JP2009050903A - 金属管曲げ加工装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工される金属管の両端を保持する管内挿入拡径形クランプを旋回アームやプッシャーに対して付け替えるのが容易に行えるようにする。
【解決手段】アーム旋回式の金属管曲げ加工装置において、金属管１０の端部を把持する管端クランプ４８＋５０（３２＋３３）が、旋回アーム４０やプッシャー３０といった装置本体に設けられた装置側クランプ４８（３２）と、装置本体から離れて金属管１０の端部１１（１２）に着脱しうる管端側クランプ５０（３３）とに分かれており、管端側クランプ５０（３３）が、金属管１０の内周面に圧接してそれを保持する拡縮部６０と、その駆動機構を格納した円筒部５１とを具備しており、装置側クランプ４８（３２）が、円筒部５１の外周面に圧接して管端側クランプ５０（３３）を掴持する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、いわゆるアーム旋回式（アーム回動式）の金属管曲げ加工装置および金属管曲げ加工方法に関し、詳しくは金属製の直管を局部的に誘導加熱しながら曲げ加工する技術に関する。

アーム旋回式の高周波曲げ加工は（例えば特許文献１〜４参照）、鋼管などの金属管に対して環状の局所的な誘導加熱と曲げモーメントとを適用して加熱部を移動形式で順次曲げ加工していく技術である。その曲げモーメントは、旋回アームによる先端側進路規制とプッシャーによる後端側からの推進との協同作用で生じる。
そのような金属管曲げ加工装置には熱処理機構と曲げモーメント付加機構とが具わっている。熱処理機構には、曲げ加工される金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構と、誘導子に給電する高周波電源と、冷却機構や誘導子に給水する給水設備などが具わっており、曲げモーメント付加機構には、曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、その金属管を後端側から推進するプッシャーなどが具わっている。

旋回アームの旋回端部やプッシャーの上部等には、金属管の端部を把持する管端クランプが設けられている。これは、曲げ加工対象の金属管の中空に挿入され拡径して管内面を保持する形態の謂わば管内挿入拡径形クランプや（例えば特許文献１参照）、曲げ加工対象の金属管の外周面に圧接して金属管を掴持する形態の謂わば管外面掴持形クランプ（例えば特許文献２〜３参照）、曲げ加工対象の金属管のフランジを掴持する形態の謂わばフランジ掴持形クランプ（例えば特許文献４参照）などで具体化されているが、何れの形態でも、クランプ全体が旋回アームやプッシャーに装着されていた。管端クランプのうち先端側クランプは、大抵、旋回アームに対しスライドベッド等を介して相対移動可能に装着され、管端クランプのうち後端側クランプはプッシャーに固定して装着されるが、何れにしても、修理や改造の為の分解は別として、通常の使用状態で装着さきから分離されることは無い。

このような金属管曲げ加工装置やそれを用いた金属管曲げ加工方法では、金属管の端面が予め開先仕上げされていたり、金属管の端部に予めフランジが溶接されていても、金属管の両端をクランプで把持できれば、中央の曲げ管部分ばかりか両端の直管部分も連続して加熱等することで、曲げ加工と一緒に均一な熱処理も施せるようになっている。また、金属管曲げ加工装置には、プッシャーの移動機構やアームの旋回機構に加えて、曲げ半径や直管部長の相違にも適応できるよう、熱処理機構や曲げモーメント付加機構の移動機構も適宜設けられる。例えば（特許文献１参照）、誘導子等を直線移動させる駆動機構や、ベース上で旋回アームの支軸を直線移動させるスライドベッド、旋回アームの旋回端部上でクランプを二次元移動させる二段スライドベッドなどが設けられる。

特公平２−４７２９０号公報（S61-7020A） 特開平９−５７３５７号公報 特開昭６２−１３０７１８号公報 特開２００４−２２３５３０号公報

このように、従来の金属管曲げ加工装置および方法では、端部仕上げ済み金属管に曲げ加工を施すに際し、金属管の端部の直管部分の長さの相違などには移動機構を設けて対処してきたが、移動機構にて金属管の端部の形状の相違まで対処できる訳ではないので、管径やフランジの異なる金属管には別のクランプが予め準備され、加工に先だってクランプの付け替えが行われる。
具体的には、上述した三形態のクランプのうち、種類が少なくて済むうえ把持作業も容易な管外面掴持形クランプの使用が先ず検討され、それが使えなければ、フランジ付き金属管にはフランジ掴持形クランプが使用され、その他の両端開先仕上げ管などには管内挿入拡径形クランプが使用されていた。クランプ付替は取付ボルトの抜挿などによる。

ところで、多くの金属管が、先ず外径で大分類され、次に肉厚に応じて決まる内径で細分類されているのに対し（例えばＪＩＳ Ｇ ３４５２参照）、フランジ形状は外形と内径と肉厚に加えてボルト穴の径や配置によっても分類されるので、管外面掴持形クランプ，管内挿入拡径形クランプ，及びフランジ掴持形クランプには前者より後者ほど変形が増えやすいという傾向があるが、従来はフランジ付き金属管などの処理量が比較的少なかったので、上記のような使い分けで問題がなかった。

ところが、最近はフランジ付き金属管や開先仕上げ済み金属管の処理量が増えて来ている。そのため、このままフランジ付き金属管の把持に上述の管外面掴持形のクランプを使用し続けたのでは、フランジの形状が多種多様であることから、フランジ付き金属管の処理量が増えるに連れて必要なクランプの数が鰻登りに増えてしまうので、近いうちに不都合な事態に至ると予想される。これに対しては、フランジ付き金属管の把持にも上述の管内挿入拡径形のクランプを使用して、フランジ付き金属管の把持と開先仕上げ済み金属管の把持とに上述の管内挿入拡径形のクランプを共用することで、クランプの共通化・個数削減を図ることが考えられる。

