JP2015020175A - プレス成形方法及びプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品をプレス成形するに際して、縦壁の板厚減少を抑えつつ、さらに底部の板厚を縦壁の板厚に比べて相対的に減厚できるプレス成形方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るプレス成形方法は、被成形板材１１におけるハット断面部品１３の部品底部１５に対応する部位にパンチ２とダイ６が当接しないようにして溝形状を成形する溝形状成形工程と、該溝形状成形工程で成形された溝底部に該溝底部（部品底部１５に対応する部分）の板厚を薄くする伸びを付与する伸び付与工程と、パンチ２とダイ６を拡幅方向に移動して、伸びが付与された溝底部を幅方向に伸ばす拡幅工程とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品をプレス成形するプレス成形方法及び装置に関する。

金属板材を加熱してプレス成形を行う熱間・温間プレス成形においては、成形品の形状により、部分的に板厚減少が生じ、そのことが成形品の割れ等につながるため、部分的な板厚の減少を極力小さくすることが考えられてきた。
例えば熱間プレスの例として、特許文献１においては、金型の成形面に複数の冷媒吐出口と潤滑液供給口とを備え、成形中の変形抵抗や摩擦抵抗を制御して、局所的な破断やキズの発生を防止する熱間プレス成形方法が提案されている。

特許４６１６７３７号公報

一般に自動車の骨格部材はハット形の溝形断面を有しているものが多く、とくに衝突部材と言われる衝突の際の衝撃力を受ける部材はハット形断面の衝突方向に強度が求められている。
サイドシルやバンパメンバ等はこのような衝突部材であり、ハット形断面における縦壁部が衝突強度に寄与しているため、縦壁部の板厚を他の部位よりも相対的に厚くしたいという要請がある。

しかしながら、鋼板を加熱して金型にてハット形断面にプレス成形する場合、通常、パンチが、ブランク（鋼板）におけるハット形断面の底部に相当する部位に先に接触するため、当該部位が冷やされて鋼板の変形抵抗が高くなる。
一方、縦壁部となるブランク（鋼板）の部位は、金型との接触が底部となる部位よりも時間的に後であって、また、縦壁部は、金型との間にクリアランスもあるため、高温の状態が保たれて成形時の変形抵抗が小さい。また、プレス成形時には縦壁部に大きな張力が作用する。このような理由から、縦壁部はプレス成形時に底部よりもより大きな板厚減少が生じてしまうのである。
縦壁部の板厚減少が生じると、この部分の強度が低下するため、部品としての強度を確保するためには、当該部位の板厚の減少を考慮し、素材となる金属板材の板厚をその分厚くしなければならず、縦壁以外の部位の板厚も増加して部品全体が重量増となってしまう。

上記問題を解決するために、ハット形の溝形断面部材を、特許文献１に開示されたプレス成形方法で行うとしても、特許文献１に開示された技術は、成形中の板厚減少を抑えることを主眼にした技術であり、このような技術では、仮に縦壁部の板厚減少を最小限に抑えることができたとしても、縦壁部の板厚は常に底部の板厚より薄くなり、結局、部品としての強度を確保するには、縦壁部の板厚を含む部品全体の板厚を厚くせざるを得なかった。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品をプレス成形するに際して、縦壁の板厚減少を抑えつつ、さらに底部の板厚を縦壁の板厚に比べて相対的に減厚できるプレス成形方法及び装置を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、加熱した被成形板材を、両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品に、拡幅可能に構成されたパンチとダイを用いてプレス成形するプレス成形方法であって、
前記被成形板材における前記溝形部の底部に対応する部位に前記パンチと前記ダイが当接しないようにして溝形状を成形する溝形状成形工程と、該溝形状成形工程で成形された溝底部に該溝底部の板厚を薄くする伸びを付与する伸び付与工程と、前記パンチと前記ダイを拡幅方向に移動して、伸びが付与された前記溝底部を幅方向に伸ばす拡幅工程とを備えたことを特徴とするものである。
なお、被成形板材における溝形部の底部に対応する部位とは、底部の全部、一部を含み、一部の場合には、底部の中央部が好ましい。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記伸び付与工程は、前記パンチの間に前記パンチとは別に相対移動可能に設けられた別動パンチにより前記溝形状成形工程で成形された前記溝底部を張り出させることで伸びを付与することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記伸び付与工程は、前記ダイの間に前記ダイとは別に相対移動可能に設けられた別動パンチにより前記溝形状成形工程で成形された前記溝底部を張り出させることで伸びを付与することを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記拡幅工程の後に、前記被成形板材を金型で挟んだ状態で前記溝底部を冷却する冷却工程を備えたことを特徴とするものである。

（５）本発明に係るプレス成形装置は、加熱した被成形板材を用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品にプレス成形するプレス成形装置であって、
凸部を有するパンチと、該パンチの凸部に対応する凹陥部を有するダイと、前記パンチまたは前記ダイの少なくとも一方を駆動させる駆動装置とを備え、
前記パンチは、拡幅可能に構成された一対の両側パンチと、該両側パンチの間に設けられて前記ダイに対して前記両側パンチとは別動する別動パンチを備えてなり、
前記ダイは、拡幅可能に構成された一対の部材を備えてなり、前記別動パンチに対応する部位に凹陥溝部を有し、
前記パンチと前記ダイが下死点にある状態で前記両側パンチと前記ダイを拡幅する金型拡幅手段を備えてなることを特徴とするものである。

