JP2023107719A - 折り曲げ装置、これを用いた構造部材の製造方法、及び構造部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材をスペース効率よく折り曲げることができる折り曲げ装置を提供する。【解決手段】折り曲げ装置（１０）は、ウェブ（２１）と、ウェブ（２１）の側縁に連続するフランジ（２２，２３）とを含む素材（２０）を折り曲げるための折り曲げ装置である。折り曲げ装置（１０）は、外型（１１）と、内型（１２）と、折り曲げ機（１３）とを備える。内型（１２）は、外型（１１）と対向して配置される。内型（１２）は、外型（１１）とともにウェブ（２１）を挟持可能なように構成されている。折り曲げ機（１３）は、外型（１１）の隣に配置される。折り曲げ機（１３）は、外型（１１）側から内型（１２）側に向かってウェブ（２１）を押すことができるように構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、折り曲げ装置に関し、より詳細には、ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材を折り曲げるための折り曲げ装置に関する。また、本開示は、折り曲げ装置を用いた構造部材の製造方法、及び構造部材に関する。

例えば、住宅の外壁フレーム等に用いられる構造部材として、溝形鋼や山形鋼が知られている。これらの構造部材は、一般に、当該部材の長手方向に延びるウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む。

構造部材の中には、Ｌ字状に折り曲げられたものがある。Ｌ字状の構造部材は、例えば、溝形鋼又は山形鋼である素材を２つ準備し、これらの素材をＬ字状に配置して端部同士を接合することで製造される。素材の端部同士は、例えば、溶接法、リベット接合法、かしめ接合法等によって接合される。

あるいは、溝形鋼又は山形鋼である素材に対して折り曲げ加工を施すことで、Ｌ字状の構造部材を製造することもできる。この場合、素材のフランジに切り欠きを形成し、切り欠きの部分で素材を折り曲げた後、切り欠きの両端面を溶接によって接合する。

しかしながら、これらの製造方法の場合、素材に切り欠きを形成する工程や、素材同士又は切り欠き部分の接合工程が必要であるため、構造部材の製造プロセスが複雑化し、それに伴って構造部材の製造コストが増大する。また、接合方法として溶接を採用した場合、溶接ヒュームの発生によって作業環境が悪化する可能性がある。さらに、素材がめっき鋼板で構成されている場合、溶接によってめっきが消失し、構造部材の防錆性を確保できなくなる可能性もある。そのため、溶接した後に補修工程が必要となる場合もある。

これに対して、特許文献１及び２では、素材に塑性加工を施すことによってＬ字状の構造部材を製造する方法が提案されている。特許文献１及び２の製造方法では、例えば溝形鋼である素材に塑性加工を施すため、前後一対の回転ダイと、回転ダイの上方に配置された曲げパンチと、回転ダイの側方に配置された左右一対の予備曲げパンチとを含む金型が使用される。特許文献１及び２では、回転ダイに載置された素材の両フランジに予備曲げパンチを押し当てることで、各フランジに予備曲げ加工を施す。そして、回転ダイ上の素材に対して所定角度のＶ溝を有する曲げパンチを上方から押し込む。このとき、回転ダイが曲げパンチのＶ溝に沿うように回転し、予備曲げ加工によって形成された折り曲げ線に沿って各フランジの一部が素材の内側に折り込まれる。これにより、Ｌ字状の構造部材が成形される。

特許文献３では、溝形鋼である素材の各フランジに穴を形成した後、素材を折り曲げることでＬ字状の構造部材を製造する方法が提案されている。特許文献３の製造方法では、素材の各フランジのうちウェブに近接する部分に穴が形成される。そして、素材内外の金型でフランジを挟持した状態で、突き金型によってフランジの穴部分を素材の外側から内側に押すことで、フランジの一部を素材の内側に折り込みながら素材をＬ字状に折り曲げる。

特開２００９－１６７７８７号公報 特開２０１７－１７０４７３号公報 特開平６－２６２２６７号公報

例えば、特許文献１及び２の製造方法によって素材を折り曲げる場合、Ｖ溝を有する曲げパンチ及び前後一対の回転ダイは、プレス装置に取り付けられる必要がある。特許文献１及び２では、曲げパンチの下降に伴って各回転ダイが回転し、曲げパンチのＶ溝及び各回転ダイに沿って素材が折り曲げられる。このとき、回転ダイによって素材の折り曲げ部が持ち上げられ、素材が全体的に移動する。例えば、素材のうち折り曲げ部の両側の部分は、水平状態から斜め下方に延びる状態へと変化し、プレス装置に干渉するおそれがある。特に折り曲げ対象の素材が長い場合、プレス装置への干渉が生じやすい。そのため、プレス装置において素材の折り曲げ加工を行うためのスペースを広く確保する必要があり、折り曲げ加工の際のスペース効率が悪いという問題がある。また、素材に対して折り曲げ加工を複数回施す場合、プレス装置への干渉を回避することは困難である。

本開示は、ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材をスペース効率よく折り曲げることができる折り曲げ装置を提供することを課題とする。

本開示に係る折り曲げ装置は、ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材を折り曲げるための折り曲げ装置である。折り曲げ装置は、外型と、内型と、折り曲げ機とを備える。内型は、外型と対向して配置される。内型は、外型とともにウェブを挟持可能なように構成されている。折り曲げ機は、外型の隣に配置される。折り曲げ機は、外型側から内型側に向かってウェブを押すことができるように構成されている。

本開示に係る折り曲げ装置によれば、ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材をスペース効率よく折り曲げることができる。

図１は、第１実施形態に係る折り曲げ装置の斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る折り曲げ装置の平面図である。 図３Ａは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図３Ｂは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図３Ｃは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図３Ｄは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図３Ｅは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図３Ｆは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図３Ｇは、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて構造部材を製造する方法を説明するための図である。 図４は、図１及び図２に示す折り曲げ装置を用いて製造される構造部材の例を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る折り曲げ装置の部分平面図である。 図６は、図５に示す折り曲げ装置の内型の部分拡大図である。 図７は、図５に示す折り曲げ装置の動作を説明するための図である。 図８は、図５に示す折り曲げ装置を用いて製造される構造部材の例を示す側面図である。 図９は、図５に示す折り曲げ装置を用いて製造される構造部材の例を示す正面図である。 図１０は、実施例及び参考例の構造部材において発生したヒケの深さを示すグラフである。

