JP2012020330A - バーリング加工方法及びバーリング加工具 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板などの板状の被加工材にフランジを形成するバーリング加工において、より均一な肉厚のフランジを成形するための技術を提供することを目的とする。
【解決手段】バーリングパンチ２０を、先端側の小径部２１と、基部側の大径部２３と、小径部２１の外径から大径部２３の外径まで連続的に径を拡大させながら小径部２１と大径部２３を滑らかに接続する拡径部２２とを有する先細りの円柱棒状に形成する。拡径部２２の作用面は曲率半径１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下の外側に膨らむ曲線である。このパンチ２０を、被加工材９に形成された下孔９１に押し込んでフランジ９２を形成するに際し、パンチ２０から被加工材９に与える力の拡径方向成分が大きくなるようにして、下孔９１の周縁の材料を板厚方向への伸びを抑える。
【選択図】図３

Description

本発明は、平板等の被加工材に下孔を穿けて、この下孔の周縁にフランジ（中空筒状の突起）を成形するバーリング加工方法、及びこの加工方法に適したバーリングパンチに関する。

従来、平板等の被加工材にフランジを形成するために、バーリング加工が用いられている。バーリング加工は、プレス金型を用いた打ち出し成形加工の一種である。バーリング加工は、大きく分けて、被加工材から材料を打ち抜いて下孔を形成するステップと、下孔の周縁の材料を変形させてフランジを形成するステップとから成る。フランジを成形するステップでは、パンチを下孔と同心状に押し込むことにより、下孔の周縁の材料が板厚方向に伸ばされてフランジの高さ（軸方向長さ）が拡大するとともに、孔の径を拡げる方向（以下、「拡径方向」という）に押し広げられてフランジの内径が拡大する。このようなバーリング加工で形成されたフランジの先端部分の肉厚（フランジの壁の厚み）は、材料が伸びることから、被加工材の元の板厚よりも減少している。一般に、バーリング加工により形成されたフランジは、基部から先端に向けて肉厚が減少しており、フランジが高いほど肉厚偏差が大きくなる傾向がある。

バーリング加工で使用されるパンチの先端形状には様々なものがある。例えば、砲弾形状、円錐（円錐台）形状、面取りされた円柱形状、及び半球形状などの先端形状を有するパンチが知られている。特許文献１に開示されたバーリング加工用のパンチの先端は、尖端から徐々に拡径していく弾頭（砲弾）形状を有している。また、特許文献２に開示されたバーリング加工用のパンチの先端部分は、外側に凸の円弧を回転して成る回転体であるテーパ部と、下孔径とほぼ同径の半球形を成しテーパ部の先端に設けられた突出部とを有している。さらに、特許文献３に開示されたバーリング加工用のパンチの先端部分は、下孔径とほぼ同径の小径部と、パンチ径とほぼ同径の大径部と、小径部と大径部との間において拡径しその軸方向の断面が曲線状に形成された拡径部とを有している。

特開平５−３８５３１号公報 特開２００４−１４１８９６号公報 特開２００９−２７９６４２号公報

上記のようにバーリング加工で形成されたフランジの利用形態の一つとして、薄板材へのネジ加工がある。薄板材はネジを加工するために十分な厚みがないが、バーリング加工により薄板材にフランジを成形し、このフランジの内周にタップ等の工具を用いてネジ山を形成することによって、薄板材に直接にネジを加工することが可能となる。このように直接にネジが加工された板材は、例えば、軽薄化が求められている家電製品等の筐体に使用されている。

上記のように直接にネジが加工された板材を利用した製品において、板材を薄くすれば、同じ外形であっても更なる軽量化が可能である。しかし、板材の板厚が不十分であると、この板材に直接に加工されたネジ山にネジを螺入したときに、十分な締め付けトルクが得られないことがある。従来のバーリング加工で形成されるフランジの肉厚は被加工材の板厚に依拠することから、被加工材の板厚を小さくすればフランジの肉厚（特に、フランジの先端部の肉厚）が小さくなる。例えば、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）にＭ５ネジ（５ｍｍ径のメートル並目ネジ）に対応するネジ山を成形する場合に、鋼板の最小の板厚は０．８ｍｍであることは業界の常識である。これよりも小さい板厚の電気亜鉛めっき鋼板にバーリング加工でフランジを成形し、該フランジにＭ５ネジに対応するネジ山を成形しても、十分な締め付けトルク（４．９Ｎ・ｍ以上）が得られないからである。

