熱間プレス成形方法及び装置
【課題】多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる熱間プレス成形方法及び装置を提供すること。
【解決手段】成形品各部の要求強度に応じてワークＷを加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形装置１０において、ワークＷを焼き入れ可能温度以上に加熱する電極３１と、電極３１により加熱中のワークＷの任意の箇所にエアを噴射するエアブローノズル３２と、エアブローノズル３２からワークＷに対して噴射されるエアの噴射領域を制限する仕切り板３３とを設ける。
【解決手段】成形品各部の要求強度に応じてワークＷを加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形装置１０において、ワークＷを焼き入れ可能温度以上に加熱する電極３１と、電極３１により加熱中のワークＷの任意の箇所にエアを噴射するエアブローノズル３２と、エアブローノズル３２からワークＷに対して噴射されるエアの噴射領域を制限する仕切り板３３とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形素材を加熱した後にプレス成形しつつ焼き入れを行う熱間プレス成形方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野では、燃費の向上を通じて二酸化炭素の排出量を削減するため、及び安全性能の向上を図るためなどの理由から、自動車構造部材の高強度化（ハイテン化）が進められており、その代表的な素材である鋼板も高強度鋼板の使用比率が高まってきている。ところが、部材（素材）の高強度化を図るにつれて、素材の伸びなどの成形性が劣化してしまうため、成形時に割れやシワが発生したり、寸法精度不良が発生したり、あるいは後抜き加工が困難になってしまう等の問題があった。また、高強度化に伴い部材接合時の溶接品質（例えば、板合わせ精度の低下、電極のあたり不良、電極の寿命低下など）や生産性も悪化してしまう。さらに、高強度な材料ほど材料特性のバラツキが大きくなるため、プレス性や溶接性の安定化を図ることが困難となるという問題もあった。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、ダイクエンチ法と呼ばれるプロセスを挙げることができる。このダイクエンチ法は、素材を所定の温度（例えば、オーステナイト相となる温度）に加熱して強度を下げた（すなわち、成形を容易にした）後、素材に比べて低温（例えば室温）の金型で成形することによって、形状の付与と同時に両者の温度差を利用した急冷熱処理（焼き入れ）を行って成形後の強度を確保するというものである。この方法により、成形時の割れやシワの問題及び寸法精度不良の問題は解消される。しかしながら、この方法では素材全体の強度が上がってしまうため、後抜き加工性及び溶接性の問題を解消することができない。
【０００４】
このため、プレス成形時に素材に対して部分的に焼き入れを行う技術が種々提案されている。これらの技術では、熱間プレスを行う際に成形品各部の強度を任意に設定できるように、加熱手段及び冷却手段によって、素材に所定の温度分布を形成しておき、プレス成形しつつ焼き入れを行うようにしている。例えば、特許文献１に記載の技術では、素材へのマスキングや搬送装置との接触抜熱によって素材に所定の温度分布を形成している。また、特許文献２に記載の技術では、焼き入れ必要部位に加熱電極を配置することによって素材に所定の温度分布を形成している。このようにして、素材に所定の温度分布を形成した後にプレス成形することにより、部分的に焼き入れが行えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１２６９０号公報
【特許文献２】特開２００８−８７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術のようにマスキングや搬送装置との接触抜熱では、成形品ごとあるいは冷却部位ごとに専用品を作成する必要があり、多様な形状の成形品に対応することが困難であるという問題があった。また、段差を有する等複雑な形状では、マスキングや搬送装置を接触させることできず、素材に所定の温度分布を成形することができないという問題もあった。
【０００７】
また、上記した特許文献２に記載された技術では、電極間で挟まれた領域外へ加熱領域が拡がってしまうため、素材に所定の温度分布を成形することが困難であり、高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことが実際上、非常に困難である。そして、複雑な形状では、この問題が顕著になる。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる熱間プレス成形方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形方法において、成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱中の成形素材の任意箇所に冷媒を噴射して局部的に加熱温度を焼き入れ可能温度よりも低くするように成形素材の加熱制御を行う加熱制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この熱間プレス成形方法では、加熱工程にて、成形素材が焼き入れ可能温度以上に加熱される。そして、加熱制御工程にて、加熱工程により加熱中の成形素材の任意箇所に冷媒が噴射される。これにより、冷媒が噴射された部分の温度は、焼き入れ可能温度よりも低い状態が維持される。その結果、成形素材のうち強度が要求される部分のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。つまり、成形素材に所定の温度分布を適切に形成することができる。このようにして加熱制御された成形素材が、低温（室温）の金型でプレス成形される。このとき、成形素材のうち焼き入れ可能温度以上に加熱された部分が急冷され、この部分にのみ焼き入れがなされた成形品が完成する。
【００１１】
そして、この熱間プレス成形方法では、冷媒の噴射位置を調整するだけで非焼き入れ領域を簡単かつ正確に形成することができる。また、この方法ではマスキングや搬送装置を接触させて抜熱するのではなく非接触方式であるため、段差を有する等複雑な形状であっても、成形素材に所定の温度分布を成形することができる。これらのことにより、この熱間プレス成形方法によれば、多様な形状の成形品にも対応することができる。
【００１２】
このように、この熱間プレス成形方法によれば、成形品の形状に応じてフレキシブルに成形素材において所望の温度分布を形成することができるため、多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる。
【００１３】
本発明に係る熱間プレス成形方法において、前記加熱制御工程では、冷媒の噴射領域を制限することにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くすればよい。
あるいは、前記加熱制御工程では、冷媒の噴射角度を成形素材に対して焼き入れ部分の外側方向に傾斜させることにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くしてもよい。
【００１４】
このように、冷媒の噴射領域を制限したり、冷媒の噴射角度を傾斜させることにより、冷媒噴射によって冷却領域（非焼き入れ領域）を精度良く形成することができる。つまり、成形品の要求強度に応じて、成形素材に所望の温度分布を精度良く形成することができる。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた発明は、成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形装置において、成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱中の成形素材の任意の箇所に冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、前記冷媒噴射手段から成形素材に対して噴射される冷媒の噴射領域を制限する制限手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
