鋼管の曲げ加工装置及び鋼管の曲げ加工方法
【課題】、鋼管をその軸線方向に沿って圧縮して鋼管を曲げる構成において、構成の小型化を図る。
【解決手段】ジャッキ２２を繰り出すと共に、ジャッキ２１で引張ることにより、前部押圧板１５及び後部押圧板１６で把持された鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力が作用する。これと共に、押しローラ１２が鋼管１を押圧することにより、鋼管１の環状加熱部２にせん断力が作用する。このように、軸圧縮力とせん断力とが作用するので、鋼管１が円弧状に曲がる。鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力とせん断力が同時に作用するので、圧縮力のみによる曲げ加工に比べて、小さな軸圧縮荷重で曲げることができる。そのため、ジャッキ２２および２１とチェーン２０を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【解決手段】ジャッキ２２を繰り出すと共に、ジャッキ２１で引張ることにより、前部押圧板１５及び後部押圧板１６で把持された鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力が作用する。これと共に、押しローラ１２が鋼管１を押圧することにより、鋼管１の環状加熱部２にせん断力が作用する。このように、軸圧縮力とせん断力とが作用するので、鋼管１が円弧状に曲がる。鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力とせん断力が同時に作用するので、圧縮力のみによる曲げ加工に比べて、小さな軸圧縮荷重で曲げることができる。そのため、ジャッキ２２および２１とチェーン２０を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の曲げ加工装置及び鋼管の曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の曲げ加工方法としては、例えば、押しロールを用いて鋼管を曲げる「押しロール曲げ」と、軸圧縮力を利用して鋼管を曲げる「軸圧縮曲げ」とがある。
【０００３】
「押しロール曲げ」の加工方法が、例えば、特許文献１、２、３、４に開示され、「軸圧縮曲げ」の加工方法が、例えば、特許文献５、６、７に開示されている。
【０００４】
まず、「押しロール曲げ」の加工方法の一例として、特許文献３の加工方法について説明する。特許文献３の加工方法では、まず、送り機構部Ａにより送り出されるパイプ１を加熱コイル６が局部的に加熱すると共に、押曲げローラ１０がパイプ１にその側面から押圧力を加える（特許文献３の図１参照）。これにより局部的な加熱部位にある角度で曲がりが形成される。そしてこれら一連の操作を、Ｘテーブル８とＹテーブル９の移動の組み合わせにより曲げローラ１０を所定軌跡で移動させつつ繰り返すことで所定の曲げ半径による曲げを所望の曲げ角度で形成することができる。
【０００５】
このような「押しロール曲げ」の加工方法は、簡便である一方で、曲げ半径精度が劣り、曲げによる肉厚減少が発生するという問題点がある。
【０００６】
次に、「軸圧縮曲げ」の加工方法の一例として、特許文献６の加工方法について説明する。
【０００７】
特許文献６の加工方法では、鋼管移動装置７を駆動して鋼管１を前方に送り、油圧ジャッキ５によりチェーン４に引張り力を加えると、両者４、５の固定端は鋼管１の偏心軸線上にあるから、鋼管１は、その偏心軸線方向の圧縮力を受けながら順次後方へ移動する環状の局部加熱部ｔにおいて連続して曲がっていく（特許文献６の図２参照）。
【０００８】
このとき、チェーン４の引張り速度を上げれば（引張り力を大きくすれば）、単時間あたりの曲げ量が大きくなるので、曲げ半径を小さくすることができる。逆に、チェーン４の引張り速度を下げれば（引張り力を小さくすれば）、単位時間あたりの曲げ量が小さくなるので、曲げ半径を大きくすることができる。また、鋼管移動装置７の移動速度を下げれば、同様の理由で曲げ半径を小さくすることができる。
【０００９】
したがって、いま、チェーン４の引張り速度をＶ１、鋼管移動装置７の移動速度をＶ２とすると、両者の比（Ｖ１／Ｖ２）の値を大きくすれば、曲げ半径は小さくなり、小さくすれば、曲げ半径は大きくなる。
【００１０】
このように、特許文献６の加工方法においては、鋼管１の偏心軸線上に設定した２つの力の作用点の間に引張り力を付与することにより鋼管の曲げ加工をする際に、前記引張り速度（引張り力）と、前記局部加熱部と鋼管の相対速度を調節できるから、鋼管１曲げ半径を、例えば、床に描いた曲げ加工線を基準にして制御することができる。
【００１１】
また、特許文献６の加工方法においては、鋼管の曲げ加工をする際に、鋼管の偏心軸線上に設定した２つの力の作用点の間に引張り力を付与し、鋼管を長さ方向に圧縮するから、鋼管の曲げ加工による減肉を抑制することができる。
【特許文献１】特開昭４７−０３４０６７号公報
【特許文献２】特開昭４７−０３４１５５号公報
【特許文献３】特開平１１−２２１６２６号公報
【特許文献４】特開平１１−２２６６５６号公報
【特許文献５】特開２０００−０１５３５０号公報
【特許文献６】特開２００１−２３９３２１号公報
【特許文献７】特開２００４−３３７９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のような「軸圧縮曲げ」の加工方法では、「押しロール曲げ」の加工方法に比べ、曲げ半径精度が高く、曲げによる肉厚減少が抑制できるが、装置が大型化してしまう。
【００１３】
本発明は、上記事実を考慮し、鋼管をその軸線方向に沿って圧縮して鋼管を曲げる構成において、構成の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係る鋼管の曲げ加工装置は、鋼管の一部を環状に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記鋼管の環状加熱部を環状に冷却する冷却手段と、前記環状加熱部にその軸線方向に沿って圧縮力を付与する圧縮力付与手段と、前記環状加熱部にせん断力を付与するせん断力付与手段と、曲げられた鋼管が所定の形状を保つように前記鋼管を拘束する拘束手段と、前記鋼管に対して前記加熱手段及び前記冷却手段を、前記鋼管の未だ曲げられていない部位側へ前記鋼管の軸方向に相対移動させる移動手段と、
を備えている。
【００１５】
この構成によれば、加熱手段により鋼管の一部が環状に加熱される。この加熱手段は、移動手段により、鋼管の未だ曲げられていない部位側へ前記鋼管の軸方向に相対移動されるので、鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成することができる。
【００１６】
加熱手段によって加熱された鋼管の環状加熱部は、冷却手段により環状に冷却される。
【００１７】
環状加熱部には、圧縮力付与手段より、その軸線方向に沿って圧縮力を付与される。また、環状加熱部には、せん断力付与手段により鋼管の曲がる方向にせん断力を付与する。
