JP2003328031A - プレス部品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分的に後加工が可能なプレス部品の焼入れ
方法および焼入れ装置を提供する。 【解決手段】 成形型５の対向する成形面に窪み６Ａ、
７Ａを設け、投入された加熱鋼板Ｗを成形型５に接触す
る部位と窪み６Ａ、７Ａに臨む部位とで冷却速度を異な
らせて冷却し、プレス部品１に得られる焼入れ硬度を部
位によって変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱鋼板をプレス
成形するプレス部品の焼入れ方法および焼入れ装置およ
びプレス部品に関し、特に、部分的に後加工可能なプレ
ス部品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部品
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から鋼板（パネル材）を溶接等によ
り組立て形成する、例えば、車体等の軽量化のために鋼
板の強度を向上させる方法として、高強度鋼板（高張力
鋼板）を用いる従来からの方法に代えて、加熱状態の鋼
板をプレス成形により急冷・焼入れすることが提案され
ている。

【０００３】この成形方法は、鋼板を摂氏１０００度近
傍まで加熱し、プレス成形型に投入して摂氏約８００度
程度の鋼板をプレス成形するものである。プレス成形さ
れる鋼板は、高温のために材料強度が低下しており、成
形型に沿って素直に変形し、成形品の寸法精度が向上す
る。また、鋼板は成形型に挟まれることで成形型に熱が
奪われて急冷され焼入れされることとなり、成形品の母
材強度を大幅に向上させることができる。成形品は焼入
れ状態で形成されるため、スプリングバック等の寸法精
度の不良等も極めて少ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の成形品は、プレス成形型による焼入れにより硬度
が上昇するので以下のような問題点があった。

【０００５】即ち、成形品の表面は、急冷による焼入れ
により硬度が上昇しており、剪断抵抗の増加により穴加
工やトリム加工が困難となる。また、加工できた場合で
も工具破損や工具摩耗の影響がある。

【０００６】また、急冷による焼入れで硬度上昇する前
にピアス等の加工を行い、その後にプレス成形を行う
と、成形途中に生じる材料の移動等によって穴位置にず
れを生じ、その誤差により製品として成立しない恐れが
ある。そのため焼入れ前に加工を行ってもよい（誤差が
許容される）部位は限られる。

【０００７】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、部分的に後加工が可能なプレス部品の焼入
れ方法および焼入れ装置およびプレス部品を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、投入され
た加熱鋼板を成形型により成形品形状部位毎に冷却速度
を異ならせて冷却し、得られる焼入れ硬度を部位毎に変
化させるようにした。

【０００９】第９の発明は、第１の発明において、成形
型内でプレス成形され冷却・硬化する前に加工装置によ
り成形品を加工するようにした。

【００１０】

【発明の効果】したがって、第１の発明では、冷却速度
を部位毎に異ならせて成形品の焼入れ硬度を部位毎に選
択できるため、加工が必要な部位の焼入れ硬度を低下さ
せることでその部位の加工を容易とできる。

【００１１】また、焼入れ硬度を低下させた部位はそれ
だけ靭性が高くなるため、成形品の強度や靭性を部位毎
の要求に対応してコントロールすることができる。

【００１２】第９の発明では、上記第１の発明の効果に
加えて、成形型内においてプレス成形により冷却・硬化
する前の成形品に加工を施すため、成形品材料が高温で
材料強度が低い状態のうちに加工が行え、剪断抵抗等の
加工力を低く抑えることができて加工が容易であると共
に工具破損防止や工具寿命を延長できる。

【００１３】また、プレス成形の後に加工を施すため、
成形品材料は移動済みであり、加工による穴位置などの
ずれが回避でき、精度のよい加工が可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明におけるプレス部品
の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部品を実現
する実施の形態を第１の実施形態に基づいて説明する。

【００１５】（第１実施形態）図１〜図４は、本発明に
おけるプレス部品の焼入れ方法および焼入れ装置および
プレス部品の第１の実施形態を示し、図１は鋼板からプ
レス成形されたプレス部品を、図２は図１のプレス部品
をプレス成形するプレス成形型を、図３は鋼板とプレス
成形型とによる要部の詳細を、図４は剛性低下部の硬度
の状態を夫々示す。

【００１６】図１に示すプレス部品１は、断面がハット
形状をなしており、例えば、図２０に示す自動車の車体
構造において、エンジンコンパートメントを形成するサ
イドメンバＳＭ、車室を形成するピラーＰＲ、或いは、
サイドシルアウターＳＯ等に適用される。これらのパネ
ル部品は、その剛性を向上させることで車体の剛性向上
に比較的大きく寄与する。

