JP2002137021A

JP2002137021A - カップ状金属部品の成形方法及び成形装置

Info

Publication number: JP2002137021A
Application number: JP2000331514A
Authority: JP
Inventors: Norio Ito; 則雄伊藤; Makoto Ito; 伊藤　　誠; Yasushi Iwase; 泰史岩瀬; Yoshihiro Goto; 善弘後藤
Original assignee: TAKAGI SEISAKUSHO KK; Takagi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: TAKAGI SEISAKUSHO KK; Takagi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】小さな加工荷重により、カップ形状製品の底
面を薄く形成することができるカップ状金属部品の成形
方法及び装置を提供する。【解決手段】形成装置１の加工部には、ダイ２とパン
チ５とカウンターパンチ６が備えられ、ダイ２の上部に
載置されたブランク４がパンチ５によりダイ２の穴に押
し込まれて深絞り加工及びしごき加工される。このと
き、ブランク４の下方からカウンターパンチ６が図示し
ないコントローラに制御されてブランク４の底面部４ｂ
を所定圧力で部分圧縮加工を同時に行う。深絞り加工及
びしごき加工により底面部４ｂには引っ張り応力が生じ
ているため、比較的小さな力で底面部４ｂを薄く成形で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的小さな加工
荷重で底面を薄く形成できるカップ状金属部品の成形方
法及び成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直径に対し深さの大きな薄肉のカ
ップ状製品の成形は、一般的に深絞り、再絞り、しごき
などを何度も繰り返す多段階加工により成形されてい
た。一方、カップ形状製品の底面を薄くする方法とし
て、例えば、特開平８−１４１６６２号公報に記載され
たような、しごき加工最終段階の下死点付近で底面圧縮
加工を実施する有底筒状製品の成形方法や、特開平３−
２６４１２５号公報に記載されたような工程を変えて底
面圧縮加工を実施する円筒状ワークのプレス方法などが
提案された。いずれも、加工ストローク終了に近い下死
点付近で、底面コイニングにより材料の底面部を圧縮し
て材料を半径方向に流動させて底面の厚みを薄くする方
法である。この底面コイニングによる圧縮に伴って底面
より流出した材料は、製品アール外径部とダイ内径の間
の空間に充填される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多段階
にわたる加工では、工数が増加するとともに、何種類も
の金型を用意する必要があり、生産コストが上昇すると
いう問題があった。

【０００４】一方、絞り・しごき加工の加工力は加工反
力を負担する部分の最小断面積×材料の降伏応力で決ま
るが、従来のコイニング加工では板厚が薄く面積が広く
なる程摩擦抵抗による加工圧力が大となり、加工面積×
加工面圧が大きくなるため、例えば冷間圧延鋼板のよう
に降伏力が９．８×１０^３Ｐａ、引っ張り強さ２．７×
１０^４Ｐａ程度の比較的軟質な材料でも、加工に必要な
圧縮応力は、寸法や形状によって異なるものの降伏応力
の１０倍に当たる９．８×１０^４Ｐａを超える大きな力
が必要になる場合も多かった。従って、従来のコイニン
グ加工によれば加工荷重の増大を招き、絞り・しごき加
工に比べ、遙かに大きな容量のプレスが必要になり、生
産コストが上昇するという問題があった。また、加工荷
重を小さくするためには、特別な潤滑が必要になった
り、例えば底面の中央部に穴を開けて材料の流動性を向
上させる等の形状の制限を設けたりする必要があるとい
う問題があった。

【０００５】また、底面コイニングによる圧縮に伴って
底面より流出した材料は、製品アール外径部とダイ内径
の間の空間に充填されるため製品アールが小さくなった
り、角が付いた形状になったりするが、大きな製品アー
ルが必要な場合に、製品アールに沿った形状のカウンタ
ーパンチを用いて製品アールを大きくしようとすると、
製品アールに沿った部分のカウンターパンチの端部は肉
薄になり弾性変形をし易くなる。そのため、製品アール
の部分に材料が高圧で充填されると、カウンターパンチ
が弾性変形を生じてダイとカウンターパンチの間の隙間
がなくなり、相対運動時に摩擦による抵抗が発生した
り、最悪カジリ（フィレッティング）となりロックする
ことがあるという問題があった。また、カウンターパン
チの肉薄の部分が、加工の繰り返しによって破断し、製
品形状の維持ができなくなったり、スライド下面に破片
が入り込んで他の金型を破損してしまうという問題もあ
った。

【０００６】この発明は、上記課題を解決するため、少
ない工程で直径に対して深さの大きなカップ状製品の成
形が可能で、かつ、従来のコイニング加工に比較して小
さな加工荷重により、カップ形状製品の底面を薄く形成
することができるとともに、底面周囲に大きなアールが
形成可能なカップ状金属部品の成形方法及び装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のカップ状金属部品の成形方法では、ダイと
パンチを用いて行うカップ状金属部品の成形方法におい
て、加工対象物であるブランクに対して、絞り加工と、
駆動手段により所定の圧力を付加可能なカウンターパン
チで、前記加工対象物の底面部に前記パンチに対向する
圧力を付加する部分圧縮加工とが併せて行われることを
特徴とする。

【０００８】このカップ状金属部品の成形方法では、ブ
ランクから絞り加工と併せて底面部に対する部分圧縮加
工を行うことで、底面部から部分圧縮加工により流出し
た材料が絞り加工により生じた引っ張り応力により側壁
部へ流動し易くなるため、材料の流動性が向上し、少な
い工程で直径に対して深さの大きなカップ状製品の成形
が可能になるとともに、従来のコイニング加工などに比
較して小さな加工荷重で底面部を薄く加工できるという
作用がある。そのため、比較的コストの低い容量の小さ
なプレス機が使用でき、生産コストを低減することがで
きる。また、別工程でコイニング加工をする必要もなく
製品の加工の工数を減らすことができる。

【０００９】また、本発明のカップ状金属部品の成形方
法では、前記絞り加工と併せて、しごき加工が行われる
ように構成することもできる。

【００１０】このように構成されたカップ状金属部品の
成形方法では、絞り加工と同時にしごき加工、底面部の
薄肉化ができることはいうまでもなく、しごき加工を併
せて行うことで底面部に対する二軸引っ張り応力を高め
て、さらに材料の流動性を高め、少ない工程で直径に対
して深さの大きなカップ状製品の成形が可能になるとと
もに、従来より小さな加工荷重で底面部の薄肉化を行う
ことができる。

【００１１】また、本発明のカップ状金属部品の成形方
法では、ダイとパンチを用いて行うカップ状金属部品の
成形方法において、側壁部と底面部を有したカップ状の
加工対象物に対して、しごき加工と、駆動手段により所
定の圧力を付加可能なカウンターパンチで前記加工対象
物の底面部に前記パンチに対向する圧力を付加する部分
圧縮加工とが、併せて行われるようにしてもよい。

【００１２】このカップ状金属部品の成形方法では、既
に側壁部と底面部を有したカップ状の加工対象物に対し
ても、しごき加工と同時に底面部に対する部分圧縮加工
を行うことで、底面部から部分圧縮加工により流出した
材料が側壁部へ流動するため材料の流動性が向上し、少
ない工程で直径に対して深さの大きなカップ状製品の成
形が可能で、かつ従来のコイニング加工などに比較して
小さな加工荷重で底面部を薄く加工できるという作用が
ある。そのため、比較的コストの低い容量の小さなプレ
ス機が使用でき、生産コストを低減することができる。
また、別工程でコイニング加工をする必要もなく、製品
の加工の工数を減らすことができる。

