(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯ロールの近傍に非接触で２本乃至は３本の曲げロールを設け、その間に金属板を送り込み各ロールを駆動することで曲げ加工を行ないパイプを製造する装置において、
金属板を曲げる際に、金属板が芯ロールに及ぼす反力を打ち消し、芯ロールに圧接触する様に設けるバックアップロールと、
芯ロール上の金属板の先端位置と厚みを検出する検出手段と、
前記検出手段に基づきバックアップロールと芯ロールの間に金属板が噛み込み前に、金属板の厚みだけバックアップロールを退避させロール曲げ終了まで、退避位置を維持する移動手段とを設けたことを特徴とするベンディングロール。
【請求項２】
芯ロールに、弾性体表面の押付ロールを押しつけ、その接触部分に金属板を送り込み曲げ加工を行ないパイプを製造する装置において、
金属板を曲げる際に、金属板が芯ロールに及ぼす反力を打ち消し、芯ロールに圧接触する様に設けるバックアップロールと、
芯ロール上の金属板の先端位置と厚みを検出する検出手段と、
前記検出手段に基づきバックアップロールと芯ロールの間に金属板が噛み込み前に、金属板の厚みだけバックアップロールを退避させロール曲げ終了まで、退避位置を維持する移動手段とを設けたことを特徴とするベンディングロール。
【請求項３】
請求項１又は２記載のベンディングロールにおいて、
バックアップロールの移動手段に、退避移動後の金属板が噛み込み時の金属板厚みを再度検出手段に基づき検出し、バックアップロール位置を移動修正させる動作を付加したことを特徴とするベンディングロール。
【請求項４】
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たことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載ベンデングロール。
【請求項５】
金属板を送込み曲げ加工時に、芯ロールの表面の一部又は全部に、磁性をおびさせる手段を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載のベンディングロール。
【請求項６】
芯ロールの円周上で、バックアップロール接触部分間に、芯ロールと同期駆動するベルトを設けることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のベンディングロール。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のベンディングロールを用いて金属板をロール状に曲げる方法であって、芯ロールと曲げロール又はバックアップロールが金属板を噛み込みを開始し、金属板の先端が検出手段を通過するまでバックアップロールは芯ロールに圧接触し、その後前記バックアップロールを金属板の厚みだけ退避させた状態を維持しながら前記バックアップロールと芯ロールが金属板を噛み込みを開始しロール曲げを終了することを特徴とする金属板のロール曲げ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板のロール曲げによる、パイプ製造に関し、特に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り場合にあっては、薄手のパイプの成型は容易であるが、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、パイプ状に金属板を成型した場合、図６に示すように、製品パイプの長手方向の中央部に隙間が出来る樽状になり、長尺のパイプを成型する時は顕著になる。従って例えばパイプの径の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、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、上記問題を解決しようとするもの等があった。
又特開平９−７０６２２号公報に記載のベンディングロール装置では、バックアップロール３に板厚分の段差を設けるものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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。
又特開平９−７０６２２号号公報に記載のベンディングロール装置では、図７に示すように、バックアップロール３に板６０の厚分の段差３１を設けるものがあるが、この場合製品の板厚によってバックアップロール３の段差３１の高さを変える必要があり、板６０の厚毎によるバックアップロール３の交換が必要となり不便であり、生産性が劣る他、段差の部分に被加工物の先端を正確に位置させる必要があり、バックアップロールの回転接触位置等正確な制御が必要であり、また被加工物がスリップ等が生じた場合には、正確に先端位置を段差の部分に位置させることが出来ない。
