曲げ加工装置および曲げ加工方法
【課題】簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供することを課題とする。
【解決手段】下金型１２と上金型１４で板材Ｐを挟み込み、板材Ｐに上方から当接する当接部１６Ｈを有する曲げ用金型１６を下降させることで、当接部１６Ｈを板材Ｐに当接させて板材Ｐを曲げる。その際、当接部１６Ｈを、板材Ｐよりも硬さが低い部材で構成させておく。
【解決手段】下金型１２と上金型１４で板材Ｐを挟み込み、板材Ｐに上方から当接する当接部１６Ｈを有する曲げ用金型１６を下降させることで、当接部１６Ｈを板材Ｐに当接させて板材Ｐを曲げる。その際、当接部１６Ｈを、板材Ｐよりも硬さが低い部材で構成させておく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板材の曲げ加工装置および曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材の曲げ加工を行う際には、ダイスの上に板材を配置し、ポンチを下降させて板材に押し当てて曲げることが慣用的に行われている（例えば特許文献１参照）。例えばＶ曲げの加工を行うには、ダイスに形成された凹部（Ｖ状の溝）の少なくとも周縁部で支えられるように板材を配置し、ポンチを下降させて板材を押圧することで加工している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−０７１６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、曲げ加工後の板材には、ダイスに当接していた部分に傷や圧痕が残るという難点があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、板材の曲げ加工において、板材の表面に何ら傷や圧痕を残すことなく板材を曲げることが困難な原因を検討した。そして以下のことを見い出した。
【０００７】
図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来のＶ曲げで板材の曲げ加工を行うことを説明する工程毎の模式的側面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の部分拡大図である。慣用的な曲げ加工では、図４に示すようにダイス１１２とポンチ１１６を使用するものであり、ダイス１１２の成型用の凹部１１２Ｄの上に板材Ｐを配置し、ポンチ１１６を下降させることで板材ＰのＶ曲げ加工を行ってＬ字状部材ＰＬを形成する。この曲げ加工時に、図４（ｃ）に示すように、ダイス１１２の肩部１１２Ｓと板材Ｐとが接触し、その近傍の狭い範囲に高い圧力が作用するため、そこで板材Ｐの表面に傷や圧痕を生ずる。
【０００８】
本発明者は、このような傷や圧痕を生じさせない対策を検討した。そして、板材Ｐを曲げるためには、その板材Ｐの曲げようとする部分に、所要のモーメントを加える必要があることに着目した。このモーメントの大きさは、荷重と腕の長さＬとの積となる。そして、図４（ｂ）に示すように、Ｖ曲げでは腕の長さＬが短いために、曲げ加工のための所定の荷重が大きくなり、肩部１１２Ｓに当接する板材部分ＰＴ（図４（ｃ）参照）の外面に傷や圧痕が生ずることを見出した。
【０００９】
また、本発明者は、板材の曲げ加工において、正確な所定の曲げ角度が形成されるように板材を曲げ加工することが困難である原因を検討した。そして以下のことを見い出した。
【００１０】
慣用的な曲げ加工ではポンチとダイスを使用して板材をＶ曲げ加工している。このＶ曲げ加工では、意図する曲げ角度に対応した角度の凹部１１２Ｄをダイス上面側に形成しておく。そして、このダイス１１２上に板材を載置し、ポンチ１１６で板材Ｐを押圧してその凹部１１２Ｄの角度を板材Ｐに転写して曲げ加工を行う。曲げ加工後、板材Ｐは弾性回復（スプリングバック）を生ずるため、板材Ｐに形成された曲げ角度は所定の角度より大きくなる。このスプリングバック量は、板材Ｐの材質や板厚によって変わる。また、同じ材質や板厚でも、機械的性質の相違や板厚の若干の差により、この曲げ角度は異なる。
【００１１】
なお、Ｖ曲げ加工では、曲げる際にポンチ１１６とダイス１１２を使用するため曲げ角度が一義的に決定される。従って、曲げ加工力を制御すれば曲げ角度を若干変えることは可能であるが、既に曲がった板材Ｐの曲げ角度を設定した曲げ角度に修正することは困難である。
【００１２】
このような検討のもとで、本発明者は、板材の外面に傷や圧痕が生じない曲げ方法を鋭意検討し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、板材を載置する載置面と、前記載置面の一端部に形成され前記板材にＬ曲げ加工を行うための角部とを有する下金型と、前記下金型との間で前記板材を挟持する上金型と、前記下金型と前記上金型とで挟持された前記板材に上方から当接する当接部を有し、前記当接部を前記板材に当接させて前記角部の外側を下降することで前記板材を曲げる曲げ用金型と、を備え、前記曲げ用金型の少なくとも前記当接部は、前記板材よりも硬さが低い部材、または、前記角部に平行な軸回りに回転自在なローラ、で構成される、曲げ加工装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の曲げ加工装置を用いた曲げ加工方法であって、前記下金型と前記上金型で前記板材を挟み込み、前記曲げ用金型を下降させることで、前記当接部を前記板材に当接させて曲げ加工力を加えることで前記板材を曲げる、曲げ加工方法である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記板材の曲げ角度を測定する角度測定センサーを１