(57)【要約】【課題】  搬送時に金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を合理的に解決するとともに、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる熱間プレス成形方法およびその装置を提供すること。【解決手段】  加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によってプレス成形装置を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて前記金属板材を成形する熱間プレス成形方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせてから、プレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によってプレス成形装置を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて前記金属板材を成形する熱間プレス成形方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせてから、プレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項２】
加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によってプレス成形装置を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて前記金属板材を成形する熱間プレス成形方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせ、搬送した金属板材を金型にセットした後には、成形前、成形中、成形後の少なくとも１つの状態で、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出により、または、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出と冷媒回収口からの冷媒回収により金属板材の任意の部位の温度を制御することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項３】
前記ハンド部を、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成し、前記吸引パッドの吸着効果によって又は前記クランプで挟持して金属板材を搬送する際に、前記ハンド部と接触する部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御することを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項４】
前記ハンド部を、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成し、前記吸引パッドの吸着効果によって又は前記クランプで挟持して金属板材を搬送する際に、前記ハンド部と接触する部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御することを特徴とする請求項２に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項５】
前記冷媒吐出を、冷媒の吐出量、吐出流速、吐出圧力、吐出時間、吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御し、かつ、各冷媒吐出口毎にまたは複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出をグループ化してグループ毎に制御することを特徴とする請求項２または４に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項６】
前記金属板材の所定の部位が、プレス成形後に機械加工を受ける部位、またはプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位であり、前記ハンド部と接触する部位の温度を、機械加工を受ける部位の強度に応じた温度、またはドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項７】
前記金属板材が、鋼板であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項８】
前記鋼板が、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であることを特徴とする請求項７に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項９】
加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によって冷却装置まで搬送し、前記冷却装置で所定の冷却手段により冷却して焼入れを行う金属板材の熱処理方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせることにより、前記ハンド部との接触部位とその他の部位とで金属板材の焼入れ硬さを異ならせることを特徴とする金属板材の熱処理方法。
【請求項１０】
前記ハンド部を、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成し、前記吸引パッドの吸着効果によって又は前記クランプで挟持して金属板材を搬送する際に、前記ハンド部と接触する部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって任意に制御することにより、前記ハンド部と接触する部位の焼入れ硬さを任意に設定することを特徴とする請求項９に記載の金属板材の熱処理方法。
【請求項１１】
前記金属板材の所定の部位が、焼入れ処理後に機械加工を受ける部位であり、前記ハンド部と接触する部位の温度を、機械加工を受ける部位の強度に応じた温度に設定することを特徴とする請求項９または１０に記載の金属板材の熱処理方法。
【請求項１２】
前記金属板材が、鋼板であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の金属板材の熱処理方法。
【請求項１３】
前記鋼板が、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であることを特徴とする請求項１２に記載の金属板材の熱処理方法。
【請求項１４】
金属板材を加熱する加熱装置と、加熱した金属板材を搬送する搬送装置と、搬送した金属板材をプレス成形する金型とからなる熱間プレス成形装置において、前記搬送装置が、金属板材の所定の部位に接触し得るとともに接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならしめるハンド部を備えることを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項１５】
前記ハンド部が、金属板材を昇温する加熱手段と金属板材を冷却する冷却手段のいずれか一方または両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成されることを特徴とする請求項１４に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項１６】
前記ハンド部が、金属板材と接触する部位とそれ以外の部位とで分離できる構造を有し、金属板材と接触する部位の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを変更できることを特徴とする請求項１４または１５に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項１７】
前記金属板材の所定の部位が、プレス成形後に機械加工を受ける部位、またはプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項１８】
前記金型が、表面に複数の冷媒吐出口を備え、内部に各冷媒吐出口と連通し、かつ、開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の少なくとも１つを備えた冷媒供給管を配した金型であることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項１９】
前記金型が、表面に複数の冷媒回収口を備え、内部に各冷媒回収口と連通する冷媒回収管を配した金型であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項２０】
前記金型が、表面に面積率が１〜９０％、直径又は外接円の直径が１０μｍ〜５ｍｍ、高さが５μｍ〜１ｍｍの突起部を複数有することを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項２１】
金属板材を加熱する加熱装置と、加熱した金属板材を搬送する搬送装置と、搬送した金属板材を焼入れする冷却装置とからなる金属板材の熱処理装置において、前記搬送装置が、金属板材の所定の部位に接触し得るとともに接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならしめるハンド部を備えることを特徴とする金属板材の熱処理装置。
【請求項２２】
前記ハンド部が、金属板材を昇温する加熱手段と金属板材を冷却する冷却手段のいずれか一方または両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成されることを特徴とする請求項２１に記載の金属板材の熱処理装置。
【請求項２３】
前記ハンド部が、金属板材と接触する部位とそれ以外の部位とで分離できる構造を有し、金属板材と接触する部位の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを変更できることを特徴とする請求項２１または２２に記載の金属板材の熱処理装置。
【請求項２４】
前記金属板材の所定の部位が、焼入れ処理後に機械加工を受ける部位であることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の金属板材の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱炉等の加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によってプレス成形装置を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて成形する熱間プレス成形方法およびその装置であって、特にプレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することができる金属板材の熱間プレス成形方法およびその装置に関する。
さらには、加熱炉等の加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によって冷却槽等の冷却装置まで搬送し、前記冷却装置において所定の冷却手段により冷却して、焼入れされた金属板材を得る金属板材の熱処理方法およびその装置であって、特に金属板材各部の焼入れ硬さを任意に設定することができる金属板材の熱処理方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板材のプレス成形は、生産性が高く、寸法精度に優れ、また、プレス製品間の強度ばらつきが少なく品質が安定していることから、自動車、機械、電気機器、輸送用機器等の製造に広く用いられている最も一般的な加工方法である。
しかし、近年におけるプレス製品、特に自動車部品には軽量化等の観点から高強度化が求められており、これにより成形性の低下、特にスプリングバック等の発生による形状凍結性の低下を招来し、複雑な形状をしたプレス製品を製造することが困難となっている。
【０００３】
このため、金属板材のプレス業界においては、加熱した金属板材を成形する熱間プレス成形方法が注目されている。熱間プレス成形方法は、高温に加熱した金属板材をプレス成形するため、材料強度の低下した金属板材は、金型の成形面に沿って素直に変形し、複雑な形状であっても優れた寸法精度で成形することができる。また、プレス成形後に金型抜熱効果により急冷するためスプリングバックが発生せず、形状凍結性に優れ、プレス製品の寸法精度を向上させることができる。さらに、金属板材が鋼の場合、その鋼板をオーステナイト域にまで加熱し、これを金型内で保持して急冷することによりマルテンサイト変態による高強度化を達成することができる。すなわち、熱間プレス成形方法は、従来の冷間プレス成形方法では実現できなかった高強度化と優れた寸法精度を両立できるプレス成形方法といえる。
【特許文献１】特開２００２−２４８５２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、熱間プレスを行うに際しては、被成形材たる金属板材を加熱炉等の加熱装置で高温かつ均一になるように加熱し、これを温度低下や温度むらが生じないように細心の注意を払いながらプレス成形装置まで搬送するのが一般的である。
