JPWO2019188850A1 - プレス成形装置およびプレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

成形領域に頂部を有するパンチと、パンチの頂部に対向するダイと、パンチの側方においてダイに対向するブランクホルダーと、ダイの非成形領域またはブランクホルダーに設けられたビードと、ダイおよびブランクホルダーのうち、ビードが設けられていない方に設けられた、ビードに嵌合可能である溝と、ビードおよび溝の肩部の少なくともいずれか一方に設けられた、粒子固着部とを備え、粒子固着部は、ビッカース硬さが７００以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、保持層の硬さは、粒子の硬さよりも小さく、粒子の平均粒径は、３０〜６００μｍであり、保持層の厚さは、粒子の平均粒径の５０〜８０％である、プレス成形装置。

Description

本発明は、プレス成形技術に関する。

自動車を構成する外板パネルの中には、例えば図１に示されるドアアウターパネルのようにエンボス加工により形成される凹部（以下、“エンボス部”）を有する外板パネルがある。エンボス部は通常、プレス成形装置によりブランクを絞り加工することで形成されるが、プレス成形時においてはエンボス部の周囲からエンボス部に流入する材料の移動量が不均一となり、外板パネルの意匠面に数十ミクロンから数百ミクロン程度の面歪が発生することがある。ドアアウターパネルのエンボス部の場合は、図１中の黒丸印の位置において面歪が発生しやすい。面歪が発生した外板パネルに光が当たると、面歪が模様のように外観に現れ、製品の外観品質基準を満たすことができない場合がある。

また、近年は外板パネルにキャラクターラインを設けることも多くなっている。キャラクターラインとは、外板パネルに形成される線状の凸部であって、少なくとも二つの面で挟まれる稜線のことをいう。このようなキャラクターラインを形成する際には、パンチの先端がブランクに接触して生じる局部的かつ微小な曲げ部が成形過程で移動するといった線ずれが起こることが知られている。線ずれの程度が大きい場合には、前述の面歪と同様に製品の外観品質基準を満たすことができない場合がある。

これらの面歪や線ずれを抑えるためには、プレス成形時における材料の移動をある程度抑えることが有効である。そのような材料の移動を抑制するプレス成形装置として、特許文献１にはブランクを押さえる部分にビードが設けられたダイと、そのビードが嵌まる溝が設けられたクッションリングを備えたプレス成形装置が開示されている。特許文献１のプレス成形装置においては、ダイのビードとクッションリングの溝にブランクを挟み込むことで、ブランクの保持力を高めた状態でプレス成形を行うことができる。

特許文献２には、合成樹脂層の上面に形成された多数の鋼球からなる皺押えビードを有したコンクリート製のプレス型が開示されている。特許文献３には、素材の縁部を挟持する鍵歯状突起を有するプレス型が開示されている。特許文献４には、パンチの肩部に硬質被膜が形成され、パンチの側面に潤滑性被膜が形成されることでパンチの肩部と側面とで摩擦力が異なる金型が開示されている。特許文献５には、粒状メッキ処理により微小凹凸層が形成された成形型が開示されている。

特開２０１０−１２５４７２号公報 特開昭５３−０５２２６９号公報 実開昭５８−０８１０２７号公報 特開平９−２５３７７０号公報 特開２００４−２９８９５４号公報

特許文献１のプレス成形装置によれば、面歪や線ずれをある程度抑えることは可能であるが、ビードを設けてブランクを保持するだけでは、プレス成形中の材料の移動を十分に抑えることはできない。特に、ブランクの板厚が薄い場合にはブランクがビードと溝の間をすり抜けるように移動しやすいため、面歪や線ずれを十分に抑えることができない。また、面歪や線ずれ等のプレス成形中の材料の移動に起因する成形不良は、自動車の外板パネルに限らず、他のプレス成形品においても起こり得る。

特許文献２のプレス型は、プレス成形中に鋼球への入力荷重が大きくなり、合成樹脂層から鋼球が脱落したり、被加工材に割れが生じるおそれがある。特許文献３のプレス型は、鍵歯状突起が材料に噛み込むことで材料を保持する力が大きくなりすぎて、プレス成形中の材料の移動が過剰に制限される。これにより、所望形状への成形が困難になる場合がある。特許文献４の金型は、ダイとしわ押さえの間における被加工部材を押さえる力が小さく、プレス成形中の材料の移動を十分に抑えることができない。特許文献５の成形型は、ワークを押さえる部分に平面状の微小凹凸層が形成されているが、平面状の微小凹凸層ではワークを押さえる力が十分ではなく、プレス成形中の材料の移動を十分に抑えることができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プレス成形中の材料の移動に起因する成形不良を抑えることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、プレス成形装置であって、成形領域に頂部を有するパンチと、前記パンチの前記頂部に対向するダイと、前記パンチの側方において前記ダイに対向するブランクホルダーと、前記ダイの非成形領域または前記ブランクホルダーに設けられたビードと、前記ダイおよび前記ブランクホルダーのうち、前記ビードが設けられていない方に設けられた、前記ビードに嵌合可能である溝と、前記ビードおよび前記溝の肩部の少なくともいずれか一方に設けられた、粒子固着部とを備え、前記粒子固着部は、ビッカース硬さが７００以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、前記保持層の硬さは、前記粒子の硬さよりも小さく、前記粒子の平均粒径は、３０〜６００μｍであり、前記保持層の厚さは、前記粒子の平均粒径の５０〜８０％であることを特徴としている。

