JP2012213783A - パイプ状部材の曲げ成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い寸法精度を確保でき、かつ加工工数の低減化と設備の簡素化を通じて製造コストの低減化を図ることが可能なパイプ状部材の曲げ成形技術を提供する。
【解決手段】本発明に係るパイプ状部材の曲げ成形装置１は、型締めに伴い、パイプ状部材２を曲げ成形するための湾曲筒状面３が形成される一対の金型４，５と、パイプ状部材２を湾曲筒状面３に向けて押込むための押込み型６とを具備する。押込み型６でパイプ状部材２を押込むことで、一対の金型４，５内に、パイプ状部材２の曲げ成形完了後の形状に準じた湾曲筒状のキャビティ７が区画形成される。一方の金型５には、湾曲筒状面３の小径側領域９が形成され、他方の金型４には、湾曲筒状面３の大径側領域１０が形成される。押込み型６は、曲げ成形の完了位置までパイプ状部材２を押込んだ状態で、湾曲筒状面３の大径側領域１０との間にキャビティ７の大径側空間２１を区画形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パイプ状部材の曲げ成形装置に関する。

パイプ状の部材を曲げ成形により製作する場合、パイプベンダーと呼ばれる成形装置を用いるのが一般的である。この種の装置を用いた曲げ成形は、パイプ状部材の一端部と他端部をそれぞれ押し型と曲げ型とでクランプした状態で曲げ型を回転させて強制的にパイプ状部材を曲げることで行われる。ところが、パイプ状部材のうち上述した型でクランプされる部分は曲げ成形後に切断等により廃棄する必要が生じるため、特に丈の短いパイプ状部材に曲げ成形を施す場合、歩留まりの低下が問題となっていた。また、曲げ型でクランプした状態で強制的にパイプ状部材を曲げるために、例えば曲げ部の大径側領域など引き伸ばされながら曲げ変形を生じた領域では板厚が薄くなり、また、曲げ部の小径側領域など圧縮されながら曲げ変形を生じた領域では圧潰を生じる、といった品質の低下も問題となっていた。

上記以外の曲げ成形方法として、例えばプレス機を用いてパイプ状部材に曲げ成形を施す方法もあるが、この場合には、パイプ状部材がプレス圧で潰れないようにするため、パイプ状部材の中に砂や水などを入れた状態でプレス成形を行う必要が生じる。そのため、砂や水などが漏れないようにパイプ状部材の両端に栓をする必要が生じ、結局廃棄扱いとなる部位が生じる。また、通常のプレス設備と比べて設備費用が高額となるため、コストの面でも好ましいとは言えない。

ここで、例えば下記特許文献１には、予め複数の部品を組付けることで、曲げ成形完了後の形状に準じたキャビティを内部に形成する固定金型を用意し、この固定金型のキャビティに向けてパイプ状部材を押込むことで、パイプ状部材に対して所定の曲げ成形を施す方法が開示されている。

特開昭６３−８０９２４号公報

上記特許文献１に記載の成形方法によれば、パイプ状部材の両端部が廃棄扱いにならずに済み、また、薄肉部も発生しないため材料コストや品質の面でも好ましいように思われる。しかしながら、この方法では、予め複数の部品を組付けることで曲げ成形のための空間（キャビティ）を形成しておき、この空間にパイプ状部材を押込む形態を採ることから、パイプ状部材の押込み先端側には内面側と外面側の双方から多大な負荷が掛かる傾向にある。そのため、押込み先端側を含む曲げ成形後のパイプ状部材の品質は必ずしも良好とはいえない。また、複数の部品で上記成形用空間を区画形成することから、曲げ成形後には、パイプ状部材を内側から成形する金型の分割をはじめとして上記成形用空間を形成する部品やその周辺部品の取外しを行い、然る後、別途設けたノックアウトパンチで曲げ成形後のパイプ状部材を成形金型から押し出す必要がある。このため、部品点数や加工工数が非常に多くなり、作業効率の低下、ひいては製造コストの増大が懸念される。

