(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲を支持された板材を挟んで一面側から棒状の押圧部材を押しつけ反対側から型状押圧部材を押しつけながら、板材と棒状押圧部材との接触部を３次元方向へ移動させることにより板材を所定の立体形状に成形する逐次成形のための装置において、
前記棒状押圧部材の前記板材と等高線を描きながら接触する部分を可撓性部材としたことを特徴とするとともに、
前記型状押圧部材を凹型とし、前記棒状押圧部材により板材を型状押圧部材内へ押し広げながら所定の立体形状に成形することを特徴とする逐次成形装置。
【請求項２】
前記可撓性部材が半球形であることを特徴とする請求項１に記載した逐次成形装置。
【請求項３】
前記可撓性部材が円筒状をなし、前記押圧部材の先端部へ回転自在に軸支されることを特徴とする請求項１に記載した逐次成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願は、逐次成形に用いる装置に関する。逐次成形とは棒状又は凸型もしくは凹型形状をなす押圧部材を、金属製薄板等へ押し当てながら板材と押圧部材を相対的に移動させることにより、シェル形状等の所定立体形状を成形する公知方法をいう。なお、本願発明においては、成形前の板材平面内における直交２軸方向をＸＹ、これらとそれぞれ直交する軸方向をＺとする。
【０００２】
【従来の技術】
このような逐次成形及び装置はＷＯ９９／３８６２７号等により公知であり、例えば特開平５−４２３２８号には板材の四辺をしわ押さえにより水平に保持し、下方から凸型状をなす下押圧部材を押し上げて大まかな形状に予備絞り成形し、上方から棒状の上押圧部材を押し当てながら板材をＸＹ方向へ移動させ、かつ押圧部材をＺ方向へ移動することにより所望の立体形状を成形するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の逐次成形では、棒状の押圧部材で板材を延ばしながら凸型として構成された下押圧部材の表面に倣わせて成形する。このとき成形面の形状は一般に一様でないため板余りが生じる。このため、なだらかな緩曲面であまり形状に剛性のないもの、例えば自動車用外板などでは、周囲にしわが寄ってしまう。また、硬剛性の押圧部材は板材へ点接触状に押しつけられるため、板材表面に筋条のツール痕（加工痕）が生じやすい。そこで本願発明の目的は、このようなしわやツール痕の発生を防止できる逐次成形装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願発明の逐次成形装置に係る請求項１は、周囲を支持された板材を挟んで一面側から棒状の押圧部材を押しつけ反対側から型状押圧部材を押しつけながら、板材と棒状押圧部材との接触部を３次元方向へ移動させることにより板材を所定の立体形状に成形する逐次成形のための装置において、前記棒状押圧部材の前記板材と等高線を描きながら接触する部分を可撓性部材としたことを特徴とするとともに、前記型状押圧部材を凹型とし、前記棒状押圧部材により板材を型状押圧部材内へ押し広げながら所定の立体形状に成形することを特徴とする。
【０００５】
また、上記型状押圧部材を凹型とし、前記棒状押圧部材により板材を型状押圧部材内へ押し広げながら所定の立体形状に成形することも特徴とする。
【０００６】
請求項２は、請求項１において、前記可撓性部材が半球形であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３は、請求項１において、前記可撓性部材が円筒状をなし、前記押圧部材の先端部へ回転自在に軸支されることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、棒状押圧部材の等高線を描きながら板材と接触する部分を可撓性部材としたので、成形時における板材表面に対して点接触状にならないためツール痕の発生を抑制できる。
【０００９】