実施形態に係る折り曲げ装置は、ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材を折り曲げるための折り曲げ装置である。折り曲げ装置は、外型と、内型と、折り曲げ機とを備える。内型は、外型と対向して配置される。内型は、外型とともにウェブを挟持可能なように構成されている。折り曲げ機は、外型の隣に配置される。折り曲げ機は、外型側から内型側に向かってウェブを押すことができるように構成されている（第１の構成）。

第１の構成に係る折り曲げ装置を用いて素材を折り曲げる際には、まず、外型と内型とによってウェブを挟持する。そして、折り曲げ機により、ウェブのうち外型及び内型に挟持されていない部分を外型側から内型側に向かって押すことで、フランジの一部を素材の内側に折り込んで素材を折り曲げることができる。このとき、素材のうち折り曲げ部の一方側に位置する部分は外型及び内型によって固定された状態であり、素材のうち折り曲げ部の他方側に位置する部分のみが折り曲げ機に押されて移動する。そのため、従来の製造方法と比較して、小さいスペースで折り曲げ加工を実施することができる。すなわち、第１の構成に係る折り曲げ装置によれば、スペース効率よく素材を折り曲げることが可能となる。

第１の構成に係る折り曲げ装置では、例えば、素材を水平面に沿って折り曲げることができる。この場合、素材のウェブを床面に対して起立させた状態で外型と内型とで挟持し、折り曲げ機を水平方向に動かしてウェブのうち外型及び内型に挟持されていない部分を内型側に押せばよい。これにより、上下方向のスペースの確保が難しい場合でも、素材を折り曲げることができる。

第１の構成に係る折り曲げ装置では、素材のウェブを折り曲げ機で外型側から内型側に向かって押すことにより、素材を簡易に折り曲げることができる。この折り曲げ装置は、プレス装置等の大規模な設備に設置される必要はない。そのため、折り曲げられた素材が設備に干渉するという問題を解消することができる。

第１の構成に係る折り曲げ装置において、折り曲げ機は、曲げ型を含んでいてもよい。曲げ型は、回転軸周りに回転可能に構成されている。回転軸は、外型及び内型が載置される面に対して垂直な方向に延びている（第２の構成）。

第２の構成によれば、折り曲げ機の曲げ型を回転軸周りに回転させ、この曲げ型によって素材のウェブを内型側に押すことができる。この場合、曲げ型の回転角度によって素材の折り曲げ角度を容易に変更することができる。よって、１つの折り曲げ装置で様々な折り曲げ角度に対応することができる。

第１又は第２の構成に係る折り曲げ装置は、さらに、押さえ型を備えることができる。押さえ型は、外型及び内型に積み重ねられるように配置される（第３の構成）。

第３の構成によれば、素材の折り曲げ加工に際し、押さえ型によって素材のフランジを押さえることができる。この場合、折り曲げ機によって素材が曲げられたとき、フランジが素材の外側に広がる変形を抑制することができる。

第１から第３のいずれかの構成に係る折り曲げ装置において、内型は、当接面と、傾斜面とを含んでいてもよい。当接面は、ウェブに当接するための面であり、外型に対向する。傾斜面は、当接面の折り曲げ機側の端部に連続する。傾斜面は、当接面と鋭角を形成するように当接面に対して傾斜している（第４の構成）。

第４の構成によれば、内型のうち素材のウェブに当接する当接面と、この当接面に対して傾斜する傾斜面との間の角部に沿ってウェブを屈曲させることができる。また、フランジのうち素材の内側に折り込まれた部分を内型の傾斜面に沿わせることができる。これにより、シャープな形状の折り曲げ部を素材に形成することができる。

第４の構成に係る折り曲げ装置において、内型は、さらに、肉盛り部を含んでいてもよい。肉盛り部は、傾斜面上に形成されている。肉盛り部は、素材が折り曲げられたときにウェブを支持するための支持面を含む。支持面は、当接面よりも折り曲げ機側において当接面と非平行に設けられる（第５の構成）。

フランジの一部を素材の内側に折り込んで素材を折り曲げる際、素材の折り曲げ部にヒケが発生する場合がある。より具体的には、素材が折り曲げられるとき、折り曲げ加工のエネルギーを低減させようとして材料が流動し、折り曲げ部においてウェブが内側に凹んでしまうことがある。しかしながら、第５の構成によれば、外型と内型の当接面とでウェブを挟持するだけでなく、内型に設けられた肉盛り部の支持面により、ウェブのうち折り曲げ機によって内型側に折り曲げられてきた部分を支持することができる。すなわち、第５の構成によれば、外型及び内型による素材の拘束領域を増大させることができる。これにより、折り曲げ加工時の材料の流動が低減され、折り曲げ部におけるヒケの発生を抑制することができる。

実施形態に係る製造方法は、構造部材の製造方法である。製造方法は、ウェブと、ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材を準備する準備工程と、素材の内側に凹む予成形部をフランジに形成する予成形工程と、予成形工程後に、第１から第５のいずれかの構成に係る折り曲げ装置によって素材を折り曲げる折り曲げ工程とを備える。予成形部は、第１稜線部と、第２稜線部とを含む。第１稜線部は、予成形部の底部である。第１稜線部は、ウェブの側縁からフランジのウェブと反対側の端部に向かって延びている。第２稜線部は、予成形部の両縁部である。第２稜線部は、それぞれ、フランジの端部に近づくにつれて第１稜線部から離間するように第１稜線部のウェブ側の端部からフランジの端部に向かって延びている。折り曲げ工程は、第１稜線部に対して一方側で、外型と内型とによってウェブを挟持する工程と、第１稜線部に対して他方側で、ウェブを折り曲げ機によって外型側から内型側に向かって押すことで、第１稜線部及び第２稜線部に沿って予成形部を素材の内側に折り込みながら素材を折り曲げる工程とを含む（第６の構成）。

