JP6094689B2 - 張出し成形品の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、張出し成形品の製造装置及び製造方法に関する。具体的には、本発明は、ブランクが成形領域に流入しないようにダイ及びブランクホルダでブランクの周縁部を拘束した状態で、ブランクをパンチとダイとの間で張出し加工する張出し成形品の製造装置及び製造方法に関する。

薄板のプレス成形は、一般的に、曲げ成形、張出し成形及び絞り成形の３つに大別される。曲げ成形とは、ブランクの周縁部を拘束することなく、ダイとパンチとを用いて曲げ加工することによりブランクを成形する方法である。これに対して、張出し成形及び絞り成形は、ブランクの周縁部をダイとブランクホルダとにより拘束した状態で、ブランクの中央部に位置する成形領域に対してパンチを押し当てて、ブランクを成形する方法である。

図１３は、張出し成形の様子を示す説明図である。図１３に示すように、張出し成形では、主にブランク１の周縁部に設けられる被拘束部１ａが、ダイ２及びブランクホルダ３に設けられたロックビードの一態様としての台形ビード２ａ，３ａにより拘束された状態で、パンチ４がダイ２に対して相対的に押し込まれる。これにより、製品部に相当するブランク１の成形領域１ｂに向かってブランク１の周縁部が実質的に流入（移動）しないようにブランク１を張り出して、張出し成形品が成形される。例えば、自動車部品のうち、ドアアウターパネルやフードアウターパネル、ルーフパネルといった、比較的単純な形状を有する大型の部品は、張出し成形により製造されるのが一般的である。

これに対し、絞り成形では、主にブランクの周縁部に設けられる被拘束部が、ダイ及びブランクホルダに設けられたドロービードにより拘束された状態で、パンチがダイに対して相対的に押し込まれる。絞り成形では、成形中に、ブランクの周縁部から、製品部に相当するブランクの成形領域に向かって流入するブランクの量が、ドロービードによって部位毎に適切に制御される。これにより、製品に割れやしわ等が発生しないように成形性が制御される。例えば、自動車部品のサイドパネルアウター等、比較的複雑な形状を有する部品は、絞り成形によって製造されるのが一般的である。

このように、張出し成形で用いられるロックビードや絞り成形で用いられるドロービードは、いずれもブランクの成形領域（製品部）に、割れやしわ、過大な面ひずみといった成形不良が生じないように、ブランクに負荷される張力を調整するものである。ただし、張出し成形は、ブランクの周縁部から成形領域へブランクを実質的に流入させないものであるのに対し、絞り成形は、ブランクの周縁部から成形領域へブランクを流入させるものである。したがって、張出し成形で用いられるロックビードは、ブランクの周縁部から成形領域へのブランクの流入を実質的に無くすという点において、ブランクの流入量を制御する絞り成形で用いられるドロービードとは異なるものである。

これまで、ブランクが成形領域に流入しないようにするためにダイとブランクホルダとに設けられ、ブランク周縁部を拘束するビードとして、図１３に示すような台形ビードが一般的に知られている。台形ビードは、断面が略台形形状であり、台形コーナ部の曲げ及び曲げ戻し変形の変形抵抗と、ダイ２及びブランクホルダ３にそれぞれ設けられた各ビード２ａ，３ａと、ブランク１との接触による摩擦抵抗とによって、ブランク１が流入しないようにブランク１を拘束する。

図１４は、ビードにより拘束される被拘束部１ａと、ブランク１における製品部（リアドアアウタパネル）に相当する成形領域１ｂとを有する、張出し成形に用いられるブランク１の一例を示す説明図である。図１４は、１枚のブランク１から２枚のリアドアアウタパネルを製造する場合のブランク１の例である。

図１４に例示するように、ブランク１における被拘束部１ａの外周部１ｃは、被拘束部１ａとともに、トリムライン１ｄに沿って切断されて切捨てられる。このため、張出し成形に必要なブランク拘束力を確保した上で、外周部１ｃや被拘束部１ａを可能な限り小さく設定できれば、それだけブランク１の全体の大きさが小さくなる。これにより、張出し成形における材料歩留まりが向上する。特に、張出し成形は、上述のように比較的大型の部品の成形に用いられるため、ブランク１の小型化による材料使用量の低減量、すなわち材料歩留まりの向上効果が大きい。

図１５〜図１７は、一般的な台形ビード２ａ，３ａを有する金型を用いて張出し成形する場合における、台形ビード２ａ付近の様子を示す説明図である。図１５は、ダイ２及びブランクホルダ３によりブランク１を拘束する前後の様子を示す斜視図である。図１６は、ブランク１の被拘束部１ａ、外周部１ｃ、及びトリムライン１ｄを含む、台形ビード２ａ，３ａ付近を示す断面図である。図１７は、ブランク１の被拘束部１ａ、外周部１ｃ、及びトリムライン１ｄを含む、台形ビード２ａ，３ａ付近を示す上面図である。なお、図１５〜図１７において、製品の内外の境界が破線により示されているが、長さＬ１の領域は、ビード２ａ，３ａにより拘束されるブランク１のビード相当部であり、通常捨てられる部分である。

台形ビード２ａ，３ａは、４つの台形コーナ部２ａ−１，２ａ−２，３ａ−１，３ａ−２の曲げ及び曲げ戻し変形抵抗を生じさせることにより、張出し成形に十分なブランク拘束力を得ようするものである。量産成形時に、台形ビード２ａが破壊しないようにするために、また、台形コーナ部２ａ−１，２ａ−２の曲げ及び曲げ戻し変形抵抗を、それぞれのコーナ部で独立して生じさせるために、断面直辺部２ａ−３の長さがある程度長くされる必要がある。そのため、不可避的にトリムライン１ｄに直交する方向への台形ビード２ａ，３ａの押え長さＬ１が長くなる。したがって、台形ビード２ａ，３ａでは、押え長さＬ１を短くしてブランク１を小型化することは難しい。

