WO2014185357A1 - カップ状部材のプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

カップ状部材のプレス成形方法は、第一の上工具（２）及び第二の上工具（３）を第一の下工具（５）に接近させる方向に相対移動させることにより、素材（１）を第一の下工具（５）の下工具孔部（５ａ）に押し込み、素材（１）を折り曲げる第一工程と、第三の上工具（４）を第一の下工具（５）に接近させる方向に相対移動させて、素材（１）の筒端部（１ｄ）を押し込むことにより、素材（１）の一部を上工具傾斜部（３ａ）と孔部傾斜部（５ｃ）との間に形成された隙間に流動させ、この部分を増肉する第二工程と、第二の金型を用いて、前記第二工程で増肉された部分を、カップ状部材の中心軸Ｌ１に対して略直交する方向に延在する形状にプレス成形する第三工程と、を有する。

Description

カップ状部材のプレス成形方法

　本発明は、カップ状部材のプレス成形方法に関する。

　カップ状部材は、底部と底部から連続して立ち上がった縦壁部を有する形状の部材であり、容器及び回転部材などの用途で広く機械部品として用いられる。このようなカップ状部材の底部及び縦壁部の肉厚については、使用される用途によっては一定ではなく、特定の部位について部分的に肉厚を変化させる場合があるある。縦壁部の肉厚を変化させる方法については、例えば、特許文献１～８や非特許文献１に開示されるような多くの方法が提示されている。

　一方で、底部の肉厚を部分的に変化させる方法については、例えば特許文献９に板状の素材から肉厚差のある底部を有するカップ状部材の成形方法が開示されているが、上述した縦壁部の肉厚を変化させる方法に比べて開示例は少ない。

特開昭６１－１４０３２７号公報 特開平０７－１５５８８８号公報 特開平０７－２５６３７７号公報 特開２０００－２４７４５号公報 特開２０００－２８８６４２号公報 特開２０００－３１７５６５号公報 特開２００１－４７１７５号公報 特開２００９－２４８０９２号公報 特開２０１０－１７２９１６号公報

「自動車技術」、社団法人自動車技術会、１９９６年、Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．１２、ｐ．３１－３７

　特許文献９は、板状の素材から分割金型を用いて肉厚差のある底部を有するカップ状部材を成形する成形方法が開示されている。しかしながら、この成形方法は５工程を有するために数多くの金型が必要になり、金型コストの増加や多くの金型の交換作業に伴う生産性の低下が懸念される。

　本発明のカップ状部材のプレス成形方法は、平板状の素材をカップ状部材に成形する際に、前記カップ状部材の底部厚さを部分的に増加させる、カップ状部材のプレス成形方法において、互いに中心軸が同軸上に配置される、円柱状の第一の上工具と、前記第一の上工具の外周に沿って配置され、先端面が下方に向かうに従って前記中心軸に接近するように傾斜した上工具傾斜部によって形成された筒状の第二の上工具と、前記第二の上工具の外周に沿って配置される筒状の第三の上工具と、前記第一の上工具、前記第二の上工具及び前記第三の上工具の進入を許容する孔部であって、この孔部が前記孔部内に進入する前記第三の上工具に沿って延びる孔部縦壁部と、前記孔部縦壁部の下端部に連設し、下方に向かうにしたがって前記中心軸に接近するように傾斜した孔部傾斜部と、前記孔部傾斜部の下端部に連設し、前記中心軸に直交する方向に延びる孔部底面部とから形成される第一の下工具と、を有する第一の金型を用いて、前記第一の上工具及び前記第二の上工具を前記第一の下工具に接近させる方向に相対移動させることにより、前記素材を前記第一の下工具の前記孔部に押し込み、前記素材を折り曲げる第一工程と、前記第三の上工具を前記第一の下工具に接近させる方向に相対移動させて、前記素材の上端部を押し込むことにより、前記素材の一部を前記上工具傾斜部と前記孔部傾斜部との間に形成された隙間に流動させ、この部分を増肉する第二工程と、を実施し、前記第一の金型とは異なる第二の金型を用いて、前記第二工程で増肉された部分を、カップ状部材の中心軸に対して略直交する方向に延在する形状にプレス成形する第三工程、を実施することを特徴とする。

　本願発明によれば、肉厚差のある底部を有するカップ状部材のプレス成形方法を簡素化することが可能となる。

粗成形工程で用いられる金型の概略図である。 仕上げ成形工程で用いられる金型の概略図である。 粗成形工程で用いられる金型の動作説明図である（待機状態）。 粗成形工程で用いられる金型の動作説明図である（第一工程の挟圧工程）。 粗成形工程で用いられる金型の動作説明図である（第一工程の折り曲げ工程）。 粗成形工程で用いられる金型の動作説明図である（第二工程）。 仕上げ成形工程で用いられる金型の動作説明図である（待機状態）。 仕上げ成形工程で用いられる金型の動作説明図である（第三工程）。 仕上げ成形工程で用いられる金型の動作説明図である（第三工程）。 第２実施形態で用いられる金型の概略図である。 第２実施形態で用いられる金型の動作説明図である（増肉工程）。 第３実施形態で用いられる金型の概略図である（ｎ－１回目の増肉処理）。 第３実施形態で用いられる金型の概略図である（ｎ回目の増肉処理）。 第５実施形態の粗成形工程で用いられる金型の動作説明図である。 比較例の一例として用いられる金型の動作説明図である（成形前）。 比較例の一例として用いられる金型の動作説明図である（成形後）。

