特許 7617483 加工装置、金属製部材の製造方法、及び金属製部材

(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】

(24)【登録日】2025-01-09

(45)【発行日】2025-01-20

(54)【発明の名称】加工装置、金属製部材の製造方法、及び金属製部材

(51)【国際特許分類】

   B21D 28/24 20060101AFI20250110BHJP

   B21D 28/34 20060101ALI20250110BHJP

   B21D 28/04 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

B21D28/24 C

B21D28/34 C

B21D28/34 D

B21D28/04 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023570809

(86)(22)【出願日】2022-12-13

(86)【国際出願番号】 JP2022045768

(87)【国際公開番号】W WO2023127479

(87)【国際公開日】2023-07-06

【審査請求日】2024-04-18

(31)【優先権主張番号】P 2021213916

(32)【優先日】2021-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104444

【弁理士】

【氏名又は名称】上羽 秀敏

(74)【代理人】

【識別番号】100174285

【弁理士】

【氏名又は名称】小宮山 聰

(72)【発明者】

【氏名】乘田 克哉

(72)【発明者】

【氏名】西島 進之助

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１７５１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２７８６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１７５４２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ２８／２４

Ｂ２１Ｄ ２８／３４

Ｂ２１Ｄ ２８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工材である金属板の板厚方向の一方側と他方側とに配置されるパンチ及びダイを備え、前記パンチと前記ダイとが接近するように前記パンチ及び前記ダイの少なくとも一方を前記板厚方向に移動させることで前記金属板をせん断加工する加工装置であって、
前記パンチ及び前記ダイの各々は、端面と側面とを有し、
前記パンチ及び前記ダイは、前記パンチの端面と前記ダイの端面とが平面視において重ならないように配置され、
前記パンチの側面及び前記ダイの側面の少なくとも一方は、表面が前記金属板の方向を向くように傾斜し、かつ、前記パンチ及び前記ダイの他方と平面視において重なるように形成された傾斜部を含み、
前記傾斜部の表面と前記板厚方向とのなす角度が１５°以上であり、
前記パンチの側面及び前記ダイの側面の少なくとも一方は、前記傾斜部に加え、前記傾斜部に連続し、前記板厚方向において前記金属板に近い方の端部に形成され、表面が前記板厚方向と略平行な先端部を含む、加工装置。

【請求項2】

請求項１に記載の加工装置であって、
前記先端部の前記板厚方向の寸法が、前記金属板の板厚の５０％以下である、加工装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の加工装置であって、
前記傾斜部の表面と前記板厚方向とのなす角度が１５～６０°である、加工装置。

【請求項4】

請求項１又は２のいずれか一項に記載の加工装置を用いて、表面にめっき層を有する金属板をせん断加工する工程を備える、金属製部材の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の金属製部材の製造方法であって、
前記表面にめっき層を有する金属板は、めっき鋼板である、金属製部材の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の金属製部材の製造方法であって、
前記めっき層がＺｎ系めっき層である、金属製部材の製造方法。

【請求項7】

表面にめっき層を有する金属板からなる金属製部材であって、
端面に、板厚方向の寸法が板厚の６０％以上であり、前記板厚方向とのなす角度が１５°以上である一つの傾斜面を有し、
前記傾斜面は、前記板厚方向と平行な断面において直線状の形状を有し、
前記傾斜面の少なくとも一部は、前記めっき層で覆われている、金属製部材。

【請求項8】

請求項７に記載の金属製部材であって、
前記傾斜面を有する端面は、被加工材である表面めっき金属板をせん断加工することによって形成されたものであり、
前記傾斜面の少なくとも一部を覆う前記めっき層は、前記被加工材に由来するものである、金属製部材。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の金属製部材であって、
前記傾斜面に連続し、前記板厚方向において前記傾斜面によって前記金属製部材の寸法が大きくなる側の端部に形成され、せん断面及び破断面の少なくとも一方を含む切断面を有する、金属製部材。

【請求項10】

請求項９に記載の金属製部材であって、
前記切断面は、前記せん断面及び前記破断面の両方を含み、
前記破断面は、前記めっき層で覆われていない、金属製部材。

【請求項11】

請求項７又は８に記載の金属製部材であって、
前記表面にめっき層を有する金属板は、めっき鋼板である、金属製部材。

【請求項12】

請求項１１に記載の金属製部材であって、
前記めっき層がＺｎ系めっき層である、金属製部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工装置、金属製部材の製造方法、及び金属製部材に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用や建材用の鋼製部材は、プレス加工によって製造されることが多い。鋼製部材に耐食性が要求される場合、素材である冷延鋼板又は熱延鋼板をプレス加工した後、塗装やめっきを施すことが行われている。しかし、プレス加工後に塗装工程やめっき工程を設けると、作業時間やコストが増加する。

【0003】

この課題の解決のため、めっき鋼板を素材としてプレス加工することが考えられる。しかし、めっき鋼板に対して打抜き加工等の切断を伴うプレス加工を行った場合、切断端面ではめっき層が分断されて鋼素地が露出する。切断端面に鋼素地が露出したままでは、切断端面から腐食が生じる。したがって、鋼素地が露出した切断端面に対してめっきを行う工程が必要となり、作業時間やコストが増加する。

【0004】

特開２０１７－８７２９４号公報には、ダイとパンチとの間のクリアランスが表面処理鋼板の板厚の１～２０％であり、かつ、ダイ又はパンチの少なくともいずれか一方の肩部に、表面処理鋼板の板厚の０．１２倍以上の曲率半径が付与された金型を用いて切断加工する切断加工方法が開示されている。