特許文献１には、ダイとパンチとブランクホルダとを備える絞り成形装置において、材料の絞りプロファイルに平行な線に対して非平行な連続するビード部分を有する絞りビードをしわ押え面に形成したブランクホルダと対向型とにより材料を保持した状態で材料を絞り成形する絞り成形方法が開示されている。

特許文献２には、ダイとパンチとブランクホルダとを備える絞り成形装置において、ダイフェース部を構成する、ダイ本体に対し可動の可動ダイフェースと、可動ダイフェースに対向する、ブランクホルダ本体に対し可動の可動ブランクホルダとを設け、可動ダイフェース及び可動ブランクホルダをダイの成形凹部に向けて外方から内方に進退自在とし、ブランクの押し込みに伴い可動ダイフェース及び可動ブランクホルダを外方から内方に駆動することにより、製品部分にショックラインが入り込まないように、かつ、歩留まり良く絞り成形する方法が開示されている。

特許文献３には、一方の金型におけるビードを形成するとともに、他方の金型におけるビードに対向する部位にビードを収容するビード収容部を形成して絞り、張出し加工を行うプレス用金型装置において、ビードの先端部に個々の突出高さが側方に向けて漸減する段部を設けるとともに、ビード収容部の内部にこの段部に相応する段状凹部を設け、互いの間にブランク材を挟持した場合にブランク材の縁部に段部に対応した凹凸を形成することにより、荷重能力の低いプレス機械に適用した場合にも、しわの発生を防止できるプレス用金型装置が開示されている。

特許文献４には、絞り型のしわ押さえ面に設けられるビードであって、縦壁部と、当該縦壁部に連設して形成されており断面が波型の波形部とから構成された絞りビードが開示されている。

特開平９−２９３４８号公報 特開平９−２２５５５２号公報 特開平８−２６７１５４号公報 特開２００７−２４５１８８号公報

特許文献１に記載された方法は、断面が台形状で、かつ、上面視が波形状のビードを用いて、材料がビードの外側からビードの内側に流入しないように材料をロックしようとするものである。かかる特許文献１に記載された方法では、台形コーナ部の曲げ及び曲げ戻し変形の変形抵抗と、ブランクに対するビードの面圧と、波形状に応じた伸び縮み変形抵抗とによってブランクが拘束される。特許文献１に記載された方法は、ビードによって拘束される部分よりも外側の領域にまで材料が延在することで、材料のビード通過抵抗が増大し得る。したがって、特許文献１に記載された方法は、絞りプロファイルで切断されて捨てられる部分が多くなって、材料歩留まりを向上することができない。

特許文献２に記載された方法は、材料の歩留まり向上を目的としているものの、材料の流入を伴う絞り成形を対象とするものである。したがって、特許文献２に記載された方法は、材料流入を伴わない張出し成形における材料の歩留まりを向上することはできない。

特許文献３に記載された方法は、材料の流入方向と直交する方向へのビード長さが不可避的に増加するため、張出し成形における材料の歩留まりを向上することはできない。

特許文献４に記載された絞りビードは、素材の流入を抑制して、鋼材の歩留まり向上を目的とするビードではあるものの、絞り成形に用いられるドロービードを意図するものである。したがって、特許文献４に記載の絞りビードは、張出し成形に用いられるロックビードにおいて、素材の流入を防いで材料の歩留まりを向上するものではない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ロックビードによりブランクを拘束しながら行われる張出し成形における材料の歩留まりを向上することができる、張出し成形品の製造装置及び製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するにあたり、本発明のある観点によれば、互いに対向する拘束面を有するダイ及びブランクホルダと、前記ダイ及び前記ブランクホルダの前記拘束面により板材のブランクの周縁部を拘束した状態で、前記ブランクの成形領域を前記ダイ側に押し込むことにより前記ブランクの成形領域の張出し成形を行うパンチと、前記ダイ及び前記ブランクホルダの前記拘束面に互いに相似形に設けられ、前記ダイ及び前記ブランクホルダの外郭から中央部へ向けて、第１の面と、前記第１の面に交差する第２の面と、前記第２の面に交差する第３の面と、を有するとともに、前記第１の面が複数の凹凸部を有するロックビードと、を備える、張出し成形品の製造装置が提供される。

前記複数の凹凸部を前記ダイ又は前記ブランクホルダの外郭から前記中央部に向けて見たときに、前記複数の凹凸部が、台形状、矩形状及び三角形状のうちのいずれかの形状又はそれらを組み合わせた形状を有してもよい。

前記複数の凹凸部は、互いに交差する第４の面及び第５の面を有し、前記第４の面及び前記第５の面が前記第２の面に交差するとともに、前記第４の面及び前記第５の面のうちの少なくとも一つの面が前記第１の面に交差してもよい。

前記複数の凹凸部は、互いに対向する前記第４の面及び第６の面と、前記第４の面及び前記第６の面に交差する前記第５の面を有し、前記第４の面、前記第５の面及び前記第６の面が前記第２の面に交差するとともに、前記第４の面、前記第５の面及び前記第６の面のうちの少なくとも一つの面が前記第１の面に交差してもよい。

前記複数の凹凸部が三角形状を有する場合に、前記三角形状を１ピッチとしたときの前記複数の凹凸部のピッチ間隔が５〜５０ｍｍの範囲内であり、かつ、前記凹凸部の面の立上り角度が１０〜４０度の範囲内であってもよい。