（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記ダイは、拡幅可能に構成された一対の両側ダイと、該両側ダイの間に設けられて前記パンチに対して前記両側ダイとは別動する別動ダイを備えてなり、
前記別動ダイが、前記両側ダイよりも凹陥した位置に配置されることで、前記凹陥溝部が形成されるようになっていることを特徴とするものである。

（７）本発明に係るプレス成形装置は、加熱した被成形板材を用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品にプレス成形するプレス成形装置であって、
凸部を有するパンチと、該パンチの凸部に対応する凹陥部を有するダイと、前記パンチまたは前記ダイの少なくとも一方を駆動させる駆動装置とを備え、
前記ダイは、拡幅可能に構成された一対の両側ダイと、該両側ダイの間に設けられて前記パンチに対して前記両側ダイとは別動する別動パンチを備えてなり、
前記パンチは、拡幅可能に構成された一対の部材を備えてなり、前記別動パンチに対応する部位に凹陥溝部を有し、
前記パンチと前記ダイが下死点にある状態で前記両側パンチと前記ダイを拡幅する金型拡幅手段を備えてなることを特徴とするものである。

（８）また、上記（７）に記載のものにおいて前記パンチは、拡幅可能に構成された一対の両側パンチと、該両側パンチの間に設けられて前記ダイに対して前記両側パンチとは別動する別動ダイを備えてなり、
前記別動ダイが、前記両側パンチよりも凹陥した位置に配置されることで、前記凹陥溝部が形成されるようになっていることを特徴とするものである。

（９）また、上記（５）乃至（８）のいずれかに記載のものにおいて、前記ダイは凹陥部における周縁に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えていることを特徴とするものである。

（１０）また、上記（５）乃至（９）のいずれかに記載のものにおいて、前記パンチは凸部における肩部に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えたことを特徴とするものである。

（１１）また、上記（５）乃至（１０）のいずれかに記載のものにおいて、下死点において、前記被成形板材の底部を冷却する冷却液を前記底部に供給する冷却液供給手段を備えたことを特徴とするものである。

（１２）また、上記（５）乃至（１１）のいずれかに記載のものにおいて、前記別動パンチの先端面が円弧状に形成されていることを特徴とするものである。

（１３）また、上記（５）乃至（１２）のいずれかに記載のものにおいて、前記別動パンチを加熱する加熱手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明においては、被成形板材における溝形部の底部に対応する部位にパンチとダイが当接しないようにして溝形状を成形する溝形状成形工程と、該溝形状成形工程で成形された溝底部に該溝底部の板厚を薄くする伸びを付与する伸び付与工程と、パンチとダイを拡幅方向に移動して、伸びが付与された溝底部を幅方向に伸ばす拡幅工程とを備えたことにより、縦壁部の板厚減少を抑えつつ、さらに強度の必要ない部分である底部の板厚を縦壁部の板厚に比べて相対的に薄くすることができ、結果として、成形部品の衝突強度を高くでき、かつ、軽量化ができる。

本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法を実施するプレス成形装置の要部の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法によって成形された部品の断面図であって、本発明の効果を説明するものである。 本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法の冷却工程についての説明図である。 本発明の実施の形態２に係るプレス成形装置の縦断面図である。 図５に示すプレス成形装置の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態３に係るプレス成形装置の縦断面図であって、拡幅手段の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態４に係るプレス成形装置の縦断面図であって、拡幅手段のさらに他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態５に係るプレス成形装置の縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係るプレス成形装置の縦断面図である。 図６に示すプレス成形装置の変形例である。 図１２に示すプレス成形装置の変形例である。 本発明の実施例に係る評価方法の説明図である。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法は、拡幅可能に構成されたパンチとダイを用いてプレス成形するものであるので、該プレス成形方法について詳細に説明する前に、該プレス成形のためのプレス成形装置１について図１を例として説明する。

プレス成形装置１は、パンチ２とパンチ２に対応するダイ６とを有している。以下に各構成について詳細に説明する。

＜パンチ＞
パンチ２は拡幅可能（互いに離れる方向に移動可能）に構成された一対の両側パンチ３と、両側パンチ３の間に両側パンチ３とは別に上下動可能に設けられた別動パンチ５を備えてなる。
拡幅前のパンチ底部の幅は、成形部品の底部の幅より狭く設定されている。

別動パンチ５は、両側パンチ３の下死点において、被成形板材１１における成形部品の底部に対応する部分を下方に張り出させるためのものである。
別動パンチ５は、両側パンチ３の下死点における下端よりもさらに下動可能になっており、被成形板材１１を下方に張り出させることができる。

＜ダイ＞
ダイ６は拡幅可能に構成された一対の両側ダイ７と、両側ダイ７の間に両側ダイ７とは別に上下動可能に設けられた別動ダイ９を備えてなる。
両側ダイ７の拡幅は、両側パンチ３の拡幅のタイミング及び移動距離に同じになるように行われる。こうすることによって、両側パンチ３と両側ダイ７とで被成形板材１１を挟持したまま、拡幅方向に移動させることができる。

