(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、前記金属材の下流側端部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、前記突出部の上流側端部には、前記冷却機構によって噴射された後、前記上流側端部に到達した冷媒を下流側へ導くガイド部が形成される、金属加工装置が提供される。【選択図】図３
2018069281.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、前記金属材の下流側端部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、
前記突出部の上流側端部には、前記冷却機構によって噴射された後、前記上流側端部に到達した冷媒を下流側へ導くガイド部が形成される、
金属加工装置。
【請求項２】
前記ガイド部は、下流側に向かうにつれて拡径する拡径部を含む、請求項１に記載の金属加工装置。
【請求項３】
前記ガイド部は、周方向に対して傾斜する傾斜部を含む、請求項１又は２に記載の金属加工装置。
【請求項４】
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１〜３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。そして、冷媒は、金属材に衝突した後において、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。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】
また、３ＤＱでは、把持機構を加熱機構に対して近づけることにより、金属材における曲げ荷重が付加される部分と把持される部分との距離を短くすることによって、寸法精度及び歩留りを向上させることが期待される。しかしながら、冷却機構によって噴射された冷媒のうち把持機構に到達する冷媒の割合は、把持機構が加熱機構に対して近いほど、増大し得る。それにより、把持機構へ衝突することにより上流側へ飛翔する冷媒の量は増大するので、加熱機構による加熱対象の領域内へ侵入する冷媒の量が増大する。
【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、前記金属材の下流側端部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、前記突出部の上流側端部には、前記冷却機構によって噴射された後、前記上流側端部に到達した冷媒を下流側へ導くガイド部が形成される、金属加工装置が提供される。
【００１７】
前記ガイド部は、下流側に向かうにつれて拡径する拡径部を含んでもよい。
【００１８】
前記ガイド部は、周方向に対して傾斜する傾斜部を含んでもよい。
【００１９】
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。
【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】同実施形態に係る把持機構の把持部材の一例を示す斜視図である。
【図５】同実施形態に係る把持機構の把持部材の他の例を示す斜視図である。
【図６】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７】参考例における冷却機構の噴射口の周囲での冷媒の挙動について説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る把持機構の把持部材の一例を示す斜視図である。
【図９】同実施形態に係る把持機構の把持部材の他の例を示す斜視図である。
【図１０】変形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１１】変形例に係る把持機構の把持部材の一例を示す斜視図である。
【図１２】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。
【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７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の長手方向が上記の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主に説明する。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。また、ｚ軸方向は鉛直方向に相当する。なお、以下では、ｙ軸方向を幅方向とも称する。
【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を下流側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】
（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の下流側端部を把持する。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上流側端部とは逆側の下流側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。
【００３８】
把持機構１５０は、例えば、金属材１の下流側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。
【００３９】
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。
【００４０】
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に突出する突出部が形成される。具体的には、把持機構１５０は、加工性及び強度を向上させる観点から、複数の部材を接続して形成され得る。ゆえに、各部材の間での接続箇所には、フランジ部が形成され得る。例えば、このようなフランジ部が上記の突出部に相当する。上述したように、冷却機構１４０から噴射された冷媒は、金属材１に衝突した後において、下流側へ飛翔する。ゆえに、冷却機構１４０から噴射された冷媒は、把持機構１５０の突出部の上流側端部に到達し得る。なお、図１では、突出部の図示を省略している。
【００４１】
本実施形態では、把持機構１５０の突出部の上流側端部には、冷却機構１４０によって噴射された後、当該上流側端部に到達した冷媒を、下流側へ導くガイド部が形成される。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実現される。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。なお、上記の突出部は、具体的には、把持機構１５０の把持部材に形成される。このような把持部材の詳細については、後述する。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
