JP2018034200A - アルミニウム樹脂複合積層板からなり、フランジ部を有する三次元成形品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は三次元成形品の製造方法と製造装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、発泡樹脂からなる芯材の両面に面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらに連続された側壁と側壁に接続されたフランジ部を有する三次元成形品の製造方法であり、中子と成形型を備えたダイ型としわ押さえ板を備えたパンチとを具備する金型装置を用い、アルミニウム樹脂積層板からなる平板状のブランク材をダイ型とパンチとの間に介挿し、ブランク材の縁部をダイ型としわ押さえ板で挟持しながらパンチを成形型内に押し込んでブランク材を引き延ばしつつ成形型に合わせてブランク材を絞り加工し、ブランク材の長辺長さを５０〜６００ｍｍに、ブランク材の厚さを２〜１０ｍｍに、フランジ部の幅をブランク材の厚さの５〜２０倍にそれぞれ設定し、成形時に印加するしわ押さえ力を徐々に弱くしつつ成形する。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム樹脂複合積層板からなり、フランジ部を有する三次元成形品の製造方法と製造装置に関する。

従来から、金属板の絞り加工装置として、図１０に示すように加工対象の金属板１００が水平に設置されるダイプレート１０１と、ダイプレート１０１の中央孔１０２に上下移動自在に収容されたパッド１０３と、ダイプレート１０１の上方に設けられたしわ押さえプレート１０５および絞りパンチ１０６を備えた絞り加工装置が知られている。
この絞り加工装置は、図１１に示すように絞りパンチ１０６を中央孔１０２の内側まで下降させ、金属板１００に絞り加工を施し、箱型の成形品１０７を製造する。図１０、図１１に示す絞り加工装置において絞りパンチ１０６は平面視略矩形状に形成され、成形品１０７は矩形箱型の三次元成形品として作製される。

図１０、図１１に示す絞り加工装置によって金属板１００に絞り加工を施す場合、欠陥を生じ易いのは、絞りパンチ１０６の周縁部が金属板１００を大きく絞り出し変形させた部分である。
例えば、成形品１０７において単純な折り曲げ加工により形成した側面や底面に欠陥を生じるおそれはない。しかし、２つの側面と底面との交わるコーナー部分や２つの側面が交わる稜線部分は金属板１００から成形に必要な材料を絞り出した部分であるので、割れやしわ、あるいは肌荒れなどの欠陥が生じ易い部分となる。
現状の絞り加工技術において、潤滑油の開発や絞り加工技術の改良などによって一般的な加工性の金属板であれば、特に支障なく絞り加工ができる技術開発がなされている。

例えば、以下の特許文献１に記載の如く伸びの低い金属材料からなる合金板を角絞り加工する場合、部分的にテーパーのあるダイプレート、絞りパンチ、パッドを用いて角部や稜線部分を第一の絞り加工時に局部的に肉増し加工し、次いで角部や稜線部分の肉増しされた部分を加工して絞り加工を行う技術が提供されている。
また、以下の特許文献２に記載の如く絞り加工で形成する立壁部に生成するしわを防止するために、湾曲コーナー部の中央に対する初期フランジ長と直辺部に対応する初期フランジ長との比を規定し、湾曲コーナー部中央のショックライン長と直辺部におけるショックライン長の比を規定する技術が提供されている。

また、以下の特許文献３に記載の如く金属板を箱状体に絞り成形する場合、絞り可能な大きさのＲである金属板の厚さの３倍以上のＲで箱状体に絞り成形後、Ｖ状ポンチで叩いてＲを小さくする技術が提供されている。
前述の如く一般的な金属板は勿論のこと、加工が難しいと想定される金属板であっても欠陥の生じ難い絞り加工技術の提供がなされている。

特開２００２−２３９６４４号公報 特開平９−３０８９２１号公報 特開２００１−２３９３２７号公報

ところで近年、次世代自動車の開発などのテーマにおいて、より軽量な板材の開発が検討され、その中に発泡樹脂板の表裏面をアルミニウム板で挟んだサンドイッチ構造のアルミニウム樹脂複合積層板が研究されている。
このアルミニウム樹脂複合積層板は、軽量である上に表面光沢があり、意匠性にも優れているので、アルミニウム樹脂複合積層板からなる三次元成形品の製造技術開発が期待されている。
ところが、発泡樹脂とアルミニウム板は樹脂材料と金属材料であり、両者は熱膨張率、伸び、縮みが大きく異なるので、従来から知られている種々の絞り加工技術を適用したとしても、部分的にしわや割れ、肌荒れなどを引き起こすことなく三次元成形品を絞り加工することは困難であった。

特に、フランジ部を有する箱型や枠型等の三次元成形品を絞り加工する場合、一度の成形によって成形品を得るためには、金型に特別の工夫が必要であり、ブランク材を部分的にクランプしながらフランジ部を成形する必要があり、金型内でのブランク材の位置決めやフランジ厚のコントロールが必要であるなど、加工条件の設定が容易ではなかった。

