JP5744880B2 - 三次元スイープユニットを備えるロール成形機及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロール成形された構造ビーム部品を非直線的・非平面的な形状に曲げるためのインラインスイープ加工ユニット（in-line sweeping unit）を備えるロール成形装置に関する。

本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００９年９月２１日に出願された「ＲＯＬＬ ＦＯＲＭＥＲ ＷＩＴＨ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＳＷＥＥＰ ＵＮＩＴ（三次元スイープユニットを備えるロール成形機）」と題される米国仮特許出願第６１／２４４，２５３号明細書の利益を主張し、その内容全体は参照により本明細書に援用される。さらに、本願は、２０１０年８月３１日に出願された「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＦＯＲＭＩＮＧ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＭＵＬＴＩ−ＰＬＡＮＥ ＢＥＡＭ（三次元多面ビームの成形方法）」と題される米国特許出願第１２／８７２，６０２号明細書及び「ＲＯＬＬ ＦＯＲＭＥＲ ＷＩＴＨ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＳＷＥＥＰ ＵＮＩＴ（三次元スイープユニットを備えるロール成形機）」と題される米国特許出願第１２／８７２，４１１号明細書に関連する。

湾曲（スイープ）加工（sweep）された筒状の構造ビームとなるよう板材を成形することが可能なロール成形装置が存在する。例えば、ストラウス（Sturrus）の米国特許第５，０９２，５１２号明細書及び米国特許第５，４５４，５０４号明細書、並びにライアンズ（Lyons）の米国特許出願公開第２００７／０１８０８８０号明細書が説明する技術革新では、ロール成形装置の終端にあるインラインスイープユニットが、湾曲加工された筒状のバンパー補強ビームを作り出す。しかしながら、ストラウス（Sturrus）の米国特許第５，０９２，５１２号明細書及び米国特許第５，４５４，５０４号明細書、並びにライアンズ（Lyons）の米国特許出願公開第２００７／０１８０８８０号明細書の装置は、単一の湾曲（sweep）面（「単一の変形面」とも称される）に限られ、さらにはロール成形装置のラインレベルから単一の方向への湾曲加工に限られる。構造製品によっては、ラインレベルから一方向に限られる又は単一の変形面に限られる湾曲ではなく、多方向に向き且つ異なる種々の平面にある湾曲が要求される。

とりわけ、ロール成形構造製品の多方向への成形には難題が多い。例えば、多方向に湾曲加工するには複数の可動部品が必要であり、その一つ一つによって複雑さ及び公差に関する課題が増し、さらには耐久性及び整備の問題にも悩まされることになる。その上、構造製品を多方向に曲げるとき、その「平坦な」壁の部分は、予測できない方向に潰れる及び／又は波状にうねる傾向があり、結果として公差制御が不十分となると共に寸法制御が不十分となる。このことは、ロール成形材料が高強度鋼である場合、及び／又はビームが平面的な壁部を有する場合に特に当てはまる。さらにまた、高強度鋼が成形されている状態では、機械部品への負荷及び応力が極めて高くなり、結果として整備作業が増大し、常に修理が必要となる。例えば構造ビーム及びバンパー補強ビームは、８０ｋｓｉ（又はそれよりも高い）の引張強度の鋼材で、厚さが２．２ｍｍ（又はそれよりも大きい）及び断面寸法が３インチ（約７６．２ｍｍ）×４インチ（約１０１．６ｍｍ）（又はそれよりも大きい）となる可能性がある。この構成のビームを湾曲加工しようとするときに生じる力は並外れて高い。スイープユニットが、複数の方向又は平面に選択的に湾曲加工すること、様々な選択される時点若しくは長手方向位置で湾曲加工すること、及び／又は比較的小さい半径を形成することが想定される場合には、この複雑さはなお一層増す。そのことが、毎分１００フィート（約３０．４８ｍ）を上回る連続した比較的速いライン速度で「休む間もなく（on the fly）」行うように想定される場合は、この複雑さは一層増す。とりわけ、自動車産業では特に、バンパー補強ビーム、構造セクション及びフレームセクションについての寸法の一貫性に対する要求が極めて厳しく、衝突強度要件及び曲げ強度要件が高い。

本発明の一態様において、装置は、長手方向ラインレベルを画成する構造ビームに板材料を成形するように構成されたロールを有するロール成形機と、ロール成形機とインラインのスイープユニットとを備える。スイープユニットは、ロール成形機の連続運転中、鉛直方向及び水平方向の双方向に長手方向ラインレベルから離れるようにビームを選択的に湾曲するように構成される。

より限定的な態様において、スイープユニットは、ビームをラインレベルから鉛直上方向及び鉛直下方向に湾曲し且つビームをラインレベルから水平右方向及び水平左方向に湾曲するように構成及び適合される。

より限定的な態様において、スイープユニットは、ビームの上側、下側、右側、及び左側に係合する成形部材を含む。これらの成形部材の各々は、ビームを曲げるように、成形部材のうち対向する成形部材の移動と連携してビームに向かって移動可能である。

さらにより限定的な態様において、ロール成形機及びスイープユニットは、ロール成形機とスイープユニットとを同時制御するようにプログラマブル制御手段に接続される。

より限定的な態様において、スイープユニットは、ビーム成形ロールを含み、これらのビーム成形ロールは、ロール成形プロセスからビームを連続的に受け入れつつロール成形ビームを複数の絶えず変化する平面及び軸上で、種々の半径で湾曲するものである。

本発明の別の態様において、装置は、板材料を構造ビームに成形するように構成されたロールを有するロール成形機と、ロール成形機の下流にあり且つビーム変形構成部品を含むスイープユニットとを備える。ビーム変形構成部品は、複数の異なる平面に沿い且つ種々の半径でビームを選択的に繰り返し湾曲するように構成される。

本発明の別の態様において、装置は、板材を連続ビームにロール成形するように適合されたロール成形機と、鉛直方向又は水平方向又は鉛直方向及び水平方向の間の任意の方向への長手方向湾曲を連続ビームに付与するように構成された対向するローラを有し且つロール成形機に取り付けられたスイープユニットとを、組み合わせて備える。

本発明の別の態様において、装置は、板材料から構造ビームを成形するように構成されたロールを有するロール成形機と、構造ビームの第１の対向する側部に係合するように位置決めされた第１の対の成形ロールを有すると共に、構造ビームの第２の対向する側部に係合するように位置決めされた第２の対の成形ロールを有するスイープユニットとを、組み合わせて備える。成形ロールのうちの選択された１つがいずれも、この選択された１つの成形ロールに対向する成形ロールのうちの関連する１つが下流に且つ上記選択された１つの成形ロールの周りを移動する間、構造ビームの関連する側部に連続的に係合するように、スイープユニットは、第１の対の成形ロール及び第２の対の成形ロールを移動可能に支持する。

本発明の別の態様において、ラインレベルとラインレベル状態（line level condition）とを画成する構造ビームに曲がりを付与する装置は、スイープユニットと位置決め機構とを備える。スイープユニットは、ビームに係合する第１の成形ロール及びビームに係合し且つ反対側の第２の成形ロールを含む。第２の成形ロールは、第１の成形ロールから所与の距離で間隔をあけて離されると共に連続ビームが直線状且つラインレベル状態にあるときに連続ビームに係合するように構成される。また、スイープユニットは、上流方向及び下流方向に移動するように第１の成形ロール及び第２の成形ロールを支持する支持構造を含む。位置決め機構は、第１の成形ロールが連続ビームにラインレベル状態で連続的に係合する間、第１の成形ロールを上流に移動させるように構成されると共に、第２の成形ロールを第１の成形ロールの中心点の周りに下流に移動させるようにも構成される。

本発明の別の態様において、成形ロールを支持する装置は、少なくとも１つの成形ロールと、成形ロールを搭載するキャリアと、成形ロールが連続ビームに係合して連続ビームを成形する間、キャリアを移動可能に支持するように構成された支持体とを備える。この装置は、少なくとも１つの成形ロールの位置を調節する機構をさらに備える。この機構は、上流方向への移動時、少なくとも１つの成形ロールにおける連続ビームとのビーム係合接触点が連続ビームを支持し続けるが、ラインレベルを外れて連続ビームを変形させないように、少なくとも１つの成形ロールの位置を調節し、下流方向への移動時、少なくとも１つの成形ロールのビーム係合接触点が、連続ビームをラインレベルから外れて変形させる経路に沿って移動するように、少なくとも１つの成形ロールの位置を調節する。

本発明の別の態様において、スイープユニットは、スイープユニットの成形ロールに対する曲線状の（楕円形に近い）位置決め機構を含む。この位置決め機構は、スイープユニットの湾曲動作を通じて成形ロールキャリアが移動するとき、成形ロールのビーム表面に対する関係を維持すると共に、補助ブロックに対する関係も維持する。

