JPWO2020075310A1 - プレス成形品の製造方法、保持具、及びプレス成形品の製造システム - Google Patents

Abstract

ホットスタンプ（熱間プレスなどとも称される）または冷間プレスなどにより成形されるプレス成形品の任意の位置の任意の大きさの領域を効率的に軟化させられることが望まれている。プレス成形品の製造方法は、金型が有する第１成形面と第２成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、ブランク材をプレス成形品に成形する工程を備えてよい。プレス成形品の製造方法は、金型からプレス成形品を取り出した後、プレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する工程を備えてよい。

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法、保持具、及びプレス成形品の製造システムに関する。

特許文献１には、ホットスタンプ成形品の一部をレーザで加熱して焼きなましすることが記載されている。特許文献２には、加熱されたブランクをダイアセンブリにより挟み変形させながらブランクの第１部分を冷却している間に、赤外線ランプでブランクの第２部分を加熱することで、硬質ゾーンと軟質ゾーンとを有する構成部品を製造する方法が記載されている。
特許文献１ 国際公開第２０１６／０８８６６５号公報
特許文献２ 国際公開第２０１７／１９０２２０号公報

解決しようとする課題

ホットスタンプ（熱間プレスなどとも称される）または冷間プレスなどにより成形されるプレス成形品の任意の位置の任意の大きさの領域を効率的に軟化させられることが望まれている。

一般的開示

本発明の一態様に係るプレス成形品の製造方法は、金型が有する第１成形面と第２成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、ブランク材をプレス成形品に成形する工程を備えてよい。プレス成形品の製造方法は、金型からプレス成形品を取り出した後、プレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する工程を備えてよい。

成形する工程は、金型が有する第１成形面と第２成形面との間に、加熱された鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形し、かつ第１成形面と第２成形面との間にブランク材を挟んだ状態でブランク材を冷却することで、ブランク材をプレス成形品に形成する工程を含んでよい。

照射する工程は、金型からプレス成形品を取り出した後、保持具が有するプレス成形品の形状に沿った第１保持面と第２保持面との間にプレス成形品を挟む工程を有してよい。照射する工程は、第１保持面と第２保持面との間にプレス成形品を挟んだ状態で、第１保持面のプレス成形品の予め定められた部位に対向する第１凹部内に設けられた第１赤外線照射部からの赤外線を予め定められた部位に照射する工程を有してよい。

第１赤外線照射部は、赤外線ヒータを含んでよい。

赤外線ヒータは、予め定められた部位の一面に沿って配置されてよい。

照射する工程は、第１保持面と第２保持面との間にプレス成形品を挟んだ状態で、第２保持面のプレス成形品の予め定められた部位に対向する第２凹部内に設けられた第２赤外線照射部からの赤外線を予め定められた部位に照射する工程を含んでよい。

照射する工程は、赤外線を予め定められた部位に照射している間、プレス成形品の予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含んでよい。

冷却する工程は、保持具の第１保持面及び第２保持面の少なくとも一方に沿って設けられた流通路に冷媒を流通させることにより、プレス成形品の予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含んでよい。

予め定められた部位は、金型によるプレス成形で変形したブランク材の部位を含んでよい。

赤外線は、近赤外線でもよい。

本発明の一態様に係る保持具は、金型を用いてプレス成形されたプレス成形品の形状に沿った第１保持面を備えてよい。保持具は、第１保持面に対向する第２保持面を備えてよい。保持具は、第１保持面のプレス成形品の予め定められた部位に対向する第１凹部内に設けられた第１赤外線照射部を備えてよい。プレス成形品を第１保持面と第２保持面との間に挟んだ状態で、予め定められた部位に第１赤外線照射部からの赤外線を照射してよい。

第２保持面は、予め定められた部位に対向する第２凹部を有してよい。

保持具は、第２凹部内に設けられ、予め定められた部位に赤外線を照射する第２赤外線照射部を備えてよい。

本発明の一態様に係るプレス成形品の製造システムは、第１成形面と、第１成形面に対向する第２成形面とを有し、第１成形面と第２成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、ブランク材をプレス成形品に成形する金型を備えてよい。製造システムは、金型により成形されたプレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する上記保持具を備えてよい。

