WO2017169235A1 - 中空スタビライザ製造方法及び中空スタビライザ製造装置 - Google Patents

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WO2017169235A1
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carburizing
hollow stabilizer
mounting member
gas
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盛通 甲斐
彰 丹下
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日本発條株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a hollow stabilizer manufacturing method for manufacturing a hollow stabilizer for a vehicle and a hollow stabilizer manufacturing apparatus used in the manufacturing method.
  • Vehicles such as automobiles are equipped with stabilizers to improve the ride comfort by suppressing the tilt of the vehicle body when turning.
  • the stabilizer is, for example, a torsion bar bent in a U shape.
  • a hollow stabilizer having a hollow spring inside is also known. I want to harden the steel pipe outer surface and the steel pipe inner surface of the hollow stabilizer in order to improve fatigue resistance.
  • Quenching is widely known as a method for curing the surface.
  • the hardness of the steel is determined by the carbon concentration.
  • the surface of the hollow stabilizer has already been slightly decarburized from the stage of the raw material tube. Decarburization proceeds further when the hollow stabilizer is heated to a high temperature for quenching. Since the residual compressive stress can be generated by a simple method such as shot peening on the outer surface of the steel pipe, there is no problem even if the carbon concentration is not perfect.
  • the inner surface of the steel pipe is difficult to process such as shot peening. In order to improve fatigue resistance, there is a demand for enhancing the effect of quenching on the inner surface of a steel pipe, particularly on the inner surface of a steel pipe.
  • Patent Document 1 In order to increase the hardness after quenching, it is conceivable to adjust the carbon concentration by carburizing the inner surface of the steel pipe before quenching (for example, Patent Document 1).
  • a liquid carburizing agent is attached to the inner surface of the steel pipe by dipping or coating, the amount of carbon to be carburized is too large. There may be unevenness in the carbon concentration at each site. Generation of an excessively hardened portion is not preferable for a hollow spring that requires toughness as a spring.
  • a hollow stabilizer is introduced into a carburizing furnace filled with carburizing gas, a dedicated carburizing furnace and a shift furnace are required, so that the equipment cost and the management cost are high. The energy consumed to heat the furnace is increased. Since the charging into the furnace becomes a batch type, the time required for completing the hollow stabilizer in the production line is extended.
  • An object of the present invention is to provide a hollow stabilizer that can continuously carburize and quench a hollow stabilizer, saves the time and energy required for carburizing, and does not require a dedicated carburizing furnace or the like for carburizing.
  • a manufacturing method and a hollow stabilizer manufacturing apparatus are provided.
  • the hollow stabilizer manufacturing method continuously carburizes and quenches the inner surface of a hollow stabilizer for a vehicle.
  • a first attachment member and a second attachment member are attached to one end and the other end of the formed steel pipe, respectively, and the steel pipe is heated.
  • the steel pipe may be heated after mounting the first mounting member and the second mounting member on one end and the other end, respectively, or the first mounting member and the second mounting on the one end and the other end after heating the steel pipe.
  • Each member may be mounted.
  • the carburizing gas is fed into the inner space of the steel pipe through the first mounting member, and the inner surface of the steel pipe is recovered by collecting the atmosphere and excess carburizing gas from the inner space through the second mounting member. Carburize. By quenching the steel pipe that has become hot during carburizing, the steel pipe is quenched continuously with carburizing.
  • the hollow stabilizer manufacturing apparatus which concerns on one Embodiment is provided with the 1st material attachment member, the 2nd attachment member, the air supply apparatus, the exhaust apparatus, the heating apparatus, the cooling tank, and the conveying apparatus.
  • the first attachment member is attached to one end of the formed steel pipe.
  • the second attachment member is attached to the other end of the steel pipe.
  • the air supply device sends carburizing gas into the internal space of the steel pipe via the first mounting member.
  • the exhaust device collects air and surplus carburizing gas from the internal space via the second mounting member.
  • the heating device heats the steel pipe.
  • the cooling tank quenches the steel pipe.
  • a conveyance apparatus conveys a steel pipe from a heating apparatus to a cooling tank.
  • FIG. 6 It is a figure which shows typically the structure of the hollow stabilizer manufacturing apparatus of one Embodiment. It is sectional drawing which shows an example of the source gas supply source shown by FIG. It is sectional drawing which shows the end of the steel pipe carburized by the carburizing method which concerns on this embodiment. It is a perspective view which shows the end of the hollow stabilizer of a completed product. It is a figure which shows an example of the flow of a hollow stabilizer manufacturing method. It is a figure which shows an example of the flow of the carburizing and quenching process shown by FIG. It is a figure which shows an example of the relationship between the temperature of the hollow stabilizer in the carburizing and hardening process shown by FIG. 6, the carbon potential value of carburizing gas, and elapsed time.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a hollow stabilizer manufacturing apparatus 1.
  • the hollow stabilizer manufacturing apparatus 1 includes a quenching device 2 and a carburizing device 3.
  • the quenching device 2 includes a heating device 4, a cooling tank 5, and a transport device 6.
  • the carburizing device 3 includes an air supply device 7 and an exhaust device 8.
  • the heating device 4 includes a first electrode 41, a second electrode 42, and a power source 43.
  • the 1st electrode 41 and the 2nd electrode 42 are electrically connected with the power supply 43, and clamp the steel pipe 100 processed into the hollow stabilizer 100E.
  • the power source 43 supplies a current between the first electrode 41 and the second electrode 42 to energize and heat the steel pipe 100.
  • the cooling tank 5 is a container that can accommodate the steel pipe 100 and is filled with oil or water.
  • the transport device 6 is, for example, a transport robot, and grips the steel pipe 100 in a high temperature state and transports it from the heating device 4 to the cooling bath 5.
  • the air supply device 7 includes, for example, a source gas supply source 71, a carrier gas supply source 72, a flow rate regulator 73, an introduction pipe 74, and a first attachment member 75.
  • the source gas supply source 71 supplies a source gas containing a carburizable organic compound.
  • the source gas supply source 71 will be described later with reference to FIG.
  • the carrier gas supply source 72 is, for example, a gas cylinder, and supplies an inert gas such as nitrogen or argon.
  • the flow rate regulator 73 is connected to the source gas supply source 71 and the carrier gas supply source 72, and mixes the source gas supplied from the source gas supply source 71 and the inert gas supplied from the carrier gas supply source 72. Then, a carburizing gas containing a raw material gas having a predetermined concentration is prepared and sent to the introduction pipe 74 while controlling the flow rate and the mixing ratio. In addition, if it is a predetermined carbon potential value before dilution, the carburizing gas may be only a raw material gas that has not been diluted with an inert gas.
  • a first attachment member 75 is provided at the distal end of the introduction pipe 74.
  • the first mounting member (first base) 75 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the one end 101 of the steel pipe 100 and is fitted on the one end 101. Note that the first mounting member 75 can be fitted into the one end 101 by being smaller than the one end 101.
  • the exhaust device 8 includes a discharge pipe 81 and a second attachment member 82.
  • a second attachment member 82 is provided at the tip of the discharge pipe 81.
  • the proximal end of the discharge pipe 81 is connected to an external exhaust system 83.
