特許 5968298 絞り成形方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5968298

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】絞り成形方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B21D 24/04 20060101AFI20160728BHJP

   B21D 37/08 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   B21D24/04 E

   B21D37/08

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-271683(P2013-271683)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-123490(P2015-123490A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2015年3月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000100861

【氏名又は名称】アイダエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134212

【弁理士】

【氏名又は名称】提中 清彦

(72)【発明者】

【氏名】田村 慎太朗

(72)【発明者】

【氏名】百済 豊彦

【審査官】 塩治 雅也

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−０７３１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１９６１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１５２３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１９０３２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｄ ２４／０４

Ｂ２１Ｄ ３７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パンチと、該パンチを収容して角筒絞り成形を行うためのダイと、板状のブランクをパンチとダイにより角筒絞り成形する際にブランクをダイと略平行な方向に押さえ付けるしわ押さえ機構と、を備え、パンチとダイのうち一方をプレス方向に移動させて角筒絞り成形を行う絞り成形装置であって、
角筒絞り成形の際に縮みフランジの発生部となるコーナーＲ部に対応する部位の外形形状が円弧状に形成されたブランクを前記ダイの上に載置し、
前記ブランクの外形形状が円弧状に形成された前記部位に対応する円弧状を有するプッシュプレートによりプレス方向と略直交する方向からパンチへ向けてブランクを加圧する加圧機構を備え、プレス方向と略直交する方向からパンチへ向けて前記プッシュプレートによりブランクを加圧しつつ角筒絞り成形を行うことを特徴とする絞り成形装置。

【請求項2】

パンチに対面して配設されるノックアウトを可動式として、該ノックアウトにダイクッション力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の絞り成形装置。

【請求項3】

ダイ上面に前記ブランク及び前記プッシュプレートを収容する凹部が形成され、該凹部は前記プッシュプレートの加圧の際の移動をガイドする直線部分を有して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絞り成形装置。

【請求項4】

パンチと、該パンチを収容して角筒絞り成形を行うためのダイと、しわ押さえ機構と、を用いて、板状のブランクをダイと略平行な方向に押さえ付けながらパンチとダイのうち一方をプレス方向に移動させて角筒絞り成形を行う絞り成形方法において、
角筒絞り成形の際に縮みフランジの発生部となるコーナーＲ部に対応する部位の外形形状が円弧状に形成されたブランクを前記ダイの上に載置し、
前記ブランクの外形形状が円弧状に形成された前記部位に対応する円弧状を有するプッシュプレートによりプレス方向と略直交する方向からパンチへ向けてブランクを加圧しつつ角筒絞り成形を行うことを特徴とする絞り成形方法。

【請求項5】

パンチに対面して配設されるノックアウトを可動式として、該ノックアウトにダイクッション力を作用させることを特徴とする請求項４に記載の絞り成形方法。

【請求項6】

ダイ上面に前記ブランク及び前記プッシュプレートを収容する凹部が形成され、該凹部は前記プッシュプレートの加圧の際の移動をガイドすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の絞り成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絞り成形方法及び絞り成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

今日における一般的な絞り成形は、製品形状に係わらず、例えば、特許文献１に記載されているように、ブランク（素材）３に対して、パンチ２、ダイス１、板押さえ（しわ押さえ）４を用いて成形がなされる（図１６（Ａ）参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−９０３１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、図１６（Ｂ）に示したような角筒絞り成形では、パンチ２の４つのコーナーＲ（四隅）部２Ｒで材料に大きな引張応力が作用するために、図１３の左端に示したような材料の割れや肉痩せが発生し易く、コーナーＲ（四隅）部２Ｒや肩Ｒ部（肩半径部）２ｒやダイ１の肩Ｒ部ＲｄのＲ取り半径を小さくすることや絞り深さを深くすることは難しいといった実情がある。

【0005】

これは、成形中に材料がパンチ２の肩Ｒ部２ｒやコーナーＲ部２Ｒで成形荷重を受け、成形荷重で発生した引張力を材料自身の材料特性値で耐えているので、引張応力に耐えられなくなると、肉痩せ（肉厚が引っ張られることで薄くなる現象）が発生し割れ（裂け）へと進展するものと考えられる。

【0006】

一方、絞り成形において、肉痩せの低減や、絞り深さを深くすることができるようにするためには，例えば、絞り回数を増やす（複数回に分けて所定深さまで絞り成形する）方法等が考えられるが、成形時間の長時間化、工程レイアウトの増加、金型費のアップなどの欠点を持つこととなる。

【0007】

このようなことから、発明者等は、種々の検討、調査、研究、実験などを行った結果、上述したような欠点を招くことなく、絞り成形において、肉痩せの低減や、絞り深さを深くすることができる新たな着想及び手法に想到するに至った。

【0008】

すなわち、絞り成形において，肉痩せや割れの発生原因は材料が受ける引張応力であると考えられることから、成形中の材料の引張応力が作用する場所に圧縮応力場を作ることができれば，肉痩せや割れの低減が可能になると考えられる。

【0009】

本発明は、かかる新たな着想に基づいてなされたもので、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、絞り成形において、成形中の材料の引張応力が作用する場所に圧縮応力場を作ることにより、肉痩せや割れ等の発生し難い絞り成形方法及び装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

