(57)【要約】【課題】  曲げ加工に伴う応力アンバランスが不整変形につながらないようにして、曲げ半径比に係る従来の制約を払拭することのできる金属管の熱間曲げ加工方法及び装置を提供すること。【解決手段】  曲げ加工される金属管１の先端側は中心軸１２を中心に旋回する曲げアーム１４の前方クランプ装置１５で把持され、金属管１の後端側は加熱冷却装置１６の後方に配置された推進装置１８の後方クランプ装置２１で把持され、加熱冷却装置１６で加熱、冷却される金属管１を推進装置１８で前進させて曲げアーム１４の旋回で曲げ加工する作業を、両クランプ装置１５，２１で金属管１を弾性的縮径が生じる締め代を以て締め付けて行い、この締め付けにより、曲げモーメントの印加に伴って管中心の軌跡と直交する面内に生じる扁平化応力が軽減された状態で金属管１の曲げ加工を行う。【選択図】  図３
2006326667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の管軸方向の短区間を加熱冷却装置の前段の加熱装置で誘導加熱により環状に赤熱させながら、前記加熱冷却装置の後方に配置された推進装置による前記金属管の該加熱冷却装置に対する管軸方向の前進と軸心旋回する曲げアームで該金属管の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって該金属管に曲げモーメントを印加することで前記赤熱させた短区間を曲げ変形させて行く過程と、該過程にて曲げ変形を終えた部位を前記加熱冷却装置の後段の冷却装置で追随的に冷却することで前記曲げ変形させた形状を固定する過程と、を以て構成される曲げ加工の微分動作を、該金属管の前記前進により該金属管の後端側へ順次進めて前記金属管の所望区間に曲げ加工を施す金属管の熱間曲げ加工方法において、
前記金属管の前記推進装置への取付けのために該推進装置に配設されている後方クランプ装置と該金属管の前記曲げアームへの取付けのために該曲げアームに配設されている前方クランプ装置とによって夫々行う前記金属管の把持を、該金属管に対して管横断面内の曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け形態で且つ該金属管に弾性的縮径が生じる締め代を以て該金属管を締め付けて行い、この締め付け把持状態で前記曲げ加工を進める、ことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記後方クランプ装置を前記推進装置の最先端に配設し、該後方クランプ装置による前記金属管の把持を、前記金属管の曲げ加工の終了時における該後方クランプ装置の位置が前記金属管の後端部と前記加熱冷却装置との間の前記金属管の後端部よりも前記加熱冷却装置に近い位置となるように把持位置を設定して行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記曲げアームの旋回速度（ｄθ/ｄｔ）を曲げ加工開始段階における漸増過程を経て一定値に到達させることにより、前記推進装置によって推進される前記金属管の前記加熱冷却装置に対する相対前進速度（ｄｓ/ｄｔ）の前記曲げアームの旋回速度（ｄθ/ｄｔ）との比率（ｄｓ/ｄθ）を、曲げ加工開始段階における漸減過程を経て一定値に到達させることで、前記曲げ加工を、その開始段階にて曲げ半径が前記曲げアームの有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径よりも大きい半径からこの定常曲げ半径へと変化するグラデイション曲げ加工とすることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項４】
請求項３に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記加熱冷却装置と前記推進装置と前記曲げアームとを動作させて行う前記曲げ加工の開始に先立って、前記加熱冷却装置の初期位置を、該加熱冷却装置による最高昇温部が前記曲げアームの旋回軸心を通って前記金属管の管軸と直交する垂線の該管軸との交点位置となるように定めた該加熱冷却装置の定常位置よりも前記金属管の先端側に偏倚させた位置としておき、次いで該加熱冷却装置を該定常位置に向かって移動させながら、該加熱冷却装置の加熱装置だけを動作させて前記金属管の加熱を開始し、この後、前記定常位置までの途中位置から減速を開始して該定常位置に到達させるとともに、該減速の開始から該定常位置への到達までの動作と同期させて前記推進装置と前記曲げアームとに前記曲げ加工の開始から前記比率（ｄｓ/ｄθ）の一定値への到達までの動作を行わせることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記曲げアームによって前記金属管の先端側に前記推進装置の推進力と逆方向の外力を作用させることにより、前記金属管の曲げ加工を、該金属管に管軸方向の圧縮荷重を加えながら行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の呼称管径をＤとし、前記曲げアームの有効旋回半径による前記金属管の定常曲げ半径をＲ０としたとき、前記金属管の曲げ加工をＲ０≦１．５Ｄの範囲で行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
【請求項７】
曲げ加工される金属管の短区間を誘導加熱するための誘導コイルが前段に配され、且つ後段には、該誘導コイルで加熱された前記金属管の加熱部を追随的に冷却するための冷却装置が配された、前記金属管の前記短区間を囲繞して配設される環状の加熱冷却装置と、該加熱冷却装置の後方にて前記金属管の後端側を把持する後方クランプ装置が最先端に配された、前記金属管を管軸方向に前進させるための推進装置と、前記加熱冷却装置の前側領域にて前記金属管の先端側を把持する前方クランプ装置が一端側に配され且つ他端側には前記加熱冷却装置の定常位置から前記金属管の管軸と直交する方向に離間して位置する旋回軸心が設けられた、前記金属管の先端側の進路を弧状に規制するための曲げアームと、を備えた金属管の熱間曲げ加工装置において、
前記後方クランプ装置と前記前方クランプ装置とが、これらの装置による前記金属管の把持を、該金属管の管横断面内に曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け荷重を加えて行う構造となっている、ことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工装置。
【請求項８】
請求項７に記載の金属管の熱間曲げ加工装置において、前記後方クランプ装置と前記前方クランプ装置とのうち、少なくとも前記前方のクランプ装置は前記金属管を把持する２個のクランプ部材を有しており、これらのクランプ部材のうちの一方のクランプ部材は固定クランプ部材であり、他方のクランプ部材は、該固定クランプ部材に対して回動中心軸を中心に回動自在となっている回動クランプ部材であり、該回動クランプ部材は前記回動中心軸を中心に回動することで前記固定クランプ部材と共同して金属管を把持し、前記回動中心軸は前記金属管の前記曲げ平面と直交する径線に対して傾斜した径線上に位置していることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管を曲げ加工するための方法及び装置に係り、例えば、丸形鋼管や角形鋼管を熱間曲げ加工する際に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
