JP6516322B2

JP6516322B2 - マンドレル

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Publication number: JP6516322B2
Application number: JP2015041920A
Authority: JP
Inventors: 河本　洋; 洋河本; 安井　豊明; 豊明安井; 邦宏黒井; 朋子岸田
Original assignee: Mitsubishi Aircraft Corp
Current assignee: Mitsubishi Aircraft Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: US20160256909A1; JP2016159338A; US9862016B2

Description

本発明は、管材を曲げ加工する際に管材の内部に挿入されるマンドレルに関する。

パイプ（管材）を所定の曲率に曲げ加工するための曲げ加工装置として、例えば、パイプの一端側における一部を支持する第一の支持部と、パイプの他端側における一部を支持する第二の支持部とを備え、第一の支持部を所定の回転軸回りに回動させると共に第二の支持部を直線移動させることにより、パイプを第一の支持部に設けられた円弧形状から成るガイド面に沿って曲げるものがある。

このような曲げ加工装置には、曲げ加工時におけるパイプの変形（扁平）を防止するためのマンドレルが備えられており、このマンドレルをパイプの内部に挿入した状態でパイプの曲げ加工は行われる。

マンドレルを用いたパイプの曲げ加工においては、パイプの内面とマンドレルとの摺動摩擦を低減し、パイプの内面における傷の発生を防止するために、潤滑油が使用されることがある。しかし、潤滑油を使用した曲げ加工においては、パイプの内面に潤滑油が付着するため、当該曲げ加工後には、パイプの内部を洗浄して潤滑油を除去する洗浄作業が必要となる。

そこで、パイプの曲げ加工において潤滑油を使用せず、潤滑油を除去する洗浄作業を不要とするために、マンドレルの先端部にＭＣナイロン等の合成樹脂を設ける技術がある。このようにＭＣナイロン等の合成樹脂を設けた技術として、例えば、特許文献１に記載のものがある。

特開２０１２−１６６２４６号公報

特許文献１においては、工具鋼から成る円柱形状の本体に雄ねじ部を設け、合成樹脂（ＭＣナイロン）から成る半球面状の球面部に雌ねじ部を設け、本体と球面部とをねじ締結によって組み付けて成るマンドレルが開示されている。

しかし、特許文献１に記載のマンドレルは、本体と球面部とのねじ締結部に空隙が生じ、マンドレルの球面部に変形が生じる虞がある。

また、特許文献１に記載のマンドレルにおいては、本体への雄ねじ部の加工と、球面部への雌ねじ部の加工がそれぞれ個別になされるため、当該雄ねじ部と雌ねじ部とをねじ締結した際に、本体と球面部との中心軸がずれてしまう虞がある。このような本体と球面部との中心軸のずれは、曲げ加工の精度に影響を与えるだけでなく、マンドレルの強度に影響する。なお、この中心軸を合わせるためには、本体への雄ねじ部の加工および球面部への雌ねじ部の加工を高精度に行う必要がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、二つの部材から成るマンドレルの形状を保持することを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係るマンドレルは、管材を曲げ加工する際に前記管材の内部に挿入されるマンドレルであって、棒状の本体部と、前記本体部の一端側に設けられて前記本体部よりも細い小径部とを有する芯部材と、前記芯部材の一端側に設けられ、前記小径部を覆って前記芯部材と一体的に成形される先端部材とを備え、前記小径部が、溝部を有するものであり、前記先端部材が、前記溝部を埋めるように前記芯部材に成形されるものであり、前記溝部は、前記先端部材の抜け止めとなる形状であることを特徴とする。
上記課題を解決する第二の発明に係るマンドレルは、第一の発明に係るマンドレルにおいて、前記溝部の径方向長さを、前記先端部材の成形厚さの５０〜１００％とすることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係るマンドレルは、第一または第二の発明に係るマンドレルにおいて、前記先端部材が、射出成形によって成形される樹脂部材であることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係るマンドレルは、第一または第二の発明に係るマンドレルにおいて、前記先端部材が、焼結によって成形されるセラミックス部材であることを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係るマンドレルは、第一から第四のいずれか一つの発明に係るマンドレルにおいて、前記小径部の端面は曲面形状であり、前記先端部材は、前記小径部の周面全体を覆う円筒部と、前記小径部の端面全体を覆う半球体部とから構成されていることを特徴とする。

