JP2002045936A - 分岐成形方法、予熱装置および金属容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全に効率良く円筒状の金属容器を予熱で
き、適正な分岐内面曲率を持った分岐成形部を得ること
ができる分岐成形方法を提供することである。 【解決手段】 円筒形状の金属容器の分岐成形部に穴明
けをし、穴明けされた分岐成形部の近傍を表面から予熱
装置で予熱し、穴明け部に成形型を挿入して分岐成形部
を成形する。これにより、熱い成形型の移動という危険
な作業はなくなり、予熱の適正化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒形状の金属容
器、例えばパイプの胴に分岐を成形する際に実施する予
熱作業に係り、特にその分岐成型方法および予熱装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス絶縁開閉装置用タンクでは
円筒形状の金属容器が用いられる。このような電機機器
に用いるタンクにおいて、その胴に分岐を成形する際に
は、分岐と胴境界部は、絶縁上曲率を付けることが望ま
しい。そのための分岐成形加工としては、バーリング加
工、絞り分岐成形加工などがある。

【０００３】特に伸びの悪い材料、たとえば、Ａ５０８
３材の様なアルミ合金を対象とする場合、常温では強度
の割に延性が乏しく加工性に劣るため、分岐成形部の割
れ防止と伸び向上のために加工部近傍を概略１５０℃以
上に予熱して、材料を軟化させる必要がある。その予熱
には、分岐加工を行う成形型を予熱してその熱容量によ
って温度を確保する方法が取られる。

【０００４】図７に成形型を予熱する場合のバーリング
加工工程を示す。まず、第１工程（穴明け）では、パイ
プ１の分岐成形部の位置に下穴２を明ける。この下穴２
は、成形後に分岐成形部が真円形状となるように、材料
の伸びを考慮してパイプ軸方向を長径とする楕円形状と
ておく。

【０００５】第２工程（予熱）では、成形型であるポン
チ３を加熱炉のガスバーナー４で予熱し、第３工程（ポ
ンチ挿入）にてパイプ径および加工する分岐径に適合し
たサイズのダイス５を取り付けたバーリング加工装置に
パイプ１をセットし、所定の温度まで加熱したポンチ３
をポンチ挿入治具６でタンク内側に挿入する。そして、
第４工程（分岐成型）でパイプ１内側よりポンチ３を引
抜いて分岐を成形し、第５工程（完成）で分岐成形部の
完成となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
工程では、バーリング加工装置とは別に設置されている
加熱装置（ガスバーナ４）にて予熱されたポンチ３を、
バーリング装置に取り付けるなければならない。そのた
めに玉掛け作業が必要になり、取付け作業時に火傷をす
る恐れがある。

【０００７】また、下穴２の周りの熱の分布に関しては
調整できないので、下穴２の周囲で加熱しすぎたり加熱
不足になったりする。さらに、パイプ１の予熱と分岐成
形加工が同時になされるため、分岐成形部が充分に軟化
する前に加工されてしまうことがあり、それに伴う分岐
端部の割れや寸法精度に不良が発生していた。特に、分
岐成形したパイプ１をガス絶縁開閉装置用タンクに適用
する際には、内圧に充分耐えうる強度と精度を必要とす
るために分岐端部の割れや寸法精度不良は好ましくな
い。

【０００８】図８に、分岐成形したパイプ１の断面図を
示す。分岐成形部の内面曲率Ｒは、大きいと分岐部の強
度は増すが分岐高さｈが高くなり、タンク自体の大型化
につながる。一方、分岐成形部の内面曲率Ｒが小さいと
分岐高さｈが低くなり、タンクは小さくできるが分岐部
の強度が低下する。

【０００９】バーリング加工においてはダイス５を用い
るので、所望の内面曲率を得ることができるが、図９に
示すように、絞り分岐成形加工ではダイス５を用いず、
成形型である加工ヘッド７から突出する成形ピン８にて
局所的な曲げを順次与えて加工していくので、適切な予
熱を行わないと材料の伸びが変わる。このため、内面曲
率にばらつきが生じることがある。

