特許 6972405 熱間プレス成型用金型および熱間プレス成型用金型の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6972405

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】熱間プレス成型用金型および熱間プレス成型用金型の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 37/16 20060101AFI20211111BHJP

   F16J 13/00 20060101ALI20211111BHJP

   B21D 37/20 20060101ALI20211111BHJP

   B21D 24/00 20060101ALI20211111BHJP

   B21D 39/00 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   B21D37/16

   F16J13/00

   B21D37/20 Z

   B21D24/00 M

   B21D39/00 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2021-32312(P2021-32312)

(22)【出願日】2021年3月2日

【審査請求日】2021年3月2日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591214527

【氏名又は名称】株式会社ジーテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 賢一

(72)【発明者】

【氏名】横田 明弘

(72)【発明者】

【氏名】糸井 宏樹

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０２０−１７５４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９４９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０８６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１１７９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０３４４１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 欧州特許出願公開第０３１６３１４３（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０３６８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１８１６１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｄ ３７／１６

Ｆ１６Ｊ １３／００

Ｂ２１Ｄ ３７／２０

Ｂ２１Ｄ ２２／２０ − ２４／００

Ｂ２１Ｄ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱間プレス成型用の金型材料によって形成された金型本体と、
前記金型本体の内部に形成された冷媒通路を有する冷却構造とを備え、
前記冷媒通路は、前記金型本体の外面に開口する通路孔を含み、
前記通路孔の前記外面に開口する開口部は、栓部材によって閉塞され、
前記栓部材は、前記金型本体より熱膨張率が大きい材料によって形成されているとともに前記開口部に圧入状態で嵌合するピンによって形成され、熱処理を施すことで前記金型本体と拡散接合されたものであることを特徴とする熱間プレス成型用金型。

【請求項2】

前記栓部材は銅、純銅、銅合金、テルル銅、タフピッチ銅のいずれかであり、金型本体は機械構造用炭素鋼またはホットプレス金型用鋼である、請求項１の熱間プレス成型用金型。

【請求項3】

成型面を有しかつ前記熱間プレス成型用の金型材料によって形成された金型本体と、前記金型本体の内部に形成された冷媒通路を有する冷却構造とを備え、
前記冷媒通路は、前記金型本体の外面に開口する通路孔を含み、
前記通路孔の前記外面に開口する開口部は、栓部材によって閉塞され、
前記栓部材は、前記開口部に圧入状態で嵌合するピンによって形成され、
前記成型面には金型部品が突出し、
前記通路孔は、
前記成型面の近傍で前記成型面に沿って金型本体の一方の側面から金型部品の近傍まで延びる第１の通路孔と、
前記金型本体の前記成型面とは反対側の底面から前記成型面に向けて延びる非貫通孔からなる第２の通路孔と、
前記金型本体の前記一方の側面から前記金型部品と前記金型本体の前記底面との間を通って前記第２の通路孔に接続される第３の通路孔とを含み、
前記第１の通路孔と前記第２の通路孔が交差し、
前記第２の通路孔と前記第３の通路孔が交差し、
前記栓部材は、先端が前記他の通路孔と隣り合うように形成され、
前記第２の通路孔から前記第３の通路孔の空洞部分に至る断面Ｌ字状の通路が形成されている、請求項１の熱間プレス成型用金型。

【請求項4】

請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の熱間プレス成型用金型の製造方法であって、 前記栓部材は、前記金型本体より熱膨張率が大きい材料によって形成され、
前記金型本体に前記通路孔を穿設するステップと、
前記通路孔の前記開口部に前記栓部材を圧入して嵌合させるステップと、
前記栓部材を前記通路孔に圧入した後に前記金型本体に熱処理を施すことで前記金型本体と拡散接合するステップとによって実施することを特徴とする熱間プレス成型用金型の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒が流れる通路孔の開口部に栓部材を備えた熱間プレス成型用金型およびこの熱間プレス成型用金型の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の熱間プレス成型用金型としては、例えば図６に示すように構成されたものがある。図６に示す従来の熱間プレス成型用金型１は、成型面２を有する金型本体３と、この金型本体３を冷却するための冷却構造４とを備えている。金型本体３は、熱間プレス成型用の金型材料によって所定の形状に形成されている。

