JP7045773B2

JP7045773B2 - ベンディングロール機

Info

Publication number: JP7045773B2
Application number: JP2018060953A
Authority: JP
Inventors: 忠百武
Original assignee: 富士車輌株式会社
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP2019171409A

Description

本発明は、複数の加工ロール間に板材を挟み込んで曲げるベンディングロール機に関する。

例えば、船舶の側壁並びに船首や船尾などの船殻には湾曲形状を有する金属製板材が用いられるが、これらの湾曲した板材はベンディングロール機を用いて製作される。このベンディングロール機は、例えば、トップロールやボトムロールなどからなる複数の加工ロールの間に板材を挟み込ませた状態で同ロールを回転させることにより板材を湾曲させる機能を有する。

ところで、他の加工ロールとの間で板材を挟み込むことによって加工ロールには撓みによる変形が生じるが、この変形が大きくなると加工ロールから板材に作用する圧力にバラツキが生じ曲げ加工の精度を低下させる要因となる。このため、ベンディングロール機の中には、加工ロールを接触支持する支持ロール群を設けることにより加工ロールの撓みを抑制するように構成されたものもある。

特許文献１には、ボトムロール対を構成するいずれか一方のロールのみ接触支持する２つの支持ロールと、これら２つの支持ロールの間に配置されボトムロール対を構成する双方のロールを接触支持する1つの支持ロールとによって構成される支持ロール群をボトムロール対の中央部に配置したベンディングロール機が開示されている。

特開昭５９－２２５８２２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のベンディングロール機では、ボトムロールに大きな荷重が作用すると支持ロール群がボトムロールとともに撓んで変形してしまうため曲げ加工時におけるボトムロールの変形を充分に抑制することができないという問題がある。

本発明は、曲げ加工時における加工ロールの変形を充分に抑制できるベンディングロール機を提供することを目的とする。

本発明のベンディングロール機は、両端が各々軸支されトップロールとともに板材を挟み込むボトムロール部と、ボトムロール部の両端よりも内側の中間部を各々接触支持する複数の支持ロール群とを備えるベンディングロール機であって、複数の支持ロール群を各々軸支するロール支持部と、複数のロール支持部を各々昇降させる複数のロール位置調節機構と、複数のロール位置調節機構の駆動を制御するとともにトップロールおよびボトムロール部の駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、ボトムロール部がトップロールとの間で板材を挟み込んだときに作用する荷重によって複数の支持ロール群が各々設置されている箇所におけるボトムロール部に生じる予定撓み量に基づいて複数のロール位置調節機構を介して複数のロール支持部を各々昇降させた状態で、トップロールとボトムロール部の間に板材を挟み込ませて曲げ加工を実施することを特徴とする。

本発明のベンディングロール機において、制御部は、ボトムロール部に生じる予定撓み量を相殺するようにロール支持部の上下方向における変位量を各々設定してもよい。

また、本発明のベンディングロール機において、制御部は、曲げ加工において予定される曲げ形状に基づいて複数のロール支持部の上下方向における変位量を各々設定してもよい。

また、本発明のベンディングロール機において、ロール支持部は、支持ロール群を構成する各ロールの両端を各々軸支する第１ロール支持部及び第２ロール支持部から構成され、ロール位置調節機構は、第１ロール支持部及び第２ロール支持部の昇降を同期させるように構成されていてもよい。

また、本発明のベンディングロール機において、支持ロール群およびボトムロール部は、正面視において両端部よりも中間部の方が上下方向の幅が幅広となるように形成された撓み低減構造を有するガーダーによって支持されてもよい。

