JP2012210644A - 鍛造加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】付勢手段の温度変化による背圧の変動を防止できる鍛造加工装置を提供する。
【解決手段】本発明は、鍛造素材Ｗを金型を用いて塑性変形させて、ピン状突起９２，９４が形成される鍛造加工品を成形する鍛造加工装置を対象とする。鍛造素材Ｗの塑性変形時に、金型におけるピン状突起９２，９４を成形するための突起成形孔１２，５２内に流入する鍛造素材Ｗとしての金属材料に対し、付勢手段３３，７３の付勢力に基づき背圧を付与する背圧付与機構３，７と、背圧付与機構３，７における付勢手段３３，７３の周辺温度を検出する温度検出器３７，７７と、付勢手段３３，７３に熱を伝達する伝熱手段１７，５７と、温度検出器３７，７７により検出される温度に基づき、伝熱手段１７，５７の駆動を制御して、付勢手段３３，７３の温度を調整する温度調整手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下両面のうち少なくとも一面に複数のピン状突起が一体に形成される鍛造加工品を成形するようにした鍛造加工装置およびその関連技術に関する。

ヒートシンクは、パーソナルコンピュータのＣＰＵやチップセット、ＡＶアンプやオーディオ機器のパワートランジスタ、電気自動車やハイブリッド車（ＨＶ車）のインバータ等の発熱体の温度を下げることを目的として広く用いられている。

例えば特許文献１は、ベース板と、その一面に設けられた多数のピン型形状のフィン（ピンフィン）とを備えたヒートシンクを、型鍛造によって製造するようにした技術を開示している。

このような鍛造加工方法では、金型にピンフィンを成形するためのピンフィン成形孔を形成しておき、鍛造素材の加圧時に、鍛造素材としての金属材料をピンフィン成形孔内に流入させて、ピンフィンの部分を成形するようにしている。

一方、鍛造加工においては、鍛造素材や金型の温度差によって、寸法精度等にバラツキが発生するため、鍛造素材や金型の温度管理は重要である。

例えば特許文献２に示す鍛造金型の温度管理方法においては、金型温度測定部によって測定された金型の測定温度に基づき、金型を加熱するための加熱コイルの駆動を制御し、金型表面（成形面）の温度を、素材加工温度に調整するようにしている。

特開２０１０−１９２７０８号公報 特開２０１０−１３７２８４号公報

ところで、近年において、金型のピンフィン成形孔等の材料流入孔内における金属材料の流動特性を向上させるために、材料流入孔に流入する金属材料に対し、流入方向と逆方向に背圧を付与する技術が提案されている。

このような背圧付与鍛造を実施するに際して、コイルバネ等のスプリングによる弾性反発力（蓄勢力）を、金属材料に対する背圧として機能させる方法が考えられる。

ところが、スプリングは、温度によってバネ定数が変動するため、鍛造加工を繰り返すうちに、金型温度、ひいてはスプリングの温度が変化し、バネ定数が変化する。そうすると、背圧の大きさも変動してしまい、ピンフィン成形孔等の材料流入孔内に流入する金属材料の流入量にバラツキが発生する。その結果、鍛造加工品としてのピンフィン型ヒートシンクにおけるピンフィンの長さにバラツキが発生し、高品質の鍛造加工品を得ることができないおそれがある。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、スプリング等の付勢手段によって背圧を付与する背圧付与鍛造において、付勢手段の温度変化に起因する背圧の変動を防止でき、高品質の鍛造加工品を得ることができる鍛造加工装置およびその関連技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、以下の手段を提供する。

［１］鍛造素材を鍛造加工用金型を用いて塑性変形させて、上下両面のうち少なくとも一面に複数のピン状突起が一体に形成される鍛造加工品を成形するようにした鍛造加工装置であって、
鍛造素材の塑性変形時に、前記金型における前記ピン状突起を成形するための突起成形孔内に流入する鍛造素材としての金属材料に対し、付勢手段の付勢力に基づき背圧を付与する背圧付与機構と、
前記背圧付与機構における前記付勢手段の周辺温度を検出する温度検出器と、
前記付勢手段に熱を伝達する伝熱手段と、
前記温度検出器により検出される温度に基づき、前記伝熱手段の駆動を制御して、前記付勢手段の温度を調整する温度調整手段と、を備えたことを特徴とする鍛造加工装置。

［２］前記金型を加熱するための金型加熱手段を備え、
前記金型加熱手段が、前記伝熱手段を兼用する前項１に記載の鍛造加工装置。

［３］前記付勢手段が、スプリングまたはガスクッションによって構成される前項１または２に記載の鍛造加工装置。

［４］前記金型は、上金型と、下金型とを備え、
前記上金型および前記下金型に前記突起成形孔がそれぞれ設けられ、
前記上金型および前記下金型に、前記背圧付与機構、前記温度検出器および前記伝熱手段がそれぞれ設けられる前項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。

［５］前記温度調整手段によって、前記上金型側および前記下金型側の各付勢手段の温度がそれぞれ個別に調整されるようにした前項４に記載の鍛造加工装置。

［６］前記伝熱手段として、前記背圧付与機構における付勢手段の周辺を冷却する冷却手段を備える前項１〜５のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。

