JP6769285B2 - プレス金型 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃料電池用セパレータ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、チタン等の硬質金属材料よりなるプレートに凹凸部を形成して、その凹凸部により水素や酸素等を流すための流路を形成するようにした構成が知られている。

このようなセパレータを成形するためのプレス金型を有するプレス金型装置が特許文献１に開示されている。このプレス金型装置においては、上面に凹凸状の成形面を有する下金型と、その下金型上に接近離間可能に配置され、下面に下金型の成形面と対応する凹凸状の成形面を有する上金型とが備えられている。そして、下金型の型面上にワークプレートが載置された状態で、上金型が下金型に向かって接近移動されることにより、両型の成形面間においてワークプレートに凹凸部がプレス成形される。

前記特許文献１の従来構成の上下の金型においては、四角柱状の複数の型部材が台上において枠内に嵌め込まれて集合状態で整列配置され、それらの型部材の先端面に前記成形面が形成されている。

特開２０１５−１３１３４４号公報

ところで、特許文献１の従来構成をはじめとして、この種のプレス金型においては、プレス成形に際してプレス圧力により、金型は、その中央部が凹むように大きく変形するため、金型の成形面の中央部の後退方向への変位量が大きく、外周部の変位量が小さい。従って、中央部の成形圧力が不足したり、中央部と外周部との間において成形の開始や終了のタイミングがずれたり、同じく成形品の中央部と外周部との間の部分に成形段差が生じたりして、高精度加工が困難になる場合があった。

本発明の目的は、金型の成形面の中央部の変位を抑えて、高精度加工を達成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、本発明のプレス金型は、枠内の型台上に、成形面を有する複数の型部材が整列されるとともに、前記型台と前記各型部材との間にその型部材より高硬度のシムが介在されたプレス金型であって、前記型台と型部材との間には、プレス成形圧力による前記型部材の変位量が前記枠側のものほど少なくなるように規制する規制手段が設けられていることを特徴とする。

以上の構成においては、金型にプレス成形圧力が作用した場合、規制手段の作用により、型部材の変位量が前記枠側のものほど少なくなるように規制されるため、成形面の中央部が大きく後退する方向に変位されることを回避できる。従って、ワーク全体に対してプレス成形圧力が均等に作用され、高精度加工が可能になる。

本発明によれば、成形面の中央部の後退を抑えて、高精度加工を達成できるという効果を発揮する。

燃料電池用セパレータの平面図。 実施形態のプレス金型の平面図。 実施形態のプレス金型の断面図。 シムの厚さの差を示す模式図。 シムと型部材との平面寸法の差を示す模式図。 変更例を示す断面図。 別の変更例を示す断面図。

以下、実施形態を図面に従って説明する。
プレス金型装置１１は図１に示す燃料電池用のセパレータ１００を成形加工するためのものである。

図２及び図３に示すように、プレス金型装置１１においては、上端面に凹凸状の成形面（凹凸形状は図示しない）１２を形成したプレス金型としての下金型１３が備えられている。下金型１３の上部には、下面に前記成形面１２と対応する凹凸状の成形面１５を形成したプレス金型としての上金型１４が下金型１３に対して接近離間可能に対向した状態で配置されている。そして、下金型１３と上金型１４との間に前記セパレータ１００となるワークプレート１０１が配置された状態で、上金型１４が下金型１３に向かって接近移動されることにより、両金型１３，１４の成形面１２，１５間においてワークプレート１０１が凹凸形状を有するセパレータ１００としてプレス成形される。

下金型１３と上金型１４とは、成形面１２，１５の形状が凹凸の関係で対応しているため、凹凸の形状がずれるようにして僅かに異なるが、その他の構成は同じであるため、本実施形態では、下金型１３について説明し、上金型１４の構成，作用及び効果は下金型１３と同様であるため、上金型１４に関する説明は省略する。

図２及び図３に示すように、前記下金型１３の鋼材よりなる基台２１上には四角枠状の同じく鋼材よりなる外枠２２が図示しないボルトによって固定されている。外枠２２の内側には型ユニット２３が収容されている。この型ユニット２３は、四角枠状の外型２４と、その外型２４の対向する２辺の内周面の凹部２５に嵌合された基準プレート２６と、外型２４の内側において整列配置された内型２７とにより構成されている。

前記外型２４は、基台２１上に載置され、ボルト２８により固定された型台２９と、その型台２９上にシム３０を介して設置された型部材３１とよりなり、この型部材３１はボルト３２により基台２１に固定されている。

