JP5344914B2 - 迅速調整スイープボックスを有するロール成形装置 - Google Patents

Description

［背景］
本発明は、複数のスイープ（すなわち、不均一な長手方向湾曲）を、ロール成形されたビームに与えるようになっているスイープステーションを有するロール成形装置に関する。

ロール成形バンパービームは近年、その低コスト並びに高い寸法精度及び繰り返し精度により、車両用バンパーシステムに広く受け入れられている。ロール成形バンパービームの人気が高まっているのは、より空力的に優れた外形を与えるようにするために、ロール成形ビーム部にスイープを形成する（すなわち、長手方向湾曲を与える）ことができることに起因している。例えば、長手方向において一定に湾曲したビームをロール成形する一つの方法は、Sturrusの米国特許第５，０９２，５１２号に開示されている。

車両用バンパーの空力的な外観は、多くの場合、バンパー両端における前面部分を、バンパービームの中心部から増大する比率で後方側に形成することによって、さらに高められる。これは通常、バンパービームでの二次的作業によってなされる。これを行う二次的作業の典型的な従来技術は、Sturrusの米国特許第５，０９２，５１２号（管状ビームの変形端／衝突端を開示している）において示されており、また、Sturrusの米国特許第６，２４０，８２０号（ビームの端部を切断してブラケットを取り付けることを開示している）、Heatheringtonの米国特許第６，３１８，７７５号（端部取り付け式の成形部材を開示している）、McKeonの米国特許第６，３４９，５２１号（再成形された管状ビームを開示している）、Weykampの米国特許第６，６９５，３６８号及びReifferの米国特許第６，０４２，１６３号（双方とも端部取り付け式の金属ブラケットを開示している）においても示されている。しかしながら、二次的作業により、コストがかさみ、寸法のばらつきが増大し、工程間在庫が増え、また、品質問題が生じる。後方側に増大するスイープを有するバンパー端部を形成するのに必要とされる二次的作業をなくすことが望ましい。同時に、車両製造業者は低コストを維持すると共に、バンパービームの設計に柔軟性を与えることを望んでいる。したがって、相反する要件があり、現状を改善する余地があると共にその必要性がある。

曲げ加工装置及びロール成形装置用のコンピュータ制御部を設けることが知られている（Berneの米国特許第４，７９６，４４９号、Kitsukawaの米国特許第４，６２４，１２１号、及びFosterの米国特許第３，９０６，７６５号を参照）。また、複数の半径を有するバンパービームを製造することも知られている（例えば、Levyの米国特許第６，３８６，０１１号及び特公昭６１−０１７５７６を参照）。さらになお、管と係合して、所望の永久変形が生じるまでディスク状マンドレルの周りを部分的に管で覆うことによって、ディスク状マンドレルの弧状の外表面の周りに管及びビームを曲げ加工することが知られている（例えば、Millerの米国特許第１，５３３，４４３号及びSuttonの米国特許第５，１８７，９６３号を参照）。それにもかかわらず、最近の車両用のバンパービームは、それらの比較的大きな断面サイズ及び非円形断面形状、それらに用いられる高強度の材料、車両製造業者の非常にタイトな寸法要件及び公差要件、車両製造産業のコスト競争力、並びに最近のロール成形ラインにおける稼動の高速化により、困難性の大幅な増大が生じていることを理解することが重要である。

特に、ロール成形装置の既存のスイープ機構は、調整可能であるように作製されている場合が多い。例えば、Sturrus特許第５，０９２，５１２号は、手動により調整可能なスイープステーションを開示している（Sturrus特許第５，０９２，５１２号の図１０及び図１１、並びに第６欄の１〜９行目を参照）。しかしながら、スイープステーションが調整可能であるとしても、装置が複数のスイープ半径を有するビームを製造することができることを、必ずしも意味しない。例えば、Sturrus特許第５，０９２，５１２号の装置のスイープステーションは手動により調整可能であるため、実際問題として、単一の車両用バンパービーム部に、規則的に離間した異なる湾曲の形成を可能にするほど十分迅速に調整することができない。特に、バンパービームは通常、約４〜５フィート長（約１．２１９〜１．５２４メートル長）しかなく、ロール成形ラインの速度は、１時間当たり４０００〜５０００フィート（約１２１９〜１５２４メートル）に達し得るため、スイープのいかなる変化も比較的迅速に、且つ非常に繰り返し可能に達成されねばならない。確かに、不均一な長手方向湾曲は、手動手段により連続ビームの長さに沿って均一に繰り返し成形されることはできず、さらに、緩効性自動式装置を用いての高速ロール成形作業では生産的且つ効率的に作製されることができない。したがって、「オンザフライ（on the fly）」で（換言すれば、ロール成形プロセスの一部として同時に）、長さに沿って複数の異なる半径を有するロール成形ビームを製造することが可能な方法及びロール成形装置であって、切断、固定、溶接、二次的成形、及び／又はロール成形後のブラケットの取付け等、実質的に二次的作業を必要としない（又は、少なくともあまり二次的処理を必要としない）方法及びロール成形装置が、依然として必要である。

