(57)【要約】      （修正有）【課題】７８０ＭＰａ以上の高強度と、自動車部品にも適用可能な複雑な形状と、高い剛性と、優れた衝突特性とを兼備する軽量の中空部材と、この中空部材を単純な工程で成形できるとともに成形機も比較的小型で安価な製造装置および製造方法とを提供する。【解決手段】閉じた横断面形状を有する中空の鋼製の素材２０をその長手方向へ送るための送りユニット１１と、送られるこの素材２０を第１の位置Ａで支持する支持ユニット１２と、第２の位置Ｂで素材２０を加熱する加熱ユニット１３と、第３の位置Ｃで素材２０の横断面形状を変更する加工を行う横断面形状変更ユニット１４と、第４の位置Ｄで素材２０を冷却する冷却ユニット１５とを備える製造装置１０である。【選択図】図１
2014087846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニット、横断面形状変更ユニットおよび冷却ユニットを備えることを特徴とする中空部材の製造装置；
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材を該素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：該送りユニットにより送られる前記素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：前記第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱する機構を有するユニット、
横断面形状変更ユニット：前記第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において前記素材の横断面形状を変更する加工を行う機構を有するユニット、および
冷却ユニット：前記第３の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第４の位置において前記素材を冷却する機構を有するユニット。
【請求項２】
下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニットおよび横断面形状変更ユニットを備えることを特徴とする中空部材の製造装置；
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材を該素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：該送りユニットにより送られる前記素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：前記第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱する機構を有するユニット、および
前記横断面形状変更ユニット：前記第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において、前記素材の横断面形状を変更する加工を行うとともに該素材を冷却する機構を有するユニット。
【請求項３】
前記横断面形状変更ユニットは、二次元または三次元に移動自在に配置される機構を含むこと、かつ該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された中空部材の製造装置。
【請求項４】
前記機構は、前記素材を送りながら三次元に移動自在に配置される少なくとも一対のロールを備えること、かつ該少なくとも一対のロールは、前記素材を圧下することを特徴とする請求項３に記載された中空部材の製造装置。
【請求項５】
前記少なくとも一対のロールのうちの少なくとも一のロールは、駆動回転することを特徴とする請求項４に記載された中空部材の製造装置。
【請求項６】
把持ユニットを備え、該把持ユニットは、前記第４の位置よりも前記素材の送り方向の下流において前記素材を把持する機構を有すること、該機構は、二次元または三次元に移動自在に配置されること、かつ、該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うことを特徴とする請求項１に記載された中空部材の製造装置。
【請求項７】
把持ユニットを備え、該把持ユニットは、前記第３の位置よりも前記素材の送り方向の下流において前記素材を把持する機構を有すること、該機構は、二次元または三次元に移動自在に配置されること、および、該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うことを特徴とする請求項２に記載された中空部材の製造装置。
【請求項８】
前記横断面形状変更ユニットは固定配置される請求項６または請求項７に記載された中空部材の製造装置。
【請求項９】
前記横断面形状変更ユニットは、前記素材を送りながら固定配置される少なくとも一対のロールを備える機構を有すること、および該少なくとも一対のロールは、前記素材を圧下することを特徴とする請求項８に記載された中空部材の製造装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一対のロールのうちの少なくとも一のロールは、駆動回転することを特徴とする請求項９に記載された中空部材の製造装置。
【請求項１１】
閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材を該素材の長手方向へ送りながら、送られる該素材を第１の位置において支持し、該第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱し、該第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において前記素材の横断面形状を変更する加工を行い、さらに、前記第３の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第４の位置において前記素材を冷却することを特徴とする中空部材の製造方法。
