JP2003181543A

JP2003181543A - 材料の曲げ加工装置

Info

Publication number: JP2003181543A
Application number: JP2001387568A
Authority: JP
Inventors: Shuji Sakaki; 修次坂木; Shozo Nakazato; 昭三中里; Kenji Yoneyama; 堅持米山
Original assignee: NIPPON JIDO KIKI KOGYO KK; YONEYAMA SEISAKUSHO KK
Current assignee: NIPPON JIDO KIKI KOGYO KK; YONEYAMA SEISAKUSHO KK
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】中空の形材を曲げ加工すると、曲げ応力によ
り断面に偏平変形および皺変形が発生し、断面形状が変
形する問題がある。【解決手段】中空材料のワークＷを保持部材２２によ
り保持し、円筒面の一部分に相当する成型曲面１４を前
記保持部材２２とともに円弧軌跡にて移動させる。この
とき芯材Ｉを用いることにより偏平変形を抑制すること
が可能になる。さらに加圧シュー３２でワークＷの表面
に加圧力を与え、動摩擦抵抗力を作用させる。よってワ
ークＷは軸方向への引っ張り抵抗力を受けながら曲げモ
ーメントが与えられることになり、曲げ応力のうちの圧
縮応力成分が引っ張り応力により緩和される。よって、
断面に皺変形が生じにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金な
どの軽量金属材料や鋼材料などで形成された軸芯部に空
間を有する材料を、不整変形を生じさせることなく大き
な曲率半径で曲げ加工することができる材料の曲げ加工
方法および曲げ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金などの軽量金属材料に
より押出し成形されたまたは鋼材料で形成されたいわゆ
る「形材」としては、断面が矩形状で且つ軸芯部に空間
を有する「ロ形材」や「コ形材」または「中空丸棒材」
などがある。これらの「形材」は、自動車その他の車両
部品、または航空機部品として、または建築資材などと
して使用される。

【０００３】そして、この「形材」を用いて各種構造物
を組み上げるためには、「形材」を曲げ加工する必要が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、「ロ形材」や
「コ形材」または「中空丸棒材」のように軸芯部に空間
が形成されている「形材」を曲げ変形させる場合には、
断面形状が変形する偏平変形、すなわちロ形材のやコ形
材の場合には落ち込み変形や膨らみ変形、中空丸棒材の
場合にはつぶれ変形が発生する問題がある。または、曲
げの内側の面で材料に皺が形成される問題がある。

【０００５】図４に示すワークＷは、アルミニウム合金
材料や鋼材料で形成された「ロ形材」であるが、このワ
ークＷに対して曲げモーメントＭを与えて曲げ加工しよ
うとすると、曲げ加工の半径方向では、断面において材
料の中心方向への落ち込みτ１，τ２が発生して凹状に
変形し、これと直交する方向へは膨らみτ３，τ４が発
生する。その結果、ワークＷは断面形状において一方向
に対向する側面では互いに凹形状に、これと直交する側
面では互いに突形状に変形する。

【０００６】このような偏平変形が生じると、各種構造
物に使用することが難しくなる。さらに肉厚が薄い「形
材」の場合には、偏平変形のみでなく、細かな座屈変形
が生じて、材料の表面に規則的なまたは不規則な皺が生
じやすくなる。

【０００７】図４に示すようなワークＷを曲げ加工する
方法および装置に関する発明として、例えば特開平１１
−２６７７６５号公報に開示されているものがある。

【０００８】しかし、前記公報に記載の発明では、材料
を曲げるためにドラムを用いている。そのため、材料に
曲率半径の小さい曲げを与えることが可能であるが、大
きな曲率半径の曲げを与えようとすると前記ドラムを大
径のものにしなくてはならず、装置が大型化し、また曲
げの曲率半径を変更する際に前記大きなドラムを交換し
なくてはならない、という問題が生じる。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、前記形材のような、軸芯部に空間が形成された長
尺なワークを偏平変形や皺変形などの不良現象を生じさ
せることなく比較的大きな曲率半径で曲げ加工すること
ができ、またそのための装置構造を極端に大きくする必
要のない材料の曲げ加工方法および曲げ加工装置を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の曲げ加工装置
は、軸芯部に空間が設けられている長尺の材料を曲げ加
工する装置において、外周面が円筒面の一部となる成型
曲面と、前記成型曲面の外周面に対向する対向部材と、
前記成型曲面と前記対向部材との間に延びる前記材料の
先部を保持する保持部材と、前記成型曲面および前記保
持部材を前記円筒面の曲率中心回りに回転させる駆動手
段と、前記保持部材で引っ張られながら前記成型曲面に
沿って曲げられる前記材料に対して前記引っ張り方向と
逆方向への抵抗力を与える抵抗力付与手段と、が設けら
れていることを特徴とするものである。

【００１１】本発明では、材料を引っ張って成型曲面の
外周面に沿って曲げ変形させる際に、引っ張り抵抗力を
与えて、曲げモーメントが与えられている材料に対して
軸方向への引っ張り抵抗力を与える。その結果、材料の
曲げ内径部分に生じる曲げ応力を緩和でき、皺変形など
を抑制できる。また肉厚の薄い材料の場合にも前記軸方
向への引っ張り力により座屈変形力を緩和することがで
きる。

【００１２】また、前記成型曲面を、円筒面の一部と
し、この成型曲面と前記保持部材を円筒面の曲率中心回
りに移動させる構造であるため、材料を比較的大きな曲
率半径で曲げる場合に、大きなドラムを必要とせず、装
置全体の大型化を防止できる。

【００１３】例えば、前記抵抗力付与手段は、材料の表
面に当たる加圧シューと、この加圧シューを材料に対し
て加圧する加圧手段とから構成される。

【００１４】また、前記抵抗力付与手段は、前記加圧シ
ューの加圧力を調整する調整手段と、前記材料の引っ張
り力を直接的にまたは間接的に測定する測定手段を有し
ており、前記測定手段の測定に応じて前記加圧シューか
ら与えられる抵抗力がほぼ一定となるように前記加圧シ
ューの加圧力が調整されるものが好ましい。

【００１５】前記のように材料に作用する引っ張り力が
ほぼ一定になるように前記加圧シューの加圧力が制御さ
れると、材料が常に一定の抵抗力を受けながら曲げられ
るようになる。

【００１６】さらに、前記材料の空間内に挿入される可
撓性の芯材が設けられていることが好ましい。この可撓
性の芯材は、複数枚の可撓性材料が曲げ半径方向へ向け
て積層されているものがさらに好ましい。

【００１７】前記芯材を使用すると、図４に示すような
落ち込みや膨らみの歪みτ１，τ２，τ３，τ４を緩和
できる。その結果、断面での変形を生じさせることな
く、長尺の材料を曲げ加工することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の材料の曲げ加工装
置のひとつの実施の形態の概略構造を示す平面図、図２
は図１に示す曲げ加工装置での材料の曲げ加工の動作を
示す平面図、図３は同じく材料の曲げ加工の動作を示す
斜視図、図５は抵抗力付与手段を示す図１でのＶ−Ｖ線
で切断した断面図、図６は抵抗力付与手段の全体の構造
を示す側面図である。

【００１９】図１に示す曲げ加工装置では、図示しない
架台上に、曲げ加工手段Ａと抵抗力付与手段Ｂおよび駆
動手段Ｄとが搭載されている。

【００２０】曲げ加工手段Ａでは、架台の上に内側支持
ローラ２，３，４，５および、外側支持ローラ６，７，
８，９，１０が回転自在に設けられている。前記内側支
持ローラ２，３，４，５は、前記曲率中心Ｏを中心とし
て所定半径の円弧軌跡に沿って配置されており、前記外
側支持ローラ６，７，８，９，１０も、前記曲率中心Ｏ
を中心とした所定半径の円弧軌跡に沿って配置されてい
る。

【００２１】前記架台の上には、リング部材の一部に相
当する移動部材１１が設けられている。この移動部材１
１は、前記曲率中心Ｏからの半径がＲｉの内周面１２を
有しており、この内周面１２が前記内側支持ローラ２，
３，４，５に案内される。また前記移動部材１１は、前
記曲率中心Ｏからの半径がＲｏの外周面１３を有してお
り、この外周面１３が前記外側支持ローラ６，７，８，
９，１０に案内されている。この案内により、前記移動
部材１１は、前記曲率中心Ｏを中心とする円弧軌跡上を
移動自在となっている。

【００２２】前記駆動手段Ｄでは、駆動モータ１７の動
力が減速されて駆動回転体１５に伝達される。この駆動
回転体１５に駆動ワイヤ１６が巻きつけられている。駆
動ワイヤ１６は先方に位置する外側支持ローラ６に巻か
れて、ワイヤの端末１６ａが前記移動部材１１の前端に
連結されている。また駆動ワイヤ１６は後方に位置する
外側支持ローラ１０に巻かれて、ワイヤの端末１６ｂが
前記移動部材１１の後端に連結されている。

【００２３】この駆動手段Ｄでは、前記駆動モータ１７
によって駆動回転体１５が反時計回りに駆動されると、
前記駆動ワイヤ１６の引っ張り力によって前記移動部材
１１が前記曲率中心Ｏを中心として円弧軌跡に沿って反
時計方向へ移動させられる。逆に、前記駆動回転体１５
が時計回りに駆動されると、前記移動部材１１は前記円
弧軌跡に沿って時計回りに回転させられる。

【００２４】なお、前記駆動手段Ｄは前記のように駆動
回転体１５と駆動ワイヤ１６を有するものに限られず、
例えば移動部材１１の外周面あるいは内周面に歯が形成
されて前記移動部材１１の外周面あるいは内周面が部分
歯車となっており、前記駆動回転体１５が前記部分歯車
と噛み合うピニオン歯車であってもよい。また、前記駆
動ワイヤ１６を用いる場合に、駆動ワイヤ１６の張り経
路はどのようなものであってもよい。

【００２５】図５には前記移動部材１１の断面形状が示
されている。前記移動部材１１の外周側の上面には、移
動部材１１の底面１１Ｂと平行な支持面１１Ａが形成さ
れており、この支持面１１Ａの内周側には、成型曲面１
４が垂直に立ち上がっており、この成型曲面１４は、前
記内側支持ローラおよび外側支持ローラの軸線方向と平
行となっている。

【００２６】図１に示すように、前記成型曲面１４は、
前記曲率中心Ｏを中心とした所定半径Ｒｗ上に位置する
円筒面であり、且つ成型曲面１４は、前記曲率中心Ｏを
中心とする円筒面の一部部分に相当している。例えば前
記成型曲面１４の前記曲率中心Ｏからの広がり角度θは
１２０度から６０度の範囲内である。または前記広がり
角度が１８０度またはそれ以上であってもよく、また前
記支持部材１１が複数のブロックから成ってそれぞれの
ブロックを連結できるものであり、このブロックの連結
または分離により前記θを自由に設定できるようにして
もよい。

【００２７】前記移動部材１１の先部には、保持台２１
が固定されており、この保持台２１の上に保持部材２２
が設けられている。ワークＷの先部はこの保持部材２２
に保持される。また前記移動部材１１が円弧軌跡に沿っ
て移動すると、前記保持部材２２も移動部材１１と一緒
に前記円弧軌跡に沿って移動する。

【００２８】図１に示すように、前記曲げ加工手段Ａで
は、前記移動部材１１の外周側に対向する対向部材２５
が設けられている。前記曲率中心Ｏと前記駆動回転体１
５の中心を結ぶ中心線をＣ−Ｃで示したときに、前記対
向部材２５は、前記中心Ｃ−Ｃよりも時計方向側に位置
している。図５に示すように、前記対向部材２５は対向
ブロック２６とその表面に設けられたナイロン樹脂など
の低摩擦材料で形成された滑り板２７を有している。図
１に示すように前記滑り板２７の表面は、前記中心線Ｃ
−Ｃと直交する向きに配置されている。

【００２９】また、前記対向部材２５は、前記中心線Ｃ
−Ｃに沿う向きであるＹ方向への位置を調整自在であ
る。この調整により、ワークＷの一方の側面が中心線Ｃ
−Ｃにおいて前記成型曲面１４に接したときに、前記滑
り板２７が前記ワークＷの前記一方の面と逆側の他方に
面に接するように設定される。

【００３０】前記ワークＷは、鋼材料で形成された、あ
るいはアルミニウム合金などの軽量金属材料を押出し成
形した「形材」であり、且つ軸芯部に空間が形成された
「ロ形材」、「コ形材」などである。または中空丸棒材
であってもよい。

【００３１】前記抵抗力付与手段Ｂでは、前記対向部材
２５とほぼ同じ箇所において、前記ワークＷに対して抵
抗が与えられる。

【００３２】図３に示すように、前記抵抗力付与手段Ｂ
には、下側加圧シュー３１と上側加圧シュー３２が設け
られており、両加圧シュー３１と３２とで、ワークＷを
上下から加圧できるようになっている。下側加圧シュー
３１は高さ調整機構により高さ調整が可能となってお
り、高さ調整で設定された位置で前記下側加圧シュー３
１が固定されて使用される。

