(57)【要約】  本発明の曲げ部材の製造方法は、開口端を有する長尺の鋼材の長手方向の一端部をチャックで把持する把持工程と、前記把持工程後の前記鋼材を、前記一端部を先頭にして前記長手方向に沿って送る送り工程と、前記鋼材の前記長手方向の一部分を高周波誘導加熱して加熱部を形成する加熱工程と；、前記チャックを三次元方向に移動させることで前記加熱部に曲げモーメントを付与する曲げ工程と、前記曲げ工程後の前記加熱部に冷却媒体を噴射して冷却する冷却工程とを有する。前記加熱工程の開始時に、前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記鋼材の送り方向に沿って見た場合に前記一端部の上流側に隣接する上流側隣接部位よりも大きくするとともに、前記チャックを前記冷却媒体で冷却する。
2015182666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端を有する長尺の鋼材の長手方向の一端部をチャックで把持する把持工程と；
前記把持工程後の前記鋼材を、前記一端部を先頭にして前記長手方向に沿って送る送り工程と；
前記鋼材の前記長手方向の一部分を高周波誘導加熱して加熱部を形成する加熱工程と；
前記チャックを三次元方向に移動させることで前記加熱部に曲げモーメントを付与する曲げ工程と；
前記曲げ工程後の前記加熱部に冷却媒体を噴射して冷却する冷却工程と；
を有し、
前記加熱工程の開始時に、
前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記鋼材の送り方向に沿って見た場合に前記一端部の上流側に隣接する上流側隣接部位よりも大きくするとともに、
前記チャックを前記冷却媒体で冷却する
ことを特徴とする、曲げ部材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程の前記開始時に、前記送り工程における前記鋼材の前記長手方向への送り速度と、前記加熱工程で前記一部分に付与する加熱量との少なくとも一方を変更することで、
前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記上流側隣接部位よりも大きくする
ことを特徴とする、請求項１に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程の前記開始時から所定の時間後に前記送り工程を開始することで、
前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記上流側隣接部位よりも大きくする
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項４】
前記鋼材の前記長手方向における複数箇所で温度を測定する温度測定工程をさらに有し；
前記送り工程において、前記温度測定工程で得られた温度測定結果に基づき、前記鋼材の前記長手方向への送り速度を決定する；
ことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項５】
前記鋼材における前記長手方向の他端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記鋼材の前記送り方向に沿って見た場合に前記他端部の下流側に隣接する下流側隣接部位よりも大きくする
ことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項６】
前記加熱工程の前記高周波誘導加熱を停止する前に、前記送り工程における前記鋼材の前記長手方向への送り速度と前記加熱工程における加熱量との少なくとも一方を変更することで、
前記他端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記下流側隣接部位よりも大きくする
ことを特徴とする、請求項５に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程の前記高周波誘導加熱を停止する前に、前記送り工程における前記鋼材の送りを停止することで、
前記他端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記下流側隣接部位よりも大きくする
ことを特徴とする、請求項６に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項８】
前記チャックの爪の加熱温度が５００℃以下となる第１条件と、
前記曲げ工程で前記曲げモーメントを付与する際の前記加熱部の加熱温度がＡｃ３点超となる第２条件と、
前記鋼材の最高到達温度が前記鋼材の粗粒化が進行する温度以下又は靭性が低下する温度以下となる第３条件と、
の全てを満たすように、前記加熱工程での加熱量を制御する
ことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項９】
前記加熱工程が、
前記鋼材の前記一端部及び他端部間の位置に第１加熱部を形成する第１加熱工程と；
前記鋼材上の前記第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部を形成する第２加熱工程と；
前記第１加熱工程と前記第２加熱工程との間に、前記高周波誘導加熱を停止することにより、前記第１加熱部と前記第２加熱部との間の位置に未焼入れ部を形成する加熱停止工程と；
を有し、
前記第２加熱工程の開始時に、前記第１加熱部に与える加熱量よりも大きな加熱量を前記第２加熱部に与える
ことを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項１０】
前記長手方向に沿って見た場合に、前記未焼入れ部の幅寸法を、前記高周波誘導加熱による加熱幅の０．１５倍以上１．４０倍以下とする
ことを特徴とする、請求項９に記載の曲げ部材の製造方法。
【請求項１１】
開口端を有する長尺の鋼材の長手方向の一端部を把持するチャックと；
前記チャックを三次元方向に移動させる駆動機構と； 
前記鋼材を、前記一端部を先頭にして前記長手方向に沿って送る送り機構と；
前記鋼材の前記長手方向の一部分を高周波誘導加熱して加熱部を形成する誘導加熱機構と；
前記加熱部に冷却媒体を噴射して冷却する冷却機構と；
前記チャック、前記駆動機構、前記送り機構、前記誘導加熱機構、及び前記冷却機構を制御する制御部と；
を備え、
前記制御部が、
前記誘導加熱機構により前記一端部に前記加熱部を形成する際の加熱量を、前記鋼材の送り方向に沿って見た場合に前記一端部の上流側に隣接する上流側隣接部位よりも大きくするとともに、
前記冷却機構により前記チャックを前記冷却媒体で冷却するように制御する
ことを特徴とする、鋼材の熱間曲げ加工装置。
【請求項１２】
前記制御部が、
前記誘導加熱機構により前記鋼材における前記長手方向の他端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記送り方向に沿って見た場合に前記他端部の下流側に隣接する下流側隣接部位よりも大きくするように制御する
ことを特徴とする、請求項１１に記載の鋼材の熱間曲げ加工装置。
【請求項１３】
前記制御部が、
前記誘導加熱機構により前記鋼材の前記一端部及び他端部間の位置に第１加熱部が形成され、前記鋼材上の前記第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部が形成され、前記第１加熱部と前記第２加熱部との間の位置に未焼入れ部が形成されるように制御する
ことを特徴とする、請求項１１又は請求項１２に記載の鋼材の熱間曲げ加工装置。
【請求項１４】
前記一端部の温度を測定する第１温度測定機構と、前記加熱部の温度を測定する第２温度測定機構と、前記一端部の外形変形量を測定する形状測定機構とのうちの少なくとも一つを更に備え、
前記一端部の前記温度と前記加熱部の前記温度と前記一端部の前記外形変形量とのうちの少なくとも一つが予め定めた範囲内となるように、
前記制御部が、前記送り機構及び前記誘導加熱機構の少なくとも一方を制御する
ことを特徴とする、請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の鋼材の熱間曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ部材の製造方法と鋼材の熱間曲げ加工装置に関する。
本願は、２０１４年５月２７日に、日本に出願された特願２０１４−１０９３６１号、２０１４年１０月１０日に、日本に出願された特願２０１４−２０９０５２号及び２０１４年１２月４日に、日本に出願された特願２０１４−２４５６３９号に基づき優先権を主張し、これらの内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材又は構造部材（以下、曲げ部材と呼称する）が、自動車及び各種機械等に用いられる。高強度、軽量かつ小型であることが曲げ部材には要求される。従来、曲げ部材の製造には、例えば、プレス加工品の溶接，厚板の打ち抜き及び鍛造等の方法が用いられてきた。しかしながら、曲げ部材のさらなる高強度化、軽量化及び小型化が求められている。【０００３】
非特許文献１には、鋼管の内側に水圧を加えることにより鋼管を加工するチューブハイドロフォーミング法による曲げ部材の製造方法が開示されている。チューブハイドロフォーミング法によれば、製造される曲げ部材の板厚の薄肉化、形状凍結性の向上及び曲げ部材の製造に係る経済性の向上が可能である。しかしながら、チューブハイドロフォーミング法に用いることのできる材料が限られていること及びチューブハイドロフォーミング法を用いた曲げ加工では形状自由度が不足していること等の課題がある。【０００４】
本発明者らは、上述の事情を踏まえ、曲げ部材の製造方法及び鋼材の熱間曲げ加工装置を開発した（特許文献１参照）。図１２は、特許文献１に開示されている鋼材の熱間曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。【０００５】
図１２に示すように、鋼材の熱間曲げ加工装置０は、支持装置２により長手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、例えばボールネジを用いた送り装置３により送りながら、支持装置２の下流で曲げ加工を行うことにより曲げ部材８を製造する。【０００６】
すなわち、支持装置２の下流で誘導加熱装置５により鋼管１の一部を焼入れ可能な温度域に急速に加熱することにより、鋼管１の長手方向の一部に加熱部１ａを形成する。加熱後、誘導加熱装置５の下流に配置される冷却装置６により鋼管１を急速に冷却する。加熱及び冷却の間に、鋼管１を長手方向に送りながら、鋼管１の端部を三次元方向に移動させることにより加熱部１ａに曲げモーメントを付与する。【０００７】
鋼管１の加熱温度及び冷却速度を制御することにより、鋼管１を焼入れることができる。このため、鋼材の熱間曲げ加工装置０を用いて曲げ部材８を製造する方法によれば、曲げ部材８の高強度化、軽量化及び小型化が可能である。本明細書では、鋼材の熱間曲げ加工装置０を用いた曲げ部材８の製造方法を、３ＤＱ（“３  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｈｏｔ  Ｂｅｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｑｕｅｎｃｈ”の略称）と呼称する。【０００８】
３ＤＱにより曲げ部材８を製造する場合には、鋼管１の送り方向の先端部及び後端部を適切に把持する必要がある。本発明者らは、鋼管１を把持するためのチャックを開発した（特許文献２参照）。【０００９】
図１３Ａは、駆動機構９により支持された短尺のチャック１０によって鋼管１を内側より把持する場合を説明する模式図である。なお、図１３Ａでは冷却装置６を省略する。なお、以降の説明は、鋼管１の内部を把持するチャックを用いる場合を例にして説明するが、鋼管１を外側より把持するチャックにおいても同様である。【００１０】
チャック１０は、大径部１０ａと小径部１０ｂとを有する段差状の筒状体からなる。本明細書では、小径部１０ｂを爪１０ｂとも表記する。【００１１】
大径部１０ａは、鋼管１の外径と同じ外径を有する。一方、小径部１０ｂは、軸方向へ所定の長さを有しており、鋼管１の先端部１ｂ又は後端部１ｄの内部に挿設される。小径部１０ｂは拡径及び縮径自在に構成される。小径部１０ｂが拡径することによって、小径部１０ｂの外面が鋼管１の先端部１ｂ又は後端部１ｄの内面に当接し、これにより、鋼管１の先端部１ｂ又は後端部１ｄを把持する。【００１２】
図１３Ｂは、駆動機構９により支持された長尺のチャック１１によって鋼管１の先端部１ｂ又は後端部１ｄを内側より把持する場合を説明する模式図である。チャック１１は、大径の本体部１１ａと小径の挿設部１１ｂとを有する段差状の筒状体からなる。鋼管１に対して曲げ加工を行う方法は、短尺のチャック１０を用いた場合と長尺のチャック１１を用いた場合とで同様である。
