| 【発明の名称】 |
管端の成形方法とその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】入江 徹
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| 【要約】 |
【課題】素管部の管軸と偏芯した縮径部を容易に成形する。
【解決手段】ワーク４の素管部４ａの管軸Ｘ4 とロール２８の公転軸Ｘ5 を偏芯させてスピニング加工を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 金属管からなるワークの端部外周にロールを押し当てつつワークと相対的に公転させてスピニング加工により管端に縮径部を成形する方法において、ワークの管軸とロールの公転軸とが偏芯した状態でスピニング加工を施して縮径部を成形することを特徴とする管端の成形方法。
【請求項２】 縮径部を、ワーク素材部から先細状のテーパで構成するようにした請求項１記載の管端の成形方法。
【請求項３】 縮径部を、ワーク素材部から先細状にしたテーパと該テーパ部の先端から管軸と平行な筒状にした首部で構成するようにした請求項１記載の管端の成形方法。
【請求項４】 管軸と公転軸のうち少なくとも一方を動かして偏芯させる工程を複数回含み、その各偏芯工程のたびにスピニング加工を施す請求項１又は２又は３記載の管端の成形方法。
【請求項５】 ワークは回転不能に保持してその管軸と平行方向に移動させ、ロールはロール公転軸を中心に公転させるとともに公転軸を中心とする放射方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の管端の成形方法。
【請求項６】 金属管からなるワークの端部の外周にロールを押し当てつつワークと相対的に公転させてスピニング加工を施す管端の成形装置において、ワークの管軸とロールの公転軸とを偏芯させることを特徴とする管端の成形装置。
【請求項７】 ワークの管軸とロールの公転軸との偏芯量を任意に制御できるようにした請求項６記載の管端の成形装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は管端の成形方法とその装置に関するもので、より詳しくは、金属管の端部をスピニング加工により偏芯的に縮管する方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】円筒状の金属管素材（以下ワークという）の端部に縮径部を成形する方法として、従来図９に示すように、ワーク１００を回転支持手段１０１のチャック１０２で支持して、そのワーク１００の軸芯Ｘ1 −Ｘ1 を中心として回転させるとともに、縮管すべき側に配置した１つまたは複数の加工用ロール１０３を、上記Ｘ1 −Ｘ1 を中心として放射方向に縮径移動させてスピニング加工によりテーパ部１０４及び首部１０５からなる縮径部１０６を成形するようにしたものが知られており、例えば、特開平３−２２６３２７号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図９に示すようなワーク１００の素管部と縮径部１０６がＸ1−Ｘ1 を同軸として成形された管とは別に、図１０に示すようなワーク２００の素管部２０１の軸芯Ｘ2 −Ｘ2 とテーパ部２０２及び首部２０３の軸芯Ｘ3 −Ｘ3 を所定量ＯＦ分だけ偏芯（オフセット）させた管や容器の需要がある。
【０００４】例えば、自動車の消音器の外筒として使用するとその搭載性が向上し、また、排気ガス浄化装置の容器として使用するとその搭載性の向上により容器をエンジン側へ接近させて触媒温度の上昇時間の短縮に役立つ。
【０００５】しかし、上記図９に示す従来のスピニング加工による成形方法では、上記図１０に示すようなテーパ部２０２や首部２０３が偏芯した管や容器の成形はできない。
【０００６】そのため、このような偏芯した管や容器の製造には、従来便宜的に、素管部２０１とは別にテーパ部２０２や首部２０３をプレス加工で成形してこれら複数のプレス成形体を組み合わせて溶接する工法が採られている。しかし、このような工法によると、異種作業を必要とするなどから、その製造が困難であるとともに製造コストが嵩み、しかも一体成形ほどの強度が望めない。そのため、図１０に示す偏芯した管や容器を一体にかつ容易に成形する方法が渇望されている。
【０００７】そこで、本発明はこのような渇望を満たす管端の成形方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、金属管からなるワークの端部外周にロールを押し当てつつワークと相対的に公転させてスピニング加工により管端に縮径部を成形する方法において、ワークの管軸とロールの公転軸とが偏芯した状態でスピニング加工を施して縮径部を成形することを特徴とする管端の成形方法である。
【０００９】本発明においては、素管部の管軸に対して偏芯した縮径部を、素材部と一体に容易に成形できる。請求項２記載の第２の発明は、上記第１の発明において、縮径部を、ワーク素材部から先細状のテーパで構成するようにしたものである。
【００１０】本発明においては、テーパ部からなる縮径部を上記第１の発明と同様に、素管部と一体に容易に成形できる。請求項３記載の第３の発明は、上記第１の発明において、縮径部を、ワーク素材部から先細状にしたテーパと該テーパ部の先端から管軸と平行な筒状にした首部で構成するようにしたものである。
【００１１】本発明においては、テーパ部と首部を上記第１の発明と同様に素管部と一体に容易に成形できる。請求項４記載の第４の発明は、上記第１又は２又は３の発明において、管軸と公転軸のうち少なくとも一方を動かして偏芯させる工程を複数回含み、その各偏芯工程のたびにスピニング加工を施すようにしたものである。
【００１２】本発明においては、少量の偏芯とスピニング加工を複数回繰り返して所定量の縮径を行うので、ワークとロールに大きな負担がかからない。そのため、大きな偏芯量や縮径量に縮径する場合でも、正確で確実な縮径加工ができ、かつワークやロールを破損させることもない。
【００１３】請求項５記載の第５の発明は、上記第１乃至第４の発明において、ワークは回転不能に保持してその管軸と平行方向に移動させ、ロールはロール公転軸を中心に公転させるとともに公転軸を中心とする放射方向に移動させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】本発明においては、ロール側を公転させるようにしたので、装置を簡素化できる。すなわち、ワーク側を公転させると、ワークを公転させながら偏芯移動させなければならず、設備が複雑化してコストアップと歩溜まり低下を招くが、本発明はこのようなことを解消できる。
【００１５】請求項６記載の第６の発明は、金属管からなるワークの端部の外周にロールを押し当てつつワークと相対的に公転させてスピニング加工を施す管端の成形装置において、ワークの管軸とロールの公転軸とを偏芯させることを特徴とする管端の成形装置である。
【００１６】本発明においては、上記偏芯スピニングによる管端の成形方法を可能にする装置を提供できる。そして、請求項７記載の第７の発明は、上記第６の発明において、ワークの管軸とロールの公転軸との偏芯量を任意に制御できるようにしたものである。
【００１７】本発明においては、上記第４の発明による成形方法を可能にする装置を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１乃至図８に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１は本装置の一部破断した側面図、図２は同一部破断した平面図で、固定されたベース１上の一側部にはワーク駆動部２が設けられ、他側部にはロール駆動部３が設けられている。
【００１９】ワーク駆動部２側のベース１上には、装着されるワーク４の管軸方向（これをＸ方向とする）に沿ってＸ方向スライドレール５が２条並列的に固設されている。該Ｘ方向スライドレール５上にはＸ方向スライダ６がＸ方向に摺動可能に載置されているとともに、該Ｘ方向スライダ６に設けたボス７にボールスプライン軸８が螺合され、モータ等の駆動手段９によってボールスプライン軸８を所望量正逆回転することにより、Ｘ方向スライダ６をＸ方向に任意量進退移動させることができるようになっている。
【００２０】上記Ｘ方向スライダ６上には、装着されるワーク４の管軸方向Ｘと直交する水平方向（これをＹ方向とする）に沿ってＹ方向スライドレール１０が２条並列的に固設されている。該Ｙ方向スライドレール１０上にはＹ方向スライダ１１がＹ方向に摺動可能に載置されている。更に、該Ｙ方向スライダ１１上にはワーク４のクランプ装置１２を構成する下クランプ１３が載置固定されているとともに該下クランプ１３の下面に固設したボス１４にボールスプライン軸１５が螺合され、モータ等の駆動手段１６によってボールスプライン軸１５を所望量正逆回転することにより下クランプ１３をＹ方向に所望量進退移動させることができるようになっている。