直管を曲げ加工して曲り管にする高周波曲げ加工が高品質曲り管製造法の主流となっている。同法によれば直管と同材質の曲り管が得られる。また、直管の一部分に所望曲げ半径の曲り部を形成することも容易である。
【０００３】
直管状の金属管に熱間曲げ加工によって曲管部を形成するための従来技術として、下記の特許文献１が知られている。高周波誘導加熱を利用して熱間曲げ加工を行うこの特許文献１の装置は、曲げ加工される金属管の短区間を誘導加熱するための誘導コイルが前段に配され、且つ後段には、該誘導コイルで加熱された金属管の加熱部を追随的に冷却するための冷却装置が配された、金属管の前記短区間を囲繞して配設される環状の加熱冷却装置と、該加熱冷却装置の後方にて金属管の後端側を把持する後方クランプ装置が最先端に配された、金属管を管軸方向に前進させるための推進装置と、前記加熱冷却装置の前側領域にて金属管の先端側を把持する前方クランプ装置が一端側に配され且つ他端側には前記加熱冷却装置の定常位置から金属管の管軸と直交する方向に離間して位置する旋回軸心が設けられた、金属管の先端側の進路を弧状に規制するための曲げアームと、を備えている。
【０００４】
また、この装置によって金属管の熱間曲げ加工を行うためには、先ず、金属管の両端部を上記２個のクランプ装置で把持し、次いで、金属管の管軸方向の短区間を加熱冷却装置の前段の加熱装置で誘導加熱により環状に赤熱させながら、加熱冷却装置の後方に配置された推進装置による金属管の加熱冷却装置に対する管軸方向の前進と軸心旋回する曲げアームで金属管の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって金属管に曲げモーメントを印加することで前記赤熱させた短区間を曲げ変形させて行く過程と、該過程にて曲げ変形を終えた部位を加熱冷却装置の後段の冷却装置で追随的に冷却することで前記曲げ変形させた形状を固定する過程と、を以て構成される曲げ加工の微分動作を、金属管の前記前進により金属管の後端側へ順次進めて金属管の所望区間に曲げ加工を施すことにより、金属管の管軸方向の所望区間を曲げ加工された曲管部とするようにしている。
【０００５】
また、下記の特許文献２及び３には、金属管に管軸方向の圧縮荷重を加えながら金属管を熱間曲げ加工する装置が示されている。
【特許文献１】特公昭５４−３０９１５号公報
【特許文献２】特開昭５４−８１５４号公報
【特許文献３】特開昭５４−１１２７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
船内などの狭いスペースの配管には、場所をとらない小Ｒの曲り管がよいので、従来技術における曲げ加工下限である１．５〜３ＤＲ（曲げ半径Ｒの呼称管径Ｄとの比が１．５〜３）の曲り管が多用されてきたが、昨今の要請は１〜１．５ＤＲといった極小レベルに及んできている。図１９と、図１９のＳ２０−Ｓ２０線断面図である図２０は、呼称管径Ｄ、半径ｒの金属管を曲げ半径Ｒで曲げ加工したときを示しており、Ｃは圧縮側を、Ｔは引張側を夫々示し、また、Ｎ−Ｎ’は圧縮側Ｃと引張側Ｔの境界である中立位置を示している。
【０００７】
高周波曲げ加工は、直管を塑性加工して曲り管を得る技術であるから、Ｔ側（曲げ外側）では減肉（肉厚の減少）が、α＝Ｒ／（Ｒ＋ｒ）＝２Ｒ／（２Ｒ＋Ｄ）の減肉比で起り、Ｃ側（曲げ内側）では増肉（肉厚の増加）が、β＝Ｒ／（Ｒ−ｒ）＝２Ｒ／（２Ｒ−Ｄ）の増肉比で起る。なお、これらの式は、管軸方向の応力による偏差を無視した近似値である。
【０００８】
管軸方向の圧縮や引張りを加えない単純曲げ方式で１〜５ＤＲ（即ちＲ＝１〜５D）の曲げ加工を行った場合、上記α、βは次の表１のようになる。
【０００９】
【表１】
2006326667.tif 000003
Ｔ側の減肉は、素管の肉厚マージン（+公差）によって補われることもあるが、それを当てにすることはできない。一方、どの程度までの減肉ならば通用するかと言うと、鋼管に関するＪＩＳ（日本工業規格）の寸法公差である−12.5%、すなわちα=0.875が一つの目安となる。そして、上記表１に見る通り、単純な曲げ加工では３ＤＲ以下の小Ｒ曲げ加工において、この目安は満たされない。
【００１０】
ついては、上記問題を解決する技術である「圧縮曲げ」が、前述の「１．５〜３ＤＲ曲げ時代」から行われてきた。圧縮曲げに関する開示は数多いが、その一例として、前述した特許文献２及び特許文献３にて開示された手法を挙げることができる。これらの手法にあっては、前述の高周波曲げ加工を、金属管に対して後方から推進力を加えると同時に、この推進力に対抗する逆推進力を金属管の前方から加えながら曲げ加工を進めている。因みに、上記開示技術における逆推進力の印加はシリンダによって行われている。
【００１１】
圧縮曲げを行うことで、Ｔ側、Ｃ側に共通の圧縮比が掛算される結果、表１のＴ側の減肉比αとＣ側の増肉比βは、例えば、次の表２のα’、β’の値に変る。
【００１２】
【表２】
2006326667.tif 000004
即ち、曲げ加工に伴うＴ側の減肉起因の肉厚不足の問題は圧縮曲げによって解決されることになり、事実、１．５〜３ＤＲの範囲の小Ｒ曲げ加工では既に好調な実績を挙げてきた。
【００１３】
しかしながら、１〜１．５ＤＲの範囲の極小Ｒ曲げ加工になると新たな問題が生じた。それは、曲げモーメントの更なる増大に伴う、管横断面（管中心の軌跡に直交する面）の扁平変形やＣ側（曲げ内側）管肉の蛇腹変形といった不整変形の増大であり、このような問題は、１〜１．５ＤＲの範囲の極小Ｒ曲げ加工におけるＣ側の増肉比が上記表１及び表２に見るように、単純曲げでも１．５〜２、圧縮曲げでは２〜３という高い値となることにも現れている。即ち、Ｃ側の圧縮変形は曲げモーメントによってＣ側にもたらされる圧縮軸力で駆動されたものであるから、本来Ｃ側には座屈の要因が潜んでいるところへ、上記圧縮軸力ならびにこれに直交する管横断面内の応力や変形性のＴ−Ｃ方向アンバランスとその変動が、上記曲げモーメントの増大や圧縮曲げによる高い増肉比に対応した高いレベルで生じるところとなって、Ｃ側が極めて座屈しやすくなり、その結果、蛇腹変形が増大する。そして、上記要因は当然ながら曲げモーメントの反作用として生ずる扁平変形をも増大させるものであり、これらの蛇腹変形と扁平変形の両不整変形の増大が曲げ加工品の外観や性能に不具合をもたらすということになる。
【００１４】