  • the second mounting member (second base) 82 has substantially the same shape as the first mounting member 75 and is externally fitted to the other end 102 of the steel pipe 100.
  • the carburizing apparatus 3 further includes a sensor 84, an emergency exhaust valve 85, and a vacuum pump 86.
  • the sensor 84 is an infrared gas concentration measuring device, for example, and measures the carbon concentration value of the carburizing gas that has circulated through the steel pipe 100 by measuring the CO concentration and the CO 2 concentration.
  • the sensor 84 may be a zirconia O 2 sensor that measures the O 2 concentration and calculates the carbon potential value, or may be another sensor.
  • the emergency exhaust valve 85 allows the carburizing gas to escape safely from the steel pipe 100, the introduction pipe 74, and the discharge pipe 81 when an abnormality is detected.
  • the vacuum pump 86 evacuates the steel pipe 100, the introduction pipe 74, and the discharge pipe 81, for example, during the test operation and maintenance of the carburizing apparatus 3.
  • the sensor 84, the emergency exhaust valve 85, and the vacuum pump 86 are not essential components and can be omitted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a source gas supply source 71 that generates source gas.
  • the source gas supply source 71 is, for example, an alcohol vapor generator that generates alcohol vapor.
  • the source gas supply source 71 is not limited to the example shown in FIG. Other examples include a shift furnace that generates an endothermic shift gas (RX gas) from hydrocarbon gas and air, a cylinder that supplies high-concentration CO gas, and the like.
  • the source gas is not limited to a carburizable organic compound in a gas phase state.
  • the carburizable organic compound may be in a liquid phase state or a solid phase state as long as it can be continuously supplied from the source gas supply source 71 into the steel pipe 100.
  • the carburizing organic compound contained in source gas is not limited to 1 type, You may combine multiple types.
  • the raw material gas supply source (alcohol vapor generator) 71 includes a tray 76 containing a liquid organic compound, a porous block 77, and a high temperature gas supply source 78.
  • a liquid organic compound contained in the tray 76 is alcohol such as methanol or ethanol.
  • the organic compound in the tray 76 is not limited to alcohol as long as it is liquid at room temperature. For example, it may be a ketone such as acetone or a carboxylic acid.
  • the porous block 77 is made of an open-cell porous body, and has a flow hole 79 penetrating through the inside.
  • An example of the porous body is a refractory brick. At least a part of the porous block 77 is immersed in the organic compound in the tray 76.
  • the high-temperature gas supply source 78 sends heated inert gas such as nitrogen or argon into the porous block 77 through the circulation hole 79.
  • the carrier gas supply source 72 described above may also function as the high-temperature gas supply source 78. In that case, a heater may be provided by branching the flow path of the carrier gas supply source 72.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing one end 101 of the steel pipe 100 carburized by the carburizing method according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing one end 101 of the finished hollow stabilizer 100E.
  • the unheated part 111 formed in the one end 101 and the other end 102 is demonstrated with reference to FIG.3 and FIG.4.
  • the other end 102 has substantially the same configuration as the one end 101. Therefore, the one end 101 will be described in detail as a representative, and the duplicate description of the other end 102 will be omitted.
  • a first attachment member 75 is attached to one end 101 of the steel pipe 100 during carburizing.
  • a first electrode 41 is mounted slightly inside the one end 101.
  • a second attachment member 82 is attached to the other end 102.
  • a second electrode 42 is mounted slightly inside the other end 102.
  • the carburizing gas is fed into the internal space 103 through the first mounting member 75, and the atmosphere and carburizing gas are recovered from the internal space 103 through the second mounting member 82. Carburizing gas is in circulation. At this time, the steel pipe outer surface 104 of the steel pipe 100 is open to the atmosphere. In the heating unit 110, the steel pipe inner surface 105 is heated.
  • the organic compound contained in the carburizing gas is adsorbed on the inner surface 105 of the steel pipe.
  • the adsorbed organic compounds are sequentially decomposed from higher to lower. For example, in the case of ethanol, it is decomposed into C 2 H 5 OH ⁇ CH 4 + CO + H 2 . In the case of methanol, it is decomposed into CH 3 OH ⁇ CO + 2H 2 .
  • the part including the one end 101 and the other end 102 of the steel pipe 100 is plastically deformed by terminal processing described later, and is formed as a fixing portion 111E for fixing the finished hollow stabilizer 100E to the vehicle.
  • the fixing portion (eyeball portion) 111 ⁇ / b> E is formed at a site that was the unheated portion 111.
  • the other end 102 is similarly formed with a fixed portion at a site that was an unheated portion.
  • the heating unit 110 When the hollow stabilizer 100E is mounted on the vehicle, the heating unit 110 is normally supported on the vehicle body side via a rubber bush or the like.
  • the fixed portion 111E is coupled to the suspension side of the suspension device via a stabilizer link.
  • the carburized layer can be formed before quenching in the heating unit 110 where a large load is applied from the vehicle body so as to improve the fatigue resistance.
  • the fixed portion 111E where the load is not so much applied, it can be left as the unheated portion 111 where the carburized layer is not formed before quenching so as to be easily processed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a flow of a hollow stabilizer manufacturing process.
  • an element pipe formed from a spring steel material or the like is bent to form a spring-shaped (torsion bar) steel pipe 100 as an example shown in FIG. 1 (step A: bending).
  • the type of spring steel material is not particularly limited, but a low carbon Mn—B steel having a carbon concentration of about 0.15 to 0.40 mass% can be used.
  • SAE10B21 and SAE15B26 complying with the regulations of the American Automotive Engineers Association can be mentioned.
  • Other examples include 26MnB5 and 34MnB5.
  • SAE9254 conforming to the regulations of the American Automotive Engineers Association can be cited.
  • the steel type is not limited to spring steel, and may be high strength steel or carburizing steel.
  • the bending is performed by cold working.
  • the steel pipe 100 formed in a spring shape is carburized and quenched (step B: carburizing and quenching). Carburization and quenching will be described in detail later with reference to FIG.
  • the steel pipe 100 is tempered to adjust the hardness (step C: tempering). In gears, camshafts, etc., tempering is usually performed at less than 250 ° C. In this embodiment, in order to ensure the toughness required as a stabilizer, the temperature range of gears, camshafts, etc. is avoided while avoiding the low temperature tempering brittle temperature range. Tempering at slightly higher temperatures is preferred. An example of the tempering temperature according to this embodiment is 150 to 350 ° C.
  • the one end 101 and the other end 102 are plastically deformed to form the fixing portion 111E shown in FIG. 4 (step D: terminal processing).
  • step D terminal processing
  • one end 101 and the other end 102 are upset to form a solid part in the unheated part 111, and the solid part is crushed in the radial direction from the peripheral surface and pressed flat.
  • the fixing portion 111E may be pressed in one step, or the fixing portion 111E may be formed by other plastic deformation.
  • Shot peening is applied to the outer surface 104 of the steel pipe (step E: shot peening).
  • the steel pipe outer surface 104 can be hardened and the surface stress of the steel pipe outer surface 104 can be made uniform. Moreover, a residual compressive stress can be given to the steel pipe outer surface 104, and durability and fatigue fracture resistance can be improved.
  • a chemical conversion treatment layer is formed on the outer surface 104 of the steel pipe (process F: chemical conversion treatment).
