(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部と、峰部と谷底部を接続して周方向に伸びている中間部とで構成されている周方向に伸びている溝を加工するための転造加工装置であり、
断面円形のパイプの周方向に離れた複数の位置でそのパイプの外周面に押付けられて各々に自転する転造ローラ群を備えており、その転造ローラ群は、
峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、
谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、
中間部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、
を備えていることを特徴とする転造加工装置。
【請求項２】
断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部と、峰部と谷底部を接続して周方向に伸びている中間部とで構成されている周方向に伸びている溝を加工するための転造加工方法であり、
パイプ中心を拘束しない状態で、少なくとも、峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、中間部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラを備えている転造ローラ群によって、周方向に離れた複数の位置で、パイプの壁に圧力を加えながら転造することを特徴とする転造加工方法。
【請求項３】
断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部とを備えた状態で周方向に伸びている溝を加工するための転造加工装置であり、
断面円形のパイプの周方向に離れた少なくとも２箇所でそのパイプの外周面に押付けられて自転する少なくとも２個の転造ローラを備えており、
第１の転造ローラには峰部を転造加工する加工面が形成されており、
第２の転造ローラには谷底部を転造加工する加工面が形成されている
ことを特徴とする転造加工装置。
【請求項４】
断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部とを備えた状態で周方向に伸びている溝を加工するための転造加工方法であり、
峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラによって、周方向に離れた少なくとも２箇所で、パイプの壁に圧力を加えながら転造することを特徴とする転造加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断面円形のパイプに転造ローラ群を押付けて転造する転造加工装置と転造加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスホースを接続するガス配管の末端等に周方向に伸びる溝やビード等を塑性加工して形成する場合、転造ローラ群を用いた転造加工技術が広く用いられる。
転造加工装置は、複数の転造ローラ群と、各転造ローラをパイプ周りに転動させるトルク発生手段と、転造ローラ群をパイプに押付けるための加圧力発生手段を備えている。複数の転造ローラ群をパイプの周方向に離れた複数箇所でパイプ外周に接触させ、加圧力発生手段によって転造ローラ群の回転中心間距離を接近させることによって転造ローラ群をパイプ外周に押付け、トルク発生手段によって転造ローラ群をパイプ周りに転動させる。
金属パイプに転造加工するためには、大きな加圧力で転造ローラ群をパイプに押付ける必要があり、通常は大きな加圧力が得られる油圧シリンダを利用して転造ローラ群をパイプに押付ける。
また、従来の転造加工装置は、パイプ端部をクランプしてパイプ中心位置を一定位置に維持する拘束機構を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
パイプの肉厚が厚い場合には、上記装置と上記方法で格別の問題なく転造することができる。しかしながら、肉厚が薄いパイプに転造加工する場合には、パイプ断面が不規則に変形してしまって意図した転造加工をすることができない。転造ローラ群に転造に必要な加圧力を加えると、転造加工されるに先だって肉薄のパイプ断面が不規則に変形してしまうからである。例えば肉厚が１ｍｍ以下の鉄製パイプに転造加工する場合、断面が５角形に変形してしまったり、楕円形に変形したりする現象が頻繁に生じる。
【０００４】