第一の発明に係るマンドレルによれば、芯部材と先端部材とから成るマンドレルにおいて、圧入またはねじ締結等によって先端部材を芯部材に組み付けるのではなく、先端部材を芯部材における小径部を覆うように芯部材と一体的に成形することにより、芯部材と先端部材との密着度が向上し、マンドレルの形状を保持することができる。また、圧入またはねじ締結等によって先端部材を芯部材に組み付けるのではなく、先端部材を芯部材と一体的に成形することにより、芯部材と先端部材との中心軸のずれを抑えることができるので、マンドレルの形状を保持することができる。また、芯部材の小径部に溝部を設けることにより、先端部材が当該溝部に入り込んで成形されるので、溝部が抜け止めとして作用することとなる。つまり、マンドレルにおいて、芯部材に対して先端部材が抜ける方向への力が作用した際に、先端部材は、芯部材における溝部に引っ掛かるので、芯部材から抜け出ることはない。

第三の発明に係るマンドレルによれば、樹脂製の先端部材を射出成形によって成形することにより、芯部材に対して先端部材を確実に密着して成形することができる。また、樹脂部材によって、曲げ加工に供される管材とマンドレルとの摺動性が良くなるので、管材の曲げ加工において潤滑油を使用せず、潤滑油を除去するための洗浄作業を不要とすることができる。

第四の発明に係るマンドレルによれば、セラミックス製の先端部材を焼結によって成形することにより、芯部材に対して先端部材を確実に密着して成形することができる。また、セラミックス部材によって、曲げ加工に供される管材とマンドレルとの摺動性が良くなるので、管材の曲げ加工において潤滑油を使用せず、潤滑油を除去するための洗浄作業を不要とすることができる。

実施例１に係るマンドレルが備えられた曲げ加工装置（動作前）の構造を示す説明図である。実施例１に係るマンドレルが備えられた曲げ加工装置（動作後）の構造を示す説明図である。実施例１に係るマンドレルを示す説明図である。実施例２に係るマンドレルを示す説明図である。

以下に、本発明に係るマンドレルの実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。

［実施例１］
本発明の実施例１に係るマンドレルが備えられた曲げ加工装置の構造について、図１Ａ，図１Ｂおよび図２を参照して説明する。

図１Ａに示すように、曲げ加工装置１には、パイプ（管材）Ｐの先端側（図１Ａにおける右方側）における一部を支持する第一の支持部１０と、パイプＰの後端側（図１Ａにおける左方側）における一部を支持する第二の支持部２０とが設けられている。

第一の支持部１０は、所定の曲率の円弧形状から成るガイド面１１を有し、このガイド面１１の円弧中心に位置する回転軸１２回りに回動するようになっている。一方、第二の支持部２０は、第一の支持部１０の回動に伴ってパイプＰを先端側（ガイド面１１の接線方向）へ押し進めるように直線移動するようになっている。よって、パイプＰは、第一の支持部１０の回動および第二の支持部２０の直線移動によって、第一の支持部１０におけるガイド面１１に沿って曲げられるようになっている。

曲げ加工装置１には、曲げ加工中にパイプＰが押し潰されないようにするためのマンドレル３０が設けられており、このマンドレル３０は、第一の支持部１０および第二の支持部２０に支持されたパイプＰの内部に挿入されるようになっている。

よって、直線形状のパイプＰに所定の曲率の曲げ加工を施す際には、図１Ａに示すように、パイプＰの先端側（一端側）における一部を第一の支持部１０によって支持し、パイプＰの後端側（他端側）における一部を第二の支持部２０によって支持する共に、パイプＰの内部にマンドレル３０を挿入する。そして、この状態で、図１Ｂに示すように、第二の支持部２０を直線移動すると共に、第一の支持部１０を回転軸１２回りに所定の角度（図１Ｂにおいては、９０°）だけ回動することにより、パイプＰの扁平を防止しつつ、パイプＰに所定の曲率から成る曲げ部Ｐｃを形成することができる。

マンドレル３０は、略円柱形状（棒状）の芯金（芯部材）４０と、芯金４０の一端側（図１Ａにおける右方側）、すなわち、マンドレル３０において曲げ加工時にパイプＰの内面Ｐｆに接触し得る範囲に設けられる先端部材５０とから構成される。

