WO2010134495A1 - 曲げ加工装置 - Google Patents

Abstract

　高い生産性および優れた寸法精度で、鋼製の曲げ部材を製造する曲げ加工装置を提供する。 鋼管（１７）を送りながら支持する第1 の支持機構（１１）、鋼管（１７）の一部または全部を加熱する加熱機構（１３）、鋼管（１７）における加熱機構（１３）により加熱された部分を冷却することによって鋼管（１７）の一部に高温部分を形成する冷却機構（１４）、鋼管（１７）の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって高温部分に曲げモーメントを与え、鋼管（１７）を所望の形状に曲げ加工する第２の支持機構（１５）、および、鋼管（１７）の変形を防止する変形防止機構（１６）を備える曲げ加工装置（１０）であって、第２の支持機構（１５）および変形防止機構（１６）のうちの少なくとも一つが、円形、多角形または異形形状の横断面を有する筒状体を有し、鋼管（１７）を把持するチャックを有する。

Description

曲げ加工装置

　本発明は、曲げ加工装置に関する。具体的には、本発明は、閉断面を有する長尺の金属製の素材に二次元または三次元の曲げ加工を行って曲げ部材を製造するための曲げ加工装置に関する。

　屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材または構造部材が、自動車や各種機械等に用いられる。高強度、軽量かつ小型であること等がこれらの曲げ部材に要求される。従来より、この種の曲げ部材は、例えば、プレス加工品の溶接、厚板の打ち抜き、さらには鍛造により製造される。しかし、これらの製造方法により製造される曲げ部材をさらに軽量および小型化することは、難しい。

　例えば非特許文献１には、いわゆるチューブハイドロフォーミングによりこの種の曲げ部材を製造することが開示される。非特許文献１の２８頁には、素材となる材料の開発や成形可能な形状の自由度の拡大等といった様々な課題がチューブハイドロフォーミング工法に存在するために、今後よりいっそうの開発が必要であることが開示される。

　本出願人は、先に特許文献１により曲げ加工装置を開示した。図１３は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
　図１３に示すように、曲げ加工装置０は、支持手段２によりその軸方向へ移動自在に支持された素材である鋼管１を上流側から下流側へ向けて、例えばボールネジを用いた送り装置３により送りながら、（ａ）支持手段２の下流で高周波加熱コイル５により鋼管１を部分的に焼入れが可能な温度域に急速に加熱し、（ｂ）高周波加熱コイル５の下流に配置される水冷装置６により鋼管１を急冷し、かつ（ｃ）鋼管１を送りながら支持可能であるロール対４ａを少なくとも一組有する可動ローラーダイス４の位置を二次元又は三次元で変更して鋼管１の加熱された部分に曲げモーメントを付与して曲げ加工を行うことによって、曲げ部材８を、十分な曲げ加工精度を確保しながら高い作業能率で、製造する。

国際公開ＷＯ２００６／０９３００６号

自動車技術　Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６，２００３　２３～２８頁

　曲げ加工装置０は、送り装置３が鋼管１の先端や後端を適切に保持しないと、以下に列記する課題（ａ）～（ｅ）を有する。
　（ａ）曲げ部材８が充分な寸法精度を有さないこと。

　（ｂ）曲げ加工時に多大な加工力が必要になること。曲げ部材８の歩留りが低下すること。さらに、高温状態で大気に曝された鋼管１の内部が酸化して曲げ部材８の品質が低下すること。

　（ｃ）水冷装置６から鋼管１に噴射された冷却水が鋼管１の内部に侵入し、これにより、高周波加熱コイル５による鋼管１の昇温が阻害されるため、曲げ部材８の寸法精度が低下すること。

　（ｄ）鋼管１が支持手段２、高周波加熱コイル５および水冷装置６を順次通過することが阻害され、鋼管１の曲げ加工ができなくなること。
　（ｅ）鋼管１の保持部が高周波加熱コイル５により変形可能な温度に加熱され、これにより、曲げ部材８の寸法精度が低下すること。

　本発明の目的は、曲げ加工装置０が有するこれらの課題（ａ）～（ｅ）を解決し、曲げ加工装置０よりもいっそう高い生産性および優れた寸法精度で、閉断面を有する長尺の金属製の曲げ部材を製造するための曲げ加工装置を提供することである。

　本発明者は、
（ｉ）曲げ加工装置０の送り装置３や、鋼管１の送り方向に関して可動ローラーダイス４の下流に配置される変形防止装置等が、鋼管１の内部または外部に配置されて鋼管１を把持する筒状のチャックを有すること、および
（ｉｉ）このチャックの形状や構造、さらには機能を最適化すること
によって上記課題（ａ）～（ｅ）を解決できるという知見に基づく。