本発明は、肉の薄い断面円形のパイプに、断面の形状を乱すことなく、転造加工できる転造加工装置と転造加工方法を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明の転造加工装置は、断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部と、峰部と谷底部を接続して周方向に伸びている中間部とで構成されている周方向に伸びている溝を加工する。本発明の転造加工装置は、特に、断面円形のパイプの周方向に離れた複数の位置でそのパイプの外周面に押付けられて各々に自転する転造ローラ群を備えている。そして、その転造ローラ群が、峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、中間部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラとを備えていることを特徴とする。
各転造ローラをパイプ周りに転動させる態様には各種が存在する。例えば図３（ａ）は、転造ローラ１４を回転させてパイプ１６と転造ローラ１０、１２を従動回転させる態様を例示する。この場合はパイプ１６が自転するために、パイプ１６を固定して考えると、各転造ローラ１０、１２、１４は、自転しながらパイプ１６の周りを公転する。各転造ローラ１０、１２、１４はパイプ１６に対して滑らない。転造ローラがパイプに対して滑ることなく、自転しながら公転することを、この明細書ではパイプの回りに転動するという。
図３（ｂ）は、パイプ１６を回転させて転造ローラ群１０、１２、１４を従動回転させる場合を例示する。図３（ｃ）は、転造ローラ群の回転中心をパイプ周りに回転させて各転造ローラ１０、１２、１４とパイプ１６を従動回転させる場合を例示する。いずれの場合にも、転造ローラはパイプに対して滑ることなく、自転しながらパイプ周りに公転する。各転造ローラをパイプ周りに転動させるためのトルク発生手段には、各種態様が含まれる。
【０００６】
この発明の転造加工装置は、パイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部と、峰部と谷底部を接続して周方向に伸びている中間部とで構成されている周方向に伸びている溝を加工するための転造加工装置である。パイプの外周面に押付けられて各々に自転する転造ローラ群は、峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、中間部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラとを備えており、この転造ローラ群が、パイプの周方向に離れた複数の位置でパイプを加圧する。この構成によれば、個々の転造ローラの加圧力を小さくでき、転造ローラ群がパイプに加える総加圧力も小さくでき、パイプに加えるストレスを低減しながら転造加工を行なうことができる。このために、薄肉のパイプの断面を乱さないようにしながら転造加工することができる。
【０００７】
本発明の転造加工方法では、断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部と、峰部と谷底部を接続して周方向に伸びている中間部とで構成されている周方向に伸びている溝を加工する。本発明の転造加工方法では、特に、パイプ中心を拘束しない状態で、少なくとも、峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、中間部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラを備えている転造ローラ群によって、周方向に離れた複数の位置で、パイプの壁に圧力を加えながら転造することを特徴とする。
【０００８】
この方法によると、個々の転造ローラの加圧力を小さくして、転造ローラ群がパイプに加える総加圧力も小さくした状態で転造加工を行なうことができる。
また、この加工方法によると、パイプ中心をフローチングした状態で加工することができ、パイプに無理な力がかかりにくく、個々の転造ローラの加圧力を小さくできることとあいまって、薄い肉厚のパイプに転造加工することができる。
さらに、この加工方法によると、ローラ毎のパイプ押込量を等しくする必要がないために、加圧力発生手段の構造を簡素化できる。加工中のパイプ中心位置の変動を許容することで、転造加工装置の構造を簡単化することができる。
【０００９】
本発明の他の一つの転造加工装置は、断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部とを備えた状態で周方向に伸びている溝を加工する。本発明の転造加工装置は、特に、断面円形のパイプの周方向に離れた少なくとも２箇所でそのパイプの外周面に押付けられて自転する少なくとも２個の転造ローラを備えている。そして、第１の転造ローラには峰部を転造加工する加工面が形成されており、第２の転造ローラには谷底部を転造加工する加工面が形成されていることを特徴とする。