　まず、比較例について説明する。図８Ａ及び図８Ｂは比較例の金型の動作説明図である。図８Ａは成形前の状態を示し、図８Ｂは成形後の状態を示している。　図８Ａに示すように、比較例の金型は、第一の上工具３７、第二の上工具３８、第三の上工具３９、下工具４０を有する。
　平板状の素材から底部の肉厚（底部厚さ）を部分的に変化させたカップ状部材の成形方法として、少工程かつ簡略な方法は次の通りである。まず、下工具４０の上部に平板状の素材１を設置する。次に、図８Ｂに示すように、第一の上工具３７、第二の上工具３８及び第三の上工具３９を下降させることで、下工具４０の孔部４０ａ内にカップ状部材を成形する。このとき、第三の上工具３９で縦壁上端部を押し込むことにより、底部の肉厚を変化させる部分に材料を流動させることができる。このように、第二の上工具３８と、下工具４０の孔部４０ａとの間に形成される隙間に材料を充満させて所定の底部の肉厚を部分的に変化させる。しかしながら、この場合、図８Ｂに示すように、縦壁下端部と底部との接続部Ｐが略直角形状であるために、この部分を材料が通過するときの抵抗が大きくなってしまう。すなわち、縦壁上縁部を第三の上工具３９で押し込み、底部の肉厚を変化させる部分に材料を流動させるために必要な荷重が過大となり、プレス成形装置の荷重容量が制約となり実用上成形できない場合が生じる。

　本発明は、かかる課題に対して、プレス荷重を実用上問題のない程度にまで低減させ、かつ可能な限り少工程で、平板状の素材から底部の肉厚を部分的に変化させたカップ状部材を成形する成形方法を提供する。

　図面を参照しながら、上記課題を解決するための本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１実施形態）
　本実施形態のプレス成形方法は、粗成形工程と、仕上げ成形工程とを含む。粗成形工程は、請求項１に記載された第一工程及び第二工程を有する。仕上げ成形工程は、請求項１に記載された第三工程を有する。
　図１は、粗成形工程を有効に実施するための金型の概略断面図である。粗成形工程に用いる金型（第一の金型に相当する）は、第一の上工具２、第二の上工具３、第三の上工具４、第一の下工具５を含む。工具２～５は互いに中心軸が同軸上であって、中心軸Ｌ１に対して軸対称に配置されている。第一の下工具５は、中心軸Ｌ１に対して軸対称なノックアウト部材６を有する。

　また、工具２～５及びノックアウト部材６は、それぞれ図示しない駆動機構（例えば、モータや油圧装置）に連結されており、各駆動機構が動作することにより、独立して中心軸Ｌ１方向に昇降移動する。図示しないコントローラは、各駆動機構の駆動を制御することにより、工具２～５及びノックアウト部材６の昇降動作を制御する。コントローラには、ＣＰＵ、ＭＰＵを用いることができる。金型、駆動機構及びコントローラによってプレス成形装置が構成される。
　なお、ノックアウト部材６は、移動不能な固定形式であってもよい。また、後述する他の工具においても、第一の金型と同様の駆動機構が設けられている。

　第一の上工具２は、円柱状に形成されている。第二の上工具３は、筒状に形成されており、その内周面は第一の上工具２の外周に沿って配置されている。第二の上工具３の先端面（下端面）は、下方に向かうに従って中心軸Ｌ１に接近するように傾斜した上工具傾斜部３ａにより形成されている。第三の上工具４は、筒状に形成されており、第二の上工具３の外周に沿って配置される。

　第一の下工具５は、第一の上工具２、第二の上工具３及び第三の上工具４の進入を許容する下工具孔部５ａを有する。下工具孔部５ａは、下工具孔部５ａに進入する第三の上工具４の外周面に沿って延びる孔部縦壁部５ｂと、孔部縦壁部５ｂの下端部に連設し、下方に向かうに従って中心軸Ｌ１に接近するように傾斜する孔部傾斜部５ｃと、孔部傾斜部５ｃの下端部に連設し、中心軸Ｌ１に直交する方向に延びる孔部底面部５ｄとから形成されている。孔部底面部５ｄの中心軸Ｌ１周りには、中心軸Ｌ１方向に延びる底面孔部５ｅが形成されている。底面孔部５ｅの内側には、ノックアウト部材６が配置されている。ノックアウト部材６の先端面（上端面）は、孔部底面部５ｄに対して略面一となる位置に配置されている。なお、孔部底面部５ｄ及びノックアウト部材６の先端面によって、請求項１に記載の「孔部底面部」が形成される。ただし、ノックアウト部材６は第一の下工具５に一体的に構成してもよい。

　ここで、図１に示すように、孔部底面部５ｄと孔部傾斜部５ｃとのなす角度（鋭角側）をＡ１としたときに、角度Ａ１は２０°以上６０°以下に設定することが好ましい。角度Ａ１の限定理由は後述する。また、図１に示すように、上工具傾斜部３ａと水平面とのなす角度も、角度Ａ１と略同一にすることが好ましい。

　図２は、仕上げ成形工程を有効に実施するための金型の概略図である。仕上げ成形工程に用いる金型（第二の金型に相当する）は、第一の仕上げ上工具７、第二の仕上げ上工具８、第三の仕上げ上工具９、第一の仕上げ下工具１０を含む。工具７～１０は互いに中心軸が同軸上であって、中心軸Ｌ２に対して軸対称に配置されている。第一の仕上げ下工具１０は、中心軸Ｌ２に対して軸対称なノックアウト部材１１を有する。

　第一の仕上げ上工具７は、円柱状に形成されている。第二の仕上げ上工具８は、筒状に形成されており、その内周面は第一の仕上げ上工具７の外周に沿って配置されている。第二の仕上げ上工具８の先端面は、中心軸Ｌ２に対して直交する方向に延びる平坦部８ａにより形成されている。第三の仕上げ上工具９は、筒状に形成されており、第二の仕上げ上工具８の外周に沿って配置される。
　第二の仕上げ上工具８は、上述した第二の上工具３の上工具傾斜部３ａが省略された形状である。

