焼入れ装置
【課題】金属部品の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減でき、酸化スケールの生成を防止できながら、高強度かつ高品質な金属部品を得ることができる、焼入れ装置を提供する。
【解決手段】クランプ機構６（下クランプ部材７および上クランプ部材８）により金属部品２が挟持され、その金属部品２の焼入れ対象部分５１の両側に第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６が当接される。この状態で、電源４３がオンされて、第１電極３４および第２電極３６間に金属部品２を介して電流が流される。これにより、焼入れ対象部分５１にジュール熱が発生し、焼入れ対象部分５１が加熱される。その後、焼入れ対象部分５１に下冷却型１４および上冷却型２５が当接され、焼入れ対象部分５１が冷却されつつ型締めされる。
【解決手段】クランプ機構６（下クランプ部材７および上クランプ部材８）により金属部品２が挟持され、その金属部品２の焼入れ対象部分５１の両側に第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６が当接される。この状態で、電源４３がオンされて、第１電極３４および第２電極３６間に金属部品２を介して電流が流される。これにより、焼入れ対象部分５１にジュール熱が発生し、焼入れ対象部分５１が加熱される。その後、焼入れ対象部分５１に下冷却型１４および上冷却型２５が当接され、焼入れ対象部分５１が冷却されつつ型締めされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品に部分焼入れを施すための焼入れ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、自動車のボディには、断面ハット形状に成形（プレス加工）された鋼板からなるハット型成形品が用いられている。このハット型成形品などの金属部品には、高強度化のために、その全体または局所に焼入れが施されることがある。
【０００３】
焼入れの手法として、高周波焼入れが知られている。高周波焼入れでは、成形後の鋼板（金属部品）における焼入れ対象部分にコイルが近づけられて、そのコイルに高周波電源から電流が供給される。コイルに高周波電流が流れると、磁界が生じ、焼入れ対象部分の表面に渦電流が流れる。これにより、焼入れ対象部分でジュール熱が発生し、焼入れ対象部分がジュール熱により加熱される。そして、その加熱直後に焼入れ対象部分に冷却液が直接かけられて、焼入れ対象部分が急冷され、焼入れ対象部分に対する焼入れが達成される。
【０００４】
また、焼入れの他の手法として、ダイクエンチが知られている。ダイクエンチでは、加熱炉で鋼板が加熱された後、その鋼板が冷却されている金型によりプレス加工される。これにより、鋼板の成形と同時に、鋼板への焼入れが達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２５６７３３号公報
【特許文献３】特開２００３−２３９０１８号公報
【特許文献４】特開２００１−３５３５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、高周波焼入れおよびダイクエンチは、それぞれいくつかの問題点を有している。
【０００７】
高周波焼入れでは、高周波電源が必要であり、装置のコストが高くつくうえに、冷却液が鋼板に直接かけられるので、使用済みの汚染された冷却液を浄化する設備が必要であり、設備に要するコストが高くつく。さらに、成形後の鋼板が加熱された直後に急冷されるため、鋼板に熱歪みが生じ、金属部品の寸法精度が低下するといった問題もある。
【０００８】
ダイクエンチでは、冷間加工と比較して、１つの金属部品の加工（成形）に長い時間がかかり、生産性が悪い。また、ダイクエンチでは、加熱された鋼板が加熱炉からプレス機械に搬送される間に、鋼板の表面に酸化スケールが生じる。そのため、成形後（プレス加工後）に、酸化スケールを除去するためのショットブラスト加工が必要となる。その結果、鋼板の加熱、プレス加工およびショットブラスト加工の一連の処理を実行する専用ラインを構築しなければならず、大規模な設備投資を余儀なくされる。また、酸化スケールの飛散や酸化スケールに起因する金型の損耗などの問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、金属部品の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減でき、酸化スケールの生成を防止できながら、高い寸法精度で高強度かつ高品質な金属部品（成形された鋼板）を得ることができる、焼入れ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明の焼入れ装置は、金属部品における焼入れ対象部分の両側に当接される１対の電極と、前記１対の電極を保持し、前記１対の電極を前記金属部品に当接させた状態で前記金属部品を挟持するクランプ機構と、前記１対の電極に接続され、一方の前記電極から前記焼入れ対象部分を介して他方の前記電極に電流を流すための電源と、ジュール熱により加熱された前記焼入れ対象部分にその表裏から当接し、前記焼入れ対象部分を冷却しつつ型締めする１対の冷却型とを備えることを特徴としている。
【００１１】
この焼入れ装置は、１対の電極、クランプ機構および電源を備えている。１対の電極は、クランプ機構に保持されている。クランプ機構により金属部品が挟持され、その金属部品の焼入れ対象部分の両側に１対の電極が当接される。この状態で、電源がオンされて、一方の電極と他方の電極との間に焼入れ対象部分を介して電流が流される。これにより、焼入れ対象部分にジュール熱が発生し、焼入れ対象部分が加熱される。また、焼入れ装置は、１対の冷却型を備えている。焼入れ対象部分が加熱された後、その表裏から焼入れ対象部分に１対の冷却型が当接され、焼入れ対象部分が冷却されつつ型締めされる。
【００１２】
電源は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよいが、高周波電源である必要はない。そのため、この焼入れ装置では、高周波焼入れのための装置と比較して、装置のコストを低く抑えることができる。また、加熱後の焼入れ対象部分に冷却液が直接かけられるのではなく、焼入れ対象部分に冷却型を当接させることにより、焼入れ対象部分の冷却が達成されるので、使用済みの冷却液を処理する設備が不要である。よって、この焼入れ装置による焼入れの手法が採用されることにより、高周波焼入れの手法が採用される場合と比較して、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。
【００１３】
また、焼入れ前の金属部品の成形は、冷間加工により達成することができる。すなわち、成形と焼入れとが同時に進行するダイクエンチとは異なり、金属部品の成形と焼入れとを分離して行うことができる。これにより、加工時間の短い（生産性の良い）冷間加工を活用しつつ、比較的長い処理時間を要する焼入れを低コストの焼入れ装置により達成することができる。よって、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較して、金属部品の成形のための設備（装置）に要するコストを低減できるとともに、生産効率を向上させることができる。
【００１４】
また、焼入れ対象部分がその加熱直後に冷却されるので、焼入れ対象部分に酸化スケールが生じることを防止できる。そのため、焼入れ後に、酸化スケールを除去するためのショットブラスト加工を必要としない。よって、この焼入れ装置による焼入れの手法が採用されることにより、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較しても、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。また、酸化スケールに起因する種々の問題を回避することができる。
【００１５】
