JP2006102773A - 金属加工品、その製造方法、およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工後の寸法精度に優れ、型寿命低下を防止することが可能な金属加工品、該金属加工品の製造方法、該金属加工品の製造装置を提供する。
【解決手段】扇形部分を含む金属板を出発材２とし、該扇形部分の一対の円弧状の端面２ａおよび端面２ｂを対向させるように曲げることにより、該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品１において、対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する舌片部４ａおよび舌片部４ｂからなる係合部４を該扇形部分の終端部に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属加工品、該金属加工品の製造方法および該金属加工品の製造装置に関する。

従来、略矩形の金属板を出発材とし、該出発材の両端面を対向させるように曲げ、筒状に成形した金属加工品は公知である。
また、筒状に成形した後に、該対向する両端面を溶接したり、端面を「かしめる」ことにより、該端面同士を接合した金属加工品も知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
実開平５−５３７４１号公報

さらに、扇形の部分（以下、扇形部分）を含む金属板を出発材とし、該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品も知られている。

上記湾曲した筒状に成形した金属加工品の実施例としては、自動車におけるダブルウィッシュボーン式のサスペンションを構成する部材の一つであるアッパーアームが挙げられる。該アッパーアームは、路面からの衝撃を吸収するためのオイルダンパーとの干渉を避けるために、平面視で略コの字型に成形される。

上記アッパーアームとしては、複数の部材を溶接により接合して成形したアッパーアームが主流であるが、部品点数および溶接作業の省略と強度向上を目的として、図８に示す如く、一枚の金属板を出発材とし、該金属板の両端に扇形の部分を形成し、該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより成形したアッパーアーム１０１も検討されている。

図８および図９に示す如く、アッパーアーム１０１において、筒状に成形したアーム部分の終端面１０１ａは揃っていることが求められる。これは、当該終端部１０１ａにはアッパーアーム１０１を自動車の車体フレーム側に回動可能に枢支するための筒状の部材が溶接により固設されるからである。

アッパーアーム１０１は、図１０（ａ）に示す如く、上型１１１と下型１１２を用いて、出発材１０２の扇形部分において、一対の円弧状の端面１０２ａ・１０２ｂに近い部分を曲げる第一の曲げ加工工程と、図１０（ｂ）に示す如く、上型１２１と下型１２２を用いて、出発材１０２の扇形部分を最終形状に近い形状に曲げる第二の曲げ加工工程と、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）に示す如く、上型１３１と下型１３２を用いて、出発材１０２の扇形部分を最終形状に曲げる第三の曲げ加工工程と、を経て成形される。
また、第一の曲げ加工工程においては、図９に示す断面Ｘ２および断面Ｙ２のいずれについても図１０（ａ）に示す如くとなり、第二の曲げ加工工程においては、図９に示す断面Ｘ２および断面Ｙ２のいずれについても図１０（ｂ）に示す如くとなるが、第三の曲げ加工においては、断面Ｘ２については図１０（ｃ）に示す如くとなり、断面Ｙ２については図１０（ｄ）に示す如くとなる。
なお、図８に示すアッパーアーム１０１は、第一、第二および第三の加工工程という三つの加工工程を経て成形されるが、出発材の材質、金属加工品の最終形状等により加工工程の数を適宜増減させる必要がある。

図１１に示す如く、出発材１０２の扇形部分の内側の領域、言い換えれば、内側の端面１０２ａおよび外側の端面１０２ｂから略等距離にある点線１０３と、内側の端面１０２ａと、で挟まれた領域は、前記第一、第二および第三の曲げ加工工程において伸び変形する。
これに対して、出発材１０２の扇形部分の外側の領域、言い換えれば、内側の端面１０２ａおよび外側の端面１０２ｂから略等距離にある点線１０３と、外側の端面１０２ｂと、で挟まれた領域は、前記第一、第二および第三の曲げ加工工程において縮み変形する。
このように、出発材１０２の扇形部分の内側の領域と外側の領域とは、加工時の変形の態様が全く異なる。

そのため、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）に示す如く、第三の加工工程においては、出発材１０２の扇形部分の内側の領域と外側の領域の変形量に不均衡が生じ、扇形部分の内側の領域が外側の領域に向かってねじれる。特に、終端面１０１ａに近い領域（断面Ｙ２に対応する部分）において内側の端面１０２ａが外側の端面１０２ｂ側に大きく突出するような変形挙動を示す。
このような問題を解決するために、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）に示す如く、第三の加工工程においては、最終形状において筒状となる部分の内側に規制部材１３３を上方より挿入し、端面１０２ａおよび端面１０２ｂの位置を規制している。

