(57)【要約】【課題】本発明は三次元成形品の製造装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、アルミニウム樹脂複合積層板からなる三次元成形品の製造装置において、パンチを備えたベース基台と、型孔を備えたダイプレートと、パンチの周囲に設けられた枠型のしわ押さえ板と、しわ押さえ板を水平支持する複数の支持軸部材と、支持軸部材に巻装されてしわ押さえ板をベース基台から離れる方向に付勢するバネ部材とを備え、パンチの型孔への挿入によってアルミニウム樹脂複合積層板を型孔に引き込んで絞り加工する製造装置であって、パンチの型孔への挿入前にアルミニウム樹脂複合積層板をしわ押さえ板によってバネ部材の付勢力に抗しつつダイプレートに押さえ込み可能な位置にしわ押さえ板が支持され、バネ部材のばね定数が６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下、単位荷重が１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定されたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁を有する三次元成形品の製造装置において、
パンチを備えたベース基台と、前記パンチに対向して設けられ前記パンチを挿入する型孔を備えたダイプレートと、前記パンチの周囲に設けられた枠型のしわ押さえ板と、前記ベース基台に取り付けられ前記しわ押さえ板を前記ベース基台と前記ダイプレート間で移動自在に支持する複数の支持軸部材と、前記支持軸部材に巻装された圧縮バネ型のバネ部材とを備え、前記パンチが前記ダイプレートの型孔に対し接近離間自在に設けられ、
前記パンチと前記ダイプレートの間に挟んだ前記アルミニウム樹脂複合積層板を前記型孔に押し込んで前記アルミニウム樹脂複合積層板を絞り加工する製造装置であって、
前記パンチの前記型孔への挿入前に前記アルミニウム樹脂複合積層板を前記しわ押さえ板によって前記バネ部材の付勢力に抗しつつ前記ダイプレート側に押圧可能な位置に前記しわ押さえ板が支持されるとともに、
前記バネ部材のばね定数が６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下に設定され、前記バネ部材の単位荷重が１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定されたことを特徴とする三次元成形品の製造装置。
【請求項２】
前記ダイプレートと前記ベース基台の間に立設されて前記パンチの前記ダイプレート側への移動の終点位置を規定するストッパ部材が設けられ、前記パンチの前記ダイプレート側への移動に応じて生じる前記バネ部材のたわみ量が前記バネ部材のたわみ限界より小さくなる位置に前記終点位置が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の三次元成形品の製造装置。
【請求項３】
前記発泡樹脂の発泡倍率が１．５〜１０倍、総厚が２〜１０ｍｍ、前記面材の厚さが０．１〜４ｍｍのアルミニウム樹脂複合積層板に適用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元成形品の製造装置。
【請求項４】
前記ベース基台が前記複数の支持軸部材を支える支持板と支持板上に立設された複数の支持壁とこれら支持壁上に接合されたベースプレートからなり、該ベースプレートが取付ベースに水平方向にスライド位置決め自在に支持され、前記複数の支持軸部材の先端部にねじ部が形成され、前記複数の支持軸部材がそれらのねじ部を前記しわ押さえ板に形成されたねじ穴に螺合して前記しわ押さえ板が支持されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の三次元成形品の製造装置。
【請求項５】
前記パンチの前記型孔への挿入進行により連動して前記しわ押さえ板が発生させるしわ押さえ力が増大されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の三次元成形品の製造装置。
【請求項６】
発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁を有する三次元成形品の製造方法において、
型孔を有するダイプレートと前記型孔に前記アルミニウム樹脂複合積層板のブランク材を押し込むパンチと前記ダイプレートに前記ブランク材の周縁部を押し付けるしわ押さえ板を用い、前記ブランク材の周縁部に前記しわ押さえ板でしわ押さえ力を付加しつつ前記型孔に前記パンチによって前記ブランク材を押し込んで絞り成形する三次元成形品の製造方法であって、
圧縮バネ型のバネ部材を圧縮することにより生じる付勢力を用いて前記しわ押さえ板を前記ブランク材に押し付けてしわ押さえ力を発生させるとともに、前記バネ部材のばね定数を６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下に設定し、前記バネ部材の単位荷重を１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定することを特徴とする三次元成形品の製造方法。
【請求項７】
前記発泡樹脂の発泡倍率が１．５〜１０倍、総厚が２〜１０ｍｍ、前記面材の厚さが０．１〜４ｍｍのアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材に適用することを特徴とする請求項６に記載の三次元成形品の製造方法。
【請求項８】
