(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げようとする金属条材を、長手方向の短区間を加熱する加熱装置に通し、加工先端側を回転可能な曲げアームに設けているアームクランプに固定し、該金属条材を前記加熱装置で加熱しながら長手方向に推進させることにより、前記加熱装置による加熱部を金属条材の長手方向に移動させながらその加熱部に前記曲げアームの旋回により生じる曲げモーメントを作用させて変形させ、その直後の部分を冷却し、その際、前記曲げアームに、曲げ加工の進行に伴う曲げアームの旋回方向とは逆方向の力を作用させて金属条材に圧縮力を作用させる金属条材の圧縮曲げ加工方法であって、曲げ加工期間中に、曲げアームの旋回及び推進力Ｐによって金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントＭC ′の絶対値が前記金属条材の許容曲げモーメントＭP を越える期間が存在する形態の圧縮曲げ加工方法において、曲げ加工期間中の少なくとも、曲げアームの旋回及び推進力Ｐによって金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントＭC ′の絶対値が前記金属条材の許容曲げモーメントＭP を越える期間は、前記金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントによって前記金属条材に首折れが発生するのを防止するため、前記金属条材のアームクランプ根元に作用する前記全曲げモーメントＭC の絶対値が前記許容曲げモーメントＭP を越えないように、前記金属条材の加熱部近傍の直線部を含み、その直線部から前記曲げアームに至る領域の金属条材に、曲げ平面内で前記曲げアームの旋回中心のある側に向かう方向の荷重を加えてアームクランプ根元に付加曲げモーメントを作用させながら曲げ加工することを特徴とする金属条材の圧縮曲げ加工方法。
【請求項２】
前記荷重を加える期間を、少なくとも曲げ角度が下記の数１内の式（１）に示すθC に到達する前に開始することを特徴とする請求項１記載の金属条材の圧縮曲げ加工方法。
【数１】
0003860065.tif 000007
【請求項３】
金属条材に前記荷重を加える位置を、下記の数２内の式（２）に示す角度θE 以上の位置に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の金属条材の圧縮曲げ加工方法。
【数２】
0003860065.tif 000008
【請求項４】
前記金属条材に対して前記荷重を加える位置を、その荷重を加え始める時点では前記金属条材の加熱部近傍の直管部からその時点での前記曲げアームに至る領域内に設定した第一荷重付与位置とし、その後、所定量の曲げ加工が進行した時点で、前記第一荷重付与位置よりも曲げアームの進行方向に前進した位置に設定した第二荷重付与位置に変更するか若しくは第二荷重付与位置への荷重付与を追加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の金属条材の圧縮曲げ加工方法。
【請求項５】
前記金属条材に対して前記荷重を加える位置を、曲げ加工の進行につれて前記曲げアームの旋回方向に移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の金属条材の圧縮曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管、形鋼等の金属条材を、連続的に曲げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼管等の金属条材の曲げ加工方法として、図１４に示すように、曲げようとする金属条材１を、長手方向の短区間を加熱する誘導コイル等の加熱装置２に通し、加工先端側を、支点Ｏを中心として回転可能な曲げアーム３に設けているアームクランプ４に固定し、該金属条材１を加熱装置２で加熱しながら条材推進装置（図示せず）によって長手方向に推進させることにより、加熱装置２による加熱部を金属条材１の長手方向に移動させながら、その加熱部に曲げアーム３の旋回により生じる曲げモーメントを作用させて変形させ、その直後の部分を加熱装置２から冷却水５を吹き付けて冷却する曲げ加工方法が知られている。また、この曲げ加工方法において、曲げアーム３に、曲げ加工の進行に伴う曲げアーム３の旋回方向とは逆方向の力Ｐb を作用させておき、その分、金属条材１に長手方向に付与する推進力Ｐを大きくし、金属条材１に長手方向の圧縮力を付与した状態で曲げ加工する方法（圧縮曲げ加工方法ともいう）も知られている。圧縮曲げ加工方法では曲げ外周側での減肉を抑制しうる利点を有している。なお、図中、６はガイドローラである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近曲げ半径を極力小さくする要望が生じており、例えば、外径Ｄの鋼管に対して曲げ半径Ｒを、１．５Ｄ以下の小Ｒ曲げの必要性が生じてきた。ところが、このような小Ｒ曲げを圧縮曲げ加工方法によって行ったところ、図１５に誇張して示すように、曲げ加工後の鋼管１Ａのアームクランプでつかんでいた部分１Ａａが、アームクランプ根元（Ｃ点の位置）で、曲げ方向とは逆方向に折れる現象（首折れという）が生じ、製品にならないという問題が生じた。