前記複数の凹凸部が台形状又は矩形状を有する場合に、凸形状及び凹形状の組を１ピッチとしたときの前記複数の凹凸部のピッチ間隔が５〜５０ｍｍの範囲内であり、かつ、前記凹凸部の高さが１．０〜１０．０ｍｍの範囲内であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、板材のブランクの周縁部に相当する位置に、ダイ及びブランクホルダの外郭から中央部へ向けて、第１の面と、前記第１の面に交差する第２の面と、前記第２の面に交差する第３の面と、を有するとともに、前記第１の面が複数の凹凸部を有し、互いに相似形に設けられたロックビードを備えた前記ダイ及び前記ブランクホルダの前記拘束面により板材のブランクの周縁部を拘束する工程と、前記ダイ及び前記ブランクホルダにより前記ブランクの周縁部を拘束した状態で、パンチにより前記ブランクの成形領域を前記ダイ側に押し込むことにより前記ブランクを張出し成形する工程と、を備える、張出し成形品の製造方法が提供される。

本発明によれば、ロックビードによりブランクを拘束しながら行われる張出し成形における材料の歩留まりを向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる張出し成形品の製造装置の構成を説明するための斜視図である。 図２は、同実施形態にかかるロックビードによりブランクを拘束する前後の様子を示す斜視図である。 図３は、ロックビードと、ブランクの外周部及びトリムラインとを示す断面図である。 図４は、ロックビードと、ブランクの外周部及びトリムラインとを示す上面図である。 図５は、別のロックビードによりブランクを拘束する前後の様子を示す斜視図である。 図６は、別のロックビードと、ブランクの外周部及びトリムラインとを示す断面図である。 図７は、別のロックビードと、ブランクの外周部及びトリムラインとを示す上面図である。 図８は、実施例における評価１の試験手順を示す説明図である。 図９は、実施例における評価１の結果を示すグラフである。 図１０は、ロック性能の判定の違いによるブランクの流入痕の差を説明するための写真である。 図１１は、実施例における評価３で製造した張出し成形品のブランクの概略形状を示す正面図である。 図１２は、実施例における評価３で製造した張出し成形品の各部寸法を示す斜視図である。 図１３は、張出し成形の様子を示す説明図である。 図１４は、張出し成形に用いられるブランクの一例を示す説明図である。 図１５は、従来の台形ビードを備える金型を用いた張出し成形においてブランクを拘束する前後の様子を示す斜視図である。 図１６は、従来の台形ビード付近を示す断面図である。 図１７は、従来の台形ビード付近を示す上面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以降の説明では、張出し成形品がドアアウターパネルである場合を例にとって説明するが、張出し成形品はドアアウターパネルに限定されるものではない。本発明は、フードアウターパネルやルーフパネル等、他の張出し成形品にも等しく適用される。

＜１．張出し成形品の製造装置＞
図１は、本実施形態に係る張出し成形品の製造装置１０の構成を示す概略説明図である。図１は、製造装置１０を、一部省略するとともに簡略化して示した斜視図である。図１に示すように、製造装置１０は、ダイ１１と、ブランクホルダ１２と、パンチ１３とを有する。図１において、ブランク１４の輪郭が二点鎖線で示されている。

（１−１．基本構成）
ダイ１１は、ブランク１４を拘束する拘束面１１ａを有する。拘束面１１ａは、成形時にパンチ１３が収容されるパンチ収容部と、ブランク１４の周縁部の外側に沿って設けられた楔状ビード１５とを有する。楔状ビード１５は、ロックビードの一態様である。図面を見易くするため、図１では、ダイ１１及び楔状ビード１５は一点鎖線により簡略化して示されている。楔状ビード１５の詳細は、図２を参照しながら後述する。また、図１では、パンチ収容部は省略されている。

ブランク１４は、中央部に位置し、製品（図１に示す例ではリアドアアウタパネル）となる部分に相当する成形領域１４ｂと、ダイ１１及びブランクホルダ１２により拘束される被拘束部１４ａと、トリムライン１４ｄとを有する。被拘束部１４ａ及び外周部１４ｃは、トリムライン１４ｄで切断されて捨てられる。なお、図１では、トリムライン１４ｄは省略されている。

楔状ビード１５は、ブランク１４の全周に配置されていてもよい。あるいは、ブランク１４に、材料流入を伴う絞り成形が施される部位と、材料流入を伴わない張出し成形が施される部位とがある場合には、張出し成形が施される部位のみに楔状ビード１５が配置されていてもよい。この場合、絞り成形が施される部位には公知の絞り成形用の各種ドロービードを設けることができる。

ブランクホルダ１２は、ダイ１１に対向して配置される。ブランクホルダ１２は、パンチ１３が収容されたパンチ収容部と、ダイ１１の拘束面１１ａと協働してブランク１４を拘束する拘束面１２ａとを有する。拘束面１２ａには、ブランク１４の周縁部に沿って楔状ビード１６が設けられている。楔状ビード１６は、ダイ１１に設けられた楔状ビード１５に対応する位置に配置されている。楔状ビード１６の詳細は、図２を参照しながら後述する。

パンチ１３は、ダイ１１のパンチ収容部に対向して、ブランクホルダ１２のパンチ収容部に配置される。パンチ１３は、成形時において、ダイ１１に対して相対的に押し込まれる。これにより、ブランク１４の成形領域１４ｂが張出し成形され、成形領域１４ｂがドアアウターパネルに成形される。

ダイ１１やブランクホルダ１２、パンチ１３の材質や機能は、この種のダイ、ブランクホルダ、パンチとして公知のものと同じでよく、当業者にとっては周知であるので、ダイ１１やブランクホルダ１２、パンチ１３に関するこれ以上の説明は省略する。

