(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な金属材を長手方向に送り出す送出機構と、
送り出された前記金属材を長手方向の一部位において案内支持する支持機構と、
前記金属材の他の部位において前記金属材を挟持するとともに前記金属材に曲げ荷重を負荷する挟持機構と、
摩擦係数算出部と、
を備え、
前記支持機構には、前記金属材が送り出される際の前記支持機構との間の摩擦力、及び前記金属材に前記曲げ荷重が付加される際に前記支持機構に作用する加工反力を測定する測定機構が設けられ、
摩擦係数算出部は、前記測定機構によって測定された前記摩擦力及び前記加工反力に基づいて前記支持機構と前記金属材との間の摩擦係数を算出する、
金属加工装置。
【請求項２】
前記摩擦係数に基づいて前記支持機構と前記金属材との接触状態の異常を検出する接触状態異常検出部を更に備え、
前記接触状態異常検出部によって前記接触状態の異常が検出された場合には、警報装置が警報を発する、又は前記金属材に対する曲げ加工のために前記送出機構及び前記挟持機構の駆動を制御する加工制御部が前記金属材に対する加工を中止する、
請求項１に記載の金属加工装置。
【請求項３】
長尺な金属材を長手方向に送り出す送出機構と、
送り出された前記金属材を長手方向の一部位において案内支持する支持機構と、
前記金属材の他の部位において前記金属材を挟持するとともに前記金属材に曲げ荷重を負荷する挟持機構と、
を備え、
前記支持機構には、前記金属材が送り出される際の前記支持機構との間の摩擦力、及び前記金属材に前記曲げ荷重が付加される際に前記支持機構に作用する加工反力を測定する測定機構が設けられ、
前記支持機構の前記測定機構は、曲げ加工時に前記金属材を支持するガイドシュー、を含み、
前記ガイドシューの前記金属材と対向する部位は、前記送り方向を含む面内において円弧形状を有するとともに、前記送り方向と直交する面内において直線形状を有する、
金属加工装置。
【請求項４】
前記支持機構の前記測定機構は、前記ガイドシューに作用する前記金属材の送り方向の力及び前記送り方向と直交する方向であって前記曲げ荷重が負荷される方向の力を少なくとも検出可能なロードセル、を更に含む、
請求項３に記載の金属加工装置。
【請求項５】
前記支持機構の後段に設けられ、前記金属材の長手方向における一部位を加熱する加熱機構と、
前記加熱機構の後段に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位を冷却する冷却機構と、
を更に備え、
前記挟持機構によって、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位に対して曲げ荷重が負荷されることにより、前記金属材の曲げ加工が行われる、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属加工装置。
【請求項６】
長尺な金属材を長手方向に送り出す送出機構と、送り出された前記金属材を長手方向の一部位において案内支持する支持機構と、前記金属材の他の部位において前記金属材を挟持するとともに前記金属材に曲げ荷重を負荷する挟持機構と、を備える金属加工装置を用いた金属材の製造方法であって、
前記支持機構に設けられる測定機構によって、前記金属材が送り出される際の前記支持機構との間の摩擦力、及び前記金属材に前記曲げ荷重が負荷される際に前記支持機構に作用する加工反力を測定し、
前記測定機構によって測定された前記摩擦力及び前記加工反力に基づいて前記支持機構と前記金属材との間の摩擦係数を算出する、
金属材の製造方法。
【請求項７】
前記摩擦係数に基づいて前記支持機構と前記金属材との接触状態の異常を検出し、
前記接触状態の異常が検出された場合には、前記接触状態の異常が発生した旨の警報が発せられる、又は前記金属材に対する加工が中止される、
請求項６に記載の金属材の製造方法。
【請求項８】
長尺な金属材を長手方向に送り出す送出機構と、送り出された前記金属材を長手方向の一部位において案内支持する支持機構と、前記金属材の他の部位において前記金属材を挟持するとともに前記金属材に曲げ荷重を負荷する挟持機構と、を備える金属加工装置を用いた金属材の製造方法であって、
前記支持機構に設けられる測定機構によって、前記金属材が送り出される際の前記支持機構との間の摩擦力、及び前記金属材に前記曲げ荷重が負荷される際に前記支持機構に作用する加工反力が測定され、
前記支持機構の前記測定機構は、曲げ加工時に前記金属材を支持するガイドシューと、前記ガイドシューに作用する前記金属材の送り方向の力及び前記送り方向と直交する方向であって前記曲げ荷重が負荷される方向の力を少なくとも検出可能なロードセルと、から構成され、
前記ガイドシューの前記金属材と対向する部位は、前記送り方向を含む面内において円弧形状を有するとともに、前記送り方向と直交する面内において直線形状を有する、
金属材の製造方法。
【請求項９】
前記金属加工装置は、
前記支持機構の後段に設けられ、前記金属材の長手方向における一部位を加熱する加熱機構と、
前記加熱機構の後段に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位を冷却する冷却機構と、
を更に備え、
前記挟持機構によって、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位に対して曲げ荷重が負荷されることにより、前記金属材の曲げ加工が行われる、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の金属材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材に対して曲げ加工を施す金属加工装置、及び当該金属加工装置を用いた金属材の製造方法に関する。
【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、２には、鋼管の一端を把持するとともに当該鋼管をその長手方向に送り出す送出機構と、送り出された鋼管を案内支持する支持機構と、鋼管を局部的に加熱する加熱機構と、鋼管の加熱された部位を冷却する冷却機構と、当該鋼管の他端において当該鋼管を挟持して加熱された鋼管の部位に曲げ荷重を付加する挟持機構と、を備える熱間曲げ加工装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、上記熱間曲げ加工装置において、曲げ加工後の鋼管が目標品質となるように、予め決定された制御パターンに基づいて前記送出機構及び前記挟持機構の駆動が制御されるとともに、加工中の鋼管の変位情報及び／又は温度情報に基づいて前記支持機構、前記加熱機構及び前記冷却機構のうちの少なくとも１つ以上の機構の駆動が制御される。また、特許文献２に記載の技術では、上記熱間曲げ加工装置において、挟持機構であるマニピュレータに作用する荷重及び／又は加速度を測定し、その測定値と目標値との偏差が大きい場合に、警報を発して加工を中断する制御が行われる。
【０００６】
このように、特許文献１、２に記載の技術によれば、加工中の鋼管や挟持機構（マニピュレータ）の状態に基づいて曲げ加工が制御されるため、目標品質が得られるように精度良く曲げ加工を行うことが可能になる。なお、特許文献１、２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。
【０００７】
また、例えば、特許文献３には、曲げ型と、前記曲げ型の周りを公転可能な締め型と、により鋼管を挟持し、前記締め型を公転させることによって前記パイプを曲げ加工する曲げ加工装置において、前記鋼管の両端に挿入される端末加工用パンチが設けられた曲げ加工装置が開示されている。特許文献３に記載の曲げ加工装置によれば、鋼管の曲げ加工とともに、当該鋼管の端末加工も容易に行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２３５７３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２８７１４号公報
【特許文献３】特開２００６−１５９２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、曲げ加工装置を用いて加工を行っているうちに、鋼管を支持する支持部材（例えば特許文献１、２に記載の熱間曲げ加工装置における支持機構に対応する部材等）と鋼管との間の接触状態が意図せず変化してしまうことがある。このような接触状態の変化は、例えば、支持部材の表面の損耗や、当該支持部材と鋼管との間へのキリコの侵入、当該支持部材の設置位置の微動に伴う平行度の悪化等が考えられる。接触状態に異常が生じているにもかかわらずそのまま加工を続行すると、鋼管の表面に疵が付いてしまう等、製品品質を劣化させる可能性がある。また、接触状態が不安定になれば、支持部材が鋼管を支持する位置が不安定になり、所望の曲げ荷重を加えることができず、加工精度が低下してしまう恐れもある。
【００１０】