【０００４】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、鋼管等の金属条材を曲げ加工する際に、圧縮曲げで小Ｒ曲げを行った場合にも、首折れが生じないようにすることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は首折れの原因を検討した結果、次の事項を見出した。すなわち、図１４に示すように、金属条材１を推進させて曲げアーム３を旋回させ、それによって金属条材１の加熱部（Ａ点）に曲げ変形を生じさせる大きさの曲げモーメントＭA を時計方向に作用させて曲げ加工を行っている時、アームクランプ根元（Ｃ点）の金属条材１には反作用により反時計方向の曲げモーメントＭA が作用している。更に、このアームクランプ根元には、金属条材１に付与している推進力Ｐによる曲げモーメントＭG も作用しており、この曲げモーメントＭG は時計方向に作用している。従って、曲げ加工中、曲げアーム３の旋回及び推進力Ｐによって金属条材１のアームクランプ根元（Ｃ点）には、反時計方向を正方向とすると、次の式（４）で示す曲げモーメントＭC ′が作用している。
ＭC ′＝ＭA −ＭG     ……（４）
以下、この曲げモーメントＭC ′を基本曲げモーメントと称する。通常の曲げ加工の場合（圧縮力を加えない場合、或いは圧縮曲げを行うとしても曲げ半径があまり小さくなく、従って加える圧縮力が小さい場合など）には、推進力による曲げモーメントＭG はあまり大きくなく、問題無かったが、小Ｒ曲げを行う場合には、曲げ外周側の減肉率が大きいため、減肉を小さくするには、推進力Ｐをきわめて大きくして圧縮量を大きくしなければならず、この結果、その推進力Ｐによる曲げモーメントＭG がきわめて大きくなって、アームクランプ根元（Ｃ点）に、逆方向（時計方向）に大きい曲げモーメントが作用してしまい、これがアームクランプ根元に永久歪を生じさせて首折れを生じていた。従って、推進力Ｐによる曲げモーメントが大きくなって首折れの恐れが生じる時には、金属条材のアームクランプ根元に正方向の曲げモーメントを付与することにより、首折れを防止できる。そして、アームクランプ根元に正方向の曲げモーメントを付与するには、曲げ加工中の金属条材の、加熱部近傍の直線部を含み、その直線部から前記曲げアームに至る領域に、曲げ平面内で曲げアームの旋回中心のある側に向かう方向の荷重を加えることが有効である。
【０００６】
本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、曲げアームに、曲げ加工の進行に伴う曲げアームの旋回方向とは逆方向の力を作用させて金属条材に圧縮力を作用させながら曲げ加工を行う圧縮曲げ加工方法であって、曲げ加工期間中に、曲げアームの旋回及び推進力Ｐによって金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントＭC ′の絶対値が前記金属条材の許容曲げモーメントＭP を越える期間が存在する形態の圧縮曲げ加工方法において、曲げ加工期間中の少なくとも、曲げアームの旋回及び推進力Ｐによって金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメント即ち基本曲げモーメントＭC ′の絶対値が前記金属条材の許容曲げモーメントＭP を越える期間は、前記金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントによって前記金属条材に首折れが発生するのを防止するため、前記金属条材のアームクランプ根元に作用する全曲げモーメントＭC の絶対値が前記許容曲げモーメントＭP を越えないように、前記金属条材の加熱部近傍の直線部を含み、その直線部から前記曲げアームに至る領域の金属条材に、曲げ平面内で前記曲げアームの旋回中心のある側に向かう方向の荷重を加えてアームクランプ根元に付加曲げモーメントを作用させながら曲げ加工することを特徴とし、これによって首折れ発生を防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面の実施形態を参照して本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明方法の実施に用いる曲げ加工装置の一例を、曲げ加工途中の状態で示す概略平面図である。