JP6551523B2

JP6551523B2 - プレス加工方法

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Publication number: JP6551523B2
Application number: JP2017515606A
Authority: JP
Inventors: 伸麻吉川; 伊藤　泰弘; 泰弘伊藤; 繁米村; 吉田　亨; 亨吉田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2036-04-28
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Description

本発明は、プレス加工方法に関し、特に、断面にＵ字状部分を含む成形品を得るためのプレス加工方法に関する。

プレス加工によって成形される長尺状のチャンネル材やハット形材は、例えば車両などの骨格部材として一般的に用いられている。車両の骨格部材では、衝突安全性や車体剛性などを確保するために高い強度が要求される。また、同じくプレス加工によって成形される軸対称のカップ形材は、例えば車両のトランスミッションにおけるドラムやハブなどの回転部材として一般的に用いられている。回転部材でも、伝達されるトルクに耐えるために高い強度が要求される。

上記のようなチャンネル材やハット形材、およびカップ形材は、いずれも、断面にＵ字状部分を含むという点で共通している。Ｕ字状部分は、縦壁部、天井部、および縦壁部と天井部との間のコーナー部を含む。上記のように部材の強度が要求されるような場合、このＵ字状部分で部材の板厚が十分に確保されている必要がある。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、プレス加工においてダイとパンチとの間隔を被加工材の板厚よりも大きくし、Ｕ字状部分の概形が形成された後に縦壁部の端部を押し込むことによって、コーナー部を含むＵ字状部分の全体の板厚を増加させる（増肉させる）技術が知られている。

特開２００９−２０８１４９号公報

上記のような従来の技術では、縦壁部の端部を押し込んだときに、縦壁部と天井部との間で材料を流動させることによって、Ｕ字状部分の全体を増肉させる。そのため、コーナー部の外側を曲率をもった形状にし、かつ曲率半径をある程度大きくする必要があり、この点が設計上の制約になっていた。また、Ｕ字状部分を全体として増肉させるために、例えばコーナー部だけを所望の板厚に増肉させるような加工は困難であった。

そこで、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、断面にＵ字状部分を含む成形品を得るためのプレス加工において、コーナー部の自在な成形を実現することが可能な、新規かつ改良されたプレス加工装置、プレス加工方法、およびプレス成形品を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被加工材のプレス加工によって成形品を得るためのプレス加工装置であって、成形品は天井部、縦壁部、および天井部と縦壁部との間のコーナー部からなるＵ字状部分を断面に含み、Ｕ字状部分を受容する凹部が形成されたダイと、凹部の底面との間で天井部の中央領域を挟持する第１のパンチと、第１のパンチよりも遅れて凹部の中に押し込まれ、凹部の側面との間で縦壁部を拘束するとともに、底面との間で被加工材を挟み込んで天井部の辺縁領域およびコーナー部を成形する第２のパンチとを備え、天井部の中央領域を挟持する第１のパンチの挟持幅、および、押し込み方向における第２のパンチの第１のパンチからの後退量は、コーナー部の目標板厚に基づき設定される、プレス加工装置が提供される。

上記のプレス加工装置において、被加工材は、プレス加工の開始時において平板状であり、第１プレスにより第１のパンチおよび第２のパンチは、第２のパンチが第１のパンチよりも後退した状態を維持したまま平板状の被加工材を凹部に押し込み、縦壁部および天井部の中央領域を成形してもよい。

第２のパンチは、第２プレス加工により凹部の中に押し込まれ、底面との間で被加工材を挟み込んで天井部の辺縁領域およびコーナー部を成形してもよい。

また、第１のパンチの挟持幅、および、第２のパンチの後退量は、第１プレス加工により成形される天井部の中央領域と縦壁部との間のテーパー部の断面積と、第２プレス加工により成形されるコーナー部が目標板厚となった成形品の稜線部の断面積とが一致するように設定してもよい。

例えば、第１のパンチの挟持幅、および、第２のパンチの後退量は、下記式（Ａ）を満たすように設定してもよい。

ここで、Ｈ_１は第２のパンチの後退量、Ｗ_１は幅方向におけるテーパー部の長さ、Ｒｐはコーナー部の内側の曲率半径、ｔは被加工材の板厚である。

上記のプレス加工装置において、成形品は、Ｕ字状部分がチャンネル形状を形成する長尺状部材であってもよく、Ｕ字状部分がカップ形状を形成する軸対称部材であってもよい。また、コーナー部は、縦壁部および天井部よりも板厚が大きくなるように成形されてもよい。コーナー部の外側は、略直角に成形されてもよい。

上記のプレス加工装置は、縦壁部のコーナー部とは反対側の端面に当接され、コーナー部の成形後に底面に向かってプレスされる第３のパンチをさらに備えてもよい。

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、被加工材のプレス加工によって成形品を得るためのプレス加工方法であって、成形品は天井部、縦壁部、および天井部と縦壁部との間のコーナー部からなるＵ字状部分を断面に含み、第１のパンチが凹部の底面との間で天井部の中央領域を挟持する第１プレス加工工程と、第２のパンチが第１のパンチよりも遅れてダイの凹部の中に押し込まれ、凹部の側面との間で縦壁部を拘束するとともに、底面との間で被加工材を挟み込んで天井部の辺縁領域およびコーナー部を成形する第２プレス加工工程とを含み、天井部の中央領域を挟持する第１のパンチの挟持幅、および、押し込み方向における第２のパンチの第１のパンチからの後退量は、コーナー部の目標板厚に基づき設定されている、プレス加工方法が提供される。

被加工材は、プレス加工の開始時において平板状であり、第１プレス加工工程では、第１のパンチおよび第２のパンチが、第２のパンチが第１のパンチよりも後退した状態を維持したまま平板状の被加工材を凹部に押し込み、縦壁部および天井部の中央領域を成形してもよい。

第２プレス加工工程では、第２のパンチが凹部の中に押し込まれ、底面との間で被加工材を挟み込んで天井部の辺縁領域およびコーナー部を成形するようにしてもよい。

第１のパンチの挟持幅、および、第２のパンチの後退量は、第１プレス加工により成形される天井部の中央領域と縦壁部との間のテーパー部の断面積と、第２プレス加工により成形されるコーナー部が目標板厚となった成形品の稜線部の断面積とが一致するように設定してもよい。

例えば、第１のパンチの挟持幅、および、第２のパンチの後退量は、下記式（Ｂ）を満たすように設定してもよい。

また、プレス加工方法は、第１プレス加工工程の前に、被加工材を所定の温度に加熱する加熱工程を含んでもよい。

さらに、プレス加工方法は、第１プレス加工工程の前に、ダイに形成された凹部に、成形品のＵ字状部分を受容させる受容工程をさらに含んでもよい。

プレス加工方法は、天井部と、縦壁部と、コーナー部とからなるＵ字状部分を断面に含む成形品を第２の被加工材として、第２の成形品の形状に対応した形状であって、第２の被加工材を収容する凹部を有し、少なくとも第２の被加工材の天井部を支持する第２のダイと、第２のダイとともに第２の被加工材の天井部を挟持する第４のパンチと、第２の被加工材の縦壁部の端面を押し込み、第２の成形品を成形する第５のパンチと、を備える第２のプレス加工装置を用いて、第２の被加工材の天井部を第２のダイ及び第４のパンチで挟持した状態で、第５のパンチにより第２の被加工材の縦壁部の端面を押し込み、第２の成形品を成形する付加成形工程をさらに含んでもよい。

ここで、第２のプレス加工装置の第２のダイの凹部は、第２の被加工材の縦壁部に対応する面間の長さが、第２の被加工材の縦壁部の外面間の長さよりも大きく形成し、付加成形工程において、第２の被加工材の天井部を第２のダイ及び第４のパンチで挟持した状態で、第５のパンチにより第２の被加工材の縦壁部の端面を押し込んで、第２の被加工材の縦壁部を増肉させてもよい。

あるいは、第２のプレス加工装置の第２のダイのうち、第２の被加工材の天井部を支持する部分を、中央領域を支持する固定ダイと、端部を支持し、縦壁部の延設方向に移動可能な可動ダイとから構成し、付加成形工程では、第２の被加工材の天井部を第２のダイ及び第４のパンチで挟持した状態で、第５のパンチにより第２の被加工材の縦壁部の端面を押し込んで、可動ダイを移動させて、縦壁部に延設される縦壁延設部を形成させてもよい。

また、第２のプレス加工装置の第２のダイのうち、第２の被加工材の縦壁部を支持する部分には、第２の被加工材の天井部に対応する位置に、縦壁部から離隔する方向に窪んだ段差部を形成し、付加成形工程では、第２の被加工材の天井部を第２のダイ及び第４のパンチで挟持した状態で、第５のパンチにより第２の被加工材の縦壁部の端面を押し込み、天井部に延設される天井延設部を形成してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、被加工材のプレス加工によって成形され、天井部、縦壁部、および天井部と縦壁部との間のコーナー部からなるＵ字状部分を断面に含むプレス成形品であって、コーナー部は縦壁部および天井部よりも板厚が大きいプレス成形品が提供される。また、本発明のさらに別の観点によれば、被加工材のプレス加工によって成形され、天井部、縦壁部、および天井部と縦壁部との間のコーナー部からなるＵ字状部分を断面に含むプレス成形品であって、コーナー部の外側は略直角である、プレス成形品が提供される。

ここで、コーナー部の内側の曲率半径Ｒ１、コーナー部の外側の曲率半径Ｒ２、被加工材の天井部及び縦壁部の板厚ｔとは、下記式（Ｃ）の関係を満たすようにしてもよい。
Ｒ２≦Ｒ１＋ｔ・・・（Ｃ）

また、プレス成形品のコーナー部の硬度は、被加工材の硬度よりも高い。

例えば、プレス成形品のコーナー部の硬度は、被加工材の硬度の１．５倍以上である。

また、プレス成形品の天井部は、中央領域と、中央領域とコーナー部との間にあり、コーナー部から所定の距離内の領域である辺縁領域とからなり、中央領域と辺縁領域との境界部分の硬度は、被加工材の硬度よりも高く、コーナー部の硬度より低くなっている。

ここで、コーナー部からの所定の距離は、被加工材の板厚と、コーナー部の内側の曲率半径とに基づき決定されてもよい。

プレス成形品の天井部の中央領域は、第１プレス加工によって成形された領域であり、プレス成形品の天井部の辺縁領域は、第１プレス加工後の第２プレス加工によって成形された領域であってもよい。