【００１８】
このように、本発明の請求項１の構成では、軸圧縮力及びせん断力が環状加熱部に作用するので、圧縮力のみにより鋼管を曲げる場合に比べて、小さな軸圧縮荷重で鋼管を曲げることができる。そのため、圧縮力付与手段の構成を小さくでき、装置構成の小型化が図れる。なお、圧縮力のみによる変形に比べて、圧縮力とせん断力とを組み合わせて変形させると、圧縮力を小さくすることができるという現象は、ミーゼスの降伏条件として知られている。
【００１９】
本発明の請求項２に係る鋼管の曲げ加工装置は、請求項１の構成において、前記加熱手段は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する。
【００２０】
この構成によれば、加熱手段が鋼管の軸線に対して斜めに鋼管の一部を環状に加熱して、鋼管をクランク形状に曲げることができる。
【００２１】
本発明の請求項３に係る鋼管の曲げ加工方法は、鋼管の一部を環状に加熱して、前記鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成する加熱工程と、前記環状加熱部を連続的に冷却する冷却工程と、前記環状加熱部にその軸線方向に圧縮力を付与すると共に、前記環状加熱部にせん断力を付与して鋼管を連続的に曲げる付与工程と、を備えている。
【００２２】
この構成によれば、加熱工程において、鋼管の一部を環状に加熱して、鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成する。冷却工程において、環状加熱部を連続的に冷却する。付与工程において、環状加熱部にその軸線方向に圧縮力を付与すると共に、環状加熱部にせん断力を付与して鋼管を連続的に曲げる。
【００２３】
このように、本発明の請求項３の構成では、環状加熱部には、軸圧縮力及びせん断力が作用するので、圧縮力のみにより鋼管を曲げる場合に比べて、小さな軸圧縮荷重で鋼管を曲げることができる。そのため、圧縮力付与手段の構成を小さくでき、装置構成の小型化が図れる。
【００２４】
本発明の請求項４に係る鋼管の曲げ加工方法は、請求項３の構成において、前記加熱工程は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する。
【００２５】
この構成によれば、加熱工程において、鋼管の軸線に対して斜めに鋼管の一部を環状に加熱して、鋼管がクランク形状に曲げることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、上記構成としたので、鋼管をその軸線方向に沿って圧縮して鋼管を曲げる構成において、構成の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
（第１実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置１００の構成）
まず、第１実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置１００の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る曲げ加工装置１００の構成を示す概略図である。
【００２８】
第１実施形態に係る曲げ加工装置１００は、鋼管支え装置７と、前部押圧板１５を有する把持装置８と、後部押圧板１６と、回転体としての円板１７と、架台１４と、チェーン２０と、ジャッキ２１と、ジャッキ２２と、せん断力付与手段の一例としての押しローラ１２と、加熱手段及び冷却手段の一例としての加熱冷却装置９と、移動手段の一例としての台車２３と、レール２５とを備えて構成されている。
【００２９】
曲げ加工装置１００が曲げようとする鋼管１は、その中間部が鋼管支え装置７で支持され、前部（一端部）が把持装置８の前部押圧板１５により把持され、後部（他端部）が後部押圧板１６により把持されている。鋼管１の前部側が、曲げられる曲げ開始側となる。
【００３０】
後部押圧板１６は架台１４に固着されている。一方、把持装置８は、円板１７の側面に固着されている。
【００３１】
把持装置８の前部押圧板１５は、円板１７の半径方向に平行に配置されている。この円板１７は、鋼管１を曲げる方向に回転可能に台車２３に設けられている。円板１７に固着された把持装置８は、円板１７と一体に鋼管１を曲げる方向に回転するようになっている。
【００３２】
円板１７は、チェーンに適合したスプロケット加工が外周に施されており、円板１７の外周に巻き掛けられたチェーン２０は、円板１７の外周に形成された係合歯に係合している。チェーン２０の一端部は、繰り出しジャッキ２２に締結されており、チェーン２０の他端部は、引張りジャッキ２１に締結されている。ジャッキ２２および２１は、その軸方向に移動可能に架台１４に設けられている。
【００３３】
ジャッキ２２および２１は、前部押圧板１５及び後部押圧板１６で把持される鋼管１を挟んで、半径方向の両側（図１の上方と下方）に、鋼管１の軸方向に沿って配置されている。
【００３４】
ジャッキ２２および２１が、鋼管１にその軸線方向に沿って圧縮力を発生させるための駆動部として機能し、その駆動力を伝達する伝達部材として、チェーン２０、円板１７及び前部押圧板１５が機能する。
【００３５】
この駆動部及び伝達部材が、鋼管１の環状加熱部２にその軸線方向に沿って圧縮力を付与する圧縮力付与手段として機能する。
【００３６】
鋼管１の上部には押しローラ１２が置かれ、鋼管１を半径方向（図１における下方）に押すことができる。
【００３７】
円板１７は台車２３に搭載されており、台車２３は、レール２５の上を車輪２４により走行できる。加熱冷却装置９および押しローラ１２は、例えば、台車２３に設けられ、鋼管１の軸方向に走行できる構造になっている。押しローラ１２と加熱冷却装置９と円板１７と台車２３は一体となって、走行可能とされ、その走行速度は任意に制御でき、速度Ｖ２とされる。
【００３８】
また、円板１７には、拘束板１９を挿入する穴１８があり、図２に示すように、曲がり部の外側半径部分に拘束板１９を挿入することにより、鋼管１の曲がり部の変形が抑制される。図１及び図２に示す構成では、円板１７が１枚で構成され、鋼管１を片持ちで支えている。なお、図３に示すように、円板１７が２枚で構成され、鋼管１を両持ちで支える構成であってもよい。
【００３９】
図４には、加熱冷却装置９の構成が示されている。加熱冷却装置９は、例えば、加熱しようとする鋼管１の外周に配置される高周波誘導加熱コイルを備えて構成される。
【００４０】
高周波誘導加熱コイルは、コイルに電流を通ずると鋼管１には誘導電流が発生し、鋼管１の電気抵抗により鋼管１は発熱し、鋼管１の周方向に環状加熱部２が形成される。鋼管１の軸線に対して垂直方向に環状加熱部２が形成される。すなわち、鋼管１の半径方向から見たときに、鋼管１の軸線と環状加熱部２が直交する。
【００４１】
鋼管１の材質により適正な加熱温度があるが、炭素鋼鋼管であれば、Ａ３変態点以上の例えば９００℃前後であり、ステンレス鋼鋼管であれば溶体化熱処理温度以上の１０００℃以上である。
【００４２】