本願発明は、これらの背景に鑑み、アルミニウム樹脂複合積層板からフランジ部を有する三次元成形品を製造する場合に、しわや割れ、余肉部分などの欠陥を生じることなく形の整ったフランジ部を有する三次元成形品を製造できる方法と装置の提供を目的とする。

本発明者はフランジ部を有する三次元成形品をアルミニウム樹脂複合積層板から絞り成形により製造する方法について研究した結果、製造開始時に用いるブランク材の寸法と、ブランク材の厚さと、目的とするフランジ部の幅と成型方法との間に望ましい関連性を見出した。そして、これらの関連性と条件に鑑み、成形時のブランク材の固定方法や位置決め方法、フランジ厚調整方法についてさらに研究した結果、三次元成形品を製造するための望ましい条件や必要な方法を見出し、本願発明に到達した。
本発明に係る製造方法は前述の背景に基づき、発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁と前記側壁に連続されたフランジ部を有する三次元成形品の製造方法であって、中子を挿通する型孔と成形型部を備えたダイ側プレートと中子としわ押さえ板とパンチとを具備する製造装置を用い、前記アルミニウム樹脂積層板からなる矩形板状のブランク材を前記ダイ側プレートとパンチとの間に介挿し、前記ブランク材の縁部を前記ダイ側プレートとしわ押さえ板で挟持しながら前記パンチを前記成形型部内に押し込んで前記ブランク材を引き延ばしつつ前記成形型に合わせて前記ブランク材を絞り加工するとともに、前記ブランク材の長辺長さを５０〜６００ｍｍの範囲に、前記ブランク材の厚さを２〜１０ｍｍの範囲に、前記フランジ部の幅を前記ブランク材の厚さの５〜２０倍の範囲にそれぞれ設定し、成形時に印加するしわ押さえ力を徐々に弱くしつつ成形することを特徴とする。

本発明の製造方法において、前記ダイ側プレートとして、前記ブランク材の縁部を挟持するための額縁部と該額縁部の内側に形成されて前記側壁を造形するための成形型部を有し、前記成形型部の内側に前記中子を挿通するための型孔が形成され、前記額縁部の上面側周縁部であって前記ブランク材の縁部を挟持しない位置に前記ブランク材の厚さの６／１０を超え、９／１０未満の厚さを有するフランジ厚調整用凸部が形成されたダイ側プレートを用いることが好ましい。
本発明の製造方法において、前記額縁部の上面側であって前記フランジ厚調整用の凸部が形成されていない部分に前記フランジ厚調整用の凸部と同等以下の背の高さのブランク材位置決め用の突起部が形成されたダイ側プレートを用いることが好ましい。

本発明に係る製造装置は、発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁と前記側壁に連続されたフランジ部を有する三次元成形品の製造装置であって、中子を挿通する型孔と成形型部を備えたダイ側プレートと中子としわ押さえ板とパンチとを具備し、前記アルミニウム樹脂積層板からなる矩形板状のブランク材を前記ダイ側プレートとパンチとの間に介挿し、前記ブランク材の縁部を前記ダイ側プレートと前記しわ押さえ板で挟持しながら前記パンチを前記成形型部内に押し込んで前記ブランク材を引き延ばしつつ前記成形型部に合わせて前記ブランク材を絞り加工し、長辺長さ５０〜６００ｍｍ、厚さ２〜１０ｍｍ、フランジ部の幅を前記厚さの５〜２０倍の範囲にそれぞれ設定したブランク材を絞り加工するための三次元成形品の製造装置であり、前記ダイ側プレートが、前記ブランク材の縁部を挟持するための額縁部と該額縁部の内側に形成されて前記側壁を造形するための成形型部を有し、前記成形型部の内側に前記中子を挿通するための型孔が形成され、前記額縁部の上面側周縁部であって前記ブランク材の縁部を挟持しない位置に前記ブランク材の厚さの６／１０を超え、９／１０未満の厚さを有するフランジ厚調整用の凸部が形成されたことを特徴とする。

本発明の製造装置において、前記額縁部の上面側であって前記フランジ厚調整用の凸部が形成されていない部分に前記フランジ厚調整用の凸部と同等以下の背の高さのブランク材位置決め用突起部が形成された構成を採用できる。

本発明の製造方法と製造装置によれば、アルミニウム樹脂複合積層板からフランジ部を有する三次元成形品を製造する場合であっても、しわや割れ、余肉部分などの欠陥を生じることなく形の整ったフランジ部を有する三次元成形品を得ることができる。

本発明に係る製造方法と製造装置により製造された三次元成形品の一例を示す斜視図。 図１に示す三次元成形品を製造するために用いる装置の第１実施形態を示す斜視略図。 同第１実施形態の製造装置を他の角度から見た斜視略図。 同第１実施形態の製造装置に備えられるダイ側プレートの斜視図。 同ダイ側プレートにブランク材を設置した状態を示す斜視図。 ブランク材を絞り加工して三次元成形品を製造する工程の一例を示すもので、（Ａ）はしわ押さえ板とダイ側プレートとの間にブランク材を挟持した状態を示す断面図、（Ｂ）は同ブランク材を絞り加工している初期段階を示す断面図、（Ｃ）は同ブランク材を絞り加工している中期段階を示す断面図、（Ｄ）は同ブランク材を絞り加工して得た三次元成形品を型から取り外した状態を示す断面図。 同ダイ側プレート上に三次元成形品を成形した状態の一例を示す斜視図。 本発明技術を適用する三次元成形品の他の例を示す斜視図。 実施例で用いたダイ側プレートの一例を示す斜視図。 従来の絞り加工装置においてダイプレートとパンチの間に金属板を設置した状態を示す断面図。 従来の絞り加工装置においてパンチを下降させて金属板を三次元成形品に加工した状態を示す断面図。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、図２以降に示す製造装置Ａによって製造対象とする三次元成形品の一例を示す斜視図である。
この例の三次元成形品Ｂは、ポリプロピレン発泡樹脂などの発泡樹脂板からなる芯材２ａと、この芯材２ａの表裏両面側に積層されたアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材２ｂ、２ｂとからなる３層構造のアルミニウム樹脂複合積層板２を後述する製造装置Ａで絞り成形して得られる。
図１に示す三次元成形品Ｂは、浅底の上面開口型の皿形に形成され、平面視矩形状の底壁２Ａとこの底壁２Ａの周縁から底壁２Ａに対し傾斜して立設された４つの側壁２Ｂと、各側壁２Ｂの先端から底壁２Ａと平行に外側に延出されたフランジ部２Ｃとからなる。４つの側壁２Ｂは底壁２Ａに対しいずれも９０゜より大きな角度で外側向きに傾斜され、底壁２Ａの外側に拡がるように立設されている。

底壁２Ａの周縁において側壁２Ｂが延設された部分に第１のコーナー部２Ｄが形成され、隣接する側壁２Ｂ、２Ｂが接続された稜線部分に第２のコーナー部２Ｅが形成されている。また、４つのフランジ部２Ｃは第２のコーナー部２Ｅの上方側において連続一体化され、隣接するフランジ部２Ｃ、２Ｃが連続されたコーナー部２Ｆの外周側にはアール部２Ｇが形成されている。
上述のアルミニウム樹脂複合積層板２として望ましくは厚さが２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、望ましくは面材２ｂの厚さが０．１ｍｍ以上、４ｍｍ以下、望ましくは芯材２ａの厚さが１．９ｍｍ以上、９．８ｍｍ以下の積層板を用いることができる。

なお、一例として芯材２ａの厚さ２．５ｍｍ、外側の面材２ｂの厚さ０．３ｍｍ、内側の面材２ｂの厚さ０．２ｍｍ、総厚３．０ｍｍ程度、芯材２ａの表裏両面に面材２ｂが接着された構造のアルミニウム樹脂複合積層板２を適用することができる。前記芯材２ａの厚さ、面材２ｂの厚さは一例であって、前記の厚さに限らないが、アルミニウム樹脂複合積層板全体をできるだけ軽量化するために、芯材２ａより面材２ｂの方を薄くすることが好ましい。また、芯材２ａをポリプロピレン樹脂の発泡体から形成すると芯材２ａの比重を１．６程度に形成することができ、アルミニウムの比重が約２．７程度であるので、芯材２ａを面材２ｂより厚く形成することでアルミニウム樹脂複合積層板全体として軽量化に有利となる。なお、芯材２ａを構成する樹脂としては、ポリプロピレン樹脂に限定されず、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート等を用いることができ、発泡倍率は１．５倍から１０倍で均一に発泡させたものを適宜選択できる。

面材２ｂ、２ｂを形成するアルミニウムあるいはアルミニウム合金板は、両方同じ種類のアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されていても良く、異なるアルミニウム合金から形成されていてもよい。一例として、外側の面材２ｂをＡＡ５１５１などの５０００系アルミニウム合金から形成し、内側の面材２ｂをＡＡ１０５０などの１０００系アルミニウム合金から構成することができる。
この実施形態において内外の面材２ｂ、２ｂで材質、厚さを前記のように異ならせたのは、内側の面材２ｂに変形による歪を逃がし、成形を容易とするためであるが、上述の記載は一例であって、上述の記載に制限されるものではない。

図１に示す三次元成形品Ｂは、図５、図６に示す平板状のアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材２０を図２、図３に示す構成の製造装置Ａを用いて絞り加工することによって製造される。
ただし、アルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材２０の芯材２ａは面材２ｂより比重が小さく樹脂の発泡体であるので、単純に絞り加工を施した場合、芯材２ａがクッション材のように変形し、変形しようとする面材２ｂの緩衝層となる。このため、例えば、絞り成形を提供しようとすると、三次元成形品Ｂのコーナー部２Ｄ、２Ｅにしわや割れが生じ易く、フランジ部２Ｃの傾斜角度のバラツキ、幅寸法のバラツキ、うねりなどを生じ易く、フランジ部２Ｃの縁部に余肉部を生じ易い問題がある。
そこで、本実施形態では、図２、図３に示す製造装置Ａを用い、製造装置Ａに図４に示すダイ側プレート１２を装着し、後述する寸法のアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク材２０を用い、後述する絞り加工を施すことによって、上述した欠陥の生じていない形の整った三次元成形品Ｂを得ることができる。

