(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯ロールに、ロールを押し付け、その接触部分に金属板を送り込み曲げ加工を行い、パイプを製造する際に芯ロールに金属板を巻付ける方法において、
鉄製よりなり、外周の１箇所に加工する金属板の厚み分の段差が生じるようにロール半径を変化させた芯ロールを用い、
被加工材である前記金属板をパイプ周方向に相当する板幅が芯ロールの周長よりスプリングバック量相当分長い高張力鋼板とし、
金属板先端を段差に合せて芯ロールに１周以上重ねて巻付け、
金属板案内体を用いて金属板先端を芯ロール表面方向に押し付けながらほぼ一様の曲率に曲げ加工を行い、
移動機構が前進時に金属板を引き入れる側の芯ロール表面部へ押し付ける位置まで移動し、ガイド体もしくは案内ローラとで金属板面を滑通させて金属板を案内すること、
を特徴とするベンディング方法。
【請求項２】
前記金属板案内体が、芯ロールと複数の押付ロールのそれぞれに介在し、金属板を引き入れる側と反対側の芯ロール表面を通り、かつ芯ロールと同期駆動する弾性体の金属板案内ベルトであることを特徴とする請求項１記載のベンディング方法。
【請求項３】
芯ロールに、ロールを押し付け、その接触部分に金属板を送り込み曲げ加工を行うパイプを製造する装置において、
鉄製よりなり、外周の１箇所に加工する金属板の厚み分の段差が生じるようにロール半径を変化させた芯ロールと、
被加工材である前記金属板をパイプ周方向に相当する板幅が芯ロールの周長よりスプリングバック量相当分長い高張力鋼板とし、
金属板を曲げる際に芯ロールの周りに接触して複数個設置する押付ロールと、
芯ロールと複数の押付ロールのそれぞれに介在し、金属板先端を芯ロール表面方向に押し付ける金属板案内体と、
金属板を曲げ加工の際に、前進時に金属板を引き入れる側の芯ロール表面部へ押し付ける位置まで移動する移動機構及び金属板面が容易に滑通するガイド体もしくは案内ローラを有する金属板案内装置と、
からなることを特徴とするベンディングロール。
【請求項４】
請求項３記載の金属板案内体は、芯ロールと複数の押付ロールのそれぞれに介在し、金属板を引き入れる側と反対側の芯ロール表面を通り、かつ芯ロールと同期駆動する弾性体の金属板案内ベルトよりなることを特徴とするベンディングロール。
【請求項５】
芯ロールの中心が、２本の押付ロールの中心を結ぶ直線に対し、金属板案内ベルトを巻きつけている側にオフセットして設けることを特徴とする請求項４に記載のベンディングロール。
【請求項６】
案内ベルトの押付ロール側にガイド帯を設け、押付ロール表面にガイド帯を挿入する溝を形成することを持徴とする請求項４又は５に記載のベンディングロール。
【請求項７】
金属板を送り込み曲げ加工を行う部分が、直径の１０倍以上の幅を有する長尺小径の芯ロールを用いることを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載のベンディングロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板のロール曲げによる、パイプ製造に関し、特に弾性回復率の高い高張力金属板の小径長尺のパイプ製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パイプの製造は、電縫溶接により連続的に製造する方式と、ロール曲げ加工によるベンディングロール装置により製造するものがある。
前者は製造機械が大がかりで高価であり大量生産に向いている。これに対し後者は、製造機械が安価であるが大量生産に向いていない。
ここで、薄肉長尺のパイプを製造しようとすると、従来の電縫溶接により製造する方式では、一般に、溶接する板厚がパイプ径の０．０１倍以上の厚みのものについては成形・溶接を行うことが出来るが、それ以下のものについては一般的にこの方法による製造は向いてない。
【０００３】
一方、ベンディングロール装置による場合にあっては、薄手のパイプの成型は容易であるが、一般に広く用いられる３ロール方式の３点曲げによるベンディングでは、長尺の径に対し長いものをベンディングロール装置で加工しようとした場合、芯ロール自身が長手方向に撓み、ロールの中央部近傍の撓みが大きくなり、この部分のロール押し込み量が小さくなる。この為、図７に示すように、製品パイプの長手方向中央部の隙間が大きく出来る樽状になり、特に、長尺のパイプを成型する時は顕著になる。従って鋼材を用いてパイプを製作しようとする場合、一般的に、パイプの径の約１０倍以上の長尺のパイプをこの方法によって成型することが困難な場合が多かった。