　第一の仕上げ下工具１０は、第一の仕上げ上工具７、第二の仕上げ上工具８及び第三の仕上げ上工具９の進入を許容する孔部１０ａを有する。孔部１０ａは、孔部１０ａに進入する第三の仕上げ上工具９の外周面に沿って延びる孔部縦壁部１０ｂと、孔部縦壁部１０ｂの下端部に連設し、中心軸Ｌ２に対して略直交する方向に延びる孔部底面部１０ｄとから形成されている。孔部底面部１０ｄの中心軸Ｌ２周りには、中心軸Ｌ２方向に延びる底面孔部１０ｅが形成されている。底面孔部１０ｅの内側には、第一の下工具５のノックアウト部材６と略同一寸法に形成されたノックアウト部材１１が配置されている。ノックアウト部材１１の先端面は、孔部底面部１０ｄに対して略面一となる位置に配置されている。孔部１０ａの孔部縦壁部１０ｂは、上述した第一の下工具５の孔部縦壁部５ｂと略同一内径に形成される。
　第一の仕上げ下工具１０は、上述した第一の下工具５の孔部傾斜部５ｃが省略された形状である。

　次に、図３Ａ～図３Ｄを参照しながら、本実施形態の粗成形工程について説明する。図３Ａ～図３Ｄは、粗成形工程で用いられる図１に示す金型の動作説明図である。まず、図３Ａに示すように図示していない金型の駆動機構により第一の上工具２、第二の上工具３及び第三の上工具４を、素材１を第一の下工具５の上部に設置するのに支障がない高さまで上昇させる。次に、円板形状をした平板状の素材１を第一の下工具５の上部に設置する。このとき、第二の下工具５のノックアウト部材６は、先端面が第一の下工具５の孔部底面部５ｄと略面一となるように設置する。

　次に、図３Ｂに示すように、第一の上工具２を矢印方向に下降させて、素材１を折り曲げながら下工具孔部５ａに押し込み、素材１の底中央部１ａを第一の上工具２と第一の下工具５との間で挟圧する（第一工程の挟圧工程に相当する）。したがって、素材１が下工具孔部５ａ内で位置決めされた状態で固定される。
　ここでは、第一の上工具２を下降させる場合について説明したが、この場合に限られず、第一の上工具２と第一の下工具５とが接近する方向に相対移動できればよい。例えば、変形例として、第一の上工具２を下降させずに、第一の下工具５を上昇させてもよい。また、第一の上工具２を下降させながら、第一の下工具５を上昇させてもよい。ただし、これらの変形例を実施する場合、素材１の底中央部１ａが第一の上工具２と第一の下工具５とによって挟まれる前に、金型の他の部分で金型間に挟圧されないように、金型相互の位置を制御しておく必要がある。

　図３Ｂに図示する工程を完了するタイミングは、工具の移動位置、プレス荷重（荷重値）などから判別することができる。例えば、コントローラは、図３Ａの待機位置から図３Ｂの完了位置に到達するまでの第一の上工具２の移動ストローク量を予め記憶しておき、記憶した移動ストローク量に達した時に第一の上工具２を停止させてもよい。また、コントローラは、図３Ｂの完了位置に到達した際に金型に加わるプレス荷重を予め記憶しておき、記憶したプレス荷重に達した時に第一の上工具２を停止させてもよい。

　次に、図３Ｃに示すように、素材１から離隔している第二の上工具３を、上工具傾斜部３ａと、第一の下工具５の孔部傾斜部５ｃとの間の隙間が所定の間隔Ｔとなる位置まで矢印方向に下降させる。第二の上工具３を下降させることで、第二の上工具３の上工具傾斜部３ａの形状に応じて素材１を折り曲げて、底中央部１ａ、底外縁部１ｂ及び素材縦壁部１ｃからなる形状にプレス成形する（第一工程の折り曲げ工程に相当する）。底中央部１ａとは、素材１のうち中心軸Ｌ１に対して直交する方向に延在する部分である。底外縁部１ｂとは、素材１のうち上工具傾斜部３ａ及び孔部傾斜部５ｃに挟まれた領域に位置する部分である。素材縦壁部１ｃは、素材１のうち中心軸Ｌ１方向に延びる部分である。
　ここで、所定の隙間Ｔは、後述する図３Ｄの第二工程において、底外縁部１ｂを増肉可能なサイズに設定しておく必要がある。つまり、所定の隙間Ｔは、増肉前の素材１の板厚よりも大きくしておく必要がある。

　図３Ｃに図示する工程を完了するタイミングは、工具の移動位置、プレス荷重などから判別することができる。その具体的な方法は上述したので、その説明を省略する。

　その後、図３Ｄに示すように、第三の上工具４を矢印方向に下降させる。第三の上工具４で素材縦壁部１ｃの上端部である筒端部１ｄを押し込むことにより、素材縦壁部１ｃから上工具傾斜部３ａと孔部傾斜部５ｃとの間に材料を流動させ、底外縁部１ｂの肉厚を増加させる（第二工程に相当する）。このとき、第二の上工具３の外周面と第一の下工具５の孔部縦壁部５ｃとによって素材１の素材縦壁部１ｃが素材１の板厚方向（中心軸Ｌ１に対して直交する方向）に拘束される。

