KR101450975B1

KR101450975B1 - 굴곡 부재, 그 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101450975B1
Application number: KR1020127007398A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 도미자와; 히로아키 구보타; 신지로 구와야마; 사부로 이노우에
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤; 스미토모 고칸 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2014-10-15
Also published as: AU2010287670A1; CN102625736A; US8776568B2; BR112012007880A2; US20130059167A1; CA2772185A1; JP5587890B2; CA2772185C; JPWO2011024741A1; MX2012002353A; AU2010287670B2; EP2471609A4; EA201270310A1; CN102625736B; BR112012007880B1; ZA201202033B; WO2011024741A1; EP2471609A1; KR20120048691A

Abstract

예를 들면 굽힘 반경이 두께의 1~5배 이하라고 하는, 미소한 굽힘 반경의 굽힘부를 갖는 굴곡 부재와, 그 제조 장치 및 제조 방법을 제공한다.　각관(16)을, 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 제1 위치(A)에 배치된 제1 지지 수단(11)에 의해 지지하고, 제2 위치(B)에 배치된 가열 수단(12)에 의해 각관(16)을 부분적으로 가열하고, 제3 위치(C)에 배치된 냉각 수단(13)에 의해 냉각함과 더불어, 하류의 영역(D)에 배치된 전단력 부여 수단(14)을, 가공시에, 각관(16)의 이송 방향과, 가열 수단(12)이 가열하는 각관(16)의 길이 방향에 있어서의 하나의 횡단면과 대략 평행한 방향의 2방향에 대해서 동시에 이차원 또는 삼차원으로 이동시킴으로써, 각관(16)의 가열된 부분에 전단력을 부여함으로써, 가공을 행하고, 굴곡 부재(21)를 제조한다.

Description

굴곡 부재, 그 제조 장치 및 제조 방법{BENT MEMBER, AND DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 굴곡 부재, 그 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 굽힘 반경이, 예를 들면 두께(소재의 판 두께)의 1~5배 이하라고 한 바와 같이, 매우 작은 굽힘부를 갖는 굴곡 부재와, 그 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

고강도, 경량이면서 소형인 것이, 자동차나 각종 기계 등에 이용되는, 굴곡 된 형상을 갖는 금속제의 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재에 요구된다. 이런 종류의 굴곡 부재는, 지금까지, 프레스 가공품의 용접, 후판의 펀칭, 또한 단조 등에 의해 제조되어 왔다. 이들의 제조 방법에 의해 제조되는 굴곡 부재의 한층 더한 경량화 및 소형화는, 어렵다.

비특허 문헌 1에는, 이런 종류의 굴곡 부재를 이른바 튜브 하이드로 포밍 공법에 의해 제조하는 것이 개시된다. 비특허 문헌 1의 28페이지에, 소재가 되는 재료의 개발이나 성형 가능한 형상의 자유도의 확대 등과 같은 과제가 있는 것이, 개시된다. 튜브 하이드로 포밍 공법에 의해 이런 종류의 굴곡 부재를 제조하기 위해서는, 향후 한층 더 개발이 필요하다.

본 출원인은, 특허 문헌 1에 의해 굽힘 가공 장치를 개시했다. 도 7은, 굽힘 가공 장치(1)의 개략을 모식적으로 나타내는 설명도이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 굽힘 가공 장치(1)는, 한 쌍의 지지 수단(3, 3)에 의해 그 축 방향으로 이동 가능하게 지지된 강관(2)을, 도시를 생략한 이송 장치에 의해 상류 측으로부터 하류 측을 향해 화살표 방향으로 이송하면서, 지지 수단(3, 3)의 하류에서 이하에 설명하는 바와 같이 하여 굽힘 가공을 행함으로써, 강제의 굴곡 부재(7)를 제조한다.

지지 수단(3, 3)의 하류에서 고주파 가열 코일(4)이 강관(2)을 부분적으로 담금질이 가능한 온도 역으로 급속히 가열한다. 고주파 가열 코일(4)의 하류 측에 배치되는 수랭 장치(5)가 강관(2)을 급속히 냉각한다. 강관(2)을 이송하면서 지지 가능한 롤 쌍(6a, 6a)을 적어도 1조 갖는 가동 롤러 다이스(6)가, 그 위치를 삼차원(경우에 따라서는 이차원)으로 변경하여, 강관(2)의 고온 부분(2a)에 굽힘 모멘트를 부여한다. 이 때문에, 굽힘 가공 장치(1)는, 높은 작업 능률로 굴곡 부재(7)를 제조할 수 있다.

비특허 문헌 2에는, 타원의 금속재를 연속적으로 이송함과 더불어 이송되는 금속재를 지지 장치에 의해 이동 가능하게 지지하면서, 지지 장치의 하류에 배치된 고주파 가열 장치에 의한 급속 가열과, 이 고주파 가열 장치의 바로 하류에 배치된 수랭 장치에 의한 급속 냉각을 행하고, 급랭 장치의 하류에 배치된 이차원으로 선회 가능한 암에 의해 이 금속재를 잡으면서 암을 선회함으로써, 금속재에 있어서의 고온 부분에 굽힘 모멘트를 부여함으로써, 금속관을 다이리스 굽힘 가공하는 기술이 개시된다. 또한, 비특허 문헌 2에 의해 개시된 기술은, 특허 문헌 1에 의해 개시된 발명과 같이 이차원 또는 삼차원으로 복잡하게 굴곡하는 형상으로 가공하는 것은 아님과 더불어 담금질에 의한 고강도화를 의도하는 것도 아니다.

비특허 문헌 2에는, 중공의 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는 금속제의 긴 편평한 소재를, 그 길이 방향으로 이송하면서 부분적으로 급속한 가열 및 냉각을 행함으로써, 굽힘 반경이 일정한 이차원 형상으로 굽힘 가공된 굴곡 부재의 각부의 치수가 개시되어 있다.

본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 특허 문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치나 비특허 문헌 2에 의해 개시된 기술은, 굽힘 반경이 예를 들면 금속관의 직경(직사각형 단면의 경우에는 굽힘 방향의 변의 길이)의 1~2배인 굽힘부를 갖는 굴곡 부재를 제조할 수 있다. 그러나 이 기술은, 예를 들면 자동차의 차체 구성 부재나 섀시 부재와 같은, 자동차의 각종 부품에 다용되고 있는 바와 같은, 매우 작은 굽힘 반경(예를 들면 두께의 1~5배 이하)인 굽힘부를 갖는 굴곡 부재를, 저비용으로 양산하는 것은 곤란하다.

도 8은, 특허 문헌 1이나 비특허 문헌 2에 의해 개시된 굽힘 가공의 전후에 있어서의, 피포위재의 단면의 치수 변화를 나타내는 설명도이다. 도 8에 나타내는 예는, 굽힘 반경(R1)의 1회째의 굽힘 가공을 행한 후에 반대 방향으로 굽힘 반경(R2)의 굽힘 가공을 행하는 경우를 나타낸다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 폭(W₀), 높이(H₀)의 직사각형 단면의 이형관(8a)에 굽힘 모멘트를 부여하여 굽힘 가공을 행하면, 굽힘 가공 후의 제품인 굴곡 부재(8b)의 폭은 굽힘 가공 전의 폭(W₀)보다 미소량(ΔW) 감소하여 W₁(=W₀-ΔW)이 된다. 또, 굽힘 가공의 내주측인 B측의 높이(H_B)는, 굽힘 가공 전의 높이(H₀)와 비교하여 미소량(ΔH) 증가하는(H_B=H₀＋ΔH) 것에 반해, 굽힘 가공의 외주측인 A측의 높이(H_A)는 굽힘 가공 전의 높이(H₀)와 비교하여 미소량(ΔH＇) 감소한다(H_A=H₀-ΔH＇).

