CN102792771A - 感应加热线圈、加工构件的制造装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供感应加热线圈，其能够在以非旋转的方式向钢管的轴向输送的该钢管的周向上均匀且在该钢管的轴向上的狭窄范围内稳定地加热该钢管。在作为被加热体的长尺寸的金属材料（1）的周向上围绕该金属材料（1）的外周的结构的感应加热线圈（10）具有第一匝感应加热线圈的线圈主体（11）和第二匝感应加热线圈的线圈主体（12）这样的两个以上的单匝线圈，将在将上述线圈向轴向投影的情况下实质上的线圈匝数小于线圈整体的匝数时的内周长度设为Ln（非有效线圈长度），将投影的线圈主体的内周长度设为L0（内周线圈长度），Ln／L0为0.05以下，线圈主体（11）和线圈主体（12）在连接部具有绝缘部（11b）和绝缘部（12b），绝缘部彼此位于按线圈主体的中心角偏离5度～45度的位置。

Description

感应加热线圈、加工构件的制造装置及制造方法
技术领域
本发明涉及感应加热线圈、加工构件的制造装置及制造方法。本发明涉及例如适于在制造淬火钢管等淬火钢材时使用的感应加热线圈、具有该感应加热线圈的加工构件的制造装置及采用该感应加热线圈的加工构件的制造方法。
背景技术
金属制的强度构件、加强构件或者结构构件被用于汽车、各种机械。上述构件要求为高强度、轻型且小型。以往以来，上述构件通过焊接钢制的冲压加工品、冲切厚钢板、以及锻造铝合金等制造而成。由上述制造方法实现的轻型化及小型化已经达到极限。
对于上述构件而言，为了使其进一步轻型化及小型化，例如通过非专利文献1所公开的液压成形进行制造。液压成形通过向配置在模具内部的金属管的内部供给高压的加工液而使金属管发生鼓出变形，使金属管沿着模具的内表面变形，从而制造具有复杂形状的成形品。液压成形是冷加工，因此，难以将例如抗拉强度为780MPa以上这样的延展性较低的原材料成形为复杂的形状。液压成形通常需要弯曲、预成形及液压成形这三个工序，因此，工序比较复杂。并且，液压成形的加工机大型且比较昂贵。
本申请人通过专利文献1公开了一种弯曲构件的制造装置。图6是表示该制造装置0的概略的说明图。
金属管1（在以后的说明中，以金属管为钢管的情况为例）由支承机构2以向该金属管1的轴向移动自如的方式支承。进给机构3将钢管1从上游侧朝向下游侧地进给。制造装置0通过在支承机构2的下游对钢管1进行弯曲加工来制造弯曲构件8。
感应加热线圈5在支承机构2的下游将向钢管1的轴向进给的该钢管1快速地感应加热到可以局部地进行淬火的温度范围（Ac3点以上）。水冷机构6在紧接在感应加热线圈5的下游快速地冷却钢管1。由此，在感应加热线圈5与水冷机构6之间的钢管1中局部地形成向钢管1的轴向移动的高温部1a。高温部1a的变形阻力比其他部分的变形阻力小得多。
可动辊模4具有至少一组辊对4a。辊对4a一边进给钢管1一边支承钢管1。可动辊模4在水冷机构6的下游区域中，一边支承钢管1一边向二维或者三维方向移动，由此，对高温部1a施加弯曲力矩。
制造装置0通过使用了比较廉价的构成设备2～6的简单的工序，以较高的作业效率对钢管1进行弯曲加工，从而制造具有所希望的形状的高强度（例如780MPa以上的抗拉强度）的弯曲构件8。
专利文献1：国际公开第2006／093006号小册子
非专利文献1：汽车技术（自動車技術）Nov.57，No.6（2003）23页～28页
发明内容
发明所要解决的问题
通常，在利用感应加热线圈对例如棒材这样的实心且金属制的被加热构件进行感应加热时，为了在被加热构件的周向上均匀地加热该被加热构件，一边使被加热构件绕中心轴线旋转一边对被加热构件进行感应加热。但是，对于在制造装置0中使钢管1绕其中心轴线旋转而言，由于在支承机构2的下游移动的可动辊模4的移动范围存在限制，因此无法实现。因此，制造装置0一边不使钢管1旋转地向钢管1的轴向进给钢管1，一边利用感应加热线圈5对钢管1进行感应加热。因此，难以在钢管1的周向上均匀地加热钢管1。
感应加热中的加热电力是由安培匝数（ATurn）来决定的，该安培匝数为向感应加热线圈5通入的电流值（A）和感应加热线圈5的匝数（Turn）之积。
制造装置0能够精度较佳地加工钢管1。为了进一步提高制造装置0的弯曲加工的精度，优选钢管1在轴向上的加热宽度尽量地窄。若感应加热线圈5的匝数变多，则该加热宽度会变宽。因此，为了缩窄加热宽度，优选感应加热线圈5的匝数尽量地少。
另一方面，可向一个感应加热线圈5中通入的电流值依赖于感应加热线圈5的材质及截面积，通常最大为10000A左右。因此，对于感应加热线圈5的匝数而言，在为了调和较高的生产率和良好的尺寸精度而需要更多的能量的情况下，有时必须为两匝以上。