【００１０】また、図１０に示すように、分岐成形部で
は主胴となるパイプ径に比して分岐径が大きくなると、
分岐成形部の特に径方向板厚ｔｄは軸方向板厚ｔａに比
べると薄くなる。これは、分岐成形時に径方向がより伸
びが大きいためで、主胴径に対する分岐径の比率が大き
くなるほど顕著に現れる。分岐端部に充分な延性を確保
するためには、下穴２の周囲を充分に予熱をする必要が
ある。ただし、同じだけの熱量を下穴２の軸方向に与え
ると、過大な加熱により素材強度が必要以上に低下する
恐れがある。

【００１１】本発明の目的は、安全に効率良く円筒状の
金属容器を予熱でき、適正な分岐内面曲率を持った分岐
成形部を得ることができる分岐成形方法および予熱装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
分岐成型方法は、円筒形状の金属容器の分岐成形部に穴
明けする工程と、穴明けされた前記分岐成形部の近傍を
表面から予熱装置で予熱する工程と、前記穴明け部に成
形型を挿入して分岐成形部を成形する工程とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項１の発明に係わる分岐成型方法にお
いては、円筒形状の金属容器の分岐成形部に穴明けを
し、穴明けされた分岐成形部の近傍を表面から予熱装置
で予熱し、穴明け部に成形型を挿入して分岐成形部を成
形する。これにより、熱い成形型の移動という危険な作
業はなくなり、予熱の適正化を図ることができる。

【００１４】請求項２の発明に係わる予熱装置は、円筒
形状の金属容器の分岐成形部の表面を覆って配置される
予熱装置本体と、前記予熱装置本体の内面に設けられ前
記分岐成形部に熱を与える赤外線ランプと、前記予熱装
置本体の内面に設けられ前記赤外線ランプからの熱を反
射させる反射板とを備えたことを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明に係わる予熱装置において
は、予熱装置本体の内面に設けられた赤外線ランプによ
り分岐成形部に熱を与え、その際に反射板により赤外線
ランプからの熱を反射させて分岐成形部になるを与え
る。従って、効率よく分岐成形部の表面を予熱できる。

【００１６】請求項３の発明に係わる予熱装置は、請求
項２の発明において、前記予熱装置本体は、複数個に分
割して構成され前記分岐成形部の表面に変形自在に適合
することを特徴とする。

【００１７】請求項３の発明に係わる予熱装置において
は、請求項２の発明の作用に加え、複数個に分割された
予熱装置本体は、分岐成形部の表面に変形自在に適合し
て分岐成形部を予熱する。従って、円筒状の金属容器の
形状に応じて適正に予熱できる。

【００１８】請求項４の発明に係わる予熱装置は、請求
項２または請求項３の発明において、前記反射板は、高
温で変色しない材料、または高温で変色しないメッキが
施された部材で構成されたことを特徴とする。

【００１９】請求項４の発明に係わる予熱装置において
は、請求項２または請求項３の発明の作用に加え、反射
板での熱吸収のロスがなくなり、効率よく予熱できる。

【００２０】請求項５の発明に係わる予熱装置は、請求
項１乃至請求項４のいずれか１項にの発明において、前
記予熱装置本体の背面から前記反射板への冷却風を供給
する風力源を備えたことを特徴とする。

【００２１】請求項５の発明に係わる予熱装置において
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明の作用
に加え、風力源により反射板を冷却して反射板の劣化を
防止する。

【００２２】請求項６の発明に係わる予熱装置は、請求
項５の発明において、前記風力源は配管圧縮空気または
ブロワーであることを特徴とする。

【００２３】請求項６の発明に係わる予熱装置において
は、請求項５の発明の作用に加え、反射板への冷却風は
配管圧縮空気またはブロワーから供給される。

【００２４】請求項７の発明に係わる金属容器は、請求
項２乃至請求項６のいずれかの予熱装置を用いて、分岐
成形部の内面の曲率を２０〜６０ｍｍとしたことを特徴
とする。

【００２５】請求項７の発明に係わる金属容器では、分
岐成形部の内面の曲率を２０〜６０ｍｍとすることによ
り、分岐内面曲率が相反する分岐部の強度と高さおよび
主胴内径に対する分岐内径の比率が適正な関係を保つこ
とができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態に係わる分岐成型方法
の工程図である。この実施の形態は、図７に示した従来
例に対し、第２工程（予熱）で、ポンチ３に代えてパイ
プ１の分岐成形部を予熱するようにしたものである。

【００２７】第１工程（穴明け）では、パイプ１の分岐
成形部の位置に下穴２を明ける。この下穴２は、成形後
に分岐成形部が真円形状となるように、材料の伸びを考
慮してパイプ軸方向を長径とする楕円形状とておく。

