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Abstract Pipe bending is a manufacturing technology that contributes to the lightening of products and increases adaptability to low-volume, high-variety type manufacturing schedules. Due to today s needs for resource conservation and compactness in products, there is a demand for thin-walled pipe bending technology that enables tight bending radiuses and produces high-quality bending with minimum cross-section distortion or scarring of the pipe. In the bending of thin-walled pipe, wrinkles occur easily and it is diffi cult to maintain precision of shape. There have been a number of methods introduced for bending thin-walled pipe, but all of them have involved an increased number of steps and were therefore considered not suitable for mass production. At Yamaha we focused on a hydro-bending method in which both ends of the pipe are tightly sealed with reusable pressure-resistant caps and fi lled with a water at high pressure. During the development of this method, special attention was given to safety measures, which resulted in major reduction of the amount of air injected to pressurize the water and measures to deal with the occurrence of water leaks. In order to increase manufacturing effi ciency, the capping and water injection process and the de-capping and emptying process were made separate steps so that production cycle time could be set around the actual bending process. The result is a high-quality bending method capable of producing quality products in one process with the thin-walled pipes (external diameter 38.1mm, wall thickness 0.85mm, bend radius 60mm) that had been considered diffi cult to mass-produce in the past. Furthermore, we were able to maintain a cycle time (one minute) that is the same as existing bending methods for thicker- walled pipes. 要 旨 曲加工機器軽量化多品種少量生産対応生産技術。 最近省資源、 化伴、 薄肉管曲半径小、 断面変形、 傷少高品質曲 要求。 薄肉管曲加工発生易、 形状精度維持難 。 世中薄肉管曲対応方法工程増量産不向考 。 当社両端再使用可能耐圧栓密栓、 内部高圧水充填曲方法 （ ） 着目。 開発、 安全対策高圧水混入量極小、 高圧水水漏 時対策等実施。 生産性向上際、 密栓注水工程開栓排水工程外段取化、 曲工程合。 結果、 従来方式量産困難薄肉 （外径 38.1mm、 板厚 0.85mm、 曲半径 60mm） 良品一発従来並生産性（ 分） 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 田代 庸司 YoujiTashiro 葭野 民雄TamioYoshino MC 事業部 生産技術開発室GSS 基礎技術 Gr / MC 事業部 SS 技術 Gr 早出 技 術 論 文技 術 論 文 YAMAHA MOTOR TECHNICAL REVIEW YAMAHA MOTOR TECHNICAL REVIEW 2002.04.16 技 術 論 文技 術 論 文 確保、 高品質曲加工工法開発、 実用化。 