(57)【要約】      （修正有）【課題】塑性加工により金属棒状部材に大口径部と小口径部を形成することで切削屑の発生を大幅に回避する方法を提供する。【解決手段】金属製の中実棒状部材１１２を鍛造で底部１１４のあるコップ状に加工し、続いて底部１１４の中央を上方または下方から打ち抜くことで大口径孔部１１６と小口径孔部を有する直線状の径違い金属製棒状部材を形成する。これを所定温度に加熱し、エルボ素材曲げ装置により所定角に曲げることにより径違い金属製エルボ素材を形成する。【選択図】図１０Ａ
2020146757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定長さの単一の金属製棒状部材から形成されており、その両端部が開口された棒状エルボ素材であって、
前記開口両端部に連通する大口径及び小口径の通路と前記大口径通路と小口径通路との接続部を備え、
前記大口径通路は一側開口端部からエルボ曲げ部を跨ぐ位置まで形成されており、
前記小口径通路は他側開口端部から前記跨ぐ位置まで形成されており、
さらに前記接続部は滑らかに形成されており、前記大口径孔通路の軸方向の長さがエルボ曲がり部を跨ぐ長さとなるように形成されて、前記小口径通路より流体抵抗の高いエルボ曲がり部が大口径孔通路で構成されることを特徴とする単一の径違いエルボ素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エルボ素材の製造方法及び同方法により製造されたエルボ素材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、流体を移送する管路は適宜の所定位置で継手を用いて接続結合される。その場合、移送管路の向きを変更するときには継手としてエルボが利用される。このエルボを製造する場合、従来は、中実部材の端部側からその曲げ中心部に向け孔加工を行っている。しかしながら、各端部側からのドリル孔加工ではその交差部分は流体通路としての滑らかさという点で問題があり、さらに通路自体を機械加工により形成する必要があるため製造コストが高いという問題がある。
【０００３】
以下に、少し長くなるが、本発明方法を実施する際に使用される好適な曲げ装置の構造について説明する。図１は、トグル型リンク機構を説明する図である。同図１において、参照符号ＳＬ１は、図の中央部上下方向に設けられた第１ガイド溝であり、その上部には第１ガイド溝と直交している水平方向の第２ガイド溝ＳＬ２が設けられている。参照符号ＳＭはスライド部材であって第１ガイド溝ＳＬ１の溝壁面Ｓ１、Ｓ２に当接し且つ摺動可能に設けられている。このスライド部材ＳＭの手前側にはセンタピンＣＰが一体的に取付けられている。同センタピンＣＰにはガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２のそれぞれ一端部が回動可能に取付けられている。一方、各ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の他端部にはサポートピンＳＰ１、ＳＰ２が回動可能に取付けられ、その各サポートピンＳＰ１、ＳＰ２は第２ガイド溝ＳＬ２により摺動可能にガイドされるようになっている。スライド部材ＳＭを第１ガイド溝ＳＬ１に沿って下降するとセンタピンＣＰも一緒にセンタラインＣＬに沿って下降し、鎖線で示すように、各ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２は当初の水平状態から徐々に傾斜していく。
【０００４】
この動作中、サポートピンＳＰ１，ＳＰ２の軸中心は第２ガイド溝ＳＬ２の水平方向の中心線ＨＬ上を互いに接近するように移動する。図１の下方に示す鎖線部分は、油圧シリンダＣＹＬのロッドＲＤの上端部に支持板ＰＬを介して設けられた当接片ｒｄ１が前記センタピンＣＰの外周に位置しているガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の一端部側の円弧状外周に当接していることを示す。
【０００５】
センタピンＣＰ、第１ガイド溝ＳＬ１、第２ガイド溝ＳＬ２は、それぞれ本発明における、第１軸部材、第１ガイド部材、第２ガイド部材に対応している。また、センタラインＣＬに対応する垂直方向、中心線ＨＬに対応する水平方向は、それぞれ本発明における第１の方向、第２の方向に対応している。さらに、前記油圧シリンダＣＹＬ、ロッドＲＤ、支持プレートＰＬ、当接片ｒｄ１は本発明における第２移動手段を構成している。
【０００６】
図２は、金属製中空棒状部材の曲げ装置の正面図である。同図２において、参照符号１０は、地面に固定されたベースフレームである。このベースフレーム１０には複数の支柱１２が立設固定され、その上端部に台１４が配置固定されている。この台１４上面にはベースプレート１６が固定されており、その上には下側金型を含む曲げ成形ユニット１８が搭載固定されている。参照符号８８は、後述されるように、エルボ素材を形成するための金属パイプの一側端面を押圧するための油圧シリンダユニットである。参照符号２０はガイドバー４４を案内するガイド部材であって、ベースプレート１６上に設けられている。
【０００７】
参照符号３０は前記ベースフレーム１０上に立設されたコラムであり、その上部にはヘッド３２が設けられ、同ヘッド３２にはラムシリンダ３４が取付けられている。このラムシリンダ３４には上下方向に進退するラム３６が設けられており、その下端部には保持プレート３８が固定されている。同保持プレート３８の下面側には上金型４０を固着した上金型保持体４２が取付けられている。