【００２８】第２工程（予熱）では、赤外線ランプ１４
を熱源とする予熱装置１３をパイプ１の分岐成形部に配
置する。すなわち、パイプ１の予熱は、この予熱装置１
３をパイプ１の表面に沿わせて予熱する。この場合、予
熱装置３の倒立や通電は自動制御とすることにより、安
全かつ安定したパイプ１の予熱が可能となる。

【００２９】図２は、予熱装置１３をパイプ１の分岐成
形部に配置した場合の断面図である。予熱装置１３は、
予熱装置本体９の内側に赤外線ランプ１４と反射板１５
とを有している。予熱装置本体９は、円筒形状の金属容
器であるパイプ１の分岐成形部の表面を覆って配置さ
れ、赤外線ランプ１４に通電することにより分岐成形部
に熱を与える。また、反射板１５は赤外線ランプ１４か
らの熱を反射させ、分岐成形部に反射熱を与え分岐成形
部への熱効率を高める。

【００３０】次に、第３工程（ポンチ挿入）では、パイ
プ径および加工する分岐径に適合したサイズのダイス５
を取り付けたバーリング加工装置にパイプ１をセット
し、ポンチ３を挿入治具６でタンク内側に挿入する。そ
して、第４工程（分岐成型）でパイプ１内側よりポンチ
３を引抜いて分岐を成形し、第５工程（完成）で分岐成
形部の完成となる。このように、分岐加工前にパイプ１
の分岐成形部を予熱するので、分岐成形部が充分に軟化
してから加工できる。

【００３１】図３は、予熱装置本体９が複数個に分割し
て構成された予熱装置１３をパイプ１の分岐成形部に配
置した場合の断面図である。図３では、予熱装置本体９
は、３個に分割して構成されたものを示しており、これ
により、分岐成形部の表面に変形自在に適合できるよう
にしている。

【００３２】すなわち、パイプ１の径が変わると、赤外
線ランプ１４とパイプ１表面との相対距離が位置によっ
て変わってしまい、予熱にむらが生じてしまうことがあ
るので、予熱装置本体９を中央と両端とで３分割とし、
ヒンジ１６でこれらを接続し自由度を持たせてある。ま
た、過度の変形を抑えるためストッパー１７を取り付け
ると共に、予熱装置１３が直接パイプ１に触れて破損の
恐れが無いように、スペーサ１８を各所に取り付けて、
パイプと適正な距離を保てるようにしている。予熱装置
本体９の分割数に関しては、３分割に限らず２分割また
は４分割以上でもよい。

【００３３】図４は、予熱装置１３の冷却機構の一例を
示す断面図である。予熱装置１３の支持アーム１９を貫
通して配置された空気配管２０から反射板１５の背面に
冷却用の圧縮空気２１を供給するようにしている。空気
配管２０から導かれた圧縮空気２１は反射板１５の裏面
に吹き出し、予熱時に加熱される反射板１５を冷却す
る。

【００３４】また、反射板１５には、赤外線ランプ１４
の熱による変色を防止するため熱により変色しにくい耐
熱材料、もしくは耐熱メッキを施しておく。これによ
り、反射板１５での熱吸収のロスを抑制し予熱の効率を
向上させるようにしている。

【００３５】図５は、予熱装置１３の冷却機構の他の一
例を示す断面図である。空気配管２０からの圧縮空気の
代わりにブロワー２２を予熱装置１３の上面に取り付
け、これを風力源とする。これにより空気量の増大を図
ることができ、図４に比べて大きな予熱装置１３とでき
る。

【００３６】また、反射板１５に冷却穴２３を設けてよ
り一層冷却能力を高めることも可能である。この冷却穴
２３を通った空気は、赤外線ランプ１４の周囲および排
気孔２４より排気され、熱空気が赤外線ランプ１４付近
に貯まることを防止する。この方法では、赤外線ランプ
１４に冷却風がかかるため、赤外線ランプ１４の寿命を
縮める粉塵の付着も防止できる。また、赤外線ランプ１
４のリード線引き出し部を冷却することによる赤外線ラ
ンプ１４の長寿命化も可能となる。

