(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023096563
(43)【公開日】2023-07-07
(54)【発明の名称】中空屈曲部品の製造装置及び中空屈曲部品の製造方法
(51)【国際特許分類】
B21D 7/04 20060101AFI20230630BHJP
B21D 7/16 20060101ALI20230630BHJP
【ＦＩ】
B21D7/04
B21D7/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021212410
(22)【出願日】2021-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】富澤 淳
(72)【発明者】
【氏名】植松 一夫
【テーマコード（参考）】
4E063
【Ｆターム（参考）】
4E063AA04
4E063AA06
4E063CA07
4E063KA04
4E063KA05
4E063LA03
4E063MA02
(57)【要約】
【課題】せん断曲げ加工を高い加工精度で行える中空屈曲部品の製造装置及び製造方法の提供を課題とする。
【解決手段】この中空屈曲部品の製造装置１０は、送り装置１１と、支持装置１２と、加熱コイル１３ａと、冷却水噴射ノズル１４ａと、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂと、腕部１５Ａｃと、制御装置１６とを備える。制御装置１６は、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、支持装置１２による中空素材Ｐｍの支持範囲の送り方向Ｆに沿った最下流端位置Ｐ０から把持手段１５Ａａ，１５Ａｂによる中空素材Ｐｍの支持範囲の送り方向Ｆに沿った中央位置Ｐ２までの距離Ｌ’を、所定距離内に制限するように、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ又は腕部１５Ａｃを制御する。
【選択図】図１
【解決手段】この中空屈曲部品の製造装置１０は、送り装置１１と、支持装置１２と、加熱コイル１３ａと、冷却水噴射ノズル１４ａと、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂと、腕部１５Ａｃと、制御装置１６とを備える。制御装置１６は、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、支持装置１２による中空素材Ｐｍの支持範囲の送り方向Ｆに沿った最下流端位置Ｐ０から把持手段１５Ａａ，１５Ａｂによる中空素材Ｐｍの支持範囲の送り方向Ｆに沿った中央位置Ｐ２までの距離Ｌ’を、所定距離内に制限するように、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ又は腕部１５Ａｃを制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属製で中空な被加工材を、その長手方向に移動せしめる送り部と、
前記被加工材を、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向への移動を許容した状態で支持する支持手段と、
前記支持手段よりも前記送り方向の下流側で前記被加工材の周囲を囲むように配置されて前記被加工材を加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルよりも前記送り方向の下流側で前記被加工材を冷却する冷却部と、
前記冷却部よりも前記送り方向の下流側の把持位置で前記被加工材を把持する把持手段と、
前記把持手段を移動させる操作部と、
前記送り部、前記加熱コイル、前記冷却部、前記把持手段、及び前記操作部を制御する制御部と、
を備え、
前記操作部により前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させることで前記被加工材にせん断曲げ加工を加える装置であって、
前記制御部が、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限するように、
前記把持手段及び前記操作部を制御する
ことを特徴とする中空屈曲部品の製造装置。
前記被加工材を、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向への移動を許容した状態で支持する支持手段と、
前記支持手段よりも前記送り方向の下流側で前記被加工材の周囲を囲むように配置されて前記被加工材を加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルよりも前記送り方向の下流側で前記被加工材を冷却する冷却部と、
前記冷却部よりも前記送り方向の下流側の把持位置で前記被加工材を把持する把持手段と、
前記把持手段を移動させる操作部と、
前記送り部、前記加熱コイル、前記冷却部、前記把持手段、及び前記操作部を制御する制御部と、
を備え、
前記操作部により前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させることで前記被加工材にせん断曲げ加工を加える装置であって、
前記制御部が、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限するように、
前記把持手段及び前記操作部を制御する
ことを特徴とする中空屈曲部品の製造装置。
【請求項2】
前記せん断曲げ加工を行う前における前記被加工材の平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離が２０×ｗ（ｍｍ）以下に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の中空屈曲部品の製造装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の中空屈曲部品の製造装置。
【請求項3】
前記把持手段が、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を許容する第１の把持状態と、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を規制する第２の把持状態と、
の間で切り換え自在に構成され、
前記制御部が、前記把持手段の前記第１の把持状態及び前記第２の把持状態間の切り換えを行う、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の中空屈曲部品の製造装置。
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を許容する第１の把持状態と、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を規制する第２の把持状態と、
の間で切り換え自在に構成され、
前記制御部が、前記把持手段の前記第１の把持状態及び前記第２の把持状態間の切り換えを行う、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の中空屈曲部品の製造装置。
【請求項4】
前記把持手段が、
前記被加工材の外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第１の把持状態では前記被加工材の外周面に対して転動自在に当接するローラと、
前記外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第２の把持状態では前記被加工材の前記外周面に対して当接するクランパーと、
を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の中空屈曲部品の製造装置。
前記被加工材の外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第１の把持状態では前記被加工材の外周面に対して転動自在に当接するローラと、
前記外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第２の把持状態では前記被加工材の前記外周面に対して当接するクランパーと、
を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の中空屈曲部品の製造装置。
【請求項5】
前記把持手段及び前記操作部をそれぞれ複数有する
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の中空屈曲部品の製造装置。
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の中空屈曲部品の製造装置。
【請求項6】
金属製で中空な被加工材を、その長手方向の途中の支持位置において、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向へ送りながら支持する送り工程と、
前記支持位置よりも下流の加熱位置において、前記被加工材の周囲を囲むように配置した加熱コイルによって前記被加工材を部分的に加熱して被加熱部を形成する加熱工程と、
前記加熱位置よりも下流の冷却位置において、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記冷却位置よりも下流の把持位置において、前記被加工材の被把持部を把持手段で把持し、前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させて前記被加工材にせん断曲げ加工を加えるせん断曲げ加工工程と、
を有し、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持位置における前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持位置における前記被把持部の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限する
ことを特徴とする中空屈曲部品の製造方法。
前記支持位置よりも下流の加熱位置において、前記被加工材の周囲を囲むように配置した加熱コイルによって前記被加工材を部分的に加熱して被加熱部を形成する加熱工程と、
前記加熱位置よりも下流の冷却位置において、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記冷却位置よりも下流の把持位置において、前記被加工材の被把持部を把持手段で把持し、前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させて前記被加工材にせん断曲げ加工を加えるせん断曲げ加工工程と、
を有し、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持位置における前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持位置における前記被把持部の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限する
ことを特徴とする中空屈曲部品の製造方法。
【請求項7】
前記せん断曲げ加工を行う前における前記被加工材の平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を２０×ｗ（ｍｍ）以下に設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の中空屈曲部品の製造方法。
ことを特徴とする請求項６に記載の中空屈曲部品の製造方法。
【請求項8】
前記所定距離を、前記被加工材のせん断荷重に基づいて設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の中空屈曲部品の製造方法。
ことを特徴とする請求項６に記載の中空屈曲部品の製造方法。
【請求項9】
前記せん断曲げ加工工程の開始前に、
前記把持手段を、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を許容しながら把持する第１の把持状態から、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を規制する第２の把持状態に切り換える
ことを特徴とする請求項６～８の何れか１項に記載の中空屈曲部品の製造方法。
前記把持手段を、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を許容しながら把持する第１の把持状態から、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を規制する第２の把持状態に切り換える
ことを特徴とする請求項６～８の何れか１項に記載の中空屈曲部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、中空屈曲部品の製造装置及び中空屈曲部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
周知のように、自動車や各種機械等に用いられる、中空の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には、軽量かつ高強度であること等が求められる。従来、この種の中空屈曲部品は、例えば、冷間の曲げ加工、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、これらの製造方法では、製造される中空屈曲部品の軽量化および高強度化に限界があり、その実現は容易なことではなかった。
【0003】
近年では、例えば非特許文献１に開示されるように、いわゆるチューブハイドロフォーミング工法によりこの種の中空屈曲部品を製造することも積極的に検討されている。しかし、非特許文献１の２８頁にも記載されているように、チューブハイドロフォーミング工法には、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課題があり、今後より一層の開発が必要である。
【0004】
このような現状に鑑み、本発明者らは、先に特許文献１により熱間曲げ加工装置に係る発明を開示した。図７は、特許文献１における発明の一実施例を示したもので、この熱間曲げ加工装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。
図７に示すように、この熱間曲げ加工装置１００では、支持手段１０１（一対の支持手段１０１ａ，１０１ｂ）によりその軸方向へ移動自在に支持された鋼管（以下、中空素材Ｐｍ）を上流側から下流側へ向けて矢印Ｆ方向へ図示しない送り装置により送りながら、支持手段１０１ａ，１０１ｂの下流位置で曲げ加工を行って、鋼製の中空屈曲部品Ｐｐを製造する。すなわち、支持手段１０１ａ，１０１ｂの下流位置で高周波加熱コイル１０２によって中空素材Ｐｍを部分的に焼入れ可能な温度域に急速加熱するとともに、高周波加熱コイル１０２の下流に配置された水冷装置１０３により中空素材Ｐｍを急冷する。そして、中空素材Ｐｍの先端を把持手段１０４（一対の把持手段１０４ａ，１０４ｂ）により把持し、把持手段１０４の位置を三次元方向（場合によっては二次元方向）に変更して中空素材Ｐｍの加熱された部分に曲げモーメントを付与することにより、中空素材Ｐｍに曲げ加工を行う。この熱間曲げ加工装置１００によれば、高い作業効率で高強度の中空屈曲部品Ｐｐを製造することが可能になる。