本発明のベンディングロール機によれば、昇降手段を介してロール支持部を昇降させることで支持ロール群を加工ロールに押し当て、加工ロールを他の加工ロールの方に突き出して湾曲させることができる。このようにして加工ロールを予め湾曲させることにより、他の加工ロールとの間で加工ロールが板材を挟み込んだときに撓んで生じる加工ロールの変形を抑制できる。このため、曲げ加工時における加工ロールの変形を抑制しつつ板材に曲げ加工を実施することが可能となり、曲げ加工の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態であるベンディングロール機の全体構成図である。図２（ａ）は、図１に含まれるボトムロール対および支持ロール群の正面視における部分拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す支持ロール群の上面視における構成を示す図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）に含まれるロール位置調節機構によって支持ロール群を最も上方まで上昇させた状態を示す位置である。図３（ｂ）は、図２（ｂ）に含まれるロール位置調節機構によって支持ロール群を最も下方まで下降させた状態を示す図である。各支持ロール群の昇降位置を示すグラフである。図５（ａ）は、図２（ｂ）に含まれるロール位置調節機構によって中間部が上方に突き出すようにボトムロール対を湾曲させた状態を１点鎖線で示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す状態で保持されたボトムロール対がトップロールとの間で板材を挟み込んだときに当該ボトムロール対を介し作用する荷重により下ガーダ―上面に生じる変形を1点鎖線で示す図である。

本発明の一実施形態であるベンディングロール機について図面を参照しながら説明する。以下の説明において、ベンディングロール機におけるトップロールの軸方向と直交する水平方向と平行な方向を「前後方向Ｘ」とし、前後方向Ｘと直交する水平方向を「左右方向Ｙ」とし、前後方向Ｘ及び左右方向Ｙと直交する方向を「上下方向Ｚ」とする。また、床面の上下方向位置を「床レベルＬ」と表現する。

図１は、ベンディングロール機の全体構成図である。図１に示すように、ベンディングロール機１０は、上部に手すり１２などが設置された門型フレーム１４と、この門型フレーム１４に含まれるシリンダ等からなる昇降機構１４Ａ，１４Ｂによって昇降可能に支持された上ガーダー（桁）１６と、上ガーダー１６の直下方に設置された下ガーダー（支持体）１８とを備える。上ガーダー１６は、トップロール２０と、トップロール２０を接触支持する支持ロール対２２－１，２２－２，２２－３が下端部に各々設けられる。

上ガーダー１６は、荷重が作用したときに生じる撓みを低減するため正面視において両端部よりも中間部の方が幅広に形成された撓み低減構造を有する。これにより、トップロール２０が板材を押圧するときに作用する押圧力によって生じる撓みを低減できるようにしている。トップロール２０の両端は、上ガーダー１６の両端側で各々軸支されており、門型フレーム１４に設置された駆動モータＭ１により回転駆動される。また、各支持ロール対２２－１～２２－３は、トップロール２０が降下してボトムロール対３０との間で板材を挟み込むときに撓むのを規制する役割を有する。

図１に示すように、下ガーダー１８は、上ガーダー１６と同様に左右両端を門型フレーム１４に支持されており、その上面が床レベルＬよりもやや低い位置となるように埋設状態で設置される。また、下ガーダー１８は、上述した上ガーダー１６とほぼ同一の構成からなる撓み低減構造を有してもよい。そして、下ガーダー１８は、同ガーダー１８の幅方向両端で各々軸支されるボトムロール対３０を備える。このボトムロール対３０は、前側に配置されたボトムロール３０Ａ（図３（ａ）参照）と後側に配置されたボトムロール３０Ｂ（図３（ａ）参照）から構成されており、門型フレーム１４の外側に設置された駆動モータＭ２によってトップロール２０の回転方向と反対の方向に回転駆動される。そして、ボトムロール対３０は、トップロール２０との間で板材を挟み込んで曲げる機能を有する。

また、図１に示すように、下ガーダー１８の上面には、ボトムロール対３０を下方から接触支持する支持ロール群３２－１～３２－９が設けられている。各支持ロール群３２－１～３２－９の構成は同一であるため、特に区別する必要がない場合には以下の説明において「支持ロール群３２」と表記する。

図２（ａ）は、図１に含まれる下ガーダー１８の上面に配置されたボトムロール対３０および支持ロール群３２の正面視における部分拡大図である。図２（ａ）では、背面側の構成を示すため正面側に配置された軸受台を１点鎖線で示している。図２（ｂ）は、同図（ａ）に示す支持ロール群３２の上面視における構成を示す図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、支持ロール群３２は、同ロール群３２の両端を各々軸支する第１ロール支持部４２及び第２ロール支持部４４と、同支持部４２，４４を上下動させるロール位置調節機構（昇降手段）５０とを含む。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、支持ロール群３２は、支持ロール３２Ａと、支持ロール３２Ｂと、支持ロール３２Ｃから構成される。上面視において、支持ロール３２Ａはボトムロール３０Ａよりもやや前方に配置され同ロール３０Ａを接触支持する機能を有し、支持ロール３２Ｃはボトムロール３０Ｂよりもやや後方に配置され同ロール３０Ｂを接触支持する機能を有する。また、支持ロール３２Ｂは、両支持ロール３２Ａ，３２Ｃの間に配置されており、ボトムロール３０Ａ，３０Ｂの双方を接触支持する機能を有する。

また、第１ロール支持部４２および第２ロール支持部４４は、固定フレームＦＬ１，ＦＬ２によって連結されており、上述した支持ロール群３２の両端を各々軸支する。ここで、第１ロール支持部４２および第２ロール支持部４４の構成および周辺構成は実質的に同一であるため、以下の説明では第２ロール支持部４４の構成および周辺構成について主に説明を行い、第１ロール支持部４２については適宜説明を省略する。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、第２ロール支持部４４の底部は中央部が最も下方に突き出しており、その突出部の前方側および後方側に各々斜面４２Ｂ－１，４２Ｂ－２が設けられ、側面視において略二等辺三角形状の外観形状を呈する。そして、第２ロール支持部４４は各斜面４２Ｂ－１，４２Ｂ－２と摺動可能に接するとともに、ロール位置調節機構５０の一部を構成する移動体５２，５４によって支持される。ここで、移動体５２，５４の構成は同一であるため、以下の説明では、主として移動体５２についてのみ説明し、移動体５４については適宜説明を省略する。

移動体５２は、側面視において上面５２Ａが斜辺となる略台形状の外観を有し、第２ロール支持部４４における底部の斜面４２Ｂ－１を摺動可能に支持する。また、移動体５２は、前後方向Ｘに移動可能な状態で、第２ロール支持部４４とガイドレールＧＬ１の間に挟み込まれる。移動体５２の上面には長手方向に沿ってガイド溝５２Ｂ（図２（ａ）参照）が形成されており、このガイド溝５２Ｂに第２ロール支持部４４の底部が移動可能に嵌まり込むよう構成される。また、移動体５２は、ガイドレールＧＬ１から脱落しないように底部内側に脱落防止用突起５２Ｃ（図２（ａ）参照）が設けられている。これにより、移動体５２がガイドレールＧＬ１から脱落するのを防止できる。

また、ロール位置調節機構５０は、図２（ｂ）に示すように、上述した移動体５２，５４の他、移動体５２，５４と実質的に同一構成を有し第１ロール支持部４２に対応して設けられている移動体５６，５８と、各移動体５２～５８を前後方向Ｘに移動させる駆動ユニット６０を含み、両ロール支持部４２，４４を昇降させる機能を有する。

駆動ユニット６０は、移動体５２，５４を前後方向Ｘに貫通するねじ軸６２と、ねじ軸６２と同様に移動体５６，５８を貫通するねじ軸６１を備える。両ねじ軸６１，６２の構成は実質的に同一であるため、ねじ軸６２についてのみ説明を行う。このねじ軸６２は、第１ねじ部６２Ａが前部に、第２ねじ部６２Ｂが後部に各々設けられ、両ねじ部６２Ａ，６２Ｂのうちいずれか一方が右ねじ、他方が左ねじによって構成される。そして、第１ねじ部６２Ａが移動体５２のねじ孔に、第２ねじ部６２Ｂが移動体５４のねじ孔に各々螺合する。

上記構成により、ねじ軸６２の回転に伴って両移動体５２，５４は互いに反対向きに移動する。すなわち、第1の方向にねじ軸６２が回転することにより、図３（ａ）に示すように互いに接近する方向、換言すると内側に両移動体５２，５４が移動し、これに伴って第２ロール支持部４４が上昇する。一方、第２の方向にねじ軸６２が回転することにより、図３（ｂ）に示すように互いに離間する方向、換言すると、外側に両移動体５２，５４が移動し、これに伴って第２ロール支持部４４が下降する。

また、上述した駆動ユニット６０は、図２（ｂ）に示すように、駆動モータＭ３と、駆動モータＭ３の駆動力を伝達する連動軸６５－１，６５－２とを含む。駆動モータＭ３は、両ロール支持部４２，４４の背面側中間部に設置されているギアボックス６７に一端が接続された駆動軸Ｍ３－１を有し、この駆動軸Ｍ３－１がギアボックス６７内に設置されたギアを介して連動軸６５－１，６５－２を回転駆動することで両連動軸６５－１，６５－２を同期回転させる。連動軸６５－２は上述したギアボックス６７と、第２ロール支持部４４の背面側に設置されたギアボックス６４とに両端が各々軸支され、ギアボックス６４内に設けられたギアを介してねじ軸６２を回転駆動する機能を有する。連動軸６５－１は、上述した連動軸６５－２と実質的に同一の構成を備え、ねじ軸６１を回転駆動する。

これらの構成により、駆動モータＭ３の駆動力を用いて両ロール支持部４２，４４を昇降させるねじ軸６１，６２を各々同期した状態で回転駆動して両ロール支持部４２，４４の昇降距離を一致させることが可能となる。

また、ベンディングロール機１０は、上述した駆動モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３や昇降機構１４Ａ，１４Ｂの駆動を統括制御する制御部７０を備える。この制御部７０は、図１に示すように、トップロール２０およびボトムロール対３０の回転数（送り量）を制御する機能を有する制御ユニット７２を含む。

この制御ユニット７２は、トップロール２０を駆動する駆動モータＭ１の駆動軸（不図示）に取り付けられたロータリーエンコーダ（不図示）の出力値に基づいて同モータＭ１の駆動を制御する。制御ユニット７２は、駆動モータＭ１と同様に、ボトムロール対３０を駆動する駆動モータＭ２の駆動も制御する。

また、制御部７０は、昇降機構１４Ａ，１４Ｂの昇降動作を制御することによりトップロール２０の上下方向位置を制御する機能を有する制御ユニット７４を備える。この制御ユニット７４は、昇降機構１４Ａ，１４Ｂを昇降させる駆動モータ（不図示）の駆動を制御することにより、トップロール２０の上下方向位置を制御する。

さらに、制御部７０は、各支持ロール群３２－１～３２－９に各々設置されている駆動モータＭ３の駆動制御を行うことにより各支持ロール群３２－１～３２－９の上下方向位置を制御する制御ユニット７６を含む。この制御ユニット７６は、各駆動モータＭ３の駆動軸Ｍ３－１に取り付けられているロータリーエンコーダ（不図示）の出力値に基づいて同モータＭ３の駆動を制御する。

上述した各制御ユニット７２，７４，７６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を実装した制御基板を含み、ＲＯＭやその他の記憶媒体、例えばＨＤＤに格納された制御プログラムがＣＰＵによって演算処理されることにより各種の制御処理を実行するよう構成される。なお、各制御ユニット７２～７６は、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等を実装した単一の制御基板によって構成してもよい。