本発明の別の態様において、成形ロールを支持する装置は、少なくとも２つの成形ロールと、少なくとも２つの成形ロールを搭載するキャリアと、連続ビームを直線状の状態から変形させるために成形ロールが連続ビームに係合している間であってもキャリアを移動可能に支持するように構成された支持体と、少なくとも２つの成形ロールの位置を調節する機構とを備える。この位置の調節は、第１のロール又は第２のロールの一方を連続ビームのラインレベルと平行に長手方向上流に移動させることと、第１のロール又は第２のロールの他方を上記一方のロールの中心点の周りに下流に移動させることとを含む。この構成によって、上流方向への移動時、上流に位置決めされた一方のロールのビーム係合接触点は、連続ビームとの接触を維持し且つ連続ビームを支持し続けるが、ラインレベルを外れて連続ビームを変形させず、一方、他方のロールのビーム係合接触点は、上流に位置決めされた一方のロールの周りでラインレベルから離れるように連続ビームを変形させる下流経路に沿って、移動する。

本装置が、ビームの上流部分がロール成形機のツーリング（tooling）とのラインレベルから外れないように、スイープユニットの上流のビームの位置を維持するのは、有利なことである。

本装置が、ビームの長手方向半径が、アンビルの上ではなく成形ロールの下流側の周りに形成されるように位置決めされた成形ロールを有するのは、有利なことである。

本願のスイープユニットが、リニアトランスデューサを使用してスイープ位置を検知する油圧シリンダ駆動式の湾曲構成部品を含むのは、有利なことである。。

本発明の別の態様において、方法は、長手方向ラインレベルを画成する構造ビームに板材料を成形するように構成されたロールを有するロール成形機を設けるステップと、ロール成形機の連続運転中、鉛直方向及び水平方向の双方に長手方向ラインレベルから離れるように構造ビームを選択的に湾曲するステップとを含む。

本発明の別の態様において、方法は、板材料を構造ビームに成形するように構成されたロールを有するロール成形機を設けるステップと、ロール成形機の下流にあり且つビーム変形構成部品を含むスイープユニットを設けるステップと、構造ビームがロール成形機から出てくると、複数の異なる平面に沿い且つ種々の半径を有して構造ビームを選択的に繰り返し湾曲するステップとを含む。

本発明の別の態様において、方法は、板材を連続ビームにロール成形するように適合されたロール成形機を設けるステップと、鉛直方向又は水平方向又は鉛直方向及び水平方向の間の角度をもつ方向における任意の方向へ長手方向湾曲を連続ビームに付与するように構成された対向するローラを有し、且つロール成形機に取り付けられたスイープユニットを設けるステップと、少なくとも２つの異なる湾曲を連続ビームに選択的に付与するステップとを含む方法。

本発明の別の態様において、方法は、板材料から構造ビームを成形するように構成されたロールを有するロール成形機を設けるステップと、構造ビームの第１の対向する側部に係合するように位置決めされた第１の対の成形ロールを有すると共に、構造ビームの第２の対向する側部に係合するように位置決めされた第２の対の成形ロールを有するスイープユニットを設けるステップと、第１の対の成形ロール及び第２の対の成形ロールの全てが構造ビームに連続的に係合するが、第１の対の成形ロール及び第２の対の成形ロールのうちの少なくとも１つの対が移動することによって、上記１つの対における一方の成形ロールが、上記１つの対における他方の成形ロールに対して一定の距離を維持しつつ、下流に且つ構造ビームのラインレベルの中に移動するように、スイープユニットを動作させるステップとを含む。

本発明の別の態様において、ラインレベルとラインレベル状態とを画成する構造ビームに曲がり付与する方法は、ビームに係合する第１の成形ロール及びビームに係合し且つ反対側の第２の成形ロールを含み、第２の成形ロールが、第１の成形ロールから所与の距離で間隔をあけて離されると共に連続ビームが直線状且つラインレベル状態にあるときに連続ビームに係合するように構成されたスイープユニットを設けるステップであって、上流方向及び下流方向に移動するように第１の成形ロール及び第２の成形ロールを支持する支持構造を含むスイープユニットを設けるステップと、第１の成形ロールが構造ビームにラインレベル状態で連続的に係合する間、第１の成形ロールを上流に移動させると共に、第２の成形ロールも、第１の成形ロールと一定の距離を維持しつつ第１の成形ロールの中心点の周りに下流に移動させるステップとを含む方法。

本発明の別の態様において、方法は、少なくとも１つの成形ロールを設けるステップと、成形ロールを搭載するキャリアを設けるステップと、成形ロールが連続ビームに係合して連続ビームを成形する間、キャリアを移動可能に支持するように構成された支持体を設けるステップとを含む。この方法は、少なくとも１つの成形ロールの位置を選択的に調節するステップをさらに含み、上記調節は、上流方向への移動時、少なくとも１つの成形ロールにおける連続ビームとのビーム係合接触点が連続ビームを支持し続けるが、ラインレベルを外れて連続ビームを変形させないように、行われ、下流方向への移動時、少なくとも１つの成形ロールのビーム係合接触点が、連続ビームをラインレベルから外れて変形させる経路に沿って移動するように、行われる。

本発明の別の態様において、非直線的な構造部品を作製する方法は、ラインレベルを画成し且つ板材料からの連続ビームを成形するように構成されたロールを有するロール成形機を設けるステップと、ロール成形機に隣接し、且つ単一平面内にない複数の異なる方向にラインレベルから離れるように連続ビームを自動で選択的に湾曲するように構成されたスイープユニットを含めるステップと、ロール成形機及びスイープユニットを同時制御するようにロール成形機及びスイープユニットに操作可能に接続されたコントローラを含めるステップとを、含む。方法はさらに、第１の構造ビームセグメントをロール成形するステップと、繰り返される同一の第１のビームセグメントを有するように連続ビームを変形させることを含むステップであって、第１のビームセグメントの各々が、少なくとも２つの異なる平面にある湾曲部の第１のセットを画成する第１の長手方向セクションを有するステップと、第２の構造ビームをロール成形するステップであって、繰り返される同一の第２のビームセグメントを有するように連続ビームを変形させることを含み、第２のビームセグメントの各々が、少なくとも２つの異なる平面にある湾曲部の第２のセットを画成する第２の長手方向セクションを有する、ステップとを含む。このとき、第１の湾曲部のセット及び第２の湾曲部のセットにおける湾曲部の少なくとも１つが半径又は長手方向長さ又は方向又は平面で異なり、それにより第１のビームセグメントと第２のビームセグメントとが長手方向に異なる三次元形状を画成する。

本発明の別の態様において、方法は、ラインレベルを画成し且つ板材料からの連続ビームを成形するように構成された成形ロールを有するロール成形機を設けるステップと、単一平面内にない複数の異なる方向にラインレベルから離れるように連続ビームを自動で選択的に湾曲するように構成されたスイープロールを有するスイープユニットを含むステップと、中央セクションと、端部セクションと、中央セクション及び端部セクションをつなぐ遷移セクションとを有する第１のバンパー補強構造ビームをロール成形するステップであって、第１のビームは、車両に装着された位置にあるとき、その中央セクションが、端部セクションの両端を結ぶ線から水平距離Ｈ１に位置すると共に、端部セクションの両端を結ぶ線から鉛直距離Ｖ１に位置する、ステップとを含む。さらに、この方法は、中央セクションと、端部セクションと、中央セクション及び端部セクションをつなぐ遷移セクションとを有する第２のバンパー補強構造ビームをロール成形するステップであって、第２のビームは、車両に装着された位置にあるとき、その中央セクションが、端部セクションの両端を結ぶ線から水平距離Ｈ２に位置すると共に、端部セクションの両端を結ぶ線から鉛直距離Ｖ２に位置するステップを含み、第１のビームと第２のビームとが異なる形状であるように（Ｈ１−Ｈ２）及び（Ｖ１−Ｖ２）により求められる数の一方又は双方がゼロでない。この方法はさらに、第１のバンパー補強構造ビームの少なくとも１つを第１の車両に組み付け、第２のバンパー補強構造ビームの少なくとも１つを第２の車両に組み付けるステップを含む。

本発明の別の態様において、バンパービームの開発方法は、板材料から連続ビームをロール成形し次いで選択的に湾曲し、その後、非直線的な第１のビームセグメントに連続ビームを切断するのに、既存のツーリングを使用するステップであって、第１のビームセグメントの各々が、中央セクションと、端部セクションと、車両に装着された位置にあるときビームセグメントの両端を結ぶ線から鉛直距離Ｖ１及び水平距離Ｈ１に中央セクションを位置決めする遷移セクションとを有する、ステップと、再び既存のツーリングを使用するが、非直線的な第２のビームセグメントを成形するようにプログラムされたコントローラを変更するステップであって、第２のビームセグメントの各々が、中央セクションと、端部セクションと、遷移セクションとを有するが、遷移セクションは、、鉛直距離Ｖ２及び水平距離Ｈ２に中央セクションを位置決めし、（Ｖ１−Ｖ２）及び（Ｈ１−Ｈ２）の少なくとも一方がゼロでない、ステップと、その後、ＦＭＶＳＳ及び保険上のバンパー衝突基準（insurance bumper impact standards）に対して第２のビームセグメントを衝突特性について試験するステップとを含む。

