JP2011104647A - 金属条材の曲げ加工装置及び曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属条材の偏心量を曲げ加工中に一定に保つことができ、かつ、装置の構成を簡略化することで、作業効率を向上する。
【解決手段】鋼管１を曲げ加工する曲げ加工装置１０であって、鋼管１を加熱する加熱部１１と、加熱された部分を冷却する冷却部２０と、鋼管１に対して、加熱部１１及び冷却部２０を相対移動させる移動手段と、鋼管１の端部に取付けられる前端部挟圧部２と、前端部挟圧部に係止されたワイヤー４ｂを牽引し、鋼管１の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる鋼管移動部６と、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸を中心として、前端部挟圧部２を回動させる端部回動アームと、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状をなし、ワイヤー４ｂが掛け回される偏心距離保持部材８と、端部回動アーム３３の回転軸３１に支持され、鋼管１に回転可能に押圧される押圧ローラー３４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼管等の金属条材を曲げ加工する金属条材の曲げ加工装置及び曲げ加工方法に関する。

従来より、建築資材や機械部品には鋼管等の金属条材が使用されている。そして、この金属条材の曲げ加工技術としては、高周波誘導加熱によって金属条材を曲げる加工技術がある。金属条材曲げ加工技術として、金属条材の両端の端部を挟圧部に取り付けて、環状の加熱部に金属条材を通しつつ、挟圧部に係止された牽引索を牽引し、金属条材の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させることで、真っ直ぐな金属条材を曲げていく方法がある。

ところが、従来の金属条材曲げ加工方法では、曲がりが進行するに従って金属条材の腹側に作用する圧縮力が小さくなり、それとともに外側に作用する引張り力が大きくなるため、金属条材の背側が伸びて外側に膨らみ、金属条材の中心軸がズレてしまっていた。そのため、中心軸から偏心軸線までの偏心量が一定とならず、金属条材を目的の曲率又は曲げ形状とすることができなかった。

これらに応える技術として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された技術では、既に曲げられた部位を拘束部材で拘束した状態で、偏心軸に沿って配置した牽引索により金属条材を引き戻すことで、既に曲げられた部分が外側に膨らむことを防止し、曲げ加工中に偏心量を一定にすることができる。

特許第３７９３７６２号公報

しかしながら、上述した金属条材曲げ加工装置では、金属条材のサイズや曲げ量、曲率に応じて偏心量を調節しなければならないことから、曲げ加工の対象となる金属条材のサイズや曲げ量を変更する際には、その都度、装置の部品を交換する作業が必要であり、その作業が煩雑であるという問題があった。特に、特許文献１に開示された技術では、偏心量を一定にするために、金属条材の曲げ加工中、金属条材の曲げに係る部位に拘束部材を随時、着脱する方式であるため、交換作業に際して、その解体作業工程が増えてしまい、さらに作業効率が低下するという問題があった。

また、上記特許文献１に開示された装置では、偏心量を一定にするため、金属条材の曲げ加工に係る部位に拘束部材が押し当てられる形となることから、拘束部材と金属条材とが接触する部分に、応力が局所的に集中し、拘束部材が押し当てられた金属条材の外表面に傷などが残る惧れがあった。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するものであり、金属条材の曲げ加工に際し、簡単な装置構成により、金属条材表面の損傷を解消しつつ、曲げ加工中における偏心量（偏心距離）を一定に保つことができ、かつ、装置の構成を簡略化することで、装置の運搬、組み立て、及び分解等の作業の負担を軽減し、作業効率を向上できる金属条材の曲げ加工装置及び曲げ加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、金属条材を曲げ加工する曲げ加工装置であって、金属条材の曲げ加工に係る部分を加熱する加熱手段と、加熱手段で加熱された部分を冷却する冷却手段と、金属条材に対して、加熱手段及び冷却手段を相対移動させる移動手段と、金属条材の端部に取付けられる端部挟圧部と、端部挟圧部に係止された牽引索を牽引し、金属条材の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる牽引手段と、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸を中心として、端部挟圧部を回動させる端部回動アームと、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状をなし、牽引索が掛け回される偏心距離保持部材と、端部回動アームの回転軸に支持され、金属条材に回転可能に押圧される押圧ローラーとを備える。

また、他の発明は、金属条材を曲げ加工する方法であって、
前記金属条材の端部に端部挟圧部を取付けるとともに、前記曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状の偏心距離保持部材に前記牽引索を掛け回し、前記端部挟圧部に係止された牽引索を牽引し、前記金属条材の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる牽引工程と、
前記金属条材に対して、加熱手段及び冷却手段を相対移動させつつ、前記金属条材の曲げ加工に係る部分を加熱するとともに、加熱手段で加熱された部分を冷却する熱処理工程と、
前記曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸を中心として、前記端部挟圧部を回動させるとともに、前記端部回動アームの前記回転軸に支持された押圧ローラーを前記金属条材に回転可能に押圧する回転支持工程と
を有する。

このような本発明では、偏心距離保持部材は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状をなし、牽引索が掛け回される構成となっているため、この牽引索を牽引することで、牽引索が偏心線上からズレることがなく、金属条材の中心軸からの偏心量を一定に保ちつつ、金属条材に圧縮力をかけることができる。

また、本発明では、押圧ローラーによって、金属条材を押圧するので、加工の際に、金属条材が外側に膨らみ、金属条材の中心軸が曲げの外側にズレるのを防止することができ、金属条材の中心軸からの偏心量を一定に保つことができる。
なお、上記発明において、押圧ローラーは、前記加熱手段及び冷却手段の前後に複数配置することができる。これにより、曲げ加工の境界となる加熱・冷却手段の前後において、金属条材を適切に矯正することができ、曲げ加工の前後に生じる応力や変形の格差を低減し、金属条材の中心軸が変位したり、曲げ応力が不均衡になるのを防止できる。