加熱コイルには大電流が流れるのでコイルを冷却するための水ないしエアーが循環している。また加熱コイルには鋼管１の円周を冷却するための冷却水１１を噴出する噴出孔があけられており、環状加熱部２を環状に冷却している。このようにして加熱しながら、鋼管１をＶ２の速度で押し出すと鋼管は加熱コイルを通過しながら加熱と冷却を受けるので、鋼管１の軸方向に連続的に狭い幅の環状加熱部２を形成することができる。環状加熱部２とその両側の鋼管１は温度差が大きいので機械的性質にも大きな差があり、鋼管１に力を加えると環状加熱部２に塑性変形が集中する。塑性変形の直後は水冷されるので塑性変形の形状を保つことができる。
【００４３】
（ジャッキ２１及びジャッキ２２の操作態様）
次に、ジャッキ２１及びジャッキ２２の操作態様について説明する。
【００４４】
図５に、外径Ｄ、長さＬのパイプが半径Ｒ、曲げ角度θで曲がったときの一般的な軸方向変形挙動を示す。曲げる前と曲げた後において、軸方向長さＬが変化しない位置の半径を塑性中立半径ｂとする。半径ｂより大きい位置においては軸方向に伸びが生じ、半径ｂより小さい位置においては軸方向に圧縮されている。いま塑性中立半径ｂに注目すると、半径ｂの仮想円が仮想直線Ｘ−Ｘ’に接しながら互いに滑らずに転がることにより、曲げ半径Ｒ及び曲げ角度θで曲げられていると考えることができる。従ってこの運動は、半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’に接しながらサイクロイド運動していると見ることができるのである。
【００４５】
図６に半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’に接しながら滑ることなく１８０°転がったときのサイクロイド運動の軌跡を示す。前記の図５に示した外径Ｄで長さＬのパイプが、半径Ｒで曲がったときの塑性中立半径ｂの運動に注目して示している。
【００４６】
図７では、半径ａおよび半径ｂの２つの円が一体となって同心円に置かれたモデルを考える。その同心円が前記図６と同様に半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’に接しながら互いに滑ることなく１８０°転がったときのサイクロイド運動の軌跡を示す。半径ｂの円が角度θだけ転がったときＸ方向の円板移動距離Ｓは、Ｓ＝ｂθである。
【００４７】
次に図７をＸＹ座標上のサイクロイド運動として解析する。円板の半径をａとし曲げ管の塑性中立半径をｂとする。パイプ先端は円板に固定されている。塑性中立半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’と互いに滑ることなく右方向にころがるときの半径ａの円板外周の座標（Xa，Ｙa）および塑性中立半径ｂの座標（Xb，Ｙb）のサイクロイド運動は次のように表すことができる。
【００４８】
a：円板の半径、b：塑性中立半径、θ：ころがり角度、S：ころがり距離、λ：ａ／ｂ
D：パイプ外径 とすると、
Xa=ｂ(θ−λsinθ)、Ｙa=ｂ(λcosθ−1)
Xb＝ｂ(θ−sinθ)、Ｙb＝ｂ(cosθ−1)
図８には半径ａおよび半径ｂの円板が一体となって同心円に置かれたモデルを考える。このモデルにおいて半径ｂの円が直線X−X’に接しながら互いに滑ることなく角度θだけ転がったときのサイクロイド運動を示す。このとき半径ａの円板１７の外周には、チェーン２０が巻かれている。転がる前のチェーン２０の両端末をＦおよびＧとし、円板１７が角度θだけ転がった後のチェーン２０の両端末をＦ’およびＧ’とする。端末Ｆの移動距離は（ａ＋ｂ）θであり、端末Ｇの移動距離は（ａ−ｂ）θである。従って逆に言えば、端末Ｆを（ａ＋ｂ）θだけ引張り、端末Ｇを（ａ−ｂ）θだけ繰り出せば、半径ｂの円板は直線X−X’に接しながら滑ることなく角度θだけ転がり、Ｓ＝ｂθだけ移動することになる。従って以上のことから、図８のように、チェーン２０が移動するように、ジャッキ２１及びジャッキ２２を操作すれば、曲げ加工装置１００において曲げ加工が実行できることがわかる。以下、具体的にその方法について述べる。
【００４９】
先ず、半径ｂなる仮想円の大きさは任意に計画し設定することができる。すなわち前述の、端末Ｆの移動距離＝（ａ＋ｂ）θおよび、端末Ｇの移動距離＝（ａ−ｂ）θにおいて、円板の半径ａおよび曲げ角度θは変わらないとしたとき、ｂを任意に計画すれば、ｂの計画値に応じて端末Ｆの移動距離＝（ａ＋ｂ）θおよび、端末Ｇの移動距離＝（ａ−ｂ）θもそれぞれ決定される。逆に言えば、目標としているｂの大きさとなるように、端末Ｆおよび、端末Ｇの移動距離を調節すれば目標のｂを得ることができる。
【００５０】
前記までは半径ｂの仮想円が、これと接する仮想直線と「すべらないで」反時計回りに転がるようにジャッキ２１および２２を操作した。次に応用として、半径ｂの仮想円が、これと接する仮想直線と「すべりながら」時計回りに転がるようにジャッキを操作することもできる。
【００５１】
すべりながら転がる形態としてはＳ＞ｂθおよびＳ＜ｂθの２つがある。
Ｓ＞ｂθとする場合は ΔＬF および ΔＬＧ の長さを同じ比率で増加させる。すると塑性中立半径ｂが増大し、パイプを押し縮める効果が増大するので曲がり部の肉厚は、Ｓ＝ｂθの場合より増加する。
【００５２】
Ｓ＜ｂθ とするときは ΔＬF および ΔＬＧ の長さを同じ比率で減少させる。すると塑性中立半径ｂが減少し、パイプを押し縮める効果が減少するので曲がり部の肉厚は、Ｓ＝ｂθの場合より減少する。さらにもう一つのすべりながら転がる形態としては、ΔＬFおよび ΔＬＧ の長さをそれぞれ異なる比率で減少あるいは増加させることもできる。
【００５３】
なお、図１では、架台１４を固定し、円板１７を移動させているが、これと逆に架台１４を距離Ｓだけ移動させ、円板１７は固定する構成であってもよい。
【００５４】
（第１実施形態に係る曲げ加工装置１００の作用効果）
次に、第１実施形態に係る曲げ加工装置１００の作用効果を説明する。
【００５５】
第１実施形態に係る曲げ加工装置１００による加工方法は、加熱工程と、冷却工程と、付与工程とで構成される。
【００５６】
加熱工程では、鋼管１の一部を環状に加熱して、鋼管１の軸方向に沿って連続的に環状加熱部２を形成する。冷却工程で、環状加熱部２が連続的に冷却される。
【００５７】
付与工程では、ジャッキ２２を速度Ｖ１Ｇで繰り出し、ジャッキ２１を速度Ｖ１Ｆで引張る。両ジャッキの速度関係は、Ｖ１Ｇ＜Ｖ１Ｆである。ジャッキ２２は引張り荷重ＷＧが発生し、ジャッキ２１は引張り荷重ＷＦが発生する。このため、鋼管１にはその軸方向に軸圧縮荷重（ＷＧ＋ＷＦ）が強力に作用するので、鋼管１を押し縮めながら曲げ加工される。
【００５８】
すなわち、環状加熱部２は集中的に軸圧縮されるのであるが、環状加熱部２の断面の軸方向圧縮速度は不均等な傾きを与えられているので、圧縮速度の傾きによる圧縮量の傾きに応じて圧縮されるから、環状加熱部２は曲げ角度θ及び曲げ半径Rをもつ形状に曲がる。このような局部的な圧縮加工が連続的に行われるので曲げ加工は連続して進行する。
【００５９】
