JP7295493B1 - プレス成形装置及びプレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

このプレス成形装置は、パンチと、ダイと、ブランクホルダと、を備え、パンチは、頂面と、側面と、頂面と側面の間に配置されたパンチ肩と、を有し、パンチ肩は、曲率半径５００ｍｍ以上で延在するパンチ肩真直部と、曲率半径５００ｍｍ未満で延在するパンチ肩湾曲部と、を備え、頂面におけるパンチ肩湾曲部に隣接する箇所は、頂面の外側に向かって凸に張り出し、頂面には、プレス方向に突出する凸部があり、凸部は、パンチ肩真直部が延在する延在方向に沿って延在し、ダイのダイ穴の底面は、頂面に対応する形状であり、ブランクホルダは、ダイの板押さえ面に対向して配置される。

Description

本発明は、プレス成形装置及びプレス成形品の製造方法に関する。
本願は、２０２２年２月１０日に、日本に出願された特願２０２２－０１９５６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、高強度で薄肉の素材の端部を挟持した状態で、ダイとパンチとの間に挟んでプレスする絞り成形により、所望の形状の成形品を形成するプレス成形装置があった（例えば、特許文献１参照）。

特許第２５６０４１６号公報

しかしながら、従来のプレス成形装置による絞り成形には、成形品の湾曲部の近傍にしわや割れ等の不具合が生じるおそれがあった。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、成形品の湾曲部に生じる不具合を抑制できるプレス成形装置、及びプレス成形品の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明の態様１は、パンチと、ダイと、ブランクホルダと、を備え、前記パンチは、頂面と、側面と、前記頂面と前記側面の間に配置されたパンチ肩と、を有し、前記パンチ肩は、曲率半径５００ｍｍ以上で延在するパンチ肩真直部と、曲率半径５００ｍｍ未満で延在するパンチ肩湾曲部と、を備え、前記頂面における前記パンチ肩湾曲部に隣接する箇所は、前記頂面の外側に向かって凸に張り出し、前記頂面には、プレス方向に突出する凸部があり、前記凸部は、前記パンチ肩真直部が延在する延在方向に沿って延在し、前記ダイのダイ穴の底面は、前記頂面に対応する形状であり、前記ブランクホルダは、前記ダイの板押さえ面に対向して配置される、プレス成形装置である。

（２）本発明の態様２は、前記プレス方向から見て、前記凸部の前記延在方向の先端と前記パンチ肩真直部の中心との前記延在方向の間隔は、前記パンチ肩真直部の前記延在方向の長さの４０％以上である、（１）に記載のプレス成形装置であってもよい。
（３）本発明の態様３は、前記プレス方向から見て、前記パンチ肩真直部と前記パンチ肩湾曲部の間を通り前記延在方向に垂直な第１直線と、前記パンチ肩湾曲部の中央部を通り前記第１直線に平行な第２直線との間に、前記凸部の前記先端部がある、（１）又は（２）に記載のプレス成形装置であってもよい。

（４）本発明の態様４は、前記凸部を通り、前記延在方向に垂直な断面において、前記凸部の表面の長さは、前記プレス方向に垂直な前記凸部の幅の１．２倍より大きい、（１）から（３）のいずれか一に記載のプレス成形装置であってもよい。
（５）本発明の態様５は、前記凸部を通り、前記プレス方向及び前記延在方向にそれぞれ沿った断面において、前記凸部の前記延在方向の先端部の表面と前記プレス方向のなす角は３０°以上である、（１）から（４）のいずれか一に記載のプレス成形装置であってもよい。

（６）本発明の態様６は、前記プレス方向から見て、前記頂面の図心は、前記凸部の前記プレス方向の高さの２０％以上の頂部の内側にある、（１）から（５）のいずれか一に記載のプレス成形装置であってもよい。
（７）本発明の態様７は、前記パンチ肩湾曲部の両側にある２つの前記パンチ肩真直部のなす角は、鋭角である、（１）から（６）のいずれか一に記載のプレス成形装置であってもよい。

（８）本発明の態様８は、（１）から（７）のいずれか一に記載のプレス成形装置を使用するプレス成形品の製造方法であって、金属板を前記ダイと前記ブランクホルダとで挟み、前記金属板を前記プレス成形装置で絞り成形し、前記金属板の引張強さは９８０ＭＰａ以上である、プレス成形品の製造方法である。

（９）本発明の態様９は、前記凸部によって前記金属板に成形された部分を除去する、（８）に記載のプレス成形品の製造方法であってもよい。

本発明のプレス成形装置及びプレス成形品の製造方法によれば、成形品の湾曲部に生じる不具合を抑制することができる。

本発明の一実施形態のプレス成形装置により製造されるプレス成形品の斜視図である。 同プレス成形品の平面図である。 同プレス成形品から製造される環状部品の斜視図である。 同プレス成形装置を分解した斜視図である。 金属板を絞り成形する前の、同プレス成形装置の断面図である。 同プレス成形装置のパンチの平面図である。 図６中の切断線Ａ１－Ａ１の断面図である。 図６中の切断線Ａ２－Ａ２の断面図である。 本発明の一実施形態におけるプレス成形品の製造方法を示すフローチャートである。 金属板を絞り成形する途中の、同プレス成形装置の断面図である。 金属板を絞り成形した後の、同プレス成形装置の断面図である。 比較例プレス成形品の要部における、金属板の流入状態を示す平面図ある。 同プレス成形品の要部における、金属板の流入状態を示す平面図ある。 （Ｄｅ／Ｄｓ）の値に対する板厚減少率比の変化を示す図である。 線長比（Ｌｐ／Ｌｓ）に対する板厚減少率比の変化を示す図である。 深さＨｐに対する板厚減少率比の変化を示す図である。 一実施形態の第１変形例のプレス成形品の平面図である。 第１変形例のプレス成形品に対する、（Ｄｅ／Ｄｓ）の値に対する板厚減少率比の変化を示す図である。 一実施形態の第２変形例のプレス成形品の斜視図である。 一実施形態の第３変形例のプレス成形品の斜視図である。 一実施形態の第４変形例のプレス成形品の斜視図である。 一実施形態の第１変形例の環状部品の斜視図である。 一実施形態の第２変形例の環状部品の斜視図である。 一実施形態の第３変形例の環状部品の斜視図である。

