JP6191428B2 - プレス成形装置およびプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であり、かつ、断面形状がハット型のプレス成形品のプレス成形装置およびプレス成形方法に関する。さらに詳しくは、素材金属板として高強度の金属板を用いた場合でも、板厚の変化を低減でき、割れおよびしわを低減することが可能なプレス成形装置およびプレス成形方法に関する。

自動車の車体骨格部品（例えばフロントピラーアウターレインフォースメントやサイドシルアウターレインフォースメント、フロントピラーインナーレインフォースメント、サイドシルインナーレインフォースメント、リアサイドフレーム）は、断面形状がハット型のプレス成形品を用いて構成される。

図１は、ハット型断面のプレス成形品の一例を示す模式図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。プレス成形品９０は、同図（ｂ）に示すように、ウェブ部９０ａと、そのウェブ部９０ａの一方に延びる第１縦壁部９０ｂと、その第１縦壁部９０ｂからさらに延びる第１フランジ部９０ｄと、ウェブ部９０ａの他方に延びる第２縦壁部９０ｃと、その第２縦壁部９０ｃからさらに延びる第２フランジ部９０ｅとを有する。同図に示すプレス成形品９０は、長手方向に上面視で湾曲することなく、直線状に伸びる。

このようなハット型断面のプレス成形品は、パンチおよびダイを用いたプレス成形により作製できる。その際にブランクホルダを用いる場合があり、ブランクホルダを用いるプレス成形は、絞り成形とも呼ばれる。また、プレス成形（絞り成形）では、ブランクホルダとともにパッドを用いる場合がある。

図２は、プレス成形（絞り成形）でブランクホルダとともにパッドを用いる場合の加工フローを模式的に示す断面図であり、同図（ａ）は上死点時、同図（ｂ）はブランクホルダによる挟持時、同図（ｃ）はパッドによる挟持時、同図（ｄ）および同図（ｅ）はパンチの押し込み時、同図（ｆ）は下死点時をそれぞれ示す。同図では、上型が上死点から下死点まで下降する際に素材金属板５０にウェブ部、縦壁部およびフランジ部が成形される場合を示す。

同図には、素材金属板５０と、プレス成形装置が具備する金型２０とを示す。同図に示すプレス成形装置の金型２０は、上型４０がダイ４１と、それと隣接するパッド４６とで構成され、下型３０がパンチ３１と、それと隣接するブランクホルダ（３４および３５）とで構成される。

下型３０のパンチ３１は、同図（ａ）に示すように、ウェブ部に対応する形状である先端面３１ａと、第１縦壁部に対応する形状である第１外側面３１ｂと、第２縦壁部に対応する形状である第２外側面３１ｃとを有する。一方、上型のダイ４１は、凹部を有し、その第１内側面４１ａがパンチの第１外側面３１ｂに対応する形状であり、その第２内側面４１ｂがパンチの第２外側面３１ｃに対応する形状である。

また、ダイ４１の凹部には、パッド４６が配置され、そのパッド４６はパッド用加圧機構（例えばばねやゴム、ガスシリンダ、油圧シリンダ等）４７を介してダイ４１に装着されている。このように装着されたパッド４６は、プレス方向にスライド可能であり、より具体的には、ダイ４１（上型）に対してスライド可能である。パッド４６の先端面（パンチの先端面３１ａと対向する面）は、パンチの先端面３１ａに対応する形状である。なお、パッド４６は、上型締結用金型を介してプレス機に装着される場合もある。

一方、パンチ３１の両側には、第１ブランクホルダ３４および第２ブランクホルダ３５がそれぞれ配置され、そのブランクホルダ（３４および３５）はブランクホルダ用加圧機構（例えばばねやゴム、油圧シリンダ、ガスシリンダ等、符号：３６および３７）によりプレス方向にスライド可能に支持されている。ここで、プレス方向とは、プレス成形する際にパンチ３１とダイ４１とが相対的に移動する方向であり、同図に示す金型２０では、上下方向がプレス方向となる。

このような構成の金型２０を用いたプレス成形では、同図（ａ）に示すように、素材金属板５０を上型４０と下型３０の間に配置する。その状態で上型４０を上死点から下降させると、ダイ４１が素材金属板５０を介してブランクホルダ（３４および３５）に当接してブランクホルダ用加圧機構（３６および３７）が縮む。このブランクホルダ用加圧機構（３６および３７）の復元力によってブランクホルダ（３４および３５）が素材金属板５０に押し付けられ、同図（ｂ）に示すように、素材金属板５０がダイ４１とブランクホルダ（３４および３５）とで挟持される。

上型４０をさらに下降させると、同図（ｃ）に示すように、パッド４６が素材金属板５０を介してパンチ３１に当接する。これに伴い、パッド用加圧機構４７が縮み、このパッド用加圧機構４７の復元力によってパッド４６が素材金属板５０に押し付けられる。これにより、素材金属板５０がパンチ３１とパッド４６とで挟持される。

このように素材金属板５０が挟持されている状態で、上型４０をさらに下降させる。これにより、パンチ３１とダイ４１とを相対的に移動させ、同図（ｄ）および（ｅ）に示すように、パンチ３１とともに素材金属板５０をダイ４１の凹部に押し込む。このようにして素材金属板５０に絞り加工を施すことによりプレス成形する。

そして、同図（ｆ）に示すように、上型４０が下死点に到達すると、ウェブ部がパンチの先端面３１ａとパッド４６により仕上げられ、縦壁部がパンチの外側面（３１ｂおよび３１ｃ）とダイ４１によって仕上げられる。また、フランジ部がダイ４１とブランクホルダ（３４および３５）によって仕上げられる。その結果、素材金属板５０がハット型断面に成形される。

断面形状がハット型のプレス成形品の成形に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１および２がある。特許文献１では、パンチおよびダイによるプレス成形でパッドを用い、プレス成形中にパンチ位置とダイ位置およびパッド位置を測定する。成形開始時からダイとパッドの相対変位が零になるまで、パッドとパンチの相対変位を１０〜２０ｍｍの範囲内になるようにパッドの位置を制御する。このようにパッドの位置を制御することにより、パンチとパッドの間の素材金属板にたるみを形成することができるとしている。この形成したたるみをプレス成形の後期で押しつぶすことにより、曲げ領域が拡大し、その結果、スプリングバックを低減できるとしている。

また、特許文献２が対象とするプレス成形品は、ウェブ部と、弧状に湾曲している部位を有する屈曲部を介してウェブ部につながり、かつ、屈曲部と反対側にフランジ部を有する縦壁部とを有する。特許文献２に提案されるプレス成形方法では、ダイ金型、曲げ型およびパッドを用いる。そして、素材金属板をダイ金型とパッドおよび曲げ型との間に配置し、そのパッドを素材金属板に近接又は接触させた状態でプレス成形を行う。

これにより、素材金属板の少なくとも一部を、ダイ金型のうち、ウェブ部に対応する部位の上でスライドさせつつ、縦壁部およびフランジ部を成形する。その結果、Ｌ字状形状部品のＬ字下側部に対応する部位が縦壁部に向けて引き込まれるとしている。このため、フランジ部で割れの発生を低減できるとともに、ウェブ部でしわの発生を低減できるとしている。

