JP6717090B2 - 試験装置及び試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス工法における金属板と金型との間の摺動特性を評価するための試験装置及び試験方法に関する。

近年、金属を加熱した状態でプレスして成形する技術が用いられている。例えば、熱間プレス（ホットスタンプ）では、成形と熱処理が同時に行われる。このように、加熱した金属を金型に押し付けて成形する際には、加熱された金属が、金型に接した状態で滑りながら動く。すなわち、金属が、金型に対して摺動する。加熱した金属の摺動特性の把握は、プレス成形可否を判断する上で重要である。

特許第５６０９１７２号公報（特許文献１）には、熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を評価する高温摺動試験装置が開示されている。この高温摺動試験装置では、加熱装置で加熱された試験鋼板の摺動特性評価部が所定温度になって時点で、引抜シリンダが試験鋼板を掴んで引き抜く。この引抜シリンダの作動により、試験鋼板と摺動金型とを摺動特性評価部の長さだけシーケンシャルに摺動させる。この摺動特性評価部と摺動金型とが摺動する際に、垂直荷重と引抜力が測定される。測定された垂直荷重と引抜力によって摺動特性が評価される。

特許第５６０９１７２号

本願は、摺動特性をより正確に評価することができる試験装置及び試験方法を開示する。

本発明の実施形態における試験装置は、試験金属板を加熱する加熱炉と、前記試験金属板を、前記加熱炉から引き抜く方向へ引っ張る引抜装置と、前記加熱炉と前記引抜装置の間に配置され、前記加熱炉から引き抜かれた前記試験金属板の上面及び下面のそれぞれを押圧する金型と、前記金型を前記試験金属板の上面及び下面に対して押し付ける加圧装置と、前記試験金属板に接触し、前記試験金属板の温度を測定する熱電対と、前記熱電対に接続される導線と、前記熱電対及び前記導線から検出される前記試験金属板の温度、前記引抜装置が前記試験金属板を引き抜く引抜力、及び、前記金型を前記試験金属板に押し付ける荷重を取得する検出部と、を備える。

本願開示によれば、摺動特性をより正確に評価することができる。

図１は、本実施形態における試験装置の構成例を示す図である。 図２は、摺動時の試験装置の様子を示す図である。 図３は、引抜装置及び押圧装置の動作例を示すグラフである。 図４は、試験装置を用いた試験における試験金属板温度の測定結果を示すグラフである。 図５は、図４と同じ試験における試験金属板の摩擦係数の測定結果を示すグラフである。

発明者らは、加熱した金属板と金型との摺動特性が成形性に及ぼす影響について調べた。その課程で、摺動特性に基づいて、プレス時の成形性を計算（シミュレーション）により予測することを試みた。この予測の精度を上げるには、摺動特性が正確であることが求められる。発明者らは、成形性予測に用いるための摺動特性の正確性について検討したところ、摺動特性の温度変化が重要であることを見出した。そこで、摺動特性を評価する試験において、摺動する部分の温度を正確に測定する構成について検討した。

当初、発明者らは、従来技術と同様に、放射温度計を用いて金属板が金型に対して摺動する部分の温度を測定することを検討した。一例として、上記の特許第５６０９１７２号公報に記載のように、金型と摺動する前の（金型の入側の）試験金属板と、金型と摺動した後の（金型の出側の）試験金属板を、放射温度計により測定する構成を検討した。この方法では試験金属片の摺動中の箇所が金型の影に隠れるため、摺動中の試験金属片の温度を測定することができない。このため、摺動前後の試験金属片の温度から摺動中の金属片の温度を推定する。しかし、温度の正確な推定は難しいことがわかった。検討の結果、上記従来の構成においては、試験金属板の表面状態が、金型との摺動前と摺動後で変化するため、試験金属板の放射率が異なり、測定される温度に誤差が生じることがわかった。そこで、放射温度計において放射率を補正することで精度を上げることを検討した。しかし、金型でこすれた後の試験金属板の表面の荒れは、金型の押圧等の試験条件によって異なるため、放射率補正による精度向上も難しいことがわかった。

さらなる検討の結果、発明者らは、敢えて非接触の測温方法を採らず、試験金属板に熱電対を接触させて測温することにより、温度測定の精度を向上できることに想到した。具体的には、熱電対を用いて摺動部分の温度を正確に測る試験装置及び試験方法に想到した。この試験装置及び試験方法の実施形態を以下に述べる。