この熱間プレス成形装置では、加熱手段により、成形素材が焼き入れ可能温度以上に加熱される。この成形素材加熱中に、冷媒噴射手段により、成形素材に冷媒が噴射される。このとき、制限手段により、冷媒噴射手段から噴射される冷媒の噴射領域が制限される。これにより、成形素材の任意箇所に対して精度良く冷媒を噴射することができる。そして、冷媒が噴射された部分の温度は、焼き入れ可能温度よりも低い状態が維持される。その結果、成形素材のうち強度が要求される部分のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。つまり、成形素材に所定の温度分布を適切に形成することができる。その後、このようにして加熱された成形素材が、素材に比べて低温の金型でプレス成形されて成形品が完成する。
【００１７】
また、この熱間プレス成形装置では、マスキングや搬送装置を接触させて抜熱するのではなく、冷媒を噴射して成形素材の温度を制御する非接触方式であるため、段差を有する等複雑な形状であっても、成形素材に所定の温度分布を成形することができる。従って、この熱間プレス成形装置によれば、多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行いつつプレス成形することができる。
【００１８】
本発明に係る熱間プレス成形装置において、前記制限手段としては、成形素材における冷媒噴射領域と冷媒非噴射領域とを仕切る仕切り板、あるいは成形素材における冷媒非噴射領域に流れる冷媒を吸引する冷媒吸引手段を用いればよい。
【００１９】
このような構成にすることにより、冷媒噴射手段から噴射される冷媒の噴射領域を制限する制限手段を、簡単な構成で実現することができる。つまり、非常に簡単な構成によって、冷媒の噴射領域を正確に設定することができるため、成形素材のうち強度が要求される部分のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。
【００２０】
そして、本発明に係る熱間プレス成形装置において、前記制限手段は、前記冷媒噴射手段に一体的に設けられていることが望ましい。
【００２１】
このように、制限手段が冷媒噴射手段に一体化されていることにより、冷媒噴射手段と制限手段とを別々に配置する必要がなくなるため、成形素材に所定の温度分布を形成するための時間を短縮することができる。その結果、生産性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る熱間プレス成形装置において、前記制限手段は、成形素材に対する冷媒の噴射角度を成形素材の焼き入れ部分の外側方向に傾斜させるように、前記冷媒噴射手段の噴射方向を制御する制御手段であってもよい。
【００２３】
このように、冷媒噴射手段の噴射方向を、成形素材に対する冷媒の噴射角度が成形素材の焼き入れ部分の外側方向に傾斜するように制御手段によって制御することによっても、成形素材の任意箇所（非焼き入れ領域）に対してのみ冷媒を噴射することができる。従って、成形素材のうち強度が要求される部分（焼き入れ領域）のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る熱間プレス成形方法及び成形装置によれば、上記した通り、複雑な形状を含む多様な形状の成形品に対してプレス成形時に高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態に係る成形装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】ワーク加熱機構部付近の拡大図である。
【図３】ワーク加熱部の概略構成を示す平面図である。
【図４】ワーク加熱部に備わるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【図５】吸引ノズルを備えるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【図６】ノズル噴射角可変ユニットを備えるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【図７】ワークに所定の温度分布を形成（加熱制御）している様子を示す図である。
【図８】プレス成形した成形品を示す斜視図である。
【図９】プレス成形した成形品を示す断面図である。
【図１０】プレス成形した成形品の各部における硬度を示す図である。
【図１１】長手方向に湾曲した断面ハット状の成形品を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す成形品を成形する際における各エアブローノズルの配置位置を示す図である。
【図１３】長手方向に湾曲した断面ハット状の成形品を示す斜視図である。
【図１４】図１２に示す成形品を成形する際における各エアブローノズルの配置位置を示す図である。
【図１５】成形装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図１６】後抜き加工を行う場合におけるエアブローノズルの配置位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。そこで、本実施の形態に係る成形装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る成形装置の概略構成を示す正面図である。図２は、ワーク加熱機構部付近の拡大図である。図３は、ワーク加熱部の概略構成を示す平面図である。図４は、ワーク加熱部に備わるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態に係る成形装置１０には、ワークＷをプレス成形するプレス加工部１１と、プレス加工部１１によるプレス成形前にワークＷに所望の温度分布を形成するためのワーク加熱部３０とが備わっている。なお、ワークＷは、平板状の鋼板である。
【００２８】
プレス加工部１１には、上下動可能に設けられた上型１２と、この上型１２に対向するように固定配置された下型１３とが備わっている。上型１２には、下方側に突出する突出部１２ａが設けられ、下型１３には、突出部１２ａに対応して凹状に形成された凹部１３ａが形成されている。そして、上型１２の突出部１２ａと下型１３の凹部１３ａとを組み合わせることで、ワークＷを断面ハット状（コ字形断面の両端に外側へ張り出すフランジが一体成形された形状）に成形するように構成されている。
【００２９】
このプレス加工部１１では、上型１２がスプリング１４及びスプリングガイド１５を介して上型プレート１６に取り付けられ、この上型プレート１６が上型ホルダ１７に取り付けられている。一方、下型１３が、下型ホルダ１８に取り付けられている。そして、下型ホルダ１８に固定されたアウタガイド１９が、上型ホルダ１７に備わるアウタガイド用ブッシュ２０に組み込まれている。また、上型プレート１６に固定されたインナガイド２１が、上型１２に設けられたインナガイド用ブッシュ２２と、下型１３に設けられたインナガイド用ブッシュ２３とに組み込まれている。これらにより、プレス加工部１１において、上型１２と下型１３との位置決め精度が確保されている。
【００３０】
そして、不図示の駆動機構が上型ホルダ１７に連結されており、上型ホルダ１７を上下方向に移動させるようになっている。これにより、上型１２がスプリングガイド１５及び上型プレート１６を介して上型ホルダ１７に取り付けられているため、上型１２は、駆動機構によって上型ホルダ１７が上下方向に移動されることにより上下方向に移動されるようになっている。この上型１２の上下移動により、上型１２と下型１３とが当接・離間してワークＷがプレス加工される。