制御部７０は、トップロール２０がボトムロール対３０との間で板材を挟み込んだときに昇降機構１４Ａ，１４Ｂがトップロール２０に作用させる予定荷重からボトムロール対３０に作用する荷重を算出し、算出した荷重から支持ロール群３２－１～３２－９が設置されている箇所におけるボトムロール対３０の予定撓み量Ｅ１～Ｅ９を各々算出する。ボトムロール対３０の予定撓み量Ｅ１～Ｅ９は、有限要素法などを用いて厳密に算出してもよいし、近似曲線などを用いて簡略的に算出してもよい。また、板材を挟み込んだときのボトムロール対３０の撓み量を予め実験的に測定してもよい。

そして、制御部７０は、算出されたボトムロール対３０の予定撓み量Ｅ１～Ｅ９を相殺、或いは、低減させるため駆動モータＭ３を駆動して上記の予定撓みの生じる方向と反対の方向、すなわち、上方に各支持ロール群３２－１～３２－９を各々に設定された変位量Ｕ１～Ｕ９だけ昇降させる。

本実施形態における支持ロール群３２－１～３２－９の変位量Ｕ１～Ｕ９は、上述したボトムロール対３０の予定撓み量をＥ１～Ｅ９との関係において、Ｕｎ＝－Ｅｎ×α（１≦ｎ≦９，定数α＝１）として求めればよい。なお、定数αは「１」に限らず、ボトムロール対３０の材質や設置状態などを考慮して適宜設定すればよい。

図４は、上述した各支持ロール群３２－１～３２－９の変位量Ｕ１～Ｕ９の一例を示すグラフである。トップロール２０との間でボトムロール対３０が板材を挟み込むとボトムロール対３０の両端側よりも中央部における撓みの方が大きくなる。このため、図４に示すようにボトムロール対３０の中央部に設置されている支持ロール群３２－３～３２－７の方が両端側の支持ロール群３２－１，３２－２，３２－８，３２－９よりも変位量Ｕｎの値が大きくなるように設定される。

このため、図５（ａ）に１点鎖線で示すようにボトムロール対３０の両端よりも中央部の方が上方に突き出すようにボトムロール対３０が湾曲する。そして、図５（ｂ）に示すように、この湾曲状態でトップロール２０の押圧力が板材を介して作用すると、同図（ｂ）に１点鎖線で示すように下ガーダー１８の上面は中央部が最も下方に突き出すように湾曲する、一方で、上方に凸となるように予め湾曲状態で保持されていたボトムロール対３０は撓みによって変形が相殺され直線状に保持される。この結果、板材を挟み込んだ状態におけるボトムロール対３０の変形を低減できる。

本実施形態のベンディングロール機１０によれば、ロール位置調節機構５０を介して両ロール支持部４２，４４を昇降させることで支持ロール群３２－１～３２－９をボトムロール対３０に押し当て、ボトムロール対３０をトップロール２０の方に突き出して湾曲させることができる。このようにしてボトムロール対３０を予め湾曲させることにより、トップロール２０との間で板材を挟み込んだときにボトムロール対３０が撓むことで生じる同ロール対３０の変形を抑制することができる。このため、曲げ加工時におけるボトムロール対３０の変形を抑制しつつ板材に曲げ加工を実施することが可能となり、曲げ加工の精度を向上させることができる。

ところで、トップロール２０との間で板材を挟み込んだときのボトムロール対３０の撓みを低減する方法として下ガーダー１８の剛性を高めるということも考えられるが、この場合には下ガーダー１８をより大きくする必要があり、その結果、ベンディングロール機の大型化を招くという問題がある。

これに対して、本実施形態では、ボトムロール対３０を支持ロール群３２－１～３２－９を用いて予め湾曲させることにより、トップロール２０との間で板材を挟み込んだときのボトムロール対３０の撓みを相殺できる。このため、下ガーダー１８の剛性を高めなくともボトムロール対３０の変形を抑制でき、その結果、ベンディングロール機１０の大型化を抑制できるという利点もある。