【0005】

特開２００９－２８７０８２号公報には、ダイ、ポンチ及びダイ押えからなる金型を用いて亜鉛系めっき鋼板を切断加工するに当たり、製品鋼板側となるダイ及びポンチのいずれか一方の肩に上記鋼板板厚の０．１０～０．５０倍の曲率半径の丸みをもたせ、他方の肩とダイ押えの肩を直角とすると共に、ダイとダイ押えの側面を揃えて、ダイとポンチとの間のクリアランスを上記鋼板板厚の１．０％以下として切断加工を施す切断加工方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－８７２９４号公報

【文献】特開２００９－２８７０８２号公報

【文献】特開２０２０ー３２４３７号公報

【文献】特開２００６－２６３７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特開２０１７－８７２９４号公報の加工条件では、クリアランスが狭い条件では破断面の発生を抑制し、せん断面の長さを拡大することができるものの、得られたせん断面に対して形成されるめっき層は狭い面積に限定される。一方、クリアランスが広い条件では慣用条件に比べるとせん断面の長さは拡大するものの、一定量の破断面は発生する。そのため、めっき層で被覆できていないせん断面や、破断面において腐食が生じる場合がある。

【0008】

特開２００９－２８７０８２号公報の加工条件では、破断面の発生を抑制し、せん断面の長さを拡大することができるものの、得られたせん断面に対して形成されるめっき層は狭い面積に限定される。

【0009】

本発明の課題は、切断端面の耐食性に優れた金属製部材を製造することができる加工装置、切断端面の耐食性に優れた金属製部材の製造方法、及び切断端面の耐食性に優れた金属製部材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一実施形態による加工装置は、被加工材である金属板の板厚方向の一方側と他方側とに配置されるパンチ及びダイを備え、前記パンチと前記ダイとが接近するように前記パンチ及び前記ダイの少なくとも一方を前記板厚方向に移動させることで前記金属板をせん断加工する加工装置であって、前記パンチ及び前記ダイの各々は、端面と側面とを有し、前記パンチ及び前記ダイは、前記パンチの端面と前記ダイの端面とが平面視において重ならないように配置され、前記パンチの側面及び前記ダイの側面の少なくとも一方は、表面が前記金属板の方向を向くように傾斜し、かつ、前記パンチ及び前記ダイの他方と平面視において重なるように形成された傾斜部を含み、前記傾斜部の表面と前記板厚方向とのなす角度が１５°以上である。

【0011】

本発明の一実施形態による金属製部材の製造方法は、上記の加工装置を用いて、表面にめっき層を有する金属板をせん断加工する工程を備える。

【0012】

本発明の一実施形態による金属製部材は、表面にめっき層を有する金属板からなる金属製部材であって、端面に、板厚方向の寸法が板厚の６０％以上であり、前記板厚方向とのなす角度が１５°以上である一つの傾斜面を有し、前記傾斜面の少なくとも一部は、前記めっき層で覆われている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、切断端面の耐食性に優れた金属製部材が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態による加工装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、図１の加工装置による金属板のせん断加工を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による金属製部材の斜視図である。

【図4】図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【図5】図５は、本発明の第２の実施形態による加工装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、図５の加工装置による金属板のせん断加工を模式的に示す断面図である。

【図7】図７は、本発明の一実施形態による金属製部材の斜視図である。

【図8】図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図9】図９は、本発明の第３の実施形態による加工装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図10】図１０は、図９の加工装置による金属板のせん断加工を模式的に示す断面図である。

【図11】図１１は、本発明の第４の実施形態による加工装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図12】図１２は、本発明の一実施形態による金属製部材の斜視図である。

【図13】図１３は、有限要素法によって計算された、加工途中の金属板内の応力の分布を示す等高線図である。

【図14】図１４は、金属板の破断直前の断面写真である。

【図15】図１５は、角度θ及び高さＨと、打抜き限界押込み量との関係を示すグラフである。

【図16】図１６は、加工後の金属板の断面写真、及び端面の元素分析結果である。

【図17】図１７は、角度θ及び高さＨと、めっき残存率との関係を示すグラフである。

【図18】図１８は、大気暴露試験前後の金属板の写真である。

【図19】図１９は、加工後の金属板の断面写真、及び端面の元素分析結果である。

【図20】図２０は、角度θ及び高さＨと、めっき残存率との関係を示すグラフである。

【図21】図２１は、大気暴露試験前後の金属板の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

【0016】

［第１の実施形態］
［加工装置］
図１は、本発明の第１の実施形態による加工装置２０の構成を模式的に示す断面図である。加工装置２０は、金属板のせん断加工に用いる金型である。加工装置２０は、これに限定されないが、表面にめっき層を有する金属板（以下「表面めっき金属板」という場合がある。）のせん断加工に特に好適に用いることができる。せん断加工は、これに限定されないが、穴あけ加工、打抜き加工、及び切断加工等を含む。

【0017】

加工装置２０は、パンチ２１、ダイ２２、及び板押え２３を備えている。パンチ２１及びダイ２２は、被加工材である金属板１０の板厚方向の一方側と他方側とに配置される。加工装置２０は、図示しないプレス機により、パンチ２１とダイ２２とが接近するように、パンチ２１及びダイ２２の少なくとも一方を板厚方向に移動させることで、金属板１０をせん断加工する。板押え２３は、金属板１０を間に挟んでダイ２２と対向するように配置され、金属板１０をせん断加工する際に金属板１０に反りが生じること及びパンチ２１の引き抜き時にパンチ２１への食い付きが生じることを抑制する。

【0018】

以下、板厚方向と平行な方向をｚ方向と呼ぶ場合があり、ｚ方向に垂直な平面をｘｙ平面と呼ぶ場合がある。また、板厚方向の寸法を「高さ」と呼ぶ場合がある。

【0019】

パンチ２１は、端面２１１と、これに連続する側面２１２とを有している。ダイ２２も同様に、端面２２１と、これに連続する側面２２２とを有している。端面２１１は、加工時に側面２１２よりも先に金属板１０と接触し、端面２２１は、加工時に側面２２２よりも先に金属板１０と接触する。