  • the chemical conversion treatment layer can be formed of a phosphate such as zinc phosphate.
  • the outer surface 104 of the steel pipe is painted (process G: painting).
  • the coating film can be formed by, for example, powder baking coating.
  • FIG. 6 is an example of a detailed procedure of carburizing and quenching (step B) shown in FIG.
  • the hollow stabilizer manufacturing method of the present invention is characterized in that the carburizing and quenching of the inner surface 105 of the steel pipe is continuously performed.
  • the first electrode 41 and the second electrode 42 are clamped near the one end 101 and the other end 102 of the steel pipe 100, respectively, and the first electrode 41 and the second electrode 42 and the steel pipe 100 are electrically connected.
  • the 1st attachment member 75 and the 2nd attachment member 82 are each attached to the one end 101 and the other end 102 of the steel pipe 100 (procedure B2). Note that the procedure B1 and the procedure B2 may be reversed.
  • the current is supplied between the first electrode 41 and the second electrode 42 to heat the heating unit 110 of the steel pipe 100 (procedure B3).
  • Carburizing gas is supplied to the first mounting member 75, and the carburizing gas is circulated in the internal space 103 of the steel pipe 100. (Procedure B4).
  • the carburizing gas is adsorbed on the inner surface 105 of the steel pipe heated in the heating unit 110, the carbon of the carburizing gas is solid-solved in the steel pipe 100 by the above-mentioned Boudoor reaction, and a carburized layer is formed on the surface portion of the inner surface 105 of the steel pipe.
  • the carburized layer is not formed because the equilibrium state of the Boudoor reaction is biased to the left side.
  • a carburized layer containing excessive carbon is formed so that the carbon concentration is suitable for quenching after the elapse of the conveyance time (diffusion period) described later, and the supply of the carburizing gas to the first mounting member 75 is completed. (Procedure B5).
  • the energization between the first electrode 41 and the second electrode 42 is stopped and heating of the steel pipe 100 is stopped (procedure B6).
  • the first attachment member 75 and the second attachment member are removed (procedure B7).
  • the first electrode 41 and the second electrode 42 are unclamped to disconnect the electrical connection with the steel pipe 100 (procedure B8).
  • the steel pipe 100 that has reached a high temperature is transported from the heating device 4 to the cooling bath 5 using the transport device (transport robot) 6 (procedure B9). At this time, carbon that has been dissolved in an excessive concentration in the vicinity of the surface of the steel pipe inner surface 105 diffuses in the thickness direction of the steel pipe 100.
  • the steel pipe 100 is put into the cooling bath 5 and rapidly cooled with a temperature gradient in which a quenched structure (martensite) is generated (procedure B10). Thereby, a hardened structure is formed in the surface layer portion of the steel pipe inner surface 105 of the steel pipe 100. That is, this embodiment quenches a steel pipe continuously with carburizing by quenching the steel pipe which became high temperature in carburizing.
  • a quenched structure martensite
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the temperature of the steel pipe inner surface 105 of the steel pipe 100 and the carbon potential value of the carburizing gas in the carburizing and quenching (step B) shown in FIG. 5 and the elapsed time. It is, for example, 60 seconds from the supply stop of the carburizing gas (procedure B5) to the rapid cooling (procedure B10).
  • the steel pipe 100 immediately after the stop of the carburizing gas supply is carburized at an excessive concentration near the surface of the inner surface 105 of the steel pipe in the thickness direction. An excessive concentration of carbon diffuses into the material from the surface of the steel pipe inner surface 105 in the thickness direction while the steel pipe 100 is being transported.
  • the carbon concentration of the surface layer portion of the steel pipe inner surface 105 is 0.6 mass.
  • the steel pipe 100 is rapidly cooled at the timing when it is lowered to about%.
  • the quenching temperature is, for example, 980 to 1000 ° C. (austenitizing temperature).
  • the temperature of the steel pipe 100 gradually decreases between the procedure B5 and the procedure B10.
  • a carburizing gas is flowed during the heating (procedure B3 to procedure B6) for quenching (procedure B4). Since carburizing and quenching can be performed continuously, energy consumption can be saved as compared with the case where heating for carburizing and heating for quenching are performed separately.
  • the steel pipe inner surface 105 is carburized by energization heating in a state where the steel pipe outer surface 104 is opened to the atmosphere. That is, the steel pipe inner surface 105 can be carburized without putting it into a dedicated carburizing furnace. Since no special carburizing furnace or transformation furnace is required, equipment and management costs can be saved. The amount of carburizing gas used can also be saved.
  • the carburizing furnace When the carburizing furnace is put into a batch type, the time required for completing the hollow stabilizer 100E in the production line is extended.
  • the carburizing process can be added to the quenching process without extending the time required for manufacturing the hollow stabilizer 100E.
  • the carbon decarburized from the inner surface 105 of the steel pipe is recovered by carburizing and then quenched. Since the quenching effect is improved, sufficient fatigue strength can be secured on the inner surface 105 of the steel pipe without performing shot peening or the like.
  • shot peening can also be performed on the steel pipe inner surface 105.
  • residual compressive stress exceeding the yield stress of the material to be treated cannot be generated, but according to the present embodiment, the yield stress of the steel pipe inner surface 105 that has been reduced by decarburization can be recovered. Therefore, the effect can be improved when performing shot peening.
  • the unheated part 111 in which the steel pipe inner surface 105 is not carburized is left in the part near one end 101 and the part near the other end 102 in the entire length of the steel pipe 100, respectively. Is fixed to form a fixed portion (eyeball portion) 111E for mounting the hollow stabilizer 100E on the vehicle.
  • the fatigue strength can be improved in the heating part 110 in the entire length of the hollow stabilizer 100E, and cracks can be prevented from occurring in the fixing part 111E.
  • alcohol vapor is used as a raw material for carburizing gas. Since alcohol such as ethanol as a raw material can be obtained at a low price, the manufacturing cost can be reduced. Since the raw material for carburizing gas is liquid at room temperature, there is less risk of explosion due to gas leakage or the like compared to the case of using RX gas or the like, and the safety of the factory can be improved.
  • the hollow stabilizer manufacturing apparatus 1 can be suitably used for the hollow stabilizer manufacturing method of the present embodiment. Therefore, the various outstanding effects by the hollow stabilizer manufacturing method of this embodiment described until now can be show
  • the hollow stabilizer manufacturing apparatus 1 includes a source gas supply source 71 which is an alcohol vapor generator.
  • the source gas supply source 71 is simple and compact in configuration as compared with a shift furnace or the like generally used for converting RX gas. Since the configuration of the source gas supply source 71 is simple, the equipment cost can be saved. Since the source gas supply source 71 is compact, the carburizing apparatus 3 can be laid out near the quenching apparatus 2. When the distance between the carburizing device 3 and the quenching device 2 is reduced, carburizing and quenching can be performed continuously, and energy consumed can be saved. The diffusion period can be optimized by adjusting the transport time. And the installation space of the carburizing apparatus 3 can be saved.
  • FIG. 8 is a modification of the carburizing and quenching process shown in FIG.
  • the mixing ratio of the raw material gas (alcohol vapor, RX gas, etc.) for supplying carbon and the inert gas is changed in a time-sharing manner.