【００３１】
ワーク加熱部３０には、ワークＷの長手方向両端に配置されワークＷを電気的に加熱する電極３１と、ワークＷを局部的に冷却するエアブローノズル３２とが備わっている。
電極３１は、図２、図３に示すように、互いに離間するようにワークＷの両端に配置され、不図示の電源に接続されている。そして、この電極３１をそれぞれワーク１に接触させて通電することにより、電極３１間に発生するジュール熱でワークＷを焼き入れ可能温度以上に加熱することができるようになっている。また、電極３１にはそれぞれ、電極３１を移動させる電極移動機構（不図示）が連結されており、この電極移動機構により、ワークＷを加熱する際には電極３１を所定の位置に配置することができるとともに、ワークＷをプレス加工する際には上型１２と下型１３との間から退避させることができるようになっている。
【００３２】
また、エアブローノズル３２は、図３に示すように、ワークＷの短手方向両側（プレス成形後にフランジ部となる部分に相当）にそれぞれ、ほぼ等間隔（２０〜４０ｍｍ間隔程度）に複数配置されている。本実施の形態では、エアブローノズル３２は、直線状に配置されている。なお、エアブローノズル３２の数や配置形状は、プレス成形品の形状及び焼き入れを行う箇所などによって決まる。このエアブローノズル３２には、図４に示すように、冷媒であるエアの噴射領域を制限する仕切り板３３が一体的に設けられている。これにより、非常に簡単な構成によって、冷媒の噴射領域を正確に設定することができるとともに、ノズル３２と仕切り板３３とを別々に配置する必要がなくなるため、ワークＷに所定の温度分布を形成するために必要な時間を短縮することができる。
【００３３】
ここで、エアブローノズル３２のエア噴射領域を制限するために、仕切り板３３の代わりに図５に示すように、吸引ノズル３４を設けてもよい。このような吸引ノズル３４を設けることにより、吸引ノズル３４外に流れ出ようとする気流を吸引ノズル３４で吸引することで、エアの噴射領域を一定範囲に制限することができ、ワークＷに精度良く焼き入れ領域Ｒ１と非焼き入れ領域Ｒ２とを形成することができる。
【００３４】
あるいは、図６に示すように、エアブローノズル３２のエア噴射角を可変させるノズル噴射角可変ユニット３５を設けることもできる。このようなノズル噴射角可変ユニット３５を設け、エアブローノズル３２から噴射されるエアの噴射角度をワークＷの焼き入れ領域Ｒ１の外側方向に傾斜させることにより、エアの噴射領域を一定範囲に制限することができ、ワークＷに精度良く焼き入れ領域Ｒ１と非焼き入れ領域Ｒ２とを形成することができる。なお、エアの噴射角度は、ワークＷに対して直交する方向でなく、ワークＷに対して傾斜する方向に傾斜している。
【００３５】
そして、エアブローノズル３２にはそれぞれ、エアブローノズル３２を移動させるノズル移動機構（不図示）が連結されており、このノズル移動機構により、ワークＷを冷却（加熱制御）する際にはエアブローノズル３２を任意の位置に配置することができるとともに、ワークＷをプレス加工する際には上型１２と下型１３との間から退避させることができるようになっている。これにより、エアブローノズル３２からの噴射エアによって冷却領域（非焼き入れ領域）を任意に設定することができる。
【００３６】
なお、上記した各種機構の作動は、成形装置１０を統括的に制御する制御ユニット（不図示）によって制御されるようになっている。また、この制御ユニットは、電極３１への通電時間やエアブローノズル３２の噴射時間なども制御するようになっている。
【００３７】
続いて、上記した成形装置１０による熱間プレス成形方法について、図１及び図７〜図９を参照しながら説明する。図７は、ワークに所定の温度分布を形成（加熱制御）している様子を示す図である。図８は、プレス成形した成形品を示す斜視図である。図９は、プレス成形した成形品を示す断面図である。
【００３８】
まず、略平板状のワークＷが成形装置１０の所定位置にセットされ、ワークＷの長手方向両側に電極３１が配置される。この電極３１の配置とともに、各エアブローノズル３２も所定位置に配置される。これら電極３１及びエアブローノズル３２の配置は、成形装置１０の制御ユニットによる各機構の動作制御により行われる。なお、電極３１及びエアブローノズル３２の配置位置に関するデータは、ワークＷの大きさや形状、及び成形品の形状などに基づき、予め成形装置１０の制御ユニットに記憶されており、成形するワークに応じて自動的に電極３１及びエアブローノズル３２が所定の位置に配置される。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、略平板状のワークＷを図８に示す断面ハット状（コ字形断面の両端に外側へ張り出すフランジが一体成形された形状）にするとともに、両側のフランジが焼き入れされないように熱間プレス成形を行う。このため、プレス成形後にフランジとなる部分（ワークＷの短手方向両端部）を冷却する（加熱されないようにする）必要があるので、図７に示すように、ワークＷの短手方向両端部に沿ってエアブローノズル３２が直線状にほぼ等間隔で配置される。
【００４０】
そして、成形装置１０の制御ユニットの制御により、電極３１に通電されて、電極３１間に発生するジュール熱によりワークＷが焼き入れ可能温度以上に加熱される。このとき、各エアブローノズル３２からエアが噴射されてワークＷの短手方向両端部が冷却される。ここで、各エアブローノズル３２には、エアの噴射領域を制限する仕切り板３３が一体的に設けられているので、ワークＷにおいて、エア噴射領域とエア非噴射領域とを正確に区画することができる。なお、隣接するエアブローノズル３２の間には、２０〜４０ｍｍ程度の隙間があるが、この部分は除変エリアとなるため焼き入れ可能温度以上になることはない。その結果、ワークＷに所望の温度分布を形成することできるので、ワークＷには、図７に示すように電極３１間において、焼き入れ可能温度（ＡＣ１点）以上に加熱される焼き入れ領域Ｒ１（ハッチング部分）と、ＡＣ１点未満の温度に維持（冷却）される非焼き入れ領域Ｒ２（非ハッチング部分）とが精度良く形成される。
【００４１】
このようにして、ワークＷに焼き入れ領域Ｒ１と非焼き入れ領域Ｒ２とが形成されると、成形装置１０の制御ユニットの制御により、電極３１及び各エアブローノズル３２が上型１２と下型１３との間から退避させられる。そして、上型１２が下降してきて、上型１２の突出部１２ａと下型１３の凹部１３ａとが組み合わされる。これにより、ワークＷが断面ハット状にプレス成形される。このとき、ワークＷのうち焼き入れ領域Ｒ１では、上型１２及び下型１３によって急激に熱が奪われて急冷される。これにより、ワークＷの焼き入れ領域Ｒ１に対して焼き入れがなされる。その後、成形されたワークＷが成形装置１０から取り出される。かくして製作された成形品４０は、図８、図９に示すように、フランジ部４１を備え、断面ハット状に形成されている。そして、成形品４０において、図８に示すように、頭部４２と側部４３とに焼き入れがなされ（ハッチング部分）、フランジ部４１には焼き入れがなされていない。
【００４２】
ここで、上記のようにして作成された断面ハット状の成形品４０の各部における硬度を計測したので、その計測結果を図１０に示す。図１０は、プレス成形した成形品の各部における硬度を示す図である。なお、図１０に示す測定位置（１）〜（１９）は、図９に示す番号（１）〜（１９）に対応している。
【００４３】
図１０から明らかなように、成形品４０の頭部４２に該当する測定位置（８）〜（１２）、及び側部４３に該当する測定位置（４）〜（７）と（１３）〜（１６）においては、焼き入れが行われた結果として硬度が高くなっておりハイテン化されている。一方、成形品４０のフランジ部４１に該当する測定位置（１）〜（３）と（１７）〜（１９）においては、焼き入れが行われていない結果として硬度が低くハイテン化されていない。このように、成形装置１０によれば、成形品４０の必要な部位（頭部４２と側部４３）だけに焼き入れを行ってハイテン化することができる。
【００４４】
