(57)【要約】【課題】金属材の加工における加工品質を向上させることが可能な、新規かつ改良された金属加工装置を提供する。【解決手段】金属材を所定の搬送方向に送る搬送機構と、前記金属材を部分的に加熱する加熱機構と、前記加熱機構より下流側に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する冷却機構と、前記冷却機構より下流側に設けられ、前記金属材を把持する把持機構と、を備え、前記把持機構には、前記金属材が把持された状態において前記金属材の外周部より径方向外側に突出する突出部が形成され、前記冷却機構には、冷媒を噴射するための噴射口が設けられ、前記噴射口より下流側かつ前記把持機構より上流側には、前記搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部が、前記金属材と所定の空隙を空けて設けられる、金属加工装置が提供される。【選択図】図３
2018069280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材を所定の搬送方向に送る搬送機構と、
前記金属材を部分的に加熱する加熱機構と、
前記加熱機構より下流側に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する冷却機構と、
前記冷却機構より下流側に設けられ、前記金属材を把持する把持機構と、
を備え、
前記把持機構には、前記金属材が把持された状態において前記金属材の外周部より径方向外側に突出する突出部が形成され、
前記冷却機構には、冷媒を噴射するための噴射口が設けられ、
前記噴射口より下流側かつ前記把持機構より上流側には、前記搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部が、前記金属材と所定の空隙を空けて設けられる、
金属加工装置。
【請求項２】
前記冷却機構を第１の冷却機構とした場合に、
前記遮蔽部より下流側には、前記金属材の前記第１の冷却機構によって冷媒が噴射された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する第２の冷却機構をさらに備える、
請求項１に記載の金属加工装置。
【請求項３】
前記金属材は長尺であり、
前記搬送機構は、前記金属材を前記金属材の長手方向に送り、
前記加熱機構より上流側には、送られた前記金属材の一部を案内支持する支持機構が設けられ、
前記把持機構は、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部分に対して曲げ荷重を付加する、
請求項１又は２に記載の金属加工装置。
【請求項４】
前記遮蔽部は、非磁性体によって構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や各種機械に用いられる金属製の構造部材には、高強度、軽量、小型であること等が求められている。例えば、自動車業界においては、燃費向上や衝突安全性の向上といった観点から、自動車部品の高強度化及び軽量化に対する要請はますます厳しくなっている。
【０００３】
このような構造部材の中には、屈曲した形状を有するものが少なくない。そこで、例えば鋼管のような長尺の金属材に対して曲げ加工を施すための様々な技術が開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、金属材の表面性状を損なうことなく、曲げ加工の曲げ角度を大きくするために、鋼管をその長手方向へ送りながら鋼管を部分的に加熱し、鋼管の加熱された部分を冷却するとともに、鋼管の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、三次元に屈曲する曲げ加工部を、長手方向へ向けて断続的又は連続的に備える曲げ加工製品を製造する技術が開示されている。
【０００５】
なお、特許文献１に記載の技術は、いわゆる３次元熱間曲げ焼き入れ（３ＤＱ：３  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｈｏｔ  Ｂｅｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｑｕｅｎｃｈ）と呼ばれる技術に関するものである。
【０００６】
特許文献２には、高周波管曲げ加工機において、冷却水ノズルから噴出される冷却水が高周波加熱コイルに取り巻かれる管の曲げ加工部に相当する加熱域へ侵入することを阻止するために、加熱域外端の管壁にシール部材を設ける技術が開示されている。また、当該文献には、高周波管曲げ加工機において、冷却水が管の曲げ加工部に相当する加熱域へ侵入することを阻止するために、管壁面に向けて開口した冷却水噴出ノズル孔と、当該冷却水噴出ノズル孔より高周波コイル側に位置し、管壁面に向けて開口した空気吹き出しノズル孔と、を有する冷却管を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−０９８０６０号公報
【特許文献２】実開１９８６−１４３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、金属材の加工では、より加工品質を向上させることが望ましいと考えられる。特に、３ＤＱでは、比較的高い加工品質が要求され得る。具体的には、３ＤＱを利用した金属材の加工において、金属材の曲げ加工部の寸法精度や、金属材における硬度分布の均一性等の加工品質について、比較的高い品質が要求され得る。
【０００９】
３ＤＱでは、加熱工程において金属材の加熱される部分の長手方向についての長さを縮小することによって、付加される荷重により当該部分に座屈が生じることを抑制することができる。それにより、金属材の曲げ加工部の寸法精度が向上されることが期待される。ゆえに、金属材の加熱される部分の長手方向についての長さを縮小するために、金属材を部分的に加熱する加熱機構と、加熱機構より下流側に設けられ、金属材の加熱機構によって加熱された部分を冷却する冷却機構とが、互いに近接して設けられ得る。冷却機構は、具体的には、金属材の加熱機構によって加熱された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する。
【００１０】
ここで、加熱機構と冷却機構とが互いに近接して設けられることに起因して、冷却機構から噴射された冷媒が加熱機構による加熱対象の領域内へ侵入する場合がある。具体的には、冷却機構から噴射された冷媒は、金属材に衝突した後に、基本的には、下流側へ飛翔する。しかしながら、金属材に衝突した後に、冷却機構より下流側に設けられ、金属材を把持する把持機構にさらに衝突することにより、上流側へ飛翔する場合がある。それにより、冷媒が加熱機構による加熱対象の領域内へ侵入し得る。このような加熱機構による加熱対象の領域内への冷媒の侵入は、把持機構が加熱機構に対して近い場合ほど、顕著となる。なお、３ＤＱでは、把持機構は、金属材の加熱機構によって加熱された部分に対して曲げ荷重を付加するために、設けられる。
【００１１】
さらに、３ＤＱでは、冷却能力を向上させる目的で、上記冷却機構より下流側に、さらに他の冷却機構が設けられる場合がある。このような場合において、上流側の冷却機構から噴射された冷媒は、当該他の冷却機構によって噴射される冷媒に衝突することにより、上流側へ飛翔する場合がある。それにより、冷媒が加熱機構による加熱対象の領域内へ侵入し得る。
【００１２】
冷媒が加熱機構による加熱対象の領域内へ侵入した場合、加熱工程における金属材の加熱状態が不安定となる。具体的には、金属材の加熱機構によって加熱される部分の長手方向の高温域の長さのばらつきが増大し得る。それにより、金属材の曲げ加工の寸法精度が低下し得る。また、金属材の加熱機構によって加熱される部分の温度分布の空間的及び時間的なばらつきが増大し得る。それにより、金属材における硬度分布の均一性が低下し得る。