图7是表示基于以往的技术思想的感应加热线圈5的一例的说明图。图7的（a）是感应加热线圈5的立体图。图7的（b）是通过以扩宽感应加热线圈5的第一匝感应加热线圈的主体9－1及第二匝感应加热线圈的主体9－2的、在与钢管1的轴向平行的方向上的间隔的方式进行描画而以容易理解的方式表示感应加热线圈5的构造的立体图。图7的（c）是表示感应加热线圈5在钢管1轴向上的投影的说明图，实线箭头表示第一匝感应加热线圈的主体9－1中的电流流向，虚线箭头表示第二匝感应加热线圈的主体9－2中的电流流向。并且，图7的（d）是表示由使用感应加热线圈5加热后的钢管1的数值分析模拟得到的温度分布的一例的说明图。
为了利用制造装置0以较高的尺寸精度制造弯曲构件8，钢管1的高温部1a需要在钢管1的轴向上尽量地窄，而且，在钢管1的周向上均匀地形成。
如图的7（a）～图7的（c）所示，感应加热线圈5具有环状的主体9－1、9－2。主体9－1、9－2自钢管1隔开距离地配置在钢管1的周围。主体9－1具有通过隔着绝缘板而形成的绝缘部9－1a，并且，主体9－2具有通过隔着绝缘板而形成的绝缘部9－2a。如图7的（c）所示，两个绝缘部9－1a、9－2a设置在用于向主体9－1、9－2供给交流电流的电极9－3a、9－3b之间。
如图7的（c）中由实线的箭头表示的那样，经由一电极9－3a供给到主体9－1的交流电流在主体9－1中流动。如图7的（c）中用虚线的箭头表示的那样，在主体9－1中流动的电流按照主体9－2及电极9－3b的顺序流动。由此，在主体9－1、9－2的内部产生磁通。由于流动的电流为交流电流，因此磁通的大小和朝向会发生变化。因此，在钢管1中会感应产生涡电流来产生抵消该磁通的变化这样的磁通。该涡电流因钢管1的电阻而产生焦耳热，由此，进行加热钢管1这样的感应加热（induction heating）。由于所谓的集肤效应，被供给的交流电流的频率越高，钢管1的发热越集中在钢管1的表面层。
如图的7（a）～图7的（c）所示，为了使感应加热线圈5的匝数为两匝，需要设置用于将第一匝感应加热线圈的主体9－1和第二匝感应加热线圈的主体9－2连接起来的线圈连接部9－4。因此，设置两处由绝缘板构成的绝缘部9－1a、9－2a。通常，线圈具有螺旋形状，因此，尽量靠近被加热体且以最短距离将第一匝感应加热线圈的主体9－1和第二匝感应加热线圈的主体9－2连接起来，这是本领域技术人员的常识。
如图7的（c）所示，在感应加热线圈5在钢管1的轴向上的投影中，在配置有线圈连接部9－4的区域S（绝缘部9－1a与绝缘部9－2a之间的区域）中，电流向钢管1的轴向流动。因此，在区域S中，由于向周向流动的电流为一个方向，因此感应加热线圈5的匝数实质上为一。相对于此，在除了区域S之外的剩余区域中，由于向周向流动的电流为两个方向，因此感应加热线圈5的匝数实质上为二。这样，感应加热线圈5的匝数根据主体9－1、9－2的周向的位置不同而不同。
因此，若使用感应加热线圈5对钢管1进行感应加热，则不可避免地会在钢管1的周向上产生温度差。例如一边以80mm／sec的输送速度以非旋转的方式向普通钢制的钢管1的轴向输送该钢管1，一边使该钢管1穿过感应加热线圈5的内部，由此，对该钢管1进行感应加热，该钢管1的外径（直径）为31.8mm，壁厚为1.8mm，在上述情况下，如图7的（d）所示，钢管1的与配置有线圈连接部9－4的区域S（绝缘部9－1a与绝缘部9－2a之间的区域）相对应的部分的加热温度和钢管1的与除了区域S之外的剩余的区域相对应的部分的加热温度之差最大达到约240℃。这样，感应加热线圈5无法在钢管1的周向上均匀且在该钢管1的轴向上的狭窄范围内稳定地加热该钢管1。
本发明的目的在于提供一种能够在例如钢管等金属材料的周向上均匀且在该金属材料的轴向上的狭窄范围内稳定地加热该金属材料的感应加热线圈，并且，其目的还在于提供通过使用该感应加热线圈而能够稳定且可靠地制造具有较高的尺寸精度的加工构件的加工构件的制造装置及制造方法。
用于解决问题的方案
如图1所例示的那样，本发明的感应加热线圈10的构成如下：其包括：（i）第一单匝线圈主体11，其沿周向围绕长尺寸的金属材料1的外周，自金属材料1隔开配置并包括第一绝缘部11b和第一导电体；（ii）第二单匝线圈主体12，其具有实质上与第一单匝线圈主体11的内周形状相同的内周形状，自金属材料1隔开距离且在金属材料1的轴向上与第一单匝线圈主体11并列配置，并包括第二绝缘部12b和第二导电体；以及（iii）主体连接部14，其将在周向上与第一绝缘部11b邻接的第一邻接部分11c和在周向上与第二绝缘部12b邻接的第二邻接部分12c连接起来，并且，该感应加热线圈10一边相对于金属材料1沿金属材料1的轴向进行相对移动，一边对金属材料1进行感应加热，其中，有效线圈长度Le与感应加热线圈的内周线圈长度L0之间的关系为（L0－Le）／L0为0.05以下。
