JP2010094725A - 穴打抜き金型 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】一端が開口された中空形状のワークＷに打抜き穴を形成する際、打抜き穴周辺部に生じ易い「だれ」変形を小さくすることができ、高精度な打抜き穴を形成することができる穴打抜き金型を提供する。
【解決手段】ダイ金型は、一方が打抜き穴を形成する逃げ貫通部（４）を有しワーク長手方向への移動が規制される固定ダイ金型（１Ａ）、他方がワーク長手方向の待機位置から所定位置までの間をスライド可能なスライドダイ金型（１Ｂ）とされ、それぞれの先端部側のワーク中心寄りに、ワーク長手方向に対して同じ角度に傾けられたスライド可能な傾斜平面（５、６）を有し、該傾斜平面（５、６）を介して互いに接触可能なように打抜き方向に並べて配設されてなり、スライドダイ金型（１Ｂ）を前記所定位置にまでスライド移動させた状態で逃げ貫通部（４）の周辺部および逃げ凹部（４）と反対側の一部が、打抜き穴を形成するワーク（Ｗ）の内面と密着するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一端が開口された中空形状のワークに高精度な打抜き穴を形成することができる穴打抜き金型に関する。

一端が開口された中空形状の部品の一例として、自動車ステアリング用のアッパーシャフト（以下、アウターシャフト10と称す）が挙げられる。
アウターシャフト10（ワークＷ）は、図４に示したように、ワーク長手方向の一端部ＷＬに内径スプライン部を、反対側の他端部ＷＲに雄セレーション部を、長手方向中央部ＷＭにキーロック穴11を有する。この雄セレーション部には、図示しないステアリングホイールが連結され、キーロック穴11にはハンドルロック用キーが取付けされる。キーロック穴11が形成される長手方向中央部ＷＭの内径は、一端部ＷＬおよび他端部ＷＲよりも大きい。

このようなアウターシャフトを得るには、特許文献１の場合、図８に示されるように、円筒状の素材25を用い、長手方向中央部ＷＭには縮径加工を施さず、中間素材を経て製造している。すなわち特許文献１の場合には、先ずワーク長手方向の他端部ＷＲ側にプレス押し込み加工あるいはロータリースエージング加工等の縮径加工を施し、縮径部の内径が最終形状の雄セレーション部30よりも大きい第１中間素材26を得る。次いで、ワーク長手方向の一端部ＷＬ側に同様な縮径加工を施し、縮径部の内径が最終形状の内径スプライン部（特許文献１では雌セレーション部という）29と一致する第２中間素材27を得、この第２中間素材27の一端部ＷＬ内に内径スプライン部29を形成して第３中間素材28とする。この一端部ＷＬ内に内径スプライン部29を形成された第３中間素材28の他端部ＷＲ側に再度、縮径加工を施して雄セレーション部30や雄ねじ部31を形成し、アウターシャフト10を得ている。

また、特許文献１に記載の場合、第３中間素材28の長手方向中央部ＷＭにキーロック穴11を削り加工等で形成するとしている。
このように一端が開口された中空形状のワークＷに対し、高精度なキーロック穴11を削り加工で形成すると、時間がかかり、コストと製造効率の点で難がある。
一方、一端が開口された中空形状のワークＷに対し、打抜き穴などを形成する際、打抜き部のバリ除去加工を不要としたプレス金型およびその金型によるプレス加工方法が提案されている（特許文献２）。

特許文献２のプレス金型は、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、ワークＷに対して打抜き部を形成する逃げ凹部９ａを有する型形成金型９（下部金型）と、型形成金型９に配設されたワークＷを上方から支持するワーク支持金型（上部金型）と、逃げ凹部９ａに対応し、ワークＷの内部に配設されるピン７と、該ピン７をワークＷの内部から外部に移動させ、逃げ凹部９ａと合致させるスライド可能なスライド金型８とを備える。
特開平１１−２４７８３５号公報 特開平６−３９４５５号公報

