JP2015168002A - 熱間プレス用金型、熱間プレス成形方法、及び熱間プレス成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術では金型を接触させにくいために焼入れが難しかった部分にも十分に焼入れが可能な熱間プレス用金型、熱間プレス成形方法、及び該熱間プレス成形方法によって成形された熱間プレス成形品を得る。【解決手段】本発明に係る熱間プレス用金型１は、一体型のパンチを幅方向中央で縦に半割した形状の分割パンチ５と、分割パンチ５側に移動して分割パンチ５と協働して縦壁部１７ｂを成形するダイ９とを備え、分割パンチ５は、縦壁部１７ｂを成形する成形面５ｂが、成形面５ｂに対向するダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動可能になっており、成形時におけるダイ９の成形荷重を、分割パンチ５をダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構１１を有することを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面を有する成形品を、加熱した鋼板をプレス成形することで成形する熱間プレス用金型、該熱間プレス用金型を用いた熱間プレス成形方法、及び該熱間プレス成形方法で成形された熱間プレス成形品に関する。

鋼板をオーステナイト域以上の温度に加熱し、上型及び下型からなる金型を取り付けたプレス成形装置により、該鋼板をオーステナイト域温度にある状態でプレス成形し、下死点で金型の間に成形された鋼板を保持して、成形された鋼板を金型に接触させることにより急冷し、マルテンサイト変態を起こさせる焼入れ処理を行う、熱間プレス成形が広く行われている。
焼入れを確実に行うため、特許文献１に開示されているような、金型内に冷却水が通過するチャンネルを設け、冷却水を循環させることによって、金型を冷却し、成形中の鋼板を良好に冷却する技術が知られている。

特開２０１３−９９７７４号公報

しかしながら、熱間プレス加工された成形品には、しわや板厚減少が発生し、プレス下死点において金型と接触しにくい状況が生じる。また、金型の製作精度、金型の撓み、プレス装置自体の撓みなどによって、下死点において金型と熱間プレス成形品との間に隙間を生じる場合もある。これらの状況が生じた場合、金型を冷却しても成形品の冷却速度が遅くなり、プレス成形品に十分に焼き入れが入らない部分が発生する。

例えば、図２に示すようなハット断面形状部材１７を熱間プレス成形する場合には、以下の２つの理由により縦壁部１７ｂに焼きが入りにくい。
一つの理由は、縦壁部１７ｂは熱間プレス成形中に板厚が減少しやすく、下死点において熱間プレス成形品が金型に接触しにくくなるためである。
もう一つの理由として、成形荷重の方向と、熱間プレス成形品の被成形面の法線の方向の位置関係があげられる。被成形面のうち、縦壁部１７ｂは、その法線方向と成形荷重方向のなす角度が90度に近く、成形荷重を増しても、金型を縦壁部１７ｂに強く接触させることは難しい。
特許文献１のような、金型を冷却する従来技術では、少なくとも下死点において、金型と熱間プレス成形品が接触することが前提となっており、上記のように金型が熱間プレス成形品に接触しにくい場合には対応できないという問題がある。
また、水冷パイプの配管には最適配置設計が必要であり、コスト、工数がかかるという問題もある。また、水冷パイプを金型内部に配置することで、金型の剛性低下を生じ、プレス成形後のパネル形状精度の低下も懸念されるという問題もある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来技術では金型を接触させにくいために焼入れが難しかった部分にも十分に焼入れが可能な熱間プレス用金型、熱間プレス成形方法、及び該熱間プレス成形方法によって成形された熱間プレス成形品を得ることを目的とする。

（１）本発明に係る熱間プレス用金型は、被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面を有する成形品を、加熱した鋼板をプレス成形することで成形する熱間プレス用金型であって、
パンチと、該パンチ側に移動して該パンチと協働して前記被成形面を成形するダイとを備え、
前記パンチは、前記被成形面を成形する成形面が、該成形面に対向するダイ側成形面方向に移動可能な分割パンチからなり、
成形時における前記ダイの成形荷重を、前記分割パンチを前記ダイ側成形面方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構を有することを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記動力変換伝達機構は、下死点付近において前記ダイの成形荷重を受ける荷重受け部と、該荷重受け部によって受けた荷重を、前記分割パンチを移動させる駆動力に変換する動力変換部と、該動力変換部で変換された動力を前記分割パンチに伝達する駆動力伝達部を備えてなることを特徴とするものである。

（３）また、本発明に係る熱間プレス成形方法は、（１）又は（２）に記載の熱間プレス用金型を用いて鋼板を熱間でプレス成形する熱間プレス成形方法であって、
オーステナイト域まで加熱したプレス成形前の鋼板を、前記熱間プレス用金型を用いてオーステナイト温度域でプレス成形を開始して成形を行う成形工程と、下死点近傍において前記分割パンチを移動させて前記鋼板に分割パンチを当接させる分割パンチ当接工程と、分割パンチを鋼板に当接させた状態で保持して鋼板を冷却する冷却工程とを備えたことを特徴とするものである。