個以上配置し、前記角度測定センサーによる測定角度が許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する、曲げ加工方法である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記板材を更に曲げる方向に前記板材を押圧する補助ジグを設け、前記曲げ用金型で前記板材を曲げ加工した後、前記板材を更に曲げる方向に補助ジグで押圧することで角度補正用の曲げ加工を前記板材に行う、請求項３に記載の曲げ加工方法である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記板材の曲げを戻す方向に前記板材を押圧する第２補助ジグを設け、前記曲げ用金型によって前記板材をオーバーベンドさせた後、前記第２補助ジグで前記板材の曲げを戻すことによって角度補正用の曲げ加工を行う、請求項３または４に記載の曲げ加工方法である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる曲げ加工装置とすることができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、曲げ角度の角度測定誤差を抑制することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、曲げ角度を測定しながら補助ジグによって曲げ加工することによって、角度を容易に補正できる
請求項５に係る発明によれば、反対方向への曲げ加工によりスプリングバックが小さくなるため、高精度曲げが可能となる
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、第１実施形態の曲げ加工装置を用いて板材に曲げ加工を行う工程毎の模式的側面図である。
【図２】第１実施形態の変形例を説明する模式的側面図である。
【図３】第２実施形態で、板材に曲げ加工を行うことを説明する模式的側面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来の方式で板材に曲げ加工を行う工程毎の模式的側面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２４】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００２５】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、本実施形態に係る曲げ加工装置を用いて板材の曲げ加工を行う工程毎の模式的側面図である。本実施形態に係る曲げ加工装置１０は、加工対象の板材Ｐを挟持する下金型（ダイス）１２および上金型１４と、挟持された板材Ｐに上方から当接して下降する曲げ用金型（ポンチ）１６と、を備えている。板材Ｐとしては、例えば、厚みが３０ｍｍ程度であっても問題なく曲げ加工できるが、０．５ｍｍ程度の薄板であっても問題なく曲げ加工できる。
【００２６】
下金型１２は、板材Ｐを載置する載置面１２Ｕと、載置面１２Ｕの一端部（縁部）に形成され板材ＰにＬ曲げ加工を行うための角部１２Ｅとを有する。曲げ用金型１６は、下金型１２と上金型１４とで挟持された板材Ｐに上方から当接する当接部１６Ｈを先端部に有し、角部１２Ｅのすぐ外側を下降することで板材ＰをＬ字状に曲げるようになっている。なお、下金型１２が下降する際の当接部１６Ｈと角部１２Ｅとの間隔は、曲げ加工する板材Ｐの厚みに応じて設定変更可能とされている。
【００２７】
そして、曲げ用金型１６のこの当接部１６Ｈは、板材Ｐよりも硬さが低い部材で構成されている。この部材の材質は、例えば、硬質ゴム、プラスチックである。曲げ用金型１６全体がこのような部材で構成されていてもよい。
【００２８】
また、曲げ加工装置１０は、板材Ｐの曲げ角度を測定する角度測定センサー２０を有する。更に、曲げ加工装置１０は、曲げ用金型１６を下降させることで板材Ｐを曲げ加工した後、板材Ｐを更に曲げる方向に押圧する補助ジグ２４を備えている。本実施形態では、補助ジグ２４が曲げ用金型１６の所定高さ位置に取り付けられている。なお、補助ジグ２４は曲げ用金型１６とは別体に設けられていてもよい。また、角度測定センサー２０は補助ジグ２４よりも下方位置に配置されている。
【００２９】
さらに、曲げ加工装置１０は、角度測定センサー２０による測定結果に基づいて角度補正用の曲げ加工を板材Ｐに行う制御部３０を備えている。制御部３０は、補助ジグ２４を構成する押圧部（曲げ角度補正用ポンチ）２６の移動長さ（押し出し長さ）および押し出し力を設定するようになっている。
【００３０】
（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態では、まず、下金型１２の載置面１２Ｕに平板状の板材Ｐを載置する。その際、後述の曲がり部Ｐ２の内側が角部１２Ｅに位置するように配置する。更に、上金型１４を板材Ｐに上方から当接させて下金型１２と上金型１４とで板材Ｐを挟持する。
【００３１】
そして、曲げ用金型１６を下降させて、当接部１６Ｈを板材Ｐの上面に当接させ、更に下降させることで板材Ｐに曲げモーメントを加える（本曲げ加工）。この結果、板材ＰがＬ字状に曲がり、下金型１２と上金型１４とで挟持されている平板状の基部Ｐ１と、基部Ｐ１に連続し曲がっている曲がり部Ｐ２と、曲がり部Ｐ２に連続し当接部１６Ｈが当接した平板状の被当接部Ｐ３と、で構成されるＬ字状部材ＰＬが得られる。
【００３２】
