サーボプレス利用技術の開発研究(社)日本金属プレス工業協会
理化学研究所

サーボプレス利用技術研究部会

VCAD システム研究プログラム
林央(平成 20 年度重点研究開発助成 AF-2008001)
キーワード：サーボプレス，ステップ加工，コイニング効果
１．はじめに⑤軽量化のような環境負荷の少ない製品，生産技術の薄板のプレス加工は，大量生産に適している，複雑な開発

形状製品が得られ，その形状・寸法精度が良い，材料歩⑥新産業・新技術分野のニーズに応じた技術の開発

留まりが高いなど多くの利点を有する成熟した加工技術⑦グローバル生産で生じる量変動に対応した生産設備，として，自動車・電気・通信機器をはじめ，多くの製品移動に強い生産設備の開発を構成する部品製造に利用されてきている．しかし，環⑧シミュレーション技術の高度化

境保全問題，多品種少量生産への対応，成形品の高精度

金属プレス加工は，多くの要素技術で構成される総合化，難加工材への対応，コストダウン，国際的競争など的な加工法であり，個々の技術の高度化が薄板成形技術の多くの問題に直面している．

開発を促進することになる．特に，素材(被加工材)，金ものつくり立国を標榜してきた日本として，昨今の経型技術，鍛圧機械は重要な要素技術である．プレス機械

済危機，産業危機に対処するため，生産のグローバル化に関しては，スライドの動きや速度，下死点位置，加圧の中で，日本特有の技術をどのように確立していくか，力などを任意にかつ高精度に制御できるサーボプレスの検討され，2009 年にロードマップとして図 1 のようにま登場が，より革新的な成形技術開発のキーとなっている．

とめられている．下記のような観点から革新的次世代薄このような状況を背景に，サーボプレスの特徴を活かし板成形技術として具体的な開発課題が提起されている 1)．

た利用技術開発のための基礎的な検討を行う目的で，①高精度，高付加価値，高機能製品の創出(社)日本塑性加工学会と(社)日本金属プレス工業協会は②切削や鋳造など他技術からの工法転換

共同研究組織として｢サーボプレス利用技術研究部会｣を③多品種，中・少量生産，生産量変動への対応発足させた．本稿では，研究部会の活動を述べる．

④高品質，高付加価値，高精度製品の安定生産と低コ

２．サーボプレス利用技術研究部会の活動の経緯

スト化

サーボプレス利用技術研究部会は，西金属プレスロードマップにおける技術の方向性-高度知能化プレス成形・オン・デマンド生産体制素材に関連するニーズ

先進技術分野のニーズ
Ⅰ30 バイオ分析、医療用ﾏｲｸﾛﾃﾞﾊﾞｲｽの金属成形技術Ⅰ31 燃料電池セパレータ等の微細プレス加工技術

Ⅰ ⑱ 高度知能化プレス
成形システム素材

Ⅰ① 高精度金属板材の開発
Ⅰ③ 成形性にすぐれた軽量化材料
Ⅰ⑩ 塑性結合技術
Ⅰ⑫ 厚板成形技術
Ⅰ⑬ 高強度材の精密成形技術
Ⅰ⑯ アルミ・マグネ・チタンに最適なプレス技術開発

金属プレス

鍛圧機械

金

Ⅰ⑲ サーボプレスの高度化と利用技術の革新Ⅰ21 高精度・高機能な多軸
安全・快適な職場で、成形機と複動成形技術
Ⅰ22 複合成形機(他分野のより安く、より早く、工法との組合せ)
環境にやさしい高付加価値
Ⅰ25 板鍛造等の高度複合
プレ ス成形技術のプレス加工製品を創出
Ⅰ26 微細・超精密成形技術
Ⅳ25 量変動に強い
人と地球環境にやさしい金属プレス加工
生産システム技術
Ⅲ② 塑性結合による熱処理エネルギの削減
Ⅲ③ エコプレス
Ⅲ⑥ プレス成形の工程短縮技術
Ⅲ⑦ 省資材推進技術
Ⅲ⑪ 安全で快適な金属プレス加工現場の構築
Ⅲ⑫ 無公害潤滑油の開発、ドライ成形技術の確立
Ⅲ⑬ E.F.M.(エミッションフリーマニュファクチャリング)村尚東京都立大学名誉教授の提案により，学会と工業会の共同組織として，(社)日本塑性加工学会と(社)日本金属プレス工業協会の共同運営による画期的な研究部
会として平成 19 年 7 月に活動を始めた．
研究部会設立の趣旨は以下の通りである．
2･1

目的

日本の鍛圧機械メーカーは日本の独自型技術としてサーボプレスを開発し，金属Ⅱ ① 金型の知能化と高度なシミュレーション技術の融合
Ⅱ⑦ 知能金型技術による型の寿命予測
Ⅱ⑩ インプロセスでの知能生産システム
Ⅱ④ アルミ・ハイテンのスプリングバック
予測技術の高度化
Ⅳ⑤ 軽量化材料の温間・熱間域における変形特性評価手法の確立と材料
モデリング
Ⅳ⑥ マルチスケール材料モデリングを用いたプレス成形用高成形性
軽金属材料の開発手法の開発
Ⅳ⑩ シミュレーション支援室の設置