在此，“内周线圈长度（Inner－Coil－Length）L0”是指第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的内侧表面的一周（包含绝缘部在内）的长度，“有效线圈长度（Effective－Coil－Length）Le”是指将第一导电体和第二导电体向与感应加热线圈10相对于金属材料1的相对移动方向正交的截面投影时的重叠（重合）的区域的内周长度，即指实质上在周向上的匝数与线圈整体的匝数相等时的内周长度。
例如，对于内周线圈长度而言，在内径为R的圆形线圈中为2πR，在内侧短边为a及内侧长边为b的长方形线圈中为2×（a＋b）。在图1所例示的本发明中，有效线圈长度Le为从内周线圈长度L0减去两处绝缘部11b、12b的周向长度L1、L2之和（L1＋L2）而得到的“2πR－L1－L2”。并且，非有效线圈长度（Noneffective－Coil－Length）Ln是指实质上在周向上的匝数小于线圈整体的匝数的区域的线圈内周长度，Ln＝L0－Le。
因而，本发明优选的是一种感应加热线圈，其至少具有沿作为被加热体的长尺寸的金属材料的周向围绕该金属材料的外周的第一单匝线圈主体和第二单匝线圈主体，该感应加热线圈一边相对于不伴随有旋转的长尺寸的金属材料进行相对移动，一边对该金属材料进行感应加热，其特征在于，将在将线圈向相对于上述金属材料的相对移动方向投影的情况下实质上的线圈匝数小于线圈整体的匝数的区域的线圈内周长度设为Ln，并且，将上述投影的线圈内周长度设为L0，在该情况下，Ln／L0为0.05以下。
并且，在本发明中，优选第一邻接部分11c和第二邻接部分12c在上述截面内位于彼此不同的位置，具体地讲，优选第一邻接部分11c和第二邻接部分12c在上述截面内位于按第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的中心角偏离5度～45度的位置。
在基于以往的技术思想的感应加热线圈中，设计为使被加热体与线圈之间的距离均匀，并为了提高加热效率使线圈全长最短，这种做法是常识。但是，如图1所例示的那样，本发明的感应加热线圈具有与根据以往的本领域技术人员的常识想到的形状显著不同的形状。本发明不惜增加线圈全长、增大线圈与被加热体之间的距离，而最重视使线圈匝数在周向上均匀，其结果，作为完成的感应加热线圈，得到能够对非旋转的被加热体的外周均匀地进行加热这样的意想不到的效果。
从另一观点出发，如图2所例示的那样，本发明为一种加工构件的制造装置20，其特征在于，包括：感应加热线圈10；冷却机构23，其一边与感应加热线圈10一起相对于金属材料1进行相对移动，一边对由感应加热线圈10感应加热后的金属材料1进行冷却，从而在金属材料1中形成向金属材料1的轴向移动的高温部1a；以及加工机构24、29，其对高温部1a施加弯曲力矩。
从再一观点出发，如图2所例示，本发明为一种加工构件的制造方法，其特征在于，一边使感应加热线圈10相对于不绕中心轴线旋转的长尺寸的金属材料1沿金属材料1的轴向进行相对移动，一边对金属材料1进行感应加热，并且，利用与感应加热线圈10一起相对于金属材料1进行相对移动的冷却机构23对由感应加热线圈10感应加热后的金属材料1进行冷却，从而在金属材料1中形成向金属材料1的轴向移动的高温部1a，之后，对高温部1a施加弯曲力矩。
在上述本发明中，优选金属材料1为具有闭合的横截面形状的空心的钢材，例如为钢管。
发明的效果
采用本发明，能够在金属材料的周向上均匀且在该金属材料的轴向上的狭窄范围内稳定地加热该金属材料，因此，能够以较高的尺寸精度稳定且可靠地制造加工构件。
附图说明
图1是表示本发明的感应加热线圈的一例的说明图，图1的（a）是感应加热线圈的立体图，图1的（b）是通过以扩宽感应加热线圈的第一单匝线圈主体及第二单匝线圈主体的、在与钢管的轴向平行的方向上的间隔的方式进行描画而以易于理解的方式表示感应加热线圈的构造的立体图，图1的（c）是表示感应加热线圈在钢管的轴向上的投影的说明图，图1的（d）是表示由使用感应加热线圈加热后的钢管的数值分析模拟得到的温度分布的一例的说明图。
图2是示意地表示应用了本发明的感应加热线圈的加工构件的制造装置的说明图。
图3的（a）及图3的（b）均是表示本发明的感应加热线圈与钢管之间的位置关系的说明图，图3的（a）是第一单匝线圈主体和第二单匝线圈主体与钢管之间的间隔均等地为3.0mm的情况，图3的（b）是第一单匝线圈主体的绝缘部和第二单匝线圈主体的绝缘部与钢管之间的间隔为2.0mm，并且除绝缘部之外的部位中的感应加热线圈与钢管之间的间隔在2.0mm～4.0mm的范围内并且不均匀的情况。