本発明の別の態様において、成形用ロールを有するロール成形プロセスにより作製される製品は、筒状の構造ビームを含み、この筒状のビームは、ロール成形プロセスで成形用ロールによって成形されて、ラインレベルを画成すると共に、一部が比較的平坦な壁部分によって形成される一定の断面を有する。筒状のビームはまた、スイープユニットでスイープ成形ロールによっても成形されて、少なくとも２つの異なる長手方向部分を有し、少なくとも２つの異なる長手方向部分は、他の方向と異なり且つ角度をなした１つの方向を有して、ラインレベルから異なる方向に湾曲される。

本発明の以上の及び他の、態様、目的及び特徴について、当業者は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面を検討することで理解及び認識するであろう。

ロール成形機と、ロール成形機の下流端にインラインで位置決めされ且つ固定されたスイープユニットとを含む、システムの概略側面図である。 略正方形断面を有する筒状ビームの上面図であり、ビームは図２の上面図では各端部に湾曲を有しているが、図３の正面図でも前後の湾曲を有しており、これらの湾曲は、重複しており、それ故複数の異なる方向及び平面に且つ異なる長手方向位置に存在する複雑で一定でない湾曲が生じる。 略正方形断面を有する筒状ビームの正面図であり、ビームは図２の上面図では各端部に湾曲を有しているが、図３の正面図でも前後の湾曲を有しており、これらの湾曲は、重複しており、それ故複数の異なる方向及び平面に且つ異なる長手方向位置に存在する複雑で一定でない湾曲が生じる。 図３と同様であるが別の断面形状を有するビームの部分斜視図であり、矩形のシングルチューブビームである。 図３と同様であるが別の断面形状を有するビームの部分斜視図であり、開放Ｃ型チャンネルビーム（「ハット形」ビームとも称される）を示す。 長手方向には図２〜図３と同様であるが二連管をした「Ｂ字形」断面を有するビームの断面図である。 図１においてロール成形機の終端にあるスイープユニットの下流側の斜視図である。 図１においてロール成形機の終端にあるスイープユニットの上流側の斜視図である。 スイープユニットの様々な主要サブアセンブリを示す図７の分解斜視図であり、メインフレーム、リング状中間フレーム、成形ロールキャリア、固定アタッチメントフレーム、及び補助ブロックが含まれる。 図９におけるメインフレームの下流側からの拡大斜視図である。 図９におけるメインフレームの上流側からの拡大斜視図である。 図９におけるメインフレームの左側からの拡大側面図である。 図９におけるリング状中間フレームの下流側からの拡大斜視図である。 図９におけるリング状中間フレームの上流側からの拡大斜視図である。 図９におけるリング状中間フレームの左側から拡大側面図である。 図９における成形ロールキャリアの下流側からの拡大斜視図である。 図９における成形ロールキャリアの左側からの拡大側面図である。 図１６におけるロールキャリアの下流側からの拡大斜視図であるが、軸受支持装置もまた示す。 図１６におけるロールキャリアの拡大上面図であるが、軸受支持装置もまた示す。 図１６におけるロールキャリアの左側からの拡大側面図であるが、軸受支持装置もまた示す。 図１６におけるロールキャリアの下流側拡大正面図であるが、軸受支持装置もまた示す。 図９の固定アタッチメントフレームの下流側斜視図である。 図９の固定アタッチメントフレームの左側側面図である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに湾曲を形成しない（produce zero sweep）ように位置決めされた、スイープユニットの上面図である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに湾曲を形成しないように位置決めされた、スイープユニットの左側側面図である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに湾曲を形成しないように位置決めされた、スイープユニットの下流側側面図である。 スイープユニットの左側概略側面図であり、連続ビームを上方向に変形させる一対のスイープ形成成形ロールを含む。 スイープユニットの左側概略側面図であり、連続ビームを下方向に変形させる一対のスイープ形成成形ロールを含む。 スイープ形成構成部品が連続ビームに上方への湾曲を形成するように位置決めされた下流側斜視図であり、ビームを上方に変形させる姿勢を除くと図７とほぼ同様である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに上方への湾曲を形成するように位置決めされた上流側斜視図であり、ビームを上方に変形させる姿勢を除くと図８とほぼ同様である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに上方への湾曲を形成するように位置決めされた左側側面図であり、ビームを上方に変形させる姿勢を除くと図２５とほぼ同様である。 図３１と同様であるが、スイープ形成ロール及びこれらスイープ形成ロール用の軸受支持装置のみを示し、全てが連続ビームを上方に向かって変形させるように位置決めされている。 図３２と同様であるが、スイープ形成ロール及びこれらスイープ形成ロール用の軸受支持装置のみを示し、全てが連続ビームを下方に向かって変形させるように位置決めされている。 スイープ形成構成部品が連続ビームに水平左方の湾曲を形成するように位置決めされた下流側斜視図であり、ビームを左に変形させる姿勢にあるのを除くと図７とほぼ同様である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに水平左方の湾曲を形成するように位置決めされた上面図であり、ビームを左に変形させる姿勢にあるのを除くと図８とほぼ同様である。 スイープ形成構成部品が連続ビームに水平左方の湾曲を形成するように位置決めされた左側側面図であり、ビームを左に変形させる姿勢にあるのを除くと図２５とほぼ同様である。 図３５と同様であるが、水平右方の湾曲に変形させる姿勢にある。 図２９と同様の拡大斜視図である。 図３８の円で囲んだ範囲をさらに拡大した部分斜視図である。 図３９からによる連続ビームを右方及び左方に湾曲するための内部軸受支持装置の斜視／組立状態図である。 図３９からによる連続ビームを右方及び左方に湾曲するための内部軸受支持装置の斜視／分解図である。 連続ビームを上方及び下方に湾曲するための外側／上部軸受支持装置の斜視／組立状態図である。 連続ビームを上方及び下方に湾曲するための外側／上部軸受支持装置の斜視／分解図である。

本装置５０（図１）は、ロール成形機５１（「ロール成形ミル」又は「ロール成形装置」とも称される）と、多軸型スイープユニット５２（「スイープ加工装置」又は「長手方向多軸型スイープ装置」とも称される）とを含む。ロール成形機５１は、長手方向ラインレベル（すなわちロール成形機内におけるビームの長手方向中心線）に沿って板材を成形するための成形用ロール（複数）を有している。多軸型スイープユニット５２は、ロール成形された連続ビーム５３がロール成形機５１から出るときにこの連続ビーム５３を選択的に湾曲するために、ロール成形機５１の終端に位置決めされ且つこの終端に固定されている。スイープユニット５２は、連続ビーム５３に種々の長手方向のスイープ（すなわち、長手方向の曲がり）を、鉛直面又は水平面又は傾斜面のいずれにも、そして、任意の長手方向位置で、そして、（最大では機械的限界及び材料的限界までの）任意の湾曲程度／鋭さ（sharpness）を有して、選択的に形成するように構成されている。ロール成形機５１とスイープユニット５２と切断ユニット４９とを協調して動作させるために、これらはコントローラ５４に操作可能に接続されて制御される。それにより、切断ユニット４９によって、連続ビーム５３が所定長さのビームセグメントに切り離されると、セグメント５５は各々、互いに同一であり、また中央横断面に関して対称となる。さらにセグメント５５は各々、その中央セクションをその端部セクションに対して正確に位置決めするのに望ましい非直線的で三次元的な長手方向形状を有し、それにより、セグメント５５は乗用車のバンパー補強ビームとして使用することができる。都合がよいことに、スイープユニット５２が、ロール成形機５１の連続的な高速運転中、休む間もなく動作することが可能である。なお、スイープユニット５２は非対称のビームセグメントもまた作製可能であることが注記される。

例えば、例示されるビームセグメント５５（これは車両バンパー補強ビームとして有用であるため、本明細書では「バンパー補強ビーム」とも称される）（図２〜図４）は、直線状をした長手方向の中央セクション５６と、同一直線上に整列した右／左の端部セクション５７と、セクション５６及び５７の間に延在する長手方向遷移セクション５８とを含む比較的四角い「平坦な壁の」筒状断面を有する。ビームセグメント５５が車両に取り付けられた位置にあるとき、ビームセグメント５５の上壁及び下壁はその長さに沿って（最小量のうねりで）実質的に連続的に水平であり、且つ、ビームセグメント５５の前壁及び後壁はその長さに沿って、遷移セクション５８を通じても、実質的に連続的に鉛直である。遷移セクション５８によって、中央セクション５６は、（ビームセグメント５５が車両装着位置にあるときに）端部セクション５７を結ぶ線の前方及び上側に位置決めされる。遷移セクション５８及び端部セクション５７の各々は複雑な曲げを含む。その複雑な曲げは、一部が上向きであり（図３を参照）、一部が前後方向である（図２を参照）。