前記バネ部材により前記しわ押さえ板を用いて発生させるしわ押さえ力を前記ブランク材の絞り成形の初期段階から終期段階にかけて順次強くすることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の三次元成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム樹脂複合積層板からなる三次元成形品を製造する装置と製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属板の絞り加工装置として、図１０に示すように加工対象の金属板１００が水平に設置されるダイプレート１０１と、ダイプレート１０１の中央孔１０２に上下移動自在に収容されたパッド１０３と、ダイプレート１０１の上方に設けられたしわ押さえプレート１０５および絞りパンチ１０６を備えた絞り加工装置が知られている。
この絞り加工装置は、図１１に示すように絞りパンチ１０６を中央孔１０２の内側まで下降させ、金属板１００に絞り加工を施し、箱型の成形品１０７を製造する。図１０、図１１に示す絞り加工装置において絞りパンチ１０６は平面視略矩形状に形成され、成形品１０７は矩形箱型の三次元成形品として作製される。
【０００３】
図１０、図１１に示す絞り加工装置によって金属板１００に絞り加工を施す場合、欠陥を生じ易いのは、絞りパンチ１０６の周縁部が金属板１００を大きく絞り出し変形させた部分である。
例えば、成形品１０７において単純な折り曲げ加工により形成した側面や底面に欠陥を生じるおそれはない。しかし、２つの側面と底面との交わるコーナー部分や２つの側面が交わる稜線部分は金属板１００から成形に必要な材料を絞り出した部分であるので、割れやしわ、あるいは肌荒れなどの欠陥が生じ易い部分となる。
現状の絞り加工技術において、潤滑油の開発や絞り加工技術の改良などによって一般的な加工性の金属板であれば、特に支障なく絞り加工ができる技術開発がなされている。
【０００４】
例えば、以下の特許文献１に記載の如く伸びの低い金属材料からなる合金板を角絞り加工する場合、部分的にテーパーのあるダイプレート、絞りパンチ、パッドを用いて角部や稜線部分を第一の絞り加工時に局部的に肉増し加工し、次いで角部や稜線部分の肉増しされた部分を加工して絞り加工を行う技術が提供されている。
また、以下の特許文献２に記載の如く絞り加工で形成する立壁部に生成するしわを防止
するために、湾曲コーナー部の中央に対する初期フランジ長と直辺部に対応する初期フランジ長との比を規定し、湾曲コーナー部中央のショックライン長と直辺部におけるショックライン長の比を規定する技術が提供されている。
【０００５】
また、以下の特許文献３に記載の如く金属板を箱状体に絞り成形する場合、絞り可能な大きさのＲである金属板の厚さの３倍以上のＲで箱状体に絞り成形後、Ｖ状ポンチで叩いてＲを小さくする技術が提供されている。
前述の如く一般的な金属板は勿論のこと、加工が難しいと想定される金属板であっても欠陥の生じ難い絞り加工技術の提供がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３９６４４号公報
【特許文献２】特開平９−３０８９２１号公報
【特許文献３】特開２００１−２３９３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで近年、次世代自動車の開発などのテーマにおいて、より軽量な板材の開発が検討され、中でも発泡樹脂板の表裏面をアルミニウム板で挟んだサンドイッチ構造のアルミニウム樹脂複合積層板が研究されている。
このアルミニウム樹脂複合積層板は、軽量である上に表面光沢があり、意匠性にも優れているので、アルミニウム樹脂複合積層板からなる三次元成形品の製造技術開発が期待されている。
ところが、発泡樹脂とアルミニウム板は樹脂材料と金属材料であり、両者は熱膨張率、伸び、縮みが大きく異なるので、従来から知られている種々の絞り加工技術を適用したとしても、部分的にしわや割れ、表面疵などを引き起こすことなく三次元成形品を絞り加工することは容易ではなかった。
【０００８】
アルミニウム樹脂複合積層板からなる三次元成形品を絞り加工により製造する場合、コーナー部分や稜線部分にしわや割れ、表面疵などの欠陥を生じさせないための工夫として、ダイプレート１０１としわ押さえプレート１０５によって発生させるしわ押さえ力を所望の値に制御しつつアルミニウム樹脂複合積層板を絞り加工することが考えられる。
ところが、上述した如くアルミニウム樹脂複合積層板は金属と発泡樹脂の積層体であり、最近になって注目されてきた材料であることから、絞り成形時のしわ押さえ力をどの程度に設定してどのように制御すればしわや割れ、疵などの欠陥を制御できるのか充分に解析されていない実情がある。
【０００９】
本願発明は、これらの背景に鑑み、アルミニウム樹脂複合積層板から絞り成形により三次元成形品を製造する場合に、しわや割れ、表面疵、形状不良などの欠陥を生じることなく形の整った三次元成形品を製造できる装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者はアルミニウム樹脂複合積層板から絞り成形により三次元成形品を製造する方法において、割れやしわ、表面疵、形状不良などの欠陥発生としわ押さえ力の関連性について研究した結果、絞り成形の前半よりも後半においてしわ押さえ力を強くすることにより良好な結果が得られることを知見した。そのため、本発明者は絞り成形の進行に応じてしわ押さえ力の制御が可能な製造装置と製造方法を開発し、本願発明に到達した。
【００１１】
