(57)【要約】【課題】  蛇腹部の山部及び谷部の板厚及び形状が略均一であり、ばね定数が低い金属べローズの製造方法を提供する。【解決手段】  バルジ加工により直管状のパイプ素管１ａの外周面に波形状の蛇腹部１１を形成して一次成形体１ｂを得る第一工程と、一次成形体の蛇腹部の少なくとも谷部１１ｂに対し、一対の成形ロール３１、３２によってロール加工を施す第二工程とを実施して金属ベローズ１を製作する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルジ加工により直管状のパイプ素管の外周面に波形状の蛇腹部を形成して一次成形体を得る第一工程を含む金属ベローズの製造方法において、前記一次成形体の蛇腹部の山部及び谷部の少なくとも一方に対し、一対の成形ロールによってロール加工を施す第二工程を含むことを特徴とする金属ベローズの製造方法。
【請求項２】
前記第二工程は、第１の成形ロールを一次成形体内に挿設する工程と、第１及び第２の両成形ロールのうちいずれか一方の成形ロールの外周面に形成した環状の突条片を半径方向で蛇腹部の山部または谷部に当接させ、この状態で第２の成形ロールを第１の成形ロールに向かって押圧力を加える工程と、山部または谷部の外周面が、両成形ロールのうちいずれか他方の成形ロールの外周面に形成した環状の規制溝で規制されるまで、第２の成形ロールから押圧力を加えた状態で第１の成形ロールを回転させる工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の金属べローズの製造方法。
【請求項３】
前記突条片及び規制溝を、一次成形体の山数または谷数に一致させて両成形ロールにそれぞれ形成し、蛇腹部の全山部または谷部に対し突条片により押圧力を加えることを特徴とする請求項２記載の金属ベローズの製造方法。
【請求項４】
前記突条片及び規制溝を両成形ロールの外周面に互い違いにそれぞれ形成すると共に、両成形ロールの突条片の半径方向の高さを相互に変え、第２の成形ロールから押圧力を加えていくと、谷部の外周面が第１の成形ロールの規制溝で規制されると同時に、山部の外周面が第２の成形ロールの規制溝で規制されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の金属べローズの製造方法。
【請求項５】
バルジ加工により直管状のパイプ素管の外周面に波形状の蛇腹部を形成して一次成形体を製作するバルジ加工手段と、前記一次成形体の蛇腹部の山部及び谷部の少なくとも一方に対し、ロール加工を施すロール加工手段とを備え、このロール加工手段は、一対の成形ロールを有し、一方の成形ロールの外周面に、半径方向で蛇腹部の山部または谷部に当接する環状の突条片を形成すると共に、他方の成形ロールの外周面に、山部または谷部の外周面を規制する環状の規制溝を形成し、両成形ロールのうちいずれか一方の成形ロールを一次成形体内に挿設した状態で一次加工品に対し半径方向で押圧力を加える押圧手段を他方の成形ロールに設けると共に、この押圧力を加えた状態で一方の成形ロールを回転させる回転手段を設けたことを特徴とする金属べローズの製造装置。
【請求項６】
前記突条片及び規制溝を、一次成形体の山数または谷数に一致させて両成形ロールに形成したことを特徴とする請求項５記載の金属ベローズの製造装置。
【請求項７】
前記突条片及び規制溝を両成形ロールの外周面に互い違いにそれぞれ形成し、蛇腹部の谷部の外周面が前記一方の成形ロールの規制溝で規制されると同時に、山部の外周面が前記他方の成形ロールの規制溝で規制されるように突条片の半径方向の高さを相互に変えたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の金属べローズの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベローズの製造方法及びこの金属ベローズの製造装置に関し、特に、自動車などの車両の排気管に介設されるフレキシブルチューブに用いられる金属ベローズの製造方法及び金属ベローズの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車などの車両の排気管の途中には、金属ベローズを用いたフレキシブルチューブが介設され、このフレキシブルチューブによってエンジンからの振動を吸収することで、排気系下流側のマフラ等の部品に振動が伝達されることを抑制している。従来、この種の金属ベローズは、次のような方法で製作することが知られている。
【０００３】
即ち、パイプ素管の両端部を、上下一対の端部金型で嵌め込むと共に、端部金型の間に等間隔で複数の環状の中間金型を配置した後、パイプ素管の両端を密閉した状態で水圧等の液圧あるいはウレタンゴム等の変形可能な適宜の圧力媒体を利用したバルジ加工によって、内側から圧力を加えてパイプ素管を膨らませるとともに、山部となるべき部分を膨出させる。そして、各端部金型を相互に近接する方向に向かって移動させ、中間金型が相互に密着するまで軸線方向に圧縮成形することで、金属ベローズを製作している（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１２４９号公報（例えば、従来技術の記載参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のものでは、バルジ加工の際に、パイプ素管の内側から圧力を加えて蛇腹部の山部となるべき部分を半径方向に膨出させるため、山部の板厚が谷部の板厚より薄くなって蛇腹部の板厚が不均一になり、また、山部及び谷部の形状も安定しない（即ち、山部及び谷部のＵ字状の端部形状が不揃いとなる）という問題があった。
