特許 7238660 中空屈曲部品の製造方法、中空屈曲部品の製造装置、及び中空屈曲部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-06

(45)【発行日】2023-03-14

(54)【発明の名称】中空屈曲部品の製造方法、中空屈曲部品の製造装置、及び中空屈曲部品

(51)【国際特許分類】

   B21D 7/00 20060101AFI20230307BHJP

   B21D 7/16 20060101ALI20230307BHJP

   B21D 51/02 20060101ALI20230307BHJP

   B21D 53/88 20060101ALI20230307BHJP

   B21C 37/15 20060101ALI20230307BHJP

   B21D 53/84 20060101ALI20230307BHJP

   B21D 37/16 20060101ALI20230307BHJP

【ＦＩ】

B21D7/00 Z

B21D7/16

B21D51/02

B21D53/88 Z

B21C37/15 B

B21D53/84 B

B21D37/16

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019134902

(22)【出願日】2019-07-22

(65)【公開番号】P2021016891

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】富澤 淳

(72)【発明者】

【氏名】植松 一夫

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０２４７４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－２２９４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４８７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１２３５０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２６３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１８６１０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５０－０９７５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１４３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０１１１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２９３３９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ７／００

Ｂ２１Ｄ ７／１６

Ｂ２１Ｄ ５１／０２

Ｂ２１Ｄ ５３／８８

Ｂ２１Ｃ ３７／１５

Ｂ２１Ｄ ５３／８４

Ｂ２１Ｄ ３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の長尺な中空素材を、その長手方向に沿った送り方向へ送りながら第１の位置で支持し、
前記送り方向に沿って前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置された加熱手段で前記中空素材を被加熱部において部分的に加熱し、
前記送り方向に沿って前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置された冷却手段で前記中空素材を冷却し、
前記送り方向に沿って前記第３の位置よりも下流の第４の位置で前記中空素材を支持して支持位置を二次元方向又は三次元方向に移動させることにより、前記中空素材の前記被加熱部にせん断力を与える、
中空屈曲部品の製造方法であって、
前記中空素材の、前記せん断力の付与前後に形成されるせん断角度に応じて、前記送り方向に対する前記加熱手段及び前記冷却手段の傾斜角度の設定を行うことで、前記中空素材におけるせん断曲げ加工部分の幅寸法を変え、
前記設定を行う際、前記せん断角度をθ（度）とし、前記傾斜角度をα（度）とし、前記中空素材の元の幅寸法をＷ _０ （ｍｍ）とし、前記せん断曲げ加工部分の幅寸法をＷ（ｍｍ）とし、下式（１）を満たすように、前記せん断角度及び前記傾斜角度を設定する
ことを特徴とする中空屈曲部品の製造方法。

【数1】

【請求項2】

金属製の長尺な中空素材を、その長手方向に沿った送り方向へ送りながら第１の位置で支持する支持装置と、
前記送り方向に沿って前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置され、前記中空素材を被加熱部において部分的に加熱する加熱手段と、
前記送り方向に沿って前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置され、前記中空素材を冷却する冷却手段と、
前記送り方向に沿って前記第３の位置よりも下流の第４の位置で前記中空素材を支持して支持位置を二次元方向又は三次元方向に移動させることにより、前記中空素材の前記被加熱部にせん断力を与える、せん断力付与手段と、
前記中空素材の、前記せん断力の付与前後に形成されるせん断角度に応じて、前記送り方向に対する前記加熱手段及び前記冷却手段の傾斜角度の設定を行い、前記設定に基づいて前記加熱手段、前記冷却手段、前記せん断力付与手段を制御することで、前記中空素材におけるせん断曲げ加工部分の幅寸法を変える制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、前記設定を行う際、前記せん断角度をθ（度）とし、前記傾斜角度をα（度）とし、前記中空素材の元の幅寸法をＷ _０ （ｍｍ）とし、前記せん断曲げ加工部分の幅寸法をＷ（ｍｍ）とし、下式（２）を満たすように、前記せん断角度及び前記傾斜角度を設定する
ことを特徴とする中空屈曲部品の製造装置。

【数2】

【請求項3】

金属製の長尺な中空の一体部品であって、その長手方向に沿って見て熱処理されたせん断曲げ加工部分である曲がり部における幅が、前記曲がり部に隣接する他の部分の幅と異なる
ことを特徴とする中空屈曲部品。

【請求項4】

前記長手方向に垂直な断面形状が円形または矩形の閉断面形状を有し、
前記曲がり部が、前記曲がり部の内周側の外形と外周側の外形との間の寸法である前記幅の２倍以下の曲げ半径を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の中空屈曲部品。

【請求項5】

鋼製であり、
前記曲がり部のマルテンサイト量が５０％以上である、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の中空屈曲部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中空屈曲部品の製造方法、中空屈曲部品の製造装置、及び中空屈曲部品、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、中空の屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材または構造部材には、軽量かつ高強度であること等が求められる。従来、この種の中空屈曲部品は、例えば、冷間の曲げ加工、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中空屈曲部品の軽量化および高強度化には限界があり、その実現は容易なことではなかった。

【0003】

近年では、例えば非特許文献１に開示されるように、いわゆるチューブハイドロフォーミング工法によりこの種の中空屈曲部品を製造することも積極的に検討されている。しかし、特に、チューブハイドロフォーミング工法は冷間成形であるため、高強度材の成形には限界がある。非特許文献１の２８頁にも記載されているように、チューブハイドロフォーミング工法には、素材となる材料の開発や成形可能な形状の自由度の拡大等といった課題があり、今後より一層の開発が必要である。

【0004】

このような現状に鑑み、本発明者らは、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８は、この曲げ加工装置１００の概略を模式的に示す説明図である。
図８に示すように、この曲げ加工装置１００では、一対の支持手段１０１，１０１によりその軸方向へ移動自在に支持された鋼管（以下、中空素材Ｐｍ）を上流側から下流側へ向けて矢印Ｆ方向へ図示しない送り装置により送りながら、支持手段１０１，１０１の下流位置で曲げ加工を行って、鋼製の中空屈曲部品Ｐｐを製造する。すなわち、支持手段１０１，１０１の下流位置で高周波加熱コイル１０２によって中空素材Ｐｍを部分的に焼入れ可能な温度域に急速加熱するとともに、高周波加熱コイル１０２の下流に配置される水冷装置１０３により中空素材Ｐｍを急冷する。そして、中空素材Ｐｍを支持しながら送るロール対１０４ａ，１０４ａを少なくとも一組有する可動ローラダイス１０４の位置を三次元方向（場合によっては二次元方向）に変更して中空素材Ｐｍの加熱された部分に曲げモーメントを付与することにより、中空素材Ｐｍに曲げ加工を行う。この曲げ加工装置１００によれば、高い作業効率で高強度の中空屈曲部品Ｐｐを製造することが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２００６／０９３００６号

【文献】国際公開第２０１１／０２４７４１号

【非特許文献】

【0006】

【文献】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】

【0007】

自動車や各種機械等に用いられる中空屈曲部品には、種々の形状を持つものが存在する。中でも、曲がり部の曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいは、それ以下の、極めて小さな曲がり部を有する中空屈曲部品が多く存在する。
しかしながら、特許文献１の方法により、曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいはそれ以下の曲げ半径を持つように曲げ加工をした場合、曲がり部の内周側にしわや折れこみを生じたり、あるいは曲がり部の外周側の板厚が大きく減少して破断が発生したりする虞がある。そのため、小さな曲がり部を有する中空屈曲部品を製造することは困難であった。

