複合型プレス加工装置
【課題】熱間プレス加工用金型の構造の複雑化を回避しつつ、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けを容易にし、しかも熱間プレス加工から切除加工までの一連の加工を効率的に行うことができる複合型プレス加工装置を提供する。
【解決手段】複合型プレス加工装置は、固定ベース１と、可動ベース２と、加熱された金属板材を熱間プレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部１０と、熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻すための部分加熱部２０と、部分加熱部で部分的に焼き戻した部位に対して切除加工を施すための切除加工部３０とを備える。熱間プレス部１０による熱間プレス成形、部分加熱部２０による部分加熱および切除加工部３０による切除加工が、固定ベース１に対する可動ベース２の接近動作に同期して行われる。
【解決手段】複合型プレス加工装置は、固定ベース１と、可動ベース２と、加熱された金属板材を熱間プレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部１０と、熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻すための部分加熱部２０と、部分加熱部で部分的に焼き戻した部位に対して切除加工を施すための切除加工部３０とを備える。熱間プレス部１０による熱間プレス成形、部分加熱部２０による部分加熱および切除加工部３０による切除加工が、固定ベース１に対する可動ベース２の接近動作に同期して行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間プレス加工に使用する複合型プレス加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ドアインパクトビーム等の車両用衝突補強材の分野では、部材の軽量化と高強度化を両立するための加工方法として、ホットフォーミング（熱間プレス加工）が利用されている。一般にホットフォーミングは、出発材料となる金属板材の全体を均一に加熱し、これを相対的に低温のプレス型でプレス成形することにより付形と焼入れとを同時達成するものである。それ故、ホットフォーミングで得られる製品はその全体が一様に高強度化されており、そのために熱間プレス後における切断などの後加工が困難になるという問題をかかえていた。そして、この問題に対する解決策が種々提案されている。
【０００３】
特許文献１は、二つの金型（上金型と下金型）の同位置に空隙を設け、その空隙に体積率３０％以上の気体と難燃性材料とが充填された当該金型を熱間プレス加工に使用する高強度部品の製造方法を開示する。この方法によれば、各金型のうち前記空隙が設けられた部位の冷却速度が相対的に遅くなり、その結果、当該部位に関しては焼入れ効果が無くなって部分的に低強度部（非焼入れ部）が得られる。この低強度部に対しては、切断などの後加工が比較的容易になる。
【０００４】
特許文献２は、上記特許文献１と同様に窪み（６Ａ，７Ａ）を設けた金型を使用するプレス部品の焼入れ方法（文献２の図２参照）と、金型の一部に発熱体（１０）を組み込んだ金型を使用するプレス部品の焼入れ方法（文献２の図７〜９参照）とを開示する。ここで、窪み（６Ａ，７Ａ）の技術的意義は特許文献１の空隙と同じである。また、発熱体（１０）の技術的意義は、熱間プレス時において当該発熱体に接触する鋼板（Ｗ）の部位を発熱体の設定温度に維持することにある（文献２の段落００４７，００４８参照）。つまり、熱間プレス時に発熱体（１０）によって温度を維持することで窪み（６Ａ，７Ａ）と等価な状況を作り出し、部分的に焼入れ効果を阻害することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４２７７６号（要約）
【特許文献２】特開２００３−３２８０３１号
【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、特許文献１の方法では、たとえ金型の一部に空隙を設けたとしても、その空隙を取り囲む周辺壁部による除熱作用が当該空隙に対面する製品部分に及ぶことは避けられない。このような周辺壁部による除熱作用の影響を十分に排除するには、空隙の大きさ（製品に対面する面積）をある程度大きくする必要があろう。しかし、そうすると、低強度状態（非焼入れ状態）を維持したい製品部分のみならず、本来ならば高強度としたい周辺部分についても焼入れが不十分となって高強度化が図れないという問題がある。つまり、従来の設備では、一つの熱間プレス製品において焼入れ部分と非焼入れ部分との作り分けを細かく制御することが難しい。特許文献２の窪み（６Ａ，７Ａ）や発熱体（１０）についても同様のことが言える。
【０００７】
加えて、特許文献１および２の技術には次のような不都合もある。すなわち、熱間プレス加工に使用するプレス用の金型は、十分に低い温度を維持できないと焼入れ効果が得られないため、プレス型の内部に冷却回路（例えば冷却水の循環経路）を設けることが好ましい。しかしながら、上述のように金型の一部に空隙、窪み又は発熱体を設ける必要があるとすると、金型の構造が複雑化して金型コストの増加要因となるばかりか、冷却回路の配置が制限されて、冷却能力の低下や予期しないヒートスポットの発生を招くおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、熱間プレス加工用金型の構造の複雑化を回避しつつ、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けを容易にし、しかも熱間プレス加工から切除加工までの一連の加工を効率的に行うことができる複合型プレス加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、固定ベースと、その固定ベースに接近離間可能に設けられた可動ベースとを具備した複合型プレス加工装置であって、
加熱された金属板材を熱間プレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部と、
前記熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻すための部分加熱部と、
前記部分加熱部で部分的に焼き戻した部位に対して切除加工を施すための切除加工部と、を備えており、
前記熱間プレス部による熱間プレス成形、前記部分加熱部による部分加熱、および、前記切除加工部による切除加工が、前記固定ベースに対する前記可動ベースの接近動作に同期して行われることを特徴とする複合型プレス加工装置である。
【００１０】
請求項１の複合型プレス加工装置では、成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部と、当該熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱して焼き戻すための部分加熱部とが別々に設けられている。このため、熱間プレス加工用の金型として一般的な金型を用いることができ、従来例のように空隙、窪み又は発熱体が設けられた特殊な金型を用いる必要が無いので、金型の構造の複雑化を回避することができる。また、熱間プレス部で成形および焼入れを施した後に、部分加熱部でプレス成形品の一部を焼き戻すという二段階の手順を経てプレス成形品が加工されるので、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けが従来よりも容易になる。更に、固定ベースに対する可動ベースの接近動作に同期して熱間プレス、部分加熱および切除加工の各処理が行われるので、この装置一台で一連の加工を効率的に行うことができる。なお、この明細書において「切除加工」とは、ある部材の一部がせん断力の作用を受けて切り離されたり取り除かれたりすることを意味するものであり、切断加工のみならず穴あけ加工をも含む意味である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の複合型プレス加工装置において、
前記熱間プレス部は、前記加熱された金属板材を間に挟むように配置される第１の金型および第２の金型を有し、
前記部分加熱部は、前記成形および焼入れを施したプレス成形品を間に挟むように配置される第１の支持体および第２の支持体を有し、且つ、これら第１および第２の支持体のうちの少なくとも一方には焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記切除加工部は、前記部分的に焼き戻されたプレス成形品を間に挟むように配置されると共に当該プレス成形品の焼き戻し部位に対し協働して切除加工を行う第１の切除加工具および第２の切除加工具を有し、
