(57)【要約】【課題】管状の管素材を拡管して成形する際に、管素材とマンドレルに掛る負担を抑制することができる管加工装置を提供する。【解決手段】マンドレルピース１２，１４，１６，１８はワイヤ２０によって直列に連結されている。ワイヤ２０の端部はドラム２２に接続されている。ドラム２２が矢印方向に回転駆動されると、ワイヤ２０はドラム２２に巻き取られる。ワイヤ２０が巻き取られるのに伴って、管素材２８の管孔２８ａ内に、マンドレルピース１２，１４，１６，１８が小さい順に挿入され、逐次拡管する。最後尾のマンドレルピース１８の後面１８ｂは製品の管孔の断面形状と等しいため、最後尾のマンドレルピース１８が管孔２８ａ内を通過すると、管孔２８ａの断面形状は製品の管孔の断面形状となる。【選択図】  図１
2005000928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管素材の管孔を拡径して管製品に加工する装置であり、
複数個のマンドレルピースが直列かつ屈曲自在に連結されたマンドレルと、
そのマンドレルを送って複数個のマンドレルピースを順に管素材の管孔を通過させるマンドレル送り機構を備え、
各マンドレルピースの横断面形状は前側から後側へ向けて拡大しており、
先頭のマンドレルピースの前端の横断面形状は、管素材の管孔の横断面形状を超えず、
先頭のマンドレルピースの後端の横断面形状は、管素材の管孔の横断面形状を超え、
２番目以降のマンドレルピースの前端の横断面形状は、直前に位置しているマンドレルピースの後端の横断面形状を超えず、
各マンドレルピースの後端の横断面形状は、先頭側のマンドレルピースから後方側のマンドレルピースに向けて順次拡大している
ことを特徴とする管加工装置。
【請求項２】
加工中の屈曲管の外壁を外側から拘束する型をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の管加工装置。
【請求項３】
前記マンドレル送り機構が、複数個のマンドレルピースを貫通して伸びるワイヤを巻取る巻取り装置で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の管加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は管加工装置に関し、特にマンドレルを管素材の管孔を通過させることによって管孔を拡径して管素材を加工する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】管素材の管孔を拡径して管素材を加工するために、加圧された液体を管孔に送込んで管孔を拡径するハイドロフォーミング（液圧バルジ成形）技術が知られている。ハイドロフォーミング技術によると、種々の管形状に加工することができるが、設備が大型で高価であるという問題を有している。これに対し、マンドレルを管素材の管孔を通過させることによって管孔を拡径して管素材を加工する技術は、比較的簡単な設備で実施することができる。
特許文献１には、マンドレルの先頭に形成された拡管ヘッドを取付け、マンドレルを後方から押込んで拡管ヘッドを管素材の管孔を通過させる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６８３３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特許文献１に示された加工装置では、マンドレルの先頭に取付けられた拡管ヘッドを、管孔に押込むことによって管孔を拡径する。従来の技術では、拡管ヘッドが通過する時に、管素材が拡管ヘッドの横断面形状まで一挙に広げられるため、管素材の壁に大きな圧力が掛る。また拡管ヘッドに掛る負担が大きく、拡管ヘッドが磨耗したり破損したりする恐れがある。
本発明では、管孔を拡径する時に、管素材とマンドレルに掛る負担を低減することができる管加工装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明の管加工装置は、管素材の管孔を拡径して管製品に加工するために、複数個のマンドレルピースが直列かつ屈曲自在に連結されたマンドレルと、そのマンドレルを送って複数個のマンドレルピースを順に管素材の管孔を通過させるマンドレル送り機構を備えている。又以下の条件を満たしている。
（１）各マンドレルピースの横断面形状は前側から後側へ向けて拡大している。
（２）先頭のマンドレルピースの前端の横断面形状は、管素材の管孔の横断面形状を超えない。
（３）先頭のマンドレルピースの後端の横断面形状は、管素材の管孔の横断面形状を超え、
（４）２番目以降のマンドレルピースの前端の横断面形状は、直前に位置しているマンドレルピースの後端の横断面形状を超えない。