図７に示すように、この熱間曲げ加工装置１００では、支持手段１０１（一対の支持手段１０１ａ，１０１ｂ）によりその軸方向へ移動自在に支持された鋼管（以下、中空素材Ｐｍ）を上流側から下流側へ向けて矢印Ｆ方向へ図示しない送り装置により送りながら、支持手段１０１ａ，１０１ｂの下流位置で曲げ加工を行って、鋼製の中空屈曲部品Ｐｐを製造する。すなわち、支持手段１０１ａ，１０１ｂの下流位置で高周波加熱コイル１０２によって中空素材Ｐｍを部分的に焼入れ可能な温度域に急速加熱するとともに、高周波加熱コイル１０２の下流に配置された水冷装置１０３により中空素材Ｐｍを急冷する。そして、中空素材Ｐｍの先端を把持手段１０４（一対の把持手段１０４ａ，１０４ｂ）により把持し、把持手段１０４の位置を三次元方向（場合によっては二次元方向）に変更して中空素材Ｐｍの加熱された部分に曲げモーメントを付与することにより、中空素材Ｐｍに曲げ加工を行う。この熱間曲げ加工装置１００によれば、高い作業効率で高強度の中空屈曲部品Ｐｐを製造することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２００６／０９３００６号
【特許文献2】国際公開第２０１１／０２４７４１号
【特許文献3】特開２０２１－１６８９０号公報
【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
【非特許文献2】チューブフォーミング，コロナ社，初版第３刷 ２００２年１１月１５日,５１～５５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
自動車や各種機械等に用いられる中空屈曲部品には、種々の形状を持つものが存在する。中でも、曲げ部の曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいはそれ以下である極めて小さな曲げ部を有する中空屈曲部品が多く存在する。
しかしながら、特許文献１の方法により、曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいはそれ以下の曲げ半径を持つように曲げ加工をした場合、曲げ部の内周側にしわや折れこみを生じたり、あるいは曲げ部の外周側の板厚が大きく減少して破断したりするおそれがある。そのため、小さな曲げ部を有する中空屈曲部品を製造することは困難であった。
さらに、中空屈曲部品の冷間曲げ加工においては、非特許文献２に記載されているように、曲げ部の外周側に引張応力が作用するため、板厚が減少する。同様に、特許文献１の方法も曲げ加工であるため、曲げ部の外周側の板厚減少は避けらない。
しかしながら、特許文献１の方法により、曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいはそれ以下の曲げ半径を持つように曲げ加工をした場合、曲げ部の内周側にしわや折れこみを生じたり、あるいは曲げ部の外周側の板厚が大きく減少して破断したりするおそれがある。そのため、小さな曲げ部を有する中空屈曲部品を製造することは困難であった。
さらに、中空屈曲部品の冷間曲げ加工においては、非特許文献２に記載されているように、曲げ部の外周側に引張応力が作用するため、板厚が減少する。同様に、特許文献１の方法も曲げ加工であるため、曲げ部の外周側の板厚減少は避けらない。
【0008】
そこで、これらの課題解決に応えるために、本発明者らは、特許文献２により熱間せん断曲げ加工装置に係る発明を開示した。
図８に示すように、この熱間せん断曲げ加工装置２００は、第１の支持手段２０１（一対の支持手段２０１ａ，２０１ｂ）と、加熱手段２０２と、冷却手段２０３と、把持手段２０４と、を備える。一対の支持手段２０１ａ，２０１ｂは、金属製の中空素材Ｐｍを、その長手方向へ相対的に送りながら、第１の位置Ａ１において支持する。加熱手段２０２は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第１の位置Ａ１よりも下流にある第２の位置Ｂ１において中空素材Ｐｍを部分的に加熱する。冷却手段２０３は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第２の位置Ｂ１よりも下流にある第３の位置Ｃ１において中空素材Ｐｍの被加熱部を冷却（強制冷却または自然冷却）する。把持手段２０４は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第３の位置Ｃ１よりも下流にある第４の位置Ｄ１において中空素材Ｐｍを位置決めしながら二次元方向または三次元方向に移動させることによって、中空素材Ｐｍの被加熱部にせん断力を与える。よって、この熱間せん断曲げ加工装置２００によれば、中空素材Ｐｍの被加熱部に対し、せん断加工と熱処理とを加えることが可能になる。そして、このせん断曲げ加工装置２００によれば、金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍、あるいは、それ以下の曲げ半径の曲げ部を有する高強度の中空屈曲部品Ｐｐを、低コストで量産することが可能である。
この特許文献２の発明によれば、高強度でありながら小さな曲げ半径を有する中空屈曲部品Ｐｐの製造が可能となり、自動車をはじめとする多数の機械部品の大幅な軽量化がなされる。
図８に示すように、この熱間せん断曲げ加工装置２００は、第１の支持手段２０１（一対の支持手段２０１ａ，２０１ｂ）と、加熱手段２０２と、冷却手段２０３と、把持手段２０４と、を備える。一対の支持手段２０１ａ，２０１ｂは、金属製の中空素材Ｐｍを、その長手方向へ相対的に送りながら、第１の位置Ａ１において支持する。加熱手段２０２は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第１の位置Ａ１よりも下流にある第２の位置Ｂ１において中空素材Ｐｍを部分的に加熱する。冷却手段２０３は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第２の位置Ｂ１よりも下流にある第３の位置Ｃ１において中空素材Ｐｍの被加熱部を冷却（強制冷却または自然冷却）する。把持手段２０４は、中空素材Ｐｍの送り方向に沿った第３の位置Ｃ１よりも下流にある第４の位置Ｄ１において中空素材Ｐｍを位置決めしながら二次元方向または三次元方向に移動させることによって、中空素材Ｐｍの被加熱部にせん断力を与える。よって、この熱間せん断曲げ加工装置２００によれば、中空素材Ｐｍの被加熱部に対し、せん断加工と熱処理とを加えることが可能になる。そして、このせん断曲げ加工装置２００によれば、金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍、あるいは、それ以下の曲げ半径の曲げ部を有する高強度の中空屈曲部品Ｐｐを、低コストで量産することが可能である。
この特許文献２の発明によれば、高強度でありながら小さな曲げ半径を有する中空屈曲部品Ｐｐの製造が可能となり、自動車をはじめとする多数の機械部品の大幅な軽量化がなされる。
【0009】
さらに、特許文献３では図９に示すせん断曲げ加工装置３００及びこの装置を用いた中空屈曲部品の製造方法を開示した。せん断曲げ加工装置３００では、中空素材Ｐｍに加えるせん断角度をθ（度）とし、中空素材Ｐｍの送り方向に対する加熱装置３０１及び冷却装置３０２の傾斜角度をα（度）とした。この構成により、中空屈曲部品Ｐｐの製品板厚を部分的に増しながらも、多様な設計ニーズに合わせて軽量化も可能としている。
【0010】
以上に説明した熱間曲げ加工あるいは熱間せん断曲げ加工においては、加熱手段からの加熱により高温となり変形抵抗が低下した領域（以下、変形領域という）に対し、把持手段により曲げ加工力あるいはせん断力を付加することにより、曲げ加工を行う。ここで、変形領域から曲げ加工力あるいはせん断力を与える把持手段までの距離をＬとした場合、距離Ｌと加工力との関係は、図１０（ａ）に示す通りとなる。また、距離Ｌと変形領域に作用するモーメントとの関係は、図１０（ｂ）に示す通りとなる。
【0011】
図１０（ｂ）に示す様に、所定の曲げ半径を得るための熱間曲げ変形は、モーメントＭｂにより引き起こされる。モーメントＭｂは、中空素材Ｐｍの先端を把持する把持手段を所定の軌道に沿って移動させることによって付与される。ここで、熱間曲げ加工では、所定の曲げ変形を得るのに必要となるモーメントＭｂは、加工力Ｗｂ、把持手段と変形領域の距離Ｌとすると、Ｍｂ＝Ｗｂ×Ｌとなる。したがって、熱間曲げ加工では、図１０（ａ）に示す様に、距離Ｌが増すほど加工力Ｗｂが減少する。
一方、図１０（ａ）に示す様に、熱間せん断曲げ加工における変形は、把持手段による加工力Ｗｓによって引き起こされる。そして、熱間せん断曲げ加工では、所定の曲げ変形を得るのに必要となる加工力Ｗｓが、距離Ｌにかかわらず一定である。したがって、熱間せん断曲げ加工では、図１０（ｂ）に示す様に、距離Ｌが大きくなるほどモーメントＭｓが増大する。
一方、図１０（ａ）に示す様に、熱間せん断曲げ加工における変形は、把持手段による加工力Ｗｓによって引き起こされる。そして、熱間せん断曲げ加工では、所定の曲げ変形を得るのに必要となる加工力Ｗｓが、距離Ｌにかかわらず一定である。したがって、熱間せん断曲げ加工では、図１０（ｂ）に示す様に、距離Ｌが大きくなるほどモーメントＭｓが増大する。
【0012】
したがって、熱間せん断曲げ加工においては、加工力Ｗｓにより、把持手段が下流に移動するにつれて、支持手段を支点として中空素材が弾性変形し、その弾性変形による撓みが増大する。弾性撓みが増大すると、中空素材が加熱手段に接触したり、中空屈曲部品の製造が困難になったりする場合がある。中空素材のうち、加熱手段よりも下流側にある部分も弾性変形するため、加熱手段と中空素材との相対位置が本来の位置から変化する。この場合、所定の変形が与えられずに製品精度が悪化する。さらに、把持手段が中空素材から大きなモーメントを受けて剛体回転する場合がある。この場合、所定のせん断変形を付与できないため、製品精度が悪化する。また、把持手段の剛体回転を回避するためには、設備側の剛性を高める必要があり、設備が大型化してしまうという問題があった。
【0013】
以上説明の理由により、中空屈曲部品をせん断曲げ加工で製造する際に、より高い加工精度が得られる加工技術が望まれている。
【0014】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、せん断曲げ加工を高い加工精度で行える中空屈曲部品の製造装置及び製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
（１）本発明の一態様に係る中空屈曲部品の製造装置は、
金属製で中空な被加工材を、その長手方向に移動せしめる送り部と、
前記被加工材を、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向への移動を許容した状態で支持する支持手段と、
前記支持手段よりも前記送り方向の下流側で前記被加工材の周囲を囲むように配置されて前記被加工材を加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルよりも前記送り方向の下流側で前記被加工材を冷却する冷却部と、
前記冷却部よりも前記送り方向の下流側の把持位置で前記被加工材を把持する把持手段と、
前記把持手段を移動させる操作部と、
前記送り部、前記加熱コイル、前記冷却部、前記把持手段、及び前記操作部を制御する制御部と、
を備え、
前記操作部により前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させることで前記被加工材にせん断曲げ加工を加える装置であって、
前記制御部が、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限するように、
前記把持手段及び前記操作部を制御する。
（１）本発明の一態様に係る中空屈曲部品の製造装置は、
金属製で中空な被加工材を、その長手方向に移動せしめる送り部と、
前記被加工材を、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向への移動を許容した状態で支持する支持手段と、
前記支持手段よりも前記送り方向の下流側で前記被加工材の周囲を囲むように配置されて前記被加工材を加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルよりも前記送り方向の下流側で前記被加工材を冷却する冷却部と、
前記冷却部よりも前記送り方向の下流側の把持位置で前記被加工材を把持する把持手段と、
前記把持手段を移動させる操作部と、
前記送り部、前記加熱コイル、前記冷却部、前記把持手段、及び前記操作部を制御する制御部と、
を備え、
前記操作部により前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させることで前記被加工材にせん断曲げ加工を加える装置であって、
前記制御部が、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持手段による前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限するように、
前記把持手段及び前記操作部を制御する。
【0016】
上記（１）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、被加工材が加熱コイルにより部分的に加熱されて被加熱部を形成する。そして、被加工材を、被加熱部を間に挟んで上流側を支持手段が支持する一方で下流側を把持手段で把持した状態から、把持手段を操作部によって二次元方向又は三次元方向に移動させる。把持手段を操作部によって移動させることにより、被加工材の被加熱部にせん断曲げ加工が付与される。このせん断曲げ加工の開始から終了までの間、制御部が、支持手段による被加工材の支持範囲の最下流端位置から把持手段による被加工材の支持範囲の中央位置までの距離を、所定距離内に制限する。その結果、被加工材の被加熱部と把持手段との間の距離が短くなる。このように、被加工材をその被加熱部に近い位置で把持してせん断曲げ加工することで、力点が作用点に近くなり、力点と作用点との距離に応じた曲げモーメントに起因する撓みが少なくなる。その結果、従来のように被加工材をその下流端で把持してせん断曲げ加工する場合に比べて、被加熱部及び把持手段間の距離を短くしてこの部分における被加工材の撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。よって、製造される中空屈曲部品の加工精度が向上する。
なお、支持手段として制御を要しない摺動タイプ、および鋼管の送り方向に直交する方向の移動のみを制限するローラータイプを用いる場合には、支持手段が制御装置の制御対象から外れる。一方、支持手段自体に、被加工材を送る送り部としての機能も持たせる場合には、支持手段も制御装置の制御対象に含まれる。
なお、支持手段として制御を要しない摺動タイプ、および鋼管の送り方向に直交する方向の移動のみを制限するローラータイプを用いる場合には、支持手段が制御装置の制御対象から外れる。一方、支持手段自体に、被加工材を送る送り部としての機能も持たせる場合には、支持手段も制御装置の制御対象に含まれる。
【0017】
（２）上記（１）に記載の中空屈曲部品の製造装置において、
前記せん断曲げ加工を行う前における前記被加工材の平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を２０×ｗ（ｍｍ）以下に設定してもよい。
上記（２）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、支持手段及び把持手段間の距離を適切に短くしてこの部分における被加工材の撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
前記せん断曲げ加工を行う前における前記被加工材の平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を２０×ｗ（ｍｍ）以下に設定してもよい。
上記（２）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、支持手段及び把持手段間の距離を適切に短くしてこの部分における被加工材の撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
【0018】
（３）上記（１）または（２）に記載の中空屈曲部品の製造装置において、以下のように構成してもよい：
前記把持手段が、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を許容する第１の把持状態と、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を規制する第２の把持状態と、
の間で切り換え自在に構成され、
前記制御部が、前記把持手段の前記第１の把持状態及び前記第２の把持状態間の切り換えを行う。
上記（３）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、被加工材に対してせん断曲げ加工を行わずに直管のまま焼き入れをする場合には、制御部により把持手段を第１の把持状態とする。この第１の把持状態にある把持手段は、被加工材を、その長手方向に沿った相対的な移動のみを許容するようにガイドしつつ支持する。これにより、被加工材の、被加熱部に近い箇所を継続して支持した上で送りながら焼き入れ出来るので、撓みの発生を抑制できる。また、せん断曲げ加工を行う前に、制御部が把持手段を第１の把持状態から第２の把持状態に切り換えることで、把持手段に対する被加工材の相対的な移動を規制する。これにより、支持手段及び把持手段間の距離を短く保持してこの部分における被加工材の撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
前記把持手段が、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を許容する第１の把持状態と、
前記把持手段に対する、前記被加工材の前記長手方向に沿った相対的な移動を規制する第２の把持状態と、
の間で切り換え自在に構成され、
前記制御部が、前記把持手段の前記第１の把持状態及び前記第２の把持状態間の切り換えを行う。
上記（３）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、被加工材に対してせん断曲げ加工を行わずに直管のまま焼き入れをする場合には、制御部により把持手段を第１の把持状態とする。この第１の把持状態にある把持手段は、被加工材を、その長手方向に沿った相対的な移動のみを許容するようにガイドしつつ支持する。これにより、被加工材の、被加熱部に近い箇所を継続して支持した上で送りながら焼き入れ出来るので、撓みの発生を抑制できる。また、せん断曲げ加工を行う前に、制御部が把持手段を第１の把持状態から第２の把持状態に切り換えることで、把持手段に対する被加工材の相対的な移動を規制する。これにより、支持手段及び把持手段間の距離を短く保持してこの部分における被加工材の撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
【0019】
（４）上記（３）に記載の中空屈曲部品の製造装置において、以下のように構成してもよい：
前記把持手段が、
前記被加工材の外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第１の把持状態では前記被加工材の外周面に対して転動自在に当接するローラと、
前記外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第２の把持状態では前記被加工材の前記外周面に対して当接するクランパーと、
を備える。
上記（４）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、第１の把持状態では、把持位置を変更せずに、被加工材をローラの転動によって長手方向にガイドしつつ、長手方向に直交する径方向への移動を規制できる。一方、第２の把持状態では、クランパーの当接によって被加工材の長手方向に沿った移動も規制できる。
前記把持手段が、
前記被加工材の外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第１の把持状態では前記被加工材の外周面に対して転動自在に当接するローラと、
前記外周面に対して接近離間自在に構成され、前記第２の把持状態では前記被加工材の前記外周面に対して当接するクランパーと、
を備える。
上記（４）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、第１の把持状態では、把持位置を変更せずに、被加工材をローラの転動によって長手方向にガイドしつつ、長手方向に直交する径方向への移動を規制できる。一方、第２の把持状態では、クランパーの当接によって被加工材の長手方向に沿った移動も規制できる。
【0020】
（５）上記（１）～（４）の何れか１項に記載の中空屈曲部品の製造装置において、
前記把持手段及び前記操作部をそれぞれ複数有してもよい。
上記（５）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、せん断曲げ加工を行って被加工材を保持したまま下流側に移動した把持手段の代わりに、他の把持部により前記所定距離内において被加工材を把持しながら次のせん断曲げ加工を行える。したがって、極めて長い中空屈曲部品の加工や、せん断曲げ加工を複数回行う加工にも対応できる。
前記把持手段及び前記操作部をそれぞれ複数有してもよい。
上記（５）に記載の中空屈曲部品の製造装置によれば、せん断曲げ加工を行って被加工材を保持したまま下流側に移動した把持手段の代わりに、他の把持部により前記所定距離内において被加工材を把持しながら次のせん断曲げ加工を行える。したがって、極めて長い中空屈曲部品の加工や、せん断曲げ加工を複数回行う加工にも対応できる。
【0021】
（６）本発明の一態様に係る中空屈曲部品の製造方法は、
金属製で中空な被加工材を、その長手方向の途中の支持位置において、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向へ送りながら支持する送り工程と、
前記支持位置よりも下流の加熱位置において、前記被加工材の周囲を囲むように配置した加熱コイルによって前記被加工材を部分的に加熱して被加熱部を形成する加熱工程と、
前記加熱位置よりも下流の冷却位置において、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記冷却位置よりも下流の把持位置において、前記被加工材の被把持部を把持手段で把持し、前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させて前記被加工材にせん断曲げ加工を加えるせん断曲げ加工工程と、
を有し、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持位置における前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持位置における前記被把持部の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限する。
金属製で中空な被加工材を、その長手方向の途中の支持位置において、前記長手方向に直交する方向への移動を規制してかつ前記長手方向に沿う送り方向へ送りながら支持する送り工程と、
前記支持位置よりも下流の加熱位置において、前記被加工材の周囲を囲むように配置した加熱コイルによって前記被加工材を部分的に加熱して被加熱部を形成する加熱工程と、
前記加熱位置よりも下流の冷却位置において、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記冷却位置よりも下流の把持位置において、前記被加工材の被把持部を把持手段で把持し、前記把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させて前記被加工材にせん断曲げ加工を加えるせん断曲げ加工工程と、
を有し、
前記せん断曲げ加工の開始から終了までの間、
前記支持位置における前記被加工材の支持範囲の前記送り方向に沿った最下流端位置から前記把持位置における前記被把持部の前記送り方向に沿った中央位置までの距離を、所定距離内に制限する。
【0022】
上記（６）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、被加工材が加熱コイルにより部分的に加熱されて被加熱部を形成する。そして、この被加工材を、被加熱部を間に挟んで上流側を支持位置において支持する一方で下流側を把持手段で把持した状態から、把持手段を二次元方向又は三次元方向に移動させる。この把持手段の移動により被加工材の被加熱部にせん断曲げが付与される。このせん断曲げ加工の開始から終了までの間、支持位置における被加工材の支持範囲の最下流端位置から把持位置における被把持部の中央位置までの距離を、所定距離内に制限する。その結果、被加工材の被加熱部と把持手段との間の距離が短くなる。このように、被加工材をその被加熱部に近い位置で把持してせん断曲げ加工することで、力点が作用点に近くなり、力点と作用点との距離に応じた撓みが少なくなる。その結果、従来のように被加工材をその下流端で把持してせん断曲げ加工する場合に比べて、支持位置及び把持手段間の距離を短くしてこの部分における被加工材の撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。よって、製造される中空屈曲部品の加工精度が向上する。
【0023】
（７）上記（６）に記載の中空屈曲部品の製造方法では、
前記せん断曲げ加工を行う前における前記被加工材の平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を２０×ｗ（ｍｍ）以下に設定してもよい。
上記（７）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、支持位置及び把持手段間の距離を適切に短くしてこの部分における被加工材の撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
前記せん断曲げ加工を行う前における前記被加工材の平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を２０×ｗ（ｍｍ）以下に設定してもよい。
上記（７）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、支持位置及び把持手段間の距離を適切に短くしてこの部分における被加工材の撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
【0024】
（８）上記（６）に記載の中空屈曲部品の製造方法では、
前記所定距離を、前記被加工材のせん断荷重に基づいて設定してもよい。
上記（８）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、被加工材の形状及び素材に応じてより効果的に撓みを抑えることができる。
前記所定距離を、前記被加工材のせん断荷重に基づいて設定してもよい。
上記（８）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、被加工材の形状及び素材に応じてより効果的に撓みを抑えることができる。
【0025】
（９）上記（６）～（８）の何れか１項に記載の中空屈曲部品の製造方法では、
前記せん断曲げ加工工程の開始前に、
前記把持手段を、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を許容しながら把持する第１の把持状態から、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を規制する第２の把持状態に切り換えてもよい。
上記（９）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、被加工材に対してせん断曲げ加工を行わずに直管のまま焼き入れをする場合には、把持手段を第１の把持状態とすることで、被加工材の、被加熱部に近い箇所を継続して支持した上で送りながら焼き入れ出来るので、撓みの発生を抑制できる。また、せん断曲げ加工を行う前に、把持手段を第１の把持状態から第２の把持状態に切り換えることで、把持手段に対する被加工材の相対的な移動を規制する。これにより、支持位置及び把持手段間の距離を短くしてこの部分における被加工材の撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
前記せん断曲げ加工工程の開始前に、
前記把持手段を、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を許容しながら把持する第１の把持状態から、前記被加工材の前記長手方向に沿った移動を規制する第２の把持状態に切り換えてもよい。
上記（９）に記載の中空屈曲部品の製造方法によれば、被加工材に対してせん断曲げ加工を行わずに直管のまま焼き入れをする場合には、把持手段を第１の把持状態とすることで、被加工材の、被加熱部に近い箇所を継続して支持した上で送りながら焼き入れ出来るので、撓みの発生を抑制できる。また、せん断曲げ加工を行う前に、把持手段を第１の把持状態から第２の把持状態に切り換えることで、把持手段に対する被加工材の相対的な移動を規制する。これにより、支持位置及び把持手段間の距離を短くしてこの部分における被加工材の撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
【発明の効果】
【0026】