图4是表示在利用本发明的感应加热线圈加热钢管的情况下轴向的温度分布的曲线图。
图5是表示在利用比较例的感应加热线圈加热钢管的情况下轴向的温度分布的曲线图。
图6是表示由专利文献1公开的弯曲加工装置的概略的说明图。
图7是表示基于以往的技术思想的感应加热线圈的一例的说明图，图7的（a）是感应加热线圈的立体图，图7的（b）是通过以扩宽感应加热线圈的第一匝感应加热线圈的主体及第二匝感应加热线圈的主体的、在与钢管的轴向平行的方向上的间隔的方式进行描画而以易于理解的方式表示感应加热线圈的构造的立体图，图7的（c）是表示感应加热线圈在钢管的轴向上的投影的说明图，图7的（d）是表示由使用感应加热线圈加热后的钢管的数值分析模拟得到的温度分布的一例的说明图。
附图标记说明
0、弯曲加工装置；1、钢管；2、支承机构；3、进给机构；4、可动辊模；4a、辊对；5、感应加热线圈；6、水冷机构；8、弯曲构件；9－1、第一匝感应加热线圈的主体；9－2、第二匝感应加热线圈的主体；9－1a、9－2a、绝缘部；9－3a、9－3b、电极；9－4、线圈连接部；10、本发明的感应加热线圈；11、第一单匝线圈主体；11b、第一绝缘部；11c、第一邻接部分；12、第二单匝线圈主体；12b、第二绝缘部；12c、第二邻接部分；13a、13c、电极；14、主体连接部；20、本发明的制造装置；21、进给机构；22、支承机构；23、冷却机构；24、把持机构；25、夹持机构；26、主体；27、第一底座；28、第二底座；29、移动机构。
具体实施方式
在以后的说明中，以本发明的金属材料为钢管的情况为例。本发明并不限定于金属材料为钢管的情况。本发明适用于具有闭合的横截面形状的金属制的空心构件。作为该空心构件可以例举出，例如具有矩形、椭圆形、长圆形、多边形、多边形与圆组合的横截面形状或者多边形与椭圆组合的横截面形状的空心的金属材料。
感应加热线圈10
图1是表示本发明的感应加热线圈10的一例的说明图。图1的（a）是感应加热线圈10的立体图，图1的（b）是通过以扩宽感应加热线圈10的第一单匝线圈主体11及第二单匝线圈主体12的、在与钢管1的轴向平行的方向上的间隔的方式进行描画而以易于理解的方式表示感应加热线圈10的构造的立体图，图1的（c）是表示感应加热线圈10在钢管1的轴向上的投影的说明图，图1的（d）是表示由使用感应加热线圈10加热后的钢管1的数值分析模拟得到的温度分布的一例的说明图。在图1的（d）中，注释中最上方的图案表示大于950℃小于等于1000℃的情况，从上方数第二个图案表示大于900℃小于等于950℃的情况，诸如此类，最下方的图案表示小于等于550℃的情况。
感应加热线圈10一边相对于钢管1沿钢管1的轴向进行相对移动，一边对钢管1进行感应加热。
感应加热线圈10包括第一单匝线圈主体11和第二单匝线圈主体12。感应加热线圈10实质上与包括一匝第一加热线圈11和一匝第二加热线圈12相同。
长尺寸的钢管1以不绕中心轴线旋转的方式朝向该钢管1的轴向进给。
第一单匝线圈主体11为铜合金制，具有环状的外形。第一单匝线圈主体11具有第一导电体，并在周向的一部分上具有第一绝缘部11b。优选第一绝缘部11b的厚度较薄。对于第一绝缘部11b的厚度而言，为了可靠地确保绝缘性，可以例举出其为1mm～2mm左右。第一单匝线圈主体11自钢管1隔开规定距离且覆盖钢管1的整周地配置在钢管1的周围。
电极13a设置在位于第一绝缘部11b旁边的第一导电体的第一邻接部分11c。自电极13a供给到第一单匝线圈主体11的交流电流在第一单匝线圈主体11的第一导电体中环绕之后，经由后述的主体连接部14流向第二单匝线圈主体12的第二导电体。由此，在第一单匝线圈主体11的内部产生磁通。由于流动的电流为交流电流，因此磁通的大小和朝向会发生变化，在钢管1中会感应产生涡电流来产生抵消该磁通的变化这样的磁通。此时，涡电流因钢管1的电阻而产生焦耳热，由此，进行加热钢管1这样的感应加热（induction heating）。
第二单匝线圈主体12为铜合金制，具有环状的外形。第二单匝线圈主体12具有第二导电体，并在周向的一部分上具有第二绝缘部12b。优选第二绝缘部12b的厚度较薄。对于第二绝缘部12b的厚度而言，为了可靠地确保绝缘性，可以例举出其为1mm～2mm左右。第二单匝线圈主体12自钢管1隔开规定距离且覆盖钢管1的整周地配置在钢管1的周围。第二单匝线圈主体12在钢管1的轴向上与第一单匝线圈主体11配置成一列。