また、プレス成形品の縦壁部の板厚は、天井部の板厚より大きくてもよい。

プレス成形品は、縦壁部が延設された縦壁延設部をさらに備えてもよい。

あるいは、プレス成形品は、天井部が延設された天井延設部をさらに備えてもよい。

以上説明したように本発明によれば、断面にＵ字状部分を含む成形品を得るためのプレス加工において、コーナー部の自在な成形を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。第２プレス後の被加工材の形状に関する寸法を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置によって成形された成形品の断面におけるコーナー部の形状の例について説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置によって成形された成形品の断面におけるコーナー部の形状の例について説明するための図である。プレス加工により成形された被加工材のコーナー部および天井部の一部について、塑性ひずみ分布を示す図である。図７に示す被加工材の硬さ分布を示すグラフである。本発明の第１の実施形態における成形品の例を示す図である。本発明の第１の実施形態における成形品の例を示す図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係るプレス加工装置の動作を示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係るプレス加工装置の動作を示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態の別の変形例に係るプレス加工装置によって成形された成形品の断面形状の例について説明するための図である。本発明の第１の実施形態の別の変形例に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態の別の変形例に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第１の実施形態の別の変形例に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。従来技術に係るプレス加工装置の構成を深絞り成形時の動作とともに示す概略的な断面図である。従来技術に係るプレス加工装置の構成を深絞り成形時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第２の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工（深絞り成形）時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第２の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工（深絞り成形）時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第２の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工（深絞り成形）時の動作とともに示す概略的な断面図である。本発明の第３の実施形態に係るプレス加工により成形される成形品の一例を示す説明図である。縦壁部を増肉させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。縦壁部を増肉させるプレス加工の、縦壁部の増肉後の状態を示す概略的な断面図である。本発明の第４の実施形態に係るプレス加工により成形される成形品の一例を示す説明図である。縦壁部を延設させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。縦壁部の延設後の状態を示す概略的な断面図である。本発明の第５の実施形態に係るプレス加工により成形される成形品の一例を示す説明図である。天井部を延設させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。天井部の延設後の状態を示す概略的な断面図である。実施例において試験対象とするフランジを有するチャンネル形状のプレス成形の成形方法を示す説明図である。実施例において試験対象とするプレス成形品の斜視図である。実施例において試験対象とするプレス成形品の正面図である。実施例において試験対象とするプレス成形品の形状を示す説明図である。三転曲げ試験を説明する説明図である。試験１〜５で用いたプレス成形品の増肉率と最大荷重比とを示すグラフである。

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、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、図面において同一の符号を付することによって重複した説明を省略する場合がある。

（１．第１の実施形態：コーナー部の増肉）
（１−１．プレス加工装置の動作）
図１〜図４は、本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。図１〜図４を参照すると、プレス加工装置１００は、ダイ１２０と、パンチ１４０とを含む。ダイ１２０は、固定ダイ１２２と、可動ダイ（パッド）１２４とを含む。パンチ１４０は、固定パンチ１４２と、外側可動パンチ（パッド）１４４と、内側可動パンチ（パッド）１４６とを含む。すなわち、パンチ１４０は、第１のパンチとして内側可動パンチ１４６、第２のパンチとして外側可動パンチ１４４、第３のパンチとして固定パンチ１４２を備えている。

図１に示されるように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材１０は平板状である。可動ダイ１２４は、固定ダイ１２２に形成された凹部１２６の底部に連結されたクッション１２８によって、その上面が被加工材１０に当接するように支持されている。一方、パンチ１４０では、内側可動パンチ１４６が被加工材１０の中央部に当接されて、可動ダイ１２４の上面との間で被加工材１０を挟持している。外側可動パンチ１４４は、固定パンチ１４２に連結されたクッション１４８と、内側可動パンチ１４６に連結されたクッション１５０とによって、内側可動パンチ１４６よりも所定の後退量だけ後退した（つまり、被加工材１０およびダイ１２０から遠い）位置で支持されている。

プレス加工の開始後、パンチ１４０が凹部１２６の底面に向かってプレスされると（第１プレス）、まずクッション１２８が収縮し、可動ダイ１２４が、内側可動パンチ１４６との間で被加工材１０の中央部を挟持したまま凹部１２６の中に押し込まれる。この時点でクッション１４８，１５０は収縮しないため、パンチ１４０は、外側可動パンチ１４４が内側可動パンチ１４６よりも後退した位置関係を維持した状態で凹部１２６に押し込まれる。つまり、外側可動パンチ１４４は、内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部１２６に押し込まれることになる。

図２に示されるように、可動ダイ１２４が凹部１２６に底突きした時点で、可動ダイ１２４と内側可動パンチ１４６との間に挟持された状態で凹部１２６に押し込まれた被加工材１０の中央部を天井部１４ａ（最終的に形成される天井部１４の中央領域）、それに伴って外側可動パンチ１４４と凹部１２６の側面１３０との間に折り込まれた被加工材１０の辺縁部を縦壁部１２とする、Ｕ字状部分の概形が形成される。

ここで、本実施形態において、縦壁部１２は、外側可動パンチ１４４と凹部１２６の側面１３０との間に拘束されている。つまり、プレス加工装置１００において、外側可動パンチ１４４は、側面１３０との間隔が被加工材１０の板厚に略一致するように設計されている。また、内側可動パンチ１４６に押し込まれた可動ダイ１２４が凹部１２６に底突きした時点では、外側可動パンチ１４４は内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部１２６に押し込まれているため、天井部１４ａと縦壁部１２との間にはテーパー部１６が形成されている。

図３に示されるように、さらに続いてパンチ１４０がプレスされると（第２プレス）、今度はクッション１５０が収縮し、外側可動パンチ１４４が凹部１２６の中にさらに押し込まれて内側可動パンチ１４６に追いつく。このとき、外側可動パンチ１４４は、底面１３２との間で被加工材１０（テーパー部１６）を挟み込んで、天井部１４ｂ（天井部の辺縁領域）、および天井部１４と縦壁部１２との間のコーナー部１８を成形する。ここで、図２および図３を参照すれば明らかなように、被加工材１０の断面において、テーパー部１６の長さは、天井部の辺縁領域１４ｂとコーナー部１８とを合わせた長さよりも長い。従って、プレス加工装置１００では、コーナー部１８を増肉させる、つまり、コーナー部１８を縦壁部１２や天井部１４よりも板厚が大きくなるように成形することが可能である。

図４に示されるように、付加的な工程として、この後、パンチ１４０を凹部１２６の底面１３２に向かってさらにプレスしてもよい。この場合、クッション１４８が収縮し、固定パンチ１４２が凹部１２６の中に押し込まれる。固定パンチ１４２は、縦壁部１２の端面１９に当接されており、縦壁部１２を外側可動パンチ１４４と側面１３０との間に押し込むことによってコーナー部１８をさらに増肉させる。なお、端面１９は、縦壁部１２の端部のうち、コーナー部１８とは反対側に位置する端部の面である。図に示された例では、固定パンチ１４２が縦壁部１２を押し込むことによって外側可動パンチ１４４と側面１３０および底面１３２との間が埋まり、コーナー部１８の外側が略直角に成形されている。

このように被加工材１０を加工するプレス加工装置１００では、第１プレスにより成形されるテーパー部１６の長さが、天井部の辺縁領域１４ｂとコーナー部１８とを合わせた長さよりも長くなるように加工することで、コーナー部１８を縦壁部１２や天井部１４よりも板厚が大きくなるように成形する。このため、テーパー部１６の長さを規定する、被加工材１０の天井部１４の中央領域１４ａを挟持する、内側可動パンチ１４６の上面の挟持幅、および、押し込み方向における外側可動パンチ１４４の内側可動パンチ１４６からの後退量が適切に設定されている必要がある。具体的には、コーナー部１８を、縦壁部１２や天井部１４よりも板厚が大きくなるように成形するには、テーパー部１６を構成する被加工材の量が、コーナー部１８を目標板厚とするために必要な被加工材の量と同一あるいはそれ以上あればよい。すなわち、テーパー部１６の断面積が、テーパー部１６から形成されるコーナー部１８を含む部分（後述する稜線部に相当）の断面積と同一あるいはそれ以上であれば、コーナー部１８を目標板厚以上とすることができる。

まず、テーパー部１６から形成されるコーナー部１８を含む部分の断面積は、以下のように算出される。かかる説明のため、図５に、図３に示した第２プレス後の被加工材１０の一例を示す。図５は、第２プレス後の被加工材１０の形状に関する寸法を説明するための図である。

第２プレス後の被加工材１０は、図５に示すように、縦壁部１２と、天井部１４と、コーナー部１８とを含む。当該被加工材１０は、すべての位置においての板厚ｔであるとする。また、コーナー部１８の内側の曲率半径をＲ_ｐとし、コーナー部１８の外側の曲率半径をＲ_ｐ＋ｔであるとする。そして、コーナー部１８を含み、被加工材１０の縦壁部１２の外側と天井部１４の外側とを共有する正方形の領域Ｓを設定する。領域Ｓの一辺の長さは、板厚ｔと曲率半径Ｒ_ｐとの和であるとする。すなわち、領域Ｓには、半径Ｒ_ｐ＋ｔの円および半径Ｒ_ｐの円がそれぞれ１／４含まれている。以下、被加工材１０のうち領域Ｓ内の部分を稜線部とも称する。

図５に示す稜線部の断面積Ｓ_Ａは、下記式（１）で表される。式（１）の稜線部の断面積Ｓ_Ａは１つの稜線部の断面積を表しており、例えば図５であれば左右いずれかの稜線部の断面積を表している。

また、コーナー部１８の外側を直角にするとした場合には、被加工材１０の稜線部の断面積Ｓ_Ｂは下記式（２）で表される。

一方、テーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔは、図２に示すように、押し込み方向におけるテーパー部１６の長さをＨ_１、幅方向におけるテーパー部１６の長さをＷ_１とすると、下記式（３）で表される。下記式（３）で表されるテーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔも１つのテーパー部１６の断面積を表しており、例えば図２であれば左右いずれかのテーパー部１６の断面積を表している。

以上より、テーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔが、少なくとも上記式（１）で表される断面積Ｓ_Ａ以上であれば、コーナー部１８の板厚を被加工材１０の板厚から減肉させることがなくなる。また、コーナー部１８の外側が略直角となるようにするには、テーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔが上記式（２）で表される断面積Ｓ_Ｂと等しくなるようにすればよい。このように、コーナー部１８の目標板厚に応じてテーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔを設定すればよい。

プレス加工装置１００においては、テーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔを規定する押し込み方向におけるテーパー部１６の長さＨ_１は、プレス加工装置１００の押し込み方向における外側可動パンチ１４４の内側可動パンチ１４６からの後退量に対応する。また、テーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔを規定する幅方向におけるテーパー部１６の長さＷ_１は、固定ダイ１２２の凹部１２６の幅と内側可動パンチ１４６の上面の幅との差分の１／２に対応する。内側可動パンチ１４６の上面の幅は、天井部１４の中央領域１４ａを挟持する挟持幅である。固定ダイ１２２の凹部１２６の幅は成形品のサイズとして決定されているため、テーパー部１６の幅方向の長さＷ_１は、内側可動パンチ１４６の上面の幅に応じて調整される。