一方で、バーリング加工で形成されるフランジを高くすれば、フランジに形成されるネジ山の条数を多くすることができるが、前述の通りフランジの肉厚偏差が大きくなり、さらに、ネジのために必要となる空間が増大して製品の軽薄化を阻害する。

上記に鑑み、本発明は鋼板などの板状の被加工材にフランジを形成するバーリング加工において、より均一な肉厚のフランジを成形するための技術を提供することを目的とする。ひいては、バーリング加工により被加工材に成形されたフランジの内周にネジを加工する場合に、従来と比較して薄い被加工材を使用可能とすることを目的とする。

本発明に係るバーリング加工方法は、板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の被加工材に下孔を形成する第１のステップと、前記下孔よりも小径の小径部と、前記下孔よりも大径の大径部と、前記小径部の外径から前記大径部の外径まで連続的に径を拡大させながら前記小径部と前記大径部とを滑らかに接続する拡径部とを有するパンチの、前記小径部を前記下孔へ挿入する第２のステップと、前記パンチから前記被加工材へ与える力を板厚方向成分と拡径方向成分とに分解したときに、板厚方向成分と拡径方向成分との比を、５０＋ｋ：５０−ｋ（但し、ｋは−１０以上１０以下の数）から０：１００まで連続的に変化させながら、前記パンチの前記拡径部を前記下孔へ押し込む第３のステップと、前記パンチから前記被加工材へ拡径方向に力を加えながら、前記パンチの前記大径部を前記下孔へ押し込む第４のステップとを含み、前記被加工材の前記下孔の縁に内径が２．５０ｍｍ以上５．５０ｍｍ以下であって高さが０．７０ｍｍ以上３．２０ｍｍ以下のフランジを形成するものである。

上記方法によれば、バーリング加工具（パンチ）を被加工材に形成された下孔に押し込むことにより、下孔周縁の材料は、大部分が拡径方向に押圧されて圧縮されながら拡径方向に移動してフランジの内径を拡大し、一部分が板厚方向へ逃げて板厚方向に移動してフランジの高さを拡大する。つまり、下孔周縁の材料を極力伸ばさないようにして、フランジが形成される。このように、従来のバーリング加工と比較して材料の伸びを小さくすることで、フランジの肉厚偏差が小さくなり、より均一な肉厚のフランジを成形できる。これに加え、フランジの肉厚と被加工材の肉厚との差異を小さくすることができる。さらには、被加工材の板厚材料は拡径方向に圧縮されるので、フランジの肉厚を被加工材の板厚以上とすることもできる。よって、被加工材に成形されたフランジの内周にネジを加工する場合に、従来と比較して薄い被加工材を利用することが可能となる。

前記バーリング加工方法において、前記第３のステップにおいて、前記板厚方向成分よりも前記拡径方向成分が大きいことがよい。

また、前記バーリング加工方法において、前記フランジは前記被加工材へネジを加工するために利用されるものであって、前記第３のステップにおいて、前記フランジが２〜３条のネジ山を形成できる高さとなるまで前記下孔の周縁の材料を板厚方向へ移動させることがよい。

さらに、前記バーリング加工方法において、前記パンチの前記拡径部は、その軸方向の断面において、作用面が曲率半径１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下の外側に膨らむ曲線で形成されてなることがよい。

また、本発明に係るバーリング加工具は、被加工材に設けられた下孔に押し込んでバーリング加工を行うための加工具であって、先端側の小径部と、基部側の大径部と、前記小径部の外径から前記大径部の外径まで連続的に径を拡大させながら前記小径部と前記大径部を滑らかに接続する拡径部とを有する先細りの円柱棒状をなし、前記拡径部の軸方向の断面において、該拡径部の作用面は曲率半径１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下の外側に膨らむ曲線であるものである。