（１−２．ロックビード（楔状ビード））
ダイ１１に設けられる楔状ビード１５及びブランクホルダ１２に設けられる楔状ビード１６は、互いに位置及び形状を対応させて設けられる。成形時には、楔状ビード１５，１６によりブランク１４の被拘束部１４ａが狭持されて拘束され、ブランク１４が成形領域１４ｂに流入しないようにされる。

図２〜図４は、張出し成形時における、楔状ビード１５，１６の様子を示す説明図である。図２は、ブランク１４を拘束する前後の様子を示す斜視図である。図３は、楔状ビード１５，１６と、ブランク１４の外周部１４ｃ及びトリムライン１４ｄとを示す断面図である。図４は、楔状ビード１５と、ブランク１４の外周部１４ｃ及びトリムライン１４ｄとを示す上面図である。長さＬ１の領域は、楔状ビード１５，１６により拘束される部分であって、通常捨てられる部分である。

なお、以下の説明では、主にダイ１１に設けられた楔状ビード１５について説明する。ブランクホルダ１２に設けられた楔状ビード１６は、楔状ビード１５と位置及び形状が対応しているので、適宜読み変えることで理解される。

図２及び図３に示すように、楔状ビード１５は、ダイ１１の外郭から中央部へ向けて（図３における左側から右側へ向けて）、第１の面１５−１と第２の面１５−２と第３の面１５−３とからなる段差形状を有する。すなわち、第１の面１５−１と第２の面１５−２と第３の面１５−３とは、ブランクホルダ１２及びダイ１１の外郭から中央部へ向けて、段差をなす。第２の面１５−２は、第１の面１５−１に交差（図示した例では直交）する。第３の面１５−３は、第２の面１５−２に交差（図示した例では直交）する。

図２及び図４に示すように、楔状ビード１５の第１の面１５−１は、第４の面１５−４と第５の面１５−５と第６の面１５−６とにより構成された複数の凹凸部を有する。第５の面１５−５は、第４の面１５−４に交差する。第６の面１５−６は、第５の面１５−５に交差するとともに第４の面１５−４に対向する。すなわち、第４の面１５−４と第６の面１５−６とは互いに対向する。

第４の面１５−４、第５の面１５−５及び第６の面１５−６は、楔状ビード１５の延在方向、すなわち、ダイ１１の外郭から中央部に向かう方向に直交する方向へ向けて、第４の面１５−４、第５の面１５−５、第６の面１５−６及び第５の面１５−５の順に連続して形成されている。これにより、第１の面１５−１には、楔状ビード１５の延在方向へ向けて、凹凸形状が交互に配列される。第２の面１５−２と平行な断面において、楔状ビード１５の第４の面１５−４、第５の面１５−５及び第６の面１５−６は、略四角形の三辺を形成する。図示例では台形の三辺をなしているが、長方形の三辺をなしていてもよい。

この四角形の高さや、ピッチ、第４の面１５−４及び第６の面１５−６の立上り角度、第４の面１５−４又は第６の面１５−６と第５の面１５−５との成すコーナ部の曲率半径は、適宜設定することができる。ただし、四角形の高さが低すぎたり、ピッチが大きすぎたりすると、凹凸形状が平面状に曲げ戻される際の変形抵抗（以下、「曲げ戻し変形抵抗」ともいう。）の増大効果が得られにくくなって、ブランク拘束力が低下する場合がある。また、四角形の高さが高すぎると、ブランク１４の拘束時にブランク１４が破断するおそれがある。また、第４の面１５−４及び第６の面１５−６の立上り角度が小さすぎると、曲げ戻し変形抵抗の増大効果が得られにくくなって、ブランク拘束力が低下する場合がある。

これらの点を考慮して、楔形状が四角形（台形及び矩形を含む）の楔状ビード１５とする場合には、四角形の凸形状及び凹形状を１組とする１ピッチごとの間隔が５〜５０ｍｍの範囲内、かつ、四角形の高さが１．０〜１０．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。なお、楔形状が台形等の場合のピッチ間隔とは、台形の高さが２分の１の位置を基準として、台形の凸形状及び凹形状の組を１ピッチとしたときのピッチ間隔を意味する。

また、第２の面１５−２の高さに関し、第３の面１５−３と第５の面１５−５との落差が小さすぎると、凹凸部のブランク１４の曲げ変形と、第２の面１５−２及び第３の面１５−３の境界での曲げ変形とを個別に発生させることができず、曲げ戻し変形抵抗の増大効果が得られないおそれがある。また、当該落差が大きすぎると、ブランク１４の材料歩留まりが低下するおそれがある。したがって、当該落差は、１．５〜８．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

ブランクホルダ１２に設けられた楔状ビード１６の第４の面１６−４、第５の面１６−５、第６の面１６−６は、それぞれ、ダイ１１に設けられた楔状ビード１５の第４の面１５−４、第５の面１５−５、第６の面１５−６に対応する位置に配置される。したがって、ダイ１１とブランクホルダ１２とによりブランク１４を拘束する状態において、楔状ビード１５の第４の面１５−４、第５の面１５−５、第６の面１５−６は、それぞれ、ブランク１４を介して、楔状ビード１６の第４の面１６−４、第５の面１６−５、第６の面１６−６に対向する。

なお、以上の説明では、楔状ビード１５，１６の第１の面１５−１，１６−１が第３の面１５−３，１６−３よりも下方に位置する段差形状とされた場合を例にとったが、段差形状は逆でもよい。すなわち、楔状ビード１５，１６の第１の面１５−１，１６−１が第３の面１５−３，１６−３よりも上方に位置する段差形状とされてもよい。