図１に示す曲げ加工装置も、従来の曲げ加工装置と同様に、鋼管等の金属条材１の長手方向の短区間を加熱すると共に加熱部位の片側（図面では右側）に冷却水５を吹き付け可能な誘導コイル等の加熱装置２と、金属条材１の加工先端側をクランプするアームクランプ４を有し、支点Ｏを中心として旋回可能な曲げアーム３と、曲げアーム３に、曲げ加工の進行に伴う曲げアーム３の旋回方向とは逆方向の力Ｐb を作用させる手段（図示せず）と、金属条材１に長手方向の推進力Ｐを加え、曲げアーム３に向かって前進させる条材推進装置（図示せず）と、ガイドローラ６等を備えている。更に、この曲げ加工装置は、従来とは異なり、金属条材１のアームクランプ根元Ｃに正方向（図面では反時計方向）の曲げモーメントを付加するための荷重付与装置１１を備えている。この荷重付与装置１１は、押しローラ１２とそれを金属条材１に押し付ける油圧シリンダ１３を備えており、曲げ加工中の金属条材１に、その軸線に直角方向に且つ曲げ平面内で曲げアーム３の旋回中心Ｏのある側に向かう方向の荷重Ｆを加えることで、金属条材１のアームクランプ根元Ｃに正方向（反時計方向）の曲げモーメントを作用させることができる。ここで、荷重付与装置１１の設置位置は、金属条材１の加熱部（Ａ点）近傍の直線部（具体的には、ガイドローラ６から加熱装置２までの直線部）を含み、その直線部から曲げアーム３に至る領域内の所望位置に荷重Ｆを付与しうるように定められる（更に詳細には後述する）。なお、図１に示すように、荷重付与装置１１を金属条材１の曲げ部（円弧状に曲げ加工した領域）に荷重Ｆを付与しうるよう配置する場合は、旋回アーム３がその位置を支障なく通過しうるように、荷重付与装置１１全体又は押しローラ１２を退避させうる構成としている。
【０００８】
この曲げ加工装置においても、従来と同様に、曲げようとする金属条材１を加熱装置２の中に通し、加工先端側を曲げアーム３のアームクランプ４に固定し、金属条材１を加熱装置２で加熱しながら長手方向に推進させることにより、加熱部を金属条材１の長手方向に連続的に移動させ、同時に曲げアーム３を旋回させて加熱部に曲げモーメントを作用させて変形させ、その直後の部分を冷却するという連続的な曲げ加工が行われる。この曲げ加工期間中の所定の期間に、荷重付与装置１１が作動して金属条材１に荷重Ｆを加え、アームクランプ根元に作用する全曲げモーメントＭC の絶対値が金属条材１の許容曲げモーメントＭP を越えないようにする。以下、荷重付与装置１１により荷重Ｆを付与する位置、付与する期間、荷重Ｆの大きさ等を説明する。なお、本明細書において、金属条材１の曲げ部内の位置を角度で示す場合、曲げアーム３の旋回中心Ｏと加熱装置２による加熱中心点Ａを結ぶ直線ＯＡを基準線とし、点Ｏを中心としてその基準線に対する角度を用いる。また、曲げアーム３の位置を角度で示す場合、曲げアーム３が曲げ開始時に占める位置を基準線としてその基準線からの旋回角度（曲げ角度に等しい）を用いる。
【０００９】
曲げ加工中、荷重付与装置１１を作動させなければ、アームクランプ根元（Ｃ点）には、基本曲げモーメントＭC ′のみが作用しており、その大きさは、前記したように、
ＭC ′＝ＭA −ＭG     ……（４）
である。ここで、推進力Ｐによる曲げモーメントＭG は曲げアーム３の角度（曲げ角度）θの関数であるので、式（４）を書き直すと、数３に示す式（５）のようになる。
【数３】
0003860065.tif 000002
【００１０】
式（５）に示す基本曲げモーメントＭC ′と曲げ角度θの関係の例を、推進力Ｐを小さくした場合と大きくした場合を例にとって円グラフに示すと、図２に示す曲線１５（推進力Ｐが小さい場合）、１６（推進力Ｐが大きい場合）のようになる。なお、図中、円弧１７は正方向の許容曲げモーメント＋ＭP を、円弧１８は逆方向の許容曲げモーメント−ＭP を、円弧１９は曲げモーメント０を示している。図２の曲線１５，１６から良く分かるように、アームクランプ根元に作用する基本曲げモーメントＭC ′は、曲げ開始時には、正方向に作用しているが、曲げの進行に伴って減少し、途中から逆方向に変わり且つ増大してゆく。そして、その基本曲げモーメントＭC ′は、推進力Ｐが小さい場合には、曲線１５で示すように、正逆の許容曲げモーメントの範囲内（＋ＭP 〜−ＭP ）にあるが、推進力Ｐを大きくした場合には、曲線１６で示すように、曲げ角度θC で許容曲げモーメント−ＭP を越えてしまう。このため、この曲げ角度θC を越えて曲げ加工した場合には、首折れが生じてしまう。そこで、本発明では、荷重付与装置１１によって正方向の曲げモーメントを加え、アームクランプ根元に作用する曲げモーメントが逆方向の許容曲げモーメント−ＭP を越えないようにするものである。本明細書では、基本曲げモーメントＭC ′が逆方向の許容曲げモーメント−ＭP に達する曲げ角度θC を限界曲げ角度と称し、且つ荷重Ｆによって加える曲げモーメントを付加曲げモーメントと称する。