本発明の上記各態様に係る中空屈曲部品の製造装置及び製造方法によれば、せん断曲げ加工を高い加工精度で行える。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第１実施形態に係る中空屈曲部品の製造装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】同製造装置を用いた中空屈曲部品の製造方法により、中空素材の長手方向途中位置にせん断曲げ加工を加える場合を示す。このせん断曲げ加工は、（ａ）から（ｆ）に向かう順序で工程が進む。
【図3】本発明の第２実施形態に係る中空屈曲部品の製造装置の概略構成を示す模式図である。
【図4】同製造装置に備わる把持手段の斜視図である。
【図5】同製造装置を用いた中空屈曲部品の製造方法により、中空素材の長手方向途中位置にせん断曲げ加工を加える場合を示す。このせん断曲げ加工は、（ａ）から（ｆ）に向かう順序で工程が進む。
【図6】本発明の第３実施形態に係る中空屈曲部品の製造方法を示す図であって、中空素材の長手方向途中の２箇所にせん断曲げ加工を加える場合を示す。このせん断曲げ加工は、（ａ）から（ｆ）に向かう順序で工程が進む。
【図7】特許文献１に開示された曲げ加工装置の概略構成を示す説明図である。
【図8】特許文献２に開示されたせん断加工装置の概略構成を示す説明図である。
【図9】特許文献３に開示された他のせん断加工装置の概略構成を示す説明図である。
【図10】熱間せん断曲げ加工と通常の熱間曲げ加工とを比較する図であって、（ａ）は把持位置による加工力の変化を示し、（ｂ）は把持位置によるモーメントの変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の各実施形態に係る中空屈曲部材の製造装置及び製造方法を、図面を参照しながら説明する。以降の説明では、矩形の横断面形状を有する中空の鋼製角管を被加工材（以下、中空素材Ｐｍ）とし、中空屈曲部材Ｐｐを製造する場合を例示して説明する。
【0029】
［第１実施形態］
まず、本製造方法を適用する中空屈曲部材の製造装置（以下、製造装置１０）を先に説明し、続いて製造方法を説明する。
まず、本製造方法を適用する中空屈曲部材の製造装置（以下、製造装置１０）を先に説明し、続いて製造方法を説明する。
【0030】
［中空屈曲部材の製造装置］
図１は、本実施形態に係る製造装置１０の構成を示す模式図である。
この製造装置１０により、中空素材Ｐｍを熱間せん曲げ断加工（以下、単にせん断曲げ加工と言う）することで、後述の図２（ｆ）に示す中空屈曲部材Ｐｐを得る。中空素材Ｐｍは、その長手方向に垂直な断面が中空矩形の閉断面形状を有する鋼製の長尺な角管である。なお、本実施形態の加工対象である中空素材Ｐｍは、角管に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、さらには各種異形の断面形状を有する管であってもよい。矩形断面を持つ中空素材Ｐｍは、その断面形状が正方形、長方形の何れであってもよい。中空素材Ｐｍは、鋼管以外の金属管であってもよい。
図１は、本実施形態に係る製造装置１０の構成を示す模式図である。
この製造装置１０により、中空素材Ｐｍを熱間せん曲げ断加工（以下、単にせん断曲げ加工と言う）することで、後述の図２（ｆ）に示す中空屈曲部材Ｐｐを得る。中空素材Ｐｍは、その長手方向に垂直な断面が中空矩形の閉断面形状を有する鋼製の長尺な角管である。なお、本実施形態の加工対象である中空素材Ｐｍは、角管に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、さらには各種異形の断面形状を有する管であってもよい。矩形断面を持つ中空素材Ｐｍは、その断面形状が正方形、長方形の何れであってもよい。中空素材Ｐｍは、鋼管以外の金属管であってもよい。
【0031】
図１に示すように、この製造装置１０は、送り装置（送り部）１１と、支持装置（支持手段）１２と、加熱装置１３と、冷却装置（冷却部）１４と、せん断力付与装置１５と、制御装置（制御部）１６とを備える。
（１）送り装置１１
送り装置１１は、図１に示すように、支持装置１２により支持された中空素材Ｐｍを、所定の送り速度でその長手方向（矢印Ｆに沿った紙面左手方向）へ送る。送り装置１１は、電動サーボシリンダーを用いたタイプが例示されるが、特定型式のものに限らず、ボールネジを用いたタイプやタイミングベルトやチェーンを用いたタイプ等も採用できる。
中空素材Ｐｍは、支持装置１２が設置された部分が第１の位置Ａを通過した後、送り装置１１によってさらに矢印Ｆ方向へ送られる。
（１）送り装置１１
送り装置１１は、図１に示すように、支持装置１２により支持された中空素材Ｐｍを、所定の送り速度でその長手方向（矢印Ｆに沿った紙面左手方向）へ送る。送り装置１１は、電動サーボシリンダーを用いたタイプが例示されるが、特定型式のものに限らず、ボールネジを用いたタイプやタイミングベルトやチェーンを用いたタイプ等も採用できる。
中空素材Ｐｍは、支持装置１２が設置された部分が第１の位置Ａを通過した後、送り装置１１によってさらに矢印Ｆ方向へ送られる。
【0032】
（２）支持装置１２
支持装置１２は、複数組（図１の例では２組）のロール１２ａ，１２ｂを備える。一組のロール１２ａは、これらの間に中空素材Ｐｍを挟み込んで支持する。同様に、一組のロール１２ｂも、これらの間に中空素材Ｐｍを挟み込んで支持する。一組のロール１２ｂの下流位置に他の一組のロール１２ａが隣接配置されている。これらロール１２ａ，１２ｂにより、中空素材Ｐｍは第１の位置Ａにおいて支持される。
なお、支持装置１２としては、中空素材Ｐｍをその送り方向Ｆに沿って送り自在に支持できればよく、その他の構成の支持装置を採用してもよい。例えば、支持装置１２を、ロール１２ａ，１２ｂを備えずに摺動支持する構成としてもよい。
支持装置１２は、図示されない搭載台上に固定配置されている。しかし、この態様に限定されるものではなく、例えば、支持装置１２を産業用ロボットのエンドエフェクター（図示略）によって支持してもよい。
また、ロール１２ａ，１２ｂを回動させることにより、中空素材Ｐｍを送る送り機能を支持装置１２に持たせ、そして送り装置１１を省略してもよい。この場合、中空素材Ｐｍをその長手方向に移動せしめる送り部と、中空素材Ｐｍを支持する支持手段とを、支持装置１２が兼ねることになる。
支持装置１２は、複数組（図１の例では２組）のロール１２ａ，１２ｂを備える。一組のロール１２ａは、これらの間に中空素材Ｐｍを挟み込んで支持する。同様に、一組のロール１２ｂも、これらの間に中空素材Ｐｍを挟み込んで支持する。一組のロール１２ｂの下流位置に他の一組のロール１２ａが隣接配置されている。これらロール１２ａ，１２ｂにより、中空素材Ｐｍは第１の位置Ａにおいて支持される。
なお、支持装置１２としては、中空素材Ｐｍをその送り方向Ｆに沿って送り自在に支持できればよく、その他の構成の支持装置を採用してもよい。例えば、支持装置１２を、ロール１２ａ，１２ｂを備えずに摺動支持する構成としてもよい。
支持装置１２は、図示されない搭載台上に固定配置されている。しかし、この態様に限定されるものではなく、例えば、支持装置１２を産業用ロボットのエンドエフェクター（図示略）によって支持してもよい。
また、ロール１２ａ，１２ｂを回動させることにより、中空素材Ｐｍを送る送り機能を支持装置１２に持たせ、そして送り装置１１を省略してもよい。この場合、中空素材Ｐｍをその長手方向に移動せしめる送り部と、中空素材Ｐｍを支持する支持手段とを、支持装置１２が兼ねることになる。
【0033】
（３）加熱装置１３
加熱装置１３は、第１の位置Ａより、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆの下流にある第２の位置Ｂで加熱を行うように配置されている。加熱装置１３は、支持装置１２を経て送られてくる中空素材Ｐｍの長手方向の一部分における横断面の全周を加熱する。加熱装置１３として誘導加熱装置を用いる。この誘導加熱装置は、中空素材Ｐｍを高周波誘導加熱する加熱コイル１３ａを有する。
加熱装置１３の加熱コイル１３ａは、中空素材Ｐｍの外表面から所定の間隔を空けて、中空素材Ｐｍの長手方向の一部における横断面の全周囲を囲むように配置される。中空素材Ｐｍは、その被加熱部Ｈにおいて、加熱装置１３により部分的に急速加熱される。被加熱部Ｈにおける最高到達温度の位置は、加熱コイル１３ａの下流側端面の位置よりも若干下流側にあり、後述する冷却装置１４からの冷却水のかけ方等の諸条件により、多少、上流側または下流側に移動する。そのため、被加熱部Ｈにおける最高到達温度の位置に対応する基準位置として、加熱コイル１３ａの最下流端位置Ｐ１を用いる。この最下流端位置Ｐ１は、加熱コイル１３ａの外形を中心軸線ＣＬに沿って見たときの、送り方向Ｆにおける最も下流側の位置である。
加熱装置１３の設置手段（不図示）は、加熱コイル１３ａを第２の位置Ｂにおいて傾斜角度調整自在に配置可能としてもよい。すなわち、加熱装置１３の前記設置手段は、加熱コイル１３ａを、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに対して設定した角度に傾斜させる回転手段（不図示）を備えてもよい。
加熱装置１３は、第１の位置Ａより、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆの下流にある第２の位置Ｂで加熱を行うように配置されている。加熱装置１３は、支持装置１２を経て送られてくる中空素材Ｐｍの長手方向の一部分における横断面の全周を加熱する。加熱装置１３として誘導加熱装置を用いる。この誘導加熱装置は、中空素材Ｐｍを高周波誘導加熱する加熱コイル１３ａを有する。
加熱装置１３の加熱コイル１３ａは、中空素材Ｐｍの外表面から所定の間隔を空けて、中空素材Ｐｍの長手方向の一部における横断面の全周囲を囲むように配置される。中空素材Ｐｍは、その被加熱部Ｈにおいて、加熱装置１３により部分的に急速加熱される。被加熱部Ｈにおける最高到達温度の位置は、加熱コイル１３ａの下流側端面の位置よりも若干下流側にあり、後述する冷却装置１４からの冷却水のかけ方等の諸条件により、多少、上流側または下流側に移動する。そのため、被加熱部Ｈにおける最高到達温度の位置に対応する基準位置として、加熱コイル１３ａの最下流端位置Ｐ１を用いる。この最下流端位置Ｐ１は、加熱コイル１３ａの外形を中心軸線ＣＬに沿って見たときの、送り方向Ｆにおける最も下流側の位置である。
加熱装置１３の設置手段（不図示）は、加熱コイル１３ａを第２の位置Ｂにおいて傾斜角度調整自在に配置可能としてもよい。すなわち、加熱装置１３の前記設置手段は、加熱コイル１３ａを、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに対して設定した角度に傾斜させる回転手段（不図示）を備えてもよい。
【0034】
加熱装置１３の加熱コイル１３ａの断面形状は、中空素材Ｐｍが丸管である場合、円形状であることが好ましい。具体的には、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った中心軸線ＣＬに沿って対向視したときの加熱コイル１３ａの形状が、中空素材Ｐｍの外周面に対して均一のクリアランスを有する同心円形状となることが好ましい。一方、中空素材Ｐｍが矩形を含む異形断面形状である場合、中空素材Ｐｍの中心軸線ＣＬに沿って対向視したときの加熱コイル１３ａの形状が、中空素材Ｐｍの外周面に対して加熱に適したクリアランスを有する形状であることが好ましい。なお、中心軸線ＣＬは、支持装置１２の位置における中空素材Ｐｍの中心軸線である。
【0035】
加熱装置１３の設置手段としては、例えば周知慣用の産業用ロボットのエンドエフェクターを例示することができるが、他の設置手段も採用できる。単腕ロボットあるいはアームとモータなどを有する既成の装置も採用可能である。
【0036】
（４）冷却装置１４
冷却装置１４は、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第２の位置Ｂよりも下流にある第３の位置Ｃで中空素材Ｐｍを冷却する。冷却装置１４は、中空素材Ｐｍのうち、第２の位置Ｂで加熱された部分の下流側に位置する部分を急速に冷却する。この冷却により、中空素材Ｐｍにおいて、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域が、高温であって変形抵抗が大幅に低下した状態となる。
冷却装置１４は、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第２の位置Ｂよりも下流にある第３の位置Ｃで中空素材Ｐｍを冷却する。冷却装置１４は、中空素材Ｐｍのうち、第２の位置Ｂで加熱された部分の下流側に位置する部分を急速に冷却する。この冷却により、中空素材Ｐｍにおいて、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域が、高温であって変形抵抗が大幅に低下した状態となる。
【0037】
冷却装置１４は、所望の冷却速度が得られるものであればよく、特定方式の冷却装置に限定されない。一般的には、冷却水を中空素材Ｐｍの外周面の所定位置へ向けて噴射することによって中空素材Ｐｍを冷却する水冷装置を用いることが望ましい。本実施形態では、複数の冷却水噴射ノズル１４ａを、加熱装置１３の直ぐ下流側に、中空素材Ｐｍの長手方向の一部の横断面を囲むように、中空素材Ｐｍの外表面から離して配置している。これら冷却水噴射ノズル１４ａから、冷却水を中空素材Ｐｍの外表面へ向けて噴射する。
【0038】
中空素材Ｐｍにおいて加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈのうち、その下流側に位置する部分は、冷却装置１４から噴射された冷却水により急速に冷却される。
これにより、中空素材Ｐｍのせん断曲げ加工した曲がり部の一部または全部の強度を、例えば１５００ＭＰａ以上の引張強度に高めることも可能である。
これにより、中空素材Ｐｍのせん断曲げ加工した曲がり部の一部または全部の強度を、例えば１５００ＭＰａ以上の引張強度に高めることも可能である。
【0039】
冷却装置１４の設置手段は、冷却装置１４を第３の位置Ｃに配置できる手段であればよく、特定の設置手段に限定されない。本実施形態の製造装置１０により高い寸法精度を有する中空屈曲部材Ｐｐを製造するためには、第２の位置Ｂ及び第３の位置Ｃ間の距離をできる限り短く設定することによって、加熱装置１３により加熱する被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却する被冷却部との間の領域をできるだけ小さく設定することが望ましい。このためには、冷却水噴射ノズル１４ａを加熱コイル１３ａに近接配置することが望ましい。そのため、冷却水噴射ノズル１４ａを加熱コイル１３ａの直後の位置に配置することが望ましい。さらには、加熱装置１３の設置手段に対し、冷却装置１４を固定してもよい。この場合、各冷却水噴射ノズル１４ａと加熱コイル１３ａとの相対位置関係を保ったまま、これら冷却水噴射ノズル１４ａ及び加熱コイル１３ａの双方を同じ傾斜角度で傾斜させることも可能になる。
【0040】
冷却装置１４の設置手段を、前記加熱装置１３の設置手段とは別に備えてもよい。この場合、冷却装置１４の設置手段（不図示）は、各冷却水噴射ノズル１４ａを第３の位置Ｃにおいて傾斜角度調整自在に配置できる。すなわち、冷却装置１４の前記設置手段は、冷却装置１４を、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに対して設定した角度に傾斜させることができる。
