JP2016182606A - 連続波形状製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有する薄板状の材料に対し、スプリングバックの少ない形状凍結性に優れ、低い荷重で連続波形状を成形する製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、曲線状の山と谷を含む連続波形状製品を金型で成形する製造方法である。金型１は、凸部２及び凹部３を有する１対の型からなり、凸部２又は凹部３の曲線部１１における中心角５の半分の角度をθ_０とし、成形材料４と金型１とが、凸部２又は凹部３における曲線部１１の一端から凸部２の頂部又は凹部３の底部に向かって角度θ_１の範囲で接触するとき、θ_１とθ_０との比であるθ_１／θ_０が０．４を超え０．９以下であり、成形材料４は、金型１の凸部２及び凹部３とθ_１の範囲で接触して成形される。成形材料４の板厚をｔ、凸部２における頂部の曲率半径をＲ_１、凹部３における底部の曲率半径をＲ_２としたとき、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１未満であることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、連続的な波形状を有する連続波形状製品の製造方法に関する。

山形状及び谷形状が交互に連続的に並んだ連続波形状製品は、自動車、プラント又は家電等において、遮蔽板、遮熱板又はパッキン等として利用されており、今後も利用の拡大が予想される。連続波形状部品の板材としては、鋼、アルミニウム、銅などの金属製の板材が使用されている。特に、耐久性、耐食性及び耐熱性等の点で、ステンレス鋼（ＳＵＳ）は好適な板材である。また、省スペース及び軽量化のため、薄い板厚が望まれている。

ところで、高い強度を有する金属材料からなる薄板材を曲げ加工すると、加工後のスプリングバック量が大きく、所望の形状と寸法の製品を得られない場合がある。そのため、製造工程の生産性や製品の品質の面で課題を有している。

スプリングバックを回避して凹凸形状を成形する方法には、例えば、山波を成形するポンチとダイの形状を、山波成形後のスプリングバックをあらかじめ是正した所定の山形状に形成した成形装置が提案されている（特許文献１）。

また、リブ山と溝とを交互に形成された製品を成形するに際して、プレス型のパンチとダイスとの間のクリアランスを、塑性加工前の板厚より大きくして、リブ山斜面部が拘束されない状態でプレス成形することが提案されている（特許文献２）。

一般に、連続波形状部品を成形する場合は、図９に示すような成形装置を用いて、板材に波付け加工が施される。波付け加工は、複数の凹凸部を有する金型により、被加工材の複数箇所で曲げ加工を同時に施す加工形態である。曲げ加工時に被加工材が金型に拘束される状態は、加工部位によって異なるため、各加工部位のスプリングバック量にも差異を生じ、周期性の良好な波形状を得ることが難しい。加工品の曲げ部では、外表面側が引張応力状態となり、内表面側が圧縮応力状態となる傾向にあることから、曲げ加工のスプリングバックは、板厚方向の不均一な応力状態に起因すると考えられている。

そこで、スプリングバックの対策としては、曲げ方向、板厚方向又は板幅方向に応力を付与して応力状態を変える方法がある。具体的には、材料の曲げ部を金型で強く圧縮するというコイニング曲げによる方法が提案されている。このコイニング曲げは、曲げ部において、曲げ方向の引張応力及び板厚方向の圧縮応力を付与し、歪硬化により応力状態を変化させて、スプリングバックを低減させる効果がある。

