(57)【要約】【課題】  低コスト且つ量産性に優れた一般的なプレス曲げ加工のみを用いて、屈曲部内側のシワや、屈曲部外側の扁平化や破断を抑えると共に、屈曲部内側の曲率半径が限りなくゼロとなる、極小率半径曲げを可能としたパイプの曲げ加工方法、及び曲げ加工時に用いる芯金を提供する。【解決手段】  芯金を挿通したパイプを、プレス機に設けられた相対向する曲げ用凸型と曲げ用凹型内に設置し、曲げ用凸型と曲げ用凹型とを押圧して、パイプを屈曲させるパイプ曲げ加工方法において、前記曲げ用凸型と曲げ用凹型による押圧に合わせて、前記芯金がパイプ中心軸上の曲げ中心で回動することを特徴とするパイプ曲げ加工方法を用いる。又、曲げ加工されるパイプの内面に密接する棒状の２つの芯金において、各々の先端部に結合手段を設け、曲げ加工時に前記２つの芯金が前記結合手段の回動中心を中心に回動することを特徴とするパイプ曲げ加工芯金を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金を挿通したパイプを、プレス機に設けられた相対向する曲げ用凸型と曲げ用凹型内に設置し、曲げ用凸型と曲げ用凹型とを押圧して、パイプを屈曲させるパイプ曲げ加工方法において、前記曲げ用凸型と曲げ用凹型による押圧に合わせて、前記芯金がパイプ中心軸上の曲げ中心で回動することを特徴とするパイプ曲げ加工方法。
【請求項２】
曲げ加工されるパイプの内面に密接する棒状の２つの芯金において、各々の先端部に結合手段を設け、曲げ加工時に前記２つの芯金が前記結合手段の回動中心を中心に回動することを特徴とするパイプ曲げ加工芯金。
【請求項３】
請求項２記載の２つの芯金において、一方の芯金先端が凸状半球形状であり、これと嵌合する他方の芯金先端が凹状半球形状であり、前記凸状半球中心に可動するピンがあり、前記凹状半球中心にピンを挿通させる溝があり、このピンを中心として回動することを特徴とするパイプ曲げ加工芯金。
【請求項４】
請求項２記載の２つの芯金において、一方の芯金先端が軸方向に半割した半球形状で、半割した平面部に凸部を設けた形状であり、これと嵌合する他方の芯金先端が軸方向に半割した半球形状で、半割した平面部に凹部を設けた形状であり、前記凸部はピンであり、前記凹部はピンを挿通させる溝であり、このピンを中心として回動することを特徴とするパイプ曲げ加工芯金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプの極小率半径曲げに好適なプレス曲げ加工方法、及びそれに用いる芯金に関するものである。尚、ここで記した「極小率半径曲げ」とは、パイプを一定の管径のまま屈曲させたとき、その屈曲部内側の曲率半径を極小としたものである。詳しい数値で記すならば、該部の曲率半径３ｍｍ以下を実現したものを指す。
【背景技術】
【０００２】
従来、パイプの曲げ加工において、パイプを凹曲げ型部に固定し、凸曲げ型をプレス機にて押し出すことによりパイプの曲げ加工を行うプレス曲げは、装置が簡易的であり、コスト面で安価であることから、一般的な管材の曲げに幅広く用いられている加工方法である。しかしながら、上記プレス加工における曲率半径の値は、一般的に管外径のおよそ２倍が限界とされており、限界値以下の曲率半径で曲げを試みた場合、屈曲部内側にシワが発生する、又、屈曲部外側が扁平化する、もしくは破断する、等といった事象が発生する。このため一般のプレス曲げ加工のみでの極小率半径曲げを行うことは困難である（例えば、非特許文献１，２参照のこと）。
【０００３】
