(57)【要約】【課題】  疲労特性に優れた打ち抜き材の打ち抜き加工装置および打ち抜き加工方法を提供する。【解決手段】円柱状のパンチ２と、パンチ２の外径より拡径された貫通穴をそれぞれ有するパッド３及びダイス１と、ダイス１を嵌合固定する凹部５１が表面に設けられた設置台１７を有し、パッド３とダイス１の間に金属板４を狭持し、パンチ２により金属板４を打ち抜く打ち抜き加工装置１００において、ダイス１の穴縁９が、ダイス周端部１６よりダイス半径１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高く、ダイス１の周端部１６が、設置台１７の表面１５より高いことを特徴とする。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のパンチと、前記パンチの外径より拡径された穴をそれぞれ有するパッド及びダイスと、前記ダイスを嵌合固定する凹部が表面に設けられた設置台を有し、前記パッドと前記ダイスの間に金属板を狭持し、前記パンチにより前記金属板を打ち抜く打ち抜き加工装置において、
前記ダイスの穴縁が、前記ダイスの周端部よりダイス半径１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高く、
前記ダイスの周端部が、前記設置台の表面よりも高いことを特徴とする金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き加工装置。
【請求項２】
更に、前記パッドの穴縁が、前記パッドの周端部よりパッド半径１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ低いことを特徴とする請求項１に記載の金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き加工装置。
【請求項３】
更に、前記パンチの先端面の中央が、パンチ縁よりパンチ半径１０ｍｍあたり０．３〜１．０ｍｍ低いことを特徴とする請求項１または２に記載の金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の打ち抜き加工装置を用いて、パッドによる押さえ荷重Ｐ（Ｎ）を、
２．０≦Ｐ／（ｔ２・σY）≦２．７
ただしtは金属板の板厚（ｍｍ）、σYは金属板の降伏応力（ＭＰａ）
を満足するように金属板から穴を打ち抜くことを特徴とする金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属板に穴を加工する際に、特に金属板打ち抜き部の疲労強度を向上させる上で好適な打ち抜き加工装置及び打ち抜き加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車部品等に代表される金属材料の加工部品には、配線、軽量化、塗装、ボルト接合などの目的のために打ち抜き加工により部材に穴を加工する場合が多い。しかし、打ち抜き穴を有する金属部品は、打ち抜き穴の性状が悪いと、配線が打ち抜き穴の面と接触して損傷し、ボルト接合時にボルトを傷つけるなどの不都合が生じる。また、これに加えて、実際にこの金属部品を使用する際に受ける荷重によって打ち抜き穴縁から疲労亀裂が発生して疲労破壊を生じる。従って打ち抜き面性状が綺麗で疲労破壊抵抗の大きな打ち抜き方法又は打ち抜き加工装置の発明が切望されている。
【０００３】
このような打ち抜き面性状の向上について、ダイスおよびパンチの形状を工夫した金型、打ち抜き加工装置、打ち抜き加工方法等などが従来においていくつか開示されている。例えば特許文献１には、穿孔対象物に形成された孔の表面側から裏面側までの断面形状、即ち内径を均一なものとする観点から、先端部底面が凹曲面とされたパンチと、先端側が錐状（凸状）に形成されたダイを備えた穿孔工具が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、所定形状のワークを打ち抜く際に、該ワークの両面において互いに対応する凸部と凹部を成形するときに凸部の基端周縁部への余肉の集中を抑制することを目的とし、カウンターパンチの先端面が縁から中央に向かって次第に突出する形状（凸状）に形成されている打ち抜き装置が開示されている。
【０００５】
また特許文献３では、曲面に穿孔を施す金型で、ワークの打ち抜き面の曲率に対するダイス（又はパンチ先端）の曲率を、ダイス（又はパンチ）のコーナー部（縁）がワークの打ち抜き面に最初に当接する範囲に設定することにより、ワークに対するパンチのズレをワークの打ち抜き当初から効果的に抑え、高精度な打ち抜き加工を可能とした孔あけ型が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３４３９６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２８００３４号公報
【特許文献３】特開２００２−３０１５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献の開示技術のうち、特許文献１では、フレキシブルプリント基板等のシート状物を綺麗に穿孔することを目的とし、図１５に示すように上下に延伸自在な軸状のパンチ１１５と、このパンチ１１５の下端に対向するように設けられたダイ１１６とを有し、パンチ１１５とダイ１１６は切断刃類似の構成を目的としてそれぞれパンチ底面１１５Ｂは凹状に、ダイ１１６における上端内周縁１２２Ａから周端部１１２Ｂに向かう上面は次第に低くなる傾斜面１２３とされて錘状に加工されている。更に、ダイ１１６の中心穴１２２の上端内周縁１２２Ａは、図に示すように、穿孔対象物Ｓを置く台の載置面１１７Ａと同一平面高さとなるように構成されている。従って、ダイ１１６の上端内周縁１２２Ａよりも低い周端部１１２Ｂは、穿孔対象物Ｓを設置する台の載置面１１７Ａよりも低い位置に設置されているため、穿孔対象物Ｓはダイ１１６の周端部１１２Ｂに接触することができない。このためダイ１１６における内周縁１２２Ａに向かってダイ１１６の傾斜面１２３の形状に沿うように凸状に変形させて曲げ応力を発生させることができなくなるので、穿孔対象物Ｓは高い疲労強度を得ることができないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２では、表裏面に対応する凹凸部を形成するワークを打ち抜くことを目的としており、図１６（ａ）に示すように、上型１０３と、下型１０２との間に板材Ｘを介在させ、ダイ１０４の上面からはカウンターパンチ１０５の上部を突出させ、パッド１０６を下降させて板材Ｘをクランプさせることにより、板材Ｘをカウンターパンチ１０５の上部によって板材Ｘの打ち抜き位置を押し上げる。これにより、板材Ｘには、図１６(a)中、板材Ｘの内部の矢印で示すように引張応力が付与される。
【０００８】
次に図１６(b)に示すように、成形パンチ１０７を加工させ、押圧ピン１０８を、引張応力が付与されている板材Ｘの上面に押入することにより、凸部付近の余肉を潰すように構成されている。したがって、ダイ１０４は平坦なままであり、引張応力は中心部の打ち抜き物のみに作用するため被打ち抜き物（板材Ｘ）は高い疲労強度を得ることができないという問題がある。
【０００９】
またさらに、特許文献３では、曲面に打ち抜き穴を施すための金型で、図１７に示すようにダイス１３７の穴縁１３７ａはダイス端部１３７ｂより低くなっており、被打ち抜き物を設置台の表面に置くという記載はないが、ダイス１３７の端部１３７ｂは被打ち抜き物を置く設置台の表面よりも低い位置に設置されていることになるから、被打ち抜き物はダイス１３７の端部１３７ｂに接触することができず、ダイス１３７の穴縁１３７ａに向かってダイス形状に沿うように凸状の変形をさせて曲げ応力を発生させることができなくなるので、被打ち抜き物は高い疲労強度を得ることができなくなるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて発明されたものであり、金属板に穴を加工する際に、金属板打ち抜き部の疲労特性に優れた金属板の打ち抜き加工装置及び打ち抜き加工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】
上記課題を解決するために、本発明の要旨とするところは、
（１）円柱状のパンチと、前記パンチの外径より拡径された穴をそれぞれ有するパッド及びダイスと、前記ダイスを嵌合固定する凹部が表面に設けられた設置台を有し、前記パッドと前記ダイスの間に金属板を狭持し、前記パンチにより前記金属板を打ち抜く打ち抜き加工装置において、前記ダイスの穴縁が、前記ダイスの周端部よりダイス半径１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高く、前記ダイスの周端部が、前記設置台の表面よりも高いことを特徴とする金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き加工装置、
（２）更に、前記パッドの穴縁が、前記パッドの周端部よりパッド半径１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ低いことを特徴とする上記（１）の金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き加工装置、
（３）更に、前記パンチの先端面の中央が、パンチ縁よりパンチ半径１０ｍｍあたり０．３〜１．０ｍｍ低いことを特徴とする上記（１）または（２）の金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き加工装置、
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の打ち抜き加工装置を用いて、パッドによる押さえ荷重P（Ｎ）を、
２．０≦Ｐ／（ｔ２・σY）≦２．７
ここで、tは金属板の板厚（ｍｍ）、σYは金属板の降伏応力（ＭＰａ）