上記管軸直交面内の応力や変形性のアンバランスのうち、特に上記の蛇腹変形につながりやすいものとして、（１）曲げモーメントの反作用として生じる管横断面内Ｔ−Ｃ方向の圧縮応力とこれに伴う管体の扁平変形に起因するＣ側の内外面間の応力アンバランス、（２）Ｃ側の圧縮軸力によってもたらされる据込増肉に伴う管内外面への管肉膨出量のアンバランスと、このアンバランスに由来する未加工直管部からの管肉立上り角度の管内外面アンバランス、（３）Ｃ側の圧縮軸力に反力として対抗する変形抵抗の管内外面温度アンバランスによって生じるＴ−Ｃ方向応力、（４）曲げ加工開始部のＣ側における非加工対象直管部からの増肉膨出立上り角度の管内外面アンバランス（（１）〜（３）アンバランスの引き金ともなる）、等のアンバランスを挙げることができる。そして、これらのアンバランス自体が本質的に安定したものではなく、そのことがまた、アンバランスを助長する。
【００１５】
以上説明したように、金属管の熱間曲げ加工にあっては、管体に印加された曲げモーメントの反作用として、管体の曲げ外側（Ｔ側）と曲げ内側（Ｃ側）とに生じる応力に種々な形でのＴ−Ｃ間アンバランスが生じ、それらに起因して扁平変形やＣ側の蛇腹変形といった不整変形が管体に生じる。そして、上記応力アンバランス、延いては上記不整変形が、曲げ半径比すなわち曲げ半径Ｒの呼称管外径Ｄとの比Ｒ／Ｄが小となるほど生じやすい傾向にあること、更には、曲げ加工に伴うＴ側の減肉を軽減させるべく圧縮曲げ加工を採用した場合、曲げ半径比が小であるほど所要圧縮量が大となって不整変形が生じやすくなるという傾向が上乗せされることが、曲げ半径比の可能範囲をＲ／Ｄ≦１．５という範囲にまで拡張した曲げ加工の実現を妨げてきた。
【００１６】
ついては、曲げ加工に伴う上記管横断面内応力ひいては上記アンバランスが上記不整変形につながらないようにして、曲げ半径比に係る従来の制約を払拭することのできる曲げ加工技術の提供が課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る金属管の熱間曲げ加工方法は、金属管の管軸方向の短区間を加熱冷却装置の前段の加熱装置で誘導加熱により環状に赤熱させながら、前記加熱冷却装置の後方に配置された推進装置による前記金属管の該加熱冷却装置に対する管軸方向の前進と軸心旋回する曲げアームで該金属管の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって該金属管に曲げモーメントを印加することで前記赤熱させた短区間を曲げ変形させて行く過程と、該過程にて曲げ変形を終えた部位を前記加熱冷却装置の後段の冷却装置で追随的に冷却することで前記曲げ変形させた形状を固定する過程と、を以て構成される曲げ加工の微分動作を、該金属管の前記前進により該金属管の後端側へ順次進めて前記金属管の所望区間に曲げ加工を施す金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の前記推進装置への取付けのために該推進装置に配設されている後方クランプ装置と該金属管の前記曲げアームへの取付けのために該曲げアームに配設されている前方クランプ装置とによって夫々行う前記金属管の把持を、該金属管に対して管横断面内の曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け形態で且つ該金属管に弾性的縮径が生じる締め代を以て該金属管を締め付けて行い、この締め付け把持状態で前記曲げ加工を進める、ことを特徴とするものである。
【００１８】
上記本発明構成によれば、曲げ加工に伴う管体の不整変形すなわち管横断面の扁平変形やＣ側管肉の蛇腹変形が大幅に軽減されるという改善がもたらされて前記課題が解決される。上記改善がもたらされる理由については次のように推定される。
【００１９】
＜扁平変形の軽減について＞
扁平変形は、曲げ加工に際して管体に加えられる曲げモーメントに随伴して管横断面内に生じる応力（以下、説明の便宜上「扁平化応力」と呼ぶ）の面内異方性に起因する。この扁平化応力は、図１に示すように、管横断面内の、曲げ平面と直交するＮ−Ｎ’方位には引張応力σＮ−Ｎ’＝ｐ１、曲げ平面と平行するＴ−Ｃ方位には圧縮応力σＴ−Ｃ＝−ｐ2（なお、ここでの表記は、説明の便宜のために、ｐｉは圧力ディメンションの正の値であり、+ｐｉは引張モード、−ｐｉは圧縮モードを表すものとする）が生じるという、｛σＮ−Ｎ’，σＴ−Ｃ｝＝｛ｐ1，−ｐ2｝モードの面内異方性を有しており、この異方性が扁平変形をもたらしている。また、上記扁平化応力が生じる区間は、曲げモーメントの作用区間に対応して、管体のうちの後方クランプ装置から前方クランプ装置までの間に位置する区間の全域に亘っている。
【００２０】
本発明構成にあっては、図２に示すように、上記締め付け形態に（これの実施形態については後述する）おけるＮ−Ｎ’方位の圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’＝−ｐ3の印加（ｐ3＞ｐ1）により、扁平化応力のＮ−Ｎ’方位成分が前記ｐ1（引張応力）から−ｐ3（圧縮応力）に転換される。また、上記圧縮荷重印加の反作用として管体に生じるＴ−Ｃ方位の拡径作用が、クランプ装置による締め付けで阻止されて、管体はクランプ部材の内周面からＴ−Ｃ方位の圧縮反力ｗＴ−Ｃ＝−ｐ4を受けることで、扁平化応力のＴ−Ｃ方位成分が前記−ｐ2（圧縮応力）から−ｐ4（同じく圧縮応力）に変化する。ここで、上記−ｐ4の強さは、クランプ部材の締め付け時のふところ深さ寸法に左右されるから、この寸法設定の微調整あるいは締め付けストロークの微調整によって加減できる。ついては、この圧縮反力−ｐ4を、たとえば−ｐ4≒−ｐ3に設定することで、扁平化応力の面内異方性｛σＮ−Ｎ’,σＴ−Ｃ｝が、前記｛ｐ1，−ｐ2｝という典型的な異方性モードから上記の｛−ｐ3，−ｐ4≒−ｐ3｝という略等方的なモードへと大幅軽減された状態となる。そして、この状態で曲げ加工を進めれば、曲げ変形に必要な曲げモーメントが印加されているにも拘らず、これに伴って生じる扁平化応力の面内異方性は大幅軽減しているから、この異方性を生因とする扁平変形の少ない曲げ加工が行えるものと考えられる。
【００２１】
なお、クランプ部にて管体に加えられるＮ−Ｎ’方位の圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’ ＝−ｐ3ならびに管体に加わるＴ−Ｃ方位の圧縮反力ｗＴ−Ｃ＝−ｐ4は夫々が両クランプ部間を占めて位置する非加熱状態の管体を経由して曲げ変形部まで弾性的に伝播し、ここでも扁平化応力の異方性を軽減する働らきをする。但し、上記伝播の距離に応じて力が弱まるから、これを補うように上記｛−ｐ3，−ｐ4｝値を設定し、あるいは、伝播の効率を高める処置を講じることが望ましい。因みに、前記弾性的縮径を生じさせる管体の締め付けも、上記伝播効率の高位確保に有効である。何故なら、上記締め付けによって管体がクランプ部材と力学的に一体化された状況が生じ、クランプ部材は前記推進装置による推進力や曲げモーメントの印加に必要な高剛性を本来与えられているから、上記の力学的一体化によって管体に実効的な断面剛性の向上がもたらされ、上記圧縮荷重や圧縮反力の伝播が、断面変形を生じにくくなっている管体を経由して効率よく且つ安定的に実現するということである。
【００２２】
