JP4075736B2 - 厚肉周縁部を有する製品の成形方法およびそれに用いる成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、主としてプレス機を使用し、板材から厚肉の周縁部を備えた製品の成形方法およびそれに用いる成形装置に関する。

この種の製品の成形方法については、例えば特許文献１に開示されている技術が知られている。この技術では、プレス機の金型によって板材を半抜き加工することにより、フランジ状の周縁部と、この周縁部に囲まれた凹状の中央部とを備えた中間製品を成形する。この後、しごき工程の金型における上型側のパンチと、下型側のパッドとにより、中間製品をクランプする。このとき、中間製品の周縁部は、パンチの外周に配置された押さえリングと、パッドの外周部とにより、周縁部の外周端が外にはみ出した状態でクランプされる。この状態において、押さえリングおよびパッドが、しごきダイに対して相対的に押し込まれ、周縁部の外周端面をしごき加工し、この周縁部の板厚を増肉させている。これにより、周縁部の板厚を、加工前の板材の板厚よりも大きくして、その要求値に合わせている。
特開２００３−１０３３２８号公報

従来の技術において、しごきダイによって板材の周縁部をしごき加工するとき、押さえリングとパッドとの間から外にはみ出している周縁部の外周端が、しごきダイのテーパ面に沿って折れ曲がるように変形することがある。このように変形した部分の素材は、周縁部の増肉には何ら寄与しないので、しごき工程における周縁部の増肉効率が低下する。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、しごき工程において、板材の周縁部を効率よく増肉させることである。

本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、板材における周縁部の板厚が、他の部分よりも増肉される製品の成形方法であって、板材の周縁部を、その両面に差を生じさせるように成形する逆しごき工程と、この逆しごき工程の後に、周縁部を、その両面が一対の型で拘束された状態において、周縁部の外周端面側から加圧して、この周縁部の板厚を増肉させるしごき工程とを備えている。逆しごき工程では、しごき工程における一対の型のうちのいずれか一方の拘束面が、周縁部の一方の面よりも外側にあるように成形する。
このように、しごき工程における一対の型のうちのいずれかの拘束面を、板材周縁部の一方の面よりも外側に位置させたことにより、このしごき工程において、周縁部を外周端面側から加圧したとき、この周縁部の素材が一対の型の外側へ逃げることを防止でき、周縁部の板厚を的確に増肉させることができる。
なお、「逆しごき工程」とは、次工程の「しごき工程」とは逆の方向から板材の周縁部を加圧して塑性変形させる工程である。

請求項２に記載の発明は、半抜き加工された板材における周縁部の板厚が、他の部分よりも増肉される製品の成形方法であって、板材の周縁部を、その両面の面積に差を生じさせるように成形する逆しごき工程と、この逆しごき工程の後に、周縁部を、その両面が一対の型で拘束された状態において、周縁部の外周端面側から加圧して、この周縁部の板厚を増肉させるしごき工程とを備えている。逆しごき工程では、周縁部の一方の面が、しごき工程における一対の型のうちのいずれか一方の拘束面よりも小さい面積になるように成形する。
このように、逆しごき工程において、周縁部の一方の面が、しごき工程における一対の型におけるいずれか一方の拘束面よりも小さい面積に成形することで、前記と同様にしごき工程において、周縁部の素材が一対の型の外側へ逃げることを防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載された厚肉周縁部を有する製品の成形方法であって、逆しごき工程では、板材の周縁部を、その外周端面が傾斜面となるように成形し、その後のしごき工程では、周縁部をその素材が板厚方向へ移動するように加圧する。

