JP6269131B2 - ロールフランジ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、パネルの端部にローラを用いてフランジ部を折曲成形するロールフランジ加工方法に関し、より詳しくは、曲げくせのついていないいわゆる平板状態からパネルの端部にフランジ部を折曲成形するロールフランジ加工方法に関する。

自動車のドアパネルに代表されるようなアウタパネルとインナパネルとからなる開閉体を組み立てるにあたり、ヘミング結合方式が広く採用されている。このヘミング結合方式は、アウタパネルの周縁部に予めヘミングフランジ部を直立形成しておき、アウタパネルとインナパネルとを重ね合わせた上で、ヘミングフランジ部に対しプリへミング加工および本ヘミング加工を順次施すことで、ヘミングフランジ部をインナパネル側に折り返していわゆるクリンチ状態とし、これをもってアウタパネルとインナパネルとが堅固にヘミング結合されることになる。そして、上記フランジ立て加工、プリへミング加工および本ヘミング加工のそれぞれにローラを用いたヘミング加工技術が特許文献１，２に開示されている。

特開平５−２５３６２６号公報 特開平６−９１３３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、フランジ立てに際して、曲げくせのついていないアウタパネルの端部を一気にフランジ部として折り曲げることは困難であることから、同特許文献１の図２に示されているように、アウタパネルの端部４ａに予め曲げくせをつけておく必要があり、工数増加が余儀なくされる。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、パネルの端部に曲げくせがついていない状態でもフランジ部を折曲成形することができるように考慮されたロールフランジ加工方法を提供するものであり、併せて、縮みフランジ部となるべき部位での「しわ」の発生を抑制して、フランジ部の品質向上を図ることができるロールフランジ加工方法を提供するものである。

本発明は、パネルのうち曲げくせのついていない端部を折り曲げてフランジ部を成形するにあたり、上記パネルのうちフランジ部となるべき端部領域を残して当該端部領域の折曲基部近傍を表裏両面から押さえ型で加圧拘束するパネル位置決め工程と、産業用ロボットに持たせたローラを上記端部領域に対し折り曲げ方向に押し付けながら長手方向に転動させて、このローラによる押し付け転動作業をもって端部領域のうち押さえ型の角部相当位置を曲げ点として曲げくせをつけながら端部領域を折曲基部から折り曲げる予備曲げ工程と、折り曲げ成形された端部領域をローラにより押さえ型に押し付けて、当該押さえ型とローラとで端部領域を加圧拘束して略直立姿勢のフランジ部に仕上げる仕上げ工程と、を含んでいるものである。

そして、上記予備曲げ工程では、ローラによる押し付け転動作業に際して、端部領域のうち縮みフランジ部となる度合いが大きい部位について、他の部位よりも折り曲げ度合いを大きくして折り曲げることを特徴としている。

本発明によれば、パネルの端部に曲げくせがついていない状態でその端部領域を折り曲げてフランジ部として仕上げることができるので、パネルの端部に予め曲げくせをつける必要がなく、加工工数の低減を図ることができる。

また、予備曲げ工程では、ローラによる押し付け転動作業に際して、端部領域のうち縮みフランジ部となる度合いが大きい部位について、他の部位よりも折り曲げ度合いを大きくして折り曲げることにより、特にフランジ部のうち縮みフランジ部となる部位での「しわ」の発生を抑制することができ、フランジ部の品質が向上する。

自動車用フロントドアのアウタパネルの一例を示す図で、（Ａ）はその正面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿った拡大断面図。 本発明に係るロールフランジ加工方法の実施の形態を示す図で、（Ａ）は第１段階の工程説明図、（Ｂ）は第２段階の工程説明図、（Ｃ）は第３段階の工程説明図。 図２のロールフランジ加工方法で使用されるローラユニットの一例を示す斜視図。 図３のローラユニットを反対方向から見た斜視図。 図１の（Ａ）に示したアウタパネルとその前後の端面図との関係を示す説明図。 図５の近傍領域ｅ部での加工形態を示す拡大説明図。 図５のコーナー部ｇ部およびｈ部での加工形態を示す説明図。 自動車用リアドアのアウタパネルの一例を示す正面説明図。

図１〜７は本発明に係るロールフランジ加工方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１は自動車用フロントドア（サイドドア）のアウタパネルの概略を示している。

