プレス機械
【課題】 筒状ワークとダイとの摩擦を軽減するプレス機械を提供する。
【解決手段】 本発明のプレス機械は、筒状のワーク２０の外周面２８の少なくとも一部を加工する複数のローラー３２と、ワーク２０の内周面２６と係合し、かつ、ローラー３２に対し相対移動可能なパンチ１０と、ローラー３２と接触する断面が円弧状の支持面３４１を有するホルダ３４と、ローラー３２を挟んでホルダ３４と対向するリテーナー３６と、を含む。
【解決手段】 本発明のプレス機械は、筒状のワーク２０の外周面２８の少なくとも一部を加工する複数のローラー３２と、ワーク２０の内周面２６と係合し、かつ、ローラー３２に対し相対移動可能なパンチ１０と、ローラー３２と接触する断面が円弧状の支持面３４１を有するホルダ３４と、ローラー３２を挟んでホルダ３４と対向するリテーナー３６と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状のワークを加工するプレス機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パンチとダイを有するプレス機械において、例えばしごき加工などを行う際に、被加工材とダイとの間における摩擦によって被加工材のダイへの凝着やダイの焼付き等の加工不良が発生することがあった。このような加工不良を防止するために、被加工材とダイとが接触するプレス面に潤滑油を供給していた。
【０００３】
この潤滑油の供給頻度を削減し、さらに作業現場における潤滑油の飛散を軽減するため、ダイのプレス面における所定領域に油溜まりとしての複数の凹部を形成することが提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、高硬度の微粒子をダイに吹き付けることによってダイの表面に微細な凹部を無数に形成し、これを油溜まりとして機能させる共に、潤滑油として硫黄系極圧剤と有機亜鉛化合物とカルシウム系添加剤とエステル化合物とを配合したプレス加工用の潤滑剤を用いることも提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、被加工材がダイに対して摺動する際の潤滑性を向上させるために、ダイの作業面に高い潤滑特性を有する硬質皮膜を被覆した金属塑性加工用工具が提案された（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７３０号公報
【特許文献２】特開２００８−５５４２６号公報
【特許文献３】特開２００９−９１６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、筒状ワークとダイとの摩擦を軽減するプレス機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるプレス機械は、ダイと、筒状のワークの内周面と係合し、かつ、前記ダイに対し相対移動可能なパンチと、を有するプレス機械であって、前記ダイは、前記ワークの外周面の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークとダイとの摩擦を軽減することができる。また、ワークとダイとの摩擦を軽減することによって、ワークがダイへ凝着することやダイの焼付きを生じにくくすることができる。
【００１０】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部の外周面に対し滑り係合するホルダと、前記転がり係合部を挟んで該ホルダと対向するリテーナーと、をさらに備えることができる。
【００１１】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークから受ける加工圧力を転がり係合部とホルダとの滑り係合に変換することができる。
【００１２】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、前記ローラーが回転することによって、前記ワークと接触する前記ローラーの表面に潤滑油を供給可能に形成することができる。
【００１３】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークとローラーとの接触界面に潤滑油を確実に供給することができ、人的作業工程を減らすことができる。
【００１４】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、前記ワークは、断面が略多角形の外周形状を有し、前記略多角形の各辺のそれぞれに対応してローラーを配置することができる。
【００１５】
本発明にかかるプレス機械によれば、略多角形のワークの辺とダイとの摩擦を軽減することができる。
【００１６】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、略多角形の前記ワークの角部は、円弧状に形成され、前記各角部のそれぞれに対応してローラーを配置することができる。
【００１７】
本発明にかかるプレス機械によれば、各角部とダイとの摩擦を軽減することができる。また、角部に対応するローラーと辺に対応するローラーとを別々に設けることで、ローラーの表面における速度差を減少することができる。
【００１８】
本発明にかかるプレス機械において、前記ワークは、断面が円形の外周形状を有し、前記円形の外周をＮ等分したＮ個の円弧部に対応してＮ個のローラーを配置することができる。
【００１９】
本発明にかかるプレス機械によれば、円形のワークの加工においてもワークとダイとの摩擦を軽減することができる。
【００２０】
本発明にかかるプレス機械において、前記ローラーは、前記ローラーの回転軸に沿った断面において、前記ワークと接触する表面が円弧状であることができる。
【００２１】
本発明にかかるプレス機械によれば、なめらかな円形の外周形状を有する製品に加工することができる。
【００２２】
本発明にかかるプレス機械は、筒状のワークの外周面の少なくとも一部を加工する複数のローラーと、前記ワークの内周面と係合し、かつ、前記ローラーに対し相対移動可能なパンチと、前記ローラーと接触する断面が円弧状の支持面を有するホルダと、前記ローラーを挟んで前記ホルダと対向するリテーナーと、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークとダイとの摩擦を軽減することができる。また、ワークとダイとの摩擦を軽減することによって、ワークがダイへ凝着することやダイの焼付きを生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の金型及びワークを模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械のダイを模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の加工工程を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の加工工程を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の加工工程を模式的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るワークを模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図１１】比較例に係るプレス機械の金型及びワークを模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
本発明の一実施形態にかかるプレス機械は、ダイと、筒状のワークの内周面と係合し、かつ、前記ダイに対し相対移動可能なパンチと、を有するプレス機械であって、前記ダイは、前記ワークの外周面の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の一実施形態にかかるプレス機械は、筒状のワークの外周面の少なくとも一部を加工する複数のローラーと、前記ワークの内周面と係合し、かつ、前記ローラーに対し相対移動可能なパンチと、前記ローラーと接触する断面が円弧状の支持面を有するホルダと、前記ローラーを挟んで前記ホルダと対向するリテーナーと、を含むことを特徴とする。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１〜図６は、第１の実施の形態にかかるプレス機械を説明するための模式図である。図１は金型及びワークを示す縦断面図であり、図２はダイの平面図であり、図３〜図５はプレス機械の加工工程を示す縦断面図であり、図６はワークの斜視図を部分的に横断面で示した図である。なお、図１のダイは、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【００２９】