【0008】

そこで、これらの課題解決に応えるために、本発明者らは、特許文献２によりせん断曲げ加工装置に係る発明を開示した。
図９に示すように、このせん断曲げ加工装置２００は、第１の支持手段２０１と、加熱手段２０２と、冷却手段２０３と、把持手段２０４と、を備える。第１の支持手段２０１は、金属製の中空素材Ｐｍを、その長手方向へ相対的に送りながら、第１の位置Ａにおいて支持する。加熱手段２０２は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第１の位置Ａよりも下流にある第２の位置Ｂにおいて中空素材Ｐｍを部分的に加熱する。冷却手段２０３は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第２の位置Ｂよりも下流にある第３の位置Ｃにおいて中空素材Ｐｍの加熱部分を冷却（強制冷却または自然冷却）する。把持手段２０４は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第２の位置Ｃよりも下流にある第３の位置Ｄにおいて中空素材Ｐｍを位置決めしながら二次元方向または三次元方向に移動させることによって、中空素材Ｐｍの加熱部分にせん断力を与える。

【0009】

このせん断曲げ加工装置２００によれば、中空素材Ｐｍの加熱部分に対しせん断加工と熱処理とを加えることが可能になる。そして、このせん断曲げ加工装置２００によれば、金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍、あるいは、それ以下の曲げ半径の曲がり部を有する高強度の中空屈曲部品を、低コストで確実に量産可能である。
従って、特許文献２に記載の製造方法によれば、高強度でありながら小さな曲げ半径を有する中空屈曲部品の製造が可能となり、自動車をはじめとする多数の機械部品の大幅な軽量化が可能となった。

【0010】

一方、機械部品として一体型の中空屈曲部品を設計する場合、設計上で必要となる強度や剛性などを確保するために、部分的に製品幅を増す必要がある部位が存在する。逆に、組み立てられる部品が他の部品と干渉する場合、部分的に製品幅を減らす必要がある部位も存在する。これらの様々な要求に対して、高強度材の製品幅を変更する一体成形の技術はなく、製品の成形後に付加的な溶接などで補強せざるを得なかった。このような付加的な溶接工程が煩雑であることは否めない。

【0011】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、付加的な溶接工程等を要することなく、多様な設計ニーズに合わせて長手方向の各位置で製品幅を変更できる中空屈曲部品の製造方法の提供を目的とする。また、本発明は、この中空屈曲部品の製造方法を実施するための、中空屈曲部品の製造装置の提供も目的とする。さらに、本発明は、これら中空屈曲部品の製造方法及び製造装置により製造された中空屈曲部品の提供も目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用している。［１］本発明の一態様は、金属製の長尺な中空素材を、その長手方向に沿った送り方向へ送りながら第１の位置で支持し、前記送り方向に沿って前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置された加熱手段で前記中空素材を被加熱部において部分的に加熱し、前記送り方向に沿って前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置された冷却手段で前記中空素材を冷却し、前記送り方向に沿って前記第３の位置よりも下流の第４の位置で前記中空素材を支持して支持位置を二次元方向又は三次元方向に移動させることにより、前記中空素材の前記被加熱部にせん断力を与える、中空屈曲部品の製造方法であって、前記中空素材の、前記せん断力の付与前後に形成されるせん断角度に応じて、前記送り方向に対する前記加熱手段及び前記冷却手段の傾斜角度の設定を行うことで、前記中空素材におけるせん断曲げ加工部分の幅寸法を変え、前記設定を行う際、前記せん断角度をθ（度）とし、前記傾斜角度をα（度）とし、前記中空素材の元の幅寸法をＷ _０ （ｍｍ）とし、前記せん断曲げ加工部分の幅寸法をＷ（ｍｍ）とし、下式（１）を満たすように、前記せん断角度及び前記傾斜角度を設定する。

【0014】

【数1】

【0015】

［２］本発明の他の態様は、金属製の長尺な中空素材を、その長手方向に沿った送り方向へ送りながら第１の位置で支持する支持装置と、前記送り方向に沿って前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置され、前記中空素材を被加熱部において部分的に加熱する加熱手段と、前記送り方向に沿って前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置され、前記中空素材を冷却する冷却手段と、前記送り方向に沿って前記第３の位置よりも下流の第４の位置で前記中空素材を支持して支持位置を二次元方向又は三次元方向に移動させることにより、前記中空素材の前記被加熱部にせん断力を与える、せん断力付与手段と、前記中空素材の、前記せん断力の付与前後に形成されるせん断角度に応じて、前記送り方向に対する前記加熱手段及び前記冷却手段の傾斜角度の設定を行い、前記設定に基づいて前記加熱手段、前記冷却手段、前記せん断力付与手段を制御することで、前記中空素材におけるせん断曲げ加工部分の幅寸法を変える制御手段と、を備え、前記制御手段が、前記設定を行う際、前記せん断角度をθ（度）とし、前記傾斜角度をα（度）とし、前記中空素材の元の幅寸法をＷ _０ （ｍｍ）とし、前記せん断曲げ加工部分の幅寸法をＷ（ｍｍ）とし、下式（２）を満たすように、前記せん断角度及び前記傾斜角度を設定する中空屈曲部品の製造装置である。

【0017】

【数2】

【0018】

［３］本発明のさらに他の態様は、金属製の長尺な中空の一体部品であって、その長手方向に沿って見て熱処理されたせん断曲げ加工部分である曲がり部における幅が、前記曲がり部に隣接する他の部分の幅と異なる中空屈曲部品である。

【0019】

［４］上記［３］の態様において、以下の構成を採用してもよい：前記長手方向に垂直な断面形状が円形または矩形の閉断面形状を有し；前記曲がり部が、前記曲がり部の内周側の外形と外周側の外形との間の寸法である前記幅の２倍以下の曲げ半径を有する。さらには、前記曲がり部が、前記幅の０．２倍～２倍の曲げ半径を有してもよい。

【0020】

［５］上記［３］又は［４］の態様において、以下の構成を採用してもよい：鋼製であり、前記曲がり部のマルテンサイト量が５０％以上である。

【発明の効果】

【0021】

上記態様に係る中空屈曲部品の製造方法及び製造装置によれば、付加的な溶接工程等を要することなく、多様な設計ニーズに合わせて長手方向の各位置で製品幅を変更できる。また、上記態様に係る中空屈曲部品によれば、多様な設計ニーズに合わせて長手方向の各位置で製品幅が変更されている。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係る中空屈曲部品の製造装置を模式的に示す縦断面図である。

【図2】同製造装置を用いた中空屈曲部品の製造方法を説明するための図であって、図１のＸ１部における部分拡大図である。

【図3】同製造装置を用いた中空屈曲部品の製造方法を説明するための図であって、図１のＹ１－Ｙ１線における断面図である。

【図4】同製造装置を用いた製造方法による効果の原理を説明するための図であって、加熱コイルの傾斜角度αを１５度～１２０度の範囲で変化させた場合の、せん断角度θと幅比との関係を示すグラフである。