비특허 문헌 2에도 개시되는 바와 같이, 중공의 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는 금속제의 긴 편평한 소재(8a)에 굽힘 가공을 행하여 굴곡 부재(8b)를 제조하면, 굽힘 가공이 행해진 부분에 있어서, 단면의 폭과 높이가 굽힘 가공 전의 치수로부터 변화한다. 굽힘 내주측에 주름이 발생함과 더불어 단면 형상이 무너지고, 이로 인해, 굴곡 부재(8b)의 치수 정밀도가 저하한다. 이 치수 정밀도의 저하의 정도는, 굽힘 가공 전의 소재(8a)의 치수(폭(W₀), 높이(H₀), 두께(t) 등)나, 굽힘 가공의 조건(굽힘 반경(R), 가열폭(b) 등)에 영향을 받는다.

특허 문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치나 비특허 문헌 2에 의해 개시된 기술에 의해, 특히 매우 작은 굽힘 반경(R)(예를 들면 두께의 1~5배 이하)의 굽힘부를 갖는 굴곡 부재를 제조하려고 하면, 굽힘 가공된 굴곡 부재의 치수 정밀도가 큰 폭으로 저하하고, 뛰어난 치수 정밀도를 갖는 굴곡 부재를 제조할 수 없다.

비특허 문헌 3에는, 냉간으로 강관의 팽창을 구속하는 상하의 분할형의 내부에, SUS(304)제의 스테인리스 강관을 배치하고, 강관에 내압(p)을 부하하고, 단면을 축방향으로 하중(F)으로 밀어넣으면서 외형을 이 강관과 직교하는 방향으로 이동시킴으로써, 강관의 축에 대해 45°인 면에서 전단 변형을 발생시키고, 또한, 외형의 이동에 따라 그 변형 위치를 연속적으로 이동시킴으로써, 굽힘부의 반경이 매우 작은 크랭크형상으로 가공된 스테인리스 강관을 제조하는 기술이 개시되어 있다.

국제 공개 제2006/093006호 팜플렛

자동차 기술　Vol. 57, No. 6,2003　23~28 페이지 소성과 가공(일본 소성 가공 학회지) 제28권 제313호(1987-2　214~221페이지 이형관의 다이리스 굽힘 소성과 가공(일본 소성 가공 학회지) 제35권 제398호(1994-3　232~237페이지 파이프를 반경 제로로 굽히는 가공 기술

비특허 문헌 3에 의해 개시된 기술은, 소재인 스테인리스 강관을 상하의 분할형의 내부에 배치하고, 이 스테인리스 강관의 내부에 압력을 부여하면서 냉간으로 굽힘 가공을 행한다. 이 때문에, 이 기술을 실시하려면, 적어도, 휨 형상에 따른 상하의 분할형과, 강관의 내부에 압력을 부여하기 위한 압력 부여 장치가 필요하게 된다. 이 때문에, 이 기술에 의해 다종의 굴곡 부재를 양산하는 경우에는, 제조 코스트의 대폭적인 상승은 피할 수 없다.

또, 비특허 문헌 3에서는, 외경 22.2㎜, 두께 1㎜ 및 0.3㎜의 SUS304제의 스테인리스 강관에 대해서, 굽힘부의 반경이 매우 작은 굽힘 가공을 행할 수 있었던 것은 확실히 기재되어 있다. 그러나 냉간 가공이기 때문에, 보다 고강도재에 대해서 동일한 굽힘 가공을 행하면, 가공 소재에 균열이 발생할 우려가 있다.

이 기술에서는, 특히 980㎫ 이상의 소재의 가공은 곤란하다. 또, 균열이 회피되어도 강도가 높은 강관이나 두께가 큰 강관은, 성형에 필요한 가공 하중이 매우 커지기 때문에, 가공 설비가 상당히 큰 것으로 되지 않을 수 없고, 설비 코스트가 현저하게 커진다.

이 때문에, 비특허 문헌 3에 의해 개시된 발명에 의해도, 굽힘 반경이 매우 작은(예를 들면 두께의 1~5배 이하) 굽힘 반경의 굽힘부를 갖는 굴곡 부재를, 저비용으로 양산하는 것은 곤란하고, 또한 고강도의 소관을 가공할 수 없다.

본 발명은, 굽힘 반경이 예를 들면 두께의 1~5배 이하이라고 하는, 미소한 굽힘 반경의 굽힘부를 가지며, 또한 이 굽힘부의 내주측에 주름의 발생이나 단면 형상의 무너짐에 기인한 치수 정밀도의 저하를 전혀 발생시키지 않는 굴곡 부재를, 저비용으로 확실히 제공하고, 이로 인해, 예를 들면 자동차의 차체 구성 부재나 섀시 부재와 같은, 자동차의 각종 부품의 설계의 자유도를 높임과 더불어, 이들 각종 부품의 저비용화 및 경량화를 더 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 비특허 문헌 3에 의해 개시된 발명을, 열간 또는 온간으로 실시할 수 있으면, 상술한 과제를 해결할 수 있다라고 하는 인식에 기초하여 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 본 발명자들은, 도 7에 있어서의 롤 쌍(6a, 6a)을, 강관(2)의 피가열면에 전단 응력을 부여하여 가공을 행할 수 있도록 이차원 또는 삼차원으로 이동시킴으로써, 굽힘 반경이 예를 들면 두께의 1~5배 이하이라는, 미소한 굽힘 반경의 굽힘부를 가지며, 또한 이 굽힘부의 내주측에 주름의 발생이나 단면 형상의 무너짐에 기인한 치수 정밀도의 저하를 발생시키지 않는 굴곡 부재를, 저비용으로 확실히 양산할 수 있는 것을 지견하고, 더 검토를 거듭하여 본 발명을 완성했다.

본 발명은, 금속제의 중공의 소재를, 그 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 지지하는 제1 지지 장치와, 상기 소재를 가열하는 가열 장치와, 상기 가열 장치에 의해 가열된 제1 부분보다 상기 소재의 상대적인 이송 방향의 하류 측에 위치하는 제2 부분을 냉각(강제 냉각 또는 자연 냉각)하는 냉각 장치와, 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동함으로써 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치, 예를 들면 클램프(예를 들면, 이격하여 대향 배치되는 한 쌍의 롤이나 클램프 장치 등)를 구비하는 것을 특징으로 하는 굴곡 부재의 제조 장치이다.