しかしながら、特許文献２のプレス金型は、ワークＷに対して一端から離れた部分に打抜き部を形成しようとすると、打抜き部を形成するピンを介してスライド金型８に大きな曲げモーメントが作用する。したがって、図４に示したようなワークＷの長手方向中央部ＷＭにキーロック穴11を形成するには難がある。
また、従来の穴打抜き金型を用いた場合、図４に示したようなワークＷの長手方向中央部ＷＭに高精度な打抜き穴を形成することが難しいという課題があった。この従来の穴打抜き金型の課題を以下に説明する。

従来の穴打抜き金型は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したように、打抜き穴を形成する逃げ貫通部４を有する一体のロッド状のダイ金型１（ダイスともいう）と、逃げ貫通部４に対応してワークＷの外部に配置される打抜き方向へ移動可能なパンチ２と、ワークＷの外周面と接触してワークＷを支持するワーク支持金型３とからなる。前記したダイ金型１は、ワーク長手方向への移動が規制されており、ワーク支持金型３の上方に固定保持されている。

そして、打抜き穴の形成時、固定保持されているダイ金型１に向かってワークＷが、一端部ＷＬ側から挿入され、ストッパ23に当接し、長手方向中央部の打抜き穴形成箇所が逃げ貫通部４と合致するように位置決めされる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。このワークＷの長手方向中央部の内径は一端部ＷＬの内径よりも大きいために、一体のダイ金型外面とワーク内面間のギャップｇが、許容すき間を超える（図７（ｂ）、（ｃ）参照）。このギャップｇは、穴許容すき間に、ワークＷの長手方向中央部の内径と一端部ＷＬの内径との差の半分を加えた値である。

したがって、従来の穴打抜き金型では、一端が開口された中空形状のワークＷに打抜き穴を形成する際、打抜き穴周辺部に大きな「だれ」変形が生じてしまい、高精度な打抜き穴を形成することが難しくなるという課題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、一端が開口された中空形状のワークＷに打抜き穴を形成する際、打抜き穴周辺部に生じ易い「だれ」変形を小さくすることができ、高精度な打抜き穴を形成することができる穴打抜き金型を提供することを目的とする。

本発明者等は、穴打抜き金型について鋭意検討した結果、一体のダイ金型に代え、２分割構造のダイ金型とすれば上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
１．打抜き穴を形成する逃げ貫通部を有しワークの内部に配設される２分割構造のダイ金型と、前記逃げ貫通部に対応してワークの外部に配置される打抜き方向へ移動可能なパンチと、前記ワークをその外周面から支持するワーク支持金型とを備え、前記ワークに打抜き穴を形成するための穴打抜き金型であって、
前記ダイ金型は、一方が打抜き穴を形成する逃げ貫通部を有しワーク長手方向への移動が規制される固定ダイ金型、他方がワーク長手方向の待機位置から所定位置までの間をスライド可能なスライドダイ金型とされ、それぞれの先端部側のワーク中心寄りに、ワーク長手方向に対して同じ角度に傾けられたスライド可能な傾斜平面を有し、該傾斜平面を介して互いに接触可能なように打抜き方向に並べて配設されてなり、前記スライドダイ金型を前記所定位置にまでスライド移動させた状態で前記逃げ貫通部の周辺部および前記逃げ貫通部と反対側の一部が、前記打抜き穴を形成するワークの内面と密着するように形成されていることを特徴とする穴打抜き金型。
２．前記スライドダイ金型の支持部側に、ダイ金型間の間隔が広くなることを防止する付勢手段が具備されていることを特徴とする上記１．に記載の穴打抜き金型。
３．前記ダイ金型の先端側に、ワーク長手方向に直角な断面が凸形状とされた凸部と、該凸部が嵌まり込むように凹形状とされた凹部とからなるガイド手段が具備されていることを特徴とする上記１．または２．に記載の穴打抜き金型。

