JP7139665B2 - 凹形状部を有する自動車外板パネルの製造方法およびプレス成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のドアアウターのような部分的に凹形状部を有する自動車外板パネルの製造方法、およびプレス成形装置に関する。

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のように張出加工により形成される凹状エンボス部を有する外板パネルがある。凹状エンボス部は通常、プレス成形装置によりブランクを張出加工することで形成されるが、プレス成形時においては凹状エンボス部へ向けて材料が流入する。これとともに、図１のように凹状エンボス部に正対する側から見た凹状エンボス部のコーナー部においては、当該コーナー部の周方向への不均一な材料の移動があり、当該コーナー部には周方向の圧縮応力が生じる。このため、外板パネルの意匠面には数十ミクロンから数百ミクロン程度の面ひずみが発生する。図１に示す例では、図中の黒丸印の位置が上記のコーナー部に相当し、面ひずみが発生しやすい。

また最近の自動車外板パネルには、外観意匠の向上のために、図１に示されるような複数のキャラクタラインを配置したドアアウターが採用されている。このような凸形状部のキャラクタラインを有する自動車外板パネルは、隣り合うキャラクタライン同士の間が凹んだ形状の部品形状となる。このような部品の成形時においては、上記の凹状エンボス部と同様に、隣り合うキャラクタラインの間の部分に向けて材料が流入するため、当該部分の周辺には圧縮応力が生じる。このため、このような部位においても意匠面に面ひずみが発生する。

面ひずみが発生した外板パネルに光が当たると、面ひずみ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。このような面ひずみの問題は自動車のドアアウターに限らず、自動車の他の外板パネルにおいても同様に起こり得る。特に、サイドパネルやフロントフェンダー、フード、バックドア等のアウターパネルの意匠面に面ひずみが発生すると、自動車車体の外観品質が著しく損なわれる。

これまでにも、面ひずみの発生自体を抑制するためのプレス金型の形状変更や、プレス成形後塗装前における面ひずみの矯正作業が行われているが、面ひずみ対策には多大な修正工数及びコストを要している。
また近年では、ドアアウターやバックドアパネルなどの外板パネルの軽量化のために、高張力鋼板を採用する例もあるが、このような材料を適用した際の面ひずみ対策には多大なコストを要している。

従来の面ひずみ対策として、特許文献１には、凹部を有する可動パンチと凸部を有するダイスを有する絞プレス金型を用いてプレス成形を行うプレス成形方法及びプレス成形装置に係る発明が開示されている。特許文献１のプレス成形方法においては、凹部以外の部位を先にプレス成形した後に、可動パンチで凹部を成形することにより、凹部への材料流入を低減させ、凹部の面品質の確保を図っている。

また、特許文献２には、ドアアウターにおける把手部の周辺における面ひずみを抑制することを目的として、油膜の形成、または金型材質の適正化によってブランクと金型との摩擦係数を小さくするプレス成形金型に係る発明が開示されている。

特開昭６２－１３１７３７号公報 特開２００８－２２９６３７号公報

特許文献１により開示された発明は、パネル面を成形した後に、パネル面を押さえながら可動パンチを用いてプレス成形を行う必要があり、一般的なプレス金型では対応することができない。このため、特許文献１のプレス成形方法を実施するためには、プレス成形装置の導入の際に多大なコストがかかるといった課題があった。

また、特許文献２により開示された発明は、プレス成形時における、把手部とブランクとの摩擦係数を把手部以外の部分とブランクとの摩擦係数よりも小さくするための金型であり、潤滑油および金型材質を適宜変更してプレス成形を行う必要がある。そのため、成形対象となる素材の材料強度、めっき種によって最適な潤滑油や金型材質を適正化しなければならず、安定的に面ひずみを抑制することは困難である。また特許文献２のプレス成形方法においては金型材質を部分的に変更する必要があり、そのための調整時間の確保やコスト上昇などの課題があった。