第二单匝线圈主体12具有与第一单匝线圈主体11的内周形状相同的内周形状。此外，第二单匝线圈主体12具有与第一单匝线圈主体11的外周形状相同的外周形状。
电极13c设置在位于第二绝缘部12b旁边的第二导电体的第二邻接部分12c。自后述的主体连接部14供给到第二单匝线圈主体12的第二导电体的交流电流在第二单匝线圈主体12的第二导电体中环绕之后，流向电极13c。由此，在第二单匝线圈主体12的内部产生磁通。由于流动的电流为交流电流，因此磁通的大小和朝向会发生变化，在钢管1中会感应产生涡电流来产生抵消该磁通的变化这样的磁通。此时，涡电流因钢管1的电阻而产生焦耳热，由此，进行加热钢管1这样的感应加热（induction heating）。
主体连接部14将在周向上与第一绝缘部11b邻接的第一邻接部分11c和在周向上与第二绝缘部12b邻接的第二邻接部分12c连接起来。
如后述那样，在与感应加热线圈10相对于钢管1的相对移动方向正交且在钢管1的轴向上投影而得的截面（以下，在本说明书中省略记载为“投影横截面”）中，第一邻接部分11c和第二邻接部分12c位于彼此不同的位置，因此，如图的1（a）及图1的（b）所示，主体连接部14具有以90度弯曲成大致L字形的截面形状。
主体连接部14经由第二单匝线圈主体的第二邻接部分12c向第二单匝线圈主体12供给自第一单匝线圈主体11的第一邻接部分11c流入的交流电流。
如图1的（c）所示，在感应加热线圈10中，周向的实质上的线圈匝数小于整体的线圈匝数时的非有效线圈长度Ln是第二绝缘部12b的宽度与第一绝缘部11b的L2的合计长度（L1＋L2），非有效线圈长度Ln为内周线圈长度L0的5％以下。优选Ln≤0.03×L0。
此外，如图1的（c）所示，在感应加热线圈10中，优选第一邻接部分11c和第二邻接部分12c在投影横截面中位于彼此不同的位置，具体地讲，优选第一邻接部分11c和第二邻接部分12c在投影横截面中位于按第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的中心角偏离5度～45度的位置。
在图7的（c）所示的采用以往技术思想的高频感应加热线圈5中，线圈匝数实质上为一的非有效线圈长度是配置有线圈连接部9－4的区域S（绝缘部9－1a与绝缘部9－2a之间的区域）加上绝缘部9－1a和绝缘部9－2a的长度，是与线圈宽度相同程度的较宽的宽度。相对于此，在本发明的图1的（c）所示的感应加热线圈10中，线圈匝数实质上为一的区域仅是第一绝缘部11b所在的区域及第二绝缘部12b所在的区域，从而会大幅度地削减向周向流动的电流实质上流动一匝的量的区域。
例如在第一绝缘部11b及第二绝缘部12b的厚度均为2mm的情况下，若将钢管1的直径设置为31.8mm，并且将第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的内径设置为37.8mm，则第二绝缘部12b的宽度L1与第一绝缘部11b的宽度L2的合计长度（L1＋L2）约为第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的内侧线圈长度118.75mm的3.4％。
此外，若将钢管1的直径设置为25.4mm，并且将第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的内径设置为31.4mm，则合计长度（L1＋L2）约为第一单匝线圈主体11或第二单匝线圈主体12的内侧线圈长度的4.1％。
另外，在基于以往的技术思想的感应加热线圈5中，非有效线圈长度与线圈宽度大致相等。在第一匝感应加热线圈的主体9－1的内径为31.4mm且线圈宽度为15mm的情况下，其非有效线圈长度约为内侧线圈长度的15％。
像通过对比图1的（d）和图7的（d）所理解的那样，若使用本发明的感应加热线圈10对钢管1进行感应加热，则与使用基于以往的技术思想的感应加热线圈5对钢管1进行感应加热的情况相比，会显著地减少钢管1的周向的温度差。例如，一边以80mm／sec的输送速度以非旋转的方式向普通钢制的钢管1的轴向输送该钢管1，一边使该钢管1穿过感应加热线圈10或感应加热线圈5的内部，由此，对该钢管1进行感应加热，该钢管1的外径（直径）为31.8mm，壁厚为1.8mm。于是，对于在钢管1中产生的周向的温度差而言，在感应加热线圈5的情况下约为240℃，但在感应加热线圈10的情况下减少至约80℃左右。这样，感应加热线圈10能够在钢管1的周向上均匀且在狭窄范围内稳定地加热该钢管1。
