(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚の異なる部位を有する円筒状部材をプレス成形するプレス成形装置であって、
素材へのプレス力の作用によって縮径される素材先端の移動に制限を加えることでプレス方向と交差する方向へ素材の一部を増厚するものにおいて、
プレス方向と交差するように傾斜した空間を素材先端が進むことにより、素材先端の移動に制限が加えられて、該傾斜した空間において素材が増厚されると共に、
増厚される部位の素材側面と常時接触する可動金型を備え、
該可動金型によりその増厚を抑制する方向に素材を所定圧力で押圧しながら、素材の一部を増厚して肉厚の異なる部位を有する円筒状部材をプレス成形することを特徴とするプレス成形装置。
【請求項２】
前記可動金型は、前記傾斜した空間に臨み、素材の増厚を抑制する方向に素材を所定圧力で押圧するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
【請求項３】
前記可動金型は、円筒状の素材の中心軸に沿って配設され、スライドに対して可動に支持されたマンドレルであることを特徴とする請求項２に記載のプレス成形装置。
【請求項４】
前記円筒状部材は、フランジ部付きボス部を有する部材であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載のプレス成形装置。
【請求項５】
肉厚の異なる部位を有する円筒状部材のプレス成形方法であって、
素材へのプレス力の作用によって縮径される素材先端の移動に制限を加えることでプレス方向と交差する方向へ素材の一部を増厚する際に、プレス方向と交差するように傾斜した空間を素材先端が進むことにより、素材先端の移動に制限が加えられて、該傾斜した空間において素材が増厚されると共に、増厚される部位の素材側面と常時接触する可動金型を用いてその増厚を抑制する方向に素材を所定圧力で押圧しながら、素材の一部を増厚して肉厚の異なる部位を有する円筒状部材をプレス成形することを特徴とするプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形技術に関する。より詳しくは、板材若しくはパイプ状素材をプレス成形し、肉厚の異なる成形品を得るプレス成形方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
設計上、部分的に肉厚の異なる製品は数多くあり、これらをプレス成形にて得ようとする試みも、これまで数多く行われて来ている。
このような部分的に肉厚の異なる部品のプレス成形方法の従来例を、以下に示す。
【０００３】
（１）特許文献１には、中間素材（特許文献１の図３（ａ）の形状）の一部を成形初期より、下マンドレル（特許文献１の図４の符号２８参照）と上ストリッパ（同図４の符号４３参照）を夫々接触させ、かつ、両者とも可動とすることで素材の座屈等の成形欠陥が発生することを抑制しながら、この状態で中間素材（特許文献１の図５の符号１７参照）端面を押し込むことで円筒部（ボス部）を、フランジ部に対して、テーパ状に板厚増加させる方法が記載されている。
【０００４】
（２）また、特許文献１に記載の方法と同様、フランジ付ボスのボス部を増肉させる成形方法の他の一例として、中間素材の外径、又は、内径側を金型にて拘束し、ボス部を増肉させて製品を得るといった方法もある。
【０００５】
（３）特許文献２には、フランジ付ボスのボス部（或いは外周縦壁部）を増肉させる成形方法で、中間素材としてボス部（或いは外周縦壁部））がテーパ状（特許文献２の図２の符号１ｃ等参照）となっており、この部分の一部を成形初期より、下マンドレル（同図の符号６等参照）と上ストリッパ（同図の符号４等参照）を夫々接触させ、かつ、両者とも可動とすることで、素材の座屈等の成形欠陥が発生することを抑制しつつ、この状態で中間素材の端面を押し込むことでボス部（或いは外周縦壁部）をテーパ状に板厚増加させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４２８６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２４８０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来の成形方法では、以下のようなおそれがある。