冷却装置１４の設置手段としては、慣用の産業用ロボットのエンドエフェクターを例示することができるが、他の設置手段も採用できる。単腕ロボットあるいはアームとモータなどの回転手段等を有する既成の装置も採用可能である。
冷却装置１４の設置手段としては、慣用の産業用ロボットのエンドエフェクターを例示することができるが、他の設置手段も採用できる。単腕ロボットあるいはアームとモータなどの回転手段等を有する既成の装置も採用可能である。
【0041】
（５）せん断力付与装置１５
せん断力付与装置１５は、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流に配置される。せん断力付与装置１５は、中空素材Ｐｍの長手方向の途中位置を把持し、この把持位置を二次元方向または三次元方向に移動させる。具体的には、せん断力付与装置１５における中空素材Ｐｍの把持位置を、中心軸線ＣＬを含む断面で見て、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った送り方向Ｆと中空素材Ｐｍの長手方向に対して直交する方向との間にある傾斜方向に移動させる。これにより、せん断力付与装置１５は、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域の少なくとも一部に、せん断力を与えて中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工を行う。
せん断力付与装置１５は、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流に配置される。せん断力付与装置１５は、中空素材Ｐｍの長手方向の途中位置を把持し、この把持位置を二次元方向または三次元方向に移動させる。具体的には、せん断力付与装置１５における中空素材Ｐｍの把持位置を、中心軸線ＣＬを含む断面で見て、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った送り方向Ｆと中空素材Ｐｍの長手方向に対して直交する方向との間にある傾斜方向に移動させる。これにより、せん断力付与装置１５は、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域の少なくとも一部に、せん断力を与えて中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工を行う。
【0042】
図１に示すように、せん断力付与装置１５は、一対のアーム１５Ａ，１５Ｂと、図示されない基台とを有する。なお、アーム１５Ａ，１５Ｂの両方を備える構成に代えて、これらのどちらか一方のみを備える構成としてもよい。
アーム１５Ａは、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄ１において中空素材Ｐｍを把持する把持手段１５Ａａ，１５Ａｂと、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂを支持してその位置を二次元方向または三次元方向に移動させる腕部（操作部）１５Ａｃとを有する。腕部１５Ａｃは、前記基台により支持されている。把持手段１５Ａａ，１５Ａｂは、互いに接近することによってその間に中空素材Ｐｍを把持する。一方、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂは、互いに離間することによって中空素材Ｐｍの把持を解除する。
アーム１５Ａは、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄ１において中空素材Ｐｍを把持する把持手段１５Ａａ，１５Ａｂと、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂを支持してその位置を二次元方向または三次元方向に移動させる腕部（操作部）１５Ａｃとを有する。腕部１５Ａｃは、前記基台により支持されている。把持手段１５Ａａ，１５Ａｂは、互いに接近することによってその間に中空素材Ｐｍを把持する。一方、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂは、互いに離間することによって中空素材Ｐｍの把持を解除する。
【0043】
把持手段１５Ａａ，１５Ａｂを閉じて中空素材Ｐｍを把持した際、中空素材Ｐｍにおいて把持手段１５Ａａ，１５Ａｂが接触する支持範囲の長手方向中央位置を把持位置Ｐ２とする。そして、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流端位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離を、符号Ｌ’を用いて図１に示す。この距離Ｌ’は、せん断曲げ加工の際、後述する制御装置１６からの指示を受けた腕部１５Ａｃが把持手段１５Ａａ，１５Ａｂの位置を調整することにより、所定距離内に維持される。
【0044】
中空素材Ｐｍの長手方向の一部における横断面は、加熱装置１３により加熱されて変形抵抗が大幅に低下する。このため、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄ１において一対の把持手段１５ａ，１５ｂの位置を二次元方向または三次元方向に移動させることによって、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域にせん断力を与えることができる。
中空素材Ｐｍにせん断力が作用することにより、その長手方向途中位置が図１に示されるように屈曲する。本実施形態では、特許文献１により開示された発明のように中空素材Ｐｍの加熱された部分に曲げモーメントを与えるのではなく、せん断力を与える。このため、曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいはそれ以下の極めて小さい曲げ半径の屈曲部位を持つ中空屈曲部品を製造することができる。
中空素材Ｐｍにせん断力が作用することにより、その長手方向途中位置が図１に示されるように屈曲する。本実施形態では、特許文献１により開示された発明のように中空素材Ｐｍの加熱された部分に曲げモーメントを与えるのではなく、せん断力を与える。このため、曲げ半径が例えば金属管の直径（矩形断面の場合には曲げ方向の辺の長さ）の１～２倍あるいはそれ以下の極めて小さい曲げ半径の屈曲部位を持つ中空屈曲部品を製造することができる。
【0045】
アーム１５Ｂは、アーム１５Ａと同じ構成を有する。図１では、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第４の位置Ｄ１よりも下流にある第５の位置Ｄ２において中空素材Ｐｍを把持を解除した状態を示している。
アーム１５Ｂは、中空素材Ｐｍを把持することが可能な把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂと、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂを支持してその位置を二次元方向または三次元方向に移動させる腕部１５Ｂｃ（操作部）とを有する。腕部１５Ｂｃは、前記腕部１５Ａｃと同様に、前記基台により支持されている。把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、互いに接近することによってその間に中空素材Ｐｍを把持可能である。一方、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、図１に示すように互いに離間することによって中空素材Ｐｍの把持を解除する。中空素材Ｐｍの把持は、アーム１５Ａ，１５Ｂのどちらか一方により行われる。すなわち、中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工を行う際には、第４の位置Ｄ１においてアーム１５Ａ，１５Ｂの何れか一方が中空素材Ｐｍを把持し、他方は中空素材Ｐｍの把持を解除して第４の位置Ｄ１以外の位置に退避する。また、中空素材Ｐｍを直管のまま焼き入れしながら送り方向Ｆに沿って送る場合には、アーム１５Ａ，１５Ｂのうち、第４の位置Ｄ１において把持した方がその把持状態を維持したまま、第４の位置Ｄ１から遠ざかるように送り方向Ｆに移動する。そして、アーム１５Ａ，１５Ｂのうちの他方は、次に行うせん断曲げ加工に備えて、第４の位置Ｄ１に移動する。
アーム１５Ｂは、中空素材Ｐｍを把持することが可能な把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂと、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂを支持してその位置を二次元方向または三次元方向に移動させる腕部１５Ｂｃ（操作部）とを有する。腕部１５Ｂｃは、前記腕部１５Ａｃと同様に、前記基台により支持されている。把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、互いに接近することによってその間に中空素材Ｐｍを把持可能である。一方、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、図１に示すように互いに離間することによって中空素材Ｐｍの把持を解除する。中空素材Ｐｍの把持は、アーム１５Ａ，１５Ｂのどちらか一方により行われる。すなわち、中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工を行う際には、第４の位置Ｄ１においてアーム１５Ａ，１５Ｂの何れか一方が中空素材Ｐｍを把持し、他方は中空素材Ｐｍの把持を解除して第４の位置Ｄ１以外の位置に退避する。また、中空素材Ｐｍを直管のまま焼き入れしながら送り方向Ｆに沿って送る場合には、アーム１５Ａ，１５Ｂのうち、第４の位置Ｄ１において把持した方がその把持状態を維持したまま、第４の位置Ｄ１から遠ざかるように送り方向Ｆに移動する。そして、アーム１５Ａ，１５Ｂのうちの他方は、次に行うせん断曲げ加工に備えて、第４の位置Ｄ１に移動する。
【0046】
（６）制御装置１６
制御装置１６は、上述した送り装置１１、支持装置１２、加熱装置１３、冷却装置１４、せん断力付与装置１５の各種動作を制御する。なお、支持装置１２として動作制御を要しない摺動タイプなどを用いる場合には、制御対象から支持装置１２が除外される。
制御装置１６は、送り装置１１に指示を与えることで、中空素材Ｐｍの送り量及び送り速度を制御する。一方、送り装置１１を省略して送り機能を支持装置１２に持たせる場合には、制御装置１６から支持装置１２に指示を与えることで、ロール１２ａ，１２ｂの回転量及び回転速度を制御する。これにより、中空素材Ｐｍの送り量及び送り速度が制御される。
制御装置１６は、加熱コイル１３ａに流す電源出力を制御することで、被加熱部Ｈの温度を制御する。制御装置１６は、必要に応じて、加熱コイル１３ａを中空素材Ｐｍに対して傾斜させるように制御してもよい。
制御装置１６は、各冷却水噴射ノズル１４ａに供給する冷却水の供給圧あるいは供給流量を制御することで、被冷却部の温度を制御する。制御装置１６は、必要に応じて、各冷却水噴射ノズル１４ａを中空素材Ｐｍに対して傾斜させるように制御してもよい。
制御装置１６は、アーム１５Ａ，１５Ｂのそれぞれを個別に制御する。すなわち、制御装置１６は、腕部１５Ａｃを制御することで、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ及び把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂそれぞれの位置及び傾きを制御する。また、制御装置１６は、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ及び把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂそれぞれの開閉動作（把持状態及び把持解除状態）を制御する。
以上は、制御装置１６の一例であり、同一の中空屈曲部品Ｐｐを大量生産する場合には、前記制御量をあらかじめ決められたパターンに設定しておくことも可能である。
制御装置１６は、上述した送り装置１１、支持装置１２、加熱装置１３、冷却装置１４、せん断力付与装置１５の各種動作を制御する。なお、支持装置１２として動作制御を要しない摺動タイプなどを用いる場合には、制御対象から支持装置１２が除外される。
制御装置１６は、送り装置１１に指示を与えることで、中空素材Ｐｍの送り量及び送り速度を制御する。一方、送り装置１１を省略して送り機能を支持装置１２に持たせる場合には、制御装置１６から支持装置１２に指示を与えることで、ロール１２ａ，１２ｂの回転量及び回転速度を制御する。これにより、中空素材Ｐｍの送り量及び送り速度が制御される。
制御装置１６は、加熱コイル１３ａに流す電源出力を制御することで、被加熱部Ｈの温度を制御する。制御装置１６は、必要に応じて、加熱コイル１３ａを中空素材Ｐｍに対して傾斜させるように制御してもよい。
制御装置１６は、各冷却水噴射ノズル１４ａに供給する冷却水の供給圧あるいは供給流量を制御することで、被冷却部の温度を制御する。制御装置１６は、必要に応じて、各冷却水噴射ノズル１４ａを中空素材Ｐｍに対して傾斜させるように制御してもよい。
制御装置１６は、アーム１５Ａ，１５Ｂのそれぞれを個別に制御する。すなわち、制御装置１６は、腕部１５Ａｃを制御することで、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ及び把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂそれぞれの位置及び傾きを制御する。また、制御装置１６は、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ及び把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂそれぞれの開閉動作（把持状態及び把持解除状態）を制御する。
以上は、制御装置１６の一例であり、同一の中空屈曲部品Ｐｐを大量生産する場合には、前記制御量をあらかじめ決められたパターンに設定しておくことも可能である。
【0047】
［中空屈曲部材の製造方法］
上記製造装置１０を用いて、中空素材Ｐｍより中空屈曲部材Ｐｐを製造する方法について、図２を参照しながら以下に説明する。
本実施形態では、製造装置１０を用いて、図２（ａ）の中空素材Ｐｍから図２（ｆ）の中空屈曲部品Ｐｐを製造する場合について説明する。この中空屈曲部材Ｐｐは、その長手方向１箇所にせん断曲げ加工が加えられている。なお、図２では、制御装置１６及び腕部１５Ｂｃの図示を省略している。
上記製造装置１０を用いて、中空素材Ｐｍより中空屈曲部材Ｐｐを製造する方法について、図２を参照しながら以下に説明する。
本実施形態では、製造装置１０を用いて、図２（ａ）の中空素材Ｐｍから図２（ｆ）の中空屈曲部品Ｐｐを製造する場合について説明する。この中空屈曲部材Ｐｐは、その長手方向１箇所にせん断曲げ加工が加えられている。なお、図２では、制御装置１６及び腕部１５Ｂｃの図示を省略している。