　本発明は、下記第１の支持機構、加熱機構、冷却機構、第２の支持機構および変形防止機構を備えるとともに、第２の支持機構および／または変形防止機構のうちの少なくとも一つが、下記チャックを有することを特徴とする曲げ加工装置である。

　第１の支持機構：第１の位置に配置されるとともに、中空の金属材を送りながら支持すること。
　加熱機構；金属材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置に配置されるとともに、送られる金属材の一部または全部を加熱すること。

　冷却機構；金属材の送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置に配置されるとともに、送られる金属材における加熱機構により加熱された部分を冷却することによって金属材の一部に高温部分を形成すること。

　第２の支持機構；金属材の送り方向について第３の位置よりも下流の第４の位置に配置されるとともに、送られる金属材の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって金属材の高温部分に曲げモーメントを与え、金属材を所望の形状に曲げ加工すること。

　変形防止機構；金属材の送り方向について第４の位置よりも下流の第５の位置に配置されるとともに、送られる金属材の変形を防止すること。
　チャック；円形、多角形または異形形状の横断面を有する筒状体を有し、金属材を把持すること。

　本発明では、（Ｉ）さらに、金属材をその長手方向へ送る送り機構、望ましくは前記チャックを有する送り機構を備えること、または（ＩＩ）第１の支持機構が金属材をその長手方向へ送ることが望ましい。

　本発明では、チャックが、金属材の内部に挿設されて金属材の内面に当接することが望ましく、筒状体の外法が拡大自在であることがさらに望ましい。
　本発明では、チャックが、金属材の外部に設置されて金属材の外面に当接することが望ましく、筒状体の内法が縮小自在であることが望ましい。

　本発明では、チャックが、金属材の内部を封止すること、または、金属材の内部を正圧にすることにより、金属材の内部への冷却水の侵入を防止することができるため、望ましい。本発明では、金属材の内部に不活性ガスなどを封入することによって金属材の内部の酸化を防止することができるので、さらに望ましい。

　本発明では、筒状体が、その中心軸が金属材の中心軸と略一致するように、設置されること、または、金属材の外法と略一致する外法を有することが望ましい。
　本発明では、筒状体が、高硬度材料からなるチャック爪および開閉バーを有することが望ましい。

　本発明では、筒状体が、周方向に分割された複数の構成部材と、隣り合って配置される二つの構成部材の間に配置される絶縁部材とを有することが望ましい。
　本発明では、筒状体が非磁性を有することが望ましい。具体的には、筒状体が例えばセラミックス、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、さらにはニッケル合金からなることが、望ましい。

　さらに、本発明では、筒状体が積層構造を有することが望ましい。「積層構造」とは、薄い金属板を積み重ねて形成させた構造を意味する。高周波による誘導電流が、積層構造を有する筒状体に流れ難くなり、これにより、チャックが誘導加熱され難くなる。

　本発明により、上述した課題（ａ）～（ｅ）が解消される。このため、本発明によれば、二次元または三次元に屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材または構造部材を、十分な寸法精度を確保しながら高い作業能率で確実に製造することができるようになる。

図１は、本発明に係る曲げ加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、第１の産業用ロボット、第２の産業用ロボット、加熱コイル支持ロボットまたは第３の産業用ロボットの構成例を示す説明図である。 図３（ａ）は、第２の支持手段として第２の産業用ロボットによって鋼管を直接掴持する場合における効果器としての長尺のチャックを模式的に示す説明図であり、図３（ｂ）は、第２の支持手段として第２の産業用ロボットによって鋼管を直接掴持する場合における効果器としての短尺のチャックを模式的に示す説明図であり、図３（ｃ）は、第２の支持手段として第２の産業用ロボットによって鋼管を直接掴持する場合における効果器としての長尺のチャックを模式的に示す説明図である。 図４は、長尺のチャックが曲げ荷重を小さくできることを示す説明図である。 図５（ａ）は、鋼管の外部に配置されてこの鋼管の外面に当接することによって鋼管の先端部を把持する型式のチャックを抽出して示す説明図であり、図５（ｂ）は、鋼管の内部に挿入されてこの鋼管の内面に当接することによって鋼管の先端部を把持する型式のチャックを抽出して示す説明図である。 図６は、図１における第３の産業用ロボットに用いるチャックの一例を模式的に示す説明図である。 図７は、図１における送り装置に用いるチャックの一例を模式的に示す説明図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、いずれも、鋼管の内部に挿入されてこの鋼管の内面に当接することによって鋼管の先端部を把持するチャックの外法の拡大機構を模式的に示す説明図である。 図９（ａ）は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適なチャックの構成例を模式的に示す説明図であり、図９（ｂ）は比較例のチャックを示し、図９（ｃ）は本発明例のチャックを示す。 図１０は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、スリット付きのスリーブ方式のチャックの構成例を示す説明図である。 図１１（ａ）は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、液圧式のスリーブ方式のチャックの構成例を示す説明図であり、図１１（ｂ）はその変形例を示す説明図である。 図１２は、鋼管の内部を正圧にする機構を示す説明図である。 図１３は、特許文献１により開示された曲げ加工装置の構成を模式的に示す説明図である。

