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特表2024-532901ホットスタンプ構造部品を製造するプレスシステム及び方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-10

(54)【発明の名称】ホットスタンプ構造部品を製造するプレスシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

B21D 22/20 20060101AFI20240903BHJP

B21D 37/16 20060101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

B21D22/20 H

B21D37/16

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513711

(86)(22)【出願日】2022-09-01

(85)【翻訳文提出日】2024-04-26

(86)【国際出願番号】 IB2022058201

(87)【国際公開番号】W WO2023031838

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】202131039596

(32)【優先日】2021-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518201418

【氏名又は名称】タタスチールリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤和彦

(72)【発明者】

【氏名】ジー，マニカンダン

(72)【発明者】

【氏名】ラジュ，ダスヴァンカット

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルマ，ラフルクマー

(72)【発明者】

【氏名】ラジュ，アビシェーク

【テーマコード（参考）】

4E050

4E137

【Ｆターム（参考）】

4E050GA04

4E137AA11

4E137AA30

4E137BA01

4E137BA05

4E137BA06

4E137BA07

4E137BB01

4E137BC07

4E137CA09

4E137CA26

4E137DA03

4E137DA05

4E137DA10

4E137EA01

4E137EA23

4E137EA27

4E137EA29

4E137EA36

4E137FA10

4E137FA15

4E137FA25

4E137GA03

(57)【要約】

プレスシステム内でシートブランクからホットスタンプ構造部品を製造するプレスシステム及び方法が提供される。プレスシステムは、制御雰囲気システム及びプレスツール装置を備える。プレスツール装置は、下部本体部材と、上部本体部材と、上部ダイ部材と、下部ダイ部材と、シートブランクを加熱するように構成された加熱デバイスと、を備える。上部ダイ部材及び下部ダイ部材は、制御雰囲気システムによって制御された雰囲気内で、加熱されたシートブランクにスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行して、ホットスタンプ構造部品を形成するように構成されている。ホットスタンプ構造部品の形成中に雰囲気を制御することによって、酸化物の薄片の発生を抑制する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御雰囲気システム（１７０）と、
ホットスタンプ構造部品（１１１）を製造するためのプレスツール装置（１００）と、を備え、
前記プレスツール装置（１００）は、
下部本体部材（１０６）と、
前記下部本体部材（１０６）に対応する上部本体部材（１０４）と、を備え、
前記上部本体部材（１０４）及び前記下部本体部材（１０６）は、相互に対して移動するように構成され、
前記プレスツール装置（１００）は更に、
前記下部本体部材（１０６）と前記上部本体部材（１０４）との間に配置されたプレスツールチャンバ（１１８）と、
前記プレスツールチャンバ（１１８）内に配置された上部ダイ部材（１２０）と下部ダイ部材（１２２）と、を備え、
前記上部ダイ部材（１２０）は、前記上部本体部材（１０４）に結合され、
前記下部ダイ部材（１２２）は、前記下部本体部材（１０６）に結合され、
前記プレスツール装置（１００）は更に、
前記プレスツールチャンバ（１１８）内に配置された加熱デバイス（１０２）を備え、
前記加熱デバイス（１０２）は、シートブランク（１１０）を加熱するように構成され、
前記上部ダイ部材（１２０）及び前記下部ダイ部材（１２２）は、前記制御雰囲気システム（１７０）によって制御された前記雰囲気内で前記加熱されたシートブランク（１１０）にスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行して、前記ホットスタンプ構造部品（１１１）を形成するように構成されている、
プレスシステム（２００）。

【請求項2】

前記ホットスタンプ構造部品（１１１）の形成中に前記雰囲気を制御することで、前記ホットスタンプ構造部品（１１１）上の酸化物の薄片の発生を抑制する、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項3】

前記制御雰囲気システム（１７０）は、前記プレスツール装置（１００）を収容している、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項4】

前記制御雰囲気システム（１７０）は、前記下部本体部材（１０６）と前記上部本体部材（１０４）との間に配置されている、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項5】

前記制御雰囲気システム（１７０）は、少なくとも１つのドア（１７４）を有する筐体（１７２）と雰囲気制御手段（１７６）とを備える、請求項１から４に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項6】

前記筐体（１７２）は、前記プレスツール装置（１００）を収容し、
前記雰囲気制御手段（１７６）は、前記筐体（１７２）内の前記雰囲気を制御する、請求項３及び５に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項7】

前記筐体（１７２）は、部屋である、請求項６に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項8】

前記雰囲気制御手段（１７６）は、前記空気流量を制御することによって前記雰囲気を制御するように構成されている、請求項５から７に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項9】

前記雰囲気制御手段（１７６）は、酸素含有量を低減させる任意の媒質を充填することによって前記雰囲気を制御するように構成され、
前記媒質は、固体媒質、液体媒質、又は気体媒質のうちいずれか１つである、請求項５から７に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項10】

前記雰囲気制御手段（１７６）は、窒素ガス、ヘリウムガス、又はアルゴンガスのうちいずれか１つから選択された不活性ガスを充填することによって、前記雰囲気を制御するように構成されている、請求項５から７に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項11】

前記上部本体部材（１０４）及び前記下部本体部材（１０６）は、機械的機構又は水圧式機構のいずれか１つによって相互に対して移動される、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項12】

前記筐体（１７２）は、前記プレスツールチャンバ（１１８）を収容し、
前記雰囲気制御手段（１７６）は、前記プレスツールチャンバ（１１８）内の前記雰囲気を制御する、請求項４及び５に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項13】

