(57)【要約】【課題】精度のよい曲げ加工を効率的に行ない得る金属板の曲げ加工方法およびその装置を提供する。【解決手段】ロールベンダー１０は、１本の上ロール１２と、２本の下ロール１４,１６とを備え、これら３本のロール１２,１４,１６の間に金属板１８を通過して曲げ加工する。上ロール１２は、その中心軸Ｏを通過する垂線Ｓ0に沿って昇降可能に構成される。上ロール１２は、２本の下ロール１４,１６の中央を通る基準垂線Ｓ1に対して、該上ロール１２の中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚した位置に配置される。金属板１８における前下ロール１４から離間した部位の外周面の曲率を測定する第１の測定手段３０を備える。そして、第１の測定手段３０で測定した曲げ後曲率に基づいて、上ロール１２を位置調節する。【選択図】図１
2014097515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板(18)の移動方向の前後に離間する２本の下ロール(14,16)と、両下ロール(14,16)間の上方に位置する上ロール(12)とを備え、これら上ロール(12)と２本の下ロール(14,16)との間を通過する金属板(18)における両端部を除く中間部分を、３本のロール(12,14,16)で加圧して曲げを付与する曲げ加工方法において、
前記２本の下ロール(14,16)の軸心を結んだ線分(K)の中央を通り、該線分(K)に垂直な基準垂線(S1)に対して上ロール(12)の中心軸(O)を金属板(18)の移動方向前側へ偏倚させた状態で、これら上ロール(12)と２本の下ロール(14,16)との間に金属板(18)を通過して曲げ加工を行ない、
前記上ロール(12)に対して金属板(18)の移動方向前側に位置する前側の下ロール(14)との接触点(F2)を通過した金属板(18)の曲率を測定手段(30,50)で測定し、該測定手段(30,50)での測定値が予め設定された目標値となるように、上ロール(12)と両下ロール(14,16)との相対的な位置を上下方向または金属板(18)の移動方向前後に調節するようにした
ことを特徴とする金属板の曲げ加工方法。
【請求項２】
前記上ロール(12)および下ロール(14,16)に作用する負荷をバックアップロール(42)で受ける状態で、これら上ロール(12)と２本の下ロール(14,16)との間に金属板(18)を通過して曲げ加工を行なうようにした請求項１記載の金属板の曲げ加工方法。
【請求項３】
前記金属板(18)の前記上ロール(12)に対する接触点(F1)と、該金属板(18)の前記前側の下ロール(14)に対する接触点(F2)との間に臨む金属板(18)の曲率を第２の測定手段(38)で測定し、該第２の測定手段(38)での測定値と、前記測定手段(30,50)での測定値とに基づいて、前記上ロール(12)と両下ロール(14,16)との相対的な位置を調節するようにした請求項１または２記載の金属板の曲げ加工方法。
【請求項４】
前記金属板(18)の曲げ加工に際して測定した曲率を、前記上ロール(12)と両下ロール(14,16)とによる圧下量と関連付けて制御装置(40)に記憶し、この記憶データに基づいて次回以降の金属板(18)の曲げ加工に際して上ロール(12)と両下ロール(14,16)との相対的な位置調節を行なうようにした請求項１〜３の何れか一項に記載の金属板の曲げ加工方法。
【請求項５】
金属板(18)の移動方向の前後に離間する２本の下ロール(14,16)と、両下ロール(14,16)間の上方に位置する上ロール(12)とを備え、これら上ロール(12)と２本の下ロール(14,16)との間を通過する金属板(18)における両端部を除く中間部を、３本のロール(12,14,16)で加圧して曲げを付与する曲げ加工装置において、
前記上ロール(12)は、前記２本の下ロール(14,16)の軸心を結んだ線分(K)の中央を通り、該線分(K)と垂直な基準垂線(S1)に対して該上ロール(12)の中心軸(O)が金属板(18)の移動方向前側へ偏倚して配置され、
前記上ロール(12)と両下ロール(14,16)とは、上下方向または金属板(18)の移動方向前後に相対的に移動自在に構成され、
前記上ロール(12)と両下ロール(14,16)との相対的な位置を調節する調節手段(20,22,24)と、
前記上ロール(12)に対して金属板(18)の移動方向前側に位置する前側の下ロール(14)との接触点(F2)を通過した金属板(18)の曲率を測定する測定手段(30,50)と、
前記測定手段(30,50)での測定値に基づいて前記調節手段(20,22,24)を制御して、前記上ロール(12)と両下ロール(14,16)との相対的な位置を調節する制御装置(40)とを備えた
ことを特徴とする金属板の曲げ加工装置。
【請求項６】
前記上ロール(12)および下ロール(14,16)に作用する負荷を受けるバックアップロール(42)を備えた請求項５記載の金属板の曲げ加工装置。
【請求項７】
前記金属板(18)の前記上ロール(12)に対する接触点(F1)と、該金属板(18)の前記前側の下ロール(14)に対する接触点(F2)との間に臨む金属板(18)の曲率を測定する第２の測定手段(38)を備え、前記制御装置(40)は、第２の測定手段(38)での測定値と、前記測定手段(30,50)での測定値とに基づいて、前記調節手段(20,22,24)を制御して上ロール(12)と両下ロール(14,16)との相対的な位置を調節するよう構成した請求項５または６記載の金属板の曲げ加工装置。
【請求項８】
前記２本の下ロール(14,16)を相対的に近接・離間移動自在に構成した請求項５〜７の何れか一項に記載の金属板の曲げ加工装置。
【請求項９】
前記前側の下ロール(14)の中心軸と同軸で該前側の下ロール(14)の外周に沿って相対的に回転可能で、前記測定手段(30)が配設された支持部材(28)と、
前記支持部材(28)を、前記測定手段(30)が金属板(18)に当接する測定位置と金属板(18)から離間する退避位置とに移動する作動手段(32)と備えた請求項５〜８の何れか一項に記載の金属板の曲げ加工装置。
【請求項１０】
前記前側の下ロール(14)に周溝(52)が形成され、接触式または非接触式の前記測定手段(30,50)は、前記周溝(52)を介して金属板(18)の曲率を測定可能に構成した請求項５〜９の何れか一項に記載の金属板の曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板を複数のロールで曲げ加工する金属板の曲げ加工方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属板を円筒状に曲げ加工するロールベンダー(曲げ加工装置)は、１本の上ロールと、該上ロールの下方に配設した２本以上の下ロールとを備え、上ロールと該上ロールの真下を含めた前後２つの下ロールとの間に挟持した金属板を、下ロールの回転によって送りつつ曲げ加工するよう構成されている(例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２７４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属板を曲げ加工する場合は、金属板が有する弾性に起因して曲げ加工後に反力によって曲げが若干戻る、所謂「スプリングバック」が生ずる。すなわち、金属板が３本のロールに当接して拘束される領域(３本のロールで囲まれた領域であって、以後曲げ領域と称す)で所定の曲率の曲げが与えられた金属板は、曲げ領域に対して金属板の移動方向前側に位置する下ロールから離間して拘束が解除された際に、スプリングバックによって曲率が大きくなる方向に戻る。このため、前記曲げ領域においてロールベンダーで金属板に付与する曲率を最終的に得たい曲率よりも小さめになるように、下ロールとの間で金属板を曲げ加工する上ロールの曲げ位置を設定することで、移動方向前側の下ロールから離間してスプリングバックを生じた状態の金属板(曲げ加工が終わった金属板)の曲率が所期の曲率に収まるようすることが行なわれる。
【０００５】
しかしながら、金属板に発生するスプリングバックの変形量は、金属板の材質や厚みおよび曲げようとする曲率等の各種の条件によって異なるものであって、定量的に予測することは困難である。従って、スプリングバックの変形量を予測し、該変形量に見合った曲率の曲げを付与し得るように上ロールの曲げ位置を設定したとしても、曲げ加工が終わった金属板の曲率が所期の曲率に収まらない場合がある。このため、ロールベンダーにより金属板を曲げ加工するに際しては、予め熟練した作業者が金属板を該ロールベンダーに通して試し曲げを行ない、その結果に従って上ロールの位置を調節することが行なわれており、手間と時間が掛かっていた。