（５）各マンドレルピースの後端の横断面形状は、先頭側のマンドレルピースから後方側のマンドレルピースに向けて順次拡大している。
【０００６】
前記（１）（３）と（４）の条件によって、各マンドレルピース毎に管素材を拡径することが可能となり、複数個のマンドレルピースが順に管素材の管孔を通過するのに伴って管素材が多段階に拡径される。管素材やマンドレルピースに一挙に大きな負担が掛ることがない。
又、前記（２）（４）の条件によって、各マンドレルピースによる拡径加工がスムーズに開始され、管素材やマンドレルピースに無理な負担が掛ることがない。
本装置によると、管素材やマンドレルピースに大きな負担をかけないで管加工することが可能となる。管素材を多段階で拡管することができ、管素材に掛る負担を軽減することができる。また、複数個のマンドレルピースによって拡管するため、複数個のマンドレルピースに負担が分散され、特定のマンドレルピースに偏った負担が掛ることがない。
本発明のマンドレルは、複数個のマンドレルピースが直列かつ屈曲自在に連結されて構成されていることから、屈曲した管に追従しながら拡径することができる。加工可能な管の形状範囲が広い。
【０００７】
なお、特開平７−６８３３１号公報に記載のマンドレルも、複数のマンドレルピースが直列かつ屈曲自在に連結されている。しかしながら特開平７−６８３３１号公報に記載のマンドレルは、先頭に取付けられた拡管ヘッドを管孔に押込むためのものであり、マンドレル自体は管孔を拡径しない。屈曲している管孔に拡管ヘッドを押込むことができるように、複数のマンドレルピースを直列かつ屈曲自在に連結しているが、そのマンドレルピース自体は管孔よりも細く、管孔を拡径するものでない。管孔を拡径する拡管ヘッドを複数個に分割し、それらを直列かつ屈曲自在に連結したものではない。
本発明では、管孔を拡径する拡管ヘッドに相当するマンドレルを複数個に分割し、それらを直列かつ屈曲自在に連結したものであり、特開平７−６８３３１号公報に記載のものと全く相違する。特開平７−６８３３１号公報に記載の技術では、（１）（３）〜（５）の条件を満たしていない。
【０００８】
加工中の屈曲管の外壁を外側から拘束する型をさらに備えていることが好ましい。型を利用すると、管孔をマンドレルピース群を順に通過させることによって多段階に拡径するのと同時に型の内面形状に倣わせることができ、管製品の屈曲形状（外形状）を同時に成形することが可能となる。
【０００９】
加工中の屈曲管の外壁が型によって拘束されている場合には、複数個のマンドレルピースを貫通して伸びるワイヤを引くことによってマンドレルピース群を順に管孔を通過させることができる。この場合、ワイヤ巻取り装置によってマンドレル送り機構を構成することができる。
引くことによってマンドレルピース群を管孔を通過させる場合、押すことによってマンドレルピース群を通過させるよりも遥かに簡単に装置を構成することができる。特開平７−６８３３１号公報に記載の屈曲自在のマンドレルに代えてワイヤを用いればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）  複数のマンドレルピースは所定の間隔で配置されている。
（形態２）  複数のマンドレルピースはワイヤによって直列に連結されている。
（形態３）  各マンドレルピースは、ワイヤに対して傾動可能になっている。
（形態４）  マンドレルピース間のワイヤが屈曲することによって隣接するマンドレルピース同士が屈曲する。
（形態５）  複数のマンドレルピースを連結したワイヤは先頭のマンドレルピースからさらに前方に伸びており、このワイヤが前方へ引張られることによって、連結された複数のマンドレルピースが管孔を通過する。
【００１１】
【実施例】本発明を具現化した実施例を図１から図５を用いて説明する。図１は、管素材２８を加工している本実施例の管加工装置２の模式的断面図であり、図２は加工前の管素材の斜視図であり、図３は曲げ加工後の管素材の斜視図であり、図４は拡径加工後の管製品の斜視図であり、図５は管加工装置２の型２４、２６の模式的斜視図である。
図１に示す管加工装置２は、屈曲管素材（図３参照）に拡管加工を行い、図４に示すような管製品を成形する装置である。屈曲管素材は、金属製の直状管素材（図２参照）に、前工程でベンダー曲げ加工等を施して成形されている。
【００１２】
図１に示す管加工装置２は、マンドレル１０と、上型２４と下型２６と、ワイヤ２０と、ワイヤ２０を巻取るドラム２２等を備えている。マンドレル１０は、複数のマンドレルピース１２，１４，１６，１８で構成されており、マンドレルピース群１２，１４，１６，１８はワイヤ２０によって直列かつ屈曲可能に連結されている。ワイヤ２０の前端部はドラム２２に接続されている。ドラム２２は図示しないモータによって回転駆動される。モータによってドラム２２が矢印方向に回転駆動されると、ワイヤ２０はドラム２２に巻き取られる。