係る樽状の変形に対し、特開平０８−１１７８６９号公報に記載のベンディングロール装置を始めとして、芯ロールにクラウンを設けることや、逆曲げ力を加え、故意に長手方向の撓みに対抗するよう、芯ロールと押しつけロールが長手方向に均一な接触を保つようにして、上記問題を解決しようとするもの等があった。
また、パイプ状に金属板を成型した後に、シュリンクプレスでプレスで成形し、樽状の変形を矯正する工程を設けることも考えられる。
なお、図８に示すように、特開平０９−７０６２２号公報記載のロール曲げ方法の提案がある。この技術は、芯ロール１との撓みを防ぐ目的でなされた技術である。そして、大円弧部３１と小円弧部３２の２種類の径を有する多径押付ロール３側で、芯ロール１の表面に加工する金属板がないときは、大円弧部３１で押し圧し、芯ロール１表面に金属板があるときは、小円弧部３２で加工を行うもので、このような構成によって芯ロール１に一定の圧力が加わり樽状の変形を防止しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の芯ロールにクラウンを設けることや、押しつけロールにバックアップロールを設けて故意に幅方向に撓ませ、芯ロールと押しつけロールが一定の間隔を保つようにして、上記樽状の変形の解消を図ろうとしても、被加工物である小径長尺のパイプを成形しようとした場合には、芯ロール撓みが大きくなりすぎ、上記技術では十分補償できない。例えば直径５０ｍｍで長さ２０００ｍｍのような長尺パイプの成型はロール曲げによる成型は行うことが出来なかった。
また、特開平０９−７０６２２号公報記載の技術では、芯ロール１の円周長さ以下の金属板しか加工することができないこと、及び押付ロール３の段差の部分に加工する金属板の先端をあわせることが、特に弾性回復率の高い高張力金属板の小径長尺のパイプ製造する場合には、困難である。
更に、このシュリンクプレス工程を経る場合であっても、小径のパイプのそれぞれに、シュリング型を形成する必要があり、コストアップにつながることになる。
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、小径長尺のパイプを製造できるベンディングロールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るベンディング方法は、芯ロールに、ロールを押し付け、その接触部分に金属板を送り込み曲げ加工を行い、パイプを製造する際に芯ロールに金属板を巻付ける方法において、鉄製よりなり、外周の１箇所に加工する金属板の厚み分の段差が生じるようにロール半径を変化させた芯ロールを用い、被加工材である前記金属板をパイプ周方向に相当する板幅が芯ロールの周長よりスプリングバック量相当分長い高張力鋼板とし、金属板先端を段差に合せて芯ロールに１周以上重ねて巻付け、金属板案内体を用いて金属板先端を芯ロール表面方向に押し付けながらほぼ一様の曲率に曲げ加工を行い、移動機構が前進時に金属板を引き入れる側の芯ロール表面部へ押し付ける位置まで移動し、ガイド体もしくは案内ローラとで金属板面を滑通させて金属板を案内すること、を特徴とする。また、前記金属板案内体が、芯ロールと複数の押付ロールのそれぞれに介在し、金属板を引き入れる側と反対側の芯ロール表面を通り、かつ芯ロールと同期駆動する弾性体の金属板案内ベルトであることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るベンディングロールは、芯ロールに、ロールを押し付け、その接触部分に金属板を送り込み曲げ加工を行うパイプを製造する装置において、鉄製よりなり、外周の１箇所に加工する金属板の厚み分の段差が生じるようにロール半径を変化させた芯ロールと、被加工材である前記金属板をパイプ周方向に相当する板幅が芯ロールの周長よりスプリングバック量相当分長い高張力鋼板とし、金属板を曲げる際に芯ロールの周りに接触して複数個設置する押付ロールと、芯ロールと複数の押付ロールのそれぞれに介在し、金属板先端を芯ロール表面方向に押し付ける金属板案内体と、金属板を曲げ加工の際に、前進時に金属板を引き入れる側の芯ロール表面部へ押し付ける位置まで移動する移動機構及び金属板面が容易に滑通するガイド体もしくは案内ローラを有する金属板案内装置と、よりなることを特徴とする。