本実施形態で行うこのようなＬ曲げ加工では、Ｖ曲げ加工に比べ、曲げ加工における腕の長さＬが長い。従って、曲げ加工に必要な荷重が小さくなり、板材Ｐの表面に生ずる傷や圧痕が少ない。そして、当接部１６Ｈの硬さが板材Ｐの硬さよりも低いので、当接部１６Ｈが板材Ｐの表面に当接して曲げ加工が行われても、板材Ｐの表面に傷や圧痕が残ることが回避される。このように表面に傷をつけずに板材Ｐを曲げてなるＬ字状部材ＰＬを形成すると、傷を補修せずにこのＬ字状部材ＰＬをそのまま使用することができる。このことは、塗装した板材を曲げ加工する上で特に大きな効果を奏する。さらに、ステンレス等の板材では塗装せずに、金属の表面の持っている美しさをそのまま使用することができる。例えば、エレベーターの扉や流し台の曲げ加工された部位などにそのまま使用することができる。
【００３３】
ここで、この本曲げ加工では、板材Ｐと曲げ用金型１６との間にクリアランスがあり、しかも曲げ加工後にスプリングバックが生じるため、基部Ｐ１に対する被当接部Ｐ３の曲げ角度θは意図した角度よりも大きくなることが多い。このため、以下のようにして角度補正用の曲げ加工を行う。
【００３４】
まず、角度測定センサー２０で曲げ角度θを測定する。この測定結果は制御部３０へ送信される。このように角度測定センサー２０で曲げ角度θを測定することにより、本曲げ加工で形成された曲がり部Ｐ２の角度誤差を正確に検出することができる。曲げ用金型１６による板材Ｐの変形では弾性変形や軸受け隙間などが原因となって発生する誤差が生じるが、このように角度測定センサー２０によって曲げ角度θを測定することにより、このような誤差が生じていても補助ジグ２４や後述の第２補助ジグ４４で角度補正用の曲げ加工を適切に行うことが可能である。
【００３５】
制御部３０は、この測定結果に基づき曲げ角度θの不足角度を算出し、不足角度が０°となるように、補助ジグ２４の押圧部２６の移動長さ、および、押し出し力の適切な値を算出する。この移動長さや押し出し力を算出する際、板材Ｐの材質、厚み、角部１２Ｅから押圧部２６までの腕の長さ、などを考慮して算出する。また、補助ジグ２４の押圧部２６が後述の曲がり部Ｐ２のすぐ下方に位置するように、必要に応じて曲げ用金型１６の上下方向位置を調整する。そして、算出した移動長さ、および、押し出し力で押圧部２６を押し出すように補助ジグ２４を制御することで、角度補正用の曲げ加工を行う。なお、角度補正用の曲げ加工を行う際、スプリングバックの見込み量を考慮の上で曲げ加工を行うことが好ましい。この見込み量を算出する際、曲げ加工データに基づいて算出してもよいし、有限要素法で算出してもよい。
【００３６】
補助ジグ２４によって角度補正用の曲げ加工を終了した後、曲げ用金型１６を上昇させ、Ｌ字状部材ＰＬが当接部１６Ｈおよび押圧部２６から解放された状態、すなわちＬ字状部材ＰＬが曲げ用金型１６および押圧部２６に非接触となった状態にして、角度測定センサー２０で曲げ角度θを正確に測定する。そして、曲げ角度θが許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する。曲げ角度θが許容角度範囲内でなければ、曲げ用金型１６を下降させ補助ジグ２４を用いて角度補正用の曲げ加工を再度行う。ここで、許容角度範囲については、曲げ加工を行う前に、Ｌ字状部材ＰＬの用途等に応じて予め決めておく。
【００３７】
この結果、基部Ｐ１に対する被当接部Ｐ３の曲げ角度θを、容易な手法で意図する角度に極めて近い値にすることができる。高精度に曲げ加工を行うことは、大きな板材を曲げ加工する場合に特に要求される。また、曲げ加工された板材を組み立てるに際し、正確に筐体を製造する必要がある場合には、板材は高精度に曲げ加工される必要がある。特に、厚板材の曲げ加工精度を０．５度以下に抑えることは従来から困難といわれている中、更なる板材の高精度曲げ加工が要求されており、本実施形態により、このような高精度曲げ加工の要求にも応じ得るという優れた効果が得られる。本実施形態を適用可能な具体的な工業品の例としては、農業機械、建築機械や風力発電の筐体部が挙げられる。
【００３８】
なお、本実施形態では、補助ジグ２４による角度補正用の曲げ加工終了後のスプリングバックを計算し、計算したスプリングバックに基づいて、曲げ加工終了時に押圧部２６の位置制御を行って、角度補正用の曲げ加工による曲げ角度θを意図した正確な角度とすることが可能である。そして、このスプリングバックを計算するには、有限要素法を用いて、補助ジグ２４の後退の開始直前におけるＬ字状部材ＰＬの残留応力（計算値）と、引張圧縮試験から得られる除荷時の応力-ひずみ線図（実測値）とに基づき、初等解析によって計算することが好ましい。スプリングバックを計算するには、従来では、材料毎、板厚、曲げ半径、金型など、それぞれに対する大量のデータベースを必要としたが、このように計算して補助ジグ２４の位置制御を行うことによりこのような大量のデータベースを必要としなくなるので、この効果は大きい。
【００３９】
また、本実施形態では、板材Ｐと接触する当接部１６Ｈを、板材Ｐよりも硬さが低い当接部材で構成することで説明したが、テープ等の板材Ｐよりも軟らかいものを当接部１６Ｈに接着することによっても、板材Ｐの表面に傷や圧痕を生じさせずに板材Ｐの曲げ加工を行うことが可能となる。この場合、テープ等が痛んだら交換することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態では、曲げ用金型１６が上方から垂直に降りる例で説明したが、より適切な軌跡を描かせて曲げ加工を行ってもよい。例えば、曲線状の軌跡を描くように曲げ用金型１６を上方から下降させてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では角度測定センサー２０を１つ配置した例で説明したが、角度測定センサー２０を複数配置して高い精度で角度測定を行っても良い。
【００４２】