別の観点による本発明の一態様は、プレス成形品の製造方法であって、ダイおよびブランクホルダーの一方にビードが、他方に該ビードに嵌合可能である溝が設けられ、かつ、前記ビードおよび前記溝の肩部の少なくともいずれか一方に、ビッカース硬さが７００以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有した粒子固着部が設けられ、かつ、前記保持層の硬さが前記粒子の硬さよりも小さく、前記粒子の平均粒径が３０〜６００μｍであり、前記保持層の厚さが前記粒子の平均粒径の５０〜８０％である、プレス成形装置を用い、ブランクの非意匠面側がパンチ側に向くようにして前記パンチと前記ダイとの間に前記ブランクを配置してプレス成形を行い、プレス成形品を製造することを特徴としている。

なお、本明細書における“ブランクホルダー”は、絞り加工や曲げ加工に関わらず、ブランクのしわ押さえとして機能する部材を意味し、例えば曲げ加工時に用いられるパッドも含まれる。

本発明においては、ブランクを押さえる部分に設けられたビードおよびビードが嵌まり込む溝の肩部の少なくともいずれか一方に粒子固着部が設けられていることで、プレス成形の際のブランクの保持力が高まり、プレス成形中の材料の移動を制限することができる。

本発明によれば、プレス成形中の材料の移動に起因する成形不良を抑えることができる。

自動車側面の外板パネルを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るパンチおよびブランクホルダーを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る粒子固着部の拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の動作を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の動作を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の動作を示す図である。 ビード形状の一例を示す図である。 ビード形状の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るプレス成形装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係るビードと溝の拡大図である。 本発明の別の実施形態に係るビードと溝の拡大図である。 本発明の別の実施形態に係るビードと溝の拡大図である。 保持層の厚さおよび粒子の平均粒径の測定法を説明するための図である。 本発明の別の実施形態に係るプレス成形装置の概略構成を示す断面図である。 平板摺動試験の方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。また、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要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、エンボス部を有するプレス成形品（例えば自動車の外板パネル）を製造するプレス成形装置について説明する。図２に示すように本実施形態のプレス成形装置１は、下型として設けられたパンチ２と、上型として設けられたダイ３と、パンチ２の側方においてダイ３に対向するように設けられたブランクホルダー４を備えている。図３に示すようにブランクホルダー４はパンチ２の周囲を囲むように配置されている。また、本実施形態においては、パンチ２およびブランクホルダー４が昇降機構（不図示）によって昇降可能に構成されている。本実施形態のプレス成形装置１は、１回のプレス成形で部品を１つ製造する１個取りの装置構成であるが、装置構成は本実施形態で説明するものに限定されない。なお、本実施形態では下型のパンチ２を可動式、上型のダイ３を固定式としているが、パンチ２を固定式、ダイ３を可動式としても良い。また、上型をパンチ２、下型をダイ３としても良い。すなわち、パンチ２およびダイ３の少なくともいずれか一方が上下動し、互いに接近可能な構成であれば、パンチ２やダイ３の昇降動作に関する構成は限定されない。

パンチ２の頂部５は、パンチ２の成形領域Ｒ_aに設けられる。パンチ２の成形領域Ｒ_aとは、パンチ２において、プレス成形により得られる成形品の成形面を形成する領域を意味する。頂部５には凸部５ａと、その凸部５ａに周囲を囲まれた凹部５ｂとが形成され、図３に示すように凹部５ｂは平面視で略楕円形状となっている。図２に示すようにダイ３の成形領域Ｒ_bには、パンチ頂部５の凹部５ｂに対応した形状の凸部３ａが形成されている。ダイ３の成形領域Ｒ_bとは、ダイ３において、プレス成形により得られる成形品の成形面を形成する領域を意味する。プレス成形時においては、このダイ３の凸部３ａとパンチ２の凹部５ｂによってブランクＳにエンボス部が形成される。

ブランクホルダー４のダイ３に対向する面には、ダイ３側に突出したビード６が設けられている。ビード６は、図２のようにプレス成形装置１の奥行き方向Ｙに垂直な断面視において半円状であり、図３に示すように本実施形態においてはパンチ２の周囲を囲むようにして４つの直線状のビード６が設けられている。また、ダイ３の非成形領域Ｒ_cにはビード６が嵌合可能な溝７が形成されている。ダイ３の非成形領域Ｒ_cとは、プレス成形により得られる成形品の成形面を形成しない領域、すなわちダイ３の成形領域Ｒ_b以外の領域を意味する。本実施形態の場合、ダイ３の、ブランクホルダー４に対向する部分がダイ３の非成形領域Ｒ_cである。ブランクＳは、プレス成形時にブランクホルダー４のビード６とダイ３の溝７に挟まれることで保持される。