特開２００１−１３７９６０号公報 特開２００５−０７８９８１号公報

図９は、一般的な波付け加工法において、ポンチ２０及びダイ２１からなる金型で板材を成形する加工形態を示した模式図である。図９の（ａ）は、板材が凹凸状の曲線部が連続する形状となるようにプレス成形する例であり、図９の（ｂ）は、各曲線部の間に直線状の直辺部が配置された形状となるようにプレス成形する例である。金型はいずれも、板材の加工形状に応じた凹凸形状を備えている。これらのプレス成形法において、スプリングバックを抑制するため、上述したコイニング曲げによる手法を適用することができる。その場合、金型を板材に強く押し付けるために、板材に大きな荷重を付与する必要がある。しかし、図９の（ａ）に示す形状の成形材料は、成形途中の段階で曲線部に十分な引張歪が付与された後も、曲線部の全面で金型と接触している。さらに、図９の（ｂ）に示す直辺部を含む形状の成形材料では、成形中は、曲線部及び直辺部の両方で金型に接触している。いずれの場合においても、コイニング曲げ手法で強く押圧しても十分な面圧を付与することができない。そのため、スプリングバックを抑制して形状凍結性が良好な形状を得るには、大きな荷重で押圧する必要がある。従来方法は、このような高負荷荷重に適した金型を準備し、成形装置を高荷重で動作させるなど、コストが増大し、作業が複雑になるという課題があり、また、成形に時間を要することから、生産性の向上が難しいという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高い強度を有する薄板状の材料に対し、スプリングバックの少ない形状凍結性に優れ、低い荷重で連続波形状を成形することができる製造方法の提供を目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、特定の形状の曲げ金型を用いることで、上記の課題を解決できることを見出し、本発明の完成に至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

本発明は、曲線状の山と谷を含む連続波形状製品を金型で成形する製造方法であって、前記金型は、凸部及び凹部を有する１対の型からなり、前記凸部又は前記凹部の曲線部における中心角の半分の角度をθ_０とし、成形材料と前記金型とが、前記凸部又は前記凹部における前記曲線部の一端から前記凸部の頂部又は前記凹部の底部に向かって角度θ_１の範囲で接触するとき、前記θ_１と前記θ_０との比であるθ_１／θ_０が０．４を超え０．９以下であり、
前記成形材料は、前記金型の前記凸部及び前記凹部と前記θ_１の範囲で接触して成形される、連続波形状製品の製造方法である。

また、本発明は、前記成形材料の板厚をｔ、前記凸部における前記頂部の曲率半径をＲ_１、前記凹部における前記底部の曲率半径をＲ_２としたとき、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１未満である、前記の連続波形状製品の製造方法である。

また、本発明は、前記金型で成形する際の荷重は、前記金型で成形する際の自由曲げ荷重Ｐの１０倍を超える範囲であり、前記成形によって得られる前記連続波形状製品における前記山と谷の曲率半径をＲ_ｐとし、前記金型における前記凸部及び前記凹部の曲率半径をＲ_ｍとしたとき、Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが４以下である、前記の連続波形状製品の製造方法である。

また、本発明は、前記連続波形状製品が曲線状の山と谷からなる連続波形を有する、前記の連続波形状製品の製造方法である。

また、本発明は、前記連続波形状製品が曲線状及び直辺状の山と谷からなる連続波形を有する、前記の連続波形状製品の製造方法である。

本発明によると、高い強度を有する薄板状の材料に対し、低い荷重で連続波形状を形状凍結性に優れて成形することができる。そのため、良好な形状精度により連続波形状製品を製造できる。また、金型への負荷が軽減されて金型寿命が長くなり、成形装置を高い負荷で動作させる必要がないので、コストが低減し、成形作業が容易となり、生産性の向上にも寄与する。

本発明に係る製造方法で得られる連続波形状製品の一例を示す図である。 本発明に係る連続波形状製品の他の一例を示す図である。 本発明に係る製造方法で使用する金型と成形材料との関係を説明するための模式図である。 金型の曲率半径及び成形材料の板厚と、曲げ先端部での成形材料の金型への接触との関係を示す模式図である。 自由曲げを説明するための模式図である 曲げ加工の荷重−プレスストローク曲線から自由曲げ荷重を求める手法を示す図である。 金属材料について式（１）の定数Ｃと２Ｌ／ｔとの関係を示した図である。 実施例４で使用したステンレス鋼板の荷重−ストローク曲線を示す図である。 一般的な波付け加工法において金型で板材を成形する形態を示す模式図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

