JP2013230504A - 曲げ部材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工装置における把持手段の動作範囲を抑制することによって、製造装置の小型化および設備コストを抑制する。
【解決手段】（ａ）第１の位置に配置されて，閉じた断面を有する中空の金属材２５をその長手方向へ送る送り手段２２を構成する第１のマニピュレータと，（ｂ）金属材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置に配置されて，送られる金属材の一部または全部を加熱する加熱手段２３，および，第２の位置よりも下流の第３の位置に配置た冷却手段を支持する第２のマニピュレータと，（ｃ）第３の位置よりも下流の第４の位置に配置されて，送られる金属材の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって，金属材における加熱された部分に曲げモーメントを与えて，金属材を曲げ加工する第２の支持手段２４を構成する第３のマニピュレータとを備える曲げ加工装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、曲げ部材の製造方法及び製造装置に関する。具体的には、本発明は、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部材を製造するための製造方法及び製造装置に関する。

屈曲した形状を有し、自動車や各種機械に用いられる金属製の強度部材、補強部材又は構造部材（以下「曲げ部材」という）は、高強度、軽量かつ小型であることを要求される。曲げ部材は、例えば、プレス加工品の溶接、厚板の打ち抜き、さらには鍛造によって、これまで製造されてきた。これらの製造方法により達成される曲げ部材の軽量化および小型化は、限界に達している。

近年、いわゆるチューブハイドロフォーミング工法によって曲げ部材を製造することが、積極的に検討される（例えば非特許文献１参照）。非特許文献１の２８頁には、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チューブハイドロフォーミング工法に存在するため、チューブハイドロフォーミング工法のいっそうの技術開発が必要であること、が記載される。

一方、真っ直ぐな金属管に曲げ加工を行って曲げ部材を製造する技術がこれまでに多数開示される。
特許文献１には、金属管を熱処理しながら曲げ加工する技術が開示される。特許文献２には、異形断面を有する湾曲したらせん条材を製造する技術が開示される。特許文献３には、高周波誘導加熱を利用する曲げ装置が開示される。特許文献４には、金属製の部材の曲げ加工装置が開示される。

本出願人は、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を開示した。図１９は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
図１９に示すように、支持手段２は、鋼管１をその軸方向へ移動自在に支持する。送り装置３は、例えばボールネジを構成要素として備える。送り装置３は、鋼管１を上流側から下流側へ向けて送る。

誘導加熱コイル５は、支持手段２の下流に配置される。誘導加熱コイル５は、鋼管１を部分的に焼入れ可能温度域に急速に誘導加熱する。水冷装置６は、高周波加熱コイル５の下流に配置される。水冷装置６は鋼管１を急冷する。これにより、鋼管１の温度は、誘導加熱コイル５と水冷装置６との間のみにおいて、焼入れ可能温度となる（以下、鋼管１の焼入れ可能温度部を「高温部」という）。

可動ローラダイス４は、水冷装置４の下流に移動自在に配置される。可動ローラダイス４は、ロール対４ａを少なくとも一組有する。ロール対４ａは、鋼管１を送りながら支持可能である。可動ローラダイス４は、二次元又は三次元の方向へ移動する。これにより、鋼管１の高温部は、曲げモーメントを付与されて曲げ加工される。このようにして、曲げ部材８が、十分な曲げ加工精度を確保しながら高い作業能率で、製造される。

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

本出願人は、曲げ加工装置を改良した曲げ加工の製造装置を、特願２００８−２７６４９４号により開示した。
閉じた断面形状を有する長尺の金属材が、その長手方向へ送られるとともに、第１の位置において支持される。金属材は、金属材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置において部分的に加熱される。金属材の第２の位置において加熱された部分は、上記送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置において、冷却される。これにより、金属材は、第２の位置と第３の位置との間に存在する部分に、高温部を形成される。

金属材は、金属材の送り方向について第３の位置よりも下流の領域で、把持手段によって把持される。把持手段は、金属材の先端部の内部に挿入して配置されるか、あるいは、金属材の先端部の外面に当接して配置される。

把持手段の位置が、第３の位置よりも前記送り方向の上流側の空間を含むワークスペース内において、二次元または三次元の方向へ変更される。これにより、高温部は、曲げモーメントを付与されて曲げ加工される。

図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、この製造装置を用いて曲げ部材１３を製造する状況を経時的に示す説明図である。
素材である金属材９の送り方向は、この製造装置のみならず特許文献１〜５により開示されたいずれの技術においても、金属材９の軸方向であって、曲げ加工の間は変更されない。このため、曲げ加工を行うための装置の設置スペースが広大化するとともに、曲げ加工装置が大型化する。この理由を、以下に具体的に説明する
図２０（ａ）〜図２０（ｄ）に示すように、送り装置１０は金属材９をその軸方向へ送る。加熱および冷却装置１１は金属材９を急速に加熱および冷却する。把持手段１２は、例えば多関節型の産業用ロボット１４により支持される。把持手段１２は、破線矢印で示すように、二次元または三次元の方向へ移動する。金属材９の高温部は曲げモーメントを与えられる。このようにして、曲げ部材１３は製造される。

把持手段１２は、曲げ部材１３を製造するために、不可避的に広い範囲で移動するため、把持手段１２を支持する産業用ロボット１４のマニピュレータの長さ（以下、「アーム長」という）は長くなければならない。このため、曲げ加工装置が大型化する。

また、把持手段１２は、広範な速度域で移動する必要がある。これに伴って、産業用ロボット１４のマニピュレータは高速から低速まで広範な速度域で動作する。このため、産業用ロボット１４のマニピュレータの動作速度の変化が大きくなるので、産業用ロボット１４のマニピュレータの動作時の振動が発生し易くなるとともに、曲げ部材１３の寸法精度が低下する。産業用ロボット１４のマニピュレータの振動は、動作速度を低く設定することによって抑制されるが、製造装置の生産性が低下する。

さらに、この製造装置では、金属材９の供給装置の設置スペースを広く確保する必要もある。
本発明の第１の目的は、（ａ）例えば特願２００８−２７６４９４号により提案した曲げ加工装置における把持手段の動作範囲を抑制することによって、製造装置の小型化および設備コストを抑制すること、及び（ｂ）把持手段の移動速度を抑制することによって、把持手段を支持する産業用ロボットのアームの動作速度の変化および動作時の振動を、いずれも抑制することである。

本発明の第２の目的は、装置全体の小型化を図りながら、寸法精度が優れた曲げ部材を高い生産性でかつ低コストで製造することができる曲げ部材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、下記条件１〜６を満足して、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行うことを特徴とする曲げ部材の製造方法である。
条件１：第１のマニピュレータが、金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること。
条件２：第２のマニピュレータが、金属材における第１の部分、及び金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによってこの領域の一部に部分的な高温部を発生する高温部発生機構を支持すること。
条件３：第３のマニピュレータが、第２の部分を把持すること。
条件４：第１のマニピュレータが金属材の第１の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件５：第３のマニピュレータが金属材の第２の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件６：条件４及び条件５を満足することによって、高温部発生機構を金属材に対して軸方向へ相対的に移動させながら、曲げモーメントが高温部に付与されること。

本発明では、第１のマニピュレータが金属材をその軸回りにねじる方向へ動作すること、及び／又は、第３のマニピュレータが金属材をその軸回りにねじる方向へ動作することが望ましい。本発明には、閉断面を有する中空かつストレート形状の金属材をその軸回りにねじるねじり加工を行うことも包含される。