上記発明においては、金属条材の外周面を把持し、端部回動アームの回動と連動して回動する把持部をさらに備えていることが好ましい。この場合には、把持部は、金属条材に対して外周面を把持し固定するので、金属条材が外側に膨らむことを防止することができる。特に、把持部は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸を有する端部回動アームと連動して回動するので、曲げ加工に応じて、金属条材を固定することができ、目的とした曲率又は曲げ形状に金属条材を曲げることができる。

また、上記発明において、把持部は、端部回動アームの回動半径内方側から外方に向けて金属条材を挟み込むとともに、該把持部の先端には、該回動半径外方側において、該金属条材の外表面に引っ掛ける爪部を有していることが好ましい。

この場合には、把持部は金属条材の全周を覆いつつ、爪部によって、金属条材を端部回動アームの回動半径外方から引っ掛けて把持するので、曲げ加工中の金属条材が回動半径外側に膨らむ力を、小さい力で抑制することができ、装置の小型化、簡略化を図ることができる。

さらに、上記発明において、把持部は、偏心距離保持部材の形状に応じて、端部回動アームに対する相対位置を変位させる変位手段を備えていることが好ましい。この場合には、把持部は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状の偏心距離保持材に対応して、位置を変更することができるので、様々な形状の金属条材を固定することができる。

上記発明において、端部挟圧部は、牽引索が係止される基部と、金属条材の端部が取付けられる端部受部とを有し、基部と端部受部とは、基部側の凹曲面と、端部受部側の凸曲面とを介して、摺動可能に組み合わされていることが好ましい。この場合には、金属条材の前端部が傾斜した形状である場合などでも、端部挟圧部を金属条材の中心軸に対して垂直に保つことができ、金属条材に対する圧縮力を的確に伝達することができるとともに、偏心距離を正確に維持することができる。

上記発明において、牽引索は、剛性を有するロッド状のロッド部とロッド部の先端に緊結され、偏心距離保持部材に掛け回されるワイヤー部とから構成される。この場合には、ロッド部は一定の剛性を有するので、曲げ加工中であってもロッド部の位置は固定され、偏心量を一定に保つことができる。また、ワイヤー部は、一定の軟性を有しているので、偏心距離保持部材に架け回されることで、曲げ加工の曲率に合わせた圧縮力を金属条材に伝達することができる。

上記発明において、ロッド部は、牽引手段に対する連結位置を変更することによって、長さが変更可能であることが好ましい。この場合には、様々な長さを有する金属条材に対応して、目的の曲率又は曲げ形状の金属条材を得ることができる。

上記発明において、偏心距離保持部材は、回転軸に支持されるとともに、該回転軸に対して着脱可能となっていることが好ましい。この場合には、目的の曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した偏心距離保持部材を適宜変更することができるので、例えば、異なる曲率を有するＳ字状の曲げ管等を製造することができる。

上記発明において、端部回動アームは、回転軸を中心付近から外方に向けて延設されるレール部を備え、端部挟圧部は、レール部に沿って摺動可能となっていることが好ましい。この場合には、端部狭圧部は、金属条材を曲げる端部回動アームの動きや、牽引索による圧縮力に追従して、レール部を摺動することができ、より適切に金属条材に圧縮力を伝達することができる。

上記発明において、押圧ローラーは、回転軸方向に進退可能に取付けられていることが好ましい。この場合には、押圧ローラーが金属条材を押圧する力を均等に加えることができ、目的の曲率又は曲げ形状を得ることができる。

本発明によれば、端部挟圧部に係止された牽引索を牽引し、金属条材の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる、金属条材の曲げ加工において、簡単な装置構成により、金属条材の曲げ加工に際し、金属条材表面の損傷を解消しつつ、曲げ加工中における偏心量を一定に保つことができ、かつ、装置の構成を簡略化することで、装置の運搬、組み立て、及び分解等の作業の負担を軽減し、作業効率を向上できる。

実施形態に係る曲げ加工装置及び加工方法の概要を模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 実施形態に係る曲げ加工装置の全体構成を示す上面図及び側面図である。 実施形態に係る鋼管移動部を示す側面図である。 実施形態に係る熱処理部の構成を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は、内部構造を示す断面図である。

実施形態に係る前端挟圧部を示す説明図であり、（ａ）は後面（鋼管が連結される面）側の斜視図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は鋼管受部の機能の説明図である。 実施形態に係る把持部の開閉状態を示す側面図である。 実施形態に係る把持部の移動動作を示す側面図である。 実施形態に係る偏心距離保持部材を示す斜視図である。 実施形態に係る回転支持部の押圧ローラーに関する構造を示す上面図、側面図及び背面図である。 実施形態に係る回転支持部の押圧ローラーに関する構造を示す上面図、側面図及び背面図である。 実施形態に係る回転支持部の動作（曲げ加工前）を示す斜視図である。 実施形態に係る回転支持部の動作（曲げ加工後）を示す斜視図である。

（金属条材の曲げ加工方法の概要）
以下に添付図面を参照して、本発明に係る金属条材の曲げ加工装置及び加工方法の実施形態を詳細に説明する。図１は、実施形態に係る曲げ加工方法の概要を模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