前記第１の金型、第１の支持体および第１の切除加工具は、前記固定ベースに支持されており、前記第２の金型、第２の支持体および第２の切除加工具は、前記可動ベースに支持されて可動ベースとともに駆動される、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の複合型プレス加工装置によれば、第２の金型、第２の支持体および第２の切除加工具は、可動ベースに支持されて可動ベースとともに駆動されるので、可動ベースのワンストローク動作（一往復動作）で、熱間プレス部による「成形および焼入れ」、部分加熱部による「焼き戻し」、並びに切除加工部による「切除加工」をほぼ同時に達成することができる。また、通常の熱間プレス加工とほとんど変わらないサイクルタイムでの稼動を実現することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の複合型プレス加工装置において、
少なくとも前記第２の支持体には、焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記可動ベースには、当該可動ベースの動作とは別に前記第２の支持体を可動ベースの移動方向に駆動するための支持体駆動機構が設けられている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の複合型プレス加工装置によれば、焼き戻し用の発熱体が装着された第２の支持体を、可動ベースの動作とは別に（即ち可動ベースの動きから独立して）当該可動ベースの移動方向に駆動するための支持体駆動機構が可動ベースに設けられている。従って、支持体駆動機構を働かせることで、可動ベースが固定ベースに最も接近している時間（即ち、熱間プレス部において第１の金型と第２の金型とが型締めされている時間Ｔ１）に影響されることなく、第２の支持体に装着された発熱体がプレス成形品の一部に接触する時間（即ち加熱時間Ｔ２）を任意に調節することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の複合型プレス加工装置において、
前記発熱体は、内部にシーズヒーターを内蔵したボタン形状またはレール形状の発熱ブロック体として構成されている、ことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、焼き戻し用の発熱体を安価でコンパクトに構成することができる。また、発熱体が接触する非常に限られた狭い範囲だけを選択的に加熱できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の複合型プレス加工装置によれば、熱間プレス加工用金型の構造の複雑化を回避しつつ、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けを容易にすることができる。また、熱間プレス加工から切除加工までの一連の加工を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】加工手順の概要を示し、（Ａ）は従来の工程図、（Ｂ）は本発明の工程図。
【図２】一実施形態に従う複合型プレス加工装置の概略を示す正面図。
【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）及び（Ｆ）は、金属板材から最終製品に至るまでの形状変化を示す一連の斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）に示した成形品の横断面図。
【図４】焼き戻しにおける被加熱部位の温度変化を示すグラフ。
【図５】ドアインパクトビームの一製品例を示し、（Ａ）はプレス成形品の部分加熱の態様を示す平面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ線での断面図、（Ｃ）は切除加工後の製品の平面図。
【図６】車両用Ｂピラーの一製品例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施形態の概要］
従来、図１（Ａ）に示すように、材料（金属板材）の加熱、並びに、成形および焼入れを施す熱間プレス加工ラインＬ１と、その熱間プレス加工ラインＬ１で作られたプレス成形品（一次成形品）に対して切断や穴あけ等の後加工を施す後加工ラインＬ２とは、別々に構築されていた。熱間プレス加工ラインＬ１で作られたプレス成形品（一次成形品）はその全体が高硬度であるため、後加工ラインＬ２での切断や穴あけのためには専用のプレス機（せん断加工機）を必要とした。これに対し本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、熱間プレス加工ラインＬ１のプレス工程の中に「成形および焼入れ」、「部分焼き戻し」並びに「切断および穴あけ」の３つの工程が包含されている。これら３つの工程を一つのプレス工程の中で可能とする装置が、次に説明する複合型プレス加工装置である。
【００２０】
［複合型プレス加工装置］
図２に示すように、複合型プレス加工装置は、固定土台としての固定ベース１と、固定ベース１の上方に配設された可動ベース２とを備えている。可動ベース２は、図示しない駆動機構によって垂直方向（即ち固定ベース１に接近および離間する方向）に往復動可能となっている。そして、固定および可動ベース（１，２）間には、熱間プレス部１０と、部分加熱部２０と、切除加工部３０とが横並びに配設されている。
【００２１】
熱間プレス部１０は、図示しない加熱装置で加熱された金属板材Ｍ１（図３（Ａ）参照）を熱間にてプレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品Ｍ２（図３（Ｂ）参照）を得るための第１の加工セクションである。図２に示す熱間プレス部１０は、第１の金型としての下金型１１と、第２の金型としての上金型１２とを備えている。下金型１１は固定ベース１上に固定的に支持されている。他方、上金型１２は可動ベース２の下面側に支持されている。従って、上金型１２は、可動ベース２の垂直移動に伴って下金型１１に接近および離間する。
【００２２】
図２では、下金型１１は上に凸の横断面凸形状をなし、上金型１２は、下金型１１の凸形状に対応した下に凹の横断面凹形状をなしている。そして、可動ベース２が固定ベース１に最も接近したとき、上金型１２が下金型１１に嵌合して型締め状態となるように上下両金型１１，１２の取付け位置および可動ベース２のストロークが設定されている。それ故、上下両金型１１，１２の間に配置された金属板材Ｍ１は、両金型の型締めによって成形と焼入れとを同時に施される。
【００２３】
なお、下金型１１および上金型１２の各々の内部には、図示しない冷却回路（例えば冷却水の循環経路）が設けられ、両金型が低温状態を維持できるようになっている。
【００２４】
部分加熱部２０は、前記熱間プレス部１０で得られたプレス成形品Ｍ２の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻した成形品Ｍ３（図３（Ｅ）参照）を得るための第２の加工セクションである。図２に示す部分加熱部２０は、第１の支持体としての下側支持体２１と、第２の支持体としての上側支持体２２とを備えている。下側支持体２１は固定ベース１上に固定的に支持されている。他方、上側支持体２２は駆動シリンダ２３を介して可動ベース２の下面側に支持されている。即ち、可動ベース２の下面側には、垂直方向に伸縮自在な駆動シリンダ２３が装着され、その駆動シリンダ２３の下端部（つまり可動ピストンの先端部）に上側支持体２２が取り付けられている。従って、駆動シリンダ２３が停止している限り、上側支持体２２は、可動ベース２の垂直移動に伴って下側支持体２１に接近および離間する。そして、駆動シリンダ２３は、可動ベース２の上下動とは別に上側支持体２２を垂直方向（可動ベースの移動方向）に駆動するための支持体駆動機構として機能する。
【００２５】
図２では、下側支持体２１は上に凸の横断面凸形状をなし、上側支持体２２は、下側支持体２１の凸形状に対応した下に凹の横断面凹形状をなしている。下側支持体２１の中央凸部の上面には、２個のボタン型発熱ブロック体２４１が設けられ、下側支持体２１の中央凸部の左右に位置する肩部には、レール型発熱ブロック体２５１がそれぞれ設けられている。更に、上側支持体２２の中央凹部の下面には、上記２個のボタン型発熱ブロック体２４１と対向関係にある２個のボタン型発熱ブロック体２４２が設けられ、上側支持体２２の中央凹部の左右に位置する土手部には、上記２条のレール型発熱ブロック体２５１と対向関係にあるレール型発熱ブロック体２５２がそれぞれ設けられている。そして、本例では、駆動シリンダ２３が停止状態（待機状態）を維持したまま、可動ベース２が固定ベース１に最も接近したとき、下側支持体２１上に支持されたプレス成形品Ｍ２が、下側支持体２１のボタン型発熱ブロック体２４１およびレール型発熱ブロック体２５１と、上側支持体２２のボタン型発熱ブロック体２４２およびレール型発熱ブロック体２５２とによって挟まれるように（図３（Ｃ）及び（Ｄ）参照）、上下両支持体２１，２２の取付け位置および可動ベース２のストロークが設定されている。このため、上下両支持体２１，２２間に配置されたプレス成形品Ｍ２は、熱間プレス部１０での両金型１１，１２の型締めに同期して部分的な焼き戻しを施される。