また、本実施形態では、補助ジグ２４で補正用の曲げ加工を行う例で説明したが、曲げ用金型１６を更に下降させることで補正用の曲げ加工を大まかに行うことも可能である。この場合、大まかに行った補正用の曲げ加工後の曲げ角度θが許容角度範囲内となっていれば、曲げ加工を終了することが可能である。
【００４３】
また、図２に示すように、当接部１６Ｈとして、角部１２Ｅに平行な水平軸回りに回転自在な円筒状のローラ３６を設けて、板材Ｐとローラ３６とを転がり接触にして曲げ加工を行うことによっても、板材Ｐの表面に生ずる傷や圧痕を生じさせること無く、板材Ｐを曲げることが可能となる。
【００４４】
［第２実施形態］
図３は、本実施形態で板材に曲げ加工を行うことを説明する模式的側面図である。本実施形態では、第１実施形態に比べ、図３に示すように、Ｌ字状部材ＰＬの内側からＬ字状部材ＰＬの被当接部Ｐ３に当接して押し出し力を与える第２補助ジグ４４を更に設けて曲げ加工を行う。本実施形態では、第２補助ジグ４４を構成する第２押圧部（曲げ角度補正用第２ポンチ）４６が曲がり部Ｐ２のすぐ下方に位置するように、第２補助ジグ４４が所定高さ位置に設けられている。
【００４５】
本実施形態では、補助ジグ２４および第２補助ジグ４４の配置位置の移動が可能となっており、所定位置への配置、非配置の切り替えを容易に行える構成になっている。
【００４６】
本実施形態では、曲げ用金型１６の当接部１６Ｈまたは補助ジグ２４によって一度オーバーベンドさせた後（すなわち曲げ過ぎた後）、板材Ｐの曲げを戻す方向に第２押圧部４６で被当接部Ｐ３を押圧することによって、更に角度補正を行う。なお、第２補助ジグ４４で角度補正用の曲げ加工を行う際、スプリングバックの見込み量を考慮の上で曲げ加工を行うことが好ましい。この見込み量の計算を行う際、曲げ加工データに基づいて計算してもよいし、有限要素法で計算してもよい。
【００４７】
第２補助ジグ４４によって角度補正用の曲げ加工を終了した後、Ｌ字状部材ＰＬが第２補助ジグ４４から解放された状態、すなわちＬ字状部材ＰＬが第２押圧部４６に非接触となった状態にして、角度測定センサー２０で曲げ角度θを正確に測定する。そして、曲げ角度θが許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する。曲げ角度θが許容角度範囲内でなければ、第２補助ジグ４４を用いて角度補正用の曲げ加工を再度行う。
【００４８】
このように、曲げ用金型１６による曲げ方向とは反対方向への曲げ加工を行うことで、板材内部の残留応力や、バウシンガー効果によって、曲げ加工に必要な曲げモーメントが減少する。この曲げモーメント減少によりスプリングバックが小さくなるため、高精度で曲げ加工することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様、第２補助ジグ４４による角度補正用の曲げ加工終了後、有限要素法を用いて、第２押圧部４６の後退を開始する直前におけるＬ字状部材ＰＬの残留応力（計算値）と、引張圧縮試験から得られる除荷時の応力-ひずみ線図（実測値）とに基づき、初等解析によってスプリングバックを計算することが可能である。
【００５０】
以上の第１実施形態、第２実施形態では平板にＬ曲げ加工を行ってＬ字状部材を形成する例で説明したが、本発明はＬ曲げ加工に限らず、曲げ角度が９０°未満となる他の曲げ加工を行うことも可能である。また、曲げ加工によって形成された曲がり部材（例えばＬ字状部材ＰＬ）を更に曲げ加工することによって、あるいは、曲げ用金型を複数設け、複数の曲げ用金型を同時に下降させることで複数の曲げ用金型で板材Ｐを同時に加工することによって、側面視で、コの字状、円錐台状、クランク状、帽子状、などの種々の形状に加工することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 曲げ加工装置
１２ 下金型
１２Ｅ 角部
１４ 上金型
１６ 曲げ用金型
１６Ｈ 当接部
２０ 角度測定センサー
２４ 補助ジグ
３６ ローラ
４４ 第２補助ジグ
Ｐ 板材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板材の曲げ加工装置および曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材の曲げ加工を行う際には、ダイスの上に板材を配置し、ポンチを下降させて板材に押し当てて曲げることが慣用的に行われている（例えば特許文献１参照）。例えばＶ曲げの加工を行うには、ダイスに形成された凹部（Ｖ状の溝）の少なくとも周縁部で支えられるように板材を配置し、ポンチを下降させて板材を押圧することで加工している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−０７１６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、曲げ加工後の板材には、ダイスに当接していた部分に傷や圧痕が残るという難点があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、板材の曲げ加工において、板材の表面に何ら傷や圧痕を残すことなく板材を曲げることが困難な原因を検討した。そして以下のことを見い出した。
【０００７】
図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来のＶ曲げで板材の曲げ加工を行うことを説明する工程毎の模式的側面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の部分拡大図である。慣用的な曲げ加工では、図４に示すようにダイス１１２とポンチ１１６を使用するものであり、ダイス１１２の成型用の凹部１１２Ｄの上に板材Ｐを配置し、ポンチ１１６を下降させることで板材ＰのＶ曲げ加工を行ってＬ字状部材ＰＬを形成する。この曲げ加工時に、図４（ｃ）に示すように、ダイス１１２の肩部１１２Ｓと板材Ｐとが接触し、その近傍の狭い範囲に高い圧力が作用するため、そこで板材Ｐの表面に傷や圧痕を生ずる。