また、芯ロールとその近傍に非接触で２本乃至は３本の曲げロールを設け、その間に金属板を送り込みロールを駆動することで曲げ加工を行うベンディングロールにおいては、先端曲げが出来な形式のベンディングロールに於いては、特に上述に加えて、先端部分が芯ロールから離れる状態となりやすくなる点も考慮が必要である。
そこで、本発明では、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】
本発明の請求項１に係るベンディングロールは、芯ロールに、近傍に非接触で２本乃至は３本の曲げロールを設け、その間に金属板を送り込みロールを駆動することで曲げ加工を行ないパイプを製造する装置において、金属板を曲げる際に、金属板が芯ロールに及ぼす反力を打ち消す方向で、芯ロールに接触する様に設けるバックアップロールと、芯ロール上の金属板の先端位置を検出する検出手段と、前記検出手段に基づきバックアップロールと芯ロールの間に金属板が噛み込み前に、金属板の厚みだけバックアップロールを退避させロール曲げ終了まで、退避位置を維持する移動手段とを設けたことを特徴とする。
【０００６】
また請求項２に係るベンディングロールは、芯ロールに、弾性体表面のバックアップロールを押しつけ、その接触部分に金属板を送り込み曲げ加工を行ないパイプを製造する装置において、金属板を曲げる際に、金属板が芯ロールに及ぼす反力を打ち消す方向で、芯ロールに接触する様に設けるバックアップロールと、芯ロール上の金属板の先端位置を検出する検出手段と、前記検出手段に基づきバックアップロールと芯ロールの間に金属板が噛み込み前に、金属板の厚みだけバックアップロールを退避させロール曲げ終了まで、退避位置を維持する移動手段とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載のベンディングロールにおいては、上述に加え、バックアップロールの移動手段に、退避移動後の金属板が噛み込み時の金属板厚みを検出手段に基づき再度検出し、バックアップロール位置を移動修正させる動作を付加したことを特徴とする。
【０００８】
ここで、請求項１〜３に記載の発明において、特に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とさらに有益である。
さらに、金属板を送り込み曲げ加工時に、芯ロール表面の一部又は全部に磁性をおびさせる手段を有することが好ましい。
また、上記ベンディングロールにおいて、芯ロール円周上で、バックアップロール接触部分間に、芯ロールと同期駆動するベルトを設けたことが有益である。
【０００９】
更に、本発明の請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６の何れか１項に記載のベンディングロールを用いて金属板をロール状に曲げる方法であって、芯ロールと曲げロール又はバックアップロールが金属板を噛み込みを開始し、金属板の先端が検出手段を通過するまでバックアップロールは芯ロールに圧接触し、その後前記バックアップロールを金属板の厚みだけ退避させた状態を維持しながら前記バックアップロールと芯ロールが金属板を噛み込みを開始しロール曲げを終了することを特徴とする金属板のロール曲げ成形方法である。
【００１０】
ここで、金属板を曲げる際に、金属板が芯ロールに及ぼす反力を打ち消す方向で、芯ロールに接触する様にバックアップロールを設けていることで、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事ができる。
また、芯ロール上の金属板の先端位置を検出する検出手段と、この検出手段に基づきバックアップロールと芯ロールの間に金属板が侵入時に、金属板の厚みだけバックアップロールを芯ロールに対し退避移動させる移動手段とを有することより、金属板がロール曲げ加工された後、バックアップロールの位置に金属板が到達したとき、金属板の厚みだけバックアップロールが芯ロールから離れる状態となり、継続してバックアップロールにより芯ロールの撓みを金属板の有無に関わらず同圧の力で防止できる。従って、ロール直径が１０倍以上の幅を有する長尺小径の芯ロールを製造することが出来る。
更に、芯ロールを少なくとも、曲げ加工時に磁性を帯びさせることにより、金属板が芯ロールに磁着し、金属板が芯ロールに添うように加工を行うことが出来、バックアップロールと芯ロールとの間だに先端をうまく挿入することが出来る。  また、バックアップロール接触部分間に、芯ロールと同期駆動するベルトを設けることで、同様に金属板を芯ロールとバックアップ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。
