JP6648401B2 - プレス成形装置、およびプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形装置、およびプレス成形方法に関する。

被加工材をプレス加工して、ハット状断面またはＵ字状断面を有するプレス成形品を成形するプレス成形装置が利用されている。成形されたプレス成形品は、例えば自動車などの車両の部品として用いられる。

車両の部品として利用されるプレス成形品においては、衝突安全性や車体剛性などを確保する観点から、成形品の一部の強度を大きくすることが求められている。そこで、下記の特許文献１のように、ハット状断面を有する被加工材からプレス成形品をプレス成形する際に、被加工材の材料を流動させて一部を増肉させる手法が用いられている。具体的には、被加工材の縦壁部の高さを縮ませて、縦壁部を増肉させている。

特開２００８−２９６２５２号公報

ところで、縦壁部の高さを縮ませるようにプレス成形する場合には、縦壁部に座屈が発生しやすい。座屈が発生すると、適切な形状に増肉させた縦壁部を成形することが困難となる。なお、上述した特許文献１では、プレス成形時の縦壁部の座屈については、十分に検討されていない。

また、縦壁部の高さを縮ませるようにプレス成型する場合には、縦壁部と繋がったコーナ部に折れ込みが発生しやすい。折れ込みが発生すると、適切に増肉させたコーナ部を成形することが困難になる。なお、特許文献１では、プレス成型時のコーナ部の折れ込みについても、十分に検討されていない。

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、座屈や折れ込みの発生を防止しつつ、縦壁部およびコーナ部を適切に増肉させることが可能なプレス成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被加工材をプレス加工してプレス成形品を成形するプレス成形装置であって、被加工材は第１厚さの上壁部、縦壁部、および縦壁部と繋がった曲面のコーナ部を含むハット状断面またはＵ字状断面を有し、ハット状断面またはＵ字状断面の内側から被加工材を支持する第１支持部材と、縦壁部の下端部で被加工材を支持する第２支持部材と、第１支持部材とともに第２支持部材に対して相対的に下降することで、縦壁部の高さを小さくさせる一方で縦壁部およびコーナ部を第１厚さよりも大きい第２厚さに増肉させるプレス加工を実行するパンチ部材と、縦壁部を挟んで第１支持部材に対向し、プレス加工中に第１支持部材との間隔が第２厚さと同じ大きさ以下に保持されているパッド部材と、前記パッド部材を前記第１支持部材に向かって付勢する付勢部材とを備えるプレス成形装置が提供される。

上記のプレス成形装置において、前記被加工材は、長尺状の部材であり、前記パンチ部材は、前記縦壁部の長手方向の全体の高さを小さくさせる一方で、前記縦壁部の全体を前記第２厚さに増肉させても良い。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被加工材をプレス加工してプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、前記被加工材は第１厚さの上壁部、縦壁部、および前記縦壁部と繋がった曲面のコーナ部を含むハット状断面またはＵ字状断面を有し、前記被加工材を前記ハット状断面または前記Ｕ字状断面の内側から第１支持部材に支持させるステップと、前記縦壁部の下端部で前記被加工材を第２支持部材に支持させるステップと、パッド部材を前記第１支持部材に向かって付勢する付勢部材によって、前記パッド部材と前記第１支持部材との間隔を、前記プレス加工中には前記第１厚さよりも大きい第２厚さと同じ大きさ以下に保持しつつ、前記第１支持部材とともにパンチ部材を前記第２支持部材に対して相対的に下降させることで、前記第１支持部材と前記パッド部材とに挟まれた前記縦壁部の高さを小さくさせる一方で前記縦壁部を前記第２厚さに増肉させるプレス加工を実行するステップとを有するプレス成形方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、座屈や折れ込みの発生を防止しつつ、縦壁部およびコーナ部を適切に増肉させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るプレス成形品の製造工程の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第１の実施形態に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第１の実施形態に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 プレス成形品に関する３点曲げシミュレーションの条件を説明するための模式図である。 支持間隔が２００ｍｍである場合の３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。 支持間隔が３００ｍｍである場合の３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。 支持間隔が６００ｍｍである場合の３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。 ３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。 ３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。 第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品の製造工程の一例を示す模式図である。 第１の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第１の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第１の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第２の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第２の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 第２の実施形態の変形例に係るプレス成形装置の構成の一例を説明するための模式図である。 その他の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 その他の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 その他の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 その他の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 その他の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。 その他の実施形態に係るプレス成形品の構成の一例を示す斜視図である。

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、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．第１の実施形態＞
（１−１．プレス成形品の概要）
図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形品１０の構成の一例について説明する。図１は、第１の実施形態に係るプレス成形品１０の構成の一例を示す斜視図である。

プレス成形品１０は、多様な装置の部品として利用可能であるが、ここでは、自動車などの車両の部品として利用されるものとして説明する。例えば、プレス成形品１０は、高い剛性が要求される自動車のセンターピラーとして利用される。かかる場合には、センターピラーの側面に対する衝撃の安全性などを確保するために、プレス成形品１０の衝撃が作用する部位の剛性や強度を高くすることが必要である。

プレス成形品１０は、プレス成形装置により平板（ブランクとも呼ぶ）に曲げや絞りなどの加工を加えることにより成形される。第１の実施形態において、プレス成形品１０は、図１に示すように所謂ハット状断面で延びる長尺状の成形品である。具体的には、プレス成形品１０は、上壁部１２と、増肉された縦壁部１３と、フランジ部１４と、を有する。