かかる現象に対して、現状は、加工後の全数検査により製品の状態を調査し、必要に応じて表面の疵を除去する処理や形状を補正する処理等を行っている。しかしながら、これらの検査作業、補正作業等は煩雑であり、時間と鋼管のロスにつながっている。
【００１１】
かかる事情に鑑みれば、曲げ加工装置においては、鋼管を支持する部材と当該鋼管との接触状態の異常を加工中に検出する技術が求められていた。加工中に接触状態の異常を検出することができれば、加工を中断して支持部材の交換や補修等を適宜行うことにより、不良品の発生を抑制することができ、歩留まりの向上が期待できる。しかしながら、上記特許文献１〜３には、このような加工中における支持部材と鋼管との接触状態を検出する技術については何ら記載されていない。これは、加工中における当該接触状態を安定的に検出することが困難であるからであると考えられる。
【００１２】
例えば、支持部材と鋼管との接触状態を示す指標として、両者の間の摩擦係数を測定することが考えられる。しかしながら、従来の曲げ加工装置では、当該支持部材の鋼管との摺動部における当該支持部材と当該鋼管との幾何的な接触条件により、加工中における両者の接触状態は常に変化し得る。幾何的な接触条件とは、例えば、両者の接触位置と鋼管の曲げ位置との距離、及び両者の接触部位の面積等である。これらの条件が変化すれば、接触状態も変化し得るため、安定的な摩擦力測定が難しくなる。従って、接触状態を安定的に検出することも困難となる。
【００１３】
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、金属材を支持する部材と当該金属材との接触状態の異常を加工中により精度良く検出することにより、製品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、及び当該金属加工装置を用いた金属材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、長尺な金属材を長手方向に送り出す送出機構と、送り出された前記金属材を長手方向の一部位において案内支持する支持機構と、前記金属材の他の部位において前記金属材を挟持するとともに前記金属材に曲げ荷重を負荷する挟持機構と、を備え、前記支持機構には、前記金属材が送り出される際の前記支持機構との間の摩擦力、及び前記金属材に前記曲げ荷重が付加される際に前記支持機構に作用する加工反力を測定する測定機構が設けられる、金属加工装置が提供される。
【００１５】
また、当該金属加工装置は、前記支持機構によって測定された前記摩擦力及び前記加工反力に基づいて前記支持機構と前記金属材との間の摩擦係数を算出する摩擦係数算出部と、前記摩擦係数に基づいて前記支持機構と前記金属材との接触状態の異常を検出する接触状態異常検出部と、を更に備え、前記接触状態異常検出部によって前記接触状態の異常が検出された場合には、警報装置が警報を発する、又は前記金属材に対する曲げ加工のために前記送出機構及び前記挟持機構の駆動を制御する加工制御部が前記金属材に対する加工を中止してもよい。
【００１６】
また、当該金属加工装置においては、前記支持機構の前記測定機構は、曲げ加工時に前記金属材を支持するガイドシュー、を含み、前記ガイドシューの前記金属材と対向する部位は、前記送り方向を含む面内において円弧形状を有するとともに、前記送り方向と直交する面内において直線形状を有してもよい。
【００１７】
また、当該金属加工装置においては、前記支持機構の前記測定機構は、前記ガイドシューに作用する前記金属材の送り方向の力及び前記送り方向と直交する方向であって前記曲げ荷重が負荷される方向の力を少なくとも検出可能なロードセル、を更に含んでもよい。
【００１８】
また、当該金属加工装置は、前記支持機構の後段に設けられ、前記金属材の長手方向における一部位を加熱する加熱機構と、前記加熱機構の後段に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位を冷却する冷却機構と、を更に備え、前記挟持機構によって、前記前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位に対して曲げ荷重が負荷されることにより、前記金属材の曲げ加工が行われてもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、長尺な金属材を長手方向に送り出す送出機構と、送り出された前記金属材を長手方向の一部位において案内支持する支持機構と、前記金属材の他の部位において前記金属材を挟持するとともに前記金属材に曲げ荷重を負荷する挟持機構と、を備える金属加工装置を用いた金属部材の製造方法であって、前記支持機構に設けられる測定機構によって、前記金属材が送り出される際の前記支持機構との間の摩擦力、及び前記金属材に前記曲げ荷重が負荷される際に前記支持機構に作用する加工反力が測定される、金属材の製造方法が提供される。
【００２０】
また、当該金属材の製造方法においては、前記支持機構によって測定された前記摩擦力及び前記加工反力に基づいて前記支持機構と前記金属材との間の摩擦係数を算出し、前記摩擦係数に基づいて前記支持機構と前記金属材との接触状態の異常を検出し、前記接触状態の異常が検出された場合には、前記接触状態の異常が発生した旨の警報が発せられる、又は前記金属材に対する加工が中止されてもよい。
【００２１】
また、当該金属材の製造方法においては、前記支持機構の前記測定機構は、曲げ加工時に前記金属材を支持するガイドシューと、前記ガイドシューに作用する前記金属材の送り方向の力及び前記送り方向と直交する方向であって前記曲げ荷重が負荷される方向の力を少なくとも検出可能なロードセルと、から構成され、前記ガイドシューの前記金属材と対向する部位は、前記送り方向を含む面内において円弧形状を有するとともに、前記送り方向と直交する面内において直線形状を有してもよい。
【００２２】
また、当該金属材の製造方法においては、前記金属加工装置は、前記支持機構の後段に設けられ、前記金属材の長手方向における一部位を加熱する加熱機構と、前記加熱機構の後段に設けられ、前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位を冷却する冷却機構と、を更に備え、前記挟持機構によって、前記前記金属材の前記加熱機構によって加熱された部位に対して曲げ荷重が負荷されることにより、前記金属材の曲げ加工が行われてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、金属材に対する曲げ加工において、当該金属材を支持する部材と当該金属材との接触状態の異常を加工中により精度良く検出することにより、製品品質を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る金属加工装置の一構成例を示す図である。
【図２】図１に示す支持機構のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図３】図１に示す支持機構を、実際の形状を反映してより詳細に図示したものである。
【図４】従来の支持部材を用いた場合における、当該支持部材及び金属材の接触条件について説明するための図である。
【図５】本実施形態に係る支持部材を用いた場合における、当該支持部材及び金属材の接触条件について説明するための図である。
【図６】図１に示す制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に係る金属部材の製造方法の処理手順の一例を示すフロー図である。
【図８】実施例における加工条件での曲げ方向について説明するための図である。
【図９】摩擦係数の測定結果を示すグラフ図である。
【図１０】条件（１）において実際に曲げ加工を行った後の、金属材の表面を撮影した写真である。
【図１１】条件（２）において実際に曲げ加工を行った後の、金属材の表面を撮影した写真である。
【図１２】条件（２）において実際に曲げ加工を行った後の、ガイドシュー上の滑り止めテープの表面を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（１．金属加工装置の構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る金属加工装置の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の一構成例を示す図である。図１では、本実施形態に係る金属加工装置の水平断面を上方から見た様子を示している。なお、図１を含む以下に示す図面では、説明のため、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合があり、各図面において図示される各構成部材の相対的な大きさは、必ずしも実際の構成部材間における大小関係を正確に表現するものではない。
【００２７】
