プレス金型部品

　【図1】は上曲げと下曲げのある製品を加工する金型です。この構造ではパンチとダイがスプリングで保持されている可動式のパンチとダイを採用しています。このようなパンチやダイを、フローティングパンチ、フローティングダイと呼びます。 　なぜこのような面倒な構造が必要になるかを説明します。【図1】の構造で下曲げを考えます。可動パンチ＝パッドとなります。可動パンチ（パッド）は材料を押さえ、その後パッド後ろのスプリングがたわんで下曲げパンチが下曲げを開始します。可動パンチ（パッド）と下曲げパンチはこの関係にないと曲げができません。 　上曲げを考えると、可動パンチが上曲げのパンチです。可動ダイ＝上曲げのパッドとなります。可動パンチが材料を押さえ、上曲げのパッド（可動ダイ）を押し下げることで上曲げが始まります。 　可動パンチ、可動ダイはパッドとの複合部品であることが分かります。パッドは押さえながら動く部品ですから、スプリングで保持され浮いた状態となります。この部品をパンチ、ダイと共用するため「フローティング○○」と呼ばれるようになりました。このようにフローティング部品は、複合加工や順送加工のときに出てくることの多い金型構造です。 　【図1】で、スプリングAとスプリングBの強さ関係を考えます。

　入れ子式金型は【図1】に示す入れ子式（インサートタイプ）のプレートを採用した金型の総称です。入れ子式プレートは、ダイプレートとストリッパプレートに利用されることが多いです。この形式を使う金型には精密金型と呼ばれるタイプが多いのですが、誤差の累積という点から考えると、一体式のプレートより位置精度は落ちます。それなのに精密金型に採用されるには、次のような理由があります。 （1） 入れ子部品を精度よく加工することができる。 （2） 入れ子を動かすことで位置精度を調整できる。 の2点が上げられます。

　バッキングプレートはバックアッププレート（これが正しい呼び方かも知れません）、バックプレート、バッキン等と呼ばれる金型部品です。【図1】のような使い方をします。 　しかし、バッキングプレートは全ての金型に必要なプレートではありません。穴抜きパンチのように小さな面積に大きな力が働くと、パンチは押されてパンチホルダにめり込んでいくことがあります。このようなときにバッキングプレートは必要になります。このような条件が発生しない限り必要ないのです。 　このような使用目的から、バッキングプレートはある程度の硬さが必要です。56HRC程度でしょうか。硬すぎると割れが発生する要因となります。一般的には工具鋼（SK材）や特殊工具鋼（SKS材）を使用します。

　プレス機械には金型の取り付け可能な最大高さがあります。この最大高さを超えると、どのようにしても金型をプレス機械に取り付けることはできません。この高さの表現には2つがあります。ダイハイトとシャットハイトです。 　【図1】で説明します。どちらもスライドは下死点位置で、スライド調節ねじは、上限まで上げた状態のときのスライド下面からボルスタプレート面までの距離を「ダイハイト」と呼びます。「シャットハイト」はプレス機械からボルスタプレートを外して、プレス機械のボルスタプレートが乗っていた面、この面をベッド面と呼びますが、このベッド面からスライド下面までの距離をシャットハイトと呼びます。 　この2つを同じものと混同して使っていると思われることが時折ありますが、実は違う内容を示していることを理解してください。しかし、最近ではボルスタプレートをプレス機械から外すことはほとんどないので、同じ意味合いで2つの言葉を使用しても困ることは起きないと思います。

　ブランク抜き加工は、プレス加工の代表的なものです。その加工は【図1】に示すようにブランクの周辺に枠を取ります。この枠は材料の幅方向に付けられるものを「縁さん」と呼び、送り方向に付けられるものを「送りさん」と呼びます。ブランク抜きでブランクの輪郭形状を作るために必要なものです。この「さん」はスクラップとなるので大きく取ると材料のムダが多くなります。そのためできるだけ小さくしてムダを無くすようにします。限界は抜きに異常がでない最小値です。

（1）ストリッパ（【図1】） 　ストリッパ（Stripper）は、プレス加工でパンチに付いた材料をはぎ取る目的で使用される部品です。「かす取り」「払い」などと呼ばれることもあります。 　使い方としては、ダイプレートに固定して使う「固定ストリッパ」、と、ダイプレート取り付けるが可動できるようにして使う「半固定ストリッパ」があります。これらはパンチに付いた材料を払うことのみが目的として使います。 　また、パンチ側につけて可動できるようにして使う「可動ストリッパ」があります。このストリッパはダイプレートとの間で材料を押さえる働きを持たせたものです。加工に伴う材料の変形防止がねらいです。

　パンチ（Punch）は材料に押しつけて使われる工具です。通常はダイと対で使われ、材料に形状を転写します。 　パンチはいろいろな呼び方があります。ポンチ、雄型（おすがた、おがた）、穴抜きパンチを現す言葉として、針、ピン、矢があり、絞り用のパンチの呼び方として「ぼうず」などがあります。最近ではパンチ、ポンチ、雄型に集約されてきています。日本金属プレス工業協会で標準用語を決めました（四半世紀ほど前です）。そのときにパンチを標準用語としました。しかし、使い慣れた言葉は根強く「ポンチ」「雄型」は健在です。用語は肌にあったものが馴染んでいて使いやすいです。理解して使っていれば問題ないと思います。 　この用語は「目的語」＋「パンチ」の組合せで通常は使われます。例えば、外形抜きパンチ、曲げパンチ、絞りパンチといった使い方です。このように用途を示す使い方と、ストレートパンチ、段付きパンチといたパンチの形状を示す使い方もあります。

　金型製作やプレス加工の中で「ダイ（Die）」という言葉は大変よく使われてます。 　この言葉は、 （1）ダイ…金型全体を示す。→型、金型（Die） 　この場合、「ダイ」と単独で使うことは少なく、「型」または「金型」と使うことが多いです。「ダイ」と使うときには、目的語の後に付けて使うことが多いです。例えば「ブランキングダイ」といった使い方です。金型全体を示す目的で「ダイ」を使うと理解されないことが多いかも知れません。また、 　型＝ダイ（Die）と使うのは、板や固まりの材料から形状を作る型に使われます。プレス加工用の型や鍛造加工用の型などです。 　型＝モールド（Mold）と使うのは、溶けた材料から形状を作る型に使われます。射出成形加工用の型や鋳造加工用の型などです。 　したがって「Die&Mold」と使うのは「型」全般を指すときに使われます。 　また、金型＝金属で作られた型、砂型＝砂で作られた型（鋳造型）、木型＝木で作られた型などの見方もあります。

　金型によって加工された製品は、

　コイル材を加工して、製品をコイルに巻き取る加工を「コイルtoコイル」と呼びます。 　この加工はコネクター等の製品に多く見られます。このような加工では、途中で異常が発生すると発見できずに、製品として巻き取られた最終端で発見されることが多いです。この場合は巻き取られた製品コイルは不良となります。しかし、異常製品が流出しないですんだことは幸いといえます。かす上がり異常のように途中で発生して、すぐに消えてしまうような異常は、製品コイルの終端では発見できずに流出して、組立ラインで発見され問題となることが多くあります。 　「コイルtoコイル」の加工では、金型やプレス機械の信頼性を高めて問題発生が無いように努めますが、それだけでは安心できずに画像処理を活用しての品質チェックが工夫されています。【図1】に示したものが画像処理検査の一般的なイメージです。

　コイル材の加工では自動加工が前提であることが多いと思います。調子よく加工をしていて、材料の終わり部分が送り装置に引っかかり加工ミスが発生して金型を壊した、という事故は意外と多いのです。注意していたのだがうっかりした。という状況なのですが、仕事では注意するという状況はできるだけなくすようにします。 　その代表的なものが材料の終端検出です。【図1】に示すようなイメージです。終端の検出は簡単です。送り装置入り口にセンサー（マイクロスイッチ等）を材料の上に置きます。マイクロスイッチであれば、レバーが押された状態にセットします。材料が無くなり、マイクロスイッチのレバーが戻ると検知され、プレス加工を止めます。

　【図1】に示すようなコイル材を使ったプレス加工では、アンコイラと送り装置間の材料のたるみの管理が必要です。このたるみ管理をループコントロールと呼びます。【図1】で張り限界と示した破線の形になると、金型内の材料送り異常となるばかりでなく、小形のアンコイラでは引き倒されてしまうこともあります。 　材料は材料送りに連動して滑らかに連続的に巻きほぐされることが理想ですが、多くのアンコイラではループ下限で巻きほぐしを止め、上限位置の検出で巻きほぐしを再開する間欠的な動きをします。下限、上限を検出するセンサーに注意が必要で、バー式の検出装置ですと、軟らかい材料ではバーによる材料折り曲げが発生することがあります。このような材料ではタッチ式のセンサーがいいです。

　順送加工で材料が座屈する加工異常が時折見られます。大きな金型破損につながる怖い現象です。 　座屈の発生原因としては（【図1】参照）、

　順送加工や穴抜き加工等で、抜きかすがダイに詰まり金型を破損する現象を「かす詰まり」と呼びます。ダイの刃先が長い、パンチ・ダイ刃先の劣化等が主な原因です。【図1】に「かす詰まり状態」と示したようなイメージです。 　かす詰まりの検出はかす上がりの検出より面倒です。【図1】のかす詰まり状態の部分に作用しているのはパンチです。パンチにかかる負荷による変位はダイハイトに現れます。「この変位を検知する」と示した部分です。ダイハイトの変位をつかむために金型にセンサーを組み込むことは少なく、プレス機械にセンサーを取り付け検知することが多いようです。 　【図2】Aに示す位置で検出する方法は、プレス機械の総合すき間を利用して検知しようとするものです。【図2】Bはプレス機械フレームのひずみで検知しようとものです。

　順送加工や穴抜き加工で、抜きかすがダイを通過して下に落ちずに、何らかの理由でダイ面上に残ってしまう現象を「かす上がり」または「かす浮き」と呼びます。 　【図1】に「かす上がり状態」と示したイメージです。このようになると送られてきた材料がこの上に乗り、材料に傷を付けることになります。しかし、かす上がりした抜きかすは材料について移動し、型の外へ出てしまうとキズの発生は止まりますから、正常な抜き状態に戻ります。そのため、異常の発見が後れ問題となることが多いのです。 　かす上がりの検出は、抜きかすと材料が2枚重ねになることによる変位を検出することで、異常を検知します。その方法は【図1】に示すように、近接スイッチと検知端子を使います。この2つの組合せがセンサーとなります。

　材料送りされた材料の端部を検出して材料送り異常を検出する方法です。【図1】は曲げの面を利用して検出することを考えたものです。面を検出するので検出ミスが少なくなり安定した検出ができます。検出が正常であれば、キャリア部（製品と製品をつないでいる部分）をカットすることで製品を回収することができますので、製品の排出確認も兼ねることも可能です。 　【図2】は、材料を切断するときの形を例に示したものです。この形では板端部の板厚を検出することになります。センサーの形によっては検出が安定しない場合があります。このような材料切断の場合では、【図3】に示すように板端部を直接検出するのではなく、検出トッグル（これは一つの例として示したものです）等を利用して材両端部の状態を検知し、検出する方法の工夫が必要です。

　順送り加工で材料の一部を切り欠いて、その切り欠き部分を利用して、材料の送り異常を検出するものです。 　【図1】にその原理を示します。材料の一部を切り欠きます。その状態で材料送りをすると、切り欠き部分に検出スライドが飛び込み正常な送り状態を確認します。 　次の材料送りで検出スライドは斜面を押され押し戻され、【図2】の状態となります。この状態は材料の送り途中か、材料の送り不足または送りすぎのときの形です。サイドカットを利用したミスフィード検出では、送りのショートしか検出できませんでしたが、この方法では送り過ぎも検出できます。

　順送り加工ではサイドカットを利用して、材料送りをコントロールすることがあります。サイドカットは材料の端を送りピッチに準じた長さで切り欠き、その部分の端を金型のストッパに突き当てることで送りピッチを決めます。 　このときに【図1】に示すようにストッパ部分に揺動レバーを設けることで、送り異常を検知するように考えられたものです。【図1】がその内容を示したものです。この方法では送り長さがショートしたときの状態検出となります。材料の送りすぎは正常と認識されますが、材料はどこかでたわみ異常となっており、このたわみ異常を検知してプレス機械を止める必要があります。 　したがってサイドカットを利用したミスフィード検出では、材料のたわみ検出と組み合わせて使用することが前提となります。【図1】のPで示したハッチング部分は切り取られ（サイドカットされ）、次の材料送りが可能となります。

　検出ピンと材料の間に弱い電気（6V〜12V）を流しておき、検出ピンが材料に接したときに電流が流れて材料の送り異常を検知してプレス機械の運転を止めます。 　この方法の金型内の取り付け状態を示したものが【図1】です。検出ピンは絶縁された状態で取り付けられます。検出ピンが材料に接したときに通電し、異常を検出しますから機械的に動く部品がないため動作時間が早くなります。検出ピンの入る部分は穴でなくとも、溝のような形状であってもかまわないところがよいところです。 　【図1】（a）は可動ストリッパに取り付けたものです。検出ピンが異常を検出した後にたわみ、破損しないようにしてあります。可動ストリッパ内だけで組み込みが可能なので設計は容易です。問題点として、可動量の関係からS1寸法を長くすることができません。そのため、パイロットより先に異常を検知できない場合が生じます。 　その問題を対策する形が【図1】（b）です。パンチホルダまでの部分を利用することで長いスプリングが使用できるようになり、S2寸法が長く取れるようにしたものです。 　もう一つの欠点が、リード線の断線です。断線があると検出ピンが動作しても検出ができません。定期的なリード線の確認が必要です。できれば使用時間でリード線を交換することが望ましいです。

　順送加工で、材料の送り異常は加工ミスをまねき金型の破損原因となります。その材料の送り状態を確認して異常があればプレス機械の運転を停止させて、トラブルを最小限に押さえ込むことを目的に使用されるものがミスフィード検出です。 　【図1】は可動ピン式ミスフィード検出が組み込まれた金型を示しています。以前に「ミスフィード検出ユニット」として紹介しています。また、「ミスミ」カタログに「ミス検知関連部品」があります。これらも参考にして下さい。