(57)【要約】【課題】直線部または低曲率部と高曲率部を軸方向へ備える高強度の曲げ鋼管を、焼きムラやしわを発生させずに精度よく、かつ生産性を向上させながら製造する。【解決手段】高周波誘導加熱コイル７を備える３次元熱間曲げ焼入れ装置１である。高周波誘導加熱コイル７は、第１の絶縁部を有する第１の高周波誘導加熱コイル８および、第２の絶縁部を有する第２の高周波誘導加熱コイル９を鋼管の相対的な送り方向へ並んで有する。加熱コイル８は、送り方向の下流側に配置され、コイル幅が４〜１０ｍｍの１ターンコイルである。鋼管の送り方向に直交する断面において、第１の絶縁部および第２の絶縁部は、加熱コイル８および加熱コイル９の周方向へずれて位置する。加熱コイル８および加熱コイル９は、電気的に絶縁され、かつそれぞれの加熱出力を独立して制御可能である。加熱コイル８および加熱コイル９は、鋼管を９００〜１０５０℃に加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導加熱コイルを備え、該高周波誘導加熱コイルは素材である鋼管の軸方向へ該鋼管と相対的に移動しながら該鋼管を加熱可能である３次元熱間曲げ焼入れ装置であって、
前記高周波誘導加熱コイルは、１ターンコイルであり、該１ターンコイルの１ターンの開始部および終了部の間に設けられる第１の絶縁部を有する第１の高周波誘導加熱コイル、並びに該第１の高周波誘導加熱コイルとは独立の１ターンコイルであり、該１ターンコイルの１ターンの開始部および終了部の間に設けられる第２の絶縁部を有する第２の高周波誘導加熱コイルを前記鋼管の相対的な送り方向へ並んで有し、
前記第１の高周波誘導加熱コイルは、前記送り方向において前記第２の高周波誘導加熱コイルよりも下流側に配置され、鋼管送り方向長さであるコイル幅が４〜１０ｍｍであり、
前記鋼管の送り方向に直交する断面において、前記第１の絶縁部と前記第２の絶縁部とは、互いに、前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルの周方向へずれて位置し、
前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルは、電気的に絶縁され、かつそれぞれの加熱出力を独立して制御可能であるとともに、
前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルは、前記鋼管を９００〜１０５０℃に加熱可能であることを特徴とする、３次元熱間曲げ焼入れ装置。
【請求項２】
前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルの間に配置される絶縁部材を備える、請求項１に記載の３次元熱間曲げ焼入れ装置。
【請求項３】
第１の高周波電源装置と、前記第１の高周波電源装置から独立した第２の高周波電源装置を備え、
前記第１の高周波電源装置は、前記第１の高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給し、
前記第２の高周波電源装置は、前記第２の高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給する、請求項１または２に記載の３次元熱間曲げ焼入れ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の３次元熱間曲げ焼入れ装置を用いる３次元熱間曲げ焼入れ方法であって、
前記鋼管に曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄ以上の曲げ部を形成する場合には、前記鋼管の相対的な送り速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下として前記第１の高周波誘導加熱コイルのみで前記鋼管を加熱し、
前記鋼管に前記曲げ部以外の部分を形成する場合には、前記鋼管の相対的な送り速度を６０ｍｍ／ｓｅｃ以上として前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルで前記鋼管を加熱し、