図１を参照すると、本実施形態に係る金属加工装置１０は、金属材１をその長手方向に間欠的に又は連続的に送り出す送出機構１１０と、送り出された金属材１を案内支持する支持機構１２０と、金属材１を局部的に加熱する加熱機構１３０と、金属材１の加熱された部位を冷却する冷却機構１４０と、金属材１を挟持して加熱された金属材１の部位に曲げ荷重を付加する挟持機構１５０と、が、金属材１の長手方向に沿ってこの順に配置されて構成される。また、金属加工装置１０には、送出機構１１０、加熱機構１３０、冷却機構１４０及び挟持機構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。
【００２８】
ここで、以下の説明では、一例として、金属材１が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φ１０〜２００ｍｍ程度、肉厚が１〜８ｍｍ程度の鋼管を加工の対象としている。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、金属材１は、例えば中実の棒鋼等、棒状の金属材であれば他の部材であってもよい。また、金属材１は、曲げ加工が可能な金属であればよく、その材質は鉄鋼に限定されない。金属材１は、例えば、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よい。
【００２９】
（送出機構）
送出機構１１０は、金属材１の一端を把持するとともに、制御装置１６０からの制御により当該金属材１を長手方向に連続的又は間欠的に移動させる。送出機構１１０としては、例えば特許文献１、２に例示される従来の３ＤＱに係る金属加工装置の送出機構と同様のものが用いられてよい。例えば、送出機構１１０は、ＡＣサーボモータ又は油圧サーボモータ等の駆動源や、当該駆動源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、送出機構１１０は、油圧シリンダーやエアシリンダー等のシリンダー装置によって構成されてもよい。当該ボールねじや、当該シリンダー装置のピストンロッド等によって金属材１の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ことになる。
【００３０】
なお、以下の説明では、送出機構１１０によって金属材１が押し出される方向をｘ軸方向とも呼称する。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軸方向とも呼称する。ｚ軸方向が鉛直方向（すなわち、上下方向）に対応する。
【００３１】
（支持機構）
支持機構１２０は、金属材１の長手方向の一部位において当該金属材１を案内支持する。支持機構１２０は、例えば金属材１の長手方向の一部位において当該金属材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。
【００３２】
ここで、支持機構１２０と金属材１との接触状態に異常が生じた場合には、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数が大きく変化すると考えられる。例えば、支持機構１２０と金属材１との間にキリコ等の異物が侵入した場合には、当該摩擦係数は正常と思われる値よりも大きくなることが想定される。一方、支持機構１２０と金属材１との間の隙間が設計値よりも大きくなった場合には、当該摩擦係数は正常と思われる値よりも小さくなることが想定される。
【００３３】
このように、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数は、支持機構１２０と金属材１との接触状態を表す指標となり得る。そこで、本実施形態では、このことに注目し、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数を測定することにより、支持機構１２０と金属材１との接触状態を評価する。
【００３４】
具体的には、本実施形態では、支持機構１２０に、自身に作用する荷重を検出する測定機構が備えられる。当該測定機構は、金属材１に負荷される曲げ荷重によって支持機構１２０に作用する反力（すなわち、曲げ方向への加工反力）と、金属材１が長手方向に送られることにより支持機構１２０に作用する摩擦力（すなわち、送り方向への摩擦力）と、を少なくとも測定可能に構成される。支持機構１２０によって測定されたこれらの力についての値は、制御装置１６０に送信される。制御装置１６０は、測定された送り方向への摩擦力（以下、測定摩擦力とも呼称する）を、測定された曲げ方向への加工反力（以下、測定加工反力とも呼称する）で除すことにより、摩擦係数を求め、当該摩擦係数に基づいて接触状態の異常を検出することができる。
【００３５】
なお、加工反力を測定するだけであっても、その値が正常な値から大きく外れている場合には、支持機構１２０と金属材１との接触状態に何らかの異常が発生していることを検出できる可能性はある。しかしながら、加工反力は、例えば金属材１である鋼管の肉厚のばらつき等によっても変化し得る。つまり、加工反力が変動する要因は、必ずしも支持機構１２０と金属材１との接触状態の変化だけではない。従って、加工反力の測定値に基づいて当該接触状態を評価した場合には、当該接触状態を正確に評価できない可能性がある。これに対して、本実施形態では、上記のように、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数に基づいて、両者の接触状態を評価する。摩擦係数は、両者の接触状態をより直接的に表す指標であり得るため、本実施形態によれば、当該接触状態をより正確に評価することが可能となる。
【００３６】
なお、図１では、簡単のため、支持機構１２０を簡略化して単純な四角形の部材として図示しているが、実際の支持機構１２０の形状は図示するものとは異なる。測定機構の構成も含めた支持機構１２０のより詳細な構成については、下記（２．支持機構の構成）で改めて説明する。
【００３７】
（加熱機構）
加熱機構１３０は、例えば長手方向の一部位において金属材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を局部的に加熱する。制御装置１６０からの制御により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こととなる。なお、加熱機構１３０としては、例えば特許文献１、２に例示される従来の３ＤＱに係る金属加工装置の加熱機構と同様のものが用いられてよい。
【００３８】
（冷却機構）
冷却機構１４０は、例えば長手方向の一部位において金属材１の外周を覆うように配置される水冷ジャケットによって構成され、金属材１の加熱機構１３０によって加熱された部位を冷却する。あるいは、冷却機構１４０は、金属材１に対して冷却媒体を噴霧するノズルによって構成されてもよい。制御装置１６０からの制御により、冷却ジャケット及び／又はノズルへの冷却媒体の供給が適宜制御されることにより、金属材１の冷却が行われる。なお、冷却機構１４０としては、例えば特許文献１、２に例示される従来の３ＤＱに係る金属加工装置の冷却機構と同様のものが用いられてよい。
【００３９】
なお、金属加工装置１０において、実際に金属材１に対して曲げ加工が施されるのは加熱機構１３０に対応する位置である。従って、金属加工装置１０においては、加工精度を向上させるために、加熱機構１３０と、加熱機構１３０の前段に設けられる支持機構１２０と、加熱機構１３０の後段に設けられる冷却機構１４０と、は、できるだけ近接して配置されることが好ましい。
【００４０】
（挟持機構）
挟持機構１５０は、例えば産業用ロボットのマニピュレータによって構成され、金属材１の送出機構１１０によって把持される端部とは逆側の端部を挟持するとともに、当該金属材１に対して曲げ荷重を付加する。本実施形態では、挟持機構１５０を構成するマニピュレータは、少なくとも６自由度を有するように構成されており、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。従って、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。ただし、挟持機構１５０の構成はかかる例に限定されず、挟持機構１５０は、金属材１に対して所定の方向に曲げ荷重を付加可能であれば、他の構成であってもよい。挟持機構１５０としては、例えば特許文献１、２に例示される従来の３ＤＱに係る金属加工装置の挟持機構と同様のものが用いられてよい。
【００４１】
（制御装置）
制御装置１６０は、送出機構１１０、加熱機構１３０、冷却機構１４０及び挟持機構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、送出機構１１０が金属材１を所定の速度で長手方向に送り出しながら、加熱機構１３０が金属材１を局部的に加熱するとともに、挟持機構１５０が金属材１のその加熱された部位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位を冷却するように、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】