［７］鍛造加工品が、ベース板上に、ピン状突起としてのピンフィンが一体に形成されたヒートシンクによって構成される前項１〜６のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。

［８］鍛造素材を鍛造加工用金型を用いて塑性変形させて、上下両面のうち少なくとも一面に複数のピン状突起が一体に形成される鍛造加工品を成形するようにした鍛造加工方法であって、
鍛造素材の塑性変形時に、前記金型における前記ピン状突起を成形するための突起成形孔内に流入する鍛造素材としての金属材料に対し、付勢手段の付勢力に基づき背圧を付与する背圧付与機構と、
前記背圧付与機構における前記付勢手段の周辺温度を検出する温度検出器と、
前記付勢手段に熱を伝達する伝熱手段と、を設置しておき、
前記温度検出器により検出される温度に基づき、前記伝熱手段の駆動を制御して、前記付勢手段の温度を調整するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。

上記発明［１］にかかる鍛造加工装置によれば、付勢手段の温度を調整できるため、温度変化による付勢手段の付勢力の変動を防止でき、加工中に金属材料に対し安定した背圧を付与できて、寸法精度に優れた高品質の鍛造加工品を得ることができる。

上記発明［２］にかかる鍛造加工装置によれば、金型加熱手段を、伝熱手段として利用するものであるため、専用の伝達手段を別途設ける必要がなく、その分、部品点数が少なくなり、構造の簡素化およびコストの削減を図ることができる。

上記発明［３］にかかる鍛造加工装置によれば、付勢手段が、スプリングまたはガスクッションによって構成されるため、上記の効果をより確実に得ることができる。

上記発明［４］にかかる鍛造加工装置によれば、上金型および下金型に、背圧付与機構、温度検出器および伝熱手段がそれぞれ設けられるため、上下両側にピン状突起が形成された高品質の鍛造加工品を得ることができる。

上記発明［５］にかかる鍛造加工装置によれば、上金型側および下金型側の各付勢手段を個別に温度調整できるため、各付勢手段毎の付勢力のバラツキを防止でき、一層安定した背圧を付与できて、一層高品質の鍛造加工品を成形することができる。

上記発明［６］にかかる鍛造加工装置によれば、付勢手段の周辺を冷却する冷却手段を設けているため、付勢手段の過度の温度上昇を確実に防止でき、上記の効果を一層確実に得ることができる。

上記発明［７］にかかる鍛造加工装置によれば、鍛造加工品としてピンフィン型のヒートシンクを成形することができる。

上記発明［８］にかかる鍛造加工方法によれば、上記と同様に、塑性変形時に金属材料に対し安定した背圧を付与できて、寸法精度に優れた高品質の鍛造加工品を得ることができる。

図１はこの発明の第１実施形態にかかる鍛造加工装置をパンチ上昇状態で示す略正面断面図である。 図２は第１実施形態の鍛造加工装置をパンチ降下状態で示す略正面断面図である。 図３は第１実施形態の鍛造加工装置をワーク突き上げ状態で示す略正面断面図である。 図４は第１実施形態の鍛造加工装置におけるスプリング温度調整のための制御系を示すブロック図である。 図５は第１実施形態の鍛造加工装置におけるフィン成形孔周辺を成形加工途中の状態で示す略正面断面図である。 図６は第１実施形態で製造されたヒートシンクを示す斜視図である。 図７はこの発明の第２実施形態にかかる鍛造加工装置をパンチ上昇状態で示す略正面断面図である。 図８は第２実施形態の鍛造加工装置におけるスプリング温度調整のための制御系を示すブロック図である。

＜第１実施形態＞
図１〜３はこの発明の第１実施形態にかかる鍛造加工装置を概略的に示す正面断面図である。本第１実施形態においては、これらの図に示す鍛造加工装置を用いて、鍛造素材（ワーク）Ｗに対し、型鍛造加工を行って、鍛造加工品としてのヒートシンク９を成形するものである。

図６は第１実施形態の鍛造加工装置によって製造されたヒートシンク９を示す斜視図である。同図に示すように、このヒートシンク９は、平面視略正方形のベース板９１と、そのベース板９１の上下両面に形成された多数のピンフィン９２，９４とを備えている。各ピンフィン９２，９４は、水平断面が円形の円柱形状に形成されており、ベース板９１に対し一体に形成されている。本実施形態において、ピンフィン９２，９４は、ピン状突起を構成するものである。

本実施形態において、ヒートシンク９の素材、つまり鍛造素材Ｗとしては、アルミニウム合金、銅合金が好適に用いられる。

なお本実施形態において、成形直後の金型内でのヒートシンク９の姿勢によって、ヒートシンク９の向きを決定している。具体的には、本実施形態において、ヒートシンク９のピンフィン９２が形成されている側の面を上面として説明している。

図１〜３に示すように、本実施形態の鍛造加工装置（鍛造加工用金型）は、下金型としてのダイ１と、鍛造加工用の上金型としてのパンチ５とを備えている。

ダイ１の上面には、ヒートシンク９のベース板９１を成形するための成形凹部１１が形成されている。本実施形態においては、成形凹部１１の底面が成形面（拘束面）として構成されている。

