５０の予備成形、板材からのワーク１００の打ち抜き、第１押圧部材３０の圧縮変形に伴い第２押圧部材４０の先端４２が成形パンチ２１を押圧することによるワーク１００の本成形を順に行うように構成されている。

　次に、本実施形態の作用について説明する。
　図２に示すように、固定型１０に対して可動型２０が近接されると、固定側ストリッパ１２と可動側ストリッパ２３とによって板材５０が挟持される。これにより、板材５０が固定型１０と可動型２０との間で拘束される。

　図３に示すように、固定型１０に対して可動型２０が更に近接されると、第１押圧部材３０によって押圧される成形パンチ２１のパンチ側成形面２１ａとダイ１１のダイ側成形面１１ａとの協働によって板材５０がプレスされる（以上、予備成形工程）。

　図４に示すように、固定型１０に対して可動型２０が更に近接され、打ち抜きパンチ２２の突部２２ｂの先端がダイ１１のダイ側成形面１１ａよりも下方まで移動すると、打ち抜きパンチ２２とダイ１１との協働により板材５０からワーク１００が打ち抜かれる（以上、打ち抜き工程）。

　またこのとき、第１押圧部材３０が上下方向、すなわち可動型２０の移動方向において圧縮変形されることで、第２押圧部材４０の先端４２と成形パンチ２１の基端面２１ｂとの間の間隔が徐々に小さくなる。

　そして、第２押圧部材４０の先端４２が成形パンチ２１の基端面２１ｂに接触すると、第１押圧部材３０に加えて第２押圧部材４０によって成形パンチ２１が押圧されるようになる。このため、図５に示すように、成形パンチ２１とダイ１１とによってワーク１００がプレスされる。また、このとき、打ち抜きパンチ２２の突部２２ｂと、固定側ストリッパ１２の上側内周縁１２ａとによって、ワーク１００の打ち抜かれた板材５０がプレスされる（以上、本成形工程）。

　次に、本実施形態の効果について説明する。
　（１）可動型２０は、第１押圧部材３０と、第１押圧部材３０よりも高剛性の第２押圧部材４０とを備えている。第１押圧部材３０は、可動型本体２０ａに固定される基端３１、及び成形パンチ２１の基端面２１ｂに固定される先端３２を有している。第２押圧部材４０は、可動型本体２０ａに固定される基端４１、及び成形パンチ２１の基端面２１ｂとの間に隙間Ｓ３を有して設けられる先端４２を有している。ワークの製造装置は、固定型１０に対して可動型２０を近接させることで、板材５０の予備成形、板材からのワーク１００の打ち抜き、第１押圧部材３０の圧縮変形に伴い第２押圧部材４０の先端４２が成形パンチ２１を押圧することによるワーク１００の本成形を順に行うように構成されている。

　こうした構成によれば、上述した作用を奏する。
　ここで、本成形の後に板材５０からワーク１００を打ち抜く構成にあっては、打ち抜きによってワーク１００が縮むおそれがある。

　この点、上記構成によれば、板材５０からワーク１００が打ち抜かれた後に、ワーク１００の本成形が行われることでワーク１００の縮みが戻される。
　このように、上記構成によれば、予備成形、打ち抜き、及び本成形を、可動型２０を固定型１０に対して近接させる一連の動作によって行うことができる。したがって、ワーク１００の製造工程を簡略化することができる。

　（２）第２押圧部材４０は、第１押圧部材３０よりもヤング率の大きい材料により形成されている。第１押圧部材３０は、可動型２０の移動方向に沿って延びる柱状である。
　例えば第１押圧部材３０としてコイルスプリングを用いる場合、剛性の高い板材５０を成形するべく第１押圧部材３０の剛性を高める必要がある。そのため、第１押圧部材３０の体格を大きくする必要があり、製造装置の体格が大きくなるといった不都合が生じる。

　この点、上記構成によれば、第１押圧部材３０の体格を大きくしなくとも第１押圧部材３０の剛性を容易に高めることができる。したがって、製造装置の体格の増大を抑制できる。

　（３）第２押圧部材４０は、可動型２０の移動方向に沿って延びる柱状である。
　例えば第２押圧部材４０としてコイルスプリングを用いる場合、剛性の高い板材５０を成形するべく第２押圧部材４０の剛性を高める必要がある。そのため、第２押圧部材４０の体格を大きくする必要があり、製造装置の体格が大きくなるといった不都合が生じる。

　この点、上記構成によれば、第２押圧部材４０の体格を大きくしなくとも剛性を容易に高めることができる。したがって、製造装置の体格の増大を抑制できる。
　（４）第１押圧部材３０は、可動型２０の移動方向に沿って延びる貫通孔３０ａを有している。第２押圧部材４０は、貫通孔３０ａに挿入されている。