これらの本発明では、第１のマニピュレータが金属材の第１の部分における軸方向へ連続的に動作すること、第３のマニピュレータが金属材の第２の部分における軸方向へ動作しないこと、及び高温部発生機構が、第１の部分の変位方向の変更に応じて、配置角度を変更することが望ましい。この場合、高温部発生機構が、第１の部分に接近する位置へ配置位置を変更されることがさらに望ましい。

本発明では、第３のマニピュレータが２次元又は３次元の方向へ動作する際、及び／又は、第１のマニピュレータが２次元又は３次元の方向へ動作する際に、第２のマニピュレータが高温部発生機構を金属材の軸方向に沿って移動させることが望ましい。

これらの本発明では、高温部発生機構が、金属材を加熱する加熱手段と、この加熱手段により加熱された金属材を冷却することによって高温部を形成する冷却手段とを有することが望ましい。

本発明では、第１のマニピュレータが第１の位置に配置され、加熱手段が金属材の軸方向について第１の位置よりも下流の第２の位置に配置され、冷却手段が金属材の軸方向について第２の位置よりも下流の第３の位置に配置され、かつ、第３のマニピュレータが金属材の軸方向について第３の位置よりも下流の第４の位置に配置されることが望ましい。

別の観点からは、本発明は、下記第１のマニピュレータ、第２のマニピュレータ及び第３のマニピュレータを備え、下記条件１〜３を満足することによって、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行って曲げ部材を製造するための製造装置である。
第１のマニピュレータ：金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること。
第２のマニピュレータ：金属材における第１の部分、及び金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによってこの領域の一部に部分的な高温部を形成する高温部発生機構を支持すること。
第３のマニピュレータ：第２の部分を把持すること、
条件１：第１のマニピュレータが金属材の第１の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件２：第３のマニピュレータが金属材の第２の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件３：条件１及び条件２を満足することによって、高温部発生機構を金属材に対して軸方向へ相対的に移動させながら、曲げモーメントが高温部に付与されること。

また、本発明は、第１の位置に二次元または三次元の方向へ移動自在に配置されて、閉じた断面を有する中空の金属材を、その送り方向を変更しながら送ることができる送り手段と、金属材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置に配置されて、送られる金属材の一部または全部を加熱する加熱手段と、金属材の送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置に配置されて、送られる金属材における加熱手段により加熱された部分を冷却する冷却手段と、金属材の送り方向について第３の位置よりも下流の第４の位置に二次元または三次元の方向へ移動自在に配置されて、送られる金属材の少なくとも一箇所を把持することによって、送り手段とともに、金属材における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、金属材を所望の形状に曲げ加工する曲げ手段とを備え、金属材を素材とする製造装置であって、加熱手段および冷却手段が、送り手段による金属材の送り方向の変更に応じて、配置角度を変更する機能を有することを特徴とする曲げ部材の製造装置である。

本発明では、加熱手段および冷却手段が、その配置位置を、送り手段の位置に接近する位置へ変更する機能を有することが望ましい。
これらの本発明では、送り手段が第１のマニピュレータにより支持され、加熱手段および冷却手段が第２のマニピュレータにより支持されるとともに、曲げ手段が第３のマニピュレータにより支持されることが望ましい。

この場合に、（Ａ）第１のマニピュレータが垂直多関節型の第１の産業用ロボットのマニピュレータであり、第２のマニピュレータが垂直多関節型の第２の産業用ロボットのマニピュレータであるとともに、第３のマニピュレータが垂直多関節型の第３の産業用ロボットのマニピュレータであること、又は（Ｂ）第１のマニピュレータおよび第３のマニピュレータが例えば特開２００８−２７２８８３号公報等により開示された双腕型の第１の産業用ロボットのマニピュレータであるとともに、第２のマニピュレータが垂直多関節型の第２の産業用ロボットのマニピュレータであることが、それぞれ望ましい。

これらの本発明では、さらに、（Ｃ）第３のマニピュレータが、曲げ加工を行われた金属材を支持することによって金属材の寸法精度の低下を抑制すること、又は（Ｄ）曲げ加工を行われた金属材を支持することによって金属材の寸法精度の低下を抑制する第４のマニピュレータを備えることが、それぞれ望ましい。第４のマニピュレータが垂直多関節型の第４の産業用ロボットのマニピュレータであることが望ましい。

これらの本発明では、垂直多関節型の産業用ロボットの軸数が５以上であることが望ましい。
これらの本発明では、さらに、加熱手段の入側に配置されて、金属材をこの加熱手段に案内する支持手段を備えることが望ましい。

これらの本発明によれば、素材である金属材の入側（材料の供給側）の送り方向がその軸方向には限定されず変更自在である。すなわち、金属材の入射角度が変更自在であるとともに、この金属材の入射角度の変更に応じて加熱手段および冷却手段の配置角度が変更される。これにより、例えば産業用ロボットにより構成される曲げ手段の動作範囲が狭く抑制される。

このため、アーム長がより短い産業用ロボットを選定できるために装置のコンパクト化および設備コストの抑制が図られる。また、この産業用ロボットの動作速度が抑制されるので、動作速度の変化および動作時の振動の抑制が図られる。これらにより、寸法精度が優れた曲げ部材が高い生産性でかつ低コストで製造される。

本発明によれば、装置全体の設置スペースの小型化を図りながら、特に特願２００８−２７６４９４号により提案した発明における把持手段の動作範囲を可及的抑制することによって装置のコンパクト化および設備コストの抑制と、把持手段の動作速度を可及的抑制することによる動作速度の変化および動作時の振動の抑制とを図ることができる。このため、本発明によれば、寸法精度が優れた曲げ部材を高い生産性でかつ、設備コストの上昇を可及的に抑制しながら、製造できる。

このため、本発明によれば、例えば自動車用の、屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材または構造部材を、優れた寸法精度で、かつ低コストで供給できるようになる。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明に係る製造装置により曲げ部材を製造する状況を、経時的に示す説明図である。 図２は、双腕型の産業用ロボットの二本のマニピュレータにより送り手段、曲げ手段を支持するとともに、多関節型の産業用ロボットにより加熱および冷却手段を支持する状況を示す説明図である。 図３（ａ）は、第１のマニピュレータによって鋼管の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持する場合における効果器、若しくは、第３のマニピュレータが、鋼管の第２の端部の側に位置する第２の部分を把持する場合における効果器としての長尺のチャックを模式的に示す説明図であり、図３（ｂ）は、この場合における効果器としての短尺のチャックを模式的に示す説明図であり、図３（ｃ）は、この場合における効果器としての長尺のチャックを模式的に示す説明図である。 図４は、チャックが曲げ荷重を小さくすることができることを示す説明図である。 図５（ａ）は、鋼管の外部に配置されて鋼管の外面に当接することによって鋼管の先端部を把持する型式のチャックを抽出して示す説明図であり、図５（ｂ）は、鋼管の内部に挿設されて鋼管の内面に当接することによって鋼管の先端部を把持する型式のチャックを抽出して示す説明図であり、図５（ｃ）は、各種のチャックを示す説明図である。 図６は、第１のマニピュレータ又は第３のマニピュレータに用いるチャックの一例を模式的に示す説明図である。 図７は、第１のマニピュレータ又は第３のマニピュレータに用いるチャックの一例を模式的に示す説明図である。 図８（ａ）〜図８（ｃ）は、いずれも、鋼管の内部に挿入されて鋼管の内面に当接することによって鋼管の先端部を把持するチャックの外法の拡大機構を模式的に示す説明図である。 図９（ａ）は、本発明の製造装置に用いるのに好適なチャックの構成例を模式的に示す説明図であり、図９（ｂ）は比較例のチャックを示し、図９（ｃ）は本発明例のチャックを示す。 図１０は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、スリット付きのスリーブ方式のチャックの構成を示す説明図である。 図１１（ａ）は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、液圧式のスリーブ方式のチャックの構成を示す説明図であり、図１１（ｂ）はその変形例を示す説明図である。 図１２は、鋼管の内部を正圧にする機構を示す説明図である。 実施例１で製造した部品の形状を示す説明図である。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例１の結果を示すグラフである。 図１８（ａ）は実施例２で製造した曲げ部材の形状の概略を示す説明図であり、図１８（ｂ）は第１のマニピュレータのみ鋼管の軸方向へ移動しながら曲げ部材を製造した時の第１〜第３のマニピュレータの変位、Ｘ方向加速度及びＹ方向加速度をまとめて示すグラフであり、図１８（ｃ）は第１〜第３のいずれのマニピュレータをも鋼管の軸方向及び曲げ方向へ移動しながら曲げ部材を製造した時の第１〜第３のマニピュレータの変位、Ｘ方向加速度及びＹ方向加速度をまとめて示すグラフである。 特許文献１により開示された曲げ加工装置の構成を模式的に示す説明図である。 図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、特願２００８−２７６４９４号により提案した発明により曲げ部材を製造する状況を経時的に示す説明図である。

