(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-09
(45)【発行日】2022-11-17
(54)【発明の名称】パイプベンダおよび金属製丸パイプの曲げ加工方法
(51)【国際特許分類】
B21D 7/028 20060101AFI20221110BHJP
B21D 7/025 20060101ALI20221110BHJP
【FI】
B21D7/028
B21D7/025 B
(21)【出願番号】P 2018011256
(22)【出願日】2018-01-26
【審査請求日】2020-12-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000004709
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
(74)【代理人】
【識別番号】100120514
【氏名又は名称】筒井 雅人
(72)【発明者】
【氏名】瀬 直己
(72)【発明者】
【氏名】奥田 丞志
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 秀行
【審査官】永井 友子
(56)【参考文献】
【文献】特開昭61-014022(JP,A)
【文献】実開平06-029454(JP,U)
【文献】特開昭54-112771(JP,A)
【文献】特開2001-334334(JP,A)
【文献】特開昭57-142723(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2007/0221365(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21D 7/028
B21D 7/025
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属製丸パイプの曲げ方向内面側を嵌入させるための第1のパイプ嵌入用凹部が外周面に形成されているロールブロックと、
前記金属製丸パイプの曲げ方向外面側を嵌入させるための第2のパイプ嵌入用凹部が側面に形成されているプレッシャ型と、
を備えており、
前記第1および第2のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって前記金属製丸パイプを挟み付けて、前記金属製丸パイプに曲げ部を形成することが可能とされている、パイプベンダであって、
前記第2のパイプ嵌入用凹部は、前記第2のパイプ嵌入用凹部の開口幅方向の中央部が最奥部とされ、かつこの最奥部から前記第2のパイプ嵌入用凹部の一対の縁部の相互間の中心までの距離よりも、前記最奥部と前記一対の縁部との相互間の中間部から前記中心までの距離の方が短い断面非半円状とされており、
前記第1のパイプ嵌入用凹部の内面には、この第1のパイプ嵌入用凹部よりも深さが深い複数の凹溝部が周方向に間隔を隔てて設けられていることを特徴とする、パイプベンダ。
【請求項2】
請求項1に記載の
パイプベンダであって、
前記第1のパイプ嵌入用凹部は、断面半円状、または前記第2のパイプ嵌入用凹部よりも断面半円状に近い断面略半円状とされている、パイプベンダ。
【請求項3】
請求項1または2に記載のパイプベンダであって、
前記第2のパイプ嵌入用凹部の前記最奥部および前記中間部は、断面視おいて、凹状の湾曲状、または非湾曲状である、パイプベンダ。
【請求項4】
外側面に第1のパイプ嵌入用凹部が形成されているロールブロックと、内側面に第2のパイプ嵌入用凹部が形成されているプレッシャ型と、を備えているパイプベンダを利用し、
前記第1および第2のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって金属製丸パイプを挟み付けて曲げる工程を有している、金属製丸パイプの曲げ加工方法であって、
前記パイプベンダとして、請求項1ないし3のいずれかに記載のパイプベンダを用いることを特徴とする、金属製丸パイプの曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、曲げ部が形成された金属製丸パイプに関連する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
