JP6501041B2 - マンドレル、ならびに、曲管の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、マンドレル、ならびに、曲管の製造方法および製造装置に関する。

鋼製、アルミニウム製またはアルミニウム合金製といった金属製の直管である素管に曲げ加工を行って曲管を製造する方法は、これまでにも幾つか知られている。このうち、回転引き曲げ加工(Rotary Draw Bending)は、曲管に大きな局所歪が発生するものの、加工速度が早いため、曲管を効率的に製造するための曲げ加工法として広く用いられる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、回転引き曲げ加工により曲管６を製造する状況を模式的かつ経時的に示す説明図である。なお、以降の説明では金属管が鋼管である場合を例にとる。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、回転引き曲げ加工は、曲げ型(bending die)２と、締め型(cramping die)３と、ワイパー(wiper)４と、圧力型(pressure die)５を用いて行われる。回転引き曲げ加工では、曲げ型２と締め型３により素管１の軸方向の端部を掴み、回転する曲げ型２に素管１を押し付けることにより、素管１の軸方向へ引張荷重を与えながら曲げ加工を行う。

曲げ型２は、素管１の曲げ内側予定部１ａを案内する溝２ａを有する。曲げ型２は、回転中心軸２ｂ回りに二次元で回転自在に配置される。締め型３は、素管１の曲げ外側端部１ｂを押すことにより、素管１の曲げ内側端部１ｃを曲げ型２に押し付ける。

締め型３は、曲げ型２とともに回転中心軸２ｂ回りに二次元で回転自在に配置される。ワイパー４は、素管１の曲げ内側予定部１ａを支持する。さらに、圧力型５は、素管１の曲げ外側予定部１ｄを押すことにより、素管１の曲げ内側予定部１ａをワイパー４に押し付ける。

主として軸方向へ伸び歪が加工の際の素管１に発生する。曲げ外側予定部１ｄの伸び歪量は曲げ内側予定部１ａの伸び歪量よりも大きい。このため、曲げ速度や引張力といった曲げ条件が適切でないと、曲げ外側予定部１ｄの伸び歪量が素管１の破断限界を超え、素管１が破断する。曲げ条件を適切に選定することにより曲げ外側予定部１ｄの伸び歪量をできるだけ軽減することが、回転引き曲げ加工では重要である。

（ａ）バックブースター(back booster)７により素管１を軸方向へ押すこと、または
（ｂ）曲げ型２の回転速度よりも高い速度で圧力型５を素管送り方向へ移動させること
によって素管１に軸方向への圧縮力を与えることが、素管１の曲げ外側予定部１ｄの伸び歪量を軽減する手段として知られる。

例えばチューブハイドロフォーミング(tube hydroforming)といった後加工が、回転引き曲げ加工により製造された曲管６に対してさらに行われることがある。比較的大きな荷重がチューブハイドロフォーミングによって曲管６に連続的に負荷される。

素管１が回転引き曲げ加工では破断しなくとも、回転引き曲げ加工により曲管６に既に存在する伸び歪量とチューブハイドロフォーミングにより新たに発生する歪量の合計量が破断限界を超えると、曲管６は破断する。この合計量は、歪量の単純な合計量ではなく、塑性力学的原理に基づく合計量である。曲管６の破断を防ぐには、回転引き曲げ加工により素管１に発生する伸び歪量を低減することが有効である。

これまでは、回転引き曲げ加工により曲管６を最終製品として製造する場合や、回転引き曲げ加工後のチューブハイドロフォーミングにより曲管６に与えられる歪量が大きくない場合が多かった。

このため、これまでの回転引き曲げ加工により曲管６を製造する際には、素管１の曲げ外側予定部１ｄが破断しない条件のもとで、曲げ部９の扁平化をできるだけ抑制することに注意が払われてきた。マンドレル（芯金または中子ともいう）８がそのための有効な工具として用いられてきた。

マンドレル８は、シャンク（柄）８ａと、例えば球面軸受といった接続機構８ｂと、接続機構８ｂによりシャンク８ａに対して二次元または三次元で変位自在に支持されるマンドレルボール８ｃを備える。

