JP3746835B2

JP3746835B2 - Ultrasonic plug and bending machine

Info

Publication number: JP3746835B2
Application number: JP12240196A
Authority: JP
Inventors: 伸武田; 聖竹内; 敬介本多; 正典佐藤; 雅勇中村
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Honda Electronics Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2016-04-18
Also published as: JPH09276942A

Description

【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】

【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】

【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】

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】

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】

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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic plug and a bending apparatus that are connected to an ultrasonic oscillator and are provided with a conversion means for converting an electrical input into a mechanical displacement and vibrate ultrasonically.
[0002]
[Prior art]
Conventional bending apparatuses (Japanese Patent Laid-Open Nos. 56-39123 and 61-99525) connect an ultrasonic transducer U to the rear end of a mandrel S inserted in a pipe P as shown in FIG. Then, bending is performed while applying ultrasonic vibration from the mandrel S to the pipe P.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional bending apparatus, the large mandrel S is ultrasonically vibrated from the mandrel S to the pipe P by the ultrasonic transducer U connected to the rear end of the mandrel S. Therefore, a large electrical input is required to sufficiently cause the mandrel S to vibrate ultrasonically, and it is difficult to resonate with the ultrasonic vibrations. In bending using a plug, since there is a joint in the plug portion, there is a problem that ultrasonic vibration cannot be transmitted to the plug portion.
[0004]
Therefore, the inventors of the present invention are based on the technical idea of the present invention in which an ultrasonic plug that is ultrasonically vibrated is configured by inserting a conversion means that is connected to an ultrasonic oscillator and converts electrical input into mechanical displacement. As a result of further research and development, it is possible to eliminate the need for a large electrical input, facilitate the resonance of ultrasonic vibrations, and bend the floating plug portion even when using a floating plug with a joint. The present invention has been achieved to achieve the object of enabling ultrasonic vibration and bending.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  The ultrasonic plug of the present invention (first invention according to claim 1) is:
  In the plug locked to the tip of the mandrel,
  A conversion means connected to an ultrasonic oscillator and converting electrical input into mechanical displacement is sandwiched by the plug, and the plug can be ultrasonically vibrated.The
  The plug is constituted by an ultrasonic plug that expands a pipe inserted through the outer periphery of the plug.
Is.
[0007]
  The present invention (claims)2No. described in2(Invention)
  Said1In the invention,
  The ultrasonic plug is constituted by a spherical member composed of first and second members,
  The converting means is constituted by an electrostrictive element sandwiched between the first and second members.
Is.
[0008]
  The present invention (claims)3No. described in3(Invention)
  Said2In the invention,
  The ultrasonic plug is constituted by a floating plug that is locked to the tip of the mandrel via a joint.
Is.
[0009]
  The present invention (claims)4No. described in4Invention) bending apparatus is
  A mandrel in which the pipe to be bent is supplied in the axial direction;
  A bending roll disposed opposite the open end of the mandrel and bending the pipe by pressing the outer wall of the pipe;
  A spherical ultrasonic plug having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe, which is fixed to the tip of the mandrel, is connected to an ultrasonic oscillator, and is inserted with conversion means for converting electrical input into mechanical displacement;
It consists of
[0010]
  The present invention (claims)5No. described in5Invention) bending apparatus is
  Said4In the invention,
  The ultrasonic plug is constituted by a spherical member composed of a first member and a second member, and is constituted by a floating plug that is locked to the tip of the mandrel via a joint.
  The converting means is constituted by an electrostrictive element sandwiched between the first and second members.
Is.
[0011]
  The present invention (claims)6No. described in6Invention) bending apparatus is
  Said5In the invention,
  The ultrasonic plug is configured to vibrate longitudinally by a resonance frequency of an electrical input from the ultrasonic oscillator.