【0048】
図２（ａ）に示すように、まず、金属製の真直な中空管である中空素材Ｐｍを製造装置１０にセットする。すなわち、第１の位置Ａで中空素材Ｐｍを支持装置１２により支持し、中空素材Ｐｍの後端側を送り装置１１にセットし、そして中空素材Ｐｍの先端側を把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂで把持する。一方、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂは待機状態にあるため、図２（ａ）ではその図示を省略している。
この時、第１の位置Ａより下流の第２の位置Ｂに加熱装置１３の加熱コイル１３ａを配置させ、第２の位置Ｂより下流の第３の位置Ｃに冷却装置１４の各冷却水噴射ノズル１４ａを配置させる。また、加熱コイル１３ａ及び各冷却水噴射ノズル１４ａは、それぞれ、側面視及び平面視の双方において中心軸線ＣＬに直交した状態に配置される。
上記設定のもと、加熱装置１３による中空素材Ｐｍの加熱を開始する。
この時、第１の位置Ａより下流の第２の位置Ｂに加熱装置１３の加熱コイル１３ａを配置させ、第２の位置Ｂより下流の第３の位置Ｃに冷却装置１４の各冷却水噴射ノズル１４ａを配置させる。また、加熱コイル１３ａ及び各冷却水噴射ノズル１４ａは、それぞれ、側面視及び平面視の双方において中心軸線ＣＬに直交した状態に配置される。
上記設定のもと、加熱装置１３による中空素材Ｐｍの加熱を開始する。
【0049】
すなわち、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、中空素材Ｐｍを第１の位置Ａで支持しながら中空素材Ｐｍの長手方向である送り方向Ｆへ送りつつ（送り工程）、第２の位置Ｂで中空素材Ｐｍを部分的に加熱して被加熱部Ｈを形成し（加熱工程）、第３の位置Ｃで被加熱部Ｈの下流側に位置する中空素材Ｐｍの少なくとも一部を冷却する（冷却工程）。この時、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、中空素材Ｐｍの送り速度に同調して送り方向Ｆに向かって移動する。そのため、中空素材Ｐｍは、せん断曲げや通常曲げを受けることなく、送り方向Ｆに向かって送られながら直管のまま焼き入れされる。
【0050】
続いて、図２（ｃ）に示すように、せん断曲げ加工を行う位置に中空素材Ｐｍが至った時点で、待機状態にあった把持手段１５Ａａ，１５Ａｂを第４の位置Ｄ１に移動させ、この位置で中空素材Ｐｍの長手方向の途中位置を把持する。この時、前記支持装置１２の前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を、所定距離内に制限するように、制御装置１６が把持位置を制御する。
【0051】
せん断曲げ加工の開始から終了までの間、制御装置１６が把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ及び腕部１５Ａｃを制御することにより、距離Ｌ’は前記所定距離内に調整され続ける。せん断曲げ加工を行う前における中空素材Ｐｍの平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を、２０×ｗ（ｍｍ）以下、好ましくは１０×ｗ（ｍｍ）以下、に設定することが良い。この場合、被加熱部Ｈ及び把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ間の距離を適切に短くしてこの部分における中空素材Ｐｍの撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。あるいは、前記所定距離を、中空素材Ｐｍのせん断荷重に基づいて設定してもよい。この場合、中空素材Ｐｍの形状及び素材に応じてより効果的に撓みを抑えることができる。
【0052】
第４の位置Ｄ１で把持手段１５Ａａ，１５Ａｂが中空素材Ｐｍを把持した後、第５の位置Ｄ２にある把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂを開いて把持を解除する。把持解除後の把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、中空素材Ｐｍと干渉しないように移動されて待機状態となる。そのため、図２（ｄ）～図２（ｆ）では、待機状態にある把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂの図示を省略している。
【0053】
図２（ｄ）に示すように、第４の位置Ｄ１において中空素材Ｐｍの把持位置を腕部１５Ａｃにより二次元方向または三次元方向に移動させる（せん断曲げ加工工程）。せん断加工工程は、具体的には、前記把持位置を、中空素材Ｐｍの中心軸線ＣＬを含む断面で見て、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った送り方向Ｆと中空素材Ｐｍの長手方向に対して直交する方向との間にある傾斜方向に移動させる。
【0054】
この時のせん断曲げ加工箇所は、各冷却水噴射ノズル１４ａからの冷却水で冷却されるため、焼き入れも同時に行われている。せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記距離Ｌ’は、制御装置１６により所定距離内に制限される。このように、中空素材Ｐｍをその被加熱部Ｈに近い位置で把持してせん断曲げ加工することで、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂが付与する力の力点が、中空素材Ｐｍのうちでせん断曲げを受ける作用点に近くなり、これら力点と作用点との距離に応じた撓みが少なくなる。その結果、従来のように中空素材Ｐｍをその下流端で把持してせん断曲げ加工する場合に比べて、被加熱部Ｈ及び把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ間の距離を短くしてこの部分における中空素材Ｐｍの撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。よって、製造される中空屈曲部品Ｐｐの加工精度が向上する。
【0055】
せん断曲げ加工が終了した後、図２（ｅ）に示すように、把持手段１５Ａａ，１５Ａｂを、中空素材Ｐｍを把持したままその位置を送り装置１１の送り動作と同期させながら送り方向Ｆに向かって移動させる。これにより、中空素材Ｐｍのうちでせん断曲げ加工を加えた箇所よりも上流側の範囲に焼き入れを行う。
中空素材Ｐｍの焼き入れが最後まで終了したら、図２（ｆ）に示すように、加熱コイル１３ａによる加熱を停止させ、加工済みの中空屈曲部品Ｐｐを製造装置１０から外して払い下げる。
以上に説明のように、送り工程、加熱工程、冷却工程、及びせん断曲げ加工工程を含む一連の工程により、中空屈曲部品Ｐｐが製造される。この中空屈曲部品Ｐｐは、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を前記所定距離内に制限しているので、撓みが少なく高い加工精度を有する。
中空素材Ｐｍの焼き入れが最後まで終了したら、図２（ｆ）に示すように、加熱コイル１３ａによる加熱を停止させ、加工済みの中空屈曲部品Ｐｐを製造装置１０から外して払い下げる。
以上に説明のように、送り工程、加熱工程、冷却工程、及びせん断曲げ加工工程を含む一連の工程により、中空屈曲部品Ｐｐが製造される。この中空屈曲部品Ｐｐは、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を前記所定距離内に制限しているので、撓みが少なく高い加工精度を有する。
【0056】
【0057】
［中空屈曲部材の製造装置］
本実施形態に係る中空屈曲部材の製造装置（以下、製造装置２０）は、上記第１実施形態の製造装置１０に比べて、せん断力付与装置１５の構成のみが異なるため、その他構成要素については製造装置１０のものと同じ品番を用いることで、それらの重複説明を省略する。
図３に示すように、この製造装置２０は、前記送り装置（送り部）１１と、前記支持装置（支持手段）１２と、前記加熱装置１３と、前記冷却装置（冷却部）１４と、せん断力付与装置２５と、前記制御装置（制御部）１６とを備える。
本実施形態に係る中空屈曲部材の製造装置（以下、製造装置２０）は、上記第１実施形態の製造装置１０に比べて、せん断力付与装置１５の構成のみが異なるため、その他構成要素については製造装置１０のものと同じ品番を用いることで、それらの重複説明を省略する。
図３に示すように、この製造装置２０は、前記送り装置（送り部）１１と、前記支持装置（支持手段）１２と、前記加熱装置１３と、前記冷却装置（冷却部）１４と、せん断力付与装置２５と、前記制御装置（制御部）１６とを備える。
【0058】
本実施形態のせん断力付与装置２５は、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄに配置される。
せん断力付与装置２５は、中空素材Ｐｍの長手方向の途中位置を把持し、この把持位置を二次元方向または三次元方向に移動させる。具体的には、せん断力付与装置２５における中空素材Ｐｍの把持位置を、中心軸線ＣＬを含む断面で見て、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った送り方向Ｆと中空素材Ｐｍの長手方向に対して直交する方向との間にある傾斜方向に移動させる。これにより、せん断力付与装置２５は、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域の少なくとも一部に、せん断力を与えて中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工を行う。
せん断力付与装置２５は、中空素材Ｐｍの長手方向の途中位置を把持し、この把持位置を二次元方向または三次元方向に移動させる。具体的には、せん断力付与装置２５における中空素材Ｐｍの把持位置を、中心軸線ＣＬを含む断面で見て、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った送り方向Ｆと中空素材Ｐｍの長手方向に対して直交する方向との間にある傾斜方向に移動させる。これにより、せん断力付与装置２５は、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域の少なくとも一部に、せん断力を与えて中空素材Ｐｍにせん断曲げ加工を行う。
【0059】
図３及び図４に示すように、せん断力付与装置２５は、中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄにおいて中空素材Ｐｍを把持する把持手段２５Ａ，２５Ｂと、把持手段２５Ａ，２５Ｂを支持してその位置を二次元方向または三次元方向に移動させる腕部（操作部）２５Ｃと、腕部２５Ｃを支持する図示されない基台とを有する。なお、把持手段２５Ａ，２５Ｂ及び腕部２５Ｃは、複数組備えても良い。
【0060】
図４に示すように、把持手段２５Ａは、本体２５Ａａと、一対の支持ローラ２５Ａｂと、一対のクランパー２５Ａｃと、図示されない駆動機構とを有する。
本体２５Ａａは、中空素材Ｐｍの長手方向に沿って長い筐体であり、各支持ローラ２５Ａｂと、各クランパー２５Ａｃと、前記駆動機構とが内蔵されている。本体２５Ａａの下部には、中空素材Ｐｍを通すための半円柱形状の凹部ａが形成されている。
一対の支持ローラ２５Ａｂは、本体２５Ａａの長手方向中央位置に、それぞれ回転自在に配置されている。各支持ローラ２５Ａｂは、本体２５Ａａの凹部ａ内にせり出した状態で支持されている。
一対のクランパー２５Ａｃは、本体２５Ａａの長手方向両端位置に、一対の支持ローラ２５Ａｂを間に介在させた状態で配置されている。各クランパー２５Ａｃは、中空素材Ｐｍの外周面に対して接近離間自在となるように、本体２５Ａａ内に支持されている。各クランパー２５Ａｃは、前記駆動機構の力を受けることで、本体２５Ａａの凹部ａの内外に出入り可能である。
前記駆動機構は、制御装置１６からの指示を受けて動作する。具体的には、前記駆動機構により、凹部ａ内で各クランパー２５Ａｃを各支持ローラ２５Ａｂよりもせり出させた状態と、各クランパー２５Ａｃを本体２５Ａａ内に収容させた状態との間で切り換える。各クランパー２５Ａｃを本体２５Ａａ内に収容させた場合には、各支持ローラ２５Ａｂが中空素材Ｐｍの外周面に対して転動自在に当接する。逆に、凹部ａ内で各クランパー２５Ａｃを各支持ローラ２５Ａｂよりもせり出させた場合には、これらクランパー２５Ａｃが中空素材Ｐｍの外周面に対して相対移動不可に当接する。前記駆動機構の駆動源としては、例えば流体圧（油圧、空気圧）を利用できる。
本体２５Ａａは、中空素材Ｐｍの長手方向に沿って長い筐体であり、各支持ローラ２５Ａｂと、各クランパー２５Ａｃと、前記駆動機構とが内蔵されている。本体２５Ａａの下部には、中空素材Ｐｍを通すための半円柱形状の凹部ａが形成されている。
一対の支持ローラ２５Ａｂは、本体２５Ａａの長手方向中央位置に、それぞれ回転自在に配置されている。各支持ローラ２５Ａｂは、本体２５Ａａの凹部ａ内にせり出した状態で支持されている。
一対のクランパー２５Ａｃは、本体２５Ａａの長手方向両端位置に、一対の支持ローラ２５Ａｂを間に介在させた状態で配置されている。各クランパー２５Ａｃは、中空素材Ｐｍの外周面に対して接近離間自在となるように、本体２５Ａａ内に支持されている。各クランパー２５Ａｃは、前記駆動機構の力を受けることで、本体２５Ａａの凹部ａの内外に出入り可能である。
前記駆動機構は、制御装置１６からの指示を受けて動作する。具体的には、前記駆動機構により、凹部ａ内で各クランパー２５Ａｃを各支持ローラ２５Ａｂよりもせり出させた状態と、各クランパー２５Ａｃを本体２５Ａａ内に収容させた状態との間で切り換える。各クランパー２５Ａｃを本体２５Ａａ内に収容させた場合には、各支持ローラ２５Ａｂが中空素材Ｐｍの外周面に対して転動自在に当接する。逆に、凹部ａ内で各クランパー２５Ａｃを各支持ローラ２５Ａｂよりもせり出させた場合には、これらクランパー２５Ａｃが中空素材Ｐｍの外周面に対して相対移動不可に当接する。前記駆動機構の駆動源としては、例えば流体圧（油圧、空気圧）を利用できる。
【0061】
把持手段２５Ｂも、把持手段２５Ａと同一構成を有する。すなわち、把持手段２５Ｂは、本体２５Ｂａと、一対の支持ローラ２５Ｂｂと、一対のクランパー２５Ｂｃと、図示されない他の駆動機構とを有する。
本体２５Ｂａは、中空素材Ｐｍの長手方向に沿って長い筐体であり、本体２５Ａａと同じ形状寸法を有する。本体２５Ｂａは、各支持ローラ２５Ｂｂと、各クランパー２５Ｂｃと、前記他の駆動機構とが内蔵されている。本体２５Ｂａの上部には、中空素材Ｐｍを通すための半円柱形状の凹部ｂが形成されている。
一対の支持ローラ２５Ｂｂは、本体２５Ｂａの長手方向中央位置に、それぞれ回転自在に配置されている。各支持ローラ２５Ｂｂは、前記他の駆動機構によって本体２５Ｂａの凹部ｂの内外に出入り可能に支持されている。
一対のクランパー２５Ｂｃは、本体２５Ｂａの長手方向両端位置に、一対の支持ローラ２５Ｂｂを間に介在させた状態で配置されている。各クランパー２５Ｂｃは、中空素材Ｐｍの外周面に対して接近離間自在となるように、本体２５Ｂａ内に支持されている。各クランパー２５Ｂｃは、前記駆動機構の力を受けることで、本体２５Ｂａの凹部ｂの内外に出入り可能である。
