(57)【要約】【課題】鋼管の曲げ加工を精度よく行うとともに、加工効率を向上させる。【解決手段】本実施形態に係るマンドレルは、球面が形成される先端部材と、球面と、前記先端部材の前記球面に接する湾曲凹面と、前記湾曲凹面から前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口と、が形成される第１の中間部材と、前記第１の中間部材の前記球面に接する湾曲凹面を有するベースと、前記中間部材の開口を貫通し、一端が前記先端部材に固定されるとともに、他端が前記ベースに固定される連結部材と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面が形成される先端部材と、
球面と、前記先端部材の前記球面に接する湾曲凹面と、前記湾曲凹面から前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口と、が形成される第１の中間部材と、
前記第１の中間部材の前記球面に接する湾曲凹面を有するベースと、
前記中間部材の開口を貫通し、一端が前記先端部材に固定されるとともに、他端が前記ベースに固定される連結部材と、
を備えるマンドレル。
【請求項２】
前記先端部材には、前記連結部材が貫通し、前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口が形成される請求項１に記載のマンドレル。
【請求項３】
球面と、前記第１の中間部材の前記球面に接する湾曲凹面と、前記湾曲凹面から前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口と、が形成される第２の中間部材を備える請求項１又は２に記載のマンドレル。
【請求項４】
前記先端部材の前記球面の曲率、前記中間部材の前記球面と前記湾曲凹面の曲率、及び前記ベースの前記湾曲凹面の曲率が等しい請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマンドレル。
【請求項５】
前記中間部材の外表面は、前記球面と前記湾曲凹面のみからなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマンドレル。
【請求項６】
前記連結部材は、コイルばねである請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマンドレル。
【請求項７】
前記連結部材は、ワイヤである請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマンドレル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンドレルに関する。
【背景技術】
【０００２】
気体や液体の配管に用いられる鋼管の曲げ加工や、鋼管継手の製造には、例えばマンドレルが用いられる。マンドレルは、相互に連結された複数のパーツから構成されている（例えば特許文献１及び２参照）。この種のマンドレルは、各パーツ間の稼働領域が制限されており、マンドレル全体として、所定の半径の弧を描くように湾曲する。
【０００３】
マンドレルが挿入された鋼管を湾曲させる際には、鋼管の内側に皺や凹凸が発生しやすい。そのため、マンドレルを構成する各パーツ間の隙間は、マンドレルの湾曲度合にかかわらず、ある程度小さく維持されるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７９４３７号公報
【特許文献２】特開２００５−００７４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に開示されたマンドレルでは、マンドレルが伸びて真っ直ぐな状態のときにも、各パーツ相互間に隙間が形成される。このため、鋼管の湾曲時に皺が発生することが考えられる。
【０００６】
また、マンドレルが湾曲したときには、湾曲内側のパーツ相互間の隙間は狭くなるが、湾曲外側のパーツ相互間の隙間は広くなる。このため、曲げ加工を施した鋼管からマンドレルを引き抜くときの抵抗が大きくなることが考えられる。このような場合には、曲げ加工の効率が低下する恐れがある。
【０００７】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、鋼管の曲げ加工を精度よく行うとともに、加工効率を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本実施形態に係るマンドレルは、球面が形成される先端部材と、球面と、前記先端部材の前記球面に接する湾曲凹面と、前記湾曲凹面から前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口と、が形成される第１の中間部材と、前記第１の中間部材の前記球面に接する湾曲凹面を有するベースと、前記中間部材の開口を貫通し、一端が前記先端部材に固定されるとともに、他端が前記ベースに固定される連結部材と、を備える。
【０００９】
前記先端部材には、前記連結部材が貫通し、前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口が形成されていてもよい。
【００１０】
マンドレルは、球面と、前記第１の中間部材の前記球面に接する湾曲凹面と、前記湾曲凹面から前記球面に向かって広がるテーパー形状の開口と、が形成される第２の中間部材を備えていてもよい。
【００１１】
前記先端部材の前記球面の曲率、前記中間部材の前記球面と前記湾曲凹面の曲率、及び前記ベースの前記湾曲凹面の曲率は、相互に等しくてもよい。
【００１２】
前記中間部材の外表面は、前記球面と前記湾曲凹面のみからなることとしてもよい。
【００１３】