本発明の実施形態における試験装置は、試験金属板を加熱する加熱炉と、前記試験金属板を、前記加熱炉から引き抜く方向へ引っ張る引抜装置と、前記加熱炉と前記引抜装置の間に配置され、前記加熱炉から引き抜かれた前記試験金属板の互いに対向する両面のそれぞれを押圧する金型と、前記金型を前記試験金属板の互いに対向する両面に対して押し付ける押圧装置と、前記試験金属板に取り付けられる熱電対と、前記熱電対から検出される前記試験金属板の温度、前記引抜装置が前記試験金属板を引き抜く引抜力、及び、前記金型を前記試験金属板に押し付ける荷重を取得する検出部とを備える（第１の構成）。

上記第１の構成において、試験金属板は、熱電対が取り付けられた状態で、加熱炉で加熱される。そのため、熱電対によって加熱時の試験金属板の温度を正確に測ることができる。引抜装置によって、加熱炉から引き抜かれた試験金属板の互い対向する両面には、押圧装置によって、金型が押し付けられる。これにより、加熱された試験金属板と金型が摺動する。試験金属板は、加熱炉から出ると外気により冷まされる。さらに、試験金属板の金型と接する部分は、金型によって冷まされる。試験金属板には熱電対が取り付けられる。これにより、熱電対は、試験金属板とともに移動する。そのため、この試験金属板が加熱炉から出て金型と摺動するまでの温度変化を、熱電対によって追跡することができる。その結果、試験金属板が金型と摺動する部分の温度を正確に測定することができる。この熱電対によって測定される温度に加えて、引抜装置が試験金属板を引き抜く引抜力と、金型を試験金属板に押し付ける荷重とが検出される。これにより、引抜力及び荷重から得られる摺動特性に加えて、摺動時の正確な温度が得られる。そのため、金型と材料（試験金属板）の摺動特性と温度の関係をより正確に評価することができる。

本発明の実施形態における試験装置は、熱源を収納し、開口部を有する加熱炉と、引抜装置と、押圧装置と、熱電対とを備える。前記引抜装置は、前記加熱炉の開口部を通る直線上に配置され、試験金属板を着脱可能な結合具と、前記結合具に接続され、前記結合具とともに前記直線の方向に可動な可動部と、前記可動部を前記直線の方向に可動に支持する支持部と、前記可動部に対して前記直線の方向の力を発生させる動力源と、前記可動部に加わる前記直線の方向の力を測定する引抜力計とを有する。前記押圧装置は、前記開口部と前記引抜装置の間において、前記直線と交差する方向に前記直線を介して互いに対向して配置される一対の金型と、前記一対の金型に取り付けられ、前記一対の金型が前記直線と交差する方向に押し合う力を発生させる加圧装置と、前記金型に加わる力を測定する荷重計を有する押圧装置とを備える。前記熱電対は、前記直線上において前記試験金属板に取り付けられる（第２の構成）。

第２の構成において、加熱炉の開口部を通る直線上に配置された試験金属板を、引抜装置の結合具に装着できる。これにより、加熱炉内に開口部を介して挿入された試験金属板を引抜装置で引き抜くことができる。引抜装置によって、加熱炉から引き抜かれた試験金属板の前記直線に交差する方向に互い対向する両面には、加圧装置によって、金型が押し付けられる。試験金属板には熱電対が取り付けられる。これにより、熱電対は、試験金属板とともに移動する。そのため、この試験金属板が加熱炉から出て金型と摺動するまでの温度変化を、熱電対によって追跡することができる。その結果、試験金属板が金型と摺動する部分の温度を正確に測定することができる。また、引抜装置の引抜計により引抜装置が試験金属板を引き抜く引抜力を得ることができる。押圧装置の荷重計により、金型を試験金属板に押し付ける荷重を得ることができる。これにより、引抜力及び荷重から得られる摺動特性に加えて、摺動時の正確な温度が得られる。そのため、金型と材料（試験金属板）の摺動特性と温度の関係をより正確に評価することができる。

なお、第２の構成において、一例として、加圧装置は、一対の金型の少なくともいずれか一方に接続され、前記直線の方向に交差する方向に可動な可動部と、前記一対の金型の各々を、前記可動部を介して又は直接支持する一対の支持部と、一対の支持部を相互に固定する接続部とを有する構成とすることができる。

上記第１又は第２の構成において、前記熱電対の端部及び前記熱電対の中間の固定部が、互いに離間して前記試験金属板に取り付けられてもよい（第３の構成）。これにより、試験金属板が金型に対して摺動しながら引き抜かれる動作に対する熱電対の干渉を抑えることができる。