【００１７】このため、このプレス部品１は、プレス成
形時に、鋼板を１０００℃近傍まで加熱しプレス成形型
にセットした段階で８００℃程度となるようにし、プレ
ス成形により鋼板の熱を成形型により急激に奪うことで
急冷する。プレス成形されたプレス部品１は、全体が焼
入れされ（焼入れ部Ａという）、その母材強度が大幅に
上昇する。使用する鋼板の材料は、焼入れ性を向上させ
るため、炭素（Ｃ）量がやや多め（０．２〜０．２４％
程度）で、合金成分等が添加されている冷延鋼板材料、
例えばＳＰＣ２０ＣＢの改良材等を使用する。

【００１８】ところで、プレス部品１中においても、設
計上のレベルの強度を必要としない部位や、穴加工（ピ
アス）や切断加工（トリム）等の後加工を行う部位もあ
り、この部位では、その剛性を低下させて、穴加工や切
断加工を可能とする必要がある。図１の斜線で囲んだ部
位が前記剛性低下部２（即ち、この部位では焼入れ硬度
を比較的低く形成する）である。以下、焼入れ部Ａと剛
性低下部２とを備えたプレス部品１を成形するプレス成
形型について説明する。

【００１９】図２は、上記プレス部品１を成形するプレ
ス成形型５の断面図を示し、ダイ６とポンチ７とブラン
クホルダ８を組み合わせた一般的なものである。ダイ６
とポンチ７の剛性低下部２に面する表面には、幅Ｗｄの
範囲に亙って窪み６Ａ、７Ａを形成し、ダイ６およびポ
ンチ７が成形しようとする鋼板Ｗに接触させないように
する。窪み６Ａ、７Ａの幅Ｗｄは、図３に示すように、
剛性低下部位２の幅Ｗｐよりも若干大きく、即ち、鋼板
Ｗ自体を通って成形型５に伝熱・吸熱されて冷却される
長さＸだけ大きく形成している。

【００２０】以上の構成のプレス成形型５においては、
鋼板Ｗを１０００℃近傍まで加熱し、成形型５への投入
時に約８００℃程度となり、高温のため材料強度が低下
している状態の鋼板Ｗをダイ６の保持部６Ｂとブランク
ホルダ８とで挟持し、ポンチ７によりプレス成形する。
鋼板Ｗはポンチ７とダイ６の窪み６Ａ、７Ａの部分によ
る剛性低下部２を除く焼入れ部Ａにおいては、成形型５
に沿って素直に変形し、成形品１は高い寸法精度を備え
る。また、鋼板Ｗは成形型５に挟まれることで成形型５
に熱が奪われて急冷され焼入れされることとなり、成形
品１の母材強度を大幅に向上させることができる。成形
品１は焼入れ状態で形成されるため、スプリングバック
等の寸法精度の不良等も極めて少ない。

【００２１】他方、ポンチ７とダイ６の窪み６Ａ、７Ａ
に臨む剛性低下部２の鋼板Ｗは、ポンチ７とダイ６に接
触しておらず、これら成形型５によっては変形および急
冷されず、即ち、冷却速度が低く焼入れ硬度、即ち、強
度・硬度が他の部分より低下された剛性低下部２を構成
する。成形型５と鋼板ＷＳの接触状態を示す図３によれ
ば、ポンチ７およびダイ６と鋼板Ｗとは、剛性低下部２
の幅Ｗｐに境界領域の幅をＸを加えた幅Ｗｄをもってダ
イ６およびポンチ７の窪み６Ａ、７Ａの幅が形成されて
いる。 図４は、窪み６Ａ、７Ａの縁からの距離（上記
境界領域Ｘ）を横軸に、成形品１の硬度（ＨＶ）を縦軸
にして、成形品１の硬度（ビッカース硬度ＨＶ）の変化
を示すものである。これによれば、窪み６Ａ、７Ａの縁
に近い５ｍｍの位置では硬度５００（ＨＶ）を超えてい
るが、縁から１５ｍｍ離れている位置では硬度４２０
（ＨＶ）程度まで硬度が低下している。従って、成形時
に焼入れ硬度を低めに抑えたい範囲ＷＰに対して、少な
くとも片側１５ｍｍ以上大きな範囲Ｗｄの窪みを確保す
ることにより、範囲Ｗｐ内の硬度が低下できることが実
験データから得られる。例えば、３０ｍｍ幅の部位を低
硬度にしたい場合は、最低片側１５ｍｍ以上、つまり６
０ｍｍの幅でプレス成形型５に窪み６Ａ、７Ａを設ける
必要がある。なお、窪み６Ａ、７Ａの深さは、鋼板Ｗと
接触しなければよいので、数ｍｍの深さでよい。また、
窪み６Ａ、７Ａの縁は、段差を持たせるのでなく、徐々
に深くして境界を滑らかに繋ぐことが望ましい。