【請求項１２】
閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材を該素材の長手方向へ送りながら、送られる該素材を第１の位置において支持し、該第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱し、該第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において、前記素材の横断面形状を変更する加工を行うとともに該素材を冷却することを特徴とする中空部材の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の位置の入側における前記素材の送り速度および／または前記第３の位置における前記素材の通過速度を変更することによって、前記第２の位置から前記第３の位置までに存在する前記素材に、引張力あるいは圧縮力を付与する請求項１１または請求項１２に記載された中空部材の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の位置において前記素材を、該素材の長手方向について部分的に加熱し、前記第３の位置において、該素材における加熱しない部分の少なくとも一部の横断面形状を変更する加工を行う請求項１１または請求項１２に記載された中空部材の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の位置において前記素材を、該素材の長手方向について部分的に加熱し、前記第３の位置において、該素材における加熱しない部分の少なくとも一部の横断面形状を変更する加工を行う請求項１３に記載された中空部材の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１または請求項１２に記載された製造方法により製造され、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の金属製の本体を備える中空部材であって、該本体は長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有すること、および、該第１の領域における該本体の横断面形状は、前記第２の領域における該本体の横断面形状と相違することを特徴とする中空部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部材、その製造装置および製造方法に関する。具体的には、本発明は、高い剛性および優れた衝突特性を兼備する軽量の中空部材と、この中空部材の製造装置および製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製の強度部材、補強部材または構造部材が自動車や各種機械等に用いられる。高強度、軽量かつ小型であること等がこれらの部材に要求される。これらの部材は、従来から、プレス加工品の溶接、厚板の打ち抜きまたは鍛造等の各種の加工手段によって、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部材をよりいっそう軽量化または小型化することは、極めて難しい。例えば、プレス加工されたパネルを部分的に重ね合わせて溶接することによって溶接品を製造するには、プレス加工されたパネルの縁に、フランジと呼ばれる余肉部分を形成する必要がある。溶接品の重量は、余肉部分を形成することによって不可避的に増加する。
【０００３】
ハイドロフォームといわれる加工法（例えば特許文献１参照）は、金型内に配置された素材である管の内部に高圧の加工液を導入することにより、管の外面が金型の内面に沿うように管を膨らませて変形させることによって、管を複雑な形状に成形する。複雑な形状の部品が、ハイドロフォームにより、フランジを形成する必要なく一体成形される。ハイドロフォームは、自動車部品の軽量化を図れるため、近年、自動車部品の製造に積極的に用いられる。
【０００４】
ハイドロフォームは冷間での加工である。例えば７８０ＭＰａ以上といった高強度を有する素材は、冷間では延性が不足する。このため、この素材をハイドロフォームによって複雑な形状の自動車部品に成形することは、困難である。また、ハイドロフォームの製造工程は、曲げ、プリフォームおよびハイドロフォームの３工程が一般的に必要となるので、比較的煩雑である。さらに、ハイドロフォーム加工機は大型かつ比較的高価である。
【０００５】
本出願人は、先に特許文献１により曲げ加工装置を開示した。図８は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
加工装置０は、以下に列記する手順で、金属材１を素材とする屈曲部材を製造する。
【０００６】
（ａ）支持ユニット２が金属材１をその軸方向へ移動自在に支持する。
（ｂ）送りユニット３が、支持ユニット２により支持された金属材１を上流側から下流側へ向けて送りながら、支持ユニット２の下流で金属材１に対して下記（ｃ）項により示す曲げ加工を行う。
【０００７】
（ｃ）支持ユニット２の下流に配置される誘導加熱コイル５が、金属材１を部分的に焼入れが可能な温度に急速に加熱する。誘導加熱コイル５の直ぐ下流に配置される水冷ユニット６が金属材１を急冷する。可動ローラダイス４は、金属材１を送りながら支持可能であるロール対４ａを少なくとも一組有する。可動ローラダイス４は、水冷ユニット６の下流に配置される。ロール対４ａの位置が二次元または三次元で変更されることによって、曲げモーメントが金属材１の加熱された部分に与えられる。