製造装置Ａは、上部定盤３と下部定盤５の間に上型６と下型７を備え、上部定盤３と下部定盤５を図示略の油圧圧下装置に接続することで上型６と下型７を接近離間する方向に移動できるように構成されている。
上型６には上部定盤３の下面側に取付プレート８を介し取り付けられたパンチ９が設けられている。この実施形態においては図１に示す皿形の三次元成形品Ｂを製造対象とするので、皿形の三次元成形品Ｂを型取るための底面９ａと側面９ｂと接続面９ｃを備えた逆台形凸部型のパンチ９が取付プレート８に下向きに取り付けられている。
下型７にはブロック型の中子１０を内部に備えたダイ本体１１とその上部に取り付けられた枠型のダイ側プレート１２が設けられている。ダイ側プレート１２は自身を貫通する図示略のボルトによりダイ本体１１の上部に着脱自在に取り付けられている。

ダイ側プレート１２は、図４に詳細構造を示すように、２つの長辺部１２ａと２つの短辺部１２ｂから四角枠状に組まれた額縁部１２Ａを備え、額縁部１２Ａの中央に中子１０を挿通するための型孔１２Ｃが形成されている。ダイ側プレート１２の長辺部１２ａにおいて型孔１２Ｃの内縁部分に斜面１２ｄが形成され、短辺部１２ｂにおいて型孔１２Ｃの内縁部分に斜面１２ｅが形成されている。斜面１２ｄと斜面１２ｅは同等の傾斜角で長辺部１２ａあるいは短辺部１２ｂに形成され、斜面１２ｄと斜面１２ｅの境界部分は内角部１２ｆを介し接続されている。ダイ側プレート１２において、型孔１２Ｃの上部開口縁部分と斜面１２ｄ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｅによって成形型部１２Ｅが形成されている。

ダイ側プレート１２の上面側コーナー部分に額縁部１２Ａの上面を一段高めた平面視扇型の段部状の凸部１２ｇが形成されている。これらの凸部１２ｇは長辺部１２ａの長さ方向両端部分あるいは短辺部１２ｂの長さ方向両端部分に位置するように形成されている。また、長辺部１２ａの長さ方向中央部分であって長辺部１２ａの外縁部分に額縁部１２Ａの上面を一段高めた平面視四角形状の突起部１２ｈが形成され、短辺部１２ｂの長さ方向中央部分であって短辺部１２ｂの外縁部分に額縁部１２Ａの上面を一段高めた平面視四角形状の突起部１２ｉが形成されている。額縁部１２Ａの上面において４つの凸部１２ｇと４つの突起部１２ｉを除く部分には平面状の受け面１２ｊが形成されている。
受け面１２ｊに対する凸部１２ｇの高さと形成位置および突起部１２ｈの高さと形成位置の関係についてはそれぞれ後に詳述する。

ダイ本体１１の上部にダイ側プレート１２が一体化されているが、ダイ本体１１は中空構造とされてその内底部側には前記中子１０の上下移動を受けて上下方向に移動自在に基台１５が設けられ、この基台１５の下方に下部定盤５を上下に貫通して基台１５を上下に移動自在に支持するイジェクタピン１６が設けられている。

なお、取付プレート８の下方であってパンチ９の周囲側には図６に示すしわ押さえ板１７が図示略のボルトにより水平に軸支されている。図２、図３ではしわ押さえ板１７の記載を略し、図６に簡略記載しているが、このしわ押さえ板１７の中央部にパンチ９の外周より若干大きな挿通孔１７ａが形成されパンチ９はこの挿通孔１７ａを介し下方に（型孔１２Ｃ側に）移動可能に構成されている。しわ押さえ板１７の４つのコーナー部分を貫通してしわ押さえ板１７を水平に軸支する図示略のボルトに図示略のコイルバネが巻装され、ボルトとコイルバネを介ししわ押さえ板１７が支持されている。
この構造により、パンチ９とともにしわ押さえ板１７を下降させると、しわ押さえ板１７とダイ側プレート１２の受け面１２ｊとの間に加工対象の平板状のブランク材２０を挟み込むことができ、ブランク材２０を挟んだ状態のままパンチ９を更に下降することでパンチ９によってブランク材２０を成形型部１２Ｅ側（下方）に押し込むことができる。