このように、特許文献１、２により開示された従来の技術では、例えば図１のような凹状エンボス部またはキャラクタライン間の部分等の凹形状部を有する自動車外板パネルを製造する際に、コストを抑えつつ、面ひずみを安定的に抑制することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、凹形状部を有する自動車外板パネルを製造する際に、コストを抑えつつ、凹形状部の周囲に発生する面ひずみを安定的に抑制することを目的とする。

凹形状部における面ひずみの発生原因は、
（i）凹形状部の周囲における材料の微小流入に伴う、周方向への圧縮応力による肉寄り、
（ii）曲げモーメントによる凹形状部の周囲の盛り上がり、
にあると考えられる。

このため、（i）の圧縮応力による肉寄りについては、凹形状部への材料の流入を可能な限り抑制すること、すなわちプレス成形によって発生する凹形状部側に材料を引き込む張力を可能な限り小さくすることにより、面ひずみの発生を抑制することができる。この張力を小さくするためには、ブランクの凹部が形成される部分に接する金型の凸部の摺動特性を改善すること、すなわち凹部に対応する金型の凸部の摩擦係数を低くすればよい。

また上記（ii）の曲げモーメントによる凹状エンボス部の周囲の盛り上がりについては、変形中の材料と金型との接触範囲を可能な限り大きくすること、すなわち材料と金型とが凹状エンボス部の周辺にわたって接触した状態にすることで、面ひずみを低減することができる。この接触した状態を維持するためには、材料と金型のなつきを良くすればよい。

以上の知見に基づく上記課題を解決する本発明の一態様は、凹形状部を有する自動車外板パネルを製造する方法であって、前記凹形状部は、凹状エンボス部、または隣り合うキャラクタラインの間の部分であり、前記凹形状部のプレス成形を行う際に、ダイスを振動させながら前記凹形状部を形成し、前記ダイスの振動時の振動周波数は、３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下であり、前記ダイスの振動時の振幅は、１μｍ以上であることを特徴としている。

別の観点における本発明の一態様は、凹形状部を有する自動車外板パネルのプレス成形装置であって、前記凹形状部は、凹状エンボス部、または隣り合うキャラクタラインの間の部分であり、ダイスを振動させる振動装置を備え、前記振動装置は、振動周波数が３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、かつ、振幅が１μｍ以上の振動を発生させるように構成されていることを特徴としている。

本発明の一態様に係るプレス成形においては、凹形状部の成形を行う際にダイスを振動させることで、ブランクの面ひずみが生じる部位の圧縮応力を小さくすることができ、さらに金型と材料とのなつきを良くすることができる。これにより、凹形状部に材料を引き込む張力を低下させることができると共に、曲げモーメントによる凹状エンボス部の周囲の盛り上がりを抑えることができ、面ひずみの発生を抑えることができる。また、このようなプレス成形は、特許文献１および特許文献２に開示されたプレス成形装置よりも簡易な構造で実施することができるため、プレス成形装置の導入の際のコストを抑えることができる。

本発明によれば、凹形状部を有する自動車外板パネルを製造する際に、コストを抑えつつ、凹形状部の周囲に発生する面ひずみを安定的に抑制することができる。

凹部を有する自動車外板パネルの一例を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るプレス成形装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例におけるパンチの形状を示す平面図である。 図３中のＡ－Ａ断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、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。

図２に示すように本実施形態のプレス成形装置１は、凹形状部の一例である凹状エンボス部の成形を行う装置である。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ス３と、パンチ２の側方においてダイス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。本実施形態ではパンチ２を挟み込むようにして２つのブランクホルダー４がパンチ２の側方に配置されている。また、本実施形態においては、ダイス３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。パンチ２の頂部５には凹部５ａが形成され、ダイス３のパンチ頂部５に対向する部分には、パンチ頂部５の凹部５ａに対応した形状の凸部３ａが形成されている。プレス成形時においては、このダイス３の凸部３ａとパンチ２の凹部５ａによってブランクに凹形状部が形成される。

プレス成形装置１は、ダイス３を振動させる振動装置６と、振動装置６の動作を制御する制御部１０を備えている。制御部１０は、凹形状部の成形を行う際にダイス３を振動させることができるよう振動装置６に信号を送る。本実施形態においては振動装置６がダイス３に組み込まれているが、ダイス３を振動させることができれば、振動装置６の設置方法は特に限定されない。振動装置６としては、例えば超音波振動装置や油圧ライナー用いた振動装置等が採用され得るが、ダイス３を振動させることが可能であれば、その装置構成は特に限定されない。

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。なお、本実施形態では下型のパンチ２を固定式、上型のダイス３を可動式としているが、パンチ２を可動式、ダイス３を固定式としても良い。また、上型をパンチ２、下型をダイス３としても良い。また、ブランクに凹形状部を形成するための金型側の凸部と凹部については、パンチ２に凸部が形成され、ダイス３に凹部が形成されていてもよい。すなわち、パンチ２およびダイス３の少なくともいずれか一方が上下動することで互いに接近可能な構成であり、凹形状部を成形可能な金型構成であれば、その構成は特に限定されない。

次に、本実施形態における凹形状部を有する自動車外板パネルの製造方法について説明する。

まず、ダイス３とブランクホルダー４との間にブランクを固定するが、この際にブランクの、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を固定する。なお、ブランク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、上型（本実施形態ではダイス３）を下降させる。ここで、ダイス３の凸部３ａにブランクが接触すると、ブランクがパンチ頂部５の凹部５ａに押し込まれるようにして変形し、材料がパンチ頂部５の凹部５ａ内に引き込まれるように移動しようとする。このとき、本実施形態のプレス成形方法においては、ダイス３を振動させながらプレス成形を行う。

このようにダイス３を振動させることで、凹形状部の周囲における圧縮応力を小さくでき、さらに材料と金型とのなつきを良くすることができる。これにより、凹形状部の周囲における面ひずみを抑えることができる。

なお、振動条件は、工具の種類や硬度、凹形状部の形状、またはブランクの材料強度や板厚、めっき種やめっき厚等に応じて適宜変更される。面ひずみを効果的に抑えるという観点では、振動周波数が３Ｈｚ以上であることが好ましく、４Ｈｚ以上とすることがさらに好ましい。振動周波数の上限は、振動装置６の仕様によって制限されるが、振動周波数が大きい場合にはしわが発生する場合もあることから、２０Ｈｚ以下であることが好ましい。また、面ひずみを効果的に抑えるという観点では、振幅は大きいほど好ましく、１μｍ以上、さらには２μｍ以上であることが好ましい。振動周波数が３Ｈｚ以上、好ましくは４Ｈｚ以上、および２０Ｈｚ以下、さらに振幅が１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上といった条件を満たすことで、面ひずみの抑制効果はさらに大きくなる。

上記のようにダイス３を振動させながら、ダイス３を下死点まで下降させることで、面ひずみを抑えた状態で凹形状部を有する自動車外板パネルを製造することができる。

本実施形態に係るプレス成形方法によれば、例えばドア、バックドア、サイドパネル、フロントフェンダーおよびフード等の凹形状部を有する自動車外板パネルにおいて問題となる面ひずみを安定的に抑制することが可能となる。また、本実施形態のようなプレス成形装置１は、上記のプレス成形を行うにあたり、複雑な金型構造としなくても良いため、プレス成形装置の導入に伴うコストを抑えることができる。特に、本実施形態のプレス成形装置１においては、振動装置６をダイス３に組み込むだけで上記のプレス成形を実施することができるため、装置構造が複雑なものとはならない。

以上、本発明の一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。

上記実施形態では、凹形状部の一例である凹状エンボス部が成形対象であったが、例えば隣り合うキャラクタライン間の部分の成形の際にも、上記実施形態と同様に金型を振動させてプレス成形を行うことで、面ひずみを抑制することができる。