実施形態に係る構造部材は、ウェブと、フランジと、複数の折り曲げ部とを備える。フランジは、ウェブの側縁に連続する。折り曲げ部の各々では、フランジの一部が構造部材の内側に折り込まれることによって構造部材が折り曲がった状態となっている（第７の構成）。

実施形態に係る構造部材は、ウェブと、フランジと、折り曲げ部とを備える。フランジは、ウェブの側縁に連続する。折り曲げ部は、構造部材において、フランジの一部が内側に折り込まれることによって折り曲げられた部分である。折り曲げ部に生じている凹みの深さは、ウェブに対して垂直な方向に沿って構造部材を見たときに折り曲げ部においてウェブの幅方向の両端部に接する直線を基準として、１．０ｍｍ以下である（第８の構成）。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

＜第１実施形態＞
［折り曲げ装置の構成］
図１は、第１実施形態に係る折り曲げ装置１０の斜視図である。図２は、折り曲げ装置１０の平面図である。折り曲げ装置１０は、図１及び図２において二点鎖線で示す素材２０を折り曲げるための装置である。本実施形態において、素材２０は溝形鋼である。素材２０は、ウェブ２１と、フランジ２２，２３とを含む。

図１及び図２を参照して、折り曲げ装置１０は、外型１１と、内型１２と、折り曲げ機１３と、押さえ型１４とを備える。折り曲げ装置１０は、さらに、支持部材１５と、ベース１６とを備えている。図２では、図面の煩雑化を回避するため、押さえ型１４を省略した状態で折り曲げ装置１０を示している。

外型１１は、素材２０のウェブ２１を内型１２とともに挟持可能なように構成されている。外型１１は、支持部材１５によって背面から支持されている。外型１１の背面とは、内型１２及び素材２０のウェブ２１と反対側の面である。外型１１は、例えば、支持部材１５と一体的に形成されている。本実施形態の例において、外型１１及び支持部材１５は、長尺形状を有している。

外型１１は、ベース１６上に載置される。外型１１は、ベース１６に対して着脱可能となっている。外型１１は、素材２０の折り曲げ加工に際し、例えばボルト等の締結部材１７によってベース１６に取り付けられる。外型１１は、支持部材１５を介してベース１６に取り付けられてもよい。より具体的には、支持部材１５が１つ以上の締結部材１７によってベース１６と締結されることにより、支持部材１５に支持された外型１１がベース１６に固定されてもよい。

外型１１は、当接面１１１を含む。当接面１１１は、外型１１において支持部材１５の反対側に設けられている。当接面１１１は、素材２０のウェブ２１に当接するための面である。特に限定されるものではないが、当接面１１１は、例えば、実質的に矩形状を有する。

内型１２は、外型１１に対向して配置される。内型１２は、当接面１２１と、傾斜面１２２とを含む。当接面１２１は、外型１１の当接面１１１に対向する。当接面１２１は、外型１１の反対側から素材２０のウェブ２１に当接するための面である。傾斜面１２２は、当接面１２１の折り曲げ機１３側の端部に連続している。傾斜面１２２は、当接面１２１と鋭角を形成するように当接面１２１に対して傾斜する。当接面１２１及び傾斜面１２２は、それぞれ、実質的に矩形状を有していてもよい。ただし、当接面１２１及び傾斜面１２２の形状は、これに限定されるものではない。

内型１２は、ベース１６上に載置される。内型１２は、ベース１６に対して着脱可能となっている。内型１２は、素材２０の折り曲げ加工に際し、例えば締結部材１７によってベース１６に取り付けられる。内型１２は、１つ以上の締結部材１７によってベース１６と締結される。

折り曲げ機１３は、外型１１の隣に配置されている。折り曲げ機１３は、外型１１側から内型１２側に向かって素材２０のウェブ２１を押すことができるように構成されている。折り曲げ機１３は、曲げ型１３１と、駆動装置１３２とを含む。

曲げ型１３１は、ベース１６上に載置されている。曲げ型１３１は、回転軸１３３周りに回転可能に構成されている。回転軸１３３は、外型１１及び内型１２が載置される面に対して実質的に垂直な方向に延びている。本実施形態において、回転軸１３３は、ベース１６の表面に対して実質的に垂直な方向に延びている。曲げ型１３１は、ベース１６に対して着脱可能となっている。

曲げ型１３１は、長尺形状を有する。曲げ型１３１は、素材２０の折り曲げ加工を開始する際、外型１１と直列に配置される。曲げ型１３１は、外型１１と直列の状態から回転軸１３３周りに回転することにより、素材２０のウェブ２１を押すことができる。曲げ型１３１のうち素材２０側の表面には、ウェブ２１に当接するための当接面１３１ａが設けられている。当接面１３１ａは、曲げ型１３１が外型１１と直列の状態において、外型１１の当接面１１１と実質的に又は概ね同一の平面上に位置することができる。

駆動装置１３２は、曲げ型１３１を作動させるように構成されている。駆動装置１３２は、曲げ型１３１を素材２０側に向かって押すことができるように構成されている。駆動装置１３２は、典型的には、直線運動を行うアクチュエータである。駆動装置１３２は、例えば、油圧シリンダやエアシリンダ等の流体圧シリンダであってもよいし、電動シリンダであってもよい。駆動装置１３２は、支持部材１５を貫通して曲げ型１３１に当接する。

押さえ型１４は、素材２０の折り曲げ加工に際し、外型１１及び内型１２に積み重ねられるように配置される。押さえ型１４は、ベース１６に対して着脱可能となっている。押さえ型１４は、例えば締結部材１７により、ベース１６に取り付けられる。本実施形態において、押さえ型１４は、外型１１を介してベース１６に取り付けられる。例えば、１つ以上の締結部材１７によって押さえ型１４及び外型１１をベース１６と締結することにより、押さえ型１４をベース１６に固定することができる。

