WO2014045449A1 - 長手方向に断面形状が変化する形鋼の製造方法およびロール成形装置 - Google Patents

長手方向に断面形状が変化する形鋼の製造方法およびロール成形装置 Download PDF

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成一 大丸
雅寛 久保
水村　正昭
佐藤　浩一
聡 白神
山本　靖
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新日鐵住金株式会社
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    • B21B1/095—U-or channel sections

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a shape steel whose surface shape changes in the longitudinal direction by roll forming.
  • hat-shaped section steel which is one of the section steels
  • press forming using a punch and a die is widely known.
  • hat-shaped bend forming by press forming since the problem of spring back that the material plate tries to return to its original state due to reaction force is likely to occur when the press pressure is removed, measures to suppress spring back have been studied. I came.
  • High-Tensile Steel High-Tensile Steel
  • high-strength steel materials have been actively adopted as vehicle body materials, because weight reduction of vehicle bodies leads to reduction of CO2 emissions. For this reason, the problem of spring back due to the high strength characteristics of steel materials has become apparent at the manufacturing site of shaped steel.
  • high-tensile steel materials having a tensile strength exceeding 980 MPa have been manufactured. In general press molding, it is difficult to produce a hat-shaped steel as designed from such high-tensile steel.
  • a roll forming method is known as another method for manufacturing a shaped steel.
  • Roll forming is, for example, a continuous bending method in which a strip drawn from a coil is passed through roll units provided at a plurality of stations arranged in sequence.
  • Roll forming is particularly suitable for forming steel products such as H-shaped steel and L-shaped steel, and long products having a constant cross-sectional shape in the longitudinal direction, such as pipes.
  • roll forming unlike press forming (drawing), is not suitable for forming a shape steel whose cross-sectional shape changes in the longitudinal direction.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose a technique of manufacturing a shape steel whose cross-sectional shape changes in the longitudinal direction by roll forming by variably controlling the roll width of the split roll.
  • the roll forming methods and apparatuses disclosed in Patent Documents 1 to 3 have a problem that the structure of the apparatus and the control method are complicated. Therefore, in order to implement the inventions of Patent Documents 1 to 3, it is difficult to divert existing equipment, and it is necessary to newly introduce equipment, resulting in high costs.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is not to require complicated control and apparatus as in the prior art, and the cross-sectional shape is changed in the longitudinal direction by simple roll forming.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of producing a shaped steel.
  • Another object of the present invention is to manufacture a steel having a cross-sectional shape that changes in the longitudinal direction by roll forming. For example, a technique that can suppress a lack of mill rigidity when a high-tensile steel is used as a material. It is to provide.
  • a method of manufacturing a shape steel having a cross-sectional shape that changes in the longitudinal direction from a sheet material by roll forming, the rotating shaft and a circumference around the rotating shaft Preparing a first mold roll having an annular flange having a cross-sectional shape that changes in the direction, and the first mold roll so that the rotation axis of the first mold roll is perpendicular to the feeding direction of the sheet material Disposing a mold roll; preparing a second mold roll having a rotating shaft; and an annular groove portion whose cross-sectional shape changes in the circumferential direction around the rotating shaft; and the first mold roll; A gap equal to the sheet thickness of the sheet material is formed between the second mold roll and the annular flange of the first mold roll and the annular groove of the second mold roll are fitted.
  • the present invention provides a roll forming apparatus for roll forming for producing a shaped steel having a cross-sectional shape that changes in the longitudinal direction from a sheet material, and the cross-sectional shape in the circumferential direction around the rotary shaft.
  • a first mold roll having a changing annular flange, wherein the first mold roll is arranged such that the rotation axis of the first mold roll is perpendicular to the feeding direction of the sheet material;
  • a second mold roll having a rotating shaft and an annular groove portion whose cross-sectional shape changes in the circumferential direction around the rotating shaft, wherein the rotating shaft of the second mold roll is the first mold.
  • a second mold roll disposed so as to be parallel to the rotation axis of the roll, and a drive device that rotates the first mold roll and the second mold roll in synchronization with each other.
  • the first mold roll and the second mold roll have a gap equal to the sheet thickness of the sheet material between them, and the annular flange of the first mold roll and the annular of the second mold roll It arrange
  • the gist of the present invention is a roll forming apparatus in which a clearance is provided so that the gap widens radially inward.
  • the first mold roll having an annular flange whose cross-sectional shape changes in the circumferential direction, and the gap corresponding to the thickness of the shape steel with respect to the annular flange of the first mold roll
  • a second mold roll having an annular groove part for receiving the annular flange
  • a section steel whose cross-sectional shape changes in the longitudinal direction can be obtained by simple control for synchronously rotating at least the first and second mold rolls. Can be manufactured. Therefore, complicated control such as variably controlling the roll width of the split rolls in order to increase the cross-sectional width is unnecessary.
  • the roll body and the material are sufficient even if the cross-sectional shape is changed in the longitudinal direction. Therefore, even if the material is a high-strength steel material, it is possible to prevent the mill from lacking rigidity.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a multi-stage roll forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an elevation view of a roll unit of the multistage roll forming apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a pair of upper and lower mold rolls of the roll unit of FIG. 3. It is a figure which shows the bending process in each step of the multistage roll-forming apparatus of FIG.
  • FIG. 2 is a figure which shows the process of forming the flange part of a hat-shaped section steel. It is a figure which shows the bending process in each step of the multistage roll-forming apparatus of FIG. 2, and is a figure which shows the process of forming the upper wall of hat-shaped steel.
  • FIG. 1 is an example of a saddle-type hat shape steel whose cross-sectional shape changes in the longitudinal direction (for example, the material axis direction).
  • FIG. 1A is a perspective view of a hat-shaped section viewed from above
  • FIG. 1B is a perspective view viewed from below.
  • the hat-shaped steel 1 includes an upper wall, side walls extending along both side edge portions of the upper wall, and flange portions extending along opposite edges of the side walls.
  • the cross section (cross section) perpendicular to the longitudinal direction of the hat-shaped steel 1 is generally a hat shape.
  • the hat-shaped steel 1 further expands (or decreases) the portions 10a and 10b whose upper wall width is L1, the portion 11 whose upper wall width is L2 (> L1), and the upper wall width from L1 to L2. It has tapered transition portions 12a, 12b that are width).
  • the hat-shaped steel 1 has a hat-shaped cross section in which the side walls are inclined outwardly at the respective portions 10a to 12b, but the inclination angle of the side walls is different in the respective portions 10a to 12b. Alternatively, the same may be applied to the respective parts 10a to 12b.
  • the thickness of a shape steel can be set to various thickness according to a specification, a use, etc., for example.
  • the portions 10a to 12b are not formed individually and joined together by welding or the like, but are integrally formed by roll forming a single sheet material or strip. Therefore, the boundary line between the parts in FIG. 1 is a line for convenience of explanation, not a joint line or a folding line.
  • the flange 13 formed along the longitudinal direction in the opening on the bottom side is also bent by roll forming a sheet material or a strip.
  • angular part in the bending process can be made into the chamfered shape as shown, for example in FIG. 1, or R (R) shape.
  • the type and strength of the material are not particularly limited, and can be any metal material that can be bent.
  • the metal material include steel materials such as carbon steel, alloy steel, nickel chrome steel, nickel chrome molybdenum steel, chrome steel, chrome molybdenum steel, and manganese steel. Based on the strength, those having a tensile strength of 340 MPa or less can be broadly classified as general steel materials and those having a tensile strength of 340 MPa or more can be broadly classified as high-tensile steel materials, but both are applicable in this embodiment.
  • high-tensile steel materials include, for example, those of 590 MPa class and 780 MPa class, and what is now called 980 MPa class ultra-high-tensile steel material is also manufactured.
  • an ultra-high strength steel material In the case of an ultra-high strength steel material, hat bending may be difficult in conventional press molding (drawing), but in the roll molding of this embodiment, an ultra-high strength steel material of 980 MPa or more is also applicable. Furthermore, as an example of a material other than steel, there is a hard-to-form material containing titanium, aluminum, magnesium, or an alloy thereof.
  • FIG. 2 shows a multi-stage roll forming apparatus 2 for manufacturing the hat-shaped section steel as an embodiment of the roll forming apparatus.
  • the multi-stage roll forming apparatus 2 includes, for example, a plurality of roll units 20a to 20k that are sequentially arranged in the sheet material or strip feeding direction, from the upstream roll unit 20k to the downstream roll unit 20a.
  • the long sheet material or the strip M is bent toward the target while being moved toward the final product shape.
  • the finally formed sheet material or strip M is sequentially cut into product units.
  • the die roll (hereinafter sometimes referred to as “finishing roll”) of the roll unit 20a of the most downstream station (final station) has a shape corresponding to the target product shape, and is upstream of the finishing roll.
  • the mold roll of each station on the side is designed such that an intermediate body gradually approaching the product shape is formed at each stage as it goes downstream.
  • FIG. 2 shows an example of a mold roll made into a product by sheet molding or strip M in 10 stages.
  • the roll units 20j to 20f In each of the introduction station to the fifth station in which the first half bending process is performed, the roll units 20j to 20f have the roll having the convex roll body on the upper side and the roll having the concave roll body on the lower side. It is arranged.
  • the roll units 20e to 20a are arranged such that the roll having the annular flange portion is disposed on the lower side and the roll having the annular groove portion is disposed on the upper side.
  • From the introduction station (roll unit 20k: 0th station) to the 5th station (roll unit 20f) is the first half process (flange bending) for forming the flange 13, and from the 6th station (roll unit 20e) to the final station.
  • up to 10 stations (roll unit 20a) is the latter half process (upper wall bending) of forming the upper wall of the hat-shaped steel 1.
  • the roll unit 20k of the introduction station has a cylindrical die roll that is plain both vertically. Further, in the roll units 20j to 20f from the first station to the fifth station, both end portions of the upper roll are gradually reduced in diameter toward the tip, and both end portions of the roll body of the lower roll are the tip. The diameter gradually increases in the direction toward. Then, the inclination angle of both end portions of the roll becomes steep in order from the first station to the fifth station, and both ends of the sheet material or the strip M are bent to about 90 ° by the roll unit 20f of the fifth station, and the flange A portion 13 is formed.
  • Each roll has a narrow part and a wide part in the center of the roll body part in the circumferential direction and a taper part that widens / decreases so that the flange part 13 of each part 10a to 12 of the shape steel is formed. is doing.
  • the roll units 20e to 20a from the sixth station to the final station have an annular collar portion in which the center of the roll body of the lower roll is raised in a convex shape, and the center part of the roll body of the upper roll is concave. It has a recessed annular groove.
  • the annular flange portion of the lower roll and the annular groove portion of the upper roll have a narrow portion and a width so that the upper wall of each portion 10a to 12 of the hat-shaped section 1 is formed. A wide portion and a tapered portion that is widened / reduced are arranged in the circumferential direction.
  • the inclination angle of the side surface of the annular flange portion and the annular groove portion of each roll becomes steep in the order from the sixth station to the final station, and the side wall of the sheet material or the strip M is about 90 ° in the roll unit 20a of the final station.
  • the upper wall of the hat is formed by bending.
