(57)【要約】【課題】  付勢力制御に伴う不安定性を解消し、加工操作、設備構成が簡便となる金属パイプの曲げ加工装置を得ることを目的とするものである。【解決手段】  曲げ型２の軸と同軸で曲げ型２に固着された小径歯車１０、および把持台７に固着され小径歯車１０と噛合し曲げ型２の回転に伴って直線軸方向に移動する直線歯車１１を備え、小径歯車１０の径寸法Ｄは、曲げ型２のパイプ接面部１２の円弧の径寸法をｄとしたとき、Ｄ＝ｄで設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動する曲げ型に直線状の金属パイプを巻き付けることにより上記金属パイプを所定の曲げ内径で曲げる金属パイプの曲げ加工装置において、
上記曲げ型は、上記曲げ内径に相当する径を有する円弧状で、この円弧の周方向から見た断面が上記金属パイプの径に相当する径の半円形凹状に形成され上記金属パイプに当接可能なパイプ接面部を備え、上記円弧の中心を軸に回転駆動可能に構成されており、
更に、上記金属パイプの曲げ加工部前方を上記パイプ接面部の上記円弧周方向端部に押し当てた状態で、上記曲げ型との間で上記金属パイプを上記曲げ型に把持固定するクランプ台、上記金属パイプの曲げ加工部後方を把持固定し上記曲げ型の回転に基づく上記金属パイプの傾斜を阻止して曲げ加工前の直線軸方向の姿勢に保持する把持台、および上記曲げ型と把持台との上記直線軸方向の相対位置を制御する位置制御手段を備え、
上記位置制御手段は、曲げ加工を開始して、上記パイプ接面部の円弧への周方向巻き付け長がＬ１増大したとき、上記相対位置がＬ２＝ｋ・Ｌ１（ｋは定数）減少するよう、上記曲げ型および把持台の少なくとも一方を上記直線軸方向に移動制御することを特徴とする金属パイプの曲げ加工装置。
【請求項２】
曲げ加工時上記曲げ加工部の金属パイプ内部に挿入され曲げ加工に伴う金属パイプの扁平化を抑制する芯金を備えたことを特徴とする請求項１に記載の金属パイプの曲げ加工装置。
【請求項３】
上記定数ｋを、ｋ≧１の条件で設定することを特徴とする請求項１または２に記載の金属パイプの曲げ加工装置。
【請求項４】
上記曲げ型の回転軸を固定し、
上記位置制御手段は、上記回転軸と同軸で上記曲げ型に固着された円形歯車、および上記把持台に固着され上記円形歯車と噛合し上記曲げ型の回転に伴って上記直線軸方向に移動する直線歯車を備え、上記円形歯車の径寸法Ｄは、上記曲げ型のパイプ接面部の円弧の径寸法をｄとしたとき、Ｄ＝ｋ・ｄで設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属パイプの曲げ加工装置。
【請求項５】
上記曲げ型の回転軸を固定し、
上記位置制御手段は、上記曲げ型の回転量を検出する回転量検出器、この回転量検出器の出力に応じて上記把持台を上記直線軸方向に移動させる把持台移動装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属パイプの曲げ加工装置。
【請求項６】
上記曲げ型の回転速度は、曲げ加工開始直後の期間および曲げ加工終了直前の期間の速度が、上記両期間の間の速度より低くなるように設定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の金属パイプの曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄肉金属パイプをしわや扁平化がなく小半径で曲げる金属パイプの曲げ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属パイプの曲げ加工では、例えば、特許文献１に示されるように、曲げ力を制御して高精度な小半径曲げを実現していた。即ち、図５は、その回転引き曲げによるパイプ曲げ方法を示した図である。
金属パイプ１をクランプ台３で曲げ型２に押し付け把持している。曲げ型２は、軸４を中心に回転可能であり、曲げ加工後に得られる金属パイプ１の内周側曲げ寸法より僅かに小さい外径となる半円状形部を端部に備え、金属パイプ１をクランプ台３で把持して回転させることで曲げ型２に金属パイプ１を巻きつけて曲げ加工を行なう。そして、金属パイプ１の軸方向に移動可能な把持台７および把持台を駆動する加圧手段８を備え、曲げ型２を回転させるにつれて金属パイプ１を軸方向に押し出すことで金属パイプ１を曲げたときにパイプ断面が変形するのを抑制している。
【０００３】
ところで、金属パイプが更に薄肉化されると、上述した小半径曲げ方法でも扁平やしわ等の不整変形が発生する。そこで、特許文献１では、把持台７に加圧手段８に加え、金属パイプ１の端部を押し出す押し出し手段９を備え、加圧手段８の加圧力と押し出し手段９の押し出し力を曲げ型２の回転動作に応じて徐々に変化させることで、これら不整変形を抑制している。