【0020】

端面２１１及び端面２２１は、板厚方向と垂直な面であることが好ましい。すなわち、端面２１１及び端面２２１は、金属板１０と平行であることが好ましい。

【0021】

端面２１１の輪郭と端面２２１の輪郭との間には、平面視において所定の大きさのクリアランスＣＬが設けられている。これによって、パンチ２１及びダイ２２は、端面２１１と端面２２１とが平面視において重ならないように配置されている。ここで「平面視」とは、板厚方向の一方側から対象物を真っ直ぐに見ることを意味する。端面２１１と端面２２１とが「平面視において重ならない」とは、端面２１１と端面２２１とを板厚方向と垂直な平面（ｘｙ平面）に投影したとき、端面２１１と端面２２１とが重ならないことを意味する。

【0022】

この構成によれば、端面２１１と端面２２１との間の板厚方向の距離がゼロ以下になるまで、パンチ２１とダイ２２とを接近させることができる。これによって、金属板１０をより確実に分断させることができる。また金属板１０が分断された際に、パンチ２１とダイ２２とが衝突するのを抑制することができる。

【0023】

端面２１１及び端面２２１は、平面視において重ならない限り、任意の形状とすることができる。端面２１１の平面形状（ｘｙ平面の形状）は例えば、円形、楕円形、矩形等である。端面２２１の平面形状は例えば、円形の穴が空いた形状、楕円形の穴が空いた形状、矩形の穴が空いた形状等である。端面２２１の平面形状は、クリアランスＣＬが一定となるように形成されていることが好ましい。

【0024】

端面２１１の平面形状は、好ましくは円形である。端面２２１の平面形状は、好ましくは円形の穴が空いた形状である。円形の場合、周方向で材料が拘束されているため均一な変形を与えることができる。これによって、表面めっき金属板をせん断加工した場合、端面に優れた耐食性を付与することができる。

【0025】

端面２１１の大きさ（面積）は、特に限定されない。ただし、端面２１１が小さすぎると、加工時の荷重に耐えられずに破損する場合がある。端面２１１の大きさは、好ましくは外径１０ｍｍの円相当（面積約７８ｍｍ^２）以上である。一方、端面２１１が大きすぎると、後述する傾斜部２１２ａによって金属板１０を押圧するために必要な荷重が増大するため、より性能の高いプレス機を用いる必要が生じる場合がある。

【0026】

パンチ２１及びダイ２２は、中実でも中空でもよい。パンチ２１及びダイ２２は、好ましくは中実である。パンチ２１及びダイ２２には、後述する傾斜部２１２ａによって金属板１０を押圧する際に圧縮応力が付与される。そのため、パンチ２１及びダイ２２は、その応力に耐え得るだけの強度を有していることが好ましい。

【0027】

パンチ２１の側面２１２は、表面が金属板１０の方向を向くように傾斜し、かつ、ダイ２２と平面視において重なるように形成された傾斜部２１２ａを含んでいる。

【0028】

ここで、「表面が金属板１０の方向を向くように傾斜」するとは、傾斜部２１２ａの表面から外側へ向かう法線が金属板１０側へ向いていることを意味する。より具体的には、金属板１０から見てパンチ２１が配置されている側をｚ方向のプラス、ダイ２２が配置されている側をｚ方向のマイナスとしたとき、傾斜部２１２ａの表面から外側へ向かう法線のｚ方向の成分がマイナスであることを意味する。

【0029】

また、傾斜部２１２ａがダイ２２と「平面視において重なる」とは、傾斜部２１２ａとダイ２２とを板厚方向と垂直な平面（ｘｙ平面）に投影したとき、傾斜部２１２ａとダイ２２とが重なることを意味する。このとき、傾斜部２１２ａの全体がダイ２２と重なっている必要はなく、傾斜部２１２ａの少なくとも一部がダイ２２と重なっていればよい。

【0030】

この構成によれば、パンチ２１とダイ２２とを接近させたとき、傾斜部２１２ａとダイ２２とによって金属板１０が挟まれ、金属板１０に圧縮応力が加わる。この圧縮応力によって、金属板１０が特定の形状に変形する。この形状については後述する。

【0031】

傾斜部２１２ａの表面と板厚方向のなす角度θは、１５°以上である。角度θの好ましい範囲については後述する。

【0032】

傾斜部２１２ａの高さＨＴは、金属板１０の板厚との関係では、好ましくは金属板１０の板厚の６０％以上である。傾斜部２１２ａの高さＨＴは、好ましくは１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは３ｍｍ以上であり、さらに好ましくは５ｍｍ以上である。

【0033】

パンチ２１の側面２１２は、傾斜部２１２ａに加え、傾斜部２１２ａに連続し、板厚方向において金属板１０に近い方の端部に形成され、表面が板厚方向と略平行な先端部２１２ｂを含んでいる。先端部２１２ｂの表面と板厚方向とのなす角度は、好ましくは５．０°以下であり、好ましくは３．０°以下であり、さらに好ましくは１．０°以下であり、さらに好ましくは０．５°以下である。

【0034】

先端部２１２ｂによって、金属板１０により大きなせん断応力を加えることができる。これによって、金属板１０をより確実に分断することができる。ただし、クリアランスＣＬの大きさや金属板１０の材質によっては、先端部２１２ｂがない場合であっても金属板１０を分断することができる。そのため、側面２１２が先端部２１２ｂを含むことは必須ではなく、側面２１２は先端部２１２ｂを含んでいなくてもよい。

【0035】

また、先端部２１２ｂが存在することによってクリアランスＣＬの大きさが明確になるため、パンチ２１とダイ２２との位置合わせをより確実に行うことができる。先端部２１２ｂが存在すれば、先端部２１２ｂの高さＨが僅かであってもこの効果が得られる。高さＨの下限は、金属板１０の板厚との関係では、好ましくは金属板１０の板厚の１％であり、さらに好ましくは２％であり、さらに好ましくは３％である。高さＨの下限は、好ましくは０．０３ｍｍであり、さらに好ましくは０．０６ｍｍであり、さらに好ましくは０．０９ｍｍである。