（４）また、本発明に係る熱間プレス成形品は、上記（３）に記載の熱間プレス成形方法によって成形されたことを特徴とするものである。

本発明においては、被成形面（被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面）を成形する成形面を有し、成形面の法線方向に移動可能な分割パンチと、該分割パンチと協働して成形を行うダイと、成形時におけるダイの成形荷重を、分割パンチを法線方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構とを有することにより、従来技術では金型を接触させにくい前記被成形面にも金型を確実に接触させて冷却速度を速めることができ、焼入れが難しかった前記被成形面に十分に焼入れをすることが可能となる。
また、冷却速度が速まることから、焼入れ（下死点保持）時間を短縮することができ、熱間プレス成形の課題である生産性を向上させるという効果も奏する。

本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型の立断面図である。 本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型によって成形される成形品（ハット断面形状部材）の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る熱間プレス成形方法の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型の他の態様の立断面図である。 本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型の動力変換伝達機構の他の態様の説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型の動力変換伝達機構の他の態様の説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型の動力変換伝達機構の他の態様の説明図である（その３）。 本発明の実施例１における実験結果の評価方法の説明図である。 本発明の実施例１における実験結果を説明するグラフである（その１）。 本発明の実施例１における実験結果を説明するグラフである（その２）。 本発明の実施例２〜実施例４における実験装置の説明図である（その１）。 本発明の実施例２〜実施例４における実験装置の説明図である（その２）。 本発明の実施例２における実験結果を説明するグラフである。 本発明の実施例３における実験結果を説明するグラフである。 本発明の実施例４における実験結果を説明するグラフである。

本発明の一実施の形態に係る熱間プレス用金型１は、図１に示すように、被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面（縦壁部１７ｂ）を有するハット断面形状部材１７（図２参照）を、加熱した鋼板３（図３参照）をプレス成形する金型である。
ここで、被成形面とはプレス成形時において金型によって成形される鋼板３の面であり、成形面とは該被成形面を成形する金型の面である。
なお、本実施の形態では熱間プレス用金型１とハット断面形状部材１７はともに左右対称であるため、図１においては右半分のみを図示している。また、図１においては点線の丸で囲んだ部分の拡大図を併記している。

本実施の形態では、下死点で金型を成形面に接触させるのが難しい成形品、すなわち被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面を有する成形品の例としてハット断面形状部材１７を例に挙げている。
そこで、まずハット断面形状部材１７の形状を概説し、ハット断面形状部材１７が下死点で金型を成形面に接触させにくい理由について説明する。

＜ハット断面形状部材＞
ハット断面形状部材１７は、図２に示すように、天板部１７ａと、天板部１７ａの両側に連続するように形成された縦壁部１７ｂと、両側の縦壁部１７ｂの端部に形成されたフランジ部１７ｃとを有している。
ハット断面形状部材１７のプレス成形は、図１中に黒色の太矢印で示すように、例えばダイ９を分割パンチ５に近づける方向に移動させることで行われる。ダイ９の移動方向すなわち荷重付加方向はハット断面形状部材１７の縦壁部１７ｂにおける法線Ｌ_Wと交差する方向であり、縦壁部１７ｂが本発明の被成形面（被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面）に相当する。
その後、ハット断面形状部材１７は、下死点において熱間プレス用金型１に接触した状態で保持されて急冷されることで焼入れが行われる。

焼入れを行うためには、鋼板３に金型を十分に接触させることが必要である。
しかし、縦壁部１７ｂにおいては、熱間プレス成形中に板厚が減少しやすく、下死点において金型に接触しにくい。
また上述したとおり、ダイ９の移動方向はハット断面形状部材１７の縦壁部１７ｂにおける法線Ｌ_Wと交差する方向であるために、成形荷重を増加させても、金型を縦壁部１７ｂに強く接触させることが難しい。

このように、ハット断面形状部材１７を熱間プレス成形する場合、従来のプレス成形金型では、下死点において縦壁部１７ｂに金型を接触させにくく急冷させることができない。
以上のことを踏まえた上で、本発明に係る熱間プレス用金型１についてより詳細に説明する。

＜熱間プレス用金型＞
熱間プレス用金型１は、図１に示すように、一体型のパンチを幅方向中央で縦に半割した形状の分割パンチ５と、ハット断面形状部材１７のフランジ部１７ｃを成形するフランジ成形ダイ７と、分割パンチ５側に移動して分割パンチ５と協働して天板部１７ａ及び縦壁部１７ｂを成形すると共にフランジ成形ダイ７と協働してフランジ部１７ｃを成形するダイ９と、成形時におけるダイ９の成形荷重を、分割パンチ５をダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させる駆動力に変換する油圧式動力変換伝達機構１１を有している。
以下、熱間プレス用金型１の各構成を図１に基づいて詳細に説明する。