また、金属パイプの小半径曲げでは、先端に屈曲可能な球６を備えた芯金５をパイプ内に挿入し、曲げ型を回転してパイプを曲げ型に巻きつけながら成形する回転引き曲げが一般的に行われている。パイプには曲げ加工時に曲げモーメントと軸方向の引張力が負荷されるが、芯金を挿入することでパイプの扁平を抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６７３４４号（第４、５頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来の金属パイプの小半径曲げ加工においては、パイプ内に芯金を挿入し、また、曲げ加工時にパイプ軸方向に付勢することでパイプの扁平化や不整変形を抑制している。
しかしながら、特に、付勢力を変化させるには曲げを行なうパイプの強度に応じて付勢力を最適化する必要があり、加工操作に高度な技量が要求され、その調整が困難になるという問題点があった。また、加圧手段、押し出し手段を必要とする設備構成も複雑になるという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、付勢力制御に伴う不安定性を解消し、加工操作、設備構成が簡便となる金属パイプの曲げ加工装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る金属パイプの曲げ加工装置は、回転駆動する曲げ型に直線状の金属パイプを巻き付けることにより金属パイプを所定の曲げ内径で曲げる金属パイプの曲げ加工装置において、
曲げ型は、曲げ内径に相当する径を有する円弧状で、この円弧の周方向から見た断面が金属パイプの径に相当する径の半円形凹状に形成され金属パイプに当接可能なパイプ接面部を備え、円弧の中心を軸に回転駆動可能に構成されており、
更に、金属パイプの曲げ加工部前方をパイプ接面部の円弧周方向端部に押し当てた状態で、曲げ型との間で金属パイプを曲げ型に把持固定するクランプ台、金属パイプの曲げ加工部後方を把持固定し曲げ型の回転に基づく金属パイプの傾斜を阻止して曲げ加工前の直線軸方向の姿勢に保持する把持台、および曲げ型と把持台との直線軸方向の相対位置を制御する位置制御手段を備え、
この位置制御手段は、曲げ加工を開始して、パイプ接面部の円弧への周方向巻き付け長がＬ１増大したとき、相対位置がＬ２＝ｋ・Ｌ１（ｋは定数）減少するよう、曲げ型および把持台の少なくとも一方を直線軸方向に移動制御するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は以上のように構成されているので、曲げ加工時、複雑で技量を要する付勢力制御を必要としないので、金属パイプの小半径曲げ加工が容易、確実、均質に処理され、また、設備構成も簡便となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。同図（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。図において、曲げ型２は、軸４を中心に、図示しない駆動源により回転駆動される。曲げ型２の下端には金属パイプ１に当接可能なパイプ接面部１２を備えている。このパイプ接面部１２の外周は、曲げ内径に相当する径、ここでは、仕上がり曲げ半径より僅かに小さい径を有する円弧状で、この円弧の周方向から見た断面が金属パイプ１の径に相当する径の半円形凹状に形成されている。曲げ型２には、更に、軸４と同軸で曲げ型２に固着された円形歯車である小径歯車１０が取り付けられている。そして、ここでは、小径歯車１０の径寸法（ピッチ円の寸法）を、曲げ型２の円弧の径寸法（詳しくは、パイプ接面部１２の半円形凹状の溝の底部の径寸法が該当する）と一致させている。
図１（ａ）は、曲げ加工工程の途中で、直線状の金属パイプ１を約９０度まで曲げた状態を示すが、クランプ台３は、金属パイプ１の曲げ加工部前方をパイプ接面部の円弧周方向端部に押し当てた状態で、曲げ型２との間で金属パイプ１を曲げ型２に把持固定する。
【０００９】
把持台７は、金属パイプ１の曲げ加工部後方を把持固定し曲げ型２の回転に基づく金属パイプ１の傾斜を阻止して曲げ加工前の直線軸方向の姿勢に保持するものである。金属パイプ１は、曲げにより外側、即ち、曲げ型２との接点を支点にして図の下方向（時計回り）に動こうとするが、把持台７がこの動きを規制するわけである。そして、この把持台７には、小径歯車１０と噛合し曲げ型２の回転に伴って金属パイプ１の直線軸方向に移動する直線歯車１１が固着されている。
そして、この発明では、小径歯車１０と直線歯車１１とで位置制御手段を構成する。
【００１０】
また、金属パイプ１の内部に金属パイプ１の内径より僅かに小さな外径の芯金５を挿入し、芯金５の先端部がパイプ曲げ加工部と一致するよう位置決め固定する。芯金５は、先端にヒンジ等の機構により屈曲可能な球６を備え、金属パイプ１を曲げたときに金属パイプ１内部の曲げ部外側に芯金５および球６が当たり、金属パイプ１の扁平化を抑制している。
【００１１】
次に、曲げ加工の動作について説明する。曲げ型２の軸４には金属パイプ１を巻きつける半円形凹状に形成されたパイプ接面部１２の円弧の径と同じピッチ円の小径歯車１０が、また、把持台７には小径歯車１０と噛合する直線歯車１１が固定されており、曲げ型２を駆動源により回転駆動すると、小径歯車１０と直線歯車１１とを介して曲げ型２の回転運動を直進運動に変換し、把持台７を金属パイプ１の直線軸方向へ駆動する。
ここで、パイプ接面部１２の円弧の径と小径歯車１０のピッチ円径が同じであるので、把持台７の移動量は、パイプ接面部１２の円弧への周方向巻き付け長の寸法と等しくなる。その結果、金属パイプ１の曲げ加工部内周側には圧縮力が発生せず、曲げ加工部外周側には曲げ加工に必要な最小の引張力のみが負荷されることになり、小半径曲げでもしわの発生を抑制することが可能となり、金属パイプの曲げ寸法が高精度で得られる。
特に、把持台７は、両歯車１０、１１を介して曲げ型２の回転に機械的に従動するだけであり、従来のように、不安定でその操作に技量を要する付勢力制御が不要となるので、均質な曲げ加工処理が容易確実に得られ、装置も簡便になるという効果がある。
【００１２】
なお、以上の説明では、小径歯車１０の径をＤ、パイプ接面部１２の円弧径をｄとしたとき、Ｄ＝ｄとしたが、定数ｋを用いて、Ｄ＝ｋ・ｄの関係が成立するよう、両者の径寸法を設定してもよい。上で説明した例は、この式で、ｋ＝１を採用した場合に相当する。
【００１３】
定数ｋは、金属パイプの材質、外径、肉厚、曲げ加工径の如何によって、最適な値を設定すればよいが、ｋ＜１の範囲では、曲げ型２による巻き付け長に対して把持台７の移動量が金属パイプ１の曲げ内周から外周に亘って小さくなる結果、曲げ加工時の金属パイプ１に掛かる引張力が全体として大きくなる。これに対し、ｋ＞１の範囲で設定すると、金属パイプ１の曲げ内周側では圧縮力が加わり、外周側に掛かる引張力が減少する傾向となり、曲げ内周側が座屈でしわが発生しない範囲では、適用しやすい。この点から、定数ｋとしては、実用的には、ｋ≧１の範囲で設定するのが望ましい。
【００１４】
更に、この形態例では、歯車１０、１１を用いて把持台７を駆動したが、回転運動を直線運動に変換し、回転量と直進量とを上式で示した比例関係に拘束された寸法で駆動させることができれば、例えば、リンク機構等を用いて同様の効果を得ることが出来る。
【００１５】
また、以上では、曲げ型２の軸４はその位置を固定し、両歯車１０、１１を介して、曲げ型２による金属パイプ１の巻き付け長だけ把持台７を図中、左方へ移動させるようにしたが、逆に、把持台７の位置を固定し、曲げ型２の軸４の位置を図中、右方へ移動することによっても同様の効果が得られる。
従って、本願発明で言う位置制御手段は、曲げ加工を開始して、パイプ接面部１２の円弧への周方向巻き付け長がＬ１増大したとき、曲げ型２と把持台７との直線軸方向の相対位置がＬ２＝ｋ・Ｌ１（ｋは、先の定数）減少するよう、曲げ型２および把持台７の少なくとも一方を直線軸方向に移動制御するものであればよい。
【００１６】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。図２において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するもので個々の説明は省略する。
先の実施の形態１では、位置制御手段を相互の機械的に組み合わされる小径歯車１０と直線歯車１１とで構成したが、この実施の形態２では、以下の、回転量検出器２０、および、把持台移動装置を構成する直動テーブル２１と直動用サーボモータとで構成している。
【００１７】
即ち、曲げ型２の軸４には回転角度を検出する回転量検出器２０が固定されている。また、把持台７には金属パイプ１の直線軸方向への付勢力を発生するとともに把持台７の移動を規制する直動テーブル２１が接続され、この直動テーブル２１は直動用サーボモータ２２により駆動可能となっている。
【００１８】
次に、曲げ加工の動作について説明する。金属パイプ１をクランプ台３で曲げ型２に位置決め固定し、曲げ型２を駆動源により回転駆動させ金属パイプ１を曲げる。このとき、軸４に取り付けられた回転量検出器２０により曲げ型２の回転量を測定し、測定した回転量から曲げ型２のパイプ接面部１２の円弧への周方向巻き付け長を算出し、算出された巻き付け長と同量の寸法だけ把持台７を直線軸方向（図中、左方）に移動させるよう直動用サーボモータ２２で位置制御する。これにより金属パイプ曲げ加工において、把持台７の移動量を自在に制御することが可能となり、より高精度な曲げ寸法の金属パイプを得ることができる。
【００１９】