ブランクホルダー４のビード６の表面には粒子固着部１０が設けられている。本実施形態の粒子固着部１０はビード６全体を覆うように設けられている。なお、図２および図３においては粒子固着部１０の説明の便宜のために、ブランクホルダー４と粒子固着部１０の実際の大きさの相対的な関係に対して粒子固着部１０を拡大して図示している。

図４に示すように粒子固着部１０は、粒子１０ａと、当該粒子１０ａを基材（本実施形態ではブランクホルダー４のビード６）に固着させる保持層１０ｂとを有している。粒子１０ａを固着する方法は特に限定されないが、例えば切削工具の刃先への砥粒接着技術を応用することが可能であり、具体的には電着塗装や溶着などの方法によって粒子１０ａを基材に固着することができる。電着塗装で粒子１０ａを基材に固着させる場合は、粒子１０ａが含まれた液層の中に基材を浸漬し、その浸漬している部分に電圧をかける。電着塗装の場合の保持層１０ｂは、例えばニッケルメッキ層やクロムメッキ層である。

溶着で粒子１０ａを基材に固着させる場合は、粒子１０ａの表面に金属メッキを施し、その粒子１０ａを基材表面に直接ろう付けする。この場合、ろうが保持層１０ｂの役割を果たす。ろう付けの場合のろうは、例えば銀および銅を含む組成のもの（いわゆる銀ろう）が採用され得る。

（粒子の硬さ）
粒子固着部１０の粒子１０ａは、７００以上のビッカース硬さを有している。このような粒子１０ａを有する粒子固着部１０がブランクホルダー４のビード６に設けられていることにより、粒子固着部１０を有しないビード６が形成されたブランクホルダー４を用いる場合に比べ、プレス成形時におけるビード６とブランクＳとの間の摩擦力を大きくすることができる。一方、粒子１０ａのビッカース硬さが７００未満の場合には、プレス成形時に粒子１０ａがブランクＳに噛み込みにくくなり、ビード６とブランクＳとの間の摩擦力を十分に得ることができない。なお、粒子１０ａのビッカース硬さは１５００以上であることが好ましく、２０００以上であることがさらに好ましい。粒子固着部１０の粒子１０ａの種類は、金属粒子であるか非金属粒子であるかを問わず、ブランクＳの硬さに応じて適宜選択されるが、例えば超硬合金（ビッカース硬さ：１７００〜２０５０）、溶融アルミナ（ビッカース硬さ：２１００）、炭化ケイ素（ビッカース硬さ：２５００）、炭化ホウ素（ビッカース硬さ：２７５０）、セラミック（ビッカース硬さ：２８００）、ダイヤモンド（ビッカース硬さ：９０００）等が用いられる。

また、粒子固着部１０において保持層１０ｂの硬さが粒子１０ａの硬さよりも大きい場合、保持層１０ｂが塑性変形しにくくなり、硬い材料のプレス成形を行う際に粒子１０ａが保持層１０ｂから脱落するおそれがある。したがって、保持層１０ｂの硬さは、粒子１０ａの硬さよりも小さい必要がある。保持層１０ｂの硬さは、粒子１０ａの硬さの５０％以下であることが好ましい。なお、保持層１０ｂの硬さは、粒子１０ａの硬さの４０％以下又は３０％以下であることがより好ましい。また、保持層１０ｂの硬さをビッカース硬さで１０００以下、９００以下又は８００以下としてもよい。

本明細書における粒子１０ａおよび保持層１０ｂの硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して測定されたものである。なお、粒子１０ａの平均粒径が２００μｍ以上の場合の粒子１０ａの硬さは、ＨＶ０．０１、すなわち試験力が１０ｇＦ（９８．０７ｍＮ）のときの硬さであり、粒子１０ａの平均粒径が５０μｍ以上、２００μｍ未満の場合の粒子１０ａの硬さは、ＨＶ０．０００５、すなわち試験力が０．５ｇＦ（４．９０３ｍＮ）のときの硬さであり、粒子１０ａの平均粒径が５０μｍ未満の場合の粒子１０ａの硬さは、ＨＶ０．００００５、すなわち試験力が０．０５ｇＦ（０．４９０３ｍＮ）のときの硬さである。また、保持層１０ｂの厚さが２００μｍ以上の場合の保持層１０ｂの硬さは、ＨＶ０．０１、すなわち試験力が１０ｇＦ（９８．０７ｍＮ）のときの硬さであり、保持層１０ｂの厚さが５０μｍ以上、２００μｍ未満の場合の保持層１０ｂの硬さは、ＨＶ０．０００５、すなわち試験力が０．５ｇＦ（４．９０３ｍＮ）のときの硬さであり、保持層１０ｂの厚さが５０μｍ未満の場合の保持層１０ｂの硬さは、ＨＶ０．００００５、すなわち試験力が０．０５ｇＦ（０．４９０３ｍＮ）のときの硬さである。