しかし、細心の注意を払って搬送するとはいえども、搬送時には高温に加熱した金属板材と搬送装置とが所定の部位において、例えば、搬送装置の保持手段であるハンド部において接触するので、当該部位では接触による抜熱が生じて金属板材に温度むらが発生する。したがって、搬送装置または搬送方法に特段の工夫を凝らさない限り、金属板材に温度むらが発生することは避けることはできない。
このため、搬送に伴う金属板材の温度むら、ひいては当該温度むらに起因するプレス成形品の焼入れ硬さのむらを防ぐべく、金型内部において金属板材を加熱する方法が提案されている。例えば、パンチとダイの間にセットした金属板材に複数の電極を取り付け、相対する電極間に電力を供給してジュール熱を発生させ、この方法により均一に加熱した金属板材を熱間プレスする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法によれば搬送時に金属板材に温度むらが発生する問題については解決することはできるが、金型にセットするたびに金属板材に複数の電極を取り付けなければならず、しかもジュール熱によって加熱するので、生産性が著しく低下する。したがって、生産性が要求される金属板材のプレス成形に当該方法を適用するには実用上かなりの問題がある。
【０００５】
さらには、金属板材をオーステナイト域にまで加熱し、これを金型内で保持して接触抜熱効果で冷却することにより、マルテンサイト変態による高強度化を達成することができる熱間プレス成形方法ではあるが、焼入れ硬さが上昇しすぎて穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が困難になるという問題がある。
このため、成形部位毎に金型成形面の接触面積や金型温度を異ならせて、後加工が必要な部位の焼入れ硬さを低下させて、当該部位の加工を容易にする方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、この方法によれば後加工は容易となるが、前記したように搬送によって金属板材に温度むらが生じている場合には、後加工が必要な部位のみならず、強度が必要な部位の焼入れ硬さも低下してしまう可能性が残る。
【０００６】
なお、自動車部品等に要求される特性は、前記したような軽量化や高強度化のみではない。例えば、近年における自動車のボディには、商品力あるデザイン性や衝突安全性などがより厳しく要求されるようになっているため、ボディ各部においては当該性能を実現するために板厚や強度を詳細に設定する必要が生じ、ボディを構成する部品の数は数百にも及ぶようになっている。
このため、近年における自動車部品等には、板厚や強度の異なる複数の金属板材を溶接により結合して一体化したプレス素材、すなわち、テーラードブランクが広く用いられている。テーラードブランクは、１つの金属板材の特性を目的に合わせて部分的に変更することができるという優れた特徴を有し、例えば、強度が必要な部位にのみ高強度鋼板を適用することで成形品としての必要な強度を保ちつつ、強度が不要な部分の軽量化を図ることができる。また、テーラードブランクは、目的に合う板厚や強度を有する金属板材を選択し、これを溶接結合して一体化するので、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて正確かつ任意に設定することが可能である。このため、商品力あるデザイン性を満足しつつも衝突安全性に優れるボディを製造することができるとともに、部品点数をも削減することができる。
【０００７】
しかし、自動車ボディの軽量化や高強度化のみならず、デザイン性や衝突安全性などの向上にも資するテーラードブランクではあるが、前記したように金属板材を溶接により結合して一体化するため、テーラードブランクの製造には高度な溶接技術が必要とされる。すなわち、高度な溶接技術を適用しないと、プレス成形したときに溶接部において破断が生じやすく、溶接部の強度が確保できないようでは前記したテーラードブランクの有する優れた特性を発揮することもできない。しかも、自動車部品の高強度化が進展している現状においては、ますます高度な溶接技術が必要とされる。
【０００８】
すなわち、前記したように熱間プレス成形方法は、従来の冷間プレス成形方法では実現できなかった高強度化と優れた寸法精度を両立できるプレス成形方法であるといえるが、プレス製品の高強度化が進展している今日においては、上記特性を満足するのみでは足らず、テーラードブランクに代わる新しい技術として、プレス成形品各部の強度、特に焼入れ硬さを任意に設定することのできる熱間プレス成形技術の開発が、産業界において強く望まれているのである。
また、前記したようにテーラードブランクは目的に合う板厚や強度を有する金属板材を選択し、これを溶接結合して一体化するため、自動車ボディ等の部品点数を削減する効果を有しているが、金属板材各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる金属板材の熱処理技術、および部位によって焼入れ硬さの異なる金属板材を製造することができれば、テーラードブランクを構成するブランクの数や溶接に要する作業時間を大幅に低減・短縮することができる。
【０００９】
本発明の解決すべき課題は、搬送時に金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を合理的に解決するとともに、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる熱間プレス成形方法およびその装置を提供することである。
また、本発明の解決すべきもう一つの課題は、加熱炉等の加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によって冷却槽等の冷却装置まで搬送し、前記冷却装置において所定の冷却手段、例えば、前記冷却槽に金属板材を投入・浸漬する等により冷却して、焼入れされた金属板材を得る金属板材の熱処理においても、熱間プレスと同様に、搬送時において金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を抱えていることから、当該問題を合理的に解決するとともに、金属板材各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる金属板材の熱処理方法およびその装置を提供することである。
【００１０】
さらに、近年においては、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形をすることのできる熱間プレス成形技術が新たに望まれている。これは、冷間プレスにおいては、伸びが生じた部分の変形抵抗は加工硬化により向上するが、熱間プレスでは金属板材を高温に加熱するため、金属板材の変形抵抗が低いことに起因するものである。すなわち、近年におけるプレス製品の高強度化に伴い、従来の冷間プレス成型技術では形状凍結性が低下するという問題が発生し、これに対応すべく注目されている熱間プレス成形方法ではあるが、金属板材を高温に加熱する熱間プレス成形技術においては、一旦成形に伴う伸びを生じると当該部分の断面積が小さくなるため、伸びにより板厚が減少する部分の強度はますます低くなる。したがって、深絞り成形に代表される成形加工に伴う材料流動の激しいプレス成形を行った場合には、伸びが生じた部分において局所的な減肉や破断が生じてしまい、いわゆるドロー成形ができないという問題があった。また、深絞り成形と比較すると加工に伴う材料流動の激しくないフォーム成形においても、曲率が厳しい場合には破断が生じるという問題があった。
したがって、本発明の解決すべきさらにもう一つの課題は、従来の熱間プレス成形技術では実現できなかったドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を可能とする熱間プレス成形方法およびその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、まず、従来から用いられている加熱方法、すなわち、加熱炉等の加熱装置で金属板材を加熱する方法が、生産性が要求される金属板材のプレス成形に最も適合する方法であると位置づけたうえで、搬送時に金属板材に温度むらが発生するという問題、およびプレス成形後に焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を合理的に解決すべく、数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
【００１２】
（Ａ）ハンド部（搬送装置が具備する金属板材の保持手段）と接触する金属板材の部位（以降、接触部位と称する。）においては接触抜熱による温度低下が生じて、その他の部位の温度と異なって温度むらが発生することは前記したとおりである。しかし、接触部位の温度がその周辺部位よりも低下するという当該現象を積極的に活用すれば、特許文献２のように金型に特段の工夫を凝らすことなく、焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという後者の問題を解決できること。すなわち、従来においては、なるべく温度むらを生じさせないようにプレス成形装置またはプレス成形装置を構成する金型まで加熱した金属板材を搬送してプレス成形を開始するという考え方が一般的であったが、発想を転換して、搬送段階において積極的に金属板材に対して温度制御を行うことにより、後者の問題を解決できること。
【００１３】
（Ｂ）具体的には、プレス成形後に機械加工を受ける部位、例えば、後加工（ピアスやトリム等）が必要な部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送すれば、当該機械加工を受ける部位、すなわち接触部位の温度は接触抜熱によってその他の部位の温度より低下することから、これは接触部位の焼入れ開始温度を下げることに相当し、これにより接触部位の焼入れ硬さは、その他の部位の焼入れ硬さよりも低下して、プレス成形後における機械加工が容易になること。
さらには、従来方法によって後加工の問題を解決するためには、搬送後において、例えば、金属板材を金型にセットした後において、プレス成形品の焼入れ硬さを部分的に変更するための処理工程が必要となるが、上記のように搬送しながらに積極的に金属板材に対して温度制御を行えば、プレス成形品の焼入れ硬さを部分的に変更するための処理工程を省略できるか処理時間を短縮することができ、生産性の向上をも図れること。
【００１４】
（Ｃ）また、前記ハンド部を吸引パッド又はクランプにより構成すると、金属板材の所定の部位、例えば、プレス成形後に機械加工を受ける部位にハンド部を接触させることが容易になり、あるいは、プレス成形後に機械加工を受ける部位にのみハンド部を接触させることが容易になり、さらには、前記ハンド部を加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッド又はクランプにより構成すると、接触部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御できるので、接触部位の焼入れ開始温度を任意に制御することができること。すなわち、（Ｂ）のように単に接触部位とその他の部位とでプレス成形品の焼入れ硬さを異ならせるのみならず、接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することができること。
【００１５】
以上は、搬送段階において積極的に接触部位の焼入れ開始温度を制御することにより、接触部位の焼入れ硬さを制御することができるという知見であるが、本発明者は、さらに金属板材を金型にセットした後において、焼入れ開始温度と冷却速度のいずれか一方または両方を制御することにより、より正確にプレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することができるとともに、金型内保持時間の短縮による生産性の向上を図ることができるという知見を得た。具体的には、以下の通りである。
【００１６】
（Ｄ）搬送段階において接触部位の焼入れ開始温度を制御した金属板材を金型にセットした後に、成形前、成形中および成形後の少なくとも１つの状態において、所定の冷却手段により金属板材各部の焼入れ開始温度や冷却速度を制御すれば、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することができること。
（Ｅ）そして、所定の冷却手段としては、生産性および焼入れ開始温度や冷却速度の制御性の観点から、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出による冷却が望ましいこと。また、金型表面に設けた複数の冷媒回収口から冷媒を順次回収することにより、当該冷媒吐出による冷却効率および熱伝達係数の制御性がさらに向上すること。
（Ｆ）さらには、前記冷媒吐出を、冷媒の吐出量、吐出流速、吐出圧力、吐出時間、吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御し、かつ、各冷媒吐出口毎にまたは複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出をグループ化してグループ毎に独立に制御すれば、冷媒吐出による冷却の熱伝達係数を自在に可変することが可能であり、これによって成形品各部の焼入れ硬さを自在に制御することが可能であること。
【００１７】