図１に示すように、第１の実施の形態にかかるプレス機械は、ダイ３０と、筒状のワーク２０の内周面２６と係合し、かつ、ダイ３０に対し相対移動可能なパンチ１０と、を含むプレス加工用の金型を有する。ダイ３０は、ワーク２０の外周面２８の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部３１を含む。転がり係合部３１は、例えば単数もしくは複数のローラー３２であることができる。なお、このプレス機械は、図１には示さないが、パンチ１０とダイ３０とを相対移動するための公知の駆動機構を有することができる。本実施の形態においては、パンチ１０を図示しないスライドに固定し、ダイ３０を図示しないボルスタに固定し、例えばサーボモータとクランク機構によってスライドを矢印Ａの方向へ移動させてプレス加工することができる。ここでは、パンチ１０をスライドに固定し、ダイ３０をボルスタに固定する例について述べたが、プレス機械の駆動機構に合わせて、例えばダイ３０をスライドに、パンチ１０をボルスタに固定するなど適宜対応することができる。
【００３０】
パンチ１０は、被加工部材であるワーク２０の内側の形状と同じ形状の外形を有することができ、ワーク２０と共に、図示せぬ駆動機構によってダイ３０に対し相対移動、例えば昇降移動可能である。より詳細には、パンチ１０は、ワーク２０の側壁２２の内周面２６と係合する外壁面１２と、ワーク２０の底部２４の内面と係合する底面１４と、を有している。
【００３１】
ワーク２０は、側壁２２と底部２４とを有する有底筒状であって、側壁２２の横断面が略多角形の外周形状を有することができる。本実施の形態においては、図６に示すように、側壁２２の横断面の外周形状が略四角形である。図６は、加工前のワーク２０を説明するために、側壁２２の高さ方向の中ほどを横断面で示している。側壁２２は、横断面において、４つの直線状の辺２２１と、隣り合う辺２２１，２２１の間の４つの角部２２２と、を有する。角部２２２は、円弧状に形成することができる。側壁２２の外周形状は、正方形であるが、これに限らず、長方形とすることができ、また、他の多角形とすることができる。ワーク２０は、肉厚Ｓの側壁２２を有する加工前の被加工部材である。
【００３２】
ダイ３０は、ワーク２０の外周面２８の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部３１を含む。転がり係合部３１は、ローラー３２であることができる。ダイ３０は、ローラー３２と、ローラー３２と接触するホルダ３４と、ローラー３２を挟んでホルダ３４と対向するリテーナー３６と、を含むことができる。ローラー３２は、加工前のワーク２０に対し転がり係合しながらワーク２０の側壁２２の肉厚Ｓを薄肉化して、加工後の製品の側壁の肉厚Ｓ’に加工することができる。加工後の製品の肉厚Ｓ’は、パンチ１０の外壁面１２とローラー３２の外周面とのクリアランスであり、加工後の製品の外形はワーク２０に比べて縮径される。
【００３３】
ローラー３２は、例えば複数設けられ、ワーク２０の略多角形例えば四角形の側壁２２に合わせて少なくとも各辺２２１のそれぞれに対応してローラー３２を配置することができ、本実施の形態では４本配置されている。ローラー３２は、回転軸Ｏに沿って延びる略円柱状であり、図２において実線及び点線で示されるように、ワーク２０の側壁２２の辺２２１に係合する辺形成部３２１と、角部２２２の半分に係合する角部形成部３２２と、を有することができる。角部形成部３２２は、ローラー３２の両端部付近の外周面に形成され、ローラー３２の端部に向かうに従って拡径する断面円弧状の円柱であり、側壁２２の１つ角部２２２に対し隣り合う角部形成部３２２と共に転がり係合することができる。辺形成部３２１は、ローラー３２の両端部の角部形成部３２２、３２２の間に形成された一定の外径を有する円柱であり、側壁２２の直線状の辺２２１に対し転がり係合することができる。ローラー３２の回転軸Ｏは同一水平面内に配置され、隣り合うローラー３２の回転軸Ｏは互いに直交している。
【００３４】
ホルダ３４は、ローラー３２と接触しかつ断面が円弧状の支持面３４１を有することができる。ホルダ３４は、加工後のワークの外周面よりもわずかに大きな内形を有しかつ加工後のワークが非接触に通過することを許容する略四角形の開口部３４４及び内壁面３４３を有することができる。ホルダ３４の支持面３４１は、ローラー３２の外形に合わせて形成され、ローラー３２を支持するとともに、ローラー３２の回転によりローラー３２の外周面に対し滑り係合することができる。ホルダ３４の支持面３４１は、ワーク２０の側壁２２と接触するローラー３２の領域と対向する領域に形成することができ、ワーク２０を加工する加工圧力はローラー３２を介して受けることができる。さらに、支持面３４１で受けた加工圧力は、ローラー３２が回転することで滑り係合に変換され、摩擦熱となることができる。
【００３５】
リテーナー３６は、ローラー３２を挟んでホルダ３４と対向して配置され、ホルダ３４の接合面３４２に対し複数個所でボルト３６１によって結合することができる。リテーナー３６は、ローラー３２の外周面に合わせて形成された断面が円弧状の支持面３６５を有し、リテーナー３６の支持面３６５とホルダ３４の支持面３４１とによってローラー３２の外周面と滑り係合することができる。リテーナー３６の支持面３６５とホルダ３４の支持面３４１とによって形成された円弧状の支持面は、ワーク２０と接触し加工するために露出しているローラー３２の一部を除いて、ローラー３２の外径の半分以上を覆うように形成することができる。したがって、ホルダ３４とリテーナー３６とは、ワーク２０を加工する際に、ローラー３２を確実に保持しながら、ローラー３２とワーク２０との転がり係合をローラー３２との滑り係合に変換することができる。このように、ローラー３２とワーク２０とが転がり係合することによって、ローラー３２とワーク２０との接触界面における温度上昇を抑制することができ、ワーク２０の凝着や金型の焼付きなどを防止することができる。
【００３６】
また、リテーナー３６には、潤滑油をローラー３２の外周面へ供給するための給油口３６２と油路３６３が形成されている。油路３６３は、リテーナー３６とホルダ３４の接合面３４２との間に形成されている。油路３６３を挟んでローラー３２と対向する側にシール部３６４が設けられ、リテーナー３６とホルダ３４との接合部分から外への潤滑油漏れを防いでいる。給油口３６２から供給された潤滑油は、ローラー３２が回転することによって、ワーク２０と接触するローラー３２の表面に油路３６３から自動的に供給することができる。このように、ダイとしてローラー３２を用いたことで、加工面への潤滑油の供給が確実に行われ、従来のようにダイの加工面付近における摩擦熱による焼付きを防止することができる。そのため、作業者が加工の度に潤滑油を金型に供給する人的作業工程を減らすことができる。なお、ローラー３２とワーク２０とは転がり係合によって摩擦が低減しているので、潤滑油の供給量も減らすことができ、さらには潤滑油を用いない加工も可能とすることができる。
【００３７】
ダイ３０は、例えばダイス鋼を用いることができる。ホルダ３４及びリテーナー３６は、ローラー３２を介して高圧の加工圧力を受けることになるので、十分な強度が必要である。ワーク２０と接触するローラー３２の表面には、チタン系硬質膜例えば炭化チタン（ＴｉＣ）系硬質膜などを形成することができる。ローラー３２と滑り係合するホルダ３４及びリテーナー３６の支持面３４１、３６５には、ローラー３２との摩擦係数を低減させて摩擦熱の発生を抑制するため、低摩擦係数の硬質膜例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜などを形成することができる。
【００３８】
次に、図３〜図５を用いて、第１の実施の形態にかかるプレス機械の加工工程について説明する。
【００３９】
図３に示すように、パンチ１０及びパンチ１０に係合されたワーク２０を矢印Ａの方向へ相対移動させ、ダイ３０のローラー３２の外周面にワーク２０の側壁２２の外周面２８を接触させる。ローラー３２は、ワーク２０との接触によって、ホルダ３４の支持面３４１上で滑りながら矢印Ｂ方向へ回転軸Ｏを中心に回転を開始する。ローラー３２の回転によって、給油口３６２から油路３６３へ供給された潤滑油は、ローラー３２の外周面に付着してワーク２０との接触界面へと自動的に供給される。ローラー３２がワーク２０から受けた加工圧力は、ローラー３２を支持するホルダ３４及びリテーナー３６の支持面３４１、３６５が受けることになる。
【００４０】
図４に示すように、パンチ１０及びワーク２０を矢印Ａの方向へさらに相対移動させると、ワーク２０の側壁２２がローラー３２の外周面とパンチ１０の外壁面１２とのクリアランスに減じられて肉厚Ｓ’にいわゆるしごき加工される。ここでしごき加工は、パンチ１０とダイ３０とのクリアランスをワーク２０の肉厚Ｓよりも狭くして加工する方法である。しごき加工に用いられる一般的なダイは、ダイＲと呼ばれるワークと接触する湾曲部分を有する。これに対し、本実施の形態にかかるしごき加工は、従来のしごき加工と異なり、従来のダイＲに代わってローラー３２を備えるので、ローラー３２が回転することによってワーク２０とローラー３２とは転がり係合することになる。ワーク２０とローラー３２とが転がり係合することにより、これらの接触界面における摩擦が減少し、従来のダイＲに発生していた摩擦熱を低減することができる。