前記曲率が鋼管の長手方向で変化する場合において、前記曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄとなって、前記相対的な送り速度を変化させる際は、絶対値が１０ｍｍ／ｓｅｃ／ｓｅｃ以上の加速度で前記相対的な送り速度を変化させ、かつ、前記第２の高周波誘導加熱コイルの加熱を開始または停止することを特徴とする３次元熱間曲げ焼入れ方法。
ただし、Ｄは前記鋼管の直径であり、ｔは前記鋼管の肉厚である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元熱間曲げ焼入れ装置および焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止を目的とした燃費向上によるＣＯ２削減を図るための自動車の軽量化や、自動車の衝突時の安全性の向上を図るため、自動車構成部材の高強度化および薄肉化が推進されている。自動車構成部材の高強度化および薄肉化を実現する技術の一つとして、３次元熱間曲げ焼入れ（以下、「３ＤＱ」ともいう）が知られる。
【０００３】
特許文献１には３ＤＱが開示される。３ＤＱは、略述すると、支持手段により軸方向へ送り可能に保持された素材である鋼管を上流側から押し出しながら、支持手段の下流側で曲げ加工またはせん断加工を行って曲げ鋼管を製造する押通し加工方法である。
【０００４】
支持手段の下流側に設けられた産業用ロボットにより鋼管の先端を把持する。支持手段の出側で鋼管の外周を取り囲んで配置される円環状かつ銅製の高周波誘導加熱コイルにより、軸方向へ送られる鋼管をＡｃ３点以上に加熱する。
【０００５】
高周波誘導加熱コイルの下流側に配置された水冷装置により、加熱された鋼管を急速に冷却する。これにより、鋼管の軸方向の一部にＡｃ３点以上の加熱領域を形成する。そして、産業用ロボットによる鋼管の把持位置を制御することにより、加熱領域に支持手段および産業用ロボットにより曲げモーメントまたはせん断力を付与することにより、曲げ鋼管を製造する。
【０００６】
３ＤＱのように被加工材である鋼管を加熱して曲げ加工またはせん断加工を行う場合、鋼管を断面内で均一に加熱すること、すなわち鋼管の断面周方向において温度が不均一になることを抑制することが求められる。
【０００７】
例えば、高周波誘導加熱コイルの巻き数が１巻（１ターン）である場合、以下に説明するように、鋼管の断面周方向において温度が不均一になりやすい。図３は、１ターンの高周波誘導加熱コイルを示す図である。図３に示すように、１ターンの高周波誘導加熱コイル１００では、１ターンの開始部１００ａおよび終了部１００ｂの間に絶縁部（空隙部１００ｃ、または空隙部１００ｃに図示しない絶縁材を挟む場合には、その絶縁材）が設けられる。このような１ターンの高周波誘導加熱コイル１００を用いて鋼管を加熱する場合には、鋼管のうち上記絶縁部に相対する部分は、加熱されないか、あるいは加熱効率が他の部分よりも低下する。このため、鋼管の断面周方向温度の不均一が生じる。
【０００８】
したがって、一般的に、高周波誘導加熱コイルの巻き数を２以上に増やすことにより、高周波誘導加熱コイルの絶縁部による影響を緩和し、鋼管の断面周方向温度の不均一を抑制する。
【０００９】
一方、３ＤＱでは、加熱領域の軸方向両側に存在する低温領域により面外変形を防ぎながら、加熱領域のみで鋼管を変形させる。このため、曲げ部の内周側のしわなどの成形不良の発生を抑制するには、変形領域である加熱領域の鋼管送り方向長さ（本明細書では「加熱幅」とも言う）をできるだけ短くすることが望ましい。
【００１０】
そのためには、高周波誘導加熱コイルの鋼管送り方向長さ（本明細書では「コイル幅」ともいう）を短くすることが望ましく、さらに、高周波誘導加熱コイルの巻き数もできるだけ少なくすること、すなわち巻き数が１である高周波誘導加熱コイル（本明細書では「１ターンコイル」ともいう）を用いることが望ましい。
【００１１】
