JPS5938048B2 - 長尺材の連続曲げ加工方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管やその他の長尺材を特別なロール型等を用い
ないで単一曲率に曲げ加工できるばかりでなく、異なつ
た任意曲率の曲げ部を連続的又は断続的に形成する複数
曲げ加工を一工程で行なうことのできる方法とこの方法
を実施するための装置に関するものである。

従来、管やその他の長尺材の曲げ装置には、長尺材を所
定の曲げ半径の型ロールに巻付けるようにしたもの、長
尺材を型プレスで押し曲げるようにしたもの或は長尺材
を３個のロールで押し曲げ乍ら送るようにしたもの等が
あるが、型ロールを利用するものは異なる曲率の曲げ加
工のために種種の曲率の型ロールや芯金等を準備しなけ
ればならないばかりでなく、曲げ半径の大きな曲げ加工
には不向きであり、また型プレスの押し曲げによるもの
並に３個の押しロールを利用するものは曲げ半径の大き
な曲げ加工には適するが、正確な曲率で曲げ加工するこ
とが困難な上に小半径での曲げ加工に不向きである。

一方、上記の曲げ方法の欠点を補う方法として提案され
た特許第４１９７９９号（特公昭３８−２１４６２号公
報参照）の発明は、曲げ加工すべき長尺材の先端部近く
を曲げ中心点のまわりに回転するようにしたアームでク
ランプすると共に、該長尺材を前方へ向け一定の速度で
送り乍ら塑性変形すべき個所を高周波誘導加熱により巾
狭に局部加熱し、長尺材を均一な曲げ半径で曲げ加工す
るもので、上記３例に於ける諸難点をすべて解消するこ
とのできる画期的なものではあるが、この方法といえど
も設定できる曲げ半径がクランプを具えたアームの長さ
に支配されるので、曲げ半径が数十ｍにも及ぶ曲げ加工
には適用できないし、また、異なつた曲げ半径の曲げ加
工を連続的又は断続的に行なう複数曲げ力旺を行なうに
は、各曲げ毎にクランプの掴み変えを必要とし、曲げ半
径が変化する度に曲げ中心位置とアームの有効長さを変
えなければならない等の難点がある。

本発明は上述のような従来方法の難点に鑑み、管やその
他の長尺材を単一半径の曲げ加工は勿論、異なつた任意
曲率の曲げ部分を連続的又は断続的に形成する複数曲げ
力旺を一工程で行なうことのできる曲げ加工方法及びそ
の方法を実施するための装置を提供することを目的とし
てなされたもので、その方法は、曲げ加工すべき管等の
長尺材を、その適宜中程の長手方向に於て、ローラ等の
支持案内手段を介して自由に支持案内すると共に、その
長手方向前端側に於て、平面上を自由に移動でき且つ動
力により回転力を与えられるようにしたクランプ等によ
る把持手段によつて把持した後、前記把持手段に適宜角
速度の回転力を加えて該長尺材に単純曲げモーメントを
付与すると共に、該長尺材の支持案内された部分と把持
された部分の間の適宜個所を、前記曲げモーメントによ
り塑性変形させるべく誘導加熱又はガス加熱等による加
熱手段により狭い帯域で局部的に加熱し、同時に前記長
尺材の加熱帯域を長尺材の軸方向に相対的に適宜速度で
移動させることを特徴とするもので、この方法を実施す
るための装置は、曲げ加工すべき管等の長尺材の適宜中
程を、その長手方向に直交する両側から支持案内する装
置と、該支持案内装置の前方に於て、前記長尺材の長手
方向に直交または略直交して位置し且つ該長手方向にの
み移動できるように配設した基台と、該基台に前記長尺
材の先端側を強固に把持するクランプを適宜駆動源によ
り回転力を与えられるようにして設けた摺動台を、前記
基台の長手方向に移動できるように装設して成るトルク
発生装置と、曲げ加工すべき長尺材を前記トルク発生装
置と共に前方へ送り出す装置と、前記支持案内装置とト
ルク発生装置の間に位置し、長尺材の長手方向軸に直交
又は略直交する面を局部加熱する誘導加熱或はガスを利
用した加熱装置と、前記加熱装置に近接した前方に位置
して長尺材の塑性変形した直後を冷却する冷却装置とか
ら成り、必要に応じては、上記構成の装置に曲げ加工す
べき長尺材の長手方向から圧縮力を付与するための圧縮
力装置を付設して成ることを特徴とするものである。