　ここで、第二の上工具３の外周面とは、中心軸Ｌ１と平行な方向に形成された第二の上工具３の端面である。第一の下工具５の内周面とは、中心軸Ｌ１と平行な方向に形成された第一の下工具５の内周側端面のことである。
　また、第二の上工具３は第一の上工具２に対して独立して昇降する。したがって、第二の上工具３の上工具傾斜部３ａと第一の下工具５の孔部傾斜部５ｃとの間に形成される隙間を任意に変更することができる。隙間を変更することで素材１の底外縁部１ｂの肉厚を容易に増減させることができる。

　なお、孔部底面部５ｄと孔部傾斜部５ｃとのなす角度Ａ１が１０°未満の場合は、素材１の素材縦壁部１ｃから材料を流動させて底外縁部１ｂの肉厚を増加させるときのプレス荷重が過剰に大きくなる。そのため、上述したように角度Ａ１は２０°以上に設定するのが好ましい。

　ここでは、第二の上工具３及び第三の上工具４を下降させる場合について説明したが、この場合に限られず、第二の上工具３及び第三の上工具４と、第一の下工具５とが相対的に移動できればよい。例えば、変形例として、第一の上工具２及び第一の下工具５を上昇させてもよい。また、第二の上工具３及び第三の上工具４を下降させながら、第一の上工具２及び第一の下工具５を上昇させてもよい。

　図３Ｄに図示する工程を完了するタイミングは、工具の移動位置、プレス荷重などから判別することができる。その具体的な方法は上述したので、その説明を省略する。
　その後、第一の上工具２、第二の上工具３及び第三の上工具４を上昇させて、第一の下工具５のノックアウト部材６を上昇させることで、下工具孔部５ａから中間部材としての素材１を取り外すことができる。

　次に、図４Ａ～図４Ｃを参照しながら、本実施形態の仕上げ成形工程について説明する。図４Ａ～図４Ｃは、仕上げ成形工程で用いられる図２に示す金型の動作説明図である。

　まず、図４Ａに示すように図示していない金型の駆動機構により第一の仕上げ上工具７、第二の仕上げ上工具８及び第三の仕上げ上工具９を、粗成形工程で成形された素材１を第一の仕上げ下工具１０の孔部１０ａ内に設置するのに支障がない高さまで上昇させる。次に、素材１を第一の仕上げ下工具１０の孔部１０ａ内に設置する。このとき、第一の仕上げ下工具１０のノックアウト部材１１は、先端面が第一の仕上げ下工具１０の孔部底面部１０ｄと略同一となるように設置する。

　次に、図４Ｂに示すように、第一の仕上げ上工具７を矢印方向に下降させて、素材１の底中央部１ａを第一の仕上げ上工具７と第一の仕上げ下工具１０との間で挟圧する。これにより、素材１が孔部１０ａ内に位置決めして固定される。
　ここでは、第一の仕上げ上工具７を下降させる場合について説明したが、この場合に限られず、第一の仕上げ上工具７と第一の仕上げ下工具１０とが接近する方向に相対移動できればよい。例えば、変形例として、第一の仕上げ上工具７を下降させずに、第一の仕上げ下工具１０を上昇させてもよい。また、第一の仕上げ上工具７を下降させながら、第一の仕上げ下工具１０を上昇させてもよい。

　ただし、これらの変形例を実施する場合、素材１の底中央部１ａが第一の仕上げ上工具７と第一の仕上げ下工具１０とによって挟まれる前に、金型の他の部分で金型間に挟圧されないように、金型相互の位置を制御しておく必要がある。

　次に、図４Ｃに示すように、素材１から離隔している第二の仕上げ上工具８を、平坦部８ａと第一の仕上げ下工具１０との間の隙間が所定の隙間となる位置まで下降させる。ここで、所定の隙間とは、所望する素材１の底外縁部１ｂの厚みであることが好ましい。底外縁部１ｂは第二の仕上げ上工具８の平坦部８ａによって孔部底面部１０ｄまで押し込まれる。したがって、底外縁部１ｂが素材１の中心軸Ｌ２に対して略直交する方向に延在され、底中央部１ａと共に素材１の底部として構成される。
　このとき、粗成形工程における孔部底面部５ｄと孔部傾斜部５ｃとのなす角度Ａ１が６０°を超える場合は、仕上げ成形工程において、第二の仕上げ上工具８を下降させた場合に、第二の仕上げ上工具８と第一の仕上げ下工具１０との間で底外縁部１ｂが座屈してしまう。そのため、角度Ａ１は６０°以下に設定するのが好ましい。
　次に、第三の仕上げ上工具９を下降させる。第三の仕上げ上工具９で素材縦壁部１ｃの上端部である筒端部１ｄを押し込むことにより、素材１を所定の形状に仕上げることができる。
　ここでは、第二の仕上げ上工具８と第三の仕上げ上工具９とを順番に下降させる場合について説明したが、この場合に限られず、第二の仕上げ上工具８と第三の仕上げ上工具９とを同時に下降させてもよい。

　その後、第一の仕上げ上工具７、第二の仕上げ上工具８及び第三の仕上げ上工具９を上昇させて、第一の仕上げ下工具１０のノックアウト部材１１を上昇させることで、孔部１０ａから成形されたカップ状部材を取り外すことができる。仕上げ成形工程により成形されたカップ状部材は、底部のうち底外縁部１ｂが底中央部１ａよりも厚く成形される。

　なお一般に、素材１の最終製品形状は、素材１の体積に対応する、第一の上工具２、第二の上工具３、第三の上工具４、第一の下工具５の隙間（容積）で決定される。すなわち、第一の上工具２、第二の上工具３、第三の上工具４、第一の下工具５によって閉塞される空間の容積によって、素材の最終製品形状が決定される。

　また、粗成形工程において、プレス荷重がプレス成形装置の荷重限界を超える場合には、コントローラはプレス荷重が予め定めた限界荷重値となった時点で成形を中断して、後続する仕上げ成形工程に移行してもよい。

