(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交する方向をＺ軸とし、加工対象の金属板をＸＹ平面に周囲少なくても３点で支持しその内の１点を固定支持点とし他の点をＸ軸またはＹ軸方向の膨張収縮を摺動可能に支持する摺動支持点とした金属板支持具と、前記金属板を熱処理する熱処理ヘッドと、前記金属板支持具に支持された金属板の両側にそれぞれ設けられ前記金属板に沿って前記熱処理ヘッドを前記金属板支持具と独立してＸ軸およびＹ軸方向に移動させる移動装置と、前記移動装置に取り付けられ先端に取り付けられた前記熱処理ヘッドを金属板のＺ軸方向の変位に追従して押圧する熱処理ヘッド押圧手段と、金属板の両側にそれぞれ設けられた熱処理ヘッドを同一位置にし金属板上に予め設定した加熱線に沿って移動するよう前記移動装置を制御する制御装置と、を備え、
前記金属板支持具の固定支持点は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動は固定するが金属板の曲げによる回転は許容するものであり、
前記摺動支持点は、Ｙ軸方向の移動は固定するがＸ軸方向の摺動及び金属板の曲げによる回転は許容する第１の摺動支持点と、Ｘ軸方向の移動は固定するがＹ軸方向の摺動及び金属板の曲げによる回転は許容する第２の摺動支持点とを有する、ことを特徴とする線状加熱による曲げ加工装置。
【請求項２】
前記移動装置は、上下にＸ軸方向に設けられた回転するねじ棒を有する垂直固定部材と、このねじ棒と螺合するナット部を有しねじ棒の回転によりＸ軸方向へ移動するＸ軸方向移動体と、このＸ軸方向移動体に搭載されＹ軸方向に移動するＹ軸方向移動体と、を備えることを特徴とする請求項１記載の線状加熱による曲げ加工装置。
【請求項３】
前記移動装置は、Ｘ軸方向に走行する台車と、この台車に搭載されＹ軸方向に設けられた回転するねじ棒を有する支柱と、このねじ棒と螺合するナット部を有しねじ棒の回転によりＹ軸方向に移動するＹ軸方向移動体と、を備えることを特徴とする請求項１記載の線状加熱による曲げ加工装置。
【請求項４】
前記熱処理ヘッドは、加熱ヘッドと水冷ヘッドよりなり、曲げ加工の場合は、金属板の一方面を加熱ヘッドで加熱し、他方の面を水冷ヘッドで冷却することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の線状加熱による曲げ加工装置。
【請求項５】
前記熱処理ヘッドは、加熱ヘッドと水冷ヘッドよりなり、面方向の収縮が板厚方向で一様となる面内収縮加工の場合は、金属板の両面を加熱ヘッドで加熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の線状加熱による曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板を線状に加熱して曲げ加工する線状加熱による曲げ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
線状加熱は、金属板を線状に加熱し、平板を所望の曲面に加工したり、溶接作業により波打ち状に変形した金属面を元の平らな平面に修正するなどの作業に用いられる。従来、線状加熱は作業現場における作業者の経験に基づいて行われていたが、近年コンピータを用いた有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）による解析技術の進歩により、目的とする形状や使用する材料の特性、予め定めた加熱装置の特性などのデータを入力すると加熱線の配置が算出できるようになってきた。本出願人も特願平５−２４６１７０号においてこのような技術を開示している。
【０００３】
図９は線状加熱による自動曲げ加工装置の一例を示す。オフセット定盤上には格子状に区切られ各交点の位置に、加熱曲げ加工される金属板を曲がってゆく加工中の形状に合わせて支持する支持ユニットが設けられている。支持ユニットは金属板の周辺に配置されるクランプユニットと、その内側に配置されるオフセットユニットからなる。クランプユニットは金属板の曲がりに応じて上下動するとともに金属板の周辺を回転自在にクランプする。オフセットユニットは金属板の曲がりに応じて上下動して金属板を支持する。金属板の上部には図示しない熱処理装置が設けられ、金属板上に設定された加熱線に沿って熱処理しながら移動する。熱処理として加熱または加熱とその周囲に水をかける水冷が行われる。