しかしながら、準備すべきクランプの種類や個数は削減することができても、多品種少量生産の多い大径管の処理では、加工に先だつクランプ付け替え作業の負担まで減る訳ではない。管内挿入拡径形の方が掴持形より軸心を合わせづらいので、作業負担が増す部分すらある。例えば外径１１４．３ｍｍ〜３１８．５ｍｍの大径管を把持するクランプは例えば４００ｋｇ〜１０００ｋｇと重く、このようなクランプ全体を旋回アームやプッシャーに付け替えるのは重労働であり、重量物同士の軸心合わせは時間を掛けて注意深く行わなければならないので作業負担が大きい。
そこで、管内挿入拡径形クランプの付け替えが容易になるように金属管曲げ加工装置を改良することが第一技術課題となる。

また、フランジ付き金属管にはフランジ面の傾きや歪みが仕様値以下に収まっていることが要求されるため、仕様を満たさない場合にはフランジが溶接し直されてから金属管が曲げ加工に供されていたが、再溶接なしでフランジを矯正できれば好都合である。そこで、熱処理のついでにフランジ面の傾きや歪みが矯正されるよう工夫を加味することが第二技術課題となる。
さらに、両端フランジ付き金属管には両フランジの回転差が仕様値以下に収まっていることも要求されるため、仕様を満たさない場合には少なくとも片側のフランジが溶接し直されてから金属管が曲げ加工に供されていたが、やはり再溶接なしでフランジを矯正できれば好都合である。そこで、熱処理のついでに両フランジの回転差が矯正されるよう更に工夫を凝らすことが第三技術課題となる。

また、従来、フランジ付き金属管については先端側の直管部分の長さを任意に設定するのが困難だった。クランプが旋回アームに固定されていると、先端側の直管部分の長さの設定によっては管体部でなくフランジ部を把持しなければならなくなるが、管体部とフランジ部とではクランプ機構が異なるうえ、フランジの形状が多岐に及ぶためである。
そこで、金属管の先端側を把持する先端側クランプ等の構造を更に工夫することにより、先端にフランジが付いている金属管でも先端側の直管部分の長さを自在に設定できるようにすることが第四技術課題となる。

本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、前記金属管を後端側から推進するプッシャーと、前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構とを備えて、前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置において、 前記金属管の先端側を把持する先端側クランプが、前記旋回アームの旋回端部に設けられたアーム側クランプと、前記旋回アームから離れて前記金属管の先端側に着脱しうる管先端側クランプとに分かれており、 前記管先端側クランプが、縮径状態では前記金属管の先端側に遊挿可能であり拡径状態では前記金属管の内周面に圧接して前記金属管の先端側を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備したものであり、 前記アーム側クランプが、前記管先端側クランプの前記円筒部の外周面に圧接して前記管先端側クランプを掴持するものである、ことを特徴とする。

また、本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段２）、上記解決手段１の金属管曲げ加工装置であって、前記金属管の後端側を把持する後端側クランプが、前記プッシャーに設けられたプッシャー側クランプと、前記プッシャーから離れて前記金属管の後端側に着脱しうる管後端側クランプとに分かれており、 前記管後端側クランプが、縮径状態では前記金属管の後端側に遊挿可能であり拡径状態では前記金属管の内周面に圧接して前記金属管の後端側を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備したものであり、 前記プッシャー側クランプが、前記管後端側クランプの前記円筒部の外周面に圧接して前記管後端側クランプを掴持するものである、ことを特徴とする。

さらに、本発明の金属管曲げ加工方法は（解決手段３）、上記解決手段１又は２の何れかに記載された金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工する金属管曲げ加工方法であって、その加工に際し、その金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管を後端側から前記プッシャーで押しながら、前記金属管の先端側又は先端側寄りを前記誘導子で誘導加熱しているときに、前記管先端側クランプの軸方向移動を許容するよう前記アーム側クランプの掴持を一時的に緩めて前記金属管の先端を前記アーム側クランプに当接させる、ことを特徴とする。

また、本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段４）、上記解決手段２の金属管曲げ加工装置であって、前記管後端側クランプを軸回転させる回転駆動機構が前記プッシャー側クランプ又は前記プッシャーに装備されていることを特徴とする。
また、本発明の金属管曲げ加工方法は（解決手段５）、上記解決手段４の金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工する金属管曲げ加工方法であって、 その金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管を後端側から前記プッシャーで押しながら、前記金属管の先端側又は先端側寄りを前記誘導子で誘導加熱しているときに、前記管先端側クランプの軸方向移動を許容するよう前記アーム側クランプの掴持を一時的に緩めて前記金属管の先端を前記アーム側クランプに当接させる前端面矯正工程と、 前記金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管の後端側を前記後端側クランプで把持したうえで、前記金属管を前記誘導子で誘導加熱しながら前記回転駆動機構を作動させる回転差矯正工程と、を含んでいることを特徴とする。

また、本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段６）、曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、前記金属管を後端側から推進するプッシャーと、前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構とを備えて、前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置において、 前記金属管の後端側を把持する後端側クランプが、前記プッシャーに設けられたプッシャー側クランプと、前記プッシャーから離れて前記金属管の後端側に着脱しうる管後端側クランプとに分かれており、 前記管後端側クランプが、縮径状態では前記金属管の後端側に遊挿可能であり拡径状態では前記金属管の内周面に圧接して前記金属管の後端側を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備したものであり、 前記プッシャー側クランプが、前記管後端側クランプの前記円筒部の外周面に圧接して前記管後端側クランプを掴持するものである、ことを特徴とする。

