JP2000051932A

JP2000051932A - 三角形チューブの製造方法及びその成形金型

Info

Publication number: JP2000051932A
Application number: JP10236561A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Masumoto; 展祥増本; Tatsushi Ito; 達志伊藤; Kazuhiro Oda; 和宏小田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-22
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP3838787B2

Abstract

(57)【要約】【課題】断面形状がテーパ状に変化する三角断面形状
チューブも高精度に成形できると共に、製造コストの低
減、外観品質の向上を図ることができる三角形チューブ
の製造方法及びその製造に用いる成形金型を提供する。【解決手段】予め所定形状に切断した鋼板１の両端部
近傍を所定の曲率で曲げる第１曲げ工程と、第１曲げ工
程で曲げた鋼板１の中央部を所定の曲率で押し曲げる第
２曲げ工程と、第２曲げ工程で成形した鋼板１の前記中
央部を長手方向に対して左右から加圧しつつ、前記両端
部を上方から押さえ込んで拘束して突き合わせ、成形す
る拘束成形工程と、拘束成形工程の後、除荷せずに前記
両端部の突き合わせ部１ｄを溶接する溶接工程とを有す
る三角型のチューブの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クレーン車、ホイ
ールローダ、油圧ショベル等の建設車両、産業車両、道
路機械、及び農業機械等に広範囲に用いられる作業機の
断面形状を三角形に成形した三角形チューブの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の建設車両、産業車両、道路機械、
及び農業機械等（以下、作業車両と言う。）の作業機の
主要構成部品として広範囲に用いられる鋼板製中空部材
（以下、チューブと言う）の製造方法について図１４乃
至図１６により説明する。先ず、一般的に作業車両の多
くに用いられているチューブの断面形状について説明す
ると、図１４に示すように、四辺を互いに溶接により固
着された複数枚のプレートで構成する矩形の箱型構造と
なっている。また、図１５（ａ）に示すように１枚の鋼
板の両端部を所定角度曲げ、次いで図１５（ｂ）に示す
ようにその鋼板の中央部をＵ字状に曲げた後に、図１５
（ｃ）に示すように両端部を突き合わせて溶接し、円筒
チューブを製作する方法も知られている。さらに、図１
６に示すように、複数個のローラで連続的に所定断面形
状のチューブを成形するロール成形法（いわゆる圧延
法）が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在多く使
用されている図１４に示すような矩形断面形状のチュー
ブは全体として重量が大きくなる傾向があり、このよう
な重いチューブを主要構成部品として有する作業機を作
業車両の端部（例えば、油圧式掘削機の場合は前端部）
に設けると、この作業機の重量をバランスさせるための
カウンタウェイトを重くしたり、あるいは車両の反対側
の端部（上記油圧式掘削機の場合は後端部）に移動させ
る必要がある。このために、作業車両全体の重量が重く
なり、よって車体駆動部の負荷が重くなり、燃費が悪い
という問題や、また車両後端部の干渉領域が大きくな
り、作業性（油圧式掘削機の場合は後端旋回性）が悪い
等の問題がある。したがって、従来から、作業機の軽量
化が非常に重要な課題となっている。ところが、作業機
にかかる最大荷重に対する剛性を確保する必要があるこ
とから、上記矩形断面形状のチューブの形状を小型化す
る、あるいは板厚を薄くするなどには限度がある。した
がって、従来の矩形断面形状のチューブに比べ、より軽
量化が可能な三角断面形状のチューブを実用的な方法で
製造することが要求されている。

【０００４】しかしながら、前述した従来の種々のチュ
ーブ製造方法によって三角断面形状のチューブを製作す
るには、以下のような問題がある。（１）図１５（ａ），図１５（ｂ），図１５（ｃ）に示
した成形方法は円筒形チューブにしか適用できないとい
う問題がある。（２）また、図１６に示したロール成形法（いわゆる圧
延法等）によって成形する方法は、チューブの断面が長
手方向で一様な場合には適用できるが、チューブの断面
形状を長手方向に変化させるようなテーパ断面の成形に
は実用上適用できないという問題がある。また、この圧
延法では、チューブが一様な断面であっても、断面形状
が大きくなると（例えば、高さ×幅≧５００×５００の
場合）、大型で、高価な特殊な設備が必要となり実用的
でない。