【００１３】そして、本発明のカップ状金属部品の形成
装置では、ダイと、前記ダイとともに加工対象物に対す
る絞り加工若しくはしごき加工の少なくともいずれかの
加工が可能なパンチと、当該パンチを駆動する第一の駆
動手段と、前記パンチの底面部と対向する位置に配置さ
れたカウンターパンチと、当該カウンターパンチを駆動
する第二の駆動手段と、前記パンチによる加工中に前記
パンチの底面部との間の加工対象物の底面に対して、前
記カウンターパンチにより所定の圧力を付加されるよう
に前記第二の駆動手段を制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１４】このようなカップ状金属部品の形成装置を
用いることで、絞り加工若しくはしごき加工の一方又は
双方の加工と同時にカウンターパンチで製品の底面部に
対して所定の圧力を付加することができ、底面部から部
分圧縮加工により流出した材料が絞り加工により生じた
引っ張り応力により側壁部へ流動し易くなるため、材料
の流動性が向上し、少ない工程で直径に対して深さの大
きなカップ状製品の成形が可能で、かつ従来の装置を用
いたコイニング加工などに比較して小さな加工荷重で底
面部を薄く加工できるという作用がある。そのため、プ
レス機の容量を小さくすることができるため、装置のコ
ストを低くすることができる。また、別工程でコイニン
グ加工をする必要もなく、製品の加工の工数を減らすこ
とができる。

【００１５】なお、本発明は、以下のような構成で実施
することもできる。本発明のカップ状金属部品の成形方
法の構成に加え、前記カウンターパンチによる部分圧縮
加工が、前記しごき加工若しくは絞り加工の開始と同時
に開始されるように構成してもよい。

【００１６】このような加工を行うことで、例えば、加
工によってパンチアール部で引き延ばされた部分の強度
が未加工部位より増す加工硬化指数が大きなものに対し
て、カウンターパンチによる部分圧縮加工をしごき加工
若しくは絞り加工の開始と同時に開始させることで効率
的に底面部を薄く形成できる。

【００１７】また、本発明のカップ状金属部品の成形方
法の構成に加え、前記カウンターパンチによる部分圧縮
加工が、前記しごき加工若しくは絞り加工の開始より所
定時間遅れて開始されるように構成してもよい。

【００１８】このような加工を行うことで、例えば、加
工度の高い加工限界に近い加工、例えば絞り比（ＤＲ）
が大きい加工（ここで絞り比（ＤＲ）とは、パンチ直径
をＤｐ（ｍｍ）、ブランク直径をＤｂ（ｍｍ）としたと
き、絞り比ＤＲ＝Ｄｂ／Ｄｐにより算出される値をい
う。）の初期の段階で、パンチアール部が張り出しによ
り伸ばされるためカップ底部の材料が伸ばされながら進
行する加工において、所定時間遅らせて部分圧縮加工を
行うことで、その加工の初期の段階からカウンターパン
チ力を付加した場合に製品アール部と底面部のつなぎ部
分が薄くなって破断し絞り加工限界を下げてしまうこと
を防止することができる。

【００１９】さらに、本発明のカップ状金属部品の成形
方法の構成に加え、前記カウンターパンチによる部分圧
縮加工が、加工開始より漸次圧力を強めて行われるよう
に構成してもよい。

【００２０】このような加工を行うことで、製品アール
部と底面部のつなぎ目の部分の破断を防止しつつ、かつ
破断のおそれがないときには大きな圧力をかけることで
効率的に底面部を薄くすることができる。

【００２１】また、本発明のカップ状金属部品の成形方
法においては、前記パンチのパンチラジアス部の形状が
加工対象物の加工前の側壁厚の０．５倍以上の半径のア
ールが付けられた形状に形成されたものが好ましい。

【００２２】このように形成されたパンチを用いた加工
を行うことで、製品材料の底面部から側壁部への材料の
流動性を高めることができるとともに、製品の底面周囲
に大きなアールが形成できる。

【００２３】また、本発明のカップ状金属部品の成形方
法の構成に加え、前記カウンターパンチが、インナーパ
ンチ及び、アウターパンチに分割されたカウンターパン
チであって、前記インナーパンチ及び、アウターパンチ
が所定の圧力を付加するように個別に制御されるもので
あってもよい。

【００２４】このように構成されたカウンターパンチを
用いた加工を行うことで、カウンターパンチが一体では
できない微妙な制御が可能になり、底面部を薄く成形し
つつ多様な形状の製品を製作することができる。

【００２５】さらに本発明のカップ状金属部品の形成装
置の構成においては、前記パンチのパンチラジアス部の
形状は加工対象物の加工前の側壁厚の０．５倍以上の半
径のアールが付けられて形成されたものが好ましい。

【００２６】このように形成されたパンチを用いること
で、製品材料の底面部から側壁部への材料の流動性を高
めることができるとともに、製品の底面周囲に大きなア
ールが形成できる。

【００２７】また、本発明のカップ状金属部品の形成装
置の構成に加え、前記カウンターパンチは、インナーパ
ンチ及び、アウターパンチから構成され、前記制御手段
は、前記インナーパンチ及びアウターパンチに対し圧力
を付加するように個別に制御可能に構成されたものであ
ってもよい。

【００２８】このように構成されたカウンターパンチを
用いた加工を行うことで、カウンターパンチが一体では
できない微妙な制御が可能になり、底面部の薄肉化がで
きるとともに多様な形状の製品を製作することができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカップ状の金属部
品の成形方法及び成形装置を、発明の実施の形態により
説明する。まず図１にカップ状金属部品を成形するため
の金属プレス加工のパターンを示す。一般にダイとパン
チを用いて行う金属プレス加工では、カップ状の金属部
品を成形する場合は深絞り加工による。深絞り加工と
は、加工用に準備された板状の素材（ブランク）をパン
チによりダイ型に押し込むことで、カップ状の形状とす
るものである。単に絞り加工ともいう。この場合、深絞
り加工と同時にしごきを行ってもよい。しごき加工と
は、一般的に、ダイとパンチのクリアランスを絞り素材
の板厚よりも小さくし、側壁部の板厚を減少させる加工
法である。板厚の減少とともに製品の長さを伸ばすこと
もできる。従来よりＡ工程による絞り加工に続けて側壁
部のしごき加工を行って、側壁部を薄くする図１のＢ工
程のような加工も通常行われていた。ここで製品の底面
部を薄く加工したい場合には、従来の技術に述べたよう
にＢ工程に続いて、Ｃ工程のような底面部への部分圧縮
加工を行って底面部を薄く加工するコイニング加工とよ
ばれる加工を別工程で行っていた。なお、図示をしない
がＡ工程に続いてコイニング加工を行うこともできる。

【００３０】これに対し、本実施形態のカップ状の金属
部品の成形方法では、ブランクから深絞り加工を行い、
若しくは深絞り加工としごき加工を併せて行ったあと
で、しごき加工と同時にカウンターパンチを用いた部分
圧縮加工を行う図１のＤ工程の加工を行う。また、別の
方法として、ブランクから深絞り加工と同時にカウンタ
ーパンチを用いた部分圧縮加工を行うか、さらに同時に
しごき加工を併せて行うＥ工程の加工を行う。なお、本
実施の形態の成形方法であれば、従来の部分圧縮を別工
程で行うものにくらべ、工程が１工程少なくできる。

【００３１】次に、本実施の形態の工程を、従来の加工
の説明も含め、工程Ａ〜工程Ｅの各工程を示す図２〜図
６の模式図に沿って説明する。なお、説明の便宜上、各
図においては、しわ押さえ、パンチの駆動装置、カウン
ターパンチの駆動装置等については図示を省略してい
る。

【００３２】工程Ａの深絞り加工は以下のように行われ
る。図２（ａ）はＡ工程の加工前の状態を示す模式図で
あり、図２（ｂ）はＡ工程の加工完了後の状態を示す模
式図である。図２（ａ）に示すように形成装置１は、ダ
イ２の上部に、ブランクの状態の素材４が位置決め治具
３により位置が決められて載置され、図示しないしわ押
さえ板により押さえられて所定の圧力が付加される。パ
ンチ５は、図示しない駆動装置（図７参照）により下方
に向けて圧力を付加する。そして図２（ｂ）に示すよう
に、パンチ５が下降すると素材４は、ダイ２の穴に引き
込まれ深絞り加工が行われる。このような深絞り加工を
行うことで、素材４の底面部４ｂには二軸引っ張り応力
が作用し底面部４ｂは薄くなるが、その板厚の減少は５
〜１０％程度であり、本発明が目的とする底面部４ｂの
薄肉化としては十分なものではない。