したがって、テーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔは、プレス加工装置１００の押し込み方向における外側可動パンチ１４４の内側可動パンチ１４６からの後退量と、内側可動パンチ１４６の上面の幅（すなわち、挟持幅）とを調整することで所定の大きさとなるようにすることができる。そこで、コーナー部１８の目標板厚によりテーパー部１６の断面積Ｓ_Ｔを決定し、決定された断面積Ｓ_Ｔを有するテーパー部１６が得られるように、プレス加工装置１００を構成することで、コーナー部１８が増肉された成形品を得ることができる。

（１−２．成形品の特徴）
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るプレス加工装置によって成形された成形品の断面におけるコーナー部の形状の例について説明するための図である。図６Ａは、コーナー部１８が、縦壁部１２および天井部１４よりも板厚が大きくなるように成形された例である。図６Ｂは、コーナー部１８の外側が略直角に成形された例である。

既に述べたように、従来技術では、コーナー部の外側の曲率半径を大きくすることによって縦壁部と天井部との間で材料を流動させ、断面のＵ字状部分の全体を増肉させていた。この場合、コーナー部の外側の曲率半径が小さいと、材料の流動が阻害されることによって折れ込みなどの疵が発生する。これに対して、本実施形態では、縦壁部１２および天井部１４の中央領域の成形後に、テーパー部１６を外側可動パンチ１４４が押しつぶすことによってコーナー部１８が成形されるため、縦壁部１２と天井部１４との間での材料の流動は生じず、従ってコーナー部１８の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部１８の外側を略直角にすることが可能である。

上記の通り、図６Ａに示された例では、被加工材１０のコーナー部１８が、縦壁部１２および天井部１４よりも板厚が大きくなるように成形されている。つまり、この例では、コーナー部１８が増肉されている。この場合、被加工材１０の断面において、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２は、内側の曲率半径Ｒ１に縦壁部１２および天井部１４の板厚ｔを加えたものよりも小さくなる（Ｒ２＜Ｒ１＋ｔ）。図示された例のように、外側曲率半径Ｒ２を内側の曲率半径Ｒ１よりも小さくする（Ｒ２＜Ｒ１）ことも可能である。なお、コーナー部１８が縦壁部１２および天井部１４と同じ板厚である場合には、Ｒ２＝Ｒ１＋ｔである。また、コーナー部１８の板厚が縦壁部１２および天井部１４よりも小さい場合には、Ｒ２＞Ｒ１＋ｔである。従って、コーナー部１８が増肉されることは、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２が、内側の曲率半径Ｒ１に板厚ｔを加えたものよりも小さいことと等価である。

具体的な例として、被加工材１０の縦壁部１２および天井部１４の板厚ｔが５ｍｍの場合、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２を０．５ｍｍ（板厚ｔの１０％）とし、内側の曲率半径Ｒ１を７．５ｍｍ（板厚ｔの１．５倍）として、疵を生じることなくプレス加工を実施することが可能である。なお、図６Ｂに示す例のように、コーナー部１８の外側は直角にすることも可能であるため、曲率半径Ｒ２は０．５ｍｍより小さくてもよい。また、上記のような従来技術との関係においては曲率半径Ｒ２を小さくした場合に本実施形態の有利性が顕著であるものの、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２が大きいことによって本実施形態の適用が阻害されるものではないため、曲率半径Ｒ２は０．５ｍｍよりも大きくてもよい。コーナー部１８の内側の曲率半径Ｒ１については、曲率半径Ｒ２に対して大きすぎると材料の折れ込みなどによる疵が発生する可能性があるが、少なくとも曲率半径Ｒ１が板厚ｔに対して上記の例のような範囲にある場合には、疵を生じることなくプレス加工を実施することが可能である。

一方、図６Ｂに示された例では、被加工材１０の断面において、コーナー部１８の外側が略直角に成形されている。なお、本明細書において、「コーナー部１８の外側が略直角である」場合には、コーナー部１８の外側が厳密に直角である場合だけではなく、コーナー部１８の外側の曲率半径が限りなく小さく、０に近い場合も含まれる。この場合、コーナー部１８の内側も略直角に成形することも可能であるが、コーナー部１８への応力集中を避ける観点から、コーナー部１８の内側についてはある程度の（０に近い程度ではない）曲率半径Ｒ１を与えることが望ましい。この場合、コーナー部１８の外側の曲率半径は、内側の曲率半径Ｒ１に板厚ｔを加えたものよりも小さいと解することができる。従って、図６Ｂに示された例においても、コーナー部１８は増肉されているといえる。

また、本実施形態に係るプレス加工装置により成形された被加工材は、コーナー部が、他の部分と比較して硬くなっている。一例として、図７および図８に、本実施形態に係るプレス加工装置を用いて２７０ＭＰａ級鋼板をプレス加工したときの、縦壁部、コーナー部および天井部の硬さ分布を測定した結果を示す。図７は、プレス加工により成形された被加工材のコーナー部および天井部の一部について、塑性ひずみ分布を示す図である。図８は、図７に示す被加工材の硬さ分布を示すグラフである。図８では、被加工材の外表面から厚さ方向に２００μｍの位置における硬さを、コーナー部から縦壁部および天井部側に向かってそれぞれ１ｍｍ毎に測定した。硬さは、ビッカース硬さで表しており、値が大きいほど硬くなる。また、測定距離ｗは、コーナー部の位置を原点として、天井部方向を正の値で表し、縦壁部方向を負の値で表している。

本例の被加工材のプレス加工前の厚さは１．６ｍｍであり、その硬さ（以下、「素材硬さ」ともいう。）ＨＶ_０は８５であった。第１プレス加工により形成されたテーパー部は、幅方向の長さ１０ｍｍ、押し込み方向の長さ１０ｍｍであった。そして、第２プレス加工によりコーナー部および天井部の辺縁領域を成形した後、被加工材の外表面から厚さ方向に２００μｍの位置における硬さを、コーナー部から縦壁部および天井部側に向かってそれぞれ１ｍｍ毎に測定した。

図７に示す塑性ひずみ分布より、コーナー部および天井部の一部においてひずみが大きくなっていることがわかる。また、被加工材の硬さ分布をみると、図８に示すように、他の部分と比較してコーナー部を表わす原点位置での硬度が高くなっている。また、原点位置から天井部側に向かって硬度は低くなるが、測定距離が約１０ｍｍの位置で再び硬度が高くなっている。このように、本実施形態に係るプレス加工装置により成形された被加工材は、コーナー部と、コーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部とで、素材硬さよりも硬くなる。これらの位置では、塑性ひずみが増大したため、加工硬化が大きくなったものと考えられる。

図８に示すように、本例では、素材硬さＨＶ_０が８５であるのに対して、コーナー部（測定距離ｗ＝０）での硬さは２１２であり、素材硬さＨＶ_０の約２．５倍であった。また、コーナー部から１０ｍｍの位置離れた位置（測定距離ｗ＝１０ｍｍ）での天井部の硬さは１２７であり、素材硬さＨＶ_０の約１．５倍であった。このように、コーナー部と、コーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部とにおいて、硬度が高くなる。また、コーナー部の硬度は、コーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部よりも高くなる。ここで、コーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部は、天井部の辺縁領域と中央領域との境界部分に対応する。

より具体的には、第１プレス加工によりダイの凹部の中で内側可動パンチにより挟持されている部分に隣接する、テーパー部の天井部側端部領域に対応する。天井部の中央領域は第１プレス加工によって挟持されるため、素材硬さＨＶ_０の硬さをほぼ維持するが、テーパー部の天井部側端部領域は、第１プレス加工によっては挟持されない。このため、第１プレス加工の後に行われる第２プレス加工により、テーパー部の天井部側端部領域に加工硬化が生じるものと考えられる。したがって、本実施形態に係るプレス加工装置により成形された被加工材は、図８に示すような硬さ分布を有する。

比較として、例えば１回のプレス加工によりコーナー部を成形すると、応力がコーナー部に集中してかかり、コーナー部にのみに塑性ひずみが生じる。一方、本実施形態に係るプレス加工装置のように多段のプレス加工によりコーナー部を成形すると、第１プレス加工によって天井部の中央領域については素材硬さＨＶ_０の硬さをほぼ維持でき、さらに、第１プレス加工後の第２プレス加工での荷重を、第１プレス加工にて成形されたテーパー部全体に分散させやすくなる。このため、テーパー部から成形されるコーナー部に応力が集中するのを抑制することができ、テーパー部からコーナー部および天井部の辺縁領域を成形する際の荷重も小さくすることができる。

なお、本例の被加工材は２７０ＭＰａ級鋼板であり、加工硬化能の大きい軟鋼であったが、例えば高張力鋼板等の加工硬化能の小さい鋼板でも、コーナー部と、コーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部とにおいて、硬度が高くなるという傾向は同様に現れる。この場合、本例のような軟鋼よりも、テーパー部及びコーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部での硬度の上昇率は低くなる。具体的には、コーナー部での硬さは、素材硬さＨＶ_０の１．５倍程度、コーナー部から所定の距離だけ離れた位置の天井部での硬度は、素材硬さＨＶ_０の１．１倍程度となる。

図９Ａおよび図９Ｂは、本実施形態における成形品の例を示す図である。図９Ａの例に示された長尺状の成形品５０は、チャンネル形状５２を含む。チャンネル形状５２は、縦壁部５４と、天井部５６とを含む。この例において、図３や図４に示されたような被加工材１０の断面（Ｕ字状部分を含む）は、図９Ａに示された成形品５０のＡ−Ａ断面に対応する。また、この例の場合、プレス加工装置１００では、ダイ１２０に形成される凹部１２６が溝を形成しており、ダイ１２０とパンチ１４０とを用いて被加工材１０の曲げ成形が実施されることになる。

一方、図９Ｂの例に示された軸対称形状の成形品６０は、カップ形状６２を含む。カップ形状６２は、縦壁部６４と、天井部６６とを含む。この例において、図３や図４に示されたような被加工材１０の断面（Ｕ字状部分を含む）は、図９Ｂに示された成形品６０のＢ−Ｂ断面に対応する。また、この例の場合、プレス加工装置１００では、ダイ１２０に形成される凹部１２６が孔を形成しており、ダイ１２０とパンチ１４０とを用いて被加工材１０の絞り成形が実施されることになる。

上記で説明した成形品５０，６０は、いずれも、プレス加工によって成形され、断面にＵ字状部分を含む成形品である。これらの成形品では、例えば、上記で説明したように、Ｕ字状部分のコーナー部が増肉されている、またはコーナー部の外側が略直角であるという特徴が見られる。なお、詳しくは後述するが、特に成形品がカップ形状を有する場合には、断面のＵ字状部分の成形工程においてコーナー部に減肉が発生する場合がある。このような場合に本実施形態を適用して減肉を抑制した場合、成形品のコーナー部の外側の曲率半径が、内側の曲率半径に板厚を加えたものと同じであるか、それよりも小さいこともありうる。