다른 관점으로부터는, 본 발명은, 금속제의 중공의 소재를, 상기 소재를 지지하는 제1 지지 장치에 대해서 그 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서, 가열 장치에 의해 상기 소재를 가열함과 더불어, 상기 가열 장치에 의해 가열된 제1 부분보다 상기 소재의 상대적인 이송 방향의 하류 측에 위치하는 제2 부분을 냉각 장치에 의해 냉각하고, 또한, 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동함으로써 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치를, 상기 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동시킴으로써, 상기 소재에 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 굴곡 부재의 제조 방법이다. 이 경우에, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 담금질을 행하는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 상기 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 모두, 고정 배치되고, 또한 상기 제1 지지 장치는 제1 위치에 배치되고, 상기 가열 장치는 상기 소재의 이송 방향에 대해서 상기 제1 위치보다 하류인 제2 위치에 배치되고, 상기 냉각 장치는 상기 소재의 이송 방향에 대해서 상기 제2 위치보다 하류인 제3 위치에 배치되고, 또한, 상기 전단력 부여 장치는 상기 소재의 이송 방향에 대해서 상기 제3 위치보다 하류인 영역에 배치되는 것이 예시된다.

이들 본 발명에서는, 가열 장치가, 소재의 길이 방향에 있어서의 하나의 횡단면을 가열함과 더불어, 전단력 부여 장치가, 가공시에, 소재의 이송 방향 및 하나의 횡단면과 대략 평행한 방향의 2방향에 대해서 동시에 이동하는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, (a) 소재의 이송 방향에 대해서 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류인 영역에서, 소재에 있어서의 전단력 부여 장치에 의한 가공을 종료한 부분을 지지하는 제2 지지 장치를 구비하는 것, 또는 (b) 전단력 부여 장치의 위치 결정이, 소재를 클램프(파지)함으로써 행하는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 굴곡 부재가, (c) 굽힘 반경이 매우 작은(예를 들면 두께의 1~5배 이하) 굽힘부를 적어도 1개 갖는 것, (d) 가열 및 냉각된 굽힘부를 적어도 1개 갖는 것, 및 (e) 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는 (중공이면서 긴) 것 중 적어도 1개를 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 다른 관점으로부터는, 본 발명은, 금속제의 중공의 본체를 가짐과 더불어, 이 본체에 형성된, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡된 굽힘부를 적어도 1개 구비하고, 이 굽힘부의 굽힘 반경은 매우 작은(예를 들면 두께의 1~5배 이하) 것을 특징으로 하는 굴곡 부재이다.

이 본 발명에서는, 굽힘부가, 굽힘부를 형성하는 가공시에 가열 및 냉각된 부분인 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 굴곡 부재가, 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 굽힘 반경이 예를 들면 두께의 1~5배 이하라고 하는, 미소한 굽힘 반경의 굽힘부를 가지며, 한편 이 굽힘부의 내주측에 주름의 발생이나 단면 형상의 무너짐에 기인한 치수 정밀도의 저하를 전혀 발생시키지 않는 굴곡 부재를, 저비용으로 확실히 제공할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 예를 들면 자동차의 차체 구성 부재나 섀시 부재와 같은, 자동차의 각종 부품의 설계의 자유도를 높임과 더불어, 이들 각종 부품의 저비용화 및 경량화를 더 도모할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 구성예를, 일부 간략화 및 생략함과 더불어 투시하여 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 구성예를, 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 3(a)~도 3(c)는, 본 발명에 관련되는 제조 방법을 실시하는 상황을, 경시적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 다른 구성예를, 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 5는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 또 다른 구성예를, 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 또 다른 구성예를, 모식적 또한 경시적으로 나타내는 설명도이다.
도 7은, 특허 문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치의 개략을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은, 특허 문헌 1이나 비특허 문헌 2에 의해 개시된 굽힘 가공의 전후에 있어서의 단면의 치수 변화를 예시하는 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 이후의 설명에서는, 본 발명에 의해 제조되는 굴곡 부재가, 강제이며 직사각형의 횡단면을 갖는 중공의 부재를 소재로 하고, 자동차나 각종 기계에 이용되는 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재인 경우를 예로 든다.

도 1은, 본 발명에 관련되는 제조 장치(10)의 구성예를, 일부 간략화 및 생략함과 더불어 투시하여 나타내는 사시도이다. 또, 도 2는, 이 제조 장치(10)의 구성예를, 모식적으로 나타내는 설명도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 제조 장치(10)는, 제1 지지 장치(11)와, 가열 장치(12)와, 냉각 장치(13)와, 전단력 부여 장치(14)와, 제2 지지 장치(15)를 구비한다.

［제1 지지 장치(11)］

도 1에 나타내는 바와 같이, 처음에, 각관(16)을, 도시를 생략한 이송 장치에 의해 그 길이 방향으로 이송한다. 각관(16)은, 중공의 직사각형의 폐단면 형상을 갖는다. 각관(16)은, 길이 방향으로 일체로 구성되는 강제의 긴 소재이다.

이송 장치는, 각관(16)을 그 길이 방향으로 이송한다. 이 이송 장치는, 전동 서보 실린더를 이용한 타입이 예시되지만, 특정한 형식의 것으로 한정할 필요는 없고, 볼 나사를 이용한 타입이나 타이밍 벨트나 체인을 이용한 타입 등과 같은, 이런 종류의 이송 장치로서 공지의 것이면 모두 동일하게 이용할 수 있다.

도 1에 나타내는 예에서는, 직사각형의 횡단면 형상을 갖는 각관(16)을 가공 소재로서 이용하는 경우를 예로 든다. 그러나 본 발명에 있어서의 가공 소재는, 각관(16)으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 직사각형, 타원형, 장원형, 정방형 또한 각종 이형의 횡단면 형상을 갖는 중공의 강관이나 강관 이외의 금속관도, 가공 소재로서 이용할 수 있다.

각관(16)은, 이송 장치에 의해 소정의 이송 속도로 그 축방향(길이 방향)으로 이송된다. 각관(16)은, 제1 위치(A)에 있어서 제1 지지 장치(11)에 의해 지지된다. 즉, 제1 지지 장치(11)는, 이송 장치에 의해 그 축방향으로 이송되는 각관(16)을, 제1 위치(A)에 있어서 이동 가능하게 지지한다.

도 1, 2에 나타내는 예에서는, 제1 지지 장치(11)로서 블록을 이용했다. 블록은, 각관(16)이 간극을 가지고 삽입 통과할 수 있는 관통 구멍(11a)을 갖는다. 도시하고 있지 않지만, 블록을 분할하고, 유압 실린더나 에어 실린더를 접속하고, 각관을 지지하는 구성으로 해도 된다. 또, 제1 지지 장치(11)는, 특정한 형식의 것으로는 한정되지 않고, 이런 종류의 지지 장치로서 공지의 것이면 동일하게 이용할 수 있다. 예를 들면, 대향하여 배치되는 한 쌍의 공형의 롤을 1조 혹은 2조 이상 병설하여 이용하는 것이 예시된다.

각관(16)은, 이와 같이 하여, 제1 지지 장치(11)의 설치 위치(A)를 통과하여, 그 축방향으로 이송된다.