以下、本発明に係るプレス成形装置及びプレス成形品の製造方法の一実施形態を、図１から図２４を参照しながら説明する。
以下ではまず、プレス成形装置及びプレス成形品の製造方法により製造される環状部品、及び環状部品を製造する際に途中で成形される中間成形品であるプレス成形品について説明する。

〔プレス成形品〕
図１及び図２に示すように、例えば、プレス成形品１００Ａは、天板１０と、周壁２０と、フランジ３０と、を備える。プレス成形品１００Ａは、深皿状の形状である。
天板１０は、天板１０の厚さ方向に見たときに、角が丸い多角形状を呈する。この例では、天板１０は、長辺及び短辺を有する矩形状の角を丸くした、角が丸い矩形状を呈する。すなわち、２つの丸い角の間には、長辺又は短辺がある。
天板１０には、突出部１１が形成されている。この例では、天板１０には、２つの突出部１１が形成されている。各突出部１１は、天板１０の第１面１０ａ側の厚さ方向（突出方向）Ｄ１に向かって突出している。ここで、天板１０における第１面１０ａとは反対側の面を、第２面１０ｂと言う。すなわち、天板１０の深皿状の形状の外側面が第１面１０ａ、天板１０の深皿状の形状の内側面が第２面１０ｂである。
各突出部１１は、天板１０の第２面１０ｂから見ると、前記長辺に沿う方向に延在する（延びる）溝である。２つの突出部１１は、天板１０の前記短辺に沿う方向に、互いに間隔を空けて配置されている。２つの突出部１１は、天板１０の厚さ方向に見たときに、天板１０の中間部に配置されている。すなわち、各突出部１１と第２面１０ｂの縁との間には、第２面１０ｂによる平坦面が形成される。

周壁２０は、天板１０の縁から突出方向Ｄ１とは反対の反突出方向Ｄ２に突出している。周壁２０は、天板１０の縁の全周にわたって形成されている。なお、天板１０の第２面１０ｂと周壁２０とのなす角度は、鈍角でもよいし、直角でもよい。
フランジ３０は、周壁２０における反突出方向Ｄ２の端部から、周壁２０の外側に向かって突出している。フランジ３０は、周壁２０の全周にわたって形成されている。

なお、プレス成形品１００Ａの形状はこれに限定されない。例えば、プレス成形品１００Ａはフランジ３０を備えなくてもよい。

〔環状部品〕
図３に示すように、環状部品１００は、プレス成形品１００Ａから、天板１０における２つの突出部１１を含む、天板１０の中間部を除去して製造される。中間部を除去された天板１０には、貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２は、天板１０を、天板１０の厚さ方向に貫通している。
例えば、環状部品１００は、車両の窓枠等のフレームや、Ａピラーを構成する部品に適用できる。

〔プレス成形装置〕
次に、プレス成形装置について説明する。
図４及び図５に示すように、プレス成形装置２００は、パンチ２１０と、ダイ２２０と、ブランクホルダ２３０と、付勢部材２４０と、を備える。なお、図４では付勢部材２４０を示していない。付勢部材２４０は、油圧機構など従来のプレス成形装置に使用されているものであってよい。図５は、図４における切断線Ａ５－Ａ５の断面図である。
パンチ２１０は、ベース２１１と、パンチ部２１２と、凸部２１３と、を有する。パンチ部２１２と凸部２１３は必須であるが、ベース２１１は無くてもよい。ベース２１１が無い場合、付勢部材２４０はパンチ２１０とは別の土台に支持される。

例えば、ベース２１１は、平板状に形成されている。
パンチ部２１２は、プレス成形品１００Ａの天板１０及び周壁２０に対応する形状に形成されている。パンチ部２１２は、ベース２１１における、ベース２１１の厚さ方向を向く表面２１１ａの中間部から突出している。パンチ部２１２は、突出長さが長くなるに従い、突出方向に直交する断面積が狭くなるテーパー状に形成されている。言い換えれば、パンチ部２１２は、角が丸い四角錐台状に形成されている。パンチ部２１２は、プレス成形品１００Ａの天板１０に対応して、前記突出方向に見たときに、長辺及び短辺を有する矩形状の角を丸くした、角が丸い矩形状を呈する。

プレス方向とはプレス成形時に成形対象に向かって金型を動かす方向である。プレス成形時にダイ２２０がパンチ２１０に向かって移動するのであれば、プレス方向は、図４及び図５中のＥ２である。プレス成形時にパンチ２１０がダイ２２０に向かって移動するのであれば、プレス方向は図４及び図５中のＥ１である。プレス方向がＥ１であってもＥ２であっても金型の相対的な位置関係に差異が無ければ成形に差異は無い。このため、一般的な説明ではプレス方向はＥ１，Ｅ２の軸方向を意味し、プレス方向の向きは考慮されない。以降の説明では、本開示の説明を理解しやすくするため、プレス方向のうちパンチ２１０からダイ２２０に向かう方向をプレス方向Ｅ１、ダイ２２０からパンチ２１０に向かう方向を反プレス方向Ｅ２という。パンチ部２１２の短辺に沿う方向（以下では、短辺方向と言う）Ｆ、及び、パンチ部２１２の長辺に沿う方向（以下では、長辺方向と言う。延在方向）Ｇは、それぞれプレス方向Ｅ１に直交する。