熱交換器の伝熱管として、U字状、蛇行状、あるいは螺旋状の伝熱管など、曲げ部を備えた金属製丸パイプがよく用いられる。このような曲げ部を備えた金属製丸パイプは、パイプベンダを用いて直管状の金属製丸パイプに曲げ加工を施して製作される(たとえば、特許文献1,2を参照)。
【0003】
パイプベンダとしては、種々の構成のものが提案されているが、その多くは、簡略的には、
図6に示すように、ロールブロック2およびプレッシャ型3を備えた構成とされている。これらロールブロック2およびプレッシャ型3は、ともに半円状の第1および第2のパイプ嵌入用凹部21,31を有しており、これらの内面によって金属製丸パイプ1を挟み付けるようにして、金属製丸パイプ1をロールブロック2の第1のパイプ嵌入用凹部21に沿わせるように曲げる。
【0004】
前記した手段によれば、
図7に示すような曲げ部10を有する金属製丸パイプ1が得られる。この金属製丸パイプ1の曲げ部10は、中心線C1よりも内側の内側半部11aが半円弧状であるのに対し、中心線C1よりも外側の外側半部11bの広い領域が中心線C1寄りに窪んだ形態である。外側半部11bのうち、本来的には最外部となる筈の部分Paが、適当な寸法Lcだけ中心線C1寄りにオフセットしている。
曲げ部10を形成する場合、内側半部11aは圧縮側となるのに対し、外側半部11bは引っ張り側となる。このため、曲げ部10の曲率半径R(曲げ半径)を小さくするほど、外側半部11bにおける引っ張り変形量が多くなり、前記した寸法Lcも増大し、外側半部11bは偏平化する。また、金属製丸パイプ1の曲げ加工速度を速くした場合には、前記した偏平化がより顕著となる。
【0005】
しかしながら、前記従来技術によれば、次に述べるように改善すべき余地がある。
【0006】
第1に、曲げ部10が前記したような形態に偏平化すると、曲げ部10の断面積が、曲げ加工前の本来の断面積と比較して、かなり小さくなる。また、曲げ部10の最小内幅Ldも小さくなる。このため、金属製丸パイプ1に流体を流通させた際の流路抵抗が大きくなる。これは、金属製丸パイプ1を、たとえば熱交換器の伝熱管などとして用いる場合に好ましいものではない。
第2に、曲げ部10の偏平化は、金属製丸パイプ1の曲げ加工速度を速くするほど顕著となるために、曲げ部10の偏平化を抑制するには、曲げ加工速度を遅くする必要がある。このため、生産性を高める上で不利を招く。
【0007】
なお、従来においては、たとえば特許文献3に記載されているように、金属製丸パイプに曲げ加工を施す際に、曲げ加工対象部分の内側に、芯金を配置させ、曲げ部の偏平化を防止する手段がある。ところが、このような手段によれば、作業が煩雑なものとなり、また設備コストが高価となるばかりか、金属製丸パイプの全長が比較的長い場合、あるいは1本の金属製丸パイプに複数の曲げ部を設けるような場合には、曲げ加工対象部分の内側に芯金を収容配置させることができず、芯金を利用した曲げ加工は困難となる。したがって、前述した不具合を適切に解消することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開2016-131977号公報
【文献】特開2012-135797号公報
【文献】特開2004-322186号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、曲げ部の断面積や最小内幅が減少することを抑制し、流路抵抗を小さくするなどの利点が得られるとともに、容易かつ適切に製造することが可能な金属製丸パイプの製造に適するパイプベンダ、および前記金属製丸パイプの曲げ加工方法を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0011】
本発明の後述するパイプベンダおよび金属製丸パイプの曲げ加工方法を利用して製造される金属製丸パイプは、曲げ部を有する金属製丸パイプであって、この金属製丸パイプは、ステンレス製であり、前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記曲げ部の周壁部の外側半部は、前記曲げ部の内外周方向xに対して直交するy方向の中央部が最外周部とされ、かつこの最外周部からパイプ中心までの距離Laよりも、前記外側半部の一対の基端部と前記最外周部との相互間の中間部から前記パイプ中心までの距離Lbの方が短い非円弧状の外向き凸状であり、前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記曲げ部の周壁部の内側半部は、半円弧状、または前記外側半部よりも半円弧状に近い略半円弧状であるとともに、前記内側半部には、この内側半部の一部が皺状に隆起した複数の隆起部が周方向に間隔を隔てて形成されており、前記最外周部から前記パイプ中心までの距離Laは、前記金属製丸パイプの管外径の1/2よりも短いことを特徴としている。
【0012】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第1に、従来技術とは異なり、曲げ部の外側半部が偏平な形状とはされておらず、曲げ部の断面積を従来技術よりも大きくすることができる。また、曲げ部の最小内幅も大きくすることができる。したがって、金属製丸パイプに流体を流通させた際の流路抵抗を小さくすることができる利点が得られる。
第2に、曲げ部の周壁部の外側半部は、前記中間部が最外周部よりもパイプ中心寄りに位置する形態であるが、このような形態によれば、曲げ部を加工形成する際に、曲げ部の外側半部が引っ張りを受けて伸ばされることによって窪みが生じる部位を、前記中間部の部位とし、このことによって外側半部の最外周部がパイプ中心寄りに大きく窪まないようにすることが可能である。このようなことから、曲げ部の偏平化を回避しつつ、金属製丸パイプの曲げ加工速度を速くし、生産性の向上、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
【0015】
本発明において、好ましくは、前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記外側半部の前記最外周部および前記中間部は、外向き凸の湾曲状、または非湾曲状とされている。
【0016】
このような構成によれば、曲げ部を加工する際に、外側半部の最外周部および中間部がパイプ中心寄りに大きく窪むことを抑制する上で一層好ましいものとなる。
【0019】
本発明の第1の側面により提供されるパイプベンダは、金属製丸パイプの曲げ方向内面側を嵌入させるための第1のパイプ嵌入用凹部が外周面に形成されているロールブロックと、前記金属製丸パイプの曲げ方向外面側を嵌入させるための第2のパイプ嵌入用凹部が側面に形成されているプレッシャ型と、を備えており、前記第1および第2のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって前記金属製丸パイプを挟み付けて、前記金属製丸パイプに曲げ部を形成することが可能とされている、パイプベンダであって、前記第2のパイプ嵌入用凹部は、前記第2のパイプ嵌入用凹部の開口幅方向の中央部が最奥部とされ、かつこの最奥部から前記第2のパイプ嵌入用凹部の一対の縁部の相互間の中心までの距離よりも、前記最奥部と前記一対の縁部との相互間の中間部から前記中心までの距離の方が短い断面非半円状とされており、前記第1のパイプ嵌入用凹部の内面には、この第1のパイプ嵌入用凹部よりも深さが深い複数の凹溝部が周方向に間隔を隔てて設けられていることを特徴としている。
【0020】
本発明の第2の側面により提供される金属製丸パイプの曲げ加工方法は、外側面に第1のパイプ嵌入用凹部が形成されているロールブロックと、内側面に第2のパイプ嵌入用凹部が形成されているプレッシャ型と、を備えているパイプベンダを利用し、前記第1および第2のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって金属製丸パイプを挟み付けて曲げる工程を有している、金属製丸パイプの曲げ加工方法であって、前記パイプベンダとして、本発明の第1の側面により提供されるパイプベンダを用いることを特徴としている。
【0021】
このような構成によれば、本発明の第1の側面により提供される金属製丸パイプを適切に製造することが可能である。
【0022】
本発明において、好ましくは、前記第1のパイプ嵌入用凹部は、断面半円状、または前記第2のパイプ嵌入用凹部よりも断面半円状に近い断面略半円状とされている。
【0023】
このような構成によれば、金属製丸パイプの曲げ部の内側半部を、半円弧状、または外側半部よりも半円弧状に近い略半円弧状の断面形状とすることができる。