［１−２．把持機構の詳細］
続いて、図３〜図５を参照して、本実施形態に係る把持機構１５０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４〜図１２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６、図１０、及び図１２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なくともよい。
【００４５】
図４は、本実施形態に係る把持機構１５０の把持部材５０の一例を示す斜視図である。具体的には、図４は、把持機構１５０の把持部材５０を上流側から見た斜視図である。なお、図４では、理解を容易にするために、二点鎖線によって表される金属材１を透過して、把持部材５０が示されている。また、図３及び図４では、把持部材５０において、対象物を把持するための複数の爪部２０が設けられる上流側の部分が、主として示されており、把持部材５０を移動させるための移動機構の図示は省略されている。
【００４６】
図３及び図４に示すように、把持部材５０における上流側の部分には、例えば、小径部５１と、突出部５２と、小径部５３とが、金属材１の搬送方向に沿って、この順に配設される。小径部５１、突出部５２、及び小径部５３は、具体的には、略円形状の横断面を有する。また、小径部５１、突出部５２、及び小径部５３の中心軸は、同軸上に配置され、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。
【００４７】
把持部材５０の上流側には、複数の爪部２０が周方向に互いに間隔を空けて設けられる。例えば、図４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５１の上流側の端面に複数の爪部２０が設けられる。具体的には、小径部５１の上流側の端面に、４つの爪部２０が周方向に略９０°間隔で設けられる。なお、爪部２０の数は、特に限定されない。複数の爪部２０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２０は、各爪部２０の外周部２２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２０により、金属材１の内周部を支持することができるので、金属材１の下流側端部を把持することが可能となる。各爪部２０の外周部２２の形状は、具体的には、把持部材５０の中心軸と平行な中心軸を有する円柱の外周部の形状の一部であってもよい。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２０が駆動されるように構成され得る。
【００４８】
突出部５２は、小径部５１の下流側端部に接続される。突出部５２において、下流側には、金属材１の外径と比較して大きい外径を有する円柱状の円柱部５７が設けられる。このように、突出部５２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に突出する。また、本実施形態では、突出部５２の上流側端部には、冷却機構１４０によって噴射された後、当該上流側端部に到達した冷媒を、下流側へ導くガイド部が形成される。具体的には、突出部５２の上流側端部には、ガイド部として拡径部５６が形成される。拡径部５６は、ガイド部の一例であり、下流側に向かうにつれて拡径する。拡径部５６は、具体的には、小径部５１と突出部５２の円柱部５７との間に配設される。また、拡径部５６の横断面形状は、上流側において小径部５１の横断面形状と略一致し、下流側において円柱部５７の横断面形状と略一致し得る。突出部５２は、拡径部５６及び円柱部５７を含んで構成され得る。
【００４９】
突出部５２の下流側端部には、円柱部５７の外径と比較して小さい外径を有する小径部５３が接続されてもよい。なお、小径部５１、突出部５２、及び小径部５３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。
【００５０】
なお、把持機構１５０の構成から小径部５１は省略されてもよく、その場合には、突出部５２の上流側の端面に複数の爪部２０が設けられ得る。また、突出部５２より上流側において、互いに異なる横断面形状を有する複数の小径部５１が設けられてもよい。
【００５１】
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、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。また、金属加工装置１０では、冷却機構１４０より下流側には把持機構１５０が設けられ、把持機構１５０には、上述したように、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に突出する突出部５２が形成される。よって、冷媒Ｃ１０は、冷却機構１４０によって噴射された後、把持機構１５０の突出部５２の上流側端部へ到達し得る。
【００５２】
本実施形態では、把持機構１５０の突出部５２の上流側端部には、下流側に向かうにつれて拡径する拡径部５６がガイド部として形成される。ここで、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０の飛翔方向は、搬送方向に沿った成分を主として有する。ゆえに、突出部５２の上流側端部に拡径部５６が形成されることによって、突出部５２の上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向を冷媒Ｃ１０の飛翔方向に対して傾斜させることができる。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、図３及び図４に示したように、拡径部５６の外周面に沿って下流側へ導くことができる。このように、拡径部５６は、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、下流側へ導くガイド部としての機能を有する。
【００５３】
よって、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部５２に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。ゆえに、冷媒Ｃ１０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。
【００５４】