０ 曲げ加工装置
１ 鋼管
２ 支持手段
３ 送り装置
４ 可動ローラーダイス
４ａ ロール対
５ 高周波加熱コイル
６ 水冷装置
８ 曲げ部材
９ 金属材
１０ 送り装置
１１ 加熱および冷却装置
１２ 把持手段
１３ 曲げ部材
１４ 産業用ロボット
２０ 本発明に係る製造装置
２１ 曲げ部材
２２ 送り手段
２３ 高温部発生機構
２４ 曲げ手段
２５ 鋼管
２６ 双腕型の産業用ロボット
２７ 第１のマニピュレータ
２８ 第３のマニピュレータ
２９ 産業用ロボット
２９ａ 第２のマニピュレータ

以降の説明では、本発明における「閉じた断面を有する中空の金属材」が鋼管である場合を例にとる。本発明は、鋼管以外の、閉じた断面を有する中空の金属材にも等しく適用される。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の製造装置２０により曲げ部材２１を製造する状況を、経時的に示す説明図である。製造装置２０は、送り手段２２と、鋼管２５を加熱及び冷却して高温部を発生する高温部発生機構２３と、曲げ手段２４とを備える。

［送り手段２２］
送り手段２２は、第１の位置Ａに二次元または三次元の方向へ移動自在に配置される。送り手段２２は、鋼管２５をその送り方向を変更しながら送る。送り手段２２は、後述する曲げ手段２４とともに、鋼管２５の高温部に曲げモーメントを与えることによって、鋼管２５を所望の形状に曲げ加工する。

送り手段２２は、第１のマニピュレータ２７により支持される。これにより、送り手段２２の省スペース化が図られるとともに、材料供給装置の省スペース化も図られる。第１のマニピュレータ２７は、垂直多関節型のマニピュレータであるか、または、例えば特開２００８−２７２８８３号公報等により開示された双腕型のマニピュレータの一方のマニピュレータであることが望ましい。

図２は、双腕型の産業用ロボット２６の二本の垂直多関節型の第１のマニピュレータ２７により送り手段２２を支持し、第３のマニピュレータ２８により曲げ手段２４を支持するとともに、６軸の垂直多関節型の産業用ロボット２９の第２のマニピュレータ２９ａにより高温部発生機構２３を支持する状況を示す説明図である。

図２に示す双腕型の産業用ロボット２６は、７軸の第１のマニピュレータ２７と、同じく７軸の第３のマニピュレータ２８とを有する。第１のマニピュレータ２７、及び第３のマニピュレータ２８は、それぞれ、固定面に対して垂直な軸回りに旋回可能な旋回軸を有する基台（図示しない）に設けられる。産業用ロボット２６は、全体として１５軸の自由度を有する。

産業用ロボット２６は、各マニピュレータ２７，２８により支持される送り手段２２及び曲げ手段２４を、いずれも、並進３軸及び回転３軸の６自由度で動作させる。これにより、産業用ロボット２６は、３次元形状の複雑な形状の曲げ部材を加工することができる。さらに、産業用ロボット２６は、各マニピュレータ２７，２８が７軸を有するので、上述の６自由度に加えてマニピュレータ２７、２８をコンパクトに折り畳むことができ、これにより、素材である鋼管２５の供給を小さなスペースで行うことができる。

なお、垂直多関節型のマニピュレータとは、第１軸〜第６軸を有する。第１軸は、上腕を水平面内で旋回させる。第２軸は、上腕を前後に旋回させる。第３軸は、前腕を上下に旋回させる。第４軸は、前腕を回転させる。第５軸は、手首を上下に旋回させる。第６軸は、手首を回転させる。さらに、必要に応じて、第１軸〜第６軸に加えて、上腕を旋回させる第７軸を有してもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。

この垂直多関節型の産業用ロボットの軸数は６または７である必要はなく、５軸であってもよい。要するに、垂直多関節型の産業用ロボットは、加工に必要な動作を行うことができる軸数を有していればよい。

なお、産業用ロボットの手首の先端には、送り手段２２、高温部発生機構２３、曲げ手段２４を把持するための適当な効果器（エンドエフェクタ）が設けられる。効果器については、後述する。

このように、第１のマニピュレータ２７が、鋼管２５の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持する。
［高温部発生機構２３］
高温部発生機構２３は、鋼管２５の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに配置される。高温部発生機構２３は、加熱手段と冷却手段とを有する。加熱手段は、鋼管２５の一部または全部を加熱する。冷却手段は、鋼管２５の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに配置される。冷却手段は、鋼管２５における加熱手段により加熱された部分を冷却する。

説明を簡略化するため、この説明では、高温部発生機構２３を一体的に示すが、加熱手段および冷却手段が独立した装置であることはいうまでもない。
加熱手段は、送られる鋼管２５の一部または全部を加熱する。加熱手段として、鋼管２５の周囲に離れて配置される加熱コイルを有する高周波加熱装置を用いる。高周波加熱コイルは当業者にとっては周知慣用であるので、加熱手段に関するこれ以上の説明は省略する。

冷却手段は、鋼管２５における加熱手段より加熱された部分を冷却する。冷却手段として、鋼管２５の外面に離れて配置される冷却水噴射ノズルを有する水冷装置を用いる。このような冷却水噴射ノズルは当業者にとっては周知慣用であるので、冷却手段に関するこれ以上の説明は省略する。

高温部発生機構２３は、適当な移動機構により支持される。これにより、高温部発生機構２３は、送り手段２２による鋼管２５の送り方向の変更に応じて、配置角度を変更する機能を有する。このため、製造装置２０では、送り手段２２による鋼管２５の送り方向の変更に応じて、高温部発生機構２３の配置角度を変更しながら、曲げ部材２１を製造することができる。

また、高温部発生機構２３は、その配置位置を、送り手段２２の位置に接近する位置へ変更しながら、曲げ部材２１を製造することができる。すなわち、高温部発生機構２３は、その配置位置を送り手段２２に接近する位置へ変更する機能を有する。このため、製造装置２０は、省スペース化が図られる。製品の形状にもよるが、例えば、高温部発生機構２３を軸方向へ移動することにより、製造装置２０の設置スペースを約１／２〜２／３に抑制することができる。

高温部発生機構２３は、第２のマニピュレータ２９ａにより支持される。これにより、製造装置２０の省スペース化が図られる。具体的には、第３のマニピュレータ２９ａは、垂直多関節型の第２の産業用ロボットのマニピュレータであることが望ましく、垂直多関節型の産業用ロボットの軸数は５以上であることが望ましい。