【００４１】
ローラー３２は、ホルダ３４の支持面３４１によって矢印Ａ方向で支持されているため、支持面３４１上で回転し、支持面３４１と滑り係合することができる。ローラー３２が矢印Ｂの方向へ回転することにより、油路３６３から潤滑油がローラー３２の外表面へ供給され、ワーク２０の外壁面１２との接触界面へ自動的に供給される。このため、従来のダイＲを用いたときのように、ワーク２０におけるしごき方向すなわち矢印Ａ方向の加工部の長さが長くなることによってダイＲ表面の潤滑膜切れが発生することを防止できる。
【００４２】
図５に示すように、パンチ１０及びワーク２０を矢印Ａの方向へさらに相対移動させると、ワーク２０の全長にわたってしごき加工が行われることにより製品２０ａが得られる。製品２０ａは、パンチ１０の外壁面１２に側壁２２ａの内周面２６ａが密着し、側壁２２ａの外周面２８ａがホルダ３４の内壁面３４３との間にわずかにクリアランスを保っている。製品２０ａは、側壁２２ａが矢印Ａ方向に沿って全体に均一な肉厚Ｓ’に形成されている。
【００４３】
製品２０ａが矢印Ａ方向の全体で加工されると、パンチ１０の相対移動が停止し、ローラー３２の回転も停止する。その後、パンチ１０を矢印Ａとは反対方向へ相対移動させ、製品２０ａをダイ３０内から取り出すことができる。このとき、ローラー３２は、矢印Ａとは反対方向へ力を受けるが、リテーナー３６の支持面３６５によって支持されているため、支持面３６５上で矢印Ｂとは反対方向へ回転し、矢印Ａとは反対方向への移動が規制される。
【００４４】
このように、従来のしごき加工におけるダイのダイＲとワークとの滑り係合による摩擦熱に比べ、本実施の形態におけるワーク２０とローラー３２との転がり係合による摩擦熱は減少する。これによって、従来の金型において凝着や焼付きなどの加工不良が生じやすかった加工において、金型への凝着や金型の焼付きなどを生じにくくすることができる。このような加工不良を生じやすかった従来の加工方法としては、例えば、ワーク２０における矢印Ａ方向すなわちしごき方向の加工部分の長さ（以下、しごき長という）を増加したり、比較的硬い材質のワークを加工したりするケースがある。これに対して、本実施の形態によれば、金型への凝着や焼付きが生じにくいため、例えば、加工可能な製品２０ａサイズを広げることができたり、加工圧力を増加することで比較的硬く加工が難しかった材質のワーク２０にも対応したりことができる。さらに、本実施の形態によれば、例えば、自動的にローラー３２とワーク２０との接触界面へ潤滑油が供給されるため、潤滑膜切れが防止され、金型への凝着や焼付きが防止できる。また、ローラー３２とワーク１０との摩擦が少ないため、例えば、従来のしごき加工に比べ加工圧力を減少することができ、プレス加工における省エネルギー運転が可能となる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図７では、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２０の１つの角部２２２付近における第１、第２のローラー３２３，３２４の構造と配置を示している。なお、図７は、加工途中のワーク２０の側壁２２を点線で示している。本実施の形態においては、複数の第１、第２のローラー３２３，３２４は、ワーク２０の外周面２８の少なくとも一部に対して転がり係合して加工する転がり係合部３１として機能することができる。
【００４６】
第１、第２のローラー３２３，３２４は、ワーク２０の略多角形例えば四角形の側壁２２に合わせて配置され、本実施の形態では例えば８本配置されている。第１のローラー３２３はワーク２０の側壁２２の辺２２１に係合するローラーであり、第２のローラー３２４は角部２２２に係合するローラーであることができる。第１のローラー３２３は、辺２２１に合わせて形成された一定の外径を有する円柱であり、直線状の辺２２１に対し転がり係合することができ、辺２２１における摩擦を低減できる。第２のローラー３２４は、側壁２２の１つ角部２２２に合わせて形成された中心部から両端部に向かうに従って拡径する断面円弧状の外周面を有する円柱であり、１つ角部２２２に対し転がり係合することができ、角部２２２における摩擦を低減できる。第２のローラー３２４は、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２０と接触する表面が円弧状であることができる。
【００４７】
第１のローラー３２３は各辺２２１のそれぞれに対応して４本配置されることができ、第２のローラー３２４は各角部２２２のそれぞれに対応して４本配置されることができる。第１、第２のローラー３２３，３２４の回転軸Ｏは同一水平面内に配置され、第１のローラー３２３と第２のローラー３２４の回転軸Ｏは４５度で交差している。このように配置された第１のローラー３２３と第２のローラー３２４の内周形状が、加工後の製品２０ａの外周面２８ａとなる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図８では、図７と同様に、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２０の転がり係合部３１、特に１つの角部２２２付近における第１、第２のローラー３２３，３２４ａ，３２４ｂの構造と配置を示している。本実施の形態は、１つの角部２２２を加工するために２本の第２のローラー３２４ａ，３２４ｂが配置されている点で第２の実施の形態と異なる。したがって、本実施の形態においては、第１のローラー３２３が各辺２２１に１本ずつで合計４本配置され、第２のローラー３２４ａ，３２４ｂが各角部２２２に２本ずつで合計８本配置されることになる。このように配置された第１のローラー３２３と第２のローラー３２４ａ，３２４ｂの内周形状が、加工後の製品２０ａの外周面２８ａとなる。
【００４９】
第２のローラー３２４ａと第２のローラー３２４ｂとは、同じ外形を有している。第２のローラー３２４ａと第２のローラー３２４ｂとは、１つの角部２２２の半分に対してそれぞれ係合することができる。第２のローラー３２４ａ，３２４ｂは、中心部から両端部に向かうに従って拡径する断面円弧状の外周面を有する円柱である。第２のローラー３２４ａ，３２４ｂは、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２０と接触する表面が円弧状であることができる。第２の実施の形態における第２のローラー３２４と比べると、角部２２２が同一形状であるとき、第３の実施の形態における第２のローラー３２４ａ，３２４ｂの方が中心部の外径と両端部付近の外径との差が小さい。本実施の形態においては、１つの角部２２２に対して２本の第２のローラー３２４ａ，３２４ｂを配置した例について説明したが、これに限らず、１つの角部２２２に対して３本以上の複数のローラーを配置することができる。このように、１つの角部２２２に対し複数本のローラーを配置することで、角部２２２の円弧の長さが比較的長い場合にローラーの外径が大きくならないので省スペースな金型とすることができる。
【００５０】
第２の実施の形態及び第３の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、さらに以下のような効果を有することができる。辺２２１に対応する第１のローラー３２３と、角部２２２に対応する第２のローラー３２４，３２４ａ，３２４ｂと、を別々に設けることで、加工時において、第１のローラー３２３の表面の速度と、第２のローラー３２４，３２４ａ，３２４ｂの表面の速度と、の速度差を軽減することができる。このように表面の速度差が軽減することで、ローラーとワークとの滑り摩擦量の差が減少する。滑り摩擦量の差の減少は、摩擦熱を抑制し、また滑り摩擦している部分の潤滑油切れを抑制することになり、１つの角部２２２に対し複数のローラーを用いることがさらに有利である。また、第１〜第３の実施の形態におけるワーク２０もしくは製品２０ａは、その横断面略多角形の角部２２２が円弧状であったが、これに限らず角部２２２に傾斜面を含んでもよく、円弧と傾斜面との組み合わせによって構成されていてもよい。その場合には、角部２２２を加工するローラーの外表面もその形状に合わせて形成することができる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図９では、図７と同様に、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２００における転がり係合部３１、特に第３のローラー３２５の構造と配置を示している。