JP6112286B1 - 熱間プレス法および熱間プレスシステム - Google Patents

Abstract

パンチ（２１，３１）とダイ（２２，３１）と、ダイ（２２，３２）に向けて突出する状態に付勢されるインナーパッド（２３，３３）と、を有する金型（２，３）を用いてブランク材（７）を熱間プレスしてプレス成形品（８，９）を製造する熱間プレス法において、冷媒経路（２３３，３３３）に冷媒を流すことによって、プレス成形品（８，９）を金型（２，３）から取り出して次のブランク材（７）を金型（２，３）にセットするまでに、インナーパッド（２３，３３）の表面温度Ｔを、１００℃を上限として次の数式を充足する温度に冷却する。Ｔ ≦ １００×（２．３／ｔ）×（ｈ／１００）×（λ／３０）×（Ｗ／２）×ＳＴ：インナーパッド（２３，３３）の表面温度（℃）ｈ：インナーパッド（２３，３３）のプレス方向寸法（ｍｍ）ｔ：ブランク材（７）の厚さ（ｍｍ）λ：インナーパッド（２３，３３）の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）Ｗ：インナーパッド（２３，３３）の内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ３／ｍｍ３）Ｓ：冷媒経路（２３３，３３３）中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

Description

本発明は、熱間プレス法と、この熱間プレス法を実行する熱間プレスシステムに関する。

例えば、自動車用の構造部材は、燃費向上の観点と搭乗者保護の観点から、機械的強度の維持または向上を図りつつ軽量化を図ることが求められている。一般的に、高い機械的強度を有する材料は、プレス加工などの成形加工の際の成形性が低く、複雑な形状への加工が困難である。高い機械的強度を有する材料の成形性の向上を図る加工方法としては、特許文献１や特許文献２に記載のように、加熱した材料（ブランク材や予プレス成形品）をプレス成形型で成形して急冷する、いわゆる熱間プレス法（ホットスタンプ法、ホットプレス法、ダイクエンチング法などと呼ばれることもある）が挙げられる。熱間プレス法によれば、成形時に材料が高温で軟化しているため成形性に優れ、プレス成形型内で急冷されて焼き入れされることにより高い機械的強度のプレス成形品が得られる。

ただし、熱間プレス法によっても、プレス成形品に割れが生じることがある。プレス成形品の割れを防止するため、特許文献３には、天板に直交する視線での平面視で湾曲した断面ハット型の部材の冷間プレス成形品の製造方法が開示されている。特許文献４には、熱間プレス成形によって断面ハット型の部材を成形するに際し金型（パンチ）に円弧状の別動パンチを内蔵させ、成形下死点において別動パンチを稼働させる方法が開示されている。特許文献５には、成形工程において冷却触媒を用いて材料の特定部分を冷却することにより成形性を向上させる絞り成形による熱間プレス成形法が開示されている。しかしながら、特許文献３に記載の方法を熱間プレス法に適用すると、パンチ肩部において割れが発生する場合がある。また、特許文献４に記載の方法では、成形下死点に到達するまでに生じる立て壁部の割れを抑制できない。

また、一対の金型を用いたプレス成形において、金型に設けられるインナーパッドによりブランク材を支持する方法が用いられることがある。例えば特許文献５から７には、プレス成形の際に金型に設けたインナーパッドによりブランク材を押さえる構成が開示されている。しかしながら、このようなインナーパッドは金型の本体に比較して体積が小さいことから、温度が上昇しやすい。そして、インナーパッドの温度が上昇した状態で熱間プレス成形を行うと、製造されるプレス成形品の焼き入れの程度が低くなり、機械的強度が低下することがある。特に、熱間プレス成形を繰り返して複数のプレス成形品を製造する場合には、インナーパッドの温度が上昇した状態に維持されることから、製造されるプレス成形品の機械的強度が低下することがある。

英国特許公報１４９０５３５号明細書 特開平１０−９６０３１号公報 国際公開第２０１４−１０６９３２号パンフレット 特開２０１５−２０１７５号公報 特開昭５７−３１４１７号公報 特開２０１０−１４９１８４号公報 実開平５−８４４１８号公報

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、プレス成形品の割れを抑制することおよび強度の向上を図ることができる熱間プレス法と熱間プレスシステムを提供することである。

本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

（１）
上型と下型と、前記下型に移動可能に収容されて前記上型に向けて突出する状態に付勢されるインナーパッドと、を有する金型を用い、ブランク材を熱間プレスしてプレス成形品を製造する熱間プレス法であって、
前記インナーパッドの内部には冷媒の経路が設けられており、
前記冷媒の経路に冷媒を流すことによって、プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドの表面温度を、１００℃を上限として次の数式を充足する温度に冷却することを特徴とする熱間プレス法。

Ｔ ≦ １００×（２．３／ｔ）×（ｈ／１００）×（λ／３０）×（Ｗ／２）×Ｓ

ここで、

Ｔ：インナーパッドの表面温度（℃）
ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

（２）
プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの時間を、５秒を下限として次の数式を充足する時間とすることを特徴とする前記（１）に記載の熱間プレス法。

Ａ ≧ ５×（ｔ／２．３）×（１００／ｈ）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／ｓ）

ここで、

Ａ：プレス成形品を金型から取り出して次のブランク材を金型にセットするまでの時間（ｓｅｃ）
ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

（３）
前記インナーパッドのプレス方向寸法は、１００ｍｍを下限として次の数式を充足することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の熱間プレス法。

ｈ≧１００×（ｔ／２．３）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／Ｓ）

ここで、

ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

（４）
プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドに流体の冷媒を噴射して前記インナーパッドを冷却することを特徴とする前記（１）から（３）のいずれかに記載の熱間プレス法。

（５）
前記上型には、前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射できる冷媒噴射孔が設けられており、
プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記上型を前記下型に接近させ、前記冷媒噴射孔から前記下型に設けられる前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射することにより、前記インナーパッドを冷却することを特徴とする前記（１）から（４）のいずれかに記載の熱間プレス法。

（６）
上型と下型と、前記下型に移動可能に収容されて前記上型に向けて突出する状態に付勢され内部に冷媒の経路が設けられたインナーパッドと、を有する金型を用いてブランク材を熱間プレスするプレス機と、
前記インナーパッドを冷却する冷媒の供給を制御する冷却制御部と、
を有し、
前記冷却制御部は、前記冷媒の経路に冷媒を流すことによって、プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドの表面温度を、１００℃を上限として次の数式を充足する温度に冷却することを特徴とする熱間プレスシステム。

Ｔ ≦ １００×（２．３／ｔ）×（ｈ／１００）×（λ／３０）×（Ｗ／２）×Ｓ

ここで、

Ｔ：インナーパッドの表面温度（℃）
ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

（７）
プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの時間を、５秒を下限として次の数式を充足する時間とすることを特徴とする前記（６）に記載の熱間プレスシステム。

Ａ ≧ ５×（ｔ／２．３）×（１００／ｈ）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／ｓ）

ここで、

Ａ：プレス成形品を金型から取り出して次のブランク材を金型にセットするまでの時間（ｓｅｃ）
ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

（８）
前記インナーパッドのプレス方向寸法は、１００ｍｍを下限として次の数式を充足することを特徴とする前記（６）または（７）に記載の熱間プレスシステム。

ｈ ≧ １００×（ｔ／２．３）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／Ｓ）

ここで、

ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

（９）
前記インナーパッドに冷媒を噴射する冷媒噴射部をさらに有し、
前記冷媒噴射部は、プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドに流体の冷媒を噴射して前記インナーパッドを冷却することを特徴とする前記（６）から（８）のいずれかに記載の熱間プレスシステム。