前記内型２７は、基台２１上に載置され、ボルト３３によって固定された１基の型台３４と、その型台３４上にそれぞれシム３５を介して整列状態で設置された複数のブロック状の型部材３６とよりなり、この型部材３６はボルト３７により基台２１に固定されている。なお、各型部材３６及びシム３５は、組み付け時において位置決めピン３８により仮位置決めされる。

前記型部材３１，３６の上面に前記成形面１２が形成されている。
前記型台２９，３４は鋼材によって構成され、前記シム３０，３５は超硬金属（超硬合金）によって構成され、前記型部材３１，３６は高速度鋼によって構成されている。従って、シム３０，３５は型部材３１，３６より高硬度であるため、変形し難い。また、図３及び図４に示すように、内型２７のシム３５は、中央部に位置するものほど厚く形成されるとともに、型部材３６の成形面１２が同一高さとなるように、型部材３６はシム３５とは逆に中央部に位置するものほど薄く形成されている。外型２４のシム３０は、内型２７の最も薄いシム３５と同等の厚さである。本実施形態では、シム３０，３５の厚さの差により規制手段が構成されている。

図５に示すように、シム３０，３５と型部材３１，３６とは相似形に形成され、シム３０，３５の平面から見た外形寸法αが型部材３１，３６の外形寸法βより小さくなっている。また、外型２４のシム３０と型台２９とは相似形に形成され、シム３０の外形寸法αが型台２９の外形寸法より小さくなっている。なお、内型２７のシム３５の外形寸法αと、型部材３６の外形寸法βとの間における寸法差は、型部材３６を固定する前記ボルト３７の雄ネジと、その雄ネジが螺合される型部材３６の雌ネジとの間のクリアランスと同等か、そのクリアランスより小さくなっている。

図４に示すように、前記基準プレート２６が設置された２辺と対向する他の２辺の位置において、前記外枠２２には複数の挿通孔４１が貫設されている。図４及び図６に示すように、前記外型２４には、挿通孔４１と連通するとともに、下方に開口した挿通凹部４３が形成されている。

前記挿通孔４１及び挿通凹部４３には押圧ボルト５１が挿通され、そのネジ部５２が前記挿通孔４１の雌ネジ４２に螺合されている。ネジ部５２には、ロックナット５３が螺合され、このロックナット５３が外枠２２の外周面に締め付けられて、押圧ボルト５１が回転を阻止されている。

図５に示すように、各押圧ボルト５１の先端側には小径部５４が形成されている。押圧ボルト５１の先端には先端部材５７が固定されている。そして、各押圧ボルト５１の締め付けにより、先端部材５７が前記基準プレート２６の反対側に位置する内型２７の型部材３１を基準プレート２６に向かって押圧している。

次に、以上のように構成された実施形態の作用を説明する。
下金型１３と上金型１４との間において、ワークプレート１０１に対するプレス成形が行なわれ、セパレータ１００が成形される。すなわち、上金型１４が下降して、ワークプレート１０１が両金型１３，１４間において挟圧されて、セパレータ１００がプレス成形される。

プレス圧力が作用すると、基台２１、下金型１３の外型２４の型台２９及び内型２７の型台２９は、中央部ほど後退するように変形しやすく、外周側ほど変形しにくい。従って、下金型１３の成形面１２は中央部ほど後退方向に変位しやすい。この場合、本実施形態においては、シム３０，３５として、高速度鋼よりなる型部材３１，３６より高硬度の超硬金属製のものを用いている。しかも、このシム３０，３５は、下金型１３の中央部側のものほど厚さが厚く形成されている。その結果、成形面１２の中央部の変位が抑制される。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）下金型１３にプレス成形の圧力が作用した場合、シム３０，３５の厚さの差により、下金型１３の成形面１２の中央部の後退方向への変位が抑えられる。従って、成形面１２の面積が広くても、成形面１２をフラットな状態に維持できる。この作用は上金型１４においても同様である。従って、成形初期からプレス工程の下死点に至るまで、ワークプレート１０１の全域にわたって成形面１２のプレス方向の位置の内外（中央部及び外周部）偏差が少ない。このため、成形面１２に段差が生じたり、成形面１２の内外においてプレス量が異なったり、プレス成形の開始や終了のタイミングがずれたりすることはなく、ワークプレート１０１に対する高精度加工が可能になる。

