JP2019104025A - 造管装置及び造管方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＯ成形により鋼管を成形する際に上型に発生する局部的な摩耗を減少させて上型の使用可能な期間を延ばしながら最終製品である管の形状を設計通りの形状にするとともに、被加工材のバラつきが管の形状に影響するのを抑制して品質を高める。【解決手段】第１側部金型２３及び第２側部金型２４を互いに接近する方向に移動させて被加工材１００の開放幅を狭める。その後、中間金型２５の成形面２５ｃを被加工材１００の上部に押圧する。【選択図】図４

Description

本発明は、金属製板材からなる被加工材を管に成形する造管装置及び造管方法に関し、特に、被加工材を、略Ｕ字状断面を有するように成形した後に、管に成形する技術分野に属する。

従来より、いわゆるＵＯ成形により鋼管を成形することが行われている。一般に、ＵＯ成形とは、被加工材を断面略Ｕ字状に成形するＵ曲げ工程（Ｕｉｎｇ工程）と、Ｕ曲げ工程後の被加工材を断面略Ｏ字状となるまで成形するＯ曲げ工程（Ｏｉｎｇ工程）とを行い、断面略Ｏ字状となった被加工材の縁部同士を突き合わせ溶接することによって管を得る成形方法である。

ＵＯ成形におけるＵ曲げ工程では、凹面を有する下型の上に被加工材を載置した後、凸面を有する上型を下降させて凸面を被加工材に押し付けて凹面に沿うように成形することで断面略Ｕ字状の被加工材が得られる。その後のＯ曲げ工程では、上方に開放する半円状凹面を有する下型と、下方に開放する半円状凹面を有する上型とを用意し、下型の凹面に断面略Ｕ字状の被加工材を載置しておき、その上方から上型を下降させて上型の凹面と下型の凹面とによって被加工材を断面略Ｏ字状となるまで成形する（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開昭５４−４８５９号公報 特開平１１−３００４３４号公報 特開２００７−２６８５５４号公報

しかしながら、ＵＯ成形におけるＯ曲げ工程では、上方に開放する断面略Ｕ字状に成形された被加工材に対して、下方に開放する半円状凹面を有する上型を上方から押し付けることになる。このとき、被加工材の両端部は上に向いているので、この両端部が上型の凹面に強く摺接しながら成形が進むことになり、上型の凹面が被加工材の端部によって削り取られるような摩耗（かじり摩耗という）が進行し易いという問題がある。上型の凹面の摩耗が進行すると凹面の形状が変化してしまい、最終製品である管の形状が設計通りの形状にならず、ひいては品質の悪化を招く。

このことに対して、特許文献１では、Ｏ曲げ工程で使用する上型をＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金鋼製とし、その凹面に硬質クロムメッキを施すことによって凹面の摩耗を抑制している。また、特許文献２では、溶接硬化材料による肉盛り溶接を行うことによって凹面の摩耗を抑制している。さらに、特許文献３では、球状黒鉛鋳鉄を高周波焼入れすることによって凹面の摩耗を抑制している。

ところが、近年、管の軽量化ニーズにより、被加工材の超高張力化が進んでおり、特許文献１〜３のような上型の材質による対策では対応しきれず、摩耗の抑制が困難になってきた。

また、被加工材の材料強度や板厚等がバラつくことによるスプリングバック量の変化が、Ｕ曲げ工程後の被加工材の形状バラつきの原因となることがある。Ｕ曲げ工程後の被加工材の形状がバラつくと最終製品である管の形状が設計通りの形状にならず、ひいては品質の悪化を招く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＵＯ成形により鋼管を成形する際に上型に発生する局部的な摩耗を減少させて上型の使用可能な期間を延ばしながら最終製品である管の形状を設計通りの形状にするとともに、被加工材のバラつきが管の形状に影響するのを抑制して品質を高めることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、Ｕ曲げ工程後の被加工材の開口幅を狭めた後に、被加工材の上部を成形する金型を該被加工材に接触させるようにした。

第１の発明は、上方に開放する略Ｕ字状に成形された金属製板材からなる被加工材の下側が載置されるとともに、該被加工材の下側の外面を成形する凹面を有する下型と、上記下型の上方に配置される上型と、上記上型を上記下型に対して接離する方向に駆動する駆動装置とを備え、上記被加工材を管にする際に使用される造管装置において、上記上型は、上記被加工材の一方の側面の上側を成形する成形面を有する第１側部金型と、該第１側部金型から水平方向に離れて配置され、上記被加工材の他方の側面の上側を成形する成形面を有する第２側部金型と、上記第１側部金型及び上記第２側部金型の間に配置され、上記被加工材の上部を成形する成形面を有する中間金型とを備え、上記造管装置は、上記中間金型の上記成形面が上記被加工材の上部に接触する前に、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を互いに接近する方向に移動させて上記被加工材の一方の側面及び他方の側面を上記第１側部金型の成形面及び上記第２側部金型の成形面でそれぞれ押圧して上記被加工材の開放幅を狭める側部金型移動機構をさらに備えていることを特徴とする。