０　特許文献１により開示された曲げ加工装置
１　鋼管
２　支持手段
３　送り装置
４　可動ローラーダイス
４ａ　ロール対
５　高周波加熱コイル
６　水冷装置
８　曲げ部材
１０　本発明に係る曲げ加工装置
１１　送り手段
１２　第１の支持手段
１２ａ、１２ａ　ロール対
１３　加熱手段
１３ａ　加熱コイル
１４　冷却手段
１４ａ、１４ｂ　冷却水噴射ノズル
１５　第２の支持手段
１６　変形防止手段
１７　鋼管
１７ａ　先端部
１８　第１の産業用ロボット
１９　上腕
２０　前腕
２０ａ　手首
２１　コントローラー
２２　入力装置
２３　パレット
２４　効果器（エンドエフェクタ）
２５　可動ローラーダイス
２５ａ、２５ｂ　ロール対
２６　第２の産業用ロボット
２６ａ　グリッパー
２７　高周波コイル支持ロボット
２８　第３の産業用ロボット
２９　グリッパー
３０～４４、４６、４８、４９、５７、５８　チャック
４５　シリンダ
４７　支持ガイド
５０　本体
５１　シャフト
５２　開閉バー
５３　チャック爪
５４　円錐バー
５５　セグメント
５６　弾性体爪
５７ａ、５７ｂ　構成部材
５９　絶縁部材
６０　チャック
６１　スリーブ
６２　スリット
６３　シールリング
７０、７０－１　チャック
７１　高圧液体
７２　流路
７３　スリーブ
７４　シリンダ

　本発明を、添付図面を参照しながら説明する。以降の説明では、本発明における「閉じた断面を有する中空の金属材」が鋼管１７である場合を例にとるが、本発明は、鋼管に限定されるものではなく、閉じた断面を有する中空の金属材（例えば角管や異形管）であれば、等しく適用される。

　図１は、本発明に係る曲げ加工装置１０の構成例の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。図１では、第１の産業用ロボット１８、加熱コイル保持ロボット２７、第２の産業用ロボット２６および第３の産業用ロボット２８は、マニピュレーター等を概念化および簡略化して示す。

　曲げ加工装置１０は、送り機構１１と、第１の支持機構１２と、加熱機構１３と、冷却機構１４と、第２の支持機構１５と、変形防止機構１６とを備える。
　［送り機構１１］
　送り機構１１は、鋼管１７をその長手方向へ送る。送り機構１１は第１の産業用ロボット１８により構成される。

　第１の産業用ロボット１８、加熱コイル支持ロボット２７、および第３の産業用ロボット２８は、いずれも、第２の産業用ロボット２６と同様のロボットである。
　図２は、第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２６、加熱コイル支持ロボット２７または第３の産業用ロボット２８の構成例を示す説明図である。

　第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２６、加熱コイル支持ロボット２７または第３の産業用ロボット２８（以下、「各ロボット」という）は、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであって、第１軸～第６軸を有する。

　第１軸は、上腕１９を水平面内で旋回させる。第２軸は、上腕１９を前後に旋回させる。第３軸は、前腕２０を上下に旋回させる。第４軸は、前腕２０を回転させる。第５軸は、手首２０ａを上下に旋回させる。第６軸は、手首２０ａを回転させる。

　各ロボットは、第１～６軸に加えて、必要に応じて、上腕１９を旋回させる第７軸を有してもよい。第１～７軸は、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
　各ロボットは、他の汎用の産業用ロボットと同様に、いずれも、第１～６軸の動作を総合的に制御するコントローラー２１と、第１～６軸の動作を教示するための入力装置２２とを有する。

　効果器（エンドエフェクタ）２４が第１の産業用ロボット１８の手首２０ａの先端に設けられる。効果器（エンドエフェクタ）２４は、第１の産業用ロボット１８の側方近傍に配置されたパレット２３に収容された鋼管１７を把持するとともに、把持した鋼管１７を第１の支持手段１２および加熱手段１３にそれぞれ設けられた貫通孔を貫通させる際に、用いられる。