しかし、１ターンコイルでは、上述したように、高周波誘導加熱コイルの絶縁部に起因して、鋼管の断面周方向温度の不均一が生じる。加工速度を低下することにより熱伝導によってこの不均一をある程度抑制することはできる。しかし、１ターンコイルを用いるために加熱出力が不足し、直線部や曲げが緩い低曲率部で加工速度を高めることができず、生産性が低下する。
【００１２】
すなわち、３ＤＱで用いる高周波誘導加熱コイルのコイル幅に関して、鋼管の断面周方向温度の不均一の抑制を図る条件と、曲げ部のしわの抑制を図る条件は、二律背反の関係にある。
【００１３】
特許文献２には、３ＤＱに用いる高周波誘導加熱コイルが開示される。この高周波誘導加熱コイルは、１ターンの高周波誘導加熱コイルを鋼管の送り方向へ直列に２つ並べて配置し、２つの高周波誘導加熱コイルの非実効コイル長Ｌｎと、内周コイル長Ｌ０との比（Ｌｎ／Ｌ０）を０．０５以下とすることにより、鋼管を周方向へ均一に、かつ鋼管の送り方向へ狭い範囲で加熱できる。
【００１４】
さらに、３ＤＱにおいて曲げ半径の小さい曲げ加工、すなわち高曲率での曲げ加工を行うことにより高曲率部（小曲げ半径部）を有する曲げ部材を製造する場合、曲げ部の加工速度が高いと鋼管を把持する産業用ロボットのマニピュレータの速度変化が過大となり、マニピュレータが振動し、加工精度が低下する。この現象は、産業用ロボットのマニピュレータの速度＝回転半径（∝加工済み部品長）×角速度の関係から、特に加工の後半に顕著に発生する。
【００１５】
特許文献３には、鋼管の高曲率部で加工速度および加熱出力を低下することにより、鋼管の加熱幅を狭くしてしわの発生を抑制する方法が開示されている。この発明は、曲げ鋼管の直線部および低曲率部の加工時には、加熱出力および加工速度を高めて生産性を確保し、曲げ鋼管の高曲率部の加工時には、加熱出力および加工速度を低下させて、加工精度の低下を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−８３３０４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０８３８１７号
【特許文献３】国際公開第２０１６／０３１９７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１により開示された発明は、１ターンコイルを用いるため、加工速度を落とすことにより鋼管の断面周方向温度の不均一を抑制できるものの、１ターンコイルを用いるために生産性の低下は否めない。
【００１８】
なお、特許文献１により開示された発明では、高周波誘導加熱コイルを鋼管の送り方向に対して可動にする必要があり、高周波誘導加熱コイルの構造が複雑になる。また、鋼管と高周波誘導加熱コイルが鋼管の断面形状によっては干渉するおそれもある。
【００１９】
特許文献２，３により開示された発明は、電気的に接続された２個の１ターンの高周波誘導加熱コイルを用いる。このため、加熱幅を狭くすることが容易ではなく、高曲率部の曲げ内周側でのしわの発生を防止できない。
【００２０】
本発明は、直線部または低曲率部と高曲率部を軸方向へ備える高強度の曲げ鋼管を、焼きムラやしわを発生させずに精度よく、かつ生産性を向上させながら製造することができる３次元熱間曲げ焼入れ装置および焼入れ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者らは、３ＤＱにより、鋼管に高曲率部を加工する場合の曲げ内周側でのしわの発生を防止するとともに生産性の低下を防止しながら、曲げ鋼管を製造するために、高曲率部の加工時には加工速度を低下し、それ以外の部分では加工速度を高めることを前提として、鋭意検討を重ねた。その結果、以下に列記の知見Ａ〜Ｃを得て、本発明を完成した。
【００２２】
なお、前記鋼管としては、直径１７．３ｍｍ〜１００．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ〜６．５ｍｍの焼き入れ後の引張強度が１４７０ＭＰａ以上の鋼管を対象とするのが工業生産上好ましい。さらに生産の安定性を重視する場合は、前記鋼管としては、直径１７．３ｍｍ〜８０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ〜３．２ｍｍの焼き入れ後の引張強度が１４７０ＭＰａ以上の鋼管を対象とするのが望ましい。