このように、第２のマニピュレータ２９ａが、高温部発生機構２３を支持する。高温部発生機構２３は、鋼管２５における第１の部分、及び鋼管２５の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによってこの領域の一部に部分的な高温部を形成する。

［曲げ手段２４］
曲げ手段２４は、鋼管２５の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄに配置される。曲げ手段２４は、二次元または三次元の方向へ移動自在に配置される。曲げ手段２４は、送られる鋼管２５の少なくとも一箇所を把持する。曲げ手段２４は、送り手段２２とともに、鋼管２５の高温部に曲げモーメントを与え、鋼管２５を所望の形状に曲げ加工する。

曲げ手段２４は、第３のマニピュレータ２８により構成されることが、省スペース性を高めるために望ましい。具体的には、第３のマニピュレータ２８は、垂直多関節型の第３の産業用ロボットのマニピュレータであるか、または、上述した双腕型の第１の産業用ロボットの他方のマニピュレータであることが望ましい。

この第３のマニピュレータ２８は、さらに、曲げ加工を行われた鋼管２５を支持することができ、これにより、鋼管２５の寸法精度の低下を抑制するように構成してもよい。これとは異なり、曲げ加工を行われた鋼管２５を支持することによって鋼管２５の寸法精度の低下を抑制する第４のマニピュレータを備えるようにしてもよい。この第４のマニピュレータは垂直多関節型の第４の産業用ロボットのマニピュレータであることが望ましく、垂直多関節型の産業用ロボットの軸数は５以上であることが望ましい。

このように、第３のマニピュレータ２８が、鋼管２５の第２の端部の側に位置する第２の部分を把持する。
以下、効果器を説明する。

図３（ａ）は、長尺のチャック３０を模式的に示す説明図であり、図３（ｂ）は、短尺のチャック３１を模式的に示す説明図であり、図３（ｃ）は、長尺のチャック３２を模式的に示す説明図である。チャック３０〜３２は、いずれも、第１のマニピュレータ２７によって鋼管２５の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持する場合における効果器、若しくは、第３のマニピュレータ２８によって鋼管２５の第２の端部の側に位置する第２の部分を把持する場合における効果器である。

チャック３０〜３２は、いずれも、鋼管２５の第１の部分又は第２の部分を把持するための筒状体からなる。
チャック３０は、鋼管２５の外部に配置される。チャック３０は、鋼管２５の外面２５ｂに当接することによって鋼管２５の先端部を把持する。チャック３０は、その内径が後述する適宜機構によって拡大及び縮小自在に構成される。

チャック３１やチャック３２は、いずれも、鋼管２５の内部に挿入して設置される。チャック３１、３２は、鋼管２５の内面に当接することによって鋼管２５の先端部を把持する。チャック３１、３２は、その外径が後述する適宜機構によって拡大自在に構成される。

これらのチャック３０〜３２は、軸方向に送られる鋼管２５の先端部を適正に保持する。このため、製造装置２０は、十分な加工精度で鋼管２５に曲げ加工を行う。
チャック３０〜３２は、いずれも、管端部に形成されるシール面に接触する管端シール機構、または管内面に形成されるシール面に接触する内面シール機構を有する。これにより、チャック３０〜３２は、鋼管２５の管端部または管内面に直接当接することによって鋼管２５を封止する。チャック３０〜３２が鋼管２５の内部への水の侵入を防止するため、高温部発生機構２３による鋼管２５の昇温が適正に行われる。このため、製造装置２０は、十分な加工精度で鋼管２５に曲げ加工を行うことができる。

チャック３０は、長尺の筒状体により構成される。このため、チャック３０は、曲げ荷重Ｗを小さく抑制できるとともに、周辺に設置された装置との第１のマニピュレータ２７及び第３のマニピュレータ２８の干渉を、曲げ加工が鋼管２５の先端部の近傍から開始される場合においても、防止できる。

チャック３１は、短尺の筒状体により構成される。鋼管２５の焼入れを鋼管２５の管端部から行うことが可能になる。製品の歩留りが向上する。
さらに、チャック３２は、長尺の筒状体により構成される。このため、チャック３２は、曲げ荷重Ｗを小さく抑制できるとともに、周辺に設置された装置との第１のマニピュレータ２７及び第３のマニピュレータ２８の干渉を、曲げ加工が鋼管２５の先端部の近傍から開始される場合においても防止できる。さらに、チャック３２は、鋼管２５の焼入れをその管端部から行うことができるので、製品の歩留りを向上できる。

図４は、チャック３０、３２が曲げ荷重Ｗを小さく抑制することができることを示す説明図である。
図４中の符号Ｗは曲げ荷重を示す。符号Ｍは鋼管２５の曲げに必要なモーメントを示す。符号ｌ_１はチャック長さを示す。符号ｌ_２はチャック代を示す。さらに、符号ｌ_３は鋼管２５の端部から曲げ加工の開始点までの距離を示す。

曲げ荷重は、Ｗ＝Ｍ／Ｌ＝Ｍ／（ｌ_１＋ｌ_３）として規定される。Ｌが長い程Ｗを小さくすることができる。一方、製品の歩留りを向上するために、鋼管２５の端部近傍から曲げ加工を開始すること、すなわちｌ_３を小さくすることが好ましい。曲げ加工機の許容荷重が制限される場合、ｌ_１を長くすることによってｌ_３を短くすることができる。

例えば、外径２５ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの鋼管２５に曲率半径２００ｍｍの条件で曲げ加工を行う場合に必要となるモーメントは、約３６Ｎ・ｍとなる。
曲げ許容荷重が５００Ｎであると、
Ｌ＝ｄの場合にはＷ＝１４４０Ｎ＞５００Ｎとなり、またＬ＝２ｄの場合にはＷ＝７２０Ｎ＞５００Ｎとなる。いずれの場合にも曲げ加工を行うことができない。これに対し、Ｌ＝３ｄの場合にはＷ＝４８０Ｎ＞５００Ｎとなり、Ｌ＝４ｄの場合にはＷ＝３６０Ｎ＞５００Ｎとなり、さらに、Ｌ＝５ｄの場合にはＷ＝２８８Ｎ＞５００Ｎとなるので、いずれの場合にも曲げ加工を行うことができる。

以上の理由により、上述した条件ではＬ≧３ｄの関係を満足することが望ましい。
図５（ａ）は、チャック３３を抽出して示す説明図であり、図５（ｂ）は、チャック３４を抽出して示す説明図である。

チャック３３は、鋼管２５の外部に配置されて鋼管２５の外面に当接することによって鋼管２５の先端部を把持する。チャック３４は、鋼管２５の内部に挿入して設置されて鋼管２５の内面に当接することによって鋼管２５の先端部を把持する。

チャック３４は、チャック３３よりも、鋼管２５の中心位置を決定し易いとともに鋼管２５の周方向の張力によって把持力も得易いために、望ましい。
図５（ｃ）は、各種のチャック３５〜４３を示す説明図である。

チャック３５、３６は、鋼管２５の外部に配置され、かつ鋼管２５の外面に当接する。
チャック３７、３８は、鋼管２５の内部に挿入して設置され、かつ鋼管２５の内面に当接する。

チャック３９、４０は、鋼管２５の外部に配置され、かつ鋼管２５の外面に当接するとともに鋼管２５の内部にも挿入して設置され、かつ鋼管２５の内面に当接する。
チャック４１〜４３は、いずれも、角管用のチャックである。角管であっても充分な保持力を得て角管を確実に把持するために、チャック４１〜４３は角管の内部に挿入して設置され、かつ鋼管の内面及び内側角部のいずれにも当接することが、望ましい。

以上の各種チャックは、いずれも、その中心軸が鋼管２５の中心軸と略一致するように配置されることが、高い加工精度を得るために望ましい。
図６は、第１のマニピュレータ２７又は第３のマニピュレータ２８に用いるチャック４４の一例を模式的に示す説明図である。図６中の符号４５はシリンダを示す。

図６は、鋼管２５がその前端部の近傍から焼入れながら曲げ加工される場合を示す。この場合、チャック４４は、鋼管２５の外径と略一致する寸法の外径を有する長尺のチャックであることが望ましい。

図７は、第１のマニピュレータ２７又は第３のマニピュレータ２８に用いるチャック４６の一例を模式的に示す説明図である。
図７は、鋼管２５がその後端部の近傍まで焼入れながら曲げ加工を行われる場合を示す。この場合にも、チャック４６は、鋼管２５の外径と略一致する寸法の外径を有する長尺のチャックであることが望ましい。

図８（ａ）〜図８（ｃ）は、いずれも、チャック４８、４９、４８−１の外法の拡大機構を模式的に示す説明図である。チャック４８、４９、４８−１は、いずれも、鋼管２５の内部に挿入して設置されて、鋼管２５の内面に当接することによって鋼管２５の先端部を把持する。

チャック４８は、その円筒状の本体５０の内部に、シャフト５１及び開閉バー５２を備える。シャフト５１は、図示しないシリンダ等によって出し引き自在に配置される。開閉バー５２は、シャフト５１の先端に配置される。４つのチャック爪５３が、開閉バー５２の斜辺に、本体５０の軸方向について位置決めされて配置される。シャフト５１が本体５０の軸方向へ移動することによってチャック爪５３が径方向へ移動し、これにより、チャック４８の外法が増加又は減少する。

チャック４９は、その円筒状の本体５０の内部に、シャフト５１及び円錐バー５４を備える。シャフト５１は、図示しないシリンダ等によって出し引き自在に配置される。円錐バー５４は、シャフト５１の先端に配置される。多数のセグメント５５と、弾性体爪５６とが、円錐バー５４の斜辺に配置される。シャフト５１が本体５０の軸方向へ移動することによってセグメント５５が径方向へ移動し、これにより、チャック４９の外法が増加又は減少する。

チャック４８−１は、チャック４８の変形例であって、チャック４８の開閉バー５２が先細形状を有する。先細形状の開閉バー５２は、シャフト５１との接合部の断面積を増加するので、開閉バー５２の強度が高められる。

チャック爪５３は、アンクランプを確実に行うために、本体５０の軸方向へ延設されるアリ溝を有することが望ましい。
チャック爪５３、開閉バー５２の材質は、オーステナイト系ステンレス鋼又は工具鋼が例示される。オーステナイト系ステンレス鋼は、非磁性体であるので誘導加熱され難いため好適であるが、耐摩耗性（耐傷付き性）及び耐焼き付き性が若干劣る。一方、工具鋼は、冷間での耐久性に優れる。工具鋼は、磁性体であり、誘導加熱の影響を受け易いものの、チャック爪５３の近傍まで誘導加熱しなければ実用上問題ない。なお、本体５０は、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性体であることが望ましい。

図９（ａ）は、本発明の製造装置２０に用いるのに好適なチャック５７の構成例を模式的に示す説明図であり、図９（ｂ）は比較例のチャック５８を示し、図９（ｃ）は本発明例のチャック５７を示す。

図９（ａ）および図９（ｃ）に示すように、チャック５８は、構成部材５７ａ、５７ｂと、絶縁部材５９とを有する。構成部材５７ａ、５７ｂは、その周方向に複数（図示例は二つ）に分割される。絶縁部材５９は、隣り合って配置される二つの構成部材５７ａ、５７ｂの間に配置される。絶縁部材５９は、例えばポリテトラフルオロエチレン等からなる。

図９（ｂ）に示すように、チャック５７の複数の構成部材５７ａ、５７ｂの間に絶縁部材５９を介在させることによって、構成部材５７ａ、５７ｂを流れる電流が打ち消し合う。これにより、高周波加熱コイル３３による誘導電流が構成部材５７ａ、５７ｂを一周してチャック５８が加熱されることが防止される。

図１０は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、スリット付きのスリーブ方式のチャック６０の構成を示す説明図である。
チャック６０は、その円筒状の本体５０の内部に、シャフト５１及び開閉バー５２を有する。シャフト５１は、図示しないシリンダ等によって出し引き自在に配置される。開閉バー５２は、シャフト５１の先端に配置される。開閉バー５２の斜辺には、スリット６２を有するスリーブ６１と、シールリング６３とが、本体５０の軸方向について位置決めされて配置される。スリット付きのスリーブ６１が、シャフト５１が本体５０の軸方向へ移動することによって弾性変形し、拡径又は縮径する。これにより、チャック６０の外法が増加又は減少する。

スリーブ６１は、スリット６２を複数有するので、金属製であっても小さな力で弾性変形することができるとともに誘導加熱により昇温され難い。
なお、スリーブ６１が非磁性体により構成されることだけによっても、スリーブ６１が誘導加熱されることを充分に防止できる。スリット６２は、スリーブ６１の強度が充分に確保される場合に設けることが望ましい。

図１１（ａ）は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、液圧式のスリーブ方式のチャック７０の構成を示す説明図であり、図１１（ｂ）はその変形例７０−１を示す説明図である。

図示しない高圧ポンプを用いて発生させた高圧液体７１の流路７２が、チャック７０の内部に形成される。また、弾性体からなるスリーブ７３がチャック７０の本体先端の外周に設けられる。スリーブ７３は、流路７２に高圧液体７１を流すことによって膨出変形する。チャック７０は、本体先端の外径を小さくすることができるので、小径の内径チャックにも用いることができる。スリーブ７３は耐熱金属製であることが望ましい。

チャック７０−１では、シリンダ７４が高圧液体７１を発生する。シリンダ７４の作動部の断面積Ａ_１が流路７２の断面積Ａ_２よりも大きいことによって、流路７２の圧力Ｐ_２は、シリンダ７４の作動圧Ｐ_１が小さい場合にも、高められる。

図１２は、鋼管２５の内部を正圧にする機構を示す説明図である。
鋼管２５の管端のシール部材の材質が例えばゴムのような軟らかい材質であると、シール部材の耐久性が不足する場合がある。また、シール部材の材質が金属材料であると、鋼管２５の内部への水の侵入を防止できない場合がある。

そこで、送り側チャック７６が、鋼管２５の内部を正圧にする機構として、用いられる。送り側チャック７６は、圧縮空気または圧縮不活性ガスを供給するための流路７５を開閉バーに内蔵する。圧縮空気または圧縮不活性ガスが、送り側チャック７６の流路７５を介して鋼管２５の内部に供給され、出側チャック７７が配置される側から、噴出する機構とすることが望ましい。これにより、鋼管２５の内部が正圧に保たれるので、冷却装置１４からの冷却水が鋼管２５の内部に浸入することを完全に防止できる。

鋼管２５の内部に窒素ガス等の不活性ガスを供給することが、鋼管２５の内部の酸化を抑制するために、望ましい。
以上説明したチャックは、例えば四角形等の多角形の横断面形状を有する被加工材の内面や、角部を有する異形の横断面形状を有する被加工材の内面を把持する場合には、被加工材の内周面の各角部にチャックが当接するようにして把持することにより、把持力を高めることができるとともに、被加工材の芯を確実に出すことができる。