【００２６】
なお、ボタン型発熱ブロック体２４１，２４２並びにレール型発熱ブロック体２５１，２５２はいずれも、内部にシーズヒーターが埋め込まれた金属製のブロック状発熱体として構成されている。
【００２７】
切除加工部３０は、部分加熱部２０で部分的に焼き戻したプレス成形品Ｍ３の当該焼き戻し部位に対して切除加工を施して、切除加工品（本例では最終製品Ｍ４）を得るための第３の加工セクションである。図２に示す切除加工部３０は、第１の切除加工具としての下側支持具３１と、第２の切除加工具としての上側加工具３２とを備えている。下側支持具３１は固定ベース１上に固定的に支持される一方、上側加工具３２は可動ベース２の下面側に支持されている。従って、上側加工具３２は、可動ベース２の垂直移動に伴って下側支持具３１に接近および離間する。
【００２８】
上側加工具３２は、その中央部において穴あけ加工（ピアス加工）用の２個のパンチ３２ａを有すると共に、該加工具３２の左右両側において切断加工（トリム加工）用の切断刃部３２ｂを有している。上側加工具３２の内部には各パンチに対応する駆動シリンダ３３が内蔵されており、駆動シリンダ３３によって各パンチ３２ａは、上側加工具３２の下面から垂直方向に出没可能となっている。他方、下側支持具３１は、部分焼き戻しを受けたプレス成形品Ｍ３を下から支えるべく上に凸の横断面形状をなしている。この下側支持具３１は、その中央部において上側加工具の穴あけ加工用パンチ３２ａを受け容れ可能な逃がし凹部３１ａを有すると共に、該支持具３１の左右両側において上側加工具の両切断刃部３２ｂの相手刃として機能する固定刃面３１ｂを有している。即ち、下側支持具の逃がし凹部３１ａは、上側加工具の穴あけ加工用パンチ３２ａと協力して穴あけ加工を達成する協働部位である。また、下側支持具の固定刃面３１ｂは、上側加工具の切断刃部３２ｂと協力して切断加工を達成する協働部位である。
【００２９】
本例では、可動ベース２が固定ベース１に接近する過程で、上側加工具の切断刃部３２ｂが下側支持具の固定刃面３１ｂと交差し得るように下側支持具３１および上側加工具３２の構造および取付け位置、並びに可動ベース２のストロークが設定されている。また、上側加工具３２が下側支持具３１に十分に接近した後、駆動シリンダ３３が突出動作することで、上側加工具のパンチ３２ａが下側支持具の逃がし凹部３１ａに進入するようになっている。このため、下側支持具３１と上側加工具３２との間に配置された焼き戻し品Ｍ３は、熱間プレス部１０での両金型１１，１２の型締めにほぼ同期して切断加工および穴あけ加工を施される。
【００３０】
なお、本実施形態の複合型プレス加工装置は、ファクトリーコンピュータや、シーケンサなどのコンピュータ類似の電子制御ユニット（図示略）を備えている。この電子制御ユニットは、図示しない駆動回路や駆動機構を介して可動ベース２、駆動シリンダ２３および３３、並びに、発熱ブロック体２４１，２４２，２５１および２５２に電気的に接続されており、これらの被制御要素を所定の制御プログラムに従って自動制御または半自動制御する。
【００３１】
次に、本実施形態の複合型プレス加工装置を用いた製品（例えば、図３（Ｆ）に示す製品Ｍ４）の加工手順を説明する。
【００３２】
先ず図３（Ａ）に示すように、出発材料としての金属板材Ｍ１を準備する。本例では、金属板材Ｍ１は板厚が１．６〜１．８ｍｍのステンレス鋼製の高張力鋼板である。この金属板材Ｍ１を加熱装置（図示略）で８５０℃〜１０５０℃の温度に加熱する。この高温状態にある金属板材Ｍ１を加熱装置からプレス加工装置の熱間プレス部１０に高速搬送し、下金型１１上に載置することで両金型１１，１２間に配置する。そして速やかに可動ベース２を下動させ両金型１１，１２で金属板材Ｍ１を挟圧することにより、金属板材Ｍ１をプレス成形する。両金型１１，１２の型締め状態を所定時間Ｔ１（例えばＴ１＝５秒）だけ維持することにより、金属板材Ｍ１の成形と焼入れとを同時達成する。こうして図３（Ｂ）に示すように、成形および焼入れが施されたプレス成形品Ｍ２を得る。このプレス成形品Ｍ２は、相対的に低温の金型１１，１２が接することによる焼入れ効果により、引張強さで１３００〜１５００ＭＰａ、ビッカース硬度でＨＶ４５０程度に高強度化（硬化）されている。
【００３３】
次に、可動ベース２を元位置（待機位置、上死点位置）に後退上動させて下金型１１から上金型１２を離間させる。そして、プレス成形品Ｍ２を熱間プレス部１０からその隣の部分加熱部２０に移し、下側支持体２１上に載置する。この場合、図２に示すように、プレス成形品Ｍ２は、下側支持体２１の２個のボタン型発熱ブロック体２４１および２条のレール型発熱ブロック体２５１によって支持される。このとき既に、全ての発熱ブロック体２４１，２４２，２５１，２５２は発熱状態にある。
【００３４】
待機位置に後退していた可動ベース２の２回目の下動により、部分加熱部２０の上側支持体２２は下側支持体２１に向けて接近する。その間、駆動シリンダ２３は停止状態にある。そして、可動ベース２が固定ベース１に最接近したとき（即ち上下金型１１，１２が型締め状態となったとき）、上側支持体２２の２個のボタン型発熱ブロック体２４２および２条のレール型発熱ブロック体２５２がプレス成形品Ｍ２の上面側に接触する。その結果、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、プレス成形品Ｍ２の中央天井壁６１における特定の２箇所が、その上下からボタン型発熱ブロック体２４１および２４２によって挟まれて局部的に加熱される。同様に、プレス成形品Ｍ２の左右フランジ壁６２における幅方向中心位置が、その上下からレール型発熱ブロック体２５１および２５２によって挟まれて局部的に加熱される。
【００３５】
発熱ブロック体２４１，２４２，２５１および２５２による局部加熱は、被加熱部位が所定の焼き戻し温度Ｋ（Ｋは６５０℃以上７３０℃未満）に達するまで続けられる。具体的には図４に示すように、上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２がプレス成形品Ｍ２の上面側に接触した時点（即ち上下金型１１，１２の型締め完了時、図４でｔ＝０）から所定の加熱時間Ｔ２の間、プレス成形品Ｍ２の被加熱部位に対する発熱ブロック体２４１，２４２，２５１および２５２の接触を維持することにより、被加熱部位の温度を上記焼き戻し温度Ｋに到達させる。ここで、被加熱部位の温度を温度Ｋにまで迅速に昇温するのに実現可能な昇温速度は、８０〜１５０℃／秒である。従って、仮に到達すべき目標の温度Ｋが７００℃の場合、必要な加熱時間Ｔ２は４〜８秒程度である。
【００３６】
ここで一つの懸念がある。部分加熱部２０の上側支持体２２は可動ベース２に支持されているため、可動ベース２が下死点位置から上動を開始すれば、それに伴って上側支持体２２も下側支持体２１から離れることになる。前述のように、両金型１１，１２の型締め時間はＴ１（例えばＴ１＝５秒）であるが、この型締め時間Ｔ１と前記加熱時間Ｔ２とが一致するとは限らず、その場合二つの時間に齟齬が生じる。この点、本実施形態の複合型プレス加工装置は、部分加熱部２０において駆動シリンダ２３を具備しているので、時間Ｔ１とＴ２との不一致の問題を解決できる。
【００３７】
具体的には、加熱時間Ｔ２が型締め時間Ｔ１よりも長い場合、例えばＴ１＝５秒、Ｔ２＝８秒の場合、この複合型プレス加工装置の電子制御ユニットは、可動ベース２が下死点位置から上動を開始すると同時（つまりＴ１＝５秒の経過時）に駆動シリンダ２３に伸張動作を開始させる。そして、可動ベース２の上動量に対応する駆動シリンダ２３の伸張量を確保することにより、可動ベース２の上動にもかかわらず、駆動シリンダ２３に支持された上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２がプレス成形品Ｍ２に接触した状態を維持する。可動ベース２の上動を打ち消す駆動シリンダ２３の伸張動作をＴ２とＴ１との差分の時間（即ち８−５＝３秒）だけ維持することで、全ての発熱ブロック体がプレス成形品Ｍ２を加熱する時間Ｔ２（＝８秒）が確保される。加熱時間Ｔ２の経過により駆動シリンダ２３の伸張動作が停止し、上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２がプレス成形品Ｍ２から離れることで、プレス成形品Ｍ２の局部加熱は実質的に終了する。もちろん、加熱時間Ｔ２の経過と同時に下側支持体２１の発熱ブロック体２４１，２５１への電力供給を遮断することでプレス成形品Ｍ２の下からの加熱も終わらせ、局部加熱の終了を確実にしてもよい。
【００３８】
他方、各発熱ブロック体の加熱能力が非常に高い等の理由で加熱時間Ｔ２が型締め時間Ｔ１よりも短くて済む場合、例えばＴ１＝５秒、Ｔ２＝４秒の場合、この複合型プレス加工装置の電子制御ユニットは、可動ベース２が下死点位置から上動を開始するよりも前に駆動シリンダ２３に収縮動作を開始させる。即ち、可動ベース２が固定ベース１に最接近したとき（即ち上下金型１１，１２が型締め状態となったとき）から４秒が経過した時点で、駆動シリンダ２３を収縮させ、上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２をプレス成形品Ｍ２から引き離す。これにより、プレス成形品Ｍ２の局部加熱が実質的に終了する。もちろん、上記４秒（＝Ｔ２）の経過と同時に下側支持体２１の発熱ブロック体２４１，２５１への電力供給を遮断することでプレス成形品Ｍ２の下からの加熱も終わらせ、局部加熱の終了を確実にしてもよい。その後、電子制御ユニットは、上下金型１１，１２による型締め完了から５秒（＝Ｔ１）が経過した時点で可動ベース２を下死点位置から上動させ、熱間プレス加工を終わらせる。
【００３９】
なお、加熱時間Ｔ２が型締め時間Ｔ１と同じ場合には、駆動シリンダ２３を駆動制御する必要はない。また、本例では、プレス成形品Ｍ２の被加熱部位の温度が目標温度Ｋに達すると直ぐに、能動的な局部加熱を終了することとしたが、図４中に破線で示すように、目標温度Ｋに達した後（時間Ｔ２の経過後）も所定の追加時間ΔＴだけ温度Ｋを保持し、その後にプレス成形品Ｍ２の被加熱部位を放冷するようにしてもよい。
【００４０】
図３（Ｅ）は、部分的に焼き戻されたプレス成形品Ｍ３を示す。この図に示すように、プレス成形品Ｍ３の中央天井壁６１においては、ボタン型発熱ブロック体２４１，２４２の接触を受けた円形跡状の被加熱部位６３が局部的に焼き戻される。また、プレス成形品Ｍ３の左右フランジ壁６２においては、レール型発熱ブロック体２５１，２５２の接触を受けたレール跡状の被加熱部位６４が局部的に焼き戻される。この局部的な焼き戻しにより、これら被加熱部位６３，６４の強度は、引張強さで６００〜８００ＭＰａ、ビッカース硬度でＨＶ２５０程度にまで低下する。
【００４１】
可動ベース２の２回目の後退上動後に、部分的に焼き戻したプレス成形品Ｍ３を部分加熱部２０からその隣の切除加工部３０に移し、下側支持具３１上に載置する。そして、待機位置に後退していた可動ベース２の３回目の下動により、切除加工部３０の上側加工具３２を下側支持具３１に向けて接近させる。この切除加工部３０では、可動ベース２が固定ベース１に接近する過程で（即ち上下金型１１，１２の型締めにほぼ同期して）、上側加工具の各切断刃部３２ｂが、下側支持具の固定刃面３１ｂと交差しながらレール跡状の被加熱部位６４を切断する。また、上側加工具３２が下側支持具３１に十分に接近（又は接触）したタイミングにおいて、駆動シリンダ３３によって各パンチ３２ａが下向きに突出すると共に、円形跡状の被加熱部位６３を打ち抜きながら下側支持具の逃がし凹部３１ａに進入する。こうして得られた切除加工品Ｍ４にあっては、図３（Ｆ）に示すように、中央天井壁６１に二つの孔６５が貫通形成されると共に、左右フランジ壁６２の幅方向両端が切り落とされる。
【００４２】
なお、本実施形態の複合型プレス加工装置では、可動ベース２のワンストローク動作で、熱間プレス部１０、部分加熱部２０および切除加工部３０が同時に作動し、一度に３ロットの製品に対して加工処理を施すことができることは言うまでも無い。
【００４３】
図５は、本発明に従う複合型プレス加工装置を用いて製造したドアインパクトビームの一製品例を示す。図５（Ａ）は、部分加熱部２０で部分的な焼き戻し処理を施した直後のプレス成形品Ｍ３(beam)の平面図である。このドアインパクトビーム製造用の複合型プレス加工装置では閉ループ状に繋がったレール型発熱ブロック体が用いられ、それに呼応してレール跡状被加熱部位６４も平面視閉ループ状をなしている。図５（Ｂ）において、破線７１は穴あけ加工の切断予定線であり、破線７２は切断加工の切断予定線である。図５（Ａ）及び（Ｂ）のプレス成形品Ｍ３(beam)に対し、切除加工部３０で穴あけ加工および切断加工を施すことにより、図５（Ｃ）に示すような最終製品Ｍ４(beam)としてのドアインパクトビームが得られる。
【００４４】
図６は、本発明に従う複合型プレス加工装置を用いて製造した車両用Ｂピラーの一製品例を示す。図６には、切除加工まで施された最終製品Ｍ４(pillar)としてのＢピラーが示されている。Ｂピラーでは、そのピラー本体の下半部６６（図６で梨地模様の部位）の強度を上半部６７の強度よりも低くした方が側面衝突時の安全性が高まることが知られている。それ故、このＢピラー製造用の複合型プレス加工装置では、ピラー本体の下半部６６全体を加熱できるような発熱ブロック体を部分加熱部２０に設置し、当該下半部６６の全体を焼き戻すことでその低強度化を図っている。
【００４５】
［実施形態の効果］
本実施形態では、熱間プレス部１０で成形および焼入れを施した後に、部分加熱部２０でプレス成形品Ｍ２の一部分を焼き戻すという二段階の手順を採用したので、従来例のように、熱間プレス加工用の金型に空隙や窪みを設ける必要が無く、又、同金型に発熱体を組み込む必要が無い。このため、熱間プレス部１０の金型には一般的な金型を用いることができ、金型の複雑化や高コスト化を防止することができる。
【００４６】
熱間プレス部１０で成形および焼入れを施した後に、部分加熱部２０でプレス成形品Ｍ２の一部分を焼き戻すこととしたので、プレス成形品Ｍ２の局部（本例では、部位６３，６４）のみを急速に高温加熱して焼き戻しによる低硬度化を短時間で達成することができる。また、プレス成形品Ｍ２の一部分を焼き戻して低硬度化することにより、当該焼き戻し部位（６３，６４）の切断や穴あけが容易になり、切除加工の精度向上と加工時間の短縮とを図ることができる。
【００４７】
可動ベース２のワンストローク動作（一往復動作）で、熱間プレス部１０による「成形および焼入れ」、部分加熱部２０による「焼き戻し」、並びに切除加工部３０による「切除加工」を同時に達成することができる。従って、通常の熱間プレス加工とほとんど変わらないサイクルタイムで稼動することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…固定ベース
２…可動ベース
１０…熱間プレス部
１１…第１の金型としての下金型
１２…第２の金型としての上金型
２０…部分加熱部
２１…第１の支持体としての下側支持体
２２…第２の支持体としての上側支持体
２３…駆動シリンダ（支持体駆動機構）
２４１，２４２…ボタン型発熱ブロック体
２５１，２５２…レール型発熱ブロック体
３０…切除加工部
３１…第１の切除加工具としての下側支持具
３２…第２の切除加工具としての上側加工具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間プレス加工に使用する複合型プレス加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ドアインパクトビーム等の車両用衝突補強材の分野では、部材の軽量化と高強度化を両立するための加工方法として、ホットフォーミング（熱間プレス加工）が利用されている。一般にホットフォーミングは、出発材料となる金属板材の全体を均一に加熱し、これを相対的に低温のプレス型でプレス成形することにより付形と焼入れとを同時達成するものである。それ故、ホットフォーミングで得られる製品はその全体が一様に高強度化されており、そのために熱間プレス後における切断などの後加工が困難になるという問題をかかえていた。そして、この問題に対する解決策が種々提案されている。
【０００３】
特許文献１は、二つの金型（上金型と下金型）の同位置に空隙を設け、その空隙に体積率３０％以上の気体と難燃性材料とが充填された当該金型を熱間プレス加工に使用する高強度部品の製造方法を開示する。この方法によれば、各金型のうち前記空隙が設けられた部位の冷却速度が相対的に遅くなり、その結果、当該部位に関しては焼入れ効果が無くなって部分的に低強度部（非焼入れ部）が得られる。この低強度部に対しては、切断などの後加工が比較的容易になる。
【０００４】