本発明によれば、従来のバーリング加工と比較して材料の伸びを小さくすることで、フランジの肉厚偏差が小さくなり、より均一な肉厚のフランジを成形できる。さらに、フランジの肉厚と被加工材の肉厚との差異を小さくすることができるので、被加工材に成形されたフランジの内周にネジを加工する場合に、従来と比較して薄い被加工材を利用することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るバーリングパンチを備えたプレス金型の概略構成を示す図である。 プレス金型の一部拡大図である。 バーリングパンチの先端部分を示す図である。 バーリングパンチの先端部分の変形例１を示す図である。 バーリングパンチの先端部分の変形例２を示す図である。 （ａ）はバーリング加工により被加工材に成形されたフランジの断面図であり、（ｂ）はフランジに加工されたネジを説明するためのフランジの断面図である。 バーリング加工のフローチャートである。 バーリング加工において被加工材からフランジが成形される様子を説明する図である。 バーリングパンチが被加工材に与える力の拡径方向成分の割合とバーリングパンチの拡径部の曲率半径との関係を示すグラフである。 （ａ）は実施例１に係るバーリングパンチの先端部分を示す図であり、（ｂ）は比較例１に係るバーリングパンチの先端部分を示す図である。 実施例１に係るバーリングパンチと比較例１に係るバーリングパンチとの作用径とパンチストロークの関係を示すグラフである。 バーリングパンチが被加工材に与える力の拡径方向成分の割合とパンチストロークとの関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

まず、本発明の実施の形態に係るバーリングパンチ（バーリング加工具）が取り付けられたプレス金型１０の概略構成から説明する。図１は本発明の実施の形態に係るバーリングパンチを備えたプレス金型の概略構成を示す図であり、図２はプレス金型の一部拡大図である。図２では、ストリッパ１４とダイ１３に挟まれた被加工材９にバーリングパンチ（以下では、単にパンチ２０という）が押し込まれている状態を、理解を平易とするために一部断面で示している。

図１及び図２に示すように、プレス金型１０は、上下に対向する上型１１及び下型１２を備えている。上型１１及び下型１２はプレス機（図示せず）に取り付けられて、固定された下型１２に対し上型１１が上下動できる。上型１１と下型１２との間には、上面に開口するバーリング穴１３ａ（凹部）が形成されたダイ１３と、このダイ１３に載置された被加工材９を介して対向するように配置されたストリッパ１４と、バーリング穴１３ａに挿入可能な形状を有するパンチ２０とを備えている。ダイ１３は下型１２に固定されている。一方、パンチ２０とストリッパ１４は、上型１１の下部に固定された上型ベース１７に取り付けられている。パンチ２０はストリッパ１４を上下方向に貫通している。ストリッパ１４は、上型ベース１７を上下方向に貫通するガイドポスト１５に案内されて、上型１１に対して近接及び離反する方向に移動できる。ストリッパ１４と上型１１との間には、ストリッパ１４を上型１１から離反する方向へ付勢する圧縮コイルバネ１６が設けられている。パンチ２０はストリッパ１４を上下方向に貫通している。

プレス金型１０は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、下型１２にパンチ２０が設けられて上型１１にダイ１３が設けられていたり、ストリッパ１４が下型１２に設けられていたりしてもかまわない。プレス金型１０は、パンチ２０とダイ１３を除いて公知の一般的な態様のものが採用されうる。上記の通り、パンチ２０とダイ１３を除く余のプレス金型１０の構造は公知のものと特別な差異がないので、プレス金型１０に関してこれ以上の詳細な説明は省略する。

次に、パンチ２０について、詳細に説明する。図３はバーリングパンチの先端部分を示す図である。図３に示すように、パンチ２０の先端部分は、先端側の小径部２１と、基部側の大径部２３と、小径部２１の外径から大径部２３の外径まで連続的に径を拡大させながら小径部２１と大径部２３とを滑らかに接続する拡径部２２とを有している。このようなパンチ２０は、全体として先細りの円柱棒状を成している。なお、パンチ２０は複数部材で構成されていてもよい。

パンチ２０の小径部２１の外径は、被加工材９に設けられる下孔９１の外径Ｄ１よりも小さい。つまり、パンチ２０の小径部２１は、被加工材９に設けられた下孔９１へ挿入可能である。また、パンチ２０の大径部２３の外径Ｄ２は、被加工材９に設けられる下孔９１の内径Ｄ１よりも大きく、被加工材９に形成されるフランジ９２の内径とほぼ等しい。そして、パンチ２０をその中心軸２９を含む平面で軸方向（上下方向）に切断したときに、パンチ２０の拡径部２２の作用面（被加工材９と接触する面）は曲率半径Ｒ_aの外側に膨らむ曲線で形成されている。換言すれば、拡径部２２は曲率半径Ｒ_aの外側に膨らむ曲線を中心軸２９を軸として回転させて成る回転体形状を有する。拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下である。望ましくは、拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは１４ｍｍ以上１６ｍｍ以下である。このような拡径部２２は、小径部２１の外径から大径部２３の外径に向かって、外径の変化率が次第に小さくなっている。