次に、以上のように構成されたプレス成形装置１を用いてプレス成形する方法の一例を、プレス成形装置１の動作と共に説明する。成形対象は溝形部を備える成形部品としてのハット断面部品１３（図３参照）を例に挙げる。
本実施の形態に係るプレス成形方法は、図２に示すように、被成形板材１１におけるハット断面部品１３の部品底部１５に対応する部位（薄肉部１５ａに相当する部分（図３参照））にパンチ２とダイ６が当接しないようにして溝形状を成形する溝形状成形工程と、該溝形状成形工程で成形された溝底部の板厚を薄くする伸びを付与する伸び付与工程と、両側パンチ３と両側ダイ７を拡幅方向に移動して、伸びが付与された前記溝底部を幅方向に伸ばす拡幅工程とを備えたことを特徴とするものである。

図２（ａ）は、プレス成形開始前の状態を示したものである。図２（ａ）に示すように、別動パンチ５の先端は、両側パンチ３の下端よりも下方に突出しないようにしておく。
別動ダイ９の上面は、被成形板材１１に接触しないようにダイ底部よりも下方に位置させておく。そのため、別動ダイ９とダイ底部との間は凹陥溝部１２になっており、凹陥溝部１２に別動パンチ５の先端が挿入可能になっている。
加熱した被成形板材１１は両側ダイ７に跨るように載置する。

＜溝形状成形工程＞
溝形状成形工程は、図２（ａ）の状態から、両側パンチ３と別動パンチ５を一体的に下動させてダイ６に押し込んで溝形状に成形する工程である（図２（ｂ）参照）。

被成形板材１１の薄肉部１５ａ（図３参照）に対応する部分はパンチ２とダイ６に当接せずに成形が行われるため、高温状態のまま維持されており、変形抵抗が小さい。従って、溝形状成形工程においては、薄肉部１５ａに対応する部分においては材料の流れが生じて板厚は減少し、一方、部品縦壁部１７（図３参照）に対応する部分においては材料の流れが少なく板厚減少は抑制される。

なお、下死点（図２（ｂ）参照）において両側パンチ３を若干拡幅させることで、部品縦壁部１７に対応する部分を両側パンチ３と両側ダイ７とで挟圧してもよい。こうすることで、部品縦壁部１７に対応する部分における材料の移動をより確実に制限することができ部品縦壁部１７としての板厚が確保される。また、両側パンチ３と両側ダイ７によって冷却されて焼入により強度が確保される。さらに次工程以降のための固定としての効果もある。

＜伸び付与工程＞
伸び付与工程は、別動パンチ５のみをさらに下動させ、薄肉部１５ａに対応する部分を下方に張り出させることで、該部分に伸びを付与する工程である。
この工程で薄肉部１５ａに対応する部分には張出部１１ａが成形される（図２（ｃ）参照）。張出部１１ａの板厚は、張り出す前の板厚よりも減少する。
薄肉部１５ａに対応する部分は、前述のとおり高温のままであるため変形抵抗が小さく、比較的容易に伸びを付与することができる。

＜拡幅工程＞
拡幅工程は、両側パンチ３の下端と同程度の高さになるまで別動パンチ５及び別動ダイ９を上動させるとともに、ハット断面部品１３の部品底部１５の幅になるまで両側パンチ３及び両側ダイ７を拡幅させる工程である（図２（ｄ）参照）。
拡幅は、ハット断面部品１３の部品底部１５で、部品縦壁部１７に対応する部分を挟持したまま行われる。
拡幅が行われると張出部１１ａは伸ばされて平坦面になる。
このようにして、張出部１１ａであった部分は図３に示すように、部品底部１５の薄肉部１５ａとなる。

この状態で、被成形板材１１を十分に冷却すればプレス成形が完了する。
なお、拡幅工程の直後においては、部品底部１５に対応する部分は依然として高温のままであるため、十分に冷却させて引張強度を持たせるのが好ましい（冷却工程）。冷却方法としては様々な態様があるが、例えば冷却油によって冷却するものが挙げられる。このような装置の一例としては、図４に示すように、冷却油を供給する冷却油供給装置２１と、冷却油供給装置２１に接続されて、部品底部１５に対応する部分に向けて冷却油を噴射する冷却油配管２３とを備えたものがある。

以上のように、本実施の形態に係るプレス成形装置１を用いてプレス成形を行えば、部品縦壁部１７の板厚の減少を抑制することができる。また部品縦壁部１７の板厚に比べて部品底部１５の板厚を減少させることができ、結果としてハット断面部品１３の軽量化を図ることができる。