  • a carburizing gas having a high concentration of the raw material gas and a carburizing gas having only a very low concentration of the raw material gas, which is substantially only an inert gas are switched by the flow rate regulator 73 and supplied alternately at regular intervals.
  • the carbon potential value of the atmosphere in the internal space 103 of the steel pipe 100 is high during the time when the carburizing gas having a high concentration of raw material gas is supplied (carburizing period).
  • the carbon potential value of the atmosphere in the internal space 103 of the steel pipe 100 is low.
  • the interval is preferably kept longer than the carburizing period.
  • the carburizing period is held for 7 seconds and the interval is held for 53 seconds.
  • the interval time is, for example, 7 to 10 times as long as the carburizing period.
  • a carburizing gas having a high concentration of the raw material gas is flowed twice and a carburizing gas having a low concentration of the raw material gas is flowed once.
  • a carburizing gas having a high raw material gas concentration is flowed (first carburizing period)
  • a carburizing gas having a low raw material gas concentration is flowed (first interval)
  • the raw material is again supplied.
  • second carburizing period the heated steel pipe 100 is conveyed to the cooling bath 5 and quenched.
  • carbon that has been carburized in the second carburizing period diffuses in the thickness direction. That is, the conveyance time is configured to serve as the second interval, and the carburizing cycle is repeated twice.
  • the carburizing cycle including the carburizing period and the interval described above is repeated one to several times during heating.
  • the carburized layer can be formed by freely controlling the carbon concentration to a depth of about 1 mm from the surface of the inner surface 105 of the steel pipe.
  • the carbon concentration of the carburized layer formed according to the second embodiment is, for example, 0.4 to 1.2% by mass.
  • the third embodiment shown in FIG. 9 is a further modification of the carburizing and quenching process shown in FIG.
  • a predetermined temperature a temperature at which the austenitizing temperature can be maintained even after transport
  • the temperature after the temperature rise is maintained for a certain period of time without being transported immediately.
  • the carburization cycle is repeated while the temperature is maintained.
  • a carburizing gas having a high concentration of the raw material gas is flowed four times, and a carburizing gas having a low concentration of the raw material gas is flowed three times.
  • the first carburizing period and interval and the second carburizing period and interval are performed while raising the temperature of the steel pipe 100 to a predetermined temperature.
  • the heated steel pipe 100 is conveyed to the cooling bath 5 and quenched.
  • carbon that has been carburized in the fourth carburizing period diffuses in the thickness direction. That is, the conveyance time is configured to serve as the fourth interval, and the carburizing cycle is repeated four times.
  • the carburizing cycle can be repeatedly performed in a longer time than in the second embodiment because there is a temperature rising holding time in addition to the temperature rising time.