本実施の形態において、被加工材９に設けられる下孔９１の内径Ｄ１は極めて小さいことから、パンチ２０の小径部２１は尖った先端である。したがって、小径部２１、拡径部２２、及び大径部２３を含むパンチ２０の先端部分は全体として砲弾形状を成している。但し、図４に変形例１として示すように、パンチ２０の小径部２１は、砲弾形状のパンチ２０の先端の一部分を中心軸２９と直交する平面で切り取って成る円形の端面であってもよい。或いは、図５に変形例２として示すように、パンチ２０の小径部２１は、パンチ２０の先端において突起状に形成されていてもかまわない。

続いて、上記プレス金型１０を用いて行うバーリング加工方法を説明する。加工方法の説明に先だって、バーリング加工の被加工材９と、この被加工材９に形成されるフランジ９２について説明する。図６（ａ）はバーリング加工により被加工材に成形されたフランジの断面図であり、図６（ｂ）はフランジに加工されたネジを説明するためのフランジの断面図である。図６（ａ）に示すように、板厚ｔ１の被加工材９に形成するフランジ９２の内径ｄ２と、外径ｄ３と、肉厚ｔ２と、高さｈ１とを設定する。被加工材９は、一般的に流通している鋼板、化粧鋼板、及びステンレス板などの板材から選択され、その板厚ｔ１は、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。図６（ｂ）に示すように、バーリング加工により被加工材９に形成されたフランジ９２の内周には、ネジ９３（雌ネジ）が加工される。つまり、フランジ９２は被加工材９にネジ９３を加工するための下地として利用される。被加工材９に形成されたネジ９３に螺入されるネジ９４は、Ｍ３〜Ｍ６のいずれかのメートル並目ネジを想定している。但し、ネジ９４はメートル細目ネジ、メートル並目ネジ、又はインチネジであってよい。想定しうるネジ９４を次の表１に示す。

フランジ９２の内径ｄ２は、被加工材９に形成されたネジ９３に螺入されるネジ９４の種類と、被加工材９の板厚ｔ１及び組成とに基づいて、２．５０ｍｍ以上５．５０ｍｍ以下の範囲内で定められる。フランジ９２の高さｈ１は、ネジ９３として２〜３条のネジ山を設けることができる値であり、ネジ９４のピッチに基づいて定められる。なお、被加工材９に直接に形成されたネジ９３のネジ山は２〜３条あれば、締め付けトルクの８０％以上を発揮することがわかっている。締め付けトルクは、被加工材９に直接に形成されたネジ９３にワッシャ９５を通したネジ９４を螺入して測定する。必要な締め付けトルクの大きさは、ネジ９３や被加工材９の板厚ｔ１により異なる。

フランジ９２の肉厚ｔ２は、被加工材９の板厚ｔ１及び組成、フランジ９２の内径ｄ２、及び加工されるネジ９３の径との関係から定められる。このフランジ９２の肉厚ｔ２は、パンチ２０の大径部２３の外径Ｄ２とダイ１３のバーリング穴１３ａの内径Ｄ３（図２を参照）とのクリアランスとして設定され、このクリアランスに基づいて、ダイ１３のバーリング穴１３ａの内径Ｄ３が定められる。下孔９１の内径Ｄ１は、フランジ９２の内径ｄ２、高さｈ１、及び肉厚ｔ２に基づいて、１．２０ｍｍ以上３．００ｍｍ未満の範囲で定められる。

図７はバーリング加工のフローチャートであり、図８はバーリング加工において被加工材からフランジが成形される様子を説明する図である。図８では、紙面上から下に向けて被加工材９にフランジが形成されていく様子を段階的に示している。図７及び図８に示すように、バーリング加工に際し、先ず、被加工材９に下孔９１を形成する（ステップＳ１）。下孔９１は、例えば、プレス機を用いて、被加工材９から下孔９１となる部分の材料を打ち抜くことにより形成することができる。