【００３３】また、工程Ｂの第二工程は以下のように行
われる。図３（ａ）はＢ工程の第一工程の加工後であっ
て、第二工程の加工前の状態を示す模式図であり、図３
（ｂ）はＢ工程の加工完了後の状態を示す模式図であ
る。この工程は、しごき工程である。図３（ａ）では、
素材は、第一工程（図１参照）により既にカップ状に深
絞り加工されており、この状態から図３（ｂ）のように
パンチ５によりダイ２に押し込まれる。このときダイ２
の内径は、素材４の外径より、小さい径となっており、
ダイ２により素材４の側壁４ｓは塑性変形して薄くな
る。しかしながら、この工程でも底面部４ｂに二軸引っ
張り応力が生じるが、底面部４ｂの板厚の減少は小さい
ものである。

【００３４】工程Ｃの第三工程は以下のように行われ
る。図４（ａ）はＣ工程の第二工程の加工中の状態を示
す模式図であり、図４（ｂ）はＣ工程の加工完了後の状
態を示す模式図である。図４（ａ）に示す状態では、第
一工程の深絞り加工が終了し、第二工程によりしごき加
工が行われている途中であり、カウンターパンチ６は、
ダイ２の下方からダイ２に挿入されている。カウンター
パンチ６は、図示しない駆動装置により駆動されて上下
方向に変位可能に構成されている（図７参照）。図４
（ａ）に示す状態では、素材４の側壁部４ｓはダイ２に
接触してしごかれているが、底面部４ｂは、カウンター
パンチ６には当接していない。パンチ５が下死点に至る
直前に、つまりコイニング代の分だけ上で素材４の底面
部４ｂがカウンターパンチ６の上端に当接して、底面部
４ｂに圧力を付加する。なお、このカウンターパンチ６
は位置が固定されており上下に変位しない。そして図４
（ｂ）に示すように固定されたカウンターパンチ６と素
材４の底面部が当接すると、さらにパンチ５はコイニン
グ代の分だけ下降して素材４の底面部４ｂは部分圧縮加
工される。なおこの場合は、比較のため本発明のカウン
ターパンチ６を備えた成形装置を用いているが、ダイ２
自体の形状によりコイニング加工できることは言うまで
もない。なお、底面部４ｂの部分圧縮加工により底面部
４ｂの板厚は減少するが、それに伴って流出した材料
は、アール部４ｒに移動してアール部４ｒの半径を小さ
くさせる。また、部分圧縮加工に必要な加工荷重は、本
発明の方法に比較して高いものとなるため、プレス機の
容量は大きなものが必要となる。

【００３５】次に、本発明の形成方法に係る工程Ｄの第
二工程について概略を説明する。図５（ａ）はＤ工程の
第一工程の加工後であって、第二工程の加工前の加工前
の状態を示す模式図であり、図５（ｂ）はＤ工程の加工
完了後の状態を示す模式図である。図５（ａ）に示すよ
うに、既にカップ状に形成された素材４は、パンチ５の
下端５ｂにセットされ、カウンターパンチ６は、図示し
ない駆動装置（図７参照）により上方に変位されてお
り、素材４のしごき加工の開始時には素材４の底面部４
ｂにカウンターパンチ６の上端部６ｔに当接する。カウ
ンターパンチ６の上端部６ｔの外径は、パンチ５の下端
部５ｂの外径より大きく、かつ素材４の外径即ちダイ２
の穴２ｈの内径より小さく形成されている。この状態か
ら、パンチ５は所定の速度で下方に変位し、それに伴っ
て素材４の側壁部４ｓがダイ２に当接し、しごき加工が
開始される。一方、素材４の底面部４ｂに当接したカウ
ンターパンチ６は、素材４の下端部に対して、所定の圧
力を付加する。そして、パンチ５の下降に同期して下降
しつつ所定の圧力を素材４の底面部４ｂに付加し続け
る。つまり、しごき加工をしつつ、素材４の底面部４ｂ
に対して部分圧縮加工を行う。そして、図５（ｂ）の状
態でＤ工程を完了する。

【００３６】続いて、本発明の形成方法に係る工程Ｅの
第一工程について概略を説明する。図６（ａ）はＥ工程
の加工前の状態を示す模式図であり、図６（ｂ）はＥ工
程の加工完了後の状態を示す模式図である。Ｅ工程は、
第一工程で完結する工程であり、素材４がブランクの状
態でダイ２の上端に位置決め治具３により位置が決めら
れてセットされている。パンチ５は上方に離れた状態で
位置し、カウンターパンチ６は、その上端６ｔを素材４
の底面部４ｂとなる部分に当接している。次に、しわ押
さえ（図８参照）が素材４の周縁を押さえると、続いて
パンチ５が下降し、パンチ５の下端部５ｂが素材４の上
端部に当接する。すると、カウンターパンチ６は、図示
しないコントローラに制御されて駆動装置（図７参照）
でパンチ５と同期しながら下降しつつ所定の圧力を素材
４の底面部４ｂに付加し続ける。なお、詳細は後述する
が、ここでダイ２とパンチ５のクリアランスが、素材４
の板厚より大きければ深絞り加工のみが行われ、素材４
の板厚より小さければ深絞り加工としごき加工が同時に
行われる。そして図６（ｂ）状態で工程Ｅを完了する。

【００３７】次に、形成装置１の構成を説明する。ここ
で、図７は、形成装置１の全体の構成の概略を示す模式
図である。形成装置１の構成は、全体としてはダイセッ
トを備えた周知のプレス機から構成される。通常のプレ
ス機やダイセットと大きく異なる点は、カウンターパン
チ６の存在と、これを制御する構成である。まず、形成
装置１には、フレーム１ａが設けられ、その中段にボル
スタ４４が設けられる。また、上部にはスライド４３の
駆動装置が設けられ、下部にはカウンターパンチ６の駆
動装置が設けられ、フレーム１ａによりそれぞれが支持
される。フレーム１ａの下部には脚１ｂ，１ｂが配設さ
れ、形成装置１の水平を調整するとともに、接地面への
振動を吸収する。ボルスタ４４の上面端部には、スライ
ドガイド４５，４６が立設され、フレーム１ａに固定さ
れた駆動装置により、スライド４３がスライドガイド４
５，４６にガイドされつつ上下に変位可能に支持され
る。スライド４３とボルスタ４４の間には、ダイセット
がセットされる。ボルスタ４４の上面には、ダイセット
の下端に配置されたダイホルダ８がセットされ、ダイホ
ルダ８にはガイドポスト９，１０が立設される。スライ
ド４３の下面には、パンチホルダ１１が、シャンク４７
がスライド４３に貫入されて固定される。パンチホルダ
１１は、ダイホルダ８に立設されたガイドポスト９，１
０により水平位置が規制されつつ、ダイホルダ８に対し
て上下方向に変位可能に構成される。

【００３８】スライド４３の下面にセットされたパンチ
ホルダ１１の下面には、上型バッキングプレート２１が
積層される。また、パンチプレート２２には所定の穴が
穿設され、ここにパンチ５、サブガイド用ポスト２３、
パイロット２４が下方に突出するように挿入される。こ
れらが装着されたパンチプレート２２はパンチホルダ１
１に装着された上型バッキングプレート２１と積層され
る。パンチプレート２２の下方には、積層されたストリ
ッパバッキングプレート２５とストリッパプレート２６
が配置される。これらには、サブガイド用ポスト２３、
パイロット２４、パンチ５を貫通させる孔が穿設され
る。ストリッパプレート２６のパンチ５を貫通させる孔
の周囲にはしわ押さえ板７が配設されている。