Is.
[0012]
  The present invention (claims)7No. described in7Invention) bending apparatus is
  Said5In the invention,
  The ultrasonic plug is configured to vibrate in a spherical manner at a resonance frequency of an electrical input from the ultrasonic oscillator.
Is.
[0013]
  (Function)
  The ultrasonic plug according to the first aspect of the present invention having the above-described configuration is characterized in that the conversion means sandwiched in the plug locked to the tip of the mandrel and connected to the ultrasonic oscillator converts the electrical input into mechanical displacement. Convert and ultrasonically vibrate the plugAnd the conversion means sandwiched in the plug locked to the tip of the mandrel and connected to the ultrasonic oscillator converts the electrical input into a mechanical displacement to ultrasonically vibrate the plug, The plug is inserted while expanding the pipe by the ultrasonic vibration.Is.
[0015]
  No. 1 consisting of the above configuration2The ultrasonic plug of the invention is sandwiched between the first and second members in the plug constituted by a spherical member composed of the first and second members locked to the tip of the mandrel. The electrostrictive element constituting the converting means attached and connected to the ultrasonic oscillator converts an electrical input into a mechanical displacement to ultrasonically vibrate the plug, and the plug is caused to vibrate by the ultrasonic vibration. The pipe is inserted while being expanded.
[0016]
  No. 1 consisting of the above configuration3The ultrasonic plug according to the invention includes the first and second members in the floating plug constituted by a spherical member including the first and second members that are locked to the tip of the mandrel via the joint. The electrostrictive element constituting the converting means sandwiched between the members and connected to the ultrasonic oscillator converts the electrical input into a mechanical displacement to ultrasonically vibrate the floating plug, and The plug is inserted while expanding the pipe by the ultrasonic vibration.
[0017]
  No. 1 consisting of the above configuration4In the bending apparatus of the invention, the converting means disposed in the ultrasonic plug disposed opposite to the bending roll and locked to the tip of the mandrel is electrically connected to the ultrasonic oscillator. Since the input is converted into mechanical displacement and the ultrasonic plug is ultrasonically vibrated, the spherical ultrasonic plug having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe with respect to the pipe supplied in the axial direction of the mandrel. Ultrasonic vibration is applied to expand the pipe, and the bending roll disposed facing the open end of the mandrel presses and bends the outer wall of the pipe to bend the pipe. Is given.
[0018]
  No. 1 consisting of the above configuration5The bending apparatus according to the present invention includes the floating member configured by the spherical member including the first member and the second member that are disposed to face the bending roll and are locked to the tip of the mandrel via the joint. In the plug, the electrostrictive element constituting the converting means sandwiched between the first and second members and connected to the ultrasonic oscillator converts an electrical input into a mechanical displacement, Since the floating plug is ultrasonically vibrated, ultrasonic vibration is applied to the pipe supplied in the axial direction of the mandrel by the spherical ultrasonic plug having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe. In addition to expanding the pipe, the bending roll disposed facing the open end of the mandrel presses and bends the outer wall of the pipe so that the pipe is bent. A.
[0019]
  No. 1 consisting of the above configuration6In the bending apparatus of the invention, since the ultrasonic plug vibrates longitudinally due to an electrical input of a resonance frequency from the ultrasonic oscillator, the inner diameter of the pipe is larger than the pipe supplied in the axial direction of the mandrel. Ultrasonic longitudinal vibration is applied by the ultrasonic plug having a spherical outer diameter, and the pipe is expanded, and the bending roll disposed facing the open end of the mandrel presses the outer wall of the pipe. Then, bending is performed on the pipe.
[0020]
  No. 1 consisting of the above configuration7In the bending apparatus of the invention, since the ultrasonic plug vibrates spherically by the electrical input of the resonance frequency from the ultrasonic oscillator, the inner diameter of the pipe is larger than the pipe supplied in the axial direction of the mandrel. Ultrasonic ball vibration is imparted by the spherical ultrasonic plug having an outer diameter, and the pipe is expanded, and the bending roll disposed facing the open end of the mandrel presses the outer wall of the pipe. Then, bending is performed on the pipe.