도 1에 나타내는 예에서는, 제1 지지 장치(11)는 적당한 탑재대(11b)에 탑재 및 고정되어 배치되어 있지만, 본 발명은 이 형태로 한정되는 것은 아니며, 제1 지지 장치(11)를 소정의 위치에 고정하여 배치할 수 있는 수단이면 되고, 특정한 배치 형태로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 지지 장치(11)는, 주지 관용의 산업용 로봇에 장착한 엔드 이펙터에 의해 지지되도록 해도 된다.

제1 지지 장치(11)는, 이상과 같이 구성된다.

［가열 장치(12)］

가열 장치(12)는, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 제1 위치(A)보다 하류인 제2 위치(B)에 고정 배치된다. 가열 장치(12)는, 이송되는 각관(16)의 길이 방향의 일부에 있어서의 하나의 횡단면의 둘레 전체를 가열한다.

도 1, 2에 나타내는 예에서는, 가열 장치(12)로서 유도 가열 장치를 이용한다. 이 유도 가열 장치는, 각관(16)을 예를 들면 고주파 유도 가열할 수 있는 코일을 갖는 것을 이용하면 되고, 이런 종류의 고주파 가열 장치로서 공지의 것이면 동일하게 이용할 수 있다.

유도 가열 장치(12)의 가열 코일(12a)은, 각관(16)의 외표면으로부터 소정의 거리만큼 떨어져, 각관(16)의 길이 방향의 일부에 있어서의 하나의 횡단면의 둘레 전체를 감싸도록, 배치된다.

각관(16)의 축방향과 직교하는 방향과 평행한 방향에 관한, 각관(16)에 대한 가열 코일(12a)의 거리를 적절히 변경함으로써, 송출되는 각관(16)을 그 둘레 방향으로 불균일하게 가열할 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 각관(16)의 이송 방향에 관해서 유도 가열 장치(12)의 상류 측에, 각관(16)을 예열할 수 있는 예열 장치(예를 들면 소형의 고주파 가열 장치)를 1개 이상 배치해 두고, 이 예열 수단을 유도 가열 장치(12)와 병용하여 각관(16)을 가열하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 각관(16)을 복수 회 가열하거나, 혹은, 각관(16)의 일부를 그 둘레 방향으로 불균일하게 가열하는 것이 가능해진다.

각관(16)은, 유도 가열 장치(12)에 의해 부분적으로 급속히 가열된다.

가열 장치(12)의 설치 수단은, 가열 장치(12)를 소정의 위치에 고정하여 배치할 수 있는 수단이면 되고, 그 설치의 형태는 특별히 한정을 필요로 하지 않는다. 예를 들면, 고정대에 탑재하여 고정하는 것이나, 주지 관용의 산업용 로봇에 장착한 엔드 이펙터에 의해 지지하는 것 등이 예시된다.

가열 장치(12)는, 이상과 같이 구성된다.

［냉각 장치(13)］

냉각 장치(13)는, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 제2 위치(B)보다 하류인 제3 위치(C)에 배치된다. 냉각 장치(13)는, 제2 위치(B)에서 가열된 부분을 급속히 냉각한다. 각관(16)은, 냉각 장치(13)에 의해 냉각됨으로써, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분과, 냉각 장치(13)에 의해 냉각된 제2 부분의 사이의 부분이, 고온이며 변형 저항이 큰 폭으로 저하한 상태에 있다.

냉각 장치(13)는, 원하는 냉각 속도를 얻을 수 있는 것이면 되고, 특정한 방식의 냉각 장치로는 한정되지 않는다. 일반적으로는, 냉각수를 각관(16)의 외주면의 소정의 위치를 향해 분사함으로써 각관(16)을 냉각하는 수랭 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 본 예에 있어서도, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 다수의 냉각수 분사 노즐(13a)을, 가열 장치(12)의 바로 하류 측에, 각관(16)의 길이 방향의 일부에 있어서의 하나의 횡단면을 둘러싸도록, 각관(16)의 외표면으로부터 떨어뜨려 배치한다. 그리고 이들 냉각수 분사 노즐(13a)로부터 냉각수를 각관(16)의 외표면을 향해 분사한다.

냉각수는, 각관(16)이 송출되는 방향을 향해 비스듬히 분사하는 것이, 가열 장치(12)에 의한 각관(16)의 가열을 저해하지 않기 때문에, 바람직하다.

각 냉각수 분사 노즐(13a)로부터의 냉각수의 분사량을, 각 냉각수 분사 노즐(13a)마다 개별로 제어하면, 각관(16)의 일부를 그 둘레 방향으로 불균일하게 냉각하는 것이 가능해진다. 또, 각관(16)의 축방향과 직교하는 방향과 평행한 방향에 관한, 각 냉각수 분사 노즐(13a)과, 각관(16)의 사이의 거리를 변경하여 설정하면, 각관(16)의 가열되는 축 방향의 영역을 조정할 수 있다.

각관(16)에 있어서의 유도 가열 장치(12)에 의해 가열된 부분은, 수랭 장치(13)에 의해, 급속히 냉각된다.

냉각 장치(13)에 의한 수랭의 개시 온도 및 냉각 속도를 적절히 조정함으로써, 각관(16)에 있어서의 급속 냉각부의 일부 또는 전부를 담금질하거나, 혹은 소둔하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 예를 들면, 각관(16)의 굽힘부의 일부 또는 전부의 강도를, 예를 들면 1500㎫ 이상으로 큰 폭으로 높이는 것도 가능하다.

냉각 장치(13)의 설치 수단은, 냉각 장치(13)를 소정의 위치에 고정하여 배치할 수 있는 수단이면 되고, 특정한 설치 수단으로는 한정되지 않는다. 다만, 본 발명에 관련되는 제조 장치(1)에 의해 높은 치수 정밀도를 갖는 굴곡 부재(21)를 제조하기 위해서는, 위치 B~위치 C간의 거리를 가능한 한 짧게 설정함으로써, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분과, 냉각 장치(13)에 의해 냉각된 제2 부분의 사이의 영역을 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 냉각수 분사 노즐(13a)을 고주파 가열 코일(12a)에 근접하게 배치하는 것이 바람직하므로, 예를 들면, 냉각수 분사 노즐(13a)을 유도 가열 코일(12a)의 직후의 위치에 고정하여 배치하는 것이 바람직하다.

고주파 가열 코일(12a)에 급수 구멍을 설치하고, 고주파 가열 코일(12a)의 냉각수를 각관의 냉각수로서 분사함으로써, 위치 B~위치 C간의 거리를 최소화할 수 있고, 수랭 장치(13)와 병설할 수도 있다.

또, 각관(16)의 이송 속도가 늦은 경우 등은, 수랭 장치(13)로 바꾸어 자연 냉각 수단을 채용할 수도 있다.

냉각 수단(13)은, 이상과 같이 구성된다.

［전단력 부여 장치(14)］

전단력 부여 장치(14)는, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 제3 위치(C)보다 하류인 영역(D)에 배치된다. 전단력 부여 장치(14)는, 각관(16)을 위치 결정하면서 이차원 또는 삼차원으로 이동한다. 이로 인해, 전단력 부여 장치(14)는, 각관(16)에 있어서의, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분과, 냉각 장치(13)에 의해 냉각된 제2 부분의 사이의 영역에, 전단력을 부여하여 각관(16)에 가공을 행한다.

