WO2016075937A1 - プレス成形品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

　プレス成形品は、天板部と、縦壁部と、縦壁部と天板部との間にある稜線部と、を備え、稜線部の一部に形状変化部を有する。プレス成形品の製造方法は、素材として金属板を準備する準備工程と、パンチ、並びにパンチと対になるパッド及びダイを用い、素材にプレス加工を施すプレス加工工程と、を含む。プレス加工工程は、パンチとパッドによって、天板部の全領域、形状変化部を含む各稜線部の全領域、及び各縦壁部の領域のうちで縦壁部と稜線部との境界から所定高さまでの領域を成形する第１工程と、第１工程に続いて、パンチとパッドによって素材を挟み込んだままの状態で、パンチとダイによって残りの領域を成形する第２工程と、を含む。

Description

プレス成形品の製造方法および製造装置

　本発明は、自動車、自動車以外の各種の車両、家電製品、船舶、建材等に用いられるプレス成形品を製造するための方法、及び装置に関する。

　例えば、自動車の車体は、各種の構造部材（例：フロアクロスメンバ、サイドシル、サイドメンバ等）を含む。構造部材には、鋼板等の金属板を素材とするプレス成形品が多用される。プレス成形時の材料破断、形状凍結性、及び製造コストに対する優位性から、多くの場合、プレス成形品は、金属板に曲げ成形によるプレス加工が施されることによって得られる。プレス成形品は、例えば、溝形又はハット形の断面形状を有する。溝形断面のプレス成形品は、天板部と、天板部から伸びる一対の縦壁部とを備える。ハット形断面のプレス成形品は、更に、各縦壁部から伸びる一対のフランジ部を備える。

　図１は、一般的な曲げ成形を行うプレス成形装置の構成例を模式的に示す説明図である。図１に示すように、プレス成形装置１は、溝形断面又はハット形断面のプレス成形品を製造するための装置である。図１には、ハット形断面のプレス成形品（図中の一点鎖線参照）を製造する場合を例示する。プレス成形装置１は、下型としてパンチ２を備え、上型としてパンチ２と対になるダイ３及びパッド５を備える。パッド５は、ダイ３、又はダイ３と一体で動作する上型ホルダ若しくはスライドに、加圧部材４を介して支持される。パッド５は、ダイ３に収容可能であり、ダイ３に収容された状態でダイ３の一部を構成する。

　このようなプレス成形装置１によって金属板６をプレス成形品に成形する曲げ成形は、以下のように行われる。成形前に、パンチ２とパッド５によって金属板６を挟み込む。つまり、パンチ２による金属板６のダイ３への押し込みを開始する前に、金属板６のうちでプレス成形品の天板部に成形される部分をパンチ２とパッド５によって拘束する。その状態でダイ３を下死点まで下降する。これにより、プレス成形品の天板部は、パンチ２の上面（先端面）２ａに沿って成形される。縦壁部は、パンチ２の側面２ｂに沿って成形される。天板部と縦壁部との間には稜線部が形成される。その天板部と縦壁部を繋ぐ稜線部は、パンチ２のパンチ肩部２ｃに沿って成形される。以下、このような曲げ成形をパッド曲げ成形と称する。

　近年、自動車には、地球温暖化防止に寄与する燃費の向上のために、車体の軽量化が求められる。更に、衝突事故時の安全性の向上が求められる。これらの要求から、構造部材の素材である金属板６として、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板が用いられる。例えば、５９０ＭＰａ級の高強度鋼板が用いられることもあり、場合によっては９８０ＭＰａ級の高強度鋼板、更には１１８０ＭＰａ級の高強度鋼板が用いられる。

　また、構造部材の形状は、比較的複雑になる場合がある。これは、構造部材と他の部材との干渉防止、構造部材と他の部材との接合、所望の空間の確保等といった設計上の制約による。

　図２～図８は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。これらの図のうち、図２は、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板（ＤＰ（Dual Phase）鋼からなる板厚が１．２ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板）から成形される第１例のプレス成形品７を示す。図３～図８は、それぞれ、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板（板厚が１．２ｍｍ程度の合金化溶融亜鉛めっき鋼板、非めっき鋼板等）から成形される第２例～第７例のプレス成形品７を示す。

　第１例～第７例のプレス成形品７の断面形状は、いずれもハット形である。つまり、いずれのプレス成形品７も、天板部７ａと、天板部７ａの左右の両端からそれぞれ伸びる縦壁部７ｃと、天板部７ａと縦壁部７ｃの間にある稜線部７ｂと、各縦壁部７ｃの下側の端から伸びるフランジ部７ｄと、を備える。更に、プレス成形品７は、稜線部７ｂの一部に形状変化部９を有する。

　図２に示す第１例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂの両方に形状変化部９が設けられる。これらの形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央の局所で、稜線部７ｂの高さが変化するものである。この場合、天板部７ａには、形状変化部９同士を繋ぐ領域に段差部８が形成される。

