JP2015131308A - 管曲げ加工用マンドレル装置および管の曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管に凹み、割れ、しわ等の不具合を生じさせることがない管曲げ加工用マンドレル装置および管の曲げ加工方法を提供し、より小さい曲げ半径による管の曲げ加工を可能にする。
【解決手段】保持部１１と駒部１２を有し、保持部１１の一端部に、リンク部材１３を介して、駒部１２を連結し、保持部１１に対して駒部１２を屈折自在に構成するマンドレル１０を備え、マンドレル１０を管材２に挿通した状態で、所定の曲げ半径および曲げ角度で管材２を曲げ加工するマンドレル装置１であって、駒部１２は、曲げ加工の際に管材２の外Ｒ側に形成される伸張部４を、管材２の内側から全面的に支持する外Ｒ支持部１２Ｘを備え、外Ｒ支持部１２Ｘは、管材２を所定の曲げ半径で曲げ加工する際の管材２の内径たる円を、軸部２３ａの軸心回りに回転させた場合の軌跡により形成されるドーナツ状体の外Ｒ側の表面の部分形状と略一致する曲面形状を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、管曲げ加工用マンドレル装置および管の曲げ加工方法の技術に関する。

従来、部材を曲げ加工するための装置として、マンドレル（芯金）を備えた装置（以下、マンドレル装置と呼ぶ）が知られており、例えば、以下に示す特許文献１に開示されたマンドレル装置が公知となっている。
特許文献１に示されたマンドレル装置は、アルミニウム製のドアレール用押出型材を曲げ加工するための装置であり、第１マンドレルピースの先端部に第２マンドレルピースが連結用片によって屈折自在に連結される構成のマンドレルを備えている。
そして斯かる構成のマンドレル装置では、ドアレール用押出型材に対して曲率半径が非常に小さい曲げ加工を行う場合であっても、ワーク内で、その曲がりに追従して第２マンドレルピースが屈折し、当該ワークに対して凹みのない曲がり部を形成することを可能にしている。

特開平６−４７４５２号公報

特許文献１に示された従来のマンドレル装置は、第２マンドレルピースが屈折したときに、第１マンドレルピースと第２マンドレルピースの間に隙間が生じる構成としているが、管の曲げ加工を行う場合には、第１マンドレルピースと第２マンドレルピースの間に隙間が生じるような構成では、該隙間に接したワークを管の内側から支持することができなかった。このため従来のマンドレル装置では、管を曲げ加工するに際して、管に凹み、割れ、しわ等の不具合が生じるという問題があった。また、このような問題は、管の曲げ半径を小さくする程に顕著となっていた。

本発明は、斯かる現状を鑑みてなされたものであり、管に凹み、割れ、しわ等の不具合を生じさせることがない管曲げ加工用マンドレル装置および管の曲げ加工方法を提供し、より小さい曲げ半径による曲げ加工を可能にすること、を目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に係る発明は、保持部と駒部を有し、前記保持部の一端部に、リンク部材を介して、前記駒部を連結し、前記保持部に対して前記駒部を屈折自在に構成するマンドレルを備え、前記マンドレルを管材に挿通した状態で、所定の曲げ半径および曲げ角度で前記管材を曲げ加工する管曲げ加工用マンドレル装置であって、前記駒部は、曲げ加工の際に前記管材の外Ｒ側に形成される伸張された部位である伸張部を、前記管材の内側から全面的に支持する支持面を備え、前記支持面は、前記管材を前記所定の曲げ半径で曲げ加工する際の前記管材の内径たる円を、曲げ加工時の軸心回りに回転させた場合の軌跡により形成されるドーナツ状体の外Ｒ側の表面の部分形状と略一致する曲面形状を有するものである。

請求項２に係る発明は、前記駒部の前記支持面は、前記伸張部の範囲を超えて形成され、前記管材の外Ｒ側において前記伸張部に連続して形成される、前記支持面に沿って滑る部位である滑り部の内周面を支持するものである。

請求項３に係る発明は、前記駒部は、後端部が内Ｒ側に比して外Ｒ側が後方に突出するように傾斜し、前記後端部の外Ｒ側に後端頂部が形成され、前記保持部は、前記一端部において、前記後端頂部を収容する切欠き部を備え、前記マンドレルが、直管状の前記管材に挿入されるときには、前記切欠き部に前記後端部が収容され、かつ、前記管材に曲げ応力が付与されるときには、前記後端部が前記切欠き部から出現するように構成され、前記管材の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、前記後端部が前記伸張部の起点を含む範囲で、前記管材の内周面に対して当接するものである。

請求項４に係る発明は、前記管材に曲げ応力が付与されるときには、前記管材の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、前記駒部の内Ｒ側の後端部が、前記保持部の一端部に接近するように構成されるものである。

請求項５に係る発明は、保持部と駒部を有し、前記保持部の一端部に、リンク部材を介して、前記駒部を連結し、前記保持部に対して前記駒部を屈折自在に構成するマンドレルを用いて、前記マンドレルを管材に挿通した状態で前記管材を曲げ加工する管の曲げ加工方法であって、前記管材の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、前記駒部を、曲げ加工される前記管材の外Ｒ側において伸張される部位である伸張部の内周面に対して全面的に沿わせるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１から請求項３に係る発明によれば、管材に凹み、割れ等の不具合を生じさせることなく曲げ加工を行うことができる。また、管材に対してより小さい曲げ半径による曲げ加工を施すことが可能になる。

