JP2018008284A - 管材の製造方法およびマンドレル - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工時に被加工部材とマンドレルとの抵抗を低減しつつ、全体の加工時間を短縮する管材の製造方法およびマンドレルを提供することを目的とする。【解決手段】内部にドライアイスパウダー３を流通させる流路４と、先端に前記ドライアイスパウダー３を噴射する噴射穴７とを備えているマンドレル２を、管材１の内部に挿入するステップと、管材１の内部に噴射穴７からドライアイスパウダー３を噴射するステップと、マンドレル２が挿入された管材１に対し曲げ加工を行うステップを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、管材の製造方法およびマンドレルに関するものである。

管材を曲げ加工する際に、管材の加工部分に断面変形やしわなどの変形が発生するのを防止するために、管材の内部に入れ子やマンドレルを挿入することがある。このような目的で管材の内部に挿入される入れ子やマンドレルを用いた管材の加工方法には、特許文献１や特許文献２に示されたようなものがある。
特許文献１では、アルミニウム製中空型材の曲げ加工部分の中空部にビニール袋を挿入し、挿入したビニール袋に水を充填してビニール袋の口をゴム等の締結具で塞いで冷凍し、ビニール袋中の水を氷結して、曲げ加工部分の中空部内に氷が充填された状態にして氷の入れ子を形成している。また、特許文献２では、金属管を曲げ加工する際に、金属管にマンドレルを挿入した後に、油供給ノズルから金属管との接触部に潤滑油を供給しながら曲げ加工を行い、曲げ加工時の金属管とマンドレルとの抵抗を低減している。

特開平１０−３２８７４５号公報 特開平７−３９９４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、入れ子の着脱を容易にする目的のもので、曲げ加工時の中空型材と入れ子との摩擦については考慮されておらず、曲げ加工時に被加工部材と挿入部材との摩擦が大きく、当該摩擦によって、加工部分に歪み、亀裂が生じる可能性がある。
また、特許文献２に記載のものは、曲げ加工後に金属管内の潤滑油を除去しなければならず、除去のための洗浄に時間を要し、その分全体の加工時間が長くなってしまっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、曲げ加工時に被加工部材とマンドレルとの抵抗を低減しつつ、全体の加工時間を短縮することができる管材の製造方法およびマンドレルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の管材の製造方法およびマンドレルは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る管材の製造方法は、管材の内部にマンドレルを挿入する挿入ステップと、前記管材の内部にドライアイスパウダーを噴射する噴射ステップと、前記マンドレルが挿入された前記管材に対し曲げ加工を行う曲げ加工ステップと、を有する。

上記構成では、管材の内部にドライアイスパウダーを噴射して管材の曲げ加工を行っている。ドライアイスパウダーを管材の内部に噴射すると、管材の内面及びマンドレルの表面にドライアイスパウダーが付着し、ドライアイスパウダーの皮膜が形成される。したがって、曲げ加工時に、管材の内面とマンドレルの表面との間に発生する抵抗をドライアイスパウダーが低減させ、管材の内面とマンドレルの表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。
また、曲げ加工時には、管材の塑性変形に伴って管材の曲げ加工部分が発熱するが、管材の内部にはドライアイスパウダーの皮膜が形成されているので、発生した熱をドライアイスパウダーが吸収し、加工部分の温度上昇を抑制する。したがって、塑性変形に伴う発熱に起因する管材の内面の焼き付きを防止することができる。
また、ドライアイスパウダーは気化し易いので、曲げ加工後には管材内部で気化する。したがって、管材内に液体または固体の残渣物が生じず、曲げ加工後に管材内から潤滑材を除去する工程を省くことができ、全体の加工時間を短縮することができる。
また、加工部分にドライアイスパウダーを噴射するので、管材内の加工部分に切粉等の異物などがある場合でも、ドライアイスパウダーの噴射により異物を加工部分から除去することができる。したがって、管材内に異物等が混入した場合であっても内部を洗浄する必要がなく、異物を除去する工程を省くことができる。

また、本発明の一態様に係る管材の製造方法は、前記曲げ加工ステップにおいて、前記ドライアイスパウダーを噴射し続けてもよい。

上記構成では、曲げ加工時にドライアイスパウダーを噴射し続ける。これにより、曲げ加工部分には曲げ加工時に常にドライアイスパウダーが供給される。したがって、曲げ加工時に発生する曲げ加工部分の発熱がドライアイスパウダーによって確実に吸収され、加工部分の焼き付きを確実に防止することができる。