도 1, 2에 나타내는 예에서는, 전단력 부여 장치(14)로서 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)을 이용했다. 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)은, 각관(16)의 외표면에 접촉함으로써 각관(16)을 위치 결정하면서, 도 1 중의 화살표 방향으로 종동(從動) 회전한다.

상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)은, 도시를 생략한 지지 프레임에 의해, 회전 가능하게 지지된다. 지지 프레임은, 지지 프레임을 이차원 또는 삼차원으로 이동 가능하게 유지하는 이동 기구(마찬가지로 도시 생략)에 의해 유지된다.

도 3(a)~도 3(c)는, 본 발명에 관련되는 제조 방법을 실시하는 상황을, 경시적으로 나타내는 설명도이며, 각관(16)을, 도 3(c), 도 1 또는 도 2에 나타내는, 미소한 굽힘 반경의 굽힘부를 갖는 굴곡 부재(21)로 가공하는 상황을 경시적으로 나타낸다.

도 3(a)~도 3(c), 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)은, 가공의 개시시에는, 도 3(a)에 나타내는 위치(도 1에 있어서의 일점 쇄선에 의해 나타내는 위치)인 원위치에 존재한다.

각관(16)에 대한 가공이 개시되면, 도시를 생략한 가공 제어 장치로부터의 제어 신호가 입력된 이동 기구는, 상술한 원위치를 기점으로 하여, 각관(16)의 이송 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 좌방향), 및, 가열 장치(12)에 의해 가열된 각관(16)의 길이 방향에 있어서의 하나의 횡단면과 대략 평행한 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 하방향)의 2방향이 합성된 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 좌측 경사진 하방향)으로, 도시를 생략한 지지 프레임에 의해 회전 가능하게 지지된 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)을 이동시킨다.

이로 인해, 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)은, 이송되는 각관(16)의 외표면에 맞닿으면서, 상술한 원위치를 기점으로 하여, 각관(16)의 이송 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 좌방향), 및, 가열 장치(12)에 의해 가열된 각관(16)의 길이 방향에 있어서의 하나의 횡단면과 대략 평행한 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 하방향)의 2방향이 합성된 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 좌측 경사진 하방향)으로, 도 1 중의 검정 굵은 화살표가 나타내는 바와 같이 동시에 이동한다(도 3(b) 참조).

상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)은, 도 3(c)에 나타내는 위치(또는 도 1에 있어서의 실선에 의해 나타내는 위치)까지 이동하여, 가공이 종료된다.

전단력 부여 장치(14)는 이상과 같이 구성된다.

［제2 지지 장치(15)］

제2 지지 장치(15)는, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 전단력 부여 장치(14)의 설치 위치보다 하류인 영역(E)에 있어서, 각관(16)에 있어서의 가열된 부분에 전단 변형을 부여한다.

도 1~3에 나타내는 제조 장치(10)에 의한 굴곡 부재(21)의 제조가 진행함에 따라서, 한 쌍의 롤(17a, 17b)만으로는, 각관(16)에 있어서의 가열된 부분의 변형은 휨변형이 주체가 되어 버린다. 그 때문에, 더 한 점을 구속함으로써, 도 1~3에 나타내는 바와 같이 전단 변형을 부여할 수 있다.

동시에, 변형에 따라서 롤(17a, 17b)을 빠져나온 부분의 중량이 증가하기 때문에, 그 자중에 의해 롤(17a, 17b)을 빠져나온 부분이, 롤(17a, 17b)에 의해 위치 결정된 부분을 지점으로 하여, 변형될 우려가 있다. 제2 지지 장치(15)는, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 전단력 부여 장치(14)의 설치 위치보다 하류인 영역(E)에 배치된다. 제2 지지 장치(15)는, 각관(16)에 있어서의 전단력 부여 장치(14)에 의한 굽힘 가공을 종료한 부분을 지지한다. 이로 인해, 제2 지지 장치(15)는, 각관(16)의 변형을 방지하여, 높은 치수 정밀도를 갖는 굴곡 부재(21)를 제조한다.

각관(16)의 길이 방향의 일부에 있어서의 하나의 횡단면은, 가열 장치(12)에 가열되어 변형 저항이 큰 폭으로 저하한다. 이 때문에, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 제3 위치(C)보다 하류인 영역(D)에 있어서 전단력 부여 장치(14)를 구성하는 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)의 위치를, 도 3(a)~도 3(c)를 참조하면서 설명한 바와 같이 삼차원으로 이동함으로써, 도 3(b) 및 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 각관(16)에 있어서의, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분과, 냉각 장치(13)에 의해 냉각된 제2 부분의 사이의 영역에 전단력(Ws)을 부여할 수 있다.

각관(16)은, 이 전단력(Ws)에 의해 굽힘부(22a)가 형성되어 가공된다. 본 발명에서는, 특허 문헌 1에 의해 개시된 발명과 같이 각관(16)의 가열된 부분에 굽힘 모멘트를 부여하는 것이 아니라, 전단력을 부여한다. 이 때문에, 도 3(c) 중의 확대도에도 나타내는 바와 같이, 굽힘 반경(r)이 예를 들면 두께의 1~5배라고 하는, 매우 작은 굽힘 반경(r)의 굽힘부(22a)를 갖는 굴곡 부재(21)를 제조할 수 있다.

본 발명에서는, 각관(16)은, 제1 부분과 제2 부분의 사이의 영역에 전단력(Ws)이 주어져 가공된다. 이 때문에, 이 굽힘부(22a)의 내주측에 주름의 발생이나 단면 형상의 무너짐에 기인한 치수 정밀도의 저하를 전혀 발생시키지 않고, 도 1에 있어서 해칭에 의해 나타내는 4개소(16a, 16b, 16c 및 16d)의 단면 형상이 동일하다는 매우 뛰어난 치수 정밀도를 갖는다.

본 발명에서는, 각관(16)의 굴곡 부재(21)로의 굽힘 가공은, 다이리스로, 또한 각관(16)의 내부에 압력을 부여하지 않고 행해지므로, 저비용으로 확실히 실시된다.

전단력 부여 장치(14)는, 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b)을, 상술한 바와 같이 이차원 또는 삼차원으로 이동 가능하게 배치할 수 있는 기구를 개재하여, 설치되면 된다. 그러한 기구는 특별히 한정을 필요로 하지 않다. 예를 들면, 주지의 산업용 로봇에 장착한 엔드 이펙터에 의해, 롤(17a, 17b)의 지지 프레임을 유지하도록 해도 된다.

도 1~3에 나타내는 예에서는, 각관(16)에 있어서의 전단력 부여 장치(14)에 의한 가공을 종료한 부분의 선단의 내부에 척(18)을 삽입하여 배치한다. 그리고 제2 지지 장치(15)는, 수직형의 다관절 산업용 로봇(20)에 의해 구성했다. 다관절 산업용 로봇(20)은, 상기 선단으로부터 외부로 돌출한 척(18)을 유지하는 엔드 이펙터(19)가 그 손목 축에 장착된다.

제2 지지 장치(15)는, 각관(16)에 있어서의 전단력 부여 수단(14)에 의한 가공을 종료한 부분의 변형을 방지할 수 있는 것이면, 특정한 것으로는 한정되지 않는다.