また、本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段７）、上記解決手段６の金属管曲げ加工装置であって、前記管後端側クランプを軸回転させる回転駆動機構が前記プッシャー側クランプ又は前記プッシャーに装備されていることを特徴とする。
また、本発明の金属管曲げ加工方法は（解決手段８）、上記解決手段７の金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工する金属管曲げ加工方法であって、その加工に際し、その金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管の後端側を前記後端側クランプで把持したうえで、前記金属管を前記誘導子で誘導加熱しながら前記回転駆動機構を作動させる、ことを特徴とする。

また、本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段９）、曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、前記金属管を後端側から推進するプッシャーと、前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構とを備えて、前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置において、前記金属管の後端側を軸回転させる回転駆動機構が、前記金属管の後端側を把持する後端側クランプ又は前記プッシャーに装備されていることを特徴とする。
また、本発明の金属管曲げ加工方法は（解決手段１０）、上記解決手段９の金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工する金属管曲げ加工方法であって、その加工に際し、その金属管の先端側を前記旋回アームの旋回端部の先端側クランプで把持するとともに、前記金属管の後端側を前記後端側クランプで把持したうえで、前記金属管を前記誘導子で誘導加熱しながら前記回転駆動機構を作動させる、ことを特徴とする。

また、本発明の金属管曲げ加工装置は（解決手段１１）、上記解決手段１，２，４の金属管曲げ加工装置であって、前記アーム側クランプを初期姿勢では前記プッシャーの進退方向に移動させるアーム側クランプ移動機構が、前記旋回アームの旋回端部に設けられていることを特徴とする。

このような本発明の金属管曲げ加工装置にあっては（解決手段１，２）、管端クランプ（先端側クランプや後端側クランプ）が、管内挿入拡径形の管端側クランプ（管先端側クランプや管後端側クランプ）と、管外面掴持形の装置側クランプ（アーム側クランプやプッシャー側クランプ）とに分割されている。しかも、装置側クランプは装置本体（旋回アームやプッシャー）に装備されているのに対し、管端側クランプは装置本体から分離されている。そして、管端側クランプは単体で拡縮部を金属管の端部へ自在に着脱できるうえ装着時には円筒部が恰も管端を延長した状態になる。また、装置側クランプは金属管そのものを掴持するのでなく管端側クランプの円筒部を掴持することで間接的に金属管の端部を保持するようになっている。

このように管端側クランプを装置本体から分離して単体で金属管に着脱されるようにしたことにより、重量が軽くなっているうえ、取付時の姿勢も全く自由になったので、管内挿入拡径形クランプであっても、金属管への付け替えが容易に行える。しかも、金属管の内径の相違の影響は、管端側クランプの拡縮部にとどめられ、円筒部や装置側クランプに及ぶのを回避することができる。
また、管端側クランプを装着した金属管の保持は、装置側クランプにて管端側クランプの円筒部を掴持することで行われるが、装置側クランプが把持作業の容易な管外面掴持形クランプなので、この作業も容易である。
したがって、この発明によれば、管内挿入拡径形クランプの付け替えが容易に行える金属管曲げ加工装置を実現することができ、その結果、第一技術課題が解決される。

また、本発明の金属管曲げ加工方法にあっては（解決手段３）、先端側クランプが管先端側クランプとアーム側クランプとに分割されている金属管曲げ加工装置を用いて金属管が曲げ加工されるが、その際の熱処理時に、望ましくは先端側直管部分の熱処理時に、アーム側クランプの掴持が一時的に緩められるので、管先端側クランプが軸方向に移動して、金属管の先端がアーム側クランプに押しつけられる。そして、金属管の先端をアーム側クランプの当接面に倣わせようとする力が働くが、その反力が金属管の加熱部の変形によって吸収される。

そのため、アーム側クランプの当接面を例えば鉛直平面のような矯正基準面にしてさえおけば、金属管の先端（前端面）が矯正されることとなる。なお、その矯正に伴う変形は金属管の熱処理部分に転嫁されるので、大きな矯正は難しいが、多少の矯正であれば、移動加熱を利用して変形転嫁部位を分散させる等のことで、不都合なく行うことができる。
したがって、この発明によれば、管内挿入拡径形クランプの付け替えが容易に行える金属管曲げ加工装置を用いて、熱処理のついでに金属管の前端面の傾きや歪みを矯正することができ、その結果、第一技術課題に加えて第二技術課題も解決される。

さらに、本発明の金属管曲げ加工装置（解決手段４）を用いた本発明の金属管曲げ加工方法にあっては（解決手段５）、熱処理のついでに金属管の前端面の傾きや歪みを矯正する上述の前端面矯正工程に加えて、次の回転差矯正工程も実行される。すなわち、金属管の両端を把持した状態で、金属管を誘導加熱しながら、回転駆動機構を作動させるので、金属管が捩られる。その捩れは移動加熱に伴って金属管の各部に分散固定され、その合計量が金属管の両端の回転差になる。

そのため、金属管の両端の回転差を解消したい回転量だけ回転駆動機構を熱処理中に作動させれば、その総回転量だけ回転差が矯正されることとなる。
したがって、この発明によれば、管内挿入拡径形クランプの付け替えが容易に行える金属管曲げ加工装置を用いて、熱処理のついでに金属管の前端面の傾きや歪みを矯正することができるうえ、熱処理のついでに金属管の両端の回転差まで矯正することができ、その結果、第一技術課題と第二技術課題に加えて第三技術課題も解決される。

また、本発明の金属管曲げ加工装置にあっては（解決手段６）、第一技術課題が解決される。
また、本発明の金属管曲げ加工装置および方法にあっては（解決手段７，８）、第一技術課題と第三技術課題が解決される。
また、本発明の金属管曲げ加工装置および方法にあっては（解決手段９，１０）、第三技術課題が解決される。

