JP2013198909A

JP2013198909A - 角パイプ曲げ方法

Info

Publication number: JP2013198909A
Application number: JP2012067015A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hayasawa; 賢一郎早澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】薄肉厚の角パイプを従来方法で曲げると、肉厚が薄く、縦横寸法が大きくなるにつれて角パイプ内側にシワが寄り、あるいは外側に割れが生じ、良好に角パイプを曲げることが困難になるという課題があった。また、標準肉厚角パイプにおいても曲げ半径が小さいとシワや割れが生じやすくなり、曲げ限界半径を大きくせざるを得なく、レイアウト設計の自由度を狭めてしまうという課題があった。
【解決手段】角パイプ内部に硬さの違う充填剤を重ねて挿入した後に曲げ加工を行う。これにより、薄肉厚または縦横寸法の大きい角パイプ曲げ加工や小曲げ半径の曲げ加工においても、良好な曲げ加工を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、角パイプの曲げ加工方法に関するものである。より詳しくは、一般的に流体経路として用いられる角パイプや、通信用機器の電磁波伝送経路として用いられる角パイプ（矩形導波管）の曲げ加工方法に関するものである。

本発明は、例えば工業用・家庭用流体経路パイプ、矩形導波管等の角パイプの曲げ加工に関するものである。
パイプの曲げ加工においては、製品の軽量化、コンパクト化のため、シワや変形等の形状精度を保ちつつ、薄肉化および小曲げ半径化を達成することが課題である。近年は、軽量化、コンパクト化の要求が大きくなり、薄肉化および小曲げ半径化の必要性が高まってきている。角パイプの曲げ方法としては、変形を防ぐため、例えば内部に充填材を詰める方法がある。
曲げ半径を小さくすることによって、レイアウト設計の自由度が高くなるが、一方で、曲げ半径が小さい程、割れやシワが生じやすくなるという問題がある。
割れやシワを防ぐ方法として、角パイプを曲げる前に、パイプの内外面に補強板を接着してから曲げる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−９９９１９号公報

薄肉厚の角パイプを、従来のパイプの補強方法であるパイプ内部の充填やマンドレルによるパイプ内部の補強のみで曲げた場合、内側にシワが寄る、あるいは、外側に割れが生じることがあり、良好に曲げることが困難であった。
また、標準的な肉厚の角パイプにおいても、縦横寸法に対して曲げ半径が小さいと、シワや割れが生じやすくなり、曲げ限界半径を小さくできないという課題があった。

対策として、上記の特許文献１による曲げの内外側に補強材を貼り付ける方法を採った場合でも、曲げ後補強材を除去しないと流体を通す用途の管については圧損が大きくなり必要な流量が得られなくなるという課題や、導波管用途の管については反射損失が大きくなり必要な利得を得られなくなる等の課題が生じる。また、補強材を除去したとしても接着剤等が残り、除去の工程に手間がかかるという問題があった。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、簡易な方法により、薄肉厚の角パイプ曲げ加工時や、小曲げ半径の角パイプ曲げ加工時の割れやシワの発生を抑制できる角パイプ曲げ方法を提案することを目的とする。

この発明に係る角パイプ曲げ方法は、前記角パイプの内部に硬度の異なる複数の充填剤を積層して挿入した後に、前記角パイプの曲げ加工を行う。

この発明によれば、角パイプにいれる充填剤を固さを変化させて積層することにより、曲げ外側の伸びと、曲げ内側の圧縮を調節できるようになる。
その結果、薄肉化しても破断、変形することなく、良好な形状を保ちながら曲げることができるようになる。

この発明の実施の形態１に係る角パイプ曲げ方法を説明する図である。この発明の実施の形態１に係る曲げ加工後の角パイプ１の中立軸を示した図である。この発明の実施の形態２に係る角パイプ曲げ方法を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る曲げ加工後の角パイプ１の中立軸を示した図である。この発明の実施の形態３に係る角パイプ曲げ方法を説明する図である。この発明の実施の形態４に係る角パイプ曲げ方法を説明する図である。従来の素管の加工方法を示す図である。