しかし、出発材１０２の伸び変形する内側の領域のうち、終端面１０１ａに近い領域は、規制部材１３３に当接し、更に規制部材１３３を端面１０２ｂ側に押す方向に変形してくるため、規制部材１３３に過度の負荷がかかり、規制部材１３３が破損または変形し、設備の修理コストの増大、および金属加工品の生産性の低下を招く。
また、規制部材１３３を用いたとしても、図１２に示す如く、伸び変形する内側（端面１０２ａ側）の領域と第三の曲げ加工工程が終了した時点で終端面１０１ａの両端の位置がずれるという成形不良を起こし、アッパーアーム１０１の最終形状の寸法精度を確保することが困難であるという問題がある。

本発明は以上の如き状況に鑑み、加工後の寸法精度に優れ、型寿命低下を防止することが可能な金属加工品、該金属加工品の製造方法、該金属加工品の製造装置を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
扇形部分を含む金属板を出発材とし、
該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより、
該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品であって、
対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部を該扇形部分の終端部に形成したものである。

請求項２においては、
前記係合部は、
対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片部からなるものである。

請求項３においては、
前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部を係合させるものである。

請求項４においては、
扇形部分を含む金属板を出発材とし、
該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより、該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品の製造方法であって、
対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部を該扇形部分の終端部に形成したものである。

請求項５においては、
前記係合部は、
対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片部からなるものである。

請求項６においては、
前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部を係合させるものである。

請求項７においては、
扇形部分を含む金属板を出発材とし、
該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより、
該扇形部分を湾曲した筒状に成形する金属加工品の製造装置であって、
対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部を該扇形部分の終端部に形成するものである。

請求項８においては、
前記係合部は、
対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片部からなるものである。

請求項９においては、
前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部を係合させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させるとともに、型寿命低下を防止することが可能である。

請求項２においては、対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片同士が係合して該端面が長手方向にずれるのを防止することが可能である。従って、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項３においては、扇形部分において伸び変形する側が縮み変形する側に向かって変形する量が抑制される。従って、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項４においては、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項５においては、対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片同士が係合して該端面が長手方向にずれるのを防止することが可能である。従って、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項６においては、扇形部分において伸び変形する側が縮み変形する側に向かって変形する量が抑制される。従って、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項７においては、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項８においては、対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片同士が係合して該端面が長手方向にずれるのを防止することが可能である。従って、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

請求項９においては、扇形部分において伸び変形する側が縮み変形する側に向かって変形する量が抑制される。従って、金属加工品の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

以下では、図１から図６を用いて、本発明に係る金属加工品の実施の一形態であるアッパーアーム１の構成について説明する。
ここで、本出願における「金属加工品」とは、鉄鋼材料やその他の金属材料からなる板（本出願中において「金属板」という。）を出発材とし、該出発材を塑性変形させることにより所定の形状に成形したものをいう。
また、本出願における「出発材」とは、金属加工品の形状に応じて所定の形状にカットされた成形前の金属板をいう。
なお、本発明は金属板を出発材とする金属加工品に広く適用可能であって、本発明の適用範囲は本実施例のアッパーアーム１に限定されるものではない。

図１に示す如く、アッパーアーム１は、自動車におけるダブルウィッシュボーン式のサスペンションを構成する部材の一つである。本実施例のアッパーアーム１は、路面からの衝撃を吸収するためのオイルダンパーとの干渉を避けるために、平面視で略コの字型に成形される。
図２に示す如く、アッパーアーム１は、部品点数および溶接作業の省略と強度向上を目的として一枚の金属板を出発材２とし、出発材２の両端に扇形部分を形成し、該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより成形したものである。
ここで、「扇形部分」とは、出発材において、曲率が小さい端面および曲率が大きい端面からなる一対の円弧状の端面に挟まれた略扇形の領域である。
また、本出願における「扇形」とは、より厳密には、円錐台の側面を展開した形状またはこれに類する形状を指す。
本実施例の場合、出発材２のうち、アッパーアーム１の左右の筒状のアーム部分に対応する部分が扇形部分に相当する。

図１および図３に示す如く、アッパーアーム１は、出発材２の扇形部分の一対の円弧状の端面２ａおよび端面２ｂを対向させるように曲げることにより、出発材２の扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品である。
そして、アッパーアーム１は、対向する一対の円弧状の端面２ａ・２ｂ同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部４を該扇形部分の終端部に形成している。
本実施例の場合、係合部４は、端面２ａにおいて終端面１ａに近い部分に形成された舌状の突起である舌片部４ａと、端面２ｂにおいて終端面１ａに近い部分に形成された舌状の突起である舌片部４ｂとからなる。舌片部４ａと舌片部４ｂとは、出発材２の終端部、すなわち、終端面１ａに近い部分について端面２ａと端面２ｂとを対向させるように曲げた時に互いに係合し、終端面１ａの両端が揃って端面２ａと端面２ｂとが長手方向にずれないように規制する。