【０００８】
本発明者は、このような傷や圧痕を生じさせない対策を検討した。そして、板材Ｐを曲げるためには、その板材Ｐの曲げようとする部分に、所要のモーメントを加える必要があることに着目した。このモーメントの大きさは、荷重と腕の長さＬとの積となる。そして、図４（ｂ）に示すように、Ｖ曲げでは腕の長さＬが短いために、曲げ加工のための所定の荷重が大きくなり、肩部１１２Ｓに当接する板材部分ＰＴ（図４（ｃ）参照）の外面に傷や圧痕が生ずることを見出した。
【０００９】
また、本発明者は、板材の曲げ加工において、正確な所定の曲げ角度が形成されるように板材を曲げ加工することが困難である原因を検討した。そして以下のことを見い出した。
【００１０】
慣用的な曲げ加工ではポンチとダイスを使用して板材をＶ曲げ加工している。このＶ曲げ加工では、意図する曲げ角度に対応した角度の凹部１１２Ｄをダイス上面側に形成しておく。そして、このダイス１１２上に板材を載置し、ポンチ１１６で板材Ｐを押圧してその凹部１１２Ｄの角度を板材Ｐに転写して曲げ加工を行う。曲げ加工後、板材Ｐは弾性回復（スプリングバック）を生ずるため、板材Ｐに形成された曲げ角度は所定の角度より大きくなる。このスプリングバック量は、板材Ｐの材質や板厚によって変わる。また、同じ材質や板厚でも、機械的性質の相違や板厚の若干の差により、この曲げ角度は異なる。
【００１１】
なお、Ｖ曲げ加工では、曲げる際にポンチ１１６とダイス１１２を使用するため曲げ角度が一義的に決定される。従って、曲げ加工力を制御すれば曲げ角度を若干変えることは可能であるが、既に曲がった板材Ｐの曲げ角度を設定した曲げ角度に修正することは困難である。
【００１２】
このような検討のもとで、本発明者は、板材の外面に傷や圧痕が生じない曲げ方法を鋭意検討し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、板材を載置する載置面と、前記載置面の一端部に形成され前記板材にＬ曲げ加工を行うための角部とを有する下金型と、前記下金型との間で前記板材を挟持する上金型と、前記下金型と前記上金型とで挟持された前記板材に上方から当接する当接部を有し、前記当接部を前記板材に当接させて前記角部の外側を下降することで前記板材を曲げる曲げ用金型と、を備え、前記曲げ用金型の少なくとも前記当接部は、前記板材よりも硬さが低い部材、または、前記角部に平行な軸回りに回転自在なローラ、で構成される、曲げ加工装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の曲げ加工装置を用いた曲げ加工方法であって、前記下金型と前記上金型で前記板材を挟み込み、前記曲げ用金型を下降させることで、前記当接部を前記板材に当接させて曲げ加工力を加えることで前記板材を曲げる、曲げ加工方法である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記板材の曲げ角度を測定する角度測定センサーを１個以上配置し、前記角度測定センサーによる測定角度が許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する、曲げ加工方法である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記板材を更に曲げる方向に前記板材を押圧する補助ジグを設け、前記曲げ用金型で前記板材を曲げ加工した後、前記板材を更に曲げる方向に補助ジグで押圧することで角度補正用の曲げ加工を前記板材に行う、請求項３に記載の曲げ加工方法である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記板材の曲げを戻す方向に前記板材を押圧する第２補助ジグを設け、前記曲げ用金型によって前記板材をオーバーベンドさせた後、前記第２補助ジグで前記板材の曲げを戻すことによって角度補正用の曲げ加工を行う、請求項３または４に記載の曲げ加工方法である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる曲げ加工装置とすることができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、簡易な手法で、板材に傷を形成することなく板材を曲げ加工することができる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、曲げ角度の角度測定誤差を抑制することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、曲げ角度を測定しながら補助ジグによって曲げ加工することによって、角度を容易に補正できる
請求項５に係る発明によれば、反対方向への曲げ加工によりスプリングバックが小さくなるため、高精度曲げが可能となる
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、第１実施形態の曲げ加工装置を用いて板材に曲げ加工を行う工程毎の模式的側面図である。
【図２】第１実施形態の変形例を説明する模式的側面図である。