（第２実施形態）
　第１実施形態では、図３Ｄの増肉工程（第二工程）実施後、直ちに仕上げ成形工程（第三工程）に移行した。本実施形態は、第二工程と第三工程との間で増肉処理を１回行う。図５Ａは、この増肉処理に用いられる金型（第三の金型に相当する）の概略断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成は、適宜その説明を省略する。
　増肉処理に用いる金型は、第四の上工具１２、第五の上工具１３、第六の上工具１４、第二の下工具１５を含む。工具１２～１５は互いに中心軸が同軸上であって、中心軸Ｌ３に対して軸対称に配置されている。第二の下工具１５は、中心軸ｌ３に対して軸対称なノックアウト部材１６を有する。
　第四の上工具１２は、円柱状に形成されており、第一の上工具２と同一形状に形成することができる。第五の上工具１３は、筒状に形成されており、先端面が下方に向かうにしたがって中心軸Ｌ３に接近するように傾斜した上工具傾斜部１３ａにより形成されている。

　ここで、第五の上工具１３の上工具傾斜部１３ａと水平面とのなす角度をＡ２としたときに、角度Ａ２は、第二の上工具３の角度Ａ１（図１参照）よりも小さい。なお、角度Ａ２は、２０°以上６０°以下が好ましい。この理由は、上述した通りであり、その説明を省略する。第六の上工具１４は、筒状に形成されており、第五の上工具１３の外周に沿って配置される。

　第二の下工具１５は、第四の上工具１２、第五の上工具１３及び第六の上工具１４の進入を許容する下工具孔部１５ａを有する。下工具孔部１５ａは、下工具孔部１５ａに進入する第六の上工具１４の外周面に沿って延びる孔部縦壁部１５ｂと、孔部縦壁部１５ｂの下端部に連設し、下方に向かうに従って中心軸Ｌ３に接近するように傾斜する孔部傾斜部１５ｃと、孔部傾斜部１５ｃの下端部に連設し、中心軸Ｌ３に直交する方向に延びる孔部底面部１５ｄとから形成されている。孔部底面部１５ｄの中心軸Ｌ３周りには、中心軸Ｌ３方向に延びる底面孔部１５ｅが形成されている。底面孔部１５ｅの内側には、ノックアウト部材１６が配置されている。ノックアウト部材１６の先端面は、孔部底面部１５ｄに対して略面一となる位置に配置されている。孔部底面部１５ｄと孔部傾斜部１５ｃとのなす角度（鋭角側）は、上述した上工具傾斜部１３ａと水平面とのなす角度Ａ２と略同一である。なお、孔部底面部１５ｄ及びノックアウト部材１６の先端面によって、請求項４に記載の「孔部底面部」が形成される。ただし、ノックアウト部材１６は第二の下工具１５に一体的に構成してもよい。

　上述した第１実施形態の図３Ｄの増肉工程において、プレス荷重が荷重限界を超えた場合に金型を、図５Ａに示す金型にかえて、さらに増肉処理を行う。具体的には、第四の上工具１２と第二の下工具１５とで素材１を挟圧した状態で、第五の上工具１３を下降させる。その後、図５Ｂに示すように、第六の上工具１４を矢印方向に下降させ、第六の上工具１４で素材縦壁部１ｃの上端部である筒端部１ｄを押し込むことにより、素材縦壁部１ｃから上工具傾斜部１３ａと孔部傾斜部１５ｃとの間に材料を流動させ、底外縁部１ｂをさらに増肉させる。

　このように、角度Ａ２を角度Ａ１（図１参照）よりも小さくすることで、プレス荷重が小さなプレス成形装置であっても、増肉処理を二回に分けて実施することにより、目標増肉量を満足させることができる。

（第３実施形態）
　第１実施形態では、図３Ｄの増肉工程（第二工程）実施後、直ちに仕上げ成形工程（第三工程）に移行した。本実施形態では、第二工程と第三工程との間で増肉処理を複数回行う再増肉処理工程を実施する。図６Ａは、ｎ－１回目（ただし、ｎは２以上の整数である）の再増肉処理工程において用いられる金型の概略断面図である。図６Ｂは、ｎ回目の再増肉処理工程において用いられる金型の概略断面図である。つまり、図６Ａ及び図６Ｂは、連続する任意の二工程でそれぞれ用いられる金型の断面図である。

　図６Ａに示す金型（第ｎ＋１の金型に相当する）は、第（３×ｎ－２）の上工具２２、第（３×ｎ－１）の上工具２３、第（３×ｎ）の上工具２４、第ｎの下工具２５を含む。工具２２～２５は互いに中心軸が同軸上であって、中心軸Ｌｎ－１に対して軸対称に配置されている。第（３×ｎ－２）の上工具２２は、円柱状に形成されており、第一の上工具２と同一形状に形成することができる。第（３×ｎ－１）の上工具２３は、筒状に形成されており、先端面が下方に向かうに従って中心軸Ｌｎ－１に接近するように傾斜した上工具傾斜部２３ａにより形成されている。第（３×ｎ）の上工具２４は、筒状に形成されており、第（３×ｎ－１）の上工具２３の外周に沿って配置される。第ｎの下工具２５は、第（３×ｎ－２）の上工具２２、第（３×ｎ－１）の上工具２３及び第（３×ｎ）の上工具２４の進入を許容する下工具孔部２５ａを有する。下工具孔部２５ａは、下工具孔部２５ａに進入する第（３×ｎ）の上工具２４の外周面に沿って延びる孔部縦壁部２５ｂと、孔部縦壁部２５ｂの下端部に連設し、下方に向かうにしたがって中心軸Ｌｎ－１に接近するように傾斜する孔部傾斜部２５ｃと、孔部傾斜部２５ｃの下端部に連設し、中心軸Ｌｎ－１に直交する方向に延びる孔部底面部２５ｄとから形成されている。孔部底面部２５ｄの中心軸Ｌｎ－１周りには、中心軸Ｌｎ－１方向に延びる底面孔部２５ｅが形成されている。底面孔部２５ｅの内側には、ノックアウト部材２６が配置されている。ノックアウト部材２６の先端面は、孔部底面部２５ｄに対して略面一となる位置に配置されている。なお、ノックアウト部材２６は第ｎの下工具２５に一体的に構成してもよい。