この極小率半径曲げを実現する為には、前記プレス曲げや、圧縮曲げ、引き曲げといった、一般的に用いられる曲げ加工方法と、液圧を用いて管材を内側より膨らませることで所望の形状を成形するバルジ加工とを組み合わせ、２段階で成形する方法や、２組のクランプ内に保持された金属管内へ内圧を加え、クランプ境界面で相互に摺動移動させることによって剪断方向へ連続的に曲げる方法が用いられている（例えば、非特許文献１参照のこと）。
【０００４】
又、他の従来技術として、引き曲げ方式を応用して極小率半径曲げを行う方法も開示されている（例えば、特許文献１参照のこと）。
【非特許文献１】日本塑性加工学会編「塑性加工技術シリーズ１０チューブフォーミング」コロナ出版、１９９２年１０月３０日発行、第３８−４４頁、第２１４頁、第２１７頁
【非特許文献２】中村正信著「パイプ加工法」日刊工業新聞社出版、１９８５年６月１０日発行、第１９３−１９４頁
【特許文献１】特開平７−２１４１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、組み合わせによる極小率半径曲げの方法や、剪断変形を利用した極小率半径曲げの方法では、一般のプレス曲げ加工に比べ、設備、金型等によるコスト負荷が大きい。又、組み合わせによる極小率半径曲げの方法においては、成形完了までの工程が２段階となる為、成形に時間がかかり、量産性に劣るといった課題も有している。
【０００６】
又、引き曲げ方式を用いた極小率半径曲げの方法では、やはり一般のプレス曲げ加工に比べ、金型や設備等によるコスト負荷は大きい。又、曲げ中心がパイプの内側と曲げ型の接触面になる為、成形されるパイプの曲率半径は、曲げ型の曲率半径に大きく依存され、曲げ型の曲率半径以下に成形することができない。よって、この方法では管材内側の曲率半径が限りなくゼロとなるような極小率半径を得ることは不可能である。
【０００７】
そこで、本発明では上記のような問題点を解決するため、低コスト且つ量産性に優れた一般的なプレス曲げ加工のみを用いて、屈曲部内側のシワや屈曲部外側の扁平化や破断を抑えると共に、屈曲部内側の曲率半径が限りなくゼロとなる極小率半径曲げを可能としたパイプの曲げ加工方法、及び曲げ加工時に用いる芯金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する為、本発明の請求項１では、芯金を挿通したパイプを、プレス機に設けられた相対向する曲げ用凸型と曲げ用凹型内に設置し、曲げ用凸型と曲げ用凹型とを押圧して、パイプを屈曲させるパイプ曲げ加工方法において、前記曲げ用凸型と曲げ用凹型による押圧に合わせて、前記芯金がパイプ中心軸上の曲げ中心で回動することを特徴とするパイプ曲げ加工方法とした。
【０００９】
これにより、従来のプレス曲げ加工のみで、屈曲部内側の曲率半径が限りなくゼロとなる、パイプの極小率半径曲げを行うことができる。
【００１０】
本発明の請求項２では、曲げ加工されるパイプの内面に密接する棒状の２つの芯金において、各々の先端部に結合手段を設け、曲げ加工時に前記２つの芯金が前記結合手段の回動中心を中心に回動することを特徴とした。
【００１１】
この芯金を用いることにより、特殊な設備や金型を用いることなく、従来のプレス曲げ加工のみで、屈曲部内側のシワや、屈曲部外側の扁平化や破断をなくした極小率半径曲げを容易に行うことができる為、コスト面、量産面に優れた極小率半径曲げを行うことができる。
【００１２】
本発明の請求項３では、請求項２記載の２つの芯金において、一方の芯金先端が凸状半球形状であり、これと嵌合する他方の芯金先端が凹状半球形状であり、前記凸状半球中心に可動するピンがあり、前記凹状半球中心にピンを挿通させる溝があり、このピンを中心として回動することを特徴とした。
【００１３】