また、本実施形態では、制御装置１６０は、支持機構１２０における金属材１との接触状態の異常を検出する機能を有する。具体的には、金属加工装置１０には、製品ごと及び加工部位ごとの、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数の正常範囲についての情報が格納された、摩擦係数ＤＢ１７０が設けられる。摩擦係数ＤＢ１７０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等の、各種の情報を記憶可能な記憶装置によって構成される。
【００４３】
制御装置１６０は、加工中に支持機構１２０によって測定された摩擦力及び加工反力に基づいて、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数を求める。そして、制御装置１６０は、求めた摩擦係数を、摩擦係数ＤＢ１７０に格納されている摩擦係数の正常範囲と比較する。制御装置１６０は、求めた摩擦係数が正常範囲から外れている場合には、支持機構１２０と金属材１との接触状態に異常が発生していると判定する（すなわち、接触状態の異常を検出する）。また、制御装置１６０は、求めた摩擦係数が正常範囲内である場合には、支持機構１２０と金属材１との接触状態は正常であると判定する。金属加工装置１０では、支持機構１２０と金属材１との接触状態に異常が検出された場合には、例えば加工を中止したり、警報を発したりといった、オペレータ等に対して接触状態の異常を通知する所定のアクションが実行される。なお、制御装置１６０の機能については、下記（３．制御装置の機能構成）で改めてより詳細に説明する。
【００４４】
なお、接触状態の異常の検出に応じて警報が発せられる場合には、金属加工装置１０には、例えば、スピーカ等の音声出力装置及び／又はランプ等の表示装置によって構成される警報装置が設けられ得る。接触状態の異常が検出された場合には、制御装置１６０からの制御によって当該警報装置が駆動され、音及び／又は光等によって、接触状態の異常が発生した旨の警報が発せられ得る。
【００４５】
以上、図１を参照して、本実施形態に係る金属加工装置１０の全体構成について説明した。
【００４６】
（２．支持機構の構成）
図２及び図３を参照して、支持機構１２０の構成についてより詳細に説明する。図２は、図１に示す支持機構１２０のＡ−Ａ断面における断面図である。図３は、図１に示す支持機構１２０を、実際の形状を反映してより詳細に図示したものである。図２及び図３では、金属材１が断面形状が矩形の鋼管（いわゆる角管）である場合における支持機構１２０の一構成例を示している。ただし、本実施形態では金属材１は角管に限定されず、金属材１が断面形状が円形の鋼管である場合であっても、支持機構１２０を同様に構成することが可能である。
【００４７】
図２を参照すると、支持機構１２０は、複数の支持部材１２１によって構成される。図示するように、各支持部材１２１が、金属材１の矩形形状の断面の４辺のそれぞれに対して、配置され得る。
【００４８】
なお、図２及び図３では、金属材１と各支持部材１２１との隙間を誇張して図示しているが、実際には、当該隙間は、金属材１の移動及び支持がともに適切に行われるように適宜調整されている。例えば、当該隙間が小さ過ぎると、金属材１が支持部材１２１の内壁と摺動してしまい、金属材１の軸方向への円滑な移動が妨げられる可能性がある。一方、当該隙間が大き過ぎると、金属材１の中心軸の位置が安定しないため、加工時に所望の曲げ荷重を付加することが困難になる可能性がある。従って、当該隙間は、金属材１の移動及び支持がともに適切に行われるように適宜調整されている。
【００４９】
図２及び図３に示すように、支持部材１２１は、略直方体形状の基材１２２の一面に、三分力ロードセル１２３と、ガイドシュー１２４と、が、この順に積み重なるように取り付けられて構成される。また、図示するように、支持部材１２１は、ガイドシュー１２４が金属材１と対向するように配置される。図示する構成例では、支持部材１２１は、１つの基材１２２上に、三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせが２組設けられるとともに、これらの組み合わせが金属材１の送り方向に所定の間隔を空けて並ぶように配置されて構成されている。
【００５０】
三分力ロードセル１２３は、互いに直交する３軸方向の力を検出可能な力センサである。三分力ロードセル１２３は、図示するｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に作用する力を検出するように取り付けられる。なお、三分力ロードセル１２３としては、例えば歪みゲージを用いたもの又は圧電素子を用いたもの等、各種の公知のものを利用することができる。
【００５１】
ガイドシュー１２４は、曲げ加工時に金属材１を支持する部材である。ガイドシュー１２４は、例えば、金属、セラミック又は樹脂等によって形成される。ガイドシュー１２４は、三分力ロードセル１２３の上部に取り付けられており、三分力ロードセル１２３は、ガイドシュー１２４に作用した力を検出することができる。金属材１の曲げ加工時には、その曲げ方向に配置されるガイドシュー１２４に対して金属材１が押圧されることとなるため、支持部材１２１においては、三分力ロードセル１２３によって、曲げ加工時にガイドシュー１２４に作用する曲げ方向への加工反力が測定され得る。また、支持部材１２１においては、三分力ロードセル１２３によって、金属材１を長手方向に送る際にガイドシュー１２４に作用する送り方向への摩擦力も測定され得る。なお、三分力ロードセル１２３は、例えば、１００ｇ〜９００ｋｇ程度の範囲の摩擦力を測定し得るように構成される。
【００５２】
ガイドシュー１２４の具体的な形状としては、図示するように、ガイドシュー１２４は、金属材１と対向する部位が、金属材１の送り方向（図中ｘ軸方向）を含む面内において円弧形状を有するとともに、金属材１の送り方向と直交する方向（図中ｙ軸方向又はｚ軸方向）を含む面内において直線形状を有するように構成される。つまり、ガイドシュー１２４の金属材１と対向する部位は、金属材１の送り方向を含む面内における円弧形状が、当該送り方向と直交する方向に連なった形状を有する。
【００５３】
かかる形状によれば、曲げ加工時又は送り時に金属材１がガイドシュー１２４と接触する際に、ガイドシュー１２４は、送り方向と直交する方向に延伸する直線状の部位（上述した、金属材１の送り方向と直交する方向を含む面内における直線形状に対応する部位）でのみ、金属材１と接触することとなる。つまり、長手方向においては、ガイドシュー１２４は、金属材１と、円弧状の１箇所でのみ接触する。
【００５４】
ここで、上述したように、本実施形態では、測定された摩擦力及び加工反力に基づいて摩擦係数を算出し、当該摩擦係数に基づいて支持機構１２０と金属材１との接触状態（すなわち、ガイドシュー１２４と金属材１との接触状態）を評価する。従って、接触状態をより正確に評価するためには、摩擦係数をより精度良く算出する必要がある。本実施形態によれば、上記のように力センサとして三分力ロードセル１２３を用いること、及びガイドシュー１２４の形状を工夫することにより、摩擦係数をより精度良く算出することを可能にしている。
【００５５】
まず、三分力ロードセル１２３を用いることによる効果について説明する。ガイドシュー１２４と金属材１との間の摩擦係数を精度良く求めるためには、ガイドシュー１２４に作用する摩擦力及び加工反力を同時刻に測定する必要がある。ここで、摩擦力及び加工反力をそれぞれ異なる力センサによって測定した場合には、実際に力が負荷されてからその力が検出されるまでの応答速度のばらつき等により、同一時刻における摩擦力及び加工反力を精度良く測定できるとは限らない。これに対して、本実施形態では、上記のように力センサとして三分力ロードセル１２３を用いることにより、１つの力センサによって摩擦力及び加工反力を同時に測定することができる。従って、これらの測定値に基づいて算出される摩擦係数も、より高精度に算出することが可能になる。
【００５６】
次に、ガイドシュー１２４の形状を工夫することによる効果について説明する。ガイドシュー１２４と金属材１との間の摩擦係数を精度良く求めるためには、ガイドシュー１２４の同一の箇所における摩擦力及び加工反力を測定する必要がある。互いに異なる箇所で摩擦力及び加工反力を測定した場合には、摩擦係数を求める際に、その測定箇所間の距離に応じた補正を行う必要があり、処理が煩雑になるとともに、補正を行う分精度も低下する恐れがあるからである。本実施形態によれば、ガイドシュー１２４の形状を工夫することにより、上記のようにガイドシュー１２４と金属材１とが長手方向において１箇所でのみ接触することとなるため、ガイドシュー１２４の当該箇所において、すなわち同一箇所において摩擦力及び加工反力を測定することができる。従って、摩擦係数を精度良く求めることが可能になる。
【００５７】