≪分割パンチ≫
分割パンチ５は、天板部１７ａを成形する天板成形面５ａと、縦壁部１７ｂを成形する縦壁成形面５ｂと、縦壁部１７ｂ及びフランジ部１７ｃの境界のＲ部を成形する境界Ｒ成形面５ｃと、下面と分割パンチ５の幅方向内側面とに亘って傾斜面５ｄ（図１中の拡大図を参照）とを有している。

分割パンチ５は、フランジ成形ダイ７上に幅方向に摺動可能に載置されている。分割パンチ５が幅方向に摺動することで、縦壁成形面５ｂが該成形面に対向するダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動して鋼板３を押圧するようになっている。
傾斜面５ｄの傾斜角度は所定の角度に設定されている。また、分割パンチ５の縦壁成形面と反対側の面５ｅは、プレス成型前に接触してもよいし、離れていてもよい。

≪フランジ成形ダイ≫
フランジ成形ダイ７は、ダイ９と協働してフランジ部１７ｃを成形するフランジ成形面７ａと、長手方向に沿って設けられた凹陥部７ｂとを有している。
凹陥部７ｂには分割パンチ５が載置されており、凹陥部７ｂに分割パンチ５を載置した状態で分割パンチ５の境界Ｒ成形面５ｃの下端が、フランジ成形ダイ７のフランジ成形面７ａと面一になっている。
凹陥部７ｂの幅は分割パンチ５の下部の幅よりも広くなっており、凹陥部７ｂの幅方向中央に分割パンチ５を載置した状態（分割パンチ５の幅方向内側面を凹陥部７ｂのほぼ中央に位置させた状態）で凹陥部７ｂの壁面と分割パンチ５とに隙間Ｓが形成される。そのため、分割パンチ５はこの隙間Ｓの分だけ幅方向外側に摺動可能になっている。

≪ダイ≫
ダイ９は、分割パンチ５の天板成形面５ａと協働して天板部１７ａを成形するダイ側天板成形面９ａと、分割パンチ５の縦壁成形面５ｂと協働して縦壁部１７ｂを成形するダイ側縦壁成形面９ｂと、フランジ成形ダイ７と協働してフランジ部１７ｃを成形するフランジ成形部９ｃと、フランジ成形部９ｃの外側に下に凸に設けられた凸部９ｄとを有している。
凸部９ｄの高さｈは、所定の高さに設定されている。

プレス成形は、図１中に黒太矢印で示すように、ダイ９が分割パンチ５に近づく方向に移動することで行われる。このように、ダイ９の移動方向、つまり、ダイ９の成形荷重方向は、ハット断面形状部材１７の縦壁部１７ｂの法線Ｌ_Wと交差する方向（図１の例では、ダイ９の成形荷重方向と法線Ｌ_Wのなす角度は90度に近い）である。
そのため、ダイ９の成形荷重方向に直交する天板部１７ａやフランジ部１７ｃは、下死点においてダイ９の押圧力によって金型に接触させることができるが、縦壁部１７ｂは成形荷重を増しても金型に接触させることが難しい。
そこで、本発明では、油圧式動力変換伝達機構１１によって分割パンチ５の縦壁成形面５ｂをダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させ、縦壁部１７ｂを金型（パンチ５の縦壁成形面５ｂ、ダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂ）に確実に接触させて十分に冷却することができるようにした。以下に、油圧式動力変換伝達機構１１について詳細に説明する。

≪油圧式動力変換伝達機構≫
油圧式動力変換伝達機構１１は、本発明の動力変換伝達機構の一態様であり、成形時におけるダイ９の成形荷重を、分割パンチ５の縦壁成形面５ｂをダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させる駆動力に変換するものである。
油圧式動力変換伝達機構１１は、下死点付近においてダイ９の成形荷重を受ける荷重受け部となる第１油圧ピストン１２と、作動油１３が充填された油圧配管１４と、油圧配管１４における第１油圧ピストン１２が設置された端部と反対側の端部に設置された第２油圧ピストン１５と、第２油圧ピストン１５から受ける荷重を分割パンチ５の傾斜面５ｄに伝達するカム１６を備えている。
以下に、油圧式動力変換伝達機構１１の各構成を図１に基づいて詳細に説明する。