ここで、本実施形態では、金属条材である鋼管１に曲げ加工をする場合を例として説明する。なお、本発明における金属条材には、本実施例で説明する鋼管の他、炭素鋼管、低合金鋼管、ステンレス鋼管、ニッケル基合金管、クロム基合金、コバルト基合金など各種金属材料からなる管材も含まれ、その他に、Ｈ型鋼、Ｉ型鋼、チャンネル型鋼、アングル型鋼などの各種断面形状の型鋼を含むものとする。

図１に示すように、本実施形態に係る曲げ加工では、先ず、鋼管１の前端部に前端部挟圧部２を取付けるとともに、鋼管１の後端に後端部挟圧部３を取付ける。この際、鋼管１に環状の熱処理手段である環状部５３を嵌装しておく。そして、前端部挟圧部２と後端部挟圧部３との間に牽引索４を掛け渡し、牽引索４により前端部挟圧部２と後端部挟圧部３とを連結する。本実施形態では、牽引索４は、鋼管１の上下に一対、配置されている。また、鋼管１の固定に際し、把持部１４により、鋼管１の外周面を把持させる。この把持部１４により把持する箇所は、回転軸３１よりも前方（前端部挟圧部２側）となっている。この把持部１４は、端部回動アーム３３の回動半径内方側から外方に向けて鋼管１を挟み込むように把持する。

次いで、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状の偏心距離保持部材８に牽引索４を掛け回す。この偏心距離保持部材８は、本実施形態では、半径ｒの円形状のプーリーであり、一対の牽引索４に対応させて鋼管１の上下に一対、配置されている。この半径ｒは、鋼管１の径や、曲げ加工の曲げ量、曲げ半径によって算定される偏心距離ｅを維持するために、回転の回転軸３１から鋼管１の中心軸ＣＬ１までの距離から、偏心距離ｅを差し引いて設定されている。この偏心距離保持部材８は、回転軸３１から着脱可能であり、半径ｒが異なるものと交換が可能となっているとともに、回転軸３１自体も中心軸ＣＬ１と直交する方向ｄ２に移動可能となっており、偏心距離ｅを調整できるようになっている。

そして、前端部挟圧部２に係止された牽引索４を、張力Ｐ１で牽引する牽引工程により、鋼管１の中心軸ＣＬ１から所定距離（偏心距離ｅ）だけ偏心された偏心軸線ＣＬ２上に圧縮力Ｐ２を作用させることができる。この牽引工程と合わせて、鋼管１に対して、加熱手段及び冷却手段を相対移動させつつ、鋼管１の曲げ加工に係る部分を加熱するとともに、加熱手段で加熱された部分を冷却手段により冷却する熱処理工程を行う。

この加熱手段及び冷却手段は、本実施形態では、コイルの電磁誘導による加熱と、水流の噴射による冷却とを一体的に行う環状の環状部５３を用いる。この環状部５３は、環状の環状部５３を移動させるか、或いは、鋼管１を送り出すことにより、鋼管１に対して相対移動が可能となっている。本実施形態では、後端部挟圧部３によって、鋼管１を圧縮しつつ、送り出すことで、鋼管１を環状の環状部５３に対して相対移動させるようにしている。

このように、牽引工程による偏心した圧縮力を付与しつつ、熱処理工程を行うことで、鋼管１に曲げ応力が作用し、鋼管１が曲げられ、鋼管１の先端側が曲げ方向ｄ１に向かって回転される。そして、鋼管１に作用する曲げ応力により、回転軸３１を中心として端部回動アーム３３とともに後端部挟圧部３が回動されることとなる。また、この端部回動アーム３３の回動と連動して把持部１４も回動し、鋼管１の曲げ方向を規制する。また、これらと併せて、回転軸３１に支持された押圧ローラー３４及び３６を、曲げ半径方向ｄ３に向けて、鋼管１の外側から押圧する。これら押圧ローラー３４及び３６は、送りモーターにより前後に移動可能となっており、鋼管１の管径や曲げ加工の進捗に応じて前後され、鋼管１の外側に常に密着されるようになっている。

（曲げ加工装置の構成）
以上説明した金属条材の曲げ方法を実施するための曲げ加工装置について説明する。図２は、実施形態に係る曲げ加工装置の全体構成を示す上面図及び側面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る曲げ加工装置１０は、加工処理部４０と、中間支持部１９と、鋼管移動部６とを備えており、これら各部は、架台７上において、鋼管１の長手方向に沿って設置されている。

架台７は、曲げ加工装置１０の各部を搭載させる台であり、例えば、Ｈ鋼などの構造材を矩形状に組み合わせて構成されている。この架台７上において、曲げ加工の対象となる鋼管１は、その後端を鋼管移動部６によって支持され、前端側を加工処理部４０に支持され、これら鋼管移動部６と加工処理部４０との中間で、中間支持部１９が鋼管１の中間部分を支持している。また、架台７の上部には、鋼管移動部６を移動させるための一対のレール部７ａ，７ａが備えられている。このレール部７ａ，７ａは、鋼管１の設置方向と平行となるように延設されており、この延設方向によってガイドされることにより、鋼管移動部６が、加工処理部４０に対して前後に進退移動される。

鋼管移動部６は、加工処理部４０の前端部挟圧部２に係止された牽引索４を牽引し、鋼管１の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる牽引手段であり、主として油圧ジャッキ５と、後端部挟圧部３とを有している。詳述すると、鋼管移動部６は、架台７上に進退移動可能に設置された基部６ａと、基部６ａ上で前後にスライド移動可能に取付けられた前後移動部６ｂとから構成され、これら基部６ａと前後移動部６ｂとの間に油圧ジャッキ５が介在される。