ワーク２００は、第１〜第３の実施の形態と同様に側壁２２０と図示しない底部とを有する有底筒状であって、第１〜第３の実施の形態と異なり側壁２２０の横断面が円形の外周形状を有する有底円筒体である。ワーク２００の円形の側壁２２０の外周をＮ等分したＮ個の円弧部に対応してＮ個のローラーを配置することができ、側壁２２０における摩擦を軽減することができる。本実施の形態においては、Ｎ＝４であり、４個の第３のローラー３２５を配置することができる。このように配置された第３のローラー３２５の内周形状が、加工後の製品の外周面２８０ａとなる。第３のローラー３２５は、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２００と接触する表面が円弧状であることができる。このような第３のローラー３２５を用いることで、なめらかな円形の外周形状を有する製品に加工することができる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図１０では、図７と同様に、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２００における転がり係合部３１、特に第３のローラー３２５ａの構造と配置を示している。図１０は、加工途中のワーク２００を点線で示している。ワーク２００は、第４の実施の形態と同様の有底円筒体であり、本実施の形態においてはＮ＝８であり、円形の側壁２２０の外周を８等分した８個の円弧部に対応して８個の第３のローラー３２５ａが配置されている。このように配置された第３のローラー３２５ａの内周形状が、加工後の製品の外周面２８０ａとなる。第３のローラー３２５ａは、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２００と接触する表面が円弧状であることができる。
【００５３】
なお、上記のように本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。本発明の実施の形態においては、プレス加工におけるしごき加工について述べたが、ワークとダイとが通常は滑り係合するような例えば絞り加工、しごき絞り加工などにも応用することができる。また、本発明の実施の形態において１つのローラーで説明した例えば第２の実施の形態の第１のローラー３２３を、複数例えば２つのローラーを回転軸Ｏに沿って並べて１つの辺２２１を加工するように構成することもできる。さらに、本発明の実施の形態においては凹凸の少ない外周面を加工するために円柱状のローラーを用いたが、製品の仕様によっては例えば球体をローラーとして用いることもできる。また、ワークの全周に渡ってローラーを配置した例について説明したが、これに限らずワークの外周の一部に係合するようにローラーを配置することができる。例えば、凝着や焼付きし易いワークの外周の一部や、他の外周よりもしごき率の高い部分などに対してローラーを配置することができる。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。
【００５４】
（比較例１）
図１１は、転がり係合部を有しない比較例に係るプレス機械の金型及びワークを模式的に示す縦断面図である。比較例１は、図１１において、パンチ１０及びワーク２０については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。ダイ３００は、従来のプレス加工用の金型と同様であり、ワーク２０と係合し、しごき加工するダイＲ３１０が形成されている。材質がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のワークを、しごき率１０％、矢印Ａ方向のしごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。なお、加工前のワーク２０の側壁２２の肉厚をＳ，加工後の製品２０ａの側壁２２ａの肉厚をＳ’としたとき、しごき率は、１００・（Ｓ−Ｓ’）／Ｓ（％）で計算した。しごき率の計算は、以下の比較例及び実施例においても同様に計算した。比較例１のダイ３００は、１回のしごき加工で焼付きが発生した。
【００５５】
（比較例２）
比較例２は、図１１に示す金型を用いて、材質がアルミニウム（Ａ１０５０）のワーク２０を、しごき率２０％、しごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。比較例２のダイ３００は、１回のしごき加工で凝着が発生した。
【００５６】
（比較例３）
比較例３は、図１１に示す金型を有底円筒状のワークを加工する形状に変更して、材質がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のワークを、しごき率２５％、しごき長２００ｍｍの条件でしごき加工を行った。比較例３のダイ３００は、１回のしごき加工で焼付きが発生した。なお、比較例１〜３において、ダイＲには加工前にあらかじめ潤滑油を塗布した。
【実施例１】
【００５７】
実施例１は、図１，図２に示す第１の実施の形態のプレス機械の金型を用いて、材質がＳＵＳ４３０のワーク１０を、しごき率１０％、しごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。ダイ３０、特にローラー３２に焼付きは発生せず、問題なく加工できた。また、比較例１における焼付きが発生する前の加工圧力に比べて、実施例１では加工圧力が約１０％減少した。
【実施例２】
【００５８】
実施例２は、図１，図２に示す第１の実施の形態のプレス機械の金型を用いて、材質がアルミニウム（Ａ１０５０）のワークを、しごき率２０％、しごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。ダイ３０、特にローラー３２に凝着は発生せず、問題なく加工できた。また、比較例２における凝着が発生する前の加工圧力に比べて、実施例２では加工圧力が約１０％減少した。
【実施例３】
【００５９】
実施例３は、図９に示す第４の実施の形態のプレス機械の金型を用いて、材質がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のワークを、しごき率２５％、しごき長２００ｍｍの条件でしごき加工を行った。第３のローラー３２５に焼付きは発生せず、問題なく加工できた。また、比較例３における焼付きが発生する前の加工圧力に比べて、実施例３では加工圧力が約１０％減少した。なお、実施例１〜３において、ローラー３２，３２５には潤滑油を供給しなかった。
【符号の説明】
【００６０】
１０ パンチ
１２ 外壁面
１４ 底面
２０ ワーク
２２ 側壁
２４ 底部
３０ ダイ
３１ 転がり係合部
３２ ローラー
３４ ホルダ
３６ リテーナー
Ａ 矢印
Ｓ 加工前のワークの肉厚
Ｓ’ 加工後のワークの肉厚
Ｂ 矢印
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状のワークを加工するプレス機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パンチとダイを有するプレス機械において、例えばしごき加工などを行う際に、被加工材とダイとの間における摩擦によって被加工材のダイへの凝着やダイの焼付き等の加工不良が発生することがあった。このような加工不良を防止するために、被加工材とダイとが接触するプレス面に潤滑油を供給していた。
【０００３】
この潤滑油の供給頻度を削減し、さらに作業現場における潤滑油の飛散を軽減するため、ダイのプレス面における所定領域に油溜まりとしての複数の凹部を形成することが提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、高硬度の微粒子をダイに吹き付けることによってダイの表面に微細な凹部を無数に形成し、これを油溜まりとして機能させる共に、潤滑油として硫黄系極圧剤と有機亜鉛化合物とカルシウム系添加剤とエステル化合物とを配合したプレス加工用の潤滑剤を用いることも提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、被加工材がダイに対して摺動する際の潤滑性を向上させるために、ダイの作業面に高い潤滑特性を有する硬質皮膜を被覆した金属塑性加工用工具が提案された（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７３０号公報
【特許文献２】特開２００８−５５４２６号公報