【０００５】（３）また、本出願人は、断面三角形状の
チューブを製造する方法について研究を行っており、例
えば図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、予め曲
げ加工した２枚の鋼板１のそれぞれの端部を突き合わせ
て溶接したり、あるいは図１７（ｃ）に示すように、予
め曲げ加工した３枚の鋼板１のそれぞれの端部を突き合
わせて溶接し、三角形チューブを製造する方法を特願平
９−１８９５０２号公報に開示している。しかしなが
ら、これらの図に示すように、予め曲げ成形された鋼板
１を２枚、あるいは３枚用いて三角形チューブを製造す
る場合には、溶接線が２本以上となるので、溶接作業に
多大な時間を要すると共に、溶接時に必要な材料（溶接
ワイヤや溶接ガス等）も多く費やし、コスト高となる。
さらに、溶接線が多くなることより、外観品質が低下す
るという問題もある。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目し、断面
形状がテーパ状に変化する三角断面形状チューブも高精
度に成形できると共に、製造コストの低減、外観品質の
向上を図ることができる三角形チューブの製造方法及び
その製造に用いる成形金型を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するため、本発明に係る三角形チューブの製造方法
の第１発明は、鋼板を断面略三角形状のチューブに成形
して三角形チューブを製造する三角形チューブの製造方
法において、(1) 予め所定形状に切断した鋼板１の両端
部近傍を所定の曲率で曲げる第１曲げ工程と、(2) 第１
曲げ工程で曲げた鋼板１の中央部を所定の曲率で押し曲
げる第２曲げ工程と、(3) 第２曲げ工程で成形した鋼板
１の前記中央部を長手方向に対して左右から加圧しつ
つ、前記両端部を上方から押さえ込んで拘束して突き合
わせ、成形する拘束成形工程と、(4) 拘束成形工程の
後、除荷せずに前記両端部の突き合わせ部１ｄを溶接す
る溶接工程と、を有する製造方法としている。第１発明
によれば、１枚の鋼板の両端部近傍及び中央部を所定の
曲率（設計値に基づいて予め設定される）で曲げ加工
し、この後長手方向に対して左右から加圧しながら上方
から押さえ込んで両端部を突き合わせ、この突き合わせ
による内力を利用して拘束成形しながら、除荷せずに突
き合わせ部を溶接する。このとき、突き合わせによる内
力を利用して拘束成形しているので、材料の硬さのバラ
ツキがあつても断面形状を所定の設計値通りに精度良く
安定して成形し、溶接することができ、よって簡便に高
精度な三角形チューブを製造することができる。また、
テーパ断面を有している場合でも、このチューブを平面
に展開した形状に予め鋼板を切断し、この鋼板を所定位
置で曲げ加工してテーパ断面を有するチューブを成形で
きるので、テーパ断面への対応が容易である。さらに、
三角形チューブの突き合わせ溶接線を１本にしたので、
溶接時間の短縮化、及び溶接材料使用量の減少により製
造コストを低減でき、しかも溶接線が１本なので外観品
質も向上させることができる。したがって、クレーン
車、ホイールローダ、油圧ショベル等の建設車両、産業
車両、道路機械、及び農業機械等に広範囲に用いること
ができる三角形チューブの製造方法として実用的であ
る。

【０００８】また、本発明に係る三角形チューブの製造
方法の第２発明は、鋼板を断面略三角形状のチューブに
成形して三角形チューブを製造する三角形チューブの製
造方法において、(1) 予め所定形状に切断した鋼板１の
両端部近傍を所定の曲率で曲げる第１曲げ工程と、(2)
第１曲げ工程で曲げた鋼板１の中央部を所定の曲率で押
し曲げる第２曲げ工程と、(3) 第２曲げ工程で成形した
鋼板１が成形金型の下型１０に倣うように鋼板１の前記
中央部を下型１０に押さえ込むと共に、外側に拡がろう
とする鋼板１の前記両端部近傍の曲部を成形金型の上型
１５で拘束して突き合わせ、成形する拘束成形工程と、
(4) 拘束成形工程の後、除荷せずに前記両端部の突き合
わせ部１ｄを溶接する溶接工程と、を有する製造方法と
している。第２発明によれば、第１発明と同様の作用効
果を有するとともに、下型により成形断面を拘束し、ま
た上型により鋼板の両端部を上方から押さえ込んで両端
部を突き合わせて拘束することにより、さらに断面形状
が一様で高精度の三角形チューブの成形が可能となる。

【０００９】第３発明は、第１発明又は第２発明の三角
形チューブの製造方法において、前記第１曲げ工程及び
／又は第２曲げ工程は、鋼板１に設けた位置決め部４
２，４４に成形用のパンチＰ1 ，Ｐ2 の位置決め手段Ｑ
１，Ｑ２を係合して、鋼板１の前記両端部近傍及び／又
は中央部を押し曲げる工程であることを特徴とする製造
方法としている。第３発明によれば、第１発明又は第２
発明と同様の作用効果を有するとともに、第１曲げ工程
又は第２曲げ工程の少なくともいずれか一方において、
鋼板１に設けた位置決め部に成形用パンチの位置決め手
段を係合して押し曲げるので、鋼板の曲部の中心位置が
ずれることがない。したがって、拘束成形時に両端部の
突き合わせの位置ずれ（段差、目違い及び溶接部隙間
等）を非常に小さくでき、さらに高精度の三角形チュー
ブの曲げ加工が可能となる。

【００１０】第４発明は、第１発明、第２発明又は第３
発明の三角形チューブの製造方法において、三角形チュ
ーブは、断面が略三角形状で、かつ二辺の会合部が円弧
状に成形されることを特徴とする製造方法としている。
第４発明によれば、三角形チューブの二辺の会合部が円
弧状に成形されるので、さらに断面形状が一様で高精度
となり、かつ会合部に応力集中がなく、しかも外観品質
の良い三角形チューブを製造できる。

【００１１】第５発明に係る三角形チューブの製造に用
いる成形金型は、鋼板を断面略三角形状のチューブに成
形する成形金型において、成形断面と略同一形状の切り
欠き部１０ｃを有する複数のプレート１０ａを所定間隔
で並列に配設した下型１０と、鋼板１の前記両端部を突
き合わせるように上方から押さえ込む平坦なプレート１
５ｂ、及び、プレート１５ｂの下部に所定間隔で並列
に、かつ前記プレート１０ａと交互に配設されると共
に、それぞれが鋼板１の前記両端部近傍の曲部を長手方
向に対して左右から押さえ込む形状を有する複数のプレ
ート１５ａを備えた上型１５と、を設けた構成としてい
る。上記構成の成形金型を用いることにより、材料の硬
さや板厚のバラツキがあつても、同一成形条件で断面形
状を設計値通りに精度良く安定して成形することがで
き、よって断面形状が一様で高精度の三角形チューブを
製造できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る三角形チュ
ーブの製造方法及びその製造に用いる成形金型につい
て、図１乃至図１３に基づいて説明する。先ず、三角形
チューブの製造方法の第１曲げ工程を、図１及び図２に
より説明する。鋼板１は、図１に示すように、予め１枚
の鋼板を三角形チューブを平面に展開した形状にレーダ
切断機等により高精度に切断加工されており、その鋼板
１には曲げ成形すべき曲部１ａ，１Ａが予め設定してあ
る。そして、図２に示すように、鋼板１を所定の曲げ用
下型Ｅ1 に載せ、図示しないプレスブレーキのパンチＰ
1 を加圧下降させ、鋼板１の前記設定された曲部１ａに
対応する箇所を押し曲げ、第１曲げ工程を完了する。次
いで、図３に示す第２曲げ工程では、この曲げられた鋼
板１を所定の曲げ用下型Ｅ2 に載せ、鋼板１の中央の曲
部１ＡをプレスブレーキのパンチＰ2 を加圧下降させて
所定の曲率で押し曲げることにより、この鋼板１は図示
の２点鎖線の状態を経て実線の状態に曲げられる。

【００１３】つぎに、図４に示す拘束成形工程では、ま
ず図４（ａ）に示すように、第１及び第２曲げ工程で曲
げられた鋼板１を、中央部を下方に向けて成形金型の下
型Ｂに入るように載置する。次いで、鋼板１は図示しな
い成形加圧機により成形金型の上型Ａを介して所定の加
圧力Ｆで加圧され、上型Ａにより上方から押さえ込まれ
る。これにより、図４（ｂ）に示すように、鋼板１は成
形金型の上型Ａと下型Ｂとで拘束される。このとき鋼板
１の両端部の突き合わせ部１ｄには、突き合わせによる
内力が発生し、この状態で拘束成形が完了する。そし
て、図５に示す溶接工程では、鋼板１を拘束成形した状
態で除荷せずに、その両端部の突き合わせ部１ｄを、上
型Ａの上部に搭載した溶接トーチ走行装置５に配設した
溶接トーチ５Ａにより溶接するようになっている。以上
の図１乃至図５に示した第１曲げ工程、第２曲げ工程、
拘束成形工程及び溶接工程の各工程により、鋼板１は三
角形チューブに製作される。

【００１４】次に、第１及び第２曲げ工程で曲げ中心が
前記設定された曲部１ａ，１Ａよりずれないようにする
ための位置決め手段について、図６（ａ），図６（ｂ）
に基づいて説明する。図６（ａ）に示すように、鋼板１
の長手方向（チューブの長手方向）の両端部には、第１
及び第２曲げ工程で曲げ中心となる前記曲部１ａ，１Ａ
にそれぞれ対応する位置に所定のプレート４１，４３が
設けられており、このプレート４１，４３に、曲げ中心
が前記設定された曲部１ａ，１Ａよりずれないようにす
るために、それぞれ位置決め孔４２，４４が設けられて
いる。また、図６（ｂ）に示すように、第１曲げ工程及
び第２曲げ工程でそれぞれ使用されるパンチＰ1 ，Ｐ2
の長手方向両端部には、前記位置決め孔４２，４４に対
応する位置に、これらの位置決め孔４２，４４に係合す
る位置決め手段として位置決めピンＱ1 ，Ｑ2 が設けら
れている。そして、第１曲げ工程及び第２曲げ工程にお
いては、パンチＰ1 ，Ｐ2 の位置決め手段（ここでは位
置決めピンＱ1 ，Ｑ2 ）をそれぞれ鋼板１の位置決め孔
４２，４４に係合（ここでは挿入）した状態で曲げ成形
が行われ、曲げ中心の位置がずれないようにしている。

【００１５】次に、図７及び図８に基づいて、前記第１
曲げ工程及び第２曲げ工程における成形条件の決め方に
ついて説明する。なお、第１曲げ工程及び第２曲げ工程
は拘束成形工程のための予備成形工程と位置づけされる
ので、以後、両工程を合わせて予備成形工程と呼ぶ。図
７（ａ），図７（ｂ）に示すように、例えばＳＳ材（軟
鋼）とＨＴ材（高張力鋼）とのように強度の異なる鋼板
を同じ曲げ条件で曲げた場合、通常、材料の強度差によ
ってスプリングバック量が異なる。したがって、金型か
ら鋼板１を取り出すと、図７（ｂ）に示すように、ＳＳ
材の場合の曲げ形状１Ｐと、ＨＴ材の場合の曲げ形状１
Ｑとの間にバラツキが生じる。

【００１６】そこで、本出願人は、鋼板１の強度差に左
右されずに、最終の拘束成形工程での拘束成形後にチュ
−ブ形状が所定の設計値通りの曲率半径と曲げ角度とな
るようにするために、前記予備成形工程の時に使用する
パンチＰ1 ，Ｐ2 の半径Ｒと曲げ加工時の追い込み量と
を最適に規定する方法を実験的に求めている。なお、以
後、このパンチＰ1 ，Ｐ2 の半径Ｒと追い込み量とを予
備成形条件と呼ぶ。すなわち、本出願人は、金型内で
も、あるいは金型から外しても、図７（ｃ）に示すよう
な鋼板１の塑性変形領域（図示の斜線部）の長さである
曲げ長さＭは一定であるという現象に着目した。ここ
で、曲げ成形時の曲げ角度をθ1 、パンチ先端部の半径
をＲ1 とし、また金型から外した時の塑性変形領域の曲
げ角度をθ2 、曲率半径をＲ2 とすると、鋼板１の曲げ
長さＭは、数式「Ｍ＝Ｒ1 ×θ1＝Ｒ2 ×θ2 」で表さ
れ、よって一定となっている。

【００１７】図８に、各種の鋼板材を用いて、上述した
曲げ長さＭの一定則を確認した実験データを示す。同図
は、パンチ先端部の半径Ｒが８６〜１２０mmの範囲にあ
る各種パンチを使用し、曲げ成形時の曲げ角度（すなわ
ちねらい角度）θを４０〜１１０°の範囲の各種角度に
設定したときの、パンチ押し込み時の曲げ長さＭａと、
除荷時の曲げ長さＭｂとの相関を示している。すなわ
ち、各パンチ先端部の半径Ｒと各曲げ角度θとの組み合
わせ毎に、押し込み時の曲げ長さ「Ｍａ＝Ｒ×θ」を横
軸に表し、また、除荷時の曲部の半径Ｒｂ及び曲げ角度
θｂを測定して演算した曲げ長さ「Ｍｂ＝Ｒｂ×θｂ」
を縦軸に表し、これらの各組み合わせ毎に対応する相関
点をプロットしている。この相関図で分かるように、各
鋼板材の強度差による曲げ長さＭのバラツキは押し込み
時と除荷後とで殆どなく、したがって曲げ長さＭの一定
則を確認できる。

【００１８】つぎに、上述した曲げ長さ一定則に基づく
予備成形工程での予備成形条件の決め方について、図９
にしたがって説明する。本発明にかかる三角形チューブ
の製造方法においては、各工程毎に制約条件を設定し、
この制約条件の基で予備成形条件を決定するようにして
いる。まず、最終の拘束成形工程では、図９（ｄ）に示
すような、各曲部の半径Ｒ11，Ｒ21及び曲げ角度θ11，
θ21は設計値通りとする（制約条件１）。つぎに、鋼板
１の両端部近傍の曲部が、拘束成形時に弾性変形を行っ
て金型に倣うようにするために、図９（ｃ）に示すよう
な予備成形工程後の除荷した状態では、前記曲部の半径
Ｒ22はこの曲部が弾性を有するような曲率半径になるよ
うにしている。したがって、この条件を受けて、図９
（ａ）に示す予備成形工程の第１曲げ工程では、両端部
近傍の曲部を加工するパンチＰ1 の先端部の半径Ｒ23及
び曲げ角度θ23を、前記設計値通りの半径Ｒ21及び曲げ
角度θ21で曲げたときの曲げ長さ、つまり（Ｒ21×θ2
1）と等しい曲げ長さとなるように設定する。このと
き、前記半径Ｒ23を鋼板１の弾性範囲内にとどめるよう
にする（制約条件２）。また、図９（ｂ）に示すよう
に、予備成形工程の第２曲げ工程での曲げ加工では、パ
ンチＰ2 で曲げ成形しているときに、パンチＰ2 と鋼板
１の両端部とが干渉しないようにパンチＰ2 の先端部の
半径Ｒ13及び曲げ角度θ13を決定する（制約条件３）。
すなわち、所定幅Ｈを有するパンチＰ2 により半径Ｒ13
及び曲げ角度θ13での曲げ加工が完了した時に、鋼板１
の両端部間の距離が前記所定幅Ｈよりも大きくなるよう
に、半径Ｒ13及び曲げ角度θ13を決定する。ここで、半
径Ｒ13及び曲げ角度θ13での曲げ長さ（Ｒ13×θ13）が
設計値通りの半径Ｒ11及び曲げ角度θ11で曲げたときの
曲げ長さ（Ｒ11×θ11）と等しくなるように決定され
る。

【００１９】このようにして、制約条件１〜３の基で、
最終の拘束成形工程から予備成形工程まで順に、曲げ長
さ一定則を利用すると、予備成形条件、すなわちパンチ
Ｐ1，Ｐ2 の半径Ｒと追い込み量を決定することができ
る。このとき、追い込み量は、数式「Ｒ13×θ13＝Ｒ11
×θ11」を満足するように決定される。

【００２０】図１０は、本発明に係る三角形チューブの
製造に用いる成形金型の一例を示すものである。図１０
（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、成形金型２０は下
型１０と上型１５とを備えている。下型１０は、それぞ
れが成形断面と同一形状の切り欠き部１０ｃを有すると
共に、鋼板１の長手方向に対して垂直に、かつ所定間隔
で並列に配設された複数のプレート１０ａと、鋼板１の
長手方向の端部をガイドし、押し込み成形時に鋼板１の
中央部が前記切り欠き部１０ｃの中央部に来るようにす
るプレート１０ｂとから構成されている。また、上型１
５は、同図に示すように、三角形チューブの突き合わせ
部（つまり、鋼板１の両端部）を上にした状態で、突き
合わせ部の拡がりを縮めるように、両端部近傍の曲部を
上方から押さえ込む構造となっている。すなわち、上型
１５は、長手方向に対して両側に設けられた（図示で左
右１対の）平坦なプレート１５ｂ，１５ｂと、各プレー
ト１５ｂの下部に鋼板１の長手方向に対して垂直に、か
つ所定間隔で並列に配設され、鋼板１の両端部近傍の曲
部を押さえ込む形状を有する複数のプレート１５ａ，１
５ａ（鋼板１のガイドとなる）とから構成されている。

【００２１】拘束成形工程においては、下型１０に三角
形チューブの中央部を下方に向けて載せる。つぎに、上
型１５のプレート１５ａで三角形チューブの両端部近傍
の曲部をガイドしながら内側に押さえ込むとともに、プ
レート１５ｂで両端部の突き合わせ部を上方から押圧
し、下型１０の型（つまり、切り欠き部１０ｃ）内に押
し込む。このとき、プレート１０ｂは三角チューブの長
手方向端面をガイドして中央部が下型１０の中央に入る
ようにする。これにより、鋼板１は下型１０内で拘束成
形され、両端部の突き合わせ力によって下型１０に倣っ
て成形される。したがって、材料の硬さのバラツキがあ
つても断面形状の精度不良を起こすことがなく、断面形
状が常に一様で高精度の三角形チューブを成形すること
ができる。

【００２２】本出願人は、上記のような成形金型を採用
することによって、三角形チューブの断面形状を設計値
通りに精度良く成形することができることを実測により
確認している。すなわち、上記の予備成形及び拘束成形
の結果、図１１に示すような鋼板１の突き合わせ部１ｄ
の段差Ｓ1 、目違いＳ2 、及び突き合わせ溶接部の隙間
Ｓ3 がそれぞれ許容される微小誤差内に入ることを計測
し、確認している。例えば、テストモデルとして、全長
（長手方向）が５００mmで、底辺部（拘束成形時には上
方にある）の長さが約４００mm、三角形の高さが約５０
０mm程度の三角形チューブを、材質ＳＳ４００及びＳＨ
Ｔ４９０の鋼板で成形した場合には、両者共に、段差Ｓ
1 が「Ｓ1 ≦０．５mm」を、目違いＳ2 が「Ｓ2 ≦０．
５mm」を、及び突き合わせ溶接部の隙間Ｓ3 が「Ｓ3 ＝
０mm」を満足するものであった。また、形状差（各曲部
を結ぶ直線部の膨らみ度合い）も１mm以下であり、非常
に精度の良い成形形状が得られている。

【００２３】そして、上記のように拘束成形された状態
で種々の溶接テストを行い、溶接後の外観及び溶け込み
量共に良好な品質が得られる溶接工程での条件を導いて
いる。図１２（ａ），図１２（ｂ），及び図１２（ｃ）
は、この三角形チューブの突き合わせ溶接のテスト結果
の一例を示すものである。図１２（ａ）は、プラズマ裏
波溶接の場合を示すものであり、鋼板１の突き合わせ部
をＹ開先とし、板厚が６mmで、開先部板厚が３mmのと
き、電流２５０Ａ、溶接速度３０cm／min で溶接し、溶
接品質の良好な結果が得られた。図１２（ｂ）は、ＴＩ
Ｇ裏波溶接の場合を示すものであり、鋼板１の突き合わ
せ部をＹ開先とし、板厚が６mmで、開先部板厚が２mmの
とき、電流２００Ａ、溶接速度２５cm／min で溶接し、
溶接品質の良好な結果が得られた。図１２（ｃ）は、Ｍ
ＡＧバッキングつき溶接の場合を示すものであり、鋼板
１の突き合わせ部をＹ開先とし、板厚が６mmで、開先部
板厚が２mmのとき、電流２２０Ａ、電圧２０Ｖ、溶接速
度４０cm／min で溶接し、溶接品質の良好な結果が得ら
れた。なお、２５はバッキングプレートである。これら
溶接法は、三角形チューブを製造する場合の設備費用、
及び適用する車両機種に適合する板厚、その使用分野等
を考慮して適宜設定される。

【００２４】図１３（ａ）は、三角形チューブ３０の斜
視図を示している。鋼板１の突き合わせ溶接線１ｅを１
本のみとしたので、溶接作業に要する時間の短縮化、及
び溶接材料の使用量減少による製造コストの低減を図る
ことができ、しかも溶接線が１本で外観品質も向上す
る。また、略三角断面形状であるので、従来の矩形断面
形状のチューブに比べて断面横方向からの外力に対する
剛性が非常に高くなると共に、同じ剛性を確保する場合
でも使用する鋼板の板厚や量（つまり断面における外周
長）を小さくすることができ、この意味での重量及びコ
ストの低減も可能となる。さらに、図１３（ｂ）に示す
ように、三角断面形状の各曲部が大きな曲率半径を有し
ているので、鋼板の曲部への応力集中が無くなり、三角
形チューブとして充分な耐久性を有することができる。

【００２５】なお、上記の実施形態において説明した技
術を用いて、チューブの断面形状が長手方向の位置によ
って徐々に変化するテーパ断面を有する三角形チュー
ブ、あるいは、変化が無く一定である三角柱状の三角形
チューブのいずれにも適用できることは言うまでもな
い。

【００２６】以上説明したように、本発明に係る三角形
チューブの製造方法は、先ず、１枚の板材の両端部近傍
を曲げ、次いで、その板材の中央部の曲げ成形を行う。
この後、図４（ａ）に示すように、三角形チューブの最
終形状と略同一形状の成形金型の下型に上記の予備成形
した板材をセットして、図４（ｂ）に示すように、下面
が平坦な上型Ａにより、この予備成形した板材を下型Ｂ
に所定の位置まで押し込んで拘束成形し、その状態で突
き合わせ溶接を行う。この結果、板材の硬さのバラツキ
があっても、精度の高い断面形状の三角形チューブを常
時安定して製作することができるものである。

【００２７】上記の拘束成形において、上型が所定の位
置に下降する前に、板材の両端部の突き合わせ部を接触
させることにより、その後の上型の下降工程で、板材に
上型からの押しつけ力と、板材の突き合わせ部からの突
き合わせ力とを同時に発生させることができる。この結
果、材料の硬さのバラツキがあつても断面形状の精度不
良を起こすことがなく、簡便に三角断面形状の精度の高
い成形が安定して可能となり、高精度の三角形チューブ
を製造することができる。

【００２８】上記の予備成形において、図９に示すよう
に、板材の曲げ長さ一定則があることに着眼し、最終拘
束成形時の各曲部の曲率半径及び曲げ角度を設定値通り
の値にし、かつ、曲げを板材の弾性領域の範囲内で行
い、さらに、中央部曲げ時にパンチと板材の両端部との
干渉を防止する、という条件を考慮することにより、最
適予備成形条件を設定している。この条件により、拘束
成形後の形状を一様に略設計値通りとすることができ
る。

【００２９】また、予備成形時に、板材の曲部１ａ，１
Ａの中心位置を正確にするために、図６（ａ），図６
（ｂ）に示すように、板材の長手方向の両端部の、前記
曲部１ａ，１Ａに対応する位置に位置決め部（例えば位
置決め孔４２，４４、あるいは位置決め用の凹部））を
設けると共に、パンチの両端部の前記位置決め部に対応
する位置に位置決め部に係合する位置決め手段（位置決
めピンＱ1 ，Ｑ2 等）を設けている。そして、これらの
位置決め部と位置決め手段とを係合させながら、パンチ
で予備成形を行うことにより、曲部の中心位置がずれる
ことがなくなり、したがって精度の高い予備成形ができ
る。

【００３０】また、三角形チューブの突き合わせ溶接線
を１本のみとしたので、溶接作業に要する時間の短縮化
と溶接材料の使用量減少とによる製造コストの低減、及
び外観品質の向上を図ることができる。

【００３１】さらに、本発明に係る三角形チューブの製
造に用いる成形金型は、それぞれが成形断面と同一形状
の切り欠き部を有する複数のプレートをチューブの長手
方向に対して垂直に、かつ所定間隔で並列に（つまり、
櫛状に）配設した下型と、三角形チューブの突き合わせ
部を上にした状態で、突き合わせ部の拡がりを縮めるよ
うに上方から押さえ込む左右１対の平坦なプレート１５
ｂ，１５ｂ、及び、プレート１５ｂ，１５ｂの下部にチ
ューブの長手方向に対して垂直に、かつ所定間隔で並列
に配設した、板材の両端部近傍の曲部を左右方向から押
さえ込む形状を有する複数のプレート１５ａ，１５ａを
備えた上型とからなっている。この成形金型を用いるこ
とにより、材料の硬さのバラツキがあつても断面形状の
精度不良を起こすことがなく、断面形状が常に一様で高
精度の三角形チューブを成形することができる。

【００３２】以上説明した本発明の製造方法、及び成形
金型を用いて製造される三角形チューブは、クレーン
車、ホイールローダ、油圧ショベル等の建設車両、産業
車両、道路機械、及び農業機械等の全ての作業を行う車
両に広範囲に用いることができる三角形チューブとして
有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る三角形チューブの曲げ成形前の鋼
板の説明図である。

【図２】本発明に係る三角形チューブの製造方法の第１
曲げ工程の説明図である。

【図３】本発明に係る三角形チューブの製造方法の第２
曲げ工程の説明図である。

【図４】本発明に係る三角形チューブの製造方法の拘束
成形工程の説明図である。

【図５】本発明に係る三角形チューブの製造方法の溶接
工程の説明図である。

【図６】同、（ａ）は鋼板の端部に設けた位置決め部の
説明図、（ｂ）は鋼板の位置決め部とパンチの位置決め
手段との係合の説明図である。

【図７】同、鋼板の曲げ長さＭと、半径Ｒと、角度θと
の関係を説明する図である。

【図８】同、各種の鋼板及びパンチで曲げた場合の押込
み時と除荷時の鋼板の曲げ長さ一定則を表す相関図であ
る。

【図９】同、各工程での成形条件を決める制約条件の説
明図である。

【図１０】本発明に係る三角形チューブの成形金型例を
説明する図であり、（ａ）は上型と下型の説明図、
（ｂ）は下型の説明図である。

【図１１】本発明に係る三角形チューブの成形金型によ
る形状精度の説明図である。

【図１２】本発明に係る三角形チューブの各種の溶接テ
スト結果の一例を説明する図であり、（ａ）はプラズマ
裏波溶接の場合を、（ｂ）はＴＩＧ溶接の場合を、
（ｃ）はＭＡＧバッキングつき溶接を示している。