そして、鋼管移動部６では、油圧ジャッキ５が伸縮することにより、基部６ａ上で前後移動部６ｂが前後移動され、基部６ａと前後移動部６ｂとの距離が変化されることとなる。なお、鋼管移動部６の基部６ａは、一対のレール部７ａ上を鋼管１の軸方向に対して前後移動されるようになっており、油圧ジャッキ５が伸張されたときには、基部６ａは、加工処理部４０側に移動され、鋼管１の後端側に押しつけられる。これにより、油圧ジャッキ５の伸張力を、鋼管１の圧縮力に変換することができる。

油圧ジャッキ５は、油圧により鋼管１の延設方向に伸縮する装置であり、伸張することにより、牽引索４が後方に引張られ、鋼管１の前端において牽引索４が係止されている前端部挟圧部２が、後方に引き寄せられる。これにより、前端部挟圧部２と、後端部挟圧部３との距離が縮まり、前端部挟圧部２と後端部挟圧部３とに支持された鋼管１に対して圧縮力が与えられる。換言すれば、油圧ジャッキ５は、伸張することにより、前端部挟圧部２から反力を得て、後端部挟圧部３を鋼管１の後端部に押しつけ、鋼管１に対して圧縮力を与えている。

後端部挟圧部３は、鋼管１の端部が固定される部材であり、基部６ａの前方に配置されている。また、後端部挟圧部３には、加工処理部４０側において、鋼管１を嵌合して固定する端部受部３ａを備えている。そして、図１に示すように、油圧ジャッキ５が伸張することにより、基部６ａの前進に伴って後端部挟圧部３が、鋼管１の後端部に押しつけられ、鋼管１に対して前端部挟圧部２を与える。

なお、鋼管移動部６（移動台車）の移動速度は、図示しない鋼管移動速度調節器及び鋼管移動速度表示器によって調節されるようになっている。また、油圧ジャッキ５は、図示しない油圧ジャッキ引張り力調節器、油圧ジャッキ引張り力表示器、油圧ジャッキ引張り速度調節器によって、油圧ジャッキ引張り力又は油圧ジャッキ引張り速度を調節することができるようになっている。

牽引索４は、鋼管移動部６の油圧ジャッキ５によって発生した伸張力を、前端部挟圧部２にから反力を得つつ、圧縮力として鋼管１に伝達する一対の牽引部材であり、鋼管１の上下において、鋼管１の軸方向に平行となるように配置されている。また、本実施形態において、この牽引索４は、それぞれ、剛性を有するロッド状のロッド４ａと、ロッド４ａの先端に緊結され、偏心距離保持部材８に掛け回されるワイヤー４ｂとから構成されている。

ロッド４ａは、鋼管１と平行になるように配置され、図３に示すように、鋼管移動部６の上部及び下部において、係合部４ｃにより前後移動部６ｂに係合されており、係合部４ｃの前後移動部６ｂに対する係合位置を変更することによって、後端部挟圧部３前方からの突出長さが変更可能となっている。

一方、ワイヤー４ｂは、ロッド４ａの先端に緊結された可撓性の部材であり、後端をロッド４ａに緊結され、前端は、加工処理部４０の前端部挟圧部２に緊結されており、その中間箇所の加工処理部４０において、偏心距離保持部材８に掛け回される。

そして、牽引索４（４ａ，４ａ）は、図１に示すように、鋼管１の中心軸ＣＬ１に対して偏心する偏心軸ＣＬ２に沿って配置されている。詳述すると、鋼管１は、その前端側を前端部挟圧部２に突当てられ、端部受部２７によって前端部挟圧部２に係合されて支持されているとともに、後端側は、後端部挟圧部３によって支持されている。そして、偏心軸ＣＬ２は、鋼管１の中心軸ＣＬ１から曲げ方向（水平方向）に偏心量（偏心距離）ｅだけズレて位置しており、この偏心軸ＣＬ２の上下に、牽引索４ａ，４ａが位置されている。偏心距離保持部材８は、上下一対のプーリーであり、その外縁が偏心軸ＣＬ２上に位置するように設置されており、牽引索４は、この偏心距離保持部材８の外縁に捲き掛けられることにより、鋼管１の上下位置において、上記偏心距離ｅを維持しつつ、所定の高さに位置される。

前記中間支持部１９は、曲げ加工中の鋼管１を支持する支持機構であり、本実施形態においては、鋼管移動部６と、加工処理部４０との中間に３個配置されている。この中間支持部１９は、曲げ方向の反対側の鋼管１が配置される位置において鋼管１の外周面と接触する支持ローラー１９ａをそれぞれ備えている。これら中間支持部１９は、鋼管１に沿って配列されているとともに、鋼管移動部６の進退方向に移動可能となっており、鋼管１を任意の位置で支持できるようになっている。また、支持ローラー１９ａは、鋼管１を、下方向及び斜め上方向から挟むようにして支持する一対のローラーである。

前記加工処理部４０は、鋼管１に対して曲げ加工を行う装置であり、鋼管１の曲げ対象部分に対して加熱・冷却処理を行う熱処理部５０と、鋼管１の曲げ対象部分に曲げ応力をかけるための回転支持部３０とを備えている。本実施形態における曲げ加工は、鋼管１の曲げ対象部分を加熱し、その加熱された部分に曲げ応力及び圧縮力を付与し、対象部分を曲げつつ、加熱された部分を冷却する。このため、熱処理部５０による熱処理の対象部分と、回転支持部３０により曲げ応力が付与される対象部分とはほぼ一致することとなり、熱処理部５０と、回転支持部３０とは隣接配置されている。