次に本発明方法の実施態様を第１図の本発明装置の一例
に基づいて説明する。

１は本発明装置によつて複数曲げ加工すべき長尺材たる
直状の管、２，？、３，３′は該管１をその長手方向に
平行に支持案内する２対の案内ローラで、支持台２１上
に設けられて支持案内装置Ａを構成する。

４，４′は、前記装置Ａに於ける各ローラ２，′２′、
３，３′の間に、管１を挟持するように対設し適宜動力
により回転されるピンチローラで、管１を前方へ送り出
す送り装置Ｂを構成する。

５は、案内装置Ａの前方に位置し、管１の長手方向に直
交して配設された平面長方形の基台で、前記管１の長手
方向にのみ移動できるように、該管１の長手方向に平行
に敷設された案内レール５１，５１′上に、取附脚５４
，５１に装設されて該レール５１，５Ｖ上を転動する車
輪５２，５Ｚと、取附脚５５，５５′に装設されて前記
レール５１，５１′の側面に当接し乍ら基台５の回転反
力を支持する支持輪５３，５３′とを介して載架されて
おり、該基台５の上面には長手方向両側に案内枠５６，
５６′を形成してある。

６は、前記基台５の案内枠５６，５６／に案内されて転
動する転動輪６１，６１′を四隅に設けて、前記基台５
の長手方向に殆んど摩擦なく自由に移動できるように形
成した摺動台、７は、前記摺動台６の略中央上面に、電
動機ｒ１により強制的に回転されるように設けた回転台
で、この回転台Ｔの上面には前記管１の先端側を強固に
把持するクランプ８が設けられており、以上の６乃至８
によりトルク発生装置Ｃを構成する。

９は前記支持案内装置Ａに於ける案内ローラ３，３′に
近接した前方に設けられた環状の高周波誘導子又はガス
バーナから成る加熱部材で、管１の長手方向軸と直角又
は略直角に配設されて該管１の加熱領域即ち、塑性変形
されるべき領域を特定し、該加熱部材９に高周波エネル
ギ等の加熱源を供給する供給装置１０と共に加熱装置Ｄ
を構成する。

１１は前記加熱部材９の前方に近接して設けた環状の冷
却液又は冷却気体供給ノズルを具えたジヤケツトで、管
１が加熱され塑性変形された直後の該変形部分を冷却す
るように冷却液又は気体の供給源（図示せず）に接続し
て冷却装置Ｅを構成し、以上のＡ乃至Ｅにより本発明方
法を実施するための基本的な本発明装置を構成する。

而して、本発明方法は上述した基本的な本発明装置によ
り具体的に実施できるので、本発明方法の曲げ加工原理
を上記装置と第２図の原理図に基づいて説明する。

まず、支持案内装置Ａの２対のローラ２，２′、３，３
′に支持案内される曲げ加工すべき真直な管１の先端部
をトルク発生装置Ｃのクランプ８に強固に把持せしめ、
トルク発生装置Ｃに於けるクランプ８を回転させる為の
電動機７１及び前記でセツトされた管１を長手方向前方
へ移動させる即ち、管１の加熱領域を移動させるための
送り装置Ｂを所定のプログラムに従つて，駆動すると共
に、加熱装置Ｄと冷却装置Ｅを作動させれば、曲げ加工
が可能となる。

ここで、送り装置Ｂに於ける電動機（図示せず）とトル
ク発生装置Ｃの回転台ｒの電動機７１の回転を所定のプ
ログラムに従つて駆動するのは、これら電動機の作動に
よる管１の送り速度とクランプ８の回転角速度が、以下
述べる関係によつて、本発明方法による曲げの状態を支
配するからである。

即ち、送り装置Ｂによる管１の送り速度♂Ｈｔとし、ト
ルク発生装置Ｃのクランプ８による管１の曲げられた部
分の断面中心の移動速度をｄ？１とする時、管１の未だ
曲げられていない部分と曲げ加工された部分との間即ち
、加熱領域に圧縮力、引張力及び剪断力がなければ前記
の両速度は＝代丘，となり、管１には単純曲げモーメン
トしか作用しないので、本発明方法による曲げ加工がこ
の状態を保持して進められる限り、曲げ半径Ｒは、曲げ
角度をθ、曲げ加工された部分の長さをＳ′とすれば、
次の関係式で表わされる。