【０００５】
ところで、金属べローズのばね定数は、蛇腹部の山部及び谷部の板厚を薄くすることにより低くできるが、上記のように蛇腹部の山部と谷部との間で板厚に差が生じる製造方法では、板厚を薄くすることに限界があり、特に、パイプ素管として、所定形状のシート材に型抜きしたものを直管状に成形し、その自由端を合わせて溶接により接合して製作したものでは、接合部が破損し易いため、蛇腹部の山部及び谷部の板厚を薄くすることは困難であった。このため、蛇腹部の軸方向長さを長くして山数を増加したり、蛇腹部の山部と谷部との間の距離を長くしたりすることで、ばね定数を低くすることが考えられるが、これでは、フレキシブルチューブが大型化し、重量の増加を招く。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、蛇腹部の山部及び谷部の板厚及び形状を略均一にでき、ばね定数が低い金属べローズの製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、蛇腹部の山部及び谷部の板厚及び形状が略均一であり、ばね定数が低い金属べローズを製造することに適した金属べローズの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１記載の金属ベローズの製造方法は、バルジ加工により直管状のパイプ素管の外周面に波形状の蛇腹部を形成して一次成形体を得る第一工程を含む金属ベローズの製造方法において、前記一次成形体の蛇腹部の山部及び谷部の少なくとも一方に対し、一対の成形ロールによってロール加工を施す第二工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、バルジ加工によりパイプ素管の外周面に蛇腹部を形成する工程と、ロール加工により蛇腹部の山部または谷部を成形する工程とに分けて金属ベローズを製造するため、バルジ加工の際に蛇腹部の山部と谷部との板厚が不均一になっても、特に板厚の厚くなる谷部に対しロール加工を施すことで、山部と谷部との板厚や形状を均一にできる。その結果、金属べローズのばね定数を低くでき、ひいては、フレキシブルチューブの小型化が図れる。
【０００９】
前記第二工程は、第１の成形ロールを一次成形体内に挿設する工程と、第１及び第２の両成形ロールのうちいずれか一方の成形ロールの外周面に形成した環状の突条片を半径方向で蛇腹部の山部または谷部に当接させ、この状態で第２の成形ロールを第１の成形ロールに向かって押圧力を加える工程と、山部または谷部の外周面が、両成形ロールのうちいずれか他方の成形ロールの外周面に形成した環状の規制溝で規制されるまで、第２の成形ロールから押圧力を加えた状態で第１の成形ロールを回転させる工程とを含むものであれば、例えば、突条片からの押圧力によって、規制溝で規制されるまで各谷部がその全周に亘って均等に押し延ばされて板厚が薄くなると共に、この規制溝によって谷部が例えば略Ｕ字状に成形されることで、蛇腹部の山部及び谷部の板厚や形状を略均一できる。
【００１０】
また、生産性を高めるために、前記突条片及び規制溝を、一次成形体の山数または谷数に一致させて両成形ロールにそれぞれ形成し、蛇腹部の全山部または谷部に対し突条片により押圧力を加えるようにしておけば、蛇腹部の全山部または谷部に対し一度でロール加工ができてよい。
【００１１】
さらに、前記突条片及び規制溝を両成形ロールの外周面に互い違いにそれぞれ形成し、蛇腹部の谷部の外周面が前記一方の成形ロールの規制溝で規制されると同時に、山部の外周面が前記他方の成形ロールの規制溝で規制されるように突条片の半径方向の高さを相互に変えておけば、バルジ加工の際に板厚が薄くなる山部の板厚をさらに薄くしつつその形状を整えることと、この山部の板厚に基づいて谷部と板厚を薄くしつつその形状を整えることとが、一度のロール加工で行うことができ、さらに高い生産性が達成でき、また、金属ベローズのさらなる低ばね化が図れてよい。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の金属ベローズ製造装置は、バルジ加工により直管状のパイプ素管の外周面に波形状の蛇腹部を形成して一次成形体を製作するバルジ加工手段と、前記一次成形体の蛇腹部の山部及び谷部の少なくとも一方に対し、ロール加工を施すロール加工手段とを備え、このロール加工手段は、一対の成形ロールを有し、一方の成形ロールの外周面に、半径方向で蛇腹部の山部または谷部に当接する環状の突条片を形成すると共に、他方の成形ロールの外周面に、山部または谷部の外周面を規制する環状の規制溝を形成し、両成形ロールのうちいずれか一方の成形ロールを一次成形体内に挿設した状態で一次加工品に対し半径方向で押圧力を加える押圧手段を他方の成形ロールに設けると共に、この押圧力を加えた状態で一方の成形ロールを回転させる回転手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記突条片及び規制溝を、一次成形体の山数または谷数に一致させて両成形ロールに形成することが好ましい。
