JP2001105033A - パイプベンダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲げ成形の過程において曲がり部の断面形状
を適宜に変更することができ、ハイドロフォーミングの
素材管としての使用を容易とする。 【解決手段】 曲げ対象となる管材Ｐを管軸方向に曲げ
装置３に送り込み、曲げ型30とクランプ型31とにより挾
持し、曲げ型30の軸回りの回転により曲げ成形するパイ
プベンダーにおいて、管材Ｐの内側に管端部から挿入さ
れる芯金バー41の先端に取付けた芯金を、調整モータ５
の回転に応じてガイドレール21，21に沿って生じる芯金
シリンダ40の移動により管材Ｐの送り込み方向に移動さ
せ、曲げ型30の回転中心からの突出長を変え、管材Ｐの
曲げ成形後における断面形状を種々に変更し得る構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長尺の管材を適宜
に湾曲させて曲がり管を製造するパイプベンダーに関
し、更に詳しくは、ハイドロフォーミングの素材管とな
る曲がり管を製造すべく使用されるパイプベンダーに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車各部のフレームの新たな製
造方法として実用化されているハイドロフォーミング
は、金型内に装着された素材管の内部に高圧水を供給
し、該素材管を内側から加圧して変形させ、前記金型各
部の内のり形状に対応する断面に成形する方法である。
この方法によれば、長手方向に断面変化しつつ適宜に湾
曲するパイプフレームを一体成形することが可能であ
り、部品点数の削減、剛性の向上、強度の向上、軽量化
等の多くの利点を合わせて達成することができる。

【０００３】このようなハイドロフォーミングにおい
て、金型内に装着して用いられる素材管は、前記金型の
型形状に合わせて長手方向の各部にて予め曲げておく必
要があり、このような素材管の製造には、図４に全体構
成を示すパイプベンダーが用いられている。

【０００４】図中Ｐは、曲げ対象となる管材であり、該
管材Ｐは、その中途部をチャック１に掴持され、基台２
上での前記チャック１の移動により、図中に白抜矢符に
て示す如く管軸方向の送りを加えられ、この送り方向の
下流側に位置して基台２の一側に配された曲げ装置３に
送り込まれる。該曲げ装置３は、前記管材Ｐを曲げ変形
させるパイプベンダーの主要部分であり、曲げ型30と、
該曲げ型30の外周との間に前記管材Ｐを挾持するクラン
プ型31と、この挾持部の上流側の管材Ｐを該クランプ型
31と同側から支えるプレッシャ型32とを備えて構成され
ている。

【０００５】曲げ型30は、その外周に曲げ案内用の凹溝
が形成された円板状の部材であり、前記管材Ｐの送り経
路に前記凹溝を沿わせて回転台33上に取付けられ、該回
転台33と共に前記送り経路と直交する軸回りに回転する
ようになしてある。またクランプ型31は、管材Ｐの送り
経路を挾んで前記曲げ型30の外側に対向するように、該
曲げ型30と共通の回転台33上に固定された油圧シリンダ
34の出力端に取付けられており、前記油圧シリンダ34の
動作により曲げ型30の外周に接離し、離反時に曲げ型30
との間に受け入れた管材Ｐを、接近時に曲げ型30との間
に挾持する構成としてある。更にプレッシャ型32は、管
材Ｐの送り経路に対してクランプ型31と同側に配された
長尺の支え台であり、油圧シリンダ35の進退動作に応じ
て管材Ｐの送り経路に対して接離し、接近時に曲げ型30
とクランプ型31とに挾持された管材Ｐに当接する構成と
してある。

【０００６】図５は、曲げ装置３の動作説明図である。
曲げ対象となる管材Ｐは、前記送り経路に沿って曲げ装
置３に送り込まれ、図５（ａ）に示す如く、離反した状
態にあるクランプ型31と曲げ型30との間に受け入れられ
る。このようにして前記管材Ｐが所定の送り込み位置に
達したとき油圧シリンダ34，35を進出動作させ、図５
（ｂ）に示す如く、前記管材Ｐを曲げ型30の外周とクラ
ンプ型31との間に挾持すると共に、この挾持位置の後続
部分を、クランプ型31と同側から当接するプレッシャ型
32により支え、この状態で回転台33を回転させる。