（第２図参照）而して、ｄθ／Ｄｔは曲げの角速度を表
わし、この角速度はクランプ８の回転角速度によつて得
られるので、結局上記式に於ける曲げ半径Ｒは、管１に
於て送り装置Ｂによる曲げ加工された部分の送り速度と
クランプ８の回転角速度との比によつて決定されること
が明らかになるのである。

従つて、上記関係式から曲げ半径Ｒを一定に保持するた
めには、曲げ加工された部分の送り速度とクランプ８の
回転角速度の比を一定に保てばよく、また曲率を変更す
る場合には、前記両速度の比を変化させればよいことが
判るので、曲げ半径Ｒの値に応じて、送り装置Ｂのピン
チローラ４，４′を回転する電動機（図示せず）の回転
数と、トルク発生装置Ｃに於けるクランプ８を回転させ
る電動機７１の回転数を、上記関係式を満足することの
できるプログラムに基づいて作動させればよいのである
。上記第１図の装置に於ては、送り装置Ｂによつて管１
を送る際、該管１が支持案内される支持案内装置Ａに於
ける各ローラ２，２′、３，３′と管１との摩擦抵抗を
できるだけ小さくするようにそれらローラを装設し、ま
た、このようにして管１を送り乍らトルク発生装置Ｃの
クランプ８を回転して管１にトルクによる曲げモーメン
トを与える際、該装置Ｃに於ける基台５及び摺動台６に
生じる前記トルクの反力をできるだけ小さくするために
、支持輪５３，５３′の取附脚５５，５５′を長く形成
し、且つ摺動台６そのものを長目に形成してその四隅に
転動輪６１，６Ｖを装設したから、管１及びこれを把持
したトルク発生装置Ｃの移動時に前記の各ローラ或は各
輪には反力による摩擦抵抗は殆んど生ぜず、従つてクラ
ンプ８の回転による曲げモーメントが管１の曲げられた
部分に均等に分布し、然もこれによる剪断力の生じるこ
とは殆んどない。

本発明方法の上述した第１図々示の基本的装置は比較的
大きな曲げ半径の曲げ加工には十分適用可能であるが、
管１の比較的小さな半径の曲げ加工に際し生じる所謂減
肉現象（管の曲げ外側の壁が薄くなり、逆に曲げ内側の
壁が厚くなる現象）を防止するためには、上記第１図の
基本的装置に別の工夫を加えなければならない。

即ち、減肉現象の防止策としては、管１の加熱領域に於
て曲げ外側の加熱温度を曲げ内側のそれより低くして曲
げる際の曲げ外側の伸びを小さく押える方法と、管１の
加熱領域を圧縮して増肉し乍ら曲げ力旺していく他の方
法とがあり、前者の方法は加熱部材９を管１の中心軸に
関し変位させて配設するか又は曲げの外側部を適宜冷却
すれば実施でき、後者の方法は第３図乃至第５図に示す
ように、管１の加熱部分を増肉する為の圧縮力装置Ｆを
第１図々示の装置に付加することによつて実施すること
ができる。

以下この圧縮力装置Ｆの構造と作用とについて説明する
。而して、圧縮力装置Ｆは、基本的には第３図に示すよ
うに、管１の内部に鋼索１２等を挿入すると共に、その
前端を管１の前端に装着固定した止金１３に固定し、後
端を管１の後端に装着した止金１４に於ける油圧シリン
ダ１５のロツド１５１に接続して、前記油圧シリンダ１
５のロツド１５１を後退作動すれば、前記鋼索１２等が
強く引張られて管１に圧縮力を作用させることができる
ように構成されており、第１図々示の本発明装置により
加工されるべき管１に上記圧縮力装置Ｆを装着して作動
させれば、該装置Ｆの圧縮力により前記管１の加熱帯域
に増肉を起させるようになつているものである。

向、該圧縮力装置Ｆは管１に対して上述の反対向に取附
けてもよい。第４図は、上記圧縮力装置Ｆの鋼索１２に
代え支杆１２１を有する鎖索１２０を使用した装置ｙを
示すもので、前記の装置Ｆでは管１の曲率が小さいうち
は実用上問題ないが、曲率が大きくなるにつれて鋼索１
２の中心軸と曲げられた管１の中心軸の傾斜角度が大き
くなり、圧縮力が管１の中心軸に沿つて作用しなくなる
結果、管１に圧縮力による曲げモーメントを生じ、本発
明方法を実施する上で不都合があるが、第４図々示の装
置Ｆ′では支杆１２１の作用により管１の曲げ状態の如
何に拘らず、常に管１の中心軸と鎖索１２０の中心軸は
略一致しているので、縮力装置Ｆ牡管１に常時単なる圧
縮力のみを作用させ、管１に圧縮力の傾斜による曲げモ
ーメントや剪断力を生じない結果、第１図々示の本発明
装置に正確な曲げのために必要な単純曲げモーメント以
外の余計な荷重を全く発生させない効果がある。