前記他の駆動機構は、制御装置１６からの指示を受けて動作する。具体的には、前記他の駆動機構により、凹部ｂ内で各クランパー２５Ｂｃを各支持ローラ２５Ｂｂよりもせり出させた状態と、各クランパー２５Ｂｃを本体２５Ｂａ内に収容させた状態との間で切り換える。各クランパー２５Ｂｃを本体２５Ｂａ内に収容させた場合には、各支持ローラ２５Ｂｂが中空素材Ｐｍの外周面に対して転動自在に当接する。逆に、凹部ｂ内で各クランパー２５Ｂｃを各支持ローラ２５Ｂｂよりもせり出させた場合には、これらクランパー２５Ｂｃが中空素材Ｐｍの外周面に対して相対移動不可に当接する。前記駆動機構の駆動源としては、例えば流体圧（油圧、空気圧）を利用できる。
本体２５Ｂａは、中空素材Ｐｍの長手方向に沿って長い筐体であり、本体２５Ａａと同じ形状寸法を有する。本体２５Ｂａは、各支持ローラ２５Ｂｂと、各クランパー２５Ｂｃと、前記他の駆動機構とが内蔵されている。本体２５Ｂａの上部には、中空素材Ｐｍを通すための半円柱形状の凹部ｂが形成されている。
一対の支持ローラ２５Ｂｂは、本体２５Ｂａの長手方向中央位置に、それぞれ回転自在に配置されている。各支持ローラ２５Ｂｂは、前記他の駆動機構によって本体２５Ｂａの凹部ｂの内外に出入り可能に支持されている。
一対のクランパー２５Ｂｃは、本体２５Ｂａの長手方向両端位置に、一対の支持ローラ２５Ｂｂを間に介在させた状態で配置されている。各クランパー２５Ｂｃは、中空素材Ｐｍの外周面に対して接近離間自在となるように、本体２５Ｂａ内に支持されている。各クランパー２５Ｂｃは、前記駆動機構の力を受けることで、本体２５Ｂａの凹部ｂの内外に出入り可能である。
前記他の駆動機構は、制御装置１６からの指示を受けて動作する。具体的には、前記他の駆動機構により、凹部ｂ内で各クランパー２５Ｂｃを各支持ローラ２５Ｂｂよりもせり出させた状態と、各クランパー２５Ｂｃを本体２５Ｂａ内に収容させた状態との間で切り換える。各クランパー２５Ｂｃを本体２５Ｂａ内に収容させた場合には、各支持ローラ２５Ｂｂが中空素材Ｐｍの外周面に対して転動自在に当接する。逆に、凹部ｂ内で各クランパー２５Ｂｃを各支持ローラ２５Ｂｂよりもせり出させた場合には、これらクランパー２５Ｂｃが中空素材Ｐｍの外周面に対して相対移動不可に当接する。前記駆動機構の駆動源としては、例えば流体圧（油圧、空気圧）を利用できる。
【0062】
上記構成を有する把持手段２５Ａ，２５Ｂは、凹部ａ，ｂが互いに対向するように配置した状態で、腕部２５Ｃにより支持されている。そして、凹部ａ，ｂにより形成された円柱形状の空間内に、中空素材Ｐｍを挿通可能としている。把持手段２５Ａ，２５Ｂ間に中空素材Ｐｍを挿通させた状態で、前記駆動機構及び前記他の駆動機構により各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃを本体２５Ａａ及び本体２５Ｂａ内に収容することで、各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂ間に、中空素材Ｐｍをその長手方向に沿って移動自在に把持することができる。なお、本実施形態の各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂは従動ローラーであるが、図示されないモータにより、中空素材Ｐｍの送り量に合わせて回転させる構成を採用した場合には、中空素材Ｐｍの表面品質を向上させることができる。
一方、把持手段２５Ａ，２５Ｂ間に中空素材Ｐｍを挿通させた状態で、前記駆動機構及び前記他の駆動機構により各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃを凹部ａ，ｂ内で各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂよりもせり出させた場合には、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃ間に、中空素材Ｐｍをその長手方向に沿って移動不可に把持することができる。
一方、把持手段２５Ａ，２５Ｂ間に中空素材Ｐｍを挿通させた状態で、前記駆動機構及び前記他の駆動機構により各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃを凹部ａ，ｂ内で各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂよりもせり出させた場合には、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃ間に、中空素材Ｐｍをその長手方向に沿って移動不可に把持することができる。
【0063】
よって、把持手段２５Ａ，２５Ｂが、これら把持手段２５Ａ，２５Ｂに対する、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った相対的な移動を許容する第１の把持状態と、これら把持手段２５Ａ，２５Ｂに対する、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った相対的な移動を規制する第２の把持状態との間で切り換え自在に構成されている。そして、制御装置１６は、把持手段２５Ａ，２５Ｂを、前記第１の把持状態及び前記第２の把持状態間で切り換え可能としている。
中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工を加えない場合は、把持手段２５Ａ，２５Ｂを第１の把持状態にした上で、定位置に固定配置する。これにより、把持手段２５Ａ，２５Ｂを移動させることなく、中空素材Ｐｍを送り方向Ｆに沿って移動可能に支持できる。
一方、中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工を加える場合は、把持手段２５Ａ，２５Ｂを第２の把持状態にした上で、その把持位置を腕部２５Ｃにより二次元方向あるいは三次元方向に移動させる。その結果、中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工が加えられる。
中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工を加えない場合は、把持手段２５Ａ，２５Ｂを第１の把持状態にした上で、定位置に固定配置する。これにより、把持手段２５Ａ，２５Ｂを移動させることなく、中空素材Ｐｍを送り方向Ｆに沿って移動可能に支持できる。
一方、中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工を加える場合は、把持手段２５Ａ，２５Ｂを第２の把持状態にした上で、その把持位置を腕部２５Ｃにより二次元方向あるいは三次元方向に移動させる。その結果、中空素材Ｐｍに対してせん断曲げ加工が加えられる。
【0064】
図３に示すように、把持手段２５Ａ，２５Ｂを第２の把持状態にした際、中空素材Ｐｍにおいて各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃが接触する支持範囲の長手方向中央位置を把持位置Ｐ２とする。そして、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離をＬ’として図３に示す。この距離Ｌ’は、せん断曲げ加工の際、制御装置１６からの指示を受けた腕部２５Ｃが把持手段２５Ａ，２５Ｂの位置を調整することにより、所定距離内に維持される。
【0065】
中空素材Ｐｍの送り方向Ｆに沿った第３の位置Ｃよりも下流にある第４の位置Ｄにおいて一対の把持手段２５Ａ，２５Ｂの位置を二次元方向または三次元方向に移動させることによって、中空素材Ｐｍにおける、加熱装置１３により加熱された被加熱部Ｈと、冷却装置１４により冷却された被冷却部との間の領域にせん断力を与えることができる。中空素材Ｐｍにせん断力が作用することにより、その長手方向途中位置が図３に示されるように屈曲する。
なお、把持手段２５Ａ，２５Ｂの位置を移動させるために本実施形態では腕部２５Ｃを用いたが、その代わりに、ボールねじとサーボモータの組み合わせを採用してもよい。
なお、把持手段２５Ａ，２５Ｂの位置を移動させるために本実施形態では腕部２５Ｃを用いたが、その代わりに、ボールねじとサーボモータの組み合わせを採用してもよい。
【0066】
［中空屈曲部材の製造方法］
上記製造装置２０を用いて、中空素材Ｐｍより中空屈曲部材Ｐｐを製造する方法について、図５を参照しながら以下に説明する。
本実施形態では、製造装置２０を用いて、図５（ａ）の中空素材Ｐｍから図５（ｆ）の中空屈曲部品Ｐｐを製造する場合について説明する。この中空屈曲部材Ｐｐは、その長手方向１箇所にせん断曲げ加工が加えられている。なお、図５では、制御装置１６及び腕部２５Ｃの図示を省略している。
上記製造装置２０を用いて、中空素材Ｐｍより中空屈曲部材Ｐｐを製造する方法について、図５を参照しながら以下に説明する。
本実施形態では、製造装置２０を用いて、図５（ａ）の中空素材Ｐｍから図５（ｆ）の中空屈曲部品Ｐｐを製造する場合について説明する。この中空屈曲部材Ｐｐは、その長手方向１箇所にせん断曲げ加工が加えられている。なお、図５では、制御装置１６及び腕部２５Ｃの図示を省略している。
【0067】
図５（ａ）に示すように、まず、金属製の真直な中空管である中空素材Ｐｍを製造装置２０にセットする。すなわち、第１の位置Ａで中空素材Ｐｍを支持装置１２により支持し、中空素材Ｐｍの後端側を送り装置１１に固定し、そして中空素材Ｐｍの先端側を把持手段２５Ａ，２５Ｂで把持する。この時の把持手段２５Ａ，２５Ｂでは、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃが本体２５Ａａ，２５Ｂａ内に収容されているため、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃは中空素材Ｐｍの外周面に対して非接触状態にある。一方、各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂは中空素材Ｐｍの外周面に接触して中空素材Ｐｍを支持する。よって、把持手段２５Ａ，２５Ｂを定位置に固定した状態で、中空素材Ｐｍを送り方向Ｆに沿って送ることが可能となっている。
さらに、第１の位置Ａより下流の第２の位置Ｂに加熱装置１３の加熱コイル１３ａを配置させ、第２の位置Ｂより下流の第３の位置Ｃに冷却装置１４の各冷却水噴射ノズル１４ａを配置させる。また、加熱コイル１３ａ及び各冷却水噴射ノズル１４ａは、それぞれ、側面視及び平面視の双方において中心軸線ＣＬに直交した状態に配置される。
上記設定のもと、加熱装置１３による中空素材Ｐｍの加熱を開始する。
さらに、第１の位置Ａより下流の第２の位置Ｂに加熱装置１３の加熱コイル１３ａを配置させ、第２の位置Ｂより下流の第３の位置Ｃに冷却装置１４の各冷却水噴射ノズル１４ａを配置させる。また、加熱コイル１３ａ及び各冷却水噴射ノズル１４ａは、それぞれ、側面視及び平面視の双方において中心軸線ＣＬに直交した状態に配置される。
上記設定のもと、加熱装置１３による中空素材Ｐｍの加熱を開始する。
【0068】
すなわち、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、中空素材Ｐｍを第１の位置Ａで支持しながら中空素材Ｐｍの長手方向である送り方向Ｆへ送りつつ（送り工程）、第２の位置Ｂで中空素材Ｐｍを部分的に加熱して被加熱部Ｈを形成し（加熱工程）、第３の位置Ｃで被加熱部Ｈの下流側に位置する中空素材Ｐｍの少なくとも一部を冷却する（冷却工程）。この時も、各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂのみにより中空素材Ｐｍの外周面を支持している。そのため、把持手段２５Ａ，２５Ｂを定位置に固定した状態で、中空素材Ｐｍを、中心軸線ＣＬに直交する方向への移動を規制しながらも送り方向Ｆに沿って送ることができる。
【0069】
続いて、図５（ｃ）に示すように、せん断曲げ加工を行う位置に中空素材Ｐｍが至った時点で、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃを前記凹部ａ，ｂ内にせり出させる。その結果、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃが中空素材Ｐｍの外周面に当たるとともに、各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂが中空素材Ｐｍの外周面から離間する。よって、各支持ローラ２５Ａｂ及び各支持ローラ２５Ｂｂに代わって各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃが中空素材Ｐｍを支持することになる。このようにして、せん断曲げ加工工程の開始前に、把持手段２５Ａ，２５Ｂを、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った移動を許容しながら把持する第１の把持状態から、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った移動を規制する第２の把持状態に切り換える。なお、中心軸線ＣＬに直交する方向への中空素材Ｐｍの移動を規制する点は、第１の把持状態及び第２の把持状態のどちらにおいても同じである。
【0070】
図５（ｃ）に示すように、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃにより中空素材Ｐｍを支持する際、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を、所定距離内に制限するように、制御装置１６が把持位置Ｐ２を制御する。
そして、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、制御装置１６が把持手段２５Ａ，２５Ｂ及び腕部２５Ｃを制御することにより、距離Ｌ’は前記所定距離内に調整され続ける。せん断曲げ加工を行う前における中空素材Ｐｍの平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を、２０×ｗ（ｍｍ）以下、好ましくは１０×ｗ（ｍｍ）以下、に設定することが良い。この場合、被加熱部Ｈと、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃとの間における距離を適切に短くして、この部分における中空素材Ｐｍの撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。あるいは、前記所定距離を、中空素材Ｐｍのせん断荷重に基づいて設定してもよい。この場合、中空素材Ｐｍの形状及び素材に応じてより効果的に撓みを抑えることができる。