また、ガイドシュー１２４の形状を上記のように形成することにより、更に以下の効果を得ることができる。まず、操業中、金属材１が連続的に加工される場合において、金属材１の先端が支持部材１２１と衝突してしまい金属材１が支持部材１２１の間に円滑に挿入されないと、金属材１の長手方向への移動が円滑に行われないこととなり、摩擦力及び加工反力を安定的に測定することが困難となることが懸念される。これに対して、本実施形態では、金属材１の送り方向を含む面内におけるガイドシュー１２４の形状を円弧状に形成することにより、金属材１の先端が支持部材１２１の間に挿入される際に、当該円弧形状に案内されて、金属材１の先端が支持部材１２１の間に挿入されやすくなる。すなわち、金属材１の先端と支持部材１２１との物理的な干渉が緩和されるため、摩擦力及び加工反力を安定的に測定することが可能になる。
【００５８】
また、上記のように、ガイドシュー１２４の金属材１と対向する部位は、金属材１の送り方向を含む面内においては円弧形状を有するが、当該送り方向と直交する面内においては直線形状を有する。もしもガイドシュー１２４の金属材１と対向する部位が球面のような３次元的な曲面形状を有している場合には、ガイドシュー１２４と金属材１とが１箇所で接触するという目的は達成され得るものの、ガイドシュー１２４と金属材１とは、その曲面上の１点でのみ接触することとなる。この場合、その接触部位に過大な力が作用してしまい、摩擦力及び加工反力を安定的に測定することが困難になる恐れがある。これに対して、上記のように、ガイドシュー１２４の金属材１と対向する部位を、所定の面内でのみ円弧形状を有するように形成することにより、ガイドシュー１２４と金属材１とが直線状の部位において接触することとなるため、摩擦力及び加工反力をより安定的に測定することが可能になる。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、ガイドシュー１２４の金属材１と対向する部位を、金属材１の送り方向を含む面内において円弧形状を有するとともに、金属材１の送り方向と直交する方向を含む面内において直線形状を有するように構成することにより、ガイドシュー１２４に作用する摩擦力及び加工反力をより精度良く、安定的に測定することが可能になる。従って、これらの測定値に基づいて算出される摩擦係数も、より精度良く、安定的に算出することができる。
【００６０】
なお、支持部材１２１を構成する、基材１２２、三分力ロードセル１２３、及びガイドシュー１２４は、弾性が小さい（弾性変形し難い）材質によって形成されることが好ましい。支持部材１２１を構成する各部材の材質の弾性が大きく、金属材１と接触した際のたわみが大きいと、摩擦力及び加工反力を正確に測定することが困難になる恐れがあるからである。支持部材１２１を構成する各部材を弾性が比較的小さい材質によって形成することにより、支持部材１２１全体の剛性を高くすることができ、摩擦力及び加工反力の測定精度をより向上させることができる。
【００６１】
ここで、図示するように、支持部材１２１は、１つの基材１２２上に、三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせが２組設けられて構成され得る。また、これら三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせが金属材１の送り方向に所定の間隔を空けて並ぶように配置され得る。支持部材１２１をこのように構成することにより、接触状態の異常を更に精度良く検出することが可能になる。
【００６２】
例えば、金属材１をｙ軸の負方向に曲げ加工する場合について考える。この場合において、図示する構成例とは異なり、例えば支持部材１２１を、１つの基材１２２上に三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせを１組のみ設けて構成し、その支持部材１２１を送り方向における同一位置において金属材１をｙ軸方向に挟むように配置した場合には、金属材１をｙ軸の負方向に曲げ加工すると、当該金属材１は、ｙ軸の負方向に位置するガイドシュー１２４としか接触しないこととなる。従って、当該１つのガイドシュー１２４においてのみ、摩擦力及び加工反力が測定され得る。
【００６３】
一方、図示する構成例であれば、金属材１は、図中のｙ軸の正方向であってｘ軸の負方向に位置するガイドシュー１２４（図中、ガイドシューＸ）、及び図中のｙ軸の負方向であってｘ軸の正方向に位置するガイドシュー１２４（図中、ガイドシューＹ）に接触することになるため、これらガイドシューＸ、Ｙにおいて、それぞれ、摩擦力及び加工反力を測定することができる。つまり、同一の加工工程について、互いに異なる２箇所において、摩擦力及び加工反力が測定され得る。従って、摩擦係数についても、同一の加工工程について互いに異なる２箇所における摩擦係数を求めることができるため、接触状態の異常をより詳細に評価することが可能となる。
【００６４】
また、本実施形態に係る支持部材１２１によれば、ガイドシュー１２４が上記のような形状を有することにより、加工中における当該ガイドシュー１２４と金属材１との接触条件を略一定に保つことができ、その接触状態（すなわち、摩擦係数）をより安定的に検出することが可能になるという利点がある。この点について、図４及び図５を参照して、従来の他の形状を有する支持部材と比較しながら、より詳細に説明する。ここでは、一例として、接触条件として、支持部材１２１及び金属材１の接触位置と金属材１の曲げ位置との距離、及び支持部材１２１と金属材１との接触部位の面積について説明する。
【００６５】
図４は、従来の支持部材を用いた場合における、当該支持部材及び金属材の接触条件について説明するための図である。図４では、従来の金属加工装置によって金属材１を曲げ加工している際の支持機構６２０近傍の水平断面を上方から見た様子を示している。図示するように、支持機構６２０は、略直方体形状の支持部材６２１が、金属材１のｙ軸方向の両側に、金属材１を挟むように配置されることにより構成されている。なお、図４では明示されないが、支持部材６２１は、金属材１のｚ軸方向の両側にも同様に配置されてもよい。このように、従来、金属加工装置１０と同様の３ＤＱに対応した一般的な金属加工装置においては、支持機構６２０の支持部材６２１としては、略直方体形状の鋼材等が用いられている。つまり、従来の金属加工装置では、支持部材６２１と金属材１とは、当該支持部材６２１の一平面を介して接触することとなる。なお、ここでは、従来の金属加工装置は、支持機構６２０の構成が異なるだけで、その他の構成は本実施形態に係る金属加工装置１０と同様であるとしている。
【００６６】
従来の金属加工装置において、ｙ軸の正方向に金属材１を曲げる場合について考える。図４（ａ）は、比較的曲げ量が小さい場合における支持機構６２０近傍の様子を示している。この場合、図示するように、支持部材６２１及び金属材１は、ｙ軸の負方向に配置される支持部材６２１のｘ軸の負方向の角近傍（図中、接触点２０１）、及びｙ軸の正方向に配置される支持部材６２１のｘ軸の正方向の角近傍（図中、接触点２０３）の２点において、主に接触すると考えられる。便宜的に、金属材１の曲げ位置を加熱機構１３０の出口とすれば、比較的曲げ量が小さい場合における接触位置と曲げ位置との距離は、上記接触点２０１、２０３それぞれと加熱機構１３０の出口との距離ｄ１、ｄ２とみなすことができる。
【００６７】
一方、図４（ｂ）は、比較的曲げ量が大きい場合における支持機構６２０近傍の様子を示している。この場合、極端に示すと、図示するように、支持部材６２１及び金属材１は、ｙ軸の負方向に配置される支持部材６２１のｘ軸の負方向の角から所定の長さの領域（図中、接触領域２０５）において、主に接触すると考えられる。従って、比較的曲げ量が大きい場合における接触位置と曲げ位置との距離は、上記接触領域２０５と加熱機構１３０の出口との距離ｄ３とみなすことができる。図４（ｂ）では、便宜的に、接触領域２０５の略中心と、加熱機構１３０の出口との距離を距離ｄ３として示している。
【００６８】
このように、従来の略直方体形状を有する支持部材６２１を用いて曲げ加工を行った場合には、曲げ量に応じて、支持部材６２１と金属材１との接触部位の面積が変化する。具体的には、曲げ量が比較的小さいときには、当該接触部位はｘ−ｙ平面において略点状の部位（接触点２０１、２０３）とみなすことができるが、曲げ量が比較的大きいときには、当該接触部位はｘ−ｙ平面内においてｘ軸方向に所定の長さを有する部位（接触領域２０５）とみなすことができる。また、この接触部位の面積の変化に伴い、曲げ量に応じて、支持部材６２１及び金属材１の接触位置と曲げ位置との距離も変化する。
【００６９】
以上の考察から、従来の略直方体形状を有する支持部材６２１を用いて曲げ加工を行った場合には、加工条件によって支持部材６２１と金属材１との接触条件が変化し得る。この場合には、例えば支持部材６２１に摩擦係数の測定機構（例えば、ｘ軸方向の摩擦力及び曲げ方向の加工反力を測定するための力センサ）を設けたとしても、当該測定機構の設置位置に応じて測定される摩擦係数の値が変化してしまう事態が生じ得る。従って、支持部材６２１と金属材１との接触状態（すなわち、摩擦係数）を安定的に検出することが困難となる。また、図４（ｂ）に示す接触領域２０５のように、支持部材６２１と金属材１との接触部位が所定の面積を有する場合には、曲げ加工中に金属材１から支持部材６２１に加えられる加工反力がその接触面において分散してしまうため、当該加工反力を正確に測定することは更に難しいものとなる。
【００７０】