  • the configuration of the mold roll shown in FIG. 2 is an example, and the number of units arranged can be changed as appropriate.
  • the shape of the mold roll disposed upstream of the finishing roll can also be changed as appropriate.
  • each roll unit 20a to The interval of 20k is set to at least the product length.
  • FIG. 3 shows the overall structure of the roll unit 20a in which the finishing roll is incorporated.
  • the roll unit 20a includes a first mold roll (hereinafter referred to as a “lower roll 3”) having a rotation shaft 31 extending in the sheet material or strip feeding direction, for example, a horizontal direction, and the first mold.
  • a second mold roll (hereinafter referred to as “upper roll 4”) having a rotation axis 41 parallel to the rotation axis 31 of the roll 3 and facing the lower roll 3 with a slight gap is provided.
  • the rotary shafts 31 and 41 of the rolls 3 and 4 are rotatably supported by a support member 51 such as a stand by a bearing mechanism 5 such as a ball bearing.
  • the rolls 3 and 4 are supported so as to be movable up and down, and the separation distance between the rolls can be adjusted.
  • a pressing device such as a hydraulic cylinder may be arranged so that the pressing force of the upper and lower rolls 4 and 3 can be adjusted.
  • the upper and lower rolls 4 and 3 are rotationally driven in synchronization by the gear set 52.
  • the gear set 52 includes gears 52 a and 52 b that are coupled to the rotary shafts 31 and 41 and engage with each other.
  • a driving device 53 such as a driving motor is connected to one end side of the rotating shaft 31 of the lower roll 3.
  • the gear set 52 is also a synchronous rotating device for the upper and lower rolls 4 and 3.
  • the gear set 52 is not limited to the spur gear as shown in FIG. 3 as long as the upper and lower rolls 4 and 3 can rotate synchronously at the same peripheral speed. Furthermore, instead of the configuration in which the upper roll 4 is driven through the gear set 52, individual drive mechanisms may be connected to the upper and lower rolls 4 and 3. The rotation speed can be adjusted using a drive motor capable of inverter control.
  • the upper and lower rolls 4 and 3 arranged at the final station have shapes corresponding to the target product shapes.
  • the lower roll 3 has a flank portion 32 that squeezes the upper surface of the flange 13, and protrudes in a convex shape from the outer surface at the central portion in the axial direction of the flank portion 32.
  • An annular flange 33 is provided for reducing the inner surface portion.
  • the cross-sectional shape of the annular flange 33 exhibits a trapezoid that changes in the circumferential direction corresponding to the hat shape of the product.
  • the annular flange 33 has a region 33a in which the width of the outer peripheral surface is set to the first roll width, a region 33b in which the width of the outer peripheral surface is set to the second roll width, and the regions 33a and 33b. And has tapered regions 33c and 33d (which may be referred to as “transition portions” in the following description) where the width of the outer peripheral surface changes from the first roll width to the second roll width. .
  • the left and right side surfaces of the annular flange 33 form an inclined surface that expands outward as it goes toward the rotating shaft 31.
  • the roll width and height of the annular flange 33 and the inclination angle of the side surface are dimensions corresponding to the width, height and inclination angle of the target hat shape, respectively.
  • R (R) is formed or chamfered at the outer corner of the annular flange 33 and the inner corner of the flank 43.
  • FIG. 4 as in FIG. 1, the boundary lines between the regions 33a, 33b, 33c, and 33d are shown for convenience of explanation.
  • the region 33b of the annular flange 33 forms the part 11 having the width L2 of the hat-shaped steel 1, and the regions 33c and 33d form the tapered parts 12a and 12b of the hat-shaped steel 1, respectively. Accordingly, the arc length of the region 33b is set to the length of the region 11, and the arc lengths of the regions 33c and 33d are respectively set to the lengths of the regions 12a and 12b.
  • the region 33a of the annular flange 33 forms both the portions 10a and 10b of the hat-shaped section 1. Accordingly, the arc length of the region 33a is set to a dimension obtained by adding the lengths of the portions 10a and 10b.
  • an intermediate point that equally divides the region 33a becomes the start point of the roll.
  • an area to be cut is added to the region 33a. It may be.
  • marks for example, small-diameter holes, protrusions, etc.
  • the upper roll 4 is formed to face the roll body of the lower roll 3 through a gap corresponding to the thickness of the hat-shaped steel 1. Accordingly, the upper roll 4 has an annular groove portion 42 that reduces the hat-shaped outer bottom surface, and a flank portion 43 that is formed on both sides of the annular groove portion 42 and reduces the hat-shaped outer surface and the lower surface of the flange 13. Yes.
  • the inner side surface of the annular groove portion 42 is also formed so as to face the side surface of the annular body portion 33 of the lower roll 3 through a gap corresponding to the thickness of the hat-shaped steel 1, thereby the annular groove portion of the upper roll 4. 42 has a cross-sectional shape that changes in the circumferential direction.
  • the side surface of the annular groove 42 of the upper roll 4 is an area 43b for forming the portion 11 of the hat-shaped steel 1 and an area for forming the tapered portions 12a and 12b, respectively.
  • parts 10a and 10b are formed in the circumferential direction.
  • the intermediate point equally dividing the region 43a is the starting point of the roll. Therefore, when the upper and lower rolls 4 and 3 are incorporated into the apparatus, the starting points of the upper and lower rolls 4 and 3 face each other. It is positioned in the rotation direction so as to go around at the position (same phase).
  • each of the annular flange 33 of the lower roll 3 and the flank 43 of the upper roll 4 has a cylindrical surface with the same outer diameter.
  • the gear 52 which is the synchronous rotation mechanism described above, also has a role of preventing the relative phase between the upper and lower rolls 4 and 3 rotating from changing.
  • the upper and lower rolls 4 and 3 are not limited as long as the roll body is made of a sheet material or a material having rigidity higher than that of the strip M.
  • the mold roll having an annular flange may be disposed on the upper side, and the mold roll having an annular groove may be disposed on the lower side.
  • FIG. 3 shows a roll unit 20a incorporating a finishing roll, but the other roll units 20b to 20k arranged upstream of the finishing roll also have a different roll unit 20a except that the roll shape is different. It can be set as the same structure. Therefore, detailed description of the other roll units 20b to 20k is omitted.
  • the radius to the outer peripheral surface of the lower roll 3 is 500 mm for the annular flange 33 and 450 mm for the flank 32. The difference between the two corresponds to the height of the hat shape.
  • the width of the outer peripheral surface of the region 33a is 50 mm, and the arc length is 400 mm.
  • the width of the outer peripheral surface of the region 33b is 80 mm, and the arc length is 400 mm.
  • the portions 33c and 33d have an arc length of 300 mm and are widened or reduced at an inclination angle of 15 °.
  • the upper roll 4 is opposed to the lower roll 3 with a gap of 2 mm.
  • the upper and lower rolls 4 and 3 of the roll units 20a to 20k are rotated at a predetermined speed, and the sheet material or the strip M is supplied to the roll unit 20k of the introduction station.
  • the sheet material or the strip M for example, a steel plate sent from an upstream rolling process or a strip wound in a coil shape can be used.
  • the sheet material or the strip M is supplied so that the length direction thereof is orthogonal to the rotation axis direction of the upper and lower rolls 4 and 3 and roll-formed in the length direction of the sheet material or the strip M.
  • the sheet material or strip M (intermediate body) fed out from the roll unit 20k is conveyed to the roll unit 20j of the next station by the rotation operation of the upper and lower rolls 4 and 3.
  • the second roll unit 20j performs roll forming along the length direction, and is further conveyed to the roll unit 20i of the next station.
  • the sheet material or the strip M When the sheet material or the strip M is continuously roll-formed, it may be formed by applying back tension and / or forward tension with the roll units 20a to 20k of each station. Moreover, you may make it roll-form cold, warm, or hot.
  • FIG. 5 shows a state where the sheet material or the strip M is bent in stages by the 10-stage roll units 20a to 20k.
  • FIG. 5A shows how the flange portion 13 is formed by the roll units 20k to 20f in the 0th to 5th stations.
  • FIG. 5B shows how the upper wall of the hat-shaped section 1 is formed by the roll units 20e to 20a in the sixth to final stations.
  • 5A and 5B are cross-sectional views of the portion 10a of the hat-shaped steel 1, but the other portions 10b, 11, 12a, and 12b are also bent in stages by the 10-stage roll units 20a to 20k.
  • the material (intermediate body) that has been roll-formed in the ninth station has a shape close to that of the final product, and is finally formed by the tenth finishing roll.
  • Fig. 6 shows how the finishing roll is finally formed.
  • the sheet material or strip M (intermediate body) conveyed from the upstream is first formed into a portion 10a having a width L1 from the start to the latter half of the upper and lower roll regions 33a and 43a, and then the width is defined by the regions 33c and 43c.
  • a gradually increasing portion 12a is formed, and a portion 11 having a width L2 is formed by the regions 33b and 43b.
  • a region 12b whose width gradually decreases is formed by the regions 33d and 43d, and finally a region 10b having a width L1 is formed by the first half portion from the start point of the regions 33a and 43a.
  • the portion 10a having the width L1 of the next product is formed.
  • the product sent from the finishing roll after the final molding is completed is cut at the position to be the end (that is, the end of the part 10b) and conveyed to the next process such as product inspection, for example.
  • the cutting position can be automatically determined by detecting, for example, a mark (for example, a small-diameter hole or protrusion) formed at intervals in the length direction of the sheet material or strip M with a sensor. Marks may be pre-applied to the sheet material or strip M at intervals corresponding to the length of the product, or may be applied during roll forming.
  • the above-described upper and lower rolls 4 and 3 in which protrusions to be marks are formed at the position to be the starting point of the roll are used, and the mark is transferred together with the hat bending process. .
  • FIG. 7 shows an example of the bead 14 and the protrusion 35 formed on the roll body to form the bead 14.
  • the upper roll 4 is formed with a recess corresponding to the protrusion 35 via a gap corresponding to the thickness of the material.
  • the shape, position, and number of beads and embosses can be changed as appropriate.
  • the annular flange 33 Since the shape of the annular groove 42 is changed to a shape whose cross-sectional shape changes in the circumferential direction, the cross-sectional shape (that is, hat shape) changes in the longitudinal direction by simple control for synchronously rotating the upper and lower rolls 4, 3.
  • the hat-shaped section steel 1 can be manufactured.
  • the roll forming according to the present embodiment does not require a complicated control method for changing the roll width of a conventional divided roll, and does not require a new control device for that purpose. Therefore, for example, by replacing the roll of the existing roll forming apparatus with the upper and lower rolls 4 and 3 of the present embodiment, the roll forming apparatus of the present embodiment can be realized.
  • the roll units 20a to 20k are arranged in a straight line, but if the roll units 20a to 20k are arranged in a tandem arrangement that is curved in the vertical direction, the roll units 20a to 20k are curved in the longitudinal direction. Hat shaped steel can also be manufactured.
  • the roll body portion whose cross-sectional shape changes in the circumferential direction can be formed in a state where the roll body portion and the material are sufficiently in surface contact, for example, the material is a high-tensile steel material.
  • the roll forming method and apparatus of the present embodiment can also apply an ultra high strength steel material having a tensile strength of 980 MPa or more.