【図１３】本発明に係る三角形チューブの説明図であ
り、（ａ）はその斜視図を、（ｂ）はその断面形状を示
す。

【図１４】従来技術に係わる矩形断面の箱型構造のチュ
ーブの説明図である。

【図１５】従来技術に係わる円筒チューブの成形方法の
説明図である。

【図１６】従来技術に係わるロール成形法を説明する図
である。

【図１７】従来技術に係わる２枚、あるいは３枚板で成
形される三角形チューブを説明する図である。

【符号の説明】

１鋼板１ａ，１Ａ曲部１ｄ突き合わせ部１ｅ溶接線１ＰＳＳ材の曲げ形状１ＱＨＴ材の曲げ形状５溶接トーチ走行装置５Ａ溶接トーチ１０，Ｂ下型１５，Ａ上型１０ａプレート１０ｂ，１５ａプレート（案内ガイド）１５ｂプレート２０成形金型３０三角形チューブ４２，４４位置決め部（位置決め孔）Ｅ1 ，Ｅ2 曲げ用下型Ｍ曲げ長さＰ1 ，Ｐ2 パンチＱ1 ，Ｑ1 位置決め手段（位置決めピン）Ｒ半径 θ 曲げ角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田和宏大阪府枚方市上野３−１−１株式会社小松製作所生産技術開発センター内Ｆターム(参考） 4E028 CB06 CB08 EA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板を断面略三角形状のチューブに成形
して三角形チューブを製造する三角形チューブの製造方
法において、(1) 予め所定形状に切断した鋼板(1) の両
端部近傍を所定の曲率で曲げる第１曲げ工程と、(2) 第
１曲げ工程で曲げた鋼板(1) の中央部を所定の曲率で押
し曲げる第２曲げ工程と、(3) 第２曲げ工程で成形した
鋼板(1) の前記中央部を長手方向に対して左右から加圧
しつつ、前記両端部を上方から押さえ込んで拘束して突
き合わせ、成形する拘束成形工程と、(4) 拘束成形工程
の後、除荷せずに前記両端部の突き合わせ部(1d)を溶接
する溶接工程とを有することを特徴とする三角形チュー
ブの製造方法。
【請求項２】鋼板を断面略三角形状のチューブに成形
して三角形チューブを製造する三角形チューブの製造方
法において、(1) 予め所定形状に切断した鋼板(1) の両
端部近傍を所定の曲率で曲げる第１曲げ工程と、(2) 第
１曲げ工程で曲げた鋼板(1) の中央部を所定の曲率で押
し曲げる第２曲げ工程と、(3) 第２曲げ工程で成形した
鋼板(1) が成形金型の下型(10)に倣うように鋼板(1) の
前記中央部を下型(10)に押さえ込むと共に、外側に拡が
ろうとする鋼板(1)の前記両端部近傍の曲部を成形金型
の上型(15)で拘束して突き合わせ、成形する拘束成形工
程と、(4) 拘束成形工程の後、除荷せずに前記両端部の
突き合わせ部(1d)を溶接する溶接工程とを有することを
特徴とする三角形チューブの製造方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の三角形チューブの
製造方法において、前記第１曲げ工程及び／又は第２曲
げ工程は、鋼板(1) に設けた位置決め部(42,44) に成形
用のパンチ(P1,P2) の位置決め手段(Q1,Q2) を係合し
て、鋼板(1) の前記両端部近傍及び／又は中央部を押し
曲げる工程であることを特徴とする三角形チューブの製
造方法。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の三角形チュー
ブの製造方法において、三角形チューブは、断面が略三角形状で、かつ二辺の会
合部が円弧状に成形されることを特徴とする三角形チュ
ーブの製造方法。
【請求項５】鋼板を断面略三角形状のチューブに成形
する成形金型において、成形断面と略同一形状の切り欠き部(10c) を有する複数
のプレート(10a) を所定間隔で並列に配設した下型(10)
と、鋼板(1) の前記両端部を突き合わせるように上方から押
さえ込む平坦なプレート(15b) 、及び、プレート(15b)
の下部に所定間隔で並列に、かつ前記プレート(10a) と
交互に配設されると共に、それぞれが鋼板(1) の前記両
端部近傍の曲部を長手方向に対して左右から押さえ込む
形状を有する複数のプレート(15a) を備えた上型(15)と
を設けたことを特徴とする成形金型。