【0036】

一方、先端部２１２ｂの高さＨが大きすぎると、傾斜部２１２ａが金属板１０に接触する前に金属板１０が分断される場合がある。また、高さＨが小さいほど、金属板１０が分断されるタイミングが遅くなる傾向がある。詳細は後述するが、表面めっき金属板をせん断加工した場合、金属板１０が分断されるタイミングが遅いほど、端面に優れた耐食性を付与することができる。

【0037】

そのため、製造される金属製部材に優れた耐食性を付与するという観点からは、先端部２１２ｂの高さＨは小さいほど好ましい。高さＨの上限は、金属板１０の板厚との関係では、好ましくは金属板１０の板厚の５０％であり、さらに好ましくは４０％であり、さらに好ましくは３０％である。高さＨの上限は、好ましくは１．６ｍｍであり、さらに好ましくは１．２ｍｍであり、さらに好ましくは０．８ｍｍである。

【0038】

ダイ２２の側面２２２は、板厚方向と略平行である。ダイ２２の側面２２２は、パンチ２１の側面２１２の傾斜部２１２ａのように傾斜した部分を含んでいない。

【0039】

［金属製部材の製造方法］
次に、金属製部材の製造方法を説明する。本実施形態による金属製部材の製造方法は、加工装置２０を用いて表面めっき金属板をせん断加工する工程を備えている。

【0040】

表面めっき金属板の母材は、これらに限定されないが、鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等である。本実施形態による製造方法は、表面めっき金属板の母材が鋼である場合、すなわち、表面めっき金属板がめっき鋼板である場合に特に好適である。鋼は錆が生じやすく、本実施形態によって耐食性を付与するメリットが大きいためである。めっき鋼板は、例えば、Ｚｎ系めっき鋼板、Ａｌ系めっき鋼板等である。

【0041】

表面めっき金属板は、より好ましくはＺｎ系めっき鋼板である。Ｚｎ系めっきは、母材である鋼板に対し、犠牲防食の作用を有する。そのため、せん断加工による切断端面の母材露出部からの腐食を抑制することができ、製造される金属製部材の耐食性をより高くすることができる。Ｚｎ系めっきは、これらに限定されないが、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、Ｚｎ－Ｎｉ系めっき、Ｚｎ－Ａｌ系めっき、Ｚｎ－Ｍｇ系めっき、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき等が挙げられる。

【0042】

表面めっき金属板の板厚は、好ましくは０．２～９ｍｍである。板厚が厚すぎると、せん断加工後に破断面の割合が大きくなり、耐食性向上効果が小さくなる場合がある。表面めっき鋼板の板厚の上限は、より好ましくは６ｍｍである。一方、板厚が十分に薄い場合には、端面に錆が生じても目立たないため、耐食性を向上させるメリットが小さい。表面めっき鋼板の板厚の下限は、より好ましくは１．０ｍｍである。

【0043】

表面めっき金属板のめっき層の厚さは、好ましくは１５μｍ以上である。めっき層が薄すぎると、端面に被覆できるめっき層が枯渇し、端面に耐食性を付与できない場合がある。表面めっき金属板のめっき層の厚さの下限は、さらに好ましくは３０μｍである。表面めっき金属板のめっき層の厚さの上限は、特に限定されないが、例えば１５０μｍである。

【0044】

図１及び図２を参照して、加工装置２０を用いて金属板１０（表面めっき金属板）をせん断加工する工程を説明する。加工装置２０の構成の説明において述べたとおり、パンチ２１及びダイ２２を、金属板１０の板厚方向の一方側と他方側とに配置する。図示しないプレス機により、パンチ２１とダイ２２とが接近するように、パンチ２１及びダイ２２の少なくとも一方を板厚方向に移動させる。このとき、図２に示すように、パンチ２１の傾斜部２１２ａによって、金属板１０に傾斜面１１１が形成される。

【0045】

その後、パンチ２１とダイ２２とをさらに接近させることによって、金属板１０が第１部分１１と第２部分１２とに分断される。このとき、第１部分１１の端面には、傾斜面１１１に連続して切断面１１２が形成される。切断面１１２は、せん断面と破断面とを含む。ただし加工条件によっては、切断面１１２がせん断面及び破断面のいずれか一方のみになる場合や、切断面１１２自体が形成されない場合もある。

【0046】

本実施形態では、傾斜面１１１を有する第１部分１１が製品（金属製部材）となる。傾斜面１１１は、表面めっき金属板である金属板１０の表面が変形して形成された面であるため、少なくとも一部にめっき層を有する。傾斜面１１１は、パンチ２１との摺動等によってめっき層が部分的に剥がれる場合もあるが、それでもせん断面や破断面と比較してめっき層で覆われている割合が高い。また、傾斜面１１１を覆うめっき層の厚さは、表面めっき金属板のめっき層の厚さから、大幅には減少しない。

【0047】

せん断面は、金属板１０の表面のめっき層が回り込むことによってめっき層で覆われている場合もあるが、めっき層で覆われていない場合もある。破断面は、通常はめっき層で覆われていない。

【0048】

本実施形態による加工装置２０、及び本実施形態による金属製部材の製造方法によれば、製造される金属製部材の端面が傾斜面を含むようにすることによって、めっき層によって覆われた端面の割合を大きくすることができる。これによって、切断端面の耐食性に優れた金属製部材が得られる。

