(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に耐食性メッキが施された金属管を塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する金属管の熱間曲げ加工方法であって、
前記加熱を、金属管の使用時に下側となる部分を下側にして行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の金属管の熱間曲げ加工方法であって、
前記曲げ加工は、前記金属管を固定治具及び可動治具に通し、両治具の間で前記金属管を局部的に塑性変形可能温度に加熱し、可動治具を固定治具の金属管送給方向に対して傾動させることにより行い、
前記金属管を固定治具及び可動治具に通すときに、金属管の使用時に下側となる部分を下側にして通すことにより、前記加熱を、金属管の使用時に下側となる部分を下側にして行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項３】
前記請求項２に記載の金属管の熱間曲げ加工方法であって、
前記加熱は、金属管の塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱し、
前記加熱の直後に前記金属管を急冷することを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属管、特に、内面に耐食性メッキが施された金属管の熱間曲げ加工方法に関し、金属加工の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属管を塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する熱間曲げ加工技術が知られている。一般に、熱間加工は、材料を再結晶温度以上に加熱して塑性加工する技術であり、例えば鋼では概ね８５０℃以上の温度で行われるのが通例である。
【０００３】
一方、特許文献１には、金属管の曲げ加工方法として、予め内面にメッキが施された金属管を曲げ加工することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２８７２６（段落００３６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、予め金属管の内面に亜鉛メッキ等の耐食性メッキが施された金属管を熱間曲げ加工することも考えられるが、一般に、耐食性メッキの融点（例えば純亜鉛メッキで４１９℃）が金属管の加熱温度（例えば８００℃程度）よりも低いことが多いので、金属管の加熱時にメッキが溶融して金属管の内面に沿って下方に流動し、その結果、金属管の内面の上側でメッキ層が薄くなり、内面の下側でメッキ層が厚くなる現象が起きる。そして、金属管が製品として使用されるときに、金属管の内面において水分が溜まり易く腐食が発生し易い金属管内面の下側にメッキ層の薄い部分が位置すると、耐食性メッキの耐食性が不足する不具合が生じる。
【０００６】
この問題に対しては、熱間曲げ加工する前に金属管の内面にメッキを施すのではなく、熱間曲げ加工した後に金属管の内面にメッキを施すことが提案される。しかし、それでは、湾曲した金属管の内面にメッキ層を形成しなければならず、メッキ層を良好に形成することが容易でなくなる。
【０００７】
特に、金属管の内面が、図７に例示するように、例えば強度補強のため部分的に重合しているような場合は、たとえ電気メッキ法を用いても、該重合部にメッキを施すことが困難となる。このような場合は、平板状の金属材の片面にメッキを施し、このメッキを施した面が内面となるように平板材を管に成形すると、たとえ重合部があっても、該重合部にメッキ層を形成することが容易となる。そして、そうすると、結果的に、予め内面にメッキが施された金属管を熱間曲げ加工することになるのである。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処するもので、内面に耐食性メッキが施された金属管を塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する場合に、金属管の使用時に水分が溜まり易く十分な耐食性が必要な金属管内面の下側のメッキ層が薄くならないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の手段の開示において、後述する発明の実施形態で相当する符号を参考までに付記した。
【００１０】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、内面に耐食性メッキＰが施された金属管Ｔを塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する金属管Ｔの熱間曲げ加工方法であって、前記加熱を、金属管Ｔの使用時に下側となる部分Ｂを下側にして行うことを特徴とする。
【００１１】