このため、本発明に係る絞り成形装置は、
パンチと、該パンチを収容して角筒絞り成形を行うためのダイと、板状のブランクをパンチとダイにより角筒絞り成形する際にブランクをダイと略平行な方向に押さえ付けるしわ押さえ機構と、を備え、パンチとダイのうち一方をプレス方向に移動させて角筒絞り成形を行う絞り成形装置であって、
角筒絞り成形の際に縮みフランジの発生部となるコーナーＲ部に対応する部位の外形形状が円弧状に形成されたブランクを前記ダイの上に載置し、
前記ブランクの外形形状が円弧状に形成された前記部位に対応する円弧状を有するプッシュプレートによりプレス方向と略直交する方向からパンチへ向けてブランクを加圧する加圧機構を備え、プレス方向と略直交する方向からパンチへ向けて前記プッシュプレートによりブランクを加圧しつつ角筒絞り成形を行うことを特徴とする。

【0011】

本発明に係る絞り成形装置において、パンチに対面して配設されるノックアウトを可動式として、該ノックアウトにダイクッション力を作用させることを特徴とすることができる。

【0012】

本発明に係る絞り成形装置において、ダイ上面に前記ブランク及び前記プッシュプレートを収容する凹部が形成され、該凹部は前記プッシュプレートの加圧の際の移動をガイドする直線部分を有して形成されていることを特徴とすることができる。

【0013】

また、本発明に係る絞り成形方法は、
パンチと、該パンチを収容して角筒絞り成形を行うためのダイと、しわ押さえ機構と、を用いて、板状のブランクをダイと略平行な方向に押さえ付けながらパンチとダイのうち一方をプレス方向に移動させて角筒絞り成形を行う絞り成形方法において、
角筒絞り成形の際に縮みフランジの発生部となるコーナーＲ部に対応する部位の外形形状が円弧状に形成されたブランクを前記ダイの上に載置し、
前記ブランクの外形形状が円弧状に形成された前記部位に対応する円弧状を有するプッシュプレートによりプレス方向と略直交する方向からパンチへ向けてブランクを加圧しつつ角筒絞り成形を行うことを特徴とする。

【0014】

本発明に係る絞り成形方法において、パンチに対面して配設されるノックアウトを可動式として、該ノックアウトにダイクッション力を作用させることを特徴とすることができる。

【0015】

本発明に係る絞り成形方法において、ダイ上面に前記ブランク及び前記プッシュプレートを収容する凹部が形成され、該凹部は前記プッシュプレートの加圧の際の移動をガイドすることを特徴とすることできる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、絞り成形において、成形中の材料の引張応力が作用する場所に圧縮応力場を作ることにより、肉痩せや割れ等の発生し難い絞り成形方法及び装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る絞り成形装置の一例を概略的に示す平面図（プレス方向から見た図）であり、（Ｂ）は正面断面図（（Ａ）の側方断面図（プレス方向と直交する方向から見た断面図）である。

【図2】（Ａ）は、同上実施の形態に係る絞り成形装置（方法）に関するシミュレーション解析結果を示す応力分布図であり、（Ｂ）は板厚分布図である。

【図3】同上実施の形態に係る絞り成形装置に利用されるダイの一構成例を示す斜視図である。

【図4】同上実施の形態に係る絞り成形装置に利用されるダイ及びプッシュプレート（加圧プレート）の一構成例を示す斜視図である。

【図5】同上実施の形態に係る絞り成形装置のダイ、パンチ、プッシュプレート（加圧プレート）、ブランクホルダに対するブランクのセッテイング状態を示す斜視図である。

【図6】同上実施の形態に係る絞り成形装置（図５の絞り成形装置）における、ブランクへのプッシュプレート（加圧プレート）による加圧前の状態を示す斜視図である。

【図7】同上実施の形態に係る絞り成形装置（図５の絞り成形装置）における、ブランクへのプッシュプレート（加圧プレート）による加圧状態（パンチによる絞り成形開始前）を示す斜視図である。

【図8】同上実施の形態に係る絞り成形装置のダイ、パンチ、プッシュプレート（加圧プレート）、ブランクホルダ、加圧機構（カム機構＋ガススプリング機構）の構成例及び動作の様子（（Ａ）〜（Ｄ）へ進むに従って加工が進行する様子）を示す正面図である。

【図9】同上実施の形態に係る絞り成形装置のダイ、パンチ、プッシュプレート（加圧プレート）、ブランクホルダ、加圧機構（圧力制御装置を備えた油圧シリンダ）の構成例及び動作の様子（（Ａ）〜（Ｄ）へ進むに従って加工が進行する様子）を示す正面図である。

【図10】同上実施の形態に係る絞り成形装置（方法）における加圧機構によるブランクへの加圧の様子を示す一例（縦横比の比較的大きい長方形絞り成形を行う場合の一例）である。

【図11】絞り成形における縮みフランジについて説明する模式図である。

【図12】同上実施の形態に係る絞り成形装置（方法）における加圧機構によるブランクへの加圧の様子を示す一例（縦横比が比較的小さい略正方形絞り成形を行う場合の一例）である。

【図13】同上実施の形態に係る絞り成形装置（方法）により実際に加圧力を変更して絞り成形（アシスト絞り）を行った製品と、従来の絞り成形品と、を比較して示す斜視図である。

【図14】（Ａ）は同上実施の形態に係る絞り成形装置（方法）により実際に加圧力を変更して絞り成形（アシスト絞り）を行った製品の各部板厚データを示す表であり、（Ｂ）はそのデータをグラフ化したものである。

【図15】同上実施の形態に係る絞り成形装置（方法）により実際に加圧力を変更して絞り成形（アシスト絞り）を行った製品の各部板厚データと、アシスト面圧と、の関係を示す図である。

【図16】（Ａ）は従来の絞り成形を説明するための正面図（プレス方向と直交する方向から見た図）であり、（Ｂ）は平面図（プレス方向から見た図）である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