なお、鋼管１の先端部１ｂを把持する場合と後端部１ｄを把持する場合とで、チャック１０及び１１による把持の方法は同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第２００６−０９３００６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１０−１３４４９５号パンフレット
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】自動車技術 Ｖｏｌ．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】
【００１５】
本発明者らが、チャック１０又は１１を用いた３ＤＱによる曲げ部材８の生産性及び経済性の向上のために更なる検討を重ねたところ、以下の課題を知見した。なお、以降の説明では短尺のチャック１０を用いて曲げ部材を製造する場合を例に説明するが、長尺のチャック１１を用いて曲げ部材を製造する場合であっても同様である。【００１６】
チャック１０により鋼管１の先端部１ｂを把持した状態で、鋼管１の先端部１ｂの近傍に曲げ加工を行う場合には、誘導加熱装置５により鋼管１を加熱する際に、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０の小径部１０ｂが、例えば５００℃超に加熱されることを防止する必要がある。これは、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０の小径部１０ｂが５００℃超に加熱されることにより、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０の小径部１０ｂが疲労破壊する場合があるためである。【００１７】
鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０の小径部１０ｂが５００℃超に加熱されることを防ぐためには、鋼管１の先端部１ｂから離間した部位で誘導加熱装置５による誘導加熱を開始する方法が考えられる。しかしながら、鋼管１の先端部１ｂから離間した部位で誘導加熱装置５による誘導加熱を開始した場合には、先端部１ｂの近傍が焼入れ可能な温度以上に加熱されないため、先端部１ｂの近傍に焼入れが行われない部位（以下、未焼入れ部と呼称する）が多く生ずる。
未焼入れ部は強度が低いため、強度が必要とされる部品では不要部位とされ、切断される場合がある。未焼入れ部を切断する場合には、切断工程が増えるため、曲げ部材の生産性が低下する。また、製造された曲げ部材に対して不要部位の切断を行うことにより、材料である鋼管のうち製品化されない部位が生じてしまうため、経済性が低下する。【００１８】
したがって、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０の小径部１０ｂが５００℃超に加熱されることを防ぐために、鋼管１の先端部１ｂから離間した部位で誘導加熱装置５による誘導加熱を開始することは、生産性及び経済性の観点から好ましくない。【００１９】
図１４Ａ〜図１４Ｄは、従来の方法を用いて、チャック１０により鋼管１の先端部１ｂを把持した状態で、曲げ部材の製造を開始する場合を経時的に説明する模式図である。なお、図１４Ａ〜図１４Ｄでは、支持手段２は一組のみ示す。【００２０】
図１４Ａは、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱及び送り装置３による鋼管１の送りが開始されていない時刻ｔ０における状態を示す。
時刻ｔ０では、鋼管１の先端部１ｂは、誘導加熱装置５により加熱され得る位置に位置している。時刻ｔ０からｔ１へ進むと、送り装置３による鋼管１の送り、誘導加熱装置５による鋼管１の加熱及び冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却を開始する（図１４Ｂ参照）。
送り装置３による鋼管１の送り、誘導加熱装置５による鋼管１の加熱及び冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却を継続した状態で、鋼管１の先端部１ｂと加熱部１ａの長手方向中心部との距離が所定の距離Ｌ２に達した時刻ｔ２において、駆動機構９によりチャック１０を三次元方向に移動させることにより、加熱部１ａに曲げモーメントを付与する（図１４Ｃ参照）。
加熱部１ａへの曲げモーメントの付与により、時刻ｔ３に鋼管１に曲がり部１ｃが形成される（図１４Ｄ参照）。【００２１】
しかしながら、本発明者らは、図１４Ａ〜図１４Ｄに示す方法により鋼管１の先端部１ｂに曲げ加工を行う場合、鋼管１の先端部１ｂの近傍に形成された加熱部１ａが所望の温度に加熱されておらず、曲げ加工を適切に行うことができないことを知見した。
鋼管１の先端部１ｂの近傍に形成された加熱部１ａの加熱温度が９００℃未満である場合には、駆動機構９により曲げ加工を行った際に、駆動機構９に過剰な負荷が作用し、駆動機構９の損傷を生じる可能性がある。
曲げ加工を適切に行うための加熱部１ａの温度としては、９００〜１０００℃が例として挙げられる。加熱部１ａの温度が９００〜１０００℃であれば、加熱部１ａに対して曲げ加工を適切に行うことができるとともに、冷却装置６から冷却媒体を噴射することにより加熱部１ａが冷却され、加熱部１ａに対して焼入れを行うことができる。【００２２】
上述の理由から、鋼管１の先端部１ｂに形成される未焼入れ部を可能な限り小さくするとともに、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０の小径部１０ｂが５００℃超に加熱されないような曲げ部材の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上記課題を解決して、係る目的を達成するために以下の手段を採用する。【００２４】
（１）本発明の一態様に係る曲げ部材の製造方法は、開口端を有する長尺の鋼材の長手方向の一端部をチャックで把持する把持工程と、前記把持工程後の前記鋼材を、前記一端部を先頭にして前記長手方向に沿って送る送り工程と、前記鋼材の前記長手方向の一部分を高周波誘導加熱して加熱部を形成する加熱工程と、前記チャックを三次元方向に移動させることで前記加熱部に曲げモーメントを付与する曲げ工程と、前記曲げ工程後の前記加熱部に冷却媒体を噴射して冷却する冷却工程とを有する。前記加熱工程の開始時に、前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記鋼材の送り方向に沿って見た場合に前記一端部の上流側に隣接する上流側隣接部位よりも大きくするとともに、前記チャックを前記冷却媒体で冷却する。【００２５】
（２）上記（１）に記載の曲げ部材の製造方法において、前記加熱工程の前記開始時に、前記送り工程における前記鋼材の前記長手方向への送り速度と、前記加熱工程で前記一部分に付与する加熱量との少なくとも一方を変更することで、前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記上流側隣接部位よりも大きくする構成を採用してもよい。【００２６】
（３）上記（１）又は（２）に記載の曲げ部材の製造方法において、前記加熱工程の前記開始時から所定の時間後に前記送り工程を開始することで、前記一端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記上流側隣接部位よりも大きくする構成を採用してもよい。【００２７】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一態様に記載の曲げ部材の製造方法において、前記鋼材の前記長手方向における複数箇所で温度を測定する温度測定工程をさらに有し、前記送り工程において、前記温度測定工程で得られた温度測定結果に基づき、前記鋼材の前記長手方向への送り速度を決定する構成を採用してもよい。【００２８】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一態様に記載の曲げ部材の製造方法において、前記鋼材における前記長手方向の他端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記鋼材の前記送り方向に沿って見た場合に前記他端部の下流側に隣接する下流側隣接部位よりも大きくする構成を採用してもよい。【００２９】
（６）上記（５）に記載の曲げ部材の製造方法において、前記加熱工程の前記高周波誘導加熱を停止する前に、前記送り工程における前記鋼材の前記長手方向への送り速度と前記加熱工程における加熱量との少なくとも一方を変更することで、前記他端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記下流側隣接部位よりも大きくする構成を採用してもよい。【００３０】
（７）上記（６）に記載の曲げ部材の製造方法において、前記加熱工程の前記高周波誘導加熱を停止する前に、前記送り工程における前記鋼材の送りを停止することで、前記他端部に前記加熱部を形成する際に加える前記加熱量を、前記下流側隣接部位よりも大きくする構成を採用してもよい。【００３１】
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一態様に記載の曲げ部材の製造方法において、前記チャックの爪の加熱温度が５００℃以下となる第１条件と、前記曲げ工程で前記曲げモーメントを付与する際の前記加熱部の加熱温度がＡｃ３点超となる第２条件と、前記鋼材の最高到達温度が前記鋼材の粗粒化が進行する温度以下又は靭性が低下する温度以下となる第３条件と、の全てを満たすように、前記加熱工程での加熱量を制御する構成を採用してもよい。【００３２】
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一態様に記載の曲げ部材の製造方法において、前記加熱工程が、前記鋼材の前記一端部及び他端部間の位置に第１加熱部を形成する第１加熱工程と、前記鋼材上の前記第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部を形成する第２加熱工程と、前記第１加熱工程と前記第２加熱工程との間に、前記高周波誘導加熱を停止することにより、前記第１加熱部と前記第２加熱部との間の位置に未焼入れ部を形成する加熱停止工程とを有し、前記第２加熱工程の開始時に、前記第１加熱部に与える加熱量よりも大きな加熱量を前記第２加熱部に与える構成を採用してもよい。【００３３】
（１０）上記（９）に記載の曲げ部材の製造方法において、前記長手方向に沿って見た場合に、前記未焼入れ部の幅寸法を、前記高周波誘導加熱による加熱幅の０．１５倍以上１．４０倍以下とする構成を採用してもよい。【００３４】
（１１）本発明の一態様に係る鋼材の熱間曲げ加工装置は、開口端を有する長尺の鋼材の長手方向の一端部を把持するチャックと、前記チャックを三次元方向に移動させる駆動機構と、前記鋼材を、前記一端部を先頭にして前記長手方向に沿って送る送り機構と、前記鋼材の前記長手方向の一部分を高周波誘導加熱して加熱部を形成する誘導加熱機構と、前記加熱部に冷却媒体を噴射して冷却する冷却機構と、前記チャック、前記駆動機構、前記送り機構、前記誘導加熱機構、及び前記冷却機構を制御する制御部とを備える。前記制御部が、前記誘導加熱機構により前記一端部に前記加熱部を形成する際の加熱量を、前記鋼材の送り方向に沿って見た場合に前記一端部の上流側に隣接する上流側隣接部位よりも大きくするとともに、前記冷却機構により前記チャックを前記冷却媒体で冷却するように制御する。【００３５】
（１２）上記（１１）に記載の鋼材の熱間曲げ加工装置において、前記制御部が、前記誘導加熱機構により前記鋼材における前記長手方向の他端部に前記加熱部を形成する際に加える加熱量を、前記送り方向に沿って見た場合に前記他端部の下流側に隣接する下流側隣接部位よりも大きくするように制御する構成を採用してもよい。【００３６】
（１３）上記（１１）又は（１２）に記載の鋼材の熱間曲げ加工装置において、前記制御部が、前記誘導加熱機構により前記鋼材の前記一端部及び他端部間の位置に第１加熱部が形成され、前記鋼材上の前記第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部が形成され、前記第１加熱部と前記第２加熱部との間の位置に未焼入れ部が形成されるように制御する構成を採用してもよい。【００３７】
（１４）上記（１１）〜（１３）のいずれか一態様に記載の鋼材の熱間曲げ加工装置において、前記一端部の温度を測定する第１温度測定機構と、前記加熱部の温度を測定する第２温度測定機構と、前記一端部の外形変形量を測定する形状測定機構とのうちの少なくとも一つを更に備え、前記一端部の前記温度と前記加熱部の前記温度と前記一端部の前記外径変形量とのうちの少なくとも一つが予め定めた範囲内となるように、前記制御部が、前記送り機構及び前記誘導加熱機構の少なくとも一方を制御する構成を採用してもよい。
