JP2021058924A - プレス成形用金型及びプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造プロセスの複雑化を招くことなく且つ成形品の形状設計自由度を制限することなく、成形品に生じるスプリングバックを抑制する。【解決手段】プレス成形用金型１０は、高さ方向Ｚに交差するように高さ方向Ｚの一方側に設けられた端面１１と、端面１１から高さ方向Ｚの他方側に凹み且つ長さ方向Ｘに延在するように設けられた凹部１２とを有する。凹部１２の輪郭を成す面として高さ方向Ｚに延びる第１縦壁面１３が幅方向Ｙの一方側に存在し、第１縦壁面１３と端面１１とがｎ個の曲率を有する第１ダイショルダ面１４によって接続されており、第１ダイショルダ面１４において第１縦壁面１３から端面１４に向かう方向に順番に曲率に番号を付与したとき、下記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する。ρ（ｓ）＜ρ（ｓ−１）、且つ ρ（ｓ）＜ρ（ｓ＋１） …（１）（ただし、ｎ≧３、２≦ｓ≦ｎ−１）【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形用金型及びプレス成形装置に関する。

近年、環境問題に起因した自動車車体の軽量化ニーズが高まっている。軽量化の方法としては、主に、車体の素材である鋼板の厚さを薄くする方法と、車体の素材を鋼板から他素材板（アルミ板、マグネシウム板、チタン板等）に置き換える方法などがある。しかしながら、素材の種類に関係なく、金属板（ブランク）に塑性加工を施すことで車体骨格部品を製造する場合、弾性回復現象（いわゆるスプリングバック）が発生してしまい、金属板を狙った成形品の形状に加工できないという問題がある。

例えば、下記特許文献１には、プレス成形により得られた成形品に生じたスプリングバックを矯正する方法として、成形品の曲げ稜線に沿って成形曲げ方向と逆向きの逆曲げアール部を成形し、この逆曲げアール部により、スプリングバックモーメントとは逆向きのモーメントを発生させる方法が開示されている。

また、例えば、下記特許文献２には、金属板を略Ｌ形にプレス曲げ成形することで形成される曲げ肩部に生じるスプリングバックを抑制する方法として、略Ｌ形の曲げ肩部を曲げ成形する際に、曲げ肩部に成形曲げ方向とは逆方向に、曲げ肩部の稜線に沿って連続的に凹む凹状段部を成形し、次いで、この逆凹部を凸部成形することで、略Ｌ形の曲げ肩部を成形する方法が開示されている。

また、例えば、下記特許文献３には、金属板をプレス曲げ成形することで形成される曲げ肩部に生じるスプリングバックを抑制する方法として、曲げ肩部を成形する際、該曲げ肩部に、該曲げ肩部の成形曲げ方向とは逆方向に凹む凹状段部を、該曲げ肩部の稜線と平行に、曲率凸部を有するパンチと、これに対応する曲率凹部の両側に凸部を備えたダイによって、該曲げ肩部と該凹状形状を同時に形成する方法が開示されている。

特許第３４７３８６８号公報 特許第３３７９５９５号公報 特許第３４４２１２２号公報

上記特許文献１に開示された方法では、プレス成形により得られた成形品に対して追加で加工を施すことにより、成形品の曲げ稜線に沿って成形曲げ方向と逆向きの逆曲げアール部を成形する必要があるため、製造プロセスの複雑化を招くと共に、最終的に必要とする成形品の形状設計自由度が制限されるという問題がある。

上記特許文献２に開示された方法では、略Ｌ形の曲げ肩部を曲げ成形する際に、一旦、曲げ肩部に成形曲げ方向とは逆方向に、曲げ肩部の稜線に沿って連続的に凹む凹状段部を成形した後、次いで、この逆凹部を凸部成形することにより略Ｌ形の曲げ肩部を成形する必要があるため、上記特許文献１の方法と同様に、製造プロセスの複雑化を招くという問題がある。