【００２２】また、プレス成形を完了してから約３０秒
後に、窪み６Ａ、７Ａに臨む鋼板Ｗ部分とポンチ７およ
びダイ６に接触する鋼板Ｗ部分の温度データをとりいく
つかの値の平均値を得ると、窪み６Ａ、７Ａに臨む部位
では約１３０℃であるのに対し成形型５への接触部分で
は約７０℃であった。このことから、成形型５への接触
部分では焼入れが進んでいるが非接触している窪み６
Ａ、７Ａ部分においては相対的に焼入れが進んでいない
ことと理解できる。

【００２３】従って、加熱された鋼板Ｗをプレス成形型
５によりプレス成形し焼入れしても、トリム加工やピア
ス加工を施す部位の硬度を一般部位より低くすることが
可能となり、加工力を低下でき工具摩耗の防止が期待で
きる。

【００２４】なお、プレス成形型５によるプレス成形時
において、加熱した鋼板Ｗが、先ず、ブランクホルダ８
とダイ６のホルダ部６Ｂとの間で挟まれ、この両者によ
って急冷され焼入れされる懸念がある。この急冷を抑制
するために、ブランクホルダ８とダイ６のホルダ部６Ｂ
の鋼板Ｗと接触する部分に断熱部材や熱伝導性の低い部
材を介挿させると、その後のプレス成形される鋼板Ｗの
硬度を増加させない意味で効果的である。また、鋼板Ｗ
に直接接触する部分に断熱部材や熱伝導性の低い部材を
設けることが一番効果的であるが、耐磨耗性・耐蝕性の
優れた金属を介して鋼板Ｗに接触させるようにしてもよ
い。

【００２５】また、上記実施形態においては、窪み６
Ａ、７Ａにより加熱した鋼板Ｗに接触させないものにつ
いて説明しているが、図示しないが、例えば、窪み６
Ａ、７Ａを多数のディンプルにより形成して熱の伝達面
積を減少させて、成形面の他の一般断面に対して冷却速
度を遅くするようにしてもよい。この場合には、剛性低
下部２においてもディンプルによる断続的な成形面によ
りプレス成形されるため、剛性低下部２の形状精度をよ
り一層向上できる。

【００２６】本実施の形態においては、下記に記載した
効果を奏することができる。

【００２７】（ア）投入された加熱鋼板Ｗを成形型５に
より成形品１形状部位毎に冷却速度を異ならせて冷却
し、得られる焼入れ硬度を部位毎に変化させるため、加
工が必要な部位の焼入れ硬度を低下させることで剛性低
下部２を得ることができ、その部位の加工を容易とでき
る。

【００２８】（イ）また、焼入れ硬度を低下させた部位
としての剛性低下部２はそれだけ靭性が高くなるため、
成形品１の強度や靭性を部位毎の要求に対応してコント
ロールすることができる。

【００２９】（ウ）前記部位毎の冷却速度を成形型５の
成形面形状部位と鋼板Ｗとの単位面積あたりの接触面積
を変化させることにより異ならせるため、接触面積の多
い部位は冷却速度が速いので接触面積の少ない部位に比
べて焼入れ硬度を高くできる。

【００３０】（エ）前記単位面積あたりの接触面積を成
形型５の対向する成形面に設ける窪み６Ａ、７Ａの有無
により形成するため、成形型５の成形面に窪み６Ａ、７
Ａを設けるのみで形成でき、成形型５の成形面形状のプ
レス部品への高精度の転写を然程必要としない部位に適
用できる。

【００３１】（オ）前記単位面積あたりの接触面積を成
形型５の成形面に設けた複数の窪み、即ち、ディンプル
の密度により変化させる場合には、上記窪み６Ａ、７Ａ
によるプレス部品１よりさらに精度よく成形型５の成形
面形状をプレス部品１へ高精度に転写できる。

【００３２】（第２実施形態）次に、本発明におけるプ
レス部品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部
品を実現する実施の形態を第２の実施形態に基づいて説
明する。

【００３３】図５は、本発明におけるプレス部品の焼入
れ方法および焼入れ装置およびプレス部品の第２の実施
形態を示し、ポンチ７およびダイ６に窪み６Ａ、７Ａを
形成して鋼板Ｗに接触させないことにより剛性低下部２
を形成することに代えて、ポンチ７およびダイ６の鋼板
Ｗに接触する部位の型材を熱伝導率の低い材質の材料に
より構成することで剛性低下部２を形成するようにした
ものである。