この構成によれば、上方に開放する略Ｕ字状に成形された被加工材の下側を下型の凹面に載置した後、上型を駆動装置により下型に接近する方向に駆動する過程で、側部金型移動機構により第１側部金型及び第２側部金型が互いに接近する方向に移動する。すると、第１側部金型の成形面が被加工材の一方の側面を押圧し、第２側部金型の成形面が被加工材の他方の側面を押圧して被加工材の上部の開放幅が狭まる。この被加工材の上部の開放幅が狭まった後に、中間金型の成形面が被加工材の上部に接触する。これにより、被加工材が上型及び下型によって管に近い断面を有するまで成形される。つまり、開放幅が狭まった状態の被加工材の上部に中間金型の成形面が接触するので、成形時に被加工材の両端部が中間金型の成形面を摺動する距離が短くなり、中間金型の成形面が被加工材の端部によって削り取られるような摩耗が起こり難くなる。

また、第１側部金型及び第２側部金型の間に被加工材が配置されて、第１側部金型及び第２側部金型が互いに接近する方向に移動することになるので、被加工材の材料強度や板厚等のバラつきによってスプリングバック量が変化してＵ曲げ工程後の被加工材に形状バラつきが起こっていたとしても、その形状バラつきが吸収される。

第２の発明は、第１の発明において、上記側部金型移動機構は、上記下型に設けられ、上記上型の上記下型への接近方向への移動に伴って上記第１側部金型及び上記第２側部金型にそれぞれ係合して該第１側部金型及び該第２側部金型を互いに接近する方向に移動させる第１カム及び第２カムを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、駆動装置によって上型が下型に接近する方向に移動すると、下型に設けられている第１カム及び第２カムが第１側部金型及び第２側部金型にそれぞれ係合し、第１側部金型及び第２側部金型を互いに接近する方向に移動させて被加工材の開放幅を狭めることができる。

第３の発明は、第２の発明において、上記第１カム及び上記第２カムは、上記第１側部金型及び上記第２側部金型の下方にそれぞれ配置され、上記第１カムの上面には、上記第２カム側へ行くほど下に位置するように形成された第１カム面が形成され、上記第１側部金型の下面には、上記第１カム面に沿って延びるように形成された第１係合面が形成され、上記第２カムの上面には、上記第１カム側へ行くほど下に位置するように形成された第２カム面が形成され、上記第２側部金型の下面には、上記第２カム面に沿って延びるように形成された第２係合面が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、駆動装置によって上型が下型に接近する方向に移動すると、第１カム面が第１側部金型の第１係合面に接触し、このとき、第１カム面が第２カム側へ行くほど下に位置しているので、第１側部金型が第２側部金型側へ移動する。また、上型が下型に接近する方向に移動して第２カム面が第２側部金型の第２係合面に接触すると、第２カム面が第１カム側へ行くほど下に位置しているので、第２側部金型が第１側部金型側へ移動する。これにより、第１側部金型及び第２側部金型が互いに接近する方向に移動する。

第４の発明は、第１の発明において、上記側部金型移動機構は、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を互いに接近する方向に移動させる側部金型駆動装置と、上記上型の上記下型に対する接離方向の位置を検知する検知部と、上記側部金型駆動装置及び上記検知部が接続され、該検知部による検知結果に基づいて上記側部金型駆動装置を制御する制御装置とを備え、上記制御装置は、上記上型が上死点位置よりも上記下型に接近し、かつ、上記中間金型の上記成形面が上記被加工材の上部に接触する前であることを上記検知部により検知すると、上記第１側部金型及び上記第２側部金型が互いに接近する方向に移動するように上記側部金型駆動装置を制御することを特徴とする。

この構成によれば、上型が下型に接近していくと、中間金型の成形面が被加工材の上部に接触する前の段階で、第１側部金型及び第２側部金型が互いに接近する方向に移動し、被加工材の上部の開放幅が狭まる。その後、被加工材の上部に中間金型の成形面が接触する。

第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明において、上記上型は、上記駆動装置に連結された上側可動盤と、該上側可動盤の下方に配置され、該上側可動盤に対して上下方向に変位可能に連結された下側可動盤とを備え、上記上側可動盤の下側に上記中間金型が取り付けられ、該中間金型の下側は上記下側可動盤から下方へ突出するように形成され、上記下側可動盤の下側に上記第１側部金型及び上記第２側部金型が取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、駆動装置によって上側可動盤を下型に接近する方向に移動させると、下側可動盤も下方へ移動していき、中間金型、第１側部金型及び第２側部金型が下型に接近する。このとき、中間金型が取り付けられた上側可動盤と、第１側部金型及び第２側部金型が取り付けられた下側可動盤とが上下方向に相対的に変位可能となっていることで、例えば第１側部金型及び第２側部金型を下型に当接させて下方向への移動を停止させた状態で、中間金型を下方へ移動させることが可能になる。つまり、中間金型と、第１側部金型及び第２側部金型との個別移動が可能になる。

第６の発明は、第５の発明において、上記下側可動盤の下側には、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を水平方向に案内する案内部材が設けられていることを特徴とする。

