(57)【要約】【課題】  加熱した金属板材の温度を制御することにより、プレス成形品各部の強度を正確かつ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】  加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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を特徴とする熱間プレス成形方法。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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を特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項２】
加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部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、プレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項３】
加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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、成形開始後においては成形中と成形後のいずれか一方又は両方において、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って、金属板材各部の冷却速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４】
加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部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成形中と成形後のいずれか一方又は両方において、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って、金属板材各部の冷却速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３または４に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項６】
前記金属板材が、鋼板であ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６に記載の熱間プレス成形方法。
【請求項８】
加熱した金属板材を金型を用いて成形する熱間プレス成形装置において、金属板材各部の温度を計測する手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで昇温する加熱手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで冷却する冷却手段と、金属板材を成形する金型とから構成されることを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項９】
加熱した金属板材を金型を用いて成形する熱間プレス成形装置において、金属板材各部の温度を計測する手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで昇温する加熱手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで冷却する冷却手段と、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と、前記冷媒供給管に備えた開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の少なくとも１つを制御することにより各冷媒吐出口からの冷媒吐出を制御する装置とから構成されることを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項１０】
前記冷媒供給管の開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁をダイセットに設置したことを特徴とする請求項９に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項１１】
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９または１０に記載の熱間プレス成形装置。
【請求項１２】
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８〜１１のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱した金属板材を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、特にプレス成形品各部の強度を正確かつ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。
【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金型を用いて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、金属板材を高温に加熱した状態で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、成形後は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、所定の冷却プロセスにより、例えば金型内で保持して金型接触抜熱効果で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。
【０００４】
しかし、このように成形上有利な熱間プレス成形方法ではあるが、従来の冷間プレス成形方法と比較するとプレス製品間の強度ばらつきが大きいという問題があった。これは、熱間プレスでは被成形材たる金属板材を加熱炉等の中で高温に加熱し、これをアーム等の支持部を有する搬送装置によってプレス成形装置まで搬送するのが一般的であるが、当該支持部との接触部位においては接触抜熱により温度が低下するので金属板材に温度むらが生じ、このように温度むらが生じたままの状態で金属板材をプレスすることに起因するものである。
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製品間の強度ばらつきを防ぐべく、加熱炉等の加熱装置で金属板材を加熱して、これを搬送するのではなく、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、パンチとダイス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され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であろうことは想像するに難しくない。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】
また、熱間プレス成形方法には、従来の冷間プレス成形方法と比較すると生産性が低下するという問題がある。これは、前記したようにプレス製品の高強度化に伴って形状凍結性が低下する問題を解消するために、下死点における金型内保持時間を長く設定しなければならないことに起因するものである。
このため、前記したような金型接触抜熱効果による冷却プロセスのみならず、新たな冷却プロセスとしてダイスとパンチの成形面の少なくとも一方に冷媒導入溝を設け、前記冷媒導入溝に冷媒を導入し、当該冷媒による冷却効果によって金型内保持時間を短縮し、生産性を向上させる方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらには、熱間プレス成形方法に関わる別の課題として、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るという新たな冷却プロセスを導入し、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３参照）。
【０００７】
以上説明してきたように金属板材を高温に加熱するという熱間プレスの特徴に起因する問題や、熱間プレスの優れた特徴である高強度化に起因する問題についても種々の改善が試みられ、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。
しかし、上記説明した技術は、いずれもプレス成形品の局部的な強度、すなわち、高強度化が必要な部位や後加工が必要な部位等の特定部位の強度を所定の冷却プロセスにより局部的に変更するものに過ぎず、プレス成形品各部の強度を任意に設定できるものではなかった。また、その特定部位の強度についても精度の優れたものではなく、プレス成形品各部の強度を正確に設定あるいは調整できるものではなかった。
【０００８】
一方、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、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。
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、前記したような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。
【０００９】
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を目的に合わせて正確かつ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。
【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り、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、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。
【特許文献１】特開２００２−２４８５２５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８２９５１号公報
【特許文献３】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】
【００１１】
本発明の解決すべき課題は、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プレス成形品各部の強度を設定するのではなく、金属板材の温度分布や冷却速度を制御することにより、プレス成形品各部の強度を正確かつ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、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】
【００１２】
本発明者は、まず、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という課題を解決すべく、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。
（Ａ）被成形材である金属板材の温度分布や冷却速度を所定の手段により制御しながらプレス成形を行うと、プレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することができること。具体的には、プレス開始前において金属板材各部、例えば、プレス成形品各部に対応する部位の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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と、プレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することができること。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、プレス成形品各部の強度をより正確かつ任意に設定することができること。
【００１３】
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、金属板材が鋼板である場合、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。
【００１４】
すなわち、本発明ないし本発明の特徴のひとつである冷却プロセスは、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曲線に即したものであり、プレス開始前においては所定の手段、例えば、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方により金属板材各部の冷却開始温度をプレス成形品各部の強度に応じて設定し、プレス開始後においては所定の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、プレス成形品各部の強度を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前記冷却開始温度の制御と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、プレス成形品各部の強度を目的に合わせて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。
【００１５】
（Ｂ）そして、成形開始前における金属板材各部の温度を冷却する手段、あるいは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各部の冷却速度を制御する手段としては、生産性および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や制御性がさらに向上すること。
（Ｃ）また、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強度を自在に制御することが可能であること。
【００１６】
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。
（Ｄ）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９（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９（ａ）は均一に加熱した被成形材たる金属板材を、図９（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。
【００１７】
（Ｅ）しかし、図９（ｄ）に示すように、加工度の大きな部分、すなわち、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、当該部分の強度を上げておけば、図９（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。
（Ｆ）また、図９（ｄ）に示すような形態の温度分布のみならず、図９（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。
（Ｇ）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。
（Ｈ）したがって、プレス成形開始前にあらかじめ金属板材各部の温度を計測しておき、加熱手段と冷却手段のいずれか一方または両方によって、金属板材各部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、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。
【００１８】
（Ｉ）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、プレス成形開始前にあらかじめ金属板材各部の温度を計測しておき、加熱手段と冷却手段のいずれか一方または両方によって、金属板材各部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。
（Ｇ）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。
【００１９】
上記の知見に基づき、本発明者は、従来技術では実現不可能であったプレス成形品各部の強度を正確かつ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。
【００２０】
（１）加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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を特徴とする熱間プレス成形方法。
（２）加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部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、プレス成形を開始することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【００２１】
（３）加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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、成形開始後においては成形中と成形後のいずれか一方又は両方において、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って、金属板材各部の冷却速度を制御することを特徴とする熱間プレス成形方法。
（４）加熱した金属板材を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品の強度を調整する熱間プレス成形方法において、金属板材各部の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部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成形中と成形後のいずれか一方又は両方において、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って、金属板材各部の冷却速度を制御することを特徴とする熱間プレス成形方法。
【００２２】
（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（３）または（４）に記載の熱間プレス成形方法。
（６）前記金属板材が、鋼板であ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（６）に記載の熱間プレス成形方法。
【００２３】
（８）加熱した金属板材を金型を用いて成形する熱間プレス成形装置において、金属板材各部の温度を計測する手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで昇温する加熱手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで冷却する冷却手段と、金属板材を成形する金型とから構成されることを特徴とする熱間プレス成形装置。
（９）加熱した金属板材を金型を用いて成形する熱間プレス成形装置において、金属板材各部の温度を計測する手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで昇温する加熱手段と、金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度まで冷却する冷却手段と、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と、前記冷媒供給管に備えた開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁の少なくとも１つを制御することにより各冷媒吐出口からの冷媒吐出を制御する装置とから構成されることを特徴とする熱間プレス成形装置。
【００２４】
（１０）前記冷媒供給管の開閉弁、流量調整弁および圧力調整弁をダイセットに設置したことを特徴とする前記（９）に記載の熱間プレス成形装置。
（１１）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（９）または（１０）に記載の熱間プレス成形装置。
（１２）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（８）〜（１１）のいずれか１項に記載の熱間プレス成形装置。
【発明の効果】
【００２５】
（Ａ）本発明によれば、プレス開始前における金属板材の温度管理を正確に行うことができるので、プレス製品間の強度ばらつきを低減することができる。
（Ｂ）また、プレス開始前において被成形材たる金属板材の各部、具体的には、プレス成形品各部に対応する部位の温度を計測し、加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によって、金属板材各部の温度をプレス成形品各部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できる。
（Ｃ）さらには、上記方法によるプレス開始前における金属板材各部の温度設定のみならず、プレス成形開始後においては、金型表面に設けた複数の冷媒吐出口からの冷媒吐出により金属板材各部の冷却速度を自在に可変することができるので、プレス成形品各部の強度をより正確かつ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強度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、プレス成形品の強度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、冷却開始温度や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、すなわち強度が不要な部位に対しては、プレス開始前に冷却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、強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、成形品部位毎の強度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、成形品部位毎の強度が異なるプレス成形品を得ることもできる。
【００２６】
（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、プレス成形開始前にあらかじめ金属板材各部の温度を計測しておき、加熱手段と冷却手段のいずれか一方または両方によって、金属板材各部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、プレス成形開始前にあらかじめ金属板材各部の温度を計測しておき、加熱手段と冷却手段のいずれか一方または両方によって、金属板材各部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、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図２〜図７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３は本発明の原理を模式的に示す概略説明図である。図４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５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６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７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。
【００２８】
本発明の解決すべき課題の一つは、加熱した金属板材１を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品３０の強度を調整する熱間プレス成形方法において、従来技術では実現不可能であったプレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することである。すなわち、本発明は、Ａ１変態点以上に加熱した金属板材１を金型を用いて成形するものであり、その最大の特徴は、プレス開始前において金属板材各部の温度を計測し、金属板材各部の温度を加熱手段と冷却手段のいずれか一方又は両方によってプレス成形品各部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、成形開始後においては成形中と成形後のいずれか一方又は両方において冷媒吐出機能を有する金型を用いて金属板材各部の冷却速度を制御することにより、従来技術では実現不可能であったプレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することを可能とするものである。
なお、冷媒吐出機能を有する金型は、成形中と成形後のいずれか一方又は両方において金属板材各部の冷却速度を制御するのみならず、成形開始前においても図３に示すように金属板材各部の温度を制御することができることを付言しておく。なお、図３は本発明の原理を模式的に示す概略説明図であり、本図においては黒丸で示した位置にある冷媒吐出口１２から冷媒を吐出していることを模式的に示している。
以下、（１）本発明で用いる被成形材およびその加熱方法、（２）金属板材各部の温度をプレス成形品各部の強度または加工度に応じた温度に設定するための計測手段、冷却手段および加熱手段、（３）冷媒吐出機能を有する金型、（４）冷媒吐出のための制御方法・装置について順を追って説明する。
【００２９】
（１）まず、本発明で用いる被成形材および金型にセットする前の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。
【００３０】
（２）本発明においては、上記方法によりＡ１変態点以上に加熱した金属板材１を金型にセットし、加熱した金属板材１の各部の温度を温度計測手段２４によって計測する。なお、温度計測手段２４としては、被成形材たる金属板材１の各部温度を計測できるものであれば特に限定されるものではないが、放射温度計が望ましい。
そして、プレス成形品各部の強度に応じた温度に満たない場合は加熱手段２５によって当該温度まで昇温し、プレス成形品各部の強度に応じた温度を超える場合は冷却手段２６によって当該温度まで冷却し、金属板材各部の温度が前記温度に設定されたところで、押込みを開始する。すなわち、当該プレス成形品各部の強度に応じた温度が図１に示すところの冷却開始温度であり、例えば、金属板材各部の冷却開始温度を一定にし、プレス開始後の金属板材各部の冷却速度が一定になるように制御すると、強度が均一なプレス成形品３０を得ることができる。また、金属板材各部の冷却開始温度を一定にしても、プレス開始後の金属板材各部の冷却速度が異なるように制御すると、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３０を得ることができる。
加熱手段２５としては、通電加熱、赤外線ヒートビーム、レーザービーム、誘導加熱等があるが電熱ヒータが望ましい。また、冷却手段２６としては、前記したように本発明に係る冷媒吐出機能を有する金型を用いて冷却してもよいし、あらかじめ加熱炉等の中でマスキングを施して、所定の温度分布を形成しておいてもよい。あるいは、加熱炉等の加熱装置から金型に加熱した金属板材１を搬送する段階において、搬送装置との接触抜熱によって所定の温度分布を形成してもよい。
【００３１】
（３）次に、前記冷却手段を構成する金型、すなわち、プレス開始前における金属板材の冷却開始温度およびプレス開始後における冷却速度を制御する直接的な冷却手段である金型について、図４を用いて詳細に説明する。なお、直接的とは、冷媒吐出機能を有する当該金型が後述する制御装置２３によって制御されることによって冷媒吐出機能を実現するためである。
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２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２（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。
【００３２】
図４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、当該冷媒吐出機能はダイス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４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４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。
【００３３】
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３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。
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。
【００３４】
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）
【００３５】
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。
【００３６】
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、被成形材各部の強度を任意に制御することができるので、金属板材１の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、これによって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。