図２〜図３を比較すると分かるとおり、図示される上向き且つ前方への曲げは、「独立して」ビームセグメント５５に設けられ、それにより、図示される遷移セクション５８及び端部セクション５７は、角度が付いた単一の平面内にある単純な曲げと比べて複雑となる。これにより、中央セクション５６を、車両フレームと連結するために位置決めすることができると同時に、端部セクション５７及び遷移セクション５８が、美観上及びバンパー機能上の必要性に応じて位置決めされる。例えばバンパーの機能は、ＦＭＶＳＳ（米国連邦自動車安全基準［federal motor vehicle safety standards］）のバンパー安全要求事項（車両に対する高さ及び前後関係を含む）によって、及び／又は牽引ヒッチ要求事項（同様に車両に対する高さ及び前後を含む）に対して、及び／又は美観に対して（すなわち、所望の前部若しくは後部のフェイシア［fascia］及び外観に適合させるように）、決定することができる。さらに、その衝突強度及び耐荷重強度を維持するために、断面は、その長さのあらゆる部分に沿ってその形状を維持していなければならない。言い換えれば、ビーム５５は、好ましくは湾曲加工時に菱形又は台形の形状に歪んではならない。このことは、たとえ湾曲変形部の一部が鉛直及び水平に対して角度をなしていて、それにより湾曲動作中のその直交形状が菱形形状又は平行四辺形形状に変化しようとする傾向があるとしてもである。

スイープユニット５２を含む本装置は、菱形形状になろうとする歪みが最小限でしかなく、またうねった壁の形状になろうとする歪みも最小限でしかないことを含め、望ましくない変形を防止するのに特に良く適している。具体的には、高強度鋼は、圧縮されるとうねりを形成する傾向を有している。本スイープユニットを使用することによって、圧縮応力は最小限になり、引張力は最大限になる。その理由は主に、以下で説明されるとおり、連続ビームを１つの成形ロールの周りに曲げると同時に、対向する成形ロールをその１つの成形ロールの下流側の周りに巻き付けるためである。

本技術革新の重要な利点は、ロール成形機５１上及びスイープユニット５２上にあるツーリング（tooling）の単一のセットを使用して種々の車両用の種々のビームを製造することができる点であり、この場合、これらのビームは同様の断面形状を有するが、曲がりは異なる。さらに、種々のビームの生産工程同士の間の調整時間及び／又は休止時間が、本質的にゼロまで低減される。これは、切り換えが、スイープユニットの動作を制御するプログラマブルコントローラ（programmable controller）のプログラム制御の変更に限られるためである。その結果、大幅な経費の節約及び設備投資の削減となる。具体的には、本技術革新によって、ロール成形機及びスイープユニットの高速運転中に、その中央セクションの端部セクションに対する第１の関係を有する第１のビームから、その中央セクションの端部セクションに対する別の第２の関係を有する第２のビームへと、瞬時な又は「休みのない」調節をすることが可能となる。

具体的には、本発明者らの試験から、種々の車両が、そのフレームレール頂点の地面に対する高さで異なる高さを有し、且つフレームレール頂点とバンパービームの好ましい中央高さとの関係で異なる関係を有することが多いということを除くと、特定のビーム断面がそうした種々の車両に多く用いられる可能性があることが示された。さらに、異なる車両のバンパービームは、車両のフレームレール先端、車両の車輪及び他の車両部品に対して異なる前後関係を有している。例えば、同じ型式の車両が異なるフェイシアパッケージを有することもあり（すなわち、異なる形状の補強ビームが必要）、又は、（異なる車輪径、サスペンションパッケージ或いは牽引オプションなどの）異なるオプション装備及び車両付属品を有すること、若しくは（追加された車両付属品に起因するなどで）異なる車両重量を有することもある。これらのいずれによっても、ビームの端部セクションに対するビームの中央セクションの高さ及び／又は前後位置を変更した、モディファイしたバンパーシステムが必要となり得る。さらに、車両製造企業は、新車両の開発を、「旧」車両から始め、次いでそのフレーム、車輪、サスペンション、フェイシア、及び／又は他の部品の改造に進むことによって、行うことが多い。

従来、このような新車両は、旧型バンパーシステムを使用することはできなかった、それは、バンパー装着位置が異なり、また求められるバンパービーム強度も異なったためである。それ故、歴史を通して、完全に新しいバンパー開発計画が開始され、その計画では、新しい形式の車両ごとに対して、バンパービームの断面、形状、材料、及び装着法が、開発され、試験を通じて最適化された。その結果、数十万ドルが費やされる長期化したバンパー開発計画となり、ツーリングが新しくなり、取付固定具が新しくなり、そして在庫が生じる。本技術革新を用いると、バンパーシステムはなお試験して認可を得なければならないものの、基本的なバンパービームセグメントは、個々のモデル又は車両ごとにビームセグメントの中央セクションを端部セクションに対して最適な（異なる）位置に位置決めするように湾曲を調節することを伴うが、同じロール及びツーリングを利用して製作することができる。同時に、各バンパーシステムは、材料の選択を通じて、遷移セクションの形状を制御することによって、及び／又は、ビームセクションに特有の内部／外部補強材をビームに取り付けることによって、最適化することができる。

結果として、ツーリングの１セット（すなわち、ロール成形機上の成形用ロールの１つの完全なセットと、場合によりスイープユニット上のスイープ成形ロールの１つのセットも）を使用して、２つの異なるビームを製造することができ、それ故ロール成形ツーリングの２つの異なるセットを必要とすることがなくなる。さらに、コントローラが両方のタイプのビームを自動で選択して生産するようプログラムされるため、生産工程を換える際の切換えがなくなり、調整のために失われる時間もなくなる。

とりわけ、図示されるバンパービームセグメント５５（図２〜図３）は、正方形断面を有するが、全てのセクション５５〜５７の上壁及び下壁が全体にわたって比較的水平であり、全てのセクション５５〜５７の前壁及び後壁が全体にわたって比較的鉛直である。これらの水平壁及び鉛直壁は、その湾曲加工前の向きに維持されることが好ましく、それによりビームの衝突強度が無くなること及び損なわれることがなくなり、そして、それによってビームにおける重量を支持する機能及び能力が損なわれることがなくなる。図４に例示されるビームセグメント５５の前壁が剛性を有するために２つの溝形リブ（channel rib）を含み、後壁が剛性を有するために１つの溝形リブ（channel rib）を含むことが、注記される。しかしながら、別の断面形状が、より多い又はより少ないリブ、及び異なる断面寸法を有して、考えられる。例えば図４のビーム５５Ａは、約４：１の高さ対深さの比を有するシングルチューブのビームを形成し、一方、図５のビーム５５Ｂは、約１．５：１の比である開放溝形のＵ字形ビームを示し、そして図６のビーム５５Ｃは、約２．５：１の高さ対深さの比を有する離間多管式（multi-spaced-tube）（Ｂ字形）ビームを示す。さらに図４〜図６の各ビームは、剛性を高め且つ衝突特性を向上させるために、その前壁（及び／又は後壁）上に１つ（又は複数）の溝形リブ５６Ａを有する。図６のビーム５５Ｂはまた、剛性を有するために、そしてまたビームを通り過ぎる空気の流れを向上するために、各水平壁に後部フランジ５６Ｂ又は角度が付けられた後壁部分５６Ｃも有する。図５のビーム５５Ｂは、その前壁に２つの補強溝を有し、またその水平な上壁及び下壁の後縁部に、鉛直方向上向き／下向きの補強フランジも有する。とりわけ、図５のビーム５５Ｂには、衝撃を受けた時にその水平壁が拡がろうとする傾向を抑えるために、背部帯状体（back strap）をつけ加えることができることが、考えられる。

本発明の概念は、種々の閉じた筒状断面（例えば、Ｏ字形、Ｐ字形、Ｂ字形、Ｄ字形、正方形、矩形、六角形など）を有する多くの異なるビームに、そしてまた、開放された断面（例えば、Ｌ字形、Ｘ字形、Ｕ字形、Ｔ字形、Ｉ字形、Ｚ字形など）を有するビームにも、機能すると考えられる。また、スイープユニット５２によって連続ビームに付与される長手方向の曲がりは、一定の半径を画成すること又は変化する半径を画成することもでき、またいかなる方向にも又は連続ビームに沿ったいかなる長手方向位置にも作製することができることも、考えられる。また、図２〜図３に示されるとおり、必要であればビームに直線状の（未変形の）セクションを残すこともでき、又は中央セクションを湾曲加工して長手方向の曲げを含めることもできる。とりわけ、図示されるビームセグメントは、バンパー補強ビームとして使用することができるが、車両フレームレール及びクロスフレーム支持材などの他の車両用構造部品が作製されてもよいことが、考えられる。また、本発明の概念を用いることによって、家具、建設機械、農業機械、建造物、機械類などの他の多くの状況下において、及び、強度を備えた非直線的な構造ビーム又は非直線的な細長い構造部材が必要とされる任意の他の用途において、構造及び非構造部品を作製することができることも、考えられる。