マンドレル８は、素管１の内部に素管１との間に隙間を有して配置される。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すマンドレル８は、２個の接続機構８ｂおよびマンドレルボール８ｃを有する。シャンク８ａの先端に配置される円形断面の２個のマンドレルボール８ｃが曲げ部９の扁平化を抑制する。

特許文献１〜３には、回転引き曲げ加工に用いられるマンドレルが開示されている。

特開平７−２９０１５６号公報 特開２００１−２３２４２１号公報 特開２００６−１８７７８５号公報

近年、曲管６の高強度化および薄肉化が、曲管６を素材とする工業製品の一層の軽量化を図るために要求されている。さらに、曲管６の曲げ部９の小曲率半径化や薄肉化が、工業製品の小型化を図るために要求されている。

本発明者らは、高強度、小曲率半径および薄肉である曲げ部９を有する曲管６を回転引き曲げ加工により製造することを検討した。その結果、従来のように、曲げ部９の曲げ外側９ｂでの局所的な減肉に起因する破断だけではなく、曲げ内側９ａでのしわや座屈も発生することが新たに判明した。破断した曲管６はもちろんのこと、しわや座屈が発生した曲管６も、最終製品の素材として用いることはできない。

本発明の目的は、高強度または小曲率半径および薄肉である曲げ部を有する曲管を、曲げ部の曲げ外側での破断を生じることなく、曲げ内側でのしわや座屈をいずれも許容範囲に収めて、回転引き曲げ加工により製造することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見Ａ〜Ｃが得られ、さらに検討を重ねて、本発明を完成した。

（Ａ）円形断面を有する従来のマンドレルボールを用いて素管１に回転引き曲げ加工を行って曲管６を製造する場合、曲げ部９の減肉と扁平化は二律背反の関係にある。

例えば、マンドレル８の設置位置を基準位置から曲げ部９側（図５（ａ）における右方向））に前進させてマンドレル８の働きを高めると、曲げ部９の扁平化を抑制できるものの、曲げ部９の曲げ外側９ｂの破断が発生し易くなる。

一方、マンドレル８の設置位置を基準位置から図５（ｂ）における左方向へ後退させてマンドレルの働きを弱めると、曲げ部９の曲げ外側９ｂでの破断の発生を抑制できるものの、曲げ部９の扁平化が著しくなる。

（Ｂ）図５（ａ）および図５（ｂ）に示す従来のマンドレルボール８ｃに替えて、マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向に直交する断面において、マンドレルボール中心から直管の曲げ最外側予定部に向き合って位置するマンドレルボールの第１位置までの寸法が、マンドレルボール中心から直管の曲げ最内側予定部に向き合って位置するマンドレルボールの第２位置までの寸法よりも所定量小さい形状を有するマンドレルボール（以下、「非対称型のマンドレルボール」ともいう）を用いると、回転引き曲げ加工時において、マンドレルボールと素管の曲げ外側予定部との隙間を従来よりも拡大できる。

これにより、曲げ部の曲げ外側での破断の発生を防止しながら、曲げ部の扁平化および曲げ内側で発生するしわや座屈を許容される程度に抑制できる。

（Ｃ）非対称型のマンドレルボールを用いて製造された曲管は、高強度と、適正な扁平率および減肉率を良好なレベルで兼ね備える。このため、この曲管は、その後にチューブハイドロフォーム等の二次加工を行わなくてもそのまま製品の素材として使用できるし、あるいは、さらに二次加工を行って最終製品とすることもできる。

本発明は、以下に列記の通りである。
（１）シャンクと、該シャンクに球面接触することにより任意の方向に回転可能な接続機構と、該接続機構により前記シャンクに対して二次元または三次元で変位自在に支持されるマンドレルボールを備えるマンドレルであって、
前記接続機構と、前記マンドレルボールの組み合わせを一組だけ有し、
前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、
該マンドレルボールは、マンドレルボール中心を通過する第１直線がマンドレルボール外周面と会合する第１位置および第２位置を有するとともに、
前記マンドレルボール中心から前記第１位置までの寸法Ｌ_１と、前記マンドレルボール中心から前記第２位置までの寸法Ｌ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）は０．９１５以上０．９７６以下である、マンドレル。