第７の発明は、金属製板材からなる被加工材を管にする造管方法において、上記被加工材を上方に開放する略Ｕ字状に予め成形し、該被加工材の下側を下型の凹面に載置した後、第１側部金型で上記被加工材の一方の側面の上側を押圧し、第２側部金型で上記被加工材の他方の側面の上側を押圧するとともに、該第１側部金型と該第２側部金型とを互いに接近する方向に移動させて上記被加工材の開放幅を狭め、その後、上記第１側部金型及び上記第２側部金型の間に配置した中間金型によって上記被加工材の上部を押圧することを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を互いに接近する方向に移動させて停止させた後に、上記中間金型によって上記被加工材の上部を押圧することを特徴とする。

第１の発明によれば、上型が、被加工材の一方の側面を成形する第１側部金型と、被加工材の他方の側面を成形する第２側部金型と、これら側部金型の間に配置されて被加工材の上部を成形する中間金型とを備え、中間金型が被加工材の上部に接触する前に、第１側部金型及び第２側部金型を互いに接近する方向に移動させて被加工材の開放幅を狭めることができる。これにより、中間金型の局部的な摩耗を減少させることができるので、上型の使用可能な期間を延ばしながら最終製品である管の形状を設計通りの形状にすることができ、しかも、Ｕ曲げ工程後の被加工材の形状バラつきを吸収することができるので、形状バラつきが管の形状に影響するのを抑制して品質を高めることができる。

第２の発明によれば、上型を駆動する駆動装置の動力を利用して第１側部金型及び第２側部金型を互いに接近する方向に移動させることができるので、側部金型移動機構に専用の動力源を設けずに済み、構成をシンプルにすることができる。

第３の発明によれば、第１カム及び第２カムによって第１側部金型及び第２側部金型を互いに接近する方向に確実に移動させることができる。

第４の発明によれば、上型の位置に基づいて第１側部金型及び上記第２側部金型の動きを制御することができる。

第５の発明によれば、上側可動盤に中間金型を取り付け、下側可動盤の下側に第１側部金型及び第２側部金型を取り付けるようにしたので、中間金型と、第１側部金型及び第２側部金型との個別移動が可能になり、成形の自由度が向上する。

第６の発明によれば、第１側部金型及び第２側部金型を下側可動盤に取り付けた状態で水平方向に移動させることができる。

本発明の実施形態１に係る造管装置の縦断面図であり、上型が上死点位置にある状態を示す。 被加工材をＵＯ成形法で管にする場合を説明する図である。 Ｕｉｎｇ後の被加工材を下型の凹面に載置した状態を示す図１相当図である。 被加工材の開放幅が狭まった状態を示す図１相当図である。 中間金型の成形面によって被加工材の上部を押圧した状態を示す図１相当図である。 実施形態１の変形例に係る図１相当図である。 実施形態２に係る図１相当図である。 実施形態２に係る図３相当図である。 実施形態２に係る図４相当図である。 実施形態２に係る図５相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る造管装置１の縦断面図である。造管装置１は、図２に示す金属製板材からなる被加工材１００を管２００にする際に使用される装置であり、この造管装置１によって本発明の造管方法を実施することができる。

被加工材１００を構成する金属製板材は、例えば鋼鈑等を挙げることができる。具体的には、高張力鋼板や超高張力鋼板の板材を被加工材１００として使用することができる。被加工材１００の寸法は、最終製品として得る管２００の径や長さに応じて任意に設定することができる。管２００は、例えば、自動車のサスペンション装置を構成する部材として用いることができる他、各種流体を流通させる管として用いることができる。

この実施形態において、最終製品となる管２００は円管であるが、円管に限られるものではなく、図示しないが、楕円形断面を有する管や長円形断面を有する管等であってもよい。

（造管装置１の全体構成）
造管装置１は、下型１０と、上型２０と、駆動装置３０とを備えている。下型１０は、上方に開放する略Ｕ字状に成形された金属製板材からなる被加工材１００を載置することができるとともに、被加工材１００の下側を成形する部材である。また、上型２０は、被加工材１００の上側を成形する部材であり、下型１０の上方に配置される。駆動装置３０は、上型２０を下型１０に対して接離する方向（上下方向）に駆動する装置であり、例えば流体圧シリンダ等で構成することができる。

尚、この実施形態の説明では、造管装置１の左側を図１等の左側とし、造管装置１の右側を図１等の右側と定義するが、これは説明の便宜を図るためだけであって実際の使用状態における方向を限定するものではない。

（下型１０の構成）
下型１０は、工場等の床面に対して動かないように固定される固定盤１１と、固定盤１１の上面に対して動かないように取り付けられた下側金型１２と、第１カム１３及び第２カム１４とを少なくとも備えている。下側金型１２は、固定盤１１の上面から上方へ突出するように配設されている。下側金型１２の上面には、下方に窪む形状の凹面１２ａが形成されている。凹面１２ａは、被加工材１００の下側が載置される面であるとともに、被加工材１００の下側の外面を成形する成形面でもある。凹面１２ａは、図２に示す管２００の下側の最終形状を決定する面になるものであるため、管２００の下側が最終形状となるように形状設定されている。この実施形態では、管２００が円管であるため凹面１２ａは円弧面で構成されている。図示しないが、管が円管以外の場合には、その管の外面形状が得られるように凹面１２ａの形状を設定すればよい。