パンチ部２１２は、ダイ２２０に向かって凸形状である。パンチ部２１２には、頂面２１２ａ、側面２１２ｂ、及びパンチ肩２１２ｃが形成されている。
頂面２１２ａは、パンチ部２１２におけるプレス方向Ｅ１の先端面である。
側面２１２ｂは、パンチ部２１２におけるプレス方向Ｅ１に対する側面である。側面２１２ｂは、頂面２１２ａの縁周りの全周にわたって形成されている。
パンチ肩２１２ｃは、パンチ部２１２において、頂面２１２ａと側面２１２ｂの間（接続部分）に配置されている。言い換えれば、頂面２１２ａと側面２１２ｂとは、パンチ肩２１２ｃを介して接続されている。パンチ肩２１２ｃは、頂面２１２ａと側面２１２ｂとの間の稜線である。

図４に示すように、パンチ肩２１２ｃは、パンチ肩真直部２１２ｃ１，２１２ｃ２と、パンチ肩湾曲部２１２ｃ３と、を備える。
パンチ肩真直部２１２ｃ１，２１２ｃ２は、曲率半径５００ｍｍ以上で延在している。この例では、パンチ肩真直部２１２ｃ１は、短辺方向Ｆに沿って延在している。この例では、パンチ肩真直部２１２ｃ２は、長辺方向Ｇに沿って延在している。
パンチ肩湾曲部２１２ｃ３は、曲率半径５００ｍｍ未満で延在している。パンチ肩湾曲部２１２ｃ３は、パンチ肩真直部２１２ｃ１の短辺方向Ｆの端部、及びパンチ肩真直部２１２ｃ２の長辺方向Ｇの端部にそれぞれ連なっている。プレス方向Ｅ１から見て（プレス方向Ｅ１沿うように見て）、パンチ肩湾曲部２１２ｃ３の中心角度は、約９０°である。
頂面２１２ａにおけるパンチ肩湾曲部２１２ｃ３に隣接する箇所は、頂面２１２ａに沿って、頂面２１２ａの外側に向かって凸に張り出している。

図４及び図５に示すように、この例では、パンチ２１０は、プレス成形品１００Ａの２つの突出部１１に対応して、２つの凸部２１３を有する。２つの凸部２１３は、パンチ部２１２の頂面２１２ａから、プレス方向Ｅ１にそれぞれ突出している。すなわち、パンチ部２１２の頂面２１２ａには、プレス方向Ｅ１に突出する２つの凸部２１３がある。凸部２１３はダイ２２０に向かって突出している。これはプレス成形時の金型の移動方向によって定義されるプレス方向がプレス方向E1,反プレス方向E2のどちらであっても変わらない。
各凸部２１３は、長辺方向Ｇに沿って延在している。２つの凸部２１３は、短辺方向Ｆに、互いに間隔を空けて配置されている。各凸部２１３は、パンチ部２１２の頂面２１２ａの縁には形成されず、頂面２１２ａの中間部に形成されている。すなわち、凸部２１３と頂面２１２ａの縁との間には、頂面２１２ａによる平坦面が形成される。

図６に示すように、ここで、パンチ肩真直部２１２ｃ１の端を通り、パンチ肩真直部２１２ｃ１に直交する平面を、平面Ｐ５と規定する。パンチ肩真直部２１２ｃ２の端を通り、パンチ肩真直部２１２ｃ２に直交する平面を、平面Ｐ６と規定する。平面Ｐ５，Ｐ６は、パンチ肩湾曲部２１２ｃ３の端を通り、パンチ肩湾曲部２１２ｃ３に直交する平面でもある。
プレス成形装置２００によりプレス成形品１００Ａが製造された際に、平面Ｐ５，Ｐ６に一致する平面を、図２に示すように平面Ｐ５Ａ，Ｐ６Ａと規定する。

フランジ３０のうち、２つの平面Ｐ５Ａにより挟まれる部分を、フランジ真直部３３ａと規定する。フランジ３０のうち、２つの平面Ｐ６Ａにより挟まれる部分を、フランジ真直部３３ｂと規定する。フランジ３０のうち、平面Ｐ５Ａ，Ｐ６Ａにより挟まれる部分を、フランジ湾曲部３３ｃと規定する。

図６に示すプレス方向Ｅ１から見て、凸部２１３の長辺方向Ｇの第１側Ｇ１の先端と、パンチ肩真直部２１２ｃ２の中心との長辺方向Ｇの間隔を、間隔Ｌ１と規定する。間隔Ｌ１は、パンチ肩真直部２１２ｃ２の長辺方向Ｇの長さの４０％以上であることが好ましい。ここで、プレス方向Ｅ１から見て、パンチ肩真直部２１２ｃ２とパンチ肩湾曲部２１２ｃ３との間（接続部）を通り長辺方向Ｇに垂直な第１直線Ｍ１を規定する。第１直線Ｍ１は、平面Ｐ６に含まれる。プレス方向Ｅ１から見て、パンチ肩湾曲部２１２ｃ３の長手方向に沿う中央部を通り第１直線Ｍ１に平行な第２直線Ｍ２を規定する。このとき、プレス方向Ｅ１から見て、凸部２１３の長辺方向Ｇの第１側Ｇ１の先端は、第１直線Ｍ１と、第２直線Ｍ２との間にあることが好ましい。