［実施の形態２］
上記のプレス成形装置１については、パンチ２やダイ６の詳細な形状や、パンチ２やダイ６の拡幅手段等の一部の構成の説明を省略したが、上記プレス成形方法を実施するためのより具体的なプレス成形装置について以下に説明する。
本実施の形態にかかるプレス成形装置３０は、図５に示すように、凸部を有するパンチ３２と、パンチ３２の凸部に対応する凹陥部を有するダイ３６と、パンチ３２を上下動させる駆動装置３１を有し、パンチ３２は、拡幅可能に構成された一対の両側パンチ３３と、両側パンチ３３の間に設けられて両側パンチ３３とは別動する別動パンチ３５を備えてなり、ダイ３６は、拡幅可能に構成された一対の両側ダイ３７と、両側ダイ３７の間の別動パンチ３５に対応する部位に設けられて両側ダイ３７とは別動する別動ダイ３９を備えてなり、パンチ３２とダイ３６が下死点にある状態で両側パンチ３３と両側ダイ３７を拡幅する金型拡幅手段４１を備えてなるものである。
各構成について、図５に基づいて以下に詳細に説明する。

＜パンチ＞
パンチ３２は、溝形状成形工程においては拡幅せずに用いられ、ダイ３６と協働して被成形板材１１を溝形状に成形し、拡幅工程においては拡幅して被成形板材１１における部品底部１５に対応する部分を伸ばして平坦にする。
拡幅前のパンチ底部の幅は、成形部品の部品底部１５の幅より狭く設定されている。

≪両側パンチ≫
両側パンチ３３は、図５に示すように、左右一対の部材によって構成されており、拡幅可能になっている。
両側パンチ３３の下端の幅方向中央には矩形状の凹陥からなる別動パンチ設置部３３ａが設けられており、別動パンチ３５を設置可能になっている。

≪別動パンチ≫
別動パンチ３５は、両側パンチ３３の下死点において、部品底部１５に対応する部分を下方に張り出させるためのものである。
別動パンチ３５は、中央から分割可能な一対の部材を備えてなり、各部材は、図５に示すように両側パンチ３３に設けられた別動パンチ上下動用油圧シリンダ４５によって上下動可能に保持されている。
別動パンチ上下動用油圧シリンダ４５は両側パンチ３３の長手方向（紙面垂直方向）に沿って複数設けられている。

別動パンチ３５の先端面は、円弧状に形成されている。なお、被成形板材１１を張り出す際に板厚を均一に減少させるために、別動パンチ３５の先端面と被成形板材１１との摩擦を低減するようにするのが好ましい。
別動パンチ３５は、プレス成形開始前においては別動パンチ３５の下端部が両側パンチ３３の下端よりも下方に突出しないようになっており、溝形状成形工程においてはそのまま両側パンチ３３と一体的に下動する。
伸び付与工程においては、下動して別動パンチ３５の下端によって被成形板材１１を下方に張り出して張出部１１ａ（図２（ｃ）参照）を成形する。
拡幅工程においては、両側ダイ３７の下端部と同程度の高さになるまで上動する（図２（ｄ）参照）。別動パンチ３５を構成する一対の部材は、両側パンチ３３の拡幅に伴って拡幅方向に分離される。

なお、図５に示すように、別動パンチ３５を加熱する加熱手段としてのヒータ４３を設けてもよい。別動パンチ３５をヒータ４３によって加熱することで、伸び付与工程において被成形板材１１を張り出す際に被成形板材１１の温度を局所的に下げることがなく、より均一に伸ばすことができる。

＜ダイ＞
ダイ３６は、溝形状成形工程においてパンチ３２と協働して、被成形板材１１を溝形状に成形し、拡幅工程においては、パンチ３２とともに拡幅して部品底部１５に対応する部分を伸ばして平坦にするためのものである。

≪両側ダイ≫
両側ダイ３７は、図５に示すように、左右一対の部材によって構成されており、拡幅可能になっている。
両側ダイ３７の上端の幅方向中央には矩形状の凹陥からなる別動ダイ設置部３７ａが設けられている。

≪別動ダイ≫
別動ダイ３９は、拡幅工程において張出部１１ａを持ち上げて（図２（ｄ）参照）、張出部１１ａの平坦化及び拡幅をスムーズにするためのものである。このため別動ダイ３９の上面は平坦になっている。
別動ダイ３９は、図５に示すように、中央から分割可能な一対の部材を備えてなり、各部材は両側ダイ３７に設けられた別動ダイ上下動用シリンダ４９によって上下動可能に支持されている。
別動ダイ上下動用シリンダ４９は両側ダイ３７の長手方向（紙面垂直方向）に沿って複数設けられている。

プレス成形開始前においては、別動ダイ３９の上面をダイ底部よりも低く位置させることで、別動パンチ３５の先端が挿入可能な凹陥溝部４０を形成する。
また、凹陥溝部４０が形成されていることにより、溝形状成形工程及び伸び付与工程において、別動ダイ３９が被成形板材１１に接触せず、温度が高く変形しやすい状態を保つことができる。
別動ダイ３９は拡幅工程において、両側パンチ３３の下端と同程度の高さになるまで上動して、張出部１１ａを持ち上げる。別動ダイ３９を構成する一対の部材は、両側ダイ３７の拡幅に伴って拡幅方向に分離される。

＜金型拡幅手段＞
金型拡幅手段４１は、両側パンチ３３と両側ダイ３７を拡幅させるためのものである。
金型拡幅手段４１は、図５に示すように、両側パンチ３３に亘るように設けられた複数のパンチ拡幅用油圧シリンダ５３と、両側ダイ３７に亘るように設けられた複数のダイ拡幅用油圧シリンダ５５とを備えており、これらを駆動させることで、両側パンチ３３及び両側ダイ３７が拡幅可能になっている。
各パンチ拡幅用油圧シリンダ５３と各ダイ拡幅用油圧シリンダ５５は、両側パンチ３３及び両側ダイ３７の拡幅のタイミング及びストロークが同一になるように制御される。こうすることによって、両側パンチ３３と両側ダイ３７とで、部品縦壁部１７を挟持したまま、拡幅させることができる。