本発明に係る製造装置は前述の背景に基づき、発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁を有する三次元成形品を製造する装置において、パンチを備えたベース基台と、前記パンチに対向して設けられ前記パンチを挿入する型孔を備えたダイプレートと、前記パンチの周囲に設けられた枠型のしわ押さえ板と、前記ベース基台に取り付けられ前記しわ押さえ板を前記ベース基台と前記ダイプレート間で移動自在に支持する支持軸部材と、前記支持軸部材に巻装された圧縮バネ型のバネ部材とを備え、前記パンチが前記ダイプレートの型孔に対し接近離間自在に設けられ、前記パンチと前記ダイプレートの間に挟んだ前記アルミニウム樹脂複合積層板を前記型孔に押し込んで前記アルミニウム樹脂複合積層板を絞り加工する製造装置であって、前記パンチの前記型孔への挿入前に前記アルミニウム樹脂複合積層板を前記しわ押さえ板によって前記バネ部材の付勢力に抗しつつ前記ダイプレートに押圧可能な位置に前記しわ押さえ板が支持されるとともに、前記バネ部材のばね定数が６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下に設定され、前記バネ部材の単位荷重が１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記ダイプレートと前記ベース基台の間に立設されて前記パンチの前記ダイプレート側への移動の終点位置を規定するストッパ部材が設けられ、前記パンチの前記ダイプレート側への移動に応じて生じる前記バネ部材のたわみ量が前記バネ部材のたわみ限界より小さくなる位置に前記終点位置が設定されたことが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記発泡樹脂の発泡倍率が１．５〜１０倍、総厚が２〜１０ｍｍ、前記面材の厚さが０．１〜４ｍｍであるアルミニウム樹脂複合積層板に適用されることが好ましい。
本発明において、前記ベース基台が前記複数の支持軸部材を支える支持板と支持板上に立設された複数の支持壁とこれら支持壁上に接合されたベースプレートからなり、該ベースプレートが取付ベースに水平方向にスライド位置決め自在に支持され、前記複数の支持軸部材の先端部にねじ部が形成され、前記複数の支持軸部材がそれらのねじ部を前記しわ押さえ板に形成されたねじ穴に螺合して前記しわ押さえ板が支持された構成とすることが好ましい。
本発明において、前記パンチの前記型孔への挿入進行により連動して前記しわ押さえ板が発生させるしわ押さえ力が増大されることが好ましい。
【００１４】
本発明の三次元成形品の製造方法は、発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁を有する三次元成形品の製造方法において、型孔を有するダイプレートと前記型孔に前記アルミニウム樹脂複合積層板のブランク材を押し込むパンチと前記ダイプレートに前記ブランク材の周縁部を押し付けるしわ押さえ板を用い、前記ブランク材の周縁部に前記しわ押さえ板でしわ押さえ力を付加しつつ前記型孔に前記パンチによって前記ブランク材を押し込んで絞り成形する三次元成形品の製造方法であって、圧縮バネ型のバネ部材を圧縮することにより生じる付勢力を用いて前記しわ押さえ板を前記ブランク材に押し付けてしわ押さえ力を発生させるとともに、前記バネ部材のばね定数を６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下に設定し、前記バネ部材の単位荷重を１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明の三次元成形品の製造方法において、前記発泡樹脂の発泡倍率が１．５〜１０倍、総厚が２〜１０ｍｍ、前記面材の厚さが０．１〜４ｍｍのアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材に適用することが好ましい。
本発明の三次元成形品の製造方法は、前記バネ部材により前記しわ押さえ板を用いて発生させるしわ押さえ力を前記ブランク材の絞り成形の初期段階から終期段階にかけて順次強くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の製造装置と製造方法によれば、アルミニウム樹脂複合積層板から三次元成形品を製造する場合であっても、しわや割れ、表面疵、形状不良などの欠陥を生じることなく形の整った三次元成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る製造装置により製造対象とするアルミニウム樹脂複合積層板からなる三次元成形品の一例を示す斜視図。
【図２】本発明に係る第１実施形態の製造装置の斜視図。
【図３】同第１実施形態の製造装置のダイプレート上にブランク材を設置した状態を示す斜視図。
【図４】同第１実施形態の製造装置に備えられるダイプレートとしわ押さえ板を斜め上方から見た斜視図。
【図５】同ダイプレートとしわ押さえ板を斜め下方から見た斜視図。
【図６】同ダイプレートに対ししわ押さえ板とパンチを上方に離した状態を示す側面図。
【図７】同ダイプレートに対ししわ押さえ板を接触させた状態までパンチを下降させた状態を示す側面図。
【図８】同ダイプレートの型孔内部までパンチを下降させた状態を示す側面図。
【図９】同ダイプレートの型孔内底部側までパンチを下降させた状態を示す側面図。
【図１０】従来の絞り加工装置においてダイプレートとパンチの間に金属板を設置した状態を示す断面図。
【図１１】従来の絞り加工装置においてパンチを下降させて金属板を三次元成形品に加工した状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、図２以降に示す製造装置Ａによって製造対象とする三次元成形品の一例を示す斜視図である。
この例の三次元成形品Ｂは、ポリプロピレン発泡樹脂などの発泡樹脂板からなる芯材２ａと、この芯材２ａの表裏両面側に積層されたアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材２ｂ、２ｂとからなる３層構造のアルミニウム樹脂複合積層板２を後述する製造装置Ａで角絞り成形して得られる。