第１油圧ピストン１２は油圧配管１４の一端に上下動可能に配置されており、プレス成形下死点付近において凸部９ｄによって押し下げられる。
作動油１３は、第１油圧ピストン１２がダイ９の凸部９ｄから受けた荷重を、他端側に設置された第２油圧ピストン１５に伝達するための機能を有している。
油圧配管１４における第１油圧ピストン１２が設置されているシリンダ部の断面積は、第２油圧ピストン１５が設置されているシリンダ部の断面積よりも大きく設定されており、第１油圧ピストン１２の下動量よりも第２油圧ピストン１５（カム１６）の上動量が大きくなるようになっている。このように、第１油圧ピストン１２と第２油圧ピストン１５が設置されるシリンダ部の断面積に差を設けることで、第１油圧ピストン１２の下動量に対する第２油圧ピストン１５の上動量を調整でき、これによってカム１６の上動量ひいては分割パンチ５の幅方向移動量を調整できる。

カム１６は、長手方向直交断面が三角形状の棒状体からなり、該三角形の傾斜面（カム側傾斜面１６ａ、図１中の拡大図を参照）が分割パンチ５の傾斜面５ｄと摺接するようになっている。
カム１６は、フランジ成形ダイ７の長手方向に沿って、幅方向中央に上下動可能に設けられている。カム１６が上動すると、カム側傾斜面１６ａと分割パンチ５の傾斜面５ｄとが接触し、分割パンチ５が拡幅方向の力を受けて、フランジ成形ダイ７の凹陥部７ｂ上を拡幅方向へ移動する。

油圧式動力変換伝達機構１１は以上のような構成であるから、成形時におけるダイ９の成形荷重を、分割パンチ５の縦壁成形面５ｂをダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させる駆動力に変換して、分割パンチ５の縦壁成形面５ｂを縦壁部１７ｂに押付けることができる。

なお、上記から明らかなように、油圧式動力変換伝達機構１１の各構成のうち、第１油圧ピストン１２が本発明の荷重受け部に相当し、作動油１３及び油圧配管１４が動力変換部に相当し、第２油圧ピストン１５及びカム１６が駆動力伝達部に相当する。

プレス成形中においては、鋼板３における縦壁部１７ｂに相当する部分の板厚は最大で25％減少することが想定されるので、縦壁成形面５ｂのダイ側縦壁成形面９ｂ側への移動量は、減少前板厚をｔmmとすると、少なくとも（0.25ｔ）mm以上にすることが望ましい。
また、油圧配管１４の途中に流量調整用あるいは圧力調整用バルブを設けて縦壁成形面５ｂの移動量を調整することも可能である。

＜熱間プレス成形方法＞
上記のように構成された熱間プレス用金型１を用いた熱間プレス成形方法について、熱間プレス用金型１の動作と共に説明する。
本発明の一実施の形態にかかる熱間プレス成形方法は、オーステナイト域まで加熱したプレス成形前の鋼板３を、熱間プレス用金型１を用いてオーステナイト温度域でプレス成形を開始して成形を行う成形工程と、下死点近傍において分割パンチ５を移動させて鋼板３に分割パンチ５を当接させる分割パンチ当接工程と、分割パンチ５を鋼板３に当接させた状態で保持して鋼板３を冷却する冷却工程とを備えている。
以下、各工程について説明する。

≪成形工程≫
成形工程は、熱間で鋼板３をハット断面形状部材１７にプレス成形する工程である（図３（ａ）参照）。
所定の形状にブランキングした鋼板３を、予め、加熱炉や通電加熱装置などの加熱手段によってオーステナイト域温度まで加熱しておく。
加熱後の鋼板３をプレス成形装置に搬送して、分割パンチ５の上面に載置し、オーステナイト温度域でプレス成形を開始する。

≪分割パンチ当接工程≫
分割パンチ当接工程は、下死点近傍において分割パンチ５を移動させて、鋼板３におけるハット断面形状部材１７の縦壁部１７ｂに相当する部分に分割パンチ５を当接させる工程である。
ここで下死点近傍とは、下死点の数mm手前まで熱間プレス成形が進んだ状態をいい、この状態でダイ９の凸部９ｄによって第１油圧ピストン１２の押し下げが開始される。第１油圧ピストン１２が下動すると、第２油圧ピストン１５（カム１６）が上動し、これに伴って分割パンチ５が幅方向に移動開始する（図３（ｂ）参照）。このようにして、図３（ｃ）に示すように、下死点において分割パンチ５の縦壁成形面５ｂ（符号は図３（ａ）を参照）が鋼板３の縦壁部１７ｂに相当する部分に強く当接し、急冷されて焼きが入る。

≪冷却工程≫
冷却工程は、分割パンチ５を鋼板３に当接させた状態で、マルテンサイト変態が完了するまでの所定時間保持して鋼板３を冷却する工程である（図３（ｃ）参照）。
このようにして、天板部１７ａやフランジ部１７ｃはもとより、縦壁部１７ｂのような従来方法では焼入れしにくい部分にも十分に焼入れをすることができる（符号は図２を参照）。
冷却後は離型して成形品を取り出す。