また、本発明の一態様に係る管材の製造方法は、前記ドライアイスパウダーの噴射を停止する噴射停止ステップをさらに有し、前記挿入ステップは、前記管材における前記曲げ加工を行う加工部分の手前まで前記マンドレルを挿入する第１挿入ステップを有し、前記噴射ステップは、前記第１挿入ステップの後に、前記加工部分の手前から前記管材内部の前記加工部分に前記ドライアイスパウダーを噴射する手前噴射ステップを有し、前記噴射停止ステップは、前記手前噴射ステップの後に前記ドライアイスパウダーの噴射を停止するステップを有し、前記挿入ステップは、前記噴射停止ステップの後に前記加工部分に前記マンドレルを挿入する第２挿入ステップを有していてもよい。

上記構成では、加工部分の手前でいったんマンドレルの挿入を止めて、加工部分にドライアイスパウダーを噴射し、ドライアイスパウダーの噴射を停止してから、加工部分までマンドレルを挿入している。したがって、加工部分の管材の内面にドライアイスパウダーの層を確実に形成してからマンドレルを加工部分に挿入することができる。よって、曲げ加工時に、管材の内面とマンドレルの表面との間に発生する抵抗をドライアイスパウダーがより好適に低減させ、管材内面の焼き付きを防止することができる。
また、ドライアイスパウダーの噴射を停止してから曲げ加工を行っているので、ドライアイスパウダーの消費量を低減することができる。

また、本発明の一態様に係る管材の製造方法は、前記マンドレルは、内部に前記ドライアイスパウダーを流通させる流路と、先端に前記ドライアイスパウダーを噴射する噴射穴と、を備えていてもよい。

上記構成では、マンドレルの内部の流路をドライアイスパウダーが流通し、噴射穴から管材の内部にドライアイスパウダーを噴射することができる。したがって、マンドレルとは別にドライアイスパウダーを噴射する手段を設ける必要がない。

また、本発明の一態様に係るマンドレルは、管材を曲げ加工する際に、該管材の内部に挿入されるマンドレルであって、内部にドライアイスパウダーを流通させる流路と、先端にドライアイスパウダーを噴射する噴射穴と、を備えている。
上記構成では、マンドレルにドライアイスパウダーを流通させる流路と、ドライアイスパウダーを噴射する噴射穴とが備えられている。したがって、管材とマンドレルとの間にドライアイスパウダーを噴射して管材の曲げ加工を行うことができる。ドライアイスパウダーを管材とマンドレルとの間に噴射すると、管材の内面及びマンドレルの表面にドライアイスパウダーが付着し、ドライアイスパウダーの皮膜が形成される。これにより、曲げ加工時に、管材の内面とマンドレルの表面との間に発生する抵抗をドライアイスパウダーが低減させ、管材の内面とマンドレルの表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。
また、曲げ加工時には、塑性変形に伴って管材の曲げ加工部分が発熱するが、管材の内部にはドライアイスパウダーの皮膜が形成されているので、発生した熱をドライアイスパウダーが吸収し、加工部分の温度上昇を抑制して塑性変形に伴う発熱に起因する焼き付きを防止することができる。
また、ドライアイスパウダーは常温で気化するので、曲げ加工後には気化する。したがって、残渣物が生じず、曲げ加工後に潤滑材を除去する工程を省くことができ、曲げ加工時間を減らすことができる。
また、加工部分にドライアイスパウダーを噴射するので、加工部分に異物などがある場合でも、ドライアイスパウダーの噴射により異物を加工部分から除去することができる。

また、本発明の一態様に係るマンドレルは、前記マンドレルの表面には、該表面よりも摺動特性に優れた皮膜部が形成されていてもよい。

上記構成では、マンドレルの表面に摺動特性に優れた皮膜部を形成しているので、ドライアイスパウダーを噴射してマンドレルにドライアイスパウダーの皮膜を形成しなくても、マンドレルに優れた摺動特性を持たせることができる。したがって、ドライアイスパウダーを噴射できない状況であっても、管材の内面とマンドレルの表面との間に発生する抵抗を低減させ、管材の内面とマンドレルの表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。

また、本発明の一態様に係るマンドレルは、前記マンドレルの表面には、ポーラス状の皮膜部が形成されていてもよい。

上記構成では、マンドレルの表面にポーラス状の皮膜部を形成している。これにより、マンドレルから噴射されたドライアイスパウダーは、ポーラス状の皮膜部で確実に保持される。したがって、確実にマンドレルの表面にドライアイスパウダーの皮膜を形成し、管材の内面とマンドレルの表面との間に発生する抵抗を低減させて管材の内面とマンドレルの表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。

