金属管の曲げ加工装置および曲管部を備えた金属管の製造方法
【課題】金属管の圧縮曲げ加工における圧縮駆動力の増大を招くことなく減肉量を一層低減する。
【解決手段】加工対象である金属管の一部を環状に加熱する加熱手段と、加熱手段に向け金属管を推進させる推進手段と、金属管を把持すると共に支軸を中心として回動可能なクランプアームを含み、クランプアームによって加熱手段による金属管の加熱部の前方部分を把持すると共にこの把持点を推進手段による金属管の推進に伴い支軸を中心として旋回させ、これにより金属管に曲げモーメントを加える案内手段と、推進手段による金属管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、支軸を支点としてクランプアームを介し金属管に加えることにより金属管に圧縮力を作用させる圧縮手段とを備える金属管の曲げ加工装置で、前記引戻力の印加点と支軸との距離がクランプアームによる金属管の把持点と支軸との距離より大きくなるように圧縮手段を配置する。
【解決手段】加工対象である金属管の一部を環状に加熱する加熱手段と、加熱手段に向け金属管を推進させる推進手段と、金属管を把持すると共に支軸を中心として回動可能なクランプアームを含み、クランプアームによって加熱手段による金属管の加熱部の前方部分を把持すると共にこの把持点を推進手段による金属管の推進に伴い支軸を中心として旋回させ、これにより金属管に曲げモーメントを加える案内手段と、推進手段による金属管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、支軸を支点としてクランプアームを介し金属管に加えることにより金属管に圧縮力を作用させる圧縮手段とを備える金属管の曲げ加工装置で、前記引戻力の印加点と支軸との距離がクランプアームによる金属管の把持点と支軸との距離より大きくなるように圧縮手段を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管の曲げ加工装置および曲管部を備えた金属管の製造方法に係り、特に、金属管の減肉（肉厚の減少）を防ぎつつ曲げ加工を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油やガス・各種液体などの流体を搬送するパイプとしてプラントや工場、発電所などの産業施設において、あるいは橋梁やスタジアム屋根など土木建築物の骨組構造材として金属管が今日広く用いられている。これらの金属管は、規格化され予め所定形状になされた管（直管や異形管（エルボ、ベンド等））が使用される一方で、施工対象に応じて直線状の管を曲げ加工した管（以下、曲げ管と云う）も、様々な曲率・管路形状への要求に柔軟に対応できることから広範に使用されている。
【０００３】
一方、曲げ管を製造する場合、素材となる直管を単純に曲げただけでは、曲管部分の外周側の管厚（肉厚）が薄くなり、当該管に対する所要の強度・仕様を満たさなくなるおそれがある。そこで、直管を単純に曲げる（例えば下記特許文献１参照）だけでなく、管軸方向へ圧縮力を加えつつ曲げ加工を行うことでこのような肉厚の減少（減肉）を防ぐいわゆる圧縮曲げに関する種々の提案がなされている（例えば下記特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５４−２８１５６号公報
【特許文献２】特公平２−４７２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、石油やガス・化学・発電など各種プラントの配管においては、プラント全体のコンパクト化とコストダウンを図るために出来るだけ管径（外径）を抑え、流速を速くして高圧輸送を行う傾向にある。このため、高い管内圧力に耐え得る高強度材料を使用すると共に、曲げ加工後においても管厚を素管の肉厚と同等に維持する（減肉をゼロに近づける）要請が高まっている。
【０００６】
一方、曲げ管の曲率半径は、施工の容易性から、規格化された市販のエルボ等と同寸法が要求されることが少なくない。ところが、これらエルボの曲率半径は一般に小さく、曲率半径が小さくなるほど曲げ加工時の管外周の減肉量は増大することから、曲げ管の減肉をゼロに近づける要請に応えることは現実には容易ではない。また、曲げ管の素材となる直管の製造技術の進歩に伴い、製造公差の最小値に近い値で直管の製造が行われるようになってきており、曲げ加工時に少しでも減肉が生じれば、当該管に必要な肉厚を確保できなくなるおそれが生じている。
【０００７】
他方、減肉を防ぐため上記圧縮曲げを採用し、このとき管軸方向へ加える圧縮力を増大させれば減肉を抑えることが可能である。しかしながら、当該圧縮力を増大させるには、圧縮駆動部の出力増大やこれを支持する機構、更には曲げ加工装置全体の大型化を招き、単純に圧縮力を大きくするだけでは上記要請に十分に応えることが難しいのが現状である。一例を挙げれば、１２Ｂ／ｓｃｈ８０（肉厚１７．４ｍｍ）の鋼管を１．５ＤＲ（曲げ半径：４７８ｍｍ）の小径曲げで曲げ加工を行う場合、通常の圧縮力をかける曲げ加工では、鋼管の推進力は約６０トンで減肉率は１２．５％となるが、減肉率を０％にするためには、約１８０トン（約３倍）もの推進力が必要となる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、金属管の圧縮曲げ加工における圧縮駆動力の増大を招くことなく、減肉量をより一層低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る金属管の曲げ加工装置は、曲げ加工対象である金属管の一部を環状に加熱する加熱手段と、当該加熱手段に向け前記金属管を管軸方向へ推進させる推進手段と、前記金属管を把持すると共に支軸を中心として回動可能なクランプアームを含み、このクランプアームによって前記加熱手段による金属管の加熱部の前方部分を把持すると共にこの把持点を前記推進手段による金属管の推進に伴い前記支軸を中心として旋回させ、これにより前記金属管に曲げモーメントを加える案内手段と、前記推進手段による金属管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、前記支軸を支点として前記クランプアームを介し前記金属管に加えることにより当該金属管に圧縮力を作用させる圧縮手段とを備える金属管の曲げ加工装置であって、前記引戻力の印加点と前記支軸との距離が前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より大きくなるように前記圧縮手段を配置したものである。
【００１０】
本発明の曲げ加工装置では、上記加熱手段により金属管の一部を環状に加熱しつつ金属管を推進させ、同時に、案内手段によって加熱手段を通過した金属管が弧を描いて湾曲するように案内する。具体的には、金属管の推進方向を「前方」とした場合に（本出願では、金属管の推進方向に向かって先方を「前」、その逆である後方を「後」として説明する）、加熱部の前方部分をクランプアームによって把持する。このクランプアームは、支軸を中心として回動可能に設置してあり、上記推進手段による金属管の推進に伴って回動し、これに伴い前記把持部分は当該支軸を中心に旋回することとなって金属管の前記加熱部に曲げモーメントが加わり、これにより金属管を連続的に塑性変形させて円弧を描くように金属管を曲げることが出来る。
【００１１】
一方、上記曲げモーメントに加えて管軸方向へ圧縮力を加えることにより、管外周側の減肉（肉厚の減少）を防ぐ。この圧縮力は、管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、上記支軸を支点としてクランプアームを介して金属管に加えることにより生じさせるが、本発明では当該引戻力を印加する位置から支軸までの距離が、クランプアームによる金属管の把持点と支軸との距離より大きくなるようにする。これにより、従来に較べて小さな引戻力で大きな圧縮力を金属管に生じさせ、曲げ加工時の減肉量を小さくすることが出来る。
【００１２】
上記「引戻力を印加する位置から支軸までの距離がクランプアームによる金属管の把持点と支軸との距離より大きくなるようにする」には、例えば、支軸側から見て加熱手段による金属管の加熱部（すなわち、加工前の初期状態におけるクランプアームによる金属管の把持点）より外側に前記圧縮手段を配するようにすれば良い。