なお、上記では、金属材１として、円形状の横断面を有する鋼管が用いられる例について説明したが、金属材１の形状は係る例に限定されない。本実施形態では、金属材１の形状に対応して把持機構１５０の形状を適宜変形し得る。例えば、金属材１として、矩形状の横断面を有する鋼管が用いられてもよい。図５では、矩形状の横断面を有する金属材１ａに対応する把持機構１５０ａの把持部材５０ａが示されている。具体的には、図５は、把持機構１５０ａの把持部材５０ａを上流側から見た斜視図である。なお、図５では、理解を容易にするために、二点鎖線によって表される金属材１ａを透過して、把持部材５０ａが示されている。また、図５では、把持部材５０ａにおいて、対象物を把持するための複数の爪部２０ａが設けられる上流側の部分が、主として示されており、把持部材５０ａを移動させるための移動機構の図示は省略されている。
【００５５】
図５に示すように、把持部材５０ａにおける上流側の部分には、例えば、小径部５１aと、突出部５２ａと、小径部５３ａとが、金属材１ａの搬送方向に沿って、この順に配設される。小径部５１ａ、突出部５２ａ、及び小径部５３ａは、具体的には、略矩形状の横断面を有する。また、小径部５１ａ、突出部５２ａ、及び小径部５３ａの中心軸は、同軸上に配置され、金属材１ａが把持された状態において金属材１ａの中心軸と略一致する。
【００５６】
把持部材５０ａの上流側には、複数の爪部２０ａが周方向に互いに間隔を空けて設けられる。例えば、図５に示したように、金属材１ａと比較して幅方向及び鉛直方向の寸法が小さい又は略同等の横断面を有する小径部５１ａの上流側の端面に複数の爪部２０ａが設けられる。具体的には、小径部５１ａの上流側の端面に、４つの爪部２０ａが設けられる。より具体的には、小径部５１ａの上流側の端面において、爪部２０ａの各々は、各辺の中央部の近傍に設けられる。なお、爪部２０ａの数は、特に限定されない。複数の爪部２０ａ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２０ａは、各爪部２０ａの外周部２２ａと把持部材５０ａ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、複数の爪部２０ａにより、金属材１ａの内周部を支持することができるので、金属材１ａの下流側端部を把持することが可能となる。把持部材５０ａにおいて、各爪部２０ａの外周部２２ａの形状は、具体的には、把持部材５０ａの中心軸と平行な平面形状であってもよい。把持機構１５０ａには、例えば、把持部材５０ａ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５０ａへ油圧が供給されることによって、爪部２０ａが駆動されるように構成され得る。
【００５７】
突出部５２ａは、小径部５１ａの下流側端部に接続される。突出部５２ａにおいて、下流側には、金属材１ａと比較して幅方向及び鉛直方向の寸法が大きい横断面を有する角柱状の角柱部５７ａが設けられる。このように、突出部５２ａは、上述した把持機構１５０の突出部５２と同様に、金属材１ａが把持された状態において金属材１ａの外周部より径方向外側に突出する。また、把持機構１５０ａでは、上述した把持機構１５０と同様に、突出部５２ａの上流側端部には、ガイド部として拡径部５６ａが形成される。拡径部５６ａは、ガイド部の一例であり、下流側に向かうにつれて拡径する。拡径部５６ａは、具体的には、小径部５１ａと突出部５２ａの角柱部５７ａとの間に配設される。また、拡径部５６ａの横断面形状は、上流側において小径部５１ａの横断面形状と略一致し、下流側において角柱部５７ａの横断面形状と略一致し得る。突出部５２ａは、拡径部５６ａ及び角柱部５７ａを含んで構成され得る。
【００５８】
突出部５２ａの下流側端部には、角柱部５７ａと比較して幅方向及び鉛直方向の寸法が小さい横断面を有する小径部５３ａが接続されてもよい。なお、小径部５１ａ、突出部５２ａ、及び小径部５３ａの各種寸法は、把持部材５０ａ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。
【００５９】
なお、把持機構１５０ａの構成から小径部５１ａは省略されてもよく、その場合には、突出部５２ａの上流側の端面に複数の爪部２０ａが設けられ得る。また、突出部５２ａより上流側において、互いに異なる横断面形状を有する複数の小径部５１ａが設けられてもよい。
【００６０】
把持機構１５０ａでは、上述した把持機構１５０と同様に、把持機構１５０ａの突出部５２ａの上流側端部には拡径部５６ａがガイド部として形成される。ゆえに、突出部５２ａの上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向を冷媒Ｃ１０の飛翔方向に対して傾斜させることができる。それにより、金属材１ａの外周部に衝突した後において、突出部５２ａの上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、図５に示したように、拡径部５６ａの外周面に沿って下流側へ導くことができる。このように、拡径部５６ａは、上述した把持機構１５０の拡径部５６と同様に、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部５２ａの上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、下流側へ導くガイド部としての機能を有する。
【００６１】
ゆえに、突出部５２ａの上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部５２ａに衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０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。従って、加熱工程における金属材１ａの加熱状態を安定化することができるので、金属材１ａ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。このように、本実施形態によれば、金属材１の形状に対応して把持機構１５０の形状を適宜変形した場合であっても、冷媒Ｃ１０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。
【００６２】
［１−３．参考例］
続いて、図６及び図７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。参考例に係る把持機構５５０では、上述した第１の実施形態に係る把持機構１５０と比較して、突出部５０２の上流側端部にガイド部が設けられない点について異なる。図６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。
【００６３】
参考例に係る把持機構５５０の把持部材５００における上流側の部分には、小径部５０１と、突出部５０２と、小径部５０３とが、金属材１の搬送方向に沿って、この順に配設される。また、小径部５０１、突出部５０２、及び小径部５０３は、具体的には、略円形状の横断面を有する。
【００６４】
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５０１の上流側の端面には、複数の爪部２０が周方向に互いに間隔を空けて設けられる。当該複数の爪部２０によって、上述したように、金属材１の下流側端部を把持することが可能となる。