【００２１】上記下クランプ１３の上面にはワーク４の下半面を支承する半円状のクランプ面１３ａが、これにワーク４を載置した場合に、そのワーク４の管軸Ｘ4 が後述する回転シャフト２１の軸芯Ｘ5 と同一高さ位置になるようにして形成されている。更に、該下クランプ１３の上部には、下面にワーク４の上半円を押圧保持するクランプ面１７ａを形成した上クランプ１７が昇降可能に配置されているとともに、該上クランプ１７が油圧シリンダ等の駆動手段１８により昇降駆動されるようになっており、上クランプ１７の下降により該上クランプ１７と上記下クランプ１３によりワーク４を設定位置に回転不能に挟持し、上クランプ１７の上昇によりワーク４の装着及び取り外しができるようになっている。
【００２２】上記クランプ装置１２の後部にはストッパ１９が配備されており、該ストッパ１９にワーク４の後端をつき当てることによりワーク４の軸方向の位置決めが容易に行えるようになっている。該ストッパ１９は例えば上記下クランプ１３に具備してクランプ装置１２と同調して移動させ、また、Ｘ方向に位置調節可能に構成されている。
【００２３】次にロール駆動部３側について説明する。上記ベース１上には回転設備部２０が設置され、該部２０に回転シャフト２１が、その軸芯を上記Ｘ方向にして回転可能に備えられている。該回転シャフト２１は、回転駆動手段であるモータ２２により、ベルト２３を介して一方向に回転されるようになっている。該回転シャフト２１における上記ワーク駆動部２側にはロールホルダ２４が固着され、回転シャフト２１の回転によりロールホルダ２４が回転シャフト２１の軸芯Ｘ5 を中心として回転するようになっている。
【００２４】上記回転設備部２０には、ロールの駆動軌跡を変更する軌跡変更手段が設けられており、該手段は、駆動手段であるシリンダ２５と、該シリンダ２５のロッド２５ａの先端にロールホルダ２４の回転に支障とならないようにロールホルダ２４内に位置させて設けたリングプレート２６とからなる。該リングプレート２６は、上記回転シャフト２１と同芯の環状に形成され、その先部内面が外広がりのテーパ面２６ａに形成されている。
【００２５】上記ロールホルダ２４には複数本の、図の実施例では３本のブラケット２７が、その軸芯をＸ方向にし、かつロールホルダ２４の周方向に等間隔で配設されている。更に、各ブラケット２７はロールホルダ２４の軸芯Ｘ5 を中心とする放射方向に移動可能に備えられている。更に、各ブラケット２７のロールホルダ２４内側には上記テーパ面２６ａに沿うテーパ面２７ａが形成され、各ブラケット２７の外端にはロール２８が、それ自体自由に回転（自転）するように備えられている。
【００２６】なお、図示しないが、上記各ブラケット２７には、これをロールホルダ２４の外周側へ常時付勢する手段、例えばリターンスプリングが設けられており、シリンダ２５によるリングプレート２６の前進（図１の左方）移動により、両テーパ面２６ａ，２７ａによって各ブラケット２７、すなわち各ロール２８が回転シャフト２１の軸芯方向へ同一量閉移動し、また、リングプレート２６の後退（図１の右方）移動により、両テーパ面２６ａ，２７ａによって各ブラケット２７、すなわち各ロール２８が外方へ同一量開移動するようになっている。
【００２７】次に、上記の装置により管端を縮径する方法について説明する。縮管作業前における上下クランプ１３，１７のＹ方向の位置は、これにワーク４を載置した場合に、そのワーク４の管軸Ｘ4 が図４（Ａ）に示すように回転シャフト２１の軸芯Ｘ5 より所定量ＯＦ1 だけ偏芯した位置にある。また、リングプレート２６は、図１に示す位置より右方に位置し、各ロール２８はワーク４の外径よりも外側に退避して開いている。更に、上クランプ１７は上昇退避している。
【００２８】上記の状態において、先ず下クランプ１３のクランプ面１３ａ上に未加工のワーク４を嵌合載置するとともにそのワーク４の後端を所定位置にセットされたストッパ１９につき当て、その後、駆動手段１８を作動して上クランプ１７を下動し、ワーク４を上下のクランプ１３，１７で回転不能に挟持する。これにより、ワーク４は、図４（Ａ）に示すように、その管軸Ｘ4 を回転シャフト２１の軸芯Ｘ5 より所定量ＯＦ1 分だけ偏芯（オフセット）した状態にセットされる。
【００２９】次で、駆動手段９により、ボールスプライン軸８を一方向に回転してクランプ装置１２をＸ方向に沿って図１の右側に移動し、ワーク４を、その管軸と平行してロールホルダ２４側へ所定量前進（図１の右方）移動させてそのワーク４の縮管開始点Ａ（図４（Ａ）参照）に各ロール２８を位置させる。