【００２３】
（Ａ）互いに電気的に遮断され、かつそれぞれの加熱出力を独立して制御可能である２個の１ターンの高周波誘導加熱コイルを、鋼管の送り方向へ直列に並べて配置する。これら２個の高周波誘導加熱コイルのうちの下流側の高周波誘導加熱コイルを、コイル幅が小さい１ターンコイル（本明細書では「狭幅１ターンコイル」ともいう）とする。
【００２４】
（Ｂ）高曲率部の加工では、鋼管の加熱幅をできるだけ狭くするため、狭幅１ターンコイルのみを用いて加熱する。高曲率部以外の部分の加工では、加工速度を高めて生産性を向上するため、狭幅１ターンコイルおよび上流側コイルをともに用いて加熱出力を上げて加熱する。
【００２５】
（Ｃ）（狭幅１ターンコイルおよび上流側コイルの合計の加熱出力）／加工速度を、鋼管の断面線長および肉厚に応じて特定範囲内に適宜設定することにより、鋼管の送り方向への加熱温度を所定の温度域内に保つ。
【００２６】
本発明は以下に列記のとおりである。
（１）高周波誘導加熱コイルを備え、該高周波誘導加熱コイルは素材である鋼管の軸方向へ該鋼管と相対的に移動しながら該鋼管を加熱可能である３次元熱間曲げ焼入れ装置であって、
前記高周波誘導加熱コイルは、１ターンコイルであり、該１ターンコイルの１ターンの開始部および終了部の間に設けられる第１の絶縁部を有する第１の高周波誘導加熱コイル、並びに該第１の高周波誘導加熱コイルとは独立の１ターンコイルであり、該１ターンコイルの１ターンの開始部および終了部の間に設けられる第２の絶縁部を有する第２の高周波誘導加熱コイルを前記鋼管の相対的な送り方向へ並んで有し、
前記第１の高周波誘導加熱コイルは、前記送り方向において前記第２の高周波誘導加熱コイルよりも下流側に配置され、鋼管送り方向長さであるコイル幅が４〜１０ｍｍであり、
前記鋼管の送り方向に直交する断面において、前記第１の絶縁部と前記第２の絶縁部とは、互いに、前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルの周方向へずれて位置し、
前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルは、電気的に絶縁され、かつそれぞれの加熱出力を独立して制御可能であるとともに、
前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルは、前記鋼管を９００〜１０５０℃に加熱可能であることを特徴とする、３次元熱間曲げ焼入れ装置。
【００２７】
（２）前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルの間に配置される絶縁部材を備える、（１）項に記載の３次元熱間曲げ焼入れ装置。
【００２８】
（３）第１の高周波電源装置と、前記第１の高周波電源装置から独立した第２の高周波電源装置を備え、
前記第１の高周波電源装置は、前記第１の高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給し、
前記第２の高周波電源装置は、前記第２の高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給する、（１）または（２）項に記載の３次元熱間曲げ焼入れ装置。
【００２９】
（４）（１）〜（３）項のいずれかに記載の３次元熱間曲げ焼入れ装置を用いる３次元熱間曲げ焼入れ方法であって、
前記鋼管に曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄ以上の曲げ部を形成する場合には、前記鋼管の相対的な送り速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下として前記第１の高周波誘導加熱コイルのみで前記鋼管を加熱し、
前記鋼管に前記曲げ部以外の部分（例えば直線部や低曲率部）を形成する場合には、前記鋼管の相対的な送り速度を６０ｍｍ／ｓｅｃ以上として前記第１の高周波誘導加熱コイルおよび前記第２の高周波誘導加熱コイルで前記鋼管を加熱し、