これを当該発明の原理を模式的に示す図１を用いて説明すると、以下のようになる。図１は、鋼板の冷却開始温度と冷却速度を制御することにより鋼板の組織を制御できることを示す炭素鋼のＣＣＴ曲線の一例である。例えば、冷却開始温度Ｔ１から鋼板を冷却する場合、冷却カーブ１に従って冷却するとノーズ（変態の境界線）の外側を通るため、鋼材中のほとんどがマルテンサイトになり高強度の組織が得られる。一方、冷却カーブ２に従って冷却するとノーズの内側を通るためにフェライトとセメンタイトを析出するため、冷却後に得られる鋼材中のマルテンサイトの割合が減少し、比較的低強度の組織が得られる。また、冷却開始温度をＴ１より低いＴ２として、冷却カーブ２と同じ冷却速度である冷却カーブ３に従って冷却すると、冷却カーブ２の場合よりも少ない割合でフェライトとセメンタイトを析出するため、冷却後に得られる鋼材中のマルテンサイトの割合が冷却カーブ２の場合よりは多く冷却カーブ１の場合よりは少なくなって中程度の強度の組織が得られる。
【００１８】
すなわち、本発明は、鋼板の冷却開始温度と冷却速度を制御することにより鋼板の組織を制御できることを示すＣＣＴ曲線に即したものであり、プレス開始前においては、搬送装置、特に搬送装置の具備するハンド部との接触抜熱や金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出、あるいは金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出と冷媒回収口からの冷媒回収により金属板材各部の焼入れ開始温度を制御し、プレス開始後、すなわち、成形中と成形後のいずれか一方又は両方においては、前記した金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出等により金属板材各部の冷却速度を制御することにより、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に制御することを本質とするものである。そして、金属板材の任意の部分について焼入れ開始温度の制御および冷却速度の制御を独立に行うことにより、任意の部分でそれぞれ異なった機械的特性を有するプレス成形品を得ること、すなわち、成形品各部の強度を自在に制御することを本質とするものである。なお、冷媒を使用するほど急冷を必要とせず、加工が厳しくなく、金型との接触による抜熱で充分な冷却速度が取れる場合、冷媒吐出をせずにプレス成形加工を行っても良いことは言うまでもない。
【００１９】
以上は、金属板材の熱間プレス成形方法に関する知見であるが、本発明者は、金属板材の熱処理方法においても熱間プレス成形方法と同様に、搬送時において金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎてピアスやトリム等の機械加工が困難になるという問題が発生していることに鑑み、前記方法を課題を同一とする金属板材の熱処理方法にも適用できないかと検討し、以下の知見を得た。
【００２０】
（Ｇ）加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によって冷却槽等の冷却装置まで搬送し、前記冷却装置で所定の冷却手段により冷却して焼入れを行う金属板材の熱処理方法においても、金属板材の所定の部位、例えば、後加工（ピアスやトリム等）が必要な部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送すれば、当該後加工が必要な部位、すなわち接触部位の温度は接触抜熱によってその他の部位の温度より低下することから、これは接触部位の焼入れ開始温度を下げることに相当し、これにより接触部位の焼入れ硬さはその他の部位の焼入れ硬さよりも低下して、当該部位における後加工が容易になること。
さらには、従来方法によって後加工の問題を解決するためには、搬送後において金属板材の焼入れ硬さを部分的に変更するための処理工程が必要となるが、搬送しながらに積極的に金属板材の温度制御を行えば、当該処理工程を省略できるか処理時間を短縮することができ、生産性が向上すること。
【００２１】
（Ｈ）また、ハンド部を吸引パッド又はクランプにより構成すると、金属板材の所定の部位、例えば、ピアスやトリム等の後加工が必要な部分にハンド部を接触させることが容易になり、あるいは、ピアスやトリム等の後加工が必要な部分にのみ前記ハンドを接触させることが容易になり、さらには、前記ハンド部を加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッド又はクランプにより構成すると、接触部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御できるので、接触部位の焼入れ開始温度を任意に制御することができること。すなわち、（Ｇ）のように単に接触部位とその他の部位とで金属板材の焼入れ硬さを異ならせるのみならず、接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することができること。
【００２２】
次に、本発明者は、被成形材たる金属板材の局所的な減肉や破断を防止すべく、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形に伴う破断や減肉の発生要因およびこれを解決する方法について、数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
（Ｉ）冷間プレスにおいては、伸びが生じた部分の変形抵抗は加工硬化により向上するが、熱間プレスでは金属板材を高温に加熱した状態でプレス成形するため、金属板材の変形抵抗が低く、一旦成形に伴う伸びを生じると、図１２（ｃ）に示すように、伸びが生じた部分の断面積が小さくなるため、伸びにより板厚が減少する部分の強度はますます低くなり、最終的には破断が生じること。なお、図１２（ａ）は均一に加熱した被成形材たる金属板材を、図１２（ｂ）は前記金属板材を用いて円筒絞り成形をしたときのプレス成形品を模式的に示している。
【００２３】
（Ｊ）しかし、図１２（ｄ）に示すように、加工度の大きな部分、例えば、ドロー成形やフォーム成形に伴う伸びにより板厚が減少する部分の温度をあらかじめ下げて、当該部分の強度をあらかじめ上げておけば、図１２（ｆ）に示すように、当該部分よりも強度の低い他の部分が伸びるので、加工度の大きな部分の負荷が軽減し、破断を防ぐことができること。
（Ｋ）また、図１２（ｄ）に示すような形態の温度分布のみならず、図１２（ｅ）に示すような形態の温度分布、すなわち、加工度の大きな部分において強度の高い部分と強度の低い部分とが交互に出現するような温度分布を形成しておくことによっても、上記効果を得られること。
（Ｌ）また、伸びにより板厚が減少する部分の位置、すなわち、加工度に応じた温度設定をすべき金属板材の位置については、あらかじめ行う実験によって特定することが可能であること。
（Ｍ）したがって、金属板材の所定の部位、すなわちプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始すれば、被成形材たる金属板材の局所的な減肉や破断を生ずることなく、熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形等の成形加工が可能となること。
【００２４】
（Ｎ）さらには、上記方法によるプレス開始前における温度設定のみならず、成形開始後においては金属板材各部の冷却速度を制御することにより、成形性がさらに向上すること。すなわち、搬送段階においてハンド部との接触部位の温度をプレス成形品各部の加工度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始し、成形開始後においては、所定の冷却手段により金属板材各部の冷却速度を制御することにより、熱間プレスによるドロー成形性やフォーム成形性がさらに向上すること。
（Ｏ）そして、成形開始後における金属板材各部の冷却速度を制御するための所定の冷却手段としては、前記した金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出による冷却が望ましいこと。また、金型表面に設けた複数の冷媒回収口から冷媒を順次回収することにより、当該冷媒吐出による冷却効率や制御性がさらに向上すること。
【００２５】
上記の知見に基づき、本発明者は、搬送時に金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を合理的に解決するとともに、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる熱間プレス成形方法およびその装置、ならびに金属板材各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる金属板材の熱処理方法およびその装置に想到した。さらには、ドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を可能とする熱間プレス成形方法およびその装置に想到した。その要旨とするところは以下の通りである。
【００２６】
（１）加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によってプレス成形装置を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて前記金属板材を成形する熱間プレス成形方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせてから、プレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。
（２）加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によってプレス成形装置を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて前記金属板材を成形する熱間プレス成形方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせ、搬送した金属板材を金型にセットした後には、成形前、成形中、成形後の少なくとも１つの状態で、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出により、または、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出と冷媒回収口からの冷媒回収により金属板材の任意の部位の温度を制御することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【００２７】
（３）前記ハンド部を、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成し、前記吸引パッドの吸着効果によって又は前記クランプで挟持して金属板材を搬送する際に、前記ハンド部と接触する部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御することを特徴とする前記（１）に記載の熱間プレス成形方法。
（４）前記ハンド部を、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成し、前記吸引パッドの吸着効果によって又は前記クランプで挟持して金属板材を搬送する際に、前記ハンド部と接触する部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御することを特徴とする前記（２）に記載の熱間プレス成形方法。
【００２８】
（５）前記冷媒吐出を、冷媒の吐出量、吐出流速、吐出圧力、吐出時間、吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御し、かつ、各冷媒吐出口毎にまたは複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出をグループ化してグループ毎に制御することを特徴とする前記（２）または（４）に記載の熱間プレス成形方法。
（６）前記金属板材の所定の部位が、プレス成形後に機械加工を受ける部位、またはプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位であり、前記ハンド部と接触する部位の温度を、機械加工を受ける部位の強度に応じた温度、または、ドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
（７）前記金属板材が、鋼板であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形方法。
（８）前記鋼板が、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であることを特徴とする前記（７）に記載の熱間プレス成形方法。
【００２９】
（９）加熱装置で加熱した金属板材を、これを保持するハンド部を備える搬送装置によって冷却装置まで搬送し、前記冷却装置で所定の冷却手段により冷却して焼入れを行う金属板材の熱処理方法において、金属板材の所定の部位が前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせることにより、前記ハンド部との接触部位とその他の部位とで金属板材の焼入れ硬さを異ならせることを特徴とする金属板材の熱処理方法。
（１０）前記ハンド部を、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成し、前記吸引パッドの吸着効果によって又は前記クランプで挟持して金属板材を搬送する際に、前記ハンド部と接触する部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって任意に制御することにより、前記ハンド部と接触する部位の焼入れ硬さを任意に設定することを特徴とする前記（９）に記載の金属板材の熱処理方法。