図１に示す三次元成形品Ｂは、浅底の上面開口型の箱形に形成され、平面視矩形状の底壁２Ａとこの底壁２Ａの周縁から底壁２Ａに対し直角に立設された４つの側壁２Ｂとからなる。
【００１９】
底壁２Ａの周縁において側壁２Ｂが延設された部分に第１のコーナー部２Ｄが形成され、隣接する側壁２Ｂ、２Ｂが接続された稜線部分に第２のコーナー部２Ｅが形成されている。
上述のアルミニウム樹脂複合積層板２として望ましくは厚さ（総厚）が２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、望ましくは面材２ｂの厚さが０．１ｍｍ以上、４ｍｍ以下、望ましくは芯材２ａの厚さが１．９ｍｍ以上、９．８ｍｍ以下の積層板を用いることができる。
【００２０】
なお、一例として芯材２ａの厚さ２．５ｍｍ、外側の面材２ｂの厚さ０．３ｍｍ、内側の面材２ｂの厚さ０．２ｍｍ、総厚３．０ｍｍ程度、芯材２ａの表裏両面に面材２ｂが接着された構造のアルミニウム樹脂複合積層板２を適用することができる。前記芯材２ａの厚さ、面材２ｂの厚さは一例であって、前記の厚さに限らないが、アルミニウム樹脂複合積層板全体をできるだけ軽量化するために、芯材２ａより面材２ｂの方を薄くすることが好ましい。また、芯材２ａをポリプロピレン樹脂の発泡体から形成すると芯材２ａの比重を１．６程度に形成することができ、アルミニウムの比重が約２．７程度であるので、芯材２ａを面材２ｂより厚く形成することでアルミニウム樹脂複合積層板全体として軽量化に有利となる。なお、芯材２ａを構成する樹脂としては、ポリプロピレン樹脂に限定されず、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート等を用いることができ、発泡倍率は１．５倍から１０倍で均一に発泡させたものを適宜選択できる。本実施形態において適用する芯材２ａの発泡倍率は１．５倍以上、５倍以下の範囲がより好ましい。
【００２１】
面材２ｂ、２ｂを形成するアルミニウムあるいはアルミニウム合金板は、両方同じ種類のアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されていても良く、異なるアルミニウム合金から形成されていてもよい。一例として、外側の面材２ｂをＡＡ５１５１などの５０００系アルミニウム合金から形成し、内側の面材２ｂをＡＡ１０５０などの１０００系アルミニウム合金から構成することができる。
この実施形態において内外の面材２ｂ、２ｂで材質、厚さを前記のように異ならせたのは、内側の面材２ｂに変形による歪を逃がし、成形を容易とするためであるが、上述の記載は一例であって、上述の記載に制限されるものではない。
【００２２】
図１に示す三次元成形品Ｂは、図３に示す平板状のアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材４を図２〜図５に示す構成の製造装置Ａを用いて角絞り成形することによって製造される。
ただし、アルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材４の芯材２ａは面材２ｂより比重が小さく樹脂の発泡体であるので、単純に絞り加工を施した場合、芯材２ａがクッション材のように変形し、変形しようとする面材２ｂの緩衝層となる。このため、例えば、絞り成形を実施しようとすると、三次元成形品Ｂのコーナー部２Ｄ、２Ｅにしわや割れが生じ易く、表面疵を生じ易い問題がある。
そこで、本実施形態では、図２〜図５に示す製造装置Ａを用い、製造装置Ａに図４に拡大して示すダイプレート１２を装着し、アルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材４を用い、後述する角絞り成形を施すことによって、上述した欠陥の生じていない形の整った三次元成形品Ｂを得ることができる。
【００２３】
製造装置Ａは、図２、図３に示すように上部定盤３と下部定盤５の間に上型６と下型７を備え、上部定盤３と下部定盤５を図示略の油圧圧下装置に接続することで上型６と下型７を接近離間する方向に移動自在に構成されている。
上型６には上部定盤３の下面側に平面視長方形状の取付ベース８を介し取り付けられたパンチ９が設けられている。この実施形態においては図１に示す箱形の三次元成形品Ｂを製造対象とするので、箱形の三次元成形品Ｂを型取るための図５に示す平坦な底面９ａと側面９ｂを備えた凸型のパンチ９が取付ベース８の下方に取り付けられている。なお、パンチ９の形状は目的とする三次元成形品の形状に合わせて適宜の形状を採用できるので、各図に示す凸型の形状は一例に過ぎない。
下型７にはブロック型の中子１０を内部に上下移動自在に備えたダイ側基台１１が設けられ、その上部に枠型のダイプレート１２が取り付けられ、ダイプレート１２の中央部に型孔１２ａが形成されている。
【００２４】
上型６において上部定盤３の下面側に設けられた取付ベース８の短辺側下面にＬ字形のフック部１５が下向きに形成され、取付ベース両側のフック部１５に吊り持ち支持される状態で平面視略長方形状のベースプレート１６が水平に支持され、このベースプレート１６の下面側に４枚の支持壁１７を介し支持板１８が水平に支持されている。ベースプレート１６はその長さ方向両端側をフック部１５、１５によって吊り持ち支持された状態で取付ベース８の下面に沿ってスライド自在に支持されている。このため、ベースプレート１６の取付ベース８に対する支持位置を微調整することができ、後述するパンチ９のダイプレート１２に対する正確な芯出しができるように構成されている。
