曲げ加工装置
【課題】
高い生産性、省設置スペース性及び良好なメンテナンス性を有し、鋼管17の曲げ部材35を高い寸法精度で製造する曲げ加工装置10を提供する。
【解決手段】
鋼管17を長手方向へ送る送り機構11と、鋼管17を送りながら支持する第１の支持機構12と、送られる鋼管17の一部または全部を加熱する加熱機構13と、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冷却機構14と、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における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、鋼管17を所望の形状に曲げ加工する第２の支持機構25と、鋼管17の変形を防止する変形防止機構16とを備える曲げ加工装置である。送り機構11は、軸数が７軸の垂直多関節ロボットである第１の産業用ロボット18により構成される。
高い生産性、省設置スペース性及び良好なメンテナンス性を有し、鋼管17の曲げ部材35を高い寸法精度で製造する曲げ加工装置10を提供する。
【解決手段】
鋼管17を長手方向へ送る送り機構11と、鋼管17を送りながら支持する第１の支持機構12と、送られる鋼管17の一部または全部を加熱する加熱機構13と、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冷却機構14と、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における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、鋼管17を所望の形状に曲げ加工する第２の支持機構25と、鋼管17の変形を防止する変形防止機構16とを備える曲げ加工装置である。送り機構11は、軸数が７軸の垂直多関節ロボットである第１の産業用ロボット18により構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットを構成要素とする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。
【背景技術】
【０００２】
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、さらには鍛造等により製造されてきた。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。
【０００３】
近年では、この種の曲げ部材を、いわゆるチューブハイドロフォーミングにより製造することが積極的に検討される（例えば非特許文献１参照）。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、今後よりいっそうの開発が必要であることが、非特許文献１の２８頁に開示される。
【０００４】
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３は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
図３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、二次元又は三次元に屈曲する曲げ加工部と焼入れ部とを長手方向及び／又はこの長手方向と交叉する面内の周方向へ向けて断続的又は連続的に有する曲げ部材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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９３００６号パンフレット
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】自動車技術 Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６，２００３ ２３〜２８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、曲げ加工装置０のよりいっそうの向上を目的に、鋭意検討を重ねた結果、曲げ加工装置０が以下に列記する課題を有することが判明した。
（ａ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１の種類に応じて、段取替えを行う必要がある。段取替えは相応の時間を必要とする。これにより、曲げ加工装置０のサイクルタイムの増加、および生産性の低下が発生する。また、鋼管１のパスラインを変更する場合には、これに伴って送り装置３の設置位置を変更する必要があり、曲げ加工装置０の生産性が低下する。
【０００８】
（ｂ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１をセットされてからボールネジを駆動して鋼管１を送るため、生産タクトの短縮が困難である。
（ｃ）例えばボールネジを用いた送り装置３や可動ローラーダイス４の動作タイミングを一致させる必要がある。しかし、正確に一致させることが難しく、正確に一致しない場合には、曲げ加工部品の寸法精度が低下する。
【０００９】
（ｄ）例えばボールネジを用いた送り装置３や可動ローラーダイス４を三次元で移動自在に支持するための支持装置の設置スペースが大きくなる。このため、曲げ加工装置０の設置場所が限られる。
【００１０】
（ｅ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１が溶接鋼管である場合には、鋼管１のセット時に、送り動作以外の動作（例えば、鋼管１を軸回りに回転させて鋼管１に存在する溶接ビード位置を曲げ加工において不具合を生じない位置に調整する動作、鋼管１のセット時の芯ずれを調整する動作、さらには送り経路を調整する動作）を行うことができない。このため、曲げ加工装置３の生産性が低下する。
【００１１】
（ｆ）例えばボールネジを用いた送り装置３や、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は、極めて高精度の動作を要求されるため、定期的な清掃や補修を行われなければならない。しかし、送り装置３や可動ローラーダイス４のメンテナンス性は良好でない。このため、送り装置３や可動ローラーダイス４の補修や清掃は、相当の時間や工数を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、少なくとも送り装置として、例えば垂直多関節型の産業用ロボットを用いること、さらに、必要に応じて、可動ローラーダイスの支持装置や可動ローラーダイスの出側に寸法精度向上のために配置する寸法精度低下抑制装置として、例えば垂直多関節型の産業用ロボットを用いることによって、上述した課題（ａ）〜（ｆ）を解決できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
【００１３】
本発明は、下記条件を満足する送り機構、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ことを特徴とする曲げ加工装置である。
送り機構；第１の産業用ロボットにより構成されるとともに、閉じた断面を有する中空の金属材をその長手方向へ送る。
【００１４】
第１の支持機構；第１の位置に固定して配置されて、金属材を送りながら支持する。
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の位置に固定して配置されて、送られる金属材の一部または全部を加熱する。
【００１５】
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の位置に固定して配置されて、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。
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の位置に配置されて、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、金属材における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、金属材を所望の形状に曲げ加工する。
【００１６】
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の位置に配置されて、送られる金属材の変形を防止する。
本発明では、第２の支持機構が、少なくとも一つの第２の産業用ロボットにより支持されることが望ましい。
【００１７】
本発明では、変形防止機構が、第３の産業用ロボットにより構成されることが望ましい。
本発明では、第１の産業用ロボット、第２の産業用ロボットおよび第３の産業用ロボットの少なくとも一つが、垂直多関節ロボット、例えば軸数が５以上である垂直多関節ロボットであることが望ましい。
【００１８】