【0024】
本発明において、好ましくは、前記第2のパイプ嵌入用凹部の前記最奥部および前記中間部は、断面視おいて、凹状の湾曲状、または非湾曲状である。
【0025】
このような構成によれば、金属製丸パイプの曲げ部の外側半部の最外周部および中間部が大きく窪んだ形状にならないようにすることが可能である。
【0026】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【
図1】(a)は、本発明に係る
金属製丸パイプの曲げ加工方法によって加工された金属製丸パイプの一例を示す要部平面図であり、(b)は、(a)のIb-Ib拡大断面図である。
【
図2】(a)は、本発明に係るパイプベンダの一例を示す概略平面断面図であり、(b)は、(a)のIIb-IIb断面図であり、(c)は、(a)のIIc-IIc断面図である。
【
図3】(a)は、
図2に示すパイプベンダに金属製丸パイプをセットした状態の概略平面断面図であり、(b)は、(a)のIIIb-IIIb断面図である。
【
図4】
図3に示す状態からパイプベンダを動作させて金属製丸パイプに曲げ部を形成した状態を示す概略平面断面図である。
【
図5】(a)は、曲げ部を有する金属製丸パイプを用いて構成された熱交換器の一例を示す平面断面図であり、(b)は、(a)のVb-Vb断面図であり、(c)は、側面図である。
【
図6】パイプベンダの従来技術の一例を示す要部断面図である。
【
図7】(a)は、金属製丸パイプの従来技術の一例を示す要部平面図であり、(b)は、(a)のVIIb-VIIb拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、
図6および
図7に示した従来技術と同一または類似の要素には、従来技術と同一の符号を適宜付すこととする。
【0029】
図1に示す金属製丸パイプ1は、たとえばステンレス製であり、180°の角度範囲で、適当な曲率半径Rで湾曲した曲げ部10を有している。同図(b)に示すように、曲げ部10の軸線方向断面視において、曲げ部10の周壁部11の内側半部11a(中心線C1よりも内側(左側))は、半円弧状である。ただし、内側半部11aは、周壁部11が圧縮された部位であるため、同図(a)に示すように、複数の隆起部12を有する皺状に形成される。
【0030】
一方、曲げ部10の周壁部11の外側半部11b(中心線C1よりも外側)は、非円弧状の外向き凸状である。より具体的には、外側半部11bは、曲げ部10の内外周方向x(
図1(b)の左右方向)に対して直交するy方向(同図の上下縦方向)の中央部(中心線C2が通過する部位)が最外周部13とされている。ここで、最外周部13からパイプ中心Oまでの距離Laよりも、一対の中間部15からパイプ中心Oまでの距離Lbの方が短い構成(La>Lbの関係)とされている。ここで、中間部15は、外側半部11bの一対の基端部14と最外周部13との相互間の部位である。一対の基端部14は、外側半部11bの基端となる部位であり、外側半部11bのうちの中心線C1の付近である。
【0031】
なお、最外周部13は、後述する金属製丸パイプ1の曲げ加工がなされることにより、曲げ加工前の本来の位置よりもパイプ中心O寄りに僅かに位置ずれする場合がある。このため、中間部15のうち、基端部14に近い部分からパイプ中心Oまでの距離が、距離Laよりも長くなる場合があり得る。ただし、本発明においては、中間部15の全域がLa>Lbの関係を満たす必要はなく、中間部15の少なくとも一部(たとえば、中間部15の中央部またはその付近)からパイプ中心Oまでの距離Lbが、La>Lbの関係を満たせばよい。
この点は、後述するプレッシャ型3の第2のパイプ嵌入用凹部31の最奥部31aと中間部31cとの距離La’,Lb’の関係についても同様である。
【0032】
外側半部11bは、別の側面から考察すると、中間部15が、一対の基端部14および最外周部13の3点を通過する円弧aよりも、パイプ中心O寄りに位置する形態に相当する。
【0033】
最外周部13、および中間部15は、曲げ部10の軸線方向断面視において、ともに外向き凸の湾曲状とされている。これらの曲率半径r1,r2は相違しており、たとえばr1<r2である。ただし、これに限定されず、最外周部13、および中間部15の一方または双方を、たとえば非湾曲状とすることもできる。