【００１３】
マンドレルピース１２，１４，１６，１８は、中央部でワイヤ２０に取付けられており、ワイヤ２０に対して図示左方に相対移動することがなく、ワイヤ２０に対して傾動可能となっている。マンドレルピース１２，１４，１６，１８は、相互に自在に傾動可能となっている。
マンドレル１０の図中右方向を先頭とし、図中左方向を後方という。又、各マンドレルピース１２，１４，１６，１８の図中右方向を前方とし、図中左方向を後方とする。
【００１４】
各マンドレルピース１２，１４，１６，１８は、下記の関係を満たしている。
（１）各マンドレルピース１２，１４，１６，１８の後面は前面よりも大きい。即ち、各マンドレルピース１２，１４，１６，１８は前側から後側へ向けて拡大している。
（２）先頭のマンドレルピース１２の前面１２ａの大きさは、管孔２８ａの横断面の大きさより僅かに小さい。
（３）先頭のマンドレルピース１２の後面１２ｂの大きさは、管孔２８ａの横断面の大きさより僅かに大きい。
（４）２番目のマンドレルピース１４の前面１４ａの大きさは、先頭のマンドレルピース１２の後面１２ｂの大きさより僅かに小さい。３番目のマンドレルピース１６の前面１６ａの大きさは、２番目のマンドレルピース１４の後面１４ｂの大きさより僅かに小さい。４番目のマンドレルピース１８の前面１８ａの大きさは、３番目のマンドレルピース１６の後面１６ｂの大きさより僅かに小さい。即ち、２番目以降のマンドレルピースの前端の横断面形状は、直前に位置しているマンドレルピースの後端の横断面形状を超えない。
（５）２番目のマンドレルピース１４の後面１４ｂの大きさは、先頭のマンドレルピース１２の後面１２ｂの大きさより僅かに大きい。３番目のマンドレルピース１６の後面１６ｂの大きさは、２番目のマンドレルピース１４の後面１４ｂの大きさより僅かに大きい。４番目のマンドレルピース１８の後面１８ｂの大きさは、３番目のマンドレルピース１６の後面１６ｂの大きさより僅かに大きい。即ち、各マンドレルピースの後端の横断面形状は、先頭側のマンドレルピースから後方側のマンドレルピースに向けて順次拡大している。
【００１５】
図５に示す型は、上型２４と下型２６からなる。上型２４に凹部２４ａが形成されており、下型２６に凹部２６ａが形成されている。上型２４と下型２６を組み合わせると凹部２４ａ，２６ａによって屈曲する製品形状（図４参照）の空間が形成される。この空間に管素材２８を収容して拡管加工を行う。
【００１６】
上型２４と下型２６との間に管素材２８を挟み込み、管孔２８ａにマンドレル１０を通過させることによって、管孔２８ａを拡径し、管素材２８を拡管する。同時に、管素材２８の外形を型の凹部２４ａ，２６ａの形状に倣わせ、管製品の屈曲形状を同時に成形する。
【００１７】
以下加工手順を説明する。マンドレルピース１２から前方に伸びるワイヤ２０を管素材２８の管孔２８ａの一端（図中左側）から挿入し、ワイヤ２０の先端を管孔２８ａの他端（図中右側）から引出してドラム２２に接続する。図示しないモータを駆動させると、ドラム２２が矢印方向に回転駆動し、ワイヤ２０がドラム２２に巻き取られる。ワイヤ２０にはマンドレルピース１２，１４，１６，１８が接続されており、ワイヤ２０がドラム２２に巻き取られると、マンドレルピース１２，１４，１６，１８は図中右方向（矢印の方向）へ移動する。
【００１８】
先頭のマンドレルピース１２の前面１２ａは管素材２８の管孔２８ａより僅かに小さいため、ワイヤ２０がドラム２２に巻き取られるのに伴って、マンドレルピース１２は管孔２８ａ内にスムーズに挿入される。マンドレルピース１２，１４，１６，１８の断面形状は後部へ向かって大きくなっている。マンドレルピース１２の後面１２ｂは管孔２８ａより大きく、このため、マンドレルピース１２が後部まで挿入されて通過すると、管素材２８は後面１２ｂの大きさまで逐次拡管される。
続いて、直後に連結されているマンドレルピース１４は、前面１４ａがマンドレルピース１２の後面１２ｂの大きさより僅かに小さいため、ワイヤ２０がドラム２２に巻き取られるのに伴って、マンドレルピース１２が拡管した管孔２８ａ内にスムーズに挿入される。マンドレルピース１４が後部まで挿入されて通過すると、管素材２８は後面１４ｂの大きさまで逐次拡管される。
続いて、直後に連結されているマンドレルピース１６は、前面１６ａがマンドレルピース１４の後面１４ｂの大きさより僅かに小さいため、ワイヤ２０がドラム２２に巻き取られるのに伴って、マンドレルピース１４が拡管した管孔２８ａ内にスムーズに挿入される。マンドレルピース１６が後部まで挿入されて通過すると、管素材２８は後面１６ｂの大きさまで逐次拡管される。