また、本発明の金属管曲げ加工装置にあっては（解決手段１１）、初期姿勢のままではアーム側クランプがフランジ部や管体部を掴持することになってしまうような場合、アーム側クランプ移動機構を作動させてアーム側クランプを管先端側クランプのところに移動させることにより、先端側の直管部分の長さの設定に束縛されることなく、所望の形状の管先端側クランプをアーム側クランプにて掴持することができる。
したがって、この発明によれば、管内挿入拡径形クランプの付け替えが容易に行える金属管曲げ加工装置の旋回アームの旋回端部にアーム側クランプ移動機構を設けたことにより、先端側の直管部分の長さを任意に設定しても、フランジ部等の掴持を容易かつ確実に回避することができ、その結果、第一技術課題に加えて第四技術課題も解決される。

このような本発明の金属管曲げ加工装置および方法について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１，２，６，１１（出願当初の請求項１，２，６，１１）を具現化したものであり、図３〜４に示した実施例２は、上述した解決手段３〜４，７〜１０（出願当初の請求項３〜４，７〜１０）を具現化したものである。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、ベース，フレーム，ボルト等の締結具，ヒンジ等の連結具，電動モータ等の駆動源，タイミングベルト等の伝動部材，モータドライバ等の電気回路，コントローラ等の電子回路などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。

本発明の金属管曲げ加工装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１（ａ）は、金属管曲げ加工装置２０の概要平面図であり、図１（ｂ）は、先端側クランプ４８＋５０の結合状態／分離状態を示す概要平面図である。また、図２は、金属管曲げ加工装置２０の管先端側クランプ５０の構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が縮径状態の拡縮部６０の断面図と平面図、（ｃ）が拡径状態の拡縮部６０の断面図と平面図、（ｄ）が金属管先端側１１の断面とそれに挿着された拡縮部６０との平面図である。

この金属管曲げ加工装置２０は（図１（ａ）参照）、金属管１０の曲げ加工を行うために、ガイドローラ２１，２２と熱処理機構２３〜２７と曲げモーメント付加機構３０＋４０とを具えている。熱処理機構２３〜２７は、誘導子２３と冷却機構２４と移動機構２５と高周波電源２６と給水設備２７とを具えており、曲げモーメント付加機構３０＋４０はプッシャー３０と旋回アーム４０とを具えている。
旋回アーム４０は、曲げ加工される金属管１０の先端側１１の進路を弧状に規制できれば、例えばＬ形やＩ形のアームと一組のスライドベッド等からなるものでも良く（例えば特許文献１参照）、二組のフレームやレールを上下に配して剛性を高めたものでも良い（例えば特許文献２参照）。これには、金属管１０の先端側１１を把持するために、アーム側クランプ４８と管先端側クランプ５０とからなる先端側クランプ４８＋５０が装着されている。

詳細な図示は割愛したが、具体的には、旋回アーム４０は、鉛直に設けられた支軸４１と、それに基端部を支持された水平なアーム基端部４２と、支軸４１をＹ方向に移動させる移動機構４３と、アーム旋回時に支軸４１を軸回転させる回転機構４４と、アーム基端部４２の先端側に設けられ移動機構４５によって初期姿勢ではＹ方向に移動しうるアーム旋回端部４６と、アーム旋回端部４６に装着されたアーム側クランプ４８を初期姿勢（未だ曲げていない金属管１０を把持しようとするとき又は把持したときの旋回アーム４０の姿勢）ではＸ方向（初期姿勢の金属管１０の軸方向すなわちプッシャー３０の進退方向）に移動させる移動機構４７（アーム側クランプ移動機構）とを具えていて、金属管１０の曲げ変形に必要な曲げモーメントを金属管１０に付加させるとともに、初期姿勢でアーム側クランプ４８が管先端側クランプ５０を掴持できるところに位置させることができ、ひいては金属管１０の曲げ半径や先端側１１の直管部の長さを任意に設定できるようになっている。

プッシャー３０は、曲げ加工される金属管１０の後端側１２を把持するために、プッシャー側クランプ３２と管後端側クランプ３３とからなる後端側クランプ３２＋３３が装着されている。プッシャー３０と移動機構３１は、金属管後端側１２から金属管先端側１１へ金属管１０を推し進めることができれば、シリンダ駆動の可動台や（例えば特許文献３，４参照）、チェーン牽引式の走行台でも良い（図示せず）。
プッシャー３０と旋回アーム４０との間にはガイドローラ２１，２２と誘導子２３と冷却機構２４とが配置されており、ガイドローラ２１，２２が金属管１０を両脇から挟むことで金属管１０と誘導子２３との不所望な位置ずれが防止されるようになっている。

誘導子２３は、曲げ加工される金属管１０の外径より一回り大きい誘導コイルであり、金属管１０を中空に遊挿させた状態で高周波電源２６から給電されると金属管１０の長手方向短区間を環状に誘導加熱するようになっている。
冷却機構２４は、誘導子２３に添えて又は組み付けて隣接された環状の散水チューブ等からなり、金属管１０を遊挿させた状態で給水設備２７から給水されると金属管１０の環状加熱部を追随冷却するようになっている。
移動機構２５は、誘導子２３と冷却機構２４とを一緒にＸ方向移動させるものであり、停止状態の金属管１０のうち例えば先端側１１の直管部を熱処理するときなどに作動するようになっている（例えば特許文献１参照）。

この金属管曲げ加工装置２０では、金属管１０の端部を把持する管端クランプが、金属管１０の先端側１１を把持する先端側クランプ４８＋５０も、金属管１０の後端側１２を把持する後端側クランプ（３２＋３３）も、旋回アーム４０やプッシャー３０といった装置本体に設けられた装置側クランプ４８（３２）と、装置本体から離れて金属管１０の端部１１（１２）に着脱しうる管端側クランプ５０（３３）とに分かれており、管端側クランプ５０（３３）が、金属管１０の内周面に圧接してそれを保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備しており、装置側クランプ４８（３２）が、円筒部の外周面に圧接して管端側クランプ５０（３３）を掴持するようになっている。