【図5】（ａ）～（ｃ）は、実施例１で加工された中空屈曲部品の外形を示す図である。

【図6】実施例２で加工された中空屈曲部品の外形を示す図である。

【図7】本発明の実施例で加工された中空屈曲部品を示す図であって、焼き入れ部をハッチングで示している。

【図8】特許文献１に開示された曲げ加工装置の概略構成を示す説明図である。

【図9】特許文献２に開示されたせん断曲げ加工装置の概略構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の一実施形態に係る中空屈曲部品の製造方法及び製造装置、ならびに同製造方法及び同製造装置により製造された中空屈曲部品を、図面を参照しながら説明する。以降の説明では、本発明により製造される中空屈曲部品が、鋼製であって矩形の横断面形状を有する中空の角管を素材（以下、中空素材Ｐｍ）とし、自動車や各種機械に用いられる強度部品、補強部品または構造部品等の製品（以下、中空屈曲部品Ｐｐ）を製造する場合を例示して説明する。まず、本製造方法を適用する中空屈曲部品の製造装置（以下、製造装置１０）を先に説明し、続いて製造方法、さらに中空屈曲部品を説明する。

【0024】

［中空屈曲部品の製造装置］
図１は、本実施形態に係る中空屈曲部品の製造装置１０を模式的に示す説明図である。
この製造装置１０により、中空素材Ｐｍをせん断曲げ加工して中空屈曲部品Ｐｐを得る。中空素材Ｐｍは、その長手方向に垂直な断面が中空矩形の閉断面形状を有する長尺な角管である。なお、本実施形態の加工対象は、角管に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、さらには各種異形の横断面形状を有するその他の鋼管にも適用可能である。また、矩形断面を持つ中空素材Ｐｍとしては、その横断面形状が正方形、長方形の何れにも適用可能である。さらに言うと、鋼管以外の金属管を中空素材Ｐｍとしてもよい。

【0025】

図１に示すように、この製造装置１０は、支持装置１１と、加熱装置１２と、冷却装置１３と、せん断力付与装置１４と、制御装置１５と、を備える。
（１）支持装置１１
図１の矢印Ｆに示すように、支持装置１１においては、中空素材Ｐｍを図示しない送り装置によりその長手方向へ送る。
前記送り装置は、電動サーボシリンダーを用いたタイプが例示されるが、特定型式のものに限らず、ボールネジを用いたタイプやタイミングベルトやチェーンを用いたタイプ等、公知のものが採用できる。

【0026】

中空素材Ｐｍは、前記送り装置によって所定の送り速度でその軸方向（矢印Ｆに沿った紙面左手方向）へ送られる。中空素材Ｐｍは、第１の位置Ａにおいて支持装置１１により支持される。すなわち、支持装置１１は、前記送り装置によってその軸方向へ送られる中空素材Ｐｍを、第１の位置Ａにおいて支持する。

【0027】

本実施形態では、支持装置１１としてブロックを用いている。ブロックは、中空素材Ｐｍが隙間を有して挿通することができる貫通穴１１ａを有する。図示を省略するが、ブロックを複数分割し、油圧シリンダーやエアシリンダーを接続し、中空素材Ｐｍを挟持して支持する構成としてもよい。また、支持装置１１は、特定型式のものに限定されず、この種の支持装置として公知のものが採用できる。例えばその他の構成として、互いに対向配置される一対の孔型のロールを１組もしくは２組以上並設して用いることが可能である。
支持装置１１は、図示されない搭載台上に固定配置されている。しかし、この態様のみに限定されるものではなく、支持装置１１を産業用ロボットのエンドエフェクター（図示略）によって支持してもよい。
中空素材Ｐｍは、支持装置１１が設置された第１の位置Ａを通過した後、さらに矢印Ｆ方向へ送られる。

【0028】

（２）加熱装置１２
加熱装置１２は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第１の位置Ａよりも下流にある第２の位置Ｂに配置されている。加熱装置１２は、支持装置１１から送られてくる中空素材Ｐｍの長手方向の一部分における横断面の全周を加熱する。加熱装置１２として誘導加熱装置を用いる。この誘導加熱装置は、中空素材Ｐｍを例えば高周波誘導加熱することができるコイルを有するものであればよく、公知のものが採用できる。
加熱装置１２の加熱コイル１２ａは、中空素材Ｐｍの外表面から所定の距離だけ離れて、中空素材Ｐｍの長手方向の一部における横断面の全周を囲むように、配置される。そして、中空素材Ｐｍは、加熱装置１２により部分的に急速加熱される。

【0029】

加熱装置１２の設置手段（不図示）は、加熱コイル１２ａを第２の位置Ｂにおいて傾斜角度調整自在に配置できる。すなわち、加熱装置１２の前記設置手段は、加熱コイル１２ａを、中空素材Ｐｍの送り方向に対して設定した角度に傾斜させることができる。図１の例では、中空素材Ｐｍの長手方向（矢印Ｆに示す、中空素材Ｐｍの送り方向）に対し、側面視で傾斜角度αをもって交差するように、加熱コイル１２ａが傾斜配置されている。より具体的には、図１に示すように加熱コイル１２ａの中心線を含む断面で見て、加熱コイル１２ａの上側にある断面での幅方向中央位置と、加熱コイル１２ａの下側にある断面での幅方向中央位置とを結ぶ直線Ｌ１とする。そして、加熱コイル１２ａに至る前の中空素材Ｐｍの中心軸線を直線Ｌ２とする。このとき、直線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角を前記傾斜角度αとした場合、この傾斜角度αを９０°未満の鋭角あるいは９０°超の鈍角とすることで、加熱コイル１２ａの傾斜配置を変更することができる。また、傾斜角度αを９０°（直角）とすることもできる。

【0030】

加熱装置１２の設置手段としては、例えば周知慣用の産業用ロボットのエンドエフェクターを例示することができるが、前記傾斜角度αを指定通り調整可能であればよく、公知のものが採用できる。加熱装置１２の設置手段による傾斜角度αの調整は、製造装置１０に備わる制御装置１５からの制御信号を前記設置手段が受けて、自動制御する構成としてもよい。この場合、中空素材Ｐｍの長手方向において、せん断曲げ加工を行う位置と、同位置において設定すべき傾斜角度αとの関係を予め制御装置１５に保存しておき、中空素材Ｐｍの送り量が所定の送り量に達した際の加熱コイル１２ａの傾斜角度αが、所定の角度をなすように制御することが一例として考えられる。

【0031】

図示していないが、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った加熱装置１２の上流側位置に、中空素材Ｐｍを予熱できる予熱装置（例えば小型の高周波加熱装置）を一つ以上配置しておき、この予熱手段を加熱装置１２と併用して中空素材Ｐｍを加熱することもできる。この場合、中空素材Ｐｍを複数回加熱することが可能になる。

【0032】

（３）冷却装置１３
冷却装置１３は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第２の位置Ｂよりも下流にある第３の位置Ｃに配置される。冷却装置１３は、中空素材Ｐｍのうち、第２の位置Ｂで加熱された部分を急速に冷却する。中空素材Ｐｍは、冷却装置１３で冷却されることによって、加熱装置１２により加熱された第１の部分と、冷却装置１３により冷却された第２の部分との間の部分が、高温であって変形抵抗が大幅に低下した状態となる。

【0033】

冷却装置１３は、所望の冷却速度が得られるものであればよく、特定方式の冷却装置に限定されない。一般的には、冷却水を中空素材Ｐｍの外周面の所定位置へ向けて噴射することによって中空素材Ｐｍを冷却する水冷装置を用いることが望ましい。本実施形態では、多数の冷却水噴射ノズル１３ａを、加熱装置１２の直ぐ下流側に、中空素材Ｐｍの長手方向の一部の横断面を囲むように、中空素材Ｐｍの外表面から離して配置している。そして、これら冷却水噴射ノズル１３ａからの冷却水を中空素材Ｐｍの外表面へ向けて噴射する。
冷却水は、中空素材Ｐｍが送り出される方向へ向けて斜めに吹き付けることが、加熱装置１２による中空素材Ｐｍの加熱を阻害しない上で望ましい。また、中空素材Ｐｍの軸方向と直交する断面において、各冷却水噴射ノズル１３ａと、中空素材Ｐｍとの間の距離を変更して設定すれば、中空素材Ｐｍの冷却される軸方向の領域を調整することができる。

