(57)【要約】【課題】属板の曲げ加工量のばらつきを抑えることができる曲げ加工装置を提供する。【解決手段】曲げ加工装置１００に、水平方向に延びる金属板を下方から少なくとも計３点で支持する複数の支持部１２と、これら複数の支持部１２の内側の空間に形成され、支持部１２を互いに接続するとともに下方に向かって凹状をなす凹曲面とを有する加工台座と、該加工台座の上方に設けられ、設置面１１に設置された金属板に対して線状加熱加工を施す線状加熱部３０と、を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に延びる金属板を下方から少なくとも計３点で支持する複数の支持部と、これら複数の支持部の内側の空間に形成され、前記支持部を互いに接続するとともに下方に向かって凹む凹曲面状をなす設置面とを有する加工台座と、
該加工台座の上方に設けられ、前記設置面に設置された金属板に対して線状加熱加工を施す線状加熱部と、
を備えることを特徴とする曲げ加工装置。
【請求項２】
前記凹曲面が球面状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工装置。
【請求項３】
前記凹曲面が円筒面状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工装置。
【請求項４】
前記凹曲面の曲率半径が、前記金属板の最終加工形状の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板に線状加熱加工を施すことにより、該金属板に対して三次元的に曲げ加工を施す曲げ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば造船所における造船用の鋼板や原子炉格納容器の内側ライナーに用いられる金属板等の曲げ加工は線状加熱によって行われる（例えば特許文献１、２参照）。
この線状加熱による曲げ加工では、平板状をなす金属板の表面に上方からレーザ等による線状加熱を施し、これにより生じた塑性ひずみにより金属板を収縮させる。すると金属板は、加熱箇所を起点として屈曲するようにして、該加熱箇所の両側部分が表面側に向かって、即ち、上方に向かって浮き上がるように変位する。これによって、当該曲げ加工では、目的とする三次元曲面形状を作り出すこととしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７６９４７号公報
【特許文献２】特開２００９−１２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の線状加熱による曲げ加工では、金属板の自重の影響によって曲げ加工量にばらつきが生じてしまうという問題があった。
即ち、図７に示すように、加熱箇所の両側部分が上方に向かって浮き上がるように変位する際には、加熱箇所を支点として該加熱箇所の両側部分に自重による曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントの向きは線状加熱による金属板の屈曲方向の逆向き、即ち、下向きとなる。したがって、金属板の両側部分の変位が当該曲げモーメントによって打ち消されることにより、当初見込んだ分だけの金属板の曲げ量を得ることができず、金属板の予測形状と実際の形状とが異なるものとなる。
【０００５】
これにより、曲げ加工量にばらつきが生じると、最終的な曲げ量に合わせるだけの別途作業が必要となり、加工工数増加によるコストアップを招いてしまう。
また、曲げ加工量のばらつきは、特に上記曲げモーメントが大きくなる大型の金属板ほど顕著なものとなる。一方、熟練の技術者による曲げ加工の場合には、熟練度に依存してか曲げ加工量のばらつきを抑えることは可能であるものの、当該曲げ加工を自動化した場合には、曲げ加工量のばらつきを避けることはできない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、金属板の曲げ加工量のばらつきを抑えることができる曲げ加工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】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る曲げ加工装置は、水平方向に延びる金属板を下方から少なくとも計３点で支持する複数の支持部と、これら複数の支持部の内側の空間に形成され、前記支持部を互いに接続するとともに下方に向かって凹む凹曲面状をなす設置面とを有する加工台座と、該加工台座の上方に設けられ、前記設置面に設置された金属板に対して線状加熱加工を施す線状加熱部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この曲げ加工装置で金属板に曲げ加工を施す際には、まず加工台座の支持部によって少なくとも計３点で金属板を支持する。この状態で金属板の上方から線状加熱加工を施すと、該加熱箇所を起点としてその両側が屈曲することにより、金属板は複数の支持部の内側の凹曲面に落とし込まれていく。そして、最終的には金属板が凹曲面の形状に応じた三次元曲面形状をなすことになる。  
このように、支持部によって支持された金属板を凹曲面に落とし込みながら三次元曲面を形成することで、金属板における線状加熱箇所の両側部分が加工台座から上方に浮き上がってしまうことはない。したがって、金属板の自重による曲げモーメントの発生を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明に係る曲げ加工装置は、前記凹曲面が球面状をなしていることが好ましい。