ここで、上記弾性的縮径を生じさせる締め付けの度合については実験的に、０．０１〜０．０８％の縮径率となる締め付けが好適であると判断された。これは、０．０１％未満では上述した扁平変形防止効果が有益なレベルで得られず、また、０．０８％を超えると、曲げ製品の価値を減じる塑性変形起因のクランプ痕を生じる恐れが増すからである。
【００２３】
＜蛇腹変形の軽減について＞
蛇腹変形の軽減には、上記締め付け把持による扁平化応力の異方性の軽減（延いては、曲げ加工中の管体の真円度の向上）に伴う、前述した曲げ加工の際の各種のＴ−Ｃ方位応力・変形のアンバランスの軽減が先ず奏効する。加えて、締め付け把持によってもたらされる上記の管横断面剛性の実効的向上により、蛇腹変形を起動する管肉の座屈変形に対する抵抗性が大幅に高められることが更なる作用効果をもたらすものと考えられる。
【００２４】
以上の本発明において、後方クランプ装置を前記推進装置の最先端に配設し、該後方クランプ装置による金属管の把持を、金属管の曲げ加工の終了時における後方クランプ装置の位置が金属管の後端部と前記加熱冷却装置との間の金属管の後端部よりも前記加熱冷却装置に近い位置となるように把持位置を設定して行うことにより、後方クランプ装置から曲げ変形部までの距離が短くなって、上記の逆扁平化応力の曲げ変形部への伝播あるいは金属管の見掛け剛性の向上が効率よく実現される結果、扁平変形の軽減や蛇腹変形の発生の抑制を一層確実に行える。
【００２５】
また、前記曲げアームの旋回速度（ｄθ/ｄｔ）を曲げ加工開始段階における漸増過程を経て一定値に到達させることにより、前記推進装置によって推進される金属管の加熱冷却装置に対する相対前進速度（ｄｓ/ｄｔ）の曲げアームの旋回速度（ｄθ/ｄｔ）との比率（ｄｓ/ｄθ）、すなわち曲げ変形の実績曲率半径を、曲げ加工開始段階における漸減過程を経て一定値に到達させることで、曲げ加工を、その開始段階にて曲げ半径が曲げアームの有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径よりも大きい半径からこの定常曲げ半径へと変化するグラデイション曲げ加工としてもよい。
【００２６】
これによると、曲げ加工開始段階での曲げ半径は、曲げアームの有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径よりも大きい半径から該定常曲げ半径へと変化するため、曲げ加工開始部のＣ側における非加工対象直管部からの増肉膨出の立上りを、急激な段差状ではなく、スロープ状にできることとなり、Ｃ側での蛇腹変形の発生の抑制を、その発生の初動要因を管軸方向に分散緩和させて一層有効に行えることになる。
【００２７】
さらに、加熱冷却装置と推進装置と曲げアームとを動作させて行う曲げ加工の開始に先立って、加熱冷却装置の初期位置を、加熱冷却装置による最高昇温部が曲げアームの旋回軸心を通って金属管の管軸と直交する垂線の該管軸との交点位置となるように定めた加熱冷却装置の定常位置よりも金属管の先端側に偏倚させた位置としておき、次いで加熱冷却装置を定常位置に向かって移動させながら、加熱冷却装置の加熱装置だけを動作させて金属管の加熱を開始し、この後、定常位置までの途中位置から減速を開始して定常位置に到達させるとともに、該減速の開始から定常位置への到達までの動作と同期させて推進装置と曲げアームとに曲げ加工の開始から前記比率（ｄｓ/ｄθ）の一定値への到達までの動作を行わせるようにしてもよい。
【００２８】
これによると、曲げ加工が開始される前に、上記定常位置に向かって移動する加熱冷却装置の加熱装置で金属管の曲げ加工開始部は加熱されるため、該曲げ加工開始部の加熱温度を金属管の肉厚方向に渡って均一化した状態で曲げ加工を開始でき、このため、この加熱温度が金属管の内外で相違する場合に生ずる不整変形の発生を防止して金属管を曲げ加工できることになる。
【００２９】
また、曲げアームによって金属管の先端側に前記推進装置の推進力と逆方向の外力を作用させることにより、金属管の曲げ加工を、該金属管に管軸方向の圧縮荷重を加えながら行うようにしてもよい。
【００３０】
この圧縮曲げ加工によると、金属管のＣ側とＴ側の境界である中立位置をＴ側へ移行させることができるため、曲げ加工に伴って減肉する該Ｔ側の減肉量を圧縮分だけ少なくでき、該Ｔ側の肉厚不足を解消することができる。
【００３１】
以上に説明した金属管の熱間曲げ加工方法は、金属管の呼称管径をＤとし、曲げアームの有効旋回半径による金属管の定常曲げ半径をＲ０としたとき、金属管の曲げ加工をＲ０≦１．５Ｄという極小Ｒの範囲で実施する場合に特に有効となる。これは、Ｒ０≦１．５Ｄという極小Ｒの曲げにおいて扁平変形と蛇腹変形の問題が隘路となっており、本発明はこれを解決するものであることに加えて、上記極小Ｒ曲げにおいては前方クランプ装置から曲げ変形部までの距離が短く、ひいては後方クランプ装置から曲げ変形部までの距離も短くできて、曲げ変形部への前記圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’ならびに圧縮反力ｗＴ−Ｃの弾性的伝播の効率が高位になるからである。
【００３２】
しかし、本発明に係る金属管の熱間曲げ加工方法は、１．５Ｄ＜Ｒ０の範囲でも勿論実施することができる。
【００３３】
本発明に係る金属管の熱間曲げ加工装置は、曲げ加工される金属管の短区間を誘導加熱するための誘導コイルが前段に配され、且つ後段には、該誘導コイルで加熱された前記金属管の加熱部を追随的に冷却するための冷却装置が配された、前記金属管の前記短区間を囲繞して配設される環状の加熱冷却装置と、該加熱冷却装置の後方にて前記金属管の後端側を把持する後方クランプ装置が最先端に配された、前記金属管を管軸方向に前進させるための推進装置と、前記加熱冷却装置の前側領域にて前記金属管の先端側を把持する前方クランプ装置が一端側に配され且つ他端側には前記加熱冷却装置の定常位置から前記金属管の管軸と直交する方向に離間して位置する旋回軸心が設けられた、前記金属管の先端側の進路を弧状に規制するための曲げアームと、を備えた金属管の熱間曲げ加工装置において、前記後方クランプ装置と前記前方クランプ装置とが、これらの装置による前記金属管の把持を、該金属管の管横断面内に曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け荷重を加えて行う構造となっている、ことを特徴とするものである。
【００３４】
この装置によると、上記異方性を持たせた締め付け力による締め付け形態で且つ弾性的縮径が生じる締め代を以て金属管を締め付けることができるため、前述した金属管の熱間曲げ加工方法を実行することができる。
【００３５】
この装置の前方クランプ装置と後方クランプ装置は、上述のように金属管を締め付け把持できる構造になっていれば、任意な構造のものでよい。その一例は、後方クランプ装置と前方クランプ装置とのうち、少なくとも前方のクランプ装置を、金属管を把持する２個のクランプ部材を有するものとし、これらのクランプ部材のうちの一方のクランプ部材を固定クランプ部材とし、他方のクランプ部材を、該固定クランプ部材に対して回動中心軸を中心に回動自在となっている回動クランプ部材とし、該回動クランプ部材を、回動中心軸を中心に回動することで固定クランプ部材と共同して金属管を把持させることができるようにし、該回動中心軸を、金属管の曲げ平面と直交する径線に対して傾斜した径線上に位置させることである。