ダイ１における成形凹部１１の外側には、成形凹部１１を囲うようにしてリングヒータ１７が組み込まれている。このリングヒータ１７は、駆動することによって発熱して、ダイ１における成形凹部１１の周辺を加熱して、成形凹部１１の成形面を加熱できるようになっている。換言すると、リングヒータ１７の駆動を停止することによって、ダイ１への加熱が行われず、放熱により成形凹部１１の周辺の温度が低下するようになっている。

本実施形態において、リングヒータ１７は、金型加熱手段（ダイ側の金型加熱手段）を構成するものであり、伝熱手段（ダイ側の伝熱手段）を兼用するものである。

ダイ１における成形凹部１１の底壁１６には、ヒートシンク９の下面側のピンフィン９４を成形するための多数のフィン成形孔１２が形成されている。各フィン成形孔１２は、上下に貫通しており、下端がダイ１の下方側の内部空間に開放されるとともに、上端が成形凹部１１の底面（成形面）において開放されている。

各フィン成形孔５は、水平断面形状が、ピンフィン９４に対応して円形に形成されている。本実施形態において、フィン成形孔１２は、突起成形孔を構成するものである。

このダイ１が、ダイ取付台２上に取り付けられている。ダイ取付台２は、軸心をダイ１の軸心に一致させるように上下方向に向けた有底筒状に形成されている。

ダイ１には、背圧付与機構３が設けられている。背圧付与機構３は、ダイ取付台２の内部における下側に収容されるスプリングホルダー３１と、内部の上側に収容されるピンホルダー３６とを備えている。

スプリングホルダー３１およびピンホルダー３６は、ダイ取付台２の内部において上下方向（軸心）に沿ってスライド自在に支持されている。

スプリングホルダー３１には、その上端面側に複数のスプリング収容凹部３２が形成されており、各スプリング収容凹部３２内に圧縮コイルバネからなるスプリング３３がそれぞれ収容されている。各スプリング３３は、圧縮状態で上端がピンホルダー３６に接合されるとともに、下端がスプリング収容凹部３２の底面に接合されている。そして、図１に示す通常状態（パンチ５を上昇させた状態）では、スプリングホルダー３１の下端がダイ取付台２の底壁上に載置されるとともに、そのスプリングホルダー３１に対し、ピンホルダー３６がスプリング３３の付勢力によって上方に持ち上げられた状態に配置されるようになっている。本実施形態において、スプリング３３は付勢手段（ダイ側の付勢手段）を構成するものである。

また背圧付与機構３には、ダイ１の各フィン成形孔１２に対応して、背圧付与ピン３５がそれぞれ設けられている。本実施形態において、背圧付与ピン３５は、イジェクタピン等とも称される。

背圧付与ピン３５は、水平断面形状が、フィン成形孔１２の水平断面形状に対応して円形に形成されている。

各背圧付与ピン３５は、その下端部がピンホルダー３６に固定された状態で、対応するフィン成形孔１２内に軸心方向（上下方向）に沿ってスライド自在に収容されている。これにより、各背圧付与ピン３５は、ピンホルダー３６の昇降動作に伴って、各フィン成形孔１２内を上下にスライドするようになっている。

なお各背圧付与ピン３５の上端面（先端拘束面）は、図１に示すように、スプリングホルダー３１およびピンホルダー３６が上端位置に配置された状態（パンチ５を上昇させた状態）では、各フィン成形孔１２の下端開口部、つまりダイ１における成形凹部１１の成形面に対応して配置されるようになっている。

スプリングホルダー３１におけるスプリング収容凹部３２の外側には、熱電対からなるスプリング温度検出器３７が埋設状態に取り付けられている。このスプリング温度検出器３７は、スプリング３３の周辺の温度を検出できるようになっている。本実施形態において、スプリング温度検出器３７は、温度検出器（ダイ側の温度検出器）を構成するものである。

ダイ取付台２の底壁中央には、上下方向に貫通する貫通孔２５が形成されている。この貫通孔２５には、上下方向にスライド自在にノックアウトピン２６が配置されている。

ノックアウトピン２６は、図示しないノックアウトピン駆動手段によって、昇降駆動できるようになっている。そしてそのノックアウトピン駆動手段によって、ノックアウトピン２６が上昇した際には、図３に示すように、ノックアウトピン２６によって、スプリングホルダー３１およびピンホルダー３６が持ち上げられて、各背圧付与ピン３５が上昇し、各背圧付与ピン３５の先端部（上端部）が、各フィン成形孔１２の上端から少し上方に突出した状態に配置されるようになっている。

図１〜３に示すように、パンチ５は、有底筒状に形成されており、外周壁５５と、その外周壁５５の下端を閉塞する底壁５６とを備えている。

底壁５６には、ダイ１の成形凹部１１に対応してパンチ本体５１が形成されている。

パンチ本体５１には、鍛造加工品としてのヒートシンク９の上面側のピンフィン９２を成形するための多数のフィン成形孔５２が形成されている。各フィン成形孔５２は、上下方向に貫通しており、上端がパンチ５の内部空間に開放されるとともに、下端がパンチ下方に開放されている。各フィン成形孔５２は、水平断面形状が、ピンフィン９２の水平断面形状に対応して円形に形成されている。本実施形態において、フィン成形孔５２は、突起成形孔を構成するものである。