［構造部材の製造方法］
以下、折り曲げ装置１０を用いて構造部材を製造する方法について、図３Ａ～図３Ｇを参照しつつ説明する。構造部材の製造方法は、準備工程と、予成形工程と、折り曲げ工程とを備える。

（準備工程）
図３Ａを参照して、準備工程では、例えば溝形鋼である素材２０を準備する。素材２０は、ウェブ２１と、フランジ２２，２３とを含む。ウェブ２１は、平板状であり、長尺形状の素材２０の長手方向に延びている。フランジ２２は、ウェブ２１の一方の側縁に連続している。フランジ２３は、ウェブ２１の他方の側縁に連続している。フランジ２２，２３は、それぞれ平板状であり、素材２０の幅方向において互いに対向している。フランジ２２，２３は、ウェブ２１と同様、それぞれ素材２０の長手方向に延びている。

（予成形工程）
予成形工程では、準備された素材２０に予成形が施される。まず、図３Ｂを参照して、予成形工程で使用する金型３０について説明する。金型３０は、ダイ３１と、パンチ３２，３３とを含んでいる。

ダイ３１は、例えば、概ね直方体状を有する。ダイ３１は、頂面３１１と、側面３１２，３１３とを含む。頂面３１１は、ダイ３１の平面視で例えば矩形状であり、ダイ３１の長手方向に延びている。側面３１２は、頂面３１１の一方の側縁に連続している。側面３１３は、頂面３１１の他方の側縁に連続している。側面３１２，３１３は、頂面３１１と同様、それぞれダイ３１の長手方向に延びている。

側面３１２，３１３の各々には、凹部３１４が設けられている。凹部３１４は、ダイ３１の側面視で実質的に三角形状を有する。凹部３１４は、稜線部３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃを含む。稜線部３１４ａは、凹部３１４の底部であり、谷折り線状となっている。稜線部３１４ａは、実質的に又は概ねダイ３１の高さ方向に延びている。稜線部３１４ａは、ダイ３１の側面視で、頂面３１１の側縁に対して垂直であってもよいし、頂面３１１の側縁に対して傾斜していてもよい。

稜線部３１４ｂ，３１４ｃは、凹部３１４の両縁部であり、それぞれ山折り線状となっている。稜線部３１４ｂ，３１４ｃは、概ねダイ３１の高さ方向に延びている。ただし、稜線部３１４ｂ，３１４ｃは、凹部３１４の底部である稜線部３１４ａに対して傾斜している。稜線部３１４ｂが稜線部３１４ａとなす角度は、稜線部３１４ｃが稜線部３１４ａとなす角度と等しい。稜線部３１４ｂ，３１４ｃの各々が稜線部３１４ａとなす角度は、例えば４５°である。しかしながら、稜線部３１４ｂ，３１４ｃの各々と稜線部３１４ａとの角度は、４５°未満であってもよいし、４５°よりも大きくてもよい。

パンチ３２，３３は、ダイ３１の両側方に配置されている。パンチ３２は、ダイ３１の一方の側面３１２に対向するように配置されている。パンチ３３は、ダイ３１の他方の側面３１３に対向するように配置されている。

パンチ３２，３３の各々において、ダイ３１側の表面には凸部３４が設けられている。凸部３４は、ダイ３１の側面３１２，３１３に設けられた凹部３１４に対応した形状を有する。凸部３４は、ダイ３１側から見て実質的に三角形状を有する。凸部３４は、稜線部３４ａ，３４ｂ，３４ｃを含む。稜線部３４ａは凸部３４の頂部であり、稜線部３４ｂ，３４ｃは凸部３４の基部である。稜線部３４ａは、ダイ３１の凹部３１４の稜線部３１４ａと実質平行に延びている。稜線部３４ｂ，３４ｃは、それぞれ、ダイ３１の凹部３１４の稜線部３１４ｂ，３１４ｃと実質平行に延びている。

図３Ｃを参照して、素材２０に予成形を施す際には、まず、パンチ３２，３３をダイ３１から離間させた状態で、素材２０をダイ３１上に載置する。このとき、素材２０のウェブ２１は、ダイ３１の頂面３１１上に配置され、素材２０のフランジ２２，２３は、それぞれ、ダイ３１の側面３１２，３１３に沿って配置される。この状態でパンチ３２，３３をダイ３１に接近させて、素材２０のフランジ２２，２３に押し付ける。これにより、フランジ２２，２３の一部がダイ３１の凹部３１４とパンチ３２，３３の凸部３４との間でプレスされる。その結果、図３Ｄに示すように、フランジ２２，２３の各々に予成形部２４が形成される。

予成形部２４は、フランジ２２，２３のうち、素材２０の内側に凹んだ部分である。予成形部２４は、ダイ３１の凹部３１４（図３Ｂ）に対応して、素材２０の側面視で実質的に三角形状を有する。予成形部２４は、稜線部２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む。稜線部２４ａは、凹状の予成形部２４の底部であり、谷折り線状となっている。稜線部２４ａは、ウェブ２１の側縁から、フランジ２２又は２３の端部（ウェブ２１と反対側）に向かって延びている。稜線部２４ａは、素材２０の側面視で、ウェブ２１の側縁に対して垂直であってもよいし、ウェブ２１の側縁に対して傾斜していてもよい。

稜線部２４ｂ，２４ｃは、予成形部２４の両縁部であり、それぞれ山折り線状となっている。稜線部２４ｂ，２４ｃは、稜線部２４ａのウェブ２１側の端部から、フランジ２２又は２３の端部（ウェブ２１と反対側）に向かって延びている。ただし、稜線部２４ｂ，２４ｃは、予成形部２４の底部である稜線部２４ａに対して傾斜している。稜線部２４ｂ，２４ｃは、フランジ２２又は２３の端部に近づくにつれて稜線部２４ａから離間している。稜線部２４ｂ，２４ｃは、例えば、ウェブ２１の側縁に対する稜線部２４ａの接続点からフランジ２２又は２３の端部へと延びている。

