(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面層を有する金属板の周囲を保持し、その金属板の表面層に工具を押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて三次元形状に成形するに際し、
成形前の金属板と成形後の加工面とが成す加工角度に応じて、金属板に対する工具の押し付け方向の前進量を変化させ、その際、加工角度が小さい部位ほど工具の前進量を減少させると共に、
工具の押し付け力に対する工具の移動方向のすべり力の比を０．２以下にして金属板を成形することを特徴とする逐次成形方法。
【請求項２】
前記工具の先端部の曲率半径Ｒが３ｍｍ以下であり、
工具を所定経路に沿って移動させた後、工具の移動経路を段階的に変位させると共に、
工具の押し付け方向の前進量を段階的に変化させることとし、
移動経路の変位幅である工具の送りピッチＰを、Ｐ＝（０．００８７×加工角度＋０．００１３５）以下に維持しながら金属板を成形することを特徴とする請求項１に記載の逐次成形方法。
【請求項３】
前記工具の移動方向のすべり力と工具の接触面積とから求められる金属板の剪断応力を、４０ＭＰａ以下に維持しながら金属板を成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の逐次成形方法。
【請求項４】
前記工具の押し付け力及び移動方向のすべり力を計測する分力計を用い、
分力計で計測した計測値に基づいて、工具の押し付け力及び移動方向のすべり力をフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の逐次成形方法。
【請求項５】
前記金属板が、表面層としてのめっき層を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の逐次成形方法。
【請求項６】
前記金属板が、亜鉛めっき鋼板、又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板であることを特徴とする請求項５記載の逐次成形方法。
【請求項７】
前記金属板は、加工後の表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の逐次成形方法。
【請求項８】
前記工具は、少なくとも金属板との接触部分が、前記金属板と合金化しない非合金化材料で形成してあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の逐次成形方法。
【請求項９】
前記工具は、少なくとも金属板との接触部分の表面粗さ（Ｒａ）が、Ｒａ≦０．２μｍであることを特徴とする請求項８に記載の逐次成形方法。
【請求項１０】
前記工具は、基材と硬質材とから成り、少なくとも金属板との接触部分が、硬質材で形成してあることを特徴とする請求項８又は９に記載の逐次成形方法。
【請求項１１】
前記硬質材が、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド、及びダイヤモンドライクカーボンから選択した硬質炭素被膜であることを特徴とする請求項１０に記載の逐次成形方法。
【請求項１２】
表面層を有する金属板の周囲を保持し、その金属板の表面層に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて三次元形状に成形する装置であって、
金属板の周囲を保持する保持用治具と、
工具及び保持用治具を直交する３軸方向に相対的に移動させる三軸移動機構と、
金属板に押し付けた工具の軸線方向に生じる押し付け力、及び移動方向のすべり力を計測する分力計と、
分力計の計測値に基づいて三軸移動機構を制御する主制御部とを備え、
前記主制御部が、工具の押し付け力に対する工具の移動方向のすべり力の比が０．２以下になるように前記三軸移動機構を制御することを特徴とする逐次成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面層を有する金属板に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を次第に変形させて三次元形状に成形するのに用いられる逐次成形方法、及び逐次成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、逐次成形方法としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の逐次成形方法は、成形品の形状を有する下型と、下型の上面側に金属板を保持する外周枠と、直交する３軸方向に移動可能な成形工具とを用いる。上記の逐次成形方法は、下型の上面側において、外周枠によって平坦な金属板の周囲を保持し、この金属板に工具を押し付けて移動させると共に、外周枠に沿って金属板の周囲を降下させる。これにより、逐次成形方法は、下型に添うように金属板を次第に変形させて、最終的に三次元形状の成形品を成形（張出し成形）する。
