JP2005052863A

JP2005052863A - 液圧成形装置および液圧成形方法並びに液圧成形部材

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Publication number: JP2005052863A
Application number: JP2003285781A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kanamori; 謙二金森; Nariyuki Nakagawa; 成幸中川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を成形する際に、シワ等の成形不具合の発生を抑制することが可能である液圧成形装置を提供する。
【解決手段】重ね合わせた板材１０，２０の周辺を接合してなる予備成形体３０が内側に配置される第１成形型４０および第２成形型５０と、第１成形型４０および第２成形型５０によって型締めされた予備成形体３０の内側に、液圧を付加することで、予備成形体３０を膨出させるための流体供給手段５５〜５９と、予備成形体３０の膨出の際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材２０の断面周長を増加させるための周長制御手段５２とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液圧成形装置および液圧成形方法並びに液圧成形部材に関する。

従来の液圧成形においては、２枚の板材からなる予備成形体を、上下に分割された金型（上型および下型）の内側に配置し、型締めした後に、予備成形体の内側に徐々に液圧を付加することで膨出させ、金型のキャビティに押圧して、成形している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３４７６４３号公報

しかし、液圧成形によって得られる部材（液圧成形部材）において、上型のキャビティに相対する板材によって構成される外面の断面周長と、下型のキャビティに相対する板材によって構成される外面の断面周長とが異なる場合、シワ等の成形不具合が発生し、表面形状が悪化する問題を有する。

例えば、断面周長が短い外面を構成することとなる一方の板材における材料流入は、断面周長が長い外面を構成することとなる他方の板材における材料流入に追従する。そのため、断面周長が短い外面を構成することとなる一方の板材においては、大きな材料余りが生じ、シワが発生する。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を成形する際に、シワ等の成形不具合の発生を抑制することが可能である液圧成形装置および液圧成形方法、並びに良好な表面形状を備えた断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体から、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を得るための液圧成形装置であって、
予備成形体が内側に配置される第１成形型および第２成形型と、
前記第１成形型および第２成形型によって型締めされた予備成形体の内側に、液圧を付加することで、予備成形体を膨出させるための流体供給手段と、
予備成形体の膨出の際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を増加させるための周長制御手段と
を有することを特徴とする液圧成形装置である。

上記目的を達成するための請求項６に記載の発明は、
重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体から、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を得るための液圧成形方法であって、
予備成形体を、第１成形型および第２成形型の内側に配置し、型締めした後、予備成形体の内側に液圧を付加し、予備成形体を膨出させる際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を増加させる
ことを特徴とする液圧成形方法である。

上記目的を達成するための請求項１１に記載の発明は、
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の液圧成形方法を用いて成形されたことを特徴とする液圧成形部材である。

上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、予備成形体の膨出の際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を増加させることが可能である。この場合、前記板材における材料流入が、断面周長が長い外面を構成することとなる板材における材料流入に追従して引き起こされても、材料余りを制御することができるため、シワ等の成形不具合の発生を防ぎ、表面形状が悪化することを避けることが可能である。つまり、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を成形する際に、シワ等の成形不具合の発生を抑制することが可能である液圧成形装置を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、予備成形体の膨出の際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長が増加する。そのため、前記板材における材料流入が、断面周長が長い外面を構成することとなる板材における材料流入に追従して引き起こされても、材料余りが抑制される。したがって、シワ等の成形不具合の発生を防ぎ、表面形状が悪化することを避けることが可能である。つまり、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を成形する際に、シワ等の成形不具合の発生を抑制することが可能である液圧成形方法を提供することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材の成形の際、シワ等の成形不具合の発生が防がれ、表面形状が悪化することが避けられる。したがって、良好な表面形状を備えた断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る液圧成形部材の適用例を説明するための斜視図、図２は、本発明の実施の形態に係る予備成形体の断面図、図３は、図２に示される予備成形体から得られる液圧成形部材の断面図、図４は、比較例に係る液圧成形部材の断面図である。