　図６Ｂに示す金型（第ｎ＋２の金型に相当する）は、第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具３２、第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具３３、第（３×（ｎ＋１））の上工具３４、第ｎ＋１の下工具３５を含む。工具３２～３５は互いに中心軸が同軸上であって、中心軸Ｌｎに対して軸対称に配置されている。第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具３２は、円柱状に形成されており、第一の上工具２と同一形状に形成することができる。第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具３３は、筒状に形成されており、先端面が下方に向かうに従って中心軸Ｌｎに接近するように傾斜した上工具傾斜部３３ａにより形成されている。第（３×（ｎ＋１））の上工具３４は、筒状に形成されており、第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具３３の外周に沿って配置される。第ｎ＋１の下工具３５は、第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具３２、第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具３３及び第（３×（ｎ＋１））の上工具３４の進入を許容する下工具孔部３５ａを有する。下工具孔部３５ａは、下工具孔部３５ａに進入する第（３×（ｎ＋１））の上工具３４の外周面に沿って延びる孔部縦壁部３５ｂと、孔部縦壁部３５ｂの下端部に連設し、下方に向かうにしたがって中心軸Ｌｎに接近するように傾斜する孔部傾斜部３５ｃと、孔部傾斜部３５ｃの下端部に連設し、中心軸Ｌｎに直交する方向に延びる孔部底面部３５ｄとから形成されている。孔部底面部３５ｄの中心軸Ｌｎ周りには、中心軸Ｌｎ方向に延びる底面孔部３５ｅが形成されている。底面孔部３５ｅの内側には、ノックアウト部材３６が配置されている。ノックアウト部材３６の先端面は、孔部底面部３５ｄに対して略面一となる位置に配置されている。なお、ノックアウト部材３６は第ｎ＋１の下工具３５に一体的に構成してもよい。

　ここで、図６Ａ及び図６Ｂを比較参照して、孔部傾斜部２５ｃ（上工具傾斜部２３ａ）の水平面に対する角度をＡｎ－１、孔部傾斜部３５ｃ（上工具傾斜部３３ａ）の水平面に対する角度をＡｎとしたとき、角度Ａｎは角度Ａｎ－１よりも小さい。つまり、再増肉処理工程では、角度が段階的に小さくなるため、プレス荷重が小さなプレス成形装置であっても、増肉処理を複数回に分けて実施することにより、目標増肉量を満足させることができる。なお、再増肉処理工程において実施される増肉処理の回数は、複数であればよく、金型の大きさ、荷重限界、目標増肉量などの観点から適宜の値に定めることができる。なお、角度Ａｎ及び角度Ａｎ－１は、２０°以上６０°以下が好ましい。この理由は、上述した通りであり、その説明を省略する。

（第４実施形態）
　第２実施形態及び第３実施形態では、第二工程と第三工程との間で異なる金型を用いて増肉処理又は再増肉処理を行う場合について説明した。本実施形態では、第二工程と第三工程との間で、第二工程で用いた同じ金型により増肉処理工程を実施する。ここでは、第１実施形態の図１に示す金型を用いる場合について説明するが、第２実施形態及び第３実施形態でも同様に実施することができる。

　図３Ａ～図３Ｄで示す粗成形工程が終了した後、第二の上工具３を僅かに上昇させる。すなわち、第二の上工具３の上工具傾斜部３ａと、第一の下工具５の孔部傾斜部５ｃとの間の隙間が粗成形工程（或いは前回の増肉処理工程または前回の再増肉処理工程）のときの間隔Ｔよりも大きく設定する。
　次に、第三の上工具４を上昇させた後に、下降させる。第三の上工具４で素材縦壁部１ｃの上端部である筒端部１ｄを押し込むことにより、素材縦壁部１ｃから上工具傾斜部３ａと孔部傾斜部５ｃとの間に材料を流動させ、底外縁部１ｂの肉厚を増加させることができる。また、必要に応じて、さらに第二の上工具３の上工具傾斜部３ａと、第一の下工具５の孔部傾斜部５ｃとの間の隙間を大きくした上で、第二の上工具３及び第三の上工具４による増肉処理工程を繰り返し実施してもよい。

　ここでは、第二の上工具３及び第三の上工具４を下降させる場合について説明したが、この場合に限られず、第二の上工具３及び第三の上工具４と、第一の下工具５とが相対的に移動できればよい。

　その後、第一の上工具２、第二の上工具３及び第三の上工具４を上昇させて、第一の下工具５のノックアウト部材６を上昇させることで、下工具孔部５ａから中間部材としての素材１を取り外すことができる。取り外した素材１は、仕上げ成形工程（或いは第２実施形態の増肉処理工程または第３実施形態の再増肉処理工程）で用いられる金型に設置される。

　このように、同じ金型を用いて上工具傾斜部３ａと孔部傾斜部５ｃとの間の隙間を前回よりも大きく設定することで、プレス荷重が小さなプレス成形装置であっても、増肉処理を複数回に分けて実施することにより、目標増肉量を満足させることができる。