【０００４】
支持ユニットの上下動はそれぞれに設けられた油圧シリンダで行われ油圧駆動ユニットによって駆動される。ＮＣコントローラは油圧ユニットを制御して支持ユニットの高さを金属板の曲げ形状に合わせた高さに制御するとともに、熱処理装置を加熱線に沿って移動させ加熱または加熱と水冷処理の制御を行う。周辺装置制御装置は金属板の寸法、材質、目的とする曲げ加工形状などのデータが与えられると、予め設定してある加熱ヘッドの仕様などのデータから加熱線の配置、その加熱線の加熱（水冷も含む）による金属板の曲げ変形を算出し、このデータに基づく熱処理装置と支持ユニットの制御をＮＣコントローラに指示する。これにより金属板の曲げ加工を自動的に行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
金属板を線状加熱して曲面に曲げ加工する場合、板厚方向に温度差をつけて曲げる曲げと、板厚方向を同じ温度とし板厚方向には一様に収縮する面内収縮との２つの処理が行われる。上述の装置では金属板の上面からのみ加熱または冷却するためかなり余分な加熱をする必要がある。曲げの場合上面を加熱し下面を冷却すれば板厚方向の温度差は容易につくが、上面からしか加熱や冷却できないため加熱線を加熱しその周囲を冷却している。このため冷却により上面の温度低下を防ぐため上面を必要以上に加熱しなければならない。また面内収縮の場合、下面が所定温度に達するまで加熱するため上面を必要以上に加熱する必要がある。
【０００６】
支持ユニットの高さは加熱線を加熱してゆくに従い金属板の曲げ変形に追従して変化させる必要がある。このような装置は複雑な機械的機構と制御装置を必要とし高価な装置となる。なお、単に金属板の周辺を支持しただけでは、自重による変形と内部応力の発生により曲げ加工の精度を低下させる。
【０００７】
鞍型曲面などの加工には表裏両面からの加熱や冷却が必要となる。このため金属板を反転する反転装置が必要となり、この反転作業のため加熱操作を中断しなければならない。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、金属板の両面から加熱または冷却することのできる線状加熱による曲げ加工装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交する方向をＺ軸とし、加工対象の金属板をＸＹ平面に周囲少なくても３点で支持しその内の１点を固定支持点とし他の点をＸ軸またはＹ軸方向の膨張収縮を摺動可能に支持する摺動支持点とした金属板支持具と、前記金属板を熱処理する熱処理ヘッドと、前記金属板支持具に支持された金属板の両側にそれぞれ設けられ前記金属板に沿って前記熱処理ヘッドを前記金属板支持具と独立してＸ軸およびＹ軸方向に移動させる移動装置と、前記移動装置に取り付けられ先端に取り付けられた前記熱処理ヘッドを金属板のＺ軸方向の変位に追従して押圧する熱処理ヘッド押圧手段と、金属板の両側にそれぞれ設けられた熱処理ヘッドを同一位置にし金属板上に予め設定した加熱線に沿って移動するよう前記移動装置を制御する制御装置と、を備え、前記金属板支持具の固定支持点は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動は固定するが金属板の曲げによる回転は許容するものであり、前記摺動支持点は、Ｙ軸方向の移動は固定するがＸ軸方向の摺動及び金属板の曲げによる回転は許容する第１の摺動支持点と、Ｘ軸方向の移動は固定するがＹ軸方向の摺動及び金属板の曲げによる回転は許容する第２の摺動支持点とを有する。
【００１０】