鋼管１が曲がり始めたら押しローラ１２を鋼管１に押し当て、鋼管１にせん断力を作用させる。尚、図１（Ａ）においては、前部押圧板１５と加熱冷却装置９との間隔が狭い構成となっているので、鋼管１が曲がり始めたら押しローラ１２を鋼管１に押し当てているが、押しローラ１２がこの間隔に予め入ることができるように構成すれば、軸圧縮力とせん断力を曲げ開始と同時に付与することもできる。
【００６０】
このように、軸圧縮力とせん断力とが作用するので、図９に示すように、鋼管１が円弧状に曲がる。例えば、軸圧縮力が作用せず、せん断力のみであれば、図１０に示すように、せん断ひずみを生じ、鋼管１は円弧状に曲げることができない。
【００６１】
鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力とせん断力が同時に作用するので、圧縮力のみによる曲げ加工に比べて、小さな軸圧縮荷重で曲げることができる。そのため、ジャッキ２２および２１とチェーン２０を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【００６２】
また、本実施形態では、ワイヤロープの配置位置を、曲げようとする側の（パイプ外径／２）の範囲の外側に置くことができるので、ワイヤロープの曲げ直径Ａ＝２ａを十分に大きくすることが可能となった。これによりワイヤロープの疲労寿命を向上することとなる。
【００６３】
また、本実施形態では、従来に比較して、加工後の管の減肉率と曲げ半径の制御が容易となる。
（第２実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置２００の構成）
まず、第２実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置２００の構成を説明する。図１１は、第２実施形態に係る曲げ加工装置２００の構成を示す概略図である。
【００６４】
第２実施形態に係る曲げ加工装置２００は、鋼管１の一端部を支持する支持部材３０と、鋼管１の他端部を支持する支持部材３２と、圧縮力付与手段、せん断力付与手段及び移動手段として機能する押圧装置３４と、支持部材３２に回転可能に設けられたコロ３６と、加熱手段及び冷却手段としての加熱冷却装置９とを備えて構成されている。
【００６５】
支持部材３２は、コロ３６が転がることにより、鋼管１の半径方向に沿って形成された壁体３６に沿って、鋼管１の半径方向に移動可能とされている。
【００６６】
押圧装置３４は、支持部材３０を介して鋼管１の一端部を鋼管１の軸線方向へ押圧する。加熱冷却装置９は、鋼管１がクランク形状に曲がるように、鋼管１の軸線に対して斜めに鋼管１の一部を環状に加熱して、環状加熱部２を形成する。なお、加熱冷却装置９は、図４に示す構成と同様に構成されている。
【００６７】
本実施形態では、側面視にて、環状加熱部２は、上部がコロ３６側（曲げ開始側）に傾けられ、下部が押圧装置３４側（曲げ終了側）に傾けられており、鋼管１の軸線に対して斜めに配置されている。
【００６８】
本実施形態の構成によれば、例えば、加熱冷却装置９の加熱コイルを、鋼管１の軸線方向に対して、任意の角度φ°傾けて配設することにより、鋼管の軸線方向に対してφ°傾いた環状加熱部２を形成される（角度φ°の範囲は ０°＜φ°＜９０°）。
【００６９】
この状態で鋼管の軸線方向に圧縮応力σを作用させると、分力として環状加熱部２に対して垂直方向の圧縮応力成分σ’および環状加熱部２に対して平行方向のせん断応力成分τが発生する。これにより環状加熱部にはτ＝σ・ｓｉｎφおよびσ’＝σ・ｃｏｓφの組み合わせ応力が形成される。軸方向圧縮速度をVCとし、せん断速度をVSに制御すると環状加熱部２が逐次変形することにより、鋼管１はクランク状に変形する。このように、押圧装置３４は、鋼管１を押圧することにより、鋼管１の環状加熱部２に軸圧縮力及びせん断力を発生させるとともに、鋼管１に対して、加熱冷却装置９を相対移動させる。鋼管１の変形部は、拘束手段としての拘束装置３８で拘束する。これにより、変形された鋼管１の形状を維持できる。
【００７０】
このように、鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力とせん断力が同時に作用するので、圧縮力のみによる曲げ加工に比べて、小さな軸圧縮荷重で曲げることができる。そのため、押圧装置３４を小さくでき、装置の小型化が図れる。
なお、鋼管１を下方へ押して、鋼管１にせん断力およびせん断速度を付与する装置を別途配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１実施形態に係る曲げ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る曲げ加工装置において、拘束板で鋼管を拘束する状態を示す概略図である。
【図３】第１実施形態に係る曲げ加工装置において、円板を２枚構成とした変形例を示す概略図である。
【図４】第１実施形態に係る加熱冷却装置の構成を示す概略図である。
【図５】曲げ加工によるパイプの軸方向長さ変化量と塑性中立半径の説明図である。
【図６】塑性中立半径ｂのサイクロイド運動の説明図である。
【図７】半径ａおよびｂからなる同心円のサイクロイド運動説明図である。
【図８】半径ａの円板を操作して半径ｂの円板をサイクロイド運動させる説明図である。
【図９】軸圧縮力とせん断力とを作用させた場合において、鋼管が曲がる様子を示した図である。
【図１０】せん断力のみを作用させた場合において、鋼管が曲がる様子を示した図である。
【図１１】第２実施形態に係る曲げ加工装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 鋼管
２ 環状加熱部
９ 加熱冷却装置（加熱手段、冷却手段）
１２ 押しローラ（せん断力付与手段）
１５ 前部押圧板（圧縮力付与手段）
１７ 円板（圧縮力付与手段）
１９ 拘束板（拘束手段）
２０ チェーン（圧縮力付与手段）
２１ ジャッキ（圧縮力付与手段）
２２ ジャッキ（圧縮力付与手段）
２３ 台車（移動手段）
３４ 押圧装置（せん断力付与手段、圧縮力付与手段、移動手段）
３８ 拘束装置（拘束手段）
１００ 曲げ加工装置
２００ 曲げ加工装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の曲げ加工装置及び鋼管の曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の曲げ加工方法としては、例えば、押しロールを用いて鋼管を曲げる「押しロール曲げ」と、軸圧縮力を利用して鋼管を曲げる「軸圧縮曲げ」とがある。
【０００３】
「押しロール曲げ」の加工方法が、例えば、特許文献１、２、３、４に開示され、「軸圧縮曲げ」の加工方法が、例えば、特許文献５、６、７に開示されている。
【０００４】
まず、「押しロール曲げ」の加工方法の一例として、特許文献３の加工方法について説明する。特許文献３の加工方法では、まず、送り機構部Ａにより送り出されるパイプ１を加熱コイル６が局部的に加熱すると共に、押曲げローラ１０がパイプ１にその側面から押圧力を加える（特許文献３の図１参照）。これにより局部的な加熱部位にある角度で曲がりが形成される。そしてこれら一連の操作を、Ｘテーブル８とＹテーブル９の移動の組み合わせにより曲げローラ１０を所定軌跡で移動させつつ繰り返すことで所定の曲げ半径による曲げを所望の曲げ角度で形成することができる。