上記特許文献３に開示された方法では、最終的に得られる成形品において曲げ肩部に凹状段部が形成されてしまうため、上記特許文献１の方法と同様に、成形品の形状設計自由度が制限されるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造プロセスの複雑化を招くことなく且つ成形品の形状設計自由度を制限することなく、成形品に生じるスプリングバックを抑制することの可能なプレス成形用金型、及びそれを備えたプレス成形装置を提供することを目的とする。

例えば、図９に示すように、天板部１０１と、一対の縦壁部１０２と、一対のフランジ部１０３とからなるハット型の成形品１００を製造する場合、しわが発生しないようにブランクに張力を与えながら絞り加工を施すことが一般的である。この場合、図１０に示すように、一対の縦壁部１０２にスプリングバックによる壁反りが発生する。

図１１は、金属板であるブランク２００からハット型の成形品１００を製造する場合の一般的なプレス成形方法を模式的に示す図である。図１１（ａ）に示すように、一般的なプレス成形方法では、ダイ（上側金型）３００、ブランクホルダ４００及びパンチ５００が用いられる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）における領域Ａ１の拡大図である。

ダイ３００は、高さ方向Ｚに直交するように高さ方向Ｚの一方側（下方側）に設けられた端面３１０（以下、ブランク押し当て面と呼称する）と、ブランク押し当て面３１０から高さ方向Ｚの他方側（上方側）に凹み且つ長さ方向Ｘに延在するように設けられた凹部３２０とを有している。凹部３２０の輪郭を成す面として高さ方向Ｚに平行な第１縦壁面３２１が幅方向Ｙの一方側（右側）に存在しており、第１縦壁面３２１とブランク押し当て面３１０とが１つの曲率を有する曲面３２２（以下、第１ダイショルダ面と呼称する）によって接続されている。
ブランクホルダ４００は、ダイ３００のブランク押し当て面３１０に対向するブランク支持面４１０を有している。パンチ５００は、ダイ３００の凹部３２０に挿入自在な凸部５１０を有している。

図１１（ａ）に示すように、ダイ３００のブランク押し当て面３１０とブランクホルダ４００のブランク支持面４１０との間にブランク２００を挟んだ状態で、凸部５１０が凹部３２０に挿入されるようにパンチ５００を上死点まで上昇させることにより、ブランク２００が絞り成形されてハット型の成形品１００が得られる。

図１２（ａ）は、パンチ５００が上死点に達する手前の状態を示している。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における領域Ａ２の拡大図である。図１２（ｂ）に示すように、ブランク２００の絞り成形時において、フランジ部１０３に相当する部位から縦壁部１０２に相当する部位に材料が流入する際に、第１ダイショルダ面３２２によってブランク２００が曲げ戻し変形を受けることにより、第１ダイショルダ面３２２に接触しているブランク２００の部位の板厚方向表裏に応力差が発生する。この応力差が成形品１００の縦壁部１０２に残存することが原因で、縦壁部１０２にスプリングバックが発生する。

本願発明者は、成形品１００の縦壁部１０２に生じるスプリングバックを抑制するために、縦壁部１０２の板厚方向表裏に残存する応力差を低減する手段について鋭意検討した。その結果、図１３及び図１４に示すように、ブランク２００の絞り成形時に、第１ダイショルダ面３２２とブランク２００との間に空間が形成されるように第１ダイショルダ面３２２の形状を設定することにより、最終的に得られる成形品１００の縦壁部１０２の板厚方向表裏に残存する応力差を低減できることを見出した。
図１３（ａ）及び図１４（ａ）は、いずれもパンチ５００が上死点に達する手前の状態を示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における領域Ａ３の拡大図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における領域Ａ４の拡大図である。

この理由は、図１３及び図１４に示すように、ブランク２００の絞り成形時に、第１ダイショルダ面３２２とブランク２００との間に空間が形成される場合、フランジ部１０３に相当する部位から縦壁部１０２に相当する部位に材料が流入する際に、ブランク２００の板厚方向表裏に生じる応力が一度反転する（応力の正負の符号が反転する）ためだと考えられる。