ロール成形機５１は、マシンフレーム６１と、複数のアクスルに支持された従動スイープ成形ロール７０とを含む。スイープ成形ロール７０は、高強度板材料（４０ｋｓｉの引張強度、又はより好ましくは８０ｋｓｉ以上の例えば最大１２０〜２２０ｋｓｉまでの引張強度の鋼材など）の帯を、連続ビーム５３の断面形状に成形するためのものである。図示されるロール成形機５１はまた、断面形状を永久的な筒形状に溶接する溶接機４９’と、ギロチン型の切断装置４９とを含む。図示されるロール成形機５１は、連続した直線状のビーム５３（図２〜図６を参照）を成形するように構成されたロールを含み、この直線形状は、ロール成形機５１のラインレベルに沿ってスイープユニット５２に至るまで延在する。例えば、この興味深いのスイープステーションを含むロール成形装置及び方法を開示する、ストラウス（Sturrus）の米国特許第５，０９２，５１２号明細書及び米国特許第５，４５４，５０４号明細書、並びにライアンズ（Lyons）の米国特許出願公開第２００７／０１８０８８０号明細書を参照のこと（これらの全ての内容全体が、その教示のために本明細書に援用される）。

スイープユニット５２の部品名リスト：
６１．メインフレーム／マシンベース（図９、図１０〜図１２を参照）
６２．鉛直軸フレーム／成形ロールキャリア（図９、図１６〜図２１を参照）
６３．水平軸中間フレーム（図９、図１３〜図１５を参照）
６４．鉛直軸「楕円」曲線状軸受レース（図１８〜図２１、図３４、図３９〜図４０）
６５．水平軸「楕円」曲線状軸受レース１８〜２１、３１、４１〜４２）
６６．鉛直軸アクスル（図８）
６７．水平軸アクスル（図８）
６８．補助ブロック（backup block）（図９を参照）
６９．ロールミルに対するスイープユニットの調節式アタッチメントフレーム（図２２〜図２３を参照）
７０．スイープユニットにおけるスイープ成形ロール（「スイープロール」とも称される）
７１．鉛直軸位置決めアクチュエータ（シリンダ及び伸縮自在ロッド）（図８）
７２．水平軸位置決めアクチュエータ（シリンダ及び伸縮自在ロッド）（図８）
７３．鉛直軸位置センサ（図８）
７４．水平軸位置センサ（図８）
７５．カムヨークローラ及び取付台（「スイープ支持ロール」とも称される）（図１８〜図２１、図３９〜図４２）
７６．カムヨークローラ案内機構（図３９〜図４２）

メインフレーム／マシンベース６１（図１０〜図１２）は、スイープユニット５２の一部を形成し、また本スイープユニット５２の他の部品を支持する。ベース６１は、床面に係合するプラットフォーム８０と、八角形を形成する筒状セクション材の固定式外側構造リング８１とを含む。構造リング８１の側部にあるアクスルホルダ（複数）８２が、同一直線上にあるアクスル（複数）６７を支持する。これらのアクスル６７は内向きに延在している。アクスル６７は、水平なスイープ軸８４に沿って位置し且つ水平スイープ軸８４を画成する。図示される外側構造リング８１は８面を有するが、他の形状が機能するということが考えられる。水平軸位置センサ７４が、ベース６１の構造リング８１に取り付けられたブラケット７４’上に装着されており、コード（又はステム又は可撓性を有するストリップ）が、中間フレーム６３の角度位置を計測するために、センサ７４から中間フレーム６３まで、軸８４と間隔をあけ離れた位置で延在する。

水平軸「楕円」曲線状軸受レース６５が、外側構造リング８１の内面上の頂部位置及び底部位置に位置する。これらのレース６５は、内側に向いて面した軸受面を有し、各々が特有に形状がつけられた上流部分と下流部分とを含む。軸受面の上流部分は、スイープユニット５２上の上流に移動するスイープ成形ローラ７０が、ロール成形機５１のラインレベルと直線的に平行に（すなわち、連続ビーム５３の長さと平行に）移動するように、経路を画成する（図２７、図３１、図３２、及び図４１を参照）。軸受面の下流部分は、下流に移動するスイープ成形ローラ７０（すなわち、上流に移動するスイープ成形ローラ７０と連続ビーム５３を挟んで反対側のスイープ成形ローラ７０）が、上流に移動するスイープ成形ローラ７０の中心点の周りに移動するように、経路を画成する。換言すれば、下流に移動するスイープ成形ローラ７０は、他方の（上流に移動する）スイープ成形ローラ７０の周りを、他方のスイープ成形ローラ７０から一定の距離を有してではあるが下流方向に移動する。これにより下流に移動するスイープ成形ローラ７０は、連続ビーム５３の中に移動させられ、上流に移動するスイープ成形ローラ７０の周りで連続ビーム５３を変形させる。その間、双方の対向するローラ７０は、スイープユニット５２内の曲げ加工領域で連続ビーム５３の壁と係合し支持し続ける。

床面に係合する矩形のプラットフォーム８０（図１０〜図１２）は、調節自在な脚部１１１と、床面に取り付けられる固定用の据付金具１１２とを有している。平行な直立材１１３及び１１４がプラットフォーム８０から上方に延在し、これら直立材は、構造リング８１の頂部に連結される頂部リングスタビライザ１１５を支持する。横断ビーム１１６が平行な直立材１１３／１１４を互いにつなぎ合わせ、また直立材１１３／１１４の間には支持板１１７も取り付けられている。支持板１１７は、これに取り付けられる補助ブロック６８を支持する。また、スイープユニット５２をロール成形機５１のフレームに固定するための固定アタッチメントフレーム６９が、直立材１１３／１１４の上流側に取り付けられる。

鉛直軸フレーム６２（本明細書では「スイープロールキャリア」とも称される）（図１６、図１７）は「＋」字の形状をしており、「＋」字形状の各脚部がＵ字形のローラ支持部９０を形成している。４つの直交するように位置決めされたローラ支持部９０は、互いに連結され、連続ビーム５３の４つの側部の周りで４つの成形ロール７０を支持するように位置決めされている。このとき、成形ロール７０の対がそれぞれ、連続ビーム５３の対向する側部と係合するように位置決めされている。各ローラ支持部９０は、ロールを支持する一対の平行な側板９１及び９２を含み、これら側板は端板９３によって連結される。各成形ロール７０は、側板９１及び９２を貫通して延びるアクスル９４上に支持されている。各側板（９１、９２）の内側には、フラットベアリングが配置されており、このフラットベアリングは、関連する１つのロール（又は複数）７０の各々の側部を支持して、ローラ支持部９０の脚部内でのロールの直角精度と、鉛直軸フレーム６２に対するロールの直角精度とを維持するためのものである。鉛直アクスル６６が、鉛直方向に間隔があけられた端板９３の頂部部分及び底部部分から上方及び下方に延びている。右側及び左側の鉛直軸「楕円」曲線状の軸受レース６４が、右側及び左側の端板９３上に配置されている。これらの軸受レース６４は、支持ロール７５と係合し且つ外側に面した軸受面を有し、上流部分と下流部分とを含む。この上流部分と下流部分とは、支持ロール７５と係合するように設計され、支持ロール７５は、連続ビーム５３を変形させる間、対となる片方の対向したスイープ成形ローラ７０と連続ビーム５３との係合を順繰りに維持する。

具体的には、鉛直軸「楕円」曲線状の軸受レース６４は、キャリア６２の外側の左右の位置に配置される（図１６〜図１７）。レース６４は、上流部分と下流部分とを含み且つ外側に面した軸受面を有している。軸受面の上流部分は、（支持ロール７５によって支持されながら）スイープユニット５２上で上流に移動するスイープ成形ローラ７０が、ラインレベルと直線的に平行に（すなわち、連続ビーム５３の長さに平行に）移動するような経路を、画成する（図２７、図３４〜図３６、図３７、及び図４２を参照）。軸受面の下流部分は、下流に移動するスイープ成形ローラ７０（すなわち、上流に移動するスイープ成形ローラ７０と連続ビーム５３を挟んで反対側にあるスイープ成形ローラ７０）が、上流に移動するスイープ成形ローラ７０の中心点の周りを移動するような経路を、画成する。換言すれば、下流に移動するスイープ成形ローラ７０は、他方の（上流に移動する）スイープ成形ローラ７０の周りを、他方のスイープ成形ローラ７０から一定の距離で移動するが、下流方向に且つロール成形機５１から向かってくる連続ビーム５３の経路の「中に」移動する。

図１８〜図２１、図３８〜図４３は、軸受レース６４、６５と、カムヨークローラ及び取付台７５並びにカムヨークローラ案内機構７６との関係を示している。カムヨークローラ及び取付台７５は各々、ローラ１２０（図４１及び図４３）を、軸受レース６４の曲面と転動係合するようにローラ１２０を支持する側方脚部を有した取付台１２１と共に含んでいる。カムヨークローラ案内機構７６は、取付台１２１の平坦な背面と摺動自在に係合するために複数のローラベアリング１２２を含んでおり、そのため、この構成に側方応力を調節することを可能にする。