  • the spring can be adjusted hard by forming a carburized layer having a higher carbon concentration than in the second embodiment. It can also be applied to steel types that are difficult to carburize by increasing the number of carburizing cycles.

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Abstract

中空スタビライザの浸炭及び焼き入れを連続で行うことが可能で浸炭に必要な時間と消費するエネルギーとを節約でき、浸炭のために専用の浸炭炉等を必要としない中空スタビライザ製造方法及び中空スタビライザ製造装置を提供する。中空スタビライザ製造方法は、成形された鋼管（１００）の一端（１０１）及び他端（１０２）に第１取付部材（７５）及び第２取付部材（８２）をそれぞれ装着して鋼管（１００）を加熱する。第１取付部材（７５）を介して加熱された鋼管（１００）の内部空間（１０３）に浸炭性ガスを送り込むとともに、第２取付部材（８２）を介して内部空間（１０３）から大気や余剰の浸炭性ガスを回収することにより、鋼管内面（１０５）を浸炭する。加熱された鋼管（１００）を急冷することにより、浸炭と連続して鋼管（１００）を焼入れする。

Description

中空スタビライザ製造方法及び中空スタビライザ製造装置
　本発明の実施形態は、車両用の中空スタビライザを製造する中空スタビライザ製造方法及び該製造方法に用いる中空スタビライザ製造装置に関する。
　自動車等の車両には、旋回時の車体の傾きを抑えて乗り心地を向上させるためにスタビライザが装着されている。スタビライザは、例えばＵ字状に曲げられたトーションバーである。車両を軽量化するために、ばね内部を中空にした中空スタビライザも知られている。耐疲労性を向上させるために中空スタビライザの鋼管外面及び鋼管内面を硬化させたい。
　表面を硬化させる方法として、焼入れが広く知られている。理想的な冷却速度で焼入れされた場合、鋼の硬度は炭素濃度で決定される。しかしながら、中空スタビライザの表面は、材料である素管の段階からすでに若干脱炭している。焼入れのために中空スタビライザを高温にするとさらに脱炭が進む。鋼管外面であればショットピーニング等の簡易な方法で残留圧縮応力を生じさせることができるため、炭素濃度が万全でなくても問題ない。一方、鋼管内面はショットピーニング等の処理が困難である。耐疲労性向上のため、中空スタビライザのとりわけ鋼管内面において焼入れの効果を高めたい需要がある。
　焼入れ後の硬度を高めるため、焼入れ前に鋼管内面を浸炭して炭素濃度を調整することが考えられる（例えば、特許文献１）。しかしながら、浸漬や塗付により液状の浸炭剤を鋼管内面に付着させる場合、浸炭される炭素の量が多すぎる。部位毎の炭素濃度にムラが生じることもある。過剰に硬化される部位が生じることは、ばねとしての靱性を要求される中空ばねにとって好ましくない。また、浸炭性ガスで満たした浸炭炉の内部に中空スタビライザを投入する場合、専用の浸炭炉及び変成炉が必要となるため設備費及び管理費が高価になる。炉内を加熱するために消費するエネルギーが増加する。炉内への投入がバッチ式になるため、製造ラインにおいて中空スタビライザが完成するまでに要する時間が延びる。
特開２０００－１１８２２４号公報
　本発明の目的は、中空スタビライザの浸炭及び焼き入れを連続で行うことが可能で浸炭に必要な時間と消費するエネルギーとを節約でき、浸炭のために専用の浸炭炉等を必要としない中空スタビライザ製造方法及び中空スタビライザ製造装置を提供することである。
　一実施形態に係る中空スタビライザ製造方法は、車両用の中空スタビライザの内面の浸炭及び焼入れを連続して行う。まず、成形された鋼管の一端及び他端に第１取付部材及び第２取付部材をそれぞれ装着して鋼管を加熱する。なお、一端及び他端に第１取付部材及び第２取付部材をそれぞれ装着してから鋼管を加熱してもよいし、鋼管を加熱してから一端及び他端に第１取付部材及び第２取付部材をそれぞれ装着してもよい。鋼管を加熱中に第１取付部材を介して鋼管の内部空間に浸炭性ガスを送り込むとともに、第２取付部材を介して内部空間から大気や余剰の浸炭性ガスを回収することにより、鋼管の内面を浸炭する。浸炭において高温になった状態の鋼管を急冷することにより、浸炭と連続して鋼管を焼入れする。
　また、一実施形態に係る中空スタビライザ製造装置は、第１材取付部材と、第２取付部材と、給気装置と、排気装置と、加熱装置と、冷却槽と、搬送装置と、を備えている。第１取付部材は、成形された鋼管の一端に装着される。第２取付部材は、鋼管の他端に装着される。給気装置は、第１取付部材を介して鋼管の内部空間に浸炭性ガスを送り込む。排気装置は、第２取付部材を介して内部空間から大気や余剰の浸炭性ガスを回収する。加熱装置は、鋼管を加熱する。冷却槽は、鋼管を急冷する。搬送装置は、鋼管を加熱装置から冷却槽に搬送する。
一実施形態の中空スタビライザ製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１に示された原料ガス供給源の一例を示す断面図である。 本実施形態に係る浸炭方法により浸炭されている鋼管の一端を示す断面図である。 完成品の中空スタビライザの一端を示す斜視図である。 中空スタビライザ製造方法の流れの一例を示す図である。 図５に示された浸炭及び焼入れ工程の流れの一例を示す図である。 図６に示された浸炭及び焼入れ工程における中空スタビライザの温度及び浸炭性ガスのカーボンポテンシャル値と経過時間との関係の一例を示す図である。 第２実施形態に係る浸炭及び焼入れ工程における中空スタビライザの温度及び浸炭性ガスのカーボンポテンシャル値と経過時間との関係の一例を示す図である。 第３実施形態に係る浸炭及び焼入れ工程における中空スタビライザの温度及び浸炭性ガスのカーボンポテンシャル値と経過時間との関係の一例を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態のコイルばね製造装置について、図１乃至図９を参照して説明する。　
　図１は、中空スタビライザ製造装置１の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、中空スタビライザ製造装置１は、焼入れ装置２と、浸炭装置３と、を備えている。焼入れ装置２は、加熱装置４と、冷却槽５と、搬送装置６と、を備えている。浸炭装置３は、給気装置７と、排気装置８と、を備えている。
　加熱装置４は、第１電極４１と、第２電極４２と、電源４３と、を備えている。第１電極４１及び第２電極４２は、電源４３と電気的に接続されており、中空スタビライザ１００Ｅに加工される鋼管１００を挟持する。電源４３は、第１電極４１と第２電極４２との間に電流を流し、鋼管１００を通電加熱する。
　冷却槽５は、鋼管１００を収容可能な容器であって、油又は水で満たされている。搬送装置６は、例えば搬送ロボットであって、高温になった状態の鋼管１００を把持して加熱装置４から冷却槽５へと搬送する。
　給気装置７は、例えば、原料ガス供給源７１と、キャリアガス供給源７２と、流量調整器７３と、導入管７４と、第１取付部材７５と、を備えている。　
　原料ガス供給源７１は、浸炭性の有機化合物を含んだ原料ガスを供給する。原料ガス供給源７１については図２を参照して後で説明する。キャリアガス供給源７２は、例えばガスボンベであって、窒素やアルゴン等の不活性ガスを供給する。
