(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルの先端に係止されたプラグにおいて、
超音波発振器に接続され、電気的入力を機械的変位に変換する変換手段が前記プラグによって挟着され、該プラグが超音波振動し得る構成より成り、
前記プラグが、その外周に挿通されたパイプを拡管する超音波プラグによって構成されている
ことを特徴とする超音波プラグ。
【請求項２】
請求項１において、
前記超音波プラグが、第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成され、
前記変換手段が、前記第１および第２の部材の間に挟着された電歪素子によって構成されている
ことを特徴とする超音波プラグ。
【請求項３】
請求項２において、
前記超音波プラグが、継ぎ手を介して前記マンドレルの先端に係止される浮動プラグによって構成されている
ことを特徴とする超音波プラグ。
【請求項４】
曲げ加工が施されるパイプが軸方向に供給されるマンドレルと、
該マンドレルの開放端に対向して配設され、前記パイプの外側壁を押圧して該パイプを曲げる曲げロールと、
前記マンドレルの先端に固着され、超音波発振器に接続され電気的入力を機械的変位に変換する変換手段が介挿され、前記パイプの内径より大きな外径の球状の超音波プラグと
から成ることを特徴とする曲げ加工装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記超音波プラグが、第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成され、継ぎ手を介して前記マンドレルの先端に係止される浮動プラグによって構成され、
前記変換手段が、前記第１および第２の部材の間に挟着された電歪素子によって構成されている
ことを特徴とする曲げ加工装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記超音波プラグが、前記超音波発振器からの電気的入力の共振周波数によって縦振動するように構成されている
ことを特徴とする曲げ加工装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記超音波プラグが、前記超音波発振器からの電気的入力の共振周波数によって球振動するように構成されている
ことを特徴とする曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波発振器に接続され電気的入力を機械的変位に変換する変換手段が介挿され、超音波振動する超音波プラグおよび曲げ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の曲げ加工装置（特開昭５６−３９１２３、特開昭６１−９９５２５）は、図１５に示されるようにパイプＰ内に介挿される心金Ｓの後端に超音波振動子Ｕを接続し、前記心金Ｓから前記パイプＰに超音波振動を加えながら曲げ加工を行うものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の曲げ加工装置は、前記心金Ｓの後端に接続された前記超音波振動子Ｕにより、該大きな心金Ｓを超音波振動させ、該心金Ｓから前記パイプＰに超音波振動を加えながら曲げ加工を行うものであるため、該心金Ｓに充分超音波振動をさせるためには大きな電気的入力が必要であり、超音波振動の共振をとるのが大変であるとともに、浮動プラグを用いた曲げにおいては、該プラグ部分に継ぎ手があるため、超音波振動を該プラグ部分に伝えられないという問題があった。
【０００４】
そこで本発明者らは、超音波発振器に接続され電気的入力を機械的変位に変換する変換手段をプラグに介挿して、超音波振動する超音波プラグを構成するという本発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結果、大きな電気的入力を不要にし、超音波振動の共振をとるのを容易にするとともに、継ぎ手のある浮動プラグを用いた曲げにおいても、該浮動プラグ部分の超音波振動および曲げ加工を可能にするという目的を達成する本発明に到達したものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の超音波プラグは、
マンドレルの先端に係止されたプラグにおいて、
超音波発振器に接続され、電気的入力を機械的変位に変換する変換手段が前記プラグによって挟着され、該プラグが超音波振動し得る構成より成り、
前記プラグが、その外周に挿通されたパイプを拡管する超音波プラグによって構成されている
ものである。
【０００７】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の超音波プラグは、
前記第１発明において、