【０００３】
また、逐次成形方法では、工具の先端部が球面状を成しているので、金属板に工具が点接触し、これにより金属板に工具の走査線が転写される場合がある。そこで、特許文献１に記載の逐次成形方法では、工具の先端部を着脱可能な樹脂押圧部で形成し、この樹脂押圧部を金属板に面接触させるようにして、金属板における工具の走査線の転写を防止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０２９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したような逐次成形方法では、例えばめっき等の表面層を有する金属板を成形する場合に、表面層が剥離するフレーキングが発生することがある。このフレーキングは、表面粗さ（見栄え）や耐食性を低下させる原因になる。これに対して、上記従来の逐次成形では、樹脂押圧部を有する工具を用いるので、フレーキングの発生をある程度抑制することが可能である。
【０００６】
しかしながら、上記工具を用いた逐次成形方法では、樹脂押圧部の摩耗が激しく、樹脂押圧部を頻繁に交換する必要があることから、工具の保守管理が煩雑であると共に、製造コストが嵩むという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、表面層を有する金属板の逐次成形において、フレーキングの無い良好な外観品質を有する成形品を得ることができると共に、工具の保守管理の簡略化や製造コストの低減を図ることができる逐次成形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる逐次成形方法は、表面層を有する金属板の周囲を保持し、その金属板の表面層に工具を押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて三次元形状に成形する方法である。この逐次成形方法は、成形前の金属板と成形後の加工面とが成す加工角度に応じて、金属板に対する工具の押し付け方向の前進量を変化させ、その際、加工角度が小さい部位ほど工具の前進量を減少させる。そして、逐次成形方法は、工具の押し付け力に対する工具の移動方向のすべり力の比を０．２以下にして金属板を成形することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係わる逐次成形装置は、表面層を有する金属板の周囲を保持し、その金属板の表面層に工具を押し付けて移動させることにより、金属板を板厚方向に次第に変形させて三次元形状に成形する装置である。この逐次成形装置は、金属板の周囲を保持する保持用治具と、工具及び保持用治具を直交する３軸方向に相対的に移動させる三軸移動機構と、金属板に押し付けた工具の軸線方向に生じる押し付け力、及び移動方向のすべり力を計測する分力計と、分力計の計測値に基づいて三軸移動機構を制御する主制御部とを備え、主制御部が、工具の押し付け力に対する工具の移動方向のすべり力の比が０．２以下になるように三軸移動機構を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わる逐次成形方法によれば、上記構成を採用したことにより、表面層を有する金属板の逐次成形において、フレーキングの無い良好な外観品質を有する成形品を得ることができると共に、工具の保守管理の簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
【００１１】
本発明に係わる逐次成形装置は、主制御部により、工具の押し付け力及び移動方向のすべり力が適正値となるように、具体的には、工具の押し付け力に対する工具の移動方向のすべり力の比が０．２以下になるように三軸移動機構を制御する。これにより、逐次成形装置は、表面層を有する金属板の逐次成形において、フレーキングの無い良好な外観品質を有する成形品を得ることができると共に、工具の保守管理の簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わる逐次成形方法及び逐次成形装置の第１実施形態を説明する断面説明図である。
【図２】金属板に対する逐次成形を説明する平面図である。
【図３】金属板の加工角度及び工具に生じる各方向の力を示す説明図である。