上記のような手段によれば、ダイ３００の第１ダイショルダ面３２２の形状を変更するだけで成形品１００に生じるスプリングバックを抑制することが可能となるので、従来技術のように製造プロセスの複雑化を招くことはなく、且つ成形品１００の形状設計自由度を制限することもない。

本発明は上記知見に基づいて完成されたものであり、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用する。
（１）本発明の一態様に係るプレス成形用金型は、高さ方向に交差するように前記高さ方向の一方側に設けられた端面と、前記端面から前記高さ方向の他方側に凹み且つ長さ方向に延在するように設けられた凹部と、を有するプレス成形用金型であって、前記凹部の輪郭を成す面として前記高さ方向に延びる第１縦壁面が幅方向の一方側に存在し、前記第１縦壁面と前記端面とがｎ個の曲率を有する第１ダイショルダ面によって接続されており、前記第１ダイショルダ面において前記第１縦壁面から前記端面に向かう方向に順番に前記曲率に番号を付与したとき、下記の関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する。
ρ（ｓ）＜ρ（ｓ−１）、且つ ρ（ｓ）＜ρ（ｓ＋１） …（１）
（ただし、ｎ≧３、２≦ｓ≦ｎ−１）

（２）上記（１）に記載のプレス成形用金型において、前記凹部の輪郭を成す面として前記高さ方向に延びる第２縦壁面が前記幅方向の他方側に存在し、前記第２縦壁面と前記端面とがｎ個の曲率を有する第２ダイショルダ面によって接続されていてもよい。この場合でも、前記第２ダイショルダ面において前記第２縦壁面から前記端面に向かう方向に順番に前記曲率に番号を付与したとき、上記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在することが望ましい。

（３）本発明の一態様に係るプレス成形装置は、上記（１）または（２）に記載のプレス成形用金型と、前記プレス成形用金型の前記端面に対向するブランク支持面を有するブランクホルダと、前記プレス成形用金型の前記凹部に挿入自在な凸部を有するパンチと、を備える。

本発明の上記態様によれば、製造プロセスの複雑化を招くことなく且つ成形品の形状設計自由度を制限することなく、成形品に生じるスプリングバックを抑制することの可能なプレス成形用金型、及びそれを備えたプレス成形装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係るプレス成形用金型１０の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係るプレス成形用金型１０を備えたプレス成形装置６０を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプレス成形用金型２０の構成を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプレス成形用金型２０を備えたプレス成形装置７０を模式的に示す図である。 第１実施形態のプレス成形用金型１０を使った場合と、第２実施形態のプレス成形用金型２０を使った場合と、一般的なダイ３００を使った場合とのそれぞれについて、最終的に得られるハット型の成形品の縦壁部の板厚方向表裏に残存する応力差をシミュレーションにより解析した結果を応力コンター図によって示したものである。 第１実施形態のプレス成形用金型１０を使った場合と、第２実施形態のプレス成形用金型２０を使った場合と、一般的なダイ３００を使った場合とのそれぞれについて、最終的に得られるハット型の成形品の縦壁部に発生するスプリングバックよる反り量をシミュレーションにより解析した結果を示したものである。 第１変形例及び第２変形例に関する説明図である。 第３変形例に関する説明図である。 ハット型の成形品１００を模式的に示す図である。 ハット型の成形品１００の縦壁部１０２にスプリングバックによる壁反りが発生する様子を模式的に示す図である。 金属板であるブランク２００からハット型の成形品１００を製造する場合の一般的なプレス成形方法を模式的に示す図である。 金属板であるブランク２００からハット型の成形品１００を製造する場合の一般的なプレス成形方法を模式的に示す図である。 ブランクの絞り成形時に、第１ダイショルダ面とブランクとの間に空間が形成されるように第１ダイショルダ面の形状を設定することにより、最終的に得られる成形品の縦壁部の板厚方向表裏に残存する応力差を低減できることを示す解析結果である。 ブランクの絞り成形時に、第１ダイショルダ面とブランクとの間に空間が形成されるように第１ダイショルダ面の形状を設定することにより、最終的に得られる成形品の縦壁部の板厚方向表裏に残存する応力差を低減できることを示す解析結果である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るプレス成形用金型１０の構成を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）における領域Ｂ１の拡大図である。この図１に示すように、第１実施形態に係るプレス成形用金型１０は、高さ方向Ｚに交差するように高さ方向Ｚの一方側（下方側）に設けられた端面１１（以下、ブランク押し当て面１１と呼称する）と、ブランク押し当て面１１から高さ方向Ｚの他方側（上方側）に凹み且つ長さ方向Ｘに延在するように設けられた凹部１２とを有している。
なお、本実施形態では、「高さ方向に交差する端面」として、高さ方向Ｚに直交する端面１１を例示する。言い換えれば、端面１１は、高さ方向Ｚに対して９０°の角度で交差する面である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、端面１１が、高さ方向Ｚに対して９０°以外の角度で交差する面であってもよい。