熱処理部５０は、図４に示すように、処理の対象となる鋼管１の外径よりも大きい内径を有する環状の環状部５３と、環状部５３を支持するコイルホルダ５２と、加熱及び冷却に必要な熱源や水流を提供するとともに、コイルホルダ５２を移動させる熱処理本体５１とから概略構成される。

環状部５３は、加熱部１１と、冷却部２０とから構成されている。加熱部１１は、鋼管１の曲げ加工に係る部分を加熱する環状の加熱コイルであり、本実施形態においては、鋼管１の外周を加熱するための環状の加熱コイルが、コイルホルダ５２によって支持され、熱処理本体５１内の高周波電源に接続されている。加熱部１１に通電すると、コイルホルダ５２を経て、加熱コイルに電磁誘導が生じ、鋼管１は加熱部１１からの誘導電流によって環状に順次加熱されていくように構成されている。

冷却部２０は、加熱手段で加熱された部分を、水流を噴射することによって冷却する冷却手段である。本実施形態においては、冷却部２０は、内部中空の環状部材であり、その中空部は、仕切２１で２つの流路２２，２３に仕切られている。一方の流路２３は加熱部１１の本体が過熱しないように水冷するための循環流路であり、熱処理本体５１の熱交換器に連通している。他方の流路２２は、コイルホルダ５２内を経て、熱処理本体５１の水供給源に連通し、複数の噴出孔２４においてそれぞれ開口している。噴出孔２４は、加熱部１１の内周側のコーナー部分において、全周にわたり所定の等ピッチ間隔に形成され、斜め前方を向いて開口している。このため、噴出孔２４からの冷却水は、環状加熱部１Ｈの直ぐ下流側（鋼管の曲げ送り方向の下流側）に噴射される構成となっている。

また、複数の噴出孔２４は環状に配置されているので、幅Ｗをもつ環状加熱部１Ｈの直ぐ後に環状の冷却部が形成される。したがって、環状加熱部１Ｈは、環状冷却部によって順次環状に冷却されていく。その結果、環状加熱部１Ｈは、鋼管１の前進に伴ってその軸線方向に移動（後退）する。なお、環状加熱部は、鋼管１の再結晶温度以上の温度に高周波誘導加熱される。炭素鋼管を例にとって言えば、環状加熱部１Ｈの幅Ｗの領域は７６０℃〜９００℃の高温に加熱される。また、加熱部１１による鋼管１の加熱温度と冷却水２５の温度及び量は熱処理本体５１内の制御手段によってそれぞれ制御されるようになっている。

熱処理本体５１は、上述した加熱部１１及び冷却部２０を支持するとともに、これらを鋼管１に対して相対移動させる移動手段としての機能を有する。なお、本実施形態では、鋼管移動部６によって、鋼管１を前端側へ押し出すことによって、鋼管１の加工対象部分が、熱処理部５０い対して移動されることから、本実施形態では、鋼管移動部６も、熱処理部５０と鋼管１とを相対移動させる移動手段としての機能を果たしている。

次いで、本実施形態における回転支持部３０について説明する。図５〜図９は、本実施形態に係る回転支持部３０の各部を示す図である。回転支持部３０は、前端部挟圧部２と、端部回動アーム３３と、偏心距離保持部材８と、押圧ローラー３４，３６と、把持部１４とを備えている。

前端部挟圧部２は、鋼管１の前端部に配置される装置であり、図５に示すように、板状をなす支持板２８を基部として端部受部２７が取付けられ、この支持板２８が端部回動アーム３３に対してスライド可能に連結されることにより、鋼管１の長さに適合させて位置されるようになっている。また、この前端部挟圧部２は、牽引索４が貫通されるスリット部２８ａが表裏を貫通するように形成されている。

このスリット部２８ａは、支持板２８の上下において、支持板２８側部に開口し、水平方向に形成されている。また、牽引索４（ワイヤー４ｂ）の終端には、スリット部２８ａの幅よりも大径の拡径部４１が取付けられている。そして、ワイヤー４ｂを、支持板２８側方のスリット部２８ａ開口側から、スリット部２８ａ内に挿通し、終端の拡径部４１を、支持板２８の反対面において引っ掛けて、牽引索４が前端部挟圧部２に緊結される。なお、牽引索４は、スリット部２８ａ内を左右水平方向にスライド移動が可能であるため、端部受部２７に連結された鋼管１の中心軸に対する相対位置を自由に移動させて、偏心軸の位置を張設することができる。

端部受部２７は、一方の面が平坦であり、その背面に凸状の凸曲面２７ａが形成された円盤状の部材であり、支持板２８上部の凸部２８ｂからワイヤー２９により吊下され、支持板２８の後面（鋼管１前端が係合される面）における所定の高さに位置されるようになっている。そして、本実施形態における鋼管１の係合に際しては、端部受部２７の後面に鋼管１の前端が押しつけられ、その押しつけられた押圧力により鋼管１が支持され、固定される。

詳述すると、図５（ｃ）に示すように、支持板２８の後面には、端部受部２７を支持する嵌合部２６を有し、嵌合部２６と端部受部２７とは、嵌合部２６側の凹曲面２６ａと、端部受部２７側の凸曲面２７ａとを介して、摺動可能に組み合わされている。この凹曲面２６ａと、凸曲面２７ａとが摺動可能に組み合わされることにより、曲面に沿って端部受部２７が回転し、端部受部２７の表面２７ｂが上下左右に自由に傾斜するようになっている。このように、端部受部２７が自由に傾斜することにより、鋼管１の前端が傾斜しているような場合であっても、鋼管１を、支持板２８に対して垂直に保つことができ、偏心による曲げ応力や圧縮力が正確に鋼管１に伝達される。