請求項４に係る発明によれば、管材にしわを生じさせることなく曲げ加工を行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、管材に凹み、割れ等の不具合を生じさせることなく曲げ加工を行うことができる。また、管材に対してより小さい曲げ半径による曲げ加工を施すことが可能になる。

本発明の一実施形態に係るマンドレル装置の全体構成を示す部分断面模式図。 本発明の一実施形態に係るマンドレル装置の作動状況を示す模式図、（ａ）管材をセットした状態（曲げ加工前）を示す図、（ｂ）管材に曲げ加工を施した状態を示す図。 本発明の一実施形態に係るマンドレル装置における管材に対するマンドレルの挿入状態（曲げ加工前）を示す模式図。 本発明の一実施形態に係るマンドレル装置における管材に対するマンドレルの挿入状態（曲げ加工後）を示す模式図。 本発明の一実施形態に係るマンドレル装置のマンドレルを構成する駒部を示す図、（ａ）第一の実施形態に係る駒部を示す図、（ｂ）第二の実施形態に係る駒部を示す図。 第一の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による管の曲げ加工状況を示す模式図、（ａ）曲げ加工前の状況を示す模式図、（ｂ）曲げ加工状態（曲げ角度が１０度のとき）を示す模式図、（ｃ）曲げ加工状態（曲げ角度が２０度のとき）を示す模式図。 第一の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による管の曲げ加工状況を示す模式図、（ａ）曲げ加工状態（曲げ角度が３０度のとき）を示す模式図、（ｂ）曲げ加工状態（曲げ角度が４０度のとき）を示す模式図、（ｃ）曲げ加工完了時の状態（曲げ角度が９０度のとき）を示す模式図。 第二の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による管の曲げ加工状況を示す模式図、（ａ）曲げ加工前の状況を示す模式図、（ｂ）曲げ加工状態（曲げ角度が３０度のとき）を示す模式図、（ｃ）曲げ加工完了時の状態（曲げ角度が９０度のとき）を示す模式図。 第二の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による連続した管の曲げ加工状況（１回目の曲げ加工後における管材のセット状況（直管部ありの場合））を示す模式図。 第二の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による連続した管の曲げ加工状況（直管部ありの場合）を示す模式図、（ａ）２回目の曲げ加工前の状況を示す模式図、（ｂ）２回目の曲げ加工状態（曲げ角度が３０度のとき）を示す模式図、（ｃ）２回目の曲げ加工完了時の状態（曲げ角度が９０度のとき）を示す模式図。 第二の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による連続した管の曲げ加工状況（１回目の曲げ加工後における管材のセット状況（直管部なしの場合））を示す模式図。 第二の実施形態に係る駒部を備えたマンドレル装置による連続した管の曲げ加工状況（直管部なしの場合）を示す模式図、（ａ）２回目の曲げ加工前の状況を示す模式図、（ｂ）２回目の曲げ加工状態（曲げ角度が３０度のとき）を示す模式図、（ｃ）２回目の曲げ加工完了時の状態（曲げ角度が９０度のとき）を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置の全体構成について、図１〜図５を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置１は、曲げ加工の対象ワークたる管材２を曲げ加工するための装置（即ち、管曲げ加工用マンドレル装置）であり、マンドレル１０、曲げ型２０、押し型３０等を備えている。

マンドレル１０は、管材２の管内に挿通され、管材２の内側から管壁を支持するための部材であり、保持部１１、駒部１２、リンク部材１３、駆動ロッド１４等を備えている。
そして、マンドレル１０は、管材２の管内に挿通された状態で、管材２に曲げ応力が付与されることで、その管材２の曲げ方向に駒部１２を傾斜させることができるように構成され、管材２を曲げ加工するに際して、管材２の湾曲した部位を、内側から支持することができるように構成されている。

曲げ型２０は、管材２に対して曲げ応力を付与するための部位であり、押さえ型２１、ワイパー２２、回転型２３、クランパー２４、等を備える構成としている。
曲げ型２０では、押さえ型２１とワイパー２２によって、管材２を保持するための保持部２０ａを構成しており、回転型２３とクランパー２４によって、管材２に対して曲げ応力を付与するための部位である応力付与部２０ｂを構成している。

図１および図２（ａ）に示す如く、曲げ型２０の保持部２０ａにおいては、押さえ型２１とワイパー２２を閉じた状態とすることによって、管材２の外径に対応した円筒状の空隙たる保持孔２０ｃが形成されるように構成しており、保持孔２０ｃに管材２を嵌め合わせることによって、保持孔２０ｃの同一軸心上に管材２を保持することができる。
また、保持部２０ａは、押さえ型２１とワイパー２２を閉じた状態において、押さえ型２１を保持孔２０ｃの軸方向に対して平行に変位させることができるように構成しており、押さえ型２１を変位させることによって、保持部２０ａにおける管材２に対する保持位置を、変更することができる。

また、曲げ型２０の応力付与部２０ｂにおいては、回転型２３とクランパー２４を閉じた状態とすることによって、管材２の外径に対応した円筒状の空隙たる保持孔２０ｄが形成されるように構成しており、保持孔２０ｄに管材２を嵌め合わせることによって、保持孔２０ｄの同一軸心上に管材２を保持することができる。