前記曲率が鋼管の長手方向で変化する場合において、前記曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄとなって、前記相対的な送り速度を変化させる際は、絶対値が１０ｍｍ／ｓｅｃ／ｓｅｃ以上の加速度で前記相対的な送り速度を変化させ、かつ、前記第２の高周波誘導加熱コイルの加熱を開始または停止することを特徴とする３次元熱間曲げ焼入れ方法。
ただし、Ｄは前記鋼管の直径であり、ｔは前記鋼管の肉厚である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高曲率部は、低加工速度かつ低加熱出力で狭い加熱幅で加工を行うためにしわの発生が抑制されるとともに、直線部や低曲率部等の高曲率部以外の部分では、高加工速度かつ高加熱出力で加工を行うことにより、鋼管の断面周方向温度の不均一を抑制しながら、部品全体としての高い生産性と、高曲率部のまげ内周側でのしわの抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明に係る３次元熱間曲げ焼入れ装置を模式的に例示する説明図である。
【図２】図２は、高周波誘導加熱コイルの加熱出力のパターンの一例を示すグラフである。
【図３】図３は、１ターンコイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
添付図面を参照しながら、本発明を説明する。
１．本発明に係る３次元熱間曲げ焼入れ装置１
図１は、本発明に係る３次元熱間曲げ焼入れ装置１を模式的に例示する説明図である。
【００３３】
３次元熱間曲げ焼入れ装置１（以下、「３ＤＱ装置１」という）は、支持手段２で軸方向へ送り可能に保持された鋼管３を、例えば産業用ロボットやボールねじといった送り手段４により上流側から連続的に押し出しながら、支持手段２の下流側で曲げ加工またはせん断加工を行って曲げ鋼管を製造する。
【００３４】
支持手段２の下流側に設けられた産業用ロボット５のマニピュレータの先端に装着された効果器６により、鋼管３の先端を把持する。支持手段２の出側で鋼管３の外周を取り囲んで配置された円環状かつ銅製の高周波誘導加熱コイル７により、軸方向へ送られる鋼管３をＡｃ３点以上に加熱する。これにより、鋼管３の軸方向の一部にＡｃ３点以上の加熱領域３ａを形成する。本実施形態では、高周波誘導加熱コイル７の下流側に配置された水冷装置１０により、加熱された鋼管３を急速に冷却する。
【００３５】
本実施形態では、産業用ロボット５による鋼管３の把持位置を制御することにより、支持手段２および産業用ロボット５により、加熱領域３ａに曲げモーメントまたはせん断力を付与して、曲げ鋼管を製造する。
【００３６】
高周波誘導加熱コイル７は、鋼管３の軸方向へ鋼管３と相対的に移動しながら鋼管３を加熱する。すなわち、固定して設置された高周波誘導加熱コイル７の内部を鋼管３が通過してもよいし、固定して支持された鋼管３の軸方向へ高周波誘導加熱コイル７を移動させてもよい。
【００３７】
高周波誘導加熱コイル７は、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９を鋼管３の相対的な送り方向に並んで有する。このように、本発明では、これまでの３ＤＱ装置において高周波誘導加熱コイルとして用いられてきた２ターンコイルを、電気的に独立した第１の高周波誘導加熱コイル８と第２の高周波誘導加熱コイル９に分割する。
【００３８】
第１の高周波誘導加熱コイル８は、鋼管３の送り方向において、第２の高周波誘導加熱コイル９よりも下流側に配置される。第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９はそれぞれ、１ターンコイルである。上述の１ターンコイル１００と同様に、第１の高周波誘導加熱コイル８は第１の絶縁部（図示しない）を有し、第２の高周波誘導加熱コイル９は第２の絶縁部（図示しない）を有している。
【００３９】