請求項４に記載の発明は、板材における周縁部の板厚が、他の部分よりも増肉される製品を成形するための成形装置であって、逆しごき手段と、しごき手段とを備えている。逆しごき手段は、板材の周縁部を、その外周端面が傾斜面となるように成形することが可能な逆しごき部材を備えている。しごき手段は、外周端面が傾斜面となった周縁部の両面を拘束することが可能な一対の型と、この一対の型によって両面が拘束された状態の周縁部を、その外周端面側から加圧することが可能なしごき部材とを備えている。
この成形装置によれば、外周端面が傾斜面となるように成形された周縁部を、その素材が板厚方向へ移動するように加圧することができ、周縁部の板厚を効率よく増肉させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
図１、図４、図７および図１０は、プレス成形による各工程の中間製品を表した構成図である。これらの図面において、（Ａ）は中間製品の平面図、（Ｂ）は中間製品の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の一部を拡大して表した断面図である。なお、各成形工程を経て完成する製品（図１３）は、車両用シートにおけるリクライニング装置のロック機構を構成する円形のハウジングである。

図１で示す中間製品２０は、所定の板材１０を、半抜き工程のプレス機によって半抜き加工した後のものである。板材１０は、前工程の精密剪断プレス機により、所定の板厚を有する金属板を円形状に打ち抜いたものである。ただし、板材１０と各工程の中間製品とを厳格に区別する必要はなく、以後の説明では、各工程の中間製品を板材１０として表現する場合もある。

中間製品２０は、その外周のフランジ２２（周縁部）と、このフランジ２２に囲まれた中央部２６とが所定の段差をもってつながっている。つまり、フランジ２２に対して中央部２６が凹状に成形されており、全体として円形の皿形状をしている。フランジ２２の内周には、所定の範囲においてギヤ２４が形成されている。そして、図１（Ｃ）で示すフランジ２２と中央部２６とのつながり部２８の板厚は、半抜き加工のパンチストロークによって決定される。なお、中間製品２０の中央部２６には、前工程において複数個の凸部１２（ダボ）、および一個の中心孔１４が成形されている。

図２は、中間製品２０を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図である。図３（Ａ）（Ｂ）は、中間製品２０を成形する過程のプレス金型を表した断面図である。これらの図面で示すプレス金型の上型（図示省略）はパンチ３０を備え、かつ、パンチ３０の外周には、環状の押さえリング３２が配置されている。このパンチ３０と押さえリング３２とは、相対的な昇降動作が可能となっている。また、パンチ３０の外周面には、その必要箇所（中間製品２０のギヤ２４と対応する箇所）において成形用歯形（図示省略）が形成されている。押さえリング３２には、上型側から複数本のプレッシャーピン３４を通じて所定の押し下げ力（油圧力）が作用している。
一方、下型（図示省略）は環状のダイ３６を備え、そのダイ孔３７にはイジェクタ３８が位置している。ダイ３６とイジェクタ３８とは、相対的な昇降動作が可能である。そして、イジェクタ３８には、下型側から複数本のプレッシャーピン３９を通じて所定の押し上げ力（油圧力）が作用している。

中間製品２０の成形にあたっては、図２で示す型開き状態にある金型のイジェクタ３８上面に板材１０をセットする。この状態において、パンチ３０および押さえリング３２を下降させ、図３（Ａ）で示すように板材１０をクランプする。この板材１０の周縁部を、押さえリング３２とダイ３６とによってクランプしたまま、パンチ３０を下降させる。これにより、パンチ３０が、図３（Ｂ）で示すようにイジェクタ３８を押し下げながら板材１０の中央部分を加圧し、パンチ３０とダイ３６との間で剪断加工（抜き加工）が行われる。この加工中においては、イジェクタ３８の押し上げ力によってパンチ３０に反力がかけられている。また、パンチ３０の下降ストロークは、図１（Ｃ）で示す中間製品２０のつながり部２８において、必要な板厚が確保されるように設定されている。加工後は、パンチ３０および押さえリング３２を上昇させると、イジェクタ３８の押し上げにより、中間製品２０がダイ３６側から持ち上げられる。