図２、図３に示すフック部１５、１５の奥側に位置する支持板１８の背部側にはベースプレート１６の前後移動を阻止するストッパが形成されていて、ベースプレート１６はこのストッパに到達するまでフック部１５、１５に沿ってスライド移動自在に支持されている。ベースプレート１６は前記ストッパに接触した位置で芯出しができるサイズ（奥行き幅）に形成され、この芯出し位置でベースプレート１６を貫通して取付ベース８のねじ穴に螺合される図示略のボルトにより取付ベース８に取り付けられている。換言すると、ストッパにベースプレート１６を突き当てた状態でベースプレート１６に形成されている複数の透孔と取付ベース８に形成されている複数のねじ孔が位置合わせされ、この位置でベースプレート１６が芯出しされるようになっている。
【００２５】
支持壁１７はベースプレート１６の下面側にベースプレート１６の短辺と平行に等間隔かつベースプレート１６と直角に４枚配置され、４枚の支持壁１７の下端側に平面視長方形状の支持板１８が水平に一体化されている。
一例として一体化された支持板１８と支持壁１７を貫通してベースプレート１６の図示略のねじ孔に螺合される複数のボルトにより支持壁１７と支持板１８がベースプレート１６に一体化されている。
本実施形態では図３に示すように４枚の支持壁１７と支持板１８が櫛形に一体化され、支持壁１７をベースプレート１６にボルト止めしてベース基台１９が構成されている。
また、隣接する支持壁１７、１７の間には左右方向に開口を有する空間部Ｋが形成されている。この空間部Ｋを設けて４枚の支持壁１７と支持板１８を櫛形に構成することによりベース基台１９を軽量化できるとともに、後述するバネ部材２５の交換を容易としている。
なお、支持壁１７と支持板１８をベースプレート１６に固定する部分の構造はボルト止めに限らない。
【００２６】
支持板１８の短辺側に位置する支持壁１７の近傍であって、支持板１８において空間部Ｋに望む位置に複数の支持孔１８ａが形成され、各支持孔１８ａを上下に挿通するように支持軸部材２０が吊り下げられている。支持孔１８ａは支持板１８の各コーナー部に近い位置に形成されているので、支持板１８には４つの支持孔１８ａが形成されている。
支持軸部材２０は図６〜図９に示すようにストリッパーボルトからなる。支持軸部材２０は、ねじ部を有しないロッド状の軸部２０ａと、この軸部２０ａの上端部に形成された頭部２０ｂと、軸部２０ａの下端部に形成されたねじ部２０ｃとからなる。
支持軸部材２０は支持板１８の支持孔１８ａにフランジ部２１ａを有する円筒形状のブッシュ部材２１を介し挿通され、支持板１８の上方に頭部２０ｂを出し、支持板１８の下方にねじ部２０ｃを向けて支持板１８に吊り下げ支持されている。ブッシュ部材２１は支持軸部材２０の上下移動を円滑とするために摩擦係数の小さい材料からなる。支持板１８の支持孔１８ａに内挿されたブッシュ部材２１のフランジ部２１ａによって支持軸部材２の頭部２０ｂが支持され、ブッシュ部材２１により支持軸部材２０が支持板１８の支持孔１８ａに対し抜け止め自在に支持されている。支持孔１８ａは段付孔型に形成され、段の部分に支持軸部材２０のフランジ部２１ａが設置され、フランジ部２１ａの上面が支持板１８の上面と面一にされている。支持軸部材２０の頭部２０ｂの外径はブッシュ部材２１の円筒部分の内径より大きく、円筒部分の外径より小さく形成されているので、支持板１８の支持孔１８ａに装着されたブッシュ部材２１に支持される状態で支持軸部材２０が吊り下げ支持されている。
【００２７】
支持板１８の下面中央側であって４本の支持軸部材２０の間に下向きに凸型のパンチ９が取り付けられ、このパンチ９の下端側に枠状のしわ押さえ板２２がパンチ９の外周を取り囲むように４本の支持軸部材２０によって水平に吊り下げ支持されている。パンチ９の底面９ａは平面状に形成され、パンチ９の底面９ａよりしわ押さえ板２２の下面が僅かに下方に（数ｍｍ程度下方に）設置されている。
しわ押さえ板２２のコーナー部分上面側にはそれぞれ上面側にのみ開口するねじ穴２２ａが形成され、各ねじ穴２２ａに支持軸部材２０のねじ部２０ｃを螺合することでしわ押さえ板２０が吊り下げ支持されている。しわ押さえ板２２の内側部分にはパンチ９を挿通可能な大きさの挿通孔２２ｂが形成され、この挿通孔２２ｂを挿通するようにパンチ９が設置されている。
【００２８】
４本の支持軸部材２０の個々の外周側であって支持板１８としわ押さえ板２２の間の部分にコイル状のバネ部材２５が巻装されている。これらのバネ部材２５のバネ定数は６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下に設定され、単位荷重が１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定されている。これらのバネ部材２５は、しわ押さえ板２２への加圧力を調節してしわ押さえ力を制御するために使用するので圧縮バネとされている。
バネ部材２５のバネ定数が６０Ｎ／ｍｍ未満では後述するようにアルミニウム樹脂複合積層板のブランク材４を角絞り成形して図１に示す三次元成形品Ｂを製造する場合、三次元成形品Ｂにしわが入り易くなる。バネ部材２５のバネ定数が１５０Ｎ／ｍｍを超えるようでは後述するようにアルミニウム樹脂複合積層板のブランク材４を角絞り成形して図１に示す三次元成形品Ｂを製造する場合、バネ部材２５が硬すぎてバネ部材２５が縮まなくなり、三次元成形品Ｂに割れを生じる。単位荷重を１２０ｋｇ未満にすると三次元成形品Ｂに形状不良を引き起こし易くなり、単位荷重で３００ｋｇを超えるとバネ部材による表面疵が目立つようになる。
【００２９】
なお、バネ自体の長さがバネに係る力の大きさによって変化する（正比例する）ので、バネ定数の数値が大きい方が硬いバネ、数値が小さい方が軟らかいバネと解釈できる。荷重＝バネ定数×タワミの関係があり、バネ定数（Ｎ／ｍｍ）＝（横弾性係数×線径の４乗）／（８×有効巻数×中心径の３乗）の関係があり、バネ定数＝タワミ１ｍｍあたりに発生する力の関係があり、バネ定数は最大荷重を求める際に使用できる。そのバネ部材を使用できる限界の荷重は通常最大荷重の８０％までとすることが好ましい。これらの関係から、バネ定数は長さを調整するための基準となり、単位荷重はバネ部材からアルミニウム樹脂複合積層板にかける荷重を調整するための基準として使用することができる。これらを勘案して目的とする三次元成形品Ｂの角絞り成形に合わせたバネ定数と単位加重のバネ部材を選択することができる。