【００１３】
ここで、冷媒が加熱対象の領域内へ侵入することを抑制するために、例えば特許文献２に開示されている技術を利用することが考えられる。しかしながら、加熱域外端の管壁にシール部材を設ける技術では、当該シール部材を樹脂によって形成した場合、当該シール部材の耐熱性を十分確保することが困難となり得る。また、当該シール部材を金属材料によって形成した場合、加熱コイルに高周波電流が印加されることに伴い、当該シール部材に渦電流が発生し、加工対象の金属材が過剰に加熱されるおそれがある。また、当該シール部材は管壁に設けられるので、加工対象の金属材と当該シール部材との間に摺動部が形成されることによって、当該金属材に疵が発生し得る。
【００１４】
一方、冷却水噴出ノズル孔と、当該冷却水噴出ノズル孔より高周波コイル側に位置する空気吹き出しノズル孔と、を有する冷却管を設ける技術では、冷却水の流れが空気吹き出しノズル孔から噴出される空気による影響を受け得る。それにより、冷却水の流れの方向が乱れ、更に、空気が通過するため、冷却水と金属材との熱伝達の効率が変化する。その結果、冷却性能が不安定となる。ゆえに、加工対象の金属材について、冷却速度が十分確保されない部分が発生し得る。よって、そのような部分について、焼き入れが十分になされないおそれがある。そして、金属材の曲げ加工の寸法精度が低下する。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、金属材の加工における加工品質を向上させることが可能な、新規かつ改良された金属加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属材を所定の搬送方向に送る搬送機構と、前記金属材を部分的に加熱する加熱機構と、前記加熱機構より下流側に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する冷却機構と、前記冷却機構より下流側に設けられ、前記金属材を把持する把持機構と、を備え、前記把持機構には、前記金属材が把持された状態において前記金属材の外周部より径方向外側に突出する突出部が形成され、前記冷却機構には、冷媒を噴射するための噴射口が設けられ、前記噴射口より下流側かつ前記把持機構より上流側には、前記搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部が、前記金属材と所定の空隙を空けて設けられる、金属加工装置が提供される。
【００１７】
前記冷却機構を第１の冷却機構とした場合に、前記遮蔽部より下流側には、前記金属材の前記第１の冷却機構によって冷媒が噴射された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する第２の冷却機構をさらに備えてもよい。
【００１８】
前記金属材は長尺であり、前記搬送機構は、前記金属材を前記金属材の長手方向に送り、前記加熱機構より上流側には、送られた前記金属材の一部を案内支持する支持機構が設けられ、前記把持機構は、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部分に対して曲げ荷重を付加してもよい。
【００１９】
遮蔽部は、非磁性体によって構成されるのが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、金属材の加工における加工品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属加工装置の概略構成の一例を示す断面模式図である。
【図２】同実施形態に係る冷却機構の噴射部材の外観の一例を示す斜視図である。
【図３】同実施形態に係る金属加工装置における、冷却機構の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。
【図４】同実施形態に係る金属加工装置における、冷却機構の周囲の構成の外観の一例を示す斜視図である。
【図５】参考例に係る金属加工装置における、冷却機構の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。
【図６】参考例における、冷却機構の噴射口の周囲における冷媒の挙動について説明するための説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る金属加工装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る金属加工装置における、冷却機構の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。
【図９】図５に示した例と異なる参考例に係る金属加工装置における、冷却機構の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。
【図１０】金属材の突出長の各々についての、加熱機構の内周側の空間への冷媒の侵入量の測定結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
＜１．第１の実施形態＞
図１〜図６を参照して、本発明の第１の実施形態に係る金属加工装置１０について、説明する。
【００２４】
［１−１．金属加工装置の概略構成］
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る金属加工装置１０の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る金属加工装置１０の概略構成の一例を示す断面模式図である。図１では、金属加工装置１０の水平断面を鉛直上方から見た様子が模式的に示されている。なお、図１は、各構成要素をあくまでも模式的に示しているので、各構成要素の寸法及び形状を正確に表現するものではない。
【００２５】
図１に示したように、本実施形態に係る金属加工装置１０は、金属材１を所定の搬送方向に送る搬送機構１１０と、送られた金属材１の一部を案内支持する支持機構１２０と、金属材１を部分的に加熱する加熱機構１３０と、金属材１の加熱機構１３０によって加熱された部分を冷却する冷却機構１４０と、金属材１を把持する把持機構１５０とが、金属材１の搬送方向に沿って、この順に配置されて構成される。なお、以下では、搬送機構１１０による金属材１の搬送方向についての上流側及び下流側を、単に、それぞれ上流側及び下流側とも称する。
【００２６】
具体的には、金属加工装置１０による加工対象の金属材１として、長尺の材料が適用され得る。また、搬送機構１１０は、金属材１を金属材１の長手方向に間欠的に又は連続的に送る。なお、金属材１の長手方向が上記所定の搬送方向に対応する。また、把持機構１５０は、把持した金属材１の加熱機構１３０によって加熱された部分に対して曲げ荷重を付加する。また、金属加工装置１０には、搬送機構１１０、加熱機構１３０、冷却機構１４０、及び把持機構１５０の駆動を制御することにより、金属材１を長手方向に移動させながら当該金属材１に対して熱間曲げ加工を施す、制御装置１６０が備えられる。金属加工装置１０は、いわゆる３ＤＱに対応した金属加工装置である。
【００２７】
以下では、一例として、金属材１が円形状の横断面を有する鋼管である場合について説明する。金属加工装置１０は、例えば、外径が１０［ｍｍ］〜２００［ｍｍ］程度、肉厚が１［ｍｍ］〜８［ｍｍ］程度の鋼管を加工の対象としている。なお、本発明に係る金属加工装置の加工対象としての金属材１は、金属製の材料であればよく、係る例に限定されない。例えば、金属材１の横断面の形状は、矩形等の多角形や楕円であってもよい。また、金属材１は、中実の棒状の部材であってもよい。また、金属材１の材質は、鉄鋼と異なる材質であってもよい。例えば、金属材１は、鉄鋼、特殊鋼の他、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン等、各種の金属であってもよい。