水平軸フレーム６３（図１３〜図１５）は内側構造リング１００を有している。この内側構造リング１００は、メインフレーム／マシンベース６１の外側構造リング８１内にちょうど収まり、鉛直軸フレーム／ロールキャリア６２の周囲／外側に延在する。図示される内側構造リング１００は、八角形構造を形成するように共に溶接された複数の短い筒状セクション材を含み、外側構造リング８１と同様ではあるが小さくなっている。内側構造リング１００の側方の各側部には、補強用サブフレーム１３０が形成され、この各々は、上部位置、側部位置及び底部位置で内側構造リング１００に取り付けられる３つの筒状セクション材１３１〜１３３を含んでいる。３つの筒状セクション材１３１〜１３３は一箇所に向かって集まり、鉛直プレート１３４にボルト固定されている（又は他の場合には溶接などにより固定される）。このとき、右側のプレート１３４と左側のプレート１３４とは、同一直線上にあり、且つ連続ビーム５３の両側に（すなわち直立材１１３／１１４の両側に）位置決めされている。サブフレーム１３０の主な目的は、鉛直軸アクチュエータを取り付けるためであるが、サブフレーム１３０はまた構造リング１００をある程度強化もすることが注記される。

湾曲加工の動作中にリング１００が受ける応力は大きいが、それにもかかわらず補強サブフレーム１３０は、内側構造リング１００を安定させ、過度の歪みを防止する。右側及び左側の鉛直軸アクチュエータ７１（図８）が、鉛直プレート１３４とスイープロールキャリア６２の取付金具１３７との間に延在している。そして、各アクチュエータ７１は、シリンダ１４０と、油圧システム１４２（図１）によって制御される伸縮自在なロッド１４１とを有している。なお、この油圧システム１４２は、スイープユニット５２とロール成形機５１とを制御されたかたちで協調して動作させるために、プログラマブルシステムコントローラ５４に操作可能に接続されている。アクチュエータ７１を動作させることによって、スイープロールキャリア６２は、選択された異なる位置同士の間で鉛直軸の周りに回転し、それにより連続ビーム５３を、右方向又は左方向へと湾曲させると共に、ビーム５３に付与する長手方向の湾曲の鋭さ及び長手方向位置を所望のものとして湾曲させる。

右側及び左側の水平軸アクチュエータ７２（図８）が、水平軸中間フレーム６３上における筒状セクション材１３１〜１３３／プレート１３４の機内側とベース６１上の取付金具１４５との間に延在している。各アクチュエータ７２は、シリンダ１４０と、油圧システム１４２によって制御される伸縮自在なロッド１４１とを含んでいる。なお、この油圧システム１４２は、スイープユニット５２とロール成形機５１とを制御されたかたちで協調して動作させるために、プログラマブルシステムコントローラ５４に操作可能に接続されている。アクチュエータ７２を動作させることによって、スイープロールキャリア６２は、選択された異なる位置同士の間で水平軸の周りに回転し、それにより連続ビーム５３を、上向き又は下向きへと湾曲させると共に、ビーム５３に付与する長方向の湾曲の鋭さ及び長手方向位置を所望のものとして湾曲させる。アクチュエータ７１及び７２を選択的に動作させることによって、連続ビーム５３の長さに沿ったいずれの箇所にも、鉛直方向又は水平方向又は斜め方向の湾曲を押し込むことができる。連続ビーム５３が切断材に切断されたバンパー補強ビーム（以下「ビームセグメント」５５と称する）の場合、様々な選択されたスイープが、連続ビームの長さに沿って、対称的に且つ繰り返して施され、これにより、連続ビーム５３をキー位置（key location）で切断することによって、ビームセグメント５５は、ビームセグメント５５の長手方向中央を通る横断方向の鉛直面で分割した場合、長手方向で対称となる（図２〜図３を参照）。

中立位置にあるとき（図７〜図８、図１８〜図２１、図２４〜図２６）（すなわち、スイープユニット５２が連続ビーム５３を変形させない位置にあり、その結果連続ビーム５３はロール成形されたときのように直線状のままであり、ラインレベルから外に外れて曲げられていない）、構造リング８１及び１００（図７）（及びロールキャリア６２）は、同一平面内に置かれた位置にあり（図２４〜図２６）、このとき、２つの構造リング８１及び１００の複数の筒状セクション材はラインレベルに対して垂直な共通の鉛直面に存在する。アクスル受入軸受１０２（図９）が、鉛直軸フレーム６２の鉛直アクスル６６を受け入れるために、内側構造リング１００の頂部セクション材及び底部セクション材上に配置されている。そして、アクスル受入軸受１０３が、メインフレーム６１の水平アクスル６７を受け入れるために、内側構造リング１００の右側セクション材及び左側セクション材上に配置されている。

調節式アタッチメントフレーム６９（図２２〜図２３）は、ベースプレート１５０と、三角形を形成する構造リンク材１５１〜１５３とを含んでいる。傾斜したリンク材１５３は調節可能であり、それにより、フレーム６９は、ロールミルの終端で整列した状態となるよう調節されることができる。鉛直なリンク材１５２は、スイープユニット５２のベース６１にボルト固定される。

必要であれば、連続ビーム５３の内部に、蛇のような内部マンドレル（筒状のビームの空洞内部を充填する形状をした一連の相互連結された内部マンドレルを含む）が用いられ得るということが、考えられる。内部マンドレル（具体的には図示せず、但しストラウス（Sturrus）の米国特許第５，０９２，５１２号明細書又は米国特許第５，４５４，５０４号明細書を参照）は、成形ロール７０の挟持点の間に配置され（そして場合によっては挟持点の上流及び／又は下流に延在し）、（筒状）ビームが閉じられて溶接で塞がれる箇所の上流位置で、ロールミル内に延在するケーブルによって上流へ固定される。蛇のような内部マンドレル及び上流のケーブル留め具の詳細な説明は不要であるが、例えば読者には、ストラウス（Sturrus）の米国特許第５，０９２，５１２号明細書及び米国特許第５，４５４，５０４号明細書の開示を参照することを勧めたい。内部マンドレルは、存在する場合にはあらゆる方向に曲がるように設計され、それにより内部マンドレルは、スイープユニット５２の多方向に曲げ加工する能力を制限しないということが注記される。このことは、様々な方法で達成することができ、例えば、比較的短い単一のブロック、自在継手によって一体に連結された短いブロックによるストリング、可撓性があり弾性的に曲げることが可能なブロック、及び／又は多軸で曲がるように平行でない複数のアクスルと互いに連結された一連のブロックを与えることなどによって達成することができる。

補助ブロック６８（図９）は、スイープユニット５２がその湾曲加工を行わない中立位置に位置するとき、ロール７０から僅かに上流で、キャリア６２及び／又はロール７０にごく近接して位置決めされる。補助ブロック６８は、連続ビーム５３が直立材１１３／１１４の間を通過してスイープユニット５２に入ると、ビーム５３を支持し（図７〜図８）、そして、湾曲プロセス中、連続ビーム５３の上流部分（スイープステーションよりも前）をロールミル５１と共にラインレベルの状態で支持することによって、連続ビーム５３を直線状に保つ補助をする。図示されるとおり、例示のアクチュエータ７１及び７２のストロークによって、キャリア６２の最大角の回転が制限されるが、キャリア６２又は中間フレーム６３が大きく回転し過ぎた場合には、補助ブロック６８の前端がロール７０と係合することになるということは、注意されたい。また、所望であれば、制限用のストッパ又は留め具又は他の手段が追加され得るということも、考えられる。補助ブロック６８の下流端は、丸みを帯びた面を有して切断され、それにより補助ブロック６８は、スイープローラ７０の挟持点の範囲内にまで、スイープユニット５２におけるロール７０の上流側にごく近い隣接した位置に延在することができる。

カムヨークローラ及び取付台７５、並びにカムヨークローラ案内機構７６は、軸受レース６４及び６５の軸受面に動作可能に係合するように装着される（図１８〜図２１、図３８〜図４３）。具体的には、案内機構７６は、内側構造リング１００の頂部セクション材及び底部セクション材上に位置決めされ、外側構造リング８１の方に向かって外側に向いている。そして、カムヨークローラ及び取付台７５は、関連するローラ７０が軸受レース６５と転動係合するように、案内機構７６上に位置決めされる。一つの支持ローラ７５が上流に移動するとき、軸受レース６５は、関連する成形ロール７０がラインレベルと直線的に平行な上流方向へと、連続ビーム５３に直線的に平行になるよう移動するような形状をしている。それ故、上流に移動する成形ロール７０はビーム５３と途切れることなく係合する。