曲げ型２０は、ワイパー２２の軸保持部２２ａに形成された軸孔２２ｂに対して回転型２３の軸部２３ａが軸支されており、図２（ｂ）に示すように、軸部２３ａの軸心回りに、回転型２３とクランパー２４を回動させることができるように構成している。このような構成の曲げ型２０では、保持部２０ａに対する応力付与部２０ｂの角度を変更することができ、保持孔２０ｃの軸心と保持孔２０ｄの軸心が成す角度を変更することができる。
また、軸部２３ａは、該軸部２３ａの周側面に管材２の内Ｒ部を沿わせることによって、曲げ加工部３における内側のＲ部分を形成する役割を果たす。

そして、曲げ型２０は、各保持孔２０ｃ・２０ｄの軸心を一致させた状態で、直管状の管材２を各保持孔２０ｃ・２０ｄで保持するとともに、その後軸部２３ａの軸心回りに回転型２３とクランパー２４を回動させることで、保持孔２０ｃと保持孔２０ｃの各軸心が成す角度を変更し、これにより管材２に対して曲げ応力を付与する構成としている。
そしてマンドレル装置１では、曲げ型２０の軸部２３ａ周りの回動角度が管材２の曲げ角度となり、軸部２３ａの軸心位置から管材２の軸心までの距離が曲げ半径となる。

押し型３０は、管材２に対して、軸方向への応力を付与するための部位であり、略円筒状の形態を有し、図示しない油圧シリンダ等の圧力付与機構に接続されている。そして押し型３０は、前記圧力付与機構によって、管材２の軸方向に向けて往復変位可能に構成され、押し型３０を管材２側へと変位させることで、管材２に対して軸方向への応力を付与することができるように構成している。

押し型３０には、管材２の軸方向に直交する断面形状に対応した略円筒状の空隙部たる凹部３０ａが形成されており、凹部３０ａに管材２の端部を嵌め合わせることで、押し型３０によって、管材２に対して確実に軸方向への応力を付与することができるように構成している。

そして、マンドレル装置１では、管材２に対して、押し型３０で軸方向への応力を付与しながら、曲げ型２０で曲げ応力を付与する構成としており、これにより、管材２の曲げられた部位における肉厚の減少を抑制する構成としている。

管材２は、曲げ加工が施されるとき、外Ｒ側の部位には引張応力が付与され伸張される部位が生じる。以下では、この曲げ加工の際に伸張される部位を管材２の伸張部４と呼ぶものとしている。
伸張部４は、曲げ加工時に付与される引張応力とのバランスに応じて引き延ばされるとともに、その後、引っ張られる側に向けて変位する。仮にこのとき、伸張部４に対する内側からの支持が無いと、伸張部４は、管材２の半径方向内側に向けて凹んだり、あるいは、伸張部４に割れが生じたりする場合がある。

また管材２は、曲げ加工が施されるとき、内Ｒ側の部位には圧縮応力が付与される部位が生じる。以下では、この曲げ加工の際に圧縮される部位を管材２の圧縮部５と呼ぶものとしている。
圧縮部５は、曲げ加工時に付与される圧縮応力とのバランスに応じて圧縮されるとともに、その後、引っ張られる側に向けて変位する。仮にこのとき、圧縮部５に対する内側からの支持が無いと、圧縮部５において、しわが生じることになる。

次に、マンドレル１０の詳細な構成について、説明をする。
図３には、直管状の管材２の内部にマンドレル１０を挿通している状態を示している。
図３に示す如く、保持部１１の一端部には、リンク部材１３の一端を収容し保持するための凹部１１ａが形成されており、該凹部１１ａにおいて、リンク部材１３を回転可能に軸支するための軸部１１ｂが設けられている。
保持部１１の他端部（後端部）には、駆動ロッド１４を接続しており、保持部１１と駆動ロッド１４の各軸心を一致させている。
駆動ロッド１４は、図示しないアクチュエータ等の往復駆動機構に支持されており、該駆動ロッド１４を軸方向に往復変位させることができるように構成している。これにより、保持部１１も軸方向に往復変位させることができるように構成している。

また、駒部１２の後端部には、リンク部材１３の他端を収容し保持するための凹部１２ａが形成されており、該凹部１２ａにおいて、リンク部材１３を回転可能に軸支するための軸部１２ｂが設けられている。
また、駒部１２の後端部は、外Ｒ側に向けて後方に長くなるように傾斜させており、外Ｒ側の先端に後端頂部１２ｃを設け、また、内Ｒ側の先端に後端部１２ｄを設ける構成としている。

そして、保持部１１の一端部には、駒部１２の後端頂部１２ｃを収容するための切欠き部１１ｃが形成され、さらに切欠き部１１ｃに連続する傾斜部を設け、外Ｒ側に比して内Ｒ側を突出させた部位である先端部１１ｄが形成されている。
駒部１２は、図２（ａ）に示すように、左回りに回動させたときには、後端頂部１２ｃが切欠き部１１ｃに収容されるように構成されており、駒部１２における軸部１２ｂから保持部１１側への延設長さが確保されるように構成している。