ここで言う「第１」、「第２」とは、配置等の順を示すものではなく、単に互いに区別化するために用いたものである。この構成によれば、個々の転造ローラの加圧力を小さくでき、これらの転造ローラがパイプに加える総加圧力も小さくでき、パイプに加えるストレスを低減しながら転造加工を行なうことができる。このために、薄肉のパイプの断面を乱さないようにしながら転造加工することができる。
【００１０】
本発明の他の一つの転造加工方法は、断面円形のパイプの壁に、相対的に大径な状態で周方向に伸びている峰部と、相対的に小径な状態で周方向に伸びている谷底部とを備えた状態で周方向に伸びている溝を加工する。本発明の転造加工方法では、特に、峰部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラと、谷底部を転造加工する加工面が形成されている転造ローラによって、周方向に離れた少なくとも２箇所で、パイプの壁に圧力を加えながら転造することを特徴とする。
この加工方法によると、個々の転造ローラの加圧力を小さくして、転造ローラ群がパイプに加える総加圧力も小さくした状態で転造加工を行なうことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を具現化した好適な実施形態について、図１〜図１１を用いて説明する。
図１〜２は、本実施の形態に係る転造加工装置の転造ローラ群と、転造ローラ群で加工されるパイプを示す要部断面図であり、図１は加工前、図２は加工中と加工終了時を示す。
図１に示すように、３個の転造ローラ１０、１２、１４とパイプ１６は、転造ローラ群１０、１２、１４がパイプ１６の外周面を周方向に取囲むように位置している。転造ローラ１４にはトルク発生手段（図示省略）が取付けられ、矢印の方向に回転する。転造ローラ１０と転造ローラ１２は従動回転する。また、パイプ１６は回転自由に保持されている。パイプ中心は拘束されておらず、転造ローラ群１０、１２、１４によってのみその位置が拘束される。
【００１２】
図２に示すように、転造加工中は、転造ローラ１０と転造ローラ１２の回転中心が転造ローラ１４の回転中心に向けて接近する。これによって、転造ローラ１０、１２、１４は、パイプ１６の周方向に離れた３ヶ所で、パイプ外周面に対してパイプ中心方向に押付けられる。転造ローラ群１０、１２、１４がパイプ１６の外周にパイプ１６の中心に向けて押付けられた状態で転動ローラ１４が回転すると、パイプ１６が矢印の方向に従動回転し、さらに、転造ローラ１０と１２がそれぞれ矢印の方向に従動回転する。このようにして、転造ローラ１４を回転させるトルク発生装置は、転造ローラ群１０、１２、１４をパイプ１６の周りに転動させる。
【００１３】
図３は、転造ローラ群１０、１２、１４をパイプ１６の周りに転動させる各種の態様を示している。図３(ａ)、（ｂ）、（ｃ）の白抜きの矢印はトルク発生手段による回転であることを示し、実線の矢印は従動回転であることを示す。
【００１４】
図３(ａ)は図１、図２で説明した転造加工装置を示し、前述のようにして、転造ローラ１４を回転させるトルク発生手段（図示省略）が転造ローラ群１０、１２、１４をパイプ１６の周りに転動させる。
【００１５】
図３(ｂ)に示す例では、トルク発生手段（図示省略）がパイプ１６に取付けられている。転造ローラ群１０、１２、１４はパイプ１６の外周にパイプ１６の中心に向けて押付けられており、回転自在である。この状態でトルク発生手段によってパイプ１６が矢印の方向に回転すると、転造ローラ１０と１２と１４がそれぞれ矢印の方向に従動回転する。この例では、パイプを回転させる手段が、転造ローラ群１０、１２、１４をパイプ１６の周りに転動させる。
【００１６】
図３(ｃ)に示す例では、パイプ１６は回転不能に拘束され、３個の転造ローラ１０、１２、１４の回転中心が、トルク発生手段(図示省略)によってパイプ１６の中心の周りに回転させられる。転造ローラ群１０、１２、１４はパイプ１６の外周にパイプ１６の中心に向けて押付けられ、回転中心の周りに回転自在となっている。この状態でトルク発生手段によって転造ローラ１０、１２、１４の回転中心がパイプ１６の中心の周りに回転させられると、転造ローラ群１０、１２、１４はパイプ１６の周囲を白抜き矢印の方向に公転する。この時、転造ローラ群は固定されたパイプ１６に接触しながら滑ることなく公転するため、各転造ローラはそれぞれ実線矢印の方向に自転する。
【００１７】
図３に示した３種の転動例では、トルク発生手段によって直接回転される回転体がそれぞれ異なるが、結果としては、共通的に、各転造ローラが自転しながらパイプ周りに相対的に公転する。しかも、転造ローラ群はパイプ１６に接触する部位においてパイプに対して滑らない。本発明で利用可能な転動形態には格別の制約はない。