（２）前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、前記マンドレルボールは、前記第１直線に直交する第２直線と前記第１位置を含むマンドレルボール外周面とに囲まれる第１領域と、前記第２直線と前記第２位置を含むマンドレルボール外周面とに囲まれる第２領域を有する、１項に記載のマンドレル。

（３）前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、前記第１領域のマンドレルボール外周面と前記第２領域のマンドレルボール外周面は連続的につながる、２項に記載のマンドレル。

（４）前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、前記第２領域のマンドレルボール外周面の形状は半円形である、２または３項に記載のマンドレル。

（５）直管である素管の曲げ内側予定部を案内する溝を有し、二次元で回転可能な曲げ型と、
前記素管の曲げ外側端部を押して前記素管の曲げ内側端部を前記曲げ型に押し付け、前記曲げ型とともに二次元で回転可能な締め型と、
前記素管の曲げ内側予定部を支持するワイパーと、
前記素管の曲げ外側予定部を押して前記素管の曲げ内側予定部を前記ワイパーに押し付ける圧力型を用い、
前記素管に回転引き曲げ加工を行って、二次元で曲がった曲げ部を有する曲管を製造する方法であって、
１〜４項のいずれかに記載のマンドレルを、前記マンドレルボールの前記第１位置が、前記素管の曲げ最外側予定部に向き合って位置するとともに前記マンドレルボールの前記第２位置が、前記素管の曲げ最内側予定部に向き合って位置するように、前記素管の内部に配置して前記回転引き曲げ加工を行う、曲管の製造方法。

（６）前記素管に軸方向への圧縮力を負荷しながら前記回転引き曲げ加工を行う、５項に記載の曲管の製造方法。

（７）直管である素管の曲げ内側予定部を案内する溝を有し、二次元で回転可能な曲げ型と、
前記素管の曲げ外側端部を押して前記素管の曲げ内側端部を前記曲げ型に押し付け、前記曲げ型とともに二次元で回転可能な締め型と、
前記素管の曲げ内側予定部を支持するワイパーと、
前記素管の曲げ外側予定部を押して前記素管の曲げ内側予定部を前記ワイパーに押し付ける圧力型と
を備え、前記素管に回転引き曲げ加工を行って、二次元で曲がった曲げ部を有する曲管を製造する装置であって、
さらに、前記素管の内部に配置される１〜４項のいずれかに記載のマンドレルを備え、
前記マンドレルは、前記マンドレルボールの前記第１位置が、前記直管の曲げ最外側予定部に向き合って位置するとともに、前記マンドレルボールの前記第２位置が、前記直管の曲げ最内側予定部に向き合って位置するように、配置される、曲管の製造装置。

（８）前記回転引き曲げ加工を行われている前記素管に軸方向への圧縮力を負荷する手段を備える、７項に記載の曲管の製造装置。

本発明により、高強度または小曲率半径の曲げ部を有する薄肉の曲管を、曲げ部の曲げ外側での破断の発生を防止しながら、曲げ部の断面の扁平化と、曲げ内側でのしわや座屈の発生をいずれも許容できる程度に抑制して、回転引き曲げ加工により冷間で製造できる。

本発明に係る曲管は、高強度と、適正な扁平率および減肉率を良好なレベルで兼ね備える。このため、その後に、チューブハイドロフォーミング等の二次加工を行われずにそのまま製品の素材として使用することができるし、さらに二次加工を行って最終製品とすることもできる。

図１（ａ）は、本発明に係るマンドレルを示す側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図２は、回転引き曲げ加工の開始時を示す説明図である。 図３は、回転引き曲げ加工の終了時を示す説明図である。 図４は、減肉率の結果を示すグラフである。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、回転引き曲げ加工により曲管を製造する状況を模式的かつ経時的に示す説明図である。