Renzzullaの米国特許第６，８２０，４５１号は、出力調整スイープステーション（power-adjusted sweep station）の開示を対象としている。最もよく理解されるように、Renzzulla特許６，８２０，４５１号は、ロール成形装置用の調整可能なスイープステーションであって、上流側ローラ（１６）が調整可能なキャリッジ調整アセンブリ（１４）に追従され、当該調整可能なキャリッジ調整アセンブリ（１４）は、主曲げローラ（１８）と、スイープ機構の第１の部分を形成する調整可能な押圧ローラ（２０）（スイープの粗調整用）と、また、第２の部分を形成する補助ローラ（２２）（スイープの微調整用）とを組み込んでいる、ロール成形装置用の調整可能なスイープステーション（Renzzulla特許６，８２０，４５１号、第１４欄の２０〜２２行目を参照）を開示している。Renzzulla特許６，８２０，４５１号では、下部の主ローラ（１８）（すなわち、スイープ形成ビームの下流／凸状側のローラ）が好ましくは、ロール成形されているビームのラインレベルよりも上に位置する（図１、及び第１０欄の６５行目〜第１１欄の１行目「フレキシングローラ１８はラインレベルよりも縦方向に高い」を参照）。第２のローラ（２０）（すなわち、スイープ形成ビームの凹状側のローラ）が支持されて、第１のローラ（図１５及び図１６を参照）の軸（シャフト９０）を中心とした弧状方向運動を、種々の調整位置に対して調整可能にし、連続ロール成形ビームに圧力を与えるようになっている。ビームの実際の撓みは、ローラ（１８／２０）の上流の位置１４３で生じる（第１２欄の４５〜４６行目を参照）。制御アセンブリ（１３０）は、弧状の調整経路に沿ってローラ（２０）を移動させるようになっている（第８欄の６２行目以降、並びに図１及び図２を参照）。補助キャリッジアセンブリ（１１０）は、主キャリッジアセンブリ（１４）でローラ（２２）を調整するように位置し、調整アセンブリ（１３７）の操作により調整可能である。この特許は、双方の調整を「オンザフライ」でなすことができること（第１４欄の４行目を参照）、また、主アセンブリ及び補助アセンブリを、スイープを粗調整及び微調整するために、それぞれ調整することができること（第１４欄の２２行目を参照）を示している。

Renzzulla特許６，８２０，４５１号に開示されている装置は、ロール成形装置の稼動中に出力調整することができることは明らかであるが、本発明者らは、Renzzulla特許６，８２０，４５１号において、制御された／タイミングを合わせた調整機能を提供することについての、また、単一のバンパービーム部の長さの範囲内（例えば、ロール成形連続ビームの長さに沿って測定された約４〜５フィート（約１．２１９〜１．５２４メートル）の範囲内）で、且つその長さに沿って選択された相対位置で、繰り返される一連の異なるスイープ（すなわち、複数の異なる半径）を提供するように、装置を繰り返し調整する協調制御機能を提供することについての教示及び示唆を何も見出していない。さらに、Renzzulla特許６，８２０，４５１号には、特定のスイープ領域に関連する特定の位置で連続ビームから個々のバンパービーム部を切断するようになっている協調コンピュータ制御切断装置と共にコンピュータ制御スイープ装置を用いて、多スイープ形成ビームを成形する教示は何もない。さらに、図１及び図２により示唆されるねじ山の密度に基づき（また、自動式の「周期的」調整に関してRenzzulla特許６，８２０，４５１号にはいかなる説明もないことに基づき）、Renzzulla特許６，８２０，４５１号の装置は、手動により調整可能なスイープステーションと同じ問題を被っている、すなわち、ロール成形機の通常における比較的高速なリニア速度の場合では、ロール成形連続ビームに沿って４〜５フィート（約１．２１９〜１．５２４メートル）の範囲内に複数のスイープを生じさせるほど、十分高速に調整することができないと思われる。

連続ビームに沿ったタイトなスイープ（すなわち複数の短い半径のスイープ）を設ける際に、Renzzulla特許６，８２０，４５１号のスイープステーションには、潜在的に、より根本的な別の問題がある。Renzzulla特許６，８２０，４５１号は、スイープステーションにおいて、第１の相対的に静止した（主）成形ローラ（１８）が、連続ビームのラインレベルよりも上に位置して（第１０欄の６５行目〜第１１欄の1行目を参照）、そのラインレベルから連続ビームをそらせるようになっていることに重点を置いており、Renzzulla特許６，８２０，４５１号はまた、第１の相対的に静止した（主）ローラ（１８）の前方（上流）の位置（１４３）に曲げ力をかけるために、主ローラ（１８）の軸を中心として、弧状経路に沿って調整可能である第２の可動／調整可能な押圧ローラ（２０）を開示している。この上流位置（１４３）は、主ローラ（１８）と上流支持ローラ（１６）のほぼ間の上流側である（図１６、及び第１２欄の４５〜４６行目を参照）。Renzzullaのスイープ機構が、徐々にタイトになっている複数のスイープ（すなわち、徐々に小さくなっている複数の半径を有するスイープ）を形成するように調整されると、曲げ加工位置（１４３）は、主ローラ（１８）からさらに上流側且つさらに遠くへ移動する可能性がある。ビームの屈曲及び変形を、支持されていない上流位置（１４３）で強制的に行うことによって、ビーム壁を非制御式に効果的に曲げるようにすることができる。このことは、捩れ及び蛇行の制御を非常に困難にし、所望でない反り及びうねりの制御を困難にし、また、寸法変化の制御を困難にする。これらの変数が組み合わさると、ビーム及びビーム壁の変形が予測不可能となる。換言すれば、支持されていない距離が増えるため（すなわち、よりタイトなスイープが形成されるため）、制御されないビーム壁の移動及び反りの問題が悪化し、潜在的に、寸法問題及び品質問題につながる。この問題に輪をかけることは、ローラ１６の直径によりローラ１６が強制的にローラ１８及び２０から離れて位置することであり、これにより、ビームに対するローラ１６及び１８の接触点が、ローラ１８及び２０の回転の軸間距離と基本的に等しい比較的大きな距離となる。この大きな支持されない距離により、支持のないこの領域において変形が生じる際に、ロール成形ビームの壁に、うねりと共に制御不可能な曲げが生じる。