【0019】

ここで、上述したように、本発明者等は、種々の検討、調査、研究、実験などを行った結果、絞り成形において、肉痩せの低減や、絞り深さを深くすることができる新たな着想及び手法に想到した。

【0020】

すなわち、絞り成形において、肉痩せや割れの発生原因は材料が受ける引張応力であると考えられることから、成形中の材料の引張応力が作用する場所に圧縮応力場を作ることができれば、肉痩せや割れの低減が可能になると考えられる。

【0021】

従って、絞り成形時に材料の端面（横）方向から圧縮する機構を組み込み、材料に圧縮応力場を作りながら絞り成形を行うことができれば、肉痩せの少ない絞り成形ができると考えられる。

【0022】

このようなことから、難加工材であるアルミニウムを実験材料に選び、圧縮応力場をもった角筒絞りにおける成形性の確認を目的として、成形シミュレーション及び該シミュレーションに基づく実験等を行った。ここでは、成形シミュレーションの内容、その解析結果、及び該解析結果を基に行った実験内容、圧縮応力と製品板厚における実験結果について、以下に述べる。

【0023】

＜成形シミュレーションについて＞
成形シミュレーションを用い、圧縮応力場をもったブランク（素材）に対する絞り成形（以下、アシスト絞りとも言う。）により、成形可能かまたは効果があるかの確認を行った。

【0024】

＜解析内容＞
本解析に使用したソフトは、ＪＳＴＡＭＰ ＮＶ２．６（株式会社ＪＳＯＬ製）であり、解析に使用した条件は次の通りである。
ブランクメッシュサイズ：０．７５ｍｍ
要素タイプ：ソリッド低減積分（板厚方向分割５層）
素材板厚：４．０ｍｍ
材料データベース：ソフト内データ使用（Ａ３００３−Ｏ材）

【0025】

解析に用いた金型構造は、図１に示した通りである。
図１には、板状のブランク（材料：素材）１０に接触する部分の構造のみを抜き出して示しているが、上型にパンチ２０、ブランクホルダ（しわ押さえ：素材板押さえ）３０が配設され、下型にダイ４０、ノックアウト（成形後の製品押し出し装置）５０、プッシュプレート（加圧プレート）１００を配設した構造となっている。
ここで、プッシュプレート（加圧プレート）１００は本発明の加圧機構の一部を構成している。
なお、プッシュプレート１００を取り外せば、従来通りの角筒絞り型となる。

【0026】

シミュレーション解析を行った機構としては、ダイ４０は固定で、パンチ２０がダイ４０へ向けて移動し、ブランクホルダ３０、ノックアウト５０による押圧力はそれぞれ６０ｋＮ、３０ｋＮで設定し、ブランクホルダ３０はブランク（被加工材）１０の素材板厚分４ｍｍで押圧力がキラーされるように設定した。

【0027】

また、アシスト絞りで一番のポイントとなる対面配置される一対のプッシュプレート１００は、成形開始前にブランク１０の端面の片側ずつに１９ｋＮの圧縮力（プッシュプレート力）をパンチ２０に向けて作用させるように構成され、さらにパンチ２０が図１（Ｂ）の上下方向に１７ｍｍ稼動したところで、プッシュプレート１００の圧縮力（プッシュプレート力）が０となるようにした。

【0028】

プッシュプレート１００の圧縮力が、成形過程の途中で０となるように設定した理由としては、一対のプッシュプレート１００がパンチ２０の方向に移動する構造であるため、ある移動量でパンチ２０と接触してしまい、構造として成り立たなくなるためである。

【0029】

また、本シミュレーション解析において、しわ押さえ力は通常の６倍で設定している。これは、プッシュプレート１００による影響でフランジ部１１（図１（Ａ）、図５においてブランク１０のうちパンチ２０の外側に拡張している部分）の増肉量（板厚の増厚量）が大きくなるため、しわ押さえ力を大きくし少しでも増肉量を抑えるためである。

【0030】

＜解析結果＞
図２（Ａ）に、パンチ２０が移動し始めた直後の材料（ブランク１０）のフォンミーゼス応力状態（応力分布図）を示す。
色の濃淡は応力分布を表している。応力は色が濃いほど低く、淡いほど高い。
図２（Ａ）から、プッシュプレート１００によりブランク１０の端面が図１（Ａ）及び図２（Ａ）の左右方向両側から１９ｋＮの力で押し込まれることにより、パンチ２０の４つのコーナーＲ部２０Ｒのそれぞれに向けて応力場が発生していることが解る。

【0031】

図２（Ｂ）に製品（絞り成形後）の解析結果を示す。図２（Ｂ）の解析結果は、製品（絞り成形後）の中立面をシェル要素で表示し、色の濃淡は板厚分布を表している。板厚は色が濃いほど薄く、淡いほど厚い。

【0032】

この解析結果より、製品コーナー部の板厚は、３．１６ｍｍとなり板厚減少率が２０％で成形が完了できた。このことより、圧縮力（アシスト力）をかけながらの絞り成形（アシスト絞り成形）により、肉痩せや割れの発生が抑制された良好な絞り成形が可能であることを確認することができた。

【0033】

＜実験方法＞
本発明者等は、前述した成形シミュレーション結果を基に金型を設計し、アシスト絞りの実験（実際の絞り成形）を試みた。

【0034】

図３に、製作し実験に供したダイ（ダイス）４０を示す。
図３に示すように、ダイ４０のブランク１０を載置する側の面には、凹部（段差）４１が設けられている。この凹部４１の深さとしては、ブランク１０の板厚よりも若干深くしてある。