以上の事情に鑑み、高い寸法精度を確保でき、かつ加工工数の低減化と設備の簡素化を通じて製造コストの低減化を図ることが可能なパイプ状部材の曲げ成形技術を提供することを、本発明により解決すべき技術的課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るパイプ状部材の曲げ成形装置により達成される。すなわち、この曲げ成形装置は、型締めに伴い、パイプ状部材を曲げ成形するための湾曲筒状面が形成される一対の金型と、パイプ状部材を湾曲筒状面に向けて押込むための押込み型とを具備し、押込み型でパイプ状部材を押込むことで、一対の金型内に、パイプ状部材の曲げ成形完了後の形状に準じた湾曲筒状のキャビティが区画形成されるパイプ状部材の曲げ成形装置であって、一方の金型に、湾曲筒状面の小径側領域が形成され、他方の金型に、湾曲筒状面の大径側領域が形成され、押込み型は、曲げ成形の完了位置までパイプ状部材を押込んだ状態で、湾曲筒状面の大径側領域との間にキャビティの大径側空間を区画形成する点をもって特徴付けられる。

以下、本発明に係る曲げ成形装置の成形動作（作用）を説明する。上記構成の曲げ成形装置において、まず一対の金型を型締めした状態で、押込み型によりパイプ状部材を湾曲筒状面に向けて押込むことで、パイプ状部材の押込み先端側が湾曲筒状面に押付けられ、これによりパイプ状部材の曲げ成形が開始する。そして、押込み型により曲げ成形の完了位置までパイプ状部材を押込んだ状態では、押込み型と湾曲筒状面の大径側領域との間に、パイプ状部材の曲げ成形完了後の形状に準じた湾曲筒状のキャビティの大径側空間が区画形成される。これにより、湾曲筒状面により曲げ成形を受けた部分が、押込み型によりその内面側からも押圧され、最終的にキャビティに準じた形状に曲げ成形される。このように、パイプ状部材の内面側と外面側とで曲げ成形の開始時期に時間差を設けることで、パイプ状部材の押込み先端側に多大な負荷が掛かる事態を可及的に避けて、先端側を傷付けることなくパイプ状部材全体を高精度に成形することが可能となる。この結果、形状精度の向上と共に歩留まりの向上を図ることが可能となる。

また、本発明に係る曲げ成形装置によれば、曲げ成形後、押込み型を引抜き、一対の金型を型開きすることにより、湾曲筒状面の大径側領域を構成する他方の金型が、同筒状面の小径側領域を構成する一方の金型から離間し、キャビティの大径側が開放される。このように、型開き等の必要最小限の動作だけで曲げ成形後のパイプ状部材を曲げ成形装置から取出すことができるので、作業効率にも優れている。また、非常に少ない部品点数でもって曲げ成形後のパイプ状部材を容易に取出し可能なキャビティを構成することができるので、設備コストの高騰を抑えることもできる。

また、本発明に係る曲げ成形装置は、一方の金型が、湾曲筒状面の小径側領域を有する金型本体と、金型本体に対して弾性支持された弾性支持型とを有し、弾性支持型は、型締め時、弾性力に抗して金型本体に近接することで、金型本体との間にキャビティの小径側空間を区画形成するものであってもよい。

このように、湾曲筒状面の小径側領域が形成される一方の金型を、金型本体と弾性支持型とで構成することで、型締めだけの単純かつ必要最小限の動作でキャビティの小径側空間を形成することができる。また、曲げ成形後には、同じく型開きのみの単純な動作で、弾性支持型が型締めにより附勢される前の位置に戻る。これにより、曲げ成形を施したパイプ状部材の小径側領域の拘束が解除されるので、当該パイプ状部材を非常に容易かつ傷付けることなく取出すことができ、作業効率の更なる改善を図ることが可能となる。