さらに、焼入れ対象部分が１対の冷却型により冷却されつつ型締めされるので、金属部品に熱歪みが生じることを防止できる。その結果、高強度かつ寸法精度の高い高品質な金属部品（成形された鋼板）を得ることができる。
【００１６】
この焼入れ装置は、焼入れ対象部分の周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気にする雰囲気制御機構を備えることが好適である。焼入れ対象部分の周囲の雰囲気が非酸化性雰囲気にされた状態で、焼入れ対象部分が加熱および冷却されることにより、焼入れ対象部分に酸化スケールが生じることを良好に防止することができる。
【００１７】
また、１対の電極の対向方向の間隔、つまり焼入れ対象部分における対向方向の幅に対する焼入れ対象部分における対向方向と直交する方向の長さの比が１．５以上であることが好適である。この条件が満たされれば、電極の周辺で金属部品が溶けることを防止できながら、焼入れ対象部分における焼入れの均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高強度かつ高品質な金属部品を得ることができる。そのため、比較的安価な鋼板を用いて、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品を得ることができる。また、金属部品の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減できる。その結果、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品を従来の金属部品よりも安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る焼入れ装置の図解的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示される第１電極および第２電極を金属部品とともに示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す焼入れ装置における金属部品の冷却時の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、部分焼入れ試験について説明するための図である。
【図５】図５は、Ｌ／Ｗ≒３．３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【図６】図６は、Ｌ／Ｗ≒０．８３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【図７】図７は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分の２つの位置における温度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分における中心からＷ方向にずれた位置における温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る焼入れ装置の図解的な断面図である。
【００２２】
焼入れ装置１は、金属部品２に対する部分焼入れに使用されるものである。
【００２３】
金属部品２は、断面ハット形状に成形（プレス加工）された鋼板からなるハット型成形品である。より具体的には、金属部品２は、鋼板からなり、互いに間隔を空けて対向する１対の縦壁部３と、各縦壁部３の一端縁間に架設される天井部４と、各縦壁部３の一端縁と反対側の他端縁から１対の縦壁部３の対向方向の外側に延びるフランジ部５とを一体的に備え、図１に示される断面と直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）に長く延びている。図１には、一方の縦壁部３、天井部４の当該縦壁部３側の一部（以下、単に「天井部４の一部」という。）および当該縦壁部３から延びるフランジ部５（以下、単に「フランジ部５」という。）が示されている。金属部品２は、矩形平板状の鋼板からなる底板（図示せず）の一方面にフランジ部５が接合（溶接）されて、中空棒状の部材として、たとえば、自動車のサイドインパクトビームなどに用いられる。
【００２４】
焼入れ装置１には、クランプ機構６が設けられている。
【００２５】
クランプ機構６は、下クランプ部材７と、下クランプ部材７の上方に配置される上クランプ部材８と、上クランプ部材８を下クランプ部材７に対して接離させるクランプ駆動機構９とを備えている。
【００２６】
下クランプ部材７は、金属部品２の長手方向（以下、単に「長手方向」という。）に延びるブロック状をなしている。下クランプ部材７の表面には、金属部品２の一方の縦壁部３、天井部４の一部およびフランジ部５の裏面とそれぞれ接触可能な鉛直面１０、上水平面１１および下水平面１２が形成されている。
【００２７】
下クランプ部材７における鉛直面１０および上水平面１１がなす角部には、下クランプ部材７の長手方向の中央部に、鉛直面１０および上水平面１１に対して４５°傾斜する方向に断面略矩形状に凹む凹部１３が形成されている。凹部１３の長手方向の長さは、金属部品２の長手方向の長さよりも長い。
【００２８】
凹部１３には、下冷却型１４が収容されている。下冷却型１４は、金属からなり、長手方向に延びるブロック状をなしている。また、下冷却型１４は、金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の一部に跨がって接触可能な断面Ｖ字状の当接面１４１を有している。そして、下冷却型１４は、凹部１３内において、当接面１４１が縦壁部３および天井部４に接触する位置と、当接面１４１が縦壁部３および天井部４から離間する位置とに往復動可能に設けられている。
【００２９】
下冷却型１４には、葛折り状に屈曲する冷却水流路１５が形成されている。冷却水流路１５には、冷却水配管１６から供給される冷却水が流通する。冷却水配管１６の途中部には、冷却水供給バルブ１７が介装されている。
【００３０】
また、下クランプ部材７には、一端が凹部１３の底面において開放されるエア供給路１８が形成されている。エア供給路１８は、凹部１３の底面と直交する方向に延び、その他端が下クランプ部材７の表面において開放されている。エア供給路１８の他端には、エアポンプ１９から延びるエア配管２０が接続されている。エア配管２０の途中部には、エア供給バルブ２１が介装されている。
【００３１】
上クランプ部材８は、下クランプ部材７と長手方向の長さが同じであるブロック状をなしている。上クランプ部材８の表面には、金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の一部とそれぞれ接触可能な鉛直面２２および水平面２３が形成されている。上クランプ部材８における鉛直面２２および水平面２３がなす角部には、長手方向の中央部に、鉛直面２２および水平面２３に対して４５°傾斜する方向に断面略矩形状に凹む凹部２４が形成されている。凹部２４の長手方向の長さは、金属部品２の長手方向の長さよりも長く、下クランプ部材７の凹部１３の長手方向の長さと同じである。
【００３２】
凹部２４には、上冷却型２５が収容されている。上冷却型２５は、金属からなり、長手方向に延びるブロック状をなしている。また、上冷却型２５は、金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の一部に跨がって接触可能な断面Ｖ字状の当接面２６を有している。そして、上冷却型２５は、凹部２４内において、当接面２６が縦壁部３および天井部４に接触する位置と、当接面２６が縦壁部３および天井部４から離間する位置とに往復動可能に設けられている。
【００３３】
上冷却型２５には、葛折り状に屈曲する冷却水流路２７が形成されている。冷却水流路２７には、冷却水配管２８から供給される冷却水が流通する。冷却水配管２８の途中部には、冷却水供給バルブ２９が介装されている。
【００３４】
また、上クランプ部材８には、一端が凹部２４の底面において開放されるエア供給路３０が形成されている。エア供給路３０は、上クランプ部材８の移動方向に延びており、その他端が上クランプ部材８の表面（凹部２４の底面と平行に延びる上面）において開放されている。エア供給路３０の他端には、エアポンプ１９から延びるエア配管３１が接続されている。エア配管３１の途中部には、エア供給バルブ３２が介装されている。