前記連結部材は、コイルばねであってもよい。また、前記連結部材は、ワイヤであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るマンドレルでは、湾曲前後で、当該マンドレルを構成する部材相互間に隙間が形成されることがない。このため、鋼管の曲げ加工を精度よく行うとともに、加工効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るマンドレルの側面図である。
【図２】マンドレルのＸＺ断面を示す断面図である。
【図３】ボール部材の斜視図である。
【図４】中間部材の斜視図である。
【図５】ベースの斜視図である。
【図６】マンドレルの動作を説明するための図である。
【図７】鋼管の曲げ加工を説明するための図である。
【図８】鋼管の曲げ加工を説明するための図である。
【図９】マンドレルの変形例を示す図である。
【図１０】マンドレルの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本実施形態に係るマンドレルを図面に基づいて説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るマンドレル１０の側面図である。また、図２は、マンドレル１０のＸＺ断面を示す断面図である。このマンドレル１０は、鉄、ステンレス、又はアルミニウムなどの金属を素材とする鋼管を曲げるためのツールである。図１及び図２
に示されるように、マンドレル１０は、ボール部材２０、４つの中間部材３０、ベース４０、コイルばね５０を備えている。ボール部材２０、中間部材３０、ベース４０は、例えば鉄やステンレス鋼などを素材とする。
【００１８】
図３は、ボール部材２０の斜視図である。ボール部材２０は、例えば直径８センチ程度の球状の部材である。図３に示されるように、ボール部材２０には、上方（＋Ｚ側）から中心部に渡る開口部２１と、下方（−Ｚ側）から中心部わたる開口部２３が形成されている。開口部２１の内径は一定であり、内周面には雌ねじ部が形成されている。また、開口部２３は、ボール部材２０の中心から外周面にかけて内径が広くなるテーパー形状に整形されている。
【００１９】
開口部２１の中心軸と、開口部２３の中心軸はＺ軸に平行で、相互に一致している。このため、開口部２１と開口部２３は、ボール部材２０を貫通する貫通孔を形成する。また、ボール部材２０の表面には、開口部２１を包囲するように、環状の突部２２が形成されている。
【００２０】
図４は、中間部材３０の斜視図である。中間部材３０は、Ｚ軸を中心とする外径が８センチ程度の部材である。図４に示されるように、中間部材３０は、上方側（＋Ｚ側）が湾曲凹面３１となり、下方側（−Ｚ側）が球面３２となるように整形されている。中間部材３０の球面３２の曲率及び湾曲凹面３１の曲率は、ボール部材２０の外表面の曲率と等しい。中間部材３０には、湾曲凹面３１の中心から球面３２の中心にわたる開口部３３が形成されている。開口部３３は、湾曲凹面３１から球面３２にかけて内径が広くなるテーパー形状に整形されている。
【００２１】
図５は、ベース４０の斜視図である。図５に示されるように、ベース４０は、長手方向をＺ軸方向とし、外形が８センチ程度の部材である。ベース４０の上面には、湾曲凹面４１が形成され、湾曲凹面４１の中心部には、Ｚ軸方向を長手方向とする開口部４２が形成されている。
【００２２】
湾曲凹面４１の曲率は、中間部材３０の球面３２の曲率と等しい。開口部４２の内径は一定であり、内周面には雌ねじ部が形成されている。また、ベース４０の下部は、外形が下方に向かって狭くなるテーパー形状に整形されている。ベース４０の下面中央部には、Ｚ軸方向を長手方向とする開口部４３が形成されている。開口部４３の内径は一定であり、内周面には雌ねじ部が形成されている。
【００２３】
図２に示されるように、マンドレル１０では、ベース４０の湾曲凹面４１に、相互に重なった４つの中間部材３０が配置され、一番上に位置する中間部材３０の湾曲凹面３１にボール部材２０が配置される。
【００２４】
コイルばね５０は、自然長から伸長する引きばねである。コイルばね５０は、ボール部材２０の開口部２３と、ベース４０の間に配置される４つの中間部材３０の開口部３３と、を貫通している。そして、コイルばね５０の上端は、ボール部材２０に設けられた開口部２１の雌ねじ部に嵌合する固定部材５１を介して、ボール部材２０に固定される。また、コイルばね５０の下端は、ベース４０に設けられた開口部４２の雌ねじ部に嵌合する固定部材５２を介して、ベース４０に固定される。ボール部材２０、４つの中間部材３０、ベース４０は、コイルばね５０が４つの中間部材３０を貫通した状態で、ボール部材２０及びベース４０に固定されることで、一体化される。
【００２５】
コイルばね５０の張力は、固定部材５１をボール部材２０に対して相対的に回転させたり、固定部材５２をベース４０に対して相対的に回転させることによって、固定部材
５１と固定部材５２の距離を変えることで調整することができる。コイルばね５０の張力は、ボール部材２０、中間部材３０、ベース４０同士が離間しないように調整される。
【００２６】
上述のように構成されるマンドレル１０では、図２に示されるように、ベース４０の湾曲凹面４１に、中間部材３０の球面３２が摺動可能に接した状態で、ベース４０と中間部材３０が配置される。したがって、ベース４０に対して中間部材３０は、少なくともＸＹ平面に平行な軸回りに回転可能になっている。同様に、中間部材３０の湾曲凹面３１に、他の中間部材３０の球面３２が摺動可能に接した状態で、相互に隣接する中間部材３０同士が配置される。したがって、隣接する一方の中間部材３０は、他方の中間部材３０に対して、少なくともＸＹ平面に平行な軸回りに回転可能になっている。また、中間部材３０の湾曲凹面３１に、ボール部材２０の外表面が摺動可能に接した状態で、中間部材３０とボール部材２０が配置される。したがって、中間部材３０に対してボール部材２０は、少なくともＸＹ平面に平行な軸回りに回転可能になっている。したがって、マンドレル１０は、一例として図６に示されるように湾曲することが可能になる。