端部回動アーム３３は、図１及び図２に示すように、鋼管１の曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸３１を中心として、前端部挟圧部２を水平面上において回動させるアームであり、回転軸３１に軸支され、図１中に矢印で示す曲げ方向ｄ１に回動することで、端部回動アーム３３と連結した前端部挟圧部２を曲げ方向ｄ１へと回動させる。また、端部回動アーム３３は、その回動円の径方向に、すなわち回転軸３１を中心付近から外方に向けて、延設されたレール部３５を備え、前端部挟圧部２は、このレール部３５に沿って摺動可能となっている。このレール部３５に沿って、前端部挟圧部２が回動円の径方向に移動することによって、曲げ加工の新興に伴う鋼管１の前進・後退移動、及び伸縮変形に追従させることができる。

一方、把持部１４は、鋼管１の外周面を把持し、端部回動アーム３３の回動と連動して、回転軸３１を中心に回動する把持部材である。本実施形態において、把持部１４は、図６（ａ）に示すように端部回動アーム３３の回動半径内方側から外方に向けて鋼管１を挟み込む構造となっているとともに、把持部１４の先端には、回動半径外方側において、該鋼管の外表面に引っ掛ける爪部１４ａを有している。爪部１４ａには、回動半径内方側にシリンダー１４ｃと連結しており、図６（ｂ）に示すように、シリンダー１４ｃが収縮することで、爪部１４ａの回転軸１４ｂを中心として、上下に開閉可能となっている。

また、把持部１４は、図７に示すように、偏心距離保持部材８の形状に応じて、鋼管１に対する相対位置を変位させる変位手段１４ｄを備えている。例えば、偏心距離保持部材８が半径Ｒの円盤状のプーリーである場合に、鋼管のサイズや、曲げ半径（曲げ量）に応じて、偏心距離保持部材８の半径Ｒ１から半径Ｒ２に交換した場合、変位手段１４ｄにより把持部１４の位置を移動させる。偏心軸ＣＬ２は、偏心距離保持部材８の外縁に捲き掛けられたワイヤー４ｂの位置になることから、変位手段１４ｄにより把持部１４の位置を移動させることによって、偏心軸ＣＬ２から、偏心距離ｅを確保できる位置に、鋼管１の中心軸ＣＬ１を位置させることができる。

偏心距離保持部材８は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状をなし、曲げ加工の際に、ワイヤー４ｂが掛け回され、鋼管１の中心軸に対する偏心距離を保持する部材である。本実施形態では、この偏心距離保持部材８は、図８（ａ）に示すように、円形状のプーリーであり、外縁に曲げ加工中にワイヤー４ｂの引張り力の方向を鋼管の中心軸ＣＬ１と平行に案内するためのガイド溝９が形成されている。また、偏心距離保持部材８は、この回転軸３１に挿通孔８ｃを挿通することにより、回転軸３１に軸支されるとともに、同図（ｂ）に示すように、挿通孔８ｃを含む断面で、８ａ及び８ｂの二つに分割され、分割することにより回転軸３１から容易に外せるようになっている。これにより偏心距離保持部材８の着脱作業及び交換作業が容易となる。

他方、押圧ローラー３４及び３６は、端部回動アーム３３の回転軸３１に支持され、鋼管１に回転可能に押圧されるローラー部材である。具体的には、図９Ａ及びＢに示すように、端部回動アーム３３の回転軸３１に連結されたローラー固定部３４ｂ及び３６ｂが設けられており、このローラー固定部３４ｂ及び３６ｂによりローラー部３４ａ及び３６ａが支持されている。ここで、ローラー部３４ａが配置される位置は、熱処理手段である環状部５３よりも後方の、未だ曲げられていない鋼管１の部位に対して、曲げ方向とは反対側（鋼管の外側）の位置となっている。また、ローラー部３６ａが配置される位置は、環状部５３よりも前方の、曲げ加工が開始されている鋼管１の部位に対して、曲げ方向とは反対側の位置となっている。なお、これら押圧ローラの位置としては、可能な限り加熱部１１の近傍部位を拘束することが望ましいが、押圧ローラー３４を取り付ける位置は特に限定されるものではない。
さらに、押圧ローラー３４，３６は、回転軸方向ｄ３に進退可能に取付けられ、鋼管１のサイズや曲げ角度により変位する偏心軸に、追従するようになっている。詳述すると、押圧ローラー３４，３６のローラー固定部３４ｂ及び３６ｂは、回転軸３１に固定された円盤状の固定板３７を介して、回転軸３１から反力を得ており、これらローラー固定部３４ｂ及び３６ｂに支持された送りモーター３６ｄ等により、ローラー部３４ａ及び３６ｂが、回転軸３１に向けられて突出されている。ローラー部３４ａ及び３６ｂは、送りネジ３４ｃ及び３６ｃを介して送りモーター３４ｄ又は３６ｄに支持されており、この送りネジ３４ｃ及び３６ｃは、送りモーター３４ｄ又は３６ｄによって伸縮されることにより、ローラー部３４ａ及び３６ａを前後に移動させる。

（曲げ加工装置の動作）
以上説明した構成を備える曲げ加工装置１０の動作について詳細に説明する。図１０及び図１１は、本実施形態に係る曲げ加工処理を示す説明図である。