（１０）
前記上型には、前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射できる冷媒噴射孔が設けられており、
プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記プレス機が前記上型を前記下型に接近させ、前記冷却制御部が前記冷媒噴射孔から前記下型に設けられる前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射させることにより、前記インナーパッドを冷却することを特徴とする前記（６）から（９）のいずれかに記載の熱間プレスシステム。

本発明によれば、プレス成形品の割れを抑制すること、および強度の向上を図ることができる。

図１は、第１のプレス成形品の構成例を模式的に示す図である。 図２は、第２のプレス成形品の構成例を模式的に示す図である。 図３Ａは、第１のプレス成形品の製造に用いられる第１の金型の構成例を模式的に示す断面図である。 図３Ｂは、第１のプレス成形品の製造に用いられる第１の金型のパンチの構成例を模式的に示す斜視図である。 図４は、第２のプレス成形品の製造に用いられる第２の金型の構成例を模式的に示す断面図である。 図５は、熱間プレスシステムの構成例を模式的に示す図である。 図６は、インナーパッド冷却機構の他の構成例を模式的に示す図である。 図７Ａは、第１の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｂは、第１の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｃは、第１の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｄは、第１の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｅは、第１の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図８Ａは、第２の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図８Ｂは、第２の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図８Ｃは、第２の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図８Ｄは、第２の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図８Ｅは、第２の金型を用いた熱間プレス法の所定のタイミングでの状態を模式的に示す断面図である。 図９は、第１の比較例の金型の構成例を模式的に示す断面図である。 図１０Ａは、第１の金型を用いて第１のプレス成形品を製造した場合の板厚減少率の数値解析によるコンター図である。 図１０Ｂは、第１の比較例の金型を用いて第１のプレス成形品を製造した場合の板厚減少率の数値解析によるコンター図である。 図１０Ｃは、第１の金型を用いて第１のプレス成形品を製造した場合の各部の温度の数値解析によるコンター図である。 図１０Ｄは、第１の比較例の金型を用いて第１のプレス成形品を製造した場合の各部の温度の数値解析によるコンター図である。 図１１は、第２の比較例の金型の構成例を模式的に示す図である。 図１２Ａは、第２の金型を用いて第２のプレス成形品を製造した場合の板厚減少率の数値解析によるコンター図である。 図１２Ｂは、第２の比較例の金型を用いて第２のプレス成形品を製造した場合の板厚減少率の数値解析によるコンター図である。 図１２Ｃは、第２の金型を用いて第２のプレス成形品を製造した場合の各部の温度の数値解析によるコンター図である。 図１２Ｄは、第２の比較例の金型を用いて第２のプレス成形品を製造した場合の各部の温度の数値解析によるコンター図である。 図１３は、金型にブランク材をセットするタイミングにおけるインナーパッド頂部の表面温度Ｔと、製造されたプレス成形品のインナーパッド頂部に接触していた部分の機械的強度との関係を示すグラフである。 図１４は、待機時間Ａとインナーパッド頂部の表面温度Ｔとの関係を示すグラフである。 図１５は、インナーパッドのプレス方向寸法ｈとインナーパッド頂部の表面温度Ｔとの関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、第１の金型を用いて第１のプレス成形品を製造する例と、第２の金型を用いて第２のプレス成形品を製造する例を示す。説明の便宜上、単に「金型」と称する場合には、「第１の金型」と「第２の金型」の両方を含むものとし、「プレス成形品」と称する場合には「第１のプレス成形品」と「第２のプレス成形品」の両方を含むものとする。そして、本発明の実施形態では、１回の熱間プレス成形のサイクルで１個のプレス成形品を製造し、熱間プレス成形のサイクルを繰り返すことによって複数のプレス成形品を連続的に製造する。また、各図においては、プレス方向を矢印Ｐで示す。なお、プレス方向Ｐは、熱間プレス成形時における上型と下型の相対的な移動方向をいうものとし、本発明の実施形態では上下方向であるものとする。

＜プレス成形品＞
まず、本発明の実施形態に係る熱間プレス法により製造されるプレス成形品８，９の構成例について説明する。本発明の実施形態に係る熱間プレス法により製造されるプレス成形品８，９として、図１に示す第１のプレス成形品８と、図２に示す第２のプレス成形品９とを例に示す。第１のプレス成形品８および第２のプレス成形品９は、ブランク材７である鋼板を熱間プレス成形することで製造される。ブランク材７には、焼き入れ性についての炭素量が質量％で０．０９〜０．５０％、好ましくは０．１１％以上で、厚さが０．６〜３．２ｍｍの範囲、好ましくは約２．３ｍｍの鋼板が適用される。

図１と図２に示すように、プレス成形品８，９は、それぞれ、ハット形状の部分を有する。ハット形状の部分は、天板部８１，９１と、天板部８１，９１の両側に連続して形成される２つの稜線部８２，９２と、２つの稜線部のそれぞれに連続して形成される２つの縦壁部８３，９３とを有する。天板部８１，９１は、例えばプレス方向Ｐに略直角な方向に延伸する板状の部分である。稜線部８２，９２は、所定の曲率で湾曲や屈曲する部分である。縦壁部８３，９３は、プレス方向Ｐに対して所定の角度で傾斜するか、または、プレス方向Ｐに平行な部分である。

さらに第１のプレス成形品８には、図１に示すように、２つの稜線部８２と２つの縦壁部８３のそれぞれの少なくとも一方に、プレス方向視において所定の方向に張り出すように湾曲または屈曲している曲部８４が設けられる。また、第２のプレス成形品９の天板部９１は、図２に示すように、互いに高さ方向位置（プレス方向位置）が異なる部分を有する。そして、天板部９１の高さが高い部分（以下、「天板高部９１１」と称する）と高さが低い部分（以下「天板低部９１２」と称する）とは、段差状の部分である天板段差部９１３によって区画される。

なお、図１と図２に示すプレス成形品８，９は、いずれも本発明の実施形態に係る熱間プレス法により製造されるプレス成形品の例示である。本発明の実施形態に係る熱間プレス法により製造されるプレス成形品は、図１や図２に示す形状に限定されない。

＜金型＞
次に、本発明の実施形態に係る熱間プレス法で用いられる金型２，３の構成例について、図３Ａ〜図４を参照して説明する。図３Ａは、第１のプレス成形品８の製造に用いられる第１の金型２の構成例を模式的に示す断面図であり、曲部８４を成形するパンチ曲部２１６を天板部８１の長手方向に直角な面で切断した断面図である。図３Ｂは、第１の金型２のパンチ２１の構成例を模式的に示す斜視図であり、曲部８４を成形する部分を示す図である。図４は、第２のプレス成形品９の製造に用いられる第２の金型３の構成例を模式的に示す断面図であり、天板高部９１１と天板段差部９１３と天板低部９１２とを成形する部分を、それらの並び方向に平行な面で切断した断面図である。

図３Ａと図３Ｂと図４に示すように、金型２，３は、それぞれ、下型であるパンチ２１，３１と、上型であるダイ２２，３２と、パンチ２１，３１にプレス方向Ｐに往復移動可能に設けられるインナーパッド２３，３３と、インナーパッド２３，３３をダイ２２，３２の側に向けて付勢する付勢機構２４，３４とを有する。

