JP2016198799A - 三次元熱間曲げ焼入れによる曲げ鋼材の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３ＤＱにより例えば±０．５ｍｍの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産する。【解決手段】一方の端部から他方の端部を向けて真直部分と該真直部分から曲がった反り部分とを有する鋼管２を位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、鋼管２を加熱した直後に冷却し、鋼管２に形成される高温部２ａを曲げ変形またはせん断変形させて熱間加工を行うことにより曲げ部材９を製造する際に、熱間加工される前の鋼管２における反り部分の反り量の検出値に基づいて、その後に行われる鋼管２に対する熱間加工を修正して行う。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元熱間曲げ焼入れ（3DQ:3 Dimensional Hot Bending and Quench）による曲げ鋼材の製造装置および製造方法に関し、具体的には、素材である鋼材の反りにばらつきがあっても所望の寸法精度（加工精度）を有する曲げ鋼材を量産できる、三次元熱間曲げ焼入れによる曲げ鋼材の製造装置および製造方法に関する。

特許文献１には、図７Ｂに概要を示す三次元熱間曲げ焼入れ装置１（以下、後述する図Ａの三次元熱間曲げ焼入れ装置もあわせて「３ＤＱ装置」ともいい、これら３ＤＱ装置による三次元熱間曲げ焼入れを「３ＤＱ」と略記する）が開示されている。

図７Ａに示すように、閉じた横断面を有する中空の鋼材である被加工材２（以降の説明では鋼管を例にとる）を、所定の位置に固定配置された位置決め装置（支持ロール）３により位置決めしながら、送り装置４により鋼管２の軸方向（図７Ａ中の矢印が示す方向）へ送る。

位置決め装置３より鋼管２の送り方向の下流側（本明細書では、単に「下流側」とも称し、反対の位置関係を単に「上流側」とも称する。）には、鋼管２をその周囲から加熱する環状の高周波誘導加熱コイル５（以下、単に「コイル」ともいう。）が配置される。コイル５を懸垂支持するブスバー（フィーダ）６からコイル５へ高周波電力を供給して、送られる鋼管２をＡｃ_３点以上の焼入れ可能温度域に短時間（２秒程度）で急速に加熱する。コイル５の直ぐ下流側に配置された環状の水冷装置７から、加熱された鋼管２の外周面に冷却水を噴射して鋼管２を焼入れる。図７Ａにおける符号６−１は、ブスバー６を介してコイル５へ供給する高周波電力を発生する変成器を示す。

コイル５で加熱されてから水冷装置７で冷却されるまでの間に鋼管２に形成される高温部（加熱される部分）２ａを、水冷装置７よりも下流側において可動ローラダイス８−２の位置を連続的または断続的に制御することにより鋼管２を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼管２に熱間加工を行って焼入れられた曲げ鋼材９を製造する。

図７Ａの三次元熱間曲げ焼入れ装置１０は、鋼管２の送り方向に対して水平方向のみならず垂直方向にも可動ローラダイス８−２を製造する部材の形状に応じて傾けることができるため、一つの部材の中で曲げの方向が変化する曲げ部材も製造することができる。

図７Ｂに別の三次元熱間曲げ焼入れ装置０を示す。図７Ｂの三次元熱間曲げ焼入れ装置０は水冷装置７よりも下流側において鋼管２を加工チャック８−１で把持し、加工チャック８−１の位置を変位させることにより、コイル５と水冷装置７の間の局所的に高温になった結果軟化した鋼管２を曲げ変形させる。加工チャック８−１は例えば左右といった加熱装置５に鋼管２を送る方向を含む平面内のみならず上下を含む空間内にも変位可能であるため、一つの部材の中で曲げの大きさや方向が変化する曲げ部材も製造することができる。

図７Ａ，図７Ｂのいずれの三次元熱間曲げ焼入れ装置１０，０においても加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２は、加工プログラムにより規定される軌道を予め入力された例えば多関節型の産業用ロボット８−３により支持され、産業用ロボット８−３が加工ローラダイスまたは加工チャックの軌道を再生することにより、所望の形状を有する曲げ鋼材９が製造される。

