JP2011230150A - 加工製品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自重補正装置を設ける必要なく、冷却水が高周波加熱コイルに接触することなく、高寸法精度の製品、例えば曲げ製品を製造することが可能な加工製品の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】鋼管１３の軸方向の一部に、鋼管１３の第１の端部１３ａから第２の端部１３ｂへ向けて移動する被加熱部１３ｃを部分的に形成しながら、第１の端部１３ａ及び／又は第２の端部１３ｂと被加熱部１３ｃとの間に存在する鋼管１３の一部を変位させて被加熱部１３ｃを変形させることによって、鋼管１３を素材とする加工製品を製造する。この際、被加熱部１３ｃが略上下方向を指向するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工製品の製造方法及び製造装置に関し、例えば、閉断面を有する長尺の金属製の素材に二次元または三次元の曲げ加工を行って曲げ加工製品を製造するのに好適な、加工製品の製造方法及び製造装置に関する。

周知のように、自動車や各種機械等に用いられる、屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材又は構造部材には、高強度、軽量かつ小型であること等が求められる。従来より、この種の曲げ部材は、例えば、プレス加工品の溶接、厚板の打ち抜き、さらには鍛造等により製造されてきた。しかし、これらの製造方法により製造される曲げ部材の軽量化及び小型化には限界があり、その実現は容易なことではない。

近年では、例えば非特許文献１に開示されるように、いわゆるチューブハイドロフォーミングによりこの種の曲げ部材を製造することも積極的に検討されている。非特許文献１の２８頁にも記載されているように、チューブハイドロフォーミング工法は、素材となる材料の開発や成形可能な形状の自由度の拡大等といった様々な課題があり、今後よりいっそうの開発が必要である。

一方、これまでにも金属管に曲げ加工を行って、所望の形状を有する曲げ部材を製造するための発明が多数提案されている。
特許文献１には、金属管等を熱処理しながら曲げ加工する発明が開示され、特許文献２には、湾曲した異形断面らせん条材を製造する発明が開示され、特許文献３には、押し曲げ方式の高周波加熱ベンダーに係る発明が開示され、特許文献４には、金属部材の曲げ加工装置に係る発明が開示されている。

本出願人も、先に、特許文献５により、金属材の曲げ加工方法及び曲げ加工装置に係る発明を開示した。図２は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
図２に示すように、この発明は、基本的に、支持手段２によりその軸方向へ移動自在に支持された鋼管１を上流側から下流側へ向けて、例えばボールネジを用いた送り装置３により送りながら、支持手段２の下流で曲げ加工を行う曲げ加工方法を用いて曲げ部材８を製造するものである。すなわち、支持手段２の下流で高周波加熱コイル５により鋼管１を部分的に焼入れが可能な温度域に急速に加熱するとともに高周波加熱コイル５の下流に配置される水冷装置６により鋼管１を急冷する。そして、鋼管１を送りながら支持可能であるロール対４ａを少なくとも一組有する可動ローラーダイス４の位置を二次元又は三次元で変更して鋼管１の加熱された部分に曲げモーメントを付与して曲げ加工を行う。このため、この発明によれば、十分な曲げ加工精度を確保しながら高い作業能率で曲げ部材を製造することができる。