前記超音波プラグが、第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成され、
前記変換手段が、前記第１および第２の部材の間に挟着された電歪素子によって構成されている
ものである。
【０００８】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の超音波プラグは、
前記第２発明において、
前記超音波プラグが、継ぎ手を介して前記マンドレルの先端に係止される浮動プラグによって構成されている
ものである。
【０００９】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の曲げ加工装置は、
曲げ加工が施されるパイプが軸方向に供給されるマンドレルと、
該マンドレルの開放端に対向して配設され、前記パイプの外側壁を押圧して該パイプを曲げる曲げロールと、
前記マンドレルの先端に固着され、超音波発振器に接続され電気的入力を機械的変位に変換する変換手段が介挿され、前記パイプの内径より大きな外径の球状の超音波プラグと
から成るものである。
【００１０】
本発明（請求項５に記載の第５発明）の曲げ加工装置は、
前記第４発明において、
前記超音波プラグが、第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成され、継ぎ手を介して前記マンドレルの先端に係止される浮動プラグによって構成され、
前記変換手段が、前記第１および第２の部材の間に挟着された電歪素子によって構成されている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項６に記載の第６発明）の曲げ加工装置は、
前記第５発明において、
前記超音波プラグが、前記超音波発振器からの電気的入力の共振周波数によって縦振動するように構成されている
ものである。
【００１２】
本発明（請求項７に記載の第７発明）の曲げ加工装置は、
前記第５発明において、
前記超音波プラグが、前記超音波発振器からの電気的入力の共振周波数によって球振動するように構成されている
ものである。
【００１３】
（作用）
上記構成より成る第１発明の超音波プラグは、前記マンドレルの先端に係止される前記プラグ内に挟着され前記超音波発振器に接続された前記変換手段が、電気的入力を機械的変位に変換して該プラグを超音波振動させるとともに、前記マンドレルの先端に係止される前記プラグ内に挟着され前記超音波発振器に接続された前記変換手段が、電気的入力を機械的変位に変換して該プラグを超音波振動させ、該プラグがその超音波振動により前記パイプを拡管させながら挿通させるものである。
【００１５】
上記構成より成る第２発明の超音波プラグは、前記マンドレルの先端に係止される前記第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成される前記プラグ内において、前記第１および第２の部材の間に挟着され前記超音波発振器に接続された前記変換手段を構成する前記電歪素子が、電気的入力を機械的変位に変換して該プラグを超音波振動させ、該プラグがその超音波振動により前記パイプを拡管させながら挿通させるものである。
【００１６】
上記構成より成る第３発明の超音波プラグは、前記マンドレルの先端に前記継ぎ手を介して係止される前記第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成される前記浮動プラグ内において、前記第１および第２の部材の間に挟着され前記超音波発振器に接続された前記変換手段を構成する前記電歪素子が、電気的入力を機械的変位に変換して該浮動プラグを超音波振動させ、該浮動プラグがその超音波振動により前記パイプを拡管させながら挿通させるものである。
【００１７】
上記構成より成る第４発明の曲げ加工装置は、前記曲げロールに対向して配設され前記マンドレルの先端に係止される前記超音波プラグ内に挟着され前記超音波発振器に接続された前記変換手段が、電気的入力を機械的変位に変換して該超音波プラグを超音波振動させるので、前記マンドレルの軸方向に供給される前記パイプに対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波プラグによって超音波振動が付与され、該パイプを拡管するとともに、前記マンドレルの開放端に対向して配設された前記曲げロールが、前記パイプの外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるものである。
【００１８】