稜線部２４ｂが稜線部２４ａとなす角度は、稜線部２４ｃが稜線部２４ａとなす角度と等しい。稜線部２４ｂ，２４ｃの各々が稜線部２４ａとなす角度は、例えば４５°である。しかしながら、稜線部２４ｂ，２４ｃの各々と稜線部２４ａとの角度は、４５°未満であってもよいし、４５°よりも大きくてもよい。稜線部２４ｂが稜線部２４ａとなす角度と、稜線部２４ｃが稜線部２４ａとなす角度との合計、すなわち稜線部２４ｂと稜線部２４ｃとの間の角度が素材２０の折り曲げ角度となる。

予成形工程は、続く折り曲げ工程で素材２０を折り曲げやすくするため、折り曲げ線としての稜線部２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む予成形部２４をフランジ２２，２３に形成する工程である。折り曲げ工程において素材２０を複数箇所で折り曲げる場合、予成形工程を複数回繰り返し、フランジ２２，２３のそれぞれに複数の予成形部２４を形成することができる。例えば、折り曲げ工程において素材２０を複数箇所で折り曲げて枠状に変形させたい場合、フランジ２２，２３のそれぞれに４つの予成形部２４を形成することができる。フランジ２２の予成形部２４は、フランジ２３の予成形部２４と対応する位置に形成される。

（折り曲げ工程）
図３Ｅ及び図３Ｆを参照して、折り曲げ工程では、折り曲げ装置１０によって予成形工程後の素材２０を折り曲げる。本実施形態では、ベース１６を床面に配置し、実質的に水平面に沿って素材２０を折り曲げる例について説明する。

図３Ｅに示すように、折り曲げ工程では、まず、折り曲げ装置１０に素材２０を配置する。より詳細には、予成形部２４の谷折り線である稜線部２４ａに対して一方側で、外型１１と内型１２とによって素材２０のウェブ２１を挟持する。外型１１及び内型１２は、ウェブ２１をしっかりと挟んだ状態で、締結部材１７によってベース１６に固定される。

折り曲げ装置１０に素材２０が配置された状態で、ウェブ２１はベース１６に対して起立している。一方のフランジ２２は、ベース１６の表面に接触している。他方のフランジ２３は、フランジ２２の上方に配置されている。外型１１は、内型１２側の当接面１１１によって、素材２０の外側からウェブ２１に当接している。内型１２は、フランジ２２，２３の間に入り込み、外型１１側の当接面１２１によって素材２０の内側からウェブ２１に当接している。内型１２のうち当接面１２１と傾斜面１２２との間の角部は、予成形部２４の稜線部２４ａと稜線部２４ｂとの交点の位置に配置されている。傾斜面１２２は、折り曲げ装置１０の平面視で、予成形部２４の稜線部２４ｂに沿うように配置されている。

素材２０が折り曲げ装置１０に配置されたとき、折り曲げ機１３の曲げ型１３１の当接面１３１ａもウェブ２１に当接することができる。曲げ型１３１は、例えば、素材２０の外側からウェブ２１に接触する。折り曲げ装置１０では、予成形部２４の谷折り線である稜線部２４ａを挟んで外型１１及び内型１２と反対側に曲げ型１３１の回転軸１３３が位置するように、素材２０が配置されている。押さえ型１４は、外型１１及び内型１２によってウェブ２１を挟持させた後に配置される。押さえ型１４は、外型１１及び内型１２に積み重ねられるように配置され、素材２０の外側（上方）からフランジ２３を押さえる。押さえ型１４は、締結部材１７によって外型１１及びベース１６に固定される。

図３Ｆを参照して、折り曲げ装置１０に素材２０を配置したら、折り曲げ機１３によって素材２０を折り曲げる。より詳細には、予成形部２４の谷折り線である稜線部２４ａ（図３Ｅ）に対して外型１１及び内型１２とは反対側で、折り曲げ機１３によってウェブ２１を内型１２側に押すことで、稜線部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図３Ｅ及び図３Ｆ）に沿って予成形部２４を素材２０の内側に折り込みながら素材２０を折り曲げる。なお、図面の煩雑化を回避するため、図３Ｆ、及び後述の図３Ｇでは押さえ型１４を省略している。

折り曲げ機１３の駆動装置１３２は、例えば、曲げ型１３１に向かって伸長する。これにより、駆動装置１３２に押されて曲げ型１３１が回転軸１３３周りに回転する。曲げ型１３１が回転すると、素材２０が曲げ型１３１に押されて折れ曲がり始める。ウェブ２１は、内型１２の当接面１２１と傾斜面１２２との間の角部（図３Ｅ）に沿って屈曲する。フランジ２２，２３のそれぞれの予成形部２４は、稜線部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図３Ｅ及び図３Ｆ）に沿って素材２０の内側に折りたたまれる。フランジ２２，２３のうち素材２０の内側に折りたたまれた部分は、内型１２の傾斜面１２２（図３Ｅ）に接触する。

素材２０を所定の折り曲げ角度に折り曲げた後、駆動装置１３２及び曲げ型１３１を停止させ、初期位置に戻す。素材２０に予成形部２４が残っていない場合、素材２０を折り曲げ装置１０から取り外す。素材２０に予成形部２４が残っている場合、図３Ｇに示すように、予成形部２４が曲げ型１３１の近傍に位置するように素材２０をずらし、折り曲げ工程を繰り返す。

フランジ２２，２３に複数の予成形部２４が設けられている場合、素材２０の長手方向における内型１２の長さは、素材２０の長手方向に隣り合う予成形部２４間の距離よりも短いことが好ましい。内型１２の長さが予成形部２４間の距離と同等以上である場合、折り曲げ加工を繰り返した後、素材２０内から内型１２を取り外すことが困難になるためである。素材２０の長手方向における外型１１の長さは、素材２０の長手方向における内型１２の長さよりも長くてもよいし、内型１２の長さと同等であってもよい。

［構造部材］
図４は、折り曲げ装置１０を用いて製造される構造部材４０の例を示す図である。構造部材４０は、ウェブ４１と、フランジ４２，４３と、複数の折り曲げ部４４とを備えている。