図７に、凸部２１３を通り、長辺方向Ｇに垂直な断面を示す。この断面に沿った、プレス方向Ｅ１に垂直な方向は、短辺方向Ｆである。この断面において、凸部２１３の表面の長さは、短辺方向Ｆの凸部２１３の幅の１．２倍より大きいことが好ましい。
ここで、プレス方向Ｅ１及び長辺方向Ｇにそれぞれ沿った断面は、短辺方向Ｆに垂直な断面である。図８に、凸部２１３を通り、短辺方向Ｆに垂直な断面を示す。この断面において、凸部２１３の長辺方向Ｇの先端部の表面とプレス方向Ｅ１とのなす角θ１は、３０°以上であることが好ましい。

図１７に示すプレス成形品を製造する場合、プレス方向Ｅ１から見て、パンチ部２１２の頂面２１２ａの図心は、凸部２１３のプレス方向Ｅ１の高さの２０％以上の頂部の内側にあることが好ましい。ここで言う頂面２１２ａの図心とは、頂面２１２ａに凸部２１３が形成されていないときの、頂面２１２ａの重心を意味する。凸部２１３のプレス方向Ｅ１の高さの２０％以上の頂部とは、凸部２１３における、プレス方向Ｅ１の最端から、反プレス方向Ｅ２に凸部２１３のプレス方向Ｅ１の高さの２０％の範囲のことを意味する。
図２のプレス成形品にプレス成形する場合であっても、図１７のプレス成形品にプレス成形する場合であっても、プレス方向Ｅ１から見て、図6に示すパンチ肩湾曲部２１２ｃ３の両側にある２つのパンチ肩真直部２１２ｃ１，２１２ｃ２のなす角θ２は、鋭角であることより本開示の効果が発現しやすい。

図４及び図５に示すように、例えば、ダイ２２０は金属の塊である。ダイ２２０における反プレス方向Ｅ２を向く表面は、板押さえ面２２０ａである。
ダイ２２０の板押さえ面２２０ａには、パンチ部２１２の形状に凹んだダイ穴２２１が形成されている。ダイ穴２２１の底面２２１ａは、パンチ２１０の頂面２１２ａに対応する形状である。言い換えれば、底面２２１ａは、頂面２１２ａがプレス方向Ｅ１に凹凸が反転した形状である。厳密には、底面２２１ａは、頂面２１２ａを、頂面２１２ａに沿って、頂面２１２ａの縁の外側に、後述する金属板Ｓの板厚程度大きくした形状である。
ダイ穴２２１の底面２２１ａには、パンチ２１０の２つの凸部２１３に対応した２つの凹部２２２が形成されている。各凹部２２２は、長辺方向Ｇに沿って延在している。２つの凹部２２２は、短辺方向Ｆに、互いに間隔を空けて配置されている。

例えば、ブランクホルダ２３０は、平板状に形成されている。ブランクホルダ２３０における中央部には、パンチ２１０のパンチ部２１２に対応した貫通孔２３１が形成されている。貫通孔２３１は、ブランクホルダ２３０をプレス方向Ｅ１に貫通している。貫通孔２３１内には、パンチ部２１２がプレス方向Ｅ１に挿入可能である。
ブランクホルダ２３０は、パンチ２１０のベース２１１とダイ２２０の板押さえ面２２０ａとの間に配置されている。パンチ２１０にベース２１１が無い場合、ブランクホルダ２３０を反プレス方向Ｅ２から支持する付勢部材２４０は図示されない土台に支持される。いずれにせよ、ブランクホルダ２３０は、ダイ２２０の板押さえ面２２０ａに対向して配置されている。
ダイ２２０とブランクホルダ２３０とで、プレス成形品１００Ａを形成する材料となる金属板Ｓを挟むことができる。

図５に示すように、この例では、プレス成形装置２００は、複数の付勢部材２４０を備える。例えば、付勢部材２４０はバネである。各付勢部材２４０は、ベース２１１の表面２１１ａにパンチ部２１２を短辺方向Ｆに挟むように固定されている。各付勢部材２４０は、ベース２１１からプレス方向Ｅ１に延在している。各付勢部材２４０は、ブランクホルダ２３０における反プレス方向Ｅ２を向く表面に固定されている。
なお、付勢部材２４０はバネに限定されず、油圧シリンダ等でもよい。

なお、プレス成形装置２００は、付勢部材２４０を備えなくてもよい。この場合、ブランクホルダ２３０は移動せず、ダイ２２０がブランクホルダ２３０に向かって移動して金属板Ｓを挟む。その後、パンチ２１０がプレス方向Ｅ１に移動してプレス成形を行う。

〔プレス成形品の製造方法〕
次に、プレス成形装置２００を使用するプレス成形品の製造方法について説明する。図９は、本発明の一実施形態におけるプレス成形品の製造方法Ｓ１を示すフローチャートである。なお、プレス成形品の製造方法Ｓ１に用いられる金属板Ｓの引張強さは、９８０ＭＰａ（メガパスカル）以上である。
まず、図９に示すステップＳ５において、図５に示すように、付勢部材２４０の付勢力により、金属板Ｓをダイ２２０とブランクホルダ２３０とで挟む（以下では、挟み工程Ｓ５と言う）。挟み工程Ｓ５が終了すると、ステップＳ６に移行する。