本発明によれば、一端が開口された中空形状のワークＷに打抜き穴を形成する際、打抜き穴周辺部に生じ易い「だれ」変形を小さくすることができ、高精度な打抜き穴を形成することができる。したがって、打抜き穴周辺のバリ除去加工を不要とすることができ、コストと製造効率の点で有利である。また、本発明によれば、一端が開口された中空形状のワーク長手方向の一端部、長手方向中央部、それよりも奥の他端部にも高精度に打抜き穴を形成することができ、本発明の穴打抜き金型は特にアウターシャフトに用いて好適である。

以下、本発明例の穴打抜き金型について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明例の穴打抜き金型の構成およびその使用手順を示す一部断面側面図であり、図２は、図１（ｃ）のＸ−Ｘ断面図である。また図３は、２分割構造のダイ金型１Ａ、１Ｂの作用を説明する側面図である。
本発明例の穴打抜き金型は、図１（ａ）〜（ｃ）に示したように、打抜き穴を形成する逃げ貫通部４を有しワークの内部に配設される２分割構造のダイ金型１Ａ、１Ｂと、逃げ貫通部４に対応してワークＷの外部に配設される打抜き方向に可動なパンチ２と、ワークＷをその外周面から支持するワーク支持金型３とを備え、ワークＷの長手方向中央部に打抜き穴を形成するようにしている。

ワークＷは、図１（ａ）、（ｂ）中の矢印で示したように、右方向から供給され、ストッパ23に当接することで、打抜き穴を形成する箇所が逃げ貫通部４と合致するように位置決めされる。パンチ２およびワーク支持金型３は従来例の穴打抜き金型と同様な構成である。
２分割構造のダイ金型１Ａ、１Ｂの先端部側は、図１（ｃ）に示したように、打抜き穴の形成時、ワークＷの長手方向中央部内に配設され、先端部側よりも細く形成された支持部側はワークＷの一端部ＷＬ内からワーク外にわたり配設される。図１、図２中、逃げ貫通部４を有し上側（打抜き穴に近い側）に配設される方が、固定ダイ金型１Ａであり、逃げ貫通部４を設けず固定ダイ金型１Ａの下側に配設される方がスライドダイ金型１Ｂである。すなわち、逃げ貫通部４を有する固定ダイ金型１Ａは、ワーク長手方向への移動が規制され、支持部側よりも太く形成された先端部側の逃げ貫通部４が、パンチ２に対応してワーク支持金型３の上方に来るように固定保持されている。一方、固定ダイ金型１Ａの下側に配設されるスライドダイ金型１Ｂは、支持部側よりも太く形成された先端部側が、ワーク長手方向の待機位置からワーク長手方向の所定位置にまでスライド移動可能となっている。このスライドダイ金型１Ｂの支持部側には、ダイ金型間の間隔が広くなるのを防止するための付勢手段22が具備されている。なお、打抜き方向に平行な方向を上下方向、打抜き方向に直角な２軸方向をそれぞれ、長手方向および幅方向とする。

スライドダイ金型１Ｂの待機位置とは、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、スライドダイ金型１Ｂの先端が固定ダイ金型１Ａの段差部５Ａよりも少し後方に位置しているときであり、スライドダイ金型１Ｂの所定位置とは、図１（ｃ）に示したように、スライドダイ金型１Ｂの先端が固定ダイ金型１Ａの先端近くに位置しているときである。
また、２分割構造のダイ金型１Ａ、１Ｂは、それぞれの先端部側のワーク中心寄りに、ワーク長手方向に対して同じ角度に傾けられたスライド可能な傾斜平面５、６を有する（図１、図２参照）。