を満足するように金属板から穴を打ち抜くことを特徴とする金属板打ち抜き部の疲労強度に優れた打ち抜き方法、にある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、金属板の打ち抜き面の性状を向上させることができるので、疲労強度の向上が著しく、その工業的意味は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、金属板に穴を加工する際に、特に金属板打ち抜き部の疲労強度を向上させることが可能な金属板の打ち抜き加工装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本発明者は、金属板の打ち抜き部の疲労強度が向上しない問題を解決するため、まず打ち抜き加工の工程および打ち抜き面の性状を詳細に観察した。従来の打ち抜き加工装置におけるダイス８１は、図１に示すように、中心に円柱状の穴７５を有するダイス穴縁８７およびダイス周端部９６は同じ高さであり、また打ち抜き時の円柱状のパンチ８２も、図２に示すようにパンチ先端面の中央９９とパンチ縁９８の高さが同じであった。さらに金属板８４を押さえる、中心部に穴７６を有するパッド８３も、図３に示すようにパッド８３の穴縁８９とパッド周端部９７は同じ高さであった。そのため、図４のように、パンチ８２の外径より拡径された穴７５を有するダイス８１と、中心にパンチ８２の外径より拡径された穴７６を有するパッド８３の間に金属板８４をはさんで、円柱状のパンチ８２で打ち抜く場合、図５に示すように、金属板８４には打ち抜き時に、打ち抜き部の面内方向に引張応力σＡが発生し、その引張応力σＡはパンチ８２が当接する表面側が特に大きいこと、打ち抜き部はパンチ８２に押されてダイス８１側に押し込まれて引きちぎられるように破断すること、さらに引きちぎられた打ち抜き面には数十μｍ単位の凹凸が多数存在し、金属板が繰り返し荷重を受けると応力集中の大きな凹の部分から疲労亀裂が発生して破壊に至ることなどを知見した。
【００１５】
このような打ち抜き加工工程および打ち抜き面の性状を鑑み、打ち抜き面性状を改善するためには、打ち抜き部がパンチに押し込まれて引っ張られる力に対抗する引張応力を打ち抜き部の周辺に発生させることが有効であることを知見した。
【００１６】
以下、上述した知見に基づいて発明した打ち抜き加工装置の構成について説明をする。図６は、本発明を適用した打ち抜き加工装置１００の構成を示している。ダイス１は、その中央に穴４１が穿設され、その穴縁７がダイス１の周端部１６より高く、さらにダイス周端部１６が金属板の設置台１７の表面１５よりも高くなるように、設置台１７に嵌合固定される。具体的には、設置台１７の表面１５において凹部５１が設けられ、その凹部５１にダイス１が嵌合固定されている。設置台１７においても中心に穴６２が穿設されており、設置台１７における穴６２と、ダイス１における穴４１とが互いに連結するように構成されている。これら穴４１、６２は、それぞれ貫通穴として構成されていてもよい。
【００１７】
このような構成からなるうち抜き加工装置１００において、打ち抜き加工すべき金属板４を載置する際には、図７に示すように、少なくとも金属板４がダイス１における穴４１に接触するようにする。そうすると、金属板４が、ダイス周端部１６さらにはダイス穴縁７で接触することにより曲げられる。その結果、表面側、すなわちパンチ２側が引張応力となり、裏面側、すなわちダイス１側が圧縮応力となる曲げ応力を発生させることができ、打ち抜き加工の際にパンチ２によって押し込まれる応力に対抗する応力をこの金属板４内において発生させることが可能となる。
【００１８】
さらに、ダイス周端部１６に対するダイス穴縁７の高さＨを、ダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高くすれば、金属板４に十分な曲げ応力を発生させることができることも知見した。前記高さＨを、ダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５ｍｍより低くすると、ダイス周端部１６及びダイス穴縁７に接触して曲げられることにより金属板４に発生する曲げ応力が小さくなり、打ち抜き加工時にパンチ２によって押し込まれる応力に対する抵抗力を確保することができず、打ち抜き面は引きちぎられて粗くなり、疲労強度を十分に向上させることができない。また、前記高さＨを、ダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．３０ｍｍより高くすると、金属板４がダイス周端部１６及びダイス穴縁７に接触する際に発生する曲げ応力が降伏応力を超えて塑性変形を生じさせるため、打ち抜き面の破面は同様に粗くなり、この場合も疲労強度を十分に向上させることができない。
【００１９】
また、ダイス１を設置台１７の凹部５１に嵌合固定したときにおけるダイス周端部１６が、金属板４の設置台１７の表面１５より高い場合には、設置された金属板４はダイス周端部１６及びダイス穴縁７に接触して金属板４の表面に曲げ応力を発生させることができる。これに対して、ダイス周端部１６が金属板４の設置台１７の表面１５とほぼ同一か又は低い場合には、金属板４はダイス周端部１６と接触することができないため、金属板４に十分な曲げ応力を発生させることができず、打ち抜き加工時にパンチ２によって押し込まれる応力に対する抵抗力を確保できないので、疲労強度を十分に向上させることができないことも判明した。上記の疲労強度を十分に向上させるという作用効果を奏するために、ダイス周端部１６の高さは、設置台１７の表面１５よりダイス周端部１６に対するダイス１の穴縁７の高さＨ以上高くすることが望ましい。