パンチ２１，３１は、ダイ２２，３２の側に向かって突出するパンチ突部２１１，３１１と、パンチ突部２１１，３１１の先端に設けられるパンチ頂部２１２，３１２と、パンチ頂部２１２，３１２に連続して設けられる２つのパンチ肩Ｒ部２１３，３１３と、２つのパンチ肩Ｒ部２１３，３１３のそれぞれに連続して設けられる２つのパンチ縦壁部２１４，３１４とを有する。パンチ頂部２１２，３１２は、プレス成形品８，９の天板部８１，９１を成形する部分であり、例えばプレス方向Ｐに略直角な平面状の構成を有する。パンチ肩Ｒ部２１３，３１３は、プレス成形品８，９の稜線部８２，９２を成形する部分であり、所定の曲率半径を有する曲面状の構成を有する。パンチ縦壁部２１４，３１４は、プレス成形品８，９の縦壁部８３，９３を成形する部分であり、プレス方向Ｐに所定に角度で傾斜する平面状、または、プレス方向Ｐに平行な平面状の構成を有する。なお、パンチ２１，３１の各部の具体的な形状は、製造するプレス成形品８，９の形状などに応じて規定されるものであり、図３Ａや図３Ｂや図４に示す形状に限定されない。

図３Ｂに示すように、第１の金型２においては、２つのパンチ肩Ｒ部２１３と２つのパンチ縦壁部２１４のそれぞれの少なくとも一方には、曲部８４を成形するために、プレス方向視で所定の方向に張り出すように湾曲や屈曲するパンチ曲部２１６が設けられる。また、図４に示すように、第２の金型３においては、天板部９１の互いに高さが異なる天板高部９１１と天板低部９１２を成形するために、パンチ頂部３１２に互いに高さが異なる部分が設けられる。具体的には、天板高部９１１を成形するための部分である高さが高いパンチ高頂部３１６と、天板低部９１２を成形するための部分である高さが低いパンチ低頂部３１７とが設けられる。

図３Ａに示すように、第１の金型２のパンチ２１のパンチ頂部２１２には、インナーパッド収容孔２１５が設けられており、このインナーパッド収容孔２１５には、パンチ２１とは別体の部材であるインナーパッド２３が、プレス方向Ｐに往復移動可能に収容される。インナーパッド２３には、ダイ２２に対向する側のインナーパッド頂部２３１と、インナーパッド頂部２３１の両側に連続するインナーパッド肩Ｒ部２３２とが設けられる。インナーパッド肩Ｒ部２３２は、所定の曲率半径を有する曲面状の構成を有する。

そして、インナーパッド２３は、付勢機構２４によってダイ２２の側に向けて付勢され、インナーパッド頂部２３１およびインナーパッド肩Ｒ部２３２はパンチ頂部２１２よりもダイ２２の側に所定の寸法突出する状態に維持される。インナーパッド２３の突出寸法は、インナーパッド頂部２３１にブランク材７が載せ置かれた状態で、ブランク材７がパンチ頂部２１２およびパンチ肩Ｒ部２１３に接触しない寸法に設定される。ただし、具体的な突出寸法は特に限定されるものではない。また、インナーパッド２３は、ダイ２２の側から押圧されるとインナーパッド収容孔２１５の内部に入り込み、インナーパッド頂部２３１とパンチ頂部２１２とが同じ高さとなる。換言すると、インナーパッド頂部２３１とパンチ頂部２１２とが面一となる。この状態では、インナーパッド頂部２３１がパンチ頂部２１２の一部となる。

図４に示すように、第２の金型３のパンチ３１のパンチ頂部３１２にも、インナーパッド収容孔３１５が設けられ、このインナーパッド収容孔３１５には、パンチ３１とは別体の部材であるインナーパッド３３がプレス方向Ｐに往復移動可能に収容される。なお、第２の金型３においては、インナーパッド収容孔３１５は、パンチ低頂部３１７（天板低部９１２を成形する部分）に設けられる。また、図４に示すように、パンチ高頂部３１６とインナーパッド３３とは、プレス方向Ｐに直角な方向（図４の紙面において左右方向）に所定の距離をおいて離れている。例えば、図４に示すように、パンチ高頂部３１６とインナーパッド３３の間には、パンチ低頂部３１７が介在している。この距離は、インナーパッド頂部２３１およびパンチ高頂部３１６にブランク材７が載せ置かれた状態で、ブランク材７のうちの天板段差部９１３および縦壁部９３になる部分（特に縦壁部９３のうちで天板段差部９１３の近傍に位置する部分）がインナーパッド３３とパンチ高頂部３１６に接触しない距離に設定される。

そして、第２の金型３においても、インナーパッド３３は付勢機構３４によってダイ３２の側に向けて付勢され、インナーパッド頂部３３１がパンチ低頂部３１７よりもダイ３２の側に突出した状態に維持される。この突出寸法は、インナーパッド頂部３３１およびパンチ高頂部３１６にブランク材７が載せ置かれた状態で、ブランク材７がパンチ低頂部３１７に接触しない寸法に設定される。また、インナーパッド３３は、ダイ３２の側から押圧されるとインナーパッド収容孔３１５に入り込み、インナーパッド頂部３３１とパンチ低頂部３１７とが同じ高さとなる。この状態では、インナーパッド頂部３３１が、パンチ低頂部３１７の一部となる。

なお、インナーパッド２３，３３は、ブランク材７のうちの熱間プレス成形後に天板部８１，９１の少なくとも一部となる部分を支持できる構成であればよい。特に、インナーパッド２３，３３は、熱間プレス成形時において、ブランク材７のうちのプレス方向Ｐとは直角な方向に張力が掛かる部分やその近傍を支持できる構成であればよい。また、ブランク材７のうちの熱間プレス成形後に天板部８１，９１となる部分の全体を支持できる構成であってもよい。図３Ｂでは、インナーパッド２３がパンチ曲部２１６およびその近傍に設けられる構成を示すが、インナーパッドがパンチ頂部２１２の全長に渡って設けられる構成であってもよい。

また、付勢機構２４，３４はインナーパッド２３，３３をダイ２２，３２の側に向けて付勢できる構成であればよく、具体的な構成は限定されない。付勢機構２４，３４には、例えば、バネやガスクッションなどといった、公知の各種の付勢機構が適用できる。

ダイ２２，３２には、パンチ突部２１１，３１１が嵌まり込むことができるダイ凹部２２１，３２１が設けられる。ダイ凹部２２１，３２１の縁部にはダイ肩Ｒ部２２２，３２２が設けられる。ダイ肩Ｒ部２２２，３２２は、所定の曲率半径を有する曲面状の構成を有する。ダイ凹部２２１，３２１の底部には、インナーパッド収容孔２１５，３１５に収容されるインナーパッド２３，３３に対向する位置に、インナーパッド２３に向けて冷媒を噴射するための冷媒噴射部である冷媒噴射孔２２３，３２３が設けられる。冷媒噴射孔２２３，３２３は、インナーパッド２３，３３を冷却するインナーパッド冷却機構１３（後述）の一部となる。冷媒噴射孔２２３，３２３からインナーパッド２３，３３に向けて水や空気などの冷媒を噴射することで、インナーパッド２３，３３を冷却できる。