（１−３．変形例）
図１０および図１１は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るプレス加工装置の動作を示す概略的な断面図である。本変形例では、上記で図１および図２を参照して説明したのと同様の工程によって、被加工材１０の断面のＵ字状部分を構成する縦壁部１２および天井部１４ａが成形される（この工程については、既に説明したため図示を省略する）。続いて、パンチ１４０が底面１３２に向かってさらにプレスされ、クッション１５０が収縮することによって外側可動パンチ１４４が凹部１２６の中にさらに押し込まれる。このとき、外側可動パンチ１４４は、既に底面１３２との間で天井部１４ａを挟持している内側可動パンチ１４６に追いつくことになるが、本変形例では、図１０に示されるように、外側可動パンチ１４４が内側可動パンチ１４６に追いつく前に、被加工材１０のテーパー部１６を押し広げて形成されるコーナー部１８の外側が凹部１２６の側面１３０および底面１３２に密着し、略直角になっている。

この後、パンチ１４０が底面１３２に向かってさらにプレスされると、コーナー部１８の内側が外側可動パンチ１４４によって押し広げられることによって、縦壁部１２が上方に押し出される。このとき、固定パンチ１４２は、縦壁部１２の端面１９に押し上げられて、外側可動パンチ１４４に対して後退する。つまり、本変形例において、固定パンチ１４２は、端面１９に対して上記の図４に示した例とは逆の動きをする。この結果、図１１に示されるように、外側可動パンチ１４４に沿ってコーナー部１８の内側が成形され、被加工材１０の成形が完了する。

本変形例では、例えばプレス加工の開始時における外側可動パンチ１４４と内側可動パンチ１４６との位置の差（クッション１５０の初期長さ）の設定によってテーパー部１６の長さを調節し、上記で図４に示した例のように固定パンチ１４２による付加的なプレスを実施することなく、コーナー部１８の外側を略直角に成形している。この場合、外側可動パンチ１４４によるプレスの過程で、コーナー部１８で余った材料によって縦壁部１２が押し上げられる可能性がある。そのような場合、上記で説明したように、固定パンチ１４２で端面１９を押圧しながら縦壁部１２の上昇を許容することによって、端面１９を精度よく成形することができる。

図１２は、本実施形態の別の変形例に係るプレス加工装置によって成形された成形品の断面形状の例について説明するための図である。図１２に示された例では、外側可動パンチ１４４の下面にパンチ１４０の外側に向けたテーパーをつけることによって、外側可動パンチ１４４によって成形される被加工材１０の天井部１４の中央領域Ｒａ以外の領域Ｒｂを中央領域Ｒａからコーナー部１８に向かって徐々に増肉させている。この場合、天井部１４とコーナー部１８との間での板厚の変化が緩やかになることによって、コーナー部１８への応力集中を緩和することができる。

（１−４．まとめ）
以上で説明した本発明の第１の実施形態では、プレス加工装置１００を用いた被加工材１０のプレス加工において、外側可動パンチ１４４が内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部１２６の中に押し込まれることによって、縦壁部１２と天井部１４ａとの間にテーパー部１６が形成される。テーパー部１６の長さは最終的に形成される天井部の辺縁領域１４ｂおよびコーナー部１８を合わせた長さよりも長いため、テーパー部１６を押し広げてコーナー部１８を成形することによって、縦壁部１２と天井部１４との間で材料を流動させなくてもコーナー部１８を増肉させることができる。それゆえ、本実施形態では、従来技術に比べてコーナー部１８の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部１８の外側を略直角にすることができる。また、縦壁部１２および天井部１４を増肉させることなく、コーナー部１８だけを増肉させることもできる。

本実施形態に係るプレス加工装置１００では、パンチ１４０を押し込む一連のプレス工程の中で、クッション１５０の作用によって外側可動パンチ１４４を内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部１２６の中に押し込み、それによってコーナー部１８の自在な成形を可能にしている。従って、プレス加工装置１００は単軸でよく、パンチの複数の部分を互いに独立してプレスする多軸のプレス加工装置は必要とされない。

なお、上述した例では、図１に示すように被加工材１０が平板状である状態からプレス加工が開始されたが、本実施形態はこのような例には限られない。例えば、被加工材１０のＵ字状部分を形成する縦壁部１２および天井部１４ａ（中央領域）を成形する工程が一次成形として他の装置で実施され、プレス加工装置１００ではこれに続く二次成形として、例えば上記で図２に示したように、被加工材１０の断面のＵ字状部分が凹部１２６に受容された状態からプレス加工が開始されてもよい。このような場合、可動ダイ１２４は必ずしも設けられなくてもよい。また、本実施形態は、断面が縦壁部１２の端部（コーナー部１８とは反対側の端部）に連続するフランジ部をさらに含むハット状部分を有する成形品を得るためのプレス加工にも適用可能である。

（１−５．補足：コーナー部の外側に曲率をつける場合）
本発明の第１の実施形態の他の変形例として、例えば、ダイに形成される凹部において、側面と底面との間にコーナー面を形成してもよい。このコーナー面に沿って被加工材を成形することによって、縦壁部と天井部との間のコーナー部の外側を、曲率のついた形状に精度よく加工することができる。以下、コーナー部の外側に曲率をつける場合のプレス成形加工について説明する。なお、それ以外の点については第１の実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。

図１３〜図１５は、本発明の第１の実施形態の他の変形例に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。図１３〜図１５を参照すると、プレス加工装置２００は、ダイ２２０と、パンチ１４０とを含む。ダイ２２０は、固定ダイ２２２と、可動ダイ（パッド）２２４とを含む。なお、パンチ１４０の構成は、上記の第１の実施形態と同様である。

図１３に示されるように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材２０は平板状である。可動ダイ２２４は、固定ダイ２２２に形成された凹部２２６の底部に連結されたクッション２２８によって、その上面が被加工材２０に当接するように支持されている。一方、パンチ１４０では、上記の第１の実施形態と同様に、内側可動パンチ１４６が被加工材２０の中央部に当接されて、可動ダイ２２４の上面との間で被加工材２０を挟持している。また、外側可動パンチ１４４は、内側可動パンチ１４６よりも後退した位置で支持されている。

プレス加工の開始後、パンチ１４０が凹部１２６の底面に向かってプレスされると、まずクッション２２８が収縮し、可動ダイ２２４が、内側可動パンチ１４６との間で被加工材２０の中央部を挟持したまま凹部２２６の中に押し込まれる。第１の実施形態と同様に、パンチ１４０は、外側可動パンチ１４４が内側可動パンチ１４６よりも後退した位置関係を維持した状態で凹部１２６に押し込まれる。従って、外側可動パンチ１４４は、内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部２２６に押し込まれることになる。

図１４に示されるように、可動ダイ２２４が凹部２２６に底突きした時点で、可動ダイ２２４と内側可動パンチ１４６との間に挟持された状態で凹部２２６に押し込まれた被加工材２０の中央部を天井部２４ａ（最終的に形成される天井部２４の中央領域）、それに伴って外側可動パンチ１４４と凹部２２６の側面２３０との間に折り込まれた被加工材２０の辺縁部を縦壁部２２とする、Ｕ字状部分の概形が形成される。

ここで、第１の実施形態との違いとして、本実施形態では、凹部２２６の底面２３２と側面２３０との間に、曲率をもったコーナー面２３４が介在する。底面２３２は底突きした可動ダイ２２４によって形成され、側面２３０およびコーナー面２３４は固定ダイ２２２によって形成されている。従って、本実施形態において、可動ダイ２２４の外寸は、コーナー面２３４の分だけ、凹部２２６の内寸よりも小さくなる。本実施形態でも外側可動パンチ１４４が内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部１２６に押し込まれることによってテーパー部２６が形成されるが、テーパー部２６はコーナー面２３４に接していない。

図１５に示されるように、さらに続いてパンチ１４０がプレスされると、今度はクッション１５０が収縮し、外側可動パンチ１４４が凹部２２６の中にさらに押し込まれて内側可動パンチ１４６に追いつく。このとき、外側可動パンチ１４４は、底面２３２およびコーナー面２３４との間で被加工材２０（テーパー部２６）を挟み込んで、天井部２４ｂ（天井部の辺縁領域）、およびコーナー部２８を成形する。コーナー部２８の内側は外側可動パンチ１４４に沿って、外側は凹部２２６のコーナー面２３４に沿って、それぞれ成形される。コーナー面２３４は曲率をもった面であるため、コーナー部２８の外側も曲率をもった形状に成形される。

本実施形態でも、図１４および図１５を参照すれば明らかなように、被加工材２０の断面において、テーパー部２６の長さは、天井部２４ｂとコーナー部２８とを合わせた長さよりも長い。従って、プレス加工装置２００では、第１の実施形態と同様に、コーナー部２８を増肉させることが可能である。この場合、既に説明したように、被加工材２０の断面において、コーナー部２８の外側の曲率半径Ｒ２は、内側の曲率半径Ｒ１に縦壁部２２および天井部２４の板厚ｔを加えたものよりも小さくなる（Ｒ２＜Ｒ１＋ｔ）。外側曲率半径Ｒ２を内側の曲率半径Ｒ１よりも小さくする（Ｒ２＜Ｒ１）ことも可能である。なお、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、コーナー部２８の減肉を抑制した場合には、コーナー部２８の曲率半径がＲ２≧Ｒ１＋ｔになることもありうる。

なお、本実施形態に係るプレス加工装置２００によって成形された成形品は、上記のように断面においてコーナー部の外側が曲率をもった形状に成形されている以外は、上記の第１の実施形態における成形品と同様の特徴を有する。つまり、本実施形態の成形品では、例えば第１の実施形態において図６Ａに示された例と同様にコーナー部が増肉されているという特徴がみられる。このとき、縦壁部および天井部は必ずしも増肉されていなくてもよい。あるいは、本実施形態の成形品では、従来技術では発生していたコーナー部における減肉が抑制されているという特徴がみられる。

また、本実施形態における成形品の形状は、例えば上記の第１の実施形態において図９Ａに示されたような長尺状（Ｕ字状部分がチャンネル形状を形成する）であってもよく、軸対称形状（Ｕ字状部分がカップ形状を形成する）であってもよい。また、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、断面が縦壁部２２の端部に連続するフランジ部をさらに含むハット状部分を有する成形品を得るためのプレス加工に適用可能である。

以上で説明した本発明の第１の実施形態の他の変形例では、第１の実施形態と同様に、プレス加工装置２００を用いた被加工材２０のプレス加工において、外側可動パンチ１４４が内側可動パンチ１４６よりも遅れて凹部２２６の中に押し込まれることによってテーパー部２６が形成される。テーパー部２６の長さは最終的に形成される天井部２４ｂおよびコーナー部２８を合わせた長さよりも長いため、テーパー部２６を押し広げてコーナー部１８を成形することによって、縦壁部２２と天井部２４との間で材料を流動させなくてもコーナー部２８を増肉させることができる。本実施形態では、凹部２２６にコーナー面２３４が形成されていることによって、コーナー部２８の外側を曲率をもった形状に安定的に成形することができるが、上記のように縦壁部２２と天井部２４との間で材料を流動させる必要はないため、コーナー面２３４によって規定されるコーナー部２８の外側の曲率半径を、例えば従来技術におけるものよりも小さくすることが可能である。また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様にプレス加工装置２００は単軸でよい。