向、上述の圧縮力装置ｙに於て、鎖索１２０の支杆１２
１に工夫を施した第５図々示の鎖索１２０５を利用すれ
ば、該圧縮力装置Ｆｔま更に別の効果を生ずる。

即ち、前記の鎖索１２０は、それが管１内にある時鎖索
１２０と管１との中心軸が管１の曲げ状態の如何を問わ
ず常に一致するようにする為、鎖索１２０を構成する各
鎖を卜状に形成し、その横杆を支杆１２１とすると共に
その向きを交互にして接続し構成したが、第５図々示の
鎖索１２σでは、各鎖を略Ｌ状に形成し、支杆１２Ｖと
なるべき横杆の先端側に適宜の曲面１２２を形成すると
共に、該支杆１２１′の向きが交互になるように接続し
て構成し、且つそれを管１内に挿入した際前記曲面１２
２が管１内壁に当接して各鎖の長手方向中心軸が接続部
に於て１８０度に近い純角のジググザグ状になるように
支杆１２Ｖの形状、大きさを選択したので、引張力が作
用した場合前記例と同じく圧縮力が作用すると共に、支
杆１２？の曲面１２２が管１の内壁に強く押し付けられ
て、該管１を内側から拡げようとする力を生じ、この力
が管１の曲げによる偏平の発生をある程度防止すること
ができるので、圧縮力装置兼芯金装置として機能するの
である。

他方、上述したような第１図の本発明装置に於て、クラ
ンプ８の装設された摺動台６は既に述べたように、クラ
ンプ８を回転させることによつて管１に剪断力を与えず
、単純な曲げモーメントのみを付与し、曲げの曲率に狂
いを生じさせないため、基台５上を殆んど摩擦抵抗なく
移動できるようその四隅に転動輪６１，６Ｖを取附けた
が、この摺動台６が摩擦抵抗の有無に拘らず、更に正確
に摺動するようにするため、第６図に示すように本発明
装置を構成してもよい。

即ち、第６図々示の装置では、トルク発生装置Ｃに於て
基台５の上面長手方向に螺杆５７を設けると共に該螺杆
５７をサーボモータ５８で回転させるようにする一方、
前記螺杆５ｒに摺動台６を螺合して配設し、螺杆５７の
回転により摺動台６が基台５上を摺動するようにしてあ
り、前記サーボモータ５８の回転数は、案内ロール２，
２′、３，３′の基部に荷重検出要素２２，２？、３３
，３３′を取附け、これら検出要素のうち２２，３３′
を一の組、同じく２２′，３３を他の組として各組の前
記検出要素の出力をトランスミツタ２０１に入力する一
方、該トランスミツタ２０１で各組に於ける荷重検出要
素２２，３３′又は同２２′，３３の出力差を検出する
ことにより定められ、これにより螺杆５７が適宜回転し
、摺動台６が基台５上を移動して、前記各組に於ける荷
重検出要素２２，３３′又は同２２′，３３の出力差が
常に零を保つように前記サーボモータ５８の回転速度を
調節するようになつており、サーボモータ５８の回転方
向は予め準備されたプログラムによつて、前記トランス
ミツタ２０１と２組の検出要素の接続の切替えにより制
御する。

伺、第６図々示の装置に於て、他の構成要素は第１図々
示の装置と同様であり、従つて図中同一符号は同一部分
を示す。本発明装置は以上のように構成することにより
、曲げ加工されるべき管１の加熱帯域即ち、加熱時に加
えられる曲げモーメントにより塑性変形する部分にクラ
ンプ８の回転による単純曲げモーメント以外に剪断力の
発生することがないので、必要最小限の曲げモーメント
によつて管１を曲げ加工できると同時に精度の高い曲げ
加工を実現することができるものである。

また、管１の曲げられた部分即ち、加熱部材９により加
熱されている部分とクランプ８により把持されている部
分には、上述のように一切の剪断力が生じない結果、ク
ランプ８の回転により生じる曲げモーメントが均等に分
布されるので、この部分の弾性曲線を容易に計出でき、
従つてスプリングパツク量を正確に算出して更に曲げ精
度の向上を図ることができる。

