(57)【要約】【課題】板状の被成形材の逐次成形において、板厚の減少を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】略半球状に突出した第１曲面を有する第１工具と、該第１曲面と線接触可能な凸状の第２曲面がその開口部に沿って略環状に設けられている丸孔を有する第２工具と、該第１曲面と該第２曲面との間に板状の被成形材を保持する保持具と、該第１曲面および該第２曲面を該被成形材の成形面に接触させつつ、該成形面に沿って該第１工具と該第２工具を相対的に移動させ得る移動機構とを備えた成形装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略半球状に突出した第１曲面を有する第１工具と、
該第１曲面と線接触可能な凸状の第２曲面がその開口部に沿って略環状に設けられている丸孔を有する第２工具と、
該第１曲面と該第２曲面との間に板状の被成形材を保持する保持具と、
該第１曲面と該第２曲面を該被成形材の成形面に接触させつつ、該成形面に沿って該第１工具と該第２工具を相対的に移動させ得る移動機構とを備えた成形装置。
【請求項２】
前記移動機構は、前記第１工具および前記第２工具を前記被成形材の成形面の中央部から周縁部に向かって略螺旋状に移動させる請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記被成形材の成形面の周縁に配置され、該前記第１工具と同じ側で該成形面に接触する略半球状に突出した第３曲面を有する第３工具をさらに備える請求項１または２に記載の成形装置。
【請求項４】
略半球状に突出した第１曲面を有する第１工具と、該第１曲面と線接触可能な凸状の第２曲面がその開口部に沿って略環状に設けられている丸孔を有する第２工具と、を用いる板状の被成形材の成形方法であって、
該第１曲面と該第２曲面との間に板状の被成形材を保持する工程と、
該第１曲面および該第２曲面を該被成形材の成形面に接触させつつ、該成形面に沿って該第１工具と該第２工具を相対的に移動させる工程と、を含む成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製の板材の成形装置および成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品の多品種少量生産化、短納期化のニーズに応じるため、板状の被成形材を専用金型を用いることなく汎用工具による局部変形の連続で成形する逐次成形技術が求められている。特許文献１には、ロール状の工具を回転させながら被成形材の成形面に沿って移動することで逐次成形を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４０７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法は、比較的複雑な形状を形成することができるため、板状の被成形材を成形して自動車パネル部品を製造する際等に好適に用いることができる。しかしながら、特許文献１の方法では局所的な成形を繰り返すため、成形する形状によっては、局所的な板厚の減少を抑制することが困難であるという課題があった。
【０００５】
上記に鑑み、本発明者らは、板厚の減少を抑制し得る新たな板材の成形装置および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】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題について鋭意研究の結果、被成形材の成形面の両側に滑らかな曲面を有する工具を接触させて、被成形材の成形面に沿って工具を移動させて被成形材を比較的均一に引き延ばしながら逐次成形を行うことによって、板厚の減少を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
《成形装置》
本発明は、略半球状に突出した第１曲面を有する第１工具と、該第１曲面と線接触可能な凸状の第２曲面がその開口部に沿って略環状に設けられている丸孔を有する第２工具と、該第１曲面と該第２曲面との間に板状の被成形材を保持する保持具と、該第１曲面および該第２曲面を該被成形材の成形面に接触させつつ、該成形面に沿って該第１工具と該第２工具を相対的に移動させ得る移動機構とを備えた成形装置を提供する。