【００１１】
本発明において、荷重付与装置１１が金属条材１に荷重を付与する位置は、金属条材１のアームクランプ根元に正方向の曲げモーメントを付与しうる位置であればよく、従って、図１において、ガイドロール６から曲げアーム３に至る領域内とすればよく、好適には、ガイドロール６から曲げ先端側の曲げ境界点Ｂまでの領域内とすればよい。荷重付与装置１１による荷重付与位置は１個所に限らず、複数個所としてもよく、また、その荷重付与位置も一定位置に固定する必要はなく、曲げ加工中、変化させてもよい。但し、荷重Ｆの付与は、少なくとも基本曲げモーメントＭC ′が負側の許容曲げモーメントに達する前に、即ち曲げ角度が限界曲げ角度θC に達する前に開始しなければならないので、少なくとも１個の荷重付与装置１１は、図１に示すように、曲げアーム３が限界曲げ角度θC に対応する位置を占めている時に、その曲げアーム３とガイドローラ６との間で金属条材１に荷重Ｆを付与しうる位置に配置している。荷重Ｆの付加期間は、少なくとも、基本曲げモーメントＭC ′が負側の許容曲げモーメントを越えている期間を含むものであれぱよく、具体的には、荷重付与を、上記した限界曲げ角度θC に達する前に開始すればよい。
【００１２】
限界曲げ角度θC は、上記したように、基本曲げモーメントＭC ′が逆方向の許容曲げモーメント−ＭP に一致する曲げ角度であるので、上記の式（５）の絶対値が許容曲げモーメントＭP に等しいとして、計算することで求めることができる。すなわち、限界曲げ角度θC は、数４に示す式（６）から計算で求めることができる。
【数４】
0003860065.tif 000003
【００１３】
なお、限界曲げ角度θC は上記式（６）から計算で求めることはできるが、かなりの計算量が必要となる。そこで、近似式を作っておくことが好ましい。上記（６）式において、曲げモーメントＭA は、金属条材１の曲げ温度における引張強さσh 、断面係数Ｚ及び圧縮率の関数、推進力Ｐは圧縮率の関数、圧縮率は、曲げ加工後の金属条材１の減肉率αの関数、許容曲げモーメントＭP は許容曲げ応力σa 及び断面係数Ｚの関数である。これらを考慮すると、限界曲げ角度θC は、主として、素材の許容曲げ応力σa 、曲げ温度における引張強さσh 及び減肉率αの関数である。そこで、金属条材１が円管である場合について、これらをファクターとする近似式を求め、数５に示す式（１）を得た。従って、円管に対して曲げ加工を行う場合には、式（１）を用いて、限界曲げ角度θC を求め、少なくとも、その限界曲げ角度θC に到達する前に荷重Ｆの付与を開始すればよい。なお、荷重Ｆの付与開始は、限界曲げ角度θC に到達する前であればよいので、必ずしも限界曲げ角度θC を求めておく必要はなく、限界曲げ角度θC の前であると思われる適当な時期に荷重付与開始を行っても良い。
【数５】
0003860065.tif 000004
【００１４】
荷重付与装置１１によって付与する荷重の大きさは、曲げ加工中、金属条材１のアームクランプ根元に作用する全曲げモーメントＭC （基本曲げモーメントと付加曲げモーメントの総和）の絶対値が許容曲げモーメントＭP を越えないように、曲げ加工の条件（具体的には基本曲げモーメントＭC ′）に応じて、適切に定めれば良い。以下、荷重付与装置１１による荷重付与の位置、タイミング、荷重の大きさ等の具体例を説明する。
【００１５】
まず、一定位置に配置した１個の荷重付与装置１１を用いる場合を説明する。図１に示すように、荷重付与装置１１を金属条材１の曲げ部の角度φの位置に、曲げ中心Ｏに向かって荷重Ｆを加えるように配置するものとすると、曲げ角度がθとなった時点での、荷重Ｆによるアームクランプ根元への付加曲げモーメントＭcrは、数６に示す式（８）のようになる。
【数６】
0003860065.tif 000005
【００１６】
アームクランプ根元に作用する全曲げモーメントＭC は、
ＭC ＝ＭC ′＋Ｍcr            ……（９）
であるので、この式（９）を計算することにより、全曲げモーメントＭC を求めることができ、その全曲げモーメントＭC の絶対値が許容曲げモーメントＭP を越えないように、荷重Ｆの大きさ及びその付与位置の角度φを求めることができる。
【００１７】