同時に、１つの支持ローラ７５がスイープロール７０を上流に移動させると、その反対側のローラ７５は、関連する軸受レースに沿ってスイープロール７０を下流に移動させ、このとき、２つの対向するロール７０同士の間は常に同じ距離に維持される。これにより、反対側の成形ロール７０が、次第に急になる横方向の経路Ｂに沿ってラインレベルを横切るように移動させられる。ロール７０が下流に移動すると、このロール７０は上流に移動するローラ７０に対して同じ距離を維持する。この結果、極めて安定した曲げ動作が得られ、この曲げ動作では、連続ビーム５３は、成形ロール７０のうち第１（上流）のロールに対向する成形ロール７０が下流に移動することによって、第１のロールの周りに引き寄せられる。。

とりわけ、この一対の対向する成形ロール７０は、連続ビームを鉛直上方向及び鉛直下方向のいずれにも曲げるように移動されることができる（図２７〜図２８、図２９〜図３２、図３３）。支持ローラ７５は、関連するレースと相互に作用して、成形ロール７０と連続ビーム５３の対向する側部との途切れのない接触状態を維持する。このことは、少なくとも以下の理由から重要である。高強度鋼で作製される及び／又は大きい断面（３インチ×４インチ［約７６．２ｍｍ×約１０１．６ｍｍ］など）を有して作製される筒状体（すなわち、連続ビーム５３）が曲げられるとき、曲げの方向と平行に延びるビームの壁部は、壁部の一方の端部で圧縮され、壁部の反対側の端部で引き伸ばされる傾向がある。また、曲げ部の内側半径及び外側半径を形成する残りのビームの壁部はそれぞれ、圧縮状態下及び引張状態下に置かれる。しかしながら、高強度鋼は圧縮に抵抗する。それ故、大きい圧縮力を受けるビームの壁部はいずれも、不安定になり制御されないかたちでうねる傾向があり、ひどく大きく曲がることや、場合によってはキンクしたり又はその所望の直交方向の形状から外れて曲がることがある。最低でも、断面形状の寸法の一貫性及び制御と、湾曲の均一性とが、大きく損なわれる及び／又は無くなる。

案内機構７６はまた、内側構造リング１００の右側セクション及び左側セクションにも配置され、外側構造リング８１の方に向かって内側に向いている。そして、カムヨークローラ及び取付台７５が、関連するローラ７０が軸受レース６４と転動係合するように、案内機構７６上に配置されている。一つの支持ローラ７５が上流に移動するとき、軸受レース６４は、関連する成形ロール７０がラインレベルに沿って上流方向「Ａ」へと直線的に平行に移動して、関連する成形ロール７０をビーム５３と途切れることなく係合させるような形状をしている。同時に、一つの支持ローラ７５が上流に移動すると、その反対側の支持ローラ７５が、関連する軸受レースに沿って下流に移動する。これにより、反対側の成形ロール７０が、経路Ｂに沿ってラインレベルを横切るように移動させられる。この結果、極めて安定した曲げ動作が得られ、この曲げ動作では、連続ビームは、成形ロール７０の第１のロールに対向する成形ロール７０が下流に移動することによって、第１のロールの周りに引き寄せられる。とりわけ、この一対の対向する成形ロール７０は、連続ビームをいずれの水平方向にも曲げるように移動されることができる。

成形ロール７０のいずれも、その移動する速度、範囲、及びタイミングが、アクチュエータ（シリンダ７１及び７２）を制御するコントローラ５４によって制御される。そして、構成要素の位置（及び生じた湾曲の程度）は、センサ７３及び７４によって与えられる。さらに、鉛直軸及び水平軸の周りの成形ロール７０の移動を組み合わせることによって、鉛直方向の湾曲と、水平方向の湾曲と、鉛直及び水平の間の方向に角度がつけられた角度付き湾曲（複数も可）とを含め、任意の方向の湾曲を連続ビーム５３に付与することができる。図２〜図３を参照すると、これらの図は、（バンパーセグメント５５が車両に装着された位置にあるときに）同一直線上に並んだ端部セクション５７から下の鉛直上方（方向Ｃ）及び水平前方（方向Ｄ）の双方に移動した中央セクション５６を有するバンパー補強部品（５５）を示している。

スイープユニット５２では、どの方向にスイープが形成されているかに関わらず、連続ビームを対向するスイープロール７０の下流側の周りに巻き付けることによって、スイープを生じさせる。本発明者らの意見では、このことによって、湾曲加工プロセス中のビームには、より良好な力の分布がもたらされ、特に、引張りの領域がより大きくなり圧縮の領域がより小さくなる傾向がある。とりわけ、引張強度が高い鋼材は、引張りを通じては変形の予測がし易くなり、圧縮を通じては変形の予測がはるかに難しくなる。このことは、一部には、引張強度が高い鋼材が、圧縮時に長さを縮めて壁厚を増やそうとするのではなく、同じ壁全長を維持しつつうねって蛇のような形の前後する曲がりを形成する傾向があるということに起因している。例示される本スイープユニットの能力は、スイープロール７０の各々にモータを配設することによってさらに高まめられることができると考えられる。このとき、モータの各々は独立して駆動され、それにより湾曲加工動作中、コントローラは、最適なアクスル速度を設定して引張力及び材料の伸びを最適化する（そして圧縮力を最小限にする又は少なくとも制御する）ことができ、それ故曲げの均一性を最適化し且つビームの湾曲部分における蛇のようなうねりを最小限にすることができる。

本方法は、高強度材料からなる非直線的な構造部品を作製するように構成される。この方法は、ラインレベルを画成し且つ板材料製の連続ビームを成形するように構成されたロールを有するロール成形機を設けるステップと、単一平面内にない複数の異なる方向にラインレベルから離れるように連続ビームを自動で選択的に湾曲するように構成され且つロール成形機に隣接するスイープユニットを含めるステップと、ロール成形機及びスイープユニットを同時に制御するようにロール成形機及びスイープユニットに操作可能に接続されるコントローラを含めるステップとを含む。この方法は、第１の構造ビームセグメントをロール成形するステップをさらに含み、このステップは、繰り返される同一の第１のビームセグメントを有するように連続ビームを変形させることを含み、第１のビームセグメントの各々は、少なくとも２つの異なる平面にある湾曲の第１のセットを画成する第１の長手方向セクションを備える。この方法は、第２の構造ビームをロール成形するステップをさらに含み、このステップは、繰り返される同一の第２のビームセグメントを有するように連続ビームを変形させることを含み、第２のビームセグメントの各々は、少なくとも２つの異なる平面にある湾曲の第２のセットを画成する第２の長手方向セクションを備える。第１の湾曲セット及び第２の湾曲セットにおける湾曲の少なくとも１つは、半径又は長手方向長さ又は方向又は平面が異なり、それにより第１のビームセグメントと第２のビームセグメントとは長手方向に異なる三次元形状を画成する。

本方法は、ラインレベルを画成し且つ板材料製である連続ビームを成形するように構成された成形用ロールをロール成形機に設け、単一平面内にない複数の異なる方向にラインレベルから離れるように連続ビームに曲げを自動で選択的に湾曲するように構成されるスイープロールを有するスイープユニットを含めることによって、バンパー補強ビームを成形することが意図されている。本方法は、中央セクションと、端部セクションと、中央セクション及び端部セクションをつなぐ遷移セクションとを有する第１のバンパー補強構造ビームをロール成形するステップであって、第１のビームは、車両に装着された位置にあるとき、その中央セクションが端部セクションの両端を結ぶ線から水平距離Ｈ１に位置し且つ端部セクションの両端を結ぶ線から鉛直距離Ｖ１に位置するステップをさらに意図し、そしてまた、中央セクションと、端部セクションと、中央セクション及び端部セクションをつなぐ遷移セクションとを有する第２のバンパー補強構造ビームをロール成形するステップであって、第２のビームは、車両に装着された位置にあるとき、その中央セクションが端部セクションの両端を結ぶ線から水平距離Ｈ２に位置し且つ端部セクションの両端を結ぶ線から鉛直距離Ｖ２に位置するステップも意図している。ここで、第１のビームと第２のビームとが異なる形状であるように、（Ｈ１−Ｈ２）及び（Ｖ１−Ｖ２）により求められる数の一方又は双方はゼロでない。この方法は、車両フレームへの取付用のマウントを、ビームに溶接などによって固定するステップと、第１のバンパー補強構造ビームの少なくとも１つを第１の車両に組み付けるステップと、第２のバンパー補強構造ビームの少なくとも１つを第２の車両に組み付けるステップとを含む。

本方法は、長手方向ラインレベルを画成する連続ビームに板材料をロール成形するステップと、ロール成形するステップとインラインの連続ビームを湾曲するステップであって、鉛直方向及び水平方向の双方に長手方向ラインレベルから離れるように連続ビームを選択的に湾曲することを含むステップとによって、構造部品を製造することを、さらに意図している。

