(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じた横断面形状を有する中空の部材である鋼材をその長手方向へ送るための送り装置と、
送られる鋼材から離間して第１の位置に配置されて、前記鋼材を焼入れ可能温度域に加熱する加熱装置と、
前記第１の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第２の位置で前記鋼材に冷却媒体を吹き付けることにより該鋼材を焼入れる冷却装置と、
前記鋼材の送り方向の後端部に設置されるとともに前記鋼材の内部に不活性ガスまたは還元性ガスを供給するための流路を有するチャックと、
前記流路を介して、前記鋼材の内部に不活性ガス又は還元性ガスを供給する内部スケール生成防止ガス供給系と、
前記鋼材における、前記加熱装置により加熱されて、酸化スケールが生成する高温にある部分の周囲の空間に、不活性ガス又は還元性ガスを供給して、該空間に不活性ガス又は還元性ガスを充満させるスケール生成防止ガス供給系と、
前記第１の位置よりも前記鋼材の送り方向の上流側に配置されて、前記スケール生成防止ガス供給系から供給された前記不活性ガス又は前記還元性ガスが、前記加熱された部分の周囲の空間から洩れ出すことを抑制するための漏洩抑制部材と、
前記鋼材の送り方向の先端部に設置され、前記鋼材の内部に供給された前記不活性ガスまたは還元性ガスを前記鋼材の外部へ排出するための流路を有するとともに、前記チャックとともに前記高温の部分の両側の部分の位置を適宜制御することにより前記鋼材を屈曲部材に製造するチャックと
を備えることを特徴とする焼入れ鋼材である屈曲部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば焼入れ鋼管等の焼入れ鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車や各種機械等に用いられる、金属製の強度部材、補強部材または構造部材には、高強度、軽量かつ小型であること等が求められる。従来よりこの種の部材は、プレス加工品の溶接、厚板の打ち抜き、さらには鍛造等により製造されてきた。しかし、これらの製造方法により製造される部材の軽量化および小型化には限界があり、その実現は容易なことではない。
【０００３】
近年、これらの課題を可能にするために、例えば非特許文献１に開示されるハイドロフォームといわれる加工法が開発され、自動車部品に適用されるようになってきた。ハイドロフォームは、金型内に素材である管をセットし、高圧の加工液を管の内部に導入して管を膨出させ、管の外径を金型に沿わせることによって、複雑な形状の自動車部品を成形するものである。
【０００４】
すなわち、プレス加工による溶接品の溶接部位にはいわゆるフランジ部と呼ばれる余肉部が不可避的に必要であるために重量増加の要因となるのに対し、ハイドロフォームでは、管を素材とするためにフランジ部を省略しながら、複雑な形状の部品を一体成形することが可能であることから、自動車部品の軽量化が図られる。
【０００５】
しかしながら、ハイドロフォームには、（ａ）冷間加工であるため、例えば７８０ＭＰａ以上といった高強度の部材では、素材の延性がもともと小さいことから、複雑な形状の自動車部品の成形には限界があること、（ｂ）一般的には、曲げ、プリフォーム及びハイドロフォームの３工程が必要となり、工程が比較的煩雑になること、及び（ｃ）ハイドロフォーム機が大型で比較的高価であることといった問題がある。
【０００６】
これらの問題に対して、本出願人は、先に特許文献１により曲げ加工装置に係る発明を開示した。図２は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
図２に示すように、この発明は、支持手段２によりその軸方向へ移動自在に支持された鋼管１を上流側から下流側へ向けて送り装置３により送りながら、支持手段２の下流で曲げ加工を行う曲げ加工方法を用いて屈曲部材を製造する際に、支持手段２の下流で高周波加熱コイル５により鋼管１を部分的に焼入れが可能な温度域に急速に加熱し、高周波加熱コイル５の下流に配置される水冷装置６により鋼管１を急冷するとともに、鋼管１を送りながら支持可能であるロール対４ａを少なくとも一組有する可動ローラダイス４の位置を二次元又は三次元で変更して鋼管１の加熱された部分に曲げモーメントを付与して曲げ加工を行うので、十分な曲げ加工精度を確保しながら高い作業能率で屈曲部材を製造することが可能になる。
【０００７】