芯金の先端形状をこのようにすることで、芯金同士が加工時に脱離することなくプレス曲げ加工が行える為、屈曲部内側のシワや、屈曲部外側の扁平化を極力なくした極小率半径曲げを行うことができる。又、ピンが自在に可動することにより、パイプを所望の曲げ角度に成形でき、且つ曲げ加工完了後の芯金の脱離を容易にすることができる。
【００１４】
本発明の請求項４では、請求項２記載の２つの芯金において、一方の芯金先端が軸方向に半割した半球形状で、半割した平面部に凸部を設けた形状であり、これと嵌合する他方の芯金先端が軸方向に半割した半球形状で、半割した平面部に凹部を設けた形状であり、前記凸部はピンであり、前記凹部はピンを挿通させる溝であり、このピンを中心として回動することを特徴とした。
【００１５】
芯金の先端形状をこのようにすることで、芯金同士が加工時に脱離することなくプレス曲げ加工が行える為、屈曲部内側のシワや、屈曲部外側の扁平化を極力なくした極小率半径曲げを行うことができる。又、先端部凹型形状の芯金を変更することにより、パイプを所望の曲げ角度に成形でき、且つ曲げ加工完了後の芯金の脱離を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の構成により、低コスト且つ量産性に優れた一般的なプレス曲げ加工のみを用いて、屈曲部内側のシワや、屈曲部外側の扁平化や破断を抑えると共に、屈曲部内側の曲率半径が限りなくゼロとなる、極小率半径曲げを可能としたパイプの曲げ加工方法、及び曲げ加工時に用いる芯金を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して本発明をより具体的に説明する。図１は、本発明におけるパイプ曲げ加工装置を概略的に示したものであり、図１の（ａ）は左側面の外観図、図１の（ｂ）は正面の一部断面図、図１の（ｃ）は右側面の外観図をそれぞれ示す。又、図２は、加工装置１の曲げ中心部の拡大図を示す。
この加工装置１は、一般に使用されるプレス加工装置において、下方に屈曲部外側を成形することを目的して固定設置された曲げ用凹型３と、図１の（ｂ）に示す正面中心軸１１の鉛直上方に、屈曲部内側を成形することを目的として鉛直方向に上下移動する曲げ用凸型２とを設置したものである。
【００１８】
加工装置１を用いた、加工方法について説明すると、前記曲げ用凸型２、曲げ用凹型３のパイプ接触面２１,３１は、パイプ外径に対し、僅かなクリアランスを設けたほぼ同径の半円状の溝となっており、曲げ用凹型３のパイプ接触面３１は、角度θ１の凹部を有し、その底部３３の曲率半径はｒ１であり、曲げ用凸型２のパイプ接触面２１は、角度θ２の凸部を有し、その頂部２２の極小な曲率半径はｒ２である。このとき、曲げ用凸型２、曲げ用凹型３は、各々の頂部２２、底部３３が図１の（ｃ）に示す側面中心軸１２上になるよう設けられている。この曲げ用凹型３のパイプ接触面３１に、同じく側面中心軸１２上となるよう芯金４を挿通させたパイプ５を設置する。
このとき芯金４は、パイプ５内径に対し、僅かなクリアランスを設けたほぼ同径の２つの円柱棒を、各々の先端部に設けられた結合手段により一体化させたものであり、且つ回動中心４４を中心に回動する仕組みとなっている。この回動中心４４は、パイプ５の中心軸６上にある。そして、正面中心軸１１下に回動中心４４が配置されるように、パイプ５の一方の端部を曲げ用凹型３の端部に設けられた位置決め用のパイプ固定部３２にセットする。
【００１９】
その後、図３に示すように、上方より曲げ用凸型２を鉛直下方に向けて移動させ、曲げ用凸型２のパイプ接触面２１の頂部２２によりパイプ５を押圧し、曲げ用凹型３のパイプ接触面３１のパイプ接触点３４、３５によりパイプ５を２点保持する。
