JP2012055964A - 金属管の熱間加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属管の熱間加工装置において、高周波加熱コイルを曲げ支点部材に接近させながら曲げ支点部材の加熱を防止する。
【解決手段】 曲げ装置による曲げモーメントは曲げ支点部材１２の位置において最大になるため、高周波加熱コイル１３を曲げ支点部材１２に接近させて曲げモーメントが最大になる位置を加熱することが望ましいが、そのようにすると高周波加熱コイル１３によって曲げ支点部材１２が加熱されてしまい、曲げ支点部材１２の変形や耐久性の低下が懸念される。しかしながら、高周波加熱コイル１３の曲げ支点部材１２に対向する面に磁束の通過を遮断するシールド部材１６を設けたので、磁束が曲げ支点部材１２に作用するのを防止することで、高周波加熱コイル１３を曲げ支点部材１２に接近させながら、曲げ支点部材１２の加熱を確実に防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、金属管を高周波加熱コイルで加熱した状態で所望の形状に曲げ加工するための金属管の熱間加工装置に関する。

金属管をその長手方向に送り出す金属管送出装置と、送り出された金属管を案内支持する曲げ支点部材と、金属管を局部的に加熱する高周波加熱コイルと、金属管の加熱された部位を冷却する冷却装置と、金属管の長手方向に沿って回転可能なロールにより金属管を挟持して金属管の加熱された部位に曲げモーメントを付与する曲げ装置とを備える金属管の熱間加工装置が、下記特許文献１により公知である。

特開２００８−２３５７３号公報

ところで、かかる熱間加工装置で金属管を曲げ加工するとき、曲げ装置により金属管に作用する曲げモーメントは曲げ支点部材の位置で最大になるため、高周波加熱コイルをできるだけ曲げ支点部材に接近させて金属管の曲げモーメントが大きい部分を加熱することが望ましい。しかしながら、高周波加熱コイルを曲げ支点部材に接近させると、高周波加熱コイルが発生する磁束で曲げ支点部材が加熱されてしまい、曲げ支点部材が変形したり耐久性が低下したりする可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属管の熱間加工装置において、高周波加熱コイルを曲げ支点部材に接近させながら曲げ支点部材の加熱を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、金属管を長手方向に沿って送り出す金属管送出装置と、前記金属管送出装置から送り出される前記金属管を摺動自在に案内するガイド孔が形成された曲げ支点部材と、前記ガイド孔を通過した前記金属管の外周を囲繞して該金属管を加熱する高周波加熱コイルと、前記高周波加熱コイルを通過して加熱された前記金属管に前記曲げ支点部材まわりの曲げモーメントを加える曲げ装置とを備える金属管の熱間加工装置において、前記高周波加熱コイルの前記曲げ支点部材に対向する面に磁束の通過を遮断する第１シールド部材を設けたことを特徴とする金属管の熱間加工装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１シールド部材は珪素鋼板あるいは純鉄の板材であることを特徴とする金属管の熱間加工装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記曲げ支点部材の内部に冷却水が循環するウオータジャケットを設けたことを特徴とする金属管の熱間加工装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記高周波加熱コイルと前記曲げ支点部材との距離は１００ｍｍ以下であることを特徴とする金属管の熱間加工装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記高周波加熱コイルを挟んで前記曲げ支点部材の反対側に、前記金属管に冷却水を噴出する冷却装置を備え、前記高周波加熱コイルの前記冷却装置に対向する面に磁束の通過を遮断する第２シールド部材を設けたことを特徴とする金属管の熱間加工装置が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記第２シールド部材は珪素鋼板あるいは純鉄の板材であることを特徴とする金属管の熱間加工装置が提案される。

請求項１の構成によれば、金属管送出装置から送り出された金属管は、曲げ支点部材のガイド孔を通過した後に高周波加熱コイルを通過して誘導加熱され、曲げ装置によって曲げ支点部材のガイド孔まわりの曲げモーメントを加えられて曲げ加工される。曲げ装置による曲げモーメントは曲げ支点部材の位置において最大になるため、高周波加熱コイルを曲げ支点部材に接近させて曲げモーメントが最大になる位置を加熱することが望ましいが、そのようにすると高周波加熱コイルによって曲げ支点部材が加熱されてしまい、曲げ支点部材の変形や耐久性の低下が懸念される。

しかしながら、高周波加熱コイルの曲げ支点部材に対向する面に磁束の通過を遮断する第１シールド部材を設けたので、高周波加熱コイルが発生した磁束が曲げ支点部材に作用するのを防止することで、高周波加熱コイルを曲げ支点部材に接近させて曲げ加工を容易にしながら、曲げ支点部材の加熱を確実に防止することができる。

また請求項２の構成によれば、第１シールド部材を珪素鋼板あるいは純鉄の板材で構成したので、高周波加熱コイルからの磁束を確実に遮断するとともに高周波加熱コイルの保護を図ることができる。

また請求項３の構成によれば、曲げ支点部材の内部に冷却水が循環するウオータジャケットを設けたので、ウオータジャケットを循環する冷却水で曲げ支点部材を冷却し、曲げ支点部材の温度上昇を一層確実に防止することができる。