特開昭５０−５９２６３号公報 特許第２８１６０００号明細書 特開２０００−１５８０４８号公報 特許第３１９５０８３号明細書 特開２００７−８３３０４号公報

自動車技術 Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６，２００３ ２３〜２８頁

本発明者らがさらに検討を重ねた結果、特許文献５により開示された発明には、以下に列記する課題があることが判明した。
（１）図２に示す曲げ加工装置０では、鋼管１の加工に伴って、可動ローラーダイス４を通過した通過部分１ａの長さが増加し、この通過部分１ａの自重の増加によって鋼管１の加熱された部分に曲げモーメントが発生し、鋼管１が変形する。このため、鋼管１の寸法精度が低下するため、この部分の自重の増加を、適宜自重補正装置（例えばこの部分を支持する装置）を設けて防止することによって、鋼管１の変形を防止する必要があり、装置全体の大形化が避けられない。
（２）鋼管１の加熱された部分の軸方向への長さを小さくすることによって鋼管１の寸法精度の向上を図るためには、高周波加熱コイル５及び水冷装置６をできるだけ接近させて配置することが望ましいが、これにより、水冷装置６からの冷却水が鋼管１の加熱された部分や高周波加熱コイル５に接触し、鋼管１の寸法精度が低下したり、高周波加熱装置の設備故障が誘発される。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、自重補正装置を設ける必要なく、かつ冷却水が高周波加熱コイルに接触することなく、優れた寸法精度の製品、例えば曲げ製品を製造することが可能な加工製品の製造方法および製造装置を提供することである。

本発明は、長尺の金属材、例えば閉断面形状を有する金属材の軸方向の一部に、この金属材の第１の端部から第２の端部へ向けて移動する被加熱部を部分的に形成しながら、第１の端部及び／又は第２の端部と被加熱部との間に存在する金属材の一部を変位させて被加熱部を変形させることによって、金属材を素材とする加工製品を製造する際に、被加熱部が略上下方向を指向するようにすることを特徴とする加工製品の製造方法である。

別の観点からは、本発明は、長尺の金属材、例えば閉断面形状を有する金属材の軸方向の一部に、この金属材の第１の端部から第２の端部へ向けて移動する被加熱部を部分的に形成するための、加熱及び冷却機構と、第１の端部及び／又は第２の端部と被加熱部との間に存在する金属材の一部を支持しながら変位させて被加熱部を変形させるための支持機構とを備え、この支持機構は、被加熱部が略上下方向を指向するようにすることを特徴とする加工製品の製造装置である。

これらの本発明では、金属材のうち第１の端部から被加熱部までの間に存在する部分が、略下方へ向けて移動するようにすることが望ましい。
さらに、これらの本発明では、金属材は閉断面形状を有することが望ましい。

本発明により、特許文献５により開示された発明において、金属材の加工を終了した部分の自重による鋼管の変形を、上述した自重補正装置を設けることなく、解消することができる。

また、本発明により、鋼管の加熱された部分に冷却水が接触することを防止でき、鋼管の寸法精度を向上することができる。
さらに、本発明により、冷却媒体の飛散範囲が狭くなり、装置の設置面積を小さくすることができる。

図１は、本発明に係る製造装置の一例を示す説明図である。 図２は、特許文献５により開示された曲げ加工装置の概略を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る製造装置１０の一例を示す説明図である。
この製造装置１０は、加熱及び冷却機構１１と支持機構１２とを備えるので、これらの構成要素を説明する。

［加熱及び冷却機構１１］
加熱及び冷却機構１１は、長尺の金属材、例えば閉断面形状を有する金属材１３（本実施の形態の説明では金属材が鋼管である場合を例にとる）の軸方向の一部に、鋼管１３の第１の端部１３ａから第２の端部１３ｂへ向けて移動する被加熱部１３ｃを部分的に形成するための装置である。

加熱及び冷却機構１１は、鋼管１３を高い昇温速度で例えばＡｃ_３点以上の高温に急速に加熱することができる高周波加熱コイル１４ａと、高周波加熱コイル１４ａに高周波交流電流を供給するための給電装置１４ｂと備えるとともに、高周波加熱コイル１４ａの直近に配置された冷却水噴射ノズル１５ａと、冷却水噴射ノズル１５ａに冷却水を供給する給水装置１５ｂとを有する。

高周波加熱コイル１４ａ及び冷却水噴射ノズル１５ａは、第１の産業用ロボット１６（例えば６軸の多関節型ロボット）により、適宜手段により保持される。これにより、高周波加熱コイル１４ａ及び冷却水噴射ノズル１５ａは、３次元に移動可能に配置されている。