  • die roll shown in the above-mentioned 1st Embodiment is demonstrated.
  • the outer diameter of the annular flange 33 (shaded portion) of the lower roll 3 and the outer diameter of the flank portion 43 (shaded portion) of the upper roll 4 are the same, and a relief described later is provided on the side wall of the annular flange 33 of the lower roll 3.
  • the upper and lower rolls 4 and 3 of this embodiment are substantially the same as the upper and lower rolls 4 and 3 of the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. To do.
  • FIG. 9 is a partial longitudinal sectional view taken along a plane including the central axis of the upper and lower rolls 4 and 3.
  • the gap between the bottom and side surfaces of the upper and lower rolls 4 and 3 facing each other is constant over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the side surface of the annular flange 33 of the lower roll 3 is escaped.
  • the amount x is offset from the designed inner surface of the hat-shaped steel 1 inside the roll in the axial direction.
  • the gap between the side surface of the annular flange portion 33 and the side surface of the annular groove portion 42 becomes closer to the root of the annular flange portion 33, that is, radially inward. Become wider.
  • the broken line in the figure shows the side surface when no relief is provided.
  • the escape amount x is preferably 1.4 mm or more. The method for determining the escape amount will be described later.
  • FIG. 10 shows a comparison result of the gap between the upper and lower rolls 4 and 3 with and without escape. More specifically, FIG. 10 shows the minimum distance between the side surfaces in each phase when the starting point of the upper and lower rolls 4 and 3 (see FIG. 4) is 0 ° and the upper and lower rolls 4 and 3 are rotated every 5 °. (Minimum gap). As can be seen from FIG. 10, when the relief is not provided, the gap greatly changes (decreases and increases) in the region of about 45 ° to 65 ° and around 100 ° to 120 °.
  • 11A and 11B are numerical analysis results showing the interference of the roll when no relief is provided, and show the area where the portion indicated by hatching interferes. The region where the gap changes corresponds to the transition portions 33c, 33d, 43c and 43d of the upper and lower rolls 4 and 3.
  • the gap changes at the transition portions 33c, 33d, 43c, and 43d, but the amount of change is very small, and the gap is kept substantially constant throughout the entire range of 0 ° to 180 °. You can see that it is leaning. Although it depends on the thickness and shape of the shape steel, the preferable minimum gap in consideration of product standards is equal to or greater than the thickness of the plate. According to this embodiment, by providing relief on the side surface of the annular flange 33 of the lower roll 3, it is possible to ensure the minimum gap more than the plate thickness. Further, as a comparison, FIG. 10 shows a gap when relief is provided only in the transition portions 33c and 33d and no relief is provided in other regions. As can be seen from FIG. 10, the gap cannot be kept constant only by providing relief in only the transition portions 33c and 33d. Furthermore, the process of providing relief only at the transition portions 33c and 33d has a disadvantage that the operation is more difficult than the process of providing relief as a whole.
  • the variation in the gap between the upper and lower rolls 4 and 3 in the circumferential direction may result in a variation in product thickness. Therefore, it is extremely effective that the clearance between the upper and lower rolls 4 and 3 in the circumferential direction can be made substantially constant by providing a relief that is offset inward in the axial direction of the roll on the side surface of the annular flange 33 of the lower roll 3. It is an effect. Furthermore, when the annular flange 33 is provided with a clearance, the gap can be kept substantially constant, and the occurrence of wrinkles can be prevented by suppressing the occurrence of material slippage on the side surface of the lower roll 3.
  • the roll unit 20a at the final station may be provided with relief on the side surface of the annular flange 33 of the lower roll 3.
  • the multistage roll forming apparatus 2 shown in FIG. 2 performs bending of the upper wall of the hat-shaped steel 1 in five steps from the sixth station to the final station (the tenth station). It is preferable to provide relief on the roll 3.
  • the upper and lower rolls 4 and 3 of each station have different roll shapes (particularly, the gradient of the annular flange 33), and therefore each has a preferable escape amount.
  • the escape amount x, the side wall angle ⁇ of the section steel, and the height H of the annular flange 33 are as shown in FIG. 13B. Referring to FIG. 11, it will be understood that the actual escape amount x is a value obtained by multiplying H ⁇ tan ⁇ by a constant ⁇ ( ⁇ ⁇ 1).
  • FIG. 13C shows the minimum gap between the upper and lower rolls 4 and 3 when various relief amounts (0.1 mm intervals) are set with respect to the side wall angle ⁇ of the shape steel bent at each station. Yes. Then, based on the result shown in FIG. 13C, it was determined that molding was impossible when the clearance amount was such that the minimum gap was less than the thickness of the plate material, and the minimum value of the clearance amount x at which the minimum gap was equal to or greater than the thickness of the plate material was confirmed.
  • the preferable escape amount x can be calculated from the above formula, for example, when it is desired to change the shape of the roll, the preferable escape amount x can be easily derived.
  • an example will be described.
  • the multi-stage roll forming apparatus 2 in FIG. 2 processes the flange in the first half process and bends the upper wall in the second half process (see FIG. 5).
  • the upper wall is bent in the following five steps, one step is required. There is a concern that the amount of bend per unit is large, and in some cases, the material may crack.
  • the multistage roll forming apparatus 2 shown in FIGS. 14 and 15 has a configuration in which the upper wall is bent stepwise in all the stations from the first station to the tenth station (final station). ing.
  • the upper wall is bent stepwise in all the stations from the first station to the tenth station (final station). ing.
  • all the rolls must be exchanged.
  • the amount of bending per process can be reduced, there is an advantage that the material can be prevented from cracking. .
  • the rolls from the sixth station to the ninth station are targeted, and in FIG. 17C, the rolls of the first station to the ninth station are targeted. That is, the constant ⁇ determined using the upper and lower rolls 4 and 3 of the final station is used to obtain the optimum escape amount x of the upper and lower rolls of other stations.
  • This roll design method can be applied to rolls of various shapes, and of course can be applied to the roll shapes shown in the third to ninth embodiments described later.
  • an R (R) is provided at the corner between the outer peripheral surface 37 and the side surface 39 of the annular flange 33 of the lower roll 3, and the corner is curved.
  • a starting point of escape is arranged at a position where a straight line portion having a length L is provided along the side surface 39.
  • a straight line 100 represents the inner surface of the designed hat-shaped steel 1. In this way, by providing a straight portion that does not provide relief along the inner surface of the designed hat-shaped steel 1 on the side surface 39 of the annular flange 33, the workpiece is the outer peripheral surface of the annular flange 33 of the lower roll 3.
  • the shape of the upper and lower rolls 4 and 3 according to the above-mentioned embodiment is an example for manufacturing the hat-shaped steel 1 shown in FIG.
  • the shape of the target product is limited to the hat-shaped section 1 shown in FIG.
  • the inclination angles of the side walls may be different in the respective parts 10a to 12b, and a part having a width different from that of L1 and L2 may be further provided.
  • 1 has a symmetrical shape in the left-right direction and the front-rear direction, but may be asymmetric in the left-right direction and the front-rear direction.
  • the shape steel to be manufactured is not limited to the hat-shaped shape steel.
  • the cross-sectional shape of the annular flange 33 can be made to be a quadrangle, and a section steel with a U-shaped cross-section can be manufactured, or the top of the annular flange 33 can be curved to have a U-shaped cross-section.
  • the cross-sectional shape of the annular collar part 33 can be made into a triangle, and the cross-sectional shape can also manufacture a V-shaped steel.
  • a U-shaped steel, U-shaped steel, or V-shaped steel whose cross-sectional shape changes in the longitudinal direction. Mold steel is formed. Further, for example, the shape may be changed to a different shape in the longitudinal direction, such as changing from a hat shape to a U shape.
  • a modified example of the shape steel to be manufactured and an example of a finish roll for forming the shape steel will be described with reference to FIGS. 18A to 26B.
  • FIG. 18A shows a hat-shaped section 1 whose width and height are constant and the cross-section moves in the lateral direction
  • FIG. 18B shows upper and lower rolls 4 and 3 for finally forming the hat-shaped section 1 of FIG. 18A. That is, in the above-described first embodiment, a hat-shaped section steel having a straight material axis is manufactured, but in this embodiment, a hat-shaped steel 1 having a material axis curved in the width direction is manufactured. .
  • the hat-shaped steel 1 has a part 15a where the material axis is linear and a part 15b where the material axis is curved.
  • As a die roll for that purpose as shown in an example in FIG.
  • upper and lower rolls 4 and 3 in which an annular flange portion and an annular groove portion are biased in the rotation axis direction are used.
  • the overall configuration of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment.
  • a hat-shaped steel whose longitudinal cross-sectional shape is curved in the width direction by simple control of synchronously rotating the upper and lower rolls. Further, if the roll units 20a to 20k are arranged in a tandem arrangement that is curved in the vertical direction, a hat-shaped steel that is curved in the longitudinal direction can be manufactured.
  • FIG. 19A shows a hat-shaped steel 1 in which the height is constant and the width of the cross-sectional shape changes to the left and right non-targets, and FIG. Rolls 4 and 3 are shown. That is, in the present embodiment, using the upper and lower rolls 4 and 3 shown in FIG. 18B, the hat-shaped section 1 in which one hat-shaped side wall 10c is constant but only the other side wall 10d is deformed in the width direction. Manufactured.
  • the overall structure of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment. Also in this case, it is possible to manufacture a hat-shaped steel in which the width of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes asymmetrically by simple control for synchronously rotating the upper and lower rolls 4 and 3.
  • FIG. 20A shows a hat-shaped steel 1 having a constant height and a complicated cross-sectional width
  • FIG. 20B shows the upper and lower rolls of the final station for the hat-shaped steel 1 shown in FIG. 20A.
  • the hat-shaped steel 1 further including a portion having a width different from L1 and L2 is manufactured using the upper and lower rolls 4 and 3 shown in FIG. 20B.
  • the hat-shaped steel 1 of the present embodiment has linear portions 16a and 16b and portions 16c to 16f having different widths.
  • the overall structure of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment.
  • a hat-shaped steel whose width of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes in a complicated manner can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.
  • FIG. 21A shows a U-shaped steel 6 having a constant height and varying cross-sectional shape
  • FIG. 21B shows the upper and lower rolls 4 of the final station for the U-shaped steel 1 shown in FIG. 21A. 3 is shown.
  • the U-shaped steel 6 of the present embodiment has a portion 61a where the height is constant and widens, and a portion 61b where the height is constant and decreases.
  • the annular flange of the lower roll 3 has an inverted U-shaped cross section, and the width is expanded to a range of 0 ° to 180 ° in the circumferential direction, and 180 ° to 360 °.
  • the width is reduced within the range.
  • the annular groove portion of the upper roll 4 facing the lower roll 3 also has a U shape whose width increases and decreases in the circumferential direction.
  • the overall structure of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment. Also in this case, the U-shaped steel 6 in which the width of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.
  • the U-shaped steel 6 of FIGS. 22A and 22B is substantially the same as the U-shaped steel 6 of FIGS. 21A and 21B except that a flange portion 63 is provided. Also in this case, the U-shaped steel 6 in which the width of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.