＜駆動装置＞
駆動装置３１は、パンチ３２を上下動可能に支持する油圧シリンダ３１ａと、油圧シリンダ３１ａに油圧配管３１ｂを介して作動油を送る油圧ユニット３１ｃを有している。
なお、油圧配管３１ｂは別動パンチ上下動用油圧シリンダ４５、別動ダイ上下動用シリンダ４９、パンチ拡幅用油圧シリンダ５３、ダイ拡幅用油圧シリンダ５５にも接続されており、これらの油圧シリンダに油圧ユニット３１ｃから作動油を送りこむことができるようになっている。なお、油圧ユニットは１つに限ることはなく、複数ユニットを用意して各油圧シリンダに個別に接続してもよい。

なお、上記では別動ダイ３９を設けた例について説明したが、別動ダイ３９は必須ではなく、設けずともよい。図６に、プレス成形装置３０の他の態様として、別動ダイを設けていないダイ５９を備えるプレス成形装置５７を示す。
ダイ５９は、拡幅可能に構成された一対の部材を備えてなり、別動パンチ３５に対応する部位に凹陥溝部５９ａ有している。
プレス成形装置５７のその他の構成はプレス成形装置３０と同様であるので、図６において、図５に示すものと同様のものには同一の符号を付している。

［実施の形態３］
本発明の拡幅手段は上記実施の形態２に示したものに限られず、様々な態様とすることができる。
図７にプレス成形装置５７の変更例として、ダイ５９を拡幅する手段を変更した金型拡幅手段６３を有するプレス成形装置６１を示す。
金型拡幅手段６３におけるダイ５９を拡幅する手段は、ダイ５９を構成する一対の部材と、該各部材の外側に設けられた固定部６５との間にダイ拡幅用油圧シリンダ６７を複数設置し、これらを駆動させることで前記各部材を固定部６５側に引っ張って拡幅させるようにしたものである。
なお、図７においてプレス成形装置６１のその他の構成は図６に示すプレス成形装置５７と同様であるので、同様のものには同一の符号を付している。油圧シリンダ３１ａおよび油圧配管３１ｂの一部の図示は省略している。

なお、パンチ拡幅用油圧シリンダ５３、ダイ拡幅用油圧シリンダ５５、ダイ拡幅用油圧シリンダ６７の数は、図５〜図７に図示したものに限られず、パンチやダイの大きさ等に応じて適宜決定すればよい。

［実施の形態４］
また、金型拡幅手段はパンチ拡幅用油圧シリンダ５３、ダイ拡幅用油圧シリンダ５５、ダイ拡幅用油圧シリンダ６７等を用いずともよい。このようなものの例として、図８に金型拡幅手段７１を有するプレス成形装置６９を示す。
プレス成形装置６９のパンチ７３及びダイ７５は、プレス成形装置３０（図５参照）と同様に、拡幅可能な一対の部材で構成されている。
パンチ７３及びダイ７５は、各一対の部材を一体化させた状態において、パンチ７３の上方及びダイ７５の下方に断面が略Ｖ字状になるように楔受け部７３ａ及び楔受け部７５ａが設けられている。
パンチ７３には、プレス成形装置３０と同様に別動ダイ３５が設けられており、ダイ７５には別動ダイ３５に対応する部位に凹陥溝部７５ｂが設けられている。
パンチ７３の上下動はプレス成形装置３０と同様に油圧シリンダ３１ａ（図示略）によって行われる。

金型拡幅手段７１は、楔受け部７３ａ及び楔受け部７５ａと、楔受け部７３ａの開口側に挿入される先端の断面が略台形状のパンチ拡幅楔７７及び、楔受け部７５ａの開口側に挿入される先端の断面が略台形状のダイ拡幅楔７９を備えてなる。
パンチ拡幅楔７７及びダイ拡幅楔７９はそれぞれ楔駆動用油圧シリンダ３１ｄによって駆動可能になっている。
金型拡幅手段７１は、各Ｖ字の開口側から先端の断面が略台形状のパンチ拡幅楔７７、ダイ拡幅楔７９を挿入して摺動させることで、パンチ７３及びダイ７５を拡幅させるものである。

楔受け部７３ａのＶ字の角度、パンチ拡幅楔７７先端の角度、楔受け部７５ａのＶ字の角度、ダイ拡幅楔７９の先端の角度は同一になっている。
また、パンチ拡幅楔７７及びダイ拡幅楔７９を挿入して摺動させる速度も同一としている。
なお、楔受け部７３ａのＶ字の角度とパンチ拡幅楔７７先端角度を同一とし、楔受け部７５ａのＶ字の角度とダイ拡幅楔７９の先端角度を同一としておくことで、これらの角度は異なってもよく、その場合、パンチ拡幅楔７７とダイ拡幅楔７９の押し込み量を同一とするように各々の楔駆動用油圧シリンダ３１ｄの駆動量を制御してもよい。
こうすることによって、パンチ７３及びダイ７５の移動距離と移動のタイミングを常に同じにすることができる。