本発明に係る製造方法で得られる連続波形状製品１０は、図１に示すような曲線状の山と谷からなる連続波形状を有するもの、図２に示すような曲線状及び直辺状の山と谷からなる連続波形状を有するものがある。隣接する山と山との間隔、又は隣接する谷と谷との間隔を１ピッチという。図１の場合、曲線部１１’が連続する形状であるが、曲線の変曲点に相当する位置で山から谷へ移行し、谷から山へ移行することから、山から谷へ移行する変曲点同士の間隔が１ピッチに相当する。また、図２の場合は、曲線状の曲線部１１’と直線状の直辺部１２’とが連続する形状であるが、図２に示すように、曲線部１１’の一端を起点として、隣接する曲線部１１’の一端との間隔が１ピッチに相当する。

［金型の形状］
金型の凸部及び凹部は、上記のような連続波形状に対応する凹凸形状で構成されている。金型における凸部及び凹部についても、１ピッチは、図１、図２と同様の間隔で特定することができる。例えば、図１の連続波形状製品を成形する金型は、曲線部１１を有する凹部及び凸からなり、１ピッチは、山から谷へ移行する曲線部１１の一端と隣接する曲線部１１の一端との間隔に相当する。図２の連続波形状製品を成形する金型は、曲線部１１及び直辺部１２を有する凸部及び凹部からなり、１ピッチは、同様に、山から谷へ移行する曲線部１１の一端と隣接する山から谷へ移行する曲線部１１の一端との間隔に相当する。

図３は、本発明に係る製造方法で使用する金型１と成形材料４との関係を説明するための模式図である。金型１は、凸部２又は凹部３を有する１対の型からなり、凸部２又は凹部３の曲線部１１における中心角５の半分の角度をθ_０とし、成形材料４と金型１とが、凸部２又は凹部３における曲線部の一端から凸部２の頂部又は凹部３の底部に向かって角度θ_１の範囲で接触するとき、前記θ_１と前記θ_０との比であるθ_１／θ_０は、θ_１／θ_０が０．４を超え０．９以下であり、前記成形材料は、前記金型の前記凸部及び前記凹部と前記θ_１の範囲で接触して成形される。なお、本発明は、この範囲で接触しても成形材料が加圧成形されるに至らない場合は含まないものとする。

波付き加工には、例えば図９に示すように、凹凸部が交互に連続した形状の金型が用いられる。金型の凸部又は凹部は、その頂部又は底部を中心として所定の曲率半径で湾曲する曲線部（曲げ部）を有している。本明細書では、凸部又は凹部の各曲線部における一端から他端までを占める角度を「中心角」という。すなわち、上記の中心角５は、凸部２又は凹部３の曲線部１１において両端に広がる角度に相当する。凸部２の頂部又は凸部３の底部の中央を通る中心線６の両側に広がる角度に相当するとしてもよい。上記のθ_０は、当該中心角５の半分の角度に該当する。
上記のθ_１は、曲線部１１の一端から曲線部の頂部又は底部に向かう特定の角度範囲に相当し、その範囲では成形材料４と金型１とが接触して成形される。この曲線部１１の一端とは、上記中心角を構成する曲線部における上記の一端あるいは他端の少なくとも一方を含む部位を意味する。
具体的な金型形状としては、例えば、図３に示すように、凸部の頂部又は凹部の底部付近が平坦状に形成された構造を備えたものがある。また、図４に示すように、凸部及び凹部の曲線部における曲率半径を変えたものがある。

θ_１／θ_０の下限は、０．４を超えていればよく、０．５以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましく、０．８以上であることがさらに好ましい。なお、成形材料と金型が凸部又は凹部の曲線部における一端で接していなくて、凸部又は凹部の頂部又は底部付近だけで接するときは、本発明におけるθ_１は零とする。そのため、θ_１／θ_０も零になる。
連続波形状製品における山と谷の曲率半径をＲ_ｐとし、金型１における凸部及び凹部の曲率半径をＲ_ｍとしたとき、スプリングバック量（弾性回復量）は、Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍで示すことができる。θ_１／θ_０が小さすぎると、金型の接触範囲が小さくて滑らかな曲率形状を得ることができない。また、当該Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが大きくなり、成形材料に対し、所望の曲率形状となるように形成できず、形状不良になる可能性があるため、好ましくない。そして、弾性回復量を低減させてスプリングバックを抑制するには、高い荷重を加える必要がある。そのため、θ_１／θ_０は、０．４超が好ましい。