【００１３】
圧縮手段の具体的な構成としては、例えば、クランプアームに固定され当該クランプアームと共に回動するピニオンと、当該ピニオンと噛み合うラックと、クランプアーム及びピニオンの回動に伴う前記ラックの従動を制動し、これにより上記圧縮力を生じさせる制動手段とを含むようにすれば良い。
【００１４】
なお、本発明において圧縮手段の構成は、上記のようなピニオンとラックによる機構に限られず、例えばワイヤやギア、シリンダその他、様々な駆動・伝達機構を採用することが可能である。推進手段についても、金属管を進行させることが出来る機構であればその構造は特に問わない。
【００１５】
さらに上記本発明の曲げ加工装置では、金属管の後部を把持して当該金属管に推進力を伝達する後部クランプ手段を有しかつ前記加熱手段に向け進行可能な移動ベースをさらに備え、前記推進手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記移動ベースを介して金属管を推進させる推進駆動手段を含み、前記圧縮手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記金属管に圧縮力を加える圧縮駆動手段を含むようにしても良い。
【００１６】
かかる装置構造では、上記後部クランプ手段によって金属管の後部を把持し、この後部クランプ手段が設置された移動ベースを上記推進駆動手段により進行させることで金属管を推進させる。推進駆動手段は、一端部が移動ベースに、他端部が前記支軸にそれぞれ係合して短縮する（例えば移動ベースと支軸との間の距離を縮める（移動ベース又は支軸を引き寄せる））か、或いは伸長する（例えば移動ベースを後方から押す出すことにより前方へ進行させる）ことにより、移動ベースと支軸を相対的に近づけ、これにより支軸に対して移動ベースを相対的に進行させ金属管を推進させる。
【００１７】
また、上記圧縮駆動手段も同様に、一端部が移動ベースに、他端部が前記支軸にそれぞれ係合して短縮する（例えば移動ベースと支軸との間の距離を縮める（移動ベース又は支軸を引き寄せる））か、或いは伸長する（例えば移動ベースを後方から押す出すことにより前方へ進行させる）ことにより、上記引戻力を発生させ金属管に圧縮力を生じさせる。
【００１８】
さらに、移動ベースを有するこのような装置構造において、前述のように支軸側から見てクランプアームによる金属管の把持点より外側に圧縮手段（圧縮駆動手段）を配するようにすれば、加工対象である金属管を挟んで金属管を推進させる推進手段と、圧縮力を加える圧縮手段とが移動ベースを介して相互に連結され、シーソーのように釣り合い状態に配置されるから、金属管を推進させる推進力の反力と、減肉を防ぐ圧縮力の反力が相殺され、これら反力の支持をすべて装置外部に依存する装置構造と比較して、当該支持構造が簡便なもので済み、装置全体を小型化することが可能となる。なお、この点については、図１Ａ〜図２に基づいて後に更に詳しく説明する。
【００１９】
また、本発明に係る曲管部を備えた金属管の製造方法は、金属管の一部を環状に加熱すると共に、当該加熱部に曲げモーメントと管軸方向への圧縮力とを加えて当該金属管の少なくとも一部を湾曲状態に塑性変形させる、曲管部を備えた金属管の製造方法であって、金属管の加熱部近傍位置を把持すると共にこの把持点から一定距離隔てた支軸を中心として回動可能なクランプアームによって当該金属管を把持すると共に、当該金属管を管軸方向へ推進させることにより前記クランプアームによる把持点を旋回させ金属管の少なくとも一部が弧を描いて湾曲するように案内する一方、前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より前記支軸から大きな距離を隔てた位置において、金属管の推進方向とは反対方向への引戻力を前記支軸を支点として前記クランプアームを介して金属管に加えることにより金属管に圧縮力を付与する。
【００２０】
このような本発明に係る製造方法によっても、前記本発明に係る曲げ加工装置と同様に、従来に較べて小さな力（引戻力）で大きな圧縮力を金属管に生じさせ、曲げ加工時の減肉を抑制することが出来る。
【００２１】
本発明の製造方法においても、上記方法の具体的態様として、支軸側から見て加熱手段による金属管の加熱部（すなわち、加工前の初期状態におけるクランプアームによる金属管の把持点）より外側において引戻力を加えるようにすることが出来る。
【００２２】
また上記方法では、金属管の後部を把持しかつ金属管の加熱位置に向け進行可能な移動ベースにより金属管の後部を把持しつつ、一端部が当該移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段により金属管を推進させると同時に、一端部が前記移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段によって金属管に圧縮力を加えるようにしても良い。
【００２３】
本発明において、加工対象となる金属管の材料および寸法（外径・内径・肉厚寸法）は、特に限定されない。例えば、本発明は、鉄を主体とした材料からなる管（例えば鋼管やステンレス管、特殊鋼管など）を加工対象とすることが出来るが、他の金属材料を主体とする管や他の金属合金を材料とする管であっても良い。さらに、本発明において曲げ加工する部分（曲管部）は、当該管全長の一部であっても良いし、全体であっても構わない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、金属管の圧縮曲げ加工における圧縮駆動力の増大を招くことなく、減肉量をより一層低減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態および実施例を図面に基づいて説明するが、まず実施形態に係る装置の原理を述べ、その後に実施例として更に具体化した装置の構成例を説明する。尚、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２６】
〔装置原理〕
図１Ａから図１Ｂは本発明の実施形態に係る装置構造を示す概念図であり、図２は当該装置の動作を示すものである。図１に示すように本実施形態の装置は、曲げ加工対象である金属管１を環状に加熱する加熱コイル１１およびこの加熱コイル１１に電流を供給する電源部１２と、加熱コイル１１の前方位置において金属管１を把持するクランプ部２２を有すると共に当該コイル１１から一定距離Ｒ１だけ離れた位置に設置された支軸Ａを中心として回動可能に設けたクランプアーム２１と、金属管１の後部を把持するクランプ部５２を有すると共に加熱コイル１１に向け進行可能に設けた移動ベース（以下、単にベースと云う）５１と、このベース５１を支軸Ａに向かって進行させる推進駆動部（推進駆動手段）３１と、金属管１に圧縮力を加える圧縮駆動部４１と、クランプアーム２１に連結されてこれと一緒に支軸Ａを中心に回転する案内輪４２とを備えている。
【００２７】
支軸Ａは動かないように（例えば建物構造体や床に）固定してあり、上記推進駆動部３１は当該支軸Ａとベース５１とに係合してベース５１を支軸Ａ側に引き寄せることによりベース５１を進行させ、これによりベース５１に固定（把持）した金属管１が加熱コイル１１に向かって前方へ推進されることとなる。また、金属管１の前端部はクランプ部２２によってクランプアーム２１に固定（把持）してあるから、金属管１の進行に伴いクランプアーム２１が回転し、金属管１の把持点は支軸Ａを中心として旋回する。このようにクランプアーム２１によって金属管１が案内され、加熱コイル１１による金属管１の加熱部分が連続的に塑性変形して湾曲し、支軸Ａとクランプアーム２１による把持点（クランプ部２２）との距離Ｒ１を半径とする円弧形状に金属管１が曲げられる（図１Ｂ参照）。
【００２８】
またこのとき同時に、圧縮駆動部４１によって金属管１に対して圧縮力が加えられる。具体的には、圧縮駆動部４１は、一端がベース５１に、他端が案内輪４２の外周（点Ｂ）にそれぞれ係合し、両者５１，Ｂを引き寄せこれらの間を縮めるように駆動される。案内輪４２は、上記金属管１の推進によるクランプアーム２１の回転に伴って回転し、圧縮駆動部４１と案内輪４２との連結部材４５（例えばチェーンやワイヤ、ラック、ロッドなど／具体的構成は後に述べる）を巻き取りあるいは前方（金属管１の推進方向）へ推進させるが、圧縮駆動部４１はこの巻取りないし推進に抗する力（引戻力又は制動力）を発生する。この引戻力が案内輪４２およびクランプアーム２１を介して金属管１に管軸方向への圧縮力となって作用し、管外周部分の減肉を抑制する。