本方法は、長手方向ラインレベルと、少なくとも１つの水平な平面壁部分と、少なくとも１つの鉛直な平面壁部分とを画成する連続ビームに板材料をロール成形するステップと、ロール成形するステップとインラインの連続ビームを湾曲するステップであって、鉛直方向及び水平方向の間の角度で連続ビームを選択的に長手方向に湾曲することを含むステップとを備えた構造部品の製造を含む。

本方法は、板材料から連続ビームをロール成形し次いで選択的に湾曲するのに既存のツーリングを使用するステップと、その後、非直線的な第１のビームセグメントに連続ビームを切断するステップであって、第１のビームセグメントの各々が、中央セクションと、端部セクションと、車両に装着された位置にあるときビームセグメントの両端を結ぶ線から鉛直距離Ｖ１及び水平距離Ｈ１に中央セクションを位置決めする遷移セクションとを有するステップとを含む、バンパービームの開発を含む。この方法はさらに、既存のツーリングを再び使用するが、非直線的な第２のビームセグメントを成形するように、プログラムされるコントローラを変更するステップであって、第２のビームセグメントの各々が、中央セクションと、端部セクションと、遷移セクションとを有するが、遷移セクションは、鉛直距離Ｖ２及び水平距離Ｈ２に中央セクションを位置決めし、（Ｖ１−Ｖ２）及び（Ｈ１−Ｈ２）の少なくとも一方がゼロでないステップと、ＦＭＶＳＳ及び保険上のバンパー衝突基準に対して第２のビームセグメントを衝突特性について試験するステップとをさらに含む。

本発明の概念から逸脱することなく前述の構成に対して変形及び改良を実現し得ることが理解されるべきであり、さらに、特許請求の範囲がその文言によって明示的に反する旨を述べない限り、かかる概念は以下の特許請求の範囲に包含されるよう意図されることが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 長手方向のラインレベルを画成する構造ビームに板材料を成形するように構成されたロールを有するロール成形機と、
   前記ロール成形機とインラインのスイープユニットであって、前記ロール成形機の連続運転中、鉛直方向及び水平方向に前記長手方向のラインレベルから離れるように前記ビームを選択的に湾曲するように構成されたスイープユニットと
   を備え、
   前記スイープユニットは、
   前記ビームの上側、下側、右側及び左側に係合する成形ロールと、
   前記成形ロールを移動可能に支持するキャリアと、
   前記スイープユニットの動作中、前記ビームにおける対向する表面に対する前記成形ロールの関係を維持する曲線状位置決め機構と
   を含む装置。
2. 前記曲線状位置決め機構は、前記キャリアと前記キャリアの支持体との間の曲線状の軸受面を介して前記キャリアを位置決めする請求項１に記載の装置。
3. 前記スイープユニットが、前記ビームを前記ラインレベルから鉛直上方向及び鉛直下方向に選択的に湾曲し、前記ビームを前記ラインレベルから水平右方向及び水平左方向に選択的に湾曲するように構成された請求項１または２に記載の装置。
4. 前記スイープユニットが、鉛直方向及び水平方向に同時に前記ビームを選択的に湾曲し、単一の平面の外側に位置する湾曲部分を有するビームを得るように構成された請求項３に記載の装置。
5. 前記ロール成形機の前記ロールが、前記ビームを、筒状に且つ少なくとも５ｃｍ×１０ｃｍの矩形断面を有するものにするように構成されると共に、少なくとも４０ｋｓｉの引張強度及び２ｍｍの壁厚を有する鋼材を成形するようにさらに構成され、前記スイープユニットが、前記ビームに複数方向への湾曲を選択的に且つ繰り返して自動的に形成し、各々が中心点に関して対称である一連のビームセグメントを成形するように構成され、前記ビームセグメントそれぞれが車両幅に近似する長さを有する請求項３または４に記載の装置であって、前記ビームが前記スイープユニットから出ると前記ビームから前記ビームセグメントを切断する切断手段を含む装置。
6. 前記成形ロールの各々は、前記ビームとの協調した安定接触を維持しつつ前記ビームを曲げるように、前記成形ロールのうち対向する成形ロールの協調した反対の移動と連携して、前記ビームに向かって移動可能である請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. プログラマブルロジックコントローラを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置であって、前記ロール成形機及び前記スイープユニットを同時制御するように前記プログラマブルロジックコントローラに前記ロール成形機及び前記スイープユニットが接続され、それにより前記ロール成形及びビーム湾曲プロセスの全体が自動制御可能となる装置。
8. 前記成形ロールが、前記ロール成形機から前記ロール成形ビームを連続的に受け入れつつ前記ロール成形ビームを異なる平面に且つ異なる軸を中心として種々の半径で湾曲するように構成される請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記スイープユニットは、前記キャリアを支持する補助ブロックを含み、
   前記曲線状位置決め機構は、前記成形ロール及び前記ビームの表面の間の力の関係を維持する請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記スイープユニットが前記成形ロールの支持構造をさらに含み、前記成形ロールは移動可能であり、それにより、前記成形ロールのうちの選択された１つが前記ビームの凹形の側部にあるとき、前記選択された１つの成形ロールは、前記ビームの上流部分を前記ラインレベルを備える平面の外に出させず、同時に、前記成形ロールの対向する１つが前記ビームの凸形の側部にあるとき、前記対向する１つの成形ロールは、前記ビームを前記選択された１つの成形ロールの下流側の周りに曲げさせる請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記スイープユニットが、前記スイープユニットにおける湾曲位置の検知のためのリニアトランスデューサを使用する油圧シリンダ駆動式スイープ構成部品を含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 板材料を構造ビームに成形するように構成されたロールを有するロール成形機と、
    前記ロール成形機の下流にあり且つビーム変形構成部品を含むスイープユニットであって、前記ビーム変形構成部品が、複数の異なる平面に沿い且つ種々の半径で前記ビームを選択的に繰り返し湾曲するように構成されるスイープユニットと
    を備え、
    前記ビーム変形構成部品は、
    前記ビームの上側、下側、右側及び左側に係合する成形ロールと、
    前記成形ロールを移動可能に支持するキャリアと、
    前記スイープユニットの動作中、前記ビームにおける対向する表面に対する前記成形ロールの関係を維持する曲線状位置決め機構と
    を含む装置。
13. 前記曲線状位置決め機構は、前記キャリアと前記キャリアの支持体との間の曲線状の軸受面を介して前記キャリアを位置決めする請求項１２に記載の装置。
14. 前記スイープユニットが、前記ビームに所定の曲げを選択的に、繰り返して且つ自動で形成して、繰り返しの非平面的な形状として前記ビームに順次連続して生じるビームセグメントを成形するためのコントローラを含む請求項１２または１３に記載の装置。
15. 前記スイープユニットが、前記ロール成形機の連続運転中、前記ビームの前記ロール成形機に沿った移動を停止させることなく前記ビームを湾曲するように構成される請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記曲線状位置決め機構は、略楕円形の位置決め機構である請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 板材料から構造ビームを成形するように構成されたロールを有するロール成形機と、
    前記構造ビームの第１の対向する側部に係合するように位置決めされた第１の対の成形ロールを有すると共に、前記構造ビームの第２の対向する側部に係合するように位置決めされた第２の対の成形ロールを有するスイープユニットであって、前記成形ロールのうちの選択された１つがいずれも、前記選択された１つの成形ロールに対向する前記成形ロールのうちの関連する１つが下流に且つ前記選択された１つの成形ロールの周りを移動する間、前記構造ビームの関連する側部に連続的に係合するように、該スイープユニットが前記第１の対の成形ロール及び前記第２の対の成形ロールを移動可能に支持する、スイープユニットと
    を組み合わせて備え、
    前記スイープユニットは、
    前記成形ロールを移動可能に支持するキャリアと、
    前記スイープユニットの動作中、前記構造ビームにおける前記対向する側部の表面に対する前記成形ロールの関係を維持する曲線状位置決め機構と
    を含む装置。
18. 前記曲線状位置決め機構は、前記キャリアと前記キャリアの支持体との間の曲線状の軸受面を介して前記キャリアを位置決めする請求項１７に記載の装置。
19. 長手方向ラインレベルを画成する構造ビームに板材料を成形するように構成されたロールを有するロール成形機を設けるステップと、
    前記ロール成形機とインラインでスイープユニットを設けるステップと、
    前記ロール成形機の連続運転中、鉛直方向及び水平方向の双方に前記長手方向ラインレベルから離れるように前記ビームを選択的に湾曲するステップと
    を含み、
    前記スイープユニットは、
    前記構造ビームの上側、下側、右側及び左側に係合する成形ロールと、
    前記成形ロールを移動可能に支持するキャリアと、
    前記スイープユニットの動作中、前記構造ビームにおける対向する表面に対する前記成形ロールの関係を維持する曲線状位置決め機構と
    を含む方法。
20. 前記曲線状位置決め機構は、前記キャリアと前記キャリアの支持体との間の曲線状の軸受面を介して前記キャリアを位置決めする請求項１９に記載の方法。

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