下孔９１が形成された被加工材９を、プレス金型１０においてダイ１３の上にバーリング穴１３ａと下孔９１とが同心となるように載置する（ステップＳ２）。そして、プレス機を作動させて上型１１を下降させる。上型１１が下降し始めると、被加工材９のフランジ９２が形成される部位よりも外周側が、ダイ１３とストリッパ１４との間で板厚方向に挟まれることによって拘束される。上型１１をさらに下降させて、パンチ２０の小径部２１を被加工材９の下孔９１内に同心状に挿入する（ステップＳ３）。以下では、パンチ２０の小径部２１が下孔９１に挿入されたときのパンチ２０の上下方向の位置を、パンチストローク（移動量）の原点とする。

上型１１をさらに下降させて、パンチ２０の拡径部２２の側面を被加工材９の下孔９１の縁に接触させながら、パンチ２０を下孔９１へ押し込む（ステップＳ４）。ここでは、成形されるフランジ９２の肉厚偏差を小さくする、即ち、肉厚ｔ２を均一とするために、下孔９１の周縁の材料を、板厚方向への伸びを極力抑えながら拡径方向へ移動させる。これにより、被加工材９の下孔９１の周縁の材料は板厚方向へ徐々にまくられて、下孔９１の径が拡大するとともにフランジ９２が高くなる。このバーリング加工では、被加工材９に形成されるフランジ９２の高さｈ１はネジ山２〜３条分と比較的小さく設定されているので、下孔９１の周縁の材料を板厚方向へ伸ばさなくとも、材料をまくることによりフランジ９２の高さｈ１を出すことができる。そして、被加工材９の下孔９１の周縁の材料を板厚方向への伸びが極力抑えられているので、成形されたフランジ９２の肉厚ｔ２と被加工材９の板厚ｔ１との差異は小さい。さらに、被加工材９の下孔９１の周縁の材料は、拡径方向に押圧されて圧縮されるので、フランジ９２の肉厚ｔ２と被加工材９の板厚ｔ１よりも大きくすることも可能である。

上記のように、下孔９１の周縁の材料の板厚方向への伸びを極力抑えるようにパンチ２０を被加工材９に作用させるために、パンチ２０の拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは、従来のバーリングパンチの肩部の曲率半径と比較して極端に大きい。従来のバーリングパンチの肩部の曲率半径は、一般に、１〜４ｍｍ程度である。ここで、肩部とは、下孔９１の縁と接触して材料を板厚方向に伸ばす力を与える部分のことをいう。

上記の通り拡径部２２の曲率半径Ｒ_aが比較的大きいことから、パンチ２０のパンチストロークに対する作用径の増加割合が、従来のバーリングパンチと比較して小さい。ここで「作用径」とは、バーリングパンチにおいて被加工材９と接触している作用面の径の大きさをいい、バーリングパンチの先端部分の形状が砲弾状、円錐状、及び半球状である場合に作用径はパンチストロークとともに増大する。パンチ２０の作用径の増加割合が従来のバーリングパンチと比較して小さいことは、後述する実施例１で明らかとなる。

また、上記の通り拡径部２２の曲率半径Ｒ_aが比較的大きいことから、パンチ２０から被加工材９へ加える力の拡径方向成分ｆ₁の割合は、パンチストロークが小さいうちから比較的大きく、そこから徐々に増大する。パンチ２０の拡径部２２と被加工材９が接触しているときにパンチ２０から被加工材９へ与える力を板厚方向成分ｆ₂と拡径方向成分ｆ₁とに分解すると、パンチストロークの増大に伴って拡径方向成分ｆ₁の割合が増加する。

図９に示すグラフは、拡径部２２が被加工材９の下孔９１に接触し始めた或パンチストロークでの、パンチ２０から被加工材９へ加える力の拡径方向成分ｆ₁の割合と拡径部２２の曲率半径Ｒ_aとの関係を示している。力の拡径方向成分ｆ₁の割合は、パンチ２０から被加工材９へ加える力を板厚方向成分ｆ₂と拡径方向成分ｆ₁とに分解し、板厚方向成分ｆ₂と拡径方向成分ｆ₁との和が１００となるように表している。図９に示すグラフから明らかなように、拡径部２２の曲率半径Ｒ_aが１ｍｍから２０ｍｍの範囲では、全体として曲率半径Ｒ_aの増大に伴って拡径方向成分ｆ₁の割合も増大しているが、曲率半径Ｒ_aが小さいときは増加率が大きく、曲率半径Ｒ_aが１２ｍｍとなるあたりから増加率が小さくなっている。パンチ２０の拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下である。拡径部２２の曲率半径Ｒ_aが１２ｍｍよりも小さくなれば、パンチ２０が被加工材９へ与える力の板厚方向成分ｆ₂の割合が高まり、また、材料が板厚方向に打ち出されて、材料の板厚方向の伸びが大きくなる。一方、拡径部２２の曲率半径Ｒ_aが１８ｍｍよりも大きくなれば、加工に必要以上の時間と力を要するので効率的でない。