【００３６】
この構造によると、前記圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’と圧縮縮反力ｗＴ−Ｃを生じさせる締め付け形態と、前記弾性的縮径を生じさせるための締め付け力とが共に確保された締め付けを、簡単に且つ効率よく行うことができ、更には、曲げ加工に供する金属管の前方クランプ装置への取り付けも容易となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によると、１．５ＤＲ以下の極小Ｒ曲げ加工についても、圧縮曲げを含めて、管横断面の扁平変形や曲げ内側での蛇腹変形を抑制して行えることとなって、曲げ半径比に係る従来の制約を払拭することができるという効果を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る装置の全体平面図であり、該図３において、機台１１には中心軸１２が立設され、該中心軸１２を中心に歯車１３が回動自在となっており、曲げアーム１４も該中心軸１２を中心に旋回自在であり、該曲げアーム１４は歯車１３と結合されているため、曲げアーム１４と歯車１３は一体に旋回する。曲げアーム１４の中心軸１２側とは反対の端部側には、曲げ加工される金属管１の先端側を把持する前方クランプ装置１５が配設されており、また、曲げ加工に供される金属管１を囲繞する形で環状の加熱冷却装置１６が配設されている。該加熱冷却装置１６は、前段側、即ち前方クランプ装置１５側の加熱装置１６Ａと、後段側の冷却装置１６Ｂとからなり、加熱装置１６Ａは、加熱装置１６Ａに囲繞されている金属管１の短区間を誘導加熱するための高周波電流が通電される誘導コイルを有するものであり、冷却装置１６Ｂは、加熱装置１６Ａで赤熱温度まで加熱された金属管１の加熱部を追随的に冷却するためのもので、該加熱部に冷却水を噴射するための噴射手段を有する。
【００３９】
加熱冷却装置１６は、サーボモータ等の駆動源１７Ａで駆動される送り装置１７に連結され、該送り装置１７を構成する送りねじ軸等の送り作用で加熱冷却装置１６は、金属管１の管軸Ａの方向へ前進、後進する。
【００４０】
加熱冷却装置１６の後方には、金属管１を管軸Ａの方向に前進させるための推進装置１８が配置されており、該推進装置１８は、金属管１の両側の油圧シリンダ１９と、これらの油圧シリンダ１９の加熱冷却装置１６側に向いているピストンロッド１９Ａの先端が連結された推進部材２０とを有する。推進装置１８の加熱冷却装置１６に近い最先端部材となっている該推進部材２０に、金属管１の後端側を把持するための後方クランプ装置２１が配設されている。油圧シリンダ１９及び推進部材２０は、前記機台１１上に設置されたガイド部材２２の上に配置されており、図３のＳ４−Ｓ４線断面図である図４で示されているように、該ガイド部材２２には、推進部材２０を金属管１の管軸Ａの方向に案内する案内部２２Ａが設けられている。
【００４１】
図３で示されているように、前述した前方クランプ装置１５は、加熱冷却装置１６の前側領域に位置している曲げアーム１４の一端側に配設されており、金属管１の後端側を後方クランプ装置２１で推進装置１８に取付けた後、前方クランプ装置１５で金属管１の先端側を曲げアーム１４に取付けて油圧シリンダ１９のピストンロッド１９Ａを伸び動作させると、ガイド部材２２の案内部２２Ａで案内移動される推進部材２０によって金属管１は加熱冷却装置１６に対して前進するとともに、該金属管１の先端側の進路は、曲げアーム１４の他端側に設けられている中心軸１２を中心とする該曲げアーム１４の旋回によって弧状に規制されることになり、加熱冷却装置１６の加熱装置１６Ａで赤熱温度まで前記短区間が加熱された金属管１に上記前進と上記進路規制とによって生ずる曲げモーメントが印加されることにより、該短区間は曲げ変形されるようになっている。
【００４２】
また、図３で示されているように、中心軸１２を中心に回動自在な前記歯車１３には、油圧シリンダ２３のピストンロッド２３Ａに連結されたラック部材２４が噛合しており、油圧シリンダ２３はサーボバルブ装置で制御され、歯車１３と一体に旋回する曲げアーム１４の中心軸１２を中心とする旋回速度は、推進装置１８による金属管１の前進速度に対応して制御される油圧シリンダ２３のピストンロッド２３Ａの動作速度に応じた速度となる。
【００４３】
なお、前記機台１１には、曲げアーム１４が図３で示されている初期位置よりも推進装置１８側へ旋回するのを防止するためのストップ部材２５が設けられている。
【００４４】
推進装置１８に配設されている前記後方クランプ装置２１は、図４で示されているように、四角枠状に形成された推進部材２０の内部下側に固定配置された固定クランプ部材３１と、推進部材２０の内部上側に上下スライド自在に組み込まれたスライドクランプ部材３２と、推進部材２０の上面に取り付けられ、スライドクランプ部材３２を上下動させる油圧シリンダ３３とを有する。金属管１と両クランプ部材３１，３２のみを示している図６のとおり、両クランプ部材３１，３２には、図示した間隙δ１を残して金属管１にぴったり嵌合させることのできる寸法となっている半円形の凹部３１Ａ，３２Ａが形成され、スライドクランプ部材３２が油圧シリンダ３３で下動することにより、金属管１はこれらの凹部３１Ａ，３２Ａで把持される。
【００４５】
両クランプ部材３１，３２で金属管１を把持させたときには、この把持は、金属管１に、該金属管１の管径に対する凹部３１Ａ，３２Ａの上下深さに応じた弾性的縮径が生ずる締め代を以て行われ、即ち、図２で説明したように、金属管１のＮ−Ｎ’方位は弾性的縮径（前記０．０１〜０．０８％目安）を生じさせる圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’を加える形で行われる。この圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’の印加の反作用として、管体はＴ−Ｃ方向に拡径しようとするが、この反作用は、前述のように金属管１にぴったり篏合するように作られた両クランプ部材３１，３２の凹部３１Ａ、３２Ａによる受け止めにより阻止されて、拡径の進展の代りに両クランプ部材３１、３２からＴ−Ｃ方向の圧縮反力が管体に加わる。そして、この圧縮反力ｗＴ−Ｃは、上記Ｎ−Ｎ’方位の圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’に応じた強さで生じるから、上記ｗＮ−Ｎ’の強さを上記目安の弾性的縮径を生じさせる範囲内で調整することにより、上記圧縮反力ｗＴ−Ｃをも上記目安の弾性的縮径を生じる強さに調整できることとなる。その結果金属管１は、Ｎ−Ｎ’方位にもＴ−Ｃ方位にも同程度の強さの圧縮応力が生じることとなり、扁平変形をもたらす扁平化応力の管横断面内異方性が、全方位に圧縮応力が生じている略等方的な状態に改善されて上記異方性起因の扁平変形が大幅に軽減される。
【００４６】