そのうえ、型状押圧部材を凹型にしたので、棒状押圧部材により板材を型状押圧部材の凹空間内へ押し広げながら成形できる。このため、成形部周辺におけるしわの発生を抑制できる。しかも板材との接触部を可撓性部材としたのでツール痕の発生も同時に抑制できる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、可撓性部材を半球形にしたので、板材とは球面接触となるから、押圧部材と板材との接触部分が大きくなりかつ移動が滑らかになるため、さらにツール痕の発生を少なくできる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、可撓性部材を円筒形として、押圧部材の先端部へ回転自在に軸止したので、可撓性部材は板材の表面へ転がり接触するから、より一層、押圧部材と板材との摩擦が小さくかつ移動が滑らかになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は、本逐次成形によって得られる成形品の外観を示し、図２は逐次成形装置を原理的に示し、図３は成形凹部における逐次成形を原理的に示す部分拡大断面図、図４は板材と上側押圧部との接触部が描く等高線を説明する図、図５は成形凸部における逐次成形を原理的に示す部分拡大断面図、図６は押圧部材の先端部における可撓性部材を示す図、図７及び図８はそれぞれ可撓性部材の別実施例を示す図である。
【００１３】
まず、図１において、ボンネット１は本願発明の逐次成形製品であり、鉄板から自動車用ボンネットの表面形状となる立体形状に形成されている。ボンネット１の上面２は緩やかな曲面をなし、その一部に上方へ凸の平面視略楕円形をなす凸部３を備え、かつ端部に通気孔４が複数開口されている。周囲はフランジ状の周囲壁５をなし、全体として立体的なシェル形状に形成される。
【００１４】
図２に示すように、逐次成形装置は、板材１０の周囲を支持枠１１の上へ置いてクランプ１２で固定するようにし、板材１０の下方に下押圧部材１３を配置して昇降軸１４により昇降自在とし、板材１０の上方には、棒状の上押圧部材２０を昇降自在に配置してある。板材１０の下方から下押圧部材１３を押し当て、上方から上押圧部材２０を下降させて押し当て、板材１０をＸＹＺ方向へ移動させることにより、板材１０を下押圧部材１３の表面へ倣って塑性成形させるようになっている。
【００１５】
上押圧部材２０と下押圧部材１３は、それぞれ本願発明における棒状押圧部材及び型状押圧部材に相当し、いずれか一方または双方が同一平面内の直交２方向Ｘ・Ｙへ移動自在であり、かつ上押圧部材２０及び下押圧部材１３はこれらＸＹと直交するＺ方向へ移動（図示状態では昇降）自在である。これらの移動機構の詳細は省略するが、前記従来技術等により種々公知である。
【００１６】
なお、以下の説明では、下押圧部材１３側が板材１０及び支持枠１１やクランプ１２と共にＸＹ方向へ自由に移動するとともに、下押圧部材１３のみが板材１０及び支持枠１１やクランプ１２に対してＺ方向へ昇降自在になっているものとする。また、上押圧部材２０はこれらとは独立して板材１０の上方空間にて適当な支持部材によりＺ方向へ昇降自在に支持されているものとする。
【００１７】
さらに、上押圧部材２０と下押圧部材１３のいずれか一方又は双方は、板材１０を塑性変形させるに足るだけの押圧力を与えられるようになっている。以下の説明では、この押圧力を下押圧部材１３側から与えられ、上押圧部材２０はこの押圧力を十分に受け止めるように板材１０の上方で支持される構造とする。
【００１８】
板材１０は、鉄系又はその他の金属等からなる板状材料であり、例えば、０．数ｍｍ〜数ｍｍ程度の板厚を有する鉄製薄板である。但し、板材１０の材料はアルミなどの軽合金その他の金属等、塑性加工に適したものであれば任意に選択でき、その板厚も同様である。
【００１９】