製造装置２０は、以上のように構成される。次に、製造装置２０により、曲げ部材２１を製造する状況を説明する。
図１（ａ）に示すように、送り手段２２により鋼管２５を送りながら、高温部形成機構２３により鋼管２５を部分的に急速に加熱及び冷却し、鋼管２５を曲げ手段２４により把持する。

この際、図１（ａ）中に破線矢印で示すように、送り手段２２の位置を二次元又は三次元で変更するとともに曲げ手段２４の位置を二次元又は三次元で変更する。さらに、高温部発生機構２３の配置角度を、送り手段２２による鋼管２５の送り方向の変更に応じて、変更する。このようにして、図１（ｂ）に示すように、鋼管２５に一回目の曲げ加工を行う。

これによれば、鋼管２５の入側（材料の供給側）の送り方向がその軸方向には限定されず変更自在である。すなわち、鋼管２５の入射角度が変更自在であるとともに、高温部発生機構２３の配置角度がこの鋼管の入射角度の変更に応じて変更される。このため、第３のマニピュレータにより支持される曲げ手段２４の動作範囲を抑制することが、可能になる。

次に、図１（ｂ）に示すように、高温部発生機構２３の配置位置を、送り手段２２の位置に接近する位置へ変更し、さらに、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように送り手段２２の位置を二次元又は三次元で変更するとともに曲げ手段２４の位置を二次元又は三次元で変更する。このようにして、鋼管２５に二回目の曲げ加工を行う。

このように、（ｉ）第１のマニピュレータ２７が鋼管２５の第１の部分における軸方向、及び／又は、鋼管２５に形成される高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作し、（ｉｉ）第３のマニピュレータ２８が鋼管２５の第２の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作し、さらに、（ｉｉｉ）第２のマニピュレータ２９ａが、鋼管２５の高温部における軸方向へ連続的又は断続的に動作する。

これによれば、高温部発生機構２３の配置位置を、送り手段２２の位置に接近する位置へ変更してから第１のマニピュレータ２７により支持される送り手段２２の位置を変更して二回目の曲げ加工を行うことによって、高温部を鋼管２５の軸方向へ移動させながら曲げモーメントを高温部に付与することができる。これにより、第３のマニピュレータ２８により支持される曲げ手段２４の動作範囲を抑制することができる。

このため、製造装置２０によれば、リーチ長の短い第３のマニピュレータ２８を有する産業用ロボットにより曲げ手段２４を支持することができるので、装置のコンパクト化及び設備コストの抑制と、この産業用ロボットの動作速度を可及的抑制することによる動作速度の変化及び動作時の振動の抑制とを図ることができ、これにより、寸法精度が優れた曲げ部材２１を高い生産性でかつ低コストで製造することができるようになる。

製造装置２０において、曲げ加工時に、第１のマニピュレータ２７に鋼管２５をその軸回りにねじる方向への動作を行わせること、及び／又は、第３のマニピュレータ２８に鋼管２５をその軸回りにねじる方向への動作を行わせることによって、鋼管２５をその軸周りに回転させ、相対的にねじり回転を行わせるようにしてもよい。これにより、ねじれ加工が可能になるので、ねじれ加工部を有する製品を得られるために望ましい。

また、曲げ加工時の第１のマニピュレータ２７及び第３のマニピュレータ２８に、鋼管２５をその軸周りに同じ方向へ回転させる動作を、同時に行わせることによって、第１のマニピュレータ２７及び第３のマニピュレータ２８の動作範囲を抑制でき、望ましくは最小化することができる。

第２のマニピュレータ２９ａが、鋼管２５の軸方向に沿って第１のマニピュレータ２７から第３のマニピュレータ２８へ向かう方向へ移動する場合であって、第１のマニピュレータ２７に鋼管２５をその軸回りにねじる方向への動作を行わせるときには、第２のマニピュレータ２９ａ及び第３のマニピュレータ２８を同期させることによって、それぞれの動作方向及び動作速度を一致させることが、得られる曲げ部材２１の寸法精度を高めるために望ましい。

このようにして、製造装置２０の全体の設置スペースの小型化を図りながら、特に特願２００８−２７６４９４号により提案した発明における把持手段２４の動作範囲を可及的抑制することによって装置のコンパクト化及び設備コストの抑制と、把持手段２４の動作速度を可及的抑制することによる動作速度の変化、動作時の振動の抑制及び生産タクトの短縮とを図ることができ、これにより、寸法精度が優れた曲げ部材２１を高い生産性でかつ、設備コストの上昇を可及的に抑制して、製造することができるようになる。

このため、本発明によれば、例えば自動車用の、屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材または構造部材を、優れた寸法精度で、かつ低コストで供給できる。

さらに、本発明を、実施例を参照しながらより具体的に説明する。
図１により示す本発明に係る製造装置２０と、特願２００８−２７６４９４号により提案した発明に係る装置（比較例）とを用いて、角管（外寸法：５０ｍｍ×２５ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ）のストレートパイプを素材として、図１３に示す形状の部品を製造した。送り速度は８０ｍｍ／ｓｅｃとし、加熱温度は最高温度で９３０℃とした。

本発明例では、送り手段２２を６軸のマニピュレータを有する多関節型の産業用ロボットにより支持した。また、曲げ手段２４を７軸のマニピュレータを有する多関節型の産業用ロボットにより支持した。さらに、高温部発生機構２３を６軸のマニピュレータを有する多関節型の産業用ロボットにより支持した。高温部発生機構２３の角度のみを、送り手段２２の送り方向の変更に応じて、変更した。

一方、比較例の装置における送り手段は、入り側の送り装置は、サーボモータによってボールネジを駆動するタイプとし、送り動作は角管の軸方向のみとするとともに、高温部発生機構の設置位置を固定した。さらに、曲げ手段を、７軸のマニピュレータを有する多関節型の産業用ロボットにより支持した。

比較例の結果を図１４にグラフで示し、本発明の結果を図１５にグラフで示し、本発明例および比較例それぞれにおける曲げ手段を支持するロボット（出側ロボット）の横方向の速度を図１６にグラフで比較して示し、さらに、このロボットの軌跡を図１７にグラフで比較して示す。なお、図１４〜１７のグラフでは、角管の送り方向をＸ軸で示し、それに垂直な曲げ方向（横方向）をｙ軸で示す。

図１４〜１７のグラフから、
（ａ）本発明により、曲げ手段を支持するロボットの動作範囲が約１／２に抑制されたこと、および
（ｂ）本発明により、曲げ手段を支持するロボットの動作速度の変化が約１／２になり、製品精度に悪影響のある振動が大幅に抑制されたこと
が明らかである。

本実施例は、実施例１よりもさらに、曲げ加工時に鋼管に発生する振動を抑制し、これにより、さらに高い寸法精度を有する曲げ部材を製造するためのものである。
本実施例では、本発明における上記条件１〜６を満足して、閉断面を有する中空の鋼管に曲げ加工を行って曲げ部材を製造する際に、第３のマニピュレータが２次元又は３次元の方向へ動作する際に第１のマニピュレータが軸方向へは動作しないこと、及び／又は、第１のマニピュレータが２次元又は３次元の方向へ動作する際に第３のマニピュレータが軸方向へは動作しないこととする。

これにより、２次元又は３次元の方向へ動作する第３のマニピュレータによって第１のマニピュレータの軸方向への動作が阻害されることによって曲げ加工時の鋼管に発生する振動や、２次元又は３次元の方向へ動作する第１のマニピュレータによって第３のマニピュレータの軸方向への動作が阻害されることによって曲げ加工時の鋼管に発生する振動が、いずれも顕著に抑制される。