以下では、図３、図４および図５を用いて、アッパーアーム１の製造方法および製造装置の実施例について説明する。

アッパーアーム１は、第一の曲げ加工工程と、第二の曲げ加工工程と、第三の曲げ加工工程と、を経て製造される。

図２に示す如く、出発材２の扇形部分の内側の領域、言い換えれば、内側の端面２ａおよび外側の端面２ｂから略等距離にある点線３と、内側の端面２ａと、で挟まれた領域は、前記第一、第二および第三の曲げ加工工程において伸び変形する。
これに対して、出発材２の扇形部分の外側の領域、言い換えれば、内側の端面２ａおよび外側の端面２ｂから略等距離にある点線３と、外側の端面２ｂと、で挟まれた領域は、前記第一、第二および第三の曲げ加工工程において縮み変形する。
このように、出発材２の扇形部分の内側の領域と外側の領域とは、加工時の変形の態様が全く異なり、扇形部分の内側の領域が外側の領域に向かってねじれるような変形挙動を示す。

図４（ａ）に示す第一の曲げ加工工程では、上型１１と下型１２との間に出発材２をセットし、上型１１を下型１２に向かって押し下げることにより、出発材２の扇形部分において端面２ａおよび端面２ｂに近い領域を曲げる。
第一の曲げ加工工程では、図３の断面Ｘ１に対応する部分、すなわち、扇形部分の終端部から離れている部分と、図３の断面Ｙ１に対応する部分、すなわち、扇形部分の終端部に対応する部分と、はいずれも図４（ａ）に示す如くである。

図４（ｂ）に示す第二の曲げ加工工程では、上型２１と下型２２との間に前記第一の曲げ加工工程による加工後の出発材２をセットし、上型２１を下型２２に向かって押し下げることにより、該出発材２の扇形部分を最終形状に近い形状に曲げる。
ここで、「最終形状」とは、金属加工品（本実施例ではアッパーアーム１０１）の完成時の形状を指し、「最終形状に近い形状」とは、出発材１０２の加工前の形状と最終形状との間の中間的な形状を指す。
第二の曲げ加工工程では、図３の断面Ｘ１に対応する部分、すなわち、扇形部分の終端部から離れている部分と、図３の断面Ｙ１に対応する部分、すなわち、扇形部分の終端部に対応する部分と、はいずれも図４（ｂ）に示す如くである。

図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す第三の曲げ加工工程では、前記第二の曲げ加工工程による加工後の出発材２を、図３の断面Ｘ１に対応する部分、すなわち、扇形部分の終端部から離れている部分においては上型３１と下型３２との間にセットし、図３の断面Ｙ１に対応する部分、すなわち、扇形部分の終端部に対応する部分においては上型３４と下型３２との間にセットし、上型３１および上型３４を下型３２に向かって押し下げることにより、該出発材２の扇形部分を最終形状に曲げる。
上型３１と上型３４はいずれもベース３６に取り付けられており、両者は一体的に昇降可能であるが、上型３１はベース３６に固定されているのに対して、上型３４とベース３６の間にはバネ３５が介装されている。

ベース３６を下降させていくと、上型３４が上型３１に先行して出発材２の終端部に当接し、出発材２の終端部の曲げ加工が行われる。
その結果、図５に示す如く、第三の曲げ加工工程の途中で、扇形部分の終端部に形成された係合部４を構成する舌片部４ａ・４ｂが互いに係合する。

更にベース３６を下降させていくと、上型３４についてはバネ３５が弾性変形することにより出発材２の扇形部分の終端部を押さえる力が増大し、該終端部を最終形状と略同じ形状に保持した状態で、上型３１が出発材２の扇形部分の他の部分（終端部以外の部分）に当接し、出発材２の扇形部分の他の部分の曲げ加工が行われる。
このとき、伸び変形する扇形部分の端面２ａ側が端面２ｂに向かって変形する量が抑制され、扇形部分の内側の領域が外側の領域に向かってねじれる変形挙動が防止される。
結果として、端面２ａが規制部材３３に強く当接し、規制部材３３を変形、破損することを防止可能であるとともに、アッパーアーム１の寸法精度および製品歩留まりが向上する。
このようにして、出発材２は最終形状に成形され、アッパーアーム１０１が製造される。

以上の如く、本発明に係る金属加工品の実施の一形態であるアッパーアーム１は、
扇形部分を含む金属板を出発材２とし、
該扇形部分の一対の円弧状の端面２ａ・２ｂを対向させるように曲げることにより、
該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品であって、
対向する一対の円弧状の端面端面２ａ・２ｂ同士が該端面端面２ａ・２ｂの長手方向にずれるのを規制する係合部４を該扇形部分の終端部に形成したものである。
このように構成することにより、アッパーアーム１の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させるとともに、型寿命低下を防止することが可能である。

