パイプ

こちらの記事では、ロールフォーミング方式によって製造される「パイプ」と呼ばれる部品について解説しています。どのような部品なのか、またパイプのロールフォーミング方法である3つの方式についてまとめています。
さらに、ロールフォーミングによるパイプの製作事例についてもまとめました。

パイプの定義と役割

パイプとは一般的に「筒状」の管であり、素材としては金属や樹脂など用途や環境に応じて様々なものが利用され、そのサイズや形状にも複数のタイプが存在します。また工業分野や産業分野におけるパイプとは通常、液体や気体の通路として設置される用途が多く、断面形状も丸形や角形といったものが多くなります。具体的には通風口や水道管、あるいは電気ケーブルなどをまとめて通すために使用されることもあるでしょう。

同じく中が空洞の輸送経路としては「ホース」や「チューブ」も使用されますが、それらが屈曲性を有するのに対し、パイプは通常、それ自体は大きく変形しないことも特徴です。ただし、ジャバラ式の連結器具などを使用して可変性を備えたパイプなどが用いられる場合もあります。

パイプの素材

ステンレス

ステンレスは、耐食性が非常に高く、錆びにくい特性を持つ合金素材です。主成分は鉄で、そこにクロムやニッケルを加えることで耐久性と美観を高めています。以下のような特徴があります。

耐久性：腐食環境や湿気の多い場所でも長期間使用可能です。
用途：水道管、ガス管、食品加工設備など、衛生面や安全性が求められる分野で利用されています。
加工性：硬度が高いため加工はやや難しいものの、溶接や仕上げ作業に適しています。

鉄

鉄は、コストパフォーマンスに優れた素材で、多用途に使用されています。炭素含有量に応じて特性が変わり、柔軟性や硬さを調整できます。

強度：適度な強度と加工性があり、建設用資材や産業用配管などに使用されます。
錆びやすさ：そのままでは錆びやすいので、亜鉛メッキや防錆塗装などの表面処理が必要です。
用途：建築物の配管、産業機械の部品、エネルギー分野での基盤材料として活用されています。

その他金属

パイプには、ステンレスや鉄以外にもさまざまな金属が利用されています。

アルミニウム：軽量で耐食性に優れるため、航空機や輸送機器、エネルギー分野で使用されます。リサイクルが容易な点も利点です。
銅：耐熱性と耐食性が高く、電気伝導性に優れているため、空調設備や配電用パイプで広く使用されています。
チタン：非常に軽量で強度が高く、耐食性があるため、医療機器や化学プラントで利用されています。

これらの素材は、それぞれの特性を生かして、環境や用途に応じて適切に選択されます。

パイプのロールフォーミング方法

パイプのロールフォーミングは下記の3つの方法があります。

エクストロールフォーミング方式
ドローベンチ方式
ロールフォーミング方式

「エクストロールフォーミング方式」は、成形ロールそのものは駆動せずに、油圧シリンダーの推力を用いて押し出す方式です。スタンドに装着されたロール孔形内に素管を押し込み、押し抜くことによって成形を行います。
また「ドローベンチ方式」は、成形ロールが駆動しない点はエクストロールフォーミング方式と同様ですが、ドローベンチ方式の場合は、ドローベンチ（引き抜き機）を用いてパイプを引き抜き、成形を行う方式です。「ロールフォーミング方式」は、各スタンドに組み付けた成形ロールのシャフトが駆動する中で、パイプを移動させながら成形していく方式です。この方式は、複雑断面を持つ長尺製品を大量かつ効率的に製造する際に向いている方式となっています。
このように、パイプのロールフォーミング方法には3つの方法がありますが、どの方式が使用されるかは用途や鋼種、寸法、形状などさまざまな点を考慮して決定されます。

ロールフォーミングで製造されるパイプの特徴

素材となる金属板に、ローラーで圧力を加えて目的の形状に成形ロールフォーミング加工は、パイプの量産において適合性のある加工方法と言うことが可能です。

ロールフォーミングによってパイプを製造する場合、基本的には金属板が使用され、それを筒状に変形させて1本のパイプとして整えることになります。そのため射出成形や押出成形と異なり、ロールフォーミング加工単体では筒が完全に閉じておらず、完全な密閉性を確保できない場合があります。

一方、ロールフォーミングは均一の品質でパイプを量産できる上、オートメーション化による生産性向上によりコストパフォーマンスを高められることがメリットです。また長尺のパイプや特徴的な形状のパイプなどもローラーの設定によって調整しやすい点は見逃せません。

パイプにおけるロールフォーミング技術の注意点と課題

ロールフォーミングは金属板をローラーで押し曲げて目的の形状に整えるという仕組みから、どうしても素材として利用できる板厚に限界があり、肉厚のパイプを製造することにはあまり適していません。また、そもそも変形しづらい素材や、折り曲げることで割れてしまうような素材に関してもロールフォーミングによる加工は困難です。

加えて、金属にはスプリングバックという性質があり、力を加えて変形させられた後、元の形状に戻ろうとする特性（逆弾性変形）があります。スプリングバックの程度は素材や形状によって異なるものの、ロールフォーミングでは最初からスプリングバックによる後戻りも考慮して、加工条件を設定しなければなりません。

つまり、ロールフォーミングによるパイプ加工のメリットを追求する上で、適切な素材の選定と適正な加工条件の設定は不可欠であり、この段階でエラーがあれば不良品が量産されて結果的にコストパフォーマンスが悪化してしまう点に注意してください。

パイプに関する特許

開閉体巻取部の吊元構造（文化シヤッター株式会社）

2022年5月2日に文化シヤッター株式会社から出願された技術です。建物の開口部の開閉動作を支える部分について、十分な防火構造を実現しつつ材料コストを削減し、さらに組立時の作業も容易にできるようロールフォーミング加工を活用したパイプを用いています。

技術の要として、開閉装置の吊元構造に使用するパイプの構造と製造工程が挙げられており、ロールフォーミングによって板材の両端縁を接合して中空パイプを成形し、さらに両端縁の重ね方などに工夫が加えられています。

参考元：特許情報プラットフォーム「特開2023-165235：文化シヤッター株式会社」（https://www.j-platpat.inpit.go.jp/p0200）

金属角パイプ製造装置（株式会社ユニマック）

1996年1月25日に株式会社ユニマックから出願された、金属製の角パイプの製造装置に関する実用新案登録です。

溶接部が幅方向の中央にない金属製角パイプの製造工程を簡易化するため、帯状の金属板をロールフォーミング加工によって円筒状（丸パイプ）に成形し、さらに両側の側端縁同士を溶接、その後に改めて丸パイプを角形に整えることで、連続的に金属角パイプを製造することに成功しました。なお、成形工程と溶接工程の間に金属丸パイプをひねる装置も配置されています。

参考元：特許情報プラットフォーム「実登3027186：株式会社ユニマック」（https://www.j-platpat.inpit.go.jp/p0200）