この発明によれば、確かに、二次元又は三次元に屈曲する曲げ加工部と焼入れ部とを長手方向及び／又はこの長手方向と交叉する面内の周方向へ向けて断続的又は連続的に有する屈曲部材を、十分な曲げ加工精度を確保しながら高い作業能率で、製造することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０９３００６号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】自動車技術Ｎｏｖ．５７，Ｎｏ．６（２００３）２３〜２８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１により開示された発明によれば、比較的安価な成形機を用いた単純な工程により、例えば７８０ＭＰａ以上といった高強度の自動車部品を一体成形することができ、極めて有益である。
【００１１】
しかしながら、本発明者等はこの発明のさらなる向上を図るべく鋭意検討を重ねたところ、この発明では、鋼管１は部分的に高周波加熱コイル５により焼入れが可能な温度域に急速に加熱されるため、鋼管１の表面には不可避的に酸化スケールが生成し、製造される屈曲部材の外面に酸化スケールが残存する。このため、屈曲部材の表面性状が劣化するとともに、塗装後耐食性も低下するという問題がある。また、鋼管１の外面のみならず内面にも酸化スケールが生成するため、製造される屈曲部材の耐食性の低下は避けられない。
【００１２】
本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、特許文献１により開示された発明においても実施されるように、鋼材をその長手方向へ送りながら、送られる鋼材を焼入れ可能温度域に加熱した後に冷却して鋼材を焼入れる際に、酸化スケールの発生を抑制もしくは解消することができる、例えば焼入れ鋼管等の焼入れ鋼材の製造方法及び製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、閉じた横断面形状を有する中空の部材である鋼材をその長手方向へ送るための送り装置と、送られる鋼材から離間して第１の位置に配置されて、鋼材を焼入れ可能温度域に加熱する加熱装置と、第１の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第２の位置で鋼材に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を焼入れる冷却装置と、鋼材の送り方向の後端部に設置されるとともに鋼材の内部に不活性ガスまたは還元性ガスを供給するための流路を有するチャックと、この流路を介して、鋼材の内部に不活性ガス又は還元性ガスを供給する内部スケール生成防止ガス供給系と、鋼材における、加熱装置により加熱されて、酸化スケールが生成する高温にある部分の周囲の空間に、不活性ガス又は還元性ガスを供給して、この空間に不活性ガス又は還元性ガスを充満させるスケール生成防止ガス供給系と、
第１の位置よりも鋼材の送り方向の上流側に配置されて、スケール生成防止ガス供給系から供給された不活性ガス又は還元性ガスが、加熱された部分の周囲の空間から洩れ出すことを抑制するための漏洩抑制部材と、鋼材の送り方向の先端部に設置され、鋼材の内部に供給された不活性ガスまたは還元性ガスを鋼材の外部へ排出するための流路を有するとともに、チャックとともに高温の部分の両側の部分の位置を適宜制御することにより鋼材を屈曲部材に製造するチャックとを備えることを特徴とする焼入れ鋼材である屈曲部材の製造装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特許文献１により開示された加工法を実施しても、例えば鋼管等の鋼材の酸化スケールの発生を抑制もしくは解消することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る焼入れ鋼材の製造装置の構成を、模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、特許文献１により開示された曲げ加工装置の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、本発明における鋼材が、閉じた横断面形状を有する中空の部材の代表例である鋼管である場合を例にとるが、本発明は閉じた横断面形状を有する中空の部材に限定されるものではなく、鋼材であれば等しく適用される。
【００２１】
はじめに本発明に係る製造装置を説明する。図１は、本発明に係る焼入れ部材１０の製造装置１１の構成を、模式的に示す説明図である。