【発明の効果】
【００３８】
上記各態様によれば、鋼材の先端部を把持するチャックの疲労破壊を防止することが可能であるとともに生産性及び経済性に優れた曲げ部材の製造方法及び鋼材の熱間曲げ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼管及び鋼管の熱間曲げ加工装置の状態を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼管及び鋼管の熱間曲げ加工装置の状態を示す模式図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼管及び鋼管の熱間曲げ加工装置の状態を示す模式図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼管及び鋼管の熱間曲げ加工装置の状態を示す模式図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼管及び鋼管の熱間曲げ加工装置の状態を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、誘導加熱装置により鋼管に与えられる加熱量を鋼管上の位置に対して表したグラフである。図２（ｂ）は、誘導加熱装置がＡ点に位置しているときの鋼管表面の温度を鋼管上の位置に対して表したグラフである。図２（ｃ）は、最高到達温度を鋼管上の位置に対して表したグラフである。図２（ｄ）は、硬度を鋼管上の位置に対して表したグラフである。
【図３】図３（ａ）は、形態例１−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図３（ｂ）は、形態例１−１における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、形態例１−１における鋼管、誘導加熱装置及び冷却装置の位置関係を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、形態例１−１において鋼管に与えられる加熱量を鋼管上の位置に対して表したグラフである。
【図５】図５（ａ）は、形態例１−２の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図５（ｂ）は、形態例１−２における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図６】図６（ａ）は、形態例１−３の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図６（ｂ）は、形態例１−３における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図７】図７は、本発明に係る鋼材の熱間曲げ加工装置の構成例を示す説明図である。
【図８】図８（ａ）は、実施例１における鋼管、誘導加熱装置及び冷却装置の位置関係を示す模式図である。図８（ｂ）は、実施例１における鋼管の硬度を鋼管上の位置に対して表したグラフである。
【図９】図９（ａ）は、位置Ａ及びＢを説明するための鋼管の側面図である。図９（ｂ）は、位置Ａ及びＢにおける最高到達温度を鋼管上の位置に対して表したグラフである。図９（ｃ）は、位置Ａ及びＢにおける鋼管の硬度を鋼管上の位置に対して表したグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、実施例１−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図１０（ｂ）は、実施例１−１における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。図１０（ｃ）は、実施例１−２の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図１０（ｄ）は、実施例１−２における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。図１０（ｅ）は、実施例１−３の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図１０（ｆ）は、実施例１−３における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は、比較例１−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図１１（ｂ）は、比較例１−１における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図１２】図１２は、特許文献１に開示されている鋼材の熱間曲げ加工装置を示す概略図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、短尺のチャックにより鋼管の内部を把持する場合の概略図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、長尺のチャックにより鋼管の内部を把持する場合の概略図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、従来技術により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼材及び鋼材の熱間曲げ加工装置を示す模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、従来技術により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼材及び鋼材の熱間曲げ加工装置を示す模式図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、従来技術により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼材及び鋼材の熱間曲げ加工装置を示す模式図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、従来技術により鋼管の先端部近傍に曲げ加工を行う場合の鋼材及び鋼材の熱間曲げ加工装置を示す模式図である。
【図１５】図１５は、３ＤＱにより鋼管の後端部近傍に対して曲げ加工を行う際の、鋼管及び鋼管の熱間曲げ加工装置を示す模式図である。
【図１６】図１６（ａ）は、鋼管の後端部近傍における鋼管と熱間曲げ加工装置との位置関係を示す模式図である。図１６（ｂ）は、鋼管の後端部近傍における硬度と鋼管上の位置との関係を表したグラフである。
【図１７】図１７（ａ）は、鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行うとき、図９（ａ）に示した位置Ａに与えられる加熱量が位置Ｂに与えられる加熱量よりも１０％多いと想定した場合の最高到達温度と鋼管上の位置との関係を表したシミュレーション結果である。図１７（ｂ）は、鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行うとき、図９（ａ）に示した位置Ａに与えられる加熱量が位置Ｂに与えられる加熱量よりも１０％多いと想定した場合の硬度と鋼管上の位置との関係を表したシミュレーション結果である。
【図１８】図１８（ａ）〜１８（ｄ）は、従来技術を用いて鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布を鋼管上の位置に対して表したグラフである。図１８（ｅ）は、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示す曲げ加工を行った後における鋼管の硬度と鋼管上の位置との関係を表したグラフである。
【図１９】図１９（ａ）〜１９（ｄ）は、本発明を用いて鋼管の後端部に対して曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布を鋼管上の位置に対して表したグラフである。図１９（ｅ）は、図１９（ａ）〜１９（ｄ）に示す曲げ加工を行った後における鋼管の硬度と鋼管上の位置との関係を表したグラフである。
【図２０】図２０（ａ）は、実施例２−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２０（ｂ）は、実施例２−１における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。図２０（ｃ）は、実施例２−２の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２０（ｄ）は、実施例２−２における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。図２０（ｅ）は、実施例２−３の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２０（ｆ）は、実施例２−３における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図２１】図２１（ａ）は、比較例２−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２１（ｂ）は、比較例２−１における鋼管の送り速度を時間に対して表したグラフである。
【図２２Ａ】図２２Ａは、従来技術を用いて鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行う状態を示す模式図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、従来技術を用いて鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行う状態を示す模式図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、従来技術を用いて鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行う状態を示す模式図である。
【図２２Ｄ】図２２Ｄは、従来技術を用いて鋼管の後端部近傍に曲げ加工を行う状態を示す模式図である。
【図２３】図２３（ａ）〜２３（ｅ）は、本発明を用いて鋼管の先端部及び後端部以外の部位に対して曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布を鋼管上の位置に対して表したグラフである。
【図２４】図２４は、比較例３−１〜３−４における鋼管の硬度と鋼管上の位置との関係を表したグラフである。
【図２５】図２５は、未焼入れ部と母材硬度部を説明するための概念図である。
【図２６】図２６（ａ）は、実施例３−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２６（ｂ）は、実施例３−１における鋼管の送り位置を時間に対して表したグラフである。
【図２７】図２７（ａ）は、実施例３−２の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２７（ｂ）は、実施例３−２における鋼管の送り位置を時間に対して表したグラフである。
【図２８】図２８（ａ）は、実施例３−３の誘導加熱装置に供給される高周波電力量を時間に対して表したグラフである。図２８（ｂ）は、実施例３−３における鋼管の送り位置を時間に対して表したグラフである。
【図２９】図２９（ａ）〜２９（ｅ）は、従来技術を用いて鋼管の先端部及び後端部以外の部位に対して曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布を鋼管上の位置に対して表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
［曲げ部材の製造方法］
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説明する。以降の説明では、断面形状が円形である鋼管に対して曲げ加工を行う場合を例にして説明するが、開口端を有し長尺な鋼管であれば、断面形状が矩形である鋼管に対しても本発明を適用することが可能である。また、同一の部材には同一の符号を付すことにより、重複する説明を適宜省略する。
【００４１】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る曲げ部材の製造方法は、鋼管の先端部に曲げ加工を行う際に、鋼管の先端部に形成される未焼入れ部を可能な限り小さくするとともに、鋼管の先端部を把持するチャックの小径部が５００℃超に加熱されないようにすることにより、曲げ部材の製造の生産性及び経済性を向上させるとともに、鋼管の先端部を把持するチャックの小径部の疲労破壊を防ぐものである。