【０００８】
前記ガイドバー４４の上端は保持プレート３８に取付けられており、前記ラム３６の下降動作により、ガイドバー４４はガイド部材２０に設けられている穴へ挿入されガイドされる。前記ラムシリンダ３４、ラム３６、保持プレート３８は本発明における第１移動手段を構成している。さらに、参照符号２２、２４、２６、２８は、それぞれ図１におけるシリンダＣＹＬ、ロッドＲＤ、支持プレートＰＬ、当接部材ｒｄ１に対応しており、前述したように、これらは本発明における第２移動手段を構成している。
【０００９】
図３は、図２のＺ−Ｚ線矢視図であって、曲げ成形ユニット１８の平面視詳細を示す。同図３において、参照符号５０、５２は外側板、参照符号５４、５６は側板であって、それぞれベースプレート１６上面に立設固定されている。そして、これら外側板および側板で囲まれた矩形状の高さｈの空間が形成され、同空間内には中央部のＡ−Ａ線の上下にほぼ対称に構成された曲げ機構が収納されている。いま、この曲げ機構のＡ−Ａ線上方部分を説明すると、図３の外側板５０の内側にはプレート６０ａ、６０ｂが固定され、それらの中間部にはセンタピンＣＰが配置される。センタピンＣＰの軸方向（Ｂ−Ｂ線）中央部にはガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の一端部が回動可能に取付けられている。各ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の他端部側は通しピン６４ａ、６４ｂが貫通しており、同通しピン６４ａ、６４ｂの端部はプレート６０ａ、６０ｂの所定高さに形成された長穴６２ａ、６２ｂ内で水平方向にのみ移動可能に収納されている。なお、前記所定高さに形成された長穴６２ａ、６２ｂの水平方向とは、図１の水平ラインＨＬに対応し、通しピン６４ａ、６４ｂはそれぞれサポートピンＳＰ１、ＳＰ２に対応しているものである。
【００１０】
参照符号ＣＰ１はセンタピンＣＰの径小部であってその左、右側面部には垂直平面ＦＳが形成されている。参照符号６６ａ、６６ｂは前記径小部ＣＰ１の垂直平面に当接する垂直方向のガイド部材であり、同ガイド部材によりセンタピンＣＰは図の紙面垂直方向にガイドされるようになっている。参照符号６８はスナップリングでガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２との間に配置されたバネ７０の弾発力を受けセンタピンＣＰを図の上方へ付勢している。参照符号７２は、センタピンＣＰの径小部ＣＰ１の端面ＣＰ２と当接する摺動部材であって、その摺動面は垂直方向に形成され、焼き入れ等により摺動面が硬化されている。したがって、センタピンＣＰが紙面垂直方向で下方に移動されると、センタピンＣＰの他側端面ＣＰ３はＡ−Ａ線上に配置されているエルボ素材を形成するための金属製中空棒状部材ＰＭの一対の平行平面に当接した状態で当該平行平面の間隔を保持するようになっている。なお、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２が水平状態にあるとき、センタピンＣＰの軸中心と金属製中空棒状部材ＰＭの軸中心とは同一面で交差している。
【００１１】
参照符号８０ａ、８０ｂは、Ｂ−Ｂ線で区分された左右の側にそれぞれ配置され且つ、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の側面に固定された金型保持部材である。各金型保持部材８０ａ、８０ｂにはＡ−Ａ線に沿って下側の一対の半金型８２ａ、８２ｂが搭載固定されており、前述したガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２が水平状態にあるとき、両方の半金型は同一直線状に配列し単一の下側金型を形成している。
【００１２】
参照符号８４はＡ−Ａ線上に設けられたスペーサ、参照符号８６は金属製中空棒状部材ＰＭの左端面とスペーサ８４の間に配置された位置規制用の駒部材である。参照符号８８は油圧シリンダユニットであって、右側の半金型８２ｂを搭載している金型保持部材８０ｂに固定されそのピストンロッド左端には押駒部材９０が取付けられており、長さＬである金属製中空棒状部材ＰＭの右端面との間隔ΔＬを任意に調整することができるようになっている。その場合、ピストンロッドのストロークを間隔ΔＬより大きくすることにより、押駒部材９０で金属製中空棒状部材ＰＭの右端面を押圧することが可能である。
【００１３】
図３のＡ−Ａ線の下側についても上述した各構成部分が同様に配置されているが、それらの説明は重複するので省略する。
【００１４】
図４Ａは、図３のＡ−Ａ線断面に対応しており、その左側は、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２が水平状態であってセンタピンＣＰの中心と外周形状が円形のパイプ部材ＰＭ（本発明の金属製中空棒状部材に対応する）の中心が交差した状態で、同パイプ部材ＰＭが金型保持部材８０ａに固定された分割金型８２ａ上に搭載されている様子を示し、その右側は、センタピンＣＰが降下し、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２が水平状態から互いに傾斜し、所定角度例えば１１０度にパイプ部材ＰＭが曲げられて金型保持部材８０ｂに固定された半金型８２ｂ上にある状態を示す。