前記制御雰囲気システム（１７０）は、前記周りの雰囲気から前記プレスツールチャンバ（１１８）を隔離するように構成されている、請求項１２に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項14】

前記プレスシステム（２００）は、シートブランク原材料ユニット（２０２）及び最終生成物収集ユニット（２０４）を備える、請求項３から１３に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項15】

前記制御雰囲気システム（１７０）は、一方側に前記シートブランク原材料ユニット（２０２）が、他方側に前記最終生成物収集ユニット（２０４）が備えられ、
前記シートブランク原材料ユニット（２０２）は、前記プレスツール装置（１００）にシートブランク（１１０）を提供するように構成され、
前記最終生成物収集ユニット（２０４）は、前記プレスツール装置（１００）から前記ホットスタンプ構造部品（１１１）を受け取るように構成されている、請求項３、４、及び１４に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項16】

前記加熱デバイス（１０２）は、ジュール加熱原理を用いた抵抗加熱デバイスである、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項17】

前記加熱デバイス（１０２）は、電源（１１６）及び複数の電極（１１４）を備え、
前記複数の電極（１１４）は、第１の電極（１１４ａ）、第２の電極（１１４ｂ）、第３の電極（１１４ｃ）、及び第４の電極（１１４ｄ）を含む、請求項１６に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項18】

前記プレスツール装置（１００）は、前記複数の電極（１１４）のうち少なくとも１つを選択的に係合又は解放するように構成された少なくとも１つのクランピングデバイス（１３０）を備える、請求項１及び１７に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項19】

前記プレスツール装置（１００）は、第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）及び第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）を含む２つのクランピングデバイス（１３０）を備え、
前記第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）は、前記第１の電極（１１４ａ）に対して前記第３の電極（１１４ｃ）を選択的に係合又は解放するように構成され、
前記第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）は、前記第２の電極（１１４ｂ）に対して前記第４の電極（１１４ｄ）を選択的に係合又は解放するように構成されている、請求項１８に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項20】

前記複数の電極（１１４）は、銅電極である、請求項１９に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項21】

前記シートブランク（１１０）は、コーティングされていないボロン鋼シートブランクである、請求項１から２０に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項22】

前記シートブランク（１１０）は、厚さが０．６ｍｍ～３．０ｍｍの範囲である、請求項１から２１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項23】

前記上部ダイ部材（１２０）及び前記下部ダイ部材（１２２）は、所定の温度で動作するように構成されている、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項24】

前記上部本体部材（１０４）及び前記下部本体部材（１０６）は、前記水圧式機構によって相互に対して移動される、請求項１１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項25】

前記加熱デバイス（１０２）は、誘導加熱デバイスである、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項26】

前記プレスシステム（２００）は、制御システム（２５１）及び閉ループフィードバックシステム（２５２）を備え、
前記閉ループフィードバックシステム（２５２）は、前記制御雰囲気システム（１７０）及び前記プレスツール装置（１００）に関する前記情報を監視し、前記情報を、前記プレスシステム（２００）を制御するように構成された前記制御システム（２５１）に伝達するように構成されている、請求項１から２５に記載のプレスシステム（２００）。

【請求項27】

プレスシステム（２００）内でシートブランク（１１０）からホットスタンプ構造部品（１１１）を製造する方法（３００）であって、
前記プレスシステム（２００）は、
少なくとも１つのドア（１７４）を有する筐体（１７２）と雰囲気制御手段（１７６）とを含む制御雰囲気システム（１７０）と、
プレスツール装置（１００）と、を備え、
前記プレスツール装置（１００）は、
下部本体部材（１０６）と、
前記下部本体部材（１０６）に対応する上部本体部材（１０４）と、を備え、
前記上部本体部材（１０４）及び前記下部本体部材（１０６）は、相互に対して移動するように構成され、
前記プレスツール装置（１００）は更に、
前記下部本体部材（１０６）と前記上部本体部材（１０４）との間に配置されたプレスツールチャンバ（１１８）と、
前記プレスツールチャンバ（１１８）内に配置された上部ダイ部材（１２０）と下部ダイ部材（１２２）と、を備え、
前記上部ダイ部材（１２０）は、前記上部本体部材（１０４）に結合され、
前記下部ダイ部材（１２２）は、前記下部本体部材（１０６）に結合され、
前記プレスツール装置（１００）は更に、
前記プレスツールチャンバ（１１８）内に配置された加熱デバイス（１０２）を備え、
前記加熱デバイス（１０２）は、電源（１１６）に結合された複数の電極（１１４）を備え、
前記方法（３００）は、
前記シートブランク（１１０）を前記複数の電極（１１４）上に移動させることと、
前記筐体（１７２）の前記少なくとも１つのドア（１７４）を閉じて、前記雰囲気制御手段（１７６）によって前記筐体（１７２）内の前記雰囲気を制御することと、
前記少なくとも１つのクランピングデバイス（１３０）によって前記複数の電極（１１４）間に前記シートブランク（１１０）をクランプすることと、
前記電源（１１６）から前記複数の電極（１１４）に電力を供給することによって、前記シートブランク（１１０）を第１の所定の温度に加熱することと、
前記少なくとも１つのクランピングデバイス（１３０）を後退させることによって、前記加熱されたシートブランク（１１０）のクランプを解除することと、
前記下部本体部材（１０６）に対して前記上部本体部材（１０４）を移動させることと、
制御された雰囲気内で、前記上部ダイ部材（１２０）及び前記下部ダイ部材（１２２）により、前記加熱されたシートブランク（１１０）にスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行して、前記ホットスタンプ構造部品（１１１）を形成することと、
を含む、方法。