次に、曲げアーム１４に配設されている前記前方クランプ装置１５は、図３のＳ５−Ｓ５線断面図である図５で示されているように、曲げアーム１４に固定されている固定クランプ部材３４と、該固定クランプ部材３４に対して回動中心軸３５を中心に回動自在となっている回動クランプ部材３６と、固定クランプ部材３４の立上部３４Ｂに金属管１の曲げ平面と平行する向きで取り付けられ、回動クランプ部材３６を回動中心軸３５を中心に回動させる油圧シリンダ３７とを有する。回動中心軸３５は金属管１の曲げ平面と直交する径線Ｂ上に配置されておらず、該径線Ｂに対して金属管１の中心から金属管１のＣ側（曲げ側）に図示θの角度だけ傾斜した径線Ｄ上に配置されている。
【００４７】
金属管１と両クランプ部材３４，３６のみを示している図７のとおり、固定クランプ部材３４と回動クランプ部材３６にも半円形の凹部３４Ａ，３６Ａが形成され、これらの凹部３４Ａ，３６Ａは、回動中心軸３５とは反対側に位置している図示した間隙δ２を残して金属管１にぴったり嵌合させることのできる寸法となっているため、回動クランプ部材３６が油圧シリンダ３７のピストンロッド３７Ａで押圧されて回動中心軸３５を中心に固定クランプ部材３４側へ回動することにより、金属管１はこれらの凹部３４Ａ，３６Ａで把持される。このようにして金属管１が把持されたときには、図８で示すように、てこの原理によって回動クランプ部材３６は、金属管１をＮ−Ｎ’方位にΔＶ＝Ｄ（１−cosθ）／２のストローク（Ｄは金属管１の外径）で締め付けを加えることとなって、このΔＶによって金属管１のＮ−Ｎ’方位には金属管１の圧縮弾性率等に応じた図２の圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’が加わり、この圧縮荷重印加の反作用として、図４、図６のクランプ部材３１，３２の場合と同様に、Ｔ−Ｃ方位の図２の圧縮反力ｗＴ−Ｃがクランプ部材３４，３６によって生じ、これにより、前記後方クランプ装置２１と同じ全周圧縮モードでの締め付け把持が実現する。
【００４８】
そして、これらのクランプ部材３４、３５による金属管１の弾性的縮径の締め付け把持についても、径線Ｂに対する径線Ｄの傾き角度θや金属管１の管径に対する凹部３４Ａ，３６Ａの深さの設定により、Ｎ−Ｎ’方位の圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’の調整も、Ｔ−Ｃ方位の圧縮反力ｗＴ−Ｃの調整も、図４、図６のクランプ３１、３２部材の場合と同様に行うことができる。
【００４９】
上述の例では、クランプ部材３１，３２あるいは３４，３６として一体構造品を用いる形態を示したが、これらのクランプ部材として寄せ木細工構造品（たとえばオーバーサイズの本体部分と、金属管１にぴったり嵌合するライナー部分とをキー溝で組み合わせた構造のもの）を用いる形態としてもよい。この形態は、曲げ加工に供される金属管の外径寸法が多岐に亘る場合の対応策として有用である。
【００５０】
また、上記クランプ部材のＴ−Ｃ側凹部深さ等の微調整手段として金属管１と上記クランプ部材との間に適宜厚さの金属薄板片（いわゆるシム）を噛み込ませる形態も有用であり、特に、圧縮荷重ｗＮ−Ｎ’と圧縮縮反力ｗＴ−Ｃの比率を微調整したい場合において然りである。
【００５１】
上記寄せ木細工方式及びシム挿入手法は共にクランプ部材の形式を選ばずに適用できるが、特に適用しやすいのは、Ｔ側あるいはＣ側の凹部が一本の軌跡で形成されている図５、図７のクランプ部材３４，３６の形式のものである。
【００５２】
図９〜図１２は、前述した送り装置１７や、油圧シリンダ１９のサーボバルブ装置、加熱冷却装置１６、前方クランプ装置１５、後方クランプ装置２１等を動作させて行う金属管１の曲げ加工を、その作業の順番にしたがって示した図であり、これらの送り装置１７等の動作による金属管１の曲げ加工は、コンピュータに記録されたプログラムによって以下のように行われる。
【００５３】
図９で示されているように、曲げ加工の開始前における加熱冷却装置１６の初期位置Ｅは、曲げアーム１４の中心軸１２による旋回軸心Ｆを通って金属管１の管軸Ａと直交する垂線Ｇの管軸Ａとの交点位置Ｈを以て定めた加熱冷却装置１６の定常位置Ｉよりも金属管１の先端側に偏倚させた位置となっている。この後、加熱冷却装置１６は定常位置Ｉに向かって移動しながら加熱装置１６Ａだけを動作させて金属管１の加熱を開始し、定常位置Ｉまでの途中位置から加熱冷却装置１６は減速を開始して定常位置Ｉに到達する。そして、後述する図１３の説明で分かるように、この減速が始まると、推進装置１８による金属管１の前進と曲げアーム１４の中心軸１２を中心とした旋回とによる金属管１の曲げ加工が開始される。
【００５４】
図１０〜図１２で示されている該曲げ加工では、金属管１の管軸Ａの方向の短区間が加熱冷却装置１６の加熱装置１６Ａによる誘導加熱によって環状に赤熱温度まで加熱され、推進装置１８による金属管１の加熱冷却装置１６に対する管軸Ａ方向の前進と中心軸１２を中心に軸心旋回する曲げアーム１４で金属管１の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって金属管１に曲げモーメントが印加されることになり、このように金属管１に曲げモーメントが印加されることで、金属管１の赤熱温度まで加熱された前記短区間が曲げ変形され、そして、曲げ変形を終えた部分が加熱後に加熱冷却装置１６の冷却装置１６Ｂで追随的に冷却されることで、曲げ変形した部分はその曲げ変形した形状に固定化され、このようにして金属管１の管軸Ａの方向の短区間が形状固定された曲げ変形部となる微分動作が行われることになり、この微分動作が金属管１の前記前進で金属管１の後端側へ順次進められることにより、金属管１の所望区間は曲げ加工されることになる。
【００５５】
図１３は、以上の曲げ加工における金属管１の移動速度Ｊと加熱冷却装置１６の移動速度Ｋの変化を示すタイムチャートであり、このタイムチャートには、金属管１の移動速度Ｊとの対比のために、図３で示した油圧シリンダ２３のピストンロッド２３Ａの動作速度で設定される曲げアーム１４の中心軸１２を中心とする旋回速度Ｌ（ｄθ/ｄｔ）も示されている。また、図１３の速度を表す縦軸において、＋（プラス）は図３及び図９〜図１２における右側への前進速度を示し、−（マイナス）は図３及び図９〜図１２における左側への後進速度を示す。
【００５６】
図１３の横軸における時間ｔ１は図８で示されているときであり、この時間ｔ１のときの加熱冷却装置１６の初期位置Ｅは、前述したように、前記定常位置Ｉよりも金属管１の先端側に偏倚した位置となっている。この後、加熱冷却装置１６は、図１３の速度Ｋで示されているように、一定速度で後進し、この後進速度は時間ｔ２から減少して時間ｔ３においてゼロ、即ち加熱冷却装置１６は停止状態になり、この時間ｔ３において、加熱冷却装置１６は定常位置Ｉに達している。そして、該加熱冷却装置１６は時間ｔ４まで定常位置Ｉに停止しており、次いで、加熱冷却装置１６は時間ｔ４から時間ｔ５まで速度を増加させながら後進する。時間ｔ５のときの状態が図１２で示されている。一方、推進装置１８による金属管１の前進は時間ｔ１から時間ｔ２まで行われず、該金属管１の前進は時間ｔ２から開始され、この前進速度は、図１３の速度Ｊで示すように、時間ｔ３まで増加する。この後、金属管１は時間ｔ３から時間ｔ４まで一定速度で前進し、このときの状態が図１０及び図１１で示されており、金属管１の前進速度は時間ｔ４から減少して時間ｔ５においてゼロとなる。