プレス加工分野への使用拡大に力を入れているが，開発目的に応じて仕様も多様である．｢サーボプレスは本当に使えるのか，どのような用途に適しているのか｣といった疑問や，すでに導入している企
業では，成果を上げているところもあれ
ば，その性能を十分に生かしきれず，利用技術の開発を求めているところも多い．

図1

金属プレス技術の方向性 1)－ 11 －

そこで，学会と工業会と共催で部会を発足させることにより，産学官協同でサーボプレスの利用
2･2

サーボプレスに関する研究・開発課題は多岐にわたる．
研究部会では，共同実験として実施するテーマ選定のた技術を開拓することを目的とする．

めの課題を洗い出し，利用技術開発のための基礎的な研学会と工業会との共同組織のメリット

学会は基礎的な研究を得意としているが，現場の生の究テーマとして 3 つの課題を取り上げ，WG 活動を展開

声が届きにくい体質にある．工業会は｢know how｣を有しした．

ているが，その技術基盤となる｢know why｣に弱い体質に

WG1 ステップ加工効果 WG・・・多段成形など，サーある．そこで両者の得意とする分野を融合させ，実用的

ボプレスのスライドモーションの利点を生かした加工法な基礎研究成果を挙げることを期待する．

の開発に向けた基礎的な研究を実施する．

研究部会開始時点で企業会員 35 社（日本金属プレス工

WG2 コイニング圧効果 WG・・・下死点でスライドを業協会正会員企業 16 社、日本塑性加工学会賛助会員企業

停止することができるサーボプレスの特長は，形状性確12 社、鍛圧機械メーカー7 社）と大学・研究所所属の 10

保，形状転写率の向上を期待できる．そのメカニズムの名の会員で構成され，その後企業会員は 38 社まで増えた．

解明と実際の加工への効果を知るために，下死点におけ2008 年のリーマンショックによる景気後退の影響で企る材料，金型の挙動を調べる．

業会員は多少減少したが，予期したほどではなかった．

WG3 速度効果 WG・・・サーボプレスに引張試験装置

これはサーボプレスに対する関心の高さだけでなく，サを設置し，プレス加工時の速度，加速度に対応した材料

ーボプレスの利用技術開発がものづくりのかなめとなる特性を測定し，応力-ひずみ関係など成形シミュレーショ

ことが期待されている結果といえる．

ンに利用できる材料データを取得する．

2･3

共同実験を進めるために(財)天田金属加工機械技術振参加企業が研究部会に期待する事項

研究部会に参加している企業，大学・研究機関それぞ興財団から研究助成金の援助をいただいた．

れが期待したことは，○鍛圧機械メーカー：サーボプレスの生産・販売は拡大

３．サーボプレスの特徴

してきているがさらなる拡大のために課題，ユーザーニ

サーボプレスとは，サーボモータを駆動源として採用

ーズの把握と対応の現状，ユーザーから見てサーボプレ

したプレス機械であり，様々なタイプの機械がある．サスにほしい性能(要望事項)を把握する．

ーボモータによってダイレクトに駆動されるメカニカル○金属プレス加工・鍛造加工企業：サーボプレスに期待

サーボプレス，サーボモータを駆動源としてボールスク

する性能はなにか(加工精度，生産性，難加工材対応技術，

リュー及びリンク機構を組み合わせた構造のメカニカル

省エネ，型寿命，潤滑，環境対策など)，どのような導入

サーボプレス，サーボバルブを採用した液圧サーボプレ効果が期待できるのか，どのような加工にサーボプレス

ス，液圧ポンプをサーボモータで直接駆動する液圧サーを使ってゆくつもりか，などを明確にする．

ボプレスなど，現在メーカーで製造されているサーボプ○材料メーカー：サーボプレスによる加工時の成形性のレスは様々な構造のものがある．

概念構築，材料ごとの最適スライドモーションの設定，

サーボプレスは日本が世界に先駆けて開発し，実用化

難加工材の成形限界･形状凍結性向上のためのサーボプを実現した機械であり，(社)日本鍛圧機械工業会の会員

レス利用指針の作成，などを目指す．

会社の中で 14 社が製造・販売している．サーボプレスの○大学・研究機関：抜き，曲げ，絞り，圧造など加工種

安全に関しても，鍛圧機械工業会の規格をベースとした別における基礎的研究．サーボプレスによる加工のシミ

日本工業規格 JIS B 6410：2009ュレーション技術，潤滑技術の活用などを踏まえて，共レスの安全要求事項，が制定されている．
図 2 は機械サーボプレスと液圧サーボプレスのシステ