すなわち、上記（１）で説明した特許文献１に記載の成形方法においては、素材端面をフランジ面に対して垂直方向に押すため、図１１に示すように、成形初期段階において、増肉させるボス部には、中間素材と金型との間に空間ができることになる。このような空間のある状態で成形を進行させると、成形条件によっては、この空間部分に材料が逃げ易くなって座屈等が発生するおそれがあるため、材料の重なり等の欠陥（皺や段差など）（図１３等参照）が発生してしまうおそれがある。このようなおそれのない良好な成形を実現するためには、成形条件がある限られた狭い範囲に限定されるおそれがある。
【０００８】
また、このような空間に材料が逃げることができる状態での成形は、その材料の逃げ度合いがその都度異なるおそれがあるため、均一で安定した管理が困難であり、均一で安定して高品質な製品を得ることが難しいといった実情もある。
【０００９】
上記（２）で説明した成形方法は、上述した（１）項と同様の問題がある。ただし、より一層座屈等が発生し易いため、成形条件がより狭められることになる。
【００１０】
上記（３）で説明した特許文献２に記載の成形方法においては、特許文献２の図２に示されるように、中間素材の素材端面がフランジ部に対して垂直ではないため、この斜めの端面を押す際、金型と中間素材の端面は線当りとなり端面に潰れなどが生じ易く、端部を切削や切断などする後加工が必要になるなどのおそれがある。
【００１１】
また、かかる成形方法では、図１２に示すように、成形初期に金型と中間素材に空間ができるため、欠陥なく成形するためには、上記（１）や（２）と同様に、成形条件が狭く、増肉可能な製品サイズは限られてしまうおそれがある。
【００１２】
更に、上記（１）や（２）と同様に、空間への材料の逃げ度合いがその都度異なるおそれがあるため、均一で安定して高品質な製品を得ることが難しいといった実情もある。
【００１３】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ低コストな構成でありながら、プレス成形により肉厚の異なる部位を有する成形品を成形する場合であっても、座屈やカーリング等を発生させることなく、均一で安定して高品質な製品を得ることができるプレス成形方法及び装置を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このため、本発明は、
肉厚の異なる部位を有する円筒状部材をプレス成形するプレス成形装置であって、
素材へのプレス力の作用によって縮径される素材先端の移動に制限を加えることでプレス方向と交差する方向へ素材の一部を増厚するものにおいて、
プレス方向と交差するように傾斜した空間を素材先端が進むことにより、素材先端の移動に制限が加えられて、該傾斜した空間において素材が増厚されると共に、
増厚される部位の素材側面と常時接触する可動金型を備え、
該可動金型によりその増厚を抑制する方向に素材を所定圧力で押圧しながら、素材の一部を増厚して肉厚の異なる部位を有する円筒状部材をプレス成形することを特徴とする。
【００１６】
本発明において、前記可動金型は、前記傾斜した空間に臨み、素材の増厚を抑制する方向に素材を所定圧力で押圧するように構成されたことを特徴とすることができる。
【００１７】
本発明において、前記可動金型は、円筒状の素材の中心軸に沿って配設されスライドに対して可動に支持されたマンドレルであることを特徴とすることができる。
【００１８】
本発明において、前記円筒状部材は、フランジ部付きボス部を有する部材であることを特徴とすることができる。
【００１９】
また、本発明は、
肉厚の異なる部位を有する円筒状部材のプレス成形方法であって、
素材へのプレス力の作用によって縮径される素材先端の移動に制限を加えることでプレス方向と交差する方向へ素材の一部を増厚する際に、プレス方向と交差するように傾斜した空間を素材先端が進むことにより、素材先端の移動に制限が加えられて、該傾斜した空間において素材が増厚されると共に、増厚される部位の素材側面と常時接触する可動金型を用いてその増厚を抑制する方向に素材を所定圧力で押圧しながら、素材の一部を増厚して肉厚の異なる部位を有する円筒状部材をプレス成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、プレス成形により肉厚の異なる部位を有する成形品を成形する場合であっても、座屈やカーリング等を発生させることなく、均一で安定して高品質な製品を得ることができるプレス成形方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法及び装置を説明する工程図である。