第１カム１３は、固定盤１１の上面において下側金型１２の右側方に配設されており、固定盤１１の上面から上方へ突出している。また、第２カム１４は、固定盤１１の上面において下側金型１２の左側方に配設されており、固定盤１１の上面から上方へ突出している。従って、下側金型１２は、第１カム１３と第２カム１４との間に位置付けられることになる。また、第１カム１３及び第２カム１４の上端部は、下側金型１２の上端部よりも上に位置している。

第１カム１３の上面には、第２カム１４側（造管装置１の左側）へ行くほど下に位置するように形成された第１カム面１３ａが形成されている。第１カム面１３ａは、第１カム１３の左端部から右側へ向かって左右方向中間部まで延びている。第１カム１３の上面における第１カム面１３ａよりも右側は、略水平に延びる面で構成されている。

第２カム１２の上面には、第１カム１３側（造管装置１の右側）へ行くほど下に位置するように形成された第２カム面１４ａが形成されている。第２カム面１４ａは、第２カム１４の右端部から左側へ向かって左右方向中間部まで延びている。第２カム１４の上面における第２カム面１４ａよりも左側は、略水平に延びる面で構成されている。第１カム１３及び第２カム１４は左右対称形状である。

（上型２０の構成）
上型２０は、上側可動盤２１と、下側可動盤２２と、第１側部金型２３と、第２側部金型２４と、中間金型２５と、弾性部材２６とを備えている。上側可動盤２１は、水平方向に延びる部材で構成されており、その上部が駆動装置３０の下端部に連結されている。よって、上側可動盤２１は駆動装置３０によって直接駆動されて上下方向に移動する。

下側可動盤２２は、水平方向に延びる部材で構成されており、上側可動盤２１の下方に配置され、該上側可動盤２１に対して上下方向に変位可能に連結されている。上側可動盤２１と下側可動盤２２とは弾性部材２６によって連結されている。よって、下側可動盤２２は、上側可動盤２１を介して駆動装置３０によって間接的に駆動されて上下方向に移動する。

弾性部材２６は、上下方向に伸縮するコイルスプリングやガススプリング等で構成することができるが、これら以外にも上下方向に弾性変形する部材で構成することができる。弾性部材２６の上端部が上側可動盤２１の下部に連結され、弾性部材２６の下端部が下側可動盤２２の上部に連結されている。上側可動盤２１と下側可動盤２２とを弾性部材２６によって連結した状態で、例えば下側可動盤２２を停止させたまま、上側可動盤２１を下方へ移動させることが可能になる。このとき、弾性部材２６は上下方向に縮んで上下方向の寸法が短くなる。また、弾性部材２６が上下方向に縮んだ状態から上下方向の寸法が長くなるように伸長することで、上側可動盤２１と下側可動盤２２との間隔が広がることになる。従って、弾性部材２６の上下方向の寸法が変化することで上側可動盤２１と下側可動盤２２との間隔を変化させることができる。図１に示すように、上型２０が上死点位置にあるときには、下側可動盤２２の重量によって弾性部材２６が伸長した状態になり、上側可動盤２１と下側可動盤２２との間隔が広がっている。

第１側部金型２３及び第２側部金型２４は下側可動盤２２の下側に取り付けられており、上側可動盤２１に対して上下方向に変位可能となっている。一方、中間金型２５は、第１側部金型２３及び第２側部金型２４の間に配置されており、被加工材１００の上部を成形する成形面２５ｃを有している。上側可動盤２１の下側には、中間金型２５の上部に設けられている取付部２５ａが取り付けられており、中間金型２５は上側可動盤２１と共に上下方向に移動可能となっている。中間金型２５の取付部２５ａよりも下側は、下方へ向けて延びる縦板部２５ｂとされている。中間金型２５の縦板部２５ｂは下側可動盤２２を上下方向に貫通して該下側可動盤２２の下面から下方へ突出するように形成されており、第１側部金型２３と第２側部金型２４との間に配置される。縦板部２５ｂの下端面は成形面２５ｃとされており、この成形面２５ｃは、図１に示すように水平面で構成することもできるし、図６に示す変形例のように円弧面で構成することもできる。

第１側部金型２３は、被加工材１００の右側の側面（一方の側面）の上側を成形する成形面２３ｂを有している。第１側部金型２３の成形面２３ｂは、該第１側部金型２３の左側面の下半部に形成されており、管２００が円管であるため円弧面で構成されている。図示しないが、管が円管以外の場合にはその管の外面形状が得られるように成形面２３ｂの形状を設定すればよい。第１側部金型２３の成形面２３ｂの上縁部は、該第１側部金型２３の左側面の上下方向中間部に位置している。第１側部金型２３の成形面２３ｂの下縁部は、該第１側部金型２３の左側面の下部に位置しており、図４に示す被加工材１００の開放幅を狭めた状態のときに、下側金型１２の凹面１２ａの右側の上縁部と略一致するように形成されている。