同研究の実施母体となる．

ム構成例である 2)．多目的の汎用機械とともに，加工法と，多岐にわたった．
2･4

プレス機械－サーボプに応じた専用機械も製造されている．サーボプレスは 10

研究部会の活動概要

研究部会では，サーボプレスの動向・特徴の把握，利

数年の歴史しかないが，近年その導入は加速しており，用技術の実態，活用に際しての問題点などの調査を行い，様々な加工分野への応用が広がっている．2009 年のリーこれらを踏まえて共同実験を推進することとした．

マンショックで一時的に出荷量が減った鍛圧機械は，今(1) 調査活動

後東日本大震災の影響を受ける恐れはあるが，順調に回事例発表会を開催し，鍛圧メーカーからのサーボプレ復しており，特に機械プレスの 50%超(出荷金額ベース)

スの特徴紹介，加工メーカーからのサーボプレスの特徴

はサーボプレスとなっており，プレス成形を支える技術を生かした加工事例の紹介や有効利用のために抱えていとしてその重要性は増している．

る課題，サーボプレスに対する期待などの検討を進めた．

本来，プレス加工は，金型をプレス機械に装着し，加さらに，サーボプレスを導入している加工メーカーの見工素材を金型に設定し，作業者がプレス機械を運転すれ学会を実施した．

ば製品ができるという，非常に単純な作業である．機械(2) 共同実験

は，加工速度，加工力などあらかじめ決められており，－ 12 －

(a) 機械サーボプレス(b) 油圧サーボプレス

図2

サーボプレスのシステム構成の例 2)

作業者の意志が反映されることはない．これに対して，型のタッチ速度を遅くし，衝撃を避け，その後スライド

サーボプレスは、金型と機械で行うプレス加工に作業者を高速にする加速加工が可能になる．一定速度加工もでの意志を加えることができる新しいプレス機械である

3)．

ソフトウェアによる作業が実現できる知的機械といえる．
サーボプレスは多くの特徴を備えているが，もっとも大きな特長は図 3 に示すように，スライド動作モーショ
ンが自由に制御できることである．

きる．摩擦特性，材料特性の変化が予想され，その解明が望まれる．
(3) スライドの下死点停留機能(コイニング効果)
下死点でスライドを停止することができる．これはサーボプレスの重要な機能である．この機能は液圧プレス

サーボプレスが有する機能は以下のようにまとめられでは可能であったが，機械プレスでは不可能な動きで，

4)

る ．

また，下死点では加工力はゼロである．サーボプレスで(1) スライドの反転機能

は下死点でスライドを数秒停止することでコイニング圧

スライド下降途中でスライドを上昇に転じ，少し上昇力を加えることができる．これによりスプリングバック

した(数ミリ程度)ところで下降する，この運動を繰り返を抑制することができる．コイニング圧は何回でも加えす方式である．下降から上昇に転ずる点では加工力はゼることができる．下死点での材料の変形特性，内部構造

ロになるので，スライドの伸び，金型の変形が収まり，変化などが期待でき，新しい加工法の開発にもつながる．

製品の加工精度の改善が期待できる．摩擦特性の変化も(4) NC ダイクッションを組み込んだサーボプレス

生じる．一般的に生産速度は遅くなる．

可変しわ抑え力機構を組み込んだサーボプレスも開発(2) スライド速度可変・加減速機能されている．この NC ダイクッションとスライドモーシ

スライド速度を変えることができる機能である．上下

ョンを組合せで効果が期待できる．最適プロセスの設定など今後の検討が必要であるが，可能性を秘めた加工技
術となる．
サーボプレスのスライドモーションの特性を生かした生産ラインでの効果として期待されているのが，生産性

スライドの変位

a. クランクモーションb. リンクモーション

向上･省エネルギー，騒音･振動対策である．

c. ソフトモーション(1) 高生産・省エネルギー効果
サーボプレスでは，従来の機械ではできなかったスラ
イドストローク長さの変更が可能となる．サーボモータ
d. パルスモーション 1

e. パルスモーション 2 f. プログラムモーションの正逆回転機能によりバリアブルストローク機能が付与され，最適化が可能である．順送加工では，ストローク
移動範囲を短くすることにより，生産性が向上し，使用する電力も低減でき省エネルギー効果が得られる．