【0049】

パンチ２１の傾斜部２１２ａの表面と板厚方向のなす角度θ（図１）は、１５°以上である。角度θが大きいほど、金属板１０が分断されるタイミングが遅くなる傾向がある。「金属板１０が分断されるタイミングが遅くなる」とは、パンチ２１とダイ２２とがより接近しなければ金属板１０が分断されないことを意味する。金属板１０が分断されるタイミングが遅いほど、切断面１１２の高さが小さくなり、金属板１０の板厚に対する傾斜面１１１の高さの割合が大きくなる。そのため、角度θが大きいほど、めっき層によって覆われた端面の割合を大きくすることができる。角度θの下限は、好ましくは２０°であり、さらに好ましくは３０°である。

【0050】

一方、角度θが大きいほど、傾斜面１１１を形成するために必要な荷重が大きくなる。また、角度θは傾斜面１１１の傾斜角度と一致するが、角度θが大きくなることは、形成される傾斜面１１１のｘｙ平面への投影面積が大きくなることを意味する。角度θの上限は、好ましくは６０°であり、さらに好ましくは５０°であり、さらに好ましくは４５°である。

【0051】

加工装置２０の構成の説明において述べたとおり、パンチ２１の先端部２１２ｂの高さＨが小さいほど、金属板１０が分断されるタイミングが遅くなる傾向がある。金属板１０が分断されるタイミングが遅いほど、切断面１１２の高さが小さくなり、金属板１０の板厚に対する傾斜面１１１の高さの割合が大きくなる。そのため、高さＨが小さいほど、めっき層によって覆われた端面の割合を大きくすることができる

【0052】

［金属製部材］
上述のとおり、本実施形態による金属製部材の製造方法では、図２の第１部分１１が製品（金属製部材）となる。第１部分１１は、金属板１０から第２部分１２が打ち抜かれた後の残りの部分である。以下では、第１部分１１を金属製部材１１と呼ぶ。

【0053】

図３は、金属製部材１１の斜視図であり、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。図３では、金属製部材１１の穴の輪郭が円形である場合を図示しているが、これは例示である。加工装置２０の構成の説明においても述べたとおり、パンチ２１の端面２１１及びダイ２２の端面２２１は任意の平面形状であってよい。そのため、金属製部材１１の穴の輪郭も任意の形状であってよい。

【0054】

金属製部材１１は、端面に一つの傾斜面１１１を有している。金属製部材１１はさらに、傾斜面１１１に連続し、板厚方向において傾斜面１１１によって金属製部材１１の寸法が大きくなる側の端部に形成された切断面１１２を有している。図４に示すように、切断面１１２は、表面が板厚方向と略平行なせん断面１１２ａと、破断面１１２ｂとを含んでいる。せん断面１１２ａと破断面１１２ｂとは、傾斜面１１１に近い側からこの順番で形成されている。

【0055】

金属製部材１１は、端面以外の表面がめっき層１０ａで覆われている。金属製部材１１の端面のうち、傾斜面１１１の少なくとも一部はめっき層１０ａで覆われている。せん断面１１２ａは、めっき層１０ａで覆われている場合と、覆われていない場合とがある。破断面１１２ｂは、通常はめっき層１０ａで覆われていない。図４では、一例として、傾斜面１１１の全体及びせん断面１１２ａの一部がめっき層１０ａで覆われ、せん断面１１２ａの残りの部分及び破断面１１２ｂで母材が露出している場合を図示している。

【0056】

傾斜面１１１の高さＨｔは、板厚Ｔの６０％以上である。板厚Ｔに対する高さＨｔの割合が大きいほど、端面の耐食性が高くなる。高さＨｔの下限は、好ましくは板厚Ｔの７０％であり、さらに好ましくは８０％であり、さらに好ましくは９０％である。傾斜面１１１の高さＨｔを大きくするためには例えば、パンチ２１（図１）の傾斜部２１２ａの表面と板厚方向のなす角度θを大きくしたり、パンチ２１の先端部２１２ｂの高さＨを小さくしたりすればよい。

【0057】

金属製部材１１の端面は、全面が傾斜面１１１であってもよい。すなわち、金属製部材１１は、切断面１１２を有していなくてもよい。一方、金属製部材１１が切断面１１２を有している場合、金属製部材１１をより安定的に製造することができる。切断面１１２の高さの下限は、好ましくは板厚Ｔの３％であり、さらに好ましくは５％である。

【0058】

切断面１１２の一部がめっき層１０ａで覆われていない場合であっても、傾斜面１１１の少なくとも一部がめっき層１０ａによって覆われていることにより、金属製部材１１は、良好な耐食性を有する。特に、表面めっき金属板がＺｎ系めっき鋼板の場合、Ｚｎ系めっき層が母材である鋼板に対し犠牲防食の作用を有するため、母材が露出している割合がある程度大きくても耐食性を確保することができる。

【0059】

傾斜面１１１と板厚方向とがなす角度θは、１５°以上である。角度θの下限は、好ましくは２０°であり、さらに好ましくは３０°である。角度θの上限は、好ましくは６０°であり、さらに好ましくは５０°であり、さらに好ましくは４５°である。

【0060】

傾斜面１１１と板厚方向とがなす角度θは、パンチ２１（図１）の形状によって制御することができる。傾斜面１１１と板厚方向とがなす角度θは、傾斜部２１２ａが板厚方向となす角度θと一致する。

【0061】

傾斜面１１１の少なくとも一部を覆うめっき層１０ａは、被加工材に由来するものである。そのため、傾斜面１１１の少なくとも一部を覆うめっき層１０ａは、端面以外の表面を覆うめっき層１０ａと完全に同一の成分を有している。

【0062】

傾斜面１１１のうち、表面がめっき層１０ａで覆われている領域の割合は、好ましくは６０％以上である。傾斜面１１１の全体がめっき層１０ａで覆われていることがさらに好ましい。

