(57)【要約】【課題】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。【解決手段】曲げ加工装置１００に、平板状をなす金属板が水平面に平行に設置される設置面を有し、該設置面が局所荷重によって部分的に下方に変位可能な加工台座１０と、設置面に設置された金属板に対して上方から線状加熱加工を施す線状加熱部とを設ける。加工台座１０は、上方からの荷重によって下方に変位可能な支持面２４を有する支持ユニット２０を水平二次元方向に複数配列することで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状をなす金属板が水平面に平行に設置される設置面を有し、該設置面が局所荷重によって部分的に下方に変位可能な加工台座と、
前記設置面に設置された金属板に対して上方から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】
前記加工台座は、上方からの荷重によって下方に変位可能な支持面を有する支持ユニットを水平二次元方向に複数配列してなり、
これら複数の支持ユニットの前記支持面によって前記設置面が形成され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】
前記支持ユニットは、
前記荷重に抗して上方に付勢する付勢部材を有することを特徴とする請求項２に記載の曲げ加工装置。
【請求項４】
前記支持ユニットは、
上下方向に延在して上面が前記支持面とされる棒状部材を有すること特徴とする請求項２又は３に記載の曲げ加工装置。
【請求項５】
前記支持ユニットは、
前記棒状部材を上下方向に案内するガイド部を有することを特徴とする請求項４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９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、平板状をなす金属板が水平面に平行に設置される設置面を有し、該設置面が局所荷重によって部分的に下方に変位可能な加工台座と、前記設置面に設置された金属板に対して上方から線状加熱加工を施す線状加熱部と、
と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
線状加熱部によって金属板に対して線状加熱加工を施すと、該金属板は線状加熱加工による加熱箇所を起点として屈曲する。これにより金属板が設置された設置面に対して加熱箇所から局所荷重が作用し、設置面における局所荷重が作用する箇所が部分的に下方に変位する。これによって金属板は当初の設置面から沈み込むように変位していくため、該金属板の一部のみが設置面から浮き上がってしまうことを回避できる。したがって、金属板における加熱箇所の両側に自重による曲げモーメントが作用することを抑制できる。
【０００９】
また、本発明に係る曲げ加工装置において、前記加工台座は、上方からの荷重によって下方に変位可能な支持面を有する支持ユニットを水平二次元方向に複数配列してなり、これら複数の支持ユニットの前記支持面によって前記設置面が形成されることが好ましい。
【００１０】
これによって、金属板に線状加熱加工を施した際には、加熱箇所から設置面に局所荷重が作用することで、当該加熱箇所に対応する支持ユニットの支持面が下方に向かって変位する。即ち、設置面が局所荷重によって部分的に下方に変位可能とされているため、上記同様、金属板は当初の設置面から沈み込むように変位していく。したがって、金属板の一部のみが設置面から浮き上がってしまうことを回避できる。これにより、金属板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。
【００１１】
さらに、本発明に係る曲げ加工装置において、前記支持ユニットは、前記荷重に抗して上方に付勢する付勢部材を有することが好ましい。
【００１２】
これによって、局所荷重によって支持ユニットの支持面が極端に変位し過ぎてしまうことを回避することができる。したがって、線状加熱加工によって金属板が屈曲した後であっても、該金属板を複数の支持ユニットによって確実に支持することができる。これにより、設置面全体で金属板の屈曲に従うように該金属板を確実に支持することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る曲げ加工装置において、前記支持ユニットは、上下方向に延在して上面が前記支持面とされる棒状部材を有することが好ましい。
【００１４】
これによって、支持ユニットにより金属板を確実に支持することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る曲げ加工装置において、前記支持ユニットは、前記棒状部材を上下方向に案内するガイド部を有することが好ましい。
【００１６】
これによって棒状部材を確実に上下方向に案内することができるため、荷重が作用した際に下方に向かって確実に変位させることができる。また、棒状部材に対して上下方向からずれた方向に荷重が作用することによる該棒状部材の座屈を回避することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の曲げ加工装置によれば、金属板における加熱箇所の両側に自重による曲げモーメントが作用することを抑制できるため、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】
【００１８】
【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ける支持ユニットの縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る曲げ加工装置の縦断面図であって、金属板に線状加熱加工を施している状態を示す図である。