【図２】図１の（ａ）工程を拡大して示すプレス成形部分を装置正面から見た断面図である。
【図３】図１の（ｂ、ｃ）工程を拡大して示すプレス成形部分を装置正面から見た断面図である。
【図４】図１の（ｄ１）工程を拡大して示すプレス成形部分を装置正面から見た断面図である。
【図５】図１の（ｄ２）工程を拡大して示すプレス成形部分を装置正面から見た断面図である。
【図６】図１の（ｅ）工程を拡大して示すプレス成形部分を装置正面から見た断面図である。
【図７】図１の（ｆ）工程を拡大して示すプレス成形部分を装置正面から見た断面図である。
【図８】（Ａ）は同上実施の形態に係るプレス成形方法及び装置により成形可能な製品の一例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の下面図である。
【図９】（Ａ）は同上実施の形態に係るプレス成形方法及び装置により成形可能な製品の他の一例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の下面図である。
【図１０】素材の先端の進行を金型（ノックアウトブロックなど）等で規制することで素材の板厚方向へ増厚しようとする力を生じさせる成形例の他の一例を説明する装置正面方向から見た断面図である。
【図１１】従来のプレス成形方法の一例（引用文献１）における素材と金型との間の空間等について説明する装置正面方向から見た断面図である。
【図１２】従来のプレス成形方法の他の一例（引用文献２）における素材と金型との間の空間等について説明する装置正面方向から見た断面図である。
【図１３】プレス成形においてカーリングや座屈等により生じる重なりや皺等について説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法及び装置について、添付の図面に従って説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００２３】
ここで、肉厚の異なる部位を有する成形品に関して行われてきたこれまでの増肉（増厚）成形は、素材と金型間の空間を少なくしようとしているが、空間を完全に埋めることができないため、成形限界があった。
【００２４】
本発明者は、成形初期より素材と金型を接触させることが可能な増肉（増厚）成形方法を見い出し、これによって成形限界を高め、肉厚の異なる部位を有する成形品を成形する場合であっても良好で高品質な製品を得ることができるプレス成形方法及び装置を考案した。
【００２５】
図１〜図７に、本実施の形態に係るフランジ部付ボス部を有する製品の成形例を示す。
この図１〜図７に従って、本実施の形態に係る成形方法及び装置の成形過程を説明する。なお、図２〜図７は、図１の各図を拡大して示した図である。
【００２６】
図１〜図７に示す符号１〜７の各金型の名称は、符号１は素材、符号２は上マンドレル、符号３は上ストリッパ、符号４は上パンチ、符号５は下ダイス、符号６は下カウンターパンチ、符号７はノックアウトブロックである。
【００２７】
本実施の形態に係る成形方法及び装置は、
まず、ステップ１にて、図１の（ａ）（図２が対応）の素材セット状態に示すように、下ダイス５に素材１をセットする。ここでの素材１は、同一肉厚のフランジ部１Ａとボス部１Ｂを有する部材を一例としている。
【００２８】
なお、図１の（ａ）（図２）に示すように、金型である上マンドレル２、上ストリッパ３、下ダイス５は、クッション力発生部８、９、１０により、夫々可動式で支持される構成となっている。
【００２９】
次に、ステップ２では、図１の（ａ）（図２）の素材セット状態から、図１の（ｂ、ｃ）（図３が対応）に示すように、スライドに取り付けられた上パンチ４の下降と共に、スライド側に取り付けられた金型である上マンドレル２、上ストリッパ３が下降し、上ストリッパ３が素材１のフランジ部１Ａに接触する。
【００３０】
続く、ステップ３では、スライドの下降は進行するが、「上ストリッパ３のクッション力」（クッション力発生部８によるクッション力）＜「下ダイス５のクッション力」（クッション力発生部９によるクッション力）であるため、上ストリッパ３はその位置で留まる一方、上マンドレル２は下降を続け、上マンドレル２とノックアウトブロック（金型）７が接触するようになる（図１の（ｂ、ｃ）或いは図３参照）。