上記構成より成る第５発明の曲げ加工装置は、前記曲げロールに対向して配設され前記マンドレルの先端に前記継ぎ手を介して係止される前記第１および第２の部材より成る球状の部材によって構成される前記浮動プラグ内において、前記第１および第２の部材の間に挟着され前記超音波発振器に接続された前記変換手段を構成する前記電歪素子が、電気的入力を機械的変位に変換して、該浮動プラグを超音波振動させるので、前記マンドレルの軸方向に供給される前記パイプに対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波プラグによって超音波振動が付与され、該パイプを拡管するとともに、前記マンドレルの開放端に対向して配設された前記曲げロールが、前記パイプの外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるものである。
【００１９】
上記構成より成る第６発明の曲げ加工装置は、前記超音波発振器からの共振周波数の電気的入力によって前記超音波プラグが縦振動するので、前記マンドレルの軸方向に供給される前記パイプに対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波プラグによって超音波縦振動が付与され、該パイプを拡管するとともに、前記マンドレルの開放端に対向して配設された前記曲げロールが、前記パイプの外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるものである。
【００２０】
上記構成より成る第７発明の曲げ加工装置は、前記超音波発振器からの共振周波数の電気的入力によって前記超音波プラグが球振動するので、前記マンドレルの軸方向に供給される前記パイプに対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波プラグによって超音波球振動が付与され、該パイプを拡管するとともに、前記マンドレルの開放端に対向して配設された前記曲げロールが、前記パイプの外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるものである。
【００２１】
【発明の効果】
上記作用を奏する第１発明の超音波プラグは、前記プラグ内に挟着された前記変換手段が、電気的入力を機械的変位に変換して該プラグを超音波振動させるので、大きな電気的入力を不要にし、超音波振動の共振をとるのを容易にするという効果を奏するとともに、前記プラグがその超音波振動により前記パイプを拡管させながら挿通させるので、パイプの拡管作用を促進させ、パイプをプラグに押し通すときの力が低減され、条件の厳しい曲げ形状にも適用することが出来るという効果を奏する。
【００２３】
上記作用を奏する第２発明の超音波プラグは、前記第１発明の効果に加え、前記球状の部材の前記プラグ内において、前記第１および第２の部材の間に挟着された前記電歪素子が、電気的入力を機械的変位に変換して該プラグを超音波振動させるので、前記プラグをコンパクトにするという効果を奏する。
【００２４】
上記作用を奏する第３発明の超音波プラグは、前記第２発明の効果に加え、前記球状の部材の前記浮動プラグ内において、前記第１および第２の部材の間に挟着された前記電歪素子が、電気的入力を機械的変位に変換して該浮動プラグを超音波振動させるので、プラグの超音波振動を容易にするという効果を奏する。
【００２５】
上記作用を奏する第４発明の曲げ加工装置は、前記マンドレルの先端に係止される前記プラグ内に挟着された前記変換手段が、電気的入力を機械的変位に変換して該プラグを超音波振動させ、供給される前記パイプに対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波プラグによって、超音波振動を付与して該パイプを拡管するとともに、前記マンドレルの開放端に対向して配設された前記曲げロールが、前記パイプの外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるので、超音波振動用の少ない電気的入力によって前記パイプの拡管および曲げを可能にするという効果を奏する。
【００２６】
上記作用を奏する第５発明の曲げ加工装置は、前記第４発明の効果に加えて、前記マンドレルの先端に前記継ぎ手を介して係止される前記浮動プラグ内において、前記第１および第２の部材の間に挟着された前記電歪素子が、電気的入力を機械的変位に変換して、該浮動プラグを超音波振動させることにより、該パイプに曲げ加工が施されるので、前記浮動プラグにより曲げ加工を容易にするという効果を奏する。
【００２７】
上記作用を奏する第６発明の曲げ加工装置は、前記第５発明の効果に加えて、前記超音波プラグの超音波縦振動により前記パイプに曲げ加工が施されるので、前記超音波プラグの縦振動方向の前記パイプの曲げを有効に行うことが出来るという効果を奏する。
【００２８】
上記作用を奏する第７発明の曲げ加工装置は、前記第５発明の効果に加えて、前記超音波プラグの超音波球振動により前記パイプに曲げ加工が施されるので、前記超音波プラグの全外周に亘る一様な振幅が生ずるため、前記パイプの全周に亘る一様な曲げを可能にするという効果を奏する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
