JP2006297456A - 筒状マンドレル - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工された二重管において、外管に対する内管の位置精度を高める。
【解決手段】二重管10の曲げ加工の際に内管11および外管12の間の環状空間14に配置される筒状マンドレル30には、規定部33および案内部40が、曲げ開始位置Ｂよりも前方に配置される前端部32に設けられる。規定部33の内側規定部34は、曲げ加工時に内管11の曲げ形状を規定する。案内部40は、規定部33よりも前方に突出して曲げ加工の曲げ中心線方向に離隔する１対の案内片41，42から構成され、各案内片41，42は曲げ中心線に対する直交平面に平行に内管11を案内する。
【選択図】図３

Description

本発明は、径方向で内管と外管との間に環状空間が形成される二重管の曲げ加工に使用される筒状マンドレルに関し、該筒状マンドレルは、例えばロータリーダイおよび内マンドレルを備える曲げ加工装置に備えられる。

二重管を曲げ加工するためには、例えばロータリーダイを備える曲げ加工装置が使用される。その際、内管および外管のしわや座屈などの発生を防止して、内管および外管を滑らかに曲げるために、内管と外管との間の環状空間に筒状マンドレルが配置され、内管の内部空間に別のマンドレルが配置される。

例えば、特許文献１に開示された曲げ加工装置では、内管および外管からなる中空二重管に対して、内管と外管との間隙内に管状芯金が配置され、内管内に内部芯金が配置される。そして、管状芯金の前端部は、曲げ開始位置よりも曲げ方向前側に突出する突出部を構成し、該突出部に内管および外管の最終曲げ形状と略同一形状の面取り部が形成される。また、内部芯金の先端部には、連結部材および連結軸を介して連結保持される補助芯金が屈曲可能に設けられる。
特開平１０−７１４３０号公報

前記従来技術における管状芯金のみでは、突出部の面取り部よりも前方において、特に、一体的に固着された二重管の一端から離れた部分に曲げ加工が施されるとき、外管に対する内管の位置にずれが生じることがある。また、内部芯金に補助芯金が設けられる場合にも、内部芯金および補助芯金と連結軸との間、および連結部材と連結軸との間には、補助芯金を屈曲可能にすべく、それら部材間での摺動を可能とするための隙間が存在するため、曲げ加工により、外管に対する内管の位置、または外管の中心軸線に対する内管の中心軸線の位置がずれることがある。そして、この位置ずれは、補助芯金の数が多くなり連結部の数が多くなるほど大きくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜３記載の発明は、曲げ加工された二重管において、外管に対する内管の位置精度を高めることを目的とする。そして、請求項２，３記載の発明は、さらに、内管の曲がり部の滑らかさを向上させることを目的とする。

請求項１記載の発明は、内管および外管を有する二重管の曲げ加工の際に前記内管および前記外管の間の環状空間に配置される筒状マンドレルにおいて、規定部および案内部が、曲げ開始位置よりも前方に配置される部分に設けられ、前記規定部は、曲げ加工時に前記内管の曲げ形状を規定し、前記案内部は、前記規定部よりも前方に突出して曲げ加工の曲げ中心線の方向に離隔する１対の案内片から構成され、前記各案内片は前記曲げ中心線に対する直交平面に平行に前記内管を案内する筒状マンドレルである。

これによれば、規定部よりも前方の位置で、内管が１対の案内片により直交平面に平行に案内されることから、１対の案内片が設けられている範囲では、曲がり部での内管の中心軸線の位置が直交平面に平行に維持されるので、曲げ加工に起因して、曲がり部での内管の中心軸線の位置が、曲げ開始位置での直交平面に対する中心軸線の位置からずれることが防止または抑制される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の筒状マンドレルにおいて、前記各案内片は前記内管の中心軸線に沿う方向での所定範囲に渡って前記内管に接触し、前記所定範囲において、前記内管内に配置される可撓マンドレルを構成する要素マンドレルのうちで、前記規定部よりも前方に配置されるすべての前記要素マンドレルが前記内管に接触するものである。