【００３０】
（１１）前記金属板材の所定の部位が、焼入れ処理後に機械加工を受ける部位であり、前記ハンド部と接触する部位の温度を、機械加工を受ける部位の強度に応じた温度に設定することを特徴とする前記（９）または（１０）に記載の金属板材の熱処理方法。
（１２）前記金属板材が、鋼板であることを特徴とする前記（９）〜（１１）のいずれか１項に記載の金属板材の熱処理方法。
（１３）前記鋼板が、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であることを特徴とする前記（１２）に記載の金属板材の熱処理方法。
【００３１】
（１４）金属板材を加熱する加熱装置と、加熱した金属板材を搬送する搬送装置と、搬送した金属板材をプレス成形する金型とからなる熱間プレス成形装置において、前記搬送装置が、金属板材の所定の部位に接触し得るとともに接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならしめるハンド部を備えることを特徴とする熱間プレス成形装置。
（１５）前記ハンド部が、金属板材を昇温する加熱手段と金属板材を冷却する冷却手段のいずれか一方または両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成されることを特徴とする前記１４に記載の熱間プレス成形装置。
【００３２】
（１６）前記ハンド部が、金属板材と接触する部位とそれ以外の部位とで分離できる構造を有し、金属板材と接触する部位の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを変更できることを特徴とする前記（１４）または（１５）に記載の熱間プレス成形装置。
（１７）前記金属板材の所定の部位が、プレス成形後に機械加工を受ける部位、またはプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位であることを特徴とする前記（１４）〜（１６）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
（１８）前記金型が、表面に複数の冷媒吐出口を備え、内部に各冷媒吐出口と連通し、かつ、開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の少なくとも１つを備えた冷媒供給管を配した金型であることを特徴とする前記（１４）〜（１７）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【００３３】
（１９）前記金型が、表面に複数の冷媒回収口を備え、内部に各冷媒回収口と連通する冷媒回収管を配した金型であることを特徴とする前記（１４）〜（１８）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
（２０）前記金型が、表面に面積率が１〜９０％、直径又は外接円の直径が１０μｍ〜５ｍｍ、高さが５μｍ〜１ｍｍの突起部を複数有することを特徴とする前記（１４）〜（１９）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【００３４】
（２１）金属板材を加熱する加熱装置と、加熱した金属板材を搬送する搬送装置と、搬送した金属板材を焼入れする冷却装置とからなる金属板材の熱処理装置において、前記搬送装置が、金属板材の所定の部位に接触し得るとともに接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならしめるハンド部を備えることを特徴とする金属板材の熱処理装置。
（２２）前記ハンド部が、金属板材を昇温する加熱手段と金属板材を冷却する冷却手段のいずれか一方または両方を備える吸引パッドまたはクランプにより構成されることを特徴とする前記（２１）に記載の金属板材の熱処理装置。
【００３５】
（２３）前記ハンド部が、金属板材と接触する部位とそれ以外の部位とで分離できる構造を有し、金属板材と接触する部位の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを変更できることを特徴とする前記（２１）または（２２）に記載の金属板材の熱処理装置。
（２４）前記金属板材の所定の部位が、焼入れ処理後に機械加工を受ける部位であることを特徴とする前記（２１）〜（２３）のいずれか１項に記載の金属板材の熱処理装置。
【発明の効果】
【００３６】
（Ａ）本発明に係る熱間プレス成形方法によれば、従来の熱間プレス成形において課題とされてきた搬送時に金属板材に温度むらが発生するという問題、およびプレス成形後の焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を合理的に解決することができる。具体的には、従来においては、それぞれの問題に対して種々の方法により対応を採ってきたが、後加工の必要な部位が搬送装置のハンド部と接触するように、あるいは、後加工の必要な部位のみが搬送装置のハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送するという本発明によれば、生産性を損なうことなく極めて容易に双方の問題を同時に解決することができる。
さらには、従来方法によって後者の問題を解決するためには、搬送後、例えば、金属板材を金型にセットした後においてプレス成形品の焼入れ硬さを部分的に変更するための処理工程が必要となるが、搬送しながらにして積極的に金属板材の温度制御、特に接触部位における温度制御を行う本発明によれば、当該処理工程を省略できるか処理時間を短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００３７】
（Ｂ）また、ハンド部を吸引パッドまたはクランプによって構成するので、金属板材の所定の部位、例えば、プレス成形後に機械加工を受ける部位にハンド部を接触させることが容易となり、あるいは、プレス成形後に機械加工を受ける部位にのみハンド部を接触させることが容易となり、さらには、ハンド部を加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッド等によって構成すれば、接触部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって制御できるので、接触部位の焼入れ開始温度を機械加工を受ける部位の強度に応じた温度に設定することができ、これにより接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することができる。具体的には、接触部位の温度を吸引パッド等に設けた加熱手段により昇温して、金属板材各部の温度を均一にすることにより、成形品各部の焼入れ硬さを均一にすることができる一方、穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が必要な部位、すなわち焼入れ硬さが不要な部位に対しては、接触部位の焼入れ開始温度を、ハンド部との接触抜熱かハンド部に設けた冷却手段による冷却により下げておくことにより、焼入れ硬度を低下させることができる。また、金属板材の温度を成形品部位毎に異ならせてからプレス成形を開始すれば、成形品部位毎の焼入れ硬さが異なるプレス成形品を得ることができる。
【００３８】
（Ｃ）さらに、金属板材を熱間プレス成形装置を構成する金型にセットした後においては、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出、または、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出と冷媒回収口からの冷媒回収により、金属板材各部の焼入れ開始温度と冷却速度のいずれか一方又は両方を任意に制御できるので、プレス成形品各部の焼入れ硬さを目的に合わせて任意に設定することができる。すなわち、本発明によれば、テーラードブランクのように板厚や強度の異なる複数の金属板材を溶接により結合することなく、プレス成形品各部の焼入れ硬さを目的に合わせて正確かつ任意に設定することができる。なお、プレス成形品の焼入れ硬さを均一にできることは言うまでもない。具体的には、強度が必要な部位に対しては、冷却速度を上昇させることによりマルテンサイト変態またはベイナイト変態による高強度化を図ることができる一方、穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が必要な部位、すなわち焼入れ硬さが不要な部位に対しては、プレス成形前に焼入れ開始温度を下げておくか、成形中と成形後のいずれか一方又は両方における冷却速度を弱めることにより焼入れ硬さを低下させることができる。また、金属板材の温度を成形品部位毎に異ならせてからプレス成形を開始すれば、成形品部位毎の焼入れ硬さが異なるプレス成形品を得ることができ、また、成形中と成形後のいずれか一方又は両方における金属板材の冷却速度を成形品部位毎に異ならせれば、成形品部位毎の焼入れ硬さが異なるプレス成形品を得ることもできる。
【００３９】
（Ｄ）また、本発明に係る熱間プレス成形方法によれば、従来の熱間プレス成形方法では実現できなかったドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。具体的には、従来の熱間プレス成形技術を用いて深絞り成形等に代表されるドロー成形を行うと、伸びが生じた部分において局所的な減肉や破断が生じるという問題があったが、本発明に係る熱間プレス成形方法においては、金属板材の所定の部位、すなわちプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位が前記ハンド部と接触するように、あるいは、プレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位のみが前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始するので、伸びが生じて破断が発生する部位の強度をあらかじめ上げておくことが可能であり、その結果として、伸びが生じる部分の負荷分散を図ることができ、破断を防ぐことができる。
さらには、上記方法によるプレス開始前における温度設定のみならず、成形開始後において金属板材各部の冷却速度を制御することにより、成形性をさらに向上させることができる。具体的には、金属板材の所定の部位、すなわちプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位が前記ハンド部と接触するように、あるいは、プレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位のみが前記ハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送し、前記ハンド部と接触する部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始し、成形開始後においては、所定の冷却手段により金属板材各部の冷却速度を制御することにより、伸びが生じる部分の負荷分散をより精度よく制御することができ、その結果として熱間プレスによるドロー成形性やフォーム成形性をさらに向上させることができる。
（Ｅ）さらには、冷媒吐出による冷却を行うので、形状凍結性に優れ、良好な寸法精度を有するプレス製品を製造できることはいうまでもない。また、金型内保持時間の短縮による生産性の向上をも図ることができる。
【００４０】
（Ｆ）また、本発明に係る金属板材の熱処理方法によれば、従来の金属板材の熱処理方法において課題とされてきた搬送時に金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工が困難になるという問題を合理的に解決することができる。具体的には、従来においては、それぞれの問題に対して種々の方法により対応を採っていたが、金属板材の所定の部位、例えば、後加工の必要な部位が搬送装置のハンド部と接触するように、あるいは、後加工の必要な部位のみが搬送装置のハンド部と接触するように金属板材を保持して搬送するという本発明によれば、生産性を損なうことなく極めて容易に双方の問題を同時に解決することができる。換言すれば、搬送しながらにして積極的に金属板材各部の温度制御を行う本発明によれば、搬送後における金属板材の焼入れ硬さを部分的に変更するための処理工程を短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００４１】