【０００６】
すなわち本発明は、前記従来の技術に内在する前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、精度のよい曲げ加工を効率的に行ない得る金属板の曲げ加工方法およびその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】
【０００７】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項１の発明に係る金属板の曲げ加工方法は、
金属板の移動方向の前後に離間する２本の下ロールと、両下ロール間の上方に位置する上ロールとを備え、これら上ロールと２本の下ロールとの間を通過する金属板における両端部を除く中間部分を、３本のロールで加圧して曲げを付与する曲げ加工方法において、
前記２本の下ロールの軸心を結んだ線分の中央を通り、該線分に垂直な基準垂線に対して上ロールの中心軸を金属板の移動方向前側へ偏倚させた状態で、これら上ロールと２本の下ロールとの間に金属板を通過して曲げ加工を行ない、
前記上ロールに対して金属板の移動方向前側に位置する前側の下ロールとの接触点を通過した金属板の曲率を測定手段で測定し、該測定手段での測定値が予め設定された目標値となるように、上ロールと両下ロールとの相対的な位置を上下方向または金属板の移動方向前後に調節するようにしたことを要旨とする。
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、上ロールを、金属板の移動方向前側に位置する下ロール側に偏らせて該金属板の中間部に曲げを付与するようにしたので、上ロールと前側の下ロールとによる加圧下に曲げられた金属板に発生する塑性変形域の変化による曲率変動量を小さくすることができる。従って、曲げ加工が終わった金属板の曲率を測定してフィードバックすることで、精度のよい曲げ加工を効率的に行なうことができる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記上ロールおよび下ロールに作用する負荷をバックアップロールで受ける状態で、これら上ロールと２本の下ロールとの間に金属板を通過して曲げ加工を行なうようにしたことを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、上下の各ロールに作用する負荷をバックアップロールで受けることで、該上下のロールとして小径のものを使用することが可能となり、金属板に対する上ロールの接触点と前側の下ロールの接触点との離間距離をより短かくして、上ロールと前側の下ロールとによる加圧下に曲げられた金属板に発生する塑性変形域の変化による曲率変動量をより小さくし得る。
【００１０】
請求項３に係る発明では、前記金属板の前記上ロールに対する接触点と、該金属板の前記前側の下ロールに対する接触点との間に臨む金属板の曲率を第２の測定手段で測定し、該第２の測定手段での測定値と、前記測定手段での測定値とに基づいて、前記上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節するようにしたことを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、曲げ加工時の曲率と曲げ加工後の曲率とに基づいて上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節することで、より精度のよい曲げ加工を達成し得る。
【００１１】
請求項４に係る発明では、前記金属板の曲げ加工に際して測定した曲率を、前記上ロールと両下ロールとによる圧下量と関連付けて制御装置に記憶し、この記憶データに基づいて次回以降の金属板の曲げ加工に際して上ロールと両下ロールとの相対的な位置調節を行なうようにしたことを要旨とする。
請求項４に係る発明によれば、前回の曲げ加工により得たデータに基づいて上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節するので、より精度の高い曲げ加工を行なうことができる。
【００１２】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項５の発明に係る金属板の曲げ加工装置は、
金属板の移動方向の前後に離間する２本の下ロールと、両下ロール間の上方に位置する上ロールとを備え、これら上ロールと２本の下ロールとの間を通過する金属板における両端部を除く中間部を、３本のロールで加圧して曲げを付与する曲げ加工装置において、
前記上ロールは、前記２本の下ロールの軸心を結んだ線分の中央を通り、該線分と垂直な基準垂線に対して該上ロールの中心軸が金属板の移動方向前側へ偏倚して配置され、
前記上ロールと両下ロールとは、上下方向または金属板の移動方向前後に相対的に移動自在に構成され、
前記上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節する調節手段と、
前記上ロールに対して金属板の移動方向前側に位置する前側の下ロールとの接触点を通過した金属板の曲率を測定する測定手段と、
前記測定手段での測定値に基づいて前記調節手段を制御して、前記上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節する制御装置とを備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項５に係る発明によれば、上ロールを、金属板の移動方向前側に位置する下ロール側に偏らせて該金属板の中間部に曲げを付与するようにしたので、上ロールと前側の下ロールとによる加圧下に曲げられた金属板に発生する塑性変形域の変化による曲率変動量を小さくすることができる。従って、曲げ加工が終わった金属板の曲率を測定してフィードバックすることで、精度のよい曲げ加工を効率的に行なうことができる。
【００１４】
請求項６に係る発明では、前記上ロールおよび下ロールに作用する負荷を受けるバックアップロールを備えたことを要旨とする。
請求項６に係る発明によれば、上下の各ロールに作用する負荷をバックアップロールで受けるよう構成したので、該上下のロールとして小径のものを使用することが可能となり、金属板に対する上ロールの接触点と前側の下ロールの接触点との離間距離をより短かくして、上ロールと前側の下ロールとによる加圧下に曲げられた金属板に発生する塑性変形域の変化による曲率変動量をより小さくし得る。
【００１５】
請求項７に係る発明では、前記金属板の前記上ロールに対する接触点と、該金属板の前記前側の下ロールに対する接触点との間に臨む金属板の曲率を測定する第２の測定手段を備え、前記制御装置は、第２の測定手段での測定値と、前記測定手段での測定値とに基づいて、前記調節手段を制御して上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節するよう構成したことを要旨とする。
請求項７に係る発明によれば、曲げ加工時の曲率と曲げ加工後の曲率とに基づいて上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節することができ、より精度のよい曲げ加工を達成し得る。
【００１６】
請求項８に係る発明では、前記２本の下ロールを相対的に近接・離間移動自在に構成したことを要旨とする。
請求項８に係る発明によれば、上ロールと前側の下ロールとをより近づけることができ、塑性変形域の変化による金属板の曲率変動量を小さくすることが可能となる。
【００１７】
請求項９に係る発明では、前記前側の下ロールの中心軸と同軸で該前側の下ロールの外周に沿って相対的に回転可能で、前記測定手段が配設された支持部材と、
前記支持部材を、前記測定手段が金属板に当接する測定位置と金属板から離間する退避位置とに移動する作動手段と備えたことを要旨とする。
請求項９に係る発明によれば、測定手段によって前側の下ロールから離れた金属板における下ロールの直近部位の曲率を測定し得るので、より精度のよい曲げ加工を実施し得る。
【００１８】
請求項１０に係る発明では、前記前側の下ロールに周溝が形成され、接触式または非接触式の前記測定手段は、前記周溝を介して金属板の曲率を測定可能に構成したことを要旨とする。