【００６５】
突出部５０２は、小径部５０１の下流側端部に接続され、金属材１の外径と比較して大きい外径を有し、円柱状である。このように、突出部５０２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に突出する。ここで、参考例に係る把持機構５５０では、上述した把持機構１５０と異なり、突出部５０２の上流側端部にガイド部が形成されない。具体的には、参考例に係る突出部５０２の上流側端部には、下流側に向かうにつれて拡径する拡径部がガイド部として形成されない。
【００６６】
突出部５０２の下流側端部には、突出部５０２の外径と比較して小さい外径を有する小径部５０３が接続され得る。
【００６７】
参考例では、把持機構５５０の突出部５０２の上流側端部には、ガイド部としての拡径部は設けられない。ゆえに、突出部５０２の上流側端部は、金属材１の搬送方向に略直交し得る。よって、突出部５０２の上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向は、冷媒Ｃ１０の飛翔方向と略一致する。それにより、突出部５０２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０は、図６に示したように、突出部５０２の上流側端部に衝突した後、上流側へ向かって飛翔し得る。
【００６８】
ゆえに、参考例では、図６に示したように、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の一部は、突出部５０２の上流側端部に衝突した後において、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。
【００６９】
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。
【００７０】
続いて、図７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。
【００７１】
図７は、図６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７は、冷却機構１４０の噴射口４５の周囲の構成を下流側から見た部分拡大図である。図７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。
【００７２】
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７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。
【００７３】
一方、本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、把持機構１５０の突出部５２の上流側端部には、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くガイド部としての拡径部５６が形成される。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部５２に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。ゆえに、冷媒Ｃ１０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。
【００７４】
ところで、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、本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、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部５２に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。それにより、冷媒Ｃ１０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しつつ、把持機構１５０を加熱機構１３０に対して近づけることができる。
【００７５】
ゆえに、金属材１における曲げ荷重が付加される部分と把持される部分との距離を短く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。よって、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。また、金属材１における曲げ荷重が付加される部分と把持される部分との距離を短くすることによって、曲げ加工の寸法精度を向上させることができる。
【００７６】
また、把持機構１５０において、金属材１の下流側端部を把持する部分と、突出部５２との間には、所定の間隔が設けられてもよい。上述した把持機構１５０では、具体的には、爪部２０が当該把持する部分に相当する。また、小径部５１の軸方向の長さが、当該把持する部分と、突出部５２との間の距離に相当する。冷却機構１４０によって噴射された冷媒Ｃ１０のうち突出部５２の上流側端部に到達する冷媒Ｃ１０の割合は、把持機構１５０において金属材１の下流側端部を把持する部分と突出部５２との距離が短いほど、増大し得る。ゆえに、上記の所定の間隔を長くすることにより、突出部５２の上流側端部に到達する冷媒Ｃ１０の量を低減することができる。
【００７７】
ここで、上記の所定の間隔は、例えば、把持部材５０の機械的強度や把持部材５０を加工する際の加工性等に基づいて設定され得る。よって、上記の所定の間隔を、当該機械的強度や当該加工性等の要求値を確保し得る条件下において比較的長くすることにより、突出部５２の上流側端部に到達する冷媒Ｃ１０の量を適切に低減することができる。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部５２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部５２に衝突することにより、上流側へ飛翔することをより確実に防止することができる。
【００７８】
＜２．第２の実施形態＞
続いて、図８及び図９を参照して、本発明の第２の実施形態に係る把持機構１７０について、説明する。第２の実施形態に係る金属加工装置では、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、把持機構１７０の構成が異なる。具体的には、第２の実施形態に係る把持機構１７０では、上述した第１の実施形態に係る把持機構１５０と異なり、把持機構１７０の突出部７２の上流側端部にガイド部として傾斜部７６が形成される。
【００７９】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る把持機構１７０の把持部材７０の一例を示す斜視図である。具体的には、図８は、把持機構１７０の把持部材７０を上流側から見た斜視図である。なお、図８では、理解を容易にするために、二点鎖線によって表される金属材１を透過して、把持部材７０が示されている。ここで、金属材１として、具体的には、円形状の横断面を有する鋼管が用いられる。また、図８では、把持部材７０において、対象物を把持するための複数の爪部２０が設けられる上流側の部分が、主として示されており、把持部材７０を移動させるための移動機構の図示は省略されている。
【００８０】
図８に示すように、把持部材７０における上流側の部分には、例えば、小径部７１と、突出部７２と、小径部７３とが、金属材１の搬送方向に沿って、この順に配設される。小径部７１、突出部７２、及び小径部７３は、具体的には、略円形状の横断面を有する。また、小径部７１、突出部７２、及び小径部７３の中心軸は、同軸上に配置され、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。
【００８１】
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７１の上流側の端面には、複数の爪部２０が周方向に互いに間隔を空けて設けられる。当該複数の爪部２０によって、上述したように、金属材１の下流側端部を把持することが可能となる。
【００８２】
突出部７２は、小径部７１の下流側端部に接続され、金属材１の外径と比較して大きい外径を有する。このように、突出部７２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に突出する。ここで、第２の実施形態に係る把持機構１７０では、上述した把持機構１５０と異なり、突出部７２の上流側端部には、ガイド部として傾斜部７６が形成される。傾斜部７６は、ガイド部の一例であり、周方向に対して傾斜する。突出部７２の上流側端部には、例えば、図８に示したように、複数の傾斜部７６が全周に渡って形成され得る。各傾斜部７６は、具体的には、周方向の一側へ向かうにつれて、上流側から下流側へ遠ざかるように形成される。また、各傾斜部７６の形状は、例えば、把持部材７０の中心軸と同軸の中心軸を有する螺旋形状の一部であってもよく、把持部材７０の中心軸と同軸の中心軸を有する回転翼の形状の一部であってもよい。
【００８３】
突出部７２の下流側端部には、突出部７２の外径と比較して小さい外径を有する小径部７３が接続されてもよい。なお、小径部７１、突出部７２、及び小径部７３の各種寸法は、把持部材７０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。
【００８４】
なお、把持機構１７０の構成から小径部７１は省略されてもよく、その場合には、突出部７２の上流側の端面に複数の爪部２０が設けられ得る。また、突出部７２より上流側において、互いに異なる横断面形状を有する複数の小径部７１が設けられてもよい。
【００８５】
第２の実施形態では、把持機構１７０の突出部７２の上流側端部には、周方向に対して傾斜する傾斜部７６がガイド部として形成される。ここで、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部７２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０の飛翔方向は、搬送方向に沿った成分を主として有する。ゆえに、突出部７２の上流側端部に傾斜部７６が形成されることによって、突出部７２の上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向を冷媒Ｃ１０の飛翔方向に対して傾斜させることができる。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部７２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、図８に示したように、傾斜部７６に沿って下流側へ導くことができる。このように、傾斜部７６は、上述した把持機構１５０における拡径部５６と同様に、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部７２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くガイド部としての機能を有する。
【００８６】
ゆえに、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、突出部７２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部７２に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０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。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】
なお、上記では、金属材１として、円形状の横断面を有する鋼管が用いられる例について説明したが、金属材１の形状は係る例に限定されない。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、金属材１の形状に対応して把持機構１７０の形状を適宜変形し得る。例えば、金属材１として、矩形状の横断面を有する鋼管が用いられてもよい。図９では、矩形状の横断面を有する金属材１ａに対応する把持機構１７０ａの把持部材７０ａが示されている。具体的には、図９は、把持機構１７０ａの把持部材７０ａを上流側から見た斜視図である。なお、図９では、理解を容易にするために、二点鎖線によって表される金属材１ａを透過して、把持部材７０ａが示されている。また、図９では、把持部材７０ａにおいて、対象物を把持するための複数の爪部２０ａが設けられる上流側の部分が、主として示されており、把持部材７０ａを移動させるための移動機構の図示は省略されている。
【００８８】
図９に示すように、把持部材７０ａにおける上流側の部分には、例えば、小径部７１aと、突出部７２ａと、小径部７３ａとが、金属材１ａの搬送方向に沿って、この順に配設される。小径部７１ａ、突出部７２ａ、及び小径部７３ａは、具体的には、略矩形状の横断面を有する。また、小径部７１ａ、突出部７２ａ、及び小径部７３ａの中心軸は、同軸上に配置され、金属材１ａが把持された状態において金属材１ａの中心軸と略一致する。
【００８９】
金属材１ａと比較して幅方向及び鉛直方向の寸法が小さい又は略同等の横断面を有する小径部７１ａの上流側の端面には、複数の爪部２０ａが周方向に互いに間隔を空けて設けられる。当該複数の爪部２０ａによって、上述したように、金属材１ａの下流側端部を把持することが可能となる。
【００９０】