【００２９】
また上記装置構造では、引戻力を発生させる圧縮駆動部４１を支軸Ａ側から見て金属管１より外側に配置してあり、支点となる支軸Ａから引戻力の印加点（力点）Ｂまでの距離Ｒ２が、支軸Ａから圧縮力の作用点であるクランプアーム２１による金属管１の把持点（クランプ部２２）までの距離Ｒ１より大きい。したがって支軸Ａを支点とした梃子の原理により、小さな引戻力によっても大きな圧縮力を金属管１に加えることが出来る。さらに本装置構造の特徴として、次のようなことが云える。
【００３０】
〔装置動作〕
推進駆動部３１ならびに圧縮駆動部４１を駆動し曲げ加工を開始すると、上述のようにベース５１は支軸Ａ側に向け前進するが、この前進速度をＶ1とする。またこのベース５１の進行により加熱コイル１１によって加熱された点（加熱点）Ｐも前進し、クランプアーム２１が回転することにより当該加熱点Ｐは支軸Ａを中心として旋回する（図１Ｂ参照）。なお、加熱コイル１１は移動せず、当該加熱コイル１１によって加熱された管部分（加熱点）は曲げ変形直後に例えば水や圧縮空気等の冷却剤によって急冷され塑性加工が順次連続的に行われる。図２は、加工開始から時間ｔ1が経過したときの装置各点（支軸Ａ、加熱点Ｐ、引戻力の印加点Ｂ、及びベースＸ0）の管軸方向に沿った変位を示す図である。この図に示すように、ベース５１は初期位置Ｘ0からＶ1・ｔ1だけ支軸Ａに向け移動する。
【００３１】
またこのベース５１の進行に伴って前進する加熱点Ｐの速度をｖとすると、当該前進速度ｖは金属管１の圧縮率がβのとき次式のとおりとなり、この前進速度ｖが加工速度となる。
【００３２】
ｖ＝Ｖ1・（１−β） …（式１）
【００３３】
またこのとき同時に、案内輪４２に対する圧縮駆動部４１の係合点（引戻力の印加点）Ｂも前進し、この前進速度Ｖ2は圧縮駆動部によって次式のとおりに制御される。
【００３４】
Ｖ2＝Ｖ1・（１−β）・Ｒ２／Ｒ１ …（式２）
【００３５】
上記式１及び式２から下記式３が導かれ、クランプアーム２１の旋回に係る上記各点Ａ、Ｐ及びＢの変位がバランスする。なお、図１Ｂおよび図２において、各点Ｘ1、Ｐ及びＢの変位後（ｔ＝ｔ1）の点をそれぞれＸ1、Ｐ1及びＢ1で示している。支軸Ａは固定されており変位は無い。また、Ｂ‐Ｂ1及びＰ‐Ｐ1は実際には円弧状となるが、図２では直線で示している。
【００３６】
Ｖ2／ｖ＝Ｒ２／Ｒ１ …（式３）
【００３７】
上記動作において、推進駆動部３１により点Ａ（支軸）に反力をとってもたらされる張力Ｆ１によりベース５１が速度Ｖ1で前進駆動され（図１Ａ参照）、これに伴い、金属管１の後部に張力Ｆ１と同一の推力Ｆ１がかかり、圧縮駆動部４１によりベース５１に反力をとってもたらされる張力Ｆ２により、案内輪４２の外周（クランプアーム２１の先端部）に引戻力（制動力）Ｆ２がかかる。上記推力Ｆ１は、引戻力Ｆ２との静的釣合いに加え、金属管１の曲げ変形抵抗力ｆｂや、金属管１の圧縮変形抵抗力ｆｐ、更には当該加工装置を構成する各部要素の移動に伴う動摩擦力ｆμが負荷として含まれる金属管の速度Ｖ1での前進動作との動的釣合いにも関与する。また、これら負荷のうち圧縮変形抵抗力ｆｐは、圧縮力Ｆｐと動的に釣り合っている。
【００３８】
ここで、上記曲げ変形抵抗力ｆｂや圧縮変形抵抗力ｆｐは、加工目的上必須の力である。また、加工動作を乱す要因となり難い力であると云える。なぜなら、金属管１に対して同軸的に作用しており、かつ、変形抵抗力は温度によってほぼ一義的に定まる安定した値となるからである。これに対して、装置要素の移動に伴う上記動摩擦力ｆμは、金属管１に対して異軸的に作用するうえに、曲げ加工のような低速度動作の下では乾燥摩擦ないし境界摩擦が支配的となって不規則な振幅での常時変動を伴うことから加工動作を乱しやすい。ところが、本装置構造では、上記の異軸的な力が金属管１を挟んでシーソーのような形態で作用することから多分に打ち消される（完全に打ち消されないとしても相当量低減される）ところとなって加工動作への外乱が緩和される利点がある。
【００３９】
さらに本装置構造は、上記のように金属管１を挟んでシーソーのような形態で推進駆動部３１と圧縮駆動部４１とを配置し、ベース５１とクランプアーム２１によって金属管１を挟むように推進力と圧縮力とを作用させる、謂わば“閉じた構造”であり、支軸Ａを固定しておく以外の固定点（基礎）が不要であり、装置全体を小型に出来る点でも有利である。以下、本発明のさらに具体的な装置構成例について説明する。
【００４０】
〔実施例１〕
図３Ａから図３Ｂは、本発明の第一の実施例に係る曲げ加工装置を示すものである。これらの図に示すようにこの曲げ加工装置は、加工対象である金属管１を加熱する加熱コイル１１と、これに高周波電流を供給する電源部１２と、金属管１の先端部を把持して回転するクランプアーム２１と、金属管１の後部を把持して加熱コイル１１に向け進行するベース５１と、ベース５１を進行させる推進駆動部３１と、金属管１に対して圧縮力を加える圧縮駆動部４１と、支軸Ａに固定されると共に支軸Ａに向け進行可能にベース５１を支持する台座１０とを備える。
【００４１】
クランプアーム２１は、加熱コイル１１による金属管１の加熱部の直近前方位置を把持する前部クランプ部２２を備え、支軸Ａを中心として回動可能に設けてある。加熱コイル１１はこの例では、電源部１２から高周波電流を供給することにより金属管１を誘導加熱を行うものとしたが、誘導加熱コイルに限らず、例えばガスバーナーのような他の加熱手段を使用することも可能である。
【００４２】
ベース５１は、金属管１の後部を把持する後部クランプ部５２を備え、加熱コイル１１および支軸Ａに向け直線状に（真っ直ぐに）進行できるように、支軸Ａに固定された台座１０に設置する。このベース５１（したがってこれに把持された金属管１）は、推進駆動部３１により加熱コイル１１および支軸Ａに向け推進される。推進駆動部３１は、台座１０に固定したシリンダ（例えば油圧シリンダ）３２により構成することができ、当該シリンダ３２が備えるピストンロッド３３をベース５１の後端部に接続することによりベース５１に対して推進力を与える。
【００４３】
なお、この例では２本のシリンダ３２によりベース５１を推進することとしたが、１本あるいは３本以上当該シリンダを備えても良い。また上記前部クランプ部２２および後部クランプ部５２としては、例えばコレット型チャックを用いることが出来るが、金属管１を把持可能な機構であれば、他の如何なるチャック乃至クランプ機構を採用しても構わない。
【００４４】
一方、圧縮駆動部４１は、ベース５１に固定したシリンダ（例えば油圧シリンダ）４３により構成することができ、当該シリンダ４３が備えるピストンロッド４４の先端にラック４５を設け、このラック４５と噛み合う歯を案内輪４２の外周に設ける。案内輪４２は、このようにラック４５と噛み合う歯をその外周に備えたピニオンにより構成し、上記クランプアーム２１と共に支軸Ａを中心として回転するようにクランプアーム２１に固定する。したがって、金属管１が推進されると、クランプアーム２１が回転し、これと一緒に案内輪４２が回転してラック４５が前方へ（金属管１と同一方向へ）進行することとなるが（図３Ｂ参照）、圧縮駆動部４１を構成する上記シリンダ４３により当該ラック４５の進行とは逆方向に引戻力を当該ラック４５に働かせる。これにより、ピニオン（案内輪）４２、クランプアーム２１並びに前部クランプ部２２を介して金属管１に対し管軸方向へ圧縮力を加えることが出来る。
【００４５】
本実施例では本発明に基づいて、金属管１（加工前の金属管部分）を挟んで支軸Ａの反対側に上記圧縮駆動部４１を配置することで、支軸Ａから圧縮駆動部４１（引戻力の印加点であるラック４５とピニオン４２の噛合い部）までの距離Ｒ２が、支軸Ａから金属管１の把持部（前部クランプ部２２）までの距離（あるいは、支軸Ａと加熱コイル１１による加熱部の距離）Ｒ１より大きくなるようにしており、小さな引戻力で金属管１に対して圧縮力を効率良く加えて曲げ加工時の減肉を抑制することが出来る。
【００４６】
〔実施例２〕