【図３】第２実施形態で、板材に曲げ加工を行うことを説明する模式的側面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来の方式で板材に曲げ加工を行う工程毎の模式的側面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２４】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００２５】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、本実施形態に係る曲げ加工装置を用いて板材の曲げ加工を行う工程毎の模式的側面図である。本実施形態に係る曲げ加工装置１０は、加工対象の板材Ｐを挟持する下金型（ダイス）１２および上金型１４と、挟持された板材Ｐに上方から当接して下降する曲げ用金型（ポンチ）１６と、を備えている。板材Ｐとしては、例えば、厚みが３０ｍｍ程度であっても問題なく曲げ加工できるが、０．５ｍｍ程度の薄板であっても問題なく曲げ加工できる。
【００２６】
下金型１２は、板材Ｐを載置する載置面１２Ｕと、載置面１２Ｕの一端部（縁部）に形成され板材ＰにＬ曲げ加工を行うための角部１２Ｅとを有する。曲げ用金型１６は、下金型１２と上金型１４とで挟持された板材Ｐに上方から当接する当接部１６Ｈを先端部に有し、角部１２Ｅのすぐ外側を下降することで板材ＰをＬ字状に曲げるようになっている。なお、下金型１２が下降する際の当接部１６Ｈと角部１２Ｅとの間隔は、曲げ加工する板材Ｐの厚みに応じて設定変更可能とされている。
【００２７】
そして、曲げ用金型１６のこの当接部１６Ｈは、板材Ｐよりも硬さが低い部材で構成されている。この部材の材質は、例えば、硬質ゴム、プラスチックである。曲げ用金型１６全体がこのような部材で構成されていてもよい。
【００２８】
また、曲げ加工装置１０は、板材Ｐの曲げ角度を測定する角度測定センサー２０を有する。更に、曲げ加工装置１０は、曲げ用金型１６を下降させることで板材Ｐを曲げ加工した後、板材Ｐを更に曲げる方向に押圧する補助ジグ２４を備えている。本実施形態では、補助ジグ２４が曲げ用金型１６の所定高さ位置に取り付けられている。なお、補助ジグ２４は曲げ用金型１６とは別体に設けられていてもよい。また、角度測定センサー２０は補助ジグ２４よりも下方位置に配置されている。
【００２９】
さらに、曲げ加工装置１０は、角度測定センサー２０による測定結果に基づいて角度補正用の曲げ加工を板材Ｐに行う制御部３０を備えている。制御部３０は、補助ジグ２４を構成する押圧部（曲げ角度補正用ポンチ）２６の移動長さ（押し出し長さ）および押し出し力を設定するようになっている。
【００３０】
（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態では、まず、下金型１２の載置面１２Ｕに平板状の板材Ｐを載置する。その際、後述の曲がり部Ｐ２の内側が角部１２Ｅに位置するように配置する。更に、上金型１４を板材Ｐに上方から当接させて下金型１２と上金型１４とで板材Ｐを挟持する。
【００３１】
そして、曲げ用金型１６を下降させて、当接部１６Ｈを板材Ｐの上面に当接させ、更に下降させることで板材Ｐに曲げモーメントを加える（本曲げ加工）。この結果、板材ＰがＬ字状に曲がり、下金型１２と上金型１４とで挟持されている平板状の基部Ｐ１と、基部Ｐ１に連続し曲がっている曲がり部Ｐ２と、曲がり部Ｐ２に連続し当接部１６Ｈが当接した平板状の被当接部Ｐ３と、で構成されるＬ字状部材ＰＬが得られる。
【００３２】
本実施形態で行うこのようなＬ曲げ加工では、Ｖ曲げ加工に比べ、曲げ加工における腕の長さＬが長い。従って、曲げ加工に必要な荷重が小さくなり、板材Ｐの表面に生ずる傷や圧痕が少ない。そして、当接部１６Ｈの硬さが板材Ｐの硬さよりも低いので、当接部１６Ｈが板材Ｐの表面に当接して曲げ加工が行われても、板材Ｐの表面に傷や圧痕が残ることが回避される。このように表面に傷をつけずに板材Ｐを曲げてなるＬ字状部材ＰＬを形成すると、傷を補修せずにこのＬ字状部材ＰＬをそのまま使用することができる。このことは、塗装した板材を曲げ加工する上で特に大きな効果を奏する。さらに、ステンレス等の板材では塗装せずに、金属の表面の持っている美しさをそのまま使用することができる。例えば、エレベーターの扉や流し台の曲げ加工された部位などにそのまま使用することができる。
【００３３】
ここで、この本曲げ加工では、板材Ｐと曲げ用金型１６との間にクリアランスがあり、しかも曲げ加工後にスプリングバックが生じるため、基部Ｐ１に対する被当接部Ｐ３の曲げ角度θは意図した角度よりも大きくなることが多い。このため、以下のようにして角度補正用の曲げ加工を行う。
【００３４】
まず、角度測定センサー２０で曲げ角度θを測定する。この測定結果は制御部３０へ送信される。このように角度測定センサー２０で曲げ角度θを測定することにより、本曲げ加工で形成された曲がり部Ｐ２の角度誤差を正確に検出することができる。曲げ用金型１６による板材Ｐの変形では弾性変形や軸受け隙間などが原因となって発生する誤差が生じるが、このように角度測定センサー２０によって曲げ角度θを測定することにより、このような誤差が生じていても補助ジグ２４や後述の第２補助ジグ４４で角度補正用の曲げ加工を適切に行うことが可能である。
【００３５】
制御部３０は、この測定結果に基づき曲げ角度θの不足角度を算出し、不足角度が０°となるように、補助ジグ２４の押圧部２６の移動長さ、および、押し出し力の適切な値を算出する。この移動長さや押し出し力を算出する際、板材Ｐの材質、厚み、角部１２Ｅから押圧部２６までの腕の長さ、などを考慮して算出する。また、補助ジグ２４の押圧部２６が後述の曲がり部Ｐ２のすぐ下方に位置するように、必要に応じて曲げ用金型１６の上下方向位置を調整する。そして、算出した移動長さ、および、押し出し力で押圧部２６を押し出すように補助ジグ２４を制御することで、角度補正用の曲げ加工を行う。なお、角度補正用の曲げ加工を行う際、スプリングバックの見込み量を考慮の上で曲げ加工を行うことが好ましい。この見込み量を算出する際、曲げ加工データに基づいて算出してもよいし、有限要素法で算出してもよい。
【００３６】