特許文献２は、上記特許文献１と同様に窪み（６Ａ，７Ａ）を設けた金型を使用するプレス部品の焼入れ方法（文献２の図２参照）と、金型の一部に発熱体（１０）を組み込んだ金型を使用するプレス部品の焼入れ方法（文献２の図７〜９参照）とを開示する。ここで、窪み（６Ａ，７Ａ）の技術的意義は特許文献１の空隙と同じである。また、発熱体（１０）の技術的意義は、熱間プレス時において当該発熱体に接触する鋼板（Ｗ）の部位を発熱体の設定温度に維持することにある（文献２の段落００４７，００４８参照）。つまり、熱間プレス時に発熱体（１０）によって温度を維持することで窪み（６Ａ，７Ａ）と等価な状況を作り出し、部分的に焼入れ効果を阻害することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４２７７６号（要約）
【特許文献２】特開２００３−３２８０３１号
【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、特許文献１の方法では、たとえ金型の一部に空隙を設けたとしても、その空隙を取り囲む周辺壁部による除熱作用が当該空隙に対面する製品部分に及ぶことは避けられない。このような周辺壁部による除熱作用の影響を十分に排除するには、空隙の大きさ（製品に対面する面積）をある程度大きくする必要があろう。しかし、そうすると、低強度状態（非焼入れ状態）を維持したい製品部分のみならず、本来ならば高強度としたい周辺部分についても焼入れが不十分となって高強度化が図れないという問題がある。つまり、従来の設備では、一つの熱間プレス製品において焼入れ部分と非焼入れ部分との作り分けを細かく制御することが難しい。特許文献２の窪み（６Ａ，７Ａ）や発熱体（１０）についても同様のことが言える。
【０００７】
加えて、特許文献１および２の技術には次のような不都合もある。すなわち、熱間プレス加工に使用するプレス用の金型は、十分に低い温度を維持できないと焼入れ効果が得られないため、プレス型の内部に冷却回路（例えば冷却水の循環経路）を設けることが好ましい。しかしながら、上述のように金型の一部に空隙、窪み又は発熱体を設ける必要があるとすると、金型の構造が複雑化して金型コストの増加要因となるばかりか、冷却回路の配置が制限されて、冷却能力の低下や予期しないヒートスポットの発生を招くおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、熱間プレス加工用金型の構造の複雑化を回避しつつ、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けを容易にし、しかも熱間プレス加工から切除加工までの一連の加工を効率的に行うことができる複合型プレス加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、固定ベースと、その固定ベースに接近離間可能に設けられた可動ベースとを具備した複合型プレス加工装置であって、
加熱された金属板材を熱間プレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部と、
前記熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻すための部分加熱部と、
前記部分加熱部で部分的に焼き戻した部位に対して切除加工を施すための切除加工部と、を備えており、
前記熱間プレス部による熱間プレス成形、前記部分加熱部による部分加熱、および、前記切除加工部による切除加工が、前記固定ベースに対する前記可動ベースの接近動作に同期して行われることを特徴とする複合型プレス加工装置である。
【００１０】
請求項１の複合型プレス加工装置では、成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部と、当該熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱して焼き戻すための部分加熱部とが別々に設けられている。このため、熱間プレス加工用の金型として一般的な金型を用いることができ、従来例のように空隙、窪み又は発熱体が設けられた特殊な金型を用いる必要が無いので、金型の構造の複雑化を回避することができる。また、熱間プレス部で成形および焼入れを施した後に、部分加熱部でプレス成形品の一部を焼き戻すという二段階の手順を経てプレス成形品が加工されるので、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けが従来よりも容易になる。更に、固定ベースに対する可動ベースの接近動作に同期して熱間プレス、部分加熱および切除加工の各処理が行われるので、この装置一台で一連の加工を効率的に行うことができる。なお、この明細書において「切除加工」とは、ある部材の一部がせん断力の作用を受けて切り離されたり取り除かれたりすることを意味するものであり、切断加工のみならず穴あけ加工をも含む意味である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の複合型プレス加工装置において、
前記熱間プレス部は、前記加熱された金属板材を間に挟むように配置される第１の金型および第２の金型を有し、
前記部分加熱部は、前記成形および焼入れを施したプレス成形品を間に挟むように配置される第１の支持体および第２の支持体を有し、且つ、これら第１および第２の支持体のうちの少なくとも一方には焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記切除加工部は、前記部分的に焼き戻されたプレス成形品を間に挟むように配置されると共に当該プレス成形品の焼き戻し部位に対し協働して切除加工を行う第１の切除加工具および第２の切除加工具を有し、
前記第１の金型、第１の支持体および第１の切除加工具は、前記固定ベースに支持されており、前記第２の金型、第２の支持体および第２の切除加工具は、前記可動ベースに支持されて可動ベースとともに駆動される、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の複合型プレス加工装置によれば、第２の金型、第２の支持体および第２の切除加工具は、可動ベースに支持されて可動ベースとともに駆動されるので、可動ベースのワンストローク動作（一往復動作）で、熱間プレス部による「成形および焼入れ」、部分加熱部による「焼き戻し」、並びに切除加工部による「切除加工」をほぼ同時に達成することができる。また、通常の熱間プレス加工とほとんど変わらないサイクルタイムでの稼動を実現することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の複合型プレス加工装置において、
少なくとも前記第２の支持体には、焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記可動ベースには、当該可動ベースの動作とは別に前記第２の支持体を可動ベースの移動方向に駆動するための支持体駆動機構が設けられている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の複合型プレス加工装置によれば、焼き戻し用の発熱体が装着された第２の支持体を、可動ベースの動作とは別に（即ち可動ベースの動きから独立して）当該可動ベースの移動方向に駆動するための支持体駆動機構が可動ベースに設けられている。従って、支持体駆動機構を働かせることで、可動ベースが固定ベースに最も接近している時間（即ち、熱間プレス部において第１の金型と第２の金型とが型締めされている時間Ｔ１）に影響されることなく、第２の支持体に装着された発熱体がプレス成形品の一部に接触する時間（即ち加熱時間Ｔ２）を任意に調節することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の複合型プレス加工装置において、
前記発熱体は、内部にシーズヒーターを内蔵したボタン形状またはレール形状の発熱ブロック体として構成されている、ことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、焼き戻し用の発熱体を安価でコンパクトに構成することができる。また、発熱体が接触する非常に限られた狭い範囲だけを選択的に加熱できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の複合型プレス加工装置によれば、熱間プレス加工用金型の構造の複雑化を回避しつつ、一つのプレス成形品において高強度部分と低強度部分との作り分けを容易にすることができる。また、熱間プレス加工から切除加工までの一連の加工を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】加工手順の概要を示し、（Ａ）は従来の工程図、（Ｂ）は本発明の工程図。
【図２】一実施形態に従う複合型プレス加工装置の概略を示す正面図。
【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）及び（Ｆ）は、金属板材から最終製品に至るまでの形状変化を示す一連の斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）に示した成形品の横断面図。