  • This embodiment also manufactures a section steel having a U-shaped cross section.
  • the fifth embodiment described above has a constant height
  • a U-shaped steel 6 having a constant width and a varying height is manufactured. More specifically, the U-shaped steel 6 of the present embodiment has a portion 61c with a constant and increasing width and a portion 61d with a constant and decreasing width.
  • FIG. 23B shows the upper and lower rolls 4, 3 of the final station for the U-shaped section 6 shown in FIG. 23A.
  • the annular flange of the lower roll 3 has an inverted U-shaped cross section, and its outer diameter increases in the range of 0 ° to 180 ° in the circumferential direction, and the outer diameter is in the range of 180 ° to 360 °.
  • the shape is reduced in diameter.
  • the concave portion of the upper roll 4 facing the lower roll 3 is also U-shaped whose height changes in the circumferential direction.
  • the overall structure of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment. Also in this case, the U-shaped steel 6 in which the height of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.
  • the U-shaped steel 6 of FIGS. 24A and 24B is substantially the same as the U-shaped steel 6 of FIGS. 22A and 22B except that a flange 63 is provided. Also in this case, the U-shaped steel 6 in which the width of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.
  • FIG. 25A shows a V-shaped steel 7 having a constant cross-sectional width and varying height
  • FIG. 25B shows the final station upper and lower rolls 4, 3 for the V-shaped steel 7 shown in FIG. 25A.
  • the V-shaped shaped steel 7 of the present embodiment has a portion 71a having a constant and increasing width and a portion 71b having a constant and decreasing width.
  • the annular collar portion of the lower roll 3 has a triangular outer shape (V shape), and its outer diameter increases in the range of 0 ° to 180 ° in the circumferential direction, and is 180 ° to 360 °.
  • the outer diameter decreases in the range.
  • the concave portion of the upper roll 4 facing the lower roll 3 also has a triangular shape (V shape) whose height changes in the circumferential direction.
  • V shape triangular shape
  • the overall structure of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment. Also in this case, the V-shaped steel 7 in which the height of the cross-sectional shape in the longitudinal direction changes can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.
  • FIG. 26A shows a hat-shaped section 1 in which both the width and height of the cross-sectional shape change
  • FIG. 26B shows the upper and lower rolls 4, 3 of the final station for the hat-shaped section 1 having the shape shown in FIG. 26A.
  • the hat-shaped steel 1 of the present embodiment includes a portion 17a having a cross-sectional width L1 and a height h1, and a portion 17b having a cross-sectional width L2 and a height h2.
  • a portion 17c in which the width changes from L1 to L2 and the height changes from h1 to h2.
  • the annular flanges and the annular groove portions of the upper and lower rolls 4 and 3 have shapes (L1 ⁇ L2 ⁇ L1, h1 ⁇ h2 ⁇ h1) in which both the height and width of the cross-sectional shape change in the circumferential direction.
  • the overall structure of the roll unit that rotationally drives the upper and lower rolls 4 and 3 can be the same as that of the first embodiment.
  • the hat-shaped steel 1 in which both the width and height of the cross-sectional shape change can be manufactured by simple control of rotating the upper and lower rolls 4 and 3 synchronously.

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Abstract

　シート材料から長手方向に断面形状が変化する形鋼を製造するためのロール成形用のロール成形装置が、周方向に断面形状が変化する環状畝部とを有する第１金型ロールと、周方向に断面形状が変化する環状溝部とを有する第２金型ロールと、第１金型ロールと第２金型ロールのための駆動装置とを具備する。第１金型ロールの環状畝部の側面に、周方向の全周に亘って、第２金型ロールの環状溝部の側面に対する隙間が半径方向内方に広くなるように逃げが設けられている。

Description

長手方向に断面形状が変化する形鋼の製造方法およびロール成形装置
　本発明は、面形状が長手方向に変化する形鋼をロール成形によって製造する方法および装置に関する。
　形鋼の一つであるハット型形鋼を製造する方法として、ポンチとダイを用いたプレス成形が広く知られている。プレス成形によるハット型の曲げ成形では、プレス圧力を除くと反力によって材料板が元に戻ろうとするスプリング・バックの問題が発生し易いため、従来よりスプリング・バックを抑えるための対策が検討されてきた。
　ところで近年においては、高張力鋼材（High-Tensile Steel）の利用が拡大している。一例として、自動車産業では車体の軽量化がＣＯ２排出量の軽減につながるとして、高張力鋼材を車体材料に積極的に採用している。そのため、形鋼の製造現場では、鋼材の高強度特性に因るスプリング・バックの問題が顕在化している。更に、近時、９８０ＭＰａを超える引張強度を有した高張力鋼材も製造されている。一般的なプレス成形では、こうした高張力鋼材から設計通りのハット型形鋼を製造することが困難である。
　形鋼を製造する他の方法として、ロール成形法が知られている。ロール成形は、例えば、コイルから引出された帯板を順次配置された複数のステーションに設けられたロールユニットを通過させる連続曲げ加工方法である。ロール成形は、特に、Ｈ型鋼やＬ型鋼などの鋼材や、パイプなどの長手方向の断面形状が一定の長尺製品を成形するのに適している。反面、ロール成形は、プレス成形（絞り）とは異なり、長手方向に断面形状が変化する形鋼を成形するのには適していない。
　特許文献１～３は、分割ロールのロール幅を可変制御することによって、長手方向に断面形状が変化する形鋼をロール成形によって製造する技術を開示している。然しながら、特許文献１～３に開示されているロール成形方法および装置は、装置の構造や制御方法が複雑であるという問題がある。そのため、特許文献１～３の発明を実施するためには、既存の設備を転用することが困難であり、新規に設備導入が必要であるため、コスト高になる。
　また、特許文献１、３の発明のように、ロール成形中に分割ロールのロール幅を拡げると、ロールの前方側の隅部だけが材料鋼板に線接触したり、高張力鋼材などの材料ではミル剛性が不足して、大量生産には不向きである。
特開平１０－３１４８４８号公報 特開平７－８８５６０号公報 特開２００９－５００１８０号公報
　本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、従来技術のような複雑な制御および装置が必要でなく、単純なロール成形によって断面形状が長手方向に変化する形鋼を製造することのできる技術を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、断面形状が長手方向に変化する形鋼をロール成形によって製造するにおいて、例えば材料に高張力鋼材を用いたときにミル剛性が不足することを抑制できる技術を提供することにある。
　上述の課題を解決するため、本発明によれば、長手方向に断面形状が変化する形鋼をシート材料からロール成形によって製造する方法であって、回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状畝部とを有する第１金型ロール準備する段階と、前記第１金型ロールの回転軸がシート材料の送り方向に対して垂直となるように該第１金型ロールを配置する段階と、回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状溝部とを有する第２金型ロールを準備する段階と、前記第１金型ロールと第２金型ロールとの間に前記シート材料の板厚に等しい間隙ができ、かつ、前記第１金型ロールの環状畝部と前記第２金型ロールの環状溝部とが嵌合するように、前記第２金型ロールを配置する段階と、前記第１金型ロールと前記第２金型ロールとを同期回転させる段階と、前記第１金型ロールと第２金型ロールとの間にシート材料を給送する段階とを含み、