これによって、金属板を球面状の三次元曲面形状に容易に形成することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る曲げ加工装置は、前記凹曲面が円筒面状をなしていてもよい。
これによって、金属板を円筒面状の三次元曲面形状に容易に形成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る曲げ加工装置は、前記凹曲面の曲率半径が、前記金属板の最終加工形状の曲率半径よりも小さく設定されていることが好ましい。
これによって、最終加工形状前の金属板を容易に得ることができ、その後の最終加工によって容易に所望の三次元曲面形状を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の曲げ加工装置によれば、金属板の自重による曲げモーメントの発生を抑えることができるため、金属板の自重による曲げ加工量のばらつきを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る曲げ加工装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る曲げ加工装置において金属板に線状加熱加工を施している状態の斜視図である。
【図３】（ａ）は金属板に対して線状加熱加工を施してる状態を示す斜視図、（ｂ）は線状加熱加工後の金属板の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る曲げ加工装置において金属板に線状加熱加工を施した後の状態の斜視図である。
【図５】本発明の第一変形例に係る曲げ加工装置の斜視図である。
【図６】本発明の第二変形例に係る曲げ加工装置の斜視図である。
【図７】従来において金属板に線状加熱加工を施して屈曲させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る曲げ加工装置について図１から図４を参照して詳細に説明する。
この曲げ加工装置１００は、平板状をなす金属板２００に対する線状加熱により、該金属板２００に曲げ加工を施すものであって、図１に示すように、金属板２００が設置される加工台座１０と、該加工台座１０上の金属板２００に線状加熱加工を施す線状加熱部３０とを備えている。
【００１５】
図１に示すように、加工台座１０は、平面視にて略正方形状をなしており、その上面金属板２００の設置面１１とされている。。
この加工台座１０の設置面１１は、下方に向かって凹状をなす凹曲面状をなしており、本実施形態では、球面状をなしている。また、このような設置面１１の周囲には、該設置面１１と連続するように形成された複数の支持部１２が形成されている。
【００１６】
本実施形態の支持部１２は、加工台座１０の平面視における複数の角部（本実施形態では４つの角部）にそれぞれ形成されており、設置面１１の中央から角部に向かうに従って上方に湾曲する設置面１１の外周端部に位置している。この支持部１２は、上方に向かって尖った形状をなしており、金属板２００を下方から点支持することができるようになっている。これにより本実施形態では、４つの支持部１２によって計４点で金属板２００を下方から支持可能とされている。なお、この支持部１２の先端、即ち、金属板２００を支持する部分は、それぞれ同一水平面上に位置している。
【００１７】
このように本実施形態の加工台座１０には、水平方向に延びる金属板２００、即ち、水平面と平行に配置された金属板２００を下方から支持する４つの支持部１２が設けられており、これら４つの支持部１２の内側の空間に下方に向かって凹状をなす凹曲面状をなす設置面１１が形成されている。また、これら支持部１２における金属板２００を支持する部分と設置面１１とは互いに滑らかに接続されている。
【００１８】
ここで、本実施形態では、凹曲面状をなす設置面１１の曲率半径は、三次元曲面形状へと加工する金属板２００の最終形状の曲率半径と同一か、該最終形状の曲率半径よりも小さく設定されている。
【００１９】
線状加熱部３０は、本実施形態では金属板２００にレーザー光Ｈを照射を施すことで加熱を行う構成とされており、レーザーヘッド３１３１と、該レーザーヘッド３１を駆動する移動機構３２と、移動機構３２を制御する制御装置３３とを有している。
【００２０】
レーザーヘッド３１３１は、金属板２００に対して線状加熱用のレーザー光Ｈを照射するものであって、加工台座１０の上方において下方に向かってレーザー光Ｈを照射可能に設置されている。金属板２００はこのレーザーヘッド３１から照射されるレーザー光Ｈのエネルギーを受けることで、該レーザー光Ｈの照射部分のみが局所的に加熱される。
【００２１】
移動機構３２は、レーザーヘッド３１を水平方向に任意に移動させる構成をなしており、例えば水平方向にレーザーヘッド３１を直動させるボールネジ機構を組み合わせることによって、該レーザーヘッド３１を水平方向に沿うＸ方向及びＹ方向に移動可能な構成をなしている。このような移動機構３２の駆動によって、レーザーヘッド３１は金属板２００に上方からレーザー光Ｈを照射した状態で水平方向に移動される。これによって、金属板２００に対して線状加熱加工を行うことができるようになっている。なお、金属板２００の表面を局所的に加熱可能であれば、レーザー光Ｈ以外により加熱する構成であってもよい。
【００２２】
制御装置３３は、移動機構３２の駆動を制御しており、例えば予め定められたプログラムされた軌跡を描くように移動機構３２を駆動させる。これのような移動機構３２の駆動に従ってレーザーヘッド３１が金属板２００上を走査し、金属板２００に線状加熱加工を施す。
【００２３】
次に以上のような構成の曲げ加工装置１００による金属板２００の曲げ加工について説明する。
