(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の素材を、その長手方向へ相対的に送りながら第１の位置において支持する支持手段と、
該素材の送り方向について前記第１の位置よりも下流の第２の位置において送られる素材を部分的に加熱し、素材の送り方向について前記第２の位置よりも下流の第３の位置において前記第２の位置で加熱された部分を冷却するとともに、素材の送り方向について前記第３の位置よりも下流の領域で、前記素材を把持する把持手段の位置を、二次元または三次元で変更して、前記素材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えることによって該素材に曲げ加工を行って屈曲部材を製造する加工手段と、
前記曲げ加工を行われた屈曲部材における曲げ加工部の三次元形状を計測する計測手段と、
前記素材の送り方向について前記加工手段よりも上流に配置され、前記計測手段による計測結果に基づいて前記屈曲部材の後に曲げ加工を行われる素材の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行う補正加工手段と
を備えることを特徴とする補正機能を有する屈曲部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補正機能を有する屈曲部材の製造装置に関し、具体的には、軽量かつ小型であるとともに優れた寸法精度を有する屈曲部材を製造することができる、補正機能を有する屈曲部材の製造装置に関する。
【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、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、高強度、軽量かつ小型であること等が求められる。従来より、この種の屈曲部材は、例えば、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屈曲部材の軽量化および小型化には限界があり、その実現は容易なことではない。
【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屈曲部材を製造することも積極的に検討されている。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を有しており、今後よりいっそうの開発が必要である。
【０００４】
このような現状に鑑み、本出願人は、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７は、この曲げ加工装置１の概略を示す説明図である。
図７に示すように、この曲げ加工装置１は、基本的に、支持手段２、２によりその軸方向へ移動自在に支持された金属材３を上流側から下流側へ向けて送り装置４により送りながら、支持手段２、２の下流で曲げ加工を行う曲げ加工方法を用いて屈曲部材５を製造するものである。すなわち、支持手段２、２の下流で高周波加熱コイル６により金属材３を部分的に焼入れが可能な温度域に急速に加熱するとともに高周波加熱コイル６の下流に配置される水冷装置７により金属材３を急冷する。そして、金属材３を送りながら支持可能であるロール対８ａ、８ａを少なくとも一組有する可動ローラダイス８の位置を二次元又は三次元で変更して金属材３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、金属材３に曲げ加工を行う。このため、曲げ加工装置１によれば、高い作業能率で屈曲部材５を製造することができる。
【０００５】
この発明に係る曲げ加工装置１によれば、確かに、二次元又は三次元に屈曲する曲げ加工部と焼入れ部とを長手方向及び／又はこの長手方向と交叉する面内の周方向へ向けて断続的又は連続的に有する屈曲部材５を、高い作業能率で量産することが可能になる。
【０００６】
さらに、非特許文献２には、特許文献１により開示された発明のように二次元または三次元の複雑な形状に加工するものではないとともに焼入れによる高強度化を意図するものでもないが、中空の閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の扁平な素材を長手方向へ送りながら部分的に急速な加熱及び冷却を行うことにより、曲げ半径が一定の二次元形状に曲げ加工を行って得られる屈曲部材の各部の寸法が報告されている。
【０００７】
図８は、非特許文献２により開示された曲げ加工の状況を示す説明図であり、図９は、この曲げ加工の前後における断面の寸法変化を示す説明図である。
図８及び図９に示すように、この曲げ加工は、図８に示すように、反対方向へ二回曲げ加工（曲げ半径Ｒ１、Ｒ２）を行うものである。幅Ｗ０、高さＨ０の矩形断面の異形管９ａに曲げ加工を行うと、曲げ加工後の製品である屈曲部材９ｂの幅は曲げ加工前の幅Ｗ０よりも微小量ΔＷ減少してＷ１（＝Ｗ０−ΔＷ）となる。また、曲げ加工の内周側であるＢ側の高さＨＢは、曲げ加工前の高さＨ０に比較して微小量ΔＨ増加する（ＨＢ＝Ｈ０＋ΔＨ）のに対し、曲げ加工の外周側であるＡ側の高さＨＡは曲げ加工前の高さＨ０に比較して微小量ΔＨ’減少する（ＨＡ＝Ｈ０−ΔＨ’）。
【０００８】