【０００８】
本発明の成形装置によれば、被成形材を第１曲面と第２曲面との間で保持して、被成形材の成形面の一方に第１曲面を接触させ、他方に第２曲面を接触させた状態で成形面に沿って第１工具と第２工具を相対的に移動させることによって、略環状の第２曲面に沿って被成形材を引張曲げ変形および曲げ戻し変形させて成形することができる。略環状の第２曲面に沿って成形することによって被成形材を比較的均一かつ緩やかに変形させ得るため、被成形材の板厚が局所的に減少することを抑制できる。また、第１工具と第２工具とを被成形材の成形面に沿ういずれの方向に移動させても、第１曲面と第２曲面に沿って被成形材を変形させることができるため、成形する形状に合わせて細やかな成形を行うことができる。本発明によれば、例えば、特許文献１で用いるロール状の工具では成形し難かった円筒の底部状の曲面を含む形状を容易に成形することができる。
【０００９】
本発明の成形装置では、前記移動機構は、前記第１工具および前記第２工具を前記被成形材の成形面の中央部から周縁部に向かって略螺旋状に移動させることが好ましい。中央部から周縁部に向かって第１工具と第２工具とを移動させることによって引張変形と曲げ変形とを行うことができ、板厚の減少を抑制しながら速やかに成形し易くなる。
【００１０】
本発明の成形装置では、前記被成形材の成形面の周縁に配置され、前記第１工具と同じ側で該成形面に接触する略半球状に突出した第３曲面を有する第３工具をさらに備えていてもよい。第３工具を配置した位置で被成形板を押さえて変形させることができるため、成形の精度を向上させることができる。
【００１１】
《成形方法》
本発明は、略半球状に突出した第１曲面を有する第１工具と、該第１曲面と線接触可能な凸状の第２曲面がその開口部に沿って略環状に設けられている丸孔を有する第２工具と、を用いる板状の被成形材の成形方法を提供することもできる。この成形方法は、該第１曲面と該第２曲面との間に板状の被成形材を保持する工程と、該第１曲面および該第２曲面を該被成形材の成形面に接触させつつ、該成形面に沿って該第１工具と該第２工具を相対的に移動させる工程と、を含む成形方法としても把握できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係る板状の被成形材の成形装置を示す図である。
【図２】実施例１の成形装置の第１工具と第２工具を示す図である。
【図３】実施例１の成形装置を用いて被成形材を円筒の底部状に成形する方法を説明する図である。
【図４】成形開始前の被成形材について図３のＩＶ−ＩＶ線断面を示す図である。
【図５】成形開始時の被成形材について図３のＩＶ−ＩＶ線断面を示す図である。
【図６】成形途中の被成形材について図３のＩＶ−ＩＶ線断面を示す図である。
【図７】成形終了後の被成形材について図３のＩＶ−ＩＶ線断面を示す図である。
【図８】成形終了後の被成形材について図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面を示す図である。
【図９】実施例２の成形装置を用いて被成形材を円筒の底部状に成形する方法を説明する図である。
【図１０】第３工具を用いない場合における成形終了後の被成形材について図９のＸ−Ｘ線断面を示す図である。
【図１１】第３工具を用いない場合における成形終了後の被成形材について図９のＸＩ−ＸＩ線断面を示す図である。
【図１２】第３工具を用いた場合における成形終了後の被成形材について図９のＸ−Ｘ線断面を示す図である。
【図１３】第３工具を用いた場合における成形終了後の被成形材について図９のＸＩ−ＸＩ線断面を示す図である。
【図１４】実施例３の成形装置を用いて被成形材を四角形状に成形する方法を説明する図である。
【図１５】成形終了後の被成形材について図１４のＸＶ−ＸＶ線断面を示す図である。
【図１６】成形終了後の被成形材について図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面を示す図である。