θ_１／θ_０の上限は、０．９以下であれば特に限定されるものではない。θ_１／θ_０が大きすぎると、形状凍結性に有効でない曲げ部の先端部にも荷重が付与され、成形材料は、金型の凸部又は凹部と接触する割合が増加し、成形材料に加わる面圧が相対的に低下する。その結果、曲げ部全体でスプリングバックを抑制して所望の形状を得るために荷重を増加させなければならない。また、成形荷重の増加は、金型への負荷を高めるので、金型の寿命に影響する。そのため、θ_１／θ_０は、０．９以下が好ましい。

成形材料は、原板に曲げ加工が施されて、曲線部及び／又は直辺部を含む曲げ部に成形される。本発明は、特定の金型形状を用いることにより、当該曲げ部における先端部の周囲領域に対して曲げ方向の引張応力及び板厚方向の圧縮応力が付与される。その結果、低荷重であっても曲げ部全体で適度なスプリングバック抑制作用が得られ、形状凍結性に優れる成形方法を提供することができる。当該曲げ部の先端部まで成形材料を金型と接触させて加圧することを必要としない。本発明に係る金型は、金型による成形材料の圧縮箇所を制御し、必要とされる成形荷重を低減できる点で、従来の金型形状と異なるといえる。

［成形材料］
本発明に係る成形材料の種類は、特に限定されない。例えば、鋼、ステンレス（ＳＵＳ）鋼の板材に適用できる。そのほかのＦｅ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金等にも適用できる。

成形材料の板厚ｔは、特に限定されるものではない。金型の凸部における頂部の曲率半径をＲ_１、金型の凹部における底部の曲率半径をＲ_２とするとき、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１未満とすることが好ましく、すなわち、板厚ｔが（Ｒ_２−Ｒ_１）よりも大きくなるように板厚ｔを定めることが好ましい。

図４は、成形材料４における曲げ部の先端部（以下、「曲げ先端部」と略称することもある。）と金型１との加工形態に関して、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔの数値により接触状態を区分して示した模式図である。成形材料４の曲げ先端部とその周囲領域を拡大して示している。金型１の凸部２及び凹部３の形状に応じて、成形材料４は、金型１と接触する部位が変化し、異なる接触状態の加工形態で成形加工が行われる。

例えば、図４の（ｂ）は、成形材料の曲げ部全面が凸型と凹型により加圧される従来の加工形態である。凸型２と凹型３は、各曲線部が略同心円状に配置され、成形材料４が凸型２と凹型４の間で挟持されるので、凹部の曲率半径Ｒ_２は、凸部の曲率半径Ｒ_１よりも成形材料の板厚ｔの分だけ大きい。凹型と凸型による曲げ加工においては、Ｒ_２＝Ｒ_１＋ｔの関係が成り立つから、図４（ｂ）は、板厚ｔが（Ｒ_２−Ｒ_１）に等しく、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１である加工形態であり、この場合は、成形材料の全面が金型に接触する態様に相当する。
このように成形材料と金型との接触状態は、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔの範囲によって区分できる。成形材料の一部が金型に接触するときは、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔを１以外となるような形状の金型を使用すればよい。

図４の（ａ）に示すように、板厚ｔが（Ｒ_２−Ｒ_１）よりも大きく、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１未満である接触状態での加工形態で成形される場合、成形材料４は、曲げ先端部の周囲領域だけで金型１の凸部２又は凹部３と接触する状態にあり、曲げ先端部が金型と接触して加圧されることを確実に回避できる。そのため、成形材料４に付与される荷重を小さく抑えることができる。

それに対し、図４の（ｂ）に示すように、板厚ｔが（Ｒ_２−Ｒ_１）に等しく、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１である接触形態では、成形途中の段階で、曲げ先端部に十分な引張歪が付与されるが、曲げ先端部の周囲領域を含む成形材料４の全面にわたって、金型１と成形材料４とが接触状態にある。そのため、成形材料４に付与される面圧が低下する。スプリングバックを抑制して所望の形状となるよう成形するには、成形材料４に付与される荷重を高くする必要があり、好ましくない。