すなわち、本発明例の２分割構造のダイ金型は、一方が逃げ貫通部４を有しワーク長手方向への移動が規制される固定ダイ金型１Ａ、他方がワーク長手方向の待機位置から所定位置までの間をスライド可能なスライドダイ金型１Ｂとされ、それぞれの先端部側のワーク中心寄りに、ワーク長手方向に対して同じ角度に傾けられたスライド可能な傾斜平面５、６を有し、傾斜平面５、６を介して互いに接触可能に打抜き方向に並べて配設されてなることが特徴である。

次いで、本発明例の２分割構造のダイ金型１Ａ、１Ｂの作用について、図３を用い、説明する。図３中の(イ)で示したスライドダイ金型１Ｂの位置が、待機位置に相当し、図３中の（ハ）で示したスライドダイ金型１Ｂの位置が、所定位置の近くに相当する。スライドダイ金型１Ｂは、図３中の（ロ）で示したように、固定ダイ金型１Ａとスライド可能な傾斜平面５、６で接触させつつ、前進移動（図３で右方向への移動を前進移動という）させることにより、固定ダイ金型１Ａの上端からスライドダイ金型１Ｂの下端までの距離（ダイ金型高さという）を可変にできる。このダイ金型高さの可変量は、傾斜平面５、６のワーク長手方向距離と傾き角度θに応じて決まる。

本発明はこの原理を利用している。すなわち、スライドダイ金型１Ｂを所定位置にスライド移動させた状態では、上下方向のダイ金型高さが高くなるため、逃げ貫通部４の周辺部および逃げ貫通部４と反対側の一部が、打抜き穴を形成するワークＷの内面と密着する（図１（ｃ）、図２参照）ようにダイ金型１Ａ、１Ｂを形成できる。
つまり、図２に示したように、固定ダイ金型１Ａの外周面上の点ＰＱの範囲およびスライドダイ金型１Ｂの外周面上の点ＲＳの範囲が、打抜き穴を形成するワークＷの長手方向中央部の内面と合致する形状とされている。

一方スライドダイ金型１Ｂを待機位置にスライド移動させた状態では、上下方向のダイ金型高さが低くなるため、ワークＷの長手方向中央部に比べて内径が小さい一端部ＷＬの内周面と、ダイ金型の外周面とが非接触状態となる（図１（ａ）参照）。
また、図２に示したように、固定ダイ金型１Ａの外周面には、点Ｐ、点Ｑよりも下側寄りに逃がしが形成され、同様にスライドダイ金型１Ｂの外周面にも、点Ｒ、点Ｓよりも上側寄りに逃がしが形成されている。この逃がしによって、スライドダイ金型１Ｂを待機位置にスライド移動させた状態で、ワーク長手方向に直角なダイ金型の幅方向に対し、ワークＷの一端部ＷＬの内周面と、ダイ金型の外周面とが非接触状態となる。

以上説明した本発明例の２分割構造のダイ金型によれば、スライドダイ金型１Ｂを所定位置にまでスライド移動させた状態で、固定ダイ金型１Ａの逃げ貫通部４の周辺部および逃げ貫通部４と反対側のスライドダイ金型１Ｂの一部が、打抜き穴を形成するワークＷの内面と密着する。したがって、打抜き穴の形成時、パンチ２から加わる打抜き力を、傾斜平面５、６を介して互いに接触しているダイ金型１Ａ、１Ｂを経てワーク支持金型３に伝えることができる（図1（ｃ）、図２参照）。このため、中空形状のワークＷの打抜き穴周辺部に生じ易い「だれ」変形を小さくすることができ、高精度な打抜き穴を形成することができる。

一方、従来例の穴打抜き金型の場合には、一体のダイ金型外面とワーク内面とを密着状態とすることができず、ダイ金型外面とワーク内面間のギャップｇが許容すき間を超えてしまうことが起こる（図７（ｂ）、（ｃ）参照）。このため、従来例の穴打抜き金型では、パンチ２から加わる打抜き力によって、打抜き穴周辺部に大きな「だれ」変形が生じてしまい、高精度な打抜き穴を形成することが難しい。