【特許文献３】特開２００９−９１６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、筒状ワークとダイとの摩擦を軽減するプレス機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるプレス機械は、ダイと、筒状のワークの内周面と係合し、かつ、前記ダイに対し相対移動可能なパンチと、を有するプレス機械であって、前記ダイは、前記ワークの外周面の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークとダイとの摩擦を軽減することができる。また、ワークとダイとの摩擦を軽減することによって、ワークがダイへ凝着することやダイの焼付きを生じにくくすることができる。
【００１０】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部の外周面に対し滑り係合するホルダと、前記転がり係合部を挟んで該ホルダと対向するリテーナーと、をさらに備えることができる。
【００１１】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークから受ける加工圧力を転がり係合部とホルダとの滑り係合に変換することができる。
【００１２】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、前記ローラーが回転することによって、前記ワークと接触する前記ローラーの表面に潤滑油を供給可能に形成することができる。
【００１３】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークとローラーとの接触界面に潤滑油を確実に供給することができ、人的作業工程を減らすことができる。
【００１４】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、前記ワークは、断面が略多角形の外周形状を有し、前記略多角形の各辺のそれぞれに対応してローラーを配置することができる。
【００１５】
本発明にかかるプレス機械によれば、略多角形のワークの辺とダイとの摩擦を軽減することができる。
【００１６】
本発明にかかるプレス機械において、前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、略多角形の前記ワークの角部は、円弧状に形成され、前記各角部のそれぞれに対応してローラーを配置することができる。
【００１７】
本発明にかかるプレス機械によれば、各角部とダイとの摩擦を軽減することができる。また、角部に対応するローラーと辺に対応するローラーとを別々に設けることで、ローラーの表面における速度差を減少することができる。
【００１８】
本発明にかかるプレス機械において、前記ワークは、断面が円形の外周形状を有し、前記円形の外周をＮ等分したＮ個の円弧部に対応してＮ個のローラーを配置することができる。
【００１９】
本発明にかかるプレス機械によれば、円形のワークの加工においてもワークとダイとの摩擦を軽減することができる。
【００２０】
本発明にかかるプレス機械において、前記ローラーは、前記ローラーの回転軸に沿った断面において、前記ワークと接触する表面が円弧状であることができる。
【００２１】
本発明にかかるプレス機械によれば、なめらかな円形の外周形状を有する製品に加工することができる。
【００２２】
本発明にかかるプレス機械は、筒状のワークの外周面の少なくとも一部を加工する複数のローラーと、前記ワークの内周面と係合し、かつ、前記ローラーに対し相対移動可能なパンチと、前記ローラーと接触する断面が円弧状の支持面を有するホルダと、前記ローラーを挟んで前記ホルダと対向するリテーナーと、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明にかかるプレス機械によれば、ワークとダイとの摩擦を軽減することができる。また、ワークとダイとの摩擦を軽減することによって、ワークがダイへ凝着することやダイの焼付きを生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の金型及びワークを模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械のダイを模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の加工工程を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の加工工程を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るプレス機械の加工工程を模式的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るワークを模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。
【図１１】比較例に係るプレス機械の金型及びワークを模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
本発明の一実施形態にかかるプレス機械は、ダイと、筒状のワークの内周面と係合し、かつ、前記ダイに対し相対移動可能なパンチと、を有するプレス機械であって、前記ダイは、前記ワークの外周面の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の一実施形態にかかるプレス機械は、筒状のワークの外周面の少なくとも一部を加工する複数のローラーと、前記ワークの内周面と係合し、かつ、前記ローラーに対し相対移動可能なパンチと、前記ローラーと接触する断面が円弧状の支持面を有するホルダと、前記ローラーを挟んで前記ホルダと対向するリテーナーと、を含むことを特徴とする。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１〜図６は、第１の実施の形態にかかるプレス機械を説明するための模式図である。図１は金型及びワークを示す縦断面図であり、図２はダイの平面図であり、図３〜図５はプレス機械の加工工程を示す縦断面図であり、図６はワークの斜視図を部分的に横断面で示した図である。なお、図１のダイは、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【００２９】
図１に示すように、第１の実施の形態にかかるプレス機械は、ダイ３０と、筒状のワーク２０の内周面２６と係合し、かつ、ダイ３０に対し相対移動可能なパンチ１０と、を含むプレス加工用の金型を有する。ダイ３０は、ワーク２０の外周面２８の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部３１を含む。転がり係合部３１は、例えば単数もしくは複数のローラー３２であることができる。なお、このプレス機械は、図１には示さないが、パンチ１０とダイ３０とを相対移動するための公知の駆動機構を有することができる。本実施の形態においては、パンチ１０を図示しないスライドに固定し、ダイ３０を図示しないボルスタに固定し、例えばサーボモータとクランク機構によってスライドを矢印Ａの方向へ移動させてプレス加工することができる。ここでは、パンチ１０をスライドに固定し、ダイ３０をボルスタに固定する例について述べたが、プレス機械の駆動機構に合わせて、例えばダイ３０をスライドに、パンチ１０をボルスタに固定するなど適宜対応することができる。
【００３０】
パンチ１０は、被加工部材であるワーク２０の内側の形状と同じ形状の外形を有することができ、ワーク２０と共に、図示せぬ駆動機構によってダイ３０に対し相対移動、例えば昇降移動可能である。より詳細には、パンチ１０は、ワーク２０の側壁２２の内周面２６と係合する外壁面１２と、ワーク２０の底部２４の内面と係合する底面１４と、を有している。
【００３１】
ワーク２０は、側壁２２と底部２４とを有する有底筒状であって、側壁２２の横断面が略多角形の外周形状を有することができる。本実施の形態においては、図６に示すように、側壁２２の横断面の外周形状が略四角形である。図６は、加工前のワーク２０を説明するために、側壁２２の高さ方向の中ほどを横断面で示している。側壁２２は、横断面において、４つの直線状の辺２２１と、隣り合う辺２２１，２２１の間の４つの角部２２２と、を有する。角部２２２は、円弧状に形成することができる。側壁２２の外周形状は、正方形であるが、これに限らず、長方形とすることができ、また、他の多角形とすることができる。ワーク２０は、肉厚Ｓの側壁２２を有する加工前の被加工部材である。
【００３２】
ダイ３０は、ワーク２０の外周面２８の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部３１を含む。転がり係合部３１は、ローラー３２であることができる。ダイ３０は、ローラー３２と、ローラー３２と接触するホルダ３４と、ローラー３２を挟んでホルダ３４と対向するリテーナー３６と、を含むことができる。ローラー３２は、加工前のワーク２０に対し転がり係合しながらワーク２０の側壁２２の肉厚Ｓを薄肉化して、加工後の製品の側壁の肉厚Ｓ’に加工することができる。加工後の製品の肉厚Ｓ’は、パンチ１０の外壁面１２とローラー３２の外周面とのクリアランスであり、加工後の製品の外形はワーク２０に比べて縮径される。