　効果器２４は、送り機構１１により鋼管１７を送る場合のみならず、後述する第２の支持機構１５として可動ローラーダイス２５を用いずに第２の産業用ロボット２６によって鋼管１７を直接掴持する場合、さらには、変形防止機構１６により鋼管１７を支持する場合に用いられる。

　効果器２４は、曲げ加工装置１０により製造される曲げ加工部材の寸法精度や生産性に大きく影響する。以下、効果器２４が詳細に説明される。
　以降の説明では、第２の支持機構１５として可動ローラーダイス２５を用いずに第２の産業用ロボット２６によって鋼管１７を直接掴持する場合における効果器を例にとる。送り機構１１における効果器２４や変形防止機構１６における効果器２９であっても事情は同じである。

　図３（ａ）は、第２の支持機構１５として可動ローラーダイス２５を用いずに第２の産業用ロボット２６によって鋼管１７を直接掴持する場合における効果器としての長尺のチャック３０を模式的に示す説明図であり、図３（ｂ）は、第２の支持機構１５として可動ローラーダイス２５を用いずに第２の産業用ロボット２６によって鋼管１７を直接掴持する場合における効果器としての短尺のチャック３１を模式的に示す説明図であり、図３（ｃ）は、第２の支持機構１５として可動ローラーダイス２５を用いずに第２の産業用ロボット２６によって鋼管１７を直接掴持する場合における効果器としての長尺のチャック３２を模式的に示す説明図である。

　チャック３０～３２は、いずれも、鋼管１７の先端部を把持するための筒状体からなる。
　チャック３０は、鋼管１７の外部に配置される。チャック３０は、鋼管１７の外面１７ｂに当接することによって鋼管１７の先端部を把持する。チャック３０は、その内径が後述する適宜機構によって縮小自在に構成される。

　一方、チャック３１やチャック３２は、いずれも、鋼管１７の内部に挿設される。チャック３１、３２は、鋼管１７の内面に当接することによって鋼管１７の先端部を把持する。チャック３１、３２は、その外径が後述する適宜機構によって拡大自在に構成される。

　これらのチャック３０～３２は、軸方向に送られる鋼管１７の先端部を適正に保持する。このため、曲げ加工装置１０は、十分な加工精度で鋼管１７に曲げ加工を行う。
　チャック３０～３２は、いずれも、管端部に形成されるシール面に接触する管端シール機構、または管内面に形成されるシール面に接触する内面シール機構を有する。これにより、チャック３０～３２は、鋼管１７の管端部または管内面に直接当接することによって鋼管１７を封止する。チャック３０～３２は、鋼管１７の内部への水の侵入を防止するので、高周波加熱コイル１３ａによる鋼管１７の昇温が適正に行われる。このため、曲げ加工装置１０は、十分な加工精度で鋼管１７に曲げ加工を行う。

　チャック３０は、長尺の筒状体により構成される。このため、曲げ荷重Ｗが小さく抑制されるとともに、第２の産業用ロボット２６が周囲の装置と干渉することが、鋼管１７の先端部の近傍から曲げ加工を開始する場合においても、防止される。

　チャック３１は、短尺の筒状体により構成される。鋼管１７の焼入れが鋼管１７の管端部から行われ、製品の歩留りが向上する。
　さらに、チャック３２は、長尺の筒状体により構成されるので、曲げ荷重Ｗが小さく抑制される。第２の産業用ロボット２６が周囲の装置と干渉することが、鋼管１７の先端部の近傍から曲げ加工を開始する場合にも防止されるとともに、鋼管１７の焼入れが管端部から行われ、製品の歩留りが向上する。

　図４は、チャック３０、３２が曲げ荷重Ｗを小さくできることを示す説明図である。
　図４中の符号Ｗは曲げ荷重を示し、符号Ｍは鋼管１７の曲げに必要なモーメントを示し、符号ｌ_１はチャック長さを示し、符号ｌ_２はチャック代を示し、符号ｌ_３は鋼管１７の端部から曲げ加工の開始点までの距離を示す。

　曲げ荷重は、Ｗ＝Ｍ／Ｌ＝Ｍ／（ｌ_１＋ｌ_３）として規定される。Ｌが長い程Ｗを小さくすることができる。一方、製品の歩留りを向上するために、鋼管１７の端部近傍から曲げ加工を開始すること、すなわちｌ_３を小さくすることが好ましい。曲げ加工機の許容荷重が制限される場合、ｌ_１を長くすることによってｌ_３を短くすることができる。

