JP2008296261A - ベンディングロール - Google Patents

Abstract

【課題】 芯ロールの撓みと金属板（被加工物）のスプリングバックに起因する腰折れを未然に防止することにより、小径長尺のパイプを製造できるベンディングロールを提供する。
【解決手段】 送り込まれた金属板を、外周面に沿って曲げ加工するための金属製の芯ロールと、金属板を曲げ加工する際に芯ロールに対して押付けられ、芯ロールより大径である表面部が弾性体で構成された大径押付ロールと、芯ロールを挟んで大径押付ロールと対向した位置で芯ロールに対して押付けられ、大径押付ロールより小径である１対の中間押付ロールと、金属板を引き入れる側とは反対側の芯ロールの表面を通り、芯ロールと各押付ロールの間に介在するように配置され、芯ロールと同期駆動する無端形状の金属板案内ベルトと、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロールを用いた金属板の曲げ加工によって、パイプ、特に小径長尺のパイプを製造することのできるベンディングロールに関する。

パイプの製造は、連続するロールスタンドにより成形溶接する製造方法と、ロール曲げ加工を行うベンディングロールを用いて製造する方法がある。前者は製造機械が大がかりで高価であるが大量生産に向いている。これに対し後者は、製造機械が安価であるが大量生産に向いていない。ここで、薄肉長尺のパイプを製造しようとすると、従来の電縫溶接により製造する方法では、一般に、溶接する板厚がパイプの直径の０．０１倍以上の厚みのものについては成形・溶接を行うことが出来るが、それ以下のものについては一般的にこの方法による製造は困難である。

一方、ベンディングロールを用いた場合にあっては、金属製の芯ロールと２本の金属製支持ロールの間で金属板を通過させ、３点曲げの原理を用いて成形する方法と、金属製の芯ロールを弾性体ロールに押付けてできる弾性体ロールの変形部分に金属板を通過させて成形する方法に大別される。

上述した３点曲げ成形では、金属板の先端及び後端（曲げ加工時の金属板の移動方向における両端）において曲げ加工力が加わらない範囲ができ、真円精度が得られない。

また、上述した弾性体ロールによる成形では、厚みの薄いパイプの成形は容易であるが、小径で長尺のものを弾性体ロールで加工しようとした場合、図６に示すように、芯ロール１００自身が矢印Ｚ方向に撓み、芯ロール１００の長手方向における中央部近傍の撓みが大きくなり、この部分のロール押し込み量が小さくなる。この為、パイプ状に金属板を成形した場合、図６に示すように、パイプ（製品）１０１の長手方向の中央部に隙間Ｅが出来る、いわゆる樽型になる。この現象は、長尺のパイプを成形する時ほど顕著になる。従って、鋼材を用いてパイプを製造しようとする場合、一般的に、直径の約１０倍以上の長さを有する長尺のパイプを成形することが困難な場合が多かった。上述した樽型の変形に対し、特許文献１に記載のベンディングロールを始めとして、芯ロールにクラウンを設けることや、押付ロールにバックアップロールを設けて故意に幅方向に撓ませ、芯ロールと押付ロールが一定の間隔を保つようにして、上記問題を解決しようとするもの等があった。

特許文献２には、図７に示すように、上下２本の弾性ロール１０２，１０３が硬質の芯ロール１０４を挟んで互いに対向する位置に配置され、芯ロール１０４に対して圧接されることによって、小径長尺のパイプを成形する構成が開示されている。

特許文献３には、図８（ａ）に示すように、芯ロール１０４の周囲に、同一の直径を有する３つの押付ロール１０５を配置して、小径長尺のパイプを成形する装置や、図８（ｂ）に示すように、芯ロール１０６を挟んだ状態で２つの押付ロール１０７を対向して配置し、芯ロール１０６及び押付ロール１０７に掛けられたベルト１０８を通して小径長尺のパイプを成形する装置が開示されている。

特許文献４には、芯ロールの回りに複数の押付ロールを配置し、複数の押付ロールが芯ロールの長手方向の撓みを抑え、長尺のパイプを成形する装置が開示されている。
特開平０８−１１７８６９号公報 特開平０８−１５０４１７号公報 特開２００２−１１３５２１号公報 特表昭６１−５０２１７５公報

特許文献１に開示されたように、芯ロールにクラウンを設けたり、押付ロールにバックアップロールを設けて故意に幅方向に撓ませ、芯ロールと押付ロールが一定の間隔を保つようにしたりして、上記樽型の変形の解消を図ろうとしても、小径長尺のパイプを成形しようとした場合には、芯ロールの撓みが大きくなりすぎ、上記技術では十分に補償できなかった。例えば、直径５０ｍｍで長さ２０００ｍｍのような長尺パイプの成形は、ロール曲げによる成形では行うことが出来なかった。

特許文献２に開示された構成（図７に示す構成）では、押付ロール１０２，１０３が芯ロール１０４を挟んで対向して配置されているので、芯ロール１０４の上下方向の撓みは防げるものの、横方向の撓みは防げない。また、芯ロール１０４と押付ロール１０３の間を通過し、一旦成形された金属板（被加工物）は、材料の特性であるスプリングバックにより、形状を回復する方向に変形する。すなわち、図９（ａ）に示すように、金属板は、芯ロール１０４の表面から離れるように変形する。このため、芯ロール１０４と次の押付ロール１０２の間に金属板をうまく挿入することができず、図９（ｂ）に示すように腰折れを起こしてしまう。例えば、板厚１ｍｍに対し、直径１２０ｍｍのような薄肉パイプの成形は、ロール曲げによる成形では行うことが出来なかった。