金型は、第１成形面または第２成形面の少なくとも一方に設けられ、冷媒を流通させる流通路を有してよい。金型は、加熱された鋼板であるブランク材を挟んで、ブランク材を予め定められた形状にプレス成形し、かつ第１成形面と第２成形面との間にブランク材を挟んだ状態で流通路に流通する冷媒によりブランク材を冷却することで、ブランク材をプレス成形品に成形してよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

プレス成形品の製造方法について説明するための図である。 焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。 焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るプレス成形品の製造方法について説明するための図である。加熱工程において、加熱炉１００内で、鋼板であるブランク材１０を、オーステナイト域の温度（例えば、８５０度以上、好ましくは９００度以上、１０００度以下の温度）まで加熱する。加熱されたブランク材１０は、加熱炉１００から取り出されて、金型２００にセットされる。

ホットスタンプ工程において、加熱されたブランク材１０を、金型２００を用いてプレス成形している間に、ブランク材１０をマルテンサイト変態が生じるまで冷却する。

金型２００は、成形面２０３を有する上型２０２と、成形面２０５を有する下型２０４とを有する。成形面２０３は、第１成形面の一例である。成形面２０５は、第２成形面の一例である。金型２００は、成形面２０３及び成形面２０５に沿って、ブランク材１０を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路２０６を有する。成形面２０３と成形面２０５との間に、加熱されたブランク材１０を挟んで、ブランク材１０を予め定められた形状にプレス成形する。プレス成形している間に、成形面２０３と成形面２０５との間にブランク材１０を挟んだ状態で流通路２０６を流通する冷媒によりブランク材１０を冷却する。このようなホットスタンプ工程により、ブランク材１０をプレス成形品１２に成形する。プレス成形品１２は、例えば、１．２ＧＰａから１．８ＧＰａの強度を有する。

次いで、焼き戻し工程または焼きなまし工程において、金型２００から取り出されたプレス成形品１２を保持具３００にセットして、プレス成形品１２の予め定められた部位１４に赤外線を照射する。これにより、予め定められた部位１４を軟化させる。すなわち、プレス成形品１２の予め定められた部位１４に赤外線を照射することで、プレス成形品１２の予め定められた部位１４を焼き戻し、または焼きなましする。

保持具３００は、プレス成形品１２の一面の形状に沿った保持面３０３を有する上型３０１と、プレス成形品１２の一面と反対側の他面の形状に沿った保持面３０４を有する下型３０２とを有する。保持具３００は、保持面３０３及び保持面３０４に沿って、プレス成形品１２を冷却するための水などの冷媒を流通させる流通路３０５を有する。保持具３００は、保持面３０３及び保持面３０４のプレス成形品１２の部位１４に対向する領域に凹部３０６及び凹部３０８を有する。凹部３０６及び凹部３０８は、第１凹部及び第２凹部の一例である。凹部３０６及び凹部３０８は、保持面３０３及び保持面３０４に設けられた溝でよい。なお、保持具３００は、流通路３０５を有さなくてもよい。

上型３０１の凹部３０６には、プレス成形品１２の部位１４に赤外線を照射する赤外線ヒータ３０７が設けられる。赤外線ヒータ３０７は、第１赤外線照射部の一例である。赤外線ヒータ３０７は、近赤外線をプレス成形品１２の部位１４に照射してよい。保持具３００は、赤外線ヒータの代わりに赤外線ランプを有してもよい。保持具３００は、部位１４に沿って配置された複数の赤外線ヒータを有してもよい。保持具３００は、部位１４に沿って配列された複数の赤外線ランプを有してもよい。近赤外線は、０．７〜２．５μｍの電磁波でよい。凹部３０８の幅、部位１４の幅に対応する幅でよい。凹部３０８は、赤外線ヒータ３０７から照射された赤外線が、プレス成形品１２の部位１４以外の部分に照射されないように、赤外線を遮蔽する遮蔽壁として機能してよい。また、凹部３０８を設けることで、凹部３０８内の空気が断熱層として機能して、赤外線ヒータ３０７からの赤外線で加熱されたプレス成形品１２の部位１４の熱が、下型３０２を介して放熱されることを抑制できる。