【００３９】また、パンチホルダ１１に穿設された孔
に、径の大きい頭部を備えたストリッパボルト２７が挿
入されて、その下端がストリッパプレート２６に固定さ
れている。そして、パンチホルダ１１とストリッパプレ
ート２６との間のストリッパボルト２７の周囲には圧縮
型のコイルスプリングからなるスプリング２８が配置さ
れる。そのため、パンチプレート２２とストリッパバッ
キングプレート２５との間は、所定距離離れた状態で支
持され、ストリッパプレート２６が下から押圧される
と、スプリング２８が圧縮されてサブガイド用ポスト２
３に水平位置を規制されつつ、これと摺動してその距離
を縮まるように変位する。パンチ５の上部には、加工時
のパンチ５にかかる圧力を検知するための圧力センサ１
２が配設される。

【００４０】スライド４３の上端にはねじ機構１３が備
えられる。ねじ機構１３はボールねじを備え、駆動ねじ
の回転によりスライド４３の昇降を行う機構である。ま
た、フレーム１ａ上部には、駆動装置が配置されてい
る。駆動装置は、駆動回路１６、ＡＣサーボモータ１
５、伝達機構１４を備える。伝達機構１４のギヤセット
を介してＡＣサーボモータ１５の回転が駆動ねじの回転
としてねじ機構１３に伝達されると、ねじ機構１３は、
スライド４３を上下に変位させる。ＡＣサーボモータ１
５は、駆動回路１６を介し周知のコンピュータからなる
コントローラ１７のインタフェイスに接続されている。
コントローラ１７は、キーボードなどからなる入力手段
１８から操作者により命令が入力可能に構成されるとと
もに、液晶ディスプレーなどからなる表示手段１９によ
り制御状態を確認できる。コントローラ１７の図示しな
い記憶装置には、ＣＮＣ制御用プログラムと加工に必要
な数値などを含む所定のデータが予め記憶されている。
また、スライド４３には、スライドガイド４６との相対
位置を検知する位置センサ２０が配置されており、加工
時のパンチ５の垂直位置の検出が可能になっている。コ
ントローラ１７は位置センサ２０及び圧力センサ１２か
らの信号を受信して、ＣＮＣ制御用プログラムにより解
析を行い、その結果に基づいて駆動回路１６に制御信号
を送出し、駆動回路１６はＡＣサーボモータ１５に駆動
信号を送出して駆動させる。つまり、ＡＣサーボモータ
１５は、クローズドループによる制御が行われている。
このＡＣサーボモータ１５の回転が、伝達機構１４によ
り減速されかつトルクが大きくされて駆動力としてねじ
機構１３に伝えられる。ねじ機構１３は回転をボールね
じにより垂直方向の運動に変換しスライド４３をスライ
ドガイド４５，４６にガイドさせながら上下に変位さ
せ、パンチホルダ１１に装着されたパンチ５をダイ２に
対して相対的に移動させ加工を行う。

【００４１】ダイホルダ８には、上面にダイバッキング
プレート３０が積層され、さらにこの上面にダイプレー
ト２９が積層される。ダイプレート２９には、所定位置
にダイ２が嵌入されている。また、パンチプレート２２
に支持されたサブガイド用ポスト２３の下方のダイプレ
ート２９、ダイバッキングプレート３０には、サブガイ
ド用ポスト２３を進入させて案内するスリーブ（不図
示）を備えた孔が穿設されて、パンチプレート２２とダ
イプレート２９との相対位置がずれないように規制して
いる。

【００４２】一方、ダイホルダ８の下面には、垂直下方
にガイドポスト３１，３２が突設され、ここにカウンタ
ーパンチホルダ３３が、上下に摺動可能に配設される。
カウンターパンチホルダ３３の上面には、カウンターパ
ンチバッキングプレート３４が配設され、その上にカウ
ンターパンチプレート３５が積層される。カウンターパ
ンチプレート３５に穿設された孔にカウンターパンチ６
の下端が挿入され、カウンターパンチバッキングプレー
ト３４に固定される。カウンターパンチ６の下部には、
加工時のカウンターパンチ６にかかる圧力を検知するた
めの圧力センサ３７が配設される。また、カウンターパ
ンチホルダ３３には、ガイドポスト３２との相対位置を
検知する位置センサ３８が配置されており、加工時のカ
ウンターパンチ６の位置の検出が可能になっている。カ
ウンターパンチホルダ３３の下端にはねじ機構３９が備
えられる。また、フレーム１ａ下部には、伝達機構４０
に備えられたギヤセットをを介してＡＣサーボモータ４
１の回転がねじ機構３９に伝達され、パンチホルダ３３
を上下に駆動させる駆動装置が構成されている。ＡＣサ
ーボモータ４１は、駆動回路４２を介しコントローラ１
７のインタフェイスに接続されている。コントローラ１
７は位置センサ３８及び圧力センサ３７からの信号を受
信して、ＣＮＣ制御用プログラムにより解析を行い、パ
ンチ５の位置や加工荷重を参照して、その結果に基づい
て駆動回路４２に制御信号を送出し、駆動回路４２はＡ
Ｃサーボモータ４１に駆動信号を送出して駆動させる。
つまり、ＡＣサーボモータ４１も、クローズドループに
よる制御が行われている。このように構成されたカウン
ターパンチ６の駆動装置によれば、パンチ５の動作に同
期させた制御が可能となる。この制御に基づきＡＣサー
ボモータ４１の回転が、伝達機構４０により減速されか
つトルクが大きくされて駆動力としてねじ機構３９に伝
えられる。ねじ機構３９はこの回転によりカウンターパ
ンチホルダ３３をガイドポスト３１，３２にガイドさせ
ながら上下に変位させ、カウンターパンチホルダ２３に
配設されたカウンターパンチプレート３５に装着された
カウンターパンチ６をパンチ５の動作に同期させながら
相対的に移動させるとともに図６に示すように素材４に
所定の圧力を付加しながら加工を行う。

【００４３】なお、ここではＡＣサーボモータを用いた
プレス機を例に説明したが、ＡＣサーボモータに代えて
リニアサーボモータを用いたものや、コンピュータと精
密サーボでコントロールされた油圧プレスなどによって
も実施できる。また、リリーフバルブにより圧力を機械
的に調整する方法を妨げるものでもない。

【００４４】ここで、図８は、Ｅ工程の第一工程の待機
状態にある形成装置１の加工部の詳細を示す図である。
図８に示すように、パンチ５とダイ２とにより加工が行
われる部分（以下加工部）の上部には、円筒形のパンチ
５が配置される。パンチ５の側面部５ｓと下端部５ｂの
境目はアールが付けられたパンチラジアス部５ｒが形成
されている。以下このパンチラジアス部の半径を、パン
チラジアス部半径Ｒｐとする。パンチ５の周囲には、ブ
ランク状態の素材４のフランジ部４ｆを押さえるための
環状のしわ押さえ板７が配置される。しわ押さえ板７
は、図７に示すようにスプリング２８の弾性を利用し
た、しわ押さえ力の調整が可能な可動しわ押さえ板とし
て構成されている。

【００４５】また、加工部の下部には、ダイプレート２
９に設けられた孔にダイ２が嵌入されて固定され、ダイ
プレート２９はダイバッキングプレート３０の上に装着
されている。ダイ２の上には位置決め治具３が装着され
る。位置決め治具３は、加工するブランク状態の素材４
の形状に合わせた開口部を備え、ダイ２に対してブラン
ク状態の素材４を所定の位置に規制するものである。こ
の位置決め治具３の開口部でダイ２の上にブランクであ
る素材４が載置される。以下、このブランクでの素材４
の厚みをｔとする。

【００４６】ダイ２は、円筒形の穴２ｈを備えた形状
で、ダイ２の上端部２ｔと穴２ｈの境目にはアールが付
けられたダイラジアス部２ｒが形成されている。以下こ
のダイラジアス部の半径を、ダイラジアス部半径Ｒｄと
する。