上壁部１２は、ブランク（図２に示すブランク７０参照）の板厚と同一の厚みｔ１（例えば、１．６ｍｍ）に成形されている。上壁部１２は、プレス成形品１０の長手方向（図１のＹ方向）に沿って平らな矩形状の面となっている。

縦壁部１３は、上壁部１２に対して略垂直に形成された一対の壁部である。縦壁部１３は、それぞれ上壁部１２の幅方向（図１のＸ方向）の両端部に繋がっている。縦壁部１３の厚みｔ２（例えば、２．０ｍｍ）は、後述するプレス成形装置により増肉されて、上壁部１２の厚みｔ１よりも大きくなっている。これにより、プレス成形品１０において縦壁部１３の剛性や強度が高くなる。また、縦壁部１３は、プレス成形装置による増肉の際に、ひずみにより硬くなる（加工硬化）ので、更に剛性や強度が高くなる。なお、厚みｔ１が第１厚さに該当し、厚みｔ２が第２厚さに該当する。

フランジ部１４は、縦壁部１３の下端部に繋がっている。フランジ部１４は、上壁部１２と同一の厚みｔ１に成形されている。フランジ部１４には、例えば車両本体にプレス成形品１０を締結するための締結穴（不図示）などが形成されている。

なお、プレス成形品１０においては、図１に示すように、上壁部１２と縦壁部１３の間のコーナ部１５、および縦壁部１３とフランジ部１４のコーナ部１６も、増肉されている。具体的には、コーナ部１５、１６は、プレス成形品１０の幅方向（図１に示すＸ方向）において縦壁部１３と同一面となるように増肉されている。これにより、コーナ部１５、１６の剛性も、高くなる。

続いて、図２を参照しながら、上述した構成のプレス成形品１０の製造方法の一例について説明する。プレス成形品１０は、ブランク７０に対して２回のプレス加工を施すことで、成形される。

図２は、第１の実施形態に係るプレス成形品１０の製造工程の一例を示す模式図である。図２に示すプレス成形品１０の製造工程は、準備工程Ｓ１として、ブランク７０を準備するところから開始される。ここで、ブランク７０は、板厚ｔ１の平板であるものとする。

次に、第１成形工程Ｓ２において、ブランク７０に対して１回目のプレス加工が行われる。１回目のプレス加工は、ダイやパンチを有するプレス成形装置による曲げや絞り加工などである。１回目のプレス加工が行われた一次成形品８０は、板厚ｔ１のハット状断面を有する長尺状の成形品である。すなわち、一次成形品８０は、プレス成形品１０の上壁部１２に対応する上壁部８２と、縦壁部１３に対応する縦壁部８３と、フランジ部１４に対応するフランジ部８４とを有する。ここで、縦壁部８３の高さは、ｈ１とする。また、上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５と、縦壁部８３とフランジ部８４のコーナ部８６は、それぞれ曲面（いわゆるＲ面）となっている。

次に、第２成形工程Ｓ３において、被加工材である一次成形品８０に対して２回目のプレス加工が行われる。２回目のプレス加工は、後述するプレス成形装置１００により行なわれる。２回目のプレス加工が行なわれることで、縦壁部８３が厚みｔ２に増肉された二次成形品であるプレス成形品１０が成形される。

具体的には、一次成形品８０の縦壁部８３の高さがｈ１からｈ２に縮む一方で、縦壁部８３が厚みｔ２に増肉されている。この際、上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５、および縦壁部８３とフランジ部８４のコーナ部８６も、増肉されている。この結果、縦壁部１３、およびコーナ部１５、１６が増肉されたプレス成形品１０が成形されることになる。

上述した第１の実施形態に係るプレス成形品１０の製造方法により、板厚ｔ１の平板のブランク７０を利用して、縦壁部１３を板厚ｔ２に増肉させたハット状断面を有するプレス成形品１０を成形できる。

ところで、成形品の一部を増肉させる製造方法としては、テーラードブランクが知られている。テーラードブランクは、板厚の異なる２枚の板をプレス成形前に溶接し、１枚のブランクとするものである。２枚の板のうちの厚肉の板が、剛性や強度が必要な部位に適用される。しかし、上記のテーラードブランクにおいては、成形品に２枚の板を溶接した溶接部が残る。

また、テーラードロールドブランクが知られている。テーラードロールドブランクは、
予め一部の厚みを異ならせたロール状のコイル（鋼板を巻きつけたもの）を用いたブランクである。しかし、かかる方法の場合には、特注のコイルが必要となる。

さらに、ブランクの剛性や強度の必要な部位にスチフナーと呼ばれる補剛材を設ける方法も知られている。しかし、かかる方法の場合には、補剛材を設けるため、部品点数が増えることになる。

これに対して、第１の実施形態に係るプレス成形品１０の製造方法の場合には、溶接部が発生せず、特注のコイルを使用する必要が無く、部品点数が増えない。すなわち、簡易な製造方法により、自動車のセンターピラーに用いた際に衝撃が作用する可能性がある縦壁部１３をブランク７０の板厚ｔ１よりも増肉させたプレス成形品１０を成形できる。

（１−２．プレス成形装置の構成例）
図３〜図５を参照しながら、第１の実施形態に係るプレス成形装置１００の構成の一例について説明する。プレス成形装置１００は、被加工材である一次成形品８０のプレス加工を実施することによって、二次成形品である縦壁部１３を増肉させたプレス成形品１０を成形する。