図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、前工程にて所定の三次元形状に絞り成形されたアウタパネル１は、次工程でのインナパネルとのヘミング結合に備えて、ドアウエスト部１ｄを除いた周囲の三辺部、すなわち前縁部１ａ、後縁部１ｂおよび下縁部１ｃの三辺部にヘミングフランジ部２を直立成形することが行われる。そして、図２の（Ａ）〜（Ｃ）はそのヘミングフランジ部２のためのロールフランジ加工の基本手順を示している。

図２の（Ａ）に示すように、アウタパネル１は外板面を上側にして押さえ型としての下型３上に図示外のネストブロック等を用いて位置決めされた上で、下型３に対向する同じく押さえ型としての上型４により押し付けられて、それらの下型３と上型４とにより表裏両面側からアウタパネル１が加圧拘束される。

この場合において、アウタパネル１のうちフランジ部２となるべき端部領域２ａは未だ曲げくせのついていないいわゆる真直な平板状態（図１の（Ａ）の仮想線で示す状態）のままであり、その端部領域２ａを残して当該端部領域２ａの曲げ点となる折曲基部２ｂの近傍を表裏両面から下型３と上型４とで加圧拘束することになる。この後、フランジ曲げ加工用の円筒状のローラ５を端部領域２ａに押し当てて当該端部領域２ａの長手方向に沿って転動させることで、図２の（Ｂ）に示したフランジ部２のための曲げ加工を施すものとする。

そして、アウタパネル１の端部領域２ａを図２の（Ａ）の仮想線で示すいわゆる平板状態から図１の（Ｂ）のような直立状態のフランジ部２へと一気に折り曲げることなく、複数段階に分けて、例えば図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように３段階に分けてフランジ曲げ加工を施すものとする。ここでは、図２の（Ａ），（Ｂ）が予備曲げ工程に相当し、同図の（Ｃ）が仕上げ工程に該当する。なお、図２では、わかりやすくするためにアウタパネル１と下型３および上型４との間に隙間を持たせているが、実際には下型３および上型４はアウタパネル２に密着している。

ローラ５としては、例えば図３，４に示すようにローラユニット６としてユニット化されたものが使用されており、ローラユニット６はブラケット７を連結部として図示外の例えばティーチング・プレイバック型の産業用ロボット（以下、単にロボットと言う。）のアーム先端に支持される。ローラユニット６のホルダ８には直径が異なる回転自在な三種類のローラ９Ａ〜９Ｃを同一軸線上に設けてあり、これら三種類のローラ９Ａ〜９Ｃを必要に応じて選択的に使い分けることで、フランジ部２のためのフランジ曲げ加工のほか、それに続くプリへミング加工および本ヘミング加工にも対応することができる。なお、これらの三種類のローラ９Ａ〜９Ｃのうち真ん中のローラ９Ｂが図２のローラ５に相当していて、ローラ５を動かすべき軌跡（ローラ５の角度または姿勢も含む。）は予めティーチングされている。これにより、ローラ５は予め決められた角度（姿勢）と軌跡のもとで移動することになる。

図２の（Ａ）に示す第１段階では、アウタパネル１のうちいわゆる平板状態にある端部領域２ａ対して所定角度傾斜させたローラ５の円筒外周面５ａを下向きで押し当てながらその端部領域２ａの長手方向に沿って転動させるとともに、下型３の角部３ａに倣わせるようにして曲げ点となる折曲基部２ｂに曲げくせを付けながら、いわゆるフランジダウンのかたちで例えば曲げ角度θ１のもとで下向きに折り曲げる加工を行う。

続いて、図２の（Ｂ）に示す第２段階では、同図（Ａ）の第１段階よりも傾斜角度を大きくしたローラ５の円筒外周面５ａを端部領域２ａに下向きで押し当てながらその端部領域２ａの長手方向に沿って転動させて、端部領域２ａの折曲基部２ｂからの折曲角度が一段と大きくなるように曲げ角度θ２（θ２＞θ１）のもとで折り曲げる加工を行う。

なお、図２の（Ａ），（Ｂ）に示す第１，第２段階では、端部領域２ａに対するローラ５の当て角度に自由度を持たせるために、ローラ５は下型３や上型４に接触することはない。

さらに、図２の（Ｃ）に示す第３段階では、回転中心をほぼ直立姿勢としたローラ５の円筒外周面５ａを、端部領域２ａに押し当てながらその端部領域２ａの長手方向に沿って転動させて、その端部領域２ａを目的とするフランジ角度まで折り曲げて略直立姿勢のフランジ部２として仕上げる。この第３段階において、ローラ５は初めて端部領域２ａ（フランジ部２）を介して下型３と当接することになる。