また、第２側部金型２４は、第１側部金型２３から水平方向（この実施形態では左方向）に離れて配置され、被加工材１００の左側の側面（他方の側面）の上側を成形する成形面２４ｂを有している。第２側部金型２４の成形面２４ｂは、該第２側部金型２４の右側面の下半部に形成されており、管２００が円管であるため円弧面で構成されている。図示しないが、管が円管以外の場合にはその管の外面形状が得られるように成形面２４ｂの形状を設定すればよい。第２側部金型２４の成形面２４ｂの上縁部は、該第２側部金型２４の右側面の上下方向中間部に位置している。第２側部金型２４の成形面２４ｂの下縁部は、該第２側部金型２４の右側面の下部に位置しており、図４に示す被加工材１００の開放幅を狭めた状態のときに、下側金型１２の凹面１２ａの左側の上縁部と略一致するように形成されている。第１側部金型２３の成形面２３ｂと、第２側部金型２４の成形面２４ｂとは、左右対称に形成することができる。

下側可動盤２２の下側には、第１側部金型２３及び第２側部金型２４を水平方向に案内する第１案内部材２２ａ及び第２案内部材２２ｂが設けられている。第１案内部材２２ａは、下側可動盤２２の右側に位置しており、第１側部金型２３が係合するレール状に形成することができる。第２案内部材２２は、下側可動盤２２の左側に位置しており、第２側部金型２４が係合するレール状に形成することができる。第１側部金型２３及び第２側部金型２４は、第１案内部材２２ａ及び第２案内部材２２ｂにそれぞれ係合した状態で個別に左右方向に移動することが可能になっている。また、第１側部金型２３及び第２側部金型２４は、第１案内部材２２ａ及び第２案内部材２２ｂを介して下側可動盤２２に取り付けられ、第１側部金型２３及び第２側部金型２４と、下側可動盤２２との上下方向の相対変位が殆ど生じないようになっている。

また、第１案内部材２２ａ及び第２案内部材２２ｂには、図示しないがそれぞれ付勢部材が内蔵されている。第１案内部材２２ａの付勢部材は、第１側部金型２３を右側へ常時付勢している。第２案内部材２２ｂの付勢部材は、第２側部金型２４を左側へ常時付勢している。

第１側部金型２３及び第２側部金型２４の下方に下型１０の第１カム１３及び第２カム１４が位置するように、第１側部金型２３及び第２側部金型２４が配設されている。第１側部金型２３の下面には、第１カム面１３ａに沿って延びるように形成された第１係合面２３ａが形成されている。つまり、第１係合面２３ａは、第２側部金型２４側（造管装置１の左側）へ行くほど下に位置するように傾斜している。また、この第１係合面２３ａは、第１側部金型２３の右端部から左側へ向かって左右方向中間部まで延びている。第１側部金型２３の下面における第１係合面２３ａよりも左側は、略水平に延びる面で構成されている。

第２側部金型２４の下面には、第２カム面１４ａに沿って延びるように形成された第２係合面２４ａが形成されている。つまり、第２係合面２４ａは、第１側部金型２３側（造管装置１の右側）へ行くほど下に位置するように傾斜している。また、この第２係合面２４ａは、第２側部金型２４の左端部から右側へ向かって左右方向中間部まで延びている。第２側部金型２４の下面における第２係合面２４ａよりも右側は、略水平に延びる面で構成されている。

第１側部金型２３の下降に伴って第１係合面２３ａが下型１０の第１カム１３の第１カム面１３ａに当接して係合すると、第１カム面１３ａが左側に向かって下降傾斜しているので、その第１カム面１３ａによって第１側部金型２３に対して左方向への力が作用し、第１側部金型２３が左方向へ移動する。また、第２側部金型２４の下降に伴って第２係合面２４ａが下型１０の第２カム１４の第２カム面１４ａに当接して係合すると、第２カム面１４ａが右側に向かって下降傾斜しているので、その第２カム面１４ａによって第２側部金型２４に対して右方向への力が作用し、第２側部金型２４が右方向へ移動する。

第１側部金型２３が左方向へ移動するタイミング及び移動量は、第１カム面１３ａ及び第１係合面２３ａの上下方向の位置及び傾斜角度によって任意に設定することができる。例えば、第１側部金型２３が左方向へ移動するタイミングは、第１カム面１３ａ及び第１係合面２３ａの上下方向の位置を変更することで調整可能であり、第１カム面１３ａが低くなればなるほど第１側部金型２３が左方向へ移動を開始するタイミングが遅くなる。また、第１カム面１３ａの傾斜角度が急になればなるほど第１側部金型２３の左側への移動量は少なくなる。第１側部金型２３の移動速度は、第１側部金型２３の下降速度によって調整可能である。第２側部金型２４が右方向へ移動するタイミング及び移動量も、同様であり、第２カム面１４ａ及び第２係合面２４ａの上下方向の位置及び傾斜角度によって任意に設定することができる。