次に、ステップＳ６において、図１０及び図１１に示すように、ダイ２２０に対してパンチ２１０をプレス方向Ｅ１に移動させて、金属板Ｓをプレス成形装置２００で絞り成形する（以下では、絞り工程Ｓ６と言う）。なお、図１０は絞り工程Ｓ６の途中における断面図であり、図１１は絞り工程Ｓ６の最後における断面図である。図１０に示すように、金属板Ｓは２つの凸部２１３により、プレス方向Ｅ１に向かって引き伸ばされる。
絞り工程Ｓ６を行うことで、金属板Ｓに、天板１０、２つの突出部１１、周壁２０、及びフランジ３０を同時に形成し、プレス成形品１００Ａを製造する。２つの突出部１１は、パンチ２１０の２つの凸部２１３及びダイ２２０の２つの凹部２２２により形成される。
絞り工程Ｓ６が終了すると、ステップＳ７に移行する。

次に、ステップＳ７において、プレス成形装置２００とは別のプレス成形装置等により、プレス成形品１００Ａから、天板１０の中間部（２つの凸部２１３によって金属板Ｓに成形された部分）を除去する（以下では、除去工程Ｓ７と言う）。除去工程Ｓ７では、プレス成形品１００Ａにける２つの突出部１１が除去される。除去工程Ｓ７は、絞り工程Ｓ６の後で行われる工程である。
除去工程Ｓ７が終了すると、プレス成形品の製造方法Ｓ１の全工程が終了し、環状部品１００が製造される。プレス成形品の製造方法Ｓ１は、挟み工程Ｓ５、絞り工程Ｓ６、及び除去工程Ｓ７を含む。

なお、環状部品１００に貫通孔１２が形成されない場合等には、プレス成形品の製造方法において、除去工程Ｓ７は行われなくてもよい。

〔プレス成形品を製造する際の金属板の挙動〕
以下では、プレス成形品１００Ａの各構成に対して、２つの突出部１１を備えない構成を、図１２に示すように、比較例プレス成形品１００Ｂと言う。図１２では、金属板Ｓが比較例プレス成形品１００Ｂに絞り成形される過程を示している。図１２及び後述する図１３では、変形が分かりやすいように、金属板Ｓにハッチングを付して示している。

比較例プレス成形品１００Ｂにおいて、天板１０と周壁２０との接続部分であって、パンチ部２１２のパンチ肩２１２ｃにより形成される部分を、肩１４と言う。肩１４は凸稜線である。肩１４のうち、パンチ肩２１２ｃのパンチ肩真直部２１２ｃ１，２１２ｃ２、パンチ肩湾曲部２１２ｃ３により形成される部分を、それぞれ肩真直部１４ａ１，１４ａ２、肩湾曲部１４ａ３と言う。
比較例プレス成形品１００Ｂにおいて、周壁２０とフランジ３０との接続部分を、窪み３１と言う。窪み３１は凹稜線である。窪み３１のうち、金属板Ｓの外周縁Ｓｅ周りに肩真直部１４ａ１，１４ａ２、肩湾曲部１４ａ３に対応する部分を、窪み真直部３１ａ１，３１ａ２、窪み湾曲部３１ａ３と言う。

図１２及び後述する図１３において、線状の矢印Ｂ１の末端がプレス成形品１００Ａ，１００Ｂの縁のある点の絞り成形前の位置を表し、線状の矢印Ｂ１の先端が成形後のプレス成形品１００Ａ，１００Ｂの縁のある点が移動した位置を表す。
絞り成形時において、二点鎖線で示される金属板Ｓの外周縁Ｓｅは、線状の矢印で示すように、外周縁Ｓｅのいずれの位置においてもダイ穴２２１に向かって移動（変位）する。すると、窪み湾曲部３１ａ３上にある金属板Ｓの要素αは、白抜き矢印で示すように、窪み湾曲部３１ａ３に沿って圧縮される。そして、肩湾曲部１４ａ３上にある金属板Ｓの要素βは、白抜き矢印で示すように、肩湾曲部１４ａ３に沿って引っ張られ、さらにフランジ３０から天板１０の中心方向に向けて引っ張られる。

すなわち、要素αは、縮みフランジ成形されている。要素βは、張出し成形されている。
ここで言う縮みフランジ成形とは、金属板等の素材が稜線に向かって引き込まれていくとき、素材が稜線の延在方向に縮んでいく成形を意味する。伸びフランジ成形とは、素材が稜線に向かって引き込まれていくとき、素材が稜線の延在方向に引き伸ばされていく成形を意味する。

図１３は、本開示のプレス成形品１００Ａの成形を示す。
図１３において、白矢印Ｂ４～Ｂ６は、図１２からの金属板Ｓの流入量の変化を示す。図１３において、白矢印Ｂ４は、長辺に沿う方向（肩真直部１４ａ２に沿う方向）に延在する突出部１１があるため、フランジ３０から天板１０に向かう金属板Ｓの流入が増えたことを意味する。白矢印Ｂ５は、白矢印Ｂ４の流入の影響を受け、フランジ湾曲部３３ｃが引き伸ばされていることを意味する。要素αに隣接する白矢印Ｂ６は、フランジ湾曲部３３ｃが引き伸ばされた影響を受け、要素αの縮みフランジ成形が緩和されることを意味する。