したがって、上記利点を有すると共に上記課題を解決するシステムが望まれている。

本発明の一態様では、装置は、シート状の材料をロール成形して、長手方向のラインレベルを有する連続ビームにするようになっているロール成形装置を備え、連続ビームは、第１の表面及び対向する第２の表面を有する。本装置は、ラインレベルに対して直列であると共に、長手方向形状を形成して連続ビームにするようになっているスイープステーションをさらに備える。スイープステーションは、ラインレベルに沿って連続ビームに接しながら係合する主曲げローラと、スイープを形成するため、連続ビームを、主曲げローラの下流側の周りの一部である距離の間で、主曲げローラに対してタイトに保持するアーマチャ（armature）とを備える。スイープステーションはアクチュエータをさらに備え、アクチュエータは、少なくとも第１及び第２の異なる長手方向形状を、連続ビームにそれぞれ与える少なくとも第１の位置と第２の位置との間において、アーマチャを、主曲げローラの下流側の周りを少なくとも部分的に、調整可能に移動させる。

本発明の別の態様では、装置は、シート状の材料をロール成形して、ラインレベルを有する連続ビームにするようになっているロール成形装置を備え、連続ビームは、第１の表面及び対向する第２の表面を有する。スイープステーションは、ロール成形装置に直列に、且つその下流に位置すると共に、長手方向形状を形成して連続ビームにするようになっている。スイープステーションは、第１のローラと、当該第１のローラに対向する第２のローラであって、第１のローラと対向して、その間に連続ビームを挟持する第２のローラと備え、また、第２のローラの位置を制御可能に調整する機構をさらに備える。第１のローラは、連続ビームの第１の表面に接しながら係合するように配置され、連続ビームをロール成形する際に、相対的に静止した位置に維持される。第２のローラもまた、連続ビームの第２の表面に接しながら係合するように配置される。第１のローラは第１の回転軸を画定し、第２のローラは、機構により、調整軸の周りを弧状経路に沿って移動可能であり、この調整軸は、連続ビームの、第１の軸と同じく連続ビームと同じ側にあり、また、第１の軸に又はその上流に位置し、そのため、調整時に、第２のローラが第１のローラに対してより下流の位置へ向かって移動する。

本発明の別の態様では、装置は、ローラを支持するための軸を有するスイープ装置を備え、スイープ装置は、連続ビームにスイープを形成するようになっている。アーマチャが、上記軸のうち固定軸に動作可能に取り付けられ、連続ビームにスイープを与えるローラのうち少なくとも特定の一方を支持する。自動式調整装置であって、アーマチャの角度位置を繰り返し弧状方向に調整して、連続ビームに繰り返しパターンの長手方向形状を形成し、特定の一方のローラを他方のローラに対して異なる下流位置に向けて自動的に移動させて連続ビームに与えられるスイープを変えることを含む、自動式調整装置が提供される。

本発明のさらに別の態様では、装置は、連続ビームに接しながら係合する主曲げローラを有するスイープ装置を備える。対向する保持ローラは、主曲げローラの下流の異なる位置に調整可能であり、連続ビームを主曲げローラに対して保持して、所望のスイープが連続ビームに与えられるようにする。少なくとも１つの安定ローラが、主曲げローラの上流で連続ビームに接しながら係合する。第１の駆動モータ、第２の駆動モータ、及び第３の駆動モータが、それぞれ主曲げローラ、保持ローラ、安定ローラを駆動する。制御装置は、連続ビームがスイープステーション内にある間、第１のローラ、第２のローラ、及び第３のローラのそれぞれの駆動速度を個別に制御して、連続ビームにかかる応力を制御及び管理し、連続ビームのより一貫したスイープ形状を形成する。

本発明のさらに別の態様では、方法は、少なくとも８０ＫＳＩの引張り強度を有する高強度材料シートを提供する工程と、１時間当たり少なくとも約９００フィート（約２７４．３メートル）の速度で上記シートを形成することが可能なロール形成装置であって、調整可能なスイープステーションと、アクチュエータと、アクチュエータに操作可能に接続される制御装置とを備え、スイープステーションを自動的に迅速に調整して異なるスイープ半径を形成する、ロール成形装置を提供する工程と、シートをロール成形する工程であって、それにより、連続断面を有する連続ビームを形成する、ロール成形する工程と、ロール成形と同時に、また、ロール成形の終了近くで、１時間当たり少なくとも約９００フィート（約２７４．３メートル）のライン速度でロール成形を行いながら異なるスイープを連続的且つ繰り返し与える工程とを含む。

本発明の装置は、スイープステーションに重点を置いており、ロール成形された連続ビームは、スイープステーションにて受け取られるとともに、第１の成形ローラに接しながら係合し、スイープステーションは、連続ビームを固定ローラに引き寄せるか又は連続ビームを固定ローラの周りに部分的に「巻き付け」、これらは、連続ビームが所望の量のスイープを保持するほどに十分な永久変形を帯びるまで、把持点を主ローラの下流側の周りで周方向に移動させることによって行われる。本装置は、主ローラが連続ビームのラインレベルに沿って接している状態で、連続ビームを主ローラの接している位置で把持することに重点を置いている。そのため、本装置は、連続ビームが主ローラと接線方向／周方向に係合し続ける際に、連続ビームでのスイープ機能のいかなる調整の間も挟持点が主ローラの下流側に向けて固定ローラの周りに周方向に移動しつつ、主ローラの下流で連続ビームを固定ローラの周りに部分的に巻き付ける構造を提供する。