パンチ５におけるパンチ本体５１の外側には、パンチ本体５１を囲うようにしてリングヒータ５７が組み込まれている。このリングヒータ５７は、駆動することによって発熱して、パンチ本体５１の周辺を加熱し、パンチ本体５１の成形面を加熱できるようになっている。換言すると、リングヒータ５７の駆動を停止することによって、パンチ本体５１への加熱が行われず、放熱によりパンチ本体５１の周辺の温度が低下するようになっている。

本実施形態において、リングヒータ５７は、金型加熱手段（パンチ側の金型加熱手段）を構成するものであり、伝熱手段を兼用するものである。

このパンチ５の上端部がパンチ取付台６の下部に収容された状態で、パンチ５が締付リング６１を介してパンチ取付台６に取り付けられている。

パンチ取付台６は、図示しないガイドポスト等によって昇降自在に支持されて、パンチ５が、その軸心をダイ１の軸心に対し一致させた状態で、パンチ取付台６と共にダイ１に対し接離（昇降）できるようになっている。

さらにパンチ取付台６は、図示しない昇降駆動手段によって昇降駆動できるようになっている。そして図１に示すようにパンチ５がダイ１の上方に配置された状態で、上記昇降駆動手段によって、パンチ取付台６と共にパンチ５が降下すると、図２に示すようにパンチ５の本体５１がダイ１の成形凹部１１内に打ち込まれるようになっている。

パンチ５には、背圧付与機構７が設けられている。この背圧付与機構７は、パンチ５の内部空間における上側に収容されるスプリングホルダー７１と、内部空間の下側に収容されるピンホルダー７６とを備えている。

スプリングホルダー７１およびピンホルダー７６は、パンチ５の内部空間内において上下方向（軸心）に沿ってスライド自在に支持されている。

スプリングホルダー７１には、その上端面側に複数のスプリング収容凹部７２が形成されており、各スプリング収容凹部７２内に圧縮コイルバネからなるスプリング７３がそれぞれ収容されている。各スプリング７３は、圧縮状態で上端がパンチ取付台６に接合されるとともに、下端がスプリング収容凹部７２の底面に接合されている。従って、図１に示す通常状態（パンチ５を上昇させた状態）では、スプリングホルダー７１およびピンホルダー７６が、自重およびスプリング７３の付勢力によって下方に押し込まれて、ピンホルダー７６がパンチ５の底壁部（パンチ本体５１）に接触した状態に配置されるようになっている。本実施形態において、スプリング７３は、付勢手段（パンチ側の付勢手段）を構成するものである。

また背圧付与機構７には、パンチ５の各フィン成形孔５２に対応して背圧付与ピン７５がそれぞれ設けられている。本実施形態において、背圧付与ピン７５は、イジェクタピン等とも称される。

背圧付与ピン７５は、水平断面形状が、フィン成形孔５２の水平断面形状に対応して円形に形成されている。

各背圧付与ピン７５は、その上端部がピンホルダー７６に固定された状態で、対応するフィン成形孔５２内に軸心方向（上下方向）に沿ってスライド自在に収容されている。これにより、各背圧付与ピン７５は、スプリングホルダー７１およびピンホルダー７６の昇降動作に伴って、各フィン成形孔５２内を上下にスライドするようになっている。

なお各背圧付与ピン７５の下端面（先端拘束面）は、図１に示すように、スプリングホルダー７１およびピンホルダー７６が下端位置に配置された状態（パンチ５を上昇させた状態）では、各フィン成形孔５２の下端開口部、つまりパンチ本体５の成形面に対応して配置されるようになっている。

スプリングホルダー７１におけるスプリング収容凹部７２の外側には、熱電対からなるスプリング温度検出器７７が埋設状態に取り付けられている。このスプリング温度検出器７７は、スプリング７３の周辺温度を検出できるようになっている。

本実施形態において、スプリング温度検出器７７は、温度検出器（パンチ側の温度検出器）を構成するものである。

図４は本第１実施形態の鍛造加工装置におけるスプリング温度調整のための制御系を示すブロック図である。

図１，４に示すように、本実施形態の鍛造加工装置においては、スプリング温度制御装置４が設けられている。このスプリング温度制御装置４は、例えばパーソナルコンピュータによって構成されており、スプリング３３，７３の温度を管理するものである。

スプリング温度制御装置４は、制御用信号線を介して、スプリング温度検出器３７，７７およびリングヒータ１７，５７に接続されている。そして、鍛造加工中において、スプリング温度制御装置４は、後に詳述するように、スプリング温度検出器３７，７７からの出力情報に基づき、リングヒータ１７，５７の駆動を制御し、スプリング３３，７３を所定の温度範囲内に保持するようにしている。本実施形態においては、スプリング温度制御装置４が、温度調整手段として機能する。

なお、本実施形態の鍛造加工装置においては、動作を制御するための制御装置（図示省略）が設けられ、この動作制御用の制御装置によって、鍛造加工装置の各駆動部の駆動が制御され、以下に説明する動作が自動的に連続して行われるものである。本実施形態においては、この動作制御用の制御装置に、上記スプリング温度制御装置４を兼用させることも可能である。