図４で示す中間製品１２０は、中間製品２０のフランジ２２を、その外周端面側から逆しごき加工によって塑性変形させたものである。この中間製品１２０のフランジ１２２は、その外周端面が図４（Ｃ）で示すように傾斜面になっている。つまり、フランジ１２２は、その下面の面積はほとんど変化していないのに対し、上面の面積が著しく小さくなっている。中間製品１２０は、そのフランジ１２２を除き、他の部分の形状は中間製品２０と同じである。

図５は、中間製品１２０を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図である。図６（Ａ）（Ｂ）は、中間製品１２０を成形する過程のプレス金型を表した断面図である。これらの図面で示すプレス金型の上型（図示省略）は、パッド４０を備え、かつ、パッド４０の外周に、環状の逆しごきパンチ４２が配置されている。これらのパッド４０と逆しごきパンチ４２とは、相対的な昇降動作が可能となっている。逆しごきパンチ４２は、その下側内周において、下に向かって開いた逆しごき用のテーパ面４３を備えている。また、パッド４０には、上型側から複数本のプレッシャーピン４１を通じて所定の押し下げ力（油圧力）が作用している。
一方、下型（図示省略）は環状のダイ４６を備え、そのダイ孔４７にはイジェクタ４８が位置している。ダイ４６とイジェクタ４８とは、相対的な昇降動作が可能である。そして、イジェクタ４８には、下型側から複数本のプレッシャーピン４９を通じて所定の押し上げ力（油圧力）が作用している。

中間製品１２０の成形にあたっては、図５で示す型開き状態にある金型のイジェクタ４８上面に中間製品２０をセットする。この状態において、パッド４０および逆しごきパンチ４２を下降させ、図６（Ａ）で示すように、パッド４０とイジェクタ４８との間で中間製品２０の中央部２６をクランプする。このとき、中間製品２０のフランジ２２下面は、ダイ４６上面で受け止められている。この状態において、逆しごきパンチ４２がさらに下降すると、図６（Ｂ）で示すように逆しごきパンチ４２のテーパ面４３により、フランジ２２の外周端面が逆しごき加工される。この加工により、外周端面が傾斜面になったフランジ１２２が成形される。この加工後は、パッド４０および逆しごきパンチ４２を上昇させると、イジェクタ４８の押し上げによって中間製品１２０が、ダイ４６側から持ち上げられる。
なお、逆しごき工程のプレス金型においては、逆しごきパンチ４２が主体となって本発明の「逆しごき部材」を構成している。

図７で示す中間製品２２０は、中間製品１２０のフランジ１２２を、その外周端面側からしごき加工することで、内側方向へ塑性変形させたものである。このしごき加工に伴う肉（素材）の移動により、中間製品２２０のフランジ２２２は、その板厚が増肉されている。この結果、図７（Ｃ）で示すように、フランジ２２２の内周に位置するギヤ２２４の高さについても、ギヤ２４と比べて当然に増大されている。なお、中間製品２２０における中央部２２６の板厚は板材１０の板厚のままである。

図８は、中間製品２２０を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図である。図９（Ａ）（Ｂ）は、中間製品２２０を成形する過程のプレス金型を表した断面図である。これらの図面で示すプレス金型の上型（図示省略）は、パッド５０を備え、このパッド５０の外周には、環状の押さえリング５２が配置されている。これらのパッド５０と押さえリング５２とは、相対的な昇降動作が可能である。押さえリング５２には、上型側から複数本のプレッシャーピン５４を通じて所定の押し下げ力（油圧力）が作用している。

プレス金型の下型（図示省略）は、環状のしごきダイ５６を備え、その内部にパッド５８が昇降動作可能に配置されている。しごきダイ５６は、その上側内周において、上に向かって開いたしごき用のテーパ面５７を備えている。パッド５８には、下型側から複数本のプレッシャーピン５８ａを通じて所定の押し上げ力（油圧力）が作用している。また、パッド５８上面凹部には、イジェクタ５９が昇降動作可能に配置されている。このイジェクタ５９には、下型側からプレッシャーピン５９ａを通じて所定の押し上げ力（油圧力）が作用している。