本第１実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、図１ないし図４に示されるように曲げ加工が施されるパイプ１が軸方向に供給されるマンドレル２と、該マンドレル２の開放端に対向して配設され、前記パイプ１の外側壁を押圧して該パイプ１を曲げる曲げロール３と、前記マンドレル１の先端に係止され、超音波発振器４に接続され電気的入力を機械的変位に変換する変換手段５が介挿され、前記パイプの内径より大きな外径の球状の超音波拡管プラグ６とから成るものである。
【００３１】
パイプ供給装置１０は、図１および図２に示されるように前記パイプ１を把持するテールストック１１と、該テールストック１１を該パイプ１の軸方向に駆動する一対のボールネジ１２と、該一対のボールネジ１２をベルト１４を介して回転駆動する３相モータより成るテールストック駆動用モータ１３とから成る。
【００３２】
前記超音波拡管プラグ６は、図３および図４に示されるように継ぎ手６３を介して前記マンドレル２の先端に係止される球状の浮動拡管プラグによって構成され、材質Ｓ２５Ｃの第１および第２の部材６１、６２より成るパイプの内径より大きな外径の球状の部材６０によって構成される。
【００３３】
前記第１の部材６１は、図３および図４に示されるように球状の部材６０の先端側の部分を構成する略半円状の断面より成り、前記継ぎ手６３の一端に螺着され、前記第２の部材６２は、後述する電歪素子を挿置挟着する環状凹部６２１と前記継ぎ手６３が介挿される孔部６２２とが穿設されている。
【００３４】
前記変換手段５は、図３（Ａ）に示されるように前記第１の部材６１の円形平坦面６１１と前記第２の部材６２の環状凹部６２１の平坦面６２３との間に介挿され、電極５３および５４を挾着した一対の電歪素子５１、５２によって構成されている。
【００３５】
前記一対の電歪素子５１、５２は、図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにリング状の板に形成された２個のチタン酸−ジルコン酸−鉛系圧電素子（ＰＺＴ）によって構成され、その間に第１の環状のリン青銅の電極（厚さ０．２ｍｍ）が介挿されるとともに、前記電歪素子５２と前記第２の部材６２の環状凹部６２１の平坦面６２３との間に第２の環状の電極５４が介挿され、前記第１および第２の部材６１、６２によって一定の締着力によって締め着けられ挟着されている。
【００３６】
前記電極５３および５４は、図１および図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように内側の突起部５３１、５４１によって、前記マンドレル２と前記パイプの間に介挿延在されたリード線５５を介して前記超音波発振器４に接続されている。
【００３７】
前記超音波発振器４は、図２に示すように前記一対の電歪素子５１、５２が介挿された球状の前記浮動拡管プラグ６の全体が一様に膨張および収縮する球振動モードの超音波共振振動を行わせる３７．９ｋＨｚの周波数の電気的出力を前記電極５３、５４に供給するように構成されている。
【００３８】
前記曲げロール３は、図１および図４に示されるように前記浮動拡管プラグ６によって拡管された前記パイプに当接する円弧状の凹部が外周に形成されたロール３０によって構成されるとともに、略コの字状の断面形状の曲げロール支持部材３１によって回転可能に支持され、該曲げロール支持部材３１が曲げロール駆動用モータ３２によって回転駆動されるボールネジ３３の回転によってガイド３４に沿って移動して、前記ロール３０と前記浮動拡管プラグ６との位置関係が制御され前記パイプ１の曲げ量すなわち曲率が制御されるように構成されている。
【００３９】
上記構成より成る第１実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記パイプ供給装置１０において、前記テールストック駆動用モータ１３が前記ベルト１４を介して前記一対のボールネジ１２を回転駆動することにより、前記パイプ１を把持する前記テールストック１１を該パイプ１の軸方向に駆動して、前記パイプを前記浮動拡管プラグ６の方向に移動供給させる。
【００４０】
前記超音波発振器４が、３７．９ｋＨｚの周波数の電気的出力を前記リード線を介して前記電極５３、５４に供給して、前記一対の電歪素子５１、５２に入力して、前記一対の電歪素子５１、５２が介挿挟着された球状の前記浮動拡管プラグ６が、その全体が一様に膨張および収縮する球振動モードの超音波共振振動をする。
【００４１】
上述のように前記パイプを把持している前記テールストック１１が、前記パイプ１を前記浮動拡管プラグ６に向かって供給するので、全体が一様に膨張および収縮する球振動モードの超音波共振振動をしている球状の前記浮動拡管プラグ６が、図４に示されるように内壁に菜種油その他の潤滑油が塗布され供給された前記パイプを、球振動モードの超音波共振振動により拡管する。