【0003】

冷却構造４は、金型本体３の内部に形成された冷媒通路５を有し、この冷媒通路５に冷媒を流すように構成されている。冷媒通路５は、金型本体３に形成された複数の通路孔５ａ〜５ｅによって形成されている。通路孔５ａ〜５ｅは、例えばドリルによって形成され、金型本体３の外面に開口している。通路孔５ｂ〜５ｄの開口部は、栓部材６によって閉塞されている。
栓部材６は、例えば特許文献１に記載されているように、スクリュープラグによって構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２３６３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

通路孔の開口部を閉塞するためにスクリュープラグを用いる従来の熱間プレス成型用金型では、以下の二つの問題があった。
第１の問題点は、製造するにあたり工数が多くなるという問題である。この理由は、スクリュープラグがねじ込まれるねじ穴（テーパータップ）を形成するタップ加工を全ての通路孔について行わなければならないからである。
第２の問題点は、スクリュープラグのねじ込み部から冷媒が漏洩するおそれがあるということである。このため、通路孔にねじ込まれているスクリュープラグを再度ねじ込み、確実に締結されているか否かを確認する必要がある。また、冷媒が漏洩した場合は、スクリュープラグを取り外してシールを交換する必要があるが、スクリュープラグが通路孔に固着して容易に外すことができないことがあり、作業が面倒になる。

【0006】

本発明の目的は、金型本体の通路孔を栓部材で簡単にかつ確実に閉塞することが可能な熱間プレス成型用金型および熱間プレス成型用金型の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的を達成するために本発明に係る熱間プレス成型用金型は、熱間プレス成型用の金型材料によって形成された金型本体と、前記金型本体の内部に形成された冷媒通路を有する冷却構造とを備え、前記冷媒通路は、前記金型本体の外面に開口する通路孔を含み、前記通路孔の前記外面に開口する開口部は、栓部材によって閉塞され、前記栓部材は、前記開口部に圧入状態で嵌合するピンによって形成されているものである。

【0008】

本発明は、前記熱間プレス成型用金型において、前記通路孔は、前記金型本体の内部で他の通路孔と交差し、前記栓部材は、先端が前記他の通路孔と隣り合うように形成されていてもよい。

【0009】

本発明は、前記熱間プレス成型用金型において、前記栓部材は、前記金型本体より熱膨張率が大きい材料によって形成されていてもよい。

【0010】

本発明に係る熱間プレス成型用金型の製造方法は、前記熱間プレス成型用金型の製造方法であって、前記金型本体に前記通路孔を穿設するステップと、前記通路孔の前記開口部に前記栓部材を圧入して嵌合させるステップと、前記栓部材を前記通路孔に圧入した後に前記金型本体に熱処理を施すステップとによって実施する方法である。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る熱間プレス成型用金型においては、通路孔の開口部にタップ加工が不要になる。栓部材は、圧入によって通路孔に簡単に取付けることができる。したがって、金型本体の通路孔を栓部材で簡単にかつ確実に閉塞することが可能な熱間プレス成型用金型を提供することができる。

【0012】

本発明に係る熱間プレス成型用金型の製造方法においては、金型本体に圧接している栓部材が熱処理を施すステップで金型本体とともに加熱される。すなわち、このステップで金型本体と栓部材との接触部において原子が拡散可能になる。
したがって、この発明によれば、いわゆる拡散接合の原理で栓部材と金型本体との間の漏洩経路が遮断されるようになるから、通路孔を栓部材で簡単かつ確実に閉塞することが可能な熱間プレス成型用金型の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明に係る熱間プレス成型用金型の断面図である。

【図2】図２は、栓部材の斜視図である。

【図3】図３は、熱間プレス成型用金型の製造方法を説明するための断面図である。

【図4】図４は、通路孔どうしの間隔を説明するための正面図である。

【図5】図５は、熱間プレス成型用金型の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図6】図６は、従来の熱間プレス成型用金型の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る熱間プレス成型用金型および熱間プレス成型用金型の製造方法の一実施の形態を図１〜図５を参照して詳細に説明する。
［熱間プレス成型用金型の説明］
図１に示す熱間プレス成型用金型１１は、金型本体１２と、この金型本体１２に設けられた金型部品１３および冷却構造１４などによって構成されている。金型本体１２は、熱間プレス成型用の金型材料によって形成されている。この金型材料としては、例えば機械構造用炭素鋼やホットプレス金型用鋼などを用いることができる。

【0015】

金型本体１２の表面（図１において上側の面）には成型面１５が形成されている。成型面１５は、加熱された金属板材（図示せず）を他の金型（図示せず）と協働して挟んで成型品となるように成型する。なお、金型本体１２の成型面１５を含む外面は、後述する冷却構造１４が実現された状態で熱処理が施されて焼き入れされている。この金型本体１２によって成型する金属板材は、例えば自動車車体部品用の金属板材を用いることができる。