そして、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、制御装置１６が把持手段２５Ａ，２５Ｂ及び腕部２５Ｃを制御することにより、距離Ｌ’は前記所定距離内に調整され続ける。せん断曲げ加工を行う前における中空素材Ｐｍの平均幅寸法がｗ（ｍｍ）である場合に、前記所定距離を、２０×ｗ（ｍｍ）以下、好ましくは１０×ｗ（ｍｍ）以下、に設定することが良い。この場合、被加熱部Ｈと、各クランパー２５Ａｃ及び各クランパー２５Ｂｃとの間における距離を適切に短くして、この部分における中空素材Ｐｍの撓みを効果的に抑えた上でせん断曲げ加工が行える。あるいは、前記所定距離を、中空素材Ｐｍのせん断荷重に基づいて設定してもよい。この場合、中空素材Ｐｍの形状及び素材に応じてより効果的に撓みを抑えることができる。
【0071】
図５（ｄ）に示すように、第４の位置Ｄにおいて中空素材Ｐｍの把持位置Ｐ２を腕部２５Ｃにより二次元方向または三次元方向に移動させる（せん断曲げ加工工程）。せん断加工工程は、具体的には、前記把持位置Ｐ２を、中空素材Ｐｍの中心軸線ＣＬを含む断面で見て、中空素材Ｐｍの長手方向に沿った送り方向Ｆと中空素材Ｐｍの長手方向に対して直交する方向との間にある傾斜方向に移動させる。
【0072】
この時のせん断曲げ加工箇所は、各冷却水噴射ノズル１４ａからの冷却水で冷却されるため、焼き入れも同時に行われている。せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記距離Ｌ’は、制御装置１６により所定距離内に制限される。このように、中空素材Ｐｍをその被加熱部Ｈに近い位置で把持してせん断曲げ加工することで、把持手段２５Ａ，２５Ｂが付与する力の力点が、中空素材Ｐｍのうちでせん断曲げを受ける作用点に近くなり、これら力点と作用点との距離に応じた撓みが少なくなる。その結果、従来のように中空素材Ｐｍをその下流端で把持してせん断曲げ加工する場合に比べて、被加熱部Ｈ及び把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ間の距離を短くしてこの部分における中空素材Ｐｍの撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。よって、製造される中空屈曲部品Ｐｐの加工精度が向上する。
【0073】
せん断曲げ加工が終了した後、図５（ｅ）に示すように、把持手段２５Ａ，２５Ｂを、中空素材Ｐｍを把持したままその位置を送り装置１１の送り動作と同期させながら送り方向Ｆに向かって移動させる。これにより、中空素材Ｐｍのうちでせん断曲げ加工を加えた箇所よりも上流側の範囲に焼き入れを行う。
中空素材Ｐｍの焼き入れが最後まで終了したら、図５（ｆ）に示すように、加熱コイル１３ａによる加熱を停止させ、加工済みの中空屈曲部品Ｐｐを製造装置２０から外して払い下げる。
以上に説明のように、送り工程、加熱工程、冷却工程、及びせん断曲げ加工工程を含む一連の工程により、中空屈曲部品Ｐｐが製造される。この中空屈曲部品Ｐｐは、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を前記所定距離内に制限しているので、撓みが少なく高い加工精度を有する。
中空素材Ｐｍの焼き入れが最後まで終了したら、図５（ｆ）に示すように、加熱コイル１３ａによる加熱を停止させ、加工済みの中空屈曲部品Ｐｐを製造装置２０から外して払い下げる。
以上に説明のように、送り工程、加熱工程、冷却工程、及びせん断曲げ加工工程を含む一連の工程により、中空屈曲部品Ｐｐが製造される。この中空屈曲部品Ｐｐは、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を前記所定距離内に制限しているので、撓みが少なく高い加工精度を有する。
【0074】
［第３実施形態］
続いて、図６を参照しながら、第３実施形態に係る中空屈曲部品の製造方法を以下に説明する。なお、装置構成については上記第１実施形態で説明した製造装置１０と同じであるので、図１で示した品番と同じ品番を用いることで重複説明を省略する。
続いて、図６を参照しながら、第３実施形態に係る中空屈曲部品の製造方法を以下に説明する。なお、装置構成については上記第１実施形態で説明した製造装置１０と同じであるので、図１で示した品番と同じ品番を用いることで重複説明を省略する。
【0075】
［中空屈曲部材の製造方法］
本実施形態では、製造装置１０を用いて、図６（ａ）に示す中空素材Ｐｍから、図６（ｆ）に示す中空屈曲部品Ｐｐを製造する場合について説明する。中空屈曲部材Ｐｐは、その長手方向２箇所にせん断曲げ加工が加えられている。なお、図６では、制御装置１６及び腕部１５Ｂｃの図示を省略している。
本実施形態では、製造装置１０を用いて、図６（ａ）に示す中空素材Ｐｍから、図６（ｆ）に示す中空屈曲部品Ｐｐを製造する場合について説明する。中空屈曲部材Ｐｐは、その長手方向２箇所にせん断曲げ加工が加えられている。なお、図６では、制御装置１６及び腕部１５Ｂｃの図示を省略している。
【0076】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、中空素材Ｐｍの先端部を把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂで把持しながら、まず１箇所目のせん断曲げ加工を行う。この１箇所目のせん断曲げ加工は、例えば図２で説明した工程を行うことにより行う。そのため、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記距離Ｌ’は、前記制御装置１６により前記所定距離内に設定されている。
図６（ｂ）に示すようにせん断曲げ加工が終了した後も、焼き入れを継続して行う。すなわち、中空素材Ｐｍを第１の位置Ａで支持しながら中空素材Ｐｍの長手方向である送り方向Ｆへ送りつつ（送り工程）、第２の位置Ｂで中空素材Ｐｍを部分的に加熱して被加熱部Ｈを形成し（加熱工程）、第３の位置Ｃで被加熱部Ｈの下流側に位置する中空素材Ｐｍの少なくとも一部を冷却する（冷却工程）。この時、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂを、中空素材Ｐｍの送り速度に同調して送り方向Ｆに向かって移動させる。そのため、中空素材Ｐｍのうちで１箇所目のせん断曲げ加工を加えた部分よりも上流側の範囲が、せん断曲げや通常曲げを受けることなく、送り方向Ｆに向かって送られながら直管のまま焼き入れされる。
図６（ｂ）に示すようにせん断曲げ加工が終了した後も、焼き入れを継続して行う。すなわち、中空素材Ｐｍを第１の位置Ａで支持しながら中空素材Ｐｍの長手方向である送り方向Ｆへ送りつつ（送り工程）、第２の位置Ｂで中空素材Ｐｍを部分的に加熱して被加熱部Ｈを形成し（加熱工程）、第３の位置Ｃで被加熱部Ｈの下流側に位置する中空素材Ｐｍの少なくとも一部を冷却する（冷却工程）。この時、把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂを、中空素材Ｐｍの送り速度に同調して送り方向Ｆに向かって移動させる。そのため、中空素材Ｐｍのうちで１箇所目のせん断曲げ加工を加えた部分よりも上流側の範囲が、せん断曲げや通常曲げを受けることなく、送り方向Ｆに向かって送られながら直管のまま焼き入れされる。
【0077】
続いて、図６（ｃ）に示すように、２箇所目のせん断曲げ加工を行う位置に中空素材Ｐｍが至った時点で、待機状態にあった把持手段１５Ａａ，１５Ａｂを第１の位置Ａに移動させる。そして、図６（ｄ）に示すように、第１の位置Ａで中空素材Ｐｍの長手方向の途中位置を把持する。この時、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を、前記所定距離内に制限するように、制御装置１６が前記腕部１５Ａｃを制御する。把持手段１５Ａａ，１５Ａｂにより中空素材Ｐｍを適切に把持した後、第５の位置Ｄ２で中空素材Ｐｍの先端を把持していた把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂを開くことで、中空素材Ｐｍの把持を解除する。このようにして、図６（ｃ）から図６（ｄ）にかけて、中空素材Ｐｍの把持位置を、第５の位置Ｄ２から第４の位置Ｄ１に切り換える。把持を解除した把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂは、中空素材Ｐｍ等に干渉しないように移動されて待機状態となる。そのため、図６（ｅ）及び図６（ｆ）では、待機状態にある把持手段１５Ｂａ，１５Ｂｂの図示を省略している。
【0078】
そして、図６（ｅ）及び図６（ｆ）に示すように、２回目のせん断曲げ加工を行う。この時のせん断曲げ加工箇所も、各冷却水噴射ノズル１４ａからの冷却水で冷却されるため、焼き入れが同時に行われる。せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記距離Ｌ’は、制御装置１６により所定距離内に制限される。よって、被加熱部Ｈ及び把持手段１５Ａａ，１５Ａｂ間の距離を短くしてこの部分における中空素材Ｐｍの撓みを抑えた上でせん断曲げ加工が行える。
【0079】
せん断曲げ加工が最後まで終了したら、図６（ｆ）に示すように、加熱コイル１３ａによる加熱を停止させ、加工済みの中空屈曲部品Ｐｐを製造装置１０から外して払い下げる。
以上に説明のように、送り工程、加熱工程、冷却工程、及びせん断曲げ加工工程を含む一連の工程により、中空屈曲部品Ｐｐが製造される。この中空屈曲部品Ｐｐは、その２箇所のせん断曲げ箇所において、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を前記所定距離内に制限している。したがって、中空屈曲部品Ｐｐは、撓みが少なく高い加工精度を有する。
以上示した各実施形態は、熱間せん断曲げのみを行う場合の説明であったが、このせん断曲げ加工に、例えば図７に示した従来の熱間曲げ加工を組み合わせて、中空屈曲部品Ｐｐを製造することも可能である。
以上に説明のように、送り工程、加熱工程、冷却工程、及びせん断曲げ加工工程を含む一連の工程により、中空屈曲部品Ｐｐが製造される。この中空屈曲部品Ｐｐは、その２箇所のせん断曲げ箇所において、せん断曲げ加工の開始から終了までの間、前記支持装置１２の前記ロール１２ａが中空部材Ｐｍと接触する送り方向Ｆに沿った最下流位置Ｐ０から前記把持位置Ｐ２までの間における送り方向Ｆに平行な距離Ｌ’を前記所定距離内に制限している。したがって、中空屈曲部品Ｐｐは、撓みが少なく高い加工精度を有する。
以上示した各実施形態は、熱間せん断曲げのみを行う場合の説明であったが、このせん断曲げ加工に、例えば図７に示した従来の熱間曲げ加工を組み合わせて、中空屈曲部品Ｐｐを製造することも可能である。
【実施例0080】
中空屈曲部品の製造装置を用いた製造方法の実施例を、以下に説明する。
本実施例では、０．２％炭素鋼からなる、高さＨ＝２０ｍｍ、幅ｗ＝２０ｍｍ、板厚ｔ＝１．０ｍｍ、全長ＴＬ＝２０００ｍｍの中空屈曲部品Ｐｐを複数本、製造した。各中空屈曲部品Ｐｐを製造した際の製造方法は、対応する図面番号を用いて下表１に示した通りである。また、被加熱部Ｈにおける最高到達温度は全て９５０℃に揃えた。前記距離Ｌ’は、表１の通りとした。
製造された各中空屈曲部品Ｐｐのそれぞれについて、目標とする製品寸法との寸法誤差を測定した。そして、寸法誤差が－０．５ｍｍ～＋０．５ｍｍの範囲にあるものを良品、前記範囲から外れるものを不良品と設定し、全本数に対する不良品数の割合を算出した。
表１に示す通り、本発明例１～５に示す様に、すべて条件で従来例より不良率を削減できることを確認した。特に、Ｌ’／ｗ＜２０（すなわちＬ’＜２０×ｗ）の場合に良好な結果が得られた。さらに、Ｌ’／ｗ＜１０（すなわちＬ’＜１０×ｗ）の場合に顕著に良好な結果が得られた。
本実施例では、０．２％炭素鋼からなる、高さＨ＝２０ｍｍ、幅ｗ＝２０ｍｍ、板厚ｔ＝１．０ｍｍ、全長ＴＬ＝２０００ｍｍの中空屈曲部品Ｐｐを複数本、製造した。各中空屈曲部品Ｐｐを製造した際の製造方法は、対応する図面番号を用いて下表１に示した通りである。また、被加熱部Ｈにおける最高到達温度は全て９５０℃に揃えた。前記距離Ｌ’は、表１の通りとした。
製造された各中空屈曲部品Ｐｐのそれぞれについて、目標とする製品寸法との寸法誤差を測定した。そして、寸法誤差が－０．５ｍｍ～＋０．５ｍｍの範囲にあるものを良品、前記範囲から外れるものを不良品と設定し、全本数に対する不良品数の割合を算出した。
表１に示す通り、本発明例１～５に示す様に、すべて条件で従来例より不良率を削減できることを確認した。特に、Ｌ’／ｗ＜２０（すなわちＬ’＜２０×ｗ）の場合に良好な結果が得られた。さらに、Ｌ’／ｗ＜１０（すなわちＬ’＜１０×ｗ）の場合に顕著に良好な結果が得られた。
【0081】
【表1】
【0082】
本発明に係る製造方法により製造される中空屈曲部材Ｐｐは、例えば以下に例示する用途（ｉ）～（ｖｉｉ）に対して適用可能である。
（ｉ）例えば、フロントサイドメンバー、クロスメンバー、サイドメンバー、サスペンションメンバー、ルーフメンバー、Ａピラーのレインフォース、Ｂピラーのレインフォース、バンパーのレインフォース等といった自動車車体の構造部材
（ｉｉ）例えば、シートフレーム、シートクロスメンバー等といった自動車の強度部材や補強部材
（ｉｉｉ）自動車の排気管等の排気系部品
（ｉｖ）自転車や自動二輪車のフレームやクランク
（ｖ）電車等の車輛の補強部材、台車部品（台車枠、各種梁等）
（ｖｉ）船体等のフレーム部品、補強部材
（ｖｉｉ）家電製品の強度部材、補強部材または構造部材
（ｉ）例えば、フロントサイドメンバー、クロスメンバー、サイドメンバー、サスペンションメンバー、ルーフメンバー、Ａピラーのレインフォース、Ｂピラーのレインフォース、バンパーのレインフォース等といった自動車車体の構造部材
（ｉｉ）例えば、シートフレーム、シートクロスメンバー等といった自動車の強度部材や補強部材
（ｉｉｉ）自動車の排気管等の排気系部品
（ｉｖ）自転車や自動二輪車のフレームやクランク
（ｖ）電車等の車輛の補強部材、台車部品（台車枠、各種梁等）
（ｖｉ）船体等のフレーム部品、補強部材
（ｖｉｉ）家電製品の強度部材、補強部材または構造部材
【符号の説明】
【0083】
１０，２０ 中空屈曲部品の製造装置
１１ 送り装置（送り部）
１２ 支持装置（支持手段）
１３ａ 加熱コイル
１４ 冷却装置（冷却部）
１５Ａａ，１５Ａｂ，１５Ｂａ，１５Ｂｂ，２５Ａ，２５Ｂ 把持手段
１５Ａｃ，１５Ｂｃ，２５Ｃ 腕部（操作部）
１６ 制御装置（制御部）
２５Ａｂ，２５Ｂｂ 支持ローラ（ローラ）
２５Ａｃ，２５Ｂｃ クランパー
Ｄ，Ｄ１ 把持位置
Ｆ 送り方向
Ｈ 被加熱部
Ｌ’ 距離
Ｐ０ 最下流端位置
Ｐ２ 把持手段が中空素材と接触する範囲の長手方向中央位置（把持位置）
Ｐｍ 中空素材（被加工材）
Ｐｐ 中空屈曲部品
１１ 送り装置（送り部）
１２ 支持装置（支持手段）
１３ａ 加熱コイル
１４ 冷却装置（冷却部）
１５Ａａ，１５Ａｂ，１５Ｂａ，１５Ｂｂ，２５Ａ，２５Ｂ 把持手段
１５Ａｃ，１５Ｂｃ，２５Ｃ 腕部（操作部）
１６ 制御装置（制御部）
２５Ａｂ，２５Ｂｂ 支持ローラ（ローラ）
２５Ａｃ，２５Ｂｃ クランパー
Ｄ，Ｄ１ 把持位置
Ｆ 送り方向
Ｈ 被加熱部
Ｌ’ 距離
Ｐ０ 最下流端位置
Ｐ２ 把持手段が中空素材と接触する範囲の長手方向中央位置（把持位置）
Ｐｍ 中空素材（被加工材）
Ｐｐ 中空屈曲部品
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】