　前記第１金型ロールの環状畝部の側面に、周方向の全周に亘って、第２金型ロールの環状溝部の側面に対する隙間が半径方向内方に広くなるように逃げが設けられている形鋼の製造方法が提供される。
　更に、本発明は、シート材料から長手方向に断面形状が変化する形鋼を製造するためのロール成形用のロール成形装置において、回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状畝部とを有する第１金型ロールであって、該第１金型ロールの前記回転軸がシート材料の送り方向に対して垂直となるように配置された第１金型ロールと、回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状溝部とを有する第２金型ロールであって、該第２金型ロールの前記回転軸が前記第１金型ロールの前記回転軸と平行になるなるように配置された第２金型ロールと、前記第１金型ロールと前記第２金型ロールとを同期させて回転駆動する駆動装置とを具備し、
　前記第１金型ロールと第２金型ロールは、両者間に前記シート材料の板厚に等しい間隙ができ、かつ、前記第１金型ロールの環状畝部と前記第２金型ロールの環状溝部とが嵌合するように相対的に配置されており、前記第１金型ロールの環状畝部の側面に、周方向の全周に亘って、第２金型ロールの環状溝部の側面に対する隙間が半径方向内方に広くなるように逃げが設けられているロール成形装置を要旨とする。
　本発明によれば、周方向に断面形状が変化する環状畝部を有する第１金型ロールと、前記第１金型ロールの環状畝部に対して形鋼の厚み分の隙間を置いて該環状畝部を受容する環状溝部を有する第２金型ロールを用いたことにより、少なくとも第１および第２金型ロールを同期回転させる単純な制御によって、長手方向に断面形状が変化する形鋼を製造することができる。よって、断面の幅を拡げるために分割ロールのロール幅を可変制御するなどの複雑な制御は不要である。また、既存のロール成形設備のロールを第１および第２金型ロールに交換することによって、本発明のロール成形装置を具現化することも可能である。
　更に本発明によれば、前述のロール胴部を有する第１および第２金型ロールを用いることによって、断面形状が長手方向で変化するように成形しても、ロール胴部と材料とが十分に面接触した状態で成形できるので、例えば材料が高張力鋼材であっても、ミルの剛性不足を防止可能である。
長手方向に断面形状が変化するハット型形鋼の上方から見た斜視図である。 長手方向に断面形状が変化するハット型形鋼の下方から見た斜視図である。 本発明の第１実施形態による多段式ロール成形装置の略示斜視図である。 図２の多段式ロール成形装置のロールユニットの立面図である。 図３のロールユニットの上下一対の金型ロールの分解斜視図である。 図２の多段式ロール成形装置の各段階における曲げ加工プロセスを示す図であり、ハット型形鋼のフランジ部を形成する工程を示す図である。 図２の多段式ロール成形装置の各段階における曲げ加工プロセスを示す図であり、ハット型形鋼の上壁を形成する工程を示す図である。 １つのロールユニットにおける作用を説明するための略示斜視図である。 ビードを有したハット型形鋼の斜視図である。 図７Ｂのハット型形鋼を形成する金型ロールの斜視図である。 第２実施形態による金型ロールを示す。 図８の金型ロールの部分断面図である。 上記金型ロールに逃げを設けたときの間隙を示すチャートである。 逃げ量とｘと、形鋼の側壁の角度θおよび下ロールの環状畝部の高さＨとの相関関係を説明するチャートである。 逃げを設けない場合の上ロールと下ロールとの干渉を示す、ハット型形鋼と共に示す斜視図である。 逃げを設けない場合の上ロールと下ロールとの干渉を示す、ハット型形鋼と共に示す斜視図である。 逃げ量とｘと、形鋼の側壁の角度θおよび下ロールの環状畝部の高さＨとの相関関係を説明するチャートである。 逃げ量ｘ、形鋼の側壁角度θ、環状畝部の高さＨを示す下ロールの部分拡大図である。 上下ロールの最小間隙を示す表である。 多段式ロール成形装置の他の例を示す斜視図である。 図１４の多段式ロール成形装置の各段階における曲げ加工プロセスを示す図である。 逃げ量とｘと、形鋼の側壁の角度θおよび下ロールの環状畝部の高さＨとの相関関係を説明するチャートである。 逃げ量ｘ、形鋼の側壁角度θ、環状畝部の高さＨを示す下ロールの部分拡大図である。 上下ロールの最小間隙を示す表である。 下ロールの環状畝部に設けた逃げの開始点を示す図である。 第３実施形態による形鋼の斜視図である。 図１８Ａの形鋼と共に示す第３実施形態による金型ロールの斜視図である。 第４実施形態による形鋼の斜視図である。 図１９Ａの形鋼と共に示す第４実施形態による金型ロールの斜視図である。 第５実施形態による形鋼の斜視図である。 図２０Ａの形鋼と共に示す第５実施形態による金型ロールの斜視図である。 第６実施形態による形鋼の斜視図である。 図２１Ａの形鋼と共に示す第６実施形態による金型ロールの斜視図である。 第７実施形態による形鋼の斜視図である。 図２２Ａの形鋼と共に示す第７実施形態による金型ロールの斜視図である。 第８実施形態による形鋼の斜視図である。 図２３Ａの形鋼と共に示す第８実施形態による金型ロールの斜視図である。 第９実施形態による形鋼の斜視図である。 図２４Ａの形鋼と共に示す第９実施形態による金型ロールの斜視図である。 第１０実施形態による形鋼の斜視図である。 図２５Ａの形鋼と共に示す第９実施形態による金型ロールの斜視図である。 第１１実施形態による形鋼の斜視図である。 図２６Ａの形鋼と共に示す第９実施形態による金型ロールの斜視図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態に従う長手方向に断面形状が変化する形鋼の製造方法およびロール成形装置について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
（第１実施形態）
　まず、本実施形態で製造する形鋼について説明する。図１に示す形鋼は、長手方向（例えば、材軸方向）に断面形状が変化する鞍型のハット型形鋼の一例である。図１Ａはハット型形鋼を上方側から見た斜視図であり、図１Ｂは下方側から見た斜視図である。ハット型形鋼１は、上壁と、該上壁の両側縁部に沿って延設された側壁と、各側壁の反対側の縁部に沿って延設されたフランジ部とを具備して、ハット型形鋼１の長手方向に垂直な断面（横断面）が概ねハット型となっている。
　ハット型形鋼１は、更に、上壁の幅がＬ１の部位１０ａ、１０ｂ、上壁の幅がＬ２（＞Ｌ１）の部位１１、および、上壁の幅がＬ１からＬ２に拡幅（または減幅）するテーパ状の遷移部位１２ａ、１２ｂを有している。ハット型形鋼１は、各部位１０ａ～１２ｂにおいて、側壁が外方側に向かって傾斜したハット形状の横断面を有しているが、側壁の傾斜角は、各部位１０ａ～１２ｂで異なるようにしても、或いは、各部位１０ａ～１２ｂで同じにしてもよい。また、形鋼の厚みは、例えば規格や用途などに応じて種々の厚みに設定することができる。但し、本実施形態においては、各部位１０ａ～１２ｂを個別に成形して溶接等でつなぎ合せるのではなく、一枚のシート材料または帯板をロール成形することによって一体成形する。従って、図１の部位間の境界線は、説明の便宜上の線であり、接合線や折曲線ではない。
　更に、底面側の開口部に長手方向に沿って形成されるフランジ１３も、シート材料または帯板をロール成形によって曲げ加工される。また、曲げ加工されたところの角部は、例えば図１の示すような面取りされた形状、或いはＲ（アール）形状とすることができる。
　材料の種類および強度は特に制限されることはなく、曲げ加工可能な全ての金属材料を対象とすることができる。金属材料の一例として、炭素鋼、合金鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、マンガン鋼などの鋼材がある。強度に基づくと、引張強度が３４０ＭＰａ以下のものを一般鋼材、それ以上のものを高張力鋼材と大別することができるが、本実施形態ではどちらも適用可能である。更に、高張力鋼材は例えば５９０ＭＰａ級、７８０ＭＰａ級のものがあり、現在では９８０ＭＰａ級の超高張力鋼材と呼ばれるものも製造されている。超高張力鋼材ともなると従来のプレス成形（絞り）ではハット曲げが困難な場合があるが、本実施形態のロール成形では９８０ＭＰａ以上の超高張力鋼材をも適用可能である。更に、鋼材以外の材料の一例として、チタン、アルミニウムまたはマグネシウム、或いはそれらの合金を含む難成形性材料がある。
　続いて、長手方向に断面形状が変化する形鋼を製造するためのロール成形装置について説明する。図２は、ロール成形装置の一実施形態として、前述のハット型形鋼を製造するための多段式ロール成形装置２を示している。多段式ロール成形装置２は、例えば、シート材料または帯板の送り方向に順次配置された複数のロールユニット２０ａ～２０ｋを具備しており、上流側のロールユニット２０ｋから下流側のロールユニット２０ａに向けて長尺のシート材料または帯板Ｍを移送しながら段階的に曲げ加工して、最終的に目的の製品形状となるようにする。最終的に成形されたシート材料または帯板Ｍは、製品単位に順次切断される。
　最も下流のステーション（最終ステーション）のロールユニット２０ａの金型ロール（以下、「仕上ロール」と称することがある）が目的とする製品形状に対応した形状となっており、該仕上ロールよりも上流側の各ステーションの金型ロールは、下流側へ向かうにつれ段階的に製品形状に近づいていく中間体が各段で成形されるように設計されている。図２は、シート材料または帯板Ｍから１０段階成形で製品にする金型ロールの一例を示している。前半の曲げ工程を実施する、導入ステーションから第５ステーションの各々において、ロールユニット２０ｊ～２０ｆは、凸状のロール胴部を有するロールを上側に、凹状のロール胴部を有するロールを下側に配置している。
　一方、後半の曲げ加工を実施する、第４ステーションから第１０ステーションの各々において、ロールユニット２０ｅ～２０ａは、環状畝部を有するロールを下側に、環状溝部を有するロールを上側に配置している。そして、導入ステーション（ロールユニット２０ｋ：第０ステーション）から第５ステーション（ロールユニット２０ｆ）までをフランジ１３を形成する前半工程（フランジ部曲げ加工）とし、第６ステーション（ロールユニット２０ｅ）から最終ステーションまたはだい１０ステーション（ロールユニット２０ａ）までをハット型形鋼１の上壁を形成する後半工程（上壁の曲げ加工）としている。
　導入ステーションのロールユニット２０ｋは、上下共にプレーンな円筒形状の金型ロールが配置されている。また、第１ステーションから第５ステーションまでのロールユニット２０ｊ～２０ｆは、上ロールの両端部分は、先端へ向かう方向に直径が次第に小さくなっており、下ロールのロール胴部の両端部分は、先端へ向かう方向に直径が次第に大きくなっている。そして、第１ステーションから第５ステーションの順にロールの両端部分の傾斜角が急になっていき、第５ステーションのロールユニット２０ｆでシート材料または帯板Ｍの両端が約９０°に曲げられ、フランジ部１３を形成するようになっている。各ロールは、形鋼の各部位１０ａ～１２のフランジ部１３が形成されるように、周方向においてロール胴部の中央の幅が狭い部分と広い部分並びに拡幅／減幅するテーパの部分を有している。
　一方、第６ステーションから最終ステーションまでのロールユニット２０ｅ～２０ａは、下ロールのロール胴部の中央が凸状に隆起した環状畝部を有し、上ロールのロール胴部の中央部分が凹状に凹んだ環状溝部を有している。そして、より詳細には、下ロールの環状畝部および上ロールの環状溝部は、ハット型形鋼１の各部位１０ａ～１２の上壁が形成されるように、幅が狭い部分と、幅が広い部分、並びに、拡幅／減幅するテーパ状の部分が周方向に配置されている。
　各ロールの環状畝部および環状溝部の側面の傾斜角は、第６ステーションから最終ステーションの順に急になっていき、最終ステーションのロールユニット２０ａでシート材料または帯板Ｍの側壁が約９０°に曲げられてハットの上壁が形成されるようになっている。但し、図２に示す金型ロールの構成は一例であり、ユニットの配列数は適宜変更することができる。また、仕上ロールよりも上流側に配置される金型ロールの形状もまた適宜変更することができる。