本発明のこれらの及び他の態様、目的、及び特徴は、以下に続く明細書、添付の特許請求項の範囲、及び添付の図面を熟読すれば、当業者に理解及び判断されるであろう。

本発明のロール成形装置１９（図１）は、一定の断面形状及び一貫した寸法形状を有するが、スイープステーション２０により形成された変化のある長手方向湾曲を有している、ロール成形された車両用バンパービーム２１’（本明細書では「バンパービームセグメント」又は「強化ビーム」とも呼ぶ）を作製するようになっている。スイープステーション２０は、ロール成形装置１９の出力端に、直列に位置している。装置１９のロール成形部はSturrusの米国特許第５，０９２，５１２号の図４に示すものと同じではないにしても類似しており、Sturrusの５，０９２，５１２号特許の教示はその全体が本明細書に援用される。本発明のスイープステーション２０はマルチローラシステムを有し、このマルチローラシステムは、コンピュータ制御されていると共にオートメーション化されており、且つ、迅速で正確な調整を可能にするように構成されており、そのため、ロール成形プロセスの肝要な部分として、ビームセグメントの長さに沿って均一の異なるスイープ半径を形成するように、スイープ動作をロール成形プロセス中に様々に繰り返すことができるようにしている。協調／タイミング式の切断装置２２がコンピュータ制御部に動作可能に接続されており、車両用バンパーシステムでの使用のために、連続ビーム２１をバンパービームセグメント２１’に切断するようになっている。部品の位置に基づいて、ビーム２１に与えられるスイープの程度及びタイミングを調整することによって、分断されたバンパービーム２１’に、例えば、スイープの程度が大きい（すなわち、フェンダーのより湾曲した）端部、及びスイープの程度が小さい（すなわち、ラジエータ／グリル領域にわたって、あまりカーブしていない）中央部を設けることができる。同じロール及び同じバンパー部が用いられ、スイープのみが変化する場合、或るビームプロファイルから別のビームプロファイルへの変更が、コンピュータ制御による「オンザフライ」でなされ、したがって、工具交換時間がなくなり、設定時間がなくなり、また、「起動」の手間がなくなると考えられる。本発明のスイープステーションはまた、「Ｃ」形状ビームに関連して示されているが、「Ｗ」形状ビーム部、又は「Ｄ」形状ビーム若しくは「Ｂ」形状ビームに用いられ得るか、或いは他のビーム部を作製することができることが意図される。

図示のロール成形セグメントビーム２１’（図２）はＣ形状であり、半径Ｒ１を有する端部２１Ａ及び２１Ｂ、直線である（図２）（すなわち、半径が無限である）か、又はより長い異なる半径Ｒ２を有する（図２Ａ）中央部２１Ｃ、並びに、中央部及び端部を接続する移行ゾーン２１Ｄ及び２１Ｅを有する。実際のビーム（２１’）では、半径Ｒ１及びＲ２は図２及び図２Ａに示すものとはそれほど異ならないであろうが、例示では本発明の装置の能力を示している。また、スイープの半径は、ビーム２１’の全長に沿って一定変化するように作ることができる（すなわち、中央部は単一の連続した半径Ｒ２を有さなくてもよい）、且つ／又はビームの両端部に中央部を接続する、より混ぜ合わされた移行ゾーンがあり、且つ／又は中央部は直線（又は逆に曲がりさえもする）とすることができることも考えられる。本発明のバンパービーム部は、車両用バンパービームとして機能するのに十分な強度及び特性を有するいかなる材料から作製されることができることが意図される。図示のバンパービーム材は、８０ＫＳＩ以上の引張り強度、又は、好ましくは少なくとも１２０ＫＳＩの引張り強度を有する超高強度鋼（ＵＨＳＳ）材のシートであるが、引張り強度は２２０ＫＳＩ以上の（例えばマルテンサイト鋼材）とすることができる。

図示のロール成形装置は、１時間当たり５０００フィート（約１５２４メートル）（以上）に達し得るライン速度が可能であり、例えば４×６インチ（約１０．１６×１５．２４センチメートル）（これよりも多い又は小さい）までの横断面寸法を有する管状又は開口のあるビーム部を作製するようになっている。図示のスイープステーション２０（図１）は、ロール成形装置（ロール成形機）の端に、直列に位置するように意図される。種々の切断装置を用いることができることが意図される。例えば、Heinzの米国特許第５，３０５，６２５号（その教示及び開示全体が本明細書に援用される）に示す切断装置を参照のこと。本発明の装置の切断装置２２は、コンピュータ制御部５６（又は協調制御部）により、作動を制御されるせん断型切断ブレード２２’を有し、それにより、バンパービーム２１’が連続管状ビーム２１に沿った計画位置で切断されることができる。図示の切断装置２２は、バンパービーム２１’のタイトなスイープの中央部分に延びると共にそこでカットするようにプログラムされており、それにより、タイトなスイープの半分（例えば部分２１Ａ）が、それぞれ連続したバンパービーム２１’で終端し、もう一方の部分（例えば２１Ｂ）がそれぞれ連続したバンパービーム２１’の他端で終端する。切断装置はスイープステーションの「下流」であるが、省スペースのために比較的その近くに位置しており、スイープ形成ステーションを出る際における連続ビームの所望でない反り返りを低減する。切断装置２２は、連続ビーム２１から分断したときに、ビーム２１’の端どうしが所望の対称性を有するように、コンピュータによって制御される。切断装置は、所望であれば、スイープステーション自体の、スイープを生じさせる調整可能なロールの端に近い位置に組み込まれることができることが考えられる。例えば、下記に説明するように、切断装置をサブフレーム３５に取り付けると共に、サブフレーム３５と一緒に移動させることができる。

スイープステーション２０（図３及び図４）は、水平方向の底板２４と、固定的に取り付けられた垂直取付板２５とからなるベースフレーム又はメインフレーム２３を有する。１つ又は複数の安定板２５Ａ及びブリッジ２５Ｂが付け加えられて、板２４、２５を安定させ、それらの相対的な直角度を維持する。スイープステーション２０の第１の半体２６は、成形ローラ６０及び６１をそれぞれ支持する上軸２７及び下軸２８、並びに、成形ローラ６０及び６１を支持するための垂直板２５に対して、上軸２７及び下軸２８をそれぞれ回転可能に取り付ける上軸受２９及び下軸受３０を有する。

軸２７及び２８間の距離を手動で変える（すなわち、ローラの「ピンチ」圧力を変える）ために、上部軸受２９は、ねじ式支持機構２９Ａによって手動で縦方向に調整可能である。同様な手動式調整設計が従来技術分野において既知であり、異なるサイズのロールダイを、異なるサイズのビーム横断面を作製することに適応させるために、ロール成形機に用いられている。特に、調整は通常、ロール成形装置の設定の一部として、ロール成形装置の初期の可動中に手動で行われており、通常、一定に変化するスイープ、及び繰り返しのあるスイーププロファイルを有するビームを形成する製造において、ロール成形装置の稼動の一部としては行なわれない。

本発明の重要な部分は、スイープステーション２０の「第２の半体」であるアセンブリ３０Ａ（図４）が、自動的に「周期的な」調整を行えること、及び迅速／正確な調整を行えることである。第２の半体３０Ａは、剛性サブフレーム３５（「アーマチャ」の一部でもある）を有し、剛性サブフレーム３５は、メイン垂直板２５間に調整可能に位置する。サブフレーム３５は、逆「Ｕ」字形状を有し、剛性アセンブリとして共に固定される一対の内側垂直板３６及びスペーサブロック３８からなる。内側垂直板３６は、軸受３３Ａによって上軸３１Ａに回転可能に取り付けられる。ローラのピンチ圧力を変えるために、上軸２７がスイープステーションの第１の部分において垂直方向に調整可能であるように作製されるのと同様に、上軸３１は、外側垂直板２５に上下方向に調整可能に作製される。下軸３２及び軸受３４は、内側垂直板３６の下端に取り付けられる。サブフレーム３５は、外側垂直板２５間の軸３１上で回転可能であり、その角度を調整可能である。回転すると、サブフレーム３５は、下軸３２及び、下軸３２に取り付けられる底部ローラ６３を、弧状経路Ｐ１（図９Ａ）に沿って、上軸３１上の上部ローラ６２の下流側である新たな位置に移動させる（図９及び図９Ａを参照）。角度調整された位置（図９Ａ）において、第２の半体３０Ａの底部ローラ６３は、連続ビーム２１が弧状に永久変形（すなわち長手方向の湾曲又はスイープ）するのに十分に、連続ビーム２１を上部ローラ６２の周りに部分的に巻き付かせる。言い換えれば、底部ローラ６３は、連続ビーム２１が、ローラ６３に接しながら（すなわちその周りを）通過して延びるにつれ、連続ビーム２１を上部ローラ６２の周面に対して（又は周面に近接して）選択された距離を保持する保持装置として効果的に作用する。

アーマチャ（すなわち、サブフレーム３５及びローラ６１）の角度運動の位置及びタイミング、並びに切断装置２２のタイミングは、回路５５（図４）を介して駆動システムを制御する制御装置５６によって制御される。ローラ６３がローラ６２の周りを移動する際の「巻き付き」作用は、単純且つ短い動作を提供し、その結果、仕上げられたセグメントビーム２１’の良好な寸法管理及び一貫性が得られ、それにより、ビームセグメント２１’は対称となり、比較的タイトなスイープを各端に有することができる。連続ビーム２１の壁は、好ましくは曲げプロセス中に主（上部）ローラ６２によって十分に支持されるが、この理由は、曲げが上部ローラ６２で又はその非常に近くで生じ始め、さらに、連続ビーム２１が上部ローラ６２の周りに引き寄せられる際に生じるためである。サブフレーム３５の慎重且つ迅速な調整により、連続ビーム２１は予測可能な多湾曲形で終端し、バンパービームセグメント２１’に切断された後、ビーム２１’の両端部を後方に変形させるための、相当な量の実質的な第２の処理を行なう必要がなくなる。

特に、比較的鋭いスイープ（すなわち小さな半径のスイープ）が形成される場合、連続ビーム２１の壁の最大の制御が必要とされる。このことは特に、超高強度材が用いられる場合、且つ／又は異なるスイープが連続ビーム２１に与えられる場合に当てはまるが、その理由は、これらにより、壁の寸法変化がより大きくなるためである。とりわけ、軸３１／３２は好ましくは、実質的に軸２７、２８と同じくらい近い位置にあり、そのため、ローラ間の距離が最小限になる。当然のことながら、ローラ６０、６１、及び６２、６３のサイズは、軸２７、２８、及び３１、３２がどの程度近くに位置することができるかに影響を及ぼす。また、経路Ｐ１（図９Ａ）に沿ったサブフレーム３５の角度調整は、下軸３２を他方の下軸２７から遠くに移動させることに留意されたい。底部ローラ６１及び６３間に臨時の支持を与えるために、第２のブリッジ支持体（摺動式支持体又はマルチホイール状ローラ支持体）を、ローラ６１と６３との間に加えることができ、下記に説明するように連続ビーム２１の底部及び／又は側部を支持することができる。ローラ式支持体が提供される場合、ローラ支持体は、支持されているビーム２１の壁に平行に延びる水平方向回転軸又は垂直方向回転軸を中心に回転することができる。（換言すれば、側壁を支持するロール支持体は垂直軸を中心に回転し、底壁を支持するロール支持体は水平軸を中心に回転するであろう。）追加の支持体もまた、重要なローラ６２及び６３の上流又は下流に付け加えることができることに留意されたい。