以上のように、本実施の形態においては下死点近傍において分割パンチ５が縦壁成形面５ｂのダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させることにより、下死点において分割パンチ５の縦壁成形面５ｂを縦壁部１７ｂに当接させて急冷することが可能となり、縦壁部１７ｂにおいて十分に焼入れをすることができる。

なお、上記ではダイ９が分割パンチ５に近づく方向に移動する例を挙げて説明したが、分割パンチ５がダイ９に近づくように移動させてもよい。

上記では、動力変換伝達機構として油圧を利用したものを例に挙げたが、動力変換伝達機構はこれに限られない。例えば、油圧の他に水圧や空圧を利用するようなものであってもよい。また、上記のような流体の圧力を利用するようなものではなく、例えば、ウォーム歯車（ウォームとウォームホイール）、かさ歯車や、ラックとピニオン等を用いてダイの成形荷重を、分割パンチ５の移動のための駆動力に変換するようなものであってもよい。

機械式の動力変換伝達機構の一例として、ウォーム歯車とかさ歯車を用いた機械式動力変換伝達機構２３について図４及び図５に基づいて説明する。図４は、機械式動力変換伝達機構２３を用いた熱間プレス用金型２１を図示したものである。なお、図４において、図１の熱間プレス用金型１と同様のものには同一の符号を付しており、その説明を省略する。また、図４においては機械式動力変換伝達機構２３の一部を簡略化して丸で図示おり、図５においてこの部分を詳細に図示している。

機械式動力変換伝達機構２３は、図４及び図５に示すように、上下動可能に立設し下端に入力側ウォーム２５ａを有する入力軸２５と、入力側ウォーム２５ａに対応する入力側かさ歯車付きウォームホイール２７と、一端に入力側かさ歯車付きウォームホイール２７に対応する入力側伝達かさ歯車２９ａ及び他端に出力側伝達ウォーム２９ｂを有する伝達軸２９と、出力側伝達ウォーム２９ｂに対応する出力側ウォームホイール３１と、上下動可能に立設し下端に出力側ウォームホイール３１に対応する出力側ウォーム３３ａを有する出力軸３３と、カム１６（図１や図４参照）とを備えている。なお、図５においてカム１６の図示は省略している。
入力軸２５の上端はダイ９の凸部９ｄによって押し下げ可能なように配置されており、カム１６は出力軸３３の上端に取り付けられている。その他の構成は上述した熱間プレス用金型１と同様である。

なお、機械式動力変換伝達機構２３の各構成のうち、入力軸２５が本発明の荷重受け部に相当し、入力側ウォーム２５ａと入力側かさ歯車付きウォームホイール２７と入力側伝達かさ歯車２９ａと伝達軸２９と出力側伝達ウォーム２９ｂと出力側ウォームホイール３１と出力側ウォーム３３ａとが動力変換部に相当し、出力軸３３とカム１６が駆動力伝達部に相当する。

プレス成形下死点近傍において入力軸２５がダイ９の凸部９ｄによって押し下げられると、入力側ウォーム２５ａによって入力側かさ歯車付きウォームホイール２７が回転し、これに伴って入力側伝達かさ歯車２９ａ、伝達軸２９及び出力側伝達ウォーム２９ｂが回転し、さらに出力側ウォームホイール３１が回転することで、出力側ウォーム３３ａによって出力軸３３が上動するようになっている。
このようにして、ダイ９による成形荷重がカム１６を介して分割パンチ５に伝達される。
なお、入力軸２５の下動量に対する出力軸３３の上動量は、例えば、出力側ウォームホイール３１と入力側かさ歯車付きウォームホイール２７との径を異なるようにすることで調整することができる。

機械式の動力変換伝達機構の他の例として、ラックとピニオンを用いた機械式動力変換伝達機構４１を図６に示す。
機械式動力変換伝達機構４１は、上下方向にスライド可能に立設された入力側ラック４３と、入力側ラック４３のスライドによって回転する入力側ピニオン４５と、入力側ピニオン４５の回転によってスライドする伝達ラック４７と、伝達ラック４７のスライドによって回転する出力側ピニオン４９と、出力側ピニオン４９の回転によって上下方向にスライドする出力側ラック５１と、カム１６（図１や図４参照）とを備えている。なお、図６においてカム１６の図示は省略している。
入力側ラック４３の上端はダイ９の凸部９ｄによって押し下げ可能なように配置されており、カム１６は出力側ラック５１の上端に取り付けられている。

なお、機械式動力変換伝達機構４１の各構成のうち、入力側ラック４３が本発明の荷重受け部に相当し、入力側ラック４３（荷重受け部を兼ねている）と入力側ピニオン４５と伝達ラック４７と出力側ピニオン４９とが動力変換部に相当し、出力側ラック５１とカム１６が駆動力伝達部に相当する。