＜インナーパッドの構成および冷却方法＞
ここで、インナーパッド２３，３３の詳細な構成例および冷却方法について説明する。本発明の実施形態では、７００〜９５０℃の温度範囲、好ましくは約７５０℃に昇温されたブランク材７を、金型２，３を用いて成形するとともに冷却することで、プレス成形品８，９を製造する。そして、熱間プレス成形時において、ブランク材７をインナーパッド２３，３３により支持しながらパンチ２１，３１とダイ２２，３２とにより所定の形状に成形する。このため、熱間プレス成形時において、ブランク材７の一部がインナーパッド２３，３３に接触する。

このように製造されるプレス成形品８，９において、熱間プレス成形時においてインナーパッド２３，３３に接触した部分の強度を１５００ＭＰａ以上とするためには、当該部分の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上としなければならない。しかしながら、インナーパッド２３，３３はパンチ２１，３１やダイ２２，３２に比較して体積が小さいため、熱間プレス成形時において温度上昇しやすい。特に、熱間プレス成形のサイクルを繰り返すことにより複数のプレス成形品８，９を連続的に製造する場合には、インナーパッド２３，３３が昇温した状態に維持されやすい。そして、インナーパッド２３，３３が昇温した状態で熱間プレス成形を実施すると、ブランク材７のうちのインナーパッド２３，３３に接触している部分の冷却速度が小さくなり、所定の強度を得ることができなくなる。そこで、本発明の実施形態では、インナーパッド２３，３３の構成と冷却方法とを次のようにすることにより、ブランク材７のうちのインナーパッド２３，３３に接触している部分の冷却速度を大きくし、所定の強度を得ることができるようにする。

インナーパッド２３，３３の材質は特に限定されるものではないが、熱伝導率λが３０Ｗ／ｍＫ以上で、比熱Ｃが４．３Ｊ／ｇ・Ｋ以上の材料であることが好ましい。このような材料として、例えば工具鋼などが適用できる。また、図３Ａと図４に示すように、インナーパッド２３，３３の内部には、管路状（すなわち空洞状）の冷媒経路２３３，３３３が設けられる。冷媒経路２３３，３３３は、水や空気などの流体の冷媒を流すことができる構成を有する。冷媒経路２３３，３３３の体積比率Ｗ（＝冷媒経路２３３，３３３の空間容積（ｍｍ^３）／インナーパッド２３，３３の体積（ｍｍ^３））は、０．０１〜０．１０であることが好ましい。また、インナーパッド頂部２３１，３３１から冷媒経路２３３，３３３までの深さは、１０〜３０ｍｍであることが好ましい。このような構成によれば、インナーパッド２３，３３の内部に設けられる冷媒経路２３３，３３３に冷媒を流すことにより、プレス成形品８，９を金型２，３から取り出してから次のブランク材７をセットするまでの間に、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度（すなわち、ブランク材７に接触する面の表面温度）を後述する所定の温度となるように冷却できる。

また、インナーパッド２３，３３のプレス方向寸法（高さ）ｈは、１００ｍｍを下限として、次の数式（１）を充足する寸法が適用される。

ｈ ≧ １００×（ｔ／２．３）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／Ｓ）
数式（１）

ここで、

ｈ：インナーパッドの突出寸法（ｍｍ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

である。

また、インナーパッド頂部２３１，３３１（ブランク材７に接触する表面）の面積は、製造するプレス成形品８，９の寸法などに応じて規定されるが、例えば、３０００〜２００００ｍｍ^２の範囲が適用でき、好ましくは５０００ｍｍ^２程度が適用できる。インナーパッド２３，３３の寸法をこのように規定することにより、熱間プレス成形の際にインナーパッド２３，３３の温度上昇を抑制し、ブランク材７の冷却速度の低下を抑制できる。すなわち、インナーパッド２３，３３の体積が小さいと、熱間プレス成形の際にブランク材７の熱により昇温してブランク材７の冷却速度が小さくなり、焼き入れが不充分となるおそれがある。そこで、インナーパッド２３，３３をこのような寸法とすることにより、例えば、０．６〜３．２ｍｍの厚さのブランク材７であれば、３０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度を確保できる。

また、前述のとおり、熱間プレス成形時においてインナーパッド２３，３３に接触した部分の引張強度を１５００ＭＰａ以上にするためには、当該部分の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上としなければならない。このため、熱間プレス成形の開始前（すなわち、金型２，３にブランク材７をセットする時点）において、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔが所定の温度以下となるように、インナーパッド２３，３３の冷媒経路２３３，３３３に冷媒を流して冷却する。具体的には、熱間プレス成形の開始前におけるインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔを、１００℃を上限とし、次の数式（２）を充足するように冷却する。

Ｔ ≦ １００×（２．３／ｔ）×（ｈ／１００）×（λ／３０）×（Ｗ／２）×Ｓ
数式（２）

ここで、

Ｔ：インナーパッドの表面温度（℃）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
ｈ：インナーパッドの突出寸法（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

である。熱間プレス成形の開始前におけるインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔが１００℃を上限として上記数式（２）を充足すると、熱間プレス成形時においてインナーパッド２３，３３に接触した部分の引張強度を１５００ＭＰａ以上にできる。

そして、熱間プレス成形のサイクルを繰り返して複数のプレス成形品８，９を製造する場合に、前記温度条件を充足するには、前回の熱間プレス成形により製造されたプレス成形品８，９を金型２，３から取り出してから次のブランク材７を金型２，３にセットするまでに、インナーパッド２３，３３を冷却するための時間（以下，「待機時間Ａ」と称する）を設けなければならない。本発明の実施形態では、この待機時間Ａを、５秒を下限として以下の数式（３）で示す時間とする。

Ａ ≧ ５×（ｔ／２．３）×（１００／ｈ）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／ｓ）
数式（３）

ここで、

Ａ：待機時間（ｓｅｃ）
ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）

である。これにより、熱間プレス成形の開始前におけるインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔを、上述の温度にできる。

＜熱間プレスシステム＞
次に、本発明の実施形態に係る熱間プレス法を実施できる熱間プレスシステム１の構成例について説明する。図５は、熱間プレスシステム１の構成例を模式的に示す図である。図５に示すように、熱間プレスシステム１は、金型２，３を用いてブランク材７を熱間プレス成形するプレス機１１と、プレス機１１を制御するプレス制御部１２と、インナーパッド２３，３３を冷却するインナーパッド冷却機構１３と、インナーパッド冷却機構１３を制御する冷却制御部１４とを含んで構成される。プレス機１１の金型２，３には、第１のプレス成形品８を製造する場合には第１の金型２が適用され、第２のプレス成形品９を製造する場合には第２の金型３が適用される。さらに、熱間プレスシステム１は、ブランク材７の金型２，３へのセットと成形されたプレス成形品８，９の金型からの取り出しを行うワーク搬送機構１５と、ワーク搬送機構１５を制御するワーク搬送制御部１６とを有していてもよい。

プレス機１１は、金型２，３を用いてブランク材７を熱間プレス成形できる構成であればよく、具体的な構成は特に限定されない。プレス機１１には、公知の各種プレス機が適用できる。ワーク搬送機構１５は、金型２，３へのブランク材７のセットおよびプレス成形品８，９の金型２，３からの取出しを行うことができればよく、具体的な構成は特に限定されない。例えば、ワーク搬送機構１５には、公知の各種搬送装置や搬送ロボットなどが適用できる。