【図４】焼き戻しにおける被加熱部位の温度変化を示すグラフ。
【図５】ドアインパクトビームの一製品例を示し、（Ａ）はプレス成形品の部分加熱の態様を示す平面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ線での断面図、（Ｃ）は切除加工後の製品の平面図。
【図６】車両用Ｂピラーの一製品例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施形態の概要］
従来、図１（Ａ）に示すように、材料（金属板材）の加熱、並びに、成形および焼入れを施す熱間プレス加工ラインＬ１と、その熱間プレス加工ラインＬ１で作られたプレス成形品（一次成形品）に対して切断や穴あけ等の後加工を施す後加工ラインＬ２とは、別々に構築されていた。熱間プレス加工ラインＬ１で作られたプレス成形品（一次成形品）はその全体が高硬度であるため、後加工ラインＬ２での切断や穴あけのためには専用のプレス機（せん断加工機）を必要とした。これに対し本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、熱間プレス加工ラインＬ１のプレス工程の中に「成形および焼入れ」、「部分焼き戻し」並びに「切断および穴あけ」の３つの工程が包含されている。これら３つの工程を一つのプレス工程の中で可能とする装置が、次に説明する複合型プレス加工装置である。
【００２０】
［複合型プレス加工装置］
図２に示すように、複合型プレス加工装置は、固定土台としての固定ベース１と、固定ベース１の上方に配設された可動ベース２とを備えている。可動ベース２は、図示しない駆動機構によって垂直方向（即ち固定ベース１に接近および離間する方向）に往復動可能となっている。そして、固定および可動ベース（１，２）間には、熱間プレス部１０と、部分加熱部２０と、切除加工部３０とが横並びに配設されている。
【００２１】
熱間プレス部１０は、図示しない加熱装置で加熱された金属板材Ｍ１（図３（Ａ）参照）を熱間にてプレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品Ｍ２（図３（Ｂ）参照）を得るための第１の加工セクションである。図２に示す熱間プレス部１０は、第１の金型としての下金型１１と、第２の金型としての上金型１２とを備えている。下金型１１は固定ベース１上に固定的に支持されている。他方、上金型１２は可動ベース２の下面側に支持されている。従って、上金型１２は、可動ベース２の垂直移動に伴って下金型１１に接近および離間する。
【００２２】
図２では、下金型１１は上に凸の横断面凸形状をなし、上金型１２は、下金型１１の凸形状に対応した下に凹の横断面凹形状をなしている。そして、可動ベース２が固定ベース１に最も接近したとき、上金型１２が下金型１１に嵌合して型締め状態となるように上下両金型１１，１２の取付け位置および可動ベース２のストロークが設定されている。それ故、上下両金型１１，１２の間に配置された金属板材Ｍ１は、両金型の型締めによって成形と焼入れとを同時に施される。
【００２３】
なお、下金型１１および上金型１２の各々の内部には、図示しない冷却回路（例えば冷却水の循環経路）が設けられ、両金型が低温状態を維持できるようになっている。
【００２４】
部分加熱部２０は、前記熱間プレス部１０で得られたプレス成形品Ｍ２の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻した成形品Ｍ３（図３（Ｅ）参照）を得るための第２の加工セクションである。図２に示す部分加熱部２０は、第１の支持体としての下側支持体２１と、第２の支持体としての上側支持体２２とを備えている。下側支持体２１は固定ベース１上に固定的に支持されている。他方、上側支持体２２は駆動シリンダ２３を介して可動ベース２の下面側に支持されている。即ち、可動ベース２の下面側には、垂直方向に伸縮自在な駆動シリンダ２３が装着され、その駆動シリンダ２３の下端部（つまり可動ピストンの先端部）に上側支持体２２が取り付けられている。従って、駆動シリンダ２３が停止している限り、上側支持体２２は、可動ベース２の垂直移動に伴って下側支持体２１に接近および離間する。そして、駆動シリンダ２３は、可動ベース２の上下動とは別に上側支持体２２を垂直方向（可動ベースの移動方向）に駆動するための支持体駆動機構として機能する。
【００２５】
図２では、下側支持体２１は上に凸の横断面凸形状をなし、上側支持体２２は、下側支持体２１の凸形状に対応した下に凹の横断面凹形状をなしている。下側支持体２１の中央凸部の上面には、２個のボタン型発熱ブロック体２４１が設けられ、下側支持体２１の中央凸部の左右に位置する肩部には、レール型発熱ブロック体２５１がそれぞれ設けられている。更に、上側支持体２２の中央凹部の下面には、上記２個のボタン型発熱ブロック体２４１と対向関係にある２個のボタン型発熱ブロック体２４２が設けられ、上側支持体２２の中央凹部の左右に位置する土手部には、上記２条のレール型発熱ブロック体２５１と対向関係にあるレール型発熱ブロック体２５２がそれぞれ設けられている。そして、本例では、駆動シリンダ２３が停止状態（待機状態）を維持したまま、可動ベース２が固定ベース１に最も接近したとき、下側支持体２１上に支持されたプレス成形品Ｍ２が、下側支持体２１のボタン型発熱ブロック体２４１およびレール型発熱ブロック体２５１と、上側支持体２２のボタン型発熱ブロック体２４２およびレール型発熱ブロック体２５２とによって挟まれるように（図３（Ｃ）及び（Ｄ）参照）、上下両支持体２１，２２の取付け位置および可動ベース２のストロークが設定されている。このため、上下両支持体２１，２２間に配置されたプレス成形品Ｍ２は、熱間プレス部１０での両金型１１，１２の型締めに同期して部分的な焼き戻しを施される。
【００２６】
なお、ボタン型発熱ブロック体２４１，２４２並びにレール型発熱ブロック体２５１，２５２はいずれも、内部にシーズヒーターが埋め込まれた金属製のブロック状発熱体として構成されている。
【００２７】
切除加工部３０は、部分加熱部２０で部分的に焼き戻したプレス成形品Ｍ３の当該焼き戻し部位に対して切除加工を施して、切除加工品（本例では最終製品Ｍ４）を得るための第３の加工セクションである。図２に示す切除加工部３０は、第１の切除加工具としての下側支持具３１と、第２の切除加工具としての上側加工具３２とを備えている。下側支持具３１は固定ベース１上に固定的に支持される一方、上側加工具３２は可動ベース２の下面側に支持されている。従って、上側加工具３２は、可動ベース２の垂直移動に伴って下側支持具３１に接近および離間する。
【００２８】
上側加工具３２は、その中央部において穴あけ加工（ピアス加工）用の２個のパンチ３２ａを有すると共に、該加工具３２の左右両側において切断加工（トリム加工）用の切断刃部３２ｂを有している。上側加工具３２の内部には各パンチに対応する駆動シリンダ３３が内蔵されており、駆動シリンダ３３によって各パンチ３２ａは、上側加工具３２の下面から垂直方向に出没可能となっている。他方、下側支持具３１は、部分焼き戻しを受けたプレス成形品Ｍ３を下から支えるべく上に凸の横断面形状をなしている。この下側支持具３１は、その中央部において上側加工具の穴あけ加工用パンチ３２ａを受け容れ可能な逃がし凹部３１ａを有すると共に、該支持具３１の左右両側において上側加工具の両切断刃部３２ｂの相手刃として機能する固定刃面３１ｂを有している。即ち、下側支持具の逃がし凹部３１ａは、上側加工具の穴あけ加工用パンチ３２ａと協力して穴あけ加工を達成する協働部位である。また、下側支持具の固定刃面３１ｂは、上側加工具の切断刃部３２ｂと協力して切断加工を達成する協働部位である。
【００２９】
本例では、可動ベース２が固定ベース１に接近する過程で、上側加工具の切断刃部３２ｂが下側支持具の固定刃面３１ｂと交差し得るように下側支持具３１および上側加工具３２の構造および取付け位置、並びに可動ベース２のストロークが設定されている。また、上側加工具３２が下側支持具３１に十分に接近した後、駆動シリンダ３３が突出動作することで、上側加工具のパンチ３２ａが下側支持具の逃がし凹部３１ａに進入するようになっている。このため、下側支持具３１と上側加工具３２との間に配置された焼き戻し品Ｍ３は、熱間プレス部１０での両金型１１，１２の型締めにほぼ同期して切断加工および穴あけ加工を施される。
【００３０】
なお、本実施形態の複合型プレス加工装置は、ファクトリーコンピュータや、シーケンサなどのコンピュータ類似の電子制御ユニット（図示略）を備えている。この電子制御ユニットは、図示しない駆動回路や駆動機構を介して可動ベース２、駆動シリンダ２３および３３、並びに、発熱ブロック体２４１，２４２，２５１および２５２に電気的に接続されており、これらの被制御要素を所定の制御プログラムに従って自動制御または半自動制御する。
【００３１】