【００１１】
【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、芯ロールに、近傍に非接触で２本の曲げロールとバックアップロールを設けた実施例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、図２はバックアップロールの動作を示す説明図である。
この第１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と芯ロール１の下方に設けている２個の曲げロール２Ａ，２Ｂの間に金属板６を送り込み各ロールを駆動することで曲げ加工を行なう。そして、芯ロール１の上方には、芯ロール１に接触する様にバックアップロール３が上下に進退可能に設けられると共に、バックアップロール３の金属板６の侵入側には、芯ロール１上の金属板６の先端位置を検出する検出手段５が設けられている。
【００１２】
芯ロール１は、ベンディングロールに通常の使用されている芯ロール１、例えば鉄製等適宜金属製よりなる芯ロール１よりなり、筐体９に回転可能に支持されている。一方、曲げロール２Ａ，２Ｂは、鉄製等適宜金属製等よりなり、筐体９内の図示しないロール移動装置により、芯ロール１に対し移動可能となっており、金属板６を曲げ可能としている。そして、モータ１０等の適宜動力源により回動可能となっている。
【００１３】
曲げロール２Ａ，２Ｂと後述するバックアップロール３の間で、芯ロール１の表面に向かって金属板６の先端位置の検出手段である検出装置５が設けられている。この検出装置５は、例えばレーザー光の反射を利用したレーザー位置検出装置等を用い、金属板６の先端位置の検出と、この位置検出に際し合わせて金属板６の厚みも合わせて計測する。
即ち、金属板６の先端位置の測定と、金属板６の厚みも合わせて事前に測定することにより、バックアップロール３の適切な退避タイミングと退避量を得る為である。
なお、上述の検出装置は同時に両者を得ることが出来好ましい例であるが、これらを測定することが出来る物であれば、上記検出手段、装置に限らす、公知の検出手段を用いても良い。
【００１４】
芯ロール１の上方には、バックアップロール３が設けられている。このバックアップロール３は、金属板６を曲げる際に、金属板６が芯ロール１に及ぼす反力を打ち消す方向で、芯ロール１に接触する様に設けられ芯ロール１の撓みを防止し、被成型物が樽型に形成されることを防止する役目を有している。
このバックアップロール３は、図３に示す如くロールの表面部に弾性体３０を設けている。
ここで、押付ロール２に設ける弾性体３０は、例えばゴム材を用い、その厚みは十分な変形能を持たせるため、一般的には２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の厚みを設けている。
【００１５】
また、このバックアップロール３は、例えば油圧シリンダ４０及びバックアップロールの支持体４１等よりなる適宜手段の移動手段４が設けてあり、前述した芯ロール１上の金属板６の先端位置を検出する検出装置５に基づき、バックアップロール３と芯ロール１の間に金属板６が噛み込み直前に、金属板６の厚みだけバックアップロール３を退避させることが出来ると共に、金属板６の噛み込みの前後において、移動機構のシリンダー等を利用して、同じ圧力で芯ロール１に接することが出来る構成となっている。
ここで、バックアップロール３の移動量は、前述した如く、金属板６の先端位置が芯ロール１の表面から離れている量を検出した分を移動する。
【００１６】
本発明は上述のように構成し、作業テーブル９０から金属板６が曲げロール２Ａから芯ロール１に供給され、更に金属板６の先端が、曲げロール２Ｂに到達し、芯ロール１、曲げロール２Ａ，２Ｂとの間で曲げ加工される。金属板６をこれら芯ロール１、曲げロール２Ａ，２Ｂに供給し、曲げ加工を続けると、金属板６の先端がレーザー位置検出装置５に位置すると、レーザー位置検出装置５により金属板６の厚みと位置を検出する。この検知された信号に基づき、芯ロール１の回転速度により、金属板６がバックアップロール３に到達する時間と、バックアップロール３の退避量をそれぞれ演算し、金属板６がバックアップロール３とかみ合う直前に、油圧シリンダ等の移動手段４によりバックアップロール３を退避させる。この後は芯ロール１の撓みを防止するように、バックアップロール３の位置を保持し続ける。
この後、各ロールの回転を止め、バックアップロール３を退避させ、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。