芯金４０は、パイプＰの内部に挿入可能な外径Ｄ₁を有する円柱形状（棒状）の本体部４１と、本体部４１の一端側（図１Ａにおける右方側）に設けられて本体部４１よりも細い（外径Ｄ₁よりも小さい外径Ｄ₂を有する）小径部４２とから構成されている。なお、芯金４０は、パイプＰの曲げ加工時にパイプＰから受ける高い圧力に耐える剛性の高い材料から成り、芯金４０の材料としては、例えば、アルミニウム青銅や工具鋼などの金属が挙げられる。

先端部材５０は、芯金４０における小径部４２を覆うように芯金４０と一体的に成形されており、芯金４０における本体部４１の外径Ｄ₁と略同じ外径を有して芯金４０における小径部４２の周面４２ａを覆う円筒部５１と、当該円筒部５１の先端側に設けられて芯金４０における小径部４２の端面４２ｂを覆う半球体部５２とから構成されている。なお、先端部材５０は、曲げ加工時にパイプＰの内面Ｐｆとの摺動摩擦を低減する摺動性の良い材料から成り、先端部材５０の材料としては、例えば、フェノール樹脂などの摺動性の良い樹脂が挙げられる。

先端部材５０は、射出成形によって芯金４０と一体的に成形されており、マンドレル３０においては、芯金４０と先端部材５０とが隙間なく密着されている。マンドレル３０の製造方法、すなわち、芯金４０に先端部材５０を一体的に成形する方法の一例を以下に示す。

まず、図２に示すように、転造等によって製作される金属製の芯金４０に射出成形用の金型６０を取り付ける。この金型６０には、芯金４０における本体部４１の外径Ｄ₁と略同じ内径を有して開口する周面部６１が設けられており、その底部（図２における右方側の部分）には、周面部６１の内径と略同じ内径の半球面部６２が設けられている。よって、この金型６０を芯金４０に取り付けた状態では、金型６０と芯金４０との間に、樹脂を注入可能な空間部７０が形成されるようになっている。

金型６０には、半球面部６２の先端側（図２における右方側）に臨んで開口する樹脂注入口６３と、周面部６１に臨んで開口するエア抜き穴６４とが形成されており、樹脂注入口６３から前記空間部７０に溶融された樹脂が注入されると共に、前記空間部７０内の空気がエア抜き穴６４から抜けて樹脂が前記空間部７０内に充満されるようになっている。このように、金型６０が芯金４０に取り付けられ、芯金４０と金型６０との間に形成される空間部７０に樹脂が注入されることにより、先端部材５０は、芯金４０と一体的に成形される。

また、芯金４０における小径部４２の周面４２ａには、周方向に沿う溝部４３が形成されており、この溝部４３を埋めるようにして先端部材５０が設けられる。よって、溝部４３において固化された樹脂は、先端部材５０の抜け止めとして作用することとなる。つまり、マンドレル３０において、芯金４０に対して先端部材５０が抜ける方向への力が作用した際に、先端部材５０は、芯金４０における溝部４３に引っ掛かるので、芯金４０から抜け出ないようになっている。

上述したように射出成形によって樹脂製の先端部材５０を芯金４０と一体的に成形することにより、芯金４０と先端部材５０とを確実に密着させることができると共に、芯金４０と先端部材５０との軸中心を容易に合わせることができる。

なお、従来のように、圧入またはねじ締結等によって先端部材を芯部材に組み付けた場合には、芯部材と先端部材との間に空隙が生じると共に、芯部材の中心軸と先端部材の中心軸とがずれることにより、先端部材の形状が変わる虞がある。また、圧入またはねじ締結等による芯部材と先端部材との組み付けにおいて、芯部材の中心軸と先端部材の中心軸とを合わせるためには、芯部材および先端部材の高精度な加工が必要となる。

本発明の実施例１に係るマンドレル３０が備えられた曲げ加工装置の動作について、図１Ａ，図１Ｂおよび図２を参照して説明する。

まず、図１Ａに示すように、パイプＰを曲げ加工装置１にセットする。つまり、パイプＰの先端側における一部を第一の支持部１０によって支持し、パイプＰの後端側における一部を第二の支持部２０によって支持すると共に、第一の支持部１０および第二の支持部２０によって支持されたパイプＰの内部にマンドレル３０を挿入する。

次に、第一の支持部１０を回転軸１２回りに回動すると共に（図１Ａにおいては、左回転）、当該回動に伴って第二の支持部２０を直線移動する（図１Ａにおいては、右方向への移動）。このとき、曲げ加工装置１におけるマンドレル３０の位置は変わらず、マンドレル３０に対してパイプＰが摺動することとなる（図１Ａにおいては、第二の支持部２０と同じく、右方向への摺動）。