[0021]
【The invention's effect】
  In the ultrasonic plug according to the first aspect of the present invention having the above-described effect, the conversion means sandwiched in the plug converts the electrical input into a mechanical displacement and ultrasonically vibrates the plug. The effect of making it easy to resonate with ultrasonic vibrationAt the same time, the plug is inserted while expanding the pipe by the ultrasonic vibration, so that the pipe expansion action of the pipe is promoted, the force when the pipe is pushed through the plug is reduced, and it is also applied to a bending shape having severe conditions. There is an effect that can be done.
[0023]
  The first effect2The ultrasonic plug of the invention is the above first.1In addition to the effect of the invention, in the plug of the spherical member, the electrostrictive element sandwiched between the first and second members converts the electrical input into a mechanical displacement and converts the plug into the plug. Is vibrated ultrasonically, so that the plug can be made compact.
[0024]
  The first effect3The ultrasonic plug of the invention is the above first.2In addition to the effects of the invention, in the floating plug of the spherical member, the electrostrictive element sandwiched between the first and second members converts an electrical input into a mechanical displacement, and Since the floating plug is ultrasonically vibrated, there is an effect that the ultrasonic vibration of the plug is facilitated.
[0025]
  The first effect4The bending device of the invention is supplied by the conversion means sandwiched in the plug locked to the tip of the mandrel, which converts an electrical input into a mechanical displacement and ultrasonically vibrates the plug. The pipe is expanded by applying ultrasonic vibration to the pipe with a spherical ultrasonic plug having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe, and disposed opposite the open end of the mandrel. The bending roll presses and bends the outer wall of the pipe, so that the pipe is bent. Therefore, the pipe can be expanded and bent with less electrical input for ultrasonic vibration. There is an effect.
[0026]
  The first effect5The bending apparatus of the invention is the first4In addition to the effects of the invention, the electrostrictive element sandwiched between the first and second members in the floating plug locked to the tip of the mandrel via the joint is electrically The pipe is bent by converting the input into a mechanical displacement and ultrasonically vibrating the floating plug, so that the floating plug can be easily bent.
[0027]
  The first effect6The bending apparatus of the invention is the first5In addition to the effects of the invention, since the pipe is bent by the ultrasonic longitudinal vibration of the ultrasonic plug, the pipe can be effectively bent in the longitudinal vibration direction of the ultrasonic plug. Play.
[0028]
  The first effect7The bending apparatus of the invention is the first5In addition to the effects of the invention, since the pipe is bent by ultrasonic ball vibration of the ultrasonic plug, a uniform amplitude is generated over the entire outer periphery of the ultrasonic plug. There is an effect of enabling uniform bending over the entire area.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0030]
(First embodiment)
The bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug of the first embodiment includes a mandrel 2 to which a pipe 1 to be bent is supplied in the axial direction as shown in FIGS. 1 to 4, and the mandrel 2. The bending roll 3 is disposed opposite to the open end of the pipe 1 and presses the outer wall of the pipe 1 so as to bend the pipe 1. A conversion means 5 for converting an input into a mechanical displacement is inserted, and is composed of a spherical ultrasonic tube expansion plug 6 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe.
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 2, the pipe supply device 10 includes a tail stock 11 that holds the pipe 1, a pair of ball screws 12 that drive the tail stock 11 in the axial direction of the pipe 1, The tailstock driving motor 13 is composed of a three-phase motor that rotationally drives the ball screw 12 via a belt 14.
[0032]
As shown in FIGS. 3 and 4, the ultrasonic tube expansion plug 6 is constituted by a spherical floating tube expansion plug that is locked to the tip of the mandrel 2 via a joint 63, and is made of a first and second material S25C. These