液圧成形部材３５は、予備成形体３０から成形され、例えば、自動車車体のフロントピラーのような断面周長が異なる外面を有する部材に適用される。

予備成形体３０は、重ね合わせた板材１０，２０によって形成される。板材１０，２０はそれぞれ、凸部１１，２１と、重合い部１２，２２と、縁部１５，２５とを有する。凸部１１，２１は、後述される液圧成形装置のノズル部を配置するためのスペースを構成する。また、凸部２１は、ノズル部５５を挿入するための開口部２４が形成されている。

重合い部１２，２２は、目的とする液圧成形部材を得るために膨出する部位である。凸部１１，２１から重合い部１２，２２への移行部は、ノズル部５５から吐出される高圧液体を、重合い部１２，２２に注入するための液圧注入部３２を形成する。高圧液体は、例えば、水である。

縁部１５，２５は、気密性を保つように接合される板材の周辺部位であり、外周接合部３１を形成する。接合は、例えば、レーザー溶接、アーク溶接、接着剤を適用することが可能である。接合部位は、必要に応じ、略全周に渡ってあるいは部分的である。

なお、液圧成形部材３５は、断面周長が異なる外面３６，３７を有する。断面周長が短い外面３７は、凹状および／又は凸状の段差２３を有する。段差２３は、予備成形体３０を膨出させる際において、板材２０の断面周長を増加させるために形成される。

そのため、外面３７を構成することとなる板材２０の断面周長Ｌ_２１は、段差２３を有しない比較例に係る液圧成形部材１３５の外面１３７を構成することとなる板材１２０の断面周長Ｌ_２０より長くなっている。また、予備成形体の膨出完了後において、板材２０の断面周長Ｌ_２１を、断面周長が長い外面３６を構成することとなる板材１０の断面周長Ｌ_１１によって除した比率（断面周長比率）は、板材１２０の断面周長Ｌ_２０を、断面周長が長い外面１３６を構成することとなる板材１１０の断面周長Ｌ_１０によって除した比率より大きくなっている。

つまり、予備成形体３０の膨出の際において、板材２０における材料流入は、断面周長が長い外面３６を構成することとなる板材１０における材料流入に追従して引き起こされるが、板材２０の断面周長が実質的に増加しているため、板材２０における材料流入における材料余りが抑制されている。

したがって、シワ等の成形不具合の発生が防がれ、表面形状が悪化することが避けられる。つまり、液圧成形部材３５は良好な表面形状を有する。また、段差２３の形状および配置は、特に限定されず、目的とする液圧成形部材に応じて、適宜設定することが可能である。

図５は、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置の断面図、図６は、図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図であり、型締め時を示している。

本発明の実施の形態に係る液圧成形装置は、上型（第１成形型）４０と、下型（第２成形型）５０と、流体供給手段と、周長制御手段５２と、型締力調整手段（不図示）とを有する。

上型４０および下型５０は、上下に分割された金型であり、予備成形体３０が内側に配置される。上型４０および下型５０はそれぞれ、キャビティ４１，５１と、押圧部４３，５３と、凹溝４４，５４とを有する。

キャビティ４１，５１は、目的とする液圧成形部材３５の外形に対応した形状を有している。押圧部４３，５３は、型締めの際に、予備成形体３０の外周接合部３１および縁部１５，２５の近傍を押圧するために使用される。凹溝４４，５４は、予備成形体３０を構成する板材１０，２０の凸部１１，２１を配置するために使用される。

流体供給手段は、予備成形体３０の内側に徐々に液圧を付加することで膨出させ、キャビティ４１，５１に押圧するために使用され、板材１０，２０の凸部１１，２１に配置されるノズル部５５を有する。ノズル部５５は、予備成形体３０の液圧注入部３２に、高圧液体を注入するための吐出口５６を有する。

また、流体供給手段は、外部の高圧発生装置に連結されている配管（例えば、高圧ホース）５９が接続される導入口５８と、導入口５８と吐出口５６とを接続している通路５７とを有する。

周長制御手段５２は、予備成形体３０の膨出の際において、断面周長が短い外面３７を構成することとなる板材２０の断面周長を増加させるために使用される。したがって、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置は、板材２０における材料流入が、断面周長が長い外面３６を構成することとなる板材１０における材料流入に追従して引き起こされても、材料余りを制御することができる。つまり、シワ等の成形不具合の発生を防ぎ、液圧成形部材３５の表面形状が悪化することを避けることが可能である。