【0034】

中空素材Ｐｍにおいて加熱装置１２により加熱された部分は、冷却装置１３により、急速に冷却される。
冷却装置１３による水冷の開始温度および冷却速度を適宜調整することにより、中空素材Ｐｍにおける急速冷却部の一部または全部を焼入れたり、あるいは焼き鈍ますことが可能になる。これにより、例えば、中空素材Ｐｍの曲がり部の一部または全部の強度を、例えば１５００ＭＰａ以上と大幅に高めることも可能である。

【0035】

冷却装置１３の設置手段は、冷却装置１３を第３の位置Ｃに配置できる手段であればよく、特定の設置手段のみに限定されない。ただし、本実施形態の製造装置１０により高い寸法精度を有する中空屈曲部品Ｐｐを製造するためには、第２の位置Ｂ及び第３の位置Ｃ間の距離をできる限り短く設定することによって、加熱装置１２により加熱された第１の部分と、冷却装置１３により冷却された第２の部分との間の領域をできるだけ小さく設定することが望ましい。このためには、冷却水噴射ノズル１３ａを高周波加熱コイル１２ａに近接配置することが望ましい。そのため、冷却水噴射ノズル１３ａを誘導加熱コイル１２ａの直後の位置に配置することが望ましい。さらには、前記加熱装置１２の設置手段に対し、冷却装置１３を固定してもよい。この場合、各冷却水噴射ノズル１３ａと加熱コイル１２ａとの相対位置関係を保ったまま、これら冷却水噴射ノズル１３ａ及び加熱コイル１２ａの双方が同じ傾斜角度αで傾斜させることが可能になる。

【0036】

しかし、この構成のみに限らず、冷却装置１３の設置手段を、前記加熱装置１２の設置手段とは別に備えてもよい。冷却装置１３の設置手段（不図示）は、各冷却水噴射ノズル１３ａを第３の位置Ｃにおいて傾斜角度調整自在に配置できる。すなわち、冷却装置１３の前記設置手段は、冷却装置１３を、中空素材Ｐｍの送り方向に対して設定した角度に傾斜させることができる。例えば図１に示すように、中空素材Ｐｍの長手方向（矢印Ｆに示す、中空素材Ｐｍの送り方向）に対し、側面視で傾斜角度αをもって交差するように、各冷却水噴射ノズル１３ａを傾斜配置できる。そして、各冷却水噴射ノズル１３ａの傾斜角度を、加熱コイル１２ａの傾斜角度と同期させて常に同じとすることにより、各冷却水噴射ノズル１３ａを、加熱コイル１２ａと干渉させることなく隣接配置することが可能になる。

【0037】

この場合の冷却装置１３の設置手段としては、例えば周知慣用の産業用ロボットのエンドエフェクターを例示することができるが、前記傾斜角度αを指定通り調整可能であればよく、公知のものが採用できる。冷却装置１３の設置手段による傾斜角度αの調整は、制御装置１５からの制御信号を冷却装置１３の設置手段が受けて、自動制御する構成としてもよい。この場合、制御装置１５から加熱装置１２の設置手段に送られる制御信号を参照して、同じ傾斜角度αをもって同期傾斜できるように制御することが一例として考えられる。

【0038】

（４）せん断力付与装置１４
せん断力付与装置１４は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄに配置される。せん断力付与装置１４は、中空素材Ｐｍを位置決めしながら二次元方向または三次元方向に移動する。これにより、せん断力付与装置１４は、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１２により加熱された第１の部分と、冷却装置１３により冷却された第２の部分との間の領域に、せん断力を与えて中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工を行う。

【0039】

図１に示す例では、せん断力付与装置１４として上下一対の把持手段１４ａ，１４ｂを備える。これら把持手段１４ａ，１４ｂは、中空素材Ｐｍの外表面に接触することによって中空素材Ｐｍの支持位置を決めする。そして、その支持位置の調整により、図１に示すせん断角度θを調整することができる。このせん断角度θは、上述した直線Ｌ１，Ｌ２を含む仮想平面上における、中空素材Ｐｍの送り方向（より具体的には直線Ｌ２に沿った方向）と、冷却装置１３を経た後の中空素材Ｐｍの外表面との間の角度である。

【0040】

上下一対の把持手段１４ａ，１４ｂは、二次元方向または三次元方向に移動自在に保持する移動機構（同じく図示しない）により保持される。
なお、中空素材Ｐｍの送り方向に沿ったせん断力付与装置１４の設置位置よりも下流位置に、せん断力付与装置１４を経た後の中空素材Ｐｍを支持する支持装置（不図示）をさらに設けてもよい。この場合、より高い寸法精度を有する中空屈曲部品Ｐｐを製造することが可能になる。

【0041】

中空素材Ｐｍの長手方向の一部における横断面は、加熱装置１２により加熱されて変形抵抗が大幅に低下する。このため、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄにおいて上下一対の把持手段１４ａ，１４ｂの位置を三次元方向に移動させることによって、図１に示すように、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１２により加熱された第１の部分と、冷却装置１３により冷却された第２の部分との間の領域にせん断力Ｗｓを与えることができる。

【0042】

中空素材Ｐｍにせん断力Ｗｓが作用することにより、曲がり部が形成される。本実施形態では、特許文献１により開示された発明のように中空素材Ｐｍの加熱された部分に曲げモーメントを与えるのではなく、せん断力を与える。このため、曲げ半径が曲がり部の内周側の外形曲線と外周側の外形曲線との間の間隔である幅Ｗ（製品幅）の０．２倍～２倍といった、極めて小さい曲げ半径の曲がり部を持つ中空屈曲部品Ｐｐを製造することができる。
本実施形態の制御装置１０を用いた製造方法は、せん断角度θと傾斜角度αの組み合わせを適宜設定することにより、曲げ半径の加工可能範囲を広くとることができる。そのため、前記曲げ半径が２倍を超える大きな曲げ半径の加工も可能である。一方、製品設計上の理由により小さな曲げ半径が求められる場合も、従来技術では難しかった０．２倍以上２倍以下の極めて小さい曲げ半径を得ることも可能としている。
なお、ここで言う幅Ｗと曲げ半径の詳細については、中空屈曲部品Ｐｐの説明において後述する。

【0043】

せん断力付与装置１４は、上下一対の把持手段１４ａ，１４ｂを、上述したように二次元方向または三次元方向に移動自在に配置することができる機構を介して、設置されればよい。そのような機構は特に限定を要さない。例えば、周知の産業用ロボットのエンドエフェクターにより、把持手段１４ａ，１４ｂを保持してもよい。

