WO2011055416A1

WO2011055416A1 - ホットプレス用金型及び温度測定装置、並びにホットプレス成形方法

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Publication number: WO2011055416A1
Application number: PCT/JP2009/005947
Authority: WO
Inventors: 松本慎一郎; 後藤克郎; 石井愼治; 鈴木剛史; 吉原隆浩
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2011-05-12
Also published as: JP5287995B2; EP2500116A1; EP2500116B1; US20120234069A1; EP2500116A4; JPWO2011055416A1; US9302306B2; CN102695569A; CN102695569B

Abstract

　本発明は、ホットプレス成形における成形精度を保証するべく、ホットプレス成形時のワーク温度を精度良く測定することが可能な技術を提供することを課題とする。ホットプレス用金型（１）は、加熱された状態のワーク（２）を加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形に用いる金型であって、ワーク（２）を介して付加される加圧力によって伸縮するストローク式の温度測定装置（３０）を具備し、温度測定装置（３０）は、金型（１）の成形面（１１）から外方に向けて突出した状態で設けられ、ワーク（２）と接触した状態でワーク（２）から加圧力を受けたときに、縮小して型内に没入する。また、温度測定装置（３０）は、ワーク（２）からの加圧力を受けて縮小する第一弾性部材（５１）及び第二弾性部材（５２）をさらに具備し、第一弾性部材（５１）及び第二弾性部材（５２）によって二段階に伸縮することが好ましい。

Description

ホットプレス用金型及び温度測定装置、並びにホットプレス成形方法

　本発明は、加熱された状態のワークを焼き入れると同時にプレス成形するホットプレス成形技術に関し、特に、ホットプレス成形時のワークの温度をリアルタイムで測定し、焼き入れ、プレス曲げ等の成形精度を向上する技術に関する。

　従来、所定温度まで加熱されたワークを金型内に投入するとともに金型を型締めして、ワークを型締めした状態の金型に接触させることによって急冷して焼き入れつつ、所望の形状にプレス成形するホットプレス成形が公知である。
　また、ホットプレスによる成形精度（寸法精度、焼き入れ性等）は、焼き入れる際の冷却温度勾配（冷却速度）によって決定することが知られている。このため、ホットプレス用金型の温度、及びホットプレス成形時のワークの温度を測定し、管理することが重要な技術として求められている。

　例えば、特許文献１には、ホットプレス用金型の表面に温度センサを配置し、金型に投入されるワークの温度を検出し、その検出情報に基づいて、金型を駆動するプレス装置のモーション速度を調整する技術が開示されている。

　特許文献１に開示される技術によれば、温度センサによる温度情報を利用して、ホットプレス成形時のワークの温度を管理することが可能である。しかしながら、温度センサを金型の表面に配置する際に、以下に示すような種々の問題を有する。
　（１）接触式の温度センサを用いた場合は、金型の成形面から温度センサを突出させた状態で設けるため、温度センサの突出部位において面精度が悪化し、成形精度が悪化する、並びに、加圧による衝撃で温度センサが破損するという問題があり、（２）非接触式の温度センサを用いた場合は、ホットプレス成形時のワークの急激な温度変化（焼き入れ時の急冷）を精度良く測定できないという問題があり、特に、非接触式の温度センサとして赤外線放射温度計等の精密機器を用いた場合には、加圧衝撃に対する耐久性の問題がある。

　以上のように、従来のホットプレス成形技術では、ホットプレス成形時のワークの温度測定に関する実用的な問題を解決することはできなかった。そのため、成形品に対する全量保証の点で不十分であった。
　また、一般的なホットプレス成形工程では、連続して投入されるワークに対して連続的にホットプレス成形している。このとき、焼き入れに起因する金型の温度上昇が生じる。係る温度上昇が金型の冷却性能を超えた場合には、成形時の金型自体の温度が上昇してしまい、焼き入れに必要な冷却速度（金型とワークとの十分な温度差）を確保できずに焼き入れ不良を誘発する可能性もある。このような成形不良が生じた場合には、工程内のどの段階から不良品となったかに関する判定ができないため、同一の工程を経た成形品の全数検査する必要があり、実用性に問題がある。
特開２００５－１９９３００号公報

　本発明は、ホットプレス成形における成形精度を保証するべく、ホットプレス成形時のワーク温度を精度良く測定することが可能な技術を提供することを課題とする。

　本発明の第一態様であるホットプレス用金型は、加熱された状態のワークを加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形に用いる金型であって、前記ワークを介して付加される加圧力によって伸縮するストローク式の温度測定装置を具備し、前記温度測定装置は、前記金型の成形面から外方に向けて突出した状態で設けられ、前記ワークと接触した状態で当該ワークから加圧力を受けたときに、縮小して型内に没入する。

　前記温度測定装置は、前記ワークからの加圧力を受けて縮小する第一弾性部材及び第二弾性部材をさらに具備し、前記第一弾性部材及び第二弾性部材によって二段階に伸縮することが好ましい。

　前記温度測定装置は、先端部に前記ワークの温度を測定する熱電対と、前記熱電対とワークとの間に介装され、前記熱電対とワークとの直接的な接触を回避する保護部と、前記熱電対及び保護部を支持する支持部と、前記支持部を支持し、かつ、前記温度測定装置を前記金型に固定するための固定部と、をさらに具備し、前記第一弾性部材は、前記支持部に設けられ、前記保護部を先端側へ向けて付勢し、前記第二弾性部材は、前記固定部に設けられ、前記支持部を先端側へ向けて付勢し、前記第一弾性部材のばね定数は、第二弾性部材のばね定数よりも小さく設定されることが好ましい。

　前記金型は、前記ワークを曲げ成形するコーナー部を有し、前記温度測定装置は、少なくとも前記コーナー部、又はその近傍に配置されることが好ましい。

　本発明の第二態様である温度測定装置は、加熱された状態のワークを加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形用金型に備えられ、成形途中の前記ワークの温度を測定する温度測定装置であって、当該温度測定装置の先端部に設けられ、前記ワークの温度を測定する熱電対と、前記熱電対とワークとの間に介装され、前記熱電対とワークとの直接的な接触を回避する保護部と、前記熱電対及び保護部を支持する支持部と、前記支持部に設けられ、前記保護部を先端側へ向けて付勢する第一弾性部材と、前記支持部を支持し、かつ、前記温度測定装置を前記金型に固定するための固定部と、前記固定部に設けられ、前記支持部を先端側へ向けて付勢する第二弾性部材と、を具備し、前記第一弾性部材のばね定数は、前記第二弾性部材のばね定数よりも小さく設定され、前記保護部に対して前記ワークからの加圧力が付加されるときに、前記第一弾性部材が第二弾性部材よりも先に縮小する。

　前記固定部は、前記金型の成形面と前記熱電対との距離を調整する調整部をさらに具備し、前記固定部によって金型に固定される際に、前記調整部により、前記熱電対が前記金型の成形面から所定の突出量を持った状態で配置されることが好ましい。

　本発明の第三態様であるホットプレス成形方法は、加熱された状態のワークを加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形方法であって、接触式の温度測定装置を用いて、ホットプレス成形時の前記ワークの温度を測定し、前記測定された温度に基づいて、前記ワークの焼き入れ時の冷却勾配を算出し、前記算出された冷却勾配に基づいて、前記ホットプレス成形の良否判定を行うとともに、当該良否判定において、不良と判定された段階を認識し、前記不良と認識された段階に対してフィードバックする。

　本発明によれば、ホットプレス成形時のワーク温度を精度良く測定できる。また、これにより、ホットプレス成形における成形精度を保証することを可能としている。

本発明の実施の一形態に係るホットプレス用金型を示す模式図である。ホットプレス用金型によるホットプレス成形を示す図である。ホットプレス用金型に設けられる温度センサを示す図である。温度センサを示す図である。温度センサのストローク構成を示す図である。温度センサのストローク構成を示す図である。温度センサとホットプレス用金型との固定形態を示す図である。温度センサの別形態を示す図である。温度センサによるワーク温度の測定結果を示すマップである。制御装置を備えるホットプレス用金型を示す図である。温度センサにより測定された測定結果とマスター冷却勾配線との比較を示すマップである。

　１　　　ホットプレス用金型
　２　　　ワーク
　１０　　固定型
　１１　　成形面
　２０　　可動型
　２１　　成形面
　３０　　温度センサ（温度測定装置）
　５１　　第一弾性部材
　５２　　第二弾性部材

　以下では、図面を参照して、本発明に係るホットプレス用金型の実施の一形態であるホットプレス用金型１（以下、「金型１」）について説明する。
　なお、以下の説明において、図１における上下方向を金型１の上下方向（重力が作用する方向）と規定して説明する。

　金型１は、ワーク２をホットプレス成形するホットプレス成形用の金型である。金型１は、所定温度（例えば、６００℃～９００℃程度）に加熱された状態のワーク２を金型１内に投入するとともに金型１を型締めし、ワーク２を金型表面に接触させることによって、ワーク２を所定の冷却速度以上で急冷し、焼き入れるとともに、ワーク２を所望の形状にプレス成形する。
　ワーク２は、焼き入れ性のある金属を素材とする平板部材であり、その素材としては例えば鋼材、高張力鋼材、超高強度鋼材等が採用される。ワーク２は、ホットプレス成形工程の前工程として実施される適宜の加熱工程にて、所定の温度以上（例えば、オーステナイト変態点以上）に均一に加熱される。前記加熱工程後にホットプレス成形工程が実施され、ホットプレス成形工程後のワーク２は、トリミング工程等、所定の後工程を経た後に、所望の特性（焼き入れ強度等）を有する構造用部品として、自動車、建築等の各種分野にて利用される。

　図１に示すように、金型１は、一対の固定型１０及び可動型２０を含む。金型１では、固定型１０が下方に配置され、可動型２０が上方に配置されており、プレス方向を上下方向としている。

　固定型１０は、床面等の安定した面に固定されている。固定型１０は、可動型２０と対向する表面（図示において上面）に成形面１１を有する。本実施形態において、成形面１１のうち、固定型１０の最上面を成す上面１２は、ワーク２を載置可能な平面として形成されている。また、成形面１１は、上面１２と連続し、かつ、上面１２に対して傾斜する面として壁面１３・１４を含む。壁面１３・１４は、金型１のプレス方向に対して傾斜した面、又はプレス方向と平行する面として形成される。
　このように構成される固定型１０において、上面１２と壁面１３・１４との境界部分にはコーナー部１５・１６がそれぞれ形成され、壁面１３・１４の下端部においてコーナー部１７・１８がそれぞれ形成されている。

　可動型２０は、プレス装置等の移動装置に固定されている。可動型２０は、当該移動装置を駆動することにより固定型１０に対して近接方向／離間方向に移動可能である。可動型２０は、固定型１０と対向する表面（図示において下面）に、成形面１１に対応する面として成形面２１を有する。

　また、金型１は、可動型２０を下死点まで移動させたとき（型締め時）に、成形面１１・２１の間に所定の間隔（ワーク２の厚みと略等しい間隔）が設けられるように構成されている。成形面１１・２１は、それぞれ所定の形状を有しており、成形面１１・２１間の隙間には、所定の形状を有するキャビティ３が画定される。
　キャビティ３は、所望の形状に形成されており、金型１を型締めする時に、ワーク２がその空間形状に沿うように加圧されて、成形される。

　以上のように構成される金型１では、次の（１）～（５）に示す手順にてホットプレス成形が行われる（図２参照）。
　すなわち、（１）固定型１０の上面に加熱された状態のワーク２を投入し、（２）可動型２０を固定型１０に対して近接する方向に移動し、（３）可動型２０を下死点まで移動させつつ、ワーク２を加圧して、変形させ、（４）可動型２０を下死点の位置にて所定時間保持し、ワーク２と金型１とを接触させることによってワーク２を急冷して焼き入れた後、（５）可動型２０を固定型１０から離間させて、ワーク２を取り出す。
　なお、上記ホットプレス工程にて、金型１にワーク２を投入する投入装置、及びワーク２を取り出す取出装置は、ロボットハンド等のワーク保持手段を具備する公知の搬送ロボットによって実現される。

　以下では、図３～図７を参照して、本発明に係る温度測定装置の実施の一形態である温度センサ３０について説明する。
　温度センサ３０は、金型１に投入されるワーク２と接触し、係る接触箇所におけるワーク２の温度を測定する接触式の温度測定装置である。温度センサ３０は、金型１に具備される。

　図３に示すように、温度センサ３０・３０・・・は、測定部を固定型１０の外方へ突出させた状態で固定型１０の内部に埋め込まれることによって、固定型１０の複数の部位に設けられている。
　より具体的には、図３に示すように、温度センサ３０・３０・・・の一部は、固定型１０の上面１２、固定型１０のコーナー部１５・１６・１７・１８の近傍、並びに、固定型１０の壁面１３・１４の中央部に配置されている。

　各温度センサ３０は、端子台３１を介して、データロガー等により構成される記録装置３２と接続されており、検出した温度データは記録装置３２に送信される。
　端子台３１は、温度センサ３０の配線を集約し、記録装置３２にデータを出力するための装置である。端子台３１は、各温度センサ３０によって検出された温度データを記録装置３２に出力する。
　記録装置３２は、各温度センサ３０から端子台３１を介して送信された温度データを記録し、ワーク２の各部位における時系列（ホットプレス成形開始からの経過時間）に沿った温度データとして保存する。記録装置３２は、ディスプレイ等の表示装置と接続されており、当該表示装置によって測定された温度データが表示される。

　温度センサ３０・３０・・・の一部は、ワーク２において、ホットプレス成形工程にて焼き入れが施されるか否かが重要な部位に配置されていることが好ましい。つまり、温度センサ３０は、少なくともワーク２の品質を左右する部位（温度変化の履歴を管理する必要がある部位）の温度を測定可能な位置に配置されることが好ましい。
　例えば、本実施形態のようにワーク２をプレスし、曲げ成形する場合は、固定型１０に形成されるコーナー部１５・１６・１７・１８、若しくはその近傍に、それぞれ温度センサ３０が配置されている。
　この場合、プレス成形時の割れ・しわ、プレス成形後のスプリングバック等の不具合が起こりやすいワーク２の曲げ部における温度管理が可能となり、係る部位に焼き入れ処理が行われたか否かを確認することが可能となる。つまり、ワーク２の品質保証に寄与できる。
　ここで、コーナー部１５・１６・１７・１８の近傍とは、各コーナー部に形成される曲面部位、又は屈曲部位に隣接する部位のことを指し、係る部位では、各コーナー部からの熱伝達が大きく、当該コーナー部の温度と略等しい温度を示す部位のことを指す。

　温度センサ３０・３０・・・の一部は、固定型１０において、ホットプレス成形工程にてワーク２と確実に接触する部位に配置されていることが好ましい。つまり、温度センサ３０は、少なくともワーク２の板厚誤差等の製造誤差による影響を受けずに温度測定が可能な部位に配置されることが好ましい。
　本実施形態では、温度センサ３０の少なくとも一つは、平面（金型１のプレス方向と直交する面であって、ワーク２を載置可能な面）として形成される固定型１０の上面１２に配置されており、その温度センサ３０は、ワーク２が固定型１０上にセットされる際に接触する。
　この場合、ホットプレス成形工程の前工程として行われる加熱工程においてワーク２が所定温度以上に加熱されているか否か、また、ワーク２における加熱困難な箇所の温度を測定し、ワーク２の全体が均一に加熱されているか否か、等の加熱状況を正確に把握することができる。つまり、ワーク２の品質保証に寄与する。

　温度センサ３０・３０・・・の一部は、固定型１０において、ホットプレス成形途中にワーク２と接触し難い部位に配置されていることが好ましい。つまり、温度センサ３０は、少なくとも金型１によるワーク２の曲げ成形過程において、ワーク２との接触のタイミングが遅く、温度測定が比較的困難な部位に配置されることが好ましい。
　本実施形態では、温度センサ３０の少なくとも一つは、立て面として形成される固定型１０の壁面１３・１４に配置され、その温度センサ３０は、ワーク２が金型１による曲げ成形によって、ホットプレス成形時に接触する構成である。
　この場合、ホットプレス成形工程においてワーク２に焼き入れ処理が行われているか否か等の焼き入れ状況を正確に把握することができる。つまり、ワーク２の品質保証に寄与する。

　図４に示すように、温度センサ３０は、熱電対４１、パイプ４２、金属薄板４３、固定部４４、第一弾性部材５１、第二弾性部材５２、補償導線６１を具備する。

　熱電対４１は、被測定物（ワーク２）の温度を測定する測定子であり、所定温度に加熱されたワーク２の温度に対応する測定範囲を有する金属線の組み合わせ（例えば、クロメル－アルメル）によって構成される熱電対である。
　熱電対４１は、パイプ４２の先端から所定量だけ突出するように固定され、当該突出した部分の先端に測温接点が設けられる。熱電対４１の先端側には、金属薄板４３が熱電対４１に接触可能に設けられる。
　熱電対４１は、補償導線６１と接続され、補償導線６１を介して端子台３１と接続される。熱電対４１により測定される熱起電力は、端子台３１を介して記録装置３２によって検出され、当該熱起電力に応じてワーク２の温度データとして検出する。このように検出されたワーク２の温度データは、温度センサ３０の配置位置、経過時間等の特定情報とともに記録装置３２に記録される。

　金属薄板４３は、熱伝導性に優れた金属製（例えば、インコネル、ステンレス等）の部材であり、パイプ４２の外径より小さく、かつ同程度の径を有する略円盤状の薄板である。詳細には、金属薄板４３は、円盤状の平面部と当該平面部の一部から直交方向に延出される延出部とにより構成される。
　金属薄板４３は、熱電対４１よりも温度センサ３０の先端側に配置されている。そして、金属薄板４３がワーク２に接触することによって、ワーク２の熱を熱電対４１に伝達する熱伝達部として機能するとともに、ワーク２と熱電対４１との直接的な接触を回避して保護する保護部として機能する。

　パイプ４２は、熱電対４１及び金属薄板４３を支持する部材であり、剛性の高い材質（例えば、ステンレス等）により構成される略円筒状の部材である。パイプ４２の内部には、熱電対４１を構成する金属線（又は金属線と接続される補償導線６１）が通されている。
　パイプ４２の先端部には、所定の径（金属薄板４３の外径と略同一の径）及び所定の深さを有する円環状の溝４２ａが設けられる。

　図５に示すように、溝４２ａの内部に第一弾性部材５１が設けられ、その底部に、第一弾性部材５１の一端が固定される。第一弾性部材５１の他端は、溝４２ａの内部まで延設される金属薄板４３（厳密には、金属薄板４３の前記延出部）に固定される。
　第一弾性部材５１は、所定のばね定数を有するコイルバネ等により構成されており、金属薄板４３を先端側へ向かう方向に付勢する。つまり、第一弾性部材５１は、金属薄板４３を熱電対４１から離間する方向に付勢している。

　以上のように、温度センサ３０の先端側において、先端部から金属薄板４３→熱電対４１→パイプ４２の順に配置されており、金属薄板４３は、第一弾性部材５１を介してパイプ４２に支持されている。
　このような構成において、金属薄板４３にワーク２が当接して外力（加圧力）が加えられたときに、第一弾性部材５１が縮み、金属薄板４３がパイプ４２側へストロークし、金属薄板４３と熱電対４１とが接触した状態となる（図５（ｂ）参照）。このような状態で、ワーク２の熱を金属薄板４３で受け、熱電対４１により金属薄板４３の温度を測定することによって、ワーク２の温度を測定する。また、第一弾性部材５１のストローク分だけ、温度センサ３０の固定型１０の成形面１１からの突出量が小さくなる。

　図４及び図６に示すように、固定部４４は、パイプ４２を支持する略円筒状の部材であり、固定部４４の軸とパイプ４２の軸とが同軸となるように配置される。固定部４４の先端側には、所定の径（パイプ４２の外径と同一の径）及び深さを有する円柱状の凹部４４ａが設けられ、凹部４４ａ内に第二弾性部材５２を介してパイプ４２が摺動可能に配置される。第二弾性部材５２の一端は凹部４４ａの底部に固定され、第二弾性部材５２の他端はパイプ４２が固定される。
　第二弾性部材５２は、所定のばね定数を有するコイルバネ等により構成されており、パイプ４２を先端側へ向かう方向に付勢する。つまり、第二弾性部材５２は、熱電対４１、パイプ４２、及び金属薄板４３をワーク２に押し付ける方向に付勢している。
　このような構成において、パイプ４２に外力（加圧力）が加わったときに、第二弾性部材５２が縮み、パイプ４２が基端部側へストロークする（図６（ｂ）参照）。この第二弾性部材５２のストロークにより、温度センサ３０の固定型１０の成形面１１からの突出量がさらに小さくなる。そして、ホットプレス成形時には、ワーク２からの加圧力を受けて、固定型１０内に完全に没入した状態となる。

　以上のように、温度センサ３０は、ワーク２から付与される加圧力（ホットプレス成形時の成形圧）に応じて、二段階に伸縮する。
　具体的には、金型１によってワーク２をホットプレス成形する際に、可動型２０の移動によってワーク２に伝達される圧力（成形圧）を、（１）金属薄板４３で受けて、第一弾性部材５１が縮小することにより、金属薄板４３が熱電対４１側へストロークし、（２）パイプ４２で受けて、第二弾性部材５２が縮小することにより、パイプ４２が基端部側へストロークする、第一弾性部材５１及び第二弾性部材５２による二段階のストローク式の温度測定装置を実現している。
　これにより、固定型１０の成形面１１から外方に向けて突出した状態で設けられる温度センサ３０の突出部位をホットプレス成形時に固定型１０内部に納めることができ、成形面１１の面精度を悪化させることがなく、成形精度を担保できる。
　また、温度センサ３０がワーク２からの成形圧を受けて固定型１０内に没入した状態でも、第二弾性部材５２によって、パイプ４２をワーク２に向けて付勢しているので、熱電対４１とワーク２との接触力を維持でき、成形時のワーク２の温度を精度良く測定することができる。
　このように、温度センサ３０によれば、従来技術では測定困難であったホットプレス成形時の金型内のワーク温度を測定できる。

　また、第一弾性部材５１と第二弾性部材５２とによって、二段階に伸縮するので、温度センサ３０の先端部にかかるワーク２からの加圧力に対する衝撃を緩和でき、熱電対４１の破損を抑えることができ、温度センサ３０の寿命を向上できる。
　これにより、さらに、温度センサ３０の固定型１０の成形面１１からの初期突出量を大きくできるので、温度センサ３０とワーク２とを確実に接触した状態とすることができ、測定精度を向上できる。

　ここで、第一弾性部材５１のばね定数は、第二弾性部材５２のばね定数よりも小さく設定されており、第一弾性部材５１が第二弾性部材５２よりも伸縮し易いように設定される。
　これにより、温度センサ３０の先端に外力が加わったときに、第一弾性部材５１から先に縮小するため、熱電対４１が確実に金属薄板４３に接触することとなる。また、第一弾性部材５１が縮小した状態でも、第二弾性部材５２による付勢力が作用するため、熱電対４１が金属薄板４３に接触したままワーク２側に付勢される。
　このように設定される第一弾性部材５１及び第二弾性部材５２によれば、熱電対４１による温度測定を確実なものにできる。

　図４及び図７に示すように、固定部４４の外周全域には、おねじ部４４ｂが形成されている。これに対して、固定型１０における各温度センサ３０の配置部位には、おねじ部４４ｂに螺合するめねじ部１０ｂが形成されている。
　固定部４４のおねじ部４４ｂを固定型１０のめねじ部１０ｂに螺合することによって、温度センサ３０を固定型１０に固定する構成とし、その際の螺合量によって温度センサ３０の固定位置を調整する。このようにして、温度センサ３０（熱電対４１）の成形面１１からの初期突出量を調整する。

　以上のように、固定部４４のおねじ部４４ｂ及び固定型１０のめねじ部１０ｂとにより、固定部４４と固定型１０との螺合量を調整する簡単な作業によって、熱電対４１と固定部４４による固定型１０への取り付け位置との位置関係を変更でき、熱電対４１とワーク２との距離を調整できる。従って、温度センサ３０による測定精度を確保することができる。
　また、温度センサ３０を容易に固定型１０に着脱可能であるため、温度センサ３０の着脱性を向上でき、金型１又は温度センサ３０を変更する際の作業性を向上できる。
　また、固定部４４におねじ部４４ｂを設ける構成により、温度センサ３０を本実施形態に係る金型１によらず、おねじ部４４ｂと螺合するめねじ部を備える他の金型等に対しても適用可能となる。
　また、温度センサ３０を構成する部品点数を少なくできるとともに、温度センサ３０の外郭を小さくできるため、温度センサ３０を固定型１０に取り付けるために、固定型１０の内部に設ける穴部等の構成を簡易、かつ省スペースのものにできる。従って、固定型１０の内部に形成される金型冷却用の水路等の設計に支障をきたすことがなく、金型としての性能を確保できる。

　補償導線６１は、熱電対４１を構成する金属線と略同等の熱起電力特性を有する金属製の導線である。補償導線６１の一端は適宜の補償接点を介して熱電対４１と接続され、他端は端子台３１と接続される。
　なお、補償導線６１を介さずに、熱電対４１を延長し、熱電対４１と端子台３１とを直接接続する構成としても良く、熱電対４１を構成する金属線のコスト等を考慮して選択可能である。

　温度センサ３０の初期突出量は、プレス時の圧力を考慮して、パイプ４２が軸方向と直交する方向に変形しない程度に短く（例えば１０ｍｍ以下）設定されること、並びに、プレス時のワーク２との接触を考慮して、金属薄板４３が確実にワーク２と当接する程度に長く（例えば２ｍｍ以上）設定されることが好ましい。
　また、温度センサ３０の成形面１１からの突出方向、つまり温度センサ３０の設置角度は、成形面１１の設置位置における面と直交することが好ましい。これによれば、成形面１１に沿ってプレス曲げ成形されるワーク２の面と直交する方向に配置されることとなるため、金属薄板４３とワーク２との接触面積を十分に確保できる。従って、温度センサ３０による測定を確実なものに出来る。
　なお、成形面１１が金型１のプレス方向に対して傾斜している場合（壁面１３・１４等）は、係る傾斜角度よりも可動型２０側へ傾けた角度に設定しても良く、金属薄板４３が確実、かつ迅速にワーク２と接触する角度に設定されることが望ましい。例えば、ワーク２が金型１内でしごかれつつプレス曲げされる際には特に好ましい。また、金属薄板４３のワーク２と接触する側の面を平面ではなく、曲面、屈曲面等に形成することにより、金属薄板４３とワーク２との接触面積を確保する構成としても良い。

　なお、図８に示すように、固定部４４に設けられる調整部の別形態として、取り付けステー４６及び調整ボルト４７を含む取り付け部４５を付設する構成としても良い。
　取り付け部４５は、温度センサ３０を固定型１０に取り付けるための部材であり、固定部４４に対して移動可能に支持されている。
　取り付けステー４６は、固定部４４に固定されるとともに、温度センサ３０の側方へ向けて突出する部位である。その突出した部位に、ボルト穴４６ａが形成されており、ボルト穴４６ａに適宜のボルトを締結することによって、固定型１０に固定可能である。なお、固定型１０における各温度センサ３０の取り付け部位には、取り付けステー４６に螺挿される前記ボルトに応じたボルト穴が予め形成されている。
　調整ボルト４７は、固定部４４の外周に設けられるおねじ部４４ｂに螺合し、調整ボルト４７の締結量を調整することによって、取り付けステー４６の固定部４４に対する固定位置を調整可能である。このようにして、調整ボルト４７によって、取り付けステー４６と熱電対４１との相対的な距離、つまり、固定型１０の成形面１１と熱電対４１との距離（温度センサ３０の初期突出量）を調整可能である。

　以下では、図９を参照して、上記のように構成される温度センサ３０を用いてホットプレス成形工程の金型１の温度を測定する実施形態について説明する。

　図９は、金型１を用いてワーク２をホットプレス成形した際、一つの温度センサ３０により測定され、記録装置３２に記録されたマップを示す。なお、図９において、横軸は経過時間、縦軸は温度を表す。

　ホットプレス成形時には、次の（１）～（６）の順に沿って温度測定が行われる。
　（１）金型１が開放された状態では、温度センサ３０により金型１の表面温度、又は金型１の表面近傍の雰囲気温度を測定している。
　ここで、温度センサ３０の配置に応じて、金型１の表面温度を測定する構成としても良く、係る部位にてワーク２との温度差が十分なものであるか否かを確保できる。
　（２）金型１にワーク２が投入され、固定型１０上にワーク２が載置されると、ワーク２の自重により上面１２に配置される温度センサ３０の熱電対４１が金属薄板４３を介してワーク２と接触した状態となる。このとき、上面１２に配置された温度センサ３０によりワーク２の初期温度の測定が行われる。
　なお、上記のように上面１２に配置される温度センサ３０以外の温度センサ３０では、金型１の表面温度、又は金型１の表面近傍の雰囲気温度を測定しており、可動型２０の移動による型締めが行われた以降にワーク２の温度測定が開始される。
　（３）可動型２０が下方に移動し、下死点に到達した段階でホットプレス成形（金型１による焼き入れ及び曲げ成形）が開始される。これと同時に、ワーク２から温度センサ３０の金属薄板４３を介して加圧力が付加され、第一弾性部材５１及び第二弾性部材５２が縮小することによって、熱電対４１が金属薄板４３を介してワーク２と接触し、温度センサ３０によるワーク２の温度測定が開始される。
　（４）可動型２０を下死点にて所定時間停止させて、ワーク２の熱を金型１に強制的に伝達し、ワーク２を急冷することにより焼き入れる。
　（５）可動型２０を上方に移動し、ワーク２を金型１から取り出す。
　（６）ワーク２が取り出された後、金型１を所定時間放置し、自然冷却、水冷等により金型１の温度を低下させる。

　金型１内で焼き入れが行われるホットプレス成形工程では、特に、上記（４）における焼き入れ時の冷却勾配（（低下温度）／（成形時間））がワーク２の品質を左右する。
　一方、焼き入れ後の硬度を示す指標としてＣＣＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）線図が知られている。ＣＣＴ線図は、焼き入れ時の冷却勾配と、焼き入れ後の硬度とを関連付けたマップであり、焼き入れに用いる材料（ワーク２の材料）ごとに予め用意されているものである。

　図１０に示すように、本実施形態に係る金型１は、制御装置３３をさらに具備する。制御装置３３は、ホットプレス成形工程において、ワーク２の品質を保証するべく、金型１を制御するものである。

　制御装置３３は、記憶装置、演算装置、表示装置等を備えるＰＣ等によって構成される電子制御装置であり、記録装置３２、及び可動型２０を駆動するプレス装置と電気的に接続されている。
　制御装置３３には、記録装置３２から各温度センサ３０によって検出された温度データが送信される。制御装置３３は、受信した温度データに基づいて、可動型２０の作動を制御し、金型１によるホットプレス成形を制御する、若しくは、金型１又はワーク２の不具合を前記表示装置に表示して、ホットプレス成形工程を停止する。

　制御装置３３は、ワーク２に関するＣＣＴ線図を記憶しており、その中からワーク２の材料特性、用途等を勘案して、最適な冷却勾配となるマスター冷却勾配線（Ｌ）を規定する（図１１参照）。
　そして、各温度センサ３０によって得られるワーク２の各部位（Ｐ１・Ｐ２・・・）の温度データに基づいて作成される温度測定マップ（Ｍ１・Ｍ２・・・）と、マスター冷却勾配線Ｌとの差（例えば、勾配の差）をそれぞれ求める。
　制御装置３３では、このようにして求められる冷却勾配の差に基づいて、ワーク２の各部位（Ｐ１・Ｐ２・・・）におけるホットプレス成形後の予想硬度を算出し、成形良否を判定する。例えば、閾値を設定して、前記冷却勾配の差と当該閾値との乖離量を成形良否判定に用いること、若しくは、特定部位（例えばワーク２のコーナー部）における予想硬度が所望の値を下回る場合に成形不良と判定すること、等による良否判定が可能である。

　以上のように、金型１に投入され、ホットプレス成形されるワーク２の全数に対して温度測定を行い、その成形精度について検査することができるため、成形不良が発生した場合に適宜の処置を施すことが可能となる。
　この適宜の処置とは、例えば、冷却勾配が所定の条件を満たすように、成形不良と判定された部位近傍の冷却水路の流量を制御する（増加させる）こと、プレス装置を作動させて成形を中断し、成形不良が発生したワーク２を排除すること等である。
　このようにして、金型１を用いてホットプレス成形されるワーク２の品質に関する全量保証を可能としている。

　また、ホットプレス成形時のワーク２の温度変化をリアルタイムで測定しているので、工程内のどの段階での不具合かを認識することができ、同一の設備を用いたホットプレス成形工程、又はその前工程（加熱工程、ワークの製造工程、金型の設計等）にフィードバックできる。
　例えば、上記（１）の段階で、成形開始時の金型１の温度が高いことに起因して焼き入れ時の冷却勾配が小さくなったと認識した場合は、ホットプレス成形工程にフィードバックでき、上記（２）の段階で投入時のワーク２の加熱不良を認識した場合は、加熱工程にフィードバックでき、上記（４）の段階でワーク２の一部位での冷却勾配が小さくなったと認識した場合は、係る部位近傍の冷却性能を向上するべく、金型１の製造工程にフィードバックできる。これにより、金型１を用いたワーク２のホットプレス成形に係る品質保証に寄与できる。

　なお、本発明に係る温度測定装置の用途は、ホットプレス用金型１に限定されず、例えば、鍛造用金型等、ワークに対する温度管理が必要な金型に対して適用可能である。

　また、本発明に係る温度測定装置は、金型１の固定型１０の内部に設ける構成に限定されない。例えば、温度センサ３０を可動型２０に配置しても良く、型締め時、すなわちホットプレス成形時にワーク２と接触する面（成形面１１・２１）に配置されていれば良い。

　また、温度センサ３０を、ワーク２を金型１に投入する投入装置に設け、加熱工程でのワーク２の加熱状況を把握することも可能であり、ホットプレス成形工程前の加熱工程でのワーク２の温度測定が可能となるため、ホットプレス成形工程におけるワーク２の加工性を確保できる。

　本発明は、高温のワークを成形する金型に利用可能であり、特に、加熱された状態のワークを金型に投入し、当該金型による成形時にワークを急冷して焼き入れるホットプレス成形技術に適する。

Claims

　加熱された状態のワークを加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形に用いる金型であって、
　前記ワークを介して付加される加圧力によって伸縮するストローク式の温度測定装置を具備し、
　前記温度測定装置は、前記金型の成形面から外方に向けて突出した状態で設けられ、前記ワークと接触した状態で当該ワークから加圧力を受けたときに、縮小して型内に没入するホットプレス用金型。
　前記温度測定装置は、前記ワークからの加圧力を受けて縮小する第一弾性部材及び第二弾性部材をさらに具備し、
　前記第一弾性部材及び第二弾性部材によって二段階に伸縮する請求項１に記載のホットプレス用金型。
　前記温度測定装置は、
　先端部に前記ワークの温度を測定する熱電対と、
　前記熱電対とワークとの間に介装され、前記熱電対とワークとの直接的な接触を回避する保護部と、
　前記熱電対及び保護部を支持する支持部と、
　前記支持部を支持し、かつ、前記温度測定装置を前記金型に固定するための固定部と、をさらに具備し、
　前記第一弾性部材は、前記支持部に設けられ、前記保護部を先端側へ向けて付勢し、
　前記第二弾性部材は、前記固定部に設けられ、前記支持部を先端側へ向けて付勢し、
　前記第一弾性部材のばね定数は、第二弾性部材のばね定数よりも小さく設定される請求項２に記載のホットプレス用金型。
　前記金型は、前記ワークを曲げ成形するコーナー部を有し、
　前記温度測定装置は、少なくとも前記コーナー部、又はその近傍に配置される請求項１～３の何れか一項に記載のホットプレス用金型。
　加熱された状態のワークを加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形用金型に備えられ、成形途中の前記ワークの温度を測定する温度測定装置であって、
　当該温度測定装置の先端部に設けられ、前記ワークの温度を測定する熱電対と、
　前記熱電対とワークとの間に介装され、前記熱電対とワークとの直接的な接触を回避する保護部と、
　前記熱電対及び保護部を支持する支持部と、
　前記支持部に設けられ、前記保護部を先端側へ向けて付勢する第一弾性部材と、
　前記支持部を支持し、かつ、前記温度測定装置を前記金型に固定するための固定部と、
　前記固定部に設けられ、前記支持部を先端側へ向けて付勢する第二弾性部材と、を具備し、
　前記第一弾性部材のばね定数は、前記第二弾性部材のばね定数よりも小さく設定され、
　前記保護部に対して前記ワークからの加圧力が付加されるときに、前記第一弾性部材が第二弾性部材よりも先に縮小する温度測定装置。
　前記固定部は、前記金型の成形面と前記熱電対との距離を調整する調整部をさらに具備し、
　前記固定部によって金型に固定される際に、前記調整部により、前記熱電対が前記金型の成形面から所定の突出量を持った状態で配置される請求項５に記載の温度測定装置。
　加熱された状態のワークを加圧することにより、焼き入れつつ成形するホットプレス成形方法であって、
　接触式の温度測定装置を用いて、ホットプレス成形時の前記ワークの温度を測定し、
　前記測定された温度に基づいて、前記ワークの焼き入れ時の冷却勾配を算出し、
　前記算出された冷却勾配に基づいて、前記ホットプレス成形の良否判定を行うとともに、当該良否判定において、不良と判定された段階を認識し、
　前記不良と認識された段階に対してフィードバックするホットプレス成形方法。