【0063】

傾斜面１１１ａを覆うめっき層１０ａの厚さは、好ましくは、端面以外の表面を覆うめっき層１０ａの厚さの２５～９０％である。

【0064】

図４では、金属製部材の端面に傾斜面１１１と切断面１１２が形成され、切断面１１２がせん断面１１２ａと破断面１１２ｂとを含む場合を図示したが、切断面１１２は、せん断面１１２ａ及び破断面１１２ｂの一方を含んでいなくてもよい。また、上述のとおり、金属製部材１１は、切断面１１２を有していなくてもよい。

【0065】

以上、本発明の第１の実施形態による加工装置２０、金属製部材の製造方法、及び金属製部材１１について説明した。本実施形態によれば、切断端面の耐食性に優れた金属製部材が得られる。

【0066】

［第２の実施形態］
［加工装置］
図５は、本発明の第２の実施形態による加工装置３０の構成を模式的に示す断面図である。加工装置３０は、第１の実施形態による加工装置２０（図１）と比較して、パンチ及びダイの構成が異なっている。加工装置３０は、加工装置２０のパンチ２１に代えてパンチ３１を備え、加工装置２０のダイ２２に代えてダイ３２を備えている。

【0067】

パンチ３１は、端面３１１と、これに連続する側面３１２とを有している。ダイ３２も同様に、端面３２１と、これに連続する側面３２２とを有している。本実施形態においても、端面３１１の輪郭と端面３２１の輪郭との間には、平面視において所定の大きさのクリアランスＣＬが設けられている。これによって、パンチ３１及びダイ３２は、端面３１１と端面３２１とが平面視において重ならないように配置されている。

【0068】

パンチ３１の側面３１２は、板厚方向と略平行である。

【0069】

ダイ３２の側面３２２は、表面が金属板１０の方向を向くように傾斜し、かつ、パンチ３１と平面視において重なるように形成された傾斜部３２２ａを含んでいる。

【0070】

ここで、「表面が金属板１０の方向を向くように傾斜」するとは、より具体的には、金属板１０から見てパンチ３１が配置されている側をｚ方向のプラス、ダイ３２が配置されている側をｚ方向のマイナスとしたとき、傾斜部３２２ａの表面から外側へ向かう法線のｚ方向の成分がプラスであることを意味する。

【0071】

また、傾斜部３２２ａがパンチ３１と「平面視において重なる」とは、傾斜部３２２ａとパンチ３１とを板厚方向と垂直な平面（ｘｙ平面）に投影したとき、傾斜部３２２ａとパンチ３１とが重なることを意味する。このとき、傾斜部３２２ａの全体がパンチ３１と重なっている必要はなく、傾斜部３２２ａの少なくとも一部がパンチ３１と重なっていればよい。

【0072】

この構成によって、パンチ３１とダイ３２とを接近させたとき、傾斜部３２２ａとパンチ３１とによって金属板１０が挟まれ、金属板１０に圧縮応力が加わる。この圧縮応力によって、金属板１０が特定の形状に変形する。

【0073】

傾斜部３２２ａの表面と板厚方向とがなす角度θ、及び傾斜部３２２ａの高さＨＴについては、第１の実施形態の場合と同様である。

【0074】

ダイ３２の側面３２２は、傾斜部３２２ａに加え、傾斜部３２２ａに連続し、板厚方向において金属板１０に近い方の端部に形成され、表面が板厚方向と略平行な先端部３２２ｂを含んでいる。先端部３２２ｂの高さＨについては、第１の実施形態の場合と同様である。また第１の実施形態と同様に、側面３２２は、先端部３２２ｂを含んでいなくてもよい。

【0075】

［金属製部材の製造方法］
次に、金属製部材の製造方法を説明する。本実施形態による金属製部材の製造方法は、加工装置３０を用いて表面めっき金属板をせん断加工する工程を備えている。

【0076】

図５及び図６を参照して、加工装置３０を用いて金属板１０（表面めっき金属板）をせん断加工する工程を説明する。パンチ３１及びダイ３２を、金属板１０の板厚方向の一方側と他方側とに配置する。図示しないプレス機により、パンチ３１とダイ３２とが接近するように、パンチ３１及びダイ３２の少なくとも一方を板厚方向に移動させる。このとき、図６に示すように、ダイ３２の傾斜部３２２ａによって、金属板１０に傾斜面１４１が形成される。

【0077】

その後、パンチ３１とダイ３２とをさらに接近させることによって、金属板１０が第１部分１３と第２部分１４とに分断される。このとき、第２部分１４の端面には、傾斜面１４１に連続して切断面１４２が形成される。切断面１４２は、せん断面と破断面とを含む。ただし加工条件によっては、切断面１４２がせん断面及び破断面のいずれか一方のみになる場合や、切断面１４２自体が形成されない場合もある。

【0078】

本実施形態では、第２部分１４が製品（金属製部材）となる。

【0079】

本実施形態による加工装置３０、及び本実施形態による金属製部材の製造方法によれば、製造される金属製部材の端面が傾斜面１４１を含むようにすることによって、めっき層によって覆われた端面の割合を大きくすることができる。これによって、切断端面の耐食性に優れた金属製部材が得られる。

【0080】

［金属製部材］
上述のとおり、本実施形態による金属製部材の製造方法では、図６の第２部分１４が製品（金属製部材）となる。第２部分１４は、金属板１０から打ち抜かれた部分である。以下では、第２部分１４を金属製部材１４と呼ぶ。

【0081】

図７は、金属製部材１４の斜視図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。図７では、金属製部材１４の輪郭が円形である場合を図示しているが、これは例示である。金属製部材１４の輪郭は任意の形状であってよい。

【0082】

金属製部材１４は、端面に一つの傾斜面１４１を有している。金属製部材１４はさらに、傾斜面１４１に連続し、板厚方向において傾斜面１４１によって金属製部材１４の寸法が大きくなる側の端部に形成された切断面１４２を有している。図８に示すように、切断面１４２は、表面が板厚方向と略平行なせん断面１４２ａと、破断面１４２ｂとを含んでいる。せん断面１４２ａと破断面１４２ｂとは、傾斜面１４１に近い側からこの順番で形成されている。