今、９０度の曲げ加工を行う場合において、アームクランプ根元の基本曲げモーメントＭC ′が図３の円グラフに曲線２１で示すように、曲げの終わり近傍において、許容曲げモーメント−ＭP を少し越えるものとする。この場合には、付加曲げモーメントＭcrをあまり大きくする必要がないので、荷重Ｆの付与位置を、図１のＡ点（角度φ＝０の位置、具体的には、加熱部の前又は後）とし、曲げ開始時から連続的に小さい荷重Ｆを付加する方法を採ることで首折れを防止できる。例えば、図３において、曲げ角度θ＝９０度の時に、全曲げモーメントＭC の絶対値が許容曲げモーメントＭP に一致するような荷重Ｆを、上記した式（８）、（９）から求めておき、その荷重Ｆを曲げ開始時から付加する。すると、その荷重Ｆによる付加曲げモーメントＭcrは、曲線２２で示すようになり、全曲げモーメントＭC は曲線２３で示すように、全曲げ範囲内で許容曲げモーメント範囲内（＋ＭP 〜−ＭP の範囲内）に保持される。かくして、首折れを生じることなく曲げ加工を行うことができる。なお、荷重付与位置及び期間はこれに限らず適宜変更可能であり、例えば、荷重Ｆの付与位置を角度φ＝０の位置としたままで、荷重付与開始のタイミングを、曲げがある程度進行した時点（但し、限界曲げ角度θC に到達する前）とするように変更してもよいし、荷重Ｆの付与位置を、限界曲げ角度θC 以下の任意の位置に変更してもよい。
【００１８】
次に、９０度の曲げ加工を行う場合ではあるが、アームクランプ根元の基本曲げモーメントＭC ′が図４の円グラフに曲線２６で示すように、比較的早く許容曲げモーメント−ＭP を越え、曲げ終わり（曲げ角度θ＝９０度）には、かなり大きく許容曲げモーメント−ＭP を越えてしまう場合がある。この場合、荷重Ｆの付与位置を角度φ＝０の位置とし、曲げ角度θ＝９０度の時に、全曲げモーメントＭC の絶対値が許容曲げモーメントＭP に一致するような荷重Ｆを曲げ開始時から付加する方法を採ると、その荷重Ｆによる付加曲げモーメントＭcrは、曲線２７で示すようになり、全曲げモーメントＭC が曲線２８で示すように変化し、曲げの初期領域では、正側の許容曲げモーメントＭP を越えてしまい、正方向の首折れを生じてしまう。そこでこれを防ぐため、荷重Ｆを加えるタイミングを、全曲げモーメントＭC が許容曲げモーメントＭP より適当に小さくなる時点からとする。例えば、図５（ａ）に示すように、曲げ角度がθS に到達した時点で荷重Ｆの付与を開始する。これにより、全曲げモーメントＭC は、曲げ角度θ＝０〜θS の領域では、曲線２６のように変化し、曲げ角度θ＝θS 〜９０度の領域では、曲線２８のように変化することとなり、全曲げ範囲内で許容曲げモーメント範囲内（＋ＭP 〜−ＭP の範囲内）に保持され、首折れを防止できる。
【００１９】
なお、図５（ａ）に示すように、曲げ角度θがθS に達した時点で所定の大きさの荷重Ｆの付与を開始すると、その時点で全曲げモーメントＭC が急激に増加し、曲げに悪い影響を与える場合がある。そのような恐れのある場合には、金属条材１に付与する荷重を０から徐々に所定の荷重Ｆにまで増加させる方法を採ることが好ましい。この方法を採用することで、図５（ｂ）に示すように、付加曲げモーメントＭcrは、曲線２７Ａで示すように増加し、荷重が所定の大きさＦに到達した後は、曲線２７で示すようになり、それに伴い全曲げモーメントＭC も、曲線２８Ａで示すように変化し、次いで曲線２８で示すように変化し、急激な曲げモーメントの変化を無くすことができる。なお、付与する荷重Ｆは、必ずしも、曲げの途中から一定とする必要はなく、付与する全期間に渡って変化させる形態としてもよい。
【００２０】
図５に示す実施形態では、荷重Ｆの付与位置を角度φ＝０の位置としているが、これに代えて、図５に示すように、荷重Ｆの付与位置（角度φ）を、０と限界曲げ角度θC の範囲内の適当な位置とするように変更してもよい。この場合にも、例えば、曲げ角度θ＝９０度の時に、全曲げモーメントＭC の絶対値が許容曲げモーメントＭP に一致するような荷重Ｆを計算で求めておき、図６（ａ）に示すように、その荷重Ｆを角度φの位置に、曲げ角度がその角度φより適度に進んだ角度θS に達した時点で付加すると、その荷重Ｆによる付加曲げモーメント  Ｍcrは、曲線３１で示すようになり、それ以後の全曲げモーメントＭC は曲線３２で示すように変化する。かくして、全曲げ範囲内で許容曲げモーメント範囲内（＋ＭP 〜−ＭP の範囲内）に保持でき、首折れを生じることなく曲げ加工を行うことができる。なお、この場合においても、金属条材１に付与する荷重Ｆを０から徐々に所定の荷重Ｆにまで増加させる方法を採ることができ、その場合には、図６（ｂ）に示すように、付加曲げモーメントＭcrと全曲げモーメントＭC が、それぞれ曲線３１Ａ、３２Ａに示すように変化することとなり、全曲げモーメントＭC の急激な変化を生じさせない利点が得られる。
【００２１】