【００３７】
また、図５および６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。
【００３８】
さらに、図５および６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５および６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。
【００３９】
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７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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、半球状突起部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。
【００４２】
（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、具体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。
【００４３】
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。
【００４４】
本発明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。
【００４５】
上記説明のように、本発明によれば、プレス開始前において金属板材各部の温度を温度計測手段２４により計測し、金属板材各部の温度を加熱手段２５と冷却手段２６のいずれか一方又は両方によって、プレス成形品各部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ので、従来技術では実現不可能であったプレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することができる。
また、さらには、成形開始後において成形中と成形後のいずれか一方又は両方において、冷媒吐出機能を有する金型を用いて金属板材各部の冷却速度を制御するので、より正確にプレス成形品各部の強度を正確かつ任意に設定することができる。
【００４６】
また、本発明の解決すべき課題の別の一つは、加熱した金属板材１を金型を用いて熱間成形及び冷却プロセスによりプレス成形品３０の強度を調整する熱間プレス成形方法において、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にすることであるが、本発明に係る熱間プレス成形方法においては、プレス成形開始前にあらかじめ金属板材各部の温度を温度計測手段２４により計測しておき、加熱手段２５と冷却手段２６のいずれか一方または両方によって、金属板材各部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でき、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。
【００４７】
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９（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９（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９（ｄ）および図９（ｅ）に示す温度調整領域３４は、温度計測手段２４による金属板材各部の温度計測後、加熱手段２５と冷却手段２６のいずれか一方または両方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３４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３４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９（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。
【００４８】
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９（ｄ）に示す形態に限定されるものではなく、プレス成形品３０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９（ｂ）に示すプレス成形品３０においては、縦壁部３２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９（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。
【００４９】
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、プレス成形開始前にあらかじめ金属板材各部の温度を温度計測手段２４により計測しておき、加熱手段２５と冷却手段２６のいずれか一方または両方によって、金属板材各部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、例えば、冷媒吐出機能を有する金型からの冷媒吐出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。
【実施例】
【００５０】
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。
実施例の条件を表１に、結果を表２に示す。本実施例は、図２に記載した熱間プレス成形装置２を用いて、図８（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８（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３０は頂部３１、縦壁部３２およびフランジ部３３とから構成され、縦壁部３２の高さは２０ｍｍである。
【００５１】
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２〜５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。
【００５２】
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８（ａ）の各部（Ａ〜Ｃ）の代表点（ａ〜ｃ）を測定し、各点の温度が指定温度の±１０℃になった時点で押込みを開始した。
【００５３】
【表１】
2006198666.tif 000003
【００５４】
【表２】
2006198666.tif 000004
【００５５】
まず、比較例については、金型成形面に突起部を形成せず、プレス開始温度の制御および冷媒吐出を行わない比較例１については、５００個製作時の合格率が８０％に留まり、成形性を満足することができなかった。また、プレス開始温度の制御をした比較例２については、成形性を満足することはできたが、下死点保持時間が長く、生産性を満足することができなった。
一方、発明例１は、プレス開始温度およびプレス開始後の冷却速度を成形品各部で一定に制御したものであるが、成形性、生産性および強度ともに満足することのできる強度が均一な成形品を得ることができた。
また、発明例２と３は、鋼板各部のプレス開始温度を異ならせて、冷却速度を同じように制御したものであるが、これにより成形品各部で強度の異なるプレス成形品３０を得ることを確認することができた。また、発明例４は、発明例２と３とは反対に、鋼板各部のプレス開始温度を一定にして、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３０を得ることを確認することができた。
以上から、金属板材１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、成形品部位毎の強度が異なるプレス成形品３０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１の冷却速度を成形品部位毎に異ならせれば、成形品部位毎の強度が異なるプレス成形品３０を得ることもできることを確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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３】本発明の原理を模式的に示す概略説明図である。
【図４】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５】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６】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７】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８】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９】本発明に係る１実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
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              ２４  温度計測手段
２５  加熱手段              ２６  冷却手段
３０  プレス成形品          ３１  頂部
３２  縦壁部                ３３  フランジ部
３４  温度調整領域
【図１】
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【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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