図４は、本発明の第二の実施例に係る曲げ加工装置を示すものである。同図に示すようにこの曲げ加工装置は、前記第一実施例と同様に、金属管１を加熱する加熱コイル１１、電源部１２、クランプアーム２１、ベース５１、推進駆動部３１（推進用シリンダ３２およびピストンロッド３３）、圧縮駆動部４１（圧縮用シリンダ４３、ピストンロッド４４およびラック４５）、案内輪（ピニオン）４２、支軸Ａ、ならびに台座１０を備えるが、前記第一実施例と異なり、推進駆動部３１のシリンダ３２をベース５１に固定すると共に、推進駆動部３１のピストンロッド３３の先端部を支軸Ａに固定し、推進用シリンダ３２内にピストンロッド３３を引き込むことによりベース５１を支軸Ａに引き寄せ進行させるようにしたものである。
【００４７】
また、金属管１の推進方向に対して金属管１を挟んで一方の側に支軸Ａと推進駆動部３１を配し、他方の側に圧縮駆動部４１を配することにより、前記第一実施例と同様に、支軸Ａから圧縮駆動部４１（引戻力の印加点であるラック４５とピニオン４２の噛合い部）までの距離Ｒ２が、支軸Ａから金属管１の把持部（前部クランプ部２２）までの距離Ｒ１より大きくなるようにしてある。なお、他の構成は前記第一実施例と同様であるから、図面において同一の符号を付して重複した説明を省略する（第三実施例でも同様）。
【００４８】
〔実施例３〕
図５は、本発明の第三の実施例に係る曲げ加工装置を示すものである。同図に示すようにこの曲げ加工装置は、前記第一実施例と同様に、加熱コイル１１、電源部１２、クランプアーム２１、ベース５１、推進駆動部３１（推進用シリンダ３２およびピストンロッド３３）、圧縮駆動部４１（圧縮用シリンダ４３、ピストンロッド４４およびラック４５）、案内輪（ピニオン）４２、支軸Ａ、ならびに台座１０を備えるが、前記第一実施例と異なり、加熱コイル１１による金属管１の加熱部（あるいは初期状態（加工開始時）におけるクランプアーム２１による金属管１の把持点）を基準とした場合に、支軸Ａと同じ側に圧縮駆動部４１を配した。
【００４９】
この圧縮駆動部４１は、前記第一実施例と同様に、圧縮用シリンダ４３と、先端にラック４５を備えたピストンロッド４４とを有するが、圧縮用シリンダ４３は台座１０や支軸Ａに固定せず、固定アンカー４６を介して例えば床に固定してある。ラック４５は、クランプアーム２１と共に支軸Ａを中心として回転するピニオン（案内輪）４２と噛み合い、金属管１（ベース５１）の推進に伴って後方へ後退するが、圧縮用シリンダ４３はこれと逆方向（前方）への力（引戻力／制動力）を発生させ、これによりラック４５、ピニオン４２およびクランプアーム２１を介して金属管１に対し管軸方向に圧縮力を加える。
【００５０】
なお、この実施例においても、支軸Ａから圧縮駆動部４１（引戻力の印加点であるラック４５とピニオン４２の噛合い部）までの距離Ｒ２が、支軸Ａから金属管１の把持部（前部クランプ部２２）までの距離（あるいは、支軸Ａと加熱コイル１１による加熱部の距離）Ｒ１より大きくなるようにしてある。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。
【００５２】
例えば、前記実施例では、金属管に圧縮力を加える機構（圧縮駆動部、案内輪）としてラックとピニオンを使用したが、チェーンとスプロケット、あるいは、ワイヤと巻取りドラム、あるいは他の動力伝達機構を使用することも可能である。また、金属管を把持するクランプ手段は、金属管に加える曲げモーメントに耐え、管軸方向への軸方向力（管長手方向の推力）に対してスリップを生じないものであれば、上記以外の様々な機構であっても良い。さらに、他の推進駆動部やクランプアーム、移動ベース等についても、図面に示した例のほか各種の機構・構造のものを用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る装置構造（加工開始前の初期状態）を示す概念図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る装置構造（加工中の状態）を示す概念図である。
【図２】前記装置構造における動作（加工開始から時間ｔ1を経過した状態）を説明する概念図である。
【図３Ａ】本発明の第一実施例に係る曲げ加工装置（加工開始前の初期状態）を示す図である。
【図３Ｂ】前記第一実施例に係る曲げ加工装置（加工中の状態）を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る曲げ加工装置を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施例に係る曲げ加工装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ 支軸
１ 金属管（曲げ加工対象物）
１０ 台座
１１ 加熱コイル
１２ 電源部
２１ クランプアーム
２２ 前部クランプ部
３１ 推進駆動部
３２ 推進用シリンダ
３３，４４ ピストンロッド
４１ 圧縮駆動部
４２ 案内輪（ピニオン）
４３ 圧縮用シリンダ
４５ ラック
４６ 固定アンカー
５１ 移動ベース
５２ 後部クランプ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管の曲げ加工装置および曲管部を備えた金属管の製造方法に係り、特に、金属管の減肉（肉厚の減少）を防ぎつつ曲げ加工を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油やガス・各種液体などの流体を搬送するパイプとしてプラントや工場、発電所などの産業施設において、あるいは橋梁やスタジアム屋根など土木建築物の骨組構造材として金属管が今日広く用いられている。これらの金属管は、規格化され予め所定形状になされた管（直管や異形管（エルボ、ベンド等））が使用される一方で、施工対象に応じて直線状の管を曲げ加工した管（以下、曲げ管と云う）も、様々な曲率・管路形状への要求に柔軟に対応できることから広範に使用されている。
【０００３】
一方、曲げ管を製造する場合、素材となる直管を単純に曲げただけでは、曲管部分の外周側の管厚（肉厚）が薄くなり、当該管に対する所要の強度・仕様を満たさなくなるおそれがある。そこで、直管を単純に曲げる（例えば下記特許文献１参照）だけでなく、管軸方向へ圧縮力を加えつつ曲げ加工を行うことでこのような肉厚の減少（減肉）を防ぐいわゆる圧縮曲げに関する種々の提案がなされている（例えば下記特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５４−２８１５６号公報
【特許文献２】特公平２−４７２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、石油やガス・化学・発電など各種プラントの配管においては、プラント全体のコンパクト化とコストダウンを図るために出来るだけ管径（外径）を抑え、流速を速くして高圧輸送を行う傾向にある。このため、高い管内圧力に耐え得る高強度材料を使用すると共に、曲げ加工後においても管厚を素管の肉厚と同等に維持する（減肉をゼロに近づける）要請が高まっている。
【０００６】
一方、曲げ管の曲率半径は、施工の容易性から、規格化された市販のエルボ等と同寸法が要求されることが少なくない。ところが、これらエルボの曲率半径は一般に小さく、曲率半径が小さくなるほど曲げ加工時の管外周の減肉量は増大することから、曲げ管の減肉をゼロに近づける要請に応えることは現実には容易ではない。また、曲げ管の素材となる直管の製造技術の進歩に伴い、製造公差の最小値に近い値で直管の製造が行われるようになってきており、曲げ加工時に少しでも減肉が生じれば、当該管に必要な肉厚を確保できなくなるおそれが生じている。
【０００７】