【００３３】また、前記上側加圧シュー３２は、加圧手
段３５によって、前記ワークＷの上面に加圧される。前
記加圧手段３５では、架台に固定された軸４０を支点と
して回動する加圧アーム３７が設けられており、この加
圧アーム３７の先部に設けられたピボット３８により加
圧部材３６が可動状態に支持されている。そして前記加
圧部材３６の下面に前記上側加圧シュー３２が固定され
ている。

【００３４】また、前記加圧アーム３７の基部には雌ね
じ部材３９ａが設けられており、この雌ねじ部材３９ａ
が、前記加圧アーム３７による加圧力を調整できる調整
手段となるスクリュー軸３９に螺着されている。

【００３５】図６に示すように、前記スクリュー軸３９
には、サーボモータ４１からの動力が減速されて与えら
れる。そして前記サーボモータ４１を動作させるモータ
ドライバ４２は、マイクロコンピュータなどによる制御
部４３により制御される。また、前記ワークＷが前記保
持部材２２により保持された円弧軌跡で引っ張られると
きに前記ワークＷに作用する軸方向の引っ張り力を直接
的に、または間接的に測定する測定手段４４が設けられ
ている。この測定手段４４は、例えば前記ワークＷに直
接に貼付されたストレインゲージ、または前記対向部材
２５に貼付されたストレインゲージなどで構成できる。
また前記ワークＷに作用する引っ張り力により歪みを生
じる場所であるならば、前記ストレインゲージがどこに
設けられていてもよい。

【００３６】前記測定手段４４による測定結果に応じて
前記サーボモータ４１を随時制御して、前記上側加圧シ
ュー３２の加圧力Ｆを調整することにより、前記下側加
圧シュー３１と上側加圧シュー３２が前記ワークＷに与
える軸方向の引っ張り抵抗力を常に一定となるように調
整することができるようになる。

【００３７】図１および図３に示すように、前記ワーク
Ｗの軸芯部に形成された空間内には芯材Ｉが挿入され
る。この芯材Ｉは可撓性の材料、例えば軟質樹脂や発泡
樹脂材料により形成されたものであり、ワークＷの軸芯
部の空間内に隙間なく挿入できる断面寸法を有してい
る。また、図に示すように、この芯材Ｉは可撓性を有す
る複数の板材が曲げの半径方向に向けて複数枚積層され
ているものが好ましい。

【００３８】図１に示すように、架台には、芯材Ｉの基
端部分を保持するチャック５１が設けられている。

【００３９】次に、上記構造の曲げ加工装置を用いた材
料の曲げ加工方法について説明する。

【００４０】図１に示すように、曲げ加工前では、前記
保持部材２２が前記中心線Ｃ−Ｃよりも反時計方向に位
置している。そして、「ロ形材」などのワークＷは、前
記中心線Ｃ−Ｃにおいて前記成型曲面１４に接するよう
に設置され、ワークＷの先端を保持部材２２で保持させ
る。このとき、前記芯材Ｉを用いても用いなくてもよい
が、用いる場合には、芯材ＩをワークＷの軸芯部の空間
内に挿入し、その基端部をチャック５１で保持させる。

【００４１】また、前記対向部材２５をワークＷに接近
させ、対向部材２５の滑り板２７をワークＷの側面に当
てる。

【００４２】上側加圧シュー３２による加圧力Ｆは、ワ
ークＷの材質や寸法および肉厚などによって最適値が予
め想定されており、この値は制御部４３に記憶されてい
る。あるいは外部から入力する。前記最適値に基づいて
前記サーボモータ４１が動作し、スクリュー軸３９が駆
動されて加圧アーム３７が駆動されて、前記上側加圧シ
ュー３２と下側加圧シュー３１とで、前記ワークＷが前
記加圧力Ｆにより挟持される。

【００４３】曲げ加工を開始するときに、駆動モータ１
７を始動して、移動部材１１および保持部材２２を一緒
に図１と図２における反時計回りに一定の速度で移動さ
せる。ワークＷは、その先部が保持部材２２により引っ
張られながら、回転している成型曲面１４に巻付けられ
る。このときワークＷは前記対向部材２５により規制さ
れるため、ワークＷは前記成型曲面１４の曲率に沿って
曲げ加工される。