【図４】金属板の加工角度と工具の送りピッチを説明する実施形態の断面図である。
【図５】金属板の加工角度と工具の送りピッチを説明する比較例の断面図である。
【図６】工具の摩擦力と工具の送りピッチとの関係を示すグラフである。
【図７】工具の先端の曲率半径Ｒが３ｍｍである場合において、摩擦力と工具の送りピッチとの関係を示すグラフである。
【図８】工具の送りピッチと加工角度との関係を示すグラフである。
【図９】金属板に生じる剪断応力と工具の送りピッチとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係わる逐次成形方法の第２実施形態を説明するエンジンフード用アウタパネルの平面図及びＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】エンジンフード用インナパネルを説明する平面図、Ａ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〈第１実施形態〉
図１は、本発明に係わる逐次成形方法に適用可能な逐次成形装置を説明する図である。  図示の逐次成形装置は、表面層を有する金属板Ｗの周囲を保持し、その金属板Ｗの表面層に工具Ｔを押し付けて移動させることにより、金属板Ｗを板厚方向に次第に変形させて三次元形状（成形品形状）に成形するものである。
【００１４】
逐次成形装置は、金属板Ｗの周囲を保持する保持用治具１と、工具Ｔ及び保持用治具１を直交する３軸方向に相対的に移動させる三軸移動機構２とを備えている。また、逐次成形装置は、金属板Ｗに押し付けた工具Ｔの軸線方向に生じる押し付け力Ｆｐ、及び移動方向のすべり力Ｆｓを計測する分力計３と、分力計３の計測値に基づいて三軸移動機構２を制御する主制御部４とを備えている。
【００１５】
工具Ｔは、丸棒状を成すと共に、球面状の先端部を有し、この先端部を金属板Ｗに押し付けて成形を行うものである。金属板Ｗは、例えば表面層としてめっき層を有するものであり、基本的に成形前は平坦である。
【００１６】
保持用治具１は、図２に示すように、金属板Ｗの周囲に対応した枠状を成すと共に、下側の固定具１Ａと上側の可動具１Ｂとを備えており、金属板Ｗの周囲を挟持して可動具１Ｂを固定することにより、金属板Ｗの周囲を強固に拘束する。
【００１７】
三軸移動機構２は、例えば、ＮＣ工作機械や多軸制御型の作業ロボットなどを用いることができる。この実施形態の三軸移動機構２は、保持用治具１の上側に配置してあり、工具Ｔを直交する３軸方向に移動させるものである。すなわち、三軸移動機構２は、一対のガイドレール５，５と、両ガイドレール５，５に沿って往復動可能なビーム６と、ビーム６に沿って往復動可能なスライダ７と、スライダ７に対して昇降可能なホルダ８とを備えている。
【００１８】
両ガイドレール５，５は、図示しない支柱等により、互いに水平に且つ平行に支持されている。ビーム６は、両ガイドレール５，５間に架設してあり、両端部が、各ガイドレール５，５により水平なＸ軸方向（図１で紙面垂直方向）に案内される。スライダ７は、ビーム６の長手方向、すなわちビーム６の移動方向（Ｘ軸方向）に直交する水平なＹ軸方向（図１で左右方向）に案内される。ホルダ８は、スライダ７に対して垂直なＺ軸方向に昇降する。
【００１９】
そして、三軸移動機構２は、上記のホルダ８に、分力計３を介して工具Ｔを垂下状態に装着している。このようにして、工具Ｔは、三軸移動機構２により、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の三軸方向に移動可能である。分力計３は、例えば、周知の３分力計が用いることができ、金属板Ｗに工具Ｔを押し付けて移動させた際に、工具Ｔの軸線方向に生じる押し付け力Ｆｐ、及び工具Ｔの移動方向（接線方向）のすべり力Ｆｓを計測することができる。
【００２０】
上記の逐次成形装置は、図２に示すように、初期位置に工具Ｔを設定し、その工具Ｔを平坦な金属板Ｗに押し付けると共に、図２中に実線矢印で示す移動経路Ａ１に沿って移動させる。この実施形態では、金属板Ｗを皿形の三次元形状に成形する場合を例示している。この場合、初期の移動経路Ａ１は、保持用治具１の内側に沿って周回する経路である。
【００２１】
次に、逐次成形装置は、図２中の太い矢印で示すように、工具Ｔを金属板Ｗの中心側に移動させると共に、工具Ｔを金属板Ｗに向けて前進（下降）させ、図２中に点線矢印で示す次の移動経路Ａ２に沿って周回させる。その後、逐次成形装置は、周回毎に、工具Ｔの移動経路Ａ１，Ａ２を金属板Ｗの中心側へ段階的に変位させると共に、工具Ｔの押し付け方向の前進量（下降量）を段階的に変化（増加）させる。つまり、工具Ｔは、図１中に黒矢印で示すように、周回を繰り返す度に斜め下方に移動する。