このように、中空の閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の扁平な素材９ａに曲げ加工を行って屈曲部材９ｂを製造すると、曲げ加工を行われた部分において、断面の幅と高さが曲げ加工前の寸法から若干ではあるものの変化し、寸法精度が低下することとなる。これらの寸法精度の低下の程度は、曲げ加工前の素材９ａの寸法（幅Ｗ０、高さＨ０、肉厚ｔ等）や、曲げ加工の条件（曲げ半径Ｒ、加熱幅ｂ等）に影響される。したがって、屈曲部材９ｂに高い寸法精度が要求される場合には、曲げ加工に伴う寸法変化をできるだけ抑制する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９３００６号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】自動車技術  Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６，２００３  ２３〜２８頁
【非特許文献２】塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第２８巻第３１３号（１９８７−２  ２１４〜２２１頁  異形管のダイレス曲げ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１により開示された発明に係る曲げ加工装置１は、加工素材として円形等の定形の断面形状を有する金属材３を主な対象とする。このため、この発明に基づいて製造される屈曲部材５には、曲げ加工により成形可能な範囲があり、加工できない形状が存在することには変わりがなく、屈曲部材５のさらなる軽量化および小型化の実現には制約がある。
【００１２】
また、非特許文献２に開示されるように、中空の閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の扁平な素材９ａに曲げ加工を行うと、屈曲部材９ｂにおける曲げ加工を行われた部分において、断面の幅と高さが曲げ加工前の寸法から若干ではあるものの変化し、寸法精度が低下する。このため、特許文献１により開示された発明により、中空の閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の扁平な素材９ａに曲げ加工を行って、優れた寸法精度を有する屈曲部材９ｂを製造するためには、上述した寸法精度の低下を抑制する必要がある。
【００１３】
本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、屈曲部材を高い寸法精度で製造することができる屈曲部材の製造装置を提供することを目的とし、さらには、扁平な断面形状を有することから軽量かつ小型である屈曲部材を、高い寸法精度で製造することができる、屈曲部材の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、特許文献１により開示された曲げ加工装置により扁平な素材に曲げ加工を行った場合に生じる寸法誤差は、例えば、素材に与えられる曲げモーメントや、加工時に素材に対して行われる加熱や冷却といった様々かつ複雑な要因に起因して発生し、これらの要因による寸法誤差を解消することは技術的に極めて困難であることを知見した。本発明者らはさらに検討した結果、素材における曲げ加工を行われた部分の三次元形状を計測または予測し、三次元形状の計測値または予測値と目標値との偏差に基づいて加工後の形状を予測し、素材における曲げ加工を行われていない部分の三次元形状を補正すれば、扁平な断面形状を有することから軽量かつ小型である屈曲部材を、高い寸法精度で製造することができるようになることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
【００１７】
本発明は、（ｉ）閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の素材を、その長手方向へ相対的に送りながら第１の位置において支持する支持手段と、（ｉｉ）素材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置において送られる素材を部分的に加熱し、素材の送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置において第２の位置で加熱された部分を冷却するとともに、素材の送り方向について第３の位置よりも下流の領域で、素材を把持する把持手段の位置を、二次元または三次元で変更して、素材における加熱された部分に曲げモーメントを与えることによって素材に曲げ加工を行って屈曲部材を製造する加工手段と、（ｉｉｉ）曲げ加工を行われた屈曲部材における曲げ加工部の三次元形状を計測する計測手段と、（ｉｖ）素材の送り方向について加工手段よりも上流に配置され、計測手段による計測結果に基づいて屈曲部材の後に曲げ加工を行われる素材の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行う補正加工手段とを備えることを特徴とする補正機能を有する屈曲部材の製造装置である。
【００２１】
この本発明では、閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の扁平な素材に曲げ加工を行う場合に、与えられる曲げモーメント、第２の位置で行われる素材の加熱、または、第３の位置で行われる素材の冷却の少なくとも一つに起因して発生する、素材における曲げ加工を行われた部分の三次元の寸法変化を計測手段により測定または算出し、それを補正するために補正加工手段によって、この後に曲げ加工を行われる素材の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行う。なお、素材における曲げ加工を行われた部分の三次元の寸法変化を算出する手法としては、例えば、目的の寸法、形状と実測した寸法、形状との偏差を、素材の材質や厚みによって統計処理して得られる関数に基づいて、算出することが挙げられる。