中間製品２２０の成形にあたっては、図８で示す型開き状態にある金型のイジェクタ５９上面に中間製品１２０をセットする。この状態において、パッド５０および押さえリング５２を下降させる。これにより、図９（Ａ）で示すように、パッド５０とイジェクタ５９との間で中間製品１２０の中央部２６をクランプし、押さえリング５２とパッド５８との間でフランジ１２２をランプする。つまり、フランジ１２２の上下面は、押さえリング５２の下面とパッド５８の上面とで拘束されている。そして、フランジ１２２の上面は、押さえリング５２の下面よりも小さい面積となっている。また、フランジ１２２の下面側の外周部分は、パッド５８の上面外周から外にはみ出している。

この状態において、パッド５０および押さえリング５２が、所定の押し下げ力を受けた状態の下でパッド５８を押し下げながら下降すると、図９（Ｂ）で示すように中間製品１２０がしごきダイ５６の中に押し込まれる。このとき、しごきダイ５６のテーパ面５７により、フランジ１２２が外端面側から加圧されて塑性変形を起こす。この塑性変形に伴う肉（素材）の移動により、増肉された板厚のフランジ２２２が成形される。このしごき加工において、仮に加工前のフランジ１２２が、図１で示すフランジ２２のように上下両面の面積が同じであると、その外周端が、しごきダイ５６のテーパ面５７に沿って折れ曲がるように変形することがある。

これに対し、本実施の形態では、前工程の逆しごき加工により、フランジ１２２の上下両面に差をもたせたことにより、押さえリング５２の下面が、フランジ１２２の上面よりも外側に位置している。このため、しごき加工時において、押さえリング５２とパッド５８との間で上下から拘束されているフランジ１２２外周と、しごきダイ５６内周との間に空間が確保される。したがって、しごき加工によるフランジ１２２の塑性変形に伴い、素材が前記の空間に充填されるように移動し、押さえリング５２の外側へ素材が逃げるのを防止できる。結果として、フランジ２２２の板厚を的確に増肉させることができる。加工後は、パッド５０および押さえリング５２を上昇させると、パッド５８およびイジェクタ５９の押し上げによって中間製品２２０が持ち上げられる。

しごき加工中は、押さえリング５２に対する押し下げ力、パッド５８およびイジェクタ５９に対する押し上げ力により、中間製品１２０のクランプが適正に保たれている。この結果、フランジ１２２が、中央部２６とのつながり部２８などで曲がるのを抑えながら、フランジ１２２の板厚を増肉することができる。また、押さえリング５２に作用している押し下げ力は、フランジ１２２の板厚が増肉されるに伴って押さえリング５２を後退（上昇）させる程度に設定されている。
しごき工程のプレス金型においては、押さえリング５２およびパッド５８が、本発明の「板材（中間製品１２０）の周縁部（フランジ１２２）両面を拘束することが可能な一対の型」に相当し、また、しごきダイ５６が主体となって本発明の「しごき部材」を構成している。

図１０で示す中間製品３２０は、しごき加工後の中間製品２２０に対して仕上げ加工を行い、フランジ２２２の形状を整えると同時に、板材１０における中心孔１４の周囲を打ち抜いたものである。中間製品３２０のフランジ３２２は、しごき加工によってフランジ２２２の外周に生じていたバリ２２３（図７）が、図１０（Ｃ）で示すように除去されている。また、中間製品３２０の中心には、製品として要求される径の軸孔３２７が形成されている。