【００２８】
（搬送機構）
搬送機構１１０は、金属加工装置１０における上流側に設けられ、金属材１を当該金属材１の長手方向に送る。搬送機構１１０は、例えば、金属材１の一端部を把持するとともに、制御装置１６０からの動作指示に基づいて、当該金属材１を長手方向に連続的又は間欠的に移動させる。搬送機構１１０は、ＡＣサーボモータ又は油圧サーボモータ等の動力源や、当該動力源からの回転動力を直線運動に変換するボールねじ等の機械要素から構成され得る。あるいは、搬送機構１１０は、油圧シリンダやエアシリンダ等のシリンダ装置によって構成されてもよい。当該ボールねじや、当該シリンダ装置のピストンロッド等によって金属材１の一端部が押圧されることにより、金属材１が長手方向に押し出されるように構成され得る。
【００２９】
なお、以下の説明では、搬送機構１１０によって金属材１が送られる搬送方向をｘ軸方向とする。また、当該ｘ軸方向と互いに直交する２方向をそれぞれｙ軸方向及びｚ軸方向とする。ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち、上下方向）に対応する。
【００３０】
（支持機構）
支持機構１２０は、加熱機構１３０より上流側に設けられ、金属材１の一部を案内支持する。支持機構１２０は、例えば、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆うように配置される支持部材によって構成される。それにより、支持機構１２０は、金属材１の一部を、主として当該金属材１の径方向に支持可能である。金属加工装置１０では、金属材１の加熱機構１３０によって加熱された部分に対して、把持機構１５０により、曲げ荷重が付加されることによって、曲げ加工が行われる。金属材１に付加される曲げ荷重は、主として、金属材１の径方向の成分を有する。ゆえに、当該曲げ加工において、支持機構１２０には、金属材１に付加される曲げ荷重によって、曲げ方向への加工反力が作用する。
【００３１】
（加熱機構）
加熱機構１３０は、支持機構１２０より下流側に設けられ、金属材１を部分的に加熱する。加熱機構１３０は、例えば、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆うように配置される加熱コイルによって構成され、金属材１を部分的に加熱する。制御装置１６０からの動作指示に基づいて、当該加熱コイルに高周波電流が印加されることにより、金属材１が局部的に加熱されるように構成され得る。加熱機構１３０には、上流側から下流側へ連通する連通部が設けられ、金属材１は、当該連通部を通過する。加熱機構１３０において、具体的には、加熱コイルは、当該連通部まわりに巻回して設けられる、ゆえに、当該連通部に対応する加熱機構１３０の内周側の空間が、加熱機構１３０による加熱対象の領域に相当する。
【００３２】
（冷却機構）
冷却機構１４０は、加熱機構１３０より下流側に設けられ、金属材１の加熱機構１３０によって加熱された部分に冷媒を噴射することにより、当該部分を冷却する。冷却機構１４０には、冷媒を噴射するための噴射口が設けられ、当該噴射口から冷媒が噴射される。また、制御装置１６０からの動作指示に基づいて、冷却機構１４０により噴射される冷媒の噴射量が制御されるように構成され得る。なお、冷媒として、具体的には、水が適用される。
【００３３】
冷却機構１４０は、例えば、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆うように配置される噴射部材と、当該噴射部材へ冷媒を供給するための供給機構と、を備える。供給機構は、冷媒が循環する流路及び冷媒を循環させるポンプ等によって構成され得る。具体的には、噴射部材には噴射口が設けられ、供給機構から噴射部材へ供給された冷媒が当該噴射口から噴射されるように構成される。また、制御装置１６０からの動作指示に基づいて、供給機構から噴射部材へ供給される冷媒の量が制御されることによって、冷却機構１４０により噴射される冷媒の噴射量が制御されるように構成される。以下、図２を参照して、このような噴射部材の構成の詳細について説明する。
【００３４】
図２は、冷却機構１４０の噴射部材４０の外観の一例を示す斜視図である。具体的には、図２は、冷却機構１４０の噴射部材４０を金属材１の搬送方向に交差する方向から見た斜視図である。噴射部材４０には、図２に示したように、上流側から下流側へ連通する連通部４１が設けられ、金属材１は、連通部４１を通過する。連通部４１における上流側には、金属材１の搬送方向に沿って延在する円柱状の空間である円柱空間部４１ａが設けられる。連通部４１における下流側には、下流側へ向かうにつれて拡径する空間である拡径空間部４１ｂが設けられる。具体的には、拡径空間部４１ｂは、円錐台形状を有する。それにより、噴射部材４０の内周部において、円柱空間部４１ａより下流側に、拡径空間部４１ｂに対応するテーパ面４３が形成される。また、噴射部材４０における下流側の端部において、テーパ面４３より外周側には、金属材１の搬送方向に対して直交する下流側端面４７が設けられる。
【００３５】
噴射口４５は、具体的には、図２に示したように、噴射部材４０のテーパ面４３に複数設けられる。噴射口４５は、テーパ面４３の周方向に沿って間隔を空けて複数設けられてもよい。また、噴射口４５は、テーパ面４３の母線方向に沿って間隔を空けて複数設けられてもよい。
【００３６】
金属加工装置１０による曲げ加工では、上述したように、金属材１の加熱機構１３０により加熱される部分の長手方向についての長さを縮小することによって、付加される荷重により当該部分に座屈が生じることを抑制することができる。ゆえに、金属材１の加熱される部分の長手方向についての長さを縮小するために、加熱機構１３０と、冷却機構１４０とは、互いに近接して設けられ得る。
【００３７】
本実施形態では、冷却機構１４０の噴射口４５より下流側かつ把持機構１５０より上流側には、後述する遮蔽部が設けられる。それにより、加熱機構１３０と、冷却機構１４０とが、互いに近接して設けられることに起因して、冷却機構１４０から噴射された冷媒が加熱機構１３０の加熱対象の領域へ侵入することを防止することができる。ゆえに、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質を向上させることが可能となる。このような遮蔽部の詳細については、後述する。なお、図１では、遮蔽部の図示を省略している。
【００３８】
（把持機構）
把持機構１５０は、図１に示したように、冷却機構１４０より下流側に設けられ、金属材１を把持する。具体的には、把持機構１５０は、金属材１の搬送機構１１０によって把持される一端部とは逆側の他端部を把持するとともに、当該金属材１に対して曲げ荷重を付加し得る。また、制御装置１６０からの動作指示に基づいて、把持機構１５０によって金属材１に対して付加される曲げ荷重の方向及び大きさが制御されるように構成され得る。
【００３９】
把持機構１５０は、例えば、金属材１の他端部を把持する把持部材と、当該把持部材を移動させるための移動機構と、を備える。把持部材は、具体的には、複数の爪部を有し、当該複数の爪部により金属材１の他端部の内周部を支持することによって、金属材１を把持することができる。なお、このような把持部材の詳細については、後述する。
【００４０】
移動機構は、具体的には、少なくとも６自由度を有する多関節型のロボットアームによって構成される。把持部材は、このような移動機構により支持され、又は移動機構と一体として構成される。移動機構の動作に伴い把持部材が移動することによって、金属材１に対して、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向に対する荷重と、これら３軸まわりの回転方向への荷重を与えることができる。それにより、金属加工装置１０によれば、金属材１に対する３次元の曲げ加工が実現され得る。