【請求項28】

前記第１の所定の温度は、約３５０℃～９５０℃の範囲である、請求項２７に記載の方法（３００）。

【請求項29】

前記第１の所定の温度は、約７５０℃～９５０℃の範囲である、請求項２８に記載の方法（３００）。

【請求項30】

前記第１の所定の温度は、９００℃である、請求項２９に記載の方法（３００）。

【請求項31】

前記ホットスタンプ構造部品（１１１）の形成中に前記雰囲気を制御することで、前記ホットスタンプ構造部品（１１１）上の酸化物の薄片の発生を抑制し、酸化物の薄片の抑制はツール汚染及びツール摩耗を低減する、請求項２７に記載の方法（３００）。

【請求項32】

前記プレスシステム（２００）は、前記シートブランク（１１０）の前記温度を検出するため非接触パイロメータ（２５３）を備える、請求項２７に記載の方法（３００）。

【請求項33】

前記プレスシステム（２００）は、制御システム（２５１）及び閉ループフィードバックシステム（２５２）を備え、
前記閉ループフィードバックシステム（２５２）は、前記制御雰囲気システム（１７０）及び前記プレスツール装置（１００）に関する前記情報を監視し、前記情報を、前記プレスシステム（２００）を制御するように構成された前記制御システム（２５１）に伝達するように構成されている、請求２７及び３２に記載の方法（３００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本発明はプレスシステムに関し、より具体的には、プレスシステム内で制御された雰囲気下でシートブランクからホットスタンプ構造部品を製造するプレスシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] 世界的なエネルギ危機の高まりと環境問題のため、自動車製造業者は車両の燃費を向上させる軽量化技術に焦点を当てている。軽量化と安全性向上のために、高強度鋼を使用することが必然的な傾向になっている。ホットスタンピングのようなプレス成形は、そのような高強度鋼部品の製造に用いられる製造プロセスの１つである。従来のホットスタンピングプロセスでは、従来の炉内でワークピース（ボロン鋼シートブランク等）をオーステナイト変態温度より高い温度に加熱し、数分間保持して、その体積全体でオーステナイト相を達成する。次いで、ワークピースを約１０秒以内で迅速に炉からスタンピングツールへ移動させ、主にマルテンサイト相の最終生成物を生成するため急速に焼き入れしながら、必要な形状に急速に変形させる。従来の電気炉では、ワークピースは放射によって加熱される。

【0003】

[0003] しかしながら、これらの従来の炉は、ワークピース（ボロン鋼）をオーステナイト温度まで加熱するために多くのエネルギを必要とすると共に多くの時間を費やす。エネルギだけでなく、炉は、設置のために大きなスペースを必要とし、生産性が低下する。更に、炉内での加熱時間（約３分）及び炉からホットスタンピングプレスへの移動時間（約１０秒）の間、コーティングされていないボロン鋼のような鋼シートブランクは雰囲気空気と反応して鋼表面が酸化し、鋼シートブランクの表面上に酸化物の薄片が発生する。鋼板上に酸化物の薄片が存在する場合、自動車向け用途ではこれを許容できない可能性がある。鋼は高温で雰囲気と反応すると酸化する。また、酸化速度は鋼温度と反応時間に依存する。従って、表面酸化のための反応時間を短縮するワークピースの加熱及びスタンピング技法を有するプレスシステムを開発することが望ましい。

【発明の目的】

【0004】

[0004] 本発明の目的は、従来技術の問題を解決し、生産性を向上させる新規の加熱及びスタンピング技法を備えるプレスシステムを提供することである。

【0005】

[0005] 本発明の別の目的は、表面酸化のための反応時間を短縮し、これにより表面上の酸化物の薄片を低減する、制御雰囲気システムを有するプレスシステムを開発することである。

【0006】

[0006] 本発明の更に別の目的は、成形段階中に雰囲気制御を行って酸化物の薄片の発生を抑制するプレスシステムを提供することである。

【発明の概要】

【0007】

[0007] この概要は、プレスシステム内でシートブランクからホットスタンプ構造部品を製造するプレスシステム及び方法に関する概念を紹介するために提供される。この概念は、以下で、発明を実施するための形態において更に記載される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴又は不可欠な特徴を識別することは意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。

【0008】

[0008] 本発明の一態様において、プレスシステムが提供される。プレスシステムは、制御雰囲気システムと、ホットスタンプ構造部品を製造するためのプレスツール装置と、を備える。プレスツール装置は、下部本体部材と、下部本体部材に対応する上部本体部材と、を備える。上部本体部材と下部本体部材は、相互に対して移動するように構成されている。また、プレスツール装置は、下部本体部材と上部本体部材との間に規定されたプレスツールチャンバも備える。プレスツール装置は更に、プレスツールチャンバ内に配置された上部ダイ部材と下部ダイ部材とを備える。上部ダイ部材は上部本体部材に結合され、下部ダイ部材は下部本体部材に結合されている。プレスツール装置は、プレスツールチャンバ内に配置された加熱デバイスを備える。加熱デバイスは、シートブランクを加熱するように構成されている。上部ダイ部材及び下部ダイ部材は、制御雰囲気システムによって制御された雰囲気内で、加熱されたシートブランクにスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行して、ホットスタンプ構造部品を形成するように構成されている。

【0009】

[0009] 一実施形態では、ホットスタンプ構造部品の形成中に雰囲気を制御することで、ホットスタンプ構造部品上の酸化物の薄片の発生を抑制する。

【0010】

[0010] 一実施形態において、制御雰囲気システムはプレスツール装置を収容している。

【0011】

[0011] 一実施形態において、制御雰囲気システムは下部本体部材と上部本体部材との間に配置されている。

【0012】

[0012] 一実施形態において、制御雰囲気システムは、少なくとも１つのドアを有する筐体と雰囲気制御手段とを備える。

【0013】

[0013] 一実施形態において、筐体はプレスツール装置を収容し、雰囲気制御手段は筐体内の雰囲気を制御する。一実施形態において、筐体は部屋である。

【0014】

[0014] 一実施形態において、雰囲気制御手段は、空気流量を制御することによって雰囲気を制御するように構成されている。

【0015】

[0015] 一実施形態において、雰囲気制御手段は、酸素含有量を低減させる（還元雰囲気）任意の媒質を充填することによって雰囲気を制御するように構成され、媒質は、固体媒質、液体媒質、又は気体媒質のうちいずれか１つである。

【0016】

[0016] 一実施形態において、雰囲気制御手段は、窒素ガス、ヘリウムガス、又はアルゴンガスのうちいずれか１つから選択された不活性ガスを充填することによって、雰囲気を制御するように構成されている。

【0017】

[0017] 一実施形態において、筐体及び少なくとも１つのドアは、プラスチック、樹脂、木材、金属、合金、又は複合材料のうちいずれか１つから選択された材料から製造される。

【0018】

[0018] 一実施形態において、筐体はプレスツールチャンバを収容し、雰囲気制御手段はプレスツールチャンバ内の雰囲気を制御する。

【0019】

[0019] 一実施形態において、制御雰囲気システムは、周りの雰囲気からプレスツールチャンバを完全に隔離するように構成されている。

【0020】

[0020] 一実施形態において、プレスシステムはシートブランク原材料ユニット及び最終生成物収集ユニットを備える。

【0021】

[0021] 一実施形態において、制御雰囲気システムは、一方側にシートブランク原材料ユニットが、他方側に最終生成物収集ユニットが備えられている。シートブランク原材料ユニットは、プレスツール装置にシートブランクを提供するように構成され、最終生成物収集ユニットは、プレスツール装置からホットスタンプ構造部品を受け取るように構成されている。

【0022】

[0022] 一実施形態において、加熱デバイスはジュール加熱原理を用いた抵抗加熱デバイスである。

【0023】

[0023] 一実施形態において、加熱デバイスは電源及び複数の電極を備え、複数の電極は、第１の電極、第２の電極、第３の電極、及び第４の電極を含む。

【0024】

[0024] 一実施形態において、プレスツール装置は、複数の電極のうち少なくとも１つを選択的に係合又は解放するように構成された少なくとも１つのクランピングデバイスを備える。

【0025】

[0025] 一実施形態において、プレスツール装置は、第１の空気圧シリンダ及び第２の空気圧シリンダを含む２つのクランピングデバイスを備える。第１の空気圧シリンダは、第１の電極に対して第３の電極を選択的に係合又は解放するように構成され、第２の空気圧シリンダは、第２の電極に対して第４の電極を選択的に係合又は解放するように構成されている。

【0026】

[0026] 一実施形態において、複数の電極は銅電極である。一実施形態において、シートブランクは、コーティングされていないボロン鋼シートブランクである。

【0027】

[0027] 一実施形態において、シートブランクは厚さが０．６ｍｍ～２．０ｍｍの範囲である。

【0028】

[0028] 一実施形態において、上部ダイ部材及び下部ダイ部材は所定の温度で動作するように構成されている。

【0029】

[0029] 一実施形態において、上部本体部材及び下部本体部材は、機械的機構又は水圧式機構のいずれか１つによって相互に対して移動される。

【0030】

[0030] 一実施形態において、加熱デバイスは誘導加熱デバイスである。

【0031】

[0031] 一実施形態において、プレスシステムは、制御システム及び閉ループフィードバックシステムを備える。閉ループフィードバックシステムは、制御雰囲気システム及びプレスツール装置に関する情報を監視し、この情報を、プレスシステムを制御するように構成された制御システムに伝達するように構成されている。

【0032】

[0032] 本発明の別の態様において、プレスシステム内でシートブランクからホットスタンプ構造部品を製造する方法が提供される。プレスシステムは、少なくとも１つのドアを有する筐体と雰囲気制御手段とを含む制御雰囲気システムを備える。プレスシステムはプレスツール装置も備える。プレスツール装置は、下部本体部材と、下部本体部材に対応する上部本体部材と、を備える。上部本体部材及び下部本体部材は相互に対して移動するように構成されている。プレスツール装置は更に、下部本体部材と上部本体部材との間に配置されたプレスツールチャンバを備える。プレスツール装置は、プレスツールチャンバ内に配置された上部ダイ部材と下部ダイ部材とを備える。上部ダイ部材は上部本体部材に結合され、下部ダイ部材は下部本体部材に結合されている。プレスツール装置は、プレスツールチャンバ内に配置された加熱デバイスを備える。加熱デバイスは、電源に結合された複数の電極を備える。方法は、シートブランクを複数の電極上に移動させることを含む。方法は、筐体の少なくとも１つのドアを閉じて、雰囲気制御手段によって筐体内の雰囲気を制御することも含む。方法は更に、少なくとも１つのクランピングデバイスによって複数の電極間にシートブランクをクランプすることを含む。方法は、電源から複数の電極に電力を供給することによって、シートブランクを第１の所定の温度に加熱することを含む。方法は、少なくとも１つのクランピングデバイスを後退させることによって、加熱されたシートブランクのクランプを解除することも含む。方法は更に、下部本体部材に対して上部本体部材を移動させることを含む。方法は、制御された雰囲気内で、上部ダイ部材及び下部ダイ部材により、加熱されたシートブランクにスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行して、ホットスタンプ構造部品を形成することを含む。

【0033】

[0033] 一実施形態において、第１の所定の温度は約３５０℃～９５０℃の範囲である。一実施形態において、第１の所定の温度は約７５０℃～９５０℃の範囲である。一実施形態において、第１の所定の温度は９００℃である。

【0034】

[0034] 一実施形態では、ホットスタンプ構造部品の形成中に雰囲気を制御することで、ホットスタンプ構造部品上の酸化物の薄片の発生を抑制する。

【0035】

[0035] 一実施形態において、プレスシステムは、シートブランクの温度を検出するため非接触パイロメータを備える。

【0036】

[0036] 一実施形態において、プレスシステムは、制御システム及び閉ループフィードバックシステムを備え、閉ループフィードバックシステムは、制御雰囲気システム及びプレスツール装置に関する情報を監視し、この情報を、プレスシステムを制御するように構成された制御システムに伝達するように構成されている。

【0037】

[0037] 以下の記載及び添付図面から、本開示の他の特徴及び態様が明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】[0038] 本発明の一実施形態に従った例示的なプレスシステムの概略図を示す。

【図2】[0039] 本発明の一実施形態に従ったプレスシステムのプレスツール装置の概略図を示す。

【図3】[0040] 本発明の一実施形態に従ったプレスツール装置の異なる図を示す。

【図4】[0040] 本発明の一実施形態に従ったプレスツール装置の異なる図を示す。

【図5】[0041] 本発明の一実施形態に従ったプレスシステムの制御雰囲気システムの異なる図を示す。

【図6】[0041] 本発明の一実施形態に従ったプレスシステムの制御雰囲気システムの異なる図を示す。

【図7】[0042] 本発明の一実施形態に従った、プレスシステム内でシートブランクからホットスタンプ構造部品を製造する方法のフローチャートを示す。

【図8】[0043] 従来のシステム及び方法を用いて製造された従来技術のホットスタンプ構造部品の画像を示す。

【図9】[0044] 本発明のプレスシステムを用いて製造されたホットスタンプ構造部品の画像を示す。

【図10】[0045] 従来技術のホットスタンプ構造部品及び本発明のプレスシステムを用いて製造されたホットスタンプ構造部品の応力－ひずみ曲線を示すグラフである。

【0039】

[0046] 本記載で参照される図面は、特に言及する場合を除いて、一定の縮尺通りに描かれていると理解するべきではなく、そのような図面は性質上、単に例示のためのものである。

【発明を実施するための形態】

【0040】

[0047] 本開示の種々の例示的な実施形態の詳細な説明は、本明細書において添付図面を参照して記載される。実施形態は、本開示を明らかに伝える詳細さで本明細書に記載されることに留意するべきである。しかしながら、本明細書で与えられる詳細さの量は、実施形態の予想される変形を限定することは意図しておらず、それどころか、添付の特許請求の範囲が規定する本開示の精神及び範囲内に該当する全ての変更、均等物、及び代替物を包含することが意図される。

【0041】

[0048] また、本明細書で明示的に記載又は図示されないが、本開示の原理を具現化する様々な機構が考案され得ることは理解されよう。更に、本開示の原理、態様、及び実施形態、並びに具体例を述べる本明細書における全ての記述は、その均等物を包含することが意図される。

【0042】

[0049] 本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を記載することのみを目的としており、例示的な実施形態を限定することは意図していない。本明細書で用いられる際、単数形「a（１つの）」「an（１つの）」及び「the（その）」は、文脈上明らかに別の意味を示す場合を除いて、複数形も含むことが意図される。更に、「comprises（備える）」、「comprising（備えている）」、「includes（含む）」、及び／又は「including（含んでいる）」という用語は、本明細書で用いられる場合、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は部品の存在を規定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、部品、及び／又はそのグループの存在又は追加を除外しないことは理解されよう。

【0043】

[0050] また、いくつかの代替的な実施例において、記載された機能／行為は、図に示したものとは異なる順序で生じ得ることに留意するべきである。例えば、連続して示されている２つの図は、関連する機能性／行為に応じて、実際には同時に実行されることがあり、又は、時には逆の順序で実行されることがある。

【0044】

[0051] 別段の規定がない限り、本明細書で用いられる全ての用語（技術的用語と科学的用語を含む）は、例示的な実施形態が属する技術の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。更に、例えば一般的に用いられる辞書で定義される用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈するべきであり、本明細書でそのように明示的に規定される場合を除いて、理想的な意味又は過度に形式的な意味に解釈されないことは理解されよう。

【0045】

[0052] 図１を参照すると、本発明の一実施形態に従った例示的なプレスシステム（２００）が示されている。プレスシステム（２００）は、シートブランク（１１０）からホットスタンプ構造部品（１１１）を形成することを可能とする。プレスシステム（２００）は、シートブランク原材料ユニット（２０２）と、制御雰囲気システム（１７０）と、プレスツール装置（１００）と、最終生成物収集ユニット（２０４）と、を備える。シートブランク原材料ユニット（２０２）は、シートブランク（１１０）を保管するように構成されている。最終生成物収集ユニット（２０４）は、ホットスタンプ構造部品（１１１）を保管するように構成されている。ホットスタンプ構造部品（１１１）は、センターピラー、ルーフレール、バンパー、及び／又はインパクトビーム等の部品とすることができる。