【０００５】
このような「押しロール曲げ」の加工方法は、簡便である一方で、曲げ半径精度が劣り、曲げによる肉厚減少が発生するという問題点がある。
【０００６】
次に、「軸圧縮曲げ」の加工方法の一例として、特許文献６の加工方法について説明する。
【０００７】
特許文献６の加工方法では、鋼管移動装置７を駆動して鋼管１を前方に送り、油圧ジャッキ５によりチェーン４に引張り力を加えると、両者４、５の固定端は鋼管１の偏心軸線上にあるから、鋼管１は、その偏心軸線方向の圧縮力を受けながら順次後方へ移動する環状の局部加熱部ｔにおいて連続して曲がっていく（特許文献６の図２参照）。
【０００８】
このとき、チェーン４の引張り速度を上げれば（引張り力を大きくすれば）、単時間あたりの曲げ量が大きくなるので、曲げ半径を小さくすることができる。逆に、チェーン４の引張り速度を下げれば（引張り力を小さくすれば）、単位時間あたりの曲げ量が小さくなるので、曲げ半径を大きくすることができる。また、鋼管移動装置７の移動速度を下げれば、同様の理由で曲げ半径を小さくすることができる。
【０００９】
したがって、いま、チェーン４の引張り速度をＶ１、鋼管移動装置７の移動速度をＶ２とすると、両者の比（Ｖ１／Ｖ２）の値を大きくすれば、曲げ半径は小さくなり、小さくすれば、曲げ半径は大きくなる。
【００１０】
このように、特許文献６の加工方法においては、鋼管１の偏心軸線上に設定した２つの力の作用点の間に引張り力を付与することにより鋼管の曲げ加工をする際に、前記引張り速度（引張り力）と、前記局部加熱部と鋼管の相対速度を調節できるから、鋼管１曲げ半径を、例えば、床に描いた曲げ加工線を基準にして制御することができる。
【００１１】
また、特許文献６の加工方法においては、鋼管の曲げ加工をする際に、鋼管の偏心軸線上に設定した２つの力の作用点の間に引張り力を付与し、鋼管を長さ方向に圧縮するから、鋼管の曲げ加工による減肉を抑制することができる。
【特許文献１】特開昭４７−０３４０６７号公報
【特許文献２】特開昭４７−０３４１５５号公報
【特許文献３】特開平１１−２２１６２６号公報
【特許文献４】特開平１１−２２６６５６号公報
【特許文献５】特開２０００−０１５３５０号公報
【特許文献６】特開２００１−２３９３２１号公報
【特許文献７】特開２００４−３３７９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のような「軸圧縮曲げ」の加工方法では、「押しロール曲げ」の加工方法に比べ、曲げ半径精度が高く、曲げによる肉厚減少が抑制できるが、装置が大型化してしまう。
【００１３】
本発明は、上記事実を考慮し、鋼管をその軸線方向に沿って圧縮して鋼管を曲げる構成において、構成の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係る鋼管の曲げ加工装置は、鋼管の一部を環状に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記鋼管の環状加熱部を環状に冷却する冷却手段と、前記環状加熱部にその軸線方向に沿って圧縮力を付与する圧縮力付与手段と、前記環状加熱部にせん断力を付与するせん断力付与手段と、曲げられた鋼管が所定の形状を保つように前記鋼管を拘束する拘束手段と、前記鋼管に対して前記加熱手段及び前記冷却手段を、前記鋼管の未だ曲げられていない部位側へ前記鋼管の軸方向に相対移動させる移動手段と、
を備えている。
【００１５】
この構成によれば、加熱手段により鋼管の一部が環状に加熱される。この加熱手段は、移動手段により、鋼管の未だ曲げられていない部位側へ前記鋼管の軸方向に相対移動されるので、鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成することができる。
【００１６】
加熱手段によって加熱された鋼管の環状加熱部は、冷却手段により環状に冷却される。
【００１７】
環状加熱部には、圧縮力付与手段より、その軸線方向に沿って圧縮力を付与される。また、環状加熱部には、せん断力付与手段により鋼管の曲がる方向にせん断力を付与する。
【００１８】
このように、本発明の請求項１の構成では、軸圧縮力及びせん断力が環状加熱部に作用するので、圧縮力のみにより鋼管を曲げる場合に比べて、小さな軸圧縮荷重で鋼管を曲げることができる。そのため、圧縮力付与手段の構成を小さくでき、装置構成の小型化が図れる。なお、圧縮力のみによる変形に比べて、圧縮力とせん断力とを組み合わせて変形させると、圧縮力を小さくすることができるという現象は、ミーゼスの降伏条件として知られている。
【００１９】
本発明の請求項２に係る鋼管の曲げ加工装置は、請求項１の構成において、前記加熱手段は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する。
【００２０】
この構成によれば、加熱手段が鋼管の軸線に対して斜めに鋼管の一部を環状に加熱して、鋼管をクランク形状に曲げることができる。
【００２１】
本発明の請求項３に係る鋼管の曲げ加工方法は、鋼管の一部を環状に加熱して、前記鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成する加熱工程と、前記環状加熱部を連続的に冷却する冷却工程と、前記環状加熱部にその軸線方向に圧縮力を付与すると共に、前記環状加熱部にせん断力を付与して鋼管を連続的に曲げる付与工程と、を備えている。
【００２２】
この構成によれば、加熱工程において、鋼管の一部を環状に加熱して、鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成する。冷却工程において、環状加熱部を連続的に冷却する。付与工程において、環状加熱部にその軸線方向に圧縮力を付与すると共に、環状加熱部にせん断力を付与して鋼管を連続的に曲げる。
【００２３】
このように、本発明の請求項３の構成では、環状加熱部には、軸圧縮力及びせん断力が作用するので、圧縮力のみにより鋼管を曲げる場合に比べて、小さな軸圧縮荷重で鋼管を曲げることができる。そのため、圧縮力付与手段の構成を小さくでき、装置構成の小型化が図れる。
【００２４】
本発明の請求項４に係る鋼管の曲げ加工方法は、請求項３の構成において、前記加熱工程は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する。
【００２５】
この構成によれば、加熱工程において、鋼管の軸線に対して斜めに鋼管の一部を環状に加熱して、鋼管がクランク形状に曲げることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、上記構成としたので、鋼管をその軸線方向に沿って圧縮して鋼管を曲げる構成において、構成の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