　図３に示す第２例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂの両方に形状変化部９が設けられる。これらの形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央の広範囲で、稜線部７ｂの高さが変化するものである。この場合、形状変化部９の位置に対応し、天板部７ａの高さはなだらかに変化する。

　図４に示す第３例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂのうちの一方に形状変化部９が設けられる。この形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央の局所で、稜線部７ｂの断面における円弧長さが変化するものである。この場合、形状変化部９の位置に対応し、天板部７ａと縦壁部７ｃのなす角度が変化する。

　図５に示す第４例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂの両方に形状変化部９が設けられる。これらの形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央の広範囲で、稜線部７ｂがねじれるものである。この場合、形状変化部９の位置に対応し、天板部７ａ及び縦壁部７ｃがねじれる。

　図６に示す第５例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂの両方に形状変化部９が設けられる。これらの形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央の広範囲で、稜線部７ｂがプレス成形品７の幅方向に曲がるものである。この場合、形状変化部９の位置に対応し、天板部７ａ及び縦壁部７ｃがプレス成形品７の幅方向に曲がる。

　図７に示す第６例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂのうちの一方に形状変化部９が設けられる。形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央の局所で、この稜線部７ｂがプレス成形品７の幅方向に窪むものである。この場合、形状変化部９の位置に対応し、天板部７ａ及び縦壁部７ｃがプレス成形品７の幅方向に窪む。

　図８に示す第７例のプレス成形品７では、天板部７ａの両端にある稜線部７ｂのうちの一方に形状変化部９が設けられる。この形状変化部９は、プレス成形品７の長手方向のほぼ中央から一方の端までの範囲で、稜線部の断面における曲率半径が変化するものである。この場合、形状変化部９の位置に対応し、天板部７ａの幅及び縦壁部７ｃの高さが変化する。

　図１に示すパッド曲げ成形によって、高強度鋼板から、図２に示す第１例のプレス成形品７を冷間で製造する場合、以下の問題が発生する。プレス成形品７には、稜線部７ｂのうちの形状変化部９の領域、及びその近傍の領域（縦壁部７ｃ等）にシワが発生する。

　このようなシワは、図３～図８に示す第２例～第７例のプレス成形品７であっても、同様に発生する。

　このようなシワの発生を抑制しようとすれば、構造部材の設計の自由度が低下する。素材とする高強度鋼板のプレス成形性に応じ、稜線部７ｂにおける形状変化部９の諸寸法が制約を受けるからである。

　プレス成形品におけるシワの発生防止を図る従来技術は、例えば、特開２０１０－１１５６７４号公報（特許文献１）及び特開２０１２－０２４８３７号公報（特許文献２）に開示される。

　特許文献１は、縦壁部及びフランジ部に凸凹形状のビードを付与する技術を開示する。ビードの付与により、曲げ成形の前後で素材の端部に生じる線長差が低減される。これにより、シワの発生が抑制される。

　特許文献２は、断面形状がハット形であり幅方向に屈曲したプレス成形品の製造を対象とし、プレス成形品における屈曲部の外側の縦壁部等に生じるシワを抑制する技術を開示する。この技術では、屈曲部の外側に限定して余肉部が設けられる。プレス加工の際、余肉部は、上下の金型によってプレス方向とは逆方向に折り曲げられるとともに、その金型間に挟み込まれる。これにより、屈曲部の外側に張力が与えられ、シワの発生が抑制される。

特開２０１０－１１５６７４号公報 特開２０１２－０２４８３７号公報

　特許文献１に開示された技術によれば、プレス成形品にビードの凹凸形状が現れる。そのため、その技術の適用は特殊なプレス成形品の製造に限られる。

　特許文献２に開示された技術は、上記した第１例～第７例のプレス成形品７全ての製造に適用できるわけではない。また、その技術によれば、余肉部が存在するため、歩留まりの低下は免れない。

　このように、従来技術では、引張強度が例えば４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板から、稜線部の一部に形状変化部を有するプレス成形品を成形する際に、形状変化部の領域及びその近傍の領域でのシワの発生を低減することができない。

　本発明の目的は、稜線部の一部に形状変化部を有する溝形断面又はハット形断面のプレス成形品を成形する際に、例えば高強度鋼板を素材として用いる場合であっても、形状変化部の領域及びその近傍の領域でシワの発生を低減することができるプレス成形品の製造方法、及びその製造装置を提供することである。

　（１）本発明の実施形態による製造方法は、素材からプレス成形品を製造するための方法である。
　前記プレス成形品は、天板部と、前記天板部の両端からそれぞれ伸びる縦壁部と、前記縦壁部と前記天板部との間にある稜線部と、を備え、前記稜線部の一部に形状変化部を有する。
　前記製造方法は、
　前記素材として金属板を準備する準備工程と、
　パンチ、並びに前記パンチと対になるパッド及びダイを用い、前記素材にプレス加工を施すプレス加工工程と、を含む。
　前記プレス加工工程は、
　前記パンチと前記パッドによって、前記天板部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域、前記各稜線部の領域のうちの少なくとも前記形状変化部の領域、及び前記各縦壁部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域であって前記縦壁部と前記稜線部との境界から所定高さまでの領域を成形する第１工程と、
　前記第１工程に続いて、前記パンチと前記パッドによって前記素材を挟み込んだままの状態で、前記パンチと前記ダイによって残りの領域を成形する第２工程と、を含む。