支持枠１１は矩形状等の適宜枠形状をなし、その内側空間内に下押圧部材１３が配置される。支持枠１１はクランプ１２とともに、下押圧部材１３と共通の支持台に支持され、この支持台はＸＹ方向へ自由に移動自在である。下押圧部材１３のみはこの支持台上で支持枠１１やクランプ１２と別にＺ方向へ昇降軸１４により昇降自在であり、下押圧部材１３を押し上げると、板材１０の下面へ当接する。
【００２０】
下押圧部材１３はボンネット１の上面側を成形する大きさと形状の成形凹部を有する凹型であり、凸部３に対応する中央側が大きく深い略楕円弧状の成形凹部１５及び通気孔４に対応する周縁部に小段部をなす成形凸部１６が形成されている。図中の符号１７は凸部３や通気孔４部分を除く上面２に対応する浅くかつ緩い曲面の成形凹部、１８は周囲壁５に対応する周壁である。
【００２１】
図６に示すように、上押圧部材２０は超硬材等の板材１０よりも遙かに硬剛性な適宜材料からなる丸棒状の本体部２１と、その先端に適宜方法により一体化された半球状の可撓性部材２２を有する。図６のＡは上押圧部材２０をその軸直交方向から示し、ＢはＡの矢示方向から可撓性部材２２を示したものである。
【００２２】
可撓性部材２２は、本体部２１よりも柔らかい適度な硬さとより高い弾性を有して耐摩耗性に優れる、例えば硬質ポリウレタン等の適宜材料からなり、半球形に形成され、先端が板材１０へ球面接触するようになっている。本体部２１に対する取付構造は任意であるが、例えば、本体部２１に形成した小径凸部２３を対応して設けられた可撓性部材２２の穴へ嵌合して接着等により結合一体化する。
【００２３】
次に本実施例の作用を説明する。図２において、上押圧部材２０を押し下げて可撓性部材２２を板材１０の上面へ当接させるとともに、下押圧部材１３を押し上げて成形凹部１５の中央が可撓性部材２２の下方となるようにＸＹＺ方向の各位置を調整する。
【００２４】
この状態からさらに下押圧部材１３を押し上げると、図３に示すように、可撓性部材２２で上面を押しつけられている板材１０の一部部分が成形凹部１５内の中央部へ押し込まれ、可撓性部材２２で押された部分が図示の例では成形凹部１５の最深部へ押し当てられる。
【００２５】
この状態で仮想線に示すように、上押圧部材２０が略その太さ分程度ずれるように、板材１０を横（ＸＹ）方向へ移動させ、かつ下押圧部材１３をＺ方向へ移動させて高さを調節し、可撓性部材２２の接触部が、例えば等高線を描くように板材１０をＸＹ方向へ移動させる。このようして隣接部分が成形凹部１５の内面へ密接するように塑性変形される。これを外側へ向かって繰り返せば成形凹部１５の内面に倣った凸部を形成できる。
【００２６】
図４はこの等高線状の移動について説明するものであり、可撓性部材２２と板材１０の接触部Ｐが閉じた等高線Ｌを描くように、可撓性部材２２と板材１０を相対移動させる。一つの等高線Ｌを描き終えるとその外側へずらして再び略相似形の等高線Ｌを描き、これを成形凹部１５の外縁部へ達するまで繰り返す。
【００２７】
これにより、板材１０のうち成形凹部１５の上方に位置していた部分は、可撓性部材２２により板材１０が成形凹部１５内へ押し広げられつつ下方へ凸に成形され、成形凹部１５の内面に倣った凸部が形成され、図１に示すボンネット１の凸部３となる。
【００２８】
なお、逐次成形において可撓性部材２２と板材１０の接触部を移動させるにあたり、成形部の中央から外側へ向かって次第に等高線Ｌが広がるように移動させてもよく、逆に外側から中央へ向かって移動させてもよい。また下押圧部材１３を固定し、上押圧部材２０側をＸＹＺ方向へ移動させるようにしてもよく、さらには双方を同時に移動させてもよい。
【００２９】
続いて、成形凸部１６に対応する部分ついても同様に逐次成形する。図５はこの工程について説明するものであり、板材１０の一部は最初に下押圧部材１３を押し上げたとき成形凸部１６によって既に上方へ突出して予備成形される。そこで可撓性部材２２を成形凸部１６の肩部へ移動させて、可撓性部材２２と板材１０の接触部が成形凸部１６の周囲を移動するように、下押圧部材１３及び板材１０をＸＹＺ方向へ適宜移動させれば、通気孔４を形成するための段部１９が形成される。
【００３０】