【0035】

この凹部４１には、図４に示すように、対面配置される一対のプッシュプレート（加圧プレート）１００が収容され、凹部４１は、プッシュプレート１００の移動方向を決めるガイドの役割を果たすように構成されている。

【0036】

また、図５に示すように、成形時にはダイ４０の上方に、しわ押さえの役割を果たすブランクホルダ（板押さえ、しわ押さえ）３０が配設されるが、ブランクホルダ３０をダイ４０の凸部４２にプレス方向（上下方向）において当接させることによって、ブランクホルダ３０のしわ押さえ力をキラーする効果も奏することができる。
なお、ブランクホルダ３０が、本発明に係るしわ押さえ機構（ダイの上に置かれる板状のブランクをパンチとダイとにより絞り成形する際にブランクをダイと略平行な方向に押さえ付けてしわ押さえを行うための機構）に相当する。

【0037】

更に、プッシュプレート１００の厚みをブランク１０の板厚よりも若干薄くすることにより、プッシュプレート１００がダイ４０とブランクホルダ３０に挟まれた状態でも、しわ押さえ力はダイ４０の凸部４２にて抑えられるため、プッシュプレート１００にはしわ押さえ力はかからず加圧方向（プッシュ方向）へのプッシュプレート１００の円滑な移動（摺動）を確保することができるという効果を奏することができる。
但し、凹部４１、凸部４２は省略することも可能である。

【0038】

図５は、ブランク１０をセットした状態を示しており、図４に示した一対のプッシュプレート１００の間にブランク１０はセットされるが、プッシュプレート１００の形状はブランク１０の外形形状に合わせているため、プッシュプレート１００にブランク１０の成形の際の位置決め（ロケータ）の役割を担わせることも可能である。

【0039】

ブランクホルダ３０が下方へ移動し、ダイ４０に接触した状態を、図６に示す。
この図６の状態では、ブランクホルダ３０にはクッション力が働いているため、パンチ２０が下降し続ける限り所定のクッション力がかかっている状態にある。

【0040】

図６の状態以降では、ダイ４０とブランクホルダ３０が接触し、ブランクホルダ３０にしわ押さえ力がかかっている状態で、プッシュプレート１００への加圧が開始され、図７に示すように、ブランク１０とパンチ２０が接触した時には、プッシュプレート１００は所定の加圧力でブランク１０の端面を圧縮することとなり、この状態で絞り成形が開始されることになる。

【0041】

ブランク１０の端面を押すプッシュプレート１００の板厚は、ブランク１０の板厚以下であり薄いが、ダイ４０とブランクホルダ３０により挟み込まれているため、プッシュプレート１００は、座屈等の変形が発生し難い状態で使用されることになる。

【0042】

ここで、一例として、ブランク（材料）１０に端面から圧縮をかけるプッシュプレート１００の動力は、図８に示すように、カム（ＣＡＭ）機構２００とガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）機構３００とを組み合わせた機構により供給する構成とした。
ここで、プッシュプレート１００、カム（ＣＡＭ）機構２００、ガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）機構３００が、本発明に係る加圧機構の一例に相当する。
なお、ガススプリング機構は、流体（空気、その他のガスの圧縮特性、或いは油などの非圧縮性の液体をオリフィスなどの通過抵抗を利用したスプリング（或いはダンパー））を利用した流体スプリングを含むスプリング機構とすることができる。更に、これに限らず、金属等の弾性体からなるスプリング機構とすることもできる。

【0043】

成形中におけるブランク１０のフランジ部１１の流入速度（フランジ部１１の端面の移動速度）をシミュレーション結果より確認すると一定速度ではないため、カム（ＣＡＭ）機構２００だけではフランジ部１１の流入速度に合わせて、プッシュプレート１００でブランク１０の端面１１に所定圧縮力（アシスト力）を掛けながら押すことは難しい。

【0044】

そこで、カム（ＣＡＭ）機構２００にガススプリング（ＧＡＳ ＳＰＲＩＮＧ）機構３００を組み合わせ、プッシュプレート１００による圧縮力（アシスト力）を実現するように、カム（ＣＡＭ）２０１の角度（位置）に対応した押し出し量（カム移動量）と、ガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）機構３００のストローク量と、を重ね合わせることで、ブランク１０のフランジ部１１の流入量に近似させるようにしたものである。

【0045】

これにより、ブランク１０のフランジ部１１の流入量と、カム（ＣＡＭ）２０１の押し出し量（カム移動量）と、の間にズレがあって、ガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）機構３００のストローク内に収まれば、圧縮力（アシスト力）は減少しても、ブランク１０のフランジ部１１の端面に作用する圧縮力が０にはならないようにした。

【0046】

本実施の形態で使用したガススプリング（ＧＡＳ ＳＰＲＩＮＧ）機構３００は、例えば、株式会社ミスミ製ＧＳＣ５０−１０とＧＳＣ３８−１０などを利用することができ、ここでは、それぞれの初期荷重、最大荷重は次の通りとした。
ＧＳＣ５０−１０：初期荷重１５０００Ｎ、最大荷重２７７５０Ｎ
ＧＳＣ３８−１０：初期荷重７５００Ｎ、最大荷重１３５００Ｎ

【0047】

また、設計上ではパンチ２０が、ブランク１０に接触した瞬間のガススプリング機構３００のストローク量は３．７ｍｍで、そのときの圧縮力（アシスト力）はＧＳＣ５０−１０で１８７００Ｎ、ＧＳＣ３８−１０では９５００Ｎとなる。

