(57)【要約】【課題】  湾曲状ハット形チャンネル部材や湾曲状Ｕ形チャンネル部材の成形に際し、ねじれの生じ難い成形方法を提供する。【解決手段】  横壁部１１の両側に曲げ部１４を介して縦壁部１２，１２が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲状チャンネル部材１を成形する成形方法である。前記湾曲状チャンネル部材１の端部から湾曲周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さのほぼ１／４までの領域を１／４領域というとき、成形終了時に成形金型内で保持された湾曲状チャンネル部材１の両端側の少なくとも前記１／４領域に存する縦壁部１２、１２の上部に、高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部Ｒを成形する。【選択図】        図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲状チャンネル部材を成形対象とする湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、
成形終了時に成形金型内で湾曲状チャンネル部材が目標形状に成形保持された状態で、前記湾曲状チャンネル部材の端部から湾曲周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さのほぼ１／４までの領域を１／４領域というとき、前記湾曲状チャンネル部材の両端側の少なくとも前記１／４領域において、その縦壁部の上部に高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部を成形する、湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項２】
前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、両端側の少なくとも前記１／４領域に対応した領域において、縦壁部の間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部間の目標内幅よりも大きい大幅部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大幅部に存する横壁部の両側の曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部のそれぞれの一部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項１に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項３】
前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、両端側の少なくとも前記１／４領域に対応した領域において、曲げ部が湾曲状チャンネル部材の曲げ部の目標曲率半径よりも大きい大径曲げ部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大径曲げ部の一部が、前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部の一部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項１に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項４】
前記湾曲状チャンネル部材の横壁部を成形する横壁成形部を有するパンチと、前記パンチと協働して縦壁部を成形するダイを準備し、
前記湾曲状チャンネル部材の湾曲周方向の中央部に対応する前記パンチの横壁成形部の上でブランクを押さえて、両端側の少なくとも前記１／４領域に対応した領域において、横壁部がパンチの横壁成型部との間に隙間を介してアーチ状に形成されたアーチ状横壁部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記アーチ状横壁部が、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項１に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項５】
前記パンチの横壁成形部と湾曲状チャンネル中間部材の横壁部との間に隙間を形成する隙間形成手段を前記パンチに設け、前記隙間形成手段により前記パンチの横壁成形部と前記横壁部との間に隙間を形成する、請求項４に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項６】
横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部及び断面中心線が直線である直線チャンネル部が連成された湾曲状チャンネル部材を成形対象とする湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、
成形終了時に成形金型内で前記湾曲状チャンネル部材が目標形状に成形保持された状態で、前記湾曲状チャンネル部材の少なくとも直線チャンネル部において、その縦壁部の上部に高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部を成形する、湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項７】
前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、少なくとも直線チャンネル部において、縦壁部の間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部間の目標内幅よりも大きい大幅部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大幅部に存する横壁部の両側の曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部のそれぞれの一部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項６に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項８】
前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、少なくとも直線チャンネル部において、曲げ部が湾曲状チャンネル部材の曲げ部の目標曲率半径よりも大きい大径曲げ部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大径曲げ部の一部が、前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部の一部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項６に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項９】
前記湾曲状チャンネル部材の横壁部を成形する横壁成形部を有するパンチと、前記パンチと協働して縦壁部を成形するダイを準備し、
前記湾曲状チャンネル部材の湾曲周方向の中央部に対応する前記パンチの横壁成形部の上でブランクを押さえて、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、少なくとも直線チャンネル部において、横壁部がパンチの横壁成型部との間に隙間を介してアーチ状に形成されたアーチ状横壁部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記アーチ状横壁部が、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項６に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項１０】
前記パンチの横壁成形部と湾曲状チャンネル中間部材の横壁部との間に隙間を形成する隙間形成手段を前記パンチに設け、前記隙間形成手段により前記パンチの横壁成形部と前記横壁部との間に隙間を形成する、請求項９に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項１１】