次に、曲げ角度を１８０度まで行う場合を説明する。今、基本曲げモーメントＭC′が図７の円グラフで曲線３６のように変化するものとする。荷重Ｆをφ＝０の位置（図１のＡ点）に付与するものとし、その荷重Ｆを曲げ角度θC に達した時点から付与を始めると、その荷重Ｆによる付加曲げモーメントＭcrは、曲線３７で示すようになり、荷重付与位置からの曲げ角度が９０度を越えるあたりから急激に小さくなり、１８０度よりもかなり小さい或る角度θD で０になり、それ以後は逆方向の曲げモーメントとなってしまう。このため、全曲げモーメントＭC は曲線３８のように変化し、例え荷重Ｆを大きく選定しても、逆方向の首折れを防止するという初期の目的を達成できないばかりか、逆に首折れを助長してしまう。そこで、この場合には、荷重Ｆの付与位置（角度φ）を、図８，図１０に示すように、曲げの進行方向に大きく進んだ位置とし、曲げ終わり（１８０度）に達した時点でも、付加曲げモーメントＭcrを正の値に保つことができるようにする。そして、荷重Ｆの大きさを適切に、例えば、曲げ角度が１８０度に達した時に全曲げモーメントＭC が負側の許容曲げモーメント−ＭP に等しくなるように設定することで、その荷重Ｆによる付加曲げモーメントＭcrは、曲線４０で示すように変化し、その付加曲げモーメントＭcrを加えた全曲げモーメントＭC を、曲線４１で示すように変化させ、全曲げ範囲内で許容曲げモーメント範囲内（＋ＭP 〜−ＭP の範囲内）に保持でき、首折れを生じることなく曲げ加工を行うことができる。
【００２２】
ここで、荷重Ｆを付与する位置は、最終曲げ角度（図８の実施形態では曲げ角度１８０度）に達するまで付加曲げモーメントＭcrを正の値に保持しうる位置であればよい。図８、図１０において、荷重Ｆを付加する領域の下限を角度θE とすると、この角度θE の位置は、その位置に荷重Ｆを作用させて曲げ加工を行い、曲げ終わり（曲げ角度１８０度）に達した時点での付加曲げモーメントＭcrが０となる位置である。この角度θE は上記した付加曲げモーメントＭcrを求める式（８）を用いて求めることができる。具体的には、図７において荷重Ｆの付与位置から付加曲げモーメントＭcrが０になる位置までの角度θD を求めると、その角度θD は数７に示す式（１０）のようになるので、その角度θD の位置が曲げ終わりの位置に一致するように荷重Ｆの付与位置を進めておけばよい。又、荷重Ｆの付与範囲の下限角度θE は、数７の式（２）のようになる。従って、θD を越える曲げ角度の曲げ加工を行う場合、金属条材１に対して荷重Ｆを加える位置を、式（２）に示す角度θE 以上の領域としておけばよく、これによって曲げ終わりまで、首折れを生じることなる曲げ加工することができる。なお、荷重Ｆを加える領域の上限は、上記したように荷重Ｆを曲げ角度が限界曲げ角度θC に達するまでに付与する必要があることから、限界曲げ角度θC に達した時点における曲げアーム位置であり、好適には、限界曲げ角度θC である。従って、９０度を越えるような大きい角度の曲げ加工を行う場合には、荷重Ｆを付与する領域は、図１０に示すように、角度θE 〜θC 内の領域とすればよい。
【数７】
0003860065.tif 000006
【００２３】
図８に示す場合においても、金属条材１に付与する荷重を０から徐々に所定の荷重Ｆにまで適当な角度範囲内で増加させる方法を採ることが好ましく、この方法を採ることにより、図９に示すように、付加曲げモーメントＭcr及び全曲げモーメントＭC を曲線４４，４５で示すようになだらかに変化させて行くことができる。なお、図９の実施形態では、荷重Ｆの付与位置を限界曲げ角度θC よりもある程度小さい角度とし、その角度θC を少し越えた角度θS に達した時点で荷重付加を開始している。
【００２４】
図８，図９の実施形態で示したように、１８０度曲げを行う場合において、荷重Ｆを１点に加えることで、曲げの全範囲において全曲げモーメントＭC を許容曲げモーメント範囲内（＋ＭP 〜−ＭP の範囲内）に保持することは可能である。しかしながら、荷重付与位置からの曲げ角度が或る程度以上に大きくなると、荷重Ｆによる付加曲げモーメントが小さくなってしまうため、首折れを防止するには、荷重Ｆとしてかなり大きい荷重を加える必要があり、これによって曲げ半径の精度が悪くなる場合がある。これを防ぐには、曲げが進行した時点で荷重Ｆを付与する位置をアームクランプ根元に近い位置に変えるとか、追加することが有効となる。以下、その場合の実施形態を説明する。
【００２５】
図１１に示す曲げ加工装置では、荷重付与装置１１（以下第一荷重付与装置という）に加えて、その第一荷重付与装置１１と同様な構造の第二荷重付与装置５１を備えている。第一荷重付与装置１１は、曲げ角度が限界曲げ角度θC に達する前に荷重Ｆを付加することができるように設けるものであり、その第一荷重付与装置１１による荷重付与位置（第一荷重付与位置という）は、ガイドローラ６から限界曲げ角度θC の位置までの間に設定される。第二荷重付与装置５１は、荷重付与位置（第二荷重付与位置という）が、第一荷重付与位置から曲げアーム３に至る領域内に設定されるように設けられる。なお、図面の実施形態では、第一荷重付与位置を角度φ1 ＝３０度の位置とし、第二荷重付与位置を角度φ2 ＝９０度の位置としている。
【００２６】