　上記（１）の製造方法において、前記所定高さが、前記縦壁部と前記稜線部との境界から２ｍｍ以上、前記縦壁部の全高さの半分以下であることが好ましい。

　上記（１）の製造方法は、下記の構成を採用することができる。
　前記第１工程では、前記パンチと前記パッドによって、前記天板部の全領域、前記各稜線部の全領域、及び前記各縦壁部の領域のうちで前記縦壁部と前記稜線部との境界から前記所定高さまでの領域を成形する。
　前記第２工程では、前記パンチと前記ダイによって、前記各縦壁部の領域のうちで前記所定高さを超える領域を成形する。

　上記（１）の製造方法は、下記の構成を採用することができる。
　前記稜線部の前記形状変化部が下記（ａ）～（ｆ）のうちの少なくとも一つである。
　（ａ）前記稜線部の高さが変化する、
　（ｂ）前記稜線部の断面における円弧長さが変化する、
　（ｃ）前記稜線部がねじれる、
　（ｄ）前記稜線部が幅方向に折れ曲がる、
　（ｅ）前記稜線部が幅方向に突出する又は窪む、
　（ｆ）前記稜線部の断面における曲率半径が変化する。

　（２）本発明の実施形態による製造装置は、素材からプレス成形品を製造するための装置である。
　前記プレス成形品は、天板部と、前記天板部の両端からそれぞれ伸びる縦壁部と、前記縦壁部と前記天板部との間にある稜線部と、を備え、前記稜線部の一部に形状変化部を有する。
　前記製造装置は、パンチ、並びに前記パンチと対になるパッド及びダイを備える。
　前記パンチは、前記天板部の領域に対応する先端面、前記各縦壁部の領域に対応する側面、及び前記各稜線部の領域に対応するパンチ肩部を有する。
　前記パッドは、前記天板部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域に対応する底面、前記各稜線部の領域のうちの少なくとも前記形状変化部の領域に対応する隅部、及び前記各縦壁部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域であって前記縦壁部と前記稜線部との境界から所定高さまでの領域に対応する内側面を有する。

　（３）本発明の実施形態によるプレス成形品の製造装置は、パンチと、パッドと、ダイと、を含む。
　パンチは、先端面、側面、及び前記先端面と前記側面の間に設けられたパンチ肩部を備える。前記パンチ肩部にはパンチの長手方向の一部に形状変化部が設けられる。
　パッドは、前記パンチの前記先端面に対向した底面、前記パンチの前記側面の一部に対向した内側面、及び前記底面と前記内側面の間に設けられ前記パンチ肩部に対向した隅部を備える。
　ダイは、前記パンチの前記側面の領域のうち、前記パッドの前記内側面と対向する領域を除く領域に対向した内側面を備える。

　上記（２）の製造装置において、前記所定高さが、前記縦壁部と前記稜線部との境界から２ｍｍ以上、前記縦壁部の全高さの半分以下であることが好ましい。

　上記（２）の製造装置は、下記の構成を採用することができる。
　前記パッドの前記底面が、前記天板部の全領域に対応する。前記パッドの前記各隅部が、前記各稜線部の全領域に対応する。前記パッドの前記各内側面が、前記各縦壁部の領域のうちで前記縦壁部と前記稜線部との境界から前記所定高さまでの領域に対応する。
　前記ダイは、前記各縦壁部の領域のうちで前記所定高さを超える領域に対応する内側面を有する。

　この製造装置の場合、下記の構成を採用することが好ましい。
　前記ダイが前記各縦壁部に対応して分割されている。
　前記製造装置は、前記パンチによる前記素材の前記パッドへの押し込みが完了した後に、前記各ダイを前記パンチの前記各側面に向けて移動させるダイ移動機構を備える。

　本発明によれば、稜線部の一部に形状変化部を有する溝形断面又はハット形断面のプレス成形品を成形する際に、例えば高強度鋼板を素材として用いる場合であっても、形状変化部の領域及びその近傍の領域でシワの発生を低減することができる。