【００４２】
上記作用を奏する第１実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記拡管プラグ６によって挟着された前記変換手段５が、電気的入力を機械的変位に変換して該拡管プラグ６を超音波振動させ、供給される前記パイプ１に対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波拡管プラグ６によって、超音波振動を付与して該パイプ１を拡管するとともに、前記マンドレル２の開放端に対向して配設された前記曲げロール３が、前記パイプ１の外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプ１に曲げ加工が施されるので、小容量の前記超音波拡管プラグ６のみを超音波振動させるだけでよいため、少ない電気的入力によって前記パイプの拡管および曲げを可能にするという効果を奏する。
【００４３】
また第１実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記マンドレル２の先端に前記継ぎ手６３を介して係止される前記浮動拡管プラグ６内において、前記第１および第２の部材６１、６２の間に介挿された前記電歪素子５１、５２が、電気的入力を機械的変位に変換して、該浮動拡管プラグ６を超音波振動させることにより、該パイプ１に曲げ加工が施されるので、前記浮動拡管プラグ６による曲げ加工を可能にするとともに、前記拡管プラグの超音波振動により前記パイプとの焼き付きを抑制し、内面を滑らかにするという効果を奏する。
【００４４】
さらに第１実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記浮動拡管プラグ６内に介挿された前記電歪素子５１、５２が、ジルコン−チタン酸−鉛系圧電素子（ＰＺＴ）によって構成されているので、前記浮動拡管プラグ２をコンパクトにするとともに、小径のパイプの曲げ加工を可能にするという効果を奏する。
【００４５】
また第１実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記超音波拡管プラグ６の超音波球振動により前記パイプ１に曲げ加工が施されるので、前記超音波拡管プラグ６の全外周に亘る一様な振幅が生ずるため、前記パイプ１の全周に亘る一様な曲げを可能にするという効果を奏する。
【００４６】
（第２実施形態）
本第２実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、図５に示されるように前記超音波拡管プラグ６の構造が前記第１実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００４７】
前記超音波拡管プラグ６は、図５に示されるように継ぎ手６３を介して前記マンドレル２の先端に係止される球状の浮動拡管プラグによって構成され、材質Ｓ２５Ｃの第１および第２の部材６４、６５より成るパイプの内径よりも大きな外径の球状の部材６０によって構成される。
【００４８】
前記第１の部材６４は、図示されるように球状の部材６０の構成する略半球状の断面より成る。第１の部材６４は球状の部材６０の表面の一部を形成する表面部６４１、変換手段５の一端面と対面する円形平坦部６４２、第２の部材６５と螺合する雄螺子部６４３により、その表面が構成される。一方、前記第２の部材は、前記球状の部材６０の後端側の部分を構成する略半球状の断面より成る。第２の部材６５は、球状の部材６０の表面の一部を形成する表面部６５１、変換手段５を挿置する環状凹部６５２、第１の部材６４と螺合する第１雄螺子部６５３、継ぎ手６３と螺合する第２螺合部６５４とを備え、該第２螺合部６５４には継ぎ手６３の雄螺子部６３１が螺合される。
【００４９】
前記変換手段５は、前述したように前記第１の部材６４の円形平坦部６４２と前記第２の部材６５の環状凹部６５２との間に埋設され、電極５３および５４を挾着した一対の電歪素子５１、５２によって構成されている。
【００５０】
上記構成より成る第２実施形態における超音波拡管プラグ６においては、前記第１の部材６４は第２の部材６５に直接螺合固定され、前記継ぎ手部６３は前記第２の部材６５のみと螺合固定されている。前記変換手段５は、前記第２の部材６５の環状凹部６５２内に載置され、その一端面は前記第２の部材６５と螺合された前記第１の部材６４の円形平坦部６４２と当接している。
【００５１】
上記第２実施形態における超音波拡管プラグ６は、上記のように構成されているため、前記変換手段５に寸法誤差が生じた場合においても、第１の部材６４と第２の部材６５との螺合状態を調節することにより常に一定の締結力を確保できるものである。
【００５２】
（第３実施形態）