ここで、曲げ加工の手法は、特に限定されず、回転引曲げ、圧縮曲げ、ロール曲げ、プレス曲げ、引張り曲げ、押し通し曲げ等、従来一般に行われるものがいずれも適用可能である。
【００１２】
また、耐食性メッキの組成も、特に限定されず、純亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム合金等が好ましく用いられ、メッキ法も、溶融メッキ、電気メッキ等、従来知られているものが支障なく採用可能である。
【００１３】
次に、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の金属管Ｔの熱間曲げ加工方法であって、前記曲げ加工は、前記金属管Ｔを固定治具１２及び可動治具１５に通し、両治具１２，１５の間で前記金属管Ｔを局部的に塑性変形可能温度に加熱１３し、可動治具１５を固定治具１２の金属管送給方向に対して傾動させることにより行い、前記金属管Ｔを固定治具１２及び可動治具１５に通すときに、金属管Ｔの使用時に下側となる部分Ｂを下側にして通すことにより、前記加熱１３を、金属管Ｔの使用時に下側となる部分Ｂを下側にして行うことを特徴とする。
【００１４】
次に、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の金属管Ｔの熱間曲げ加工方法であって、前記加熱１３は、金属管Ｔの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱し、前記加熱１３の直後に前記金属管Ｔを急冷１４することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
まず、請求項１に記載の発明によれば、内面に耐食性メッキが施された金属管を塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する場合に、曲げ加工後に金属管を使用するときに下側となる部分を下側にして前記金属管を加熱するようにしたから、金属管の加熱時にメッキが溶融して金属管の内面に沿って下方に流動したときに、金属管の製品としての使用時に水分が溜まり易く十分な耐食性が必要な金属管内面の下側のメッキ層が厚くなり薄くなることがなく、したがって、耐食性メッキの耐食性が不足する不具合が回避される。
【００１６】
次に、請求項２に記載の発明によれば、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用した場合に、金属管を局部的に加熱するようにしたから、金属管を効率よく、確実、容易に熱間曲げ加工することができる。
【００１７】
また、金属管の使用時に下側となる部分を下側にして金属管を固定治具及び可動治具に通すことにより、確実に金属管の使用時に下側となる部分を下側にして金属管を加熱することが可能となる。
【００１８】
次に、請求項３に記載の発明によれば、同じく曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用した場合に、金属管を塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱した直後に該金属管を急冷するようにしたから、曲げ加工と同時に金属管を焼入れして該金属管の強度を高めることが可能となる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の最良の実施の形態に係る金属管Ｔの熱間曲げ加工装置１の全体構成を示す斜視図である。
【００２０】
この熱間曲げ加工装置１は、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用するもので、水平方向に延びる金属管Ｔの終端部を保持する金属管保持装置１０を有する。保持装置１０は軌道１１の上を移動自在に構成されている。保持装置１０の前方には、上流側から、固定ローラ１２…１２、誘導加熱コイル１３、冷却水噴射装置１４、及び可動ローラ１５，１５がこの順に配設されている。
【００２１】
固定治具としての固定ローラ１２…１２は、前後２段階に金属管Ｔを両側から挟み付けて金属管Ｔの送給方向を決定する。
【００２２】
加熱装置としての誘導加熱コイル１３は、金属管Ｔを取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺において金属管Ｔを局部的に所定温度（金属管Ｔの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度）に加熱する。
【００２３】
急冷装置としての冷却水噴射装置１４は、金属管Ｔを取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺においてノズルから金属管Ｔに冷却水を局部的に噴射して金属管Ｔを急冷する。
【００２４】