また、本発明に係る曲げ成形装置は、押込み型と弾性支持型に、押込み型によるパイプ状部材の押込み動作に伴い、押込み方向に直交する向きで互いに係合可能な一対の係合部が設けられているものであってもよく、また、この場合、パイプ状部材の曲げ成形開始時に、一対の係合部の少なくとも一部同士が係合しているものであってもよい。

このように、押込み型と弾性支持型とに互いに係合可能な一対の係合部を設けることで、相対的に位置精度が確保しやすい側の成形型（押込み型）に合わせて、金型本体に弾性支持されている成形型（弾性支持型）を位置決めすることができる。これにより、金型本体と弾性支持型との間にキャビティの小径側空間を形成する場合においても高い形状精度を得ることができる。また、この場合、パイプ状部材の曲げ成形開始時に一対の係合部同士が係合するように構成することで、弾性支持型が確実に位置決めされた状態で曲げ成形を開始することができる。よって、キャビティの形状精度をさらに高めて、曲げ成形の一層の精度向上を図ることが可能となる。

以上のように、本発明に係る曲げ成形装置によれば、高い寸法精度を確保しつつも、加工工数の低減化と設備の簡素化を通じて製造コストの低減化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るパイプ状部材の曲げ成形装置の断面図である。 図１に示す曲げ成形装置の要部拡大断面図である。 図１に示す曲げ成形装置の（ａ）ａ−ａ断面図、（ｂ）ｂ−ｂ断面図である。 図１に示す装置を用いた曲げ成形動作を説明するための要部拡大断面図であって、それぞれ（ａ）曲げ成形開始直後、（ｂ）曲げ成形途中、（ｃ）曲げ成形完了時における湾曲筒状面の大径側領域を拡大して示す断面図である。 図１に示す装置を用いた曲げ成形動作を説明するための断面図である。 図１に示す装置を用いた曲げ成形動作を説明するための断面図である。 図１に示す装置を用いた曲げ成形の後、当該曲げ成形を施したパイプ状部材を取出す際の動作を説明するための断面図である。

以下、本発明に係るパイプ状部材の曲げ成形装置の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜上、一対の金型の型締め方向を上下方向として説明するが、本曲げ成形装置の使用の形態はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るパイプ状部材の曲げ成形装置１の断面図を示している。この曲げ成形装置１は、直線状に伸びるパイプ状部材２の全体又は一部を湾曲筒状に曲げ成形するためのものであって、型締めに伴い、パイプ状部材２を曲げ成形するための湾曲筒状面３が形成される一対の金型４，５と、パイプ状部材２を湾曲筒状面３に向けて押込むための押込み型６とを具備する。そして、押込み型６でパイプ状部材２を押込むことで、一対の金型４，５内に、パイプ状部材２の曲げ成形完了後の形状に準じた湾曲筒状のキャビティ７が区画形成されるようになっている。

一対の金型４，５は、この実施形態では、型締めした状態で一端開口側（図１でいうと左側）からパイプ状部材２を挿入可能な挿入孔８を形成しており、この挿入孔８の他端側（図１でいうと右側）には、湾曲筒状面３が連続している。この実施形態では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、挿入孔８と湾曲筒状面３は何れも断面真円状をなし、各々の中心軸線を通る断面で上型４と下型５に分割形成されている。従い、下型５には、挿入孔８の下側半筒領域と湾曲筒状面３の小径側領域９が形成される。また、上型４には、挿入孔８の上側半筒領域と湾曲筒状面３の大径側領域１０が形成される。

下型５は、この実施形態では、図１に示すように、湾曲筒状面３の小径側領域９を有する金型本体１１と、この金型本体１１に対して弾性体１２を介して上方に附勢支持された弾性支持型１３とで構成されている。また、一対の金型４，５の型締め時、上型４の下端面１４は弾性支持型１３の上端面１５と当接して下方に押圧されるようになっており、弾性体１２の附勢力に抗して弾性支持型１３が金型本体１１に近接することで、弾性支持型１３と金型本体１１との間にキャビティ７の小径側空間１６が区画形成されるようになっている。なお、この実施形態では、図２に示すように、弾性支持型１３の一部が挿入孔８の内部に位置しており、弾性支持型１３と挿入孔８との間に、キャビティ７の小径側空間１６と連続する直線状の案内空間１７が形成されている。この案内空間１７は、押込み型６によるパイプ状部材２の押込み動作の開始に伴い、パイプ状部材２の下側部分をキャビティ７の小径側空間１６にスムーズに案内する役割を果たす。