プレス成形用金型１０において、凹部１２の輪郭を成す面として高さ方向Ｚに延びる第１縦壁面１３が幅方向Ｙの一方側（右側）に存在しており、第１縦壁面１３とブランク押し当て面１１とがｎ個の曲率を有する第１ダイショルダ面１４によって接続されている。第１ダイショルダ面１４において、第１縦壁面１３からブランク押し当て面１１に向かう方向に順番に曲率に番号を付与したとき、下記の関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する。
ρ（ｓ）＜ρ（ｓ−１）、且つ ρ（ｓ）＜ρ（ｓ＋１） …（１）
（ただし、ｎ≧３、２≦ｓ≦ｎ−１）
なお、本実施形態では、「高さ方向に延びる第１縦壁面」として、高さ方向Ｚに平行に延びる第１縦壁面１３を例示するが、本発明はこれに限定されず、第１縦壁面１３が、高さ方向Ｚに対して傾斜した状態で高さ方向Ｚに延びる面であってよい。

図１（ｂ）に示すように、第１ダイショルダ面１４上に存在する点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３に着目すると、点Ｐ１はＲ１を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ２はＲ２（＝∞）を曲率半径とする不図示の円上に存在し、点Ｐ３はＲ３を曲率半径とする円上に存在する。従って、点Ｐ１に対応する１番目の曲率ρ（１）は曲率半径Ｒ１の逆数（１／Ｒ１）として得られ、点Ｐ２に対応する２番目の曲率ρ（２）は曲率半径Ｒ２の逆数（１／Ｒ２＝１／∞＝０）として得られ、点Ｐ３に対応する３番目の曲率ρ（３）は曲率半径Ｒ３の逆数（１／Ｒ１）として得られる。

すなわち、２番目の曲率ρ（２）に着目すると、ρ（２）＜ρ（１）、且つ、ρ（２）＜ρ（３）という条件が成立しており、第１実施形態に係るプレス成形用金型１０の第１ダイショルダ面１４は、上記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在するという条件を満たしている。

また、プレス成形用金型１０において、凹部１２の輪郭を成す面として高さ方向Ｚに延びる第２縦壁面１５が幅方向Ｙの他方側（左側）に存在しており、第２縦壁面１５とブランク押し当て面１１とがｎ個の曲率を有する第２ダイショルダ面１６によって接続されている。第１ダイショルダ面１４と同様に、第２ダイショルダ面１６において、第２縦壁面１５からブランク押し当て面１１に向かう方向に順番に曲率に番号を付与したとき、上記の関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する。
第２ダイショルダ面１６は、第１ダイショルダ面１４と同じ形状を有しているので、上記関係式（１）を満たしている理由も、第１ダイショルダ面１４と同様である。
また、本実施形態では、「高さ方向に延びる第２縦壁面」として、高さ方向Ｚに平行に延びる第２縦壁面１５を例示するが、本発明はこれに限定されず、第２縦壁面１５が、高さ方向Ｚに対して傾斜した状態で高さ方向Ｚに延びる面であってよい。