その後、２つの成形品４０が、フランジ部４１同士が重ね合わせられてフランジ部４１にて、例えばスポット溶接等によって溶接される。また、必要に応じて接合されたフランジ部４１に対して後抜き加工が施される。これにより、中空状の閉断面と、その閉断面から外方へ延びるフランジ部を備えた自動車構造部品が完成する。そして、フランジ部４１は焼き入れがなされていないので、良好な溶接品質が確保されており、また、後抜き加工性にも優れている。
【００４５】
そして、本実施の形態に係る成形装置１０では、各エアブローノズル３２を任意の位置に配置することができるため、ワークにおいて焼き入れ可能温度まで加熱されない非焼き入れ領域を精度良く任意に形成することができる。これにより、例えば、図１１や図１３に示すような長手方向に湾曲した断面ハット状の成形品４５，４６であっても、ハイテン化が必要な部分（ハッチング部分：焼き入れ領域Ｒ１）にのみ焼き入れを行うことができる。この場合には、図１２や図１４に示すように、各エアブローノズル３２が所定の曲率を描くように配置すればよい。なお、成形品４５は、図１２に示すように略長方形状のワークＷから成形され、成形品４６は、図１３に示すように略弓状のワークＷａから成形されたものである。
【００４６】
また、成形装置１０では、マスキングや搬送装置などを接触させて抜熱するのではなく、エアを噴射してワークの温度を制御（冷却）する非接触方式であるため、ワークが段差を有するような形状であっても、エアブローノズル３２の配置高さを調節することにより、ワークに所望の温度分布を簡単かつ精度良く成形することができる。従って、このような場合でも、ハイテン化が必要な部分のみに正確に焼き入れを行うことができる。
【００４７】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る成形装置１０によれば、プレス成形前に、電極３１によりワークＷが焼き入れ可能温度以上に加熱されるとともに、エアブローノズル３２から噴射されるエアによってワークＷの短手方向両端部（フランジ部４１に相当する部分）の温度が焼き入れ可能温度よりも低い状態に維持される。これにより、ワークＷのうち強度が要求される部分（頭部４２及び側部４３に相当する部分）のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。つまり、ワークＷに所定の温度分布を適切に形成することができる。そして、このようにして加熱制御されたワークＷが、室温の上型１２及び下型１３によってプレス成形されるとともに、ワークＷのうち焼き入れ可能温度以上に加熱された部分（頭部４２及び側部４３）に焼き入れがなされる。これにより、強度が要求される頭部４２及び側部４３のみに焼き入れをなした断面ハット状の成形品４０を形成することができる。
【００４８】
そして、本実施の形態に係る成形装置１０では、マスキングや搬送装置を接触させて抜熱するのではなく、エアを噴射してワークの温度を制御（冷却）する非接触方式であるため、段差を有する等複雑な形状のワークであっても、ワークに所定の温度分布を精度良く成形することができる。また、エアブローノズル３２の配置位置を変更するだけで、エア噴射領域（非焼き入れ領域Ｒ２）を任意に設定することができる。従って、多様な形状の成形品を高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行いつつ成形することができる。
【００４９】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、断面ハット状にプレス加工する場合を例示したが、これ以外の形状のプレス加工や絞り加工などに対しても本発明を適用することができる。また、上記した実施の形態では、自動車構造部品の成形に本発明を適用した場合を例示したが、本発明は、自動車構造部品に限られず強度の造り分けを必要とする鋼板製品などに幅広く適用することができる。
【００５０】
さらに、上記した実施の形態では、エア噴射のみによってワークの加熱制御を行っているが、これに冷却パッドなどによる抜熱などを併用してワークの加熱制御を行うこともできる。
【００５１】
また、上記した実施の形態では、ワークＷを上型１２と下型１３との間で加熱しているが、これに限らず、図１５に示すように、上型１２及び下型１３から離間した位置でワークＷを加熱し、加熱したワークＷを上型１２と下型１３との間に搬送してプレス成形することもできる。
さらに、上記した実施の形態では、ワークＷの加熱制御としてワークＷの長手方向両端を冷却する場合を例示したが、これに限らず、例えば図１６に示すように、ワークＷに後抜き加工を行う箇所にエアブローノズル３２を配置し、この部分を冷却することもできる。これにより、後抜き加工を精度よく行うことができる。なお、図１６に示すようなエアブローノズル３２の配置と上記した実施の形態におけるエアブローノズル３２の配置とを任意に組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 成形装置
１１ プレス加工部
１２ 上型
１２ａ 突出部
１３ 下型
１３ａ 凹部
３０ ワーク加熱部
３１ 電極
３２ エアブローノズル
３３ 仕切り板
３４ 吸引ノズル
３５ ノズル噴射角可変ユニット
４０ 成形品
４１ フランジ部
４２ 頭部
４３ 側部
Ｒ１ 焼き入れ領域
Ｒ２ 非焼き入れ領域
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形素材を加熱した後にプレス成形しつつ焼き入れを行う熱間プレス成形方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野では、燃費の向上を通じて二酸化炭素の排出量を削減するため、及び安全性能の向上を図るためなどの理由から、自動車構造部材の高強度化（ハイテン化）が進められており、その代表的な素材である鋼板も高強度鋼板の使用比率が高まってきている。ところが、部材（素材）の高強度化を図るにつれて、素材の伸びなどの成形性が劣化してしまうため、成形時に割れやシワが発生したり、寸法精度不良が発生したり、あるいは後抜き加工が困難になってしまう等の問題があった。また、高強度化に伴い部材接合時の溶接品質（例えば、板合わせ精度の低下、電極のあたり不良、電極の寿命低下など）や生産性も悪化してしまう。さらに、高強度な材料ほど材料特性のバラツキが大きくなるため、プレス性や溶接性の安定化を図ることが困難となるという問題もあった。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、ダイクエンチ法と呼ばれるプロセスを挙げることができる。このダイクエンチ法は、素材を所定の温度（例えば、オーステナイト相となる温度）に加熱して強度を下げた（すなわち、成形を容易にした）後、素材に比べて低温（例えば室温）の金型で成形することによって、形状の付与と同時に両者の温度差を利用した急冷熱処理（焼き入れ）を行って成形後の強度を確保するというものである。この方法により、成形時の割れやシワの問題及び寸法精度不良の問題は解消される。しかしながら、この方法では素材全体の強度が上がってしまうため、後抜き加工性及び溶接性の問題を解消することができない。
【０００４】
このため、プレス成形時に素材に対して部分的に焼き入れを行う技術が種々提案されている。これらの技術では、熱間プレスを行う際に成形品各部の強度を任意に設定できるように、加熱手段及び冷却手段によって、素材に所定の温度分布を形成しておき、プレス成形しつつ焼き入れを行うようにしている。例えば、特許文献１に記載の技術では、素材へのマスキングや搬送装置との接触抜熱によって素材に所定の温度分布を形成している。また、特許文献２に記載の技術では、焼き入れ必要部位に加熱電極を配置することによって素材に所定の温度分布を形成している。このようにして、素材に所定の温度分布を形成した後にプレス成形することにより、部分的に焼き入れが行えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１２６９０号公報