プレス成形装置２００ではパンチ２１０が２つの凸部２１３を有するため、伸びフランジ成形又は縮みフランジ成形の初期に、金属板Ｓの流入が発生する。図１３における白矢印Ｂ４で示す金属板Ｓの流入が発生すると同時に、金属板Ｓの外周縁Ｓｅの湾曲部を引っ張る流出も発生する。金属板Ｓの外周縁Ｓｅの湾曲部の流出により、要素αの縮みフランジ成形によるしわ発生は抑えられる。更に、要素α縮みフランジ成形の変形抵抗は緩和される。要素αの変形抵抗が緩和されると、要素αから要素βに向かう素材の流入量が増える。その結果、要素βの伸びフランジ成形による割れの発生が抑えられる。

図１３を図１２と比較すると、成形によりプレス成形品１００Ａ，１００Ｂの縁がフランジ湾曲部３３ｃからフランジ真直部３３ａ，３３ｂに向かって白矢印Ｂ５，Ｂ６に示すように変位していることがわかる。要素αの縮みフランジ成形が緩和されるため、要素αでのしわの発生が生じ難くなる。要素αの縮みフランジ成形が緩和された結果、要素βの天板に向かう流入抵抗が緩和され要素βでの割れの発生が生じ難くなる。

このように、プレス成形品１００Ａでは、湾曲部１４ａ３，３１ａ３近傍において生じるひずみを抑制できる。よって、絞り成形時において、湾曲部１４ａ３，３１ａ３近傍に生じやすい不具合を抑制できる。

ここで、プレス成形品１００Ａにおいて、天板１０の第１面１０ａに、突出部１１に代えて凹部が形成される場合について説明する。この場合、プレス成形装置において、図１０に示すように、パンチ２１０には凸部２１３に代えて凹部２１４が形成され、ダイ２２０には凹部２２２に代えて凸部２２３が形成される。パンチ２１０の凹部２１４及びダイ２２０の凸部２２３により、プレス成形品１００Ａに凹部が形成される。

この場合、伸びフランジ成形又は縮みフランジ成形の終盤に、金属板Ｓの流入が発生する。すなわち、凹部２１４及び凸部２２３が無いのと同様の伸びフランジ成形と縮みフランジ成形が、プレス成形品の成形の終盤まで生じる。更に、成形の終盤では、金属板Ｓはパンチ２１０及びダイ２２０に拘束されているので、金属板Ｓの大きな流入は起こらない。その代わり、凹部２１４の近傍の金属板Ｓが引き伸ばされる。
悪影響として、凹部２１４により要素βが天板１０に向かって引っ張られ、割れが発生することが懸念される。

〔プレス成形品を製造する際の各パラメータの検討〕
以下では、プレス成形品を製造する際の各パラメータの検討結果について説明する。
ここで、図２に示すように、天板１０における長辺に沿う方向の中心１０ｃから、突出部１１の長辺に沿う方向の第１側の先端１１ａまでの距離を、距離Ｄｅと規定する。天板１０の中心１０ｃから、肩真直部１４ａ２と肩湾曲部１４ａ３との境界Ｐ１までの距離を、距離Ｄｓと規定する。
金属板Ｓ（プレス成形品１００Ａ）の所定の部分における、絞り成形前の板厚をｔｂと規定し、絞り成形後の板厚をｔａと規定する。所定の部分の板厚減少率ｒを、（ｔｂ－ｔａ）／ｔｂと規定する。

板厚減少率ｒが正の値の場合は、所定の部分の板厚が減少することを意味し、板厚減少率ｒが負の値の場合は、所定の部分の板厚が増加することを意味する。
別の観点では、金型の湾曲した稜線を金属板が横断した成形が行われた際に、板厚減少率ｒが正の値の箇所は、伸びフランジ成形となっていることを意味し、負の値の箇所は縮みフランジ成形となっていることを意味する。

プレス成形品１００Ａの板厚減少率ｒを板厚減少率ｒａと規定し、比較例プレス成形品１００Ｂの板厚減少率ｒを板厚減少率ｒｂと規定する。そして、板厚減少率比を、（ｒｂ－ｒａ）／ｒｂと規定する。

検討した事例では、プレス成形品１００Ａにおける突出部１１の深さは、１０ｍｍとした。絞り成形による絞り深さ、すなわち、フランジ３０から天板１０の第２面１０ｂまでの距離は、５０ｍｍとした。肩湾曲部１４ａ３の曲率半径は、９０ｍｍとした。天板１０の第２面１０ｂと周壁２０とのなす角度は、１００°とした。
板厚減少率比は、図２に示す、プレス成形品１００Ａにおける点ｔ１から点ｔ４において測定した。

図１４は、（Ｄｅ／Ｄｓ）の値に対する板厚減少率比の関係を示す図である。
プレス成形品１００Ａの突出部１１の長辺に沿う方向の先端の位置を変えたいくつかのケースについて、図２に示す絞り成形前後の各部（ｔ１～ｔ４）の板厚減少率比の改善効果を検証した。この先端の位置を変えると、（Ｄｅ／Ｄｓ）の値が変わる。

図１３において、板厚減少率比が正の値の場合、突出部１１により、流入縮みフランジ成形又は伸びフランジ成形流出による変形が緩和されたことを意味する。板厚減少率比が負の値の場合、突出部１１により、流入又は流出変形量が大きくなったことを意味する。

（Ｄｅ／Ｄｓ）の値が０．８以上である場合、板厚減少率比の増加が顕著になることが分かった。すなわち、突出部１１の先端１１ａが、長辺に沿う方向の第１側に寄っている場合、絞り成形前後の板厚変化が緩和され、改善されることがわかった。