【0083】

金属製部材１４は、金属製部材１１（図４）と同様に、端面以外の表面がめっき層１０ａで覆われている。金属製部材１４の端面のうち、傾斜面１４１の少なくとも一部がめっき層１０ａで覆われている。せん断面１４２ａは、めっき層１０ａで覆われている場合と、覆われていない場合とがある。破断面１４２ｂは、通常はめっき層１０ａで覆われていない。図８では、一例として、傾斜面１４１の全体及びせん断面１４２ａの一部がめっき層１０ａで覆われ、せん断面１４２ａの残りの部分及び破断面１４２ｂで母材が露出している場合を図示している。

【0084】

傾斜面１４１の高さＨｔ、切断面１４２の高さ、傾斜面１４１と板厚方向とがなす角度θ等については、第１の実施形態の場合と同様である。傾斜面１４１の高さＨｔ、切断面１４２の高さ、傾斜面１４１と板厚方向とがなす角度θは、ダイ３２（図５）の形状によって制御することができる。また、第１の実施形態と同様に、切断面１４２はせん断面１４２ａ及び破断面１４２ｂの一方を含んでいなくてもよく、金属製部材１４は切断面１４２を有していなくてもよい。

【0085】

以上、本発明の第２の実施形態による加工装置３０、金属製部材の製造方法、及び金属製部材１４について説明した。第１の実施形態による加工装置２０（図１）では、パンチ２１の側面２１２に傾斜部２１２ａが設けられているのに対し、第２の実施形態による加工装置３０（図５）では、ダイ３２の側面３２２に傾斜部３２２ａが設けられている。第１の実施形態では第１部分１１（図２）に傾斜面１１１が形成されるのに対し、第２の実施形態では第２部分１４（図６）に傾斜面１４１が形成される。しかしいずれの場合であっても、端面の耐食性に関しては同様の効果が得られる。

【0086】

すなわち、耐食性に優れた端面を有する金属製部材を製造するためには、パンチの側面及びダイの側面の少なくとも一方が傾斜部を含んでいればよい。この傾斜部は、表面が金属板の方向を向くように傾斜し、かつ、パンチ及びダイの他方と平面視において重なるように形成されていればよい。

【0087】

［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態による加工装置４０の構成を模式的に示す断面図である。加工装置４０は、第１の実施形態による加工装置２０（図１）と比較して、ダイの構成が異なっている。加工装置４０は、加工装置２０のダイ２２に代えてダイ３２を備えている。ダイ３２は、第２実施形態による加工装置３０（図５）のものと同じである。

【0088】

本実施形態においても、パンチ２１の端面の輪郭とダイ３２の端面の輪郭との間には、平面視において所定の大きさのクリアランスＣＬが設けられている。これによって、パンチ２１及びダイ３２は、互いの端面が平面視において重ならないように配置されている。

【0089】

本実施形態では、パンチ２１の側面及びダイ３２の側面の両方に傾斜部が設けられている。図１０に示すように、金属板１０は、傾斜面１１１を有する第１部分１１と、傾斜面１４１を有する第２部分１４とに分断される。本実施形態では、第１部分１１及び第２部分１４の両方が製品（金属製部材）になる。

【0090】

以上、本発明の第３の実施形態による加工装置、金属製部材の製造方法、及び金属製部材について説明した。本実施形態によっても、切断端面の耐食性に優れた金属製部材が得られる。

【0091】

［第４の実施形態］
［加工装置］
図１１は、本発明の第４の実施形態による加工装置５０の構成を模式的に示す断面図である。加工装置５０は、第１の実施形態による加工装置２０（図１）と比較して、パンチ及びダイの構成が異なっている。加工装置５０は、加工装置２０のパンチ２１に代えてパンチ５１を備え、加工装置２０のダイ２２に代えてダイ５２を備えている。

【0092】

パンチ５１は、端面５１１と、これに連続する側面５１２とを有している。ダイ５２も同様に、端面５２１と、これに連続する側面５２２とを有している。端面５１１の輪郭と端面５２１の輪郭との間には、平面視において所定の大きさのクリアランスＣＬが設けられている。これによって、パンチ５１及びダイ５２は、互いの端面が平面視において重ならないように配置されている。

【0093】

パンチ５１の側面５１２は、第１の実施形態の場合と同様に、傾斜部５１２ａと先端部５１２ｂとを含んでいる。ダイ５２の側面５２２は、板厚方向と略平行である。

【0094】

加工装置５０のパンチ５１及びダイ５２と、加工装置２０（図１）のパンチ２１及びダイ２２とは、その平面形状が異なっている。

【0095】

図１２は、加工装置５０によって製造される金属製部材１５の斜視図である。金属製部材１５は、金属板を板厚方向と垂直な方向の一つ（ｙ方向）に沿って切断したものである。金属製部材１５は、傾斜面１５１と、切断面１５２とを有している。

【0096】

傾斜面１５１及び切断面１５２は、平面形状（ｘｙ平面の形状）が異なる他は、金属製部材１１（図３）の傾斜面１１１及び切断面１１２と同様である。そのため本実施形態によっても、切断端面の耐食性に優れた金属製部材が得られる。

【0097】

図３及び図４では、製造される金属製部材が、金属板から所定の形状が打ち抜かれた後の残りの部分である場合（図３）、及び金属板から打ち抜かれた部分である場合（図７）を例示した。これに加えて、本実施形態のように、金属板を切断して金属製部材とする場合であっても、先に説明した実施形態と同様の効果が得られる。なお、金属板１０を切断する線は、直線でなくてもよい。

【0098】

上記の実施形態では、パンチ５１の側面５１２に傾斜部５１２ａが形成されている場合を説明したが、パンチ５１の側面５１２に代えて、又はパンチ５１の側面５１２に加えて、ダイ５２の側面５２２が傾斜部を含んでいてもよい。