（第５実施形態）
　第１実施形態の粗成形工程では、まず第一の上工具２を下降させて、素材１の底中央部１ａを第一の上工具２と第一の下工具５との間で挟圧し、次に第二の上工具３を下降させる場合について説明した。本実施形態では、第一の上工具２及び第二の上工具３を同時に下降させる場合について説明する。

　まず、図３Ａに示すように素材１を第一の下工具５の上部に設置する。その後、図７に示すように第一の上工具２の先端面を素材１の底中央部１ａに当接させると共に、第二の下工具５のノックアウト部材６を上昇させることで、素材１の底中央部１ａを第一の上工具２とノックアウト部材６との間で挟圧する。したがって、素材１が第一の上工具２とノックアウト部材６との間で位置決めされる。

　次に、素材１を第一の上工具２とノックアウト部材６との間で挟圧した状態で、第一の上工具２、第二の上工具３及びノックアウト部材６を同時に下降させる。したがって、第一の上工具２及び第二の上工具３は、素材１を下工具孔部５ａに押し込みながら、第一の上工具２及び第二の上工具３の形状に応じて折り曲げる。したがって、図３Ｄに示すように素材１が、底中央部１ａ、底外縁部１ｂ及び素材縦壁部１ｃからなる形状にプレス成形される。
　この工程を完了するタイミングは、工具の移動位置、プレス荷重などから判別することができる。その具体的な方法は上述したので、その説明を省略する。

　ここでは、第一の上工具２及び第二の上工具３を下降させる場合について説明したが、この場合に限られず、第一の上工具２及び第二の上工具３と、第一の下工具５とが接近する方向に相対移動できればよい。

　このように、第一の上工具２及び第二の上工具３を同時に下降させる場合でも、第１実施形態と同様に、粗成形工程を実施することができる。また、ここでは、ノックアウト部材６を上昇させることで、素材１の底中央部１ａを第一の上工具２とノックアウト部材６との間で挟圧する場合について説明したが、この場合に限られず、ノックアウト部材６を上昇させることなく、第一の上工具２及び第二の上工具３を同時に下降させてもよい。すなわち、第１実施形態で説明した挟圧工程と折り曲げ工程とが同時であってもよい。

　なお、プレス成形装置のコントローラがプレス荷重を検出する方法としては、プレス成形装置に備えられた荷重センサーを用いる方法が一般的である。しかし、本発明はこの場合に限られず、例えば、実験或いはシミュレーションにより、プレス成形装置が成形を開始してから上述した工具が荷重限界を超えるまでの時間または工具の変位量が予めわかっている場合には、コントローラはこの時間をカウントしたり、工具の変位量を測定したりすることで、荷重限界を超える前に成形を終了させてもよい。つまり、コントローラは、成形完了の判断条件として必ずしもプレス荷重とプレス成形装置の荷重限界とを直接比較する必要はなく、プレス成形装置の荷重限界を超える前に成形を完了させることができれば、いかなる方法を用いてもよい。

　なお、素材１の材質としては鋼、アルミニウム、銅などの金属、或いはこれらの合金など、塑性加工が可能な公知の各種の材質を採用できる。

　以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更などが可能であり、上述した実施形態を適時組み合わせてもよい。

　本発明は、底部厚さを部分的に増加させるカップ状部材をプレス成形する場合に利用することができる。
 

Claims (7)