【００４１】
（制御装置）
制御装置１６０は、搬送機構１１０、加熱機構１３０、冷却機構１４０、及び把持機構１５０の駆動を互いに連動して制御することにより、金属材１を所望の形状に加工する。具体的には、制御装置１６０は、製品形状に応じた加工条件に従って、搬送機構１１０が金属材１を所定の速度で長手方向に送りながら、加熱機構１３０が金属材１を部分的に加熱するとともに、把持機構１５０が金属材１のその加熱された部分に曲げ荷重を付加し、その直後に冷却機構１４０が金属材１の当該加熱された部分を冷却するように、これらの各機構の駆動を制御する。これにより、所望の製品形状に従った金属材１の加工が実現される。
【００４２】
制御装置１６０は、例えば、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００４３】
［１−２．冷却機構の周囲の構成］
続いて、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る冷却機構１４０の周囲の構成について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る金属加工装置１０における、冷却機構１４０の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。図３において、二点鎖線の矢印及び破線の矢印は、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の軌跡を示す。具体的には、二点鎖線の矢印は、冷却機構１４０の噴射口４５から噴射された後、金属材１の外周部に衝突するまでの間における冷媒Ｃ１０の軌跡を示す。一方、破線の矢印は、金属材１の外周部に衝突した後における冷媒Ｃ１０の軌跡を示す。なお、図５、図６、図８、図９、及び図１１において、二点鎖線の矢印及び破線の矢印は、図３と同様に、冷媒Ｃ１０の軌跡を示す。また、図３、図５、図６、図８、図９、及び図１１では、各構成要素の内部構造の詳細については、省略して示されているので、各構成要素の内部は必ずしも中実ではない。
【００４４】
まず、図３を参照して、把持機構１５０の把持部材５０の構成の詳細について説明する。図３では、把持部材５０において、対象物を把持するための爪部５２が設けられる一端側の部分が、主として示されている。
【００４５】
把持部材５０における一端側（図３における上流側に対応する側）には、複数の爪部５２が設けられる。複数の爪部５２は、例えば、図３に示したように、金属材１の外径と比較して小さい又は略同等の外径を有する小径部５４の一端部に設けられる。また、小径部５４の他端部（図３における下流側に対応する側）には、大径部５６が接続される。小径部５４及び大径部５６の中心軸は、同軸上に配置され、図３に示した金属材１が把持された状態において、金属材１の中心軸と略一致する。また、大径部５６の上流側端部５５は、金属材１が把持された状態において、金属材１の中心軸と略直交する。
【００４６】
複数の爪部５２は、小径部５４の一端部において、周方向に互いに間隔を空けて設けられる。なお、爪部５２の数は、特に限定されない。また、複数の爪部５２は、径方向について移動可能に構成される。具体的には、複数の爪部５２は、各爪部５２の外周部５２ａと把持部材５０の中心軸との距離が略一致するように、同期して径方向について移動可能である。それにより、図３に示したように、複数の爪部５２により、金属材１の他端部の内周部を支持することができるので、金属材１を把持することが可能となる。把持機構１５０には、例えば、把持部材５０へ油圧を供給可能な供給機構が設けられ、当該供給機構から把持部材５０へ油圧が供給されることによって、爪部５２が駆動されるように構成され得る。
【００４７】
大径部５６は、金属材１の外径と比較して大きい外径を有する。一方、小径部５４は、金属材１の外径と比較して小さい又は略同等の外径を有する。ゆえに、大径部５６は、金属材１が把持された状態において、金属材１の外周部より径方向外側へ突出した突出部に相当する。このように、把持機構１５０には、金属材１が把持された状態において金属材１の外周部より径方向外側へ突出した突出部が形成される。なお、小径部５４及び大径部５６の各種寸法は、把持部材５０に対して要求される機械的強度や他の部材への取付け構造等に基づいて、適宜設定され得る。
【００４８】
続いて、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して比較的近い場合における冷媒Ｃ１０の挙動と併せて、本実施形態に係る遮蔽部１９０について説明する。図３では、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して比較的近い場合における、冷却機構１４０の周囲の様子が示されている。以下では、理解を容易にするために、把持機構１５０が金属材１を把持しながら搬送方向に沿って移動する場合について説明する。なお、このような場合において、把持機構１５０と加熱機構１３０との距離は、例えば、加熱機構１３０より下流側における金属材１の突出長Ｌ１０と相関を有する。突出長Ｌ１０は、換言すると、加熱機構１３０の下流側の端部と金属材１の下流側の端部との搬送方向についての距離に相当する。
【００４９】
本実施形態では、図３に示したように、冷却機構１４０の噴射口４５より下流側かつ把持機構１５０より上流側に、遮蔽部１９０が設けられる。また、遮蔽部１９０は、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在し、金属材１と所定の空隙を空けて設けられる。以下、図３及び図４を参照して、遮蔽部１９０のより具体的な構成について説明する。図４は、本実施形態に係る金属加工装置１０における、冷却機構１４０の周囲の構成の外観の一例を示す斜視図である。具体的には、図４は、冷却機構１４０の周囲の構成を金属材１の搬送方向に交差する方向から見た斜視図である。
【００５０】
遮蔽部１９０は、具体的には、図３及び図４に示したように、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆う円筒部１９０ａと、円筒部１９０ａの下流側の端部の内周側に設けられ、中央には開口部１９０ｃが形成される底部１９０ｂと、を備える。円筒部１９０ａの上流側の端部は、例えば、ボルト等の締結部材を用いて、噴射部材４０の下流側端面４７に固定される。円筒部１９０ａは、搬送される金属材１の中心軸と同軸の円筒形状を有してもよい。
【００５１】
底部１９０ｂは、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する。このように、遮蔽部１９０は、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する。底部１９０ｂの中央に形成される開口部１９０ｃは、搬送される金属材１の中心軸と同軸の円筒形状を有してもよい。開口部１９０ｃの内径Ｄ９０は、金属材１の外径Ｄ１０と比較して大きい。ゆえに、金属材１の外周部と開口部１９０ｃの内周部との間に所定の空隙が形成される。このように、遮蔽部１９０は、金属材１と所定の空隙を空けて設けられる。当該所定の空隙は、位置決め精度に依存する金属材１及び金属加工装置１０の各部品の位置のばらつきや、加工精度に依存する金属材１及び金属加工装置１０の各部品の加工寸法のばらつき等に基づいて、金属材１と遮蔽部１９０との干渉を防止し得る値に適宜設定される。当該所定の空隙は、例えば、２．５［ｍｍ］以上に設定され得る。それにより、開口部１９０ｃを金属材１が通過することができる。具体的には、金属材１と開口部１９０ｃとの空隙の周方向の各位置において、金属材１の外周部と開口部１９０ｃの内周部との間隔Ｌ２０は、略同一となる。なお、金属材１の搬送方向についての開口部１９０ｃの位置は、噴射口４５から噴射された冷媒Ｃ１０が金属材１の外周部に衝突する領域における下流側の端部と略一致してもよい。
【００５２】
遮蔽部１９０は、具体的には、非磁性体によって構成される。例えば、遮蔽部１９０は、セラミックス又は樹脂等によって構成される。上述したように、加熱機構１３０と、冷却機構１４０とは、互いに近接して設けられ得るので、加熱機構１３０と遮蔽部１９０との距離は、比較的短くなる場合がある。ゆえに、仮に遮蔽部１９０を強磁性体によって構成した場合、加熱機構１３０の加熱コイルに高周波電流が印加されることに伴い、遮蔽部１９０に渦電流が発生し、遮蔽部１９０が過剰に加熱されるおそれがある。よって、遮蔽部１９０を非磁性体によって構成することにより、渦電流の発生に起因して遮蔽部１９０が過剰に加熱されることを防止することができる。
【００５３】
図３では、冷却機構１４０の噴射口４５から噴射された冷媒Ｃ１０の軌跡が示されている。上述したように、冷却機構１４０において、噴射口４５は、例えば、噴射部材４０のテーパ面４３に複数設けられる。噴射口４５から噴射される冷媒Ｃ１０は、当該噴射口４５が設けられるテーパ面４３の法線方向に向けて噴射され得る。このように、冷却機構１４０による冷媒Ｃ１０の噴射方向は、具体的には、図３に示したように、金属材１の搬送方向に直交する方向に対して当該搬送方向側へ傾く。ゆえに、噴射口４５から噴射された冷媒Ｃ１０は、金属材１の外周部に衝突した後、下流側へ向かって飛翔する。具体的には、冷媒Ｃ１０は、金属材１の外周部に衝突した後、金属材１の外周部と遮蔽部１９０の開口部１９０ｃの内周部との間に形成される空隙を通過し、下流側へ向かって飛翔する。本実施形態では、噴射口４５より下流側に遮蔽部１９０が設けられるが、当該遮蔽部１９０が金属材１と空隙を空けて設けられることにより、冷媒Ｃ１０を遮蔽部１９０より下流側へ飛翔させることができる。
【００５４】
ここで、把持機構１５０には、金属材１が把持された状態において金属材１の外周部より径方向外側へ突出した突出部が形成されるので、金属材１と遮蔽部１９０との間の空隙を通過した冷媒Ｃ１０の一部は、把持機構１５０の一部と衝突し得る。具体的には、冷媒Ｃ１０の一部は、図３に示したように、把持部材５０の大径部５６の上流側端部５５に衝突し得る。大径部５６の上流側端部５５は、金属材１の搬送方向に対して略直交するので、大径部５６の上流側端部５５に衝突した冷媒Ｃ１０は、上流側へ向かって飛翔する場合がある。このような場合において、大径部５６の上流側端部５５に衝突した冷媒Ｃ１０の一部は、冷却機構１４０の連通部４１へ向かって飛翔し得る。
【００５５】
ここで、本実施形態では、上述したように、遮蔽部１９０は、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する。具体的には、遮蔽部１９０の底部１９０ｂが、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する。それにより、大径部５６の上流側端部５５と衝突した後、連通部４１へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０は、底部１９０ｂの下流側の面に衝突する。ゆえに、上流側へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部が連通部４１へ侵入することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０の一部が、連通部４１を通過し、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入することを防止することができる。従って、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質を向上させることが可能となる。
【００５６】
［１−３．参考例］
続いて、図５及び図６を参照して、参考例における、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の挙動について説明する。参考例に係る金属加工装置は、上述した第１の実施形態に係る金属加工装置１０と比較して、遮蔽部１９０が設けられない点について異なる。図５は、参考例に係る金属加工装置における、冷却機構１４０の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。図５では、図３と同様に、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して比較的近い場合における、冷却機構１４０の周囲の様子が示されている。
【００５７】
上述したように、冷媒Ｃ１０は、金属材１の搬送方向に直交する方向に対して当該搬送方向側へ傾いた方向へ向けて、冷却機構１４０の噴射口４５から噴射される。ゆえに、噴射口４５から噴射された冷媒Ｃ１０は、金属材１の外周部に衝突した後、下流側へ向かって飛翔する。金属材１の外周部に衝突した後、下流側へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部は、図５に示したように、把持部材５０の大径部５６の上流側端部５５に衝突し得る。大径部５６の上流側端部５５に衝突した冷媒Ｃ１０は、大径部５６の上流側端部５５と衝突した後、上流側へ向かって飛翔する場合がある。このような場合において、大径部５６の上流側端部５５に衝突した冷媒Ｃ１０の一部は、噴射部材４０の連通部４１へ向かって飛翔し得る。
【００５８】
参考例では、図５に示したように、大径部５６の上流側端部５５と衝突した後、連通部４１へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０は、連通部４１の拡径空間部４１ｂへ侵入し得る。その場合、拡径空間部４１ｂへ侵入した冷媒Ｃ１０は、テーパ面４３にガイドされて、連通部４１の円柱空間部４１ａへ侵入し得る。具体的には、冷媒Ｃ１０は、円柱空間部４１ａにおける噴射部材４０の内周部と金属材１との間の空間へ侵入し得る。そして、当該空間へ侵入した冷媒Ｃ１０は、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入し得る。それにより、加熱工程における金属材の加熱状態が不安定となる。
【００５９】
ここで、上述したように、３ＤＱでは、曲げ加工部の寸法精度を向上させる観点から、金属材１の加熱される部分の長手方向についての長さを縮小するために、加熱機構１３０と、冷却機構１４０とは、互いに近接して設けられ得る。ゆえに、特に３ＤＱでは、冷媒Ｃ１０の一部が冷却機構１４０の連通部４１に侵入した場合に、加熱機構１３０の内周側の空間へ冷媒Ｃ１０が侵入しやすい。
【００６０】
続いて、図６を参照して、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の挙動について、より詳細に説明する。本件発明者は、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の挙動について創意工夫を重ね、結果、噴射口４５より下流側から上流側へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０が加熱機構１３０の内周側の空間へ侵入する経路についての知見を見出した。
【００６１】
図６は、図５に示した参考例における、冷却機構１４０の噴射口４５の周囲における冷媒Ｃ１０の挙動について説明するための説明図である。具体的には、図６は、冷却機構１４０の噴射口４５の周囲の構成を金属材１の搬送方向に交差する方向から見た部分拡大図である。図６では、連通部４１の拡径空間部４１ｂへ侵入した後、連通部４１の円柱空間部４１ａへ侵入するまでの間における冷媒Ｃ１０の軌跡が、主に示されている。