すなわち、先端側クランプ４８＋５０は、旋回アーム４０のアーム旋回端部４６に設けられたアーム側クランプ４８と、旋回アーム４０から離れて金属管先端側１１に着脱しうる管先端側クランプ５０とに分かれている（図１（ｂ）参照）。この管先端側クランプ５０は、拡縮部６０と円筒部５１とからなる。拡縮しうる拡縮部６０は、縮径状態では金属管１０の先端側１１に遊挿可能であり、拡径状態では金属管１０の内周面に圧接して金属管先端側１１を保持する。円筒部５１は、その拡径の駆動機構を筒体に格納している。アーム側クランプ４８は、従来から最も多く用いられている管外面掴持形クランプであり（例えば特許文献２〜３参照）、管先端側クランプ５０の円筒部５１の円筒部の外周面に圧接して管先端側クランプ５０を掴持するようになっている。

また、後端側クランプ３２＋３３は、プッシャー３０に設けられたプッシャー側クランプ３２と、プッシャー３０プッシャーから離れて金属管１０の後端側１２に着脱しうる管後端側クランプ３３とに分かれている。管後端側クランプ３３は、管先端側クランプ５０と同じく、縮径状態では金属管後端側１２に遊挿可能であり拡径状態では金属管１０の内周面に圧接して金属管後端側１２を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とからなる。管後端側クランプ３３も管外面掴持形クランプであり、これは管後端側クランプ３３の円筒部の外周面に圧接して管後端側クランプ３３を掴持するようになっている。

管先端側クランプ５０について詳述すると（図２参照）、円筒部５１は（図２（ａ）参照）、例えば金属製の筒体５２と、その中空に格納された駆動シリンダ５３と、それで進退駆動される進退ロッド大径部５４と、進退ロッドの先に延びた進退ロッド小径部５５とからなり、進退ロッド大径部５４の先端と進退ロッド小径部５５とは筒体５２から突き出て拡縮部６０に達している。拡縮部６０は（図２（ｂ），（ｃ）参照）、先端から筒体５２寄りへ順に、テーパ部材６１と多数の拡径片６２とリテーナ６３と中間スライダ６４とリテーナ６５と多数の拡径片６６とテーパ部材６７とを具えている。

テーパ部材６１は進退ロッド小径部５５に固定されており、拡径片６２はテーパ部材６１のテーパ状外周面の上に放射状配置されていてリテーナ６３によってテーパ部材６１と中間スライダ６４との間に保持されており、テーパ部材６７は円筒部５１の一端に固定されており、拡径片６６はテーパ部材６７のテーパ状外周面の上に放射状配置されていてリテーナ６５によってテーパ部材６７と中間スライダ６４との間に保持されている。さらに、中間スライダ６４が進退ロッド小径部５５に摺動可能に嵌装されて進退ロッド大径部５４の先端とテーパ部材６１の一端面との間に置かれている。

このような拡縮部６０は、ロッド５４，５５が円筒部５１から突き出すと多数の拡径片６２，６６が縮径し（図２（ｂ）参照）、ロッド５４，５５が円筒部５１側へ後退すると多数の拡径片６２，６６が拡径するものである（図２（ｃ）参照）。
そして（図２（ｄ）参照）、縮径状態では金属管１０の先端側１１に拡縮部６０を遊挿することができ、その状態で金属管先端側１１に挿入してから拡縮部６０を拡径状態にすると、多数の拡径片６２，６６が放射状に拡径して金属管１０の内周面に圧接し、これで拡縮部６０が金属管１０の先端側を保持するようになっている。

この実施例１の金属管曲げ加工装置２０を用いた金属管曲げ加工方法について、図面を引用して説明する。図１は、加工手順の概要を示し、（ｃ）が金属管１０と装着前の管端側クランプ３３，５０との概要平面図、（ｄ）が金属管１０とそれに装着された管端側クランプ３３，５０との概要平面図、（ｅ）が金属管１０を保持させた金属管曲げ加工装置２０の概要平面図、（ｆ）が曲げ加工中の金属管曲げ加工装置２０の概要平面図である。図２（ｄ）は、金属管先端側１１に開先仕上げ部１３を持つ金属管１０とそれに挿着された拡縮部６０との平面図である。

曲げ加工に先立って金属管１０を金属管曲げ加工装置２０にセットするが、その際、管先端側クランプ５０や管後端側クランプ３３をそれぞれアーム側クランプ４８やプッシャー側クランプ３２から外しておいて（図１（ｃ）参照）、金属管１０の先端側１１には管先端側クランプ５０を挿着し金属管後端側１２には管後端側クランプ３３を挿着する（図１（ｄ）参照）。管先端側クランプ５０の挿着は、拡縮部６０を縮径させて先端側１１の中空に差し込んでから、駆動シリンダ５３を作動させて、ロッド５４，５５を前進させ、ひいては拡縮部６０を拡径させることで、行う。管後端側クランプ３３の挿着も同様に行う。クランプ５０，３３は、比較的軽量なので、管内挿入拡径形クランプであっても、金属管１０への挿着が容易である。取り外しも容易である。そして、挿着後の金属管１０と管先端側クランプ５０と管後端側クランプ３３は、長い一本の金属管の如くなる。