これによれば、１対の案内片は、規定部よりも前方に配置されるすべての要素マンドレルを、内管を介して直交平面に平行に案内するため、規定部よりも前方で、直交平面に対する可撓マンドレルの位置ずれが防止されるので、可撓マンドレルによる、内管におけるしわや座屈の発生防止効果が高められる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の筒状マンドレルにおいて、前記規定部は前記内管の中心軸線に沿う方向での所定範囲に渡って前記内管に接触し、前記所定範囲において、前記内管内に配置される可撓マンドレルを構成する２以上の要素マンドレルのうちで、２以上の前記要素マンドレルが前記内管に接触するものである。

これによれば、内管の内周面は所定範囲内で２以上の要素マンドレルと接触することから、所定範囲内での内管と可撓マンドレルとの接触箇所を増加させることができるので、可撓マンドレルによる、内管におけるしわや座屈の発生防止効果が高められる。

請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、曲げ加工に起因する曲がり部での内管の中心軸線の位置ずれが防止または抑制されるので、曲げ加工された二重管において、外管に対する内管の位置精度が高められる。

請求項２記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、可撓マンドレルによる、内管におけるしわや座屈の発生防止効果が高められるので、内管の曲がり部での曲がりの滑らかさが一層向上する。

請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、請求項２記載の発明と同様に、内管の曲がり部での曲がりの滑らかさが一層向上する。

以下、本発明の実施形態を図１〜図７を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された筒状マンドレルとしての外マンドレル30が使用される曲げ加工装置１は、ロータリーダイ４を回転させることにより、図２に示されるようにロータリーダイ４に固定された二重管10に曲げ加工を施して曲がり部10ｂを形成するものであり、加工された二重管10は、例えば内燃機関の排気管に使用される。

図１を参照すると、曲げ加工装置１は、基台（図示されず。以下、単に「基台」という。）に固定されるワイパーダイ２と、基台に水平方向に移動可能に支持されるプレッシャーダイ３と、基台に回転可能に支持される回転テーブル（図示されず。以下、単に「回転テーブル」という。）に固定されて上下方向に延びる回転中心線Ｌ０を該回転テーブルと共有するロータリーダイ４と、回転テーブルに水平方向に移動可能に支持されると共に回転テーブルと一体に回転可能なクランプダイ５と、基台に水平方向に移動可能に支持されて二重管10を曲げ加工位置に送り出す送り部材６と、二重管10内に配置される曲げ加工用マンドレルＭと、基台に固定されてマンドレルＭが固定されるマンドレル保持部材７とを備える。

二重管10は、いずれも断面形状が真円の円筒（図６参照）からなる内管11および外管12から構成され、内管11の中心軸線Ｌ１および外管12の中心軸線Ｌ２が一致するように同軸に配置された内管11および外管12によりその径方向での間に円環状の環状空間14が形成される。加工位置に位置決めされた二重管10に対して、その一方側にワイパーダイ２およびロータリーダイ４が配置され、その他方側にプレッシャーダイ３およびクランプダイ５が配置される。

そして、ワイパーダイ２およびプレッシャーダイ３には、二重管10がロータリーダイ４に向けて一直線状に移動するように、外管12を摺動可能に案内する一直線状に延びる案内溝２a1，３a1が形成された案内部２ａ，３ａが設けられる。そして、二重管10が曲げ加工装置１により曲げ加工され始める位置Ｂ（以下、「曲げ開始位置Ｂ」という。）よりも後方では、外管12がワイパーダイ２およびプレッシャーダイ３により摺動可能に保持される。このために、プレッシャーダイ３は、ワイパーダイ２および二重管10に対して、曲げ開始前に案内溝２a1，３a1に収容された二重管10の外管12を摺動可能に保持するために進出し、曲げ加工終了後に二重管10を解放するために後退するように、アクチュエータにより駆動される。
なお、明細書および特許請求の範囲において、前後は、曲げ加工時の二重管10の移動方向を基準としたものである。