【００１５】
図４Ａにおいて、油圧シリンダユニット８８は金型保持部材８０ｂ上に固定された固定部材８８ａの一端側に取付けられたブラケット８８ｂにより固定保持されており、同固定部材８８ａの貫通孔を介して摺動可能に配置されたピストンロッド８８ｃの先端部には押駒部材９０が取付けられている。参照符号９２ａ、９２ｂは、金型保持部材８０ａ、８０ｂの内側外周面上に平面として形成されている当接部９６ａ、９６ｂと当接する傾斜面を有するストッパである。図の右側に示されるように、ストッパ９２ａ、９２ｂはベースプレート１６に固定して取付けられている。金型保持部材８０ａ、８０ｂの外周面は前記当接部９６ａ、９６ｂ以外の部分は円弧状に形成されており、その外側の円弧の中心はセンタピンＣＰの中心となるよう形成され、したがって、同外側の円弧部は側板５４、５６の内側面上にてころがり接触するようになっている。参照符号９４ａ、９４ｂは、前記外側の円弧部と当接する当接部材であって、それぞれ側板５４、５６に埋め込まれている。当接部材９４ａ、９４ｂは焼入れ等により表面が硬化されて形成されている。
【００１６】
この場合、当接部材９４ａ、９４ｂ上で金型保持部材８０ａ、８０ｂの外周面（円弧部）をころがり接触させるのは、図４のＱで示したパイプ部材ＰＭの外側部分がセンタピンＣＰの下降に伴い押し広げられるとき、金型保持部材８０ａ、８０ｂも互いに外側へ押し広げられ、その結果センタピンＣＰにはガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の回動部分を介してせん断力が作用するので、この作用を弱めてセンタピンＣＰを保護するため、ころがり接触面と垂直方向の力を側板５４、５６側で吸収するようにしている。もちろん、このセンタピンＣＰの剛性を大きくすることにより、前記せん断力（垂直方向の力）に耐えうるようにすることも可能である。
【００１７】
図４Ｂは、図３のＡ−Ａ線断面に対応しており、その左側は、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２が水平状態であってセンタピンＣＰの中心と外形が六角形状の金属製中空棒状部材ＰＭの中心が交差した状態で、金属製中空棒状部材ＰＭが金型保持部材８０ａに固定された分割金型８２ａ上に搭載されている様子を示し、その右側は、センタピンＣＰが降下し、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２が水平状態から互いに傾斜し、所定角度例えば１１０度に金属製中空棒状部材ＰＭが曲げられて金型保持部材８０ｂに固定された半金型８２ｂ上にある状態を示す。なお、図４Ｂの詳細部分は上述した図４Ａと同じなので、その説明は省略する。
【００１８】
図５Ａは、図３のＸ−Ｘ線矢視であって、同図の右側にて、センタピンＣＰを垂直方向に案内するガイド機構の詳細を示す。同図５Ａにおいて、外側板５０には、前述したように、摺動部材７２が収納固定されており、同摺動部材７２には図示のように、傾斜面ＤＬが形成されセンタピンＣＰの径小部ＣＰ１の端面ＣＰ２が当接している。センタピンＣＰの径小部ＣＰ１の側面は前述したように、垂直平面部ＦＳが両側に形成されており、ガイド部材６６ａ、６６ｂと当接している。参照符号Ｆａは、センタピンＣＰの外周上部で上金型４０（図２参照）に形成された第１接触面Ｆ１に当接する接触面である。図に示したセンタピンＣＰは最上部位置にあり、その中心軸は一対の下金型に搭載されたパイプ部材ＰＭの中心と同一高さになっている。
【００１９】
参照符号８８ｂは、前述した油圧シリンダユニット８８を固定保持するブラケットである。下方に鎖線で示したセンタピンＣＰの位置では前記傾斜面ＤＬによりセンタピンＣＰの左端面ＣＰ３は左方にｄ１だけ移動しておりパイプ部材ＰＭの側面を押圧している。センタピンＣＰの中央部分に回動可能に結合しているガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の一端部外周の下面側は円弧状に形成されており、同下面にはロッド２４に固定した支持プレート２６から立設された一方の当接部材２８ａの上端面が当接している。
【００２０】
図５Ｂは、図３のＸ−Ｘ線矢視であって、同図の右側にて、センタピンＣＰを垂直方向に案内するガイド機構の詳細を示す。同図５Ｂにおいて、外側板５０には、前述したように、摺動部材７２が収納固定されており、同摺動部材７２には図示のように、垂直面ＤＬが形成されセンタピンＣＰの径小部ＣＰ１の端面ＣＰ２が当接している。センタピンＣＰの径小部ＣＰ１の側面は前述したように、垂直平面部ＦＳが両側に形成されており、ガイド部材６６ａ、６６ｂと当接している。参照符号Ｆａは、センタピンＣＰの外周上部で上金型４０（図２参照）に形成された第１接触面Ｆ１に当接する接触面である。図に示したセンタピンＣＰは最上部位置にあり、その中心軸は一対の下金型に搭載された金属製中空棒状部材ＰＭの中心と同一高さになっている。
【００２１】
参照符号８８ｂは、前述した油圧シリンダユニット８８を固定保持するブラケットである。下方に鎖線で示したセンタピンＣＰの位置では前記垂直面ＤＬによりセンタピンＣＰの左端面ＣＰ３は左方にΔｄだけ移動しており金属製中空棒状部材ＰＭの側面と接触している。センタピンＣＰの中央部分に回動可能に結合しているガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の一端部外周の下面側は円弧状に形成されており、同下面にはロッド２４に固定した支持プレート２６から立設された一方の当接部材２８ａの上端面が当接している。