上記第３の構成において、前記熱電対の前記端部と前記固定部の間隔は、前記開口部と前記金型の間隔より長くすることができる（第４の構成）。これにより、試験金属板の摺動動作に対する熱電対の干渉をより抑えることができる。ここで、「開口部と金型」の間隔とは、開口部の金型側の端の位置と、金型の開口部側の端の、前記直線の方向（試験金属板の引抜方向）と平行な方向における距離とすることができる。

上記第３又は第４の構成において、前記熱電対の前記端部又は前記固定部の少なくとも一方は、前記試験金属板の側面に取り付けられてもよい（第５の構成）。側面は、試験金属板の面のうち、金型と接する両面の間に位置する面であって、開口部を通る前記直線の方向に延びる面である。摺動時に、金型は試験金属板の互いに対向する両面に接し、側面には接しない。摺動時に金型と接しない試験金属板の面に熱電対を接続することで、熱電対が、試験金属板と金型の間に挟まれないようにすることができる。その結果、より正確に摺動特性を評価することができる。

本発明の実施形態における試験方法は、試験金属板に熱電対の端部を取り付ける取付工程と、前記試験金属板の少なくとも前記熱電対の端部が取り付けられた部分を加熱炉で加熱する加熱工程と、前記加熱炉で所定温度まで加熱された前記試験金属板の互いに対向する両面を前記加熱炉の外に配置された一対の金型で押圧しながら引き抜く引抜工程とを有する。前記引抜工程において、前記熱電対の端部が取り付けられた前記試験金属板の部分が前記一対の金型を通過する際に、前記試験金属板を引き抜く引抜力、前記一対の金型が前記試験金属板を押圧する荷重、及び前記熱電対の出力電圧を測定する（第１の方法）。

上記第１の方法では、加熱炉で加熱され、引抜装置で加熱炉から引き抜かれる試験金属板の部分に熱電対が取り付けられる。熱電対が取り付けられた試験金属板近傍の面は、加熱炉から引き抜かれた後、金型が押し付けられる。そのため、熱電対により、試験金属板が加熱炉から引き抜かれて金型と摺動されるまでの温度を追跡することができる。その結果、金型と摺動する試験金属板の部分の温度を正確に測定することが可能になる。引抜工程において、試験金属板を引き抜く引抜力と、金型を試験金属板に押し付ける荷重（押圧力）から得られる摺動特性に加えて、金型と摺動する試験金属板の正確な温度が得られる。そのため、摺動特性をより正確に評価することができる。

上記第１の方法において、前記取付工程は、前記熱電対の端部及び前記熱電対の中間の固定部を、前記試験金属板に離間して取り付ける工程を含むことができる（第２の方法）。これにより、熱電対を、試験金属板に沿って配置することができる。そのため、試験金属板が加熱炉から引き抜かれて金型と摺動する過程で、熱電対が、金型と試験金属板の間に巻き込まれにくくなる。すなわち、試験金属板の摺動動作に対する熱電対の干渉をより抑えることができる。

上記第２の方法において、前記端部と前記固定部の間隔は、前記開口部と前記金型の間隔より長くすることができる（第３の方法）。これにより、試験金属板が金型と摺動する過程で、熱電対が、金型と試験金属板の間により巻き込まれにくくなる。

上記第２又は第３の方法の前記取付工程において、前記熱電対の前記端部又は前記固定部の少なくとも一方は、前記試験金属板の側面に取り付けられてもよい（第４の方法）。これにより、熱電対を、試験金属板に沿って配置することができる。そのため、試験金属板の摺動動作に対する熱電対の干渉をより抑えることができる。

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。

［実施形態］
（装置の構成例）
図１は、本実施形態における試験装置１０の構成例を示す図である。試験装置１０は、加熱された試験金属板１（以下、単に金属板１と称する）と金型５を摺動させて、試験金属板１の摺動特性を評価する試験装置である。試験装置１０は、加熱炉２、熱電対３、金型５、押圧装置６、引抜装置８、検出部９、及び制御部１１を備える。

金属板１は、例えば、長手方向に延びる板状に形成される。金属板１は、互いに対向する上面１ａと下面１ｂを有する。上面１ａ、下面１ｂは、金属板１の他のいずれの面（すなわち側面）より広い。上面１ａから見た金属板１の形状は、長方形とすることができる。この長方形の長辺の方向が長手方向となる。図１に示す例では、金属板１は、長手方向がｘ方向（引抜方向）と一致するように配置される。なお、本実施形態では、一例として、ｘ方向とｙ方向は、水平面において互いに直交し、ｚ方向は鉛直方向とする。