本発明では、送り機構が、金属材をその長手方向へ送る際に、金属材をその軸回りに回転させるとともに、変形防止機構が、金属材を把持する把持部を有し、かつ金属材の軸回りの回転に伴ってこの把持部を軸回りに回転させることが、第２の支持機構による二次元または三次元の方向への移動量と、変形防止機構の移動量とを低減でき、これにより、曲げ加工装置全体の設置範囲を抑制できるために、望ましい。
【００１９】
また、前記加熱機構が前記金属材の周囲に離間して配置される加熱コイルを有し、前記金属材が円形の横断面以外の横断面を有するとともに、少なくとも前記加熱コイルは、前記金属材の軸回りの回転に伴って前記軸回りに回転することが望ましい。
【００２０】
さらに、本発明では、曲げ加工を温間または熱間で行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、曲げ加工装置０が有する上述した課題（ａ）〜（ｆ）を解決でき、曲げ加工装置０よりもいっそう高い生産性、省設置スペース性及び良好なメンテナンス性を有し、閉断面を有する長尺の金属製の曲げ部材を高い寸法精度で製造できる曲げ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係る曲げ加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の産業用ロボット〜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】図３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。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、曲げ加工装置によって、鋼管を回転させずに送りながら、曲げ加工製品を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、曲げ加工装置によって、鋼管を回転させずに送りながら、曲げ加工製品を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る曲げ加工装置を実施するための形態を説明する。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。本発明は、鋼管には限定されず、閉じた断面を有する中空の金属材に等しく適用される。
【００２４】
図１は、本発明に係る曲げ加工装置１０の構成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。なお、図１に示す、第１の産業用ロボット１８〜第３の産業用ロボット２８を含む合計６基の産業用ロボットは、いずれも、マニピュレーター等を概念化および簡略化して示す。
【００２５】
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。これらの構成要素を順次説明する。
【００２６】
［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。
【００２７】
以降の説明では、第１の産業用ロボット１８や第３の産業用ロボット２８にも、第２の産業用ロボット２７と同様のロボットを用いた場合を例にとる。
図２は、第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８（以下、「各産業用ロボット１８、２７、２８」と略記する）の構成例を示す説明図である。
【００２８】
各産業用ロボット１８、２７、２８は、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットである。各産業用ロボット１８、２７、２８は、いずれも、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。さらに、第６軸は、手首２０ａを回転させる。
【００２９】
各産業用ロボット１８、２７、２８は、必要に応じて、第１軸〜第６軸に加えて、上腕１９を旋回させる第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸は、いずれも、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００３０】
各産業用ロボット１８、２７、２８それぞれの軸数は、６または７である必要はなく、５であってもよい。これらの産業用ロボットの軸数は、加工に必要な動作を行うことができる軸数であればよい。
【００３１】
各産業用ロボット１８、２７、２８は、他の汎用の産業用ロボットと同様に、いずれも、各軸の動作を総合的に制御するコントローラー２１と、動作を教示するための入力装置２２とを備える。
【００３２】
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に収容された鋼管１７を把持すること、および、把持した鋼管１７を第１の支持機構１２および加熱機構１３にそれぞれ設けられた貫通孔に貫通させることを行うために用いられる。
【００３３】
効果器２４は、鋼管１７の後部外面を掴む方式でもよいし、あるいは、鋼管１７の後部内部に挿入する方式でもよい。図１に示す効果器２４は、鋼管１７の後部内部に挿入される凸部を先端に有する方式の効果器である。
【００３４】
効果器２４は、曲げ加工の素材の後部の形状や寸法に応じて適宜変更されて、用いられる。曲げ加工装置１０は、第１の産業用ロボット１８の近傍に配置された段替え用ツール置き台３０を備える。自動交換機能を有する交換用効果器２４−１が段替え用ツール置き台３０に載置される。加工素材が鋼管１７以外の他の素材１７−１（図示例は四角形の横断面を有する角管）に変更される場合、第１の産業用ロボット１８が旋回し、効果器２４を交換用効果器２４−１に交換する。これにより、効果器２４の交換が極めて迅速に行われる。
【００３５】
図１に破線で示すように、もう１基の第１の産業用ロボット１８−１が、第１の産業用ロボット１８とともに配置されていてもよい。第１の産業用ロボット１８による鋼管１７の送り作業中に、第１の産業用ロボット１８−１が、他の素材１７−１をパレット２３から拾い上げ、他の素材１７−１を後述する第１の支持機構１３に形成された貫通孔に通す。第１の産業用ロボット１８−１は、適当な効果器を他の素材１７−１の後端に配置されて、待機する。第１の産業用ロボット１８による鋼管１７の送り作業が終了すると、他の素材１７−１のパスラインに合わせて、後述する加熱コイル支持ロボット３２による加熱コイル１３ａの設置位置、および第２の支持機構１５による可動ローラーダイス２５の設置位置がいずれも変更される。これにより、第１の産業用ロボット１８−１が他の素材１７−１の送り作業を直ちに開始することができる。このため、曲げ加工装置１０の生産タクトが短縮される。
【００３６】
第１の産業用ロボット１８−１は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００３７】
第１の産業用ロボット１８が、パレット２３からの鋼管１７の移載およびセットを行うので、曲げ加工装置１０のサイクルタイムが短縮され、これにより、曲げ加工装置１０の生産性が高められる。
【００３８】
［第１の支持機構１２］
第１の支持機構１２は、支持台３１に搭載される。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、送り機構１１により送られる素材を送りながら支持可能である複数のロール１２ａ〜１２ｆを有する。
【００３９】
鋼管１７は、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより送られる。他の素材１７−１は、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより送られる。すなわち、鋼管１７のパスラインがロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより形成されるとともに、他の素材１７−１のパスラインがロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより形成される。
【００４０】
複数のロール１２ａ〜１２ｆの設置数や形状、さらにはダイス内での配置は、搬送される素材１７、１７−１の形状や寸法等に応じて、適宜設定される。
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。
【００４１】
［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に配置される。加熱機構１３は、加熱コイル支持ロボット３２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。
【００４２】
加熱機構１３は、誘導加熱装置により構成される。誘導加熱装置は、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。この加熱コイル１３ａは、当業者にとっては周知慣用である。
【００４３】
加熱コイル支持ロボット３２は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００４４】