可動治具としての可動ローラ１５，１５は、ハウジング１６に収容されて金属管Ｔを両側から挟み付ける。そして、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と同じ方向（ｘ軸方向）に移動自在、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と水平方向に直行する方向（ｙ軸方向）に移動自在、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と垂直方向に直行する方向（ｚ軸方向）に移動自在、ｙ軸周りに回動自在、及びｚ軸周りに回動自在に構成されている。そして、これらの動きが組み合わされて、可動ローラ１５，１５は、固定ローラ１２…１２の金属管送給方向に対して傾動し、これにより金属管Ｔに曲げ応力を与えて、該金属管Ｔを誘導加熱コイル１３で加熱された部位（後述するように曲げ加工部位Ｒ）において曲げ加工する。
【００２５】
なお、図１において、金属管Ｔの上面に符号Ａを付し、金属管Ｔの下面に符号Ｂを付してある（図２、図５及び図６においても同じ）。
【００２６】
図２は、この熱間曲げ加工装置１で曲げ加工する金属管Ｔの内面上側（金属管Ｔの上面Ａの内面）及び内面下側（金属管Ｔの下面Ｂの内面）における耐食性メッキＰの層の厚みを比較して示す拡大図であって、（ａ）は図１に符号アで例示するように曲げ加工前のもの、（ｂ）は図１に符号イで例示するように曲げ加工後のものである。
【００２７】
図２（ａ）のように、曲げ加工前、すなわち誘導加熱コイル１３により加熱される前は、耐食性メッキＰが予め金属管Ｔの内面に施され、耐食性メッキＰの層の厚みは、金属管Ｔの内面上側及び内面下側において均一である。
【００２８】
一方、図２（ｂ）のように、曲げ加工後、すなわち誘導加熱コイル１３により加熱された後は、耐食性メッキＰの層の厚みは、金属管Ｔの内面上側において薄く、内面下側において厚くなっている。
【００２９】
これは、耐食性メッキＰの融点が、誘導加熱コイル１３による金属管Ｔの加熱温度よりも低いので、金属管Ｔの加熱時にメッキＰが溶融して金属管Ｔの内面に沿って下方に流動したからである。
【００３０】
ここで、耐食性メッキＰの組成は、特に限定されず、純亜鉛（Ｚｎ）、亜鉛合金、アルミニウム合金等が好ましく用いられる。亜鉛合金としては、Ｚｎ−５％Ａｌ、Ｚｎ−１０％Ｎｉ、Ｚｎ−１０％Ｆｅ等が含まれる。アルミニウム合金としては、Ａｌ−１０％Ｓｉ等が含まれる。
【００３１】
その場合に、耐食性メッキＰの融点は、純亜鉛で４１９℃、Ｚｎ−５％Ａｌで３８２℃、Ｚｎ−１０％Ｎｉで８００℃、Ｚｎ−１０％Ｆｅで９５０℃、Ａｌ−１０％Ｓｉで５７７℃である。
【００３２】
これに対し、誘導加熱コイル１３による金属管Ｔの加熱温度（金属管Ｔの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度）は、後に詳しく述べるが、８００℃〜１０５０℃程度であり、総じて、耐食性メッキＰの融点が金属管Ｔの加熱温度よりも低くなっている。
【００３３】
また、耐食性メッキＰの層の厚みは、期待する耐食性持続期間や対費用効果の観点から、２０〜１２０ｇ／ｍ２程度が好ましい。
【００３４】
また、耐食性メッキＰのメッキ法としては、溶融メッキ法、電気メッキ法等、従来知られているものが支障なく採用可能である。
【００３５】
図３は、この熱間曲げ加工装置１で曲げ加工した金属管Ｔが製品として使用され得る車両部品の例を示す斜視図である。例示したように、この熱間曲げ加工装置１で曲げ加工した金属管Ｔは、車両のフロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、バンパーレインフォースメント、ダッシュクロスメンバ、ショットガン、ルーフサイドレインフォースメント等、車両のフレーム部材や骨格部材に使用され得る。
【００３６】
ここで、金属管Ｔの曲げ加工形状及び車両への組み付け姿勢が予め決定しており、したがって、金属管Ｔのどの面が車両への組み付け時に上面Ａになるか下面Ｂになるかが判った状態で、前記熱間曲げ加工装置１により該金属管Ｔを熱間曲げ加工することができる。
【００３７】
図４は、この熱間曲げ加工装置１の制御システム図である。この曲げ加工装置１は、前記保持装置１０を軌道１１上で移動させるための（換言すれば金属管Ｔを送給するための）金属管送給アクチュエータ２１、前記誘導加熱コイル１３、前記冷却水噴射装置１４、前記可動ローラ１５，１５をｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動させるためのアクチュエータ２２，２３，２４、及びｙ軸周り、ｚ軸周りに回動させるためのアクチュエータ２５，２６に制御信号を出力して、この曲げ加工装置１が行う金属管Ｔの熱間曲げ加工動作（金属管Ｔの熱間曲げ加工方法）を統括制御するコントロールユニット２０を備えている。
【００３８】
図５は、この熱間曲げ加工装置１が行う金属管Ｔの熱間曲げ加工動作（金属管Ｔの熱間曲げ加工方法）の具体的１例を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に示す工程図である。
【００３９】
まず、図５（ａ）に示すように、金属管Ｔは、車両への組み付け時に上面Ａになる面を上に（下面Ｂになる面を下に）向けた状態で、固定ローラ１２…１２及び可動ローラ１５，１５を通過して送給される。そして、その送給に伴い、予め決定された金属管Ｔの曲げ加工部位（Ｒとする）が誘導加熱コイル１３に近づいて来る。