金属板をＸＹ平面（垂直面）に立て、周辺の１点を回転変位可能に固定し、他の点では回転可能にＸ軸方向またはＹ軸方向に摺動可能に支持する。これにより金属板の曲げ、膨張収縮変形を拘束することなく、かつ金属板の両面から同時に熱処理することが可能になる。移動装置は金属板の両面に沿って熱処理ヘッドをＸＹ軸方向に移動させることができるので、金属板全面に加熱線が設定されても加熱処理を実施できる。両面から熱処理できるので、一方の面から加熱し他方の面を冷却することにより、曲げ加工を無駄な加熱をすることなく行うことができる。また両面を加熱することにより面内収縮を無駄な加熱をすることなく行うことができる。熱処理ヘッド押圧手段により熱処理ヘッドは金属板にその変位に追従して押圧されているので確実に加熱や水冷が行われる。また、加熱線に従い、金属板の表裏ほぼ同一位置を加熱または加熱と冷却できるので最小の加熱で曲げ歪み、または面内圧縮歪みを発生させることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、前記移動装置は、上下にＸ軸方向に設けられた回転するねじ棒を有する垂直固定部材と、このねじ棒と螺合するナット部を有しねじ棒の回転によりＸ軸方向へ移動するＸ軸方向移動体と、このＸ軸方向移動体に搭載されＹ軸方向に移動するＹ軸方向移動体と、を備える。
【００１２】
垂直固定部材には上下にＸ軸方向にねじ棒が設けられ、このねじ棒は回転する。Ｘ方向移動体はこのねじ棒と螺合するナット部を有しこのねじ棒の回転によりＸ軸方向に移動する。Ｙ軸方向移動体はＸ軸移動体上をＹ軸方向へ移動する。これによりＹ軸方向移動体はＸＹ平面を自由に移動できる。
【００１３】
請求項３の発明では、前記移動装置は、Ｘ軸方向に走行する台車と、この台車に搭載されＹ軸方向に設けられた回転するねじ棒を有する支柱と、このねじ棒と螺合するナット部を有しねじ棒の回転によりＹ軸方向に移動するＹ軸方向移動体と、を備える。
【００１４】
Ｘ軸方向に走行する台車に支柱を搭載し、この支柱にＹ軸方向のねじ棒を設けこのねじ棒を回転する。Ｙ軸移動体はこのねじ棒と螺合するナット部を有し、ねじ棒の回転によりＹ軸方向に移動する。Ｘ軸方向移動体を台車とすることにより、金属板のＸ軸方向の長さが長くなってもこれに対応して熱処理ヘッドをＸ軸方向に移動することができる。
【００１５】
請求項４の発明では、前記熱処理ヘッドは、加熱ヘッドと水冷ヘッドよりなり、曲げ加工の場合は、金属板の一方面を加熱ヘッドで加熱し、他方の面を水冷ヘッドで冷却する。
【００１６】
金属板の板厚方向に温度差をつけて曲げを発生させる場合、板厚の一方の面から加熱し他方の面から冷却することにより、最も少ない熱量で曲げを発生することができる。
【００１７】
請求項５の発明では、前記熱処理ヘッドは、加熱ヘッドと水冷ヘッドよりなり、面方向の収縮が板厚方向で一様となる面内収縮加工の場合は、金属板の両面を加熱ヘッドで加熱する。
【００１８】
金属板の板厚方向を一様な温度に加熱して面方向の収縮が板厚方向で一様となる面内収縮の場合、両面から加熱することにより、最も少ない熱量で面内収縮歪みを発生することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の原理を示す図である。Ｘ軸は水平方向、Ｙ軸は垂直方向、Ｚ軸はＸ，Ｙ軸に直交する方向で、Ｘ−Ｙ面は垂直面である。１は加工対象の金属板であり、２は金属板１を垂直面（Ｘ−Ｙ面）内に支持する固定支持点で、Ｘ，Ｙ軸方向の移動は固定するが、曲げによる回転は拘束しない。３ｘは摺動支持点でＹ方向の移動は固定するが、Ｘ軸方向の摺動、および曲げによる回転は許容する。３ｙは摺動支持点でＸ方向の移動は固定するが、Ｙ軸方向の摺動、および曲げによる回転は許容する。４は熱処理ヘッドで金属板１の表面に配置され、加熱源と水吐出孔を有し図示しないケーブルとホースにより電気と水を供給される。図示しないＮＣ制御装置により曲線の矢印で示すようにＸ−Ｙ面に設定された加熱線上を移動して加熱または水冷を行う。なお、熱処理によるＺ軸方向への撓みに対応して熱処理ヘッドを常に金属板１にばねで押圧している。５は４と同一の熱処理ヘッドで金属板１の裏面に配置されている。両熱処理ヘッド４，５は金属板１を挟んで同一位置を移動するようにＮＣ制御装置で制御される。