【００２７】
また、マンドレル１０の構成各部が回転したとしても、ボール部材２０，中間部材３０，ベース４０の位置関係は、球面と球面に接する湾曲凹面とによって一定に維持される。このため、構成各部相互間に隙間が形成されることもない。
【００２８】
本実施形態に係るマンドレル１０では、ボール部材２０がベース４０に対して９０度を超えて回転するようになっている。ボール部材２０が、ベース４０に対して９０度回転したときには、４つの中間部材３０は、ベース４０に対してそれぞれ１８度、３６度、５４度、６２度程度回転した状態になる。
【００２９】
ボール部材２０の開口部２１、２３と、中間部材３０の開口部３３と、ベース４０の開口部４２とが通じ、コイルばね５０が位置するスペースが確保されている限度で、マンドレル１０は、湾曲することが可能になっている。
【００３０】
次に、マンドレル１０を用いた、鋼管１００の曲げ加工について説明する。まず、曲げ加工対象となる鋼管１００を準備する。この鋼管１００は、内径がマンドレル１０を構成するボール部材２０，中間部材３０，ベース４０の外径よりやや大きい。当該鋼管１００の曲げ加工を行う際には、まず、図７に示されるように、マンドレル１０を、鋼管１００の内部に挿入する。マンドレル１０を鋼管１００へ挿入する際には、例えばマンドレル１０のベース４０に設けられた開口部４３に、外部機器や治具を取り付けることで、鋼管１００が長尺のものであっても、マンドレル１０を内部深くまで挿入することができる。
【００３１】
鋼管１００の曲げ加工を行う箇所までマンドレル１０を挿入したら、図８に示されるように、マンドレル１０とともに鋼管１００を曲げる。鋼管１００を曲げる際には、必要に応じて鋼管１００を加熱することとしてもよい。図８に示されるように、マンドレル１０が９０度まで湾曲したとしても、ボール部材２０、中間部材３０、ベース４０相互間に隙間が形成されることがない。このため、鋼管１００を曲げるときに生じる皺の発生頻度を低減することができる。
【００３２】
鋼管１００が、例えば９０度の目標角度まで折れ曲がったら、マンドレル１０を鋼管１００から引き抜く。これにより、鋼管１００の曲げ加工が終了する。
【００３３】
以上説明したように本実施形態に係るマンドレル１０では、マンドレル１０が湾曲したとしても、ボール部材２０、中間部材３０、及びベース４０の位置関係は、マンドレル１０の構成各部（２０，３０，４０）の球面と球面に接する湾曲凹面とによって一定に維持される。このため、構成各部相互間に隙間が形成されることがない。したがって、鋼管の曲げ加工を精度よく行うことができる。
【００３４】
また、マンドレル１０を鋼管１００に挿入するとき、或いはマンドレル１０を鋼管１００から引き出すときには、鋼管１００とマンドレル１０の間に生じる摩擦力の影響をうける。本実施形態に係るマンドレル１０を構成するボール部材２０、中間部材３０、及びベース４０の外表面は、球面になっている。そのため、鋼管１００とマンドレル１０の間に生じる摩擦力が低減する。したがって、鋼管１００の曲げ加工を効率よく行うことが可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、マンドレル１０を構成するボール部材２０、中間部材３０、及びベース４０が、コイルばね５０によって一体化されている場合について説明した。これに限らず、例えば図９に示されるように、コイルばね５０に代えて、ワイヤ５５を用いて、ボール部材２０、中間部材３０、及びベース４０を一体化することとしてもよい。
【００３６】
この場合にも同様に、ワイヤ５５の端部が固定される固定部材５１，５２を、ボール部材２０或いはベース４０に対して相対的に回転させることによって、ワイヤ５５の張力を調整することができる。
【００３７】
上記実施形態では、図２に示されるように、マンドレル１０が４つの中間部材３０を備えている場合について説明した。これに限らず、マンドレル１０は、３つ以下、或いは５つ以上の中間部材３０を備えていてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、マンドレル１０の外径が８センチ程度である場合について説明した。これに限らず、マンドレル１０の外径や長さは、曲げ加工の対象となる鋼管のサイズに応じて適宜変更することができる。
【００３９】
上記実施形態では、ボール部材２０、及び中間部材３０の外表面全体が球面である場合について説明した。これに限らず、ボール部材２０、及び中間部材３０の外表面は、他の中間部材３０或いはベース４０に接する面のみが、球面であることとしてもよい。
【００４０】
上記実施形態では、コイルばね５０及びワイヤ５５がボール部材２０の開口部２３に貫通した状態で、ボール部材２０に固定される場合について説明した。これに限らず、ボール部材２０に開口部２３を設けることなく、例えば図１０に示されるように、コイルばね５０等の一端を直接ボール部材２０に固定することとしてもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  マンドレル
２０  ボール部材
２１，２３  開口部
２２  突部
３０  中間部材
３１  湾曲凹面
３２  球面
３３  開口部
４０  ベース
４１  湾曲凹面
４２，４３  開口部
５０  コイルばね
５１，５２  固定部材
５５  ワイヤ
１００  鋼管
【図１】
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【図２】
2018114537.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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