保持具３００は、プレス成形品１２の部位１４を両面から加熱すべく、凹部３０８にも赤外線ヒータを有してもよい。凹部３０８に設けられる赤外線ヒータは、第２赤外線照射部の一例である。

例えば、プレス成形品１２は、自動車骨格部品などである。自動車骨格部品は、部分的に強度を低くして、軟化させる場合がある。これにより、自動車が衝突したときに、軟化した部位が変形し、衝突エネルギーを吸収できる。このようにプレス成形品１２を部分的に軟化させることで、自動車の乗員の安全性を確保できる。

赤外線ヒータ３０７により照射される赤外線の波長域は、特許文献１のようなレーザにより照射されるレーザ光の波長域に比べて広い。したがって、プレス成形品１２の軟化させるべき部位１４に、様々な波長の光を照射できる。よって、プレス成形品１２の部位１４に照射される光を吸収させやすくできる。つまり、プレス成形品１２の部位１４を、より効率的に加熱させて、軟化させることができる。レーザ光は、局所的に照射される。一方、赤外線ヒータ３０７により照射される赤外線は、広範囲に照射される。したがって、プレス成形品１２の部位１４の軟化処理の生産性を向上させることができる。

また、上型３０１の保持面３０３と、下型３０２の保持面３０４との間にプレス成形品１２を挟んだ状態で、赤外線ヒータ３０７からの赤外線を部位１４に照射して加熱している。これにより、プレス成形品１２の形状の変形を抑制しつつ、プレス成形品１２の部位１４を的確に軟化させることができる。上型３０１の保持面３０３と、下型３０２の保持面３０４との間にプレス成形品１２を挟んだ状態で、プレス成形品１２の軟化させる部位１４以外の部分を冷却しながら、赤外線ヒータ３０７からの赤外線を部位１４に照射して加熱することで、プレス成形品１２の形状の変形をより抑制でき、かつプレス成形品１２の部位１４をより的確に軟化させることができる。

プレス成形品１２の全体を、上型３０１の保持面３０３と、下型３０２の保持面３０４との間に挟んだ状態で赤外線を照射することで、赤外線による照射による熱の変形をより確実に抑制できる。

加えて、プレス成形品１２の部位１４に赤外線を照射している間、プレス成形品１２の部位１４以外の部分は、流通路３０５を流通する冷媒により冷却されている。これにより、軟化させるべき部位１４と、硬度を維持すべき他の部分との境界部分における硬度の遷移幅を狭くできる。

なお、本実施形態では、プレス成形品１２の部位１４以外の部分全体を冷却する例を示している。しかし、プレス成形品１２の部位１４以外の部分全体ではなく、プレス成形品１２の部位１４の周辺の部位のみを冷却してもよい。また、赤外線を照射している間、プレス成形品１２を冷却しなくてもよい。

また、特許文献２のように、ホットスタンプ工程内で赤外線を照射する場合、赤外線を照射できる部位は、プレス成形で変形されていない平坦な部位に限られてしまう。すなわち、ホットスタンプ工程において赤外線を照射する場合、プレス成形で変形される部位を軟化させることができない。さらに、オーステナイト域の温度以上まで加熱された鋼板を急冷と同時に部分的に加熱すると、急冷した際の鋼板の収縮量分だけ、軟化させる部位の位置がずれてしまう。このような位置ずれにより、プレス成形品の形状の安定性が低くなり、軟化させる部位と軟化させない部位との境界部分における硬度の遷移幅が広くなってしまう。

以上、本実施形態によれば、プレス成形品の任意の位置の任意の大きさの領域を効率的に軟化させることができる。

図２は、焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。保持具４００は、赤外線照射機能及び冷却機能を有する。保持具４００は、プレス成形品１２の一面に沿った形状の保持面４０３を有する上型４０１と、プレス成形品１２の他面に沿った形状の保持面４０４を有する下型４０２とを備える。上型４０１は、プレス成形品１２の軟化させるべき部位１４に対向する領域に、凹部４０６を有する。凹部４０６には、部位１４の一面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ４０７が設けられている。同様に、下型４０２は、プレス成形品１２の軟化させるべき部位１４に対向する領域に、凹部４０８を有する。凹部４０８には、部位１４の他面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ４０９が設けられている。上型４０１及び下型４０２は、保持面４０３及び保持面４０４に沿って、冷媒を流通させる流通路４０５を有する。