先ず、鋼管１を曲げ加工装置１０に配置し、環状の加熱コイルを鋼管１に挿通し、後端部挟圧部３の端部受部に、鋼管１の後端部を嵌合させるとともに、図１０に示すように、前端部挟圧部２の端部受部２７に鋼管１の前端部を取付ける。これと併せて、前端部挟圧部２と、後端部挟圧部３の間に牽引索４を掛け渡す。このとき、偏心距離保持部材８に対して、前端部挟圧部２に係止されたワイヤー４ｂを掛け回す。

また、本実施形態では、把持部１４の爪部１４ａを開放した状態で、把持部１４に鋼管１を挿通し、把持部１４を閉止することにより、鋼管１を把持させる。このとき、把持部１４は、端部回動アーム３３の回動半径内方側から外方に向けて鋼管１を挟み込み、爪部１４ａを、鋼管１の曲げ方向ｄ１の外側から引っ掛けるようにする。さらに、端部回動アーム３３の回転軸３１に支持された押圧ローラー３４を鋼管１に向けて前進させ、鋼管１の外表面に押圧ローラー３４を押圧させる。
具体的に押圧ローラー３４が、環状部５３よりも後方の、未だ曲げられていない鋼管１の部位に対し、また、ローラー部３６ａが、環状部５３よりも前方の、曲げ加工が施された後の鋼管１の部位に対し、曲げ方向とは反対側から送りモーター３４ｄ又は３６ｄによって押圧される。

そして、このような状態において、係止されたワイヤー４ｂを油圧ジャッキ５によって牽引し、前端部挟圧部２に対して、鋼管１の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる。この牽引動作と連動して、鋼管１に対して、加熱部１１及び冷却部２０を相対移動させつつ、加熱部１１によって鋼管１の曲げ加工に係る部分を加熱し、冷却部によって加熱部１１で加熱された部分を冷却する。

この加熱処理と、偏心軸線上の圧縮力とにより、軟化した鋼管１に、偏心された圧縮力が作用することとなり、鋼管１に曲げ応力が生じ、鋼管１が曲げられる。この曲げ応力により、端部回動アーム３３と連結した前端部挟圧部２、及び把持部１４が、回転軸３１を中心として回動される。

このように、曲げ加工処理を行うことで、牽引索４の両固定端は鋼管１の偏心軸ＣＬ２上にあるから、鋼管１はその偏心軸ＣＬ２線方向の圧縮力を受けながら順次移動する環状の環状加熱部１Ｈにおいて連続して曲がっていく。なお、この曲げ加工の進行に合わせて、押圧ローラー３６が、送りモーターにより送り出され、鋼管１の変形に追従させて押しつけられ、ローラーの押圧状態が維持される。

（作用・効果）
このような本実施形態によれば、偏心距離保持部材８は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状をなし、この形状を有する偏心距離保持部材８にワイヤー４ｂが掛け回される構成となっているので、このワイヤー４ｂを牽引することで、ワイヤー４ｂが偏心線上からズレることなく、鋼管１の中心軸からの偏心量を一定に保つことができる。

また、本実施形態によれば、押圧ローラー３４によって、鋼管１を押圧するので、鋼管１の背側が伸びて外側に膨らみ、鋼管１の中心軸が曲げの外側にズレるのを防止することができ、鋼管１の中心軸からの偏心距離ｅを一定に保つことができる。さらに、押圧ローラー３４は、曲げ加工装置１０に予め配置されてるので、曲げ加工中に拘束部材を装着する工程を省略することができ、作業効率を向上させることができる。

上記発明においては、鋼管１の外周面を把持し、端部回動アーム３３の回動と連動して回動する把持部１４をさらに備えているので、把持部１４は、鋼管１が外側に膨らむことを防止することができる。特に、把持部１４は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸３１を有する端部回動アーム３３と連動して回動するので、曲げ加工に応じて、鋼管１を固定することができ、目的とした曲率又は曲げ形状に鋼管１に曲げることができる。

また、本実施形態において、把持部１４は、端部回動アーム３３の回動半径内方側から外方に向けて鋼管１を挟み込むとともに、把持部１４の先端には、回動半径外方側において、鋼管１の外表面に引っ掛ける爪部１４ａを有しているので、曲げ加工中の鋼管１が回動半径外側に逃げる力を抑制することができ、目的とした曲率又は曲げ形状に鋼管１に曲げることができる。

さらに、本実施形態において、把持部１４は、偏心距離保持部材８の形状に応じて、端部回動アーム３３に対する相対位置を変位させる変位手段を備えているので、把持部１４は、曲げ加工の曲率又は曲げ形状の偏心距離保持部材８に対応して、位置を変更することができ、様々な形状の鋼管１を固定することができる。

また、本実施形態において、前端部挟圧部２は、ワイヤー４ｂが係止される嵌合部２６と、鋼管１の端部が取付けられる端部受部２７とを有し、嵌合部２６と端部受部２７とは、基部側の凹曲面２６ａと、端部受部側の凸曲面２７ａとを介して、摺動可能に組み合わされているので、この場合には、鋼管１の前端部が傾斜した形状である場合などでも、前端部挟圧部２を鋼管１の中心軸ＣＬ１に対して垂直に保つことができ、鋼管１に対する圧縮力を的確に伝達することができるとともに、偏心距離を正確に維持することができる。

また、本実施形態において、牽引索４は、剛性を有するロッド状のロッド４ａとロッド４ａの先端に緊結され、偏心距離保持部材８に掛け回されるワイヤー４ｂとから構成されるので、ロッド４ａは一定の剛性を有するので、曲げ加工中であってもロッド４ａの位置は固定され、偏心距離ｅを一定に保つことができる。また、ワイヤー４ｂは、一定の軟性を有しているので、偏心距離保持部材８に架け回されることで、曲げ加工の曲率に合わせた圧縮力を鋼管１に伝達することができる。