押込み型６は、一対の金型４，５の型締め方向に対して直交する向きに沿って往復動可能に構成されるもので、基端側に設けられ、挿入孔８内に配置したパイプ状部材２をキャビティ７側に向けて押込むための押圧面１８と、押圧面１８からキャビティ７側に伸び、挿入孔８との間でパイプ状部材２を拘束する拘束部１９と、拘束部１９からさらにキャビティ７側に伸び、曲げ成形完了位置において、パイプ状部材２を内面側から押圧成形する成形部２０とを有する。このうち成形部２０は、曲げ成形完了位置（図１中、鎖線で示す位置）まで押込み型６を湾曲筒状面３の内部に導入した状態で、湾曲筒状面３の大径側領域１０との間にキャビティ７の大径側空間２１を区画形成するようになっている。

押込み型６と弾性支持型１３には、押込み型６によるパイプ状部材２の押込み動作に伴い、押込み方向に直交する向き（図１中、紙面を貫通する向き）で互いに係合可能な一対の係合部が設けられており、パイプ状部材２の曲げ成形開始時、一対の係合部の少なくとも一部同士が係合するようになっている（後述する図５を参照）。この実施形態では、図１に示すように、押込み型６の一部下方が切欠かれた形状をなし、この切欠き部２４に弾性支持型１３の一端が嵌り合うようになっている。また、弾性支持型１３の上端には、押込み方向に伸びる一方の係合部としての突条部２２が設けられると共に、押込み型６の切欠き部２４の下端には、押込み方向に伸びる他方の係合部としての溝部２３が設けられている。これら一対の係合部としての突条部２２と溝部２３は、押込み型６による押込み動作によりパイプ状部材２が湾曲筒状面３に到達する前に、互いに嵌合を開始するようになっている（図５を参照）。

以下、上記構成の曲げ成形装置１の動作の一例を説明する。

まず、図１に示すように、一対の金型４，５の型締め動作により当該一対の金型４，５内に挿入孔８を形成すると共に、挿入孔８の他端側に連続して湾曲筒状面３を形成する。また、この型締めに伴い、上型４の下端面１４を、下型５を構成する弾性支持型１３の上端面１５に当接させ、弾性体１２の付勢力に抗して上端面１５を下方に押圧することで、弾性支持型１３と金型本体１１との間にキャビティ７の小径側空間１６を区画形成する。

然る後、挿入孔８の一端開口側からパイプ状部材２を挿入し、押込み型６を湾曲筒状面３に向けて移動させることで、押込み型６の押圧面１８でパイプ状部材２を湾曲筒状面３に向けて押込む（図５を参照）。これにより、パイプ状部材２が湾曲筒状面３の大径側領域１０に押し付けられ、図４（ａ）に示すように、大径側領域１０に倣って内径側に向けて曲げ変形を開始する。また、案内空間１７を介してキャビティ７の小径側空間１６に導入されたパイプ状部材２の押込み先端部が外径側（上型４から離間する向き）に向けて曲げ変形を開始する。なお、横置きの場合であれば、型締め前に、下型５の金型本体１１に設けた挿入孔８の下側半筒領域上にパイプ状部材２を載置し、然る後、型締めを行うようにしてもよい。このようにパイプ状部材２をセットすることで、押込み型６に必要なストローク量を小さくできる。