ところで、図１中、22は、スライドダイ金型１Ｂの支持部側に具備した、ダイ金型間の間隔が広くなるのを防止するための付勢手段22である。スライドダイ金型１Ｂの支持部側にダイ金型間の間隔が広くなるのを防止するための付勢手段22を具備することが好ましい。この理由はスライドダイ金型１Ｂに付勢手段22を具備していない場合、スライドダイ金型１Ｂを所定位置から待機位置に戻したときに、スライドダイ金型１Ｂの自重によって、ダイ金型１Ａ、１Ｂ間の上下方向の間隔が広くなり、ワークＷを供給する際、ワークＷの一端部ＷＬの内周面と、ダイ金型１Ａ、１Ｂの外周面とが接触してしまうことが起こり得るからである。付勢手段22としては、ばねやエアーシリンダなどが好適である。

なお、ダイ金型間の間隔が広くなるのを防止する付勢手段22は固定ダイ金型１Ａの支持部側に具備することもできる。
また、ダイ金型１Ａ、１Ｂの先端部側に、ワーク長手方向に直角な断面が凸形状とされた凸部20と該凸部20が嵌まり込む凹形状の凹部21とからなるガイド手段が具備されているのが好ましい（図２参照）。この理由は、スライドダイ金型１Ｂをスライド移動させる際、ダイ金型１Ａ、１Ｂ同士を傾斜平面５、６で接触させつつ前進移動させ、あるいは後退移動させることを確実にすることができるからである。

特に固定ダイ金型１Ａの傾斜平面５の後端に段差部５Ａを設けた場合、スライドダイ金型１Ｂを待機位置から所定位置にまで前進移動させるには、この段差部５Ａを乗り越えてスライド移動させる必要があるから、このガイド手段が有効に作用する。この固定ダイ金型１Ａの段差部５Ａは、上下方向のダイ金型高さの可変量（傾斜平面５、６のワーク長手方向距離と傾き角度θに応じて決まる。図３参照）が不十分であるとき、それを補うためのものである。

以上の説明では、一端が開口された中空形状のワークＷの長手方向中央部に高精度な打抜き穴を１つ形成する場合を示した（図１、図２参照）。
この打抜き穴を形成するワークＷが、図４に示したようなアウターシャフト10のように、円筒形状である場合、ダイ金型の外周面上の点ＰＱおよび点ＲＳの範囲は、ワーク長手方向中央部における内径寸法と同じ内径寸法をもつ円弧形状に形成される。ただし、本発明の穴打抜き金型で打抜き穴を形成する対象は、図４に示したようなアウターシャフト10のように、円筒形状のワークＷに限定されない。

また、図５（ａ）、（ｂ）に示したような形状のワークＷにも高精度な打抜き穴24を形成できる。図７（ａ）は、一端部ＷＬの内径と長手方向中央部ＷＭの内径とが同じ場合であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）と同じ形状のワークＷに対して、打抜き穴24を形成する位置を、長手方向中央部ＷＭに代えて一端部ＷＬとした場合である。打抜き穴24の数は、複数個とすることも可能である。

本発明例の穴打抜き金型を用い、図４に示したようなアウターシャフト10（ワークＷ）の長手方向中央部ＷＭにキーロック穴11を形成した。このワークＷは厚みが３ｍｍの構造用炭素鋼管を用い、長手方向中央部ＷＭには縮径加工を施さず、その両側部分にプレス押し込み加工あるいはロータリースエージング加工等の縮径加工を施して作成した。なお、キーロック穴11は、ワークＷの一端部ＷＬ内に内径スプラインを形成した後に、竪型プレスに組み込んだ本発明例の穴打抜き金型で一端から１５０ｍｍの位置に形成した。