周、以上の実施例に於て、本発明方法の長尺材の加熱さ
れるべき帯域を長尺材１の軸方向に適宜移動させる方法
を具現する手段としては、支持案内装置Ａ部分にピンチ
ローラ４，４′を設けて管１を送る送り装置Ｂを形成し
たが、本発明方法に於ける加熱されるべき帯域の移動手
段はこれに限られず、例えば送り装置Ｂを設けないで、
支持案内装置Ａ及び加熱装置Ｄの加熱部材９を移動する
ようにしてもよい。

要するに、本発明方法の実施に際しては、管１の加熱さ
れるべき帯域を長尺材１の軸方向に適宜速度で移動させ
れば良いのであるから、送り装置Ｂとしては、ピンチロ
ーラ４，４′の代わりに長尺材１の末端をねじ、油圧、
チエーンその他で押すようにしたり、その他適宜の送り
フ手段を自由に択用することが可能である。

本発明は上述の通りであつて、曲げ加工すべき管等に曲
げモーメントが作用する際、その塑性変形すべき領域を
局部加熱手段を利用して特定し、且つ該領域を適宜速度
で移動させる一方、管等の側端を把持するクランプ等の
把持手段に適切な方向の回転力を与えることにより曲げ
モーメントを生起せしめると共に、前記加熱領域の移動
速度と把持手段の回転角速度との関係及び回転角を調整
して曲げ半径及び曲げ角度を自由に決定、変更し得るよ
うにしたから、曲げ加工すべき長尺材を本発明装置に一
旦セツトすれば、単一半径、単一曲げ角度の単純曲げ加
工は勿論のこと、同一長尺材上に曲げ半径及び／又は曲
げ角度の異なる或は曲率の変化する複数の曲げ加工をク
ランプし直すことなく連続的に或は断続的に一工程で行
なうことができ、従つて、本発明方法又はその装置を比
較的短区間に多くの曲げ部分を有する化学プラントに代
表される各種プラント内の配管用複数曲げ管、伸縮ベン
ドとして利用される所謂タコベンド或はジグザグベンド
等の管、地中配管に多用されるターンピース等の曲げ加
工に使用すれば、作業能率は著しく向上し、加工コスト
の低下に資するところ極めて大きく、産業上極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する際用いる本発明装置の一
例の平面図、第２図は本発明方法の曲げ加工原理を示す
説明図、第３図乃至第５図は本発明装置に必要に応じて
付設する圧縮力装置の平断面図、第６図は本発明装置の
別例の平面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 曲げ加工すべき管等の長尺材を、その適宜中程の長
   手方向に於て、ローラ等の支持案内手段を介して自由に
   支持案内すると共に、その長手方向前端側に於て、平面
   上を自由に移動でき且つ動力により回転力を与えられる
   ようにしたクランプ等による把持手段によつて把持した
   後、前記把持手段に適宜角速度の回転力を加えて該長尺
   材に単純曲げモーメントを付与すると共に、該長尺材の
   支持案内された部分と把持された部分の間の適宜個所を
   、前記曲げモーメントにより塑性変形させるべく誘導加
   熱又はガス加熱等による加熱手段により狭い帯域で局部
   的に加熱し、同時に前記長尺材の加熱帯域を長尺材の軸
   方向に相対的に適宜速度で移動させることを特徴とする
   長尺材の連続曲げ加工方法。 ２ 曲げ加工すべき管等の長尺材の適宜中程を、その長
   手方向に直交する両側から支持案内する装置と、該支持
   案内装置の前方に於て、前記長尺材の長手方向に直交ま
   たは略直交して位置し且つ該長手方向にのみ移動できる
   ように配設した基台と、該基台に前記長尺材の先端側を
   強固に把持するクランプを適宜駆動源により回転力を与
   えられるようにして設けた摺動台を、前記基台の長手方
   向に移動できるように装設して成るトルク発生装置と、
   曲げ加工すべき長尺材を前記トルク発生装置と共に前方
   へ送り出す装置と、前記支持案内装置とトルク発生装置
   の間に位置し、長尺材の長手方向軸に直交又は略直交す
   る面を局部加熱する誘導加熱或はガスを利用した加熱装
   置と、前記加熱装置に近接した前方に位置して長尺材の
   塑性変形した直後を冷却する冷却装置とから成り、必要
   に応じては、上記構成の装置に曲げ加工すべき長尺材の
   長手方向から圧縮力を付与するための圧縮力装置を付設
   して成ることを特徴とする長尺材の連続曲げ加工装置。