ここでは、まず従来の角パイプ曲げ方法について図を用いて説明した後、本発明の実施の形態について説明する。
図７（ａ）は、従来のプレス曲げ方式と呼ばれる曲げ方法を示した図である。図７（ａ）において支持型４は回転自由な固定軸５により固定されている。
この方式では支持型４の上に充填材１３を挿入した角パイプ１をあてる。次に曲げ型６が圧縮機７により押され、角パイプ１の曲げ形状が成形される。曲げ加工後は、充填材１３を除去する。

図７（ｂ）は、同じく従来の引き曲げ方式と呼ばれる曲げ方法を示した図である。この方式ではまず締付型９により角パイプ１を固定する。締付型９は固定軸１０により回転可能であり、締付型９を回転させることにより、締付型９の円形形状に沿って角パイプ１を曲げる。
方形形状が変形しないように、マンドレル１５を角パイプ１内部に挿入ながら曲げを行う。

このようにして角パイプを曲げることができるが、上記のような曲げ方法では、薄肉になるほど曲げ内側にシワや、曲げ外側に割れが生じやすいという問題がある。

実施の形態１．
次に、この発明に係る角パイプ曲げ方法について説明する。
図１は、実施の形態１に係る「プレス曲げ」方式による角パイプ曲げ方法を説明する図である。
図１において、図中の角パイプ１について曲げ加工を行う。加工する角パイプ１としては、例えば口径が一辺１０×２０ｍｍの範囲の方形角パイプである。肉厚は０．５〜１．５ｍｍ程のアルミ合金（６０６１材）を用い、あらかじめ完全焼き鈍し処理を行っておく。肉厚が１．５ｍｍであれば、Ｒ４０程度の曲げ半径で曲げても良好に曲げることができる。
しかしながら、角パイプ１の肉厚が０．５ｍｍになると、圧縮により内側にシワができることが多くなる。

曲げ時には引張りによる伸びも圧縮による縮みも発生しない中間点の中立軸８がある。中立軸８の位置が外側にあると、内側の圧縮が大きくなりシワができやすくなる。逆に中立軸８の位置が内側にあると、外側の引っ張りが大きくなり割れやすくなる。
「プレス曲げ」方式による角パイプ曲げ方法では、曲げる際にこの中立軸８が外側に寄り、内側の圧縮が大きくなって内側にシワができやすくなる。シワを抑制するためにはこの中立軸８を内側に移動させることが必要であるが、この中立軸８を内側に寄せるには圧縮による内側の収縮量を小さくする必要がある。
実際の角パイプ曲げの際には、割れ、またはシワのどちらかに片寄ることが多い。引張りと圧縮のバランスをとることによって、内側の圧縮／外側の伸びを調整し、両方を抑えることができるようになる。

実施の形態１に係る角パイプの曲げ方法においては、角パイプ１を所定の長さに切断する。その後、所定の長さに切断した角パイプ１の内部に硬い充填剤２を挿入する（図１（ａ）参照）。
充填剤２は高温で溶けるものであり、容易に角パイプ１内部に流し込むことができる。下半分に硬い充填剤２を流しこんだ後、数分放置すれば硬い充填剤２は固化する。

次に、硬い充填剤２の上に柔らかい充填剤３を流し込み固化させる（図１（ａ）参照）。

ここでは、角パイプ１を曲げる際の曲げ外側を柔らかい充填剤３とし、曲げ内側を硬い充填剤２となるようにしておく。

図１（ｂ）は、硬い充填剤２と柔らかい充填剤３を角パイプ内側に流し込んで固めた角パイプ１をパイプ曲げ装置１００にセットした状態である。図では、角パイプ１内側の下半分には柔らかい充填剤３が固化されており上半分には硬い充填剤２が固化されている。
パイプ曲げ装置１００は、支持型４と固定軸５と曲げ型６と圧縮機７を備える。支持型４は回転自由な固定軸５により固定されている。