　こうした構成によれば、第１押圧部材３０に対する第２押圧部材４０の位置決めを容易に行うことができる。
　（５）固定側ストリッパ１２における上側内周縁１２ａは、全周にわたって断面円弧状に面取りされている。

　こうした構成によれば、打ち抜きパンチ２２の突部２２ｂと、固定側ストリッパ１２の上側内周縁１２ａとによって、ワーク１００の打ち抜かれた板材５０がプレスされることで、板材５０の内周縁が外周側に移動するようになる。したがって、ワーク１００に干渉せずに板材５０を取り除くことができる。

　＜変更例＞
　本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

　・第２押圧部材４０の数は、本実施形態で例示した数に限定されず、２つ以上設けてもよい。この場合、第２押圧部材４０の数に合わせて貫通孔３０ａの数を適宜変更すればよい。

　・第１押圧部材３０及び第２押圧部材４０の配置は、本実施形態で例示したものに限定されず、適宜変更することができる。例えば、第１押圧部材３０と第２押圧部材４０の配置を入れ替えてもよい。すなわち、第２押圧部材４０に貫通孔を設け、当該貫通孔に第１押圧部材３０を挿通して設けるようにしてもよい。また、第１押圧部材３０の外部に第２押圧部材４０を設けるようにしてもよい。この場合、第１押圧部材３０の貫通孔３０ａを省略できる。

　・第１押圧部材３０の形状及び第２押圧部材４０の形状は、本実施形態で例示した形状に限定されず、例えば、第１押圧部材３０を円柱状にしたり、第２押圧部材４０を角柱状にしたりすることもできる。

　・第２押圧部材４０の材料は、本実施形態で例示したタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金に限定されず、例えば他の硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる他の合金であってもよい。

　・第２押圧部材４０を例えばコイルスプリングによって構成してもよい。この場合であっても、第２押圧部材４０が、第１押圧部材３０よりも高剛性であればよい。
　・第１押圧部材３０の材料は、本実施形態で例示した超ジェラルミンや超々ジュラルミンに限定されず、例えば他のアルミニウム合金であってもよい。

　・第１押圧部材３０を例えばコイルスプリングによって構成してもよい。この場合であっても、第１押圧部材３０が、第２押圧部材４０よりも低剛性、すなわち高弾性であればよい。

　・第２押圧部材４０の先端４２が成形パンチ２１を押圧することによるワーク１００の本成形によってワーク１００に対して鍛造加工を施すようにしてもよい。
　・固定型本体１０ａ及び可動型本体２０ａの構成は、本実施形態で例示した構成に限定されず、適宜変更することができる。

　・本開示に係るワークの製造装置は、燃料電池用のセパレータを製造するものに限定されず、金属製の板材から製造されるものであれば、任意のワークを製造する製造装置に対して適用することもできる。

Claims

　金属製の板材からワークを製造するように構成されたワークの製造装置であって、固定型および可動型を備え、
　前記固定型は、
　　固定型本体と、
　　前記板材を成形するように構成されたダイ側成形面を有するダイと、
　を備え、
　前記可動型は、
　　前記固定型に対して近接及び離間可能に設けられた可動型本体と、
　　前記ダイ側成形面との協働により前記板材を成形するように構成されたパンチ側成形面および該パンチ側成形面とは反対側の基端面を有する成形パンチと、
　　前記成形パンチの外周側において前記可動型本体に固定され、前記ダイとの協働により前記板材から前記ワークを打ち抜くように構成された打ち抜きパンチと、
　　前記可動型本体に固定される基端、及び前記成形パンチの前記基端面に固定される先端を有する第１押圧部材と、
　　前記可動型本体に固定される基端、及び前記成形パンチの前記基端面との間に隙間を有して設けられる先端を有し、前記第１押圧部材よりも高剛性の第２押圧部材と、を備え、
　前記固定型に対して前記可動型を近接させることで、前記板材の予備成形、前記板材からの前記ワークの打ち抜き、前記第１押圧部材の圧縮変形に伴い前記第２押圧部材の前記先端が前記成形パンチを押圧することによる前記ワークの本成形を順に行うように構成されている、
　ワークの製造装置。
　前記第２押圧部材は、前記第１押圧部材よりもヤング率の大きい材料により形成されている、
　請求項１に記載のワークの製造装置。
　前記第１押圧部材は、前記可動型の移動方向に沿って延びる柱状である、
　請求項２に記載のワークの製造装置。
　前記第２押圧部材は、前記可動型の移動方向に沿って延びる柱状である、
　請求項２または請求項３に記載のワークの製造装置。
　前記第１押圧部材は、前記可動型の移動方向に沿って延びる柱状であり、前記移動方向に沿って延びる貫通孔を有しており、
　前記第２押圧部材は、前記貫通孔に挿入されている、
　請求項４に記載のワークの製造装置。