なお、第１の実施形態と同様に、本実施形態でも、必ずしも図１３に示すように被加工材２０が平板状である状態からプレス加工装置２００でのプレス加工が開始されなくてもよく、例えば、被加工材２０の一次成形を他の装置で実施してもよい。この場合、プレス加工装置２００では、二次成形として、図１４に示したように、被加工材２０の断面のＵ字状部分が凹部２２６に受容された状態からプレス加工が開始される。このような場合、プレス加工装置２００には、可動ダイ２２４が設けられなくてもよい。

（２．第２の実施形態：深絞り成形）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、断面のＵ字状部分によって形成されるカップ形状を含む軸対称形状の成形品を得るための、いわゆる深絞り成形が実施される。以下の説明では、従来技術による深絞り成形と比較しながら、本実施形態による深絞り成形とその利点について説明する。なお、既に述べた通り、上記の第１の実施形態も、カップ形状を含む軸対称形状の成形品を得るための深絞り成形に適用することが可能である。つまり、別途の説明がなくても、本実施形態の深絞り成形において、第１の実施形態と同様の構成を採用することは可能である。同様に、第１の実施形態を深絞り成形に適用する場合に、本実施形態と同様の構成を採用することも可能である。

図１６および図１７は、従来技術に係るプレス加工装置の構成を深絞り成形時の動作とともに示す概略的な断面図である。図１６および図１７を参照すると、被加工材９０の深絞り成形を実施するプレス加工装置９００は、ダイ９２０と、パンチ９４０と、ブランクホルダー９６０とを含む。ダイ９２０は、固定ダイ９２２と、クッション９２８で連結された可動ダイ（パッド）９２４とを含む。パンチ９４０は、本実施形態とは異なり、単一のブロックである。図１６に示す状態からパンチ９４０がプレスされると、平板状の被加工材９０が固定ダイ９２２に形成された凹部９２６に押し込まれる。これによって、図１７に示すように断面のＵ字状部分が成形される。このとき、ブランクホルダー９６０は、固定ダイ９２２の上面との間で被加工材９０の辺縁部分を拘束し、しわの発生を抑制している。

従来技術の場合、縦壁部９２と天井部９４との間のコーナー部９８がパンチ９４０の肩部９５２によって単純に折り曲げられるため、外側と内側との周長差により、コーナー部９８の板厚が縦壁部９２や天井部９４に比べて小さくなる（コーナー部９８が減肉される）。このような減肉は、例えば断面においてコーナー部９８の内側の曲率半径を小さくした場合において顕著である。コーナー部９８ではむしろ縦壁部９２や天井部９４よりも高い強度が必要とされる場合もあるため、コーナー部９８における減肉の発生は、一般的に好ましくない。

本実施形態における深絞り成形では、上記のような従来技術におけるコーナー部の減肉の問題が改善される。

図１８〜図２０は、本発明の第２の実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工（深絞り成形）時の動作とともに示す概略的な断面図である。図１８〜図２０を参照すると、プレス加工装置３００は、ダイ１２０と、パンチ３４０と、ブランクホルダー３６０とを含む。パンチ３４０は、固定パンチ３４４と、可動パンチ（パッド）３４６とを含む。なお、ダイ１２０の構成は、上記の第１の実施形態と同様である。

図１８に示されるように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材３０は平板状である。第１の実施形態と同様に、可動ダイ１２４は、その上面が被加工材３０に当接するように支持されている。一方、パンチ３４０は、可動パンチ３４６が被加工材３０の中央部に当接されて、可動ダイ１２４の上面との間で被加工材３０を挟持している。固定パンチ３４４と可動パンチ３４６との間にはクッション３５０が介在し、固定パンチ３４４が可動パンチ３４６よりも後退した位置関係が維持されている。

プレス加工の開始後、パンチ３４０が凹部１２６の底面に向かってプレスされると、まずクッション１２８が収縮し、可動ダイ１２４が凹部１２６の中に押し込まれる。この時点でクッション３５０は収縮しないため、パンチ３４０は、固定パンチ３４４が可動パンチ３４６よりも後退した位置関係を維持した状態で凹部１２６に押し込まれる。つまり、固定パンチ３４４は、可動パンチ３４６よりも遅れて凹部１２６に押し込まれることになる。このとき、ブランクホルダー３６０は、固定ダイ１２２の上面との間で被加工材３０の辺縁部分を拘束し、しわの発生を抑制している。なお、このようなブランクホルダーは、例えば上記の第１の実施形態の構成で深絞り成形を実施する際にも、同様に設けられてもよい。

図１９に示されるように、可動ダイ１２４が凹部１２６に底突きした時点で、可動ダイ１２４と可動パンチ３４６との間に挟持された状態で凹部１２６に押し込まれた被加工材３０の中央部を天井部３４ａ（最終的に形成される天井部３４の中央領域）、それに伴って固定パンチ３４４と凹部１２６の側面１３０との間に折り込まれた被加工材３０の辺縁部を縦壁部３２とする、Ｕ字状部分の概形が形成される。この時点では、固定パンチ３４４は可動パンチ３４６よりも遅れて凹部１２６に押し込まれているため、天井部３４ａと縦壁部３２との間にはテーパー部３６が形成されている。

図２０に示されるように、さらに続いてパンチ３４０がプレスされると、今度はクッション３５０が収縮し、固定パンチ３４４が凹部１２６の中にさらに押し込まれて可動パンチ３４６に追いつく。このとき、固定パンチ３４４は、凹部１２６の底面１３２との間で被加工材３０（テーパー部３６）を挟み込んで、天井部３４ｂ（天井部の辺縁領域）、およびコーナー部３８を成形する。ようにプレスされる。図１９および図２０を参照すれば明らかなように、被加工材３０の断面において、テーパー部３６の長さは、天井部３４ｂとコーナー部３８とを合わせた長さよりも長い。従って、プレス加工装置３００では、コーナー部３８の減肉を抑制し、適切な板厚でコーナー部３８を成形することが可能である。

具体的な例として、本実施形態では、被加工材３０の縦壁部３２および天井部３４の板厚が２ｍｍの場合に、プレス加工装置３００を用いて、コーナー部３８の板厚が２ｍｍに維持されるように深絞り成形を実施することが可能である。なお、同じ場合に、従来技術による深絞り成形では、コーナー部の板厚が１．５７ｍｍまで減肉された。

以上で説明した本発明の第２の実施形態では、プレス加工装置３００を用いた被加工材３０の深絞り成形において、固定パンチ３４４が可動パンチ３４６よりも遅れて凹部１２６の中に押し込まれることによって、縦壁部３２と天井部３４ａとの間にテーパー部３６が形成される。第１の実施形態と同様に、テーパー部３６を押し広げてコーナー部３８を成形することによって、コーナー部３８の減肉を抑制することができる。また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様にプレス加工装置３００は単軸でよい。

なお、第１の実施形態と同様に、本実施形態でも、必ずしも図１８に示すように被加工材３０が平板状である状態からプレス加工装置３００でのプレス加工が開始されなくてもよく、例えば、被加工材３０の一次成形を他の装置で実施してもよい。この場合、プレス加工装置３００では、二次成形として、図１９に示したように、被加工材３０の断面のＵ字状部分が凹部１２６に受容された状態からプレス加工が開始される。このような場合、プレス加工装置３００には、可動ダイ１２４やブランクホルダー３６０が設けられなくてもよい。

なお、第１の実施形態では、天井部の中央領域を挟持する第１のパンチと、縦壁部を拘束しながら天井部の辺縁領域およびコーナー部を成形する第２のパンチとがいずれも可動パンチとして設けられたが、本実施形態では第２のパンチが固定パンチになっている。また、本実施形態では、第１の実施形態のように、縦壁部の端面に当接される第３のパンチは設けられない。第１の実施形態でも同様に、第３のパンチを設けず、また第２のパンチを固定パンチとする構成が可能である。

また、本実施形態は、深絞り成形におけるコーナー部の減肉を抑制するものとして説明したが、同様のコーナー部の減肉は長尺状の成形品を得るための曲げ成形でも発生しうる。従って、曲げ成形でもコーナー部の減肉を抑制する（つまり、コーナー部が必ずしも増肉されない）ために本実施形態の構成が採用されてもよい。

（３．第３の実施形態：縦壁部の増肉）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態または第２の実施形態（以下、単に「上述の実施形態」ともいう。）のうちいずれかの方法により成形された成形品をさらにプレス加工して、天井部よりも縦壁部が肉厚である成形品を成形する付加成形工程を追加している。上述の実施形態により成形された成形品を用いて縦壁部が増肉された成形品をプレス成形することで、内部のコーナー面が重なり合うことがなく縦壁部を増肉することができる。以下では、上述の実施形態により成形された成形品を用いることを前提として、縦壁部を増肉する付加成形工程について説明する。

図２１は、本実施形態に係るプレス加工により成形される成形品７０Ａの一例を示す説明図である。図２１に示す成形品７０Ａは、縦壁部７４と、天井部７６とを含み、縦壁部７４と天井部７６とから形成される凹部７２を有するカップ形状の成形品である。この成形品７０Ａは、例えば、図９Ｂに示した、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含むカップ形状の成形品６０を、以下説明する第２のプレス加工装置によりさらにプレス加工することで成形される。

本実施形態に係る第２のプレス加工装置である、縦壁部７４を増肉するためのプレス加工装置４００の構成を、図２２及び図２３に示す。図２２は、縦壁部を増肉させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。図２３は、縦壁部の増肉後の状態を示す概略的な断面図である。図２２及び図２３を参照すると、プレス加工装置４００は、ダイ４２０と、パンチ４４０とを含む。ダイ４２０は、固定ダイである。パンチ４４０は、固定パンチ４４２と、可動パンチ（パッド）４４４とを含む。

図２２に示されるように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材４０は、上述のいずれかの実施形態により成形された成形品であり、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角となっている。例えば、被加工材４０は、図９Ｂに示したカップ形状の成形品６０であり、この場合、プレス加工装置４００により、図２１に示した縦壁部７４が増肉されたカップ形状の成形品７０Ａが成形される。なお、本発明はかかる例に限定されず、プレス加工装置４００により、例えば、図９Ａに示したチャンネル形状を有する長尺状の成形品５０から、縦壁部が増肉されたチャンネル形状を有する長尺状の成形品を得ることも、同様に実施可能である。

ダイ４２０は、被加工材４０が収容される凹部４３０を有する。凹部４３０の形状は、被加工材４０により製造される成形品の形状に対応して形成されている。したがって、被加工材４０の縦壁部４２が対向する方向における凹部４３０の長さは、対向する縦壁部４２の外面間の長さよりも大きく形成されている。被加工材４０は、凹部４３０に収容された状態で、被加工材４０の縦壁部４２の外部側に当該プレス加工により増肉される分の空間が存在するように、カップ形状の開口側をパンチ４４０側に向けて凹部４３０に配置される。