【００３４】図５に示すように、通常鋳物や鋼材で形成
されるポンチ７の剛性低下部２に対応する範囲の型材７
Ｃをステンレス材等の熱伝導率の低い材料により形成す
る。図示しないが、剛性低下部２に対応する範囲におい
てダイ６の型材６Ｃも同様にステンレス等の熱伝導率の
低い材料により形成する。ステンレス等の熱伝導率の低
い材料の型材７Ｃは、図５に示すポンチ７の例では、台
形のブロック状の型材７Ｃをポンチ７の基本となる材質
のブロックに嵌め込み（インサート構造）により固定し
ている。ダイ６側においても、ポンチ７の熱伝導率の低
い材料で形成された型材７Ｃに対応する範囲を含んで熱
伝導率の低い材料の型材６Ｃをブロック状に嵌め込み
（インサート構造）固定する。なお、熱伝導率の低い型
材６Ｃ、７Ｃを配置する範囲は、剛性低下部２の範囲よ
り、鋼板Ｗ自体で伝熱する境界領域Ｘの幅だけ大きく形
成する。また、ブランクホルダ８およびダイ６のホルダ
部６Ｂについては、第１実施形態で説明した構造とす
る。なお、熱伝導率の低い材料としてステンレスを挙げ
たが、他の金属、セラミック、樹脂等でも、耐熱性、耐
蝕性、および、型材としての条件を満足するものであれ
ばよい。

【００３５】図６は、横軸に型材６Ｃ、７Ｃの熱伝導
率、縦軸に硬度（ＨＶ）とし、得られる成形品の硬度変
化を示したグラフである。このグラフでも判るように、
型材６Ｃ、７Ｃの熱伝導率が高いほど成形品の硬度が上
昇し、熱伝導率が低いほど成形品の硬度を低下させるこ
とができる。

【００３６】従って、このようにプレス成形型５を形成
することで、熱伝導率の低い材質により形成した成形面
によりプレス成形される成形品部位は、急冷されること
が抑制され、焼入れ効果が緩和された剛性低下部２とす
る。他方、その他一般の材質の型材で形成した成形面に
よりプレス成形される成形品部位は、急冷され、焼入れ
効果を高くしてその硬度を高くする焼入れ部Ａとするこ
とができる。

【００３７】しかも、鋼板は、通常の材質で形成された
成形面にも、また、熱伝導率の低い材質で形成された成
形面にも、接触して成形されるため、いずれの部分をと
っても成形品の形状精度を高くできる。

【００３８】なお、上記実施形態では、熱伝導率の低い
材料により型材６Ｃ、７Ｃの成形面を形成するものにつ
いて説明しているが、図示しないが、例えば、型材の成
形面の一部を分離し、断熱材を介して固定するようにし
てもよい。この場合には、断熱材により熱的に浮いてい
るため、この部分の温度は加熱された鋼板からの入熱に
よりその温度を他の型材部分より高く維持することがで
きる。

【００３９】本実施の形態においては、第１実施形態に
よる効果（ア）、（イ）の効果に加えて、下記に記載し
た効果を奏することができる。

【００４０】（カ）鋼板Ｗの冷却速度を成形型５の成形
品形状部位毎に熱伝導の異なる材質の型材６Ｃ、７Ｃを
使用することで異ならせるため、例えば、高い焼入れ硬
度が必要な部位は鋼材や鋳物等の型材を使用し、低い焼
入れ硬度でよい箇所にはステンレス等の熱伝導率の低い
型材を使用することにより、焼き入れ硬度に変化を設け
ることができる。

【００４１】（キ）成形型５の全ての成形面が鋼板Ｗに
接触するため、プレス部品１の形状精度を高精度とでき
る。

【００４２】（第３実施形態）次に、本発明におけるプ
レス部品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部
品を実現する実施の形態を第３の実施形態に基づいて説
明する。

【００４３】図７〜図１２は、本発明におけるプレス部
品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部品の第
３の実施形態を示し、鋼板に接触させない若しくは熱伝
導率の低い型材で接触させることにより剛性低下部を形
成することに代えて、発熱体により鋼板の温度低下を抑
制することで剛性低下部を形成するようにしたものであ
る。

【００４４】図７は、発熱体１０を備えた成形型５を示
し、ダイ６、ポンチ７、ブランクホルダ８およびクッシ
ョン９を備えた一般的な成形型５に加えて、ダイ６の成
形空間に突出した発熱体１０を備えている。発熱体１０
は断熱材１１により保持され、断熱材１１はダイ６に上
下方向に設けたガイド穴６Ｄ内に摺動自在に挿入され、
ガイド穴６Ｄの底部に配置されたスプリング１２等の弾
性体により突出するよう付勢されている。前記発熱体１
０は、例えば、伝熱ヒータにより構成され、ガイド穴６
Ｄからダイ６の側方に延びた穴６Ｅに通した電力線１３
を介して電力を供給される。発熱体１０の温度は、鋼板
Ｗの炭素量により焼入れ効果が変化するため、炭素量に
応じて２５０℃〜９００℃の間で設定する。発熱体１０
は弾性体１２により突出付勢されており、ダイ６がポン
チ７から離脱した型開き状態では、ダイ６のブランクホ
ルダ８と共に鋼板Ｗを保持するホルダ部６Ｂより下方に
突出して位置する。型締めによりダイ６がポンチ７と重
なるに連れて後退され、プレス成形を完了する時にはダ
イ６のガイド穴６Ｄ内にその全てが後退される。