これに対して、図５は、本実施形態に係る支持部材１２１を用いた場合における、当該支持部材１２１及び金属材１の接触条件について説明するための図である。図５でも、図４と同様に、本実施形態に係る金属加工装置１０によって金属材１を曲げ加工している際の支持機構１２０近傍の水平断面を上方から見た様子を示している。
【００７１】
本実施形態に係る金属加工装置１０において、同様にｙ軸の正方向に金属材１を曲げる場合について考えると、図示するように、支持部材１２１及び金属材１は、ｙ軸の負方向に配置される支持部材１２１のｘ軸の負方向に位置するガイドシュー１２４の円弧形状の先端近傍（図中、接触点２０７）、及びｙ軸の正方向に配置される支持部材１２１のｘ軸の正方向に位置するガイドシュー１２４の円弧形状の先端近傍（図中、接触点２０９）の２点において、主に接触すると考えられる。そして、この接触点２０７、２０９の位置は、曲げ量が変化したとしてもほぼ変化しない。従って、本実施形態に係る支持部材１２１を用いた場合には、接触位置と曲げ位置との距離は、上記接触点２０７、２０９のそれぞれと加熱機構１３０の出口との距離ｄ４、ｄ５とみなすことができ、更に、当該距離ｄ４、ｄ５は、曲げ量にかかわらず略一定であるとみなすことができる。
【００７２】
このように、本実施形態に係る支持部材１２１を用いて曲げ加工を行った場合には、曲げ量が変化したとしても、支持部材１２１と金属材１との接触部位の面積、並びに支持部材１２１及び金属材１の接触位置と曲げ位置との距離が変化しない。
【００７３】
以上の考察から、本実施形態に係る支持部材１２１を用いて曲げ加工を行った場合には、加工条件が変化した場合であっても、支持部材１２１と金属材１との接触条件が変化しない。具体的には、加工条件が変化した場合であっても、支持部材１２１と金属材１とは、上述した接触点２０７、２０９において接触する。従って、この接触点２０７、２０９で接触することを考慮して、上述したような三分力ロードセル１２３を設けることにより、摩擦係数の値をより精度良く測定することが可能になる。つまり、支持部材１２１と金属材１との接触状態をより安定的に検出することが可能になる。また、上記のように、支持部材１２１と金属材１との接触部位は、ｘ−ｙ平面内において点状の部位である接触点２０７、２０９であるため、曲げ加工中に金属材１から支持部材１２１に加えられる加工反力が、当該接触点２０７、２０９に集中的に作用することになる。従って、当該加工反力をより正確に測定することが可能になり、摩擦係数の測定をより高精度に行うことが可能になる。
【００７４】
以上、支持機構１２０の構成、及び支持機構１２０を構成する支持部材１２１の構成について詳細に説明した。
【００７５】
ここで、上述したように、支持機構１２０は、加熱機構１３０及び冷却機構１４０の近傍に配置され得るため、支持部材１２１（すなわち、三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４）には、これら加熱機構１３０及び冷却機構１４０の影響を受け難いこと（具体的には、加熱機構１３０による誘導加熱の影響を受け難いこと、及び冷却機構１４０から飛散した冷却水が掛かっても劣化しないこと等）が求められる。従って、例えば、誘導加熱の影響を避けるために、加熱機構１３０の加熱能力等を考慮して、支持部材１２１と加熱機構１３０との距離が適宜調整されてもよい。また、例えば、冷却水の飛散の影響を避けるために、ガイドシュー１２４の表面にはめっき処理が施されてもよい。
【００７６】
また、これら加熱機構１３０及び冷却機構１４０の影響による誤作動を避けるためには、支持部材１２１に搭載される力センサは、できるだけ小型であることが望ましい。本実施形態によれば、力センサとして、摩擦力及び加工反力をともに測定できる三分力ロードセル１２３を用いることにより、当該力センサの小型化を実現し、上述した高周波ノイズや冷却水の飛散の影響を受け難くしている。これにより、摩擦力及び加工反力を更に高精度に測定することが可能になる。
【００７７】
また、図２に示す構成例では、４つの支持部材１２１によって支持機構１２０が構成されているが、支持機構１２０を構成する支持部材１２１の数はかかる例に限定されず、任意であってよい。支持部材１２１については、摩擦係数を算出するために加工反力を測定可能であるように、少なくとも曲げ加工を行う方向に当該支持部材１２１が位置するように、その配置及び数が適宜設定されてよい。例えば、金属材１をｙ軸方向に曲げ加工する際の、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数を測定したい場合であれば、金属材１をｙ軸方向に挟む位置に少なくとも支持部材１２１が配置されればよい。
【００７８】
また、金属材１を囲むように配置される複数の支持部材１２１の全てが、摩擦力及び加工反力の測定機構を有しなくてもよい。つまり、支持機構１２０は、図３に示すような摩擦力及び加工反力の測定機構を有する支持部材１２１と、測定機構を有しない支持部材と、によって構成されてよい。摩擦係数を求めたい（すなわち、加工反力及び摩擦力を測定したい）加工工程における曲げ方向にのみ、測定機能を有する支持部材１２１が配置されれば十分だからである。例えば、金属材１をｙ軸方向に曲げ加工する際の、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数を測定したい場合であれば、金属材１をｙ軸方向に挟む位置に少なくとも測定機構を有する支持部材１２１が配置されればよく、金属材１をｚ軸方向に挟む位置には測定機構を有しない支持部材が設けられてもよい。なお、この場合、測定機構を有しない支持部材は、金属材１を案内支持する機能を果たせばよいため、例えば略直方体形状の鋼材等であってよい。
【００７９】
また、図３に示す構成例では、支持部材１２１は、１つの基材１２２上に、三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせが２組設けられて構成されているが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、図示する構成例においてｙ軸の負方向に金属材１を曲げる場合には、上述したように、当該金属材１は、ガイドシューＸ及びガイドシューＹと接触する。従って、例えばｙ軸の負方向に金属材１を曲げる際の摩擦係数のみを求めたい場合には、支持部材１２１を、１つの基材１２２上に三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせを１組のみ設けて構成するとともに、その支持部材１２１を、ガイドシュー１２４がガイドシューＸ、Ｙに対応する位置に位置するように配置すればよい。このように、１つの支持部材１２１における三分力ロードセル１２３及びガイドシュー１２４の組み合わせの配置数及び配置位置は、摩擦係数を求めたい加工工程における曲げ方向を考慮して、適宜設定されてよい。
【００８０】
また、以上説明した構成例では、支持部材１２１は三分力ロードセル１２３を有していたが、本実施形態はかかる例に限定されない。摩擦係数を算出するためには、送り方向への摩擦力と、曲げ方向への加工反力が測定できればよいため、支持部材１２１は、その配置位置と金属材１の曲げ方向との関係に応じて、三分力ロードセル１２３に代えて二分力ロードセルを有していてもよい。例えば、金属材１をｙ軸方向に挟むように設けられる支持部材１２１は、ｙ軸方向に金属材１を曲げる際の摩擦係数を求めるものであるため、当該支持部材１２１にはｘ軸方向及びｙ軸方向の荷重を検出可能な二分力ロードセルが搭載されればよい。一方、例えば、金属材１をｚ軸方向に挟むように設けられる支持部材１２１は、ｚ軸方向に金属材１を曲げる際の摩擦係数を求めるためのものであるため、当該支持部材１２１にはｘ軸方向及びｚ軸方向の荷重を検出可能な二分力ロードセルが搭載されればよい。
【００８１】
更に、本実施形態では、支持部材１２１は、摩擦力及び加工反力を測定可能に構成されればよく、その構成は任意であってよい。例えば、ガイドシュー１２４の形状は必ずしも図示するものでなくてもよく、略直方体形状であってもよい。また、力センサとしては、必ずしも三分力ロードセル１２３でなくてもよく、例えば摩擦力を測定するための力センサと、加工反力を測定するための力センサとが、それぞれ支持部材１２１に搭載されてもよい。ガイドシュー１２４の形状が略直方体形状である場合や、摩擦力及び加工反力を互いに異なる力センサによって測定した場合には、同一箇所で摩擦力及び加工反力を測定できない可能性があるが、その場合には、例えばガイドシュー１２４の形状や加工条件、力センサの配置位置等に基づいて両者の測定箇所間の距離を推定し、その推定結果を用いて、適宜補正を施した上で摩擦係数を求めてもよい。ただし、図示したように支持部材１２１を構成することにより、上述したように、このような補正処理を行わなくても摩擦係数を求めることができるため、支持部材１２１においては図示した構成が好適であると言える。
【００８２】
（３．制御装置の機能構成）
図６を参照して、図１に示す制御装置１６０の機能構成について説明する。図６は、図１に示す制御装置１６０の機能構成を示すブロック図である。図６では、説明のため、制御装置１６０とともに、摩擦係数ＤＢ１７０も併せて図示している。