本発明を説明する。以降の説明では、素管が９８０ＭＰａ級、すなわち９８０〜１１７９ＭＰａの引張強度を有する高張力鋼管である場合を例にとる。本発明は高張力鋼管に限定されない。素管が、９８０ＭＰａ未満の引張強度を有する鋼管、ステンレス鋼管、工業用純アルミニウム管、アルミニウム合金管、工業用純チタン管、またはチタン合金管である場合にも、本発明は等しく適用される。

１．本発明に係るマンドレル１０
図１（ａ）はマンドレル１０を示す側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、マンドレルボール１６の軸方向中央位置での断面を示す。図２は、回転引き曲げ加工の開始時を示す説明図である。さらに、図３は、回転引き曲げ加工の終了時を示す説明図である。

図１（ａ）に示すように、マンドレル１０は、シャンク１４と、接続機構１５と、マンドレルボール１６を備える。接続機構１５はシャンク１４に設けられる。接続機構１５は、シャンク１４に球面接触することにより任意の方向に回転可能に配置される。

マンドレルボール１６は接続機構１５に支持される。マンドレルボール１６は、接続機構１５によりシャンク１４に対して二次元または三次元の方向へ回転自在に配置される。シャンク１４に対するマンドレルボール１６の変位角度の最大値は４０°である。マンドレル１０は、図２に示す素管１１の内部に素管１１との間に隙間を有して配置される。

シャンク１４、接続機構１５およびマンドレルボール１６の材質は、この種のマンドレルに慣用される通常の材質であればよく、例えば合金工具鋼が用いられる。

図２，３に示すように、マンドレル１０は、素管１１に回転引き曲げ加工を行って曲げ部１２−１を有する曲管１３を製造する際に、素管１１の内部に配置されて曲げ部１２−１の断面の扁平化を抑制するために用いられる。

図１（ｂ）に示すように、マンドレルボール１６の軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、マンドレルボール１６は、シャンク中心１４ａと一致するマンドレルボール中心１７を通過する第１直線ｍがマンドレルボール外周面２１と会合する第１位置１９および第２位置２０を有する。

マンドレルボール中心１７から第１位置１９までの寸法Ｌ_１と、マンドレルボール中心１７から第２位置２０までの寸法Ｌ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）は、０．９１５〜０．９７６であり、望ましくは０．９１５〜０．９５３である。すなわち、寸法Ｌ_１は寸法Ｌ_２よりも２．４〜８．５％小さく、望ましくは４．７〜８．５％小さい。このように、マンドレルボール１６は非対称型のマンドレルボールである。

マンドレルボール１６が非対称型のマンドレルボールであることにより、マンドレルボール１６と素管１１の曲げ外側予定部１１ｄとの間の隙間を従来よりも拡大することができる。これにより、曲管１３の曲げ部１２−１の曲げ外側１２ｂでの破断の発生を防止しながら、曲げ部１２−１の断面の扁平化と、曲げ内側１２ａでのしわや座屈の発生をいずれも許容される程度に抑制できる。

図１（ｂ）に示すように、マンドレルボール１６の軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、マンドレルボール１６は、第１直線ｍに直交する第２直線ｎと第１位置１９を含むマンドレルボール外周面２１とに囲まれる第１領域２２を有する。さらに、マンドレルボール１６は、第２直線ｎと第２位置２０を含むマンドレルボール外周面２１とに囲まれる第２領域２３を有する。図１（ｂ）では、第１領域２２に右上がりハッチングを付し、第２領域２３に右下がりハッチングを付している。

図１（ｂ）に示すように、第１領域２２のマンドレルボール外周面２１と、第２領域２３のマンドレルボール外周面２１は、曲管１３の変形を抑制するために連続的に滑らかにつながっていることが望ましい。しかし、これには限定されない。

第１領域２２のマンドレルボール外周面２１の形状は、素管１１の曲げ外側予定部１１ｄとの間の隙間を、素管１１の曲げ内側予定部１１ａよりも拡大できる形状であればよい。このため、例えば段差や凹みが第１領域２２のマンドレルボール外周面２１と、第２領域２３のマンドレルボール外周面２１との会合位置に存在することも許容される。