また、前記金属板案内体は、芯ロールと複数の押付ロールのそれぞれに介在し、金属板を引き入れる側と反対側の芯ロール表面を通り、かつ芯ロールと同期駆動する弾性体の金属板案内ベルトよりなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るベンディングロールは芯ロールの中心が、２本の押付ロールの中心を結ぶ直線に対し、金属板案内ベルトを巻きつけている側にオフセットして設けてもよい。また、案内ベルトの押付ロール側にガイド帯を設け、押付ロール表面にガイド帯を挿入する溝を形成してもよい。また、金属板を送り込み曲げ加工を行う部分が、直径の１０倍以上の幅を有する長尺小径の芯ロールを用いてもよい。
【０００８】
本発明に使用する芯ロールは、金属製よりなり、外周の１箇所に加工する金属板の厚み分の段差が生じるようにロール半径を変化させた構成のものを使用している。そして、加工する金属板先端をこの段差に合せて、巻付けると、段差の上端面と、金属板の先端上面とは、ほぼ同一の曲面となり、この状態で、金属板を一周巻き付けると、前記段差の部分が無くなり、２周目となっても段差がなく、なめらかな曲面に金属板を加工することができる。
また、金属板を曲げる際に押付ロールを芯ロールの周りに接触して複数個対向設置することで、芯ロールの撓みを打ち消し、製品が樽状になるのを防止することができる。そして、金属板が弾性体の案内ベルトと一つ目の押付ロールにて加工された後、金属板は、案内ベルトと芯ロールの間に挟まれ、芯ロールと金属板が離れるスプリングバッグの状態を防止する。更に押付ロール接触部分間に、芯ロール表面部へ押しつける位置まで移動する移動機構を有し、金属板面が容易に滑通するガイド体もしくは案内ローラーを設け、或いは芯ロールと同期駆動する案内ベルトを設けることで、同様に金属板を芯ロールと押付ロール間に挿入させることが出来、スムーズな曲げ加工を行うことが出来るように作用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明に係るベンディングロールを説明する。図１〜２は、押付ロールを２個設けている第１の実施の形態を示す概略図、図２は押付ロールの動作を示す説明図である。この実施形態に係るベンディングロールは、金属板６を送り込み曲げ加工の中心となる芯ロール１と、芯ロール１の上下に２個設けている押付ロール２Ａ，２Ｂと、芯ロール１と上下の押付ロール２Ａ，２Ｂとの間に介在し芯ロール１と押付ロール２Ａ，２Ｂと同期移動可能な弾性体の案内ベルト４とよりなる。
【００１０】
芯ロール１は、ベンディングロールに通常に使用されている芯ロールの材質である鉄製等の適宜金属製よりなる。そして、図示しない適宜枠体に回転可能に支持されている。
芯ロール１の形状は、外周の１箇所に加工する金属板の厚み分の段差１０を設け、この段差間のロール半径を漸次変化させた形状としている。
また、芯ロール１を上下に挟むように、上下方向一直線上に押付ロール２Ａ、２Ｂを配置している。この押付ロール２Ａ、２Ｂは、鉄製等適宜金属製とし、従来使用されている公知のベンディングロールの押付ロールの押付装置で、芯ロール１を押圧し、金属板の曲げ加工を行う。
【００１１】
次に、案内ベルトについて述べる。
案内ベルト４は、芯ロール１と、これを中心として上下に設けている押付ロール２Ａの接触部分間に、芯ロール１と回転速度と同期駆動するもので、押付ロール２Ａ−芯ロール１−押付ロール２Ｂ−テンションロール５−押付ロール２Ａの経路で案内ベルトを掛ける構成となっている。
そして、案内ベルト４をかけていない側の芯ロール１側面に、金属板６を引き入れるために芯ロール１の表面を解放している。
このような構成とすることにより、金属板６のスプリングバッグを防止するほか、案内ベルト４が芯ロール１の半周程度を巻き付き保持することより、芯ロール１自体の撓みを未然に防ぐことが出来る。
なお、テンションロール５は芯ロールと同様に、例えば金属製で形成し、シリンダー等適宜手段でその位置を変更可能とし、案内ベルト４に張力を付加、解除を行うものである。
そして、案内ベルト４は、例えば芯ロール１に巻きつけても、柔軟になじむようポリエステルやナイロンの繊維基材の表面にウレタンゴム皮膜した繊維布で製作している。
【００１２】
次に上述のベンディングロールでパイプの製造について述べる。