【００３０】この状態から、駆動手段であるモータ２２を駆動してロールホルダ２４を一方向へ回転するとともに駆動手段２５を作動してリングプレート２６を前進させて各ロール２８の公転軌跡をロールホルダ２４の中心方向へ閉移動させ、かつ、駆動手段９を駆動してボールスプライン軸８を他方向へ回転してクランプ装置１２をワーク４とともにＸ方向に沿って図１の左方へ後退させる。
【００３１】これにより、各ロール２８はワーク４の外周面に圧接して自転しながら管軸Ｘ5 を中心として公転するとともにその公転軌跡径が漸小し、縮径開始点Ａから図４（Ｂ）に示すようにスピニング加工される。このとき、ロール２８の公転軸Ｘ5 がワーク４の管軸Ｘ4 よりＯＦ1 だけ偏芯しているため、スピニング加工された管端は、図４（Ｂ）に示すように、ワーク４の素管部（胴部）４ａの管軸Ｘ4よりＯＦ1 偏芯した公転軸Ｘ5 を軸とする裁頭円錐状のテーパ部４ｂ1 に塑性変形される。
【００３２】また、上記テーパ部４ｂ1 の成形後、そのロール２８の閉位置を保持してワーク４を引き続き後退させることにより、テーパ部４ｂ1 の先部に、ワーク４の管軸Ｘ4 と平行でかつ公転軸Ｘ5 を軸とする円筒状の首部４ｃ1 が塑性変形して形成される。そして、ワーク４とロール２８を、上記縮径移動の往動と逆の移動によって復動させ、この１往復移動を１パスとして第１のスピニング加工工程が終了する。
【００３３】上記の第１のスピニング加工工程の終了後、各ロール２８を開位置へ復帰させるとともに、駆動手段９を作動してボールスプライン軸８を一方向に回転してクランプ装置１２とともにワーク４をその管軸と平行して更に所定量前進させ、各ロール２８を図４（Ｃ）のＢ点に位置させる。また、駆動手段１６を作動してボールスプライン軸１５を一方向に回転し、クランプ装置１２とともにワーク４を更にＹ方向へ所定量移動して、図４（Ｃ）に示すように、ワーク４の管軸Ｘ4 と回転シャフト２１の軸芯、すなわちロール２８の公転軸Ｘ5 との偏芯量ＯＦ2 を上記偏芯量ＯＦ1 より大きくする。
【００３４】そして、この状態より、ロール２８の閉移動量を上記第１工程時よりも大きくして上記と同様なスピニング加工を施す。これにより、上記第１工程で成形されたテーパ部４ｂ1 は、ワーク４の素管部（胴部）４ａの管軸Ｘ4 よりＯＦ2 量偏芯した軸Ｘ5 を中心とする裁頭円錐形状で、かつテーパ角が大きいテーパ部４ｂ2 に塑性変形される。また、上記テーパ部４ｂ2 の成形後、そのロール２８の閉位置を保持してワーク４を引き続き後退させることにより、テーパ部４ｂ2 の先部に、上記第１工程よりも小径の首部４ｃ2 が成形される。
【００３５】以上の工程により、図６に示すような、端部に偏芯テーパ部４ｂと偏芯首部４ｃを一体形成した縮径部４ｄが成形される。なお、上記各駆動手段９，１６，２５は数値制御されるようになっており、ワーク４のＸ方向移動及びＹ方向移動、更にはロール２８の公転軌跡移動は、予め設定された状態に自動的に行われるようになっている。
【００３６】また、上記実施例においては、２回のスピニング加工（２パス）により縮径したが、図４（Ａ）の状態において、そのワーク４を、その管軸Ｘ4 がロール２８の公転軸Ｘ5 より図４（Ｃ）のＯＦ2 分偏芯するようにセットしてスピニング加工を施すことにより、１回のスピニング加工（１パス）により、上記図４（Ｃ）に示すような偏芯量を有する偏芯テーパ部４ｂ2 と偏芯首部４ｃ2 が成形できる。
【００３７】そのため、１回のスピニング加工で成形してもよいが、上記のように複数回のスピニング加工（多数回パス）によると次のような効果がある。すなわち、図４（Ｃ）に示すα側の加工量はβ側の加工量よりも大きいため、１回のスピニング加工で成形すると、その管材の材質や加工量によっては塑性加工の限界に近づきやすく、うねりやしわが発生したり、破断するおそれがある。
【００３８】そこで、α側の塑性加工の限界を超えない範囲内の少ない加工量のスピニング加工を複数回繰り返して行うことにより、上記のおそれを解消できる。更に、上記のようにロール２８の公転軸Ｘ5 より偏芯したワーク４をスピニング加工すると、ロール２８の１回転のうちで、そのロール２８とワーク４との当接、離間が生じ、ロール２８とワーク４に断続的な衝撃を与えてロール２８とワーク４に大きな負担がかかる。
【００３９】そこで、上記のように少しずつ偏芯（オフセット）させることで上記の負担を柔げることができる。したがって、スピニング加工の回数は基本的には多いほどよく、上記実施例では２回としたが、これに限らず２回以上としてもよい。