周長制御手段５２は、本発明の実施の形態においては、板材２０に相対するキャビティ５１に配置される押型（エンボス型）から構成される。押型５２は、予備成形体３０の膨出に伴って、板材２０に対してエンボス加工を施し、凹状および／又は凸状の段差２３を、安定的かつ容易に形成することが可能である。

また、押型５２は、板材２０に相対するキャビティ５１の長手方向の全域に渡って、連続的に設けられている。したがって、液圧成形部材３５の長手方向全体に渡って、シワ等の成形不具合の発生を防ぐことが可能である。

押型５２の形状は、断面周長比率が、７７％以上かつ１２３％以下となるように、設定されることが好ましい。これは、断面周長比率が７７％以上の場合、板材２０においてシワ等の成形不具合の発生を安定的に防ぐことが可能であり、また、断面周長比率が１２３％を越える場合、板材１０においてシワ等の成形不具合の発生する虞が生じるためである。

型締力調整手段は、例えば、上型４０および下型５０を駆動するための可変式の油圧系を有するスライド駆動機構を備えており、予備成形体３０の膨出の進展に対応して、型締力を３段階（Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３）に変更可能である。

例えば、材料流入を最も必要とする膨出初期において、小さな型締力Ｆ_１を適用することで、材料流入をより促進させ、板厚減少や破断を、抑制することができる。また、膨出中期においては、最終液圧に対応する型締力Ｆ_３より小さな型締力Ｆ_２を適用することで、材料流入を比較的促進させることが可能である。なお、型締力の切り替えは、例えば、経過時間や液圧の変化や予備成形体３０の形状変化に基づいて、適宜設定することが可能である。

以上のように、本発明の実施の形態は、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を成形する際に、シワ等の成形不具合の発生を抑制することが可能である液圧成形装置を提供することができる。

なお、型締力の制御は、３段階に限定されず、例えば、型締力Ｆ_２を省略した２段階とすることで、型締力調整手段の構成を簡略化することも可能である。また、型締力の制御を、４段階以上や連続とし、材料流入量を高精度に制御することも可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を参照し、液圧成形方法を説明する。図７は、膨出途中を示している断面図、図８は、膨出完了時を示している断面図、図９は、型締力の制御方法を説明するためのグラフであり、経過時間に関する液圧、型締力、材料流入量の関係を示している。なお、材料流入量Ｗは、材料流入の累積値である。

まず、予備成形体３０が、上型４０および下型５０の内側に配置され、型締めされる（図６参照）。その後、外部の高圧発生装置が起動され、高圧液体が発生させられる。高圧液体は、配管５９、導入口５８、通路５７を経由し、ノズル部５５に供給される。

高圧液体は、ノズル部５５の吐出口５６を経由して、予備成形体３０の液圧注入部３２に注入され、板材１０，２０を膨出させる。この際、板材１０，２０の縁部１５，２４は、気密性を保つように接合された外周接合部３１を有するため、高圧液体が予備成形体３０から漏れ出すことがない。

液体の供給の開始直後においては、液圧Ｐは低く、上型４０および下型５０を押し開ける力は小さい。したがって、液圧Ｐに対応する、上型４０および下型５０が押し開かない型締力Ｆ_１は、最終の型締力Ｆ_３に比べて極めて小さい。そのため、材料流入量Ｗの増加を多く必要とする膨出初期において、材料流入が促進されるため、板厚減少や破断が、確実に抑制される。

液体の供給を継続することで液圧Ｐが連続的に上昇し、予備成形体３０の膨出が進行する。その結果、板材２０とキャビティ５１に配置される押型５２とが接触し、押型５２は、板材２０に対してエンボス加工を施し、凹状および／又は凸状の段差２３の形成を開始する（図７参照）。つまり、予備成形体３０を膨出させる際において、断面周長が短い外面３７を構成することとなる板材２０の断面周長が増加し始める。