【００２２】
例えば、屈曲部材から測定して求めた、幅Ｗ０、高さＨ０の矩形断面の素材における曲げ加工を行われた部分に発生した差異量ΔＷ、ΔＨを加味して、曲げ加工後の幅、高さが目標寸法Ｗ０’、高さＨ０’となるように、曲げ加工前の素材の幅を（Ｗ０＋ΔＷ）とし、曲げ外周側であるＡ側の高さを（Ｈ０＋ΔＨ）とし、曲げ外周側であるＢ側の高さを（Ｈ０−ΔＨ’）として、曲げ加工を行う。なお、三次元形状の補正は、３つの座標系の内一つの座標系のみが変化する場合は一次元、二つの座標系が変化する場合には二次元、全ての座標系において変数が変化する場合には三次元での補正になる。
【００２３】
特に、素材の断面が丸断面ではなくて矩形断面や偏平断面である場合には、曲げモーメントを与えられることによる寸法変化のみならず、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照しながら後述するように、第２の位置で行われる素材の加熱や、第３の位置で行われる素材の冷却の不均一に起因すると考えられる寸法変化も発生することがあるので、本発明は特に有効である。
【００２４】
この本発明により製造される屈曲部材は、長手方向へ向けて少なくとも第１の部分および第２の部分を備え、第１の部分に含まれる一対の長辺と、第２の部分に含まれる一対の長辺とが互いに異なる平面内に存在するように、第１の部分と第２の部分との間にねじれ部および／または曲げ部を有することが例示される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、曲げ加工を行われた屈曲部材における曲げ加工部の三次元形状を計測し、この三次元形状の計測結果に基づいて、屈曲部材の後に曲げ加工を行われる素材の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行うので、優れた寸法精度を有する屈曲部材を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明に係る製造装置の構成例を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、中間部材及び屈曲部材の横断面形状の一例を示す説明図である。
【図３】図３は、水平ロールにより加工されて中間部材が製造される状況を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、いずれも、高周波加熱装置による加熱や冷却装置による冷却の不均一に起因して屈曲部材に発生する寸法変化の一例を模式的に示す説明図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す寸法変化が発生した屈曲部材に対する従来の補正手段の一例を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は、本発明により製造される屈曲部材の構成例を、簡略化および概念化して示す説明図である。
【図７】図７は、特許文献１により曲げ加工装置の概略を示す説明図である。
【図８】図８は、非特許文献２により開示された曲げ加工の状況を示す説明図である。
【図９】図９は、非特許文献２により開示された曲げ加工の前後における断面の寸法変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、本発明により製造される屈曲部材が、鋼製であって、自動車や各種機械に用いられる強度部材、補強部材または構造部材である場合を例にとる。
【００２８】
図１は、本発明に係る補正機能を有する屈曲部材２１の製造装置（以下、単に「製造装置」という）１０の構成例を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、この製造装置１０は、支持手段１１と、補正加工手段１４と、加工手段１２と、計測手段１３とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。
【００２９】
（ｉ）支持手段１１
図１に示すように、はじめに、中空の円形の閉断面形状１５ａを有するとともに長手方向へ一体に構成される鋼製の長尺の素材である鋼管１５を、送り装置１６によりその長手方向へ送る。
【００３０】
送り装置１６は、鋼管１５をその長手方向へ送るためのものである。このような送り装置１６としては、電動サーボシリンダーを用いたタイプが例示されるが、特定の型式のものに限定する必要はなく、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など、この種の送り装置として公知のものであれば等しく用いることができる。
【００３１】
なお、図１に示す製造装置１０では、円形の横断面形状１５ａを有する鋼管１５を加工素材として用いた場合を例にとるが、本発明における加工素材は、鋼管１５に限定されるものではなく、例えば矩形、楕円形、長円形、正方形さらには各種異形の横断面形状を有する中空の金属材に対しても、鋼管１５と同様に適用可能である。
【００３２】
この鋼管１５は、つかみ部１７で保持されながら、送り装置１６によって、所定の送り速度でその軸方向（長手方向）へ送られる。図１に示す製造装置１０では、つかみ部１７の下流に補正加工手段１４が配置されるが、製造装置１０の理解を容易にするため、補正加工手段１４の説明は、支持手段１１の説明を行った後に行う。
【００３３】