請求項１０に係る発明によれば、測定手段によって前側の下ロールから離れた金属板における下ロールのより直近部位の曲率を測定し得るので、高精度の曲げ加工を実施し得る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る金属板の曲げ加工方法およびその装置によれば、金属板を精度よく効率的に曲げ加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係るロールベンダーを示す概略構成図である。
【図２】実施例１に係るロールベンダーにおける上ロールと前下ロールとの関係を示す説明図である。
【図３】実施例１に係るロールベンダーの制御ブロック図である。
【図４】曲げ加工後の金属板の曲り変動を測定した実験の結果を示すグラフである。
【図５】曲げ加工後の金属板の曲り変動を測定した別の実験の結果を示すグラフである。
【図６】曲げ後曲率を測定する機構の第１別実施例を示す説明図である。
【図７】曲げ後曲率を測定する機構の第２別実施例を示す説明図である。
【図８】実施例２に係るロールベンダーを示す説明図である。
【図９】両持ち梁において最大応力の式を得るための各緒元を示す説明図である。
【図１０】上ロールに作用する最大応力の式を得るための各緒元を示す説明図である。
【図１１】バックアップロールを用いる場合と用いない場合における上ロールに作用する最大応力と曲率半径／厚みとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明に係る金属板の曲げ加工方法およびその装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。本願発明者は、ロールベンダーによる曲げ加工に際し、上ロールと、該上ロールに対して金属板の移動方向前側に位置する下ロールとの間隔を小さくすることで、３本のロールにより曲げが与えられた金属板に発生する塑性変形域の変化による曲率変動量(スプリングバックの変動量)を小さく抑えることができることを知見した。そして、この知見を利用することで、金属板を最終的に得たい曲率に精度よく効率的に曲げ加工し得る金属板の曲げ加工方法およびその装置を案出したものである。
【実施例１】
【００２２】
図１は、曲げ加工装置としての実施例１のロールベンダー１０を示すものであって、該ロールベンダー１０は、１本の上ロール１２と、２本の下ロール１４,１６とを備え、これら３本のロール１２,１４,１６の間に金属板１８を通過することで、該金属板１８を円筒状となるように曲げ加工し得るよう構成される。前記上ロール１２は、その中心軸Ｏを通って前記２本の下ロール１４,１６の軸心を結んだ線分Ｋに垂直な垂線Ｓ0に沿って昇降可能に構成され、金属板１８に付与する曲率に応じた位置(曲げ位置)に、昇降駆動機構(調節手段)２０(図３参照)によって移動して位置決めされるよう構成してある。また、上ロール１２の垂線Ｓ0を挟んで上ロール１２の斜め左下側に位置する下ロール１４および上ロール１２の斜め右下側に位置する下ロール１６は、垂線Ｓ0と直交する水平方向に夫々独立して移動可能に構成される。なお、実施例では上ロール１２に対して図１の右側から左側へ金属板１８が通過するよう構成されており、上ロール１２に対して金属板１８の移動方向前側に位置する左側の下ロール(前側の下ロール)１４を前下ロールと指称すると共に、上ロール１２に対して金属板１８の移動方向後側に位置する右側の下ロール１６を後下ロールと指称する場合もある。そして、前下ロール１４は、前変位駆動機構(調節手段)２２(図３参照)によって金属板１８の移動方向前側または後側へ変位して位置決めされると共に、後下ロール１６は、後変位駆動機構(調節手段)２４(図３参照)によって金属板１８の移動方向前側または後側へ変位して位置決めされるよう構成される。
【００２３】
前記上ロール１２は、図２に示す如く、前記２本の下ロール１４,１６の軸心を結んだ前記線分Ｋの中央を通り、該線分Ｋに垂直な基準垂線Ｓ1に対して、該上ロール１２の中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚した位置に配置されている。すなわち、上ロール１２と前下ロール１４との水平方向での軸心間距離は、上ロール１２と後下ロール１６との水平方向での軸心間距離より短かく設定される。これにより、３本のロール１２,１４,１６で金属板１８を加圧して曲げを与えるに際し、上ロール１２と金属板１８との接触点Ｆ1と前下ロール１４と金属板１８との接触点Ｆ2との離間距離Ｌ１は、上ロール１２と金属板１８との接触点Ｆ1と後下ロール１６と金属板１８との接触点Ｆ3との離間距離Ｌ２より短かくなる。そして、このように上ロール１２を前下ロール１４に近づけて配置することで、金属板１８が３本のロール１２,１４,１６に当接して拘束される領域(曲げ領域)で該金属板１８に所定の曲率の曲げが与えられた後、前下ロール１４から離間して拘束が解除された際に生ずる製品曲率の変動量(以後、単に曲率変動量という場合もある)を小さく抑えることができる。すなわち、３本のロール１２,１４,１６により金属板１８に付与される塑性変形は、接触点Ｆ1と接触点Ｆ3との間の曲げモーメントに比例するように生じ、接触点Ｆ1と接触点Ｆ2とが近い程、前下ロール１４から金属板１８が離間する出側での曲率変動が少なくなる。なお、上ロール１２および前後の下ロール１４,１６は、図示しない駆動手段によって回転駆動されるよう構成される。
【００２４】
前記前下ロール１４には、図１に示す如く、複数の転動ローラ２６を回転自在に備えた支持部材２８が、該転動ローラ２６を介して前下ロール１４に対して相対的な回転が許容される状態で装着されている。この支持部材２８は、略半円弧状に形成されて、内周面が前下ロール１４の外周面に非接触の状態で前下ロール１４の外周に沿って移動可能に構成される。支持部材２８には、該支持部材２８に対して相対的に移動可能に保持部材２９が配設され、該保持部材２９は、前下ロール１４の軸心を中心として該前下ロール１４の外周面に非接触の状態で前下ロール１４の外周に沿って移動可能に構成される。そして、前下ロール１４と金属板１８との接触点Ｆ2より左側(金属板１８の移動方向前側)に臨む支持部材２８の端部から突出する保持部材２９に、金属板１８の曲率を測定可能な第１の測定手段(測定手段)３０が一体的に移動可能に配設されている。また、支持部材２８と保持部材２９との間に、バネ等の弾性部材３６が複数離間して張設されており、該保持部材２９は、複数の弾性部材３６によって支持部材２８と一体的に移動し得るよう構成される。そして、後述するように第１の測定手段３０を測定位置に移動させた状態では、該弾性部材３６の弾力によって第１の測定手段３０を金属板１８に押し付けて測定位置に保持し得るよう構成してある。
【００２５】
前記支持部材２８には、図示しないフレームに配設した作動手段としての油圧や空圧等の第１流体圧シリンダ３２のピストンロッドが連結してある。そして、第１流体圧シリンダ３２を、ピストンロッドが伸張する方向に付勢することで、支持部材２８が前下ロール１４の外周に沿って周方向に同軸で移動して、該支持部材２８と一体的に移動する保持部材２９に配設した前記第１の測定手段３０を、前下ロール１４との接触点Ｆ2を通過した金属板１８における前下ロール１４の直近位置の外周面に前記弾性部材３６によって弾力的に当接する測定位置に臨ませ得るよう構成される。また、第１流体圧シリンダ３２を、ピストンロッドが収縮する方向に付勢することで、支持部材２８と共に保持部材２９が前下ロール１４の外周に沿って周方向に移動して、第１の測定手段３０を金属板１８の外周面から離間する退避位置に臨ませ得るよう構成される。なお、保持部材２９に対して第１の測定手段３０は首振り可能に支持されて、該第１の測定手段３０の測定部を金属板１８の外周面に倣わせ得るよう構成してある。
【００２６】
前記支持部材２８は、前記フレームに対してクランプ手段３４によって位置決め保持可能に構成され、前記第１の測定手段３０を測定位置に臨ませた支持部材２８をクランプ手段３４でフレームに位置決め保持することで、第１の測定手段３０を測定位置に保持し得るよう構成される。そして、支持部材２８がクランプ手段３４で位置決め保持された状態では、該支持部材２８に対して前記前下ロール１４が転動ローラ２６を介して回転する。なお、金属板１８の移動に伴い、該金属板１８と第１の測定手段３０との接触部位が該測定手段３０の近接・離間方向に変位した場合は、前記弾性部材３６による付勢状態で支持部材２８に対して保持部材２９が変位することで測定手段３０が金属板１８に当接する状態を保持し得るようになっている。
【００２７】