【０００７】この回転により、前記曲げ型30及びクラン
プ型31は、図５（ｃ）に示す如く、管材Ｐを挾持したま
ま曲げ型30の軸回りに回転し、前記管材Ｐが曲げ型30の
外周に沿って曲げられて曲がり管となる。このときプレ
ッシャ型32は、前記曲げに伴う管材Ｐの後続部分の外方
への張り出しを抑制する作用をなす。なおプレッシャ型
32は、前記油圧シリンダ35と共に、曲げ型30の回転と同
時に管材Ｐの進行方向に移動させることも可能である。

【０００８】而して、以上の如き曲げを管材Ｐの長手方
向複数か所にて繰り返し実施することにより、長手方向
の各部が、適宜の方向に、適宜の曲率，角度にて湾曲さ
せてある曲がり管を製造することができ、前述したハイ
ドロフォーミングにおいて、金型内に装着する素材管と
して利用することが可能となる。なお各部における曲げ
角度は、前記回転台33の回転角度を変えることにより、
また曲げ方向は、管材Ｐを軸回りに回転させることによ
り、更に曲率は、外径の異なる複数の曲げ型30を用いる
ことにより夫々変更される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】さて、以上の如く構成
されたパイプベンダーにより製造される曲がり管は、従
来主として、ボイラの蒸気管等、各種流体の輸送用の配
管系に用いられており、このため、前記曲げ装置３によ
り曲げ成形されるとき、各曲げ部に発生する断面の形状
変化を可及的に小さく抑えるようにしている。

【００１０】図６は、曲げ装置３による曲げ部近傍の拡
大断面図であり、本図に示す如く管材Ｐの断面変化は、
前述した曲げ成形の過程において、曲げ部近傍の管材Ｐ
の内側に芯金４を挿入することにより抑制することがで
きる。この芯金４は、図４に示す如く、前記基台２の他
側（曲げ装置３のと逆側）上部に固設した芯金シリンダ
40に連設された芯金バー41の先端に取付けられ、前記チ
ャック１に保持された管材Ｐの内部に管端部から挿通さ
れている。

【００１１】図６に示す如く芯金４は、管材Ｐの内径よ
りもやや小さい外径を有する円筒形の形状を有し、漸次
縮径された先端部が、前記管材Ｐの曲げ中心、即ち、曲
げ型30の回転中心から、該管材Ｐの送り込み方向（図の
左方向）に所定長突出した状態で位置決めされており、
この突出長ａにより代表される芯金４の位置を、前記管
材Ｐの内径との公差に対して適正に設定することによ
り、前記曲げ成形時の断面の変形が抑制され、成形前の
円形断面を成形後に保つことが可能となる。

【００１２】ところが、このように製造された曲がり管
を、前述したハイドロフォーミングの素材管として用い
る場合、該素材管の曲がり部が円形に近い断面を有する
ことが逆に有害となることがあった。

【００１３】例えば、図７に示す如く、金型Ｂに設けら
れた素材管Ａの装着用の凹部Ｂ₁ が上下に長い矩形の断
面形状を有する場合、このような金型Ｂに対して装着可
能な円形断面の素材管Ａは、図７（ａ）に示す如く、前
記凹部Ｂ₁ の幅よりも小さい外径を有する小径の管に限
定され、このような小径の素材管Ａに対してハイドロフ
ォーミングを実施した場合、内圧の作用により前記凹部
Ｂ₁ の内のりに沿うまでの間の前記素材管Ａの変形量が
大となり、図７（ｂ）に示す成形後の状態において、特
に、前記凹部Ｂ₁ の角部に肉厚減少が生じ易く強度不足
を招来する上、過度な肉厚減少により局所的な破断が発
生する虞れさえあった。