３ＤＱ装置１により曲げ鋼材９を量産する場合、これまでは、全ての鋼管２に対して同一の加工プログラムにより産業用ロボットを動作させて加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を再生して、鋼管２に三次元熱間曲げ焼入れを行っていた。これにより、例えば自動車の構成部材の素材として用いられる曲げ鋼材９に要求される高い寸法精度（加工精度）を十分に確保することができていた。

国際公開第２００６／０９３００６号パンフレット

しかし、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、３ＤＱ装置１における加工素材である鋼管２が、例えば、円形断面の鋼管にロール成形を行って製造される矩形断面の長尺の異形鋼管（例えば全長７ｍ）から切り出された短尺の異形鋼管（例えば全長２ｍ）であると、長尺の異形鋼管のロットや長尺の異形鋼管からの切り出し位置に応じて、３ＤＱ装置１により量産された曲げ鋼材９の寸法精度（加工精度）が低下することが判明した。

曲げ鋼材９が自動車部品の中でも例えば±０．５ｍｍの許容公差といった特に厳しい寸法公差を要求される部品（例えば、各種ピラー類，足回り部品，シート部品，ドアインパクトビーム）の素材として用いられる場合には、この許容公差を満足できず、生産性および歩留まりの低下、さらには製造コストの上昇の原因を生じる。

つまり、許容公差が比較的厳しくない場合には何ら問題なく上記許容公差を有する曲げ鋼材９を量産することが可能であったものの、鋼管２が、例えば、円形断面の鋼管にロール成形を行って製造される矩形断面の長尺の異形鋼管（例えば全長７ｍ）から切り出された短尺の異形鋼管（例えば全長２ｍ）である場合には、上記許容公差を満足できないという、本願出願前には知られていなかった新たな課題があることが判明した。このため、特許文献１には、当然のことながら、この新たな課題やその解決手段は開示も示唆もされていない。

本発明は、従来の技術が有する新規な課題に鑑みてなされたものであり、異形鋼管を素材として３ＤＱにより例えば±０．５ｍｍの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産できる曲げ鋼材の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。換言すれば、本発明の目的は、３ＤＱ装置により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±０．５ｍｍに収めることができる曲げ鋼材の製造装置および製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見Ａ〜Ｄを得た。

（Ａ）鋼管２の素材である矩形断面の長尺の異形鋼管（例えば全長７ｍ）は、円形断面の長尺の鋼管をロール成形して所定の矩形断面に成形する成形ラインを経て製造されるが、この成形ラインを構成する成形ロールは、素材の長手方向へ所定の間隔を有して多数並んで配置される。このため、この成形ラインにおいて円形断面の長尺の鋼管の先端部分は成形ロールに拘束されずに成形されることになるため、この先端部分には微小な反りが不可避的に発生する。一方、円形断面の長尺の鋼管における、先端部分（矩形断面の鋼管において反りを生じた部分）に続く部分にはこのような反りは殆ど発生しない。以下、この反りについて本発明者らが行った試作試験の結果に基づいて具体的に説明する。

図８Ａは、本発明者らが行った試作試験において３ＤＱの素材２０の切り出し状況を示す説明図である。

本発明者らは、図８Ａに示すように、円形断面の長尺の鋼管にロール成形を行って得られた、縦４２ｍｍ，横３６ｍｍの長方形断面の全長７ｍの長尺の異形鋼管２０の、ロール成形時の先端側を１００ｍｍ切断した後にさらに３分割して得られる長さ２２８０ｍｍの鋼管（ロール成形時の先端側に位置するＴＯＰ材２１、ロール成形時の中央に位置するＭＩＤ材２２およびロール成形時の後端側に位置するＢＴＭ材２３）を３ＤＱの素材として用い、自動車用部品であるＡピラーを試作する試験を、多数の異形鋼管のＴＯＰ材２１、ＭＩＤ材２２およびＢＴＭ材２３のそれぞれについて行った。