また、マンドレルボール１６の軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、第１領域２２のマンドレルボール外周面２１は、曲率が一定の曲線である必要はない。

マンドレルボール１６の軸方向の寸法Ｌ_３は、素管１１の外径をＤ_１（ｍｍ）とした場合に、小径管の範囲（φ２５．４〜φ１１４．３）であれば、０．３Ｄ_１〜０．５Ｄ_１であることが望ましい。

マンドレルボール１６の最先端部の位置から後述する基準位置までのマンドレル軸方向距離Ｌ_４は、小径管の範囲（φ２５．４〜φ１１４．３）であれば、０．５Ｄ_１〜０．７Ｄ_１であることが、曲げ部１２−１の曲げ外側１２ｂでの破断の発生を防止しながら、曲げ部１２−１の断面の扁平化と、曲げ内側１２ａでのしわや座屈の発生をいずれも許容できる程度に抑制するために好ましい。

図１（ｂ）に示すように、マンドレルボール１６の軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、第２領域２３のマンドレルボール外周面２１の形状は、曲管１３の曲げ内側１２ａの内面形状に沿う形状であるため、例えば半円形であることが望ましい。

図２では、マンドレル１０は、マンドレルボール１６の第１位置１９が素管１１の曲げ最外側予定部１１ｅに向き合って位置するとともに、マンドレルボール１６の第２位置２０が、直管１１の曲げ最内側予定部１１ｆに向き合って位置するように、配置される。しかし、本発明は、この形態には限定されない。

具体的には、図１（ｂ）に示す断面、すなわちマンドレルボール１６の軸方向中央位置で軸方向と直交する断面におけるマンドレルボール中心１７の中心角の大きさを０°とする場合、マンドレル１０を、直管１１に対して前記中心角で±３０°の範囲、望ましくは±１５°の範囲でずらして配置しても、本発明の効果を得られる。

マンドレル１０の上述した以外の構成は、この種のマンドレルに慣用される構成と同じでよく、当業者には周知であるので、説明を省略する。

２．本発明に係る製造装置３０
製造装置３０は、図２，３に示すように、素管１１に回転引き曲げ加工を行って、二次元で曲がった曲げ部１２−１を有する曲管１３を製造する装置である。

素管１１の引張強度は９８０ＭＰａ以上であると、本発明の効果がより顕著に現れる。素管１１の引張強度が９８０ＭＰａ以上である場合に、曲げ加工時の曲げ部１２−１の断面の扁平化、曲げ部１２−１の曲げ外側１２ｂでの破断、および曲げ内側１２ａでのしわや座屈の発生が顕著になるからである。

製造装置３０は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す従来の製造装置と同様に、曲げ型３１と、締め型３２と、ワイパー３３と、圧力型３４を備える。曲げ型３１は溝３１ａを有する。溝３１ａは素管１１の曲げ内側予定部１１ａを案内する。曲げ型３１は、回転中心軸３１ｂ回りに二次元で回転可能に配置される。

締め型３２は、素管１１の曲げ外側端部１１ｂを押して素管１１の曲げ内側端部１１ｃを曲げ型３１に押し付ける。締め型３２は、曲げ型３１とともに回転中心軸３１ｂ回りに二次元で回転可能に配置される。

ワイパー３３は、素管１１の曲げ内側予定部１１ａを支持する。さらに、圧力型３４は、素管１１の曲げ外側予定部１１ｄを押して素管１１の曲げ内側予定部１１ａをワイパー３３に押し付ける。

さらに、製造装置３０はマンドレル１０を備える。マンドレル１０は、素管１１の内部に素管１との間に隙間を有して配置される。

マンドレル１０は、素管１１の内部の基準位置に、マンドレルボール１６の第１位置１９が、素管１１の曲げ最外側予定部１１ｅに向き合って位置するとともに、マンドレルボール１６の第２位置２０が、素管１１の曲げ最内側予定部１１ｆに向き合って位置するように、配置される。