（１−３．ロックビード（楔状ビード）の変形例）
図５〜図７は、ロックビードの変形例として、張出し成形に用いられる別の楔状ビード１７，１８を示す説明図である。図５は、ブランク１４を拘束する前後の様子を示す斜視図である。図６は、楔状ビード１７，１８と、ブランク１４の外周部１４ｃ及びトリムライン１４ｄとを示す断面図である。図７は、楔状ビード１７と、ブランク１４の外周部１４ｃ及びトリムライン１４ｄとを示す上面図である。長さＬ１の領域は、楔状ビード１７，１８により拘束される部分であって、通常捨てられる部分である。

なお、以下では、前述の説明と同様に、主にダイ１１に設けられた楔状ビード１７について説明する。この例でも、ブランクホルダ１２に設けられた楔状ビード１８は、楔状ビード１７と位置及び形状が対応しているので、適宜読み変えることにより理解される。

図５及び図６に示すように、楔状ビード１７は、ダイ１１の外郭から中央部へ向けて（図６における左側から右側へ向けて）、第１の面１７−１と第２の面１７−２と第３の面１７−３とからなる段差形状を有する。すなわち、第１の面１７−１と第２の面１７−２と第３の面１７−３とは、ブランクホルダ１２及びダイ１１の外郭から中央部へ向けて、段差をなす。第２の面１７−２は、第１の面１７−１に交差（図示した例では直交）する。第３の面１７−３は、第２の面１７−２に交差（図示した例では直交）する。

図５及び図７に示すように、楔状ビード１７の第１の面１７−１は、楔状ビード１７の延在方向、すなわち、ダイ１１の外郭から中央部に向かう方向に直交する方向へ向けて、第４の面１７−４と第５の面１７−５とが交互に連続して形成された複数の凹凸部を有する。これにより、第１の面１７−１には、楔状ビード１７の延在方向へ向けて、凹凸形状が交互に配列される。第２の面１７−２と平行な断面において、楔状ビード１７の第４の面１７−４及び第５の面１７−５は、三角形の二辺を形成する。

この三角形の高さや、ピッチ、第４の面１７−４及び第５の面１７−５の立上り角度、第４の面１７−４と第５の面１７−５との成すコーナ部の曲率半径は、適宜設定することができる。ただし、三角形の高さが低すぎたり、ピッチが大きすぎたりすると、曲げ戻し変形抵抗の増大効果が得られにくくなって、ブランク拘束力が低下する場合がある。また、第４の面１７−４及び第５の面１７−５の立上り角度が小さすぎると、三角形のピッチが大きくなる結果、曲げ戻し変形抵抗の増大効果が得られにくくなって、ブランク拘束力が低下する場合がある。また、第４の面１７−４及び第５の面１７−５の立上り角度が大きく、三角形の高さが高くなりすぎると、ブランク１４の拘束時にブランク１４が破断したり、ブランク１４にしわが発生したりするおそれがある。

この点を考慮して、楔形状が三角形の楔状ビード１７とする場合には、三角形のピッチ間隔が５〜５０ｍｍの範囲内、かつ、第４の面１７−４及び第５の面１７−５の立上り角度が１０〜４０度の範囲内であることが好ましい。なお、楔形状が三角形の場合のピッチ間隔とは、三角形の底辺の長さを意味する。

また、第２の面１７−２の高さに関し、第３の面１７−３と三角形の頂点との落差が小さすぎると、凹凸部のブランク１４の曲げ変形と、第２の面１７−２及び第３の面１７−３の境界での曲げ変形とを個別に発生させることができず、曲げ戻し変形抵抗の増大効果が得られないおそれがある。また、当該落差が大きすぎると、ブランク１４の材料歩留まりが低下するおそれがある。したがって、当該落差は、１．５〜８．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

ブランクホルダ１２に設けられた楔状ビード１８の第４の面１８−４及び第５の面１８−５は、それぞれ、ダイ１１に設けられた楔状ビード１７の第４の面１７−４及び第５の面１７−５に対応する位置に配置される。したがって、ダイ１１とブランクホルダ１２とによりブランク１４を拘束する状態において、楔状ビード１８の第４の面１８−４及び第５の面１８−５は、それぞれ、ブランク１４を介して、楔状ビード１７の第４の面１７−４及び第５の面１７−５に対向する。

なお、以上の説明では、楔状ビード１７，１８の第１の面１７−１，１８−１が第３の面１７−３，１８−３よりも下方に位置する段差形状とされた場合を例にとったが、段差形状は逆でもよい。すなわち、楔状ビード１７，１８の第１の面１７−１，１８−１が第３の面１７−３，１８−３よりも上方に位置する段差形状とされてもよい。

＜２．張出し成形品の製造方法＞
次に、本実施形態にかかる張出し成形品の製造装置を用いた張出し成形品の製造方法について、ロックビードの作用と併せて説明する。以下の例では、ダイ１１及びブランクホルダ１２がそれぞれ図２〜図４に示した楔状ビード１５，１６を備える場合を例にとり、図１〜図４を適宜参照しながら説明する。ダイ１１及びブランクホルダ１２がそれぞれ図５〜図７に示す楔状ビード１７，１８を備える場合も同様に理解される。

本実施形態にかかる張出し成形品の製造方法において、張出し成形の全体の工程自体は、従来公知の張出し成形と同様の工程とすることができる。簡単に説明すると、まず、ブランク１４が、ブランクホルダ１２上に位置合わせされて載置される。次いで、ダイ１１をブランクホルダ１２側に相対的に移動させることにより、楔状ビード１５，１６が設けられたダイ１１及びブランクホルダ１２の拘束面１１ａ，１２ａにより、ブランク１４の周縁部が拘束される。