　流量調整器７３は、原料ガス供給源７１及びキャリアガス供給源７２に接続されており、原料ガス供給源７１から供給された原料ガスとキャリアガス供給源７２から供給された不活性ガスとを混合して所定の濃度の原料ガスが含まれた浸炭性ガスを調製し、流量及び混合比を制御しつつ導入管７４に送り出す。なお、希釈前にすでに所定のカーボンポテンシャル値であれば、浸炭性ガスは、不活性ガスで希釈されていない原料ガスのみでもよい。導入管７４の先端には、第１取付部材７５が設けられている。第１取付部材（第１口金）７５は、鋼管１００の一端１０１の外径よりも僅かに大きい内径を有し、一端１０１に外嵌されている。なお、一端１０１よりも小さく形成して第１取付部材７５を一端１０１に内嵌させることもできる。
　排気装置８は、排出管８１と、第２取付部材８２と、を備えている。排出管８１の先端には、第２取付部材８２が設けられている。排出管８１の基端は、外部の排気系８３に接続されている。第２取付部材（第２口金）８２は、第１取付部材７５と略同一の形状を有し、鋼管１００の他端１０２に外嵌されている。
　図１に示す例では、浸炭装置３は、センサ８４、緊急排気弁８５、真空ポンプ８６をさらに備えている。センサ８４は、例えば赤外線式ガス濃度測定器であり、ＣＯ濃度やＣＯ２濃度を測定して鋼管１００を流通した浸炭性ガスのカーボンポテンシャル値を算出する。なお、センサ８４は、Ｏ２濃度を測定してカーボンポテンシャル値を算出するジルコニアＯ２センサであってもよいし、他のセンサであってもよい。
　緊急排気弁８５は、異常を検知したときに鋼管１００、導入管７４及び排出管８１から浸炭性ガスを安全に逃がす。真空ポンプ８６は、例えば浸炭装置３の試験運転やメンテナンスの際に、鋼管１００、導入管７４及び排出管８１を脱気する。なお、センサ８４、緊急排気弁８５、真空ポンプ８６は必須の構成ではなく省略することもできる。
　図２は、原料ガスを発生させる原料ガス供給源７１の一例を示す断面図である。原料ガス供給源７１は、例えばアルコール蒸気を発生させるアルコール蒸気発生器である。なお、原料ガス供給源７１は図２に示す例に限られない。他の一例として、炭化水素ガスと空気とから吸熱型変成ガス（ＲＸガス）を発生させる変成炉や、高濃度のＣＯガスを供給するボンベ等が挙げられる。また、原料ガスとは、浸炭性の有機化合物が気相状態のものに限定されない。原料ガス供給源７１から鋼管１００の内部へ連続的に供給できれば、浸炭性の有機化合物が液相状態であっても固相状態にあってもよい。また、原料ガスに含まれる浸炭性の有機化合物は、一種に限定されるものではなく、複数種を組み合わせてもよい。
　原料ガス供給源（アルコール蒸気発生器）７１は、液体の有機化合物が収容されたトレイ７６と、多孔質ブロック７７と、高温ガス供給源７８と、を備えている。トレイ７６に収容された液体の有機化合物の一例は、メタノールやエタノール等のアルコールである。なお、トレイ７６内の有機化合物は、常温で液体であればアルコールに限られない。例えばアセトン等のケトンであってもよいし、カルボン酸であってもよい。
　多孔質ブロック７７は、連続気泡性の多孔質体からなり、内部を貫通する流通孔７９が形成されている。多孔質体の一例は耐火レンガである。多孔質ブロック７７の少なくとも一部は、トレイ７６の有機化合物に浸漬されている。
　高温ガス供給源７８は、加熱された窒素やアルゴン等の不活性ガスを流通孔７９から多孔質ブロック７７の内部に送り込む。なお、前述のキャリアガス供給源７２が、高温ガス供給源７８の機能を兼ねるように構成してもよい。その場合、キャリアガス供給源７２の流路を分岐させてヒータを設ければよい。
　高温ガス供給源７８から流通孔７９の一端７９Ａに高温の不活性ガスが流入すると、多孔質ブロック７７の内部に浸透・拡散していた液体の有機化合物が気化され、流通孔７９の他端７９Ｂから高濃度の有機化合物の蒸気を含んだ不活性ガスが流出する。　
　原料ガス供給源７１により気化された有機化合物の蒸気を含んだ不活性ガスは、原料ガスとして流量調整器７３に供給され、不活性ガスで希釈されることにより所定のカーボンポテンシャル値の浸炭性ガスに調製される。
　図３は、本実施形態に係る浸炭方法により浸炭されている鋼管１００の一端１０１を示す断面図である。図４は、完成品の中空スタビライザ１００Ｅの一端１０１を示す斜視図である。図３及び図４を参照して一端１０１及び他端１０２に形成される未加熱部１１１について説明する。なお、他端１０２は、一端１０１と略同一の構成を備えている。そのため、代表して一端１０１を詳しく説明し、他端１０２については重複する説明を省略する。
　図３に示すように、浸炭中の鋼管１００の一端１０１には、第１取付部材７５が装着されている。一端１０１よりもやや内側には、第１電極４１が装着されている。図示しないが同様に、他端１０２には、第２取付部材８２が装着されている。他端１０２よりもやや内側には、第２電極４２が装着されている。
　加熱装置４の電源４３から電力が供給されると、第１電極４１と第２電極４２との間で通電され、鋼管１００の全長のうちの第１電極４１と第２電極４２との間の部位が加熱される。一方で、一端１０１と第１電極４１との間の部位、及び他端１０２と第２電極４２との間の部位は通電加熱されない。通電加熱された第１電極４１と第２電極４２との間の部位を加熱部１１０とする。通電加熱されなかった一端１０１と第１電極４１との間の部位を未加熱部１１１とする。未加熱１１１は、加熱部１１０等からの伝熱によって徐々に加熱されることがあるものの、通電加熱された加熱部１１０よりも高温になることはない。
　図３に示す浸炭中の鋼管１００では、第１取付部材７５を介して内部空間１０３に浸炭性ガスが送り込まれるとともに、第２取付部材８２を介して内部空間１０３から大気や浸炭性ガスが回収され、浸炭性ガスが流通している。なお、このとき、鋼管１００の鋼管外面１０４は大気に開放されている。加熱部１１０では、鋼管内面１０５が加熱されている。
　内部空間１０３を流通する浸炭性ガスと鋼管内面１０５とが接触すると、浸炭性ガスに含まれる有機化合物が鋼管内面１０５に吸着される。高温に加熱された状態の鋼管内面１０５において、吸着された有機化合物は高級から低級へと順次分解される。例えば、エタノールの場合、Ｃ２Ｈ５ＯＨ⇔ＣＨ４＋ＣＯ＋Ｈ２に分解される。メタノールの場合、ＣＨ３ＯＨ⇔ＣＯ＋２Ｈ２に分解される。分解された有機化合物は、ブードア反応２ＣＯ⇔Ｃ＋ＣＯ２や、ＣＯ＋Ｈ２⇔Ｃ＋Ｈ２Ｏ、ＣＨ４⇔Ｃ＋２Ｈ２といった反応により、鋼管内面１０５に炭素を固溶させる。これにより、加熱部１１０では鋼管内面１０５の少なくとも表層部に浸炭層が形成される。
　鋼管１００の一端１０１及び他端１０２を含む部位は、後述する端末加工により塑性変形され、完成品の中空スタビライザ１００Ｅを車両に固定するための固定部１１１Ｅとして形成される。図４に示すように、固定部（目玉部）１１１Ｅは、未加熱部１１１だった部位に形成される。図示しないが他端１０２側も同様に、未加熱部だった部位に固定部が形成される。
　中空スタビライザ１００Ｅが車両に装着された状態において、通常、加熱部１１０は、ゴムブッシュ等を介して車体側に支持される。固定部１１１Ｅは、スタビライザリンクを介してサスペンション装置のアスクル側に連結される。本実施形態では、車体から大きな負荷が掛かる加熱部１１０において、耐疲労強度が向上するように、焼入れ前に浸炭層を形成できる。負荷があまり掛からない固定部１１１Ｅにおいて、加工し易いように、焼入れ前に浸炭層を形成しない未加熱部１１１として残すことができる。
　図５は、中空スタビライザ製造工程の流れの一例を示す図である。　
　まず、ばね鋼材等から形成された素管を曲げ成形して、図１に一例を示すばね形状（トーションバー）の鋼管１００を形成する（工程Ａ：ベンディング）。ばね鋼材の種類は特に限定されないが、低炭素Ｍｎ－Ｂ鋼であって炭素濃度０．１５～０．４０質量％程度の鋼材を用いることができる。例えば、米国自動車技術者会の規定に準拠するＳＡＥ１０Ｂ２１、ＳＡＥ１５Ｂ２６が挙げられる。その他にも、例えば、２６ＭｎＢ５、３４ＭｎＢ５が挙げられる。ばね鋼材の他の例として、例えば米国自動車技術者会の規定に準拠するＳＡＥ９２５４が挙げられる。さらに、ＪＩＳに準拠するＳＵＰ７や、それ以外であってもよい。ばね鋼材のみに限られず、鋼種は高強度鋼や浸炭用鋼であってもよい。ベンディングは、例えば冷間加工で行う。なお、再結晶温度以上に加熱して熱間加工で成形してもよい。