［支持機構１２］
支持機構１２は、略述すると、鋼管１３を支持するためのものであり、この種の支持機構として如何なる機構でもよいが、図１に示す例では、鋼管１３の第１の端部１３ａ及び／又は第２の端部１３ｂと、鋼管１３の被加熱部１３ｃとの間に存在する鋼管１３の一部を、変位自在に支持することによって、鋼管１３の被加熱部１３ｃを変形させるためのものである。

図１に示す例では、いわゆる双腕型の第２の産業用ロボット１７を用いて支持機構１２を支持する。第２の産業用ロボット１７は、第１のマニピュレータ１８及び第２のマニピュレータ２１を有する。第１のマニピュレータ１８、第２のマニピュレータ２１の先端部には、それぞれ、エンドエフェクタとして鋼管１３のチャック機構１９、２２が設けられる。チャック機構１９、２２は、鋼管１３の内部に挿設可能な小径部２０、２３と、小径部２０、２３よりも径が大きい大径部とを有する段差状の筒状体により構成される。チャック機構１９、２２は、小径部２０、２３を鋼管１３の内部に挿設することにより、鋼管１３を把持することができる。

この支持機構１２は、第２の産業用ロボット１７における第１のマニピュレータ１８及び第２のマニピュレータ２１の移動方向及び移動速度を制御するとともに、これに伴って、高周波加熱コイル１４ａ及び冷却水噴射ノズル１５ａが鋼管１３に対して最適な位置を維持し続けるように、第１の産業用ロボット１６を動作させることによって、被加熱部１３ｃが略上下方向を指向するようにすること、さらには、鋼管１３のうち第１の端部１３ａから被加熱部１３ｃまでの間に存在する部分１３ｄが移動する方向が略下方向きとなるようにすることができる。

なお、本発明では、加工時の鋼管１３は略下方向きに搬送されるので、第１の産業用ロボット１６及び第２の産業用ロボット１７は、いずれも、図示しない昇降機構を介して昇降自在に配置されることが、第１の産業用ロボット１６及び第２の産業用ロボット１７それぞれの動作範囲を拡大することができるために、望ましい。昇降機構としては、例えば油圧シリンダやボールネジといった、この種の昇降機構として周知慣用のものを用いることができる。

さらに、この製造装置１０では、冷却水噴射ノズル１５ａの下方に、冷却水噴射ノズル１５ａからの冷却水を受けて収容するための冷却水収容器２４が配置されている。
本発明に係る製造装置１０は、以上のように構成される。次に、この製造装置１０により、加工製品を製造する状況を説明する。

図１に示す製造装置１０により、第２の産業用ロボット１７の第１のマニピュレータ１８を適宜移動させながら、第２の産業用ロボット１７の第１のマニピュレータ１８に装着されたチャック機構１９により鋼管１３の第１の端部１３ａをチャックする。

次に、第１の産業用ロボット１６を動作させて高周波加熱コイル１４ａ及び冷却水噴射ノズル１５ａを、鋼管１３の所定の位置に配置する。
次に、第２の産業用ロボット１７の第２のマニピュレータ２１を適宜移動させながら、第２のマニピュレータ２１に装着されたチャック機構２２により鋼管１３の第２の端部１３ｂをチャックする。

次に、高周波加熱コイル１４ａおよび冷却水噴射ノズル１５ａを起動するとともに、第２の産業用ロボット１７の第１のマニピュレータ１８および第２のマニピュレータ２１をともに適宜移動させながら、第１の産業用ロボット１６を動作させて高周波加熱コイル１４ａおよび冷却水噴射ノズル１５ａを、鋼管１３の第１の端部１３ａから第２の端部１３ｂへ向かう方向へ移動させる。

この際には、第１の産業用ロボット１６および第２の産業用ロボット１７は、いずれも、昇降機構によって上昇限位置に配置しておくことが望ましい。
このようにして、鋼管１３の第１の端部１３ａから第２の端部１３ｂへ向けて移動する被加熱部１３ｃを部分的に形成しながら、第１の端部１３ａ及び／又は第２の端部１３ｂと、被加熱部１３ｃとの間に存在する鋼管１３ｄ、１３ｅの一部を変位させて被加熱部１３ｃを変形させる。