第一の押付ロール２Ａ、第二の押付ロール２Ｂが、芯ロール１に押付けた状態で、段差１０に金属板６の先端を位置するように、金属板６を挿入する（図２（ａ））。次いで、芯ロール１、押付ロール２Ａ，２Ｂを回転させる。この時金属板６は、案内ベルト４で保持されながら第一の押付ロール２Ａで曲げ加工が行われる（図２（ｂ））。この状態からさらに曲げ加工を続けると金属板６の先端は、芯ロール１の案内ベルトにより保持されていない表面に来ると、スプリングバックの現象により、芯ロール１の表面から離れる（図２（ｃ））。そこで、金属板案内装置７を前進させ矢印方向に移動させ金属板６の先端を芯ロール１に押付けながら曲げ加工を続け、芯ロール１がほぼ１周すると、金属板６の先端が押付ロール２Ａの位置に到達する（図２（ｄ））。この時、金属板６の先端部は、芯ロール１の段差１０の部分に挿入されており、段差の深さは、金属板６の厚みであることより、芯ロール１の上端面と、金属板６の先端上面とは、ほぼ同一の曲面となり２周面の金属板６の後端部分をスムーズに２重に巻き付けながら曲げ加工する（図２（ｅ））。金属板の後端部分まで曲げ加工を終えたら加工が終了し、この後、各ロールの回転を止め、図２（ｆ）に示すように、押付ロール２Ａ，２Ｂ、テンションロール５を移動させて案内ベルト４をゆるめ、図２（ｆ）の状態となる。
そして、前述のように案内ベルト４を解放することで、芯ロール１からパイプ状に成型した金属板６を抜き出し、端部を図示しない溶接工程を経て製品を完成させる。
なお、図２では、金属板６の後端部分が押付けロール２Ａを通過したところで成形を終えているが、さらに複数回転し、より良い成形形状を得ることも可能である。
【００１３】
本発明では、芯ロール１の大きさ、成形する金属板６を芯ロール１で重ねる幅６ａは、特に限定するものではないが、金属板６の材料特性と芯ロールの径により、重ねる幅は、一意に決定される。
即ち、図３に示すように、金属板６が生じるスプリングバックの量を考慮して、芯ロール１の大きさ、成形する金属板６を芯ロール１で重ねる幅６ａを適切に設定することで、曲げ加工を終えた金属板６を芯ロール１から取り出すと、スプリングバックして、金属板６の端部間隔６ｂとなり、溶接に適した幅とすることが出来、これを溶接６ｃして製品として完成する。特に、弾性拡幅率の高い高張力金属板等では、シュリンクプレス等の別工程を経ることなく、曲げ加工した製品をすぐに溶接し、製品化することが出来効率的である。
【００１４】
なお、金属板６のロール曲げ加工後のスプリングバック量は、広く知られている塑性加工理論に則り、例えば下記（１）式及び（２）式により算出することが出来る。
Ｒｆ＝Ｒ０／｛１−３［(σＳ／Ｅ)×(Ｒ０／ｔ０）］＋４［(σＳ／Ｅ)×(Ｒ０／ｔ０)］３｝・・（１）
Ｒ０＝Ｒ＋ｔ０／２                  ・・（２）
ここで、ロール曲げ加工したときの金属板の半径Ｒ０、芯ロールの半径をＲ、加工後にスプリングバックした時の金属板の半径をＲｆ、金属板の板厚をｔ０、ヤング率Ｅ、降伏応力σＳとする。
従って、予め金属板固有の特性がわかっていれば、目標とする曲げ加工後のパイプの径に対し、用いるべき芯ロール半径Ｒを一意に決めることが出来る。
【００１５】
図４に示す実施の形態は、図２に示す、案内ベルト４を用いた他の実施の形態である。
図４（ａ）の実施の形態は、押付ロール２Ａ，２Ｂ，２Ｃを３個使用し、これらと芯ロール１との間に、案内ベルト４を介在させた例である。
この実施の形態では、案内ベルト４で芯ロール１を覆っている範囲が広くすることで、芯ロール１のたわみを抑制することが出来る。
図４（ｂ）の実施の形態は、押付ロール２Ａ，２Ｂの中心を結ぶ直線に対し、芯ロール１の中心を案内ベルト４を巻きつけている側にオフセットさせた例である。この実施形態は、オフセットにより、成形加工時のベルト張力に対抗する反力として、押付力の水平方向分力を与えることで、芯ロール１の水平方向のたわみを抑制することが出来る。
【００１６】
また、図５に示す金属板案内装置７の他の実施の形態である。
この金属板案内装置の構成は、芯ロール１の案内ベルト４が無い側の表面近傍に設けている基台７０のレール７１上には、芯ロール１の表面部へガイド体７２を押しつける位置まで前進、及び金属板６の加工品の取り出しに支障のない位置まで後退可能な移動機構７３が載置されている。
前記ガイド体は、例えば金属板６や芯ロール１と接触する際、相手に疵をつけないよう硬質ナイロン等の樹脂製の素材を用いることが好ましい。もしくは、回転自在な案内ローラとしても良い。