また、図４の（ｃ）に示すように、板厚ｔが（Ｒ_２−Ｒ_１）よりも小さく、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１を超える接触状態での加工形態で成形される場合、成形材料４は、一部の面で金型に接触するものの、曲げ先端部だけが金型１の凸部２又は凹部３と接触状態にあり、周囲領域は金型の加圧力が及んでいない。そのため、周囲領域には、曲げ方向の引張応力及び板厚方向の圧縮応力のいずれも十分に付与されず、曲げ部全体のスプリングバックを抑制できないので、好ましくない。

本明細書において、Ｒ_１、Ｒ_２は、輪郭形状測定機（Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ製 ＣＯＮＴＲＡＣＥＲ ＣＶ−２０００）によって、曲線部に内接する最大の円の半径を測定することによって得られる値である。

［弾性回復量］
成形後のスプリングバックに関する形状凍結性については、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍを指標として評価することができる。弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが小さいほど、スプリングバックによる形状不良が抑制され、形状凍結性に優れることを示す。具体的には、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍは、４以下が好ましく、より好ましくは３．７以下であり、３．４以下がさらに好ましい。

本明細書において、Ｒ_ｐ、Ｒ_ｍは、輪郭形状測定機（Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ製 ＣＯＮＴＲＡＣＥＲ ＣＶ−２０００）によって、曲線部に内接する最大の円の半径を測定することによって得られる値である。

［成形加工の荷重］
成形加工する際の荷重は、特に限定されるものではない。成形中に、金型及び成形材料に付与される負荷を軽減する観点からは、弾性回復量を抑制して所定の連続波形状を成形できる範囲で、成形加工の荷重は小さくすることが好ましい。

必要な荷重を設定する手法としては、成形材料の自由曲げ荷重を求め、この自由曲げ荷重に基づいて成形加工を行う荷重を定めることができる。「自由曲げ」は、一般に、成形材と金型とが接触する部位において、支点、力点及び作用点の３要素からなる曲げが実現される加工形態をいう。例えば、図５に示すように、ダイ２１の上に載置した板材２２をポンチ２０で加圧し、Ｖ字状に曲げる加工形態である。板材２２において、ポンチ２０と接する部位が支点に相当し、支点の裏側が作用点に相当し、ダイ２１と接する部位が力点に相当する。Ｕ字状やＬ字状の曲げ加工においても、自由曲げの加工形態が得られる。この自由曲げに要する加圧力（荷重）が自由曲げ荷重であり、本明細書においては、自由曲げ荷重における最大荷重を自由曲げ荷重Ｐということにする。

この自由曲げ荷重Ｐは、図５に示す曲げ試験で得られる荷重−プレスストローク曲線から求めることができる。図６は、縦軸を荷重（ｋＮ）、横軸をプレスストローク（ｍｍ）とする荷重−プレスストローク曲線の一例を示した図である。加圧スライドを降下するにつれて、負荷荷重が増加する変化を示している。自由曲げによる加工段階では、荷重の増加にともない、ほぼ直線的な一次曲線に沿って曲げ加工が進行する。荷重がさらに増加し、成形材料がパンチとダイの間で圧縮されるコイニング曲げの加工段階に入ると、荷重−プレスストローク曲線が急激に立ち上がる二次曲線に移行する。そこで、自由曲げ荷重Ｐは、荷重−プレスストローク曲線における一次曲線と二次曲線の境界位置に相当する荷重として定義することができる。図６の例では、自由曲げ荷重Ｐは、約２ｋＮであった。

本発明において成形加工の荷重は、良好な形状凍結性を維持しつつ所望の連続波形状を成形する点で、自由曲げ荷重Ｐの１０倍を超える範囲で選択することが好ましく、より好ましくは１７倍以上である。１０倍を下回ると、実用上必要な形状や公差が得られないので、好ましくない。本発明は、従来の成形加工法と比べて加工に要する荷重を低減することができるので、金型及び成形材料に与える負荷を大幅に軽減できる。