本発明によれば、曲げ加工時に被加工部材とマンドレルとの抵抗を低減しつつ、全体の加工時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態に係るマンドレルが管材内でドライアイスパウダーを噴射している状態を模式的に示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の管材の曲げ加工の状態を示す図であり、（ａ）は曲げ加工前の状態を示し、（ｂ）は曲げ加工後の状態を示す。 本発明の第２実施形態に係るマンドレルが管材内でドライアイスパウダーを保持している状態を模式的に示す縦断面図である。

以下に、本発明に係る第１実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図３を用いて説明する。
図１及び図２に示すように、管材１の内部に挿入されるマンドレル２は、アルミ、青銅、鉄等で形成され、外径が管材１の内径よりもわずかに小さい略円柱形状であり、先端となる一端が半球状に形成される。マンドレル２の内部には、ドライアイスパウダー貯留部（図示省略）に貯蔵されたドライアイスパウダー３を流通させる流路４が形成されている。流路４は、ドライアイスパウダー貯留部からマンドレル２の先端部分までマンドレル２の表面と略平行に延びる主流路５と、主流路５の下流端から主流路５に対して略３０度傾斜して延びる２本の分割流路６とを有する。それぞれの分割流路６は、直線状にマンドレル２の表面まで延びる。分割流路６の下流端であるマンドレル２の表面の先端部分には噴射穴７が形成される。各噴射穴７は、マンドレル２の先端の半球部分に位置されている。なお、本実施形態では、主流路５と分割流路６との角度を略３０度としたが、主流路５と分割流路６との角度はこれに限定されない。ドライアイスパウダー３を噴射できる角度であればよく、例えば９０°であってもよい。また、本実施形態では、噴射穴７を２つ形成しているが、噴射穴７の数は単数であってもよいし、３つ以上であってもよい。また、各噴射穴７を設ける位置は、マンドレル２の先端の半球部分よりも基端部側（先端とは反対側）であってもよい。

次に、上述したマンドレル２を用いた管材１の加工方法について図１及び図３を用いて説明する。なお、図３（ａ）（ｂ）は説明の都合上、ドライアイスパウダー３やマンドレル２の内部の流路４等を省略して図示している。
まず、図１及び図３（ａ）に示すように、管材１の内部にマンドレル２を挿入し、マンドレル２が管材１の加工部分に到達するとマンドレル２の挿入を停止する。このとき、管材１の内面とマンドレル２の表面とは、５０μｍから１００μｍ程度の隙間が生じている（図１及び図２参照）。次に、ドライアイスパウダー貯留部に貯留してあるドライアイスパウダー３をマンドレル２内部の流路４内に図１の矢印方向に流通させ、マンドレル２の表面に形成された各噴射穴７から、管材１の内面とマンドレル２の表面との間にドライアイスパウダー３を噴射する。そして、マンドレル２が挿入されている管材１に対して、図３（ａ）（ｂ）に示すように、加工装置９を用いて曲げ加工を行う。このとき、管材１の曲げ加工はマンドレル２の先端部分に沿うように行われる（図３（ｂ）参照）。曲げ加工が終了すると、ドライアイスパウダー３の噴射を停止し、マンドレル２を管材１の内部から取り出す。なお、本実施形態では、管材１の内面とマンドレル２の表面との隙間を５０μｍから１００μｍ程度としたが、管材１の内面とマンドレル２の表面との隙間の長さはこれに限定されない。ドライアイスパウダー３によって管材１の内面とマンドレル２の表面との抵抗を低減できる長さであればよく、５０μｍよりも小さくてもよく、１００μｍよりも大きくてもよい。

なお、上記実施形態では、曲げ加工時を行っている最中にドライアイスパウダー３を連続的に噴射しているが、曲げ加工を行う前にドライアイスパウダー３の噴射を停止してもよい。すなわち、加工部分までマンドレル２を挿入した後に、ドライアイスパウダー３を噴射し、一定量のドライアイスパウダー３を噴射した後にドライアイスパウダー３の噴射を停止し、噴射停止後に曲げ加工を行ってもよい。また、ドライアイスパウダー３の噴射は、噴射と停止を繰り返すような間欠的な噴射であってもよい。