　ばね形状に成形された状態の鋼管１００を浸炭及び焼入れする（工程Ｂ：浸炭及び焼入れ）。浸炭及び焼入れについては図６を参照して後で詳しく説明する。　
　鋼管１００を焼戻して硬度を調整する（工程Ｃ：焼戻し）。歯車やカム軸等では通常２５０℃未満で焼戻すところ、本実施形態においては、スタビライザとして要求される靱性を確保するため、低温焼き戻し脆性の温度範囲を避けつつ歯車やカム軸等の条件よりもやや高温で焼き戻すことが好ましい。本実施形態に係る焼戻し温度の一例は、１５０～３５０℃である。
　一端１０１及び他端１０２を塑性変形させて図４に示された固定部１１１Ｅを形成する（工程Ｄ：端末処理）。塑性変形の具体例として、例えば、一端１０１及び他端１０２をアプセット加工して未加熱部１１１において中実部分を形成し、当該中実部分を周面から径方向に押し潰して扁平にプレス加工する。なお、一段階で固定部１１１Ｅをプレス加工してもよいし、他の塑性変形により固定部１１１Ｅを形成してもよい。
　鋼管外面１０４にショットピーニングを施す（工程Ｅ：ショットピーニング）。ショットピーニングにより、鋼管外面１０４を硬化して鋼管外面１０４の表面応力を均一化できる。また、鋼管外面１０４に残留圧縮応力を付与して耐久性及び耐疲労破壊性を向上させることができる。　
　鋼管外面１０４に化成処理層を形成する（工程Ｆ：化成処理）。化成処理層は、例えばリン酸亜鉛等のリン酸塩により形成できる。　
　防錆性及び耐チッピング性を向上させるため、鋼管外面１０４を塗装する（工程Ｇ：塗装）。塗膜は、例えば粉体焼付塗装により形成できる。　
　以上のような工程を経て、素管が加工された中空スタビライザ１００Ｅを完成させる。
　図６は、図５に示された浸炭及び焼入れ（工程Ｂ）の詳細な手順の一例である。本発明の中空スタビライザ製造方法は、鋼管内面１０５の浸炭及び焼入れを連続して行うことが特徴の一つである。　
　まず、第１電極４１及び第２電極４２を鋼管１００の一端１０１寄り及び他端１０２寄りにそれぞれクランプし、第１電極４１及び第２電極４２と鋼管１００とを電気的に接続する。（手順Ｂ１）。鋼管１００の一端１０１及び他端１０２に第１取付部材７５及び第２取付部材８２をそれぞれ装着する（手順Ｂ２）。なお、手順Ｂ１及び手順Ｂ２を逆順にしてもよい。
　第１電極４１及び第２電極４２の間に通電して鋼管１００の加熱部１１０を加熱する（手順Ｂ３）。なお、手順Ｂ２及び手順Ｂ３を逆順にしてもよい。第１取付部材７５に浸炭性ガスを供給し、鋼管１００の内部空間１０３に浸炭性ガスを流通させる。（手順Ｂ４）。加熱部１１０において加熱された状態の鋼管内面１０５に浸炭性ガスが吸着すると、前述のブードア反応により浸炭性ガスの炭素が鋼管１００に固溶し、鋼管内面１０５の表層部に浸炭層が形成される。なお、加熱されない未加熱部１１１では、ブードア反応の平衡状態が左側に偏っているため浸炭層が形成されない。
　後述する搬送時間（拡散期）の経過後に焼入れに適した炭素濃度になるように、炭素が過剰に含有された浸炭層を形成して第１取付部材７５への浸炭性ガスの供給を終了する（手順Ｂ５）。鋼管１００が所定の温度まで昇温されたとき、第１電極４１及び第２電極４２との間の通電を停止して鋼管１００の加熱を止める（手順Ｂ６）。
　第１取付部材７５及び第２取付部材を取り外す（手順Ｂ７）。第１電極４１及び第２電極４２をアンクランプして鋼管１００との電気的な接続を切断する（手順Ｂ８）。搬送装置（搬送ロボット）６を用いて高温になった鋼管１００を加熱装置４から冷却槽５へ搬送する（手順Ｂ９）。このとき、鋼管内面１０５の表面近傍に過剰な濃度で固溶されていた炭素が鋼管１００の肉厚方向に拡散する。
　鋼管１００を冷却槽５に投入して、焼入れ組織（マルテンサイト）が生じる温度勾配で急冷する（手順Ｂ１０）。これにより、鋼管１００の鋼管内面１０５の表層部に焼入れ組織が形成される。つまり、本実施形態は、浸炭において高温になった状態の鋼管を急冷することにより、浸炭と連続して鋼管を焼入れする。
　図７は、図５に示された浸炭及び焼入れ（工程Ｂ）における鋼管１００の鋼管内面１０５の温度及び浸炭性ガスのカーボンポテンシャル値と、経過時間との関係の一例を示す図である。浸炭性ガスの供給停止（手順Ｂ５）から急冷（手順Ｂ１０）まで、例えば６０秒である。浸炭性ガス供給停止の直後の鋼管１００は、肉厚方向において鋼管内面１０５の表面近傍において過剰な濃度で浸炭されている。過剰な濃度の炭素が、鋼管１００が搬送されている間に肉厚方向において鋼管内面１０５の表面から材料中に拡散してゆき、例えば、鋼管内面１０５の表層部の炭素濃度が０．６質量％程度に下がったタイミングで鋼管１００が急冷される。焼入れ温度は、例えば９８０～１０００℃（オーステナイト化温度）である。手順Ｂ５から手順Ｂ１０までの間に鋼管１００の温度は徐々に低下してゆく。
　以上説明した手順を含む本実施形態の中空スタビライザ製造方法は、焼入れのためにする加熱（手順Ｂ３から手順Ｂ６）の最中に浸炭性ガスを流している（手順Ｂ４）。浸炭と焼入れとを連続して行うことができるため、浸炭のためにする加熱と焼入れのためにする加熱とを各別に行った場合と比較して、消費するエネルギーを節約できる。
　本実施形態では、鋼管外面１０４が大気雰囲気に開放された状態で通電加熱して鋼管内面１０５を浸炭する。つまり、専用の浸炭炉に投入することなく鋼管内面１０５を浸炭できる。専用の浸炭炉や変成炉を必要としないため設備費や管理費を節約できる。浸炭性ガスの使用量も節約できる。
　浸炭炉へ投入する場合、バッチ式になるため製造ラインにおいて中空スタビライザ１００Ｅが完成するまでに要する時間が延びてしまう。本実施形態では、中空スタビライザ１００Ｅの製造に要する時間を延ばすことなく焼入れ工程に浸炭工程を追加できる。
　本実施形態では、鋼管内面１０５から脱炭した炭素を浸炭により回復させてから焼入れを行っている。焼入れの効果が向上するため、ショットピーニング等を行わなくても鋼管内面１０５に十分な耐疲労強度を確保できる。
　なお、コストはかかるものの鋼管内面１０５にショットピーニングを行うこともできる。ショットピーニングでは被処理材の降伏応力を超える残留圧縮応力を生じさせることができないが、本実施形態によれば、脱炭で低下していた鋼管内面１０５の降伏応力を回復できる。そのため、ショットピーニングを行う場合にはその効果を向上できる。
　もしも、浸炭されて硬くなった部位を塑性変形させると、クラックが発生するおそれがある。本実施形態では、鋼管１００の全長のうちの一端１０１寄りの部位と、他端１０２寄りの部位とに鋼管内面１０５が浸炭されていない未加熱部１１１をそれぞれ残しており、この未加熱部１１１を塑性変形させて中空スタビライザ１００Ｅを車両に装着するための固定部（目玉部）１１１Ｅを形成する。中空スタビライザ１００Ｅの全長のうちの加熱部１１０において耐疲労強度を向上させるとともに、固定部１１１Ｅにおいてクラックの発生を防止できる。
　本実施形態は、浸炭性ガスの原料としてアルコール蒸気を使用している。原料となるエタノール等のアルコールは、廉価に入手できるため、製造コストを低減することができる。浸炭性ガスの原料が常温で液体あるため、ＲＸガス等を使用する場合と比較してガス漏れ等による爆発の危険が少なく工場の安全性を向上できる。
　中空スタビライザ製造装置１は、本実施形態の中空スタビライザ製造方法に好適に用いることができる。そのため、これまで述べた本実施形態の中空スタビライザ製造方法による種々の優れた効果を奏することができる。