前記前下ロール１４と後下ロール１６との間には、前記上ロール１２と金属板１８との接触点Ｆ1と、前下ロール１４と金属板１８との接触点Ｆ2との間に位置する部位での金属板１８の曲率を測定可能な第２の測定手段３８が配置されている。この第２の測定手段３８は、油圧や空圧等の第２流体圧シリンダ３９によって、接触点Ｆ1と接触点Ｆ2との間に臨む金属板１８の外周面に当接する測定位置と離間する退避位置との間を移動するよう構成される。なお、第２流体圧シリンダ３９に対して第２の測定手段３８は首振り可能に支持されて、該第２の測定手段３８の測定部を金属板１８の外周面に倣わせ得るよう構成してある。
【００２８】
前記第１の測定手段３０および第２の測定手段３８としては、例えば一対の固定片(測定部)と、両固定片の中間に移動自在に配設した可動プローブ(測定部)とを備え、両固定片および可動プローブを金属板１８の外周面に接触させた際の可動プローブの変位量から曲率を測定し得る公知の接触式の手段が用いられるが、その他各種方式の手段を用いることができる。両測定手段３０,３８は、図３に示す制御装置４０に接続されており、該制御装置４０は、両測定手段３０,３８で測定された曲率(測定値)に基づいて、各ロール１２,１４,１６の位置調節を行なうために前記昇降駆動機構２０、前後の変位駆動機構２２,２４を夫々フィードバック制御し得るよう構成される。なお、前記第１の測定手段３０で測定された曲率を、曲げ後曲率と指称すると共に、第２の測定手段３８で測定された曲率を、曲げ時曲率と指称する場合もある。
【００２９】
前記制御装置４０は、両測定手段３０,３８で測定した曲率を、加工中の金属板１８の材質や厚み等の加工条件および上ロール１２により金属板１８を曲げ加工するために加えられた圧下量(金属板１８に最終的に与える曲率(目標値)に応じた曲げ位置(スプリングバックを考慮して目標値より小さな曲率を付与し得る位置))等と関連付けて、該加工条件および圧下量等と共に図示しない記憶部に記憶するよう構成される。そして、制御装置４０は、同一条件で金属板１８を曲げ加工する場合は、記憶部に記憶されているデータ(測定された曲率および圧下量)に基づいて、新たな金属板１８の曲げ加工に際して初期設定される上ロール１２および下ロール１４,１６の位置を、前記昇降駆動機構２０、前後の変位駆動機構２２,２４を駆動制御して位置決めし得るよう構成されている。
【００３０】
〔実施例１の作用〕
次に、前述のように構成された実施例１のロールベンダー１０の作用につき、曲げ加工方法との関係で説明する。
【００３１】
前記金属板１８を円筒体に曲げ加工するに際し、対象となる金属板１８の厚みや幅寸法等の条件および最終的に与える曲率(目標値)に応じて、前記３本のロール１２,１４,１６の位置調節を行なう。すなわち、前記制御装置４０は、前変位駆動機構２２および後変位駆動機構２４を駆動制御し、両下ロール１４,１６の軸心間距離を対象となる金属板１８の前記加工条件に合わせるように水平移動すると共に、両下ロール１４,１６の軸心を結んだ線分Ｋの中央を通り、該線分Ｋに垂直な基準垂線Ｓ1に対して、前記上ロール１２の中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚した位置となるように位置決めする(図２参照)。そして、金属板１８の先端が前下ロール１４上に位置するように該金属板１８を両下ロール１４,１６に載置すると共に、上ロール１２を下降して金属板１８に軽く当接した状態で、上ロール１２と２本の下ロール１４,１６とを同時に正転駆動させると共に、該上ロール１２を金属板１８に最終的に与える曲率(目標値)に応じた曲げ位置(スプリングバックを考慮して目標値より小さな曲率を付与し得る位置)まで昇降駆動機構２０によって下降させる(圧下量調節)。これにより金属板１８は、移動しつつ上ロール１２の加圧下に両端部を除く中間部の曲げ加工が漸次進行させられる。
【００３２】
前記曲げ加工の初期において、前記クランプ手段３４によるクランプを解除したもとで、前記第１流体圧シリンダ３２を付勢して第１の測定手段３０を、前下ロール１４との接触点Ｆ2を通過して該前下ロール１４から離間した金属板１８における前下ロール１４の直近部位の外周面に当接すると共に、前記第２流体圧シリンダ３９を付勢して前記第２の測定手段３８を、金属板１８における前記接触点Ｆ1と接触点Ｆ2との間に臨む部位の外周面に当接する。第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率および第２の測定手段３８で測定された曲げ時曲率は、前記制御装置４０に入力され、前記上ロール１２の圧下量等に関連付けて記憶される。なお、第１の測定手段３０を金属板１８の外周面に当接した測定位置に臨ませた状態で、前記クランプ手段３４によって前記支持部材２８が位置決め保持される。また、第１の測定手段３０は、前記複数の弾性部材３６の弾力によって金属板１８の外周面に押し付けられて、該第１の測定手段３０が金属板１８の外周面に常に当接した状態に保持される。なお、金属板１８の第１の測定手段３０に対する近接・離間方向の変位に対しては、支持部材２８に対して保持部材２９が弾性部材３６の弾力付勢下に変位することで許容され、第１の測定手段３０に過大な負荷が加わって破損等するのは防止される。
【００３３】
前記制御装置４０では、曲げ後曲率を、曲げ加工中の金属板１８に最終的に与える曲率(目標値)と比較し、曲げ後曲率が目標値となるように、前記昇降駆動機構２０を駆動制御して上ロール１２を位置調節(圧下量調節)する。すなわち、曲げ後曲率をフィードバックすることで金属板１８を精度よく円筒体に曲げ加工することができる。また、上ロール１２を前下ロール１４に近接配置し、前記接触点Ｆ1と接触点Ｆ2とを近づけることで、前下ロール１４を通過した金属板１８に現われる塑性変形域の変化による曲率変動量は小さく抑えられるので、曲げ後曲率のフィードバックによる調節によって金属板１８を目標値に迅速に曲げ加工することができる。更に、ロールベンダー１０により実際に曲げ加工されている時の金属板１８の曲率(曲げ時曲率)を前記第２の測定手段３８で測定しているので、該曲げ時曲率によって上ロール１２が適正位置に位置決めされているか否かを確認することができ、該曲げ時曲率の値を上ロール１２の調節に反映することで、より高精度の曲げ加工が達成される。また、曲げ後曲率と目標値との関係から、前記上ロール１２の位置調節のみでなく、前記前後の変位駆動機構２２,２４を駆動制御して前後の下ロール１４,１６を水平移動調節し、上ロール１２と両下ロール１４,１６との相対的な位置を調節するようにしてもよい。
【００３４】
前記第１の測定手段３０は、図１に示す如く、前記前下ロール１４と同軸で該前下ロール１４の外側を回転するよう構成してあるので、第１の測定手段３０を、前下ロール１４から離間した金属板１８における前下ロール１４の直近部位に当接して曲率を測定することができる。すなわち、塑性変形域の変化による曲率変動量(スプリングバックの変動量)を略リアルタイムで測定してフィードバックすることで圧下量を調節し得るので、より高い精度での曲げ加工が可能となる。
【００３５】
前記金属板１８における両端部の曲げ加工については、該金属板１８における中間部の曲げ加工中において、両下ロール１４,１６を左右方向にシフトして行なう。すなわち、図１において金属板１８の左側の端部を先端部とし、反対側の端部を後端部として説明すると、該金属板１８の中間部の曲げ加工が進行して後端部が後下ロール１６の上面まで到来する所要のタイミングで、前記基準垂線Ｓ1に対して上ロール１２の中心軸Ｏが後下ロール１６側に偏倚した位置となるように両下ロール１４,１６を左方向に移動すると共に上下のロール１２,１４,１６の駆動を停止する。この状態で、上ロール１２を所定量下降して金属板１８の後端部を追加的に加圧して更に曲げ加工を施す。次に、上ロール１２を元の位置まで上昇すると共に、前記基準垂線Ｓ1に対して上ロール１２の中心軸Ｏが前下ロール１４側に偏倚した位置となるように両下ロール１４,１６を右方向に移動する。この状態で上下のロール１２,１４,１６を逆転駆動して、金属板１８の先端部が前下ロール１４の上面に到来するタイミングで上下のロール１２,１４,１６の駆動を停止する。そして、上ロール１２を所定量下降して金属板１８の先端部を追加的に加圧して更に曲げ加工を施す。なお、金属板１８における両端部の曲げ加工については、中間部を曲げ加工する前工程において予め曲げておくようにしてもよい。すなわち、３つのロール１２,１４,１６を、基準垂線Ｓ1に対して上ロール１２の中心軸Ｏが前下ロール１４側に偏倚した位置となる配置とすると共に、金属板１８の先端部を前下ロール１４の上面に位置させたもとで、上下のロール１２,１４,１６の正転駆動と上ロール１２の下降とを同時に進行させて先端部を曲げ加工する。次に、金属板１８の中間部に曲げ加工を施すことなく、３つのロール１２,１４,１６を、基準垂線Ｓ1に対して上ロール１２の中心軸Ｏが後下ロール１６側に偏倚した位置となる配置とすると共に、金属板１８の後端部を後下ロール１６の上面に位置させたもとで、上下のロール１２,１４,１６の逆転駆動と上ロール１２の下降とを同時に進行させて後端部を曲げ加工する。そして、先端部と後端部とが曲げ加工された金属板１８の中間部を、前述したように基準垂線Ｓ1に対して上ロール１２の中心軸Ｏが前下ロール１４側に偏倚した位置となるロール配置で曲げ加工すればよい。