以上的说明是以感应加热线圈10包括两个单匝线圈主体11、12的方式为例。本发明并不限定于上述方式。本发明的感应加热线圈可以具有三个以上单匝线圈主体。第三单匝线圈主体与第一单匝线圈主体11和第二单匝线圈主体12配置成一列地配置在第一单匝线圈主体11与第二单匝线圈主体12之间、或者配置在第一单匝线圈主体12或第二单匝线圈主体12的旁边。鉴于缩窄加热宽度、设置位置的制约等理由，优选单匝线圈主体的设置数量为两个或三个。
另外，感应加热线圈的形状并不限定于圆形。例如可以是矩形、椭圆形、长圆形、多边形、多边形与圆的组合的横截面形状或者多边形与椭圆的组合的横截面形状。
制造装置20及制造方法
对通过将感应加热线圈10应用于弯曲加工装置0中而制造加工构件的状况进行说明。
图2是示意地表示应用了本发明的感应加热线圈10的加工构件的制造装置20的说明图。
如该图所示，上述制造装置20包括进给机构21、支承机构22、感应加热线圈10、冷却机构23及把持机构24。依次说明上述结构设备。
进给机构21
进给机构21用于将钢管1向该钢管1的纵长方向进给。
作为进给机构21例举出采用电动伺服缸的机构。进给机构21并不限定于特定的型式的机构。例如采用滚珠丝杠的机构、采用同步带、链的机构这样的、作为钢管1的该种进给机构的公知的机构，可同等地用作进给机构11。
钢管1由夹持机构25以移动自如的方式支承。进给机构21以规定的进给速度向钢管1的轴向（纵长方向）进给该钢管1。夹持机构25为了进给钢管1而支承钢管1。在设置有后述的支承机构22的情况下，可以省略夹持机构25。
在制造装置20中，进给机构21向钢管1的轴向进给该钢管1，并且，固定地设置有感应加热线圈10和冷却机构23。但是，本发明并不限定于上述方式。感应加热线圈10和冷却机构23只要以相对于钢管1相对移动自如的方式设置即可。例如，容许以下情况：（a）不进给钢管1而固定地配置该钢管1，并且，感应加热线圈10和冷却机构23相对于钢管1移动；（b）向钢管1的轴向进给该钢管1，并且，感应加热线圈10和冷却机构23还相对于钢管1移动。
支承机构22
支承机构22在第1位置A以移动自如的方式支承由进给机构21向钢管1的轴向进给的该钢管1。
作为支承机构22例举出固定引导件。支承机构22并不限定于特定的型式的机构。例如，作为支承机构22可以使用相对配置的一对或者一对以上的非驱动辊。作为该种支承机构的公知的支承机构，可同等地用作支承机构22。
钢管1通过支承机构的设置位置A，被向该钢管1的轴向进给。支承机构22可以被夹持机构25代替。
感应加热线圈10
感应加热线圈10用于在位于比第1位置A靠钢管1的进给方向下游的第2位置B处快速地对钢管1进行加热。
感应加热线圈10通过向第一单匝线圈主体11和第二单匝线圈主体12供给频率为5kHz～100kHz的交流电流，在第2位置B处对以5mm／sec～150mm／sec的进给速度进给的钢管1进行感应加热。
通过改变感应加热线圈10相对于钢管1的、在和与钢管1的轴向正交的方向平行的方向上的距离，能够以在钢管1的周向上不均匀的方式对钢管1的一部分进行加热。
图3的（a）及图3的（b）均是表示感应加热线圈10和钢管1之间的位置关系的说明图，图3的（a）是第一单匝线圈主体11和第二单匝线圈主体12与钢管1之间的间隔均等地为3.0mm的情况，图3的（b）是第一单匝线圈主体11的绝缘部11b和第二单匝线圈主体的第二绝缘部12b与钢管1之间的间隔为2.0mm，并且除第一绝缘部11b和第二绝缘部12b之外的部位中的感应加热线圈10与钢管1之间的间隔在2.0mm～4.0mm的范围内并且不均匀的情况。
在图3的（a）所示的情况下，钢管1的在第一绝缘部11b和第二绝缘部12b附近的位置的温度低于钢管1的其他位置的温度，钢管1的周向的温度差为80℃左右。
相对于此，在图3的（b）所示的情况下，钢管1的在第一绝缘部11b和第二绝缘部12b附近的位置的温度与钢管1的其他位置的温度之差变小，钢管1的周向的温度差为40℃左右。
通过并用在感应加热线圈10的上游侧设置的至少一个以上的钢管1的预热部件，能够对钢管1进行多次加热。由此，能够进一步减小钢管1的周向的温度差。
并且，通过并用在感应加热线圈10的上游侧设置的至少一个以上的钢管1的预热部件，还能够以在被进给的钢管1的周向或轴向上不均匀的方式对该钢管1进行加热。由此，能够进一步减小钢管1的周向的温度差。
如图1的（d）所例示，利用感应加热线圈10，一边显著地降低钢管1的周向的温度差，一边快速地对钢管1进行加热。
冷却机构23
冷却机构23配置在比第2位置B靠钢管1的进给方向下游的第3位置C上。冷却机构23用于冷却加热后的钢管1。钢管1通过被冷却机构23冷却，局部地形成向钢管1的轴向移动的高温部1a。高温部1a与其他部分相比，变形阻力大幅度地降低。