この実施形態では、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の上部に接触する前に、第１側部金型２３及び第２側部金型２４を互いに接近する方向に移動させて被加工材１００の右側面及び左側面を第１側部金型２３の成形面２３ｂ及び第２側部金型２４の成形面２４ｂでそれぞれ押圧して被加工材１００の開放幅を狭めることができるように、第１カム面１３ａ及び第１係合面２３ａの位置及び形状と、第２カム面１４ａ及び第２係合面２４ａの位置及び形状とが設定されている。本発明の側部金型移動機構３は、第１カム１３及び第２カム１４と、第１案内部材２２ａ及び第２案内部材２２ｂと、第１係合面２３ａ及び第２係合面２４ａとで構成されている。

また、後述するように、側部金型移動機構３は、第１側部金型２３及び第２側部金型２４を互いに接近する方向に移動させて停止させた後に、中間金型２５によって被加工材１００の上部を押圧するように、第１側部金型２３及び第２側部金型２４の移動タイミング及び移動量を設定している。

（造管方法）
次に、造管方法について説明する。ＵＯ成形により鋼管を成形する場合には、まず、図２の左側に示すように、平板状の被加工材１００を準備する。この被加工材１００の両端部を上方へ僅かに折り曲げていてもよい。被加工材１００の両端部の折り曲げ加工工程は、図示しないプレス加工装置で行うことができる。

その後、Ｕ曲げ工程（Ｕｉｎｇ工程）を行う。Ｕ曲げ工程では、図２の中央に示すように、被加工材１００を断面略Ｕ字状に成形する。Ｕ曲げ工程は、図示しないが、凹面を有する下型の上に被加工材１００を載置した後、凸面を有する上型を下降させて凸面を被加工材１００に押し付けて凹面に沿うように成形することで断面略Ｕ字状の被加工材１００を得ることができる。この実施形態では、上方に開放する略Ｕ字状の被加工材１００を得ている。従って、Ｕ曲げ工程後の被加工材１００の上部には、該被加工材１００の両端部が左右方向に所定の隙間をあけて配置されることになり、被加工材１００の両端部の間が開放部となる。被加工材１００の材料強度や板厚等がバラつくことによるスプリングバック量の変化が、Ｕ曲げ工程後の被加工材１００の形状バラつきの原因となることがあり、被加工材１００の開放部の幅は一定になるとは限らないが、後工程を行うことができる程度の範囲内に収まるようになっている。

Ｕ曲げ工程後にＯ曲げ工程（Ｏｉｎｇ工程）を行う。Ｏ曲げ工程では、上記した造管装置１を使用する。図１に示すように、上型２０を駆動装置３０によって上昇させて上死点位置に配置する。上型２０が上死点位置にあるときには、下側可動盤２２の重量によって弾性部材２６が伸長した状態になっており、上側可動盤２１と下側可動盤２２との間隔が広がっている。また、第１側部金型２３は図示しない付勢部材の付勢力によって右側へ移動して停止しており、また、第２側部金型２４は図示しない付勢部材の付勢力によって左側へ移動して停止している。

上型２０を上死点位置にしてから略Ｕ字状の被加工材１００の下側を下型１０の凹面１２ａに載置する。このとき、被加工材１００の下側を下型１０に対して位置決め手段（図示せず）によって位置決めするようにしてもよい。

その後、上型２０を駆動装置３０によって下降させて下型１０に接近させていく。上型２０の移動速度は一定速とすることができる。下型１０の第１カム１３及び第２カム１４が、第１側部金型２３及び第２側部金型２４の下方にそれぞれ配置されているので、上型２０が下降していくと、第１側部金型２３の第１係合面２３ａが第１カム１３の第１カム面１３ａに当接して係合し、第２側部金型２４の第２係合面２４ａが第２カム１４の第２カム面１４ａに当接して係合する。また、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の上部に接触する前に、第１係合面２３ａと第１カム面１３ａとが係合し、第２係合面２４ａと第２カム面１４ａとが係合する。第１係合面２３ａと第１カム面１３ａとが係合するタイミングと、第２係合面２４ａと第２カム面１４ａとが係合するタイミングとは等しく設定されている。

この間、上型２０は下降し続けており、第１係合面２３ａと第１カム面１３ａとが係合した状態で上型２０が下降することで第１側部金型２３が左方向へ移動し、第２係合面２４ａと第２カム面１４ａとが係合した状態で上型２０が下降することで第２側部金型２４が右方向へ移動する。

第１側部金型２３が左方向へ移動すると、第１側部金型２３の成形面２３ｂが被加工材１００の右側面の上側に当接して該右側面を左に押圧する。これと同時に、第２側部金型２４が右方向へ移動しているので、第２側部金型２４の成形面２４ｂが被加工材１００の左側面の上側に当接して該左側面を左に押圧する。そして、第１側部金型２３と第２側部金型２４とが互いに接近する方向に移動しているので、被加工材１００の開放幅が狭まるように該被加工材１００が塑性変形する。図４に示すように、第１側部金型２３及び第２側部金型２４は、互いに接近する方向に移動して中間金型２５の縦板部２５ｂに近接または当接して停止する。このとき、第１側部金型２３及び第２側部金型２４の下面が下側金型１２の上面に当接するので、第１側部金型２３及び第２側部金型２４が下方へ移動しなくなる。