このような管端側クランプ５０，３３装着済み金属管１０は、管外面掴持形クランプと同様にして容易に初期姿勢の曲げモーメント付加機構３０＋４０に把持させられる（図１（ｅ）参照）。すなわち、金属管１０の先端側１１に装着された管先端側クランプ５０の円筒部５１をアーム側クランプ４８に掴持させ、金属管１０の後端側１２に装着された管後端側クランプ３３の円筒部をプッシャー側クランプ３２に掴持させることで、容易に、金属管１０が曲げモーメント付加機構３０＋４０にセットされる。

なお、詳細な説明は割愛するが、誘導子２３と冷却機構２４に金属管１０を遊挿させることも、従来の管外面掴持形クランプ使用時と同様にして容易に行われる。また、初期姿勢で金属管１０の先端側１１は直管部として設定された長さだけ誘導子２３からＸ方向に出ておりその先に管先端側クランプ５０が位置しているが、アーム側クランプ４８を移動機構４７にてＸ方向に移動させることで容易かつ確実に、管先端側クランプ５０をアーム側クランプ４８に掴持させることができる。

それから（図１（ｆ）参照）、誘導子２３に高周波通電するとともに冷却機構２４に給水することで熱処理を行いながら、回転機構４４にて支軸４１を中心にして旋回アーム４０を旋回させるとともに、移動機構３１にてプッシャー３０を推進させて、金属管１０に曲げ加工を施す。その際、詳細な説明は割愛するが、直管部として残す金属管先端側１１や開先仕上げ部１３まで熱処理を施す場合は誘導子２３を移動させ（特許文献１参照）、曲げ加工を行うときに曲げモーメント付加機構３０＋４０を作動させる。直管部の長さや曲げ半径は移動機構４３，４５，４７で調整する。

こうして、金属管１０に熱処理と曲げ加工が施されるので、施工後は、上述したセット作業と逆の手順で金属管１０を金属管曲げ加工装置２０から取り外す。繰り返しとなる詳細な説明は割愛するが、金属管曲げ加工装置２０から管端側クランプ５０，３３装着済み金属管１０を取り外してから、金属管１０から管先端側クランプ５０，３３を取り外すという、二段階の作業となる。管端側クランプ５０，３３装着済み金属管１０の取り外しは、プッシャー側クランプ３２及びアーム側クランプ４８の掴持を解除することで、管外面掴持形クランプと同様、容易に行える。管先端側クランプ５０，３３の取り外しは、管内挿入拡径形クランプの取り外し作業になるが、管先端側クランプ５０，３３が曲げモーメント付加機構３０＋４０から分離されているうえ軽量なので、やはり容易に行える。

本発明の金属管曲げ加工装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図３（ａ）は、金属管曲げ加工装置８０の概要平面図であり、図３（ｂ）は、前端面矯正前の先端側フランジ７１の付いた金属管７０の先端側とそれを保持させた先端側クランプ４８＋５０との概要平面図である。

この金属管曲げ加工装置７０が上述した実施例１の金属管曲げ加工装置２０と相違するのは（図３（ａ）参照）、プッシャー３０に回転駆動機構８１が追加装備された点と、誘導子２３と冷却機構２４がそれぞれ誘導子８２と冷却機構８３になっている点である。
また、曲げ加工される金属管７０の先端側にはフランジ７１が付いており後端側にはフランジ７２が付いている（図４（ａ）参照）。
その先端側フランジ７１の矯正のため、アーム側クランプ４８のうち金属管７０の先端側フランジ７１の当接する面は、平坦かつ鉛直に形成されている（図３（ｂ）参照）。

回転駆動機構８１は、例えば電動モータに減速ギヤやクラッチを連結したものに回転制御器や回転量設定器を付けたものであり、管後端側クランプ３３を軸回転させることができれば、プッシャー側クランプ３２に装備されていても良く、プッシャー側クランプ３２に添えてプッシャー３０に装備されていても良い。
誘導子８２と冷却機構８３は、例えば二つ割りされており、各分割部が離隔してフランジ７１，７２との干渉を回避し、各分割部が寄り集まることで金属管７０の外周面に対して環状に向かい合うものとなっている。

この実施例２の金属管曲げ加工装置８０を用いた金属管曲げ加工方法について、図面を引用して説明する。図３は、金属管７０の前端面の矯正状態を示し、（ｂ）及び（ｃ）は何れも金属管７０の先端側フランジ７１とそれを保持させた先端側クランプ４８＋５０との概要平面図であり、そのうち（ｂ）は前端面矯正前の状態を示し、（ｃ）は前端面矯正中の状態を示している。また、図４は、金属管７０の両端７１，７２の回転差の矯正状態を示し、（ａ）がフランジ付き金属管７０の平面図、（ｂ）が回転差矯正前のフランジ７１，７２の端面図、（ｃ）が回転差矯正中の金属管７０の平面図、（ｄ）が回転差矯正後のフランジ７１，７２の端面図である。

ここでは、上述した実施例１の金属管曲げ加工方法と相違する点を中心に説明するが、主な相違点は、金属管セット時に誘導子８２と冷却機構８３とが離接させられる点と、熱処理開始後で曲げ加工開始前に前端面矯正工程が行われる点と、前端面矯正工程後に回転差矯正工程が行われるようになった点である。

金属管のセットは（図３（ｂ）参照）、二つ割りの誘導子８２及び冷却機構８３を何れも左右に離隔させておいて上述の金属管セット作業を済ませ、それによって金属管７０が曲げモーメント付加機構３０＋４０に把持されてから、誘導子８２及び冷却機構８３を何れも接近や合体させることで、行われる。これによって、誘導子８２及び冷却機構８３が先端側フランジ７１にも後端側フランジ７２にも邪魔されることなく金属管７０の長手方向短区間を環状に囲むこととなる。
この金属管セット工程の後に前端面矯正工程が行われる場合、前端面矯正工程に備えて予め金属管７０のセットに際し、先端側フランジ７１をアーム側クランプ４８の当接面４９に当接させた状態で、管先端側クランプ５０の円筒部５１をアーム側クランプ４８に掴持させておくと良い（図３（ｂ）参照）。