図１１は、中間製品３２０を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図である。図１２（Ａ）（Ｂ）は、中間製品３２０を成形する過程のプレス金型を表した断面図である。これらの図面で示すプレス金型の上型（図示省略）は、パッド６０を備え、このパッド６０の外周には、環状のリングパンチ６２が配置されている。これらのパッド６０とリングパンチ６２とは、相対的な昇降動作が可能である。パッド６０には、上型側から複数本のプレッシャーピン６１を通じて所定の押し下げ力（油圧力）が作用している。また、上型は、パッド６０の中心を上下方向へ貫通した打ち抜きピン６４を備えている。
一方、プレス金型の下型（図示省略）は、ダイ６６を備え、その内部に環状のイジェクタ６８が配置されている。このイジェクタ６８は、ダイ６６内において昇降動作可能であり、かつ、イジェクタ６８には、下型側から複数本のプレッシャーピン６９を通じて所定の押し上げ力（油圧力）が作用している。

中間製品３２０の成形にあたっては、図１１で示す型開き状態にある金型のイジェクタ６８上面に中間製品２２０をセットする。この状態において、パッド６０、リングパンチ６２および打ち抜きピン６４を下降させる。これにより、図１２（Ａ）で示すように、パッド６０とイジェクタ６８との間で中間製品２２０の中央部２２６をクランプし、同じくパッド６０とダイ６６との間でフランジ２２２をランプする。この状態において、リングパンチ６２が、パッド６０およびダイ６６の外周に沿って下降することにより、図１２（Ｂ）で示すように、フランジ２２２のバリ２２３が削り落とされる。これと並行して打ち抜きピン６４の下降により、図１２（Ｂ）で示すように、板材１０の中心部が打ち抜かれる。

加工後は、パッド６０，リングパンチ６２および打ち抜きピン６４を上昇させると、イジェクタ６８の押し上げによって中間製品３２０が持ち上げられる。なお、この仕上げ加工は、しごき工程においてバリ２２３などが生じた場合に必要に応じて設定される工程である。仕上げ加工の工程を省略したとき、中間製品３２０における軸孔３２７の打ち抜きは、他の工程を利用して行う。

図１３は、完成した製品を表した構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の一部を拡大して表した断面図である。製品４２０は、中間製品３２０に最終工程のリストライク加工を行ったものである。つまり、製品４２０のフランジ４２２は、中間製品３２０のフランジ３２２に、その内外周を拘束した状態で上下方向から加圧力を加えたものである。その結果、フランジ４２２は、その形状ならびに板厚が調整されており、ギヤ４２４の高さについても、その寸法精度が確保される。

図１４は、リストライク加工のためのプレス金型の型開き状態を表した断面図である。図１５（Ａ）（Ｂ）は、リストライク過程のプレス金型を表した断面図である。これらの図面で示すプレス金型の上型（図示省略）は、パッド７０を備え、このパッド７０の外周には、環状のリングパンチ７２が配置されている。また、リングパンチ７２の外周には、拘束リング７４が配置されている。これらのパッド７０、リングパンチ７２および拘束リング７４は、それぞれ相対的な昇降動作が可能である。なお、パッド７０およびリングパンチ７２には、個々に複数本のプレッシャーピン７１，７３を通じて所定の押し下げ力（油圧力）が作用している。一方、プレス金型の下型（図示省略）は、環状のリストライクダイ７６を備え、その内部にイジェクタ７８が昇降動作可能に配置されている。イジェクタ７８には、複数本のプレッシャーピン７９を通じて所定の押し上げ力（油圧力）が作用している。

製品４２０の成形にあたっては、図１４で示す型開き状態にある金型のイジェクタ７８上面に中間製品３２０をセットする。この状態において、パッド７０、リングパンチ７２および拘束リング７４を共に下降させる。これにより、図１５（Ａ）で示すように、パッド７０とイジェクタ７８との間で中間製品３２０の中央部３２６をクランプする。このとき、中間製品３２０のフランジ３２２は、リストライクダイ７６で受けられている。そこで、拘束リング７４が図１５（Ｂ）で示す位置まで下降し、フランジ３２２はパッド７０外周と拘束リング７４内周とにより、内外周から拘束される。この後、リングパンチ７２が図１５（Ｂ）で示す位置まで下降し、このリングパンチ７２とリストライクダイ７６との間で、フランジ３２２が上下方向から加圧されてリストライク加工が行われる。