なお、本実施例のアッパーアーム１は、出発材２の一部である両端部に扇形部分を形成したものであるが、金属加工品の出発材の全体の形状が扇形である場合にも本発明は適用可能である。従って、出発材となる金属板の全体または一部に扇形部分が形成されていれば良い。言い換えれば、金属板に扇状部分が単数または複数箇所含まれていれば良い。

また、係合部をどの時点で形成するかは、金属加工品の形状や材質等により適宜選択することが望ましい。すなわち、金属加工品を最終形状に塑性変形させる前に係合部を形成し、係合部の近傍を他の部分に先行して変形させて係合部を係合させ、その後他の部分を最終形状となるように塑性変形させればよい。係合部を形成する時点の具体例としては、出発材２を曲げ加工する前や、出発材２を最終形状に成形する直前が挙げられる。

また、本発明に係る金属加工品の実施の一形態であるアッパーアーム１の係合部４は、
対向する一対の円弧状の端面２ａ・２ｂにそれぞれ設けられた舌片部４ａ・４ｂからなるものである。
このように構成することにより、舌片部４ａ・４ｂが係合して端面２ａ・２ｂが長手方向にずれるのを防止することが可能である。従って、アッパーアーム１の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

なお、係合部の形状は本実施例の係合部４に限定されず、他の形状でも良い。
例えば、図６に示す如き端面２ａ側に形成された鋸状の係合片４４ａ・４４ａ・・・および端面２ｂ側に形成された鋸状の係合片４４ｂ・４４ｂ・・・からなる係合部４４や、図７に示す如き端面２ａ側に形成された係合受け部５４ａおよび端面２ｂ側に形成された係合片５４ｂからなる係合部５４も、前記係合部４と略同様の効果を奏する。

また、本発明に係る金属加工品の実施の一形態であるアッパーアーム１は、
前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部４を係合させるものである。
このように構成することにより、扇形部分において伸び変形する側が縮み変形する側に向かって変形する量が抑制される。従って、アッパーアーム１の加工時に終端部がねじれるのを防止し、加工後の寸法精度を向上させることが可能である。

本発明に係る金属加工品の実施の一形態を示す斜視図。 本発明に係る金属加工品の実施の一形態の出発材の扇形部分を示す斜視図。 本発明に係る金属加工品の実施の一形態の終端部を示す要部斜視図。 本発明に係る金属加工品の実施の一形態の製造方法を示す模式図。 本発明に係る金属加工品の実施の一形態の加工途中の状態を示す要部斜視図。 本発明に係る金属加工品の第一の別実施例を示す要部斜視図。 本発明に係る金属加工品の第二の別実施例を示す要部斜視図。 従来の金属加工品の実施の一形態を示す斜視図。 従来の金属加工品の終端部を示す要部斜視図。 従来の金属加工品の製造方法を示す模式図。 従来の金属加工品の出発材の扇形部分を示す斜視図。 従来の金属加工品の終端部で成形不良が起きた場合の要部斜視図。

符号の説明

１ アッパーアーム（金属加工品）
２ 出発材
２ａ 端面
２ｂ 端面
４ 係合部

Claims (9)

1. 扇形部分を含む金属板を出発材とし、
   該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより、
   該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品であって、
   対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部を該扇形部分の終端部に形成したことを特徴とする金属加工品。
2. 前記係合部は、対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片部からなることを特徴とする請求項１に記載の金属加工品。
3. 前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部を係合させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属加工品。
4. 扇形部分を含む金属板を出発材とし、
   該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより、
   該扇形部分を湾曲した筒状に成形した金属加工品の製造方法であって、
   対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部を該扇形部分の終端部に形成したことを特徴とする金属加工品の製造方法。
5. 前記係合部は、対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片部からなることを特徴とする請求項４に記載の金属加工品の製造方法。
6. 前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部を係合させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属加工品の製造方法。
7. 扇形部分を含む金属板を出発材とし、
   該扇形部分の一対の円弧状の端面を対向させるように曲げることにより、
   該扇形部分を湾曲した筒状に成形する金属加工品の製造装置であって、
   対向する一対の円弧状の端面同士が該端面の長手方向にずれるのを規制する係合部を該扇形部分の終端部に形成することを特徴とする金属加工品の製造装置。
8. 前記係合部は、対向する一対の円弧状の端面にそれぞれ設けられた舌片部からなることを特徴とする請求項７に記載の金属加工品の製造装置。
9. 前記扇形部分の他の部分に先行して該扇形部分の終端部を曲げ、該係合部を係合させることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の金属加工品の製造装置。

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