본 발명에 관련되는 제조 장치(10)는, 이상과 같이 구성된다. 다음에, 이 제조 장치(10)에 의해, 본 발명에 관련되는 굴곡 부재(21)를 제조하는 상황을 설명한다.

도 1~3에 있어서, 처음에, 강제의 예를 들면 길고 중공인 각관(16)을, 도시를 생략한 이송 장치에 의해 그 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서, 제1 위치(A)에 배치된 제1 지지 장치(11)에 의해 지지한다.

다음에, 가열 장치(12)에 의해, 이송되는 각관(16)을 부분적으로 급속히 가열한다. 각관(16)의 가열 온도는, 각관(12)을 구성하는 강의 Ac₃점 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ac₃점 이상으로 함으로서, 후속하여 행해지는 냉각시의 냉각 속도를 적절히 설정함으로써 굴곡 부재(21)의 굽힘부(22a)를 담금질할 수 있음과 더불어, 각관(16)의 제1 부분과 제2 부분의 사이의 변형 저항을, 원하는 작은 굽힘 반경을 갖는 가공을 행할 수 있는 정도로 충분히 저하하는 것이 가능해진다.

각관(16)의 이송 방향에 대해서 제2 위치(B)보다 하류인 제3 위치(C)에 배치된 냉각 장치(13)의 냉각수 분사 노즐(13a)로부터 냉각수를, 각관(16)을 향해 분사한다. 이로 인해, 가열된 부분을 제3 위치(C)에서 냉각한다. 각관(16)의 강종류에도 의하지만, 이 냉각시의 냉각 속도를 100℃／초 이상으로 함으로써 굽힘부(22a)에 담금질를 행하여 그 강도를 높일 수 있다.

이 냉각에 의해, 각관(16)에, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분과, 냉각 장치(13)에 의해 냉각된 제2 부분이 형성된다. 각관(16)의 제1 부분과 제2 부분의 사이는, 고온 상태에 있어서 그 변형 저항이 큰 폭으로 저하한다.

각관(16)의 가공 예정부의 선단부가, 전단력 부여 장치(14)의 한 쌍의 롤(17a, 17b)에 도달했을 때에, 롤(17a, 17b)을, 그 원위치를 기점으로 하여 도 1~3을 참조하면서 설명한 바와 같이, 각관(16)의 이송 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 좌방향), 및, 가열 장치(12)에 의해 가열된 각관(16)의 길이 방향에 있어서의 하나의 횡단면과 대략 평행한 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 하방향)의 2방향이 합성된 방향(도 3(a)~도 3(c)에 있어서의 좌측 경사진 하방향)으로, 도시를 생략한 지지 프레임에 의해 회전 가능하게 지지된 상하 한 쌍의 롤(17a, 17b) 및 제2 지지 장치(15)를 이동시킨다.

각관(16)에 있어서의 전단력 부여 장치(14)에 의한 가공을 종료한 부분은, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 전단력 부여 장치(14)의 설치 위치보다 하류인 영역(E)에 배치된 제2 지지 장치(15)에 의해 지지된다. 이 때문에, 각관(16)은 변형되지 않고, 원하는 형상 및 치수 정밀도를 갖는 굴곡 부재(21)가 제조된다.

이와 같이 하여, 각관(16)의 제1 부분과 제2 부분의 사이에, 전단력이 부여되고, 각관(16)에 가공이 행해진다.

이 예에서는, 가공시에는 항상 제2 지지 장치(15)에 의해, 각관(16)에 있어서의 전단력 부여 장치(14)에 의한 가공을 종료한 부분이 지지되어 있다. 이 때문에, 각관(16)에 있어서의 하나의 굽힘부(22a)에 대한 가공이 종료한 시점에서, 한 쌍의 롤(17a, 17b)의 롤 갭을 일단 열고, 롤(17a, 17b)을 상술한 원위치로 복귀시키고, 각관(16)에 있어서의 다음의 굽힘부에 대한 가공에 구비할 수 있다.

또, 한 쌍의 롤(17a, 17b)에 의한 가공을 행하고 있을 때나, 이 원위치로의 복귀시 등과 같은, 한 쌍의 롤(17a, 17b)에 의한 굽힘 가공을 행하고 있지 않을 때에, 제2 지지 장치(15)를 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써, 각관(16)의 제1 부분과 제2 부분의 사이에 굽힘 모멘트를 부여함으로써, 각관(16)에 비교적 큰 굽힘 반경의 굽힘부도 형성하도록 해도 된다.

이와 같이 하여, 도 1 중에 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의해, 강제의 중공이면서 길고, 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는 본체(21a)를 가짐과 더불어, 이 본체(21a)에 형성된, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡된 굽힘부(22a, 22b)를 구비하고, 이 굽힘부(22a, 22b)의 굽힘 반경(r)이 예를 들면 두께의 1~5배 이하라고 하는, 매우 작은 굽힘 반경(r)의 굽힘부(22a)를 갖는 굴곡 부재(21)를 제조할 수 있다.

이 굴곡 부재(21)는, 이 굽힘부(22a, 22b)의 내주측에 주름의 발생이나, 길이 방향의 임의의 위치에 있어서의 단면 형상의 무너짐에 기인한 치수 정밀도의 저하를 전혀 발생시키지 않고, 매우 높은 치수 정밀도를 갖는다.

굴곡 부재(21)는, 중공의 편평 폐단면 형상을 가짐으로써 경량이고 소형임과 더불어, 상술한 바와 같이 냉각 수단(13)에 의한 수랭의 개시 온도 및 냉각 속도를 적절히 조정하여 인장 강도를 예를 들면 1500㎫ 이상으로 큰 폭으로 높임으로써, 소형화, 경량화 또한 고강도화를 더 도모할 수도 있다.

또, 이 굴곡 부재(21)는, 상술한 바와 같이 냉각 장치(13)에 의한 수랭의 개시 온도 및 냉각 속도를 적절히 조정하여 담금질이 행해짐으로써, 그 외표면에 압축의 잔류 응력이 발생하기 때문에, 피로 강도도 향상된다.

도 4는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 다른 구성예 10-1을, 모식적으로 나타내는 설명도이다.

제조 장치(10-1)가, 상술한 제조 장치(10)와 상위한 것은, 가열 장치(12)를 구성하는 유도 가열 코일(12a)을 각관(16)에 대해서 경사지게 배치하고, 이에 따라, 냉각 장치(13)의 냉각수 분사 노즐(13a), 및 전단력 부여 장치(14)의 롤(17a, 17b)도, 각관(16)에 대해서 경사지게 배치하는 점이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 유도 가열 코일(12a), 냉각수 분사 노즐(13a), 및 롤(17a, 17b)을, 각관(16)에 대해서 경사지게 배치함으로써, 각관(16)의 두께의 감소를 막을 수 있다. 즉, 도 4에 있어서, 가공 전의 각관(16)의 두께를 t로 하면, 통상의 가열 코일의 설정으로 가공을 행하면, 두께는 t·cosθ가 되지만, 유도 가열 코일(12a)을 경사시킴으로써 가공 후의 두께를 t인 채로 할 수 있고, 가공 후의 두께의 감소를 막을 수 있다.