　例えば、外径２５ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの鋼管に曲率半径２００ｍｍの条件で曲げ加工を行う場合に必要となるモーメントは、約３６Ｎ・ｍとなる。
　曲げ許容荷重が５００Ｎであると、
　Ｌ＝ｄの場合にはＷ＝１４４０Ｎ＞５００Ｎとなり、またＬ＝２ｄの場合にはＷ＝７２０Ｎ＞５００Ｎとなるため、いずれの場合にも曲げ加工を行うことができない。これに対し、Ｌ＝３ｄの場合にはＷ＝４８０Ｎ＞５００Ｎとなり、Ｌ＝４ｄの場合にはＷ＝３６０Ｎ＞５００Ｎとなり、さらに、Ｌ＝５ｄの場合にはＷ＝２８８Ｎ＞５００Ｎとなるので、いずれの場合にも曲げ加工を行うことができる。

　以上の理由により、上述した条件ではＬ≧３ｄの関係を満足することが望ましい。
　図５（ａ）は、鋼管の外部に配置されて鋼管の外面に当接することによって鋼管の先端部を把持する型式のチャック３３を抽出して示す説明図であり、図５（ｂ）は、鋼管の内部に挿設されて鋼管の内面に当接することによって鋼管の先端部を把持する型式のチャック３４を抽出して示す説明図である。

　チャック３４は、チャック３３よりも、鋼管の中心位置を決定し易いとともに鋼管の周方向の張力によって把持力も得やすいために、望ましい。
　図５（ｃ）は、各種のチャック３５～４３を示す説明図である。

　チャック３５、３６は、鋼管の外部に配置されて鋼管の外面に当接する。
　チャック３７、３８は、鋼管の内部に挿設されて鋼管の内面に当接する。
　チャック３９、４０は、鋼管の外部に配置されて鋼管の外面に当接するとともに鋼管の内部にも挿設されて鋼管の内面に当接する。

　チャック４１～４３は、いずれも、角管用のチャックである。角管であっても充分な保持力を得て角管を確実に把持するために、チャック４１～４３は鋼管の内部に挿設されて鋼管の内面に当接するとともに角管の内側角部に当接することが、望ましい。

　以上の各種チャックは、いずれも、その中心軸が鋼管の中心軸と略一致するように、配置されることが、チャックが、第１の支持装置１２、加熱装置１３、冷却装置１４さらには第２の支持装置１５を確実に通過するために望ましい。

　図６は、図１における第３の産業用ロボット２８に用いるチャック４４の一例を模式的に示す説明図である。図６中の符号４５はシリンダを示す。
　図６に示すように、鋼管１７がその前端部の近傍から焼入れながら曲げ加工される場合には、チャック４４が鋼管１７の外径と略一致する寸法の外径を有する長尺のチャックであることが望ましい。

　図７は、図１における送り装置機構に用いるチャック４６の一例を模式的に示す説明図である。図７における符号４７は支持ガイドを示す。
　図７に示すように、鋼管１７がその後端部の近傍まで焼入れながら曲げ加工を行われる場合にも、鋼管１７の外径と略一致する寸法の外径を有する長尺のチャック４６を用いることが望ましい。

　図８（ａ）～図８（ｃ）は、いずれも、鋼管１７の内部に挿入されて鋼管１７の内面に当接することによって鋼管１７の先端部を把持するチャック４８、４９、４８－１の外法の拡大機構を模式的に示す説明図である。

　チャック４８は、その円筒状の本体５０の内部に、図示しないシリンダ等によって出し引き自在に配置されたシャフト５１と、シャフト５１の先端に配置された例えば開閉バー５２とを備える。４つのチャック爪５３が、開閉バー５２の斜辺に、本体５０の軸方向について位置決めされて配置される。シャフト５１が本体５０の軸方向へ移動することによってチャック爪５３が径方向へ移動し、これにより、チャック４８の外法が増加または減少する。

　チャック４９は、その円筒状の本体５０の内部に、図示しないシリンダ等によって出し引き自在に配置されたシャフト５１と、シャフト５１の先端に配置された例えば円錐バー５４とを備える。多数のセグメント５５と、弾性体爪５６とが、円錐バー５４の斜辺に配置される。シャフト５１が本体５０の軸方向へ移動することによってセグメント５５が径方向へ移動し、これにより、チャック４９の外法が増加または減少する。

　チャック４８－１は、チャック４８の変形例であって、開閉バー５２が先細形状を有するものである。先細形状の開閉バー５２は、シャフト５１との接合部の断面積を増加できるので、開閉バー５２の強度が高められる。