図１８（ａ）は実施例２で製造した曲げ部材の形状の概略を示す説明図であり、図１８（ｂ）は第１のマニピュレータのみ鋼管の軸方向へ移動しながら曲げ部材を製造した時の第１〜第３のマニピュレータの変位、Ｘ方向加速度及びＹ方向加速度をまとめて示すグラフであり、図１８（ｃ）は第１〜第３のいずれのマニピュレータをも鋼管の軸方向及び曲げ方向へ移動しながら曲げ部材を製造した時の第１〜第３のマニピュレータの変位、Ｘ方向加速度及びＹ方向加速度をまとめて示すグラフである。

図１８（ｂ）に示すように、第１のマニピュレータのみ鋼管の軸方向へ移動しながら曲げ部材を製造すると、２次元又は３次元の方向へ動作する第３のマニピュレータによって第１のマニピュレータの軸方向への動作が阻害される。このため、曲げ加工時の鋼管に振動が発生して、第３のマニピュレータのＸ方向加速度およびＹ方向加速度がいずれも極めて大きくなり、製造される曲げ部材の寸法精度が低下する。

これに対し、本実施例では、図１８（ｃ）に示すように、まず、第１のマニピュレータ及び第３のマニピュレータにより鋼管を保持した状態で、第２のマニピュレータを動作して加熱および冷却手段２３を鋼管の軸方向（Ｘ方向）に移動させる。そして、曲げ１〜４の部分では、曲げ加工時には第１のマニピュレータ及び第３のマニピュレータを曲げ加工方向（ここではＹ方向）に同時に移動させ、鋼管に曲げモーメントを与える。このとき、第２のマニピュレータは曲げられた鋼管の形状に沿って高温部発生機構２３の位置及び方向を変更させる。

このように、第１のマニピュレータ及び第３のマニピュレータにより保持された鋼管を軸方向に送ることなく、高温部発生機構２３を鋼管の軸方向に移動させることによって、高温部発生機構２３と鋼管との位置を軸方向へ相対的に移動させながら曲げ加工を行う。これにより、鋼管自体のＸ方向の加速度は実質的にゼロとなり、第１のマニピュレータ及び／または第３のマニピュレータにより曲げ応力を付与する際に、Ｘ方向への加速度の変動が抑制され、振動が低減される。

即ち、本実施例では、実施例１と比較して、２次元又は３次元の方向へ動作する第３のマニピュレータによって第１のマニピュレータの軸方向への動作が阻害されなくなるため、曲げ加工時の鋼管の振動が抑制され、第１〜第３のマニピュレータのＸ方向加速度およびＹ方向加速度がいずれも極めて小さくなり、製造される曲げ部材の寸法精度が向上する。

本発明は、下記条件１〜６を満足して、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行うことを特徴とする曲げ部材の製造方法である。
条件１：第１のマニピュレータが、金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること。
条件２：第２のマニピュレータが、金属材における第１の部分、及び金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによってこの領域の一部に部分的な高温部を発生する高温部発生機構を支持すること。
条件３：第３のマニピュレータが、第２の部分を把持すること。
条件４：第１のマニピュレータが金属材の第１の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件５：第３のマニピュレータが金属材の第２の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件６：条件４及び条件５を満足することによって、高温部発生機構を金属材に対して軸方向へ相対的に移動させること、及び、高温部発生機構の配置角度を前記第１の部分の変位方向の変更に応じて変更させることの一方又は双方により、曲げモーメントが高温部に付与されること。

また、本発明は、下記条件１〜５および７を満足して、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行うことを特徴とする曲げ部材の製造方法である。
条件１：第１のマニピュレータが、前記金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること、
条件２：第２のマニピュレータが、前記金属材における前記第１の部分、及び前記金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによって当該領域の一部に部分的な高温部を発生する高温部発生機構を支持すること、
条件３：第３のマニピュレータが、前記第２の部分を把持すること、
条件４：前記第１のマニピュレータが前記金属材の当該第１の部分における軸方向、及び／又は、前記高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること、
条件５：前記第３のマニピュレータが前記金属材の当該第２の部分における軸方向、及び／又は、前記高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること、
条件７：第１のマニピュレータは前記金属材をその軸回りにねじる方向へ動作すること、及び／又は、第３のマニピュレータは前記金属材をその軸回りにねじる方向へ動作すること。
本発明には、閉断面を有する中空かつストレート形状の金属材をその軸周りにねじるねじり加工を行うことも包含される。

これらの本発明では、第１のマニピュレータが金属材の第１の部分における軸方向へ連続的に動作すること、及び第３のマニピュレータが金属材の第２の部分における軸方向へ動作しないことが望ましい。この場合、高温部発生機構が、第１の部分に接近する位置へ配置位置を変更されることがさらに望ましい。

別の観点からは、本発明は、下記第１のマニピュレータ、第２のマニピュレータ及び第３のマニピュレータを備え、下記条件１〜３を満足することによって、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行って曲げ部材を製造するための製造装置である。
第１のマニピュレータ：金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること。
第２のマニピュレータ：金属材における第１の部分、及び金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによってこの領域の一部に部分的な高温部を形成する高温部発生機構を支持すること。
第３のマニピュレータ：第２の部分を把持すること、
条件１：第１のマニピュレータが金属材の第１の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件２：第３のマニピュレータが金属材の第２の部分における軸方向、及び／又は、高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること。
条件３：条件１及び条件２を満足することによって、高温部発生機構を金属材に対して軸方向へ相対的に移動させること、及び、高温部発生機構の配置角度を第１の部分の変位方向の変更に応じて変更させることの一方又は双方により、曲げモーメントが高温部に付与されること。

また、本発明は、第１の位置に二次元または三次元の方向へ移動自在に配置されて、閉じた断面を有する中空の金属材を、その送り方向を変更しながら送ることができる送り手段と、金属材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置に配置されて、送られる金属材の一部または全部を加熱する加熱手段と、金属材の送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置に配置されて、送られる金属材における加熱手段により加熱された部分を冷却する冷却手段と、金属材の送り方向について第３の位置よりも下流の第４の位置に二次元または三次元の方向へ移動自在に配置されて、送られる金属材の少なくとも一箇所を把持することによって、送り手段とともに、金属材における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、金属材を所望の形状に曲げ加工する曲げ手段とを備え、金属材を素材とする製造装置であって、加熱手段および冷却手段が、金属材に対して軸方向へ相対的に移動する機能を有すること、及び、送り手段による金属材の送り方向の変更に応じて配置角度を変更する機能を有することの一方又は双方を有することを特徴とする曲げ部材の製造装置である。

高温部発生機構２３は、第２のマニピュレータ２９ａにより支持される。これにより、製造装置２０の省スペース化が図られる。具体的には、第２のマニピュレータ２９ａは、垂直多関節型の第２の産業用ロボットのマニピュレータであることが望ましく、垂直多関節型の産業用ロボットの軸数は５以上であることが望ましい。

例えば、外径２５ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの鋼管２５に曲率半径２００ｍｍの条件で曲げ加工を行う場合に必要となるモーメントは、約３６Ｎ・ｍとなる。
曲げ許容荷重が５００Ｎであると、
Ｌ＝ｄ（ｄは外径）の場合にはＷ＝１４４０Ｎ＞５００Ｎとなり、またＬ＝２ｄの場合にはＷ＝７２０Ｎ＞５００Ｎとなる。いずれの場合にも曲げ加工を行うことができない。これに対し、Ｌ＝３ｄの場合にはＷ＝４８０Ｎ＜５００Ｎとなり、Ｌ＝４ｄの場合にはＷ＝３６０Ｎ＜５００Ｎとなり、さらに、Ｌ＝５ｄの場合にはＷ＝２８８Ｎ＜５００Ｎとなるので、いずれの場合にも曲げ加工を行うことができる。