補助ジグ２４によって角度補正用の曲げ加工を終了した後、曲げ用金型１６を上昇させ、Ｌ字状部材ＰＬが当接部１６Ｈおよび押圧部２６から解放された状態、すなわちＬ字状部材ＰＬが曲げ用金型１６および押圧部２６に非接触となった状態にして、角度測定センサー２０で曲げ角度θを正確に測定する。そして、曲げ角度θが許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する。曲げ角度θが許容角度範囲内でなければ、曲げ用金型１６を下降させ補助ジグ２４を用いて角度補正用の曲げ加工を再度行う。ここで、許容角度範囲については、曲げ加工を行う前に、Ｌ字状部材ＰＬの用途等に応じて予め決めておく。
【００３７】
この結果、基部Ｐ１に対する被当接部Ｐ３の曲げ角度θを、容易な手法で意図する角度に極めて近い値にすることができる。高精度に曲げ加工を行うことは、大きな板材を曲げ加工する場合に特に要求される。また、曲げ加工された板材を組み立てるに際し、正確に筐体を製造する必要がある場合には、板材は高精度に曲げ加工される必要がある。特に、厚板材の曲げ加工精度を０．５度以下に抑えることは従来から困難といわれている中、更なる板材の高精度曲げ加工が要求されており、本実施形態により、このような高精度曲げ加工の要求にも応じ得るという優れた効果が得られる。本実施形態を適用可能な具体的な工業品の例としては、農業機械、建築機械や風力発電の筐体部が挙げられる。
【００３８】
なお、本実施形態では、補助ジグ２４による角度補正用の曲げ加工終了後のスプリングバックを計算し、計算したスプリングバックに基づいて、曲げ加工終了時に押圧部２６の位置制御を行って、角度補正用の曲げ加工による曲げ角度θを意図した正確な角度とすることが可能である。そして、このスプリングバックを計算するには、有限要素法を用いて、補助ジグ２４の後退の開始直前におけるＬ字状部材ＰＬの残留応力（計算値）と、引張圧縮試験から得られる除荷時の応力-ひずみ線図（実測値）とに基づき、初等解析によって計算することが好ましい。スプリングバックを計算するには、従来では、材料毎、板厚、曲げ半径、金型など、それぞれに対する大量のデータベースを必要としたが、このように計算して補助ジグ２４の位置制御を行うことによりこのような大量のデータベースを必要としなくなるので、この効果は大きい。
【００３９】
また、本実施形態では、板材Ｐと接触する当接部１６Ｈを、板材Ｐよりも硬さが低い当接部材で構成することで説明したが、テープ等の板材Ｐよりも軟らかいものを当接部１６Ｈに接着することによっても、板材Ｐの表面に傷や圧痕を生じさせずに板材Ｐの曲げ加工を行うことが可能となる。この場合、テープ等が痛んだら交換することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態では、曲げ用金型１６が上方から垂直に降りる例で説明したが、より適切な軌跡を描かせて曲げ加工を行ってもよい。例えば、曲線状の軌跡を描くように曲げ用金型１６を上方から下降させてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では角度測定センサー２０を１つ配置した例で説明したが、角度測定センサー２０を複数配置して高い精度で角度測定を行っても良い。
【００４２】
また、本実施形態では、補助ジグ２４で補正用の曲げ加工を行う例で説明したが、曲げ用金型１６を更に下降させることで補正用の曲げ加工を大まかに行うことも可能である。この場合、大まかに行った補正用の曲げ加工後の曲げ角度θが許容角度範囲内となっていれば、曲げ加工を終了することが可能である。
【００４３】
また、図２に示すように、当接部１６Ｈとして、角部１２Ｅに平行な水平軸回りに回転自在な円筒状のローラ３６を設けて、板材Ｐとローラ３６とを転がり接触にして曲げ加工を行うことによっても、板材Ｐの表面に生ずる傷や圧痕を生じさせること無く、板材Ｐを曲げることが可能となる。
【００４４】
［第２実施形態］
図３は、本実施形態で板材に曲げ加工を行うことを説明する模式的側面図である。本実施形態では、第１実施形態に比べ、図３に示すように、Ｌ字状部材ＰＬの内側からＬ字状部材ＰＬの被当接部Ｐ３に当接して押し出し力を与える第２補助ジグ４４を更に設けて曲げ加工を行う。本実施形態では、第２補助ジグ４４を構成する第２押圧部（曲げ角度補正用第２ポンチ）４６が曲がり部Ｐ２のすぐ下方に位置するように、第２補助ジグ４４が所定高さ位置に設けられている。
【００４５】
本実施形態では、補助ジグ２４および第２補助ジグ４４の配置位置の移動が可能となっており、所定位置への配置、非配置の切り替えを容易に行える構成になっている。
【００４６】
本実施形態では、曲げ用金型１６の当接部１６Ｈまたは補助ジグ２４によって一度オーバーベンドさせた後（すなわち曲げ過ぎた後）、板材Ｐの曲げを戻す方向に第２押圧部４６で被当接部Ｐ３を押圧することによって、更に角度補正を行う。なお、第２補助ジグ４４で角度補正用の曲げ加工を行う際、スプリングバックの見込み量を考慮の上で曲げ加工を行うことが好ましい。この見込み量の計算を行う際、曲げ加工データに基づいて計算してもよいし、有限要素法で計算してもよい。
【００４７】
第２補助ジグ４４によって角度補正用の曲げ加工を終了した後、Ｌ字状部材ＰＬが第２補助ジグ４４から解放された状態、すなわちＬ字状部材ＰＬが第２押圧部４６に非接触となった状態にして、角度測定センサー２０で曲げ角度θを正確に測定する。そして、曲げ角度θが許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する。曲げ角度θが許容角度範囲内でなければ、第２補助ジグ４４を用いて角度補正用の曲げ加工を再度行う。
【００４８】