【特許文献２】特開２００８−８７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術のようにマスキングや搬送装置との接触抜熱では、成形品ごとあるいは冷却部位ごとに専用品を作成する必要があり、多様な形状の成形品に対応することが困難であるという問題があった。また、段差を有する等複雑な形状では、マスキングや搬送装置を接触させることできず、素材に所定の温度分布を成形することができないという問題もあった。
【０００７】
また、上記した特許文献２に記載された技術では、電極間で挟まれた領域外へ加熱領域が拡がってしまうため、素材に所定の温度分布を成形することが困難であり、高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことが実際上、非常に困難である。そして、複雑な形状では、この問題が顕著になる。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる熱間プレス成形方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形方法において、成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱中の成形素材の任意箇所に冷媒を噴射して局部的に加熱温度を焼き入れ可能温度よりも低くするように成形素材の加熱制御を行う加熱制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この熱間プレス成形方法では、加熱工程にて、成形素材が焼き入れ可能温度以上に加熱される。そして、加熱制御工程にて、加熱工程により加熱中の成形素材の任意箇所に冷媒が噴射される。これにより、冷媒が噴射された部分の温度は、焼き入れ可能温度よりも低い状態が維持される。その結果、成形素材のうち強度が要求される部分のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。つまり、成形素材に所定の温度分布を適切に形成することができる。このようにして加熱制御された成形素材が、低温（室温）の金型でプレス成形される。このとき、成形素材のうち焼き入れ可能温度以上に加熱された部分が急冷され、この部分にのみ焼き入れがなされた成形品が完成する。
【００１１】
そして、この熱間プレス成形方法では、冷媒の噴射位置を調整するだけで非焼き入れ領域を簡単かつ正確に形成することができる。また、この方法ではマスキングや搬送装置を接触させて抜熱するのではなく非接触方式であるため、段差を有する等複雑な形状であっても、成形素材に所定の温度分布を成形することができる。これらのことにより、この熱間プレス成形方法によれば、多様な形状の成形品にも対応することができる。
【００１２】
このように、この熱間プレス成形方法によれば、成形品の形状に応じてフレキシブルに成形素材において所望の温度分布を形成することができるため、多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる。
【００１３】
本発明に係る熱間プレス成形方法において、前記加熱制御工程では、冷媒の噴射領域を制限することにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くすればよい。
あるいは、前記加熱制御工程では、冷媒の噴射角度を成形素材に対して焼き入れ部分の外側方向に傾斜させることにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くしてもよい。
【００１４】
このように、冷媒の噴射領域を制限したり、冷媒の噴射角度を傾斜させることにより、冷媒噴射によって冷却領域（非焼き入れ領域）を精度良く形成することができる。つまり、成形品の要求強度に応じて、成形素材に所望の温度分布を精度良く形成することができる。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた発明は、成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形装置において、成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱中の成形素材の任意の箇所に冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、前記冷媒噴射手段から成形素材に対して噴射される冷媒の噴射領域を制限する制限手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
この熱間プレス成形装置では、加熱手段により、成形素材が焼き入れ可能温度以上に加熱される。この成形素材加熱中に、冷媒噴射手段により、成形素材に冷媒が噴射される。このとき、制限手段により、冷媒噴射手段から噴射される冷媒の噴射領域が制限される。これにより、成形素材の任意箇所に対して精度良く冷媒を噴射することができる。そして、冷媒が噴射された部分の温度は、焼き入れ可能温度よりも低い状態が維持される。その結果、成形素材のうち強度が要求される部分のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。つまり、成形素材に所定の温度分布を適切に形成することができる。その後、このようにして加熱された成形素材が、素材に比べて低温の金型でプレス成形されて成形品が完成する。
【００１７】
また、この熱間プレス成形装置では、マスキングや搬送装置を接触させて抜熱するのではなく、冷媒を噴射して成形素材の温度を制御する非接触方式であるため、段差を有する等複雑な形状であっても、成形素材に所定の温度分布を成形することができる。従って、この熱間プレス成形装置によれば、多様な形状の成形品に対して高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行いつつプレス成形することができる。
【００１８】
本発明に係る熱間プレス成形装置において、前記制限手段としては、成形素材における冷媒噴射領域と冷媒非噴射領域とを仕切る仕切り板、あるいは成形素材における冷媒非噴射領域に流れる冷媒を吸引する冷媒吸引手段を用いればよい。
【００１９】
このような構成にすることにより、冷媒噴射手段から噴射される冷媒の噴射領域を制限する制限手段を、簡単な構成で実現することができる。つまり、非常に簡単な構成によって、冷媒の噴射領域を正確に設定することができるため、成形素材のうち強度が要求される部分のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。
【００２０】
そして、本発明に係る熱間プレス成形装置において、前記制限手段は、前記冷媒噴射手段に一体的に設けられていることが望ましい。
【００２１】
このように、制限手段が冷媒噴射手段に一体化されていることにより、冷媒噴射手段と制限手段とを別々に配置する必要がなくなるため、成形素材に所定の温度分布を形成するための時間を短縮することができる。その結果、生産性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る熱間プレス成形装置において、前記制限手段は、成形素材に対する冷媒の噴射角度を成形素材の焼き入れ部分の外側方向に傾斜させるように、前記冷媒噴射手段の噴射方向を制御する制御手段であってもよい。
【００２３】
このように、冷媒噴射手段の噴射方向を、成形素材に対する冷媒の噴射角度が成形素材の焼き入れ部分の外側方向に傾斜するように制御手段によって制御することによっても、成形素材の任意箇所（非焼き入れ領域）に対してのみ冷媒を噴射することができる。従って、成形素材のうち強度が要求される部分（焼き入れ領域）のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る熱間プレス成形方法及び成形装置によれば、上記した通り、複雑な形状を含む多様な形状の成形品に対してプレス成形時に高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態に係る成形装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】ワーク加熱機構部付近の拡大図である。