しわ押さえ板１７を軸支するボルトに巻装されたコイルバネはそのばね定数を適切な値に設定しておくことでしわ押さえ板１７がブランク材２０を押さえ付けるためのしわ押さえ力を目的の大きさに調整することができる。
パンチ９の下降時にしわ押さえ板１７がブランク材１７の周縁部を受け面１２ｊに押さえ付けることが必要なため、ダイ側プレート１２の上面コーナー部分に形成されている凸部１２ｇの高さはしわ押さえ板１７が目的のしわ押さえ力を付加する場合の障害とならない程度の高さに形成されている。一例として、凸部１２ｇの高さはブランク材２０の厚さの６／１０を超える高さであって、ブランク材２０の厚さの９／１０未満の高さであることが好ましい。また、突起部１２ｈの高さは、凸部１２ｇの高さと同等であるか凸部１２ｇの高さより低く設定されていることが好ましい。
凸部１２ｇの高さがブランク材２０の厚さの６／１０以下の場合は三次元成形品Ｂの縁部に余肉が生じ易くなり、９／１０を超える場合はしわ押さえの効果が減少する。

ブランク材２０は図５に示すようにダイ側プレート１２の受け面１２ｊの中央部に正確に位置決めして設置することが好ましい。ここで、ダイ側プレート１２の受け面中央にブランク材２０を設置した場合、受け面上に形成されている突起部１２ｈ、１２ｉがブランク材２０の長辺中央と短辺中央に接するか近傍に位置し、ブランク材２０の位置決めが容易となるように各突起部１２ｈ、１２ｉが突出形成されている。
また、ブランク材２０の寸法は、本実施形態の製造装置１で絞り成形する場合、平面視長方形状であり、長辺の長さが５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲であって、厚さが２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、この寸法のブランク材２０から図１に示す三次元成形品Ｂを絞り成形により製造する場合、三次元成形品Ｂに形成するフランジ部２Ｃの幅はブランク材２０の厚さの５倍〜２０倍程度の大きさとすることが好ましい。
ブランク材２０の長辺側の寸法が５０ｍｍ未満では小さすぎてフランジ部を形成することが困難となり、６００ｍｍを超える寸法では大きすぎてフランジ部が不均一となり易い。
ブランク材２０の厚さが２ｍｍ未満ではアルミニウム樹脂複合積層板として成立せず、１０ｍｍを超えるようでは厚すぎて形状の精度が得られない。
上述のようにブランク材２０の大きさには制限や範囲があり、制限範囲内であっても種々の大きさがあるので、ブランク材２０を支持するダイ側プレート１２は複数用意しておき、ブランク材２０の大きさに合わせた受け面１２ｊを設定する必要がある。

次に、上述の構成の製造装置１とブランク材２０を用いて図１に示す構成の三次元成形品Ｂを製造する方法の一例について説明する。
三次元成形品Ｂを製造するために先に説明した寸法と厚さのブランク材２０を図５に示すようにダイ側プレート１２の受け面１２ｊ上に設置する。
受け面１２ｊ上に突起部１２ｈ、１２ｉが形成されていて、これらの突起部１２ｈ、１２ｉに挟まれる位置に図５に示すようにブランク材２０を設置するならば、容易かつ簡単にダイ側プレート１２の中央に正確にブランク材２０を位置決めできる。
この後、上部定盤３を油圧装置により下降させてパンチ９を下降させるとしわ押さえ板１７も下降するが、しわ押さえ板１７が受け面１２ｊとの間にブランク材２０を挟み込み、しわ押さえ板１７が凸部１２ｇに接するまでブランク材２０に対する挟み込み力は増加する。しわ押さえ板１７が凸部１２ｇに接触した時点でしわ押さえ板１７がブランク材２０を挟み込む力は最大となり、一定値となる。

このしわ押さえ力については、１０〜４０ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲を選択することが好ましく、成形初期、成形中期、成形末期の３つの段階において徐々にしわ押さえ力を小さく設定することが好ましい。
成形初期、成形中期、成形末期の３つの段階においていずれも均等のしわ押さえ力とした場合はフランジ角度のバラツキが大きくなり、しわや割れが発生し易い。また、成形速度の向上が望めなくなり、生産効率が低下する。
成形初期、成形中期、成形末期の３つの段階においてしわ押さえ力を徐々に大きくした場合はフランジ部２Ｃの幅寸法のバラツキ率が大きくなり、しわや割れも生じ易くなる。

上述の成形時、ブランク材２０をダイ側プレート１２の成形型部１２Ｅとしわ押さえ板１７で拘束した状態から、パンチ９を下降させるとともに中子１０とパンチ９でブランク材２０を挟んだ状態で成形を行う。この際、中子１０を用いてパンチ９の加工力とは逆に押し返す力を作用させる。この中子１０の反力を成形初期には強くし、徐々に弱くすることでしわ押え力を変化させることができる。
また、上述の成形時、フランジ部２Ｃに対する成形品の側面の角度が０から１/３までを成形初期、１/３を超え２/３までを成形中期、２/３を超え最終角度までを成形末期とする。例えば、最終の三次元成形品Ｂの側面の角度が４５°の場合、初期は０から１５°まで、中期は１５°超から３０°まで、末期は３０°超から４５°までとする。