（Ｇ）また、前記ハンド部を吸引パッドまたはクランプによって構成するので、金属板材の所定の部位、例えば、後加工が必要な部分にハンド部を接触させることが容易となり、あるいは、後加工が必要な部分にのみハンド部を接触させることが容易となり、さらには、ハンド部を加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方を備える吸引パッド等によって構成すれば、接触部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段による冷却と加熱手段による昇温のいずれか一方または両方によって、機械加工を受ける部位の強度に応じた温度に設定することができるので、接触部位の焼入れ開始温度を任意に制御することができ、これにより接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することができる。具体的には、接触部位の温度を吸引パッド等に設けた加熱手段により昇温し、金属板材各部の温度を均一にすることにより、金属板材各部の焼入れ硬さを均一にすることができる一方、穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が必要な部位、すなわち焼入れ硬さが不要な部位に対しては、搬送段階においてあらかじめ接触部位の焼入れ開始温度をその周辺部位の温度よりも下げておくことにより、接触部位、すなわち後加工が必要な部位の焼入れ硬さをその周辺部位よりも低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図２〜図９を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図２は本発明に係る熱間プレス成形装置の概略説明図である。
図３は本発明に係る搬送装置の一例を示す説明図であり、（ａ）はハンド部を吸引パッドにより構成した場合を示す図、（ｂ）は搬送後の金属板材の温度分布を示す図、（ｃ）はプレス成形品の焼入れ硬さの分布を示す図である。
図４は本発明に係る搬送装置の他の一例を示す説明図であり、（ａ）はハンド部をクランプにより構成した場合を示す図、（ｂ）は搬送後の金属板材の温度分布を示す図、（ｃ）はプレス成形品の焼入れ硬さの分布を示す図である。
図５は本発明に係る熱間プレス成形装置を構成する金型の概略説明図であり、（ａ）はダイスホルダーとパンチホルダーを記載した図、（ｂ）は装置の構成を明確にするためにダイスホルダーとパンチホルダーを省略して記載した図である。
図６は本発明に係る冷媒吐出機能を有する金型を示す説明図であり、パンチに当該機能を具備した場合の断面図である。
図７は本発明に係る金型の一例を示す説明図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の表面を示す図である。
図８は本発明に係る金型の一例を示す断面図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の断面を示す図である。
図９は本発明に係る金型の他の一例を示す断面図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の断面を示す図である。
図１０は本発明に係る金属板材の熱処理装置の概略説明図である。
【００４３】
本発明に係る熱間プレス成形方法は、図２に示すように加熱炉等の加熱装置５１で加熱した金属板材１を、これを保持するハンド部３５を備える搬送装置３０によって熱間プレス成形装置２を構成する金型まで搬送し、前記金型を用いて前記金属板材１を成形するものであり、その特徴の一つ目は、金属板材１の所定の部位が前記ハンド部３５と接触するように金属板材１を保持して搬送し、前記ハンド部３５と接触する部位の温度を接触抜熱によってその他の部位の温度と異ならせてからプレス成形を開始し、前記ハンド部との接触部位とその他の部位とで焼入れ硬さの異なるプレス成形品６０を得ることである。
また、本発明に係る熱間プレス成形方法の二つ目の特徴は、加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプによって前記ハンド部３５を構成して、接触抜熱若しくは冷却手段４３による冷却と加熱手段４２による昇温のいずれか一方または両方によって、接触部位の焼入れ開始温度を機械加工を受ける部位の強度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始し、接触部位、すなわち機械加工を受ける部位の焼入れ硬さを任意に設定することである。
さらに、本発明に係る熱間プレス成形方法の三つ目の特徴は、上記方法により接触部位の焼入れ開始温度を制御した金属板材１を金型にセットした後において、より詳細には、成形前、成形中および成形後の少なくとも１つの状態において、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口１２からの冷媒吐出、または、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口１２からの冷媒吐出と冷媒回収口１７からの冷媒回収により、金属板材各部の焼入れ開始温度と冷却速度のいずれか一方又は両方を制御して、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することである。
また、本発明に係る熱間プレス成形方法の四つ目の特徴は、搬送段階におけるハンド部との接触抜熱や、それに続く金型表面に設けた複数の冷媒吐出からの冷媒吐出等によって、金属板材各部の強度を制御し、これにより熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うものである。
以下、前記した本発明に係る熱間プレス成形方法の特徴を詳細に説明すべく、（１）本発明で用いる被成形材およびその加熱方法、（２）加熱した金属板材の搬送装置、（３）搬送した金属板材を成形するための金型（冷媒吐出機能を有する金型）および（４）冷媒吐出の制御方法・装置について順を追って説明する。
【００４４】
（１）まず、本発明に係る熱間プレス成形方法で用いる被成形材および搬送前における被成形材の加熱方法と加熱温度について説明する。
本発明で用いる被成形材は金属板材１であり、Ａｌめっき鋼板、Ｚｎめっき鋼板、高強度鋼板、普通鋼等のいずれの鋼板にも適用することができる。
また、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であれば、冷媒吐出または金型との接触抜熱による焼入れにより高強度化を図ることができるので、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板が望ましい。なお、冷媒吐出時または金型との接触抜熱時に必ずしも変態する必要はなく、成形後に変態してもかまわない。
金属板材１を加熱する方法としては、特に限定されるものではなく、金属板材１をＡ１変態点以上に加熱できる方法であれば、電気炉、ガス炉での加熱や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等のいずれの方法でもよい。
【００４５】
（２）次に、上記方法によりＡ１変態点以上に加熱した金属板材１を金型まで搬送する搬送装置３０について説明する。
本発明に係る熱間プレス成形装置２を構成する搬送装置３０は、図２〜４に示すように、台座３１、アーム３２、そして加熱した金属板材１を保持するハンド部３５とから構成されるが、本発明の特徴の一つは、金属板材１の所定の部位、例えば、プレス成形後に機械加工を受ける部位、またはプレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位が前記ハンド部３５と接触するように金属板材１を保持して搬送することであるから、ハンド部３５としては、金属板材１の所定の部位に接触させることが容易な吸引パッド３７により構成するか、クランプ４４により構成することが望ましい。
【００４６】
はじめに、ハンド部３５を吸引パッド３７により構成した場合について図３を用いて説明する。ハンド部３５は、搬送対象物である金属板材１を吸着するための吸引パッド３７と、これを搬送装置のアーム３２に取り付けるためのフレーム３６とから構成される。そして、吸引パッド３７は、導管３８、スカート部３９、パッド部４０およびシール材４１とから構成され、導管３８と真空発生装置３３とは真空ホース３４によって接続されている。すなわち、吸引パッド３７から構成される搬送装置３０の吸着機構は、真空発生装置３３により真空を発生させ、吸引パッド３７、より詳細にはスカート部３９の内部を真空状態または減圧し、その吸着力（吸引吸着力）により搬送対象物である金属板材１を保持することによって達成される。
【００４７】
スカート部３９は、導管３８および真空ホース３４によって接続された真空発生装置３３による吸引によって、スカート部内部から空気を吸い出し、吸引パッド３７と金属板材１との間にできる空間を真空または減圧するための部位である。
このスカート部３９を構成する材料としては、高温に加熱した金属板材１あるいはその雰囲気温度に対し十分な熱間強度が得られるものであれば特に限定されないが、加工やライニングが容易である炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、サーメット、グラファイトおよびセラミックスのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせからなることが望ましい。
【００４８】
また、金属板材１と接触する部位であるパッド部４０についても、スカート部３９と同様に、炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、サーメット、グラファイトまたはセラミックスのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせから構成することが望ましい。
例えば、金属板材１の温度が２００〜７００℃である高温域での耐用を求める場合については、耐熱合金によりパッド部４０を構成するのが効果的であり、耐熱合金としては、溶接肉盛などによって肉盛れる材料が望ましく、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、粒子分散強化合金のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせからなることが望ましい。なお、これらは熱軟化性の材料であるため、この温度域では充分にかつ過度でない軟化が生じ、シール性を確保することができる。
また、耐熱合金の耐用温度より高い５００〜１５００℃の温度域の金属板材１を搬送する場合には、セラミックスやグラファイトによりパッド部４０を構成することが望ましく、セラミックスについては、焼成前の加工によって形状の造り込みが可能な、アルミナ、シリカ、クロミア、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、ホウ化チタン、ホウ化珪素のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせからなることが望ましい。なお、セラミックスは耐熱合金に対して熱による軟化がほとんど生じないが、この温度域では、被加熱対象物側の表面が十分に軟化して、シール性を確保することができる。
また、２００〜５００℃の温度域の金属板材１を搬送する場合には、経済的に有利な炭素鋼またはステンレス鋼をパッド部４０に用いることが可能である。
【００４９】
吸引パッド３７の吸着能力を向上させるには、吸引パッド３７と金属板材１との間に形成される空間の真空度を上げることが有用であり、そのためにはパッド部４０と金属板材１との境界にシール材４１を配置することが有効である。
シール材４１としては、熱軟化性材料を用いることが望ましく、ガラス、金属、合金、膨張黒鉛のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせから構成することが望ましい。当該ガラス材料は、ソーダガラス（Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系ガラス）、結晶化ガラス（ケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラス）、石英ガラス、はんだガラス、結晶性はんだガラス、ランタンガラス、中性ガラス、鉛ガラス、含水リン酸塩ガラス、テルライトガラス、カルコゲナイドガラス、泡ガラスのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせであることが可能である。なお、パッド部４０への固定は、金属板材１の保持、固定に支障のない強度で固定できるものであれば特に限定されないが、機械的な勘合、ネジ止め、ピン止め、摩擦による締結による固定が望ましい。また、溶射や塗布による方法も可能である。
また、高温で柔らかくなる金属または合金をシール材４１に適用することも可能である。金属または合金は、鉄、コバルト、ニッケル、ベリリウム、マンガン、銅、金、銀、カルシウム、バリウム、アルミニウム、マグネシウム、ストロンチウム、亜鉛、アンチモン、錫、鉛のいずれか１つの金属または２つ以上の組み合わせからなる合金であることが望ましい。この場合におけるパッド部４０への固定についても、金属板材１の保持、固定に支障のない強度で固定できるものであれば特に限定されないが、機械的な勘合、ネジ止め、ピン止め、摩擦による締結による固定が望ましい。また、溶射やメッキによる方法も可能である。
【００５０】
パッド部４０とスカート部３９とは一体成形としてもよいが、両者を分離できる構造とすることが望ましく、さらに好ましくは、吸引パッド３７をフレーム３６に固定した状態のままパッド部４０を取り外せる構造としておくことが望ましい。同様に、吸引パッド３７のフレーム３６への取り付けに関しても、フレーム３６の任意の位置に吸引パッド３７を取り付けられる構造とすることが望ましい。このような構造にすれば、金属板材１と接触する部位であるパッド部４０の形状や大きさを交換することにより、様々な形状や大きさの接触部位を金属板材に形成することが可能となる。また、材質、特に熱伝導率の異なるパッド部４０を用いると接触部位における抜熱効果を変化させることができる。また、吸引パッド３７の取り付け位置を変更することにより、金属板材１の所定の位置に接触部位を形成することが可能となる。