また、自由曲げ荷重Ｐ（単位：ｋＮ）は、以下のＲｏｍａｎｏｗｓｋｉの式で近似的に算出できることが知られている。
Ｐ＝Ｃ×σ_Ｂ×ｗ×ｔ ・・・式（１）

式（１）において、Ｃは加工形態に依存する定数、σ_Ｂは成形材料の引張強さ（単位：Ｎ／ｍｍ^２）、ｗは成形材料の幅（単位：ｍｍ）、ｔは成形材料の厚さ（単位：ｍｍ）である。

図７は、定数Ｃと２Ｌ／ｔとの関係を示したものである。２Ｌ（単位：ｍｍ）は、試験機のダイ肩幅を示す。炭素鋼、アルミニウム、黄銅などの金属材料からなる、軟質材、硬質材及び炭素鋼（０．３〜０．４％Ｃ）の３グループについて、定数Ｃと２Ｌ／ｔとの関係が、曲線で示されている。３つの曲線は、ほぼ同じ傾向を示していることから、その加工形態（２Ｌ／ｔ）が同じであれば、式（１）の定数Ｃは、材質の種類に依らず、ほぼ一定であり、曲げ部の大きさ（２Ｌ）及び板材の厚さ（ｔ）によって決まることが分かる。

そこで、曲げ加工用の金型と板厚ｔの成形材料を用いて荷重−プレスストローク曲線を作成し、当該成形材料の自由曲げ荷重Ｐを求める。Ｐ、σ_Ｂ、ｗ、ｔの数値を用いて、式（１）から定数Ｃを算出する。次に、異なる組成の成形材料を用いて、同じ金型で曲げ加工を行う場合は、荷重−プレスストローク曲線を作成する代わりに、式（１）から自由曲げ荷重Ｐを簡便に求めることができる。

本発明に係る製造方法で得られる連続波形状製品１０は、図１に示すように、曲線状の山と谷からなる連続波形状を有していてもよい。図２に示すように、曲線状及び直辺状の山と谷からなる連続波形状を有していてもよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。

＜実施例１＞
市販のステンレス鋼板に対し、凸部又は凹部を有する１対の型からなる金型を用いて７０ｋＮ又は１００ｋＮの荷重を付与して、曲線状の山と谷を含む連続波形状を成形する曲げ加工を行った。

使用したステンレス鋼板の組成は、Ｃ：０．０７質量％，Ｓｉ：０．６０質量％，Ｍｎ：０．８７質量％，Ｐ：０．０３１質量％，Ｓ：０．００５質量％，Ｎｉ：８．０４質量％，Ｃｒ：１８．２６質量％、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。板厚は０．４ｍｍである。

金型の凸部又は凹部の曲線部における中心角の半分の角度をθ_０、ステンレス鋼板と金型とが凸部又は凹部における曲線部の一端から凸部の頂部又は凹部の底部に向かって接触する範囲をθ_１とするとき、θ_１／θ_０を５種類の条件で得られるように金型を用意して、曲げ加工を行った。θ_１／θ_０は、０．４，０．５，０．７，０．９及び１．０で加工された試験材について、その弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍを測定し、形状凍結性の良否に関して評価した。弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが３．４以下の場合を「優良（◎）」、３．４を超えて３．７の場合を「良好（○）」、３．７を超え４．０以下の場合を「普通（△）」、４．０を超える場合を「不良（×）」と判定した。その試験結果を表１に示す。

θ_１／θ_０が０．４を超え０．９以下の範囲にすることで、少ない荷重であっても形状凍結性に優れた連続波形状製品を得られることが分かる（実施例１−１、実施例１−２、実施例１−３）。

一方、θ_１／θ_０が小さすぎると、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが大きいことから、ステンレス鋼板に対し、所望の曲げ部を形成できず、形状凍結性に劣る（比較例１−１、比較例１−２）。また、θ_１／θ_０が大きすぎると、所望の形状を得るには、ステンレス鋼板に対して高い荷重を付与することを要する（比較例１−３）。さらに、金型への負荷が高まるので、金型の変形や破損を招く可能性があり、金型の寿命に影響する。そのため、実施例に比べて、コストや生産性の点で好ましくない。