（２）しかも、そのための構成は、シム３０の厚さを調整したのみであるため、部品点数が増加することはなく、構成は簡単である。
（３）シム３０，３５は、型部材３１，３６と相似形であって、型部材３１，３６より小さく形成されているため、型部材３１，３６のシム３０，３５側のコーナ部がシム３０，３５に当たることはない。従って、型部材３１，３６のコーナ部を起点として、シム３０，３５に集中応力が生じることを防止できる。そのため、この集中応力に起因してシム３０，３５にクラックが生じることを防止できる。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・図６に示すように、型台２９，３４の下面に、その外周側ほど厚さの厚い下部側シム７２を設けること。この下部側シム７２は規制手段を構成し、型台２９，３４より変形しやすい低硬度の材質のものが用いられる。なお、この下部側シム７２も型台２９，３４の一部を構成する。従って、型台２９，３４はその外周側ほど変形しやすい。従って、成形面１２の中央部が外周部より後退する方向へ変位することを抑えることができる。このようにすれば、型台２９，３４と型部材３１，３６との間の上部側の超硬金属よりなるシム３５は均等な厚さのものを用いることができる。下部側シム７２として、型台２９，３４より変形し難い硬質のものを用いた場合は、図６の構成とは逆に、その下部側シム７２は外周側ほど厚さの薄いものが用いられる。

・図７に示すように、型台３４に、その外周側ほど容積の大きな規制手段としての凹部７３を設けること。従って、型台３４はその外周側ほど変形しやすい。このようにすれば、図６の構成の場合と同様に、型台２９，３４と型部材３１，３６との間の超硬金属製のシム３０，３５は均等な厚さのものを用いることができる。なお、図７の構成においては、押圧ボルト５１は設けられていない。また、この図６の構成においては、成形面１２を有する外型２４に代えて、成形面１２を有せず、ボルト７６により基台２１に固定された枠部材７１が設けられている。従って、成形面１２は、型部材３６のみに設けられている。そして、押圧ボルト５１に代えて、枠部材７１と内型２７との間に斜面７５を有する楔部材７４が設けられ、その楔部材７４の斜面７５が前記枠部材７１の斜面７７に係合している。従って、図７の例においては、ボルト７６の締め付けによる楔効果により、内型２７が基準プレート２６側に押圧されて固定される。型台３４の変形度合いなどを調節するために、前記凹部７３の数やサイズあるいは位置を調節することも可能である。

・シム３０，３５を、型部材３１，３６と相似形で、かつ型部材３１，３６と同じ大きさにすること。
・前記下部側シム７２を設けることなく、型部材３６をその外周側ほど厚さが薄くなるように形成して、外周側ほど変位しやすくすること。

・シム３０，３５として、厚さの薄いものを用い、シム３０，３５の積層枚数の多寡により、シム３０，３５の厚さを調節すること。
・型台２９，３４を基台２１と一体形成した構成とすること。

・前記内型２７の型台３４を型部材３６と対応するように、型部材３６ごとに分割して構成すること。この場合、各型台３４のコーナ部がシム３５に当たらないように、型台３４をシム３５より大きな形状にすることが好ましい。

・前記型台２９，３４を超硬金属によって構成すること。このように構成すれば、型台２９，３４の硬度が高くなるため、型台２９，３４の厚さを低減でき、そして、その低減量に応じて外枠２２の厚さを低減することにより、プレス金型装置１１の薄型化、つまりコンパクト化に寄与できる。

１１…プレス金型装置、１２…成形面、１３…下金型、１４…上金型、１５…成形面、２２…外枠、２３…型ユニット、２４…外型、２５…凹部、２６…基準プレート、２７…内型、２９…型台、３０…シム、３１…型部材、３４…型台、３５…シム、３６…型部材、７２…下部側シム、７３…凹部。

Claims (6)

1. 枠内の型台上に、成形面を有する複数の型部材が整列されるとともに、前記型台と前記各型部材との間にその型部材より高硬度のシムが介在されたプレス金型であって、
   前記型台と型部材との間には、プレス成形圧力による前記型部材の変位量が前記枠側のものほど少なくなるように規制する規制手段が設けられているプレス金型。
2. 前記規制手段は、前記シムの厚さの相違によって構成され、前記枠側に位置するシムほど薄く形成されている請求項１に記載のプレス金型。
3. 前記シムは、型部材と相似形であって、型部材と同じ大きさまたは型部材より小さく形成されている請求項１または２に記載のプレス金型。
4. 前記型部材は高速度鋼により構成され、前記シムは超硬金属により構成されている請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のプレス金型。
5. 前記規制手段は前記型台によって構成されている請求項１に記載のプレス金型。
6. 前記型台は超硬金属によって構成されている請求項５に記載のプレス金型。

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