図４には、９０度に曲げられた状態の管材２における曲げ加工部３の内部に、マンドレル１０の駒部１２が挿通されている状態を示している。
曲げ加工部３とは、管材２における湾曲された（直管状でなくなった）部位であり、図４に示す９０度に曲げられた管材２においては、図４中の範囲Ｘが曲げ加工部３に該当する。

曲げ応力が付与されている状態の管材２においては、曲げ加工部３における外側のＲ部分（以下、外Ｒ部と呼ぶ）に伸張部４が形成され、内側のＲ部分（以下、内Ｒ部と呼ぶ）に圧縮部５が形成される。

伸張部４は、図４中に示す範囲Ｐの範囲内における外Ｒ側の曲げ加工部３であり、圧縮部５は、図４中に示す範囲Ｐの範囲内における内Ｒ側の曲げ加工部３である。
範囲Ｐは、曲げ型２０の回転軸たる軸部２３ａの軸心を通り保持孔２０ｃの軸心方向に垂直な面による管材２の断面位置を起点としている。また範囲Ｐは、曲げ型２０の軸部２３ａの軸心と駒部１２の軸部１２ｂの軸心を通る面による保持孔２０ｄの軸心方向に垂直な面による管材２の断面位置を概ねの終点としている。

図５（ａ）には、駒部１２の第一の実施形態を示している。
第一の実施形態に係る駒部１２は、稜線Ｓを境界として、曲率半径が異なる二つの側面を有しており、一方を曲げ加工後の管材２の形状における外Ｒ側内周面の形状に対応した部位である外Ｒ支持部１２Ｘとして規定し、他方を曲げ加工前の管材２の形状（直管状）における管内周面の曲率半径に対応した部位である内Ｒ支持部１２Ｙとして規定している。
尚、外Ｒ支持部１２Ｘの面形状は、管材２を所定の曲げ半径で曲げ加工する際の管材２の内径たる円を、曲げ加工時における軸心である軸部２３ａの軸心回りに回転させた場合の軌跡により形成されるドーナツ状体を所定の範囲（９０度以上の範囲）で区切った部分形状における外Ｒ側の表面と略一致する曲面形状を有しており、内Ｒ支持部１２Ｙの面形状は、円柱表面の一部分の形状に一致する。

外Ｒ支持部１２Ｘは、管材２に形成される伸張部４を内周面側から支持するための部位であり、曲げ加工部３に形成される伸張部４の範囲に対応する大きさを備えている。
また、内Ｒ支持部１２Ｙは、管材２に形成される圧縮部５を内周面側から支持するための部位である。

また図４に示すように、曲げ加工がある程度進展した管材２においては、範囲Ｐ以降の範囲である範囲Ｑにおいて、滑り部６が形成される。
滑り部６は、管材２において形成された伸張部４が駒部１２（より詳しくは外Ｒ支持部１２Ｘ）に沿って滑りながら変位する部位である。
尚、管材２を曲げ加工する場合において、滑り部６では、管材２の伸張・圧縮等はほとんど生じない。

図４に示す状態において、駒部１２の後端頂部１２ｃは、切欠き部１１ｃから出現し、管材２の伸張部４の起点を含む範囲をカバーする位置に当接している。
また図４に示す状態において、駒部１２の外Ｒ支持部１２Ｘは、管材２の伸張部４よりも先を含む範囲をカバーして当接している。
さらに図４に示す状態において、駒部１２の内Ｒ支持部１２Ｙは、図４における右回りに保持部１１側に向けて回動され、曲げ加工の進展に伴って、保持部１１の先端部１１ｄと駒部１２の内Ｒ側に存在している後端部１２ｄの隙間を狭めるように変位している。

尚、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置に備えられる駒部の構成は、図５（ａ）に示す態様に限定されず、例えば、図５（ｂ）に示す態様であってもよい。
図５（ｂ）には、第二の実施形態に係る駒部１６を示している。
第二の実施形態に係る駒部１６は、稜線Ｓ１を境界として外Ｒ支持部１６Ｘと内Ｒ支持部１６Ｙを備えるとともに、稜線Ｓ２・Ｓ３を境界として曲面部１６Ｚを備えている。
このような曲面部１６Ｚを備える駒部１６は、複数の曲げ加工を連続して行うような場合の使用に適している。

外Ｒ支持部１６Ｘは、管材２に形成される伸張部４を内周面側から支持するための部位であり、曲げ加工部３に形成される伸張部４の範囲に対応する大きさを備えている。
また、内Ｒ支持部１６Ｙは、管材２に形成される圧縮部５を内周面側から支持するための部位である。
さらに、曲面部１６Ｚは、稜線Ｓ２を基準として外Ｒ支持部１６Ｘと略線対称となる外面形状に形成される部位である。

外Ｒ支持部１６Ｘは、曲面部１６Ｚによって先端部が切り取られたような形状となるため、先述した駒部１２の外Ｒ支持部１２Ｘに比して、外周面の大きさが小さくなっている。
また、内Ｒ支持部１６Ｙの形状は、先述した駒部１２の内Ｒ支持部１２Ｙの後端部の形状と共通しており、ドーナツ状体の外Ｒ側の部分形状に略一致する面形状を有している。

次に、第一の実施形態に係るマンドレル１０を備えたマンドレル装置１による管材２の曲げ加工方法について、図１、図６および図７を用いて説明をする。
マンドレル装置１を用いて管材２を曲げ加工をするときには、曲げ加工をする前の準備として、まず直管状の管材２を曲げ型２０の保持部２０ａおよび応力付与部２０ｂにセットするとともに（図１参照）、図６（ａ）に示すように、管材２の内部にマンドレル１０を挿入しておく。
この状態では、保持部１１の先端部１１ｄの位置が、起点Ｍを通る面に略一致しており、駒部１２の後端頂部１２ｃは、保持部１１の切欠き部１１ｃに収容された状態となっている。
そして、この状態から、管材２に対して徐々に曲げ応力を付与していくことで曲げ加工を行う構成としている。

図６（ｂ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに１０度回動させて、管材２を約１０度の角度まで曲げた状態を示している。尚、ここでは、管材２の曲げ角Ｘの範囲を曲げ加工部３としている。
このような曲げ始めの状態では、起点をＭとして、起点Ｍの近傍で変形が始まる。そして、外Ｒ側の伸張部４では、管材２が芯金部１１と駒部１２に接触していない範囲Ｐで、大きな引張変形が生じる。これにより、外Ｒ側の伸張部４は、範囲Ｑで駒部１２の外Ｒ側支持部１２Ｘになつく。
尚、ここで言う「なつく」とは、管材２が駒部１２の形状に沿うように変形することを意味している。
そして、この曲げ始めの状態では、伸張部４の範囲Ｐと曲げ加工部３の範囲Ｘが未だ一致している。
また、この曲げ始めの状態では、圧縮部５の内側には、先端部１１ｄと後端部１２ｄの間に未だ隙間が存在しているため、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、前記隙間に起因して管材２の圧縮部５にしわが生じない程度の大きさに抑制している。
尚、ここで言う「曲げ始め」とは、曲げ加工を開始してから、後述する「定常状態」に至るまでの期間を指している。

この状態では、保持部１１の先端部１１ｄの位置が、起点Ｍを通る面に略一致している。
また、駒部１２は、軸部１２ｂ回りに回動され、後端頂部１２ｃが保持部１１の切欠き部１１ｃに収容された状態でありながら若干浮き上がった状態に移行している。

次に、図６（ｃ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに２０度回動させて、管材２を約２０度の角度Ｘまで曲げた状態を示している。
この状態は、曲げ始めの状態に該当している。
また、この状態では、範囲Ｐは縮小し、駒部１２の外Ｒ支持部１２Ｘになつく範囲Ｑは拡大する。
またこの状態においても、圧縮部５の内側には、先端部１１ｄと後端部１２ｄの間に未だ隙間が存在しているため、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、前記隙間に起因して管材２の圧縮部５にしわが生じない程度の大きさに抑制している。

この状態では、保持部１１の先端部１１ｄの位置が、起点Ｍを通る面に略一致している。
また、駒部１２は、軸部１２ｂ回りに回動され、後端頂部１２ｃが切欠き部１１ｃから外部に露出した状態に移行している。尚、この状態では、後端頂部１２ｃは未だ、管材２の内壁には接触していない。

次に、図７（ａ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに３０度回動させて、管材２を約３０度の角度Ｘまで曲げた状態を示している。
図７（ａ）の状態に至ると、範囲Ｐは最小となる。一方なつく範囲Ｑは、曲げ角Ｘ全域に達する。

即ち、図７（ａ）に示す状態は、マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工における、曲げ始めの状態が終了し、定常状態へと移行していく時点の状態を示している。
尚、以下では、伸張部４の全体が駒部１２の外Ｒ支持部１２Ｘになついている状態を「定常状態」と呼ぶものとして規定する。

この状態では、保持部１１の先端位置が、起点Ｍを通る面に略一致している。
また、駒部１２は、軸部１２ｂ回りにさらに回動され、後端頂部１２ｃが管材２の内壁に接触する状態に移行している。
このとき、後端頂部１２ｃは、起点Ｍを含む範囲において管材２に接触しており、後端頂部１２ｃを含む外Ｒ支持部１２Ｘによって、伸張部４の全範囲を確実に支持するように構成されている。

またこの状態においては、駒部１２が軸部１２ｂ回りに回動されるのに伴って、圧縮部５の内側において、先端部１１ｄと後端部１２ｄの間の隙間が縮小され、ほぼ隙間の無い状態に移行している。
この状態では、隙間に起因する圧縮部５のしわが生じにくいため、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、この時点から大きくするように構成している。即ち、押し型３０による押圧力Ｔは、「曲げ始め」の間はしわが生じない程度に小さく抑えておき、「定常状態」に移行したときから大きくして、曲げ加工部３における管材２の肉厚減少を抑制する構成としている。

次に、図７（ｂ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに４０度回動させて、管材２を約４０度の角度Ｘまで曲げた状態を示している。
図７（ｂ）に示す状態では、範囲Ｐは最小を保ち、なつく範囲Ｑは角度Ｘとともに拡大する。
マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工において、「定常状態」では、管材２の伸張部４の全面に対して、外Ｒ支持部１２Ｘがなついている状態でありながら、外Ｒ支持部１２Ｘに沿って滑りながら曲げ加工がさらに進展していく。

またマンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工における「定常状態」においては、駒部１２の軸部１２ｂ回りの回転位置は一定になっており、後端頂部１２ｃが、伸張部４の起点Ｍを含む範囲において管材２に接触するとともに、外Ｒ支持部１２Ｘが、伸張部４を全面的に管材２の内側から支持している。