図１Ａ〜１Ｅは、本発明により鋼管１の先端部１ｂ近傍に曲げ加工を行う場合の鋼管１及び鋼管の熱間曲げ加工装置０の状態を示す模式図である。図１Ａ〜図１Ｅは、それぞれ時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４における鋼管１及び鋼管の熱間曲げ加工装置０の状態を示している。なお、時刻ｔ１は時刻ｔ０からΔｔ秒経過した時刻である。
【００４２】
図１Ａに示すように、時刻ｔ０において、鋼管１は、先端部１ｂを起点として長手方向（図１Ａの右方向）に沿って誘導加熱され得るように、誘導加熱装置５により加熱され得る位置に配置される。
【００４３】
次に、送り装置３による先端部１ｂを先頭とする鋼管１の長手方向への送り及び誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱（高周波誘導加熱）を開始する。鋼管１の送り方向に関して誘導加熱装置５の下流に誘導加熱装置５から離間して配置された冷却装置６から冷却媒体（冷却水）を噴射して、誘導加熱装置５により加熱された鋼管１を冷却する。
誘導加熱装置５により加熱されることにより、鋼管１には加熱部１ａが形成される。鋼管１に形成される加熱部１ａの位置は、図１Ｂ〜図１Ｅに示されるように、誘導加熱装置５の位置を基準とするとほとんど移動しない。一方、先端部１ｂを基準とした場合には、加熱部１ａの位置は、鋼管１が送られる方向と逆の方向へ移動する。つまり、鋼管１が長手方向に送られるに従い、加熱部１ａと先端部１ｂとの距離は大きくなる。
【００４４】
次に、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０を、駆動機構９により三次元方向へ移動することにより、鋼管１の加熱部１ａに曲げモーメントを付与する。これにより、鋼管１に対して曲げ加工を行う。
なお、駆動機構９としては、ロボットアーム等を用いることができる。
【００４５】
本実施形態では、先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を、先端部１ｂの上流側に隣接する部位（以下、上流側隣接部位と呼称する）に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量よりも大きくする。
先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を、先端部１ｂの上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量よりも大きくする方法としては、鋼管１を長手方向に送る際の送り速度と誘導加熱装置５から加熱部１ａに与えられる加熱量との少なくとも一方を変化させる方法及び誘導加熱装置５に高周波電力を供給し始めてから所定の時間経過後に鋼管１の送りを開始する方法が挙げられる。
なお、誘導加熱装置５に供給する高周波電力量を変化させることにより、鋼管１に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を変化させることができる。
【００４６】
［形態例１−１］
形態例１−１では、誘導加熱装置５に高周波電力を供給し始めてから所定の時間経過後に鋼管１の送りを開始する。
【００４７】
形態例１−１では、図１Ａに示す時刻ｔ０から図１Ｂに示す時刻ｔ１の間、鋼管１の送りを停止した状態で、誘導加熱装置５に高周波電力を供給することにより、鋼管１に対する誘導加熱を行う。その後、時刻ｔ０からΔｔ秒経過した時刻ｔ１において、鋼管１の長手方向への送りを開始する。
【００４８】
次に、図１Ｂの状態から、送り装置３を起動して、鋼管１の長手方向への送りを開始する。鋼管１の長手方向への送り速度としては、例えば１０〜２００ｍｍ／秒が挙げられる。
【００４９】
図１Ｃに示す時刻ｔ２において、鋼管１の先端部１ｂから長手方向に距離Ｌ１の位置に加熱部１ａが形成される。すなわち、チャック１０の爪１０ｂは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間加熱部１ａと接触しているが、時刻ｔ２より後の時刻では加熱部１ａと接触しない。そのため、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間の時間を適切な範囲に設定することにより、チャック１０の爪１０ｂの温度が過剰に高まることを防止することが可能である。
【００５０】
次に、図１Ｄに示す時刻ｔ３において、鋼管１の先端部１ｂから鋼管１の長手方向に距離Ｌ２の位置に、加熱部１ａが形成される。時刻ｔ３において、加熱部１ａは、Ａｃ３点超の所定温度（例えば８００℃以上）に加熱されている。これにより、鋼管１の先端部１ｂから長手方向に距離Ｌ２の位置に形成された加熱部１ａは、駆動機構９により曲げ加工を行うことが可能な硬度に変化しているとともに、冷却装置６から冷却媒体を噴射することにより焼入れを行うことが可能となっている。
【００５１】
図１Ｄに示す時刻ｔ３から図１Ｅに示す時刻ｔ４までの間、加熱部１ａに曲げモーメントを与えて、鋼管１に対する曲げ加工を行う。
【００５２】
鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔは、シミュレーション又は予備実験の結果に基づいて設定することが可能である。予備実験としては、例えば、複数の熱電対を鋼管１の長手方向の複数箇所に貼り付け、複数箇所の温度を測定できる状態で曲げ加工を行い、温度測定結果を得る（温度測定工程）方法が挙げられる。また、予備実験における温度測定結果から、鋼管１の送り速度を決定してもよい。
【００５３】
鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔは、２秒以下であることが好ましい。鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔが２秒以下であることにより、鋼管１の加熱部１ａが、鋼材の粗粒化が進行する温度または鋼材の靭性が低下する温度（例えば１１００℃）超に加熱されることを防止することができる。
鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔは、０．３秒以下であることが更に好ましい。鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔが０．３秒以下であることにより、部材端部の溶接や穴あけ加工に必要な未焼入れ部を３０ｍｍ以下の範囲で確保することが可能である。
鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔは、０．０４秒以下であることが特に好ましい。鋼管１に対する誘導加熱を開始してから鋼管１の送りを開始するまでの時間Δｔが０．０４秒以下であることにより、部材端部（３ｍｍ以下の範囲）まで焼入れ領域を確保することが可能である。
【００５４】
ここで、形態例１−１における焼入れの状況を、図２〜図４Ｂを参照しながら説明する。３ＤＱは、実際には誘導加熱装置５と冷却装置６とを固定した状態で配置し、送り装置３により鋼管１が送られるが、以降の説明では、理解を容易にするために、各装置の位置を鋼管１に対する相対的な位置により説明する。
【００５５】
図２（ａ）は、誘導加熱装置により鋼管に与えられる加熱量（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。図２（ｂ）は、誘導加熱装置がＡ点に位置しているときの鋼管表面の温度（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。図２（ｃ）は、最高到達温度（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。図２（ｄ）は、硬度（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。
なお、図２（ａ）〜２（ｄ）の横軸の原点は、鋼管１の先端部１ｂである。
【００５６】
図２（ａ）に示すように、鋼管１に与えられる加熱量は、誘導加熱装置５を中心に釣鐘状に分布する。鋼管１の送りに伴って、誘導加熱装置５も相対的に移動する。
図２（ｂ）に示すように、誘導加熱装置５による鋼管１の加熱温度は、冷却装置６により噴射された冷却媒体（図２（ｂ）の矢印）により冷却される部位（以下、冷却部と呼称する）の近傍で最大となり、冷却部では噴射される冷却媒体によって急速に冷却される。
【００５７】
３ＤＱでは、鋼管１は急速に冷却されるため、冷却により、ほぼ全ての鋼組織はオーステナイトからマルテンサイトへと変態する。このため、鋼管１の硬度は、図２（ｃ）に示す最高到達温度によって変化する。
具体的には、図２（ｄ）に示す硬度は、鋼管１のうち、最高到達温度がＡｃ１点以下の部位では母材と同等の硬度であり、最高到達温度がＡｃ３点以上の部位ではフルマルテンサイトの硬度であり、最高到達温度がＡｃ１点超Ａｃ３点未満の部位では母材とフルマルテンサイトとの間の硬度である。
【００５８】
図３（ａ）は、形態例１−１の誘導加熱装置５に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表したグラフである。図３（ｂ）は、形態例１−１における鋼管の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表したグラフである。
【００５９】
鋼管１の送り及び誘導加熱を開始する前に、チャック１０の爪１０ｂに対して冷却装置６から冷却媒体を噴射することにより、爪１０ｂを冷却する。なお、冷却媒体は、爪１０ｂの全体に噴射されてもよいし、一部に噴射されてもよい。
後述するように、本実施形態では、鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与えられる加熱量を、上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与えられる加熱量よりも大きくするが、鋼管１の送り及び誘導加熱を開始する前に、チャック１０の爪１０ｂを冷却することにより、鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際も、チャック１０の爪１０ｂが５００℃超に加熱されることを防止することができる。
【００６０】
次に、冷却装置６から噴射される冷却媒体を爪１０ｂに噴射した状態で、誘導加熱装置５に高周波電力を供給し、鋼板１の誘導加熱を開始する（時刻ｔ０）。時刻ｔ０からΔｔ秒間（図３（ｂ）では０．１５秒間）は、鋼管１の送りを行わずに、誘導加熱及び冷却のみを行う。
時刻ｔ０からΔｔ秒後の時刻ｔ１に、鋼管１の送りを開始する。これにより、鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与えられる加熱量を、上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与えられる加熱量よりも大きくする。鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与えられる加熱量を、上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与えられる加熱量よりも大きくすることにより、先端部１ｂには未焼入れ部を形成する一方、先端部１ｂの可能な限り近傍に対して曲げ加工を行うことができる。
【００６１】
本実施形態により製造された曲げ部材が自動車部品等として用いられる場合には、他の部材と溶接により接合される場合が多い。本実施形態により製造された曲げ部材と他の部材とを溶接する場合には、本実施形態により製造された曲げ部材の端部（先端部１ｂ及び後端部１ｄ）は焼入れされていないことが好ましい。形態例１−１の曲げ加工が施された鋼管１の先端部１ｂには未焼入れ部が形成されているため、他の部材と溶接する際に好適である。
また、形態例１−１の曲げ部材の製造方法によれば、先端部１ｂに形成される未焼入れ部を小さくすることができるため、曲げ部材を製造する際に、先端部１ｂの不要部位を切断する工程が不要である。そのため、曲げ部材の製造に関する生産性及び経済性を向上することが可能である。
【００６２】
［形態例１−２］
形態例１−２では、先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を、上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量よりも大きくするために、鋼管１の送り速度を変化させる。
図５（ａ）は、形態例１−２の誘導加熱装置５に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表したグラフである。図５（ｂ）は、形態例１−２における鋼管１の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表したグラフである。