【００３６】
実施例１では、両下ロール１４,１６を夫々独立して水平方向に移動し得るよう構成してあるので、両下ロール１４,１６の軸心間距離を小さくすることで、上ロール１２と前下ロール１４とをより近づけることが可能となり、前記接触点Ｆ1と接触点Ｆ2との離間距離を短かくすることで、前下ロール１４を通過した金属板１８の塑性変形域の変化による曲率変動量をより小さく抑えることができ、精度のよい曲げ加工を行なうことが可能となる。すなわち、前記測定手段３０,３８によって測定された曲げ後曲率および曲げ時曲率に基づいて、前記制御装置４０が各変位駆動機構２２,２４を駆動制御し、前記上ロール１２の位置を中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚したまま両下ロール１４,１６の軸心間距離を縮めることで、より精度のよい曲げ加工を行ない得る。
【００３７】
前記制御装置４０は、金属板１８を円筒体に曲げ加工する際に得られた前記曲げ時曲率および曲げ後曲率のデータを、そのときの上ロール１２の圧下量等に関連付けて記憶部に記憶している。従って、次に同じ条件の金属板１８を曲げ加工する際には、記憶部に記憶されているデータに基づいて、曲げ加工の初期に前記上ロール１２を位置決めするスプリングバックを考慮した曲げ位置(圧下量)を、金属板１８に最終的に与える曲率(目標値)に対応する位置に精度よく位置決めし得る。すなわち、金属板１８の曲げ加工に際して最初から曲げ後曲率と目標値との差を小さくすることが可能となり、加工精度を高め得る。また、熟練した作業者による試し曲げを省略することができ、作業の時間短縮を図り得る。
【００３８】
(実験による検証１について)
図４は、上ロール１２の中心軸Ｏが基準垂線Ｓ1より前下ロール１４側に距離１２０ｍｍだけ偏倚した発明例のロールベンダー１０および上ロール１２の中心軸Ｏが基準垂線Ｓ1より後下ロール１６側に距離１２０ｍｍだけ偏倚した比較例のロールベンダーを用い、各ロールベンダー１０において下ロール１４,１６を軸心間距離が４００ｍｍとなるように配置した状態で、厚み(ｔ)１２ｍｍ、幅(ｂ)５００ｍｍ、長さ３０００ｍｍの一般構造用鋼(ＪＩＳ ＳＳ４００)からなる金属板１８を曲げ加工した際の、該金属板１８の曲率半径の変化を測定した結果を示すものである。また、発明例および比較例の何れのロールベンダー１０においても、実施例１で説明した第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率および第２の測定手段３８で測定された曲げ時曲率に基づいて、曲率が目標値(１０００ｍｍ)となるように上ロール１２の圧下量を調節した。なお、上ロール１２および下ロール１４,１６については、曲げ加工時に上ロール１２に生ずる最大応力が、設計上の安全率を見込んだ設定値(１５ｋｇｆ／ｍｍ2)となる直径(ロール径)に設定したものを用いた。
【００３９】
この実験から、比較例では、金属板１８と上ロール１２との接触点Ｆ1と、金属板１８と前下ロール１４との接触点Ｆ2との離間距離Ｌ１が長いために曲率半径の変動量(曲率変動量)が大きく、かつ第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率に基づく上ロール１２の位置調節が短時間で反映されないために目標値に近づけることができなかった。すなわち、比較例では、曲げ始めの変動域において塑性変形の変化量そのものが大きいことと、一度目標値から外れると、曲げ後曲率に基づいて上ロール１２を位置調節しても、その位置調節によって金属板１８に付与される塑性変形量の変化が直ぐには曲げ後曲率に現われないために、曲げ後曲率に基づく上ロール１２の位置調節が間に合わずに目標値に収束させることが困難であった。これに対し、発明例では、金属板１８と上ロール１２および前下ロール１４の接触点Ｆ1,Ｆ2間の離間距離Ｌ１が短かいために曲率半径の変動量(曲率変動量)は小さく抑えられ、かつ第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率に基づく上ロール１２の位置調節が短時間で反映されて目標値を維持し得ることが検証された。
【００４０】
(実験による検証２について)
図５は、上ロール１２の中心軸Ｏが基準垂線Ｓ1に臨むように配置したロールベンダーにおいて、下ロール１４,１６の軸心間距離を２００ｍｍに設定した実験例１と、下ロール１４,１６の軸心間距離を４００ｍｍに設定した実験例２とにおいて、厚み(ｔ)１２ｍｍ、幅(ｂ)５００ｍｍ、長さ３０００ｍｍの一般構造用鋼(ＪＩＳ ＳＳ４００)からなる金属板１８を曲げ加工した際の、該金属板１８の曲率半径の変化を測定した結果を示すものである。また、両実験例において、第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率および第２の測定手段３８で測定された曲げ時曲率に基づいて、曲率が目標値(１０００ｍｍ)となるように上ロール１２の圧下量を調節した。なお、上ロール１２および下ロール１４,１６については、曲げ加工時に上ロール１２に生ずる最大応力が、設計上の安全率を見込んだ設定値(１５ｋｇｆ／ｍｍ2)となる直径(ロール径)に設定したものを用いた。
【００４１】
この実験から、実験例２では、金属板１８と上ロール１２との接触点Ｆ1と、金属板１８と前下ロール１４との接触点Ｆ2との離間距離Ｌ１が長いために、加工初期において曲率半径の変動量(曲率変動量)が大きく、かつ第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率に基づく上ロール１２の位置調節が短時間で反映されないために目標値に収束させるまでに時間が掛かった。これに対し、実験例１では、金属板１８と上ロール１２および前下ロール１４の接触点Ｆ1,Ｆ2間の離間距離Ｌ１が短かいために曲率半径の変動量(曲率変動量)は小さく抑えられ、かつ第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率に基づく上ロール１２の位置調節が短時間で反映されて目標値を維持し得ることが検証された。すなわち、接触点Ｆ1および接触点Ｆ2の離間距離Ｌ１と、接触点Ｆ1および接触点Ｆ3の離間距離Ｌ２とを同じとした場合でも、下ロール１４,１６の軸心間距離を短かくすることで、金属板１８を精度よく曲げ加工し得ることが分かった。そして、図５に関する検証結果と、前記図４に関する検証結果とを総合すると、下ロール１４,１６の軸心間距離を短かくし、更に上ロール１２の中心軸Ｏを基準垂線Ｓ1より金属板１８の移動方向前側へ偏倚させて、金属板１８と上ロール１２および前下ロール１４の接触点Ｆ1,Ｆ2間の離間距離Ｌ１をより短かくすることで、金属板１８を最終的に得たい曲率により精度よくかつ効率的に曲げ加工し得るものと判断できる。
【００４２】
(曲げ後曲率を測定する機構の第１別実施例について)
図６は、曲げ後曲率を測定する機構の第１別実施例を示すものであって、前記前下ロール１４の外側に、半円弧状に形成された別支持部材(支持部材)４４が非接触状態で配置されており、該別支持部材４４は、前下ロール１４の下方に位置する固定フレーム４６に設けた円弧溝４６ａに、複数の別転動ローラ４８を介して回転移動自在に支持されている。固定フレーム４６の円弧溝４６ａは、前下ロール１４の軸を中心とする円弧溝であって、該円弧溝４６ａに支持された別支持部材４４は、円弧溝４６ａに沿って前下ロール１４と同軸で前下ロール１４の外側を回転移動するよう構成されている。
【００４３】