ここで、「基準位置」とは、図２に示す回転引き曲げ加工開始時における曲げ型３１の回転平面において、素管１１の送り方向に関して、シャンク１４の直線部および先端Ｒ部が会合するＲ止まりが曲げ型３１の回転中心軸３１ｂに一致する位置を意味する。

製造装置３０は、素管１１を軸方向へ押すバックブースター３５を備えること、または、曲げ型３１の回転速度よりも高い速度で圧力型３４を素管送り方向へ移動させることにより、曲げ加工中の素管１１に軸方向への圧縮力を与えるようにしてもよい。

３．本発明に係る製造方法
本発明に係る製造方法は製造装置３０により行われる。本発明に係る製造方法では、上述した曲げ型３１、締め型３２、ワイパー３３、圧力型３４およびマンドレル１０を用い、直管１１に回転引き曲げ加工を行って二次元で曲がった曲げ部１２−１を有する曲管１３を製造する。

図２に示す曲管１３の製造開始時に、マンドレル１０は、素管１１の内部の基準位置に、マンドレルボール１６の第１位置１９が、素管１１の曲げ最外側予定部１１ｅに向き合って位置するとともに、マンドレルボール１６の第２位置２０が、素管１１の曲げ最内側予定部１１ｆに向き合って位置するように、配置される。

このため、曲げ加工中にマンドレルボール１６と素管１１の曲げ最外側予定部１１ｅとの隙間を従来よりも拡大できる。これにより、曲管１３の曲げ部１２−１の曲げ外側１２ｂでの破断の発生を防止しながら、曲げ部１２−１の断面の扁平化と、曲げ内側１２ａでのしわや座屈の発生をいずれも許容範囲に抑制できる。

マンドレルボール１６の軸方向の寸法Ｌ_３は、Ｌ_３＝０．３Ｄ_１〜０．５Ｄ_１であることが望ましく、マンドレルボール１６の最先端部と前記基準位置のマンドレルボール軸方向距離Ｌ_４は、Ｌ_４＝０．５Ｄ_１〜０．７Ｄ_１であることが望ましい。

さらに、曲げ加工中に、バックブースター３５により素管１１を軸方向へ押すこと、曲げ型２の回転速度よりも高い速度で圧力型５を素管送り方向へ移動させることにより、素管１１に軸方向への圧縮力を与えてもよい。

４．本発明に係る曲管
上述した本発明に係る製造方法および製造装置により製造される曲管１３は、二次元で曲がった曲げ部１２−１を少なくとも一つ有する。直管部分の鋼管長手方向の引張強度は、９８０ＭＰａ以上であることが望ましく、９８０〜１１７９ＭＰａであることがさらに望ましい。

曲管１３は、曲管１３の曲げ部１２−１の肉厚をｔ_１（ｍｍ）とし、曲げ部１２−１以外の直管部１２−２の肉厚をｔ_２（ｍｍ）とし、外径をＤ_１（ｍｍ）とし、曲げ部１２−１の曲げ半径をＲ（ｍｍ）とし、曲げ部１２−１の曲げ角度をθ（°）とした場合に、以下に列記の特徴をさらに有する。

（４−１）ｔ_２／Ｄ_１：０．００５〜０．３
（４−２）ｔ_２：０．５〜３０
（４−３）Ｄ_１：１５〜７００
（４−４）Ｒ：１Ｄ_１〜６Ｄ_１
（４−５）θ：０°〜１８０°
（４−６）最大減肉率：１４．５％以下
最大減肉率は、｛（ｔ_２−ｔ_１）／ｔ_２｝×１００（％）の最大値として求められる。
（４−７）最大扁平率：８．０％以下
最大扁平率は、曲げ部１２−１の｛（外径の最大値−外径の最小値）／Ｄ_１｝×１００（％）の最大値として求められる。
（４−８）曲げ直後の硬さ比：８〜５０％
曲げ直後の硬さ比は、（曲げ部１２−１の曲げ外側１２ｂの中央部のＬ断面を管長手方向へ１ｍｍピッチ、Ｈｖ（１０ｋｇ）で５点測定した値の平均値）−（直管部１２−２のＬ断面を管長手方向へ１ｍｍピッチ、Ｈｖ（１０ｋｇ）で５点測定した値の平均値）｝／（直管部１２−２のＬ断面を管長手方向へ１ｍｍピッチ、Ｈｖ（１０ｋｇ）で５点測定した値の平均値）として求められる。