第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９のうち、特に高曲率部の加工に用いる第１の高周波誘導加熱コイル８は、コイル幅が狭いほうが鋼管３の加熱幅を狭くするためには有効であるため、１ターンコイルとし、そのコイル幅を４〜１０ｍｍとする。
【００４０】
曲げ鋼管の直線部および低曲率部の加工では、加熱出力および加工速度をともに高めて生産性を高める。この場合、鋼管３の加熱幅（加熱領域３ａの鋼管軸方向長さ）は広くても問題ないので、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９をともに用いるとともに、冷却までの距離も多少長くても問題ないため、第２の高周波誘導加熱コイル９を上流側に配置する。
【００４１】
一方、曲げ鋼管の高曲率部の加工では、加熱出力および加工速度ともに低く抑制し、さらには鋼管３の加熱幅も狭くしたいので、第１の高周波誘導加熱コイル８だけを用い、加熱から冷却までの距離を短くする。
【００４２】
鋼管３の送り方向へ直列に配置する第１の高周波誘導加熱コイル８の第１の絶縁部（図示しない）と、第２の高周波誘導加熱コイル９の第２の絶縁部（図示しない）は、例えば特許文献２により開示されるように、断面周方向温度の不均一を抑制するために、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９の周方向へずれて位置する。言い換えると、鋼管３の送り方向から見て、第１の絶縁部と第２の絶縁部とは、鋼管３（加熱領域３ａ）の周方向に互いにずれて配置されている。
【００４３】
第１の絶縁部および第２の絶縁部のこのずれの程度は、鋼管３の断面周方向温度の不均一が抑制されるようにずれていればよいが、現実的には、２つの高周波誘導加熱コイル８，９それぞれのブスバー１１，１２の設置場所の関係から、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９の中心角で３０°以上ずれていることが望ましい。
【００４４】
第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９は、電気的に絶縁され、かつそれぞれの加熱出力を独立して制御可能である。
【００４５】
具体的には、鋼管３の送り方向について、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９の間に絶縁部材１３を備える。なお、第１の高周波誘導加熱コイル８と水冷装置１０との間にも絶縁部材１４を設けることが望ましい。
【００４６】
さらに、３ＤＱ装置１は、第１の高周波電源装置１５と、第１の高周波電源装置１５から独立した第２の高周波電源装置１６を備える。第１の高周波電源装置１５は、ブスバー１１を介して第１の高周波誘導加熱コイル８に高周波電力を供給し、第２の高周波電源装置１６は、ブスバー１２を介して第２の高周波誘導加熱コイル９に高周波電力を供給する。
【００４７】
第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９は、鋼管３の加熱温度が９００〜１０５０℃となるように、加熱する。本実施形態に係る３ＤＱ装置１における加工条件の一例を表１にまとめて示す。なお、上述の実施形態では、３ＤＱ装置１が第１の高周波誘導加熱コイル８と第２の高周波誘導加熱コイル９とを含む場合について説明したが、３ＤＱ装置１が、さらに、第３の高周波誘導加熱コイル等の他の高周波誘導加熱コイルを備えていてもよい。すなわち、３ＤＱ装置１が、３つ以上の高周波誘導加熱コイルを備えていてもよい。この場合、複数の高周波誘導加熱コイルのうち、鋼管３の送り方向において最も下流側に配置された高周波誘導加熱コイルが第１の高周波誘導加熱コイルに設定され、かつ他の高周波誘導加熱コイルから電気的に絶縁される。
【００４８】
【表１】
2019210509.tif 000003
【００４９】
表１において、高曲率および低曲率は、２ターンコイルを用いた場合の通常の加工条件でのしわの発生の有無によって区分することができる。文献「塑性と加工」（第５７巻第６６８号４９−５５頁）に示された実験データから、丸管におけるしわの有無は以下の（１）式により推測できる。
【００５０】