図４に示す構造部材４０は、４つの折り曲げ部４４を備えている。すなわち、構造部材４０は、４箇所で折り曲げられている。この構造部材４０は、全体として四角形の枠状を有する。

折り曲げ部４４の各々では、フランジ４２，４３の一部４２１，４３１が構造部材４０の内側に折り込まれている。より具体的には、フランジ４２，４３のうち、素材２０のフランジ２２，２３に形成された予成形部２４（図３Ｄ）であった部分４２１，４３１が折りたたまれ、構造部材４０の内側に配置されている。フランジ４２，４３は、ウェブ４１の両側縁に連続している。そのため、折り曲げ部４４の各々では、フランジ４２，４３の折り込みに伴ってウェブ４１が屈曲している。

構造部材４０の一端部４５は、他端部４６と接合されていなくてもよいし、接合されていてもよい。構造部材４０の端部４５，４６は、例えば、かしめ等によって機械的に接合することができる。

［効果］
本実施形態に係る折り曲げ装置１０を用いて素材２０を折り曲げる際には、まず、外型１１と内型１２とによってウェブ２１を挟持する。そして、折り曲げ機１３により、ウェブ２１のうち外型１１及び内型１２に挟持されていない部分を外型１１側から内型１２側に向かって押すことで、フランジ２２，２３の一部を素材２０の内側に折り込んで素材２０を折り曲げることができる。このとき、素材２０のうち予成形部２４の稜線部２４ａを挟んで外型１１及び内型１２側に位置する部分は、外型１１及び内型１２によって拘束され、静止した状態である。素材２０の折り曲げ加工では、素材２０のうち予成形部２４の稜線部２４ａを挟んで折り曲げ機１３側に位置する部分のみが折り曲げ機１３に押されて移動する。そのため、小さいスペースで効率よく素材２０を折り曲げることができる。よって、比較的長尺の素材２０であっても、周囲への干渉を懸念することなく折り曲げ加工を行うことができる。また、素材２０に対して複数回の折り曲げ加工を施すことも可能である。

本実施形態に係る折り曲げ装置１０では、素材２０を水平面に沿って折り曲げることができる。例えば、ベース１６を床面に設置し、折り曲げ機１３を水平方向に動かすことが可能である。そのため、上下方向のスペースの確保が難しい場合でも、素材２０を折り曲げることができる。

本実施形態に係る折り曲げ装置１０では、例えば流体圧シリンダ等である駆動装置１３２で曲げ型１３１を内型１２側に動かすことにより、素材２０を簡易に折り曲げることができる。この折り曲げ装置１０は、プレス装置等の大規模な設備に設置される必要がない。よって、折り曲げられた素材２０が設備に干渉するという問題を解消することができる。

本実施形態に係る折り曲げ装置１０において、折り曲げ機１３は、曲げ型１３１を含んでいる。この曲げ型１３１が回転軸１３３周りに回転することにより、素材２０のウェブ２１を内型１２側に押すことができる。曲げ型１３１の回転角度は、例えば駆動装置１３２のストロークを変更することによって容易に調整することができる。曲げ型１３１の回転角度を調整することにより、１つの折り曲げ装置１０で様々な折り曲げ角度の構造部材４０を製造することができる。

本実施形態に係る折り曲げ装置１０は、押さえ型１４を備えている。この押さえ型１４は、素材２０の折り曲げ加工を行う際、フランジ２３を押さえることができる。また、フランジ２２は、ベース１６によって押さえられる。そのため、フランジ２２，２３の予成形部２４が折り込まれて素材２０が折り曲げられたとき、フランジ２２，２３の他の部分が外側に開く変形を抑制することができる。すなわち、素材２０の断面形状を維持しながら、折り曲げ加工を行うことができる。

本実施形態に係る折り曲げ装置１０において、内型１２は、素材２０のウェブ２１に当接する当接面１２１と、当接面１２１に連続する傾斜面１２２とを含んでいる。この場合、当接面１２１と傾斜面１２２との間の角部に沿ってウェブ２１を屈曲させることができる。また、フランジ２２，２３のうち素材２０の内側に折り込まれた部分を傾斜面１２２に沿わせることができる。これにより、素材２０においてシャープな形状の折り曲げ部を形成することができる。

本実施形態に係る折り曲げ装置１０を用いた場合、複数の折り曲げ部４４を備えた構造部材４０を製造することができる。各折り曲げ部４４は、素材２０のフランジ２３，２２の予成形部２４が塑性加工で折り込まれて形成されている。この場合、各折り曲げ部４４が加工硬化で硬くなるため、構造部材４０全体としての強度を高めることができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る折り曲げ装置１０Ａの部分平面図である。折り曲げ装置１０Ａは、第１実施形態に係る折り曲げ装置１０とほとんど同様に構成されている。ただし、折り曲げ装置１０Ａは、第１実施形態に係る折り曲げ装置１０とは異なる内型１２Ａを備えている。

図５を参照して、内型１２Ａは、当接面１２１及び傾斜面１２２に加え、肉盛り部１２３を含んでいる。肉盛り部１２３は、傾斜面１２２上に形成されている。より具体的には、肉盛り部１２３は、傾斜面１２２において折り曲げ機１３側の端部に設けられている。肉盛り部１２３は、延長面１２３ａと、支持面１２３ｂとを含む。

延長面１２３ａは、内型１２Ａの当接面１２１を折り曲げ機１３側に延長する面である。延長面１２３ａは、当接面１２１の先端から折り曲げ機１３側に延在している。延長面１２３ａは、例えば、当接面１２１と面一となるように当接面１２１に連続する。ただし、延長面１２３ａと当接面１２１との境界にはわずかに段差が生じていてもよいし、延長面１２３ａが当接面１２１に対して若干傾いていてもよい。

支持面１２３ｂは、折り曲げ装置１０によって素材が折り曲げられたときにウェブを支持するための面である。支持面１２３ｂは、当接面１２１よりも折り曲げ機１３側に配置されている。支持面１２３ｂは、延長面１２３ａを介して当接面１２１に接続される。支持面１２３ｂは、当接面１２１と非平行に設けられる。当接面１２１と支持面１２３ｂとの間の角度は、９０°であってもよいし、９０°超又は９０°未満であってもよい。当接面１２１と支持面１２３ｂとの間の角度は、素材の折り曲げ角度に応じて決定することができる。