members

61 and 62 are constituted by a spherical member 60 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe.
[0033]
As shown in FIGS. 3 and 4, the first member 61 has a substantially semicircular cross section that forms a tip side portion of a spherical member 60, and is screwed to one end of the joint 63. The second member 62 is formed with an annular recess 621 for inserting and sandwiching an electrostrictive element to be described later and a hole 622 into which the joint 63 is inserted.
[0034]
The conversion means 5 is inserted between a circular flat surface 611 of the first member 61 and a flat surface 623 of the annular recess 621 of the second member 62 as shown in FIG. It is constituted by a pair of

electrostrictive elements

51 and 52 having

electrodes

53 and 54 attached thereto.
[0035]
The pair of

electrostrictive elements

51 and 52 are formed of two titanate-zirconate-lead piezoelectric elements (PZT) formed on a ring-shaped plate as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). The first annular phosphor bronze electrode (thickness 0.2 mm) is interposed between the electrostrictive element 52 and the flat surface 623 of the annular recess 621 of the second member 62. A second annular electrode 54 is interposed between the first and

second members

61 and 62, and is clamped and clamped by a fixed clamping force.
[0036]
As shown in FIGS. 1 and 3A and 3B, the

electrodes

53 and 54 are lead wires extending between the mandrel 2 and the pipe by inner projections 531 and 541, respectively. The ultrasonic oscillator 4 is connected via 55.
[0037]
As shown in FIG. 2, the ultrasonic oscillator 4 is a spherical vibration mode ultrasonic wave in which the entire spherical floating expansion plug 6 in which the pair of

electrostrictive elements

51 and 52 are inserted uniformly expands and contracts. An electrical output having a frequency of 37.9 kHz that causes resonance vibration is supplied to the

electrodes

53 and 54.
[0038]
As shown in FIGS. 1 and 4, the bending roll 3 is constituted by a roll 30 having an arc-shaped concave portion that abuts on the pipe expanded by the floating expansion plug 6 on the outer periphery, The bending roll support member 31 is rotatably supported by a bending roll support member 31 having a cross-sectional shape, and the bending roll support member 31 is moved along the guide 34 by the rotation of a ball screw 33 driven to rotate by a bending roll drive motor 32. The positional relationship between the roll 30 and the floating pipe expansion plug 6 is controlled so that the bending amount, that is, the curvature of the pipe 1 is controlled.
[0039]
In the bending apparatus having the ultrasonic tube expansion plug of the first embodiment having the above-described configuration, the tailstock driving motor 13 rotates the pair of ball screws 12 via the belt 14 in the pipe supply device 10. As a result, the tailstock 11 that holds the pipe 1 is driven in the axial direction of the pipe 1 to move and supply the pipe in the direction of the floating expansion plug 6.
[0040]
The ultrasonic oscillator 4 supplies an electrical output having a frequency of 37.9 kHz to the

electrodes

53 and 54 via the lead wires, and inputs the electrical outputs to the pair of

electrostrictive elements

51 and 52. The spherical floating expansion plug 6 in which the

electrostrictive elements

51 and 52 are inserted and sandwiched performs ultrasonic resonance vibration in a spherical vibration mode in which the whole expands and contracts uniformly.
[0041]
As described above, since the tailstock 11 holding the pipe supplies the pipe 1 toward the floating expansion plug 6, the ultrasonic resonance vibration of the spherical vibration mode in which the whole expands and contracts uniformly. As shown in FIG. 4, the spherical floating pipe expansion plug 6 having a spherical shape expands the pipe supplied with rapeseed oil or other lubricating oil applied to the inner wall by ultrasonic resonance vibration in a spherical vibration mode.
[0042]
In the bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the first embodiment having the above-described action, the conversion means 5 sandwiched by the tube expansion plug 6 converts an electrical input into a mechanical displacement and converts the tube expansion plug. 6 is ultrasonically vibrated, and the pipe 1 is expanded by applying ultrasonic vibration to the supplied pipe 1 by the spherical ultrasonic tube expansion plug 6 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe. Since the bending roll 3 disposed opposite to the open end of the mandrel 2 presses and bends the outer wall of the pipe 1, the pipe 1 is bent, so that the small capacity of the pipe Since only the ultrasonic tube expansion plug 6 needs to be vibrated ultrasonically, there is an effect that the pipe can be expanded and bent with a small electric input.
[0043]
The bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the first embodiment includes the first and second members in the floating tube expansion plug 6 that is locked to the tip of the mandrel 2 via the joint 63. The

electrostrictive elements

51 and 52 inserted between 61 and 62 convert the electrical input into mechanical displacement, and ultrasonically vibrate the floating tube expansion plug 6, thereby bending the pipe 1 Therefore, it is possible to bend the floating pipe expansion plug 6 and to suppress seizure with the pipe by ultrasonic vibration of the pipe expansion plug, thereby smoothing the inner surface.
[0044]
Furthermore, in the bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the first embodiment, the