特許文献３に開示されているように、押付ロールを３つ配置した場合では、芯ロールの撓みを抑えることができるが、押付ける力の釣り合いを調整する必要から、ロール位置の設定が困難であった。また、芯ロールの周方向において、３つの押付ロールが略等間隔に配置されているため、３つの押付ロールのうち少なくとも１つを大径のロールとした場合、金属板の挿入や、ロールとロールの間でのガイドが困難であるといった実用上の課題がある。そして、押付ロールを３ロール以上にした場合、押付ロール径を大きくすることが困難である。このため、押付ロールを用いた場合でも、芯ロールの横方向の撓みを十分に防止できるとは限らない。

特許文献４に開示された複数の押付ロールを用いた場合でも、押付ロール間に隙間が残るため、スプリングバックに起因する腰折れを防ぐことはできない。また、薄肉の金属板ほどスプリングバック量が大きくなり、金属板を芯ロールの外周面上で１周以上密接させた場合には、金属板の重なり部に屈曲を生じてしまう。

本発明は、上記課題に鑑み、芯ロールの撓みと金属板（被加工物）のスプリングバックに起因する腰折れを未然に防止することにより、小径長尺のパイプを製造できるベンディングロールを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明者は押付ロールとベルトを用いたベンディングロールについて広く研究を行った。これにより、まず、以下の知見を得た。

ａ．押付ロールを３本にした場合、芯ロールの撓みを概ね抑えられる。一方、芯ロールに対して押付ロールを上下（２本）に配置した場合は、芯ロールの上下方向の撓みは防げるものの、横方向の撓みは防げない。

ｂ．押付ロールを３本にすると、これらの押付ロールの芯ロールに対する押付け力の釣り合いを調整する必要があり、押付ロールの位置の設定が困難であった。これに対し、２つの押付ロールを、芯ロールを挟んで対向する位置に配置する場合には、これらの押付ロールの芯ロールに対する押付け方向が対向する（互いに逆方向となる）ので、押付ロールの位置の設定が容易である。

このように押付ロールが２本の場合と３本の場合とではそれぞれにメリット及びデメリットがある。そして、更なる研究を重ね、次の知見を得た。

ｃ．押付ロールは、被加工物である金属板のスプリングバックを小さくするために、芯ロールの径に対してできるだけ大径のものが望ましい。ただし、大径である押付ロールは１つでよい。

本発明は上記の知見を基になされたものであって、その要旨は以下のとおりである。

本発明に係るベンディングロールは、芯ロールに複数の押付ロールを押付け、その押付部分に金属板を送り込み曲げ加工を行ない、パイプの製造に用いられるベンディングロールにおいて、送り込まれた金属板を、外周面に沿って曲げ加工するための金属製の芯ロールと、前記金属板を曲げ加工する際に前記芯ロールに対して押付けられ、前記芯ロールより大径である表面部が弾性体で構成された大径押付ロールと、前記芯ロールを挟んで前記大径押付ロールと対向した位置で前記芯ロールに対して押付けられ、前記大径押付ロールより小径である１対の中間押付ロールと、前記金属板を引き入れる側とは反対側の前記芯ロールの表面を通り、前記芯ロールと前記各押付ロールの間に介在するように配置され、前記芯ロールと同期駆動する無端形状の金属板案内ベルトと、を有することを特徴とするものである。

また、芯ロールに複数の押付ロールを押し付け、その押付部分に金属板を送り込み曲げ加工を行ない、パイプの製造に用いられるベンディングロールにおいて、送り込まれた金属板を、外周面に沿って曲げ加工するための金属製の芯ロールと、前記金属板を曲げ加工する際に前記芯ロールに対して押付けられ、前記芯ロールより大径である金属製の大径押付ロールと、前記芯ロールを挟んで前記大径押付ロールと対向した位置で前記芯ロールに対して押付けられ、前記大径押付ロールより小径である１対の中間押付ロールと、前記金属板を引き入れる側とは反対側の前記芯ロールの表面を通り、前記芯ロールと前記各押付ロールの間に介在するように配置され、前記芯ロールと同期駆動する弾性体よりなり、かつ前記芯ロールと前記各押付ロールとの間で前記金属板を前記芯ロールの曲率で加工するための無端形状の金属板案内ベルトと、を有することを特徴とするものである。

また、この場合、前記金属板案内ベルトは、弾性体で形成されており、前記芯ロールと接触する面において前記芯ロールの回転軸方向に延びる溝を有していることを特徴とするものである。

さらに、１対の前記中間押付ロールの軸受部が、この中間押付ロールの回転軸方向における両端で一体のものとなっていることを特徴とするものである。

さらに、前記中間押付ロールを前記芯ロール側とは反対側から支持するバックアップロールを有することで、より芯ロールの撓みを抑制する効果を発揮することを特徴とするものである。