この製造装置１１は、送り装置１２と、加熱装置１３と、冷却装置１４と、スケール生成防止ガス供給系１５と、漏洩抑制部材１６と、内部スケール生成防止ガス供給系１７とを備えるので、これらの構成要素を説明する。
【００２２】
［送り装置１２］
送り装置１２は、鋼管１０をその長手方向へ送ることができる装置であればよく、特定の装置には限定されない。
【００２３】
図１に示す製造装置１１では、送り装置１２は、鋼管１０の送り方向（図１中の白抜き矢印方向）の後端部に挿入して設置されるチャック１８と、このチャック１８を鋼管１０の送り方向へ移動自在に支持する第１の産業用ロボット（図示しない）と、鋼管１０の送り方向（図１中の白抜き矢印方向）の後端部に挿入して設置されるチャック１９と、このチャック１８を鋼管１０の送り方向へ移動自在に支持する第２の産業用ロボット（図示しない）とにより、構成した。
【００２４】
第１の産業用ロボット及び第２の産業用ロボットに替えて、二本のマニピュレータを有するいわゆる双腕型の産業用ロボットを用いてもよい。
また、第１の産業用ロボットに替えて、例えばボールネジ等の公知の送り装置を用いてもよい。この場合に屈曲部材を製造するためには、この送り装置と加熱装置１３との間の鋼管１０を送りながら所定の位置に位置決めするために、一対のローラ等からなる支持装置を配置することが望ましい。
【００２５】
チャック１８及び１９それぞれの内部には、不活性ガス又は還元性ガスの流路１８ａ，１９ａが設けられており、鋼管１０の内部に不活性ガス又は還元性ガスを供給するとともに供給した不活性ガス又は還元性ガスを鋼管１０の外部へ排出することができるように構成されている。
【００２６】
送り装置１２は、以上のように構成される。
［加熱装置１３］
加熱装置１３は、送られる鋼管１０から所定の距離だけ離間して、鋼管１０の送り方向に関する第１の位置Ａに配置されて、鋼管１０を焼入れ可能温度域に加熱するための装置である。
【００２７】
加熱装置１３は、鋼管１０を、例えば鋼管１０のＡｃ３点以上の温度に急速に加熱する能力を有することが望ましく、この製造装置１１では加熱装置１０として高周波加熱装置を用いた。
【００２８】
加熱装置１３は、後述する冷却装置１４と一体として、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
加熱装置１３は、以上のように構成される。
【００２９】
［冷却装置１４］
冷却装置１４は、第１の位置Ａよりも鋼管１０の送り方向の下流の第２の位置Ｂで鋼管に冷却媒体２０（例えば冷却水）を吹き付けることにより、例えばＡｃ３点以上の温度に加熱された鋼管１０を急速に冷却することによって、鋼管１０を焼入れるための装置である。
【００３０】
冷却装置１４は、上述したように加熱装置１３と一体として、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
冷却装置１４は、以上のように構成される。
【００３１】
［スケール生成防止ガス供給系１５］
スケール生成防止ガス供給系１５は、供給ポンプ１５ａと、この供給ポンプ１５ａに接続される供給ノズル１５ｂとを有しており、鋼管１０における、加熱装置１３により加熱されて、酸化スケールが生成する高温にある部分２１の周囲の空間２２に不活性ガス又は還元性ガスを供給して、この空間２２に不活性ガス又は還元性ガスを滞留、充満させるためのものである。
【００３２】
供給ノズル１５ｂの設置位置や向き、設置数、さらには、供給ノズル１５ｂからの不活性ガス又は還元性ガスの吹き付け力等は、空間２２に不活性ガス又は還元性ガスを供給して、この空間２２に不活性ガス又は還元性ガスを滞留、充満させることができるように、適宜決定すればよい。
【００３３】
供給ノズル１５ｂも、上述したように加熱装置１３及び冷却装置１４と一体として、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
スケール生成防止ガス供給系１５は、以上のように構成される。
【００３４】
［漏洩抑制部材１６］
漏洩抑制部材１６は、第１の位置Ａよりも鋼管１０の送り方向の上流側に配置されて、不活性ガス又は還元性ガスが、加熱された部分２１の周囲の空間２２から洩れ出すことを抑制するための部材であり、例えばじゃま板を用いることができる。
【００３５】
漏洩抑制部材１６も、上述したように加熱装置１３、冷却装置１４及び供給ノズル１５ｂと一体として、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
漏洩抑制部材１６は、以上のように構成される。
【００３６】
［内部スケール生成防止ガス供給系１７］