特開２００９−２５５１１６号公報 ＷＯ２０１１／１４５６７９号公報

前述のフロントピラーやサイドシルといった車体骨格部品は、接合（例えばスポット溶接）により一体化されて使用される。フロントピラーは、その下端をサイドシルの先端と接合される。フロントピラーのうちでサイドシルと接合される部分を構成する部材は、フロントピラーロアーと呼ばれる。このフロントピラーロアーは、ハット形断面のプレス成形品が用いられ、一例として、前述の特許文献２が対象とするプレス成形品のような形状が挙げられる。すなわち、特許文献２の図４Ａに示されるように、ウェブ部と、弧状に湾曲している部位を有する屈曲部を介してウェブ部につながり、かつ、その屈曲部と反対側に第１フランジ部を有する第１縦壁部とを有する形状である。このプレス成形品は、第２縦壁部は、弧状に湾曲することなく、屈曲部を有さない。

このようなフロントピラーロアーを、車体剛性等の性能や衝突安全性能の向上のため、長手方向にＬ字状に湾曲する形状とする場合がある。

図３は、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であり、かつ、断面形状がハット型であるプレス成形品を示す模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。本明細書では、便宜上、プレス成形品をフロントピラーロアーとして用いた場合にサイドシルと接合される方を長手方向の「後」と呼び（同図（ａ）の符号Ｂ参照）、この「後」と反対の方を長手方向の「前」と呼ぶ（同図（ａ）の符号Ｆ参照）。

同図に示すプレス成形品１０の断面形状は、同図（ｂ）に示すように、ウェブ部１０ａ、第１縦壁部１０ｂ、第２縦壁部１０ｃ、第１フランジ部１０ｄおよび第２フランジ部１０ｅを有する。同図（ａ）に太線で示すように、ウェブ部１０ａと第１縦壁部１０ｂとの境界部は、その中間に長手方向に略４分の１円弧状に湾曲する部位１０ｊを有する。また、ウェブ部１０ａと第２縦壁部１０ｃとの境界部も、その中間に長手方向に略４分の１円弧状に湾曲する部位１０ｋを有する。

このような境界部により形成されるウェブ部１０ａは長手方向にＬ字状に湾曲しており、その湾曲の内側に第１縦壁部１０ｂが延び、外側に第２縦壁部１０ｃが延びる。また、第１縦壁部１０ｂからさらに第１フランジ部１０ｄが延び、第２縦壁部１０ｃからさらに第２フランジ部１０ｅが延びる。

この長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品を、前述の通り、フロントピラーロアーとして用いる場合がある。また、サイドシルインナやサイドシルアウタ、フロントサイドメンバ、リアサイドフレームの構成部品として用いる場合がある。これらの場合、弧状に湾曲する部位（１０ｊおよび１０ｋ）の中心角は、例えば、７０〜１７０°に設定できる。また、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｊの曲率半径は、例えば、３０〜６００ｍｍに設定できる。ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｋの曲率半径は、例えば、１０〜６００ｍｍに設定できる。第１縦壁部の深さｄ１は、例えば、２０〜３５０ｍｍに設定でき、第２縦壁部の深さｄ２は、例えば、２０〜３５０ｍｍに設定できる。

長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品をフロントピラーロアーとして用いる場合、弧状に湾曲する部位（１０ｊおよび１０ｋ）の中心角は、例えば、７０〜１２０°に設定できる。また、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｊの曲率半径は、例えば、３０〜３００ｍｍに設定できる。ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｋの曲率半径は、例えば、１０〜２００ｍｍに設定できる。第１縦壁部の深さｄ１は、例えば、２０〜２００ｍｍに設定でき、第２縦壁部の深さｄ２は、例えば、２０〜２００ｍｍに設定できる。

長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品をリアサイドフレームとして用いる場合、弧状に湾曲する部位（１０ｊおよび１０ｋ）の中心角は、例えば、７０〜１７０°に設定できる。また、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｊの曲率半径は、例えば、５０〜６００ｍｍに設定できる。ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｋの曲率半径は、例えば、５０〜６００ｍｍに設定できる。第１縦壁部の深さｄ１は、例えば、４０〜３５０ｍｍに設定でき、第２縦壁部の深さｄ２は、例えば、４０〜３５０ｍｍに設定できる。

この長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品をパンチ、ダイおよびブランクホルダを用いたプレス成形により作製することができる。しかしながら、素材金属板として高強度の金属板、具体的には引張強さ（ＴＳ）が５９０ＭＰａ以上である金属板を用いる場合、プレス成形品に割れやしわが発生し易い。

一方、素材金属板として引張強さ（ＴＳ）が５９０ＭＰａ未満である金属板を用いる場合がある。この場合、第１縦壁部や第２縦壁部が深いと、プレス成形品に割れやしわが発生し易い。また、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｊの曲率半径が小さいと、プレス成形品に割れやしわが発生し易い。ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｋの曲率半径が小さいと、プレス成形品に割れやしわが発生し易い。

図４は、従来法によって成形されたＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品の板厚減少率を示す上面図であり、同図（ａ）はパンチ、ダイに加えてブランクホルダを用いる絞り成形の場合、同図（ｂ）は絞り成形で長手方向の一端を閉じた形状にした場合、同図（ｃ）は絞り成形でパッドを用いた場合をそれぞれ示す。同図では、濃淡によって素材金属板の板厚基準の板厚減少率を示すとともに、プレス成形前の素材金属板の形状５０を実線で示す。また、図中の数値は、板厚減少率（％）を表わす。

同図の板厚減少率は、ＦＥＭ解析により求めた。その際、素材金属板は板厚が１．６ｍｍの９８０ＭＰａ級デュアルフェーズ高強度鋼板とし、プレス成形品の寸法および形状は、後述する実施例と同様とした。また、同図の板厚減少率ｒｔｂ（％）は、素材金属板の板厚ｔｂ（ｍｍ）を基準として下記（１）式により算出した。下記（１）式において、ｔはプレス成形品の板厚（ｍｍ）である。
ｒｔｂ＝（ｔｂ−ｔ）／ｔｂ×１００ ・・・（１）

絞り成形の場合、具体的にはパンチおよびダイによるプレス成形の際にブランクホルダを用いる場合、同図（ａ）より、ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲している部位の内側のＸ領域で、ウェブ部１０ａと第２縦壁部１０ｂとの境界部付近の領域が著しく減肉していることが確認される。ここで、本材料の変形形態では、素材金属板の板厚基準の板厚減少率が１８％程度を越えると、実際のプレス成形品では割れが発生する。このため、実際のプレス成形品では、Ｘ領域で割れが発生すると判断される。

また、同図（ａ）のＹ領域で、素材金属板の板厚基準の板厚減少率が長手方向で短いサイクルで増加と減少を繰り返している。この場合、実際のプレス成形品では、しわがＹ領域に発生する。ここで、Ｙ領域は、主に、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲している部位の外側領域である。また、Ｙ領域は、その外側領域の近傍と、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲している部位と、その部位の近傍とを含む。

同図（ｂ）のプレス成形では、同図（ａ）のプレス成形と同様に、パンチおよびダイによるプレス成形の際にブランクホルダを用いた。その際、パンチ、ダイ、ブランクホルダおよび素材金属板の形状を変更し、長手方向の後端で第１縦壁部および第２縦壁部が繋がる形状とした。この場合、Ｘ領域における減肉が低減され、割れの危険性の低減が確認される。一方、Ｙ領域でしわが発生していることが確認される。