【００６３】
形態例１−２では、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱及び送り装置３による鋼管１の送りを同時に開始する。図５（ａ）に示すように、誘導加熱装置５には、高周波電力の供給開始から一定の高周波電力量を供給する。一方、図５（ｂ）に示すように、送り装置３による鋼管１の送りは、開始時から徐々に送り速度を加速し、所定の送り速度に達した後は一定の送り速度とする。
なお、送り開始時の送り速度、加速後の送り速度及び送り速度の加速率は、鋼管１の加熱温度が高くなりすぎないように（例えば、鋼管１が１１００℃超に加熱されないように）決定することが好ましい。また、送り及び誘導加熱の開始前にチャック１０の爪１０ｂを冷却媒体で冷却することが好ましい点については、形態例１−１と同様である。
【００６４】
［形態例１−３］
形態例１−３では、鋼管１の送り速度を一定にする一方、誘導加熱装置５に供給する高周波電力量を変化させることにより、鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を、上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量よりも大きくする。
図６（ａ）は、形態例１−３の誘導加熱装置に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表したグラフである。図６（ｂ）は、形態例１−３における鋼管の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表したグラフである。
【００６５】
形態例１−３では、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱と、送り装置３による鋼管１の送りとを同時に開始する。図６（ａ）に示すように、誘導加熱の開始から所定の時間における誘導加熱装置５に供給される高周波電力量は一定であるが、所定の時間が経過した後、誘導加熱装置５に供給される高周波電力量を減らす。一方、図６（ｂ）に示すように、送りを開始した後の鋼管１の送り速度は一定である。
なお、送り及び誘導加熱の開始前にチャック１０の爪１０ｂを冷却媒体で冷却することが好ましい点については、形態例１−１と同様である。
【００６６】
以上の説明では、形態例１−１〜１−３を独立して実施する場合を例にしたが、形態例１−１〜１−３を２種以上組み合わせてもよい。
【００６７】
本発明者らは、従来技術を用いた場合には、鋼管１の周方向の位置により、誘導加熱時に与えられる加熱量に１０％の違いがあることを事前検討により知見した。事前検討で得た知見に基づき、図９（ｂ）では、位置Ａ及びＢにおいて、誘導加熱時に与えられる加熱量が１０％異なると想定し、最高到達温度（縦軸）と鋼管上の位置（横軸）との関係を表している。
最高到達温度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係が図９（ｂ）で表される場合における、硬度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係を図９（ｃ）に示す。図９（ｃ）に示すように、誘導加熱により与えられる加熱量が鋼管１の周方向に異なる場合には、周方向の位置により硬度上昇位置が異なる。
【００６８】
上述の通り、鋼管１の周方向の位置により硬度上昇位置が異なることにより、製造された曲げ部材の品質が均一ではなくなるため、好ましくない。
本実施形態の曲げ部材の製造方法によれば、鋼管１の周方向の硬度を従来技術に比べてより均一にすることが可能である。
【００６９】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る曲げ部材の製造方法は、鋼管の後端部に曲げ加工を行う際に、鋼管の後端部に形成される未焼入れ部を可能な限り小さくするとともに、鋼管の後端部を把持するチャックの小径部が５００℃超に加熱されないようにすることにより、曲げ部材の製造の生産性及び経済性を向上させるとともに、鋼管の後端部を把持するチャックの小径部の疲労破壊を防ぐものである。
【００７０】
図２２Ａ〜図２２Ｄは、従来技術を用いて、鋼管１の後端部１ｄ近傍に曲げ加工を行う状態を示す模式図である。
【００７１】
図２２Ａは、誘導加熱装置５による誘導加熱及び送り装置３による鋼管１の送りが行われている時刻ｔ４における状態を示す。時刻ｔ４では、鋼管１の後端部１ｄは、誘導加熱装置５及び冷却装置６から離間した位置に位置している。
図２２Ａに示されている時刻ｔ４から図２２Ｂに示されている時刻ｔ５へと進むにつれ、鋼管１の後端部１ｄが徐々に誘導加熱装置５及び冷却装置６に近接する。時刻ｔ５では、鋼管１に対する誘導加熱が行われているため、鋼管１に加熱部１ａが形成されている。
【００７２】
図２２Ｃに示す時刻ｔ６から図２２Ｄに示すｔ７に至る直前に、鋼管１に対する誘導加熱を停止する。
その後、鋼管１の送り及び冷却を行い、図２２Ｄに示す時刻ｔ７において、鋼管１に対する曲げ加工を終了する。
【００７３】
しかしながら、本発明者らは、図２２Ａ〜図２２Ｄに示す方法により鋼管１の後端部１ｄ近傍に曲げ加工を行うと、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱されることを知見した。
【００７４】
鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱された場合には、加熱部１ａにおいて金属組織の粗粒化が生じ、加工性が低下するため、好ましくない。
また、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱された場合には、鋼管１の後端部１ｄを把持するチャック１０の爪１０ｂが５００℃超に加熱される可能性が高くなる。チャック１０の爪１０ｂが５００℃超に加熱されると、チャック１０が疲労破壊する可能性が高くなるため、好ましくない。
さらに、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱された場合には、鋼管１の後端部１ｄが軟化し、チャック１０の把持力により鋼管１の後端部１ｄが変形する可能性があるため、好ましくない。
【００７５】
鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱されないように、鋼管１に対して曲げ加工を行う際に、鋼管１の後端部１ｄから離間した位置で誘導加熱装置５による誘導加熱を停止する方法が考えられる。しかしながら、鋼管１に対して曲げ加工を行う際に、鋼管１の後端部１ｄから離間した位置で誘導加熱装置５による誘導加熱を停止した場合には、鋼管１の後端部１ｄに形成される未焼入れ部が大きくなってしまい、生産性及び経済性の観点から好ましくない。
【００７６】
したがって、鋼管１の後端部１ｄに形成される未焼入れ部を可能な限り小さくするとともに、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱されないような曲げ部材の製造方法が求められていた。
【００７７】
図１５は、３ＤＱにより鋼管１の後端部１ｄ近傍に対して曲げ加工を行う際の、鋼管１及び鋼管の熱間曲げ加工装置０を示す模式図である。図１５の距離Ｅは、鋼管１において曲げ加工を行った部位の下流端（以下、曲げ終了位置と呼称する）から鋼管１の後端部１ｄまでの距離である。
図１６（ａ）は、鋼管１の後端部１ｄ近傍における鋼管１と鋼管の熱間曲げ加工装置０との位置関係を示す模式図である。図１６（ａ）中の距離Ｆは、チャック１０の爪１０ｂが鋼管１の後端部１ｄの内面に接触している距離である。図１６（ａ）中の距離Ｇは、鋼管１に対する誘導加熱を終了した時点における加熱部１ａの長手方向中心部（以下、加熱終了位置と呼称する）から鋼管１の後端部１ｄまでの距離である。
図１６（ｂ）は、鋼管１の後端部１ｄ近傍における硬度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係を表したグラフである。図１６（ｂ）中の距離Ｈは、鋼管１において硬度が５００Ｈｖである部位の下流端（以下、硬度低下位置と呼称する）から鋼管１の後端部１ｄまでの距離である。
【００７８】
距離Ｈが長い場合には、鋼管１の後端部１ｄに形成される未焼入れ部が大きくなる。未焼入れ部が大きい場合には、曲げ加工を行った後、未焼入れ部の切断工程が必要になる場合があるため、曲げ部材の製造に係る生産性及び経済性が低下する。
距離Ｈを短くするためには、距離Ｇを短くする方法が考えられるが、距離Ｇを短くすることにより、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱される場合がある。鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱された場合には、加熱部１ａにおいて金属組織の粗粒化が生じ、加工性が低下するため、好ましくない。
また、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱された場合には、鋼管１の後端部１ｄを把持するチャック１０の爪１０ｂが５００℃超に加熱される可能性が高くなる。チャック１０の爪１０ｂが５００℃超に加熱されると、チャック１０が疲労破壊する可能性が高くなるため、好ましくない。
さらに、鋼管１の後端部１ｄが１１００℃超に加熱された場合には、鋼管１の後端部１ｄが軟化し、チャック１０の把持力により鋼管１の後端部１ｄが変形する可能性があるため、好ましくない。
【００７９】
図１７（ａ）は、鋼管１の後端部１ｄ近傍に曲げ加工を行うとき、図９（ａ）に示した位置Ａに与えられる加熱量が位置Ｂに与えられる加熱量よりも１０％多いと想定した場合の最高到達温度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係を表したシミュレーション結果である。図１７（ｂ）は、鋼管１の後端部１ｄ近傍に曲げ加工を行うとき、図９（ａ）に示した位置Ａに与えられる加熱量が位置Ｂに与えられる加熱量よりも１０％多いと想定した場合の硬度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係を表したシミュレーション結果である。
図１７（ｂ）に示すように、図９（ａ）に示した位置Ａに与えられる加熱量が位置Ｂに与えられる加熱量よりも１０％多いと想定した場合には、位置Ａの硬度低下位置と位置Ｂの硬度低下位置とは鋼管１の長手方向に距離Ｉだけ離間している。曲げ部材の製造に係る生産性及び経済性を向上するためには、距離Ｉを可能な限り短くすることが好ましい。距離Ｉを短くするためには、鋼管１に与えられる加熱量を周方向で均一にすることが必要である。
【００８０】
図１８（ａ）〜１８（ｄ）は、従来技術を用いて鋼管１の後端部１ｄ近傍に曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。なお、図１８（ａ）〜１８（ｄ）における横軸の原点は、鋼管１上の任意の位置である。
なお、図１８（ａ）〜１８（ｄ）では、誘導加熱装置５により誘導加熱されている鋼管１の部位を加熱部と表し、冷却装置６から冷却媒体が噴射されることにより冷却されている鋼管１の部位を冷却部と表す。
【００８１】
図１８（ａ）に示す時点では、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱、冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却及び送り装置３による鋼管１の送りを行っている。
【００８２】
図１８（ａ）に示す状態から、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱、冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却及び送り装置３による鋼管１の送りを継続して行った状態を図１８（ｂ）に示す。図１８（ｂ）に示す時点において、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱を停止する。
図１８（ｂ）に示す状態から、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱を停止し、鋼管１の冷却及び送りを行った状態を図１８（ｃ）に示す。図１８（ｃ）に示す時点では、Ａｃ１点超の温度を有する部位は存在しない。
図１８（ｃ）に示す状態から、冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却及び送り装置３による鋼管１の送りを行った状態を図１８（ｄ）に示す。図１８（ｄ）に示す時点で、鋼管１に対する曲げ加工を終了する。