この場合、前記中間押付ロールの表面部が弾性体又は金属製であり、前記バックアップロールが金属製であることを特徴とするものである。

また、この場合、前記中間押付ロールを前記芯ロール側とは異なる方向から支持し、前記バックアップロール及び前記芯ロールの回転軸を通る平面に対して対称な位置に設置される、一対のサイドバックアップロールを有することを特徴とするものである。

さらに、前記芯ロールは、この外周面において、前記金属板の厚みに相当する段差部を有し、該段差部以外の領域において該芯ロールの半径が連続的に変化していることを特徴とするものである。

ここで、金属板を送り込み曲げ加工を行う部分が、直径の１０倍以上の幅を有する長尺の芯ロールを用いることを特徴とするものである。

また、金属板の板厚が、金属板を加工したパイプの直径の０．０１倍未満であることを特徴とするものである。

本発明のベンディングロールでは、１つの押付ロールが大径であるので、芯ロールと大径押付ロールとの間で金属板が挟まれ、金属板の先端から後端までより強い曲げ加工を加えることができる。

本発明のベンディングロールでは、金属板案内ベルトが各押付ロール（１つの大径押付ロール及び２つの中間押付ロール）と芯ロールとの間に介在することで、押付ロール間での金属板のスプリングバックを未然に防ぐことができる。そして、板厚がパイプ直径の０．０１倍未満である剛性の弱い薄板を用いた場合でも、腰折れを起こすことなく、芯ロールの外周面に沿って金属板を曲げ加工することができる。

本発明のベンディングロールでは、押付ロールが３本であるが、１対の中間押付ロールが芯ロールを挟んで大径押付ロールと対向しているので、２つの押付ロールを用いた場合（図７参照）と同様に、容易にロール位置を設定でき、また金属板を容易に挿入することができる。

本発明のベンディングロールでは、３つの押付ロールを用いて、３方向（芯ロールの回転軸と直交する方向）から芯ロールを押し付けているため、芯ロールの撓みをほとんど抑えることができる。このことにより、直径の１０倍以上の幅（回転軸方向の長さ）を有する長尺の芯ロールを用いても撓みが生じず、芯ロールによって金属板を曲げ加工することができる。

また、芯ロールの撓みを未然に防止することより、加工された製品が、いわゆる樽型に変形してしまうのを防止でき、小径で長尺のパイプを成形することも出来る。

本発明のベンディングロールでは、芯ロールが金属製であるので、金属板（特に、金属板の先端部）の押付ロールヘのくい込みが良くなり、仕上がりの良好なパイプを製造出来る。

本発明のベンディングロールでは、大径押付ロールより径の小さな中間押付ロールを配置することで、ロール解放と金属板の挿入および作業者の寄付きを容易にすることができるとともに、芯ロールの長手方向への成形素管の取出し作業性を向上することができる。

本発明のベンディングロールにおいて、１対の中間押付ロールの軸受部が、中間押付ロールの回転軸方向（長手方向）における両側で一体のものとなっている場合は、芯ロールから押されて一対の中間押付ロールの間隔が広がるということがなく、中間押付ロールを介して金属板を芯ロールに密接させることができる。本発明のベンディングロールで、バックアップロールが設置されている場合は、芯ロールに対する中間押付ロールの押付力が大きくして芯ロールの撓みをほとんど抑えることができる。

本発明のベンディングロールにおいて、外周面に金属板の厚みに相当する段差部を設け、段差部以外の領域において芯ロールの半径を連続的に変化させた芯ロールを用いれば、芯ロールの外周において金属板を重ねながらスムーズに曲げ加工できる。これにより、金属板として、スプリングバックの大きい素材を用いても曲げ加工することができる。しかも、金属板を芯ロールの外周上において少なくとも一部が重なるように曲げ加工する場合には、金属板の重なり部分の変形（折れ曲がり）を防止することができる。

したがって、本発明に係るベンディングロールでは、従来成形不可能であった高張力金属材料からなり、小径で長尺のパイプも安定的に生産することが可能となった。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、芯ロールに対する押付ロールを３個設けている第１の実施の形態を示すもので、図１（ａ）は本実施形態のベンディングロールの側面図であり、図１（ｂ）は芯ロール１を拡大した側面図である。

この実施形態に係るベンディングロールは、芯ロールの撓みを抑制し、回転力を伝達するロール機構と、加工時の金属板のスプリングバックに起因する腰折れを防止する金属板の案内機構とから構成される。

まず、この実施形態に係るベンディングロールのロール機構は、送り込まれた金属板６の曲げ加工の中心となる芯ロール１と、芯ロール１の上方に配置された大径押付ロール２Ａと、芯ロール１の下方に配置されたバックアップロール２Ｂと、芯ロール１とバックアップロール２Ｂとの間に配置され、大径押付ロール２Ａと共に３点で芯ロール１を拘束（支持）できる２本（一対）の中間押付ロール３Ａ，３Ｂと、中間押付ロール３Ａ，３Ｂの撓みを抑えるためのサイドバックアップロール４Ａ，４Ｂとで構成されている。