次に、上記構成の鍛造加工装置を用いて鍛造加工品（ヒートシンク９）を製造する際の動作手順について説明する。

なお、鍛造素材（ワーク）Ｗ、ダイ１およびパンチ５は適宜予備加熱される。ダイ１およびパンチ５の予備加熱は、リングヒータ１７，５７を駆動させて行うが、初期の段階では、リングヒータ１７，５７による加熱と共に、ガスバーナー等の他の加熱手段による加熱を併用しても良い。また鍛造素材Ｗ、ダイ１およびパンチ５は、潤滑材が供給されて潤滑が行われる。

こうして生産準備が整うと、鍛造素材Ｗがダイ１の成形凹部１１内に設置された後、図２に示すように、パンチ５を降下させてパンチ本体５１をダイ１の成形凹部１１内に打ち込む。これにより図５に示すように、鍛造素材Ｗに圧縮荷重が加わる。

その圧縮荷重によって、パンチ５側においては、鍛造素材Ｗを構成する金属材料が塑性流動（塑性変形）して、パンチ５側の各背圧付与ピン７５を、背圧付与機構７の自重およびスプリング７３の付勢力に抗して上方へ押し上げつつ、パンチ５の各フィン成形孔５２内に流入する。同時に、ダイ１側においては、金属材料が塑性流動して、ダイ１側の各背圧付与ピン３５をスプリング３３の付勢力に抗して下方へ押し込みつつ、ダイ１の各フィン成形孔１２内に流入する。

ここで、本実施形態においては、パンチ５側において各フィン成形孔５２に流入する金属材料に対し、背圧付与機構７の自重およびスプリング７３の付勢力が、流入方向と反対方向に作用する背圧（抵抗力）として機能する。さらにダイ１側において各フィン成形孔１２に流入する金属材料に対し、スプリング３３の付勢力が、流入方向と反対方向に作用する背圧（抵抗力）として機能する。このように本実施形態では、背圧を付与しているため、金属材料を各フィン成形孔１２，５２にバランス良く均等に流入させることができる。

そして、ダイ１の成形凹部１１とパンチ本体５１の下端拘束面とで囲まれる成形空間に充填された金属材料によってベース板９１が形成されるとともに、背圧付与ピン３５，７５の先端拘束面とフィン成形孔１２，５２の内周面とで囲まれる成形空間内に充填された金属材料によってピンフィン９２，９４が形成されることにより、図６に示すようにベース板９１の上下両面に多数のピンフィン９２，９４が一体形成された鍛造加工品としてのヒートシンク９が成形される。

その後、パンチ５が上昇してから、図３に示すようにノックアウトピン２６が上昇して、スプリングホルダー３１、ピンホルダー３６および背圧付与ピン３５等の背圧付与機構３が上昇し、背圧付与ピン３５によってヒートシンク９が上方に突き上げられる。突き上げられたヒートシンク９は、図示しない移載手段によって所定の箇所へ搬出される。

このような動作が繰り返し行われて、鍛造加工品としてのヒートシンク９が順次製造される。

一方、本実施形態において、鍛造加工装置により、ヒートシンク９の製造を継続して行っていくと、背圧付与機構３，７のスプリング３３，７３は、伸縮動作が繰り返されることにより、温度が上昇するとともに、ダイ１およびパンチ５を加熱するリングヒータ１７，５７からの熱の影響によっても温度が上昇していく。従ってそのまま放置しておくと、スプリング３３，７３の温度が大きく上昇して、バネ定数が変動し、背圧の大きさも変化してしまう。例えば背圧が小さくなってしまうと、金属材料が各フィン成形孔１２，５２へ流入し易くなり、その流入量が多くなる。そうすると、鍛造加工品としてのヒートシンク９のピンフィン９２，９４の高さが余計に高くなってしまい、寸法精度が低下して、高品質の鍛造加工品（ヒートシンク９）を得ることが困難になってしまう。

そこで本実施形態においては、背圧付与機構３，７のスプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲に維持されるように温度管理を行い、各スプリング３３，７３のバネ定数が変動しないようにしている。

すなわち本実施形態においては、スプリング温度検出器３７，７７によってスプリング３３，７３の周辺温度、実質的にスプリング３３，７３の温度と相違しない温度（以下「スプリング３３，７３の温度」とも称する）を測定している。さらにスプリング温度制御装置４は、スプリング温度検出器３７，７７から出力されるスプリング３３，７３の測定温度情報に基づき、スプリング３３，７３の温度を常時監視している。そしてスプリング温度制御装置４は、スプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲に維持されるようにリングヒータ１７，５７の駆動を制御するようにしている。

例えばスプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲よりも高くなった場合には、スプリング温度制御装置４は、リングヒータ１７，５７の駆動を停止し、リングヒータ１７，５７からスプリング３３，７３へ熱が供給されるのを回避する。これにより、スプリング３３，７３が放冷により冷却されていき、スプリング３３，７３の温度が低下し、所定の温度範囲内に調整される。

なお、リングヒータ１７，５７が発熱量を調整できる場合には、その発熱量の調整によってスプリング３３，７３の温度調整を行うようにしても良い。例えばスプリング３３，７３の所定の温度範囲よりも高い場合には、リングヒータ１７，５７の発熱量を少なくして、スプリング３３，７３の温度を低下させるようにしても良い。

また本実施形態においては、リングヒータ１７，５７の駆動を停止している状態で、スプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲よりも低くなったような場合には、スプリング温度制御装置４は、リングヒータ１７，５７を駆動する。これにより、ダイ１およびパンチ５を介してスプリング３３，７３を加熱して、スプリング３３，７３の温度を上昇させて、所定の温度範囲内に維持できるようにする。なお、リングヒート１７，５７の発熱量を調整できる場合には、発熱量を多くして、スプリング３３，７３の温度を上昇させるようにしても良い。

また本実施形態において、スプリング温度制御装置４は、ダイ１側のスプリング３３の温度調整と、パンチ５側のスプリング７３の温度調整とを個別に行えるようになっている。すなわちダイ１側のスプリング３３の温度だけが上昇し、パンチ５側のスプリング７３の温度が上昇していない場合には、ダイ１側のリングヒータ１７の駆動を停止してスプリング３３のみを冷却するとともに、パンチ５側はそのままの状態を維持する。逆に、パンチ５１側のスプリング７３の温度だけが上昇し、ダイ１側のスプリング３３の温度が上昇していない場合には、パンチ５側のリングヒータ５７の駆動を停止してスプリング７３側のみを冷却するようにしている。

以上のように、本実施形態の鍛造加工装置によれば、製造を長時間継続して行っても、背圧付与機構３，７のスプリング３３，７３の温度を所定の範囲内に維持できるため、スプリング３３，７３のバネ定数が変動するのを防止でき、鍛造素材Ｗに対し、終始一定の背圧を付与しつつ、鍛造加工品としてのヒートシンク９を成形することができる。このため、ピンフィン９２，９４の高さにバラツキがない高い寸法精度のヒートシンク９を製造することができる。

さらに本実施形態においては、ダイ１側のスプリング３３と、パンチ５側のスプリング７３とをそれぞれ独立して個別に温度調整しているため、各スプリング３３，７３の状態に応じて、個別にきめ細かく温度調整することができる。このため、上側のピンフィン９２と、下側のピンフィン９４との間においても高さにバラツキが生じるのを、より一層確実に防止でき、高い寸法精度をより一層向上させることができ、ヒートシンク９の品質をより一層向上させることができる。

また本実施形態においては、ダイ１側のスプリング３３と、パンチ５側のスプリング７３とをそれぞれ個別に温度調整しているため、ダイ１側のスプリング３３と、パンチ５側のスプリング７３とを異なる種類のものを用いる場合には特に有益である。

例えば、鍛造加工品としてのヒートシンク９の上側のピンフィン９２と、下側のピンフィン９４との高さや形状等の種類を異ならせる場合には、種類に応じて、適切な背圧を付与するのが好ましく、その場合には、背圧を付与するためのスプリング３３，７３の種類も異なったものを用いるのが一般的である。このようにスプリング３３，７３の種類が異なると、熱の影響によるバネ定数の変動の度合も異なるため、両スプリング３３，７３を一括して温度調整しようとすると、各スプリング３３，７３をそれぞれ詳細かつ適切に温度調整できず、各バネ定数を共に安定させることが困難になってしまう。

そこで本実施形態においては、各スプリング３３，７３毎に個別に温度調整できるため、スプリング３３，７３の種類が異なっていようとも、各スプリング３３，７３をそれぞれ適切に温度調整でき、各バネ定数をそれぞれ安定させることができる。従って、上下で異なるスプリング３３，７３を使用する場合であっても、上下共に安定した背圧を付与できて、上下のピンフィン９２，９４をそれぞれ高い寸法精度に形成することができる。このように本実施形態においては、背圧付与するためのスプリングを上下で異なる種類のものを用いるような場合、特に有益である。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明の第２実施形態にかかる鍛造加工装置を概略的に示す正面断面図である。

同図に示すようにこの第２実施形態の鍛造加工装置において、ダイ１側の背圧付与機構３におけるスプリングホルダー３１には、スプリング３３を囲うようにして冷却コイル３８が組み込まれている。

さらにパンチ５側の背圧付与機構７におけるスプリングホルダー７１には、スプリング７３を囲うようにして冷却コイル７８が組み込まれている。

またスプリングホルダー３１，７１には、上記第１実施形態と同様に、熱電対等からなるスプリング温度検出器３７，７７が埋設状態に取り付けられている。

図８は第２実施形態の鍛造加工装置におけるスプリング温度調整のための制御系を示すブロック図である。

同図に示すように、第２実施形態の鍛造加工装置においては、ダイ１側およびパンチ５側に対応して循環ポンプ４１，４２がそれぞれ設けられている。

ダイ１側において、循環ポンプ４１は、往き管４３および戻り管４４を介して冷却コイル３８に配管接続されて、ダイ１側の冷却用回路が形成される。さらにパンチ５側において、循環ポンプ４２は、往き管４３および戻り管４４を介して各冷却コイル７８に配管接続されて、パンチ５側の冷却用回路が形成される。

そして循環ポンプ４１，４２が駆動すると、ダイ１側およびパンチ５側の各冷却用回路内を冷却水がそれぞれ循環するようになっている。すなわち、各循環ポンプ４１，４２から吐出された冷却水が、往き管４３，４３、冷却コイル３８，７８および戻り管４４，４４を通って循環ポンプ４１，４２に戻るように循環するようになっている。そしてこの冷却水の循環時においては、冷却コイル３８，７８を流通する冷却水が、スプリング３３，７３の周辺から熱を吸収して、スプリング３３，７３を冷却できるようになっている。