他の素材１７−１を加熱する場合、段替え用加熱コイル置き台３３が加熱コイル支持ロボット３２の近傍に配置される。自動交換機能付きの交換用加熱コイル１３ｂが、置き台３３に載置される。素材が鋼管１７以外の他の素材１７−１に変更される場合、加熱支持ロボット３２が旋回し、加熱コイル１３ａを加熱コイル１３ｂに交換する。これにより、加熱コイル１３ｂは極めて迅速に交換される。
【００４５】
加熱機構１３に関するこれ以上の説明は省略する。
［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。これにより、冷却機構１４は、鋼管１７の長手方向の一部に高温部分を形成する。高温部分の変形抵抗は大幅に低下する。
【００４６】
冷却機構１４は、例えば、鋼管１７の外面に離れて配置される冷却媒体噴射ノズル１４ａ、１４ｂを有する。冷却水が冷却媒体として例示される。この冷却媒体噴射ノズル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。
【００４７】
［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。これにより、第２の支持機構１５は、鋼管１７の高温部分（位置Ｂ〜Ｃ間に存在する部分）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。
【００４８】
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により構成される。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。
【００４９】
可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７により支持される。第２の産業用ロボット２７はＣＰ型のプレイバックロボットである。ＣＰ型のプレイバックロボットは、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡と、これらの多数に細分化された軌跡の通過時刻とを連続的に記憶可能である。
【００５０】
第２の産業用ロボット２７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸は、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５１】
グリッパー２７ａ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２７の手首２０ａの先端に設けられる。効果器は、グリッパー２７ａ以外の型式のものでもよい。
【００５２】
可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７を含む複数基の産業用ロボットにより、支持されていてもよい。これにより、各産業用ロボットの負荷が軽減されるので、可動ローラーダイス２５の移動軌跡の精度が向上する。
【００５３】
［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が自重や冷却により発生する応力によって変形することを防止する。
【００５４】
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２７と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５５】
鋼管１７の外面を掴むグリッパー２９が、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、第３の産業用ロボット２８の手首２０ａの先端に設けられる。
【００５６】
効果器は、グリッパー２９以外の型式の効果器（例えば、鋼管１７の開口に挿入するもの）を用いてもよいことはいうまでもない。例えば、段替え用ツール置き台３４が第３の産業用ロボット２８の近傍に配置される。鋼管１７の内部に挿入する型式の交換用グリッパー２９−１がこの置き台３４に載置される。素材が鋼管１７以外の他の素材１７−１に変更される場合、第３の産業用ロボット２８が旋回してグリッパー２９をグリッパー２９−１に交換する。これにより、グリッパー２９−１が極めて迅速に交換される。
【００５７】
ハンドリングロボット３７が第３の産業用ロボット２８の下流に配置される。ハンドリングロボット３７は、手首２０ａの先端に把持部３６を有する。把持部３６は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持する。ハンドリングロボット３７はＣＰ型のプレイバックロボットである。
【００５８】
ハンドリングロボット３７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５９】
ハンドリングロボット３７は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持する。ハンドリングロボット３７は、保持した曲げ加工品３５を製品置き台３８に移載する。
曲げ加工装置１０は、曲げ加工を、温間または熱間で行うことが望ましい。温間とは、常温に比べて金属材料の変形抵抗が低下する温度域であり、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料の変形抵抗が低下し、かつ、金属材料の焼入れ可能な温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料では８７０℃以上の温度域である。
【００６０】
曲げ加工が熱間で行われる場合、鋼管１７は、鋼管１７が焼入れ可能な温度域に加熱された後に所定の冷却速度で冷却することによって、焼入れ処理される。また、曲げ加工が温間で行われる場合、熱歪み等の加工に伴う鋼管１７の歪みの発生が、防止される。
【００６１】
曲げ加工装置１０は以上のように構成される。
曲げ加工装置１０が、鋼管１７を二次元または三次元に曲げる曲げ加工を行うと、送り機構１１が第１の産業用ロボット１８を有するために、以下に列記する効果が得られる。
【００６２】
（ａ）鋼管１７の種類に応じて不可避的に行われる段取替えが、簡単かつ迅速に行われる。このため、曲げ加工装置１０のサイクルタイムの増加が防止され、曲げ加工装置１０の生産性が高まる。また、鋼管１７のパスラインが変更される場合に不可避的に行われる段取替えが簡単かつ迅速に行われる。このため、曲げ加工装置１０の生産の自由度および生産性がいずれも高まる。さらに、鋼管１７を収容するパレット２３が、第１の産業用ロボット１８の動作範囲内に設置される。
【００６３】
（ｂ）送り機構１１を構成する第１の産業用ロボット１８が、ハンドリングロボットとしても用いられる。このため、この第１の産業用ロボット１８が、素材１７を所定の位置にセットした後に直ちに素材１７をその軸方向へ送ることができるため、曲げ加工装置０のサイクルタイムが短縮される。
【００６４】
（ｃ）第１の産業用ロボット１８の動作タイミングと、例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等の他の装置の動作タイミングとを、一致させることが容易になる。このため、曲げ加工部品３５の寸法精度の向上を図ることが、鋼管１７の送り速度を自在に変更すること（例えば、曲げ部材における曲げ部分の送り速度を低下すること等）によって可能になるとともに、第１の産業用ロボット１８の起動の際のスタートタイミングと、例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等の他の装置の起動の際のスタートタイミングとを、一致させることが容易になる。
【００６５】
（ｄ）第１の産業用ロボット１８が送り機構１１に用いられるので、曲げ加工装置１０全体の設置スペースが、第１の産業用ロボット１８が例えば第１の支持機構１２にできるだけ近接して配置されることによって抑制され、これにより、曲げ加工装置１０の設置場所の制限が抑制される。
【００６６】
（ｅ）第１の産業用ロボット１８が送り機構１１の構成要素として用いられるので、例えば、（１）鋼管１７が溶接鋼管である場合に、鋼管１７に存在する溶接ビード位置が曲げ加工に不具合を生じない位置になるように鋼管１７を軸回りに回転させてから、鋼管１７を曲げ加工装置１０にセットする動作、（２）鋼管１７のセット時の芯ずれを調整する動作、（３）鋼管１７の送り経路を調整する動作、（４）鋼管１７に微小な繰り返し振動を与えることによって第１の支持機構１２や第２の支持機構１５の摩擦係数を低下する動作、さらには（５）鋼管１７の芯ずれを修正してスティックスリップ現象の発生を未然に防止する動作といった、送り動作以外の動作も行うことができる。このため、曲げ加工装置１０の生産の自由度が高まる。
【００６７】
なお、第１の産業用ロボット１８が溶接ビード位置を変更する動作が行う場合、周知慣用の溶接ビード位置検出装置が第１の産業用ロボット１８に設けられる。鋼管１７の回転角度は溶接ビード位置検出装置の検出値により演算により設定されるようにしてもよい。
【００６８】
（ｆ）第１の産業用ロボット１８は、生産実績が高い汎用の産業用ロボットにより構成可能であるので、良好なメンテナンス性が得られるとともに、補修や清掃に要する時間や工数がを抑制される。