1 鋼管製 使用。 限空間 為、複雑曲形状 （図1） 。 地球環境観点省資源、 省他、 性能、 商品品質向上 要求。 軽量化、 耐久性満足薄肉管採 用始。 、 多様化 曲半径小傾向。 結果、 曲仕様厳中、 高品質実現 高度生産技術必要。 現在回転引曲心金 （） 用曲装置使用。 薄肉剛性低為、 曲加工中部生不良品発生易。 、 曲 部、 傷、 断面変形等、 品質上問題多。 世中曲手段内部氷、 水等充填方法。 工程増、 量産不向考。 当社流動性高水充填方法着目、 生産性改善、 薄肉対応 工法開発実用化紹介。 2 現状曲加工法 当社早出工場中心生産。 外径 30 60mm 、 肉厚1.0 1.2mm 、 全長 400 700mm 。 2.1 製作工程 工場納入素管受入検査 後、 回転引曲曲加工、 検査、 洗浄、 両端切断、 溶接、 圧漏検査、 傷修正、 前仕上、 加工経完成 （図 2） 。 2.2 曲工程 回転引曲内径合心金差込、 型、 型前 進固定。 型型一体化回転、 型溝巻 図 2 製作工程 図 1 外観 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 技 術 論 文技 術 論 文 様曲。 型曲反力受 止、 動従移動。 心金曲 断面楕円化防止共、 型反力受、 管壁型、 型 押付防止。 心金部摩擦低減 極圧添加剤塩素多含有油剤使用 得、環境面対応望 （図、 ） 。 動作 （位置決、 、 回転曲等） 制御操作性良。 、 型型、 型、 心金 位置調整熟練者試曲繰返必要 。 発生場合、 型 位置調整圧力高、 心金部等 摩擦抵抗増部易。 力高問題 全体再取必要 （図 5） 。 調整後 NC 制御、 自動化 量産。 型、 心金摩 擦摩耗、 数日再調整、 数千個交換 。 当社競技用現 YZF 肉厚薄、 曲半径小 発生易、 調整数時間要生産性妨 。 、 調整難専用機 化稼働率低下。 新軽量化等、 厳 曲要望、 現有技術量産困難 （表1 、 図 6） 。 図 5 品質不良発生箇所 図 曲仕様曲加工難易性 010101 現 YZ426F新 YZ426F新 YZ250F 外形 (mm)41.341.338.1 肉厚（mm）1.00.80.85 曲半径（mm）807560 曲角度 ( 度 )180180180 肉厚 / 外径0.0240.0190.022 曲半径 / 外径1.941.821.57 曲加工従来方式従来方式 量産限界量産困難 表 1 YZ 曲仕様 図 4 回転引曲曲手順 図 3 回転引曲 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 技 術 論 文技 術 論 文 3 薄肉曲工法開発 現状改善加、 軽量化等商品性向上図為、 新曲技術開発取 組。 3.1 断面変形防止技術 曲技術、 断面変形防止次基本的方法。 (1) 内面外力加 （内圧） (2) 内面変位拘束 （心金、 氷、 砂、 低融点合金、 溶融塩） (3) 外面変位拘束 （型、 型、 型） (4) 軸方向外力加 一般的曲 (2) 心金、 (3) 金型一式、 (4) 引曲力併用 。 二重管等特殊用途(2) 氷等内充填曲方法品質上他、 面問題多 （表 ） 。 残(1) 内圧 （水圧） 調査。 3.2 水圧法 ( ) 水圧方大分 3 種 （図） 。 方式両端耐圧栓弾性部材連結 、 水充填方法構造難点。 方式弾性体軸方向変形、 圧力保持 耐久性問題。 対、 方式全 長亘圧力保持為、 曲位置制約 。 、 内圧軸方向引張力 発生、 発生防止有効。 耐圧栓抜 止構造工夫、 実用化可能性高。 表2 変形 基本的変形防止法事例特 質 (1) 内面外力加内圧 ( 水圧 )内面均一加圧可能、生産性 ( 密栓方法、 ) 問題 (2) 内面変位拘束心金一般的利用、薄肉等問題 氷二重管曲応用、生産性上問題 砂二重管曲応用、環境上 ( 粉塵、振動 ) 問題 低融点合金工程複雑、研究段階 溶融塩二重管曲応用、工程複雑 (3) 外面変位拘束金型一般的利用 (4) 軸方向外力加引張防止 圧縮破断防止 図7 水圧方式 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 技 術 論 文技 術 論 文 必要圧力最大降伏応力前後。 値径、 肉厚、 材質曲厳 （曲半径、 曲角度、 偏平率） 異10 20Mpa 。 膨張 成形区別為、 工法呼 （図） 。 課題 (1) 安全確保 （高圧水混入防止、 水漏対策等） 、 (2) 密栓方法、 (3) 圧力制 御、 (4) 生産性向上。 3.3 要素技術 3.3.1 耐圧栓 一般的金属製蓋溶接方式 端切、 栓方法生産 性問題。 化学機械等高圧容器製造会社、 溶 接品質確認耐圧栓用水圧実 施。 耐圧栓原理外部 径拡張防止、 効果利用 内径押付抜防止共 拡張。 