突出部７２ａは、小径部７１ａの下流側端部に接続され、金属材１ａと比較して幅方向及び鉛直方向の寸法が大きい横断面を有する。このように、突出部７２ａは、上述した把持機構１７０の突出部７２と同様に、金属材１ａが把持された状態において金属材１ａの外周部より径方向外側に突出する。ここで、把持機構１７０ａでは、上述した把持機構１７０と同様に、突出部７２ａの上流側端部には、ガイド部として傾斜部７６ａが形成される。傾斜部７６ａは、ガイド部の一例であり、周方向に対して傾斜する。突出部７２ａの上流側端部には、例えば、図９に示したように、複数の傾斜部７６ａが全周に渡って形成され得る。具体的には、傾斜部７６ａの各々は、突出部７２の外周面の各々に対応した位置に形成され得る。
【００９１】
突出部７２ａの下流側端部には、突出部７２ａと比較して幅方向及び鉛直方向の寸法が小さい横断面を有する小径部７３ａが接続されてもよい。なお、小径部７１ａ、突出部７２ａ、及び小径部７３ａの各種寸法は、把持部材７０ａ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。
【００９２】
なお、把持機構１７０ａの構成から小径部７１ａは省略されてもよく、その場合には、突出部７２ａの上流側の端面に複数の爪部２０ａが設けられ得る。また、突出部７２ａより上流側において、互いに異なる横断面形状を有する複数の小径部７１ａが設けられてもよい。
【００９３】
把持機構１７０ａでは、上述した把持機構１７０と同様に、把持機構１７０ａの突出部７２ａの上流側端部には傾斜部７６ａがガイド部として形成される。ゆえに、突出部７２ａの上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向を冷媒Ｃ１０の飛翔方向に対して傾斜させることができる。それにより、金属材１ａの外周部に衝突した後において、突出部７２ａの上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、図９に示したように、傾斜部７６ａの外周面に沿って下流側へ導くことができる。このように、傾斜部７６ａは、上述した把持機構１７０の傾斜部７６と同様に、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部７２ａの上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くガイド部としての機能を有する。
【００９４】
ゆえに、突出部７２ａの上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部７２ａに衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０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。従って、加熱工程における金属材１ａの加熱状態を安定化することができるので、金属材１ａ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。このように、第２の実施形態によれば、金属材１の形状に対応して把持機構１７０の形状を適宜変形した場合であっても、冷媒Ｃ１０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。
【００９５】
＜３．変形例＞
続いて、図１０〜図１２を参照して、変形例に係る把持機構１８０について、当該把持機構１８０と対応する参考例と対比して説明する。
【００９６】
［３−１．把持機構の詳細］
まず、図１０及び図１１を参照して、変形例に係る把持機構１８０について詳細に説明する。変形例に係る金属加工装置では、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、把持機構１８０の構成が異なる。具体的には、変形例に係る把持機構１８０では、上述した第１の実施形態に係る把持機構１５０と異なり、金属材１の外周部を支持することにより、金属材１の下流側端部を把持することができる。
【００９７】
図１０は、変形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１１は、変形例に係る把持機構１８０の把持部材８０の一例を示す斜視図である。具体的には、図１１は、把持機構１８０の把持部材８０を上流側から見た斜視図である。なお、図１１では、理解を容易にするために、二点鎖線によって表される金属材１を透過して、把持部材８０が示されている。また、図１０及び図１１では、把持部材８０において、対象物を把持するための複数の爪部３０が設けられる上流側の部分が、主として示されており、把持部材８０を移動させるための移動機構の図示は省略されている。
【００９８】
図１０及び図１１に示すように、把持部材８０における上流側の部分には、例えば、突出部８２と、小径部８３とが、金属材１の搬送方向に沿って、この順に配設される。突出部８２及び小径部８３は、具体的には、略円形状の横断面を有する。また、突出部８２及び小径部８３の中心軸は、同軸上に配置され、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。
【００９９】
突出部８２は、金属材１の外径と比較して大きい外径を有する。このように、突出部８２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に突出する。変形例に係る把持機構１８０では、突出部８２の上流側端部には、ガイド部として拡径部８６が形成される。拡径部８６は、ガイド部の一例であり、下流側に向かうにつれて拡径する。また、拡径部８６の下流側端部には、金属材１の外径と比較して大きい外径を有する円柱状の円柱部８７が接続される。突出部８２は、拡径部８６及び円柱部８７を含んで構成され得る。
【０１００】
把持部材８０の上流側には、複数の爪部３０が周方向に互いに間隔を空けて設けられる。例えば、図１１に示したように、把持部材８０の上流側の端面には、４つの爪部３０が周方向に略９０°間隔で設けられる。なお、爪部３０の数は、特に限定されない。複数の爪部３０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３０は、各爪部３０の内周部３３と把持部材８０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、変形例では、図１０に示したように、複数の爪部３０により、金属材１の外周部を支持することができるので、金属材１の下流側端部を把持することが可能となる。各爪部３０の内周部３３の形状は、具体的には、把持部材８０の中心軸と平行な中心軸を有する円柱の外周部の形状の一部であってもよい。把持機構１８０には、例えば、把持部材８０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８０へ油圧が供給されることによって、爪部３０が駆動されるように構成され得る。
【０１０１】
突出部８２の下流側端部には、円柱部８７の外径と比較して小さい外径を有する小径部８３が接続されてもよい。なお、突出部８２及び小径部８３の各種寸法は、把持部材８０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。