【0044】

（５）制御装置１５
制御装置１５（制御手段）は、上述した支持装置１１、加熱装置１２、冷却装置１３、せん断力付与装置１４、の各種動作を制御する。
制御装置１５は、中空素材Ｐｍの、送り方向に沿ってせん断力の付与前後に形成されるせん断角度θに応じて、前記送り方向に対する加熱装置１２及び冷却装置１３の傾斜角度αの設定を行い、前記設定に基づいて加熱装置１２、冷却装置１３、せん断力付与装置１４を制御することで、中空素材Ｐｍにおけるせん断曲げ加工部分の幅寸法Ｗを、中空素材Ｐｍの元の幅寸法Ｗ_０と同じ値又は異なる値に変える。すなわち、幅比Ｗ／Ｗ_０が１、１超、または１未満、となるように、せん断角度θと傾斜角度αの組み合わせを設定する。幅比Ｗ／Ｗ_０＝１に設定した場合には幅寸法維持となり、幅比Ｗ／Ｗ_０＞１に設定した場合には製品幅は増加し、幅比Ｗ／Ｗ_０＜１に設定した場合には製品幅は減少する。

【0045】

［中空屈曲部品の製造方法］
続いて、上記製造装置１０を用いて、中空素材Ｐｍより中空屈曲部品Ｐｐを製造する方法について以下に説明する。この製造方法では、中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工を加えることにより、その長手方向に沿って見て、部分的な幅（以下、製品幅）の変更を可能としている。
すなわち、本実施形態の製造方法によれば、（１）素材である中空素材Ｐｍの送り方向と製品である中空屈曲部品Ｐｐとの間における進行方向の角度（せん断角度θ）と、（２）素材である中空素材Ｐｍの送り方向と加熱装置１２との間における角度（加熱コイル１２ａの傾きである傾斜角度α）とを適切に選ぶことによって、せん断曲げ加工を受けた後の中空屈曲部品Ｐｐの製品幅を変更可能としている。

【0046】

この点について、図２及び図３を用いて以下に説明する。図２は、製造装置１０を用いた中空屈曲部品Ｐｐの製造方法を説明するための図であって、図１のＸ１部における部分拡大図である。図３は、製造装置１０を用いた中空屈曲部品Ｐｐの製造方法を説明するための図であって、図１のＹ１－Ｙ１線における断面図である。

【0047】

厳密には、図１に示す加工中における実際変形は純粋なせん断変形とならず、中空素材Ｐｍの寸法（外形寸法や板厚など）、加熱装置１２及び冷却装置１３の各寸法や、せん断力付与装置１４の構造によって若干異なる場合がある。しかし、ここでは説明のために、理想的で純粋なせん断変形を仮定して説明する。

【0048】

以下、板厚ｔ_０で寸法Ｗ_０×寸法Ｈ_０の矩形断面を持つ中空素材Ｐｍを図１に示したように、幅方向に沿う２次元方向にせん断曲げ加工した場合を説明する。

【0049】

ここで、加熱コイル１２ａの傾斜角度をα（度）とし、中空素材Ｐｍのせん断曲げ加工時のせん断角度をθ（度）とする。そして、寸法Ｗ_０×寸法Ｈ_０の矩形断面を持つ中空素材Ｐｍに対し製造装置１０によりせん断曲げ加工を加えて、寸法Ｗ×寸法Ｈの矩形断面を持つ中空屈曲部品Ｐｐを得るものとする。この場合、せん断曲げを受けた曲がり部は、図２に示すように幅寸法が変化する。

【0050】

この点について具体的に言うと、図２に示す幾何学形状より、下式（３）が求められる。

【0051】

【数3】

【0052】

上式（３）を変形させると下式（４）が得られ、この下式（４）をさらに変形させると下式（５）が得られる。

【0053】

【数4】

【0054】

【数5】

【0055】

図４は、上式（４）に基づき、製品幅Ｗを素管幅Ｗ_０で除算した幅比であるＷ／Ｗ_０が、せん断角度θ及び傾斜角度αの組み合わせによって増減する傾向を示すグラフである。せん断角度θは０度～９０度の範囲で変化させ、傾斜角度αは１５度～１２０度の範囲（１５度、２０度、３０度、４５度、６０度、９０度、１２０度）で変化させた。この図４のグラフにおいて、「幅比＝１．０」のラインが、製品幅の増減無しで元のまま（Ｗ＝Ｗ_０）を示す。そして、このラインよりも上方の「幅比＞１．０」では、製品幅が増している（Ｗ＞Ｗ_０）ことを示す。逆に、このラインよりも下方の「幅比＜１．０」では、製品幅が減っている（Ｗ＜Ｗ_０）ことを示す。

【0056】

したがって、必要とされるせん断角θに応じて、加熱コイル１２ａの傾斜角度αを設定する（あるいは変更する）ことにより、下記３パターンの幅寸法Ｗを得ることが可能になる。
（ａ）部分的に製品幅Ｗを増加させる（Ｗ／Ｗ_０＞１）
（ｂ）製品幅Ｗを素管幅のまま維持する（Ｗ／Ｗ_０＝１）
（ｃ）部分的に製品幅Ｗを減少させる（Ｗ／Ｗ_０＜１）
すなわち、目標とする製品幅Ｗを部分的に設定し、上記（ａ）または上記（ｃ）を決めた上で、せん断角θに対して上式（５）を満たす適切な傾斜角度αを設定すれば、製品幅が変更可能になる。逆に、上記（ｂ）を決めた上で、せん断角θに対して上式（５）を満たす適切な傾斜角度αを設定すれば、製品幅を元のままに維持できる。

【0057】

一方、製品高さ製品高さＨは、下式（６）に示す通り寸法Ｈ_０のままである。

【0058】

【数6】

【0059】

上述したように、上記各式は理想的な純粋せん断変形を仮定したものであるため、実際には中空素材Ｐｍの寸法（外形寸法や板厚など）、加熱装置１２及び冷却装置１３の各寸法や、せん断力付与装置１４の構造によって若干変化する場合がある。したがって、生産準備の段階で、実際の中空素材Ｐｍと加熱装置１２と冷却装置１３とを用いて、事前に加熱コイル１２ａの傾斜角度αを変更させた場合の、せん断角θと幅比Ｗ／Ｗ_０との関係を求めておくことが望ましい。これらの事前データを活用して実際の製品生産を行うことによって、よりスムーズな生産が可能となる。

【0060】

上記生産準備によって、上式（４）を満たす、傾斜角度α及びせん断角θと幅比Ｗ／Ｗ_０との関係を得た後、本実施形態の製造方法は以下の工程を経て中空屈曲部品Ｐｐを製造する。
すなわち、図１において、始めに、鋼製で長尺な中空素材Ｐｍを、前記送り装置によりその長手方向へ相対的に送りながら、第１の位置Ａに配置された支持装置１１により支持する。

【0061】

次に、加熱装置１２により、送られてくる中空素材Ｐｍを部分的に急速加熱する。その前に、加熱コイル１２ａの傾きを傾斜角度αとし、冷却装置１３も同じ傾斜角度αとしておく。
中空素材Ｐｍの加熱温度は、中空素材Ｐｍを構成する鋼のＡｃ３点以上とすることが望ましい。Ａｃ３点以上とすることにより、加熱に続いて行われる冷却時の冷却速度を適宜設定することによって中空素材Ｐｍの曲がり部を焼入れことができる。しかも、中空素材Ｐｍの前記第１の部分と前記第２の部分との間の変形抵抗を、所望の小さな曲げ半径を有する加工を行うことができる程度に、十分に低下させることが可能になる。