横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部からなる湾曲状チャンネル部材、あるいは前記湾曲チャンネル部に断面中心線が直線である直線チャンネル部が連成された湾曲状チャンネル部材を成形対象とする湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、
成形終了時に成形金型内で湾曲状チャンネル部材が目標形状に成形保持された状態で、前記湾曲状チャンネル部材の湾曲径方向の外側の外側縦壁部の上部に高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部を成形する、湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項１２】
前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、湾曲径方向の内側の内側縦壁部及び曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の同部の目標形状に等しく、かつ前記内側縦壁部と湾曲径方向の外側の外側縦壁部との間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部の間の目標内幅よりも大きい大幅部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大幅部に存する外側縦壁部側の曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の外側縦壁部の一部となるように成形することによって、前記外側縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項１１に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【請求項１３】
前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、湾曲径方向の内側の内側縦壁部及び曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の同部の目標形状に等しく、前記内側縦壁部と湾曲径方向の外側の外側縦壁部との間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部の間の目標内幅に等しく、かつ外側縦壁部側の曲げ部が湾曲状チャンネル部材の曲げ部の目標曲率半径よりも大きい大径曲げ部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、
成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大径曲げ部の一部が、前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部の一部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形する、請求項１１に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの各種輸送機の車体構造部材等として用いられる湾曲状チャンネル部材の成形方法に係り、成形型から離型した後に生じる部材のねじれを抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上、環境への配慮、安全性の向上などを企図して、自動車の車体や部品の強化と軽量化が推し進められており、その手段の一つとして車体構造部材（フレーム部材、メンバー部材）やパネル類（外板、内板）などに対して鋼板の高強度化（ハイテン化）やアルミニウム合金板等の軽量材への転換が進められている。
【０００３】
前記構造部材の代表的断面形状としては、図１(1) に示すように、横壁部（ウェブ）１１と、前記横壁部１１の両端部に曲げ部１４，１４（曲率半径ｒｐ）を介して屈曲形成された縦壁部１２，１２と、各縦壁部１２の末端部に曲げ部１５，１５（曲率半径ｒｄ）を介して外側へ屈曲形成されたフランジ部１３，１３を備えたハット形チャンネル部材や、図１(2) に示すように、前記ハット形チャンネル部材に対してフランジ部１３，１３を有しないＵ形チャンネル部材がある。図例では、前記縦壁部１２は横壁部１１に対して垂直に屈曲形成されているが、傾斜状に形成される場合もある。本発明では前記ハット形チャンネル部材及びＵ形チャンネル部材を総称してチャンネル部材という。
前記ハット形チャンネル部材の横断面形状は、幅（縦壁部１２，１２の間の内幅）Ｗ、高さ（フランジ部１３の下面から横壁部１１の上面までの高さ）Ｈ、フランジ部１３の幅Ｌｆ（フランジ部１３の先端から縦壁部１２の内面までの長さ）、横壁部１１から縦壁部１２に移行する曲げ部１４の曲率半径ｒｐ、及び縦壁部１２からフランジ部１３に移行する曲げ部１５の曲率半径ｒｄによって特定される。Ｕ形チャンネル部材は、フランジ部１３を除き、同様に特定される。
【０００４】
前記ハット形チャンネル部材は、通常、絞り成形（ドロー成形）あるいは曲げ成形（フォーム成形）によって、またＵ形チャンネル部材は曲げ成形によって成形される。
図２は、前記ハット形チャンネル部材の絞り成形の説明図であり、パンチ３１の横壁成形部に載置されたブランク（素板）Ｂは、パッド３２によってパンチ３１の横壁成形部の上で位置がずれないように保持され、ダイ３３の下面とブランクホルダー３４との間に挟持される。そして、ダイ３３をブランクホルダー３４の押圧力に抗して下方に移動させることにより、パンチ３１とダイ３３との協働によって縦壁部を成形し、成形終了時点（下死点）でハット形チャンネル形状に成形される。図中、ダイ３３の縦壁成形部から下面に移行する曲げ成形部（「ダイ肩」ともいう。）の曲率半径は概ね前記ｒｄに、またパンチ３１の縦壁成形部から横壁成形部に移行する曲げ成形部（「パンチ肩」ともいう。）の曲率半径は概ね前記ｒｐに設定される。以下、図３及び図４において同様である。
図３は、前記ハット形チャンネル部材の曲げ成形の説明図であり、パンチ３１の横壁成形部に載置されたブランクＢは、パッド３２によってパンチ３１の横壁成形部の上で位置がずれないように保持され、ダイ３３を下方に移動させ、パンチ３１とダイ３３との協働によって、縦壁部を成形し、成形終了時点（下死点）でダイ３３の下面とフランジ成形部３５との間にブランク端部を挟持してフランジ部を成形することにより、ハット形チャンネル形状に成形される。
また、図４は、前記Ｕ形チャンネル部材の曲げ成形の説明図であり、パンチ３１の横壁成形部に載置されたブランクＢは、パッド３２によってパンチ３１の横壁成形部の上で位置がずれないように保持され、ダイ３３を下方に移動させることにより、パンチ３１とダイ３３との協働によって縦壁部を成形し、成形終了時点でＵ形チャンネル形状に成形される。
【０００５】
前記図２から図４の成形金型は、プレス上死点において、パンチ３１がダイ３３の下方に配置され、成形過程でダイ３３をパンチ３１側へ移動させることでブランクを成形したが、これとは上下逆に、パンチ３１をダイ３３の上方に配置し、成形過程でダイをパンチ側へ上昇させて成形する場合もある。また、図例では、パンチを固定側とし、ダイを移動側としたが、これとは逆に、ダイを固定側とし、パンチを移動側とする場合もある。
【０００６】
前記図１に示した断面形状は目標形状であり、チャンネル部材の断面中心線（各垂直断面の中心を連ねた線）が直線状の場合、ハット形チャンネル部材では、絞り成形、曲げ成形のいずれの成形においても、その縦壁部１２が曲げ曲げ戻し変形を受けるため、縦壁部１２の表裏面に引張、圧縮の応力分布が生じ、離型後、この応力が解放されて弾性回復（スプリングバック）により、図５に示すように、縦壁部１２の外側が凹んだ壁反りが生じる。もっとも、絞り成形は曲げ成形に比して曲げ曲げ戻し変形が大きいため、反りも大きくなる。なお、Ｕ形チャンネル部材を曲げ成形する場合では、縦壁部には応力分布が生じないため、縦壁部に反りは生じない。
【０００７】
このように直線状のハット形チャンネル部材には、縦壁部１２に反りが生じるが、これを抑制する壁反り抑制手段としては、例えば下記の技術が知られている。
(1) 凍結ビードの形成（非特許文献１：第５４回塑性加工連合講演会１０９Ｔ、講演集ｐ１７−１８）
縦壁部の剛性を高めるために形状凍結ビード（縦方向にリブのある凹凸）を形成することによって壁反りを軽減抑制する。
(2) 成形終期におけるＢＨＦ（Blank Holding Force、ブランクホルダーの押圧力）の制御