【００４０】
そして、図５（ｂ）に示すように、曲げ加工部位Ｒの前端部が誘導加熱コイル１３に入ると、誘導加熱コイル１３が作動して、該曲げ加工部位Ｒだけが、局部的に、金属管Ｔの塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱される（図中ドットを施した部分）。
【００４１】
なお、曲げ加工部位Ｒの前端部が誘導加熱コイル１３に入ったことの判定は、コントロールユニット２０のメモリ（図示せず）に予め登録された曲げ加工部位Ｒの金属管Ｔにおける位置、誘導加熱コイル１３の位置、及び金属管Ｔの送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工部位Ｒの前端部を金属管Ｔの表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【００４２】
そして、誘導加熱コイル１３による曲げ加工部位Ｒの加熱が開始すると、図５（ｃ）に示すように、可動ローラ１５が固定ローラ１２の金属管送給方向に対して傾動する。これにより、金属管Ｔに曲げ応力が加えられて、誘導加熱コイル１３で加熱された部位、すなわち曲げ加工部位Ｒにおいて金属管Ｔが曲げ加工される。
【００４３】
しかも、同じく図５（ｃ）に示すように、誘導加熱コイル１３による曲げ加工部位Ｒの加熱が開始し、可動ローラ１５による曲げ加工が開始すると、冷却水噴射装置１４が作動して、加熱され曲げ加工された曲げ加工部位Ｒが、局部的に、冷却される。これにより、曲げ加工部位Ｒが焼入れされて、曲げ加工と同時に金属管Ｔの強度が高められることになる。
【００４４】
そして、図５（ｄ）に示すように、曲げ加工部位Ｒの後端部が誘導加熱コイル１３から出た後は、誘導加熱コイル１３の作動、可動ローラ１５の傾動、及び冷却水噴射装置１４の作動が停止して、金属管Ｔの曲げ加工及び焼入れが終了することとなる。
【００４５】
なお、曲げ加工部位Ｒの後端部が誘導加熱コイル１３から出たことの判定も、コントロールユニット２０のメモリ（図示せず）に予め登録された曲げ加工部位Ｒの金属管Ｔにおける位置、誘導加熱コイル１３の位置、及び金属管Ｔの送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工部位Ｒの後端部を金属管Ｔの表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【００４６】
図６は、この熱間曲げ加工装置１で曲げ加工した金属管Ｔが製品として使用されるときの姿勢に応じて、図５に例示した曲げ加工時の金属管Ｔの姿勢が異なることを示す説明図である。この実施形態においては、金属管Ｔは、前後２箇所で反対方向に曲げ加工され、Ｓ字状の製品に仕上げられる。
【００４７】
図６（ａ）は、金属管Ｔの非湾曲面が、車両への組み付け時に上面Ａ及び下面Ｂとなる場合の曲げ加工時の１例を示す平面図である。これは、前記図１及び図５の図例と同様であって、例えば図３のバンパーレインフォースメントが該当する。
【００４８】
図６（ｂ）は、金属管Ｔの湾曲面が、車両への組み付け時に上面Ａ及び下面Ｂとなる場合の曲げ加工時の１例（前方部より後方部の位置が高い製品の例）を示す側面図である。これは、例えば図３のリヤサイドフレームが該当する。
【００４９】
図６（ｃ）は、金属管Ｔの湾曲面が、車両への組み付け時に上面Ａ及び下面Ｂとなる場合の曲げ加工時の別の例（前方部より後方部の位置が低い製品の例）を示す側面図である。これは、例えば図３のフロントサイドフレームが該当する。
【００５０】
いずれの場合も、金属管Ｔの使用時に上面Ａになる面を上に向け、下面Ｂになる面を下に向けた状態で、前記金属管Ｔを熱間曲げ加工している。
【００５１】
なお、以上において、加熱装置１３による加熱温度としては、金属管Ｔにも依るが、特に、鉄系材料の場合、曲げ加工温度及び焼入れ温度共に、８００℃〜１０５０℃等が好ましく、８５０℃程度がより好ましい。
【００５２】
８００℃以下では、焼入れ効果が十分に現れず、成形品における引張強度の向上が不十分となる。一方、１０５０℃を超えて加熱すると、引張強度の向上が飽和し又は却って低下傾向となり（理由は過度の高温化に伴う金属結晶の粗大化によって結晶組織の結び付きが却って粗くなるためと考えられる）、エネルギコストの割には実益に乏しい。
【００５３】
急冷装置１４による焼入れの入る冷却速度としては、Ａ１変態点以下に冷却することが好ましい。Ａ１変態点とは、残留オーステナイト等を除いて、冷却時にオーステナイトからのパーライト変態がおよそ終了する温度である。なお、鋼管の冷却方法及び冷却条件としては特に限定されず、一般的な冷却方法及び冷却条件を採用することが可能である。
【００５４】
また、冷却液としては、水、特に防錆剤を含有した水等の冷媒が好ましい。
【００５５】
さらに、金属管Ｔの送給速さとしては、１５０ｍｍ／秒程度以下の速さが曲げ加工の精度の点から好ましい。
【００５６】