また請求項４の構成によれば、高周波加熱コイルと曲げ支点部材との距離が１００ｍｍ以下であるので、曲げモーメントが最も大きくなる曲げ支点部材の近傍の金属管を効果的に加熱して曲げ加工を容易化することができる。

また請求項５の構成によれば、高周波加熱コイルを挟んで曲げ支点部材の反対側に金属管に冷却水を噴出する冷却装置を設けたので、曲げ加工の済んだ金属管を冷却装置で冷却して焼き入れを行うことができる。高周波加熱コイルの冷却装置に対向する面に磁束の通過を遮断する第２シールド部材を設けたので、高周波加熱コイルが発生した磁束が冷却装置に作用するのを防止することで、冷却装置の加熱を防止して金属管の冷却効果を高めることができる。

また請求項６の構成によれば、第２シールド部材を珪素鋼板あるいは純鉄の板材で構成したので、高周波加熱コイルからの磁束を確実に遮断するとともに高周波加熱コイルの保護を図ることができる。

金属管の熱間加工装置の全体構成を示す図。 図１の２方向拡大矢視図。 高周波加熱コイルおよび第１、第２シールド部材の斜視図。 図２の４−４線矢視図。 図４の５−５線断面図。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、本実施の形態のワークである金属管Ｗは、鋼板を押し出し成形することで製造される。金属管Ｗを加熱して所定形状に曲げ加工する熱間加工装置は、金属管Ｗをその長手方向に送り出す金属管送出装置１１と、金属管送出装置１１の出口部あるいは出口部に近接して設けられた曲げ支点部材１２と、曲げ支点部材１２の下流側に設けられた高周波加熱コイル１３と、高周波加熱コイル１３の下流側に設けられた冷却装置１４と、冷却装置１４の下流側に設けられたロボットよりなる曲げ装置１５とを備える。図２に示すように、金属管Ｗは長手方向に一定断面を有する直線状の部材であるがそれを高周波加熱用コイル１３で加熱した状態で曲げ装置１５で外力を加えることで所定形状に湾曲させた後に、冷却装置１４から噴出する冷却水で急冷して焼き入れを行うようになっている。

図２〜図５から明らかなように、曲げ支点部材１２の中央部に金属管Ｗの断面形状と同一形状のガイド孔１２ａが形成されており、金属管送出装置１１から送り出された金属管Ｗは曲げ支点部材１２のガイド孔１２ａの内周面を摺動しながら通過する。曲げ支点部材１２の内部にはウオータジャケット１２ｂが形成されており、このウオータジャケット１２ｂに２本の冷却水ホース２３，２３を介して冷却水が供給される。

高周波加熱コイル１３は、曲げ支点部材１２にできるだけ近接して配置されるもので、曲げ支点部材１２および高周波加熱コイル１３の距離は１００ｍｍ以下に設定される。その理由は、金属管Ｗが曲げ支点部材１２、高周波加熱コイル１３および冷却装置１４を通過した位置をロボットよりなる曲げ装置１５のクランプアームに把持して曲げ方向に変位させると、曲げ支点部材１２の位置で金属管Ｗに最も大きい曲げモーメントが作用するが、その曲げモーメントが最大になる位置に高周波加熱コイル１３を配置して金属管Ｗを加熱することで、曲げ装置１５により金属管Ｗに加える曲げ荷重を最小限に抑えながら金属管Ｗを精度良く曲げ加工することができるからである。

高周波加熱コイル１３は直列に接続された第１ターン部分１３ａおよび第２ターン部分１３ｂを有する２ターンのコイルで構成され、その内周と金属管Ｗの外周との間に略一定の隙間が形成される。高周波加熱コイル１３の第１ターン部分１３ａの入口と第２ターン部分１３ｂの出口とには、それに電力を供給するための２本のケーブル２２，２２が接続される。

冷却装置１４は金属管Ｗの外周を囲む円環状の冷却水タンク２４と、冷却水タンク２４の外周面に接続された４本の冷却水供給パイプ２５…と、冷却水タンク２４の内周面に形成された多数の冷却水噴出孔２４ａ…とを備える。

高周波加熱コイル１３の曲げ支点部材１２に対向する面と冷却装置１４に対向する面とには、高周波加熱コイル１３が発生する磁束の透過を効果的に抑制する珪素鋼板あるいは純鉄の板材よりなる第１、第２シールド部材１６，１７がそれぞれ貼り付けられる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。

金属管送出装置１１から送り出された金属管Ｗは、曲げ支点部材１２、高周波加熱コイル１３および冷却装置１４を通過した位置でロボットよりなる曲げ装置１５のクランプアームに把持される。高周波加熱コイル１３にケーブル２２，２２を介して高周波電流を供給すると、高周波加熱用コイル１３の周囲に形成される磁界によって金属管Ｗの内部に渦電流が発生し、金属管Ｗがジュール熱により加熱される。