g. 振り子モーション

h. 繰り返しモーション

i. コイニングモーション(2) 抜き騒音の減少

時間

スライドモーションを打ち抜き時に低速にすることで，

図 3 サーボプレスにおけるスライドモーション例

騒音を大幅に低減することができる．ただし，高強度鋼((株)アマダ提供)板や高炭素鋼板では破断が早く発生するために，加工速－ 13 －

度の制御だけでは対処できず，金型のクリアランス，構を続け，サーボプレスの欠点を補い，さらなる高度化を造の変更が必要となる．

目指して新しい技術が展開されて，様々な機能を有する

４．サーボプレス利用技術の動向

製品が開発されている 5～9．

サーボプレスの利用技術開発に関して，研究部会は，①大荷重下での超微速，高トルク，高応答が可能なサ参加会員に対するアンケート調査などを行い，研究開発

ーボモータの完成により，大出力のサーボプレスが登課題として期待するもの，サーボプレス利用技術の現状，場している．

共同実験として実施すべき課題の検討を進めた．

②プレス加工フル加圧時のクローズドループ制御が可

4･1

サーボプレス利用技術に関する研究･開発課題

サーボプレス利用技術に関する研究・開発課題は多岐能となっている．
③サーボプレスの動きを正確に加圧に反映するプレス
機械とスライドガイドの完成．

にわたる．

(2) 難加工材へのサーボプレスの利用(1) サーボプレスの特性とその有効利用
スライドモーションの自由な制御がサーボプレスの最難加工材の成形限界向上を図るために，サーボプレス

大の特長であるが，この特長を正確に把握し，どのようの作動特性を生かした加工法を開発する．高張力鋼板，

な加工に有効であるのかを明らかにすること，様々なスステンレス鋼板，アルミニウム合金板，マグネシウム合

ライドモーションを生かせる加工を明らかにすること，金板など，成形限界が低く，通常の工法では加工が難しなどが指摘された．

い材料について，成形限界向上のためのスライドモーシ

サーボプレスのスライドモーションを生かす加工法とョンの最適化を図る，スプリングバックを抑制する加工

しては，以下のようなものが挙げられる．

法を開発する．

・パルスモーション(3) スライドモーションに対応した潤滑効果と材料特性

細かな上下運動を生かした絞り加工，しごき加工への利用が有効であり，打抜き音の低減にも効果が期待され効果の評価
潤滑効果(摩擦特性)は速度依存性があり，材料特性のる．

速度効果とともに，サーボプレスのスライドモーション・振り子モーションのパターンによるこれらの影響を把握する必要がある．

可変ストロークを使うことにより順送加工での生産性

速度依存性と共に，加速度依存性の把握も望まれる．
(4) 生産性向上･作業環境の改善のための利用向上を図ることができる．

サーボプレスには，生産性向上，生産コストの削減，・繰り返しモーション
下死点位置を任意に変えられる特性を生かした加工へ

省エネルギーや騒音･振動対策など作業環境の改善，金型の利用，たとえば深絞り製品の天井部分のピアシング(穴寿命の向上など，多くの導入効果が期待されている．ア

開け加工)に利用する．

ンケートにおいても，成形性向上とともに，生産性向上，・コイニングモーション

騒音･振動軽減，金型寿命向上，工法転換，工程短縮，加下死点での停留･加圧を利用したつぶし加工やヘッデ

工費低減を図りたいとの金属プレス加工メーカーの意向

ィング(頭打ち加工)に最適なスライドモーションである．

が強い．

また，製品の平坦度向上やスプリングバックの抑制効果(5) 新加工法･複合化加工法の開発
サーボプレスの特性を活かして，新しい加工法を開発が期待される．

する，あるいは他工法からの転換を図る．

・プログラムモーション
スライドモーションを適宜に制御することにより，多(6) 鍛造加工へのサーボプレスの利用
サーボプレスの大容量化が具体化すると共に，鍛造分

段成形，複合加工に展開できる．

野へのサーボプレスの導入も進んでいる．工法転換の代・ソフトモーション
加工時のパンチと被加工材の接触時のパンチ速度を制表例である板鍛造においてもサーボプレスは重要な役割

御することにより，打抜き音の低減が期待され，また底を果たすようになっている．

突き加工に適する．

(7) サーボプレス導入の効果の評価

従来のプレスと比べ，すぐれた特性を有するサーボプ

これまで示してきたようにサーボプレスの使用目的は，レスであるが，開発当初からその欠点も指摘されていた．

金型寿命向上，省エネルギー効果，精度向上，生産性向①フライホイールを持たないため，電気エネルギーを上，難加工材の成形限界向上，騒音・振動軽減など多岐

蓄えるコンデンサーを付ける，あるいはリンク機構のにわたるが，実際にサーボプレスを導入した場合の効果

ようなメカ機構との複合化が必要である．

度をどのように評価するのか，その手法を明らかにした②クラッチがないため，動力を遮断できない．安全性

い．
サーボプレスの具体的な利用技術の開発も進められてを確保するために高度の制御機構が必要になる．
③サーボモーターが高いため，機械も高価である．
しかし鍛圧機械メーカーの努力により，さらなる進化

おり，生産現場で成果を上げている事例も多い．
4･2－ 14 －

難加工材の成形へのサーボプレスの利用 10)

サーボプレスの利用目的の一つで，その効果が大きく
自動車用アルミニウム合金の成形する．これにより破断危険部位のひずみ量を低くし，応力を下げる効果が期待できる．成形終期にパンチ速度を期待できるのが難加工材の成形である．
11)