【００２２】
これにより、逐次成形装置は、金属板Ｗの中央領域を押し下げるようにして傾斜した加工面を形成し、最終的には、図１中に点線で示すように、加工面を側面Ｓとし且つ中央領域を底面Ｂとする皿形の三次元形状（成形品形状）に逐次成形する。この際、逐次成形装置は、成形型を用いなくても、工具Ｔ及び保持用治具１により、金属板Ｗを三次元形状に成形することができる。
【００２３】
また、逐次成形装置は、上記の如く金属板Ｗを逐次成形する際に、主制御部４に、分力計３で計測した押し付け力Ｆｐ及びすべり力Ｆｓを入力する。主制御部４は、分力計３の計測値や、予め入力した金属板Ｗに対する工具Ｔの接触面積、及び金属板Ｗの材質などに基づいて、金属板Ｗに対する工具Ｔの摩擦力や、金属板Ｗに生じる剪断応力などを演算する。そして、主制御部４は、分力計３の計測値や算出結果に基づいて、工具Ｔの押し付け力Ｆｐ及びすべり力Ｆｓが適正値になるように、三軸移動機構２のビーム６、スライダ７及びホルダ８をフィードバック制御する。
【００２４】
ここで、以下に述べる逐次成形方法では、図２に示すように、前の移動経路Ａ１と後の移動経路Ａ２との変位幅を送りピッチＰと定義する。また、図３に示すように、成形前の平坦な金属板Ｗと成形後の加工面（側面Ｓ）とが成す角度を加工角度θと定義する。さらに、成形中の工具Ｔには、軸線方向の押し付け力Ｆｐと、移動方向のすべり力Ｆｓが付与され、これにより、工具Ｔと金属板Ｗとの間には、すべり力Ｆｓとは逆向きの摩擦力Ｆｆが発生する。  
【００２５】
なお、図３には、便宜上、金属板Ｗの加工角度θと、工具Ｔに付与する力Ｆｐ，Ｆｓの向きとを一緒に示している。図３中の金属板Ｗの断面に対して、実際の工具Ｔの移動方向（すべり力Ｆｓの向き・移動経路の方向）は紙面垂直方向であり、工具Ｔの移動経路が変位する方向は図３中で右方向である。また、後に説明するが、工具Ｔは、基材Ｔａと硬質材Ｔｂとから成り、少なくとも金属板Ｗとの接触部分すなわち先端部が硬質材Ｔｂで形成してある。
【００２６】
逐次成形方法は、先の逐次成形装置で説明したように、表面層を有する金属板Ｗの周囲を保持し、その金属板Ｗの表面層に工具Ｔを押し付けて所定経路を移動させることにより、金属板Ｗを板厚方向に次第に変形させて三次元形状に成形する方法である。
【００２７】
逐次成形方法は、成形前の金属板Ｗと成形後の加工面（Ｓ）とが成す加工角度θに応じて、金属板Ｗに対する工具Ｔの押し付け方向の前進量（下降量）ｈを変化させる。その際、逐次成形方法は、加工角度θが小さい部位ほど工具Ｔの前進量ｈを減少させると共に、工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対する工具Ｔの移動方向のすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）に上限を設けて金属板Ｗを成形する。また、逐次成形方法は、より望ましい実施形態として、前記すべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）の上限を０．２以下とし、その上限値を維持しながら金属板Ｗを成形する。
【００２８】
図４に具体例を示す。図示の三次元形状は、湾曲した加工面（Ｓ）と平坦な底面Ｂとを有している。この場合、加工面（Ｓ）の加工角度θは、成形開始部位の角度θ１から成形終了部位の角度θｘに至る間（θ１〜θｘ）で次第に減少する。そこで、逐次成形方法では、図２で説明した如く周回毎に移動経路（Ａ１，Ａ２）を変位させると共に、加工角度θが小さい部位ほど工具Ｔの前進量ｈを減少させる。つまり、工具の前進量ｈは、成形開始部位の前進量ｈ１から成形終了部位の前進量ｈｘに至る間（ｈ１〜ｈｘ）で次第に減少する。その結果、逐次成形方法では、工具Ｔの送りピッチＰは、成形開始付近（Ｐ１〜Ｐ３）では小さく、その後増大するものの、成形終了部位（Ｐｘ）に至るまでの間は概ね均等になる。
【００２９】
図５に比較例を示す。この比較例は、図４に示す三次元形状と同じものを成形するに際し、加工角度θ（θ１〜θｘ）が減少しているのに対して、工具Ｔの前進量ｈ（ｈ１〜ｈｘ）を均等にしたものである。この場合、工具Ｔの送りピッチＰは、成形開始部位から成形終了部位に至る間（Ｐ１〜ＰＸ）で次第に増加し続ける。このため、比較例の場合は、金属板Ｗの表面層が剥離するフレーキングが生じやすくなる。
【００３０】
これに対して、図４に示す逐次成形方法では、加工角度θが小さい部位ほど工具Ｔの前進量ｈを減少させるので、比較例のように工具Ｔの送りピッチＰが次第に増加し続けることがなく、フレーキングの発生を低減させる。