成形終期に縦壁部の張力を制御する方法であって、成形終期から終了時にかけてＢＨＦを高めて縦壁部に張力を付与し、縦壁部の板厚裏面の応力差を無くすようにする。
(3) コイニングビードの形成（特許文献１：特開２００１−８７８１６公報）
縦壁部に生じる圧縮力を減殺するため、成形と共に、あるいは仕上工程で縦壁部にコイニングビード（線状凹部）を加圧形成（コイニング）して板厚方向の応力差を軽減、解消する。
【非特許文献１】第５４回塑性加工連合講演会１０９Ｔ、講演集ｐ１７−１８
【特許文献１】特開２００１−８７８１６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、断面中心線が湾曲状のチャンネル部材の場合、断面形状がハット形チャンネルの場合は勿論、Ｕ形チャンネルの場合も縦壁部に反りが生じるだけでなく、部材にねじれ（ひねり）が生じるようになる。図６は、成形が終了し、離型した後の湾曲状ハット形チャンネル部材１のねじれ状態を示し、図６(1) は横壁部１１を上側に、フランジ部１３，１３を下側に配置した部材の平面図を、図６(2) は図６(1) のＡ−Ａ線断面図を示し、実線は成形後の部材形状を、二点鎖線は目標形状を示す。湾曲状チャンネル部材の場合も、その横断面形状は前記図１と同様であるが、部材が湾曲しているため、部材の各構成部について湾曲の径方向の内側と外側とを区別する必要があるときは、図１の符号の末尾に、内側部については英小文字の「ｉ」を、外側部については「ｏ」を付して区別するものとする。例えば、内側縦壁部は１２ｉ、外側縦壁部は１２ｏで示される。
【０００９】
図６は、湾曲状ハット形チャンネル部材１の湾曲の周方向の各端部において、横壁部１１の湾曲の径方向の両端を同一平面（水平面）上で拘束した４点支持状態における、部材のねじれ状態を示しており、図中の丸印は拘束点を示す。以下、部材のねじれについて説明する場合、前記４点支持状態を前提とする。
ここで、ねじれの方向を以下のように定義する。図例のように、外側縦壁部１２ｏあるいは外側フランジ部１３ｏが横壁部１１側に傾く場合のねじれの方向を「正」、その逆の場合を「負」と定義し、成形後の横壁部が目標形状の横壁部１１に対してなす角θを「ねじれ角」というものとする。
【００１０】
前記湾曲状チャンネル部材の成形において、ねじれが生じる原因として、縦壁部の板厚表裏の応力差により生じる縦壁部の反りが主原因とする説（井上ほか、第５３回塑性加工連合講演会論文集、（２００２）、２７１）やフランジ部、縦壁部の面内応力（伸び縮み）が主原因とする説（薄鋼板成形技術研究会編、プレス成形難易ハンドブック、（１９８７）、１７７、日刊工業新聞社発行）があるが、ねじれ発生の原因は必ずしも明確になっていない。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、部材のねじれを軽減、抑制することができる湾曲状チャンネル部材の成形方法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】
【００１１】
本発明者は、パッドの押圧力を種々変えて湾曲状チャンネル部材を成形したところ、ブランクを押さえない場合、却ってねじれが生じにくいことを見出し、その原因を追求した結果、成形終了時に、成形金型内で湾曲状チャンネル部材の目標形状に成形保持された湾曲状チャンネル部材の縦壁部の上部において、高さ方向に沿って板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が生じており、離型するとこれらの応力が解放されて部材がねじれないように変形することを知見した。また、湾曲状チャンネル部材の湾曲周方向のどの部分に対してパッドを押さえないようにすれば効果的に部材のねじれを軽減、抑制することができるかを検討した。本発明はかかる知見、検討結果を基に完成されたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の第１の湾曲状チャンネル部材の成形方法は、横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲状チャンネル部材を成形対象とする湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、成形終了時に成形金型内で湾曲状チャンネル部材が目標形状に成形保持された状態で、前記湾曲状チャンネル部材の端部から湾曲周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さのほぼ１／４までの領域を１／４領域というとき、前記湾曲状チャンネル部材の両端側の少なくとも前記１／４領域において、その縦壁部の上部に高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部を成形するものである。
【００１３】
この第１発明の成形方法は、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、両端側の少なくとも前記１／４領域に対応した領域において、縦壁部の間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部間の目標内幅よりも大きい大幅部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大幅部に存する横壁部の両側の曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部のそれぞれの一部となるように成形することによって、前記縦壁部の上部にねじれ抑制部を成形することができる。
【００１４】
また、上記第１発明の成形方法においては、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、両端側の少なくとも前記１／４領域に対応した領域において、曲げ部が湾曲状チャンネル部材の曲げ部の目標曲率半径よりも大きい大径曲げ部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大径曲げ部の一部が、前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部の一部となるように成形することができ、これによって前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
【００１５】
また、上記第１発明の成形方法においては、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部を成形する横壁成形部を有するパンチと、前記パンチと協働して縦壁部を成形するダイを準備し、前記湾曲状チャンネル部材の湾曲周方向の中央部に対応する前記パンチの横壁成形部の上でブランクを押さえて、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、両端側の少なくとも前記１／４領域に対応した領域において、横壁部がパンチの横壁成型部との間に隙間を介してアーチ状に形成されたアーチ状横壁部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記アーチ状横壁部が、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部となるように成形することができ、これによって前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
この成形方法によると、ねじれの抑制にあまり効果のない部位に対してブランクを押さえ、少なくともねじれ抑制効果の高い１／４領域において隙間を形成し、成形終了時において隙間が形成されたアーチ状横壁部を圧下し、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部とするので、成形の際にブランクの成形金型に対する位置ずれを防止しつつ、湾曲状チャンネル部材の両端側の少なくとも１／４領域に存する縦壁部の上部に、ねじれ抑制部を形成することができ、効果的に湾曲状チャンネル部材のねじれを抑制、軽減することができる。
【００１６】