さらに「定常状態」においては、駒部１２の軸部１２ｂ回りの回転位置は一定であることから、内Ｒ側において先端部１１ｄと後端部１２ｄの隙間がほぼ無い状態が保持され、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、大きくした状態を維持することができるように構成している。

即ち、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置１において、駒部１２の外Ｒ支持部１２Ｘは、伸張部４を範囲Ｑで支持するものである。

また、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置１において、保持部１１は、一端部において、駒部１２の後端頂部１２ｃを収容する切欠き部１１ｃを備え、マンドレル１０が、直管状の管材２に挿入されるときには、切欠き部１１ｃに後端頂部１２ｃが収容され、かつ、管材２に曲げ応力が付与されるときには、後端頂部が切欠き部１１ｃから出現するように構成され、管材２の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、後端頂部１２ｃが伸張部４の起点Ｍを含む範囲で、管材２の内周面に対して当接するものである。

このような構成により、管材２に凹み、割れ等の不具合を生じさせることなく曲げ加工を行うことができる。また、管材２に対してより小さい曲げ半径による曲げ加工を施すことが可能になる。

さらに、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置１においては、管材２に曲げ応力が付与されるときには、管材２の曲げ加工が「定常状態」に至るとき以前に、駒部１２の内Ｒ側の後端部１２ｄが、保持部１１の一端部（先端）に接近するように構成されるものである。

このような構成により、「定常状態」における先端部１１ｄと後端部１２ｄの間の隙間を狭めて、管材２にしわを生じさせることなく曲げ加工を行うことができる。

次に、図７（ｃ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに９０度回動させて、管材２を約９０度の角度まで曲げた状態を示している。
マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工は、曲げ角度が９０度に至ったところで、管材２の曲げ加工を完了する。

図７（ｃ）に示す状態では、「定常状態」を維持しつつ、曲げ加工部３の範囲Ｘが継続して拡大する。範囲Ｐは最小を保ち、なつく範囲Ｑは、角度Ｘとともに拡大する。

即ち、マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工は、曲げ角度が約３０度となった以降においては、最後まで「定常状態」が維持され、外Ｒ側においては、管材２の曲げ加工部３を外Ｒ支持部１２Ｘに対して全面的になつかせるとともに、外Ｒ支持部１２Ｘに沿って滑らせながら、曲げ加工を進展させることができる。
また、マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工は、曲げ角度が約３０度となった以降においては、最後まで「定常状態」が維持され、内Ｒ側においては、ほとんど隙間の無い状態が維持され、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、大きくした状態で、曲げ加工を進展させることができる。

即ち、マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工では、このような構成によって、曲げ加工部３の外Ｒ側に凹みや割れが生じるのを確実に防止しつつ、曲げ加工部３の内Ｒ側にシワが生じるのを確実に防止することができる。

次に、第二の実施形態に係るマンドレル１５を備えたマンドレル装置１による管材２の曲げ加工方法について、図１および図８を用いて説明をする。
マンドレル装置１を用いて管材２を曲げ加工をするときには、曲げ加工をする前の準備として、まず直管状の管材２を曲げ型２０の保持部２０ａおよび応力付与部２０ｂにセットするとともに（図１参照）、図８（ａ）に示すように、管材２の内部にマンドレル１５を挿入しておく。
この状態では、保持部１１の先端位置が、起点Ｍを通る面に略一致しており、駒部１６の後端頂部１６ｃは、保持部１１の切欠き部１１ｃに収容された状態となっている。
そして、この状態から、管材２に対して徐々に曲げ応力を付与していくことで、曲げ加工を行う構成としている。

図８（ｂ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに３０度回動させて、管材２を約３０度の角度Ｘまで曲げた状態を示している。
図８（ｂ）の状態に至るまでは、伸張部４は、全面的に駒部１６の外Ｒ支持部１６Ｘになついている。

図８（ｂ）に示す状態は、マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工における、曲げ始めの状態が終了し、定常状態へと移行していく時点の状態を示している。

この状態では、保持部１１の先端位置が、起点Ｍを通る面に略一致している。
また、駒部１６は、軸部１６ｂ回りにさらに回動され、後端頂部１６ｃが管材２の内壁に接触する状態に移行している。
このとき、後端頂部１６ｃは、伸張部４の起点Ｍを含む範囲において管材２に接触しており、後端頂部１６ｃを含む外Ｒ支持部１６Ｘによって、伸張部４の全範囲を確実に支持するように構成されている。

またこの状態においては、駒部１６が軸部１６ｂ回りに回動されるのに伴って、圧縮部５の先端部１１ｄと後端部１２ｄの隙間が縮小され、ほぼ隙間の無い状態に移行している。
この状態では、隙間に起因する圧縮部５のしわが生じにくいため、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、この時点から大きくしていくように構成している。