加熱炉２は、金属板１を加熱する。加熱炉２は、加熱室２ａと、加熱室２ａの温度を調整する熱源２ｂを備える。加熱室２ａには、開口部２ｃが設けられる。図１に示す例では、金属板１は、開口部２ｃから挿入された状態で、加熱される。これにより、金属板１の一方端を含む部分が加熱される。加熱室２ａ内の雰囲気は、例えば、窒素又は空気とすることができる。

引抜装置８は、金属板１を、加熱炉２から引き抜く方向へ引っ張る。引抜装置８は、金属板１の他方端を掴む把持部８１と、把持部８１を一方向に引っ張る引抜シリンダ８３を備える。図１に示す例では、引抜シリンダ８３の引抜方向は、水平方向（ｘ方向）となるように引抜装置が配置される。金属板１の長手方向が、引抜シリンダ８３の引抜方向となるように、把持部８１は、金属板１を把持する。引抜装置８は、引抜装置８が試験金属板を引き抜く引抜力を測定する引抜力計８２を備える。引抜力計８２で測定された引抜力は、検出部９に送られる。これにより、検出部９は、引抜力を取得することができる。

把持部８１は、試験金属板を着脱可能な結合具の一例である。把持部８１は、加熱炉２の開口部２ｃを通る直線（図１ではｘ軸に平行な線、すなわち引抜方向の線）上に配置される。引抜シリンダ８３は、可動部、支持部及び動力源を含む。可動部は、結合具である把持部８１に接続される。支持部は、可動部を引抜方向に可動に支持する。動力源は、可動部に対して引抜方向の力を発生させる。引抜力計８２は、可動部に加わる引抜方向の力を測定する。例えば、引抜シリンダ８３を油圧シリンダとする場合、可動部は、シリンダのロッド、支持部は、ロッドを支持するシリンダ、動力源は、シリンダ内に油圧を発生させる油圧発生装置とすることができる。

金型５は、加熱炉２と引抜装置８の間に配置される。金型５は、加熱炉２にから引き抜かれた金属板１の上面１ａ及び下面１ｂのそれぞれを押圧する。そのため、一対の金型５が、金属板１の上下に配置される。一対の金型５は、押圧装置６に支持される。押圧装置６は、一対の金型５それぞれを金属板１の上面１ａ及び下面１ｂに対して押し付ける。金型５は、引抜方向に対して垂直な方向に押し付けられる。すなわち、金型５は、引抜装置８によって金属板１が移動する方向に対して垂直な方向（本例では、ｚ方向）に移動する。金型５は、金属板１に荷重を印加する。

押圧装置６は、金型５、加圧装置、及び荷重計６１を備える。加圧装置は、一対の金型５に取り付けられ、一対の金型５が引抜方向（ｘ方向）と交差する方向（図１の例では上下方向すなわちｚ方向）に押し合う力を発生させる。加圧装置は、例えば、可動部６２と、支持部６３と、接続部６４を含む。可動部６２は、一対の金型５の一方に接続され、上下方向に可動に支持される。支持部６３は、一対の金型５の各々を、可動部６２を介して又は直接支持する。接続部６４は、一対の金型５をそれぞれ支持する一対の支持部６３を相互に固定する。加圧装置は、例えば、金型５を金属板１に押し付ける力を発生させる押付シリンダで構成することができる。この例では、押圧装置６は、一対の金型５で金属板１を挟む力が発生させる。垂直荷重計６１は、金型５を金属板１に押し付ける荷重（以下、一例として、垂直荷重と称する）を測定する。垂直荷重計６１で測定された引抜力は、検出部９に送られる。これにより、検出部９は、垂直荷重を取得することができる。

熱電対３は、金属板１に取り付けられる。熱電対３の端部３ａは、金属板１の側面に接続することができる。例えば、金属板１の引抜方向に延びる側面１ｃに熱電対３の端部３ａが取り付けられる。すなわち、金属板１の引抜方向に延びる面であって、金型５と摺動しない面に熱電対３の端部３ａを取り付けることができる。金属板１の熱電対３の端部３ａが取り付けられた部分は、加熱炉２で加熱された後、引抜によって移動して一対の金型５の間を通る。すなわち、金属板１において、加熱され、かつ、金型５との摺動がなされる部分に対応する位置に熱電対３の端部３ａが取り付けられる。なお、熱電対３の端部３ａが取り付けられるとは、熱電対３の測温接点が接続されることを意味する。

熱電対３は、導線４を含む。導線４は、熱電対３と同等の熱起電力を有する補償導線であってもよいし、熱電対３と同じ材料で形成されてもよい。

試験装置１０には、金属板１に導線４の一部（固定部）を固定する固定手段７が設けられる。固定手段７によって、熱電対３は、端部３ａでない中間部に金属板１に対して固定される固定部を有する構成となる。固定手段７は、例えば、針金等の金属部材を金属板１に取り付けたもので形成することができる。固定手段７の形状は、例えば、フック又はリングのように、導線４を通す孔又は凹部を有する形状とすることができる。なお、固定手段７は、上記例に限らない、例えば、溶接、ろう付け、又は接着材その他の固定手段により、固定部を金属板１に固定することができる。