図３〜図５は、第１の実施形態に係るプレス成形装置１００の構成の一例を説明するための模式図である。なお、図３は増肉のためのプレス加工の開始直前のプレス成形装置１００の状態を示し、図４はプレス加工中のプレス成形装置１００の状態を示し、図５はプレス加工終了時（パンチが下死点に位置する）のプレス成形装置１００の状態を示している。

プレス成形装置１００は、図３〜図５に示すように、ダイ１１０と、クッション１２０と、パンチ部材の一例であるパンチ１３０と、パッド部材の一例であるパッド１４０とを有する。なお、ダイ１１０とクッション１２０は、一次成形品８０を支持する支持部材の一例である。より具体的には、クッション１２０がハット状断面の内側で一次成形品８０を支持する第１支持部材の一例であり、ダイ１１０が縦壁部８３の下端部で一次成形品８０を支持する第２支持部材の一例である。

ダイ１１０は、プレス成形装置１００の下ホルダ（不図示）に固定されている。ダイ１１０には、一次成形品８０がセットされた際に、一次成形品８０のフランジ部８４（縦壁部８３の下端部を含む）を支持するフランジ支持凹部１１２が形成されている。また、ダイ１１０には、その上でパッド１４０を移動させることが可能なパッド移動面１１４が形成されている。

クッション１２０は、プレス成形装置１００の下ホルダによって移動可能に支持されている。クッション１２０は、セットされた一次成形品８０を、ハット状断面の内側から支持する。具体的には、クッション１２０は、一次成形品８０の上壁部８２および縦壁部８３の内側を支持する。クッション１２０は、バネなどの付勢部材１２２により上向き（方向Ｄ１）に付勢されている。

パンチ１３０は、プレス成形装置１００の上ホルダ（不図示）によって移動可能に支持されている。パンチ１３０は、セットされた一次成形品８０の上壁部８２の上方に位置しており、プレス加工の際に下向き（方向Ｄ２；方向Ｄ１の反対方向）に下降する。パンチ１３０は、図３に示すようにクッション１２０との間で上壁部８２を挟持した状態で、図４および図５に示すように二つのパッド１４０の間を方向Ｄ２に下降することで、一次成形品８０をプレス成形する。このとき、パンチ１３０は、クッション１２０とともにダイ１１０に対して相対的に下降することで、一次成形品８０の縦壁部８３の高さをｈ１からｈ２へと小さくさせる一方で、縦壁部８３の厚みをｔ１からｔ２へ増肉させるようにプレス加工する。縦壁部８３の増肉の際に、コーナ部８５、８６も増肉される。なお、縦壁部８３は、ひずみを生じながら増肉されるので、硬くなる（加工硬化）。パンチ１３０は、このようなプレス加工を、一次成形品８０の長手方向の全体について実行する。

パッド１４０は、一次成形品８０の縦壁部８３の外側に位置し、縦壁部８３を挟んでクッション１２０に対向する。パッド１４０は、ダイ１１０のパッド移動面１１４上に左右方向（方向Ｄ３または方向Ｄ４）に移動可能に設けられている。パッド１４０は、バネなどの付勢部材１４２により、縦壁部８３に向かう方向Ｄ３に付勢されている。付勢部材１４２は、その一方の端部がパッド１４０と連結され、他方の端部がダイ１１０に連結されている。

このように付勢されたパッド１４０は、プレス加工中にクッション１２０との間隔が縦壁部８３の増肉後の厚み（すなわち、厚みｔ２）以下に保持されている。具体的には、パンチ１３０によるプレス加工の際に、付勢部材１４２に付勢されたパッド１４０が、付勢部材１４２の付勢方向とは逆方向に移動しながら増肉中の縦壁部８３に接触し続けるので、縦壁部８３の座屈を防止できる。

なお、上記では、一次成形品８０の縦壁部８３およびコーナ部８５、８６を増肉させることとしたが、これに限定されず、縦壁部８３のみを増肉させて良い。また、上記では、一次成形品８０の長手方向の全体で縦壁部８３を増肉させることにしたが、これに限定されず、縦壁部８３の長手方向の一部のみを増肉させても良い。

（１−３．プレス成形装置の動作例）
次に、プレス成形装置１００のプレス加工時の動作例について、引き続き図３〜図５を参照しながら説明する。本動作例は、図３に示すように、セットされた一次成形品８０がクッション１２０、パンチ１３０、およびパッド１４０に挟持された状態から開始される。

まず、パンチ１３０が方向Ｄ２に下降し始め、一次成形品８０に荷重が加わる。これに伴い、クッション１２０も、付勢部材１２２の方向Ｄ１への付勢力に抗い、方向Ｄ２に下降する。これによって、図４に示すように、荷重を受けた一次成形品８０の縦壁部８３は、方向Ｄ２において縮む一方で、方向Ｄ４（方向Ｄ３の反対方向）に膨らむ。

パッド１４０は付勢部材１４２によって方向Ｄ３に付勢されているが、縦壁部８３が方向Ｄ４に膨らむ際にパッド１４０に対して縦壁部８３から方向Ｄ４に力が作用する。これにより、パッド１４０も、付勢部材１４２の付勢力に抗い、方向Ｄ４に移動する。この際、付勢部材１４２に付勢されたパッド１４０が縦壁部８３に接触した状態を維持するので、縦壁部８３が撓んで座屈することを防止できる。この結果、縦壁部８３を均一な厚さｔ２に増肉させることが可能となる。