赤外線ヒータ４０７及び赤外線ヒータ４０９は、任意の形状に変形して配置することができる。したがって、図２に示すように、プレス成形品１２の軟化させるべき部位１４が、断面ハット形状に沿った部位でも、赤外線ヒータ４０７及び赤外線ヒータ４０９を用いて加熱させることができる。赤外線ヒータの数及び太さを調整することで、軟化せるべき部位１４の面積の大きさに制約なく、一度に加熱させることができる。たとえ軟化せるべき部位１４が点在している場合でも、一度に加熱させることができる。赤外線ヒータ４０７及び４０８で加熱している間、プレス成形品１２は、上型４０１の保持面４０３と、下型４０２の保持面４０４との間に挟み込まれている。したがって、加熱に伴いプレス成形品１２が変形することをより確実に抑制できる。

図３は、焼き戻し工程または焼きなまし工程で用いられる保持具の他の例について説明するための図である。保持具５００は、赤外線照射機能及び冷却機能を有する。保持具５００は、プレス成形品１２の一面に沿った形状の保持面５０３を有する上型５０１と、プレス成形品１２の他面に沿った形状の保持面５０４を有する下型５０２とを備える。上型５０１は、プレス成形品１２の軟化させるべき部位１４に対向する領域に、凹部５０６を有する。凹部５０６には、部位１４の一面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ５０７が設けられている。同様に、下型５０２は、プレス成形品１２の軟化させるべき部位１４に対向する領域に、凹部５０８を有する。凹部５０８には、部位１４の他面側から赤外線を照射させる赤外線ヒータ５０９が設けられている。上型５０１及び下型５０２は、保持面５０３及び保持面５０４に沿って、冷媒を流通させる流通路５０５を有する。なお、上型５０１及び下型５０２の少なくとも一方は、流通路５０５を有さなくてもよい。

赤外線ヒータ５０７及び赤外線ヒータ５０９は、保持面５０３及び保持面５０４の任意の場所に配置することができる。例えば、図３に示すように、ホットスタンプ工程でのプレス成形で変形された部位に対向する場所にも、赤外線ヒータ５０７及び赤外線ヒータ５０９を配置することができる。

以上、本実施形態によれば、プレス成形の工程の後の焼き戻し工程または焼きなまし工程で、プレス成形品１２の任意の位置の任意の大きさの領域を赤外線により効率的に軟化させることができる。

なお、上記の実施形態では、ホットスタンプ工程の後の焼き戻し工程または焼きなまし工程で、プレス成形品１２の任意の位置の任意の大きさの領域に赤外線を照射する例について説明した。しかし、赤外線の照射により焼き戻しまたは焼きなましされるプレス成形品は、ホットスタンプにより成形されたプレス成形品には限定されない。例えば、赤外線の照射により焼き戻しまたは焼きなましされるプレス成形品は、高強度材などの鋼材を冷間プレスにより成形されたプレス成形品でもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ ブランク材
１２ プレス成形品
１００ 加熱炉
２００ 金型
２０２ 上型
２０３，２０５ 成形面
２０４ 下型
２０６ 流通路
３００，４００，５００ 保持具
３０１，４０１，５０１ 上型
３０２，４０２，５０２ 下型
３０３，３０４，４０３，４０４，５０３，５０４ 保持面
３０５，４０５，５０５ 流通路
３０６ 、３０８，４０６，４０８，５０６，５０８ 凹部
３０７，４０７，４０９，５０９ 赤外線ヒータ

Claims (15)

