(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ加工すべき金属管の管軸方向の小区間を加熱する環状の誘導子と、前記金属管を前記誘導子に対して管軸方向に相対的に移動させる手段と、前記金属管の、誘導子によって加熱された領域に曲げモーメントを加えて曲げ変形させる曲げモーメント付与手段を有する金属管曲げ加工装置において、前記誘導子の、金属管外面と向き合う内面の管軸方向のプロフィルを、少なくとも曲げ内側の管外面と向き合う、中心角θが６０°〜１８０°の範囲内では、曲げ変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルに形成したことを特徴とする金属管曲げ加工装置。
【請求項２】
前記誘導子のプロフィルを折線状に形成した、請求項１記載の金属管曲げ加工装置。
【請求項３】
更に、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構を装備した、請求項１記載の金属管曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管を誘導加熱を利用して連続的に曲げ加工する金属管曲げ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属管の曲げ加工装置として、図６に示すように、曲げ加工すべき金属管１の管軸方向の小区間を誘導子２で塑性変形容易な温度に加熱して加熱部３を形成し、その金属管１を管移動装置（図示せず）によって矢印Ａ方向に移動させることによって、その加熱部３を管軸方向に移動させながら、同時に金属管１の先端をクランプした曲げアーム５を支点Ｏを中心として旋回させて加熱部３に曲げモーメントを付与しその加熱部３に曲げ変形を生じさせ、且つ曲げ変形を生じた直後の領域に誘導子２から冷却水等の冷却媒体６を吹き付けて冷却、固化させる構成の連続曲げ加工装置が使用されている。
【０００３】
通常、この種の曲げ加工装置では、金属管１には曲げアーム５を旋回させる程度の圧縮力しか作用しないため、金属管の中心軸線Ｐ−Ｐの近傍が曲げ中立軸線（曲げ前後で管軸方向の長さが変化しない位置）となり、曲げ外側では肉厚減少が生じ、曲げ内側では肉厚増加が生じている。また、曲げ外側に生じる肉厚減少を防止するため、曲げ加工時に金属管に管軸方向の大きい圧縮力を作用させる構成としたものも知られている（例えば、特公昭５４−３０９１５号公報参照）。この種の連続曲げ加工においては、金属管の曲げ内側では曲げ変形と共に大きい圧縮力が作用してとりわけ大きい肉厚増加を生じており、圧縮により肉厚増加を生じさせるような塑性変形は不安定になり勝ちであるので、ジャバラ等の不整変形を生じることが多い。そこで、従来は加熱幅の適正化、加熱温度の適正化、安定化等を図ることで不整変形を防止していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種の曲げ加工において、曲げ加工の対象とする金属管の肉厚を大きくしたり、曲げ半径を小さくしたり、或いは曲げ外側の肉厚減少を抑制するため金属管に大きい圧縮力を作用させたりして、曲げ内側に生じる肉厚増加を大きくした場合（例えば、曲げ内側での管外面側への肉厚増加量が５ｍｍを超えるような場合）に問題が生じることが判明した。すなわち、このような場合には、図７に示すように、曲げ内側で管外面に生じる肉厚増加量が大きくなるため、誘導子２の出口側では管外面１ａが誘導子２の角部２ａにきわめて接近し、誘導子による入熱量が増大し、誘導子２と管外面との間隔の微小な変動でも入熱量が大きく変動する。また、冷却媒体６の管体への投射角度が変化し加熱部に冷却媒体が跳散して加熱部が不規則に部分冷却されることもある。このため、加熱部３の温度が不安定となって塑性変形抵抗が変動してしまい、曲げ変形や肉厚増加のバランスを損なって不安定化し、ジャバラ等の不安定な変形を生じてしまう。特に、金属管の肉厚を大きくした場合には、誘導子による入熱量を大きくする必要があることから、温度管理が一層困難となり、曲げ変形や肉厚増加のバランスが崩れやすく、良好な曲げ加工が高能率で行えないという問題があった。なお、誘導子２と管外面との間隔を大きくすれば、温度変動は幾分か抑制できるが、加熱効率が悪くなり、必要な加熱熱量を供給できない場合も生じ、解決策とはならない。