【００６２】
熱間曲げ加工中において、冷媒Ｃ１０は、テーパ面４３に設けられた複数の噴射口４５から金属材１に向けて、継続的に噴射されている。しかしながら、噴射口４５の各々は、互いに間隔を空けて設けられている。ゆえに、図６に示したように、連通部４１へ向かって飛翔し連通部４１の拡径空間部４１ｂへ侵入した冷媒Ｃ１０は、テーパ面４３にガイドされて、噴射口４５の各々の間の空間を通過し得る。それにより、拡径空間部４１ｂへ侵入した冷媒Ｃ１０は、噴射口４５から噴射される冷媒Ｃ１０により押し返されることなく、円柱空間部４１ａへ到達し得る。このように、参考例に係る金属加工装置では、連通部４１へ向かって飛翔した冷媒Ｃ１０の一部は、冷却機構１４０の連通部４１を通過し得るので、冷却機構１４０に近接して設けられる加熱機構１３０の内周側の空間へ到達し得る。
【００６３】
一方、第１の実施形態に係る金属加工装置１０によれば、上述したように、冷却機構１４０の噴射口４５より下流側かつ把持機構１５０より上流側に、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部１９０が、金属材１と所定の空隙を空けて設けられる。それにより、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された後、把持部材５０の大径部５６の上流側端部５５と衝突することにより、上流側に向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部が冷却機構１４０の連通部４１へ侵入することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０の一部が、連通部４１を通過し、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入することを防止することができる。従って、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して近い場合ほど、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された冷媒Ｃ１０のうち、大径部５６の上流側端部５５と衝突する冷媒Ｃ１０の割合が増大し得る。それにより、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して近い場合ほど、連通部４１へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の量が増大し得る。ゆえに、加熱機構１３０の内周側の空間への侵入する冷媒Ｃ１０の量は、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して近い場合ほど、増大し得る。ここで、第１の実施形態に係る金属加工装置１０によれば、上述したように、把持部材５０の大径部５６の上流側端部５５と衝突することにより、上流側に向かって飛翔する冷媒Ｃ１０が加熱機構１３０の加熱対象の領域へ侵入することを防止することができる。ゆえに、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して比較的近い場合であっても、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができる。
【００６５】
３ＤＱでは、加工開始時において、金属材１の加熱機構１３０より下流側に突出する部分については、熱間曲げ加工が施されない。また、金属材１において熱間曲げ加工が施されない部分の長手方向の長さが比較的長い場合には、当該部分を切断する工程が必要となり得る。ここで、第１の実施形態に係る金属加工装置１０によれば、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して比較的近い場合であっても、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１において熱間曲げ加工が施されない部分を縮小することができる。それにより、３ＤＱにおける歩留りを向上させることができる。さらに、金属材１において熱間曲げ加工が施されない部分を切断する工程を省略することができる。
【００６６】
＜２．第２の実施形態＞
続いて、図７〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態に係る金属加工装置２０について、説明する。
【００６７】
［２−１．金属加工装置の構成］
まず、図７及び図８を参照して、本実施形態に係る金属加工装置２０の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る金属加工装置２０の概略構成の一例を示す断面模式図である。図７では、金属加工装置２０の水平断面を鉛直上方から見た様子が模式的に示されている。なお、図７は、各構成要素をあくまでも模式的に示しているので、各構成要素の寸法及び形状を正確に表現するものではない。図８は、本実施形態に係る金属加工装置２０における、冷却機構１４０及び冷却機構２４０の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。図８では、図３に示した例と比較して、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して遠い場合における、冷却機構１４０及び冷却機構２４０の周囲の様子が示されている。
【００６８】
図７に示したように、本実施形態に係る金属加工装置２０は、図１を参照して説明した第１の実施形態に係る金属加工装置１０と比較して、冷却機構１４０と異なる冷却機構２４０をさらに備える点について異なる。なお、冷却機構１４０は、本発明に係る第１の冷却機構に相当し、冷却機構２４０は、本発明に係る第２の冷却機構に相当する。
【００６９】
本実施形態に係る金属加工装置２０は、冷却機構１４０より下流側に、金属材１の冷却機構１４０によって冷媒Ｃ１０が噴射された部分に冷媒Ｃ１０を噴射することにより、当該部分を冷却する冷却機構２４０を備える。冷却機構２４０は、具体的には、図８に示したように、遮蔽部１９０より下流側に設けられる。
【００７０】
冷却機構２４０は、金属加工装置２０における冷却機能を向上させる目的で設けられ、金属材１の冷却機構１４０によって冷媒Ｃ１０が噴射された部分をさらに冷却する。冷却機構２４０には、冷媒Ｃ１０を噴射するための噴射口８５が設けられ、当該噴射口８５から冷媒Ｃ１０が噴射される。また、制御装置１６０からの動作指示に基づいて、冷却機構２４０により噴射される冷媒Ｃ１０の噴射量が制御されるように構成され得る。
【００７１】
冷却機構２４０は、例えば、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆うように配置される噴射部材８０と、当該噴射部材８０へ冷媒Ｃ１０を供給するための供給機構と、を備える。供給機構は、冷媒Ｃ１０が循環する流路及び冷媒Ｃ１０を循環させるポンプ等によって構成され得る。具体的には、噴射部材８０には噴射口８５が設けられ、供給機構から噴射部材８０へ供給された冷媒Ｃ１０が当該噴射口８５から噴射されるように構成される。また、制御装置１６０からの動作指示に基づいて、供給機構から噴射部材８０へ供給される冷媒Ｃ１０の量が制御されることによって、冷却機構２４０により噴射される冷媒Ｃ１０の噴射量が制御されるように構成される。
【００７２】
噴射部材８０は、具体的には、図８に示したように、環状の部材である。また、噴射口８５は、噴射部材８０の内周面８１に複数設けられる。噴射口８５は、内周面８１の周方向に沿って間隔を空けて複数設けられてもよい。また、噴射口８５は、内周面８１の軸方向に沿って間隔を空けて複数設けられてもよい。