【0048】

更に、カムフォロワ（ＣＡＭ ＦＯＬＬＷＥＲ）２０２とガススプリング機構（ＧＳＣ５０−１０）３００の間に５ｍｍ程度のワッシャ（ＷＡＳＨＥＲ）等のスペーサを挟むことにより、成形直前のガススプリング機構３００のストローク量が８．７ｍｍとなり、アシスト力は２６３００Ｎにすることができる。
今回の実験ではアシスト力を９５００Ｎ、１８７００Ｎ、２６３００Ｎの３パターンで行うことにした。

【0049】

なお、金型構造としては、上述したようにダイ４０側に凹部（段差）４１を設けるのではなく、ブランクホルダ３０下面側にプッシュプレート１００を収容し移動可能とする凹部（段差）を設け、その段差内にブランク１０を置く構成として、ダイ４０とブランクホルダ３０が接触した状態でも板厚分のキラーになる設計とすることもできる。

【0050】

また、本実施の形態において、ノックアウト５０は可動式のものを採用することができ、成形方向（上下方向）に対してプレス下側に設置されたダイクッションのダイクッション力が作用するように構成されることができる。かかるダイクッション力を作用させることにより、製品の底部をフラットに成形することが可能になる。
また、ブランクホルダ３０の押圧力（しわ押さえ力）の発生源（供給源）にはガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）を使用することができる。

【0051】

なお、本実施の形態では、パンチは移動する上型に取り付けられているが、プレスのボルスタ上に固定された下型に取り付けても良い。その場合はブランクホルダ上面側にプッシュプレート１００を収容し移動可能とする凹部（段差）を設け、その段差内にブランク１０を置く構成として、下型側のブランクホルダと上型に取り付けられたダイとが接触した状態でも板厚分のキラーになる設計とすることもできる。
この場合、ノックアウト５０のクッション力の発生源（供給源）としては、ガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）を使用することができる。
また、ブランクホルダ３０の押圧力（しわ押さえ力）の発生源（供給源）には、プレス下側に設置されたダイクッションを使用することができる。

【0052】

図８に示すような構成の絞り金型構造における加圧方法（アシスト絞り）について説明する。
（１）まず、パンチ２０をブランク１０に向けてプレス方向（下方）に移動させるが、これらが接触する前に、下型に固定されたダイ４０と、可動するブランクホルダ３０と、により、ブランク１０を挟み込むことで、ブランク１０のフランジ部１１に対してしわ押さえ力をかけた後、パンチ２０の動きと連動するカム機構２００のカム２０１の作用によりカムフォロワ２０２をプレス方向に対し略９０°の方向に移動させて、カムフォロワ２０２の移動量分のガスクッション力をプッシュプレート１００に作用させて、ブランク１０のフランジ部１１の端面を加圧（圧縮）する。

【0053】

（２）ここでのガススプリング機構３００には所定圧のガスが予め封入されており、ブランク１０のフランジ部１１の端面を加圧（圧縮）する力は、ガススプリング機構３００のガススプリングのストローク量でコントロールし、希望する加圧力（圧縮力）となるガスクッションのストローク量となった時点で、パンチ２０がブランク１０に接触し絞り成形を開始する。

【0054】

（３）その後、ブランク１０のダイ４０内への流入速度（フランジ部１１の端面の移動速度）に合わせて決定されているカムプロフィール（傾斜角度など）を有するカム２０１により、絞り成形中において、ブランク１０のフランジ部１１の端面に所定圧力を作用させつつ絞り成形（アシスト絞り）を行う。
なお、ブランク１０のフランジ部１１の端面が、ダイ４０の肩Ｒ部に入る手前付近で、プッシュプレート１００の加圧（圧縮）が停止されるように構成されている。

【0055】

ここで、ガススプリング機構３００（ガスクッション）を使用した理由としては、以下のことが挙げられる。
（１）ブランク材料がアルミニウム合金等であり、鋼材に比べて、耐力、引張強さが低いため、加圧力が小さくて済むためである。

【0056】

（２）プッシュプレート１００により所望の加圧力（圧縮力）をブランク１０のフランジ部１１の端面に作用させることができるように、全てのタイミングでブランク１０のフランジ部１１のダイ４０内への流入速度（複雑に変化する）に合致させることができるように、カム傾斜角度（カムプロフィール）を形成することは困難であるため、カムプロフィール（カム傾斜角度）をある程度合致させ、ブランク１０のフランジ部１１のダイ４０内への流入速度と合わないところは、ガススプリング機構３００（ガスクッション）のストローク内で補うことで、加圧力が０となるのを回避して、ある程度の加圧力（圧縮力）をブランク１０に作用させることができるようにするためである。

【0057】

今回のガススプリング機構３００の仕様としては、１０ｍｍのガススプリング（ガスクッション）ストロークに対して、設定した加圧力はガススプリング（ガスクッション）が５ｍｍストロークするところとした。つまり、カムフォロワ２０２が５ｍｍ移動したときに、パンチ２０がブランク１０に接触し絞り成形が開始するように設定している。

【0058】

これにより、カムフォロワ２０２の移動量と、ブランク１０のフランジ部１１のダイ４０内への流入量と、が完全に一致していなくても、±５ｍｍの範囲内の差であれば、加圧力は所望の値から変動することにはなるが、０になることは回避することができることになる。

【0059】

（３）カム機構２００のみでプッシュプレート１００による加圧を行おうとすると、ブランク１０のフランジ部１１のダイ４０内への流入速度が複雑に変化するため、加圧力の調整を良好に行うことができず、加圧力が大きくなり過ぎる現象が起きることも想定され、良好な成形を行えなくなるおそれがある。この一方、カム２０１のカムプロフィール（カム傾斜角度）と、ブランク１０のフランジ部１１の流入速度と、が合わないと、加圧力が０となってしまうおそれもあり、かかる場合には、従来同様、製品に肉痩せや割れなどが生じるおそれがある。しかし、ガススプリング機構３００（ガスクッション）を利用することで、このようなおそれを回避することができる。