【図１７】実施例１の成形終了後の被成形材を平面視する板厚の減少率分布図である。
【図１８】実施例２の第３工具を用いない場合における成形終了後の被成形材を平面視する板厚の減少率分布図である。
【図１９】実施例２の第３工具を用いた場合における成形終了後の被成形材を平面視する板厚の減少率分布図である。
【図２０】実施例３の成形終了後の被成形材を平面視する板厚の減少率分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１工具に係る略半球状に突出した第１曲面は、その略半球面の頂点から凸状に滑らかに傾斜した曲面であればよく、例えば、円弧または楕円弧等の滑らかな凸状の曲線をその頂点を通る直線の周りに回転させて得られる曲面であることが好ましい。本発明の第２工具に係る丸孔は、第１工具の略半球状に突出した第１曲面を嵌め込むことが可能な程度に略円形に開口した孔であればよい。第２工具の丸孔の開口部に沿って略環状に凸状曲面である第２曲面が設けられており、第２曲面は、丸孔の開口端から底部側に向かって凸状に（徐々に傾斜角が大きくなるように）滑らかに傾斜した曲面であればよい。限定されないが、丸孔の開口部の形状は、円または楕円等の略円をその円周と交差しない直線の周りに回転させて得られる輪環状体の中央の孔の開口部と同様の形状であることが好ましい。第２工具の丸孔に第１工具の第１曲面を嵌め込んだときに第１曲面と第２曲面が線接触可能な程度に、丸孔の開口部に凸状の第２曲面が設けられていればよい。
【００１４】
移動機構は、第１工具と第２工具を被成形材の成形面に沿って相対的に移動させ得るものであればよい。例えば、移動機構は、固定した被成形材に対して第１工具と第２工具とを移動させてもよいし、固定した第１工具と第２工具に対して被成形材を移動させてもよい。被成形材の成形に際しては、第１工具および第２工具は、被成形材の成形面の中央部を初期位置として、被成形材の周縁側に向かって移動されることが好ましい。さらには、第１工具と第２工具は、その初期位置の周りに略螺旋状に移動されることが好ましい。本明細書にいう略螺旋状とは略円形の螺旋形状に限られず、多角形状の螺旋形状も含む。第１工具と第２工具は、成形する形状に合わせて略螺旋状に動かすことが好ましい。
【実施例１】
【００１５】
図１に、本実施例に係る板状の被成形材の成形装置１を示す。成形装置１は、第１工具３と、第２工具４と、第１工具３を保持して移動させる第１移動機構１１と、第２工具４を保持して移動させる第２移動機構１２と、第１移動機構１１と第２移動機構１２とを制御する制御装置５と、被成形材２を保持する保持具（図示していない）とを有している。被成形材２は、成形面がｘｙ平面と平行となるように成形装置１に保持されている。第１移動機構１１は、第１工具３をｘｙ平面に沿う方向、および、ｚ方向に移動させることができる。第２移動機構１２は、第２工具４をｘｙ平面に沿う方向、および、ｚ方向に移動させることができる。
【００１６】
図２に示すように、第１工具３は、半径ｒ１=２０ｍｍの半円弧を含む図形を直線Ｒの周りに回転させた回転体であり、ｚ軸の負方向側では半径ｒ１の半円球状であり、ｚ軸の正方向側では直径ｄ１（ｄ１＝４０ｍｍ）の円柱状である。第２工具４は、半径ｒ２＝２０ｍｍの円を直線Ｒの周りに回転させたトーラス状の輪環状体であり、その中央に丸孔を有している。第２工具４のｘｙ方向の幅はｄ３＝９０ｍｍであり、輪環状体の内周面の最近接面の距離はｄ２＝１０ｍｍである。第１工具３と第２工具４とは、成形に際して、その回転中心である直線Ｒが一致する位置関係に配置されて使用される。図２において第１工具３を第２工具４に接するまでｚ軸の負方向に移動させると、第１工具３の半球状の第１曲面は第２工具の丸孔に嵌め込まれ、第１工具３の半球状の第１曲面と第２工具４の環状の第２曲面は線接触し、その接点の集合は円形となる。
【００１７】