1. 　平板状の素材をカップ状部材に成形する際に、前記カップ状部材の底部厚さを部分的に増加させる、カップ状部材のプレス成形方法において、
   　互いに中心軸が同軸上に配置される、円柱状の第一の上工具と、前記第一の上工具の外周に沿って配置され、先端面が下方に向かうに従って前記中心軸に接近するように傾斜した上工具傾斜部によって形成された筒状の第二の上工具と、前記第二の上工具の外周に沿って配置される筒状の第三の上工具と、前記第一の上工具、前記第二の上工具及び前記第三の上工具の進入を許容する孔部であって、この孔部が前記孔部内に進入する前記第三の上工具に沿って延びる孔部縦壁部と、前記孔部縦壁部の下端部に連設し、下方に向かうにしたがって前記中心軸に接近するように傾斜した孔部傾斜部と、前記孔部傾斜部の下端部に連設し、前記中心軸に直交する方向に延びる孔部底面部とから形成される第一の下工具と、を有する第一の金型を用いて、
   　前記第一の上工具及び前記第二の上工具を前記第一の下工具に接近させる方向に相対移動させることにより、前記素材を前記第一の下工具の前記孔部に押し込み、前記素材を折り曲げる第一工程と、
   　前記第三の上工具を前記第一の下工具に接近させる方向に相対移動させて、前記素材の上端部を押し込むことにより、前記素材の一部を前記上工具傾斜部と前記孔部傾斜部との間に形成された隙間に流動させ、この部分を増肉する第二工程と、を実施し、
   　前記第一の金型とは異なる第二の金型を用いて、前記第二工程で増肉された部分を、カップ状部材の中心軸に対して略直交する方向に延在する形状にプレス成形する第三工程、を実施することを特徴とするカップ状部材のプレス成形方法。
2. 　前記第一工程では、
   　前記第一の上工具を前記第一の下工具に接近させる方向に相対移動させることにより、前記素材を前記第一の下工具の前記孔部に折り曲げながら押し込み、前記第一の上工具及び前記孔部底面部で挟圧する挟圧工程と、
   　前記第二の上工具を前記第一の下工具に接近させる方向に相対移動させ、前記第二の上工具の形状に応じて前記素材をさらに折り曲げる折り曲げ工程と、を実施することを特徴とする請求項１に記載のカップ状部材のプレス成形方法。
3. 　前記孔部傾斜部と前記孔部底面部とのなす角度をＡとしたとき、
   　２０°≦角度Ａ≦６０°
   　であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカップ状部材のプレス成形方法。
4. 　互いに中心軸が同軸上に配置される、円柱状の第四の上工具と、前記第四の上工具の外周に沿って配置され、先端面が下方に向かうに従って前記中心軸に接近するように傾斜した上工具傾斜部によって形成された筒状の第五の上工具と、前記第五の上工具の外周に沿って配置される筒状の第六の上工具と、前記第四の上工具、前記第五の上工具及び前記第六の上工具の進入を許容する孔部であって、この孔部が前記孔部内に進入する前記第六の上工具に沿って延びる孔部縦壁部と、前記孔部縦壁部の下端部に連設し、下方に向かうにしたがって前記中心軸に接近するように傾斜した孔部傾斜部と、前記孔部傾斜部の下端部に連設し、前記中心軸に直交する方向に延びる孔部底面部とから形成される第二の下工具と、を有し、前記第五の上工具における上工具傾斜部の傾斜する角度が前記第二の上工具における上工具傾斜部の傾斜する角度よりも小さい、第三の金型を用いて、
   　前記第四の上工具と前記第二の下工具とで前記素材を挟圧した状態で前記第五の上工具を前記第二の下工具に接近させる方向に相対移動させた後に、前記第六の上工具を前記第二の下工具に接近させる方向に相対移動させて、前記素材の上端部を押し込むことにより、前記素材の一部を前記上工具傾斜部と前記孔部傾斜部との間に形成された隙間に流動させ、この部分をさらに増肉する増肉工程を、前記第二工程と前記第三工程との間に実施することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のカップ状部材のプレス成形方法。
5. 　前記第二工程と前記第三工程との間で増肉処理を複数回実施する再増肉処理工程を有し、
   　前記再増肉処理工程において、ｎ－１回目（ただし、ｎは２以上の整数である）の増肉処理は、互いに中心軸が同軸上に配置される、円柱状の第（３×ｎ－２）の上工具と、前記第（３×ｎ－２）の上工具の外周に沿って配置され、先端面が下方に向かうに従って前記中心軸に接近するように傾斜した上工具傾斜部によって形成された筒状の第（３×ｎ－１）の上工具と、前記第（３×ｎ－１）の上工具の外周に沿って配置される筒状の第（３×ｎ）の上工具と、前記第（３×ｎ－２）の上工具、前記第（３×ｎ－１）の上工具及び前記第（３×ｎ）の上工具の進入を許容する孔部であって、この孔部が前記孔部内に進入する前記第（３×ｎ）の上工具に沿って延びる孔部縦壁部と、前記孔部縦壁部の下端部に連設し、下方に向かうにしたがって前記中心軸に接近するように傾斜した孔部傾斜部と、前記孔部傾斜部の下端部に連設し、前記中心軸に直交する方向に延びる孔部底面部とから形成される第ｎの下工具と、を有する第ｎ＋１の金型を用いて、前記第（３×ｎ－２）の上工具と前記第ｎの下工具とで前記素材を挟圧した状態で前記第（３×ｎ－１）の上工具を前記第ｎの下工具に接近させる方向に相対移動させた後に、前記第（３×ｎ）の上工具を前記第ｎの下工具に接近させる方向に相対移動させて、前記素材の上端部を押し込むことにより、前記素材の一部を前記上工具傾斜部と前記孔部傾斜部との間に形成された隙間に流動させ、この部分をさらに増肉する処理であり、
   　ｎ回目の増肉処理は、互いに中心軸が同軸上に配置される、円柱状の第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具と、前記第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具の外周に沿って配置され、先端面が下方に向かうに従って前記中心軸に接近するように傾斜した上工具傾斜部によって形成された筒状の第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具と、前記第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具の外周に沿って配置される筒状の第（３×（ｎ＋１））の上工具と、前記第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具、前記第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具及び前記第（３×（ｎ＋１））の上工具の進入を許容する孔部であって、この孔部が前記孔部内に進入する前記第（３×（ｎ＋１））の上工具に沿って延びる孔部縦壁部と、前記孔部縦壁部の下端部に連設し、下方に向かうにしたがって前記中心軸に接近するように傾斜した孔部傾斜部と、前記孔部傾斜部の下端部に連設し、前記中心軸に直交する方向に延びる孔部底面部とから形成される第（ｎ＋１）の下工具と、を有し、前記第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具における上工具傾斜部の傾斜する角度が前記第（３×ｎ－１）の上工具における上工具傾斜部の傾斜する角度よりも小さい第ｎ＋２の金型を用いて、前記第（３×（ｎ＋１）－２）の上工具と前記第（ｎ＋１）の下工具とで前記素材を挟圧した状態で前記第（３×（ｎ＋１）－１）の上工具を前記第（ｎ＋１）の下工具に接近させる方向に相対移動させた後に、前記第（３×（ｎ＋１））の上工具を前記第（ｎ＋１）の下工具に接近させる方向に相対移動させて、前記素材の上端部を押し込むことにより、前記素材の一部を前記上工具傾斜部と前記孔部傾斜部との間に形成された隙間に流動させ、この部分をさらに増肉する処理であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のカップ状部材のプレス成形方法。
6. 　前記第一工程及び前記第二工程の少なくとも何れかの工程の完了を予め定められた、工具の位置で判断することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のカップ状部材のプレス成形方法。
7. 　前記第一工程及び前記第二工程の少なくとも何れかの各工程の完了を予め定められた、プレス成形装置の荷重値で判断することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のカップ状部材のプレス成形方法。

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