冷却机构23只要能够以所希望的冷却速度冷却钢管1即可，并不限定于特定的型式的冷却机构。通常，作为冷却机构23例举出通过对钢管1的外周面的规定的位置喷射冷却水来冷却钢管1的水冷机构。
如图1所示，朝向钢管1的进给方向倾斜地喷射冷却水。通过改变冷却机构23相对于钢管1的、在和与钢管1的轴向正交的方向平行的方向上的距离，能够调整高温部1a在轴向上的长度。
把持机构24
把持机构24配置在比第3位置C靠钢管1的进给方向下游的区域D中。把持机构24一边把持钢管1，一边在工作空间（workspace）内向三维方向移动，该工作空间包含比第3位置C靠钢管1的进给方向上游侧的空间。由此，把持机构24对形成在钢管1中的高温部1a施加弯曲力矩。通常，卡盘机构可用作把持机构24。
另外，在本发明中，当然能够使三维移动自如的把持机构24二维移动。通过使把持机构24二维移动，能够进行弯曲方向在二维上不同的弯曲加工，从而能够制造弯曲构件、例如能够制造S字弯曲这样的弯曲方向在二维上不同的弯曲构件。
“工作空间”的意思是指由式（1）、式（2）及式（3）规定的三维空间。
x＜0且（y=0或者y≥0.5D）且0≤θ＜360°········（1）
x2+（y-Rmin）2≥Rmin2·················（2）
x2+（y+Rmin）2≥Rmin2-（0.5D-Rmin）2+（0.5D+Rmin）2·······················（3）
其中，在式（1）～式（3）中，D的意思是指弯曲构件的最小外形尺寸（mm），Rmin的意思是指弯曲构件的最小曲率半径（mm），x、y、θ是将第2位置作为原点的圆柱坐标系，将弯曲构件的瞬时进给方向设为x的正方向，将在水平面内与x正交的方向设为y，将周向的角度设为θ。
通过把持机构24在工作空间内向三维方向移动来对钢管1进行弯曲加工，由此，制造沿着纵长方向断续地或者连续地具有弯曲部的弯曲构件。
由于工作空间是在观念上认识到的空间，因此，也可以在该工作空间内存在例如各种机构这样的有形物。
把持机构24包括具有柱状外形的主体26及移动机构29。
主体26由空心体构成。空心体具有与钢管1的外周面相适配的形状的内周面。主体26通过抵接于钢管1的顶端部的外表面进行配置来把持钢管1。
另外，主体26也可以与图1所示的例子不同，由具有与钢管1的内周面相对应的形状的外周面的筒体构成。在该情况下，主体26通过插入到钢管1的顶端部的内部进行配置来把持钢管1。
移动机构29由第一底座27及第二底座28构成。第一底座27搭载主体26，并且以向与钢管1在第1位置A处的进给方向正交的方向（图1中的上下方向）移动自如的方式配置。第二底座28以向上述进给方向移动自如的方式配置在第一底座27。
第一底座27的移动及第二底座28的移动均是通过使用滚珠丝杠及驱动马达来进行的。利用该移动机构29，主体26以在水平面内二维移动自如的方式配置。另外，图1中的附图标记30表示X轴俯仰操纵马达，附图标记31表示X轴移位马达，附图标记32表示Y轴俯仰操纵马达，附图标记33表示Y轴移位马达，附图标记34表示Z轴俯仰操纵马达，并且，附图标记35表示Z轴移位马达。
并且，也可以通过使用具有能够绕至少一个轴以上的轴旋转的关节的关节型机器人来代替图2所示的移动机构29而支承主体26。通过使用关节型机器人，会容易地以使主体26向三维方向移动自如的方式支承该主体26。
对利用制造装置20制造朝向纵长方向断续地或者连续地具有三维弯曲的弯曲加工部的加工产品的状况进行说明。
利用支承机构22在第1位置A处支承具有闭合的截面形状的长尺寸的钢管1，并且利用进给机构21向钢管1的纵长方向进给该钢管1。
在第2位置B处，通过向感应加热线圈10供给频率为5kHz～100kHz的交流电流，对以5mm／sec～150mm／sec的进给速度进给的钢管1进行感应加热。
通过在第3位置C处利用冷却机构23冷却钢管1，在钢管1中形成高温部1a。
并且，与作为目标的产品形状相对应地继续进行这样的处理：在区域D中，通过在包含比第3位置C靠钢管1的进给方向上游侧的空间的工作空间内向三维方向改变把持机构24的位置，对钢管1的高温部1a施加弯曲力矩。
由此，连续地制造朝向纵长方向断续地或者连续地具有三维弯曲的弯曲加工部的弯曲加工产品。
在该情况下，在第2位置B处将钢管1加热到可以局部地进行淬火的温度，并且，在第3位置C处以规定的冷却速度进行冷却，由此，能够对钢管1的一部分或者全部进行淬火。由此，弯曲加工产品至少沿纵长方向和／或与该纵长方向交叉的截面内的外周方向断续地或者连续地具有淬火部。
通过以如下方式配置制造装置20，能够连续地制造弯曲加工产品：