【図４】（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５】金属板が線状加熱加工によって屈曲するメカニズムを説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る曲げ加工装置の縦断面図であって、線状加熱加工により屈曲した金属板を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第一変形例に係る曲げ加工装置の縦断面図である。
【図８】本発明の第二変形例に係る曲げ加工装置の縦断面図である。
【図９】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】
【００１９】
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６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。
【００２０】
図１に示すように、加工台座１０は、上記金属板２００が水平面に平行に設置される設置面１１を有しており、該設置面１１が局所荷重によって部分的に下方に変位可能な構成とされている。
本実施形態の加工台座１０は、複数の支持ユニット２０が水平二次元方向に配列されることにより構成されており、これら支持ユニット２０の支持面２４によって加工台座１０としての設置面１１が形成されている。
【００２１】
支持ユニット２０は、図２に示すように、床面３００に設置されるガイド部２１と、該ガイド部２１内に設置される付勢部材２２と、該付勢部材２２に接続される棒状部材２３とを有している。
ガイド部２１は、上下方向に延びる軸線を中心とした筒状（本実施形態では円筒状）をなしており、その下端が床面３００に固定されるとともに、上端の開口部が上方を向くように設置されている。
【００２２】
付勢部材２２は、ガイド部２１の内側に収容されるように設けられており、本実施形態では付勢部材２２として、上記軸線方向、即ち、上下方向に延びるコイルスプリングを採用している。なお、付勢部材２２としては、下方に向かって荷重が作用した際に上方に向かって付勢可能であれば、弾性ゴム、板バネ等の他の部材を採用してもよい。この付勢部材２２の下端は床面３００に固定されており、上端はガイド部２１の上端開口から上方を臨むように配置されている。これにより、付勢部材２２は、上下方向に伸縮可能な構成とされており、上方から下方に向かって荷重が作用する際には、下方に収縮されながら該荷重に抗して上方に向かって付勢力を生じさせる。
【００２３】
棒状部材２３は、上下方向に延びる棒状をなしており、その下端が付勢部材２２の上端に一体に接続されている。また、棒状部材２３は、その外径がガイド部２１の内側に上方から下方に向かって挿入可能な寸法とされている。これにより、棒状部材２３は、該棒状部材２３の重量による付勢部材２２の収縮量に従ってその一部がガイド部２１の内側に収容されている。また、該棒状部材２３に下方に向かっての荷重が作用した際には、付勢部材２２がさらに収縮することにより、棒状部材２３はガイド部２１に案内されるようにして下方に向かって変位する。なお、このような棒状部材２３の上面が、金属板２００を下方から支持する支持ユニット２０の支持面２４とされている。
【００２４】
このような支持ユニット２０は、図１に示すように、水平方向に互いに間隔をあけた状態で該水平方向の２方向、即ち、水平二次元方向に多数が配列されている。本実施形態では、これら複数の支持ユニット２０は互いに直交する水平方向２方向に配列されており、即ち、格子状に配列されている。なお、支持ユニット２０の配列構造は、格子状のみならず千鳥格子状であってもよく、水平二次元方向に配列されているならばいかなる構造であってもよい。
【００２５】
そして、このように配列された支持ユニット２０は、これら支持ユニット２０に上方から荷重が作用していない状態においては、各支持ユニット２０の支持面２４は同一水平面上に位置している。これによって、複数の支持ユニット２０の支持面２４によって加工台座１０全体としての設置面１１が形成されている。
【００２６】
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の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３１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。
【００２７】
レーザーヘッド３１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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３に示すように、加工台座１０の設置面１１上に金属板２００を設置する。即ち、水平方向に延在するように金属板２００を設置面１１上に設置する。これにより、各支持ユニット２０の支持面２４には金属板２００からそれぞれ均等に荷重が作用し、付勢部材２２の収縮に伴って支持棒が下方に向かって変位する。これによって、支持ユニット２０の各支持面２４、即ち、加工台座１０の設置面１１は、金属板２００を設置する前よりも下方に向かって変位した状態となる。
【００３１】
続いて、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により移動機構３２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は図４（ａ）に示すように、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。