なお、溝形状成形工程及び伸び付与工程において、パンチ７３及びダイ７５の各一対の部材を一体化した状態を保持させるための一体化手段として、例えば押し付け力を常時付与する油圧機構又はバネ等の部材を設けるようにしてもよい。

［実施の形態５］
本実施の形態にかかるプレス成形装置８１は、図９に示すとおり、基本構成を実施の形態２のプレス成形装置３０と同一にし、被成形板材１１との摩擦を低減させるために、ダイ凹陥部の周縁にダイ周縁ローラ８３を設け、パンチ肩部にパンチ肩ローラ８５を設けたものである。
なお、図９において、プレス成形装置１と同一のものには同一の符号を付している。また、図９において、油圧シリンダ３１ａ、油圧配管３１ｂの一部、及び油圧ユニット３１ｃの図示は省略している。

ダイ周縁ローラ８３は、ダイ凹陥部における周縁のＲと同一の曲率半径のローラであり、ダイ凹陥部における周縁に回転可能に設置されている。
プレス時において被成形板材１１がダイ凹陥部に入り込んでいく際に、ダイ周縁ローラ８３が回転することで摩擦を低減させることができる。

パンチ肩ローラ８５は、パンチ両肩部のＲと同一の曲率半径のローラであり、パンチ両肩部に回転可能に設置されている。
プレス時において被成形板材１１がパンチ３２で押し込まれる際に、パンチ肩ローラ８５が回転することで摩擦を低減させることができ、部品縦壁部１７に作用する張力が低くなって板厚減少を抑制することができる。
また、両側パンチ３３と両側ダイ３７を拡幅させる際に、拡幅方向に作用する張力をハット断面部品１３の長手方向（図９の紙面垂直方向）に亘ってほぼ均等にでき、安定した成形が可能になる。

なお、上記では、ダイ周縁ローラ８３及びパンチ肩ローラ８５の両方を設けた例について説明したが、いずれか一方のみでもよい。
なお、実施の形態２〜実施の形態５に示したプレス成形装置３０、プレス成形装置５７、プレス成形装置６１、プレス成形装置６９、プレス成形装置８１を用いたプレス成形方法は、実施の形態１で説明したプレス成形方法と同様に行えばよい。

［実施の形態６］
上記の実施の形態１〜実施の形態５では、ハット断面部品１３をプレス成形する方法を示したが、ハット断面部品１３を２つ幅方向に連ねたような略Ｗ断面部品の成形にも本発明は適用できる。
本実施の形態にかかるプレス成形装置８７は、図１０に示す通り、プレス成形装置３０（図５参照）の金型を幅方向に２つ連ねたような金型（Ｗ字型パンチ８９とＷ字型ダイ９１）を有している。なお、図１０において、プレス成形装置３０と同一のものには同一の符号を付しており、油圧シリンダ３１ａ、油圧配管３１ｂの一部、及び油圧ユニット３１ｃの図示は省略している。
Ｗ字型パンチ８９は３つの部材から構成されており、２つの突出部のそれぞれが、中心から縦に分割可能になっている。
また、Ｗ字型ダイ９１も同様に３つの部材から構成されており、２つの凹陥部のそれぞれが、中心から縦に分割可能になっている。
そして、Ｗ字型パンチ８９及びＷ字型ダイ９１を構成する３つの部材のうち、両端に配置された部材が拡幅方向に移動可能となっている。

プレス成形装置８７を用いて略Ｗ断面部品を成形するには、加熱した被成形板材１１をＷ字型ダイ９１の両凹陥部に亘るように載置し、その後は実施の形態１と同様のプレス成形を行う。
プレス成形装置８７を用いれば、略Ｗ断面部品の部品縦壁部の板厚の減少を抑制することができ、また、部品縦壁部の板厚に比べて部品底部の板厚を減少させて軽量化を実現することができる。
プレス成形装置８７は、プレス成形装置８１と同様に、パンチ肩ローラ８５や、ダイ周縁ローラ８３を設けてもよい。

なお、上記実施の形態１〜実施の形態６では、別動パンチの先端の断面は円弧状に形成されているものを例に挙げたが、別動パンチの先端の形状は、伸び付与工程において部品底部に対応する部分に板厚を薄くする伸びを与えられるような形状であればよく、例えば、波形であってもよい。

上記の説明では、パンチが上下動するものを例に挙げて説明したが、ダイが上下動するようにしてもよい。
また、上記の説明ではパンチとダイの駆動方向を上下方向としたが、パンチとダイが相対的に駆動すればよいので、その方向は特に限定されない。

また、上記の説明では、別動パンチをパンチ側に設けた例を示したが、別動パンチはダイ側に設けてもよい。そして、別動パンチをダイ側に設けた場合、パンチ側には別動パンチが挿入可能な凹陥溝部や別動ダイを設けるようにする。
このようなものの例を図１１および図１２に示す。
図１１のプレス成形装置は、図６に示すプレス成形装置５７の変形例である。図１１において図６と同様のものには同一の符号を付している。