支持手段１１は、後述する補正加工手段１４により加工された中間部材２０を、第１の位置Ａにおいて支持する。すなわち、支持手段１１は、送り装置１６によりその軸方向へ送られる中間部材２０を、第１の位置Ａにおいて移動自在に支持するためのものである。この製造装置１０では、支持手段１１として、対向して配置される一対の孔型の従動ロール１１ａ、１１ｂを２組並設して用いるが、特定の型式のものに限定する必要はなく、この種の支持装置として公知のものであれば等しく用いることができる。このようにして中間部材２０は、支持手段１１の設置位置Ａを通過して、その軸方向へ送られる。
【００３４】
なお、支持手段１１に、後述する水平ロール１８ａ、１８ｂによる扁平閉断面形状２０ａへの加工機能（補正加工手段）を兼備させてもよい。これによれば、水平ロール１８ａ、１８ｂを、つかみ部１７と支持手段１１との間に配置する必要がなくなるので、製造装置１０全体を小型化することができる。
【００３５】
また、図１に示すように、水平ロール１８ａ、１８ｂを、つかみ部１７と支持手段１１との間に配置して扁平閉断面形状２０ａへの加工を行う場合には、支持手段１１が支持する中間部材２０は中空の扁平閉断面形状２０ａを有することから、支持手段１１の開度を、この扁平閉断面形状２０ａに適合させて、例えば油圧やエアーを用いて調整可能に構成することが望ましい。
【００３６】
このように、支持手段１１は、扁平閉断面形状２０ａを有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の素材である中間部材２０を、その長手方向へ相対的に送りながら第１の位置Ａにおいて支持するものである。
【００３７】
（ｉｉ）補正加工手段１４
補正加工手段１４は、鋼管１５の送り方向について後述する加工手段１２よりも上流側に配置される。この製造装置１０における補正加工手段１４は、対向配置される上下一対の水平ロール１８ａ、１８ｂによって、構成される。このような水平ロール１８ａ、１８ｂは、特定の型式のものに限定する必要はなく、この種の加工に供される周知慣用のロールを用いればよい。例えば、多角形あるいは異形の鋼管を用いた場合には、３方ロール、４方ロールなどとして、補正を行えばよい。
【００３８】
この補正加工手段１４は二つの機能を有する。第１の機能は、送り装置１６により送られる鋼管１５を、対向して配置される一対の長辺１９、１９を有する中空の扁平閉断面形状２０ａを有する鋼製の長尺の中間材２０に加工する機能であり、第２の機能は、送り装置１６により送られる鋼管１５を支持する機能である。図１に示す例は、素材が円形の横断面形状１５ａを有する鋼管１５であるので、補正加工手段１４が第１の機能を有するように構成したが、これとは異なり、送り装置１６により送られる素材がはじめから扁平閉断面形状２０ａを有するものである場合には、補正加工手段１４がこの第１の機能を有する必要はなく、第２の機能のみを有すればよい。
【００３９】
本発明に係る製造装置１０における補正加工手段１４は、後述する計測手段１３による、曲げ加工を行われた屈曲部材２１における曲げ加工部の三次元形状の計測結果に基づいて、この屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる中間部材２０の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行う。この製造装置１０の最大の特徴は、補正加工手段１４が、この補正加工を行う点であるので、以下詳細に説明する。
【００４０】
図２は、中間部材２０及び屈曲部材２１の横断面形状の一例を示す説明図である。また、図３は、水平ロール１８ａ、１８ｂにより加工されて中間部材２０が製造される状況を示す説明図である。
【００４１】
本発明では、後述する計測手段１３によって屈曲部材２１の屈曲部において不可避的に発生する寸法変化を補正するため、水平ロール１８ａ、１８ｂによってこの屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる中間部材２０を、図２に示す非対称の断面形状に補正加工しておく。例えば、図９を参照しながら説明したように幅Ｗ０、高さＨ０の矩形断面の曲げ加工で発生する目標値との差異量ΔＷ、ΔＨ、ΔＨ’を加味して、曲げ加工後の幅、高さが目標寸法Ｗ０’、高さＨ０’となるように、曲げ加工前の素材２０の幅を（Ｗ０＋ΔＷ）とし、曲げ外周側であるＡ側の高さを（Ｈ０＋ΔＨ）とし、曲げ外周側であるＢ側の高さを（Ｈ０−ΔＨ’）となるように、水平ロール１８ａ、１８ｂによって鋼管１５に部分的に成形を行って、中間部材２０とする。
【００４２】
なお、差異量ΔＷ、ΔＨ、ΔＨ’は、例えば、中空の閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される金属製の長尺の扁平な素材に実際に曲げ加工を行い、曲げ加工に起因した寸法変化量を実測することにより算出すればよく、または熱処理解析（シミュレーション）を行って素材の温度分布を求め、さらにその温度分布データを用いたひずみ解析（シミュレーション）を行って算出するようにしてもよい。
【００４３】
以上の説明では、幅Ｗ０、高さＨ０の矩形断面の屈曲部材２１を例にとったが、本発明は、この例に限定されるものではなく、あらゆる異形断面に適用できる。異形断面の屈曲部材の製造方法では、屈曲変形部で不可避的に発生する差異量を補正することができるように、補正加工手段１４によって、適切な方向から部分的に成形を加えればよい。この場合には、図１に示すように一対の水平ロール１８ａ、１８ｂに限定されるものではなく、３つあるいは４つあるいはそれ以上のロールの組み合わせでもよいし、ロールによる多段成形やプレス成形を行うことにより、所望の断面の中間部材２０としてもよい。
【００４４】
また、以上の説明では、鋼管１５の長手方向の全部に、水平ロール１８ａ、１８ｂによる加工を行う場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、長手方向の必要な一部に、水平ロール１８ａ、１８ｂによる加工を行うこととしてもよい。