熱電対３の端部３ａと固定部の引抜方向（ｘ方向）における間隔Ｌ１は、加熱炉２の開口部２ｃと金型５の引抜方向における間隔Ｌ２より長い。これにより、これにより、少なくとも、開口部２ｃと金型５との間において、熱電対３の端部と固定部との間の部分を、金属板１に沿わせることができる。そのため、金属板１を金型５で押圧しながら引き抜く際に、熱電対３が、開口部２ｃ又は金型５と干渉しにくくなる。

導線４は、熱電対３の端部３ａより引抜装置８に近い位置で、金属板１に固定される。すなわち、熱電対３の固定部は、端部３ａより引抜装置８に近い。導線４は、金属板１の側面１ｃに固定することができる。例えば、図１に示すように、金属板１の加熱時には、加熱炉２内に位置する熱電対３の端部３ａから延びる導線４が、端部３ａに対して金型５を挟んで反対側の金属板１の側面１ｃの一部に固定された状態とすることができる。

図１に示す例では、熱電対３の端部３ａ及び固定部は、金属板１の側面１ｃにおいて、引抜方向に離間した位置にそれぞれ固定される。これにより、熱電対３を金属板１の側面１ｃに沿って配置することができる。金属板１が引き抜かれる際には、熱電対３は、金属板１の側面１ｃに沿った状態で、金属板１とともに移動する。そのため、熱電対３が、金型５又は押圧装置６に巻き込まれることが避けられる。

熱電対３は、検出部９に接続される。検出部９は、熱電対３に生じた起電力に基づく温度を出力する計測器（図示せず）を含むことができる。検出部９は、熱電対３の熱起電力に基づいて、金属板１の温度を取得することができる。

図１に示す例では、加熱炉２、押圧装置６、及び引抜装置８は、制御部１１に接続される。制御部１１は、加熱炉２、押圧装置６、及び引抜装置８を制御する。例えば、制御部１１は、加熱炉２の熱源２ｂを制御することで、加熱室２ａの温度を制御する。これにより、任意の熱処理条件で、金属板１を加熱することができる。

また、制御部１１は、押圧装置６を制御することで、金型５による垂直荷重、金型５の速度、金型５の変位を制御することができる。制御部１１は、引抜装置８を制御することで、金属板１の引抜の速度、変位、引抜力を制御することができる。さらに、制御部１１は、加熱炉２による金属板１の加熱、押圧装置６による金型５の金属板１への押圧、及び引抜装置８による金属板１の引抜のタイミングを調整することができる。これにより、様々な条件での摺動特性の評価が可能になる。

例えば、熱電対３の端部３ａが金型５を通過する際に、引抜力、荷重、及び温度が測定される。すなわち、熱電対３の端部３ａが金型５を通過する期間に、検出部９において、引抜力、荷重、及び温度の値が取得される。検出部９は、例えば、熱電対３の端部３ａが金型５を通過する前から通過した後までの期間において、所定周期で、引抜力、荷重、及び温度を取得することができる。

なお、熱電対の端部が金型を通過している瞬間の引抜力、荷重、及び温度が取得される態様に加えて、熱電対の先端が金型を通過しているとみなせる期間において、引抜力、荷重、及び温度が測定する態様も、熱電対の端部が金型を通過する際に、引抜力、荷重、及び温度が測定される態様に含まれる。

上記例では、押圧装置６において、一対の金型５のうち上の金型５に、可動部６２が設けられる。これに対して、一対の金型５のうち下の金型５又は、両方に可動部６２が設けられてもよい。

検出部９及び制御部１１は、例えば、１又は複数のコンピュータを用いて構成することができる。

（装置の動作例）
ここで、図１に示す試験装置１０の動作例を説明する。
＜準備工程＞
図１に示すように、金属板１は、一方端が加熱炉２に挿入され、他方端が引抜装置８の把持部８１に掴まれた状態で配置される。一対の金型５は、加熱炉２と引抜装置８の間において、金属板１を上下方向（ｚ方向）に挟む位置に配置される。

熱電対３の端部３ａは、金属板１の加熱炉２に挿入された部分に取り付けられる。熱電対３は、金属板１の側面１ｃに沿って延びて加熱炉２から出る。加熱炉２から出た熱電対３は、さらに引抜方向（ｘ方向）に延び、金型５と引抜装置８との間において金属板１に設けられた固定手段７により、金属板１に固定される。

＜加熱工程＞
加熱炉２は、１００〜１０００℃の温度で、金属板１を加熱することができる。一例として、金属板１が鋼板の場合は、７００℃以上の温度で鋼板を加熱することができる。

＜摺動工程＞
加熱炉２内の金属板１の温度は、例えば、熱電対３によって取得することができる。加熱炉２内の金属板１の温度が、所望の温度に達すると、引抜装置８は、金属板１を、加熱炉２から引き抜く方向（ｘ方向）に引っ張る。引抜装置８による金属板１の引抜に応じて、押圧装置６は、金型５を金属板１に押し付ける。これにより、金属板１は、引抜方向に移動しながら、金型５が摺動する。金属板１が引抜方向に所定距離移動すると、引抜装置８は、引抜を停止する。押圧装置６は、引抜の停止に応じて、金型５の押付を停止する。

図２は、摺動時の試験装置１０の様子を示す図である。図２に示すように、金属板１の側面１ｃに接続された熱電対３は、一対の金型５の間を通るよう移動する。この時、熱電対３の端部３ａが接続された部分に対応する金属板１の上面１ａと下面１ｂは、金型５と接して摺動している。熱電対３の端部３ａは、摺動している上面１ａと下面１ｂに近い位置にあるため、摺動面の温度を測ることができる。摺動時の正確な温度が得られる。

熱電対３を用いることで、放射温度計を用いて金属板１の温度を測る場合に比べて、正確な温度が得られる。放射温度計は、金属板１の摺動面から離れた位置で、金属板１の表面からの光を検出する。この場合、金属板１の摺動面以外の部分の温度が測定値に反映される。また、金属板１の表面が酸化することで、放射温度計で測定される温度に誤差が生じることが発明者らによって見出されている。これに対して、本実施形態のように、熱電対３を用いると、金属板１の摺動面の温度を正確に測ることができる。

図３は、引抜装置８及び押圧装置６の動作例を示すグラフである。図３において、縦軸は、垂直荷重又は引抜ストローク、横軸は、時間を示す。点線Ｓｔは、引抜装置８による金属板１の引抜の長さ（引抜ストローク）の変化を示し、実線Ｓｗは、押圧装置６による金型５の垂直荷重の変化を示す。図３に示す例では、時刻ｔ１において、引抜が開始される。所定時間経過後の時刻ｔ２において、金型５による垂直荷重の印加が開始される。このように、引抜開始と垂直荷重の印加の開始を調整することで、加熱炉２で加熱された金属板１の部分が金型５の位置に到達するタイミングで、摺動を開始することができる。

また、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までの間は、引抜速度は、時刻ｔ２以降の引抜速度より速い。すなわち、加熱炉２で加熱された金属板１の部分が金型５の位置に移動するまでの引抜速度は、加熱された金属板１が金型５と摺動開始した後の引抜速度より速い。これにより、加熱された金属板１の部分が摺動されるまでの時間を短くすることができる。また、加熱された金属板１の部分が摺動される期間には、試験の目的に応じて任意の引抜速度とすることができる。

このように、引抜装置８は、１回の引抜において、引抜速度を段階的に変更することができる。また、押圧装置６は、金型５による金属板１への垂直荷重及び、金型５の変位を段階的に変化させることができる。これらの動作は、制御部１１が制御することができる。

＜測定工程＞
検出部９は、引抜装置８が引抜を開始してから終了するまでの間の引抜力を、引抜力計８２から取得する。検出部９は、例えば、引抜力の時間変化を示す時系列データを取得することができる。検出部９は、押圧装置６が、金型５の押付を開始してから終了するまでの間の垂直荷重を、垂直荷重計６１から取得する。検出部９は、垂直荷重力の時間変化を示す時系列データを取得することができる。また、検出部９は、加熱炉２による加熱開始から、引抜装置８による引抜の停止までの間の金属板１の温度を、熱電対３から取得する。検出部９は、検出部９は、金属板１の温度の時間変化を示す時系列データを取得することができる。検出部９は、引抜力、垂直荷重及び金属板１の温度の取得タイミングを互いに同期させることができる。例えば、所定の同期信号に基づくタイミングで、引抜力計８２の引抜力、垂直荷重計６１の垂直荷重及び熱電対３の温度を、取得することができる。