【００１４】このような問題を解決するため従来におい
ては、図８（ａ）に示す如く、金型Ｂの凹部Ｂ₁ と略等
しい周長を有する大径の素材管Ａを用意し、図８（ｂ）
に示す如く、前記素材管Ａを金型Ｂの凹部Ｂ₁ への装着
が可能な幅を有する偏平な形状に予備成形して凹部Ｂ₁
内に装着し、この状態でハイドロフォーミングを実行す
るようにしている。ところが、このような予備成形を行
う場合、素材管Ａの曲がり部を縦長形状に偏平化する過
程において、各曲がり部の外周側に、しわ、折れ込み等
の形状不良が生じ、これらがハイドロフォーミング後の
製品に残るという問題があり、このような形状不良の発
生を防ぐために製品パイプフレームの曲がり部の断面形
状が制約されるという問題があった。

【００１５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、曲げ成形の過程において曲がり部の断面を適度
に偏平化することを可能とし、得られた曲がり管をハイ
ドロフォーミングの素材管とするとき、各曲がり部を縦
長に偏平化する予備成形を不要、又は軽減することが可
能なパイプベンダーを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパイプベン
ダーは、曲げ対象となる管材を管軸方向に曲げ装置に送
り込み、該曲げ装置に備えられた曲げ型とクランプ型と
により前記管材を、その内側に芯金を挿入した状態で挾
持し、前記曲げ型及びクランプ形を、曲げ型の軸回りに
回転させて、前記管材を前記曲げ型に沿わせて曲げ成形
するパイプベンダーにおいて、前記曲げ型の回転中心に
対する前記芯金の先頭部の位置を調整する芯金位置調整
手段を具備することを特徴とする。

【００１７】本発明においては、曲げ成形に際して管材
の内側に挿入する芯金の位置を芯金位置調整手段により
調整し、曲げ型の回転中心に対する芯金の先頭部の位置
を断面変化を防止すべく設定された適正位置から外し、
この状態での曲げ成形を実施して、この成形の過程にお
いて曲がり部の断面を偏平化しておき、製造された曲が
り管をハイドロフォーミングの素材管とする際に、金型
への装着のための各曲がり部を偏平化する予備成形を不
要、又は軽減する。

【００１８】更に加えて、前記管材の一又は複数か所の
曲がり部において行われる曲げ成形に際し、各曲げ部の
成形後の断面形状に対して予め設定された前記曲げ型の
回転中心と前記芯金の先頭部との位置関係を得るべく、
前記芯金位置調整手段を制御する制御手段を備えること
を特徴とする。

【００１９】この発明においては、芯金の位置、より詳
しくは、曲げ型の回転中心に対する芯金の先頭部の位置
を種々に変更した状態での曲げ成形により得られる成形
前後の断面形状の変化程度を予め求めておき、管材各部
を曲げ成形するに際し、夫々の曲がり部に実現すべき偏
平度に対応する芯金の位置を前記データに基づいて決定
し、決定された位置を得るべく芯金位置の調整を行い、
各曲がり部に所望の偏平程度を実現する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るパイ
プベンダーの全体構成を示す平面図である。

【００２１】本発明に係るパイプベンダーの全体構成
は、図４に示す従来のパイプベンダーと同様であり、基
台２の一側に曲げ装置３を備え、曲げ対象となる管材Ｐ
の中途部をチャック１により掴持し、該チャック１を、
基台２の上面に略全長に亘って架設されたガイドレール
20に沿って移動させ、前記管材Ｐに管軸方向の送りを加
え、図中に白抜矢符にて示す如く曲げ装置３に送り込
み、適宜の送り込み位置での曲げ装置３の動作により前
記管材Ｐを曲げ成形するように構成されている。

【００２２】前記曲げ装置３は、図４に示す従来のパイ
プベンダーと同様に、円板形をなす曲げ型30と、該曲げ
型30の外周との間に前記管材Ｐを挾持するクランプ型31
とを共通の回転台33上に備え、前記曲げ型30及びクラン
プ型31により挾持された管材Ｐの上流側を、前記クラン
プ型31と同側から支えるプレッシャ型32とを備えてお
り、この曲げ装置３による曲げ動作は、前記図５に示す
如く行われる。