この状態で曲げ装置１５により金属管Ｗを曲げ方向に変位させると．曲げ支点部材１２の近傍の金属管Ｗに曲げモーメントが作用するが、その曲げモーメントが作用する部分で金属管Ｗが高周波加熱コイル１３により加熱されているため、金属管Ｗは所望の形状に曲げ加工される。このようにして曲げ加工された金属管Ｗは、冷却装置１４の冷却水タンク２４の冷却水噴出孔２４ａ…から噴出する冷却水で急冷されて焼き入れされることで、金属管Ｗの曲げ加工および焼き入れ処理を連続的に行うことができる。

上述したように、曲げ装置１５が発生する曲げ荷重を最小限に抑えながら金属管Ｗを効率よく曲げ加工するには、金属管Ｗの曲げモーメントが最大になる曲げ支点部材１２にできるだけ接近して高周波加熱コイル１３を配置することが必要になる。ところが、高周波加熱コイル１３を曲げ支点部材１２に接近させると、高周波加熱コイル１３が発生する磁束が曲げ支点部材１２に作用してしまい、曲げ支点部材１２が加熱されて変形したり耐久性が低下したりする問題がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、高周波加熱コイル１３の曲げ支点部材１２側の面が第１シールド部材１６で覆われているため、高周波加熱コイル１３が発生する磁束が第１シールド部材１６に遮蔽されて曲げ支点部材１２に作用しなくなり、高周波加熱コイル１３を曲げ支点部材１２に接近させても該曲げ支点部材１２が温度上昇することが防止され、曲げ支点部材１２を常温に維持して変形の発生や耐久性の低下を未然に防止することができる。これにより、曲げ装置１５により最も大きな曲げモーメントが作用する曲げ支点部材１２の近傍で金属管Ｗを加熱することができ、曲げ加工に伴う金属管Ｗの皺や座屈を防止することができる。

また曲げモーメントが最大になる部分で金属管Ｗを曲げ加工するので、ロボットよりなる曲げ装置１５が発生する曲げ荷重を小さく抑えることができ、小型の曲げ装置１５を採用してコストダウンを図ることができるだけでなく、曲げ装置１５の位置制御の精度を高めて金属管Ｗの曲げ加工の加工精度を高めるとともに、曲げ加工の加工速度を増加させることができる。しかも高周波加熱コイル１３の両面が第１、第２シールド部材１６，１７で覆われて保護されるので、強度の低い銅製の高周波加熱コイル１３が他物品と衝突して損傷するのを防止することができる。

また高周波加熱コイル１３が発生した磁束は冷却装置１４側にも漏洩しようとするが、その磁束は第２シールド部材１７により遮蔽されるため、冷却装置１４の温度上昇を抑制して冷却効果を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では高周波加熱コイル１３が第１シールド部材１６および第２シールド部材１７を備えているが、第２シールド部材１７は省略することができる。

また金属管Ｗは押し出し成形したものに限定されず、引き抜き成形したものやロールフォーミング成形したものであっても良い。

Ｗ 金属管
１１ 金属管送出装置
１２ 曲げ支点部材
１２ａ ガイド孔
１２ｂ ウオータジャケット
１３ 高周波加熱コイル
１４ 冷却装置
１５ 曲げ装置
１６ 第１シールド部材
１７ 第２シールド部材

Claims (6)

1. 金属管（Ｗ）を長手方向に沿って送り出す金属管送出装置（１１）と、前記金属管送出装置（１１）から送り出される前記金属管（Ｗ）を摺動自在に案内するガイド孔（１２ａ）が形成された曲げ支点部材（１２）と、前記ガイド孔（１２ａ）を通過した前記金属管（Ｗ）の外周を囲繞して該金属管（Ｗ）を加熱する高周波加熱コイル（１３）と、前記高周波加熱コイル（１３）を通過して加熱された前記金属管（Ｗ）に前記曲げ支点部材（１２）まわりの曲げモーメントを加える曲げ装置（１５）とを備える金属管の熱間加工装置において、
   前記高周波加熱コイル（１３）の前記曲げ支点部材（１２）に対向する面に磁束の通過を遮断する第１シールド部材（１６）を設けたことを特徴とする金属管の熱間加工装置。
2. 前記第１シールド部材（１６）は珪素鋼板あるいは純鉄の板材であることを特徴とする、請求項１に記載の金属管の熱間加工装置。
3. 前記曲げ支点部材（１２）の内部に冷却水が循環するウオータジャケット（１２ｂ）を設けたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の金属管の熱間加工装置。
4. 前記高周波加熱コイル（１３）と前記曲げ支点部材（１２）との距離は１００ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の金属管の熱間加工装置。
5. 前記高周波加熱コイル（１３）を挟んで前記曲げ支点部材（１２）の反対側に、前記金属管（Ｗ）に冷却水を噴出する冷却装置（１４）を備え、前記高周波加熱コイル（１３）の前記冷却装置（１４）に対向する面に磁束の通過を遮断する第２シールド部材（１７）を設けたことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の金属管の熱間加工装置。
6. 前記第２シールド部材（１７）は珪素鋼板あるいは純鉄の板材であることを特徴とする、請求項５に記載の金属管の熱間加工装置。

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