内部スケール生成防止ガス供給系１７は、チャック１８の内部に形成された不活性ガス又は還元性ガスの流路１８ａを介して、鋼管１０の内部に不活性ガス又は還元性ガスを供給するためのものである。
【００３７】
内部スケール生成防止ガス供給系１７により鋼管１０の内部に供給された不活性ガス又は還元性ガスは、鋼管１０の内部に充満し、チャック１９の内部に形成された不活性ガス又は還元性ガスの流路１９ａを介して、鋼管１０の外部へ排出される。
【００３８】
内部スケール生成防止ガス供給系１７は、以上のように構成される。
本発明に係る製造装置１１は、以上のように構成される。次に、この製造装置１１により、焼入れ鋼管を製造する状況を説明する。
【００３９】
送り装置１２により、鋼管１０をその長手方向（図１における白抜き矢印方向）へ送りながら、送られる鋼管１０を加熱装置１３により例えばＡｃ３点以上の焼入れ可能温度域に急速に加熱する。
【００４０】
次に、冷却装置１４により鋼管１０の外面に冷却水を吹き付けることにより鋼管１０を急速に冷却して鋼管１０を焼入れる。
この際に、スケール生成防止ガス供給系１５により、鋼管１０における、加熱装置１３により加熱された部分２１の周囲の空間２２に不活性ガス又は還元性ガスを、第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かう側に向けて供給することにより、この空間２２に不活性ガス又は還元性ガスを充満させる。
【００４１】
これにより、鋼管１０を例えばＡｃ３点以上の焼入れ可能温度域から急速に冷却することができるとともに、鋼管１０における、加熱装置１３により加熱された部分２１に、その周囲の空間から酸素が供給されることを阻止することができるので、この部分２１におけるスケールの形成を、抑制もしくは解消することができるようになる。
【００４２】
さらに、この焼入れの際には、内部スケール生成防止ガス供給系１７により、鋼管１０の内部に不活性ガス又は還元性ガスを供給することにより、鋼管１０の内面におけるスケールの形成をも、抑制もしくは解消することができるようになる。
【００４３】
この製造装置１１を用いて屈曲部材を製造するには、第１の産業用ロボットにより支持されるチャック１８の位置と、第２の産業用ロボットにより支持されるチャック１９の位置と、第３の産業用ロボットにより一体に支持される加熱装置１３、冷却装置１４、供給ノズル１５ｂ及び漏洩抑制部材１６の位置とを、三次元で連動させて制御すればよい。すなわち、加熱装置１３により加熱されて変形抵抗が大幅に低下した部分２１の両側の部分の位置を適宜制御することにより、所望の形状を有する屈曲部材を製造することができる。
【００４４】
なお、第１の産業用ロボットに替えて、例えばボールネジ等の公知の送り装置を用いる場合には、上述したように、この送り装置と加熱装置１３との間に、鋼管１０を送りながら所定の位置に位置決めするための一対のローラ等からなる支持装置が配置されているので、第２の産業用ロボットにより支持されるチャック１９の位置と、必要に応じて第３の産業用ロボットにより一体に支持される加熱装置１３、冷却装置１４、供給ノズル１５ｂ及び漏洩抑制部材１６の位置とを、三次元で連動させて制御すればよい。
【００４５】
このようにして、本発明により、焼入れ鋼管、さらには所定の屈曲形状を有する焼入れ鋼管である屈曲部材を、製造することができる。
この本発明により製造される屈曲部材は、例えば、以下に例示する用途（ｉ）〜（ｖｉｉ）に対して適用可能である。
【００４６】
（ｉ）自動車のサスペンションのロアーアームやブレーキペダルといった自動車の強度部材、
（ｉｉ）自動車の各種レインフォース、ブレース等の補強部材、
（ｉｉｉ）バンパー、ドアインパクトビーム、サイドメンバー、サスペンションマウントメンバー、ピラー、サイドシル等の自動車の構造部材、
（ｉｖ）自転車や自動二輪車等のフレーム、クランク
（ｖ）電車等の車輛の補強部材、台車部品（台車枠、各種梁等）
（ｖｉ）船体等のフレーム部品、補強部材、
（ｖｉｉ）家電製品の強度部材、補強部材または構造部材
【符号の説明】
【００４７】
１０  焼入れ部材
１１  本発明に係る製造装置
１２  送り装置
１３  加熱装置
１４  冷却装置
１５  スケール生成防止ガス供給系
１５ａ  供給ポンプ
１５ｂ  供給ノズル
１６  漏洩抑制部材
１７  内部スケール生成防止ガス供給系
１８  チャック
１８ａ  流路
１９  チャック
１９ａ  流路
２０  冷却媒体
２１  部分
２２  周囲の空間
Ａ  第１の位置
Ｂ  第２の位置
【図１】
0005520570.tif 000002
【図２】
0005520570.tif 000003