＜実施例２＞
荷重を６４ｋＮ又は９０ｋＮにしたこと以外は、実施例１と同様の条件で、曲げ加工を行った。その試験結果を表２に示す。

荷重を変えた場合であっても、実施例１と同様の結果が得られた。θ_１／θ_０を、０．４を超え０．９以下の範囲にすることで、少ない荷重であっても形状凍結性に優れた連続波形状製品を得られることが分かる（実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３）。

一方、θ_１／θ_０が小さすぎると、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが大きいことから、ステンレス鋼板に対し、所望の曲げ部を形成できず、形状凍結性に劣る（比較例２−１、比較例２−２）。また、θ_１／θ_０が大きすぎると、所望の形状を得るには、ステンレス鋼板に対して高い荷重を付与することを要する（比較例２−３）。さらに、金型への負荷が高まるので、金型の変形ゆや破損を招く可能性があり、金型の寿命に影響する。そのため、実施例に比べて、コストや生産性の点で好ましくない。

＜実施例３＞
荷重を７０ｋＮにしたこと、及び新たにパラメータ（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔを設け、このパラメータを０．８、１．０及び１．２の３種類にしたこと以外は、実施例１と同様の条件にて曲げ加工を行った。実施例３において、ｔは、ステンレス鋼板の板厚であり、Ｒ_１は、凸部における頂部の曲率半径であり、Ｒ_２は、凹部における底部の曲率半径である。弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍに係る判定は、実施例１と同様である。試験結果を表３に示す。

（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔを１未満にすることで、少ない荷重であっても、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが小さくなり、形状凍結性に優れる形状の連続波形状製品を得られることが分かる（実施例３−１）。

一方、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが大きくなるにつれて、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが大きくなる。（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが大きすぎると、ステンレス鋼板に形状精度よく曲げ形状を付与できず、形状凍結性に劣ることが分かる（比較例３−１及び３−２）。

＜実施例４＞
連続波形状製品を得るために必要な最小の荷重を検討した。表４に示す組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）及び表５に示す機械的性質と厚さを有する４種のステンレス鋼板を用いて、所定の加工を行い、ステンレス鋼板ａ〜ｄを得た。

表５において、０．２％耐力（ＹＳ）、引張強さ、伸びは、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して、ＪＩＳ５号引張試験片を用いた引張試験によって求められた値である。硬度（ＨＶ）は、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠して測定された値である。

ステンレス鋼板ｃ（素材幅ｗ：５６ｍｍ、厚さｔ：０．４ｍｍ）に対し、実施例１と同じ金型を用いて曲げ加工を行い、荷重−ストローク曲線を作成した。その結果は、図８に示すとおりである。ストロークを開始した後、荷重は、一次曲線に沿って変化し、途中から二次曲線に変化している。この一次曲線と二次曲線との境界位置における荷重によると、ステンレス鋼板ｃの自由曲げ荷重Ｐは、１．８ｋＮであった。

Ｒｏｍａｎｏｗｓｋｉの式（１）は、次のとおりである。
Ｐ＝Ｃ×σ_Ｂ×ｗ×ｔ ・・・式（１）

式（１）に、自由曲げ荷重Ｐ＝１．８ｋＮ、ステンレス鋼板ｃの幅ｗ＝５６ｍｍ、ステンレス鋼板ｃの引張強さσ_Ｂ＝１０１９Ｎ／ｍｍ^２、板厚ｔ＝０．４ｍｍを代入した。その結果、定数Ｃは、０．０８の数値が得られた。実施例４における形状凍結性に関する判定には、ステンレス鋼板ａ、ｂ、ｄについてもＣ＝０．０８を採用することができる。

Ｃ＝０．０８を採用し、残り３種のステンレス鋼板ａ，ｂ及びｄについて自由曲げ荷重Ｐを求めた。その結果、ステンレス鋼板ａの自由曲げ荷重Ｐは、１．２ｋＮであり、ステンレス鋼板ｂの自由曲げ荷重Ｐは、１．５ｋＮであり、ステンレス鋼板ｄの自由曲げ荷重Ｐは、２．１ｋＮであった。