本第３実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、図１ないし図４に示されるように前記超音波拡管プラグ６が、前記超音波発振器４からの電気的入力の共振周波数によって縦振動するように構成されている点が、前記第１実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００５３】
前記超音波発振器４は、前記一対の電歪素子５１、５２が介挿された球状の前記浮動拡管プラグ６の縦方向（図２中上下方向）および該縦方向に直角な横方向に振幅が最大になる振動モードの腹が位置し、その間の略４５°の位置に振動モードのノードが位置する縦振動モードの超音波共振振動を行わせる４５．０６ｋＨｚの周波数の電気的出力を前記電極５３、５４に供給するように構成されている。
【００５４】
上記構成より成る第３実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記曲げロール３に対向して配設され前記マンドレル２の先端に係止される前記拡管プラグ６内に介挿され前記超音波発振器４に接続された前記変換手段５が、電気的入力を機械的変位に変換して該拡管プラグ６を超音波振動させるので、前記マンドレル２の軸方向に供給される前記パイプ１に対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波拡管プラグ６によって超音波振動が付与され、該パイプ１を拡管するとともに、前記マンドレル２の開放端に対向して配設された前記曲げロール３が、前記パイプ１の外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるものである。
【００５５】
また第３実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記超音波発振器４からの上記共振周波数の電気的入力された前記電歪素子５１、５２によって前記超音波拡管プラグ６が縦振動するので、前記マンドレル２の軸方向に供給される前記パイプ１に対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波拡管プラグ６によって超音波縦振動が付与され、該パイプ１を拡管するとともに、前記マンドレルの開放端に対向して配設された前記曲げロール３が、前記パイプ１の外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプに曲げ加工が施されるものである。
【００５６】
上記作用を奏する第３実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記マンドレル２の先端に係止される前記拡管プラグ６内に挟着された前記変換手段５が、電気的入力を機械的変位に変換して該拡管プラグ６を超音波振動させ、供給される前記パイプ１に対して前記パイプの内径より大きな外径の球状の前記超音波拡管プラグ６によって、超音波縦振動を付与して該パイプ１を拡管するとともに、前記マンドレル２の開放端に対向して配設された前記曲げロール３が、前記パイプ１の外側壁を押圧して曲げることにより、該パイプ１に曲げ加工が施されるので、前記第１実施形態と同様に超音波振動用の少ない電気的入力によって前記パイプの拡管および曲げを可能にするという効果を奏する。
【００５７】
また第３実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記マンドレル２の先端に前記継ぎ手６３を介して係止される前記浮動拡管プラグ６内において、前記第１および第２の部材６１、６２の間に介挿された前記電歪素子５１、５２が、電気的入力を機械的変位に変換して、該浮動拡管プラグ６を超音波振動させることにより、該パイプ１に曲げ加工が施されるので、前記浮動拡管プラグ６による曲げ加工を可能にするとともに、前記浮動拡管プラグ６をコンパクトにするという効果を奏する。
【００５８】
さらに第３実施形態の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、前記超音波拡管プラグ６の超音波縦振動モードの縦方向および横方向の振幅により前記パイプ１に曲げ加工が施されるので、縦方向の振幅による縦方向の伸びに加えて横方向の振幅により縦方向の伸びを助長するため、前記超音波拡管プラグ１の縦振動方向の前記パイプ１の曲げを有効に行うことが出来るという効果を奏する。
【００５９】
【実施例】
次に本発明の効果を定量的に確認するための実施例について、図を用いて説明する。
【００６０】
実施例の超音波拡管プラグを備えた曲げ加工装置は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように上記第１実施形態とほぼ同様の構成より成り、継ぎ手６３が拡管プラグ６を構成する第１の部材を貫通することなく螺着されており、前記リード線の処理の簡単のため前記拡管プラグ６を前記マンドレル２の開放端に固着（浮動拡管プラグではない）する点のみ相違するものである。