こうすることにより、ローラ５の姿勢（角度）と移動軌跡を制御するだけで、いわゆる曲げくせをつけていない平板状態から、ほぼ直立姿勢のフランジ部２をスムーズに且つ正確に成形することができる。そして、以上の説明から明らかなように、図２の（Ａ），（Ｂ）の第１，第２工程が予備曲げ工程に相当し、同図（Ｃ）の第３工程が仕上げ工程に相当することになる。

ここで、図５は、図１の（Ａ）に示したアウタパネル１とその前後（左右）の端面図との関係を示していて、同図に示すように、アウタパネル１全体としては面剛性確保のために外側に向かって凸形状となるように滑らかに湾曲した形状となっているほか、例えばドアウエスト部１ｄ付近では表面側に向かって凸形状のビード部１０が車体の前後方向に沿って形成されることがある。このビード部１０はアウタパネル１のさらなる面剛性の向上に寄与することになるとともに、ビード部１０の稜線部（頂部）が車体前後方向に伸びるキャラクターラインもしくはアクセントラインとして機能することになる。

ビード部１０を含む近傍領域ｅおよびｆでは外側に向かって凸形状の断面アール形状部となり、その曲率の度合いは他の一般部よりも大きくなる。そのため、近傍領域ｅおよびｆを含むアウタパネル１の前縁部１ａについて先に述べたようなロールフランジ曲げ加工を一律に施すと、近傍領域ｅおよびｆではその曲率が他の部位に比べて大きく、結果として縮みフランジ部となる度合いが他の部位に比べて大きいために、成形後のフランジ部２に「しわ」が発生することになる。

そこで、図２の（Ａ）に示した第１段階のロールフランジ曲げ加工をアウタパネル１の前縁部１ａに施すにあたり、図５の近傍領域ｅを含む要部を拡大した図６に示すように、近傍領域ｅの前後の領域Ｑ１Ｑ，Ｑ２では、フランジ部２となるべき端部領域２ａに対し所定の曲げ角度θ１のもとでローラ５によりロールフランジ曲げ加工を施す一方、ビード部１０を含む近傍領域ｅでは、先の曲げ角度θ１よりも大きな曲げ角度θ１＋αのもとでローラ５によりロールフランジ曲げ加工を施すものとする。ただし、θ１＋α＜θ２とする。

この場合において、近傍領域ｅとその前後の領域Ｑ１，Ｑ２との間で端部領域２ａの曲げ角度が急変することは好ましくないので、例えば領域Ｑ２から近傍領域ｅに向かって端部領域２ａの曲げ角度を角度θ１から角度θ１＋αへと滑らかに徐変させる一方、近傍領域ｅから領域Ｑ１に向かって端部領域２ａの曲げ角度を角度θ１＋αから角度θへと滑らかに徐変させるものとする。上記のような端部領域２ａの曲げ角度の変化はローラ５の回転中心の傾斜角度の変化にほかならないから、フランジ部２となるべき端部領域２ａの長手方向に沿ってローラ５を転動させながら、図３，４に示したローラユニット６を支持しているロボットの首振り旋回自由度を使ってローラユニット６全体の姿勢を適宜可変制御するものとする。

このような端部領域ｅの曲げ角度θ１の可変制御は、図２の（Ａ）に示した第１段階のロールフランジ曲げ加工だけでなく、同図の（Ｂ）に示した第２段階のロールフランジ曲げ加工についても同様に実施するものとする。

このように、図２の（Ａ），（Ｂ）の第１，第２段階でのロールフランジ曲げ加工において、ビード部１０を含む近傍領域ｅでの曲げ角度θ１を他の部位に比べて相対的に大きくすることにより、当該近傍領域ｅでは縮みフランジ部となる度合いが他の部位に比べて大きいにもかかわらず、「しわ」発生の原因となる余剰気味の材料ボリュームが端部領域２ａの長手方向に分散されて、事前に「しわ」の発生が抑制される。

この後、図２の（Ｃ）に示した第３段階のロールフランジ曲げ加工では、先に述べたように、端部領域２ａをローラ５と下型３との間に挟み込みながら押しきるかたちで加圧拘束して、目的とするフランジ角度まで折り曲げて略直立姿勢のフランジ部２として仕上げることになる。