他方、減肉を防ぐため上記圧縮曲げを採用し、このとき管軸方向へ加える圧縮力を増大させれば減肉を抑えることが可能である。しかしながら、当該圧縮力を増大させるには、圧縮駆動部の出力増大やこれを支持する機構、更には曲げ加工装置全体の大型化を招き、単純に圧縮力を大きくするだけでは上記要請に十分に応えることが難しいのが現状である。一例を挙げれば、１２Ｂ／ｓｃｈ８０（肉厚１７．４ｍｍ）の鋼管を１．５ＤＲ（曲げ半径：４７８ｍｍ）の小径曲げで曲げ加工を行う場合、通常の圧縮力をかける曲げ加工では、鋼管の推進力は約６０トンで減肉率は１２．５％となるが、減肉率を０％にするためには、約１８０トン（約３倍）もの推進力が必要となる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、金属管の圧縮曲げ加工における圧縮駆動力の増大を招くことなく、減肉量をより一層低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る金属管の曲げ加工装置は、曲げ加工対象である金属管の一部を環状に加熱する加熱手段と、当該加熱手段に向け前記金属管を管軸方向へ推進させる推進手段と、前記金属管を把持すると共に支軸を中心として回動可能なクランプアームを含み、このクランプアームによって前記加熱手段による金属管の加熱部の前方部分を把持すると共にこの把持点を前記推進手段による金属管の推進に伴い前記支軸を中心として旋回させ、これにより前記金属管に曲げモーメントを加える案内手段と、前記推進手段による金属管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、前記支軸を支点として前記クランプアームを介し前記金属管に加えることにより当該金属管に圧縮力を作用させる圧縮手段とを備える金属管の曲げ加工装置であって、前記引戻力の印加点と前記支軸との距離が前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より大きくなるように前記圧縮手段を配置したものである。
【００１０】
本発明の曲げ加工装置では、上記加熱手段により金属管の一部を環状に加熱しつつ金属管を推進させ、同時に、案内手段によって加熱手段を通過した金属管が弧を描いて湾曲するように案内する。具体的には、金属管の推進方向を「前方」とした場合に（本出願では、金属管の推進方向に向かって先方を「前」、その逆である後方を「後」として説明する）、加熱部の前方部分をクランプアームによって把持する。このクランプアームは、支軸を中心として回動可能に設置してあり、上記推進手段による金属管の推進に伴って回動し、これに伴い前記把持部分は当該支軸を中心に旋回することとなって金属管の前記加熱部に曲げモーメントが加わり、これにより金属管を連続的に塑性変形させて円弧を描くように金属管を曲げることが出来る。
【００１１】
一方、上記曲げモーメントに加えて管軸方向へ圧縮力を加えることにより、管外周側の減肉（肉厚の減少）を防ぐ。この圧縮力は、管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、上記支軸を支点としてクランプアームを介して金属管に加えることにより生じさせるが、本発明では当該引戻力を印加する位置から支軸までの距離が、クランプアームによる金属管の把持点と支軸との距離より大きくなるようにする。これにより、従来に較べて小さな引戻力で大きな圧縮力を金属管に生じさせ、曲げ加工時の減肉量を小さくすることが出来る。
【００１２】
上記「引戻力を印加する位置から支軸までの距離がクランプアームによる金属管の把持点と支軸との距離より大きくなるようにする」には、例えば、支軸側から見て加熱手段による金属管の加熱部（すなわち、加工前の初期状態におけるクランプアームによる金属管の把持点）より外側に前記圧縮手段を配するようにすれば良い。
【００１３】
圧縮手段の具体的な構成としては、例えば、クランプアームに固定され当該クランプアームと共に回動するピニオンと、当該ピニオンと噛み合うラックと、クランプアーム及びピニオンの回動に伴う前記ラックの従動を制動し、これにより上記圧縮力を生じさせる制動手段とを含むようにすれば良い。
【００１４】
なお、本発明において圧縮手段の構成は、上記のようなピニオンとラックによる機構に限られず、例えばワイヤやギア、シリンダその他、様々な駆動・伝達機構を採用することが可能である。推進手段についても、金属管を進行させることが出来る機構であればその構造は特に問わない。
【００１５】
さらに上記本発明の曲げ加工装置では、金属管の後部を把持して当該金属管に推進力を伝達する後部クランプ手段を有しかつ前記加熱手段に向け進行可能な移動ベースをさらに備え、前記推進手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記移動ベースを介して金属管を推進させる推進駆動手段を含み、前記圧縮手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記金属管に圧縮力を加える圧縮駆動手段を含むようにしても良い。
【００１６】
かかる装置構造では、上記後部クランプ手段によって金属管の後部を把持し、この後部クランプ手段が設置された移動ベースを上記推進駆動手段により進行させることで金属管を推進させる。推進駆動手段は、一端部が移動ベースに、他端部が前記支軸にそれぞれ係合して短縮する（例えば移動ベースと支軸との間の距離を縮める（移動ベース又は支軸を引き寄せる））か、或いは伸長する（例えば移動ベースを後方から押す出すことにより前方へ進行させる）ことにより、移動ベースと支軸を相対的に近づけ、これにより支軸に対して移動ベースを相対的に進行させ金属管を推進させる。
【００１７】
また、上記圧縮駆動手段も同様に、一端部が移動ベースに、他端部が前記支軸にそれぞれ係合して短縮する（例えば移動ベースと支軸との間の距離を縮める（移動ベース又は支軸を引き寄せる））か、或いは伸長する（例えば移動ベースを後方から押す出すことにより前方へ進行させる）ことにより、上記引戻力を発生させ金属管に圧縮力を生じさせる。
【００１８】
さらに、移動ベースを有するこのような装置構造において、前述のように支軸側から見てクランプアームによる金属管の把持点より外側に圧縮手段（圧縮駆動手段）を配するようにすれば、加工対象である金属管を挟んで金属管を推進させる推進手段と、圧縮力を加える圧縮手段とが移動ベースを介して相互に連結され、シーソーのように釣り合い状態に配置されるから、金属管を推進させる推進力の反力と、減肉を防ぐ圧縮力の反力が相殺され、これら反力の支持をすべて装置外部に依存する装置構造と比較して、当該支持構造が簡便なもので済み、装置全体を小型化することが可能となる。なお、この点については、図１Ａ〜図２に基づいて後に更に詳しく説明する。
【００１９】
また、本発明に係る曲管部を備えた金属管の製造方法は、金属管の一部を環状に加熱すると共に、当該加熱部に曲げモーメントと管軸方向への圧縮力とを加えて当該金属管の少なくとも一部を湾曲状態に塑性変形させる、曲管部を備えた金属管の製造方法であって、金属管の加熱部近傍位置を把持すると共にこの把持点から一定距離隔てた支軸を中心として回動可能なクランプアームによって当該金属管を把持すると共に、当該金属管を管軸方向へ推進させることにより前記クランプアームによる把持点を旋回させ金属管の少なくとも一部が弧を描いて湾曲するように案内する一方、前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より前記支軸から大きな距離を隔てた位置において、金属管の推進方向とは反対方向への引戻力を前記支軸を支点として前記クランプアームを介して金属管に加えることにより金属管に圧縮力を付与する。
【００２０】
このような本発明に係る製造方法によっても、前記本発明に係る曲げ加工装置と同様に、従来に較べて小さな力（引戻力）で大きな圧縮力を金属管に生じさせ、曲げ加工時の減肉を抑制することが出来る。
【００２１】
本発明の製造方法においても、上記方法の具体的態様として、支軸側から見て加熱手段による金属管の加熱部（すなわち、加工前の初期状態におけるクランプアームによる金属管の把持点）より外側において引戻力を加えるようにすることが出来る。
【００２２】
また上記方法では、金属管の後部を把持しかつ金属管の加熱位置に向け進行可能な移動ベースにより金属管の後部を把持しつつ、一端部が当該移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段により金属管を推進させると同時に、一端部が前記移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段によって金属管に圧縮力を加えるようにしても良い。
【００２３】