ここで、パイプ状部材２の大径側となる領域は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、押込み型６と同期して湾曲筒状面３の他端側に移動し、当該移動に伴って上記大径側となる領域がその押込み先端側から基端側にかけて順次、内径側への曲げ変形を生じる。この際、パイプ状部材２の押込み先端部は、押込み動作（曲げ成形動作）が進行するにつれて湾曲筒状面３の大径側領域１０から離れる向きに変形していく一方、押込み型６の成形部２０とパイプ状部材２の押込み先端部とのすき間は、押込み動作（曲げ成形動作）が進行するにつれて小さくなっていく。そして、押込み型６が曲げ成形完了位置（図１中、鎖線で示す位置）に到達すると、押込み型６の成形部２０と湾曲筒状面３の大径側領域１０との間にキャビティ７の大径側空間２１が形成される。これにより、パイプ状部材２が成形部２０によって外径側に曲げ戻され（図４（ｃ）を参照）、最終的に、キャビティ７の大径側空間２１に準じた形状にパイプ状部材２が曲げ成形される。もちろん、パイプ状部材２の小径側となる部分についても、キャビティ７の小径側空間１６に導入されることで、小径側空間１６に準じた形状に曲げ成形される（図６を参照）。この実施形態では、両端面が平行なままの状態で曲げ成形が完了する。

このようにしてパイプ状部材２に曲げ成形を施した後、当該パイプ状部材２を一対の金型４，５から取出す。具体的には、図７に示すように、まず押込み型６をパイプ状部材２から引抜き、一対の金型４，５外へ退避させる。そして、一対の金型４，５の型開きにより、上型４の下端面１４と弾性支持型１３の上端面１５との当接状態を解消することで、弾性支持型１３を金型本体１１に対して上方に浮上させ、弾性支持型１３をパイプ状部材２の内周面から離間させる。これにより、パイプ状部材２は何らの拘束を受けることなく金型本体１１上に載置された状態となるので、これを少し上方に移動した後、一端側にスライドさせることで、当該パイプ状部材２を金型本体１１と弾性支持型１３との間から極めて容易に取出すことができる。併せて、この実施形態では、湾曲筒状面３と挿入孔８が共に、中心軸線を常に含む位置で上型４と下型５とに分割形成されているので（図３を参照）、金型本体１１に設けた挿入孔８の分割面や湾曲筒状面３の小径側領域９に引っ掛かることなく取出すことができる。

このように、本発明に係る曲げ成形装置１によれば、先に湾曲筒状面３の大径側領域１０によりパイプ状部材２の押込み先端部が曲げ成形を受け、然る後、押込み型６によりその内面側から曲げ戻されることで、最終的にキャビティ７に準じた形状に曲げ成形される。従って、パイプ状部材２の押込み先端側に多大な負荷が掛かる事態を可及的に避けて、押込み先端部を傷付けることなくパイプ状部材２全体を高精度に成形することができ、これにより、高い歩留まりを達成することができる。また、型締めによりキャビティ７の小径側空間１６を形成し、型開きにより曲げ成形を完了したパイプ状部材２の内周面から離間可能なように、下型５を、金型本体１１と、金型本体１１に弾性支持された弾性支持型１３とで構成したので、曲げ成形後、押込み型６を引抜き、一対の金型４，５を型開きするだけの動作でもって、曲げ成形後のパイプ状部材２を曲げ成形装置１から取出すことができる。また、非常に少ない部品点数で曲げ成形後のワークを取出し可能なキャビティを構成することができるので、設備コストの高騰を抑えることができ、またメンテナンスも容易である。