駆動装置３０は上側可動盤２１を下降させ続けており、第１側部金型２３及び第２側部金型２４の下面が下側金型１２の上面に当接することで下側可動盤２２が下降しなくなるので、弾性部材２６が縮んでいき、上側可動盤２１の下降が許容される。その後、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の上部を押圧して該上部を成形する。

以上のようにして被加工材１００を成形した後、脱型してから被加工材１００の両端部を付き合わせて溶接することで図２の右側に示すような管２００を得ることができる。溶接部を符号２００ａで示す。中間金型２５の成形面２５ｃが平坦面である場合には、被加工材１００が断面略Ｏ字状になるように、後工程で別途成形すればよい。図６に示すように、中間金型２５の成形面２５ｃが円弧面である場合には、被加工材１００が断面略Ｏ字状になるので、後工程は不要になる。

（実施形態の作用効果）
この実施形態によれば、上方に開放する略Ｕ字状に成形された被加工材１００の下側を下型１０の凹面１２ａに載置した後、上型２０を駆動装置３０により下型１０に接近する方向に駆動する過程で、側部金型移動機構３により第１側部金型２３及び第２側部金型２４が互いに接近する方向に移動する。すると、第１側部金型２３の成形面２３ｂが被加工材１００の右側面を押圧し、第２側部金型２４の成形面２４ｂが被加工材１００の左側面を押圧して被加工材１００の上部の開放幅を狭めることができる。

被加工材１００の上部の開放幅が狭まった後に、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の上部に接触する。これにより、被加工材１００が上型２０及び下型１０によって管２００に近い断面を有するまで成形される。つまり、開放幅が狭まった状態の被加工材１００の上部に中間金型２５の成形面２５ｃが接触するので、成形時に被加工材１００の両端部が中間金型２５の成形面２５ｃを摺動する距離が短くなり、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の端部によって削り取られるような摩耗が起こり難くなる。

また、第１側部金型２３及び第２側部金型２４の間に被加工材１００が配置されて、第１側部金型２３及び第２側部金型２４が互いに接近する方向に移動することになるので、被加工材１００の材料強度や板厚等のバラつきによってスプリングバック量が変化してＵ曲げ工程後の被加工材１００に形状バラつきが起こっていたとしても、その形状バラつきが吸収される。

したがって、ＵＯ成形により管２００を成形する際に上型２０に発生する局部的な摩耗を減少させて上型２０の使用可能な期間を延ばしながら最終製品である管２００の形状を設計通りの形状にすることができるとともに、被加工材１００のバラつきが管２００の形状に影響するのを抑制して品質を高めることができる。

（実施形態２）
図７〜図１０は、本発明の実施形態２に係る造管装置１を示すものである。この実施形態２では、第１側部金型２３及び第２側部金型２４を移動させる構造が実施形態１の造管装置１とは異なっており、他の部分は実施形態１の造管装置１と同じである。以下、実施形態１の造管装置１と同じ部分には実施形態１と同じ符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分について詳細に説明する。

実施形態２の側部金型移動機構３は、側部金型駆動装置３１、３２と、検知部２８と、制御装置４０とを備えている。側部金型駆動装置３１は、第１側部金型２３を左右方向に移動させるための装置である。側部金型駆動装置３２は、第２側部金型２４を左右方向に移動させるための装置である。側部金型駆動装置３１、３２は、例えば流体圧シリンダ等で構成することができ、第１側部金型２３及び第２側部金型２４を互いに接近する方向に移動させる。

検知部２８は、上型２０の下型１０に対する接離方向（上型２０の上下方向）の位置を検知するためのものであり、例えばリミットスイッチや近接センサ等で構成することができる。検知部２８は、下側可動盤２２に固定されたステー２７に取り付けられており、下側可動盤２２と共に上下方向に移動する。一方、固定盤１１には、検知部２８の直下方に、検知部２８に接触する接触部材１５が設けられている。検知部２８が下降して接触部材１５に接触すると、上型２０の上下方向の位置（上型２０の高さ）を検知することができる。この実施形態では、上型２０が図７に示す上死点位置よりも下型１０に接近し、かつ、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の上部に接触する前であることを検知部２８により検知することができるように、検知部２８の位置及び接触部材１５の高さが設定されている。

制御装置４０には、側部金型駆動装置３１、３２及び検知部２８が接続されている。制御装置４０は、検知部２８による検知結果に基づいて側部金型駆動装置３１、３２を制御するように構成されており、従来から周知のＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵したマイクロコンピュータやシーケンサ等で構成することができる。

具体的には、制御装置４０は、上型２０が図７に示す上死点位置よりも下型１０に接近し、かつ、中間金型２５の成形面２５ｃが被加工材１００の上部に接触する前であることを検知部２８により検知すると、第１側部金型２３及び第２側部金型２４が互いに接近する方向に移動するように側部金型駆動装置３１、３２を制御する。これにより、図９及び図１０に示すように、被加工材１００の開放幅を狭めた後に、中間金型２５によって被加工材１００の上部を押圧することができるので、実施形態１と同様な作用効果を奏することができる。