【００２２】
図６Ａは、上金型４０の詳細形状を示す図であって、（ａ）は図２の上金型４０を拡大して示し、（ｂ）は（ａ）のＹ方向から見た上金型４０の詳細形状を示す。同図６Ａの（ａ）において、参照符号１００ａ、１００ｂはパイプ部材ＰＭが曲げられエルボ素材として形成されたときにパイプ部材のほぼ上半分の外周面と接触する型部分である。また、参照符号Ｆ１はセンタピンＣＰの接触面に当接する第１接触面である。
【００２３】
さらに、同図６Ａの（ｂ）において、参照符号Ｆ１ａ、Ｆ１ｂは、図３に示されるように、パイプ部材ＰＭを挟んで対向して配置されているそれぞれのセンタピンＣＰの接触面Ｆａに当接する上金型４０の第１接触面である。
【００２４】
図６Ｂは、上金型４０の詳細形状を示す他の図であって、（ａ）は図２の上金型４０を拡大して示し、（ｂ）は（ａ）のＹ方向から見た上金型４０の詳細形状を示す。同図６Ｂの（ａ）において、参照符号１００ａ、１００ｂは金属製中空棒状部材ＰＭが曲げられエルボ素材として形成されたときに金属製中空棒状部材のほぼ上半分の外周面と接触する型部分である。また、参照符号Ｆ１はセンタピンＣＰの接触面に当接する第１接触面である。
【００２５】
さらに、同図６Ｂの（ｂ）において、参照符号Ｆ１ａ、Ｆ１ｂは、図３に示されるように、金属製中空棒状部材ＰＭを挟んで対向して配置されているそれぞれのセンタピンＣＰの接触面Ｆａに当接する上金型４０の第１接触面である。
【００２６】
図７は、エルボ素材の成形終了までのプロセスにおいて、金属製中空棒状部材ＰＭの曲げ力に対応するラムシリンダ３４の背圧Ｐ１、金属製中空棒状部材ＰＭの端面への押圧力に対応する高圧（最大３５０Ｋｇ／ｃｍ２）の油圧シリンダユニット８８の背圧Ｐ２および、ガイドプレートを介してセンタピンＣＰを下方から上方へ押し上げる油圧シリンダ２２の背圧Ｐ３のそれぞれの変化を縦軸に、その経過時間ｔを横軸で示したグラフである。
【００２７】
図７のグラフにおいて、時刻ｔ０では、金属製中空棒状部材ＰＭが２つの半金型からなる下金型に載置されている状態である。同グラフにおいて、ｔ１はラムシリンダ３４により上金型保持体４２が下降開始する時刻であり、ｔ２は上金型４０の第１接触面Ｆ１とセンタピンＣＰの接触面Ｆａ、Ｆｂが接触した時刻であり、ｔ３は金型保持部材８０ａ、８０ｂの外周当接部９６ａ、９６ｂがストッパ９２ａ、９２ｂの傾斜面に当接した時刻であり、ｔ４はその当接後所定時間（ΔＴ）上金型４０を押圧し続けた終了時刻であり、ｔ５は上金型４０の上昇開始時刻であり、ｔ６は上金型４０が上昇限位置に達し、その位置で停止状態（クランプ）となった時刻であり、ｔ７は上金型４０の上昇開始時刻ｔ５の後にセンタピンＣＰを上昇させるべく油圧シリンダ２２による当接部材２８ａ、２８ｂの上昇開始時刻であり、さらに、ｔ８はその上昇が終了し、一対の半金型が同一直線状に配列された状態となる時刻である。ここで、時刻ｔ７はｔ６より先行させることも可能である。
【００２８】
次に、金属製中空棒状部材ＰＭからエルボ素材を製造するプロセスについて説明する。
【００２９】
図２に示された曲げ装置のラムシリンダ３４は最大３０トンのプレス力を備えている。金属製中空棒状部材ＰＭは、図１０Ｂに示すように、予め材質がＳ４５Ｃ等で中実の線状鋼材を所定長さに切断し、深絞り加工により所定肉厚を有する所定長さの外周が円形の圧肉パイプ状に形成されたものを、外周形状が一対の平行平面を有するようフライス加工したものである。この金属製中空棒状部材ＰＭは、曲げ装置に隣接して配置された高周波加熱装置（図略）で約８００℃に加熱されている。この温度領域例えば７５０〜８００℃では、中空棒状部材としての形状を保持しているが外力を与えることにより、常温状態に比べきわめて容易に塑性変形を生じさせることができる。
【００３０】
図７において、時刻ｔ０で、予め加熱され、搬送手段により搬送された金属製中空棒状部材ＰＭが水平に配列した一対の半金型８２ａ、８２ｂに載置される。載置の直後に油圧シリンダユニット８８により金属製中空棒状部材ＰＭの一方の端面が押圧される。ここで、背圧Ｐ１の波形を参照すると、時刻ｔ１でラム３６の下降が開始され時刻ｔ２で上金型４０の第１接触面Ｆ１がセンタピンＣＰの対応接触面Ｆａに当接するとラムシリンダ３４の背圧Ｐ１は上昇しＰ１ａとなる。
【００３１】
この背圧Ｐ１ａに対応する上金型４０からセンタピンＣＰに与えられるプレス力は２〜５トン程度の範囲でほぼ一定のまま推移し、この間に、図５に示されるように、センタピンＣＰがガイド部材６６ａ、６６ｂによりガイドされながら降下する。センタピンＣＰの降下に伴い、ガイドプレートＧＰ１、ＧＰ２の他端部側は通しピン６４ａ、６４ｂの水平方向に制約された移動により徐々に傾斜するので、各ガイドプレート側面に固定されている下側の金型保持部材８０ａ、８０ｂも傾斜し、同時に下側の一対の半金型８２ａ、８２ｂも徐々に傾斜する。それにより半金型８２ａ、８２ｂは互いに傾斜しつつ離隔していく。
【００３２】
したがって、図４に示されるように、金属製中空棒状部材ＰＭも徐々に曲げられ、時刻ｔ３で金型保持部材８０ａ、８０ｂに形成されている当接部９６ａ、９６ｂがストッパ９２ａ、９２ｂに当接しその状態が時刻ｔ４まで保持される。このΔＴの間、ラムシリンダ３４はほぼ３０トンのプレス力に対応する最大の背圧Ｐ１ｂ状態で保持される。
【００３３】