なお、移動機構は、公知のモータ７４等の動力源等を用いる。
【００１７】
次に、この形態では、押付ロール２Ｂを出た金属板６は、金属板案内装置７により芯ロール１の表面に押し付けられ、次の押付ロール２Ａまで、芯ロール１の表面に押し付けられた状態を維持することより、押付ロール２Ａへ受け渡しをスムーズにしている。
なお、図５に示す移動機構は、案内ベルト４を用いたものに併用する実施の形態例を示している。これは、案内ベルトを用いると、より小径の金属板の加工に適している為であり、この案内ベルトを用いないで、芯ロール１の両側に移動機構を設ける構成であっても良い。
【００１８】
図６は、案内ベルト４にガイド帯を設けた構成である。
即ち、案内ベルト４の押付ロール側面に凸状のガイド帯４２を設けている。
そして、このガイド帯４２を挿入する溝２０を押付ロール２Ａ，２Ｂに設けている。また、同様の溝５０をテンションロール５にも設けている。
このガイド帯４２は、押付ロール２Ａ，２Ｂの溝２３に挿入されて、広幅ベルト動作中の蛇行やしわを防止でき、芯ロールに巻付けた金属板がすれることなく無理な変形を生じないので、円筒成形精度を向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
いま、上述の図１に示す実施の形態の装置で、芯ロール１が直径６０ｍｍで、段差１０の高さは１．０ｍｍ、押付ロール２Ａが直径４００ｍｍ、弾性体の案内ベルトの厚さが５ｍｍで、使用する金属板６は、引張応力が６００Ｎ／mm２相当の高張力鋼板で厚さ１．０ｍｍ、長さ２ｍのものを用い芯ロール１を５４０ｍｍ／ｍｉｎで、押付ロール２Ａの押付け力、約１０ｔｏｎでロール曲げ加工を行った。曲げ加工を行った後の金属板６は、直径７６mmで計算値とほぼ一致したスプリングバッグ量で、端部同士がほぼ一直線上に成型することが出来、中央部の隙間はほとんどなく樽型とはならなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係るベンディングロールでは、従来成形不可能であった高張力金属材料の小径で長尺パイプも安定的に生産することが可能となった。芯ロールの撓みを未然に防止出来ることより、出来上がった製品が、いわゆる樽型変形を防止でき、小径、長尺のパイプを成型することか出来る。金属板を１周以上曲げ加工する時に、芯ロール表面に金属板の先端部による重なり部の変形(折れ曲がり)を防止することができる。また、金属板自体を芯ロールに押し付けることより、金属板の先端部の押付ロールヘのくい込みが良く、仕上がりの良好なパイプを製作出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る押付ロールの概略説明図である。
【図２】図１に係るベンディングロールの動作状態を示す説明図である。
【図３】本発明に係るベンディング方法により製作する金属板の状態を示す説明図である。
【図４】本発明は案内ベルトを使用した実施の形態を示す説明図で、（ａ）は３個の押付ロールと案内ベルトを使用した実施の形態を示す説明図、（ｂ）は、芯ロールの中心を案内ベルトを巻きつけている側にオフセットさせた実施の形態を示す説明図である。
【図５】金属板案内装置を用いた実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る第一実施の形態の案内ベルトにガイド帯を設けた実施の形態を示す斜視図である。
【図７】従来のロール曲げ加工で出来た樽型のパイプの斜視図である。
【図８】従来の２径ロールを用いたベンデングロールの概略図である。
【符号の説明】
１    芯ロール
１０    段差
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３  押付ロール
４    案内ベルト
５    テンションロール
５１    テンションロール
５２    ガイド帯
５３    溝
６    金属板
７    金属板案内装置
７０    基台
７１    レール
７２    ガイド体
７３    移動機構
７４    モータ
【図１】
0004061091.tif 000002
【図２】
0004061091.tif 000003
【図３】
0004061091.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004061091.tif 000008
【図８】
0004061091.tif 000009