同図（ｃ）のプレス成形では、パンチおよびダイによるプレス成形の際にブランクホルダとともにパッドを用いた。この場合、Ｘ領域で減肉して割れが発生すると判断される。一方、Ｙ領域のしわの抑制が確認される。

なお、同図（ａ）〜（ｃ）のプレス成形品では、素材金属板の形状を好適化することにより、第１フランジ部の内側に余肉部を設けている。この余肉部を第１フランジ部の内側に設けない場合、Ｚ領域で割れが発生する危険性が高くなる（前記図３（ａ）参照）。ここで、Ｚ領域は、主に、第１フランジ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の内側領域である。また、Ｚ領域は、その内側領域の近傍と、第１フランジ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位と、その部位の近傍とを含む。

このように長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品では、素材金属板として高強度の金属板を用いる場合、割れやしわが発生する。一方、高強度でない金属板（例えば引張強さ（ＴＳ）が５９０ＭＰａ未満である金属板）を用いる場合、第１縦壁部や第２縦壁部が深いと、割れやしわが発生し易い。また、高強度でない金属板を用いる場合、ウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の曲率半径が小さいと、割れやしわが発生し易い。高強度でない金属板を用いる場合、ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の曲率半径が小さいと、割れやしわが発生し易い。

前述の特許文献１で提案されるプレス成形方法を長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品に適用することが考えられる。この場合、パンチおよびダイによるプレス成形でパッドを用いるので、Ｙ領域のしわをある程度低減できるが、Ｗ領域にしわが発生する（前記図３（ａ）参照）。さらに、第１フランジ部の内側に余肉部を設けない場合、Ｚ領域で割れが発生する危険性が高くなる。ここで、Ｗ領域は、主に、第２縦壁部と第２フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側領域である。また、Ｗ領域は、その外側領域の近傍の領域と、第２縦壁部と第２フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位と、その部位の近傍とを含む。

また、前述の特許文献２では、実施例６において、ダイ金型、曲げ型およびパッドを用いるプレス成形方法を長手方向にＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品に適用している。この場合、第１フランジ部において割れが発生するとしている。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であるプレス成形品の成形で素材金属板として高強度の金属板を用いた場合でも、板厚の変化を低減でき、割れおよびしわが低減されたプレス成形品を得ることが可能なプレス成形装置およびプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、後述する図５に示すように、パンチ３１およびダイ４１によるプレス成形において、パッド（第１ダイ側パッド）４２とともにブランクホルダ（３４および３５）を用い、さらに、パンチ内包パッド３２とを用いることを見出した。この場合、素材金属板５０の挟持完了時に、パンチ３１の先端面から突き出るパンチ内包パッド３２に沿って素材金属板５０が変形する。これにより、パンチ３１の先端面に対してパンチ内包パッド３２と当接する部位を余らせた状態で素材金属板５０を挟持でき、素材金属板５０に成形されるウェブ部のＸ領域における割れを低減できる。

また、第１ダイ側パッド４２とともにブランクホルダ（３４および３５）を用いることにより、素材金属板に成形されるウェブ部のＹ領域にしわが形成されるのを低減できる。その結果、プレス成形品で板厚の変化を低減できる。

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）〜（４）のプレス成形装置、並びに、下記（５）のプレス成形方法を要旨としている。

（１）素材金属板から、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であり、かつ、断面形状がウェブ部と、そのウェブ部から前記湾曲の内側に延びる第１縦壁部と、前記ウェブ部から前記湾曲の外側に延びる第２縦壁部と、前記第１縦壁部からさらに延びる第１フランジ部と、前記第２縦壁部からさらに延びる第２フランジ部とを有する形状であるプレス成形品を成形するプレス成形装置であって、前記ウェブ部、前記第１縦壁部および前記第２縦壁部とそれぞれ対応する形状の先端面、第１外側面および第２外側面を有し、かつ、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であるパンチと、このパンチの先端面に内包されてプレス方向にスライド可能であり、かつ、前記先端面と前記第２外側面との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の内側で前記素材金属板と当接するパンチ内包パッドと、前記パンチの湾曲の内側で当該パンチと隣接してプレス方向にスライド可能な第１ブランクホルダと、前記パンチの湾曲の外側で当該パンチと隣接してプレス方向にスライド可能な第２ブランクホルダと、前記パンチと対をなすダイと、このダイに隣接してプレス方向にスライド可能であり、かつ、少なくとも、前記先端面と前記第１外側面との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側で前記素材金属板を介して前記パンチと当接する第１ダイ側パッドとを備え、前記第１ブランクホルダ、前記第２ブランクホルダおよび前記第１ダイ側パッドによる素材金属板の挟持の完了時において、前記パンチ内包パッドが、前記パンチから突き出るように配置され、前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることによる前記素材金属板の成形過程で前記ダイによって前記パンチ内包パッドが前記パンチに押し込まれることを特徴とするプレス成形装置。

（２）上記（１）に記載のプレス成形装置が、さらに、前記ダイに隣接してプレス方向にスライド可能であり、かつ、前記パンチ内包パッドが前記素材金属板と当接する領域のうちの少なくとも一部で前記素材金属板と当接する第２ダイ側パッドとを備え、前記第２ダイ側パッドによる前記素材金属板への押付力が、前記パンチ内包パッドによる前記素材金属板への押付力と同等以上であり、前記成形過程で、前記第２ダイ側パッドによって前記パンチ内包パッドが前記パンチに押し込まれることを特徴とするプレス成形装置。

（３）前記パンチ内包パッドは、その断面形状が、前記先端面と前記第２外側面との境界部に近い方の側端と当該パンチ内包パッドの中央との間に頂部が位置する凸形状であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のプレス成形装置。

（４）上記（１）〜（３）に記載のプレス成形装置が、さらに、前記第２ブランクホルダと前記ダイとの間隔を、少なくとも、前記第２縦壁部と前記第２フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側で、前記素材金属板の板厚より大きい状態で維持する機構を備えることを特徴とするプレス成形装置。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のプレス成形装置を用いて前記素材金属板から前記プレス成形品を成形するプレス成形方法であって、前記パンチ内包パッドが前記パンチから突き出た状態で、前記第１ブランクホルダ、前記第２ブランクホルダおよび前記第１ダイ側パッドによって前記素材金属板を挟持するステップと、前記素材金属板が挟持されている状態で前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることにより、前記ダイまたは前記第２ダイ側パッドを当接させて前記パンチ内包パッドを前記パンチ内に押し込みつつ、前記ウェブ部、前記第１縦壁部、前記第２縦壁部、前記第１フランジ部および前記第２フランジ部を仕上げるステップとを含むことを特徴とするプレス成形方法。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、素材金属板の挟持の完了時にパンチ内包パッドによって素材金属板を余らせ、そのパンチ内包パッドをプレス成形の過程でダイまたは第２ダイ側パッドによってパンチ内に押し込む。これにより、パンチ内包パッドが存在する領域の近傍で減肉が低減されつつ成形が進行し、割れを低減できる。また、第１ダイ側パッドとともに第１ブランクホルダおよび第２ブランクホルダを用いることにより、しわの発生を低減できる。その結果、得られるプレス成形品の板厚の変化を低減することができる。