図９（ａ）および図９（ｃ）に示すように、チャック５７は、構成部材５７ａ、５７ｂと、絶縁部材５９とを有する。構成部材５７ａ、５７ｂは、その周方向に複数（図示例は二つ）に分割される。絶縁部材５９は、隣り合って配置される二つの構成部材５７ａ、５７ｂの間に配置される。絶縁部材５９は、例えばポリテトラフルオロエチレン等からなる。

図９（ｃ）に示すように、チャック５７の複数の構成部材５７ａ、５７ｂの間に絶縁部材５９を介在させることによって、構成部材５７ａ、５７ｂを流れる電流が打ち消し合う。これにより、高周波加熱コイル３３による誘導電流が構成部材５７ａ、５７ｂを一周してチャック５７が加熱されることが防止される。

Claims (18)

1. 下記条件１〜６を満足して、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行うことを特徴とする曲げ部材の製造方法；
   条件１：第１のマニピュレータが、前記金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること、
   条件２：第２のマニピュレータが、前記金属材における前記第１の部分、及び前記金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによって当該領域の一部に部分的な高温部を発生する高温部発生機構を支持すること、
   条件３：第３のマニピュレータが、前記第２の部分を把持すること、
   条件４：前記第１のマニピュレータが前記金属材の当該第１の部分における軸方向、及び／又は、前記高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること、
   条件５：前記第３のマニピュレータが前記金属材の当該第２の部分における軸方向、及び／又は、前記高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること、
   条件６：条件４、５を満足することによって、前記高温部発生機構を前記金属材に対して軸方向へ相対的に移動させながら、曲げモーメントが前記高温部に付与されること。
2. 前記第１のマニピュレータは前記金属材をその軸回りにねじる方向へ動作すること、及び／又は、前記第３のマニピュレータは前記金属材をその軸回りにねじる方向へ動作すること
   を特徴とする請求項１に記載された曲げ部材の製造方法。
3. 前記第１のマニピュレータは前記金属材の前記第１の部分における軸方向へ連続的に動作すること、
   前記第３のマニピュレータは前記金属材の前記第２の部分における軸方向へ動作しないこと、及び
   前記高温部発生機構は、前記第１の部分の変位方向の変更に応じて、配置角度を変更すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載された曲げ部材の製造方法。
4. 前記高温部発生機構は、前記第１の部分に接近する位置へ配置位置を変更される請求項３に記載された曲げ部材の製造方法。
5. 前記第３のマニピュレータが前記２次元又は３次元の方向へ動作する際、及び／又は、前記第１のマニピュレータが前記２次元又は３次元の方向へ動作する際に、前記第２のマニピュレータが前記高温部発生機構を前記金属材の軸方向に沿って移動させること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載された曲げ部材の製造方法。
6. 前記高温部発生機構は、前記金属材を加熱する加熱手段と、該加熱手段により加熱された金属材を冷却することによって前記高温部を形成する冷却手段とを有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された曲げ部材の製造方法。
7. 前記第１のマニピュレータは第１の位置に配置され、前記加熱手段は前記金属材の軸方向について前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置され、前記冷却手段は前記金属材の軸方向について前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置され、かつ、前記第３のマニピュレータは前記金属材の軸方向について前記第３の位置よりも下流の第４の位置に配置される請求項６に記載された曲げ部材の製造方法。
8. 下記第１のマニピュレータ、第２のマニピュレータ及び第３のマニピュレータを備え、下記条件１〜３を満足することによって、閉断面を有する中空の金属材に曲げ加工を行って曲げ部材を製造するための曲げ部材の製造装置；
   第１のマニピュレータ：前記金属材の第１の端部の側に位置する第１の部分を把持すること、
   第２のマニピュレータ：前記金属材における前記第１の部分、及び前記金属材の第２の端部の側に位置する第２の部分の間の領域を加熱した後に冷却することによって当該領域の一部に部分的な高温部を形成する高温部発生機構を支持すること、
   第３のマニピュレータ：前記第２の部分を把持すること、
   条件１：前記第１のマニピュレータが前記金属材の当該第１の部分における軸方向、及び／又は、前記高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること、
   条件２：前記第３のマニピュレータが前記金属材の当該第２の部分における軸方向、及び／又は、前記高温部に曲げモーメントを付与することができる２次元又は３次元の方向へ断続的に動作すること、
   条件３：条件１及び条件２を満足することによって、前記高温部発生機構を前記金属材に対して軸方向へ相対的に移動させながら、曲げモーメントが前記高温部に付与されること。
9. 第１の位置に二次元または三次元の方向へ移動自在に配置されて、閉じた断面を有する中空の金属材を、その送り方向を変更しながら送ることができる送り手段と、前記金属材の送り方向について前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置されて、送られる前記金属材の一部または全部を加熱する加熱手段と、前記金属材の送り方向について前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置されて、送られる前記金属材における前記加熱手段により加熱された部分を冷却する冷却手段と、前記金属材の送り方向について前記第３の位置よりも下流の第４の位置に二次元または三次元の方向へ移動自在に配置されて、送られる前記金属材の少なくとも一箇所を把持することによって、前記送り手段とともに、前記金属材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えて、前記金属材を所望の形状に曲げ加工する曲げ手段とを備え、前記金属材を素材とする曲げ部材の製造装置であって、
   前記加熱手段および前記冷却手段は、該送り手段による金属材の送り方向の変更に応じて、配置角度を変更する機能を有すること
   を特徴とする曲げ部材の製造装置。
10. 前記加熱手段および前記冷却手段は、その配置位置を、前記送り手段の位置に接近する位置へ変更する機能を有する請求項９に記載された曲げ部材の製造装置。
11. 前記送り手段は第１のマニピュレータにより支持され、前記加熱手段および冷却手段は第２のマニピュレータにより支持されるとともに、前記曲げ手段は第３のマニピュレータにより支持される請求項９または請求項１０に記載された曲げ部材の製造装置。
12. 前記第１のマニピュレータは垂直多関節型の第１の産業用ロボットのマニピュレータであり、前記第２のマニピュレータは垂直多関節型の第２の産業用ロボットのマニピュレータであるとともに、前記第３のマニピュレータは垂直多関節型の第３の産業用ロボットのマニピュレータである請求項１１に記載された曲げ部材の製造装置。
13. 前記第１のマニピュレータおよび前記第３のマニピュレータは双腕型の第１の産業用ロボットのマニピュレータであるとともに、前記第２のマニピュレータは垂直多関節型の第２の産業用ロボットのマニピュレータである請求項１１に記載された曲げ部材の製造装置。
14. さらに、前記第３のマニピュレータは、曲げ加工を行われた前記金属材を支持することによって該金属材の寸法精度の低下を抑制する請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載された曲げ部材の製造装置。
15. さらに、曲げ加工を行われた前記金属材を支持することによって該金属材の寸法精度の低下を抑制する第４のマニピュレータを備えることを特徴とする請求項１１から請求項１４までのいずれか１項に記載された曲げ部材の製造装置。
16. 前記第４のマニピュレータは垂直多関節型の第４の産業用ロボットのマニピュレータである請求項１５に記載された曲げ部材の製造装置。
17. 前記垂直多関節型の産業用ロボットの軸数は５以上である請求項１２から請求項１６までのいずれか１項に記載された曲げ部材の製造装置。
18. さらに、前記加熱手段の入側に配置されて、前記金属材を該加熱手段に案内する支持手段を備えることを特徴とする請求項９から請求項１７までのいずれか１項に記載された曲げ部材の製造装置。

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