　チャック爪５３は、アンクランプを確実に行うために、本体５０の軸方向へ延設されるアリ溝を有することが望ましい。
　チャック爪５３、開閉バー５２の材質は、オーステナイト系ステンレス鋼または工具鋼が例示される。オーステナイト系ステンレス鋼は、非磁性体であるので誘導加熱され難いため好適であるが、耐摩耗性（耐傷付き性）および耐焼き付き性が若干劣る。一方、工具鋼は、冷間での耐久性に優れる。工具鋼は、磁性体であり、誘導加熱の影響を受け易いものの、チャック爪５３の近傍まで誘導加熱しなければ、実用上問題ない。なお、本体５０は、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性体であることが望ましい。

　図９（ａ）は、本発明の曲げ加工装置１０に用いるのに好適なチャック５７の構成例を模式的に示す説明図であり、図９（ｂ）は比較例のチャック５８を示し、図９（ｃ）は本発明例のチャック５７を示す。

　図９（ａ）および図９（ｃ）に示すように、チャック５８は、構成部材５７ａ、５７ｂと、絶縁部材５９とを有する。構成部材５７ａ、５７ｂは、その周方向に複数（図示例は二つ）に分割される。絶縁部材５９は、隣り合って配置される二つの構成部材５７ａ、５７ｂの間に配置される。絶縁部材５９は、例えばポリテトラフルオロエチレン等からなる。

　図９（ｂ）に示すように、チャック５７の複数の構成部材５７ａ、５７ｂの間に絶縁部材５９を介在させることによって、構成部材５７ａ、５７ｂを流れる電流が打ち消し合う。これにより、高周波加熱コイル１３ａの誘導電流により電流が構成部材５７ａ、５７ｂを一周してチャック５８が加熱されることが防止される。

　図１０は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、スリット付きのスリーブ方式のチャック６０の構成を示す説明図である。
　チャック６０は、その円筒状の本体５０の内部に、図示しないシリンダ等によって出し引き自在に配置されたシャフト５１と、シャフト５１の先端に配置された例えば開閉バー５２とを有する。開閉バー５２の斜辺には、スリット６２を有するスリーブ６１と、シールリング６３とが、本体５０の軸方向について位置決めされて配置される。スリット付きのスリーブ６１が、シャフト５１が本体５０の軸方向へ移動することによって弾性変形し、拡径または縮径する。これにより、チャック６０の外法が増加または減少する。

　スリーブ６１は、スリット６２を複数有するので、金属製であっても小さな力で弾性変形することができるとともに誘導加熱により昇温され難い。
　なお、スリーブ６１が非磁性体により構成されるだけでも、スリーブ６１が誘導加熱されることが充分に防止される。スリット６２は、スリーブ６１の強度が充分に確保される場合に設けることが望ましい。

　図１１（ａ）は、本発明の曲げ加工装置に用いるのに好適な、液圧式のスリーブ方式のチャック７０の構成を示す説明図であり、図１１（ｂ）はその変形例７０－１を示す説明図である。

　図示しない高圧ポンプを用いて発生させた高圧液体７１の流路７２が、チャック７０の内部に形成される。また、弾性体からなるスリーブ７３がチャック７０の本体先端の外周に設けられる。スリーブ７３は流路７２に高圧液体７１を流すことによって膨出変形する。チャック７０は、本体先端の外径を小さくすることができるので、小径の内径チャックにも用いることができる。スリーブ７３は耐熱金属製であることが望ましい。

　チャック７０－１では、シリンダ７４が高圧液体７１を発生する。シリンダ７４の作動部の断面積Ａ_１が流路７２の断面積Ａ_２よりも大きいことによって、流路７２の圧力Ｐ_２は、シリンダ７４の作動圧Ｐ_１が小さい場合にも、高められる。

　図１２は、鋼管１７の内部を正圧にする機構を示す説明図である。
　鋼管１７の管端のシール部材の材質が例えばゴムのような軟材質であると、シール部材の耐久性が不足する場合がある。また、シール部材の材質が金属材料であると、鋼管１７の内部への水の侵入を防止できない場合がある。

　そこで、鋼管１７の内部を正圧にする機構として、圧縮空気または圧縮不活性ガスを供給するための流路７５を開閉バーに内蔵する送り側チャック７６が用いられる。鋼管１７の内部に圧縮空気または圧縮不活性ガスが供給され、出側チャック７７が配置される側から、圧縮空気または圧縮不活性ガスが噴出される機構とすることが望ましい。これにより、鋼管１７の内部が正圧に保たれるので、冷却装置１４からの冷却水が鋼管１７の内部に浸入することを完全に防止できる。