ワークＷの内径寸法は次のとおりである。一端部ＷＬの内径＝１９．０ｍｍ、長手方向中央部ＷＭの内径＝２２．０ｍｍ、他端部ＷＲの内径＝５．０ｍｍ。
本発明例の２分割構造のダイ金型１Ａ、１Ｂは以下とした（図１、図２参照）。傾斜平面５、６のワーク長手方向距離＝4５ｍｍ、傾き角度θ＝３°、ダイ金型高さの可変量＝最大で２．３５ｍｍ（≒４５×ｔａｎ３°）。そして、傾斜平面５の段差部５Ａの量（上下方向の段差量）は０．６５ｍｍ以上とした。段差部５Ａの量≧ＷＭの内径−ＷＬの内径−ダイ金型高さの可変量＝０．６５ｍｍ。

その結果、本発明例の穴打抜き金型を用いた場合、ハンドルロック用キーが取付けされる高精度なキーロック穴11を形成することができた。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の穴打抜き金型の構成を示す一部断面側面図である。 図１（ｃ）のＸ−Ｘ断面図である。 本発明例の２分割構造のダイ金型の作用を説明する側面図である。 アウターシャフトの構造を示す一部断面側面図である。 本発明を適用できる部品の形状を示す一部断面側面図である。 特許文献１に記載のプレス金型の要部断面図である。 従来例の穴打抜き金型の問題点を説明する一部断面側面図である。 特許文献２に記載のアウターシャフトの製造工程を示す一部断面側面図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
ＷＬ 一端部
ＷＲ 他端部
ＷＭ 長手方向中央部
ｇ ダイ金型外面とワーク内面間のギャップ
θ 傾き角度
Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ 外周面上の点
１ 一体のダイ金型
１Ａ 固定ダイ金型
１Ｂ スライドダイ金型
２ パンチ
３ ワーク支持金型
４ 逃げ貫通部
５、６ 傾斜平面
５Ａ 段差部
７ ピン
８ 移動金型
９ 型形成金型
９ａ 逃げ凹部
10 アウターシャフト
11 キーロック穴
20 凸部
21 凹部
22 付勢手段
23 ストッパ
24 打抜き穴
25 素材
26 第１中間素材
27 第２中間素材
28 第３中間素材
29 内径スプライン部（特許文献１では雌セレーション部）
30 アウターシャフト
30 雄セレーション部
31 雄ねじ部

Claims (3)

1. 打抜き穴を形成する逃げ貫通部を有しワークの内部に配設される２分割構造のダイ金型と、前記逃げ貫通部に対応してワークの外部に配置される打抜き方向へ移動可能なパンチと、前記ワークをその外周面から支持するワーク支持金型とを備え、前記ワークに打抜き穴を形成するための穴打抜き金型であって、
   前記ダイ金型は、一方が打抜き穴を形成する逃げ貫通部を有しワーク長手方向への移動が規制される固定ダイ金型、他方がワーク長手方向の待機位置から所定位置までの間をスライド可能なスライドダイ金型とされ、それぞれの先端部側のワーク中心寄りに、ワーク長手方向に対して同じ角度に傾けられたスライド可能な傾斜平面を有し、該傾斜平面を介して互いに接触可能なように打抜き方向に並べて配設されてなり、前記スライドダイ金型を前記所定位置にまでスライド移動させた状態で前記逃げ貫通部の周辺部および前記逃げ貫通部と反対側の一部が、前記打抜き穴を形成するワークの内面と密着するように形成されていることを特徴とする穴打抜き金型。
2. 前記スライドダイ金型の支持部側に、ダイ金型間の間隔が広くなることを防止する付勢手段が具備されていることを特徴とする請求項１に記載の穴打抜き金型。
3. 前記ダイ金型の先端部側に、ワーク長手方向に直角な断面が凸形状とされた凸部と、該凸部が嵌まり込むように凹形状とされた凹部とからなるガイド手段が具備されていることを特徴とする請求項１または２に記載の穴打抜き金型。

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