【００４５】図８（Ａ）〜図９（Ｂ）は、本実施形態に
おけるプレス成形過程を示したものであり、以下に説明
する。

【００４６】先ず、図８（Ａ）に示す加熱炉１５により
鋼板Ｗが約１０００℃近くに加熱され、図８（Ｂ）に示
すように、型開きしたプレス成形型５内に投入され、ポ
ンチ７若しくはブランクホルダ８上に載置される。

【００４７】次いで、図９（Ａ）に示すように、成形型
５のダイ６を下降させると、先ず、断熱材１１に保持さ
れた発熱体１０が鋼板Ｗに接触する。発熱体１０は設定
された温度に維持されているため、鋼板Ｗの発熱体１０
と接触する部位の温度は、発熱体１０で設定された温度
までポンチ７を経由して放熱され、その後は発熱体１０
の温度に維持される。

【００４８】次いで、鋼板Ｗをダイ６のホルダ部６Ｂと
ブランクホルダ８で挟み、引き続き、ダイ６が下降され
ることで鋼板Ｗは成形型５に素直に変形し、成形面から
急激に冷却される。しかし、発熱体１０に接触している
部位の鋼板Ｗは発熱体１０によりその温度が維持され
る。

【００４９】その後にダイ６を上昇させて型開きする
と、ブランクホルダ８も共に上昇して成形品１とポンチ
７との接触が離脱し、次いで、ブランクホルダ８と成形
品１との接触が解除される。この時点においても、成形
品１と発熱体１０とは接触を維持し、発熱体１０は成形
品１を温め続ける。成形品１が成形型５から離脱する
と、成形品１は空冷状態となり、徐々に冷却される。

【００５０】図１０は上記成形過程における鋼板Ｗの温
度変化を召すものであり、プレス成形型５で急冷される
焼入れ部Ａである一般断面部では、時点Ｔ１までは、図
８（Ａ）の加熱炉１５内で加熱され、剛性低下部２を除
いた部分は、時点Ｔ４において、鋼板Ｗがプレス成形さ
れて成形型５により時点Ｔ５まで急冷され、時点Ｔ５か
ら空気中で放冷される。

【００５１】他方、剛性低下部２は、鋼板Ｗがプレス成
形により急冷される時点Ｔ４より前の時点Ｔ２から発熱
体１０と接触して発熱体１０の温度となる時点Ｔ３まで
冷却され、型開きされる時点Ｔ５より後の発熱体１０が
成形品１から離脱する時点Ｔ６まで発熱体１０の温度に
維持され、時点Ｔ６から空気中で放冷される。即ち、時
点Ｔ３から時点Ｔ６までは発熱体１０の温度に維持さ
れ、一気に急冷されることがない。

【００５２】図１１は、以上の構成のプレス部品の焼入
れ方法による成形品１の斜視図を示す。成形品１は、発
熱体１０を複数配置することで、図示のように、斜線図
示した剛性低下部２を複数配列することができる。

【００５３】図１２は、焼入れ部Ａである一般断面部と
剛性低下部２との硬度を比較したものであり、一般断面
部での硬度が約５００（ＨＶ）であるのに対し、剛性低
下部２では硬度が約４００（ＨＶ）と剛性が低下してい
る。

【００５４】図１３は、本実施形態の変形例を示し、発
熱体１０と対向するポンチ７の先端に断熱体１６を埋め
込んだものである。断熱体１６は発熱体１０と共に鋼板
Ｗを挟み込み、ポンチ７から逃げる熱量を抑制して、剛
性低下部２の冷却速度を低下させて、徐々に温度低下す
るようにした。この断熱材１６の存在により、図１０に
おける発熱体１０の温度まで低下する時点Ｔ３が遅くな
り、その分だけ剛性低下部２の温度を高く維持して除冷
することができる。

【００５５】なお、上記実施形態では、発熱体１０がダ
イ６に進退自在に形成されたものについて説明している
が、図示しないが、例えば、ダイおよびまたはポンチの
成形面を構成するよう断熱材を介して固定された発熱体
であってもよい。この場合においても、剛性低下部は他
の一般断面部と同様に温度低下するが、発熱体の温度ま
で低下した後はその温度を維持し、急激な冷却による焼
入れを生じないようにできる。