【００３５】
上クランプ部材８の鉛直面２２には、第１電極用凹部３３が形成されている。第１電極用凹部３３には、第１電極３４が保持されている。
【００３６】
また、上クランプ部材８の水平面２３には、第２電極用凹部３５が形成されている。第２電極用凹部３５には、第２電極３６が保持されている。
【００３７】
図２は、第１電極および第２電極を金属部品とともに示す斜視図である。
【００３８】
第１電極３４は、銅管からなり、長手方向に延びる接点部４１と、接点部４１の両端部から長手方向と直交する方向に延び、互いに長手方向に対向する貫通部４２とを一体的に有するコ字状に屈曲している。そして、接点部４１が第１電極用凹部３３に嵌合され、図示されないが、貫通部４２が上クランプ部材８を貫通している。
【００３９】
第１電極３４は、図１に示されるように、電源４３の一方端子と電気的に接続されている。電源４３は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。また、第１電極３４の内部には、冷却水配管４４から供給される冷却水が流通する。冷却水配管４４の途中部には、冷却水供給バルブ４５が介装されている。
【００４０】
第２電極３６は、銅管からなり、図２に示されるように、長手方向に延びる接点部４６と、接点部４６の両端部から長手方向と直交する方向に延び、互いに長手方向に対向する貫通部４７とを一体的に有するコ字状に屈曲している。そして、接点部４６が第２電極用凹部３５に嵌合され、図示されないが、貫通部４７が上クランプ部材８を貫通している。
【００４１】
第２電極３６は、図１に示されるように、電源４３の他方端子と電気的に接続されている。電源４３は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。また、第２電極３６の内部には、冷却水配管４８から供給される冷却水が流通する。冷却水配管４８の途中部には、冷却水供給バルブ４９が介装されている。
【００４２】
なお、下クランプ部材７および上クランプ部材８に電流が流れることを防止するため、下クランプ部材７および上クランプ部材８における適当な部分（たとえば、エア供給路１８，３０の内面など）には、絶縁材が配設されている。
【００４３】
焼入れ装置１に金属部品２が搬入される前は、クランプ駆動機構９により、上クランプ部材８が下クランプ部材７に対して離間している。焼入れ装置１に金属部品２が搬入されると、金属部品２の一方の縦壁部３、天井部４の一部およびフランジ部５の裏面がそれぞれ鉛直面１０、上水平面１１および下水平面１２と接触するように、金属部品２が下クランプ部材７上にセットされる。
【００４４】
その一方で、冷却水供給バルブ１７，２９，４５，４９が開かれて、冷却水流路１５，２７、第１電極３４および第２電極３６に冷却水が流される。
【００４５】
その後、クランプ駆動機構９により、上クランプ部材８が下クランプ部材７に近づく方向に移動される。この移動により、上クランプ部材８の鉛直面２２および水平面２３がそれぞれ金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４に当接するとともに、第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６がそれぞれ金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４に当接する。
【００４６】
この状態において、図１に示されるように、金属部品２と下冷却型１４との間には、空間が形成されている。この空間は、下クランプ部材７の鉛直面１０および上水平面１１がそれぞれ金属部品の一方の縦壁部３および天井部４に当接することにより閉塞されている。また、金属部品２と上冷却型２５との間には、空間が形成されている。この空間は、上クランプ部材８の鉛直面２２および水平面２３がそれぞれ金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４に当接することにより閉塞されている。そして、下クランプ部材７および上クランプ部材８には、それらの空間から空気を吸引するためのバキュームポンプ５０が接続されている。上クランプ部材８の移動後、バキュームポンプ５０が駆動されて、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間が真空状態に近づけられる。
【００４７】
その後、電源４３がオンされて、第１電極３４および第２電極３６間に金属部品２を介して電流が流される。これにより、金属部品２における電流が流れる部分５１、つまり第１電極３４および第２電極３６に挟まれる部分５１にジュール熱が発生し、当該部分５１が加熱される。このとき、第１電極３４および第２電極３６に冷却水が流されることにより、第１電極３４および第２電極３６を構成する銅管が熱により溶けることが防止されている。そして、当該部分５１が所定温度（たとえば、９００°程度）まで昇温すると、電源４３がオフされる。
【００４８】
電源４３がオフされると、その直後に、エア供給バルブ２１，３２が開成されて、下クランプ部材７の凹部１３および上クランプ部材８の凹部２４内にエアポンプからのエアが供給される。このエア圧により、図３に示されるように、下冷却型１４および上冷却型２５が金属部品２に近づく方向に移動して、下冷却型１４の当接面１４１が金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の裏面に当接し、上冷却型２５の当接面２６が金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の表面に当接する。これにより、ジュール熱により加熱された焼入れ対象部分５１が冷却されつつ型締めされる。その結果、焼入れ対象部分５１に対する焼入れ（部分焼入れ）が達成される。
【００４９】
焼入れされた金属部品２は、焼入れ装置１から搬出されて、金属部品２とともに中空棒状の部材を構成する底板の一方面に溶接される。
【００５０】
以上のように、焼入れ装置１は、対をなす第１電極３４および第２電極３６、クランプ機構６および電源４３を備えている。第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６は、互いに平行をなす棒状をなし、クランプ機構６の上クランプ部材８に保持されている。クランプ機構６（下クランプ部材７および上クランプ部材８）により金属部品２が挟持され、その金属部品２の焼入れ対象部分５１の両側に第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６が当接される。この状態で、電源４３がオンされて、第１電極３４および第２電極３６間に金属部品２を介して電流が流される。これにより、焼入れ対象部分５１にジュール熱が発生し、焼入れ対象部分５１が加熱される。また、焼入れ装置１は、対をなす下冷却型１４および上冷却型２５の冷却型を備えている。焼入れ対象部分５１が加熱された後、その表裏から焼入れ対象部分５１に下冷却型１４および上冷却型２５が当接され、焼入れ対象部分５１が冷却されつつ型締めされる。
【００５１】
電源４３は、高周波電源である必要はない。そのため、焼入れ装置１では、高周波焼入れのための装置と比較して、装置のコストを低く抑えることができる。また、加熱後の焼入れ対象部分５１に冷却液が直接かけられるのではなく、焼入れ対象部分５１に下冷却型１４および上冷却型２５を当接させることにより、焼入れ対象部分５１の冷却が達成されるので、使用済みの冷却液を処理する設備が不要である。よって、焼入れ装置１による焼入れの手法が採用されることにより、高周波焼入れの手法が採用される場合と比較して、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。
【００５２】