プレス成形下死点近傍において入力側ラック４３がダイ９の凸部９ｄによって押し下げられると、入力側ピニオン４５が回転して伝達ラック４７がスライドし、さらに出力側ピニオン４９が回転することで、出力側ラック５１が上動するようになっている。
このようにして、ダイ９の成形荷重がカム１６を介して分割パンチ５に伝達される。
なお、入力側ラック４３の押し下げ量に対する分割パンチ５の移動量は、例えば、出力側ピニオン４９と入力側ピニオン４５との径を異なるようにすることで調整することができる。

機械式の動力変換伝達機構のさらに他の例として、テコを用いた機械式動力変換伝達機構５５について図７に基づいて説明する。図７は、機械式動力変換伝達機構５５を有する熱間プレス用金型５３を図示したものである。なお、図７において、図１の熱間プレス用金型１や図４の熱間プレス用金型２１と同様のものには同一の符号を付しており、その説明を省略する。

機械式動力変換伝達機構５５は、図７に示すように、上下動可能に立設した作動側リンク部材５７と、棒状からなり支点５９ａを中心に回動可能に設けられ一端が作動側リンク部材５７の下端と当接する回動部材５９と、上下動可能に立設し下端が回動部材５９の他端と当接する従動側リンク部材６１と、カム１６（図４参照）とを有している。
作動側リンク部材５７の上端はダイ９の凸部９ｄによって押し下げ可能なように配置されており、カム１６は従動側リンク部材６１の上端に取り付けられている。その他の構成は上述した熱間プレス用金型１及び熱間プレス用金型２１と同様である。

なお、機械式動力変換伝達機構５５の各構成のうち、作動側リンク部材５７が本発明の荷重受け部に相当し、作動側リンク部材５７と回動部材５９（支点５９ａ）とが動力変換部に相当し、従動側リンク部材６１とカム１６とが駆動力伝達部に相当する。

プレス成形下死点近傍において作動側リンク部材５７がダイ９の凸部９ｄによって押し下げられると、回動部材５９が支点５９ａを中心に回動し従動側リンク部材６１が上動するようになっている。このようにして、ダイ９の成形荷重がカム１６を介して分割パンチ５に伝達される。
なお、分割パンチ５の移動量は、例えば回動部材５９の支点５９ａの位置を変更することで調整することができる。

なお上記では、分割パンチ５が幅方向に移動するものを例に挙げて説明したが、分割パンチ５の移動方向は、分割パンチ５が鋼板３を押圧する方向であればよく、例えば、高さ方向や法線Ｌ_W方向に移動するようにしてもよい。このような場合であっても、分割パンチ５の境界Ｒ成形面５ｃの下端とフランジ成形ダイ７のフランジ成形面７ａとが、下死点において面一になるように、これらの高さを設定しておく。

本発明の熱間プレス用金型１を用いた熱間プレス成形方法の効果を確認する実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
本実施例においては、本発明例として図１に示す熱間プレス用金型１を用いたプレス成形を行った。
鋼板は熱間プレス用鋼板の板厚1.6mmとした。プレス成形品は図２に示すハット断面形状部材１７とした。ハット断面形状部材１７の長さは400mm、天板部１７ａの幅は80mm、縦壁部１７ｂの高さは60mm、フランジ部１７ｃの幅は片側15mmとし、パンチ肩Ｒ、ダイ肩Ｒともに5mmとした。

鋼板を電気加熱炉でAr₃変態点以上である750℃まで加熱した後、プレス成形装置に搬送し、オーステナイト域で熱間プレス成形を開始して（プレス成形工程）、下死点において所定時間（下死点保持時間）保持して冷却した（冷却工程）。
冷却工程においては、本発明例では、上記実施の形態で説明したように、下死点において縦壁成形面５ｂを縦壁部１７ｂに当接させて急冷した。下死点保持時間の違いによる影響を確認するために、下死点保持時間を5秒、10秒、15秒、20秒とした。
冷却後は離型して成形品を取り出した。
また、比較例として図１に示す熱間プレス用金型１の油圧式動力変換伝達機構１１を取り除き、分割パンチ５が移動しないようにして同様のプレス成形を行った。