図２の（Ｃ）に示した第３段階のロールフランジ曲げ加工では、ローラ５を軸心方向で二分する中心線がフランジ部２の折曲基部２ｂにほぼ一致し、且つフランジ部２の全高がローラ５の円筒外周面５ａに接するようにローラ５の位置を制御して、フランジ部２の長手方向に沿って転圧するものとする。これにより、ローラ５は上型４には接触することがなく、ローラ５による押付力はその全てが下型３に負荷されることとなって、フランジ部２はいわゆる押しきられるようにして下型３とローラ５との間に加圧拘束される。

そのため、折曲基部２ｂにいわゆる「だれ」等の発生がなく、その折曲基部２ｂの角部（外隅部）の精度が向上するとともに、折り曲げ過程においてフランジ部２に「しわ」へと成長しやすい余剰気味の材料ボリュームが滞留していたとしても、余剰気味の材料ボリュームを完全に伸ばして分散させることができ、最終的に成形されたフランジ部２に「しわ」が発生することがなくなり、フランジ部２の形状精度も向上することになる。

加えて、下型３上に位置決めされたアウタパネル１の端部領域２ａが実質的に下型３に倣うかたちでフランジ部２として下向きに折り曲げられることになるので、上型４による押し付け力はフランジ部２の位置や形状精度に影響することがなくなり、これによってもまたフランジ部２の精度が向上することになる。

以上により、図１の（Ｂ）に示したフランジ部２の折り曲げ加工が完了する。また、図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示した加工方法は、図１の（Ａ）に示したアウタパネル１のうち残された二辺部、すなわち後縁部１ｂおよび下縁部１ｃについても同様であり、後縁部１ｂについては、図５，６の前縁部１ａと同様に、曲げ角度θ１とθ１＋αとの可変制御を併用するものとする。

その一方、図５に示すアウタパネル１のうち前縁部１ａと下縁部１ｃとのなすコーナー部（外隅部）ｇ、および下縁部１ｃと後縁部１ｂとのなすコーナー部ｈに成形されるフランジ部２についても、外側に向かって凸形状の平面アール形状部となって、先の場合と同様に縮みフランジ部となることから、成形後のフランジ部２に「しわ」が発生しやすいものとなる。

そこで、これらのそれぞれのコーナー部ｇ，ｈにロールフランジ曲げ加工を施す際にも、図６に示した曲げ角度の可変制御の技術思想を適用するものとする。

図７は図５のｇ部およびｈ部の拡大図を示していて、同図に示すように、アウタパネル１のうち双方のコーナー部ｇ，ｈを含む下縁部１ｃにロールフランジ曲げ加工を施すにあたり、そのロールフランジ曲げ加工の加工開始位置である始端部を前縁部１ａ側の一般部であるｇ１位置とし、加工終了位置である終端部を後縁部１ｂ側の一般部であるｈ２位置とする。そして、ｇ１位置から下縁部１ｃ側のｇ２位置までの区間では、図６と同様に、フランジ部１となるべき端部領域２ａの曲げ角度を相対的に大きなθ１＋αとして加工を行い、下縁部１ｃ側のｇ２位置から同じく一般部であるｈ１位置までの区間では、フランジ部２となるべき端部領域２ａの曲げ角度を相対的に小さなθ１として加工を行うものとする。さらに、下縁部１ｃ側の一般部であるｈ１位置から後縁部１ｂ側の一般部であるｈ２位置までの区間では、再びフランジ部２となるべき端部領域２ａの曲げ角度を相対的に大きなθ１＋αとして加工を行うものとする。なお、それぞれの区間の境界部近傍では、先に述べたように当該境界部近傍での角度変化が急激な変化とならないように徐変区間を含むものとする。

このような曲げ角度の可変制御は、図２の（Ａ）に示した第１段階の加工だけでなく、同図（Ｂ）に示した第２段階の加工の際にも同様とし、同図（Ｃ）に示した最後の第３段階では、端部領域２ａを下型３とローラ５とで押しきるように加圧拘束することでフランジ部２を最終形状に仕上げる。このような加工手順とすることにより、アウタパネル１のコーナー部ｇ，ｈにおいても、縮みフランジ部のかたちとなるにもかかわらず、「しわ」の発生を抑制してフランジ部２の品質の向上を図ることができる。