また、焼入れ前の金属部品２の成形は、冷間加工（冷間プレス）により達成することができる。すなわち、成形と焼入れとが同時に進行するダイクエンチとは異なり、金属部品２の成形と焼入れとを分離して行うことができる。これにより、冷間加工を活用しつつ、比較的長い処理時間を要する焼入れを低コストの焼入れ装置１により達成することができる。よって、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較して、金属部品２の成形のための設備（装置）に要するコストを低減できるとともに、生産効率を向上させることができる。
【００５３】
また、焼入れ対象部分５１がその加熱直後に冷却されるので、焼入れ対象部分５１に酸化スケールが生じることを防止できる。しかも、焼入れ装置１には、バキュームポンプ５０が備えられており、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間が真空状態に近づけられた状態で、焼入れ対象部分５１が加熱および冷却されるので、焼入れ対象部分５１に酸化スケールが生じることを良好に防止できる。そのため、焼入れ後に、酸化スケールを除去するためのショットブラスト加工を必要としない。よって、焼入れ装置１による焼入れの手法が採用されることにより、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較しても、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。また、酸化スケールに起因する種々の問題を回避することができる。
【００５４】
さらに、焼入れ対象部分５１が下冷却型１４および上冷却型２５により冷却されつつ型締めされるので、金属部品２に熱歪みが生じることを防止できる。その結果、高強度かつ寸法精度の高い高品質な金属部品２を低コストで得ることができる。また、下冷却型１４および上冷却型２５の形状を変更すれば、冷間加工では形成が困難である小さい曲率の湾曲面や小さい段差などを形成することができる。
【００５５】
よって、比較的安価な鋼板を用いて、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品２を得ることができる。また、金属部品２の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減できる。その結果、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品２を従来の金属部品よりも安価に製造することができる。
＜部分焼入れ試験＞
図４は、部分焼入れ試験について説明するための図である。
【００５６】
第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６にそれぞれ相当する棒状の正電極６１および負電極６２を使用して、鋼板に対する部分焼入れ時の鋼板の加熱状態（温度分布）を調べる試験を行った。以下の各試験では、正電極６１および負電極６２を平板状の鋼板に当接させて、正電極６１と負電極６２とに挟まれた部分（焼入れ対象部分）６３の中心の目標温度を９００℃に設定して、正電極６１および負電極６２間に電流を流した。焼入れ対象部分６３の中心とは、焼入れ対象部分において、正電極６１および負電極６２の長手方向の中央、かつ、正電極６１と負電極６２との対向方向（長手方向と直交する方向）の中央の位置をいう。
【００５７】
図５は、Ｌ／Ｗ≒３．３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【００５８】
図５を参照して明らかなように、正電極６１および負電極６２の長手方向の長さをＬ（以下、単に「長さＬ」という。）とし、正電極６１と負電極６２との対向方向の間隔をＷ（以下、単に「間隔Ｗ」という。）として、間隔Ｗに対する長さＬの比Ｌ／Ｗが約３．３である場合には、焼入れ対象部分６３のほぼ全域で８９０℃以上となり、焼入れ対象部分６３がほぼ均一に焼入れされていることが理解される。
【００５９】
図６は、Ｌ／Ｗ≒０．８３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【００６０】
図６を参照して明らかなように、間隔Ｗに対する長さＬの比Ｌ／Ｗが約０．８３である場合には、焼入れ対象部分６３における長さＬの方向（以下「Ｌ方向」という。）長手方向の端部で温度分布がばらつき、焼入れ対象部分６３の均一な焼入れが達成されないことが理解される。
【００６１】
図７は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分の２つの位置における温度との関係を示すグラフである。
【００６２】
Ｌ／Ｗの値を１．０〜６．０の範囲で変更して、図４に示される２つの位置Ｌ（１００％），Ｌ（８０％）での温度を測定した。位置Ｌ（１００％）は、焼入れ対象部分６３のＬ方向の一端で、正電極６１と負電極６２との対向方向（以下「Ｗ方向」という。）の中央の位置である。位置Ｌ（８０％）は、位置Ｌ（１００％）に対してＬ方向に長さＬの２０％に相当する間隔を空けた位置である。そして、焼入れ対象部分６３の中心の温度（９００℃）に対する各位置Ｌ（１００％），Ｌ（８０％）における温度の比を求めた。その結果が図７に示されている。
【００６３】
図７に示されるグラフから、Ｌ／Ｗ≧１．５の範囲では、焼入れ対象部分６３の中心の温度に対する位置Ｌ（１００％）の比と位置Ｌ（８０％）の比とが１０％程度の差しかなく、焼入れ対象部分６３がほぼ均一に焼入れ（加熱）されていることが理解される。
【００６４】
なお、Ｌ／Ｗ＜１．５の範囲では、正電極６１および負電極６２の周囲で鋼板が溶けた。
【００６５】
図８は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分における中心からＷ方向にずれた位置における温度との関係を示すグラフである。
【００６６】
Ｌ／Ｗの値を１．０〜６．０の範囲で変更して、図４に示される位置Ｗ（８０％）での温度を測定した。位置Ｗ（８０％）は、焼入れ対象部分における中心からＷ方向に間隔Ｗの３０％に相当する間隔を空けた位置である。そして、焼入れ対象部分６３の中心の温度（９００℃）に対する位置Ｗ（８０％）における温度の比を求めた。その結果が図８に示されている。
【００６７】
図８に示されるグラフから、Ｌ／Ｗ≧１．５の範囲では、焼入れ対象部分６３の中心の温度に対する位置Ｗ（８０％）の温度の比を約８０％と高い値に保持可能であることが理解される。
【００６８】
なお、Ｌ／Ｗ＜１．５の範囲では、正電極６１および負電極６２の周囲で鋼板が溶けた。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００７０】
たとえば、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間が真空引きされることにより、それらの空間内の雰囲気が非酸化性雰囲気に制御される構成を取り上げたが、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間に窒素ガスなどの不活性ガスが供給されることにより、それらの空間内の雰囲気が非酸化性雰囲気に制御される構成が採用されてもよい。
【００７１】
また、下冷却型１４および上冷却型２５がエア圧より動かされる構成に限らず、たとえば、下クランプ部材７の凹部１３および上クランプ部材８の凹部２４内にオイルが供給されて、下冷却型１４および上冷却型２５が油圧により動かされてもよい。
【００７２】
第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６は、棒状でなくてもよく、その途中部が屈曲または湾曲していてもよい。
【００７３】
また、第１電極３４および第２電極３６は、それぞれ複数の点状電極が整列して配置されることにより構成されていてもよい。
【００７４】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 焼入れ装置
２ 金属部品
６ クランプ機構
１４ 下冷却型
２５ 上冷却型
３４ 第１電極
３６ 第２電極
４１ 接点部
４６ 接点部
５０ バキュームポンプ（雰囲気制御機構）