すなわち、吸引パッド３７の取り付け位置やパッド部４０の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを調整することにより、本発明に係る熱間プレス成形方法の一つ目の特徴、すなわち、金属板材１の所定の部位、例えば、図３（ａ）に示すように後加工（ピアスやトリム等）の必要な部位がパッド部４０と接触するように金属板材１を吸着して搬送することができ、これによって図３（ｂ）に示すようにパッド部４０との接触部位の温度は接触抜熱によってその他の部位の温度と異なることから、図３（ｃ）に示すようにパッド部４０との接触部位とその他の部位とでプレス成形品の焼入れ硬さを異ならせることができ、当該部位における後加工を容易に行うことができる。
また、図１２（ｄ）に示すように、加工度の大きな部分、例えば、ドロー成形やフォーム成形に伴う伸びにより板厚が減少する部分において接触部位が形成されるように吸引パッド３７の取り付け位置やパッド部４０の形状・大きさ等を調整すれば、本発明に係る熱間プレス成形方法の４つ目の特徴、すなわち、熱間プレスによるドロー成形やフォーム成形を行うことができる。
例えば、図１２（ａ）に示す形状の金属板材１を用いて、図１２（ｂ）に示す形状のプレス成形品６０を得る場合、あらかじめ行う実験によって伸びにより板厚が減少する部分の位置、すなわち、加工度に応じた温度設定をすべき金属板材の位置を特定しておき、当該位置において接触部位が形成されるように、吸引パッド３７の取り付け位置やパッド部４０の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを調整して金属板材１を搬送すれば、当該接触部位の温度はパッド部４０との接触抜熱によりその他の部位の温度より低下することから、接触部位の強度はその他の部位よりも上昇する。
したがって、プレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位がパッド部４０と接触するように金属板材１を保持して搬送し、前記パッド部４０と接触する部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始すれば、図１２（ｆ）に示すように接触部位よりも強度の低い他の部分が伸びるので、被成形材たる金属板材１の局所的な減肉や破断を生ずることなく、熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。
伸びにより板厚が減少する部分の位置、すなわち、加工度に応じた温度設定をすべき金属板材の位置については、あらかじめ行う実験によって特定しておくことが可能である。したがって、あらかじめ行う実験によって特定しておいた加工度の高い部位に、例えば、図１２（ｄ）に示すような形態の温度分布を形成し、加工度の高い部位の温度を他の部位の温度よりも下げて強度を上げておくことにより、プレス成形を開始したときに図１２（ｆ）に示すように、当該強度を上げた部位よりも他の強度の低い部分が伸びるので、破断を防ぐことができる。
なお、図１２（ｄ）および図１２（ｅ）に示す温度調整領域６４は、接触抜熱等によって当該領域の温度を調整したことを示すものであり、例えば、当該温度調整領域６４の温度をその周辺領域よりも低く設定すれば、当該温度調整領域６４における強度がその他の部分よりも上昇するので、プレス成形を開始したときに図１２（ｆ）に示すように、当該強度を上げた部位よりも他の強度の低い部分が伸びるので、破断を防ぐことができる。
また、プレス開始前に金属板材１に付与すべき温度分布の形態は図１２（ｄ）に示す形態に限定されるものではなく、プレス成形品６０の加工度に応じた温度分布を形成することが望ましい。例えば、図１２（ｂ）に示すプレス成形品６０においては、縦壁部６２が最も加工度の大きな部位であるが、これに相当する金属板材の部位に、図１２（ｅ）に示すような形態の温度分布、すなわち、強度の高い部分と強度の低い部分とが交互に出現するような温度分布を形成しておけば、加工度の大きな部位、換言すれば伸びが生じる部位への負荷集中を防ぐことができ、破断を防ぐことができる。
なお、スカート部３９へのパッド部４０の取り付け構造、あるいはフレーム３６への吸引パッド３７の取り付け構造についても、固定に支障の無い強度で固定できるものであれば特に限定されるものではなく、機械的な勘合、ネジ止め、ピン止め等が望ましい。
【００５１】
また、パッド部４０に加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備えることにより、本発明に係る熱間プレス成形方法の２つ目の特徴を実現することができる。すなわち、加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドによって前記ハンド部を構成して、接触抜熱若しくは冷却手段４３による冷却と加熱手段４２による昇温のいずれか一方または両方によって、接触部位の焼入れ開始温度を、機械加工を受ける部位の強度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始することにより、接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することが可能となる。
具体的には、接触部位の温度を吸引パッドに設けた加熱手段により昇温して、金属板材各部の温度を均一にすることにより、成形品各部の焼入れ硬さを均一にすることができる一方、穴加工（ピアス）や切断加工（トリム）等の後加工が必要な部位、すなわち焼入れ硬さが不要な部位に対しては、接触部位の焼入れ開始温度を吸引パッドとの接触抜熱や吸引パッドに設けた冷却手段による冷却により下げておくことにより、焼入れ硬度を低下させることができる。また、金属板材の温度を成形品部位毎に異ならせてからプレス成形を開始すれば、成形品部位毎の焼入れ硬さが異なるプレス成形品を得ることができる。
また、パッド部４０に加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備えることにより、前記した熱間プレスによるドロー成形性やフォーム成形性をさらに向上させることができる。例えば、パッド部４０との接触抜熱により接触部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定する前記方法においては、接触抜熱による冷却のみを実現することができるので接触部位を過冷却して必要以上の強度を付与するおそれがあるが、パッド部４０に加熱手段４２を備えることにより、これを回避することができ、また接触部位の温度を任意に設定することも可能となる。また、パッド部４０に冷却手段４３を備えれば、冷却能率が向上するので冷却時間を短縮することができ、生産性も向上する。
加熱手段４２としては、電熱ヒータ、ガスバーナ、誘導コイル等があり、これらのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせによって接触部位の温度を昇温させることが可能である。なお、ガスバーナについてはラジアント式が望ましい。また、冷却手段４３としては、パッド部４０内に水路を配して、常時通水することにより、接触部位を冷却することが可能である。
【００５２】
次に、ハンド部３５をクランプ４４により構成した場合について図４を用いて説明する。クランプ４４は、上部クランププレート４５、下部クランププレート４６、シリンダ４７およびガイド４８とから構成され、シリンダ４７によって上部クランププレート４５が昇降する機構を有し、各クランププレートには金属板材１を挟持するための爪部４９が配置されている。
この上部クランププレート４５および下部クランププレート４６を構成する材料としては、高温に加熱した金属板材１あるいはその雰囲気温度に対し十分な熱間強度が得られるものであれば特に限定されないが、加工やライニングが容易である炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、サーメット、グラファイトおよびセラミックスのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせからなることが望ましい。
【００５３】
また、金属板材１と接触する部位である爪部４９についても、クランププレートと同様に、炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、サーメット、グラファイトまたはセラミックスのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせから構成することが望ましい。
なお、爪部４９とクランププレートとは一体成形としてもよいが、両者を分離できる構造とすることが望ましく、さらに好ましくは、クランププレートの任意の位置に爪部４９を取り付けられる構造とすることが望ましい。このような構造にすれば、金属板材１と接触する部位である爪部４９の取り付け位置を変更することにより、例えば、クランププレートに沿って爪部４９をスライドさせることにより、金属板材１の所定の位置に接触部位を形成することが可能となる。また、材質、特に熱伝導率の異なる爪部４９を用いると接触部位における抜熱効果を変化させることができる。
すなわち、爪部４９の取り付け位置や爪部４９の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを調整することにより、本発明に係る熱間プレス成形方法の一つ目の特徴、すなわち、図４（ａ）に示すように金属板材１の所定の部位、例えば、後加工（ピアスやトリム等）の必要な部位が爪部４９と接触するように金属板材１を挟持して搬送することができ、これによって図４（ｂ）に示すように爪部４９との接触部位の温度は接触抜熱によってその他の部位の温度と異なることから、図４（ｃ）に示すように爪部４９との接触部位とその他の部位とでプレス成形品の焼入れ硬さを異ならせることができ、当該部位における後加工を容易に行うことができる。
また、加工度の大きな部分、例えば、ドロー成形やフォーム成形に伴う伸びにより板厚が減少する部分において接触部位が形成されるように爪部４９の取り付け位置や爪部４９の形状・大きさ等を調整すれば、本発明に係る熱間プレス成形方法の４つ目の特徴、すなわち、熱間プレスによるドロー成形やフォーム成形を行うことができる。
例えば、あらかじめ行う実験によって伸びにより板厚が減少する部分の位置、すなわち、加工度に応じた温度設定をすべき金属板材の位置を特定しておき、当該位置において接触部位が形成されるように、爪部４９の取り付け位置や爪部４９の形状、大きさおよび材質の少なくとも１つを調整して金属板材１を搬送すれば、当該接触部位の温度は爪部４９との接触抜熱によりその他の部位の温度より低下することから、接触部位の強度はその他の部位よりも上昇する。
したがって、プレス成形中にドロー成形とフォーム成形のいずれか一方又は両方を受ける部位が爪部４９と接触するように金属板材１を保持して搬送し、前記爪部４９と接触する部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定してからプレス成形を開始すれば、接触部位よりも強度の低い他の部分が伸びるので、被成形材たる金属板材１の局所的な減肉や破断を生ずることなく、熱間プレスによるドロー成形や曲率の厳しいフォーム成形を行うことができる。
また、加工度の大きな部分において強度の高い部分と強度の低い部分とが交互に出現するような温度分布を爪部４９との接触抜熱により形成しておくことによっても、上記効果を得られることができる。
なお、クランププレートへの爪部４９の取り付け構造についても、固定に支障の無い強度で固定できるものであれば特に限定されるものではなく、機械的な勘合、ネジ止め、ピン止め等が望ましい。
【００５４】
また、爪部４９に加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備えることにより、本発明に係る熱間プレス成形方法の２つ目の特徴、すなわち、加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備えるクランプによって前記ハンド部を構成して、接触抜熱若しくは冷却手段４３による冷却と加熱手段４２による昇温のいずれか一方または両方によって接触部位の焼入れ開始温度を任意に制御して、接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することが可能となる。
また、爪部４９に加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備えることにより、前記した熱間プレスによるドロー成形性やフォーム成形性をさらに向上させることができる。例えば、爪部４９との接触抜熱により接触部位の温度をドロー成形若しくはフォーム成形の加工度に応じた温度に設定する前記方法においては、接触抜熱による冷却のみを実現することができるので接触部位を過冷却して必要以上の強度を付与するおそれがあるが、爪部４９に加熱手段４２を備えることにより、これを回避することができ、また接触部位の温度を任意に設定することも可能となる。また、爪部４９に冷却手段４３を備えれば、冷却能率が向上するので冷却時間を短縮することができ、生産性も向上する。
なお、加熱手段４２としては、電熱ヒータ、ガスバーナ、誘導コイル等があり、これらのいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせによって接触部位の温度を昇温させることが可能である。なお、ガスバーナについてはラジアント式が望ましい。また、冷却手段４３としては、パッド部４０内に水路を配して、常時通水することにより、接触部位を冷却することが可能である。