そして、図５に示すようにパンチ１３０が下死点に達するまで、クッション１２０およびパッド１４０が移動し続ける。この際、付勢部材１４２の付勢力は、パッド１４０とクッション１２０との間隔がｔ２より大きくならないように調節されている。これにより、縦壁部８３が厚みｔ２に増肉されることになる。この際、上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５、および縦壁部８３とフランジ部８４のコーナ部８６も、増肉される。なお、縦壁部８３は、ひずみを生じながら増肉するので硬くなる（加工硬化）。

一方で、パンチ１３０が下死点に達するまで、一次成形品８０の上壁部８２およびフランジ部８４は、厚みｔ１を維持している。この結果、プレス成形が完了すると、図１に示すような縦壁部１３、およびコーナ部１５、１６を増肉させた二次成形品であるプレス成形品１０が成形される。

（１−４．有効性）
上述したプレス成形装置１００により成形されたプレス成形品１０の有効性について、プレス成形品１０に関して３点曲げシミュレーションを実施した場合の解析結果を用いて説明する。

図６は、プレス成形品１０に関する３点曲げシミュレーションの条件を説明するための模式図である。シミュレーションにおいて、プレス成形品１０は、図６に示すように長手方向の両端側に位置する支持部材５１０に裏板５２０を挟んで支持される。この際、プレス成形品１０は、フランジ部１４において平板である裏板５２０に溶接で固定されている。そして、支持部材５１０に支持されたプレス成形品１０の長手方向の中央側に、圧子５３０によって所定荷重を加える。これにより、プレス成形品１０の荷重を加えられた部位が、変形および変位することになる。

以下では、図７〜図９を参照しながら、縦壁部１３を増肉させた本実施例に係るプレス成形品１０に関する解析結果と、縦壁部を増肉させていない比較例１に係るプレス成形品に関する解析結果とを比較して説明する。なお、シミュレーションは、プレス成形品を支持する二つの支持部材５１０の間の支持間隔が２００ｍｍ、３００ｍｍ、６００ｍｍの場合について、それぞれ行なっている。ここで、プレス成形品１０の上壁部１２およびフランジ部１４の板厚は１．０ｍｍであり、縦壁部１３の板厚を増肉（１．２ｍｍ〜２．０ｍｍ）させている。比較例１に係る成形品の上壁部、縦壁部、およびフランジ部の板厚が均一であり、ここでは、１．０ｍｍである。

図７は、２つの支持部材５１０の間の支持間隔が２００ｍｍである場合の３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。図８は、支持間隔が３００ｍｍである場合の３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。図９は、支持間隔が６００ｍｍである場合の３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。

図７〜図９の６つのグラフの横軸は、縦壁部１３の板厚を示す。図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）の各グラフの縦軸は、プレス成形品が変位する最大荷重を示し、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）の各グラフの縦軸は、プレス成形品が吸収する吸収エネルギーを示す。なお、解析結果としては、加工硬化を反映していない解析結果と、加工硬化を反映した解析結果とが示されている。図７〜図９を見ると分かるように、縦壁部１３の板厚が大きくなるほど、プレス成形品１０が変位する最大荷重や吸収エネルギーが大きくなる。また、加工硬化を反映させた場合には、最大荷重や吸収エネルギーが更に大きくなる。すなわち、本実施例に係るプレス成形品１０は、変形し難く、エネルギーの吸収量も大きい。これにより、第１の実施形態に係るプレス成形品１０を自動車のセンターピラーに利用した際に、衝突性能を向上させることができる。

次に、図１０および図１１を参照して、本実施例に係るプレス成形品１０と、引張強さが異なる比較例２、３に係るプレス成形品とに関する３点曲げシミュレーションの解析結果について説明する。図１０および図１１は、３点曲げシミュレーションの解析結果を示すグラフである。

図１０および図１１に示す本実施例に係るプレス成形品１０の解析結果は、図８Ａおよび図８Ｂと同じである。比較例２、および比較例３の成形品については、上壁部、縦壁部、およびフランジ部の板厚が均一であり、ここでは、１．０ｍｍと１．２ｍｍの場合について解析している。ここで、比較例２の成形品は、引張強さ９８０ＭＰａ級の材料から成る。比較例３の成形品は、引張強さ１１８０ＭＰａ級の材料から成る。

図１０および図１１を見ると分かるように、本実施例のプレス成形品１０は、引張強さ９８０ＭＰａ級の比較例２の成形品以上の特性を示す。また、プレス成形品１０の縦壁部の板厚を１．２ｍｍにした場合には、板厚１．２ｍｍの引張強さ１１８０ＭＰａ級の比較例３の成形品と同等の特性を示す。このため、第１の実施形態に係るプレス成形装置１００によれば、引張強さが低い材料を用いてプレス成形することで、引張強さの大きい材料に係る成形品と同様な特性を確保できる。このため、材料を軽量化しつつ、プレス成形品１０の特性を維持できる。

（１−５．変形例）
図１２〜図１６を参照しながら、第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品２０およびプレス成形装置１５０の構成例について説明する。