焼入れ度合いは、長手方向の中央でハット断面形状部材１７を切断し、断面のビッカース硬度（荷重50g）を複数箇所で測定して、該各測定値に基づいて判定した。
測定は図８に示す位置(a)〜位置(n)の１４箇所で行った。なお、図８はハット断面形状部材１７の断面の半分のみを図示している。
天板部１７ａにおいて、位置(a)は天板部１７ａの中央、位置(e)はパンチ肩Ｒが平坦になる位置、位置(b)〜位置(d)は、位置(a)と位置(e)の間を４等分する位置である。
位置(f)はパンチ肩Ｒの中央である。
縦壁部１７ｂにおいて、位置(g)はパンチ肩ＲのＲ止まりの位置、位置(k)はダイ肩ＲのＲ止まりの位置、位置(h)〜位置(j)は、位置(g)と位置(k)の間を４等分する位置である。
位置(l)はダイ肩Ｒ中央である。
フランジ部１７ｃにおいて、位置(m)はダイ肩ＲのＲ止まりの位置、位置(n)は位置(m)とフランジ端の中央である。

下死点保持時間20秒の場合における本発明例と比較例についての測定結果を図９に示す。図９において、縦軸がビッカース硬度を表し、横軸が測定位置を表しており、黒丸のプロットが本発明例、白丸のプロットが比較例をそれぞれ表している。
本実験では、ビッカース硬度440を合格基準値とした。

比較例の場合、図９に示す通り、縦壁部１７ｂの位置(h)〜位置(j)でビッカース硬度が基準値を下回っており、縦壁部１７ｂの下死点保持中の冷却速度が遅く焼入れが不十分であった（徐冷された）ことを意味している。
一方、本発明例の場合、図９に示す通り、位置(a)〜位置(n)の全てにおいて、ビッカース硬度が基準値の440を上回っており、縦壁部１７ｂの焼入れが十分であったことを意味している。

以上のように、本発明を適用することで縦壁部１７ｂを急冷することが可能となり十分に焼入れをすることができ、好適であった。

次に、下死点保持時間とビッカース硬度の関係について説明する。図１０は縦壁部１７ｂ（位置(h)〜位置(j)）のビッカース硬度と下死点保持時間との関係をグラフ表示したものであり、縦軸はビッカース硬度、横軸は下死点保持時間[秒]をそれぞれ表している。
グラフ中の黒丸のプロットが本発明例、白丸のプロットが比較例をそれぞれ表している。なお、ビッカース硬度は縦壁部１７ｂ（位置(h)〜位置(j)）の平均硬度を用いた。
図１０に示すように、比較例では、図９を用いて説明した通り下死点保持時間が20秒の場合であっても基準のビッカース硬度に至らなかったが、本発明例では20秒の場合はもとより、15秒の場合であっても基準のビッカース硬度を満たす結果となった。

以上のように、本発明を適用することで下死点保持時間を短縮させることが可能であり生産性向上にも資することができる。

次に、分割パンチ５で鋼板を押圧することの効果を確認する実験を行ったのでその結果について説明する。
実験は、加熱した試験用鋼板を金型に見立てた一対の工具で両側から挟圧して焼入れをし、焼入れ硬さを計測するというものである。
試験用鋼板はホットプレス用めっき鋼板を用いて、900℃まで加熱し700℃になった時点で工具による挟圧を行った。
焼入れ時間（工具押付け時間）は15秒とし、焼き入れ後にビッカース硬度を計測した。

工具は、本発明の熱間プレス用金型１の分割パンチ５に相当する工具として、図１１に示す平坦な挟圧面を有する平坦工具７１（隙間なし）を用いた。図１１は平坦工具７１で試験用鋼板７３を挟圧している状態を示している。なお、平坦工具７１を用いたときの面圧は20MPaとした。
また、比較のために、図１２に示すような、挟圧面に所定深さの凹陥部７５ａが形成されており、挟圧時に隙間が形成される隙間用工具７５を用いた。凹陥部７５ａの深さは0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mmとした。図１２は、凹陥部７５ａの深さが0.05mmの隙間用工具７５で試験用鋼板７３を挟圧している状態を示している。図１２に示すように、凹陥部７５ａは両方の工具に設け、両方の凹陥部７５ａの深さを足し合わせた量を隙間量（mm）とした。図１２に示すものの場合、隙間量は0.1mmである。
以上のように、隙間量は、平坦工具７１を用いた場合の0mm（隙間なし）、及び隙間用工具７５を用いた場合の0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mmとした。

実験結果を図１３に示す。図１３において、縦軸はビッカース硬度を表し、横軸は隙間量（mm）を表している。
図１３に示すように、隙間量が0.1mm以上では、隙間なし（隙間量0mm）の場合よりもビッカース硬度が低下している。
このことから、分割パンチ５で鋼板を隙間なく押圧することで、鋼板が急冷され焼入れ硬さを向上させる効果があることが確認された。

次に、実施例２の平坦工具７１と隙間用工具７５を用いて、隙間なしの場合と隙間ありの場合とで、焼入れ時間と焼入れ硬さの関係を調査する実験を行ったので、その結果を説明する。
隙間用工具７５は隙間量が0.1mmのものを用いた。焼入れ時間（工具押付け時間）は1秒、2秒、3秒、5秒、10秒、15秒とした。平坦工具７１を用いたときの面圧は50MPaとした。その他の実験条件は実施例２と同様である。