（a）将制造装置20配置在构成电焊钢管制造流水线的弯曲加工产品的连续制造装置中的后处理装置的出口侧，该连续制造装置包括：开卷机，其连续地放出带状钢板；成形装置，其将放出来的带状钢板成形为规定的截面形状的管；焊接装置，其通过将对接好的带状钢板的两侧边缘焊接起来而形成连续的管；以及后处理装置，其用于切削焊道及根据需要进行焊后退火、定径加工（サイジンゲ）；或者
（b）将制造装置20配置在构成辊成形流水线的弯曲加工产品的连续制造装置中的成形机构的出口侧，该连续制造装置包括：开卷机，其连续地放出带状钢板；以及成形机构，其将放出来的带状钢板成形为规定的截面形状。
采用本发明，无论是在通过进行弯曲方向在三维上不同的弯曲来制造弯曲加工产品的情况下，还是在需要对更高强度的金属材料进行弯曲加工的情况下，都能够在作为被加热体的金属材料的周向上均匀且在金属材料的轴向上的狭窄范围内稳定地形成加热区域。
由此，能够高效且廉价地制造高强度且形状保持性较佳、具有规定的硬度分布且具有所希望的尺寸精度、并且纵长方向上的曲率半径不为恒定而在纵长方向上具有至少两个曲率半径彼此不同的部分的弯曲加工产品。
而且，利用例如由多关节型机器人等支承的把持部件来把持金属材料地对金属材料进行弯曲加工，由此，能够将弯曲加工的角度确保得较大，从而能够确保表面特性、抑制表面缺陷，而且，能够确保弯曲加工精度，并且，能够以优异的作业效率进行弯曲加工。
本发明例如能够广泛地用作弯曲加工产品的弯曲加工技术，例如要求进一步提高弯曲度的汽车用弯曲加工产品的弯曲加工技术。
利用本发明制造的淬火钢材例如能够应用于以下例示的用途（i）～（vii）。
（i）汽车悬架的下悬架臂、制动踏板这样的汽车的强度构件；
（ii）汽车的各种加强件、撑臂等加强构件；
（iii）保险杠、车门防撞杆、侧梁、悬架支撑件、车柱、下纵梁（サイドシル）等汽车的结构构件；
（iv）自行车、机动两轮车等的车架、曲轴；
（v）电车等车辆的加强构件、载货车部件（载货车架、各种梁等）；
（vi）船体等的框架部件、加强构件；
（vii）家电产品的强度构件、加强构件或者结构构件；
实施例
使用将图1所示的感应加热线圈10应用于图6所示的制造装置0中而得的制造装置、及将图7所示的比较例的感应加热线圈5应用于图6所示的制造装置0中而得的制造装置，一边以80mm／sec的输送速度以非旋转的方式向普通钢制的钢管1的轴向输送该钢管1，一边使该钢管1穿过感应加热线圈10或感应加热线圈5的内部，由此，对该钢管1进行了感应加热，该钢管1的外径（直径）为31.8mm，壁厚为1.8mm。而且，在钢管1的周向的两处部位P1、P2安装多个热电偶，一边输送钢管1，一边对加热时的钢管1的温度进行了测量。
图4是表示本发明的结果的曲线图，图5是表示比较例的结果的曲线图。
另外，测定位置为一并记在图4、图5的曲线图中的部位P1、P2。部位P1是在横截面内第一绝缘部11b和第二绝缘部12b所夹着的区域的位置，即为在比较例的感应加热线圈5中线圈匝数实质上为一匝的位置。此外，部位P2是自部位P1按主体11的中心角偏离90度的位置。图4、图5的曲线图中的实线是部位P的测量结果，虚线是部位P2的测量结果。
此外，图4、图5的曲线图中的纵轴T表示钢管1的温度（℃），横轴SP表示在钢管1的轴向上的进给位置（mm）。
像在图5中用曲线图表示的那样，在比较例中钢管1的周向的温度差约为260℃，相对于此，像在图4中用曲线图表示的那样，采用本发明例，钢管1的周向的温度差降低到约80℃。

Claims (3)

1.一种感应加热线圈，其一边相对于不伴随有旋转的长尺寸的金属材料进行相对移动，一边对该金属材料进行感应加热，其特征在于，
在将非有效线圈长度设为Ln，将内周线圈长度设为L0的情况下，Ln／L0为0.05以下。
2.一种加工构件的制造装置，其特征在于，包括：
权利要求1所述的感应加热线圈；
冷却机构，其一边与上述感应加热线圈一起相对于上述金属材料进行相对移动，一边对由上述感应加热线圈感应加热后的上述金属材料进行冷却，从而在上述金属材料中形成向上述金属材料的轴向移动的高温部；以及
加工机构，其对上述高温部施加弯曲力矩。
3.一种加工构件的制造方法，其特征在于，
一边使权利要求1所述的感应加热线圈相对于不绕中心轴线旋转的长尺寸的金属材料沿该金属材料的轴向进行相对移动，一边对该金属材料进行感应加热，并且，利用与上述感应加热线圈一起相对于上述金属材料进行相对移动的冷却机构对由上述感应加热线圈感应加热后的上述金属材料进行冷却，从而在上述金属材料中形成向上述金属材料的轴向移动的高温部，之后，对该高温部施加弯曲力矩。
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