上部定盤３の下降によりダイ側プレート１２にパンチ９を接近させると図６（Ａ）から図６（Ｂ）に示すようにパンチ９の底面９ａがブランク材２０を徐々に下向きに押し広げつつ絞り成形する。ここでブランク材２０はその周縁部を受け面１２ｊとしわ押さえ板１７に挟まれて適切なしわ押さえ力を作用させた状態のまま絞り成形を受ける。パンチ９の下降により中子１０も下降するのでパンチ９の側面９ｂと接続面９ｃに接しているブランク材２０の一部がダイ側プレート１２の斜面１２ｄと斜面１２ｅに接するまで図６（Ｃ）に示すようにパンチ９を下降させたならば、絞り成形加工終了とする。

この絞り成形加工中においてしわ押さえ板１７と受け面１２ｊとの間にブランク材２０の周縁部を挟み、適切なしわ押さえ力を付加したままパンチ９でブランク材２０の絞り成形を行うので、しわや割れ、縁部余肉などの欠陥部を生じさせることなく目的の形状の三次元成形品Ｂを成形できる。また、製造装置１に適用するブランク材２０として好適な長辺長さ、厚さ、フランジ幅のブランク材２０を適用して三次元成形品Ｂを製造するならば、フランジ部２Ｃの角度が良好であり、フランジ部２Ｃのうねりが少なく、フランジ部２Ｃの幅の寸法バラツキ率も少ない目的の形状の三次元成形品Ｂを絞り成形できる。

例えば、ブランク材２０の長辺長さが５０ｍｍ未満ではフランジ角度のバラツキが大きくなり、長辺長さがより小さくなるとフランジ部２Ｃの幅寸法のバラツキ率も大きくなり割れも発生する。長辺長さが６００ｍｍを超えるようではフランジ部２Ｃのうねりが大きくなり、長辺長さを更に大きくするとフランジ部２Ｃの幅寸法のバラツキ率も大きくなり割れあるいはしわあるいは縁部余肉も発生する。
例えば、ブランク材２０の厚さが２ｍｍ未満ではフランジ部２Ｃの幅寸法のバラツキ率が大きくなり、厚さがより小さくなるとフランジ角度のバラツキが大きくなり、フランジ部２Ｃのうねりが大きくなり、しわや割れも発生する。ブランク材２０の厚さが１０ｍｍを超えるようではフランジ角度のバラツキが大きくなり、厚さがより大きくなると、フランジ部２Ｃのうねりまたはフランジ部２Ｃの幅寸法のバラツキ率が大きくなり、しわも発生する。

以上説明の如くブランク材２０の長辺長さ、厚さ、フランジ部の幅を好適な範囲に設定し、しわ押さえ力を成形初期、成形中期、成形末期の３つの段階において徐々に低下させて製造装置１により製造するならば、しわや割れが発生しない上に、縁部余肉が発生しない目的の三次元成形品Ｂを得ることができる。また、これらの条件を揃えて製造することでフランジ部の角度のバラツキが少ないこと、フランジ部２Ｃのうねりが少ないこと、フランジ部２Ｃの幅寸法のバラツキが小さいことなどの更なる課題のうち、多くの課題を満足できる三次元成形品Ｂを製造できる。

図８は本発明で製造対象とする３次元成形品の第２の例を示す斜視図である。
この例の三次元成形品Ｃは、峰部２２の幅方向両側に２本の溝型のレール部２３を設け、これらレール部２３、２３の外側にそれぞれフランジ部２４を設けてなる。この例の三次元成形品Ｃは、１枚のアルミニウム樹脂複合積層板を先に説明した製造装置１を用いて絞り加工することで得られる。三次元成形品Ｃにおいて峰部２２とレール部２３との境界部分に側壁２５が形成され、レール部２３とフランジ部２４との境界部分にも側壁２６が形成されている。

この例の三次元成形品Ｃを製造する場合に用いるダイ側プレートとパンチは図８の形状に合わせた成形型の形状とパンチ形状の組み合わせで実現される。
図８に示す形状の三次元成形品Ｃを製造する場合においても、前述した例と同じブランク材の長辺長さの範囲、厚さ範囲、フランジ幅の範囲、しわ押さえ力の範囲を満たし、成形初期と成形中期と成形末期のしわ押さえ力を前述の例と同様に満たしつつ製造することにより、しわや割れの無い、偏肉を有していない目的の形状の三次元成形品Ｃを製造することができる。また、前述の条件を満たしつつ製造することにより、フランジ部の角度が良好であり、フランジ部のうねりが少なく、フランジ部の幅の寸法バラツキ率も少ない目的の形状の三次元成形品Ｃを製造することができる。

以上説明したように、本発明で製造対象とする三次元成形の構成は、図１、図８に示す形状に限るものではなく、底壁と側壁とフランジ部を有する三次元成形品一般に広く適用することができる。