図３〜８を用いて、成形装置１を用いて１辺が６１３ｍｍの正方形状の被成形材２を直径４５０ｍｍ円筒の底部状に成形する方法を説明する。図３、４に示すように、第１工具３と第２工具４とは、被成形材２のｘｙ平面の中央位置Ｃに中心（図２に示す直線Ｒ）が一致するように配置される。制御装置５は第１移動機構１１および第２移動機構１２を制御して、第１工具３と第２工具４の中心を一致させた状態で、中央位置Ｃから反時計回りの円形螺旋状に第１工具３と第２工具４とをｘｙ平面に沿って移動させる。図３に示す円形螺旋状の図形は、第１工具３と第２工具４の中心の軌跡を示している。図３に示す目盛は５０ｍｍ間隔であり、図３の円形螺旋状の図形は、１周ごとに半径が２５ｍｍ大きくなっている。図４に示すように、被成形材２と第１工具３、第２工具４とは各々５ｍｍ離れて配置されている。
【００１８】
次に、図５に示すように、制御装置５は第１移動機構１１および第２移動機構１２を制御して、第１工具３と第２工具４とをｚ軸の正方向に移動し、被成形材２の中央部をＤ１＝４０ｍｍだけ持ち上げた。第１工具３は被成形材２のｚ軸の正方向の面に接しており、第２工具４は被成形材２のｚ軸の負方向の面に接している。この時、第１工具３のｚ軸の負方向の先端は、被成形材２をｚ軸の負方向側に３ｍｍ押し込んでいる。次に、制御装置５は第１移動機構１１および第２移動機構１２を制御して、ｚ方向の位置を図５に示す位置で維持した状態で第１工具３と第２工具４とを図３に示すように螺旋形状に沿って移動させる。第１工具３と第２工具４とを螺旋形状に沿って移動させることで、図６に示すように、Ｄ２＝４０ｍｍの略円筒底部状の成形面が形成される。図７，８は、成形終了時の被成形材２の断面を示しており、図１７は、成形終了時の被成形材２の板厚の減少率分布を示している。図７の深さはＤ３＝３９．５６ｍｍであり、図８の深さはＤ４＝４０．２２ｍｍであり、ほぼ一定の深さで成形することができた。成形装置１を用いて第１工具３と第２工具４とを被成形材の成形面の中央部から周縁部に向かって略螺旋状に移動させることによって、被成形材２の板厚の減少を抑制して、従来技術では成形し難かった円筒の底部状の曲面を含む形状を容易に成形することができた。
【実施例２】
【００１９】
実施例２では、成形装置１は、図９に示すように、４つの第３工具を位置Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の４つの位置に配置可能に構成されている。位置Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、被成形材２の中央位置Ｃを中心とする１辺が３００ｍｍの正方形の頂点に配置されている。第３工具の形状および大きさは実施例１で説明した第１工具３と同じであり、第１曲面と同様の半球状に突出した第３曲面を有している。成形時には、第３曲面を被成形材に接触させる。第３工具のｚ方向の位置は第１工具３と同じ位置である。その他の成形装置１の構成は実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００２０】
実施例２では、第３工具を配置しない場合と、配置する場合とを比較して被成形材２を円筒の底部状に成形する方法を説明する。実施例２では、被成形材２の持ち上げ幅は４０ｍｍであり、成形開始時に、第１工具３の押し込み深さ（第１工具３のｚ軸の負方向の先端を被成形材２に押し込む深さ）は３ｍｍとした。被成形材２の中央位置Ｃを初期位置として、反時計回りに１周ごとに半径が１５ｍｍ大きくなる円形螺旋形状を描くように第１工具３と第２工具４とを螺旋形状に沿って移動させた。
【００２１】
図１０，１１は、第３工具を用いない場合における成形終了時の被成形材２の断面を示しており、図１８は、第３工具を用いない場合における成形終了時の被成形材２の板厚の減少率分布を示している。図１０の深さはＤ５＝４０．１５ｍｍであり、図１１の深さはＤ６＝３８．５８ｍｍであった。図１２，１３は、第３工具を用いた場合における成形終了時の被成形材２の断面を示しており、図１９は、第３工具を用いない場合における成形終了時の被成形材２の板厚の減少率分布を示している。図１２の深さはＤ７＝３８．３１ｍｍであり、図１３の深さはＤ８＝４０．２２ｍｍであった。図１８と図１９を比較すると、４つの第３工具を位置Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の４つの位置に配置すると、図１９に示すように、第３工具を配置した位置の周囲で成形面の深さが深くなっている。第３工具によって被成形材２を押さえて変形させることができるため、成形面の周縁部側においても成形面の深さを確保でき、成形の精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００２２】