（第１実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置１００の構成）
まず、第１実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置１００の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る曲げ加工装置１００の構成を示す概略図である。
【００２８】
第１実施形態に係る曲げ加工装置１００は、鋼管支え装置７と、前部押圧板１５を有する把持装置８と、後部押圧板１６と、回転体としての円板１７と、架台１４と、チェーン２０と、ジャッキ２１と、ジャッキ２２と、せん断力付与手段の一例としての押しローラ１２と、加熱手段及び冷却手段の一例としての加熱冷却装置９と、移動手段の一例としての台車２３と、レール２５とを備えて構成されている。
【００２９】
曲げ加工装置１００が曲げようとする鋼管１は、その中間部が鋼管支え装置７で支持され、前部（一端部）が把持装置８の前部押圧板１５により把持され、後部（他端部）が後部押圧板１６により把持されている。鋼管１の前部側が、曲げられる曲げ開始側となる。
【００３０】
後部押圧板１６は架台１４に固着されている。一方、把持装置８は、円板１７の側面に固着されている。
【００３１】
把持装置８の前部押圧板１５は、円板１７の半径方向に平行に配置されている。この円板１７は、鋼管１を曲げる方向に回転可能に台車２３に設けられている。円板１７に固着された把持装置８は、円板１７と一体に鋼管１を曲げる方向に回転するようになっている。
【００３２】
円板１７は、チェーンに適合したスプロケット加工が外周に施されており、円板１７の外周に巻き掛けられたチェーン２０は、円板１７の外周に形成された係合歯に係合している。チェーン２０の一端部は、繰り出しジャッキ２２に締結されており、チェーン２０の他端部は、引張りジャッキ２１に締結されている。ジャッキ２２および２１は、その軸方向に移動可能に架台１４に設けられている。
【００３３】
ジャッキ２２および２１は、前部押圧板１５及び後部押圧板１６で把持される鋼管１を挟んで、半径方向の両側（図１の上方と下方）に、鋼管１の軸方向に沿って配置されている。
【００３４】
ジャッキ２２および２１が、鋼管１にその軸線方向に沿って圧縮力を発生させるための駆動部として機能し、その駆動力を伝達する伝達部材として、チェーン２０、円板１７及び前部押圧板１５が機能する。
【００３５】
この駆動部及び伝達部材が、鋼管１の環状加熱部２にその軸線方向に沿って圧縮力を付与する圧縮力付与手段として機能する。
【００３６】
鋼管１の上部には押しローラ１２が置かれ、鋼管１を半径方向（図１における下方）に押すことができる。
【００３７】
円板１７は台車２３に搭載されており、台車２３は、レール２５の上を車輪２４により走行できる。加熱冷却装置９および押しローラ１２は、例えば、台車２３に設けられ、鋼管１の軸方向に走行できる構造になっている。押しローラ１２と加熱冷却装置９と円板１７と台車２３は一体となって、走行可能とされ、その走行速度は任意に制御でき、速度Ｖ２とされる。
【００３８】
また、円板１７には、拘束板１９を挿入する穴１８があり、図２に示すように、曲がり部の外側半径部分に拘束板１９を挿入することにより、鋼管１の曲がり部の変形が抑制される。図１及び図２に示す構成では、円板１７が１枚で構成され、鋼管１を片持ちで支えている。なお、図３に示すように、円板１７が２枚で構成され、鋼管１を両持ちで支える構成であってもよい。
【００３９】
図４には、加熱冷却装置９の構成が示されている。加熱冷却装置９は、例えば、加熱しようとする鋼管１の外周に配置される高周波誘導加熱コイルを備えて構成される。
【００４０】
高周波誘導加熱コイルは、コイルに電流を通ずると鋼管１には誘導電流が発生し、鋼管１の電気抵抗により鋼管１は発熱し、鋼管１の周方向に環状加熱部２が形成される。鋼管１の軸線に対して垂直方向に環状加熱部２が形成される。すなわち、鋼管１の半径方向から見たときに、鋼管１の軸線と環状加熱部２が直交する。
【００４１】
鋼管１の材質により適正な加熱温度があるが、炭素鋼鋼管であれば、Ａ３変態点以上の例えば９００℃前後であり、ステンレス鋼鋼管であれば溶体化熱処理温度以上の１０００℃以上である。
【００４２】
加熱コイルには大電流が流れるのでコイルを冷却するための水ないしエアーが循環している。また加熱コイルには鋼管１の円周を冷却するための冷却水１１を噴出する噴出孔があけられており、環状加熱部２を環状に冷却している。このようにして加熱しながら、鋼管１をＶ２の速度で押し出すと鋼管は加熱コイルを通過しながら加熱と冷却を受けるので、鋼管１の軸方向に連続的に狭い幅の環状加熱部２を形成することができる。環状加熱部２とその両側の鋼管１は温度差が大きいので機械的性質にも大きな差があり、鋼管１に力を加えると環状加熱部２に塑性変形が集中する。塑性変形の直後は水冷されるので塑性変形の形状を保つことができる。
【００４３】
（ジャッキ２１及びジャッキ２２の操作態様）
次に、ジャッキ２１及びジャッキ２２の操作態様について説明する。
【００４４】
図５に、外径Ｄ、長さＬのパイプが半径Ｒ、曲げ角度θで曲がったときの一般的な軸方向変形挙動を示す。曲げる前と曲げた後において、軸方向長さＬが変化しない位置の半径を塑性中立半径ｂとする。半径ｂより大きい位置においては軸方向に伸びが生じ、半径ｂより小さい位置においては軸方向に圧縮されている。いま塑性中立半径ｂに注目すると、半径ｂの仮想円が仮想直線Ｘ−Ｘ’に接しながら互いに滑らずに転がることにより、曲げ半径Ｒ及び曲げ角度θで曲げられていると考えることができる。従ってこの運動は、半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’に接しながらサイクロイド運動していると見ることができるのである。
【００４５】
図６に半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’に接しながら滑ることなく１８０°転がったときのサイクロイド運動の軌跡を示す。前記の図５に示した外径Ｄで長さＬのパイプが、半径Ｒで曲がったときの塑性中立半径ｂの運動に注目して示している。
【００４６】
図７では、半径ａおよび半径ｂの２つの円が一体となって同心円に置かれたモデルを考える。その同心円が前記図６と同様に半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’に接しながら互いに滑ることなく１８０°転がったときのサイクロイド運動の軌跡を示す。半径ｂの円が角度θだけ転がったときＸ方向の円板移動距離Ｓは、Ｓ＝ｂθである。
【００４７】
次に図７をＸＹ座標上のサイクロイド運動として解析する。円板の半径をａとし曲げ管の塑性中立半径をｂとする。パイプ先端は円板に固定されている。塑性中立半径ｂの円が直線Ｘ−Ｘ’と互いに滑ることなく右方向にころがるときの半径ａの円板外周の座標（Xa，Ｙa）および塑性中立半径ｂの座標（Xb，Ｙb）のサイクロイド運動は次のように表すことができる。