上げることにより，材料流入効果が一層高まる．

アルミニウム合金は軽量化材料として期待され，自動車車体への適用も着実に拡大している．しかし，成形性，高張力鋼板の成形性向上，形状凍結性向上
自動車軽量化の主役として高張力鋼板の適用は拡大し，特に深絞り性が鋼板に比べ劣ることから，比較的成形のその強度レベルも引張強さ TS 980 MPa を超えるまでに簡単な部位，たとえば，フードやトランクリッドなどへ上昇している．高張力鋼板は，成形限界が低いことによの適用に限られている．これに対処するために，深絞りる破断発生とともに，スプリングバックによる精度不良性に優れたアルミニウム合金の開発が進められてきた．

が大きな問題となる難加工材である．

自動車軽量化のためのアルミニウム合金高度加工・形成

サーボプレスのスライドモーション特性を利用して，技術の開発がプロジェクトとして実施された．開発され深絞りにおける成形限界を上げる加工法も開発されていた新しい合金は，アルミニウムでは難しいとされた塑性る 12), 13)．

ひずみ比 r 値が 1 を超える材料である．円筒成形などシ

高張力鋼板のハット型製品では，断面におけるスプリ

ンプルな形状の成形では，その効果が確認でき，限界深ングバック(角度変化，壁そり)や，長手方向のねじりが絞り比が大幅に向上している．

大きな問題となる．これを改善するためにサーボプレス

この材料を，自動車部品の中でも加工が難しいドアイを利用した加工法が開発されている 14)．ハット曲げでは，

ンナーパネルへの適用を試みたが，従来の成形法では，

壁そり，フランジ部のスプリングバックが発生するため割れが発生した．これを解決する方法としてサーボプレに，成形が終わった後に，曲げ部に張力を負荷，あるいスの利用が試みられた．アルミニウム合金は，成形速度は曲げ部と直角方向に胴突きをするなどして矯正を図る．

を上げると，伸びが増加し，成形性が向上することがわ

図 6 に示すように曲げ角部にリストライクを施し，張力

かっており，高速加工を試みた．単に成形速度を上げるを与える決め押しをすることによって，形状不良をなくだけでは十分な効果は得られなかったが，成形中に速度す方法である．左右非対称の部品では，縮みフランジ側をあげる加速成形が効果があることがわかった．図 4 はと伸びフランジ側で，残留応力の形態が異なり，特に縮スライドの平均速度を 41mm/s と 103mm/s で加工したとみフランジの修正量が大きくなる．材料のバウシンガー

きのドアパネルモデル型成形における結果である．平均効果を利用することにより，良好な製品が得られる．通速度 103mm/s で加工した場合，破断もくびれも発生しな

常，絞り段階では浅く成形し，リストライクでさらに深い製品が得られている．このときのスライド速度とストく成形することにより矯正する．この方法では，絞り時

ロークの関係を図 5 に示す．平均速度 41mm/s では，成に深く成形し，リストライクでは逆に成形深さを浅くす

形区間では減速しているが，高速では加速していること

る方法で形状性を確保している．これも，サーボプレスがわかる．このように加速度が成形性に影響することがの特性を利用した加工法である．図 7 に成形後のハット

明らかである．その理由に関しては，材料特性の速度・型製品を示す．この加工では，金型構造も一工程での成加速度依存性，摩擦条件の変化が影響していると考えら形が可能となるよう設計されている．

れる．

図6

図4

ドアインナー
モデルパネル

図5

ハット型絞り曲げの工程

成形時のストローク
モーション(6000 系 Al-Mg-Si 合金)
この実験では，ダイクッション圧は一定としているが，可変しわ押さえ圧を組み合わせることにより，さらに成成形完了パネル

絞り曲げ完了パネル

形性向上を期待できる．成形初期にしわ押さえ圧を高くし，成形周期にしわ押さえ圧を下げて材料流入を大きく－ 15 －

図7

ハット型絞り曲げ成形品(TS 590 MPa)

マグネシウム合金の温間成形の生産性向上 15)