このように、曲げ用金型１６による曲げ方向とは反対方向への曲げ加工を行うことで、板材内部の残留応力や、バウシンガー効果によって、曲げ加工に必要な曲げモーメントが減少する。この曲げモーメント減少によりスプリングバックが小さくなるため、高精度で曲げ加工することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様、第２補助ジグ４４による角度補正用の曲げ加工終了後、有限要素法を用いて、第２押圧部４６の後退を開始する直前におけるＬ字状部材ＰＬの残留応力（計算値）と、引張圧縮試験から得られる除荷時の応力-ひずみ線図（実測値）とに基づき、初等解析によってスプリングバックを計算することが可能である。
【００５０】
以上の第１実施形態、第２実施形態では平板にＬ曲げ加工を行ってＬ字状部材を形成する例で説明したが、本発明はＬ曲げ加工に限らず、曲げ角度が９０°未満となる他の曲げ加工を行うことも可能である。また、曲げ加工によって形成された曲がり部材（例えばＬ字状部材ＰＬ）を更に曲げ加工することによって、あるいは、曲げ用金型を複数設け、複数の曲げ用金型を同時に下降させることで複数の曲げ用金型で板材Ｐを同時に加工することによって、側面視で、コの字状、円錐台状、クランク状、帽子状、などの種々の形状に加工することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 曲げ加工装置
１２ 下金型
１２Ｅ 角部
１４ 上金型
１６ 曲げ用金型
１６Ｈ 当接部
２０ 角度測定センサー
２４ 補助ジグ
３６ ローラ
４４ 第２補助ジグ
Ｐ 板材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材を載置する載置面と、前記載置面の一端部に形成され前記板材にＬ曲げ加工を行うための角部とを有する下金型と、
前記下金型との間で前記板材を挟持する上金型と、
前記下金型と前記上金型とで挟持された前記板材に上方から当接する当接部を有し、前記当接部を前記板材に当接させて前記角部の外側を下降することで前記板材を曲げる曲げ用金型と、を備え、
前記曲げ用金型の少なくとも前記当接部は、前記板材よりも硬さが低い部材、または、前記角部に平行な軸回りに回転自在なローラ、で構成される、曲げ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の曲げ加工装置を用いた曲げ加工方法であって、
前記下金型と前記上金型で前記板材を挟み込み、前記曲げ用金型を下降させることで、前記当接部を前記板材に当接させて曲げ加工力を加えることで前記板材を曲げる、曲げ加工方法。
【請求項３】
前記板材の曲げ角度を測定する角度測定センサーを１個以上配置し、
前記角度測定センサーによる測定角度が許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する、請求項２に記載の曲げ加工方法。
【請求項４】
前記板材を更に曲げる方向に前記板材を押圧する補助ジグを設け、
前記曲げ用金型で前記板材を曲げ加工した後、前記板材を更に曲げる方向に補助ジグで押圧することで角度補正用の曲げ加工を前記板材に行う、請求項３に記載の曲げ加工方法。
【請求項５】
前記板材の曲げを戻す方向に前記板材を押圧する第２補助ジグを設け、
前記曲げ用金型によって前記板材をオーバーベンドさせた後、前記第２補助ジグで前記板材の曲げを戻すことによって角度補正用の曲げ加工を行う、請求項３または４に記載の曲げ加工方法。
【請求項１】
板材を載置する載置面と、前記載置面の一端部に形成され前記板材にＬ曲げ加工を行うための角部とを有する下金型と、
前記下金型との間で前記板材を挟持する上金型と、
前記下金型と前記上金型とで挟持された前記板材に上方から当接する当接部を有し、前記当接部を前記板材に当接させて前記角部の外側を下降することで前記板材を曲げる曲げ用金型と、を備え、
前記曲げ用金型の少なくとも前記当接部は、前記板材よりも硬さが低い部材、または、前記角部に平行な軸回りに回転自在なローラ、で構成される、曲げ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の曲げ加工装置を用いた曲げ加工方法であって、
前記下金型と前記上金型で前記板材を挟み込み、前記曲げ用金型を下降させることで、前記当接部を前記板材に当接させて曲げ加工力を加えることで前記板材を曲げる、曲げ加工方法。
【請求項３】
前記板材の曲げ角度を測定する角度測定センサーを１個以上配置し、
前記角度測定センサーによる測定角度が許容角度範囲内であれば曲げ加工を終了する、請求項２に記載の曲げ加工方法。
【請求項４】
前記板材を更に曲げる方向に前記板材を押圧する補助ジグを設け、
前記曲げ用金型で前記板材を曲げ加工した後、前記板材を更に曲げる方向に補助ジグで押圧することで角度補正用の曲げ加工を前記板材に行う、請求項３に記載の曲げ加工方法。
【請求項５】
前記板材の曲げを戻す方向に前記板材を押圧する第２補助ジグを設け、
前記曲げ用金型によって前記板材をオーバーベンドさせた後、前記第２補助ジグで前記板材の曲げを戻すことによって角度補正用の曲げ加工を行う、請求項３または４に記載の曲げ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２００７４１（Ｐ２０１２−２００７４１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５９２６（Ｐ２０１１−６５９２６）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１１０７５８６３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１１０７５８６３）
【Ｆターム（参考）】
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