【００２０】
一方、ダイス周端部１６の高さが高すぎるとダイス穴縁７と設置台１７の表面１５との差が大きくなり、金属板４は設置台１７の上で波打つような状態で設置されることになる結果、金属板４の打ち抜き穴加工の位置精度が悪化してしまう。その結果、ダイス周端部１６の高さの上限として、設置台１７の表面１５に、金属板１４の板厚を加えた高さとすることが好ましい。
【００２１】
以上のように、ダイス周端部１６に対するダイス穴縁７の高さＨを、ダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高くし、またダイス周端部１６の高さを、設置台１７の表面１５よりくすると、打ち抜き材の疲労強度向上に有効であることが判明した。
【００２２】
なお図７において、パンチ２の外径より拡径された穴を有する図示しないパッドにより金属板４を狭持し、さらにパッドの穴を介してパンチ２を挿入して打ち抜き加工を施すようにしても、上述した効果を奏することは勿論である。
【００２３】
さらに、本発明者は上述の如き構成からなる本発明を適用した打ち抜き加工装置１００の疲労強度向上機構をさらに向上させる構成を検討した。その結果、図８に示すように、パンチの外径より拡径された穴４３を有するパッド３をパンチ２の周囲に設置し、ダイスと対になって、金属板を押さえる際に、そのパッド穴縁９がパッド周端部１８より低いと、打ち抜き材の更なる疲労強度向上に有効であることを知見した。
【００２４】
すなわち、図９に示すように打ち抜き時に、パッド３とダイス１との間に金属板４を狭持することにより、金属板４をダイス１の形状に沿うように上に凸状に変形させることができる。その結果、金属板４の表面に適切な大きさの曲げ応力を発生することができ、打ち抜き加工時にパンチによって押し込まれる応力に対抗できる結果、金属板４自体が少ない変形状態で打ち抜かれるため、打ち抜き面の粗さを改善して疲労強度を更に向上させることが可能となる。
【００２５】
さらに、パッド３の下面とダイス１の上面とが、互いに凸状となるようにすることで、互いに対応する形状とされている。このため、図８に示すように、パッド周端部１８に対するパッド穴縁９の高さｈを、パッド半径ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ低くすることにより、ダイス穴縁７の高さがダイス周端部１６よりダイス１の半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高いダイスと互いに対応する形状となるので、ダイス１とパッド３に狭持された金属板４は、ダイス１に沿う凸状の形状になって、十分な曲げ応力を発生させることができることも知見した。前記高さｈを、パッド半径ｒの１０ｍｍあたり０．０５ｍｍより低くすると、金属板４はパッド周端部１８では接触しないがパッド穴縁９で接触することになり、金属板４の変形はダイス１の前記高さＨほどの変形が発生しないので十分な曲げ応力を発生させることができない。従って、打ち抜き加工時にパンチ２によって押し込まれる応力に対抗できにくくなり、この結果打ち抜き面は引きちぎられて粗くなり、疲労強度を十分に向上させにくくなるので好ましくない。また前記高さｈを、パッド半径ｒの１０ｍｍあたり０．３０ｍｍより大きくすると、金属板４はパッド穴縁９ではなくパッド周端部１８で接触することになり、金属板４の変形はダイス高さＨより大きくなり、降伏応力を超える応力が発生して塑性変形が生じる。このため、金属板４において打ち抜き面の粗さが大きくなって、この場合も疲労強度を十分に向上させにくくなるので、好ましくない。
【００２６】
以上のように、パッド穴縁９がパッド周端部１８より、パッド半径１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ低く構成した打ち抜き用バッドを有する打ち抜き加工装置１００は、打ち抜き材の疲労強度向上に有効であることが判明した。
【００２７】
またさらに、本発明者は上記の本発明の打ち抜き加工装置１００の疲労強度向上機構をさらに向上させる装置を検討した。その結果、図１０に示すようにパンチ２の先端面の中央１９がパンチ縁２０より低い場合に、換言すれば、外周を構成するパンチ縁２０がパンチ先端面の中央１９よりも図１０に示す下方側に突出されている場合に、打ち抜き材の疲労強度向上に有効に作用することを知見した。
【００２８】
すなわち、図１１に示すようにパンチ先端面の中央１９をパンチ縁２０より低くすると、パンチ先端面の中央１９がダイス１およびパッド３により曲げられた金属板４と最初に接触することなく、あくまでパンチ縁２０がこの金属板４に最初に接触してこれを打ち抜くことが可能になる。また、パンチ縁２０を鋭角に構成することにより、凹凸の少ない打ち抜き破面を得ることができ、打ち抜き材の疲労強度を向上させることができる。
【００２９】