なお、曲率の大小関係を確認する際には、曲率の絶対値で大小関係を確認するのではなく、正負の符号を加味した値で大小関係を確認する。本実施形態では、図１に示す点Ｐ１及び点Ｐ３のように、曲率半径の中心がプレス成形用金型１０の内側に位置する場合に、その曲率の符号を「正」とし、曲率半径の中心がプレス成形用金型１０の外側に位置する場合には、その曲率の符号を「負」とする。勿論、正負の符号の定義は逆でもよい。
すなわち、例えば、ρ（ｓ）とρ（ｓ−１）が同一の値であっても、ρ（ｓ）の符号が「正」、ρ（ｓ−１）の符号が「負」であった場合には、ρ（ｓ−１）よりもρ（ｓ）の方が大きいと判断する。

図２は、第１実施形態に係るプレス成形用金型１０を備えたプレス成形装置６０を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、このプレス成形装置６０は、金属板であるブランク２００からハット型の成形品１００を製造する際に用いられるものであり、第１実施形態に係るプレス成形用金型１０と、ブランクホルダ４００と、パンチ５００とを備えている。なお、図１１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図２（ａ）に示すように、プレス成形用金型１０のブランク押し当て面１１とブランクホルダ４００のブランク支持面４１０との間にブランク２００を挟んだ状態で、凸部５１０が凹部１２に挿入されるようにパンチ５００を上死点まで上昇させることにより、ブランク２００が絞り成形されてハット型の成形品１００が得られる。

図２（ｂ）は、パンチ５００が上死点に達する手前の状態を示している。この図に示すように、ブランク２００の絞り成形時において、第１ダイショルダ面１４とブランク２００との間に空間が形成されるため、フランジ部１０３に相当する部位から縦壁部１０２に相当する部位に材料が流入する際に、ブランク２００の板厚方向表裏に生じる応力が一度反転する（図１３（ｂ）参照）。その結果、最終的に得られる成形品１００の縦壁部１０２の板厚方向表裏に残存する応力差を低減できるため、成形品１００の縦壁部１０２に生じるスプリングバックを抑制することができる。

しかも、上記実施形態によれば、一般的なダイ３００を本プレス成形用金型１０に置き換えるだけで成形品１００に生じるスプリングバックを抑制することが可能となるので、従来技術のように製造プロセスの複雑化を招くことはなく、且つ成形品１００の形状設計自由度を制限することもない。すなわち、上記第１実施形態によれば、製造プロセスの複雑化を招くことなく且つ成形品１００の形状設計自由度を制限することなく、成形品１００に生じるスプリングバックを抑制することの可能なプレス成形用金型１０、及びそれを備えたプレス成形装置６０を提供できる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係るプレス成形用金型２０の構成を模式的に示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）における領域Ｂ２の拡大図である。この図３に示すように、第２実施形態に係るプレス成形用金型２０は、高さ方向Ｚに交差するように高さ方向Ｚの一方側（下方側）に設けられた端面２１（以下、ブランク押し当て面２１と呼称する）と、ブランク押し当て面２１から高さ方向Ｚの他方側（上方側）に凹み且つ長さ方向Ｘに延在するように設けられた凹部２２とを有している。
なお、本実施形態においても、「高さ方向に交差する端面」として、高さ方向Ｚに直交する端面２１を例示するが、本発明はこれに限定されず、端面２１が、高さ方向Ｚに対して９０°以外の角度で交差する面であってもよい。

プレス成形用金型２０において、凹部２２の輪郭を成す面として高さ方向Ｚに延びる第１縦壁面２３が幅方向Ｙの一方側（右側）に存在しており、第１縦壁面２３とブランク押し当て面２１とがｎ個の曲率を有する第１ダイショルダ面２４によって接続されている。第１ダイショルダ面２４において、第１縦壁面２３からブランク押し当て面２１に向かう方向に順番に曲率に番号を付与したとき、下記の関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する。
ρ（ｓ）＜ρ（ｓ−１）、且つ ρ（ｓ）＜ρ（ｓ＋１） …（１）
（ただし、ｎ≧３、２≦ｓ≦ｎ−１）
なお、本実施形態においても、「高さ方向に延びる第１縦壁面」として、高さ方向Ｚに平行に延びる第１縦壁面２３を例示するが、本発明はこれに限定されず、第１縦壁面２３が、高さ方向Ｚに対して傾斜した状態で高さ方向Ｚに延びる面であってよい。

図３（ｂ）に示すように、第１ダイショルダ面２４上に存在する点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３に着目すると、点Ｐ１はＲ１を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ２はＲ２を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ３はＲ３を曲率半径とする円上に存在する。ここで、Ｒ１＝Ｒ３であって、且つ、Ｒ２＞Ｒ１である。

点Ｐ１に対応する１番目の曲率ρ（１）は曲率半径Ｒ１の逆数（１／Ｒ１）として得られ、点Ｐ２に対応する２番目の曲率ρ（２）は曲率半径Ｒ２の逆数（１／Ｒ２）として得られ、点Ｐ３に対応する３番目の曲率ρ（３）は曲率半径Ｒ３の逆数（１／Ｒ３）として得られる。曲率ρ（１）及び曲率ρ（３）の符号は「正」であり、曲率ρ（２）の符号は「負」である。

従って、２番目の曲率ρ（２）に着目すると、ρ（２）＜ρ（１）、且つ、ρ（２）＜ρ（３）という条件が成立しており、第２実施形態に係るプレス成形用金型２０の第１ダイショルダ面２４は、上記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在するという条件を満たしている。

また、プレス成形用金型２０において、凹部２２の輪郭を成す面として高さ方向Ｚに延びる第２縦壁面２５が幅方向Ｙの他方側（左側）に存在しており、第２縦壁面２５とブランク押し当て面２１とがｎ個の曲率を有する第２ダイショルダ面２６によって接続されている。第１ダイショルダ面２４と同様に、第２ダイショルダ面２６において、第２縦壁面２５からブランク押し当て面２１に向かう方向に順番に曲率に番号を付与したとき、上記の関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する。
第２ダイショルダ面２６は、第１ダイショルダ面２４と同じ形状を有しているので、上記関係式（１）を満たしている理由も、第１ダイショルダ面２４と同様である。
また、本実施形態においても、「高さ方向に延びる第２縦壁面」として、高さ方向Ｚに平行に延びる第２縦壁面２５を例示するが、本発明はこれに限定されず、第２縦壁面２５が、高さ方向Ｚに対して傾斜した状態で高さ方向Ｚに延びる面であってよい。

図４は、第２実施形態に係るプレス成形用金型２０を備えたプレス成形装置７０を模式的に示す図である。図４（ａ）に示すように、このプレス成形装置７０は、金属板であるブランク２００からハット型の成形品１００を製造する際に用いられるものであり、第２実施形態に係るプレス成形用金型２０と、ブランクホルダ４００と、パンチ５００とを備えている。なお、図１１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図４（ａ）に示すように、プレス成形用金型２０のブランク押し当て面２１とブランクホルダ４００のブランク支持面４１０との間にブランク２００を挟んだ状態で、凸部５１０が凹部２２に挿入されるようにパンチ５００を上死点まで上昇させることにより、ブランク２００が絞り成形されてハット型の成形品１００が得られる。

図４（ｂ）は、パンチ５００が上死点に達する手前の状態を示している。この図に示すように、ブランク２００の絞り成形時において、第１ダイショルダ面２４とブランク２００との間に空間が形成されるため、フランジ部１０３に相当する部位から縦壁部１０２に相当する部位に材料が流入する際に、ブランク２００の板厚方向表裏に生じる応力が一度反転する（図１４（ｂ）参照）。その結果、最終的に得られる成形品１００の縦壁部１０２の板厚方向表裏に残存する応力差を低減できるため、成形品１００の縦壁部１０２に生じるスプリングバックを抑制することができる。

しかも、上記実施形態によれば、一般的なダイ３００を本プレス成形用金型２０に置き換えるだけで成形品１００に生じるスプリングバックを抑制することが可能となるので、従来技術のように製造プロセスの複雑化を招くことはなく、且つ成形品１００の形状設計自由度を制限することもない。すなわち、上記第２実施形態によれば、製造プロセスの複雑化を招くことなく且つ成形品１００の形状設計自由度を制限することなく、成形品１００に生じるスプリングバックを抑制することの可能なプレス成形用金型２０、及びそれを備えたプレス成形装置７０を提供できる。