上記のようにパンチ２０の拡径部２２によって下孔９１が拡径されるとともにフランジ９２の高さｈ１が形成されたところで、さらに上型１１を下降させて、パンチ２０の大径部２３の側面を被加工材９の下孔９１の縁に接触させながら、パンチ２０を下孔９１へ押し込む（ステップＳ５）。パンチ２０の大径部２３が下孔９１の縁に接触するまでは、パンチ２０の拡径部２２の形状に沿ってフランジ９２の先端部は基部よりも内径が小さく成っている。そこで、パンチ２０の大径部２３がフランジ９２内を通過することにより、フランジ９２（特に、先端部）が拡径方向に押し広げられて、内径が均一に整えられる。そして、パンチ２０の大径部２３がフランジ９２を貫通したあとで、上型１１を上昇させてパンチ２０をフランジ９２から引き抜いて、バーリング加工を終了する（ステップＳ６）。

以上のステップＳ１〜Ｓ６から成るバーリング加工では、ステップＳ４においてパンチ２０の拡径部２２の被加工材９に対する作用が特徴的である。パンチ２０の拡径部２２が被加工材９に作用することにより、下孔９１周縁の材料は、大部分が拡径方向に押圧されて圧縮されながら拡径方向に移動して、フランジ９２の内径を拡大する。これと同時に、下孔９１周縁の材料の一部分は板厚方向へ逃げて板厚方向に移動してフランジ９２の高さを拡大する。これにより、下孔周縁の材料を極力伸ばさずに移動させてフランジを形成することができる。従来のバーリング加工と比較して材料の伸びが極めて小さいので、フランジ９２の肉厚偏差が小さい。しかも、下孔９１の周縁の材料は拡径方向に圧縮されるので、最大では被加工材９の板厚以上となることも可能である。このようにフランジ９２の肉厚がより均一であり且つナットの下地となるために十分な肉厚を確保することができれば、このフランジ９２の内周にねじ加工をしてナットとして利用する場合に、十分な締め付けトルクを得ることができる。

（実施例１）
ここで、図１０及び図１１を参照しながら、パンチ２０の作用径の増加割合が従来のバーリングパンチと比較して小さいことを具体的な数値例を挙げて説明する。図１０（ａ）は実施例１に係るバーリングパンチの先端部分を示す図であり、図１０（ｂ）は比較例１に係るバーリングパンチの先端部分を示す図である。実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａの拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下であり、比較例１に係る従来のバーリングパンチ２０Ｘの拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。図１１は実施例１に係るバーリングパンチと比較例１に係るバーリングパンチとの作用径とパンチストロークの関係を示すグラフである。このグラフでは、縦軸に作用径をとり、横軸にパンチストロークをとり、実線で実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａの作用径とパンチストロークとの関係を示し、鎖線で比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘの作用径とパンチストロークとの関係を示している。実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａのパンチストロークに対する作用径の増加割合は、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘのパンチストロークに対する作用径の増加割合と比較して緩やかである。そして、同じ作用径（例えば、大径部２３の外径Ｄ２と同じ径）に達するまでに、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａの方が、多くのパンチストロークを必要としている。換言すれば、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａを使用する場合は、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘを使用する場合と比較して、被加工材９の下孔９１の周縁の材料が時間をかけてゆっくりと拡径方向に押し広げられることとなる。