【００４７】図９は、Ｅ工程の第一工程の加工中の状態
にある形成装置１の加工部の詳細を示す図である。加工
中は、パンチ５が駆動装置（図７参照）により下降さ
れ、素材４を、その下端部５ｂによりダイ２の穴２ｈに
押し込むことで、深絞り加工が行われる。この場合、材
質や外径に対する板厚の比率にもよるが、パンチ５の側
面部５ｓとダイ２の穴２ｈとの間隔であるクリアランス
Ｃは、板厚ｔと比較して、Ｃ＝１．０４ｔからＣ＝１．
２０ｔに設定する。また、本発明では、深絞り加工とし
ごき加工を同時に行うこともできるが、このような場合
は、Ｃ＝０．７５ｔ程度に設定することもできる。な
お、ここで、しごき率（Ｉ（％））＝（（ｔ−Ｃ）／
ｔ）×１００とすると、この場合のしごき率（Ｉ）は
（（ｔ−０．７５ｔ）／ｔ）×１００＝２５（％）とな
る。クリアランスＣを小さくすればしごき率（Ｉ）は大
きくなるが、加工荷重が大きくなるため、絞り限界は小
さくなる。なお、しごき率（Ｉ）は、材質加工条件で異
なるが、およそ５０％前後が限界で、それ以上になると
側壁部４ｓから破断を起こす。

【００４８】また、図７に示した通り、パンチ５の下降
に伴って、素材４の下面に当接するカウンターパンチ６
は、圧力センサ２４により加工荷重が検出され、これに
基づいてコントローラ１７により制御されながら素材４
の底面部６ｂに所定の圧力を付加しつつ駆動装置により
下降して行く。

【００４９】次に、本発明の加工原理について説明す
る。ここで、本発明のカップ状金属製品の成形方法に
は、図１のＥ工程に示すようなブランクの素材に対する
深絞り加工を含んだ加工を行う場合と、Ｄ工程の第二工
程に示すような既に絞り加工が行われた絞り品に対して
しごき加工のみを行う場合とがある。

【００５０】まず、しごき率（Ｉ（％））の変化に対す
るしごき加工力（Ｗ（ｋＮ））の変化を説明すると、素
材４の変形が大きいほど大きな加工力が必要である。例
えば、しごき率（Ｉ）が、１５％、２０％、２５％のと
きのしごき加工力（Ｗ）を比較すると、しごき率（Ｉ）
が１５％のときのしごき加工力（Ｗ）が最小で、しごき
率（Ｉ）が２０％の場合は、次いでしごき加工力（Ｗ）
が小さく、しごき率（Ｉ）が２５％のときしごき加工力
（Ｗ）が最大となった。つまり、しごき率（Ｉ）が大き
いほどしごき加工力（Ｗ）が大きくなる。

【００５１】ここで、図１０、図１１、図１２は、底面
部の板厚（ｍｍ）とカウンターパンチ６による荷重（ｋ
Ｎ）の関係を示すグラフである。このグラフは、既に絞
り加工が行われた絞り品に対するしごき加工を行ったと
きの結果で、条件は加工前の絞り比（ＤＲ）が２．０
で、加工前の底面部の板厚は２．０ｍｍである。しごき
率（Ｉ（％））が、図１０では１５％、図１１では２０
％、図１２では２５％である。また、加工後の側壁部４
ｓの板厚は図１０では１．７ｍｍ、図１１では１．６ｍ
ｍ、図１２では１．５ｍｍであった。また、これらの測
定値をプロットして曲線近似式を求めたところ、図１０
では、Ｙ＝−０．３４８３２Ｘ^２＋０．０３５８３１Ｘ
＋１．９９６１を得られた。図１１では、Ｙ＝−０．０
１７５６５Ｘ^２−０．１０７１８Ｘ＋２．０４２を得ら
れた。図１２では、Ｙ＝０．０１５２９６Ｘ^２−０．２
５９７４Ｘ＋２．０００１を得られた。ここで、しごき
率（Ｉ）としごき後の側壁部４ｓの厚さと同一の底面部
４ｂの厚さに加工する場合のカウンターパンチ力（Ｗ
ｃ）の関係を見ると、図１０では、およそ３．６ｋＮ、
図１１ではおよそ２．７ｋＮ、図１２ではおよそ２．２
ｋＮとなり、しごき率（Ｉ）の変化に伴ってカウンター
パンチ荷重（ｋＮ）は、しごき率（Ｉ）＝１５％のとき
が、カウンターパンチ力（Ｗｃ）が最も大きく、しごき
率（Ｉ）＝２０％のときが次いで大きく、しごき率
（Ｉ）＝２５％のときが最小となった。このことから、
しごき率（Ｉ）が大きいほど、カウンターパンチ力（Ｗ
ｃ）が小さくて済むことがわかる。

【００５２】さらに、カウンターパンチ力（Ｗｃ（ｋ
Ｎ））を一定にして加えた場合の、しごき率（Ｉ
（％））の違いによる底面部４ｂの厚さの関係は、図１
０〜図１２において、例えば３（ｋＮ）のカウンターパ
ンチ力（Ｗｃ）のときの底部板厚（ｍｍ）を比較する
と、図１０ではおよそ１．８ｍｍ、図１１ではおよそ
１．６ｍｍ、図１２ではおよそ１．３ｍｍとなり、しご
き率（Ｉ）と、同じカウンターパンチ力（Ｗｃ）を加え
た場合の底面部４ｂの厚さは、しごき率（Ｉ）＝１５
％）のときが、底面部の厚さ＝１．８（ｍｍ）と最大
で、しごき率（Ｉ）＝２０％）のときが、１．６（ｍ
ｍ）とそれに次ぎ、しごき率（Ｉ）＝２５％のときが、
１．３（ｍｍ）と最小となった。このことから、しごき
率（Ｉ）が大きいほど、底面部４ｂの厚さが薄くなるこ
とがわかる。

【００５３】これは、しごき率（Ｉ）が大きくなると、
抵抗が大きくなるため、しごき加工力（Ｗ）が大きくな
り、それに従って、しごき加工反力も大きくなる。しご
き加工反力が大きくなると材料が引っ張られて引っ張り
応力も大きくなり、結果として底面部４ｂでの２軸引っ
張り応力の増大により板厚が薄くなるものである。その
ため、底面部４ｂのみを部分圧縮するコイニング加工と
比較して、カウンターパンチ６により底面部４ｂに加え
るカウンターパンチ力（Ｗｃ）が小さくても同程度に底
面を薄く加工することができることがわかる。

【００５４】図１３は、図１のＤ工程の第二工程におけ
る本発明の加工原理を説明する模式図である。上述の加
工原理を具体的に説明すれば、壁厚ｔ_０の側壁部４ｓが
クリアランスＣの部分に引き込まれ、しごき加工を施さ
れた素材４の側壁部４ｓにおいて、しごき加工反力Ｆ_１
が生じる。このしごき反力Ｆ_１のため側壁部４ｓからア
ール部４ｒ、底面部４ｂにそれぞれ引っ張り応力Ｆ_２，
Ｆ_３、Ｆ_４が生じて材料の流動がおきる。そのため、底
面部４ｂでは大きな２軸引っ張り応力が生じて板厚が薄
くなる。さらに、パンチ５の下端部５ｂには、カウンタ
ーパンチ力（Ｗｃ）にしごき加工力（Ｗ）も加わったＦ
_５の力が働く。そして、カウンターパンチ６からはカウ
ンターパンチ力（Ｗｃ）としてＦ_８が働く。このＦ５，
Ｆ８が、圧縮応力Ｆ_６，Ｆ_７として働くため、底面部４
ｂの板厚は薄く成形される。この場合、大きなアールが
付けられたアール部４ｒにおいては底面部４ｂから押し
出された材料の移動に対する抵抗が小さく、押し出され
た材料がアール部４ｒに滞留することなく、容易に側壁
部４ｓに移動することができる。