〔解析結果〕
図５は、第１実施形態のプレス成形用金型１０を使った場合と、第２実施形態のプレス成形用金型２０を使った場合と、一般的なダイ３００を使った場合とのそれぞれについて、最終的に得られるハット型の成形品の縦壁部（実線Ｃ１で囲んだ部位）の板厚方向表裏に残存する応力差をシミュレーションにより解析した結果を応力コンター図によって示したものである。

この図５に示されるように、本願発明者による解析の結果、一般的なダイ３００を使った場合と比較して、第１実施形態のプレス成形用金型１０を使った場合と、第２実施形態のプレス成形用金型２０を使った場合とでは、最終的に得られるハット型の成形品の縦壁部の板厚方向表裏に残存する応力差を低減できることが確認された。

図６は、第１実施形態のプレス成形用金型１０を使った場合と、第２実施形態のプレス成形用金型２０を使った場合と、一般的なダイ３００を使った場合とのそれぞれについて、最終的に得られるハット型の成形品の縦壁部に発生するスプリングバックよる反り量をシミュレーションにより解析した結果を示したものである。

この図６に示されるように、本願発明者による解析の結果、一般的なダイ３００を使った場合と比較して、第１実施形態のプレス成形用金型１０を使った場合と、第２実施形態のプレス成形用金型２０を使った場合とでは、最終的に得られるハット型の成形品の縦壁部に発生するスプリングバックよる反り量を低減できることが確認された。

〔変形例〕
以上、本発明の第１及び第２実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を実施することができる。
例えば、以下のような変形例を採用することも可能である。

図７（ａ）は、第１変形例におけるプレス成形用金型３０において第１縦壁面３３とブランク押し当て面３１との間に設けられた第１ダイショルダ面３４を模式的に示す図である。この図に示すように、第１ダイショルダ面３４上に存在する点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４及びＰ５に着目すると、点Ｐ１はＲ１を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ２はＲ２を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ３はＲ３を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ４はＲ４を曲率半径とする円上に存在し、点Ｐ５はＲ５を曲率半径とする円上に存在する。ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５である。

点Ｐ１に対応する１番目の曲率ρ（１）は曲率半径Ｒ１の逆数（１／Ｒ１）として得られ、点Ｐ２に対応する２番目の曲率ρ（２）は曲率半径Ｒ２の逆数（１／Ｒ２）として得られ、点Ｐ３に対応する３番目の曲率ρ（３）は曲率半径Ｒ３の逆数（１／Ｒ３）として得られ、点Ｐ４に対応する４番目の曲率ρ（４）は曲率半径Ｒ４の逆数（１／Ｒ４）として得られ、点Ｐ５に対応する５番目の曲率ρ（５）は曲率半径Ｒ５の逆数（１／Ｒ５）として得られる。曲率ρ（１）、曲率ρ（３）及び曲率ρ（５）の符号は「正」であり、曲率ρ（２）及び曲率ρ（４）の符号は「負」である。

ここで、ρ（１）〜ρ（５）の全ての値は同一であるが、２番目の「負」の符号を持つ曲率ρ（２）に着目すると、曲率ρ（１）及び曲率ρ（３）はいずれも「正」の符号を持っているため、ρ（２）＜ρ（１）、且つ、ρ（２）＜ρ（３）という条件が成立しており、第１変形例におけるプレス成形用金型３０に設けられた第１ダイショルダ面３４は、上記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在するという条件を満たしている。

図７（ｂ）は、第２変形例におけるプレス成形用金型４０において第１縦壁面４３とブランク押し当て面４１との間に設けられた第１ダイショルダ面４４を模式的に示す図である。この図に示すように、第１ダイショルダ面４４上に存在する点Ｐ１、Ｐ２及びＰ３に着目すると、点Ｐ１はＲ１（＝０）を曲率半径とする不図示の円上に存在し、点Ｐ２はＲ２（＝０）を曲率半径とする不図示の円上に存在し、点Ｐ３はＲ３（＝０）を曲率半径とする不図示の円上に存在する。ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝０である。