【0034】
次に、前記した曲げ部10を形成するためのパイプベンダAの一例、およびこれを用い
て曲げ部10を形成する方法の一例について説明する。
【0035】
図2に示すパイプベンダAは、ロールブロック2、プレッシャ型3、およびクランプ型4を備えている。
【0036】
ロールブロック2は、軸部20を中心として水平回転可能であり、その外周面には、第1のパイプ嵌入用凹部21が一連に形成されている。平面断面視において、第1のパイプ嵌入用凹部21は、180°の角度範囲にわたって円弧状に湾曲した湾曲部21a、およびその両端に繋がった直線部21b,21cを有している。第1のパイプ嵌入用凹部21は、既述した曲げ部10の内側半部11aに対応した形態であり、具体的には、同図(c)に示すように、断面半円状(内面が半円弧状)である。ただし、第1のパイプ嵌入用凹部21の内面には、この第1のパイプ嵌入用凹部21よりも深さが深い複数の凹溝部22が適当な間隔で設けられている。この凹溝部22は、
図1(a)に示した隆起部12に対応する部位である。
【0037】
プレッシャ型3は、側面に第2のパイプ嵌入用凹部31が、矢印Naで示す水平方向に一連に形成されたブロック状の部材であり、ロールブロック2の横に位置して前記した矢印Na方向に往復動可能である他、これと交差する矢印Nbの水平方向にも往復動し、ロールブロック2への接近および離反が可能である。第2のパイプ嵌入用凹部31は、既述した曲げ部10の外側半部11bに対応した形態である。具体的には、
図2(c)に示すように、第2のパイプ嵌入用凹部31は、上下開口幅方向の中央部が最奥部31aとされ、かつこの最奥部31aから第2のパイプ嵌入用凹部31の一対の縁部31bの相互間の中心Oaまでの距離La’よりも、一対の中間部31cから中心Oaまでの距離Lb’の方が短い断面非半円状である。中間部31cは、各縁部31bと最奥部31aとの相互間の部位である。最奥部31a、および中間部31cは、
図1に示した曲げ部10の最外周部13および中間部15に対応する部位であり、好ましくは、断面視において、凹状の湾曲状である。ただし、これらを断面視において非湾曲状とすることもできる。
【0038】
クランプ型4は、ロールブロック2との間で金属製丸パイプ1をクランプし、金属製丸パイプ1の引っ張り動作を生じさせるための部位である。このクランプ型4の側面には、
図2(b)に示すような断面半円状の第3のパイプ嵌入用凹部41が設けられている。クランプ型4は、ロールブロック2を軸部20を中心として回転させる際には、これに伴い、軸部20を中心として水平回転するように構成されている。このことにより、ロールブロック2との相対的な位置関係にズレが生じないようにし、ロールブロック2とクランプ型4との両者によって金属製丸パイプ1のクランプ状態を維持することができる。
【0039】
前記したパイプベンダAを用いて金属製丸パイプ1に曲げ部10を形成する加工は、次のようにして行なわれる。
【0040】
まず、
図3に示すように、金属製丸パイプ1は、曲げ方向内面側をロールブロック2の第1のパイプ嵌入用凹部21(直線部21b)に嵌入させる一方、曲げ方向外面側をプレッシャ型3およびクランプ型4の第2および第3のパイプ嵌入用凹部31,41に嵌入させるように設定する。プレッシャ型3およびクランプ型4は、ロールブロック2側に接近させ、これらと金属製丸パイプ1との間に滑りなどを生じないように金属製丸パイプ1を十分な力でクランプしておく。次いで、このような設定状態において、軸部20を中心として、ロールブロック2およびクランプ型4を180°水平回転させる。このことにより、
図4に示すように、金属製丸パイプ1の一部は、ロールブロック2の第1のパイプ嵌入用凹部21の湾曲部21aに沿った状態に曲げられ、曲げ部10が形成される。この曲げ部10は、
図1を参照して説明したのと同様な構成となる。なお、ロールブロック2およびクランプ型4の前記した回転時に、プレッシャ型3を矢印Nc方向に前進させることに
より、曲げ部10の外側半部11bの引っ張り力、あるいは引っ張り量を調整することが可能である。
【0041】