前記別支持部材４４には、第１の測定手段３０が配設されると共に、固定フレーム４６に配設した第１流体圧シリンダ３２のピストンロッドが連結されている。すなわち、第１別実施例では、第１流体圧シリンダ３２の付勢によって、別支持部材４４が固定フレーム４６に対して別転動ローラ４８を介して回転することで、第１の測定手段３０を、測定位置と退避位置との間で移動し得るよう構成される。従って、第１別実施例においても、第１の測定手段３０は前下ロール１４と同軸で回転移動するので、第１の測定手段３０を、前下ロール１４から離間した金属板１８における前下ロール１４の直近部位に当接することができる。なお、前記実施例１と同様に、別支持部材４４に対して移動自在に配設した保持部材に第１の測定手段３０を配設すると共に、別支持部材４４と保持部材との間に弾性部材３６を張設するようにしてもよい。
【００４４】
(曲げ後曲率を測定する機構の第２別実施例について)
図７は、曲げ後曲率を測定する機構の第２別実施例を示すものであって、該第２別実施例では、第１の測定手段としてレーザー計測器等からなる非接触式計測器５０が採用されている。この非接触式計測器５０は、金属板１８の移動方向に離間する３つのレーザー照射部を備えるものであって、各レーザ照射部から金属板１８に照射したレーザーが反射する時間差(変位量)によって曲率を測定する公知の計測器が用いられる。
【００４５】
また、前記前下ロール１４における軸方向の所定位置に、所定深さの周溝５２が形成され、前記非接触式計測器５０における最も前下ロール１４に近接する位置のレーザー照射部から照射されたレーザーが、周溝５２中を通って金属板１８の外周面に照射されるよう位置決めしてある。すなわち、前下ロール１４に周溝５２を形成することで、非接触式計測器５０からのレーザーを、前下ロール１４から離間した金属板１８における前下ロール１４の直近部位に照射することができ、より精度の高い曲げ加工に寄与し得る。
【実施例２】
【００４６】
図８は、実施例２に係るロールベンダー５４を示すものであって、基本的な構成は実施例１と同じであるので、異なる部分についてのみ説明する。上ロール１２および２本の下ロール１４,１６の夫々について、複数本(実施例２では２本)のバックアップロール４２が接触するように配置されて、曲げ加工時にロール１２,１４,１６に作用する負荷を対応するバックアップロール４２で受けて、該ロール１２,１４,１６が撓むのを防止するよう構成してある。各バックアップロール４２は、対応するロール１２,１４,１６の軸方向に延在して、該ロール１２,１４,１６の金属板１８との接触側とは反対側において、少なくともロール１２,１４,１６が金属板１８に接触する領域の全体に亘って対応するロール１２,１４,１６に接触するよう構成される。
【００４７】
ここで、ロールベンダーにおいて、各ロール１２,１４,１６のロール径は、曲げ加工時に各ロールに生ずる最大応力が、設計上の安全率を見込んだ設定値(例えば、１５ｋｇｆ／ｍｍ2)となるように設定される。実施例２のようにバックアップロール４２を備えるロールベンダー５４においては、各ロール１２,１４,１６のロール径(特定ロール径Ｄ)を、バックアップロール４２を備えないロールベンダーにおいて最大応力の設定値に基づいて設定される各ロール１２,１４,１６のロール径(標準ロール径Ｄ0)より小径に設定してある。そして、各ロール１２,１４,１６のロール径を小径とすることで、金属板１８を曲げ加工する際の各ロール１２,１４,１６の配置を相互に近接すことができ、金属板１８と上ロール１２の接触点Ｆ1と、金属板１８と前下ロール１４の接触点Ｆ2との離間距離Ｌ１を小さくして、金属板１８を精度よく曲げ加工し得るようになっている。
【００４８】
次に、バックアップロール４２を備えるロールベンダー５４において、各ロール１２,１４,１６で設定可能な特定ロール径Ｄについて説明する。バックアップロール４２を備えないロールベンダーでは、曲げ加工時に上ロール１２に生ずる後述する式(７)から算出される最大応力σｕｍａｘ１が、設計上の安全率を見込んだ設定値(ｋｇｆ／ｍｍ2)となるように上ロール１２の直径(標準ロール径Ｄ0)が設定される。これに対し、実施例２のようにバックアップロール４２を備えたロールベンダー５４では、曲げ加工時に上ロール１２に生ずる後述する式(９)から算出される最大応力σｕｍａｘ２が、設計上の安全率を見込んだ設定値となるように上ロール１２の直径(特定ロール径Ｄ)が設定される。そして、特定ロール径Ｄを標準ロール径Ｄ0に対して２／３以下に設定した場合においても、式(７)から算出される最大応力σｕｍａｘ１と式(９)から算出される最大応力σｕｍａｘ２とが略同じとなる。すなわち、バックアップロール４２を備えたロールベンダー５４の場合は、各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄを、標準ロール径Ｄ0の２／３以下としても、各ロール１２,１４,１６を標準ロール径Ｄ0に設定したバックアップロール４２を備えていないロールベンダー５４と同等の能力を有する。このことから、バックアップロール４２を備えたロールベンダー５４では、各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄを、標準ロール径Ｄ0の２／３以下に設定することができる。
【００４９】
なお、ロール径を設計する際に用いられる最大応力σｕｍａｘ１,σｕｍａｘ２の設定値は、１８ｋｇｆ／ｍｍ2(１７６Ｎ／ｍｍ2)〜１３ｋｇｆ／ｍｍ2(１２７Ｎ／ｍｍ2)の範囲がよく、１５ｋｇｆ／ｍｍ2(１４７Ｎ／ｍｍ2)がより好ましい。また、バックアップロール４２を備えるロールベンダー５４において、上ロール１２の特定ロール径Ｄに関しては、標準ロール径Ｄ0の２／３以下の小径であればよいが、小さくなり過ぎると強度不足となるので、標準ロール径Ｄ0の２／３〜１／２(Ｄ0／２≦Ｄ≦Ｄ0・２／３)の範囲で設定するのが好ましい。
【００５０】
〔特定ロール径について〕
次に、各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄを求める具体的な方法について、上ロール１２の特定ロール径Ｄを求める場合を挙げて説明する。
１本の上ロール１２および２本の下ロール１４,１６からなる３本ロール方式のロールベンダーにおいて、金属板１８を曲げ加工する際に必要となる力Ｐ(ｋｇｆ／ｍｍ2)は、下記の数１に示す式(１)で表わされる。
【数１】
2014097515.tif 000003
【００５１】
ｒ：巻き半径(金属板１８から得ようとする円筒体の曲率半径)
ｂ：金属板１８の幅
ｔ：金属板１８の厚み
δｙ：金属板１８の降伏応力(ｋｇｆ／ｍｍ2)
Ｌ：金属板１８と両下ロール１４,１６との接触点Ｆ2,Ｆ3間のピッチ(図８のＬ１＋Ｌ２)
ｃ：２ｒ／ｔで特定の値が定まる補正係数であるが、ここではｃ＝１とした。
【００５２】
また、金属板１８の曲げ加工時において上ロール１２に生ずる応力は、両持ち梁に作用する最大曲げモーメントの公式から求められる。すなわち、図９に示す如く、梁を上ロール１２と見なした場合の両支点Ｅ1,Ｅ2間の支点間距離ｌ，梁(上ロール１２)に荷重を加える荷重領域の幅(金属板１８の幅)ｌ1、梁(上ロール１２)の荷重を加えていない非荷重領域の幅ｌ2,ｌ3、一方の支点Ｅ1から荷重領域ｌ1の中間までの距離ｈとすると、各支点Ｅ1,Ｅ2での反力Ｒ1,Ｒ2、荷重領域ｌ1の中間に作用する曲げモーメントＭｈおよび梁(上ロール１２)に作用する最大曲げモーメントＭｍａｘの夫々は、下記の数２に示す式(２),(３),(４),(５)で表わされる。なお、ｌ2≦ｈ≦(ｌ2＋ｌ1)およびｈ＝ｌ2＋{ｌ1／ｌ(ｌ3＋ｌ1／２)}の条件とした。
【数２】
2014097515.tif 000004
【００５３】
そして、バックアップロール４２を用いない３本ロール方式のロールベンダーに、前記式(５)を当てはめ、図１０に示す如く、Ａ：上ロール１２における支点間距離、ｂ：金属板１８の幅、ｑ：金属板１８の幅に対応した領域における上ロール１２に働く単位荷重(ｋｇｆ／ｍｍ2)とした場合に、ｌ1＝ｂ、ｌ2＝ｌ3＝(Ａ−ｂ)／２、ｌ＝Ａを代入すると、バックアップロール４２を用いない３本ロール方式のロールベンダーにおける上ロール１２に生ずる最大モーメントＭｍａｘ１は、下記の数３の式(６)で表わされる。
【数３】
2014097515.tif 000005
【００５４】
前記式(６)から、バックアップロール４２を用いない３本ロール方式のロールベンダーにおける上ロール１２に生ずる最大応力δｕｍａｘ１は、最大モーメントＭｍａｘ１を上ロール１２の断面係数Ｚ＝πＤ03／３２(Ｄ0：上ロール１２の直径(標準ロール径))で割ることで、下記の数４の式(７)で表わされる。
【数４】
2014097515.tif 000006