1. 金型が有する第１成形面と第２成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、前記ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、前記ブランク材をプレス成形品に成形する工程と、
   前記金型から前記プレス成形品を取り出した後、前記プレス成形品の予め定められた部位に赤外線を照射する工程と
   を備えるプレス成形品の製造方法。
2. 前記成形する工程は、
   前記金型が有する前記第１成形面と前記第２成形面との間に、加熱された鋼板である前記ブランク材を挟んで、前記ブランク材を前記予め定められた形状にプレス成形し、かつ前記第１成形面と前記第２成形面との間に前記ブランク材を挟んだ状態で前記ブランク材を冷却することで、前記ブランク材を前記プレス成形品に形成する工程を含む、請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
3. 前記照射する工程は、
   前記金型から前記プレス成形品を取り出した後、保持具が有する前記プレス成形品の形状に沿った第１保持面と第２保持面との間に前記プレス成形品を挟む工程と、
   前記第１保持面と前記第２保持面との間に前記プレス成形品を挟んだ状態で、前記第１保持面の前記プレス成形品の前記予め定められた部位に対向する第１凹部内に設けられた第１赤外線照射部からの赤外線を前記予め定められた部位に照射する工程と
   を有する、請求項１または２に記載のプレス成形品の製造方法。
4. 前記第１赤外線照射部は、赤外線ヒータを含む、請求項３に記載のプレス成形品の製造方法。
5. 前記赤外線ヒータは、前記予め定められた部位の一面に沿って配置される、請求項４に記載のプレス成形品の製造方法。
6. 前記照射する工程は、
   前記第１保持面と前記第２保持面との間に前記プレス成形品を挟んだ状態で、前記第２保持面の前記プレス成形品の前記予め定められた部位に対向する第２凹部内に設けられた第２赤外線照射部からの赤外線を前記予め定められた部位に照射する工程を含む、請求項３から５の何れか１つに記載のプレス成形品の製造方法。
7. 前記照射する工程は、
   前記赤外線を前記予め定められた部位に照射している間、前記プレス成形品の前記予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含む、請求項４から６の何れか１つに記載のプレス成形品の製造方法。
8. 前記冷却する工程は、
   前記保持具の前記第１保持面及び前記第２保持面の少なくとも一方に沿って設けられた流通路に冷媒を流通させることにより、前記プレス成形品の前記予め定められた部位の少なくとも周辺の部位を冷却する工程を含む、請求項７に記載のプレス成形品の製造方法。
9. 前記予め定められた部位は、前記金型によるプレス成形で変形した前記ブランク材の部位を含む、請求項１から８の何れか１つに記載のプレス成形品の製造方法。
10. 前記赤外線は、近赤外線である、請求項１から９の何れか１つに記載のプレス成形品の製造方法。
11. 金型を用いてプレス成形されたプレス成形品の形状に沿った第１保持面と、
    前記第１保持面に対向する第２保持面と、
    前記第１保持面の前記プレス成形品の予め定められた部位に対向する第１凹部内に設けられた第１赤外線照射部と
    を備え、
    前記プレス成形品を前記第１保持面と前記第２保持面との間に挟んだ状態で、前記予め定められた部位に前記第１赤外線照射部からの赤外線を照射する、保持具。
12. 前記第２保持面は、前記予め定められた部位に対向する第２凹部を有する、請求項１１に記載の保持具。
13. 前記第２凹部内に設けられ、前記予め定められた部位に赤外線を照射する第２赤外線照射部をさらに備える、請求項１２に記載の保持具。
14. 第１成形面と、前記第１成形面に対向する第２成形面とを有し、前記第１成形面と前記第２成形面との間に、鋼板であるブランク材を挟んで、前記ブランク材を予め定められた形状にプレス成形することで、前記ブランク材をプレス成形品に成形する前記金型と、
    前記金型により成形された前記プレス成形品の前記予め定められた部位に赤外線を照射する、請求項１１に記載の保持具と
    を備える、プレス成形品の製造システム。
15. 前記金型は、前記第１成形面または前記第２成形面の少なくとも一方に設けられ、冷媒を流通させる流通路を有し、
    前記金型は、加熱された鋼板である前記ブランク材を挟んで、前記ブランク材を前記予め定められた形状にプレス成形し、かつ前記第１成形面と前記第２成形面との間に前記ブランク材を挟んだ状態で前記流通路に流通する冷媒により前記ブランク材を冷却することで、前記ブランク材を前記プレス成形品に成形する、請求項１４に記載のプレス成形品の製造システム。

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