今後自動化対応易 （図 ） 。 機構採用空気混入防止必 要。 透明用、 水充填時 空気残留有無調査。 結果、 直立姿勢上部耐圧栓付近空気溜 判。 溜上部抜 穴設、 空気溜確認 （図10） 。 図10 耐圧栓構造 残対策 図 8 工法比較 図9 水圧栓写真 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 技 術 論 文技 術 論 文 3.3.2 水圧発生用 曲加工中破損場合水飛散 最小限押、 高圧時流量少 、 制御易適。 本設備空気 圧動力源方式採用 （図11） 。 空気圧Mpa 最大水圧 Mpa 発生 （図12） 。 3.3.3 圧力制御 加工中弾性変形 塑性変形体積増加圧力低下 。 常時一定制御必要。 入口圧力検出、 設定圧 生場合、 駆動圧制御吐出圧 調整仕組必要 （図13） 。 作業安全上、 本装置次制御必 要。 (1) 水充填完了時残留空気無 ； 注水時、入口気泡検出停止 。 、 出口水気泡感知規定時間後注水停止。 (2) 急激昇圧避 ； 不完全場合備、 水飛散最小限為、 目標圧段階的昇圧。 (3) 昇圧時、 内残留空気無 ； 残留空気昇圧時間長時間検出停止。 (4) 昇圧後、 耐圧栓緩、 亀裂等発生時対応； 圧力急激低下送水量増加伴、回数増。検出異常 時停止。 図13 高圧制御 図 11 断面 図 12 特性 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 技 術 論 文技 術 論 文 3.4 開発機 以上要素技術評価確立、 単曲利用機製作 （図14） 。 3.5 曲加工手順 最初水圧材降伏応力半分目安設定。 本装置加工手順以下示。 (1) 耐圧栓取付、 気泡無注水、 水漏確認。 (2) 、 設定水圧加圧後、 曲加工。 (3) 、 開栓排水。 3.6 結果 開発機前述新曲加工。 結果、 従来方法曲加工困難、 等不具合無、 断面偏平率 （最小 外径 / 公称外径） 96従来 （93） 以上品質確保出来 （図15） 。 、 曲加工条件出、 試加工本数通常数分一済、 調整非常簡単事分 。 図 15 新 YZ250F 曲結果 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 図 14 装置概要 技 術 論 文技 術 論 文 4 量産設備開発 安全性確保、 生産性従来方法同狙 (1) 分、 多機種対応狙 (2) 段取短縮、 調整一発目標立。 (1) 分目指解決2 課題。 . 密栓注水工程、 開栓排水工程外段取化、 分以内。 . 自動位置決、 複数回曲可能設備。 (2) 機種変更段取短縮、 調整一発 . 金型交換等従来通実施、 他出来設定 （ 交換） 。 安全確保 . 耐圧栓締付管理、 締付量管理、 耐圧栓使用回数管理実施。 課題達成機構新設改良必要。 4.1 量産設備新設、 改良項目 複数回曲可能設備改造事。 主新設、 改良項目説明。 (1) 密栓注水機新設 耐圧栓挿入後、 自動締上、 注水新設事前注水。 時、 規定、 規定締付量外場合停止。 (2) 高圧水供給配管自動気泡抜機構新設 注水後、 供給高圧水気泡無事必要。 本装置始動時等、 定期的気泡抜 機構設。 上高圧配管接続部採用。 (3) 耐圧栓使用回数記憶回路 一機種複数 耐圧栓使用。 毎生産回数記憶、 消耗品 （等） 寿命管理事保全性向上。 (4) 耐圧栓構造改良 複数回曲加工実施耐圧栓装着 後、 一端保持、 前進、 等動 作出来様必要。 、 反 側耐圧栓取付部設 。 外部補強一体化、 耐圧栓装着、 搬送、 等自動化容易 （図16） 。 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 図 16 量産用耐圧栓 技 術 論 文技 術 論 文 4.2 量産設備概要 以上改良項目織込共安全性向上、 作 業負荷軽減、 省人化為、 搬送 採用。 作業者溶接線曲内側様 決位置 起動押 。 後一連工程自動化、 曲加工 完了取出、 検査 （図17 、 表 3 、 図18） 。 4.3 量産事例 本設備新 YZ250F 用 生産開始。 曲部偏平率同一為、 曲角度毎圧力変化 （表 4） 。 図 17 曲設備 作業名作業内容 作業者起動押 密栓注水 1 耐圧栓密栓注水機 密栓注水機耐圧栓取付、注水 移動 1 1 注水完了 曲曲加工機設定水圧加圧、曲加工 移動 2 2 曲完了開栓機 開栓排水開栓機耐圧栓外、排水 移動 3 2 運搬 耐圧栓回収 2 耐圧栓回収 検査作業者検査曲精度確認 表 3 量産設備作業内容 図 18 概要主要新設、 改良項目 表 YZ250F 生産条件 機種 新 YZ250F径 38.1mm 板厚0.85mm 材質 SUS304L曲半径 60mm 曲角度 ( 度 ) 水圧力 (Mpa) 曲 1 回目33.512 曲 2 回目18015.5 薄肉曲工法開発実用化 ( ) Bending Method and Production System for Thin-walled Pipe (Hydro-Bending) 技 術 論 文技 術 論 文 5 成果 (1) 新 YZ-F 生産目標 出来。