【００４５】
また、以上の説明では、ライン内に配置される水平ロール１８ａ、１８ｂによって鋼管１５をオンラインでフィードバック制御により扁平に加工することによって、中空の扁平閉断面形状２０ａを有する中間部材２０を製造する場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、先の鋼管１５の加工実績に基づいて後の鋼管１５を扁平に加工することによって中間部材２０を製造することもでき、さらに本発明に係る製造装置１０にセットする前に、オフラインで中空の扁平閉断面形状２０ａを有するように鋼管１５に対する加工を事前に行っておき、その後に図１に示す送り装置１６にセットして送るようにしてもよい。
【００４６】
また、以上の説明では、水平ロール１８ａ、１８ｂによる圧下により中空の扁平閉断面形状２０ａを有する中間部材２０を製造する場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えばプレス等の、中空の扁平閉断面形状２０ａに加工できる手段であれば、如何なる手段でも適用可能である。
【００４７】
また、以上の説明では、水平ロール１８ａ、１８ｂを、つかみ部１７と後述する支持手段１１との間に配置した場合を例にとったが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、支持手段１１と後述する高周波加熱装置２２との間に配置してもよい。ただし、水平ロール１８ａ、１８ｂを支持手段２と高周波加熱装置２２との間に配置する場合には、水平ロール１８ａ、１８ｂの設置スペースが制限される点に十分留意する必要がある。
【００４８】
なお、補正加工手段１４による鋼管１５に対する補正加工は、製造するロットの最初においては鋼管１５をダミーとして中間部材２０に適宜加工し、その後には、ダミーとして最初に加工された鋼管１５のデータに基づいて、それ以降の鋼管１５を中間部材２０に補正加工すればよい。
【００４９】
このように、本発明に係る製造装置１０は、補正加工手段１４を備えることにより、屈曲部材２１の補正機能を有するものである。
【００５０】
（ｉｉｉ）加工手段１２
加工手段１２は、中間部材２０に曲げ加工を行って屈曲部材２１を製造する。すなわち、この中間部材２０の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂにおいて送られる中間部材２０を、高周波加熱装置２２により部分的に加熱する。
【００５１】
高周波加熱装置２２は、送られる中間部材２０の送り方向について第１の位置Ａよりも下流に位置する第２の位置Ｂにおいて、送られる中間部材２０を部分的に加熱するためのものである。この高周波加熱装置２２としては、中間部材２０を高周波誘導加熱することができるコイルを有するものを用いればよく、この種の高周波加熱装置として公知のものであれば等しく用いることができる。
【００５２】
中間部材２０の軸方向と直交する方向と平行な方向に関する、中間部材２０に対する高周波加熱装置２２の加熱コイルの距離を変更することによって、送り出される中間部材２０の一部をその周方向へ不均一に加熱することもできる。
【００５３】
高周波加熱装置２２の上流側に少なくとも１つ以上設けられる中間部材２０の予熱手段を併用することによって、中間部材２０を複数回加熱することもできる。
さらに、高周波加熱装置２２の上流側に少なくとも１つ以上設けられる中間部材２０の予熱手段を併用することによって、送り出される中間部材２０の一部をその周方向へ不均一に加熱することもできる。このようにして、中間部材２０は、高周波加熱装置２２により、部分的に急速に加熱される。
【００５４】
冷却装置２３は、高周波加熱装置２２により加熱された中間部材２０の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃにおいて第２の位置Ｂで加熱された部分を冷却する。
【００５５】
冷却装置２３は、中間部材２０の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃにおいて、送られる中間部材２０を、第２の位置Ｂで加熱された部分を冷却するためのものである。すなわち、中間部材２０は位置Ｂ〜位置Ｃ間において高温に加熱されて変形抵抗が大幅に低下した状態にある。
【００５６】
冷却装置２３としては、所望の冷却速度が得られるものであればよく、特定の方式の冷却装置に限定する必要はない。一般的には、冷却水を中間部材２０の外周面の所定の位置へ向けて噴射することにより中間部材２０を冷却する水冷装置を用いることが例示される。
【００５７】
冷却水は、中間部材２０が送り出される方向へ向けて傾斜して吹き付けられるとともに、中間部材２０の軸方向と直交する方向と平行な方向に関する、この中間部材２０に対する冷却手段の距離を変更することによって、この中間部材２０の加熱される軸方向の領域を調整することができる。このようにして、中間部材２０は、冷却装置２３により、高周波加熱装置２２により加熱された部分を急速に冷却される。
【００５８】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、いずれも、高周波加熱装置２２による加熱や冷却装置２３による冷却の不均一に起因して屈曲部材２１に発生する寸法変化の一例を模式的に示す説明図である。
【００５９】
屈曲部材２１には、高周波加熱装置２２による加熱や冷却装置２３による冷却の不均一に起因して、図４（ａ）に示すように扁平閉断面形状を構成する各辺２１ａ〜２１ｄがその内側へ向けて膨出する寸法変化や、図４（ｂ）に示すように各辺２１ａ〜２１ｄがその外側へ向けて膨出する寸法変化が発生することがある。