一方、パンチ４４０の可動パンチ４４４は、被加工材４０のカップ形状に対応する形状を有している。可動パンチ４４４は、被加工材４０の開口から挿入され、その下面及び側面が被加工材４０のカップ形状の内面（すなわち、底面４３２及び側面４３４）と接するように配置される。このとき、可動パンチ４４４は、固定パンチ４４２と連結されたクッション４４６によって被加工材４０を押圧し、ダイ４２０の凹部４３０の底面４３２との間で被加工材４０の天井部４４を挟持している。また、被加工材４０の縦壁部４２の端面４９には、固定パンチ４４２が当接される。

プレス加工装置４００によるプレス加工を開始すると、図２３に示すように、固定パンチ４４２と可動パンチ４４４との間に設けられたクッション４４６が収縮し、固定パンチ４４２が凹部４３０の底面４３２に向かって移動する。これにより、被加工材４０の縦壁部４２を構成している材料がダイ４２０の凹部４３０との間に存在する空間へ流動し、当該空間を埋める。こうして、図２３に示すように、被加工材４０の縦壁部４２をプレス加工前よりも増肉させるとともに、プレス加工後のコーナー部４８の外側の曲率半径を、プレス加工前と同様、小さく、あるいは略直角とすることができる。

ここで、本実施形態により成形される成形品は、上述の実施形態により成形されたコーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角である成形品を、プレス加工装置４００によりプレス加工することで得られる。被加工材のコーナー部の外側の曲率半径が大きく、コーナー部の板厚が薄いと、プレス加工装置４００により縦壁部の端部を押圧した際、縦壁部及び天井部の材料が流動してしまい、コーナー部の内部に折れ込み等の疵が発生する。折れ込み部分は縦壁部と天井部との内面同士が接触して重なっている部分であり、縦壁部と天井部との重なりが解かれて開きやすいため、他の部分に比べて強度が低下する。また、折れ込み部分は疲労破壊の要因ともなる。

これに対して、本実施形態のように、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含む成形品を被加工材として用いた場合、被加工材４０の天井部４４が凹部４３０の底面４３２と可動パンチ４４４の下面とにより挟持された状態で、コーナー部４８の材料が流動し、凹部４３０の底面４３２及び側面４３４との間が埋められる。したがって、コーナー部４８の内部に折れ込みが発生することなく、かつ、コーナー部４８の外側の曲率半径を、プレス加工前と同様、小さく、あるいは略直角とすることができる。

以上で説明した本発明の第３の実施形態では、プレス加工装置４００を用いた被加工材４０のプレス加工において、被加工材４０として、上述の実施形態に成形された、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含む成形品を用いる。そして、プレス加工装置４００により、被加工材４０の天井部４４を挟持した状態で縦壁部４２の端面４９に荷重を加えることで、縦壁部４２と天井部４４との間で材料を流動させなくても縦壁部４２を増肉させるとともに、従来技術に比べてコーナー部４８の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部４８の外側を略直角にすることができるので、成形後のコーナー部４８も増肉させることができる。

（４．第４の実施形態：縦壁部の押出し）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態または第２の実施形態のうちいずれかの方法により成形された成形品をさらにプレス加工して、天井部に対して縦壁部が延設された成形品を成形する付加成形工程を追加している。上述の実施形態により成形された成形品を用いて天井部に対して縦壁部が延設された成形品をプレス成形することで、内部のコーナー面が重なり合うことがなく縦壁部を押出し、縦壁部を延設することができる。以下では、上述の実施形態により成形された成形品を用いることを前提として、縦壁部を延設する付加成形工程について説明する。

図２４は、本実施形態に係るプレス加工により成形される成形品７０Ｂの一例を示す説明図である。図２４に示す成形品７０Ｂは、縦壁部７４と、天井部７６と、縦壁延設部７８とを含み、縦壁部７４と天井部７６とから形成される凹部７２を有するカップ形状の成形品である。この成形品７０Ｂも、例えば、図９Ｂに示した、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含むカップ形状の成形品６０を、以下説明する第２のプレス加工装置によりさらにプレス加工することで成形される。

本実施形態に係る第２のプレス加工装置である、縦壁部７４を延設するためのプレス加工装置５００の構成を、図２５及び図２６に示す。図２５は、縦壁部を延設させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。図２６は、縦壁部の延設後の状態を示す概略的な断面図である。図２５及び図２６を参照すると、プレス加工装置５００は、ダイ５２０と、パンチ５４０とを含む。ダイ５２０は、縦壁固定ダイ５２２と、天井固定ダイ５２３と、可動ダイ（パッド）５２４とを含む。パンチ５４０は、固定パンチ５４２と、可動パンチ（パッド）５４４とを含む。

図２５に示されるように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材４０は、第３の実施形態と同様、第１の実施形態または第２の実施形態のうちいずれかの方法により成形された成形品であり、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角となっている。例えば、被加工材４０は、図９Ｂに示したカップ形状の成形品６０であり、この場合、プレス加工装置５００により、図２４に示した縦壁部７４が延設されたカップ形状の成形品７０Ｂが成形される。なお、本発明はかかる例に限定されず、プレス加工装置５００により、例えば、図９Ａに示したチャンネル形状を有する長尺状の成形品５０から、縦壁部が延設されたチャンネル形状を有する長尺状の成形品を得ることも、同様に実施可能である。

ダイ５２０は、縦壁固定ダイ５２２、天井固定ダイ５２３、及び可動ダイ５２４により、被加工材４０が収容される凹部を形成する。縦壁固定ダイ５２２は被加工材４０の縦壁部４２を支持し、天井固定ダイ５２３及び可動ダイ５２４は被加工材４０の天井部４４を支持する。天井固定ダイ５２３の内面は、図２４に示すように、被加工材４０の天井部４４と接触可能な中央領域（両側の縦壁部４２が延設される部分を除く領域）５２３ａと、当該中央領域５２３ａよりもパンチ５４０と反対側に窪んだ端部領域５２３ｂとからなる。天井固定ダイ５２３の両側に縦壁固定ダイ５２２を配置すると、端部領域５２３ｂに空間が形成される。可動ダイ５２４は、天井固定ダイ５２３の端部領域５２３ｂと連結されたクッション５２６により支持された状態でこの空間に配置される。ダイ５２０の凹部に被加工材４０が配置されると、可動ダイ５２４は、被加工材４０の天井部４４により、天井部４４が天井固定ダイ５２３の内面の中央領域５２３ａと当接する位置まで押し込まれる。

一方、パンチ５４０の可動パンチ５４４は、被加工材４０のカップ形状に対応する形状を有している。可動パンチ５４４は、被加工材４０の開口から挿入され、その下面及び側面が被加工材４０のカップ形状の内面（すなわち、底面及び側面）と接するように配置される。このとき、固定パンチ５４２とクッション５４６によって連結された可動パンチ５４４は、被加工材４０を押圧し、天井固定ダイ５２３との間で被加工材４０の天井部４４を挟持している。また、被加工材４０の縦壁部４２の端面４９には、固定パンチ５４２が当接される。初期状態においては、固定パンチ５４２が被加工材４０の縦壁部４２の端面４９に当接しても被加工材４０は変形しない。

プレス加工装置５００によるプレス加工を開始すると、図２６に示すように、固定パンチ５４２と可動パンチ５４４との間に設けられたクッション５４６が収縮し、固定パンチ５４２が凹部の底面に向かって移動する。これにより、被加工材４０の縦壁部４２を構成している材料が、可動ダイ５２４を押し込み、クッション５２６を収縮させながら、可動ダイ５２４の代わりに縦壁固定ダイ５２２と天井固定ダイ５２３の中央領域との間の空間を埋めるように移動する。こうして、図２６に示すように、被加工材４０の縦壁部４２をプレス加工前よりも延設させることができる。

このとき、プレス加工後の被加工材４０は、凹部内の第１の内コーナー部４８ａと、縦壁部４２が延設された縦壁延設部４６と天井部４４とにより形成される第２の内コーナー部４８ｂとを有する。本実施形態により成形される成形品も、第３の実施形態と同様、上述の第１の実施形態または第２の実施形態のいずれかにより成形されたコーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角である成形品を、プレス加工装置５００によりプレス加工することで得られる。仮に、被加工材のコーナー部の外側の曲率半径が大きく、コーナー部の板厚が薄いと、プレス加工装置５００により縦壁部の端部を押圧した際、縦壁部及び天井部の材料が流動してしまい、第１の内コーナー部４８ａに折れ込み等の疵が発生する。折れ込み部分は、他の部分に比べて強度が低く、疲労破壊の要因ともなる。

これに対して、本実施形態のように、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含む成形品を被加工材として用いた場合、被加工材４０の天井部４４が凹部の底面と可動パンチ５４４の下面とにより挟持された状態で、コーナー部４８の材料が、可動ダイ５２４を押し下げながら流動する。したがって、コーナー部４８の内部に折れ込みが発生することがない。また、第２の内コーナー部４８ｂは、第１の内コーナー部４８ａと同様、コーナー部４８への応力集中を避ける観点から、コーナー部４８の内側についてはある程度の（０に近い程度ではない）曲率半径を与えることが望ましい。例えば、第２の内コーナー部４８ｂに、第１の内コーナー部４８ａと同程度の曲率半径を与えるようにしてもよい。

以上で説明した本発明の第４の実施形態では、プレス加工装置５００を用いた被加工材４０のプレス加工において、被加工材４０として、上述の実施形態に成形された、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含む成形品を用いる。そして、プレス加工装置５００により、被加工材４０の天井部４４の中央領域５２３ａを挟持した状態で縦壁部４２の端面４９に荷重を加える。これにより、縦壁部４２と天井部４４との間で材料を流動させなくても縦壁部４２を延設させることができ、第１の内コーナー部４８ａに折り込みを発生させることがない。

（５．第５の実施形態：天井部の押出し）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態または第２の実施形態のうちいずれかの方法により成形された成形品をさらにプレス加工して、天井部が延設された成形品を成形する付加成形工程を追加している。上述の実施形態により成形された成形品を用いて天井部が延設された成形品をプレス成形することで、内部のコーナー面が重なり合うことがなく天井部を押出し、天井部を延設することができる。以下では、上述の実施形態により成形された成形品を用いることを前提として、天井部を延設する付加成形工程について説明する。

図２７は、本実施形態に係るプレス加工により成形される成形品７０Ｃの一例を示す説明図である。図２７に示す成形品７０Ｃは、縦壁部７４と、天井部７６と、天井延設部７９とを含み、縦壁部７４と天井部７６とから形成される凹部７２を有するカップ形状の成形品である。この成形品７０Ｃも、例えば、図９Ｂに示した、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含むカップ形状の成形品６０を、以下説明する第２のプレス加工装置によりさらにプレス加工することで成形される。