モータ（図示されず）により駆動されて回転方向Ｒに回転するロータリーダイ４は、該モータにより回転駆動される回転軸８に固定された円盤状の本体４ａと、本体４ａの外周部に着脱可能に固定されるチャック部４ｂとを有する。本体４ａの外周には、外管12の曲げ形状を規定する規定面４c1を有する溝が形成された型部４ｃが設けられる。一方、曲げ開始状態でプレッシャーダイ３に接する位置にあるクランプダイ５は、回転テーブルに対して二重管10を挟持する位置と解放する位置との間で移動可能に支持される本体５ａと、本体５ａに対して着脱可能に固定されるチャック部５ｂとを有する。チャック部５ｂは、チャック部４ｂと協働して外管12を挟持することにより、二重管10をロータリーダイ４に固定する。

内管11および外管12の後端部がそれぞれ固定される送り部材６は、後述する両支持ロッド23，38に対して、案内部２ａ，３ａにおける二重管10の中心軸線方向に移動可能であり、ワイパーダイ２およびプレッシャーダイ３に保持された二重管10を、ロータリーダイ４の回転に同期して曲げ開始位置Ｂに送るように、アクチュエータにより駆動される。

図３を併せて参照すると、マンドレルＭは、内管11により形成される内部空間13に配置される内マンドレル20と、環状空間14に配置される筒状マンドレルとしての外マンドレル30とから構成される。

内管11の後端部から内部空間13に挿入されて外マンドレル30の径方向内方に配置される内マンドレル20は、保持部材７に固定される支持ロッド23が固定される固定マンドレル21と、固定マンドレル21に屈曲可能に連結される可撓マンドレル22（図２も参照）とから構成される。

二重管10内に配置されて位置決めされた状態で中心軸線Ｌ１に一致する中心軸線を有すると共に外マンドレル30と同軸に配置される固定マンドレル21は、直円筒状部材から構成され、曲げ開始位置Ｂよりもやや前方に配置される前端部21ａを有し、可撓マンドレル22は、前端部21ａに少なくとも曲げ方向に揺動可能に連結される。そのために、前端部21ａには、曲げ開始位置Ｂにおける内管11の中心軸線Ｌ1aを含む無数の平面内で可撓マンドレル22を揺動可能に支持する半割型の支持部24が嵌合され、該支持部24に支持ロッド23がねじ込まれる。ここで、曲げ方向とは、曲げ加工の曲げ中心線Ｌ３（回転中心線Ｌ０と一致する。）を中心とする回転方向Ｒと一致する方向である。

可撓マンドレル22は、少なくとも曲げ方向に互いに揺動可能に連結される複数の、この実施形態では３つの第１〜第３要素マンドレルＦ１〜Ｆ３から構成される。各要素マンドレルＦ１〜Ｆ３は、球状の被支持部25ａおよび別の要素マンドレルＦ２，Ｆ３の被支持部25ａを支持中心点を中心にして揺動可能に支持する球状の凹部を形成する支持部25ｂを有する基部25と、基部25に設けられて内管11の内周面に全周に渡って接触可能な外周面、この実施形態では球面からなる外周面を有する形状保持部26とを有する。半割型の基部25は、１対の半体が合わせられることにより構成され、円環状の形状保持部26に嵌合された状態で止め輪27により抜止されて、形状保持部26と一体に結合される。

そして、第１要素マンドレルＦ１の被支持部25ａが固定マンドレル21の支持部24に揺動可能に支持され、第２要素マンドレルＦ２の被支持部25ａが第１要素マンドレルＦ１の支持部25ｂに揺動可能に支持され、第３要素マンドレルＦ３の被支持部25ａが第２要素マンドレルＦ２の支持部25ｂに揺動可能に支持されることにより、可撓マンドレル22が屈曲可能になる。それゆえ、被支持部25ａおよび支持部25ｂにより、可撓マンドレル22を屈曲可能とする第１〜第３要素マンドレルＦ１〜Ｆ３の連結構造としての、前記支持中心点を中心とした揺動を可能とする自在連結構造が構成される。