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、肉厚の大きい金属管に対する曲げ加工、曲げ半径の小さい曲げ加工、或いは曲げ外側の肉厚減少を防止するために大きい圧縮力を加えて行う曲げ加工等の、曲げ内側に大きい肉厚増加を伴う曲げ加工を、良好に行うことの可能な金属管の曲げ加工装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属管の曲げ内側に大きい肉厚増加を生じても、金属管の曲げ変形を生じる領域の誘導加熱を安定させて温度変動を抑制するために、誘導子の、金属管外面と向き合う内面の管軸方向のプロフィルを、少なくとも曲げ内側の管外面と向き合う、中心角θが６０°〜１８０°の範囲内では、曲げ変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルに形成するという構成としたものである。この構成とすると、金属管の曲げ内側の管外面が肉厚増加した状態において、管外面と誘導子内面との間隔が、管軸方向にほぼ一定に保たれることとなり、従って、局部的に間隔の小さい領域が存在しないため、金属管の誘導加熱が安定し、温度変動を抑制でき、曲げ変形及び肉厚増加を安定して生じさせることができる。このため、金属管を安定して曲げ加工でき、良好な外観を備えた曲げ管を能率よく製造できる。
【０００７】
上記構成の誘導子を用いた曲げ加工装置に対し、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構を装備することが好ましい。このような誘導子位置制御機構を設けると、曲げ加工の際に金属管のたわみ等によって、金属管の誘導子で加熱される領域の位置が管軸に直角方向に変動しても、常に、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持でき、金属管の加熱が安定し、一層良好な曲げ加工を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一つの実施の形態による金属管の曲げ加工装置の概略平面図である。１１は曲げ加工すべき金属管、１２は、その金属管１１の管軸方向の小区間を誘導加熱して塑性変形容易な加熱部１３を形成する誘導子であり、金属管１１の曲げ変形を生じた直後の部分に冷却水等の冷却媒体１４を吹き付ける構成となっている。誘導子１２の構造及びその保持機構については後述する。１５は、金属管１１の一端を保持し、該金属管１１を管軸方向に（矢印Ａ方向に）移動させる管移動装置であり、金属管を誘導子に対して相対的に移動させる手段を構成している。この実施の形態における管移動装置１５は、曲げ加工装置の基準軸線Ｑ−Ｑに平行に配置されたガイドレール１６と、そのガイドレール１６に案内されて走行する走行台車１７を備えており、その走行台車１７に金属管１１を把持するクランプ（図示せず）が設けられている。２０は、金属管１１の先端を把持するクランプ２１を備え、支点Ｏを中心に旋回可能な曲げアームであり、金属管１１の前進によって支点Ｏを中心に旋回し、金属管の加熱部１３に曲げモーメントを加えて曲げ変形させる曲げモーメント付与手段を構成している。
【０００９】
２３は、誘導子１２を支持し且つその誘導子１２に高周波電流を供給するトランス、２４はそのトランス２３を支持するトランス架台であり、基準軸線Ｑ−Ｑに直角方向に延びる一対のレール２５を備えている。トランス２３は、両側に車輪２６を備え、その車輪２６をレール２５に乗せており、これにより基準軸線Ｑ−Ｑに直角な矢印Ｂ−Ｂ方向に移動可能である。３０は、金属管の曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構であり、この実施の形態では、トランス２３に保持されたガイド架台３１と、金属管１１の曲げ内側に対向する位置でガイド架台３１と誘導子１２を連結した支持板３２と、その支持板３２に誘導子１２の近傍に位置するように取り付けられた間隙調整用ボルト３３及びナット３４等を備えており、間隙調整用ボルト３３の先端には金属管１１に接触させるためのコロ３５が取り付けられている。また、トランス２３とトランス架台２４との間には、復元用スプリング３７が取り付けられ、トランス２３を常時基準軸線Ｑ−Ｑから離れる方向に押している。この構成により、間隙調整用ボルト３３の先端のコロ３５は常時、金属管１１の曲げ内側で且つ曲げ加工直前の部分に押し付けられていて、金属管の曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定に維持しており、例え、図示したように、金属管１１が基準軸線Ｑ−Ｑよりも曲げ中心側（支点Ｏ側）にたわんでも、誘導子１２はそのたわみに追従して移動し、金属管の曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定に保つことができる。