【００２３】即ち、曲げ装置３に送り込まれる管材Ｐ
は、図５（ａ）に示す如く、相互に離反した曲げ型30と
クランプ型31との間に受け入れられ、図５（ｂ）に示す
如く、油圧シリンダ34の動作により、管軸方向の所定位
置を曲げ型30の外周とクランプ型31との間に挾持され、
この状態での前記回転台33を回転させ、前記曲げ型30を
クランプ型31と共に軸回りに回転させることにより、図
５（ｃ）に示す如く、前記曲げ型30の外面に沿って曲げ
成形される。

【００２４】この間前記プレッシャ型32は、油圧シリン
ダ35の動作により進出せしめられ、図５（ｂ）及び
（ｃ）に示す如く、曲げ型30とクランプ型31とにより挾
持された管材Ｐの後続部分に当接させてあり、この当接
部分が、前記曲げ成形に伴って外方に張り出すことを抑
制する作用をなす。

【００２５】更に本発明に係るパイプベンダーは、以上
の如く曲げ成形される管材Ｐの内側に挿入して用いるこ
とにより、曲げに伴う管材Ｐの断面変化を抑制する作用
をなす芯金４（図２，３参照）を備えている。この芯金
４は、図１に示す如く、前記基台２の他側（曲げ装置３
の逆側）上部に配された芯金シリンダ40の出力ロッドに
連設された芯金バー41の先端に取付けられ、前記チャッ
ク１に保持された管材Ｐの内部に管端部から挿通されて
該管材Ｐの曲げ部近傍に位置させてある。

【００２６】本発明に係るパイプベンダーにおいては、
前記芯金シリンダ40が、基台２上に固設されておらず、
前記チャック１のガイドレール20と平行をなして基台２
上に架設された短寸のガイドレール21上に搭載され、該
ガイドレール21を移動案内として管材Ｐの送り方向に移
動可能とされており、この移動により前記芯金４の位置
を調整する芯金位置調整手段が備えられている。

【００２７】図２は、芯金位置調整手段の構成を略示す
る側断面図である。本図に示す如く芯金シリンダ40は、
その出力ロッド 40aを基台２の上面と平行に保ち、基台
２の上面に架設された前記ガイドレール21にこれに沿っ
て移動可能に係合された移動台42上に固設されている。
出力ロッド 40aの先端には、前記芯金バー41が、長さ調
整用のターンバックル43を介して同軸的に連結されてお
り、その中途を省略して示す芯金バー41の先端には、円
筒形をなす芯金４が同軸的に固設されている。

【００２８】前記移動台42には、前記ガイドレール21と
平行をなしてねじ孔が貫通形成され、該ねじ孔には、送
りねじ軸44が螺合されている。移動台42一側の基台２上
には、ＡＣサーボモータを用いてなる調整モータ５が固
設されており、前記送りねじ軸44は、前記調整モータ５
の出力端にカップリング45を介して同軸的に連結されて
いる。

【００２９】以上の構成により、前記調整モータ５が回
転駆動されると、カップリング45を介して連結された送
りねじ軸44が回転し、前記移動台42は、その上部に固設
された芯金シリンダ40と共に前記ガイドレール21を移動
案内として移動せしめられ、前記芯金バー41の先端に固
定された芯金４は、前記ガイドレール21の長手方向、即
ち、管材Ｐの送り方向に移動せしめられ、芯金４の位置
調整が可能となる。

【００３０】調整モータ５の回転による芯金４の移動
は、前記送りねじ軸44の螺進により生じるものであり、
前記調整モータ５の回転に応じて微細に行わせることが
でき、この移動量は、調整モータ５の回転数により正確
に知ることができる。調整モータ５には、パルスゼネレ
ータ等を用いてなる回転検出器50が付設してあり、該回
転検出器50により検出される調整モータ５の回転数は、
前記芯金４の位置制御動作を行う制御部６に与えられ、
芯金４の現状位置を示す位置情報として用いられてい
る。