図5は、熱交換器HEの一例を示しているが、この熱交換器HEの複数の伝熱管1Aは、金属製丸パイプ1に前記した曲げ部10を複数箇所形成することによって、全体を蛇行状とした伝熱管である。この熱交換器HEにおいては、複数の伝熱管1Aが、上下高さ方向に間隔を隔てて積層された状態で、ケース5内に収容されている。ケース5は、加熱用気体としての燃焼ガスの給気口50および排気口51が設けられている。また、各伝熱管1Aの端部は、入水用および出湯用のヘッダ6a,6b内に配され、ヘッダ6aの入水口60aから供給された湯水は、各伝熱管1Aを通過して加熱されてからヘッダ6b内に到達し、その出湯口60bから出湯するように構成されている。
【0042】
次に、
図1に示した金属製丸パイプ1の作用について説明する。
【0043】
まず、曲げ部10は、内側半部11aが偏平化されていないことは勿論のこと、外側半部11bも大きく偏平した形状とはされていない。このため、
図7に示した従来技術と比較すると、曲げ部10の断面積、および最小内幅を大きくすることが可能である。したがって、金属製丸パイプ1に流体を流通させた際の流路抵抗を小さくすることが可能である。これは、
図5に示した熱交換器HEの伝熱管1Aの通水抵抗を軽減する上で好ましい。
【0044】
曲げ部10の外側半部11bは、中間部15が最外周部13よりもパイプ中心O寄りに位置する形態であるが、このような形態は、曲げ部10を加工形成する際に、曲げ部10の外側半部11bが引っ張りを受けて伸ばされることにより窪み(パイプ中心O寄りへの変位)を生じる部位が、中間部15とされた形態である。したがって、外側半部11bの最外周部13がパイプ中心O寄りに大きく窪まないようにすることが可能である。このようなことから、金属製丸パイプ1の曲げ加工速度を比較的速くした場合であっても、曲げ部10の偏平化を適切に回避することが可能である。
本実施形態では、既述したように、曲げ部10の外側半部11bの最外周部13および中間部15は、曲げ部10の軸線方向断面視において、ともに外向き凸の湾曲状とされているため、これらの部位がパイプ中心O寄りに大きく窪むことはより確実に防止される。
【0045】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るパイプベンダの各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内で種々に設計変更自在である。本発明に係る金属製丸パイプの曲げ加工方法の各作業工程の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内で種々に変更自在である。
【0046】
本発明は、金属製丸パイプの曲げ部の外側半部の偏平化を防止または抑制する点に主眼をおくものである。したがって、内側半部については種々の事情に応じてその具体的な形状を選択することが可能である。ただし、内側半部は、半円弧状、または少なくとも外側半部よりも半円弧に近い形態(略半円弧状)とすることが好ましい。
【0047】
曲げ部の外側半部の最外周部や中間部は、外向き凸の湾曲状、あるいは少なくとも非湾曲状とし、内向きに窪んだ湾曲状に形成することは避けることが好ましいが、あえてそのような形状としてもよく、この場合にも本発明の意図する形状の範囲内にあれば、本発明の技術的範囲に属する。
【0048】
曲げ部の具体的な曲げ角度は限定されない。上述の実施形態においては、180°の角度範囲で曲げ部を形成しているが、これに代えて、90°などの他の角度とすることもできる。また、具体的な曲げ半径、曲げ対象となる金属製丸パイプのサイズ、材質なども限定されない。
本発明が適用された金属製丸パイプは、熱交換器の伝熱管として利用するのに適するが、これ以外の用途に用いることもできる。
【符号の説明】
【0049】
A パイプベンダ
O パイプ中心
Oa 中心(一対の縁部の相互間の中心)
HE 熱交換器
1 金属製丸パイプ
1A 伝熱管
10 曲げ部
11 周壁部
11a 内側半部
11b 外側半部
13 最外周部(外側半部の)
14 基端部(外側半部の)
15 中間部(外側半部の基端部と最外周部との相互間)
2 ロールブロック
21 第1のパイプ嵌入用凹部
3 プレッシャ型
31 第2のパイプ嵌入用凹部
31a 最奥部(第2のパイプ嵌入用凹部の)
31b 縁部(第2のパイプ嵌入用凹部の)
31c 中間部(最奥部と縁部との相互間)