図７には、突出部１１における深さＨｐが最大となる、長辺に沿う方向に直交する断面を示す。この断面における、突出部１１の表面の延在長さを、促進線長Ｌｐと規定する。突出部１１の断面の両端間の長さを、基準線長Ｌｓと規定する。基準線長Ｌｓに対する促進線長Ｌｐの比を、線長比（Ｌｐ／Ｌｓ）と規定する。
図１５に、線長比（Ｌｐ／Ｌｓ）に対する板厚減少率比の変化を示す。図１５から、線長比（Ｌｐ／Ｌｓ）が１．２０超である場合、板厚減少率比が大きくなることが分かる。すなわち、線長比（Ｌｐ／Ｌｓ）が１．２０超である場合、絞り成形前後の板厚変化が緩和される。
従って、プレス成形品１００Ａの突出部１１の線長比（Ｌｐ／Ｌｓ）は、１．２０超であることが好ましい。言い換えると、突出部１１の促進線長Ｌｐと基準線長Ｌｓとの比は、１．２０超であることが好ましい。

図１６に、突出部１１の深さＨｐに対する板厚減少率比の変化を示す。
図１６から、深さＨｐが１０ｍｍ以上となる断面を、突出部１１が有していることがより好ましいことがわかった。

〔本実施形態の効果〕
以上説明したように、本実施形態のプレス成形装置２００では、パンチ２１０、ダイ２２０、及びブランクホルダ２３０により、プレス成形品１００Ａを製造する。その際に、頂面２１２ａにおけるパンチ肩湾曲部２１２ｃ３に隣接する箇所は頂面２１２ａの外側に向かって凸に張り出し、パンチ部２１２の頂面２１２ａには２つの凸部２１３がある。このため、例えば金属板Ｓを絞り成形する際に、パンチ２１０の２つの凸部２１３が金属板Ｓにおけるプレス成形品１００Ａの湾曲部１４ａ３，３１ａ３となる部分を引っ張る。
従って、プレス成形装置２００によりプレス成形品１００Ａを製造する際に、プレス成形品１００Ａの湾曲部１４ａ３，３１ａ３に生じる、しわや割れ等の不具合を抑制することができる。

凸部２１３の先端とパンチ肩真直部２１２ｃ２の中心との間隔は、パンチ肩真直部２１２ｃ２の長辺方向Ｇの長さの４０％以上である場合がある。これは図１４のＤｅ／Ｄｓが０．８以上の場合に相当する。この場合には、プレス成形に伴う板厚変化を緩和することができる。
凸部２１３の長辺方向Ｇの第１側Ｇ１の先端は、第１直線Ｍ１と、第２直線Ｍ２との間にある場合がある。この場合には、フランジ湾曲部３３ｃからフランジ真直部３３ａ，３３ｂへの金属板Ｓの流入をより大きくでき、絞り成形によって生じるフランジ湾曲部３３ｃにおけるひずみの増加を抑制できる。よって、環状部品１００の湾曲部１４ａ３，３１ａ３における割れ、しわ等の不具合の発生を抑制できる。

凸部２１３の長手方向を横断する断面において、凸部２１３の表面の長さは、短辺方向Ｆの凸部２１３の幅の１．２倍より大きい場合がある。これは図１５のＬｐ／Ｌｓが１．２以上の場合に相当する。この場合には、プレス成形に伴う板厚変化を緩和することができる。
凸部２１３の長辺方向Ｇの先端部の表面とプレス方向Ｅ１とのなす角θ１は、３０°以上である場合がある。この場合には、突出部１１の成形そのものによる局部的なひずみの発生を抑制でき、フランジ湾曲部３３ｃからフランジ真直部３３ａ，３３ｂに向けて、天板１０を伝って、円滑に金属板Ｓを流すことができる。よって、湾曲部１４ａ３，３１ａ３に生じる不具合を抑制した環状部品１００を製造できる。

パンチ部２１２の頂面２１２ａの図心は、凸部２１３のプレス方向Ｅ１の高さの２０％以上の頂部の内側にある場合がある。この場合には、環状の稜線２１３ｃの全周に亘って材料流入量を増大させることができる。
パンチ肩真直部２１２ｃ１，２１２ｃ２のなす角θ２は、鋭角である場合がある。この場合は、通常のなす角θ２が直角である場合に比べプレス成形による板厚変化が大きくなることから、本開示の効果が一層顕在化する。

また、本実施形態のプレス成形装置２００では、挟み工程Ｓ５及び絞り工程Ｓ６を行う。そして、金属板Ｓの引張強さが９８０ＭＰａ以上であると、プレス成形による板厚変化による課題が顕在化するため、本開示の効果も一層顕在化する。
絞り工程Ｓ６の後で除去工程Ｓ７を行うことで、プレス成形品１００Ａから天板１０の中間部を除去して、環状部品１００を製造することができる。

〔プレス成形品及び環状部品の変形例〕
図１７に示すように、第１変形例のプレス成形品１０１Ａは、本実施形態のプレス成形品１００Ａの各構成において、２つの突出部１１に対して、１つの突出部１１を備えている。
プレス成形品１０１Ａに対して、（Ｄｅ／Ｄｓ）の値に対する板厚減少率比の関係を求めた結果を、図１８に示す。１つの突出部１１を備えるプレス成形品１０１Ａでも、２つの突出部１１を備えるプレス成形品１００Ａと同様の効果が得られることが分かった。

図１９に示すように、第２変形例のプレス成形品１０１Ｂは、本実施形態のプレス成形品１００Ａの各構成において、２つの突出部１１に対して、３つの突出部１１を備えている。３つの突出部１１は、短辺に沿う方向に、互いに間隔を空けて配置されている。
図２０に示すように、第３変形例のプレス成形品１０１Ｃは、本実施形態のプレス成形品１００Ａの各構成において、２つの突出部１１に対して、４つの突出部１１を備えている。４つの突出部１１のうちの２つの突出部１１により構成される１組の突出部１１は、長辺に沿う方向に互いに間隔を空けて並べて配置されている。２組の突出部１１は、短辺に沿う方向に互いに間隔を空けて並べて配置されている。