次に第１実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態では、管材１の内部にドライアイスパウダー３を噴射して管材１の曲げ加工を行っている。ドライアイスパウダー３を管材１の内部に噴射すると、管材１の内面及びマンドレル２の表面にドライアイスパウダー３が付着し、ドライアイスパウダー３の皮膜が形成される。したがって、曲げ加工時に、管材１の内面とマンドレル２の表面との間に発生する抵抗をドライアイスパウダー３が低減させ、管材１の内面とマンドレル２の表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。
また、曲げ加工時には、管材１の塑性変形に伴って管材１の曲げ加工部分が発熱するが、管材１の内部にはドライアイスパウダー３の皮膜が形成されているので、発生した熱をドライアイスパウダー３が吸収し、加工部分の温度上昇を抑制する。したがって、塑性変形に伴う発熱に起因する管材１の内面の焼き付きを防止することができる。
また、ドライアイスパウダー３は気化し易いので、曲げ加工後には管材１の内部で気化する。したがって、管材１内に液体または固体の残渣物が生じず、曲げ加工後に管材１内から潤滑材を除去する工程を省くことができ、全体の加工時間を短縮することができる。
また、加工部分にドライアイスパウダー３を噴射するので、管材１内の加工部分に切粉等の異物などがある場合でも、ドライアイスパウダー３の噴射により異物を加工部分から除去することができる。したがって、管材１内に異物等が混入した場合であっても内部を洗浄する必要がなく、異物を除去する工程を省くことができる。

また、曲げ加工時にドライアイスパウダー３を噴射し続けるので、曲げ加工部分には曲げ加工時に常にドライアイスパウダー３が供給される。したがって、曲げ加工時に発生する曲げ加工部分の発熱がドライアイスパウダー３によって確実に吸収され、加工部分の焼き付きを確実に防止することができる。

また、本実施形態では、マンドレル２がドライアイスパウダー３を噴射する機能を備えている。したがって、マンドレル２とは別にドライアイスパウダー３を噴射する手段を設ける必要がない。よって、安価且つ簡素に管材内にドライアイスパウダー３を噴射する構成を実現することができる。

次に、上述したマンドレル２を用いた管材１の加工方法の変形例について説明する。変形例では、主に管材１に挿入したマンドレル２がドライアイスパウダー３を噴射するタイミング及びドライアイスパウダー３の噴射を停止するタイミングが第１実施形態とは異なる。以下変形例において、第１実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。

まず、管材１の内部にマンドレル２を挿入し、マンドレル２が管材１の加工部分の手前まで到達するとマンドレル２の挿入を停止する。次に、マンドレル２からドライアイスパウダー３を噴射する。一定量のドライアイスパウダー３を噴射したらドライアイスパウダー３の噴射を停止する。そして、再びマンドレル２の挿入を開始しマンドレル２を管材１の加工部分まで挿入し、管材１に対して曲げ加工を行う。曲げ加工が終了するとマンドレル２を管材１の内部から取り出す。

次に変形例の作用効果を説明する。
変形例では、加工部分の手前でいったんマンドレル２の挿入を止めて、加工部分にドライアイスパウダー３を噴射し、ドライアイスパウダー３の噴射を停止してから、加工部分までマンドレル２を挿入している。したがって、加工部分の管材１の内面にドライアイスパウダー３の層を確実に形成してからマンドレル２を加工部分に挿入することができる。よって、曲げ加工時に、管材１の内面とマンドレル２の表面との間に発生する抵抗をドライアイスパウダー３がより好適に低減させ、管材１の内面とマンドレル２の表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。
また、ドライアイスパウダー３の噴射を停止してから曲げ加工を行っているので、ドライアイスパウダー３の消費量を低減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。第２実施形態では、マンドレル２の表面にポーラス状の皮膜部８を形成している点で第１実施形態とは異なる。以下第２実施形態において、第１実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。なお、図４では、マンドレル２内部の流路（図１参照）を省略して図示している。

第２実施形態におけるマンドレル２は、表面に硬質クロムめっきを皮膜することにより、皮膜部８を形成している。皮膜部８は、マンドレル２の表面よりも摺動特性に優れている。皮膜部８を形成する領域は、マンドレル表面の全域であってもよく、一部であってもよい。一部に形成する場合には、曲げ加工時に面圧が生じる管材１の領域に対応する領域に形成すると管材１の内面とマンドレル２の表面との抵抗を好適に低減できる。面圧が生じる管材１の領域とは、例えば、曲げ加工行う際に、伸び変形する加工部分の外側領域や、収縮変形する加工部分の内側領域である。また、皮膜部８は、図４に示されているように、多孔質状に凹部と凸部とが形成され、すなわちポーラス状に形成されている。