上述のバネ定数の範囲と単位荷重の範囲に各値を設定したバネ部材２５を用いることで後述するように得られた三次元成形品Ｂには割れやしわを生じることがなく、表面疵を生じていないとともに、形状不良も生じていない、形の整った三次元成形品Ｂを製造することができる。
【００３０】
上述のように三次元成形品Ｂを構成するアルミニウム樹脂複合積層板はその総厚、芯材２ａの厚さ、面材２ｂの厚さに望ましい範囲があり、製造対象とする三次元成形品Ｂの大きさも種々の大きさが考えられる。これらの全てに対し、特定のバネ定数、特定の単位荷重のバネ部材２５のみを適用して製造することは望ましくはなく、総厚、芯材の厚さ、面材の厚さ、製造対象とする三次元成形品の大きさ等に応じてバネ定数と単位荷重の異なる複数種類のバネ部材を予め用意しておき、製造対象とする三次元成形品に合わせて好適なバネ部材に交換して製造することが好ましい。
このため、前記構成の製造装置Ａにおいては、対象とする三次元成形品Ｂの各部寸法や規模に合わせてバネ定数と単位荷重の異なる複数種類のバネ部材から選択した好適なものを利用して製造することが好ましい。
このため、バネ部材２５を支持している支持軸部材２０をできるだけ容易に取り外し、別のバネ定数または別の単位荷重のバネ部材に交換する場合に簡単に交換作業できることが望ましい。この点、支持板１８の上に支持壁１７を離間させて設け、支持軸部材２０の頭部周りに空間部Ｋを設けているので、この空間部Ｋを利用して支持軸部材２０の回転作業を容易に実施でき、支持軸部材２０としわ押さえ板２２の分離が容易であるので、バネ部材２５の交換作業が容易にできる。また、空間部Ｋを設けて支持壁１７と支持板１８を櫛形に一体化し、ベース基台１９を軽量化しているので、バネ部材２５によるバネ抑え力を小さいものに交換したい場合でも、バネ部材２５を含めた上型６側の全体重量を抑えることができ、上型６の重量影響を抑制することができる。
【００３１】
ダイプレート１２は中央部に型孔１２ａを有する肉厚の矩形枠状の金属ブロック体から構成され、この型孔１２ａにパンチ９がブランク材４を押し込んで角絞り成形がなされる。このため型孔１２ａは図１に示す三次元成形品Ｂを成形するために必要な寸法に形成されている。具体的に、型孔１２ａの開口部は箱型の三次元成形品Ｂの底面の輪郭より若干大きな輪郭形状とされ、型孔１２ａにパンチ９を挿入した場合に型孔１２ａの内周面とパンチ９の外周面との間にアルミニウム樹脂複合積層板の厚さに対応する隙間が形成される。このため、型孔１２ａの開口部から型孔内にパンチ９の底部側とともにアルミニウム樹脂複合積層板を押し込むことができ、パンチ９によってアルミニウム樹脂複合積層板を絞り成形することができる。
【００３２】
また、ダイプレート１２の上面側コーナー部分に４本の支柱状のストッパ部材２４が立設されている。これらのストッパ部材２４は、上型６の下降時に取付板１８のコーナー部分に当接してパンチ９の底面９ａの最大下降位置（下死点）を規定するために設けられている。このため、ストッパ部材２４はしわ押さえ板２２の上下移動の支障とならないダイプレート１２のコーナー位置であって、パンチ９とともに下降するダイプレート１８のコーナー部分に対峙するように立設されている。
【００３３】
下部定盤５の上面中央部に中空構造のダイ側基台１１が設けられ、このダイ側基台１１の上にダイプレート１２が取り付けられている。ダイプレート１２の型孔１２ａの下方には複数のイジェクタピン２６によって上下に移動自在に中子１０が支持され、パンチ９の下降によって成形されるアルミニウム樹脂複合積層板の下面側を支持しながら中子１０が下方に移動できるようになっている。なお、イジェクタピン２６は絞り成形終了後に中子１０を上昇させ、絞り成形後の三次元成形品Ｂをダイプレート１２の上方に押し出すために設けられている。
【００３４】
以上の構成により、上部定盤３とともに上型６を下降させることでパンチ９としわ押さえ板２２を同時に下降できるが、パンチ９はその底部側を型孔１２ａに所定の深さまで挿入できるように構成されている。また、パンチ９の下降とともにしわ押さえ板２２はダイプレート１２の上面に達するまで下降することができ、しわ押さえ板２２がダイプレート１２の上面に接して下降を停止した状態であってもパンチ９はその底部側を型孔１２ａの内部側に所定の深さ挿入することができる。また、パンチ９の底部を型孔１２ａの内部側に挿入している間、しわ押さえ板２２をバネ部材２５のバネ力に対応した付勢力によってダイプレート１２の上面側に押し付けることができる。
その場合のパンチ９としわ押さえ板２２の下降動作について図６〜図９を基に以下に説明する。
【００３５】
図６に示すようにパンチ９としわ押さえ板２２をダイプレート１２の上方に離間配置している状態から図７に示すようにパンチ９としわ押さえ板２２を下降させると先にしわ押さえ板２２がダイプレート１２の上面に接触する。しわ押さえ板２２はこの状態から下降はできなくなるが、パンチ９は図８〜図９に示すように型孔１２ａの内部側に必要深さまで下降することができる。パンチ９が型孔１２ａの内部側に下降する間、４本のバネ部材２５のバネ力に対応した所定の押圧力をしわ押さえ板２２が発生できる。
【００３６】
図６〜図９ではアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材４の記載を略しているが、図３に示すようにダイプレート１２の上にアルミニウム樹脂複合積層板のブランク材４を設置した場合、しわ押さえ板２２がブランク材４の周縁部をダイプレート１２の上面に押し付けて所定のしわ押さえ力でもってブランク材４の周縁部を押さえ付けることができる。そして、ブランク材４の周縁部にしわ押さえ力を作用させた状態でパンチ９がブランク材４をダイプレート１２の型孔１２ａ側に押し込むことでブランク材４の絞り成形を行うことができる。