図１１に示すプレス成形装置１０１は、パンチ１０３と、パンチ１０３に対応する凹陥部を有するダイ１０５と、パンチ１０３およびダイ１０５を駆動させる駆動装置３１（油圧配管３１ｂのみ図示）とを備えている。そして、ダイ１０５は、拡幅可能に構成された一対の両側ダイ１０７と、該両側ダイ１０７の間に設けられてパンチ１０３に対して両側ダイ１０７とは別動する別動パンチ１０９を備えている。また、パンチ１０３は、拡幅可能に構成された一対の部材を備えてなり、別動パンチ１０９に対応する部位に凹陥溝部１０３ａを有している。さらに、パンチ１０３とダイ１０５が下死点にある状態で両側パンチ１０７とダイ１０５を拡幅する金型拡幅手段１１１を備えている。

図１２に示すプレス成形装置１２１は、図１１に示したプレス成形装置１０１を一部変形してパンチ１２２側に別動ダイ１２５を設けたものである。この変形部分を図１２に基づいて詳細に説明する。なお、図１２において図１１と同様のものには同一の符号を付している。
パンチ１２２は、拡幅可能に構成された一対の両側パンチ１２３と、両側パンチ１２３の間に設けられてダイ１０５に対して両側パンチ１２３とは別動する別動ダイ１２５を備えており、別動ダイ１２５が、両側パンチ１２３よりも凹陥した位置に配置されることで、凹陥溝部１２７が形成されるようになっている。

本発明のプレス成形方法の効果を確認する実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
実験は、図２で示したプレス成形方法でプレス成形し、成形品の縦壁部やパンチ底部の板厚、曲げ圧壊性能、重量を評価するというものである。

本実施例では、発明例１として、プレス成形装置３０（図５参照）を用いて、ハット断面を有するストレート部品（以下、単に「ハット断面部品９３」という）を成形した。
被成形板材は熱間プレス用鋼板、板厚1.8mmとし、高温（950℃）に加熱して用いた。
プレス成形は、下死点にて部品底部に対応する部分の中央を下方に張り出させる前に、両側パンチ３３を若干拡幅させて両側ダイ３７とで部品縦壁部に対応する部分を確実に挟持させた。

また、発明例２として、ヒータ４３付きの別動パンチ３５を用いて予め加熱して伸び付与工程を行い、他の条件は発明例１と同様にしてプレス成形を行った。

比較例として、通常のパンチとダイを用いた従来のプレス成形によりハット断面部品９３を成形した。

曲げ圧壊性能は、曲げ圧壊試験を行って求めた。曲げ圧壊試験では、図１３に示すように、ハット断面部品９３の開口側を下にして両端1/6を支持し、中央に一定速さで下向き荷重（図１３の太矢印参照）を加え、塑性曲げが生じた際の荷重を測定した。
表１に実験結果を示す。

表１は、本発明例及び比較例毎に、素材板厚（mm）、部品縦壁部の板厚（mm）、部品底部の板厚（mm）、曲げ圧壊性能比較、重量比較を示している。表１において、曲げ圧壊性能及び重量は本発明例１を100（基準）としている。

本発明例１及び本発明例２では、両側パンチ３３と両側ダイ３７とで部品縦壁部に対応する部分を挟圧した状態で板厚を確保した上で、部品底部に対応する部分の張り出しを行ったことで、衝突性能上重要である部品縦壁部の板厚減少がほとんどなく、好適なものとなった。
一方、比較例では部品縦壁部の板厚が比較的薄くなっており、本発明例よりも曲げ圧壊性能が劣っていた。

また、本発明例１及び本発明例２では、曲げ圧壊性能にあまり寄与しない部品底部の板厚が比較例よりも薄くなり、同一寸法（幅、高さ、長さ、フランジ長）のハット断面部品９３として約30%の軽量化ができた。
以上のように、本発明は曲げ圧壊性能を維持したままの軽量化に有効であることが確認された。
本発明例１と本発明例２とでは、別動パンチを加熱した本発明例２の方が部品底部の板厚を薄くすることができ、より軽量化することができた。