【００３２】
このように金属板２００がその表面から加熱を受けると、図５（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、加熱箇所Ａはその周囲よりも耐力が小さいため、図５（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。
【００３３】
そして、このような線状加熱が金属板２００の全体に施されることによって、線状加熱箇所を起点として金属板２００が屈曲し、最終的は図４（ｂ）に示すような三次元曲面形状の金属板２００を得ることができる。
【００３４】
ここで上述したように金属板２００が加熱箇所を起点として屈曲すると、該金属板２００が設置された設置面１１に対して加熱箇所から局所荷重が作用する。これによって、図６に示すように、当該加熱箇所に対応する支持ユニット２０の支持面２４が下方に向かって変位する。即ち、設置面１１が局所荷重によって部分的に下方に変位していく。
【００３５】
このように特定の支持ユニット２０の支持面２４が下方に変位すると、該支持ユニット２０の周囲の支持ユニット２０に対する金属板２００からの荷重も変化し、これらの周囲の支持ユニット２０の支持面２４も下方に向かって変位する。これによって、加工台座１０の設置面１１全体の形状が金属板２００の屈曲形状に従って変形することで、金属板２００は当初の設置面１１から沈み込むように下方に変位していく。
【００３６】
これにより、線状加熱加工によって金属板２００が屈曲する際に、該金属板２００の一部のみが設置面１１から浮き上がってしまうことはない。
ここで、金属板２００の一部、特に端部のみが設置面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。
【００３７】
これに対して本実施形態では、上述したように、金属板２００全体が設置面１１に沈み込むように変位していくため、金属板２００が浮き上がってしまうことはなく、これによって金属板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。
【００３８】
また、本実施形態においては、支持ユニット２０が金属板２００の荷重に抗して上方に付勢する付勢部材２２を有しているため、金属板２００からの局所荷重によって支持ユニット２０の支持面２４が極端に変位し過ぎてしまうことを回避することができる。したがって、線状加熱加工によって金属板２００が屈曲した後であっても、該金属板２００を複数の支持ユニット２０によって確実に支持することができるため、設置面１１全体で金属板２００の屈曲に従うように該金属板２００を確実に支持することが可能となる。
【００３９】
さらに、支持ユニット２０は、上面が支持面２４とされる棒状部材２３を有しているため、複数の支持ユニット２０の支持面２４により設置面１１が形成されることで、金属板２００を確実に支持することができる。
【００４０】
また、棒状部材２３はガイド部２１によって上下方向に案内されるため、棒状部材２３に荷重が作用した際には下方に向かって確実に変位させることができる。さらに、棒状部材２３に対して上下方向からずれた方向に荷重が作用することによる該棒状部材２３の座屈を回避することが可能となる。
【００４１】
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７に示すように、支持ユニット２０が付勢部材２２としてのコイルスプリングのみから構成されていてもよい。この場合、付勢部材２２の上端が支持面２４とされ、該支持面２４によって加工台座１０の設置面１１が形成される。これによっても実施形態同様、設置面１１が局所荷重によって部分的に下方に変位可能な構成とされているため、金属板２００に自重による曲げモーメントが作用してしまうことを回避できる。
【００４２】
また、第二変形例の曲げ加工装置１０２として、図８に示すように、加工台座１０が袋状部材１２を有し、上面が設置面１１とされた該袋状部材１２の内部に気体、液体やゲル体等の流体Ｆが封止された構成であってもよい。この場合も、金属板２００が加熱箇所を起点として屈曲した際には、該加熱箇所から設置面１１に局所荷重が作用して設置面１１が部分的に下方に変位する。したがって、実施形態同様、金属板２００は設置面１１に沈み込んでいくように変位するため、該金属板２００の一部が浮き上がってしまうことを回避できる。これにより、金属板２００に自重による曲げモーメントが作用してしまうことを抑制することができる。
【００４３】
なお、袋状部材１２の内部に封止するものとしては、流体の他、粒体等の固定のものであってもよく、即ち、金属板２００からの局所荷重によって加工台座１０の設置面１１が部分的に下方に変形可能であればよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  加工台座
１１  設置面
１２  袋状部材
２０  支持ユニット
２１  ガイド部
２２  付勢部材
２３  棒状部材
２４  支持面
３０  線状加熱部
３１  レーザーヘッド
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
３００       床面
Ｈ    レーザー光
Ｆ    流体
【図１】
2013169548.tif 000003
【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】
2013169548.tif 000009
【図８】
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【図９】
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