前端面矯正工程は（図３（ｃ）参照）、金属管７０の先端側の直管部の熱処理中に行うのが好ましいが、先端側に限定される訳ではないのでそれより内側の先端側寄りを熱処理しているときに行っても良く、具体的には、金属管７０を後端側からプッシャー３０で押しながら、誘導子８２で金属管７０の先端側や先端側寄りを誘導加熱しているときに、アーム側クランプ４８の掴持を一時的に緩める。その掴持緩和は、管先端側クランプ５０の円筒部５１がアーム側クランプ４８の中で軸方向に少し移動できる程度で足り、管先端側クランプ５０や金属管７０の上下移動が無視できる範囲にとどめる。誘導子８２を固定して行っても良いが、誘導子８２を移動させながら行う方が望ましく、単発でも良いが連続的や断続的な方が望ましい。この工程では、先端側フランジ７１が当接面４９に押しつけられて先端側フランジ７１の傾きが矯正され、その変形が環状加熱部７３に転嫁されるので、その転嫁変形を分散させるという観点からは、移動加熱しながら連続的に又は断続的に掴持緩和を行うのが望ましい。

回転差矯正工程は（図４参照）、金属管７０の先端側を先端側クランプ４８＋５０で把持するとともに、金属管７０の後端側を後端側クランプ３２＋３３で把持した状態で行うので、前端面矯正工程が行われる場合にはその後に行われることになるが、前端面矯正工程が行われない場合には金属管セット後であれば何時でも良く、金属管７０を誘導子８２で誘導加熱しながら回転駆動機構８１を作動させることで行われる。具体例を挙げると、先端側フランジ７１と後端側フランジ７２との回転差θ１が仕様上の許容値を超えているとして（図４（ｂ）参照）、この場合、その超過量より少し大きい総回転量θ２だけ回転駆動機構８１で管後端側クランプ３３ひいては後端側フランジ７２を回転差解消側に回転させる（図４（ｃ）参照）。

すると、総回転量θ２弱の捻れ変形が金属管７０の環状加熱部７３に固定されるので、回転差矯正工程を経た金属管７０における先端側フランジ７１と後端側フランジ７２との回転差θ３は（図４（ｄ）参照）、矯正前の回転差θ１より総回転量θ２弱ほど小さくなっていて、許容範囲に収まることとなる。この回転差矯正でもフランジから筒部に転嫁された捻れ変形を分散させるのが望ましいので、移動加熱中の定速回転が基本になるが、直線部の熱処理時と曲げ部の熱処理時とで回転速度を切り替えるのも良く、その場合、直線部での回転速度を上げて曲げ部での回転速度を下げるのが好ましい。

［その他］
上記の実施例２の前端面矯正工程ではフランジ面の傾きの矯正を説明したが、フランジも加熱される状態で前端面矯正を行えばフランジ面の傾きに加えてフランジ面の歪みまで矯正されることもある。また、前端面の矯正は、フランジに限定される訳でなく、前端面（先端）が他の形状になっている場合でも、例えば開先仕上げされている場合でも、有効なことが多い。なお、矯正目標の数値例を一つずつ挙げると、フランジ面の傾きは１／２５０以下、開先部の傾きは０．８ｍｍ以下、フランジ面の歪みは２ｍｍ以下、両端フランジの回転差はボルト挿通穴の距離で１．６ｍｍ以下、といったものがある。

本発明の金属管曲げ加工装置および曲げ加工方法は、鋼管への適用が典型的であるが、その他、各種の金属管、例えばステンレス，アルミ系，チタン系，鋳鋼，鋳鉄などの素材からなる金属管にも適用することができる。

本発明の実施例１について、（ａ）が金属管曲げ加工装置の概要平面図、（ｂ）が先端側クランプの結合状態／分離状態を示す概要平面図、（ｃ）が金属管と装着前の管端側クランプとの概要平面図、（ｄ）が金属管とそれに装着された管端側クランプとの概要平面図、（ｅ）が金属管を保持させた金属管曲げ加工装置の概要平面図、（ｆ）が曲げ加工中の金属管曲げ加工装置の概要平面図である。 金属管曲げ加工装置の管先端側クランプの構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が縮径状態の拡縮部の断面図と平面図、（ｃ）が拡径状態の拡縮部の断面図と平面図、（ｄ）が金属管先端側とそれに挿着された拡縮部との平面図である。 本発明の実施例２について、（ａ）が金属管曲げ加工装置の概要平面図、（ｂ）が前端面矯正前の金属管先端側とそれを保持させた先端側クランプとの概要平面図、（ｃ）が前端面矯正中の金属管先端側とそれを保持している先端側クランプとの概要平面図である。 金属管の両端の回転差の矯正状態を示し、（ａ）がフランジ付き金属管の平面図、（ｂ）が回転差矯正前のフランジの端面図、（ｃ）が回転差矯正中の金属管の平面図、（ｄ）が回転差矯正後のフランジの端面図である。

符号の説明

１０…金属管、１１…金属管先端側、１２…金属管後端側、１３…開先仕上げ部、
２０…金属管曲げ加工装置、２１，２２…ガイドローラ、２３…誘導子、
２４…冷却機構、２５…移動機構、２６…高周波電源、２７…給水設備、
３０…プッシャー、３１…移動機構、
３２…プッシャー側クランプ（装置側クランプ，後端側クランプ）、
３３…管後端側クランプ（管端側クランプ，後端側クランプ）、
４０…旋回アーム（回動アーム、曲げアーム）、
４１…支軸、４２…アーム基端部、４３…移動機構、４４…回転機構、
４５…移動機構、４６…アーム旋回端部、４７…移動機構、
４８…アーム側クランプ（装置側クランプ，先端側クランプ）、４９…当接面、
５０…管先端側クランプ（管端側クランプ，先端側クランプ）、
５１…円筒部、５２…筒体、５３…駆動シリンダ、
５４…進退ロッド大径部、５５…進退ロッド小径部、
６０…拡縮部、６１…テーパ部材、６２…拡径片、６３…リテーナ、
６４…中間スライダ、６５…リテーナ、６６…拡径片、６７…テーパ部材、
７０…金属管、７１…先端側フランジ、７２…後端側フランジ、７３…環状加熱部、
８０…金属管曲げ加工装置、８１…回転駆動機構、８２…誘導子、８３…冷却機構

Claims (11)

1. 曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、前記金属管を後端側から推進するプッシャーと、前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構とを備えて、前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置において、
   前記金属管の先端側を把持する先端側クランプが、前記旋回アームの旋回端部に設けられたアーム側クランプと、前記旋回アームから離れて前記金属管の先端側に着脱しうる管先端側クランプとに分かれており、
   前記管先端側クランプが、縮径状態では前記金属管の先端側に遊挿可能であり拡径状態では前記金属管の内周面に圧接して前記金属管の先端側を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備したものであり、
   前記アーム側クランプが、前記管先端側クランプの前記円筒部の外周面に圧接して前記管先端側クランプを掴持するものである、
   ことを特徴とする金属管曲げ加工装置。
2. 前記金属管の後端側を把持する後端側クランプが、前記プッシャーに設けられたプッシャー側クランプと、前記プッシャーから離れて前記金属管の後端側に着脱しうる管後端側クランプとに分かれており、
   前記管後端側クランプが、縮径状態では前記金属管の後端側に遊挿可能であり拡径状態では前記金属管の内周面に圧接して前記金属管の後端側を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備したものであり、
   前記プッシャー側クランプが、前記管後端側クランプの前記円筒部の外周面に圧接して前記管後端側クランプを掴持するものである、
   ことを特徴とする請求項１記載の金属管曲げ加工装置。
3. 請求項１又は請求項２の何れかに記載された金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工するに際し、その金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管を後端側から前記プッシャーで押しながら、前記金属管の先端側又は先端側寄りを前記誘導子で誘導加熱しているときに、前記管先端側クランプの軸方向移動を許容するよう前記アーム側クランプの掴持を一時的に緩めて前記金属管の先端を前記アーム側クランプに当接させる、ことを特徴とする金属管曲げ加工方法。
4. 前記管後端側クランプを軸回転させる回転駆動機構が前記プッシャー側クランプ又は前記プッシャーに装備されていることを特徴とする請求項２記載の金属管曲げ加工装置。
5. 請求項４記載の金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工する金属管曲げ加工方法であって、
   その金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管を後端側から前記プッシャーで押しながら、前記金属管の先端側又は先端側寄りを前記誘導子で誘導加熱しているときに、前記管先端側クランプの軸方向移動を許容するよう前記アーム側クランプの掴持を一時的に緩めて前記金属管の先端を前記アーム側クランプに当接させる前端面矯正工程と、
   前記金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管の後端側を前記後端側クランプで把持したうえで、前記金属管を前記誘導子で誘導加熱しながら前記回転駆動機構を作動させる回転差矯正工程と、
   を含んでいることを特徴とする金属管曲げ加工方法。
6. 曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、前記金属管を後端側から推進するプッシャーと、前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構とを備えて、前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置において、
   前記金属管の後端側を把持する後端側クランプが、前記プッシャーに設けられたプッシャー側クランプと、前記プッシャーから離れて前記金属管の後端側に着脱しうる管後端側クランプとに分かれており、
   前記管後端側クランプが、縮径状態では前記金属管の後端側に遊挿可能であり拡径状態では前記金属管の内周面に圧接して前記金属管の後端側を保持する拡縮部と、その駆動機構を格納した円筒部とを具備したものであり、
   前記プッシャー側クランプが、前記管後端側クランプの前記円筒部の外周面に圧接して前記管後端側クランプを掴持するものである、
   ことを特徴とする金属管曲げ加工装置。
7. 前記管後端側クランプを軸回転させる回転駆動機構が前記プッシャー側クランプ又は前記プッシャーに装備されていることを特徴とする請求項６記載の金属管曲げ加工装置。
8. 請求項７記載の金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工するに際し、その金属管の先端側を前記先端側クランプで把持するとともに、前記金属管の後端側を前記後端側クランプで把持したうえで、前記金属管を前記誘導子で誘導加熱しながら前記回転駆動機構を作動させる、ことを特徴とする金属管曲げ加工方法。
9. 曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回アームと、前記金属管を後端側から推進するプッシャーと、前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱する誘導子と、その加熱部を追随冷却する冷却機構とを備えて、前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置において、
   前記金属管の後端側を軸回転させる回転駆動機構が、前記金属管の後端側を把持する後端側クランプ又は前記プッシャーに装備されていることを特徴とする金属管曲げ加工装置。
10. 請求項９記載の金属管曲げ加工装置を用いて金属管を曲げ加工するに際し、その金属管の先端側を前記旋回アームの旋回端部の先端側クランプで把持するとともに、前記金属管の後端側を前記後端側クランプで把持したうえで、前記金属管を前記誘導子で誘導加熱しながら前記回転駆動機構を作動させる、ことを特徴とする金属管曲げ加工方法。
11. 前記アーム側クランプを初期姿勢では前記プッシャーの進退方向に移動させるアーム側クランプ移動機構が、前記旋回アームの旋回端部に設けられていることを特徴とする請求項１，２，及び４のうち何れか一項に記載された金属管曲げ加工装置。

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