【0062】

中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第２の位置Ｂよりも下流にある第３の位置Ｃに配置された冷却装置１３の冷却水噴射ノズル１３ａから、冷却水を中空素材Ｐｍへ向けて噴射する。これにより、加熱された部分を第３の位置Ｃで冷却する。中空素材Ｐｍの鋼種にもよるが、この冷却時の冷却速度を１００℃／秒以上とすることにより、曲がり部に焼入れを行ってその強度を高めることができる。

【0063】

この冷却によって、中空素材Ｐｍに、加熱装置１２により加熱された第１の部分と、冷却装置１３により冷却された第２の部分とが形成される。中空素材Ｐｍの第１の部分と第２の部分との間は、高温状態にあってその変形抵抗が大幅に低下する。

【0064】

中空素材Ｐｍのせん断曲げ加工予定部の先端部が、せん断力付与装置１４の一対の把持手段１４ａ，１４ｂに到達した時に、把持手段１４ａ，１４ｂを、その原位置を起点として、中空素材Ｐｍの送り方向、および、加熱装置１２により加熱された中空素材Ｐｍの長手方向における横断面と略平行な方向の２方向が合成された方向（図１における紙面左斜め下方向）へ、図示しない支持枠により回転自在に支持された上下一対の把持手段１４ａ，１４ｂを移動させる。この時、せん断力付与装置１４によるせん断角度がθとなるようにする。
このようにして、中空素材Ｐｍの前記第１の部分と前記第２の部分との間に、せん断力Ｗｓが与えられ、中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工が行われ、中空屈曲部品Ｐｐが得られる。

【0065】

［中空屈曲部品］
中空屈曲部品Ｐｐは、鋼製の中空かつ長尺部材であり、閉断面形状を有し、長手方向へ一体に構成された曲がり部を有する。本実施形態の中空屈曲部品Ｐｐは、その曲がり部における曲げ半径が、曲がり部の内周側の外形曲線と外周側の外形曲線との間の間隔である幅Ｗの０．２倍～２倍以下といった、極めて小さい曲げ半径の曲がり部を少なくとも一箇所有することができる。すなわち、曲がり部が複数箇所有る場合、それらのうちの一箇所以上において、上述のような極めて小さい曲げ半径を得ることができる。

【0066】

前記幅Ｗは、中空屈曲部品Ｐｐの曲がり部をその曲げ方向に沿って見た場合に、曲がり部の曲がり方向に沿った中心線に対して直交する方向での、内周側の外形曲線と外周側の外形曲線との間の製品幅である。また、この幅Ｗが曲がり部の曲げ方向に沿った各位置で異なる場合には、曲がり部内での最大値をもって幅Ｗとする。
前記曲げ半径は、内周側の外形曲線について求めた値でもよいし、外周側の外形線について求めた値でもよい。曲がり部がせん断変形により形成されたものであるため、通常の曲げ変形の場合と異なり、内周側の外形曲線について求めた曲げ半径と、外周側の外形曲線について求めた曲げ半径とが略同じになるからである。実際の加工において、内周側の外形曲線について求めた曲げ半径と、外周側の外形曲線について求めた曲げ半径との間で多少の違いが出る可能性もある。その場合には、それらのうちの小さい方をもって曲げ半径とすればよい。

【0067】

上記規定のもと、中空屈曲部品Ｐｐが円形断面の金属管の場合、その曲がり部における曲げ半径を、円形断面の直径（外径）の１～２倍あるいはそれ以下（０．２倍～２倍）の極めて小さい曲げ半径とすることができる。同様に、中空屈曲部品Ｐｐが矩形の金属管の場合も、その曲がり部における曲げ半径を、矩形断面の曲げ方向の辺の長さの１～２倍あるいはそれ以下（０．２倍～２倍）の極めて小さい曲げ半径とすることができる。

【0068】

加えて、この中空屈曲部品Ｐｐでは、せん断曲げ加工された部分の製品幅Ｗを、部分的に変化または維持させている。すなわち、製品幅Ｗが、上述した（ａ）～（ｃ）の各パターンを含んでいる。
このようにして得られた中空屈曲部品Ｐｐにおいて、せん断曲げ加工を受けた曲がり部では、鋼を素材として用いた場合には、そのミクロ組織におけるマルテンサイトの比率（体積比率）が５０％以上となる。

【0069】

以下に本実施形態の骨子を述べる。
［１］本実施形態は、金属製の長尺な中空素材Ｐｍを、その長手方向に沿った送り方向へ送りながら第１の位置Ａで支持し、前記送り方向に沿って第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに配置された加熱装置１２で中空素材Ｐｍを被加熱部において部分的に加熱し、前記送り方向に沿って第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに配置された冷却装置１３で中空素材Ｐｍを冷却し、前記送り方向に沿って第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄで中空素材Ｐｍを支持して支持位置を二次元方向又は三次元方向に移動させることにより、中空素材Ｐｍの前記被加熱部にせん断力を与える、中空屈曲部品の製造方法であって、中空素材Ｐｍの、前記せん断力の付与前後に形成されるせん断角度θに応じて、前記送り方向に対する加熱装置１２及び冷却装置１３の傾斜角度αの設定を行うことで、中空素材Ｐｍにおけるせん断曲げ加工部分の幅寸法Ｗを変える。

【0070】

［２］上記［１］において、前記設定を行う際、前記せん断角度をθ（度）とし、前記傾斜角度をα（度）とし、中空素材Ｐｍの元の幅寸法をＷ_０（ｍｍ）とし、前記せん断曲げ加工部分の幅寸法をＷ（ｍｍ）とし、下式（７）を満たすように、せん断角度θ及び傾斜角度αを設定してもよい。

【0071】

【数7】

【0072】

［３］本実施形態は、金属製の長尺な中空素材Ｐｍを、その長手方向に沿った送り方向へ送りながら第１の位置Ａで支持する支持装置１１と、前記送り方向に沿って第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに配置され、中空素材Ｐｍを被加熱部において部分的に加熱する加熱装置１２と、前記送り方向に沿って第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに配置され、中空素材Ｐｍを冷却する冷却装置１３と、前記送り方向に沿って第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄで中空素材Ｐｍを支持して支持位置を二次元方向又は三次元方向に移動させることにより、中空素材Ｐｍの前記被加熱部にせん断力を与える、せん断力付与装置１４と、中空素材Ｐｍの、前記せん断力の付与前後に形成されるせん断角度θに応じて、前記送り方向に対する加熱装置１２及び冷却装置１３の傾斜角度αの設定を行い、前記設定に基づいて加熱装置１２、冷却装置１３、せん断力付与装置１４を制御することで、中空素材Ｐｍにおけるせん断曲げ加工部分の幅寸法Ｗを変える制御装置１５と、を備える中空屈曲部品の製造装置である。

【0073】

［４］上記［３］において、以下の構成を採用してもよい：制御装置１５が、前記設定を行う際、前記せん断角度をθ（度）とし、前記傾斜角度をα（度）とし、中空素材Ｐｍの元の幅寸法をＷ_０（ｍｍ）とし、前記せん断曲げ加工部分の幅寸法をＷ（ｍｍ）とし、下式（８）を満たすように、せん断角度θ及び傾斜角度αを設定する。

【0074】

【数8】

【0075】

［５］本実施形態は、金属製の長尺な中空の一体部品であって、その長手方向に沿って見て熱処理された曲がり部における幅Ｗが、前記曲がり部に隣接する他の部分の幅Ｗ_０と異なる中空屈曲部品Ｐｐを提供する。