【００８３】
図１８（ｅ）は、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示す曲げ加工を行った後における鋼管１の硬度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係を表したグラフである。なお、図１８（ｅ）における横軸の原点は、鋼管１上の任意の位置である。
図１８（ｅ）に示す距離Ｊは、鋼管１の後端部１ｄ近傍における、硬度低下位置から最高到達温度が５００℃である位置までの距離を表している。鋼管１の後端部１ｄを把持するチャック１０の爪１０ｂの加熱温度を５００℃以下にするためには、チャック１０の爪１０ｂにより把持されている鋼管１の後端部１ｄの加熱温度が５００℃以下であればよい。また、曲げ部材の製造に係る生産性及び経済性を向上するためには、硬度低下位置が鋼管１の後端部１ｄに近いことが好ましい。
上述の理由から、鋼管１の後端部１ｄを把持するチャック１０の疲労破壊を防止すると共に、曲げ部材の製造に係る生産性及び経済性を向上するためには、距離Ｊを短くすることが好ましい。
【００８４】
本実施形態では、後端部１ｄに加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を、後端部１ｄの下流側に隣接する部位（以下、下流側隣接部位と呼称する）に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量よりも大きくする。
後端部１ｄに加熱部１ａを形成する際に与える加熱量を、後端部１ｄの下流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に与える加熱量よりも大きくする方法としては、鋼管１の後端部１ｄにおいて誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、送りのみを停止し、所定の時間経過後に誘導加熱装置５への高周波電力の供給を停止することにより、鋼管１の誘導加熱を停止する方法が挙げられる。
また、別の方法としては、鋼管１の後端部１ｄにおいて誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、鋼管１の送り速度を減速し、所定の時間経過後に誘導加熱装置５への高周波電力の供給を停止することにより、鋼管１の誘導加熱を停止する方法が挙げられる。
さらに、別の方法としては、鋼管１の後端部１ｄにおいて誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱装置５に供給する高周波電力量を増加し、所定の時間経過後に誘導加熱装置５への高周波電力の供給を停止することにより、鋼管１の誘導加熱を停止する方法が挙げられる。
【００８５】
図１９（ａ）〜１９（ｄ）は、本実施形態により鋼管１の後端部１ｄに対して曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布（縦軸）を鋼管１上の位置（横軸）に対して表したグラフである。なお、図１９（ａ）〜１９（ｄ）における横軸の原点は、鋼管１上の任意の位置である。
図１９（ａ）に示す時点では、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱、冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却及び送り装置３による鋼管１の送りを行っている。
【００８６】
図１９（ａ）に示す状態から、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱、冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却及び送り装置３による鋼管１の送りを継続して行った状態を図１９（ｂ）に示す。図１９（ｂ）に示す時点において、送り装置３による鋼管１の送りを停止し、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱及び冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却は継続して行う。
図１９（ｂ）に示す状態から、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱及び冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却を継続して行った状態を図１９（ｃ）に示す。図１９（ｃ）に示す時点において、停止していた送り装置３による鋼管１の送りを再開すると共に、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱を停止する。なお、冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却は継続して行う。
【００８７】
図１９（ｃ）に示す状態から、送り装置３による鋼管１の送り及び冷却装置６から冷却媒体を噴射することによる鋼管１の冷却を行った状態を図１９（ｄ）に示す。図１９（ｄ）に示すように、本実施形態により鋼管１の後端部１ｄに対して曲げ加工を行った場合には、他の部位よりも最高到達温度が高い部位（最高到達温度がＴ１である部位）が生じる。
【００８８】
図１９（ｅ）は、図１９（ａ）〜１９（ｄ）に示す曲げ加工を行った後における鋼管１の硬度（縦軸）と鋼管１上の位置（横軸）との関係を表したグラフである。なお、図１９（ｅ）における横軸の原点は、鋼管１上の任意の位置である。従来技術により鋼管１の後端部１ｄに曲げ加工を行った場合の、硬度低下位置から最高到達温度が５００℃である位置までの距離Ｊ（図１８（ｅ）参照）と、本実施形態の曲げ部材の製造方法により鋼管１の後端部１ｄに曲げ加工を行った場合の距離Ｊ（図１９（ｅ）参照）とを比較すると、本実施形態の曲げ部材の製造方法により鋼管１の後端部１ｄに曲げ加工を行った場合の距離Ｊの方が短いことが分かる。
上述のように、本実施形態の曲げ部材の製造方法により鋼管１の後端部１ｄに曲げ加工を行った場合には、従来技術に比べて距離Ｊを短くすることができるため、鋼管１の後端部１ｄを把持するチャック１０の疲労破壊を防止すると共に、曲げ部材の製造に係る生産性及び経済性を向上することが可能である。
【００８９】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る曲げ部材の製造方法は、鋼管の先端部及び後端部以外の部分に第１加熱部を形成し、第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部を形成し、第１加熱部と第２加熱部との間に未焼入れ部を形成する方法である。
第３実施形態に係る曲げ部材の製造方法によれば、製造された曲げ部材の未焼入れ部を長手方向に切断して複数の曲げ部材を得る場合に、切断部位である未焼入れ部の硬度が低いため、曲げ部材を容易に切断することができる。なお、切断部位をより容易に切断するためには、切断部位の硬度は母材と同等の硬度であることが好ましい。
また、第３実施形態に係る曲げ部材の製造方法によれば、切断部位である未焼入れ部の近傍まで曲げ加工を行うことができるので、不要部位が生じず、経済性を向上することができる。
曲げ部材を切断して複数の曲げ部材を得た場合に、切断後の曲げ部材の端部を自動車部品等として用いられる場合には、他の部材と溶接等により接合される場合が多い。切断後の曲げ部材と他の部材とを溶接する場合には、切断後の曲げ部材の端部は焼入れされていないことが好ましい。第３実施形態により製造された曲げ部材の切断部には未焼入れ部が形成されているため、他の部材と溶接する際に好適である。
【００９０】
第１加熱部と第２加熱部との間に、母材と同等の硬度を有し、可能な限り幅寸法の短い未焼入れ部を形成するためには、鋼管１の送り及び誘導加熱を行っている状態から、鋼管１の誘導加熱を一旦停止するために、誘導加熱装置５への高周波電力の供給を一旦停止し、その後再び誘導加熱装置５への高周波電力の供給を開始すればよいと思われる。
しかしながら、本発明者らは、上述の方法では母材と同等の硬度を有し、可能な限り幅寸法の短い未焼入れ部を形成することが困難であることを知見した。
【００９１】
図２９（ａ）〜２９（ｅ）は、従来技術を用いて鋼管１の先端部１ｂ及び後端部１ｄ以外の部位に対して曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布（縦軸）を鋼管１上の位置（横軸）に対して表したグラフである。
【００９２】
図２９（ａ）は、鋼管１を長手方向に送りながら誘導加熱装置５へ高周波電力を供給することにより、鋼管１の先端部１ｂと後端部１ｄとは異なる位置に第１加熱部を形成した状態を表している。なお、第１加熱部を形成する工程を、第１加熱工程と呼称する。
図２９（ｂ）は、図２９（ａ）に示す状態から、鋼管１の誘導加熱、冷却及び送りを行った状態を示す。図２９（ｂ）に示す時点で、鋼管１の冷却及び送りは行ったまま、鋼管１の誘導加熱のみを停止する。これにより、第１加熱部と第２加熱部との間に未焼入れ部を形成する。なお、第１加熱部と第２加熱部との間に未焼入れ部を形成する工程を、加熱停止工程と呼称する。
【００９３】
図２９（ｃ）は、図２９（ｂ）に示す状態から、鋼管１の冷却及び送りを行った状態を示す。図２９（ｃ）に示す時点で、鋼管１の誘導加熱を再開し、第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部を形成する。なお、第２加熱部を形成する工程を、第２加熱工程と呼称する。図２９（ｃ）に示すように、第１加熱工程及び第２加熱工程の両方で加熱される部位が生じる。
図２９（ｄ）は、図２９（ｃ）に示す状態から、鋼管１の誘導加熱、冷却及び送りを行った状態を示す。
【００９４】
図２９（ｅ）は、図２９（ｄ）に示す状態から、鋼管１の誘導加熱、冷却及び送りを行った状態を示す。
図２９（ｅ）に示すように、従来技術を用いた場合には、第１加熱工程、加熱停止工程及び第２加熱工程の終了後に、最高到達温度がＡｃ１点以下である部位は存在しない。そのため、母材と同等の硬度を有する部位（以下、母材硬度部と呼称する）は形成されない。
なお、上述の通り、従来技術を用いた場合には母材硬度部が形成されないが、最高到達温度がＡｃ１点超Ａｃ３点未満である部位は冷却を行っても焼入れが行われないため、未焼入れ部が形成される。
【００９５】
上述の方法とは異なり、第１加熱部と第２加熱部との間に母材硬度部を形成するためには、加熱停止工程を長くする方法が考えられる。しかしながら、加熱停止工程を長くした場合には、未焼入れ部の幅寸法が大きくなるため、不要部位が生じる場合があり、曲げ部材の経済性が低下する。
【００９６】
なお、本発明者らは、従来技術を用いた場合には、第１加熱部と第２加熱部との間に、誘導加熱装置５による加熱幅の１．４０倍以下の母材硬度部を形成することができないことを知見した。
【００９７】
本発明者らは、第２加熱工程の開始時に、第１加熱部に与える加熱量よりも大きな加熱量を第２加熱部に与えることにより、第１加熱部と第２加熱部との間に形成される未焼入れ部の幅寸法を小さくすることができるとともに、第１加熱部と第２加熱部との間に形成される未焼入れ部の硬度を母材の硬度と同等にすることができることを知見した。
【００９８】
図２３（ａ）〜２３（ｅ）は、本実施形態により鋼管１の先端部１ｂ及び後端部１ｄ以外の部位に対して曲げ加工を行った場合の最高到達温度及び現時刻における温度分布（縦軸）を鋼管１上の位置（横軸）に対して表したグラフである。
【００９９】
図２３（ａ）は、鋼管１を長手方向に送りながら誘導加熱装置５へ高周波電力を供給することにより、鋼管１の先端部１ｂと後端部１ｄとは異なる位置に第１加熱部を形成した状態を表している（第１加熱工程）。
図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示す状態から、鋼管１の誘導加熱、冷却及び送りを行った状態を示す。図２３（ｂ）に示す時点で、鋼管１の冷却及び送りは行ったまま、鋼管１の誘導加熱のみを停止する。これにより、第１加熱部と第２加熱部との間に未焼入れ部を形成する（加熱停止工程）。
【０１００】
図２３（ｃ）は、図２３（ｂ）に示す状態から、鋼管１の冷却及び送りを行った状態を示す。図２３（ｃ）に示す時点で、鋼管１の誘導加熱を再開し、第２加熱部を形成する（第２加熱工程）とともに、鋼管１の送りを停止する。
図２３（ｄ）は、図２３（ｃ）に示す状態から、鋼管１の誘導加熱及び冷却を行った状態を示す。図２３（ｄ）に示す時点で、鋼管１の送りを再開する。
図２３（ｅ）は、図２３（ｄ）に示す状態から、鋼管１の誘導加熱、冷却及び送りを行った状態を示す。
【０１０１】