【００３７】
パンチ９と支持板１８の下降動作は支持板１８のコーナー部分下面がストッパ部材２４の上端に接触するまでなされ、パンチ９の下死点はストッパ部材２４の上端に支持板１８のコーナー部分が接触した時点で設定される。パンチ９の下死点をストッパ部材２４が規定するので、バネ部材２５に対する支持板１８の過剰な押圧力の付加が阻止され、バネ部材２５の損傷を防止できる。バネ部材２５のタワミ限界の８０％程度の位置で支持板１８をストッパ部材２４の上端に接触して下死点を規定するようにストッパ部材２４の高さを設定することが好ましい。これによりバネ部材２５の損傷を確実に防止できる。
【００３８】
なお、しわ押さえ板２２が作用させているしわ押さえ力よりもパンチ９がブランク材４を下方に押圧する力の方が大きく設定されるので、ブランク材４はその周縁部を所定のしわ押さえ力で押さえ付けられたままパンチ９によって型孔１２内に押し込まれつつ角絞り成形されて図１に示す三次元成形品Ｂが得られる。
また、４本のバネ部材２５を圧縮バネとして設けているので、成形の初期段階においてバネ部材２５の初期長さは長く、この状態でブランク材４に付加できるしわ押さえ力は弱いが、成形の中期段階、終期段階になるにつれてバネ部材２５の長さは順次短くなり、徐々にしわ押さえ力を強くできる。加えて、ブランク材４の周縁部においてしわ押さえ板２２により押さえられる部分の面積は絞り成形の進行とともに小さくなるので、この意味においてもブランク材４の周縁部分に作用される単位面積あたりのしわ押さえ力は増大する。
【００３９】
図６〜図９に示すようにパンチ９を下降させ、ダイプレート１２の上に設置したブランク材４を角絞り成形するならば、成形の進行に合わせて徐々に増加するしわ押さえ力をしわ押さえプレート２２により印加した状態でアルミニウム樹脂複合積層板の角絞り成形ができる。
本実施形態の製造装置Ａではバネ部材２５を介しブランク材４の周縁部分にしわ押さえ力を発生させる構造であるので、絞り成形の進行に合わせてしわ押さえ力を徐々に自動的に強くしながら角絞り成形できる。
加えて、しわ押さえ力を発生させるバネ部材２５においてバネ定数を６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下の範囲に設定し、単位荷重を１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下の範囲に設定したバネ部材２５を用いて好適な大きさのしわ押さえ力を順次強くなるように加えつつアルミニウム樹脂複合積層板を角絞り成形するので、しわや割れの生じていない、表面疵の無い、形状の整った三次元成形品Ｂを製造できる。
【００４０】
一般的な絞り成形の場合、成形が進行するに従ってブランク材の材料が金型に流入していくためにダイとブランクホルダーにより挟まれているブランク材周縁部分におけるしわ押さえ面積は徐々に小さくなる。従ってダイとブランクホルダーによるしわ押さえのためのプレス荷重を一定とした場合、単位面積あたりのしわ押さえ力は成形が進むに従って大きくなるので、過剰なしわ押さえ力を回避するために、しわ押さえ力を徐々に小さくする必要がある、と考えるのが絞り成形時の一般的な考察である。
しかしながら、成形方法や成形品によってはしわ押さえ力を成形開始から終了までほぼ一定とする場合もある（張出が主体の成形の場合）。その場合、絞り深さが深くなればなるほど材料の変形量が大きくなり、余分に変形しようとした分は、「しわ」となって三次元成形品の表面に現れる。従って、その場合は徐々にしわ押さえ力を大きくしてゆく必要がある。本実施形態においてもこのような考え方を採用し、絞り成形の進行に合わせてしわ押さえ力を徐々に強くしながらブランク材４を角絞り成形する。このため圧縮バネであるバネ部材２５によるしわ押さえ力を利用している。
【００４１】
次に、しわ押さえ力をブランク材４の周縁部に均等に付加するために、４本の支持軸部材２０によりしわ押さえ板２２を傾斜がないようにできる限り水平に支持することが好ましく、パンチ９の上下移動に追従してしわ押さえ板２２を円滑に上下移動させる必要がある。この点において、支持軸部材２０の軸部２０ａにねじ部を設けていないストリッパーボルトを適用し、支持板２０の支持軸部材挿通部分にブッシュ部材２１を設けることで図７〜図９に示すように支持軸部材２０を移動させる場合に円滑な移動ができる。支持軸部材２０の姿勢を保持したまま円滑に上下移動できる構成としたことにより、しわ押さえ板２２をブランク材４の周縁部に４本のバネ部材２５を介し均等に押し付けることができ、ブランク材４の周縁部に均等にしわ押さえ力を付加できる。このため、角絞り成形により製造した三次元成形品Ｂにおいて形状不良を生じるおそれを少なくできる。
【００４２】
支持軸部材２０はパンチ９の底面９ａに対するしわ押さえ板２２の下面位置を調節する機能を有する。パンチ９の底面９ａよりもしわ押さえ板２２の下面を所定の高さ下方に配置しておくならば、パンチ９がブランク材４の中央部に到達するよりも先にしわ押さえ板２２をブランク材４の周縁部に確実に到達させることができ、ブランク材４の絞り成形時に目的のしわ押さえ力を発揮できる。
【００４３】
また、ブランク材４自体に歪があって形状が微妙に異なるブランク材４を角絞り成形する場合がある。この場合、しわ押さえ板２２のねじ穴２２ａに支持軸部材２０のねじ部２０ｃをねじ込む量の微調節により、しわ押さえ板２２の傾斜を微調整し、歪を有するブランク材４に対ししわ押さえ板２２の押圧状態を微調整できる。
このため、歪を有するブランク材４を用いて角絞り成形する場合であっても、形状不良のない、形の整った三次元成形品Ｂを製造できる。