【００６９】
（ｇ）第１の産業用ロボット１８は、第１の支持機構１２の取付け向きに応じて、鋼管１７の送り軌道を微修正できるので、曲げ加工製品３５の寸法精度が向上する。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。以降の説明は、実施の形態２のうちで上述した実施の形態１と相違する部分について行い、共通する部分の重複する説明は省略する。
【００７０】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、曲げ加工装置１０によって、鋼管１７を回転させずに送りながら、曲げ加工製品３５を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。また、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、曲げ加工装置１０によって、鋼管１７を回転させずに送りながら、曲げ加工製品３５を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。
【００７１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、実施の形態１では、送り機構１１を構成する第１の産業用ロボット１８が、鋼管１７をその軸回りに回転させることなく、鋼管１７をその軸方向へ送る。このため、鋼管１７に与えられる曲げ量は、第２の支持機構１５である可動ローラーダイス２５の移動量に支配される。
【００７２】
すなわち、可動ローラーダイス２５が動作する角度は−θ２〜＋θ１であり、また可動ローラーダイス２５のシフトもパスラインの上方と下方にわたっている。このため、鋼管１７に与えられる曲げ量が大きい場合には、可動ローラーダイス２５の移動量が大きくなり、可動ローラーダイス２５の移動量が過大になり、この移動量が可動ローラーダイス２５を支持する第２の産業用ロボット２７の可動範囲を超えると、曲げ部材３５を製造できなくなる。可動ローラーダイス２５の支持を、第２の産業用ロボット２７以外の機械式の設備により行うと、設備費が嵩む。このため、第２の産業用ロボット２７により可動ローラーダイス２５を支持し、かつ可動ローラーダイス２５の移動量を小さくすることが望ましい。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、送り機構１１が、鋼管１７をその軸回りに回転させながら鋼管１７をその長手方向へ送るとともに、変形防止機構１６を構成するグリッパー２９を、鋼管１７の回転に伴って鋼管１７の軸回りに回転させる。具体的には、図５（ｂ）から図５（ｃ）の間で、出側の変形防止機構１６と同期させて、鋼管１７およびグリッパー２９を回転させる。
【００７４】
これにより、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、鋼管１７の曲げの方向を一方向（紙面の下方の方向）に限定することができるため、可動ローラーダイス２５が動作する角度を０〜＋θ１の一方向のみに限定できるとともに、可動ローラーダイス２５のシフト範囲をパスラインの下方のみに限定することができる。したがって、変形防止機構１６を構成するグリッパー２９の移動方向もまた一方向にのみ限定して動作範囲を抑制することができる。
【００７５】
このため、可動ローラーダイス２５を支持する第２の産業用ロボット２７や、グリッパー２９を支持する第３の産業用ロボット２８を、上腕１９や前腕２０の長さが短い産業用ロボットにより構成することが可能になるとともに、設備全体の設置面積を抑制することができる。
【００７６】
図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す例では、単純な２次元形状に曲げ加工を行う場合であるが、より複雑な２次元形状や３次元形状に曲げ加工を行う場合であっても、可動ローラーダイス２５の二次元または三次元の方向への移動量を第２の産業用ロボット２７の動作範囲内に抑制することができるとともに、変形防止機構１６を構成するグリッパー２９の移動量を第３の産業用ロボット２８の動作範囲内に抑制できるようになる。
【００７７】
なお、曲げ加工される素材が、鋼管１７以外の、非円形の横断面を有する金属材（例えば角管や異形管）である場合には、金属材を回転させるに伴って、加熱機構１３の加熱コイル１３ａも、金属材の回転に伴って回転する必要がある。冷却装置１３は、冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを回転させるようにしてもよいが、多数の冷却水噴射ノズルを金属材の周囲に配置しておいたり、または冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂそれぞれからの噴射量を調整することとすれば、冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを回転させなくともよい。
【００７８】
また、鋼管１７にねじり加工を行う場合には、送り機構１１が、鋼管１７をその軸回りに回転させながら鋼管１７をその長手方向へ送ることにより、可動ローラーダイス２５の動作範囲を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７９】
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
１０ 本発明に係る曲げ加工装置
１１ 送り機構
１２ 第１の支持機構
１２ａ〜１２ｆ ロール
１３ 加熱機構
１３ａ，１３ｂ 加熱コイル
１４ 冷却機構
１４ａ、１４ｂ 冷却媒体噴射ノズル
１５ 第２の支持機構
１６ 変形防止機構
１７ 鋼管
１７−１ 他の素材
１７ａ 先端部
１８、１８−１ 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、２４−１ 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
２７ 第２の産業用ロボット
２７ａ グリッパー
２８ 第３の産業用ロボット
２９ グリッパー
２９−１ 交換用グリッパー
３０ 段替え用ツール置き台
３１ 支持台
３２ 加熱コイル支持ロボット
３３ 段替え用加熱コイル置き台
３４ 段替え用ツール置き台
３５ 曲げ加工品
３６ 把持部
３７ ハンドリングロボット
３８ 製品置き台
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットを構成要素とする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。
【背景技術】
【０００２】
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、さらには鍛造等により製造されてきた。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。
【０００３】
近年では、この種の曲げ部材を、いわゆるチューブハイドロフォーミングにより製造することが積極的に検討される（例えば非特許文献１参照）。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、今後よりいっそうの開発が必要であることが、非特許文献１の２８頁に開示される。
【０００４】
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３は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
図３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、二次元又は三次元に屈曲する曲げ加工部と焼入れ部とを長手方向及び／又はこの長手方向と交叉する面内の周方向へ向けて断続的又は連続的に有する曲げ部材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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９３００６号パンフレット
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】自動車技術 Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６，２００３ ２３〜２８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、曲げ加工装置０のよりいっそうの向上を目的に、鋭意検討を重ねた結果、曲げ加工装置０が以下に列記する課題を有することが判明した。
（ａ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１の種類に応じて、段取替えを行う必要がある。段取替えは相応の時間を必要とする。これにより、曲げ加工装置０のサイクルタイムの増加、および生産性の低下が発生する。また、鋼管１のパスラインを変更する場合には、これに伴って送り装置３の設置位置を変更する必要があり、曲げ加工装置０の生産性が低下する。