そして、図１Ｂに示すように、第一の支持部１０が所定の角度（図１Ｂにおいては、９０°）だけ回動されると共に、第二の支持部２０が第一の支持部１０の回動した分だけ直線移動されることにより、パイプＰに所定の角度（図１Ｂにおいては、９０°）の曲げ部Ｐｃが形成される。

マンドレル３０は、先端部材５０が射出成形によって芯金４０と一体的に成形されることにより、芯金４０と先端部材５０とが隙間なく確実に密着されると共に、芯金４０と先端部材５０との中心軸が合致している。よって、先端部材５０の強度が十分に確保され、曲げ加工時にパイプＰから受ける圧力や摩擦等によって先端部材５０が損傷することはない。

また、芯金４０における小径部４２の周面４２ａに溝部４３を設け、当該溝部４３を埋めるように先端部材５０を設けていたことにより、芯金４０に対して先端部材５０が抜ける方向への力が作用した場合においても、先端部材５０は、芯金４０における溝部４３に引っ掛かるので、芯金４０から抜け出ることはない。

本実施例に係るマンドレル３０においては、芯金４０における小径部４２の周面４２ａに周方向に沿う溝部４３を形成したが、本発明における溝部は、これに限定されることはなく、芯金４０と一体的に成形される先端部材５０の抜け止めとなり得るものであれば良い。本発明における溝部として、例えば、マンドレル３０において、小径部４２の周面４２ａに周方向に沿う溝部４３を軸方向に複数設けても良く、小径部４２の周面４２ａの一部を切り欠いた切り欠き部を設けても良い。

なお、溝部４３において固化される樹脂の強度を保つ、すなわち、先端部材５０の抜け防止効果を十分に発揮するために、溝部４３を鈍角または曲面から成るものとすることが好ましく、また、溝部４３の深さ（径方向長さ）ｄを先端部材５０の成形厚さｔの５０〜１００％程度とすることが好ましい。

また、芯金４０における小径部４２の強度、および、当該小径部４２に設けられる先端部材５０の強度を確保するためには、芯金４０における本体部４１の直径Ｄ₁に対して、小径部４２における直径Ｄ₂をＤ₂≒Ｄ₁／２とし、先端部材５０における成形厚さｔをｔ≒Ｄ₂／２≒Ｄ₁／４とすることが好ましい。

［実施例２］
本発明の実施例２に係るマンドレルが備えられた曲げ加工装置の構造について、図１Ａ，図１Ｂおよび図３を参照して説明する。

本実施例に係るマンドレル１３０は、本発明の実施例１における曲げ加工装置１のマンドレル３０に代えて、備えられるものである（図１Ａおよび図１Ｂ参照）。つまり、本実施例に係るマンドレル１３０が備えられた曲げ加工装置は、マンドレル１３０の構成、詳細には、マンドレル１３０における先端部材１５０を樹脂に代えてセラミックスで製作したことを除いて、本発明の実施例１に係るマンドレル３０が備えられた曲げ加工装置１と同様な構造を有するものである。よって、本実施例に係るマンドレル１３０が備えられた曲げ加工装置における実施例１と同様な構造に対する重複説明は適宜省略する。

マンドレル１３０は、略円柱形状（棒状）の芯金１４０と、芯金１４０の一端側（図３における右方側）に設けられる先端部材１５０とから構成される。ここで、芯金１４０の構造は、実施例１に係るマンドレル３０の芯金４０と同様な構造であるので、これについての詳細な説明は省略する。

先端部材１５０は、芯金１４０における小径部１４２を覆うように芯金１４０と一体的に成形されており、芯金１４０における本体部１４１の外径Ｄ₁と略同じ外径を有して芯金１４０における小径部１４２の周面１４２ａを覆う円筒部１５１と、当該円筒部１５１の先端側に設けられて芯金１４０における小径部１４２の端面１４２ｂを覆う半球体部１５２とから構成されている。なお、先端部材１５０は、曲げ加工時にパイプＰの内面Ｐｆとの摺動摩擦を低減する摺動性の良い材料から成り、先端部材１５０の材料としては、例えば、セラミックスが挙げられる。