外管12の後端部から環状空間14に挿入される直円筒状の外マンドレル30は、保持部材７に固定される円筒状の支持ロッド38がねじ込まれて固定される後端部31と、前端部32とを有する。外マンドレル30が二重管10内に配置されて位置決めされた状態で曲げ開始位置Ｂよりも前方に配置される部分である前端部32には、規定部33および案内部40が設けられる。

併せて図４〜６を参照すると、規定部33は、内管11の内側外周面11ａの曲げ形状を規定すべく外マンドレル30の内側内周面に形成された内側規定面34ａを有する内側規定部34と、外管12の外側内周面12ａの曲げ形状を規定すべく外マンドレル30の外側外周面に形成された外側規定面35ａを有する外側規定部35とから構成される。そのため、内側規定面34ａは内管11の外周面とほぼ同一の曲率を有し、外側規定面35ａは外管12の内周面とほぼ同一の曲率を有する。また、規定部33の内周面には、曲げ中心線方向で対向すると共に中心平面Ｐに平行な平面からなる１対の案内面36，37（図５参照）が形成される。内側規定部34および外側規定部35に連なる両案内面36，37は、曲げ加工時に、内側規定部34および外側規定部35が、それぞれ内管11および外管12を、中心平面Ｐに平行に曲がるように案内する。

なお、明細書において、内側および外側は、二重管10の曲げの内側および外側を意味する。また、曲げ中心線方向は、ロータリーダイ４による曲げ中心線Ｌ３の方向であり、中心平面Ｐは、曲げ中心線Ｌ３に対する直交平面であると共に中心軸線Ｌ1aを含む平面である。

図１，図３，図４，図６，図７を参照すると、曲げ加工時に内管11を案内する案内部40は、曲げ中心線方向に離隔する１対の案内片41，42から構成される。中心平面Ｐに対して面対称である両案内片41，42は、それぞれ、内側規定部34および外側規定部35よりも前方に突出し（図１，図３参照）、中心平面Ｐに平行に内管11および可撓マンドレル22を案内する。
そのために、各案内片41，42において、径方向内方の内面には、中心平面Ｐに平行な平面からなる案内面43，44が、案内片41，42において内管11の中心軸線Ｌ１に沿う方向での全範囲に渡って形成され、曲げ加工の際には、内管11の外周面が両案内面43，44に接触しつつ曲げられる。

また、図３を参照すると、内側規定部34または外側規定部35は内管11の中心軸線Ｌ１に沿う方向での所定範囲Ｓ１に渡って内管11に接触し、所定範囲Ｓ１において、内管11内に配置される可撓マンドレル22を構成する２以上の要素マンドレル、この実施形態では３つの第１〜第３要素マンドレルＦ１〜Ｆ３のうちで、２以上の要素マンドレル、この実施形態では２つの第１，第２要素マンドレルＦ１，Ｆ２が内管11に接触する。

さらに、各案内片41，42（図１も参照）は内管11の中心軸線Ｌ１に沿う方向での所定範囲Ｓ２に渡って内管11に接触し、所定範囲Ｓ２において、内管11内に配置される可撓マンドレル22を構成する２以上の要素マンドレルＦ１〜Ｆ３のうちで、規定部33よりも前方に配置されるすべての要素マンドレル、ここでは可撓マンドレル22において最前の要素マンドレルでもある第３要素マンドレルＦ３が内管11に接触する。

それゆえ、曲げ加工時に、内側規定部34および外側規定部35を含む規定部33は、第１，第２要素マンドレルＦ１，Ｆ２を、内管11を介してそれぞれ内側規定面34ａおよび外側規定面35ａに沿って、かつ中心平面Ｐに平行に曲がるように案内し、各案内片41，42は、第３要素マンドレルＦ３を、内管11を介して中心平面Ｐに平行に曲がるように案内する。