【図３】ワーク加熱部の概略構成を示す平面図である。
【図４】ワーク加熱部に備わるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【図５】吸引ノズルを備えるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【図６】ノズル噴射角可変ユニットを備えるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【図７】ワークに所定の温度分布を形成（加熱制御）している様子を示す図である。
【図８】プレス成形した成形品を示す斜視図である。
【図９】プレス成形した成形品を示す断面図である。
【図１０】プレス成形した成形品の各部における硬度を示す図である。
【図１１】長手方向に湾曲した断面ハット状の成形品を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す成形品を成形する際における各エアブローノズルの配置位置を示す図である。
【図１３】長手方向に湾曲した断面ハット状の成形品を示す斜視図である。
【図１４】図１２に示す成形品を成形する際における各エアブローノズルの配置位置を示す図である。
【図１５】成形装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図１６】後抜き加工を行う場合におけるエアブローノズルの配置位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。そこで、本実施の形態に係る成形装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る成形装置の概略構成を示す正面図である。図２は、ワーク加熱機構部付近の拡大図である。図３は、ワーク加熱部の概略構成を示す平面図である。図４は、ワーク加熱部に備わるエアブローノズルの概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態に係る成形装置１０には、ワークＷをプレス成形するプレス加工部１１と、プレス加工部１１によるプレス成形前にワークＷに所望の温度分布を形成するためのワーク加熱部３０とが備わっている。なお、ワークＷは、平板状の鋼板である。
【００２８】
プレス加工部１１には、上下動可能に設けられた上型１２と、この上型１２に対向するように固定配置された下型１３とが備わっている。上型１２には、下方側に突出する突出部１２ａが設けられ、下型１３には、突出部１２ａに対応して凹状に形成された凹部１３ａが形成されている。そして、上型１２の突出部１２ａと下型１３の凹部１３ａとを組み合わせることで、ワークＷを断面ハット状（コ字形断面の両端に外側へ張り出すフランジが一体成形された形状）に成形するように構成されている。
【００２９】
このプレス加工部１１では、上型１２がスプリング１４及びスプリングガイド１５を介して上型プレート１６に取り付けられ、この上型プレート１６が上型ホルダ１７に取り付けられている。一方、下型１３が、下型ホルダ１８に取り付けられている。そして、下型ホルダ１８に固定されたアウタガイド１９が、上型ホルダ１７に備わるアウタガイド用ブッシュ２０に組み込まれている。また、上型プレート１６に固定されたインナガイド２１が、上型１２に設けられたインナガイド用ブッシュ２２と、下型１３に設けられたインナガイド用ブッシュ２３とに組み込まれている。これらにより、プレス加工部１１において、上型１２と下型１３との位置決め精度が確保されている。
【００３０】
そして、不図示の駆動機構が上型ホルダ１７に連結されており、上型ホルダ１７を上下方向に移動させるようになっている。これにより、上型１２がスプリングガイド１５及び上型プレート１６を介して上型ホルダ１７に取り付けられているため、上型１２は、駆動機構によって上型ホルダ１７が上下方向に移動されることにより上下方向に移動されるようになっている。この上型１２の上下移動により、上型１２と下型１３とが当接・離間してワークＷがプレス加工される。
【００３１】
ワーク加熱部３０には、ワークＷの長手方向両端に配置されワークＷを電気的に加熱する電極３１と、ワークＷを局部的に冷却するエアブローノズル３２とが備わっている。
電極３１は、図２、図３に示すように、互いに離間するようにワークＷの両端に配置され、不図示の電源に接続されている。そして、この電極３１をそれぞれワーク１に接触させて通電することにより、電極３１間に発生するジュール熱でワークＷを焼き入れ可能温度以上に加熱することができるようになっている。また、電極３１にはそれぞれ、電極３１を移動させる電極移動機構（不図示）が連結されており、この電極移動機構により、ワークＷを加熱する際には電極３１を所定の位置に配置することができるとともに、ワークＷをプレス加工する際には上型１２と下型１３との間から退避させることができるようになっている。
【００３２】
また、エアブローノズル３２は、図３に示すように、ワークＷの短手方向両側（プレス成形後にフランジ部となる部分に相当）にそれぞれ、ほぼ等間隔（２０〜４０ｍｍ間隔程度）に複数配置されている。本実施の形態では、エアブローノズル３２は、直線状に配置されている。なお、エアブローノズル３２の数や配置形状は、プレス成形品の形状及び焼き入れを行う箇所などによって決まる。このエアブローノズル３２には、図４に示すように、冷媒であるエアの噴射領域を制限する仕切り板３３が一体的に設けられている。これにより、非常に簡単な構成によって、冷媒の噴射領域を正確に設定することができるとともに、ノズル３２と仕切り板３３とを別々に配置する必要がなくなるため、ワークＷに所定の温度分布を形成するために必要な時間を短縮することができる。
【００３３】
ここで、エアブローノズル３２のエア噴射領域を制限するために、仕切り板３３の代わりに図５に示すように、吸引ノズル３４を設けてもよい。このような吸引ノズル３４を設けることにより、吸引ノズル３４外に流れ出ようとする気流を吸引ノズル３４で吸引することで、エアの噴射領域を一定範囲に制限することができ、ワークＷに精度良く焼き入れ領域Ｒ１と非焼き入れ領域Ｒ２とを形成することができる。
【００３４】
あるいは、図６に示すように、エアブローノズル３２のエア噴射角を可変させるノズル噴射角可変ユニット３５を設けることもできる。このようなノズル噴射角可変ユニット３５を設け、エアブローノズル３２から噴射されるエアの噴射角度をワークＷの焼き入れ領域Ｒ１の外側方向に傾斜させることにより、エアの噴射領域を一定範囲に制限することができ、ワークＷに精度良く焼き入れ領域Ｒ１と非焼き入れ領域Ｒ２とを形成することができる。なお、エアの噴射角度は、ワークＷに対して直交する方向でなく、ワークＷに対して傾斜する方向に傾斜している。
【００３５】
そして、エアブローノズル３２にはそれぞれ、エアブローノズル３２を移動させるノズル移動機構（不図示）が連結されており、このノズル移動機構により、ワークＷを冷却（加熱制御）する際にはエアブローノズル３２を任意の位置に配置することができるとともに、ワークＷをプレス加工する際には上型１２と下型１３との間から退避させることができるようになっている。これにより、エアブローノズル３２からの噴射エアによって冷却領域（非焼き入れ領域）を任意に設定することができる。
【００３６】
なお、上記した各種機構の作動は、成形装置１０を統括的に制御する制御ユニット（不図示）によって制御されるようになっている。また、この制御ユニットは、電極３１への通電時間やエアブローノズル３２の噴射時間なども制御するようになっている。
【００３７】
続いて、上記した成形装置１０による熱間プレス成形方法について、図１及び図７〜図９を参照しながら説明する。図７は、ワークに所定の温度分布を形成（加熱制御）している様子を示す図である。図８は、プレス成形した成形品を示す斜視図である。図９は、プレス成形した成形品を示す断面図である。
【００３８】