前記隙間の形成に際し、前記パンチの横壁成形部と湾曲状チャンネル中間部材の横壁部との間に隙間を形成する隙間形成手段を前記パンチに設け、前記隙間形成手段により前記パンチの横壁成形部と前記横壁部との間に隙間を形成することができる。これにより、所定領域に隙間を安定的に形成することができ、引いてはねじれの抑制成形を安定化することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の湾曲状チャンネル部材の成形方法は、横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部及び断面中心線が直線である直線チャンネル部が連成された湾曲状チャンネル部材を成形対象とする湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、成形終了時に成形金型内で前記湾曲状チャンネル部材が目標形状に成形保持された状態で、前記湾曲状チャンネル部材の少なくとも直線チャンネル部において、その縦壁部の上部に高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部を成形するものである。
【００１８】
この第２発明の成形方法において、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、少なくとも直線チャンネル部において、縦壁部の間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部間の目標内幅よりも大きい大幅部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大幅部に存する横壁部の両側の曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部のそれぞれの一部となるように成形することができ、これによって前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
【００１９】
また、上記第２発明の成形方法において、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、少なくとも直線チャンネル部において、曲げ部が湾曲状チャンネル部材の曲げ部の目標曲率半径よりも大きい大径曲げ部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大径曲げ部の一部が、前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部の一部となるように成形することができ、これによって前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
【００２０】
また、上記第２発明の成形方法において、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部を成形する横壁成形部を有するパンチと、前記パンチと協働して縦壁部を成形するダイを準備し、前記湾曲状チャンネル部材の湾曲周方向の中央部に対応する前記パンチの横壁成形部の上でブランクを押さえて、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、少なくとも直線チャンネル部において、横壁部がパンチの横壁成型部との間に隙間を介してアーチ状に形成されたアーチ状横壁部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記アーチ状横壁部が、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部となるように成形することができ、これによって前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
この成形方法によると、断面中心線が直線と湾曲とが複合した複雑な形状の湾曲状チャンネル部材であっても、ねじれの抑制にあまり効果のない部位に対してブランクを押さえ、少なくともねじれ抑制効果の高い直線チャンネル部においてアーチ状横壁部を形成し、成形終了時において前記アーチ状横壁部を圧下し、前記湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部とするので、成形の際にブランクの成形金型に対する位置ずれを防止しつつ、湾曲状チャンネル部材の少なくとも直線チャンネル部に存する縦壁部の上部にねじれ抑制部を成形することができ、効果的に部材のねじれを抑制、軽減することができる。
【００２１】
この成形方法においても、前記隙間の形成に際し、前記パンチの横壁成形部と湾曲状チャンネル中間部材の横壁部との間に隙間を形成する隙間形成手段を前記パンチに設け、前記隙間形成手段により前記パンチの横壁成形部と湾曲状チャンネル中間部材の横壁部との間に隙間を形成することができる。
【００２２】
また、本発明の第３の湾曲状チャンネル部材の成形方法は、横壁部の両側に曲げ部を介して縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部からなる湾曲状チャンネル部材、あるいは前記湾曲チャンネル部に断面中心線が直線である直線チャンネル部が連成された湾曲状チャンネル部材を成形対象とする湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、成形終了時に成形金型内で湾曲状チャンネル部材が目標形状に成形保持された状態で、前記湾曲状チャンネル部材の湾曲径方向の外側の外側縦壁部の上部に高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部を成形するものである。
【００２３】
この上記第３発明の成形方法においては、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、湾曲径方向の内側の内側縦壁部及び曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の同部の目標形状に等しく、かつ前記内側縦壁部と湾曲径方向の外側の外側縦壁部との間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部の間の目標内幅よりも大きい大幅部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大幅部に存する外側縦壁部側の曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の外側縦壁部の一部となるように成形することができ、これによって前記外側縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
【００２４】
また、上記第３発明の成形方法においては、前記湾曲状チャンネル部材の各部に対応した構成を備え、湾曲径方向の内側の内側縦壁部及び曲げ部が前記湾曲状チャンネル部材の同部の目標形状に等しく、前記内側縦壁部と湾曲径方向の外側の外側縦壁部との間の内幅が前記湾曲状チャンネル部材の両縦壁部の間の目標内幅に等しく、かつ外側縦壁部側の曲げ部が湾曲状チャンネル部材の曲げ部の目標曲率半径よりも大きい大径曲げ部とされた湾曲状チャンネル中間部材を成形し、成形終了時に、前記湾曲状チャンネル中間部材の前記大径曲げ部の一部が、前記湾曲状チャンネル部材の縦壁部の一部となるように成形することができ、これによって前記縦壁部の上部に前記ねじれ抑制部を成形することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の成形方法によれば、湾曲状チャンネル部材をプレス成形する際に、成形終了時において、湾曲状チャンネル部材のねじれ抑制に効果の大きい領域に存する縦壁部の上部に、高さ方向に沿って内側に引張応力、外側に圧縮応力が内在したねじれ抑制部を成形するので、成形金型の離型後の湾曲状チャンネル部材のねじれを効果的に抑制、軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、湾曲状チャンネル部材の成形について簡単に説明する。図７は、前記図６に対応した湾曲状ハット形チャンネル部材１の絞り成形後の部材及びその成形前のブランク（破線で表示）Ｂを示す。湾曲状ハット形チャンネル部材１の湾曲形状は、横断面の断面中心線（「湾曲中心線」という場合がある。）の曲率半径ＣＲと、湾曲部（弧）を挟む、曲率中心まわりの中心角θｃを用いて表される。
前記ブランクＢは、ハット形チャンネル形状に成形されるに従って、破線の矢印で示すように、湾曲の径方向に沿って放射状に成形金型に流入して、湾曲状チャンネル部材１に成形される。成形終了時点（下死点）では、湾曲の周方向に沿って、外側フランジ部１３ｏには圧縮応力が、内側フランジ部１３ｉには引張応力が生じることから、それぞれ縮みフランジ部、伸びフランジ部と呼ばれる。