本実施形態では、上述のように第２加熱工程の開始時に鋼管１の送りを停止した状態で誘導加熱を行うため、第２加熱部を形成する際に与えられる加熱量を第１加熱部を形成する際に与えられる加熱量よりも大きくする。これにより、図２３（ｅ）に示すように、最高到達温度がＡｃ１点以下である部位が生じる。そのため、本実施形態の曲げ部材の製造方法によれば、第１加熱部と第２加熱部との間に母材硬度部を形成することが可能である。
なお、第２加熱工程の開始時に、第２加熱部を形成する際に与えられる加熱量を第１加熱部を形成する際に与えられる加熱量よりも大きくする方法としては、第２加熱工程の開始時に、鋼管１の送りを停止せずに、送り速度を減速させた状態で誘導加熱を行う方法が挙げられる。また、第２加熱工程の開始時に、第２加熱部を形成する際に与えられる加熱量を第１加熱部を形成する際に与えられる加熱量よりも大きくする方法としては、第２加熱工程の開始時に、鋼管１の送り速度を変化させずに、誘導加熱装置５へ供給する高周波電力量を増加させる方法も挙げられる。
【０１０２】
上述のように、第２加熱工程の開始時に、第２加熱部を形成する際に与えられる加熱量を第１加熱部を形成する際に与えられる加熱量よりも大きくすることにより、第１加熱部と第２加熱部との間に母材硬度部を形成することができる。これにより、曲げ部材を容易に切断することができる。
また、第２加熱工程の開始時に、第２加熱部を形成する際に与えられる加熱量を第１加熱部を形成する際に与えられる加熱量よりも大きくすることにより、第１加熱部と第２加熱部との間に形成される未焼入れ部の幅寸法を小さくすることができる。具体的には、第１加熱部と第２加熱部との間に形成される未焼入れ部の幅寸法を、誘導加熱装置５による加熱幅の０．１５倍以上１．４０倍以下にすることができる。これにより、曲げ部材を切断する際に不要部位が生じないため、曲げ部材の製造に係る経済性を向上することができる。
【０１０３】
［鋼材の熱間曲げ加工装置］
次に、本実施形態に係る鋼材の熱間曲げ加工装置について説明する。
図７は、本実施形態に係る鋼材の熱間曲げ加工装置の構成例を示す説明図である。
【０１０４】
図７に示すように、熱間曲げ加工装置０は、支持装置（支持機構）２と、送り装置（送り機構）３と、誘導加熱装置（誘導加熱機構）５と、冷却装置（冷却機構）６と、駆動装置（駆動機構）９と、チャック１０と、第１温度測定装置（第１温度測定機構）２６と、形状測定装置（形状測定機構）２７と、第２温度測定装置（第２温度測定機構）２８と、制御部２９とを備える。
【０１０５】
送り装置３は、鋼管１を長手方向に送る。送り装置３による鋼管１の送りにおいて、送り速度は一定でもよいし、変化させてもよい。また、送り装置３による鋼管１の送りは、連続的でもよいし、断続的でもよい。
支持装置２２は、送り装置３により送られた鋼管１を支持する。
誘導加熱装置５は、鋼管１を部分的に誘導加熱する。誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱において、誘導加熱装置５に供給される高周波電力量は一定でもよいし、変化させてもよい。また、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱は、連続的でもよいし、断続的でもよい。
【０１０６】
冷却装置６は、冷却媒体を噴射することにより、鋼管１を部分的に冷却する。冷却媒体の例としては、水が挙げられる。
駆動装置９は、鋼管１の先端部１ｂを把持するチャック１０を三次元に移動させることにより、鋼管１の加熱部１ａに対して曲げモーメントを付与する。
チャック１０は、鋼管１の先端部１ｂ及び後端部１ｄを把持する。
【０１０７】
送り装置３、支持装置２２、誘導加熱装置５、冷却装置６及びチャック１０は、鋼管１の長手方向に沿って配置される。
【０１０８】
制御部２９は、送り装置３、誘導加熱機構５、冷却機構６、駆動装置９及びチャック１０を制御する。
制御部２９は、誘導加熱装置５により鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際の加熱量を、上流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際の加熱量よりも大きくするよう制御する。また、制御部２９は、誘導加熱装置５により鋼管１の先端部１ｂに加熱部１ａを形成する際に、冷却装置６によりチャック１０を冷却媒体で冷却するように制御する。
【０１０９】
制御部２９は、誘導加熱装置５により鋼管１の後端部１ｄに加熱部１ａを形成する際に加える加熱量を、下流側隣接部位に加熱部１ａを形成する際に加える加熱量よりも大きくするように制御してもよい。
制御部２９は、誘導加熱装置５により鋼管１の先端部１ｂと後端部１ｄとの間に第１加熱部が形成され、第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部が形成され、第１加熱部と第２加熱部との間の位置に未焼入れ部が形成されるように制御してもよい。
【０１１０】
第１温度測定装置２６は、鋼管１の先端部１ｂの温度を測定する。第１温度測定装置２６の例としては、チャック１０の爪１０ｂに埋め込んだ熱電対、チャック１０と鋼管１との間の熱起電力を測定する熱電対又は接触式あるいは非接触式の温度計等を用いることができる。
形状測定装置２７は、鋼管１の先端部１ｂの外形変形量を測定する。形状測定装置２７としては、接触式あるいは非接触式の変位計又はチャック１０の爪１０ｂの移動量の検出装置等を用いることができる。
第２温度測定装置２８は、鋼管１に形成された加熱部１ａの温度を測定する。第２温度測定装置２８としては、誘導加熱装置５に組み込んだ非接触式の温度計等を用いることができる。
【０１１１】
制御部２９は、第１温度測定装置２６によって測定される鋼管１の先端部１ｂの温度、形状測定装置２７によって測定される鋼管１の先端部１ｂの外形変形量及び第２温度測定装置２８によって測定される鋼管１の加熱部１ａの温度のうちの少なくとも一つが予め定めた範囲内となるように、送り装置３と誘導加熱装置５との少なくとも一方を制御してもよい。
【０１１２】
制御部２９は、第１温度測定装置２６によって測定される鋼管１の先端部１ｂの温度、形状測定装置２７によって測定される鋼管１の先端部１ｂの外形変形量及び第２温度測定装置２８によって測定される鋼管１の加熱部１ａの温度のうちの少なくとも一つが予め定めた範囲内となるように、送り装置３による鋼管１の送りと誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱を開始した後に、送り装置３による鋼管１の送り速度と誘導加熱装置５に供給される高周波電力との少なくとも一つを変更してもよい。
また、制御部２９は、第１温度測定装置２６によって測定される鋼管１の先端部１ｂの温度、形状測定装置２７によって測定される鋼管１の先端部１ｂの外形変形量及び第２温度測定装置２８によって測定される鋼管１の加熱部１ａの温度のうちの少なくとも一つが予め定めた範囲内となるように、送り装置３による鋼管１の送りと誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱とのうち、誘導加熱装置５による鋼管１の誘導加熱を先に開始し、所定の時間経過後に、送り装置３による鋼管１の送りを開始してもよい。
【実施例】
【０１１３】
本発明を、実施例及び比較例を参照しながら、より具体的に説明する。【０１１４】
［実施例１］
外径３１．８ｍｍ、肉厚２．０ｍｍの開口端を有する鋼管に対して３ＤＱによる曲げ加工を行い、鋼管の長手方向中央部にＳ字形状の曲り部を形成した。曲げ加工を行った後の鋼管の長手方向中央部の硬度は、５２０Ｈｖであった。鋼管の代表的な化学組成としては、Ｃの含有量が０．２２質量％，Ｍｎの含有量が１．２５質量％であった。なお、実施例１は、第１実施形態に対応する実施例である。【０１１５】
図８（ａ）は、実施例１における鋼管、誘導加熱装置及び冷却装置の位置関係を示す模式図である。図８（ｂ）は、実施例１における鋼管の硬度（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。【０１１６】
誘導加熱装置としては、２ターンコイルを用いた。鋼管の送り速度は一定速度とし、８０ｍｍ／秒とした。鋼管の最高到達温度が１０００℃超となるように、誘導加熱装置へは一定の高周波電力量（１４２ｋＷ）を供給した。【０１１７】
図８（ａ）及び図８（ｂ）において、図８（ａ）に示すβは、チャック１０の爪１０ｂが鋼管の内面に接触している距離であり、２０ｍｍとした。図８（ａ）に示すγは、鋼管の先端部から誘導加熱開始時における加熱部の長手方向中心部（以下、加熱開始位置と呼称する）までの距離である。図８（ａ）に示すδは、加熱開始位置から冷却部の上流端までの距離であり、２７ｍｍとした。図８（ｂ）に示すαは、先端部から硬度が５００Ｈｖである位置（以下、硬度上昇位置と呼称する）までの距離である。【０１１８】
図９（ａ）は、位置Ａ及びＢを説明するための鋼管の側面図である。図９（ｂ）は、位置Ａ及びＢにおける最高到達温度（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。図９（ｃ）は、位置Ａ及びＢにおける鋼管の硬度（縦軸）を鋼管上の位置（横軸）に対して表したグラフである。【０１１９】
（実施例１−１）
実施例１−１は、形態例１−１に相当する実施例であり、誘導加熱装置への高周波電力の供給開始から０．１５秒後に鋼管の送りを開始した。実施例１−１における誘導加熱装置へ供給される高周波電力量（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１０（ａ）に、実施例１−１における送り速度（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１０（ｂ）に示した。【０１２０】
（実施例１−２）
実施例１−２は、形態例１−２に相当する実施例であり、誘導加熱装置への高周波電力の供給開始と同時に２６．７ｍｍ／秒の送り速度で鋼管の送りを開始し、０．０６秒後に鋼管の送り速度を８０ｍｍ／秒に変化させた。実施例１−２における誘導加熱装置へ供給される高周波電力量（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１０（ｃ）に、実施例１−２における送り速度（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１０（ｄ）に示した。【０１２１】
（実施例１−３）
実施例１−３は、形態例１−３に相当する実施例であり、誘導加熱装置への高周波電力の供給開始と同時に鋼管の送りを開始した。誘導加熱装置への高周波電力への供給開始時における誘導加熱装置への高周波電力の供給量は、実施例１−１及び実施例１−２における誘導加熱装置への高周波電力の供給量の２倍とした。次に、誘導加熱装置への高周波電力の供給開始及び鋼管の送り開始から０．１秒後に誘導加熱装置に供給する高周波電力量を０．５倍に変化させた。実施例１−３における誘導加熱装置へ供給される高周波電力量（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１０（ｅ）に、実施例１−３における送り速度（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１０（ｆ）に示した。【０１２２】
（比較例１−１）
比較例１−１は、鋼管の送りを開始してから所定の時間経過後に誘導加熱装置への高周波電力の供給を開始するもので、誘導加熱装置へ供給する高周波電力量及び鋼管の送り速度は、それぞれの開始時から一定の値とした。比較例１−１における誘導加熱装置へ供給される高周波電力量（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１１（ａ）に、比較例１−１における送り速度（縦軸）と時間（横軸）との関係を図１１（ｂ）に示した。【０１２３】
実施例１−１〜１−３及び比較例１−１でのチャックの爪の最高温度、鋼管の最高到達温度、鋼管の先端部から加熱開始位置までの距離、鋼管の先端部から硬度上昇位置までの距離、鋼管の先端部から曲げ開始位置までの距離及び位置Ａにおける硬度上昇位置と位置Ｂにおける硬度上昇位置との距離を表１に示す。【０１２４】
【表１】
2015182666.tif 000003
【０１２５】
比較例１−１では、鋼管の先端部から２１ｍｍの位置から加熱を開始したにもかかわらず、先端部から硬度上昇位置までの距離は３５ｍｍであり、先端部から曲げ開始位置までの距離は５４ｍｍであった。
これに対し、実施例１−１〜１−３では、チャックの爪及び鋼管の最高到達温度を所定の温度以下に抑制し、鋼管の先端部から硬度上昇位置までの距離及び鋼管の先端部から曲げ開始位置までの距離を比較例１−１よりも短くすることができた。一方、実施例１−１〜１−３では、鋼管の先端部から加熱開始位置までの距離を比較例１−１よりも長くすることができた。
また、実施例１−１〜１−３では、位置Ａにおける硬度上昇位置と位置Ｂにおける硬度上昇位置との距離を、比較例１−１よりも短くすることができた。【０１２６】