ここで、本実施形態においては、狭義には、冷却コイル３８，７８によって、冷却手段および伝熱手段が構成されるものであり、広義には、冷却コイル３８，７８、循環ポンプ４１，４２および配管４３，４４を含む冷却用回路によって、冷却手段および伝熱手段が構成されるものである。

またスプリング温度制御装置４は、制御用信号線を介して、スプリング温度検出器３７，７７および循環ポンプ４１，４２に接続されている。そして後述するように鍛造加工中に、スプリング温度制御装置４は、スプリング温度検出器３７，７７からの出力情報に基づき、循環ポンプ４１，４２の駆動を制御し、スプリング３３，７３を所定の温度範囲内に保持するようにしている。

この第２実施形態の鍛造加工装置において、他の構成は、上記第１実施形態と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一または相当符号を付して、重複説明は省略する。

なお本第２実施形態のダイ１およびパンチ５においては、上記第１実施形態のリングヒータ１７，５７（図１〜４参照）に相当する金型加熱手段を設けるようにしても良い。

この第２実施形態の鍛造加工装置においても、上記第１実施形態と同様な動作手順で、鍛造加工品としてのヒートシンク９が製造される。

すなわち、鍛造素材Ｗ、ダイ１およびパンチ５は上記と同様に適宜予備加熱される。なおダイ１およびパンチ５にリングヒート等の金型加熱手段が設けられている場合には、この金型加熱手段を利用してダイ１およびパンチ５を予備加熱するようにすれば良い。また鍛造素材Ｗ、ダイ１およびパンチ５は、潤滑材が供給されて潤滑が行われる。

この状態で、鍛造素材Ｗがダイ１の成形凹部１１内に設置された後、パンチ５を降下させてパンチ本体５１をダイ１の成形凹部１１内に打ち込む。これにより、鍛造素材Ｗに圧縮荷重が加わって、鍛造素材Ｗとしての金属材料が、各背圧ピン３５，７５をスプリング３３，７３の付勢力（背圧）に抗して押し込みつつ、各フィン成形孔１２，５２内に流入する。

こうして上記第１実施形態と同様にベース板９１の両面にピンフィン９２，９４が一体に形成されたヒートシンク９（図６参照）が成形される。

その後、パンチ５が上昇してから、ノックアウトピン２６と共に、背圧付与機構３が上昇し、背圧付与ピン３５によってヒートシンク９が突き上げられて排出される。

このような動作が繰り返し行われて、ヒートシンク９が順次製造される。

一方、本第２実施形態においても、上記と同様、背圧付与機構３，７のスプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲内に維持されるように温度管理を行っている。

すなわち、スプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲よりも高くなった場合には、スプリング温度制御装置４は、循環ポンプ４１，４２を駆動させて、冷却用回路の冷却水を循環させる。これにより冷却コイル３８，７８を流通する冷却水によって、スプリング３３，７３の周辺から熱を吸収して、スプリング３３，７３を冷却する。

こうして、スプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲内まで低下すると、スプリング温度制御装置４は、循環ポンプ４１，４２を停止させて、スプリング３３，７３の冷却を停止する。これによりスプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲内に維持される。

なお言うまでもなく、冷却水を循環している状態で、スプリング３３，７３の温度が所定の温度範囲よりも低くなってしまった場合には、冷却水の循環を停止し、スプリング３３，７３の冷却を停止するものである。

また本第２実施形態においても、スプリング温度制御装置４は、上記第１実施形態と同様に、ダイ１側のスプリング３３の温度調整と、パンチ５側のスプリング７３の温度調整とを個別に行うようにしている。すなわち、ダイ１側のスプリング３３の温度だけが上昇し、パンチ５側の温度が上昇していない場合には、ダイ１側の循環ポンプ４１のみを駆動させて、ダイ１側のスプリング３３のみを冷却する。逆に、パンチ１側のスプリング７３の温度だけが上昇し、ダイ１側の温度が上昇していない場合には、パンチ５側の循環ポンプ４２を駆動させて、パンチ５側のスプリング７３のみを冷却する。

以上のように、この第２実施形態の鍛造加工装置においても、上記第１実施形態と同様、背圧付与機構３，７のスプリング３３，７３の温度を所定の温度範囲内に維持でき、バネ定数が変動するのを防止することができる。このため終始一定の背圧を付与しつつ、ヒートシンク９を成形することができ、ピンフィン９２，９４の高さにバラツキが生じず、高い寸法精度を確保することができる。

さらに各スプリング３３，７３毎に温度調整しているため、より一層高い寸法精度を得ることができ、品質をより一層向上させることができる。

その上さらに、スプリング３３，７３の種類が異なる場合には、上記実施形態と同様に、各スプリング３３，７３毎に適切に温度を調整できて、高品質の鍛造加工品を確実に得ることができる。

なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態のリングヒータ１７，５７等のように金型加熱手段を設けるような場合には、冷却用回路によるスプリング温度の調整と並行して、金型加熱手段の駆動を制御することによって、スプリング３３，７３の温度調整を行うようにしても良い。例えばスプリング温度制御装置４によって、金型加熱手段の駆動を制御できるように設定しておき、スプリング温度制御装置４が、必要に応じて、冷却用回路の循環ポンプ４１，４２と、金型加熱手段との双方の駆動を制御して、スプリング３３，３７の温度を適宜調整するようにしても良い。