また、本実施形態では、硬質クロムめっきをマンドレルに皮膜することにより皮膜部８を形成したが、皮膜部８を形成するのは硬質クロムめっきでなくてもよい。例えば、クロムめっきで形成してもよい。

マンドレルへの皮膜はめっき皮膜以外にも、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等）、ナイロン系樹脂（ＭＣナイロン等）、フェノール系樹脂、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、ＭｏＳ２等の個体潤滑皮膜を用いてもよい。

次に、第２実施形態の作用効果を説明する。
マンドレル２の表面に摺動特性に優れた皮膜部８を形成しているので、ドライアイスパウダー３を噴射してマンドレル２にドライアイスパウダー３の皮膜を形成しなくても、マンドレル２に優れた摺動特性を持たせることができる。したがって、例えば、マンドレル２のドライアイスパウダー３を噴射する機能が故障等して、ドライアイスパウダー３を噴射できない状況であっても、管材１の内面とマンドレル２の表面との間に発生する抵抗を低減させ、管材１の内面とマンドレル２の表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。

マンドレル２の表面にポーラス状の皮膜部８を形成しているので、マンドレル２から噴射されたドライアイスパウダー３は、ポーラス状の皮膜部８で確実に保持される（図４参照）。したがって、確実にマンドレル２の表面にドライアイスパウダー３の皮膜を形成し、管材１の内面とマンドレル２の表面との間に発生する抵抗を低減させて管材１の内面とマンドレル２の表面との摩擦によって加工部分に歪みや亀裂が発生するのを防止することができる。

なお、本発明は、上記第１実施形態及び第２実施形態に係る発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態では、管材１の内部に挿入されるマンドレル２と、管材１の内部にドライアイスパウダー３を噴射する噴射手段とが一体となっているものを説明したが、マンドレル２と噴射手段とは別のものでもよい。

また、ドライアイスパウダー３の噴射によって形成するドライアイスパウダー３の皮膜は、管材１の内面及びマンドレル２の表面の全領域に形成しなくてもよい。ドライアイスパウダー３の皮膜は、曲げ加工の際に面圧が生じる管材１の領域及びそれに対応するマンドレル２の領域のみに形成するようにしてもよい。上述したように、面圧が生じる領域とは、例えば、曲げ加工行う際に、伸び変形する加工部分の外側領域や、収縮変形する加工部分の内側領域である。

１ 管材
２ マンドレル
３ ドライアイスパウダー
４ 流路
５ 主流路
６ 分割流路
７ 噴射穴
８ 皮膜部
９ 加工装置

Claims (7)

1. 管材の内部にマンドレルを挿入する挿入ステップと、
   前記管材の内部にドライアイスパウダーを噴射する噴射ステップと、
   前記マンドレルが挿入された前記管材に対し曲げ加工を行う曲げ加工ステップと、を有する管材の製造方法。
2. 前記曲げ加工ステップにおいて、前記ドライアイスパウダーを噴射し続ける請求項１に記載の管材の製造方法。
3. 前記ドライアイスパウダーの噴射を停止する噴射停止ステップをさらに有し、
   前記挿入ステップは、前記管材における前記曲げ加工を行う加工部分の手前まで前記マンドレルを挿入する第１挿入ステップを有し、
   前記噴射ステップは、前記第１挿入ステップの後に、前記加工部分の手前から前記管材の内部の前記加工部分に前記ドライアイスパウダーを噴射する手前噴射ステップを有し、
   前記噴射停止ステップは、前記手前噴射ステップの後に前記ドライアイスパウダーの噴射を停止するステップを有し、
   前記挿入ステップは、前記噴射停止ステップの後に前記加工部分に前記マンドレルを挿入する第２挿入ステップを有する請求項１に記載の管材の製造方法。
4. 前記マンドレルは、
   内部に前記ドライアイスパウダーを流通させる流路と、
   先端に前記ドライアイスパウダーを噴射する噴射穴と、
   を備えている請求項１から請求項３のいずれかに記載の管材の製造方法。
5. 管材を曲げ加工する際に、該管材の内部に挿入されるマンドレルであって、
   内部にドライアイスパウダーを流通させる流路と、
   先端にドライアイスパウダーを噴射する噴射穴と、
   を備えたマンドレル。
6. 前記マンドレルの表面には、該表面よりも摺動特性に優れた皮膜部が形成されている請求項５に記載のマンドレル。
7. 前記マンドレルの表面には、ポーラス状の皮膜部が形成されている請求項５または請求項６に記載のマンドレル。

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