【００３１】制御部６の出力は、駆動回路51を介して調
整モータ５に与えられており、該調整モータ５は、前記
回転検出器50からの入力により求まる芯金４の位置情報
に基づいて制御部６が出力する動作指令により、前記芯
金４を所望の位置に調整すべく回転駆動されるようにな
してある。

【００３２】制御部６には、パイプベンダーの操業制御
のためのプロセス制御部ＰＣの出力が与えられている。
プロセス制御部ＰＣは、管材Ｐの曲げ位置、夫々の曲げ
位置での曲げ角度、同じく曲げ方向等、パイプベンダー
の操業に必要な各種の情報に加えて、各曲げ位置におい
て曲げ成形後に得られるべき断面形状に関する情報を保
持しており、前記制御部６には、各曲げ位置での曲げ成
形の都度、実現すべき断面形状を指令する信号が前記プ
ロセス制御部ＰＣから与えられている。

【００３３】制御部６には、種々の条件下でのパイプベ
ンダーの操業実績に基づいて求められた曲げ成形後の断
面形状と芯金４の位置との対応関係が、データテーブル
として予め記憶させてあり、該制御部６は、プロセス制
御部ＰＣから与えられる断面形状の指令を前記データテ
ーブルに適用して必要な芯金４の位置を求め、求められ
た位置と芯金４の現状位置との偏差を解消すべく前記調
整モータ５に動作指令を発する動作をなす。

【００３４】図３は、曲げ装置３による管材Ｐの曲げ成
形により得られた曲がり管の断面形状と芯金４の位置と
の関係を示す説明図である。前述の如く曲げ成形後の曲
がり管の断面の変形は、曲げ型30の回転中心に対する芯
金４の先頭部の位置、より具体的には、図３（ａ）に示
す如く、曲げ型30の回転中心からの芯金４先端の突出長
ａが、該芯金４の外径と前記管材Ｐの内径との公差に対
して適正に設定されたとき有効に抑制され、成形後の断
面形状は、同図中に２点鎖線により示す如く、成形前と
略同じ円形断面となる。

【００３５】このような芯金４の突出長ａを、図３
（ｂ）に示す如く減じると、成形後の断面形状は、同図
中に２点鎖線により示す如く、曲げ型３の半径方向に潰
れた楕円形となり、この楕円形の偏平比（長径に対する
短径の比）は、前記突出長ａが小となる（負の値を含
む）に従って減少する。なお、芯金４の先端を曲げ型30
の回転中心よりも管材Ｐの送り方向上流側に所定長以上
待避させ、突出長ａが負の所定値以下となった場合に
は、芯金４を用いることなく曲げ成形を行った場合と同
じ状態になり、曲げ成形後の断面形状は、湾曲円の外側
にくびれを有するハート型となる。

【００３６】以上の如く、芯金４の位置を種々に換えて
曲げ成形を行わせた場合、成形後の曲がり管の断面形状
は、前記突出長ａの減少に応じてその偏平比が小さくな
る楕円形状となる。前記制御部６には、このような突出
長ａと偏平比との関係が記憶させてあり、該制御部６の
前述した動作により調整モータ５を駆動して芯金４の位
置を調整することにより、曲げ成形後に所望の偏平比を
有する楕円形状を確実に実現することができる。

【００３７】従って本発明に係るパイプベンダーにおい
ては、前記ハイドロフォーミングの素材管として用いる
曲がり管を製造する場合、夫々の曲がり部の偏平比を夫
々の装着位置での金型の断面形状に応じて予め定め、プ
ロセス制御部ＰＣに入力しておけば、該プロセス制御部
ＰＣからの指令に従う前記制御部６の動作により各曲げ
部が適宜に偏平化された曲がり管を製造することがで
き、夫々の曲げ部に対する予備成形を行うことなく、又
は軽微な予備成形を行った後に前記金型への装着が可能
となり、ハイドロフォーミング後の製品の形状不良の発
生を大幅に軽減することが可能となる。