曲げ成形の場合も同形状のブランクが用いられるが、絞り成形と同様、湾曲の周方向に沿って、外側縦壁部、外側フランジ部には圧縮応力が、内側縦壁部、内側フランジ部には引張応力が発生する。
【００２７】
本発明者は、湾曲状チャンネル部材の成形の際にねじれが生じる原因を追及するため、まず、湾曲状チャンネル部材の成形に際し、チャンネル部材の高さ（成形高さ）Ｈとねじれ角θとの関係を、湾曲状チャンネル部材の成形をシミュレートすることによって数値計算したところ、ハット形チャンネル部材ではＨ＝２０mm程度未満、Ｕ形チャンネル部材ではＨ＝４０mm程度未満で、ねじれは負方向に生じ、それ以上で正方向に転換することを知見した。
この原因をさらに追求したところ、以下の(1) 〜(3) のメカニズムにより部材高さが高くなると正方向のねじれが生じることが分かった。
(1) 部材高さが高くなると、離型時に図５で示すような縦壁部の壁反りが大きくなり、目標とする正規形状に対して、フランジ部の間に壁反りに起因する開き（口開き）が大きくなる。
(2) 湾曲状チャンネル部材で壁反りが生じると、幾何学的に縮みフランジ部側の縦壁部には湾曲周方向に引張応力が、伸びフランジ部側の縦壁部には湾曲周方向に圧縮応力が作用し、これらの応力の大きさは、縦壁部の下部（フランジ部側）ほど大きくなる。
(3) これらの引張応力、圧縮応力を緩和するため、図６に示すように、部材全体が正方向にねじれる。
【００２８】
一方、発明者は、湾曲状ハット形チャンネル部材を曲げ成形する際に、パッドによるブランクの押さえを止めたところ、位置ずれが生じ易くなるものの、ねじれが生じ難いことを発見した。図８は、パッドを解放して曲げ成形した湾曲状ハット形チャンネル部材の横断面図を示すが、同図に示すように、縦壁部１２の横壁部１１側の曲げ部１４の下側部分では外側に凸の反りが形成され、フランジ部１３側の曲げ部１５の上側部分では内側に凸の反りが形成された形状になる。このような形状に成形されると、前記(2) で記載した縦壁部の下部に生じる周方向の大きな引張応力、圧縮応力が幾何学的に緩和されるため、部材のねじれを抑制することができたものと推測される。
【００２９】
パッドによるブランクの押さえを行わない場合、図８のような形状になる理由を以下に説明する。図９は、ブランクから湾曲状ハット形チャンネル部材をパッドを解放して曲げ成形した際の成形途中の湾曲状チャンネル中間部材１ａの成形状態を示す。湾曲状チャンネル中間部材１ａは、パンチ３１の横壁成形部４１の上には隙間Ｓを介して形成されたアーチ状横壁部１１ａｈを備え、その両側に縦壁部１２ａ並びに湾曲状ハット形チャンネル部材１の曲げ部１５及びフランジ部１３に対応した曲げフランジ部１３ａが成形される。さらにダイ３３を下死点近傍から下死点に下降し、成形終了時に至ると、パッド３２によって前記アーチ状横壁部１１ａｈがパンチ３１の横壁成形部４１によって平坦状に圧下される。図１０は成形終了時における成形金型内の湾曲状ハット形チャンネル部材１を示しており、目標形状と同形に成形保持されている。前記湾曲状チャンネル中間部材１ａのアーチ状横壁部１１ａｈは湾曲状ハット形チャンネル部材１の横壁部１１、曲げ部１４を形成するとともに、パンチ肩部（半径ｒｐ）で曲げ加工された湾曲状チャンネル中間部材１ａの曲げ部１４ａがパンチ３１の縦壁成形部の壁面に沿って真っ直ぐに曲げ戻しされ、湾曲状ハット形チャンネル部材１の縦壁部１２の上部にねじれ抑制部Ｒを形成する。前記ねじれ抑制部Ｒには、曲げ部１４ａの曲げ戻しによって、縦壁部１２の高さ方向に沿って、板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が生じ、図中Ｍの曲げモーメントが生じる。そして、離型すると、成形金型によって拘束されていた応力（言い換えるとＭ）が解放されて、図８に示すように、外側に凸の反りが縦壁部１２の上部に形成される。
【００３０】
上記のとおり、成形に際して、ブランクを押さえることなく成形することにより、湾曲状チャンネル部材のねじれを抑制することができるが、成形金型に対してブランクの位置ずれが生じやすい。従って、ねじれの抑制と位置ずれの防止を両立させるには、部材のねじれに対して影響の大きい部分でブランクを押さえないようにし、影響の小さい部分でブランクを押さえるようにすればよい。
【００３１】
そこで、ねじれの抑制に対して効果のある部位を以下の手法により調べた。この手法は、湾曲状ハット形チャンネル部材を絞り成形する際、ねじれ発生の原因である壁反りを種々の部位で抑制することによってねじれ角の変化を調べたものである。絞り成形では、湾曲状ハット形チャンネル部材を曲げ成形する場合よりもねじれが大きく現れるため、ねじれに対する影響部位を調べるには好ましい成形形態である。
【００３２】
板厚１．２mm、強度５９０ＭＰａの冷延鋼板をブランクとし、断面中心線の曲率半径ＣＲ＝１０００mm、湾曲部の中心角θｃ＝３２°、部材高さＨ＝４０mm、部材幅Ｗ＝６０mm、フランジ部の幅Ｌｆ＝３５mm、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmのハット形チャンネル部材を絞り成形するものとし、成形の際に、図１１に示すように、湾曲状ハット形チャンネル部材１に対して両端部、中央部及び端部から湾曲長さ（あるいはθｃ）の１／４の部位（図中、部位１〜６）の外側縦壁部１２ｏ、内側縦壁部１２ｉに壁反りが生じないように、周方向に幅４０mmの拘束を与えて、成形後のねじれ角を汎用のＦＥＭ（有限要素法）を用いて計算した。計算によって得られた、ねじれ角と拘束を与えた部位との関係を整理したグラフを図１２に示す。なお、拘束を行わなかった場合のねじれ角は５．３°である。
図１２より、１カ所の拘束を与える場合、部位１，５，２の順でねじれ抑制効果が大きいことがわかる。２カ所の拘束を与える場合、部位２及び５、１及び４の順で効果が大きく、部位２及び５に拘束を与えた場合、無拘束の場合に比してねじれが半分程度になり、部位１，２，４及び５に拘束を与えた場合ではねじれが１／４程度に軽減されることがわかる。
【００３３】
上記調査結果から以下のことが明らかになった。図１３に示すように、湾曲状ハット形チャンネル部材１の成形（絞り成形あるいは曲げ成形）の際に、湾曲の周方向において、部材の両端側のそれぞれの１／４領域Ｑにねじれ防止対策を取ることが最も効果的である。前記１／４領域Ｑとは、部材の端部から湾曲中心線に沿った部材長さ（あるいはθｃ）の１／４乃至ほぼ１／４の領域をいう。
従って、湾曲状チャンネル部材のねじれを抑制、防止するには、成形終了時において、湾曲状チャンネル部材の両端側の、少なくとも１／４領域Ｑに存する湾曲状チャンネル部材の縦壁部の上部、好ましくは横壁部両端の曲げ部直下領域に、図１０に示すように、高さ方向に沿って板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が生じるねじれ抑制部Ｒを成形すればよい。
【００３４】
以下、このようなねじり抑制部を形成することができる湾曲状チャンネル部材の成形方法についてより具体的に説明する。
まず、第１実施形態に係る湾曲状ハット形チャンネル部材の成形方法は、上記説明したとおり、図９に示すように、目標形状の湾曲状ハット形チャンネル部材１に対応した形状を備え、その横壁部がアーチ状横壁部１１ａｈを有する湾曲状チャンネル中間部材１ａを曲げ成形し、そのまま成形を続行して、図１０に示すように、成形終了時に前記アーチ状横壁部を圧下して、目標形状である湾曲状チャンネル部材の横壁部及び曲げ部を形成する。
前記アーチ状横壁部を形成すべき領域は、上記のとおり、部材の両端側の少なくとも１／４領域に対応した領域とし、この領域では隙間を形成すべく、図９に示すように、ブランクを押さえないようにして成形し、一方、湾曲周方向の中央部（図１１の部位３，６に対応する部分）ではねじれ防止の効果が小さいため、この部分においてブランクを押さえるようにして成形すればよい。なお、前記アーチ状横壁部を有する湾曲状チャンネル中間部材は、絞り成形によって成形したものを用いてもよい。
【００３５】
湾曲状ハット形チャンネル部材１の湾曲周方向の中央部に対応する部分でブランクを押さえるようにし、少なくとも前記１／４領域を含む領域では成形初期から中期にかけてブランクを押さえないようにし、成形終了時に隙間Ｓを介して形成されたアーチ状横壁部１１ａｈをパッド３２によってパンチの横壁成形部に押し付け、平坦状に成形するには、パッド３２を分割構造にし、中央部とその他の部分でパッドの押圧力を別個に制御可能な構造とすればよい。また、前記アーチ状横壁部１１ａｈを平坦状に成形する方法としては、湾曲状ハット形チャンネル部材１の中央部に対応する成形金型にパッドを設け、その他の領域ではパッドを設けることなく、図１４に示すように、前記アーチ状横壁部１１ａｈをパンチ３１の横壁成形部４１と協働して平坦状に成形する横壁成形部４２をダイ３３に設け、パンチ３１とダイ３３とフランジ成形部３５とによって型成形するようにしてもよい。
【００３６】
また、図１５に示すように、前記隙間Ｓを強制的に形成する隙間形成手段５１をパンチ３１に設けることができる。かかる隙間形成手段５１を設けることで、パンチ３１とアーチ状横壁部１１ａｈとの間の隙間を安定的に形成することができ、成形がより安定する。
この隙間形成手段５１は、パンチ３１の横壁成形部４１から先端部が昇降する昇降コラム５２と、この昇降コラム５２を昇降させる流体圧シリンダ５３とで構成されている。なお、流体圧としては、一般的にはガス圧が用いられるが、油圧を用いてもよい。
前記隙間形成手段５１は次のように用いられる。成形途中まで前記昇降コラム５２を上昇させて、パンチ３１とブランクとの間に隙間Ｓを強制的に形成して、アーチ状横壁部１１ａを形成し、その後の成形終了時に至る成形終期にかけて昇降コラム５２の先端部をパンチ３１の横壁成形部４１の内側に収容するように昇降コラム５２を下降し、パッド３２あるいはダイ３３に設けた前記横壁成形部４２によって前記アーチ状横壁部１１ａを平坦状に成形する。
【００３７】
前記隙間形成手段５１は、昇降コラム５２を流体圧シリンダ５３によって昇降させる構成としたが、これに限るものではなく、例えばバネのような弾性部材でもよい。この場合、成形終了時にパッド３２あるいはダイ３３の横壁成形部４２によってアーチ状横壁部１１ａと共に昇降コラム５２も下方へ押し下げる。
【００３８】
次に、第２実施形態に係るねじれ抑制成形方法について説明する。第２実施形態では、先ず、中間成形工程において、図１６中の符号１ａに示すように、成形対象である湾曲状ハット形チャンネル部材の各部に対応した横壁部１１ａ、曲げ部１４ａ，１５ａ、外側及び内側の縦壁部１２ａ、外側及び内側のフランジ部１３ａを備え、横断面が左右対称形状の湾曲状チャンネル中間部材１ａを曲げ成形あるいは絞り成形する。
【００３９】
この湾曲状チャンネル中間部材１ａの両端側には、少なくとも湾曲状ハット形チャンネル部材の１／４領域に対応した領域において、同図に示すように、縦壁部１２ａ，１２ａの間の内幅が、湾曲状ハット形チャンネル部材の目標内幅Ｗに対して２×ΔＷだけ大きい内幅とされた大幅部が形成される。この湾曲状チャンネル中間部材１ａは、成形対象とする湾曲状ハット形チャンネル部材に対して、曲げ部１４ａ，１５ａ及びフランジ部１３ａの寸法形状は、湾曲状ハット形チャンネル部材の目標寸法形状と同等に成形されており、このため横壁部１１ａは２ΔＷ分だけ長く、両縦壁部１２ａはそれぞれΔＷ分だけ短くなっている。なお、図中の湾曲状チャンネル中間部材１ａは目標形状を示している。
【００４０】
そして、図１６に示すように、仕上成形工程で、目標形状の湾曲状ハット形チャンネル部材を成形するためのパンチ３１、ダイ３３を備えた成形金型によって、横壁部１１ａの両端部を曲げ成形すると、図１０に示すように、横壁部１１ａの両側の曲げ部１４ａが成形終了時に平坦状に曲げ戻しされ、目標形状に成形された湾曲状ハット形チャンネル部材１の両側の縦壁部１２の上部にねじれ抑制部Ｒがそれぞれ形成される。これにより、前記両側の縦壁部１２の上部には、板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が生じ、離型すると、応力が解放されて図８のように部材が変形し、部材のねじれが抑制、軽減される。以下、かかる仕上成形を曲げ部の曲げ戻し成形と呼ぶ。
【００４１】
ここで、図１６の符号１１ａに示す湾曲状チャンネル中間部材１ａを用いて曲げ部の曲げ戻し成形した場合の部材のねじれ角の計算例を示す。板厚１．２mm、強度５９０ＭＰａの冷延鋼板をブランクとし、断面中心線の曲率半径ＣＲ＝１０００mm、湾曲部の中心角θｃ＝３２°、部材高さＨ＝４０mm、部材幅Ｗ＝６０mm、フランジ部の幅Ｌｆ＝３５mm、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmのハット形チャンネル部材を成形対象とし、仕上成形の際に、中間成形工程（絞り成形）で種々の領域において大幅部（縦壁部間の内幅を内側、外側にそれぞれΔＷ＝２mm拡張したもの）が成形された中間部材を用いた。中間部材として、周方向の全長に大幅部を形成したもの（中間部材Ａ）、部材の両端側の１／４領域に大幅部を形成したもの（中間部材Ｂ）、部材の両端側の１／４領域を除く、断面中心線に沿った部材長さの１／２の領域である中央部に大幅部を形成したもの（中間部材Ｃ）の３種を想定した。そして、曲げ部の曲げ戻し成形後の湾曲状ハット形チャンネル部材のねじれ角をＦＥＭを用いて計算した。計算結果は、中間部材Ａ：ねじれ角１．０°、中間部材Ｂ：ねじれ角２．５°、中間部材Ｃ：３．６°であった。なお、上記中間部材を用いない、従来の絞り成形では、ねじれ角は５．３°である。
【００４２】
さらに、ねじれ防止成形方法の他の実施形態（第３実施形態）について説明する。
第３実施形態では、先ず、中間成形工程において、図１７中の符号１ａに示すように、成形対象である湾曲状ハット形チャンネル部材の各部に対応した横壁部１１ａ、曲げ部１４ａ，１５ａ、外側及び内側の縦壁部１２ａ、外側及び内側のフランジ部１３ａを備え、横断面が左右対称形状の湾曲状チャンネル中間部材１ａを絞り成形あるいは曲げ成形する。
【００４３】
この湾曲状チャンネル中間部材１ａの両端側には、少なくとも湾曲状チャンネル部材の１／４領域に対応した領域において、同図に示すように、曲げ部１４ａの曲率半径ｒｐａが、湾曲状ハット形チャンネル部材の曲げ部１４の目標曲率半径ｒｐよりも大きい半径とされた大径部とされている。この湾曲状チャンネル中間部材１ａは、両縦壁部１２ａの間の内幅、フランジ部１３ａ及び曲げ部１５の寸法形状は、成形対象とする湾曲状ハット形チャンネル部材の対応部の目標寸法形状と同等に成形されており、このため横壁部１１ａ、両縦壁部１２ａは目標形状より若干短くなっている。なお、図中の湾曲状チャンネル中間部材１ａは目標形状を示している。
【００４４】
そして、仕上成形工程で、図１７に示すように、目標形状の湾曲状ハット形チャンネル部材を成形するためのパンチ３１、ダイ３３を備えた成形金型によって、横壁部１１ａ及び曲げ部１４ａを湾曲状ハット形チャンネル部材の目標形状になるように成形すると、図１０に示すように、横壁部１１ａ及び大径の曲げ部１４ａが成形終了時に目標形状の湾曲状ハット形チャンネル部材１の横壁部１１、曲げ部１４を形成すると共に、前記曲げ部１４の一部が平坦状に曲げ戻しされ、縦壁部１２の上部にねじれ抑制部Ｒを形成する。これにより、前記上部には、板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が生じ、離型すると、応力が解放されて図８のように部材が変形し、部材のねじれが抑制、軽減される。以下、かかる仕上成形を大径曲げ部の一部曲げ戻し成形と呼ぶ。
【００４５】
ここで、図１７の符号１ａに示す湾曲状チャンネル中間部材１ａを用いて大径曲げ部の一部曲げ戻し成形した場合の部材のねじれ角の計算例を示す。板厚１．２mm、強度５９０ＭＰａの冷延鋼板をブランクとし、断面中心線の曲率半径ＣＲ＝１０００mm、湾曲部の中心角θｃ＝３２°、部材高さＨ＝４０mm、部材幅Ｗ＝６０mm、フランジ部の幅Ｌｆ＝３５mm、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmのハット形チャンネル部材を成形対象とし、仕上成形の際に、中間成形工程で種々の領域に大径部（大径部における曲げ部１４ａの曲率半径＝８mm）が成形された中間部材を用いた。中間部材として、周方向の全長に大径部を形成したもの（中間部材Ａ）、部材の両端側の１／４領域に大径部を形成したもの（中間部材Ｂ）、部材の両端側の１／４領域を除く、断面中心線に沿った部材長さの１／２の領域である中央部に大径部を形成したもの（中間部材Ｃ）の３種を想定した。そして、大径曲げ部の一部曲げ戻し成形後の湾曲状チャンネル部材のねじれ角をＦＥＭを用いて計算した。計算結果は、中間部材Ａ：ねじれ角１．９°、中間部材Ｂ：ねじれ角３．２°、中間部材Ｃ：３．９°であった。
【００４６】