その状態で、パンチ１３をダイ１１側に相対的に移動させることにより、ブランク１４の中央部に位置する成形領域１４ｂがダイ１１側に相対的に押し込まれる。このとき、ブランク１４の外縁部から成形領域１４ｂに向かってブランク１４が流入しないように、拘束面１１ａ，１２ａに設けられた楔状ビード１５，１６によりブランク１４の被拘束部１４ａが拘束されている。これにより、成形領域１４ｂへのブランク１４の流入のない張出し成形品が成形される。

このとき、ブランク１４を拘束する際に、例えば、全体として２００ｔ程度の荷重が必要となる場合がある。したがって、多大な荷重を付加してブランク１４を拘束しながらも、成形領域１４ｂへのブランク１４の流入を防ぐためには、楔状ビード１５，１６による拘束機能が重要となる。

本実施形態においては、図２〜図４に示すように、楔状ビード１５，１６は、ダイ１１及びブランクホルダ１２それぞれの外郭から中央部へ向けて、第１の面１５−１，１６−１と第２の面１５−２，１６−２と第３の面１５−３，１６−３とにより形成される段差形状を有する。第２の面１５−２，１６−２は、第１の面１５−１，１６−１に交差する。第３の面１５−３，１６−３は、第２の面１５−２，１６−２に交差する。

第１の面１５−１，１６−１は、楔状ビード１５，１６の延在方向に向けて、互いに対向する第４の面１５−４，１６−４及び第６の面１５−６，１６−６を有する。さらに、第１の面１５−１，１６−１は、第４の面１５−４，１６−４及び第６の面１５−６，１６−６の間に配置されて、第４の面１５−４，１６−４及び第６の面１５−６，１６−６に交差する第５の面１５−５，１６−５を有する。

楔状ビード１５，１６がこのように構成されることにより、楔状ビード１５，１６に拘束されたブランク１４の被拘束部１４ａは、ブランク１４の外縁部から成形領域１４ｂに向かう方向に直交する方向の断面が非直線状になる。これにより、楔状ビード１５，１６に拘束されたブランク１４の曲げ剛性が向上し、ブランク１４が成形領域１４ｂ側に流れようとする際の曲げ戻し抵抗が大きくなる。

また、ブランク１４の被拘束部１４ａにおいて、楔状ビード１５，１６の第１の面１５−１，１６−１と第２の面１５−２，１６−２との境界部分に相当するコーナ部のうち、楔状ビード１５，１６の第２の面１５−２，１６−２と第３の面１５−３，１６−３との境界部分に相当するコーナ部に対して非平行となる部分の長さが長くなる。これによっても、ブランク１４が成形領域１４ｂ側に流れようとする際の曲げ戻し抵抗が大きくなる。

そのため、楔状ビード１５，１６の第１の面１５−１，１６−１と第２の面１５−２，１６−２と第３の面１５−３，１６−３とにより形成される段差のコーナ部分での曲げ及び曲げ戻し変形の変形抵抗、及び楔状ビード１５，１６とブランク１４との摩擦抵抗と相俟って、ブランク１４の外周部１４ｃから成形領域１４ｂへのブランク１４の流入を効果的に防ぐことができる。

したがって、ブランク１４の外周部１４ｃから成形領域１４ｂに向かう方向に沿う、楔状ビード１５，１６による押え長さＬ１を短くした場合であっても、張出し成形に必要なブランク拘束力が確保される。このようにして、本実施形態では、ブランク１４における、楔状ビード１５，１６による押え長さＬ１を短くできる分、ブランク１４の材料歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（評価１）
評価１では、ダイ及びブランクホルダに各形態のビードが形成されたブランク拘束部を備えた材料摺動試験装置を用いて、後述する試験手順に沿って、各ビードのブランク拘束性能（ブランクのロック力）を評価した。用いたブランク（試験材）は、板厚が０．７ｍｍで、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験により測定される引張強度が３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。

実施例１では、図２〜図４に示す楔状ビード１５，１６が形成されたブランク拘束部を備えた材料摺動試験装置を用いて、楔状ビード１５，１６のブランク拘束性能（ブランクのロック性能）を評価した。実施例２では、図５〜図７に示す楔状ビード１７，１８が形成されたブランク拘束部を備えた材料摺動試験装置を用いる以外は、実施例１と同様にして、楔状ビード１７，１８のブランク拘束性能を評価した。

比較例１では、図１５〜図１７に示す、従来の台形ビード２ａ，３ａが形成されたブランク拘束部を備えた材料摺動試験装置を用いる以外は、実施例１と同様にして、台形ビード２ａ，３ａのブランク拘束性能を評価した。また、比較例２では、図２や図５における第１の面１５−１，１６−１、１７−１，１８−１が平坦状である段差形状のみからなる段差ビードが形成されたブランク拘束部を備えた材料摺動試験装置を用いる以外は、実施例１と同様にして、段差ビードのブランク拘束性能を評価した。

［試験手順］
図８に示すように、各製造装置のダイ６１及びブランクホルダ６２により、ビードの延在方向に沿った単位長さ当たりの押圧力を３０ｋｇｆ／ｍｍとして、板幅６０ｍｍのブランク５４を拘束する。ダイ６１及びブランクホルダ６２の拘束面により拘束されるブランク５４の押え長さＬ１は以下のようにした。
実施例１（楔状ビード）：Ｌ１＝９．５ｍｍ
実施例２（楔状ビード）：Ｌ１＝９．０ｍｍ
比較例１（台形ビード）：Ｌ１＝１９．０ｍｍ
比較例２（段差ビード）：Ｌ１＝９．０ｍｍ

各ビードを有するダイ６１及びブランクホルダ６２の拘束面により拘束される被拘束部５５の端部までの長さが１３５ｍｍとなる位置で、チャック５８によりブランク５４を挟持する。この状態から、チャック５８を移動させて、ブランク５４をダイ６１及びブランクホルダ６２から引き抜く。その際に、引抜き長さを種々変更して複数回試験を行い、それぞれの試験後のブランク５４に生じた摺動痕から流入長さを評価した。

ここで、流入長さが約１ｍｍとなるときをロック限界、すなわち、ロックビードとしての機能不良と定義した。そして、上述の試験で得られる“引抜力−流入長さのデータ”を内挿することによって、ロック限界（流入長さ＝１ｍｍ）における引抜力、すなわちロック力を算出して評価した。図９は、評価結果を示すグラフである。図９では、従来の台形ビード２ａ，３ａのロック力を１００％として、ロック力が相対値で示されている。

図９に示すように、比較例１の台形ビード２ａ，３ａは高いロック力を示すものの、ダイ及びブランクホルダによる押え長さＬ１が１９．０ｍｍであり、押え長さＬ１を短くしてブランク５４を小型化することは困難である。したがって、比較例１は、ブランク５４の材料歩留まりは低い。また、比較例２の段差ビードは、押え長さＬ１が９．０ｍｍであり、押え長さＬ１を短くすることが可能であるものの、ロック力が７０％程度になっている。したがって、比較例２は、張出し成形に必要なロック力を確保することができない。

これに対し、実施例１及び２の楔状ビード１５，１６，１７，１８は、押え長さＬ１がそれぞれ９．５ｍｍ、９．０ｍｍであり、比較例２と同等に押え長さＬ１を短くすることが可能であるとともに、ロック力がそれぞれ８９％、８５％となっている。特に、実施例１の楔状ビードは、第４の面、第５の面とともに第６の面を有しているため、実施例２の楔状ビードよりも高いロック力が確保されていた。このように、実施例１及び２の楔状ビード１５，１６，１７，１８は、張出し成形に必要な高いロック性能を示す。また、実施例１及び２の楔状ビード１５，１６，１７，１８は、従来の台形ビードよりも押え長さＬ１を大幅に低減できるために、ブランク５４の材料の歩留まりを大幅に向上させることができる。

（評価２）
評価２では、図２〜図４に示す楔状ビード１５，１６及び図５〜図７に示す楔状ビード１７，１８の形状を変えながら、評価１と同様にチャックを用いてブランクを引き抜き、ブランク拘束性能（ブランクのロック力）、材料歩留まり、被拘束部の外観及び製品面への影響をそれぞれ評価した。用いたブランク（試験材）は、評価１と同様に、板厚が０．７ｍｍで、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験により測定される引張強度が３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。表１は、楔状ビードの形状及び評価結果を示す。実施例３〜９及び比較例３〜７は、楔形状が台形（方形を含む）の楔状ビード１５，１６であり、実施例１０〜１４及び比較例８〜１２は、楔形状が三角形の楔状ビード１７，１８である。

比較例７及び１２において「段差無」となっているのは、図２及び図５における第２の面１５−２，１６−２，１７−２，１８−２及び第３の面１５−３，１６−３，１７−３，１８−３が設けられておらず、平坦面に楔状ビードが形成されている形態を示す。楔形状が台形の場合の楔ピッチとは、楔高さが２分の１の位置を基準として、台形の凸形状及び凹形状の組を１ピッチとしたときのピッチ間隔に相当する。また、楔形状が三角形の場合の楔ピッチとは、三角形の底辺の長さに相当する。楔壁角度とは、楔形状が台形の場合には第４の面１５−４，１６−４及び第６の面１５−６，１６−６の立上り角度を意味し、楔形状が三角形の場合には第４の面１７−４，１８−４及び第５の面１７−５，１８−５の立上り角度を意味する。

図１０は、ロック性能の判定が〇である場合及び×である場合それぞれのブランクの摺動痕を示す。図１０の上に示す写真は、ロック性能の判定が×である場合のブランクをブランクホルダ側から撮影したものであり、図１０の下に示す写真は、ロック性能の判定が〇である場合のブランクをブランクホルダ側から撮影したものである。ロック判定が×である場合、第２の面と第３の面との境界のコーナから第３の面側にブランクの摺動痕が見られている。これに対して、ロック判定が〇である場合、ブランクに摺動痕はほとんど見られない。

表１に示すように、楔形状が台形の楔状ビードの場合、ピッチ間隔が８０ｍｍである比較例３、楔高さが０．５ｍｍである比較例４、楔壁角度が１５度である比較例５及び段差のない比較例７は、ロック性能が低下し、張出し成形に必要なロック力を確保できなかった。このうち、比較例７については、製品面への影響も見られた。比較例５については、楔壁角度が小さいことと併せて、楔ピッチが大きくなることの影響を受けていると考えられる。また、楔高さが２０．０ｍｍである比較例６では、被拘束部のブランクが破断してしまい、ロック力の評価ができず、材料歩留まりも低下した。

一方、楔形状が台形の楔状ビードの場合、ピッチ間隔が５〜５０ｍｍ、楔高さが１．０〜１０．０ｍｍの範囲にあれば、張出し成形に必要なロック力を確保できるとともに、ブランクの材料歩留まりも向上させることができることが分かった。

また、楔形状が三角形の楔状ビードの場合、楔壁角度が４度あるいは６度となっている比較例８，９，１１，１２は、ロック性能が低下し、張出し成形に必要なロック力を確保できなかった。また、楔高さが１０．０ｍｍである比較例１０では、楔壁角度が４５度となり、被拘束部のブランクが破断したり、ブランクにしわが発生したりしてしまい、ロック力の評価ができず、材料歩留まりも低下した。

一方、楔形状が三角形の楔状ビードの場合、ピッチ間隔が５〜５０ｍｍ、楔壁角度が１０〜４０度の範囲にあれば、張出し成形に必要なロック力を確保できるとともに、ブランクの材料歩留まりも向上させることができることが分かった。