次に、図８（ｃ）には、曲げ型２０の応力付与部２０ｂ（図１参照）を軸部２３ａ回りに９０度回動させて、管材２を約９０度の角度Ｘまで曲げた状態を示している。

マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工は、マンドレル１５を用いた場合であっても、曲げ角度が約３０度となった以降においては、最後まで「定常状態」が維持され、外Ｒ側においては、管材２の伸張部４を外Ｒ支持部１６Ｘに対して全面的になつかせるとともに、滑らせながら、曲げ加工を進展させることができる。
また、マンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工は、マンドレル１５を用いた場合であっても、曲げ角度が約３０度となった以降においては、最後まで「定常状態」が維持され、内Ｒ側においては、ほとんど隙間の無い状態が維持され、押し型３０（図１参照）による押圧力Ｔを、大きくした状態で、曲げ加工を進展させることができる。

即ち、マンドレル１５を備えたマンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工では、このような構成によって、曲げ加工部３の外Ｒ側に凹みや割れが生じるのを確実に防止しつつ、曲げ加工部３の内Ｒ側にしわが生じるのを確実に防止することができる。

一つの曲げ加工部３を形成する場合において、マンドレル１０を備えたマンドレル装置１を用いた管材２の曲げ加工との違いは、図８（ｃ）に示すように、外Ｒ支持部１６Ｘに対して管材２がなつく範囲Ｑの大きさに差異がある点である。
しかしながら、マンドレル１５を用いた結果、範囲Ｑが多少狭くなったとしても、曲げ加工部３の品質が大きく低下することはないため、マンドレル１０を用いたマンドレル装置１と同様に、マンドレル１５を用いたマンドレル装置１も、凹み、割れ、しわ等の不具合防止に有効である。

即ち、本発明の一実施形態に係るマンドレル装置１は、保持部１１と駒部１２あるいは駒部１６を有し、保持部１１の一端部に、リンク部材１３を介して、駒部１２あるいは駒部１６を連結し、保持部１１に対して駒部１２あるいは駒部１６を屈折自在に構成するマンドレル１０あるいはマンドレル１５を備え、マンドレル１０あるいはマンドレル１５を管材２に挿通した状態で、所定の曲げ半径および曲げ角度で管材２を曲げ加工する装置であって、駒部１２および駒部１６は、曲げ加工の際に管材２の外Ｒ側に形成される伸張された部位である伸張部４を、管材２の内側から全面的に支持する支持面たる外Ｒ支持部１２Ｘ、１６Ｘを備え、外Ｒ支持部１２Ｘ、１６Ｘは、管材２を所定の曲げ半径で曲げ加工する際の管材２の内径たる円を、曲げ加工時の軸心たる軸部２３ａの軸心回りに回転させた場合の軌跡により形成されるドーナツ状体の外Ｒ側の表面の部分形状と略一致する曲面形状を有するものである。

また、本発明の一実施形態に係る管の曲げ加工方法は、保持部１１と駒部１２あるいは駒部１６を有し、保持部１１の一端部に、リンク部材１３を介して、駒部１２あるいは駒部１６を連結し、保持部１１に対して駒部１２あるいは駒部１６を屈折自在に構成するマンドレル１０あるいはマンドレル１５を用いて、マンドレル１０あるいはマンドレル１５を管材２に挿通した状態で管材２を曲げ加工するものであって、管材２の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、駒部１２あるいは駒部１６を、曲げ加工される管材２の外Ｒ側において伸張される部位である伸張部４の内周面に対して全面的に沿わせるものである。

このような構成により、管材２に凹み、割れ、しわ等の不具合を生じさせることなく曲げ加工を行うことができる。また、管材２に対してより小さい曲げ半径による曲げ加工を施すことが可能になる。

次に、第二の実施形態に係るマンドレル１５を備えたマンドレル装置１によって、管材２を連続して曲げる場合の曲げ加工方法について、図９〜図１２を用いて説明をする。
まず始めに、二つの曲げ加工部３・３を連続して加工する場合のうち、曲げ加工部３・３同士の間に直管部分を設ける場合の曲げ加工方法について、説明をする。

図９上図には、マンドレル１５を備えたマンドレル装置１によって、９０度の角度で既に曲げ加工部３を形成した状態を示している。
マンドレル１５を備えたマンドレル装置１では、このような曲げ加工部３を備える管材２に対して、連続して曲げ加工部３を加工することが可能である。
既に曲げ加工部３を備えている管材２に対して、連続して曲げ加工部３を加工するためには、図９下図に示すように、マンドレル装置１と管材２の相対位置を調整し、マンドレル１５が管材２に対して所定の挿入深さで配置されるようにする。
このような配置変更は、例えば、管材２を固定している状態で、マンドレル１０および曲げ型２０を、押し型３０側の軸方向に変位させることによって、実現することができる。

そして、この状態から曲げ加工部３を上下に反転させるように管材２を回転させると、マンドレル装置１に対する管材２の配置状態が、図１０（ａ）に示すような状態となる。
マンドレル１５を備えたマンドレル装置１は、駒部１６に曲面部１６Ｚを備える構成であり、曲面部１６Ｚと外Ｒ支持部１６Ｘが稜線Ｓ２に対して対称形である。

そしてその後、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、図８を用いて先述した方法と同様の方法で、管材２に二つ目の曲げ加工部３を加工することができる。
尚、この方法で、二つ目の曲げ加工部３を加工する場合、二つの各曲げ加工部３・３の間には、直管状の部位（直管部２ａ）が形成されている。

このように、マンドレル１５を備えるマンドレル装置１は、連続して曲げ加工部３・３を形成する場合の使用に適しており、伸張部４に凹みや割れが生じること、および、圧縮部５にしわが生じることを防止しながら、連続する曲げ加工部３・３を容易に加工することができる。