３倍発泡のポリプロピレン製の発泡樹脂板の一面にＡＡ１０５０からなるアルミニウム合金板を他面にＡＡ５１５１からなるアルミニウム合金板を接着した３層構造のアルミニウム樹脂複合積層板のブランク材であって、以下の表１に示す長辺長さ、厚さを有するブランク材を複数用意した。
これらのブランク材に対し三次元成形品に加工した場合のフランジ幅を以下の表１に示す各値に設定し、図２〜図３に示す製造装置に図４に示すダイ側プレートを適用し、表１に示すようにしわ押さえ力を設定して絞り成形により三次元成形品を製造した。

用いたブランク材は、３倍発泡のポリプロピレン製の厚さ２．５ｍｍの発泡樹脂板の一面にＡＡ１０５０からなる厚さ０．２ｍｍのアルミニウム合金板を接着し、他面にＡＡ５１５１からなる厚さ０．３ｍｍのアルミニウム合金板を接着した３層構造のアルミニウム樹脂複合積層板（短辺長さ１６０ｍｍ）からなるブランク材である。
表１に示すように５０〜８００ｍｍのいずれかの長辺長さ、１．５〜１５ｍｍのいずれかの厚さであり、製造しようとする三次元成形品のフランジ部の幅を１５〜１６０ｍｍのいずれかの値としたブランク板を用いて成形を行い、図２、図３に示す製造装置に図９に示すダイ側プレートを装着し、表１に示すしわ押さえ力と凸部高さ（ダイ切欠高さ）に設定し、図１に示す形状の三次元成形品Ｂと同等形状の三次元成形品を複数製造した。

得られた複数の三次元成形品Ｂにおいて、個別にフランジ角度（フランジ部の鉛直面に対する角度）、フランジ部うねり、フランジ部の幅寸法のバラツキ率（％）を測定し、しわの有無、割れの有無、縁部余肉について検査し、それらの結果を以下の表２に示す。
表２に示すフランジ角度は、９０゜に対し±５゜以内の成形品は○、それ以外の成形品は×と判定し、フランジ部のうねりは、目視観察によりフランジ部にうねりを確認できない成形品は○、確認できる成形品は×と判定した。フランジ幅寸法のバラツキについて、フランジ部の任意位置５カ所でフランジ幅を測定した結果がブランク材の長辺長さの１％以内のバラツキである場合は○、１％を超えるバラツキである場合は×と判定した。

しわ、割れについては成形品を目視検査して無い場合は○、しわ、割れがある場合は×と判定した。縁部の余肉は目視検査で無い場合は○、微小程度認められた場合は△、目視で容易に認められた場合は×と判定した。
これら６つの評価項目において、フランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目において×判定が無い場合は判定５（合格）、×判定が１つの場合は判定４（合格）、×判定が２つの場合は判定３（不合格）、×判定が３つの場合は判定２（不合格）、×判定が４つの場合は判定１（不合格）と判定した。それらの結果を表１、表２に示す。

表１、表２に示す結果から明らかなように、ブランク材の長辺長さについて、５０〜６００ｍｍの範囲内のブランク材であればフランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目のうち、４項目か５項目において○判定の三次元成形を製造できることがわかる。また、ブランク厚さが２〜１０ｍｍの範囲内のブランク材であればフランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目のうち、４項目か５項目において○判定の三次元成形を製造できることがわかる。同様に、フランジ幅において、ブランク厚さの５〜２０倍の範囲内のブランク材であれば前述の５つの評価項目のうち、４項目か５項目において○判定の三次元成形を製造できることがわかる。

これらに対し、ブランク材の長辺長さが短い比較例１７、１８の三次元成形品はフランジ角度、フランジ幅寸法のバラツキ率、割れにおいて評価が悪く、ブランク材の長辺長さが長い比較例１９、２０の三次元成形品はフランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわにおいて評価が悪く、比較例２０はさらに割れも発生した。

ブランク厚さが薄すぎる比較例２１はフランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目がいずれも×判定であり、ブランク厚さが厚すぎる比較例２２、２３はフランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目のうち、３項目か４項目が×判定であった。
フランジ部幅が厚さの５倍より小さい比較例２４、フランジ部幅が厚さの２０倍より大きい比較例２５は、フランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目のうち、３項目が×判定であった。
しわ押さえ力を成型開始時と成形途中と成形終了時において均等とした比較例２６は３項目が×判定であり、しわ押さえ力を成型開始時と成形途中と成形終了時において徐々に大きく設定して製造した比較例２７は３項目が×判定であった。

これらの結果から、ブランク材の長辺長さを５０〜６００ｍｍの範囲に、ブランク材の厚さを２〜１０ｍｍの範囲に、フランジ部の幅をブランク材の厚さの５〜２０倍の範囲にそれぞれ設定し、成形時に印加するしわ押さえ力を徐々に弱くしつつ成形することにより、フランジ角度、フランジ部うねり、フランジ幅寸法のバラツキ率、しわ、割れの５つの評価項目において×判定が０であるか、×判定があっても１つのみの優れた三次元成形品を製造できることがわかる。
また、ダイ側プレートの凸部高さ（切欠高さ）の値がブランク厚さの６／１０よりも小さい実施例１６では縁部余肉が僅かに生じたので、ブランク材の厚さの６／１０を超える厚さを有するフランジ厚調整用の凸部をダイ側プレートに形成しておくことも重要であることが判った。