【００１０】
次に誘導子１２の構造を説明する。図２は、金属管１１の曲げ変形を生じている部分及び誘導子１２を示す概略断面図、図３（ａ）は金属管１１を図２の矢印Ｃ−Ｃ方向に見た概略断面図、図３（ｂ）は誘導子１２の端部の誘導コイル１２ｃを図２の矢印Ｄ−Ｄ方向に見た概略正面図である。図２、図３（ａ）に示すように、この実施の形態で曲げ加工している金属管１１は肉厚の厚いものであり、金属管１１の曲げ内側に位置する管壁１１ａは曲げ変形すると共に肉厚が大きく増加している。このため、曲げ内側の管外面１１ｂは、管壁１１ａが厚み変化を生じることなく曲げ変形したと想定した場合の管外面１１ｃよりも曲げ中心側に膨出した形状となっている。すなわち、曲げ内側の管外面１１ｂは、変形を生じはじめる位置から変形が進行した方向（図２で金属管１１の進行方向）に向かって、曲げと膨出が加算されて曲げ中心側に急激に傾斜するような形状となり、冷却媒体１４を吹き付けられている冷却点１１ｄで肉厚増加が止まり、それ以降は滑らかな円弧状になっている。そして金属管１１が矢印Ａ方向に進行して曲げ加工が連続的に行われる間、管外面１１ｂは図２に示した形状に保たれる。また、金属管１１の円周方向における肉厚増加を生じる部分は、図３（ａ）に示すように、曲げ内側の頂点Ｅを中心とする中心角θ1 （通常、θ1 は１８０〜２００度程度）の範囲であり、肉厚増加量は頂点Ｅで最も大きく、頂点Ｅから離れるにつれて小さくなっている。
【００１１】
図２において、誘導子１２は３個の環状コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃで構成されており、その３個の環状コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、金属管１１の曲げ内側の管外面１１ｂと向き合う内面の管軸方向のプロフィル（この実施の形態では、各コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの内面に接するように引いた曲線４０が形成する形状）が、曲げ変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルとなるように、すなわち、図示した曲げ中心側に急激に傾斜したような形状の管外面１１ｂの管軸方向のプロフィルに実質的に沿った（間隔をほぼ一定とした）プロフィルとなるように、定められている。
【００１２】
そして、誘導子１２の内面全周のうち、このようなプロフィルを与える領域は少なくとも、管外面に、安定した誘導加熱を行う上で無視できない程度以上の肉厚増加を生じさせる範囲とするものであり、例えば、図３（ａ）に示すように、増肉が中心角θ1 の範囲に生じるとした場合、図３（ｂ）に示すように、その中心角θ1 よりも少し小さい中心角θ2 の範囲内とする。肉厚増加の大きさや、生じる範囲は、金属管の肉厚や曲げ半径等の条件によっても異なるが、多くの場合、無視できない肉厚増加を生じる範囲は、曲げ内側の頂点Ｅを中心とする中心角６０°〜１８０°の範囲内であるので、管外面１１ｂに沿ったプロフィルを与える範囲（中心角θ2 の範囲）は、少なくとも、曲げ内側の管外面と向き合う、中心角６０°〜１８０°の範囲内とすればよい。なお、その他の領域では、誘導子１２の内面のプロフィルは基準軸線Ｑ−Ｑ（図１参照）に平行とする。誘導子１２の内面の管軸方向のプロフィルを前記した構成とする具体的方法としては、肉厚増加を生じていない領域に対向して配置される環状コイル１２ａ、１２ｂは、金属管１２の外周面に対して誘導加熱に適した間隔（例えば、３〜１０ｍｍ程度）をあけて同心状に配置しうる真円状のものとし、肉厚増加を生じる領域に対向して配置される環状コイル１２ｃは、図３（ｂ）に示すように、曲げ内側の中心角θ2 を除いた領域１２ｃａは他の環状コイル１２ａ、１２ｂと等しい円弧で構成し、中心角θ2 の範囲内の領域１２ｃｂは肉厚増加した金属管外面から所定の距離だけ離れた曲線状のものとすればよい。