【００４４】このとき、ワークＷには加圧シュー３１と
３２の加圧力Ｆによる動摩擦抵抗力が軸方向へ作用して
いるため、ワークＷは軸方向への引っ張り力を受けなが
ら、成型曲面１４により同時に曲げモーメントＭが与え
られることになる。よって、ワークＷの内径部と外径部
に作用する曲げ応力は前記引っ張り抵抗力により調整さ
れ、圧縮応力が実質的に減少させられる。したがって、
ワークＷの肉厚が薄い場合でも、曲げによりワークの圧
縮側の肉部分に生じる圧縮応力が前記引っ張り応力によ
り緩和され、表面に皺などが発生しにくくなる。

【００４５】また、芯材Ｉを用いることで、ワークＷの
断面に交叉する方向への歪みが抑制され、ワークＷの断
面形状の歪み変形、すなわち図４に示した落ち込みτ
１，τ２や膨らみτ３，τ４などの不整変形や偏平変形
が生じにくくなる。

【００４６】なお、前記図の実施の形態では、前記移動
部材１１に成型曲面１４を形成しているが、前記内側支
持ローラ２，３，４，５の外周側を鋼板、プラスチック
ベルトなどの帯状体が移動できるようにし、この内側支
持ローラ間を周回する前記帯状体を前記成型曲面として
利用してもよい。

【００４７】また前記のように移動部材１１を用いる場
合、この移動部材１１は木製、合成樹脂製などとするこ
とが好ましい。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明では、軸芯部が空間
を有する形材を断面形状に歪みを生じることなく曲げ加
工できるようになる。また、比較的曲げの曲率半径が大
きいものであっても、装置を比較的に小さなものにでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の材料の曲げ加工装置のひとつの実施の
形態を示す部分平面図、

【図２】本発明の材料の曲げ加工動作を示す平面図、

【図３】本発明の材料の曲げ加工動作を示す斜視図、

【図４】材料が曲げ加工されるときの問題点を説明する
斜視図、

【図５】移動部材および抵抗力付与手段を示す図１のＶ
−Ｖ線の断面図、

【図６】抵抗力付与手段およびその制御部を示す側面
図、

【符号の説明】

Ａ曲げ加工手段Ｂ抵抗力付与手段Ｄ駆動手段２，３，４，５内側支持ローラ６，７，８，９，１０外側支持ローラ１１移動部材１４成型曲面１５駆動回転体１６駆動ワイヤ２２保持部材２５対向部材３１下側加圧シュー３２上側加圧シュー３５加圧手段ＷワークＩ芯材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂木修次東京都羽村市羽741番地79 (72)発明者中里昭三東京都羽村市川崎一丁目７番26号日本自動機器工業株式会社内 (72)発明者米山堅持東京都西多摩郡瑞穂町箱根ヶ崎東松原24番地10 株式会社米山製作所内Ｆターム(参考） 4E063 AA06 BC13 CA03 DA01 GA01 HA02 HA05 JA04 KA06 LA11 LA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸芯部に空間が設けられている長尺の材
料を曲げ加工する装置において、外周面が円筒面の一部
となる成型曲面と、前記成型曲面の外周面に対向する対
向部材と、前記成型曲面と前記対向部材との間に延びる
前記材料の先部を保持する保持部材と、前記成型曲面お
よび前記保持部材を前記円筒面の曲率中心回りに回転さ
せる駆動手段と、前記保持部材で引っ張られながら前記
成型曲面に沿って曲げられる前記材料に対して前記引っ
張り方向と逆方向への抵抗力を与える抵抗力付与手段
と、が設けられていることを特徴とする材料の曲げ加工
装置。
【請求項２】前記抵抗力付与手段は、材料の表面に当
たる加圧シューと、この加圧シューを材料に対して加圧
する加圧手段とから構成される請求項１記載の材料の曲
げ加工装置。
【請求項３】前記抵抗力付与手段は、前記加圧シュー
の加圧力を調整する調整手段と、前記材料の引っ張り力
を直接的にまたは間接的に測定する測定手段を有してお
り、前記測定手段の測定に応じて前記加圧シューから与
えられる抵抗力がほぼ一定となるように前記加圧シュー
の加圧力が調整される請求項２記載の材料の曲げ加工装
置。
【請求項４】前記材料の空間内に挿入される可撓性の
芯材が設けられている請求項１ないし３のいずれかに記
載の材料の曲げ加工装置。