【００５５】
これに対し、バックアップロール４２を配設した３本ロール方式のロールベンダー５４では、バックアップロール４２が上ロール１２に対して軸方向に偏倚することなく中央部に当接する前提において、上ロール１２は、軸方向の中央部でバックアップロール４２で支持されていると見なすことができる。従って、バックアップロール４２を用いる場は、バックアップロール４２を用いない場合に対して、図９における支点間距離ｌ，荷重領域の幅ｌ1を夫々１／２の値と見なすことができると共に、支点間距離ｌの中央部を挟んで左右対称となることから、非荷重領域の幅ｌ3を０と見なすことができる。このことから、図１０に示す緒元から、ｌ1＝ｂ／２、ｌ2＝(Ａ−ｂ)／２、ｌ3＝０、ｌ＝Ａ／２を式(５)に代入すると、バックアップロール４２を配設した３本ロール方式のロールベンダー５４における上ロール１２に生ずる最大モーメントＭｍａｘ２は、下記の数５の式(８)で表わされる。
【数５】
2014097515.tif 000007
【００５６】
また、バックアップロール４２を配設した３本ロール方式のロールベンダー５４では、前記式(８)から、上ロール１２に生ずる最大応力δｕｍａｘ２は、最大モーメントＭｍａｘ２を上ロール１２の断面係数Ｚ＝πＤ3／３２(Ｄ：上ロール１２の直径(特定ロール径))で割ることで、下記の数６の式(９)で表わされる。なお、金属板１８を曲げ加工する際に必要となる力Ｐを集中荷重と見なすと、単位荷重ｑは、ｑ＝Ｐ／ｂで表わされる。
【数６】
2014097515.tif 000008
【００５７】
すなわち、バックアップロール４２を用いるロールベンダー５４において、上ロール１２の特定ロール径Ｄは、前記式(１),(９)およびｑ＝Ｐ／ｂの関係を用いて求めることができる。また、各下ロール１４,１６の特定ロール径Ｄの求め方については、上ロール１２の場合と同様であって、前記式(１),(９)およびｑ＝Ｐ／ｂの関係から求めることができる。但し、下ロール１４,１６の場合は２本で金属板１８を支える構成であるから、式(１),(９)およびｑ＝Ｐ／ｂの関係から求めた値の略１／２とすることができる。なお、バックアップロール４２を用いないロールベンダーにおいて、上ロール１２および下ロール１４,１６の標準ロール径Ｄ0は、前記式(１),(７)およびｑ＝Ｐ／ｂの関係を用いて求めることができる。
【００５８】
前記各ロール１２,１４,１６のロール径(特別ロール径Ｄ)を標準ロール径Ｄ0より小径に設定した実施例２のロールベンダー５４は、実施例１と同様に、上ロール１２は、昇降駆動機構２０によって上下方向に位置調節自在に構成されると共に、各下ロール１４,１６は、前変位駆動機構２２または後変位駆動機構２４によって対応するバックアップロール４２と共に金属板１８の移動方向の前後に夫々独立して位置調節自在に構成され、上ロール１２と両下ロール１４,１６との相対的な位置を、上下方向および金属板１８の移動方向前後に調節し得るようになっている。また実施例２では、上ロール１２は実施例１と同様に、前記２本の下ロール１４,１６の軸心を結んだ前記線分Ｋの中央を通り、該線分Ｋに垂直な基準垂線Ｓ1に対して、該上ロール１２の中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚した位置に配置され、この状態で金属板１８における両端部を除く中間部の曲げ加工を行なうよう構成される。そして、実施例２では、制御装置４０に接続された第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率と、該制御装置４０に接続された第２の測定手段３８で測定された曲げ時曲率とに基づいて、制御装置４０が前記昇降駆動機構２０、前後の変位駆動機構２２,２４を夫々フィードバック制御して、上ロール１２と両下ロール１４,１６との相対的な位置を調節し得るよう構成される。
【００５９】
また実施例２のロールベンダー５４は、標準ロール径Ｄ0に設定された上ロール１２および下ロール１４,１６を用いる場合に対し、特定ロール径Ｄを小さくした分だけ各ロール１２,１４,１６を相互に近接させた配置で、金属板１８の曲げ加工を行なうよう構成される。すなわち、金属板１８と上ロール１２の接触点Ｆ1と、該金属板１８と前下ロール１４の接触点Ｆ2との離間距離Ｌ１は、標準ロール径Ｄ0のロール１２,１４,１６を用いる場合より、特定ロール径Ｄを小さくした分だけ短かく設定される。
【００６０】
〔実施例２の作用〕
次に、前述のように構成された実施例２のロールベンダー５４の作用につき、曲げ加工方法との関係で説明する。
【００６１】
前記金属板１８を円筒体に曲げ加工するに際し、加工する対象となる金属板１８の厚みや幅寸法等の条件および最終的に与える曲率(目標値)に応じて、前記３本のロール１２,１４,１６の位置調節を行なう。すなわち、前記制御装置４０は、前変位駆動機構２２および後変位駆動機構２４を駆動制御し、両下ロール１４,１６の軸心間距離を、加工する金属板１８の厚み、幅寸法および最終的に与える曲率(目標値)等の加工条件に合わせるように水平移動すると共に、両下ロール１４,１６の軸心を結んだ線分Ｋの中央を通り、該線分Ｋに垂直な基準垂線Ｓ1に対して、前記上ロール１２の中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚した位置となるように位置決めする(図８参照)。そして、金属板１８の先端が前下ロール１４上に位置するように該金属板１８を両下ロール１４,１６に載置すると共に、上ロール１２を下降して金属板１８に軽く当接した状態で、上ロール１２と２本の下ロール１４,１６とを同時に正転駆動させると共に、金属板１８に最終的に与える曲率(目標値)に応じた曲げ位置(スプリングバックを考慮して目標値より小さな曲率を付与し得る位置)まで上ロール１２を昇降駆動機構２０によって下降させる(圧下量調節)。これにより金属板１８は、移動しつつ上ロール１２の加圧下に両端部を除く中間部の曲げ加工が漸次進行させられる。
【００６２】
前記曲げ加工に際し、前下ロール１４との接触点Ｆ2を通過した金属板１８における前下ロール１４の直近部位の外周面に、前記第１の測定手段３０を当接すると共に、金属板１８における上ロール１２との接触点Ｆ1および前下ロール１４との接触点Ｆ2の間に臨む部位の外周面に、前記第２の測定手段３８を当接する。第１の測定手段３０で測定された曲げ後曲率および第２の測定手段３８で測定された曲げ時曲率は、前記制御装置４０に入力され、前記上ロール１２の圧下量等の各種加工条件と関連付けて記憶される。
【００６３】
前記制御装置４０では、曲げ後曲率を、曲げ加工中の金属板１８に最終的に与える曲率(目標値)と比較し、曲げ後曲率が目標値となるように、前記昇降駆動機構２０を駆動制御して上ロール１２を位置調節(圧下量調節)する。すなわち、曲げ後曲率をフィードバックすることで金属板１８を精度よく円筒体に曲げ加工することができる。また、上下の各ロール１２,１４,１６は、標準ロール径Ｄ0より小径(特定ロール径Ｄ)に設定されて、前記金属板１８に対する接触点Ｆ1,Ｆ2間の離間距離Ｌ１は、標準ロール径Ｄ0のロールを用いる場合より短かく設定されるので、前下ロール１４を通過した金属板１８に現われる塑性変形域の変化による曲率変動量は小さく抑えられ、曲げ後曲率のフィードバックによる調節によって金属板１８を目標値に迅速に曲げ加工することができる。更に、ロールベンダー５４により実際に曲げ加工されている時の金属板１８の曲率(曲げ時曲率)を前記第２の測定手段３８で測定しているので、該曲げ時曲率によって上ロール１２が適正位置に位置めされているか否かを確認することができ、該曲げ時曲率の値を上ロール１２の調節に反映することで、より高精度の曲げ加工が達成される。
【００６４】
実施例２では、各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄが標準ロール径Ｄ0より小さく、かつ両下ロール１４,１６を夫々独立して水平方向に移動し得るよう構成してあるので、両下ロール１４,１６の軸心間距離を短かくすることで、上ロール１２と前下ロール１４とをより近づけることが可能となり、該前下ロール１４を通過した金属板１８の塑性変形域の変化による曲率変動量をより小さく抑えることができ、精度のよい曲げ加工を行なうことが可能となる。すなわち、図５に関する実験の検証２から明らかなように、ロールベンダー５４では、金属板１８と下ロール１４,１６との接触点Ｆ1,Ｆ3の離間距離(Ｌ１＋Ｌ２)を短かくすることで、金属板１８の加工精度を向上し得るので、バックアップロール４２を用いて各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄを、標準ロール径Ｄ0より小さくして接触点Ｆ1,Ｆ3の離間距離を小さくすることで、金属板１８を精度よく曲げ加工し得るものである。また、前記測定手段３０,３８によって測定された曲げ後曲率および曲げ時曲率に基づいて、前記制御装置４０が各変位駆動機構２２,２４を駆動制御し、前記上ロール１２の位置を中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚したまま両下ロール１４,１６の軸心間距離を縮めることで、より精度のよい曲げ加工を行ない得る。