【００１３】
上記構成の曲げ加工装置においても、従来と同様に曲げ加工が行われる。すなわち、図１において、曲げ加工すべき金属管１１の管軸方向の小区間を誘導子１２で塑性変形容易な温度に加熱しながら、その金属管１１を管移動装置１５によって矢印Ａ方向に移動させ、同時に金属管１１の先端をクランプした曲げアーム２０が支点Ｏを中心として旋回することで加熱部１３に曲げモーメントを付与しその加熱部１３に曲げ変形を生じさせ、曲げ変形を生じた直後の領域に誘導子１２から冷却媒体１４を吹き付けて冷却、固化させることで金属管１１が連続的に曲げ加工される。この曲げ加工を行うに際し、金属管１２はその中心軸線Ｐ−Ｐが装置の基準軸線Ｑ−Ｑに一致するようにセットされるが、曲げ加工のために金属管１１を矢印Ａ方向に押し、曲げアーム２０で曲げモーメントを加えた時、金属管１１は曲げ中心方向に撓む傾向があり、金属管１１の加熱部１３は基準軸線Ｑ−Ｑから曲げ中心方向にずれてしまう。もし、誘導子１２を定位置に固定していると、誘導子１２と金属管１１の間隔が変動し、加熱量が変動して不安定となるが、この実施の態様では、誘導子位置制御機構３０が誘導子１２を金属管１１の変位に追従して移動させ、金属管１１の曲げ内側における管外面と誘導子１２内面との間隔を一定に保っている。このため、不安定な変形を生じやすい曲げ内側においても、誘導子１２による金属管１１の加熱が安定し、安定した曲げ変形を生じさせることができる。また、図２に拡大して示すように、曲げ変形により、曲げ内側の管壁１１ａが内外に肉厚増加し、管外面１１ｂが急激に曲げ中心側に傾斜した形状となるが、その管外面１１ｂに対向した誘導子１２の内面のプロフィル４０が、管外面１１ｂと実質的に同一な形状であるので、誘導子１２と管外面１１ｂとの間隙はほぼ一定に保たれ、図７に示す従来例のように間隔がきわめて小さくなる領域がない。このため、誘導子１２による管壁１１ａの加熱が安定し、ジャバラ等の不整変形を生じることなく安定して曲げ加工を行うことができ、例えば、管の肉厚が１２〜１５０ｍｍ、管外径Ｄと肉厚Ｔの比、すなわち、Ｄ／Ｔが３程度というような厚肉管に対しても良好に曲げ加工することができる。また、曲げ半径Ｒと管外径Ｄの比、すなわちＲ／Ｄが１．５程度というような小Ｒ曲げでも、良好に曲げ加工することができる。
【００１４】
なお、前記実施の形態では、誘導子位置制御機構３０として、金属管１１の変位によって誘導子１２及びそれを保持したトランス２３が動かされる構成のものを用いたが、誘導子位置制御機構３０はこれに限らず、適宜変更可能である。例えば、トランス２３を矢印Ｂ−Ｂ方向に移動させる機構を設けておき、金属管１１の変位をセンサで検出し、その検出値に応じてトランス２３を移動させる構成としてもよい。また、前記実施の形態では誘導子位置制御機構３０が、誘導子１２を金属管１１の曲げ平面内においてのみ金属管１１の変位に追従させる構成であるが、金属管１１が曲げ平面に直角方向にもたわむ恐れがある場合には、更に誘導子１２を曲げ平面に対して直角方向にも金属管１１の変位に追従させる構成とすることもでき、これにより誘導子１２の内面と金属管１１の曲げ内側の管壁との間を一層正確に一定に維持できる。更に、金属管１１の曲げ加工時に生じる金属管１１の変位が予測できる場合には、上記のような変位追従型の誘導子位置制御ではなく、予測される変位に対応した位置に事前に誘導子を位置させるように調整する方式としてもよい。また、金属管１１の曲げ変形を生じる部分の直前に、ガイドローラ等を設けて金属管１１の変位を阻止する構成とした場合には、誘導子位置制御機構３０は省略してもよい。
【００１５】