インナーパッド冷却機構１３は、インナーパッド２３，３３の冷媒経路２３３，３３３と、ダイ２２，３２に設けられる冷媒噴射孔２２３，３２３と、冷媒経路２３３，３３３と冷媒噴射孔２２３，３２３に冷媒を供給する冷媒供給源１３１とを含んで構成される。本発明の実施形態では、冷媒として水や空気などの流体が適用できる。なお、冷媒の温度は常温（室温）でよいが、常温よりも低い温度に冷却された冷媒を用いてもよい。この場合には、インナーパッド冷却機構１３が、さらに冷媒を冷却する冷媒冷却機構を有する。本発明の実施形態では、冷却制御部１４は、冷媒の供給を制御することにより、インナーパッド２３，３３の冷却を制御する。例えば、冷却制御部１４は、インナーパッド２３，３３の冷媒経路２３３，３３３に冷媒を供給するタイミングと冷媒の流速と、ダイ２２，３２の冷媒噴射孔２２３，３２３から冷媒を噴射するタイミングおよび噴射する冷媒の量を制御する。

なお、インナーパッド冷却機構１３は、ダイ２２，３２に冷媒噴射孔２２３，３２３が設けられる構成に限定されない。ここで、インナーパッド冷却機構１３の他の構成例について説明する。図６は、インナーパッド冷却機構１３の他の構成例を模式的に示す図である。図６に示すように、インナーパッド冷却機構１３は、冷媒を噴射する冷媒噴射部として、ダイ２２，３２に設けられる冷媒噴射孔２２３，３２３に代えて、冷媒噴射ノズル１３２を有する。冷媒噴射ノズル１３２（冷媒噴射部）は、インナーパッド２３，３３に向けて冷媒を噴射できるように、金型２，３の近傍に設けられる。この場合、冷却制御部１４は、冷媒噴射ノズル１３２から冷媒を噴射するタイミングと噴射量とを制御する。なお、冷媒噴射ノズル１３２の具体的な構成は特に限定されるものではなく、公知の各種のノズルが適用できる。また、冷媒噴射ノズル１３２は、移動機構によって移動可能な可動式であってもよい。この場合、移動機構は、冷却制御部１４による制御にしたがって、インナーパッド２３，３３に冷媒を噴射する際には冷媒噴射ノズル１３２をインナーパッド２３，３３に接近させ、熱間プレス成形を行う際には金型２，３と干渉しないように冷媒噴射ノズル１３２を退避させる。このように、インナーパッド２３，３３に冷媒を噴射する冷媒噴射部が、金型２，３に設けられる構成であってもよく、金型２，３とは別に設けられる構成であってもよい。

プレス制御部１２と冷却制御部１４とワーク搬送制御部１６には、それぞれ、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭを含むコンピュータを有する装置が適用される。プレス制御部１２のコンピュータのＲＯＭには、プレス機を制御するためのコンピュータプログラムがあらかじめ格納されている。そして、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして用いて実行する。これにより、プレス機１１が制御される。冷却制御部１４とワーク搬送制御部１６についても同様である。そして、プレス制御部１２と冷却制御部１４とワーク搬送制御部１６のコンピュータが協働することにより、本発明の実施形態に係る熱間プレス法が実行される。

＜熱間プレス法＞
次に、本発明の実施形態に係る熱間プレス法について説明する。図７Ａ〜図７Ｅは、第１の金型２を用いた熱間プレス法を模式的に示す断面図である。図８Ａ〜８Ｅは、第２の金型３を用いた熱間プレス法を模式的に示す断面図である。

本発明の実施形態では、金型２，３にセットするタイミングでのブランク材７の温度を７００〜９５０℃の温度範囲、好ましくは約７５０℃とする。また、ブランク材７を金型２，３にセットするタイミングでの金型２，３の表面温度を１００℃以下とする。特に、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔは、前述のとおり１００℃を上限として前記数式（２）を充足する温度とする。これにより、熱間プレス成形時におけるブランク材７の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上にでき、所定の機械的強度を有するプレス成形品８，９を製造できる。

まず、第１の金型２を用いる場合について説明する。図７Ａに示すように、プレス成形の開始前のタイミングでは、インナーパッド２３が付勢機構２４によってパンチ頂部２１２から所定の寸法突出した状態に維持される。このため、熱間プレス成形の開始前のタイミングでは、第１の金型２にセットされたブランク材７のうち、第１のプレス成形品８の稜線部８２および縦壁部８３になる部分は、パンチ頂部２１２に接触しない状態に維持される。このため、熱間プレス成形の開始前にこの部分が温度低下することが防止または抑制される。

次いで、図７Ｂに示すように、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ２２をパンチ２１に接近させる。ダイ２２がパンチ２１に接近すると、ダイ肩Ｒ部２２２がブランク材７に接触する。ブランク材７のこの部分を「ダイ肩接触部７１」と称する。ただし、ダイ肩Ｒ部２２２がブランク材７のダイ肩接触部７１に接触した直後のタイミングでは、ブランク材７のインナーパッド肩Ｒ部２３２に接触している部分（この部分を、「インナーパッド肩接触部７２」と称する）とダイ肩接触部７１との間の部分（この部分を「非接触部７３」と称する）は、パンチ２１とダイ２２のいずれにも接触しない状態にある。このため、この非接触部７３の温度低下が防止または抑制される。そして、ブランク材７はインナーパッド２３によりパンチ頂部２１２よりもダイ２２に近い位置に支持される構成によって、ブランク材７のダイ肩接触部７１とインナーパッド肩接触部７２との距離を大きくし、非接触部７３の範囲、すなわち、温度の低下が防止または抑制される部分の範囲を大きくできる。

図７Ｃは、ダイ２２が下死点に位置しているタイミングを示す。図７Ｂに示すタイミングの状態からダイ２２がさらにパンチ２１に接近すると、図７Ｃに示すように、ブランク材７の非接触部７３がパンチ頂部２１２およびパンチ肩Ｒ部２１３に押し付けられる。また、ダイ２２のパンチ２１への接近に伴い、インナーパッド２３が押圧され、インナーパッド２３のパンチ頂部２１２からの突出寸法が小さくなっていく。ダイ２２が下死点に達すると、インナーパッド頂部２３１はパンチ頂部２１２と同じ高さとなり、パンチ頂部２１２の一部となる。そして、非接触部７３は、第１のプレス成形品８の稜線部８２および縦壁部８３となるとともに、パンチ頂部２１２およびパンチ肩Ｒ部２１３に接触することによって冷却されて焼き入れされる。なお、ブランク材７のダイ肩接触部７１はダイ肩Ｒ部２２２に接触することによって冷却されて焼き入れされ、インナーパッド肩接触部７２はパンチ肩Ｒ部２１３ではなくインナーパッド肩Ｒ部２３２およびその近傍に接触することによって冷却されて焼き入れされる。

このように、インナーパッド頂部２３１は、熱間プレス成形の開始時においては、パンチ頂部２１２からダイ２２に近い側に所定の寸法突出しており、ダイ２２がパンチ２１に接近するにともなってブランク材７を介してダイ２２に押圧されて突出寸法が小さくなり、ダイ２２が下死点に達するとパンチ頂部２１２の一部となる。そして、本発明の実施形態に係る熱間プレス法においては、ブランク材７をインナーパッド２３により支持しながら、ダイ２２をパンチ２１に接近させることによって第１のプレス成形品８を製造する。