また、この実施形態では、押込み型６と弾性支持型１３とに、押込み方向に直交する向きで互いに係合可能な一対の係合部となる突条部２２と溝部２３とをそれぞれ設けるようにした。これにより、パイプ状部材２の押込み動作に伴い、押込み型６の拘束部１９が挿入孔８の位置精度に倣って位置決めされる。また、この拘束部１９と共に押込み型６に一体に形成される溝部２３が突条部２２と嵌り合うことで、突条部２２を一体に有する弾性支持型１３が押込み型６の位置精度に倣って位置決め（特に押込み方向と直交する水平方向の位置決め）がなされる。従って、キャビティ７の小径側空間１６を金型本体１１と弾性支持型１３との間に形成されるキャビティ７の小径側空間１６の形状精度を高めることができる。特に、パイプ状部材２の曲げ成形開始時までに一対の係合部（突条部２２、溝部２３）同士を係合させることで、弾性支持型１３が確実に位置決めされた状態で曲げ成形を開始することができる。これにより、キャビティ７の形状精度をさらに高めて、曲げ成形の精度を一層向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態では、パイプ状部材２の曲げ成形開始時までに一対の係合部（突条部２２、溝部２３）同士を係合させるようにした場合を説明したが、パイプ状部材２が湾曲筒状面３に向けてスムーズに導入されるのであれば、必ずしもパイプ状部材２の曲げ成形開始時までに係合させる必要はない。例えば、曲げ成形途中で突条部２２と溝部２３とが嵌合を開始するように構成してもよい。むしろ、曲げ成形開始時、弾性支持型１３に若干の遊びがあることで、パイプ状部材２をキャビティ７の小径側空間１６に向けてスムーズに導入できる場合もあり得る。もちろん、型締めにより弾性支持型１３が完全に位置決め固定されているのであれば、押込み型６との間で互いに係合可能な一対の係合部を設けずともよい。

また、上記実施形態では、下型５を、金型本体１１と、金型本体１１に対して弾性支持される弾性支持型１３とで構成した場合を例示したが、もちろんこれ以外の構成を取ることも可能であり、例えば金型本体１１との間に常時キャビティ７の小径側空間１６が形成されるように、弾性支持型１３を金型本体１１に固定する（あるいは一体に形成する）ようにしてもよい。このように構成することで、キャビティ７の小径側空間１６を非常に高精度に形成することができるので、要求される曲げ成形精度が非常に高い場合に有効である。

１ パイプ状部材の曲げ成形装置
２ パイプ状部材
３ 湾曲筒状面
４ 上型
５ 下型
６ 押込み 型
７ キャビティ
８ 挿入孔
９ 小径側領域
１０ 大径側領域
１１ 金型本体
１２ 弾性体
１３ 弾性支持型
１６ 小径側空間
１７ 案内空間
１８ 押圧面
１９ 拘束部
２０ 成形部
２１ 大径側空間
２２ 突条部
２３ 溝部

Claims (3)

1. 型締めに伴い、パイプ状部材を曲げ成形するための湾曲筒状面が形成される一対の金型と、前記パイプ状部材を前記湾曲筒状面に向けて押込むための押込み型とを具備し、前記押込み型で前記パイプ状部材を押込むことで、前記一対の金型内に、パイプ状部材の曲げ成形完了後の形状に準じた湾曲筒状のキャビティが区画形成されるパイプ状部材の曲げ成形装置であって、
   前記一方の金型に、前記湾曲筒状面の小径側領域が形成され、前記他方の金型に、前記湾曲筒状面の大径側領域が形成され、
   前記押込み型は、前記曲げ成形の完了位置まで前記パイプ状部材を押込んだ状態で、前記湾曲筒状面の大径側領域との間に前記キャビティの大径側空間を区画形成することを特徴とする、パイプ状部材の曲げ成形装置。
2. 前記一方の金型は、前記湾曲筒状面の小径側領域を有する金型本体と、該金型本体に対して弾性支持された弾性支持型とを有し、
   前記弾性支持型は、前記型締め時、弾性力に抗して前記金型本体に近接することで、前記金型本体との間に前記キャビティの小径側空間を区画形成する、請求項１に記載のパイプ状部材の曲げ成形装置。
3. 前記押込み型と前記弾性支持型には、前記押込み型による前記パイプ状部材の押込み動作に伴い、押込み方向に直交する向きで互いに係合可能な一対の係合部が設けられており、前記パイプ状部材の曲げ成形開始時、前記一対の係合部の少なくとも一部同士が係合している、請求項２に記載のパイプ状部材の曲げ成形装置。

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