electrostrictive elements

51 and 52 inserted in the floating tube expansion plug 6 are zircon-titanate-lead piezoelectric elements (PZT). Therefore, the floating pipe expansion plug 2 can be made compact and the small diameter pipe can be bent.
[0045]
Further, in the bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the first embodiment, the pipe 1 is bent by the ultrasonic ball vibration of the ultrasonic tube expansion plug 6. Since a uniform amplitude is generated over the outer periphery, there is an effect of enabling uniform bending over the entire periphery of the pipe 1.
[0046]
(Second Embodiment)
The bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug of the second embodiment is different from the first embodiment in the structure of the ultrasonic tube expansion plug 6 as shown in FIG. The explanation is centered.
[0047]
As shown in FIG. 5, the ultrasonic tube expansion plug 6 is constituted by a spherical floating tube expansion plug that is locked to the tip of the mandrel 2 via a joint 63, and includes first and second members 64 made of material S25C. , 65 is constituted by a spherical member 60 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe.
[0048]
The first member 64 has a substantially hemispherical cross section formed by a spherical member 60 as shown. The first member 64 includes a surface portion 641 that forms a part of the surface of the spherical member 60, a circular flat portion 642 that faces one end surface of the conversion means 5, and a male screw portion 643 that engages with the second member 65. The surface is composed. On the other hand, the second member has a substantially hemispherical cross section constituting a portion of the spherical member 60 on the rear end side. The second member 65 includes a surface portion 651 that forms a part of the surface of the spherical member 60, an annular recess 652 in which the conversion means 5 is inserted, a first male screw portion 653 that is screwed into the first member 64, A second screwing portion 654 that is screwed with the joint 63 is provided, and the male screw portion 631 of the joint 63 is screwed into the second screwing portion 654.
[0049]
As described above, the conversion means 5 is embedded between the circular flat portion 642 of the first member 64 and the annular recess 652 of the second member 65, and has a pair of electrodes with

electrodes

53 and 54 attached thereto. The

strain elements

51 and 52 are used.
[0050]
In the ultrasonic tube expansion plug 6 according to the second embodiment having the above-described configuration, the first member 64 is directly screwed and fixed to the second member 65, and the joint portion 63 is screwed only with the second member 65. It is fixed. The converting means 5 is placed in the annular recess 652 of the second member 65, and one end surface thereof is in contact with the circular flat portion 642 of the first member 64 screwed with the second member 65. It touches.
[0051]
Since the ultrasonic tube expansion plug 6 in the second embodiment is configured as described above, even when a dimensional error occurs in the conversion means 5, the first member 64 and the second member 65 are not connected. A constant fastening force can always be secured by adjusting the screwing state.
[0052]
(Third embodiment)
As shown in FIGS. 1 to 4, the bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug of the third embodiment is such that the ultrasonic tube expansion plug 6 depends on the resonance frequency of the electrical input from the ultrasonic oscillator 4. The point of being configured to vibrate longitudinally is the difference from the first embodiment, and the difference will be mainly described below.
[0053]
The ultrasonic oscillator 4 has an amplitude in the vertical direction (vertical direction in FIG. 2) of the spherical floating expansion plug 6 in which the pair of

electrostrictive elements

51 and 52 are inserted and in the horizontal direction perpendicular to the vertical direction. An electrical output having a frequency of 45.06 kHz that causes ultrasonic resonance vibration in the longitudinal vibration mode in which the antinode of the vibration mode is located and the vibration mode node is located at a position of approximately 45 ° therebetween is the electrode 53. , 54.
[0054]
The bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug of the third embodiment having the above-described configuration is inserted into the tube expansion plug 6 that is disposed to face the bending roll 3 and is locked to the tip of the mandrel 2. The conversion means 5 connected to the ultrasonic oscillator 4 converts electrical input into mechanical displacement and ultrasonically vibrates the tube expansion plug 6, so that the pipe supplied in the axial direction of the mandrel 2 is used. 1, the ultrasonic vibration is applied by the spherical ultrasonic tube expansion plug 6 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe, and the pipe 1 is expanded and disposed opposite to the open end of the mandrel 2. The bending roll 3 presses and bends the outer wall of the pipe 1 so that the pipe is bent.
[0055]
In the bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the third embodiment, the ultrasonic tube expansion plug 6 is vertically moved by the