先の実施の形態１では、金属パイプの種別等により、そこで説明した定数ｋ＝Ｌ２／Ｌ１を変更するには、歯車１０、１１自体を取り替える必要があったが、この実施の形態２においては、例えば、直動用サーボモータ２２内の制御装置における演算回路の定数を変更するのみで可能となり、装置の利便性が向上する。
なお、把持台７の駆動源としてはサーボモータに限らず、位置制御可能なアクチュエータで、例えば、パルスモータであっても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３における金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。図３において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものでここの説明は省略する。
先の実施の形態１と異なるのは、曲げ型２を回転駆動する回転用サーボモータ３０を設け、曲げ型２の回転速度を自由に設定可能とした点である。
【００２１】
次に、この回転用サーボモータ３０による速度制御の要領について説明する。
把持台７によるパイプ送り機構がある場合では、曲げ型２との連動機構の有無に関係なく、金属パイプ１は、把持台７により直線軸方向へ押される。従って、曲げ速度が速い場合、把持台７の運動量は大きくなりその慣性力によりパイプ外側は、図４に示すように（下方の左向きの矢印参照）動こうとする。ところが、曲げ型２の回転に伴い、パイプ内側では本動作とは逆方向に移動しようとする（図４の右上向きの矢印参照）ため、曲げ型２と金属パイプ１との間に隙間が生じ、さらに直線軸方向に進むと曲げ型２による曲げモーメントによる座屈でしわが発生することになる。
【００２２】
これを抑制するために、速度制御可能な回転用サーボモータ３０を使用し、曲げ型２の回転速度を、曲げ加工開始直後の期間および曲げ加工終了直前の期間の速度が、両期間の間の速度より低くなるように設定する。曲げ加工の全工程で低速とすると、生産性が悪い、また、動作中にスリップスティックが発生するといった問題があり得策でない。
なお、回転用サーボモータ３０は、速度制御可能なアクチュエータで、例えば、パルスモータであっても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
以上のように、この発明において、曲げ加工時、曲げ加工部の金属パイプ内部に挿入され曲げ加工に伴う金属パイプの扁平化を抑制する芯金を備えたものでは、金属パイプの扁平化が確実に抑制される。
【００２４】
また、定数ｋを、ｋ≧１の条件で設定するものでは、曲げ加工時、金属パイプ曲げ内周側に引張力が掛かることはない。
【００２５】
また、曲げ型の回転軸を固定し、位置制御手段は、回転軸と同軸で曲げ型に固着された円形歯車、および把持台に固着され円形歯車と噛合し曲げ型の回転に伴って直線軸方向に移動する直線歯車を備え、円形歯車の径寸法Ｄは、曲げ型のパイプ接面部の円弧の径寸法をｄとしたとき、Ｄ＝ｋ・ｄで設定するものでは、曲げ型の回転による金属パイプの巻き付け長に対して要求される把持台の移動動作が、両歯車の連結のみの簡便な機構で確実に実行される。
【００２６】
また、曲げ型の回転軸を固定し、位置制御手段は、曲げ型の回転量を検出する回転量検出器、この回転量検出器の出力に応じて把持台を直線軸方向に移動させる把持台移動装置を備えたものでは、設定する定数ｋの変更を容易になし得る。
【００２７】
また、曲げ型の回転速度は、曲げ加工開始直後の期間および曲げ加工終了直前の期間の速度が、両期間の間の速度より低くなるように設定するものでは、曲げ加工の生産性をほとんど低下させることなく、しわの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１における金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態２における金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態３における金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。
【図４】金属パイプの曲げ加工部でしわが発生する現象を説明するための図である。
【図５】従来の金属パイプの曲げ加工装置の構成およびその曲げ加工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  金属パイプ、２  曲げ型、３  クランプ台、４  軸、５  芯金、７  把持台、
１０  小径歯車、１１  直線歯車、１２  パイプ接面部、２０  回転量検出器、
２１  直動テーブル、２２  直動用サーボモータ、３０  回転用サーボモータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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