　なお、本実施形態にあっては、断面形状を拡幅するだけに止まらず、幅が最大となる部位１１の後に更に減幅された部位１２ｂ、１０ｂをロールで成形するので、各ロールユニット２０ａ～２０ｋの間隔を、少なくとも製品の長さ以上に設定する。
　次に、ロールユニット２０ａ～２０ｋの構成について説明する。図３は、仕上ロールが組み込まれたロールユニット２０ａの全体構造を示している。ロールユニット２０ａは、シート材料または帯板の送り方向、例えば水平方向に延設された回転軸３１を有する第１金型ロール（以下、「下ロール３」と称する）と、該第１金型ロール３の回転軸３１に平行な回転軸４１を有し、下ロール３と僅かな隙間を介して対向する第２金型ロール（以下、「上ロール４」と称する）を備えている。
　各ロール３、４の回転軸３１、４１は、例えばボール軸受などの軸受機構５によってスタンドなどの支持部材５１に回転自在に支持されている。ロール３、４を昇降自在なように支持して、ロール同士の離間距離を調節できるようにできる。更に油圧シリンダーなどの押圧装置を配置して上下ロール４、３の押圧力を調節できるようにしてもよい。
　上下ロール４、３は、歯車組５２によって同期させて回転駆動される。歯車組５２は、回転軸３１、４１の各々に結合され、互いに係合するギア５２ａ、５２ｂを具備する。図３には、歯車組５２の一例として、平歯車で構成された上下のギア５２ａ、５２ｂが示されている。そして下ロール３の回転軸３１の一端側に、例えば駆動モーターなどの駆動装置５３が連結されており、この駆動装置５３によって下ロール３を回転させると、歯車組５２を通じて上ロール４が従動回転する。このとき、例えば上下のギア比を同じに設定することによって、上下ロール４、３が同じ周速度で同期して回転する。すなわち、歯車組５２は、上下ロール４、３の同期回転装置でもある。
　歯車組５２は、上下ロール４、３が同じ周速度で同期回転できればよく、図３に示すような平歯車でなくとも勿論よい。更に、歯車組５２を通じて上ロール４を従動させる構成でなく、上下ロール４、３のそれぞれに個別の駆動機構を連結してもよい。インバーター制御可能な駆動モーターを用いて回転速度を調節することもできる。
　最終ステーションに配置される上下ロール４、３は、目的とする製品形状に対応した形状となっている。詳しくは図３、４に示すように、下ロール３は、フランジ１３の上面を圧下するフランク部３２と、該フランク部３２の軸方向中央部分で外表面から凸状に隆起し、ハット形状の内面部分を圧下する環状畝部３３とを有している。環状畝部３３の断面形状は、製品のハット形状に対応して周方向に変化する台形を呈している。
　すなわち、環状畝部３３は、外周面の幅が第１のロール幅に設定された領域３３ａと、外周面の幅が第２のロール幅に設定された領域３３ｂと、領域３３ａ、３３ｂの間に配置され外周面の幅が第１のロール幅から第２のロール幅に変化するテーパ状の領域（以下の説明では「遷移部」と称することがある）３３ｃ、３３ｄとを有している。環状畝部３３の左右側面は、回転軸３１側に向かうにつれて外方側に拡がる傾斜面を形成している。そして、環状畝部３３のロール幅および高さ並びに側面の傾斜角は、目的とするハット形状の幅および高さ並びに傾斜角にそれぞれ対応させた寸法としている。更に、環状畝部３３の外側の隅部、および、フランク部４３の内側の隅部にはＲ（アール）が形成され或いは面取りがなされている。なお、図４も、図１と同様に、領域間３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの境界線は、説明の便宜上、図示したものである。
　環状畝部３３の領域３３ｂは、ハット型形鋼１の幅Ｌ２の部位１１を成形し、領域３３ｃ、３３ｄは、ハット型形鋼１のテーパ状の部位１２ａ、１２ｂをそれぞれ成形する。従って、領域３３ｂの円弧長は、部位１１の長さに設定されており、領域３３ｃ、３３ｄの円弧長は、部位１２ａ、１２ｂの長さにそれぞれ設定されている。一方、環状畝部３３の領域３３ａは、ハット型形鋼１の部位１０ａ、１０ｂの双方を成形する。従って、領域３３ａの円弧長は、部位１０ａ、１０ｂの長さを足した寸法に設定されている。この場合、領域３３ａを等分する中間点が、当該ロールの始点となる。但し、連続シート材料または帯板Ｍを用いて連続的に成形し、最終成形されたものを装置の下流で順次切り取っていくような場合には、切り代となる領域を領域３３ａに追加するようにしてもよい。この場合、切断位置を判別するためのマーク（例えば、小径の孔、突起など）をシート材料または帯板Ｍの表面に形成するようにしてもよい。
　一方、上ロール４は、ハット型形鋼１の厚み分の隙間を介して下ロール３のロール胴部と対向するように形成されている。従って、上ロール４は、ハット形状の外側底面を圧下する環状溝部４２と、該環状溝部４２の両側に形成されハット形状の外側面及びフランジ１３の下面を圧下するフランク部４３とを有している。環状溝部４２の内側面も、ハット型形鋼１の厚み分の隙間を介して下ロール３の環状胴部３３の側面と対向するように形成されており、これにより、上ロール４の環状溝部４２は周方向に断面形状が変化する。
　上ロール４の環状溝部４２の側面は、下ロール３の環状畝部３３と同様に、ハット型形鋼１の部位１１を成形する領域４３ｂと、テーパ形状の部位１２ａ、１２ｂをそれぞれ成形する領域４３ｃ、４３ｄと、部位１０ａ、１０ｂを形成する領域４３ａとが周方向に形成されている。更に、環状畝部３３と同様に、領域４３ａを等分する中間点が当該ロールの始点となるので、上下ロール４、３を装置に組み込む際には、上下ロール４、３の始点同士が対向する位置（同位相）で周回するように回転方向に位置決めされる。
　回転軸方向に見ると、下ロール３の環状畝部３３および上ロール４のフランク部４３は、各々の外周面が同じ直径の円筒面となっている。これにより、上下ロール４、３を同じ周速度で回転させると、上下ロール４、３の相対的な位相は変化しない。上下一対のロールの場合、いわゆる「滑り」によって周回する上下ロール４、３の相対的な位相が変わることが懸念される。ロールの断面形状が周方向で一定であれば「滑り」はそれほど問題とならないが、本実施形態の上下ロール４、３は周方向に断面形状が変化する領域を有するので、「滑り」によって上下ロール４、３の位相がズレると製品の厚みが設計値から外れたり、上下ロールが衝突したりすることが懸念される。従って、本実施形態では上下ロール４、３の相対的な位相を変えずに周回させることが重要である。前述した同期回転機構であるギア５２には、周回する上下ロール４、３同士の相対的な位相が変化することを防止する役割もある。
　なお、上下ロール４、３は、シート材料または帯板Ｍよりも剛性の高い材質でロール胴部が製作されていればよく、その材質が制限されることはない。また、環状畝部を有する金型ロールを上側に配置し、環状溝部を有する金型ロールを下側に配置してもよい。
　図３は、仕上ロールを組み込んだロールユニット２０ａを図示しているが、仕上げロールの上流に配置される他のロールユニット２０ｂ～２０ｋについても、ロールの形状が異なることを除けば、ロールユニット２０ａと同様の構成とすることができる。そのため、他のロールユニット２０ｂ～２０ｋについては詳しい説明を省略する。
　本発明は以下の寸法に限定されることはないが、より理解を深めるために下ロール３の各領域の寸法の一例を示しておく。先ず、下ロール３の外周面までの半径は、環状畝部３３が５００ｍｍ、フランク部３２が４５０ｍｍである。両者の差がハット形状の高さに相当する。領域３３ａの外周面の幅は５０ｍｍであり、円弧長は４００ｍｍである。また、領域３３ｂの外周面の幅は８０ｍｍであり、円弧長は４００ｍｍである。また、部位３３ｃおよび３３ｄは、円弧長が３００ｍｍであり、１５°の傾斜角で拡幅または減幅している。上ロール４は、下ロール３と隙間２ｍｍを介して対向している。
　続いて、多段式ロール成形装置２でハット型形鋼１を製造する方法について説明する。まず、各ロールユニット２０ａ～２０ｋの上下ロール４、３を所定の速度で回転させた状態とし、シート材料または帯板Ｍが導入ステーションのロールユニット２０ｋに供給される。シート材料または帯板Ｍは、例えば上流の圧延工程から送られてくる鋼板を用いたり、コイル状に巻かれた帯板を用いることができる。このとき、シート材料または帯板Ｍは、その長さ方向が上下ロール４、３の回転軸方向と直交するように供給され、シート材料または帯板Ｍの長さ方向にロール成形していく。ロールユニット２０ｋから送り出されたシート材料または帯板Ｍ（中間体）は、上下ロール４、３の回転動作によって次のステーションのロールユニット２０ｊへと搬送される。そして、この２段目のロールユニット２０ｊで長さ方向に沿ってロール成形がなされ、更に次のステーションのロールユニット２０ｉへと搬送される。
　なお、シート材料または帯板Ｍを連続的にロール成形する場合、各ステーションのロールユニット２０ａ～２０ｋでバック・テンションおよび／またはフォワード・テンションを印加して成形するようにしてもよい。また、冷間、温間または熱間でロール成形するようにしてもよい。
　図５は、シート材料または帯板Ｍが１０段のロールユニット２０ａ～２０ｋで段階的にハット曲げされていく様子を示している。図５Ａは、第０～第５ステーションにいてロールユニット２０ｋ～２０ｆによってフランジ部１３が形成される様子を示している。図５Ｂは、第６～最終ステーションにおいてロールユニット２０ｅ～２０ａによってハット型形鋼１の上壁を形成する様子を示している。なお、図５Ａ、５Ｂは、ハット型形鋼１の部位１０ａの断面図であるが、他の部位１０ｂ、１１、１２ａ、１２ｂについても１０段のロールユニット２０ａ～２０ｋで段階的にハット曲げされていく。従って、第９ステーションにおいてロール成形がなされた材料（中間体）は、最終製品に近い形状となっており、１０段目の仕上ロールによって最終成形がなされる。
　仕上げロールが最終成形する様子を図６に示す。上流から搬送されてくるシート材料または帯板Ｍ（中間体）は、まず上下ロールの領域３３ａ、４３ａの始点から後半部分によって幅Ｌ１の部位１０ａが成形され、次に領域３３ｃ、４３ｃによって幅が漸増する部位１２ａが形成され、更に領域３３ｂ、４３ｂによって幅Ｌ２の部位１１が成形される。次に領域３３ｄ、４３ｄによって幅が漸減する部位１２ｂが形成され、最後に領域３３ａ、４３ａの始点から前半部分によって幅Ｌ１の部位１０ｂが成形される。このときの領域３３ａ、４３ａの後半部分は、次の製品の幅Ｌ１の部位１０ａを成形することとなる。
　最終成形が完了して仕上ロールから送り出された製品は、終端となる位置（すなわち、部位１０ｂの端部）で切断され、例えば製品検査などの次工程に搬送される。切断する位置は、例えばシート材料または帯板Ｍの長さ方向に間隔をあけて形成したマーク（例えば、小径の孔、突起など）をセンサーで検出することによって自動判別することができる。マークは、製品の長さに対応する間隔でシート材料または帯板Ｍに予め付しておいてもよく、或いは、ロール成形中に付すようにしてもよい。ロール成形中にマークを付する方法としては、前述したロールの始点となる位置にマークとなる突起を形成した上下ロール４、３を用い、ハット曲げ加工と共にマークを転写することが一例として挙げられる。マーク以外にも、ロール胴部の表面に所定の凹凸形状を形成することによって、ビードやエンボスなどの形状を成形することもできる。図７にビード１４と、ビード１４を形成するためにロール胴部に形成される突起部３５の一例を示す。図示は省略するが、上ロール４には材料の厚み分の隙間を介して突起部３５に対応する凹部が形成されている。ビードおよびエンボスの形状、位置および個数は適宜変更可能である。
　本実施形態によれば、環状畝部３３を有する下ロール３と、前記環状畝部３３と対向する環状溝部を有する上ロール４を用いてハット型形鋼１を製造するにおいて、環状畝部３３と環状溝部４２の形状を、周方向に断面形状が変化する形状としたことにより、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向に断面形状（すなわち、ハット形状）が変化するハット型形鋼１を製造することが可能となる。
　このように、本実施形態に従うロール成形は、従来のような分割ロールのロール幅を変化させる複雑な制御方法は必要でなく、そのための新規な制御装置も導入する必要がない。よって、例えば既存のロール成形装置のロールを本実施形態の上下ロール４、３に交換することによって、本実施形態のロール成形装置を具現化することも可能である。