次いで、図７Ｄに示すように、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ２２を上死点に移動させる。そして、ワーク搬送機構１５はワーク搬送制御部１６による制御にしたがって、製造された第１のプレス成形品８を第１の金型２から取り出す。その後、図７Ｅに示すように、プレス制御部１２は、プレス機１１を制御してダイ２２をパンチ２１に接近させ、その状態で冷却制御部１４は、ダイ２２に設けられる冷媒噴射孔２２３から冷媒を噴射してインナーパッド２３を冷却する。本発明の実施形態では、インナーパッド頂部２３１の表面温度Ｔが、１００℃を上限として前記数式（２）で示す温度になるまで冷却する。冷媒を噴射する際にダイ２２をインナーパッド２３に接近させる（上死点から下死点側に移動させる）ことによって、インナーパッド頂部２３１の表面における冷媒の流速を高め、インナーパッド頂部２３１が前記温度に冷却されるまでの時間を短縮できる。インナーパッド頂部２３１の冷却後、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ２２を上死点に移動させる。これにより、熱間プレス成形の１サイクルが完了する。

そして、ワーク搬送機構１５はワーク搬送制御部１６による制御にしたがい、待機時間Ａが５秒を下限として前記数式（３）を充足した場合に、次のブランク材７を第１の金型２にセットする。これにより、第１の金型２の表面温度が１００℃以下、特に、インナーパッド頂部２３１の表面温度Ｔが１００℃を上限として前記数式（２）で示す温度に冷却されている状態で、次のブランク材７が第１の金型２にセットされる。したがって、次のブランク材７を熱間プレス成形する際に、インナーパッド頂部２３１に接触している部分の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上とすることができ、所定の強度（ここでは１５００ＭＰａ以上）の強度を有する第１のプレス成形品８を製造できる。

次に、第２の金型３を用いる例について説明する。なお、第１の金型２を用いる方法と同じ方法については説明を省略する。図８Ａは図７Ａに対応し、熱間プレス成形の開始前のタイミングであって、ブランク材７が第２の金型３にセットされた状態を示す。図８Ａに示すように、熱間プレス成形の開始前のタイミングでは、インナーパッド３３は付勢機構３４によってパンチ低頂部３１７からダイ３２の側に向かって所定の寸法突出する状態に維持される。このため、熱間プレス成形の開始前のタイミングでは、第２の金型３にセットされたブランク材７のうち、第２のプレス成形品９の稜線部９２となる部分と縦壁部９３となる部分（特に、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３に近接する部分）は、パンチ低頂部３１７に接触しない状態に維持され、熱間プレス成形の開始前での温度低下が防止または抑制される。

図８Ｂに示すように、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ３２をパンチ３１に接近させる。ダイ３２がパンチ３１に接近すると、ダイ肩Ｒ部３２２がブランク材７の所定の部分（ダイ肩接触部７１）に接触する。図示するように，ブランク材７は下死点に到達する前にインナパット頂部３３１とダイ３２によって押えこまれる。そのため，パンチ高頂部３１６に位置するブランク材を下死点に到達する前にパンチ低頂部３１７に引き込むことができる。これにより，下死点近傍において天板低部９１２の稜線部９２と縦壁部９３に成形されるブランク材に生じるプレス方向Ｐに直角方向の張力（紙面左右方向の張力）を低減することが可能になる。

図８Ｃはダイ３２が下死点に位置しているタイミングを示す。図８Ｂに示すタイミングの状態からダイ３２がさらにパンチ３１に接近し、図８Ｃに示すように、ダイ３２が下死点に達すると、インナーパッド頂部３３１はパンチ低頂部３１７と同じ高さとなり、パンチ低頂部３１７の一部となる。

図８Ｄは図７Ｄに対応する図である。図８Ｄに示すように、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ３２を上死点に移動させる。そして、ワーク搬送機構１５はワーク搬送制御部１６による制御にしたがい、製造された第２のプレス成形品９を第２の金型３から取り出す。

その後、図８Ｅ（図８Ｅは図７Ｅに対応する図である）に示すように、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ３２をパンチ３１に接近させ（上死点から下死点側に移動させ）、その状態で、冷却制御部１４はダイ３２に設けられる冷媒噴射孔３２３から冷媒を噴射してインナーパッド３３を冷却する。冷却温度は、第１の金型２を用いる場合と同じである。インナーパッド３３の冷却後、プレス制御部１２はプレス機１１を制御してダイ３２を上死点に移動させる。これにより、熱間プレス成形の１サイクルが完了する。

そして、熱間プレス成形のサイクルの完了後、次の熱間プレス成形のサイクルを実行する。なお、待機時間Ａは、第１の金型２を用いる場合と同じである。このような方法によれば、第１の金型２を用いる場合と同様の効果を奏する。

＜インナーパッドによる割れの抑制＞
次に、インナーパッド２３，３３によるプレス成形品８，９の割れの抑制の機能について、インナーパッド２３，３３を有さない比較例の金型５，６を用いる例と対比して説明する。第１のプレス成形品８のようなハット型に形成され、かつ、曲部８４を有する形状においては、曲部８４の外周側の縦壁部８３において割れが発生しやすい。また、第２のプレス成形品９のような、ハット型の天板部９１に天板段差部９１３が設けられる形状であると、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３に近接する部分において割れが発生しやすい。これらの部分は、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の特徴を有する。
（ｉ） 熱間プレス成形中に、プレス方向Ｐのみならず、プレス方向Ｐに直交する方向に張力が掛かる。
（ｉｉ） 金型２，３に接触しないため高温に維持される。
（ｉｉｉ） 金型２，３のダイ肩Ｒ部２２２とパンチ肩Ｒ部２１３に挟まれる。

そして、第１のプレス成形品８においては、曲部８４の外周側の縦壁部８３に、熱間プレス成形時にひずみが集中する。また、第２のプレス成形品９においては、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３（天板部９１の高さが変わる部分）に近接する部分に、熱間プレス成形時にひずみが集中する。このため、これらの部分においては板厚減少率が高くなり、割れが発生しやすい。そこで、本発明の実施形態に係る熱間プレス法では、インナーパッド２３，３３を用いることにより、ブランク材７のうち、曲部８４の外周側の縦壁部８３となる部分や、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３に近接する部分となる部分において、温度低下が防止または抑制される範囲を拡大する。これにより、ひずみの局所的な集中を抑制して割れの発生を防止または抑制する。

図９は、第１の比較例の金型５の構成例を模式的に示す断面図であり、インナーパッド２３を有さない金型の構成例を示す。なお、第１の金型２と共通の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。図９に示すように、第１の比較例の金型５のパンチ５１にはインナーパッド２３が設けられず、ダイ５２には冷媒噴射孔２２３が設けられない。それ以外は、第１の金型２と同じ構成が適用される。

インナーパッド２３を有さない第１の比較例の金型５を用いて第１のプレス成形品８を製造すると、ブランク材７はパンチ頂部２１２に支持された状態で熱間プレス成形されることになる。そして、ブランク材７のダイ肩接触部７１はダイ肩Ｒ部２２２に接触することによって冷却され、パンチ肩接触部７４（ブランク材７のうちのパンチ肩Ｒ部２１３に接触する部分をいう）はパンチ肩Ｒ部２１３に接触することによって冷却される。このような構成であると、ダイ肩接触部７１とパンチ肩接触部７４との間の非接触部７３は、インナーパッド２３を有する第１の金型２を用いる方法と比較して範囲が狭い。すなわち、温度低下が抑制される部分の範囲が狭い。そして、この小さい範囲にひずみが集中するため、板厚減少率が高くなり割れが発生しやすい。さらに、第１のプレス成形品８に曲部８４が設けられる構成であると、縦壁部８３の曲部８４に位置する部分へのひずみの集中が顕著に発生する。これは、稜線部８２がプレス方向視において曲がっていると、熱間プレス成形時においてブランク材７の流れが不均一になるためである。

