JP7889366B2 - 金属板の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板の成形方法に関する。

下記特許文献１には、金属によって形成された車両のパネル部材の加工方法に関する技術が開示されている。この先行技術では、パネル部材の裏面側がレーザ光によって照射され加熱される。これにより、パネル部材は熱膨張及び熱収縮し、パネル部材に変形が生じ、パネル部材の意匠面側に幾何学的な模様や線等を加工（いわゆるレーザ加飾）することができ、所望の意匠をパネル部材に施すことができるというものである。

特開２０２２－０７２３４３号公報

しかしながら、上記先行技術では、プレス加工によるプレスラインが形成されたパネル部材において、レーザ加飾の追加工を行う場合、プレスラインによる曲率半径の大きさとレーザ加飾による曲率半径の大きさが異なっており、プレスラインとレーザ加飾との間で形状に連続性を持たせることが困難である。

本発明は、上記事実を考慮して、板状の本体に予め形成されたプレスラインとレーザ加飾の間で形状に連続性を持たせることが可能な金属板の成形方法を得ることが目的である。

請求項１に記載の金属板の成形方法は、金属板を板厚方向にプレスさせ所定の形状に成形するプレス成形工程と、前記プレス成形工程においてプレスにより形成された屈曲部に対して、前記金属板の意匠面とは反対側の裏面側からレーザを照射するレーザ照射工程と、を備え、前記レーザ照射工程は、前記金属板の裏面側において、前記プレスにより形成された屈曲部の延伸方向に沿って、表面の溶融により形成された溶融部の溶融幅を徐々に変化させ、前記屈曲部に対して前記溶融部に由来して生じる変形を付加して、前記屈曲部の曲率半径を徐々に変化させる徐変工程を含んでいる。

請求項１に記載の金属板の成形方法では、プレス成形工程及びレーザ照射工程を備えており、プレス成形工程では、金属板を板厚方向にプレスさせ所定の形状に成形する。一方、レーザ照射工程では、プレス成形工程によりプレスされた屈曲部に対して、金属板の意匠面とは反対側の裏面側からレーザを照射する。例えば、金属板を加熱すると、加熱された部位では熱膨張及び熱収縮が生じる。このため、屈曲部を加熱することによって、加熱しない部位よりも屈曲部の曲率半径を小さくすることが可能となり、本体の意匠面側では屈曲部の稜線（いわゆるキャラクタライン）をシャープにすることができる。

すなわち、例えば、プレス加工では、プレス成形後のスプリングバックやプレス成形時の線ずれ等の現象により屈曲部の曲率半径を小さくする（シャープなキャラクタラインを形成する）ことは困難であるが、一旦プレス加工により形成された屈曲部をレーザ照射加工により加熱することによって、金属板の意匠面側ではシャープなキャラクタラインを形成することが可能となる。

ここで、本発明では、レーザ照射工程は徐変工程を含んでいる。この徐変工程は、金属板の裏面側において、プレスにより形成された屈曲部の延伸方向に沿って、表面の溶融により形成された溶融部の溶融幅を徐々に変化させ、屈曲部に対して溶融部に由来して生じる変形を付加して、屈曲部の曲率半径を徐々に変化させる。例えば、溶融幅が広いと曲率半径は大きく形成され、溶融幅が狭いと曲率半径は小さく形成される。このため、本発明では、溶融幅を徐々に変化させることによって、屈曲部の曲率半径を徐々に変化させることが可能となる。

したがって、本発明では、金属板に予めプレス加工による屈曲部（プレスライン）が形成されたとしても、当該屈曲部又はそれ以外の部位とレーザ加工による屈曲部（プレスライン＋レーザ加飾）との間でこれらの形状を自然に繋げることが可能となる。

請求項２に記載の金属板の成形方法は、請求項１に記載の金属板の成形方法において、前記溶融幅が狭い部位では、前記屈曲部において板厚方向に沿って切断された断面の曲率半径が当該溶融幅が広い部位よりも小さく形成されている。

請求項２に記載の金属板の成形方法では、溶融幅が狭い部位は溶融幅が広い部位よりも屈曲部の曲率半径が小さく形成されているため、意匠面側では屈曲部のキャラクタラインがシャープになる。