点Ｐ１に対応する１番目の曲率ρ（１）は曲率半径Ｒ１の逆数（１／Ｒ１＝１／０＝＋∞）として得られ、点Ｐ２に対応する２番目の曲率ρ（２）は曲率半径Ｒ２の逆数（１／Ｒ２＝１／０＝−∞）として得られ、点Ｐ３に対応する３番目の曲率ρ（３）は曲率半径Ｒ３の逆数（１／Ｒ３＝１／０＝＋∞）として得られる。曲率ρ（１）及び曲率ρ（３）の符号は「正」であり、曲率ρ（２）の符号は「負」である。

ここで、ρ（１）〜ρ（３）の全ての値は同一であるが、２番目の「負」の符号を持つ曲率ρ（２）に着目すると、曲率ρ（１）及び曲率ρ（３）はいずれも「正」の符号を持っているため、ρ（２）＜ρ（１）、且つ、ρ（２）＜ρ（３）という条件が成立しており、第２変形例におけるプレス成形用金型４０に設けられた第１ダイショルダ面４４は、上記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在するという条件を満たしている。

図８（ａ）は、第３の変形例におけるプレス成形用金型５０を模式的に示している。このプレス成形用金型５０は、図８（ｂ）に示すような略Ｌ字形の成形品１１０を製造するために用いられる金型であって、凹部５２の輪郭を成す面として１つの第１縦壁面５３のみが存在し、第１縦壁面５３とブランク押し当て面５１とがｎ個の曲率を有する第１ダイショルダ面５４によって接続されている金型である。第１ダイショルダ面５４の形状としては、第１実施形態、第２実施形態、第１変形例及び第２変形例のいずれかの第１ダイショルダ面と同じ形状を採用してもよい。

１０、２０、３０、４０、５０…プレス成形用金型
１１、２１、３１、４１、５１…ブランク押し当て面（端面）
１２、２２…凹部
１３、２３、３３、４３、５３…第１縦壁面
１４、２４、３４、４４、５４…第１ダイショルダ面
１５、２５…第２縦壁面
１６、２６…第２ダイショルダ面
６０、７０…プレス成形装置
１００、１１０…成形品
２００…金属板（ブランク）
４００…ブランクホルダ
５００…パンチ

Claims (3)

1. 高さ方向に交差するように前記高さ方向の一方側に設けられた端面と、前記端面から前記高さ方向の他方側に凹み且つ長さ方向に延在するように設けられた凹部と、を有するプレス成形用金型であって、
   前記凹部の輪郭を成す面として前記高さ方向に延びる第１縦壁面が幅方向の一方側に存在し、前記第１縦壁面と前記端面とがｎ個の曲率を有する第１ダイショルダ面によって接続されており、
   前記第１ダイショルダ面において前記第１縦壁面から前記端面に向かう方向に順番に前記曲率に番号を付与したとき、下記の関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する
   ことを特徴とするプレス成形用金型。
   ρ（ｓ）＜ρ（ｓ−１）、且つ ρ（ｓ）＜ρ（ｓ＋１） …（１）
   （ただし、ｎ≧３、２≦ｓ≦ｎ−１）
2. 前記凹部の輪郭を成す面として前記高さ方向に延びる第２縦壁面が前記幅方向の他方側に存在し、前記第２縦壁面と前記端面とがｎ個の曲率を有する第２ダイショルダ面によって接続されており、
   前記第２ダイショルダ面において前記第２縦壁面から前記端面に向かう方向に順番に前記曲率に番号を付与したとき、前記関係式（１）を満たすｓ番目の曲率ρ（ｓ）が少なくとも１つ存在する
   ことを特徴とする請求項２に記載のプレス成形用金型。
3. 請求項１または２に記載のプレス成形用金型と、
   前記プレス成形用金型の前記端面に対向するブランク支持面を有するブランクホルダと、
   前記プレス成形用金型の前記凹部に挿入自在な凸部を有するパンチと、
   を備えることを特徴とするプレス成形装置。

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