以上、全体が湾曲した湾曲状ハット形チャンネル部材の成形方法の実施形態について説明したが、次に、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部と直線状の直線チャンネル部とが連成された湾曲状チャンネル部材（このような部材を「複合湾曲状チャンネル部材」という場合がある。）の成形方法について説明する。複合湾曲状チャンネル部材としては、図１８に示すように、湾曲チャンネル部ＣＰの両側に直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰが連成された複合湾曲状チャンネル部材２１を例示することができる。
【００４７】
図１２に示した調査結果から明らかなように、湾曲状チャンネル部材の端部では中央部に比して縦壁部の壁反りが大きく現れるため、この部位の反りを抑制することがねじれ抑制に効果的である。図１８のように、湾曲チャンネル部ＣＰの両側に直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰが連成された場合、直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰの壁反りが湾曲チャンネル部ＣＰの端部の壁反りを助長するように作用するため、ねじれが大きく現れる。一方、直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰの壁反りを抑制すれば、湾曲チャンネル部ＣＰの端部の壁反りをも抑制することができる。
【００４８】
このため、図１８に示すような複合湾曲状チャンネル部材のねじれを効果的に抑制するには、前記湾曲チャンネル部ＣＰの湾曲中央部に対応するパンチの横壁成形部の上でブランクを押さえるようにし、前記直線チャンネル部ＳＰに対応するパンチの横壁成形部の上ではブランクを押さえないようにして成形し、図９に示すように、前記直線チャンネル部ＳＰに対応するパンチの上に隙間を形成してアーチ状横壁部１１ａｈを有する湾曲状チャンネル中間部材１ａを成形し、引き続いて成形終了時にアーチ状横壁部１１ａｈを平坦状に成形することが有効である。勿論、湾曲チャンネル部ＣＰの中央部に対応するパンチの横壁成形部の上でブランクを押さえるようにし、少なくとも湾曲チャンネル部ＣＰの１／４領域を含む領域ではブランク部を押さえないようにして成形することによって、ねじれをより抑制することができる。さらに、前記隙間形成手段５１を設けることで隙間を介してアーチ状横壁部を安定して形成することができ、成形が安定する。絞り成形の場合は、前記隙間形成手段５１を設けることが望ましい。
【００４９】
図１８に示す複合湾曲状ハット形チャンネル部材２１の成形において、湾曲チャンネル部ＣＰ及び直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰの全てに対応するパンチの上でブランクを押さえて曲げ成形あるいは絞り成形した場合、あるいは湾曲チャンネル部ＣＰの中央部に対応するパンチの上でブランクを押さえ、その他の領域ではブランクを押さえることなく曲げ成形あるいは絞り成形した場合のねじれ角をＦＥＭを用いて計算した。ねじれ角の計算において、部材は前記４点支持状態で４隅が拘束された状態で支持されているものとした。
計算対象とした複合湾曲状チャンネル部材は、板厚１．２mm、強度５９０ＭＰａの冷延鋼板をブランクとして成形したものであり、湾曲チャンネル部ＣＰの形状は、断面中心線の曲率半径ＣＲ＝１０００mm、湾曲部の中心角θｃ＝１４．４°、部材高さＨ＝８１．２mm、部材幅Ｗ＝１００mm、フランジ部の幅Ｌｆ＝２６．２mm、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmであり、直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰの長さは各々２００mmである（図１，図１８参照）。また、曲げ成形及び絞り成形におけるパッドの押圧力を３０ｔｏｎとし、絞り成形の際のブランクホルダーの押圧力を６０ｔｏｎとした。
その結果、湾曲チャンネル部ＣＰ及び直線チャンネル部ＳＰ，ＳＰの全てに対応するパンチの上でブランクを押さえて曲げ成形（通常成形）した場合、部材の周方向中央部でのねじれ角θは４．３°であった。一方、湾曲チャンネル部ＣＰの中央部に対応するパンチの上でブランクを押さえ、その他の領域ではブランクを押さえることなく曲げ成形した場合、ねじれ角は０．３°であった。一方、複合湾曲状チャンネル部材の全ての領域に対してブランクを押さえて絞り成形（通常成形）した場合、ねじれ角は６．２°であり、湾曲チャンネル部ＣＰの中央部のみに対応するパンチの上でブランクを押さえ、その他の領域ではブランクを押さえることなく絞り曲げ成形した場合、ねじれ角は４．７°であった。
【００５０】
上記のように、複合湾曲状チャンネル部材の成形において、少なくとも直線チャンネル部に隙間を介してアーチ状横壁部が形成された湾曲状チャンネル中間部材を成形し、これを成形終了時に目標形状に成形するのは、成形金型内で目標形状に成形された複合湾曲状チャンネル部材の縦壁部の上部に高さ方向に沿って板厚の内側に引張応力を、外側に圧縮応力が内在したねじれ抑制部Ｒを形成するためである。従って、複合湾曲状チャンネル部材の場合も、図１６、図１７と同様に、まず中間成形工程で、少なくとも直線チャンネル部に大幅部あるいは大径部が形成された複合湾曲状チャンネル中間部材を成形（絞り成形あるいは曲げ成形）し、次いでこれらの中間部材を用いて目標形状の複合湾曲状チャンネル部材を成形することで、その縦壁部の上部に高さ方向に沿って板厚の内側に引張応力を、外側に圧縮応力を形成することができ、これによって部材のねじれを抑制、軽減することができる。
【００５１】
さらにまた、上記湾曲状チャンネル部材の前記１／４領域、複合湾曲状チャンネル部材の直線チャンネル部以外の領域にねじれ抑制手段を施す成形方法について説明する。
図１２によると、湾曲の径方向については、部位１及び２と、部位４及び５との比較から内側縦壁部１２ｉより外側縦壁部１２ｏを拘束した方がねじれ抑制効果が高いことがわかる。これより、湾曲チャンネル部のみで構成された湾曲状チャンネル部材、湾曲チャンネル部と直線チャンネル部とが連成された複合湾曲状チャンネル部材（以下、両者を区別することなく、「湾曲状チャンネル部材」という。）のいずれにおいても、成形終了時に成形金型内で成形保持された湾曲状チャンネル部材の外側縦壁部（周方向の全ての領域に存する外側縦壁部）の上部に高さ方向に沿って板厚の内側に引張応力を、外側に圧縮応力を形成することで、部材のねじれが抑制、軽減されることがわかる。以下、かかる成形方法について、具体的な実施形態を図面を参照して説明する。
【００５２】
まず、第４実施形態のねじれ防止成形方法について説明する。この実施形態では、まず、中間成形工程において、図１９中の符号１ａに示すように、成形対象である湾曲状チャンネル部材の各部に対応した横壁部１１ａ、曲げ部１４ａｉ，１４ａｏ、外側縦壁部１２ａｏ、内側縦壁部１２ａｉ、外側フランジ部１３ａｏ、内側フランジ部１３ａｉを備えた湾曲状チャンネル中間部材１ａを成形（絞り成形あるいは曲げ成形）する。
【００５３】
この湾曲状チャンネル中間部材１ａの断面中心線の全長に渡って、同図に示すように、縦壁部１２ａｏ，１２ａｉの間の内幅が、湾曲状チャンネル部材の目標内幅Ｗに対してΔＷだけ大きい内幅とされた大幅部が形成される。この湾曲状チャンネル中間部材１ａは、成形対象とする湾曲状チャンネル部材に対して、内側及び外側フランジ部１３ａｉ，１３ａｏ、フランジ側の内側及び外側曲げ部１５ａｉ，１５ａｏ、内側縦壁部１２ａｉの寸法形状は、湾曲状チャンネル部材の目標寸法形状と同等に成形されており、このため横壁部１１ａは外側縦壁部１２ａｏ側にΔＷ分だけ長くなり、外側縦壁部１２ａｏはΔＷ分だけ短くなっている。なお、図中の湾曲状チャンネル中間部材１ａは目標形状を示している。また、図１９に示すように外側縦壁部１２ａｏ側にΔＷを設定して大幅部を形成することを「外側に大幅部を形成する」といい、これとは反対に内側縦壁部１２ａｉ側にΔＷを設定して大幅部を形成することを「内側に大幅部を形成する」という。
【００５４】
そして、図１９に示すように、仕上成形工程で、湾曲状チャンネル部材を成形するためのパンチ３１、ダイ３３を備えた成形金型によって、湾曲状チャンネル中間部材１ａを湾曲状チャンネル部材の目標形状になるように成形すると、成形終了時に成形金型に保持された湾曲状チャンネル部材は、図２１に示すように、外側の曲げ部１４ｏが成形終了時に平坦状に曲げ戻しされ、湾曲状チャンネル部材１の外側縦壁部１２ｏの上部にねじれ抑制部Ｒが形成され、離型すると、応力が解放されて、部材のねじれが抑制、軽減される。以下、かかる成形を外側曲げ部の曲げ戻し成形と呼ぶ。