【００７３】
図８では、冷却機構１４０の噴射口４５及び冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０の軌跡がそれぞれ示されている。なお、図８、図９及び図１１において、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０は、二点鎖線の矢印によって表されている。冷却機構１４０の噴射口４５から噴射された冷媒Ｃ１０は、金属材１の外周部に衝突した後、金属材１の外周部と遮蔽部１９０の開口部１９０ｃの内周部との間に形成される空隙を通過し、下流側へ向かって飛翔する。また、本実施形態では、上述したように、冷却機構２４０において、噴射口８５は、例えば、噴射部材８０の内周面８１に複数設けられる。噴射口８５から噴射される冷媒Ｃ１０は、当該噴射口８５が設けられる内周面８１の法線方向に向けて噴射され得る。このように、冷却機構２４０による冷媒Ｃ１０の噴射方向は、具体的には、図８に示したように、金属材１の搬送方向に直交する。
【００７４】
冷却機構１４０の噴射口４５から噴射された後、金属材１と遮蔽部１９０との間の空隙を通過した冷媒Ｃ１０の一部は、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突し得る。冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された後、金属材１の外周部に衝突するまでの冷媒Ｃ１０の軌跡は、金属材１の搬送方向に対して直交する。ゆえに、冷却機構１４０の噴射口４５から噴射された後、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突した冷媒Ｃ１０は、押し返されて上流側へ向かって飛翔する場合がある。このような場合において、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突した冷媒Ｃ１０の一部は、冷却機構１４０の連通部４１へ向かって飛翔し得る。
【００７５】
ここで、本実施形態では、上述したように、遮蔽部１９０は、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する。具体的には、遮蔽部１９０の底部１９０ｂが、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する。それにより、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突した後、連通部４１へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０は、底部１９０ｂの下流側の面に衝突する。ゆえに、上流側へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部が連通部４１へ侵入することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０の一部が、連通部４１を通過し、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入することをより効果的に防止することができる。従って、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質をより効果的に向上させることが可能となる。
【００７６】
［２−２．参考例］
続いて、図９を参照して、図５に示した例と異なる参考例における、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の挙動について説明する。当該参考例に係る金属加工装置は、上述した第２の実施形態に係る金属加工装置２０と比較して、遮蔽部１９０が設けられない点について異なる。図９は、当該参考例に係る金属加工装置における、冷却機構１４０及び冷却機構２４０の周囲の構成の一例を示す断面模式図である。図９では、図８と同様に、図３に示した例と比較して、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して遠い場合における、冷却機構１４０及び冷却機構２４０の周囲の様子が示されている。
【００７７】
上述したように、冷却機構１４０から噴射される冷媒Ｃ１０は、金属材１の搬送方向に直交する方向に対して当該搬送方向側へ傾いた方向へ向けて、冷却機構１４０の噴射口４５から噴射される。ゆえに、噴射口４５から噴射された冷媒Ｃ１０は、金属材１の外周部に衝突した後、下流側へ向かって飛翔する。金属材１の外周部に衝突した後、下流側へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部は、図９に示したように、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０に衝突し得る。冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０に衝突した冷媒Ｃ１０は、押し返されて上流側へ向かって飛翔する場合がある。このような場合において、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０に衝突した冷媒Ｃ１０の一部は、噴射部材４０の連通部４１へ向かって飛翔し得る。
【００７８】
参考例では、図９に示したように、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突した後、連通部４１へ向かって飛翔する冷媒Ｃ１０は、連通部４１の拡径空間部４１ｂへ侵入し得る。その場合、拡径空間部４１ｂへ侵入した冷媒Ｃ１０は、テーパ面４３にガイドされて、連通部４１の円柱空間部４１ａへ侵入し得る。具体的には、冷媒Ｃ１０は、円柱空間部４１ａにおける噴射部材４０の内周部と金属材１との間の空間へ侵入し得る。そして、当該空間へ侵入した冷媒Ｃ１０は、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域に侵入し得る。それにより、加熱工程における金属材の加熱状態が不安定となる。
【００７９】
一方、第２の実施形態に係る金属加工装置２０によれば、上述したように、冷却機構１４０の噴射口４５より下流側かつ把持機構１５０より上流側に、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部１９０が、金属材１と所定の空隙を空けて設けられる。それにより、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された後、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突することにより、上流側に向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部が冷却機構１４０の連通部４１へ侵入することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０の一部が、連通部４１を通過し、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入することをより効果的に防止することができる。従って、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質をより効果的に向上させることが可能となる。
【００８０】