自動車のドアアウターを模擬した成形試験を実施した。本成形試験で形成する凹形状部は凹状エンボス部である。プレス成形装置としては２０００ｋＮのサーボプレス機を使用した。本実施例のプレス成形装置は、下型のパンチが固定式であり、上型のダイスが可動式である。ブランクは、板厚が０．７０ｍｍで６００ｍｍ角の正方形状である３４０ＭＰａ級焼付硬化型鋼板（ＢＨ鋼板）である。

図３は本実施例におけるパンチ２０の平面図であり、図４は図３のＡ－Ａ断面図である。パンチ２０のダイスに対向する面２０ａは、図４に示す断面において曲率半径が１２００ｍｍの曲線状となっており、パンチ２０の頂部２１には、図３のように凹部２１ａが形成されている。また、図示は省略しているが、Ａ－Ａ断面に直交する断面におけるパンチ２０のダイスに対向する面２０ａは曲線状ではなく、直線状となっている。

本成形試験では、ダイスとブランクホルダーとでブランクを保持して５０トンのしわ押さえ圧を作用させた後、ダイスを下降させることで、深さが５ｍｍの凹形状部を有するパネルを形成した。また、成形試験は、プレス成形中にダイスを振動させない条件１と、プレス成形中にダイスを振動させる条件２の下でそれぞれ実施されている。

そして、成形後のパネルの表面を油砥石で研磨し、パネルに発生した面ひずみを定量評価した。面ひずみの定量評価は、凹形状部の周囲における曲率の変化量に基づいて実施された。曲率の変化量は、凹形状部に正対した状態で凹形状部の長手方向、すなわち図３に示すパンチ２０の凹部２１ａの長手方向Ｌを上下方向とした際に、ゲージ長が５０ｍｍの３点ゲージを用いて、凹形状部の下方１５ｍｍの位置の、凹形状部の長手方向に平行な方向におけるひずみを測定し、その測定結果に基づいて算出した。上記条件１～２の成形試験結果を下記表１に示す。

表１は、各種条件における、曲率(１/ρ)の変化量(δ)（曲率の極大値－曲率の極小値）の平均値を比較して示すものである。曲率の変化量は、パネル表面の凹凸状態と相関があり、曲率の変化量が小さいほど面ひずみが小さい。

表１に示すように、プレス成形中にダイスを振動させない条件１と比較して、プレス成形中にダイスを振動させる条件２の方が曲率の変化量が小さくなり、良好な面品質のパネルを得ることができた。すなわち、プレス成形中にダイスを振動させることで、凹形状部の周囲に生じる面ひずみを抑制することが可能となる。

本発明は、凹形状部を有する自動車外板パネル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 ダイス
３ａ ダイスの凸部
４ ブランクホルダー
５ パンチ頂部
５ａ パンチ頂部の凹部
６ 振動装置
１０ 制御部
２０ パンチ
２０ａ ダイスに対向する面
２１ パンチ頂部
２１ａ パンチ頂部の凹部
Ｌ パンチ凹部の長手方向

Claims (3)

1. 凹形状部を有する自動車外板パネルを製造する方法であって、
   前記凹形状部は、凹状エンボス部、または隣り合うキャラクタラインの間の部分であり、
   前記凹形状部のプレス成形を行う際に、ダイスを振動させながら前記凹形状部を形成し、
   前記ダイスの振動時の振動周波数は、３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下であり、
   前記ダイスの振動時の振幅は、１μｍ以上であることを特徴とする、自動車外板パネルの製造方法。
2. 凹形状部を有する自動車外板パネルのプレス成形装置であって、
   前記凹形状部は、凹状エンボス部、または隣り合うキャラクタラインの間の部分であり、
   ダイスを振動させる振動装置を備え、
   前記振動装置は、振動周波数が３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、かつ、振幅が１μｍ以上の振動を発生させるように構成されていることを特徴とする、プレス成形装置。
3. 前記振動装置は前記ダイスに組み込まれていることを特徴とする、請求項２に記載のプレス成形装置。

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