【００４０】また、上記実施例におけるクランプ部材１２のＸ方向移動装置及びＹ方向移動装置及び回転シャフト２１の回転手段は上記の実施例のものに限るものではなく、その他の油圧駆動、誘導機等の駆動手段を用いたものでもよい。更に、ロール２８の公転軌跡の変更手段も上記の実施例に限るものではなく、ネジ式やレバー式等の他の手段によってもよい。
【００４１】ロール２８は必ずしも複数である必要はなく単数でも構わないが、上述の断続的な衝撃を和らげるためには、ロール数が多いほうが良い。更に、ロール２８は放射方向に必ずしも直線的に動く必要はなく、放射方向（径方向）に位置が変わるのならば、その移動軌跡は問わない。
【００４２】更に、上記実施例は、ワーク４側をＸ方向及びＹ方向に移動するようにしたが、ワーク４の管軸Ｘ4 とロール２８の公転軸Ｘ5 との偏芯及びワーク４とロール２８の軸方向位置は両軸の相対的なものであるため、ワーク４の管軸Ｘ4 を固定して、すなわちワーク４を固定してロール２８の公転軸Ｘ5 、すなわちロール２８をＸ方向及びＹ方向へ移動させるように構成してもよく、また、両軸をＸ方向及びＹ方向に共に移動させるように構成してもよい。
【００４３】更に、ロール２８側を公転させずにワーク４側を、その管軸Ｘ4 を中心として回転させてもよい。更に、上記１工程（１オフセット）におけるロール２８の往復回数（スピニング加工回数）は１回に限らず所望回行ってもよい。
【００４４】上記の工程は、ワーク４の一端側を図６に示すように縮径するものであるが、その縮径したワーク４を前後逆にして再度クランプ装置１２で挟持し、上記と同様のスピニング加工を行うことにより、図７に示すような両端に偏芯したテーパ部４ｂと首部４ｃを有する縮径部４ｄを成形できる。また、この場合、先に成形した縮径部４ｄを周方向の所望の位置にしてそのワーク４をクランプ装置１２で挟持することにより、両縮径部４ｄ，４ｄを、軸芯Ｘ4 を中心とする周方向の対称位置にも所望の非対称位置にも成形できる。
【００４５】また、上記各実施例は、縮径部４ｄをテーパ部４ｂと首部４ｃで構成する場合の例であるが、本発明は、上記首部４ｃがないテーパ部４ｂのみの縮径部を成形する場合にも適用できるものである。
【００４６】更に、ワーク４の管軸方向の移動量とロール２８の開閉移動量との関係を所望に設定することにより、上記のテーパ部４ｂのテーパ角と首部の径等を所望値に成形できるもので、例えば図８に示すような素管部４ａと首部４ｃとを管軸と直角な壁４ｅで一体連結した縮径部４ｄも成形できる。
【００４７】
【発明の効果】以上のようであるから、請求項１記載の発明によれば、素管部の管軸に対して偏芯し、かつ素管部と一体的な縮径部を、通常のスピニング加工に偏芯工程を加えるのみで容易に成形できる。したがって、従来のような複数のプレス成形体を組み合わせて形成するものに比べて容易かつ低コストで成形でき、しかも、通常のスピニング加工に比べて加工コストもさほど嵩まない。
【００４８】請求項２記載の発明によれば、偏芯したテーパ状の縮径部を上記と同様に成形できる。請求項３記載の発明によれば、偏芯したテーパ部と首部からなる縮径部を上記と同様に成形できる。
【００４９】請求項４記載の発明によれば、更に、大きな偏芯量を有する縮径部を、ワークとロールの破損を招くことなく正確で確実に加工できる。請求項５記載の発明によれば、更に、装置の簡素化、コスト低減化、歩溜まりの低下を図ることができる。
【００５０】請求項６記載の発明によれば、上記の偏芯スピニングによる管端の成形方法を可能にする装置を提供できる。そして、請求項７記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の成形方法を可能にする装置を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００１０２２７
【氏名又は名称】株式会社三五
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月１１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 好道
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４７１３８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３０８２４０ |
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