【００５５】
（３）次に、冷媒吐出機能を有する金型について、図５を用いて詳細に説明する。本発明に係る熱間プレス成形装置２を構成する金型は、図５に示すように、ダイス３、パッド５、ダイスホルダー９およびダイベース７を備えた上型と、パンチ４、板押さえ６、パンチホルダー１０およびダイベース８を備えた下型とから構成される。なお、ダイスホルダー９はパッドホルダーを、パンチホルダー１０は板押さえホルダーをそれぞれ兼ねており、以降は、これら一式をダイセット１１と称する。なお、図５（ｂ）は、装置の構成を明確にするためにダイスホルダーとパンチホルダーを省略して記載した図である。
【００５６】
図６は本発明に係る冷媒吐出機能を有する金型を示す説明図であり、パンチ４に当該機能を具備した場合の断面図であるが、ダイス３、パッド５、パンチ４、板押さえ６の少なくとも１つに冷媒吐出機能を持たせることが望ましい。以下、パンチ４に冷媒吐出機能を持たせた場合について説明する。
本発明に係る冷媒吐出機能を有する金型は、図６に示すように被成形材たる金属板材１に冷媒を吐出するための複数の冷媒吐出口１２を表面に備え、内部には前記冷媒吐出口１２と連通し、かつ、開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の少なくとも１つを備えた冷媒供給管１３を配している。
なお、図６はパンチ４の縦壁部に冷媒吐出口１２を設けた例であるが、頂部に設けてもよいし、縦壁部と頂部の両方に設けてもよい。これは、板押さえ６に冷媒吐出口１２を設ける場合についても同様である。一方、上型であるダイス３やパッド５に冷媒吐出口１２を設ける場合には、底部に設けてもよいし、縦壁部と底部の両方に設けてもよい。
【００５７】
冷媒吐出口１２およびこれに連通する冷媒供給管１３は、ドリルによる機械的な穿孔や放電加工による穿孔によって形成することができる。なお、この場合の金型の材質としては、熱間強度の観点から熱間加工用のダイス鋼が望ましい。
また、冷媒供給管１３は冷媒吐出口１２と連通していれば冷媒吐出機能を果たすため、冷媒吐出口１２や冷媒供給管１３を金型に穿孔する代わりに、金型内部から外表面に貫通する気孔を有する多孔質金属に冷媒供給管１３を接続してもよい。なお、この場合には、肉厚方向に貫通する直径１００μｍ〜１ｍｍ、ピッチ１００μｍ〜１０ｍｍの孔を複数有する多孔質金属を使用することが望ましい。例えば、図６に示す構成のパンチにおいて、中子２０をダイス鋼とし、パンチ４を多孔質金属とすれば、微細でピッチの小さな冷媒吐出口１２および冷媒供給管１３を形成することができる。なお、このような多孔質金属は、粉末を成形後に焼結するか、金属を溶融させた後、温度制御により凝固組織の方向を一定にする一方向凝固によって製造することができる。
なお、本発明に係る熱間プレス成形方法および装置においては、このような金型で冷媒吐出をさせてプレス成形加工を行うが、冷媒を使用するほど急冷を必要とせず、加工が厳しくなく、金型との接触による抜熱で充分な冷却速度が取れる場合、冷媒吐出をせずにプレス成形加工を行っても良い。
【００５８】
次に、冷媒供給管１３の開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の各機能について説明する。
一般に冷媒による冷却能力については熱伝達係数αを用いて表すことができ、当該熱伝達係数α、冷媒の吐出量Ｑ、吐出流速Ｕ、吐出圧力Ｐおよび吐出時間Ｔとの関係は以下の式により表すことができる。なお、ｆ、ｇ、ｈは、それぞれ関数を表し、例えば、熱伝達係数αは冷媒の吐出量Ｑの関数として成立することを示す。
熱伝達係数α    ＝ｆ（冷媒の吐出量Ｑ）          ・・・    （１）
冷媒の吐出量Ｑ  ＝ｇ（吐出流速Ｕ、吐出時間Ｔ）  ・・・    （２）
吐出流速Ｕ      ＝ｈ（吐出圧力Ｐ）              ・・・    （３）
【００５９】
すなわち、本発明は、冷媒供給管１３の開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の少なくとも１つの弁によって、冷媒の吐出量Ｑ、吐出流速Ｕ、吐出圧力Ｐ、吐出時間Ｔ、および吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御し、これにより前記熱伝達係数を制御するものである。すなわち、本発明においては、必ずしも開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の３種類の弁を設ける必要がなく、１つの弁によって当該機能を達成することができる。ただし、開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の３種類の弁を設けることにより、前記パラメータの制御が容易となるので、開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の３種類の弁を設けることが望ましい。
なお、前記弁は応答性を良好に保つために冷媒吐出口１２に近い金型内部に内蔵してもよいが、弁の調整を行うたびに金型を分解する手間を要するため、ダイセット１１に設置することが望ましい。
【００６０】
また、前記したように本発明は、少なくとも１つの弁によって、冷媒の吐出量Ｑ、吐出流速Ｕ、吐出圧力Ｐ、吐出時間Ｔ、および吐出タイミングから選択される１又は２以上のパラメータを制御することにより、冷媒吐出による熱伝達係数αを制御するものであるが、当該制御を各冷媒吐出口毎に行えば、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出による冷却の熱伝達係数αを自在に可変することが可能となり、これにより本発明に係る熱間プレス成形方法の三つ目の特徴である金属板材各部の焼入れ開始温度や冷却速度を任意に制御することができ、プレス成形品各部の焼入れ硬さを任意に設定することができる。また、熱伝達係数αを自在に可変できることから、金属板材各部の強度を任意に制御することができ、これによりドロー成形やフォーム成形を行ったときに局所的な減肉や破断を生ずることなく、次々と強度の低い部分を伸ばしていくことができ、金属板材各部の伸びや板厚を自在に制御することが可能となる。
さらには、柱状のプレス製品を成形する場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出をグループ化してグループ毎に制御すれば、成形性を向上させることが可能である。
【００６１】
また、図７および８に示すように、金型の成形面に複数の冷媒回収口１７を形成し、かつ、金型内部に前記冷媒回収口１７と連通する冷媒回収管１８を配することにより、金属板材１に吐出した冷媒を効率よく回収することができる。
さらには、冷媒回収管１８から真空発生装置等の吸引手段により冷媒を回収することにより冷却効率を向上させることができる。これは、気化しきれなかった冷媒は、金型の成形面に沿って、例えば、後述する突起部１９の底部に付着するか溜まって当該付着部等における冷却に寄与するが、付着したあるいは溜まったままの状態であると、新たに冷媒を吐出したときに当該付着部等における熱伝達係数αが冷媒が残存していないときと比較すると低下してしまうことに起因するものである。このため、冷媒吐出後においては、真空発生装置等の吸引手段により気化しきれなかった冷媒を回収することが望ましく、これにより冷却効率および熱伝達係数αの制御性を向上させることができる。
なお、冷媒回収口１７および冷媒回収管１８は、前記した冷媒吐出口１２や冷媒供給管１３の形成方法と同様の方法により形成することができる。また、冷媒回収口１７はパンチ４の頂部に設けてもよいし、縦壁部と頂部の両方に設けてもよい。これは、板押さえ６に冷媒回収口１７を設ける場合についても同様である。一方、上型であるダイス３やパッド５に冷媒回収口１７を設ける場合には、底部に設けてもよいし、縦壁部と底部の両方に設けてもよいが、縦壁部に設けた方が被成形材に吐出した冷媒を効率よく回収することができる。
【００６２】
さらに、図７および８に示すように、金型の成形面に複数の突起部１９を形成すれば、金型と金属板材１との接触面積が減少し、プレス成形中の金型抜熱による被成形材たる金属板材の過冷却を抑制することができる。逆に被成形材と冷媒との接触面積を増やすことにより、急冷させたい部分に多くの冷媒を接触させ、冷却速度を要求される通りに上げることができる。さらには、成形完了後、下死点で冷媒を吐出した際には、突起部１９と金属板材１との間隙に冷媒を循環させることが容易になり、金型と金属板材１との冷却効率を高めることができる。また、これだけでなく、金型の熱歪を減少させ、加工精度を上げることができる。
なお、図７および８に例示した突起部１９は、金型の成形面に所定の間隔で設けた円柱状の形状であるが、水平断面の形状は、円状、多角形状、星型形状のいずれかであることが望ましく、垂直断面の形状は、長方形又は台形であることが望ましく、半球状でもよい。
【００６３】
前記突起部１９は、金型の成形面の少なくとも一面に形成すれば前記効果を発揮することができるが、双方の成形面に形成してもよい。また、金型の成形面の一部に設けても全面に設けてもよい。
なお、前記突起部１９は、成形面の表面にそのまま形成してもよいが、成形条件によっては、突起部の形状が成形品に転写されて成形品の表面性状を害することがあるので、突起部周囲の金型部分を除去して窪みを形成するか、図９に示すように突起部形成位置における金型部分に突起部の高さと一致する深さの窪みを形成し、当該窪みに突起部１９を形成することが望ましい。
【００６４】
突起部１９の面積率は、金型の成形面の１〜９０％であることが望ましい。１％未満では被成形材に突起部形状が転写し易く、９０％を超える場合は突起部１９の間隙が狭く、圧力損失が大きくなり冷媒が充填又は流動できないため、冷却効率が低下する。
突起部の水平断面形状が円状である場合には突起部１９の直径、多角形状又は星型形状である場合には突起部の外接円の直径が１０μｍ〜５ｍｍであることが望ましい。突起部の直径又は外接円の直径が１０μｍ未満では突起部の摩耗が大きく、長期間にわたり効果を発揮することができず、５ｍｍを超える場合は均一に冷却することができない。
突起部１９の高さは、５μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。突起部の高さが５μｍ未満では被成形材との隙間が小さすぎるため、金型と被成形材の間に冷媒を循環させることが困難であり、１ｍｍを越す場合は隙間が過大となるため、加工量が増え経済的でなくなる。
【００６５】
突起部１９は、電解加工、化学エッチング、放電加工、めっき法等によって形成することができる。
化学エッチングは、可視光硬化型感光性樹脂を金型表面に塗布、乾燥した後、可視光を遮断するマスクで被覆して可視光を照射し、照射部を硬化させ、硬化部以外の樹脂を有機溶剤により除去する方法である。例えば、塩化ナトリウム水溶液等のエッチング液に金型表面を１〜３０分程度浸漬し、エッチングすればよい。突起部の直径又はピッチは可視光を遮断するマスクの形状によって適宜選択することが可能であり、突起部の高さはエッチング時間によって適宜調整することができる。
放電加工は、目的とする突起部形状を反転させた凹部を表面パターンとして有する銅電極を金型に対向して設置し、電流ピーク値、パルス幅を変え、直流パルス電流を流す加工方法である。好ましい電流値は２〜１００Ａ、パルス幅は２〜１０００μｓｅｃであり、金型材質、及び所望の突起部形状に応じて、適宜調整すればよい。
めっき法の場合、半球状突起部の直径を１０μｍ以上とするため、めっきの厚みを１０μｍ以上とすることが好ましく、上限は剥離を防止するため８０μｍ以下とすることが望ましい。めっき層は、アルカリ脱脂し、めっき液中で金型を陽極として電解処理する電解エッチングを行った後、所定の浴温、電流密度で形成することができる。なお、クロムめっきの場合はクロムめっき液中で、電流密度１〜２００Ａ／ｄｍ２程度、浴温３０〜６０℃程度、ＮｉＷめっきの場合は、ＮｉＷめっき液中、電流密度１〜１００Ａ／ｄｍ２程度、浴温３０〜８０℃程度の条件にすれば、１０〜８０μｍの厚みのめっき層を設けることができる。なお、半球状突起形状を有するめっき層を形成するには、例えば、電流密度を段階的に増加させた後、一定電流密度でめっきすればよい。
【００６６】
（４）次に、冷媒供給管１３に備えた開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の少なくとも１つを制御する制御装置２３について説明する。
当該制御装置２３としては、特に限定されるものではなく、前記冷媒供給管１３に備えた開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の開閉を制御できるものであれば、機械的、電子的手段を問わず、あるいはこれらを複合させた手段であってもよい。例えば、これらの弁機構にリレースイッチを採用し、当該リレースイッチの開閉（オン・オフ）を計算機（コンピュータ）により制御することにより、前記冷媒供給管１３と連通する冷媒吐出口１２からの冷媒吐出、結果的には当該冷媒吐出口１２における熱伝達係数αを調整することができる。
【００６７】