５１ 焼入れ対象部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品に部分焼入れを施すための焼入れ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、自動車のボディには、断面ハット形状に成形（プレス加工）された鋼板からなるハット型成形品が用いられている。このハット型成形品などの金属部品には、高強度化のために、その全体または局所に焼入れが施されることがある。
【０００３】
焼入れの手法として、高周波焼入れが知られている。高周波焼入れでは、成形後の鋼板（金属部品）における焼入れ対象部分にコイルが近づけられて、そのコイルに高周波電源から電流が供給される。コイルに高周波電流が流れると、磁界が生じ、焼入れ対象部分の表面に渦電流が流れる。これにより、焼入れ対象部分でジュール熱が発生し、焼入れ対象部分がジュール熱により加熱される。そして、その加熱直後に焼入れ対象部分に冷却液が直接かけられて、焼入れ対象部分が急冷され、焼入れ対象部分に対する焼入れが達成される。
【０００４】
また、焼入れの他の手法として、ダイクエンチが知られている。ダイクエンチでは、加熱炉で鋼板が加熱された後、その鋼板が冷却されている金型によりプレス加工される。これにより、鋼板の成形と同時に、鋼板への焼入れが達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２５６７３３号公報
【特許文献３】特開２００３−２３９０１８号公報
【特許文献４】特開２００１−３５３５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、高周波焼入れおよびダイクエンチは、それぞれいくつかの問題点を有している。
【０００７】
高周波焼入れでは、高周波電源が必要であり、装置のコストが高くつくうえに、冷却液が鋼板に直接かけられるので、使用済みの汚染された冷却液を浄化する設備が必要であり、設備に要するコストが高くつく。さらに、成形後の鋼板が加熱された直後に急冷されるため、鋼板に熱歪みが生じ、金属部品の寸法精度が低下するといった問題もある。
【０００８】
ダイクエンチでは、冷間加工と比較して、１つの金属部品の加工（成形）に長い時間がかかり、生産性が悪い。また、ダイクエンチでは、加熱された鋼板が加熱炉からプレス機械に搬送される間に、鋼板の表面に酸化スケールが生じる。そのため、成形後（プレス加工後）に、酸化スケールを除去するためのショットブラスト加工が必要となる。その結果、鋼板の加熱、プレス加工およびショットブラスト加工の一連の処理を実行する専用ラインを構築しなければならず、大規模な設備投資を余儀なくされる。また、酸化スケールの飛散や酸化スケールに起因する金型の損耗などの問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、金属部品の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減でき、酸化スケールの生成を防止できながら、高い寸法精度で高強度かつ高品質な金属部品（成形された鋼板）を得ることができる、焼入れ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明の焼入れ装置は、金属部品における焼入れ対象部分の両側に当接される１対の電極と、前記１対の電極を保持し、前記１対の電極を前記金属部品に当接させた状態で前記金属部品を挟持するクランプ機構と、前記１対の電極に接続され、一方の前記電極から前記焼入れ対象部分を介して他方の前記電極に電流を流すための電源と、ジュール熱により加熱された前記焼入れ対象部分にその表裏から当接し、前記焼入れ対象部分を冷却しつつ型締めする１対の冷却型とを備えることを特徴としている。
【００１１】
この焼入れ装置は、１対の電極、クランプ機構および電源を備えている。１対の電極は、クランプ機構に保持されている。クランプ機構により金属部品が挟持され、その金属部品の焼入れ対象部分の両側に１対の電極が当接される。この状態で、電源がオンされて、一方の電極と他方の電極との間に焼入れ対象部分を介して電流が流される。これにより、焼入れ対象部分にジュール熱が発生し、焼入れ対象部分が加熱される。また、焼入れ装置は、１対の冷却型を備えている。焼入れ対象部分が加熱された後、その表裏から焼入れ対象部分に１対の冷却型が当接され、焼入れ対象部分が冷却されつつ型締めされる。
【００１２】
電源は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよいが、高周波電源である必要はない。そのため、この焼入れ装置では、高周波焼入れのための装置と比較して、装置のコストを低く抑えることができる。また、加熱後の焼入れ対象部分に冷却液が直接かけられるのではなく、焼入れ対象部分に冷却型を当接させることにより、焼入れ対象部分の冷却が達成されるので、使用済みの冷却液を処理する設備が不要である。よって、この焼入れ装置による焼入れの手法が採用されることにより、高周波焼入れの手法が採用される場合と比較して、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。
【００１３】
また、焼入れ前の金属部品の成形は、冷間加工により達成することができる。すなわち、成形と焼入れとが同時に進行するダイクエンチとは異なり、金属部品の成形と焼入れとを分離して行うことができる。これにより、加工時間の短い（生産性の良い）冷間加工を活用しつつ、比較的長い処理時間を要する焼入れを低コストの焼入れ装置により達成することができる。よって、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較して、金属部品の成形のための設備（装置）に要するコストを低減できるとともに、生産効率を向上させることができる。
【００１４】
また、焼入れ対象部分がその加熱直後に冷却されるので、焼入れ対象部分に酸化スケールが生じることを防止できる。そのため、焼入れ後に、酸化スケールを除去するためのショットブラスト加工を必要としない。よって、この焼入れ装置による焼入れの手法が採用されることにより、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較しても、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。また、酸化スケールに起因する種々の問題を回避することができる。
【００１５】
さらに、焼入れ対象部分が１対の冷却型により冷却されつつ型締めされるので、金属部品に熱歪みが生じることを防止できる。その結果、高強度かつ寸法精度の高い高品質な金属部品（成形された鋼板）を得ることができる。
【００１６】
この焼入れ装置は、焼入れ対象部分の周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気にする雰囲気制御機構を備えることが好適である。焼入れ対象部分の周囲の雰囲気が非酸化性雰囲気にされた状態で、焼入れ対象部分が加熱および冷却されることにより、焼入れ対象部分に酸化スケールが生じることを良好に防止することができる。
【００１７】
また、１対の電極の対向方向の間隔、つまり焼入れ対象部分における対向方向の幅に対する焼入れ対象部分における対向方向と直交する方向の長さの比が１．５以上であることが好適である。この条件が満たされれば、電極の周辺で金属部品が溶けることを防止できながら、焼入れ対象部分における焼入れの均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高強度かつ高品質な金属部品を得ることができる。そのため、比較的安価な鋼板を用いて、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品を得ることができる。また、金属部品の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減できる。その結果、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品を従来の金属部品よりも安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る焼入れ装置の図解的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示される第１電極および第２電極を金属部品とともに示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す焼入れ装置における金属部品の冷却時の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、部分焼入れ試験について説明するための図である。