【００３３】
ローラー３２は、例えば複数設けられ、ワーク２０の略多角形例えば四角形の側壁２２に合わせて少なくとも各辺２２１のそれぞれに対応してローラー３２を配置することができ、本実施の形態では４本配置されている。ローラー３２は、回転軸Ｏに沿って延びる略円柱状であり、図２において実線及び点線で示されるように、ワーク２０の側壁２２の辺２２１に係合する辺形成部３２１と、角部２２２の半分に係合する角部形成部３２２と、を有することができる。角部形成部３２２は、ローラー３２の両端部付近の外周面に形成され、ローラー３２の端部に向かうに従って拡径する断面円弧状の円柱であり、側壁２２の１つ角部２２２に対し隣り合う角部形成部３２２と共に転がり係合することができる。辺形成部３２１は、ローラー３２の両端部の角部形成部３２２、３２２の間に形成された一定の外径を有する円柱であり、側壁２２の直線状の辺２２１に対し転がり係合することができる。ローラー３２の回転軸Ｏは同一水平面内に配置され、隣り合うローラー３２の回転軸Ｏは互いに直交している。
【００３４】
ホルダ３４は、ローラー３２と接触しかつ断面が円弧状の支持面３４１を有することができる。ホルダ３４は、加工後のワークの外周面よりもわずかに大きな内形を有しかつ加工後のワークが非接触に通過することを許容する略四角形の開口部３４４及び内壁面３４３を有することができる。ホルダ３４の支持面３４１は、ローラー３２の外形に合わせて形成され、ローラー３２を支持するとともに、ローラー３２の回転によりローラー３２の外周面に対し滑り係合することができる。ホルダ３４の支持面３４１は、ワーク２０の側壁２２と接触するローラー３２の領域と対向する領域に形成することができ、ワーク２０を加工する加工圧力はローラー３２を介して受けることができる。さらに、支持面３４１で受けた加工圧力は、ローラー３２が回転することで滑り係合に変換され、摩擦熱となることができる。
【００３５】
リテーナー３６は、ローラー３２を挟んでホルダ３４と対向して配置され、ホルダ３４の接合面３４２に対し複数個所でボルト３６１によって結合することができる。リテーナー３６は、ローラー３２の外周面に合わせて形成された断面が円弧状の支持面３６５を有し、リテーナー３６の支持面３６５とホルダ３４の支持面３４１とによってローラー３２の外周面と滑り係合することができる。リテーナー３６の支持面３６５とホルダ３４の支持面３４１とによって形成された円弧状の支持面は、ワーク２０と接触し加工するために露出しているローラー３２の一部を除いて、ローラー３２の外径の半分以上を覆うように形成することができる。したがって、ホルダ３４とリテーナー３６とは、ワーク２０を加工する際に、ローラー３２を確実に保持しながら、ローラー３２とワーク２０との転がり係合をローラー３２との滑り係合に変換することができる。このように、ローラー３２とワーク２０とが転がり係合することによって、ローラー３２とワーク２０との接触界面における温度上昇を抑制することができ、ワーク２０の凝着や金型の焼付きなどを防止することができる。
【００３６】
また、リテーナー３６には、潤滑油をローラー３２の外周面へ供給するための給油口３６２と油路３６３が形成されている。油路３６３は、リテーナー３６とホルダ３４の接合面３４２との間に形成されている。油路３６３を挟んでローラー３２と対向する側にシール部３６４が設けられ、リテーナー３６とホルダ３４との接合部分から外への潤滑油漏れを防いでいる。給油口３６２から供給された潤滑油は、ローラー３２が回転することによって、ワーク２０と接触するローラー３２の表面に油路３６３から自動的に供給することができる。このように、ダイとしてローラー３２を用いたことで、加工面への潤滑油の供給が確実に行われ、従来のようにダイの加工面付近における摩擦熱による焼付きを防止することができる。そのため、作業者が加工の度に潤滑油を金型に供給する人的作業工程を減らすことができる。なお、ローラー３２とワーク２０とは転がり係合によって摩擦が低減しているので、潤滑油の供給量も減らすことができ、さらには潤滑油を用いない加工も可能とすることができる。
【００３７】
ダイ３０は、例えばダイス鋼を用いることができる。ホルダ３４及びリテーナー３６は、ローラー３２を介して高圧の加工圧力を受けることになるので、十分な強度が必要である。ワーク２０と接触するローラー３２の表面には、チタン系硬質膜例えば炭化チタン（ＴｉＣ）系硬質膜などを形成することができる。ローラー３２と滑り係合するホルダ３４及びリテーナー３６の支持面３４１、３６５には、ローラー３２との摩擦係数を低減させて摩擦熱の発生を抑制するため、低摩擦係数の硬質膜例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜などを形成することができる。
【００３８】
次に、図３〜図５を用いて、第１の実施の形態にかかるプレス機械の加工工程について説明する。
【００３９】
図３に示すように、パンチ１０及びパンチ１０に係合されたワーク２０を矢印Ａの方向へ相対移動させ、ダイ３０のローラー３２の外周面にワーク２０の側壁２２の外周面２８を接触させる。ローラー３２は、ワーク２０との接触によって、ホルダ３４の支持面３４１上で滑りながら矢印Ｂ方向へ回転軸Ｏを中心に回転を開始する。ローラー３２の回転によって、給油口３６２から油路３６３へ供給された潤滑油は、ローラー３２の外周面に付着してワーク２０との接触界面へと自動的に供給される。ローラー３２がワーク２０から受けた加工圧力は、ローラー３２を支持するホルダ３４及びリテーナー３６の支持面３４１、３６５が受けることになる。
【００４０】
図４に示すように、パンチ１０及びワーク２０を矢印Ａの方向へさらに相対移動させると、ワーク２０の側壁２２がローラー３２の外周面とパンチ１０の外壁面１２とのクリアランスに減じられて肉厚Ｓ’にいわゆるしごき加工される。ここでしごき加工は、パンチ１０とダイ３０とのクリアランスをワーク２０の肉厚Ｓよりも狭くして加工する方法である。しごき加工に用いられる一般的なダイは、ダイＲと呼ばれるワークと接触する湾曲部分を有する。これに対し、本実施の形態にかかるしごき加工は、従来のしごき加工と異なり、従来のダイＲに代わってローラー３２を備えるので、ローラー３２が回転することによってワーク２０とローラー３２とは転がり係合することになる。ワーク２０とローラー３２とが転がり係合することにより、これらの接触界面における摩擦が減少し、従来のダイＲに発生していた摩擦熱を低減することができる。
【００４１】
ローラー３２は、ホルダ３４の支持面３４１によって矢印Ａ方向で支持されているため、支持面３４１上で回転し、支持面３４１と滑り係合することができる。ローラー３２が矢印Ｂの方向へ回転することにより、油路３６３から潤滑油がローラー３２の外表面へ供給され、ワーク２０の外壁面１２との接触界面へ自動的に供給される。このため、従来のダイＲを用いたときのように、ワーク２０におけるしごき方向すなわち矢印Ａ方向の加工部の長さが長くなることによってダイＲ表面の潤滑膜切れが発生することを防止できる。
【００４２】
図５に示すように、パンチ１０及びワーク２０を矢印Ａの方向へさらに相対移動させると、ワーク２０の全長にわたってしごき加工が行われることにより製品２０ａが得られる。製品２０ａは、パンチ１０の外壁面１２に側壁２２ａの内周面２６ａが密着し、側壁２２ａの外周面２８ａがホルダ３４の内壁面３４３との間にわずかにクリアランスを保っている。製品２０ａは、側壁２２ａが矢印Ａ方向に沿って全体に均一な肉厚Ｓ’に形成されている。
【００４３】
製品２０ａが矢印Ａ方向の全体で加工されると、パンチ１０の相対移動が停止し、ローラー３２の回転も停止する。その後、パンチ１０を矢印Ａとは反対方向へ相対移動させ、製品２０ａをダイ３０内から取り出すことができる。このとき、ローラー３２は、矢印Ａとは反対方向へ力を受けるが、リテーナー３６の支持面３６５によって支持されているため、支持面３６５上で矢印Ｂとは反対方向へ回転し、矢印Ａとは反対方向への移動が規制される。
【００４４】