【００５７】
以上の時間ｔ１から時間ｔ５までにおいて、金属管１の加熱冷却装置１６に対する相対速度（即ち速度差Ｊ−Ｋ＝ｄｓ／ｄｔ）は常に一定値であり、このため、加熱冷却装置１６の加熱装置１６Ａから金属管１へ入力される熱量は、金属管１の単位長さ当たり一定量となっており、これにより、金属管１は均一加熱されるようになっている。
【００５８】
ところで金属管１が上述したように曲げ加工されると、曲げ加工されて塑性変形する曲げ変形部は、金属管１への前記曲げモーメントの印加に伴って管中心の軌跡と直交する管横断面内に生じる扁平化応力により、図１４のＭで示されているように、Ｎ−Ｎ’方向に長径化して扁平変形しようとする。
【００５９】
しかし、本実施形態に係る装置では、金属管１の曲げ加工は、金属管１の先端側が前方クランプ装置１５で、金属管１の後端側が後方クランプ装置２１で夫々把持されて行われ、これらの把持は、前述したように、金属管１に弾性的縮径が生ずる締め代を以て行われるとともに、該締め付け形態は、金属管１に曲げ加工の曲げ平面と直交する方位Ｎ−Ｎ’の圧縮荷重を加え、且つ曲げ平面と平行するＴ−Ｃ方位の金属管１の拡径を阻止する締め付け形態となっている。そして、上記方位Ｎ−Ｎ’の圧縮荷重と、その反作用であるＴ−Ｃ方位の拡径が上記締め付け形態により阻止されることで金属管１に加わるＴ−Ｃ方位の圧縮反力とは、曲げ加工中の金属管１の曲げ変形部に弾性的に伝達されることになり、これによって該曲げ変形部の扁平化応力の管横断面内異方性が軽減され、扁平変形等の不整変形が軽減されることになる。
【００６０】
その結果、たとえば、図１４のＭのように扁平変形しようとする金属管１の扁平程度を、図１４のＰの程度に軽減することが可能となる。また、Ｃ側での蛇腹変形の発生を抑えて金属管１を曲げ加工でき、また、金属管１の呼称管径をＤとし、曲げアーム１４の有効旋回半径による金属管１の定常曲げ半径をＲ０（図１２を参照）としたとき、金属管１の曲げ加工をＲ０≦１．５Ｄの範囲で、より具体的には、１＜Ｒ０≦１．５Ｄの範囲で行うことも可能となる。
【００６１】
また、本実施形態では、図１２で示されているように、後方クランプ装置２１は前記推進装置１８の最先端に配設されており、これにより、金属管１の曲げ加工の終了時における後方クランプ装置２１の位置が、金属管１の後端部と加熱冷却装置１６との間の金属管１の後端部よりも加熱冷却装置１６に近い位置となるように設定されているため、後方クランプ装置２１の把持位置から前記曲げ変形部までの距離が短くなって、曲げ変形部へのＮ−Ｎ’方位の圧縮荷重やＴ−Ｃ方位の圧縮反力の伝達を一層有効的に行うことができ、扁平変形やＣ側での蛇腹変形の発生の抑制を一層確実に行える。
【００６２】
また、本実施形態では、図１３で示されている曲げアーム１４の旋回速度Ｌのうち、時間ｔ２と時間ｔ３との間における旋回速度（ｄθ/ｄｔ）は、Ｌ１で示されているように、時間に対してほぼ比例的に増加しており、この例では図３で示された油圧シリンダ２３のピストンロッド２３Ａの動作速度が前述したサーボバルブ装置で制御されることにより、曲げ加工開始段階となっている時間ｔ２から時間ｔ３までの曲げアーム１４の旋回速度（ｄθ/ｄｔ）は、漸増過程を経て一定値に到達している。このため、推進装置１８による金属管１の加熱冷却装置１６に対する相対前進速度（Ｊ−Ｋ＝ｄｓ/ｄｔ）と曲げアーム１４の旋回速度（Ｌ＝ｄθ/ｄｔ）との比率（ｄｓ/ｄθ）、言い換えると曲げ半径Ｒは、時間ｔ２と時間ｔ３との間の漸減過程を経て一定値に到達している。
【００６３】
図１５のＱは、時間に対する金属管１の曲げ半径Ｒの変化を示している。上述のように、金属管１の加熱冷却装置１６に対する相対前進速度（Ｊ−Ｋ＝ｄｓ/ｄｔ）と曲げアーム１４の旋回速度（Ｌ＝ｄθ/ｄｔ）との比率（ｄｓ/ｄθ）が変化すると、図１５のＱのうちのＱ１部分に示すように、時間ｔ２と時間ｔ３との間の金属管１の曲げ加工開始段階において、曲げ半径Ｒが、曲げアーム１４の有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径Ｒ０よりも大きい半径からこの定常曲げ半径Ｒ０へと変化するグラデイション（ぼかし）曲げ加工が実現されることになる。
【００６４】
このグラデイション曲げ加工によると、図１６で示されているとおり、金属管１の曲げ加工開始部１ＡのＣ側における金属管先端側の非加工対象直管部１Ｂからの管内外の増肉膨出の立上りを急激な段差状ではなく、スロープ状とすることができ、これにより、曲げ加工開始部１ＡのＣ側での蛇腹変形の発生の抑制をさらに一層有効に行えることになる。
【００６５】
さらに、本実施形態では、前述したように、図１３の時間ｔ２からの金属管１の曲げ加工の開始に先立って、加熱冷却装置１６の初期位置Ｅを定常位置Ｉよりも金属管１の先端側に偏倚させた位置としておき、次いで、加熱冷却装置１６を定常位置Ｉに向かって移動させながら、加熱冷却装置１６の加熱装置１６Ａだけを動作させて金属管１の加熱を開始するため、上記グラデイション曲げ加工及び定常曲げ半径Ｒ０による定常曲げ加工が開始される前に、上記曲げ加工開始部１Ａの加熱温度を金属管１の肉厚方向に渡って均一化しておくことができる。これにより、金属管１のＣ側の増肉による管肉の膨出が管内側と管外側で均一化されることで前記管内外へのスロープ状の立上り角度（図１６のＳ１とＳ２）が略同等となって、上記蛇腹変形の発生が更に確実に抑制される。
【００６６】
また、本実施形態では、図１３で示されている曲げアーム１４の旋回速度Ｌのうち、時間ｔ４と時間ｔ５との間における旋回速度（ｄθ/ｄｔ）も、Ｌ２で示されているように、時間に対してほぼ比例的に減少しており、ここでも前記油圧シリンダ２３のピストンロッド２３Ａの動作速度が前述したサーボバルブ装置で制御されることにより、曲げ加工終了段階となっている時間ｔ４から時間ｔ５までの間の曲げアーム１４の旋回速度（Ｌ＝ｄθ/ｄｔ）は、漸減過程を経てゼロになっている。このため、推進装置１８による金属管１の加熱冷却装置１６に対する相対前進速度（Ｊ−Ｋ＝ｄｓ/ｄｔ）と曲げアーム１４の旋回速度（Ｌ＝ｄθ/ｄｔ）との比率（ｄｓ/ｄθ）、言い換えると曲げ変形Ｒは、時間ｔ４と時間ｔ５との間の漸増過程を経て大きな値に到達している。
【００６７】
これによると、図１５のＱのうちのＱ２部分に示すように、時間ｔ４から時間ｔ５までの間の金属管１の曲げ加工終了段階においても、曲げ半径Ｒが、曲げアーム１４の有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径Ｒ０からこの定常曲げ半径Ｒ０よりも大きい曲げ半径へと変化するグラデイション曲げ加工を実現できることになる。
【００６８】