（１−５−１．プレス成形品の構成例）
図１２および図１３を参照しながら、第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品２０の構成の一例について説明する。図１２は、第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品２０の構成の一例を示す斜視図である。図１３は、第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品２０の製造工程の一例を示す模式図である。

プレス成形品２０も、図１２に示すように所謂Ｕ字状断面で延びる長尺状の成形品である。具体的には、プレス成形品２０は、上壁部２２と縦壁部２３とを有するが、図１に示すプレス成形品１０のフランジ部１４を有しない。このため、プレス成形品２０を車両本体に締結するための締結穴は、上壁部２２または縦壁部２３に形成されることになる。

プレス成形品２０においても、縦壁部２３は、上壁部２２の厚みｔ１よりも大きい厚みｔ２に増肉されている。また、上壁部２２と縦壁部２３の間のコーナ部２５も、縦壁部２３と同一面となるように増肉されている。これにより、縦壁部２３およびコーナ部２５の剛性が高くなる。

上述した構成のプレス成形品２０も、図１３に示すように、プレス成形品１０と同様に、準備工程Ｓ１１で準備された板厚ｔ１の平板であるブランク７０に対して、２回のプレス加工（図１３に示す第１成形工程Ｓ１２および第２成形工程Ｓ１３）を施すことで成形される。すなわち、第１成形工程Ｓ１２により、板厚ｔ１のハット状断面を有する一次成形品８０が形成される。そして、第２成形工程Ｓ１３により、縦壁部が高さｈ２に縮んだ分だけ厚さｔ２に増肉された二次成形品であるプレス成形品２０が成形される。

（１−５−２．プレス成形装置の構成例、および動作例）
図１４〜図１６を参照しながら、第１の実施形態の変形例に係るプレス成形装置１５０の構成および動作の一例について説明する。プレス成形装置１５０も、一次成形品８０のプレス加工を実施することによって、二次成形品である縦壁部２３を増肉させたプレス成形品２０を成形する。

図１４〜図１６は、第１の実施形態の変形例に係るプレス成形装置１５０の構成の一例を説明するための模式図である。なお、図１４は増肉のためのプレス加工の開始直前のプレス成形装置１５０の状態を示し、図１５はプレス加工中のプレス成形装置１５０の状態を示し、図１６はプレス加工終了時（パンチが下死点に位置する）のプレス成形装置１５０の状態を示している。

プレス成形装置１５０は、図１４〜図１６に示すように、ダイ１６０と、クッション１２０と、パンチ１３０と、パッド１４０とを有する。ダイ１６０は、フランジ支持凹部１１２が形成されていない点を除けば、図３〜図５に示すプレス成形装置１００のダイ１１０の構成と同様である。また、プレス成形装置１５０のクッション１２０、パンチ１３０、およびパッド１４０の構成は、プレス成形装置１００と同一である。このため、プレス成形装置１５０のダイ１６０、クッション１２０、パンチ１３０、およびパッド１４０の主な機能は、プレス成形装置１００と同様である。

続いて、プレス成形装置１５０のプレス加工時の動作例について説明する。
本動作例においては、図１４に示す状態からパンチ１３０およびクッション１２０が方向Ｄ２に下降し始め、一次成形品８０に荷重が加わる。これによって、図１５に示すように、一次成形品８０の縦壁部８３は、方向Ｄ２において縮む一方で、方向Ｄ４に膨らむ。この際、付勢部材１４２に付勢されたパッド１４０が縦壁部８３に接触した状態を維持するので、縦壁部８３が撓んで座屈することを防止できる。この結果、縦壁部８３を均一な厚さｔ２に増肉させることが可能となる。

そして、図１６に示すようにパンチ１３０が下死点に達するまで、クッション１２０およびパッド１４０が移動し続ける。この際、付勢部材１４２の付勢力は、パッド１４０とクッション１２０との間隔がｔ２より大きくならないように調節されている。これにより、縦壁部８３が厚みｔ２に増肉されることになる。上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５も、増肉される。なお、縦壁部８３は、ひずみを生じながら増肉するので硬くなる。

一方で、パンチ１３０が下死点に達するまで、一次成形品８０の上壁部８２は、厚みｔ１を維持している。この結果、プレス成形が完了すると、図１２に示すような縦壁部２３およびコーナ部２５を増肉させた二次成形品であるプレス成形品２０が成形される。

＜２．第２の実施形態＞
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係るプレス成形品は、コーナ部の厚み（図１９参照）が第１の実施形態に係るプレス成形品１０と異なる点を除けば、プレス成形品１０と同一である。一方で、第２の実施形態に係るプレス成形装置は、第１の実施形態に係るプレス成形装置１００と異なる。そこで、以下では、第２の実施形態に係るプレス成形装置の構成例、及び動作例について説明する。

（２−１．プレス成形装置の構成例）
図１７〜図１９を参照しながら、第２の実施形態に係るプレス成形装置２００の構成の一例について説明する。プレス成形装置２００は、被加工材である一次成形品８０のプレス加工を実施することによって、二次成形品である縦壁部１３を増肉させたプレス成形品１０を成形する。

図１７〜図１９は、第２の実施形態に係るプレス成形装置２００の構成の一例を説明するための模式図である。なお、図１７は増肉のためのプレス加工の開始直前のプレス成形装置２００の状態を示し、図１８はプレス加工中のプレス成形装置２００の状態を示し、図１９はプレス加工終了時（パンチが下死点に位置する）のプレス成形装置２００の状態を示している。