請求項３に記載の金属板の成形方法は、請求項１又は請求項２に記載の金属板の成形方法において、前記徐変工程では、レーザ集光径及びレーザ出力の少なくとも一方を徐変させる。

請求項３に記載の金属板の成形方法では、徐変工程では、レーザ集光径及びレーザ出力の少なくとも一方を徐変させることによって、溶融部の溶融幅を徐々に変化させることが可能となる。

例えば、レーザ集光径の場合、レーザ集光径が小さい方が大きい場合よりも溶融部の溶融幅は狭く、屈曲部の曲率半径は小さくなる。また、レーザ出力の場合、レーザ出力が高い方が低い場合よりも溶融部の溶融幅は狭く、屈曲部の曲率半径は小さくなる。一方、レーザ出力を低くすることによって、レーザ照射による急激な入熱を抑制することができ、入熱が行われる部位とそれ以外の部位との間で生じる応力差を低減することが可能となる。

以上、説明したように、本発明に係る金属板の成形方法によれば、板状の本体に予め形成されたプレスラインとレーザ加飾の間で形状に連続性を持たせることができる。

本実施形態に係る金属板の成形方法による加工条件を説明するための金属板としてのサイメンアウタを示す正面図である。 本実施形態に係る金属板の成形方法により加工された金属板としてのサイメンアウタを示す正面図である。 本実施形態に係る金属板において、左図はプレス加工された状態を示す模式的な斜視図であり、右図はプレス加工された後レーザ照射加工された状態を示す模式的な斜視図である。

次に、図面を用いて本発明の各実施の形態について説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ、矢印ＵＰは、車両（車体）の前方向（車両の進行方向）、上方向をそれぞれ示している。また、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車両幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。

（金属板の構成）
図１には、本実施の形態に係る金属板が適用され車両外側部を構成するアウタパネルとしてのサイメンアウタ（金属板）１０の正面図が示されている。このサイメンアウタ１０は、例えば、鋼板、アルミニウム合金等で形成された金属板が用いられている。

一般に、サイメンアウタ１０は、プレス加工により当該サイメンアウタ１０の板厚方向に沿って屈曲され、意匠面１０Ａには屈曲部（いわゆるプレスライン）１２が形成される。このように、サイメンアウタ１０に屈曲部１２（図３参照）が形成されることによって、当該サイメンアウタ１０の張り剛性及びデザイン性を向上させることが可能となる。

一方、サイメンアウタ１０のデザイン性においては、キャラクタラインとしてシャープな稜線を施すことが要求されるが、プレス加工によって形成された屈曲部１２では、プレス成形後のスプリングバック等の現象により、サイメンアウタ１０の（板厚方向に沿って切断された断面の）曲率半径（以下、「Ｒ」と称する）は大きくなり、シャープな稜線を得ることは困難とされる。

そこで、本実施形態では、図３の左図に示されるように、サイメンアウタ１０において、プレス成形工程により形成された屈曲部１２において、レーザ照射工程により当該サイメンアウタ１０の裏面１０Ｂ（意匠面１０Ａの反対側）側から当該屈曲部１２に対してレーザ光が照射される。

このレーザ照射工程では、レーザ照射によりサイメンアウタ１０が熱膨張及び熱収縮することによって、図３の右図に示されるように、サイメンアウタ１０のＲを小さく形成することが可能となる。なお、当該サイメンアウタ１０の意匠面１０Ａ側には屈曲部１２のＲよりも小さく形成された凸部１３が形成される。

また、サイメンアウタ１０のプレス加工によって形成された屈曲部１２において当該サイメンアウタ１０の裏面１０Ｂ側からレーザ照射が行われると、サイメンアウタ１０の裏面１０Ｂ側は、レーザ光による加熱によってその表面が溶融される（溶融部１４）。なお、本実施形態では、溶融部１４の幅（溶融幅Ｗ）が大きいと凸部１３のＲは大きく形成され、溶融幅Ｗが小さいとサイメンアウタ１０の凸部１３のＲは小さく形成される。

ここで、レーザ照射では、レーザ装置２１（図１参照）において、レーザ光の集光径（レーザ集光径）、レーザ光の出力（レーザ出力）、レーザ光の走査速度（レーザ速度）、レーザ光の走査回数（パス数）等の条件を変えることによってサイメンアウタ１０の屈曲部１２において溶融幅Ｗを徐々に変化させ、凸部１３においてＲの大きさを徐々に変化させることが可能となる（いわゆる徐変部２４；図２参照）。