先端部材１５０は、焼結によって芯金１４０と一体的に成形されており、マンドレル１３０においては、芯金１４０と先端部材１５０とが隙間なく密着されている。マンドレル１３０の製造方法、すなわち、芯金１４０に先端部材１５０を一体的に成形する方法の一例を以下に示す。

図３に示すように、転造等によって製作される金属製の芯金１４０に、図示しない金型を用いてセラミックス粉末１５０ａを加圧成形し、高温で加熱焼結することにより、先端部材１５０は、芯金１４０と一体的に成形される。

また、芯金１４０における小径部１４２の周面１４２ａには、周方向に沿う溝部１４３が形成されており、この溝部１４３を埋めるようにしてセラミックス粉末１５０ａは加圧成形される。よって、溝部１４３において焼結されたセラミックスは、先端部材１５０の抜け止めとして作用することとなる。つまり、マンドレル１３０において、芯金１４０に対して先端部材１５０が抜ける方向への力が作用した際に、先端部材１５０は、芯金１４０における溝部１４３に引っ掛かるので、芯金１４０から抜け出ないようになっている。

上述したように加圧成形および焼結によってセラミックス製の先端部材１５０を芯金１４０と一体的に成形することにより、芯金１４０と先端部材１５０とを確実に密着させることができると共に、芯金１４０と先端部材１５０との軸中心を容易に合わせることができる。

本実施例に係るマンドレル１３０においては、芯金１４０における小径部１４２の周面１４２ａに周方向に沿う溝部１４３を形成したが、本発明における溝部は、これに限定されることはなく、芯金１４０と一体的に成形される先端部材１５０の抜け止めとなり得るものであれば良い。本発明における溝部として、例えば、マンドレル１３０において、小径部１４２の周面１４２ａに周方向に沿う溝部１４３を軸方向に複数設けても良く、小径部１４２の周面１４２ａの一部を切り欠いた切り欠き部を設けても良い。

なお、溝部１４３において焼結されるセラミックスの強度を保つ、すなわち、先端部材１５０の抜け防止効果を十分に発揮するために、溝部１４３を鈍角または曲面から成るものとすることが好ましく、また、溝部１４３の深さ（径方向長さ）ｄを先端部材１５０の成形厚さｔの５０〜１００％程度とすることが好ましい。

また、芯金１４０における小径部１４２の強度、および、当該小径部１４２に設けられる先端部材１５０の強度を確保するためには、芯金１４０における本体部１４１の直径Ｄ₁に対して、小径部１４２における直径Ｄ₂をＤ₂≒Ｄ₁／２とし、先端部材１５０における成形厚さｔをｔ≒Ｄ₂／２≒Ｄ₁／４とすることが好ましい。

１曲げ加工装置
１０第一の支持部
１１第一の支持部のガイド面
１２第一の支持部の回転軸
２０第二の支持部
３０マンドレル
４０芯金（芯部材）
４１芯金の本体部
４２芯金の小径部
４２ａ小径部の周面
４２ｂ小径部の端面
４３芯金の溝部
５０先端部材
５１先端部材の円筒部
５２先端部材の半球体部
６０射出成形用の金型
６１金型の円柱開口部
６２金型の半球面部
６３樹脂注入口
６４エア抜き穴
７０空間部
Ｐパイプ（管材）
Ｐｃパイプの曲げ部
Ｐｆパイプの内面

Claims

管材を曲げ加工する際に前記管材の内部に挿入されるマンドレルであって、
棒状の本体部と、前記本体部の一端側に設けられて前記本体部よりも細い小径部とを有する芯部材と、
前記芯部材の一端側に設けられ、前記小径部を覆って前記芯部材と一体的に成形される先端部材とを備え、
前記小径部が、溝部を有するものであり、
前記先端部材が、前記溝部を埋めるように前記芯部材に成形されるものであり、
前記溝部は、前記先端部材の抜け止めとなる形状である
ことを特徴とするマンドレル。
前記溝部の径方向長さを、前記先端部材の成形厚さの５０〜１００％とする
ことを特徴とする請求項１に記載のマンドレル。
前記先端部材が、射出成形によって成形される樹脂部材である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマンドレル。
前記先端部材が、焼結によって成形されるセラミックス部材である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマンドレル。
前記小径部の端面は曲面形状であり、
前記先端部材は、前記小径部の周面全体を覆う円筒部と、前記小径部の端面全体を覆う半球体部とから構成されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマンドレル。