(57)【要約】【課題】鋼板部材を均一に加熱することができる鋼板部材の誘導加熱方法の提供。【解決手段】本発明の一態様に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、対向配置されると共に電気的に接続された一対の板状コイル３１の間に鋼板部材１０を配置して誘導加熱するものである。一対の板状コイル３１の間に鋼板部材１０を配置して誘導加熱する際、一対の板状コイル３１の間において鋼板部材１０が配置されていない非配置領域に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板２０を挿入しておく。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置されると共に電気的に接続された一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する、鋼板部材の誘導加熱方法であって、
前記一対の板状コイルの間に前記鋼板部材を配置して誘導加熱する際、
前記一対の板状コイルの間において前記鋼板部材が配置されていない非配置領域に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板を挿入しておく、
鋼板部材の誘導加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼板部材の誘導加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば自動車用構造部材として、耐衝撃性を向上させるため、衝撃に耐える硬質領域と衝撃を吸収する軟質領域とを備えた鋼板部材が開発されている。特許文献１には、鋼板部材の一部の領域のみをオーステナイト変態完了温度Ａ３よりも高温まで加熱して焼き入れることによって、１枚の鋼板部材に硬質領域と軟質領域とを形成する手法が開示されている。
【０００３】
他方、焼き入れによって鋼板部材全体を硬質領域にした後、一部の領域のみを加熱して焼き戻し、１枚の鋼板部材に硬質領域と軟質領域を形成してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４４７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、鋼板部材の加熱方法として、対向配置されると共に電気的に接続された一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する手法について検討し、以下の問題点を見出した。
【０００６】
誘導加熱の際、一対の板状コイルの間において鋼板部材が配置されていない非配置領域（例えば切り欠き部など）と、鋼板部材が配置された配置領域とでは、板状コイルの抵抗が変化する。具体的には、板状コイルの配置領域では、鋼板部材からの反磁界によって抵抗が高くなるのに対し、板状コイルの非配置領域では、鋼板部材からの反磁界の影響が小さい。そのため、板状コイルにおいて、配置領域よりも非配置領域の方が、抵抗が小さくなり、非配置領域に電流が集中するようになる。その結果、鋼板部材を均一に加熱することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、鋼板部材を均一に加熱することができる鋼板部材の誘導加熱方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、
対向配置されると共に電気的に接続された一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する、鋼板部材の誘導加熱方法であって、
前記一対の板状コイルの間に前記鋼板部材を配置して誘導加熱する際、
前記一対の板状コイルの間において前記鋼板部材が配置されていない非配置領域に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板を挿入しておくものである。
【０００９】
本発明の一態様に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する際、一対の板状コイルの間において鋼板部材が配置されていない非配置領域に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板を挿入しておく。そのため、平板状コイルにおいて、鋼板部材が配置された配置領域と鋼板部材が配置されていない非配置領域との間の抵抗差が小さくなり、鋼板部材を均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、鋼板部材を均一に加熱することができる鋼板部材の誘導加熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法を示す斜視図である。
【図２】鋼板部材１０、ダミー鋼板２０、及び板状コイル３１の位置関係を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法における鋼板部材１０及び板状コイル３１の位置関係を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】鋼板部材の一例の斜視図である。
【図７】実施例及び比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法におけるシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
（第１の実施形態）
＜鋼板部材の誘導加熱方法＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法について説明する。図１は、第１の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法を示す斜視図である。
なお、当然のことながら、図１及び他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。
【００１４】
本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、高強度と優れた衝撃吸収特性との両立が求められる自動車用の鋼板部材の誘導加熱方法として好適である。本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、焼き入れ用途にも焼き戻し用途にも用いることができる。以下の説明では焼き戻し用途について説明する。
【００１５】
説明を容易にするため、図１に示した鋼板部材１０は、シンプルな平板形状を有しているが、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法の適用対象となる鋼板部材の用途や形状は何ら限定されることはない。図１に示した鋼板部材１０は、例えば車両用フロア部材である。鋼板部材のその他の例として、サイドメンバ（例えば、フロントサイドメンバ、リヤフロアサイドメンバ）やピラーなどの長手方向に垂直な断面がハット型形状を有する車両用部材を挙げることができる。
【００１６】
図１に示すように、誘導加熱装置３０によって鋼板部材１０が誘導加熱される。誘導加熱装置３０は、一対の板状コイル３１（上側板状コイル３１ａ、下側板状コイル３１ｂ）、管状コイル３２、高周波電源３３を備えている。
鋼板部材１０は、特に限定されないが、例えば厚さ１〜４ｍｍ程度のマンガン・ボロン鋼からなるホットスタンプ用鋼板である。誘導加熱される前の鋼板部材１０は、例えば、全面がマルテンサイトからなるミクロ組織を有した硬質材である。
【００１７】
本実施形態では、上側板状コイル３１ａ、下側板状コイル３１ｂは、ｙ軸方向を長手方向とするｘｙ平面視矩形状の銅板であって、ｘｙ平面視で互いに重なり合う。上側板状コイル３１ａ、下側板状コイル３１ｂは、対向配置されると共に管状コイル３２によって電気的に接続されている。そして、対向配置された上側板状コイル３１ａ、下側板状コイル３１ｂの間に鋼板部材１０を配置して誘導加熱する。
【００１８】
図１に示すように、管状コイル３２は、一対の板状コイル３１に接合されると共に、一対の板状コイル３１の外側を１周するように設けられた銅管である。すなわち、管状コイル３２は、一対の板状コイル３１と共に１ターンコイルを構成している。管状コイル３２の両端は、高周波電源３３に接続されており、全体として閉回路を構成している。管状コイル３２の内部には、一対の板状コイル３１を冷却するための冷却水が流れている。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態では、管状コイル３２は、上側板状コイル３１ａの上面及び下側板状コイル３１ｂの下面において２本に分岐され、ｙ軸方向に延設されている。管状コイル３２は、一対の板状コイル３１のｙ軸方向一端側でｚ軸方向に延びて両者を直列に接続している。また、管状コイル３２は、一対の板状コイル３１のｙ軸方向他端側で高周波電源３３に接続されている。
【００２０】
ここで、図２は、鋼板部材１０、ダミー鋼板２０、及び板状コイル３１の位置関係を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２では、管状コイル３２が省略されている。図３に示すように、本実施形態では、管状コイル３２は角パイプであって、上側板状コイル３１ａの上面及び下側板状コイル３１ｂの下面に接合されている。また、上述の通り、管状コイル３２は、上側板状コイル３１ａの上面及び下側板状コイル３１ｂの下面において２本に分岐されている。管状コイル３２は、角パイプに限定されず、例えば丸パイプであってもよい。
【００２１】
図２、図３に示すように、鋼板部材１０は、切り欠き部１１を有している。切り欠き部１１は、一対の板状コイル３１の間において鋼板部材１０が配置されていない非配置領域を構成する。切り欠き部１１が一対の板状コイル３１の間に配置されれば、切り欠き部１１の位置及び形状は何ら限定されない。また、一対の板状コイル３１の間において鋼板部材１０が配置されていない非配置領域を構成すれば、切り欠き部１１に限定されない。本実施形態では、鋼板部材１０を誘導加熱する際、一対の板状コイル３１の間における非配置領域（鋼板部材１０の切り欠き部１１）にダミー鋼板２０を挿入しておく。
【００２２】
ダミー鋼板２０は、例えば鋼板部材１０と同一種類の鋼板からなるが、鋼板部材１０と異なる種類の鋼板から構成してもよい。さらに、ダミー鋼板２０に代えて、誘導加熱可能な鋼以外の材料からなるダミー板を用いてもよい。例えば、鋼以外の金属材料やカーボンなどからなるダミー板を用いることができる。
【００２３】
ここで、図４、図５を参照して、比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法について説明する。図４は、比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法における鋼板部材１０及び板状コイル３１の位置関係を示す平面図であって、図２に対応する図である。図５は、図４のＶ−Ｖ断面図であって、図３に対応する図である。
【００２４】
比較例における誘導加熱装置３０の構成は、図１に示したものと同じである。図４、図５に示した鋼板部材１０も、図１〜図３に示した鋼板部材１０と同じであって、切り欠き部１１を有している。図４、図５に示すように、比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、鋼板部材１０を誘導加熱する際、一対の板状コイル３１の間における非配置領域（鋼板部材１０の切り欠き部１１）にダミー鋼板２０を挿入しない。
【００２５】
比較例では、鋼板部材１０を誘導加熱する際、一対の板状コイル３１の間における非配置領域（鋼板部材１０の切り欠き部１１）と、鋼板部材１０が配置された配置領域とでは、一対の板状コイル３１の抵抗が変化する。
【００２６】
より詳細には、図５に示すように、一対の板状コイル３１の配置領域では、鋼板部材１０からの反磁界によって抵抗が高くなる。他方、一対の板状コイル３１の非配置領域では、鋼板部材１０からの反磁界の影響が小さい。そのため、一対の板状コイル３１において、配置領域よりも非配置領域の方が、相対的に抵抗が小さくなり、非配置領域に電流が集中する。その結果、鋼板部材１０を均一に加熱することができなかった。具体的には、鋼板部材１０の非配置領域（鋼板部材１０の切り欠き部１１）近傍における加熱温度が低下してしまう。
【００２７】
これに対し、図３に示すように、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、鋼板部材１０を誘導加熱する際、一対の板状コイル３１の間における非配置領域（鋼板部材１０の切り欠き部１１）にダミー鋼板２０を挿入しておく。そのため、一対の板状コイル３１の配置領域と非配置領域とにおける抵抗が同等になり、電流も同等になる。その結果、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、鋼板部材１０を均一に加熱することができる。
【００２８】
＜鋼板部材の具体例＞
次に、図６を参照して、第１の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法を用いて加熱する鋼板部材の具体例の構成について説明する。図６は、鋼板部材の一例の斜視図である。図６に示した鋼板部材５０は、車両用部材であるピラー用鋼板部材であって、より詳細にはセンターピラーリインフォースメントである。図６に示した矢印は、車両における各方向を示している。
【００２９】
図６に示すように、鋼板部材５０は、本体部５１、上部フランジ部５２、下部フランジ部５３を備えている。
なお、図６に示した鋼板部材５０の用途や形状はあくまでも一例であって、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法の適用対象となる鋼板部材の用途や形状は何ら限定されることはない。
【００３０】
図６に示すように、本体部５１は、上下方向に延設された天板５１ａ、側壁５１ｂ、及びフランジ部５１ｃを備えた断面ハット型形状の部位である。より詳細には、上下方向に延設された天板５１ａの幅方向の端部から一対の側壁５１ｂが内向きに形成されている。さらに、それぞれの側壁５１ｂの端部からフランジ部５１ｃが外側に張り出している。
【００３１】
また、本体部５１は、全体的に外側に張り出すようにやや湾曲している。さらに、本体部５１の上端部及び下端部は、幅方向（前後方向）に拡がって平面視Ｔ字状に形成されている。ここで、上端部よりも下端部の方が幅方向（前後方向）に拡がっている。
【００３２】
上部フランジ部５２は、本体部５１の上端部から外側に立ち上がった板面と、その面の外側の端部から上側（本体部５１の長手方向外側）に張り出した板面とを備えている。すなわち、上部フランジ部５２は、幅方向（前後方向）に延設された断面Ｌ字状の部位である。
【００３３】
下部フランジ部５３は、天板５１ａの下端部から下側（長手方向外側）に延長して張り出すと共に、幅方向（前後方向）に延設された平板状の部位である。下部フランジ部５３の下側には切り欠き部５３ａが設けられている。
【００３４】
図６には、鋼板部材５０の焼き戻しに用いる一対の板状コイル３１０（上側板状コイル３１０ａ、下側板状コイル３１０ｂ）が二点鎖線で示されている。鋼板部材５０において、一対の板状コイル３１０の間に位置する下部フランジ部５３及び本体部５１の下部は軟質領域である。それ以外の領域は硬質領域である。下部フランジ部５３の切り欠き部５３ａは、一対の板状コイル３１０の間において鋼板部材５０が配置されていない非配置領域を構成する。
【００３５】
＜シミュレーション結果＞
次に、図７を参照して、図６に示した鋼板部材５０を誘導加熱した熱解析シミュレーション結果について説明する。図７は、実施例及び比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法におけるシミュレーション結果を示す図である。図７の上段には構成図が示されている。中段及び下段には比較例及び実施例の熱解析結果がそれぞれ示されている。
【００３６】
図７の上段に示すように、熱解析シミュレーションでは、図６に示した上側板状コイル３１０ａが、ｙ軸方向に延設された４つの上側板状コイル３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３１４ａから構成されている。図７には示されていないが、図６に示した下側板状コイル３１０ｂも同様に、ｙ軸方向に延設された４つの上側板状コイル３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、３１４ｂから構成されている。
【００３７】
管状コイル３２０は、４対の板状コイルである上側板状コイル３１１ａ、下側板状コイル３１１ｂ、上側板状コイル３１２ａ、下側板状コイル３１２ｂ、上側板状コイル３１３ａ、下側板状コイル３１３ｂ、上側板状コイル３１４ａ、下側板状コイル３１４ｂをこの順に接続する銅管である。すなわち、管状コイル３２０は、これら４対の板状コイルの外側（すなわち板状コイル３１０の間に配置された鋼板部材５０の外側）を４周するように設けられている。すなわち、管状コイル３２０は、それぞれ４分割された一対の板状コイル３１０と共に４ターンコイルを構成している。管状コイル３２０の両端は、高周波電源３３に接続されており、全体として閉回路を構成している。
【００３８】
図７の下段に示すように、実施例では、鋼板部材１０を誘導加熱する際、一対の板状コイル３１０の間における非配置領域にダミー鋼板２０ａ、２０ｂ、２０ｃを挿入した。これに対して、図７の下段に示すように、比較例では、鋼板部材１０を誘導加熱する際、一対の板状コイル３１０の間における非配置領域にダミー鋼板を挿入しなかった。
【００３９】
図７の中段に示すように、比較例では、特に鋼板部材５０の切り欠き部５３ａ近傍における加熱温度が低く、鋼板部材５０を均一に加熱することができなかった。これに対して、図７の下段に示すように、実施例では、鋼板部材５０の鋼板部材５０の切り欠き部５３ａにダミー鋼板２０ａを挿入した。その結果、切り欠き部５３ａ近傍における温度が上昇し、比較例よりも鋼板部材５０を均一に加熱することができた。
以上の通り、熱解析シミュレーションによって、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法の効果が確認できた。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  鋼板部材
１１  切り欠き部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  ダミー鋼板
３０  誘導加熱装置
３１、３１０  板状コイル
３１ａ、３１０ａ−３１４ａ  上側板状コイル
３１ｂ、３１０ｂ−３１４ｂ  下側板状コイル
３２  管状コイル
３３  高周波電源
５０  鋼板部材
５１  本体部
５１ａ  天板
５１ｂ  側壁
５１ｃ  フランジ部
５２  上部フランジ部
５３  下部フランジ部
５３ａ  切り欠き部
３２０  管状コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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