Ａピラーの全体形状および断面形状を図８Ｂに示す。試作したＡピラーは、姿見と呼ばれる台にシムを挟んで載せられ寸法精度（加工精度）を評価される。姿見は設計通りの正規形状にＡピラーが成形されている場合、いずれの測定点でも姿見とＡピラーの隙間がシムの厚さになるよう製作されている。

図８Ｂの数字は、Ａピラーの長手方向の測定箇所を示し、図８Ｂの断面図における符号Ａ，Ｂは、Ａピラー断面の測定箇所を示す。Ａピラーの寸法精度（加工精度）はそれぞれの測定箇所における姿見とＡピラーの間の隙間の大きさとシムの厚さとの乖離から評価される。すなわち、図８Ｂの全体図に示すように、Ａピラーの長手方向に等間隔に１７点の測定位置（断面）を設定し、稜線Ｒ止まり部で姿見との隙間を測定しシムの厚みを引いたものを正規寸法の差として求めた。この測定では、長手方向の測定位置１，４，７，１０，１３，１６では断面方向Ｙ面、Ｚ面各２点（Ａ，Ｂ）を測定し、それ以外の測定位置では各１点（Ａ）のみ測定した。

図９（ａ）は、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材の図８ＢのＹ面における正規形状からの誤差を示すグラフである。図９（ａ）の測定位置は追加図（側面）の数字と図８ＢのＡまたはＢから定義される測定位置を示す。図９（ｂ）も同様に、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材の図８ＢのＺ面における正規形状からの誤差を示すグラフである。正寸からの差異とは、正規形状から逸脱した変位量を示し、Ａピラーの測定位置がＡピラーの断面外側に変位していれば正、内側であれば負と評価した。

この際、加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２を支持する産業用ロボットの軌道の精度補正をいくら厳重に行っても、図９（ａ）および図９（ｂ）にグラフで示すように、得られるＡピラーのＺ面の寸法精度（加工精度）が０．３ｍｍ程度変動し、その傾向はおおむね３種類に分類され、１種類は大きく正側に変動するのに対して残りの２種類はそれほど大きな差を生じなかった。

本発明者らは、これらの３種類は、長さ２２８０ｍｍの鋼管からの切り出し位置、すなわちＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材に対応するのではないかと考え、さらに調査した結果、ＴＯＰ材を素材とするＡピラーの精度は、ＭＩＤ材，ＢＴＭ材を素材とするＡピラーの精度よりも劣ることが判明した。

上述のように、異形鋼管２０は、円形断面の長尺の鋼管にロール成形を行って得られるが、このような円形断面から矩形断面へのロール成形の際には、ロール成形時の先端側には成形ロールに拘束されない部位が存在するためにいわば片持ち状態で成形されるために、異形鋼管２０のロール成形時の先端側には反りが発生することが、知られている。このため、本発明者らは、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれについて、長手方向について鋼管の側面の変位量の変化を測定した。

図１０Ａ〜図１０Ｄは、Ａピラーの素材である異形鋼管のＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれのＹ面先端側、Ｙ面後端側、Ｚ面先端側、Ｚ面後端側それぞれにおける変位の測定値を示すグラフである。先端側、後端側とはロール成形時にどちらが相対的に先端側、後端側にあったかを意味する。変位量は異形鋼管の真直部の側面を基準に計測した。

図１０Ａ〜図１０Ｄのグラフから理解されるように、Ｚ面先端側において変位量の大きい鋼管があることがわかる。これら変位量の大きい鋼管はすべてＴＯＰ材であった。

さらに、本発明者らは、ＴＯＰ材を素材として得られたＡピラーについてもそれぞれの測定箇所において加工精度（正規形状からの差異）を測定した。

図４は、三次元熱間曲げ焼入れ前のＴＯＰ材の管端から距離と変位量を示すグラフであり、図５は、三次元熱間曲げ焼入れ後のＴＯＰ材のそれぞれの測定箇所における加工精度を示すグラフである。

図４および図５のグラフに示すように、ＴＯＰ材の素材の管端からの変位量とＴＯＰ材からなる曲げ鋼材のそれぞれの測定箇所における加工精度には、いくらかばらつきが存在する。

変位量の測定のために、本発明者は、ＴＯＰ材を素材とするＡピラーにおけるロール成形時の先端側４００ｍｍ（この位置は焼き入れ・曲げ加工とも行っていない真直部である）で切断し、先端側４００ｍｍの位置を基準に長手方向の変位量を測定した。

鋼管２が図１０Ｃに示すＴＯＰ材のような変位量である場合に、曲げ鋼材９が上記許容公差を満足できない。すなわち、３ＤＱ装置１により製造される曲げ鋼材９が上記許容公差を満足できない理由は、鋼管２に大きな変位が存在することである。この変位により素材となる鋼管が加工チャックに把持される際に僅かな弾性変形を生じ、加熱する際の応力解放が発生する、また加熱コイルや冷却ノズルと素材鋼管とのクリアランスが変動し、真直部のような変位のない素材鋼管と加熱冷却のタイミングが僅かにずれてしまうために、変位のない鋼管を加工した場合と異なる形状になり加工精度が劣ってしまうものと推察される。

（Ｂ）そこで、鋼管２に存在する変位量を定量的に把握し、産業用ロボットを動作させて加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を再生するための加工プログラムを変位量に応じて変更することにより、３ＤＱ装置１により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±０．５ｍｍに収めることが可能になる。

すなわち、上述の試作試験の結果から、産業用ロボットを動作させて加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を、ＴＯＰ材，ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれについて異ならせる（変位量に応じて補正する）ことにより、Ａピラーの加工精度を大幅に向上できることがわかる。従来のように、軌道を、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材について変更せずに同じものを使う場合には、最大で０．８ｍｍ程度のばらつきが生じるのに対し、軌道を、ＴＯＰ材，ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれについて異ならせることにより、ばらつき幅を０．４ｍｍ程度まで半減させることが可能になる。

（Ｃ）本発明では、簡便のため、鋼管の長手方向に変化する変位を反り量δに置き換え、反り量δに応じて加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を補正してもよい。図１１は、鋼管２における反り量δの定義を示す説明図である。

図１１に示すように、本発明では、反りの量δは、一方の端部２ａから他方の端部２ｂを向けて真直部分２ｃおよび真直部分から変位した部分（反り部分）２ｄを有する鋼管２に対して、反り部分２ｄにおける変位の変動幅として規定される。なお、鋼管２の長手方向をＸ軸とした場合、鋼管２の反り量δはＹ方向（Ｙ面の反り量）とＺ方向（Ｚ面の反り量）のいずれの方向についても定義可能である。本発明では、図４においてノイズを除去した変位量グラフの管端における傾き（一階微分）が正である場合を正の反りとして定義する。

ばらつきが最も大きい長手方向中央付近（図８Ｂの測定位置８）における加工精度と反り量δの関係を図１２にグラフで示す。

図１２のグラフに示すように、反り量δが大きいほど、加工精度の測定値は正側に振れることがわかる。

（Ｄ）このように、３ＤＱ装置１で加工を行われる前の鋼管２の変位量あるいは反り量δを定量的に測定しておき、変位量あるいは反り量δを加味して加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を修正（補正）して設定してからこの鋼管２に対する加工を行うことにより、上記課題を解決することができる。

本発明者らは、これらの知見Ａ〜Ｄに基づきさらに検討を重ねて本発明を完成した。
本発明は、閉じた多角形の横断面を有するとともに一方の端部から他方の端部に向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を位置決めしながらその長手方向へ移動させるための位置決め装置と、送られる鋼材から離間して第１の位置に配置されるとともに、鋼材を（焼入れする場合は焼入れ可能温度域に）加熱する加熱装置（例えば高周波誘導加熱コイル）と、第１の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第２の位置に配置されるとともに、鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を冷却する冷却装置と、第２の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第３の位置において第１の位置における鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置されて、位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼材に加工を行う加工装置と、位置決め装置により位置決めされる前の鋼材の反り量（変位量あるいは反り量δ）を検出する反り検出装置と、該反り検出装置による検出値に基づいて前記加工装置による前記鋼材に対する熱間加工を制御する制御装置とを備えることを特徴とする曲げ鋼材の製造装置である。

別の観点からは、本発明は、閉じた多角形断面を有するとともに一方の端部から他方の端部を向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を、位置決め装置によって、位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、送られる鋼材から離間した第１の位置に配置される加熱装置（例えば高周波誘導加熱コイル）によって、鋼材を（焼入れする場合は焼入れ可能温度域に）加熱するととともに、第１の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第２の位置に配置される冷却装置に設けられた冷却媒体噴射孔から、鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を冷却し、第２の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第３の位置において第１の位置における鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置される加工装置によって、位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼材に熱間加工を行うことにより曲げ部材を製造する際に、位置決め装置により位置決めされる前の鋼材の反り量（変位量あるいは反り量δ）の検出値に基づいて、鋼材に対する熱間加工を制御することを特徴とする曲げ鋼材の製造方法である。

これらの本発明では、鋼材が、円形断面の鋼管をロール成形して得られた多角形断面の鋼管から切り出された多角形断面の鋼管であってもよい。

本発明により、３ＤＱにより例えば±０．５ｍｍの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産できる。すなわち、３ＤＱ装置により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±０．５ｍｍに収めることができる。このように、本発明によれば、３ＤＱ装置による加工を行われる前の素材の寸法精度が低下している場合であっても、３ＤＱ装置により製造される曲げ鋼材の加工精度のバラツキを、実用上問題ない程度に安定して低減し、公差外れの曲げ鋼材が製造されることを顕著に抑制できる。

図１は、本発明に係る曲げ鋼材の製造装置を示す説明図である。 図２は、断面四角形の長尺の鋼管から、断面多角形の短尺（例えば全長２ｍ）の３本の鋼管が切り出される状況を示す説明図である。 図３は、曲げ鋼材について正規形状との差異を測定した結果を示すグラフである。 図４は、鋼管（先端部材）について変位量を測定した結果を示すグラフである。 図５は、鋼管（先端部材）の３ＤＱ加工後の加工精度を測定した結果を示すグラフである。 図６は、ロボット軌道選択のフローチャートの一例を示すグラフである。 図７Ａは、特許文献１により開示された３ＤＱ装置を示す説明図である。 図７Ｂは、別の３ＤＱ装置を示す説明図である。 図８Ａは、本発明者らが行った試作試験において３ＤＱの素材の切り出し状況を示す説明図である。 図８Ｂは、Ａピラーの全体形状および断面形状を示す説明図である。 図９（ａ）は、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材のＹ面（側面）における正規形状からの誤差を示すグラフであり、図９（ｂ）は、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材のＺ面（縦面）における正規形状からの誤差を示すグラフである。 図１０Ａは、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれのＹ面先端側における変位量の測定値を示すグラフである。 図１０Ｂは、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれのＹ面後端側における変位量の測定値を示すグラフである。 図１０Ｃは、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれのＺ面先端側における変位量の測定値を示すグラフである。 図１０Ｄは、ＴＯＰ材、ＭＩＤ材およびＢＴＭ材それぞれのＺ面後端側における変位量の測定値を示すグラフである。 図１１は、鋼管における反り量δの定義を示す説明図である。 図１２は、ばらつきが最も大きい長手方向中央付近における反り量δと加工精度との関係を示すグラフである。

本発明を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る曲げ鋼材９の製造装置１０を示す説明図である。なお、以降の説明では、上述した図７Ａあるいは図７Ｂに示す製造装置１の構成要素と同じ構成要素については、同一の図中符号を付けることにより重複する説明を省略する。

図１に示すように、製造装置１０は、位置決め装置３と、高周波誘導加熱コイル５と、冷却装置７と、加工装置８と、反り検出装置１１と、制御装置１２とを有する。

［位置決め装置３］
以降の説明では、本発明における加工素材である鋼材が、閉じた多角形（四角形）の横断面を有する中空かつ長尺の鋼管２である場合を例にとる。

この鋼管２の素材である断面四角形の長尺の鋼管２−１（例えば全長７ｍ）は、円形断面の長尺の鋼管を、所定の間隔を有して並んで配置された多数の成形ロールを備える成形ラインを通してロール成形して、所定の四角形断面に成形されて製造される。このため、この成形ラインにおいて円形断面の長尺の鋼管の先端部分は、成形ロールが当たらずに成形されることになるため、この先端部分には反りが不可避的に発生する。鋼管２は、この断面四角形の長尺の異形鋼管２−１から切り出されて断面多角形の短尺（例えば全長２ｍ）の鋼管２−２として提供される。

鋼管２のこのような製造工程を経て製造されるため、量産される鋼管２のなかには、図１１に例示するように、その一方の端部２ａから他方の端部２ｂへ向けて真直部分２ｃと真直部分２ｃから沿った反り部分２ｄとを有するものが存在する。

位置決め装置３は、鋼管２を、所定の位置に位置決めしながら、鋼管２を長手方向へ移動させるための装置であり、例えば、図１に示すように、鋼管２の外周面に当接する形状の内面を有する２組の一対の孔型ロール（３ａ，３ａ）により構成される。

鋼管２は、例えばボールねじ等の送り機構４により、長手方向へ送られる。加工チャック８−１の動きにより鋼管２が軸周りに自由に回転しないよう送り機構４は回転防止機能あるいは回転制御機能を備えていることが望ましい。

［加熱装置（高周波誘導加熱コイル５）］
加熱装置（例えば高周波誘導加熱コイル５）は、位置決め装置３により送られる鋼管２の外周面から所定距離離間して第１の位置に配置される。高周波誘導加熱コイル５は、鋼管２の外周面から離れて鋼管２の周囲を取り囲むことができる略四角形の環状の外形を有し、鋼管２を（焼入れする場合は焼入れ可能温度域（Ａｃ_３点以上）に）加熱する。

なお、高周波誘導加熱コイル５は、変成器６−１が発生する高周波電力を供給されるブスバー（フィーダ）６に懸垂支持されており、ブスバー（フィーダ）６により高周波電力を供給されて、鋼管２を（焼入れする場合は焼入れ可能温度域（Ａｃ_３点以上）に）加熱する。

［冷却装置７］
冷却装置７は、高周波誘導加熱コイル５が設置される第１の位置よりも鋼管２の送り方向の下流の第２の位置に配置される。冷却装置７は、鋼管２の横断面において鋼管２の外面を形成する４つの辺それぞれに向けて略垂直に冷却媒体（以降の説明では冷却水を例にとる）を噴射する。

冷却装置７は、鋼管２の各辺へ冷却水をそれぞれ噴射することにより、鋼管２を焼入れて、マルテンサイト、あるいは、マルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトからなる鋼組織とすることもできる。

［加工装置８］
加工装置８は、第２の位置よりも鋼管２の送り方向の下流の第３の位置に第１の位置における鋼管２の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置されて、位置決め装置３とともに、鋼管２の加熱される部分２ａを曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼管２に熱間加工を行う。これにより鋼管２は曲げの量と向きを任意に変化させることができる。

加工装置８として、加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２のいずれかを用いることができる。加工チャック８−１は、鋼管２の先端あるいは先端近傍において鋼管２を把持する。一方、稼働ローラダイス８−２は、水冷装置７よりも下流側に配置される。加工チャック８−１、可動ローラダイス８−２のいずれも第１の位置における鋼管２の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも変位させる制御を行うことにより、鋼管２を曲げ変形またはせん断変形させることができ、これにより、鋼管２に熱間加工を行って焼入れられた曲げ鋼材９を製造する。

加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２は、加工プログラムにより規定される軌道を予め入力された例えば多関節型の産業用ロボット）８−３により支持され、産業用ロボットがこの軌道を再生することにより、所望の形状を有する曲げ鋼材９が製造される。

［反り検出装置１１］
反り検出装置１１は、製造装置１０にセットされる前の鋼管２、すなわち移動位置決め装置３により位置決めされる前の鋼管２における反り部分における鋼管２の真直部からの変位量を検出する。

反り検出装置１１としては、この種の検出装置として慣用なものを用いればよく、例えば、変位量を精密に測定するにはレーザ変位計を用い、簡易的には測定用ゲージを用いることができる。より加工精度を要求する場合には変位量と精度の相関を製造する部品毎に調べておき，内挿したロボットの軌道データをその都度作成して加工すればよい。

［制御装置１２］
制御装置１２は、反り検出装置１１による変位量の検出値に基づいて加工装置８による鋼管２に対する熱間加工を制御する。すなわち、制御装置１２は、反り検出装置１１による変位量の検出値に基づいて、鋼管２に存在する反りの程度を定量的に把握し、産業用ロボットを動作させて加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を再生するための加工プログラムを反りの程度に応じて補正して設定し、変更して設定した加工プログラムに基づいて産業用ロボットを動作させて加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を再生する。これにより、３ＤＱ装置１により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±０．５ｍｍに収めることが可能になる。また、簡便な方法として、変位量の変動幅（反り量δ）に基づき加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を補正してもよい。

図２は、断面四角形の長尺の鋼管２−１から、断面多角形の短尺（例えば全長２ｍ）の３本の鋼管２−２が切り出される状況を示す説明図である。

図２に示すように、鋼管２−１から、先端部材、中間部材、後端部材として３本の鋼管２−２が切り出される。ある鋼管２−１から切り出された３本の鋼管Ｐ−１（先端部材），Ｐ−１（中間部材），Ｐ−１（後端部材）と、別の鋼管２−１から切り出された３本の鋼管Ｐ−２（先端部材），Ｐ−２（中間部材），Ｐ−２（後端部材）について、鋼管２−１のどの部位から切り出されたかをマーキングして３ＤＱ装置１により熱間加工を行って曲げ鋼材９を製造した。そして、得られた曲げ鋼材９について正規形状との差異を測定した。測定結果を図３にグラフで示す。

図３のグラフに示すように、先端部材を加工した場合の加工精度は、中間部材または後端部材を加工した場合の加工精度は明らかに不芳である。

また、鋼管２−２の反り（真直部からの変位量）を測定したところ、先端部材にだけ反りが存在する。

さらに、３本の鋼管２−１から切り出された３本の鋼管２−２（先端部材）について反りおよび３ＤＱ加工後の加工精度を測定した。結果を図４，５のグラフに示す。

図４，５のグラフに示すように、先端部材同士の比較においても変位量の大小に応じて、３ＤＱ加工後の寸法精度（加工精度）が異なることが判明した。

なお、加工後の精度測定の際には、加工された曲げ鋼材の両端を支持してするため、中央部精度が正側に出るということは規定より測定面が断面の外側に変位しすぎていることを意味する。

以上の結果より、３ＤＱ加工の前に鋼管２の反りの有無や大小を判別し、それに応じて加工プログラムを修正して設定することにより、３ＤＱ加工後の曲げ鋼材９の加工精度を向上させることができることがわかる。

表１に、鋼管２−１からの切り出し位置に応じて加工プラグラムを変更する本発明例と、変更しない比較例について、加工プログラムの変更の一例を、まとめて示す。

例えば、図１２のグラフから、鋼管２のＺ面の反り量δが０．７５ｍｍの場合には、ばらつきが最も大きい長手方向中央付近における精度測定値は＋０．２５ｍｍ程度と予測されるので、この＋０．２５ｍｍ分を逆方向へ補正可能なロボット軌道を作成して用いればよい。

逆に図４における鋼管Ｃを用いこれを基準として精度測定値が０となるようにロボット軌道を作成してもよい．この場合には鋼管１を用いると精度測定値としては−０．２５ｍｍが測定されると予想されるため，＋０．２５ｍｍ分の補正をかけることとなる。

図６は、ロボット軌道選択のフローチャートの一例を示すグラフである。
図６に示すように、開始前に鋼管２の反り（変位量）に応じたロボット軌道を事前に作成しておく。この際、鋼管２が正の反りを有する場合には反りの無い鋼管に対する軌道よりも加工量を減らすようにロボット軌道を修正する。変位量が大きいほど、修正量も大きくなる。

Ｓ１において、曲げ方向に対する鋼管２の反り方向を判定し、負の反りの場合にはＳ２へ移行し、反りがない場合はＳ３へ移行し、正の反りの場合にはＳ４へ移行する。

Ｓ２においては、負の反り鋼管用のロボット軌道（基準の曲げ量に補正量を付加）で加工し、Ｓ３においては、反りなし鋼管用のロボット軌道（基準の曲げ量）で加工し、Ｓ４においては、正の反り鋼管用のロボット軌道（基準の曲げ量から補正量を減じる）で加工する。このようにして加工を終了する。

このように、３ＤＱ装置１で加工を行われる前の鋼管の反り（変位量）を定量的に測定しておき、変位量を加味して加工チャック８−１または可動ローラダイス８−２の軌道を修正して設定してからこの鋼管に対する加工を行うことにより、３ＤＱにより例えば±０．５ｍｍの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産できる。

本発明によれば、３ＤＱ装置１０による加工を行われる前の鋼管２の寸法精度が低下している場合であっても、３ＤＱ装置１０により製造される曲げ鋼材９の寸法精度（加工精度）のバラツキを、実用上問題ない程度に安定して低減でき、公差外れの曲げ鋼材９が製造されることを大幅に低減することが可能になる。

本発明により製造される曲げ鋼材９は、その寸法精度（加工精度）が向上しているため、後工程での組み付けが容易になるとともに、精度公差外れによる歩留まり低下を抑制でき、生産性向上およびコスト削減が可能になる。

さらに、量産される曲げ鋼材９の全体としての寸法精度（加工精度）ばらつきが大幅に改善されるため、厳しい公差を設定される部品（例えば、各種ピラー類，足回り部品，シート部品，ドアインパクトビーム）にも曲げ鋼材９を適用することができるようになる。

１ 製造装置
２ 鋼管
２ａ 高温部
３ 移動位置決め装置
５ 高周波誘導加熱コイル
７ 冷却装置
８ 加工装置
８−１ 加工チャック
８−２ 可動ローラダイス
８−３ 多関節型産業用ロボット
９ 曲げ部材
１０ 製造装置
１１ 反り検出装置
１２ 制御装置

Claims (3)

1. 閉じた多角形の横断面を有するとともに一方の端部から他方の端部に向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を位置決めしながらその長手方向へ移動させるための位置決め装置と、送られる該鋼材から離間して第１の位置に配置されるとともに該鋼材を加熱する加熱装置と、前記第１の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第２の位置に配置されるとともに前記鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより該鋼材を冷却する冷却装置と、前記第２の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第３の位置において前記第１の位置における前記鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置されて、前記位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、前記鋼材に加工を行う加工装置と、前記位置決め装置により位置決めされる前の鋼材の反り量を検出する反り検出装置と、該反り検出装置による検出値に基づいて前記加工装置による前記鋼材に対する熱間加工を制御する制御装置とを備えることを特徴とする曲げ鋼材の製造装置。
2. 前記鋼材は、円形断面の鋼管をロール成形して得られた多角形断面の鋼管から切り出された多角形断面の鋼管である請求項１に記載された曲げ鋼材の製造装置。
3. 閉じた多角形断面を有するとともに一方の端部から他方の端部を向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を、位置決め装置によって、位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、送られる鋼材から離間した第１の位置に配置される加熱装置によって、前記鋼材を加熱するととともに、前記第１の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第２の位置に配置される冷却装置に設けられた冷却媒体噴射孔から、前記鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより前記鋼材を冷却し、前記第２の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第３の位置において前記第１の位置における前記鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置される加工装置によって、前記位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、前記鋼材に熱間加工を行うことにより曲げ部材を製造する際に、前記位置決め装置により位置決めされる前の前記鋼材の反り量の検出値に基づいて、前記鋼材に対する熱間加工を制御することを特徴とする曲げ鋼材の製造方法。