プレス成形装置２００は、図１７〜図１９に示すように、ダイ２１０と、クッション２２０と、パンチ部材の一例であるパンチ２３０と、パッド部材の一例であるパッド２４０とを有する。なお、ダイ２１０とクッション２２０は、一次成形品８０を支持する支持部材の一例である。より具体的には、クッション２２０がハット状断面の内側で一次成形品８０を支持する第１支持部材の一例であり、ダイ２１０が縦壁部８３の下端部で一次成形品８０を支持する第２支持部材の一例である。

ダイ２１０は、プレス成形装置２００の下ホルダ（不図示）に固定されている。ダイ１１０には、一次成形品８０がセットされた際に、一次成形品８０のフランジ部８４（縦壁部８３の下端部を含む）を支持するフランジ支持凹部２１２が形成されている。ダイ２１０の上面１１４は、パッド２４０と接触している。

クッション２２０は、プレス成形装置２００の下ホルダによって移動可能に支持されている。クッション２２０は、セットされた一次成形品８０を、ハット状断面の内側から支持する。具体的には、クッション２２０は、一次成形品８０の上壁部８２および縦壁部８３の内側を支持する。クッション２２０は、バネなどの付勢部材２２２により上向き（方向Ｄ１）に付勢されている。

パンチ２３０は、プレス成形装置２００の上ホルダ（不図示）によって移動可能に支持されている。パンチ２３０は、セットされた一次成形品８０の上壁部８２の上方に位置しており、プレス加工の際に下向き（方向Ｄ２；方向Ｄ１の反対方向）に下降する。パンチ２３０は、図３に示すように二つのパッド２４０の間を方向Ｄ２に下降することで、一次成形品８０をプレス成形する。

パッド２４０は、一次成形品８０の縦壁部８３の外側に位置し、縦壁部８３を挟んでクッション２２０に対向する。パッド２４０は、バネなどの付勢部材２４２により方向Ｄ２に（つまり、パンチ２３０の移動方向に沿って）付勢され、ダイ２１０の上面２１４と接触している。付勢部材２４２は、その一方の端部がパッド２４０と連結され、他方の端部がパンチ２３０に連結されている。

プレス成形装置２００においては、付勢部材２４２に付勢されたパット２４０とクッション２２０の間の隙間が、縦壁部８３の増肉後の厚さｔ２と同じ大きさに保持されている。このため、パンチ２３０によるプレス加工の際に増肉される縦壁部８３が、パッド２４０に接触するため、縦壁部８３の座屈を防止できる。

さらに、ダイ２１０のフランジ支持凹部２１２に隣接する部分には、一次成形品８０の縦壁部８３とフランジ部８４のコーナ部８６の増肉量を規制する規制凸部２１６が形成されている。同様に、パンチ２３０のパッド２４０に隣接する端部には、一次成形品８０の上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５の増肉量を規制する規制凸部２３６が形成されている。規制凸部２１６および規制凸部２３６は、それぞれ増肉されたコーナ部８５、８６の厚みが、ｔ２となるように形成されている。これにより、コーナ部８５、８６が増肉される空間が制限されることで、増肉の際にコーナ部８５、８６の折れ込みが発生することを防止できる。

なお、規制凸部は、ダイ２１０とパンチ２３０のいずれか一方にのみ設けられても良い。また、規制凸部が、第１の実施形態に係るプレス成形装置１００に形成されても良い。かかる場合にも、増肉の際にコーナ部８５、８６の折れ込みが発生することを防止できる。

（２−２．プレス成形装置の動作例）
次に、プレス成形装置２００の動作例について、引き続き図１７〜図１９を参照しながら説明する。

本動作例においては、図１７に示す状態からパンチ２３０が方向Ｄ２に下降し始め、一次成形品８０に荷重を加える。これに伴い、クッション２２０も、付勢部材２２２の方向Ｄ１への付勢力に抗い、方向Ｄ２に下降する。これによって、図１８に示すように、荷重を受けた一次成形品８０の縦壁部８３は、方向Ｄ２において縮む一方で、方向Ｄ４に膨らむ。

そして、図１９に示すようにパンチ２３０が下死点に達するまで、クッション２２０が移動し続ける一方で、パッド２４０の位置は、付勢部材２４２に付勢されてクッション２２０との間隔が一定になるように保持されている。このため、パッチ２３０が下降する前はパッド２４０に接触していなかった縦壁部８３が、クッション２２０とパッド２４０の間を埋めるように膨らみ、パッド２４０に接触することになる。

この際、パッド２４０によって縦壁部８３の方向Ｄ４への膨らみが規制され、大きく撓むことが無いので、縦壁部８３が座屈することを防止できる。この結果、縦壁部８３は、均一な厚さｔ２に増肉される。同時に、上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５、および縦壁部８３とフランジ部８４のコーナ部８６も、増肉される。この際、規制凸部２１６、２３６によってコーナ部８５、８６の折れ込みが発生せず、コーナ部８５、８６も厚さｔ２に増肉される。

一方で、パンチ２３０が下死点に達するまで、一次成形品８０の上壁部８２およびフランジ部８４は、厚みｔ１を維持している。この結果、プレス成形が完了すると、縦壁部１３、およびコーナ部１５、１６を増肉させた二次成形品であるプレス成形品１０が生成される。このように生成されたプレス成形品１０も、前述した図７〜図１１で説明したプレス成形品１０と同様な特性を示し、自動車のセンターピラーに利用した際に衝突性能を向上させることができる。