도 5는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 또 다른 구성예 10-2를, 모식적으로 나타내는 설명도이다.

이 제조 장치(10-2)가, 상술한 제조 장치(10)와 상위한 것은, 한 쌍의 롤(17a, 17b)을 이용하는 것이 아니라, 각관(16)을 파지하는 한 쌍의 클램프 장치(17c, 17d)를 이용하는 점이다.

이 경우에는, 클램프 장치(17c, 17d)가, 이 각관(16)에 대한 가공이 종료할 때까지, 각관(16)을 계속 파지하게 된다. 이 때문에, 제조 장치(10)에 있어서 이용한 제2 지지 장치(15)를 설치할 필요가 없다. 예를 들면, 클램프 장치(17c, 17d)는 수직형의 다관절 산업용 로봇에 유지되는 것이 예시된다.

이상의 설명에서는, 가공 소재인 각관(16)을 그 길이 방향으로 이송함과 더불어, 제1 지지 수단(11), 가열 수단(12) 및 냉각 수단(13)을, 각관(16)의 이송 방향에 대해서 고정하여 배치하는 형태를 예로 들었지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 이것과는 반대로, 가공 소재인 각관(16)을 고정하여 배치함과 더불어, 제1 지지 장치(11), 가열 장치(12) 및 냉각 장치(13)를, 각관(16)의 길이 방향에 대해서 이동 가능하게 배치하도록 해도 된다.

도 6(a) 및 도 6(b)는, 본 발명에 관련되는 제조 장치의 또 다른 구성예 10-3을, 모식적이고 경시적으로 나타내는 설명도이며, 도 6(a)는 가공전을 나타내고, 도 6(b)는 가공 도중을 나타낸다.

이 제조 장치(10-3)에서는, 제1 지지 장치(11)는, 2조의 한 쌍의 롤(23a, 23b)을 갖는다. 한 쌍의 롤(23a, 23b)은, 도시를 생략한 지지 프레임에 의해, 회전 가능하게 지지된다. 지지 프레임은, 지지 프레임을 이차원 또는 삼차원으로 이동 가능하게 유지하는 산업용 로봇(마찬가지로 도시 생략)에 의해 유지된다. 이로 인해, 한 쌍의 롤(23a, 23b)은, 2조 모두, 각관(16)의 축 방향을 포함하는 3차원의 방향으로 이동 가능하게 배치된다.

또, 가열 장치(12)의 유도 가열 코일(12a), 및 냉각 장치(13)의 냉각수 분사 노즐(13a)은, 산업용 로봇(24)에 의해 지지된다. 유도 가열 코일(12a)은, 소재(16)의 한 쌍의 롤(23a, 23b)에 대한 상대적인 이송 방향(도 6(a), 도 6(b)의 좌측으로부터 우측을 향하는 방향)에 관해서, 냉각수 분사 노즐(13a)의 상류 측에 위치하도록 배치된다. 이로 인해, 유도 가열 코일(12a), 및 냉각수 분사 노즐(13a)은, 각관(16)의 축방향을 포함하는 3차원의 방향으로 이동 가능하게 배치된다.

전단력 부여 장치(14)는, 각관(16)을 클램프하면서 지지하면서 이동한다. 전단력 부여 장치(14)는, 산업용 로봇(도시 생략)에 의해 지지되어 있는 유압 클램프에 의해 구성된다. 이로 인해, 전단력 부여 장치(14)는, 각관(16)을, 축방향을 포함하는 3차원의 방향으로 이동할 수 있도록, 배치된다.

또, 각관(16)은, 그 축방향으로 고정 배치된다. 또한, 본 예와는 달리, 각관(16)도 그 축방향으로 이동 가능하게 배치되어 있어도 된다.

이와 같이, 제조 장치(10-3)는, 소재인 각관(16)을, 그 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 지지하는 제1 지지 장치(11)와, 각관(16)을 가열하는 가열 장치(12)와, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분보다 각관(16)의 상대적인 이송 방향의 하류 측에 위치하는 제2 부분을 냉각하는 냉각 장치(13)와, 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동함으로써 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치(14)를 구비한다.

이 제조 장치(10-3)에 의하면, 제1 지지 장치(11), 가열 장치(12), 냉각 장치(13) 및 전단력 부여 장치(14)를 각관(16)의 축방향으로 이동함과 더불어 각관(16)을 고정함으로써, 각관(16)을, 각관(16)을 지지하는 제1 지지 장치(11)에 대해서 그 길이 방향으로 상대적으로 이송한다. 그리고 가열 장치(12)에 의해 소재를 가열함과 더불어, 가열 장치(12)에 의해 가열된 제1 부분보다 각관(16)의 상대적인 이송 방향의 하류 측에 위치하는 제2 부분을 냉각 장치(13)에 의해 냉각하고, 한편, 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동함으로써 제1 부분과 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치(14)를, 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동시킴으로써, 각관(16)에 가공을 행한다.

이와 같이 하여, 각관(16)을 고정하여 배치함과 더불어, 제1 지지 장치(11), 가열 장치(12) 및 냉각 장치(13)를, 각관(16)의 길이 방향에 대해서 이동 가능하게 배치함으로써도, 굴곡 부재(21)를 제조하는 것이 가능하다.

또, 도 1을 참조하면서 설명한, 굴곡 부재(21)의 본 발명에 관련되는 제조 공정은, 매우 간편하고, 저비용으로 제조하는 것이 가능하다.

또한, 이상의 설명에서는, 순수한 전단력에 의한 변형만을 각관(16)에 부여하는 경우를 예로 들었지만, 본 발명은 이 형태로는 한정되지 않는다. 즉, 종래의 휨변형에 전단력에 의한 변형을 부가함으로써, 종래보다 작은 휨변형을 얻을 수 있기 때문에, 전단력에 의한 변형 성분을 포함하는 가공이 본 발명의 대상이다.

굴곡 부재(21)는, 전단력에 의한 가공시에 동시에 열처리(예를 들면 담금질)가 행해져 제조되기 때문에, 비특허 문헌 3에 의해 개시된, 냉간으로 전단 굽힘 가공이 행해지고 그 후에 열처리(예를 들면 담금질)가 행해져 제조된 굴곡 부재와 비교하여, 1500㎫ 이상의 고강도의 부분을 갖는 굴곡 부재를, 부분 담금질에 의해 높은 가공 정밀도로 제조할 수 있다.

본 발명에 관련되는 제조 방법에 의해 제조되는 굴곡 부재(21)는, 예를 들면, 이하에 예시하는 용도 (i)~(ｖii)에 대해서 적용 가능하다.