【００６５】
実施例２においても、実施例１と同様に、制御装置４０の記憶部に記憶しているデータに基づいて、次に同じ条件の金属板１８を曲げ加工する際の上ロール１２の位置決めを精度よく行なうことができ、実施例１と同様の作用効果を奏する。なお、実施例２において、測定手段３０,３８は、前記第１別実施例または第２別実施例の構成を採用可能である。また、実施例２のロールベンダー５４による金属板１８の両端部の曲げ加工については、実施例１で説明したと同様の工程によって行ない得る。
【００６６】
(特定ロール径および標準ロール径と、曲率半径／厚みおよび最大応力との関係の検証について)
次に、前記式(１),(７),(９)およびｑ＝Ｐ／ｂの関係を用いて、バックアップロール４２を用いないロールベンダーにおいて各ロール１２,１４,１６の標準ロール径Ｄ0を６００ｍｍに設定した検証例１の場合と、バックアップロール４２を用いるロールベンダー５４において各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄを２００ｍｍ，２７０ｍｍ，３００ｍｍ，４００ｍｍに設定した検証例２の場合とにおいて、曲げ加工する金属板１８の厚みｔを１２ｍｍ〜７０ｍｍまで変化させた場合の曲率半径／厚みと最大応力との関係を図１１に示す。なお、以下の条件は、各検証例において一定とした。
・上ロール１２および両下ロール１４,１６の各支点間距離Ａは４０００ｍｍ
・上ロール１２のロール径と両下ロール１４,１６のロール径は同じ
・下ロール１４,１６の軸間距離は、下ロール１４,１６のロール径の２倍
・金属板１８の幅ｂは２０００ｍｍ
・金属板１８の降伏応力σｙは２６.５ｋｇｆ／ｍｍ2(２６０Ｎ／ｍｍ2)
・金属板１８を曲げ加工して得る円筒体の曲率半径(巻き半径)ｒは１０００ｍｍ
また、３本のロール１２,１４,１６の位置に関しては、上ロール１２の中心軸Ｏが基準垂線Ｓ1に臨むように配置したものとした。更に、バックアップロール４２は、両支点間の中央に配置したものとした。なお、式(１)におけるＬについては、上記条件における上下のロール１２,１４,１６のロール径、下ロール１４,１６の軸間距離、金属板１８を曲げ加工して得る円筒体の曲率半径ｒおよび金属板１８の厚みｔから求められる。
【００６７】
図１１では、検証例１を実線、検証例２を点線で示している。図１１に示す如く、金属板１８の厚みｔを変化させた場合において、バックアップロール４２を用いることで、上ロール１２および下ロール１４,１６の特定ロール径Ｄを、バックアップロール４２を用いない場合の上ロール１２および下ロール１４,１６の標準ロール径Ｄ0の２／３としても、同等の能力を有することが検証された(Ｄ：４００ｍｍとＤ0：６００ｍｍとの比較)。なお、ロール径を設計する際の最大応力の設定値である１５ｋｇｆ／ｍｍ2を目安とした場合、特定ロール径Ｄを標準ロール径Ｄ0の１／２より小さくしても実用に供し得るが、曲率半径／厚みとの関係で適用し得る範囲が狭くなる。すなわち、バックアップロール４２を用いるロールベンダー５４において、各ロール１２,１４,１６の特定ロール径Ｄとして設定し得る実用的な範囲は、Ｄ0／２≦Ｄ≦Ｄ0・２／３であることが検証された。
【００６８】
ここで、前記式(１),(７),(９)およびｑ＝Ｐ／ｂの関係を用いた検証は、上ロール１２の中心軸Ｏが基準垂線Ｓ1に臨むように３本のロール１２,１４,１６を配置したものとしたが、上ロール１２の中心軸Ｏが金属板１８の移動方向前側へ偏倚するように３本のロール１２,１４,１６を配置した構成においても、同様の結果が得られると判断される。
【００６９】
〔変更例〕
本願は前述した実施例の構成に限定されるものでなく、その他の構成を適宜に採用することができる。
１．実施例１,２では、両下ロールを夫々独立して水平方向に移動するよう構成したが、両下ロールを一定の軸心間距離に保持したもとで一体的に水平方向に移動する構成を採用し得る。
２．実施例１,２では、両下ロールを水平移動することで、上ロールを、中心軸が基準垂線より前下ロール側に偏倚する位置に臨ませるよう構成したが、上ロール自体を水平方向に移動し得るよう構成して、該上ロール自体を水平方向に移動して中心軸が基準垂線より前下ロール側に偏倚する位置に臨むようにしてもよい。
３．実施例１において、実施例２で採用する特定ロール径(標準ロール径より小径)の上ロールおよび下ロールを用いる構成を採用し得る。
４．実施例１,２では、測定手段によって測定した曲げ後曲率および曲げ時曲率に基づいて上ロールを上下方向に位置調節したが、上ロールの位置を固定として下ロールの水平方向の位置調節によって金属板と各ロールとの接触点Ｆ1,Ｆ2の位置を変えることで、曲率を調節するようにしてもよい。また、上ロールの上下位置の調節と、下ロールの水平方向の調節とを組み合わせて金属板に与える曲率を調節するようにしてもよい。すなわち、上ロールと両下ロールとの相対的な位置を調節することで、金属板に与える曲率を調節し得るようになっていればよい。
５．実施例１,２では、上ロールを上下方向に位置調節自在に構成すると共に、下ロールを金属板の移動方向の前後に位置調節自在に構成した場合で説明したが、上ロールを金属板の移動方向の前後に位置調節自在に構成すると共に、下ロールを上下方向に位置調節自在に構成してもよい。
６．実施例１,２では、１本の上ロールと２本の下ロールとから構成された３本ロール方式のロールベンダーを挙げたが、下ロールを３本以上備えたロールベンダーであってもよい。すなわち、下ロールを３本以上備えたロールベンダーであっても、金属板の特定箇所に曲げ加工する際に寄与するロールは３本であって、少なくとも１本の上ロールと２本の下ロールを備える構成であれば、本願発明を採用可能である。
７．実施例１,２では、第２の測定手段として接触式の測定手段を挙げたが、非接触の測定手段を採用可能である。
８．第１の測定手段および第２の測定手段を測定位置と退避位置との間を移動する作動手段は、実施例の流体圧シリンダに限定されるものでなく、モータとリンク機構とを組合わせた手段等、各種の手段を用いることができる。
９．曲げ後曲率を測定する機構の第２別実施例では、第１の測定手段として非接触式測定器を用いた場合で説明したが、一対の固定片と可動プローブを用いる接触式の測定手段を用いることができ、該測定手段の一部が周溝中を移動するように測定手段を配置すれば、前下ロールから離間した金属板における前下ロール１４の直近部位の曲率を測定することができる。
１０．実施例１,２では、金属板の曲げ時曲率と曲げ後曲率とを測定する２つの測定手段を備える場合で説明したが、少なくとも曲げ後曲率を測定する第１の測定手段を備える構成であればよい。
１１．実施例２では、上ロールおよび下ロールにおける金属板と接触する範囲に対応する領域の全体に亘って連続的に接触するバックアップロールを採用した場合で説明したが、短尺な複数のバックアップロールを軸方向に離間して並べることで、上ロールおよび下ロールにおける金属板と接触する範囲に対応する領域において軸方向に不連続で接触する構成を採用し得る。
【符号の説明】
【００７０】
１２ 上ロール，１４ 前下ロール(下ロール)，１６ 後下ロール(下ロール)
１８ 金属板，２０ 昇降駆動機構(調節手段)，２２ 前変位駆動機構(調節手段)
２４ 後変位駆動機構(調節手段)，２８ 支持部材，３０ 第１の測定手段(測定手段)
３２ 第１流体圧シリンダ(作動手段)，３８ 第２の測定手段，４０ 制御装置
４２ バックアップロール，５０ 非接触式測定器(第１の測定手段)，５２ 周溝
Ｋ 線分，Ｏ 上ロールの中心軸，Ｆ1 金属板の上ロールとの接触点
Ｆ2 金属板の前下ロールとの接触点，Ｓ1 基準垂線
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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