【００１８】
図４〜図６は、３個の各転造ローラ１０、１２、１４によるパイプ１６の転造加工過程を示す図であり、図４は転造ローラ１０による転造の進行状況を示し、図５は転造ローラ１２による転造の進行状況を示し、図６は転造ローラ１４による転造の進行状況を示す。図４〜図６の（ａ）は加工前、（ｂ）は加工中、（ｃ）は加工終了時の状態を示す。
また、図７〜図９は、図４〜図６の各転造ローラの突起部とこれによって加圧されるパイプ１６の部分拡大図であり、図７は図４と、図８は図５と、図９は図６とそれぞれ対応している。図７〜図９のハッチは、各転造ローラによって転造されるパイプ上での領域を示す。
【００１９】
前述のように、３個の各転造ローラはパイプ１６の外周面を周方向に取囲むように位置されている。また、図４〜図６に示すように、３個の各転造ローラはそれぞれ転造面プロファイルが異なっている。ここでいう転造面プロファイルとは、図４〜図６の（ａ）に示される転造ローラの断面形状をいい、正確には転造ローラの回転中心軸を含む断面での、回転中心軸に沿った位置とその位置でのローラ半径で決まる２次元のカーブをいう。図４〜図６の（ａ）に示されるように、各転造ローラの転造面プロファイルは全部相違している。
【００２０】
図９に示されるように、転造ローラ１４は、回転中心軸に沿った位置に対してローラ半径が急に変化する転造面プロファイルを持つ。図７に示されるように、転造ローラ１０は、回転中心軸に沿った位置に対してローラ半径が緩やかに変化する転造面プロファイルを持つ。図８に示されるように、転造ローラ１２は、中間の転造面プロファイルを持っている。
転造加工時には、図９に示されるように、転造ローラ１４はパイプ１６の谷底近傍の形状を転造する。図７に示されるように、転造ローラ１０はパイプ１６に転造される突部の峰近傍の形状を転造する。図８に示されるように、転造ローラ１２は、転造ローラ１４による転造領域と転造ローラ１０による転造領域の中間領域を転造加工する。各転造ローラによる加工領域は、回転中心軸線方向にずれている。
【００２１】
このように、パイプ１６の転造面を３個の各転造ローラに分散させて加圧するので、各転造ローラとパイプ１６との接触面積が小さくなり、転造ローラ１個当たりの加工負荷を低減することができる。これにより、パイプ１６への加圧力を小さくすることができるため、パイプ１６の変形が生じない。さらに、転造に必要な加圧力が小さくなることにより、転造装置の加圧力発生手段を簡素化することが可能となる。
【００２２】
この加工装置では、パイプに無理な力が作用しないように、パイプ１６の中心位置を拘束しない。パイプ１６の中心位置は、転造ローラ群１０、１２、１４に取囲まれる事で自然と決まる。
この場合、転造ローラ群１０、１２が転造ローラ１４に接近していくこと、ならびに、図７〜９に示すように、各ローラ毎のパイプ押込量が等しくならないことから、加工中のパイプ中心位置は変動する。この技術では、この変動を許容することで、薄肉のパイプに対する転造加工を可能としている。
なお、図１、図２に良く示されているように、各転造ローラの半径を極力大きく確保しており、これによって、加工中に、転造ローラ群１０、１２、１４で囲繞される空間からパイプが逃げ出さないようにしている。
【００２３】
図１０は本実施の形態に係る転造加工装置の加圧力発生手段を示す図である。前述のように、転造ローラ１０と転造ローラ１２は従動ローラであり、図１０に示すように、テコ３０に回転可能に取付けられている。転造ローラ１４の回転駆動軸１８は、図示されない転造装置のフレームに回転可能に取付けられており、その位置は不動である。転造ローラ１４の回転駆動軸１８にはモータが取付けられ、矢印の方向に回転する。
【００２４】
本実施例では、転造加工に必要とされる加圧力は２０００Ｎであり、この力は従来の転造加工装置（全部の転造ローラの転造面プロファイルが等しい）による場合の加圧力の半分以下である。２０００Ｎ程度の加圧力であれば油圧機構を利用する必要がなく、エアーシリンダ２４とリンク機構２８とテコ３０を利用して得ることができる。
【００２５】
この場合、図示されないフレームに固定された固定軸２２に回動自在に取付けられたエアーシリンダ２４が１８０Ｎのシリンダ推力を生じさせる。固定軸２６を支点とするリンク機構２８がこの推力を５倍（９００Ｎ）に増幅させる。更に固定軸２０に回動自在なテコ３０が約２．２倍（２０００Ｎ）に増幅させる。この力で転造ローラ１０と１２を押し上げ、転造ローラ群の回転中心軸間距離を接近させることによって、転造ローラ群の間に挟まれたパイプ１６を加圧する。この状態で、転造ローラ１４を回転させることによってパイプ１６と他の転造ローラ１０，１２を従動回転させる。