【０００８】
（ｂ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１をセットされてからボールネジを駆動して鋼管１を送るため、生産タクトの短縮が困難である。
（ｃ）例えばボールネジを用いた送り装置３や可動ローラーダイス４の動作タイミングを一致させる必要がある。しかし、正確に一致させることが難しく、正確に一致しない場合には、曲げ加工部品の寸法精度が低下する。
【０００９】
（ｄ）例えばボールネジを用いた送り装置３や可動ローラーダイス４を三次元で移動自在に支持するための支持装置の設置スペースが大きくなる。このため、曲げ加工装置０の設置場所が限られる。
【００１０】
（ｅ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１が溶接鋼管である場合には、鋼管１のセット時に、送り動作以外の動作（例えば、鋼管１を軸回りに回転させて鋼管１に存在する溶接ビード位置を曲げ加工において不具合を生じない位置に調整する動作、鋼管１のセット時の芯ずれを調整する動作、さらには送り経路を調整する動作）を行うことができない。このため、曲げ加工装置３の生産性が低下する。
【００１１】
（ｆ）例えばボールネジを用いた送り装置３や、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は、極めて高精度の動作を要求されるため、定期的な清掃や補修を行われなければならない。しかし、送り装置３や可動ローラーダイス４のメンテナンス性は良好でない。このため、送り装置３や可動ローラーダイス４の補修や清掃は、相当の時間や工数を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、少なくとも送り装置として、例えば垂直多関節型の産業用ロボットを用いること、さらに、必要に応じて、可動ローラーダイスの支持装置や可動ローラーダイスの出側に寸法精度向上のために配置する寸法精度低下抑制装置として、例えば垂直多関節型の産業用ロボットを用いることによって、上述した課題（ａ）〜（ｆ）を解決できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
【００１３】
本発明は、下記条件を満足する送り機構、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ことを特徴とする曲げ加工装置である。
送り機構；第１の産業用ロボットにより構成されるとともに、閉じた断面を有する中空の金属材をその長手方向へ送る。
【００１４】
第１の支持機構；第１の位置に固定して配置されて、金属材を送りながら支持する。
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の位置に固定して配置されて、送られる金属材の一部または全部を加熱する。
【００１５】
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の位置に固定して配置されて、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。
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の位置に配置されて、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、金属材における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、金属材を所望の形状に曲げ加工する。
【００１６】
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の位置に配置されて、送られる金属材の変形を防止する。
本発明では、第２の支持機構が、少なくとも一つの第２の産業用ロボットにより支持されることが望ましい。
【００１７】
本発明では、変形防止機構が、第３の産業用ロボットにより構成されることが望ましい。
本発明では、第１の産業用ロボット、第２の産業用ロボットおよび第３の産業用ロボットの少なくとも一つが、垂直多関節ロボット、例えば軸数が５以上である垂直多関節ロボットであることが望ましい。
【００１８】
本発明では、送り機構が、金属材をその長手方向へ送る際に、金属材をその軸回りに回転させるとともに、変形防止機構が、金属材を把持する把持部を有し、かつ金属材の軸回りの回転に伴ってこの把持部を軸回りに回転させることが、第２の支持機構による二次元または三次元の方向への移動量と、変形防止機構の移動量とを低減でき、これにより、曲げ加工装置全体の設置範囲を抑制できるために、望ましい。
【００１９】
また、前記加熱機構が前記金属材の周囲に離間して配置される加熱コイルを有し、前記金属材が円形の横断面以外の横断面を有するとともに、少なくとも前記加熱コイルは、前記金属材の軸回りの回転に伴って前記軸回りに回転することが望ましい。
【００２０】
さらに、本発明では、曲げ加工を温間または熱間で行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、曲げ加工装置０が有する上述した課題（ａ）〜（ｆ）を解決でき、曲げ加工装置０よりもいっそう高い生産性、省設置スペース性及び良好なメンテナンス性を有し、閉断面を有する長尺の金属製の曲げ部材を高い寸法精度で製造できる曲げ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係る曲げ加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の産業用ロボット〜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】図３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。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、曲げ加工装置によって、鋼管を回転させずに送りながら、曲げ加工製品を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、曲げ加工装置によって、鋼管を回転させずに送りながら、曲げ加工製品を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る曲げ加工装置を実施するための形態を説明する。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。本発明は、鋼管には限定されず、閉じた断面を有する中空の金属材に等しく適用される。
【００２４】
図１は、本発明に係る曲げ加工装置１０の構成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。なお、図１に示す、第１の産業用ロボット１８〜第３の産業用ロボット２８を含む合計６基の産業用ロボットは、いずれも、マニピュレーター等を概念化および簡略化して示す。
【００２５】
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。これらの構成要素を順次説明する。
【００２６】
［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。
【００２７】
以降の説明では、第１の産業用ロボット１８や第３の産業用ロボット２８にも、第２の産業用ロボット２７と同様のロボットを用いた場合を例にとる。
図２は、第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８（以下、「各産業用ロボット１８、２７、２８」と略記する）の構成例を示す説明図である。
【００２８】
各産業用ロボット１８、２７、２８は、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットである。各産業用ロボット１８、２７、２８は、いずれも、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。さらに、第６軸は、手首２０ａを回転させる。
【００２９】
各産業用ロボット１８、２７、２８は、必要に応じて、第１軸〜第６軸に加えて、上腕１９を旋回させる第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸は、いずれも、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００３０】
各産業用ロボット１８、２７、２８それぞれの軸数は、６または７である必要はなく、５であってもよい。これらの産業用ロボットの軸数は、加工に必要な動作を行うことができる軸数であればよい。
【００３１】
各産業用ロボット１８、２７、２８は、他の汎用の産業用ロボットと同様に、いずれも、各軸の動作を総合的に制御するコントローラー２１と、動作を教示するための入力装置２２とを備える。
【００３２】