　中空スタビライザ製造装置１は、アルコール蒸気発生器である原料ガス供給源７１を備えている。原料ガス供給源７１は、ＲＸガスを変成するために一般的に使用される変成炉等と比較して構成が簡素でコンパクトである。原料ガス供給源７１の構成が簡素であるため、設備費を節約できる。原料ガス供給源７１がコンパクトであるため、焼入れ装置２の近くに浸炭装置３をレイアウトできる。浸炭装置３と焼入れ装置２との距離を近づけると浸炭と焼入れとを連続して行うことが可能となり、消費するエネルギーを節約できる。搬送時間を調整して拡散期も最適化できる。しかも、浸炭装置３の設置スペースを節約できる。
　［第２実施形態］　
　図８は、図７に示された浸炭及び焼入れ工程の変形例である。図８に示す変形例では、炭素を供給する原料ガス（アルコール蒸気やＲＸガス等）と、不活性ガスとの混合比を、時分割で変化させる。例えば、原料ガスの濃度が高い浸炭性ガスと、原料ガスの濃度が極めて低い実質的に不活性ガスのみの浸炭性ガスとを流量調整器７３により切り替えて一定時間毎に交互に供給する。
　原料ガスの濃度が高い浸炭性ガスが供給される時間（浸炭期）は、鋼管１００の内部空間１０３の雰囲気のカーボンポテンシャル値が高くなる。原料ガスの濃度が低い浸炭性ガスが供給されるインターバル（拡散期）は、鋼管１００の内部空間１０３の雰囲気のカーボンポテンシャル値が低くなる。一定時間のインターバルをとることにより、炭素を鋼管１００の肉厚方向に拡散させるとともに、鋼管内面１０５の表面に煤が付着することを防ぐ。インターバルは浸炭期よりも長く保持することが好ましく、例えば、浸炭期を７秒間保持し、インターバルを５３秒間保持する。インターバルの時間は、浸炭期に対して、例えば７～１０倍の時間である。
　図８に示す一例は、鋼管１００の加熱中に原料ガスの濃度が高い浸炭性ガスを２回流し、原料ガスの濃度が低い浸炭性ガスを１回流している。詳しくは、鋼管１００の加熱中に原料ガスの濃度が高い浸炭性ガスを流し（第１回目の浸炭期）、原料ガスの濃度が低い浸炭性ガスを流し（第１回目のインターバル）、再び原料ガスの濃度が高い浸炭性ガスを流したのち（第２回目の浸炭期）、加熱された鋼管１００を冷却槽５へ搬送して焼入れしている。搬送中に第２回目の浸炭期で浸炭された炭素が肉厚方向に拡散する。つまり、搬送時間が第２回目のインターバルを兼ねるように構成し、浸炭サイクルを２回繰り返している。
　第２実施形態では、加熱中に前述の浸炭期とインターバルとからなる浸炭サイクルを１～数回繰り返す。浸炭と拡散とを複数回繰り返すことにより、鋼管内面１０５の表面から１ｍｍ前後の深さに炭素濃度を自在にコントロールして浸炭層を形成できる。第２実施形態により形成される浸炭層の炭素濃度は、例えば０．４～１．２質量％である。
　歯車やカム軸等、靱性よりも硬さが優先される場合、浸炭層の炭素濃度が例えば１．０質量％程度の高濃度の浸炭が求められるが、スタビライザの場合、ばねとして必要な靱性を確保するために浸炭層の炭素濃度が例えば０．６質量％以下となる浸炭が好ましい。本実施形態によれば、浸炭サイクルの回数を調整するだけでスタビライザに好適な炭素濃度に仕上げることができる。
　［第３実施形態］　
　図９に示す第３実施形態は、図８に示された浸炭及び焼入れ工程のさらに変形例である。第３実施形態では、所定温度（搬送後もオーステナイト化温度を保持できる温度）まで加熱して昇温させたのち、すぐに搬送せずに昇温後の温度を保持した状態で一定時間保持し、昇温保持の間も浸炭サイクルを繰り返す。
　図９に示す一例は、鋼管１００の加熱中に原料ガスの濃度が高い浸炭性ガスを４回流し、原料ガスの濃度が低い浸炭性ガスを３回流している。詳しくは、鋼管１００を所定温度まで昇温中に、第１回目の浸炭期及びインターバルと、第２回目の浸炭期及びインターバルとを行う。所定の温度を保持したまま、第３回目の浸炭期とインターバルと、第４回目の浸炭期とをさらに行ったのち、加熱された鋼管１００を冷却槽５へ搬送して焼入れしている。搬送中に第４回目の浸炭期で浸炭された炭素が肉厚方向に拡散する。つまり、搬送時間が第４回目のインターバルを兼ねるように構成し、浸炭サイクルを４回繰り返している。
　第３実施形態では、昇温時間に加え、昇温保持時間がある分、第２実施形態よりも長い時間で浸炭サイクルを繰り返し行うことができる。第２実施形態よりも炭素濃度の高い浸炭層を形成してばねを硬く調整できる。浸炭サイクルの回数を増やして浸炭しづらい鋼種に適用することもできる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、本発明を中空コイルばねに適用して中空コイルばねの鋼管内面を浸炭してもよい。
　１…中空スタビライザ製造装置、４…加熱装置、４１…第１電極、４２…第２電極、５…冷却槽、６…搬送装置、７…給気装置、７５…第１取付部材、８…排気装置、８２…第２取付部材、１００…鋼管、１００Ｅ…中空スタビライザ、１０１…一端、１０２…他端、１０３…内部空間、１０４…鋼管外面、１０５…鋼管内面、１１０…加熱部、１１１…未加熱部、１１１Ｅ…固定部。

Claims (6)

  1. 　車両用の中空スタビライザの製造方法であって、
    　成形された鋼管の一端及び他端に第１取付部材及び第２取付部材をそれぞれ装着し、
    　前記鋼管を加熱し、
    　前記第１取付部材を介して、加熱された前記鋼管の内部空間に浸炭性ガスを送り込むとともに、前記第２取付部材を介して前記内部空間から大気及び／又は余剰の前記浸炭性ガスを回収することにより、前記鋼管の内面を浸炭し、
    　加熱された前記鋼管を急冷することにより、前記鋼管を焼入れする、ことを特徴とする中空スタビライザ製造方法。
  2. 　前記浸炭性ガスは、アルコール蒸気を含むことを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザ製造方法。
  3. 　前記鋼管の浸炭及び焼入れのためにする加熱は、前記鋼管の外面が大気に開放された状態で行う通電加熱であることを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザ製造方法。
  4. 　前記通電加熱は、前記鋼管の前記一端寄りに第１電極を接続するとともに前記他端寄りに第２電極を接続し、前記鋼管の全長のうちの前記第１電極と前記第２電極との間の部位を通電するものであって、
    　焼入れされた状態の前記鋼管は、前記第１電極と前記一端との間の部位、及び前記第２電極と前記他端との間の部位に通電されていない未加熱部をそれぞれ残しており、
    　前記未加熱部を塑性変形させることにより前記鋼管を車両に装着するための固定部を形成することを特徴とする請求項３に記載の中空スタビライザ製造方法。
  5. 　前記鋼管の内面を浸炭した後であって前記鋼管を急冷する前に、浸炭された炭素を拡散させる拡散期を確保することを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザ製造方法。
  6. 　車両用の中空スタビライザの内面の浸炭及び焼入れを連続して行う中空スタビライザ製造装置であって、
    　成形された鋼管の一端に装着される第１取付部材と、
    　前記鋼管の他端に装着される第２取付部材と、
    　前記第１取付部材を介して前記鋼管の内部空間に浸炭性ガスを送り込む給気装置と、
    　前記第２取付部材を介して前記内部空間から大気及び／又は余剰の前記浸炭性ガスを回収する排気装置と、
    　前記鋼管を加熱する加熱装置と、
    　前記鋼管を急冷する冷却槽と、
    　前記鋼管を前記加熱装置から前記冷却槽に搬送する搬送装置と、
    を具備した中空スタビライザ製造装置。
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