（２−３．変形例）
第２の実施形態の変形例について説明する。以下では、図２０〜図２２を参照しながら、第２の実施形態の変形例に係るプレス成形装置２５０の構成および動作の一例について説明する。なお、プレス成形装置２５０により成形されるプレス成形品は、コーナ部の厚み（図２２参照）が第１の実施形態の変形例に係るプレス成形品２０と異なる点を除けば、プレス成形品２０と同一である。

図２０〜図２２は、第２の実施形態の変形例に係るプレス成形装置２５０の構成の一例を説明するための模式図である。なお、図２０は増肉のためのプレス加工の開始直前のプレス成形装置２５０の状態を示し、図２１はプレス加工中のプレス成形装置２５０の状態を示し、図２２はプレス加工終了時（パンチが下死点に位置する）のプレス成形装置２５０の状態を示している。

プレス成形装置２５０は、図２０〜図２２に示すように、ダイ２６０と、クッション２２０と、パンチ２３０と、パッド２４０とを有する。ダイ２６０は、フランジ支持凹部２１２および規制凸部２１６が形成されていない点を除けば、図１７〜図１９に示すプレス成形装置２００のダイ２１０の構成と同様である。また、プレス成形装置２５０のクッション２２０、パンチ２３０、およびパッド２４０の構成は、プレス成形装置２００と同一である。このため、プレス成形装置２５０のダイ２６０、クッション２２０、パンチ２３０、およびパッド２４０の主な機能は、プレス成形装置２００と同様である。

続いて、プレス成形装置２５０のプレス加工時の動作例について説明する。
本動作例においては、図２０に示す状態からパンチ２３０およびクッション２２０が方向Ｄ２に下降し始め、一次成形品８０に荷重が加わる。これによって、図２１に示すように、一次成形品８０の縦壁部８３は、方向Ｄ２において縮む一方で、方向Ｄ４に膨らむ。

そして、図２２に示すようにパンチ２３０が下死点に達するまで、クッション２２０が移動し続ける一方で、パッド２４０の位置は、付勢部材２４２に付勢されてクッション２２０との間隔が一定になるように保持されている。このため、パッチ２３０が下降する前はパッド２４０に接触していなかった縦壁部８３が、クッション２２０とパッド２４０の間を埋めるように膨らみ、パッド２４０に接触することになる。

この際、パッド２４０によって縦壁部８３の方向Ｄ４への膨らみが規制され、大きく撓むことが無いので、縦壁部８３が座屈することを防止できる。この結果、縦壁部８３は、均一な厚さｔ２に増肉される。同時に、上壁部８２と縦壁部８３のコーナ部８５も、増肉される。この際、規制凸部２１６によってコーナ部８５の折れ込みが発生せず、コーナ部８５も厚さｔ２に増肉される。

一方で、パンチ２３０が下死点に達するまで、一次成形品８０の上壁部８２は、厚みｔ１を維持している。この結果、プレス成形が完了すると、縦壁部２３、コーナ部２５を増肉させた二次成形品であるプレス成形品２０が生成される。

なお、上記では、プレス成形品１０、２０が、平坦な上壁部１２、２２をもつハット状断面またはＵ字状断面を有する例について説明した。しかし、プレス成形品の断面形状はこれらの例には限定されず、例えば図２３に示すように上壁部が曲率をもったハット状断面またはＵ字状断面であっても良い。

図２３は、その他の実施形態に係るプレス成形品５０の構成の一例を示す斜視図である。プレス成形品５０は、Ｕ字状断面で延びる長尺状の成形品である。プレス成形品５０は、曲率をもった上壁部５２と、縦壁部５３とを有する。プレス成形品５０は、Ｕ字状断面を有し板厚ｔ１の一次成形品に対して、プレス成形装置によってプレス成形品１０、２０と同様に、縦壁部５３が板厚ｔ２に増肉されるようにプレス加工したものである。

また、上記では、プレス成形品１０、２０が、直線的な縦断面（ハット状断面またはＵ字状断面に直交する方向の断面）を有する例について説明した。しかし、プレス成形品の縦断面形状はこれらの例には限定されず、例えば図２４、図２５、および図２６に示すように、湾曲した縦断面を有してもよい。

図２４は、上方に湾曲した縦断面を有するハット状断面のプレス成形品１０ｂの構成の一例を示す斜視図である。プレス成形品１０ｂでも、プレス成形品１０と同様に、上壁部１２およびフランジ部１４の部分の板厚ｔ１に対して、縦壁部１３が板厚ｔ２に増肉されている。

図２５は、上方に湾曲した縦断面を有するＵ字状断面のプレス成形品２０ｂの構成の一例を示す斜視図である。プレス成形品２０ｂでも、プレス成形品２０と同様に、上壁部２２の板厚ｔ１に対して、縦壁部２３が板厚ｔ２に増肉されている。

図２６は、上方に湾曲した縦断面を有し、かつ曲率をもった上壁部５２を有するＵ字状断面のプレス成形品５０ｂの構成の一例を示す斜視図である。プレス成形品５０ｂでも、プレス成形品５０と同様に、上壁部５２の板厚ｔ１に対して、縦壁部５３が板厚ｔ２に増肉されている。