【０１０２】
変形例では、把持機構１８０の突出部８２の上流側端部には、下流側に向かうにつれて拡径する拡径部８６がガイド部として形成される。ここで、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部８２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０の飛翔方向は、搬送方向に沿った成分を主として有する。ゆえに、突出部８２の上流側端部に拡径部８６が形成されることによって、突出部８２の上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向を冷媒Ｃ１０の飛翔方向に対して傾斜させることができる。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部８２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を、図１０及び図１１に示したように、拡径部８６の外周面に沿って下流側へ導くことができる。このように、拡径部８６は、上述した把持機構１５０における拡径部５６と同様に、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部８２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くガイド部としての機能を有する。
【０１０３】
ゆえに、変形例によれば、第１の実施形態と同様に、突出部８２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部８２に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。よって、冷媒Ｃ１０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。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。
【０１０４】
なお、上記では、金属材１として、円形状の横断面を有する鋼管が用いられる例について説明したが、金属材１の形状は係る例に限定されない。変形例では、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、金属材１の形状に対応して把持機構１８０の形状を適宜変形し得る。例えば、金属材１として、矩形状の横断面を有する鋼管が用いられてもよい。また、上記では、突出部８２の上流側端部に拡径部８６がガイド部として形成される例について説明したが、突出部８２の上流側端部には、周方向に対して傾斜する傾斜部がガイド部として形成されてもよい。その場合においても、上述した変形例と同様の効果を奏し得る。
【０１０５】
［３−２．参考例］
続いて、図１２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。参考例に係る把持機構６５０では、上述した変形例に係る把持機構１８０と比較して、突出部６０２の上流側端部にガイド部が設けられない点について異なる。図１２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。
【０１０６】
参考例に係る把持機構６５０の把持部材６００における上流側の部分には、突出部６０２と、小径部６０３とが、金属材１の搬送方向に沿って、この順に配設される。また、突出部６０２及び小径部６０３は、具体的には、略円形状の横断面を有する。
【０１０７】
突出部６０２は、金属材１の外径と比較して大きい外径を有し、円柱状である。このように、突出部６０２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に突出する。ここで、参考例に係る把持機構６５０では、上述した把持機構１８０と異なり、突出部６０２の上流側端部にガイド部が形成されない。具体的には、参考例に係る突出部６０２の上流側端部には、下流側に向かうにつれて拡径する拡径部がガイド部として形成されない。また、突出部６０２の上流側の端面には、複数の爪部３０が周方向に互いに間隔を空けて設けられる。当該複数の爪部３０によって、上述したように、金属材１の下流側端部を把持することが可能となる。
【０１０８】
突出部６０２の下流側端部には、突出部６０２の外径と比較して小さい外径を有する小径部６０３が接続され得る。
【０１０９】
参考例では、把持機構６５０の突出部６０２の上流側端部には、ガイド部としての拡径部は設けられない。ゆえに、突出部６０２の上流側端部は、金属材１の搬送方向に略直交し得る。よって、突出部６０２の上流側端部において冷媒Ｃ１０が接触し得る外面の法線方向は、冷媒Ｃ１０の飛翔方向と略一致する。それにより、突出部６０２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０は、図１２に示したように、突出部６０２の上流側端部に衝突した後、上流側へ向かって飛翔し得る。
【０１１０】
ゆえに、参考例では、図１２に示したように、冷却機構１４０から噴射された冷媒Ｃ１０の一部は、突出部６０２の上流側端部に衝突した後において、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。
【０１１１】
一方、変形例によれば、上述したように、把持機構１８０の突出部８２の上流側端部には、冷却機構１４０によって噴射された後、当該上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くガイド部としての拡径部８６が形成される。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部８２の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部８２に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。ゆえに、冷媒Ｃ１０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。
【実施例】
【０１１２】
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、図３及び図４を参照して説明した本発明の第１の実施形態に係る把持機構１５０を含む金属加工装置１０を用いた。一方、比較例では、図６を参照して説明した把持機構５５０を含む金属加工装置を用いた。比較例は、従来の技術に係る金属加工装置を用いた例に相当する。
【０１１３】
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測定を行った。当該試験では、具体的には、加熱機構１３０より下流側における金属材１の突出長を維持し、冷却機構１４０による冷媒Ｃ１０の噴射を継続させた状態で、冷媒Ｃ１０の侵入量の計測を行った。なお、上記の突出長は、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。