次に、二つの曲げ加工部３・３を連続して加工する場合のうち、曲げ加工部３・３同士の間に直管部分を設けない場合の曲げ加工方法について、説明をする。
曲げ加工後の管材２をできるだけコンパクトにするために、連続する曲げ加工部３・３の間に直管部を設けない加工に対するニーズが存在しているが、マンドレル１５を備えるマンドレル装置１を用いれば、このニーズに応えることができる。

曲げ加工部３・３同士の間に直管部分を設けずに曲げ加工を施す場合、まず一つ目の曲げ加工部３は、これまでと同様の方法で曲げ加工部３を加工する。
図１１上図には、マンドレル１５を備えたマンドレル装置１によって、９０度の角度で既に曲げ加工部３を形成した状態を示している。

直管部分を設けずに曲げ加工を施すためには、図１１下図に示すように、曲げ型２０を変位させずに、マンドレル１５だけを、管材２の内部で後退変位させる。

そして、この状態から曲げ加工部３を上下に反転させるように管材２を回転させると、マンドレル装置１に対する管材２の配置状態が、図１２（ａ）に示すような状態となる。
マンドレル１５を備えたマンドレル装置１は、駒部１６に曲面部１６Ｚを備える構成であり、曲面部１６Ｚと外Ｒ支持部１６Ｘが稜線Ｓ２に対して対称形である。

そしてその後、図１２（ｂ）（ｃ）に示すように、保持部１１を押し進めながら、応力付与部２０ｂを回動させて曲げ応力を付与していくことで、管材２に二つ目の曲げ加工部３を加工することができる。
そして、この方法によれば、二つの各曲げ加工部３・３の間に直管状の部位（図１０（ｃ）に示す直管部２ａ）を設けずに、連続する曲げ加工部３・３を加工することができる。

このように、マンドレル１５を備えるマンドレル装置１を用いれば、伸張部４に凹みや割れが生じること、および、圧縮部５にしわが生じることを防止しながら、直管部分を設けずに連続する曲げ加工部３・３を容易に加工することができる。

１ マンドレル装置
２ 管材
３ 曲げ加工部
４ 伸張部
５ 圧縮部
６ 滑り部
１０ マンドレル（第一の実施形態）
１１ 保持部
１１ｃ 切欠き部
１２ 駒部（第一の実施形態）
１２ｃ 後端頂部
１２Ｘ 外Ｒ支持部
１３ リンク部材
１４ 駆動ロッド
１５ マンドレル（第二の実施形態）
１６ 駒部（第二の実施形態）
２０ 曲げ型
３０ 押し型

Claims (5)

1. 保持部と駒部を有し、
   前記保持部の一端部に、リンク部材を介して、前記駒部を連結し、前記保持部に対して前記駒部を屈折自在に構成するマンドレルを備え、
   前記マンドレルを管材に挿通した状態で、所定の曲げ半径および曲げ角度で前記管材を曲げ加工する管曲げ加工用マンドレル装置であって、
   前記駒部は、
   曲げ加工の際に前記管材の外Ｒ側に形成される伸張された部位である伸張部を、前記管材の内側から支持する支持面を備え、
   前記支持面は、
   前記管材を前記所定の曲げ半径で曲げ加工する際の前記管材の内径たる円を、曲げ加工時の軸心回りに回転させた場合の軌跡により形成されるドーナツ状体の外Ｒ側の表面の部分形状と略一致する曲面形状を有する、
   ことを特徴とする管曲げ加工用マンドレル装置。
2. 前記駒部の前記支持面は、
   前記伸張部の範囲を超えて形成され、
   前記管材の外Ｒ側において前記伸張部に連続して形成される、前記支持面に沿って滑る部位である滑り部の内周面を支持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管曲げ加工用マンドレル装置。
3. 前記駒部は、
   外Ｒ側の後端部を内Ｒ側の後端部に比して後方に突出させた部位である後端頂部を備え、
   前記保持部は、
   前記一端部において、前記後端頂部を収容する切欠き部を備え、
   前記マンドレルが、
   直管状の前記管材に挿入されるときには、
   前記切欠き部に前記後端頂部が収容され、かつ、
   前記管材に曲げ応力が付与されるときには、
   前記後端頂部が前記切欠き部から出現するように構成され、
   前記管材の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、前記後端頂部が前記伸張部の起点を含む範囲で、前記管材の内周面に対して当接する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管曲げ加工用マンドレル装置。
4. 前記管材に曲げ応力が付与されるときには、
   前記管材の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、
   前記駒部の内Ｒ側の後端部が、
   前記保持部の一端部に接近するように構成される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の管曲げ加工用マンドレル装置。
5. 保持部と駒部を有し、
   前記保持部の一端部に、リンク部材を介して、前記駒部を連結し、前記保持部に対して前記駒部を屈折自在に構成するマンドレルを用いて、
   前記マンドレルを管材に挿通した状態で前記管材を曲げ加工する管の曲げ加工方法であって、
   前記管材の曲げ加工が定常状態に至るとき以前に、
   前記駒部を、
   曲げ加工される前記管材の外Ｒ側において伸張される部位である伸張部の内周面に対して全面的に沿わせる、
   ことを特徴とする管の曲げ加工方法。

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