また、連続ビーム２１の異なる壁の「うねり」、ねじれ、蛇行、及び制御されない前後の曲げの量が、スイープ形成の曲げの間に引張り応力を最大限にすることによって、また、スイープ形成の曲げの間に圧縮力を最小限にすることによって、最小限にされることができることに留意することも重要である。本発明者らは、ローラ６０〜６３を個別に駆動する軸のそれぞれにおける個別の駆動が、非常に有益な効果を持ち得ることを見出した。各ローラ６０〜６３を最適速度で駆動することにより、連続ビーム２１の種々の壁に沿った応力を最適に制御することができる。特に、個々のローラ回転速度を個別に制御することが重要である１つの理由は、個々のローラが駆動されるべき速度の正確に算出することが常に容易ではないからである。例えば、上部ローラ（６２）は、底壁に沿うのと同様に、上壁に沿ってビーム２１と接触する可能性があり、そのため、接触点の１つは、必然的に少し滑らざるを得ない。第２に、スイープが連続ビーム２１に与えられると、そのスイープに応じて、ローラ６２及び６３の回転速度が変わることになる。さらになお、異なる横断面形状は、スイープ形成プロセス中、複雑な曲げ力を受けることになり、それにより、ロール成形機を動作させている間、最適な設定を決定するために、何らかの軸速度の調整をその場で行うことが必要となるであろう。圧縮応力を最小限にすることが重要であるが、その理由は、圧縮応力（引張り応力ではない）がビームの壁に、予測または制御が困難である起伏及び波状形状を形成する可能性が高いためである。したがって、個別の駆動モータは、ローラを、いずれのローラにもスリップ若しくは空転、又は互いに「衝突」させずに、ビーム２１の上部領域及び底部領域をスイープステーションに「引き寄せる」個別の（異なる）速度で回転させる。異なる軸に対する駆動はコンピュータ制御装置によって個別に制御され、このコンピュータ制御装置はまたロール成形機に動作可能に接続され、それにより、スイープ形成ステーションを全面的に含めた、ロール成形機の協調された制御が可能となる。

図３に示される構成では、軸シャフト２７、２８、３１、３２のそれぞれは、制御装置５６によって制御される無段変速駆動装置（例えばサーボモータ）により個別に駆動される。速度は、制御装置５６に入力された、予めプログラムされたシーケンス及びタイミングプログラムに応じて、ロール成形プロセスの際にオンザフライで変えることができる。種々のシャフト２７、２８、３１、３２の速度は、ロール成形プロセスの速度と、ロール成形装置上の連続ビーム２１に対するローラの相対的な位置（すなわち、ローラ６２及び６３によってビーム２１に与えられるスイープの程度によって影響を及ぼされる）とに関連することが意図される。複数の異なるスイープが、（ビームセグメント２１’を連続ビーム２１から分断する前の）個別のバンパービームセグメント２１’内に形成され得る。代替的に、段階的に増加する、または減少するスイープが、（一定の半径のスイープの代わりに）形成され得る。個別に制御される駆動機構及び軸速度、並びにロール成形装置とは異なるスイープステーションでの接線方向のローラ速度により、スイープ半径全体にわたって、より良好且つより一貫した制御を達成することができる。本発明の装置において補助ローラは必要とされていないが、所望であれば、補助ローラを付け加えることができることが意図される。ローラ６２に対するローラ６３の相対的な角度位置は、制御装置５６によって制御されるサーボ駆動装置によって制御されることが意図される。サーボ及び制御装置は、ロール成形装置と一体的に結合した閉ループ内での速度制御を行い、その速度は、制御装置のプログラム可能な特徴である。

図示の支持体は、摺動する「ブリッジ」支持体７０（図９Ａ）の形態で提供されている。支持体７０は、底部ローラ６３の湾曲前部とほぼ合致する弧状形状を有する。特に、ブリッジ支持体７０は、ブリッジ支持体７０からメインフレーム２３に向かって下方に延びる（及び／又は横方向に延びる）アンカー構造体７１によって支持される。ブリッジ支持体７０の上部は、連続ビーム２１の底面と摺動可能に係合することができる滑らかな硬質の軸受け材料を含み得る。代替的に、図示のブリッジ支持体７０の上部は、（直径が１又は２インチ（約２．５４センチメートル又は５．０８センチメートル）であるような）比較的小さな直径のローラピン状ローラを有することができ、これらのローラは、ローラ６２及び６３の近くの位置で回転しながら連続ビーム２１に係合すると共に、連続ビーム２１を支持する。ローラ６２及び６３の前後の位置に、連続ビーム２１の両側と係合する補助ローラを配置することができる。これらの補助ローラは、縦方向に延びる回転軸を有し、より小さな直径であってもよい。図示のブリッジ支持体７０は、弧状の前面及び後面を有し、それにより、底部ローラ６１及び６３のできるだけ近くに位置することができる。