［実施例２］
外径３１．８ｍｍ、肉厚２．０ｍｍの開口端を有する鋼管に対して３ＤＱによる曲げ加工を行い、鋼管の長手方向中央部にＳ字形状の曲り部を形成した。曲げ加工を行った後の鋼管の長手方向中央部の硬度は、５２０Ｈｖであった。鋼管の代表的な化学組成としては、Ｃの含有量が０．２２質量％，Ｍｎの含有量が１．２５質量％であった。なお、実施例２は第２実施形態に対応する実施例である。
誘導加熱装置としては、２ターンコイルを用いた。鋼管の送り速度は一定速度とし、８０ｍｍ／秒とした。鋼管の最高到達温度が１０００℃となるように、誘導加熱装置へは一定の高周波電力量（１４２ｋＷ）を供給した。【０１２７】
上述の条件の下、鋼管の後端部近傍に対して曲げ加工を行う際に、鋼管の後端部を把持するチャックの爪が５００℃超に加熱されず、鋼管が１１００℃超に加熱されず、さらに、鋼管の後端部に形成される未焼入れ部の幅寸法を可能な限り小さくするための条件を調べた。
具体的には、実施例及び比較例において、鋼管の後端部を把持するチャックの爪の最高到達温度、鋼管の最高到達温度、鋼管の加熱終了位置から後端部までの距離（距離Ｇ）、鋼管の硬度低下位置から後端部までの距離（距離Ｈ）、鋼管の曲げ終了位置から後端部までの距離及び位置Ａにおける硬度低下位置と位置Ｂにおける硬度低下位置との距離を求めた。【０１２８】
（実施例２−１）
実施例２−１では、鋼管の誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から送りのみを停止し、送りの停止から０．１５秒後に誘導加熱装置への高周波電力の供給を停止した。
図２０（ａ）に、実施例２−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。図２０（ｂ）に、実施例２−１における鋼管の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。【０１２９】
（実施例２−２）
実施例２−２では、鋼管の誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、送り速度を３分の１に減速し、送り速度の減速から０．０６秒後に誘導加熱装置への高周波電力の供給を停止した。
図２０（ｃ）に、実施例２−２の誘導加熱装置に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。図２０（ｄ）に、実施例２−２における鋼管の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。【０１３０】
（実施例２−３）
実施例２−３では、鋼管の誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱装置に供給される高周波電力を２倍に増やし、誘導加熱装置への高周波電力の供給の増加から０．１秒後に誘導加熱装置への高周波電力の供給を停止した。なお、実施例２−３では、鋼管の送りは一定の送り速度で行った。
図２０（ｅ）に、実施例２−３の誘導加熱装置に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。図２０（ｆ）に、実施例２−３における鋼管の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。【０１３１】
（比較例２−１）
比較例２−１では、鋼管の誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱装置への高周波電力の供給を停止した。なお、比較例２−１では、鋼管の送りは一定の送り速度で行った。
図２１（ａ）に、比較例２−１の誘導加熱装置に供給される高周波電力量（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。図２１（ｂ）に、比較例２−１における鋼管の送り速度（縦軸）を時間（横軸）に対して表した。【０１３２】
実施例２−１〜２−３及び比較例２−１の結果を表２に示す。【０１３３】
【表２】
2015182666.tif 000004
【０１３４】
表２に示すように、実施例２−１〜２−３では、チャックの爪の最高到達温度が５００℃以下であり、鋼管の最高到達温度が１１００℃以下であった。また、実施例２−１〜２−３では、比較例２−１に比べて、鋼管の硬度低下位置から後端部までの距離（距離Ｈ）及び鋼管の曲げ終了位置から後端部までの距離が短くなっており、曲げ部材の製造における生産性及び経済性が向上していた。また、実施例２−１〜２−３では、比較例２−１に比べて、鋼管の加熱終了位置から後端部までの距離（距離Ｇ）を長くすることができた。
さらに、実施例２−１〜２−３では、比較例２−１に比べて、位置Ａにおける硬度低下位置と位置Ｂにおける硬度低下位置との距離が短くなっており、鋼管の曲げ加工を施す際に、鋼管の周方向に均一に焼入れされていることが分かった。【０１３５】
［実施例３］
外径３１．８ｍｍ、肉厚２．６ｍｍの開口端を有する鋼管に対して３ＤＱによる曲げ加工を行った。誘導加熱装置としては、２ターンコイルを用いた。なお、実施例３は第３実施形態に対応する実施例である。【０１３６】
上述の条件の下、実施例及び比較例において、鋼管の先端部及び後端部以外の位置に第１加熱部を形成し、第１加熱部よりも上流側の位置に第２加熱部を形成し、第１加熱部と第２加熱部との間に未焼入れ部を形成し、未焼入れ部の幅寸法及び母材硬度部の形成状況を調べた。【０１３７】
（実施例３−１）
実施例３−１では、鋼管に対して誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱のみを停止した（図２６（ｂ）の（１））。なお、実施例３−１〜３−３では、誘導加熱装置に供給される高周波電力量を１５４ｋＷとした。また、実施例３−１において鋼管を送る際の送り速度は８０ｍｍ／秒とした。
鋼管に対する誘導加熱を停止してから鋼管が１５ｍｍ下流に送られた時点で鋼管に対する誘導加熱を再開するとともに、鋼管の送りを停止した（図２６（ｂ）の（３））。鋼管の送りを停止してから０．１５秒後に、鋼管の送りを再開した（図２６（ｂ）の（４））。【０１３８】
（実施例３−２）
実施例３−２では、鋼管に対して誘導加熱、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱のみを停止した（図２７（ｂ）の（１））。この時点での鋼管の送り速度は８０ｍｍ／秒とした。
鋼管に対する誘導加熱を停止してから鋼管が１３ｍｍ下流に送られた時点で鋼管に対する誘導加熱を再開するとともに、鋼管の送り速度を８０ｍｍ／秒から１０ｍｍ／秒に減速させた（図２７（ｂ）の（３））。鋼管の送り速度の減速から０．１５秒後に、鋼管の送り速度を１０ｍｍ／秒から８０ｍｍ／秒に加速させた（図２７（ｂ）の（５））。【０１３９】
（実施例３−３）
実施例３−３では、鋼管に対して誘導加熱（誘導加熱装置に供給される高周波電力量は１５４ｋＷ）、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱のみを停止した（図２８（ｂ）の（１））。なお、実施例３−３での鋼管の送り速度は、常に８０ｍｍ／秒とした。
鋼管に対する誘導加熱を停止してから鋼管が１３ｍｍ下流に送られた時点で、誘導加熱装置に供給される高周波電力量を３０８ｋＷとする誘導加熱を開始した（図２８（ｂ）の（３））。誘導加熱装置に供給される高周波電力量を３０８ｋＷとする誘導加熱を開始してから０．１５秒後に、誘導加熱装置に供給される高周波電力量を１５４ｋＷに下げた（図２８（ｂ）の（４））。【０１４０】
（比較例３−１〜３−４）
比較例３−１〜３−４では、鋼管に対して誘導加熱（誘導加熱装置に供給される高周波電力量は２００ｋＷ）、冷却及び送りを行っている状態から、誘導加熱のみを停止した。鋼管に対する誘導加熱を停止してから鋼管が下流方向へ所定の距離送られた時点で、鋼管に対する誘導加熱を再開した。誘導加熱を停止してから再開するまでの間に、鋼管が下流方向へ送られる距離を加熱停止区間と呼称する。
比較例３−１〜３−４では、加熱停止区間の距離が異なる。各比較例における加熱停止区間の距離は、比較例３−１：２５ｍｍ、比較例３−２：１０ｍｍ、比較例３−３：５ｍｍ、比較例３−４：２ｍｍであった。比較例３−１〜３−４における硬度分布を図２４に示した。
なお、比較例３−１〜３−４における鋼管の送り速度は、常に７０ｍｍ／秒とした。【０１４１】
実施例３−１〜３−３及び比較例３−１〜３−４の曲げ部材の製造方法により形成された未焼入れ部の幅と母材硬度部の形成状況とを表３に示した。【０１４２】
【表３】
2015182666.tif 000005
【０１４３】
表３に示したように、実施例３−１〜３−３では比較例３−１〜３−４に比べて、形成される未焼入れ部の幅を小さくすることができた。また、実施例３−１〜３−３では母材硬度部を形成することができたが、比較例３−２〜３−４では母材硬度部を形成することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
上記各実施形態によれば、鋼材の先端部を把持するチャックの疲労破壊を防止することが可能であるとともに生産性及び経済性に優れた曲げ部材の製造方法及び鋼材の熱間曲げ加工装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１４５】
０  熱間曲げ加工装置
１  鋼管
１ａ加熱部
１ｂ  先端部
１ｃ  曲がり部
１ｄ  後端部
２  支持装置（支持機構）
３  送り装置（送り機構）
４  可動ローラーダイス
４ａ  ロール対
５  誘導加熱装置（誘導加熱機構）
６  冷却装置（冷却機構）
９  駆動装置（駆動機構）
１０  チャック
１０ａ  大径部
１０ｂ  小径部（爪）
１１  チャック
１１ａ  大径部
１１ｂ  小径部（爪）
２６  第１温度測定機構
２７  形状測定機構
２８  第２温度測定機構
２９  制御部
【図１Ａ】
2015182666.tif 000006
【図１Ｂ】
2015182666.tif 000007
【図１Ｃ】
2015182666.tif 000008
【図１Ｄ】
2015182666.tif 000009
【図１Ｅ】
2015182666.tif 000010
【図２】
2015182666.tif 000011
【図３】
2015182666.tif 000012
【図４Ａ】
2015182666.tif 000013
【図４Ｂ】
2015182666.tif 000014
【図５】
2015182666.tif 000015
【図６】
2015182666.tif 000016
【図７】
2015182666.tif 000017
【図８】
2015182666.tif 000018
【図９】
2015182666.tif 000019
【図１０】
2015182666.tif 000020
【図１１】
2015182666.tif 000021
【図１２】
2015182666.tif 000022
【図１３Ａ】
2015182666.tif 000023
【図１３Ｂ】
2015182666.tif 000024
【図１４Ａ】
2015182666.tif 000025
【図１４Ｂ】
2015182666.tif 000026
【図１４Ｃ】
2015182666.tif 000027
【図１４Ｄ】
2015182666.tif 000028
【図１５】
2015182666.tif 000029
【図１６】
2015182666.tif 000030
【図１７】
2015182666.tif 000031
【図１８】
2015182666.tif 000032
【図１９】
2015182666.tif 000033
【図２０】
2015182666.tif 000034
【図２１】
2015182666.tif 000035
【図２２Ａ】
2015182666.tif 000036
【図２２Ｂ】
2015182666.tif 000037
【図２２Ｃ】
2015182666.tif 000038
【図２２Ｄ】
2015182666.tif 000039
【図２３】
2015182666.tif 000040
【図２４】
2015182666.tif 000041
【図２５】
2015182666.tif 000042
【図２６】
2015182666.tif 000043
【図２７】
2015182666.tif 000044
【図２８】
2015182666.tif 000045
【図２９】
2015182666.tif 000046
【国際調査報告】
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2015182666.tif 000048
2015182666.tif 000049
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