トリムと作業が進められる．温間成形では，成形工程にマグネシウム合金は，常温での成形が難しいため，250

おけるスライドモーションを自由に設定できるフリーモ～300℃での温間成形が行われる．最も重要なことは素材

ーションプレスが不可欠である．図 9 はこの加工で使わの温度管理である．加熱炉で加熱し，炉から取り出したれたスライドモーションである．図 10 はこのプロセス

素材を成形することは可能であるが，マグネシウムの線で作られたマグネシウム合金の PC ケースである．

膨張係数が鋼板の約 2.5 倍であり，素材の温度分布の存在により寸法のばらつきが大きくなる．薄板では温度下降が大きいために，炉外に出すことによりブランク寸法

4･3

生産性向上・作業環境の改善

生産性，経済性の観点からサーボプレスの特性を活かした活用も進んでいる．

の変化が非常に大きい．このため，成形品の寸法ばらつ

経済性からのサーボプレスの特長は，きが大きくなり，そりが発生する．型内で加熱し，成形①省エネルギー機構

することができればブランクの温度管理も容易であり，プレス機械の無駄な動作を大幅にカットし，余分な成形品の精度も向上する．この管理のためにサーボプレ

エネルギー消費を抑えた機械である．各所の摩擦損失

スが利用使われる．

を従来機械より大幅に低減して，熱発生を抑え，プレあらかじめ加熱された金型にマグネシウム板を挟み込
み，その位置でスライドを一定時間停止する．素材は薄ス機械の精度も向上している．
②省力化機能板であるので，所要温度に達するのは約 3 秒程度である．

クローズドループによる CNC 運転を行い，高精度

それからスライドを下降させ，成形を行う．この方法でなプレス加工を連続して自動運転でき，加工品品質のは素材の温度管理が厳密にでき，ブランクの温度分布も監視作業も低減される．

小さくなるので，成形品の精度も保証される．常温から③ランニングコストの削減のブランク投入により加熱炉のスペースが不要となり，低振動で高精度のプレス加工を行うことができるた

省エネルギー・省スペースが実現した．図 8 は実際の成め，金型の損傷も低減し，異常摩耗の低減による金型形ラインを考慮した開発ラインである．コイル材投入，再研磨の低減，金型寿命の長期化が実現する．

レベラ矯正，ブランキング，加熱，成形，冷却，抜き，

このようなサーボプレスの特性を活用した加工が実用化されている．車体パネルのような大物部品の加工にもサーボプレスの導入が進んでいる．

スライドの停止位置

トヨタ自動車は，大型サーボプレスをメーカーと共同開発し，プレスラインに展開している 16)．導入の効果として，プレス機械の保全作業の低減，省エネルギー，騒音低減，生産性の向上，省スペース，使用油量の低減などの効果が得られている．
本田技研工業はホンダエンジニアリングと共同で高速・高精度サーボプレスと高速搬送装置をプレスラインに導入し，深絞り大物部品の高精度・高速生産を実現しスライドの下死点
コイル レベラー 打抜き 加熱

成形ている 17)．
4･4 微細加工品の高精度成形・コイニング圧の利用 10)

トリム

図 11 の部品は動圧軸受けで表面に微細で高精度の溝図8が彫り込まれている．材料は 0.50mm のステンレス鋼でマグネシウム合金の温間成形プロセスある．この溝を成形するために，10mm のパンチ押し込

ブランクの加熱

み量を設定し，通常のクランクプレスで加工した．しかし，溝の成形深さは 1mm 少ない 9mm で，またばらつき

スライド位置も大きく，不良品となった．これはスプリングバックの影響と思われる．これを解決するために，サーボプレスの持つ，下死点での停留機構を利

時間用した．下死点で停留時間を変えて，溝の深図9Mg 合金温間成形

図 10 マグネシウム

さ，ばらつきを測定しにおけるスライドモーション

合金製 PC ケース

た．その結果，下死点で１秒以上停留すれば，－ 16 －

図 11

HD 用動圧軸受けばらつきは 0.1mm 以下，溝深さも 9.8～9.9mm を確保で下運動を行う位置は設定が可能である．

きた．このように下死点でパンチにより静的荷重を負荷

ステップ加工の効果を見る対象として，厚板(5mm 程すると，コインイング圧効果により精度が確保できる．

度)の打抜きを取上げ，加工の結果を比較するために，通最近は下死点近傍で数回にわたりパンチを上下して，コ常の打抜きにおけるスライドモーション(クランクモー

イニング圧を加えるステップ加工も試みられている．

ション)の速度を変えた実験も行った．

4･5

個々の加工法でサーブプレスに期待されること

アンケート調査では，個々の加工法におけるサーボプ
レスへの期待も示されている．共通する事項とともに，それぞれの加工での特に望まれていることもある．
1) せん断加工
加工精度向上，加工スピード向上(生産性向上)，新しい素材の加工，新しい加工法の開発．
2) 曲げ加工図 12

加工精度向上，加工スピード向上(生産性向上)，加工

ステップ加工のスライドモーション

範囲の拡大(曲げ加工限界の向上)，新しい素材の加工．
50mm 角形状の打抜き加工を行った．被加工材は，熱3) 絞り成形加工
加工精度向上，加工スピード向上(生産性向上)，工程