本発明において、加工対象となる金属管の材料および寸法（外径・内径・肉厚寸法）は、特に限定されない。例えば、本発明は、鉄を主体とした材料からなる管（例えば鋼管やステンレス管、特殊鋼管など）を加工対象とすることが出来るが、他の金属材料を主体とする管や他の金属合金を材料とする管であっても良い。さらに、本発明において曲げ加工する部分（曲管部）は、当該管全長の一部であっても良いし、全体であっても構わない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、金属管の圧縮曲げ加工における圧縮駆動力の増大を招くことなく、減肉量をより一層低減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態および実施例を図面に基づいて説明するが、まず実施形態に係る装置の原理を述べ、その後に実施例として更に具体化した装置の構成例を説明する。尚、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２６】
〔装置原理〕
図１Ａから図１Ｂは本発明の実施形態に係る装置構造を示す概念図であり、図２は当該装置の動作を示すものである。図１に示すように本実施形態の装置は、曲げ加工対象である金属管１を環状に加熱する加熱コイル１１およびこの加熱コイル１１に電流を供給する電源部１２と、加熱コイル１１の前方位置において金属管１を把持するクランプ部２２を有すると共に当該コイル１１から一定距離Ｒ１だけ離れた位置に設置された支軸Ａを中心として回動可能に設けたクランプアーム２１と、金属管１の後部を把持するクランプ部５２を有すると共に加熱コイル１１に向け進行可能に設けた移動ベース（以下、単にベースと云う）５１と、このベース５１を支軸Ａに向かって進行させる推進駆動部（推進駆動手段）３１と、金属管１に圧縮力を加える圧縮駆動部４１と、クランプアーム２１に連結されてこれと一緒に支軸Ａを中心に回転する案内輪４２とを備えている。
【００２７】
支軸Ａは動かないように（例えば建物構造体や床に）固定してあり、上記推進駆動部３１は当該支軸Ａとベース５１とに係合してベース５１を支軸Ａ側に引き寄せることによりベース５１を進行させ、これによりベース５１に固定（把持）した金属管１が加熱コイル１１に向かって前方へ推進されることとなる。また、金属管１の前端部はクランプ部２２によってクランプアーム２１に固定（把持）してあるから、金属管１の進行に伴いクランプアーム２１が回転し、金属管１の把持点は支軸Ａを中心として旋回する。このようにクランプアーム２１によって金属管１が案内され、加熱コイル１１による金属管１の加熱部分が連続的に塑性変形して湾曲し、支軸Ａとクランプアーム２１による把持点（クランプ部２２）との距離Ｒ１を半径とする円弧形状に金属管１が曲げられる（図１Ｂ参照）。
【００２８】
またこのとき同時に、圧縮駆動部４１によって金属管１に対して圧縮力が加えられる。具体的には、圧縮駆動部４１は、一端がベース５１に、他端が案内輪４２の外周（点Ｂ）にそれぞれ係合し、両者５１，Ｂを引き寄せこれらの間を縮めるように駆動される。案内輪４２は、上記金属管１の推進によるクランプアーム２１の回転に伴って回転し、圧縮駆動部４１と案内輪４２との連結部材４５（例えばチェーンやワイヤ、ラック、ロッドなど／具体的構成は後に述べる）を巻き取りあるいは前方（金属管１の推進方向）へ推進させるが、圧縮駆動部４１はこの巻取りないし推進に抗する力（引戻力又は制動力）を発生する。この引戻力が案内輪４２およびクランプアーム２１を介して金属管１に管軸方向への圧縮力となって作用し、管外周部分の減肉を抑制する。
【００２９】
また上記装置構造では、引戻力を発生させる圧縮駆動部４１を支軸Ａ側から見て金属管１より外側に配置してあり、支点となる支軸Ａから引戻力の印加点（力点）Ｂまでの距離Ｒ２が、支軸Ａから圧縮力の作用点であるクランプアーム２１による金属管１の把持点（クランプ部２２）までの距離Ｒ１より大きい。したがって支軸Ａを支点とした梃子の原理により、小さな引戻力によっても大きな圧縮力を金属管１に加えることが出来る。さらに本装置構造の特徴として、次のようなことが云える。
【００３０】
〔装置動作〕
推進駆動部３１ならびに圧縮駆動部４１を駆動し曲げ加工を開始すると、上述のようにベース５１は支軸Ａ側に向け前進するが、この前進速度をＶ1とする。またこのベース５１の進行により加熱コイル１１によって加熱された点（加熱点）Ｐも前進し、クランプアーム２１が回転することにより当該加熱点Ｐは支軸Ａを中心として旋回する（図１Ｂ参照）。なお、加熱コイル１１は移動せず、当該加熱コイル１１によって加熱された管部分（加熱点）は曲げ変形直後に例えば水や圧縮空気等の冷却剤によって急冷され塑性加工が順次連続的に行われる。図２は、加工開始から時間ｔ1が経過したときの装置各点（支軸Ａ、加熱点Ｐ、引戻力の印加点Ｂ、及びベースＸ0）の管軸方向に沿った変位を示す図である。この図に示すように、ベース５１は初期位置Ｘ0からＶ1・ｔ1だけ支軸Ａに向け移動する。
【００３１】
またこのベース５１の進行に伴って前進する加熱点Ｐの速度をｖとすると、当該前進速度ｖは金属管１の圧縮率がβのとき次式のとおりとなり、この前進速度ｖが加工速度となる。
【００３２】
ｖ＝Ｖ1・（１−β） …（式１）
【００３３】
またこのとき同時に、案内輪４２に対する圧縮駆動部４１の係合点（引戻力の印加点）Ｂも前進し、この前進速度Ｖ2は圧縮駆動部によって次式のとおりに制御される。
【００３４】
Ｖ2＝Ｖ1・（１−β）・Ｒ２／Ｒ１ …（式２）
【００３５】
上記式１及び式２から下記式３が導かれ、クランプアーム２１の旋回に係る上記各点Ａ、Ｐ及びＢの変位がバランスする。なお、図１Ｂおよび図２において、各点Ｘ1、Ｐ及びＢの変位後（ｔ＝ｔ1）の点をそれぞれＸ1、Ｐ1及びＢ1で示している。支軸Ａは固定されており変位は無い。また、Ｂ‐Ｂ1及びＰ‐Ｐ1は実際には円弧状となるが、図２では直線で示している。
【００３６】
Ｖ2／ｖ＝Ｒ２／Ｒ１ …（式３）
【００３７】
上記動作において、推進駆動部３１により点Ａ（支軸）に反力をとってもたらされる張力Ｆ１によりベース５１が速度Ｖ1で前進駆動され（図１Ａ参照）、これに伴い、金属管１の後部に張力Ｆ１と同一の推力Ｆ１がかかり、圧縮駆動部４１によりベース５１に反力をとってもたらされる張力Ｆ２により、案内輪４２の外周（クランプアーム２１の先端部）に引戻力（制動力）Ｆ２がかかる。上記推力Ｆ１は、引戻力Ｆ２との静的釣合いに加え、金属管１の曲げ変形抵抗力ｆｂや、金属管１の圧縮変形抵抗力ｆｐ、更には当該加工装置を構成する各部要素の移動に伴う動摩擦力ｆμが負荷として含まれる金属管の速度Ｖ1での前進動作との動的釣合いにも関与する。また、これら負荷のうち圧縮変形抵抗力ｆｐは、圧縮力Ｆｐと動的に釣り合っている。
【００３８】
ここで、上記曲げ変形抵抗力ｆｂや圧縮変形抵抗力ｆｐは、加工目的上必須の力である。また、加工動作を乱す要因となり難い力であると云える。なぜなら、金属管１に対して同軸的に作用しており、かつ、変形抵抗力は温度によってほぼ一義的に定まる安定した値となるからである。これに対して、装置要素の移動に伴う上記動摩擦力ｆμは、金属管１に対して異軸的に作用するうえに、曲げ加工のような低速度動作の下では乾燥摩擦ないし境界摩擦が支配的となって不規則な振幅での常時変動を伴うことから加工動作を乱しやすい。ところが、本装置構造では、上記の異軸的な力が金属管１を挟んでシーソーのような形態で作用することから多分に打ち消される（完全に打ち消されないとしても相当量低減される）ところとなって加工動作への外乱が緩和される利点がある。
【００３９】
さらに本装置構造は、上記のように金属管１を挟んでシーソーのような形態で推進駆動部３１と圧縮駆動部４１とを配置し、ベース５１とクランプアーム２１によって金属管１を挟むように推進力と圧縮力とを作用させる、謂わば“閉じた構造”であり、支軸Ａを固定しておく以外の固定点（基礎）が不要であり、装置全体を小型に出来る点でも有利である。以下、本発明のさらに具体的な装置構成例について説明する。
【００４０】
〔実施例１〕
図３Ａから図３Ｂは、本発明の第一の実施例に係る曲げ加工装置を示すものである。これらの図に示すようにこの曲げ加工装置は、加工対象である金属管１を加熱する加熱コイル１１と、これに高周波電流を供給する電源部１２と、金属管１の先端部を把持して回転するクランプアーム２１と、金属管１の後部を把持して加熱コイル１１に向け進行するベース５１と、ベース５１を進行させる推進駆動部３１と、金属管１に対して圧縮力を加える圧縮駆動部４１と、支軸Ａに固定されると共に支軸Ａに向け進行可能にベース５１を支持する台座１０とを備える。
【００４１】