次に、支持型４の上方から、硬い充填材２と柔らかい充填材３を挿入した角パイプ１をあてる。
曲げ型６が圧縮機７により押され、角パイプ１の曲げ形状が成形される（図１（ｃ）参照）。
曲げ加工後は、曲げ型６を元の位置に戻し、角パイプ１内の硬い充填材２と柔らかい充填材３を除去する。

図２は、曲げ加工後の曲げ形状が成形された角パイプ１の中立軸８の位置を記載した図である。曲げ外側を柔らかい充填剤３、曲げ内側を硬い充填剤２としていることにより曲げ内側の収縮量が小さくなり、中立軸８を曲げ内側に寄せることができる。
このように「プレス曲げ」方式により角パイプ１の曲げ内側にシワができ易い場合には、曲げ外側を柔らかい充填剤３、曲げ内側を硬い充填剤２とすることで中立軸８を内側に寄せることにより、内側の収縮量が小さくなり、曲げ内側のシワを防止できるようになる。

なお、本実施の形態では、角パイプの内部に２種類の硬度の異なる充填剤を積層して挿入した後に角パイプの曲げ加工を行うようにしたが、硬度の異なる充填剤は２種類に限られるものではなく、３以上の複数層を硬度の順に積層するようにしてもよい。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る「引き曲げ方式」による角パイプ曲げ方法を説明する図である。
図３において、図中の角パイプ１について曲げ加工を行う。加工する角パイプ１としては、実施の形態１と同じく、例えば口径が一辺１０×２０ｍｍの範囲の方形角パイプである。肉厚は０．５〜１．５ｍｍ程のアルミ合金（６０６１材）を用い、あらかじめ完全焼き鈍し処理を行っておく。肉厚が１．５ｍｍであれば、Ｒ４０程度の曲げ半径で曲げても良好に曲げることができる。

しかしながら、角パイプ１の肉厚が０．５ｍｍになると、引張りによる外側の割れができることが多くなる。
曲げ時には引張りによる伸びも圧縮による縮みも発生しない中間点の中立軸８がある。中立軸８の位置が内側にあると、外側の引張りがあり、割れやすくなる。
「引き曲げ」方式による角パイプ曲げ方法では、曲げる際にこの中立軸８が内側に寄り、外側の引っ張りが大きくなって外側が割れやすくなる。割れを抑制するためにはこの中立軸８を外側に移動させることが必要であるが、この中立軸８を外側に寄せるには外側の引っ張り量を小さくする必要がある。
実際の角パイプ曲げの際には、割れ、またはシワのどちらかに片寄ることが多い。引張りと圧縮のバランスをとることによって、内側の圧縮／外側の伸びを調整し、両方を抑えることができるようになる。

実施の形態２に係る角パイプの曲げ方法においては、角パイプ１を所定の長さに切断する。その後、所定の長さに切断した角パイプ１の内部に硬い充填剤２を挿入する（図３（ａ）参照）。
充填剤２は高温で溶けるものであり、容易に角パイプ１内部に流し込むことができる。下半分に硬い充填剤２を流しこんだ後、数分放置すれば硬い充填剤２は固化する。

次に、硬い充填剤２の上に柔らかい充填剤３を流し込み固化させる（図３（ａ）参照）。

ここでは、角パイプ１を曲げる際の曲げ外側を硬い充填剤２とし、曲げ内側を柔らかい充填剤３となるようにしておく。

図３（ｂ）は、硬い充填剤２と柔らかい充填剤３を角パイプ内側に流し込んで固めた角パイプ１を締付型９により固定した状態である。締付型９は固定軸１０により回転可能であり、締付型９を回転させることにより、締付型９の円形形状に沿って角パイプ１を曲げる（図３（ｃ）参照）。