これに対して、図７Ｂに示すように、本発明の実施形態では、インナーパッド２３を有する第１の金型２を用い、ブランク材７のうちの天板部８１になる部分を、インナーパッド２３によってパンチ頂部２１２からダイ２２の側に所定の寸法突出した位置に支持する。この状態では、プレス方向視において、ダイ肩Ｒ部２２２とインナーパッド肩Ｒ部２３２との距離は、ダイ肩Ｒ部２２２とパンチ肩Ｒ部２１３との距離よりも大きい。このような構成であると、第１の比較例の金型５を用いる方法に比較して、非接触部７３の範囲を大きくできる。

そしてこの状態を維持しながら、パンチ２１とダイ２２とを相対的に接近させて型締めすることにより、第１のプレス成形品８を製造する。この際、ブランク材７のダイ肩接触部７１はダイ肩Ｒ部２２２と接触することにより冷却され、インナーパッド肩接触部７２はパンチ肩Ｒ部２１３ではなくインナーパッド肩Ｒ部２３２に接触することにより冷却される。このような構成によれば、非接触部７３（すなわち、温度の低下が防止または抑制される部分）の範囲を大きくできるから、ブランク材７のうちの曲部８４になる部分において、熱間プレス成形時にひずみの集中が抑制される。このため、板厚減少率が軽減され、割れの発生が抑制される。

図１０Ａと図１０Ｂは、第１のプレス成形品８を製造した場合の板厚減少率の数値解析によるコンター図である。それぞれ、図１０Ａは第１の金型２を用いた場合を示し、図１０Ｂは第１の比較例の金型５を用いた場合を示す。また、図中の四角で囲んだ数値は、板厚減少率を示す。図１０Ｃと図１０Ｄは、第１のプレス成形品８を製造した場合の各部の温度の数値解析によるコンター図である。それぞれ、図１０Ｃは第１の金型２を用いた場合を示し、図１０Ｄは第１の比較例の金型５を用いた場合を示す。図１０Ｃと図１０Ｄにおいて、黒ベタ塗の領域は、ダイ２２が下死点よりも１０ｍｍ上方に位置する状態での温度が６５０℃以上の領域を示す。

図１０Ａと図１０Ｂ、および図１０Ｃと図１０Ｄとを対比すると明らかなように、熱間プレス成形により第１のプレス成形品８を製造する場合には、第１の金型２を用いる方法によれば、第１の比較例の金型５を用いる方法に比較して、縦壁部８３のうちの曲部８４に位置する部分において、温度低下が抑制される部分の範囲を拡大できる。このように、ひずみの局所的な集中を緩和して板厚減少率を抑制でき、縦壁部８３の曲部８４における割れの発生を防止または抑制できる。

なお、本発明の実施形態では、第１のプレス成形品８がプレス方向視において曲がっている曲部８４を有し、この曲部８４において割れの発生を防止または抑制する方法を示すが、このような形状以外のプレス成形品であっても、割れの発生の防止または抑制が可能である。例えば、本発明の実施形態に係る熱間プレス法は、プレス方向視において、円形、楕円形、多角形といった環状の稜線部を有するプレス成形品の製造にも適用可能であり、これらの形状のプレス成形品においても割れの発生を防止または抑制できる。

図１１は、第２の比較例の金型６の構成例を模式的に示す図であり、インナーパッド３３を有さない金型の例を示す。図１１に示すように、第２の比較例の金型６のパンチ６１にはインナーパッド３３が設けられず、ダイ６２には冷媒噴射孔３２３が設けられない。

図１１に示すように、第２の比較例の金型６を用いて第２のプレス成形品９を製造すると、パンチ高頂部３１６がパンチ低頂部３１７よりも先にブランク材７に接触し、天板高部９１１が天板低部９１２よりも先に成形される。そして、熱間プレス成形が進行してパンチ低頂部３１７がブランク材７に接触するタイミングでは、ブランク材７は成形されたパンチ高頂部３１６により拘束されている。このため、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３に近接する部分に材料の流入が不足し、紙面左右方向に張力が発生するため，この部分において割れが発生しやすくなる。

本発明の実施形態では、インナーパッド３３を有する第２の金型３を用いることにより、縦壁部９３になる部分（特に、天板段差部９１３に近接する部分）において、温度の低下が防止または抑制される部分の範囲を拡大する。これにより、局所的なひずみの集中を緩和して、割れの発生を防止または抑制できる。さらに、図８Ａに示すように、ブランク材７のうちの天板部９１になる部分と天板段差部９１３になる部分およびその近傍を、インナーパッド３３により支持しながら熱間プレス成形を行う。これにより、ブランク材７のうち、パンチ高頂部３１６の上側に位置している部分と、パンチ低頂部３１７の上側に位置している部分とが、略同時に天板高部９１１と天板低部９１２とに成形される。このため、熱間プレス成形時において、非接触部７３に生じる紙面左右方向の張力を小さくできる。

そして、インナーパッド３３によるブランク材７に生じる前記張力を小さくする作用と、ブランク材７の非接触部７３の範囲を拡大する作用とによって、成形性が大幅に向上する。このように、天板高部９１１と天板低部９１２とが設けられた第２のプレス成形品９を製造する際に、インナーパッド３３を有する第２の金型３を用いることにより、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３に近接する部分（天板低部９１２に連続する縦壁部９３）において、プレス方向Ｐに直角な方向へ張力が掛かることによる割れの発生を防止または抑制できる。

図１２Ａと図１２Ｂは、第２のプレス成形品９を製造した場合の板厚減少率の数値解析によるコンター図である。図中の四角で囲んだ数値は、板厚減少率を示す。それぞれ、図１２Ａは第２の金型３を用いた場合を示し、図１２Ｂは第２の比較例の金型６を用いた場合を示す。図１２Ｃと図１２Ｄは、第２のプレス成形品９を製造した場合の、ダイ３２が下死点よりも４ｍｍ上方に位置する状態で温度が６５０℃以下の領域を示す図である。それぞれ、図１２Ｃは第２の金型３を用いた場合を示し、図１２Ｄは第２の比較例の金型６を用いた場合を示す。なお、黒ベタ塗の領域が、温度が６５０℃以下の領域を示す。

図１２Ａと図１２Ｂ、および図１２Ｃと図１２Ｄとを対比すると明らかなように、第２の金型３を用いると、第２の比較例の金型６を用いる場合に比較して、ブランク材７の非接触部７３の範囲を拡大でき、これにより、ひずみの局所的な集中を緩和して板厚減少率の上昇を抑制できる。したがって、縦壁部９３のうちの天板段差部９１３に近接する部分における割れの発生を防止または抑制できる。

＜実施例＞
次に、実施例について説明する。本発明の実施例では、引張強度の目標を１５００ＭＰａとしてプレス成形品を製造し、次の（１）（２）について測定した。（１）金型２，３にブランク材７をセットするタイミングにおけるインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔと、製造されたプレス成形品８，９のインナーパッド頂部２３１，３３１に接触した部分の機械的強度。（２）待機時間Ａ（プレス成形品８，９を金型２，３から取り出してから次のブランク材７をセットするまでの時間）とインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔとの関係。