＜変形例＞
上記実施形態においては、上下両面にピンフィン９２，９４が形成されるヒートシンク９を成形するようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、上面および下面のいずれか一方にピンフィンが形成されたヒートシンクを成形するようにしても良い。この場合、ダイおよびパンチのうち、ピンフィンを成形する側（ピンフィン成形孔が形成される側）の金型のみに背圧付与機構を設け、その背圧付与機構におけるスプリング等の付勢手段の温度を調整できるようにすれば良い。

また上記実施形態においては、付勢手段としてスプリング（バネ）を用いているが、それだけに限られず、本発明においては、付勢手段として、ガススプリング等のガスクッションや、ゴム等の弾性体を用いるようにしても良い。例えばガスクッションを用いる場合には、ガスの反力を背圧として機能させるように構成すれば良く、弾性体を用いる場合には、弾性反発力を背圧として機能させるように構成すれば良い。

また、上記実施形態においては、断面円形のピンフィン９２，９４を有するヒートシンク９を製造する場合を例に挙げて説明したが、本発明においては、ピンフィンの形状は特に限定されるものではない。例えば、断面（水平断面）が正方形のピンフィンを有するヒートシンクを製造するようにしても良く、それ以外にも、断面多角形状や、断面楕円形、断面長円形、異形断面のピンフィンを有するヒートシンクや、形状の異なる複数種類のピンフィンが混在するヒートシンクを製造するようにしても良い。

また言うまでもなく、本発明においては、ヒートシンクに形成されるピンフィン（ピン状突起）の数や、ベース板の形状が限定されるものではない。

この発明の鍛造加工装置は、ピンフィン型ヒートシンク等を製造する際に用いることができる。

１：ダイ（下金型）
１２：フィン成形孔（突起成形孔）
１７：リングヒータ（金型加熱手段）
３：背圧付与機構
３３：スプリング（付勢手段）
３５：背圧付与ピン
３７：スプリング温度検出器
３８：冷却コイル（冷却手段、伝熱手段）
４：スプリング温度制御装置（温度調整手段）
５：パンチ（上金型）
５２：フィン成形孔（突起成形孔）
５７：リングヒータ（金型加熱手段）
７：背圧付与機構
７３：スプリング（付勢手段）
７５：背圧付与ピン
７７：スプリング温度検出器
７８：冷却コイル（冷却手段、伝熱手段）
９：ヒートシンク（鍛造加工品）
９１：ベース板
９２：ピンフィン（ピン状突起）
９４：ピンフィン（ピン状突起）
Ｗ：鍛造素材

Claims (8)

1. 鍛造素材を鍛造加工用金型を用いて塑性変形させて、上下両面のうち少なくとも一面に複数のピン状突起が一体に形成される鍛造加工品を成形するようにした鍛造加工装置であって、
   鍛造素材の塑性変形時に、前記金型における前記ピン状突起を成形するための突起成形孔内に流入する鍛造素材としての金属材料に対し、付勢手段の付勢力に基づき背圧を付与する背圧付与機構と、
   前記背圧付与機構における前記付勢手段の周辺温度を検出する温度検出器と、
   前記付勢手段に熱を伝達する伝熱手段と、
   前記温度検出器により検出される温度に基づき、前記伝熱手段の駆動を制御して、前記付勢手段の温度を調整する温度調整手段と、を備えたことを特徴とする鍛造加工装置。
2. 前記金型を加熱するための金型加熱手段を備え、
   前記金型加熱手段が、前記伝熱手段を兼用する請求項１に記載の鍛造加工装置。
3. 前記付勢手段が、スプリングまたはガスクッションによって構成される請求項１または２に記載の鍛造加工装置。
4. 前記金型は、上金型と、下金型とを備え、
   前記上金型および前記下金型に前記突起成形孔がそれぞれ設けられ、
   前記上金型および前記下金型に、前記背圧付与機構、前記温度検出器および前記伝熱手段がそれぞれ設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
5. 前記温度調整手段によって、前記上金型側および前記下金型側の各付勢手段の温度がそれぞれ個別に調整されるようにした請求項４に記載の鍛造加工装置。
6. 前記伝熱手段として、前記背圧付与機構における付勢手段の周辺を冷却する冷却手段を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
7. 鍛造加工品が、ベース板上に、ピン状突起としてのピンフィンが一体に形成されたヒートシンクによって構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
8. 鍛造素材を鍛造加工用金型を用いて塑性変形させて、上下両面のうち少なくとも一面に複数のピン状突起が一体に形成される鍛造加工品を成形するようにした鍛造加工方法であって、
   鍛造素材の塑性変形時に、前記金型における前記ピン状突起を成形するための突起成形孔内に流入する鍛造素材としての金属材料に対し、付勢手段の付勢力に基づき背圧を付与する背圧付与機構と、
   前記背圧付与機構における前記付勢手段の周辺温度を検出する温度検出器と、
   前記付勢手段に熱を伝達する伝熱手段と、を設置しておき、
   前記温度検出器により検出される温度に基づき、前記伝熱手段の駆動を制御して、前記付勢手段の温度を調整するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
   

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