図４は、曲げ加工後の曲げ形状が成形された角パイプ１の中立軸８の位置を記載した図である。曲げ外側を硬い充填剤２、曲げ内側を柔らかい充填剤３としていることにより曲げ外側の引っ張り量が小さくなり、中立軸８を曲げ外側に寄せることができる。
このように「引き曲げ方式」により角パイプ１の曲げ外側に割れが生じ易い場合には、曲げ外側を硬い充填剤２、曲げ内側を柔らかい充填剤３とすることで中立軸８を外側に寄せることにより、曲げ外側の割れを防止できるようになる。

実施の形態３．
図５を用いて、実施の形態３における角パイプの曲げ方法を説明する。
実施の形態３では、実施の形態１、２で用いた充填剤の代わりに、角パイプ１の内部に薄い金属板を挿入する。金属板は例えばステンレス板またはベリリウム銅を使用する。ステンレス板またはベリリウム銅の厚さは０.１〜０.５ｍｍ程度である。
金属板は厚い金属板１１と薄い金属板１２があり、曲げ方向にどちらかを寄せる。金属板を挿入した後の曲げ方法については、実施の形態１、２で説明した内容と同じである。

このように金属板の曲げ剛性を曲げ外側あるいは内側に寄せることにより、曲げ中立軸の位置を変化させ、上記発明を実施するための形態１で説明したように、破断、変形することなく、良好な形状を保ちながら曲げることができるようになる。

実施の形態４．
図６を用いて、実施の形態４における角パイプの曲げ方法を説明する。
実施の形態４では、角パイプ１の内部にまず充填材１３を挿入する。挿入後、片側を加熱装置１４によって、角パイプ１の片面を加熱することにより加熱したほうの充填材１３は柔らかくなる。この後の曲げ方法については、実施の形態１、２で説明した内容と同じである。

このように充填剤１３の硬さを曲げ方向に変化させることにより、曲げ中立軸の位置を変化させ、上記発明を実施するための形態１で説明したように、破断、変形することなく、良好な形状を保ちながら曲げることができるようになる。

１角パイプ、２硬い充填剤、３柔らかい充填剤、４支持型、５固定軸、６曲げ型、７圧縮機、８中立軸、９締付型、１０固定軸、１１厚い金属板、１２薄い金属板、１３充填剤、１４加熱装置、１５マンドレル、１００パイプ曲げ装置。

Claims

角パイプを曲げる角パイプ曲げ方法であって、
前記角パイプの内部に硬度の異なる複数の充填剤を積層して挿入した後に、前記角パイプの曲げ加工を行うことを特徴とする角パイプ曲げ方法。
角パイプの曲げ加工後に前記角パイプの曲げ内側にシワが生じる場合に、前記角パイプを曲げる際の曲げ外側に柔らかい充填剤を積層し、前記角パイプを曲げる際の曲げ内側に硬い充填剤を積層することを特徴とする請求項１記載の角パイプ曲げ方法。
角パイプの曲げ加工後に前記角パイプの曲げ外側に割れが生じる場合に、前記角パイプを曲げる際の曲げ外側に硬い充填剤を積層し、前記角パイプを曲げる際の曲げ内側に柔らかい充填剤を積層することを特徴とする請求項１記載の角パイプ曲げ方法。
角パイプを曲げる角パイプ曲げ方法であって、
前記角パイプの内部に厚さの異なる複数の充填剤を積層して挿入した後に、前記角パイプの曲げ加工を行うことを特徴とする角パイプ曲げ方法。
角パイプを曲げる角パイプ曲げ方法であって、
前記角パイプの内部に充填剤を積層して挿入し前記角パイプの片面を加熱した後に、前記角パイプの曲げ加工を行うことを特徴とする角パイプ曲げ方法。