【００６１】
本実施例において、拡管された前記パイプの拡管率は、図４に示されるようにパイプの内径の拡管された割合を示すもので以下の数１に示される。
【数１】
0003746835.tif 000002
【００６２】
前記曲げロール３は、図４に示されるように前記曲げロール駆動用モータ３２によって前記ロール３０と前記浮動拡管プラグ６との位置関係すなわち前記浮動拡管プラグ６までの距離がＬに制御され、前記浮動拡管プラグ６によって拡管された前記パイプを図４および図６ないし図８に示されるように所定の曲げ量すなわち所定の曲率で曲げ成形するものである。
【００６３】
図７に示されるように、上記曲げられたパイプ１の内側の曲率半径Ｒｉと外側の曲率半径Ｒｏを半径ゲージで測定して、それらの平均をとって中心曲率半径Ｒとすると以下の数２に示されるようになる。
【数２】
0003746835.tif 000003
【００６４】
偏肉率は、曲げられたパイプ１の断面における曲げられた部分の内側と外側の偏肉を示すもので、図６（Ｂ）に示されるようにマイクロメータによって曲げ外側の肉厚ｔ０と内側の肉厚ｔ１８０を測定した。これを以下の数３に示す。
【数３】
0003746835.tif 000004
上記ｔは、前記パイプ１の平均肉厚である。
【００６５】
偏平率は、曲げられた上記パイプ１の断面の偏平を示すもので、以下の数４に示される。
【数４】
0003746835.tif 000005
上記Ｄは、前記パイプ１の平均外径である。
図７（Ｃ）に示されるように、Ｄ２は曲げられた前記パイプ１の曲げ力の負荷方向（曲率半径方向）の外径、Ｄ１は前記パイプ１の前記負荷方向（曲率半径方向）の鉛直方向の外径である。上記それぞれの測定は、工具顕微鏡によって行われた。
【００６６】
上記曲げロール３を押し込むことによって、上記パイプ１に加わる曲げモーメントは、以下の数５によって求められる。
【数５】
0003746835.tif 000006
図８に示されるように前記曲げロールの押し込み部に取り付けられたロードセルによって、上記パイプ１の外側と曲げロールとの接点Ａ部に発生した軸方向（ｘ）の荷重Ｆと押し込み方向（ｙ）の荷重Ｐを同時に検出する。
【００６７】
この結果と接点Ａまでの幾何学的な距離から上記数５を算出した。
なおρＲは曲げロール半径、ρＰはプラグ半径であり、計算はパイプの変形がほとんど拡管したプラグ部にて行われるという考えから、プラグ中心における曲げモーメントとして扱った。
【００６８】
上記パイプを後方から曲げロールの方向すなわちｘ方向に押し出す力は、曲げ加工装置に取り付けた上記パイプ１の後部に配設したロードセル１６によって測定した。
【００６９】
また上記パイプ表面に長手方向２．０ｍｍ、円周方向１．７ｍｍの格子をけがいた後、曲げ加工を行い、格子寸法の変化（変形）を工具顕微鏡で測定し、図８に示されるように長手方向ひずみε１と円周方向ひずみεθを求めた。また体積一定の法則から肉厚方向ひずみεｔを計算した。
【００７０】
上記パイプの内面を表面粗さ測定器により測定した。測定は、最も差があると思われる曲げの内側でおこなった。
【００７１】
上記パイプ１は、工業用黄銅管（Ｃ２７００）を用い、寸法はパイプ外径４０ｍｍ、肉厚１ｍｍであり、長さは任意に選ばれる。
【００７２】
本実施例において、超音波振動を付加すると摩擦が軽減され、加工力を低減することが出来ると思われるので、前記拡管プラグ６の超音波振動の効果を確認するために、拡管を行った時の押し出し力を測定した。
拡管を行っている途中で前記拡管プラグ６に超音波振動を付加すると、図１０に示されるように押し出し力が１５％程度小さくなり、超音波振動の効果が確認された。
【００７３】
次に曲げ加工を行った場合の押し出し力への超音波振動の影響を確認した。図１１において、横軸は、前記パイプの曲率半径Ｒと該パイプの外径Ｄの比Ｒ／Ｄであり、縦軸は、押し出し力であり、図１１から明らかなようにＲ／Ｄが小さいほど曲げ量が大きいことを表している。前記拡管プラグ６の超音波振動付加の有無にかかわらず、曲げ量が大きいほど押し出し力は大きくなる。
【００７４】
図１１から明らかなように無潤滑で前記拡管プラグ６に超音波振動を付加すると、付加しない場合に比べてＲ／Ｄ＝２０で押し出し力が１５％程度小さくなり、Ｒ／Ｄ＝５で押し出し力が２０％程度小さくなり、このことから超音波振動の効果は、曲げ量が大きい程大きいことになる。Ｒ／Ｄ＝５以下においては、一層顕著に表れると思われる。
【００７５】
また前記拡管プラグ６の超音波振動の効果は、図１１に示されるように潤滑油による潤滑を行った方が、無潤滑の場合に比べて大きくなっている。これは、前記拡管プラグ６の超音波振動による潤滑油の供給作用により、潤滑剤が前記拡管プラグ６と前記パイプ１との間に侵入して油膜の破断を抑制するため、前記拡管プラグ６と前記パイプ１との摩擦が軽減される。