この際、板材２０における材料流入が、板材１０における材料流入に追従して引き起こされるが、材料余りが抑制される。したがって、シワ等の成形不具合の発生が防がれ、表面形状の悪化が避けられる。

また、押型５２は、板材２０に相対するキャビティ５１の長手方向の全域に渡って、連続的に設けられているため、エンボス加工は、板材２０の長手方向の全域に渡って、連続的に施される。したがって、長手方向全体に渡って、シワ等の成形不具合の発生が防がれる。

型締力Ｆ_１は、小さすぎる場合、材料流入が過剰となり、板材２０におけるシワ等の成形不具合を発生させ易くなり、また、大きすぎる場合、材料流入が不足して、板材１０における割れ等の成形不具合を発生させ易くなる。したがって、断面周長比率が小さい場合は、特に、型締力Ｆ_１を、断面周長比率に応じて、適時設定することが好ましい。

例えば、予備成形体３０を構成する板材１０，２０が、１．６ｍｍ厚の鋼板であり、断面周長比率が７７％に設定されている場合、型締力Ｆ_１が３．９２×１０^６Ｎでは、板材２０においてシワが発生し、５．８８×１０^６Ｎでは、成形不具合の発生せず、良好な外観が得られ、７．８４×１０^６Ｎでは、板材１０において割れが発生する。

その後、型締力を段階的に上昇させ、型締力Ｆ_１から型締力Ｆ_２へ切り替える。型締力Ｆ_２は、最終の型締力Ｆ_３に比べて小さいため、材料流入を比較的促進させる。

液圧Ｐがさらに上昇し、予備成形体における材料流入量Ｗの増加が顕著に見られなくなると、型締力を段階的に上昇させ、型締力Ｆ_２から最終の型締力Ｆ_３へ切り替える。

液圧Ｐが最終液圧にまで上昇し、図８に示される状態に達すると、液圧Ｐの上昇を停止し、所定時間保持することで、目的とする液圧成形部材が得られる。そして、除圧した後、上型４０が上昇することで型開きされ、液圧成形部材が取り出され、必要に応じて、切断などのトリミングを施される。得られる液圧成形部材は、上述のように、シワ等の成形不具合の発生が防がれ、表面形状が悪化することが避けられているため、良好な表面形状を備えている。

以上のように、本発明の実施の形態は、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を成形する際に、シワ等の成形不具合の発生を抑制することが可能である液圧成形方法を提供することが可能であり、また、良好な表面形状を備えた断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を提供することが可能である。

図１０は、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置の変形例を説明するための断面図、図１１は、図１０の液圧成形装置における型締力の制御方法を説明するためのグラフであり、経過時間に関する液圧、型締力、材料流入量の関係を示している。

本発明の実施の形態に係る液圧成形装置の変形例は、型締力調整手段を有しておらず、型締め機構が簡略されている。詳述すると、上型４０および下型５０の押圧部４３，５３に、スペーサ６０が配置されており、型締力Ｆは、一定に制御される。

この場合、型締力Ｆは、液圧Ｐの最終値に対応しており、材料流入量に応じて調整できないため、断面周長比率を、適時設定することが好ましい。

例えば、予備成形体３０を構成する板材１０，２０が、１．６ｍｍ厚の鋼板である場合、設定された断面周長比率が８５％では、板材２０にシワが発生し、８７％および９０％では、成形不具合の発生せず、良好な外観が得られた。また、設定された断面周長比率が１１５％では、板材１０にシワが発生し、１１３％では、成形不具合の発生しない。

したがって、押型５２の形状は、断面周長比率が８７％以上かつ１１３％以下となるように、設定されることが好ましい。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、周長制御手段は、押型を有するものに限定されず、また、板材の断面周長を増加させる方法も、押型を利用することに限定されない。さらに、押型および段差の形状および配置は、特に限定されず、目的とする液圧成形部材に応じて、適宜設定することが可能である。