次いで、時刻ｔ５で上金型４０は上昇し成形されたエルボ素材から離型して上昇限位置まで後退して時刻ｔ６で停止する。
【００３４】
一方、この間の、センタピンＣＰを上方向へ付勢する油圧シリンダ２２の背圧Ｐ３の波形を参照すると、時刻ｔ０〜ｔ２まではガイドプレート等を水平に保持している。時刻ｔ２になると、上金型４０がセンタピンＣＰに接触しガイドプレート一端部を介して当接部材２８ａ（図５参照）が下方向に押圧されるのでＰ３ａより大きいＰ３ｂに上昇し、時刻ｔ３まではラムシリンダ３４の背圧Ｐ１ａとの差がほぼ一定に保持される。時刻ｔ３では金型保持部材８０ａ、８０ｂが前記ストッパ９２ａ、９２ｂに当接するので背圧Ｐ３は一旦ゼロとされる。そして、時刻ｔ５の後の時刻ｔ７で再び油圧シリンダ２２を背圧Ｐ３ｃで起動し当接部材２８ａを上昇させて成形されたエルボ素材を載置したままセンタピンＣＰを上昇し、時刻ｔ８でガイドプレートＧＰ１，ＧＰ２を当初の水平状態に復帰させる。その後背圧Ｐ３は元のＰ３ａの状態になる。この場合、前述したように、時刻ｔ７はｔ６の後に限定されるものではない。
【００３５】
また、この間の、金属製中空棒状部材ＰＭの一方の端面を押圧する油圧シリンダユニット８８の背圧Ｐ２の波形を参照すると、前述したように、時刻ｔ０で、搬送手段によって、所定温度に加熱された金属製中空棒状部材ＰＭが水平に配列した一対の下金型８２ａ、８２ｂに載置されると、図３に示されるように、油圧シリンダユニット８８が起動し押駒部材９０が時刻ｔ０１で金属製中空棒状部材ＰＭの右端面に当接する。背圧Ｐ２は引き続き上昇し、時刻ｔ２ではＰ２ａとなりその後Ｐ２ａを保持して時刻ｔ３でＰ１ｂに対応してＰ２ｂと上昇し、時刻ｔ４でゼロとなり、その後は押駒部材９０が端面から離れ後退する。（ｔ４以後の波形は省略）なお、時刻ｔ２の後、波形Ｐ２’の如くＰ２ａより一旦低くすることも可能である。
【００３６】
なお、波形Ｐ２が時刻ｔ２に先行して立ち上がりＰ２ａとなっているのは、図４の参照符号Ｑで示されている金属製中空棒状部材ＰＭの曲げ部分の外側が、曲げに伴い肉厚が薄くなるのを補充するため予めパイプ端面を押圧することにより金属製中空棒状部材ＰＭの曲げ部分の内側にふくらみを形成するようにしている。
【００３７】
図８は、図３のＢ−Ｂ線断面の中で下金型上に載置された金属製中空棒状部材ＰＭと上金型４０およびセンタピンＣＰとの位置関係を示す図である。同図の参照符号Ｓは上金型４０の曲げ中心近傍に形成された塑性変形受容空隙であって、断面外周形が六角形状の金属製中空棒状部材ＰＭの上部が曲げ成形時に圧縮されるときにその塑性変形部分を受容する空間である。同図から分かるように、金属製中空棒状部材ＰＭ（外周が六角形）はその上端頂部から左右に伸びる辺があり、相対的には、外周が円形の場合よりもＳだけ断面が小さい。したがって、中空孔と上記各辺の間に存在する棒状部材の量もそれだけ少ないので、曲げ加工時、当該部分に作用する圧縮力によって生じる塑性変形では近傍の空間部分へと流動する量は比較的少なく、結果として、円形の中空孔を楕円状に塑性変形させることも少なくなる。上記の装置及び方法を用いることで軸方向に沿って両端部に開口する中空の略円形断面通路を有する金属製中空棒状部材を所定角度に曲げ成形加工することによりエルボ素材を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】国際公開第２００８／０６９２６９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
ところで、従来より、エルボ素材に対して、一方の開口部と他方の開口部の径が異なる径違いである製品のニーズがあった。これは、限られた領域で配管する場合や、最短の距離で配管する場合であって、連結すべき配管が常にすべて同一の径であるとは限らないからである。そのような状況では、径を変更する継手とエルボ継手を単一の継手で両機能を併せ持つことができれば、無駄な配管を防ぐことができる。この場合、図１４に示すように、Ｌ字形状の中実鋼材に対して、それぞれ、必要な口径のドリルで両者の端部から。それぞれ開口する。この場合、Ｌ字形状の交点は垂直に形成されるが切削に伴い切削屑が大量に発生する。
【００４０】
又、Ｌ字形状にエルボ素材の交点が近傍で乱流が発生し、コンダクタンスを低下させることとなる。コンダクタンスが低下した場合、配管に圧油を加えたとしても、反対側の端部に適切な圧力が印加されない原因となっていた。
【００４１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、塑性加工により金属棒状部材に大口径部と小口径部を形成することで切削屑の発生を大幅に回避する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
前記目的を達成するための、本発明による方法は、金属製の棒状部材に大口径通路部と小口径通路部を形成し、これを所定温度に加熱し、エルボ素材曲げ装置により所定角に曲げることにより径違い金属製エルボ素材を形成する。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば塑性加工により金属棒状部材に大口径部と小口径部を形成しているので切削屑の発生を大幅に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のトグル型リンク機構を説明する図である。
【図２】従来の曲げ装置全体の正面図である。
【図３】従来の曲げ装置に係る図２のＺ−Ｚ線矢視図であって、曲げ成形ユニットの平面視詳細を示す図である。