この際、第２の産業用ロボット１７及び第１の産業用ロボット１６の動作を適宜制御することによって、被加熱部１３ｃが略上下方向を指向するようにすること、さらには、鋼管１３のうち第１の端部１３ａから被加熱部１３ｃまでの間に存在する部分１３ｄが移動する方向が略下方向きとなるようにする。

この加工に伴って、上述した昇降機構を作動させることによって、第１の産業用ロボット１６及び第２の産業用ロボット１７の設置高さを徐々に低下することが望ましい。これにより、第１の産業用ロボット１６及び第２の産業用ロボット１７の動作範囲を有効に活用することができる。

このため、本発明によれば、鋼管１３の加工を終了した部分１３ｄの自重による鋼管１３の不要な変形を、上述した自重補正装置を設けることなく、解消することができる。
また、本発明によれば、鋼管１３の加熱された部分１３ｃに、冷却水噴射ノズル１５ａから噴射される冷却水が接触することを防止でき、鋼管１３の寸法精度を向上することができる。

また、本発明によれば、冷却水の飛散範囲が狭くなり、冷却水噴射ノズル１５ａに小型の冷却水収容器２４を配置するだけで冷却水の飛散を防止できるので、装置全体の設置面積を小さく抑制することができる。

さらに、本発明によれば、水平面内における製造装置１０の設置面積を可及的抑制することができる。
以上の説明では、鋼管１３の第１の端部１３ａから第２の端部１３ｂへ向けて移動する被加熱部１３ｃを部分的に形成するために、鋼管１３と、高周波加熱コイル１４ａおよび冷却水噴射ノズル１５ａとをともに移動させる場合を例にとったが、どちらか一方だけを移動させるようにしてもよい。

また、以上の説明では、第２の産業用ロボット１７として双腕型のロボットを用いたが、これに代えて、通常の多関節型ロボットを二基配置することとしてもよい。

１０ 本発明に係る製造装置
１１ 加熱および冷却機構
１２ 支持機構
１３ 金属材（鋼管）
１３ａ 第１の端部
１３ｂ 第２の端部
１３ｃ 被加熱部
１３ｄ 第１の端部から被加熱部までの間に存在する部分
１３ｅ 第２の端部と被加熱部との間に存在する部分
１４ａ 高周波加熱コイル
１４ｂ 給電装置
１５ａ 冷却水噴射ノズル
１５ｂ 給水装置
１６ 第１の産業用ロボット
１７ 第２の産業用ロボット
１８ 第１のマニピュレータ
１９ チャック機構
２０ 小径部
２１ 第２のマニピュレータ
２２ チャック機構
２３ 小径部
２４ 冷却水収容器

Claims (4)

1. 長尺の金属材の軸方向の一部に、該金属材の第１の端部から第２の端部へ向けて移動する被加熱部を部分的に形成しながら、前記第１の端部及び／又は前記第２の端部と前記被加熱部との間に存在する前記金属材の一部を変位させて前記被加熱部を変形させることによって、前記金属材を素材とする加工製品を製造する際に、前記被加熱部が略上下方向を指向するようにすることを特徴とする加工製品の製造方法。
2. 前記金属材のうち前記第１の端部から前記被加熱部までの間に存在する部分が、略下方へ向けて移動するようにする請求項１に記載された加工製品の製造方法。
3. 前記金属材は閉断面形状を有する請求項１又は請求項２に記載された加工製品の製造方法。
4. 長尺の金属材の軸方向の一部に、該金属材の第１の端部から第２の端部へ向けて移動する被加熱部を部分的に形成するための、加熱及び冷却機構と、
   前記第１の端部及び／又は前記第２の端部と前記被加熱部との間に存在する前記金属材の一部を支持しながら変位させて前記被加熱部を変形させるための支持機構とを備え、
   該支持機構は、前記被加熱部が略上下方向を指向するようにすること
   を特徴とする加工製品の製造装置。

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