次に、本実施形態の複合型プレス加工装置を用いた製品（例えば、図３（Ｆ）に示す製品Ｍ４）の加工手順を説明する。
【００３２】
先ず図３（Ａ）に示すように、出発材料としての金属板材Ｍ１を準備する。本例では、金属板材Ｍ１は板厚が１．６〜１．８ｍｍのステンレス鋼製の高張力鋼板である。この金属板材Ｍ１を加熱装置（図示略）で８５０℃〜１０５０℃の温度に加熱する。この高温状態にある金属板材Ｍ１を加熱装置からプレス加工装置の熱間プレス部１０に高速搬送し、下金型１１上に載置することで両金型１１，１２間に配置する。そして速やかに可動ベース２を下動させ両金型１１，１２で金属板材Ｍ１を挟圧することにより、金属板材Ｍ１をプレス成形する。両金型１１，１２の型締め状態を所定時間Ｔ１（例えばＴ１＝５秒）だけ維持することにより、金属板材Ｍ１の成形と焼入れとを同時達成する。こうして図３（Ｂ）に示すように、成形および焼入れが施されたプレス成形品Ｍ２を得る。このプレス成形品Ｍ２は、相対的に低温の金型１１，１２が接することによる焼入れ効果により、引張強さで１３００〜１５００ＭＰａ、ビッカース硬度でＨＶ４５０程度に高強度化（硬化）されている。
【００３３】
次に、可動ベース２を元位置（待機位置、上死点位置）に後退上動させて下金型１１から上金型１２を離間させる。そして、プレス成形品Ｍ２を熱間プレス部１０からその隣の部分加熱部２０に移し、下側支持体２１上に載置する。この場合、図２に示すように、プレス成形品Ｍ２は、下側支持体２１の２個のボタン型発熱ブロック体２４１および２条のレール型発熱ブロック体２５１によって支持される。このとき既に、全ての発熱ブロック体２４１，２４２，２５１，２５２は発熱状態にある。
【００３４】
待機位置に後退していた可動ベース２の２回目の下動により、部分加熱部２０の上側支持体２２は下側支持体２１に向けて接近する。その間、駆動シリンダ２３は停止状態にある。そして、可動ベース２が固定ベース１に最接近したとき（即ち上下金型１１，１２が型締め状態となったとき）、上側支持体２２の２個のボタン型発熱ブロック体２４２および２条のレール型発熱ブロック体２５２がプレス成形品Ｍ２の上面側に接触する。その結果、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、プレス成形品Ｍ２の中央天井壁６１における特定の２箇所が、その上下からボタン型発熱ブロック体２４１および２４２によって挟まれて局部的に加熱される。同様に、プレス成形品Ｍ２の左右フランジ壁６２における幅方向中心位置が、その上下からレール型発熱ブロック体２５１および２５２によって挟まれて局部的に加熱される。
【００３５】
発熱ブロック体２４１，２４２，２５１および２５２による局部加熱は、被加熱部位が所定の焼き戻し温度Ｋ（Ｋは６５０℃以上７３０℃未満）に達するまで続けられる。具体的には図４に示すように、上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２がプレス成形品Ｍ２の上面側に接触した時点（即ち上下金型１１，１２の型締め完了時、図４でｔ＝０）から所定の加熱時間Ｔ２の間、プレス成形品Ｍ２の被加熱部位に対する発熱ブロック体２４１，２４２，２５１および２５２の接触を維持することにより、被加熱部位の温度を上記焼き戻し温度Ｋに到達させる。ここで、被加熱部位の温度を温度Ｋにまで迅速に昇温するのに実現可能な昇温速度は、８０〜１５０℃／秒である。従って、仮に到達すべき目標の温度Ｋが７００℃の場合、必要な加熱時間Ｔ２は４〜８秒程度である。
【００３６】
ここで一つの懸念がある。部分加熱部２０の上側支持体２２は可動ベース２に支持されているため、可動ベース２が下死点位置から上動を開始すれば、それに伴って上側支持体２２も下側支持体２１から離れることになる。前述のように、両金型１１，１２の型締め時間はＴ１（例えばＴ１＝５秒）であるが、この型締め時間Ｔ１と前記加熱時間Ｔ２とが一致するとは限らず、その場合二つの時間に齟齬が生じる。この点、本実施形態の複合型プレス加工装置は、部分加熱部２０において駆動シリンダ２３を具備しているので、時間Ｔ１とＴ２との不一致の問題を解決できる。
【００３７】
具体的には、加熱時間Ｔ２が型締め時間Ｔ１よりも長い場合、例えばＴ１＝５秒、Ｔ２＝８秒の場合、この複合型プレス加工装置の電子制御ユニットは、可動ベース２が下死点位置から上動を開始すると同時（つまりＴ１＝５秒の経過時）に駆動シリンダ２３に伸張動作を開始させる。そして、可動ベース２の上動量に対応する駆動シリンダ２３の伸張量を確保することにより、可動ベース２の上動にもかかわらず、駆動シリンダ２３に支持された上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２がプレス成形品Ｍ２に接触した状態を維持する。可動ベース２の上動を打ち消す駆動シリンダ２３の伸張動作をＴ２とＴ１との差分の時間（即ち８−５＝３秒）だけ維持することで、全ての発熱ブロック体がプレス成形品Ｍ２を加熱する時間Ｔ２（＝８秒）が確保される。加熱時間Ｔ２の経過により駆動シリンダ２３の伸張動作が停止し、上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２がプレス成形品Ｍ２から離れることで、プレス成形品Ｍ２の局部加熱は実質的に終了する。もちろん、加熱時間Ｔ２の経過と同時に下側支持体２１の発熱ブロック体２４１，２５１への電力供給を遮断することでプレス成形品Ｍ２の下からの加熱も終わらせ、局部加熱の終了を確実にしてもよい。
【００３８】
他方、各発熱ブロック体の加熱能力が非常に高い等の理由で加熱時間Ｔ２が型締め時間Ｔ１よりも短くて済む場合、例えばＴ１＝５秒、Ｔ２＝４秒の場合、この複合型プレス加工装置の電子制御ユニットは、可動ベース２が下死点位置から上動を開始するよりも前に駆動シリンダ２３に収縮動作を開始させる。即ち、可動ベース２が固定ベース１に最接近したとき（即ち上下金型１１，１２が型締め状態となったとき）から４秒が経過した時点で、駆動シリンダ２３を収縮させ、上側支持体２２の発熱ブロック体２４２，２５２をプレス成形品Ｍ２から引き離す。これにより、プレス成形品Ｍ２の局部加熱が実質的に終了する。もちろん、上記４秒（＝Ｔ２）の経過と同時に下側支持体２１の発熱ブロック体２４１，２５１への電力供給を遮断することでプレス成形品Ｍ２の下からの加熱も終わらせ、局部加熱の終了を確実にしてもよい。その後、電子制御ユニットは、上下金型１１，１２による型締め完了から５秒（＝Ｔ１）が経過した時点で可動ベース２を下死点位置から上動させ、熱間プレス加工を終わらせる。
【００３９】
なお、加熱時間Ｔ２が型締め時間Ｔ１と同じ場合には、駆動シリンダ２３を駆動制御する必要はない。また、本例では、プレス成形品Ｍ２の被加熱部位の温度が目標温度Ｋに達すると直ぐに、能動的な局部加熱を終了することとしたが、図４中に破線で示すように、目標温度Ｋに達した後（時間Ｔ２の経過後）も所定の追加時間ΔＴだけ温度Ｋを保持し、その後にプレス成形品Ｍ２の被加熱部位を放冷するようにしてもよい。
【００４０】
図３（Ｅ）は、部分的に焼き戻されたプレス成形品Ｍ３を示す。この図に示すように、プレス成形品Ｍ３の中央天井壁６１においては、ボタン型発熱ブロック体２４１，２４２の接触を受けた円形跡状の被加熱部位６３が局部的に焼き戻される。また、プレス成形品Ｍ３の左右フランジ壁６２においては、レール型発熱ブロック体２５１，２５２の接触を受けたレール跡状の被加熱部位６４が局部的に焼き戻される。この局部的な焼き戻しにより、これら被加熱部位６３，６４の強度は、引張強さで６００〜８００ＭＰａ、ビッカース硬度でＨＶ２５０程度にまで低下する。
【００４１】
可動ベース２の２回目の後退上動後に、部分的に焼き戻したプレス成形品Ｍ３を部分加熱部２０からその隣の切除加工部３０に移し、下側支持具３１上に載置する。そして、待機位置に後退していた可動ベース２の３回目の下動により、切除加工部３０の上側加工具３２を下側支持具３１に向けて接近させる。この切除加工部３０では、可動ベース２が固定ベース１に接近する過程で（即ち上下金型１１，１２の型締めにほぼ同期して）、上側加工具の各切断刃部３２ｂが、下側支持具の固定刃面３１ｂと交差しながらレール跡状の被加熱部位６４を切断する。また、上側加工具３２が下側支持具３１に十分に接近（又は接触）したタイミングにおいて、駆動シリンダ３３によって各パンチ３２ａが下向きに突出すると共に、円形跡状の被加熱部位６３を打ち抜きながら下側支持具の逃がし凹部３１ａに進入する。こうして得られた切除加工品Ｍ４にあっては、図３（Ｆ）に示すように、中央天井壁６１に二つの孔６５が貫通形成されると共に、左右フランジ壁６２の幅方向両端が切り落とされる。
【００４２】
なお、本実施形態の複合型プレス加工装置では、可動ベース２のワンストローク動作で、熱間プレス部１０、部分加熱部２０および切除加工部３０が同時に作動し、一度に３ロットの製品に対して加工処理を施すことができることは言うまでも無い。