electrostrictive elements

51 and 52 to which the resonance frequency is electrically input from the ultrasonic oscillator 4. Since vibration occurs, ultrasonic longitudinal vibration is applied to the pipe 1 supplied in the axial direction of the mandrel 2 by the spherical ultrasonic tube expansion plug 6 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe. In addition to expanding the pipe, the bending roll 3 disposed opposite to the open end of the mandrel presses and bends the outer wall of the pipe 1 to bend the pipe.
[0056]
In the bending apparatus having the ultrasonic tube expansion plug according to the third embodiment having the above-described action, the conversion means 5 sandwiched in the tube expansion plug 6 that is locked to the tip of the mandrel 2 has an electrical input. Is converted into a mechanical displacement to ultrasonically vibrate the pipe expansion plug 6, and the ultrasonic longitudinal vibration is applied to the supplied pipe 1 by the spherical ultrasonic pipe expansion plug 6 having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe. The pipe 1 is expanded and the bending roll 3 disposed so as to face the open end of the mandrel 2 presses and bends the outer wall of the pipe 1 so that the pipe 1 is bent. Since the bending process is performed, there is an effect that the pipe can be expanded and bent with a small electrical input for ultrasonic vibration as in the first embodiment.
[0057]
Further, the bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the third embodiment includes the first and second members in the floating tube expansion plug 6 that is locked to the tip of the mandrel 2 via the joint 63. The

electrostrictive elements

51 and 52 inserted between 61 and 62 convert the electrical input into mechanical displacement, and ultrasonically vibrate the floating tube expansion plug 6, thereby bending the pipe 1 Therefore, the floating pipe expansion plug 6 can be bent and the floating pipe expansion plug 6 can be made compact.
[0058]
Further, in the bending apparatus equipped with the ultrasonic tube expansion plug of the third embodiment, the pipe 1 is bent by the longitudinal and lateral amplitudes of the ultrasonic longitudinal vibration mode of the ultrasonic tube expansion plug 6. Since the longitudinal extension is promoted by the lateral amplitude in addition to the longitudinal extension by the longitudinal amplitude, the bending of the pipe 1 in the longitudinal vibration direction of the ultrasonic tube expansion plug 1 can be effectively performed. There is an effect.
[0059]
【Example】
Next, an example for quantitatively confirming the effect of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0060]
The bending apparatus provided with the ultrasonic tube expansion plug according to the example has substantially the same configuration as that of the first embodiment as shown in FIGS. 6A and 6B, and the joint 63 forms the tube expansion plug 6. It is screwed without penetrating the first member, and the only difference is that the tube expansion plug 6 is fixed to the open end of the mandrel 2 (not a floating tube expansion plug) for easy processing of the lead wire. Is.
[0061]
In this embodiment, the pipe expansion rate of the pipe that has been expanded indicates the ratio of the expanded inner diameter of the pipe as shown in FIG.
[Expression 1]

[0062]
As shown in FIG. 4, the bending roll 3 is controlled by the bending roll driving motor 32 so that the positional relationship between the roll 30 and the floating expansion plug 6, that is, the distance to the floating expansion plug 6 is controlled to L. The pipe expanded by the floating expansion plug 6 is bent with a predetermined bending amount, that is, a predetermined curvature, as shown in FIGS. 4 and 6 to 8.
[0063]
As shown in FIG. 7, when the inside radius of curvature Ri and the outside radius of curvature Ro of the bent pipe 1 are measured with a radius gauge and their average is taken as the center radius of curvature R, the following formula 2 As shown in
[Expression 2]

[0064]
The thickness deviation ratio indicates the thickness deviation inside and outside the bent portion in the cross section of the bent pipe 1, and as shown in FIG. The wall thickness t180 was measured. This is shown in Equation 3 below.
[Equation 3]

The t is the average wall thickness of the pipe 1.
[0065]
The flatness indicates the flatness of the cross section of the bent pipe 1 and is expressed by the following equation (4).
[Expression 4]

D is the average outer diameter of the pipe 1.
As shown in FIG. 7C, D2 is the outer diameter of the bending force of the bent pipe 1 in the load direction (curvature radius direction), and D1 is the vertical direction of the pipe 1 in the load direction (curvature radius direction). The outer diameter of the direction. Each of the above measurements was performed with a tool microscope.
[0066]
The bending moment applied to the pipe 1 by pushing the bending roll 3 is obtained by the following equation (5).
[Equation 5]