延鋼板 SPHC 2 種類(黒皮，みがき)，アルミニウム合金

数減少，新しい素材の加工，加工範囲拡大(成形限界の向A5083，炭素鋼 S45C，炭素工具鋼 SK45，一般構造用鋼

上)．

SS400，ステンレス鋼 2 種類 SUS304 ，SUS430 である．

4) 圧縮加工

加工速度，ステップ数，パンチタッチ速度，をパラメー

加工精度向上，加工スピード向上(生産性向上)，加工

ターとして実験を行い，荷重ｰストローク，加工後の被加範囲拡大，工程数減少

工材の温度，クッション圧，加工騒音などを測定した，

5) 複合加工

一部の実験ではクリアランスの影響も調べた．加工後の型内タップ加工，つぶし抜き加工，シェービング加工

被加工材のせん断面長さ，破断面長さ，二次せん断面長などへの適用．

さ，だれの観察も行った．

6) その他の加工

実験結果

ギア製作のプレス加工化，厚板製品加工，変形によるサーボプレスの多彩なスライドモーションの一つであ

排出不良の低減の展開．

るステップモーションを打抜きに適用し，その効果を調べなどが挙げられる．

る実験を行った．比較のために，通常のプレスのスライドモーションであるクランクモーションで，加工速度を変え５．サーボプレス利用技術開発のための共同研究た実験も行った．結果は以下のようにまとめられる．

サーボプレス利用技術研究部会の共同研究として，基1) クランクモーションにおいて，加工速度(SPM)をあげ

盤的な知見をえるために，3 つのワーキンググループ

るとせん断面長さは一般に増加するが，増加の割合は材(WG)を設置し実験を実施した．当初，鍛造に関する WG

質により異なる．

の設置も検討したが，時間的な制約から断念した．各

2) クリアランスは小さい方がせん断面長さは一般に増WG は，目的・実験計画を立案，サーボプレスメーカー

加する．

の協力をいただいて実験を行った．これらの成果は，詳3) クランクモーションにおいて，最大荷重は加工速度が細な実験データも含めて報告書としてまとめている．こ増えると増える材質と，逆に減る材質がある．

こでは，それぞれの WG の活動の概要を述べる．

4) クランクモーションにおいて加工速度をあげると打5･1

抜き騒音は増える．

WG1 ステップ加工効果 WG

多段成形など，サーボプレスのスライドモーションの

5) 加工後のワーク温度は加工速度をあげると，材質によ

利点を生かした加工法の開発に向けた基礎的な研究を実り，やや上昇するもの，変わらないもの，やや減少する

施する．

ものがある．これは材質の熱伝導率などの影響があると目的・実験方法

考えられる．

サーボプレスのモーションの一つにステップ加工があ6) ステップモーションをせん断に適用してもせん断面

り，加工精度や加工限界の向上に効果があるとされていの増加に対する明確な効果はみられない．この理由としるが，系統的な調査は必ずしも十分ではなく，その特性ては，各ステップの段階でクラックの発生状況が材料にを調べることは重要である．ステップ加工のスライドモ

より異なり，また，第 2 ステップ，第 3 ステップでのパーションを図 12 に示す．スライドが下降中に複数回のンチタッチ速度が下がるため，せん断面の増加が期待で上下運動をするのが特徴である．上下運動の回数や，上きないことによる．

－ 17 －

7) せん断面長さを増加させるには，金型の角の面取りがに把握されていない．サーボプレスを用いて材料特性に有効である．この効果はクリアランスが小さい方が大き及ぼす引張速度，速度履歴の影響について実験により明い．

らかにする．

5･2

WG2 コイニング効果 WG

サーボプレスによる加工における成形性の概念の確立，

下死点でスライドを停止することができるサーボプレ

材料や加工方法に対応した最適スライドモーションのデスの特長は，形状性確保，形状転写率の向上を期待でき

ータベース化なども念頭においていたが，これらは今後る．そのメカニズムの解明と実際の加工への効果を知るの課題としている．また，摩擦特性の速度依存性に関しために，下死点における材料，金型の挙動を調べる．

ては，新たに試験装置を作成する必要があり，今回の実

目的・実験方法

験の対象外とした．

サーボプレスでは，下死点でスライドを停止させコイ

目的・実験方法

ニング圧を加え続けることができる下死点停留モーショ

サーボプレスに図 12 のような引張試験装置を設置し，ンや，スライドが下死点を複数回通過することができる

プレス加工時の速度，加速度に対応した材料特性を測定

タタキモーションでの成形が可能である．この WG では，し，応力-ひずみ関係など成形シミュレーションに利用で4.4 で述べた三吉工業(株)の HDD 用の動圧流体軸受けのきる材料データを取得する．