そして、４種のステンレス鋼板ａ〜ｄについて、荷重を自由曲げ荷重Ｐの１０倍、１７倍及び３５倍にしたこと以外は、実施例１と同じ手法にて、連続波形状の曲げ加工を行った。弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍに係る判定は、実施例１と同様である。試験結果を表６に示す。表６に示した荷重は、自由曲げ荷重Ｐに所定倍率を掛けて算出した数値である。

表５から、成形加工の荷重が自由曲げ荷重Ｐの１７倍以上である場合、ステンレス鋼板の組成にかかわらず、弾性回復量Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが４．０以下であり、好適な形状凍結性が得られることが分かる。これは、成形加工の荷重が自由曲げ荷重Ｐの１７倍以上であると、ステンレス鋼板の物性にかかわらず、ステンレス鋼板に対して形状精度の良い連続波形状を付与できることを示している。

ステンレス鋼板ｄは、実施例１〜３と同じ材質の板材である。表６によると、良好な形状凍結性を維持するのに必要な成形荷重は、実施例１〜３で用いた荷重の半分程度に抑えられた。そのため、金型及びステンレス鋼板に及ぼす負荷を大幅に軽減できた。このように、自由曲げ荷重Ｐを基準にすることにより、良好な形状精度で連続波形状製品を成形するのに適した荷重を簡単に設定することができる。

また、ステンレス鋼板の機械的性質に関して、０．２％耐力（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、伸び（ＥＬ）及び硬度（ＨＶ）を調整することにより、成形加工の荷重を低く抑えることができる。例えば、ステンレス鋼板ａ、ｂは、０．２％耐力（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、伸び（ＥＬ）又は度（ＨＶ）がステンレス鋼板ｃ、ｄよりも低い範囲にあり、負荷荷重に対する変形抵抗が低い素材である。表５によると、本発明の条件で成形加工することにより、優れた形状凍結性を維持しつつ、自由曲げ荷重Ｐの１０倍という低い成形荷重で加工できることが分かる。

１ 金型
２ 凸部
３ 凹部
４ 成形材料
５、５’ 中心角
６ 中心線
１０ 連続波形状製品
１１、１１’ 曲線部
１２、１２’ 直辺部
２０ パンチ
２１ ダイ
２２ 板材
Ｌ 成形材料と金型との接触部

Claims (5)

1. 曲線状の山と谷を含む連続波形状製品を金型で成形する製造方法であって、
   前記金型は、凸部及び凹部を有する１対の型からなり、前記凸部又は前記凹部の曲線部における中心角の半分の角度をθ_０とし、成形材料と前記金型とが、前記凸部又は前記凹部における前記曲線部の一端から前記凸部の頂部又は前記凹部の底部に向かって角度θ_１の範囲で接触するとき、前記θ_１と前記θ_０との比であるθ_１／θ_０が０．４を超え０．９以下であり、
   前記成形材料は、前記金型の前記凸部及び前記凹部と前記θ_１の範囲で接触して成形される、連続波形状製品の製造方法。
2. 前記成形材料の板厚をｔ、前記凸部における前記頂部の曲率半径をＲ_１、前記凹部における前記底部の曲率半径をＲ_２としたとき、（Ｒ_２−Ｒ_１）／ｔが１未満である、請求項１に記載の連続波形状製品の製造方法。
3. 前記金型で成形する際の荷重は、前記金型で成形する際の自由曲げ荷重Ｐの１０倍を超える範囲であり、
   前記成形によって得られる前記連続波形状製品における前記山と谷の曲率半径をＲ_ｐとし、前記金型における前記凸部及び前記凹部の曲率半径をＲ_ｍとしたとき、Ｒ_ｐ／Ｒ_ｍが４以下である、請求項１又は２に記載の連続波形状製品の製造方法。
4. 前記連続波形状製品は、曲線状の山と谷からなる連続波形を有する、請求項１から３のいずれかに記載の連続波形状製品の製造方法。
5. 前記連続波形状製品は、曲線状及び直辺状の山と谷からなる連続波形を有する、請求項１から３のいずれかに記載の連続波形状製品の製造方法。

Images