【００３８】なお、前記芯金４の位置は、芯金シリンダ
40の作動によっても変更し得るが、この変更は、例え
ば、点検、交換のために前記曲げ装置３から芯金４を離
反させるべく行われるものである。また芯金４の位置
は、前記ターンバックル43の操作により微調整すること
ができるが、この調整は、パイプベンダーの操業開始に
際し、芯金４を所定の初期位置に位置させるべく行われ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係るパイプベ
ンダーにおいては、曲げ成形に際して管材の内側に介在
させる芯金の位置を調整する芯金位置調整手段を備えた
から、各曲げ部における断面形状を曲げ成形の段階にて
適度に偏平化することができ、製造された曲がり管をハ
イドロフォーミングの素材管とする際に、金型への装着
のために各曲がり部を縦長に偏平化する予備成形が不要
となるか、又は前記予備成形の程度を軽減することがで
き、この予備成形に伴って各曲がり部に、しわ、折れ込
み等の形状不良が発生することが防止され、この素材管
を用いて実施されたハイドロフォーミング後の製品品質
の向上を図ることができる。

【００４０】また前記芯金位置調整手段を、芯金の位置
と断面形状との対応関係に基づいて制御する制御手段を
備えたから、一又は複数か所の曲がり部に所望の偏平程
度を確実に実現することができ、各曲がり部の予備成形
を必要とすることなくハイドロフォーミングの素材管と
しての使用が可能となり、工程の簡略化に寄与し得る
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパイプベンダーの全体構成を示す平面
図である。

【図２】本発明のパイプベンダーにおける芯金位置調整
手段の構成を略示する側断面図である。

【図３】曲がり管の曲げ形状と芯金位置との関係を示す
説明図である。

【図４】従来のパイプベンダーの全体構成を示す平面図
である。

【図５】曲げ装置の動作説明図である。

【図６】曲げ装置による曲げ部近傍の拡大断面図であ
る。

【図７】従来のパイプベンダーにより製造された曲がり
管をハイドロフォーミングの素材管として用いる場合の
問題点の説明図である。

【図８】ハイドロフォーミングに用いる素材管の予備成
形の説明図である。

【符号の説明】

１ チャック ２ 基台 ３ 曲げ装置 ４ 芯金 ５ 調整モータ ６ 制御部 20，21 ガイドレール 30 曲げ型 31 クランプ型 32 プレッシャ型 40 芯金シリンダ 41 芯金バー 42 移動台 44 送りねじ軸 ＰＣ プロセス制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 宜幸 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 福村 卓巳 大阪府豊中市庄本町２丁目８番８号 株式 会社山本水圧工業所内 (72)発明者 羽田 勝 大阪府豊中市庄本町２丁目８番８号 株式 会社山本水圧工業所内 Ｆターム(参考） 4E063 AA04 BC06 CA03 HA05 LA06 MA02 MA18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲げ対象となる管材を管軸方向に曲げ装
   置に送り込み、該曲げ装置に備えられた曲げ型とクラン
   プ型とにより前記管材を、その内側に芯金を挿入した状
   態で挾持し、前記曲げ型及びクランプ形を、曲げ型の軸
   回りに回転させて、前記管材を前記曲げ型に沿わせて曲
   げ成形するパイプベンダーにおいて、前記曲げ型の回転
   中心に対する前記芯金の先頭部の位置を調整する芯金位
   置調整手段を具備することを特徴とするパイプベンダ
   ー。
2. 【請求項２】 前記管材の一又は複数か所の曲げ部にお
   いて行われる曲げ成形に際し、各曲げ部の成形後の断面
   形状に対して予め設定された前記曲げ型の回転中心と前
   記芯金の先頭部との位置関係を得るべく、前記芯金位置
   調整手段を制御する制御手段を備える請求項１記載のパ
   イプベンダー。