　なお、図２の多段式ロール成形装置２は、ロールユニット２０ａ～２０ｋを一直線上に配列しているが、ロールユニット２０ａ～２０ｋを上下方向に湾曲したタンデム配列とすれば、長手方向に湾曲するハット型形鋼をも製造可能となる。
　更に本実施形態によれば、周方向に断面形状が変化するロール胴部としたことにより、ロール胴部と材料とが十分に面接触した状態で成形できるので、例えば材料が高張力鋼材であっても、ミル剛性が不足することを抑制可能である。従って、本実施形態のロール成形方法および装置は、引張強度の９８０ＭＰａ以上の超高張力鋼材をも適用可能となる。
（第２実施形態）
　続いて、上述の第１実施形態で示した金型ロールの変形例について説明する。
　本実施形態の金型ロールでは、図８に示すように、下ロール３の環状畝部３３（斜線の部分）の外径と、上ロール４のフランク部４３（斜線の部分）の外径とは同一であり、かつ、下ロール３の環状畝部３３の側壁に後述する逃げが設けられていることを特徴とする。この特徴的を除けば、本実施形態の上下ロール４、３は、第１実施形態の上下ロール４、３と概ね同一であり、同様の構成要素は同じ参照符号を付し、詳しい説明は省略する。
　下ロール３の畝部３３の側面に設けた逃げについて、図９を参照しながら詳しく説明する。図９は、上下ロール４、３の中心軸線を含む平面で切断した部分縦断図である。第１実施形態では、周方向の全周において、上下ロール４、３の対向する底面および側面の隙間は一定であるが、本実施形態では、下ロール３の環状畝部３３の側面は、逃げ量ｘを以ってロールの軸方向内側に設計上のハット型形鋼１の内面からオフセットされている。このように、環状畝部３３の側面に逃げを設けることによって、環状畝部３３の側面と環状溝部４２の側面との間の間隙は、環状畝部３３根本、つまり、半径方向内側に向かうほど広くなる。図中の破線は、逃げを設けなかったときの側面を示している。最終ステーションの下ロール３の場合には、一例として、板材の板厚１．０ｍｍの材料を加工する場合、逃げ量ｘは１．４ｍｍ以上とすることが好ましい。当該逃げ量の決定方法は、後に記述する。
　図１０は、逃げの有無における上下ロール４、３間の間隙の比較結果を示している。より詳細には、図１０は、上下ロール４、３の始点（図４参照）を０°とし、上下ロール４、３を５°毎に回転させたときの、各位相における側面間の最小距離（最小間隙）を示している。図１０から明らかなように、逃げを設けない場合には、約４５°～６５°の領域と１００°～１２０°のあたりで間隙が大きく変化（減少および増加）していることが分かる。図１１Ａ、１１Ｂは、逃げを設けない場合のロールの干渉を示す数値解析結果であり、ハッチングで示す部分が干渉する領域を示している。この間隙が変化する領域は、上下ロール４、３の遷移部３３ｃ、３３ｄ、４３ｃ、４３ｄのところにあたる。
　一方、逃げを設けた場合には、遷移部３３ｃ、３３ｄ、４３ｃ、４３ｄで間隙が変化してはいるが、その変化量は極めて小さく、０°～１８０°の全体を通して間隙が略一定に保たれていることが分かる。形鋼の板厚や形状にもよるが、製品規格等を考慮した場合の好ましい最小間隙は板材の厚さ以上である。本実施形態によれば、下ロール３の環状畝部３３の側面に逃げを設けることによって、最小間隙を板厚以上を確保することが可能となる。更に比較として、図１０には、遷移部３３ｃ、３３ｄのみに逃げを設け、他の領域には逃げを設けなかった場合の間隙を示している。図１０のから分かるように、遷移部３３ｃ、３３ｄのみに逃げを設けただけでは間隙を一定に保つことができない。更に、遷移部３３ｃ、３３ｄのみに逃げを設ける加工は、全体に逃げを設ける加工よりも作業が難しいという短所がある。
　周方向における上下ロール４、３間の間隙のバラツキは、結果として製品の板厚のバラツキになる場合がある。従って、下ロール３の環状畝部３３の側面にロールの軸方向内側にオフセットした逃げを設けることによって、周方向における上下ロール４、３間の間隙を略一定にできたことは、極めて有効な効果である。更に、環状畝部３３に逃げを設けた場合、間隙を略一定に保つことができる以外にも、下ロール３の側面で材料の滑りが発生するのを抑制してシワ発生を防止できるとの効果を奏し、また、環状畝部３３の根本領域で板厚が減少（板減）すること防止して、板厚が破断基準を下回ることを防止可能となる。以上のことから、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果を得ることができ、更に板厚のバラツキが抑えられた形鋼を形成することが可能である。
　なお、最終ステーションのロールユニット２０ａのみならず、上流に配置される他のロールユニット２０ｂ～２０ｋの一部または全部に対しても、下ロール３の環状畝部３３の側面に逃げを設けることが好ましい。図２に示した多段式ロール成形装置２は、第６ステーションから最終ステーション（第１０ステーション）まで５つの工程でハット型形鋼１の上壁の曲げ加工を行うので、これらの各ステーションの下ロール３に逃げを設けることが好ましい。
　但し、各ステーションの上下ロール４、３は、それぞれロール形状（特に、環状畝部３３の勾配）が異なっており、従って各々に好ましい逃げ量がある。本発明者らは、実際に設計を行って鋭意検討した結果、好ましい逃げ量ｘは、形鋼の側壁の角度θおよび下ロール３の環状畝部３３の高さＨに対してｘ＝α×Ｈ×ｔａｎθなる相関関係があることを見出した。ここで、逃げ量ｘ、形鋼の側壁角度θ、環状畝部３３の高さＨは、それぞれ図１３Ｂに示す通りである。図１１を参照すると、実際の逃げ量ｘは、Ｈ×ｔａｎθに定数α（α＜１）を乗じた値であることが理解されよう。
　図１３Ｃは、各ステーションにいて曲げ加工された形鋼の側壁角度θに対して、種々の逃げ量（０．１ｍｍ間隔）を設定した場合の上下ロール４、３の間の最小間隙を示している。そして、図１３Ｃの結果に基づき、最小間隙が板材の厚さ未満となる逃げ量の場合は成形不能と判定し、最小間隙が板材の厚さ以上となる逃げ量ｘの最小値を確認した。
　そして、逃げ量ｘ、側壁角度θ、環状畝部３３の高さＨの相関関係を検討した結果、図１３Ａに示す相関式：ｘ＝０．００４６×Ｈ×ｔａｎθ（但し、θ＜８５°）で算出される値以上に逃げを設けることによって、最小間隙１ｍｍ以上を確保できることを確認した。なお、式中の０．００４６は、ロール形状により定まる定数αである。すなわち、上壁の曲げ加工を行う各ステーションの下ロール３に対してｘ＝０．００４６×Ｈ×ｔａｎθ（但し、θ＜８５°）に従う逃げ量ｘを設けることによって、各ステーションにおいて曲げ加工された形鋼の板厚のバラツキが抑えることが可能となる。更に、好ましい逃げ量ｘを上記の数式から算出できるので、例えばロールの形状を変更したいときにも、好ましい逃げ量ｘを容易に導き出すことができる。以下、その一例について説明する。
　図２の多段式ロール成形装置２は、前半の工程でフランジを加工し、後半の工程で上壁の曲げ加工する（図５参照）。この場合、例えば目的とする形鋼の形状を変える際に、一部のロールだけを交換するだけで済むという利点がある反面、後段の５つの工程で上壁の曲げ加工を行うので、一工程あたりの曲げ量が大きく、場合によっては材料に割れなどが発生する懸念がある。
　そこで、他の例として、図１４、１５に示す多段式ロール成形装置２は、第１ステーションから第１０ステーション（最終ステーション）の全てのステーションにおいて、上壁を段階的に曲げ加工する構成となっている。この場合、例えば目的とする形鋼の形状を変えるときに全部のロールを交換しなければならないという短所がある反面、一工程あたりの曲げ量を小さくできるので、材料の割れを防止できる利点がある。
　このように、各ステーションにおけるロール形状が変わった場合にも、図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、数式：ｘ＝０．００４６×Ｈ×ｔａｎθ（但し、θ＜８５°）に従う逃げ量ｘを設けることによって、１ｍｍ以上の最小間隙を確保できることを確認している。
　なお、上記数式における定数αは、図１３Ａ～図１３Ｃおよび図１６Ａ～図１６Ｃに示す種々のデータを取得し、相関式を求めることによって定めることができる。更に、例えば最終ステーションの上下ロール４、３を同時に回転させて、当該上下ロール４、３間の最小間隙を検証し、当該最小間隙が、通板する板材の厚さ（例えば、１．０ｍｍ）になるように最終ステーションの上下ロール４、３の最適逃げ量ｘを決定し、α（定数）＝ｘ／（Ｈ×ｔａｎθ）から算出することもできる。これら一連の作業は、例えば設計ＣＡＤを用いて行うことができる。
　そして最終ステーションのロール形状に従う定数αが定まると、数式：ｘ＝α×Ｈ×ｔａｎθを用いて、最終ステーションよりも前工程のロールの最適逃げ量が算出される。図２の例では、第６ステーション～第９ステーションまでのロールを対象とし、図１７Ｃでは第１ステーション～第９ステーションのロールを対象とする。すなわち、最終ステーションの上下ロール４、３を用いて決定した定数αを、他のステーションの上下ロールの最適逃げ量ｘを求めるのに活用する。これにより、他のステーションにおいても最小間隙を確保することが可能であり、また複数ある多段ロールの一連の設計を効率適に行うことが可能となる。このロールの設計方法は、種々の形状のロールに対しても適用することが可能であり、勿論、後述する第３～第９実施形態に示されるロールの形状にも適用することができる。
　更に、好ましくは、図１７に示すように、下ロール３の環状畝部３３の外周面３７と側面３９の間の隅部にはＲ（アール）が設けて円弧状に湾曲させ、該隅部から側面３９に沿って長さＬの直線部分を設けた位置に逃げの開始点を配置する。なお、図１７において直線１００は設計上のハット型形鋼１の内面を表している。このように、設計上のハット型形鋼１の内面沿って逃げを設けていない直線部分を環状畝部３３の側面３９に設けることによって、ワークは、下ロール３の環状畝部３３の外周面３７と上ロール４の環状溝部４２の底面との間、下ロール３の環状畝部３３のＲ（アール）を設けた隅部と、該環状畝部３３の隅部に対応した上ロール４の環状溝部４２の内面のＲ（アール）形の隅部との間、および、環状畝部３３の側面においてＲ（アール）を設けた隅部に隣接した上記直線部分と、上ロール４の環状溝部４２の内面において該直線部分に対応した直線部分との間でしっかりと挟持された状態で曲げ加工される。これによって、ハット型形鋼１の上壁に生じうる皺の発生が防止される。
　なお、上述の実施形態に従う上下ロール４、３の形状は、図１に示したハット型形鋼１を製造するための一例である。目的とする製品の形状は、図１に示したハット型形鋼１に限定されることは言うまでもない。例えば、各部位１０ａ～１２ｂで側壁の傾斜角が異なるようにしてもよく、Ｌ１、Ｌ２とは異なる幅の部位を更に備えるようにしてもよい。また、図１のハット型形鋼１は、左右方向および前後方向で対称形状を呈しているが、左右方向および前後方向で非対称の形状とすることもできる。
　更に、製造する形鋼についても、ハット型形鋼に限定されることはない。例えば、環状畝部３３の断面形状を四角形にして、断面形状がコの字型の形鋼を製造することもでき、環状畝部３３の頂部を湾曲させて断面形状をＵの字としてもよい。また、環状畝部３３の断面形状を三角形にして、断面形状がＶ字型の形鋼を製造することもできる。いずれの場合も、環状畝部３３の断面形状を周方向で変化させたロールを用いることによって、長手方向に断面形状が変化するコの字型形鋼、Ｕの字型形鋼、またはＶ字型形鋼を成形する。更に、例えばハット型からＵの字型に変化するといったように、長手方向で異なる型に変化させるようにしてもよい。限定されることはないが、製造する形鋼の変形例と、その形鋼を成形する仕上げロールの一例について、図１８Ａ～図２６Ｂを参照しながら説明する。
（第３実施形態）
　図１８Ａは、幅および高さが一定で断面が横方向に移動するハット型形鋼１を示し、図１８Ｂは、図１８Ａのハット型形鋼１を最終成形する上下ロール４、３を示す。すなわち、上述の第１実施形態では、材軸が直線状となっているハット型形鋼を製造しているが、本実施形態では材軸が幅方向に湾曲したハット型形鋼１を製造する。このハット型形鋼１は、材軸が直線状の部位１５ａと、材軸が湾曲している部位１５ｂとを有している。そのための金型ロールとして、図１８Ｂに一例を示すように、環状畝部と環状溝部を回転軸方向に偏倚させた上下ロール４、３を用いる。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構成は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。