【００３１】
そこで、逐次成形方法は、上記の加工角度θと前進量ｈとの関係に加えて、工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対する工具Ｔの移動方向のすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）に上限を設け、望ましくは、その上限値を０．２以下に維持しながら金属板Ｗを成形することにより、フレーキングの発生を防止する。
【００３２】
また、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、工具Ｔの先端部の曲率半径Ｒを３ｍｍ以下とし、工具Ｔを所定経路（Ａ１，Ａ２）に沿って移動させた後、工具Ｔの移動経路を段階的に変位させると共に、工具Ｔの押し付け方向の前進量ｈを段階的に変化させる。そして、逐次成形方法は、移動経路の変位幅である工具の送りピッチＰを、Ｐ＝（０．００８７×加工角度＋０．００１３５）以下に維持しながら金属板Ｗを成形することができる。ここで、上記の式中の「０．０８７」は、工具の送りピッチＰの加工角度に対する近似直線の勾配である（図８参照）。また、同式中の「０．００１３５」は、前記近似直線を、加工角度３０°、４０°及び５０°を通る条件から求めた際の加工角度０°におけるピッチＰの値である。
【００３３】
さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、工具Ｔの移動方向のすべり力Ｆｓと工具Ｔの接触面積とから求められる金属板Ｗの剪断応力を、４０ＭＰａ以下に維持しながら金属板Ｗを成形することができる。
【００３４】
上記の逐次成形方法で用いる各数値の根拠は、以下の通りである。
すなわち、工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対するすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）、工具Ｔの送りピッチＰと形成角度θとの関係、並びに金属板Ｗに生じる剪断応力の最適値を求めるために、以下の試験を行った。
【００３５】
試験では、先端部の曲率半径Ｒが異なる工具Ｔを用い、押し付け力Ｆｐ、すべり力Ｆｓ、送りピッチＰ、加工角度θを夫々変えて金属板Ｗを逐次成形した。押し付け力Ｆｐ及びすべり力Ｆｓは、図１で説明した分力計３により計測した。工具Ｔは、先端部の曲率半径Ｒが３ｍｍ（Ｒ３）、５ｍｍ（Ｒ５）、１０ｍｍ（Ｒ１０）のものを用いた。これらの工具Ｔは、金属板Ｗに対する接触面積も異なる。その結果を図６〜図９に示す。
【００３６】
図６は、工具Ｔと金属板Ｗとの間で生じる摩擦力Ｆｆと、工具Ｔの送りピッチＰとの関係を示すグラフである。摩擦力Ｆｆは、工具Ｔのすべり力Ｆｓを押し付け力Ｆｐで割った値（Ｆｓ／Ｆｐ）である。図６から明らかなように、いずれの工具Ｔを用いた場合でも、工具Ｔの送りピッチＰの増大とともに摩擦力Ｆｆも増大し、とくに、先端部の曲率半径Ｒが小さい工具Ｔほど摩擦力Ｆｆの増大が顕著であった。そして、いずれの工具Ｔを用いた場合でも、摩擦力Ｆｆが０．２よりも大きくなると、表面層が剥離するフレーキングが発生することが判明した。
【００３７】
そこで、逐次成形方法では、金属板Ｗの加工角度θと工具Ｔの前進量ｈとの関係に加え、上記の試験結果に基づいて、摩擦力Ｆｆすなわち工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対するすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）の上限値を０．２以下にすることで、フレーキングの発生を防止する。
【００３８】
図７は、先端部の曲率半径Ｒが３ｍｍ（Ｒ３）の工具Ｔを用い、加工角度θを３０°、４０°、５０°に異ならせた場合における、摩擦力Ｆｆと送りピッチＰとの関係を示すグラフである。図７から明らかなように、いずれの加工角度θの場合でも、送りピッチＰの増大とともに摩擦力Ｆｆも増大するが、摩擦力Ｆｆが０．２以下では増大する度合いに大差はなく、摩擦力Ｆｆが０．２よりも大きくなると、フレーキングが発生することが判明した。
【００３９】
図８は、上記試験の結果に基づいて得た加工角度θと送りピッチＰとの関係を示すグラフである。この場合、工具Ｔの先端部の曲率半径Ｒは３ｍｍ（Ｒ３）であり、加工角度θを３０°（θ３０）、４０°（θ４０）、５０°に異ならせた。図８から明らかなように、フレーキングの発生の目安となる加工角度θと送りピッチＰとの関係は、一定の勾配を有する正比例的なものとなり、勾配の上側領域ではフレーキングが発生し、勾配の下側領域ではフレーキングが発生しないことが判明した。