検出部９は、例えば、金属板１が金型５と摺動する際の引抜力Ｔと垂直荷重Ｗを用いて、摺動特性を示す値を計算することができる。例えば、摺動特性を示す値は、例えば、摩擦係数μ等である。摩擦係数μは、例えば、μ＝Ｔ／２Ｗにより計算することができる。検出部９は、摺動している期間内の複数時点それぞれにおける摺動特性を示す値（例えば、摩擦係数μ）、及び温度を対応付けて記録することができる。これにより、摺動特性の温度変化を示す情報を得ることができる。

＜測定例＞
図４は、試験装置１０を用いた試験における試験金属板温度の測定結果を示すグラフである。図４において、縦軸は温度及び引抜ストロークを示し、横軸は時間を示す。線ＴＳは、熱電対３を介して測定された金属板１の温度を示す。線Ｓｔは、引抜装置８による金属板１の引抜ストロークを示す。図５は、図４と同じ試験における金属板１の摩擦係数の測定結果を示すグラフである。図５において、縦軸は、摩擦係数、横軸は、引抜ストロークを示す。

図４及び図５に示す試験は、下記条件で行った。熱電対は、Ｋ熱電対を用いた。
（ａ）加熱炉
炉形式 ：近赤外線加熱炉
加熱温度：最大 1000℃
加熱炉内寸法： 幅100mm×長さ150ｍｍ
均熱帯長： 130 ｍｍ
（ｂ）負荷荷重等
垂直荷重： 最大 75ｋＮ
引抜力 ： 最大 30ｋＮ
摺動速度： 〜1000ｍｍ／ｓ
（ｃ）試験鋼板（試験片）
材質 ：HS用亜鉛メッキ鋼板
寸法 ：厚さ1.6ｍｍ×幅30ｍｍ×長さ500ｍｍ
（ｄ）摺動金型
材質 ：（１）ＳＫＤ61, (2) SKD61+窒化処理
形状 ：摺動部は平面で、長さ１０ｍｍ×９０ｍｍ
表面状態：＃６００研磨
（ｅ）試験条件
炉温設定：900 ℃
在炉時間：4 ｍｉｎ
摺動金型初期温度：室温
摺動距離： 80 ｍｍ（摺動特性の評価の対象は最初の40mm）
摺動速度：100mm/sで評点部まで移動後 10mm/s
垂直荷重：2.97ｋＮ

図４に示す測定結果において、点線ｔ４は、金型５の金属板１への押付を開始した時刻すなわち摺動開始時刻を示す。点線ｔ５は、金属板１の熱電対３の端部３ａに対応する部分が、金型５との接触を開始した時刻である。この結果から、引抜開始から金型５に接触するまで金属板１の温度は変化していることがわかった。また、金型５に接触して摺動する部分の金属板１の温度も、時間とともに変化していることがわかった。金属板１は金型５と接すると急激に温度が下がっている。このように、熱電対３を用いることで、摺動部分の正確な温度を得ることができる。

図５に示す測定結果において、金属板１の熱電対３の端部３ａが接続された部分が摺動開始した時の引抜ストロークの位置を点線Ｓ１で示している。Ｓ１より小さい引抜ストロークの領域においては、摩擦係数の変化が大きい。これは、金属板１の摺動部分の温度の変化によるものと考えられる。このように、摺動特性を示す摩擦係数は、温度によって変化することがある。そのため、摺動部分の温度は、成形性を予測する上で重要な要素となる。

（装置の適用例）
一例として、本実施形態の試験装置１０は、熱間プレスの金属材料の試験に好適に用いられる。例えば、熱間プレスの材料である鋼板の摺動特性を、試験装置１０で評価することができる。この場合、実施しようとする熱間プレスの温度及び成形速度の条件に対応する条件で、試験装置１０を動作させることができる。これにより、熱間プレスの条件下での成形性を予測するのに適した摺動特性に関する情報が得られる。例えば、熱間プレスにおけるプレス時の温度に近い温度における材料の摩擦係数を得ることができる。結果として、熱間プレスにおける成形性の予測の精度を向上させることができる。

（変形例）
試験装置１０の構成は、上記例に限られない。例えば、加熱炉２の加熱室２ａの温度を測る温度計、及び金型５の温度を測る温度計がさらに設けられてもよい。また、熱電対３を接続する位置は、金属板１の側面１ｃに限られず、上面１ａ又は下面１ｂであってもよい。また、固定手段７も、金属板１の上面１ａ又は下面１ｂに設けられてもよい。

引抜装置８の引抜シリンダは、油圧シリンダに限らず、例えば、エアシリンダであってもよい。また、引抜装置８は、引抜シリンダの代わりに、例えば、ギヤと、引抜方向に並ぶ凹凸であって、ギヤと噛み合う凹凸を備えたロッドと、ギヤを回転させるモータを備える構成とすることもできる。この場合、引抜装置は、動力源（モータ）の回転をロッドの直線運動に変換する機構となる。