１ プレス成形装置（実施の形態１）
２ パンチ
３ 両側パンチ
５ 別動パンチ
６ ダイ
７ 両側ダイ
９ 別動ダイ
１１ 被成形板材
１１ａ 張出部
１２ 凹陥溝部
１３ ハット断面部品
１５ 部品底部
１５ａ 薄肉部
１７ 部品縦壁部
２１ 冷却油供給装置
２３ 冷却油配管
３０ プレス成形装置（実施の形態２）
３１ 駆動装置
３１ａ 油圧シリンダ
３１ｂ 油圧配管
３１ｃ 油圧ユニット
３１ｄ 楔駆動用油圧シリンダ
３２ パンチ
３３ 両側パンチ
３３ａ 別動パンチ設置部
３５ 別動パンチ
３６ ダイ
３７ 両側ダイ
３７ａ 別動ダイ設置部
３９ 別動ダイ
４０ 凹陥溝部
４１ 金型拡幅手段
４３ ヒータ
４５ 別動パンチ上下動用油圧シリンダ
４９ 別動ダイ上下動用シリンダ
５３ パンチ拡幅用油圧シリンダ
５５ ダイ拡幅用油圧シリンダ
５７ プレス成形装置（別動ダイなし）
５９ ダイ
５９ａ 凹陥溝部
６１ プレス成形装置（実施の形態３）
６３ 金型拡幅手段
６５ 固定部
６７ ダイ拡幅用油圧シリンダ
６９ プレス成形装置（実施の形態４）
７１ 金型拡幅手段
７３ パンチ
７３ａ 楔受け部
７５ ダイ
７５ａ 楔受け部
７５ｂ 凹陥溝部
７７ パンチ拡幅楔
７９ ダイ拡幅楔
８１ プレス成形装置（実施の形態５）
８３ ダイ周縁ローラ
８５ パンチ肩ローラ
８７ プレス成形装置（実施の形態６）
８９ Ｗ字型パンチ
９１ Ｗ字型ダイ
９３ ハット断面部品
１０１ プレス成形装置（他の態様）
１０３ パンチ
１０３ａ 凹陥溝部
１０５ ダイ
１０７ 両側ダイ
１０９ 別動パンチ
１１１ 金型拡幅手段
１２１ プレス成形装置（他の態様）
１２２ パンチ
１２３ 両側パンチ
１２５ 別動ダイ
１２７ 凹陥溝部

Claims (13)

1. 加熱した被成形板材を、両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品に、拡幅可能に構成されたパンチとダイを用いてプレス成形するプレス成形方法であって、
   前記被成形板材における前記溝形部の底部に対応する部位に前記パンチと前記ダイが当接しないようにして溝形状を成形する溝形状成形工程と、該溝形状成形工程で成形された溝底部に該溝底部の板厚を薄くする伸びを付与する伸び付与工程と、前記パンチと前記ダイを拡幅方向に移動して、伸びが付与された前記溝底部を幅方向に伸ばす拡幅工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記伸び付与工程は、前記パンチの間に前記パンチとは別に相対移動可能に設けられた別動パンチにより前記溝形状成形工程で成形された前記溝底部を張り出させることで伸びを付与することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 前記伸び付与工程は、前記ダイの間に前記ダイとは別に相対移動可能に設けられた別動パンチにより前記溝形状成形工程で成形された前記溝底部を張り出させることで伸びを付与することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
4. 前記拡幅工程の後に、前記被成形板材を金型で挟んだ状態で前記溝底部を冷却する冷却工程を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
5. 加熱した被成形板材を用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品にプレス成形するプレス成形装置であって、
   凸部を有するパンチと、該パンチの凸部に対応する凹陥部を有するダイと、前記パンチまたは前記ダイの少なくとも一方を駆動させる駆動装置とを備え、
   前記パンチは、拡幅可能に構成された一対の両側パンチと、該両側パンチの間に設けられて前記ダイに対して前記両側パンチとは別動する別動パンチを備えてなり、
   前記ダイは、拡幅可能に構成された一対の部材を備えてなり、前記別動パンチに対応する部位に凹陥溝部を有し、
   前記パンチと前記ダイが下死点にある状態で前記両側パンチと前記ダイを拡幅する金型拡幅手段を備えてなることを特徴とするプレス成形装置。
6. 前記ダイは、拡幅可能に構成された一対の両側ダイと、該両側ダイの間に設けられて前記パンチに対して前記両側ダイとは別動する別動ダイを備えてなり、
   前記別動ダイが、前記両側ダイよりも凹陥した位置に配置されることで、前記凹陥溝部が形成されるようになっていることを特徴とする請求項５記載のプレス成形装置。
7. 加熱した被成形板材を用いて両側に縦壁を有する溝形部を備えた成形部品にプレス成形するプレス成形装置であって、
   凸部を有するパンチと、該パンチの凸部に対応する凹陥部を有するダイと、前記パンチまたは前記ダイの少なくとも一方を駆動させる駆動装置とを備え、
   前記ダイは、拡幅可能に構成された一対の両側ダイと、該両側ダイの間に設けられて前記パンチに対して前記両側ダイとは別動する別動パンチを備えてなり、
   前記パンチは、拡幅可能に構成された一対の部材を備えてなり、前記別動パンチに対応する部位に凹陥溝部を有し、
   前記パンチと前記ダイが下死点にある状態で前記両側パンチと前記ダイを拡幅する金型拡幅手段を備えてなることを特徴とするプレス成形装置。
8. 前記パンチは、拡幅可能に構成された一対の両側パンチと、該両側パンチの間に設けられて前記ダイに対して前記両側パンチとは別動する別動ダイを備えてなり、
   前記別動ダイが、前記両側パンチよりも凹陥した位置に配置されることで、前記凹陥溝部が形成されるようになっていることを特徴とする請求項７記載のプレス成形装置。
9. 前記ダイは凹陥部における周縁に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
10. 前記パンチは凸部における肩部に前記被成形板材との摩擦を低減させるローラを備えたことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
11. 下死点において、前記被成形板材の底部を冷却する冷却液を前記底部に供給する冷却液供給手段を備えたことを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
12. 前記別動パンチの先端面が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
13. 前記別動パンチを加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする請求項５乃至１２のいずれか一項に記載のプレス成形装置。

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