このように、従来のしごき加工におけるダイのダイＲとワークとの滑り係合による摩擦熱に比べ、本実施の形態におけるワーク２０とローラー３２との転がり係合による摩擦熱は減少する。これによって、従来の金型において凝着や焼付きなどの加工不良が生じやすかった加工において、金型への凝着や金型の焼付きなどを生じにくくすることができる。このような加工不良を生じやすかった従来の加工方法としては、例えば、ワーク２０における矢印Ａ方向すなわちしごき方向の加工部分の長さ（以下、しごき長という）を増加したり、比較的硬い材質のワークを加工したりするケースがある。これに対して、本実施の形態によれば、金型への凝着や焼付きが生じにくいため、例えば、加工可能な製品２０ａサイズを広げることができたり、加工圧力を増加することで比較的硬く加工が難しかった材質のワーク２０にも対応したりことができる。さらに、本実施の形態によれば、例えば、自動的にローラー３２とワーク２０との接触界面へ潤滑油が供給されるため、潤滑膜切れが防止され、金型への凝着や焼付きが防止できる。また、ローラー３２とワーク１０との摩擦が少ないため、例えば、従来のしごき加工に比べ加工圧力を減少することができ、プレス加工における省エネルギー運転が可能となる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図７では、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２０の１つの角部２２２付近における第１、第２のローラー３２３，３２４の構造と配置を示している。なお、図７は、加工途中のワーク２０の側壁２２を点線で示している。本実施の形態においては、複数の第１、第２のローラー３２３，３２４は、ワーク２０の外周面２８の少なくとも一部に対して転がり係合して加工する転がり係合部３１として機能することができる。
【００４６】
第１、第２のローラー３２３，３２４は、ワーク２０の略多角形例えば四角形の側壁２２に合わせて配置され、本実施の形態では例えば８本配置されている。第１のローラー３２３はワーク２０の側壁２２の辺２２１に係合するローラーであり、第２のローラー３２４は角部２２２に係合するローラーであることができる。第１のローラー３２３は、辺２２１に合わせて形成された一定の外径を有する円柱であり、直線状の辺２２１に対し転がり係合することができ、辺２２１における摩擦を低減できる。第２のローラー３２４は、側壁２２の１つ角部２２２に合わせて形成された中心部から両端部に向かうに従って拡径する断面円弧状の外周面を有する円柱であり、１つ角部２２２に対し転がり係合することができ、角部２２２における摩擦を低減できる。第２のローラー３２４は、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２０と接触する表面が円弧状であることができる。
【００４７】
第１のローラー３２３は各辺２２１のそれぞれに対応して４本配置されることができ、第２のローラー３２４は各角部２２２のそれぞれに対応して４本配置されることができる。第１、第２のローラー３２３，３２４の回転軸Ｏは同一水平面内に配置され、第１のローラー３２３と第２のローラー３２４の回転軸Ｏは４５度で交差している。このように配置された第１のローラー３２３と第２のローラー３２４の内周形状が、加工後の製品２０ａの外周面２８ａとなる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図８では、図７と同様に、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２０の転がり係合部３１、特に１つの角部２２２付近における第１、第２のローラー３２３，３２４ａ，３２４ｂの構造と配置を示している。本実施の形態は、１つの角部２２２を加工するために２本の第２のローラー３２４ａ，３２４ｂが配置されている点で第２の実施の形態と異なる。したがって、本実施の形態においては、第１のローラー３２３が各辺２２１に１本ずつで合計４本配置され、第２のローラー３２４ａ，３２４ｂが各角部２２２に２本ずつで合計８本配置されることになる。このように配置された第１のローラー３２３と第２のローラー３２４ａ，３２４ｂの内周形状が、加工後の製品２０ａの外周面２８ａとなる。
【００４９】
第２のローラー３２４ａと第２のローラー３２４ｂとは、同じ外形を有している。第２のローラー３２４ａと第２のローラー３２４ｂとは、１つの角部２２２の半分に対してそれぞれ係合することができる。第２のローラー３２４ａ，３２４ｂは、中心部から両端部に向かうに従って拡径する断面円弧状の外周面を有する円柱である。第２のローラー３２４ａ，３２４ｂは、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２０と接触する表面が円弧状であることができる。第２の実施の形態における第２のローラー３２４と比べると、角部２２２が同一形状であるとき、第３の実施の形態における第２のローラー３２４ａ，３２４ｂの方が中心部の外径と両端部付近の外径との差が小さい。本実施の形態においては、１つの角部２２２に対して２本の第２のローラー３２４ａ，３２４ｂを配置した例について説明したが、これに限らず、１つの角部２２２に対して３本以上の複数のローラーを配置することができる。このように、１つの角部２２２に対し複数本のローラーを配置することで、角部２２２の円弧の長さが比較的長い場合にローラーの外径が大きくならないので省スペースな金型とすることができる。
【００５０】
第２の実施の形態及び第３の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、さらに以下のような効果を有することができる。辺２２１に対応する第１のローラー３２３と、角部２２２に対応する第２のローラー３２４，３２４ａ，３２４ｂと、を別々に設けることで、加工時において、第１のローラー３２３の表面の速度と、第２のローラー３２４，３２４ａ，３２４ｂの表面の速度と、の速度差を軽減することができる。このように表面の速度差が軽減することで、ローラーとワークとの滑り摩擦量の差が減少する。滑り摩擦量の差の減少は、摩擦熱を抑制し、また滑り摩擦している部分の潤滑油切れを抑制することになり、１つの角部２２２に対し複数のローラーを用いることがさらに有利である。また、第１〜第３の実施の形態におけるワーク２０もしくは製品２０ａは、その横断面略多角形の角部２２２が円弧状であったが、これに限らず角部２２２に傾斜面を含んでもよく、円弧と傾斜面との組み合わせによって構成されていてもよい。その場合には、角部２２２を加工するローラーの外表面もその形状に合わせて形成することができる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図９では、図７と同様に、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２００における転がり係合部３１、特に第３のローラー３２５の構造と配置を示している。ワーク２００は、第１〜第３の実施の形態と同様に側壁２２０と図示しない底部とを有する有底筒状であって、第１〜第３の実施の形態と異なり側壁２２０の横断面が円形の外周形状を有する有底円筒体である。ワーク２００の円形の側壁２２０の外周をＮ等分したＮ個の円弧部に対応してＮ個のローラーを配置することができ、側壁２２０における摩擦を軽減することができる。本実施の形態においては、Ｎ＝４であり、４個の第３のローラー３２５を配置することができる。このように配置された第３のローラー３２５の内周形状が、加工後の製品の外周面２８０ａとなる。第３のローラー３２５は、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２００と接触する表面が円弧状であることができる。このような第３のローラー３２５を用いることで、なめらかな円形の外周形状を有する製品に加工することができる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係るプレス機械の転がり係合部を模式的に示す平面図である。図１０では、図７と同様に、図２における第１の実施の形態と共通するリテーナー３６、ホルダ３４などは省略し、ワーク２００における転がり係合部３１、特に第３のローラー３２５ａの構造と配置を示している。図１０は、加工途中のワーク２００を点線で示している。ワーク２００は、第４の実施の形態と同様の有底円筒体であり、本実施の形態においてはＮ＝８であり、円形の側壁２２０の外周を８等分した８個の円弧部に対応して８個の第３のローラー３２５ａが配置されている。このように配置された第３のローラー３２５ａの内周形状が、加工後の製品の外周面２８０ａとなる。第３のローラー３２５ａは、回転軸Ｏに沿った断面において、ワーク２００と接触する表面が円弧状であることができる。
【００５３】
なお、上記のように本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。本発明の実施の形態においては、プレス加工におけるしごき加工について述べたが、ワークとダイとが通常は滑り係合するような例えば絞り加工、しごき絞り加工などにも応用することができる。また、本発明の実施の形態において１つのローラーで説明した例えば第２の実施の形態の第１のローラー３２３を、複数例えば２つのローラーを回転軸Ｏに沿って並べて１つの辺２２１を加工するように構成することもできる。さらに、本発明の実施の形態においては凹凸の少ない外周面を加工するために円柱状のローラーを用いたが、製品の仕様によっては例えば球体をローラーとして用いることもできる。また、ワークの全周に渡ってローラーを配置した例について説明したが、これに限らずワークの外周の一部に係合するようにローラーを配置することができる。例えば、凝着や焼付きし易いワークの外周の一部や、他の外周よりもしごき率の高い部分などに対してローラーを配置することができる。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。