図４、図５は本発明の他の実施の形態を示す図２、図３と同様な図面である。図４、図５に示す実施の形態では、誘導子１２Ａが円筒状の一体構造の環状コイルで構成されており、金属管１１の曲げ内側の管外面１１ｂと向き合う内面の管軸方向のプロフィルが、曲げ変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルとなるように、すなわち、図示した曲げ中心側に急激に傾斜したような形状の管外面１１ｂの管軸方向のプロフィルに実質的に沿った（間隔をほぼ一定とした）プロフィルとなるように、定められている。更に具体的には、図４から良く分かるように、誘導子１２Ａの内面のうち金属管１１の増肉変形を生じている部分に対向する部分を大きく直線状に切り欠いた斜面４２とし、誘導子１２Ａの内面の管軸方向のプロフィルを折線状に形成している。そしてその斜面４２を形成する領域は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、管外面への肉厚増加を生じる領域（中心角θ1 ）のうち、安定した誘導加熱を行う上で無視しえない程度の肉厚増加を生じる領域（中心角θ2 ）としている。この場合においても斜面４２を形成する中心角θ2 の範囲は、通常、６０°〜１８０°である。この構成の誘導子１２Ａにおいても、管外面に対向する内面の管軸方向のプロフィルが、曲げ加工時の金属管１１の曲げ内側の管外面１１ｂと実質的に同一な形状であるので、誘導子１２Ａと管外面１１ｂとの間隙がほぼ一定に保たれており、誘導子１２Ａによる管壁１１ａの加熱が安定し、ジャバラ等の不整変形を生じることなく安定して曲げ加工を行うことができる。図４に示すように、誘導子１２Ａの内面のプロフィルとして折線状を採用すると、誘導子１２Ａの製造が容易となる利点が得られる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、金属管の管軸方向の小区間を加熱するための誘導子として、その誘導子の、金属管外面と向き合う内面の管軸方向のプロフィルを、少なくとも曲げ内側の管外面と向き合う、中心角θが６０°〜１８０°の範囲内では、曲げ変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルに形成したものを用いたことにより、曲げ加工の進行中、金属管の曲げ内側の管外面が肉厚増加した状態での管外面と誘導子内面との間隔が、管軸方向にほぼ一定に保たれることとなり、金属管の加熱が安定し、曲げ変形を生じる部分での温度変動が小さくなって、曲げ変形及び肉厚増加が安定して生じ、曲げ内側における肉厚増加が大きくなるような条件下での曲げ加工を安定して行うことができ、良好な外観を備えた曲げ管を能率よく製造できるという効果を有している。
【００１７】
ここで、誘導子の内面のプロフィルを折線状とすると、誘導子の構造を簡単とでき、製造が容易となる利点が得られる。更に、上記構成の誘導子を用いた曲げ加工装置に対し、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構を装備しておくと、曲げ加工の際に金属管のたわみ等によって、金属管の誘導子で加熱される領域の位置が管軸に直角な方向に変動しても、常に、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持でき、金属管の加熱が安定し、一層良好な曲げ加工を行うことができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態による金属管の曲げ加工装置の概略平面図
【図２】金属管１１の曲げ変形を生じている部分及び誘導子１２を示す概略断面図
【図３】（ａ）は金属管１１を図２の矢印Ｃ−Ｃ方向に見た概略断面図
（ｂ）は誘導子１２の端部の誘導コイル１２ｃを図２の矢印Ｄ−Ｄ方向に見た概略正面図
【図４】本発明の他の実施の形態による誘導子１２Ａを示す図２と同様な概略断面図
【図５】（ａ）は金属管１１を図４の矢印Ｆ−Ｆ方向に見た概略断面図
（ｂ）は誘導子１２Ａを図４の矢印Ｇ−Ｇ方向に見た概略正面図
【図６】従来の曲げ加工装置を示す概略平面図
【図７】従来の装置による問題点を説明するもので、金属管の曲げ変形を生じている部分及び誘導子を示す概略断面図
【符号の説明】
１１  金属管
１１ａ  管壁
１１ｂ  管外面
１２、１２Ａ  誘導子
１３  加熱部
１４  冷却媒体
１５  管移動装置
２０  曲げアーム
２３  トランス
２４  トランス架台
３０  誘導子位置制御機構
３１  ガイド架台
３３  間隙調整用ボルト３３
４０  誘導子内面のプロフィルを示す曲線
４２  斜面
【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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