加工後は、パッド７０、リングパンチ７２および拘束リング７４を上昇させると、イジェクタ７８の押し上げによって製品４２０が持ち上げられる。なお、リストライク加工後の製品４２０に対しては、さらに所定の機械加工や熱処理などが施される。そして、この製品４２０は、既に説明したように、リクライニング装置におけるロック機構のハウジングとして使用され、内部にカムやポール（図示省略）が組み込まれる。このポールの歯と、ギヤ４２４との噛み合いによってロック機能が果たされるのは周知のとおりである。

半抜き加工後の中間製品を表した構成図 図１の中間製品を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図 図１の中間製品を成形する過程のプレス金型を表した断面図 逆しごき加工後の中間製品を表した構成図 図４の中間製品を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図 図４の中間製品を成形する過程のプレス金型を表した断面図 しごき加工後の中間製品を表した構成図 図７の中間製品を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図 図７の中間製品を成形する過程のプレス金型を表した断面図 仕上げ、打ち抜き加工後の中間製品を表した構成図 図１０の中間製品を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図 図１０の中間製品を成形する過程のプレス金型を表した断面図 リストライク加工後の製品を表した構成図 図１３の製品を成形するプレス金型の型開き状態を表した断面図 図１３の製品を成形する過程のプレス金型を表した断面図

符号の説明

１０ 板材
２０ 中間製品
２２ フランジ（周縁部）
４２ 逆しごきパンチ（逆しごき部材）
５２ 押さえリング（しごき工程の上型）
５８ パッド（しごき工程の下型）
５６ しごきダイ（しごき部材）
１２０ 中間製品
１２２ フランジ（周縁部）
２２０ 中間製品
２２２ フランジ（周縁部）

Claims (4)

1. 板材における周縁部の板厚が、他の部分よりも増肉される製品の成形方法であって、板材の周縁部を、その両面に差を生じさせるように成形する逆しごき工程と、この逆しごき工程の後に、周縁部を、その両面が一対の型で拘束された状態において、周縁部の外周端面側から加圧して、この周縁部の板厚を増肉させるしごき工程とを備え、逆しごき工程では、しごき工程における一対の型のうちのいずれか一方の拘束面が、周縁部の一方の面よりも外側にあるように成形することを特徴とした厚肉周縁部を有する製品の成形方法。
2. 半抜き加工された板材における周縁部の板厚が、他の部分よりも増肉される製品の成形方法であって、板材の周縁部を、その両面の面積に差を生じさせるように成形する逆しごき工程と、この逆しごき工程の後に、周縁部を、その両面が一対の型で拘束された状態において、周縁部の外周端面側から加圧して、この周縁部の板厚を増肉させるしごき工程とを備え、逆しごき工程では、周縁部の一方の面が、しごき工程における一対の型のうちのいずれか一方の拘束面よりも小さい面積になるように成形することを特徴とした厚肉周縁部を有する製品の成形方法。
3. 請求項１又は２に記載された厚肉周縁部を有する製品の成形方法であって、逆しごき工程では、板材の周縁部を、その外周端面が傾斜面となるように成形し、その後のしごき工程では、周縁部をその素材が板厚方向へ移動するように加圧することを特徴とした厚肉周縁部を有する製品の成形方法。
4. 板材における周縁部の板厚が、他の部分よりも増肉される製品を成形するための成形装置であって、逆しごき手段と、しごき手段とを備え、逆しごき手段は、板材の周縁部を、その外周端面が傾斜面となるように成形することが可能な逆しごき部材を備え、しごき手段は、外周端面が傾斜面となった周縁部の両面を拘束することが可能な一対の型と、この一対の型によって両面が拘束された状態の周縁部を、その外周端面側から加圧することが可能なしごき部材とを備えている成形装置。
   

Images