【００５６】本実施の形態においては、第１実施形態に
おける効果（ア）、（イ）に加えて、下記に記載した効
果を奏することができる。

【００５７】（ク）鋼板Ｗの冷却速度を成形型５の成形
品形状部位毎に予めの型温度を変化させることで異なら
せるため、型温度が低い低温部は焼入れ硬度が高く、型
温度が高い高温部は焼入れ硬度が低く設定できる。

【００５８】（ケ）前記型温度を加熱媒体である発熱体
１０により加熱することで変化させるため、発熱体１０
の位置を変更すれば成形型５の成形面を変更することな
く焼入れ硬度の分布を変更することができる。

【００５９】（コ）前記発熱体１０を成形面から出没可
能且つ突出付勢し、投入されて成形面に接する前の鋼板
Ｗに接触し、鋼板Ｗが成形面により成形されるに伴い成
形面に収容されるよう配置したため、発熱体１０が鋼板
Ｗに接触して鋼板Ｗの温度をより精度よく調整でき、プ
レス部品１の材料組成のコントロールが容易に行うこと
ができる。

【００６０】（第４実施形態）次に、本発明におけるプ
レス部品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部
品を実現する実施の形態を第４の実施形態に基づいて説
明する。

【００６１】図１４〜図１９は、本発明におけるプレス
部品の焼入れ方法および焼入れ装置およびプレス部品の
第４の実施形態を示し、プレス成形の成形型から離脱さ
せて別の後工程にて穴等の加工をするのに代えて、プレ
ス成形型内で穴等の加工を行うようにしたものである。

【００６２】図１４は、本実施形態におけるプレス成形
型５を示し、クッションピン９に支持されたブランクホ
ルダ８およびポンチ７で下型を形成し、ダイ６により上
型を形成している点は共通するが、ダイ６が上プレート
１７にリテーナ１８等で昇降自在となりゴムやタンカシ
リンダ等の圧力源１９を介して支持された構成、上プレ
ート１７にダイ６を貫通して配置したピアスポンチ２０
の構成、および、ポンチ７にピアスポンチ２０に対応し
て位置させてボタンダイ２１を配置する構成を新規に備
える。

【００６３】この場合、上プレート１７がプレス機械に
より下降され、図１５〜図１７に示す作動により、鋼板
Ｗがプレス成形され、引き続き、成形された成形品１に
ピアス加工がなされる。以下、詳細に説明する。

【００６４】先ず、図１５に示すように、上プレート１
７、ダイ６、および、圧力源１９が一体となって下降
し、ダイ６のホルダ部６Ｂが鋼板Ｗに接触して、ブラン
クホルダ８との間で鋼板Ｗを保持する。

【００６５】更に上プレート１７が下降すると、クッシ
ョンピン９にかかるクッション圧は、上型の圧力源１９
よりも小さいため、ブランクホルダ８をダイ６により下
方に押し下げつつ、図１６に示すように、鋼板Ｗをダイ
６とポンチ７との間でプレス成形する。

【００６６】上記プレス成形によりダイ６がポンチ７と
鋼板Ｗを挟んでそれ以上の下降を阻止されるため、上プ
レート１７は圧力源１９を圧縮して、図１７に示すよう
に、ピアスポンチ２０を下降させる。ピアスポンチ２０
はボタンダイ２１との間で鋼板Ｗにピアス加工を行う。

【００６７】その後、上プレート１７を上昇させると、
ピアスポンチ２０、ダイ６ともに上昇し、加工は完了す
る。

【００６８】上記作動では、ピアス加工時の鋼板Ｗの温
度はポンチ７上に接触することにより低下しているが、
少なくとも摂氏５００℃以上あるため、ピアス加工時の
せん断抵抗は小さくなる。このため、工具破損防止や工
具寿命の延長を図れる。

【００６９】そして、プレス成形の後にピアス等の加工
を行うことになるため、鋼板Ｗの材料移動は終了してお
り、穴位置のずれが回避でき、精度のよい穴加工が可能
となる。

【００７０】図１８は、ピアスポンチ２０の変形例を示
す。これは、ピアス加工時にパッド２２によって穴明け
周辺の鋼板Ｗを固定して、ピアスポンチ２０によって精
度よくピアス加工を行うために提案したものである。

【００７１】図１８において、ピアスポンチ２０は上プ
レート１７に固定されるポンチリテーナ２３に固定され
ており、ピアスポンチ２０を包むように筒状のウレタン
ゴム等の弾性体２４と弾性体２４の先端に断熱材２５を
介してやはり筒状のパッド２２を固定している。断熱材
２５はパッド２２が高温の鋼板Ｗに接触する時、その熱
が弾性体２４に伝達されて弾性体２４が溶けることを防
止するために配置する。