【図４Ａ】従来の曲げ装置に係る図３のＡ−Ａ線断面に対応しており、その左側には、パイプ部材が半金型上に載置されている状態を示し、その右側には、センタピンが降下してガイドプレートが水平状態から互いに傾斜し、所定角度にパイプ部材が曲げられて半金型上に載置されている状態を示す図である。
【図４Ｂ】従来の曲げ装置に係る図３のＡ−Ａ線断面に対応しており、その左側には、金属製中空棒状部材が半金型上に載置されている状態を示し、その右側には、センタピンが降下してガイドプレートが水平状態から互いに傾斜し、所定角度に金属製中空棒状部材が曲げられて半金型上に載置されている状態を示す図である。
【図５Ａ】従来の曲げ装置に係る図３のＸ−Ｘ線矢視図であって、その右側にはセンタピンを垂直方向に案内するガイド機構の詳細を示す。
【図５Ｂ】従来の曲げ装置に係る図３のＸ−Ｘ線矢視図の他の例であって、その右側にはセンタピンを垂直方向に案内するガイド機構の詳細を示す。
【図６Ａ】従来の曲げ装置に係る上金型の詳細形状を示す図であって、（ａ）は図２の上金型を拡大して示し、（ｂ）は（ａ）のＹ方向から見た上金型の詳細形状を示す。
【図６Ｂ】従来の曲げ装置に係る上金型の詳細形状を示す図の他の例であって、（ａ）は図２の上金型を拡大して示し、（ｂ）は（ａ）のＹ方向から見た上金型の詳細形状を示す。
【図７】従来の曲げ装置に係るエルボ素材の成形終了までのプロセスにおいて、金属製中空棒状部材の曲げ力に対応するラムシリンダの背圧、金属製中空棒状部材端面への押圧力に対応する高圧シリンダの背圧および、ガイドプレートを介してセンタピンを下方から上方へ押し上げる油圧シリンダの背圧の変化を縦軸に、その経過時間を横軸で示したグラフである。
【図８】従来の曲げ装置に係る図３のＢ−Ｂ線断面の中で下金型上に載置された金属製中空棒状部材と上金型およびセンタピンとの位置関係を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施例１に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例１に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１０Ａ】本発明の実施例２に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例２に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｄ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｅ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｆ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｇ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｈ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１１Ｉ】本発明の実施例３に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ａ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｄ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｅ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｆ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｇ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１２Ｈ】本発明の実施例４に係る金属製棒状部材１０２の軸方向に沿って切断した半割りエルボ素材の断面図である。
【図１３】本発明に係るエルボ素材から形成されたエルボの断面図である。
【図１４】従来のエルボの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の実施形態に係る好適な実施例としての径違いのエルボ素材を製造する場合について、以下に添付の図面を参照し詳細に説明する。
【００４６】
径違いエルボ素材を製造する為には、径違い金属製中空棒状部材を製造し、製造された径違い金属製中空棒状部材を、出願人らが提案するエルボ素材の製造装置に隣接する高周波加熱装置で加熱し、その後搬送手段により金属製中空棒状部材がエルボ素材の製造装置に水平に配列した一対の半金型に載置されることで曲げ加工される。そこで、本発明と従来技術との差である径違い金属製中空棒状部材の製造について複数の実施例を用いて説明する。
【００４７】
径違い金属製中空棒状部材の製造方法としては、全工程を切削加工により行う方法と、全工程の一部を切削加工により行い、残りの工程を塑性加工により行う方法と、全工程を塑性加工により行う方法が用いられる。
【実施例１】
【００４８】
本発明の実施例１について図９Ａと図９Ｂを用いて説明する。実施例１は、全工程を切削加工により行う方法である。
【００４９】