まず、略平板状のワークＷが成形装置１０の所定位置にセットされ、ワークＷの長手方向両側に電極３１が配置される。この電極３１の配置とともに、各エアブローノズル３２も所定位置に配置される。これら電極３１及びエアブローノズル３２の配置は、成形装置１０の制御ユニットによる各機構の動作制御により行われる。なお、電極３１及びエアブローノズル３２の配置位置に関するデータは、ワークＷの大きさや形状、及び成形品の形状などに基づき、予め成形装置１０の制御ユニットに記憶されており、成形するワークに応じて自動的に電極３１及びエアブローノズル３２が所定の位置に配置される。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、略平板状のワークＷを図８に示す断面ハット状（コ字形断面の両端に外側へ張り出すフランジが一体成形された形状）にするとともに、両側のフランジが焼き入れされないように熱間プレス成形を行う。このため、プレス成形後にフランジとなる部分（ワークＷの短手方向両端部）を冷却する（加熱されないようにする）必要があるので、図７に示すように、ワークＷの短手方向両端部に沿ってエアブローノズル３２が直線状にほぼ等間隔で配置される。
【００４０】
そして、成形装置１０の制御ユニットの制御により、電極３１に通電されて、電極３１間に発生するジュール熱によりワークＷが焼き入れ可能温度以上に加熱される。このとき、各エアブローノズル３２からエアが噴射されてワークＷの短手方向両端部が冷却される。ここで、各エアブローノズル３２には、エアの噴射領域を制限する仕切り板３３が一体的に設けられているので、ワークＷにおいて、エア噴射領域とエア非噴射領域とを正確に区画することができる。なお、隣接するエアブローノズル３２の間には、２０〜４０ｍｍ程度の隙間があるが、この部分は除変エリアとなるため焼き入れ可能温度以上になることはない。その結果、ワークＷに所望の温度分布を形成することできるので、ワークＷには、図７に示すように電極３１間において、焼き入れ可能温度（ＡＣ１点）以上に加熱される焼き入れ領域Ｒ１（ハッチング部分）と、ＡＣ１点未満の温度に維持（冷却）される非焼き入れ領域Ｒ２（非ハッチング部分）とが精度良く形成される。
【００４１】
このようにして、ワークＷに焼き入れ領域Ｒ１と非焼き入れ領域Ｒ２とが形成されると、成形装置１０の制御ユニットの制御により、電極３１及び各エアブローノズル３２が上型１２と下型１３との間から退避させられる。そして、上型１２が下降してきて、上型１２の突出部１２ａと下型１３の凹部１３ａとが組み合わされる。これにより、ワークＷが断面ハット状にプレス成形される。このとき、ワークＷのうち焼き入れ領域Ｒ１では、上型１２及び下型１３によって急激に熱が奪われて急冷される。これにより、ワークＷの焼き入れ領域Ｒ１に対して焼き入れがなされる。その後、成形されたワークＷが成形装置１０から取り出される。かくして製作された成形品４０は、図８、図９に示すように、フランジ部４１を備え、断面ハット状に形成されている。そして、成形品４０において、図８に示すように、頭部４２と側部４３とに焼き入れがなされ（ハッチング部分）、フランジ部４１には焼き入れがなされていない。
【００４２】
ここで、上記のようにして作成された断面ハット状の成形品４０の各部における硬度を計測したので、その計測結果を図１０に示す。図１０は、プレス成形した成形品の各部における硬度を示す図である。なお、図１０に示す測定位置（１）〜（１９）は、図９に示す番号（１）〜（１９）に対応している。
【００４３】
図１０から明らかなように、成形品４０の頭部４２に該当する測定位置（８）〜（１２）、及び側部４３に該当する測定位置（４）〜（７）と（１３）〜（１６）においては、焼き入れが行われた結果として硬度が高くなっておりハイテン化されている。一方、成形品４０のフランジ部４１に該当する測定位置（１）〜（３）と（１７）〜（１９）においては、焼き入れが行われていない結果として硬度が低くハイテン化されていない。このように、成形装置１０によれば、成形品４０の必要な部位（頭部４２と側部４３）だけに焼き入れを行ってハイテン化することができる。
【００４４】
その後、２つの成形品４０が、フランジ部４１同士が重ね合わせられてフランジ部４１にて、例えばスポット溶接等によって溶接される。また、必要に応じて接合されたフランジ部４１に対して後抜き加工が施される。これにより、中空状の閉断面と、その閉断面から外方へ延びるフランジ部を備えた自動車構造部品が完成する。そして、フランジ部４１は焼き入れがなされていないので、良好な溶接品質が確保されており、また、後抜き加工性にも優れている。
【００４５】
そして、本実施の形態に係る成形装置１０では、各エアブローノズル３２を任意の位置に配置することができるため、ワークにおいて焼き入れ可能温度まで加熱されない非焼き入れ領域を精度良く任意に形成することができる。これにより、例えば、図１１や図１３に示すような長手方向に湾曲した断面ハット状の成形品４５，４６であっても、ハイテン化が必要な部分（ハッチング部分：焼き入れ領域Ｒ１）にのみ焼き入れを行うことができる。この場合には、図１２や図１４に示すように、各エアブローノズル３２が所定の曲率を描くように配置すればよい。なお、成形品４５は、図１２に示すように略長方形状のワークＷから成形され、成形品４６は、図１３に示すように略弓状のワークＷａから成形されたものである。
【００４６】
また、成形装置１０では、マスキングや搬送装置などを接触させて抜熱するのではなく、エアを噴射してワークの温度を制御（冷却）する非接触方式であるため、ワークが段差を有するような形状であっても、エアブローノズル３２の配置高さを調節することにより、ワークに所望の温度分布を簡単かつ精度良く成形することができる。従って、このような場合でも、ハイテン化が必要な部分のみに正確に焼き入れを行うことができる。
【００４７】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る成形装置１０によれば、プレス成形前に、電極３１によりワークＷが焼き入れ可能温度以上に加熱されるとともに、エアブローノズル３２から噴射されるエアによってワークＷの短手方向両端部（フランジ部４１に相当する部分）の温度が焼き入れ可能温度よりも低い状態に維持される。これにより、ワークＷのうち強度が要求される部分（頭部４２及び側部４３に相当する部分）のみを焼き入れ可能温度以上に加熱することができる。つまり、ワークＷに所定の温度分布を適切に形成することができる。そして、このようにして加熱制御されたワークＷが、室温の上型１２及び下型１３によってプレス成形されるとともに、ワークＷのうち焼き入れ可能温度以上に加熱された部分（頭部４２及び側部４３）に焼き入れがなされる。これにより、強度が要求される頭部４２及び側部４３のみに焼き入れをなした断面ハット状の成形品４０を形成することができる。
【００４８】
そして、本実施の形態に係る成形装置１０では、マスキングや搬送装置を接触させて抜熱するのではなく、エアを噴射してワークの温度を制御（冷却）する非接触方式であるため、段差を有する等複雑な形状のワークであっても、ワークに所定の温度分布を精度良く成形することができる。また、エアブローノズル３２の配置位置を変更するだけで、エア噴射領域（非焼き入れ領域Ｒ２）を任意に設定することができる。従って、多様な形状の成形品を高強度化が必要な部位にのみ焼き入れを行いつつ成形することができる。
【００４９】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、断面ハット状にプレス加工する場合を例示したが、これ以外の形状のプレス加工や絞り加工などに対しても本発明を適用することができる。また、上記した実施の形態では、自動車構造部品の成形に本発明を適用した場合を例示したが、本発明は、自動車構造部品に限られず強度の造り分けを必要とする鋼板製品などに幅広く適用することができる。
【００５０】
さらに、上記した実施の形態では、エア噴射のみによってワークの加熱制御を行っているが、これに冷却パッドなどによる抜熱などを併用してワークの加熱制御を行うこともできる。
【００５１】