ハット型断面のプレス成形品の一例を示す模式図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 プレス成形でブランクホルダとともにパッドを用いる場合の加工フローを模式的に示す断面図であり、同図（ａ）は上死点時、同図（ｂ）はブランクホルダによる挟持時、同図（ｃ）はパッドによる挟持時、同図（ｄ）および同図（ｅ）はパンチの押し込み時、同図（ｆ）は下死点時をそれぞれ示す。 長手方向にＬ字状に湾曲する形状であり、かつ、断面形状がハット型であるプレス成形品を示す模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 従来法によって成形されたＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品の板厚減少率を示す上面図であり、同図（ａ）はパンチ、ダイに加えてブランクホルダを用いる絞り成形の場合、同図（ｂ）は絞り成形で長手方向の一端を閉じた形状にした場合、同図（ｃ）は絞り成形でブランクホルダとともにパッドを用いた場合をそれぞれ示す。 本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フロー例を模式的に示す断面図であり、同図（ａ）は上死点時、同図（ｂ）はブランクホルダによる挟持時、同図（ｃ）は第１ダイ側パッドによる挟持時、同図（ｄ）は第２ダイ側パッドの当接時、同図（ｅ）はパンチ内包パッドの押し込み時、同図（ｆ）は下死点時をそれぞれ示す。 パンチ内包パッド、第１ダイ側パッドおよび第２ダイ側パッドが下死点時に位置または当接する領域の一例を模式的に示す上面図であり、同図（ａ）はパンチ内包パッドが位置する領域を示し、同図（ｂ）は第１ダイ側パッドおよび第２ダイ側パッドが当接する領域を示す。 実施例でブランクホルダによる挟持後の成形時に素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域を模式的に示す上面図である。 本発明によって成形されたＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品の板厚減少率を示す上面図である。

以下に、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法について、図面を参照しながら説明する。

図５は、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フロー例を模式的に示す断面図であり、同図（ａ）は上死点時、同図（ｂ）はブランクホルダによる挟持時、同図（ｃ）は第１ダイ側パッドによる挟持時、同図（ｄ）は第２ダイ側パッドの当接時、同図（ｅ）はパンチ内包パッドの押し込み時、同図（ｆ）は下死点時をそれぞれ示す。同図は、前記図３に示す形状のプレス成形品の加工フロー例であり、前記図３のＢ−Ｂ位置の断面図である。また、同図では、上型が上死点から下死点まで下降する際に素材金属板にウェブ部、縦壁部およびフランジ部が成形される場合を示す。

同図には、素材金属板５０と、プレス成形装置が具備する金型２０とを示す。同図に示すプレス成形装置の金型２０の下型３０は、パンチ３１、第１ブランクホルダ３４、第２ブランクホルダ３５およびパンチ内包パッド３２で構成される。パンチ３１は、同図（ａ）に示すように、プレス成形品のウェブ部、第１縦壁部および第２縦壁部とそれぞれ対応する形状の先端面３１ａ、第１外側面３１ｂおよび第２外側面３１ｃを有する。また、パンチ３１は、プレス成形品に対応するように長手方向にＬ字状に湾曲する形状である。

パンチ内包パッド３２は、パンチの先端面３１ａに内包されている。また、パンチ内包パッド３２は、パンチ内包パッド用加圧機構（例えばばねやゴム、ガスシリンダ、油圧シリンダ等）３３により支持されており、プレス方向にスライド可能である。このようなパンチ内包パッド３２は、パンチの先端面３１ａと第２外側面３１ｃとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の内側で素材金属板５０と当接する。

図６は、パンチ内包パッド、第１ダイ側パッドおよび第２ダイ側パッドが下死点時に位置または当接する領域の一例を模式的に示す上面図であり、同図（ａ）はパンチ内包パッドが位置する領域を示し、同図（ｂ）は第１ダイ側パッドおよび第２ダイ側パッドが当接する領域を示す。同図には、成形されたプレス成形品１０を示し、パンチ内包パッドが下死点時に位置する領域１０ｌ、第１ダイ側パッドが下死点時に当接する領域１０ｍおよび第２ダイ側パッドが下死点時に当接する領域１０ｎを斜線を施して示す。

パンチ内包パッドは、前述の通り、パンチの先端面と第２外側面との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の内側で素材金属板と当接する。換言すると、パンチ内包パッドは、図６（ａ）に示すように、ウェブ部１０ａと第２縦壁部１０ｃとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位（同図（ａ）の太線部１０ｋ参照）の内側の領域１０ｌに位置する。

第１ブランクホルダ３４は、図５に示すように、パンチ３１のＬ字状湾曲の内側でパンチ３１と隣接する。また、第２ブランクホルダ３５は、パンチ３１のＬ字状湾曲の外側でパンチ３１と隣接する。第１ブランクホルダ３４および第２ブランクホルダ３５は、それぞれブランクホルダ用加圧機構（例えばばねやゴム、油圧シリンダ、ガスシリンダ、符号：３６および３７）により支持されており、プレス方向にスライド可能である。

一方、上型４０は、図５（ａ）に示すように、ダイ４１、第１ダイ側パッド４２および第２ダイ側パッド４３で構成される。ダイ４１は、パンチ３１を受け入れる凹部を有し、その第１内側面４１ａがパンチの第１外側面３１ｂに対応する形状であり、第２内側面４１ｂがパンチの第２外側面３１ｃに対応する形状である。

ダイ４１の凹部には、第１ダイ側パッド４２および第２ダイ側パッド４３が配置される。その第１ダイ側パッド４２および第２ダイ側パッド４３は、それぞれパッド用加圧機構（例えばばねやゴム、ガスシリンダ、油圧シリンダ等、符号：４４および４５）を介して支持されており、プレス方向にスライド可能である。

第１ダイ側パッド４２は、素材金属板５０を介してパンチ３１と当接する。具体的には、素材金属板５０を介在させた状態で、少なくとも、パンチの先端面３１ａと第１外側面３１ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側でパンチ３１と当接する。換言すると、第１ダイ側パッド４２は、前記図６（ｂ）に示すように、ウェブ部１０ａと第１縦壁部１０ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位（図６（ｂ）の太線部１０ｊ参照）の外側の領域を含むような領域１０ｍに下死点時に当接する。

このような構成の金型２０を用いる本発明のプレス成形装置は、第１ダイ側パッド４２が、前記図２を用いて説明した従来のブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形方法におけるパッドと、同様に動作して同様の役割を果たす。一方、パンチ内包パッド３２は、第１ブランクホルダ３４、第２ブランクホルダ３５および第１ダイ側パッド４２による素材金属板の挟持の完了時にパンチ３１から突き出るように配置される（図５（ｃ）参照）。このパンチ内包パッド３２は、素材金属板の成形過程でダイ４１または第２ダイ側パッド４３によってパンチ３１に押し込まれる（図５（ｆ）参照）。

このような本発明のプレス成形装置を用いる本発明のプレス成形方法の加工フロー例を説明する。

素材金属板のプレス成形にあたり、図５（ａ）に示すように素材金属板５０を上型４０と下型３０の間に配置する。その状態で、上型４０を下降させることにより、パンチ３１とダイ４１とをプレス方向に相対的に移動させる。これにより、同図（ｂ）に示すように、第１ブランクホルダ３４および第２ブランクホルダ３５を素材金属板５０を介在させた状態でダイ４１に押し付ける。このようにして素材金属板５０を第１ブランクホルダ３４および第２ブランクホルダ３５によって挟持する。

上型４０をさらに下降させることにより、同図（ｃ）に示すように、第１ダイ側パッド４２を素材金属板５０を介在させた状態でパンチ３１に押し付ける。これにより、素材金属板５０を第１ダイ側パッド４２によって挟持する。

このようにして第１ブランクホルダ３４、第２ブランクホルダ３５および第１ダイ側パッド４２による素材金属板５０の挟持を完了させる。その際、パンチ内包パッド３２がパンチ３１から突き出ていることから、素材金属板５０がパンチ内包パッド３２に沿ってたわむように変形する。これにより、パンチ内包パッド３２が位置する領域に存在する素材金属板の体積が増加し、素材金属板を余らせることができる。

引き続いて上型４０を下降させることにより、同図（ｄ）に示すように、第２ダイ側パッド４３を素材金属板５０を介在させた状態でパンチ内包パッド３２に押し付ける。上型４０をさらに下降させると、それに伴ってパンチ内包パッド３２がパンチ３１内に押し込まれる。やがて、同図（ｅ）に示すように、パンチ内包パッド３２がパンチ３１内に収容されるとともに、第２ダイ側パッド４３が素材金属板５０が介在する状態でパンチ３１と当接する。

上型４０をさらに下降させて下死点に到達させると、パンチ３１、ダイ４１、第１ブランクホルダ３４、第２ブランクホルダ３５、第１ダイ側パッド４２および第２ダイ側パッド４３により、素材金属板５０にウェブ部、第１縦壁部、第２縦壁部、第１フランジ部および第２フランジ部が形成される。

その際、ウェブ部のうちでパンチ内包パッド３２が存在する領域に位置する部位は、パンチ内包パッドと当接しない部分が存在しうる。その場合は、当該部位は、主に、ダイ４１の凹部へパンチ３１を押し込むのに伴い、第１ダイ側パッド４２と第２ブランクホルダ３５との間の素材金属板５０がパンチの先端面３１ａおよび第２外側面３１ｃに沿って張り出されることによって成形される。また、第２ダイ側パッド４３やダイの第２外側面４１ｂの押し付けによっても成形される。

このような加工フロー例を採用できる本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、第１ブランクホルダ３４、第２ブランクホルダ３５および第１ダイ側パッド４２による素材金属板５０の挟持の完了時に、パンチ内包パッド３２によって素材金属板を余らせる。これにより、パンチ内包パッド３２が存在する領域の近傍で減肉を低減することができる。このため、素材金属板として高強度の金属板を用いた場合であっても、前述のＸ領域で割れが発生するのを低減できる。これに伴い、第２縦壁部のうちでＸ領域の外側に位置する領域も減肉を低減できる。

また、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、第１ダイ側パッド４２が、少なくとも、パンチの先端面３１ａと第１外側面３１ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側で素材金属板５０を介してパンチ３１と当接する。また、第１ダイ側パッド４２は、後述するように、パンチの先端面３１ａと第１外側面３１ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位と当接してもよい。このような第１ダイ側パッド４２による素材金属板５０のパンチ３１への押し付けにより、前述のＹ領域でしわが発生するのを低減できる。加えて、第１ブランクホルダ３４および第２ブランクホルダ３５を用いて素材金属板５０に絞り加工を施しつつ成形するので、前述の特許文献１および２に記載されるようなブランクホルダを用いないプレス成形と比べ、素材金属板５０の幅方向に発生する張力が増加する。これによっても、Ｙ領域でしわが発生するのを低減できる。

第２ブランクホルダ３５を用いることにより、Ｗ領域でしわが発生するのを低減することもできる。

Ｚ領域の割れは、前述の通り、素材金属板の形状を好適化すれば低減できる。具体的には、得られるプレス成形品において、第１フランジ部の内側に余肉部が形成されるようにすればよい。これにより、プレス成形の過程で、素材金属板のうちで長手方向の後側に位置する部位がＺ領域およびその周辺に向かって流入し易くなり、上記割れを低減できる。この余肉部は、プレス成形後にトリミングにより除去すれば、所望の形状のプレス成形品を得ることができる。

このように本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、得られるプレス成形品で減肉を低減できるとともにしわの発生を低減できることから、得られるプレス成形品で板厚の変化を低減できる。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、素材金属板として高強度の金属板を用いない場合にも適用できる。この場合、プレス成形品のウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の曲率半径を小さくしても、板厚の変化を低減できるとともに、割れおよびしわが低減されたプレス成形品を得ることができる。このようなプレス成形品を、ウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の曲率半径も小さくしても、得ることができる。また、上述のプレス成形品を、第１縦壁部および第２縦壁部を深くしても、得ることができる。したがって、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、プレス成形品の形状設計の自由度を向上できる。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、第２ダイ側パッド４３を用いることなく、素材金属板の成形過程でダイ４１によってパンチ内包パッド３２をパンチ３１に押し込む実施形態を採用することができる。この実施形態でも、素材金属板５０の挟持の完了時に、パンチ内包パッド３２によって素材金属板を余らせることにより、パンチ内包パッド３２が存在する領域およびその近傍で減肉を低減することができる。このため、素材金属板として高強度の金属板を用いた場合であっても、前述のＸ領域で割れの危険性を低減できる。これに伴い、第２縦壁部のうちでＸ領域の外側に位置する領域も減肉を低減できる。

この実施形態では、パンチ内包パッド３２は、ダイ４１の凹部の底面（パンチの先端面と対向する面）との接触によって押し込まれる。この場合、パンチ内包パッド３２が押し込まれるタイミングが遅く、パンチ内包パッド３２が当接する領域およびその近傍で素材金属板に減肉が生じる場合があり、板厚の変化の増加が懸念される。

このため、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、前記図５に示すように、プレス成形装置が、ダイ４１に隣接してプレス方向にスライド可能であり、かつ、パンチ内包パッド３２が素材金属板５０と当接する領域のうちの少なくとも一部で素材金属板５０と当接する第２ダイ側パッド４３とを備え、第２ダイ側パッド４３による素材金属板への押付力が、パンチ内包パッド３２による素材金属板への押付力と同等以上であり、成形過程で、第２ダイ側パッド４３によってパンチ内包パッド３２がパンチに押し込まれるのが好ましい。

ここで、第２ダイ側パッド４３による素材金属板５０への押付力が、パンチ内包パッド３２による素材金属板への押付力と同等以上であるとは、例えば、第２ダイ側パッド用加圧機構４５の復元力を、パンチ内包パッド用加圧機構３３の復元力より強くすればよい。これにより、ダイ４１の凹部にパンチ３１を押し込む際、先ず第２ダイ側パッド４３と素材金属板を介して当接するパンチ内包パッド３２がパンチ３１に押し込まれ、その後、第２ダイ側パッド４３が素材金属板を介してパンチ３１やパンチ内包パッド３２と当接する状態となる。すなわち、パンチ内包パッド３２が、パンチ３１から突き出ることなく、パンチ３１に収容された状態となる。

また、第２ダイ側パッド用加圧機構４５の復元力を、パンチ内包パッド用加圧機構３３の復元力と同等にすればよい。この場合でも、ダイ４１の凹部にパンチ３１を押し込む際、パンチ内包パッド３２が素材金属板５０によって押圧されることにより、パンチ内包パッド３２がパンチ３１に押し込まれる方向の力を受ける。このため、第２ダイ側パッド４３が素材金属板を介してパンチ内包パッド３２と当接すると、先ずパンチ内包パッド３２がパンチ３１に押し込まれ、その後、パンチ３１やパンチ内包パッド３２と当接する状態となる。すなわち、パンチ内包パッド３２が、パンチ３１から突き出ることなく、パンチ３１に収容された状態となる。

このように動作する第２ダイ側パッド４３を用いれば、パンチ内包パッド３２を押し込むタイミングを調整することができ、パンチ内包パッド３２が当接する領域およびその近傍における素材金属板の減肉をより低減でき、板厚の変化をより低減できる。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、パンチ内包パッド３２の断面形状に特に制限はなく、例えば直線状とすることができ、また、前記図５（ｂ）に示すように、凸形状とすることができる。凸形状とする場合、凸形状の頂部３２ａの位置に拘わらずパンチ内包パッド３２が存在する領域の近傍で減肉を低減する効果を奏するが、割れの発生する領域で素材金属板をより余らせて割れの発生を効果的に低減する観点から、先端面と第２外側面との境界部に近い方の側端３２ｂとパンチ内包パッドの中央３２ｃとの間に頂部３２ａが位置する凸形状とするのが好ましい。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、第１ブランクホルダと第２ブランクホルダとが分離した構成を採用することもできる。また、第１ブランクホルダと第２ブランクホルダとが長手方向の一端または両端で繋がり、一体化されている構成を採用することもできる。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、第２ブランクホルダ３５とダイ４１との間隔を、少なくとも、素材金属板に成形される第２縦壁部と第２フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｏの外側１０ｐで、素材金属板５０の板厚より大きい状態で維持する機構を備えることが好ましい（前記図６（ｂ）参照）。これにより、素材金属板のうちで上記間隔が板厚より大きい状態で第２ブランクホルダ３５と当接する部位が、ダイ４１の凹部内に流入するのを促進できる。その結果、得られるプレス成形品のＸ領域で減肉を低減できる。また、第２縦壁部のうちでＸ領域の外側に位置する領域でも減肉を低減できる。

当該機構は、第２ブランクホルダ３５とダイ４１との間隔を、一部で、素材金属板５０の板厚より大きい状態で維持する場合、例えば、第２ブランクホルダ３５やダイ４１の素材金属板５０と当接する面に段差を設けることにより実現できる。また、例えば、第２ブランクホルダとダイとの間にディスタンスブロックと呼ばれる金型の機構を配置することにより実現できる。また、例えば、第２ブランクホルダ３５やダイ４１の素材金属板５０と当接する面に段差を設けることと、第２ブランクホルダとダイとの間にディスタンスブロックと呼ばれる金型の機構を配置することとの組み合わせによっても実現できる。

素材金属板５０の板厚より大きい状態で維持する機構を備える場合、第２ブランクホルダ３５とダイ４１との間隔が過大であると、前述のＷ領域にしわが形成されるおそれがある。このため、第２ブランクホルダ３５とダイ４１との間隔は、Ｗ領域にしわが形成されない程度に適宜設定すればよい。第２ブランクホルダ３５とダイ４１との間隔ｄ（ｍｍ）は、例えば、下記（２）式を満足するように設定することができる。
ｔｂ×１．０１≦ｄ≦ｔｂ×１．５０ ・・・（２）
ただし、ｔｂは素材金属板の板厚（ｍｍ）とする。

前述のように第１フランジ部の内側に余肉部を形成することによってＺ領域の割れを低減する場合、第２ブランクホルダ３５とダイ４１との間隔を、素材金属板に成形される第２縦壁部と第２フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｏから後側の部位の外側で、素材金属板５０の板厚より大きい状態で維持する機構を備えることがより好ましい。加えて、第１ブランクホルダ３４とダイ４１との間隔を、素材金属板に成形される第１縦壁部と第１フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位を含めて、その部位から後側の部位の内側で、素材金属板５０の板厚より大きい状態で維持する機構を備えることがより好ましい。

これにより、前述の通り、得られるプレス成形品のＸ領域で減肉を低減でき、また、第２縦壁部のうちでＸ領域の外側に位置する領域でも減肉を低減できる。加えて、第１フランジ部の内側に余肉部を形成することによって素材金属板のうちで長手方向の後側に位置する部位がＺ領域およびその周辺に向かって流入するのをより促進でき、Ｚ領域の割れを低減する効果が向上する。

パンチ内包パッド３２は、前述の通り、パンチの先端面３１ａと第２外側面３１ｃとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の内側で素材金属板と当接する。このようなパンチ内包パッド３２を素材金属板と当接させる領域は、著しく減肉して割れを引き起こすＸ領域の形状や大きさに基づいて適宜設定すればよい。Ｘ領域は、ＦＥＭ解析や従来のプレス成形方法によって得られるプレス成形品の板厚減少率を測定することにより調査すればよい。具体的には、前記図６に示すように、下死点時にパンチ内包パッドが位置する領域１０ｌを扇状にすることができ、すなわち、素材金属板の挟持の完了時にパンチ内包パッドを素材金属板に当接させる領域を扇状にすることができる。

第２ダイ側パッド４３を用いる場合、第２ダイ側パッド４３によりパンチ内包パッド３２の押し込みを実現するため、第２ダイ側パッド４３が、パンチ内包パッド３２が素材金属板５０と当接する領域のうちの少なくとも一部で素材金属板５０と当接する。この場合、パンチ内包パッド３２が素材金属板と当接する領域を含むように、第２ダイ側パッド４３が、素材金属板を介してパンチ３１およびパンチ内包パッド３２と当接するのが好ましい。これにより、パンチ内包パッド３２が素材金属板５０と当接する領域の周辺の素材金属板を第２ダイ側パッド４３とパンチ３１とで挟持することができる。このため、第２ダイ側パッド４３によりパンチ内包パッド３２の押し込みのみならず、素材金属板の位置ずれや割れの発生をより低減できる。

第２ダイ側パッド４３が当接する領域は、具体的には、前記図６に示すように、パンチ内包パッド３２が素材金属板と当接する領域を、素材金属板に成形されるウェブ部１０ａと第２縦壁部１０ｃとの境界部に沿って長手方向の前後に延長したような領域とすることができる。換言すると、パンチ内包パッド３２が素材金属板と当接する領域を、パンチの先端面３１ａと第２外側面３１ｃとの境界部に沿って長手方向の前後に延長したような領域とすることができる。

この第２ダイ側パッド４３が当接する領域は、素材金属板に成形されるウェブ部１０ａと第２縦壁部１０ｃとの境界部の一部を含んでもよい。また、素材金属板に成形されるウェブ部の前側および後側のいずれか一方または両方に伸びてもよい。

第１ダイ側パッド４２は、前述の通り、少なくとも、パンチの先端面３１ａと第１外側面３１ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側で素材金属板５０を介してパンチ３１と当接する。このような第１ダイ側パッド４２を当接させる領域は、従来のブランクホルダとともにパッドを用いるプレス成形方法でパッドを当接させる領域と同様に適宜設定することができる。例えば、得られるプレス成形品でしわが形成される部位や、プレス成形の過程で素材金属板に位置ずれが起こる部位に基づいて適宜設定すればよい。これらの部位は、ＦＥＭ解析や従来のプレス成形方法によって得られるプレス成形品を測定することにより調査すればよい。

Ｚ領域の割れは、前述の通り、第１フランジ部の内側に余肉部を形成することによって低減できる。この場合、第１フランジ部の内側に余肉部を形成することにより、素材金属板のうちで長手方向の後側に位置する部位をＺ領域およびその周辺に向かって流入するのを促進する。この流入が阻害されるのを防止するため、素材金属板のうちで湾曲より長手方向の後側に位置する部位に第１ダイ側パッドを当接させる場合、その押し付け圧力を適宜設定するのが好ましい。押し付け圧力は、第１フランジ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の近傍等に割れが発生しない程度に適宜設定すればよい。

第１ダイ側パッドが当接する領域は、具体的には、前記図６（ｂ）に示すように、素材金属板に成形されるウェブ部１０ａと第１縦壁部１０ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位に沿う一定の幅の領域と、ウェブ部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位より前方の領域とに当接させることができる。換言すると、パンチの先端面３１ａと第１外側面３１ｂとの境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位に沿う一定の幅の領域と、先端面のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位より前方の領域とに当接させることができる。この第１ダイ側パッドは、必要に応じて分割して配置してもよい。

この第１ダイ側パッドが当接する領域は、素材金属板に成形されるウェブ部１０ａと第１縦壁部１０ｂとの境界部の一部または全部を含んでもよい。また、素材金属板に成形されるウェブ部１０ａと第２縦壁部１０ｃとの境界部の一部または全部を含んでもよい。

素材金属板の挟持の完了時にパンチ内包パッド３２をパンチ３１から突き出させる量ａ（単位：ｍｍ、図５（ａ）参照）は、Ｘ領域における板厚減少率に応じて適宜設定すればよい。パンチ内包パッド３２の突き出し量ａは、例えば、３〜５０ｍｍとすることができる。

このように突き出るパンチ内包パッド３２を第２ダイ側パッド４３によって押し込むが、押込みの開始および終了のタイミングは、Ｘ領域における板厚減少率に応じて適宜設定することができる。本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、押し込みの開始は素材金属板の挟持完了位置から０〜５０％の位置とするのが好ましく、押し込みの終了は素材金属板の挟持完了位置から１０〜６０％の位置とするのが好ましい。これにより、Ｘ領域における減肉をより低減できるとともに、パンチ内包パッドが当接する領域の外周における素材金属板の減肉をより低減できる。

ここで、金型として、例えば、上型が上死点から下死点に移動することによりプレス成形する金型を用いる場合、挟持完了位置とは上型が第１ブランクホルダ、第２ブランクホルダおよび第１ダイ側パッドによる素材金属板の挟持が完了した時の上型の位置を意味し、加工終了位置とは下死点での上型の位置を意味する。また、挟持完了位置から１０％の位置とは、挟持完了位置から上型までの距離（ｍｍ）が挟持完了位置から下死点までの距離（ｍｍ）に対して１０％となる位置を意味する。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、素材金属板を挟持する手順に限定はない。前記図５に示す加工フローのように、第１ブランクホルダおよび第２ブランクホルダによって挟持した後で第１ダイ側パッドによって挟持してもよく、第１ダイ側パッドによって挟持した後で第１ブランクホルダおよび第２ブランクホルダによって挟持してもよい。

なお、前記図５に示す本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法による加工フロー例では、金型として、上型をダイ、第１ダイ側パッドおよび第２ダイ側パッドで構成するとともに下型をパンチ、パンチ内包パッド、第１ブランクホルダおよび第２ブランクホルダで構成した金型を用いる。上述の金型を用いる実施形態に、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は限定されない。すなわち、金型として、上型をパンチ、パンチ内包パッド、第１ブランクホルダおよび第２ブランクホルダで構成するとともに下型をダイ、第１ダイ側パッドおよび第２ダイ側パッドで構成した金型を用いる実施形態を採用できる。

本発明の効果を検証するため、本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法によって素材金属板にウェブ部、第１縦壁部、第２縦壁部、第１フランジ部および第２フランジ部を成形し、得られたプレス成形品の板厚減少率、割れおよびしわを評価する試験を行った。

本試験では、ＦＥＭ解析を行い、そのＦＥＭ解析では、前記図３に示す形状のプレス成形品を前記図５を用いて説明した加工フローによってプレス成形した。その際、素材金属板は、板厚が１．６ｍｍ、引張強さ９８０ＭＰａ級デュアルフェーズ高強度鋼板とした。また、得られるプレス成形品において、幅が約１５ｍｍの第１フランジ部の内側に幅が最大で９７ｍｍ程度の余肉部が形成されるように素材金属板の形状を設定した。

プレス成形品のウェブ部と第１縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の曲率半径は、８０ｍｍとした。また、プレス成形品のウェブ部と第２縦壁部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の曲率半径は、３６ｍｍとした。第１縦壁部の深さｄ１は４４ｍｍとし、第２縦壁部の深さｄ２は５１ｍｍとした。

素材金属板の挟持の完了時にパンチ内包パッド３２をパンチ３１から突き出させる量ａは、１０ｍｍとした。また、パンチ内包パッド３２の押付力は約７５ｋＮとし、第２ダイ側パッドの押付力は約１００ｋＮとした。パンチ内包パッドの押し込みの開始は、素材金属板の挟持完了位置から０％の位置とし、押し込みの終了は、素材金属板の挟持完了位置から２５％の位置とした。

素材金属板の板厚より大きい状態で維持する機構として、第１ブランクホルダの一部に０．１ｍｍの段差を設け、第１ブランクホルダとダイとの間隔を素材金属板の板厚より大きい状態で維持した。また、第２ブランクホルダの一部に０．１ｍｍの段差を設け、第２ブランクホルダとダイとの間隔を素材金属板の板厚より大きい状態で維持した。

図７は、実施例でブランクホルダによる挟持後の成形時に素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域を模式的に示す上面図である。同図には、成形されたプレス成形品１０を示す。同図では、第１ブランクホルダによって素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域１０ｑ、すなわち、第１ブランクホルダの段差部と当接する領域に斜線が施されている。併せて、第２ブランクホルダによって素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域１０ｒ、すなわち、第２ブランクホルダの段差部と当接する領域に斜線が施されている。

第１ブランクホルダによって素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域１０ｑは、同図に示すように、第１縦壁部と第１フランジ部との境界部のうちの長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｓの内側と、その弧状に湾曲する部位１０ｓの後側全部の内側と、その弧状に湾曲する部位１０ｓの前側近傍の内側とした。また、第２ブランクホルダによって素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域１０ｒは、同図に示すように、第２縦壁部と第２フランジ部との境界部のうちの長手方向に弧状に湾曲する部位１０ｏの外側と、その弧状に湾曲する部位１０ｏの後側近傍の外側と、その弧状に湾曲する部位１０ｏの前側近傍の外側とした。

図８は、本発明によって成形されたＬ字状に湾曲する形状のプレス成形品の板厚減少率を示す上面図である。同図では、濃淡によって素材金属板の板厚基準の板厚減少率を示すとともに、プレス成形前の素材金属板の形状５０を実線で示す。また、同図の板厚減少率ｒｔｂ（％）は、素材金属板の板厚ｔｂ（ｍｍ）を基準として前記（１）式により算出した。図中の数値は、板厚減少率（％）を表わす。

同図より、ウェブ部のＸ領域で減肉が低減されて割れが抑制されるとともに、Ｙ領域でしわが抑制された。また、Ｚ領域で割れが抑制された。さらに、Ｗ領域でしわが抑制された。その結果、長手方向に弧状に湾曲する部位およびその近傍において、素材金属板の板厚基準の板厚減少率が−４〜１４％となり、板厚の変化が低減できた。

本発明のプレス成形装置およびプレス成形方法は、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であるプレス成形品の成形で素材金属板として高強度の金属板を用いた場合でも、板厚の変化を低減でき、割れおよびしわが低減されたプレス成形品を得ることが可能である。

このような本発明のプレス成形装置、プレス成形方法およびプレス成形品を、車体骨格部品のフロントピラーを構成するフロントピラーロアーに適用すれば、素材金属板の高強度化（ハイテン化）を実現できる。このため、自動車の車体剛性向上や衝突安全性能の向上、軽量化に大きく寄与することができる。

１０：長手方向にＬ字状に湾曲するハット型断面のプレス成形品、
１０ａ：ウェブ部、 １０ｂ：第１縦壁部、 １０ｃ：第２縦壁部、
１０ｄ：第１フランジ部、 １０ｅ：第２フランジ部、
１０ｆ：ウェブ部と第１縦壁部との境界部、
１０ｇ：ウェブ部と第２縦壁部との境界部、
１０ｈ：第１縦壁部と第１フランジ部との境界部、
１０ｉ：第２縦壁部と第２フランジ部との境界部、
１０ｊ：ウェブ部と第１縦壁部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位、
１０ｋ：ウェブ部と第２縦壁部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位、
１０ｌ：パンチ内包パッドが位置する領域、
１０ｍ：第１ダイ側パッドが当接する領域、
１０ｎ：第２ダイ側パッドが当接する領域、
１０ｏ：第２縦壁部と第２フランジ部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位、
１０ｐ：第２縦壁部と第２フランジ部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位の外側の領域、
１０ｑ：第１ブランクホルダで素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域、
１０ｒ：第２ブランクホルダで素材金属板の板厚より大きい状態で維持された領域、
１０ｓ：第１縦壁部と第１フランジ部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位、
２０：金型、 ３０：下型、 ３１：パンチ、 ３１ａ：パンチの先端面、
３１ｂ：パンチの第１外側面、 ３１ｃ：パンチの第２外側面、
３２：パンチ内包パッド、 ３２ａ：パンチ内包パッドの頂部、
３２ｂ：パンチの先端面と第２外側面との境界部に近い方のパンチ内包パッドの側端、
３２ｃ：パンチ内包パッドの中央、 ３３：パンチ内包パッド用加圧機構、
３４：第１ブランクホルダ、 ３５：第２ブランクホルダ、
３６：第１ブランクホルダ用加圧機構、 ３７：第２ブランクホルダ用加圧機構、
４０：上型、 ４１：ダイ、 ４１ａ：ダイの第１内側面、
４１ｂ：ダイの第２内側面、 ４２：第１ダイ側パッド、 ４３：第２ダイ側パッド、
４４：第１ダイ側パッド用加圧機構、 ４５：第２ダイ側パッド用加圧機構、
４６：従来のパッド、 ４７：従来のパッド用加圧機構、
５０：素材金属板、 ９０：長手方向に湾曲しないハット型断面のプレス成形品、
９０ａ：ウェブ部、 ９０ｂ：第１縦壁部、 ９０ｃ：第２縦壁部、
９０ｄ：第１フランジ部、 ９０ｅ：第２フランジ部、
Ｘ：ウェブ部と第２縦壁部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位の内側領域、
Ｙ：ウェブ部と第１縦壁部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位の外側領域、
Ｚ：第１フランジ部と第１縦壁部の境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位の内側領域、
Ｗ：第２縦壁部と第２フランジ部との境界部で長手方向に弧状に湾曲する部位の外側領域

Claims (5)

1. 素材金属板から、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であり、かつ、断面形状がウェブ部と、そのウェブ部から前記湾曲の内側に延びる第１縦壁部と、前記ウェブ部から前記湾曲の外側に延びる第２縦壁部と、前記第１縦壁部からさらに延びる第１フランジ部と、前記第２縦壁部からさらに延びる第２フランジ部とを有する形状であるプレス成形品を成形するプレス成形装置であって、
   前記ウェブ部、前記第１縦壁部および前記第２縦壁部とそれぞれ対応する形状の先端面、第１外側面および第２外側面を有し、かつ、長手方向にＬ字状に湾曲する形状であるパンチと、
   このパンチの先端面に内包されてプレス方向にスライド可能であり、かつ、前記先端面と前記第２外側面との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の内側で前記素材金属板と当接するパンチ内包パッドと、
   前記パンチの湾曲の内側で当該パンチと隣接してプレス方向にスライド可能な第１ブランクホルダと、
   前記パンチの湾曲の外側で当該パンチと隣接してプレス方向にスライド可能な第２ブランクホルダと、
   前記パンチと対をなすダイと、
   このダイに隣接してプレス方向にスライド可能であり、かつ、少なくとも、前記先端面と前記第１外側面との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側で前記素材金属板を介して前記パンチと当接する第１ダイ側パッドとを備え、
   前記第１ブランクホルダ、前記第２ブランクホルダおよび前記第１ダイ側パッドによる素材金属板の挟持の完了時において、前記パンチ内包パッドが、前記パンチから突き出るように配置され、
   前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることによる前記素材金属板の成形過程で前記ダイによって前記パンチ内包パッドが前記パンチに押し込まれることを特徴とするプレス成形装置。
2. 請求項１に記載のプレス成形装置が、さらに、前記ダイに隣接してプレス方向にスライド可能であり、かつ、前記パンチ内包パッドが前記素材金属板と当接する領域のうちの少なくとも一部で前記素材金属板と当接する第２ダイ側パッドとを備え、
   前記第２ダイ側パッドによる前記素材金属板への押付力が、前記パンチ内包パッドによる前記素材金属板への押付力と同等以上であり、
   前記成形過程で、前記第２ダイ側パッドによって前記パンチ内包パッドが前記パンチに押し込まれることを特徴とするプレス成形装置。
3. 前記パンチ内包パッドは、その断面形状が、前記先端面と前記第２外側面との境界部に近い方の側端と当該パンチ内包パッドの中央との間に頂部が位置する凸形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形装置。
4. 請求項１〜３に記載のプレス成形装置が、さらに、前記第２ブランクホルダと前記ダイとの間隔を、少なくとも、前記第２縦壁部と前記第２フランジ部との境界部のうちで長手方向に弧状に湾曲する部位の外側で、前記素材金属板の板厚より大きい状態で維持する機構を備えることを特徴とするプレス成形装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形装置を用いて前記素材金属板から前記プレス成形品を成形するプレス成形方法であって、
   前記パンチ内包パッドが前記パンチから突き出た状態で、前記第１ブランクホルダ、前記第２ブランクホルダおよび前記第１ダイ側パッドによって前記素材金属板を挟持するステップと、
   前記素材金属板が挟持されている状態で前記パンチと前記ダイとをプレス方向に相対的に移動させることにより、前記ダイまたは前記第２ダイ側パッドを当接させて前記パンチ内包パッドを前記パンチ内に押し込みつつ、前記ウェブ部、前記第１縦壁部、前記第２縦壁部、前記第１フランジ部および前記第２フランジ部を仕上げるステップとを含むことを特徴とするプレス成形方法。