【００３７】図６は、分岐成形部の予熱時に熱分布を可
変できる予熱装置１３の説明図である。赤外線ランプ１
４をパイプ１の下穴位置２に対して放射状に、しかも径
方向へ赤外線ランプ１４の本数を偏らせる。これによ
り、より多くの熱を下穴２の径方向に与えることができ
る。さらに加熱量に差をつけるためには、各赤外線ラン
プ１４の定格を変えたり、赤外線ランプ１４に与える電
力を場所によって変えたりすることも可能である。

【００３８】以上のように、予熱装置１３で熱分布を可
変にするので、特定の条件で安定した分岐内面曲率の分
岐成形形状が得られる。この分岐内面曲率は、相反する
分岐部の強度と高さ、および主胴内径に対する分岐内径
の比率（分岐比率）の関係により、概ね２０〜６０ｍｍ
とすることが望ましい。

【００３９】主胴内径をＤ、分岐内径をｄとすると、分
岐Ｒ部半径ｒは次式で求められる。 ｒ＝（ｄ／Ｄ）×ｎ …（１） （１）式でｎは係数であり、分岐比率が３０％から９０
％であるとき、ｎ＝６６．７となる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、赤外
線ランプを用いた予熱装置により円筒形状の金属容器を
加熱するので、加熱した成形型の移動という危険な作業
はなくなり、予熱の適正化を図ることができる。このた
め、分岐成形時の欠陥の発生を回避し、分岐内面の曲率
の適正化が可能となり製造品質を向上できる。従って、
例えばガス絶縁開閉装置に適した高品質な分岐付きタン
クを製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる分岐成型方法の工
程図。

【図２】本発明の実施の形態における予熱装置をパイプ
の分岐成形部に配置した場合の断面図。

【図３】予熱装置本体が複数個に分割して構成された本
発明の実施の形態における予熱装置をパイプの分岐成形
部に配置した場合の断面図。

【図４】本発明の実施の形態における予熱装置の冷却機
構の一例を示す断面図。

【図５】本発明の実施の形態における予熱装置の冷却機
構の他の一例を示す断面図。

【図６】分岐成形部の予熱時に熱分布を可変できる本発
明の実施の形態における予熱装置の説明図。

【図７】従来のバーリング加工の工程図。

【図８】分岐成形部の軸方向断面形状を示す断面図。

【図９】従来の絞り分岐成形加工での分岐加工の説明
図。

【図１０】分岐成形部の分岐端部の板厚の違いの説明
図。

【符号の説明】

１…パイプ、２…下穴、３…ポンチ、４…ガスバーナ、
５…ダイス、６…ポンチ挿入治具、７…加工ヘッド、８
…成形ピン、９…予熱装置本体、１０…、１１…、１２
…、１３…予熱装置、１４…赤外線ランプ、１５…反射
板、１６…ヒンジ、１７…ストッパー、１８…スペー
サ、１９…支持アーム、２０…空気配管、２１…圧縮空
気、２２…ブロワー、２３…冷却穴、２４…排気孔

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形状の金属容器の分岐成形部に穴明
   けする工程と、穴明けされた前記分岐成形部の近傍を表
   面から予熱装置で予熱する工程と、前記穴明け部に成形
   型を挿入して分岐成形部を成形する工程とを備えたこと
   を特徴とする分岐成形方法。
2. 【請求項２】 円筒形状の金属容器の分岐成形部の表面
   を覆って配置される予熱装置本体と、前記予熱装置本体
   の内面に設けられ前記分岐成形部に熱を与える赤外線ラ
   ンプと、前記予熱装置本体の内面に設けられ前記赤外線
   ランプからの熱を反射させる反射板とを備えたことを特
   徴とする予熱装置。
3. 【請求項３】 前記予熱装置本体は、複数個に分割して
   構成され前記分岐成形部の表面に変形自在に適合するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の予熱装置。
4. 【請求項４】 前記反射板は、高温で変色しない材料、
   または高温で変色しないメッキが施された部材で構成さ
   れたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の
   予熱装置。
5. 【請求項５】 前記予熱装置本体の背面から前記反射板
   への冷却風を供給する風力源を備えたことを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の予熱装
   置。
6. 【請求項６】 前記風力源は配管圧縮空気またはブロワ
   ーであることを特徴とする請求項５に記載の予熱装置。
7. 【請求項７】 請求項２乃至請求項６のいずれかの予熱
   装置を用いて、分岐成形部の内面の曲率を２０〜６０ｍ
   ｍに形成したことを特徴とする金属容器。