【００４３】
図５は、本発明に従う複合型プレス加工装置を用いて製造したドアインパクトビームの一製品例を示す。図５（Ａ）は、部分加熱部２０で部分的な焼き戻し処理を施した直後のプレス成形品Ｍ３(beam)の平面図である。このドアインパクトビーム製造用の複合型プレス加工装置では閉ループ状に繋がったレール型発熱ブロック体が用いられ、それに呼応してレール跡状被加熱部位６４も平面視閉ループ状をなしている。図５（Ｂ）において、破線７１は穴あけ加工の切断予定線であり、破線７２は切断加工の切断予定線である。図５（Ａ）及び（Ｂ）のプレス成形品Ｍ３(beam)に対し、切除加工部３０で穴あけ加工および切断加工を施すことにより、図５（Ｃ）に示すような最終製品Ｍ４(beam)としてのドアインパクトビームが得られる。
【００４４】
図６は、本発明に従う複合型プレス加工装置を用いて製造した車両用Ｂピラーの一製品例を示す。図６には、切除加工まで施された最終製品Ｍ４(pillar)としてのＢピラーが示されている。Ｂピラーでは、そのピラー本体の下半部６６（図６で梨地模様の部位）の強度を上半部６７の強度よりも低くした方が側面衝突時の安全性が高まることが知られている。それ故、このＢピラー製造用の複合型プレス加工装置では、ピラー本体の下半部６６全体を加熱できるような発熱ブロック体を部分加熱部２０に設置し、当該下半部６６の全体を焼き戻すことでその低強度化を図っている。
【００４５】
［実施形態の効果］
本実施形態では、熱間プレス部１０で成形および焼入れを施した後に、部分加熱部２０でプレス成形品Ｍ２の一部分を焼き戻すという二段階の手順を採用したので、従来例のように、熱間プレス加工用の金型に空隙や窪みを設ける必要が無く、又、同金型に発熱体を組み込む必要が無い。このため、熱間プレス部１０の金型には一般的な金型を用いることができ、金型の複雑化や高コスト化を防止することができる。
【００４６】
熱間プレス部１０で成形および焼入れを施した後に、部分加熱部２０でプレス成形品Ｍ２の一部分を焼き戻すこととしたので、プレス成形品Ｍ２の局部（本例では、部位６３，６４）のみを急速に高温加熱して焼き戻しによる低硬度化を短時間で達成することができる。また、プレス成形品Ｍ２の一部分を焼き戻して低硬度化することにより、当該焼き戻し部位（６３，６４）の切断や穴あけが容易になり、切除加工の精度向上と加工時間の短縮とを図ることができる。
【００４７】
可動ベース２のワンストローク動作（一往復動作）で、熱間プレス部１０による「成形および焼入れ」、部分加熱部２０による「焼き戻し」、並びに切除加工部３０による「切除加工」を同時に達成することができる。従って、通常の熱間プレス加工とほとんど変わらないサイクルタイムで稼動することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…固定ベース
２…可動ベース
１０…熱間プレス部
１１…第１の金型としての下金型
１２…第２の金型としての上金型
２０…部分加熱部
２１…第１の支持体としての下側支持体
２２…第２の支持体としての上側支持体
２３…駆動シリンダ（支持体駆動機構）
２４１，２４２…ボタン型発熱ブロック体
２５１，２５２…レール型発熱ブロック体
３０…切除加工部
３１…第１の切除加工具としての下側支持具
３２…第２の切除加工具としての上側加工具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベースと、その固定ベースに接近離間可能に設けられた可動ベースとを具備した複合型プレス加工装置であって、
加熱された金属板材を熱間プレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部と、
前記熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻すための部分加熱部と、
前記部分加熱部で部分的に焼き戻した部位に対して切除加工を施すための切除加工部と、を備えており、
前記熱間プレス部による熱間プレス成形、前記部分加熱部による部分加熱、および、前記切除加工部による切除加工が、前記固定ベースに対する前記可動ベースの接近動作に同期して行われることを特徴とする複合型プレス加工装置。
【請求項２】
前記熱間プレス部は、前記加熱された金属板材を間に挟むように配置される第１の金型および第２の金型を有し、
前記部分加熱部は、前記成形および焼入れを施したプレス成形品を間に挟むように配置される第１の支持体および第２の支持体を有し、且つ、これら第１および第２の支持体のうちの少なくとも一方には焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記切除加工部は、前記部分的に焼き戻されたプレス成形品を間に挟むように配置されると共に当該プレス成形品の焼き戻し部位に対し協働して切除加工を行う第１の切除加工具および第２の切除加工具を有し、
前記第１の金型、第１の支持体および第１の切除加工具は、前記固定ベースに支持されており、前記第２の金型、第２の支持体および第２の切除加工具は、前記可動ベースに支持されて可動ベースとともに駆動される、ことを特徴とする請求項１に記載の複合型プレス加工装置。
【請求項３】
少なくとも前記第２の支持体には、焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記可動ベースには、当該可動ベースの動作とは別に前記第２の支持体を可動ベースの移動方向に駆動するための支持体駆動機構が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の複合型プレス加工装置。
【請求項４】
前記発熱体は、シーズヒーターを内蔵したボタン形状またはレール形状の発熱ブロック体として構成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載の複合型プレス加工装置。
【請求項１】
固定ベースと、その固定ベースに接近離間可能に設けられた可動ベースとを具備した複合型プレス加工装置であって、
加熱された金属板材を熱間プレス成形することで成形および焼入れを施したプレス成形品を得るための熱間プレス部と、
前記熱間プレス部で得られたプレス成形品の一部を加熱することで当該加熱部位を焼き戻すための部分加熱部と、
前記部分加熱部で部分的に焼き戻した部位に対して切除加工を施すための切除加工部と、を備えており、
前記熱間プレス部による熱間プレス成形、前記部分加熱部による部分加熱、および、前記切除加工部による切除加工が、前記固定ベースに対する前記可動ベースの接近動作に同期して行われることを特徴とする複合型プレス加工装置。
【請求項２】
前記熱間プレス部は、前記加熱された金属板材を間に挟むように配置される第１の金型および第２の金型を有し、
前記部分加熱部は、前記成形および焼入れを施したプレス成形品を間に挟むように配置される第１の支持体および第２の支持体を有し、且つ、これら第１および第２の支持体のうちの少なくとも一方には焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記切除加工部は、前記部分的に焼き戻されたプレス成形品を間に挟むように配置されると共に当該プレス成形品の焼き戻し部位に対し協働して切除加工を行う第１の切除加工具および第２の切除加工具を有し、
前記第１の金型、第１の支持体および第１の切除加工具は、前記固定ベースに支持されており、前記第２の金型、第２の支持体および第２の切除加工具は、前記可動ベースに支持されて可動ベースとともに駆動される、ことを特徴とする請求項１に記載の複合型プレス加工装置。
【請求項３】
少なくとも前記第２の支持体には、焼き戻し用の発熱体が装着されており、
前記可動ベースには、当該可動ベースの動作とは別に前記第２の支持体を可動ベースの移動方向に駆動するための支持体駆動機構が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の複合型プレス加工装置。
【請求項４】
前記発熱体は、シーズヒーターを内蔵したボタン形状またはレール形状の発熱ブロック体として構成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載の複合型プレス加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１７３１６６（Ｐ２０１１−１７３１６６Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１２０４（Ｐ２０１０−４１２０４）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
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