【0076】

［６］上記［５］において、以下の構成を採用してもよい：前記長手方向に垂直な断面形状が矩形の閉断面形状を有し、前記曲がり部における曲げの外周側壁部と、前記曲がり部における曲げの内周側壁部との間の幅Ｗが、前記隣接する他の部分の幅Ｗ_０と異なる。

【0077】

［７］上記［５］又は［６］において、以下の構成を採用してもよい：鋼製であり、曲がり部のマルテンサイト量が５０％以上である。

【実施例1】

【0078】

以下に説明する実施例１に基づいて本発明の効果を説明する。本発明例１～３のそれぞれに対して、表１～３に、製造時の加熱コイル１２ａの傾斜角度αとせん断角θの値を示す。それぞれの条件に対して、上式（４）で算出した幅比Ｗ／Ｗ_０も同表１～３に示している。また、それぞれの製品形状を、図５の（ａ）～（ｃ）に示す。

【0079】

［本発明例１］
本発明例１では、中空素材Ｐｍの送り方向に対して、加熱コイル１２ａを垂直（傾斜角度α＝９０度）に設定した上で、図５（ａ）に示す領域Ｉでは、せん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。続く領域ＩＩでは、せん断角θ＝３０度でせん断加工を行いつつ焼入れし、その後、領域ＩＩＩでせん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。計算結果を下表１に示す。各領域Ｉ～ＩＩＩにおける幅比Ｗ／Ｗ_０は、下表１に示される通りである。せん断曲げ加工を受けた領域ＩＩの製品幅Ｗは元の幅寸法に対して約１３％減少する。本発明例１に対応する製品外観は、図５の（ａ）である。

【0080】

【表1】

【0081】

［本発明例２］
本発明例２は、中空素材Ｐｍの送り方向に対して、加熱コイル１２ａをα＝４５度に傾斜させた。この設定の元、領域Ｉでは、せん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。続く領域ＩＩでは、せん断角度θ＝３０度でせん断曲げ加工を行いつつ焼入れする。続く領域ＩＩＩでは、せん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。計算結果を下表２に示す。各領域Ｉ～ＩＩＩにおける幅比Ｗ／Ｗ_０は、下表２に示される通りである。本製造方法では、せん断曲げ加工を受けた領域ＩＩの製品幅Ｗが約３６％増加する。本発明例２に対応する製品外観は、図５（ｂ）である。

【0082】

【表2】

【0083】

［本発明例３］
本発明例３は、中空素材Ｐｍの送り方向に対して、加熱コイル１２ａをα＝３０度に傾斜させた。この設定の元、領域Ｉでは、せん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。続く領域ＩＩでは、せん断角度θ＝３０度でせん断曲げ加工を行いつつ焼入れする。続く領域ＩＩＩでは、せん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。計算結果を下表３に示す。各領域Ｉ～ＩＩＩにおける幅比Ｗ／Ｗ_０は、下表３に示される通りである。本製造方法では、せん断曲げ加工を受けた領域ＩＩの製品幅Ｗが約７３％と大幅に増加する。本発明例３に対応する製品外観は、図５（ｃ）である。

【0084】

【表3】

【0085】

［実施例１の効果確認］
上記の表１～３に示すコイル傾斜角度αとせん断角度θの設定で、本発明例１～３の製造方法を実施した。その結果、０．２％炭素鋼であり、高さ寸法Ｈ_０＝３０ｍｍ、幅寸法Ｗ_０＝５０ｍｍ、板厚ｔ_０＝１．０ｍｍ、全長Ｌ＝１２００ｍｍの製品を各ケース毎に７５本ずつ、中空屈曲部品Ｐｐとして製造した。なお、加熱装置１２による被加熱部の加熱温度は９５０℃とした。そして、それら中空屈曲部品Ｐｐの幅寸法を測定したところ、表1～３に示した値の±５％以内の誤差で一致した。また、中空屈曲部品Ｐｐの引張強度は全長に亘り１４７０ＭＰａ以上となり、１００％のマルテンサイト組織が得られた。

【0086】

［本発明例１］
設計上、図５の領域ＩＩに示す製品幅Ｗとして４５．５ｍｍ以下が必要である場合には、従来の製造方法では、中空素材Ｐｍとして矩形断面の幅Ｗ_０が４５．５ｍｍのものを使用することになる。本発明例１では、幅Ｗ_０が５０ｍｍの中空素材Ｐｍを使用しながらも製品幅Ｗを４５．５ｍｍ以下にできる。従来の製造方法で、本発明例１のように製品幅Ｗの異なる同一製品を得るためには、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの製品を互いに別体として製造後に、これらを溶接して一つに組み立てる必要がある。

【0087】

［本発明例２］
設計上、図５の領域ＩＩに示す製品幅Ｗが６４ｍｍ必要である場合には、従来の製造方法では、中空素材Ｐｍとして矩形断面の幅Ｗ_０が６４ｍｍのものを使用することになる。本発明例２では、幅Ｗ_０が５０ｍｍの中空素材Ｐｍを使用しながらも製品幅Ｗを６４ｍｍにできるため、約１５％の軽量化が可能となる。従来の製造方法で、本発明例２のように製品幅Ｗの異なる同一製品を得るためには、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの製品を互いに別体として製造後に、これらを溶接して一つに組み立てる必要がある。

【0088】

［本発明例３］
設計上、図５の領域ＩＩに示す製品幅Ｗが８２ｍｍ必要である場合には、従来の製造方法では、中空素材Ｐｍとして矩形断面の幅Ｗ_０が８２ｍｍのものを使用することになる。本発明例３では、幅Ｗ_０が５０ｍｍの中空素材Ｐｍを使用しながらも製品幅Ｗを８２ｍｍにできるため、約２８％の軽量化が可能となる。従来の製造方法で、本発明例３のように製品幅Ｗの異なる同一製品を得るためには、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの製品を互いに別体として製造後に、これらを溶接して一つに組み立てる必要がある。

【0089】

以上に示す様に、設計上で必要となる製品寸法の条件に対して、式（５）を目安として事前に実験を行ない、そして適切な中空素材Ｐｍを選定することにより、中空屈曲部品Ｐｐの軽量化が可能となる。

【実施例2】

【0090】

［本発明例４］
本発明例４は、図６に示す中空屈曲部品Ｐｐを製造する。
まず、中空素材Ｐｍの送り方向に対して、加熱コイル１２ａをα＝１２０度に傾斜させた設定で、領域Ｉではせん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。続く領域ＩＩでは、加熱コイル１２ａをα＝１２０度傾斜させたまません断角度θ＝３０度でせん断加工を行いつつ焼入れする。その後、加熱コイル１２ａをα＝１２０度からα＝４５度に傾斜角度を変更しつつ領域ＩＩＩでせん断力を付与せず真っ直ぐに送りながら焼入れする。続いて、加熱コイルをα＝４５度に傾斜させた設定で、領域ＩＶではせん断角度θ＝３０度でせん断加工を行いつつ焼入れする。その後、加熱コイルをα＝４５度に傾斜させたまま、領域Ｖでせん断力を付与せずに真っ直ぐに送りながら焼入れする。計算結果を下表４に示す。下表４に、幅比Ｗ／Ｗ_０を示している。本方法では、せん断曲げ加工を受けた領域ＩＩと領域ＩＶで製品幅Ｗを変更することが出来る。本例に対応する製品外観は、図６である。