【0060】

次に、図９に、カム機構２００及びガススプリング機構３００を省略し、油圧シリンダ機構（油圧制御機構）４００を採用し、油圧シリンダにより加圧力を任意に制御可能な構成とした場合の一例を示す。それ以外の構成は、図８と同様である。
プッシュプレート１００、油圧シリンダ機構４００が、本発明に係る加圧機構の一例に相当する。なお、油圧に限らず、空圧、水圧などの流体圧を利用した流体圧シリンダ機構（流体圧制御機構）とすることができるものである。

【0061】

ここで、図９の構成の絞り金型構造における加圧方法について説明する。
（１）パンチ２０をブランク１０に向けてプレス方向（下方）に移動させるが、これらが接触する前に、下型に固定されたダイ４０と、可動するブランクホルダ３０と、により、ブランク１０を挟み込むことで、ブランク１０のフランジ部１１に対してしわ押さえ力をかけた後、油圧シリンダ機構４００の油圧シリンダによりプッシュプレート１００を押し、プレス方向に対し略９０°の方向にブランク１０のフランジ部１１の端面を加圧（圧縮）する。

【0062】

（２）そして、希望する加圧力（圧縮力）となった時点で、パンチ２０がブランク１０に接触し絞り成形を開始する。

【0063】

（３）その後、ブランク１０のダイ４０内への流入速度（フランジ部１１の端面の移動速度）に合わせて、油圧シリンダ機構４００の油圧シリンダが、ブランク１０のフランジ部１１の端面に所定圧力を作用させるようになっている。なお、ブランク１０のフランジ部１１の端面が、ダイ４０の肩Ｒ部分に入る手前付近で、プッシュプレート１００の加圧（圧縮）が停止されるように構成されている。

【0064】

図９の構成の絞り金型構造では、油圧シリンダ機構４００により圧力制御をすることにより、希望する加圧力（圧縮力）をブランク１０のフランジ部１１の端面に作用させることが可能であり、ブランク１０の流入速度（フランジ部１１の端面の移動速度）が複雑に変化しても、ブランク１０のフランジ部１１の端面を良好に加圧することができる。

【0065】

ここで、本実施の形態に係るアシスト絞りにおけるブランク１０の加圧箇所について説明する。
本実施の形態では、ブランク１０のフランジ部１１の端面を、図１０に示すような部位（箇所）を加圧する。

【0066】

図１０において、加圧する部位（箇所）は、絞り成形時に発生する縮みフランジ部となる部分（コーナーＲ部）にプッシュプレート１００による加圧力（圧縮力）を作用させることができる位置である。

【0067】

より詳細には、絞り成形では、ダイのコーナーＲ部付近（図１０の符号２０Ｒ参照）において、縮みフランジが発生する。縮みフランジは、図１１に示すように、パンチ（ダイ）のコーナーＲ部付近において、周方向から材料が集まってきて材料を縮ませる（圧縮する）が、同時にプレス方向（パンチの押し込み方向）には伸び（引張）が発生する。
図１１に示した縮みはブランクの板厚を増加させたり、しわを発生させるが、これをしわ押さえ（ブランクホルダ）により抑え込むと、ブランクとしわ押さえ（ブランクホルダ）との間の摩擦力（密着度合い）が増大し、これがプレス方向（パンチの押し込み方向）における引張応力を増大させることとなって、ブランクに割れや肉痩せを発生させるものと考えられる。

【0068】

そこで、本実施の形態では、このような縮みフランジが発生する部位にプッシュプレート１００により加圧力（圧縮力）供給して引張応力との間で相殺することで、引張応力を緩和させ、ブランクに割れや肉痩せが発生することを抑制しようとするものである。

【0069】

つまり、本実施の形態においてブランクを加圧する部位（箇所）は、絞り成形時に発生する縮みフランジ部における伸び（引張応力）に対して対向（相殺）する方向に加圧力（圧縮力）を作用させることができる部位である。

【0070】

図１０は、長方形のパンチ２０により絞り成形する場合の加圧方法の一例を示しており、長方形の縦横比は１：５程度である。この場合、縮みフランジが発生するパンチ（或いはダイ）の短辺部を左右から（短辺と略直交する方向から）押し込むようにしている。なお、プッシュプレート１００の加圧力が、パンチ２０のコーナーＲ部２０ＲのＲ中心に向かって集中するように（コーナーＲ部２０ＲのＲ中心に向かう圧縮力の成分がコーナーＲ部２０Ｒの周方向に亘って生成されるように）、ブランク１０のフランジ部１１の端面形状は円弧状に形成されることができる。

【0071】

図１０において、ブランク１０の上下方向（長辺部分）は、左右方向（短辺部）と比較すると、絞り成形の際、周方向から材料が集まってきて材料を縮ませる度合いは低く、ブランクのフランジ部板厚の増加も少ない。その結果ブランクとしわ押さえ（ブランクホルダ）との間の摩擦力（密着度合い）の増加も少ないので、プレス方向（パンチの押し込み方向）における引張応力の増加も少ない。従って、ブランクに割れや肉痩せが発生することを防ぐためにブランク１０の上下方向（長辺部分）にもプッシュプレート１００により加圧力（圧縮力）を加える場合は、縮みフランジが発生する左右の短辺部に加える加圧力よりも小さい加圧力でよい。

【0072】

図１２は、パンチの縦横比が比較的小さい場合の加圧方法の一例を示している。
パンチ２０のコーナーＲ部２０Ｒにおいて縮みフランジが発生するため、加圧する部位（箇所）は、ブランク１０のフランジ部１１の４つの角部からパンチ２０の４つのコーナーＲ部２０Ｒに向かって加圧する。なお、ブランク１０のフランジ部１１の端面形状は円弧状となっており、プッシュプレート１００の加圧力が、パンチ２０のコーナーＲ部２０ＲのＲ中心に向かって集中するように（コーナーＲ部２０ＲのＲ中心に向かう圧縮力の成分がコーナーＲ部２０Ｒの周方向に亘って生成されるように）、ブランク１０のフランジ部１１の端面形状は円弧状に形成されることができる。

【0073】

図１２においても、ブランク１０のフランジ部１１の端面を加圧しない部位（パンチ２０の辺と略平行な端部）があるが、かかる部位は周方向から材料が集まってきて材料を縮ませる度合いは低く、ブランクのフランジ部板厚の増加も少ない。
その結果ブランクとしわ押さえ（ブランクホルダ）との間の摩擦力（密着度合い）の増加も少ないので、プレス方向（パンチの押し込み方向）における引張応力の増加も少なく、成形中に肉痩せや割れが発生する度合いは低い。従って、ブランク１０のフランジ部１１の４つの角部からパンチ２０の４つのコーナーＲ部２０Ｒに向かってブランク１０のフランジ部１１の端面を加圧する必要性と比較すると、各辺と略直交する方向からブランク１０のフランジ部１１の端面を加圧して圧縮応力を作用させる必要性は乏しい。

【0074】

つまり、本実施の形態によれば、形状が四角に係わらず、縮みフランジ部となる部位が発生するような形状において、通常の絞り成形では割れが発生したり、板厚減少（肉痩せ）が大きく、良好な成形を行うことができない場合に対して、縮みフランジ部となるブランクの端面をプレス方向に対して略９０度の方向に加圧することにより、割れが発生したり板厚減少（肉痩せ）の小さい良好な絞り成形を行うことができる。

【0075】

但し、加圧箇所はこれに限定されるものではなく、絞り成形中に、パンチ２０のプレス方向と略直交する方向からブランクを加圧して圧縮応力を作用させて、プレスによりブランクに発生する引張応力を低減することができれば、加圧箇所は特に限定されるものではないものである。例えば、ブランク１０のフランジ部１１の端面全周に亘って加圧するような構成などとすることも可能である。

【0076】

＜実験結果＞
ここで、実験結果について述べる。
図１３に、従来の角筒絞り成形を行った製品と、アシスト力を切り替えてアシスト絞りを行った各製品を示す。図中の左側より従来の絞り成形、アシスト成形（アシスト力：９５００Ｎ）、アシスト成形（アシスト力：１８７００Ｎ）、アシスト成形（アシスト力：２６３００Ｎ）を行った製品を表示している。

【0077】

図１３において左端に示したように、従来の絞り成形では、パンチ２０の４つのコーナーＲ部２０Ｒで材料に大きな引張応力がかかり、割れが発生した。
これは、成形中に材料がコーナーＲ部２０Ｒで成形荷重を受け、成形荷重が材料自身の材料特性値で耐えられなくなるほどの引張応力となり、肉痩せが発生し割れへと進展したものと考えられる。

【0078】

しかし、図１３において左端から２番目、３番目、４番目（すなわち右端）に示したように、アシスト絞り成形ではアシスト力が小さい（９５００Ｎ）とネック（部分的な肉痩せ）が発生しているが割れが発生することなく成形することができ、アシスト力（１８７００Ｎ、２６３００Ｎ）を大きくするに従い、ネックの発生もなくなり良好に成形可能であることが確認できた。

【0079】

図１４（Ａ）に、図１３中の測定点１と測定点２における板厚をポイントマイクロメータにより測定した結果を示す。

【0080】

図１４（Ｂ）に、図１４（Ａ）に示したＧＡＳ ＳＰＲＩＮＧ（アシスト力）と板厚の関係を示す。
この図１４（Ｂ）から、アシスト力が大きくなるに連れ、各測定点の板厚が厚くなっているのが解る。つまり。アシスト力を大きくするに従い板厚減少率を小さくできることが解り、さらにアシスト力を大きくすれば板厚減少を抑えられる可能性があることが解った。

【0081】

＜考察＞
図１５に、アシスト面圧と板厚の関係を示す。
アシスト面圧（ＭＰａ）は、ガススプリングのアシスト力（初期荷重）を、図１に示したプッシュプレート１００のａ部断面積にて除算して求めた値である。

【0082】

また、図１５中にある破線は、一般的なＡ３００３−Ｏ材の０．２％耐力（ＹＰ：σｙ）と引張強さ（ＴＳ：σ_Ｂ）を示している。

【0083】

まず、アシスト面圧と製品板厚の関係では、アシスト力９５００Ｎ（３４．７ＭＰａ）を加えた場合とアシスト力１８７００Ｎ（６８．４ＭＰａ）を加えた場合との測定点１での板厚を比較すると、アシスト力１８７００Ｎを加えた場合の方がアシスト力９５００Ｎを加えた場合よりも０．４ｍｍ板厚が厚い。
また、アシスト力２６３００Ｎ（９６．３ＭＰａ）を加えた場合とアシスト力１８７００Ｎを加えた場合とを比較すると、アシスト力２６３００Ｎを加えた場合の方がアシスト力１８７００Ｎ（６８．４ＭＰａ）を加えた場合よりも０．１５ｍｍ板厚が厚い。