本実施形態に係る第２のプレス加工装置である、天井部７６を延設するためのプレス加工装置６００の構成を、図２８及び図２９に示す。図２８は、天井部を延設させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。図２９は、天井部の延設後の状態を示す概略的な断面図である。図２８及び図２９を参照すると、プレス加工装置６００は、ダイ６２０と、パンチ６４０とを含む。ダイ６２０は、縦壁固定ダイ６２２と、天井固定ダイ６２３とを含む。パンチ６４０は、固定パンチ６４２と、可動パンチ（パッド）６４４とを含む。

図２８に示されるように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材４０は、第３の実施形態及び第４の実施形態と同様、第１の実施形態または第２の実施形態のうちいずれかの方法により成形された成形品であり、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角となっている。例えば、被加工材４０は、図９Ｂに示したカップ形状の成形品６０であり、この場合、プレス加工装置６００により、図２７に示した天井部７６が延設されたカップ形状の成形品７０Ｃが成形される。なお、本発明はかかる例に限定されず、プレス加工装置６００により、例えば、図９Ａに示したチャンネル形状を有する長尺状の成形品５０から、縦壁部が延設されたチャンネル形状を有する長尺状の成形品を得ることも、同様に実施可能である。

ダイ６２０は、縦壁固定ダイ６２２及び天井固定ダイ６２３により、被加工材４０が収容される凹部を形成する。縦壁固定ダイ５２２は被加工材４０の縦壁部４２のうち、天井部４４が延設される部分以外の領域を支持する。また、縦壁固定ダイ５２２の、天井部４４が延設される部分の領域に対応する部分には、形成する天井延設部４７の形状に対応するように、被加工材４０の縦壁部４２から離隔する方向に窪んだ段差部６２２ａが形成されている。縦壁固定ダイ６２２を天井固定ダイ６２３上に設置することで、縦壁固定ダイ６２２の段差部６２２ａと天井固定ダイ６２４とにより、天井延設部４７の形状に対応した空間６３２が形成される。ダイ６２０の凹部に配置された被加工材４０は、図２８に示すように、縦壁部４２の一部領域と、天井部４４とが支持され他状態となる。

一方、パンチ６４０の可動パンチ６４４は、被加工材４０のカップ形状に対応する形状を有している。可動パンチ６４４は、被加工材４０の開口から挿入され、その下面及び側面が被加工材４０のカップ形状の内面（すなわち、底面及び側面）と接するように配置される。このとき、可動パンチ６４４は、固定パンチ６４２と連結されたクッション６４６によって被加工材４０を押圧し、天井固定ダイ６２３との間で被加工材４０の天井部４４を挟持している。また、被加工材４０の縦壁部４２の端面４９には、固定パンチ６４２が当接される。初期状態においては、固定パンチ６４２が被加工材４０の縦壁部４２の端面４９に当接しても被加工材４０は変形しない。

プレス加工装置６００によるプレス加工を開始すると、図２９に示すように、固定パンチ６４２と可動パンチ６４４との間に設けられたクッション６４６が収縮し、固定パンチ６４２が凹部の底面に向かって移動する。これにより、コーナー部４８の材料が、縦壁固定ダイ６２２の段差部６２２ａと天井固定ダイ６２４との間の空間６３２を埋めるように移動する。こうして、図２９に示すように、被加工材４０の天井部４４をプレス加工前よりも延設させることができる。

本実施形態により成形される成形品も、第３の実施形態及び第４の実施形態と同様、上述の第１の実施形態または第２の実施形態のいずれかにより成形されたコーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角である成形品を、プレス加工装置６００によりプレス加工することで得られる。仮に、被加工材のコーナー部の外側の曲率半径が大きく、コーナー部の板厚が薄いと、プレス加工装置６００により縦壁部の端部を押圧した際、縦壁部及び天井部の材料が流動してしまい、コーナー部４８の内側に折れ込み等の疵が発生する。折れ込み部分は、他の部分に比べて強度が低く、疲労破壊の要因ともなる。

これに対して、本実施形態のように、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含む成形品を被加工材として用いた場合、被加工材４０の天井部４４が凹部の底面と可動パンチ６４４の下面とにより挟持された状態で、コーナー部４８の材料が流動し、空間６３２が埋められる。したがって、縦壁部４２の内面と天井部４４とにより形成される第１の内コーナー部４８ａに折れ込みが発生することがない。なお、天井部４４が延設された天井延設部４７の形成により、縦壁部４２の外面と天井延設部４７とによって、第３の内コーナー部４８ｃが形成される。第３の内コーナー部４８ｃは、第１の内コーナー部４８ａと同様、コーナー部４８への応力集中を避ける観点から、コーナー部４８の内側についてはある程度の（０に近い程度ではない）曲率半径を与えることが望ましい。例えば、第３の内コーナー部４８ｃに、第１の内コーナー部４８ａと同程度の曲率半径を与えるようにしてもよい。

以上で説明した本発明の第５の実施形態では、プレス加工装置６００を用いた被加工材４０のプレス加工において、被加工材４０として、上述の実施形態に成形された、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるＵ字状部分を断面に含む成形品を用いる。そして、プレス加工装置６００により、被加工材４０の天井部４４を挟持した状態で縦壁部４２の端面４９に荷重を加える。これにより、縦壁部４２と天井部４４との間で材料を流動させなくても天井部４４を延設させることができ、第１の内コーナー部４８ａに折り込みを発生させることがない。

（６．まとめ）
以上説明した、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、プレス加工装置を用いた被加工材のプレス加工において、縦壁部と天井部との間にテーパー部が形成した後、テーパー部を押し広げてコーナー部を成形する。これにより、縦壁部と天井部との間で材料を流動させなくてもコーナー部を増肉させることができる。それゆえ、従来技術に比べてコーナー部の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部の外側を略直角にすることができる。また、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、１工程で平板から、コーナー部の外側の曲率半径を小さく、あるいは略直角に成形するのではなく、段階的に押し込みコーナー部の外側の形状を成形していくことで、従来技術よりも小さな荷重でプレス成形することが可能である。したがって、強度の高い鉄鋼材料のプレス成形も、成形時に割れ等を発生させることなく加工することが可能となる。なお、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係るプレス成形方法により成形可能な材料は、鉄鋼以外にも、アルミニウム等も含まれる。

また、本発明の第３〜第５の実施形態によれば、第１の実施形態または第２の実施形態のプレス成形装置により成形された、コーナー部の外側の曲率半径の小さい、あるいは略直角の成形品を第２の被加工材として用い、さらにプレス加工を行い、他の形状の成形品を形成する。コーナー部の外側の曲率半径の小さい、あるいは略直角の成形品を第２の被加工材として用いることで、縦壁部の増肉、縦壁部あるいは天井部の延設をプレス加工により行った際、コーナー部の内側に折り込み等の疵を生じさせないことができる。

さらに、本発明の第３〜第５の実施形態のプレス成形装置により成形された成形品は、複雑な形状の成形品であり、従来は、複数の部品を溶接等により接続して形成されるのが一般的であった。しかし、第１の実施形態または第２の実施形態のプレス成形装置を用いたプレス成形と、第３〜第５の実施形態のプレス成形装置を用いたプレス成形とを組み合わせることで、複雑な形状の成形品を１部品として製造することが可能となる。これにより、部品点数を少なくすることが可能であり、部品重量も小さく、また、製造コストも削減することができる。

本発明のプレス加工装置により成形されたプレス成形品についての衝撃吸収性能を評価するため、衝突試験を実施した。本実施例では、縦壁部から延びるフランジ部が形成された、Ｕ字状部分を有するチャンネル形状のプレス成形品に対して三点曲げ試験を実施し、単位体積当たりの吸収エネルギーから衝撃吸収性能を評価した。試験は、コーナー部の形状が異なる５つのプレス成形品に対して実施した。被加工材には９８０ＭＰａ級鋼板を用いた。試験対象としたプレス成形品は、第１の実施形態に示したプレス加工装置１００をフランジ部も合わせて成形可能なように構成したプレス加工装置を用いて成形した。

ここで、試験対象とする、フランジ部を有するプレス成形品を成形するプレス成形品の成形方法を、図３０に示す。なお、図３０では、プレス加工装置７００の右半分のみを示しており、実際には、中心線に対して左右対称の部材を備えている。プレス加工装置７００は、図３０に示すように、ダイ７２０と、パンチ７４０とを含む。ダイ７２０は、固定部７２２と、内側可動ダイ（パッド）７２４と、外側可動ダイ（パッド）７２６とを含む。内側可動ダイ７２４は、クッション７２３により固定部７２２に支持されており、外側可動ダイ７２６、クッション７２５により固定部７２２に支持されている。一方、パンチ７４０は、固定パンチ７４２と、可動パンチ（パッド）７４４とを含む。可動パンチ７４４は、クッション７５０により固定パンチ７４２に支持されている。

まず、プレス加工を開始するにあたり、可動パンチ７４４と内側可動ダイ７２４とにより平板状の被加工材１０を挟持させる（ＳＴＥＰ１）。そして、外側可動ダイ７２６が固定パンチ７４２に当接するまでダイ７２０をパンチ７４０側に押し込み、固定パンチ７４２の突起部７４２ａと外側可動ダイ７２６との間で縦壁部を拘束し、可動パンチ７４４と内側可動ダイ７２４とにより天井部の中央領域を成形する（ＳＴＥＰ２）。このとき、天井部の中央領域と縦壁部との間にテーパー部が形成される。また、被加工材１０のうち、外側可動ダイ７２６と固定パンチ７４２とに挟持された部分は、フランジ部となる。

その後、さらにダイ７２０をパンチ７４０側へ押し込むと、クッション７５０が収縮して可動パンチ７４４が固定パンチ７４２に当接する。このとき、可動パンチ７４４の端面と固定パンチ７４２の突起部７４２ａの端面とが面一となる。かかる状態となることで、天井部の辺縁領域とコーナー部とが成形される。このように、可動パンチ７４４が固定パンチ７４２に遅れて押し込まれるようにすることで、コーナー部が増肉される。

図３１及び図３２に、図３０に示したプレス加工装置７００に成形されるプレス成形品８０の外形を示す。図３１は、プレス成形品８０の斜視図であり、図３２は、プレス成形品８０の正面図である。なお、図３１及び図３２では、説明のため、プレス成形品８０のフランジ部８８と平板８９とが離隔している状態を示しているが、実際には接触して溶接されている。プレス成形品８０は、チャンネル形状８２を含む長尺状の成形品である。プレス成形品８０は、縦壁部８４、天井部８６、及びフランジ部８８を有している。衝撃吸収試験に際し、プレス成形品８０のチャンネル形状８２の開口を塞ぐように平板８９を配置し、フランジ部８８にて平板８９をスポット溶接した。

本実施例では、図３１及び図３２に示した形状のプレス成形品８０を、高さＨを５０ｍｍ、チャンネル形状８２の開口幅Ｗａを８０ｍｍ、フランジ部８８を含めたプレス成形品の幅Ｗｂを１２０ｍｍとして成形した。被加工材の板厚は１．６ｍｍであった。そして、図３３及び下記表１に示すように、コーナー部８７の内側Ｃ１の曲率半径Ｒ１を１．０ｍｍで共通とし、コーナー部８７の外側Ｃ２の曲率半径Ｒ２を変化させて、各試験対象のプレス成形品を成形した。コーナー部８７の板厚が被加工材の板厚と同様である試験１のプレス成形品を基準としたときの増肉率は、表１のとおりである。また、プレス成形品８０の長手方向（Ｘ方向）の長さＬは３００ｍｍであった。

三点曲げ試験は、図３４に示すように、図３１に示した平板８９が溶接されたプレス成形品８０を、長手方向の端部が試験機の支持部５に支持されるように設置して実施した。支持部５間の距離Ｌ_Ｂは２００ｍｍであった。支持部５のコーナー部の曲率半径Ｒ_Ｂは１５ｍｍであった。そして、支持部５間の中央部において、圧子３によりプレス成形品８０の天井部８６を押圧した。圧子３は先端部が曲面に形成された円柱部材であり、重さが３００ｋｇ、直径Ｄ_Ａは１００ｍｍ、先端部Ｒ_Ａの曲率半径は５０ｍｍであった。圧子３は、プレス成形品８０の天井部８６から上方へ１ｍ離れた位置より、４．４ｍ／ｓの負荷速度でプレス成形品８０へ衝撃を与えた。

三点曲げ試験の結果として、図３５に、試験１〜５で用いたプレス成形品の増肉率と最大荷重比とを示す。ここでは、試験１のプレス成形品のコーナー部の板厚及び最大荷重を基準としている。図３５に示すように、コーナー部の増肉率が高まるにつれ最大荷重比も大きくなり、試験４のプレス成形品の最大荷重比は約１．５倍となっている。このように、コーナー部の増肉率を高めることで、初期荷重負荷を効果的に吸収でき、例えば自動車等の衝撃吸収部材として用いた場合には、衝突安全性の向上が期待できる。

また、本実施例で用いた試験２〜試験５のプレス成形品は、コーナー部の板厚が被加工材の板厚よりも増肉されていることに加え、上述のプレス加工装置７００により成形されることで、図７及び図８に示したように、天井部及びコーナー部に加工硬化した部位を有している。これにより、三点曲げ試験においても、試験２〜試験５のプレス成形品は、高い圧潰荷重を示しているものと解する。なお、従来のプレス成形装置によりプレス成形された、Ｕ字状部分を有するプレス成形品は、コーナー部のみに加工硬化した部位を有する。また、加工硬化による強度上昇も小さい。したがって、従来の手法により成形されたプレス成形品は、本発明の手法により成形されたプレス成形品のような、高い衝撃吸収性能を有することはできないと考えられる。また、上述の実施形態や本実施例にて説明したように、本発明に係るプレス成形品を成形するプレス加工方法は簡易であり、三点曲げ荷重に対して高い圧潰荷重を有する衝撃吸収部材を容易に、かつ低コストで提供することも可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態では、被加工材として鋼板を一例として挙げたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、プレス加工装置により加工される被加工材としては、鉄、アルミ、チタン、ステンレス等の金属板や、複合材料（金属−樹脂、異種金属）、炭素繊維等にも適用可能である。さらに、本発明は、被加工材を所定の温度に加熱して軟質化させた状態でプレス加工を行うホットスタンプにも適用可能である。この場合、本発明のプレス加工装置及びプレス加工方法は、被加工材の加熱後のプレス加工時に適用、実施される。ホットスタンプにより成形されたプレス成形品も、Ｕ字状部分のコーナー部が増肉されたものとなる。また、当該プレス加工装置により成形されたプレス成形品は、例えば自動車用あるいは自動車用部品に利用可能のみならず、各種車両、一般機械、家電、船舶等にも利用可能である。

１０、２０、３０、４０被加工材
１２、２２、３２、４２縦壁部
１４、２４、３４、４４天井部
１８、２８、３８、４８コーナー部
１９、４９端面
５０、６０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ成形品
１００、２００、３００プレス加工装置
４００、５００、６００プレス加工装置（第２のプレス加工装置）
１２０、２２０、４２０、５２０、６２０ダイ
１２２、２２２固定ダイ
１２４、２２４、５２４可動ダイ
１２６、２２６、４３０凹部
１４０、３４０、４４０、５４０、６４０パンチ
１４２、３４４、４４２、５４２、６４２固定パンチ
１４４外側可動パンチ
１４６内側可動パンチ
３４６、４４４、５４４、６４４可動パンチ
３６０ブランクホルダー

Claims

被加工材のプレス加工によって成形品を得るためのプレス加工方法であって、前記成形品は天井部、縦壁部、および前記天井部と前記縦壁部との間のコーナー部からなるＵ字状部分を断面に含み、
第１のパンチがダイの凹部の底面との間で前記天井部の中央領域を挟持する第１プレス加工工程と、
所定の曲率半径を有するパンチ肩を有する第２のパンチが前記第１のパンチよりも遅れて前記ダイの前記凹部の中に押し込まれ、前記凹部の側面との間で前記縦壁部を拘束するとともに、前記底面との間で前記被加工材を挟み込んで前記天井部の辺縁領域および前記コーナー部を成形する第２プレス加工工程と、
を含み、
前記天井部の中央領域を挟持する前記第１のパンチの挟持幅、および、押し込み方向における前記第２のパンチの前記第１のパンチからの後退量は、前記コーナー部の目標板厚に基づき、以下の関係式ＩＩＩまたは関係式ＩＶを満たすように設定され、
前記天井部と、前記縦壁部と、前記コーナー部とからなるＵ字状部分を断面に含む前記成形品を第２の被加工材として、
第２の成形品の形状に対応した形状であって、前記第２の被加工材を収容する凹部を有し、少なくとも前記第２の被加工材の前記天井部を支持する第２のダイと、前記第２のダイとともに前記第２の被加工材の前記天井部を挟持する第４のパンチと、前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込み、前記第２の成形品を成形する第５のパンチと、を備える第２のプレス加工装置を用いて、
前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込み、前記第２の成形品を成形する付加成形工程をさらに含む、プレス加工方法。
Ｓ _Ｔ ≧Ｓ _Ａ・・・（ＩＩＩ）
Ｓ _Ｔ＝Ｓ _Ｂ・・・（ＩＶ）
ここで、Ｓ _Ｔは、下記式（Ｄ）で表される、第１プレス加工により成形される前記天井部の中央領域と前記縦壁部との間のテーパー部の断面積、Ｓ _Ａは、下記式（Ｅ）で表される、第２プレス加工により成形される前記コーナー部が前記目標板厚となった前記成形品の稜線部の断面積、Ｓ _Ｂは、下記式（Ｆ）で表される、第２プレス加工により成形される前記コーナー部が前記目標板厚となった前記成形品の稜線部の断面積である。
ここで、Ｈ _１は前記第２のパンチの後退量に対応する、押し込み方向における前記テーパー部の長さ、Ｗ _１は幅方向における前記テーパー部の長さ、Ｒｐは前記コーナー部の内側の曲率半径、ｔは前記被加工材の板厚である。
前記第２のプレス加工装置の前記第２のダイの前記凹部は、前記第２の被加工材の前記縦壁部に対応する面間の長さが、前記第２の被加工材の前記縦壁部の外面間の長さよりも大きく形成されており、
前記付加成形工程では、前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込んで、前記第２の被加工材の前記縦壁部を増肉させる、請求項１に記載のプレス加工方法。
前記第２のプレス加工装置の前記第２のダイのうち、前記第２の被加工材の前記天井部を支持する部分は、中央領域を支持する固定ダイと、端部を支持し、前記縦壁部の延設方向に移動可能な可動ダイとからなり、
前記付加成形工程では、前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込んで、前記可動ダイを移動させて、前記縦壁部に延設される縦壁延設部を形成する、請求項１に記載のプレス加工方法。
前記第２のプレス加工装置の前記第２のダイのうち、前記第２の被加工材の前記縦壁部を支持する部分には、前記第２の被加工材の前記天井部に対応する位置に、前記縦壁部から離隔する方向に窪んだ段差部が形成されており、
前記付加成形工程では、前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込み、前記天井部に延設される天井延設部を形成する、請求項１に記載のプレス加工方法。
被加工材のプレス加工によって成形品を得るためのプレス加工方法であって、前記成形品は天井部、縦壁部、および前記天井部と前記縦壁部との間のコーナー部からなるＵ字状部分を断面に含み、
第１のパンチがダイの凹部の底面との間で前記天井部の中央領域を挟持する第１プレス加工工程と、
第２のパンチが前記第１のパンチよりも遅れて前記ダイの前記凹部の中に押し込まれ、前記凹部の側面との間で前記縦壁部を拘束するとともに、前記底面との間で前記被加工材を挟み込んで前記天井部の辺縁領域および前記コーナー部を成形する第２プレス加工工程と、
を含み、
前記天井部の中央領域を挟持する前記第１のパンチの挟持幅、および、押し込み方向における前記第２のパンチの前記第１のパンチからの後退量は、前記コーナー部の目標板厚に基づき設定され、
前記天井部と、前記縦壁部と、前記コーナー部とからなるＵ字状部分を断面に含む前記成形品を第２の被加工材として、
第２の成形品の形状に対応した形状であって、前記第２の被加工材を収容する凹部を有し、少なくとも前記第２の被加工材の前記天井部を支持する第２のダイと、前記第２のダイとともに前記第２の被加工材の前記天井部を挟持する第４のパンチと、前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込み、前記第２の成形品を成形する第５のパンチと、を備える第２のプレス加工装置を用いて、
前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込み、前記第２の成形品を成形する付加成形工程をさらに含む、プレス加工方法。
前記第２のプレス加工装置の前記第２のダイの前記凹部は、前記第２の被加工材の前記縦壁部に対応する面間の長さが、前記第２の被加工材の前記縦壁部の外面間の長さよりも大きく形成されており、
前記付加成形工程では、前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込んで、前記第２の被加工材の前記縦壁部を増肉させる、請求項５に記載のプレス加工方法。
前記第２のプレス加工装置の前記第２のダイのうち、前記第２の被加工材の前記天井部を支持する部分は、中央領域を支持する固定ダイと、端部を支持し、前記縦壁部の延設方向に移動可能な可動ダイとからなり、
前記付加成形工程では、前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込んで、前記可動ダイを移動させて、前記縦壁部に延設される縦壁延設部を形成する、請求項５に記載のプレス加工方法。
前記第２のプレス加工装置の前記第２のダイのうち、前記第２の被加工材の前記縦壁部を支持する部分には、前記第２の被加工材の前記天井部に対応する位置に、前記縦壁部から離隔する方向に窪んだ段差部が形成されており、
前記付加成形工程では、前記第２の被加工材の前記天井部を前記第２のダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記第２の被加工材の前記縦壁部の端面を押し込み、前記天井部に延設される天井延設部を形成する、請求項５に記載のプレス加工方法。