このとき、芯金４は、前記の通り回動中心４４を中心に回動する仕組みとなっている為、押圧時にパイプ５の湾曲と一体となって回動する。よって、パイプ５は回動中心４４を中心として曲げ加工が行われることとなり、従来の屈曲部内側を曲げ中心とした曲げ加工の課題であった、曲げ用凸型２のパイプ接触面２１の頂部２２の、極小な曲率半径ｒ２以下の極小率半径曲げが可能となる。又、このとき、屈曲部外側には、扁平化や破断の原因となる引張力が発生し、屈曲部内側には、シワの原因となる圧縮力が、それぞれパイプ５の水平軸方向に発生する。しかしながら、芯金４の前記の動作により、芯金４は、内面よりパイプ５の押圧部全域を保持すると共に、押圧時のパイプ５の剛性を高める役割を担う。その結果、引張力、圧縮力による、パイプ５の過度の塑性変形を抑えながらパイプ５の曲げ加工を行うことができるのである。
【００２０】
そして、最終的には、図４に示すように、パイプ接触面２１，３１全域によりパイプ５を押圧し、微小な変形を修正する。このような曲げ加工方法により、管径の歪みや破断がなく、従来のプレス曲げ加工の限界値を超えた、屈曲面内側の極小率半径がｒ２以下となるパイプ５が成形されるのである。
【００２１】
ここで、本件発明の特徴である芯金について、図を用いてより具体的に説明する。図５及び図６は、本件発明の一実施の形態である芯金を示したものである。図５は、雄芯金４１を示したものであり、図５の（ａ）は上面の外観図、図５の（ｂ）は正面の外観図をそれぞれ示す。嵌合先端部は半球形状であり、雄ねじ４２が施されたピン４３が設けられている。このピン４３は可動式であり、回動中心４４を中心に半球形に沿って、およそ１８０度の角度範囲で回動する。又、後端部には、パイプ５挿通時のストッパーとなることを目的として、パイプ５外径よりもやや大きな径を有した円柱部４５があり、この円柱部４５は、曲げ用凹型３のパイプ固定部３２にセットできるよう、二面取りが施されている。このとき、二面取りはピン４３の回動中心４４と平行に施されている為、ピン４３が成形時に回動できる正しい位置で曲げ用凹型３のパイプ固定部３２にセットすることができる。
【００２２】
図６は、同じく雌芯金４６を示したものであり、図６の（ａ）は上面の外観図、図６の（ｂ）は正面の外観図をそれぞれ示す。嵌合先端部は、前記雄芯金４１先端部の半球形状が覆い被さる半球形の凹みを有した形状であり、その凹み底部に、雄芯金４１先端部に設けられたピン４３を挿通する為の内穴４７が施されている。又、後端側より、前記内穴よりも若干径の大きい内穴４８が加工されており、前記ピン４３挿通の内穴４７と貫通している。この内穴４８は、雌雄の芯金４１、４６を固定することを目的とした円柱状剛体４９を挿通させる為のものであり、その先端には、ピン４３先端の雄ねじ４２と結合する雌ねじ５０が施されている。
【００２３】
上記雌雄の芯金の結合方法及びパイプ５への挿通方法を図７に示す。尚、図７の（ａ）は上面の一部断面図、図７の（ｂ）は正面の一部断面図である。
まず、雄芯金４１の先端部に設けられたピン４３を、雌芯金４６の先端部に設けられた内穴４７に挿通させる。次に、雌芯金４６の後端側の内穴４８より、円柱状剛体４９を挿通させ、この円柱状剛体４９先端の雌ねじ５０と、ピン４３先端の雄ねじ４２とを結合させる。このような形態を用いることで、芯金４１、４６同士が不意に脱離することなく、又、回動中心４４が定位置に固定される為、量産時、安定した曲率半径を有したパイプの曲げ加工を行うことができる。この回動中心４４は、パイプ５の中心軸６上にある。
【００２４】
しかして、上記手法により結合された雌雄の芯金４１、４６は、一体化され、且つ回動中心４４を中心に回動する一対の芯金４となり、矢印Ａの方向より雌芯金４６側からパイプ５に挿通し、雄芯金４１に設けられた円柱部４５を、曲げ用凹型３のパイプ固定部３２にセットし、加工を行うのである。