【００１７】
なお、金属板６の先端位置が芯ロール１表面から離れた状態、即ち金属板６の先端がスプリングバック等の状態となって先端部分が浮いた状態となる場合が生じる可能性がある。しかし、この状態となっても、バックアップロール３の表面は弾性材で出来ており、芯ロール１の撓みを防止する為に、通常芯ロール１に対し多少圧接状態で使用していることより、前述のように余計にバックアップロール３を退避させたとしても、バックアップロール３の弾性体３０の凹み分が減少する程度の移動となり、金属板６の先端が、芯ロール１表面に接触させることができる。
ただこの状態で、ロール曲げ加工を続けると、芯ロールに加わる圧力が低下することになり、芯ロールの撓みが発生する可能性がある。そこで、金属板６の裏面が芯ロール１に接触した状態で、前記した位置検出装置５で金属板６の厚みの測定を行うと正確な金属板６の厚みが測定出来る。そして、このデータに基づき再度バックアップロール３の位置を調整することにより、より正確なバックアップロール３の位置調整を行うことが出来、芯ロール１の撓みをより確実に防止できる。
【００１８】
なお、金属板の先端が浮いた状態となると、正確な測定値を得ることが出来ないことより、芯ロール１に磁性を帯びさせる手段を設けても良い。例えば、図３に示す如く、芯ロール内に永久磁石７を内蔵する構成、或いは図示はしないが芯ロールに電磁コイルを設ける構成としても良い。これら場合、永久磁石７等は、金属板６の先端部を芯ロール１に磁着する働きをし、金属板６のスプリングバックにより先端部が持ち上がることを防止し金属板の先端位置及び厚みを正確に測定でき、金属板の厚みを再度計測する必要が無く、バックアップロール３の退避位置の調整が不要となる。
【００１９】
また、磁石７に替えて、曲げロール１を出た金属板６がロール表面から浮かないように、図１及び図４に示すように芯ロール１と曲げロール２Ｂとバックアップロール３の間の接触部分間に、芯ロール１と回転速度と同期駆動するベルト８を設け、金属板６が芯ロール１の表面から浮き上がることを防止する構成としても良い。
【００２０】
図５は、バックアップロールを２個設けている第２の実施の形態を示すもので、図５（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。
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、２個のバックアップロール３Ａ，３Ｂと、芯ロール１上の金属板６の先端位置を検出する位置検出装置５とよりなが、このバックアップロール３Ａ，３Ｂで芯ロール１を挟むように、上下に１直線上に配置する構成としている点で第１の実施の形態と相違し、これ以外の構成等については、第１の実施の形態と同様である。
また芯ロール１、バックアップロール３Ａ，３Ｂの材質等についても前述の第１の実施の形態と同様のものを用いる。
【００２１】
作業テーブル９０に裁置したパイプ材料となる金属板６を芯ロール１と第一のバックアップロール３Ａの間より供給し、金属板６は芯ロール１とバックアップロール３Ａによりロール曲げ加工がされる。次に、金属板６の先端が、レーザー位置検出装置５に位置すると、レーザー位置検出装置５により金属板６の厚みと位置を検出する。この検知された信号に基づき、芯ロール１の回転速度により、金属板６がバックアップロール３Ｂに到達する時間と、バックアップロール３Ｂの退避量をそれぞれ演算し、金属板６がバックアップロール３Ｂとかみ合う直前に、油圧シリンダ等移動手段４によりバックアップロール３Ｂを退避させる。この後は芯ロール１の撓みを防止するように、バックアップロール３Ｂの位置を保持し続け、芯ロール１とバックアップロール３Ｂで再度ロール曲げ加工が施され芯ロール１をほぼ１周してロール曲げ加工が終了する。
この後、各ロールの回転を止め、バックアップロール３Ａ，３Ｂを退避させ、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。
【００２２】
（実施例１）
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５０ｍｍ、曲げロール２Ａ，２Ｂが直径４０ｍｍ、バックアップロール３が直径１００ｍｍでウレタンゴムの材質よりなる弾性材部分の厚さが５０ｍｍで、使用する金属板６は鋼製で厚さ０．５ｍｍ長さ２ｍのものを用い芯ロール１を５００ｍｍ／ｍｉｎでロール曲げ加工を行った。
曲げ加工中、バックアップロール３へ作用する芯ロール１の反力は、６〜８００ｋｆｇ程度であった。板先端が芯ロール１とバックアップロール３の噛み込み開始点である芯ロール１とバックアップロール３の接触点の約５ｍｍ手前に到達した時にバックアップロール３を０．５ｍｍ上方に移動させた。バックアップロール３の移動は０．１秒程度で完了する。