【００６０】
このような寸法変化は、高周波加熱装置２２による加熱や冷却装置２３による冷却の際に、扁平閉断面形状を構成する各辺２１ａ〜２１ｄや各頂点２１ｅ〜２１ｈが有する熱容量が不可避的に一定でないことや、扁平閉断面形状を構成する各辺２１ａ〜２１ｄや各頂点２１ｅ〜２１ｈに噴射される冷却水の噴射量が、例えば各頂点２１ｅ〜２１ｈにおける冷却水の跳ね返りの程度が一定しないこと等に起因して、狙い通りになり難いことに依るものと解される。
【００６１】
図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す寸法変化が発生した屈曲部材２１に対する従来の補正手段の一例を模式的に示す説明図である。
一般的には、熱処理された部分は、硬度が上昇しているため、図５（ａ）に示すように、図４（ａ）に示す寸法変化が発生した屈曲部材２１に対しては、上下一対の鼓状の水平ロール２５ａ、２５ｂおよび左右一対の鼓状の垂直ロール２６ａ、２６ｂを備える圧下装置２４による圧下を行う形状矯正や、また、図５（ｂ）に示すように、図４（ｂ）に示す寸法変化が発生した屈曲部材２１に対しては、図示しない上型および下型２７ｂを備えるプレス機２７による圧下を行う形状矯正を行うこととなるが、このような対策では、発生した寸法誤差を適正な値に補正することは極めて難しい。
【００６２】
これに対し、本発明により製造しようとする屈曲部材２１が高い寸法精度を要求される場合に、特に中間部材２０の断面が丸断面ではなくて矩形断面や偏平断面であるときには、曲げモーメントを与えられることによる寸法変化のみならず、図４（ａ）および図４（ｂ）に例示する、加熱や冷却の不均一が原因と考えられる寸法変化もできるだけ抑制するために、曲げ加工を行われた屈曲部材２１における曲げ加工部の三次元形状を計測し、三次元形状の計測値および目標値との偏差に基づいて、この屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる中間部材２０の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行うことによって、加熱や冷却の不均一に起因する寸法変化をも補正することができるように曲げ加工前の中間部材２０の扁平閉断面形状２０ａの各部寸法を変更する。
【００６３】
また、冷却装置２３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、中間部材２０における急速冷却部の一部または全部を焼入れることも可能である。これにより、中間部材２０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が可能である。
【００６４】
このようにして、長手方向へ送られる中間部材２０の一部に、高周波加熱装置２２により部分的に加熱されて変形抵抗が大幅に低下した部分を形成してから、中間部材２０の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の領域で、中間部材２０を把持する把持手段である可動ローラダイス２８における一対の可動ロール２８ａ、２８ａの位置を、中間部材２０における少なくとも一対の長辺１９、１９と略平行な面内で二次元または三次元の方向へ変更して、中間部材２０における加熱された部分に曲げモーメントを与える。
【００６５】
把持手段は、中間部材２０の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の領域Ｄで、送られる中間部材２０を支持しながら、第１の位置Ａよりも中間部材２０の送り方向の上流側において、少なくとも中間部材２０の送り方向を含む二次元または三次元の方向へ移動することによって、中間部材２０における、高周波加熱装置２２により加熱された部分に曲げモーメントを与えるためのものである。
【００６６】
把持手段としては、上述した可動ローラダイス２８以外に、中間部材２０を把持するチャック機構を用いることができる。
把持手段を、中間部材２０における少なくとも一対の長辺１９、１９と略平行な面内で二次元または三次元に移動することにより、後述する図６に実線で示す屈曲部材２１を製造することができるが、この把持手段を捻じるように移動するとともにこれに高周波加熱装置２２および冷却装置２３を同調させて動作させることにより、同じく図６に破線で示す形状の屈曲部材２１を製造することもできる。このように捻じり部を形成することにより、中間部材２０の剛性をさらに高めることができる。さらに、把持手段を上下方向にも移動するとともにこれに高周波加熱装置２２および冷却装置２３を同調させて動作させることにより、図６に一点鎖線で示す、面外変形した形状の屈曲部材２１を製造することもできる。
【００６７】
なお、以上の説明では、加工素材である鋼管１５をその長手方向へ送るとともに、上下一対の水平ロール１８ａ、１８ｂ、支持手段１１、高周波加熱装置２２および冷却装置２３を、鋼管１５の送り方向に対して固定して配置する態様を例にとったが、これに限定されるものではなく、これとは逆に、加工素材である鋼管１５を固定して配置するとともに、上下一対の水平ロール１８ａ、１８ｂ、支持手段１１、高周波加熱装置２２および水冷装置２３を、鋼管１５の長手方向に対して移動自在に配置するようにしてもよい。
【００６８】