【0016】

成型面１５には金型部品１３が突出している。金型部品１３としては、例えばパイロットピンが挙げられる。
冷却構造１４は、金型本体１２の内部に形成された第１〜第５の通路孔２１〜２５からなる冷媒通路２６と、第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａを閉塞する第１〜第３の栓部材３１〜３３などによって構成されている。
冷媒通路２６は、液状の冷媒（図示せず）あるいは気体からなる冷媒が流される通路で、第１〜第５の通路孔２１〜２５を組み合わせて一つの通路となるように形成されている。液状の冷媒としては、水や、薬剤を含む冷却液などを用いることができる。

【0017】

第１〜第５の通路孔２１〜２５は、金型本体１２の外から例えばドリルによって形成されており、金型本体１２の内部で他の通路孔と交差している。第１の通路孔２１と第５の通路孔２５は、成型面１５の近傍で成型面１５に沿って金型本体１２の側面１２ａ，１２ｂから金型部品１３の近傍まで延びている。第２の通路孔２２は、金型本体１２の成型面１５とは反対側に位置する底面１２ｃから第１の通路孔２１の先端部を横切るように形成されている。第４の通路孔２４は、金型本体１２の底面１２ｃから第５の通路孔２５の先端部を横切るように形成されている。第３の通路孔２３は、金型本体１２の一方の側面１２ａから第２の通路孔２２と第４の通路孔２４とを横切るように形成されている。

【0018】

第１〜第５の通路孔２１〜２５のうち、第１の通路孔２１と第５の通路孔２５とを除く他の通路孔、すなわち第２〜第４の通路孔２２〜２４は、金型本体１２の外面(側面１２ａ、１２ｂ、底面１２ｃ）に開口する開口部２２ａ〜２４ａが第１〜第３の栓部材３１〜３３によって閉塞されている。このため、これらの第１〜第５の通路孔２１〜２５からなる冷媒通路２６は、第１の通路孔２１が冷媒入口となり、第５の通路孔２５が冷媒出口となるように形成されている。

【0019】

第１〜第３の栓部材３１〜３３は、図２に示すように円柱状のピンによって形成され、第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａにそれぞれ圧入状態で嵌合している。第１〜第３の栓部材３１〜３３の外径は、第２〜第４の通路孔２２〜２４の孔径と同じか僅かに小さい。この実施の形態による第１〜第３の栓部材３１〜３３は、銅材料によって形成されている。ここでいう銅材料とは、純銅と銅合金とを含む。銅材料の熱膨張率は、金型本体１２を形成する金型材料の熱膨張率より大きい。第１〜第３の栓部材３１〜３３を銅合金によって形成する場合は、テルル銅やタフピッチ銅を用いることが好ましい。なお、第１〜第３の栓部材３１〜３３を形成する材料は、銅材料に限定されることはなく、熱間ダイス鋼や、金型本体１２と同一の材料でもよい。

【0020】

第３の通路孔２３の開口部２３ａを閉塞する第１の栓部材３１は、先端が第２の通路孔２２と隣り合うように形成されている。この実施の形態においては、第１の栓部材３１の先端が第２の通路孔２２の孔壁面に連なるように構成されている。このため、第１の栓部材３１の先端が実質的に第２の通路孔２２の延長部となり、第２の通路孔２２から第３の通路孔２３の空洞部分に至る断面Ｌ字状の通路が形成される。

【0021】

第２の通路孔２２の開口部２２ａを閉塞する第２の栓部材３２は、先端が第３の通路孔２３と隣り合うように形成されている。この実施の形態においては、第２の栓部材の先端が第３の通路孔２３の孔壁面に連なるように構成されている。
第４の通路孔２４の開口部２４ａを閉塞する第３の栓部材３３は、先端が第３の通路孔２３と隣り合うように形成されている。この実施の形態においては、第３の栓部材３３の先端が第３の通路孔２３の孔壁面に連なるように構成されている。