実施例３では、成形装置１は、図１４に示すように、被成形材２を長方形状に成形する。制御装置５は、図１４に示す軌跡に沿って第１工具３と第２工具４とを移動させる。具体的には、図１４に破線で示す軌跡、実線で示す軌跡、一点鎖線で示す軌跡の順序で、制御装置５は第１工具３と第２工具４とを移動させる。各矢印には始点と終点が示されており、制御装置５は、矢印の始点に第１工具３と第２工具４とを配置して被成形材２に接触させて、矢印の終点まで移動させる。その後、制御装置５は、第１工具３と第２工具４とを被成形材２から離間させて次の矢印の始点に第１工具３と第２工具４とを配置し、その位置で第１工具３と第２工具４とを被成形材２に接触させる。その他の成形装置１の構成は実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００２３】
制御装置５は、まず、図１４に破線で示すｙ方向に伸びる矢印の始点に第１工具３と第２工具４とを配置して被成形材２に接触させて、矢印の終点まで移動させる。このとき、被成形材２の持ち上げ幅は２３ｍｍであり、第１工具３の押し込み深さは２ｍｍであった。次に、第１工具３と第２工具４とを被成形材２から離間させて、図１４に破線で示すｘ方向に伸びる矢印の始点に第１工具３と第２工具４とを配置する。次に、第１工具３と第２工具４とを配置して被成形材２に接触させて、矢印の終点まで移動させる。このとき、被成形材２の持ち上げ幅は２３〜２８ｍｍであり、第１工具３の押し込み深さは２ｍｍであった。
【００２４】
次に、制御装置５は、図１４に実線で示す四角形状に周回する矢印のうち、最も中央側に位置する矢印の始点に第１工具３と第２工具４とを配置して矢印の終点まで移動させる。その後、ひとつずつ周縁側の矢印に示す軌跡に従って、制御装置５は第１工具３と第２工具４とを移動させる。このとき、被成形材２の持ち上げ幅は４０ｍｍであり、第１工具３の押し込み深さは３ｍｍであった。成形間隔（四角形状に周回する矢印の間隔）は２５ｍｍであった。
【００２５】
次に、制御装置５は、図１４に一点鎖線で示すｙ方向に伸びる矢印に沿って第１工具３と第２工具４とを移動させる。中央側の矢印に示す軌跡を先に、周縁側の矢印に示す軌跡を先にして、第１工具３と第２工具４とを移動させる。このとき、被成形材２の持ち上げ幅は４０ｍｍであり、第１工具３の押し込み深さは３ｍｍであった。成形間隔は２５ｍｍであった。次に、制御装置５は、図１４に一点鎖線で示すｘ方向に伸びる矢印に沿って第１工具３と第２工具４とを移動させる。このとき、被成形材２の持ち上げ幅は４０ｍｍであり、第１工具３の押し込み深さは１ｍｍであった。成形間隔は２５ｍｍであった。なお、図１４に一点鎖線で示す矢印は、被成形材２の中央に対して対象に２系列配置されているため、２対の第１工具３と第２工具４とを同時に移動可能に成形装置１を構成して、対象となる位置に示された矢印に沿った第１工具３と第２工具４の移動を同時に行ってもよい。
【００２６】
図１５，１６は、成形終了時の被成形材２の断面を示しており、図２０は、成形終了時の被成形材２の板厚の減少率分布を示している。図１０の深さはＤ９＝３３．７５ｍｍであり、図１１の深さはＤ６＝３４．７８ｍｍであった。図２０に示すように、被成形材２を長方形状に成形する場合においても、ほぼ一定の深さで成形することができた。
【符号の説明】
【００２７】
１      成形装置
３      第１工具
４      第２工具
５      制御装置
１１    第１移動機構
１２    第２移動機構
【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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