次に、図１１に示す曲げ加工装置による曲げ加工中の荷重付与及び曲げモーメント変化を、図１２の円グラフを用いて説明する。図中、３６は基本曲げモーメントＭC ′の変化を示す曲線である。曲げ加工を開始した後、曲げ角度が第一荷重付与位置（角度φ1 ＝３０度）を少し越えた時点（曲げ角度θS1）で第一荷重付与位置への第一荷重Ｆ1 の付加を開始する。この時、第一荷重Ｆ1 は０から徐々に増加させてゆく。これにより、曲線５３Ａで示すように付加曲げモーメントＭcrが加えられ、全曲げモーメントＭC は曲線５４Ａのように変化し、許容曲げモーメントの範囲内に保たれる。そして、曲げが進行し、曲げ角度が９０度を少し越え、第二荷重付与装置５１による荷重付加が可能となった時点（曲げ角度 θS2）で、第一荷重付与位置に加えていた第一荷重Ｆ1 を無くすと同時に、第二荷重付与位置に第二荷重Ｆ2 を付加し始め、その後は一定の第二荷重Ｆ2 を付加し続ける。ここで加える第二荷重Ｆ2 は、例えば、曲げ終了時（曲げ角度θ＝１８０度）の時に、全曲げモーメントＭC が負側の許容曲げモーメント−ＭP に等しくなるように設定しておく。また、第一荷重付与位置への第一荷重Ｆ1 は、荷重付与を切り替える時点において、第一荷重Ｆ1 による付加曲げモーメントＭcrが第二荷重Ｆ2 による付加曲げモーメントＭcrに等しくなるように設定しておく。これにより、荷重付与切り替え後は、曲線５３Ｂで示すように付加曲げモーメントＭcrが加えられ、全曲げモーメントＭC は曲線５４Ｂのように変化し、許容曲げモーメントの範囲内に保たれる。かくして、全曲げ範囲に渡って全曲げモーメントＭC は許容曲げモーメントの範囲内に保たれ、首折れを生じることなく曲げ加工を行うことができる。この実施形態のように、曲げ角度の大きい位置に第二荷重付与位置を設定し、その位置に第二荷重Ｆ2 を加える構成とすると、その第二荷重Ｆ2 によってアームクランプ根元に作用させる付加曲げモーメントＭcrを大きくすることができ、換言すれば、小さい第二荷重Ｆ2 で首折れ防止を図ることができる。かくして、比較的小さい荷重Ｆ1 、Ｆ2 を加えることで、全曲げモーメントＭC を許容範囲内に保持でき、曲げ半径の精度を高く保ちながら、首折れを防止した曲げ加工を行うことができる。
【００２７】
なお、上記の説明では、第一荷重付加位置への第一荷重Ｆ1 の付加と第二荷重付加位置への第二荷重Ｆ2 の付与を切り替えているが、第一荷重Ｆ1 の付与を継続しながら、それに並行して第二荷重Ｆ2 追加する構成としてもよく、また、その場合、第一荷重Ｆ1 を徐々に低下させ、第二荷重Ｆ2 を徐々に増加させる構成としてもよい。更に、上記の説明では、荷重Ｆ1 を０から徐々に増加するように変化させているが、これに限らず付与開始時から一定の大きさの荷重Ｆ1 を加えるように変更してもよく、同様に、荷重Ｆ2 についても、最初から一定の大きさの荷重を付与する場合に限らず、適当に変化させながら、付与してもよい。
【００２８】
以上に説明した実施形態は、いずれも、荷重付与装置１１、５１を定まった位置に設置し、曲げ加工中、一定の曲げ角度位置に荷重を付与しているが、これを曲げの進行に伴って移動する構成とすることも可能である。図１３はその場合の実施形態を示すものである。この実施形態では、曲げアーム３の旋回中心Ｏを中心として旋回するように旋回アーム６１を設け、その旋回アーム６１に荷重付与装置１１を保持させている。この曲げ加工装置においては、荷重付与装置１１を作動させない状態で曲げ加工を開始し、曲げ角度が限界曲げ角度θC に達する前の適当な時期に、限界曲げ角度θC より小さい角度位置に荷重付与装置１１を位置させて作動させ荷重Ｆを付与し始める。その後、曲げの進行に伴い、旋回アーム６１も曲げアーム３の旋回方向に旋回させ、荷重付与位置を進める。これにより、荷重Ｆによる曲げモーメントを、曲げ角度が大きくなった時点でも有効にクランプ根元に作用させることができ、比較的小さい荷重Ｆを加えることで、全曲げモーメントＭC を許容範囲内に保持でき、曲げ半径の精度を高く保ちながら、首折れを防止した曲げ加工を行うことができる。なお、曲げ加工中、旋回アーム６１を、曲げアーム３と同期させて連続的に旋回させてもよいし、曲げ加工中の或る期間は一つの位置に停止し、曲げ加工が進行した時点で次の位置に旋回して停止するといった間欠的な旋回を行うようにしてもよい。また、この実施形態で加える荷重Ｆも、一定の大きさのものであっても、変化するものであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、曲げ加工期間中の少なくとも、曲げアームの旋回及び推進力Ｐによって金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントＭC ′の絶対値が前記金属条材の許容曲げモーメントＭP を越える期間は、前記金属条材のアームクランプ根元に作用する全曲げモーメントＭC の絶対値が前記許容曲げモーメントＭP を越えないように、前記金属条材の加熱部近傍の直線部を含み、その直線部から前記曲げアームに至る領域の金属条材に、曲げ平面内で前記曲げアームの旋回中心のある側に向かう方向の荷重を加えてアームクランプ根元に付加曲げモーメントを作用させながら曲げ加工する構成としたことで、小曲げ半径の圧縮曲げを行う場合に生じがちな首折れを防止でき、首折れのない製品を得ることができるといった効果を有している。