【0046】

[0053] 説明されている例では、シートブランク（１１０）は、コーティングされていないボロン鋼シートブランクである。あるいはシートブランク（１１０）は、限定なしで、任意の鋼、又は、アルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム合金等の合金としてもよい。説明されている例では、シートブランク（１１０）は、厚さが０．６ｍｍ～２．０ｍｍの範囲である。あるいはシートブランク（１１０）は、本発明の範囲を限定することなく任意の厚さとしてもよい。

【0047】

[0054] 図２、図３、及び図４を参照すると、プレスツール装置（１００）は、ホットスタンプ構造部品（１１１）を製造するように構成されたホットスタンピングプレスを具現化する。本発明のプレスツール装置（１００）は、シートブランク（１１０）の加熱を実行し、その後、加熱したシートブランク（１１０）の成形とダイクエンチを同時に実行しながらブランキング（トリミング）を行う。

【0048】

[0055] プレスツール装置（１００）は、加熱デバイス（１０２）を備える。加熱デバイス（１０２）は、シートブランク（１１０）を加熱するように構成されている。説明されている例では、加熱デバイス（１０２）は、ジュール加熱原理を用いた抵抗加熱デバイスである。加熱デバイス（１０２）は、ジュール加熱原理を用いてシートブランク（１１０）を加熱する。別の例では、加熱デバイス（１０２）は誘導加熱デバイスである。シートブランク（１１０）は、加熱デバイスによって所定の温度まで所定の時間量、加熱することができる。

【0049】

[0056] 加熱デバイス（１０２）は、電源（１１６）（図４に示されている）及び複数の電極（１１４）を備える。複数の電極（１１４）は、第１の電極（１１４ａ）、第２の電極（１１４ｂ）、第３の電極（１１４ｃ）、及び第４の電極（１１４ｄ）を含む。説明されている例では、複数の電極（１１４）は銅電極である。あるいは複数の電極（１１４）は、限定なしで、ステンレス鋼のような任意の導電性材料で作製することができる。説明されている例では、電源（１１６）は低電圧高電流ＤＣ電力供給である。プレスシステム（２００）は、シートブランク（１１０）の温度を検出するため非接触パイロメータ（２５３）を備える。

【0050】

[0057] プレスツール装置（１００）は、複数の電極（１１４）のうち少なくとも１つを選択的に係合又は解放するように構成された少なくとも１つのクランピングデバイス（１３０）を備える。プレスツール装置（１００）は、第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）及び第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）を含む２つのクランピングデバイス（１３０）を備える。説明されている例では、クランピングデバイス（１３０）は空気圧シリンダとして説明される。あるいはクランピングデバイス（１３０）は、限定なしで、機械的又は水圧式クランピングデバイスとしてもよい。第２の電極（１１４ｂ）は第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）によって支持され、第４の電極（１１４ｄ）は第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）によって支持されている。第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）は、第１の電極（１１４ａ）に対して第３の電極（１１４ｃ）を選択的に係合又は解放するように構成され、第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）は、第２の電極（１１４ｂ）に対して第４の電極（１１４ｄ）を選択的に係合又は解放するように構成されている。

【0051】

[0058] プレスツール装置（１００）は、下部本体部材（１０６）と、下部本体部材（１０６）に対応する上部本体部材（１０４）と、を備える。上部本体部材（１０４）と下部本体部材（１０６）は、相互に対して移動するように構成されている。上部本体部材（１０４）と下部本体部材（１０６）は、機械的機構又は水圧式機構のうちいずれか１つによって相互に対して移動するように構成されている。説明されている例では、上部本体部材（１０４）を、水圧式機構（図示せず）によって下部本体部材（１０６）に対して移動させる。別の例では、限定なしで、下部本体部材（１０４）を上部本体部材（１０４）に対して移動させることができる。下部本体部材（１０６）及び上部本体部材（１０４）は、プレスツールチャンバ（１１８）（図３に示されている）を規定する。説明されている例では、プレスツールチャンバ（１１８）内に加熱デバイス（１０２）が配置されている。第１の電極（１１４ａ）及び第３の電極（１１４ｃ）は、下部本体部材（１０６）から延出している複数の直立部材（１１７）によって支持されている。

【0052】

[0059] プレスツール装置（１００）は、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）を備える。説明されている例では、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）はプレスツールチャンバ（１１８）内に配置されている。上部ダイ部材（１２０）は上部本体部材（１０４）に結合され、下部ダイ部材（１２２）は下部本体部材（１０６）に結合されている。ダイ部材を本体部材に結合するため、追加のベース部材（番号を付けずに図示されている）及び締結部材（図示せず）を用いてもよい。

【0053】

[0060] 説明されている例では、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）に、シートブランク（１１０）のブランキング／トリミングを行うためのブランキングツール（図示せず）が設けられている。限定なしで、シートブランク（１１０）に様々なブランキング動作を実行するため、当技術分野において既知である様々なタイプのブランキングツールを使用できる。別の例では、限定なしで、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）のうち一方のみにブランキングツールが設けられる。上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）は、所定の温度で動作するように構成されている。上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）内に設けられたパイプライン等の循環部材を介して冷却水又はドライアイス冷却剤等の冷却剤を循環させる冷却ユニット（図示せず）によって、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）を所定の温度で動作させることが可能となる。

【0054】

[0061] 上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）は、加熱されたシートブランク（１１０）にスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行するように構成されている。プレスツール装置（１００）の上部ダイ部材（１２０）とプレスツール装置（１００）の下部ダイ部材（１２２）の相互作用により、シートブランク（１１０）のプロファイリングが行われる。