その後同様にして、成形凹部１５及び成形凸部１６を除く成形凹部１７に倣うように板材１０を逐次成形して上面２に相当する部分を緩曲面に形成し、さらに周壁１８の内側を成形して周囲璧５に相当する部分を形成する。
【００３１】
さらに、板材１０を支持枠１１から外して、プレス成形することにより段部１９の平面部を打ち抜いてカットすれば通気孔４が形成され、図１のボンネット１が得れる。その後所定温度及び時間で加熱することにより、応力集中の大きな凸部３や段部１９部分を中心とする成形後の残留応力を解放して歪みを取る場合がある。このとき板材１０が鋼材の場合、１５０°Ｃ〜３００°Ｃ程度が好ましい。
【００３２】
なお、上記プレス成形時に上面２と周囲璧５を同時に形成することもできる。このようにすれば比較的時間のかかる逐次成形の範囲を最小限にするとともに、成形凹部１５及び成形凸部１６を省略してプレス型を簡単にでき、トータルコストを低減できる。
【００３３】
このように、本逐次成形によれば、可撓性部材２２が本体部２１よりも柔らかく、かつ半球状をなすため、板材１０へ柔らかく球面接触する。このため、従来のような点接触状ではなくなり、かつ移動方向にエッジで接触しなくなるから、ツール痕の発生が少なくなる。
【００３４】
そのうえ、下押圧部材１３を凹型としたので、棒状の上押圧部材２０により板材１０を成形凹部１５や成形凹部１７内へ押し広げながら成形することにより、周囲にしわが発生しにくくなる。したがって逐次成形に好適な成形方法となる。このため大量生産には不向きなものの、少量多種類の製品を成形するには比較的低コストで成形できる。
【００３５】
図７のＡは別案の上押圧部材２０を軸直交方向から示し、ＢはＡの矢示方向から可撓性部材２２を示し、Ｃは軸方向断面（ＡのＣ−Ｃ線断面図）である。これらの図において、可撓性部材２２は前実施例と同様材料からなる円筒状をなし、本体部２１の先端に形成された二又部２４内へ入れられて、軸２５により回転自在に支持されている。また、二又部２４が設けられている下部２１ａは本体部２１に対してその軸線回りに回動自在に取付けられ、可撓性部材２２が本体部２１の軸線回りに回動自在になっている。
【００３６】
したがって、この上押圧部材２０を用いれば、可撓性部材２２が板材１０の表面へ転がり接触しながら成形することになるので、ツール痕をより発生しにくく、もしくは目立たない程度にすることができる。
【００３７】
図８は上押圧部材２０のさらに別案であって最も簡略構造のものを示す図５と対応する図であり、Ａは上押圧部材２０を軸直交方向から示し、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図である。この可撓性部材２２は前記各実施例と同様材料からなる単純な円筒状をなしている。
【００３８】
このようにすると移動方向において板材１０とエッジで接触することになるが、材料の弾性により実際にはエッジ接触しない。したがって、このようにしても前記各実施例同様にある程度のツール痕低減効果を期待できる。
【００３９】
なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】逐次成形によって成形された製品の外観図
【図２】逐次成形装置を原理的に示す断面図
【図３】成形凹部における逐次成形を原理的に示す図
【図４】逐次成形における等高線の描き方を示す図
【図５】成形凸部における逐次成形を原理的に示す図
【図６】押圧部材の構造を示す図
【図７】押圧部材の別構造を示す図
【図８】押圧部材のさらに別の構造を示す図
【符号の説明】
１：ボンネット（成形品）、３：凸部、４：通気孔、５：周囲壁、１０：板材、１３：下押圧部材（凹型の型状押圧部材）、１５：成形凹部、１６：成形凸部、２０：上押圧部材（棒状の押圧部材）、２１：本体部、２２：可撓性部材、２５：軸
【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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