【００５４】
（比較例１）
図１１は、転がり係合部を有しない比較例に係るプレス機械の金型及びワークを模式的に示す縦断面図である。比較例１は、図１１において、パンチ１０及びワーク２０については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。ダイ３００は、従来のプレス加工用の金型と同様であり、ワーク２０と係合し、しごき加工するダイＲ３１０が形成されている。材質がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のワークを、しごき率１０％、矢印Ａ方向のしごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。なお、加工前のワーク２０の側壁２２の肉厚をＳ，加工後の製品２０ａの側壁２２ａの肉厚をＳ’としたとき、しごき率は、１００・（Ｓ−Ｓ’）／Ｓ（％）で計算した。しごき率の計算は、以下の比較例及び実施例においても同様に計算した。比較例１のダイ３００は、１回のしごき加工で焼付きが発生した。
【００５５】
（比較例２）
比較例２は、図１１に示す金型を用いて、材質がアルミニウム（Ａ１０５０）のワーク２０を、しごき率２０％、しごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。比較例２のダイ３００は、１回のしごき加工で凝着が発生した。
【００５６】
（比較例３）
比較例３は、図１１に示す金型を有底円筒状のワークを加工する形状に変更して、材質がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のワークを、しごき率２５％、しごき長２００ｍｍの条件でしごき加工を行った。比較例３のダイ３００は、１回のしごき加工で焼付きが発生した。なお、比較例１〜３において、ダイＲには加工前にあらかじめ潤滑油を塗布した。
【実施例１】
【００５７】
実施例１は、図１，図２に示す第１の実施の形態のプレス機械の金型を用いて、材質がＳＵＳ４３０のワーク１０を、しごき率１０％、しごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。ダイ３０、特にローラー３２に焼付きは発生せず、問題なく加工できた。また、比較例１における焼付きが発生する前の加工圧力に比べて、実施例１では加工圧力が約１０％減少した。
【実施例２】
【００５８】
実施例２は、図１，図２に示す第１の実施の形態のプレス機械の金型を用いて、材質がアルミニウム（Ａ１０５０）のワークを、しごき率２０％、しごき長１００ｍｍの条件でしごき加工を行った。ダイ３０、特にローラー３２に凝着は発生せず、問題なく加工できた。また、比較例２における凝着が発生する前の加工圧力に比べて、実施例２では加工圧力が約１０％減少した。
【実施例３】
【００５９】
実施例３は、図９に示す第４の実施の形態のプレス機械の金型を用いて、材質がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のワークを、しごき率２５％、しごき長２００ｍｍの条件でしごき加工を行った。第３のローラー３２５に焼付きは発生せず、問題なく加工できた。また、比較例３における焼付きが発生する前の加工圧力に比べて、実施例３では加工圧力が約１０％減少した。なお、実施例１〜３において、ローラー３２，３２５には潤滑油を供給しなかった。
【符号の説明】
【００６０】
１０ パンチ
１２ 外壁面
１４ 底面
２０ ワーク
２２ 側壁
２４ 底部
３０ ダイ
３１ 転がり係合部
３２ ローラー
３４ ホルダ
３６ リテーナー
Ａ 矢印
Ｓ 加工前のワークの肉厚
Ｓ’ 加工後のワークの肉厚
Ｂ 矢印
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイと、
筒状のワークの内周面と係合し、かつ、前記ダイに対し相対移動可能なパンチと、
を有するプレス機械であって、
前記ダイは、前記ワークの外周面の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部を含む、プレス機械。
【請求項２】
前記転がり係合部の外周面に対し滑り係合するホルダと、前記転がり係合部を挟んで該ホルダと対向するリテーナーと、をさらに備える、請求項１記載のプレス機械。
【請求項３】
前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、
前記ローラーが回転することによって、前記ワークと接触する前記ローラーの表面に潤滑油を供給可能に形成した、請求項１または請求項２記載のプレス機械。
【請求項４】
前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、
前記ワークは、断面が略多角形の外周形状を有し、
前記略多角形の各辺のそれぞれに対応してローラーを配置した、請求項１または請求項２記載のプレス機械。
【請求項５】
前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、
略多角形の前記ワークの角部は、円弧状に形成され、
前記各角部のそれぞれに対応してローラーを配置した、請求項４記載のプレス機械。
【請求項６】
前記ワークは、断面が円形の外周形状を有し、
前記円形の外周をＮ等分したＮ個の円弧部に対応してＮ個のローラーを配置した、請求項１または請求項２記載のプレス機械。
【請求項７】
前記ローラーは、前記ローラーの回転軸に沿った断面において、前記ワークと接触する表面が円弧状である、請求項６記載のプレス機械。
【請求項８】
筒状のワークの外周面の少なくとも一部を加工する複数のローラーと、
前記ワークの内周面と係合し、かつ、前記ローラーに対し相対移動可能なパンチと、
前記ローラーと接触する断面が円弧状の支持面を有するホルダと、
前記ローラーを挟んで前記ホルダと対向するリテーナーと、
を含む、プレス機械。
【請求項１】
ダイと、
筒状のワークの内周面と係合し、かつ、前記ダイに対し相対移動可能なパンチと、
を有するプレス機械であって、
前記ダイは、前記ワークの外周面の少なくとも一部に対して転がり係合する転がり係合部を含む、プレス機械。
【請求項２】
前記転がり係合部の外周面に対し滑り係合するホルダと、前記転がり係合部を挟んで該ホルダと対向するリテーナーと、をさらに備える、請求項１記載のプレス機械。
【請求項３】
前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、
前記ローラーが回転することによって、前記ワークと接触する前記ローラーの表面に潤滑油を供給可能に形成した、請求項１または請求項２記載のプレス機械。
【請求項４】
前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、
前記ワークは、断面が略多角形の外周形状を有し、
前記略多角形の各辺のそれぞれに対応してローラーを配置した、請求項１または請求項２記載のプレス機械。
【請求項５】
前記転がり係合部は、複数のローラーで構成され、
略多角形の前記ワークの角部は、円弧状に形成され、
前記各角部のそれぞれに対応してローラーを配置した、請求項４記載のプレス機械。
【請求項６】
前記ワークは、断面が円形の外周形状を有し、
前記円形の外周をＮ等分したＮ個の円弧部に対応してＮ個のローラーを配置した、請求項１または請求項２記載のプレス機械。
【請求項７】
前記ローラーは、前記ローラーの回転軸に沿った断面において、前記ワークと接触する表面が円弧状である、請求項６記載のプレス機械。
【請求項８】
筒状のワークの外周面の少なくとも一部を加工する複数のローラーと、
前記ワークの内周面と係合し、かつ、前記ローラーに対し相対移動可能なパンチと、
前記ローラーと接触する断面が円弧状の支持面を有するホルダと、
前記ローラーを挟んで前記ホルダと対向するリテーナーと、
を含む、プレス機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１８９３５７（Ｐ２０１１−１８９３５７Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５６７１（Ｐ２０１０−５５６７１）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
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