【０００８】
加工装置０は、比較的安価な成形機を用いる単純な工程で、例えば７８０ＭＰａ以上といった高強度の自動車部品を一体成形できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０９３００６号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】自動車技術Ｎｏｖ．５７，Ｎｏ．６（２００３）２３〜２８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
加工装置０は、長手方向（軸方向）へ略一定の断面形状を有する部品を製造することを、前提とする。加工装置０により製造可能な部品の形状は、大きく制限される。このため、加工装置０は、例えば断面形状が軸方向へ変化するような、複雑な形状を有する部品を製造できない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニット、横断面形状変更ユニットおよび冷却ユニットを備えることを特徴とする中空部材の製造装置である。
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材をこの素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：この送りユニットにより送られる素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：第１の位置よりも素材の送り方向の下流の第２の位置において素材を加熱する機構を有するユニット、
横断面形状変更ユニット：第２の位置よりも素材の送り方向の下流の第３の位置において素材の横断面形状を変更する加工を行う機構を有するユニット、および
冷却ユニット：第３の位置よりも素材の送り方向の下流の第４の位置において素材を冷却する機構を有するユニット。
【００１３】
この本発明に係る製造装置では、横断面形状変更ユニットが、二次元または三次元に移動自在に配置され、かつ二次元または三次元に移動することによって素材に曲げ加工を行ってもよい。この場合、本発明に係る製造装置がさらに変形防止ユニットを備え、この変形防止ユニットが、第４の位置よりも素材の送り方向の下流において、素材を位置決めすることによって素材の変形を防止することが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る製造装置は、例えば産業用ロボットにより支持される把持ユニットを備え、この把持ユニットが、第４の位置よりも素材の送り方向の下流において素材を把持すること、二次元または三次元に移動自在に配置されること、および、二次元または三次元に移動することによって素材に曲げ加工を行うことが望ましい。本発明に係る製造装置が把持ユニットを有する場合には、横断面形状変更ユニットが移動せずに固定して配置されることが望ましい。
【００１５】
以上の説明とは異なり、冷却ユニットを用いる代わりに、横断面形状変更ユニットが素材を冷却する機構を有していてもよい。この場合、変形防止ユニットは、第３の位置よりも素材の送り方向の下流において、素材を位置決めすることによって素材の変形を防止することが望ましい。また、この場合には、把持ユニットは、第３の位置よりも素材の送り方向の下流において素材を把持すること、二次元または三次元に移動自在に配置されること、および、二次元または三次元に移動することによって素材に曲げ加工を行うことが望ましい。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材をその長手方向へ送りながら、送られる素材を第１の位置において支持し、第１の位置よりも素材の送り方向の下流の第２の位置において素材を加熱し、第２の位置よりも素材の送り方向の下流の第３の位置において素材の横断面形状を変更する加工を行い、さらに、第３の位置よりも素材の送り方向の下流の第４の位置において素材を冷却することを特徴とする中空部材の製造方法である。
【００１７】
本発明に係る製造方法では、第４の位置において素材を冷却することに代えて、第３の位置において素材を冷却するようにしてもよい。
本発明に係る製造方法では、第３の位置から第４の位置の間において、素材に二次元または三次元の曲げ加工を行うことが例示される。
【００１８】
さらに別の観点からは、本発明は、上述した本発明の製造方法により製造され、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の金属製の本体を備える中空部材であって、この本体が長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有すること、および、第１の領域における本体の横断面形状が、第２の領域における本体の横断面形状と相違することを特徴とする中空部材である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、例えば７８０ＭＰａ以上の高強度と、自動車部品にも適用可能な複雑な形状と、高い剛性と、優れた衝突特性とを兼備する軽量の中空部材と、この中空部材を単純な工程で成形できるとともに成形機も比較的小型で安価な製造装置および製造方法とを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、いずれも、本発明に係る製造装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、横断面形状変更ユニットを構成する複数の成形ロールの構成例を示す説明図である。