尚、実施形態２においても図６に示すように中間金型２５の成形面２５ｃを円弧状にすることができる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、例えば円管を成形する場合に使用することができる。

１ 造管装置
３ 側部金型移動機構
１０ 下型
１３ 第１カム
１３ａ 第１カム面
１４ 第２カム
１４ａ 第２カム面
２０ 上型
２１ 上側可動盤
２２ 下側可動盤
２２ａ、２２ｂ 案内部材
２３ 第１側部金型
２３ａ 第１係合面
２３ｂ 成形面
２４ 第２側部金型
２４ａ 第２係合面
２４ｂ 成形面
２５ 中間金型
２５ｃ 成形面
２８ 検知部
３０ 駆動装置
４０ 制御装置
１００ 被加工材
２００ 管

Claims (8)

1. 上方に開放する略Ｕ字状に成形された金属製板材からなる被加工材の下側が載置されるとともに、該被加工材の下側の外面を成形する凹面を有する下型と、
   上記下型の上方に配置される上型と、
   上記上型を上記下型に対して接離する方向に駆動する駆動装置とを備え、
   上記被加工材を管にする際に使用される造管装置において、
   上記上型は、上記被加工材の一方の側面の上側を成形する成形面を有する第１側部金型と、該第１側部金型から水平方向に離れて配置され、上記被加工材の他方の側面の上側を成形する成形面を有する第２側部金型と、上記第１側部金型及び上記第２側部金型の間に配置され、上記被加工材の上部を成形する成形面を有する中間金型とを備え、
   上記造管装置は、上記中間金型の上記成形面が上記被加工材の上部に接触する前に、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を互いに接近する方向に移動させて上記被加工材の一方の側面及び他方の側面を上記第１側部金型の成形面及び上記第２側部金型の成形面でそれぞれ押圧して上記被加工材の開放幅を狭める側部金型移動機構をさらに備えていることを特徴とする造管装置。
2. 請求項１に記載の造管装置において、
   上記側部金型移動機構は、上記下型に設けられ、上記上型の上記下型への接近方向への移動に伴って上記第１側部金型及び上記第２側部金型にそれぞれ係合して該第１側部金型及び該第２側部金型を互いに接近する方向に移動させる第１カム及び第２カムを備えていることを特徴とする造管装置。
3. 請求項２に記載の造管装置において、
   上記第１カム及び上記第２カムは、上記第１側部金型及び上記第２側部金型の下方にそれぞれ配置され、
   上記第１カムの上面には、上記第２カム側へ行くほど下に位置するように形成された第１カム面が形成され、
   上記第１側部金型の下面には、上記第１カム面に沿って延びるように形成された第１係合面が形成され、
   上記第２カムの上面には、上記第１カム側へ行くほど下に位置するように形成された第２カム面が形成され、
   上記第２側部金型の下面には、上記第２カム面に沿って延びるように形成された第２係合面が形成されていることを特徴とする造管装置。
4. 請求項１に記載の造管装置において、
   上記側部金型移動機構は、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を互いに接近する方向に移動させる側部金型駆動装置と、
   上記上型の上記下型に対する接離方向の位置を検知する検知部と、
   上記側部金型駆動装置及び上記検知部が接続され、該検知部による検知結果に基づいて上記側部金型駆動装置を制御する制御装置とを備え、
   上記制御装置は、上記上型が上死点位置よりも上記下型に接近し、かつ、上記中間金型の上記成形面が上記被加工材の上部に接触する前であることを上記検知部により検知すると、上記第１側部金型及び上記第２側部金型が互いに接近する方向に移動するように上記側部金型駆動装置を制御することを特徴とする造管装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の造管装置において、
   上記上型は、上記駆動装置に連結された上側可動盤と、該上側可動盤の下方に配置され、該上側可動盤に対して上下方向に変位可能に連結された下側可動盤とを備え、
   上記上側可動盤の下側に上記中間金型が取り付けられ、該中間金型の下側は上記下側可動盤から下方へ突出するように形成され、
   上記下側可動盤の下側に上記第１側部金型及び上記第２側部金型が取り付けられていることを特徴とする造管装置。
6. 請求項５に記載の造管装置において、
   上記下側可動盤の下側には、上記第１側部金型及び上記第２側部金型を水平方向に案内する案内部材が設けられていることを特徴とする造管装置。
7. 金属製板材からなる被加工材を管にする造管方法において、
   上記被加工材を上方に開放する略Ｕ字状に予め成形し、該被加工材の下側を下型の凹面に載置した後、
   第１側部金型で上記被加工材の一方の側面の上側を押圧し、第２側部金型で上記被加工材の他方の側面の上側を押圧するとともに、該第１側部金型と該第２側部金型とを互いに接近する方向に移動させて上記被加工材の開放幅を狭め、
   その後、上記第１側部金型及び上記第２側部金型の間に配置した中間金型によって上記被加工材の上部を押圧することを特徴とする造管方法。
8. 請求項７に記載の造管方法において、
   上記第１側部金型及び上記第２側部金型を互いに接近する方向に移動させて停止させた後に、上記中間金型によって上記被加工材の上部を押圧することを特徴とする造管方法。

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