【図５】図５は、Ｌ／Ｗ≒３．３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【図６】図６は、Ｌ／Ｗ≒０．８３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【図７】図７は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分の２つの位置における温度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分における中心からＷ方向にずれた位置における温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る焼入れ装置の図解的な断面図である。
【００２２】
焼入れ装置１は、金属部品２に対する部分焼入れに使用されるものである。
【００２３】
金属部品２は、断面ハット形状に成形（プレス加工）された鋼板からなるハット型成形品である。より具体的には、金属部品２は、鋼板からなり、互いに間隔を空けて対向する１対の縦壁部３と、各縦壁部３の一端縁間に架設される天井部４と、各縦壁部３の一端縁と反対側の他端縁から１対の縦壁部３の対向方向の外側に延びるフランジ部５とを一体的に備え、図１に示される断面と直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）に長く延びている。図１には、一方の縦壁部３、天井部４の当該縦壁部３側の一部（以下、単に「天井部４の一部」という。）および当該縦壁部３から延びるフランジ部５（以下、単に「フランジ部５」という。）が示されている。金属部品２は、矩形平板状の鋼板からなる底板（図示せず）の一方面にフランジ部５が接合（溶接）されて、中空棒状の部材として、たとえば、自動車のサイドインパクトビームなどに用いられる。
【００２４】
焼入れ装置１には、クランプ機構６が設けられている。
【００２５】
クランプ機構６は、下クランプ部材７と、下クランプ部材７の上方に配置される上クランプ部材８と、上クランプ部材８を下クランプ部材７に対して接離させるクランプ駆動機構９とを備えている。
【００２６】
下クランプ部材７は、金属部品２の長手方向（以下、単に「長手方向」という。）に延びるブロック状をなしている。下クランプ部材７の表面には、金属部品２の一方の縦壁部３、天井部４の一部およびフランジ部５の裏面とそれぞれ接触可能な鉛直面１０、上水平面１１および下水平面１２が形成されている。
【００２７】
下クランプ部材７における鉛直面１０および上水平面１１がなす角部には、下クランプ部材７の長手方向の中央部に、鉛直面１０および上水平面１１に対して４５°傾斜する方向に断面略矩形状に凹む凹部１３が形成されている。凹部１３の長手方向の長さは、金属部品２の長手方向の長さよりも長い。
【００２８】
凹部１３には、下冷却型１４が収容されている。下冷却型１４は、金属からなり、長手方向に延びるブロック状をなしている。また、下冷却型１４は、金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の一部に跨がって接触可能な断面Ｖ字状の当接面１４１を有している。そして、下冷却型１４は、凹部１３内において、当接面１４１が縦壁部３および天井部４に接触する位置と、当接面１４１が縦壁部３および天井部４から離間する位置とに往復動可能に設けられている。
【００２９】
下冷却型１４には、葛折り状に屈曲する冷却水流路１５が形成されている。冷却水流路１５には、冷却水配管１６から供給される冷却水が流通する。冷却水配管１６の途中部には、冷却水供給バルブ１７が介装されている。
【００３０】
また、下クランプ部材７には、一端が凹部１３の底面において開放されるエア供給路１８が形成されている。エア供給路１８は、凹部１３の底面と直交する方向に延び、その他端が下クランプ部材７の表面において開放されている。エア供給路１８の他端には、エアポンプ１９から延びるエア配管２０が接続されている。エア配管２０の途中部には、エア供給バルブ２１が介装されている。
【００３１】
上クランプ部材８は、下クランプ部材７と長手方向の長さが同じであるブロック状をなしている。上クランプ部材８の表面には、金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の一部とそれぞれ接触可能な鉛直面２２および水平面２３が形成されている。上クランプ部材８における鉛直面２２および水平面２３がなす角部には、長手方向の中央部に、鉛直面２２および水平面２３に対して４５°傾斜する方向に断面略矩形状に凹む凹部２４が形成されている。凹部２４の長手方向の長さは、金属部品２の長手方向の長さよりも長く、下クランプ部材７の凹部１３の長手方向の長さと同じである。
【００３２】
凹部２４には、上冷却型２５が収容されている。上冷却型２５は、金属からなり、長手方向に延びるブロック状をなしている。また、上冷却型２５は、金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の一部に跨がって接触可能な断面Ｖ字状の当接面２６を有している。そして、上冷却型２５は、凹部２４内において、当接面２６が縦壁部３および天井部４に接触する位置と、当接面２６が縦壁部３および天井部４から離間する位置とに往復動可能に設けられている。
【００３３】
上冷却型２５には、葛折り状に屈曲する冷却水流路２７が形成されている。冷却水流路２７には、冷却水配管２８から供給される冷却水が流通する。冷却水配管２８の途中部には、冷却水供給バルブ２９が介装されている。
【００３４】
また、上クランプ部材８には、一端が凹部２４の底面において開放されるエア供給路３０が形成されている。エア供給路３０は、上クランプ部材８の移動方向に延びており、その他端が上クランプ部材８の表面（凹部２４の底面と平行に延びる上面）において開放されている。エア供給路３０の他端には、エアポンプ１９から延びるエア配管３１が接続されている。エア配管３１の途中部には、エア供給バルブ３２が介装されている。
【００３５】
上クランプ部材８の鉛直面２２には、第１電極用凹部３３が形成されている。第１電極用凹部３３には、第１電極３４が保持されている。
【００３６】
また、上クランプ部材８の水平面２３には、第２電極用凹部３５が形成されている。第２電極用凹部３５には、第２電極３６が保持されている。
【００３７】
図２は、第１電極および第２電極を金属部品とともに示す斜視図である。
【００３８】
第１電極３４は、銅管からなり、長手方向に延びる接点部４１と、接点部４１の両端部から長手方向と直交する方向に延び、互いに長手方向に対向する貫通部４２とを一体的に有するコ字状に屈曲している。そして、接点部４１が第１電極用凹部３３に嵌合され、図示されないが、貫通部４２が上クランプ部材８を貫通している。
【００３９】
第１電極３４は、図１に示されるように、電源４３の一方端子と電気的に接続されている。電源４３は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。また、第１電極３４の内部には、冷却水配管４４から供給される冷却水が流通する。冷却水配管４４の途中部には、冷却水供給バルブ４５が介装されている。
【００４０】
第２電極３６は、銅管からなり、図２に示されるように、長手方向に延びる接点部４６と、接点部４６の両端部から長手方向と直交する方向に延び、互いに長手方向に対向する貫通部４７とを一体的に有するコ字状に屈曲している。そして、接点部４６が第２電極用凹部３５に嵌合され、図示されないが、貫通部４７が上クランプ部材８を貫通している。
【００４１】