本発明の実施の形態に係る液圧成形部材の適用例を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態に係る予備成形体の断面図である。図２に示される予備成形体から得られる液圧成形部材の断面図である。比較例に係る液圧成形部材の断面図である。本発明の実施の形態に係る液圧成形装置の断面図である。図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図であり、型締め時を示している。本発明の実施の形態に係る液圧成形方法を説明するための断面図であり、膨出途中を示している。本発明の実施の形態に係る液圧成形方法を説明するための断面図であり、膨出完了時を示している。図５の液圧成形装置における型締力の制御方法を説明するためのグラフであり、経過時間に関する液圧、型締力、材料流入量の関係を示している。本発明の実施の形態に係る液圧成形装置の変形例を説明するための断面図である。図１０の液圧成形装置における型締力の制御方法を説明するためのグラフであり、経過時間に関する液圧、型締力、材料流入量の関係を示している。

符号の説明

１０，１１０・・板材、
１１・・凸部、
１２・・重合い部、
１５・・縁部、
２０，１２０・・板材、
２１・・凸部、
２２・・重合い部、
２３・・段差、
２４・・開口部、
２５・・縁部、
３０・・予備成形体、
３１・・外周接合部、
３２・・液圧注入部、
３５，１３５・・液圧成形部材、
３６，３７，１３６，１３７・・外面、
４０・・上型（第１成形型）、
４１・・キャビティ、
４３・・押圧部、
４４・・凹溝、
５０・・下型（第２成形型）、
５１・・キャビティ、
５２・・押型（周長制御手段）、
５３・・押圧部、
５４・・凹溝、
５５・・ノズル部、
５６・・吐出口、
５７・・通路、
５８・・導入口、
５９・・配管、
６０・・スペーサ、
Ｆ，Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３・・型締力、
Ｌ_１０，Ｌ_１１，Ｌ_２０，Ｌ_２１・・断面周長、
Ｐ・・液圧、
Ｗ・・材料流入量。

Claims

重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体から、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を得るための液圧成形装置であって、
予備成形体が内側に配置される第１成形型および第２成形型と、
前記第１成形型および第２成形型によって型締めされた予備成形体の内側に、液圧を付加することで、予備成形体を膨出させるための流体供給手段と、
予備成形体の膨出の際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を増加させるための周長制御手段と
を有することを特徴とする液圧成形装置。
前記周長制御手段は、断面周長が短い外面を構成することとなる板材に相対するキャビティに配置される押型を有しており、予備成形体の膨出に伴って、前記押型により前記板材に対してエンボス加工が施されることで、前記板材の断面周長が増加することを特徴とする請求項１に記載の液圧成形装置。
前記押型は、前記キャビティの長手方向の全域に渡って、連続的に設けられることを特徴とする請求項２に記載の液圧成形装置。
断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を、断面周長が長い外面を構成することとなる板材の断面周長によって除した比率が、予備成形体の膨出完了後において、７７％以上かつ１２３％以下となるように、前記押型の形状は設定されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液圧成形装置。
前記比率は、８７％以上かつ１１３％以下であることを特徴とする請求項４に記載の液圧成形装置。
重ね合わせた板材の周辺を接合してなる予備成形体から、断面周長が異なる外面を有する液圧成形部材を得るための液圧成形方法であって、
予備成形体を、第１成形型および第２成形型の内側に配置し、型締めした後、予備成形体の内側に液圧を付加し、予備成形体を膨出させる際において、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を増加させる
ことを特徴とする液圧成形方法。
予備成形体の膨出に伴って、断面周長が短い外面を構成することとなる板材に相対するキャビティに配置される押型により、前記板材に対してエンボス加工を施すことで、前記板材の断面周長を増加させることを特徴とする請求項６に記載の液圧成形方法。
前記エンボス加工は、断面周長が短い外面を構成することとなる板材の長手方向の全域に渡って、連続的に施されることを特徴とする請求項７に記載の液圧成形方法。
断面周長が短い外面を構成することとなる板材の断面周長を、断面周長が長い外面を構成することとなる板材の断面周長によって除した比率が、予備成形体の膨出完了後において、７７％以上かつ１２３％以下となるように、エンボス加工が施されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の液圧成形方法。
前記比率は、８７％以上かつ１１３％以下であることを特徴とする請求項９に記載の液圧成形方法。
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の液圧成形方法を用いて成形されることを特徴とする液圧成形部材。