また、Sturrusの米国特許第５，０９２，５１２号における蛇行状の内部マンドレルと同様に、支持体が、上流のアンカー（図１のアンカー７２を参照）によって安定させられる内部マンドレルによって、管状ビームの内側に設けられ得ることも意図される。内部マンドレルは、大部分のバンパーの横断面及びスイープ、特に開いたビーム部、並びに／又は比較的短い深さ寸法を有するビーム部、及び／又は最小限のスイープ（すなわち、大きな半径を画定するスイープ）を有するビーム部には必須ではないことに留意されたい。

一対のアクチュエータ５０（図３）が、サブフレーム３５を角度調整するためにメインフレーム２３とスイープサブフレーム３５との間に動作可能に取り付けられ、サブフレーム３５の各側に１つずつある。各アクチュエータ５０は、一方の端部側においてサブフレーム３５の上部に取り付けられるシリンダ５１（図５）を有し、また、対向する担部側においてベース２３に取り付けられる、伸張可能／引き込み可能なロッド５２を有する。ロッド（複数可）５２が引き込まれると、サブフレーム３５は軸３１を軸に回転し、したがって、軸３１を中心にしたサブフレーム３５の相対的な角度位置が変わる（図９及び図９Ａを比較）。回転軸は、上軸３１の中心にあるため、応力はできる限り遠くの下流に最適に位置され、その場合、スイープステーションの主ローラが連続ビーム２１の良好な支持をもたらす。アクチュエータ５０は、シリンダ５１に作動油を可変ではあるが、バランスよく供給するようになっている油圧回路５５（図３）に接続される。油圧回路５５は、ロール成形装置２０と協調してアクチュエータ５０の伸張及び引き込みを制御するコンピュータ制御装置５６に動作可能に接続されると共にコンピュータ制御装置５６によって制御されるモータ又はポンプを有する（同じコンピュータ制御装置５６はまた、スイープステーションの異なる軸についてロール成形機及び駆動装置を制御する）。サブフレーム３５の位置及び／又は連続ビーム２１の位置を検知するセンサが、所望に応じてスイープステーションに配置される（装置１９による上記目的のため、所望により追加されるビーム２１の配置穴等）。

この構成により、スイープ（湾曲）の程度は、ビーム２１’が作製される際に、制御された周期的／反復的な方法で、多彩にすることができる。例えば、これにより、ビームをロール成形している間、「オンザフライ」ですぐさま、ビーム２１’の両端により大きいスイープを与え、中央により小さいスイープを与えることが可能となる。アクチュエータ５０の即効性、及びローラ６２、６３の位置付けを含めたスイープステーションの効率性及び制御性により、１時間当たり２５００〜５０００フィート（約７６２〜１５２４メートル）のライン速度にものぼるスイープの変更を迅速且つ正確に行うことができる。特に、ビーム２１がローラ６２の周りに「引き寄せられた」際に、ローラ６２の軸の周りにおけるローラ６３の移動は、ビーム２１に対して自然な巻き付け作用を与え、それにより形成されたスイープが十分に制御され、ロール成形機は、耐久性があると共に丈夫なものとなる。

調整可能な底部ローラ６３は、上部ローラ６２の軸の周りを回転すると、上部ローラ６２の周面の下流側に対してタイトに、連続ビーム２１を効果的に保持する。このため、上部ローラ６２は時に、「成形ローラ」と呼ばれ、調整可能な底部ローラ６３は時に、「押圧ローラ」又は「保持ローラ」と呼ばれる。調整可能な底部ローラ６３は潜在的に、連続ビーム２１がそれ自体を上部ローラ６３の周りで部分的に巻き付ける際に、連続ビーム２１を把持すると共に上部ローラ６２の外周に対して（又はその近くに）保持するように設計されている別個の保持装置を代わりに用いる（又は補足する）ことができることが意図される。例えば、別個の保持装置は、伸張可能なピン又はロッド状アームとすることができ、伸張可能なピン又はロッド状アームは、ビーム２１の下に延び、部分的に軸を中心としたローラ６２の回転によってローラ６２に保持され、したがって、短い半径スイープを形成する。「タイトな」スイープとは、ビーム部２１’が連続ビーム２１から切断されたときに、短い半径スイープの半分が、ビーム部２１’（となった時）の最後の部分を形成する程度に、また、他方の半体が、）次のビーム部２１’（となった後）の第１の部分を形成する程度に十分な長さであろう。

上記の構造についての変更及び改変は、本発明の概念から逸脱せずに行うことができることが理解され、さらに、かかる概念は、添付の特許請求の範囲の文言によりそれらの特許請求の範囲が別途明記していない限り、添付の特許請求の範囲により包含されることを意図することが理解される。

本発明を具現するスイープステーション及びスイープコントローラを有するロール成形機の図である。 ビームの長さに沿ってスイープが異なる、図１のロール成形機により作製された例示的なビームである。 ビームの長さに沿ってスイープが異なる、図１のロール成形機により作製された例示的なビームである。 図１のスイープステーションの斜視図である。 図３と同様であるが、図３のスイープステーションの４つのメインローラのみを示す斜視図である。 図３のスイープステーションの側面図である。 図３のスイープステーションの上面図である。 図３のスイープステーションの後面図（下流側）である。 図３のスイープステーションの前面図（上流側）である。 図４の４つのメインローラの側面図であり、直線ビーム部を通過する位置にあるローラを示す。 図４の４つのメインローラの側面図であり、スイープ（湾曲）ビームを形成する位置にあるローラを示す。 図３のスイープステーションの側面図であり、連続ビームにタイトなスイープ（半径が小さい）を形成する位置に調整されたスイープステーションを示す。 図３のスイープステーションの側面図であり、連続ビームにさらに浅いスイープ（半径が大きい）を形成する位置に調整されたスイープステーションを示す。