【００７２】図１９は、本実施形態のプレス部品の焼入
れ方法の変形例を示し、ピアスポンチの穴開けタイミン
グの自由度を更に改善したものである。即ち、ピアスポ
ンチ２０を作動させるために用いたリテーナ１８および
圧力源１９に代えて、上プレート１７にシリンダ等のア
クチュエータ２６を介してピアスポンチ２０を配置する
ものである。なお、この場合のダイ６は上プレート１７
に直に固定する。

【００７３】プレス機械の上プレート１７の下降に伴い
ダイ６はブランクホルダ８との間で鋼板Ｗをブランクホ
ールドし、ポンチ７との間で鋼板Ｗにプレス成形を行
い、上プレート１７は下死点にて保持される。

【００７４】その保持されている間に、シリンダ等のア
クチュエータ２６によりピアスポンチ２０を押し出し成
形品１に穴加工を行う。

【００７５】動力源がプレス機械とは別個に設けられて
いるため、ピアス加工のタイミングを任意に設定するこ
とができ、鋼板Ｗが最適と思われる温度に下降したタイ
ミングでのピアス加工ができる。なお、本構造でも鋼板
Ｗを押さえるパッド２２を備えたピアスポンチ２０とす
ることにより穴の形状精度が向上する。

【００７６】本実施の形態においては、第１実施形態に
おける効果（ア）、（イ）に加えて、下記に記載した効
果を奏することができる。

【００７７】（サ）成形型５内でプレス成形され冷却・
硬化する前に成形品１を加工するため、成形品１の材料
が高温で材料強度が低い状態のうちに加工が行え、剪断
抵抗等の加工力を低く抑えることができて加工が容易で
あると共に工具破損防止や工具寿命の延長につながる。

【００７８】（シ）プレス成形の後に加工を施すため、
成形品１の材料は移動済みであり、加工による穴位置な
どのずれが回避でき、精度のよい加工が可能である。

【００７９】（ス）図１４においては、前記加工装置と
してのピアスポンチ２０およびボタンダイ２１を成形型
５によるプレス成形の完了に連動して作動させるため、
ダイ６が上プレート１７にリテーナ１８等で昇降自在と
なりゴムやタンカシリンダ等の圧力源１９を介して支持
してプレス機械に容易に適用できる。

【００８０】（セ）図１９においては、前記加工装置と
してのピアスポンチ２０を成形型５によるプレス成形と
独立して作動させるようにしたため、加工時の材料温度
を任意に選ぶことができ、精度の良い穴加工が可能であ
る。

【００８１】（ソ）図１８においては、前記加工装置が
ボタンダイ２１とピアスポンチ２０で構成する穴加工で
ある場合において、成形品１の穴開け部位の周囲をパッ
ド２２により押さえることでより精度のよい穴加工を行
うことができる。なお、パッド２２は断熱材２５等を介
した弾性体２４で鋼板Ｗに押圧するように構成すると、
弾性体２４に鋼板Ｗの熱が伝達され難い。

【００８２】なお、上記実施形態において、プレス成形
品としてハット型断面を備えるものについて説明してい
るが、図示しないが、コ字状断面、Ｌ字状断面、さらに
は、平面状断面のものであってもよく、また、剛性低下
部を配置する部位がプレス部品の中央部に限定されるも
のでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すプレス部品の焼入れ
装置により得られたプレス部品の斜視図。

【図２】本発明の第１の実施形態のプレス部品の焼入れ
装置の断面図。

【図３】図２における焼入れ装置の要部を示す断面図。

【図４】図３における要部の硬度状態を示すグラフ。

【図５】本発明の第２の実施形態のプレス部品の焼入れ
装置の斜視図。

【図６】横軸に型材の熱伝導率を縦軸に硬度（ＨＶ）を
とり得られる成形品の硬度変化を示したグラフ。

【図７】本発明の第３の実施形態のプレス部品の焼入れ
装置の断面図。

【図８】第３の実施形態の作動を（Ａ）、（Ｂ）に分け
て示す工程図。

【図９】図８の工程に続く作動を（Ａ）、（Ｂ）に分け
て示す工程図。

【図１０】図８、９におけるプレス部品の温度変化を示
すグラフ。

【図１１】第３の実施形態の焼入れ状態の一例を示す斜
視図。

【図１２】第３実施形態による焼入れ硬度を示すグラ
フ。

【図１３】図８の変形例を示すプレス部品の焼入れ装置
の断面図。

【図１４】本発明の第４の実施形態のプレス部品の焼入
れ装置の断面図。

【図１５】図１４に示す焼入れ装置の作動を示す断面
図。

【図１６】図１５に続く作動を示す断面図。

【図１７】図１７に続く作動を示す断面図。

【図１８】ピアスポンチの変形例を示す断面図。

【図１９】本実施形態のプレス部品の焼入れ方法の変形
例を示す断面図。

【図２０】本発明によるプレス部品の適用箇所の一例を
示す車体構造の斜視図。

【符号の説明】

Ａ 焼入れ部 Ｗ 鋼板 １ プレス部品（成形品） ２ 剛性低下部 ５ 成形型 ６ ダイ ７ ポンチ ６Ａ、７Ａ 窪み ６Ｃ、７Ｃ 熱伝導の異なる型材 ８ ブランクホルダ １０ 加熱媒体としての発熱体 １６ 断熱材 ２０ 加工装置としてのピアスポンチ ２１ 加工装置としてのボタンダイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 信幸 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 4K034 AA04 AA16 BA02 DB03 EA01 FA08