【0055】

[0062] 図１を参照すると、プレスシステム（２００）は、制御システム（２５１）及び閉ループフィードバックシステム（２５２）を備える。閉ループフィードバックシステム（２５２）は、シートブランク原材料ユニット（２０２）、最終生成物収集ユニット（２０４）、非接触パイロメータ（２５３）、制御雰囲気システム（１７０）、及びプレスツール装置（１００）に関する情報を監視し、この情報を、プレスシステム（２００）を制御するように構成された制御システム（２５１）に伝達するように構成されている。

【0056】

[0063] 図１及び図５を参照すると、プレスシステム（２００）は、雰囲気を制御するように構成された制御雰囲気システム（１７０）を備える。制御雰囲気システム（１７０）は、少なくとも１つのドア（１７４）を有する筐体（１７２）と雰囲気制御手段（１７６）とを備える。一例において、雰囲気制御手段（１７６）は、空気流量を制御することによって雰囲気を制御するように構成されている。別の例において、雰囲気制御手段（１７６）は、酸素含有量を低減させる任意の媒質を充填することによって雰囲気を制御するように構成されている。この媒質は、第１鉄酸化物ボール等の固体媒質、液体窒素等の液体媒質、又は気体媒質のうちいずれか１つである。更に別の例において、雰囲気制御手段（１７６）は、窒素ガス、ヘリウムガス、又はアルゴンガス、又はそれらの任意の組み合わせのうちいずれか１つから選択された不活性ガスを充填することによって、雰囲気を制御するように構成されている。

【0057】

[0064] 制御雰囲気システム（１７０）は、一方側にシートブランク原材料ユニット（２０２）が、他方側に最終生成物収集ユニット（２０４）が備えられている。シートブランク原材料ユニット（２０２）は、プレスツール装置（１００）にシートブランク（１１０）を提供するように構成され、最終生成物収集ユニット（２０４）は、プレスツール装置（１００）からホットスタンプ構造部品（１１１）を受け取るように構成されている。

【0058】

[0065] 説明されている例において、制御雰囲気システム（１７０）はプレスツール装置（１００）を収容している。筐体（１７２）はプレスツール装置（１００）を収容し、雰囲気制御手段（１７６）は筐体（１７２）内の雰囲気を制御する。プレスツール装置（１００）を収容している制御雰囲気システム（１７０）は、周りの雰囲気からプレスツール装置（１００）を実質的に隔離する。別の例では、筐体（１７２）は部屋である。

【0059】

[0066] 別の例（図示せず）では、プレスツールチャンバ（１１８）を取り囲む下部本体部材（１０６）と上部本体部材（１０４）との間に制御雰囲気システム（１７０）を配置してもよい。制御雰囲気システム（１７０）は、周りの雰囲気からプレスツールチャンバ（１１８）を隔離するように構成されている。

【0060】

[0067] 双方の例において、筐体（１７２）及び少なくとも１つのドア（１７４）は、プラスチック、樹脂、木材、金属、合金、又は複合材料のうちいずれか１つから選択された材料から製造される。

【0061】

[0068] 説明されている例において、制御雰囲気システム（１７０）は、１つのドア（１７４）を有する筐体（１７２）を備える。あるいは、制御雰囲気システム（１７０）の筐体（１７２）は、限定なしで、２つ以上のドア（１７４）を有し得る。筐体（１７２）は少なくとも１つのスロット（１７５）を備える。説明されている例では、筐体（１７２）は２つのスロット（１７５）を備え、これらのスロット（１７５）のうち１つ（図６に示されている）はシートブランク（１１０）の挿入を容易にし、他のスロット（１７５）（図示せず）はホットスタンプ構造部品（１１１）の取り出しを容易にする。少なくとも１つのスロット（１７５）は、一度シートブランク（１１０）が挿入されたら又はホットスタンプ構造部品（１１１）が取り出されたらスロットを閉じるように手作業で又は自動的に制御される閉鎖要素（図示せず）が設けられている。説明されている例では、制御雰囲気システム（１７０）内に非接触パイロメータ（２５３）が配置されている。より具体的には、非接触パイロメータ（２５３）は、シートブランク（１１０）にアクセスできるように筐体（１７２）内の任意の場所に配置されている。

【0062】

[0069] 動作中、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）が、加熱されたシートブランク（１１０）にスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行する際、制御雰囲気システム（１７０）は筐体（１７２）内の雰囲気を制御する。ホットスタンプ構造部品（１１１）の成形中に雰囲気を制御することで、ホットスタンプ構造部品（１１１）上の酸化物の薄片の発生を抑制する。

【0063】

[0070] 複数のマニピュレータ（図示せず）を用いて、シートブランク（１１０）をシートブランク原材料ユニット（２０２）からプレスツール装置（１００）へ移動させると共に、ホットスタンプ構造部品（１１１）をプレスツール装置（１００）から最終生成物収集ユニット（２０４）へ移動させることができる。

【0064】

[0071] 図６を参照すると、シートブランク（１１０）からホットスタンプ構造部品（１１１）を製造する方法（３００）が図示されている。ステップ（３０１）では、シートブランク原材料ユニット（２０２）からのシートブランク（１１０）を、筐体（１７２）に設けられたスロット（１７５）を介して、プレスツール装置（１００）内の複数の電極（１１４）上へ移動させる。

【0065】

[0072] ステップ（３０２）では、制御雰囲気システム（１７０）の少なくとも１つのドア（１７４）を閉じて、雰囲気制御手段（１７６）によって筐体（１７２）内の雰囲気を制御する。