図１２はバーリングパンチが被加工材に与える力の拡径方向成分の割合とパンチストロークとの関係を示すグラフである。このグラフでは、縦軸にパンチ２０から被加工材９へ加える力の拡径方向成分ｆ₁の割合をとり、横軸にパンチストロークをとり、実線で図１０に示す実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａから被加工材へ与える力の拡径方向成分ｆ₁の割合とパンチストロークの関係を示し、鎖線で比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘから被加工材へ与える力の拡径方向成分ｆ₁の割合とパンチストロークの関係を示している。拡径部２２が被加工材９と接触し始めた時点で、被加工材９へ与える力の拡径方向成分ｆ₁の割合は、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａでは既に４０〜５０％であるのに対し、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘでは１０〜２０％である。したがって、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａは、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘと比較して、パンチストロークが小さいうちから被加工材９に対して拡径方向に大きな力を与えていることとなる。また、パンチストロークの増大に伴って被加工材９へ与える力の拡径方向成分ｆ₁の割合は、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａでは緩やかな曲線を描いて１００％まで増加するのに対し、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘでは直線的に１００％まで増加する。したがって、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａは、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘと比較して、ゆっくりと力の拡径方向成分の割合が増大することとなる。

なお、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａでは、拡径部２２が下孔９１の周縁に接触し始めたときのパンチ２０が被加工材９に与える力を板厚方向成分ｆ₂と拡径方向成分ｆ₁に分解したときに、板厚方向成分ｆ₂と拡径方向成分ｆ₁との比は５０＋ｋ：５０−ｋ（但し、ｋは−１０以上１０以下）で表す値に収まる。ここから、パンチストロークが増大するに従って、拡径方向成分ｆ₁の割合が緩やかな曲線を描いて増加する一方で板厚方向成分ｆ₂の割合が減少し、やがて、板厚方向成分ｆ₂と拡径方向成分ｆ₁との比が０：１００となる。

一般に、被加工材９に設けられる下孔９１の内径Ｄ１が小さすぎると下孔９１にパンチ２０を押し込んだときに塑性変形量が大きく且つその変形が急激に起こるので、下孔９１の周縁が破断する。そこで、下孔９１の内径Ｄ１は、下孔９１の周縁、すなわち、フランジの先端に破断が生じない程度の大きさに定められる。これに対し、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａを用いれば、比較例１に係るバーリングパンチ２０Ｘを用いる場合と比較して、ゆっくりと力の拡径方向成分ｆ₁の割合が増大し、且つ、被加工材９の下孔９１の周縁の材料が時間をかけてゆっくりと拡径方向に押し広げられる。よって、実施例１に係るバーリングパンチ２０Ａを用いれば、下孔９１の塑性変形量が同じであっても時間をかけて変形させるので、下孔９１の内径Ｄ１を従来と比較して小さくすることができる。下孔９１の内径Ｄ１を小さくすることにより増えた材料はフランジ９２の肉厚となり、フランジの肉厚の低減を抑えることができる。

（実施例２）
続いて、本発明に係るバーリング加工の実施例（実施例２）を説明する。実施例２において、被加工材９は、板厚が０．６ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ：材料硬度は８０〜１００ＨＶ）である。この被加工材９にＭ５ネジ（ネジ部の直径が５ｍｍのメートル並目ネジ）に対応するネジ９３を一体的に形成すべく、被加工材９にフランジ９２をバーリング加工する。被加工材９に直接に形成されたネジ９３には、４．９Ｎ・ｍ以上の締め付けトルクが要求される。このような条件に基づいて、フランジ９２の内径は４．２０〜４．７０ｍｍ、外径は５．２０〜５．７０ｍｍ、肉厚は０．５〜０．６ｍｍ、高さは１．６０〜２．４０ｍｍと定められる。このように定められた形状のフランジ９２を被加工材９に成形するために、パンチ２０の大径部２３の外径Ｄ２は４．２０〜４．７０ｍｍ、拡径部２２の曲率半径Ｒ_aは１４ｍｍ以上１６ｍｍ以下、ダイ１３のバーリング穴１３ａの内径（ダイ径）は５．２０〜５．７０ｍｍ、ダイ１３のバーリング穴１３ａの縁の曲率半径Ｒ_b（図２を参照）は０．１〜０．５ｍｍ、下孔９１の内径Ｄ１は０．８〜１．８ｍｍと設定される。