さらに、本実施形態において、ロッド４ａは、鋼管移動部６に対する連結位置を変更することによって、長さが変更可能であるので、様々な長さを有する鋼管１に対応して、目的の曲率又は曲げ形状を得ることができる。

また、本実施形態において、偏心距離保持部材８は、回転軸３１に支持されるとともに、回転軸３１に対して着脱可能となっているので、目的の曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した偏心距離保持部材８を適宜変更することができる。

また、本実施形態において、端部回動アーム３３は、回転軸３１を中心付近から外方に向けて延設されるレール部３５を備え、前端部挟圧部２は、レール部３５に沿って摺動可能となっているので、前端部挟圧部２は、鋼管１を曲げる回動アームの動きや、牽引索４による圧縮力に追従して、レール部３５上を摺動することができ、より適切に鋼管１に圧縮力を伝達することができる。

また、本実施形態において、押圧ローラー３４は、回転軸方向に進退可能に取付けられているので、押圧ローラー３４が鋼管１を押圧する力を均等に加えることができ、目的の曲率又は曲げ形状を得ることができる。

１…鋼管
２…前端部挟圧部
３…後端部挟圧部
３ａ…端部受部
４…牽引索
４ａ…ロッド
４ｂ…ワイヤー
４ｃ…係合部
５…油圧ジャッキ
６…鋼管移動部
６ａ…基部
６ｂ…前後移動部
７…架台
７ａ，７ａ…レール部
８…偏心距離保持部材
８ｃ…挿通孔
９…ガイド溝
１０…加工装置
１１…加熱部
１４…把持部
１４ａ…爪部
１４ｂ…回転軸
１４ｃ…シリンダー
１４ｄ…変位手段
１９…中間支持部
１９ａ…支持ローラー
２０…冷却部
２１…仕切
２２，２３…流路
２４…噴出孔
２５…冷却水
２６…嵌合部
２６ａ…凹曲面
２７…端部受部
２７ａ…凸曲面
２７ｂ…表面
２８…支持板
２８ａ…スリット部
２８ｂ…凸部
２９…ワイヤー
３０…回転支持部
３１…回転軸
３３…端部回動アーム
３４，３６…押圧ローラー
３４ａ，３６ａ…ローラー部
３４ｂ，３６ｂ…ローラー固定部
３５…レール部
４０…加工処理部
４１…拡径部
５０…熱処理部
５１…熱処理本体
５２…コイルホルダ
５３…環状部

Claims (8)

1. 金属条材を曲げ加工する曲げ加工装置であって、
   前記金属条材の曲げ加工に係る部分を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段で加熱された部分を冷却する冷却手段と、
   前記金属条材に対して、前記加熱手段及び前記冷却手段を相対移動させる移動手段と、
   前記金属条材の端部に取付けられる端部挟圧部と、
   前記端部挟圧部に係止された牽引索を牽引し、前記金属条材の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる牽引手段と、
   前記曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸を中心として、前記端部挟圧部を回動させる端部回動アームと、
   前記曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状をなし、前記牽引索が掛け回される偏心距離保持部材と、
   前記端部回動アームの前記回転軸に支持され、前記金属条材に回転可能に押圧される押圧ローラーと
   を備えることを特徴とする曲げ加工装置。
2. 前記押圧ローラーは、前記加熱手段及び冷却手段の前後に複数配置されることを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工装置。
3. 前記金属条材の外周面を把持し、前記端部回動アームの回動と連動して回動する把持部をさらに備え、
   前記把持部は、前記端部回動アームの回動半径内方側から外方に向けて前記金属条材を挟み込むとともに、該把持部の先端には、該回動半径外方側において、該金属条材の外表面に引っ掛ける爪部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げ加工装置。
4. 前記端部挟圧部は、
   前記牽引索が係止される基部と、
   前記金属条材の端部が取付けられる端部受部と
   を有し、
   前記基部と前記端部受部とは、該基部側の凹曲面と、該端部受部側の凸曲面とを介して、摺動可能に組み合わされている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の曲げ加工装置。
5. 前記牽引索は、
   剛性を有するロッド状のロッド部と
   前記ロッド部の先端に緊結され、前記偏心距離保持部材に掛け回されるワイヤー部と
   から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の曲げ加工装置。
6. 前記ロッド部は、前記牽引手段に対する連結位置を変更することによって、長さが変更可能であることを特徴とする請求項５に記載の曲げ加工装置。
7. 金属条材を曲げ加工する方法であって、
   前記金属条材の端部に端部挟圧部を取付けるとともに、前記曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した形状の偏心距離保持部材に前記牽引索を掛け回し、前記端部挟圧部に係止された牽引索を牽引し、前記金属条材の中心軸から所定距離偏心された偏心軸線上に圧縮力を作用させる牽引工程と、
   前記金属条材に対して、加熱手段及び冷却手段を相対移動させつつ、前記金属条材の曲げ加工に係る部分を加熱するとともに、前記加熱手段で加熱された部分を前記冷却手段で冷却する熱処理工程と、
   前記曲げ加工の曲率又は曲げ形状に対応した回転軸を中心として、前記端部挟圧部を回動させるとともに、該回転軸に支持された押圧ローラーを前記金属条材に回転可能に押圧する回転支持工程と
   を有することを特徴とする金属条材の曲げ加工方法。
8. 前記押圧ローラーは、前記加熱手段及び冷却手段の前後に複数配置されることを特徴とする請求項７に記載の金属条材の曲げ加工方法。