第２電極３６は、図１に示されるように、電源４３の他方端子と電気的に接続されている。電源４３は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。また、第２電極３６の内部には、冷却水配管４８から供給される冷却水が流通する。冷却水配管４８の途中部には、冷却水供給バルブ４９が介装されている。
【００４２】
なお、下クランプ部材７および上クランプ部材８に電流が流れることを防止するため、下クランプ部材７および上クランプ部材８における適当な部分（たとえば、エア供給路１８，３０の内面など）には、絶縁材が配設されている。
【００４３】
焼入れ装置１に金属部品２が搬入される前は、クランプ駆動機構９により、上クランプ部材８が下クランプ部材７に対して離間している。焼入れ装置１に金属部品２が搬入されると、金属部品２の一方の縦壁部３、天井部４の一部およびフランジ部５の裏面がそれぞれ鉛直面１０、上水平面１１および下水平面１２と接触するように、金属部品２が下クランプ部材７上にセットされる。
【００４４】
その一方で、冷却水供給バルブ１７，２９，４５，４９が開かれて、冷却水流路１５，２７、第１電極３４および第２電極３６に冷却水が流される。
【００４５】
その後、クランプ駆動機構９により、上クランプ部材８が下クランプ部材７に近づく方向に移動される。この移動により、上クランプ部材８の鉛直面２２および水平面２３がそれぞれ金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４に当接するとともに、第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６がそれぞれ金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４に当接する。
【００４６】
この状態において、図１に示されるように、金属部品２と下冷却型１４との間には、空間が形成されている。この空間は、下クランプ部材７の鉛直面１０および上水平面１１がそれぞれ金属部品の一方の縦壁部３および天井部４に当接することにより閉塞されている。また、金属部品２と上冷却型２５との間には、空間が形成されている。この空間は、上クランプ部材８の鉛直面２２および水平面２３がそれぞれ金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４に当接することにより閉塞されている。そして、下クランプ部材７および上クランプ部材８には、それらの空間から空気を吸引するためのバキュームポンプ５０が接続されている。上クランプ部材８の移動後、バキュームポンプ５０が駆動されて、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間が真空状態に近づけられる。
【００４７】
その後、電源４３がオンされて、第１電極３４および第２電極３６間に金属部品２を介して電流が流される。これにより、金属部品２における電流が流れる部分５１、つまり第１電極３４および第２電極３６に挟まれる部分５１にジュール熱が発生し、当該部分５１が加熱される。このとき、第１電極３４および第２電極３６に冷却水が流されることにより、第１電極３４および第２電極３６を構成する銅管が熱により溶けることが防止されている。そして、当該部分５１が所定温度（たとえば、９００°程度）まで昇温すると、電源４３がオフされる。
【００４８】
電源４３がオフされると、その直後に、エア供給バルブ２１，３２が開成されて、下クランプ部材７の凹部１３および上クランプ部材８の凹部２４内にエアポンプからのエアが供給される。このエア圧により、図３に示されるように、下冷却型１４および上冷却型２５が金属部品２に近づく方向に移動して、下冷却型１４の当接面１４１が金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の裏面に当接し、上冷却型２５の当接面２６が金属部品２の一方の縦壁部３および天井部４の表面に当接する。これにより、ジュール熱により加熱された焼入れ対象部分５１が冷却されつつ型締めされる。その結果、焼入れ対象部分５１に対する焼入れ（部分焼入れ）が達成される。
【００４９】
焼入れされた金属部品２は、焼入れ装置１から搬出されて、金属部品２とともに中空棒状の部材を構成する底板の一方面に溶接される。
【００５０】
以上のように、焼入れ装置１は、対をなす第１電極３４および第２電極３６、クランプ機構６および電源４３を備えている。第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６は、互いに平行をなす棒状をなし、クランプ機構６の上クランプ部材８に保持されている。クランプ機構６（下クランプ部材７および上クランプ部材８）により金属部品２が挟持され、その金属部品２の焼入れ対象部分５１の両側に第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６が当接される。この状態で、電源４３がオンされて、第１電極３４および第２電極３６間に金属部品２を介して電流が流される。これにより、焼入れ対象部分５１にジュール熱が発生し、焼入れ対象部分５１が加熱される。また、焼入れ装置１は、対をなす下冷却型１４および上冷却型２５の冷却型を備えている。焼入れ対象部分５１が加熱された後、その表裏から焼入れ対象部分５１に下冷却型１４および上冷却型２５が当接され、焼入れ対象部分５１が冷却されつつ型締めされる。
【００５１】
電源４３は、高周波電源である必要はない。そのため、焼入れ装置１では、高周波焼入れのための装置と比較して、装置のコストを低く抑えることができる。また、加熱後の焼入れ対象部分５１に冷却液が直接かけられるのではなく、焼入れ対象部分５１に下冷却型１４および上冷却型２５を当接させることにより、焼入れ対象部分５１の冷却が達成されるので、使用済みの冷却液を処理する設備が不要である。よって、焼入れ装置１による焼入れの手法が採用されることにより、高周波焼入れの手法が採用される場合と比較して、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。
【００５２】
また、焼入れ前の金属部品２の成形は、冷間加工（冷間プレス）により達成することができる。すなわち、成形と焼入れとが同時に進行するダイクエンチとは異なり、金属部品２の成形と焼入れとを分離して行うことができる。これにより、冷間加工を活用しつつ、比較的長い処理時間を要する焼入れを低コストの焼入れ装置１により達成することができる。よって、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較して、金属部品２の成形のための設備（装置）に要するコストを低減できるとともに、生産効率を向上させることができる。
【００５３】
また、焼入れ対象部分５１がその加熱直後に冷却されるので、焼入れ対象部分５１に酸化スケールが生じることを防止できる。しかも、焼入れ装置１には、バキュームポンプ５０が備えられており、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間が真空状態に近づけられた状態で、焼入れ対象部分５１が加熱および冷却されるので、焼入れ対象部分５１に酸化スケールが生じることを良好に防止できる。そのため、焼入れ後に、酸化スケールを除去するためのショットブラスト加工を必要としない。よって、焼入れ装置１による焼入れの手法が採用されることにより、ダイクエンチの手法が採用される場合と比較しても、焼入れのための設備に要するコストを低減できる。また、酸化スケールに起因する種々の問題を回避することができる。
【００５４】
さらに、焼入れ対象部分５１が下冷却型１４および上冷却型２５により冷却されつつ型締めされるので、金属部品２に熱歪みが生じることを防止できる。その結果、高強度かつ寸法精度の高い高品質な金属部品２を低コストで得ることができる。また、下冷却型１４および上冷却型２５の形状を変更すれば、冷間加工では形成が困難である小さい曲率の湾曲面や小さい段差などを形成することができる。
【００５５】