しわ限界曲げＲ＝Ｄ／｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝      ・・・・・（１）
（１）式において、Ｄは鋼管３の直径であり、ｔは鋼管３の肉厚である。
【００５１】
（１）式より、表１における「高曲率部」とは、曲率が１／Ｒ＝｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄ以上の曲げ部を意味する。
【００５２】
表１における加熱出力は、加工速度および鋼管３の断面形状に応じて決定されるものであり、３ＤＱにより製造される曲げ鋼管が焼入れにより所望の高強度（ＴＳ：１４７０ＭＰａ以上）を得るために、鋼管３の加熱温度が９００〜１０５０℃となるように調整される。
【００５３】
このような加熱、冷却および曲げ加工を一連の工程で行うには、高曲率部と、高曲率部以外の直線部および低曲率部で高周波誘導加熱コイルを使い分けることもできるが、加工装置が大型化するために加工精度の確保が難しくなる。
【００５４】
２．本発明に係る３次元熱間曲げ焼入れ方法
上述した本発明に係る３次元熱間曲げ焼入れ装置を用いる３次元熱間曲げ焼入れ方法を説明する。
【００５５】
図２は、鋼管３の加工速度および高周波誘導加熱コイル７の加熱出力のパターンの一例を示すグラフである。より具体的には、図２（ａ）は、第１の高周波誘導加熱コイル８の加熱出力パターンの一例を示し、図２（ｂ）は、第２の高周波誘導加熱コイル９の加熱出力パターンの一例を示す。
【００５６】
図２のグラフに示すように、鋼管３に曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄ以上の高曲率部を形成する場合には、例えば、第１の高周波誘導加熱コイル８の加熱出力を２０ｋＷに設定し、鋼管３の相対的な送り速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下として、第１の高周波誘導加熱コイル８のみで鋼管３を加熱する。なお、３ＤＱ装置１が、３つ以上の高周波誘導加熱コイルを備えている場合でも、鋼管３に高曲率部を形成する際には、第１の高周波誘導加熱コイル８のみで鋼管３を加熱する。
【００５７】
さらに、鋼管３に高曲率部以外の低曲率部や直線部を形成する場合には、例えば、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９の加熱出力を４０ｋＷに設定し、鋼管３の相対的な送り速度を６０ｍｍ／ｓｅｃ以上として、第１の高周波誘導加熱コイル８および第２の高周波誘導加熱コイル９により鋼管３を加熱する。なお、３ＤＱ装置１が、３つ以上の高周波誘導加熱コイルを備えている場合、鋼管３に高曲率部以外の低曲率部や直線部を形成する際には、例えば、全ての高周波誘導加熱コイルによって鋼管３を加熱する。なお、前記曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄになった瞬間に、前記相対的な送り速度を６０ｍｍ／ｓｅｃ以上または２０ｍｍ／ｓｅｃ以下に変化させることは工業的に不可能である。したがって、前記曲率が鋼管の長手方向で変化する場合において、前記曲率が｛０．１＋５０（ｔ／Ｄ）２｝／Ｄとなって、前記相対的な送り速度を変化させる際は、前記相対的な送り速度が６０ｍｍ／ｓｅｃ以上または２０ｍｍ／ｓｅｃ以下になるように、絶対値が１０ｍｍ／ｓｅｃ／ｓｅｃ以上の工業的に可能な加速度で前記相対的な送り速度を変化させ、かつ、前記第２の高周波誘導加熱コイルの加熱を開始または停止すればよい。
【００５８】
これにより、高曲率部では低加工速度かつ低加熱出力により狭い加熱幅で加工を行うことができるため、高曲率部の曲げ内周側でのしわの発生が抑制されるとともに、高曲率部以外の低曲率部や直線部では、高加工速度かつ高加熱出力で加工を行うことができるため、生産性の低下が抑制される。このため、部品全体としての高い生産性と、高曲率部でのしわの抑制を両立できる。
【実施例】
【００５９】