（評価３）
評価３では、楔状ビードを用いた場合と、従来の台形ビードを用いた場合とについて、ブランクの材料歩留まりをそれぞれ評価した。図１１及び図１２は、実施例及び比較例において製造した張出し成形品のブランク及び成形品の概略形状を示す図である。図１１が張出し成形品のブランクの正面図であり、図１２が張出し成形品の各部寸法を示す斜視図である。かかる張出し成形品は、ドアアウターパネルを模して成形した成形品である。

実施例では、図２〜図４に示す楔状ビード１５，１６を有するダイ及びブランクホルダを用いて張出し成形を行い、図１１及び図１２に示す張り出し成形品を製造した。また、比較例として、図１５〜図１７に示す従来の台形ビードを有するダイ及びブランクホルダを用いて張出し成形を行い、図１１及び図１２に示す張り出し成形品を製造した。用いたブランクは、ともに板厚が０．７ｍｍであり、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験により測定される引張強度が３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。いずれの場合にも、ブランクは、張出し成形に支障をきたさない最小の面積のものを用いた。

各ロックビードにより拘束されるブランクの被拘束部の押え長さＬ１は、実施例では９．５ｍｍであり、比較例では１９．０ｍｍであった。その結果、実施例におけるブランクの面積は約１．３７２ｍ²であったのに対し、比較例におけるブランクの面積は１．４２５ｍ²であった。したがって、実施例の楔状ビードを用いた場合、比較例の台形ビードを用いた場合と比べて、張出し成形における材料の歩留まりが約４％向上した。現在、張出し成形における材料の歩留まりの向上はほぼ限界に達している状況にあり、材料の歩留まりを約４％向上できることは極めて顕著な効果である。

１０ 製造装置
１１ ダイ
１１ａ 拘束面
１２ ブランクホルダ
１２ａ 拘束面
１３ パンチ
１４ ブランク
１４ａ 被拘束部
１４ｂ 成形領域
１４ｃ 外周部
１４ｄ トリムライン
１５，１６，１７，１８ 楔状ビード（ロックビード）
１５−１，１６−１，１７−１，１８−１ 第１の面
１５−２，１６−２，１７−２，１８−２ 第２の面
１５−３，１６−３，１７−３，１８−３ 第３の面
１５−４，１６−４，１７−４，１８−４ 第４の面
１５−５，１６−５，１７−５，１８−５ 第５の面
１５−６，１６−６ 第６の面
５４ ブランク
５５ 被拘束部
５８ チャック
６１ ダイ
６２ ブランクホルダ

Claims (6)

1. 互いに対向する拘束面を有するダイ及びブランクホルダと、
   前記ダイ及び前記ブランクホルダの前記拘束面により板材のブランクの周縁部を拘束した状態で、前記ブランクの成形領域を前記ダイ側に相対的に押し込むことにより前記ブランクの成形領域の張出し成形を行うパンチと、
   前記ダイ及び前記ブランクホルダの前記拘束面に互いに相似形に設けられ、前記ダイ及び前記ブランクホルダの外郭から中央部へ向けて、第１の面と、前記第１の面に交差する第２の面と、前記第２の面に交差する第３の面と、を有するとともに、前記第１の面が複数の凹凸部を有するロックビードと、
   を備え、
   前記複数の凹凸部を前記ブランクホルダの外郭から前記中央部に向けて見たときに、前記複数の凹凸部が、台形状、矩形状及び三角形状のうちのいずれかの形状又はそれらを組み合わせた形状を有する、張出し成形品の製造装置。
2. 前記複数の凹凸部は、互いに交差する第４の面及び第５の面を有し、前記第４の面及び前記第５の面が前記第２の面に交差する、請求項１に記載の張出し成形品の製造装置。
3. 前記複数の凹凸部は、互いに対向する前記第４の面及び第６の面と、前記第４の面及び前記第６の面に交差する前記第５の面を有し、前記第４の面、前記第５の面及び前記第６の面が前記第２の面に交差する、請求項２に記載された張出し成形品の製造装置。
4. 前記複数の凹凸部が三角形状を有する場合に、前記三角形状を１ピッチとしたときの前記複数の凹凸部のピッチ間隔が５〜５０ｍｍの範囲内であり、かつ、前記凹凸部の面の立上り角度が１０〜４０度の範囲内である、請求項１又は２に記載の張出し成形品の製造装置。
5. 前記複数の凹凸部が台形状又は矩形状を有する場合に、凸形状及び凹形状の組を１ピッチとしたときの前記複数の凹凸部のピッチ間隔が５〜５０ｍｍの範囲内であり、かつ、前記凹凸部の高さが１．０〜１０．０ｍｍの範囲内である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の張出し成形品の製造装置。
6. 互いに対向する拘束面に、外郭から中央部へ向けて、第１の面と、前記第１の面に交差する第２の面と、前記第２の面に交差する第３の面と、を有するとともに、前記第１の面が複数の凹凸部を有し、互いに相似形に設けられたロックビードを備えたダイ及びブランクホルダの間に板材のブランクを載置する工程と、
   前記ダイ及び前記ブランクホルダにより前記ブランクの周縁部を拘束する工程と、
   前記ブランクの周縁部を拘束した状態で、パンチにより前記ブランクの成形領域を前記ダイ側に相対的に押し込むことにより前記ブランクを張出し成形する工程と、
   を備え、
   前記複数の凹凸部を前記ブランクホルダの外郭から前記中央部に向けて見たときに、前記複数の凹凸部が、台形状、矩形状及び三角形状のうちのいずれかの形状又はそれらを組み合わせた形状を有する、張出し成形品の製造方法。

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