さらに、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´（図１０参照）を、パンチ半径ｒ´の１０ｍｍあたり０．３〜１．０ｍｍ低くすることにより、パンチ先端面の中央１９は、ダイス１及びパッド３により曲げられた金属板４と最初に接触することなく打ち抜くことが可能になり、さらにパンチ縁２０を鋭角とすることにより、凹凸の少ない打ち抜き破面を得ることができることを見出した。前記高さｈ´を、パンチ半径ｒ´の１０ｍｍあたり０．３ｍｍよりも小さくすると、パンチ先端面の中央１９は、ダイス１およびパッド３により曲げられた金属板４と接触することになり、この接触が打ち抜き加工の妨げになって金属板４を打ち抜くのに必要な荷重が大きくなり、打ち抜き速度が減速して、凹凸の大きな打ち抜き破面となる場合があるので、好ましくない。また前記高さｈ´を、パンチ半径ｒ´の１０ｍｍあたり１．０ｍｍより大きくすると、パンチ縁２０が鋭くなり過ぎ、打ち抜きを繰り返すうちにパンチ縁２０が欠けるなどの劣化が起きやすくなるので、好ましくない。
【００３０】
以上のように、パンチ先端面の中央１９が、パンチ縁２０よりパンチ半径１０ｍｍあたり０．３〜１．０ｍｍ低い打ち抜き用パンチを有する打ち抜き装置１００が打ち抜き材の疲労強度向上に有効であることが判明した。
【００３１】
図１１では、ダイス１及びパッド３により金属板４が曲げられた状態を示しているが、ダイス１のみにより金属板４が曲げられた状態でも、図１０に示すようなパンチ先端面の中央１９が、パンチ縁２０より上記の範囲内で低いパンチ２は、図１１で説明した構成と同様の作用効果を得ることができる（図７参照）。
【００３２】
加えて、本発明者は金属板打ち抜き部の疲労強度を向上させる打ち抜き方法の検討を行った。その結果、図１２に示すように打ち抜かれる金属板４を、本発明のダイス１に置いて、金属板４に十分な曲げ応力を発生させるようにパッド３による押さえ荷重Ｐを調節すれば、金属板打ち抜き部の疲労強度を大きく向上させることを見出した。疲労強度を向上させるパッド３による押さえ荷重Ｐの範囲を検討した結果、金属板の板厚をｔ（ｍｍ）、金属板４の降伏応力をσY（ＭＰａ）とするとき、押さえ荷重Ｐ（Ｎ）が、
【００３３】
２．０≦Ｐ／（ｔ２・σY）≦２．７                  ・・・・（１）  
を満足するように設定することで金属板打ち抜き部の疲労強度を向上することができることを見出した。
【００３４】
（１）式は、金属板４に十分な曲げ変形を与えるのに必要な荷重を材料力学により求め、汎用の金属板４の材料定数を用いて導出した。具体的には、周辺が単純支持の円板に等分布荷重が作用する場合の荷重が、材料力学によると板厚の二乗および最大応力に比例することから、最大応力を降伏応力、等分布荷重をパッド３による押さえ荷重に置き換え、パッド３による押さえ荷重と板厚の二乗および降伏応力の積との比をとることでパッド３による押さえ荷重の有効な範囲を限定した。そして、通常打ち抜き加工が良く適用される金属板の板厚ｔ、降伏応力σYおよび良く用いられるダイス１の半径の組み合わせを種々に変えてパッド３による押さえ荷重Ｐを計算したところ、Ｐ／（ｔ２・σY）の最小値が２．０、最大値が２．７となったことから（１）式を導出した。
【００３５】
パッド３による押さえ荷重Ｐが（１）式を満足する値よりも小さいと、金属板４は打ち抜きダイス１の形状に沿うことができず、その結果十分な曲げ応力が発生せず、打ち抜き面性状を改善することができない。またパッド３による押さえ荷重Ｐが（１）式を満足する値よりも大きいと、金属板４を打ち抜きダイス１の形状に沿わせることはできるが、過大な荷重を与えるため、打ち抜き加工を繰り返すうちにパッド３の劣化が著しくなるという欠点があることが判明した。さらに、本発明を適用したパッド３及び／又は本発明を適用したパンチ２を用いることで、金属板打ち抜き部の疲労強度をさらに向上させることができることも判明した。
【００３６】
以上のように、本発明の打ち抜きダイスを用いて、パッド３による押さえ荷重Ｐ（Ｎ）を（１）式を満足するように設定すると、打ち抜き材の疲労強度向上に有効であることが判明した。  
【００３７】
なお、ここで本発明では打ち抜き加工を施す対象を金属板４と記載したが、本発明の効果は平板状の金属板４に限ることなく得ることができ、打ち抜き加工の前に何らかの加工が施された金属部材であっても差し支えない。
【００３８】
また、本発明の打ち抜き加工装置１００におけるダイス１は、金属板４と接触するダイス穴縁７から始まり、接触が終了するところをダイス周端部１６と定義したが、例えば図１３に示すように金属板４と構造上接触しない斜面２１がこのダイス１における周端に形成されていても差し支えなく、この場合、ダイス１における斜面２１と凸状の上面が接触する部分の端をダイス周端部１６と定義する。
【００３９】
またさらに、本発明の穴の打ち抜き方法におけるパッド３の押さえ荷重Ｐの範囲を示す式（１）は、ダイス１と同面積のパッド３による押さえ荷重について示したが、パッド３が金属板４と接する面積とダイス１が金属板４と接する面積が異なる場合には、ダイス１の面積に対するパッド３の面積の比（（パッド３の面積）／（ダイス１の面積））を、（１）式の左辺および右辺の係数に掛け合わせた式を満足するように押さえ荷重を設定するものとする。
【実施例１】
【００４０】