このように、加工手段１２は、中間部材２０の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃにおいて第２の位置Ｂで加熱された部分を冷却するとともに、中間部材２０の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の領域で、中間部材２０を把持する可動ローラダイス２８の位置を、二次元または三次元で変更して、中間部材２０における加熱された部分に曲げモーメントを与えることによって中間部材２０に曲げ加工を行う。
【００６９】
（ｉｖ）計測手段１３
計測手段１３は、加工手段１２により曲げ加工を行われた部分の三次元形状を計測するためのものであり、特定の型式のものには限定されない。また、計測手段としてはレーザー等を利用した非接触の三次元計測機が好ましいが、加工形状によっては一次元計測機、二次元計測機や接触式等、等しく適用可能である。
【００７０】
図１に示す計測手段１３は、加工手段１２により曲げ加工を行われた屈曲部材２１の屈曲部全周の三次元形状を計測する計測部２９ａ、２９ｂ、２９ｃと、計測部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの出力に基づいて演算を行うことによって加工手段１２により曲げ加工を行われた部分全周の三次元形状を求め、求めた演算結果に基づいて、この屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる中間部材２０の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行う補正加工手段１４に制御信号を出力して、中間部材２０の補正加工を行う演算制御部３０とを有する。
【００７１】
なお、以上の説明では、計測手段１３が本発明に係る製造装置１０にオンライン設置された形態を例にとった。しかし、本発明はこの形態に限定されるものではなく、補正加工手段１４が、この製造装置１０により製造された屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる素材１５の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行うものであること、具体的には、補正加工手段１４が、この製造装置１０により曲げ加工を行われた屈曲部材２１における曲げ加工部の三次元形状の計測結果に基づいて、屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる素材１５の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行うものであることが望ましい。
【００７２】
例えば、この製造装置１０により曲げ加工を行われてオフラインされた屈曲部材２１における曲げ加工部の三次元形状を、例えば作業者が手動で計測し、この計測結果に基づいて補正加工手段１４の設定値を新たな値に変更して、この屈曲部材２１の後に製造装置１０により曲げ加工を行われる素材１５の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行うようにしてもよい。これによれば、上述した計測手段１３を製造装置１０にオンライン設置する必要がなくなるので、設備費の上昇をできるだけ抑制することが可能である。
【００７３】
本発明に係る製造装置１０は、以上のように構成される。次に、本発明に係る製造装置１０により屈曲部材２１を製造する状況を説明する。
はじめに、閉断面形状を有するとともに長手方向へ一体に構成される長尺の素材である鋼管１５が、送り装置１６によりその長手方向へ相対的に送られながら、水平ロール１８ａ、１８ｂによって、対向して配置される一対の長辺１９、１９を有する中空の扁平閉断面形状２０ａを有する鋼製の長尺の中間部材２０に加工される。
【００７４】
次に、扁平閉断面形状２０ａを有する中間部材２０は、第１の位置Ａにおいて支持部材１１により支持され、鋼管１５の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂにおいて高周波加熱装置２２により部分的に加熱される。
【００７５】
次に、高周波加熱装置２２により部分的に加熱された中間部材２０は、第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃにおいて冷却装置２３により第２の位置Ｂで加熱された部分を冷却される。
【００７６】
さらに、第３の位置Ｃにおいて冷却された中間部材２０は、第３の位置よりも下流の領域Ｄにおいて、把持される把持手段の位置が二次元または三次元で変更されることにより、中間部材２０における加熱された部分に曲げモーメントを与えられることによって中間部材２０に素材に曲げ加工を行われて、所望の形状を有する屈曲部材２１に加工される。
【００７７】
この際に、本発明では、中間部材２０における曲げ加工を行われた部分の三次元形状を計測手段１３の計測部２９ａ、２９ｂ、２９ｃにより計測し、演算制御部３０により、三次元形状の計測値および目標値との偏差に基づいて補正加工手段１４に制御信号を出力することによって、中間部材２０における曲げ加工を行われていない部分の三次元形状を補正する補正加工を行うことによって、屈曲部材２１を製造する。
【００７８】
例えば、素材である金属製の長尺の扁平な素材に曲げ加工を行う場合に、与えられる曲げモーメント、第２の位置Ｂで行われる素材の加熱、または、第３の位置Ｃで行われる素材の冷却の少なくとも一つに起因して発生する屈曲部材２１における曲げ加工部の三次元の寸法変化を、計測手段１３により測定し、それを補正するために補正加工手段１４によって、この屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる中間部材２１の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行う。例えば、幅Ｗ０、高さＨ０の矩形断面の素材における曲げ加工を行われた部分に発生した差異量ΔＷ、ΔＨを加味して、曲げ加工後の幅、高さが目標寸法Ｗ０’、高さＨ０’となるように、曲げ加工前の素材の幅を（Ｗ０＋ΔＷ）とし、曲げ外周側であるＡ側の高さを（Ｈ０＋ΔＨ）とし、曲げ外周側であるＢ側の高さを（Ｈ０−ΔＨ’）として、曲げ加工を行う。