【図３】図３は、図２（ｂ）に示す成形を行う場合に用いることが望ましい素材の一例を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、図２（ａ）に示す成形ロールの制御の概要を示す説明図である。
【図５】図５は、図４（ｂ）に示す成形を行う場合に用いることが望ましい素材の一例を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、いずれも、他の例の横断面形状変更ユニットを模式的に示す説明図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、本発明に係る中空部材を例示する説明図である。
【図８】図８は、特許文献１により開示された曲げ加工装置の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０、１０−１  本発明に係る製造装置
１１  送りユニット
１２  支持ユニット
１３  加熱ユニット
１４  横断面形状変更ユニット
１４ａ〜１４ｄ，１４ａ−１〜１４ｄ−１ｂ  成形ロール
１５、１５’、１５’ ’  冷却ユニット
１６  変形防止ユニット
１７  プレス装置
１７ａ  上金型
１７ｂ  下金型
２０  素材
２０ｂ  縦ビード
２０ｃ  側面
２０ａ  縦壁部
２０ｄ  凹み
２０−１  成形された素材
２２、２２ａ〜２２ｃ  中空部材
２３ａ〜２３ｃ  本体
２４  第１の領域
２５  第２の領域
Ａ  第１の位置
Ｂ  第２の位置
Ｃ  第３の位置
Ｄ  第４の位置
Ｅ  第５の位置
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、いずれも、本発明に係る製造装置１０、１０−１の構成を模式的に示す説明図である。
【００２３】
図１（ａ）に示す製造装置１０は、送りユニット１１と、支持ユニット１２と、加熱ユニット１３と、横断面形状変更ユニット１４と、冷却ユニット１５と、変形防止ユニット１６とを備える。製造装置１０のこれらの構成要素を順次説明する。
【００２４】
［送りユニット１１］
送りユニット１１は、金属製の素材２０をその長手方向へ連続的または断続的に送る機構を有するユニットである。金属製の素材２０は、閉じた横断面形状を有する中空の素材である。素材２０は、鋼製であることが望ましいため、以降の説明は、素材２０が鋼製である場合を例にとって行う。しかし、素材２０は、鋼製に限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金製等の鋼製以外の金属製であっても、本発明は等しく適用される。
【００２５】
素材２０は、電縫鋼管、電縫鋼管にロール成形を行って得られる異形鋼管、またはロールフォーム材等のストレートな閉断面材であることが例示される。しかし、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明は、閉じた横断面形状を有する中空の鋼製のものに対して、適用される。
【００２６】
送りユニット１１は、この種の送りユニットとして当業者にとって周知慣用のもの(例えばボールネジ等)であればよいので、送りユニット１１に関するこれ以上の説明は省略する。
【００２７】
［支持ユニット１２］
支持ユニット１２は、送りユニット１１により送られる素材２０を、第１の位置Ａにおいて移動自在に支持する機構を有するユニットである。支持ユニット１２は、この種の支持ユニットとして当業者にとって周知慣用のものであればよいので、支持ユニット１２に関するこれ以上の説明は省略する。
【００２８】
［加熱ユニット１３］
加熱ユニット１３は、第２の位置Ｂで素材２０を加熱する機構を有するユニットである。加熱ユニット１３は、素材２０を、例えば素材２０のＡｃ３点以上の温度に急速に加熱する能力を有することが望ましく、誘導加熱装置を用いることが例示される。
【００２９】
［横断面形状変更ユニット１４］
横断面形状変更ユニット１４は、第３の位置Ｃにおいて、素材２０の横断面形状を変更する加工を行う機構を有するユニットである。
【００３０】
横断面形状変更ユニット１４は、三次元または二次元で移動自在に配置されることが望ましい。具体的には、横断面形状変更ユニット１４が少なくとも一対の成形ロール１４ａ、１４ｂを備え、かつ少なくとも一対の成形ロール１４ａ、１４ｂは、素材２０を送りながら三次元または二次元に移動自在に配置されることが望ましい。少なくとも一対の成形ロール１４ａ、１４ｂは、素材２０を圧下する機能を有するものであり、さらに、駆動回転する機構を有することが望ましい。
【００３１】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、横断面形状変更ユニット１４を構成する複数の成形ロールの構成例を示す説明図である。
図２（ａ）は、少なくとも一対の成形ロール１４が、一対の水平ロール１４ａ、１４ｂおよび一対の垂直ロール１４ｃ、１４ｄからなる場合である。図２（ｂ）は、少なくとも一対の成形ロール１４−１が、一対の水平ロール１４ａ−１、１４ｂ−１および一対の垂直ロール１４ｃ−１、１４ｄ−１からなる場合である。
【００３２】
図２（ａ）に示すように成形ロール１４ａ〜１４ｄはストレートロールでもあってもよいし、図２（ｂ）に示すように成形ロール１４ａ−１〜１４ｄ−１は孔型ロール等の異形ロールであってもよい。
【００３３】
図３は、図２（ｂ）に示す成形を行う場合に用いることが望ましい素材２０の一例を示す説明図である。
図３に示すように、図２（ｂ）に示す成形を行う場合には、縦ビード２０ｂが素材２０の縦壁部２０ａ（孔型ロールにより成形される部分）に設けられることが望ましい。縦壁部２０の強度が縦ビード２０ｂを設けられることによって増加するため、良好な製品が製造される。
【００３４】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、図２（ａ）に示す成形ロール１４ａ〜１４ｄの制御の概要を示す説明図である。
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、一対の水平ロール１４ａ〜１４ｄと一対の垂直ロール１４ｃ，１４ｄとは、圧下位置を独立して制御可能であることがさらに望ましい。図１４（ａ）に示すように、素材２０に対する上下方向の圧下とともに左右方向の幅調整を行いながら垂直ロール１４ｃ，１４ｄの開度を調整できるので、製品の幅を変化させることができる。また、図４（ｂ）に示すように、素材２０に対する上下方向の圧下とともに左右方向の幅調整を行いながら垂直ロール１４ｃ，１４ｄの開度を一定とすることもできる。
【００３５】
図５は、図４（ｂ）に示す成形を行う場合に用いることが望ましい素材２０の一例を示す説明図である。
図５に示すように、図４（ｂ）に示す成形時には、凹み２０ｄが素材２０の側面２０ｃに設けられることによって、スムーズに成形を行うことができる。
【００３６】
これらの成形ロール１４ａ〜１４ｄ、１４ａ−１〜１４ｄ−１のうちの少なくとも一の成形ロールが孔型ロールであることが、素材２０の横断面形状の変更の程度によっては望ましい。
【００３７】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、いずれも、他の例の横断面形状変更ユニット１７を模式的に示す説明図である。
同図に示すように、横断面形状変更ユニット１７は、上金型１７ａおよび下金型１７ｂからなるプレス装置により構成される。このプレス装置は、少なくとも一対のロール１４ａ、１４ｂよりも素材２０の送り方向の下流に配置される。横断面形状変更ユニット１７は、少なくとも一対のロール１４ａ、１４ｂが加熱された素材２０を圧下する機能を有さない場合に用いるものであり、加熱ユニット１３により加熱された素材２０を圧下する機構を有する。
【００３８】
素材２０の横断面形状は、少なくとも一対のロール１４ａ、１４ｂが加熱された素材２０を圧下する機構を有さない場合においても、横断面形状変更ユニット１７を備えることによって、変更される。
【００３９】
少なくとも一対のロール１４ａ、１４ｂが加熱された素材２０を圧下する機構を有する場合にもこのプレス装置を配置し、一対のロール１４ａ、１４ｂおよびプレス装置の両者の組み合わせにより横断面形状変更ユニットを構成するようにしてもよい。これにより、素材２０の横断面形状の変更の程度が高められる。
【００４０】
さらに、素材２０に対する曲げ加工を、後述する把持ユニットにより行う場合には、図６（ｂ）に示すように一対のロール１４ａ、１４ｂを省略してもよい。
［冷却ユニット１５］
冷却ユニット１５は、第４の位置Ｄにおいて、素材２０を冷却する機構を有するユニットである。冷却ユニット１５として水冷装置を用いることが例示される。
【００４１】
上述した横断面形状変更ユニット１４により素材２０の横断面形状を変更しない場合には、横断面形状変更ユニット１４の下流に設けられる冷却ユニット１５ではなく、図１に示すように、加熱ユニット１３と横断面形状変更ユニット１４との間に配置された冷却ユニット１５’が、加熱された素材２０の冷却を行うようにしてもよい。この場合には、本発明に係る製造装置１０は、特許文献１により開示された加工装置０と同様の構成を有する装置となる。
【００４２】
さらに、図１（ｂ）に示すように、第４の位置Ｄに配置される冷却ユニット１５を用いる代わりに、横断面形状変更ユニット１４が素材２０を冷却する機構をも有するようにしてもよい。一対のロール１４ａ、１４ｂが、素材２０の横断面形状を変更しながら、同時に過熱された素材２０の冷却を行う。この場合には、一対のロール１４ａ、１４ｂが加熱されるので、一対のロール１４ａ、１４ｂを冷却するための冷却ユニット１５’’が設けられることが望ましい。
【００４３】
［変形防止ユニットまたは把持ユニット１６］
変形防止ユニット１６は、第４の位置Ｄよりも素材２０の送り方向の下流の第５の位置Ｅにおいて、成形された素材２０−１を位置決めすることによって素材２０の変形を防止する機構を有するユニットである。変形防止ユニット１６は、製造装置１０に設置しなくてもよい。
【００４４】
具体的には、変形防止ユニット１６は、素材２０の先端を支持しガイドする装置、または、素材２０を搭載して素材の自重による変形を防止するための変形防止テーブルであることが例示される。
【００４５】
また、公知の多関節ロボットが変形防止ユニット１６を構成してもよい。このロボットの送り速度（動作速度）を適宜調節して成形された素材２０−１の引抜き速度を制御することにより、一対のロール１４ａ、１４ｂの駆動を省略したり、あるいは成形された素材２０−１の被加工部分に生じる引張の応力または圧縮の応力を制御することもできる。
【００４６】
変形防止ユニット１６に代えて、例えば産業用ロボットにより支持される把持ユニットを配置することもできる。
把持ユニットは、（ａ）第４の位置Ｄよりも素材２０の送り方向の下流において素材２０を把持すること、（ｂ）二次元または三次元に移動自在に配置されること、および（ｃ）二次元または三次元に移動することによって素材２０に曲げ加工を行うこととしてもよい。製造装置１０が把持ユニットを有する場合には、把持ユニットが素材２０に対する曲げ加工を行う。このため、横断面形状変更ユニット１４は固定配置されることが、制御の容易性や把持ユニットの動作範囲の拡大防止の観点から、望ましい。
【００４７】
製造装置１０は、以上のように構成される。次に、製造装置１０により中空部材を製造する状況を説明する。
はじめに、送りユニット１１は、閉じた横断面形状を有する中空の鋼製の素材２０をその長手方向へ連続的または断続的に送る。
【００４８】
支持ユニット１２は、送りユニット１１により送られるこの素材２０を、第１の位置Ａにおいて支持する。
加熱ユニット１３は、第２の位置Ｂで素材２０を急速に、例えばＡｃ３点以上に急速に加熱する。
【００４９】
横断面形状変更ユニット１４は、第３の位置Ｃにおいて、急速加熱により変形抵抗が大幅に低下した素材２０の横断面形状を変更する加工を行う。
そして、冷却ユニット１５は、第４の位置Ｄにおいて素材２０を急速に冷却する。
【００５０】
本発明に係る中空部材は、このようにして製造される。
変形防止ユニット１６が、成形された素材２０−１を第５の位置Ｅにおいて位置決めすることによって素材２０の変形を防止することが望ましい。これにより、製造される中空部材の寸法精度の低下を抑制することができる。
【００５１】
なお、横断面形状変更ユニット１４が素材２０の圧下を行う場合には、冷却ユニット１５からの冷却水を止め、加熱ユニット１３の出側に設けた冷却ユニット１５’からの冷却を行うことにより、特許文献１により開示した加工法を行うことも可能である。
【００５２】
さらに、素材２０の送り速度や成形ロール１４ａ〜１４ｄの回転速度、さらには変形防止ユニット１６が素材２０の先端クランプの移動速度を適宜制御することによって、素材２０の加熱部を引張りの応力状態あるいは圧縮の応力状態にすることができる。このため、しわが加工された素材２０に発生し易い場合には、素材２０を引張りの応力状態にし、また肉厚減少が問題である場合には圧縮の応力状態にすることにより、成形に伴う不具合の発生を抑制することもできる。
【００５３】
例えば、第１の位置Ａの入側における素材２０の送り速度および／または第３の位置Ｃにおける素材２０の通過速度を適宜変更することによって、引張の応力が第２の位置Ｂから第３の位置までに存在する素材２０に与えられる。これにより、素材２０の断面積が減少する。逆に、圧縮の応力が第２の位置Ｂから第３の位置までに存在する素材２０に与えられることにより、素材２０の断面積が増加する。
【００５４】
すなわち、一対のロール１４ａ、１４ｂの回転速度が送りユニット１１による素材２０の送り速度よりも高いことにより、引張りの応力が素材２０の加熱された部分に作用する。このため、成形された素材２０−１の幅や高さ、あるいは肉厚が減少する。反対に、一対のロール１４ａ、１４ｂの回転速度が送りユニット１１による素材２０の送り速度よりも低いことにより、圧縮の応力が素材２０の加熱された部分に作用する。このため、成形された素材２０−１の幅や高さあるいは肉厚が増加する。
【００５５】
このようにして、断面周長が長手方向について変化する形状の製品を成形することもできる。
以上の説明は、加熱ユニット１３による素材２０の加熱が、素材２０の全長にわたって行われる場合を例にとった。しかし、素材２０の長手方向への部分的な加熱が、加熱ユニット１３として例えば誘導加熱装置を用いることによって、可能になる。この場合、加熱された部分のみならず、加熱されていない部分を横断面形状変更ユニット１４により加工するようにしてもよい。すなわち、第２の位置Ｂにおいて素材２０を、その長手方向について部分的に加熱し、第２の位置Ｂにおいて加熱されない部分の少なくとも一部の横断面形状を第３の位置Ｃにおいて変更する加工を行うようにしてもよい。これによれば、非加熱部を別ラインで後加工により成形することなく、インラインで非加熱部を加工することができるので、工程短縮および加工精度向上を図ることができる。
【００５６】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、本発明に係る中空部材２２ａ〜２２ｃを例示する説明図である。図７（ａ）および図７（ｃ）は、全体にストレート型の外形を有する場合であり、図７（ｃ）は、全体に大きな曲率で屈曲した型の外形を有する場合である。
【００５７】
中空部材２２ａ〜２２ｃは、中空の鋼製の本体２３ａ〜２３ｃを備える。本体２３ａ〜２３ｃは、いずれも、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により一体に構成される。
【００５８】
本体２３ａ〜２３ｃは、いずれも、長手方向に少なくとも第１の領域２４および第２の領域２５を有する。第１の領域２４における本体２３ａ〜２３ｃの横断面形状は、第２の領域２５における本体２３ａ〜２３ｃの横断面形状とは相違する。
【００５９】
中空部材２２ａ〜２２ｃは、長手方向の全部または一部が、７８０ＭＰａ以上という、例えば非特許文献１により開示されたハイドロフォームでは得られなかった極めて高い強度を有する。
【００６０】
中空部材２２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）バンパー、ドアインパクトビーム、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
【図１】
2014087846.tif 000003
【図２】
2014087846.tif 000004
【図３】
2014087846.tif 000005
【図４】
2014087846.tif 000006
【図５】
2014087846.tif 000007
【図６】
2014087846.tif 000008
【図７】
2014087846.tif 000009
【図８】