図１は、一般的な曲げ成形を行うプレス成形装置の構成例を模式的に示す断面図である。 図２は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図３は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図４は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図５は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図６は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図７は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図８は、比較的複雑な形状を有するプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図９は、本発明の第１実施形態におけるプレス成形品を製造に用いられる製造装置の構成の一例を示す斜視図である。 図１０は、本発明の第１実施形態におけるプレス成形品を製造に用いられる製造装置の構成の一例を示す斜視図である。 図１１は、本発明の第１実施形態におけるプレス成形品を製造に用いられる製造装置の構成の一例を示す斜視図である。 図１２Ａは、第１実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形開始前の状態を示す。 図１２Ｂは、第１実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形初期の状態を示す。 図１２Ｃは、第１実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形完了時の状態を示す。 図１３Ａは、第２実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形開始前の状態を示す。 図１３Ｂは、第２実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形初期の状態を示す。 図１３Ｃは、第２実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形完了時の状態を示す。 図１４Ａは、第３実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形開始前の状態を示す。 図１４Ｂは、第３実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形初期の状態を示す。 図１４Ｃは、第３実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図であり、成形完了時の状態を示す。 図１５は、実施例の調査結果を示す図である。

　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記の知見を得た。

　パッド曲げ成形により、稜線部の一部に形状変化部を有する溝形断面又はハット形断面のプレス成形品を成形する場合、素材金属板のうちでプレス成形品の天板部に成形される領域は、終始、パンチとパッドによって拘束される。一方、稜線部に成形される領域、及び縦壁部に成形される領域は、天板部の領域がパンチとパッドによって拘束された後、ダイに対するパンチの押し込みに伴って順に加工される。そして、ダイに対するパンチの押し込みが下死点に到達した時点で、稜線部及び縦壁部の領域はパンチとダイによって拘束される。そうすると、形状変化部を含む稜線部をプレス加工する際、形状変化部の領域及びその近傍の領域に、周辺の領域から材料が集まり、過剰な肉余りが発生し易い。この過剰な肉余りが形状変化部の領域及びその近傍の領域でシワを引き起こす。

　このことから、形状変化部の領域及びその近傍の領域で過剰な肉余りを抑制すれば、シワの発生を低減することができるといえる。そのためには、パンチとパッドによってプレス加工の初期から拘束する領域（以下、「拘束領域」ともいう）を拡大すればよい。その拘束領域は、天板部の領域のみならず、シワが発生し易い形状変化部の領域、及び形状変化部に隣接する縦壁部の一部の領域である。これにより、プレス加工の際、形状変化部の領域及びその近傍の領域で肉余りが発生する余地がなくなり、シワの発生が低減される。

　本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

　［第１実施形態］
　図９～図１１は、本発明の第１実施形態におけるプレス成形品の製造に用いられる製造装置の構成の一例を示す斜視図である。図９～図１１に示す製造装置１０は、いずれもプレス成形装置である。図９に示すプレス成形装置１０は、前記図２に示すハット形断面の第１例のプレス成形品７を製造する装置である。図１０に示すプレス成形装置１０は、前記図３に示すハット形断面の第２例のプレス成形品７を製造する装置である。図１１に示すプレス成形装置１０は、前記図７に示すハット形断面の第６例のプレス成形品７を製造する装置である。

　図１２Ａ～図１２Ｃは、第１実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図である。これらの図のうち、図１２Ａは成形開始前の状態を示す。図１２Ｂは成形初期の状態を示す。図１２Ｃは成形完了時の状態を示す。これらの図は、形状変化部の領域の断面を示す。

　図９～図１２Ｃに示すように、プレス成形装置１０は、下型としてパンチ１１を備え、上型としてダイ１２及びパッド１３を備える。つまり、パンチ１１と、ダイ１２及びパッド１３と、が対を成す。なお、構成の理解を容易にするため、図９～図１１には、ダイ１２を一点鎖線で示す。

　パンチ１１は、上面１１ａ（先端面）、一対の側面１１ｂ、及び上面１１ａと側面１１ｂの間に設けられたパンチ肩部１１ｃを備える。パンチ肩部１１ｃは上面１１ａと側面１１ｂを繋ぐ部位である。その上面１１ａの形状は、プレス成形品７の天板部７ａの領域に対応する形状である。その側面１１ｂの形状は、プレス成形品７の縦壁部７ｃの領域に対応する形状である。そのパンチ肩部１１ｃの形状は、プレス成形品７の稜線部７ｂ（形状変化部９を含む）の領域に対応する形状である。パンチ肩部１１ｃには、パンチ１１の長手方向に一部に、形状変化部が設けられる。このパンチ肩部１１ｃの形状変化部の形状は、プレス成形品７の稜線部７ｂの一部に存在する形状変化部９の領域に対応する形状である。すなわち、パンチ肩部１１ｃは、パンチ１１の長手方向で断面形状が変化するか、そのパンチ肩部１１ｃの延在方向が曲がっている箇所を備える。

　パッド１３は、パンチ１１の上面１１ａに対向して配置される。パッド１３は、底面１３ａ、一対の内側面１３ｂ、及び隅部１３ｃを備える。隅部１３ｃは底面１３ａと内側面１３ｂとを繋ぐ部位である。その底面１３ａの形状は、プレス成形品７の天板部７ａの領域に対応する形状である。つまり、底面１３ａは、パンチ１１の上面１１ａと対向し、その形状は、パンチ１１の上面１１ａの形状にあわせた形状である。その隅部１３ｃの形状は、プレス成形品７の稜線部７ｂ（形状変化部９を含む）の領域に対応する形状である。つまり、隅部１３ｃは、パンチ肩部１１ｃと対向し、その形状は、パンチ肩部１１ｃの形状にあわせた形状である。ここでいう「あわせた形状」とは、素材金属板を挟んで対向する箇所の凹凸が反転した形状のことを意味する。その内側面１３ｂは、パンチ１１の側面１１ｂの一部に対向する。具体的には、内側面１３ｂの形状は、プレス成形品７の縦壁部７ｃの領域のうちで縦壁部７ｃと稜線部７ｂとの境界から所定高さｈまでの領域に対応する形状である（図１２Ｃ参照）。

　パッド１３は、スライドと一体で動作する上型ホルダに、加圧部材を介して支持される。加圧部材は、油圧シリンダ、ガスシリンダ、ばね、ゴム等であり、パッド１３に下向きの力（パンチ１１に向く力）を付与する。パッド１３は、加圧部材を介して支持される限り、上型ホルダと一体で動作するスライドに支持されてもよい。

　第１実施形態では、ダイ１２は２つに分割され、各ダイ１２はパッド１３の両側の外側にそれぞれ配置される。各ダイ１２は内側面１２ａを備える。その内側面１２ａの形状は、プレス成形品７の縦壁部７ｃの領域のうちで所定高さｈを超える領域に対応する形状である。つまり、内側面１２ａは、パンチ１１の側面１１ｂの領域のうち、パッド１３の内側面１３ｂと対向する領域を除く領域に対向する。各ダイ１２は、カム等のダイ移動機構を介して上型ホルダ又はスライドと連結される。ダイ移動機構は、パッド１３に対するパンチ１１の押し込みが下死点に達し、パンチ１１による金属板１４のパッド１３への押し込みが完了した後に、各ダイ１２をパンチ１１の各側面１１ｂに向けて斜め下方に移動させる（図１２Ｂの白抜き矢印参照）。

　このような第１実施形態のプレス成形装置１０を用いたプレス成形品７の製造方法は、以下の準備工程及びプレス加工工程を含む。

　［準備工程］
　図９～図１２Ａに示すように、素材として、金属板１４を準備する。金属板１４としては、例えば、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板を用いることができる。金属板１４は、５９０ＭＰａ級の高強度鋼板であってもよいし、９８０ＭＰａ級の高強度鋼板、更には１１８０ＭＰａ級の高強度鋼板であってもよい。また、金属板１４として、ステンレス鋼板、アルミニウム板、銅板等を用いることもできる。

　［プレス加工工程］
　図９～図１２Ｃに示すように、プレス加工工程では、プレス成形装置１０を用いて金属板１４に曲げ成形によるプレス加工を施し、プレス成形品７を製造する。以下に、プレス加工工程での状況を具体的に説明する。

　図１２Ａに示すように、パンチ１１の上に金属板１４を載置した後、スライドを下降させる。これにより、パッド１３及びダイ１２が下降する。すると、パンチ１１による金属板１４のパッド１３への押し込みが開始し、金属板１４の曲げ成形が始まる。

　更にスライドの下降を継続すると、パッド１３に対するパンチ１１の押し込みが下死点に到達し、パンチ１１とパッド１３による加工が完了する。これにより、図１２Ｂに示すように、天板部７ａの全域が成形される。これと合わせて、形状変化部９を含む稜線部７ｂの全域が形成される。更に、各縦壁部７ｃの領域のうちで所定高さｈまでの領域が成形される。

　このようにパンチ１１とパッド１３による加工が完了した後、引き続き、パンチ１１とパッド１３によって金属板１４を挟み込んで拘束したままの状態で、スライドの下降を下死点まで継続する。すると、各ダイ１２は、ダイ移動機構によって、互いに狭まるようにパンチ１１の各側面１１ｂに向けて斜め下方に移動する（図１２Ｂの白抜き矢印参照）。これにより、パンチ１１とダイ１２による加工が始まり、各縦壁部７ｃの領域のうちで所定高さｈを超える領域が成形される（図１２Ｃ参照）。つまり、パンチ１１とダイ１２によって残りの領域が成形される。なお、本実施形態では、縦壁部７ｃにつながるフランジ部７ｄも、パンチ１１とダイ１２によって成形される。このようにしてプレス成形品７が得られる。

　このようなプレス成形装置１０を用いたプレス加工工程によれば、シワが発生し易い形状変化部９の領域、及び形状変化部９に隣接する縦壁部７ｃの一部の領域が、パンチ１１とパッド１３によって加工の初期から拘束される。そのため、プレス加工の際、形状変化部９の領域及びその近傍の領域で肉余りが発生する余地がなくなる。その結果、高強度鋼板を素材として用いる場合であっても、形状変化部９の領域及びその近傍の領域でシワの発生を低減することができる。したがって、比較的複雑な形状を有するプレス成形品を製造する場合、高強度化を推進することが可能となり、設計の自由度を高めることも可能となる。

　上記のとおり、形状変化部９に隣接する各縦壁部７ｃの領域は、先ずパッド１３とパンチ１１によって所定高さｈまでの領域が成形され、その後にダイ１２とパンチ１１によって残りの領域が成形される。その所定高さｈは、縦壁部７ｃと稜線部７ｂとの境界から２ｍｍ以上、縦壁部７ｃの全高さＨの半分（Ｈ／２）以下であることが好ましい。その理由は、以下のとおりである。所定高さｈが縦壁部７ｃと稜線部７ｂとの境界から２ｍｍ未満である場合、後のダイ１２とパンチ１１による加工の際に、縦壁部７ｃの加工領域が広範になり、シワが発生する傾向になる。一方、所定高さｈが縦壁部７ｃの全高さＨの半分を超えると、先のパッド１３とパンチ１１による加工の際に、縦壁部７ｃの加工領域が広範になり、この場合もシワが発生する傾向になる。ただし、所定高さｈの下限は、好ましくは３ｍｍとし、より好ましくは５ｍｍとする。一方、所定高さｈの上限は、好ましくは４０ｍｍとし、より好ましくは２０ｍｍとする。

　第１実施形態で製造対象とするプレス成形品７は、前記図２、図３及び図７に示すハット形断面の第１例、第２例及び第６例のプレス成形品７に限定されない。つまり、プレス成形品７は、稜線部７ｂの一部に形状変化部９を有する限り、前記図４～図６、及び図８に示す第３例～第５例、及び第７例のプレス成形品７であっても構わない。要するに、プレス成形品７の稜線部７ｂの形状変化部９が下記（ａ）～（ｆ）のうちの少なくとも一つである。
　（ａ）稜線部の高さが変化する、
　（ｂ）稜線部の断面における円弧長さが変化する、
　（ｃ）稜線部がねじれる、
　（ｄ）稜線部が幅方向に折れ曲がる、
　（ｅ）稜線部が幅方向に突出する又は窪む、
　（ｆ）稜線部の断面における曲率半径が変化する。

　なお、前記図２に示す第１例のプレス成形品７では、形状変化部９の領域及びその近傍の領域に割れも発生し易い。第１実施形態によれば、そのような割れも抑制することができる。

　また、プレス成形品の一対の稜線部は平行でなくても構わない。例えば、一対の稜線部が端で交わっていても構わない。また、プレス成形品の断面形状は、フランジ部を有さない溝形であっても構わない。

　［第２実施形態］
　図１３Ａ～図１３Ｃは、第２実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図である。これらの図のうち、図１３Ａは成形開始前の状態を示す。図１３Ｂは成形初期の状態を示す。図１３Ｃは成形完了時の状態を示す。これらの図は、図１２Ａ～図１２Ｃと同様に、形状変化部の領域の断面を示す。

　第２実施形態は上記の第１実施形態を基本とし、その一部を変形したものである。第２実施形態では、パッド１３の内側面１３ｂの高さが、上記第１実施形態と比較して高い。各ダイ１２は、パッド１３の両側に隣接してそれぞれ配置され、上型ホルダに直接固定される。つまり、格別なダイ移動機構は設けられない。なお、第２実施形態の場合、ダイ１２は２つに分割されずに一体であっても構わない。

　上記の第１実施形態と同様に、第２実施形態のプレス加工工程では、上型ホルダの下降に伴って、先ずパンチ１１とパッド１３による加工が完了する（図１３Ｂ参照）。そして、引き続き上型ホルダの下降を継続する。すると、各ダイ１２はそのまま下降し、下死点に到達する（図１３Ｂの白抜き矢印参照）。これにより、パンチ１１とダイ１２によって、各縦壁部７ｃの領域のうちで所定高さｈを超える領域が成形される（図１３Ｃ参照）。このようにしてプレス成形品７が得られる。

　第２実施形態のプレス加工工程によっても、上記の第１実施形態と同様に、形状変化部９の領域及びその近傍の領域でシワの発生を低減することができる。また、第２実施形態では格別なダイ移動機構を設ける必要がない。そのため、装置構成が簡素である。

　［第３実施形態］
　図１４Ａ～図１４Ｃは、第３実施形態の製造装置によるプレス加工工程の状況を示す図である。これらの図のうち、図１４Ａは成形開始前の状態を示す。図１４Ｂは成形初期の状態を示す。図１４Ｃは成形完了時の状態を示す。これらの図は、図１２Ａ～図１２Ｃ、及び図１３Ａ～図１３Ｃと同様に、形状変化部の領域の断面を示す。

　第３実施形態は上記の第２実施形態を基本とし、その一部を変形したものである。上記の第２実施形態では、ダイ１２とパンチ１１による縦壁部７ｃの実質的な加工領域は、縦壁部７ｃの先端部（下端部）であり、著しく狭い。そのため、形状を微調整するためのリストライク工程の追加が必要となるかもしれない。第３実施形態はそのような第２実施形態の不都合（工程の増加）を改良するものである。

　第３実施形態の各ダイ１２はパンチ１１の両側の外側にそれぞれ配置される。各ダイ１２は、カム等のダイ移動機構を介して下型ホルダ又はボルスタと連結される。また、各ダイ１２は、上記の第１実施形態と同様に、カム等のダイ移動機構を介して上型ホルダ又はスライドと連結されても構わない。ただし、第３実施形態のダイ移動機構は、パッド１３に対するパンチ１１の押し込みが下死点に達し、パンチ１１による金属板１４のパッド１３への押し込みが完了した後に、各ダイ１２をパンチ１１の各側面１１ｂに向けて水平に移動させる（図１４Ｂの白抜き矢印参照）。

　上記の第１実施形態と同様に、第３実施形態のプレス加工工程では、上型ホルダの下降に伴って、先ずパンチ１１とパッド１３による加工が完了する（図１４Ｂ参照）。そして、引き続き上型ホルダの下降を下死点まで継続する。すると、各ダイ１２は、ダイ移動機構によって、互いに狭まるようにパンチ１１の各側面１１ｂに向けて水平に移動する（図１４Ｂの白抜き矢印参照）。これにより、パンチ１１とダイ１２によって、各縦壁部７ｃの領域のうちで所定高さｈを超える領域が成形される（図１４Ｃ参照）。このようにしてプレス成形品７が得られる。

　第３実施形態のプレス加工工程によっても、上記の第１及び第２実施形態と同様に、形状変化部９の領域及びその近傍の領域でシワの発生を低減することができる。また、第３実施形態では、ダイ１２とパンチ１１による縦壁部７ｃの実質的な加工領域が広いため、第２実施形態で起こり得るリストライク工程の追加を抑制できる。

　その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記の実施形態のプレス成形装置では、下型としてパンチを備え、上型としてダイ及びパッドを備えた構成であるが、上下の金型の配置が上下で反転した構成であっても構わない。

　また、パンチとパッドによる天板部の拘束領域は、天板部の領域のうちで少なくとも形状変化部に隣接する領域であればよい。パンチとパッドによる稜線部の拘束領域は、各稜線部の領域のうちの少なくとも形状変化部の領域であればよい。パンチとパッドによる縦壁部の拘束領域は、各縦壁部の領域のうちで少なくとも形状変化部に隣接する領域であって所定高さｈまでの領域であればよい。例えば、天板部の領域のうちで形状変化部に隣接しない領域は、パッドによって成形されてもよいし、別個のパッドによって成形されてもよい。稜線部の領域のうちで形状変化部を除く領域は、パッドによって成形されてもよいし、ダイによって成形されてもよい。縦壁部の領域のうちで形状変化部に隣接しない領域は、パッドによって成形されてもよいし、ダイによって成形されてもよい。

　前記図３に示す第２例のプレス成形品７を製造する場合のシワの発生度合いを調査した。本発明例として、前記図１２Ａ～図１２Ｃに示す第１実施形態によるプレス加工を想定し、ＦＥＭ解析を行った。比較例として、前記図１に示すパッド曲げ成形を想定し、ＦＥＭ解析を行った。いずれの解析でも、素材として、板厚が１．２ｍｍで引張強度が５９０ＭＰａ級のＤＰ鋼を用いた。そして、本発明例及び比較例のいずれでも、シワの発生が懸念される形状変化部における板厚増加率を算出した。板厚増加率が大きいほど、肉余りが大きく、シワが発生し易いことを意味する。

　ここでいう板厚増加率Ａは、下記の式（１）で表わされる。
　Ａ＝（ｔ１－ｔ０）／ｔ０×１００［％］　…（１）
　式（１）中、ｔ０はプレス加工前の板厚を示し、ｔ１はプレス加工後の板厚を示す。

　図１５は、実施例の調査結果を示す図である。図１５に示すように、比較例では、形状変化部での板厚増加率が１５％を超え、シワの発生が予測された。これに対し、本発明例では、形状変化部での板厚増加率が４％程度に抑えられ、シワが発生しないレベルであった。

　　７：プレス成形品、　　７ａ：天板部、　　７ｂ：稜線部、
　　７ｃ：縦壁部、　　７ｄ：フランジ部、
　　８：段差部、　　９：形状変化部、
　　１０：プレス成形装置、
　　１１：パンチ、　　１１ａ：先端面、　　１１ｂ：側面、
　　１１ｃ：パンチ肩部、
　　１３：パッド、　　１３ａ：底面、　　１３ｂ：内側面、
　　１３ｃ：隅部、
　　１２：ダイ、　　１２ａ：内側面、
　　１４：素材（金属板）
 

Claims (9)

1. 　素材からプレス成形品を製造するための方法であって、
   　前記プレス成形品は、天板部と、前記天板部の両端からそれぞれ伸びる縦壁部と、前記縦壁部と前記天板部との間にある稜線部と、を備え、前記稜線部の一部に形状変化部を有し、
   　前記製造方法は、
   　前記素材として金属板を準備する準備工程と、
   　パンチ、並びに前記パンチと対になるパッド及びダイを用い、前記素材にプレス加工を施すプレス加工工程と、を含み、
   　前記プレス加工工程は、
   　前記パンチと前記パッドによって、前記天板部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域、前記各稜線部の領域のうちの少なくとも前記形状変化部の領域、及び前記各縦壁部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域であって前記縦壁部と前記稜線部との境界から所定高さまでの領域を成形する第１工程と、
   　前記第１工程に続いて、前記パンチと前記パッドによって前記素材を挟み込んだままの状態で、前記パンチと前記ダイによって残りの領域を成形する第２工程と、を含む、プレス成形品の製造方法。
2. 　請求項１に記載のプレス成形品の製造方法であって、
   　前記所定高さが、前記縦壁部と前記稜線部との境界から２ｍｍ以上、前記縦壁部の全高さの半分以下である、プレス成形品の製造方法。
3. 　請求項１又は請求項２に記載のプレス成形品の製造方法であって、
   　前記第１工程では、前記パンチと前記パッドによって、前記天板部の全領域、前記各稜線部の全領域、及び前記各縦壁部の領域のうちで前記縦壁部と前記稜線部との境界から前記所定高さまでの領域を成形し、
   　前記第２工程では、前記パンチと前記ダイによって、前記各縦壁部の領域のうちで前記所定高さを超える領域を成形する、プレス成形品の製造方法。
4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
   　前記稜線部の前記形状変化部が下記（ａ）～（ｆ）のうちの少なくとも一つである、プレス成形品の製造方法。
   　（ａ）前記稜線部の高さが変化する、
   　（ｂ）前記稜線部の断面における円弧長さが変化する、
   　（ｃ）前記稜線部がねじれる、
   　（ｄ）前記稜線部が幅方向に折れ曲がる、
   　（ｅ）前記稜線部が幅方向に突出する又は窪む、
   　（ｆ）前記稜線部の断面における曲率半径が変化する。
5. 　素材からプレス成形品を製造するための装置であって、
   　前記プレス成形品は、天板部と、前記天板部の両端からそれぞれ伸びる縦壁部と、前記縦壁部と前記天板部との間にある稜線部と、を備え、前記稜線部の一部に形状変化部を有し、
   　前記製造装置は、パンチ、並びに前記パンチと対になるパッド及びダイを備え、
   　前記パンチは、前記天板部の領域に対応する先端面、前記各縦壁部の領域に対応する側面、及び前記各稜線部の領域に対応するパンチ肩部を有し、
   　前記パッドは、前記天板部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域に対応する底面、前記各稜線部の領域のうちの少なくとも前記形状変化部の領域に対応する隅部、及び前記各縦壁部の領域のうちで少なくとも前記形状変化部に隣接する領域であって前記縦壁部と前記稜線部との境界から所定高さまでの領域に対応する内側面を有する、プレス成形品の製造装置。
6. 　先端面、側面、及び前記先端面と前記側面の間に設けられたパンチ肩部を備えるパンチであって、前記パンチ肩部にはパンチの長手方向の一部に形状変化部が設けられたパンチと、
   　前記パンチの前記先端面に対向した底面、前記パンチの前記側面の一部に対向した内側面、及び前記底面と前記内側面の間に設けられ前記パンチ肩部に対向した隅部を備えるパッドと、
   　前記パンチの前記側面の領域のうち、前記パッドの前記内側面と対向する領域を除く領域に対向した内側面を備えるダイと、を含む、プレス成形品の製造装置。
7. 　請求項５に記載のプレス成形品の製造装置であって、
   　前記所定高さが、前記縦壁部と前記稜線部との境界から２ｍｍ以上、前記縦壁部の全高さの半分以下である、プレス成形品の製造装置。
8. 　請求項５又は請求項７に記載のプレス成形品の製造装置であって、
   　前記パッドの前記底面が前記天板部の全領域に対応し、前記パッドの前記各隅部が前記各稜線部の全領域に対応し、前記パッドの前記各内側面が前記各縦壁部の領域のうちで前記縦壁部と前記稜線部との境界から前記所定高さまでの領域に対応し、
   　前記ダイは、前記各縦壁部の領域のうちで前記所定高さを超える領域に対応する内側面を有する、プレス成形品の製造装置。
9. 　請求項８に記載のプレス成形品の製造装置であって、
   　前記ダイが前記各縦壁部に対応して分割されており、
   　前記製造装置は、前記パンチによる前記素材の前記パッドへの押し込みが完了した後に、前記各ダイを前記パンチの前記各側面に向けて移動させるダイ移動機構を備える、プレス成形品の製造装置。
    

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