【００４０】
そこで、逐次成形方法では、先端部の曲率半径Ｒが３ｍｍ以下である工具Ｔを用いた場合において、図８の加工角度θと送りピッチＰとの関係の勾配に基づいて、フレーキングが発生しない送りピッチＰの上限閾値を算出した。その結果、送りピッチＰを、Ｐ＝（０．００８７×加工角度＋０．００１３５）以下とした。これにより、逐次成形方法では、いずれの加工角度θで逐次成形を行っても、フレーキングの発生を防止する。
【００４１】
図９は、上記試験の結果に基づいて得た送りピッチＰと金属板Ｗに生じる剪断応力との関係を示すグラフである。剪断応力は、工具Ｔの移動方向のすべり力Ｆｓを金属板Ｗに対する工具Ｔの接触面積で割った値（Ｆｓ／接触面積）である。工具Ｔは、先端部の曲率半径Ｒが３ｍｍ（Ｒ３）、５ｍｍ（Ｒ５）、１０ｍｍ（Ｒ１０）のものを用いた。図９から明らかなように、いずれの工具Ｔを用いた場合でも、送りピッチＰの増大に伴って剪断応力も増大する。そして、先端部の曲率半径Ｒが小さい工具Ｔになるほど剪断応力が大きくなる傾向にあり、前段応力の値が４０ＭＰａよりも大きくなると、フレーキングが発生することが判明した。
【００４２】
そこで、逐次成形方法では、工具Ｔの移動方向のすべり力Ｆｓと工具Ｔの接触面積とから求められる金属板Ｗの剪断応力を、４０ＭＰａ以下にしている。これにより、逐次成形方法では、フレーキングの発生を防止する。
【００４３】
上記のように、逐次成形方法は、加工角度θが小さい部位ほど工具Ｔの前進量ｈを減少させると共に、工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対する工具Ｔの移動方向のすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）に上限を設け、その上限値を０．２以下に維持しながら金属板Ｗを成形する。これにより、逐次成形方法は、表面層を有する金属板Ｗの逐次成形において、フレーキングの無い良好な外観品質（光沢性・見栄え）を有する成形品を得ることができ、フレーキングの防止により成形品の高い耐食性を得ることができる。しかも、逐次成形方法では、着脱可能な樹脂押圧部を有する工具を用いずに、硬質材から成る一体型の工具Ｔを用いたうえでフレーキングを防止し得るので、工具Ｔの保守管理の簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
また、上記の逐次成形方法は、工具Ｔの先端部の曲率半径Ｒを３ｍｍ以下とし、移動経路の変位幅である工具Ｔの送りピッチＰを、Ｐ＝（０．００８７×加工角度＋０．００１３５）以下に維持しながら金属板を成形する。これにより、逐次成形方法は、フレーキングの発生をより確実に防止すると共に、成形品の外観品質及び耐食性のさらなる向上に貢献することができ、例えば、コーナー部や溝部などのように、曲率半径が小さい部位の成形を良好に行うことができる。
【００４５】
さらに、上記の逐次成形方法は、工具Ｔのすべり力Ｆｓと接触面積とから求められる金属板Ｗの剪断応力を、４０ＭＰａ以下に維持しながら成形することで、フレーキングの発生をより確実に防止することができ、成形品の外観品質及び耐食性のさらなる向上に貢献することができる。
【００４６】
さらに、逐次成形方法は、図１に基づいて逐次成形装置を説明したように、分力計３で計測した計測値に基づいて、工具Ｔの押し付け力Ｆｐ及び移動方向のすべり力Ｆｓをフィードバック制御する。より正確には、分力計３で計測した計測値に基づいて、工具Ｔの押し付け力Ｆｐ及びすべり力Ｆｓが適正値になるように三軸移動機構２をフィードバック制御する。
【００４７】
これにより、逐次成形方法及び逐次成形装置は、例えば、生産ラインにおいて、良好な外観品質や高い耐食性を有する成形品を連続的に生産することが可能になる。しかも、硬質材から成る一体型の工具Ｔを用いたうえでフレーキングを防止し得るので、工具Ｔの保守管理の簡略化や製造コストの低減を実現することができる。
【００４８】
さらに、逐次成形方法は、金属板Ｗが表面層としてのめっき層を有し、より具体的には、金属板Ｗが、亜鉛めっき鋼板、又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板であるものとしている。このような金属板Ｗは、塗膜との密着性や耐食性が良好であることから、自動車用パネルなどに用いられる。これに対して、上記の逐次成形方法は、表面層であるめっき層の剥離を生じることなく金属板Ｗを逐次成形し得るので、外観品質や耐食性に優れた自動車用パネルを提供することができる。
【００４９】