本発明によれば、アルミニウム樹脂複合積層板の絞り加工により三次元成形品を得る場合、しわや割れ、余肉部分などの欠陥を生じることなく形の整ったフランジ部を有する三次元成形品を製造でき、自動車部材などの部材に対し欠陥が無く、美観に優れ、軽量化した部材を提供できる。

Ａ…製造装置、Ｂ…三次元成形品、２…アルミニウム樹脂複合積層板、２ａ…心材、２ｂ…面材、２Ａ…底壁、２Ｂ…側壁、２Ｃ…フランジ部、６…上型、７…下型、９…パンチ、１０…中子、１２…ダイ側プレート、１２Ａ…額縁部、１２Ｃ…型孔、１２Ｅ…成形型部、１２ｇ…凸部、１２ｈ、１２ｉ…突起部、１７…しわ押さえ板、２０…ブランク材。

Claims (5)

1. 発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁と前記側壁に連続されたフランジ部を有する三次元成形品の製造方法であって、
   中子を挿通する型孔と成形型部を備えたダイ側プレートと中子としわ押さえ板とパンチとを具備する製造装置を用い、前記アルミニウム樹脂積層板からなる矩形板状のブランク材を前記ダイ側プレートとパンチとの間に介挿し、前記ブランク材の縁部を前記ダイ側プレートとしわ押さえ板で挟持しながら前記パンチを前記成形型部内に押し込んで前記ブランク材を引き延ばしつつ前記成形型部に合わせて前記ブランク材を絞り加工するとともに、
   前記ブランク材の長辺長さを５０〜６００ｍｍの範囲に、前記ブランク材の厚さを２〜１０ｍｍの範囲に、前記フランジ部の幅を前記ブランク材の厚さの５〜２０倍の範囲にそれぞれ設定し、成形時に印加するしわ押さえ力を徐々に弱くしつつ成形することを特徴とするフランジ部を有する三次元成形品の製造方法。
2. 前記ダイ側プレートとして、前記ブランク材の縁部を挟持するための額縁部と該額縁部の内側に形成されて前記側壁を造形するための成形型部を有し、前記成形型部の内側に前記中子を挿通するための型孔が形成され、前記額縁部の上面側周縁部であって前記ブランク材の縁部を挟持しない位置に前記ブランク材の厚さの６／１０を超え、９／１０未満の厚さを有するフランジ厚調整用の凸部が形成されたダイ側プレートを用いることを特徴とする請求項１に記載のフランジ部を有する三次元成形品の製造方法。
3. 前記額縁部の上面側であって前記フランジ厚調整用の凸部が形成されていない部分に前記フランジ厚調整用の凸部と同等以下の背の高さのブランク材位置決め用の突起部が形成されたダイ側プレートを用いることを特徴とする請求項２に記載のフランジ部を有する三次元成形品の製造方法。
4. 発泡樹脂からなる芯材の両面にアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる面材を積層したアルミニウム樹脂複合積層板からなり、天壁あるいは底壁とこれらのいずれかに連続された側壁と前記側壁に連続されたフランジ部を有する三次元成形品の製造装置であって、
   中子を挿通する型孔と成形型部を備えたダイ側プレートと中子としわ押さえ板とパンチとを具備し、前記アルミニウム樹脂積層板からなる矩形板状のブランク材を前記ダイ側プレートとパンチとの間に介挿し、前記ブランク材の縁部を前記ダイ側プレートと前記しわ押さえ板で挟持しながら前記パンチを前記成形型部内に押し込んで前記ブランク材を引き延ばしつつ前記成形型部に合わせて前記ブランク材を絞り加工し、長辺長さ５０〜６００ｍｍ、厚さ２〜１０ｍｍ、フランジ部の幅を前記厚さの５〜２０倍の範囲にそれぞれ設定したブランク材を絞り加工するための三次元成形品の製造装置であり、
   前記ダイ側プレートが、前記ブランク材の縁部を挟持するための額縁部と該額縁部の内側に形成されて前記側壁を造形するための成形型部を有し、前記成形型部の内側に前記中子を挿通するための型孔が形成され、前記額縁部の上面側周縁部であって前記ブランク材の縁部を挟持しない位置に前記ブランク材の厚さの６／１０を超え、９／１０未満の厚さを有するフランジ厚調整用の凸部が形成されたことを特徴とするフランジ部を有する三次元成形品の製造装置。
5. 前記額縁部の上面側であって前記フランジ厚調整用の凸部が形成されていない部分に前記フランジ厚調整用の凸部と同等以下の背の高さのブランク材位置決め用突起部が形成されたことを特徴とする請求項４に記載のフランジ部を有する三次元成形品の製造装置。

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