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に収容された鋼管１７を把持すること、および、把持した鋼管１７を第１の支持機構１２および加熱機構１３にそれぞれ設けられた貫通孔に貫通させることを行うために用いられる。
【００３３】
効果器２４は、鋼管１７の後部外面を掴む方式でもよいし、あるいは、鋼管１７の後部内部に挿入する方式でもよい。図１に示す効果器２４は、鋼管１７の後部内部に挿入される凸部を先端に有する方式の効果器である。
【００３４】
効果器２４は、曲げ加工の素材の後部の形状や寸法に応じて適宜変更されて、用いられる。曲げ加工装置１０は、第１の産業用ロボット１８の近傍に配置された段替え用ツール置き台３０を備える。自動交換機能を有する交換用効果器２４−１が段替え用ツール置き台３０に載置される。加工素材が鋼管１７以外の他の素材１７−１（図示例は四角形の横断面を有する角管）に変更される場合、第１の産業用ロボット１８が旋回し、効果器２４を交換用効果器２４−１に交換する。これにより、効果器２４の交換が極めて迅速に行われる。
【００３５】
図１に破線で示すように、もう１基の第１の産業用ロボット１８−１が、第１の産業用ロボット１８とともに配置されていてもよい。第１の産業用ロボット１８による鋼管１７の送り作業中に、第１の産業用ロボット１８−１が、他の素材１７−１をパレット２３から拾い上げ、他の素材１７−１を後述する第１の支持機構１３に形成された貫通孔に通す。第１の産業用ロボット１８−１は、適当な効果器を他の素材１７−１の後端に配置されて、待機する。第１の産業用ロボット１８による鋼管１７の送り作業が終了すると、他の素材１７−１のパスラインに合わせて、後述する加熱コイル支持ロボット３２による加熱コイル１３ａの設置位置、および第２の支持機構１５による可動ローラーダイス２５の設置位置がいずれも変更される。これにより、第１の産業用ロボット１８−１が他の素材１７−１の送り作業を直ちに開始することができる。このため、曲げ加工装置１０の生産タクトが短縮される。
【００３６】
第１の産業用ロボット１８−１は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００３７】
第１の産業用ロボット１８が、パレット２３からの鋼管１７の移載およびセットを行うので、曲げ加工装置１０のサイクルタイムが短縮され、これにより、曲げ加工装置１０の生産性が高められる。
【００３８】
［第１の支持機構１２］
第１の支持機構１２は、支持台３１に搭載される。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、送り機構１１により送られる素材を送りながら支持可能である複数のロール１２ａ〜１２ｆを有する。
【００３９】
鋼管１７は、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより送られる。他の素材１７−１は、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより送られる。すなわち、鋼管１７のパスラインがロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより形成されるとともに、他の素材１７−１のパスラインがロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより形成される。
【００４０】
複数のロール１２ａ〜１２ｆの設置数や形状、さらにはダイス内での配置は、搬送される素材１７、１７−１の形状や寸法等に応じて、適宜設定される。
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。
【００４１】
［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に配置される。加熱機構１３は、加熱コイル支持ロボット３２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。
【００４２】
加熱機構１３は、誘導加熱装置により構成される。誘導加熱装置は、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。この加熱コイル１３ａは、当業者にとっては周知慣用である。
【００４３】
加熱コイル支持ロボット３２は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００４４】
他の素材１７−１を加熱する場合、段替え用加熱コイル置き台３３が加熱コイル支持ロボット３２の近傍に配置される。自動交換機能付きの交換用加熱コイル１３ｂが、置き台３３に載置される。素材が鋼管１７以外の他の素材１７−１に変更される場合、加熱支持ロボット３２が旋回し、加熱コイル１３ａを加熱コイル１３ｂに交換する。これにより、加熱コイル１３ｂは極めて迅速に交換される。
【００４５】
加熱機構１３に関するこれ以上の説明は省略する。
［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。これにより、冷却機構１４は、鋼管１７の長手方向の一部に高温部分を形成する。高温部分の変形抵抗は大幅に低下する。
【００４６】
冷却機構１４は、例えば、鋼管１７の外面に離れて配置される冷却媒体噴射ノズル１４ａ、１４ｂを有する。冷却水が冷却媒体として例示される。この冷却媒体噴射ノズル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。
【００４７】
［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。これにより、第２の支持機構１５は、鋼管１７の高温部分（位置Ｂ〜Ｃ間に存在する部分）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。
【００４８】
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により構成される。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。
【００４９】
可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７により支持される。第２の産業用ロボット２７はＣＰ型のプレイバックロボットである。ＣＰ型のプレイバックロボットは、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡と、これらの多数に細分化された軌跡の通過時刻とを連続的に記憶可能である。
【００５０】
第２の産業用ロボット２７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸は、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５１】
グリッパー２７ａ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２７の手首２０ａの先端に設けられる。効果器は、グリッパー２７ａ以外の型式のものでもよい。
【００５２】
可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７を含む複数基の産業用ロボットにより、支持されていてもよい。これにより、各産業用ロボットの負荷が軽減されるので、可動ローラーダイス２５の移動軌跡の精度が向上する。
【００５３】
［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が自重や冷却により発生する応力によって変形することを防止する。
【００５４】
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２７と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５５】
鋼管１７の外面を掴むグリッパー２９が、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、第３の産業用ロボット２８の手首２０ａの先端に設けられる。
【００５６】
効果器は、グリッパー２９以外の型式の効果器（例えば、鋼管１７の開口に挿入するもの）を用いてもよいことはいうまでもない。例えば、段替え用ツール置き台３４が第３の産業用ロボット２８の近傍に配置される。鋼管１７の内部に挿入する型式の交換用グリッパー２９−１がこの置き台３４に載置される。素材が鋼管１７以外の他の素材１７−１に変更される場合、第３の産業用ロボット２８が旋回してグリッパー２９をグリッパー２９−１に交換する。これにより、グリッパー２９−１が極めて迅速に交換される。
【００５７】
ハンドリングロボット３７が第３の産業用ロボット２８の下流に配置される。ハンドリングロボット３７は、手首２０ａの先端に把持部３６を有する。把持部３６は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持する。ハンドリングロボット３７はＣＰ型のプレイバックロボットである。