【００５５】ここで、図１４は、図１のＥ工程におい
て、しごき加工なしで、絞り加工と部分圧縮加工のみを
施した場合の本発明の加工原理を説明する模式図であ
る。絞り加工の場合は、パンチ５により素材４がダイ２
に引き込まれる際、ダイ２の上端部２ｔとしわ押さえ板
７に挟まれた部分の抵抗と、材料がダイ２のアール部２
ｒを通過するとき抵抗を生じ、反力Ｆ_９が生じる。この
反力Ｆ_９により、引っ張り応力Ｆ_１０，Ｆ_１１，Ｆ_１２
が生じる。そのため、底面部４ｂでは２軸引っ張り応力
が生じて板厚が薄くなる。さらに、パンチ５の下端部５
ｂには、カウンターパンチ力（Ｗｃ）に絞り加工力も加
わったＦ_１３の力が働く。そして、カウンターパンチ６
からはカウンターパンチ力（Ｗｃ）としてＦ_１６が働
く。このＦ_１３，Ｆ_１６が圧縮応力Ｆ_１４，Ｆ_１５とし
て働くため、絞り加工の場合でも、しごき加工のときと
同様な効果がある。

【００５６】また、図示は省略するが、Ｅ工程において
絞り加工としごき加工を同時に行った場合は、上記の絞
り加工力としごき加工力の両者が働くため、当然に底面
部４ｂをより薄くできる効果があることが容易に分か
る。また、底面部４ｂから、側壁部４ｓへの材料の流動
性が良くなることから、より絞り比（ＤＲ）が大きな成
形ができる。

【００５６】次に、このように構成された形成装置１に
よる加工について、まず、絞り加工を同時に行う図１の
Ｅ工程について説明する。カウンターパンチ力（Ｗｃ）
による圧力付加のタイミングについて説明する。絞り加
工において、その限界は加工力を受け持つ成形品の最弱
部位の強度で決まる。このことから、加工度の高い加工
限界に近い絞り加工（絞り比（ＤＲ）が大）の初期に
は、アール部４ｒが張り出しにより伸ばされるため、カ
ップ底面部４ｂの材料が伸ばされながら加工が進行す
る。この加工の初期段階からカウンターパンチ力（Ｗ
ｃ）を付加すると、アール部４ｒと底面部４ｂのつなぎ
部分が薄くなって破断しやすくなり、絞り加工限界を下
げてしまう場合がある。従って、材料により性質が異な
るため一概には言えないが、アルミニウム等は絞り加工
の初期段階から必要な圧縮力をかけずに、加工進行と同
時に徐々に圧縮力を高くするパターンが適切である（図
１５，図１６参照）。

【００５７】一方、例えばＳＵＳ３０４のような加工硬
化指数の大きな材料では、加工によって伸ばされた部位
がすべりを起こして未加工部位よりも強度を増す加工硬
化が生じ易いため、絞り加工を行った場合、若しくは絞
り加工としごき加工を同時に行った場合に、これらの加
工と同時にカウンターパンチ力（Ｗｃ）をかけても加工
が可能である（図１７，図１８参照）。

【００５８】次に、部分圧縮加工とともにしごき加工の
みを行う図１のＤ工程の第二工程について説明する。し
ごき加工の場合は、以下のような加工を行う。しごき加
工は深絞り加工と異なり、加工初期の張り出し加工によ
る伸びはなく、冷間鍛造の前方押し出し加工に類似して
いるため、加工初期に底面部４ｂが前方押し出しにより
パンチ５の下端部５ｂから離れる現象が発生することが
ある。その際に局部的に肉厚の薄い部分が側壁部４ｓに
できると、その後しごき加工が始まることによって肉厚
の薄い部分から破断するおそれがある。従って、しごき
加工の場合には、材質・加工条件により異なる場合はあ
るが、図１７，図１８に示すように、概ね加工初期から
カウンターパンチ力（Ｗｃ）を付加してもよい。この場
合の型及び絞り前の素材４の条件としては、加工前の素
材４の板厚をｔとした場合、パンチラジアス部５ｒ及び
絞り前の素材４のアール部４ｒのパンチラジアス部半径
Ｒｐが、Ｒｐ＝０．５ｔ以上である。このように素材の
厚さｔに対して、パンチラジアス部の半径Ｒｐを大きく
とることで、材料の流動性を良くして破断を効果的に防
止できる。ダイ２については、導入角θ＝１５°前後が
適当である（図２６参照）。

【００５９】また、材料によっては加工初期に薄くなる
部位が、加工硬化による強度上昇があるまで、カウンタ
ーパンチ力（Ｗｃ）を付加しない方が良い場合がある。
材質・成形条件により、カウンターパンチ力（Ｗｃ）を
付加する時期は異なる。ここで、図１５，図１６は、カ
ウンターパンチの荷重を徐々に大きくなるように変化さ
せたときのパンチ５及びカウンターパンチ６による荷重
（ｋＮ）とストローク（ｍｍ）の関係を示すグラフであ
る。このときの条件は、カウンターパンチ（Ｗｃ）が
５．８８（ｋＮ）、しごき率（Ｉ）が２０％で、図１５
では、加工前の絞り比（ＤＲ）が２．０、図１６におい
ては加工前の絞り比（ＤＲ）が２．２となっている。例
えば、この図１５又は図１６に示すようなタイミングで
実施ができる。図１７，図１８は、カウンターパンチの
荷重を加工と同時に付加し、一定にしたときのパンチ５
及びカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）とストロー
ク（ｍｍ）の関係を示すグラフである。このときの条件
は、カウンターパンチ力（Ｗｃ）が１．９６（ｋＮ）、
しごき率（Ｉ）２０％で、図１７では加工前の絞り比
（ＤＲ）が２．０、図１８においては加工前の絞り比
（ＤＲ）が２．２となっている。例えば、この図１７又
は図１８に示すようなタイミングでも実施ができる。即
ち、図１７、図１８に示すように、しごき加工が始まる
と同時にカウンターパンチ力（Ｗｃ）を付加する場合
と、図１５、図１６に示すようにしごき加工をある程度
進めてから、カウンターパンチ力（Ｗｃ）を付加するこ
とが好ましい場合がある。

【００６０】図１０、図１１、図１２に示すように、加
工前の同一の絞り比（ＤＲ）２．０で、しごき率（Ｉ）
を１５％、２０％、２５％と変化させた場合、カウンタ
ーパンチ力（Ｗｃ）が０（ｋＮ）の場合に底面部４ｂの
板厚が２．０ｍｍの素材４に対して、カウンターパンチ
力（Ｗｃ）を付加した場合の結果が示されている。ここ
では、カウンターパンチ力（Ｗｃ）が大になるほど底面
部４ｂの板厚を薄くできることが示されている。この方
法によれば、しごき加工後の側壁部４ｓの板厚よりも底
面部４ｂの板厚を薄くすることができる。

【００６１】ここで、図１９は、加工前の絞り比（Ｄ
Ｒ）２．０、しごき率（Ｉ）１５％、カウンターパンチ
力（Ｗｃ）３．４３ｋＮ、ストローク７ｍｍで形成した
成形品の板厚（ｍｍ）の位置による分布状態を示すグラ
フである。図２０は、図１９の成形品の断面を示す図で
ある。また、図２１は、加工前の絞り比（ＤＲ）２．
０、しごき率２０％、カウンターパンチ力（Ｗｃ）２．
９４ｋＮ、ストローク７ｍｍで形成した成形品の板厚
（ｍｍ）の位置による分布状態を示すグラフである。図
２２は、図２１の成形品の断面を示す図である。また、
図２３は、加工前の絞り比（ＤＲ）２．０、しごき率２
５％、カウンターパンチ力（Ｗｃ）１．９６ｋＮ、スト
ローク７ｍｍで形成した成形品の板厚（ｍｍ）の位置に
よる分布状態を示すグラフである。図２４は、図２３の
成形品の断面を示す図である。