本実施形態では、制御部７０は、ボトムロール対３０における中央部が最も上方に突き出して湾曲するように支持ロール群３２－１～３２－９の変位量Ｕ１～Ｕ９を制御する例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ボトムロール対３０が挟み込む板材形状や材質、或いは、製作したい曲げ形状に応じてボトムロール対３０の撓み方も異なる。このため、ボトムロール対３０の撓み方に応じて支持ロール群３２－１～３２－９の変位量を設定すればよい。

また、本実施形態では、ボトムロール対３０の予定撓み量Ｅ１～Ｅ９に基づいて支持ロール群３２－１～３２－９の変位量Ｕ１～Ｕ９を算出しているが、板材をトップロール２０との間で挟み込んだときのボトムロール対３０の変形度合いを基に変位量Ｕ１～Ｕ９を設定してもよい。

上記実施形態では、ボトムロール対３０を接触支持する支持ロール群３２にロール位置調節機構５０を設け、そして、制御部７０がロール位置調節機構５０を用いてボトムロール対３０を湾曲させる例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、トップロール２０を接触支持する支持ロール対２２－１～２２－３を軸支する支持部にロール位置調節機構を設け、ボトムロール対３０に向かって凸となるようにトップロール２０を湾曲させてもよい。

また、上記実施形態では、連動軸６５－１，６５－２を介して駆動ユニット６０のねじ軸６１，６２に駆動モータＭ３の駆動力を伝達しているが、連動軸の代わりにチェーンなどを用いて駆動モータＭ３の駆動力を伝達するようにしてもよい。

上記実施形態では、支持ロール群３２－１～３２－９を備えるベンディングロール機１０を例に挙げて説明しているが、支持ロール群を1つだけ備えるベンディングロール機に本発明を適用してもよいし、支持ロール群を複数備えるベンディングロール機に本発明を適用してもよい。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０ベンディングロール機
１６上ガーダー
１８下ガーダー（支持体）
２０トップロール（他の加工ロール）
３０ボトムロール対
３０Ａ，３０Ｂボトムロール（加工ロール）
３２，３２－１，３２－２，３２－３，３２－４，３２－５，３２－６，３２－７，３２－８，３２－９支持ロール群
４２ロール支持部
５０ロール位置調節機構（昇降手段）
７０制御部

Claims

両端が各々軸支されトップロールとともに板材を挟み込むボトムロール部と、前記ボトムロール部の両端よりも内側の中間部を各々接触支持する複数の支持ロール群とを備えるベンディングロール機であって、
複数の前記支持ロール群を各々軸支する複数のロール支持部と
複数の前記ロール支持部を各々昇降させる複数のロール位置調節機構と、
複数の前記ロール位置調節機構の駆動を制御するとともに前記トップロールおよび前記ボトムロール部の駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ボトムロール部が前記トップロールとの間で板材を挟み込んだときに作用する荷重によって複数の前記支持ロール群が各々設置されている箇所における前記ボトムロール部に生じる予定撓み量に基づいて複数の前記ロール位置調節機構を介して複数の前記ロール支持部を各々昇降させた状態で、前記トップロールと前記ボトムロール部の間に板材を挟み込ませて曲げ加工を実施する、
ベンディングロール機。
前記制御部は、前記ボトムロール部に生じる予定撓み量を相殺するように前記ロール支持部の上下方向における変位量を各々設定する、
請求項１に記載のベンディングロール機。
前記制御部は、前記曲げ加工において予定される曲げ形状に基づいて複数の前記ロール支持部の上下方向における変位量を各々設定する、
請求項１または２に記載のベンディングロール機。
前記ロール支持部は、前記支持ロール群を構成する各ロールの両端を各々軸支する第１ロール支持部及び第２ロール支持部から構成され、
前記ロール位置調節機構は、前記第１ロール支持部及び前記第２ロール支持部の昇降を同期させるように構成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のベンディングロール機。
前記支持ロール群および前記ボトムロール部は、正面視において両端部よりも中間部の方が上下方向の幅が幅広となるように形成された撓み低減構造を有するガーダーによって支持されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載のベンディングロール機。