【００２０】
面内収縮を行うには両熱処理ヘッド４，５の加熱源により両面から加熱する。曲げの場合は、図１に示すように曲げる場合は熱処理ヘッド４は冷却水を吐出し、熱処理ヘッド５は加熱源により加熱する。
【００２１】
図２は第１実施形態の横断面図を示し、図３は金属板支持具の側面図を示す。図４は図２のＡ−Ａ矢視図を示す。本発明の線状加熱による曲げ加工装置は、金属板１を支持する金属板支持具１０と、金属板１を熱処理する熱処理ヘッド４，５、および金属板１の両側に設けられ、熱処理ヘッド４，５を金属板１に押圧しながら加熱線に沿って移動させる移動装置１３から構成される。
【００２２】
図３を参照して、金属板支持具１０は、定盤６に垂直に固定された支持枠１１と、この支持枠１１の各辺の内側に取り付けられ金属板１を支持する支持金具１２から構成される。支持金具１２は図１で説明したように金属板１を垂直に支持するとともに熱処理による変形を拘束しないように支持する。左側下端の支持金具１２ｏは固定点で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動を拘束するが、Ｘ軸回りの回転は可能とする。下辺の他の支持金具１２ｘはＹ，Ｚ軸方向の移動を拘束し、Ｘ軸方向の移動とＸ軸回りの回転を可能とする。左辺の支持金具１２ｙはＸ，Ｚ軸方向の移動を拘束し、Ｙ軸方向の移動とＹ軸回りの回転を可能とする。上辺の支持金具１２ｘｙはＺ軸方向の移動を拘束し、Ｘ，Ｙ軸方向の移動とＸ軸回りの回転を可能とする。右辺の支持金具１２ｘｙはＺ軸方向の移動を拘束し、Ｘ，Ｙ軸方向の移動とＹ軸回りの回転を可能とする。
【００２３】
図２、図４を参照して移動装置１３を説明する。垂直固定部材１４は定盤６に垂直に固定された矩形板であり、上辺と下辺に沿って水平ねじ棒１５が設けられ、両端で回転自在に支持され、左端に設けられた水平ねじ棒駆動モータ１６により左右両回転方向に回転する。水平移動部材１７は両水平ねじ棒１５と螺合し、水平ねじ棒駆動モータ１６の駆動により左右に移動する。水平移動部材１７には垂直に垂直ねじ棒１８が設けられ、上下端で回転自在に支持され、上端に設けられた垂直ねじ棒駆動モータ１９により左右両回転方向に回転する。垂直移動部材２０は垂直ねじ棒１８と螺合し、かつ回転を防止するため水平移動部材１７に設けられた垂直みぞ２４と嵌合して、垂直ねじ棒駆動モータ１９の駆動により上下方向に移動する。
【００２４】
垂直移動部材２０にはバネによりロッドを押圧するバネシリンダ２１が設けられ、このロッドの先端に熱処理ヘッド４、５が金属板１の変形に対応して密着するよう回動可能に取り付けられている。熱処理ヘッド４、５は誘導加熱コイルと冷却水を吐出する水吐出孔を有し、誘導加熱コイルは円形に巻かれた銅製チューブで構成され、チューブに電流を流して金属板１を誘導加熱するとともに内部に冷却水を通してチューブの溶解を防止している。このため熱処理ヘッド４、５には誘導加熱用の大電流を供給するケーブルと金属板１に吐出する冷却水およびチューブを冷却する冷却水を供給するホースが接続されている。
【００２５】
なお図示しない制御装置と、この制御装置に制御されるＮＣ制御装置が設けられ、ＮＣ制御装置は制御装置に指示された加熱線に沿って、金属板１の両面の熱処理ヘッド４、５を同一位置となるように、水平ねじ棒駆動モータ１６、垂直ねじ棒駆動モータ１９を制御する。制御装置はＮＣ制御装置を制御するとともに熱処理ヘッド４、５の電流および冷却水の制御を行う。
【００２６】
図２は本発明の第２実施形態を説明する。図５は第２実施形態の横断面を示し、図６は図５のＢ−Ｂ矢視図を示す。本実施形態は第１実施形態の垂直固定部材１４と水平ねじ棒１５を台車２２にし、この台車２２に水平移動部材１７と同じ機能を有する支柱２３を搭載したもので、他は第１実施形態と同じである。台車２２とすることにより金属板１のＸ軸方向の長さが長くなっても対応することができる。台車２２は金属板支持具１０に沿って移動し、ＮＣ制御装置により制御される。
【００２７】
図７は金属板１を面内収縮処理する場合の板厚方向の加熱状態を説明する図である。横軸は板厚を示し、縦軸は温度分布を示す。従来方式とは図９で説明した上面からのみ熱処理する場合を示し、理想状態とは最も望ましい加熱状態を示す。直線ａは金属板１が塑性変形を起こすのに必要な温度レベルを示し、鋼板の場合周囲温度が常温（２０℃前後）を保つとして２００〜４００℃である。従来方式では表面からのみ加熱し裏面が直線ａとなるまで加熱する。本発明では両面から加熱し最も低温となる板厚中心が直線ａとなるまで加熱する。本発明は両面から加熱するため温度分布は理想状態に近くなるが、従来方式では表面からのみ加熱するため、表面側の温度は必要以上に高くなり、収縮量も表面側が大きくなるので、面内収縮とともに曲げ歪みも発生し、金属板１にはＺ軸方向（板厚方向）の曲げ変位も発生する。
【００２８】
図８は金属板１に曲げ歪みを与える熱処理を示す。図面の表示方法は図７と同様である。従来方式は表面を加熱するとともにその周囲を表面から水冷する。本発明では表面から加熱するとともに、裏面から水冷する。本発明は理想状態に近くなるが、従来方式では裏面側をかなりの温度まで加熱するため面内収縮もかなり発生する。
【００２９】
上記実施形態では熱処理ヘッドの加熱方法として誘導加熱方法について説明したが、バーナによる加熱方法や電気ヒータによる加熱方法を用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、金属板をほぼ垂直に設置し、その両面から同一場所を加熱することにより、次の効果を有する。
▲１▼必要な変形を引き出す温度分布を従来方式に比べて理想に近い形で実現できるため、加熱を速くかつ効率よく行い、しかも加熱源近くの温度を不要に高くしないので、金属劣化を防止できる。
▲２▼金属板をほぼ垂直に支持するので、自重によって金属板に歪みや応力の発生するのを防止できる。これにより制御の困難な内部応力の影響を排除できるので、曲げ精度が向上する。
▲３▼金属板を従来のように水平に支持する場合、曲げ変形に応じて上下位置を移動して支持する支持ユニット等の曲面支持装置が必要になるが、本発明では不要となる。
▲４▼鞍形曲面の場合、金属板を水平におけば必要となる反転作業と反転装置が不要となる。この反転を人手で行う場合、安全に作業するため多くの補助装置が必要になり、かつ多くの作業時間が必要になる。また自動反転装置を設ける場合でも、反転作業により熱処理作業を中断しなければならないが、本発明を用いればこの必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示し、横断面図を示す。
【図３】金属板支持具の側面図を示す。
【図４】図２のＡ−Ａ矢視図を示す。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、横断面図を示す。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視図を示す。
【図７】面内収縮歪みを発生させる温度分布を示す図である。
【図８】曲げ歪みを発生させる温度分布を示す図である。
【図９】従来の線状加熱装置を示す図である。
【符号の説明】
１  金属板
２  固定支持点
３ｘ，３ｙ  摺動支持点
４  表面熱処理ヘッド
５  裏面熱処理ヘッド
６  定盤
１０  金属板支持具
１１  支持枠
１２  支持金具
１３  移動装置
１４  垂直固定部材
１５  水平ねじ棒
１６  水平ねじ棒駆動モータ
１７  水平移動部材
１８  垂直ねじ棒
１９  垂直ねじ棒駆動モータ
２０  垂直移動部材
２１  バネシリンダ
２２  台車
２３  支柱
２４  垂直みぞ
【図１】
0003862183.tif 000002
【図２】
0003862183.tif 000003
【図３】
0003862183.tif 000004
【図４】
0003862183.tif 000005
【図５】
0003862183.tif 000006
【図６】
0003862183.tif 000007
【図７】
0003862183.tif 000008
【図８】
0003862183.tif 000009
【図９】
0003862183.tif 000010