【００４８】
a：円板の半径、b：塑性中立半径、θ：ころがり角度、S：ころがり距離、λ：ａ／ｂ
D：パイプ外径 とすると、
Xa=ｂ(θ−λsinθ)、Ｙa=ｂ(λcosθ−1)
Xb＝ｂ(θ−sinθ)、Ｙb＝ｂ(cosθ−1)
図８には半径ａおよび半径ｂの円板が一体となって同心円に置かれたモデルを考える。このモデルにおいて半径ｂの円が直線X−X’に接しながら互いに滑ることなく角度θだけ転がったときのサイクロイド運動を示す。このとき半径ａの円板１７の外周には、チェーン２０が巻かれている。転がる前のチェーン２０の両端末をＦおよびＧとし、円板１７が角度θだけ転がった後のチェーン２０の両端末をＦ’およびＧ’とする。端末Ｆの移動距離は（ａ＋ｂ）θであり、端末Ｇの移動距離は（ａ−ｂ）θである。従って逆に言えば、端末Ｆを（ａ＋ｂ）θだけ引張り、端末Ｇを（ａ−ｂ）θだけ繰り出せば、半径ｂの円板は直線X−X’に接しながら滑ることなく角度θだけ転がり、Ｓ＝ｂθだけ移動することになる。従って以上のことから、図８のように、チェーン２０が移動するように、ジャッキ２１及びジャッキ２２を操作すれば、曲げ加工装置１００において曲げ加工が実行できることがわかる。以下、具体的にその方法について述べる。
【００４９】
先ず、半径ｂなる仮想円の大きさは任意に計画し設定することができる。すなわち前述の、端末Ｆの移動距離＝（ａ＋ｂ）θおよび、端末Ｇの移動距離＝（ａ−ｂ）θにおいて、円板の半径ａおよび曲げ角度θは変わらないとしたとき、ｂを任意に計画すれば、ｂの計画値に応じて端末Ｆの移動距離＝（ａ＋ｂ）θおよび、端末Ｇの移動距離＝（ａ−ｂ）θもそれぞれ決定される。逆に言えば、目標としているｂの大きさとなるように、端末Ｆおよび、端末Ｇの移動距離を調節すれば目標のｂを得ることができる。
【００５０】
前記までは半径ｂの仮想円が、これと接する仮想直線と「すべらないで」反時計回りに転がるようにジャッキ２１および２２を操作した。次に応用として、半径ｂの仮想円が、これと接する仮想直線と「すべりながら」時計回りに転がるようにジャッキを操作することもできる。
【００５１】
すべりながら転がる形態としてはＳ＞ｂθおよびＳ＜ｂθの２つがある。
Ｓ＞ｂθとする場合は ΔＬF および ΔＬＧ の長さを同じ比率で増加させる。すると塑性中立半径ｂが増大し、パイプを押し縮める効果が増大するので曲がり部の肉厚は、Ｓ＝ｂθの場合より増加する。
【００５２】
Ｓ＜ｂθ とするときは ΔＬF および ΔＬＧ の長さを同じ比率で減少させる。すると塑性中立半径ｂが減少し、パイプを押し縮める効果が減少するので曲がり部の肉厚は、Ｓ＝ｂθの場合より減少する。さらにもう一つのすべりながら転がる形態としては、ΔＬFおよび ΔＬＧ の長さをそれぞれ異なる比率で減少あるいは増加させることもできる。
【００５３】
なお、図１では、架台１４を固定し、円板１７を移動させているが、これと逆に架台１４を距離Ｓだけ移動させ、円板１７は固定する構成であってもよい。
【００５４】
（第１実施形態に係る曲げ加工装置１００の作用効果）
次に、第１実施形態に係る曲げ加工装置１００の作用効果を説明する。
【００５５】
第１実施形態に係る曲げ加工装置１００による加工方法は、加熱工程と、冷却工程と、付与工程とで構成される。
【００５６】
加熱工程では、鋼管１の一部を環状に加熱して、鋼管１の軸方向に沿って連続的に環状加熱部２を形成する。冷却工程で、環状加熱部２が連続的に冷却される。
【００５７】
付与工程では、ジャッキ２２を速度Ｖ１Ｇで繰り出し、ジャッキ２１を速度Ｖ１Ｆで引張る。両ジャッキの速度関係は、Ｖ１Ｇ＜Ｖ１Ｆである。ジャッキ２２は引張り荷重ＷＧが発生し、ジャッキ２１は引張り荷重ＷＦが発生する。このため、鋼管１にはその軸方向に軸圧縮荷重（ＷＧ＋ＷＦ）が強力に作用するので、鋼管１を押し縮めながら曲げ加工される。
【００５８】
すなわち、環状加熱部２は集中的に軸圧縮されるのであるが、環状加熱部２の断面の軸方向圧縮速度は不均等な傾きを与えられているので、圧縮速度の傾きによる圧縮量の傾きに応じて圧縮されるから、環状加熱部２は曲げ角度θ及び曲げ半径Rをもつ形状に曲がる。このような局部的な圧縮加工が連続的に行われるので曲げ加工は連続して進行する。
【００５９】
鋼管１が曲がり始めたら押しローラ１２を鋼管１に押し当て、鋼管１にせん断力を作用させる。尚、図１（Ａ）においては、前部押圧板１５と加熱冷却装置９との間隔が狭い構成となっているので、鋼管１が曲がり始めたら押しローラ１２を鋼管１に押し当てているが、押しローラ１２がこの間隔に予め入ることができるように構成すれば、軸圧縮力とせん断力を曲げ開始と同時に付与することもできる。
【００６０】
このように、軸圧縮力とせん断力とが作用するので、図９に示すように、鋼管１が円弧状に曲がる。例えば、軸圧縮力が作用せず、せん断力のみであれば、図１０に示すように、せん断ひずみを生じ、鋼管１は円弧状に曲げることができない。
【００６１】
鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力とせん断力が同時に作用するので、圧縮力のみによる曲げ加工に比べて、小さな軸圧縮荷重で曲げることができる。そのため、ジャッキ２２および２１とチェーン２０を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【００６２】
また、本実施形態では、ワイヤロープの配置位置を、曲げようとする側の（パイプ外径／２）の範囲の外側に置くことができるので、ワイヤロープの曲げ直径Ａ＝２ａを十分に大きくすることが可能となった。これによりワイヤロープの疲労寿命を向上することとなる。
【００６３】
また、本実施形態では、従来に比較して、加工後の管の減肉率と曲げ半径の制御が容易となる。
（第２実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置２００の構成）
まず、第２実施形態に係る鋼管の曲げ加工装置２００の構成を説明する。図１１は、第２実施形態に係る曲げ加工装置２００の構成を示す概略図である。
【００６４】
第２実施形態に係る曲げ加工装置２００は、鋼管１の一端部を支持する支持部材３０と、鋼管１の他端部を支持する支持部材３２と、圧縮力付与手段、せん断力付与手段及び移動手段として機能する押圧装置３４と、支持部材３２に回転可能に設けられたコロ３６と、加熱手段及び冷却手段としての加熱冷却装置９とを備えて構成されている。
【００６５】
支持部材３２は、コロ３６が転がることにより、鋼管１の半径方向に沿って形成された壁体３６に沿って、鋼管１の半径方向に移動可能とされている。
【００６６】
押圧装置３４は、支持部材３０を介して鋼管１の一端部を鋼管１の軸線方向へ押圧する。加熱冷却装置９は、鋼管１がクランク形状に曲がるように、鋼管１の軸線に対して斜めに鋼管１の一部を環状に加熱して、環状加熱部２を形成する。なお、加熱冷却装置９は、図４に示す構成と同様に構成されている。
【００６７】
本実施形態では、側面視にて、環状加熱部２は、上部がコロ３６側（曲げ開始側）に傾けられ、下部が押圧装置３４側（曲げ終了側）に傾けられており、鋼管１の軸線に対して斜めに配置されている。