(i) 예를 들면, 프런트 사이드 멤버, 크로스 멤버, 사이드 멤버, 서스펜션 멤버, 루프 멤버, A필러의 레인포스, B필러의 레인포스, 범퍼의 레인포스 등과 같은 자동차 차체의 구조 부재

(ii) 예를 들면, 시트 프레임, 시트 크로스 멤버 등과 같은 자동차의 강도 부재나 보강 부재

(iii) 자동차의 배기관 등의 배기계 부품

(iv) 자전거나 자동 이륜차의 프레임이나 크랭크

(v) 전차 등의 차량의 보강 부재, 대차 부품(대차 프레임, 각종 빔 등)

(vi) 선체 등의 프레임 부품, 보강 부재

(vii) 가전 제품의 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재

1: 특허 문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치
2: 강관 3: 지지 장치
4: 유도 가열 코일 5: 수랭 장치
6: 가동 롤러 다이스 6a: 롤
7: 굴곡 부재 8a: 이형관
8b: 굴곡 부재
10, 10-1, 10-2, 10-3: 본 발명에 관련되는 제조 장치
11: 제 1 지지 장치 11a: 관통 구멍
12: 가열 장치 12a: 유도 가열 코일
13: 냉각 장치 13: 냉각수 분사 노즐
14: 전단력 부여 장치 15: 제2 지지 장치
16: 각관 16a~16d: 단면 형상
17a, 17b: 롤 18: 척
19: 엔드 이펙터 20: 수직형의 다관절 산업용 로봇
21: 굴곡 부재 21a: 본체
22a, 22b: 굽힘부 23a, 23b: 롤
24: 산업용 로봇

Claims

금속제의 중공의 소재를 가열하는 가열 장치와,
상기 가열 장치에 의해 가열된 제1 부분보다 상기 소재의 상대적인 이송 방향의 하류 측에 위치하는 제2 부분을 냉각하는 냉각 장치와,
이차원 또는 삼차원의 방향으로서 상기 소재의 상기 상대적인 이송 방향 및 상기 소재의 길이 방향에 있어서 하나의횡단면과 평행한 방향의 2방향이 합성된 방향으로, 상기 소재를 상기 가열 장치 및 냉각 장치에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치와, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 냉각 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하여 상기 합성된 방향으로 상기 가열 장치에 대하여 상대적으로 이동하는 제2 지지 장치를 구비하고, 상기 전단력 부여 장치 및 제2 지지 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 냉각 장치보다 하류인 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는, 상기 소재의 외표면에서 상기 소재와 접촉하여 상기 소재를 위치 결정하면서 상기 2방향이 합성된 방향으로 이동함으로써 상기 2방향이 합성된 방향으로 상기 소재를 이동시켜 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치인, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는, 상기 2방향이 합성된 방향을 따라 경사진 상기 소재의 외표면에서 상기 소재와 접촉하여 상기 소재를 위치 결정하면서 상기 2방향이 합성된 방향으로 상기 소재를 상대적으로 이동시켜 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치인, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 상기 2방향이 합성된 방향을 따라 경사지게 배치되는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는 한 쌍의 롤인, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는 한 쌍의 롤인, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전단력 부여 장치 및 제2 지지 장치는 상기 소재를 파지하는 클램프 장치인, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 소재를, 상기 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 지지하는 제1 지지 장치를 더 구비하고,
상기 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 모두 고정 배치되고, 또한 상기 제1 지지 장치는 제1 위치에 배치되고, 상기 가열 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제1 위치보다 하류인 제2 위치에 배치되고, 상기 냉각 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제2 위치보다 하류인 제3 위치에 배치되는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 소재를, 상기 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 지지하는 제1 지지 장치를 더 구비하고,
상기 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 모두 고정 배치되고, 또한 상기 제1 지지 장치는 제1 위치에 배치되고, 상기 가열 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제1 위치보다 하류인 제2 위치에 배치되고, 상기 냉각 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제2 위치보다 하류인 제3 위치에 배치되는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 소재를, 상기 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 지지하는 제1 지지 장치를 더 구비하고,
상기 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 모두 고정 배치되고, 또한 상기 제1 지지 장치는 제1 위치에 배치되고, 상기 가열 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제1 위치보다 하류인 제2 위치에 배치되고, 상기 냉각 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제2 위치보다 하류인 제3 위치에 배치되는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 소재를 지지하는 제1 지지 장치를, 상기 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 가열 장치 보다 상류측에 더 구비하고,
상기 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 상기 소재의 상기 길이 방향에 대하여 이동 가능하게 배치되는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴곡 부재는, 굽힘 반경이 두께의 1~5배 이하인 굽힘부를 적어도 1개 갖는, 굴곡 부재의 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴곡 부재는, 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는, 굴곡 부재의 제조 장치.
금속제의 중공의 소재를, 가열 장치에 의해 가열함과 더불어, 상기 가열 장치에 의해 가열된 제1 부분보다 상기 소재의 상대적인 이송 방향의 하류 측에 위치하는 제2 부분을 냉각 장치에 의해 냉각하고, 또한, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 냉각 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 제2 지지 장치로 지지하고, 상기 제2 지지 장치를 상기 소재의 상대적인 이송 방향 및 상기 소재의 길이 방향에 있어서 하나의 횡단면과 평행한 방향의 2방향이 합성된 방향으로 상기 가열 장치에 대하여 상대적으로 이동시키면서, 전단력 부여 장치에 의해, 상기 소재를 상기 가열 장치 및 냉각 장치에 대하여 상기 합성된 방향으로 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하여 상기 소재에 가공을 행하고, 상기 전단력 부여 장치 및 제2 지지 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 냉각 장치보다 하류인 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 담금질을 행하는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는, 상기 소재의 외표면에서 상기 소재와 접촉하여 상기 소재를 위치 결정하면서 상기 2방향이 합성된 방향으로 이동함으로써 상기 2방향이 합성된 방향으로 상기 소재를 이동시켜 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치인, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는, 상기 2방향이 합성된 방향을 따라 경사진 상기 소재의 외표면에서 상기 소재와 접촉하여 상기 소재를 위치 결정하면서 상기 2방향이 합성된 방향으로 상기 소재를 상대적으로 이동시켜 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 사이에 전단력을 부여하는 전단력 부여 장치인, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 상기 2방향이 합성된 방향을 따라 경사지게 배치되는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 20에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는 한 쌍의 롤인, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 전단력 부여 장치는 한 쌍의 롤인, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 20에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 23에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 24에 있어서,
상기 제2 지지 장치는, 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 전단력 부여 장치의 설치 위치보다 하류의 영역에서 상기 소재를 지지하는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 전단력 부여 장치 및 제2 지지 장치는 상기 소재를 파지하는 클램프 장치인, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 소재를, 상기 길이 방향으로 상대적으로 이송하면서 지지하는 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 모두 고정 배치되고, 또한 상기 제1 지지 장치는 제1 위치에 배치되고, 상기 가열 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제1 위치보다 하류인 제2 위치에 배치되고, 상기 냉각 장치는 상기 소재의 상대적인 이송 방향에 대해서 상기 제2 위치보다 하류인 제3 위치에 배치되는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 상대적인 이송 방향에 있어서 상기 가열 장치보다 상류측에 설치되고, 상기 소재를 지지하는 제1 지지 장치, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치는, 상기 소재의 상기 길이 방향에 대하여 이동 가능하게 배치되는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 굴곡 부재는, 굽힘 반경이 두께의 1~5배 이하인 굽힘부를 적어도 1개 갖는, 굴곡 부재의 제조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 굴곡 부재는, 폐단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 일체로 구성되는, 굴곡 부재의 제조 방법.