【００６２】本発明の形成方法では、上述のようにしご
き加工後の側壁部４ｓの板厚よりも底面部４ｂの板厚を
薄くすることができるが、さらに従来より行われていた
コイニング加工のように、コイニングにより底面部４ｂ
から排除された材料が形成された素材４のアール部４ｒ
とダイ２の穴２ｈの隙間を埋めてしまうことがない。つ
まり、図２０、図２２、図２４に示す断面を示す図から
わかるように、成形されたアール部４ｒは均一の厚みを
保っており、従来のコイニング加工のように製品アール
が小さくなったり、角が付いたりすることがない。ま
た、このことは図１９、図２１、図２３に示す各条件で
の成形品の板厚（ｍｍ）の位置による分布状態を示すグ
ラフからも明らかである。

【００６３】以上、一の実施の形態で本発明を説明した
が、本発明は円筒形のカップ状金属部品に限定されず以
下のような実施もできる。以下、実施例について説明す
る。例えば、図２５は、フランジ部４ｆを残した形状の
成形品４ｐを示す図である。このようなフランジ部４ｆ
を残して成形できるのはもちろんである。また、図２６
はフランジ部なしの絞り加工を施した材料を、しごき加
工した成形品４ｐを示す図である。

【００６４】図２７は、側壁部４ｓの下部にテーパ角度
αを有する成形品４ｐを示す図である。テーパ角αが４
５°以下の場合は、成形品４ｐの底面部４ｂに引っ張り
応力が働きやすいため、一般的には図２７に示すよう
に、底面部４ｂのみをカウンターパンチ力（Ｗｃ）によ
り圧力を付加することで十分であるため、カウンターパ
ンチ６の上端部６ｔは平坦な形状でよい。一方、図２８
に示すように、テーパ角αが４５°以上の場合は、カウ
ンターパンチ６の上端部６ｔを、できるだけ外径に近い
部分を圧縮できるような形状にして、引っ張り応力の低
下を補うことが好ましい場合もある。

【００６５】また、図２９は、底面部４ｂが球面の場合
の成形品４ｐを示す図である。この場合は、カウンター
パンチ６の上端部６ｔを引っ張り応力の働きにくい４５
°付近まで圧縮可能な形状にした例である。また、図３
０は、底面部４ｂが球面の場合の成形品４ｐを示す図で
ある。成形品４ｐの形状は図２９の場合と同じ形状であ
るが、材質・素材の加工条件によっては、カウンターパ
ンチ６の上端部６ｔをできるだけ外径に近い部分まで圧
縮できるような形状にした例である。この場合でも、外
径に近い部分は十分な引っ張り応力が働くため、従来の
ようにカウンターパンチ６の上端を肉薄にする必要はな
い。そのため、従来のように、製品アールに沿った形状
のカウンターパンチを用いた場合に製品アールに沿った
部分のカウンターパンチ６の端部が肉薄になって弾性変
形をし易くなり、製品アールの部分に材料が高圧で充填
された場合に、カウンターパンチが弾性変形を生じてダ
イとカウンターパンチの間の隙間がなくなり、相対運動
時に摩擦による抵抗が発生したり、最悪カジリ（フィレ
ッティング）となりロックすることもない。また、カウ
ンターパンチの肉薄の部分が、加工の繰り返しによって
破断し、製品形状の維持ができなくなったり、スライド
下面に破片が入り込んで他の金型を破損してしまうとい
うこともない。

【００６６】図３１は、成形品４ｐの底面部４ｂに内側
方向に凸形状を有する場合を示す図である。この場合、
カウンターパンチ６の上端部６ｔの中央が凸状に形成さ
れており、加工の初期にはこのカウンターパンチ６の上
端部６ｔの凸形状により素材４の底面部４ｂを張り出し
により引き伸ばし、その後しごき加工とともにさらに底
面部４ｂを伸ばす加工を行う。また、さらに複雑な形状
の成形品４ｐを成形する場合には、図３２に示すよう
に、カウンターパンチをインナーカウンターパンチ６ｉ
とアウターカウンターパンチ６ｏに分けて構成すること
もできる。このように構成されたインナーカウンターパ
ンチ６ｉとアウターカウンターパンチ６ｏは、例えばそ
れぞれがコントローラ１７（図７参照）に別々にＣＮＣ
制御されて駆動される。このように構成することで、例
えばインナーカウンターパンチ６ｉにより底面部４ｂの
中央部を張り出しにより引き伸ばし、さらにその後アウ
ターカウンターパンチ６ｏにより、周辺部を圧縮するよ
うな加工も可能になる。

【００６７】図３３は、さらにパンチ５もインナーパン
チ５ｉとアウターパンチ５ｏに分けて構成された例を示
す図である。この場合も、インナーパンチ５ｉとアウタ
ーパンチ５ｏは別々に制御されて駆動される。このよう
に構成することで、インナーカウンターパンチ６ｉとア
ウターカウンターパンチ６ｏの作用と相俟ってさらに複
雑な形状の成形品を生産することができる。

【００６８】さらに、成形品の形状は、これまでに述べ
た横断面が円形のものに限らず、図３４の（ａ）〜
（ｈ）に示すように、角部にアールが付けられた各種の
形、例えば円形（ａ）、三角形（ｂ）、長方形（ｃ）、
トラック型（ｄ）、円形が３つ（ｅ）、或いは４つ結合
したような形（ｆ）、２辺がアールをもった長方形
（ｇ）、楕円（ｈ）等各種の形状が成形可能である。

【００６９】以上説明したように、本実施の形態のカッ
プ状の金属部品の成形装置１及び成形方法は、以下のよ
うな効果がある。即ち、従来、ダイ２、パンチ５以外に
も多数の金型を用いて深絞り、再絞り、しごきを繰り返
す多段階加工により成形していた、直径に対し深さの大
きな薄肉のカップ状製品の成形であっても、より少ない
工数で、かつより少ない金型により、低い生産コストで
生産することができるという効果がある。

【００７０】また、パンチ５による深絞り加工或いはさ
らにしごき加工するのと同時に、カウンターパンチ６に
より部分圧縮加工を行うことで、従来のコイニング加工
に比較して小さな加工荷重により、カップ状金属部品の
底面を薄くすることができるという効果がある。そのた
め、従来のコイニング加工のように大きな圧力で部分圧
縮加工せずに、比較的小さな圧力で底面部４ｂを薄くす
ることができ、高価な容量の大きなプレス機を使用する
必要が少なくなるため、生産コストを低くすることがで
きるという効果がある。

【００７１】特に、図１９から図２４に示すように、従
来のコイニング加工のように底面周囲のアール部に流動
した材料が流れ込んで、アール半径が小さくなったり、
角が付いたりせず、半径の比較的大きなアール形状とす
ることができるという効果がある。そのため、例えば成
形品４ｐの側壁部４ｓからアール部４ｒ、底面部４ｂま
でを均一な板厚にすることができるという効果がある。

【００７２】また、深絞り加工、しごき加工と同時に底
面部４ｂを部分圧縮して、底面部４ｂを薄く加工するた
め、従来のように底面部のコイニング加工を別工程で行
う方法に比較して工程数が減り、生産コストを下げるこ
とができるという効果がある。

【００７３】また、深絞り加工、しごき加工とともに、
底面部を薄肉化した分だけアール部に材料が供給され、
成形品の深さを増すことができるという効果もある。特
に成形性の悪い材料（高力アルミニウム等）で、深く絞
る場合には多くの工程を必要としたり、絞り加工の途中
工程で焼鈍を施してから再加工するなど、加工効率が低
く、コストも多くかかっていたが、絞り加工後、しごき
加工と合わせて部分圧縮加工を行うことで５０％前後も
肉厚を薄くでき、絞り品の２倍前後深い成形品が加工で
きるという効果がある。

【００７４】なお、本実施の形態では、通常深絞りに用
いる素材を例に説明したが、加工原理としては、カップ
状で底面部にアール形状があり、塑性変形能のある材料
ならば金属の鍛造素材や鋳造素材・焼結素材やそれらを
機械加工した素材、或いはプラスチック材料でできた素
材なども加工可能である。各種材料や製品形状により最
適な加工条件は異なると思われるが、加工技術的には本
発明の実施が可能である。例えばチタンなど特に高価な
金属材料では、後方押し出し加工など材料歩留まりのよ
い鍛造加工で素材を造り、本発明を適用することで深い
カップ状の成形品とすれば、加工工数を低減させること
ができるとともに、使用するプレス容量の低減ができる
ものである。