なお、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された冷媒Ｃ１０の一部が、冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突することにより、上流側に向かって飛翔する現象は、把持機構１５０と加熱機構１３０との距離によらず、発生し得る。ゆえに、第２の実施形態に係る金属加工装置２０によれば、把持機構１５０と加熱機構１３０との距離によらず、加熱工程における金属材１の加熱状態をより効果的に安定化することができる。
【実施例】
【００８１】
本発明の効果を確認するために、本発明の実施形態に係る金属加工装置を用いる実施例及び当該金属加工装置と異なる金属加工装置を用いる比較例の各々について、冷却機構１４０から噴射された後、加熱機構１３０の内周側の空間へ侵入する冷媒Ｃ１０の量を評価するための試験を行った。実施例では、具体的には、上述した第２の実施形態に係る金属加工装置２０を用いた。一方、比較例では、図９に示した遮蔽部１９０を備えない参考例に係る金属加工装置を用いた。
【００８２】
当該試験では、実施例及び比較例の各々について、加熱機構１３０の内周側の空間へ侵入する冷媒Ｃ１０の単位時間あたりの量である侵入量の計測を行った。ここで、加熱機構１３０の内周側の空間へ侵入した冷媒Ｃ１０は、当該空間から加熱機構１３０より鉛直下方へ落下するように構成されている。当該試験では、具体的には、金属材１の突出長Ｌ１０を維持した状態で、冷却機構１４０及び冷却機構２４０による冷媒Ｃ１０の噴射を所定時間継続させ、当該所定時間において、加熱機構１３０の内周側の空間から加熱機構１３０より鉛直下方へ落下した冷媒Ｃ１０の量を計測することによって、侵入量を計測した。また、当該試験では、冷媒Ｃ１０の噴射を継続させる所定時間を略１０［ｓ］に設定して、侵入量の計測を行った。
【００８３】
実施例及び比較例では、金属材１の突出長Ｌ１０として、４６［ｍｍ］、２２０［ｍｍ］、２７０［ｍｍ］、及び３２０［ｍｍ］をそれぞれ適用した場合について試験を行った。また、比較例及び実施例では、金属材１の外径Ｄ１０を２５．４［ｍｍ］とし、金属材１の外周部と開口部１９０ｃの内周部との間隔Ｌ２０を５［ｍｍ］とし、冷却機構１４０の冷媒Ｃ１０の噴射量を８０［ｌ／ｍｉｎ］とし、冷却機構２４０の冷媒Ｃ１０の噴射量を１２０［ｌ／ｍｉｎ］として、試験を行った。
【００８４】
図１０は、金属材１の突出長Ｌ１０の各々についての、加熱機構１３０の内周側の空間への冷媒Ｃ１０の侵入量の測定結果を示す説明図である。図１０に示したように、比較例では、各突出長Ｌ１０について、冷媒Ｃ１０の侵入量は比較的大きな値となっている。また、図１０に示したように、比較例において、突出長Ｌ１０が４６［ｍｍ］である場合には、突出長Ｌが２２０［ｍｍ］、２７０［ｍｍ］、又は３２０［ｍｍ］である場合と比較して、冷媒Ｃ１０の侵入量が大きい。このように、加熱機構１３０の内周側の空間への冷媒Ｃ１０の侵入は、把持機構１５０が加熱機構１３０に対して近い場合ほど、顕著となることが確認された。突出長Ｌ１０が比較的短い場合には、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された冷媒Ｃ１０が大径部５６の上流側端部５５と衝突することに起因して、冷媒Ｃ１０の侵入量が顕著に増大すると考えられる。また、突出長Ｌ１０が比較的長い場合であっても、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された冷媒Ｃ１０が冷却機構２４０の噴射口８５から噴射された冷媒Ｃ１０と衝突することに起因して、加熱機構１３０の内周側の空間への冷媒Ｃ１０の侵入が生じると考えられる。
【００８５】
また、図１０に示したように、実施例では、比較例と比較して、各突出量Ｌ１０について、冷媒Ｃ１０の侵入量が顕著に低減している。当該結果から、冷却機構１４０の噴射口４５より下流側かつ把持機構１５０より上流側に、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部１９０が、金属材１と所定の空隙を空けて設けられることによって、冷媒Ｃ１０の一部が、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入することを防止することができることが確認された。ゆえに、本発明の各実施形態によれば、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質を向上させることが可能となる。
【００８６】
＜４．まとめ＞
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、冷却機構１４０の噴射口４５より下流側かつ把持機構１５０より上流側に、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在する遮蔽部１９０が、金属材１と所定の空隙を空けて設けられる。それにより、噴射口４５から下流側へ向けて噴射された後、把持部材５０の大径部５６の上流側端部５５と衝突することにより、上流側に向かって飛翔する冷媒Ｃ１０の一部が冷却機構１４０の連通部４１へ侵入することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０の一部が、連通部４１を通過し、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域へ侵入することを防止することができる。従って、加熱工程における金属材１の加熱状態を安定化することができるので、金属材１の加工における加工品質を向上させることが可能となる。
【００８７】
上記では、遮蔽部１９０が、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆う円筒部１９０ａと、円筒部１９０ａの下流側の端部の内周側に設けられ、中央に開口部１９０ｃが形成される底部１９０ｂと、を備える例について説明したが、遮蔽部１９０の構成は係る例に限定されない。遮蔽部１９０は、金属材１の搬送方向と交差する方向に延在し、かつ、金属材１と空隙を空けて設けられればよい。例えば、遮蔽部１９０は、長手方向の一部において、金属材１の外周を覆い下流側へ向かうにつれて縮径する形状を有してもよい。具体的には、遮蔽部１９０は、中空の円錐台形状を有してもよい。この場合において、遮蔽部１９０における下流側の端部には、開口部が形成され、金属材１の外周部と当該開口部の内周部との間に所定の空隙が形成される。
【００８８】
また、上記では、把持機構１５０が、複数の爪部５２により、金属材１の他端部の内周部を支持することによって、金属材１を把持可能である例について説明したが、把持機構１５０の構成は、係る例に限定されない。例えば、把持機構１５０は、複数の爪部により、金属材１の他端部の外周部を支持することによって、金属材１を把持可能であってもよい。また、把持機構１５０は、金属材１を把持可能であればよく、複数の爪部を有さなくともよい。また、上記では、図３を参照して把持機構１５０の把持部材５０の一例について説明したが、把持部材５０の形状は、図３に示した例に特に限定されない。
【００８９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９０】
１  金属材
１０，２０  金属加工装置
４０  噴射部材
４１  連通部
４３  テーパ面
４５  噴射口
４７  下流側端面
５０  把持部材
５２  爪部
５４  小径部
５５  上流側端部
５６  大径部
８０  噴射部材
８１  内周面
８５  噴射口
１１０  搬送機構
１２０  支持機構
１３０  加熱機構
１４０  冷却機構
１５０  把持機構
１６０  制御装置
１９０  遮蔽部
１９０ａ  円筒部
１９０ｂ  底部
１９０ｃ  開口部
２４０  冷却機構
【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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