【００６８】
本実施形態の構成によれば、例えば、加熱冷却装置９の加熱コイルを、鋼管１の軸線方向に対して、任意の角度φ°傾けて配設することにより、鋼管の軸線方向に対してφ°傾いた環状加熱部２を形成される（角度φ°の範囲は ０°＜φ°＜９０°）。
【００６９】
この状態で鋼管の軸線方向に圧縮応力σを作用させると、分力として環状加熱部２に対して垂直方向の圧縮応力成分σ’および環状加熱部２に対して平行方向のせん断応力成分τが発生する。これにより環状加熱部にはτ＝σ・ｓｉｎφおよびσ’＝σ・ｃｏｓφの組み合わせ応力が形成される。軸方向圧縮速度をVCとし、せん断速度をVSに制御すると環状加熱部２が逐次変形することにより、鋼管１はクランク状に変形する。このように、押圧装置３４は、鋼管１を押圧することにより、鋼管１の環状加熱部２に軸圧縮力及びせん断力を発生させるとともに、鋼管１に対して、加熱冷却装置９を相対移動させる。鋼管１の変形部は、拘束手段としての拘束装置３８で拘束する。これにより、変形された鋼管１の形状を維持できる。
【００７０】
このように、鋼管１の環状加熱部２には、軸圧縮力とせん断力が同時に作用するので、圧縮力のみによる曲げ加工に比べて、小さな軸圧縮荷重で曲げることができる。そのため、押圧装置３４を小さくでき、装置の小型化が図れる。
なお、鋼管１を下方へ押して、鋼管１にせん断力およびせん断速度を付与する装置を別途配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１実施形態に係る曲げ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る曲げ加工装置において、拘束板で鋼管を拘束する状態を示す概略図である。
【図３】第１実施形態に係る曲げ加工装置において、円板を２枚構成とした変形例を示す概略図である。
【図４】第１実施形態に係る加熱冷却装置の構成を示す概略図である。
【図５】曲げ加工によるパイプの軸方向長さ変化量と塑性中立半径の説明図である。
【図６】塑性中立半径ｂのサイクロイド運動の説明図である。
【図７】半径ａおよびｂからなる同心円のサイクロイド運動説明図である。
【図８】半径ａの円板を操作して半径ｂの円板をサイクロイド運動させる説明図である。
【図９】軸圧縮力とせん断力とを作用させた場合において、鋼管が曲がる様子を示した図である。
【図１０】せん断力のみを作用させた場合において、鋼管が曲がる様子を示した図である。
【図１１】第２実施形態に係る曲げ加工装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 鋼管
２ 環状加熱部
９ 加熱冷却装置（加熱手段、冷却手段）
１２ 押しローラ（せん断力付与手段）
１５ 前部押圧板（圧縮力付与手段）
１７ 円板（圧縮力付与手段）
１９ 拘束板（拘束手段）
２０ チェーン（圧縮力付与手段）
２１ ジャッキ（圧縮力付与手段）
２２ ジャッキ（圧縮力付与手段）
２３ 台車（移動手段）
３４ 押圧装置（せん断力付与手段、圧縮力付与手段、移動手段）
３８ 拘束装置（拘束手段）
１００ 曲げ加工装置
２００ 曲げ加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の一部を環状に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記鋼管の環状加熱部を環状に冷却する冷却手段と、
前記環状加熱部にその軸線方向に沿って圧縮力を付与する圧縮力付与手段と、
前記環状加熱部にせん断力を付与するせん断力付与手段と、
曲げられた鋼管が所定の形状を保つように前記鋼管を拘束する拘束手段と、
前記鋼管に対して前記加熱手段及び前記冷却手段を、前記鋼管の未だ曲げられていない部位側へ前記鋼管の軸方向に相対移動させる移動手段と、
を備えた鋼管の曲げ加工装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する請求項１に記載の鋼管の曲げ加工装置
【請求項３】
鋼管の一部を環状に加熱して、前記鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成する加熱工程と、
前記環状加熱部を連続的に冷却する冷却工程と、
前記環状加熱部にその軸線方向に圧縮力を付与すると共に、前記環状加熱部にせん断力を付与して鋼管を連続的に曲げる付与工程と、
を備えた鋼管の曲げ加工方法。
【請求項４】
前記加熱工程は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する請求項３に記載の鋼管の曲げ加工方法。
【請求項１】
鋼管の一部を環状に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記鋼管の環状加熱部を環状に冷却する冷却手段と、
前記環状加熱部にその軸線方向に沿って圧縮力を付与する圧縮力付与手段と、
前記環状加熱部にせん断力を付与するせん断力付与手段と、
曲げられた鋼管が所定の形状を保つように前記鋼管を拘束する拘束手段と、
前記鋼管に対して前記加熱手段及び前記冷却手段を、前記鋼管の未だ曲げられていない部位側へ前記鋼管の軸方向に相対移動させる移動手段と、
を備えた鋼管の曲げ加工装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する請求項１に記載の鋼管の曲げ加工装置
【請求項３】
鋼管の一部を環状に加熱して、前記鋼管の軸方向に沿って連続的に環状加熱部を形成する加熱工程と、
前記環状加熱部を連続的に冷却する冷却工程と、
前記環状加熱部にその軸線方向に圧縮力を付与すると共に、前記環状加熱部にせん断力を付与して鋼管を連続的に曲げる付与工程と、
を備えた鋼管の曲げ加工方法。
【請求項４】
前記加熱工程は、前記鋼管がクランク形状に曲がるように、前記鋼管の軸線に対して斜めに前記鋼管の一部を環状に加熱する請求項３に記載の鋼管の曲げ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１３１６４９（Ｐ２０１０−１３１６４９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１２４６（Ｐ２００８−３１１２４６）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（５０１２４１６４５）学校法人 工学院大学 (14)
【出願人】（３９８００８２８４）
【出願人】（５９１１１７４１３）株式会社菊池製作所 (33)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（５０１２４１６４５）学校法人 工学院大学 (14)
【出願人】（３９８００８２８４）
【出願人】（５９１１１７４１３）株式会社菊池製作所 (33)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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