また、上記した実施の形態では、ワークＷを上型１２と下型１３との間で加熱しているが、これに限らず、図１５に示すように、上型１２及び下型１３から離間した位置でワークＷを加熱し、加熱したワークＷを上型１２と下型１３との間に搬送してプレス成形することもできる。
さらに、上記した実施の形態では、ワークＷの加熱制御としてワークＷの長手方向両端を冷却する場合を例示したが、これに限らず、例えば図１６に示すように、ワークＷに後抜き加工を行う箇所にエアブローノズル３２を配置し、この部分を冷却することもできる。これにより、後抜き加工を精度よく行うことができる。なお、図１６に示すようなエアブローノズル３２の配置と上記した実施の形態におけるエアブローノズル３２の配置とを任意に組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 成形装置
１１ プレス加工部
１２ 上型
１２ａ 突出部
１３ 下型
１３ａ 凹部
３０ ワーク加熱部
３１ 電極
３２ エアブローノズル
３３ 仕切り板
３４ 吸引ノズル
３５ ノズル噴射角可変ユニット
４０ 成形品
４１ フランジ部
４２ 頭部
４３ 側部
Ｒ１ 焼き入れ領域
Ｒ２ 非焼き入れ領域
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形方法において、
成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により加熱中の成形素材の任意箇所に冷媒を噴射して局部的に加熱温度を焼き入れ可能温度よりも低くするように成形素材の加熱制御を行う加熱制御工程と、
を含むことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載する熱間プレス成形方法において、
前記加熱制御工程では、冷媒の噴射領域を制限することにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くする
ことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項３】
請求項１に記載する熱間プレス成形方法において、
前記加熱制御工程では、冷媒の噴射角度を成形素材に対して焼き入れ部分の外側方向に傾斜させることにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くする
ことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項４】
成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形装置において、
成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱中の成形素材の任意の箇所に冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、
前記冷媒噴射手段から成形素材に対して噴射される冷媒の噴射領域を制限する制限手段と、
を有することを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項５】
請求項４に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、成形素材における冷媒噴射領域と冷媒非噴射領域とを仕切る仕切り板である
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項６】
請求項４に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、成形素材における冷媒非噴射領域に流れる冷媒を吸引する冷媒吸引手段である
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、前記冷媒噴射手段に一体的に設けられている
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項８】
請求項４に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、成形素材に対する冷媒の噴射角度を成形素材の焼き入れ部分の外側方向に傾斜させるように、前記冷媒噴射手段の噴射方向を制御する制御手段である
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項１】
成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形方法において、
成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により加熱中の成形素材の任意箇所に冷媒を噴射して局部的に加熱温度を焼き入れ可能温度よりも低くするように成形素材の加熱制御を行う加熱制御工程と、
を含むことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載する熱間プレス成形方法において、
前記加熱制御工程では、冷媒の噴射領域を制限することにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くする
ことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項３】
請求項１に記載する熱間プレス成形方法において、
前記加熱制御工程では、冷媒の噴射角度を成形素材に対して焼き入れ部分の外側方向に傾斜させることにより、成形素材の加熱温度を局部的に焼き入れ可能温度よりも低くする
ことを特徴とする熱間プレス成形方法。
【請求項４】
成形品各部の要求強度に応じて成形素材を加熱制御した後、プレス成形しつつ冷却することにより焼き入れを行う熱間プレス成形装置において、
成形素材を焼き入れ可能温度以上に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱中の成形素材の任意の箇所に冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、
前記冷媒噴射手段から成形素材に対して噴射される冷媒の噴射領域を制限する制限手段と、
を有することを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項５】
請求項４に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、成形素材における冷媒噴射領域と冷媒非噴射領域とを仕切る仕切り板である
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項６】
請求項４に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、成形素材における冷媒非噴射領域に流れる冷媒を吸引する冷媒吸引手段である
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、前記冷媒噴射手段に一体的に設けられている
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項８】
請求項４に記載する熱間プレス成形装置において、
前記制限手段は、成形素材に対する冷媒の噴射角度を成形素材の焼き入れ部分の外側方向に傾斜させるように、前記冷媒噴射手段の噴射方向を制御する制御手段である
ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１７９３１７（Ｐ２０１０−１７９３１７Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５３０（Ｐ２００９−２２５３０）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
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