上記条件にて、前述のバーリング加工方法に則ってバーリング加工を行い、被加工材９にフランジ９２を成形した。なお、プレス機の加工速度は６０〜８０ｓｐｍ（ｓｐｍは、プレス機が１分間で連続して行うパンチストローク数の単位）であり、プレス能力は２５０〜３００ｔであった。さらに、成形されたフランジ９２の内周にタップを用いておよそ２．５条のネジ９３を加工した。ネジ９３を加工した後のフランジ９２の内径はバーリング加工後のフランジ９２の内径より小さく、ネジ９３を加工した後のフランジ９２の外径はバーリング加工後のフランジ９２の外径よりも大きく、フランジ９２の肉厚はバーリング加工後よりも大きかった。このように被加工材９に直接に形成されたネジ９３に、Ｍ５ネジに対応する規格のワッシャ９５を通したＭ５ネジを螺入したところ、６．０Ｎ・ｍ以上の締め付けトルクが得られた。この締め付けトルクの値は、Ｍ５ネジに要求される締め付けトルク（４．９Ｎ・ｍ）を十分に満足していた。

従来は、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）にバーリング加工でフランジを成形し当該フランジにＭ５ネジを螺入するネジを成形する場合に、鋼板の板厚が０．８ｍｍよりも薄い場合には十分な締め付けトルクが得られないというのが通常の概念であった。この概念は本発明により覆された。すなわち、本発明に係るバーリング加工方法によれば、板厚が０．６ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）であっても、被加工材９に成形されたフランジ９２にネジ９３を加工してＭ５ネジを螺入しても、十分な締め付けトルクを得ることができた。

以上の通り、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て自明な範囲内で種々の変更及び修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

本発明のバーリング加工方法及び加工具によれば、比較的薄い板厚の被加工材であっても肉厚が均一であってナットとしての利用に十分に耐えうる肉厚を有するフランジを形成することができる。よって、薄板状の被加工材にフランジを形成するための技術として有用である。

Ｒ_a 曲率半径
９ 被加工材
９１ 下孔
９２ フランジ
１０ プレス金型
１１ 上型
１２ 下型
１３ ダイ
１３ａ バーリング穴
１４ ストリッパ
１５ ガイドポスト
１６ 圧縮コイルバネ
１７ 上型ベース
２０ バーリングパンチ（バーリング加工具）
２１ 小径部
２２ 拡径部
２３ 大径部

Claims (5)

1. 板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の被加工材に下孔を形成する第１のステップと、
   前記下孔よりも小径の小径部と、前記下孔よりも大径の大径部と、前記小径部の外径から前記大径部の外径まで連続的に径を拡大させながら前記小径部と前記大径部とを滑らかに接続する拡径部とを有するパンチの、前記小径部を前記下孔へ挿入する第２のステップと、
   前記パンチから前記被加工材へ与える力を板厚方向成分と拡径方向成分とに分解したときに、板厚方向成分と拡径方向成分との比を、５０＋ｋ：５０−ｋ（但し、ｋは−１０以上１０以下の数）から０：１００まで連続的に変化させながら、前記パンチの前記拡径部を前記下孔へ押し込む第３のステップと、
   前記パンチから前記被加工材へ拡径方向に力を加えながら、前記パンチの前記大径部を前記下孔へ押し込む第４のステップとを含み、
   前記被加工材の前記下孔の縁に内径が２．５０ｍｍ以上５．５０ｍｍ以下であって高さが０．７０ｍｍ以上３．２０ｍｍ以下のフランジを形成する、バーリング加工方法。
2. 前記第３のステップにおいて、前記板厚方向成分よりも前記拡径方向成分が大きい、請求項１に記載のバーリング加工方法。
3. 前記フランジは前記被加工材へネジを加工するために利用されるものであって、
   前記第３のステップにおいて、前記フランジが２〜３条のネジ山を形成できる高さとなるまで前記下孔の周縁の材料を板厚方向へ移動させる、請求項１又は請求項２に記載のバーリング加工方法。
4. 前記パンチの前記拡径部は、その軸方向の断面において、作用面が曲率半径１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下の外側に膨らむ曲線で形成されてなる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のバーリング加工方法。
5. 被加工材に設けられた下孔に押し込んでバーリング加工を行うための加工具であって、
   先端側の小径部と、基部側の大径部と、前記小径部の外径から前記大径部の外径まで連続的に径を拡大させながら前記小径部と前記大径部を滑らかに接続する拡径部とを有する先細りの円柱棒状をなし、
   前記拡径部の軸方向の断面において、該拡径部の作用面は曲率半径１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下の外側に膨らむ曲線である、バーリング加工具。

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