供試鋼として、降伏応力が３００ＭＰａで板厚２．３ｍｍ、降伏応力が５５０ＭＰａで板厚５．３ｍｍ、降伏応力が７３０ＭＰａで板厚３．２ｍｍの３種類の熱延鋼板を用いて、表１〜表３に示す形状のダイス１、パッド３、パンチ２により打ち抜き加工を行った。打ち抜き形状は真円であり、パンチ２の直径は１０ｍｍ、ダイス１の半径は２５ｍｍ、パッド３の半径は２５ｍｍ、クリアランスは１０％で加工を行った。打ち抜き加工を行った鋼板を、図１４に示す形状の試験片に加工し、応力比＝０．１、周波数１０Ｈｚで荷重制御疲労試験を実施した。試験片が破断する繰り返し数を疲労寿命とし、公称応力（荷重を板厚×試験片幅で除した値）と疲労寿命の関係を片対数グラフ上で一次回帰計算し、疲労寿命が２００万回となる繰り返し数を疲労強度として求めて比較した。
【００４１】
得られた疲労寿命を同じく表１〜表３に示す。この表１〜３における、“ダイス（Ａ）ｍｍ”は、ダイス周端部１６に対するダイス穴縁７の高さＨであり、“ダイス（Ｂ）ｍｍ”は、設置台１７の表面１５に対するダイス周端部１６の高さを表している。ダイス周端部１６の方が表面１５よりも高い場合は“高”、同じか低い場合には“低”と表示する。“パッド（Ｃ）ｍｍ”は、パッド周端部１８に対するパッド３の穴縁９の高さｈである。また“パッド（Ｄ）ｍｍ”は、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´を示している。“打ち抜き材の疲労強度（Ｅ）（ＭＰａ）”は、荷重制御疲労試験の結果を示している。
【００４２】
なお、金属板４の設置台１７の表面１５に対するダイス端部１６の高さは、本発明例および比較例の一部においては、２ｍｍ又は金属板４の板厚の０．５倍の何れか高い方を満たすように設定し、比較例の他の例においてはダイス周端部１６と金属板４の設置台１７の表面１５を同じ高さに設定した。
【００４３】
まず、表１に降伏応力が３００ＭＰａで板厚２．３ｍｍの熱延鋼板を試験片として荷重制御疲労試験を行った結果を示す。
【００４４】
Ｎｏ．１〜３およびＮｏ．２７は、ダイス穴縁７の高さをダイス周端部１６よりダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高い形状とする本発明の範囲から逸脱した比較例である。
【００４５】
これらに対して、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．２６は本発明の（１）に係る実施例であり、Ｎｏ．１〜３、２７に比べて３割以上疲労強度が向上していることが認められた。またさらにこのうちＮｏ．８〜１９は本発明の（２）に係る実施例であり、ダイス形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．４、５、７、２０〜２２、２６より１割以上疲労強度が向上していることが認められた。またさらにＮｏ．８〜１９のうち、Ｎｏ．１１〜１７は、本発明の（３）に係る実施例であり、ダイス１の形状とパッド形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．８、１０、１８および１９に比べてさらに１割以上向上しているのが認められた。加えてこのうちＮｏ．１３〜１５は本発明の（４）にかかる実施例であり、パッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外の実施例であるＮｏ．１１、１２、１６、１７よりもさらに１割以上疲労強度が向上していることが認められた。
【００４６】
またＮｏ．２３〜２５はダイス１の形状およびパンチ２の形状が本発明の範囲を満たす実施例であり、ダイス１の形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．４、５、７、２０〜２２、２６より１割以上疲労強度が向上していることが認められた。このうちＮｏ．２３、２４はさらにパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、Ｎｏ．２５よりも１割程度疲労強度が向上しているのが認められた。同様にＮｏ．６はダイス１の形状およびパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、同じダイス１の形状でパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外のＮｏ．５よりも１割程度疲労強度が向上しているのが認められた。
【００４７】
さらにＮｏ．９はダイス１の形状、パッド３の形状およびパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、同じダイス１の形状およびパッド３の形状で、パッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外のＮｏ．８よりも１割程度向上しているのが認められた。
【００４８】