【0022】

第１〜第５の通路孔２１〜２５は、図１の紙面と直交する方向に所定の間隔をおいて並ぶ複数の位置にそれぞれ形成されている。互いに隣り合う二つの第１の通路孔２１，２１の間隔ｄ（図４参照）は、３ｍｍ〜１０ｍｍで、好ましくは３ｍｍである。なお、間隔ｄが３ｍｍ未満であると、金型としての強度が足りなくなる。図４中に二点鎖線で示す二つの円は、第１〜第３の栓部材３１〜３３の代わりにスクリュープラグ（図示せず）を使用する場合のテーパータップの開口形状を示している。スクリュープラグを使う場合は、第１の通路孔２１より径が大きいテーパータップを形成しなければならないために、第１の通路孔２１どうしの間隔が間隔ｄより大きくなる。言い換えれば、この実施の形態を採ることにより、スクリュープラグを使用する場合と較べて、冷媒通路２６どうしを近接させることができ、冷却効率を高くすることが可能になる。

【0023】

［熱間プレス成型用金型の製造方法の説明］
次に、図５に示すフローチャートを参照してこの実施の形態による熱間プレス成型用金型の製造方法を説明する。
図１に示す熱間プレス成型用金型１１を製造するためには、先ず、図５の通路孔穿設ステップＳ１を実施する。この通路孔穿設ステップＳ１は、図３（Ａ）〜（Ｆ）に示すように行う。すなわち先ず、図３（Ａ）に示すように、金型本体１２を形成し、この金型本体１２に成型面１５を形成する。

【0024】

次に、図３（Ｂ）に示すように、金型本体１２に成型面１５から突出する金型部品１３を取付けるための場所（座面１３ａ）を形成する。
その後、図３（Ｃ）に示すように、金型本体１２の底面１２ｃが上方を指向するように金型本体１２の姿勢を変える。そして、金型本体１２の成型面１５とは反対側の底面１２ｃから成型面１５に向けて非貫通孔からなる第２の通路孔２２と第４の通路孔２４を座面１３ａがこれらの第２および第４の通路孔２２，２４によって挟まれるように形成する。

【0025】

次に、図３（Ｄ）に示すように、成型面１５が上方を指向するように金型本体１２の姿勢を変えた状態で、金型本体１２の一方の側面１２ａ｛図３（Ｄ）においては左側の側面｝から非貫通孔からなる第１の通路孔２１を形成する。第１の通路孔２１は、成型面１５の近傍で金型本体１２の一方の側面１２ａから成型面１５に沿って延びて第２の通路孔２２の先端部に接続されるように形成する。その後、図３（Ｅ）に示すように、第１の通路孔２１と金型本体１２の底面１２ｃとの間に非貫通孔からなる第３の通路孔２３を形成する。第３の通路孔２３は、金型本体１２の一方の側面１２ａから座面１３ａと金型本体１２の底面１２ｃとの間を通って第２の通路孔２２と第４の通路孔２４とに接続されるように形成する。

【0026】

第３の通路孔２３を形成した後、図３（Ｆ）に示すように、金型本体１２の他方の側面１２ｂから非貫通孔からなる第５の通路孔２５を形成する。第５の通路孔２５は、成型面１５の近傍で金型本体１２の他方の側面１２ｂから成型面１５に沿って延びて第４の通路孔２４の先端部に接続されるように形成する。
第１〜第５の通路孔２１〜２５を形成した後、圧入嵌合ステップＳ２を実施する。圧入嵌合ステップＳ２においては、第２、第４の通路孔２２，２４の開口部２２ａ，２４ａおよび第３の通路孔２３の開口部２３ａに図１に示すように第１〜第３の栓部材３１〜３３を打ち込んで圧入する。第１〜第３の栓部材３１〜３３が開口部２２ａ〜２４ａに打ち込まれることにより、第１〜第３の栓部材３１〜３３の外周面の全域が第２〜第４の通路孔２２〜２４の孔壁面に密着し、第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａが閉塞される。

【0027】

このように第１〜第３の栓部材３１〜３３が第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａに圧入されることにより、第１の通路孔２１から第２の通路孔２２と、第３の通路孔２３と、第４の通路孔２４とを経て第５の通路孔２５に至る一つの冷媒通路２６が形成される。
第１〜第３の栓部材３１〜３３を圧入した後、熱処理ステップＳ３を実施する。熱処理ステップＳ３は、図３（Ｇ）に示すように、金型本体１２を加熱炉４１に挿入し、所定の温度に加熱して行う。この熱処理を行う際の温度は、たとえば１０２０℃とすることができる。なお、銅の融点は、熱処理時の温度より高い１０８５℃であるので、熱処理ステップで栓部材が溶融することはない。このように熱処理を行うことにより金型本体１２が焼き入れされ、所定の硬度を有する熱間プレス成型用金型１１が完成する。