よって、比較的安価な鋼板を用いて、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品２を得ることができる。また、金属部品２の成形および焼入れのための設備に要するコストを低減できる。その結果、従来の金属部品と同等以上の強度および品質を有する金属部品２を従来の金属部品よりも安価に製造することができる。
＜部分焼入れ試験＞
図４は、部分焼入れ試験について説明するための図である。
【００５６】
第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６にそれぞれ相当する棒状の正電極６１および負電極６２を使用して、鋼板に対する部分焼入れ時の鋼板の加熱状態（温度分布）を調べる試験を行った。以下の各試験では、正電極６１および負電極６２を平板状の鋼板に当接させて、正電極６１と負電極６２とに挟まれた部分（焼入れ対象部分）６３の中心の目標温度を９００℃に設定して、正電極６１および負電極６２間に電流を流した。焼入れ対象部分６３の中心とは、焼入れ対象部分において、正電極６１および負電極６２の長手方向の中央、かつ、正電極６１と負電極６２との対向方向（長手方向と直交する方向）の中央の位置をいう。
【００５７】
図５は、Ｌ／Ｗ≒３．３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【００５８】
図５を参照して明らかなように、正電極６１および負電極６２の長手方向の長さをＬ（以下、単に「長さＬ」という。）とし、正電極６１と負電極６２との対向方向の間隔をＷ（以下、単に「間隔Ｗ」という。）として、間隔Ｗに対する長さＬの比Ｌ／Ｗが約３．３である場合には、焼入れ対象部分６３のほぼ全域で８９０℃以上となり、焼入れ対象部分６３がほぼ均一に焼入れされていることが理解される。
【００５９】
図６は、Ｌ／Ｗ≒０．８３の場合における焼入れ対象部分の温度分布を示す図である。
【００６０】
図６を参照して明らかなように、間隔Ｗに対する長さＬの比Ｌ／Ｗが約０．８３である場合には、焼入れ対象部分６３における長さＬの方向（以下「Ｌ方向」という。）長手方向の端部で温度分布がばらつき、焼入れ対象部分６３の均一な焼入れが達成されないことが理解される。
【００６１】
図７は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分の２つの位置における温度との関係を示すグラフである。
【００６２】
Ｌ／Ｗの値を１．０〜６．０の範囲で変更して、図４に示される２つの位置Ｌ（１００％），Ｌ（８０％）での温度を測定した。位置Ｌ（１００％）は、焼入れ対象部分６３のＬ方向の一端で、正電極６１と負電極６２との対向方向（以下「Ｗ方向」という。）の中央の位置である。位置Ｌ（８０％）は、位置Ｌ（１００％）に対してＬ方向に長さＬの２０％に相当する間隔を空けた位置である。そして、焼入れ対象部分６３の中心の温度（９００℃）に対する各位置Ｌ（１００％），Ｌ（８０％）における温度の比を求めた。その結果が図７に示されている。
【００６３】
図７に示されるグラフから、Ｌ／Ｗ≧１．５の範囲では、焼入れ対象部分６３の中心の温度に対する位置Ｌ（１００％）の比と位置Ｌ（８０％）の比とが１０％程度の差しかなく、焼入れ対象部分６３がほぼ均一に焼入れ（加熱）されていることが理解される。
【００６４】
なお、Ｌ／Ｗ＜１．５の範囲では、正電極６１および負電極６２の周囲で鋼板が溶けた。
【００６５】
図８は、Ｌ／Ｗの値と焼入れ対象部分における中心からＷ方向にずれた位置における温度との関係を示すグラフである。
【００６６】
Ｌ／Ｗの値を１．０〜６．０の範囲で変更して、図４に示される位置Ｗ（８０％）での温度を測定した。位置Ｗ（８０％）は、焼入れ対象部分における中心からＷ方向に間隔Ｗの３０％に相当する間隔を空けた位置である。そして、焼入れ対象部分６３の中心の温度（９００℃）に対する位置Ｗ（８０％）における温度の比を求めた。その結果が図８に示されている。
【００６７】
図８に示されるグラフから、Ｌ／Ｗ≧１．５の範囲では、焼入れ対象部分６３の中心の温度に対する位置Ｗ（８０％）の温度の比を約８０％と高い値に保持可能であることが理解される。
【００６８】
なお、Ｌ／Ｗ＜１．５の範囲では、正電極６１および負電極６２の周囲で鋼板が溶けた。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００７０】
たとえば、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間が真空引きされることにより、それらの空間内の雰囲気が非酸化性雰囲気に制御される構成を取り上げたが、金属部品２と下冷却型１４および上冷却型２５との各間の空間に窒素ガスなどの不活性ガスが供給されることにより、それらの空間内の雰囲気が非酸化性雰囲気に制御される構成が採用されてもよい。
【００７１】
また、下冷却型１４および上冷却型２５がエア圧より動かされる構成に限らず、たとえば、下クランプ部材７の凹部１３および上クランプ部材８の凹部２４内にオイルが供給されて、下冷却型１４および上冷却型２５が油圧により動かされてもよい。
【００７２】
第１電極３４の接点部４１および第２電極３６の接点部４６は、棒状でなくてもよく、その途中部が屈曲または湾曲していてもよい。
【００７３】
また、第１電極３４および第２電極３６は、それぞれ複数の点状電極が整列して配置されることにより構成されていてもよい。
【００７４】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 焼入れ装置
２ 金属部品
６ クランプ機構
１４ 下冷却型
２５ 上冷却型
３４ 第１電極
３６ 第２電極
４１ 接点部
４６ 接点部
５０ バキュームポンプ（雰囲気制御機構）
５１ 焼入れ対象部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品における焼入れ対象部分の両側に当接される１対の電極と、
前記１対の電極を保持し、前記１対の電極を前記金属部品に当接させた状態で前記金属部品を挟持するクランプ機構と、
前記１対の電極に接続され、一方の前記電極から前記焼入れ対象部分を介して他方の前記電極に電流を流すための電源と、
ジュール熱により加熱された前記焼入れ対象部分にその表裏から当接し、前記焼入れ対象部分を冷却しつつ型締めする１対の冷却型とを含む、焼入れ装置。
【請求項２】
前記焼入れ対象部分の周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気にする雰囲気制御機構を含む、請求項１に記載の焼入れ装置。
【請求項３】
前記１対の電極の対向方向の間隔に対する前記焼入れ対象部分における前記対向方向と直交する方向の長さの比が１．５以上である、請求項１または２に記載の焼入れ装置。
【請求項１】
金属部品における焼入れ対象部分の両側に当接される１対の電極と、
前記１対の電極を保持し、前記１対の電極を前記金属部品に当接させた状態で前記金属部品を挟持するクランプ機構と、
前記１対の電極に接続され、一方の前記電極から前記焼入れ対象部分を介して他方の前記電極に電流を流すための電源と、
ジュール熱により加熱された前記焼入れ対象部分にその表裏から当接し、前記焼入れ対象部分を冷却しつつ型締めする１対の冷却型とを含む、焼入れ装置。
【請求項２】
前記焼入れ対象部分の周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気にする雰囲気制御機構を含む、請求項１に記載の焼入れ装置。
【請求項３】
前記１対の電極の対向方向の間隔に対する前記焼入れ対象部分における前記対向方向と直交する方向の長さの比が１．５以上である、請求項１または２に記載の焼入れ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４９３３３（Ｐ２０１２−１４９３３３Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３０７２（Ｐ２０１１−５３０７２）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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