まず、図２に示すように、加工台座１０における４つの支持部１２上に金属板２００を設置する。これにより金属板２００は水平面に対して平行に延在するように配置される。なお、この際、４つの支持部１２全ての上に金属板２００を配置することなく、４つのうち３つの支持部１２上に金属板２００を設置してもよい。
【００２４】
続いて、同じく図２に示すように、線状加熱部３０によって金属板２００の表面に線状加熱を施していく。即ち、線状加熱部３０のレーザーヘッド３１から金属板２００の表面にレーザー光Ｈを照射した状態で、制御装置３３により駆動部を駆動させてレーザーヘッド３１を水平方向に走査させる。この際、レーザーヘッド３１は予め制御装置３３にプログラムされた軌跡を描くように金属板２００上を走査し、当該走査経路に従って金属板２００の表面にレーザー光Ｈによる線状加熱が施されていく。
【００２５】
このように金属板２００がその表面から加熱を受けると、図３（ａ）に示すように、金属板２００の加熱箇所Ａが局所的に熱膨張しようとする。この際、加熱を受けることにより周囲より柔らかい加熱箇所Ａは耐力が小さいため、図３（ｂ）に示すように該加熱箇所Ａの周囲からの圧縮力の作用によって圧縮降伏する。これにより加熱箇所Ａが元の温度に戻ると、圧縮降伏した分だけその体積が小さくなる。このように加熱箇所Ａが当初よりも収縮することにより、金属板２００の表面側が加熱箇所Ａに向けて引っ張られ、その結果金属板２００全体として加熱箇所Ａの両側が該加熱箇所Ａを起点として表面側に向かって、即ち、上方に向かって屈曲した状態となる。
【００２６】
ここで、このような線状加熱が金属板２００に施されると、線状加熱箇所を起点として金属板２００が屈曲することで、該金属板２００は４つの支持部１２の内側の凹曲面状をなす設置面１１に徐々に落とし込まれていく。即ち、線状加熱の進行に伴って金属板２００が支持部１２に支持されながら屈曲部分が徐々に凹曲面の底部に向かって変位していくことで、図４に示すように、最終的には金属板２００が設置面１１の形状に応じた凹曲面状、即ち、球面状をなすことになる。
【００２７】
このように、金属板２００は複数の支持部１２によって周囲を支持された状態で屈曲していくため、金属板２００の加熱箇所の両側のみが設置面１１から浮き上がってしまうことはない。また、金属板２００が屈曲して設置面１１に落とし込まれている過程において、金属板２００は凹曲面状をなす設置面１１に部分的に接触しながら変位していくため、一部のみが大きく浮き上がってしまうことはない。即ち、支持部１２によって支持された金属板２００を凹曲面に落とし込みながら三次元曲面を形成することにより、金属板２００の端部が加工台座１０から上方に浮き上がってしまうことを回避できる。
【００２８】
ここで、金属板２００の端部のみが設置面１１から浮き上がった場合、当該浮き上がり部分に対して金属板２００の自重による下方に向かっての曲げモーメントが作用するため、当初予測した形状を得ることができず金属板２００の曲げ形状にばらつきが生じてしまう。
【００２９】
これに対して本実施形態では、上述したように金属板２００の端部のみが設置面１１から浮き上がってしまうことはないため、金属板２００に曲げモーメントが作用することを確実に抑制することができる。
したがって、当初見込んだ分だけの金属板２００の曲げ量を得ることができるため、金属板２００の予測形状と実際の形状とが大きく異なってしまうことを回避することができ、曲げ加工量のばらつきを抑えることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態では、球面状をなす凹曲面の曲率半径を金属板２００の最終加工形状の曲率半径よりも小さく設定した場合には、曲げ加工によって最終加工形状前の形状を容易に得ることができ、その後の最終加工によって所望の三次元曲面形状を容易に得ることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば第一変形例の曲げ加工装置１０１として、図５に示すように、加工台座１０の平面視形状を三角形状にするとともに、該三角形状の角部にそれぞれ支持部１２を設けた構成であってもよい。即ち、この曲げ加工装置では、３つの支持部１２が設けられ、これら支持部１２の内側に凹曲面状をなす設置面１１が形成された構成をなしている。
【００３２】
この場合であっても、実施形態同様、当初は支持部１２のみによって支持された金属板２００が線状加熱加工に伴って凹曲面上に落とし込まれるように変形していくため、金属板２００に曲げモーメントが作用することを抑制することができる。
【００３３】
なお、この第一変形例の他、支持部１２の数はいくつであってもよく、少なくとも３点によって金属板２００を支持可能であれば、５つ以上の支持部１２を設けた構成であってもよい。
【００３４】
また、例えば第二変形例の曲げ加工装置１０２として、図６に示すように、設置面１１の凹曲面形状を円筒状としてもよい。この場合、実施形態と同様に、金属板２００が円筒面状をなす設置面１１に落ち込んでいくことにより、三次元曲面形状として円筒面状をなす金属板２００を容易に得ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  加工台座
１１  設置面
１２  支持部
３０  線状加熱部
３１  レーザーヘッド３１
３２  移動機構
３３  制御装置
１００       曲げ加工装置
１０１       曲げ加工装置
１０２       曲げ加工装置
２００       金属板
Ｈ    レーザー光
【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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