Claims (13)

1. シート状材料をロール成形して、長手方向のラインレベルを有し、第１の表面及び対向する第２の表面を有する連続ビームにするようになっている、ロール成形装置と、
   前記ラインレベルに直列であって、前記連続ビームに、長手方向形状を形成するようになっているスイープステーションと
   を備える装置であって、
   前記スイープステーションは、
   前記ラインレベルに沿って、前記連続ビームに接して係合する主曲げローラと、
   スイープを形成するため、前記主曲げローラの下流側の周りの一部である距離の間で、前記連続ビームを、前記主曲げローラに対してタイトに保持するアーマチャと
   を有し、
   前記アーマチャを、前記主曲げローラの前記下流側の周りを少なくとも部分的に、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で調整可能に移動させ、少なくとも第１及び第２の異なる長手方向形状を、前記連続ビームにそれぞれ与えるアクチュエータを、さらに有し、
   前記スイープステーションは、前記主曲げローラのための主軸を支持する複数の静止したサイドプレートを有し、
   前記アーマチャは、保持ローラを支持する逆Ｕ字形状のサブフレームを有し、
   前記サブフレームは、一方の端部にある前記保持ローラと共に前記主軸を軸として回転する垂直板を有し、
   前記アクチュエータは、前記サブフレームに操作可能に接続される装置。
2. 前記ロール成形装置と前記アクチュエータとに操作可能に接続される制御部であって、前記ロール成形装置及び前記アクチュエータの動作を協調したやり方で制御して、前記連続ビームに、繰り返される一連の異なるスイープを規則的な間隔で与える、制御部を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記制御部は、前記第１の長手方向形状が直線状であり、前記第２の長手方向形状が非直線状である、繰り返しパターンをもたらすため、前記アクチュエータを繰り返し移動させるようにプログラムされる、請求項２に記載の装置。
4. 前記制御部は、前記第１の長手方向形状が第１の半径を画定し、前記第２の長手方向形状が、前記第１の半径とは異なる第２の半径を画定する、繰り返しパターンをもたらすため、前記アクチュエータを繰り返し移動させるようにプログラムされる、請求項２に記載の装置。
5. 前記アーマチャは、前記主曲げローラの回転軸上に位置する旋回軸の周りで回転される、請求項１に記載の装置。
6. 前記アーマチャは、前記連続ビームに接して係合するとともに、前記連続ビームを前記主曲げローラに対して押圧する保持ローラを備え、
   前記アーマチャは、前記主曲げローラの軸として、前記連続ビームと同じ側に位置する軸を画定する弧状経路に沿って移動するように支持される、請求項１に記載の装置。
7. 前記主曲げローラは、第１の軸上で回転し、
   前記アーマチャは角度調整可能に、前記主曲げローラの前記軸の周りに、前記スイープステーションに取り付けられる、請求項１に記載の装置。
8. 前記アクチュエータは、前記第１及び第２の長手方向形状を備える前記連続ビームに繰り返しパターンをもたらし、
   前記装置は、前記連続ビームを分断して個別のバンパービームセグメントにするように構成された切断機を備え、前記第１及び第２の異なる長手方向形状は、前記個別のバンパービームセグメントの長さに沿って、所定の対称の位置にある、請求項１に記載の装置。
9. 前記ロール成形装置に操作可能に接続される制御部、前記アクチュエータ、及び前記切断機を備え、
   前記制御部は、前記ロール成形機が前記連続ビームをロールしている間、前記アーマチャの位置を自動的に変更するようにプログラムされて、前記連続ビームに与えられた前記スイープを繰り返し且つ選択的に変更し、
   前記制御部はさらに、前記切断機を選択的に動作させるようにプログラムされて、前記連続ビームを切断して前記ビームセグメントにし、それにより、それぞれの連続した前記ビームセグメントが、前記ビームセグメントを、その長手方向中間点で二等分する垂直平面に対して対称であるようにする、請求項８に記載の装置。
10. 前記スイープステーションの前記アクチュエータに操作可能に接続されると共に、前記スイープステーションに、前記連続ビームの繰り返される種々の前記長手方向形状を形成させるようにプログラムされる、プログラム可能な制御部を備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記ロール成形装置は、少なくとも８０ＫＳＩの引っ張り強度を有するシートを用いて、１時間当たり少なくとも９００フィート（約２７４．３メートル）のライン速度で、前記連続ビームを製造するように構成される、請求項１に記載の装置。
12. 前記保持ローラに隣接するブリッジ支持体を有し、
    前記ブリッジ支持体は、前記保持ローラの上流側、且つ前記保持ローラと同じ側に位置する請求項１に記載の装置。
13. 連続ビームにスイープを形成するローラを支持する複数の軸を有するスイープ装置と、
    前記軸の静止した一方に、操作可能に取り付けられるアーマチャであって、前記連続ビームにスイープを与える前記ローラの、少なくとも特定の１つを支持するアーマチャと、
    自動調整装置であって、前記アーマチャの角度位置を弧状方向に繰り返し調整して、前記連続ビームに繰り返しパターンの長手方向形状を形成し、特定の一方のローラを他方のローラに対して異なる下流位置に向けて自動的に移動させて、前記連続ビームに与えられる前記スイープを変える、自動調整装置と
    を備え、
    前記アーマチャは、
    前記軸の静止した１つに操作可能に取り付けられるとともに、前記軸の移動可能な１つを支持する逆Ｕ字形状のサブフレームを有し、
    前記サブフレームに接続され、前記移動可能な軸を前記静止した１つの軸の周りの選択された位置の間で動かすようにする少なくとも１つのアクチュエータを有する装置。

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