【００８３】
制御装置１６０は、支持機構１２０によって測定された摩擦力及び加工反力に基づいて、当該支持機構１２０と金属材１との接触状態の異常を検出する。制御装置１６０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｏｃｅｓｓｏｒ）等の各種のプロセッサ、又は、当該プロセッサが搭載された情報処理装置等である。制御装置１６０を構成するプロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、制御装置１６０の機能が実現され得る。
【００８４】
図６を参照すると、制御装置１６０は、その機能として、摩擦係数算出部１６１と、接触状態異常検出部１６２と、を有する。なお、図示は省略するが、制御装置１６０は、その機能として、金属材１を製品及び加工形状に応じた所望の形状に曲げ加工するために、金属加工装置１０の送出機構１１０、加熱機構１３０、冷却機構１４０及び挟持機構１５０の駆動を適宜制御する加工制御部も有する。制御装置１６０における当該加工制御部の機能は、一般的な既存の３ＤＱに係る金属加工装置における機能と同様であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００８５】
摩擦係数算出部１６１は、支持機構１２０によって測定された摩擦力及び加工反力に基づいて、当該支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数を算出する。具体的には、摩擦係数算出部１６１は、測定摩擦力を測定加工反力で除すことにより摩擦係数を求めることができる。なお、支持部材１２１の構成等の事情により、同一箇所で摩擦力及び加工反力が測定できなかった場合には、摩擦係数算出部１６１は、両者の測定箇所間の距離等の情報を用いて、適宜補正を施した上で摩擦係数を求めてもよい。摩擦係数算出部１６１は、算出した摩擦係数についての情報を、接触状態異常検出部１６２に提供する。
【００８６】
接触状態異常検出部１６２は、算出された摩擦係数に基づいて、支持機構１２０と金属材１との接触状態の異常を検出する。具体的には、接触状態異常検出部１６２は、摩擦係数算出部１６１によって算出された摩擦係数を、摩擦係数ＤＢ１７０に格納されている摩擦係数の正常範囲と照らし合わせることにより、算出された摩擦係数が正常範囲に含まれるかどうかを判定する。
【００８７】
例えば、摩擦係数ＤＢ１７０には、下記表１に示すような、製品及び加工部位と、摩擦係数の正常範囲との関係が格納されている。当該関係は、金属材１の材質（鋼管の炭素濃度等）、形状（鋼管の管径等）、送り速度、曲げ量（屈曲部の半径Ｒ）等の加工条件に応じて変化し得るため、当該関係は、製品ごと及び加工部位ごとに事前に取得され、摩擦係数ＤＢ１７０に格納される。なお、製品及び加工部位に応じた摩擦係数の正常範囲は、例えば実績データ、実験結果及び／又はシミュレーション結果等に基づいて、製品に不良が発生しないような摩擦係数の範囲として適宜設定されてよい。
【００８８】
【表１】
0006638512.tif 000002
【００８９】
接触状態異常検出部１６２は、上述した加工制御部から、現在加工中の（すなわち、支持機構１２０によって摩擦力及び加工反力が測定された）製品及び加工部位についての情報を得ることができる。接触状態異常検出部１６２は、当該情報に基づいて、摩擦係数ＤＢ１７０から、対応する製品及び加工部位についての摩擦係数の正常範囲についての情報を取得する。そして、接触状態異常検出部１６２は、摩擦係数算出部１６１によって算出された摩擦係数と、取得した摩擦係数の正常範囲の下限値及び上限値と、を比較する。
【００９０】
算出された摩擦係数が正常範囲から外れている場合には、接触状態異常検出部１６２は、支持機構１２０と金属材１との接触状態に異常が発生していると判定する（すなわち、接触状態の異常を検出する）。また、算出された摩擦係数が正常範囲内である場合には、接触状態異常検出部１６２は、支持機構１２０と金属材１との接触状態は正常であると判定する。
【００９１】
接触状態異常検出部１６２は、判定の結果、支持機構１２０と金属材１との接触状態の異常を検出した場合には、その旨の情報を、例えば金属加工装置１０に設けられている警報装置や、上述した加工制御部等に提供する。当該情報に従って、例えば警報装置において警報が発せられたり、加工制御部によって加工が中止されたりする。
【００９２】
なお、支持機構１２０における加工反力及び摩擦力の測定は、曲げ加工中に所定のタイミングで随時実行されてよく、摩擦係数算出部１６１及び接触状態異常検出部１６２は、その測定タイミングに応じて、摩擦係数の算出処理及び接触状態の異常の検出処理を随時行ってよい。つまり、本実施形態では、曲げ加工中に随時、接触状態の異常が検出され得る。
【００９３】
以上、図６を参照して、図１に示す制御装置１６０の機能構成について説明した。以上説明したように、本実施形態によれば、支持機構１２０によって測定された摩擦力及び加工反力に基づいて、当該支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数が算出され、算出された摩擦係数に基づいて、支持機構１２０と金属材１との接触状態の異常が検出される。そして、接触状態の異常が検出された場合には、加工の中止や警報がなされる。また、この接触状態の異常の検出は、加工中に随時実行され得る。従って、支持機構１２０と金属材１との接触状態の異常に起因する不良品の作り込みを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００９４】
なお、接触状態異常検出部１６２は、接触状態の異常の判定に用いるしきい値を適宜設定することにより、接触状態の異常が実際に発生する前に、その危険性を検出してもよい。例えば、当該しきい値としては、摩擦係数の正常範囲内ではあるが、当該正常範囲の下限値及び上限値に近い値が設定される。これにより、接触状態の異常が発生しそうになった段階で、警報が発せられたり、加工が中止されたりといった所定のアクションが実行され得るため、接触状態の異常の発生を未然に防止することが可能になる。
【００９５】
（４．金属材の製造方法）
図７を参照して、本実施形態に係る金属部材の製造方法について説明する。図７は、本実施形態に係る金属部材の製造方法の処理手順の一例を示すフロー図である。なお、図７に示す処理手順は、以上説明した金属加工装置１０において実行される金属部材の製造方法に対応している。
【００９６】
図７を参照すると、本実施形態に係る金属部材の製造方法では、まず、金属材１に対する曲げ加工中に、支持機構１２０において摩擦力及び加工反力が測定される（ステップＳ１０１）。なお、当該曲げ加工としては、一般的な既存の３ＤＱに係る加工と同様の加工が行われるため、当該曲げ加工を行うための具体的な処理手順についての説明は省略する。
【００９７】
次に、測定された摩擦力及び加工反力に基づいて、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数が算出される（ステップＳ１０３）。具体的には、ステップＳ１０３では、測定摩擦力を測定加工反力で除すことにより摩擦係数が求められる。なお、ステップＳ１０３に示す処理は、図６に示す摩擦係数算出部１６１によって実行される処理に対応している。
【００９８】
次に、算出された摩擦係数が正常範囲内かどうかが判定される（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５では、算出された摩擦係数が、図６に示す摩擦係数ＤＢ１７０に格納されている、製品及び加工部位と、支持機構１２０と金属材１との間の摩擦係数の正常範囲と、の関係と照らし合わされ、算出された摩擦係数が当該正常範囲に含まれるかどうかが判定される。なお、ステップＳ１０５に示す処理は、図６に示す接触状態異常検出部１６２によって実行される処理に対応している。
【００９９】
ステップＳ１０５で摩擦係数が正常な範囲内であると判定された場合には、支持機構１２０と金属材１との接触状態は正常であり、当該接触状態の異常に起因する不良は生じないと考えられる。従って、この場合には、ステップＳ１０１に戻り、次の測定タイミングで、支持機構１２０によって摩擦力及び加工反力が測定されるまで待機する。
【０１００】
一方、ステップＳ１０５で摩擦係数が正常な範囲を外れていると判定された場合には、支持機構１２０と金属材１との接触状態に異常が生じており、そのまま加工を継続した場合には不良が生じる危険性が高いと考えられる。従って、この場合には、ステップＳ１０７に進み、加工中止又は警報等の、曲げ不良の発生を抑制するための所定のアクションが実行される。
【０１０１】
以上、図７を参照して、本実施形態に係る金属部材の製造方法について説明した。
【実施例】
【０１０２】