図６は、内型１２Ａの部分拡大図であり、内型１２Ａを傾斜面１２２側から見た状態を示す。図６を参照して、肉盛り部１２３は、傾斜面１２２の端部から内側に向かうにつれて幅狭となる形状を有している。肉盛り部１２３のうち支持面１２３ｂ（図５）に連続する部分は、例えば、略三角すい状（ピラミッド状）に形成されている。肉盛り部１２３は、内型１２Ａを傾斜面１２２側から見たときに実質的に左右対称となるように傾斜面１２２上に設けられている。

本実施形態において、内型１２Ａの肉盛り部１２３側の両角部１２４には、Ｒ面取り加工が施されている。すなわち、内型１２Ａの各角部１２４は、傾斜面１２２側から見て実質的に円弧状となるように形成されている。

図７は、折り曲げ装置１０Ａの動作を説明するための図である。図７は、素材２０を折り曲げたときの平面視での折り曲げ装置１０Ａを示す。図７を参照して、素材２０が折り曲げられるとき、ウェブ２１のうち内型１２Ａの当接面１２１に対向する部分２１１は、外型１１と内型１２Ａとによって挟持される。一方、ウェブ２１のうち外型１１と内型１２Ａとで挟持されない部分２１２は、回転軸１３３周りに回転した曲げ型１３１によって折り曲げられる。このとき、ウェブ２１のうち曲げ型１３１に押されて折り曲げられた部分２１２は、内型１２Ａに設けられた肉盛り部１２３の支持面１２３ｂによって支持される。肉盛り部１２３の支持面１２３ｂは、素材２０の内側からウェブ２１を支持して拘束する。これにより、折り曲げ工程における材料の流動が抑制され、素材２０の折り曲げ側でウェブ２１に凹み（ヒケ）が生じるのを抑制することができる。

内型１２Ａの肉盛り部１２３は、傾斜面１２２側から見て、傾斜面１２２の内側に向かうにつれて幅狭となる形状を有している。これにより、素材２０の折り曲げに伴ってフランジ２２，２３の予成形部２４（図３Ｅ及び図３Ｆ）が素材２０の内側に折り込まれたとき、予成形部２４と肉盛り部１２３との干渉を回避することができる。さらに、内型１２Ａの両角部１２４がＲ面取り加工によって丸められているため、折り込まれた予成形部２４と内型１２Ａとの干渉を回避することもできる。

図８及び図９は、折り曲げ装置１０Ａを用いて製造される構造部材５０の例を示す図である。図８は、構造部材５０の側面図である。図９は、構造部材５０の正面図である。

図８を参照して、構造部材５０は、ウェブ５１と、フランジ５２と、折り曲げ部５３とを備えている。第１実施形態に係る構造部材４０（図４）と同様、フランジ５２は、ウェブ５１の２つの側縁各々に連続して設けられる。折り曲げ部５３は、構造部材５０のうち、フランジ５２の一部が内側に折り込まれることによって折り曲げられた部分である。

図９は、構造部材５０をウェブ５１に対して垂直な方向に沿って見た図であり、ウェブ５１のうち、素材２０のウェブ２１の折り曲げ側の部分２１２（図７）に相当する部分を示すものである。図９では、本実施形態に係る折り曲げ装置１０Ａを用いて製造した構造部材５０を実線で示し、ヒケが発生した構造部材を二点鎖線で示す。

図９において二点鎖線で示すように、例えば溝形鋼である素材を折り曲げて構造部材を製造した場合、通常、構造部材の折り曲げ部にはヒケが発生する。すなわち、構造部材の折り曲げ部には、基準線Ｓに対して顕著な凹みが発生する。一方、本実施形態に係る構造部材５０の折り曲げ部５３には、実質的にヒケが発生しない。すなわち、構造部材５０の折り曲げ部５３において、基準線Ｓに対する凹みの深さ（最大深さ）は、１．０ｍｍ以下である。基準線Ｓは、ウェブ５１に対して垂直な方向に沿って構造部材５０を見たときに、折り曲げ部５３においてウェブ５１の幅方向の両端部に接する仮想直線である。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態に係る折り曲げ装置１０，１０Ａでは、折り曲げ機１３が曲げ型１３１及び駆動装置１３２を含んでいる。しかしながら、折り曲げ機１３は、例えば曲げ型１３１を含まなくてもよい。折り曲げ機１３は、直線運動を行うアクチュエータである駆動装置１３２により、素材２０のウェブ２１を直接押すこともできる。折り曲げ機１３は、外型１１側から内型１２，１２Ａ側に向かってウェブ２１を押すことができるように構成されていればよい。

上記実施形態に係る折り曲げ装置１０，１０Ａは、押さえ型１４を備えている。しかしながら、折り曲げ装置１０，１０Ａは、必ずしも押さえ型１４を備えている必要はない。押さえ型１４によって素材２０のフランジ２３を押さえずに折り曲げ加工を行うことも可能である。

上記実施形態において、素材２０の予成形工程では、両側のフランジ２２，２３に同時に予成形部２４を形成している。しかしながら、フランジ２２，２３の一方に予成形部２４を形成した後、フランジ２２，２３の他方に予成形部２４を形成することもできる。

上記実施形態において、素材２０は溝形鋼である。しかしながら、素材２０の材料及び形状は、これに限定されるものではない。素材２０の材料は、塑性加工可能な金属であればよい。素材２０の材料として、鋼以外に、例えば、アルミニウム、銅、及びチタン、並びにそれらの合金を用いることができる。素材２０は、めっき層を備えていてもよい。素材２０は山形状であってもよい。すなわち、素材２０は、フランジ２２，２３の一方を含んでいなくてもよい。あるいは、素材２０は、溝形状であり、フランジ２２，２３にリップが付与されたものであってもよい。同様に、素材２０から製造される構造部材４０，５０も、山形状であってもよいし、リップ付きの溝形状であってもよい。