【0028】

［実施の形態による効果の説明］
この実施の形態による熱間プレス成型用金型１１においては、従来の熱間プレス成型用金型とは異なり、第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａを閉塞するにあたってスクリュープラグを使用していないから、スクリュープラグを取付けるために行われていたタップ加工が不要になる。この実施の形態による熱間プレス成型用金型１１において第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａを閉塞するために用いる第１〜第３の栓部材３１〜３３は、圧入によって第２〜第４の通路孔２２〜２４に取付けられているから、簡単に取付けることができる。
したがって、この実施の形態によれば、金型本体の通路孔を栓部材で簡単にかつ確実に閉塞することが可能な熱間プレス成型用金型を提供することができる。

【0029】

この実施の形態による熱間プレス成型用金型１１の製造方法によれば、金型本体１２に第１〜第３の栓部材が取付けられた後に熱処理が行われるから、第１〜第３の栓部材を取付けた部分において高いシール性が得られる。この理由は、熱処理ステップＳ３において、金型本体１２に圧接している第１〜第３の栓部材３１〜３３に金型本体１２の熱が伝導され、第１〜第３の栓部材３１〜３３が金型本体１２と同等の温度に加熱されるからである。このように第１〜第３の栓部材３１〜３３が金型本体１２に圧接した状態で加熱されることにより、金型本体１２を構成する原子と、第１〜第３の栓部材３１〜３３を構成している原子とが金型本体１２と第１〜第３の栓部材３１〜３３との境界面を越えて拡散可能になる。原子の拡散が起こることにより、いわゆる拡散接合によって第１〜第３の栓部材３１〜３３が金型本体１２に接合されるようになる。すなわち、いわゆる拡散接合の原理で第１〜第３の栓部材３１〜３３と金型本体１２との間の漏洩経路が遮断されるようになるから、この実施の形態による熱間プレス成型用金型の製造方法によれば、通路孔の開口部を栓部材で簡単かつ確実に閉塞することが可能になる。

【0030】

この実施の形態による第１〜第５の通路孔２１〜２５は、金型本体１２の内部で他の通路孔と交差している。第１〜第３の栓部材３１〜３３は、先端が他の通路孔と隣り合うように形成されている。このため、複数の通路孔を交差させて冷媒通路２６を形成しているにもかかわらず、冷媒が滞留する部分が生じることを防ぐことができる。したがって、この実施の形態によれば、冷媒が途中で滞留せずに無駄なく流れるようになるから、冷媒を効率よく流すことができ、冷却性能が高い熱間プレス成型用金型を提供することができる。

【0031】

この実施の形態による第１〜第３の栓部材３１〜３３は、金型本体１２より熱膨張率が大きい材料によって形成されている。このため、第２〜第４の通路孔２２〜２４に圧入されている第１〜第３の栓部材３１〜３３が熱処理ステップＳ３で膨張することによって、第２〜第４の通路孔２２〜２４の孔壁面により一層強く押し付けられるようになる。このため、熱処理ステップＳ３を実施しているときに、金型本体１２を構成する原子と、第１〜第３の栓部材３１〜３３を構成している原子とが拡散するための障壁が低くなると考えられ、いわゆる拡散接合が起こる可能性が高くなる。

【符号の説明】

【0032】

１１…熱間プレス成型用金型、１２…金型本体、１４…冷却構造、２１…第１の通路孔、２２…第２の通路孔、２２ａ，２３ａ，２４ａ…開口部、２３…第３の通路孔、２４…第４の通路孔、２５…第５の通路孔、２６…冷媒通路、３１…第１の栓部材、３２…第２の栓部材、３３…第３の栓部材、Ｓ１…通路孔穿設ステップ、Ｓ２…圧入嵌合ステップ、Ｓ３…熱処理ステップ。

【要約】

【課題】金型本体の通路孔を栓部材で簡単にかつ確実に閉塞することが可能な熱間プレス成型用金型を提供する。
【解決手段】熱間プレス成型用の金型材料によって形成された金型本体１２を備える。金型本体１２の内部に形成された冷媒通路２６を有する冷却構造１４を備える。冷媒通路２６は、金型本体１２の外面（側面１２ａ，１２ｂ、底面１２ｃ）に開口する第１〜第５の通路孔２１〜２５を含む。第２〜第４の通路孔２２〜２４の開口部２２ａ〜２４ａは、第１〜第３の栓部材３１〜３３によって閉塞される。第１〜第３の栓部材３１〜３３は、開口部２２ａ〜２４ａに圧入状態で嵌合するピンによって形成されている。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】