ここで、固定マンドレル21、各要素マンドレルＦ１〜Ｆ３および外マンドレル30は、外力により弾性変形しにくい剛性部材により構成される。また、各マンドレル21，Ｆ１〜Ｆ３，30において、外管12または内管11との接触部を含む範囲には、内管11または外管12の移動を円滑にするために、固体潤滑剤を分散させた自己潤滑性を有する材料のコーティングが施されてもよい。

次に、曲げ加工装置１による二重管10の曲げ加工について説明する。
曲げ加工の開始直前の状態を示す図１を参照すると、ワイパーダイ２およびプレッシャーダイ３が二重管10を摺動可能に保持し、二重管10の被挟持部10ａが両チャック部４ｂ，５ｂにより挟持されて、二重管10がロータリーダイ４に固定されている状態で、ロータリーダイ４およびクランプダイ５が一緒に所定の回転速度で回転方向Ｒに回転し、それに同期して二重管10が送り部材６により曲げ開始位置に向けて送られる。

曲げ加工が開始されると、図２に示されるように、二重管10は、ロータリーダイ４の型部４ｃおよび外マンドレル30の内側および外側規定部34，35により、曲げ中心線Ｌ３を中心に、かつ中心平面Ｐ（図７参照）に平行に曲げ加工が施されて、曲がり部10ｂが形成される。より具体的には、曲がり部10ｂにおいて、内管11は、内側規定部34および内マンドレル20の可撓マンドレル22により、しわや座屈の発生が防止されて、しかもその内側部分11ｂは内側規定面34ａに倣って滑らかに曲げられる。また、外管12は、型部４ｃの規定面４c1および外側規定部35により、しわや座屈の発生が防止されて、しかもその外側部分12ｂは外側規定面35ａに倣って滑らかに曲げられる。

その後、設定された角度範囲での曲げ加工が終了した時点で、ロータリーダイ４が停止し、プレッシャーダイ３およびクランプダイ５が二重管10から後退して、二重管10の拘束が解除される。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
二重管10の曲げ加工の際に内管11および外管12の間の環状空間14に配置される外マンドレル30の規定部33および案内部40が、曲げ開始位置Ｂよりも前方に配置される前端部32に設けられ、規定部33は、曲げ加工時に内管11および外管12の曲げ形状を規定し、案内部40は、規定部33よりも前方に突出して曲げ中心線方向に離隔する１対の案内片41，42から構成され、各案内片41，42は曲げ中心線Ｌ３に対する直交平面である中心平面Ｐに平行に内管11を案内することにより、規定部33よりも前方の位置で、内管11が１対の案内片41，42により中心平面Ｐに平行に案内されることから、１対の案内片41，42が設けられている所定範囲Ｓ２では、曲がり部10ｂでの内管11の中心軸線Ｌ１の位置が中心平面Ｐに平行に維持されるので、曲げ加工に起因して、曲がり部10ｂでの内管11の中心軸線Ｌ１の位置が、曲げ開始位置Ｂでの中心平面Ｐに対する中心軸線Ｌ1aの位置からずれることが防止または抑制される。そして、中心軸線Ｌ１，Ｌ２が一致する内管11および外管12から構成される二重管10においては、曲がり部10ｂが形成されたことによる両中心軸線Ｌ１，Ｌ２のずれの発生が防止または抑制される。この結果、曲げ加工された二重管10において、外管12に対する内管11の位置精度が高められる。

各案内片41，42は内管11の中心軸線Ｌ１に沿う方向での所定範囲Ｓ２に渡って内管11に接触し、所定範囲Ｓ２において、内管11内に配置される可撓マンドレル22を構成する第１〜第３要素マンドレルＦ１〜Ｆ３のうちで、規定部33よりも前方に配置されるすべての要素マンドレルである第３要素マンドレルＦ３が内管11の内周面に接触することにより、１対の案内片41，42は、第３要素マンドレルＦ３を、内管11を介して中心平面Ｐに平行に案内するため、規定部33よりも前方で、中心平面Ｐに対する可撓マンドレル22の位置ずれが防止されて、可撓マンドレル22による、内管11におけるしわや座屈の発生防止効果が高められる。この結果、内管11の曲がり部10ｂでの曲がりの滑らかさが一層向上する。