金属製棒状部材１０２は、金属製の半径ｒの中実棒状部材である。この金属製棒状部材１０２に対して、直径Ｄφの大口径孔部１０４を金属ドリルで開口する。ここで、金属ドリルの先端がテーパを有するため、大口径孔部１０４の底部にもテーパ１０６が形成される。このテーパ１０６と側壁とで形成される角部等をより滑らかにすれば、流体抵抗を削減できる。
【００５０】
続いて、図９Ｂに示すように金属製棒状部材１０２の底面１０８に半径ｄφの小口径孔部１１０を金属ドリルで開口する。以上のように形成することで全切削加工により径違い金属製中空棒状部材１０２を製造することができる。
【００５１】
ここで、エルボ素材における大口径孔部と小口径孔部の占める割合について検討すると、エルボ素材がエルボとして形成された際に、大口径孔部の軸方向の長さがエルボ曲がり部を跨ぐ（超える）長さとなるように形成されると、流体抵抗の高いエルボ曲がり部が大口径孔部で構成されることとなるので、エルボとしての流体抵抗を削減できる。径違い金属製中空棒状部材１０２を曲げ装置で曲げる場合は、誘導加熱装置で予め定められた温度に設定される。
【実施例２】
【００５２】
本発明の実施例２について図１０Ａと図１０Ｂを用いて説明する。実施例２は、全工程を塑性加工により行う方法である。図１０Ａが示すように、中実棒状部材１１２を鍛造で底のあるコップ状に製造加工する。コップの内径はＤφである。
【００５３】
続いて、図１０Ｂに示すように、底部１１４の中央に直径ｄφに渡って中実棒状部材１１２の上方または下方から打ち抜くことで、大口径孔部１１６と小口径孔部１１８を有する直線状の径違い金属製棒状部材１１２を形成することができる。本方法では切削加工が無いため、切削屑の発生は回避できる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３について図１１Ａ〜図１１Ｉを用いて説明する。実施例３もまた、全工程を塑性加工により行う方法である。
【００５５】
図１１Ａは、加工前の金属製棒状部材１２０の断面図である。
【００５６】
図１１Ｂは、金属製棒状部材１２０に直径がｄφである小口径孔部１２１を金型で打ち抜いて貫通させる。
【００５７】
図１１Ｃでは、２つの凸型で先端部の直径がｄφであり他端の直径がＤφである金型１２２、１２６をそれぞれ金属製棒状部材１２０の小口径孔１２１の上部と下部にその先端部を挿入する。
【００５８】
図１１Ｄでは、上側金型１２２を金属製棒状部材１２０に押し込み、塑性流動により直径Ｄφの大口径孔部１２５を形成する。塑性流動により押し出されたものの部分１２４により小口径１２１が封じられる。
【００５９】
図１１Ｅは、金型１２２、１２６を取り除いた状態である。金属製棒状部材１２０の上部に直径Ｄφの大口径孔部１２５が設けられ、下部に直径ｄφの小口径孔部１２１が設けられ、中間が部分１２４で塞がれている。
【００６０】
図１１Ｆは、外形がＤφであり内部にｄφの小口径孔部１３３が貫通している円筒金型１３２を大口径孔部１２５に挿入し固定する。一方で、小口径孔部１２１の開口側には、直径がｄφである金型１２８を準備する。
【００６１】
図１１Ｇでは、金型１２８により部分１２４を剪断加工により取り除く。部分１２４は、小口径孔部１３３内に押し出される。
【００６２】
図１１Ｈで部分１２４は完全に押し出され、金型１２８，１３２を取り除くことで、金属製棒状部材１２０に上部が大口径Ｄφである大口径孔部１２５と、下部が小口径ｄφである小口径孔部１２１とが連結する径違いに開口する直線状の径違い金属製棒状部材１２０が図１１Ｉに示すように形成される。
【実施例４】
【００６３】
径違い金属製棒状部材１２０を形成するさらなる方法について図１２Ａ〜図１２Ｈを用いて説明する。図１２Ａは、加工前の金属製棒状部材１２０に対して直径Ｄφの円筒形金型１４２を上部に配置している図である。
【００６４】
続いて図１２Ｂは、Ｄφの大口径孔部１４４が形成されている図である。加工中、金属製棒状部材１２０の素材が金型１４２によって塑性流動されて大口径孔部１４４が形成される。
【００６５】
次に図１２Ｃではｄφ口径の金型１４６を金属製棒状部材１２０の下端に配置させている。
【００６６】
さらに、図１２Ｄでは金型１４６で塑性流動によりｄφ小口径孔部１４８を開口させる。このとき大口径孔部１４４と貫通させない程度に開口する。金型１４６を金属製棒状部材１２０から外した状態が図１２Ｅである。
【００６７】
次に図１２Ｆにおいて、外径がＤφであり内側にｄφの小口径孔部１５４を有する円筒金型１５０を大口径孔１４４に挿入する。円筒金型１５０の長さは大口径孔１４４の長さに略等しい。一方で、小口径孔部１４８の開口側には、直径がｄφである金型１４６を準備する。
【００６８】
図１２Ｇでは、金型１４６により大口径孔部１４４と小口径孔部１４８に挟まれた部分１５２を剪断加工により取り除く。部分１５２は、小口径孔部１５４内に押し出される。
【００６９】
図１２Ｈでは、部分１５２は完全に押し出され、金型１４６，１５０を取り除くことで、金属製棒状部材１２０に上部が大口径Ｄφである大口径孔部１４４と、下部が小口径ｄφである小口径孔部１４８とが連結する径違いに開口する直線状の径違い金属製棒状部材１２０が形成される。
【００７０】
以上の通り、実施例１は、切削加工のみであり、実施例２，３、４は塑性加工のみであるとして説明した。この他に、切削加工と塑性加工を適宜組み合わせても径違い金属製中空棒状部材を製造可能である。その際、切削屑を可及的に少なくするよう切削部分を選択することが好ましい。
【００７１】