さらに、逐次成形方法は、金属板Ｗの加工後の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下、より望ましくは０．１μｍ以下としている。これにより、逐次成形方法は、外観品質、とくに光沢性に優れ且つ高い耐久性を有する成形品が得られる。
【００５０】
さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、少なくとも金属板Ｗとの接触部分が同金属板Ｗと合金化しない非合金化材料で形成した工具Ｔを用い、少なくとも金属板Ｗとの接触部分の表面粗さ（Ｒａ）が、Ｒａ≦０．２μｍである工具Ｔを用いることができる。これにより、逐次成形方法は、工具Ｔと金属板Ｗとの凝着を未然に阻止し、潤滑剤を用いなくても、高速で良好な逐次成形を行うことができ、成形品を製造するサイクルタイムの短縮化や、生産効率の向上を実現することができる。
【００５１】
さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、図３に示すように、基材Ｔａと硬質材Ｔｂとから成り且つ少なくとも金属板Ｗとの接触部分が硬質材Ｔｂで形成してある工具Ｔを用いることができる。これにより、逐次成形方法は、工具費用を低廉に抑えることができ、成形品の製造コストの低下にも貢献し得る。
【００５２】
さらに、逐次成形方法は、より好ましい実施形態として、上記の硬質材Ｔｂが、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド、及びダイヤモンドライクカーボンから選択した硬質炭素被膜である工具Ｔを用いることができる。これにより、逐次成形方法は、工具Ｔと金属板Ｗとの凝着を未然に阻止し、潤滑剤を用いなくても高速で良好な逐次成形を行うことができ、サイクルタイムの短縮化や生産効率の向上のほか、工具Ｔの高寿命化などを実現することができる。
【００５３】
〈第２実施形態〉
図１０及び図１１は、本発明に係わる逐次成形方法の第２実施形態を説明する図であって、自動車用エンジンフードのアウタパネルＯＰ及びインナパネルＩＰの逐次成形を例示している。なお、各図は、便宜上、高さ方向の大きさを誇張して示しており、実際のパネルは図示形状よりも扁平である。
【００５４】
図１０に平面を示すアウタパネルＯＰは、下側が車体前部であり、同図中に断面を示すように、全体的に上方に緩やかに湾曲しており、両側には、車体前後方向に沿うキャラクターラインＣＬが形成してある。キャラクターラインＣＬは、上方に突出し、本体部分に比べて、内側の曲率半径Ｒが小さい（一例として１〜３ｍｍ）部分である。
【００５５】
逐次成形方法では、アウタパネルＯＰを下面側から成形することとなり、平坦な金属板（ブランク材）を逐次成形することで、湾曲した両側の側面（加工面）Ｓを形成する。この側面Ｓは、図１における側面Ｓに相当する。そして、アウタパネルＯＰの中央領域は、図１における底面Ｂに相当する。その後、逐次成形方法では、先端部の曲率半径が小さい工具（例えばＲ３の工具）Ｔを用い、キャラクターラインＣＬを裏側から成形する。なお、図２に示す例では、工具Ｔを周回移動させる場合を説明したが、キャラクターラインＣＬを成形する場合には、工具Ｔを直線的に移動させ、移動毎に、移動経路や前進量（下降量）を適宜変更する。
【００５６】
図１１に平面を示すインナパネルＩＰは、アウタパネルＯＰと接合してエンジンフードを構成する。このインナパネルＩＰは、同図中に断面を示すように、全体的に下方に緩やかに湾曲しており、機械的強度を高めるために、複数のリブＲｂが配列してある。リブＲｂは、その裏側が溝状を成し、本体部分に比べて、内側の曲率半径Ｒが小さい（一例として１〜３ｍｍ）部分である。
【００５７】
逐次成形方法では、インナパネルＩＰを上面側から成形することとなり、平坦な金属板（ブランク材）を逐次成形することで、湾曲した両側の側面（加工面）Ｓを形成する。その後、逐次成形方法では、先端部の曲率半径が小さい工具（例えばＲ３の工具）Ｔを用い、リブＲｂを裏側から成形する。この場合にあっても、工具Ｔを直線的に移動させ、移動毎に、移動経路や前進量（下降量）を適宜変更してリブＲｂを形成する。
【００５８】
ここで、アウタパネルＯＰ及びインナパネルＩＰには、例えば、亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板が用いられる。これに対して、逐次成形方法では、先の実施形態で説明したように、表面層を有する金属板Ｗの逐次成形において、フレーキングの発生を防止する。したがって、逐次成形方法によれば、表面層であるめっき層を損傷することなく、良好な外観品質や高い耐食性を有するアウタパネルＯＰ及びインナパネルＩＰを提供することができる。