2014087846.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月4日(2013.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニット、横断面形状変更ユニットおよび冷却ユニットを備えることを特徴とする、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の鋼製の本体を備え、かつ、該本体は長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有するとともに該第１の領域における該本体の横断面形状は、前記第２の領域における該本体の横断面形状と相違する中空部材の製造装置；
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の鋼製の素材を該素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：該送りユニットにより送られる前記素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：前記第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱する機構を有するユニット、
横断面形状変更ユニット：前記第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において前記素材の横断面形状を変更する加工を行う機構を有するとともに、二次元または三次元に移動自在に配置される機構を含み、かつ該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うとともに、前記素材を圧下する上金型および下金型からなるプレス装置であるユニット、および
冷却ユニット：前記第３の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第４の位置において前記素材を冷却する機構を有するユニット。
【請求項２】
下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニットおよび横断面形状変更ユニットを備えることを特徴とする、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の鋼製の本体を備え、かつ、該本体は長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有するとともに該第１の領域における該本体の横断面形状は、前記第２の領域における該本体の横断面形状と相違する中空部材の製造装置；
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の金属製の素材を該素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：該送りユニットにより送られる前記素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：前記第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱する機構を有するユニット、および
前記横断面形状変更ユニット：前記第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において、前記素材の横断面形状を変更する加工を行うとともに該素材を冷却する機構を有するとともに、二次元または三次元に移動自在に配置される機構を含み、かつ該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うとともに、前記素材を圧下する上金型および下金型からなるプレス装置であるユニット。
【請求項３】
下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニット、横断面形状変更ユニット、冷却ユニットおよび把持ユニットを備えることを特徴とする、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の鋼製の本体を備え、かつ、該本体は長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有するとともに該第１の領域における該本体の横断面形状は、前記第２の領域における該本体の横断面形状と相違する中空部材の製造装置；
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の鋼製の素材を該素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：該送りユニットにより送られる前記素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：前記第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱する機構を有するユニット、
横断面形状変更ユニット：固定配置され、前記第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において前記素材の横断面形状を変更する加工を行うとともに、前記素材を圧下する上金型および下金型からなるプレス装置である機構を有するユニット、
冷却ユニット：前記第３の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第４の位置において前記素材を冷却する機構を有するユニット、および