以上のように径違いの金属製中空棒状部材を生成し、エルボ素材の製造装置に隣接する高周波加熱装置で加熱し、その後搬送手段により金属製中空棒状部材がエルボ素材の製造装置に水平に配列した一対の半金型に載置されることで曲げ加工されて径違いエルボ素材を形成することができる。図１３は、上記エルボ素材から外周部等に締結用ネジ部Ｓが加工された径違いエルボの断面を示す。なお、本発明において塑性加工とは、曲げ、鍛造、塑性流動、剪断加工、打ち抜き等の用語を含むものとしている。又、以上の説明では大口径通路と小口径通路が貫通している場合を例示したが、本発明によるエルボ素材の製造方法はこれに限らない。例えば図１２Ｆで部分１５２を残したまま曲げ装置で所定角度に曲げた後の工程で部分１５２を切削加工により除去することもできる。
【００７２】
同様に段差の部分を滑らかに加工することを曲げ加工後に行うこともできる。
【００７３】
さらに、本発明によるエルボ素材とは、曲げ工程に提供される部材を意味しており、従って、棒状部材の通路が貫通している場合だけでなく、大口径通路部と小口径通路部との間が開口していない場合、（図１２Ｆ参照）も含むものとする。
【符号の説明】
【００７４】
１０      ベースフレーム
１２      支柱
１４      台
１６      ベースプレート
１８      曲げ成形ユニット
２０ａ、２０ｂ    ガイド部材
２２      油圧シリンダ
２４      ロッド
２６      支持板
２８ａ、２８ｂ    当接部材
３０      コラム
３２      ヘッド
３４      ラムシリンダ
３６      ラム
３８      保持プレート
４０      上金型
４２      上金型保持体
４４      ガイドバー
５０、５２        外側板
５４、５６        側板
６０ａ、６０ｂ    プレート
６２ａ、６２ｂ    長穴
６４ａ、６４ｂ    通しピン
６６ａ、６６ｂ    ガイド部材
６８      スナップリング
７０      バネ
７２      摺動部材
８０ａ、８０ｂ    金型保持部材
８２ａ、８２ｂ    半金型
８４      スペーサ
８６      駒部材
８８      油圧シリンダユニット
８８ａ    固定部材
８８ｂ    ブラケット
８８ｃ    ピストンロッド
９０      押駒部材
９２ａ、９２ｂ    ストッパ
９４ａ、９４ｂ    当接部材
９６ａ、９６ｂ    当接部
１００ａ、１００ｂ    型部分
１０２  金属製棒状部材
１０４  大口径孔部
１０６  テーパ
１１０  底面
１１２  中実棒状部材
１１４  底部の中央
１１６  大口径孔部
１１８  小口径孔部
１２０  金属製棒状部材
１２２  上側金型
１２４  リング状のもの
１２６  下側金型
１２８  金型
１３０  大口径孔部
１３２  ガイド
１３４、１３６  部位
ＣＰ      センタピン
ＣＰ１    径小部
ＣＰ２    端面
ＣＰ３    左端面
Ｆ１      第１接触面
Ｆａ      接触面
ＦＳ      垂直平面部
ＧＰ１、ＧＰ２      ガイドプレート
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３    背圧
ＰＭ      金属製中空棒状部材
Ｓ        塑性変形受容空隙
【図１】
2020146757.tif 000003
【図２】
2020146757.tif 000004
【図３】
2020146757.tif 000005
【図４Ａ】
2020146757.tif 000006
【図４Ｂ】
2020146757.tif 000007
【図５Ａ】
2020146757.tif 000008
【図５Ｂ】
2020146757.tif 000009
【図６Ａ】
2020146757.tif 000010
【図６Ｂ】
2020146757.tif 000011
【図７】
2020146757.tif 000012
【図８】
2020146757.tif 000013
【図９Ａ】
2020146757.tif 000014
【図９Ｂ】
2020146757.tif 000015
【図１０Ａ】
2020146757.tif 000016
【図１０Ｂ】
2020146757.tif 000017
【図１１Ａ】
2020146757.tif 000018
【図１１Ｂ】
2020146757.tif 000019
【図１１Ｃ】
2020146757.tif 000020
【図１１Ｄ】
2020146757.tif 000021
【図１１Ｅ】
2020146757.tif 000022
【図１１Ｆ】
2020146757.tif 000023
【図１１Ｇ】
2020146757.tif 000024
【図１１Ｈ】
2020146757.tif 000025
【図１１Ｉ】
2020146757.tif 000026
【図１２Ａ】
2020146757.tif 000027
【図１２Ｂ】
2020146757.tif 000028
【図１２Ｃ】
2020146757.tif 000029
【図１２Ｄ】
2020146757.tif 000030
【図１２Ｅ】
2020146757.tif 000031
【図１２Ｆ】
2020146757.tif 000032
【図１２Ｇ】
2020146757.tif 000033
【図１２Ｈ】
2020146757.tif 000034
【図１３】
2020146757.tif 000035
【図１４】
2020146757.tif 000036