この移動開始から、板が芯ロール１とバックアップロール３との間を完全に通過するまでの時間は、わずかにパイプ径が大きく加工されるが、ごく小さな長さでしかない為成形後のパイプとしてみれば問題ないレベルである。
曲げ加工を行った後の金属板６は、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。
なお、バックアップロールを有しないベンディングロールで同様の実験をした場合には、芯ロール１の撓みは１０数ｍｍとなり、中央部の隙間は５０〜１００ｍｍ程度となった。
また、バックアップロール３は、板厚以上に退避させないので、本発明例の場合、芯ロール１の撓みはほとんどなく、薄肉長尺パイプの真円度を精度良く得ることが出来た。
【００２３】
（実施例２）
いま、上述の図５に示す実施の形態の装置で、芯ロール１が直径５０ｍｍ、押付ロール２が直径４００ｍｍ、ウレタンゴムの材質よりなる弾性材部分の厚さが５０ｍｍで、使用する金属板６は鋼製で厚さ０．５ｍｍ長さ２ｍのものを用い芯ロール１を５００ｍｍ／ｍｉｎで、押付ロール２の押付け力、約１０ｔｏｎでロール曲げ加工を行った。
曲げ加工中、バックアップロール３へ作用する芯ロール１の反力は、１０ｔｏｎ程度であった。板先端が芯ロール１とバックアップロール３の噛み込み開始点である芯ロール１とバックアップロール３の接触点の約５ｍｍ手前に到達した時にバックアップロール３を０．５ｍｍ上方に移動させた。バックアップロール３の移動は０．１秒程度で完了する。
この移動開始から、板が芯ロール１とバックアップロール３との間を完全に通過するまでの時間は、わずかにパイプ径が大きく加工されるが、ごく小さな長さでしかない為成形後のパイプとしてみれば問題ないレベルである。
曲げ加工を行った後の金属板６は、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。
【００２４】
【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小径で長尺バイプも安定的に生産することが可能となった。
請求項１から４及び請求項７に記載の発明では、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が出来る。また、請求項３記載の発明によれば上述に加え、被加工物がスプリングバック等が生じても、金属板が芯ロールから浮いた状態となってもそれに追従して、バックアップロールを制御し、噛み込んだ後に、再度バックアップロール位置を制御するため、バックアップロールにより芯ロールの撓みの防止を確実に防止でき、製品端部の性状を良好とすることが出来る。
請求項５又は６記載の発明によれば、金属板を送り込み曲げ加工時に、芯ロール表面に金属板の先端部の浮き上がりを防止でき、金属板自体を芯ロールに押しつけることより、金属板の先端部とバックアップロールへのくい込みが良く仕上がりの良好なパイプを製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバックアップロールで、非接触で２本の曲げロールとバックアップロールを設けた実施例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。
【図２】本発明に係るバックアップロールの動作を示す説明図である
【図３】本発明のベンディングロールの芯ロールに永久磁石を設けた実施例を示す説明図である。
【図４】本発明に係るバックアップロールを２個間にベルトを設けた実施例の斜視図である。
【図５】本発明に係るバックアップロールを２個設けた実施例の説明図で，（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。
【図６】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７】バックアップロールに板厚分の段差を設けるも従来例の説明図である。
【符号の説明】
１    芯ロール
１０    モータ
２Ａ，２Ｂ    曲げロール
３，３Ａ，３Ｂ  バックアップロール
３０    弾性体
４    移動手段
４０    油圧シリンダー
４１    支持体
５    検出装置
６    金属板
７    永久磁石
８    ベルト
９    筐体
【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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