サイドバックアップロール４Ａ，４Ｂは、金属で形成されており、図１（ａ）に示すように、中間押付ロール３Ａ，３Ｂのうち芯ロール１と対向する部分（外周面）とは異なる部分（外周面）に対して向かい合うように配置されている。また、サイドバックアップロール４Ａ，４Ｂは、芯ロール１の回転軸及びバックアップロール２Ｂの回転軸を含む平面（仮想面）に対して、対称に配置されている。なお、サイドバックアップロール４Ａ，４Ｂは、金属製でなくてもよい。

芯ロール１は、ベンディングロールに通常使用されている芯ロール、例えば鉄製等の適宜選択された金属製の芯ロール１であり、回転可能に支持されている。芯ロール１の形状は、図１（ｂ）に示すように、外周の１箇所において、加工する金属板６の厚み分に相当する段差部１０を有し、この段差部１０以外の外周面では、芯ロール１の半径を連続的に変化させた形状としている。すなわち、芯ロール１の回転方向（一方向）に関して、段差部１０を境界として、芯ロール１の半径が連続的に増加（又は減少）している。ここで、芯ロール１の弾性係数は、成形する金属板６の弾性係数と同等であることが好ましい。

本発明では、芯ロール１の大きさ（半径や回転軸方向の長さ等）、成形する金属板６を芯ロール１で重ねる幅６ａは、特に限定するものではないが、金属板６の材料特性と芯ロール１の径に応じて、重ねる幅６ａは、一意に決定される。即ち、成形された金属板６に生じるスプリングバックの量を考慮して、芯ロール１の大きさや、成形する金属板６を芯ロール１で重ねる幅６ａを適切に設定することができる。このように設定すれば、曲げ加工を終えた金属板６（成形素管）を芯ロール１から取り出した際に、スプリングバックにより、図２（ａ）に示すように金属板６の両端部が間隔６ｂで離れ、溶接に適した幅とすることが出来る。そして、図２（ｂ）に示すように、金属板６の両端部を溶接（溶接部分を６ｃで示す）して製品（パイプ）として完成する。特に、弾性拡幅率の高い高張力金属板等では、シュリンクプレス等の別工程を経ることなく、曲げ加工した金属板６をすぐに溶接し、製品化することが出来、効率的である。

なお、金属板６のロール曲げ加工後のスプリングバック量は、広く知られている塑性加工理論に則り、例えば下記（１）式及び（２）式により算出することが出来る。

Ｒ_ｆ＝Ｒ_０／｛１−３［（σ_Ｓ／Ｅ）×（Ｒ_０／ｔ_０）］
＋４［（σ_Ｓ／Ｅ）×（Ｒ_０／ｔ_０）］^３｝ ・・・（１）
Ｒ_０＝Ｒ＋ｔ_０／２ ・・・（２）

ここで、ロール曲げ加工したときの金属板６の半径をＲ_０、芯ロール１の半径をＲ、加工後にスプリングバックした時の金属板６（図２（ａ）に示す金属板６）の半径をＲ_ｆ、金属板６の板厚をｔ_０、ヤング率をＥ、降伏応力をσ_Ｓとする。従って、予め金属板６の固有の特性（板厚ｔ_０、ヤング率Ｅ、降伏応力σ_Ｓ）がわかっていれば、目標とする曲げ加工後のパイプの径に対し、用いるべき芯ロール１の半径Ｒ（芯ロール１の回転方向における特定位置での半径Ｒ）を一意に決めることが出来る。この半径Ｒが決まれば、芯ロール１の全体における半径が決まることになる。

一方、本実施の形態では、段差部１０を有する芯ロール１を用いたが、段差部１０を持たない芯ロール１（言い換えれば、長手方向と直交する断面が略真円となる芯ロール１）を用いることもできる。

図１（ａ）に示すように、大径押付ロール２Ａ並びに中間押付ロール３Ａ，３Ｂの表面部には弾性体２１を設けている。弾性体２１は、例えばゴム材が用いられ、その厚みは十分な変形能を持たせるため、一般的には２０ｍｍ以上の厚さとし、均質な弾性を維持する上限値として１００ｍｍ程度の厚みを設定している。

図３に示すように、大径押付ロール２Ａは、ロール昇降装置５１により、昇降可能となっており、芯ロール１に押付けられる位置と芯ロール１から離れた位置（図３に示す位置）との間で移動することができる。また、バックアップロール２Ｂは、金属で形成されており、枠体５内に配置されている。そして、バックアップロール２Ｂは、モータ（図示せず）等の動力源からの動力を受けることにより回転可能となっている。

図３において、支持体５２は、大径押付ロール２Ａの両端部（回転軸方向における両端部）を保持しており、この支持体５２の両端にはガイド５３が設けられている。ガイド５３は、枠体５の支柱部分の側面に設けられているレール５４上をスライド可能となっている。スクリュージャッキ５５は、モータ（図示せず）等の動力源からの駆動力を受けることにより駆動し、支持体５２を図３の上下方向に移動させる。ここで、支持体５２を下方に移動させることにより、大径押付ロール２Ａを芯ロール１に押付け可能となっている。

中間押付ロール３Ａ，３Ｂは共に、枠体５に設けられた支持部材５７によって回転可能に支持されている。サイドバックアップロール４Ａ，４Ｂはそれぞれ、枠体５に設けられた支持部材５８によって回転可能に支持されている。なお、サイドバックアップロール４Ａ，４Ｂ（一方のロールだけでもよい）を、このロールの長手方向において分割した構成とし、分割された各ロールの取付け位置を調整することで、中間押付けロール３Ａ，３Ｂに対する押付量を適宜調整可能としてもよい。

上述したロール機構の構成では、バックアップロール２Ｂの回転力が、中間押付ロール３Ａ，３Ｂを介して芯ロール１および大径押付ロール２Ａへと接触摩擦により伝達される。なお、図３中の符号５６は、芯ロール１のチョックであり、大径押付ロール２Ａの支持体５２に懸架され、大径押付ロール２Ａの昇降に伴い上下移動する。このように、本実施形態においては、３つのロール（大径押付ロール２Ａ、中間押付ロール３Ａ，３Ｂ）で芯ロール１を支持しているが、上述したロール昇降装置５１を含む押付機構により、中間押付ロール３Ａ，３Ｂに対して、大径押付ロール２Ａ及び芯ロール１を移動させているため、２つのロールを用いた構成と同様の構成とすることができる。

次に、この実施形態に係るベンディングロールにおける金属板の案内機構について述べる。

無端形状の案内ベルト７は、図１（ａ）に示すように、上述したロール機構を構成する各ロール及び後述するテンションロール８に接触しているとともに、互いに対向して配置されたロールの間で挟まれている。具体的には、大径押付ロール２Ａ及び芯ロール１の間→芯ロール１及び中間押付ロール３Ｂの間→芯ロール１及び中間押付ロール３Ａの間→中間押付けロール３Ａ及びサイドバックアップロール４Ａの間→バックアップロール２Ｂ及び中間押付ロール３Ａの間→バックアップロール２Ｂ及び中間押付ロール３Ｂの間→中間押付ロール３Ｂ及びサイドバックアップロール４Ｂの間→テンションロール８→大径押付ロール２Ａの経路で案内ベルト７が掛けられている。そして、案内ベルト７は、芯ロール１の回転速度と同期駆動するようになっている。図１（ａ）に示すように、芯ロール１のうち案内ベルト７を掛けていない側の面には、金属板６が送り込まれる。

なお、テンションロール８は、芯ロール１と同様に、例えば金属で形成されており、図３に示すように、アーム部材５９によって回転可能に支持されている。ここで、アーム部材５９を回動させることにより、テンションロール８の位置を変更することができ、案内ベルト７に張力を付加したり、この張力を解除したりすることができる。

案内ベルト７は、例えば芯ロール１に巻きつけても柔軟になじむように、ポリエステルやナイロンの繊維基材の表面にウレタンゴムを皮膜した繊維布で構成されている。

次に上述のベンディングロールを用いたパイプの製造工程について図４Ａ，４Ｂを用いて述べる。図４Ａ，４Ｂでは、案内ベルト７を点線で示している。

まず、大径押付ロール２Ａ及び中間押付ロール３Ａ，３Ｂが、芯ロール１から退避した状態（図４Ａ（ａ））から、矢印Ｘで示す方向に移動することにより、大径押付ロール２Ａと中間押付ロール３Ａ，３Ｂが案内ベルト７を介して芯ロール１に押しつけられる。

また、テンションロール８は、図４Ａ（ａ）に示す位置とは異なる位置に移動することにより、案内ベルト７に張力を与える。これにより、案内ベルト７は、ロール機構を構成する各ロール、具体的には、大径押付ロール２Ａ、バックアップロール２Ｂ、中間押付ロール３Ａ，３Ｂ及び芯ロール１の外周面に密接する。このとき、芯ロール１の段差部１０は、金属板６の挿入位置である上端位置で停止している（図４Ａ（ｂ））。

次に、大径押付ロール２Ａ並びに中間押付ロール３Ａ，３Ｂが、案内ベルト７を介して芯ロール１に押付けられた状態で、段差部１０に金属板６の先端が位置（当接）するように、金属板６を挿入する（図４Ａ（ｃ））。具体的には、金属板案内装置９を駆動することにより、金属板６を芯ロール１側に移動させる。

次いで、芯ロール１、大径押付ロール２Ａ、中間押付ロール３Ａ，３Ｂを回転させる。具体的には、バックアップロール２Ｂを回転させ、この回転力を中間押付ロール３Ａ，３Ｂ、芯ロール１及び大径押付ロール２Ａに伝達することにより、これらのロールを回転させる。この時、金属板６は、案内ベルト７で保持されながら大径押付ロール２Ａで曲げ加工が行われる（図４Ａ（ｄ））。すなわち、大径押付ロール２Ａの弾性体２１が凹状に変形することによって、金属板６は、芯ロール１の外周面に沿って曲げ加工される。

この状態からさらに曲げ加工を続けると、金属板６の先端は、中間押付ロール３Ａ，３Ｂと芯ロール１との間を順次通過した後、芯ロール１のうち案内ベルト７により保持されていない面に到達する。ここで、スプリングバック現象により、曲げ加工された金属板６の先端側は、芯ロール１の表面から離れようとする（図４Ｂ（ｅ））。

そこで、金属板案内装置９を矢印Ｙで示す方向に移動させることにより、金属板案内装置９の先端に設けられたガイド体９０を介して、金属板６の先端側を芯ロール１に押付ける。この状態を維持しながら金属板６の曲げ加工を続け、芯ロール１がほぼ１周することにより、金属板６の先端が大径押付ロール２Ａと対向する位置に到達する（図４Ｂ（ｆ））。ここで、図４Ａ（ｂ）における段差部１０の位置と、図４Ｂ（ｆ）における段差部１０の位置は、概ね一致している。

この時、金属板６の先端は、芯ロール１の段差部１０に接触しているが段差部１０の深さ（芯ロール１の径方向における長さ）は、金属板６の厚みと略同一であるため、芯ロール１の上端面（芯ロール１の半径が最大となる面）と、金属板６の先端における上面（芯ロール１と接触していない側の面）とは、ほぼ連続した面（曲面）を形成することになる。これにより、金属板６の先端部分に対して他の部分（後端側の部分）をスムーズに重ねながら、金属板６の曲げ加工を行うことができる。そして、金属板６は、この全体において、芯ロール１の外周に沿って曲げ加工される（図４Ｂ（ｇ））。

金属板６の後端部分まで曲げ加工を終えたら、ロール機構を構成する各ロールの回転を止める。具体的には、バックアップロール２Ｂの回転を停止させることにより、他のロールの回転も停止することになる。そして、大径押付ロール２Ａ及びテンションロール８を移動させて図４Ａ（ａ）のように案内ベルト７を解放する。これにより、曲げ加工された金属板６（成形素管）を芯ロール１から取り外すことができる。芯ロール１から取り外した金属板６は、図２（ａ）に示す状態となる。

そして、金属板６の両端部を溶接工程によって溶接することにより製品（パイプ）を完成させる（図２（ｂ））。

なお、本実施形態では、金属板６の後端部分が大径押付けロール２Ａ及び芯ロール１の間を通過したところで、金属板６の成形を終了させているが、さらに芯ロール１を回転させて、金属板６をより良い成形形状とすることも可能である。

ここで、金属板案内装置９のガイド体９０は、例えば金属板６や芯ロール１と接触する際、これらに疵をつけないように硬質ナイロン等の樹脂製の素材を用いることが好ましい。また、金属板案内装置９を移動させるための移動機構としては、公知のモータ等の動力源が用いられる。

案内ベルト７は芯ロール１の回転速度と同期駆動されていることより、芯ロール１の回転に伴って、金属板６の先端は、芯ロール１及び各押付ロール（大径押付ロール２Ａ、中間押付ロール３Ａ，３Ｂ）の間においてスムーズな曲げ加工が行われる。

図５は、本発明の第２の実施の形態であるベンディングロールの構成を示す図である。具体的には、図５（ａ）は、図１（ａ）に対応した図であり、図５（ｂ）は、芯ロールの周囲における案内ベルトの拡大図である。

上述した実施形態では、表面部に弾性体を備えた大径押付ロール２Ａ及び中間押付ロール３Ａ，３Ｂを用いたが、本実施形態では、各押付ロールに弾性体を設けずに、案内ベルトの構成を変更している。以下、案内ベルトの構成について具体的に説明する。

弾性体で構成された案内ベルト７１は、図５（ｂ）に示すように、芯ロール１の回転軸方向に延び、案内ベルト７１の移動方向において所定の間隔を空けて形成された複数の溝７２を有している。そして、この溝７２は、案内ベルト７１のうち、芯ロール１と接触する側の面に設けられている。

ここで、弾性体で構成された案内ベルト７１は、厚手のものを用いることが好ましく、具体的には、３〜３０ｍｍの厚さを有することが好ましい。また、１０ｍｍ以上の厚さを有する場合には、図５（ｂ）に示すように、溝７２が形成されていることが好ましい。

図５（ｂ）に示すように、案内ベルト７１のうち芯ロール１と接触する領域では、各溝７２における両側面が互いに接触することにより、芯ロール１の外周面に対して隙間無く密接する。一方、大径押付ロール２Ａ及び中間押付ロール３Ａ，３Ｂは、案内ベルト７１のうち溝７２が形成された面とは反対側の面で接触しているため、各溝７２における両側面は互いに離れることになる。このように案内ベルト７１に溝７２を設けることにより、芯ロール１の表面に対して、案内ベルト７１を隙間無く接触させることができるため、案内ベルト７１を介して金属板６を芯ロール１に密接させることが出来る。しかも、図１（ａ）に示すベンディングロールのように、大径押付ロール２Ａや中間押付ロール３Ａ，３Ｂの表層部に弾性体２１を設ける必要が無い。

（実施例１）
第１の実施形態（図１）で説明したベンディングロールを用いて金属板のロール曲げ加工を行った。ここで、芯ロール１の直径を６０ｍｍ、芯ロール１の長さ（回転軸方向の長さ、以下同様）を２０００ｍｍ、段差部１０の高さ（芯ロール１の径方向における長さ）を１．０ｍｍ、大径押付ロール２Ａの直径を４００ｍｍ、大径押付ロール２Ａにおける弾性体２１の厚さを３０ｍｍ、中間押付ロール３Ａ，３Ｂの直径を１５０ｍｍとした。使用する金属板６は、引張応力が６００Ｎ／ｍｍ^２相当の高張力鋼板であり、厚さ１．０ｍｍ、長さ２ｍのものを用いた。また、芯ロール１の回転速度を５４０ｍｍ／ｍｉｎ、大径押付ロール２Ａの芯ロール１に対する押付け力を約９８ｋＮとした。芯ロール１は鋼製であり、芯ロール１の弾性率は、金属板６の弾性率と略一致している。

曲げ加工を行った後の金属板６は、直径７６ｍｍで、スプリングバック量を考慮した計算値とほぼ一致した。曲げ加工されたパイプ形状の金属板６（成形素管）の両端部は、長手方向に沿ってほぼ平行となり、長手方向における中央部の隙間はほとんどなく、樽型とはならなかった。

（実施例２）
第２の実施形態（図５）で説明したベンディングロールを用いて金属板のロール曲げ加工を行った。ここで、芯ロール１の直径を６０ｍｍ、芯ロール１の長さを２０００ｍｍ、段差部１０の高さを１．０ｍｍ、大径押付ロール２Ａの直径を４００ｍｍ、案内ベルト７１の厚さを５ｍｍ、中間押付ロール３Ａ，３Ｂの直径を１５０ｍｍとした。案内ベルト７１は、図５（ｂ）で説明した溝７２が形成されていないものである。使用する金属板６は、引張応力が６００Ｎ／ｍｍ^２相当の高張力鋼板であり、厚さ１．０ｍｍ、長さ２ｍのものを用いた。また、芯ロール１の回転速度を５４０ｍｍ／ｍｉｎ、大径押付ロール２Ａの芯ロール１に対する押付け力を約９８ｋＮとした。

曲げ加工を行った後の金属板６は、直径７６ｍｍで、スプリングバック量を考慮した計算値とほぼ一致した。曲げ加工されたパイプ形状の金属板６（成形素管）の両端部は、長手方向に沿ってほぼ平行となり、長手方向における中央部の隙間はほとんどなく、樽型とはならなかった。

（実施例３）
第２の実施形態（図５）で説明したベンディングロールを用いて金属板の曲げ加工を行った。ここで、芯ロール１の直径を６０ｍｍとし、段差部１０を有していない芯ロール１を用いた。すなわち、芯ロール１の半径は、すべての外周面上において略一定となっており、長手方向と直交する断面形状が略真円状となっている。使用する金属板６は、引張応力が２７０Ｎ／ｍｍ^２相当の普通鋼板であり、厚さ１．０ｍｍ、長さ２ｍのものを用いた。なお、他の条件については、実施例２と同様とした。

曲げ加工を行った後の金属板６は、直径６８ｍｍで、スプリングバック量を考慮した計算値とほぼ一致した。曲げ加工されたパイプ形状の金属板６の両端部は、長手方向に沿ってほぼ平行となり、両端部の段差（ずれ）が３ｍｍ程度に成形することが出来た。また、長手方向における中央部の隙間はほとんどなく、樽型とはならなかった。ここで、スプリングバックによる金属板６の両端部の段差が３ｍｍ程度の場合には、両端部を突き合わせて溶接することができた。

（実施例４）
第２の実施形態（図５）で説明したベンディングロールを用いて金属板の曲げ加工を行った。ここで、使用する金属板６は、引張応力が２７０Ｎ／ｍｍ^２相当の普通鋼板であり、厚さを０．８ｍｍ、長さ１ｍとした。なお、他の条件については、実施例３と同様とした。

曲げ加工を行った後の金属板６は、直径１１５ｍｍで、スプリングバック量を考慮した計算値とほぼ一致した。曲げ加工されたパイプ形状の金属板６（成形素管）の両端部は、長手方向に沿ってほぼ平行となり、長手方向における中央部の隙間はほとんどなく、樽型とはならなかった。

本実施例における金属板６の成型力は、（実施例２）に比べて２割程度と小さくなり、中間押付ロール３Ａ，３Ｂの剛性のみで樽型の変形を抑制できるため、サイドバックアップロール４Ａ，４Ｂもしくはバックアップロール２Ｂを省略し、または中間押付ロール３Ａ，３Ｂの軸受部をこれらロールの長手方向における両端で一体としなくてもよく、ロール配置の簡略化が図れる可能性がある。

（実施例５）
第１の実施形態（図１）で説明したベンディングロールを用いて金属板の曲げ加工を行った。ここで、使用する金属板６は、引張応力が６００Ｎ／ｍｍ^２相当の高張力鋼板であり、板厚を１．２ｍｍとした。また、芯ロール１の直径を９０ｍｍとすると、曲げ加工後の金属板６の直径が１２５ｍｍとなった。なお、他の条件については、実施例１と同様としている。パイプ状の金属板６の板厚及び直径の比が０．０１以下の関係となるロール曲げ加工でも、金属板６（成形素管）の両端部が、長手方向に沿ってほぼ平行となり、長手方向における中央部の隙間はほとんどなく、樽型とはならなかった。

（実施例６）
第２の実施形態（図５）で説明したベンディングロールを用いて金属板の曲げ加工を行った。ここで、使用する金属板６は、引張応力が６００Ｎ／ｍｍ^２相当の高張力鋼板であり、板厚を１．０ｍｍとした。また、芯ロール１の直径を８０ｍｍとすると、曲げ加工後におけるパイプ形状の金属板６の直径が１１０ｍｍとなった。なお、他の条件については、実施例２と同様としている。曲げ加工後の金属板６の板厚及び直径の比が０．０１以下となるロール曲げ加工でも、金属板６（成形素管）の両端部を長手方向に沿ってほぼ平行にでき、長手方向における中央部の隙間はほとんどなく、樽型とはならなかった。

本発明の第１の実施形態に係るベンディングロールの説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は芯ロールを拡大した側面図である。 （ａ）はロール曲げ加工後の金属板の側面図、（ｂ）は溶接後の金属板（製品）の側面図である。 本発明に係るベンディングロールのロール機構の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るベンディングロールによる金属板の成形加工の動作を示す説明図である（ａ〜ｄ）。 本発明の第１の実施形態に係るベンディングロールによる金属板の成形加工の動作を示す説明図である（ｅ〜ｇ）。 本発明の第２の実施形態に係るベンディングロールの説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は弾性体の案内ベルトを拡大した側面図である。 従来のロール曲げ加工でできた樽型のパイプの斜視図である。 従来のロール曲げ加工の構成を示す側面図である。 従来のロール曲げ加工の構成を示す側面図である。 従来のロール曲げ加工工程でできるパイプの腰折れの断面図である。

符号の説明

１ 芯ロール
２Ａ 大径押付ロール
２Ｂ バックアップロール
２１ 弾性体
３Ａ 中間押付ロール
３Ｂ 中間押付ロール
４Ａ サイドバックアップロール
４Ｂ サイドバックアップロール
５ 枠体
５０ ロール押付装置
５１ ロール昇降装置
５２ ロールの支持体
５３ ガイド
５４ レール
５５ スクリュージャッキ
５６ 芯ロールのチョック
６ 金属板
６ａ 金属板の重なり部
６ｂ 金属板の両端部の間隔
６ｃ 金属板の溶接部分
７ 金属板案内ベルト
７１ 弾性体の案内ベルト
７２ 弾性体案内ベルトの溝
８ テンションロール
９ 金属板案内装置
９０ 金属板案内装置のガイド体
１０ 芯ロールの段差部

Claims (10)

1. 芯ロールに複数の押付ロールを押し付け、その押付部分に金属板を送り込み曲げ加工を行ない、パイプの製造に用いられるベンディングロールにおいて、
   送り込まれた金属板を、外周面に沿って曲げ加工するための金属製の芯ロールと、
   前記金属板を曲げ加工する際に前記芯ロールに対して押付けられ、前記芯ロールより大径である表面部が弾性体で構成された大径押付ロールと、
   前記芯ロールを挟んで前記大径押付ロールと対向した位置で前記芯ロールに対して押付けられ、前記大径押付ロールより小径である１対の中間押付ロールと、
   前記金属板を引き入れる側とは反対側の前記芯ロールの表面を通り、前記芯ロールと前記各押付ロールの間に介在するように配置され、前記芯ロールと同期駆動する無端形状の金属板案内ベルトと、を有することを特徴とするベンディングロール。
2. 芯ロールに複数の押付ロールを押し付け、その押付部分に金属板を送り込み曲げ加工を行ない、パイプの製造に用いられるベンディングロールにおいて、
   送り込まれた金属板を、外周面に沿って曲げ加工するための金属製の芯ロールと、
   前記金属板を曲げ加工する際に前記芯ロールに対して押付けられ、前記芯ロールより大径である金属製の大径押付ロールと、
   前記芯ロールを挟んで前記大径押付ロールと対向した位置で前記芯ロールに対して押付けられ、前記大径押付ロールより小径である１対の中間押付ロールと、
   前記金属板を引き入れる側とは反対側の前記芯ロールの表面を通り、前記芯ロールと前記各押付ロールの間に介在するように配置され、前記芯ロールと同期駆動する弾性体よりなり、かつ前記芯ロールと前記各押付ロールとの間で前記金属板を前記芯ロールの曲率で加工するための無端形状の金属板案内ベルトと、を有することを特徴とするベンディングロール。
3. 前記金属板案内ベルトは、弾性体で形成されており、前記芯ロールと接触する面において前記芯ロールの回転軸方向に延びる溝を有していることを特徴とする請求項２に記載のベンディングロール。
4. １対の前記中間押付ロールの軸受部が、この中間押付ロールの回転軸方向における両端で一体のものとなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベンディングロール。
5. 前記中間押付ロールを前記芯ロール側とは反対側から支持するバックアップロールを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のベンディングロール。
6. 前記中間押付ロールの表面部が弾性体又は金属製であり、前記バックアップロールが金属製であることを特徴とする請求項５に記載のベンディングロール。
7. 前記中間押付ロールを前記芯ロール側とは異なる方向から支持し、前記バックアップロール及び前記芯ロールの回転軸を通る平面に対して対称な位置に設置される、一対のサイドバックアップロールを有することを特徴とする請求項５または６に記載のベンディングロール。
8. 前記芯ロールは、この外周面において、前記金属板の厚みに相当する段差部を有し、該段差部以外の領域において該芯ロールの半径が連続的に変化していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のベンディングロール。
9. 前記芯ロールは、前記金属板の曲げ加工を行う部分において、回転軸方向の幅が直径の１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のベンディングロール。
10. 前記金属板の板厚が、前記金属板を加工した前記パイプの直径の０．０１倍未満であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のベンディングロール。

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