例えば、レーザ集光径の場合、凸部１３のＲを小さくするにはレーザ集光径を小さくする。また、レーザ出力の場合、凸部１３のＲを小さくするにはレーザ出力を高くし、レーザ速度の場合は、凸部１３のＲを小さくするにはレーザ速度を遅くする。そして、パス数の場合は、凸部１３のＲを小さくするにはパス数を増やす。これらの条件を少なくとも１つ変えることによってサイメンアウタ１０に形成されるＲの大きさを変えることが可能となる。

（レーザ照射工程）
以下、レーザ照射工程について一例として簡単に説明する。

図１に示されるように、サイメンアウタ１０の車両前後方向に並んで形成された開口部１６、１８の上方側に設けられたルーフサイドレール部２０においてプレス加工に加え、レーザ照射加工が行われる。なお、サイメンアウタ１０の上方側にはルーフサイドレール部２０の断面が直線状に示されており、当該ルーフサイドレール部２０におけるレーザ照射工程について第１工程～第５工程に分けて説明する。各工程の番号は、レーザ装置２１にそれぞれ付している。

レーザ照射工程の第１工程ではレーザ装置２１によるレーザ照射が開始され（ポイントＡ）、第５工程ではレーザ装置２１によるレーザ照射が終了する（ポイントＥ）。

まず、ポイントＡでは、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ１、レーザ集光径をＤ１としてレーザ照射が開始される。また、ポイントＢでは、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ２（＞Ｗ１）、レーザ集光径をＤ２（＝Ｄ１）とし、ポイントＣでは、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ３（＝Ｗ２）、レーザ集光径をＤ３（＜Ｄ２）とする。次に、ポイントＤでは、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ４（＜Ｗ３）、レーザ集光径をＤ４（＝Ｄ３）とし、ポイントＥでは、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ５（＜Ｗ４）、レーザ集光径をＤ５（＝Ｄ４）としてレーザ照射が終了する。

一般に、金属板において、急激な入熱が行われると、急激な入熱が行われた部位とそれ以外の部位との間で応力差が生じる。このため、第１工程では、レーザ装置２１によるレーザ照射が開始されるポイントＡにおいて、レーザ装置２１のレーザ出力Ｗ１をポイントＢのレーザ出力Ｗ２よりも低く設定する（Ｗ１＜Ｗ２）。

ポイントＡでは、レーザ装置２１のレーザ出力がＷ１、レーザ集光径がＤ１とされ、ポイントＢでは、レーザ装置２１のレーザ出力がＷ２（＞Ｗ１）、レーザ集光径がＤ２（＝Ｄ１）とされる。このため、第１工程では、ポイントＡからポイントＢに到達するまでの間にレーザ装置２１のレーザ出力をＷ１からＷ２になるまで徐々に上げていく（いわゆる徐変工程）。なお、この徐変工程によって、図３に示す屈曲部１２の溶融部１４において溶融幅Ｗ（図３参照）が徐々に変化した徐変部２４（図２参照）が形成される。

次に、ポイントＣでは、レーザ装置２１のレーザ出力がＷ３（＝Ｗ２）、レーザ集光径がＤ３（＜Ｄ２）となっている。このため、第２工程では、ポイントＢからポイントＣに到達するまでの間にレーザ装置２１のレーザ集光径をＤ２からＤ３になるまで徐々に小さくしていく（いわゆる徐変工程）。なお、この徐変工程によって当該溶融幅Ｗ（図３参照）が徐々に変化した徐変部２６（図２参照）が形成される。

一方、ポイントＤでは、レーザ装置２１のレーザ出力がＷ４（＜Ｗ３）、レーザ集光径がＤ４（＝Ｄ３）となっているが、第３工程では、ポイントＣからポイントＤに到達するまでの間はレーザ装置２１のレーザ出力及びレーザ集光径は略一定となっている。つまり、第４工程において、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ３からＷ４に下げる。