【００５８】
ハンドリングロボット３７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸〜第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸〜第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５９】
ハンドリングロボット３７は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持する。ハンドリングロボット３７は、保持した曲げ加工品３５を製品置き台３８に移載する。
曲げ加工装置１０は、曲げ加工を、温間または熱間で行うことが望ましい。温間とは、常温に比べて金属材料の変形抵抗が低下する温度域であり、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料の変形抵抗が低下し、かつ、金属材料の焼入れ可能な温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料では８７０℃以上の温度域である。
【００６０】
曲げ加工が熱間で行われる場合、鋼管１７は、鋼管１７が焼入れ可能な温度域に加熱された後に所定の冷却速度で冷却することによって、焼入れ処理される。また、曲げ加工が温間で行われる場合、熱歪み等の加工に伴う鋼管１７の歪みの発生が、防止される。
【００６１】
曲げ加工装置１０は以上のように構成される。
曲げ加工装置１０が、鋼管１７を二次元または三次元に曲げる曲げ加工を行うと、送り機構１１が第１の産業用ロボット１８を有するために、以下に列記する効果が得られる。
【００６２】
（ａ）鋼管１７の種類に応じて不可避的に行われる段取替えが、簡単かつ迅速に行われる。このため、曲げ加工装置１０のサイクルタイムの増加が防止され、曲げ加工装置１０の生産性が高まる。また、鋼管１７のパスラインが変更される場合に不可避的に行われる段取替えが簡単かつ迅速に行われる。このため、曲げ加工装置１０の生産の自由度および生産性がいずれも高まる。さらに、鋼管１７を収容するパレット２３が、第１の産業用ロボット１８の動作範囲内に設置される。
【００６３】
（ｂ）送り機構１１を構成する第１の産業用ロボット１８が、ハンドリングロボットとしても用いられる。このため、この第１の産業用ロボット１８が、素材１７を所定の位置にセットした後に直ちに素材１７をその軸方向へ送ることができるため、曲げ加工装置０のサイクルタイムが短縮される。
【００６４】
（ｃ）第１の産業用ロボット１８の動作タイミングと、例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等の他の装置の動作タイミングとを、一致させることが容易になる。このため、曲げ加工部品３５の寸法精度の向上を図ることが、鋼管１７の送り速度を自在に変更すること（例えば、曲げ部材における曲げ部分の送り速度を低下すること等）によって可能になるとともに、第１の産業用ロボット１８の起動の際のスタートタイミングと、例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等の他の装置の起動の際のスタートタイミングとを、一致させることが容易になる。
【００６５】
（ｄ）第１の産業用ロボット１８が送り機構１１に用いられるので、曲げ加工装置１０全体の設置スペースが、第１の産業用ロボット１８が例えば第１の支持機構１２にできるだけ近接して配置されることによって抑制され、これにより、曲げ加工装置１０の設置場所の制限が抑制される。
【００６６】
（ｅ）第１の産業用ロボット１８が送り機構１１の構成要素として用いられるので、例えば、（１）鋼管１７が溶接鋼管である場合に、鋼管１７に存在する溶接ビード位置が曲げ加工に不具合を生じない位置になるように鋼管１７を軸回りに回転させてから、鋼管１７を曲げ加工装置１０にセットする動作、（２）鋼管１７のセット時の芯ずれを調整する動作、（３）鋼管１７の送り経路を調整する動作、（４）鋼管１７に微小な繰り返し振動を与えることによって第１の支持機構１２や第２の支持機構１５の摩擦係数を低下する動作、さらには（５）鋼管１７の芯ずれを修正してスティックスリップ現象の発生を未然に防止する動作といった、送り動作以外の動作も行うことができる。このため、曲げ加工装置１０の生産の自由度が高まる。
【００６７】
なお、第１の産業用ロボット１８が溶接ビード位置を変更する動作が行う場合、周知慣用の溶接ビード位置検出装置が第１の産業用ロボット１８に設けられる。鋼管１７の回転角度は溶接ビード位置検出装置の検出値により演算により設定されるようにしてもよい。
【００６８】
（ｆ）第１の産業用ロボット１８は、生産実績が高い汎用の産業用ロボットにより構成可能であるので、良好なメンテナンス性が得られるとともに、補修や清掃に要する時間や工数がを抑制される。
【００６９】
（ｇ）第１の産業用ロボット１８は、第１の支持機構１２の取付け向きに応じて、鋼管１７の送り軌道を微修正できるので、曲げ加工製品３５の寸法精度が向上する。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。以降の説明は、実施の形態２のうちで上述した実施の形態１と相違する部分について行い、共通する部分の重複する説明は省略する。
【００７０】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、曲げ加工装置１０によって、鋼管１７を回転させずに送りながら、曲げ加工製品３５を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。また、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、曲げ加工装置１０によって、鋼管１７を回転させずに送りながら、曲げ加工製品３５を製造する状況を経時的に、かつ一部を簡略化して示す説明図である。
【００７１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、実施の形態１では、送り機構１１を構成する第１の産業用ロボット１８が、鋼管１７をその軸回りに回転させることなく、鋼管１７をその軸方向へ送る。このため、鋼管１７に与えられる曲げ量は、第２の支持機構１５である可動ローラーダイス２５の移動量に支配される。
【００７２】
すなわち、可動ローラーダイス２５が動作する角度は−θ２〜＋θ１であり、また可動ローラーダイス２５のシフトもパスラインの上方と下方にわたっている。このため、鋼管１７に与えられる曲げ量が大きい場合には、可動ローラーダイス２５の移動量が大きくなり、可動ローラーダイス２５の移動量が過大になり、この移動量が可動ローラーダイス２５を支持する第２の産業用ロボット２７の可動範囲を超えると、曲げ部材３５を製造できなくなる。可動ローラーダイス２５の支持を、第２の産業用ロボット２７以外の機械式の設備により行うと、設備費が嵩む。このため、第２の産業用ロボット２７により可動ローラーダイス２５を支持し、かつ可動ローラーダイス２５の移動量を小さくすることが望ましい。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、送り機構１１が、鋼管１７をその軸回りに回転させながら鋼管１７をその長手方向へ送るとともに、変形防止機構１６を構成するグリッパー２９を、鋼管１７の回転に伴って鋼管１７の軸回りに回転させる。具体的には、図５（ｂ）から図５（ｃ）の間で、出側の変形防止機構１６と同期させて、鋼管１７およびグリッパー２９を回転させる。
【００７４】
これにより、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、鋼管１７の曲げの方向を一方向（紙面の下方の方向）に限定することができるため、可動ローラーダイス２５が動作する角度を０〜＋θ１の一方向のみに限定できるとともに、可動ローラーダイス２５のシフト範囲をパスラインの下方のみに限定することができる。したがって、変形防止機構１６を構成するグリッパー２９の移動方向もまた一方向にのみ限定して動作範囲を抑制することができる。
【００７５】
このため、可動ローラーダイス２５を支持する第２の産業用ロボット２７や、グリッパー２９を支持する第３の産業用ロボット２８を、上腕１９や前腕２０の長さが短い産業用ロボットにより構成することが可能になるとともに、設備全体の設置面積を抑制することができる。
【００７６】
図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す例では、単純な２次元形状に曲げ加工を行う場合であるが、より複雑な２次元形状や３次元形状に曲げ加工を行う場合であっても、可動ローラーダイス２５の二次元または三次元の方向への移動量を第２の産業用ロボット２７の動作範囲内に抑制することができるとともに、変形防止機構１６を構成するグリッパー２９の移動量を第３の産業用ロボット２８の動作範囲内に抑制できるようになる。
【００７７】