【００７９】
このため、本発明によれば、円形閉断面形状の素材のみならず、扁平閉断面形状の素材に対しても優れた寸法精度を実現することができる。特に、扁平閉断面形状の素材は、中間部材２０に与えられる曲げモーメント、第２の位置Ｂで行われる中間部材２０の加熱、または、第３の位置Ｃで行われる中間部材２０の冷却の少なくとも一つに起因して発生する寸法変化を予測することが極めて困難であるため、本発明は産業上特に有用である。
【００８０】
図６は、本発明により製造される屈曲部材２１の構成例を、簡略化および概念化して示す説明図である。
同図に示すように、この屈曲部材２１は、長手方向へ一体に構成される鋼製の長尺の部材である。屈曲部材２１は、対向して配置される一対の長辺１９、１９を有する中空の扁平閉断面形状２０ａを、その長手方向の全域で有する。
【００８１】
この屈曲部材２１は、少なくとも、一対の長辺１９、１９と略平行な面３１内で、二次元または三次元に屈曲する屈曲部３２を有する。
さらに、この屈曲部材２１は、長手方向へ向けて少なくとも第１の部分３３および第２の部分３４を備え、第１の部分３３に含まれる一対の長辺１９、１９と、第２の部分３４に含まれる一対の長辺１９、１９とが互いに異なる平面内に存在するように、第１の部分３３と第２の部分３４との間にねじり部３５や、あるいは曲げ部３６を有していてもよい。図６において、屈曲部材２１が破線で示す輪郭を有する場合がねじり部３５を有する場合であり、屈曲部材２１が一点鎖線で示す輪郭を有する場合が曲げ部３６を有する場合である。
【００８２】
本発明により製造される屈曲部材２１は、中空の扁平閉断面形状を有することから軽量かつ小型であるとともに、上述したように冷却装置２３による水冷の開始温度および冷却速度を適宜調整して引張強度を例えば１５００ＭＰａ以上と大幅に高めることによって、いっそうの小型化、軽量化さらには高強度化を図ることができる。
【００８３】
また、この屈曲部材２１は、上述したように冷却装置２３による水冷の開始温度および冷却速度を適宜調整して焼入れを行われることによって、その外表面に圧縮の残留応力が発生するため、疲労強度も向上する。
【００８４】
また、この屈曲部材２１の本発明に係る製造工程は、図１を参照しながら説明したように極めて簡便であり、低コストで製造することが可能である。
さらに、本発明では、図２や図４を参照しながら説明したように、曲げモーメントを与えられることによる寸法変化と、加熱や冷却の不均一が原因と考えられる寸法変化とをいずれも加味して、曲げ加工後の幅、高さが目標寸法Ｗ０’、高さＨ０’となるように、曲げ加工前の扁平閉断面形状の各部寸法を決定することにより、極めて高い寸法精度を有する屈曲部材２１を製造することもできる。
【００８５】
この本発明に係る製造方法により製造される屈曲部材２１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）自動車のサスペンションのロアーアームやブレーキペダルといった自動車の強度部材、
（ｉｉ）自動車の各種レインフォース、ブレース等の補強部材、
（ｉｉｉ）サイドメンバー、サスペンションマウントメンバー、ピラー、サイドシル等の自動車の構造部材、
（ｉｖ）自転車や自動二輪車等のフレーム、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
このようにして、本発明に係る製造装置１０によれば、曲げ加工を行われた屈曲部材２１における曲げ加工部の三次元形状を計測し、三次元形状の計測結果に基づいて、この屈曲部材２１の後に曲げ加工を行われる中間部材２０の、曲げ加工前の三次元形状を補正する補正加工を行うので、優れた寸法精度を有する屈曲部材２１を製造することが可能になる。
【符号の説明】
【００８６】
１  特許文献１により開示された曲げ加工装置
２  支持手段
３  金属材
４  送り装置
５  屈曲部材
６  高周波加熱コイル
７  水冷装置
８  可動ロールダイス
８ａ  ロール
９ａ  異形管
９ｂ  屈曲部材
１０  本発明に係る製造装置
１１  支持手段
１１ａ、１１ｂ  従動ロール
１２  加工手段
１３  計測手段
１４  補正加工手段
１５  鋼管
１５ａ  閉断面形状
１６  送り装置
１７  つかみ部
１８ａ、１８ｂ  水平ロール
１９  長辺
２０  中間部材
２０ａ  扁平閉断面形状
２１  屈曲部材
２１ａ〜２１ｄ  辺
２１ｅ〜２１ｈ  頂点
２２  高周波加熱装置
２３  冷却装置
２４  圧下装置
２５ａ、２５ｂ  水平ロール
２６ａ  ２６ｂ垂直ロール
２７  プレス機
２７ｂ  下型
２８  可動ローラダイス
２８ａ  可動ロール
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ  計測部
３０  演算制御部
３１  面
３２  屈曲部
３３  第１の部分
３４  第２の部分
３５  ねじり部
３６  曲げ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005589609.tif 000009
【図９】
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