【００５５】
ここで、図１９に示す湾曲状チャンネル中間部材１ａを用いて外側曲げ部の一部曲げ戻し成形した場合の部材のねじれ角の計算例を示す。板厚１．２mm、強度５９０ＭＰａの冷延鋼板をブランクとし、目標形状が断面中心線の曲率半径ＣＲ＝１０００mm、湾曲部の中心角θｃ＝３２°、部材高さＨ＝４０mm、部材幅Ｗ＝６０mm、フランジ部の幅Ｌｆ＝３５mm、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmの、湾曲チャンネル部のみからなる湾曲状ハット形チャンネル部材を成形対象とし、仕上成形の際に、中間成形工程（絞り成形）で断面中心線の全長に沿って大幅部（縦壁部間の内幅を外側にΔＷ＝２mm拡張したもの）が成形された中間部材を用いた。中間部材として、断面中心線の全長に渡り、外側及び内側にそれぞれ大幅部を形成したもの（中間部材Ａ）、外側のみに大幅部を形成したもの（中間部材Ｂ）、内側のみに大幅部を形成したもの（中間部材Ｃ）の３種を想定した。そして、外側曲げ部の曲げ戻し成形後の湾曲状チャンネル部材のねじれ角をＦＥＭを用いて計算した。計算結果は、中間部材Ａ：ねじれ角１．０°、中間部材Ｂ：ねじれ角２．２°、中間部材Ｃ：３．８°であった。
【００５６】
さらに、第５実施形態のねじれ防止成形方法について説明する。この実施形態では、先ず、中間成形工程において、図２０中の符号１ａに示すように、成形対象である湾曲状チャンネル部材の各部に対応した横壁部１１ａ、曲げ部１４ａｉ，１４ａｏ、外側縦壁部１２ａｏ、内側縦壁部１２ａｉ、外側フランジ部１３ａｏ、内側フランジ部１３ａｉを備えた湾曲状チャンネル中間部材１ａを成形（絞り成形あるいは曲げ成形）する。
【００５７】
この湾曲状チャンネル中間部材１ａの断面中心線の全長に渡って、同図に示すように、横壁部１１ａと外側縦壁部１２ａｏとをつなぐ外側曲げ部１４ａｏのみの曲率半径ｒｐａが、湾曲状チャンネル部材の同曲げ部１４ｏの目標半径に対して大きく設定された大径部が形成される。この湾曲状チャンネル中間部材１ａは、成形対象とする湾曲状チャンネル部材に対して、内側及び外側フランジ部１３ａｉ，１３ａｏ、フランジ側の内側及び外側曲げ部１５ａｉ，１５ａｏ、内側縦壁部１２ａｉの寸法形状は、湾曲状チャンネル部材の目標寸法形状と同等に成形されており、このため横壁部１１ａ及び外側縦壁部１２ａｏは、外側曲げ部１４ａｏが目標半径より大きく形成された分だけ短くなっている。なお、図中の湾曲状チャンネル中間部材１ａは目標形状を示している。
【００５８】
そして、図２０に示すように、仕上成形工程で、湾曲状チャンネル部材を成形するためのパンチ３１、ダイ３３を備えた成形金型によって、湾曲状チャンネル中間部材１ａを湾曲状チャンネル部材の目標形状になるように成形すると、成形終了時に成形金型に保持された湾曲状チャンネル部材は、図２１に示すように、横壁部１１ａ及び大径の外側曲げ部１４ａｏが湾曲状チャンネル部材１の横壁部１１、曲げ部１４ｏに成形されると共に、大径曲げ部１４ａｏの一部が平坦状に曲げ戻しされ、外側縦壁部１２ｏの上部にねじれ抑制部Ｒを形成する。これにより、前記上部には、板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が生じ、離型すると、応力が解放されて、部材のねじれが抑制、軽減される。このような成形を外側大径曲げ部の一部曲げ戻し成形と呼ぶ。
【００５９】
ところで、発明者によるねじれ抑制方法の検討結果から、図２２に示すように、成形終了時において、成形金型内に保持された湾曲状チャンネル部材１の横壁部１１において、曲げ部１４ｉ，１４ｏに近接して板厚の内側に引張応力が、外側に圧縮応力が内在するねじれ抑制部Ｒを成形することによっても、部材のねじれを抑制、軽減できることが確認された。このような応力分布を、成形終了時に湾曲チャンネル部のみからなる湾曲状チャンネル部材では少なくとも前記１／４領域に、複合湾曲状チャンネル部材では少なくとも直線チャンネル部に形成するとよい。また、断面中心線の全長に渡って外側にのみ形成するようにしてもよい。
【００６０】
また、発明者は湾曲状チャンネル部材のねじれの原因を追及していく過程で種々の調査を行った。その一つとして、正方向のねじれを生じるように部材高さが高い場合、ねじれに及ぼすフランジ部の幅の影響を調べた。その結果を図２３に示す。図２３より、フランジ部の幅が大きいほど、ねじれ角が小さくなることがわかる。すなわち、フランジ部の剛性を向上させることによりねじれを低減させることができる。図２４(1) 、(2) は、このような観点から考案されたフランジ部の構造例を示し、(1) はフランジ部の端部を折り曲げたもの、(2) は同端部を折り返したものを示す。これらのフランジ部の構造は、成形の最後の折り曲げる程度の加工を施すことで実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ハット形及びＵ形チャンネル部材の横断面図である。
【図２】ハット形チャンネル部材の絞り成形の横断面説明図である。
【図３】ハット形チャンネル部材の曲げ成形の横断面説明図である。
【図４】Ｕ形チャンネル部材の曲げ成形の横断面説明図である。
【図５】直線状ハット形チャンネル部材の成形後の壁反り状態を示す斜視図である。
【図６】湾曲状ハット形チャンネル部材の成形後のねじれ状態を示す(1) 平面図及び(2) Ａ−Ａ線断面図である。
【図７】湾曲状ハット形チャンネル部材の成形前後の状態を示す平面図である。
【図８】ブランクを押さえることなく、湾曲状ハット形チャンネル部材を曲げ成形した場合の部材の横断面図である。
【図９】ブランクを押さえることなく、湾曲状ハット形チャンネル部材を曲げ成形した場合の成形初期から中期における成形状態を示す要部横断面説明図である。
【図１０】湾曲状ハット形チャンネル部材を曲げ成形した場合の成形終了時（下死点）における成形状態を示す要部横断面説明図である。
【図１１】湾曲状ハット形チャンネル部材の縦壁部の拘束部位を示す平面図である。
【図１２】湾曲状ハット形チャンネル部材の絞り成形における拘束部位とねじれ角との関係を示すグラフである。
【図１３】湾曲状ハット形チャンネル部材の成形に際し、ねじれ抑制に効果のある領域を示す平面図である。
【図１４】横壁成形部を有するダイを用いた、湾曲状ハット形チャンネル部材の曲げ成形状態を示す要部横断面説明図である。
【図１５】隙間形成手段を備えたパンチを用いた、湾曲状ハット形チャンネル部材の曲げ成形状態を示す要部断面説明図である。
【図１６】第２実施形態にかかる湾曲状チャンネル中間部材及び仕上成形工程の初期状態を示す要部横断面説明図である。
【図１７】第３実施形態にかかる湾曲状チャンネル中間部材及び仕上成形工程の初期状態を示す要部横断面説明図である。
【図１８】湾曲チャンネル部の両側に直線チャンネル部が連成された複合湾曲状チャンネル部材の平面図である。
【図１９】第４実施形態にかかる湾曲状チャンネル中間部材及び仕上成形工程の初期状態を示す要部横断面説明図である。
【図２０】第５実施形態にかかる湾曲状チャンネル中間部材及び仕上成形工程の初期状態を示す要部横断面説明図である。
【図２１】第４、第５実施形態にかかる成形終了時の成形金型内に保持された湾曲状チャンネル部材の要部横断面図である。
【図２２】他のねじれ抑制成形の成形終了時の成形金型内に保持された湾曲状チャンネル部材の要部横断面図である。
【図２３】フランジ部の幅とねじれ角との関係を示すグラフ図である。
【図２４】フランジ部の剛性を高める構造例を示す湾曲状チャンネル部材の横断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  湾曲状ハット形チャンネル部材、  １ａ  湾曲状チャンネル中間部材
１１，１１ａ  横壁部、               １１ａｈ  アーチ状横壁部
１２，１２ａ  縦壁部、               １２ｏ，１２ａｏ  外側縦壁部
１３，１３ａ  フランジ部、           ３１  パンチ
３２  パッド、                       ３３  ダイ
４１  横壁成形部、                   ＣＰ  湾曲チャンネル部
ＳＰ  直線チャンネル部、             Ｑ    １／４領域
Ｒ    ねじれ抑制部、                 Ｓ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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