As shown in FIG. 8, the load F attached to the pushing portion of the bending roll and the load F in the axial direction (x) and the pushing direction (y) generated at the contact point A between the outside of the pipe 1 and the bending roll. Are simultaneously detected.
[0067]
From the result and the geometric distance to the contact A, the above formula 5 was calculated.
Note that ρR is a bending roll radius and ρP is a plug radius, and the calculation is treated as a bending moment at the center of the plug from the idea that the deformation of the pipe is almost performed at the expanded plug portion.
[0068]
The force for pushing the pipe from the rear in the direction of the bending roll, that is, the x direction, was measured by a load cell 16 disposed at the rear of the pipe 1 attached to a bending apparatus.
[0069]
In addition, after scoring a 2.0 mm long and 1.7 mm circumferential grid on the pipe surface, bending is performed, and the change (deformation) of the grid dimensions is measured with a tool microscope, as shown in FIG. A longitudinal strain ε1 and a circumferential strain εθ were obtained. Further, the thickness direction strain εt was calculated from the law of constant volume.
[0070]
The inner surface of the pipe was measured with a surface roughness measuring instrument. Measurements were made inside the bend, which seems to be the most different.
[0071]
The pipe 1 uses an industrial brass pipe (C2700), the dimensions are a pipe outer diameter of 40 mm, a wall thickness of 1 mm, and the length is arbitrarily selected.
[0072]
In this embodiment, it is considered that when ultrasonic vibration is added, the friction is reduced and the processing force can be reduced. Therefore, in order to confirm the effect of the ultrasonic vibration of the pipe expansion plug 6, the pipe expansion is performed. The extrusion force was measured.
When ultrasonic vibration was applied to the pipe expansion plug 6 during the expansion of the tube, the pushing force was reduced by about 15% as shown in FIG. 10, and the effect of the ultrasonic vibration was confirmed.
[0073]
Next, the influence of ultrasonic vibration on the extrusion force when bending was performed was confirmed. In FIG. 11, the horizontal axis is the ratio R / D of the radius of curvature R of the pipe and the outer diameter D of the pipe, the vertical axis is the pushing force, and the R / D is small as apparent from FIG. It shows that the bending amount is large. Regardless of whether or not the ultrasonic expansion is added to the tube expansion plug 6, the pushing force increases as the bending amount increases.
[0074]
As is clear from FIG. 11, when ultrasonic vibration is applied to the tube expansion plug 6 without lubrication, the extrusion force is reduced by about 15% at R / D = 20 compared to the case without addition, and extrusion is performed at R / D = 5. The force is reduced by about 20%, and thus the effect of ultrasonic vibration becomes greater as the amount of bending increases. When R / D = 5 or less, it appears to be more prominent.
[0075]
Further, the effect of ultrasonic vibration of the tube expansion plug 6 is greater when lubrication with lubricating oil is performed as shown in FIG. 11 than when no lubrication is performed. This is because the lubricant supply action by the ultrasonic vibration of the tube expansion plug 6 causes the lubricant to enter between the tube expansion plug 6 and the pipe 1 and suppress the breakage of the oil film. Friction with the pipe 1 is reduced.
[0076]
Further, when ultrasonic vibration is applied to the tube expansion plug 6, the pushing force can be reduced as described above, so that the compressive stress in the longitudinal direction is also reduced, and the tube expansion plug 6 as shown in FIG. The strain ε1 at the position before hitting is also reduced as compared with the case where no ultrasonic vibration is added, and the strain εt at the hit position is also reduced by about 7% as compared with the case where no ultrasonic vibration is added, and even at the position where the deformation is finished. A difference of about 3% is generated in the strain εt, and by adding ultrasonic vibration, it is possible to suppress an increase in the thickness inside the bend.
[0077]
Further, by adding ultrasonic vibration to the tube expansion plug 6, a rapid increase in the strain εt inside the bending can be suppressed as shown in FIG. 12, and therefore the tube expansion plug 6 as shown in FIG. When ultrasonic vibration is added to the surface, the thickness deviation is smaller than when no ultrasonic vibration is added. When the amount of bending increases, the thickness deviation rate increases, but the rate of increase can be suppressed when ultrasonic vibration is added. This is because the effect of ultrasonic vibration on the pushing force increases as the bending amount increases.
[0078]
Further, when ultrasonic vibration is applied to the pipe expansion plug 6, since the friction between the pipe expansion plug 6 and the pipe 1 is small as described above, no ultrasonic vibration is applied as is apparent from FIG. The surface roughness is smaller than in the case. Further, as shown in FIG. 14, when the ultrasonic vibration is not added, the surface roughness increases as the bending amount increases, but the surface roughness when the ultrasonic vibration is added is substantially constant.
This is because when the ultrasonic vibration is not applied, the friction between the tube expansion plug 6 and the pipe 1 is increased, and seizure occurs. When the ultrasonic vibration is applied, the bending amount is large. Since seizure does not occur, a smoothly bent pipe on the inner surface can be obtained.
[0079]
With respect to the relationship between the bending moment and R / D and the relationship between the flatness ratio and R / D, no clear influence was confirmed by the addition of ultrasonic vibration to the tube expansion plug 6.
[0080]
The above-described embodiments and examples are illustrative only, and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art will recognize from the claims, the detailed description of the invention, and the drawings. Modifications and additions are possible without departing from the technical idea of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a bending apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between impedance characteristics and vibration modes in the first and third embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a tube expansion plug and a conversion element in the first embodiment, and a plan view showing electrodes.
FIG. 4 is a partially cutaway side view showing pipe expansion and bending in the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a tube expansion plug and a conversion element in a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a bending apparatus according to an embodiment of the present invention and a cross-sectional view showing a tube expansion plug.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a radius of curvature, a wall thickness ratio, and a flatness ratio of a pipe in the present embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a bending moment of a pipe in the present embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining strain generated in a pipe in the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing the influence of ultrasonic vibration on the pushing force of the pipe in this example.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the pushing force of a pipe and R / D in this example.
FIG. 12 is a diagram showing the influence of ultrasonic vibration on each strain of a pipe in this example.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the pipe thickness deviation rate and R / D in this example.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the surface roughness of the pipe and the R / D in this example.
FIG. 15 is a front view showing a conventional bending apparatus.
[Explanation of symbols]
1 pipe
2 Mandrels
3 Bending roll
4 Ultrasonic oscillator
5 Conversion means
6 Ultrasonic tube expansion plug