【００５９】
〈実施例〉
実施例１〜９として、図１に示すような逐次成形装置を用い、工具Ｔの先端部の曲率半径Ｒ、加工角度θ、加工速度（移動速度）、送りピッチＰ、及び工具の移動方向のすべり力を変えて金属板の逐次成形を行った。なお、工具Ｔの先端部の材質は、いずれもダイヤモンドコーティングとした。また、工具Ｔの押し付け力を変化させることにより、金属板Ｗとの間に生じる剪断応力（すべり力／工具接触面積）、及び摩擦力Ｆｆ（すべり力／押し付け力）も変化させた。そして、フレーキングの有無を確認し、加工後の表面粗さ（Ｒａ）を計測し、Ｆｅ溶出までの時間を求めた。
【００６０】
比較例１〜９として、工具Ｔの先端部の材質、加工角度θ、加工速度（移動速度）、送りピッチＰ、工具の押し付け力及び移動方向のすべり力を変えて金属板の逐次成形を行った。なお、工具Ｔの先端部の曲率半径Ｒは、いずれも３ｍｍとした。そして、実施例と同様に、フレーキングの有無を確認し、加工後の表面粗さ（Ｒａ）を計測し、Ｆｅ溶出までの時間を求めた。実施例１〜９及び比較例１〜９の諸条件及び結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
0006701570.tif 000002
【００６２】
表１から明らかなように、実施例１〜９では、工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対するすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）を０．２以下にし、金属板Ｗに生じる剪断応力を４０ＭＰａ以下にして金属板Ｗを成形することで、いずれもフレーキングの発生は認められなかった。なお、実施例６は、０．２を超えているもののフレーキングの発生は認められなかった。
【００６３】
これに対して、比較例１〜９では、比較例７を除いて、工具Ｔの押し付け力Ｆｐに対するすべり力Ｆｓの比（Ｆｓ／Ｆｐ）が０．２を超えると共に、金属板Ｗに生じる剪断応力が４０ＭＰａを超えるものとなり、いずれも全面的若しくは部分的にフレーキングの発生が確認された。
【００６４】
また、実施例１〜９では、実施例１及び９が、表面粗さＲａ０．２μｍを超えるものとなったが、上記の如くフレーキングの発生が無いうえに、表面粗さＲａが０．２μｍ以下となり、いずれも良好な外観品質であることを確認した。これに対して、比較例１〜９では、いずれの場合も表面粗さＲａが０．２μｍを明らかに超えるものとなり、実施例よりも外観品質が劣ることを確認した。
【００６５】
さらに、実施例１〜９では、いずれもＦｅ溶出までの時間が５００（Ｈｒ）を超えることが判明した。これに対して、比較例１〜９では、Ｆｅ溶出までの時間に関し、比較例６のＦｅ溶出時間１２４（Ｈｒ）が最長であって、殆どが１００（Ｈｒ）以下であり、実施例よりも明らかに耐久性が低いことを確認した
【００６６】
逐次成形方法は、上記した実施例と比較例との比較から明らかなように、フレーキングの有無、加工後の表面粗さ（Ｒａ）、及びＦｅ溶出までの時間に関して、いずれも比較例を上回る優れた結果が得られ、フレーキングの無い良好な外観品質と高い耐久性を有する成形品を提供し得ることを確認した。
【００６７】
本発明に係わる逐次成形方法及び逐次成形装置は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。さらに、上記各実施形態では、金属板の上側に配置した工具で逐次成形を行う場合を例示したが、金属板を立てた状態にし、横方向から工具を押し付けて逐次成形することも可能であり、保持用治具を可動にしても良い。
【符号の説明】
【００６８】
Ｆｓ  工具のすべり力
Ｆｐ  工具の押し付け力
ｈ  工具の前進量
Ｐ  工具の送りピッチ
Ｔ  工具
Ｔａ  基材
Ｔｂ  硬質材
Ｗ  金属板
θ  加工角度
１  保持用治具
２  三軸移動機構
３  分力計
４  主制御部
【図１】
0006701570.tif 000003
【図２】
0006701570.tif 000004
【図３】
0006701570.tif 000005
【図４】
0006701570.tif 000006
【図５】
0006701570.tif 000007
【図６】
0006701570.tif 000008
【図７】
0006701570.tif 000009
【図８】
0006701570.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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