第１直線部（長さ５００ｍｍ、直径５０．８ｍｍ，肉厚１．０ｍｍ）と、高曲率部（曲げ半径３５０ｍｍ，曲げ角度９０°、曲率１／３２５  ｍｍ−１）と、第２直線部（長さ５００ｍｍ）を軸方向に有する曲げ鋼管を、図１に示す３ＤＱ装置１と、従来の３ＤＱ装置を用いて、素材である鋼管を９５０℃に加熱して製造した。
【００６０】
後記の表３の本発明例１，２では、図１に示すように、コイル幅が６ｍｍの第１の高周波誘導加熱コイル８と第２の高周波誘導加熱コイル９を配置した。一方、表３の比較例１では第１の絶縁部および第２の絶縁部のずれの程度（位相差）を０として１ターンコイルを２つ配置した。本発明例１，２および比較例１では、第１および第２直線部を形成する際には、２つの高周波誘導加熱コイルを用いて鋼管を加熱し、高曲率部を形成する際には、下流側の高周波誘導加熱コイルのみを用いて鋼管を加熱した。比較例２〜４では１ターンコイルを１つ配置し、比較例５〜７では２ターンコイルを１つ配置した。
【００６１】
表２に、用いた１ターンコイルおよび２ターンコイルの加工速度（ｍｍ／ｓｅｃ）ごとの、加熱幅（ｍｍ）、加熱出力（ｋＷ）およびしわ限界Ｒ（ｍｍ）をまとめて示す。表２における「加熱幅」は、「塑性と加工」第５６巻第６５８号４９〜５４ページに基づき、（最高到達温度−２００℃）となっている加熱領域の幅として求めた。
【００６２】
【表２】
2019210509.tif 000004
【００６３】
結果を表３にまとめて示す。表３では、しわは、鋼管の曲げ内側表面が平滑である場合に○（合格）とし、鋼管曲げ内側に凹凸が認められる場合に×（不合格）とした。評価は、すべての項目で○である場合に合格とし、いずれかの項目で×である場合に×（不合格）とした。
【００６４】
【表３】
2019210509.tif 000005
【００６５】
本発明例１は、３ＤＱ装置１を用いて、第１の高周波誘導加熱コイル８のコイル幅が６ｍｍであり、第１の絶縁部および第２の絶縁部の位相差が１８０°であり、鋼管を９５０℃に加熱して製造された。また、本発明例２は、３ＤＱ装置１を用いて、第１の高周波誘導加熱コイル８のコイル幅が６ｍｍであり、第１の絶縁部および第２の絶縁部の位相差が９０°であり、鋼管を９５０℃に加熱して製造された。このため、本発明例１，２では、部品全体としての高い生産性と、高曲率部でのしわの抑制を図ることができた。
【００６６】
これに対し、比較例１は、３ＤＱ装置１を用いて、第１の高周波誘導加熱コイル８のコイル幅が６ｍｍであり、鋼管を９５０℃に加熱して製造したものの、第１の絶縁部および第２の絶縁部の位相差が０°であったため、焼きムラが発生した。
【００６７】
比較例２は、１ターンコイルを１つ配置したため、焼きムラが発生した。
【００６８】
比較例３は、１ターンコイルを１つ配置し、高曲率部での加工速度を低下しなかったため、焼きムラおよび高曲率部の内周側でのしわが発生した。
【００６９】
比較例４は、第１，２直線部での加工速度を高めなかったため、生産性が低下した。比較例５は、２ターンコイルを１つ配置し、第１，２直線部での加工速度を高めなかったため、高曲率部の内周側でのしわが発生し、生産性も低下した。
【００７０】
比較例６は、２ターンコイルを１つ配置したため、高曲率部の内周側でのしわが発生した。
【００７１】
さらに、比較例７は、２ターンコイルを１つ配置し、高曲率部での加工速度を低下しなかったため、高曲率部の内周側でのしわが発生した。
【符号の説明】
【００７２】
１  ３次元熱間曲げ焼入れ装置（３ＤＱ装置）
２  支持手段
３  鋼管
３ａ  加熱領域
４  送り手段
５  産業用ロボット
６  効果器
７  高周波誘導加熱コイル
８  第１の高周波誘導加熱コイル
９  第２の高周波誘導加熱コイル
１０  水冷装置
１１，１２  ブスバー
１３  絶縁部材
１４  絶縁部材
１５  第１の高周波電源装置（外部から高周波電源装置への電力供給線は省略した。）
１６  第２の高周波電源装置（外部から高周波電源装置への電力供給線は省略した。）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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