【００３０】
ここで、金属条材に対して荷重を加える期間を、少なくとも前記曲げアームの旋回角度が、上記した式（１）に示す限界曲げ角度θC に到達する前に開始させる構成とすると、アームクランプ根元に作用する全曲げモーメントＭC の絶対値が許容曲げモーメントＭP を越える前に、荷重の付与を開始して首折れ発生を防止でき、簡単な計算によって、荷重付加のタイミングを求めることができるという効果が得られる。
【００３１】
また、曲げ角度が９０度を越えるような曲げ加工を行う際には、金属条材に対して荷重を加える位置を、上記した式（２）に示す角度θE 以上の領域とすると、曲げ角度が大きくなった場合にも、アームクランプ根元に正方向の付加曲げモーメントを作用させることができ、例えば、曲げ角度が１８０度といった大きい曲げ角度の曲げ加工においても、首折れを防止できるという効果が得られる。
【００３２】
また、金属条材に対して荷重を加える位置を、その荷重を加え始める時点では金属条材の加熱部近傍の直管部からその時点での前記曲げアームに至る領域内に設定した第一荷重付与位置とし、その後、所定量の曲げ加工が進行した時点で、前記第一荷重付与位置よりも曲げ方向に前進した第二荷重付与位置に変更若しくは追加する構成とすると、比較的小さい荷重を付加することで、アームクランプ根元に作用する全曲げモーメントを許容曲げモーメント内に保持でき、曲げ半径の精度を悪くすることなく首折れを防止できるという効果が得られる。
【００３３】
また、金属条材に対して前記荷重を加える位置を、曲げ加工の進行につれて前記曲げアームの旋回方向に移動させる構成とすると、比較的小さい荷重を付加することで、アームクランプ根元に作用する全曲げモーメントを許容曲げモーメント内に保持でき、曲げ半径の精度を悪くすることなく首折れを防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る曲げ加工装置の概略平面図
【図２】曲げ加工中に金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図３】図１の装置を用いた、本発明の一実施形態に係る曲げ加工方法において、曲げ加工中に金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図４】曲げ開始位置に大きい荷重Ｆを加えた状態で、金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の他の実施形態に係る曲げ加工方法において金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の更に他の実施形態に係る曲げ加工方法において金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図７】曲げ角度を１８０度とした場合において、曲げ開始位置に荷重Ｆを加えた状態で、金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る曲げ加工方法において金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図９】本発明の更に他の実施形態に係る曲げ加工方法において金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図１０】大きい曲げ角度での曲げ加工を行う場合における荷重付与領域を示す、曲げ加工装置の概略平面図
【図１１】本発明の他の実施形態に係る曲げ加工装置の概略平面図
【図１２】図１１の装置を用いた、本発明の実施形態に係る曲げ加工方法において金属条材のアームクランプ根元に作用する曲げモーメントの、曲げ角度に対する変化を示す円グラフ
【図１３】本発明の更に他の実施形態に係る曲げ加工装置の概略平面図
【図１４】従来の曲げ加工装置の概略平面図
【図１５】従来の装置で曲げ加工した金属条材（鋼管）を示す概略平面図
【符号の説明】
１  金属条材
２  加熱装置
３  曲げアーム
４  アームクランプ
５  冷却水
６  ガイドローラ
１１  荷重付与装置（第一荷重付与装置）
１２  押しローラ
１３  油圧シリンダ
５１  第二荷重付与装置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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