上記第１実施形態において例示した構造部材４０は、４つの折り曲げ部４４を備え、全体として四角形の枠状を有する。しかしながら、構造部材４０において、折り曲げ部４４の数は３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。各折り曲げ部４４の折り曲げ角度を調整することで、構造部材４０は、四角形以外の形状を有することもできる。

上記第２実施形態において例示した構造部材５０は、単一の折り曲げ部５３を備える。しかしながら、構造部材５０には、複数の折り曲げ部５３が設けられていてもよい。構造部材５０は、例えば、第１実施形態に係る構造部材４０と同様に多角形状を有することもできる。

第２実施形態に係る折り曲げ装置１０Ａによる効果を確認するため、折り曲げ装置１０Ａを用いて素材２０に折り曲げ加工を施し、構造部材５０を形成した（実施例）。また、第１実施形態に係る折り曲げ装置１０を用いて素材２０に折り曲げ加工を施し、実施例と同様の構造部材５０を形成した（参考例）。そして、実施例及び参考例の各々に関し、構造部材５０の折り曲げ部５３において生じたヒケの深さを測定した。ヒケの深さは、折り曲げ加工によって折り曲げ部５３に生じた凹みの深さであり、第２実施形態で説明した基準線Ｓに対する凹みの最大深さである。

実施例及び参考例の構造部材５０において発生したヒケの深さを図１０に示す。図１０を参照して、参考例の構造部材５０では、折り曲げ部５３に発生したヒケの深さが約３．０ｍｍとなった。一方、実施例の構造部材５０では、折り曲げ部５３に発生したヒケの深さが１．０ｍｍ以下となっている。したがって、肉盛り部１２３を設けた内型１２Ａを備える折り曲げ装置１０Ａを用いることにより、構造部材５０におけるヒケの発生が抑制されることが確認された。

１０，１０Ａ：折り曲げ装置
１１：外型
１２，１２Ａ：内型
１２１：当接面
１２２：傾斜面
１２３：肉盛り部
１２３ｂ：支持面
１３：折り曲げ機
１３１：曲げ型
１３３：回転軸
１４：押さえ型
２０：素材
２１：ウェブ
２２，２３：フランジ
２４：予成形部
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：稜線部
４０，５０：構造部材
４１，５１：ウェブ
４２，４３，５２：フランジ
４４，５３：折り曲げ部

Claims (8)

1. ウェブと、前記ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材を折り曲げるための折り曲げ装置であって、
   外型と、
   前記外型と対向して配置され、前記外型とともに前記ウェブを挟持可能なように構成された内型と、
   前記外型の隣に配置され、前記外型側から前記内型側に向かって前記ウェブを押すことができるように構成された折り曲げ機と、
   を備える、折り曲げ装置。
2. 請求項１に記載の折り曲げ装置であって、
   前記折り曲げ機は、
   前記外型及び前記内型が載置される面に対して垂直な方向に延びる回転軸周りに回転可能に構成された曲げ型、
   を含む、折り曲げ装置。
3. 請求項１に記載の折り曲げ装置であって、さらに、
   前記外型及び前記内型に積み重ねられるように配置される押さえ型、
   を備える、折り曲げ装置。
4. 請求項１に記載の折り曲げ装置であって、
   前記内型は、
   前記外型に対向し、前記ウェブに当接するための当接面と、
   前記当接面の前記折り曲げ機側の端部に連続し、前記当接面と鋭角を形成するように前記当接面に対して傾斜する傾斜面と、
   を含む、折り曲げ装置。
5. 請求項４に記載の折り曲げ装置であって、
   前記内型は、さらに、
   前記傾斜面上に形成された肉盛り部、
   を含み、
   前記肉盛り部は、
   前記当接面よりも前記折り曲げ機側において前記当接面と非平行に設けられ、前記素材が折り曲げられたときに前記ウェブを支持するための支持面、
   を含む、折り曲げ装置。
6. 構造部材の製造方法であって、
   ウェブと、前記ウェブの側縁に連続するフランジとを含む素材を準備する準備工程と、
   前記素材の内側に凹む予成形部を前記フランジに形成する予成形工程と、
   前記予成形工程後に、請求項１から５のいずれか１項に記載の折り曲げ装置によって前記素材を折り曲げる折り曲げ工程と、
   を備え、
   前記予成形部は、
   前記予成形部の底部であって、前記ウェブの前記側縁から前記フランジの前記ウェブと反対側の端部に向かって延びる第１稜線部と、
   前記予成形部の両縁部であって、それぞれ、前記フランジの前記端部に近づくにつれて前記第１稜線部から離間するように前記第１稜線部の前記ウェブ側の端部から前記フランジの前記端部に向かって延びる第２稜線部と、
   を含み、
   前記折り曲げ工程は、
   前記第１稜線部に対して一方側で、前記外型と前記内型とによって前記ウェブを挟持する工程と、
   前記第１稜線部に対して他方側で、前記ウェブを前記折り曲げ機によって前記外型側から前記内型側に向かって押すことで、前記第１稜線部及び前記第２稜線部に沿って前記予成形部を前記素材の内側に折り込みながら前記素材を折り曲げる工程と、
   を含む、製造方法。
7. 構造部材であって、
   ウェブと、
   前記ウェブの側縁に連続するフランジと、
   複数の折り曲げ部と、
   を備え、
   前記折り曲げ部の各々では、前記フランジの一部が前記構造部材の内側に折り込まれることによって前記構造部材が折り曲がった状態となっている、構造部材。
8. 構造部材であって、
   ウェブと、
   前記ウェブの側縁に連続するフランジと、
   前記構造部材において、前記フランジの一部が内側に折り込まれることによって折り曲げられた部分である折り曲げ部と、
   を備え、
   前記折り曲げ部に生じている凹みの深さは、前記ウェブに対して垂直な方向に沿って前記構造部材を見たときに前記折り曲げ部において前記ウェブの幅方向の両端部に接する直線を基準として、１．０ｍｍ以下である、構造部材。

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