　本実施形態によれば、上下ロールを同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状が幅方向に湾曲するハット型形鋼を製造することができる。更に、ロールユニット２０ａ～２０ｋを上下方向に湾曲したタンデム配列とすれば、長手方向に湾曲するハット型形鋼をも製造可能となる。
（第４実施形態）
　図１９Ａは、高さが一定で断面形状の幅が左右非対象に変化するハット型形鋼１を示し、図１９Ｂは、図１９Ａに示す左右非対象のハット型形鋼１を最終成形する上下ロール４、３を示す。すなわち、本実施形態では、図１８Ｂに示す上下ロール４、３を用いて、ハット形状の一方の側壁１０ｃは一定であるが、他方の側壁１０ｄのみが幅方向に変形するハット型形鋼１が製造される。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構造は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の幅が左右非対称に変化するハット型形鋼を製造可能となる。
（第５実施形態）
　図２０Ａは、高さが一定で断面形状の幅が複雑に変化するハット型形鋼１を示し、図２０Ｂは、図２０Ａに示すハット型形鋼１のための最終ステーションの上下ロールを示している。すなわち、本実施形態では、図２０Ｂに示す上下ロール４、３を用いて、Ｌ１、Ｌ２とは異なる幅の部位を更に備えるハット型形鋼１が製造される。より詳細には、本実施形態のハット型形鋼１は、直線状の部位１６ａ、１６ｂと、幅がそれぞれ異なる部位１６ｃ～１６ｆとを有する。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構造は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の幅が複雑に変化するハット型形鋼を製造することができる。
（第６実施形態）
　本実施形態では、断面がＵ字形状をなす形鋼が製造される。図２１Ａは、高さが一定で断面形状の幅が変化するＵ字型形鋼６を示しており、図２１Ｂは、図２１Ａに示すＵ字型形鋼１のための最終ステーションの上下ロール４、３を示している。本実施形態のＵ字型形鋼６は、高さが一定で拡幅する部位６１ａと、高さが一定で減幅する部位６１ｂとを有する。そのための金型ロールとして、下ロール３の環状畝部は、断面が逆Ｕ字形状となっており、周方向において０°～１８０°の範囲まで幅が拡大していき、１８０°～３６０°の範囲で幅が縮小していく形状となっている。下ロール３と対向する上ロール４の環状溝部も、周方向において幅が拡大および縮小していくＵ字形状となっている。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構造は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の幅が変化するＵ字型形鋼６を製造することができる。
（第７実施形態）
　図２２Ａ、２２ＢのＵ字型形鋼６はフランジ部６３を備えている点を除いて、図２１Ａ、２１ＢのＵ字型形鋼６と略同一である。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の幅が変化するＵ字型形鋼６を製造することができる。
（第８実施形態）
　本実施形態も、断面がＵ字形状をなす形鋼を製造する。但し、上述の第５実施形態が高さ一定であるのに対し、本実施形態では、図２３Ａに示すように、幅が一定で高さが変化するＵ字型形鋼６が製造される。より詳細には、本実施形態のＵ字型形鋼６は、幅が一定で高くなっていく部位６１ｃと、幅が一定で低くなっていく部位６１ｄを有する。図２３Ｂは、図２３Ａに示すＵ字型形鋼６のための最終ステーションの上下ロール４、３を示す。下ロール３の環状畝部は、断面の外形が逆Ｕ字形状となっており、周方向において０°～１８０°の範囲まで外径が拡大していき、１８０°～３６０°の範囲で外径が縮小していく形状となっている。下ロール３と対向する上ロール４の凹状の部分も、周方向において高さが変化するＵ字形状となっている。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構造は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の高さが変化するＵ字型形鋼６を製造することができる。
（第９実施形態）
　図２４Ａ、２４ＢのＵ字型形鋼６はフランジ部６３を備えている点を除いて、図２２Ａ、２２ＢのＵ字型形鋼６と略同一である。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の幅が変化するＵ字型形鋼６を製造することができる。
（第１０実施形態）
　本実施形態は、断面がＶ字形状をなす形鋼を製造する。図２５Ａは、断面形状の幅が一定で高さが変化するＶ字型形鋼７を示し、図２５Ｂは、図２５Ａに示すＶ字型形鋼７のための最終ステーションの上下ロール４、３を示す。より詳細には、本実施形態のＶ字型形鋼７は、幅が一定で高くなっていく部位７１ａと、幅が一定で低くなっていく部位７１ｂとを有する。下ロール３の環状畝部は、断面の外形が三角形状（Ｖ字形状）となっており、周方向において０°～１８０°の範囲まで外径が拡大していき、１８０°～３６０°の範囲で外径が縮小していく形状となっている。下ロール３と対向する上ロール４の凹状の部分も、周方向において高さが変化する三角形状（Ｖ字形状）となっている。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構造は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、長手方向の断面形状の高さが変化するＶ字型形鋼７を製造することができる。
（第１１実施形態）
　図２６Ａは、断面形状の幅と高さの両方が変化するハット型形鋼１を示し、図２６Ｂは、図２６Ａに示す形状のハット型形鋼１のための最終ステーションの上下ロール４、３を示す。より詳細には、本実施形態のハット型形鋼１は、断面形状の幅がＬ１であって高さがｈ１の部位１７ａと、断面形状の幅がＬ２であって高さがｈ２の部位１７ｂと、幅がＬ１からＬ２および高さがｈ１からｈ２にそれぞれ変化する部位１７ｃを有する。そのため、上下ロール４、３の環状畝部および環状溝部を、周方向に断面形状の高さと幅の両方が変化する形状（Ｌ１→Ｌ２→Ｌ１、ｈ１→ｈ２→ｈ１）としている。上下ロール４、３を回転駆動するロールユニットの全体構造は、第１実施形態と同様の構成とすることができる。この場合も、上下ロール４、３を同期回転させる簡単な制御によって、断面形状の幅と高さの両方が変化するハット型形鋼１を製造することができる。
　以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態および添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載およびこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
　１　　ハット型形鋼
　２　　多段式ロール成形装置
　３　　下ロール
　３２　　フランク部
　３３　　環状畝部
　４　　上ロール
　４２　　環状溝部
　４３　　フランク部

Claims (11)

  1. 　長手方向に断面形状が変化する形鋼をシート材料からロール成形によって製造する方法であって、
    　回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状畝部とを有する第１金型ロール準備する段階と、
    　前記第１金型ロールの回転軸がシート材料の送り方向に対して垂直となるように該第１金型ロールを配置する段階と、
    　回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状溝部とを有する第２金型ロールを準備する段階と、
    　前記第１金型ロールと第２金型ロールとの間に前記シート材料の板厚に等しい間隙ができ、かつ、前記第１金型ロールの環状畝部と前記第２金型ロールの環状溝部とが嵌合するように、前記第２金型ロールを配置する段階と、
    　前記第１金型ロールと前記第２金型ロールとを同期回転させる段階と、
    　前記第１金型ロールと第２金型ロールとの間にシート材料を給送する段階とを含み、
    　前記第１金型ロールの環状畝部の側面に、周方向の全周に亘って、第２金型ロールの環状溝部の側面に対する隙間が半径方向内方に広くなるように逃げが設けられていることを特徴とする形鋼の製造方法。
  2. 　前記第１金型ロールの前記環状畝部および前記第２金型ロールの環状溝部の各々の前記回転軸方向に測定した幅寸法が周方向に変化する請求項１に記載の形鋼の製造方法。
  3. 　前記第１金型ロールの前記環状畝部および前記第２金型ロールの環状溝部の各々の前記回転軸に対して垂直方向に測定した高さ寸法が周方向に変化する請求項１または２に記載の形鋼の製造方法。
  4. 　前記形鋼は、第１金型ロールの環状畝部によって内周面が圧下され、第２金型ロールの環状溝部によって外周面が圧下されるハット型形鋼である請求項１～３の何れか１項に記載の形鋼の製造方法。
  5. 　前記第１金型ロールの凸状の部分は、その周方向において、第１のロール幅の領域、第２のロール幅の領域、前記第１のロール幅から第２のロール幅に拡幅または減幅するテーパ状の領域を含んでいる請求項１～４の何れか１項に記載の形鋼の製造方法。
  6. 　前記第１金型ロールは、その周方向において、環状畝部が回転軸方向に偏倚しており、材軸が幅方向に湾曲する形鋼を製造するようにした請求項１～４の何れか１項に記載の形鋼の製造方法。
  7. 　前記第１金型ロールの側面の逃げ量ｘは、環状畝部の高さをＨ、形鋼の側壁角度をθ（θ＜８５°）としたときに、数式：ｘ＝α×Ｈ×ｔａｎθ（α：ロール形状によって定まる定数）で算出される値以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載の形鋼の製造方法。
  8. 　各々が第１金型ロールと第２金型ロールとを具備した複数のロールユニットをシート材料の送り方向に直列に配列し、これら複数のロールユニットによって側壁角度θ（但し、θ＜８５°）が段階的に大きくなるように材料を曲げ加工するにおいて、
    　一部または全部のロールユニットの第１金型ロールの側面の逃げ量ｘが、前記数式：ｘ＝α×Ｈ×ｔａｎθで算出される値以上となっている請求項７に記載の形鋼の製造方法。
  9. 　前記第１金型ロールの環状畝部の外径と、前記第２金型ロールの凹状の底面の部分の外径が同一である請求項６～８の何れか１項に記載の形鋼の製造方法。
  10. 　前記材料は、超高張力鋼材であることを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の形鋼の製造方法。
  11. 　シート材料から長手方向に断面形状が変化する形鋼を製造するためのロール成形用のロール成形装置において、
    　回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状畝部とを有する第１金型ロールであって、該第１金型ロールの前記回転軸がシート材料の送り方向に対して垂直となるように配置された第１金型ロールと、
    　回転軸と、該回転軸を中心とする周方向に断面形状が変化する環状溝部とを有する第２金型ロールであって、該第２金型ロールの前記回転軸が前記第１金型ロールの前記回転軸と平行になるなるように配置された第２金型ロールと、
    　前記第１金型ロールと前記第２金型ロールとを同期させて回転駆動する駆動装置とを具備し、
    　前記第１金型ロールと第２金型ロールは、両者間に前記シート材料の板厚に等しい間隙ができ、かつ、前記第１金型ロールの環状畝部と前記第２金型ロールの環状溝部とが嵌合するように相対的に配置されており、
    　前記第１金型ロールの環状畝部の側面に、周方向の全周に亘って、第２金型ロールの環状溝部の側面に対する隙間が半径方向内方に広くなるように逃げが設けられていることを特徴とするロール成形装置。
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