　鋼管１７の内部に窒素ガス等の不活性ガスを供給することが、鋼管１７の内部の酸化を抑制するために、望ましい。
　以上説明したチャックは、例えば四角形等の多角形の横断面形状を有する被加工材や角部を有する異形の横断面形状を有する被加工材の内面を把持する場合には、被加工材の内周面の各角部にチャックが当接するようにして把持することにより、把持力を高めることができるとともに、被加工材の芯を確実に出すことができる。

　第１の産業用ロボット１８が、パレット２３から曲げ加工装置１０への鋼管１７の移動や曲げ加工装置１０へのセットを行うので、曲げ加工装置１０のサイクルタイムの低減、および生産性の向上がいずれも図られる。

　［第１の支持機構１２］
　第１の支持機構１２は、第１の位置Ａに固定して配置される。第１の支持機構１２は、鋼管１７を送りながら支持する。第１の支持機構１２は、曲げ加工装置０と同様に、ダイスにより構成される。ダイスは、鋼管１７を送りながら支持可能であるロール対１２ａ、１２ａを少なくとも一組（図示例ではロール対１２ｂ、１２ｂをもう一組有し、合計二組）有する。このようなダイスは、当業者にとっては周知慣用であるので、第１の支持機構１２に関する説明は省略する。

　第１の支持機構１２は、以上のように構成される。
　［加熱機構１３］
　加熱機構１３は、鋼管１７の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに、加熱コイル支持ロボット２７により支持されて配置される。加熱機構１３は、送られる鋼管１７の一部または全部を加熱する。

　鋼管１７の周囲に離れて配置される加熱コイル１３ａを有する誘導加熱装置が、加熱機構１３としてを用いられる。加熱コイル１３ａは当業者にとっては周知慣用であるので、加熱機構１３に関する説明は省略する。

　［冷却機構１４］
　冷却機構１４は、鋼管１７の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに固定して配置される。冷却機構１４は、送られる鋼管１７における加熱機構１３により加熱された部分を冷却することによって、鋼管１７の一部に高温部分を形成する。

　冷却機構１４は、例えば水冷装置を用いる。水冷装置は、鋼管１７の外面に離れて配置される冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを有する。このような冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂは当業者にとっては周知慣用であるので、冷却機構１４に関する説明は省略する。

　［第２の支持機構１５］
　第２の支持機構１５は、鋼管１７の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄに配置される。第２の支持機構１５は、送られる鋼管１７の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって、鋼管１７における位置Ｂ～Ｃ間の高温部分（加熱されて変形抵抗が大幅に低下した部分）に曲げモーメントを与え、鋼管１７を所望の形状に曲げ加工する。

　第２の支持機構１５は、曲げ加工装置０と同様に、可動ローラーダイス２５である。可動ローラーダイス２５は、鋼管１７を送りながら支持可能であるロール対２５ａ、２５ｂを少なくとも一組有する。しかし、これとは異なり、第２の支持機構１５として、第２の産業用ロボット２６に保持させたグリッパー等の効果器を用い、この効果器によって鋼管１７を直接掴持するようにしてもよい。

　可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２６により支持される。
　また、第２の産業用ロボット２６は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１～６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１～７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。

　グリッパー２６ａが、可動ローラーダイス２５を保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、第２の産業用ロボット２６の手首２０ａの先端に設けられる。なお、効果器は、グリッパー２６ａ以外の型式のものでもよい。

　［変形防止機構１６］
　変形防止機構１６は、鋼管１７の送り方向について第４の位置Ｄよりも下流の第５の位置Ｅに配置される。変形防止機構１６は、送られる鋼管１７の変形を防止する。

　第３の産業用ロボット２８が変形防止機構１６として用いられる。
　第３の産業用ロボット２８は、上述した第１の産業用ロボット１８や第２の産業用ロボット２６と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１～６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１～７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。

　図３～１１を参照しながら説明した各種のチャックが、第３の産業用ロボット２８の手首２０ａの先端に設けられて鋼管１７の先端部１７ａを保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、用いられる。

　曲げ加工装置１０は、温間または熱間で曲げ加工を行うことが望ましい。温間とは、常温に比べて金属材の変形抵抗が低下する加熱温度域を意味し、例えば、ある金属材料ではおよそ５００℃から８００℃の温度域である。熱間とは、常温に比べて金属材の変形抵抗が低下し、かつ、金属材が焼入れされるのに必要な加熱温度域を意味し、例えば、ある鉄鋼材料では８７０℃以上の温度域である。特に、熱間で行う場合には焼入れの所定の温度になった後に所定の冷却速度で冷却することにより焼入れ処理を行うことができ、また温間で行う場合には曲げ加工部を冷却することにより熱歪み等の加工上の歪みの発生を防止することができる。