【００４４】
なお、絞り成形の進行に合わせてしわ押さえ力を増大させるために、バネ部材２５の代わりに油圧装置などを別途用意してしわ押さえ板２２のみを油圧装置によって個別に移動自在に構成することも可能である。しかし、この場合、油圧装置の構成が複雑となり、装置単価が上昇するので、前述のバネ部材２５を用いた構成が装置簡略化の面で好ましい。
また、しわ押さえ力の制御のために油圧装置を用いることなくバネ部材２５を用いる構成とすることで、上型全体を軽量化することができ、軽量化した上型６を用いることにより低荷重であっても安定したしわ押さえ力を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
３倍発泡のポリプロピレン製の厚さ２．５ｍｍの発泡樹脂板の一面にＡＡ１０５０からなる厚さ０．２５ｍｍのアルミニウム合金板を接着し、他面に厚さ０．２５ｍｍのＡＡ５１５１からなるアルミニウム合金板を接着した３層構造のアルミニウム樹脂複合積層板（総厚３ｍｍ、縦１６０ｍｍ、横２３０ｍｍ）のブランク材を複数用意した。
これらのブランク材に対し図２〜図９に示す構成の製造装置を用いて縦１００ｍｍ、横１７０ｍｍ、深さ３０ｍｍの箱型の三次元成形品を角絞り成形により製造した。
ブランク材を角絞り成形するためのダイプレートの型孔の大きさは、縦１０６ｍｍ、横１７６ｍｍの長方形状であり、型孔の開口部にアールを形成してブランク材を型孔に押し込む際の抵抗を低減した。
【００４６】
図２〜図９に示す構成の製造装置を用いる場合、しわ押さえ板によるしわ押さえ力を最適化するために、しわ押さえ板を支持する４本の支持軸部材に巻装するコイルバネについて以下の表１に示すバネ定数（５５〜１６０Ｎ／ｍｍ）と単位荷重（１００〜３２０ｋｇ）のバネ部材を各ブランク材の角絞り成形の度に付け替えてそれぞれ実施例１〜９、比較例１０〜１５の三次元成形品を製造した。
得られた三次元成形品を目視観察し、割れとしわと表面疵の発生を目視検査した。また形状不良について目視観察した。それらの結果を以下の表１に示す。
表１において、割れとしわについては１カ所でも割れやしわ、表面疵を確認できた三次元成形品は×印で示した。
表面疵については、小さい疵があっても大きな目立つ疵がなければ、合格と判断することとし、常備灯でも疵が見える場合は×印で示し、常備灯で見えないか、蛍光灯では見えるが見る角度によっては疵が見えなくなる場合は○印で示した。
形状不良については、ブランク材の芯がずれて、左右非対称となった場合、底面が平坦ではなく太鼓型となった場合、側壁部分が凹んだ状態となった場合等となった試料のことを意味する。肉眼で観察して形状不良が認められれば表１に×印で示し、形状不良が認められなければ○印で示した。
【００４７】
【表１】
2018043260.tif 000003
【００４８】
表１に示す結果から明らかなように、ばね定数を６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下に設定し、単位荷重を１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下に設定したバネ部材を適用してしわ押さえ力を設定した実施例１〜９の場合、割れとしわと表面疵を生じていない上に形状の整った三次元成形品を製造できることが判明した。
【００４９】
これらに対し、バネ定数を６０Ｎ／ｍｍ未満の５５Ｎ／ｍｍに設定して単位荷重を１２０ｋｇ未満の１００ｋｇに設定したバネ部材を適用した比較例１０の三次元成形品は割れ、しわ、表面疵が発生し、形状不良も生じた。バネ定数を６０Ｎ／ｍｍ未満の５５Ｎ／ｍｍとした比較例１１はしわが発生し、形状不良も生じた。バネ定数を１６０Ｎ／ｍｍに設定して大きくし過ぎた比較例１２はしわと表面疵が発生した。
バネ定数を１６０Ｎ／ｍｍに設定して大きくし過ぎ、単位荷重を３２０ｋｇとして大きくし過ぎた比較例１３は割れとしわが発生し、表面疵、形状不良も生じた。
単位荷重を１１０ｋｇに設定した比較例１４はしわと形状不良を生じ、単位荷重を３１０ｋｇに設定した試料は割れと表面疵が発生し、形状不良も生じた。
【００５０】
これらの対比から、アルミニウム樹脂複合積層板を図２〜図５に示す製造装置で角絞り成形する場合、しわ押さえ板を支持する４本のバネ部材のばね定数を６０Ｎ／ｍｍ以上、１５０Ｎ／ｍｍ以下の範囲に設定し、単位荷重を１２０ｋｇ以上、３００ｋｇ以下の範囲に設定したバネ部材を適用するならば、割れとしわと表面疵を生じていない上に形状の整った三次元成形品を製造できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、アルミニウム樹脂複合積層板の角絞り加工により三次元成形品を得る場合、しわや割れ、表面疵などの欠陥を生じることなく形の整った三次元成形品を製造でき、自動車部材などの部材に対し欠陥が無く、美観に優れ、軽量化した部材を提供することができる。
【符号の説明】
【００５２】
Ａ…製造装置、Ｂ…三次元成形品、２…アルミニウム樹脂複合積層板、２ａ…芯材、２ｂ…面材、２Ａ…底壁、２Ｂ…側壁、３…上部定盤、４…ブランク材、５…下部定盤、６…上型、７…下型、８…取付ベース、９…パンチ、１０…中子、１１…ダイ側基台、１２…ダイプレート、１２ａ…型孔、１６…ベースプレート、１７…支持壁、１８…支持板、１９…ベース基台、２０…支持軸部材、２２…しわ押さえ板、２２ａ…ねじ穴、２４…ストッパ部材、２５…バネ部材。
【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】
2018043260.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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