また、先に示した図５，６の近傍領域ｅを含む前縁部１ａのフランジ曲げ加工に際して、上記のコーナー部ｇを含む下縁部１ｃのフランジ曲げ加工と併用するかたちで、前縁部１ａのうち図５のコーナー部ｇ側からドアウエスト部１ｄ側に向かってロールフランジ曲げ加工を施すようにすると良い。具体的には、コーナー部ｇを含む前縁部１ａのロールフランジ曲げ加工に際して、図７に示すように、下縁部１ｃ側の一般部であるｇ３位置を始端部をとしてフランジ曲げ加工を開始し、前縁部１ａ側の一般部であるｇ４位置に至るまでの区間では、フランジ部２となるべき端部領域２ａの曲げ角度を相対的に大きなθ１＋αとして加工を行い、ｇ４位置以降では端部領域２ａの曲げ角度を相対的に小さなθ１として加工を行うものとする。

同様に、コーナー部ｈを含む後縁部１ｂのロールフランジ曲げ加工に際して、図７に示すように、下縁部１ｃ側の一般部であるｈ３位置を始端部をとしてロールフランジ曲げ加工を開始し、後縁部１ｂ側の一般部であるｈ４位置に至るまでの区間では、フランジ部２となるべき端部領域２ａの曲げ角度を相対的に大きなθ１＋αとして加工を行い、ｈ４位置以降では端部領域２ａの曲げ角度を相対的に小さなθ１として加工を行うものとする。

このような加工手順とすることにより、少なくともコーナー部ｇ，ｈでのロールフランジ曲げ加工に際しては、一方向ではなく双方向にローラ５を動かして加工することになるので、「しわ」の発生要因となる余剰気味の材料ボリュームをフランジ部２の長手方向に沿って双方向に延ばして分散させることができるので、「しわ」の発生を防止する上で一段と有利となる。

なお、ここでは、アウタパネル１のうち前縁部１ａ、下縁部１ｃおよび後縁部１ｂのそれぞれについて、独立してフランジ曲げ加工を施す場合について例示しているが、前縁部１ａから下縁部１ｃ、さらには下縁部１ｃから後縁部１ｂへと、アウタパネル１の三辺部に連続してロールフランジ曲げ加工を施す場合にも本発明を適用することができる。また、上記実施の形態では、フランジ部２をいわゆるフランジダウンのかたちで下向きに折り曲げ加工を施す場合の例を示しているが、必要に応じていわゆるフランジアップのかたちでフランジ部２を上向きに折り曲げ加工を施す場合にも本発明を適用することができる。

さらに、上記実施の形態では、図１，５のような自動車用フロントドアのアウタパネル１を例にとって説明したが、図８のような自動車用リアドアのアウタパネル１１のロールフランジ曲げ加工をはじめとして、他の開閉体におけるアウタパネルのロールフランジ曲げ加工にも同様に適用することができる。

１…アウタパネル
２…フランジ部
２ａ…端部領域
２ｂ…折曲基部
３…下型（押さえ型）
４…上型（押さえ型）
５…ローラ
５ａ…円筒外周面
５ｂ…端面
１０…ビード部

Claims (4)

1. パネルのうち曲げくせのついていない端部を折り曲げてフランジ部を成形する方法であって、
   上記パネルのうちフランジ部となるべき端部領域を残して当該端部領域の折曲基部近傍を表裏両面から押さえ型で加圧拘束するパネル位置決め工程と、
   産業用ロボットに持たせたローラを上記端部領域に対し折り曲げ方向に押し付けながら長手方向に転動させて、このローラによる押し付け転動作業をもって端部領域のうち押さえ型の角部相当位置を曲げ点として曲げくせをつけながら端部領域を折曲基部から折り曲げる予備曲げ工程と、
   折り曲げ成形された端部領域をローラにより押さえ型に押し付けて、当該押さえ型とローラとで端部領域を加圧拘束して略直立姿勢のフランジ部に仕上げる仕上げ工程と、
   を含んでいて、
   上記予備曲げ工程では、ローラによる押し付け転動作業に際して、端部領域のうち縮みフランジ部となる度合いが大きい部位について、他の部位よりも折り曲げ度合いを大きくして折り曲げることを特徴とするロールフランジ加工方法。
2. 上記予備曲げ工程では、ローラによる押し付け転動作業を、ローラの角度を変えて少なくとも２回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のロールフランジ加工方法。
3. 上記パネル位置決め工程では、パネルをその表裏両面から上型と下型とで加圧拘束し、
   上記予備曲げ工程および仕上げ工程では、ローラによる押し付け転動作業をもって端部領域を下向きに折り曲げることを特徴とする請求項２に記載のロールフランジ加工方法。
4. 上記予備曲げ工程および仕上げ工程でのローラによる押し付け転動作業は、共通のローラを用いた上でそのローラの角度を変えて行うものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のロールフランジ加工方法。

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