なお、ダイス１の形状が本発明の範囲内で、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´が本発明の範囲より低いＮｏ．４〜１０、１９〜２２は、パンチ縁２０が鋼板に接触して打ち抜きが開始される前にパンチ先端面の中央１９が鋼板に接触するため、パンチ１の荷重が通常より高くなる傾向が認められる。また、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´が本発明の範囲より高いＮｏ．１８、２６は、パンチ縁２０が鋭いため、打ち抜き後パンチ縁に欠けが認められた。
【００４９】
このように本発明の打ち抜き加工装置および打ち抜き加工方法は、打ち抜き材の疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００５０】
次に、表２に降伏応力が５５０ＭＰａで板厚５．３ｍｍの熱延鋼板の結果を示す。Ｎｏ．２８〜３０およびＮｏ．５４は、ダイス穴縁７の高さをダイス周端部１６よりダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高い形状とする本発明の範囲から逸脱した比較例である。これらに対して、Ｎｏ．３１〜Ｎｏ．５３は本発明の（１）に係る実施例であり、Ｎｏ．２８〜３０、５４に比べて３割以上疲労強度が向上していることが認められた。またさらにこのうちＮｏ．３５〜４６は本発明の（２）に係る実施例であり、ダイス１形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．３１、３２、３４、４７〜４９、５３より１割以上疲労強度が向上していることが認められた。またさらにＮｏ．３５〜４６のうち、Ｎｏ．３８〜４４は、本発明の（３）に係る実施例であり、ダイス１の形状とパッド３の形状が本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．３５、３７、４５及び４６に比べてさらに１割以上向上しているのが認められた。加えてこのうちＮｏ．４０〜４２は本発明の（４）に係る実施例であり、パッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外の実施例であるＮｏ．３８、３９、４３、４４よりもさらに１割以上疲労強度が向上していることが認められた。
【００５１】
またＮｏ．５０〜５２はダイス１の形状およびパンチ２の形状が本発明の範囲を満たす実施例であり、ダイス１の形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．３１、３２、３４、４７〜４９、５３より１割以上疲労強度が向上していることが認められた。このうちＮｏ．５０、５１はさらにパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、Ｎｏ．５２よりも１割程度疲労強度が向上しているのが認められた。同様にＮｏ．３３はダイス１の形状およびパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、同じダイス１の形状でパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外のＮｏ．３２よりも１割程度疲労強度が向上しているのが認められた。
【００５２】
さらにＮｏ．３６はダイス１の形状、パッド３の形状およびパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、同じダイス１の形状およびパッド３の形状で、パッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外のＮｏ．３５よりも１割程度向上しているのが認められた。
【００５３】
なお、ダイス１の形状が本発明の範囲内で、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´が本発明の範囲より低いＮｏ．３１〜３７、４６〜４９は、パンチ縁２０が鋼板に接触して打ち抜きが開始される前にパンチ３の先端面の中央１９が鋼板接触するため、パンチ３の荷重が通常より高くなる傾向が認められた。また、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´が本発明の範囲より高いＮｏ．４５、５３は、パンチ縁２０が鋭いため、打ち抜き後パンチ縁２０に欠けが認められた。
【００５４】
このように本発明の打ち抜き加工装置および打ち抜き加工方法は、打ち抜き材の疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００５５】
次に、表３に降伏応力が７３０ＭＰａで板厚３．２ｍｍの熱延鋼板の結果を示す。Ｎｏ．５５〜５７およびＮｏ．８１は、ダイス穴縁７の高さがダイス周端部１６よりダイス半径Ｒの１０ｍｍあたり０．０５〜０．３０ｍｍ高い形状とする本発明の範囲から逸脱した比較例である。これに対して、Ｎｏ．５８〜Ｎｏ．８０は本発明の（１）に係る実施例であり、Ｎｏ．５５〜５７、８１に比べて３割以上疲労強度が向上していることが認められた。またさらにこのうちＮｏ．６２〜７３は本発明の（２）に係る実施例であり、ダイス形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．５８、５９、６１、７４〜７６、８０より１割以上疲労強度が向上していることが認められた。またさらにＮｏ．６２〜７３のうち、Ｎｏ．６５〜７１は、本発明の（３）に係る実施例であり、ダイス形状とパッド形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．６２、６４、７２及び７３に比べてさらに１割以上向上しているのが認められた。加えてこのうちＮｏ．６７〜６９は本発明の（４）に係る実施例であり、パッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外の実施例であるＮｏ．６５、６６、７０、７１よりもさらに１割以上疲労強度が向上していることが認められた。