また、上記では、プレス成形品１０、２０が、直線的な長手形状を有する例について説明した。しかし、プレス成形品の長手形状はこれらの例には限定されず、例えば図２７、図２８に示すように、湾曲した長手形状を有してもよい。

図２７は、湾曲した長手形状を有するハット状断面のプレス成形品１０ｃの構成の一例を示す斜視図である。プレス成形品１０ｃでも、プレス成形品１０と同様に、上壁部１２およびフランジ部１４の部分の板厚ｔ１に対して、縦壁部１３が板厚ｔ２に増肉されている。

図２８は、湾曲した長手形状を有するＵ字状断面のプレス成形品２０ｃの構成の一例を示す斜視図である。プレス成形品２０ｃでも、プレス成形品２０と同様に、上壁部２２の板厚ｔ１に対して、縦壁部２３が板厚ｔ２に増肉されている。

＜３．まとめ＞
上述した第１の実施形態および第２の実施形態において、パンチ１３０、２３０は、第１支持部材（クッション１２０、２２０）とともに第２支持部材（ダイ１１０、２１０）に対して相対的に下降することで、被加工材（一次成形品８０）の縦壁部８３の高さを小さくさせる一方で、縦壁部８３を第２厚さ（厚さｔ２）に増肉させるプレス加工を実行する。増肉される縦壁部８３を挟んでクッション１２０、２２０に対向するパッド１４０、２４０は、例えば図３〜図５に示すように付勢部材１４２、２４２により付勢され、プレス加工中にクッション１２０、２２０との間隔が厚さｔ２以下に保持されている。

かかる構成の場合には、プレス加工により厚さｔ１から厚さｔ２に増肉される一次成形品８０の縦壁部８３が、付勢部材１４２、２４２により付勢されたパッド１４０、２４０に接触することになる。このため、増肉中の縦壁部８３が撓むことを抑制できるので、プレス加工中に縦壁部８３に座屈が発生することも防止できる。この結果、一次成形品８０の縦壁部８３を適切に増肉させることが可能となる。

また、パンチ１３０、２３０と第２支持部材（ダイ１１０、２１０）の少なくともいずれか一方に設けられる増肉規制部（規制凸部２３６、規制凸部２１６）は、増肉中のコーナ部８５、８６に接触してコーナ部８５、８６の厚さを第２厚さ（厚さｔ２）以下に規制する。これにより、コーナ部８５、８６が増肉される空間が制限されることで、増肉の際にコーナ部８５、８６の折れ込みが発生することを防止できる。

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。

１０、２０ プレス成形品
１２、２２ 上壁部
１３、２３ 縦壁部
１４ フランジ部
１５、１６、２５ コーナ部
７０ ブランク
８０ 一次成形品
８２ 上壁部
８３ 縦壁部
８４ フランジ部
８５、８６ コーナ部
１００、１５０、２００、２５０ プレス成形装置
１１０、１６０、２１０、２６０ ダイ
１２０、２２０ クッション
１２２ 付勢部材
１３０、２３０ パンチ
１４０、２４０ パッド
１４２ 付勢部材

Claims (3)

1. 被加工材をプレス加工してプレス成形品を成形するプレス成形装置であって、前記被加工材は第１厚さの上壁部、縦壁部、および前記縦壁部と繋がった曲面のコーナ部を含むハット状断面またはＵ字状断面を有し、
   前記ハット状断面または前記Ｕ字状断面の内側から前記被加工材を支持する第１支持部材と、
   前記縦壁部の下端部で前記被加工材を支持する第２支持部材と、
   前記第１支持部材とともに前記第２支持部材に対して相対的に下降することで、前記縦壁部の高さを小さくさせる一方で前記縦壁部および前記コーナ部を前記第１厚さよりも大きい第２厚さに増肉させるプレス加工を実行するパンチ部材と、
   前記縦壁部を挟んで前記第１支持部材に対向し、前記プレス加工中に前記第１支持部材との間隔が前記第２厚さと同じ大きさ以下に保持されているパッド部材と、
   前記パッド部材を前記第１支持部材に向かって付勢する付勢部材と
   を備えるプレス成形装置。
2. 請求項１に記載のプレス成形装置において、
   前記被加工材は、長尺状の部材であり、
   前記パンチ部材は、前記縦壁部の長手方向の全体の高さを小さくさせる一方で、前記縦壁部の全体を前記第２厚さに増肉させる、プレス成形装置。
3. 被加工材をプレス加工してプレス成形品を成形するプレス成形方法であって、前記被加工材は第１厚さの上壁部、縦壁部、および前記縦壁部と繋がった曲面のコーナ部を含むハット状断面またはＵ字状断面を有し、
   前記被加工材を前記ハット状断面または前記Ｕ字状断面の内側から第１支持部材に支持させるステップと、
   前記縦壁部の下端部で前記被加工材を第２支持部材に支持させるステップと、
   パッド部材を前記第１支持部材に向かって付勢する付勢部材によって、前記パッド部材と前記第１支持部材との間隔を、前記プレス加工中には前記第１厚さよりも大きい第２厚さと同じ大きさ以下に保持しつつ、前記第１支持部材とともにパンチ部材を前記第２支持部材に対して相対的に下降させることで、前記第１支持部材と前記パッド部材とに挟まれた前記縦壁部の高さを小さくさせる一方で前記縦壁部を前記第２厚さに増肉させるプレス加工を実行するステップと
   を有するプレス成形方法。

Images