測定条件は次のとおりである。ブランク材７とインナーパッド２３，３３の接触面積は５０００ｍｍ^２である。インナーパッド２３，３３のプレス方向寸法ｈは１００ｍｍである。インナーパッド２３，３３は工具鋼であり、熱伝導率λは３０Ｗ／ｍＫ、比熱Ｃは４．３Ｊ／ｇ・Ｋである。インナーパッド２３，３３の内部における冷媒経路２３３，３３３の体積比率Ｗは０．０２である。インナーパッド２３，３３の表面から冷媒経路２３３，３３３までの深さは２０ｍｍである。ブランク材７として、炭素量が質量％で０．１１％で厚さｔが２．３ｍｍの炭素鋼の板材を用いた。ブランク材７を金型２，３にセットした時点でのブランク材７の温度は７５０℃とした。冷媒として水を用いた。冷媒経路中２３３，３３３中の冷媒の流速は１ｍ／ｓとした。

図１３は、金型２，３にブランク材７をセットするタイミングにおけるインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔと、製造されたプレス成形品８，９のインナーパッド頂部２３１，３３１に接触した部分の機械的強度の関係を示すグラフである。なお、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔは、前記数式（２）を用いて計算した値である。図１３に示すように、金型２，３にブランク材７をセットするタイミングにおいて、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔが１００℃以下であると、熱間プレス成形時においてインナーパッド頂部２３１，３３１に接触した部分の引張強度は１５００ＭＰａ以上となることが確認された。特に、１００℃近傍において急激に引張強度が高くなったことから、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔの上限を１００℃として前記数式（２）を充足することが好ましいことが確認された。

図１４は、待機時間Ａ（プレス成形品８，９を金型２，３から取り出してから次のブランク材７をセットするまでの時間）とインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔとの関係を示すグラフである。なお、この待機時間Ａは、前記数式（３）を用いて計算した値である。図１４に示すように、待機時間Ａが長くなるにしたがって、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔが低くなっていく。そして、待機時間Ａが５秒を超える範囲では、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔはほとんど低下しなくなる。このように、待機時間Ａは、５秒を下限として前記数式（３）を充足することが好ましいことが確認された。

図１５は、インナーパッド２３，３３のプレス方向寸法ｈとインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔとの関係を示すグラフである。なお、測定条件は、上記条件と同じである。また、このプレス方向寸法ｈの値は、前記数式（１）を用いて計算した値である。インナーパッド２３，３３のプレス方向寸法ｈが大きくなるにしたがって、インナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔは低くなっていく。そして、インナーパッド２３，３３のプレス方向寸法ｈが１００ｍｍ以上の範囲では、プレス方向寸法ｈが大きくなってもインナーパッド頂部２３１，３３１の表面温度Ｔはほとんど低下しなくなる。このように、インナーパッド２３，３３のプレス方向寸法ｈは、１００ｍｍを下限として前記数式（１）を充足することが好ましいことが確認された。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明した。しかしながら、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。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更して実施できる。

本発明は、熱間プレス法と、熱間プレス法を実行する熱間プレスシステムに関連する産業に利用可能である。

Claims (10)

1. 上型と下型と、前記下型に移動可能に収容されて前記上型に向けて突出する状態に付勢されるインナーパッドと、を有する金型を用い、ブランク材を熱間プレスしてプレス成形品を製造する熱間プレス法であって、
   前記インナーパッドの内部には冷媒の経路が設けられており、
   前記冷媒の経路に冷媒を流すことによって、プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドの表面温度を、１００℃を上限として次の数式を充足する温度に冷却することを特徴とする熱間プレス法。
   
   Ｔ ≦ １００×（２．３／ｔ）×（ｈ／１００）×（λ／３０）×（Ｗ／２）×Ｓ
   
   ここで、
   
   Ｔ：インナーパッドの表面温度（℃）
   ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
   ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
   λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
   Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
   Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   
2. プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの時間を、５秒を下限として次の数式を充足する時間とすることを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス法。
   
   Ａ ≧ ５×（ｔ／２．３）×（１００／ｈ）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／ｓ）
   
   ここで、
   
   Ａ：プレス成形品を金型から取り出して次のブランク材を金型にセットするまでの時間（ｓｅｃ）
   ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
   ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
   λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
   Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
   Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   
3. 前記インナーパッドのプレス方向寸法は、１００ｍｍを下限として次の数式を充足することを特徴とする請求項１または２に記載の熱間プレス法。
   
   ｈ≧１００×（ｔ／２．３）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／Ｓ）
   
   ここで、
   
   ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
   ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
   λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
   Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
   Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   
4. プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドに流体の冷媒を噴射して前記インナーパッドを冷却することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱間プレス法。
5. 前記上型には、前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射できる冷媒噴射孔が設けられており、
   プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記上型を前記下型に接近させ、前記冷媒噴射孔から前記下型に設けられる前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射することにより、前記インナーパッドを冷却することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱間プレス法。
6. 上型と下型と、前記下型に移動可能に収容されて前記上型に向けて突出する状態に付勢され内部に冷媒の経路が設けられたインナーパッドと、を有する金型を用いてブランク材を熱間プレスするプレス機と、
   前記インナーパッドを冷却する冷媒の供給を制御する冷却制御部と、
   を有し、
   前記冷却制御部は、前記冷媒の経路に冷媒を流すことによって、プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドの表面温度を、１００℃を上限として次の数式を充足する温度に冷却することを特徴とする熱間プレスシステム。
   
   Ｔ ≦ １００×（２．３／ｔ）×（ｈ／１００）×（λ／３０）×（Ｗ／２）×Ｓ
   
   ここで、
   
   Ｔ：インナーパッドの表面温度（℃）
   ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
   ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
   λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
   Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
   Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   
7. プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの時間を、５秒を下限として次の数式を充足する時間とすることを特徴とする請求項６に記載の熱間プレスシステム。
   
   Ａ ≧ ５×（ｔ／２．３）×（１００／ｈ）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／ｓ）
   
   ここで、
   
   Ａ：プレス成形品を金型から取り出して次のブランク材を金型にセットするまでの時間（ｓｅｃ）
   ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
   ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
   λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
   Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
   Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   
8. 前記インナーパッドのプレス方向寸法は、１００ｍｍを下限として次の数式を充足することを特徴とする請求項６または７に記載の熱間プレスシステム。
   
   ｈ ≧ １００×（ｔ／２．３）×（３０／λ）×（２／Ｗ）×（１／Ｓ）
   
   ここで、
   
   ｈ：インナーパッドのプレス方向寸法（ｍｍ）
   ｔ：ブランク材の厚さ（ｍｍ）
   λ：インナーパッドの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
   Ｗ：インナーパッドの内部における冷媒経路の体積比率（ｍｍ^３／ｍｍ^３）
   Ｓ：冷媒経路中の冷媒の流速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   
9. 前記インナーパッドに冷媒を噴射する冷媒噴射部をさらに有し、
   前記冷媒噴射部は、プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記インナーパッドに流体の冷媒を噴射して前記インナーパッドを冷却することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の熱間プレスシステム。
10. 前記上型には、前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射できる冷媒噴射孔が設けられており、
    プレス成形品を前記金型から取り出して次のブランク材を前記金型にセットするまでの間に、前記プレス機が前記上型を前記下型に接近させ、前記冷却制御部が前記冷媒噴射孔から前記下型に設けられる前記インナーパッドに向けて冷媒を噴射させることにより、前記インナーパッドを冷却することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の熱間プレスシステム。

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