【００５６】
またＮｏ．７７〜７９はダイス１の形状およびパンチ２の形状が本発明の範囲を満たす実施例であり、ダイス１の形状のみが本発明の範囲内の実施例であるＮｏ．５８、５９、６１、７４〜７６、８０より１割以上疲労強度が向上していることが認められた。このうちＮｏ．７７、７８はさらにパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、Ｎｏ．７９よりも１割程度疲労強度が向上しているのが認められた。同様にＮｏ．６０はダイス１の形状およびパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、同じダイス１の形状でパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外のＮｏ．５９よりも１割程度疲労強度が向上しているのが認められた。
【００５７】
さらにＮｏ．６３はダイス１の形状、パッド３の形状およびパッド３の押さえ荷重が本発明の範囲を満たす実施例であり、同じダイス１の形状およびパッド３の形状で、パッド３の押さえ荷重が本発明の範囲外のＮｏ．６２よりも１割程度向上しているのが認められた。
【００５８】
なお、ダイス１の形状が本発明の範囲内で、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さが本発明の範囲より低いＮｏ．５８〜６４、７３〜７６は、パンチ縁２０が鋼板に接触して打ち抜きが開始される前にパンチ先端面の中央が鋼板に接触するため、パンチ２の荷重が通常より高くなる傾向が認められた。また、パンチ縁２０に対するパンチ先端面の中央１９の高さｈ´が本発明の範囲より高いＮｏ．７２、８０は、パンチ縁２０が鋭いため、打ち抜き後パンチ縁２０に欠けが認められた。
【００５９】
このように本発明の打ち抜き加工装置および打ち抜き加工方法は、打ち抜き材の疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の打ち抜き加工装置におけるダイスと設置台の構成を示す図である。
【図２】本発明の打ち抜き加工装置による金属板の打ち抜き加工状況を示す図である。
【図３】本発明の別の打ち抜き加工装置におけるパッドを示す図である。
【図４】本発明の別の打ち抜き加工装置による金属板の打ち抜き加工状況を示す図である。
【図５】本発明の別の打ち抜き加工装置におけるパンチを示す図である。
【図６】本発明の別の打ち抜き加工装置による金属板の打ち抜き加工状況を示す図である。
【図７】本発明の別の打ち抜き方法におけるパッド押さえ荷重を示す図である。
【図８】従来の打ち抜き加工装置におけるダイスを示す図である。
【図９】従来の打ち抜き加工装置による金属板の打ち抜き加工状況を示す図である。
【図１０】従来の打ち抜き加工装置による金属板の打ち抜き加工による引張応力を示す図である。
【図１１】従来の打ち抜き加工装置におけるパンチを示す図である。
【図１２】従来の打ち抜き加工装置におけるパッドを示す図である。
【図１３】本発明の打ち抜き加工装置におけるダイスの別の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施例における疲労試験片の形状・寸法を示す図である。
【図１５】特許文献１の開示技術について説明するための図である。
【図１６】特許文献２の開示技術について説明するための図である。
【図１７】特許文献３の開示技術について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ダイス
２  パンチ
３  パッド
４  金属板
７  ダイスの穴縁（ダイス穴縁）
９  パッドの穴縁（パッド穴縁）
１５  設置台の表面
１６  ダイスの周端部（ダイス周端部）
１７  設置台
１８  パッドの周端部（パッド周端部）
１９  パンチ先端面の中央
２０  パンチ縁
２１  斜面
５１  ダイスを嵌合固定するための凹部
１００  打ち抜き加工装置
Ｈ  ダイス周端部に対するダイス穴縁の高さ
ｈ  パッド端部に対するパッド穴縁の高さ
ｈ’  パンチ縁に対するパンチ先端面の中央の高さ
Ｒ  ダイス半径
ｒ  パッド半径
ｒ’  パンチ半径
σＡ  打ち抜き時に金属板に発生する引張応力
【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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