Claims

In the plug locked to the tip of the mandrel,
Is connected to the ultrasonic generator, converting means for converting an electrical input into a mechanical displacement is pinched by the plug, Ri has the constitution in which the plug can be ultrasonically,
The ultrasonic plug, wherein the plug is constituted by an ultrasonic plug that expands a pipe inserted through an outer periphery of the plug.

In claim 1 ,
The ultrasonic plug is constituted by a spherical member composed of first and second members,
The ultrasonic plug, wherein the conversion means is constituted by an electrostrictive element sandwiched between the first and second members.

In claim 2 ,
The ultrasonic plug is characterized in that the ultrasonic plug is constituted by a floating plug that is locked to the tip of the mandrel via a joint.

A mandrel in which the pipe to be bent is supplied in the axial direction;
A bending roll disposed opposite the open end of the mandrel and bending the pipe by pressing the outer wall of the pipe;
It consists of a spherical ultrasonic plug fixed to the tip of the mandrel, connected to an ultrasonic oscillator and converting electrical input into mechanical displacement, and having an outer diameter larger than the inner diameter of the pipe. Bending device characterized.

In claim 4 ,
The ultrasonic plug is constituted by a spherical member composed of a first member and a second member, and is constituted by a floating plug that is locked to the tip of the mandrel via a joint.
A bending apparatus characterized in that the conversion means is constituted by an electrostrictive element sandwiched between the first and second members.

In claim 5 ,
The bending apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic plug is configured to vibrate longitudinally by a resonance frequency of an electrical input from the ultrasonic oscillator.

In claim 5 ,
The bending apparatus, wherein the ultrasonic plug is configured to vibrate in a sphere according to a resonance frequency of an electrical input from the ultrasonic oscillator.