【０１１４】
なお、実施例及び比較例では、金属材１の外径を２５．４［ｍｍ］とし、金属材１の突出長を４６［ｍｍ］とし、冷却機構１４０の冷媒Ｃ１０の噴射量を２００［ｌ／ｍｉｎ］として、試験を行った。また、実施例及び比較例では、小径部５１又は小径部５０１の軸方向の長さである小径部長さとして、４６［ｍｍ］、５０［ｍｍ］、８６［ｍｍ］、１００［ｍｍ］、及び２００［ｍｍ］をそれぞれ適用した場合について試験を行った。なお、小径部長さは、換言すると、把持機構１５０，５５０において、金属材１の下流側端部を把持する部分と、突出部５２，５０２との間の間隔に相当する。
【０１１５】
このような試験によって得られた計測結果を下記の表１に示す。なお、表１では、実施例及び比較例における各小径部長さについての冷媒Ｃ１０の侵入量の程度が、「○」、「△」、又は「×」の印によってそれぞれ示されている。各印に対応する冷媒Ｃ１０の侵入量は、「○」、「△」、「×」の順に大きくなっている。具体的には、「○」、「△」、及び「×」に対応する冷媒Ｃ１０の侵入量は、それぞれ略０［ｌ／ｍｉｎ］、略０．５［ｌ／ｍｉｎ］、及び略４［ｌ／ｍｉｎ］である。
【０１１６】
【表１】
2018069281.tif 000003
【０１１７】
表１では、小径部長さが４６［ｍｍ］又は５０［ｍｍ］の場合、実施例における冷媒Ｃ１０の侵入量が、比較例と比較して、低くなっていることが示されている。ゆえに、把持機構１５０の突出部５２の上流側端部にガイド部を形成することによって、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域への冷媒Ｃ１０の侵入を防止する効果を奏することが確認された。よって、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。
【０１１８】
また、表１では、実施例における冷媒Ｃ１０の侵入量は、小径部長さが５０［ｍｍ］以上である場合、小径部長さが４６［ｍｍ］である場合と比較して、低くなっていることが示されている。ゆえに、把持機構１５０において金属材１の下流側端部を把持する部分と突出部５２との間の間隔を長くすることにより、突出部５２の上流側端部に到達する冷媒Ｃ１０の量を低減することができることが確認された。
【０１１９】
＜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、把持機構の突出部の上流側端部には、冷却機構１４０によって噴射された後、突出部の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くガイド部が形成される。それにより、金属材１の外周部に衝突した後において、突出部の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０が、突出部に衝突することにより、上流側へ飛翔することを防止することができる。ゆえに、加熱機構１３０の内周側の空間である加熱対象の領域への冷媒Ｃ１０の侵入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。
【０１２０】
また、本発明の各実施形態によれば、冷媒Ｃ１０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しつつ、把持機構を加熱機構１３０に対して近づけることができる。ゆえに、金属材１における曲げ荷重が付加される部分と把持される部分との距離を短く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。よって、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。また、金属材１における曲げ荷重が付加される部分と把持される部分との距離を短くすることによって、曲げ加工の寸法精度を向上させることができる。
【０１２１】
なお、上記では、突出部の上流側端部に設けられるガイド部の一例として、拡径部及び傾斜部について説明したが、ガイド部は、係る例に限定されず、突出部の上流側端部に到達した冷媒Ｃ１０を下流側へ導くことが可能であれば他の構成を有してもよい。なお、把持機構には、拡径部及び傾斜部が混在してもよい。また、把持機構の突出部の上流側端部には、下流側に向かうにつれて拡径し、かつ、周方向に対して傾斜する部分が設けられてもよく、当該部分はガイド部に相当し得る。
【０１２２】
また、上記では、図２を参照して、冷却機構１４０の構成について説明したが、冷却機構１４０の形状は図面に対応する例に限定されず、図面に示した形状は一例に過ぎない。また、金属加工装置１０において、冷却機構１４０は、複数設けられてもよく、その場合において、冷却機構１４０の各々についての形状や冷媒Ｃ１０の噴射方向等は互いに異なってもよい。
【０１２３】
また、上記では、把持機構が、複数の爪部により、金属材１の下流側端部を把持可能である例について説明したが、把持機構１５０は、金属材１の下流側端部を把持可能であればよく、複数の爪部を有しなくともよい。
【０１２４】
また、上記では、各図面を参照して、各把持機構の各構成要素について説明したが、各構成要素の形状は各図面に対応する例に限定されず、図面に示した形状は一例に過ぎない。また、複数の構成要素は、互いに一体として形成されてもよく、別体として形成されてもよい。また、各構成要素は、複数の部材によって形成されてもよい。なお、把持機構には、突出部が搬送方向に沿って間隔を空けて複数設けられてもよく、その場合、各突出部の上流側端部にガイド部が設けられ得る。
【０１２５】
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】
【０１２６】
１，１ａ  金属材
１０  金属加工装置
２０，２０ａ，３０  爪部
４０  噴射部材
５０，５０ａ，７０，７０ａ，８０  把持部材
５２，５２ａ，７２，７２ａ，８２  突出部
５６，５６ａ，８６  拡径部
７６，７６ａ  傾斜部
１１０  搬送機構
１２０  支持機構
１３０  加熱機構
１４０  冷却機構
１５０，１５０ａ，１７０，１７０ａ，１８０  把持機構
１６０  制御装置
【図１】
2018069281.tif 000004
【図２】
2018069281.tif 000005
【図３】
2018069281.tif 000006
【図４】
2018069281.tif 000007
【図５】
2018069281.tif 000008
【図６】
2018069281.tif 000009
【図７】
2018069281.tif 000010
【図８】
2018069281.tif 000011
【図９】
2018069281.tif 000012
【図１０】
2018069281.tif 000013
【図１１】
2018069281.tif 000014
【図１２】
2018069281.tif 000015