【００７６】
さらに前記拡管プラグ６に超音波振動を付加した場合には、上述したように押し出し力を小さくすることが出来るので、長手方向の圧縮応力も小さくなり、図１２に示されるように前記拡管プラグ６に当たる前の位置における歪みε１も超音波振動を付加しない場合に比べて減少するとともに、当たる位置における歪みεｔも超音波振動を付加しない場合に比べて７パーセント程度減少し、変形が終了した位置でも前記歪みεｔに３パーセント程度の差が生じ、超音波振動を付加することにより、曲げ内側の肉厚が厚くなるのが抑えられる。
【００７７】
また前記拡管プラグ６に超音波振動を付加することにより、上記図１２に示されるように曲げ内側の歪みεｔの急激な増加を抑えることが出来るため、図１３に示されるように前記拡管プラグ６に超音波振動を付加した場合は、付加しない場合に比べて偏肉が小さくなる。曲げ量が大きくなると、偏肉率が増加するが超音波振動を付加した場合は増加割合を抑制することが出来る。これは、曲げ量が大きい程押し出し力への超音波振動の効果が大きくなるためである。
【００７８】
さらに、前記拡管プラグ６に超音波振動を付加した場合は、上述したように前記拡管プラグ６と前記パイプ１との間の摩擦が小さいため、図１４から明かなように超音波振動を付加しない場合に比べて表面粗さは小さくなる。また図１４に示されるように超音波振動を付加しない場合は、曲げ量が増加すると表面粗さが増加するが、超音波振動を付加した場合の表面粗さはほぼ一定である。
これは、超音波振動を付加しない場合は、前記拡管プラグ６と前記パイプ１との間の摩擦が大きくなり、焼き付きが生じるためで、超音波振動を付加した場合は、曲げ量が大きくても焼き付きが生じないため、内面の滑らかな曲がりパイプを得ることが出来る。
【００７９】
前記曲げモーメントとＲ／Ｄとの関係および偏平率とＲ／Ｄとの関係については、前記拡管プラグ６への超音波振動の付加により明確な影響は確認されなかった。
【００８０】
上述の実施形態および実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の曲げ加工装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態および第３実施形態のインピーダンス特性と振動モードの関係を示す線図である。
【図３】本第１実施形態における拡管プラグおよび変換素子を示す断面図および電極を示す平面図である。
【図４】本第１実施形態におけるパイプの拡管および曲げ加工を示す一部欠截側面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における拡管プラグおよび変換素子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例の曲げ加工装置を示す斜視図および拡管プラグを示す断面図である。
【図７】本実施例におけるパイプの曲率半径、偏肉率、偏平率を説明するための説明図である。
【図８】本実施例におけるパイプの曲げモーメントを説明するための説明図である。
【図９】本実施例におけるパイプに生ずるひずみを説明するための説明図である。
【図１０】本実施例におけるパイプの押し出し力への超音波振動の影響を示す線図である。
【図１１】本実施例におけるパイプの押し出し力とＲ／Ｄとの関係を示す線図である。
【図１２】本実施例におけるパイプの各ひずみへの超音波振動の影響を示す線図である。
【図１３】本実施例におけるパイプの偏肉率とＲ／Ｄとの関係を示す線図である。
【図１４】本実施例におけるパイプの表面粗さとＲ／Ｄとの関係を示す線図である。
【図１５】従来の曲げ加工装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１  パイプ
２  マンドレル
３  曲げロール
４  超音波発振器
５  変換手段
６  超音波拡管プラグ
【図１】
0003746835.tif 000007
【図２】
0003746835.tif 000008
【図３】
0003746835.tif 000009
【図４】
0003746835.tif 000010
【図５】
0003746835.tif 000011
【図６】
0003746835.tif 000012
【図７】
0003746835.tif 000013
【図８】
0003746835.tif 000014
【図９】
0003746835.tif 000015
【図１５】
0003746835.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003746835.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
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