【００３１】
ステップ４では、図１の（ｄ１）（図４が対応）に示すように、上ストリッパ３と上パンチ（金型）４が接触すると、これら２つの上ストリッパ３と上パンチ４が一体的となって、素材１のフランジ部１Ａを押し始める。
【００３２】
ステップ５では、図１の（ｄ２）（図５が対応）に示すように、クッション力発生部９が収縮され、素材１のボス部１Ｂの先端１Ｃは延伸されて図中下方へ進み、金型である下カウンターパンチ６によって縮径（径方向へ収縮）され始める。このとき、素材１の各部（フランジ部１Ａ、素材１のボス部１Ｂの両側面）は、それぞれ対面している金型と接触した状態であるため、素材１には成形による座屈等の不具合は発生しない。
【００３３】
すなわち、素材１のボス部１Ｂの先端１Ｃの進行方向（テーパ状の空間）以外には空間がないため、素材１が加圧されたときに、従来のように素材１の材料が不必要な空間方向へ進行して変形する（逃げる或いは先端１Ｃがカーリングする）ような現象の発生が抑制され、素材１に座屈等が発生し不具合が生じるようなおそれが抑制される。
【００３４】
ステップ６では、図１の（ｅ）（図６が対応）に示すように、ステップ５でのボス部１Ｂの縮径により、素材１のボス部１Ｂの先端１Ｃの金型（上マンドレル２と下カウンターパンチ６の隙間（テーパ状の空間））内での進みに対する抵抗が増え、素材１のボス部１Ｂには板厚方向へ増厚しようとする力が生じるようになる。
【００３５】
これにより、素材１のボス部１Ｂの先端１Ｃのカーリング等を抑制していたクッション力発生部１０による上マンドレル２のクッション力に抗して上マンドレル２が図上方に移動され、素材１のボス部１Ｂには板厚方向へ増肉（増厚）が発生する。この増肉量（増厚量）は、クッション力発生部１０による上マンドレル２のクッション力、及び、下カウンターパンチ６のテーパ角度等により決定される。
なお、上マンドレル２の図上方への移動ストロークは、ストッパ等によって、所望の板厚が得られるようにある値に規制されるような構成とすることができる。これにより、ばらつきが少なく正確で安定した増肉（増厚）が達成できるように管理することができる。
【００３６】
その後、素材１のボス部１Ｂの先端１Ｃがノックアウトブロック７に当接し、その先端１Ｃの下方への進行が規制されつつ、クッション力発生部１０によるクッション力に抗して上マンドレル２が図上方に移動されることで、素材１のボス部１Ｂは所望の板厚に成形されることになる。
【００３７】
そして、ステップ７では、図１の（ｆ）（図７が対応）に示すように、プレス機械は下死点に到り、スライドの下降が終った時点で成形が完了となる。
【００３８】
このように、本実施の形態に係るプレス成形方法及び装置によれば、素材１と板厚方向において当接する金型の一部（上マンドレル２）が、素材１の不必要な方向への逃げ（カーリングや座屈等）の発生を抑制すべく素材１を板厚方向に所定のクッション力（油圧力等による流体圧、或いはスプリング等による弾性力など）で押圧する一方で、この金型（上マンドレル２）が素材１の板厚方向への増厚力の増加に応じて前記所定のクッション力に抗して板厚増加方向に移動されることで、素材１の不必要な方向への逃げ（カーリングや座屈等）の発生を抑制しながら、素材１の板厚を所望に増厚させることができる。
【００３９】
従って、本実施の形態に係るプレス成形方法及び装置によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、プレス成形により肉厚の異なる部位を有する成形品を成形する場合であっても、座屈やカーリング等を発生させることなく、均一で安定して高品質な製品を得ることができる。
【００４０】
上述した本実施の形態によるプレス成形方法及び装置では、フランジ部１Ａを有する素材１を用いた場合について説明したが、本実施の形態のボス部１Ｂのように、成形する部分の素材が円筒状（パイプ状）であれば、本発明に係るプレス成形方法及び装置を適用することが可能である。すなわち、フランジ部の無い筒状（パイプ状）の素材を用いた成形に対しても本発明のプレス成形方法及び装置は適用可能である。
【００４１】
ただし、フランジ部が無い場合、成形の際に、素材の板厚に応じたリングパンチが必要となることから、肉厚の薄いパイプ素材の場合には、成形限界は金型の強度に依存することとなる。
【００４２】
また、本実施の形態に係るプレス成形方法及び装置により成形した後、テーパ部１Ｄ（図７等）をフランジ部１Ｂと略平行となるように曲げ成形すれば、図８に示すような、穴１０４が開口された底部１０３を有するボス部１０２（穴付き有底ボス部）を持ったフランジ付き製品１００の成形をプレス機械により行うことができることになる。符号１０１は、フランジ部である。
【００４３】
また、他にも、図９に示すように、後成形で、ボス部２０２に段部２０３を設け、さらに、フランジ部２０１に、しごき成形によりボス部２０２へ続く円筒部２０４を加えることで、ボス部２０２の肉厚を変化させた製品２００を得ることができる。
【００４４】
このように、本実施の形態に係るプレス成形方法及び装置によれば、成形初期より素材と金型とを接触させることができるため、従来の成形における素材の座屈等の不具合等を回避しながら、素材のバラツキによる成形不良等が発生しない高品質で安定した増肉（増厚）成形が可能となる。また、後工程を追加することで、製品の肉厚変化の自由度を高めることが可能となる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、上マンドレル２と下カウンターパンチ６により画成されるテーパ部を素材１（先端１Ｃ）が通過する際にその抵抗が大きくなることを利用して、このテーパ部により素材１の先端１Ｃの移動を規制して、素材１のボス部１Ｂに板厚方向へ増厚（増肉）しようとする力を生じさせると共に、更にその後において素材１の先端１Ｃがノックアウトブロック７と当接することで素材１の先端１Ｃの移動を規制して、素材１のボス部１Ｂに板厚方向へ増厚（増肉）しようとする力を生じさせる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４６】
すなわち、図１０に示すように、素材１の先端１Ｃの進行を金型（ノックアウトブロックなど）等で規制することで、素材１の底部に板厚方向へ増厚しようとする力を生じさせるような成形の場合にも本発明に係るプレス成形方法及び装置は適用可能で、かかる場合には、可動金型を図下方へ所定押圧力で付勢しつつ上下動可能な可動金型とすることができる。なお、可動金型の図上方への移動ストロークは、ストッパ等によって、所望の板厚が得られるようにある値に規制されるような構成とすることができる。これにより、ばらつきが少なく正確で安定して素材の一部を増肉（増厚）させることができるように管理することができる。
【００４７】
以上で説明した本発明に係る実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、簡単かつ低コストな構成でありながら、プレス成形により肉厚の異なる部位を有する成形品を成形する場合であっても、座屈やカーリング等を発生させることなく、均一で安定して高品質な製品を得ることができる成形方法を提供することができ、プレス成形技術の分野において有益である。
【符号の説明】
【００４９】
１      素材
１Ａ    フランジ部
１Ｂ    ボス部１Ｂ
１Ｃ    先端
１Ｄ    テーパ部
２      上マンドレル
３      上ストリッパ
４      上パンチ
５      下ダイス
６      下カウンターパンチ
７      ノックアウトブロック
８      クッション力発生部（上ストリッパ３のクッション力用）
９      クッション力発生部（下ダイス５のクッション力用）
１０    クッション力発生部（上マンドレル２のクッション力用）
１００    製品
１０１    フランジ部
１０２    ボス部
１０３    底部
１０４    穴
２００    製品
２０１    フランジ部
２０２    ボス部
２０３    段部
２０４    しごき成形による円筒部
【図１】
0005586514.tif 000002
【図２】
0005586514.tif 000003
【図３】
0005586514.tif 000004
【図４】
0005586514.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005586514.tif 000009
【図９】
0005586514.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005586514.tif 000012
【図１２】
0005586514.tif 000013
【図１３】
0005586514.tif 000014