続いて、直後であり且つ最後尾に連結されているマンドレルピース１８は、前面１８ａがマンドレルピース１６の後面１６ｂの大きさより僅かに小さいため、ワイヤ２０がドラム２２に巻き取られるのに伴って、マンドレルピース１６が拡管した管孔２８ａ内にスムーズに挿入される。マンドレルピース１８の後面１８ｂの形状は製品（図４参照）の管孔の断面形状に等しい。マンドレルピース１８が後部まで挿入されて管孔２８ａ内を通過すると、管孔２８ａは製品の管孔の断面形状まで逐次拡管される。
【００１９】
管素材内に先頭のマンドレルピースが挿入されると、このマンドレルピースの断面形状の大きさは管素材の管孔より僅かに小さいため、無理なく挿入される。マンドレルピースは後部へ向かって大きくなっているため、このマンドレルピースが後部まで挿入されると管素材が少し拡管される。続いて、直後に連結されているマンドレルピースは、前部は直前のマンドレルピースの後部の大きさを超えないため無理なく挿入されるが、このマンドレルピースが後部まで挿入されると管素材の管孔がさらに少し拡管される。続いて、直後に連結されているマンドレルピースが後部まで挿入されると、管孔がさらに拡管される。このように、管素材の管孔内には複数個のマンドレルピースが小さい順に挿入され、その度に少しずつ拡管されていく。最後尾のマンドレルピースの後部の断面形状は製品の管孔の断面形状と等しいため、最後尾のマンドレルピースが管孔内を通過すると、管素材の管孔の断面形状は製品の管孔の断面形状となる。
【００２０】
また、拡管加工は上型２４と下型２６によって挟み込んだ状態で行われる。マンドレルピース１２，１４，１６，１８が管孔２８ａ内を通過するとき、管素材２８の外周面は上型２４の凹部２４ａと下型２６の凹部２６ａに押付けられる。凹部２４ａと凹部２６ａによって製品形状（図４参照）が形成されることから、凹部２４ａと凹部２６ａに押付けられた管素材２８の外周面は製品形状に成形されることとなる。このことによって、安定した拡管加工を実施することができるとともに、製品の外形状を成形することができる。即ち、本実施例の管加工装置によれば、管素材２８の管孔２８ａの内外から同時に成形することができる。
【００２１】
上記のように、本実施例の管加工装置を利用することによって、管素材２８を徐々に拡管することができ、管素材２８に掛る負担を軽減することができる。また、マンドレル１０を構成する全てのマンドレルピース１２，１４，１６，１８によって拡管するため、全てのマンドレルピース１２，１４，１６，１８に負担が分散され、特定のマンドレルピースだけに偏った負担が掛ることがない。マンドレル１０全体に掛る負担を軽減することができ、磨耗や破損の発生を抑制することができる。
【００２２】
また、管素材２８全体が外周面側からも支持されることから、マンドレル１０による拡管作業が安定化して精度の高い拡管を行うことができる。また、管素材２８を製品形状の型２４，２６に挟み込んで収容して拡管を行うことから、管孔２８ａの拡管と同時に管素材２８の外側の成形も行うことが可能となる。
例えば、直状素管（図２参照）にベンダー曲げ加工を施して曲管（図３参照）を成形するとき、管が曲げ加工部分で若干扁平化してしまうことがある。このような場合、本実施例の管加工装置によって拡管加工を行うと、管素材の内外から成形するため、若干の扁平は解消され、良好な形状に成形することが可能となる。
【００２３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、複数のマンドレルピースを連結する部材についてはワイヤが好ましいが、マンドレルを屈曲自在に連結させることができる部材であれば特に限定されない。
管素材の管孔内に挿入されたマンドレルピースを移動させる手段については、実施例中では複数のマンドレルピースをワイヤによって連結しているため、モータ駆動によるドラムでワイヤを巻き取る方法が取られているが、マンドレルピースを連結する部材によって適切な手段が用いられればよく、特に限定されない。
実施例中ではマンドレルは４個のマンドレルピースを有していたが、マンドレルを構成するマンドレルピースの数についてはこれに限定されない。
実施例中の製品の断面形状は矩形状であったが、本発明の管加工装置は、矩形以外の形状の製品を成形するときにも用いることができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の管加工装置と加工中の管素材の断面図。
【図２】加工前の管素材の斜視図。
【図３】曲げ加工後の管素材の斜視図。
【図４】拡管後の管素材の斜視図。
【図５】管加工装置の型の斜視図。
【符号の説明】
１０：マンドレル
１２，１４，１６，１８：マンドレルピース
２０：ワイヤ
２２：ドラム
２４：上型
２６：下型
２８：管素材、２８ａ：管孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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