実験結果を図１４に示す。図１４において、縦軸はビッカース硬度を表し、横軸は工具押付け時間（秒）を表している。
図１４に示すように、隙間なしの場合、いずれの工具押付け時間であっても450以上のビッカース硬度が得られたのに対し、隙間量0.1mmとした場合では、工具押付け時間が10秒以上でないと450以上のビッカース硬度が得られない。

以上のように、短い焼入れ時間で部品全体に必要な焼入れ硬さを得るには隙間がない方がよく、本発明の熱間プレス成形方法を適用することで生産時間の短縮化の効果が得られることが確認された。

次に、実施例２の平坦工具７１を用いて、工具押付け面圧と焼入れ硬さの関係を調査する実験を行ったので、その結果を説明する。
工具押付け面圧は、10MPa、20MPa、40MPa、50MPaとした。焼入れ時間（工具押付け時間）は15秒とした。その他の実験条件は実施例２と同様である。

実験結果を図１５に示す。図１５において、縦軸はビッカース硬度を表し、横軸は工具押付け面圧（MPa）を表している。
図１５に示すように、工具押付け面圧が高いほうがより高いビッカース硬度が得られるが、その影響は小さい。

１ 熱間プレス用金型
３ 鋼板
５ 分割パンチ
５ａ 天板成形面
５ｂ 縦壁成形面
５ｃ 境界Ｒ成形面
５ｄ 傾斜面
５ｅ 縦壁成形面と反対の面
７ フランジ成形ダイ
７ａ フランジ成形面
７ｂ 凹陥部
９ ダイ
９ａ ダイ側天板成形面
９ｂ ダイ側縦壁成形面
９ｃ フランジ成形部
９ｄ 凸部
１１ 油圧式動力変換伝達機構
１２ 第１油圧ピストン
１３ 作動油
１４ 油圧配管
１５ 第２油圧ピストン
１６ カム
１６ａ カム側傾斜面
１７ ハット断面形状部材
１７ａ 天板部
１７ｂ 縦壁部
１７ｃ フランジ部
２１ 熱間プレス用金型（他の態様）
２３ 機械式動力変換伝達機構
２５ 入力軸
２５ａ 入力側ウォーム
２７ 入力側かさ歯車付きウォームホイール
２９ 伝達軸
２９ａ 入力側伝達かさ歯車
２９ｂ 出力側伝達ウォーム
３１ 出力側ウォームホイール
３３ 出力軸
３３ａ 出力側ウォーム
４１ 機械式動力変換伝達機構（他の態様）
４３ 入力側ラック
４５ 入力側ピニオン
４７ 伝達ラック
４９ 出力側ピニオン
５１ 出力側ラック
５３ 熱間プレス用金型（さらに他の態様）
５５ 機械式動力変換伝達機構
５７ 作動側リンク部材
５９ 回動部材
５９ａ 支点
６１ 従動側リンク部材
７１ 平坦工具
７３ 試験用鋼板
７５ 隙間用工具
７５ａ 凹陥部

Claims (4)

1. 被成形面の法線方向が荷重付加方向と交差する方向となる被成形面を有する成形品を、加熱した鋼板をプレス成形することで成形する熱間プレス用金型であって、
   パンチと、該パンチ側に移動して該パンチと協働して前記被成形面を成形するダイとを備え、
   前記パンチは、前記被成形面を成形する成形面が、該成形面に対向するダイ側成形面方向に移動可能な分割パンチからなり、
   成形時における前記ダイの成形荷重を、前記分割パンチを前記ダイ側成形面方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構を有することを特徴とする熱間プレス用金型。
2. 前記動力変換伝達機構は、下死点付近において前記ダイの成形荷重を受ける荷重受け部と、該荷重受け部によって受けた荷重を、前記分割パンチを移動させる駆動力に変換する動力変換部と、該動力変換部で変換された動力を前記分割パンチに伝達する駆動力伝達部を備えてなることを特徴とする請求項１記載の熱間プレス用金型。
3. 請求項１又は２に記載の熱間プレス用金型を用いて鋼板を熱間でプレス成形する熱間プレス成形方法であって、
   オーステナイト域まで加熱したプレス成形前の鋼板を、前記熱間プレス用金型を用いてオーステナイト温度域でプレス成形を開始して成形を行う成形工程と、下死点近傍において前記分割パンチを移動させて前記鋼板に分割パンチを当接させる分割パンチ当接工程と、分割パンチを鋼板に当接させた状態で保持して鋼板を冷却する冷却工程とを備えたことを特徴とする熱間プレス成形方法。
4. 請求項３に記載の熱間プレス成形方法によって成形されたことを特徴とする熱間プレス成形品。