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱された鋼板を成形型によりプレス成
   形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得るプレス部
   品の焼入れ方法において、 成形型により投入された加熱鋼板を成形品形状部位毎に
   冷却速度を異ならせて冷却し、 得られる焼入れ硬度を部位毎に変化させることを特徴と
   するプレス部品の焼入れ方法。
2. 【請求項２】 前記冷却速度は、成形型の成形品形状部
   位と加熱鋼板との単位面積あたりの接触面積を変化させ
   ることで異ならせることを特徴とする請求項１に記載の
   プレス部品の焼入れ方法。
3. 【請求項３】 前記単位面積あたりの接触面積の変化
   は、成形型の対向する成形面に設ける窪みの有無により
   形成することを特徴とする請求項２に記載のプレス部品
   の焼入れ方法。
4. 【請求項４】 前記単位面積あたりの接触面積は、成形
   型の成形面に設けた複数の窪みの密度により変化させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のプレス部品の焼入れ
   方法。
5. 【請求項５】 前記冷却速度は、成形型の成形品形状部
   位毎に熱伝導の異なる材質の型材を使用することで異な
   らせることを特徴とする請求項１に記載のプレス部品の
   焼入れ方法。
6. 【請求項６】 前記冷却速度は、成形型の成形品形状部
   位毎に型温度を変化させて異ならせることを特徴とする
   請求項１に記載のプレス部品の焼入れ方法。
7. 【請求項７】 前記型温度は、加熱媒体による加熱によ
   り変化させることを特徴とする請求項６に記載のプレス
   部品の焼入れ方法。
8. 【請求項８】 前記加熱媒体は、成形面から出没可能に
   配置され且つ突出付勢され、成形面に接する前に加熱鋼
   板に接触し、加熱鋼板が成形面により成形されるに伴い
   成形面に収容されるよう配置されることを特徴とする請
   求項６に記載のプレス部品の焼入れ方法。
9. 【請求項９】 前記成形型は、プレス成形された成形品
   を加工する加工装置を備え、プレス成形に引き続き成形
   品が冷却され硬化する前に成形型内で加工装置により成
   形品の加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のプ
   レス部品の焼入れ方法。
10. 【請求項１０】 前記加工装置は、成形型によるプレス
    成形の完了に連動して作動されることを特徴とする請求
    項９に記載のプレス部品の焼入れ方法。
11. 【請求項１１】 前記加工装置は、成形型によるプレス
    成形と独立して作動されることを特徴とする請求項９に
    記載のプレス部品の焼入れ方法。
12. 【請求項１２】 加熱された鋼板を成形型によりプレス
    成形と同時に冷却して焼入れされた成形品を得るプレス
    部品の焼入れ装置において、 成形型により投入された加熱鋼板を成形品形状部位毎に
    冷却速度を異ならせて冷却し、得られる焼入れ硬度を部
    位毎に変化させることを特徴とするプレス部品の焼入れ
    装置。
13. 【請求項１３】 前記冷却速度を、成形型の成形品形状
    部位と加熱鋼板との単位面積あたりの接触面積を変化さ
    せて異ならせることを特徴とする請求項１２に記載のプ
    レス部品の焼入れ装置。
14. 【請求項１４】 前記冷却速度を、成形型の成形品形状
    部位毎に熱伝導の異なる材質の型材を使用することで異
    ならせることを特徴とする請求項１２に記載のプレス部
    品の焼入れ装置。
15. 【請求項１５】 前記冷却速度を、成形型の成形品形状
    部位毎に型温度を変化させて異ならせることを特徴とす
    る請求項１２に記載のプレス部品の焼入れ装置。
16. 【請求項１６】 前記成形型は、プレス成形された成形
    品を加工する加工装置を備え、プレス成形に引き続き成
    形品が冷却され硬化する前に成形型内で加工装置により
    成形品の加工を行うことを特徴とする請求項１２に記載
    のプレス部品の焼入れ装置。
17. 【請求項１７】 加熱した鋼板をプレス成形型によるプ
    レス成形により成形品形状部位毎に冷却速度を異ならせ
    て冷却することで焼入れ硬度を部位毎に変化させたこと
    を特徴とするプレス部品。