また、冷媒吐出口１２からの冷媒吐出タイミングは、パンチ押し込み量（ストローク位置とも言う）と同期させることが望ましいため、パンチ押し込み量を示す計測データあるいはこれに相当する信号を、制御装置２３に入力することが望ましい。これにより、前記冷媒供給管１３に備えた開閉弁１４、流量調整弁１５および圧力調整弁１６の各弁をパンチ押し込み量と同期させて制御することが可能となり、前記冷媒供給管１３と連通する冷媒吐出口１２からの冷媒吐出をパンチ押し込み量と同期させることが可能となる。
また、柱状のプレス製品を成形する場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の冷媒吐出口１２における冷媒吐出を同一にすることにより成形性が向上するので、この場合には、パンチ押し込み量が同一となる位置関係にある複数の冷媒吐出口１２と連通する冷媒供給管１３の開閉弁等の制御を同一にすることが望ましい。
【００６８】
本発明に係る熱間プレス成形方法で用いる冷媒としては、難燃性、腐食性から、水、多価アルコール類、多価アルコール類水溶液、ポリグリコール、引火点１２０℃以上の鉱物油、合成エステル、シリコンオイル、フッ素オイル、滴点１２０℃以上のグリース、鉱物油、合成エステルに界面活性剤を配合した水エマルションのいずれでもよく、これらの混合物を用いてもよい。
なお、冷媒は、液体でも気体でもよい。冷媒として気体を用いる場合、熱伝達係数が低いので、比較的加工の厳しくない場合や、マルテンサイト変態、ベイナイト変態させない場合に限られる。また、表面の酸化を避けるために活性の低い窒素、ＣＯ２、不活性ガスを用いることが望ましい。さらに、冷媒が気体である場合は、成形品や熱間プレス成形装置に付着して残ることがないので、不必要な汚れやさびなどを生じさせることが少ないという効果がある。
【００６９】
本発明の解決すべきもう一つの課題は、加熱炉等の加熱装置５１で加熱した金属板材１を、これを保持するハンド部３５を備える搬送装置３０によって冷却槽等の冷却装置５２まで搬送し、前記冷却装置において所定の冷却手段により冷却して、焼入れされた金属板材を得る金属板材の熱処理においても、前記した熱間プレスと同様に、搬送時において金属板材に温度むらが発生するという問題、および焼入れ硬さが上昇しすぎて後加工等の機械加工が困難になるという問題を抱えていることから、当該問題を合理的に解決するとともに、金属板材各部の焼入れ硬さを任意に設定することのできる金属板材の熱処理方法およびその装置を提供することである。
このため、本発明に係る金属板材の熱処理方法においても、本発明に係る熱間プレス成形方法と同様に、金属板材１を搬送しながらに積極的に金属板材各部の温度制御を行う。具体的には、図１０に示すように、本発明に係る熱間プレス成形装置２を構成する搬送装置３０を用いて、金属板材の所定の部位、例えば、焼入れ処理後に機械加工を受ける部位が搬送装置３０のハンド部３５と接触するように金属板材１を保持して搬送する。
【００７０】
このように搬送すれば、当該機械加工を受ける部位、すなわち接触部位の温度は接触抜熱によってその他の部位の温度より低下することから、これは接触部位の焼入れ開始温度を下げることに相当し、これにより前記ハンド部との接触部位とその他の部位とで焼入れ硬さの異なる金属板材を得ることができ、当該部位における後加工を容易に行うことができる。
また、従来方法によって後加工の問題を解決するためには、搬送後において金属板材の焼入れ硬さを部分的に変更するための処理工程が必要となるが、搬送しながらに積極的に金属板材の温度制御を行うので、当該処理工程を省略できるか処理時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００７１】
また、吸引パッドまたはクランプによって前記ハンド部３５を構成すれば、金属板材の所定の部位、例えば、機械加工を受ける部位にハンド部を接触させることが容易となり、あるいは、機械加工を受ける部位にのみハンド部を接触させることが容易となり、接触部位における機械加工を容易に行うことができる。
さらには、加熱手段４２と冷却手段４３のいずれか一方又は両方を備える吸引パッドまたはクランプによって前記ハンド部３５を構成すれば、接触部位の温度を、接触抜熱若しくは冷却手段４３による冷却と加熱手段４２による昇温のいずれか一方または両方によって制御することができるので、接触部位の焼入れ硬さを任意に設定することができる。
【００７２】
本発明に係る金属板材の熱処理方法で用いる金属板材１としては、Ａｌめっき鋼板、Ｚｎめっき鋼板、高強度鋼板、普通鋼等のいずれの鋼板にも適用することができる。また、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板であれば、焼入れにより高強度化を図ることができるので、マルテンサイト変態またはベイナイト変態をする鋼板が望ましい。なお、冷却槽への投入時やスプレー焼入れ等の焼入れ処理時に必ずしも変態する必要はなく、焼入れ処理後に変態してもかまわない。
金属板材１を加熱する方法としては、特に限定されるものではなく、金属板材１をＡ１変態点以上に加熱できる方法であれば、電気炉、ガス炉での加熱や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等のいずれの方法でもよい。
【実施例】
【００７３】
次に、本発明の実施例について説明するが、本実施例の条件は、本発明の実施可能性および顕著な効果を立証するために採用した一条件であり、本発明は、この一条件に限定されるものではない。
実施例の条件および結果を表１に示す。本実施例は、加熱炉で均一に過熱した金属板材を図２および３に示す吸引パッドを備えた搬送装置によって搬送し、図５に記載した熱間プレス成形装置２を用いて、図１１（ｂ）に示す円筒絞り成形品を成形した例を示すものであり、被成形材には加熱炉の中で９００℃（保定時間５分）に加熱した図１１（ａ）に示す板厚１．６ｍｍ、半径１４０ｍｍの０．２％Ｃ鋼板（初期破断強度５００ＭＰａ相当）を用いた。なお、プレス成形品６０は頂部６１、縦壁部６２およびフランジ部６３とから構成され、縦壁部６２の高さは２０ｍｍである。
【００７４】
【表１】
2006212690.tif 000003
【００７５】
金型は、ダイス３と板押さえ４に冷媒吐出機能を持たせたものを使用し、ダイス３については縦壁部と底部、板押さえ４については頂部に、それぞれ孔径２ｍｍ、ピッチ５ｍｍで均等に配置した冷媒吐出口１２を形成している。
また、発明例２〜４の金型成形面には、面積率が５０％、高さが１ｍｍ、直径が２ｍｍ、水平断面形状が円状で垂直断面形状が長方形の突起部１９を形成している。また、パンチ４は直径７０ｍｍを使用し、成形速度は１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
冷媒吐出能力については、熱伝達係数αが１０００と３０００ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃のいずれかになるように弁を調整している。なお、冷媒吐出を行わない場合の熱伝達係数αについては、金型成形面に突起部１９を形成しない場合は１０００ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃、形成した場合は２００ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃である。
鋼板各部の温度測定には放射温度計を使用し、図１１（ａ）のＡ〜Ｃ部を測定した直後にプレス成形を開始した。なお、表１にＡ部以外の温度は記載していないが、Ｂ、Ｃ部の温度はプレス成形開始直前においては８００℃であった。
【００７６】
まず、比較例については、吸引パッドに備えた加熱手段、具体的には電熱ヒータによってパッド部との接触部位であるＡ部を、その周辺部であるＢ部やＣ部と同じ温度に保った比較例１については、Ａ〜Ｃ部における強度、すなわち、頂部６１、縦壁部６２およびフランジ部６３の強度が均一な成形品を得ることができた。
しかし、比較例１については、金型成形面に突起部を形成せず、また、本発明に係る特徴のひとつである冷媒吐出を行わないので、下死点保持時間が長く、５００個製作時の合格率も８０％を満たすことができず、成形性を満足することはできなかった。
これに対して、搬送段階において吸引パッドとの接触抜熱によりＡ部温度を６００℃に設定した発明例１については、下死点における冷媒吐出を行わないにも拘らず、成形性ならびに強度を満足するプレス成形品を得ることができた。
また、搬送段階において吸引パッドとの接触抜熱によりＡ部温度を６００℃に設定し、下死点における冷媒吐出を行った発明例２については下死点保持時間が短く、成形性、強度ならびに生産性を満足できることを確認することができた。
さらに、発明例３は縦壁部とそれ以外で、冷却速度を異なるように制御したものであるが、この方法によっても成形品各部で強度の異なるプレス成形品６０を得ることができることを確認することができた。
同様に、発明例４は搬送段階における吸引パッドとの接触抜熱により冷却開始温度を異なるように制御したものであるが、この方法によっても成形品各部で強度の異なるプレス成形品６０を得ることができることを確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】鋼板の冷却開始温度と冷却速度を制御することにより鋼板の組織を制御できることを示す炭素鋼のＣＣＴ曲線の一例である。
【図２】本発明に係る熱間プレス成形装置の概略説明図である。
【図３】本発明に係る搬送装置の一例を示す説明図であり、（ａ）はハンド部を吸引パッドにより構成した場合を示す図、（ｂ）は搬送後の金属板材の温度分布を示す図、（ｃ）はプレス成形品の焼入れ硬さの分布を示す図、（ｄ）は加熱手段と冷却手段の双方を備えた吸引パッドの断面図である。
【図４】本発明に係る搬送装置の他の一例を示す説明図であり、（ａ）はハンド部をクランプにより構成した場合を示す図、（ｂ）は搬送後の金属板材の温度分布を示す図、（ｃ）はプレス成形品の焼入れ硬さの分布を示す図、（ｄ）は加熱手段と冷却手段の双方を備えたクランプの断面図である。
【図５】本発明に係る熱間プレス成形装置を構成する金型の概略説明図であり、（ａ）はダイスホルダーとパンチホルダーを記載した図、（ｂ）は装置の構成を明確にするためにダイスホルダーとパンチホルダーを省略して記載した図である。
【図６】本発明に係る冷媒吐出機能を有する金型を示す説明図であり、パンチに当該機能を具備した場合の断面図である。
【図７】本発明に係る金型の一例を示す説明図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の表面を示す図である。
【図８】本発明に係る金型の一例を示す断面図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の断面を示す図である。
【図９】本発明に係る金型の他の一例を示す断面図であり、冷媒吐出口、冷媒回収口および突起部を形成した金型の断面を示す図である。
【図１０】本発明に係る金属板材の熱処理装置の概略説明図である。
【図１１】プレス成形品の一例を示す説明図であり、（ａ）は被成形材を示す説明図であり、（ｂ）は円筒絞りによる成形品を示す。
【図１２】本発明に係る熱間プレス成形方法の１実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  金属板材                    ２  熱間プレス成形装置
３  ダイス                      ４  パンチ
５  パッド                      ６  板押さえ
７  ダイベース（上型）          ８  ダイベース（下型）
９  ダイスホルダー            １０  パンチホルダー
１１  ダイセット                １２  冷媒吐出口
１３  冷媒供給管                １４  開閉弁
１５  流量調整弁                １６  圧力調整弁
１７  冷媒回収口                １８  冷媒回収管
１９  突起部                    ２０  中子
２１  シール                    ２２  金型全体冷却部
２３  制御装置                  ３０  搬送装置
３１  台座                      ３２  アーム
３３  真空発生装置              ３４  真空ホース
３５  ハンド部                  ３６  フレーム
３７  吸引パッド                ３８  導管
３９  スカート部                ４０  パッド部
４１  シール材                  ４２  加熱手段
４３  冷却手段                  ４４  クランプ
４５  上部クランププレート      ４６  下部クランププレート
４７  エアシリンダ              ４８  ガイド
４９  爪部                      ５０  接触部位
５１  加熱装置                  ５２  冷却装置
５３  冷却液                    ５４  シール材を固定するねじ
５５  真空または減圧される空間  ６０  プレス成形品
６１  頂部                      ６２  縦壁部
６３  フランジ部                ６４  温度調整領域
【図１】
2006212690.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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