このグラデイション曲げ加工によると、前記管肉の膨出の立上りがスロープ状となり、また、曲げ加工終了段階では金属管１の温度が既に肉厚方向に均一化されているから、図１６で示されているとおり、金属管１の曲げ加工終了部１ＣのＣ側における金属管後端側の非加工対象直管部１Ｄからの管内外の増肉膨出立上り角度Ｓ３とＳ４を略同等とすることができ、これにより、曲げ加工終了部１ＣのＣ側でも蛇腹変形の発生を抑制できることになる。
【００６９】
また、本実施形態では、図１３の金属管１の移動速度Ｊと曲げアーム１４の旋回速度Ｌとの比較で分かるように、時間ｔ２から時間ｔ５までの旋回速度Ｌは、移動速度Ｊに対応する旋回速度よりも少し遅い速度となっている（なお、図１３におけるＬ＝ｄθ/ｄｔの表示は、「Ｊ＝金属管１の移動速度」との関係が判るように、曲げアーム１４の有効半径Ｒ０を乗じて曲げアーム１４の有効旋回周速に変換した表示尺度になっている）。この速度差により、金属管１に推進装置１８の推進力と逆方向の圧縮荷重を曲げアーム１４から作用させながら行う圧縮曲げ加工が実現されて、Ｔ側の減肉量が圧縮分だけ低減することになる。この場合には、図１７で示されているように、金属管のＣ側（圧縮側）とＴ側（引張側）の境界である中立位置Ｎ−Ｎ’は、金属管１の中心を通る位置Ｕ１からＴ側へ寄った位置Ｕ２へ偏倚している。
【００７０】
なお、このような圧縮曲げ加工を行うことでＣ側の増肉量が増加する場合においても、上記グラデイション曲げ加工等を行うことによって該Ｃ側に蛇腹変形が生ずるのをより確実に防止できる。
【００７１】
また、本実施形態によると、曲げアーム１４に配設された前方クランプ装置１５の回動クランプ部材３６を回動中心軸３５を中心に回動させる油圧シリンダ３７は、図５で示されているように、金属管１の曲げ平面と平行する向きとなっているため、該油圧シリンダ３７についてのメンテナンス等の作業を容易に行える。
【００７２】
図１８は、別実施形態に係る前方クランプ装置４５を示す。該前方クランプ装置４５は、曲げアーム１４に固定立設された固定クランプ部材４６と、該固定クランプ部材４６に回動中心軸４７，４８で上下回動自在に連結された第１及び第２回動クランプ部材４９，５０と、下側の第２回動クランプ部材５０に軸５１で取付けられたブラケット５２と、該ブラケット５２に取付けられた油圧シリンダ５３とを有し、該油圧シリンダ５３のピストンロッド５３Ａは上側の第１回動クランプ部材４９に連結されている。上記３個のクランプ部材４６，４９，５０には金属管１の外周形状と対応する円弧状凹部４６Ａ，４９Ａ，５０Ａが形成され、ピストンロッド５３Ａが伸び動作することによってこれらの凹部４６Ａ，４９Ａ，５０Ａで金属管１は把持される。
【００７３】
この実施形態の前方クランプ装置４５でも、前述実施形態の前方クランプ装置１５及び後方クランプ装置２１と同様の締め付け形態によって金属管１を把持することができる。
【００７４】
なお、この前方クランプ装置４５を後方クランプ装置として採用してもよい。また、前記実施形態の前方クランプ装置装置１５を後方クランプ装置として採用してもよく、前記実施形態の後方クランプ装置２１を前方クランプ装置として採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、曲げ半径比（Ｒ／Ｄ）が小さい金属管の曲げ加工を、Ｒ／Ｄ≦１．５といった範囲についても管横断面の扁平変形や曲げ内側の蛇腹変形が生じるのを抑制して行うために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】曲げ加工された金属管の管横断面内に生ずる扁平化応力を示す図である。
【図２】金属管を本発明の一実施形態に係るクランプ装置で締め付け把持したときの圧縮荷重及び圧縮反力を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る装置の全体を示す平面図である。
【図４】図３のＳ４−Ｓ４線断面図である。
【図５】図３のＳ５−Ｓ５線断面図である。
【図６】図４で示されている金属管と後方クランプ装置の２個のクランプ部材だけを示す図である。
【図７】図５で示されている金属管と前方クランプ装置の２個のクランプ部材だけを示す図である。
【図８】図７の前方クランプ装置で金属管を締め付け把持したときの締め付けストロークを示す幾何学図である。
【図９】金属管を曲げ加工する作業の第１段階を示す平面図である。
【図１０】金属管を曲げ加工する作業の第２段階を示す平面図である。
【図１１】金属管を曲げ加工する作業の第３段階を示す平面図である。
【図１２】金属管を曲げ加工する作業の第４段階を示す平面図である。
【図１３】曲げ加工における金属管と加熱冷却装置の移動速度の変化を示すタイムチャートであって、曲げアームの旋回速度も示した図である。
【図１４】金属管の曲げ変形部の扁平変形が本実施形態の装置によって軽減されることを示す金属管の概念図である。
【図１５】図１３のタイムチャートによる曲げ加工が実行されたときの金属管の曲げ半径の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】図１３のタイムチャートによる曲げ加工が実行されたときの金属管の曲り管となった部分の断面図である。
【図１７】金属管が圧縮曲げ加工されたときには中立位置が移動することを示す図である。
【図１８】別実施形態に係る前方クランプ装置を示す図である。
【図１９】呼称管径Ｄ、半径ｒの金属管を曲げ半径Ｒで曲げ加工したときを示す断面図である。
【図２０】図１９のＳ２０−Ｓ２０線断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  金属管
１２  中心軸
１４  曲げアーム
１５，４５  前方クランプ装置
１６  加熱冷却装置
１６Ａ  加熱装置
１６Ｂ  冷却装置
１７  送り装置
１８  推進装置
２１  後方クランプ装置
３４  固定クランプ部材
３５  回動中心軸
３６  回動クランプ部材
Ａ  管軸
【図１】
2006326667.tif 000005
【図２】
2006326667.tif 000006
【図３】
2006326667.tif 000007
【図４】
2006326667.tif 000008
【図５】
2006326667.tif 000009
【図６】
2006326667.tif 000010
【図７】
2006326667.tif 000011
【図８】
2006326667.tif 000012
【図９】
2006326667.tif 000013
【図１０】
2006326667.tif 000014
【図１１】
2006326667.tif 000015
【図１２】
2006326667.tif 000016
【図１３】
2006326667.tif 000017
【図１４】
2006326667.tif 000018
【図１５】
2006326667.tif 000019
【図１６】
2006326667.tif 000020
【図１７】
2006326667.tif 000021
【図１８】
2006326667.tif 000022
【図１９】
2006326667.tif 000023
【図２０】
2006326667.tif 000024