規定部33は内管11の中心軸線Ｌ１に沿う方向での所定範囲Ｓ１に渡って内管11に接触し、所定範囲Ｓ１において、内管11内に配置される可撓マンドレル22を構成する２以上の要素マンドレルである第１〜第３要素マンドレルＦ１〜Ｆ３のうちで、２の要素マンドレルである第１，第２要素マンドレルＦ１，Ｆ２が内管11に接触することにより、内管11の内周面は所定範囲Ｓ１内で２つの要素マンドレルＦ１，Ｆ２と接触することから、所定範囲Ｓ１内での内管11と可撓マンドレル22との接触箇所を増加させることができるので、可撓マンドレル22による、内管11におけるしわや座屈の発生防止効果が高められ、この点でも内管11の曲がり部10ｂでの曲がりの滑らかさが一層向上する。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
可撓マンドレル22が４以上の要素マンドレルから構成され、所定範囲Ｓ２内で内管11に接触するすべての要素マンドレルの数が２以上であってもよく、また所定範囲Ｓ１内で内管11に接触する要素マンドレルが３以上であってもよい。さらに、可撓マンドレル22が２つの要素マンドレルから構成され、両所定範囲Ｓ１，Ｓ２内で内管11に接触する要素マンドレルの数がそれぞれ１であってもよい。
内管11の中心軸線Ｌ１は、外管12の中心軸線Ｌ２に対して偏心していてもよく、また内管11または外管12の断面形状は、真円以外の円形であってもよい。
案内部40は、３以上の案内片から構成されてもよく、曲げ中心線方向で離隔する少なくとも１対の案内片から構成されていればよい。

本発明が適用されたマンドレルを備える曲げ加工装置の概略の構成を、主に断面で示す平面図であり、二重管の曲げ加工の開始直前の状態を示す。 図１の曲げ加工装置において、二重管の曲げ加工開始後の要部の図である。 図２において、外観で示される外マンドレルの前端部を中心とした拡大図である。 （ａ）は、図１の曲げ加工装置の外マンドレルの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ矢視図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 図１のＶＩ矢視図である。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。

符号の説明

１…曲げ加工装置、10…二重管、11…内管、12…外管、22…可撓マンドレル、30…外マンドレル、34…内側規定部、35…外側規定部、40…案内部、41，42…案内片、Ｂ…曲げ開始位置、Ｆ１〜Ｆ３…要素マンドレル、Ｓ１，Ｓ２…所定範囲。

Claims (3)

1. 内管および外管を有する二重管の曲げ加工の際に前記内管および前記外管の間の環状空間に配置される筒状マンドレルにおいて、
   規定部および案内部が、曲げ開始位置よりも前方に配置される部分に設けられ、前記規定部は、曲げ加工時に前記内管の曲げ形状を規定し、前記案内部は、前記規定部よりも前方に突出して曲げ加工の曲げ中心線の方向に離隔する１対の案内片から構成され、前記各案内片は前記曲げ中心線に対する直交平面に平行に前記内管を案内することを特徴とする筒状マンドレル。
2. 前記各案内片は前記内管の中心軸線に沿う方向での所定範囲に渡って前記内管に接触し、前記所定範囲において、前記内管内に配置される可撓マンドレルを構成する要素マンドレルのうちで、前記規定部よりも前方に配置されるすべての前記要素マンドレルが前記内管に接触することを特徴とする請求項１記載の筒状マンドレル。
3. 前記規定部は前記内管の中心軸線に沿う方向での所定範囲に渡って前記内管に接触し、前記所定範囲において、前記内管内に配置される可撓マンドレルを構成する２以上の要素マンドレルのうちで、２以上の前記要素マンドレルが前記内管に接触することを特徴とする請求項１記載の筒状マンドレル。
   
   
   

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