上記例では、引抜装置８による金属板１の引抜方向と、押圧装置６による金型５による金属板１への荷重の方向は、互いに直交している。金型５が動く方向は、必ずしも引抜方向に垂直でなくてもよく、引抜方向に対して交差する方向であればよい。また、上記例では、金型５の荷重方向が垂直方向（鉛直方向）であり、金属板１の引抜方向は、水平方向である。荷重方向及び引抜方向は、これに限られない。荷重方向は、鉛直方向に対して角度を有していてもよい。引抜方向は、水平方向に対して角度を有していてもよい。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

１：金属板、２：加熱炉、３：熱電対、４：導線、５：金型、６：押圧装置
７：固定手段
８：引抜装置
９：検出部

Claims (9)

1. 開口部を有し、前記開口部から挿入された試験金属板を加熱する加熱炉と、
   前記試験金属板を、前記加熱炉から引き抜く方向へ引っ張る引抜装置と、
   前記加熱炉と前記引抜装置の間に配置され、前記加熱炉から引き抜かれた前記試験金属板の互いに対向する両面のそれぞれを押圧する金型と、
   前記金型を前記試験金属板の前記互いに対向する両面に対して押し付ける押圧装置と、
   前記試験金属板に取り付けられる熱電対と、
   前記熱電対から検出される前記試験金属板の温度、前記引抜装置が前記試験金属板を引き抜く引抜力、及び、前記金型を前記試験金属板に押し付ける荷重を取得する検出部とを備え、
   前記検出部は、前記熱電対の端部が前記金型を通過する期間に、前記引抜力、前記荷重、及び前記温度の値を取得する、試験装置。
2. 熱源を収納し、開口部を有する加熱炉と、
   前記加熱炉の開口部を通る直線上に配置され、試験金属板を着脱可能な結合具と、前記結合具に接続され、前記結合具とともに前記直線の方向に可動な可動部と、前記可動部を前記直線の方向に可動に支持する支持部と、前記可動部に対して前記直線の方向の力を発生させる動力源と、前記可動部に加わる前記直線の方向の力を測定する引抜力計とを有する引抜装置と、
   前記開口部と前記引抜装置の間において、前記直線と交差する方向に前記直線を介して互いに対向して配置される一対の金型と、前記一対の金型に取り付けられ、前記一対の金型が前記直線と交差する方向に押し合う力を発生させる加圧装置と、前記金型に加わる力を測定する荷重計を有する押圧装置と、
   前記直線上において前記試験金属板に取り付けられる熱電対とを備え、
   前記熱電対の端部が金型を通過する際に、前記引抜力計、前記荷重計、及び前記熱電対による測定が行われる、試験装置。
3. 前記熱電対の端部及び前記熱電対の中間の固定部が、前記引抜装置の引抜方向に互いに離間して前記試験金属板に取り付けられる、請求項１又は２に記載の試験装置。
4. 前記熱電対の前記端部と前記固定部の間隔は、前記開口部と前記金型の間隔より長い、請求項３に記載の試験装置。
5. 前記熱電対の前記端部又は前記固定部の少なくとも一方は、前記試験金属板の側面に取り付けられる、請求項３又は４に記載の試験装置。
6. 試験金属板に熱電対の端部を取り付ける取付工程と、
   前記試験金属板の少なくとも前記熱電対の端部が取り付けられた部分を、開口部から加熱炉に挿入した状態で加熱する加熱工程と、
   前記加熱炉で所定温度まで加熱された前記試験金属板の互いに対向する両面を前記加熱炉の外に配置された一対の金型で押圧しながら、前記試験金属板を前記開口部から引き抜く引抜工程とを有し、
   前記引抜工程において、前記熱電対の端部が取り付けられた前記試験金属板の部分が前記一対の金型を通過する際に、前記試験金属板を引き抜く引抜力、前記一対の金型が前記試験金属板を押圧する荷重、及び前記熱電対の出力電圧を測定する、試験方法。
7. 前記取付工程は、前記熱電対の端部及び前記熱電対の中間の固定部を、前記試験金属板に前記引抜の方向に離間して取り付ける工程を含む、請求項６に記載の試験方法。
8. 前記端部と前記固定部の間隔は、前記開口部と前記金型の間隔より長い、請求項７に記載の試験方法。
9. 前記取付工程において、前記熱電対の前記端部又は前記固定部の少なくとも一方は、前記試験金属板の側面に取り付けられる、請求項７又は８に記載の試験方法。

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