前述のように、転造に必要な加圧力が小さいために、これまで利用されていた大型で高価な油圧駆動装置から小型で安価な空気駆動装置に変換できる。これにより転造加工装置の小型化と大幅なコストダウンが実現する。
【００２６】
図１１は本実施の形態に係る転造加工装置の管端受け部を示す図である。これは、パイプの加工側端部とは反対側の端部を受入れる。図１１に示すように、管端受け４０にはパイプ１６の加工側端部とは反対側の端部が差し込まれる。この管端受け４０はパイプ１６の軸方向にスライドし、転造加工中にこの管端受け４０にかかるスラスト荷重をスラスト軸受け４２とコロ状軸受け４４と無給油軸受け４６とバネ４８で受け止めて吸収する構造となっている。
【００２７】
この管端受け部の構造は、転造加工が進むにつれて生じるパイプ１６の軸方向への伸びを吸収する。転造加工中には、パイプ１６の反対側端部をこの管端受け部で受けるだけですみ、加工側端部ではパイプ１６の中心軸位置を拘束する必要がない。パイプ１６は転造ローラ群に挟まれて位置決めされる。加工側端部でパイプの中心軸位置を拘束しておく必要がないために、転造加工装置の構造を簡素化することができる。また、構成部品の要求精度を下げることができるために、コストダウンにつながる。
【００２８】
以上のように、複数の転造ローラの転造面プロファイルを転造ローラ毎に相違させ、パイプの転造面を異なる転造ローラで分散して加圧することで、低い加圧力での転造加工が可能となる。これにより、肉が薄いパイプに、断面の形状を乱すことなく、転造加工を施すことができる。さらに、低い加圧力での転造加工が可能となったことから、転造加工装置の加圧力発生手段を簡素化することができ、このことにより転造加工装置の小型化やコストダウンが実現する。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態の転造加工装置とその加工方法について説明したが、本発明の適用範囲は上記の実施例に何ら限定されるものではない。即ち、本発明は、当事者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、本実施の形態では、転造加工装置に使用した転造ローラは３個であったが、少なくとも２個あればいくつでもよい。３個以上の転造ローラを用いると、他にパイプ中心位置を拘束する手段を必要とせず、転造ローラ群だけでパイプ中心位置を拘束することができて機構を簡単化することができる。
また、例えば、本実施の形態では、加圧力発生手段にエアーシリンダやリンク機構、テコを用いたが、転造ローラがパイプを適切に加圧できる機構であれば、これに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例に係る転造ローラとパイプの加工前の状態を示す要部断面図。
【図２】  実施例に係る転造ローラとパイプの加工中と加工終了時の状態を示す要部断面。
【図３】  実施例に係る転造ローラとパイプの加工中と加工終了時の状態を示す要部断面。
【図４】  転造ローラ１０によるパイプの転造加工の過程の要部断面の側面図。
【図５】  転造ローラ１２によるパイプの転造加工の過程の要部断面の側面図。
【図６】  転造ローラ１４によるパイプの転造加工の過程の要部断面の側面図。
【図７】  転造ローラ１０のエッジ部分と加圧されるパイプ１６の部分拡大図。
【図８】  転造ローラ１２のエッジ部分と加圧されるパイプ１６の部分拡大図。
【図９】  転造ローラ１４のエッジ部分と加圧されるパイプ１６の部分拡大図。
【図１０】  同装置の加圧力発生手段を示す図。
【図１１】  同装置の管端受け部を示す図。
【符号の説明】
１０：転造ローラ
１２：転造ローラ
１４：転造ローラ
１６：パイプ
１８：回転駆動軸
２０：テコ固定軸
２２：エアーシリンダ固定軸
２４：エアーシリンダ
２６：リンク固定軸
２８：リンク機構
３０：テコ
３２：ストッパー
４０：管端受け
４２：スラスト軸受け
４４：コロ状軸受け
４６：無給油軸受け
４８：バネ
【図１】
0003673182.tif 000002
【図２】
0003673182.tif 000003
【図３】
0003673182.tif 000004
【図４】
0003673182.tif 000005
【図５】
0003673182.tif 000006
【図６】
0003673182.tif 000007
【図７】
0003673182.tif 000008
【図８】
0003673182.tif 000009
【図９】
0003673182.tif 000010
【図１０】
0003673182.tif 000011
【図１１】
0003673182.tif 000012