すなわち、突出部１１は、天板１０の外側に隣接する肩真直部１４ａ２のうち、肩湾曲部１４ａ３に隣接する箇所から肩真直部１４ａ２に沿って延在していると、フランジ湾曲部３３ｃの縮みフランジ成形を緩和する効果をもたらす。このとき、肩真直部１４ａ２の中央部まで必ずしも突出部１１が延在する必要はない。

図２１に示すように、第４変形例のプレス成形品１０１Ｄの天板４０は、天板４０の厚さ方向に見たときに、角が丸い３角形状を呈する。
天板４０には、突出部４１が１つ形成されている。突出部４１は、天板４０の厚さ方向に見たときに、天板４０と相似形の、角が丸い３角形状を呈する。
すなわち、プレス成形品１０１Ｄのように構成しても、図１３の白矢印Ｂ４と同様の金属板Ｓの流入を生じさせることができる。

以上のように構成された変形例のプレス成形品１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄによっても、本実施形態のプレス成形品１００Ａと同様の効果を奏することができる。

図２２に示すように、第１変形例の環状部品１０２Ａの天板４５は、天板４５の厚さ方向に見たときに、長円形状を呈する。天板４５には、天板４５の厚さ方向に貫通する貫通孔４６が形成されている。
図２３に示すように、第２変形例の環状部品１０２Ｂの天板５０は、天板５０の厚さ方向に見たときに、角が丸い３角形状を呈する。
図２４に示すように、第３変形例の環状部品１０２Ｃの天板５５は、天板５５の厚さ方向に見たときに、５角形状を呈する。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。

本発明によれば、成形品の湾曲部に生じる不具合を抑制することができるプレス成形装置及びプレス成形品の製造方法を提供できる。よって、産業上の利用可能性は大きい。

２００ プレス成形装置
２１０ パンチ
２１２ａ 頂面
２１２ｂ 側面
２１２ｃ パンチ肩
２１２ｃ１，２１２ｃ２ パンチ肩真直部
２１２ｃ３ パンチ肩湾曲部
２１３ 凸部
２２０ ダイ
２２０ａ 板押さえ面
２３０ ブランクホルダ
Ｅ１ プレス方向
Ｇ 長辺方向（長辺に沿う方向。延在方向）
Ｌ１ 間隔
Ｍ１ 第１直線
Ｍ２ 第２直線
Ｓ 金属板
Ｓ１ プレス成形品の製造方法
Ｓ５ 挟み工程
Ｓ６ 絞り工程
Ｓ７ 除去工程
θ１，θ２ なす角

Claims (9)

1. パンチと、ダイと、ブランクホルダと、を備え、
   前記パンチは、頂面と、側面と、前記頂面と前記側面の間に配置されたパンチ肩と、を有し、
   前記パンチ肩は、曲率半径５００ｍｍ以上で延在するパンチ肩真直部と、曲率半径５００ｍｍ未満で延在するパンチ肩湾曲部と、を備え、
   前記頂面における前記パンチ肩湾曲部に隣接する箇所は、前記頂面の外側に向かって凸に張り出し、
   前記頂面には、プレス方向に突出する凸部があり、
   前記凸部は、前記パンチ肩真直部が延在する延在方向に沿って延在し、
   前記ダイのダイ穴の底面は、前記頂面に対応する形状であり、
   前記ブランクホルダは、前記ダイの板押さえ面に対向して配置される、プレス成形装置。
2. 前記プレス方向から見て、
   前記凸部の前記延在方向の先端と前記パンチ肩真直部の中心との前記延在方向の間隔は、前記パンチ肩真直部の前記延在方向の長さの４０％以上である、請求項１に記載のプレス成形装置。
3. 前記プレス方向から見て、
   前記パンチ肩真直部と前記パンチ肩湾曲部との間を通り前記延在方向に垂直な第１直線と、前記パンチ肩湾曲部の中央部を通り前記第１直線に平行な第２直線との間に、前記凸部の前記先端がある、請求項２に記載のプレス成形装置。
4. 前記凸部を通り、前記延在方向に垂直な断面において、
   前記凸部の表面の長さは、前記プレス方向に垂直な前記凸部の幅の１．２倍より大である、請求項１に記載のプレス成形装置。
5. 前記凸部を通り、前記プレス方向及び前記延在方向にそれぞれ沿った断面において、
   前記凸部の前記延在方向の先端部の表面と前記プレス方向とのなす角は３０°以上である、請求項２に記載のプレス成形装置。
6. 前記プレス方向から見て、
   前記頂面の図心は、前記凸部の前記プレス方向の高さの２０％以上の頂部の内側にある、請求項１に記載のプレス成形装置。
7. 前記パンチ肩湾曲部の両側にある２つの前記パンチ肩真直部のなす角は、鋭角である、請求項１に記載のプレス成形装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のプレス成形装置を使用するプレス成形品の製造方法であって、
   金属板を前記ダイと前記ブランクホルダとで挟み、
   前記金属板を前記プレス成形装置で絞り成形し、
   前記金属板の引張強さは９８０ＭＰａ以上である、プレス成形品の製造方法。
9. 前記凸部によって前記金属板に成形された部分を除去する、請求項８に記載のプレス成形品の製造方法。

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