なお、曲げ加工される素材が、鋼管１７以外の、非円形の横断面を有する金属材（例えば角管や異形管）である場合には、金属材を回転させるに伴って、加熱機構１３の加熱コイル１３ａも、金属材の回転に伴って回転する必要がある。冷却装置１３は、冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを回転させるようにしてもよいが、多数の冷却水噴射ノズルを金属材の周囲に配置しておいたり、または冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂそれぞれからの噴射量を調整することとすれば、冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを回転させなくともよい。
【００７８】
また、鋼管１７にねじり加工を行う場合には、送り機構１１が、鋼管１７をその軸回りに回転させながら鋼管１７をその長手方向へ送ることにより、可動ローラーダイス２５の動作範囲を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７９】
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
１０ 本発明に係る曲げ加工装置
１１ 送り機構
１２ 第１の支持機構
１２ａ〜１２ｆ ロール
１３ 加熱機構
１３ａ，１３ｂ 加熱コイル
１４ 冷却機構
１４ａ、１４ｂ 冷却媒体噴射ノズル
１５ 第２の支持機構
１６ 変形防止機構
１７ 鋼管
１７−１ 他の素材
１７ａ 先端部
１８、１８−１ 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、２４−１ 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
２７ 第２の産業用ロボット
２７ａ グリッパー
２８ 第３の産業用ロボット
２９ グリッパー
２９−１ 交換用グリッパー
３０ 段替え用ツール置き台
３１ 支持台
３２ 加熱コイル支持ロボット
３３ 段替え用加熱コイル置き台
３４ 段替え用ツール置き台
３５ 曲げ加工品
３６ 把持部
３７ ハンドリングロボット
３８ 製品置き台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記送り機構、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ことを特徴とする曲げ加工装置：
送り機構；第１の産業用ロボットにより構成されるとともに、閉じた断面を有する中空の金属材をその長手方向へ送ること、
第１の支持機構；第１の位置に固定して配置されて、前記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の位置に固定して配置されて、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の位置に固定して配置されて、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、
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の位置に配置されて、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、前記金属材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えて、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の位置に配置されて、送られる前記金属材の変形を防止すること。
【請求項２】
前記第２の支持機構は、少なくとも一つの第２の産業用ロボットにより支持されること
を特徴とする請求項１に記載された曲げ加工装置。
【請求項３】
前記変形防止機構は、第３の産業用ロボットにより構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された曲げ加工装置。
【請求項４】
前記第１の産業用ロボット、前記第２の産業用ロボットおよび前記第３の産業用ロボットの少なくとも一つは、垂直多関節ロボットである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された曲げ加工装置。
【請求項５】
前記垂直多関節ロボットの軸数は５以上である請求項４に記載された曲げ加工装置。
【請求項６】
前記送り機構は、前記金属材をその長手方向へ送る際に、該金属材をその軸回りに回転させるとともに、前記変形防止機構は、前記金属材を把持する把持部を有し、かつ前記金属材の軸回りの回転に伴って該把持部を前記軸回りに回転させることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された曲げ加工装置。
【請求項７】
前記加熱機構が前記金属材の周囲に離間して配置される加熱コイルを有し、前記金属材が円形の横断面以外の横断面を有するとともに、少なくとも前記加熱コイルは、前記金属材の軸回りの回転に伴って前記軸回りに回転することを特徴とする請求項６に記載された曲げ加工装置。
【請求項８】
前記曲げ加工を温間または熱間で行う請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された曲げ加工装置。
【請求項１】
下記送り機構、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ことを特徴とする曲げ加工装置：
送り機構；第１の産業用ロボットにより構成されるとともに、閉じた断面を有する中空の金属材をその長手方向へ送ること、
第１の支持機構；第１の位置に固定して配置されて、前記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の位置に固定して配置されて、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の位置に固定して配置されて、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、
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の位置に配置されて、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、前記金属材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えて、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の位置に配置されて、送られる前記金属材の変形を防止すること。
【請求項２】
前記第２の支持機構は、少なくとも一つの第２の産業用ロボットにより支持されること
を特徴とする請求項１に記載された曲げ加工装置。
【請求項３】
前記変形防止機構は、第３の産業用ロボットにより構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された曲げ加工装置。
【請求項４】
前記第１の産業用ロボット、前記第２の産業用ロボットおよび前記第３の産業用ロボットの少なくとも一つは、垂直多関節ロボットである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された曲げ加工装置。
【請求項５】
前記垂直多関節ロボットの軸数は５以上である請求項４に記載された曲げ加工装置。
【請求項６】
前記送り機構は、前記金属材をその長手方向へ送る際に、該金属材をその軸回りに回転させるとともに、前記変形防止機構は、前記金属材を把持する把持部を有し、かつ前記金属材の軸回りの回転に伴って該把持部を前記軸回りに回転させることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された曲げ加工装置。
【請求項７】
前記加熱機構が前記金属材の周囲に離間して配置される加熱コイルを有し、前記金属材が円形の横断面以外の横断面を有するとともに、少なくとも前記加熱コイルは、前記金属材の軸回りの回転に伴って前記軸回りに回転することを特徴とする請求項６に記載された曲げ加工装置。
【請求項８】
前記曲げ加工を温間または熱間で行う請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された曲げ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−６４１（Ｐ２０１１−６４１Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３５５０（Ｐ２０１０−１１３５５０）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００２２９６１２）住友鋼管株式会社 (26)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００２２９６１２）住友鋼管株式会社 (26)
【Ｆターム（参考）】
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