【0091】

【表4】

【0092】

［実施例２の効果確認］
表４に示したコイル傾斜角度αとせん断角度θの設定で、本発明例４の製造方法を実施した。その結果、０．２％炭素鋼であり、高さ寸法Ｈ_０＝３０ｍｍ、幅寸法Ｗ_０＝５０ｍｍ、板厚ｔ_０＝１．０ｍｍ、全長Ｌ＝２０００ｍｍの製品を５０本、中空屈曲部品Ｐｐとして製造した。なお、加熱装置１２による被加熱部の加熱温度は９５０℃とした。そして、それら中空屈曲部品Ｐｐの幅寸法を測定したところ、表４に示した値の±５％以内の誤差で一致した。また、中空屈曲部品Ｐｐの引張強度は全長に亘り１４７０ＭＰａ以上となり、１００％のマルテンサイト組織が得られた。
設計上、他の部品との干渉のために図６の領域ＩＩにおける製品幅Ｗを３１ｍｍ以下とすることが必要であり、さらに、図６の領域ＩＶにおける製品幅Ｗが６４ｍｍ必要である場合、本発明の製造方法によれば、５０ｍｍ幅の中空素材Ｐｍを用いて製造することが可能である。従来の製造方法で、本実施例２のように幅の異なる同一製品を得ようとする場合、領域Ｉ～Ｖをそれぞれ個別に製造し、そしてこれらを互いに溶接で組み立てる必要がある。

【0093】

以上説明の実施例１，２に示される通り、本実施形態によれば、曲がり部の曲げ半径が例えば曲げ方向の辺の長さ（円管の場合には外径）の１～２倍あるいはそれ以下（０．２倍～２倍）の、極めて小さい曲がり部を有する高強度の中空屈曲部品Ｐｐを、低コストで確実に提供できる。しかも、製品の必要な部分に設計で必要とされる幅を加工工程で付与できるため、これまで以上に軽量化や工程の省略が達成される。このため、本発明によれば、例えば自動車の車体構成部材や足廻り部材といった、自動車の各種部品の設計の自由度を高めるとともに、これら各種部品のさらなる低コスト化および軽量化を図ることができる。

【0094】

また、製品強度についても、図７のハッチング部分に示す様に、鋼を素材とした製品においては、部分的に焼き入れを施すことが可能である。中空素材Ｐｍにおける被加熱部の加熱温度や中空素材Ｐｍの成分組成を組み合わせることにより、中空屈曲部品Ｐｐの焼き入れ部におけるマルテンサイト量を制御できる。好適な様態として、焼入れ部のマルテンサイト量が５０％以上の組成で、比較的高強度な中空屈曲部品Ｐｐを得ることができる。このため、本実施形態によれば、自動車の各種の車体構成部材の設計自由度を高めるとともに、これら各種部品のさらなる低コスト化および軽量化を図ることができる。
なお、実施例１，２では非連続的にせん断角度θを変更した場合を例示したが、中空素材Ｐｍの送りとともに連続的にせん断角度θとそれに対応した傾斜角度αとを設定することにより、任意の曲線形状を持つ２次元製品あるいは３次元製品を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る中空屈曲部品の製造方法及び製造装置によれば、一平面内において曲がり部を持つ２次元製品だけではなく、前記一平面内と同一平面に対し交差（直交を含む）する他の平面内との両方において任意形状の曲がり部を持ち所定の幅を有する３次元製品を製造することも可能である。

【0095】

なお、以上の説明では、せん断変形を、矩形断面を有する金属製の中空素材Ｐｍに与える場合を例示したが、本発明はこの態様のみに限定されない。すなわち、金属製の中空素材の断面形状が矩形以外である丸管や多角形管あるいは任意の曲面形状を持つ管であっても、同様に加熱コイル１２ａの傾斜角度αとせん断角θとを変更することにより、せん断曲げ加工を受ける部分の幅を変更することができる。

【0096】

また、従来の曲げ変形にせん断力による変形を付加することにより、幅を変更することが可能であるため、せん断力による変形成分を含む加工が本発明の対象である。
本発明に係る中空屈曲部品Ｐｐは、せん断力による加工時に同時に熱処理（例えば焼入れ）が行われて製造される。そのため、冷間でせん断曲げ加工が行われてその後に熱処理（例えば焼入れ）を行った中空屈曲部品に比較して、例えば１４７０ＭＰａ以上の高強度の部分を有する中空屈曲部品Ｐｐを、より単純な工程かつ高い加工精度で製造することができる。

【0097】

本発明に係る製造方法により製造される中空屈曲部品Ｐｐ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。
（ｉ）例えば、フロントサイドメンバー、クロスメンバー、サイドメンバー、サスペンションメンバー、ルーフメンバー、Ａピラーのレインフォース、Ｂピラーのレインフォース、バンパーのレインフォース等といった自動車車体の構造部材
（ｉｉ）例えば、シートフレーム、シートクロスメンバー等といった自動車の強度部材や補強部材
（ｉｉｉ）自動車の排気管等の排気系部品
（ｉｖ）自転車や自動二輪車のフレームやクランク
（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

【0098】

［付記］
（ａ）支持手段で保持された被加工材を上流側から逐次または連続的に送りながら、前記支持手段の下流側で曲げ加工を行う金属材の加工方法であって、前記支持手段の下流側に設けられたせん断力付与手段で前記金属材をクランプし、当該せん断力付与手段の位置または／および移動速度を制御しつつ、前記せん断力付与手段の入り側であり前記金属材の外周に配置した加熱手段および冷却手段を用いて、前記金属材を局部的に塑性変形が可能な温度域でかつ焼入が可能な温度域に加熱し、前記加熱部にせん断力を付与した後、急冷する金属材の加工方法において、加工された製品の進行方向のなす角度θに対して、該加熱手段および該冷却手段を金属製の中空の素材の長手方向に対してα傾斜設定することにより製品幅を変更することを特徴とする中空屈曲部材の製造方法。

【0099】

（ｂ）支持手段で保持された被加工材を上流側から逐次または連続的に送りながら、前記支持手段の下流側で曲げ加工を行う金属材の加工方法であって、前記支持手段の下流側に設けられたせん断力付与手段で前記金属材をクランプし、当該せん断力付与手段の位置または／および移動速度を制御しつつ、前記せん断力付与手段の入り側であり前記金属材の外周に配置した加熱手段および冷却手段を用いて、前記金属材を局部的に塑性変形が可能な温度域でかつ焼入が可能な温度域に加熱し、前記加熱部にせん断力を付与した後、急冷する金属材の加工方法において、加工された製品の進行方向のなす角度θに対して、該加熱手段および該冷却手段を金属製の中空の素材の長手方向に対して下式（９）に示すα傾斜設定することにより製品幅を変更することを特徴とする中空屈曲部材の製造方法。

【0100】

【数9】

【0101】

（ｃ）金属製の中空一体部品であって、部品の幅が部分的に異なり、部品の一部が熱処理されたことを特徴とする一体型中空屈曲部品。

【0102】

（ｄ）上記（ｃ）に記載の金属製の中空一体部品において、該中空部品が鋼製であり、部分的に熱処理された部分のマルテンサイト量が５０％以上であることを特徴とする一体型中空屈曲部品。

【符号の説明】

【0103】

１２ 加熱装置（加熱手段）
１３ 冷却装置（冷却手段）
１４ せん断力付与手段（せん断力付与装置）
１５ 制御装置（制御手段）
Ａ 第１の位置
Ｂ 第２の位置
Ｃ 第３の位置
Ｄ 第４の位置
Ｐｍ 中空素材
Ｐｐ 中空屈曲部品
α 傾斜角度
θ せん断角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】