【００２５】
加工装置１にパイプ５をセットした後、上記加工方法にて成形を行う。そして、成形後は、曲げ加工されたパイプ５を加工装置より取り出し、芯金４を取り外す。その手法を図８に示す。まず、ピン４３と円柱状剛体４９のねじ結合を外し、円柱状剛体４９を雌芯金４６より矢印Ｂの方向に取り外す。次に矢印Ｃの方向に雌芯金４６を取り外す。その後に雄芯金４１を矢印Ｄの方向に取り外す。このとき、雄芯金４１先端は、前記の通りピン４３が回動する仕組みとなっている為、パイプ５の湾曲形状に沿ってピン４３が回動し、容易に取り外すことができるのである。
【００２６】
図９及び図１０は、本件発明の他の一実施の形態である芯金を示したものである。図９は、雄芯金５１を示したものであり、図９の（ａ）は下面の外観図、図９の（ｂ）は正面の外観図をそれぞれ示す。先端部は半球形状且つ水平軸方向に半割した形状であり、半割した平面部５２には、突起状のピン５３が設けられている。
【００２７】
図１０は、同じく雌芯金５４を示したものであり、図１０の（ａ）は上面の外観図、図１０の（ｂ）は正面の外観図をそれぞれ示す。先端部は、雄芯金５１と同じく半球形状且つ水平軸方向に半割した形状であり、半割した平面部５５には、雄芯金５１のピン５３と結合するＵ字状溝５６が設けられている。このＵ字状溝５６は、雄芯金５１との結合手段であると共に、加工完了後にパイプ５から芯金４を抜く為に設けられたものでもあり、平面部５５のおよそ中心から、半球形状先端に及ぶように加工されている。そしてその位置は、パイプ５の曲げ角度により決定される。例えば、９０度の曲げを実施する際は、芯金の水平軸より９０度の方向に溝の位置を設ける。又、雌芯金５４の後端部には、パイプ５挿通時のストッパーとなることを目的として、パイプ５外径よりもやや大きな径を有した円柱部５７が設けられており、この円柱部５７は、曲げ用凹型３の固定部３２にセットできるよう、二面取りが施されている。このとき、二面取りは平面部５５と平行になるよう両端に施し、これにより、ピン５３が成形時に回動できる正しい位置で曲げ用凹型３のパイプ固定部３２にセットすることができる。又、成形後のパイプ５から芯金４を抜くには、Ｕ字状溝５６の開口部５８が固定時に上方を向いていなければならない。従って、円柱部５７には、上方の目印となるよう、あらかじめ切り欠きやマーキング等を付加するとよい。尚、本実施の形態では円柱部５７を雌芯金５４に設けているが、これは、雄芯金５１後端部に設けても同様の効果を発揮する。
【００２８】
上記雌雄の芯金５１、５４の結合方法及びパイプへの挿通方法を図１１に示す。尚、図１１の（ａ）は上面の一部断面図、図１１の（ｂ）は正面の一部断面図である。芯金５１、５４の結合方法は、雄芯金５１のピン５３を、雌芯金５４のＵ字溝５６の中心部５９の位置に結合する。このように結合することで、雌雄の芯金は一体化され、且つピン５３の中心を回動中心４４とした一対の芯金４となる。この回動中心４４は、パイプ５の中心軸６上にある。そして、矢印Ｅの方向より雄芯金５１側からパイプ５に挿通し、雌芯金５４に設けられた前記円柱部５７を、曲げ用凹型３の固定部３２に、雌芯金５４のＵ字溝開口部５８が上方を向くようにセットし、加工を行うのである。
【００２９】
加工装置１にパイプ５を固定した後、上記加工方法にて成形を行う。そして、成形後は、曲げ加工されたパイプ５を加工装置１より取り出し、雌雄の芯金５１、５４を取り外す。その手法を図１２に示す。曲げ用凹型３設置時、上方に向けていた雌芯金５４のＵ字状溝５６の開口部５８は、成形時、成形型の押圧によってピン５３とＵ字状溝５６の中心部５９を回動中心４４として回動する結果、成形完了時には、雄芯金５１の水平軸と同軸に配置される。これにより、成形完了時に初めて雄芯金を抜くことができるようになる。しかして、雄芯金５１を矢印のＦ方向に容易に引き抜くことができ、その後、矢印のＧ方向に雌芯金５４を引き抜くのである。