把持ユニット：前記第４の位置よりも前記素材の送り方向の下流において前記素材を把持する機構を有すること、該機構は、二次元または三次元に移動自在に配置されること、かつ、該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うこと。
【請求項４】
下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニット、横断面形状変更ユニットおよび把持ユニットを備えることを特徴とする、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の鋼製の本体を備え、かつ、該本体は長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有するとともに該第１の領域における該本体の横断面形状は、前記第２の領域における該本体の横断面形状と相違する中空部材の製造装置；
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の鋼製の素材を該素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：該送りユニットにより送られる前記素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：前記第１の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第２の位置において前記素材を加熱する機構を有するユニット、
前記横断面形状変更ユニット：固定配置され、前記第２の位置よりも前記素材の送り方向の下流の第３の位置において、前記素材の横断面形状を変更する加工を行うとともに該素材を冷却するとともに、前記素材を圧下する上金型および下金型からなるプレス装置である機構を有するユニット、および
把持ユニット：前記第３の位置よりも前記素材の送り方向の下流において前記素材を把持する機構を有すること、該機構は、二次元または三次元に移動自在に配置されること、かつ、該機構は、二次元または三次元に移動することによって前記素材に曲げ加工を行うこと。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ハイドロフォームといわれる加工法（例えば特許文献１参照）は、金型内に配置された素材である管の内部に高圧の加工液を導入することにより、管の外面が金型の内面に沿うように管を膨らませて変形させることによって、管を複雑な形状に成形する。複雑な形状の部品が、ハイドロフォームにより、フランジを形成する必要なく一体成形される。ハイドロフォームは、自動車部品の軽量化を図れるため、近年、自動車部品の製造に積極的に用いられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【非特許文献１】自動車技術Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６（２００３）２３〜２８頁
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、下記の送りユニット、支持ユニット、加熱ユニット、横断面形状変更ユニットおよび冷却ユニットを備えることを特徴とする、閉じた横断面形状を有するとともに長手方向に一つの部品により構成される中空の鋼製の本体を備え、かつ、この本体は長手方向に少なくとも第１の領域および第２の領域を有するとともに第１の領域における本体の横断面形状は、第２の領域における本体の横断面形状と相違する中空部材の製造装置である。
送りユニット：閉じた横断面形状を有する中空の鋼製の素材をこの素材の長手方向へ送る機構を有するユニット、
支持ユニット：この送りユニットにより送られる素材を、第１の位置において移動自在に支持する機構を有するユニット、
加熱ユニット：第１の位置よりも素材の送り方向の下流の第２の位置において素材を加熱する機構を有するユニット、
横断面形状変更ユニット：第２の位置よりも素材の送り方向の下流の第３の位置において素材の横断面形状を変更する加工を行う機構を有するとともに、二次元または三次元に移動自在に配置される機構を含み、かつこの機構は、二次元または三次元に移動することによって素材に曲げ加工を行うとともに、前記素材を圧下する上金型および下金型からなるプレス装置であるユニット、および
冷却ユニット：第３の位置よりも素材の送り方向の下流の第４の位置において素材を冷却する機構を有するユニット。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
上述した横断面形状変更ユニット１４により素材２０の横断面形状を変更しない場合には、横断面形状変更ユニット１４の下流に設けられる冷却ユニット１５ではなく、図１に示すように、加熱ユニット１３と横断面形状変更ユニット１４との間に配置された冷却ユニット１５’が、加熱された素材２０の冷却を行うようにしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
なお、横断面形状変更ユニット１４が素材２０の圧下を行わない場合には、冷却ユニット１５からの冷却水を止め、加熱ユニット１３の出側に設けた冷却ユニット１５’からの冷却を行うことにより、特許文献１により開示した加工法を行うことも可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、本発明に係る中空部材２２ａ〜２２ｃを例示する説明図である。図７（ａ）および図７（ｃ）は、全体にストレート型の外形を有する場合であり、図７（ｂ）は、全体に大きな曲率で屈曲した型の外形を有する場合である。