【実施例】

【0099】

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。

【0100】

加工装置２０（図１）の構成に準じた加工装置を使用して、金属板の打抜き加工を行った。パンチ２１の端面２１１の形状を直径１０．０ｍｍの円形とし、クリアランスＣＬを０．０５ｍｍ（ダイ２２の穴の直径が１０．１ｍｍ）とした。角度θを１５°、３０°、及び４５°に、高さＨを０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．８ｍｍにそれぞれ変えながら試作を行った。被加工材は、降伏強さ３６６ＭＰａ、引張強さ４５４ＭＰａ、伸び３１％、板厚３．２ｍｍ、めっき付着量２７５ｇ／ｍ^２のＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼板とした。

【0101】

比較例として、直径１０．０ｍｍの円柱状のパンチと、直径１０．８ｍｍの円柱状の穴を有するダイとを用いて、金属板の打抜き加工を行った。

【0102】

図１３は、有限要素法によって計算された、加工途中の金属板内の応力の分布を示す等高線図である。図１３に示すように、実施例の加工装置では、傾斜部で押圧される領域が高応力状態となり、ダイの肩部から傾斜部と平行に応力集中領域が発生する。

【0103】

図１４は、金属板の破断直前の断面写真である。図１４から、実施例の加工装置で加工した場合、比較例の加工装置で加工した場合よりも、クラックの発生するタイミングが遅い（すなわち、パンチをより深くまで押込まないとクラックが発生しない）ことがわかる。

【0104】

図１５は、角度θ及び高さＨと、打抜き限界押込み量との関係を示すグラフである。打抜き限界押込み量とは、金属板が破断する直前のパンチの押込み量であり、打抜き限界押込み量が大きいほど、金属板が破断するタイミングが遅いことを意味する。図１５から、角度θが大きいほど、また、高さＨが小さいほど、打抜き限界押込み量が大きくなることがわかる。

【0105】

図１６は、加工後の金属板の断面写真、及び端面の元素分析結果である。図１６中の「Ｈｐ」は、めっき層が残存している端面の高さ（以下「めっき残存高さＨｐ」という。）を意味する。めっき残存高さＨｐは、金属板の端面をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）で測定し、端面のＺｎ、Ｆｅの分布を調べることによって決定した。傾斜部の角度θが３０°のパンチで加工した金属板では、傾斜面の下端付近にめっき層が剥離している箇所があった。傾斜部の角度θが４５°のパンチで加工した金属板では、傾斜面の下端まで断続的ではあるがめっき層が残存していた。

【0106】

図１７は、角度θ及び高さＨと、めっき残存率との関係を示すグラフである。めっき残存率とは、めっき残存高さＨｐを板厚で割った値である。図１７から、角度θが大きいほど、また、高さＨが小さいほど、めっき残存率が大きくなる傾向があることが分かる。なお、比較例の加工装置で加工した金属板のめっき残存率は、最大で２０％であった。

【0107】

図１８は、大気暴露試験前後の金属板の写真である。大気暴露試験は、金属板を半分に切断し、評価面（打抜き加工によって形成された端面）以外の端面に防錆塗料を塗布した後、金属板を屋外に設置することで行った。比較例の加工装置で加工した金属板は、暴露開始後３週間の時点で、破断面に発生した赤錆の領域が広く目立っていた。これに対し、実施例の加工装置で加工した金属板は、高さＨが０．４ｍｍの場合は暴露開始後３週間、高さＨが０．１ｍｍの場合は暴露開始後８週間の時点で、それぞれ赤錆がわずかに発生したが、領域が狭く目視では確認しにくい程度であった。

【0108】

次に、加工装置５０（図１１）の構成に準じた加工装置を使用して、金属板を直線状に切断するせん断加工を行った。パンチ５１の端面５１１とダイ５２の端面５２１とのクリアランスＣＬを０．０５ｍｍとした。角度θを１５°、３０°、及び４５°、高さＨを０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．８ｍｍにそれぞれ変えながら試作を行った。被加工材は、打抜き加工のときと同じＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼板を使用した。比較例として、側面が垂直のせん断金型（クリアランスは０．４ｍｍ）を用いて、金属板を直線状に切断するせん断加工を行った。

【0109】

図１９は、加工後の金属板の断面写真、及び端面の元素分析結果である。傾斜部の角度θが４５°のパンチで加工した金属板では、傾斜面の下端までめっき層が残存していた。

【0110】

図２０は、角度θ及び高さＨと、めっき残存率との関係を示すグラフである。なお、比較例の加工装置で加工した金属板のめっき残存率は、最大で１８％であった。

【0111】

図２１は、大気暴露試験前後の金属板の写真である。比較例の加工装置で加工した金属板は、暴露開始後６週間の時点で、破断面に赤錆が発生した。これに対し、実施例の加工装置で加工した金属板では、暴露開始後６週間の時点では赤錆が発生しなかった。

【0112】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示にすぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、発明の範囲内で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0113】

１０ 金属板
１１ 第１部分（金属製部材）
１１１ 傾斜面
１１２ 切断面
１１２ａ せん断面
１１２ｂ 破断面
１２ 第２部分
１３ 第１部分
１４ 第２部分（金属製部材）
１４１ 傾斜面
１４２ 切断面
１４２ａ せん断面
１４２ｂ 破断面
１５ 金属製部材
２０、３０、４０、５０ 加工装置
２１、３１、５１ パンチ
２１１、３１１、５１１ 端面
２１２、３１２、５１２ 側面
２１２ａ、５１２ａ 傾斜部
２１２ｂ、５１２ｂ 先端部
２２、３２、５２ ダイ
２２１、３２１、５２１ 端面
２２２、３２２、５２２ 側面
３２２ａ 傾斜部
３２２ｂ 先端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】