このように、曲管１３は、これらの特徴を兼ね備え、特に、高強度と、適正な扁平率および減肉率を良好なレベルで兼ね備える。このため、曲管１３は、チューブハイドロフォーム等の二次加工を行わなくてもそのまま製品の素材として使用できるし、あるいは、二次加工を行って最終製品とすることもできる。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示す従来のマンドレル８を基準位置に配置した回転引き曲げ加工装置（従来例１）、
図５（ａ）および図５（ｂ）に示す従来のボール型のマンドレル８を基準位置から後退した位置に配置した回転引き曲げ装置（従来例２）、
図１〜３に示す本発明に係るマンドレル１０を用いた回転引き曲げ加工装置（本発明例１〜３）
をそれぞれ用いて、素管１，１１の引張強度：９８０ＭＰａ，直管部１２−２の肉厚ｔ_２：１．０ｍｍ，直管部１２−２の外径Ｄ_１：３８．１ｍｍ，曲げ部１２−１，９の曲げ半径Ｒ：７６．２ｍｍ，曲げ部１２−１，９の曲げ角度：９０°の条件で、図３，５（ｂ）に示す曲管１３，６を製造する場合を、ＦＥシミュレーションにより解析し、曲げ部１２−１，９の最大扁平率、最大減肉率および曲げ直後の硬さ比を、上述した方法により求めた。

表１において、最大扁平率：８．０％以下および最大減肉率：１４．５％以下である場合を良好と評価した。

減肉率の結果を図４にグラフで示すとともに、最大扁平率および最大減肉率の結果を表１に示す。

従来例１では、回転引き曲げ加工時の最大減肉率が大きいため、回転引き曲げ加工において割れが発生しなくても、回転引き曲げ加工後に例えばチューブハイドロフォーミング等の二次加工を行うと、曲管に割れが発生するおそれがある。

従来例２は、回転引き曲げ加工における最大減肉率を低減する公知の方法である。従来例２は、確かに最大減肉率は低減可能であるものの、最大扁平率が悪化しており、得られた曲管にハイドロフォーム等の二次加工を行わないと製品として使用できない。

これに対し、本発明例１〜３は、最大扁平率：７．５〜７．９％、最大減肉率：１３．７〜１４．３％であり、最大減肉率の増加の防止と、最大扁平率の悪化の防止を高いレベルで両立できる。

本発明例１〜３の曲管１３は、高強度と、適正な扁平率および減肉率を良好なレベルで兼ね備える。このため、曲管１３は、その後にチューブハイドロフォーミング等の二次加工を行われずにそのまま製品の素材として使用することができるし、あるいは、さらに二次加工を行って最終製品とすることもできる。

１ 素管
１ａ 曲げ内側予定部
１ｂ 曲げ外側端部
１ｃ 曲げ内側端部
１ｄ 曲げ外側予定部
２ 曲げ型
２ａ 溝
２ｂ 回転中心軸
３ 締め型
４ ワイパー
５ 圧力型
６ 曲管
７ バックブースター
８ マンドレル
８ａ シャンク
８ｂ 接続機構
８ｃ マンドレルボール
９ 曲げ部
９ａ 曲げ内側
９ｂ 曲げ外側
１０ 本発明に係るマンドレル
１１ 素管
１１ａ 曲げ内側予定部
１１ｂ 曲げ外側端部
１１ｃ 曲げ内側端部
１１ｄ 曲げ外側予定部
１１ｅ 曲げ最外側予定部
１１ｆ 曲げ最内側予定部
１２ａ 曲げ内側
１２ｂ 曲げ外側
１３ 曲管
１４ シャンク
１４ａ シャンク中心
１５ 接続機構
１６ マンドレルボール
１７ マンドレルボール中心
１９ 第１位置
２０ 第２位置
２１ マンドレルボール外周面
２２ 第１領域
２３ 第２領域
３０ 製造装置
３１ 曲げ型
３１ａ 溝
３１ｂ 回転中心軸
３２ 締め型
３３ ワイパー
３４ 圧力型
３５ バックブースター
ｍ 第１直線
ｎ 第２直線