（粒子の平均粒径に対する保持層の厚さ）
粒子固着部１０における保持層１０ｂの厚さＨは、粒子１０ａの平均粒径Ｄの５０〜８０％となっている。粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの厚さＨは、（保持層１０ｂの厚さＨ／粒子１０ａの平均粒径Ｄ）×１００（％）として算出され、保持層１０ｂから突出する粒子１０ａの高さを示す指標である。

保持層１０ｂの厚さＨが粒子１０ａの平均粒径Ｄの５０％未満であると、保持層１０ｂから突出する粒子１０ａの高さが高くなり、ビード６とブランクＳとの摩擦力が向上する。しかし、それぞれの粒子１０ａへの入力荷重が大きくなる。

これにより、粒子１０ａが保持層１０ｂから脱落し易くなるとともに、粒子１０ａが摩耗し易くなる。このため、粒子固着部１０の保持性および耐摩耗性を向上させるために、保持層１０ｂの厚さＨは、好ましくは粒子１０ａの平均粒径Ｄの５０％以上であり、より好ましくは粒子１０ａの平均粒径Ｄの５５％以上であり、さらに好ましくは粒子１０ａの平均粒径Ｄの６０％以上である。

一方、保持層１０ｂの厚さＨが粒子１０ａの平均粒径Ｄの８０％を超えると、保持層１０ｂに埋没する粒子１０ａの数が増加し、粒子固着部１０とブランクＳの摩擦力を十分に高めることができない。このため、保持層１０ｂの厚さＨは、好ましくは粒子１０ａの平均粒径Ｄの８０％以下であり、より好ましくは粒子１０ａの平均粒径Ｄの７５％以下であり、さらに好ましくは粒子１０ａの平均粒径Ｄの７０％以下である。

保持層１０ｂの厚さＨの測定法を説明する。図３に示すパンチ２の平面視において、粒子固着部１０の内側（パンチ２側）の全長をＷとし、前記Ｗの任意の点の始端位置をＯとする。この際、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置、０．７５Ｗ位置からそれぞれ周囲方向ヘ±２．０ｍｍの範囲を観察箇所とする。これらの観察箇所について、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置および０．７５Ｗ位置の断面における、前記観察箇所（周囲方向ヘ±２．０ｍｍの範囲）を観察する。各観察箇所において、保持層１０ｂの厚さ（パンチ表面に垂直な方向の長さ）を各２０点測定し、計８０点の平均値を保持層１０ｂの厚さとする。

（平均粒径）
次に、粒子１０ａの平均粒径の測定法を説明する。図３に示すパンチ２の平面視において、粒子固着部１０の内側の全長をＷとし、前記Ｗの任意の点を始端位置Ｏとする。この際、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置および０．７５Ｗ位置からそれぞれ周囲方向へ−２ｍｍ，−１ｍｍ，０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍの位置において、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、光学顕微鏡で観察する。これらの観察箇所の断面２０箇所において、各箇所で少なくとも１０個の粒子１０ａの粒径を測定し、その測定結果の平均値を粒子１０ａの平均粒径とする。なお、粒子１０ａの個々の粒径については、粒子１０ａ単体の長辺と短辺の平均値を粒径と定義する。前記観察箇所の観察視野の外縁と重なった粒子１０ａの粒径については測定せず、当該粒子１０ａは平均粒径の算出の際には無視される。

粒子１０ａの平均粒径は３０〜６００μｍである必要がある。粒子１０ａの平均粒径が３０μｍ以上であれば、ブランクＳのプレス成形時において十分な面圧がブランクＳに加わるので、ビード６とブランクＳとの摩擦力が十分に確保される。粒子１０ａの平均粒径は、好ましくは５０μｍ以上であり、より好ましくは６０μｍ以上である。また、粒子１０ａの平均粒径が８０μｍ以上である場合には、プレス成形の際のブランクＳの保持力がさらに高まり、プレス成形中の材料の移動を制限する効果が顕著に高まる。粒子１０ａの平均粒径は、より好ましくは１００μｍ以上であり、さらに好ましくは１２０μｍ以上である。

また、粒子１０ａの平均粒径が６００μｍ以下であれば、ブランクＳのプレス成形時において、粒子１０ａが保持層１０ｂから脱落しにくくなる。粒子１０ａの平均粒径は、好ましくは５００μｍ以下であり、より好ましくは４５０μｍ以下であり、さらに好ましくは４００μｍ以下である。

なお、図４に示すように、粒子１０ａは、粒子１０ａの上部が保持層１０ｂから露出するように保持層１０ｂに埋め込まれている。発明者らによる検討の結果、粒子１０ａの各々の保持層１０ｂの埋没の程度、すなわち粒子１０ａの上部の露出の程度にかかわらず、粒子１０ａの平均粒径に対する保持層１０ｂの厚さが上記の所定の範囲内であれば、粒子１０ａの保持性および耐摩耗性を担保しつつ、粒子固着部１０とブランクＳとの摩擦力を十分に確保することができることが分かった。このことから、保持層１０ｂの厚さと粒子１０ａの平均粒径との関係を規定することにより、プレス加工においてエンボス部周囲の面歪を抑制できる。

（粒子率）
粒子固着部１０の粒子率は、好ましくは５〜２０％であり、さらに好ましくは８〜１８％である。粒子率は、一定領域内における粒子の密集度を示す指標となるものであり、（粒子固着部１０中の粒子１０ａの総面積／粒子固着部１０の面積）×１００（％）として算出される。粒子率は次のようにして測定される。まず、図３に示すパンチ２の平面視において、粒子固着部１０の内側の全長をＷとし、前記Ｗの任意の点を始端位置Ｏとする。この際、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置および０．７５Ｗ位置からそれぞれ周囲方向へ−２ｍｍ，−１ｍｍ，０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍの位置において、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、光学顕微鏡で少なくとも１０個の粒子を含む粒子固着部１０を観察する。これらの観察箇所の断面２０箇所における個々の粒子１０ａの面積の総合計Ａと保持層１０ｂの面積の総合計Ｂを測定する。そして、Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００（％）を粒子率とする。

粒子率が５％以上であれば、粒子１０ａが十分に粒子固着部１０の表面に分散されるので、ビード６とブランクＳとの摩擦力をより十分に確保できる。また、粒子率が８％以上であれば、その効果をさらに得やすくなる。粒子固着部１０の粒子率は、より好ましくは１０％以上であり、さらに好ましくは１２％以上である。

また、粒子率が２０％以下であれば、粒子固着部１０中の粒子１０ａ分散の程度（例えば粒子間の距離）が最適となり、粒子１０ａ間における目詰まりが生じにくくなる。そうすると、操業条件にかかわらず、ビード６とブランクＳとの間の摩擦力を十分維持することができる。また、粒子率が１８％以下であれば、その効果をさらに得やすくなる。粒子固着部１０の粒子率は、より好ましくは１５％以下である。

本実施形態のプレス成形装置１は以上のように構成されている。次に、上記のプレス成形装置１を用いた、エンボス部を有するプレス成形品の製造方法について説明する。なお、以下の説明で参照する図５〜図７においては粒子固着部１０が図示されていないが、前述のようにブランクホルダー４のビード６には粒子固着部１０が設けられている。

まず、図２のようにダイ３とブランクホルダー４との間にブランクＳを配置する。この際にブランクＳの、製品の外観に現れる面（意匠面）と外観に現れない面（非意匠面）のうち、非意匠面側がパンチ２側に向くようにしてブランクＳを配置する。なお、ブランクＳは鋼板に限定されず、アルミニウム合金板やチタン合金板等の他の金属板であっても良い。

続いて、図５のようにブランクホルダー４を上昇させ、ダイ３とブランクホルダー４との間にブランクＳを固定する。ここではブランクホルダー４のビード６の形状に沿うようにしてブランクＳの端部が変形する。このとき、ブランクホルダー４のビード６には粒子固着部１０が設けられているために、ブランクホルダー４のビード６とブランクＳとが接触することにより、粒子固着部１０の粒子１０ａがブランクＳに噛み込み、両者の間の摩擦力が大きくなる。

その状態で図６のようにパンチ２を上昇させる。ここでパンチ２の頂部５がブランクＳに接触し、ブランクＳが変形していく。この変形に伴い、パンチ２の頂部５に向かって材料が引き込まれるように移動しようとするが、本実施形態においては粒子固着部１０によりブランクホルダー４のビード６とブランクＳとの間の摩擦力が大きいために、材料の移動量が少なくなる。

そして、図７のようにさらにパンチ２を上昇させ、ダイ３の凸部３ａにブランクＳが接触すると、ブランクＳがパンチ頂部５の凹部５ｂに押し込まれるようにして変形する。このとき、材料が凹部５ｂ内に引き込まれるように移動しようとするが、前述のようにブランクホルダー４のビード６とブランクＳとの間の摩擦力が大きいために、材料の移動が制限される。すなわち、エンボス部の周囲における材料の移動量が少なくなり、面歪の発生を抑えることが可能となる。

その状態のまま、パンチ２を上死点まで上昇させることで、エンボス部を有するプレス成形品を得ることができる。

このように第１の実施形態のプレス成形装置１においては、ブランクホルダー４のビード６に粒子固着部１０を設けることにより、エンボス部を有するプレス成形品の面歪を抑えることが可能となる。特に、本実施形態のようなプレス成形装置１においては、板厚が０．６ｍｍ以下の鋼板や、板厚が１．２ｍｍ以下のアルミニウム合金板といった従前のブランクホルダーのビード６では押さえることが困難であったブランクＳも押さえることが可能となる。すなわち、ブランクＳの板厚が薄い場合にも、面歪の発生を抑えた状態でエンボス部を有するプレス成形品を製造することができる。

なお、本実施形態においては、ブランクホルダー４のビード６の全体を覆うように粒子固着部１０を設けることとしたが、成形不良が発生しやすい箇所の材料の移動を抑えることができれば、粒子固着部１０を部分的に設けるようにしても良い。

また、ビード６の形状は本実施形態で説明したものに限定されず、例えば図８のようにブランクホルダー４の全周にわたって一続きのビード６を形成し、そのビード６を覆うように粒子固着部１０を設けても良い。この場合、ブランクＳとの摩擦力が大きくなり、プレス成形時におけるブランクＳの保持力を高めることができる。また例えば図９に示すようにブランクホルダー４の四隅にビード６を形成し、そのビード６を覆うように粒子固着部１０を設けても良い。プレス成形時における材料の移動はブランクＳの角部で起こりやすいことから、図９のようにブランクホルダー４の角部のみに粒子固着部１０を設ける場合であってもプレス成形時におけるブランクＳの保持力を十分に確保することができ、面歪を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、キャラクターラインを有するプレス成形品（例えば自動車の外板パネル）を製造するプレス成形装置１について説明する。図１０に示すように第２の実施形態のプレス成形装置１においては、パンチ２およびダイ３の形状が第１の実施形態のものとは異なり、パンチ２の頂部５が凸部５ａのみで構成されている。この凸部５ａは、形成するキャラクターラインの形状に対応するようにしてプレス成形装置１の奥行き方向Ｙに沿って延びた形状となっている。また、ダイ３の形状もパンチ２の凸部５ａに対応した形状となっている。その他の構成については第１の実施形態と同様である。

本実施形態のプレス成形装置１においても、粒子固着部１０によりプレス成形中はビード６とブランクＳとの摩擦力が大きい状態にあり、プレス成形中の材料の移動量を少なくすることができる。すなわち、パンチ２とブランクＳの初期の接触で生じる曲げ部の移動が制限され、線ずれを抑えることが可能となる。なお、図１０に示すプレス成形装置１の構成はブランクＳにキャラクターラインを１本だけ形成する場合のものであるが、キャラクターラインが２本以上の場合や三次元に湾曲するような形状の場合のプレス成形装置１においても、粒子固着部１０によりプレス成形中の材料の移動を制限することができ、線ずれを抑えることができる。

したがって、ブランクホルダー４のビード６に粒子固着部１０が設けられていれば、第１の実施形態のようなエンボス部を有するプレス成形品の面歪を抑えられるだけでなく、キャラクターラインを有するプレス成形品の線ずれも抑えることが可能である。また、面歪や線ずれが懸念されるプレス成形品のみならず、プレス成形中の材料の移動に起因する成形不良が懸念されるプレス成形品に対しても、粒子固着部１０が設けられることによって成形不良を抑えた状態でプレス成形品を製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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うることは明らかであり、そ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。

例えば上記実施形態では、ブランクホルダー４のビード６に粒子固着部１０を設けることとしたが、図１１に示すようにダイ３の溝７の肩部７ａに粒子固着部１０を設けても良い。この構成の場合、プレス成形時においてはビード６によって溝７に押し込まれるブランクＳが、粒子固着部１０が設けられた肩部７ａに接触する。このため、プレス成形中は肩部７ａとブランクＳとの間の摩擦力が大きくなり、ブランクＳの材料の移動が制限される。すなわち、粒子固着部１０がダイ３側に設けられている場合にも、プレス成形中の材料の移動に起因する成形不良の発生を抑えることができる。なお、ブランクホルダー４のビード６と、ダイ３の溝７の肩部７ａの両方に粒子固着部１０を設けても良い。

また、ブランクホルダー４のビード６の形状は上記実施形態で説明したものに限定されない。例えば図１２に示すように、ブランクホルダー４のビード６は上端部が平面状に形成されていても良い。この場合であっても、ビード６の肩部６ａに粒子固着部１０が設けられていれば、ビード６の肩部６ａとブランクＳとの摩擦力を大きくすることができ、プレス成形中における材料の移動量を少なくすることができる。図１２のようにビード６の上端部が平面状である場合には、図１３に示すようにビード６の肩部６ａではなく、ダイ３の溝７の肩部７ａに粒子固着部１０を設けても良い。また、ビード６の肩部６ａと溝７の肩部７ａの両方に粒子固着部１０を設けても良い。なお、図１１〜図１３においては粒子固着部１０の説明の便宜のために、粒子固着部１０を実際の大きさに対して拡大して図示している。

ここで、図１１〜１３に示すような粒子固着部１０の場合における保持層１０ｂの厚さＨの測定法を説明する。図３に示す場合と同様に、粒子固着部１０の内側の全長をＷとし、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置、０．７５Ｗ位置を定め、各位置における全周方向に直交する方向の複数箇所で測定を行う。図１４は０Ｗ位置における観察箇所を示す図であるが、粒子固着部１０の全周方向に直交する長さをＬとしたときに、０．２５Ｌ位置、０．５０Ｌ位置、０．７５Ｌ位置からそれぞれ周囲方向ヘ±２．０ｍｍの範囲を観察箇所とする。これらの観察箇所について、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、０．２５Ｌ位置、０．５０Ｌ位置および０．７５Ｌ位置の断面における、前記観察箇所（周囲方向ヘ±２．０ｍｍの範囲）を観察する。各観察箇所において、保持層１０ｂの厚さ（パンチ表面に垂直な方向の長さ）を各２０点測定する。同様の測定を０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置および０．７５Ｗ位置でも行い、計２４０点の平均値を保持層１０ｂの厚さとする。

次に、図１１〜１３に示すような粒子固着部１０の場合における粒子１０ａの平均粒径の測定法を説明する。図３に示す場合と同様に、粒子固着部１０の内側の全長をＷとし、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置、０．７５Ｗ位置を定め、各位置における全周方向に直交する方向の複数箇所で測定を行う。そして、粒子固着部１０の全周方向に直交する長さをＬとしたときに、０．２５Ｌ位置、０．５０Ｌ位置、０．７５Ｌ位置からそれぞれ周囲方向へ−２ｍｍ，−１ｍｍ，０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍの位置において、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、光学顕微鏡で観察する。これらの観察箇所の断面６０箇所において、各箇所で少なくとも１０個の粒子１０ａの粒径を測定し、その測定結果の平均値を粒子１０ａの平均粒径とする。なお、粒子１０ａの個々の粒径については、粒子１０ａ単体の長辺と短辺の平均値を粒径と定義する。前記観察箇所の観察視野の外縁と重なった粒子１０ａの粒径については測定せず、当該粒子１０ａは平均粒径の算出の際には無視される。

上記実施形態ではブランクホルダー４にビード６を設けることとしたが、図１５に示すようにダイ３の非成形領域Ｒ_cにビード６を設け、ブランクホルダー４のダイ３に対向する面に溝７を設けるようにしても良い。この場合でも、ダイ３のビード６およびブランクホルダー４の溝７の肩部７ａの少なくともいずれか一方に粒子固着部１０が設けられていれば、ブランクＳとの摩擦力を大きくすることができ、プレス成形中の材料の移動を抑えることができる。すなわち、ダイ３とブランクホルダー４とが対向する部分に設けられるビード６および溝７は、ダイ３とブランクホルダー４の一方にビード６が設けられ、他方に溝７が設けられていれば良い。

粒子固着部を有する治具を作成し、摺動試験を実施した。治具は、図１６のように凸部を有した第１の部材と、凸部が嵌合する凹部を有した第２の部材から構成され、第２の部材の凸部には粒子固着部が形成されている。第１の部材および第２の部材は、それぞれ長さがＬ₂［ｍｍ］であり、幅（図１６の紙面垂直方向の長さ）がＷ₂［ｍｍ］である。

摺動試験は次の手順で行われる。（１）長さがＬ₁［ｍｍ］、幅がＷ₁［ｍｍ］の平板を第１の部材と第２の部材の間にセットする。（２）第１の部材と第２の部材で平板の中央部を挟み込んで治具に平板を固定した状態（ロック状態）とする。（３）治具に荷重Ｐ₁［ｋＮ］をかけて平板を固定した状態のまま、治具から突出した平板の一方の端部を荷重Ｐ₂［ｋＮ］で引っ張る。

摺動試験は硬さや粒径等が異なる粒子固着部を有した複数の試験片に対して行われ、三段階評価によって各試験片の粒子固着部を評価した。詳述すると、平板引張前における、引張側と反対側の、治具から突出した平板端部の長さをＬ、平板の引張後における、引張側と反対側の、治具から突出した平板端部の長さをΔＬとして、ΔＬ／Ｌが８０％未満の場合は評価を“Ｃ”とし、ΔＬ／Ｌが８０％以上、９０％未満の場合は評価を“Ｂ”とし、ΔＬ／Ｌが９０％以上の場合は評価を“Ａ”とした。プレス成形中の材料の移動を制限し、成形不良を抑制する観点においては、ΔＬ／Ｌが８０％以上であることが目標とされる。すなわち、評価がＢの場合には、材料の移動に起因する成形不良の発生を抑えることができ、評価がＡの場合には、さらに効果的に成形不良の発生を抑えることができる。なお、実際のプレス成形試験により、粒子固着部がないビードより上記摺動試験で評価Ｃの粒子固着部を有するビードの方がプレス成形品の外観がより良好となり、評価Ｃより評価Ｂの粒子固着部を有するビードの方がプレス成形品の外観がより良好となり、また、評価Ｂより評価Ａの粒子固着部を有するビードの方が、プレス成形品の外観がより良好となることを確認している。

平板摺動試験の条件と結果を下記表１に示す。なお、表１に示される粒子の材質のうち、ＣＢＮとはＣｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅである。また、超硬合金は、ニッケルとタングステンカーバイドからなるものである。

比較例１では、粒子のビッカース硬さが小さすぎることにより平板と粒子固着部の摩擦力が小さく、平板の移動を十分に抑えることができなかった。比較例２では、粒子の平均粒径が大きすぎるために各々の粒子への入力荷重が大きくなり、保持層から脱落する粒子が多かった。そして、粒子の脱落に伴い、平板を押さえる力が小さくなり、平板の移動を十分に抑えることができなかった。比較例３では、粒子の平均粒径が小さすぎることにより平板と粒子固着部の摩擦力が小さく、平板の移動を十分に抑えることができなかった。比較例４では、粒子の平均粒径に対する保持層の厚さが薄すぎるために各々の粒子への入力荷重が大きくなり、保持層から脱落する粒子が多かった。そして、粒子の脱落に伴い、平板を押さえる力が小さくなり、平板の移動を十分に抑えることができなかった。比較例５では、粒子の平均粒径に対する保持層の厚さが厚すぎて保持層に埋没する粒子が増え、平板と粒子固着部の摩擦力が小さく、平板の移動を十分に抑えることができなかった。

一方、実施例１〜９においては、平板の移動を十分に抑えることができた。また、例えば実施例１、実施例４および実施例５の試験結果は、実施例２および実施例３の試験結果に対し、さらに良好なものとなった。本試験結果に鑑みれば、粒子の平均粒径は８０μｍ以上であることが好ましい。また、例えば実施例１、実施例８および実施例９の試験結果は、実施例６および実施例７の試験結果に対し、さらに良好なものとなった。本試験結果に鑑みれば、粒子固着部の粒子率は５〜２０％であることが好ましい。

本発明は、エンボス部を有するプレス成形品やキャラクターラインを有するプレス成形品の製造に利用することができる。

１ プレス成形装置
２ パンチ
３ ダイ
３ａ ダイの凸部
４ ブランクホルダー
５ パンチ頂部
５ａ パンチ頂部の凸部
５ｂ パンチ頂部の凹部
６ ビード
６ａ ビードの肩部
７ 溝
７ａ 溝の肩部
１０ 粒子固着部
１０ａ 粒子
１０ｂ 保持層
Ｄ 平均粒径
Ｈ 保持層の厚さ
Ｒ_a パンチの成形領域
Ｒ_b ダイの成形領域
Ｒ_c ダイの非成形領域
Ｓ ブランク
Ｙ プレス成形装置の奥行き方向

Claims (6)

1. プレス成形装置であって、
   成形領域に頂部を有するパンチと、
   前記パンチの前記頂部に対向するダイと、
   前記パンチの側方において前記ダイに対向するブランクホルダーと、
   前記ダイの非成形領域または前記ブランクホルダーに設けられたビードと、
   前記ダイおよび前記ブランクホルダーのうち、前記ビードが設けられていない方に設けられた、前記ビードに嵌合可能である溝と、
   前記ビードおよび前記溝の肩部の少なくともいずれか一方に設けられた、粒子固着部とを備え、
   前記粒子固着部は、ビッカース硬さが７００以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、
   前記保持層の硬さは、前記粒子の硬さよりも小さく、
   前記粒子の平均粒径は、３０〜６００μｍであり、
   前記保持層の厚さは、前記粒子の平均粒径の５０〜８０％である。
2. 請求項１に記載のプレス成形装置において、
   前記粒子の平均粒径が８０μｍ以上である。
3. 請求項１または２に記載のプレス成形装置において、
   固着された前記粒子の粒子率は５〜２０％である。
   ただし、前記粒子率は、（前記粒子の総面積／前記粒子固着部の面積）×１００（％）として算出される。
4. プレス成形品の製造方法であって、
   ダイおよびブランクホルダーの一方にビードが、他方に該ビードに嵌合可能である溝が設けられ、かつ、前記ビードおよび前記溝の肩部の少なくともいずれか一方に、ビッカース硬さが７００以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有した粒子固着部が設けられ、かつ、前記保持層の硬さが前記粒子の硬さよりも小さく、前記粒子の平均粒径が３０〜６００μｍであり、前記保持層の厚さが前記粒子の平均粒径の５０〜８０％である、プレス成形装置を用い、
   ブランクの非意匠面側がパンチ側に向くようにして前記パンチと前記ダイとの間に前記ブランクを配置してプレス成形を行い、プレス成形品を製造する。
5. 請求項４に記載のプレス成形品の製造方法において、
   前記粒子の平均粒径が８０μｍ以上である。
6. 請求項４または５に記載のプレス成形品の製造方法において、
   固着された前記粒子の粒子率は５〜２０％である。
   ただし、前記粒子率は、（前記粒子の総面積／前記粒子固着部の面積）×１００（％）として算出される。
   
   
   

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