　曲げ加工装置１０は、以上のように構成される。
　送り機構１１および変形防止機構１６の少なくとも一方が、鋼管１７を把持することができる筒状のチャックを有するので、以下に列記する効果が奏される。

　（ａ）送り機構１１は、鋼管１７の先端や後端を適正に保持することができ、十分な加工精度で曲げ加工を行うことができる。
　（ｂ）送り機構１１は、高温状態で大気に曝された鋼管１の内部の酸化を防止できる。

　（ｃ）曲げ加工の加工力が多大にならないとともに、曲げ加工された鋼管１７の歩留りが高い。
　（ｄ）鋼管１７の内部への水の侵入が防止され、高周波加熱コイル１３ａによる鋼管１７の加熱が目標通りに行われるため、曲げ加工精度が十分に高められる。

　（ｅ）曲げ加工される鋼管１７が、支持機構１２、高周波加熱コイル１３ａおよび水冷機構１４を順次通過することができ、曲げ加工を確実に行うことができる。
　（ｆ）鋼管１７を把持するチャックが高周波加熱コイル１３ａにより誘導加熱されることが防止され、曲げ加工の開始から終了までの間で鋼管１７の確実に保持し続けることができるので、曲げ加工精度が充分に高められる。

Claims (16)

1. 　下記第１の支持機構、加熱機構、冷却機構、第２の支持機構および変形防止機構を備えるとともに、前記第２の支持機構および／または前記変形防止機構のうちの少なくとも一つは、下記チャックを有することを特徴とする曲げ加工装置：
   　第１の支持機構：第１の位置に配置されるとともに、中空の金属材を送りながら支持すること、
   　加熱機構；前記金属材の送り方向について前記第１の位置よりも下流の第２の位置に配置されるとともに、送られる前記金属材の一部または全部を加熱すること、
   　冷却機構；前記金属材の送り方向について前記第２の位置よりも下流の第３の位置に配置されるとともに、送られる前記金属材における前記加熱機構により加熱された部分を冷却することによって前記金属材の一部に高温部分を形成すること、
   　第２の支持機構；前記金属材の送り方向について前記第３の位置よりも下流の第４の位置に配置されるとともに、送られる前記金属材の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって前記高温部分に曲げモーメントを与え、前記金属材を所望の形状に曲げ加工すること、
   　変形防止機構；前記金属材の送り方向について前記第４の位置よりも下流の第５の位置に配置されるとともに、送られる前記金属材の変形を防止すること、および
   　チャック；円形、多角形または異形形状の横断面を有する筒状体を有し、前記金属材を把持すること。
2. 　さらに、前記金属材をその長手方向へ送る送り機構を備える請求項１に記載された曲げ加工装置。
3. 　前記送り機構は前記チャックを有する請求項２に記載された曲げ加工装置。
4. 　前記第１の支持機構は、前記金属材をその長手方向へ送る請求項１に記載された曲げ加工装置。
5. 　前記チャックは、前記金属材の内部に挿設されて該金属材の内面に当接する請求項１に記載された曲げ加工装置。
6. 　前記筒状体の外法は拡大自在である請求項１に記載された曲げ加工装置。
7. 　前記チャックは、前記金属材の外部に設置されて該金属材の外面に当接する請求項１に記載された曲げ加工装置。
8. 　前記筒状体の内法は縮小自在である請求項１に記載された曲げ加工装置。
9. 　前記チャックは、前記金属材の内部を封止する請求項１に記載された曲げ加工装置。
10. 　前記チャックは、前記金属材の内部を正圧にする請求項１に記載された曲げ加工装置。
11. 　前記筒状体は、その中心軸が前記金属材の中心軸と略一致するように、設置される請求項１に記載された曲げ加工装置。
12. 　前記筒状体は、前記金属材の外法と略一致する外法を有する請求項１に記載された曲げ加工装置。
13. 　前記筒状体は、高硬度材料からなるチャック爪および開閉バーを有する請求項１に記載された曲げ加工装置。
14. 　前記筒状体は、周方向に分割された複数の構成部材と、隣り合って配置される二つの構成部材の間に配置される絶縁部材とを有する請求項１に記載された曲げ加工装置。
15. 　前記筒状体は非磁性を有する請求項１に記載された曲げ加工装置。
16. 　前記筒状体は積層構造を有する請求項１に記載された曲げ加工装置。

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