クランプアーム２１は、加熱コイル１１による金属管１の加熱部の直近前方位置を把持する前部クランプ部２２を備え、支軸Ａを中心として回動可能に設けてある。加熱コイル１１はこの例では、電源部１２から高周波電流を供給することにより金属管１を誘導加熱を行うものとしたが、誘導加熱コイルに限らず、例えばガスバーナーのような他の加熱手段を使用することも可能である。
【００４２】
ベース５１は、金属管１の後部を把持する後部クランプ部５２を備え、加熱コイル１１および支軸Ａに向け直線状に（真っ直ぐに）進行できるように、支軸Ａに固定された台座１０に設置する。このベース５１（したがってこれに把持された金属管１）は、推進駆動部３１により加熱コイル１１および支軸Ａに向け推進される。推進駆動部３１は、台座１０に固定したシリンダ（例えば油圧シリンダ）３２により構成することができ、当該シリンダ３２が備えるピストンロッド３３をベース５１の後端部に接続することによりベース５１に対して推進力を与える。
【００４３】
なお、この例では２本のシリンダ３２によりベース５１を推進することとしたが、１本あるいは３本以上当該シリンダを備えても良い。また上記前部クランプ部２２および後部クランプ部５２としては、例えばコレット型チャックを用いることが出来るが、金属管１を把持可能な機構であれば、他の如何なるチャック乃至クランプ機構を採用しても構わない。
【００４４】
一方、圧縮駆動部４１は、ベース５１に固定したシリンダ（例えば油圧シリンダ）４３により構成することができ、当該シリンダ４３が備えるピストンロッド４４の先端にラック４５を設け、このラック４５と噛み合う歯を案内輪４２の外周に設ける。案内輪４２は、このようにラック４５と噛み合う歯をその外周に備えたピニオンにより構成し、上記クランプアーム２１と共に支軸Ａを中心として回転するようにクランプアーム２１に固定する。したがって、金属管１が推進されると、クランプアーム２１が回転し、これと一緒に案内輪４２が回転してラック４５が前方へ（金属管１と同一方向へ）進行することとなるが（図３Ｂ参照）、圧縮駆動部４１を構成する上記シリンダ４３により当該ラック４５の進行とは逆方向に引戻力を当該ラック４５に働かせる。これにより、ピニオン（案内輪）４２、クランプアーム２１並びに前部クランプ部２２を介して金属管１に対し管軸方向へ圧縮力を加えることが出来る。
【００４５】
本実施例では本発明に基づいて、金属管１（加工前の金属管部分）を挟んで支軸Ａの反対側に上記圧縮駆動部４１を配置することで、支軸Ａから圧縮駆動部４１（引戻力の印加点であるラック４５とピニオン４２の噛合い部）までの距離Ｒ２が、支軸Ａから金属管１の把持部（前部クランプ部２２）までの距離（あるいは、支軸Ａと加熱コイル１１による加熱部の距離）Ｒ１より大きくなるようにしており、小さな引戻力で金属管１に対して圧縮力を効率良く加えて曲げ加工時の減肉を抑制することが出来る。
【００４６】
〔実施例２〕
図４は、本発明の第二の実施例に係る曲げ加工装置を示すものである。同図に示すようにこの曲げ加工装置は、前記第一実施例と同様に、金属管１を加熱する加熱コイル１１、電源部１２、クランプアーム２１、ベース５１、推進駆動部３１（推進用シリンダ３２およびピストンロッド３３）、圧縮駆動部４１（圧縮用シリンダ４３、ピストンロッド４４およびラック４５）、案内輪（ピニオン）４２、支軸Ａ、ならびに台座１０を備えるが、前記第一実施例と異なり、推進駆動部３１のシリンダ３２をベース５１に固定すると共に、推進駆動部３１のピストンロッド３３の先端部を支軸Ａに固定し、推進用シリンダ３２内にピストンロッド３３を引き込むことによりベース５１を支軸Ａに引き寄せ進行させるようにしたものである。
【００４７】
また、金属管１の推進方向に対して金属管１を挟んで一方の側に支軸Ａと推進駆動部３１を配し、他方の側に圧縮駆動部４１を配することにより、前記第一実施例と同様に、支軸Ａから圧縮駆動部４１（引戻力の印加点であるラック４５とピニオン４２の噛合い部）までの距離Ｒ２が、支軸Ａから金属管１の把持部（前部クランプ部２２）までの距離Ｒ１より大きくなるようにしてある。なお、他の構成は前記第一実施例と同様であるから、図面において同一の符号を付して重複した説明を省略する（第三実施例でも同様）。
【００４８】
〔実施例３〕
図５は、本発明の第三の実施例に係る曲げ加工装置を示すものである。同図に示すようにこの曲げ加工装置は、前記第一実施例と同様に、加熱コイル１１、電源部１２、クランプアーム２１、ベース５１、推進駆動部３１（推進用シリンダ３２およびピストンロッド３３）、圧縮駆動部４１（圧縮用シリンダ４３、ピストンロッド４４およびラック４５）、案内輪（ピニオン）４２、支軸Ａ、ならびに台座１０を備えるが、前記第一実施例と異なり、加熱コイル１１による金属管１の加熱部（あるいは初期状態（加工開始時）におけるクランプアーム２１による金属管１の把持点）を基準とした場合に、支軸Ａと同じ側に圧縮駆動部４１を配した。
【００４９】
この圧縮駆動部４１は、前記第一実施例と同様に、圧縮用シリンダ４３と、先端にラック４５を備えたピストンロッド４４とを有するが、圧縮用シリンダ４３は台座１０や支軸Ａに固定せず、固定アンカー４６を介して例えば床に固定してある。ラック４５は、クランプアーム２１と共に支軸Ａを中心として回転するピニオン（案内輪）４２と噛み合い、金属管１（ベース５１）の推進に伴って後方へ後退するが、圧縮用シリンダ４３はこれと逆方向（前方）への力（引戻力／制動力）を発生させ、これによりラック４５、ピニオン４２およびクランプアーム２１を介して金属管１に対し管軸方向に圧縮力を加える。
【００５０】
なお、この実施例においても、支軸Ａから圧縮駆動部４１（引戻力の印加点であるラック４５とピニオン４２の噛合い部）までの距離Ｒ２が、支軸Ａから金属管１の把持部（前部クランプ部２２）までの距離（あるいは、支軸Ａと加熱コイル１１による加熱部の距離）Ｒ１より大きくなるようにしてある。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。
【００５２】
例えば、前記実施例では、金属管に圧縮力を加える機構（圧縮駆動部、案内輪）としてラックとピニオンを使用したが、チェーンとスプロケット、あるいは、ワイヤと巻取りドラム、あるいは他の動力伝達機構を使用することも可能である。また、金属管を把持するクランプ手段は、金属管に加える曲げモーメントに耐え、管軸方向への軸方向力（管長手方向の推力）に対してスリップを生じないものであれば、上記以外の様々な機構であっても良い。さらに、他の推進駆動部やクランプアーム、移動ベース等についても、図面に示した例のほか各種の機構・構造のものを用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る装置構造（加工開始前の初期状態）を示す概念図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る装置構造（加工中の状態）を示す概念図である。
【図２】前記装置構造における動作（加工開始から時間ｔ1を経過した状態）を説明する概念図である。
【図３Ａ】本発明の第一実施例に係る曲げ加工装置（加工開始前の初期状態）を示す図である。
【図３Ｂ】前記第一実施例に係る曲げ加工装置（加工中の状態）を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る曲げ加工装置を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施例に係る曲げ加工装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ 支軸
１ 金属管（曲げ加工対象物）
１０ 台座
１１ 加熱コイル
１２ 電源部
２１ クランプアーム
２２ 前部クランプ部
３１ 推進駆動部
３２ 推進用シリンダ
３３，４４ ピストンロッド
４１ 圧縮駆動部
４２ 案内輪（ピニオン）
４３ 圧縮用シリンダ
４５ ラック
４６ 固定アンカー
５１ 移動ベース
５２ 後部クランプ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ加工対象である金属管の一部を環状に加熱する加熱手段と、
当該加熱手段に向け前記金属管を管軸方向へ推進させる推進手段と、