スラストプレートにおけるコイニング加工について，プ対象とした材料は，アルミニウム・アルミニウム合金

レス加工モーション及び下死点停止時間による溝深さの3 種類(純アルミニウム A1100P，Al-Mg 合金 A5182P，

安定度を確認するとともに，コイニング加工における高Al-Mg-Si 合金 A6022P)，ステンレス鋼 2 種類(SUS430，

品質の製品を安定に生産できる最適コイニングモーショ

SUS304)，鋼板(軟鋼，高張力鋼 3 種類，TS 590 MPa 級，ンの検討を目的とした．

780MPa 級，980MPa 級)である．

実験結果
実 験 で は 材 料 に 熱 延 軟 鋼 (SPHC) ， ス テ ン レ ス 鋼(SUS304)，アルミニウム合金(A5052-O)の 3 種類を用いて，クランクモーションとタタキモーション，下死点停留モーションで実験を行った。スプリングバック率と形状転写率を各材料，各スライドモーションについてまとめた．
1) クランクモーションに比べ，タタキモーションや下死点停留モーションによる成形がスプリングバック量，形状転写性ともに良くなる．
2) タタキモーション，下死点停留モーションにおいて応
力緩和という現象が発生し，この現象はスプリングバッ
図 12

ク量，形状転写性に関係していると考えられる．

引張試験治具の外観

3) タタキモーションよりも下死点停留モーションの方が，スプリングバック量・形状転写性ともに良く，さら試験速度は，通常の引張試験では実施できないにバラツキも少なく安定する．

5mm/sec，50mm/sec，100mm/sec，500mm/sec の高速で実4) スプリングバック量，形状転写性ともに下死点停留モ施した．引張力はロードセルで計測し，材料の変形は高ーションの成形速度が速いほど良い．

速度カメラで撮影し，両者をシンクロナイズしたデータ

5) 生産性の面から見ると，クランクモーションを 100%から，引張力ｰひずみ関係を求め，応力ｰひずみ曲線を求とすると，タタキモーションのタタキ 9 回では 35%，下めた．通常の引張試験で求める強度，伸び，加工硬化指死点停留モーションでは 44～53%(応力緩和収束時間で数，r 値も求めた．ステンレス鋼に関しては，温度測定設定)となり，下死点停留モーションの方が良い．さらにも行った．

下死点停留モーションにおいて，応力緩和量を 80%とし実験結果て成形すると，生産性は 69～76%になる．

1) 最も大きな成果は，これまで実験的に求められなかっ5･3

たプレス加工における変形速度域の材料特性，応力ｰひず

WG3 速度効果 WG

サーボプレスの特長である，フリーなスライドモーシ

み関係を求めることができたことである．

ョンとスライドの速度可変を成形にどう活かすか追求す2) 速度上昇とともに，一般的には材料強度は上がり，伸るためには，材料特性の速度依存性，摩擦特性の速度依びは低下する．しかし，その変化挙動は材料により異な存性を明らかにすることが重要である．サーボプレスのり，一部の材料は伸びが上昇する現象も認められた．

速度域は数 100mm/sec であり，加工中の速度も刻時変化

3) 伸びの速度依存性は，変形に伴うひずみの局所化(破している．通常の引張試験機の最高速度は 10～20mm/sec

断部近傍のひずみ勾配)により説明できる．

前後であり，サーボプレスの速度域での材料特性は十分4) 求められた応力ｰひずみ関係は，成形シミュレーショ

－ 18 －

ンにより，サーボプレスにおける加工条件(スライドモー(2009).

ションの設定，スライドの速度など)の最適化を図る上で

2) (社)日本鍛圧機械工業会規格 TI103:2008 サーボプレ

貴重なデータとなる．

ス－安全要求事項と方策．

3) 中原洋一：素形材，49-10 (2008), 1.

６．おわりに

4) 西村

尚：プレス技術，48-11 (2010),18.

サーボプレス利用技術研究部会の活動は終了するが，

5) 小松

勇：型技術，24-3 (2009), 18.

当初の目的を十分に達成できたとはいえない．利用技術

6) 坂口
7) 村田

稔ほか：プレス技術，48-11 (2010), 44.
力：同上，48-11 (2010), 47.

の開発はまだまだ多くの課題を抱えており 4)，ものづく
りのキーテクノロジーとしてのサーボプレスの今後の活用を期待する．

謝8) 森 孝信：同上，48-11 (2010), 50.
9) 網野雅章ほか：同上，48-11 (2010), 55.
10) 西村 尚：第 269 回塑性加工シンポジウムテキスト，(2008), 65.

辞11) 上野洋一ほか：軽金属学会 116 回春季大会前刷，
サーボプレス利用技術研究部会の活動において，(財)(2009), 149.

天田金属加工機械技術振興財団から研究助成金の交付を

12) 玉井良清ほか：塑性と加工，51-592 (2010), 68.

受け，活動の中心となった共同研究を進めることができ

13) Yamashita, H. et al.: Proc. IDDRG Conf. 2010, (2010),

たことに関して，深くお礼申し上げます．

167.
14) 菅沼俊治：塑性と加工，49-565 (2008), 118.
15) 菅沼俊治：プレス技術，45-12 (2007), 28.

参考文献16) 上野昌彦：型技術，24-3 (2009), 50.
1) 経済産業省・(財)素形材センター：素形材技術戦略

17) 廻－ものづくり基盤を支える素形材技術の羅針盤－，－ 19 －

秀夫：プレス技術，48-11(2010), 24.