【0084】

アシスト力が材料の０．２％耐力を超えた値になると板厚増加量が多くなり、アシスト力が引張強さ付近になると増加量も少なくなる傾向がある。つまり、アシスト力は大きいほど良いことが分かったが、金型構造や材料の大きさなどの変化によりアシスト力の制限も発生する可能性があることから、少なくともアシスト面圧を（σｙ＋σ_Ｂ）／２以上とすることで高い効果を発揮することが期待できる。

【0085】

しかし、アシスト面圧が０．２％耐力（σｙ）以下であっても、ネックは発生しているが成形することができることから、アシスト力が小さくても効果があることは証明されている。

【0086】

なお、今回使用した材料は、０．２％耐力、引張強さの低いアルミニウムであるが、ＳＰＣ材やＳＵＳ材にも所定のアシスト力がかけられれば、同様にアシスト絞り成形による効果を発揮できると考えられる。

【0087】

以上で述べてきたように、本実施の形態では、難加工鋼材であるアルミニウムによる圧縮応力場をもった角筒絞り成形性の確認を目的として、成形シミュレーションによる解析と、実際に金型を製作しアシスト絞りを行ったが、次のようなことを得ることができた。

【0088】

（１）成形シミュレーションにてアシスト絞りの解析を行うことができた。
（２）引張応力がかかる場所に圧縮応力場を作ることで、従来同様の絞り成形では、割れや肉痩せが発生してしまう条件下でも、割れや肉痩せが発生することなく良好に成形することができた。
（３）アシスト成形により従来工法では割れが発生し成形できないものが成形可能となった．
（４）製品の板厚減少はアシスト力に影響し、アシスト力は材料の（σｙ＋σ_Ｂ）／２以上の大きさで行うことが有効である。

【0089】

アルミニウムの角筒絞りは、上述したように、難加工材で引張応力がかかると直ぐに伸びてしまい、成形し難い材質であるが、引張強さが低いため、アシスト絞り成形を良好なものとするために所望するアシスト力をガススプリング（ＧＡＳ
ＳＰＲＩＮＧ）機構で達成することができた。

【0090】

一般的な絞り成形加工は製品形状に係わらず、パンチ・ダイス・しわ押さえにより成形がなされ、ブランク１０にはブランクホルダ３０によるしわ押さえ力による摩擦力と、ダイ４０とパンチ２０の肩Ｒ部２０ｒによる曲げ変形力と、パンチ２０（或いはダイ４０）の周方向に圧縮されながらダイ４０内に引張り込まれる縮みフランジ変形力と、が発生する。これらの総和が大きくなると側壁部及び底部との境界Ｒ部の肉痩せや割れの原因となる。

【0091】

特に、コーナーＲ部を有する異形絞り成形では、パンチ２０のコーナーＲ部２０Ｒで大きな縮みフランジ変形が発生し、材料に大きな引張応力がかかり、側壁部と底部との間の境界Ｒ部の肉痩せや割れが発生し易くなる。

【0092】

本発明では、縮み方向フランジの端面を材料流動方向に押すことにより当該フランジ部からの材料流動を促進して圧縮応力場での絞り成形を行うことで、従来の絞り成形では上述したような肉痩せや割れが発生し易い条件でも、肉痩せや割れの発生を抑制しつつ良好に絞り成形を行うことができる。

【0093】

このため、本発明によれば、従来のように、絞り成形を複数回に分けて成形を行う必要がないので、工程数も減らすことができ、成形時間の長時間化、工程レイアウトの増加、金型費のアップなどの欠点を解消することができる。

【0094】

以上説明したように、本実施の形態に係る絞り成形方法及び装置は、パンチと、該パンチに対応して設けられるダイと、板状のブランクをパンチとダイにより絞り成形する際にブランクをダイと略平行な方向に押さえ付けるしわ押さえ機構と、を備え、パンチとダイのうち一方をプレス方向に移動させて絞り成形を行う絞り成形装置であって、
プレス方向と略直交する方向からパンチへ向けてブランクの端面を加圧する加圧機構を備え、プレス方向と略直交する方向からパンチへ向けてブランクを加圧しつつ絞り成形を行うことを特徴とする。

【0095】

そして、本実施の形態に係る絞り成形方法及び装置によれば、絞り成形中に、プレス方向と略直交する方向からブランクを加圧して圧縮応力を作用させることで、プレスによりブランクに発生する引張応力を低減（緩和）することができ、以って従来困難であった成形条件であっても、割れや肉痩せの発生を抑制して良好な絞り成形を行うことができる。

【0096】

すなわち、本実施の形態によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、絞り成形において、成形中の材料の引張応力が作用する場所に圧縮応力場を作ることにより、肉痩せや割れ等の発生し難い絞り成形方法及び装置を提供することができる。

【0097】

なお、本実施の形態で説明した金型構造と上下逆に配設されるような場合（上型にダイ、下型にパンチを配設するような場合）でも、本発明は適用可能である。

【0098】

以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0099】

１０ ブランク（板状の素材、材料）
１１ フランジ部
２０ パンチ
３０ ブランクホルダ（しわ押さえ機構の一部に相当）
４０ ダイ（ダイス）
１００ プッシュプレート（加圧プレート）（加圧機構の一部に相当）
２００ カム機構
３００ ガススプリング機構（流体スプリング機構、スプリング機構の一例）
４００ 油圧シリンダ機構（油圧制御機構）（流体圧シリンダ機構、流体圧制御機構）

【図1】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図14】

【図15】

【図16】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図13】