【0066】

[0073] ステップ（３０３）では、複数の電極（１１４）間に配置されたシートブランク（１１０）を、少なくとも１つのクランピングデバイス（１３０）によってクランプする。第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）は、第３の電極（１１４ｃ）を第１の電極（１１４ａ）に係合し、第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）は、第４の電極（１１４ｄ）を第２の電極（１１４ｂ）に係合して、複数の電極（１１４）間にシートブランク（１１０）をクランプする。

【0067】

[0074] ステップ（３０４）では、電源（１１６）から複数の電極（１１４）に電力を供給することによって、シートブランク（１１０）を第１の所定の温度に加熱する。第１の所定の温度は、選択されたシートブランク（１１０）の材料に基づいて、約３５０℃～９５０℃の範囲である。説明されている例では、第１の所定の温度は約７５０℃～９５０℃の範囲である。より具体的には、第１の所定の温度はオーステナイト形成の温度範囲内である。説明されている例では、第１の所定の温度は９００℃である。非接触パイロメータは、シートブランク（１１０）の表面温度を検出／監視し、この情報を、閉ループフィードバックシステム（２５２）を介して制御システム（２５１）に送信するように構成されている。

【0068】

[0075] ステップ（３０５）では、少なくとも１つのクランピングデバイス（１３０）を後退させることにより、加熱されたシートブランク（１１０）のクランプを解除する。第１の空気圧シリンダ（１３０ａ）は、第１の電極（１１４ａ）に対して第３の電極（１１４ｃ）を解放し、第２の空気圧シリンダ（１３０ｂ）は、第２の電極（１１４ｂ）に対して第４の電極（１１４ｄ）を解放する。加熱されたシートブランク（１１０）は下部ダイ部材（１２２）上に載置されている。

【0069】

[0076] ステップ（３０６）では、プレスツール装置（１００）の上部本体部材（１０４）を下部本体部材（１０６）に対して移動させる。ステップ（３０７）では、制御された雰囲気で、上部ダイ部材（１２０）及び下部ダイ部材（１２２）により、加熱されたシートブランク（１１０）にスタンピング及びダイクエンチによるホットブランキングを実行して、ホットスタンプ構造部品（１１１）を形成する。

【0070】

[0077] 図８に、従来のプロセス（及びシステム）を用いて製造された従来技術のホットスタンプ構造部品が示され、図９に、開示されているプレスシステム（２００）を用いて製造されたホットスタンプ構造部品（１１１）が示されている。双方の図から分かるように、制御雰囲気システム（１７０）を備えるプレスシステム（２００）を用いて製造されたホットスタンプ構造部品（１１１）上では、酸化物の薄片は最小限に抑えられている／無くなっている。

【0071】

【表1】

【0072】

[0078] 図１０に、従来技術のホットスタンプ構造部品及びホットスタンプ構造部品（１１１）の様々な部分の応力ひずみ曲線が示されている。これらの曲線から、開示されているプレスシステム（２００）内で形成されたホットスタンプ構造部品（１１１）が、従来のプロセスで形成されたホットスタンプ構造部品と等しいか又はそれよりも良好な機械的特性及び微細構造的特性を有することが推測できる。

【0073】

[0079] 本発明は、利用する空間と投資が少なく、エネルギ効率が高いプレスシステム（２００）に関する。開示されているプレスシステム（２００）は、シートブランク（１１０）の迅速な加熱を行う加熱デバイス（１０２）を備える。制御雰囲気システム（１７０）を備えるプレスシステム（２００）は、プレスツール装置（２００）を取り囲む雰囲気を制御することにより、従来のプロセスに比べて酸化物の薄片を著しく低減させる。プレスツールチャンバ（１１８）内の迅速な加熱及び制御された雰囲気内でのホットスタンピングは、酸化物の薄片を減少させる／排除する。酸化物の薄片の減少はツール汚染を低減し、ツール汚染が最小限に抑えられる／無くなるので、各ストローク後にツールをクリーニングする必要が軽減し、これによって生産性が高くなる。更に、開示されているプレスシステム（２００）内で形成されたホットスタンプ構造部品（１１１）は、従来のプロセスで形成された部品と等しいか又はそれよりも良好な機械的特性及び微細構造的特性を有する。酸化物の薄片が減少又は排除されるので、従来のプロセスで酸化物の薄片を除去するために必要であったショットブラスティング等の追加プロセスを除去することができる。

【0074】

[0080] 更に、本明細書で用いられる用語は、実施形態を記述することのみを目的としており、本開示を限定することは意図していない。上記に開示された特徴及び機能並びに他の特徴及び機能又はそれらの代替物のいくつかを、他のシステム又は用途に組み合わせてもよいことは認められよう。以下の特許請求の範囲によって包含される本開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって、現時点では予期又は予想されない様々な代替物、変更、変形、又は改良を後に実施してもよい。

【0075】

[0081] 最初に提示された、また補正され得る特許請求項は、現在は予期又は予想されないもの、及び、例えば出願人／特許権所有者及び他の者から生じ得るものを含めて、本明細書に開示された実施形態及び教示の変形、代替物、変更、改良、均等物、及び実質的な均等物を包含する。

【0076】

[0082] 前述の記載は本発明の様々な実施形態を記載しているが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態及び別の実施形態を考案できる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。本発明は、当業者に利用可能な情報及び知識と組み合わせた場合に当業者が本発明を作製及び使用することを可能とするために含まれる、記載されている実施形態、バージョン、又は例に限定されない。

【手続補正書】

【提出日】2024-05-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

【請求項2】

【請求項3】

前記制御雰囲気システム（１７０）は、前記プレスツール装置（１００）を収容している、請求項１に記載のプレスシステム（２００）。