また、ポイントＥでは、レーザ装置２１のレーザ出力がＷ５（＜Ｗ４）、レーザ集光径がＤ５（＝Ｄ４）となっている。つまり、第５工程では、レーザ装置２１のレーザ出力をＷ４からＷ５に下げ、レーザ照射が終了する。レーザ装置２１による加熱温度は、レーザ照射開始からの時間の経過と共に高くなる。このため、ポイントＥでは、レーザ装置２１のレーザ出力Ｗ５（＜Ｗ４）をポイントＤのレーザ出力Ｗ４よりもさらに低くなるように設定する。

以上のように、本実施形態では、レーザ照射工程において、レーザ装置２１のレーザ集光径及びレーザ出力の少なくとも一方を徐々に変えている（徐変させている）。このように、レーザ照射の条件を変えることによって、本実施形態では、溶融幅Ｗ（図３参照）が徐々に変化し、屈曲部１２（図３参照）のＲを徐々に変化させることが可能となる。

（金属板の作用及び効果）
次に、本実施の形態に係る金属板が適用されたサイメンアウタ１０の作用及び効果について説明する。

図２に示されるように、サイメンアウタ１０のルーフサイドレール部２０において、キャラクタライン２２が車両前方側へ向かうにつれて徐々に濃くなるように形成されている。つまり、本実施形態では、ルーフサイドレール部２０において車両前方側へ向かうにつれてＲの大きさが徐々に小さくなるように形成されている。

なお、図２では、キャラクタライン２２の濃さ（稜線の濃さ）について、実線及び破線の長さで表現しており、キャラクタライン２２が濃くなるにつれて破線の長さが徐々に長くなり一番濃い状態が実線となっている。このキャラクタライン２２の濃さと対比させるようにして、キャラクタライン２２の上方側にはキャラクタライン２２の断面形状が図示されている。

図２に示されるように、サイメンアウタ１０の屈曲部１２において、サイメンアウタ１０の裏面１０Ｂ側には、表面の溶融により形成された溶融部１４が設けられている。サイメンアウタ１０を加熱すると、加熱された部位では熱膨張及び熱収縮が生じる。このため、図３に示されるように、屈曲部１２を加熱することによって、加熱しない部位よりも屈曲部１２のＲを小さくすることが可能となり、サイメンアウタ１０の意匠面１０Ａ側では屈曲部１２のキャラクタライン２２をシャープにすることができる。

ここで、本実施形態では、図３に示す屈曲部１２の裏面１０Ｂ側に形成された溶融部１４には、図２に示されるように、徐変部２４、２６が設けられており、徐変部２４、２６では、溶融部１４における溶融幅Ｗが徐々に変化している。例えば、溶融幅Ｗが大きいとＲは大きく形成され、溶融幅Ｗが小さいとＲは小さく形成される。このため、本実施形態では、溶融幅Ｗを徐々に変化させることによって、屈曲部１２のＲを徐々に変化させることが可能となる。

したがって、本実施形態では、サイメンアウタ１０において、予めプレス加工による屈曲部１２（プレスライン）が形成されたとしても、当該屈曲部１２又はそれ以外の部位と図２に示すレーザ加工による凸部（屈曲部）１３との間でこれらの形状を自然に繋げることが可能となる。

前述のように、レーザ照射工程の第１工程では、図１、図２に示されるポイントＡからポイントＢに到達するまでの間にレーザ装置２１によるレーザ出力をＷ１からＷ２になるまで徐々に上げていく（徐変部２４）。言い換えると、レーザ照射が開始されるポイントＡでは、レーザ出力を低く設定することができる。これにより、サイメンアウタ１０において、急激な入熱を抑制して、入熱が行われる部位とそれ以外の部位との間で生じる応力差を低減し、サイメンアウタ１０に対して応力差により生じる歪みを抑制することが可能となる。

また、第２工程では、ポイントＢからポイントＣに到達するまでの間にレーザ装置２１によるレーザ集光径をＤ２からＤ３になるまで徐々に小さくなるように設定し、屈曲部１２のＲが徐々に小さくなるように形成される（徐変部２６）。つまり、ポイントＢからポイントＣに向かうにつれて、キャラクタライン２２が徐々にシャープになるように形成される。

そして、第３工程では、ポイントＣからポイントＤに到達するまでの間、レーザ装置２１によるレーザ出力及びレーザ集光径は略一定となっている。つまり、ポイントＣからポイントＤの間は、屈曲部１２のＲは略一定とされ、キャラクタライン２２のシャープさが略一定となっている。

また、第４工程では、ポイントＤにおいて、レーザ装置２１によるレーザ出力をＷ３からＷ４に下げ、第５工程では、ポイントＥにおいて、レーザ装置２１によるレーザ出力をＷ４からＷ５に下げ、レーザ照射を終了させる。加熱温度は、レーザ照射開始からの時間の経過と共に高くなるため、ポイントＤ、ポイントＥにおいて、レーザ装置２１によるレーザ出力を段階的に低くする。

以上のような加工条件により、本実施形態では、ルーフサイドレール部２０に形成されるキャラクタライン２２が車両前方側へ向かうにつれて徐々にシャープになるように形成することが可能となる。つまり、本実施形態では、ルーフサイドレール部２０において車両前方側へ向かうにつれて屈曲部１２のＲを徐々に小さくすることができる。なお、本実施形態では、ポイントＣからポイントＥに亘っては屈曲部１２のＲの大きさは略同じとされている。

また、本実施形態では、レーザ照射工程において、レーザ装置２１のレーザ集光径及びレーザ出力の少なくとも一方を徐々に変えているが、これらに限るものではない。例えば、レーザ光のレーザ速度、レーザ光のパス数等の条件を変えてもよい。また、本実施形態では、ポイントＡからポイントＣに到達するまでの間に徐変工程を設けているが、徐変工程をどこに設けるかについては、キャラクタライン２２の稜線の濃さによって適宜変更可能である。

以上のように、本実施形態では、図２に示されるように、サイメンアウタ１０に予めプレス加工による屈曲部１２（プレスライン）が形成されたとしても、当該屈曲部１２又はそれ以外の部位とレーザ加工による凸部１３（プレスライン＋レーザ加飾）との間でこれらの形状を自然に繋げることが可能となる。

このように、本実施形態では、追加工としてレーザ照射加工を行うことによって、プレス加工により形成されたキャラクタライン２２をよりシャープに形成することが可能となるため、例えば、既存のプレスラインにおいて、レーザ照射加工の有無によって、印象の異なる車両のデザインを創ることが可能となる。

例えば、プレス加工の場合、専用の型が必要となるが、レーザ照射加工では、専用の型は不要である。このため、プレス加工を行った金属板に対して、レーザ照射加工の有無によってマイナチェンジ、特別仕様車両等に対しての適用が可能になると、大幅なコストダウンを図ることが可能となる。

なお、本実施形態では、金属板として、サイメンアウタ１０が適用された例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図示はしないが、ドアパネルの上部に設けられるベルトライン、ドアパネルの下部、フードパネル、バックドア等に適用可能である。

さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記各実施形態に限定されないことは勿論である。

１０ サイメンアウタ（金属板）
１０Ａ 意匠面
１０Ｂ 裏面
１２ 屈曲部
１３ 凸部（屈曲部）
１４ 溶融部
２０ ルーフサイドレール部（金属板）
２１ レーザ装置
２２ キャラクタライン（屈曲部）
２４ 徐変部
２６ 徐変部
Ｗ 溶融幅

Claims (3)

1. 金属板を板厚方向にプレスさせ所定の形状に成形するプレス成形工程と、
   前記プレス成形工程においてプレスにより形成された屈曲部に対して、前記金属板の意匠面とは反対側の裏面側からレーザを照射するレーザ照射工程と、
   を備え、
   前記レーザ照射工程は、前記金属板の裏面側において、前記プレスにより形成された屈曲部の延伸方向に沿って、表面の溶融により形成された溶融部の溶融幅を徐々に変化させ、前記屈曲部に対して前記溶融部に由来して生じる変形を付加して、前記屈曲部の曲率半径を徐々に変化させる徐変工程を含んでいる金属板の成形方法。
2. 前記溶融幅が狭い部位では、前記屈曲部において板厚方向に沿って切断された断面の曲率半径が当該溶融幅が広い部位よりも小さく形成されている請求項１に記載の金属板の成形方法。
3. 前記徐変工程では、レーザ集光径及びレーザ出力の少なくとも一方を徐変させる請求項１又は請求項２に記載の金属板の成形方法。