【００３０】
尚、本件発明に用いた芯金４は、同様の作用効果を奏するものであれば、如何なる構造であっても構わないことは言うまでもないことである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本件発明は、パイプの極小率半径曲げに好適なプレス曲げ加工に関するものであり、他の加工方法に比べ、コスト面、量産面に優れた効果を発揮する。そして、この加工方法により得られたパイプは、例えば、意匠性に優れた水栓のスパウト部に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本件発明におけるパイプ曲げ加工装置を示す。
【図２】本件発明におけるパイプ曲げ加工装置の曲げ中心部の拡大図を示す。
【図３】本件発明のパイプ曲げ加工におけるパイプ押圧時の状態を示す。
【図４】本件発明のパイプ曲げ加工における成形後の状態を示す。
【図５】本件発明の一実施の形態である雄芯金を示す。
【図６】本件発明の一実施の形態である雌芯金を示す。
【図７】本件発明の一実施の形態である芯金における嵌合方法、及びパイプへの挿通方法を示す。
【図８】本件発明の一実施の形態である芯金における成形後のパイプからの抜き方法を示す。
【図９】本件発明における別の一実施の形態である雄芯金を示す。
【図１０】本件発明における別の一実施の形態である雌芯金を示す。
【図１１】別の一実施の形態である芯金における嵌合方法、及びパイプへの挿通方法を示す。
【図１２】別の一実施の形態である芯金における成形後のパイプからの抜き方法を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１…プレス加工装置
２…曲げ用凸型
３…曲げ用凹型
４…芯金
５…パイプ
６…中心軸
１１…正面中心軸
１２…側面中心軸
２１…曲げ用凸型のパイプ接触面
２２…頂部
３１…曲げ用凹型のパイプ接触面
３２…パイプ固定部
３３…底部
３４…パイプ接触点
３５…パイプ接触点
４１…本件発明の一実施の形態である雄芯金
４２…雄ねじ
４３…ピン
４４…回動中心
４５…円柱部
４６…本件発明の一実施の形態である雌芯金
４７…内穴
４８…内穴
４９…円柱状剛体
５０…雌ねじ
５１…本件発明における別の一実施の形態である雄芯金
５２…雄芯金平面部
５３…ピン
５４…本件発明における別の一実施の形態である雌芯金
５５…雌芯金平面部
５６…U字状溝
５７…円柱部
５８…U字状溝開口部
５９…U字状溝中心部
ｒ１…曲げ用凹型底部の曲率半径
ｒ２…曲げ用凸型頂部の曲率半径
θ１…曲げ用凹型底部の曲げ角度
θ２…曲げ用凸型頂部の曲げ角度
Ａ…本件発明の一実施の形態である芯金のパイプへの挿通方向
Ｂ…本件発明の一実施の形態である円柱状剛体の取り外し方向
Ｃ…本件発明の一実施の形態である雌芯金の取り外し方向
Ｄ…本件発明の一実施の形態である雄芯金の取り外し方向
Ｅ…本件発明における別の一実施の形態である芯金のパイプへの挿通方向
Ｆ…本件発明における別の一実施の形態である雄芯金の取り外し方向
Ｇ…本件発明における別の一実施の形態である雌芯金の取り外し方向
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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