本発明に係る方法によって支持機構と金属材との接触状態の異常を検出可能であることを確認するために、実際に金属材に対する曲げ加工を行い、その際の摩擦力及び加工反力を本発明に係る支持機構を用いて測定し、これらの測定値に基づいて当該支持機構と金属材との間の摩擦係数を算出した。具体的には、金属加工装置としては、図１に示す金属加工装置１０と同様の構成を有する、３ＤＱに対応した金属加工装置を用いた。また、支持機構としては、図２及び図３に示す支持機構１２０と同様の構成を有するものを用いた。
【０１０３】
加工条件の詳細は以下の通りである。ここで、図８は、実施例における加工条件での曲げ方向について説明するための図である。図８では、実験に用いた金属材１の一断面の斜視図を示している。
（加工条件）
金属材：機械構造用炭素鋼管
金属材の形状：断面矩形（長辺の長さ４６ｍｍ、短辺の長さ４０ｍｍ）、長さ約１０００ｍｍ、肉厚１．６ｍｍ
曲げ方向：一断面において当該断面の中心から一方の長辺に向かう方向（図８に示す矢印方向）
【０１０４】
当該実験では、支持機構の状態として、（１）支持機構と金属材との接触状態が正常なもの、（２）キリコ等の発生により支持機構と金属材との接触状態が異常になったことを想定して、支持機構の金属材と当接する表面をあえて粗くしたもの、及び（３）支持機構と金属材とが接触しないことにより両者の接触状態が異常になったことを想定して、両者の隙間をあえて広げたもの、をそれぞれ用意し、これら条件（１）〜（３）の場合について、それぞれ、金属材の加工中における摩擦力及び加工反力の測定、並びに摩擦係数の算出を行った。なお、条件（１）では、実績データに基づいて、実際に不良品が発生していない場合における支持機構と金属材との接触状態（すなわち、支持機構の表面状態、及び支持機構と金属材との間の隙間等）を再現した。条件（２）及び条件（３）は、接触状態が異常である場合を模擬したものである。条件（２）の場合には、摩擦係数が正常範囲よりも大きくなることが想定される。また、条件（３）の場合には、摩擦係数が正常範囲よりも小さくなることが想定される。
【０１０５】
具体的には、条件（１）〜（３）では、支持機構の支持部材のガイドシューの、金属材と当接する表面を、下記表２に示すものとした。具体的には、条件（１）、（３）では、図２及び図３に示す本実施形態に係るガイドシュー１２４の構成から当該当接面は変更していない。一方、条件（２）では、キリコ等の発生によりガイドシューと金属材との接触状態が異常になったことを想定して、図２及び図３に示す本実施形態に係るガイドシュー１２４の構成に対して、その金属材と当接する面に、市販の滑り止めテープを貼り付けた。また、条件（３）では、ガイドシュー１２４の金属材と当接する表面自体は本実施形態に係るものから変更していないものの、ガイドシューと金属材とが接触していないことにより両者の接触状態が異常になったことを想定して、ガイドシューと金属材との距離を条件（１）、（２）よりも大きくした。
【０１０６】
【表２】
0006638512.tif 000003
【０１０７】
支持部材に設けられる測定機構によって摩擦係数を測定した結果を図９及び下記表３に示す。図９は、摩擦係数の測定結果を示すグラフ図である。図９では、横軸に加工中における時間、縦軸に摩擦係数の測定値を取り、両者の関係をプロットしている。また、表３は、図９に示す結果を具体的に数値としてまとめたものである。
【０１０８】
【表３】
0006638512.tif 000004
【０１０９】
図９及び表３に示すように、接触状態が異常である場合を模擬した条件（２）の場合には、接触状態が正常である場合を模擬した条件（１）に比べて、想定通り、より大きい摩擦係数が算出された。また、同じく接触状態が異常である場合を模擬した条件（３）の場合には、接触状態が正常である場合を模擬した条件（１）に比べて、想定通り、より小さい摩擦係数が算出された。当該結果は、本発明に係る方法を用いることにより支持機構と金属材との間の摩擦係数を確かに検出可能であること、及び本発明に係る方法によって得られた摩擦係数が実際の支持機構と金属材との接触状態を適切に表し得ることを示している。
【０１１０】
ここで、図１０は、条件（１）において実際に曲げ加工を行った後の、金属材の表面を撮影した写真である。また、図１１は、条件（２）において実際に曲げ加工を行った後の、金属材の表面を撮影した写真である。なお、図１０及び図１１では、金属材の表面のうち、曲げ加工時にガイドシューと接触していた領域を撮影したものを示している。更に、図１２は、条件（２）において実際に曲げ加工を行った後の、ガイドシュー上の滑り止めテープの表面を撮影した写真である。図１２でも、同様に、滑り止めテープの表面のうち、曲げ加工時に金属材と接触していた領域を撮影したものを示している。図１０を参照すると、条件（１）では曲げ加工後の金属材の表面にほぼ疵が生じていないのに対して、図１１を参照すると、条件（２）では曲げ加工後の金属材の表面に疵が生じていることが分かる。また、図１２を参照すると、条件（２）では曲げ加工後の滑り止めテープの金属材と接触していた部位（突出しているガイドシュー上に位置する部位）の表面が金属材との接触により摩耗していることが分かる。これらの結果と、図９及び表３に示す結果は、条件（２）において、ガイドシューと金属材との接触状態の異常が的確に再現され得ていること、及び本発明に係る方法を用いることによりその接触状態の異常が摩擦係数の測定値として検出され得たことを示している。
【０１１１】
このように、本実施例により、本発明に係る方法によって、実際の接触状態が反映された摩擦係数を検出可能であることが確認できた。従って、本発明に係る方法によって算出された摩擦係数を用いて接触状態の異常を判断することにより、当該接触状態の異常をより正確に検出することが可能となる。また、図１１に示されるように、ガイドシューと金属材との接触状態に異常が発生した場合には、金属材に疵が生じ得る。つまり、本実施例における結果は、本発明に係る方法によって、金属材における疵の発生の有無を、摩擦係数の違いから検出することが可能となることも示している。
【０１１２】
ここで、接触状態に異常が発生しているにもかかわらず加工を続行すれば、図１１に示すように金属材に疵が発生し、製品品質を劣化させる可能性がある。これに対して、本実施例のように、本発明に係る方法を適用し、加工中に接触状態の異常をより正確に検出することができれば、加工を中断してガイドシューの交換や補修等を適宜行い、接触状態を良好に保つことにより、不良品の発生を抑制することができ、歩留まりを向上させることが可能になる。このように、本発明によれば、接触状態の異常をより正確に検出することができるため、金属材における疵の発生を未然に防止し、歩留まりを向上させる効果が期待できる。
【０１１３】
なお、図９及び表３に示す結果から、今回の実験での加工における上記表１に示したような摩擦係数の正常範囲を規定すれば、例えば、当該正常範囲は、摩擦係数が０よりも大きく、かつ０．３未満の範囲と規定することができる。つまり、当該実験と同様の加工条件によって曲げ加工が行われる製品に対して、本実施形態に係る技術を適用しようとした場合には、図６に示す制御装置１６０の接触状態異常検出部１６２は、測定された摩擦係数が０よりも大きく、かつ０．３未満であれば、接触状態は正常であると判定し、測定された摩擦係数が０又は０．３以上であれば、接触状態は異常であると判定すればよい。
【０１１４】
（５．補足）
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、本発明はかか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、各種の変更例または修正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。
【０１１５】
例えば、上記実施形態では、金属加工装置１０が３ＤＱに対応する加工装置である場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、長尺の金属材をその長手方向に送りながら当該金属材に対して曲げ加工を施す加工装置であれば、他の加工装置に対しても適用され得る。
【符号の説明】
【０１１６】
１    金属材（鋼管）
１０    金属加工装置
１１０    送出機構
１２０    支持機構
１２１    支持部材
１２２    基材
１２３    三分力ロードセル
１２４    ガイドシュー
１３０    加熱機構
１４０    冷却機構
１５０    挟持機構
１６０    制御装置
１７０    摩擦係数ＤＢ
【図１】
0006638512.tif 000005
【図２】
0006638512.tif 000006
【図３】
0006638512.tif 000007
【図４】
0006638512.tif 000008
【図５】
0006638512.tif 000009
【図６】
0006638512.tif 000010
【図７】
0006638512.tif 000011
【図８】
0006638512.tif 000012
【図９】
0006638512.tif 000013
【図１０】
0006638512.tif 000014
【図１１】
0006638512.tif 000015
【図１２】
0006638512.tif 000016