前記金属管を把持すると共に支軸を中心として回動可能なクランプアームを含み、このクランプアームによって前記加熱手段による金属管の加熱部の前方部分を把持すると共にこの把持点を前記推進手段による金属管の推進に伴い前記支軸を中心として旋回させ、これにより前記金属管に曲げモーメントを加える案内手段と、
前記推進手段による金属管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、前記支軸を支点として前記クランプアームを介し前記金属管に加えることにより当該金属管に圧縮力を作用させる圧縮手段と
を備える金属管の曲げ加工装置であって、
前記引戻力の印加点と前記支軸との距離が前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より大きくなるように前記圧縮手段を配置した
ことを特徴とする金属管の曲げ加工装置。
【請求項２】
前記支軸側から見て前記加熱手段による金属管の加熱部より外側に前記圧縮手段を配した
ことを特徴とする請求項１に記載の金属管の曲げ加工装置。
【請求項３】
前記圧縮手段が、
前記クランプアームに固定され当該クランプアームと共に回動するピニオンと、
当該ピニオンと噛み合うラックと、
前記クランプアーム及びピニオンの回動に伴う前記ラックの従動を制動し、これにより前記圧縮力を生じさせる制動手段と
を含む請求項１又は２に記載の金属管の曲げ加工装置。
【請求項４】
前記金属管の後部を把持して当該金属管に推進力を伝達する後部クランプ手段を有しかつ前記加熱手段に向け進行可能な移動ベースをさらに備え、
前記推進手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記移動ベースを介して前記金属管を推進させる推進駆動手段を含み、
前記圧縮手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記金属管に圧縮力を加える圧縮駆動手段を含む
請求項１から３のいずれか一項に記載の金属管の曲げ加工装置。
【請求項５】
金属管の一部を環状に加熱すると共に、当該加熱部に曲げモーメントと管軸方向への圧縮力とを加えて当該金属管の少なくとも一部を湾曲状態に塑性変形させる、曲管部を備えた金属管の製造方法であって、
前記金属管の加熱部近傍位置を把持すると共にこの把持点から一定距離隔てた支軸を中心として回動可能なクランプアームによって当該金属管を把持すると共に、
当該金属管を管軸方向へ推進させることにより前記クランプアームによる把持点を旋回させ前記金属管の少なくとも一部が弧を描いて湾曲するように案内する一方、
前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より前記支軸から大きな距離を隔てた位置において、前記金属管の推進方向とは反対方向への引戻力を前記支軸を支点として前記クランプアームを介して前記金属管に加えることにより前記金属管に圧縮力を付与する
ことを特徴とする曲管部を備えた金属管の製造方法。
【請求項６】
前記支軸側から見て前記加熱手段による金属管の加熱部より外側において前記引戻力を加える
請求項５に記載の曲管部を備えた金属管の製造方法。
【請求項７】
前記金属管の後部を把持しかつ前記金属管の加熱位置に向け進行可能な移動ベースにより前記金属管の後部を把持しつつ、一端部が当該移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段により前記金属管を推進させると同時に、
一端部が前記移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段によって前記金属管に圧縮力を加える
請求項５または６に記載の曲管部を備えた金属管の製造方法。
【請求項１】
曲げ加工対象である金属管の一部を環状に加熱する加熱手段と、
当該加熱手段に向け前記金属管を管軸方向へ推進させる推進手段と、
前記金属管を把持すると共に支軸を中心として回動可能なクランプアームを含み、このクランプアームによって前記加熱手段による金属管の加熱部の前方部分を把持すると共にこの把持点を前記推進手段による金属管の推進に伴い前記支軸を中心として旋回させ、これにより前記金属管に曲げモーメントを加える案内手段と、
前記推進手段による金属管の推進方向とは反対方向への力である引戻力を、前記支軸を支点として前記クランプアームを介し前記金属管に加えることにより当該金属管に圧縮力を作用させる圧縮手段と
を備える金属管の曲げ加工装置であって、
前記引戻力の印加点と前記支軸との距離が前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より大きくなるように前記圧縮手段を配置した
ことを特徴とする金属管の曲げ加工装置。
【請求項２】
前記支軸側から見て前記加熱手段による金属管の加熱部より外側に前記圧縮手段を配した
ことを特徴とする請求項１に記載の金属管の曲げ加工装置。
【請求項３】
前記圧縮手段が、
前記クランプアームに固定され当該クランプアームと共に回動するピニオンと、
当該ピニオンと噛み合うラックと、
前記クランプアーム及びピニオンの回動に伴う前記ラックの従動を制動し、これにより前記圧縮力を生じさせる制動手段と
を含む請求項１又は２に記載の金属管の曲げ加工装置。
【請求項４】
前記金属管の後部を把持して当該金属管に推進力を伝達する後部クランプ手段を有しかつ前記加熱手段に向け進行可能な移動ベースをさらに備え、
前記推進手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記移動ベースを介して前記金属管を推進させる推進駆動手段を含み、
前記圧縮手段は、一端部が前記移動ベースに係合しかつ他端部が前記支軸に係合すると共に短縮又は伸長することによって前記金属管に圧縮力を加える圧縮駆動手段を含む
請求項１から３のいずれか一項に記載の金属管の曲げ加工装置。
【請求項５】
金属管の一部を環状に加熱すると共に、当該加熱部に曲げモーメントと管軸方向への圧縮力とを加えて当該金属管の少なくとも一部を湾曲状態に塑性変形させる、曲管部を備えた金属管の製造方法であって、
前記金属管の加熱部近傍位置を把持すると共にこの把持点から一定距離隔てた支軸を中心として回動可能なクランプアームによって当該金属管を把持すると共に、
当該金属管を管軸方向へ推進させることにより前記クランプアームによる把持点を旋回させ前記金属管の少なくとも一部が弧を描いて湾曲するように案内する一方、
前記クランプアームによる金属管の把持点と前記支軸との距離より前記支軸から大きな距離を隔てた位置において、前記金属管の推進方向とは反対方向への引戻力を前記支軸を支点として前記クランプアームを介して前記金属管に加えることにより前記金属管に圧縮力を付与する
ことを特徴とする曲管部を備えた金属管の製造方法。
【請求項６】
前記支軸側から見て前記加熱手段による金属管の加熱部より外側において前記引戻力を加える
請求項５に記載の曲管部を備えた金属管の製造方法。
【請求項７】
前記金属管の後部を把持しかつ前記金属管の加熱位置に向け進行可能な移動ベースにより前記金属管の後部を把持しつつ、一端部が当該移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段により前記金属管を推進させると同時に、
一端部が前記移動ベースに係合すると共に他端部が前記支軸に係合して短縮又は伸長する駆動手段によって前記金属管に圧縮力を加える
請求項５または６に記載の曲管部を備えた金属管の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１２０６２（Ｐ２００９−１２０６２Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９００１（Ｐ２００７−１７９００１）
【出願日】平成１９年７月６日（２００７．７．６）
【出願人】（０００２０８６９５）第一高周波工業株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月６日（２００７．７．６）
【出願人】（０００２０８６９５）第一高周波工業株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
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