Claims (8)

1. シャンクと、該シャンクに球面接触することにより任意の方向に回転可能な接続機構と、該接続機構により前記シャンクに対して二次元または三次元で変位自在に支持されるマンドレルボールを備えるマンドレルであって、
   前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、
   該マンドレルボールは、マンドレルボール中心を通過する第１直線がマンドレルボール外周面と会合する第１位置および第２位置を有するとともに、
   前記マンドレルボール中心から前記第１位置までの寸法Ｌ_１と、前記マンドレルボール中心から前記第２位置までの寸法Ｌ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）は０．９１５〜０．９７６である、マンドレル。
2. 前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、前記マンドレルボールは、前記第１直線に直交する第２直線と前記第１位置を含むマンドレルボール外周面とに囲まれる第１領域と、前記第２直線と前記第２位置を含むマンドレルボール外周面とに囲まれる第２領域を有する、請求項１に記載のマンドレル。
3. 前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、前記第１領域のマンドレルボール外周面と前記第２領域のマンドレルボール外周面は連続的につながる、請求項２に記載のマンドレル。
4. 前記マンドレルボールの軸方向中央位置で軸方向と直交する断面において、前記第２領域のマンドレルボール外周面の形状は半円形である、請求項２または３に記載のマンドレル。
5. 直管である素管の曲げ内側予定部を案内する溝を有し、二次元で回転可能な曲げ型と、
   前記素管の曲げ外側端部を押して前記素管の曲げ内側端部を前記曲げ型に押し付け、前記曲げ型とともに二次元で回転可能な締め型と、
   前記素管の曲げ内側予定部を支持するワイパーと、
   前記素管の曲げ外側予定部を押して前記素管の曲げ内側予定部を前記ワイパーに押し付ける圧力型を用い、
   前記素管に回転引き曲げ加工を行って、二次元で曲がった曲げ部を有する曲管を製造する方法であって、
   請求項１〜４のいずれかに記載のマンドレルを、前記マンドレルボールの前記第１位置が、前記素管の曲げ最外側予定部に向き合って位置するとともに前記マンドレルボールの前記第２位置が、前記素管の曲げ最内側予定部に向き合って位置するように、前記素管の内部に配置して前記回転引き曲げ加工を行う、曲管の製造方法。
6. 前記素管に軸方向への圧縮力を負荷しながら前記回転引き曲げ加工を行う、請求項５に記載の曲管の製造方法。
7. 直管である素管の曲げ内側予定部を案内する溝を有し、二次元で回転可能な曲げ型と、
   前記素管の曲げ外側端部を押して前記素管の曲げ内側端部を前記曲げ型に押し付け、前記曲げ型とともに二次元で回転可能な締め型と、
   前記素管の曲げ内側予定部を支持するワイパーと、
   前記素管の曲げ外側予定部を押して前記素管の曲げ内側予定部を前記ワイパーに押し付ける圧力型と
   を備え、前記素管に回転引き曲げ加工を行って、二次元で曲がった曲げ部を有する曲管を製造する装置であって、
   さらに、前記素管の内部に配置される請求項１〜４のいずれかに記載のマンドレルを備え、
   前記マンドレルは、前記マンドレルボールの前記第１位置が、前記直管の曲げ最外側予定部に向き合って位置するとともに、前記マンドレルボールの前記第２位置が、前記直管の曲げ最内側予定部に向き合って位置するように、配置される、曲管の製造装置。
8. 前記回転引き曲げ加工を行われている前記素管に軸方向への圧縮力を負荷する手段を備える、請求項７に記載の曲管の製造装置。

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