【００７５】さらに、本発明は、加工温度の制約を受け
ない方法であるため、セラミックスのような耐熱性の高
い材料で型を製作することで、加工雰囲気が熱間加工領
域の場合や、加工品が熱間加工温度又は、型が熱間加工
温度に加熱されている場合など、すべての場合について
加工が可能である。従って、例えばアルミニウム鋳物な
ど伸びの小さい材料を加工する場合、加工製品を熱間加
工領域まで温度を上げ、図３０に示すようなカウンター
パンチ６をできるだけ素材４に密着するような形状と
し、温度上昇によって伸び易くなった素材４を広範囲に
加圧することでより加工度を高めることができる。

【００７６】以上、本発明を、実施の形態と実施例によ
り説明したが、本発明はこれらに限定されないことはい
うまでもなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で当業
者により変更され改良されて実施することができるもの
である。

【００７７】

【発明の効果】上記説明より明らかなように、本発明の
カップ状金属部品の成形方法及び成形装置は、少ない工
程で直径に対して深さの大きなカップ状の金属製品の成
形が可能になるという効果がある。さらに、従来のコイ
ニング加工に比較して小さな加工荷重により、カップ形
状製品の底面を薄くすることができるという効果がある
とともに、底面周囲に大きなアールが形成可能という効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属プレス加工のパターンを示す図である。

【図２】（ａ）Ａ工程の加工前の状態を示す模式図で
ある。（ｂ）Ａ工程の加工完了後の状態を示す模式図であ
る。

【図３】（ａ）Ｂ工程の第一工程の加工後であって、
第二工程の加工前の状態を示す模式図である。（ｂ）Ｂ工程の加工完了後の状態を示す模式図であ
る。

【図４】（ａ）Ｃ工程の第二工程の加工中の状態を示
す模式図である。（ｂ）Ｃ工程の加工完了後の状態を示す模式図であ
る。

【図５】（ａ）Ｄ工程の第一工程の加工後であって、
第二工程の加工前の加工前の状態を示す模式図である。（ｂ）Ｄ工程の加工完了後の状態を示す模式図であ
る。

【図６】（ａ）Ｅ工程の加工前の状態を示す模式図で
ある。（ｂ）Ｅ工程の加工完了後の状態を示す模式図であ
る。

【図７】形成装置１の全体の構成の概略を示す模式図で
ある。

【図８】Ｅ工程の第一工程の待機状態にある形成装置１
の加工部の詳細を示す図である。

【図９】Ｅ工程の第一工程の加工中の状態にある形成装
置１の加工部の詳細を示す図である。

【図１０】しごき率１５％のときの底面部の板厚（ｍ
ｍ）とカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）の関係を
示すグラフである。

【図１１】しごき率２０％のときの底面部の板厚（ｍ
ｍ）とカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）の関係を
示すグラフである。

【図１２】しごき率２５％のときの底面部の板厚（ｍ
ｍ）とカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）の関係を
示すグラフである。

【図１３】図１のＤ工程の第二工程における本発明の加
工原理を説明する模式図である。

【図１４】図１のＥ工程において、しごき加工なしで、
絞り加工と部分圧縮加工のみを施した場合の本発明の加
工原理を説明する模式図である。

【図１５】カウンターパンチの荷重を変化させたときの
パンチ５及びカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）と
ストローク（ｍｍ）の関係を示すグラフである。

【図１６】カウンターパンチの荷重を変化させたときの
パンチ５及びカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）と
ストローク（ｍｍ）の関係を示すグラフである。

【図１７】カウンターパンチの荷重を一定にしたときの
パンチ５及びカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）と
ストローク（ｍｍ）の関係を示すグラフである。

【図１８】カウンターパンチの荷重を一定にしたときの
パンチ５及びカウンターパンチ６による荷重（ｋＮ）と
ストローク（ｍｍ）の関係を示すグラフである。

【図１９】加工前絞り比（ＤＲ）２．０、しごき率１５
％、カウンターパンチ荷重３．４３ｋＮ、ストローク７
ｍｍで形成した成形品の板厚（ｍｍ）の位置による分布
状態を示すグラフである。

【図２０】図１９の成形品の断面を示す図である。

【図２１】加工前絞り比（ＤＲ）２．０、しごき率２０
％、カウンターパンチ荷重２．９４ｋＮ、ストローク７
ｍｍで形成した成形品の板厚（ｍｍ）の位置による分布
状態を示すグラフである。

【図２２】図２１の成形品の断面を示す図である。

【図２３】加工前絞り比（ＤＲ）２．０、しごき率２５
％、カウンターパンチ荷重１．９６ｋＮ、ストローク７
ｍｍで形成した成形品の板厚（ｍｍ）の位置による分布
状態を示すグラフである。

【図２４】図２３の成形品の断面を示す図である。

【図２５】フランジ部４ｆを残した形状の成形品４ｐを
示す図である。

【図２６】フランジ部なしの絞り加工を施した材料を、
しごき加工した成形品４ｐを示す図である。

【図２７】側壁部４ｓの下部が４５°以下のテーパ角度
αを有する成形品４ｐを示す図である。

【図２８】側壁部４ｓの下部が４５°以上のテーパ角度
αを有する成形品４ｐを示す図である。

【図２９】底面部４ｂが球面の場合の成形品４ｐを示す
図である。

【図３０】底面部４ｂが球面の場合の成形品４ｐを示す
図である。

【図３１】成形品４ｐの底面部４ｂに内側方向に凸形状
を有する場合を示す図である。

【図３２】カウンターパンチをインナーカウンターパン
チ６ｉとアウターカウンターパンチ６ｏに分けて構成し
た例を示す図である。

【図３３】さらにパンチがインナーパンチ５ｉとアウタ
ーパンチ５ｏに分けて構成された例を示す図である。

【図３４】（ａ）〜（ｈ）成形品の横断面の形状の例を
示す図である。

【符号の説明】

１形成装置２ダイ３位置決め治具４素材４ｓ側壁部４ｂ底面部４ｒアール部５パンチ６カウンターパンチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤誠名古屋市中区正木三丁目６番６号株式会社高木製作所内 (72)発明者岩瀬泰史名古屋市中区正木三丁目６番６号株式会社高木製作所内 (72)発明者後藤善弘福井県福井市八重巻中町28の４番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイとパンチを用いて行うカップ状金属
部品の成形方法において、加工対象物であるブランクに対して、絞り加工と、駆動手段により所定の圧力を付加可能なカウンターパン
チで、前記加工対象物の底面部に前記パンチに対向する
圧力を付加する部分圧縮加工とが併せて行われることを
特徴とするカップ状金属部品の成形方法。
【請求項２】前記絞り加工と併せて、しごき加工が行
われることを特徴とする請求項１に記載のカップ状金属
部品の成形方法。
【請求項３】ダイとパンチを用いて行うカップ状金属
部品の成形方法において、側壁部と底面部を有したカップ状の加工対象物に対し
て、しごき加工と、駆動手段により所定の圧力を付加可能なカウンターパン
チで、前記加工対象物の底面部に前記パンチに対向する
圧力を付加する部分圧縮加工とが併せて行われることを
特徴とするカップ状金属部品の成形方法。
【請求項４】ダイと、前記ダイとともに加工対象物に対する絞り加工若しくは
しごき加工の少なくともいずれかの加工が可能なパンチ
と、当該パンチを駆動する第一の駆動手段と、前記パンチの底面部と対向する位置に配置されたカウン
ターパンチと、当該カウンターパンチを駆動する第二の駆動手段と、前記パンチによる加工中に前記パンチの底面部との間の
加工対象物の底面に対して、前記カウンターパンチによ
り所定の圧力を付加されるように前記第二の駆動手段を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とするカップ状
金属部品の成形装置。