以上のように、この実施形態によれば、内面に耐食性メッキＰが施された金属管Ｔを塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する場合に、図６に例示したように、曲げ加工後に金属管Ｔを使用するときに下側となる部分Ｂを下側にして前記金属管Ｔを加熱するようにしたから、金属管Ｔの加熱時にメッキＰが溶融して金属管Ｔの内面に沿って下方に流動したときに（図２（ｂ）参照）、金属管Ｔの製品としての使用時に水分が溜まり易く十分な耐食性が必要な金属管内面の下側Ｂのメッキ層が厚くなり薄くなることがなく、したがって、耐食性メッキＰの耐食性が不足する不具合が回避される。
【００５７】
また、曲げ加工の手法として、図１及び図５に示したように、押し通し曲げを適用し、金属管Ｔを誘導加熱コイル１３で局部的に加熱するようにしたから、金属管Ｔを効率よく、確実、容易に熱間曲げ加工することができる。
【００５８】
また、金属管Ｔの使用時に下側となる部分Ｂを下側にして金属管Ｔを固定ローラ１２及び可動ローラ１５に通すことにより、確実に金属管Ｔの使用時に下側となる部分Ｂを下側にして金属管Ｔを加熱することが可能となる。
【００５９】
また、金属管Ｔを誘導加熱コイル１３で塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱した直後に、該金属管Ｔを冷却水噴射装置１４で急冷するようにしたから、曲げ加工と同時に金属管Ｔを焼入れして該金属管Ｔの強度を高めることが可能となる。
【００６０】
なお、金属管Ｔとしては、角柱状に限らず、円柱状やその他の形状でもよい。また、強度や板厚等の特性が相異なる複数の異種の金属材同士をつなぎ合わせたテーラードチューブでもよい。また、金属管Ｔの製品としての用途は、車両部品に限らず、建築資材やその他の用途でもよい。
【００６１】
また、曲げ加工の手法としては、押し通し曲げに限らず、回転引曲げ、圧縮曲げ、ロール曲げ、プレス曲げ、引張り曲げやその他の手法でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、内面に耐食性メッキが施された金属管を塑性変形可能温度に加熱して曲げ加工する場合に、金属管の使用時に水分が溜まり易く十分な耐食性が必要な金属管内面の下側のメッキ層が薄くなることを回避できる技術であるから、金属加工の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の最良の実施の形態に係る金属管の熱間曲げ加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】前記熱間曲げ加工装置で曲げ加工する金属管の内面上側及び内面下側における耐食性メッキ層の厚みを比較して示す拡大図であって、（ａ）は図１に符号アで例示するように曲げ加工前のもの、（ｂ）は図１に符号イで例示するように曲げ加工後のものである。
【図３】前記熱間曲げ加工装置で曲げ加工した金属管が製品として使用され得る車両部品の例を示す斜視図である。
【図４】前記熱間曲げ加工装置の制御システム図である。
【図５】前記熱間曲げ加工装置が行う熱間曲げ加工動作（熱間曲げ加工方法）の具体的１例を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に示す工程図である。
【図６】前記熱間曲げ加工装置で曲げ加工した金属管が製品として使用されるときの姿勢に応じて曲げ加工時の金属管の姿勢が異なることを示す説明図であって、（ａ）は金属管の非湾曲面が金属管使用時の上面及び下面となる場合の曲げ加工時の１例を示す平面図、（ｂ）は金属管の湾曲面が金属管使用時の上面及び下面となる場合の曲げ加工時の１例（前方部より後方部の位置が高い製品の例）を示す側面図、（ｃ）は同じく金属管の湾曲面が金属管使用時の上面及び下面となる場合の曲げ加工時の別例（前方部より後方部の位置が低い製品の例）を示す側面図である。
【図７】金属管の内面に重合部があると、たとえ電気メッキ法を用いても該重合部にメッキを施すことが困難となることの説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      金属管の熱間曲げ加工装置
１０    金属管保持装置
１１    軌道
１２    固定治具（固定ローラ）
１３    加熱装置（誘導加熱コイル）
１４    急冷装置（冷却水噴射装置）
１５    可動治具（可動ローラ）
１６    可動治具ハウジング
２０    コントロールユニット
Ａ      金属管の上面
Ｂ      金属管の下面
Ｐ      耐食性メッキ
Ｔ      金属管
【図１】
0005187012.tif 000002
【図２】
0005187012.tif 000003
【図３】
0005187012.tif 000004
【図４】
0005187012.tif 000005
【図５】
0005187012.tif 000006
【図６】
0005187012.tif 000007
【図７】
0005187012.tif 000008