【００１４】
また、前記突条片及び規制溝を両成形ロールの外周面に互い違いにそれぞれ形成し、蛇腹部の谷部の外周面が前記一方の成形ロールの規制溝で規制されると同時に、山部の外周面が前記他方の成形ロールの規制溝で規制されるように突条片の半径方向の高さを相互に変えたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の金属ベローズの製造方法では、生産性を高めつつ、蛇腹部の山部及び谷部の板厚及び形状を略均一にでき、ばね定数が低い金属べローズを製造できるという効果を奏し、また、本発明の金属ベローズの製造装置は、ばね定数が低い金属べローズを製造することに適しているという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照して説明すれば、金属ベローズ１は、例えば、自動車などの車両の排気管に介設されるフレキシブルチューブに用いられるものであり、バルジ加工により直管状のパイプ素管１ａの外周面に波形状の蛇腹部１１を形成して一次成形体１ｂを得る第一工程と、この一次成形体１ｂの蛇腹部１１の少なくとも谷部１１ｂに対し、後述する一対の成形ロールによってロール加工を施す第二工程とを行う本発明の製造を実施して作製される。パイプ素管１ａは、例えば、所定の厚さ（例えば、０．５ｍｍ）を有するステンレス製の金属材料を、連続造管（シューフォーム等）し、その自由端を合わせて溶接により接合し、切断することで製作したものである。
【００１７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して説明すれば、バルジ加工（第一工程）を実施するバルジ加工装置２は、公知の構造を有し、例えばパイプ素管１ａの両端部をそれぞれ嵌合する上下一対の端部金型２１ａ、２１ｂと、両端部金型２１ａ、２１ｂの間に、パイプ素管１ａに形成しようとする蛇腹部の山数に対応させて等間隔で配置され、パイプ素管１ａの長手方向（軸方向）に移動可能な複数の環状の中間金型２２とから構成される。
【００１８】
そして、パイプ素管１ａの両端部を、上下一対の端部金型２１ａ、２１ｂで嵌め込んだ後、パイプ素管１ａの両端開口部を密閉した状態で、パイプ素管１ａ内に液圧を加えて、蛇腹部１１の山部１１ａとなるべき部分を膨出させると共に、谷部１１ｂとなるべき部分を中間金型２２の突出部２２ａで規制しつつ、一方の端部金型２１ｂを、他方の端部金型２１ａに向かって近接移動させ、各中間金型２２が相互に密着するまで軸方向に圧縮成形する。これにより、外周面に、断面Ｕ字状の山部１１ａと谷部１１ｂとが連続して繰り返す波形状の蛇腹部１１が形成された一次成形体１ｂが製作される。この場合、バルジ加工の際の半径方向への膨張及び軸方向への圧縮する力を受けてもパイプ素管１ａの接合部が破損しない範囲となるように蛇腹部１１の山部１１ａ及び谷部１１ｂの板厚が設定される。
【００１９】
上記方法で一次成形体１ｂを製作する場合、パイプ素管１ａの内側から液圧を加えて蛇腹部１１の山部１１ａとなるべき部分を半径方向に膨出させるため、山部１１ａの板厚Ｄ１は谷部１１ｂの板厚Ｄ２より薄くなり、板厚が不均一になる（図１（ｃ）参照）。この場合、金属ベローズ１の低ばね化を図るには、ばね特性に寄与する山部１１ａ及び谷部１１ｂの板厚Ｄ１、Ｄ２を薄くする必要がある。
【００２０】
本実施の形態では、一次成形体１ｂに対してロール加工を施すことで、ばね特性に寄与する山部１１ａ及び谷部１１ｂの板厚Ｄ１、Ｄ２を略均一にすると共に、その板厚を薄くし、その形状を整えることとした。図３を参照して説明すれば、ロール加工（第２工程）を実施するロール加工装置３は、一対の成形ロール３１、３２を有する。第１の成形ロール３１は、一次成形体１ｂより長い寸法を有する円筒形状のものであり、第１の成形ロール３１の中央部の外周面には、蛇腹部１１の谷部１１ｂの数に一致させると共に谷部１１ｂ相互間と同ピッチで、この谷部１１ｂの外形に略一致する断面略Ｕ字状の規制溝３１ａが環状に形成されている。
【００２１】
第１の成形ロール３１の両側は縮径部３１ｂ、３１ｃとして形成され、一方の縮径部３１ｂを介して、ロール加工装置３に装備した回転手段である回転ステージ３３に設けた公知の構造のチャック部３３ａで第１の成形ロール３１をチャックして保持できる。また、他方の縮径部３１ｃの側面には中心孔３１ｄが形成され、この中心孔３１ｄに、ロール加工装置３に装備され、回転ステージ３３の中心に向かって押圧力を加えるスピンドル３４の先端が挿入でき、成形ロール３１が偏芯して回転しないように、成形ロール３１の芯出しを行う役割を果たす。
【００２２】
第２の成形ロール３２は円筒形状の回転軸３２ａを有し、この回転軸３２ａは、断面凹状のホルダ３５の両突出部３５ａの先端間に軸架されている。回転軸３２ａの外周面には、蛇腹部１１の谷部１１ｂの数に一致させると共に谷部１１ｂ相互間と同ピッチで突条片３２ｂが環状に形成されている。他方、ホルダ３５には、図示しない液圧シリンダである押圧手段が連結され、この押圧手段によって、突条片３２ｂの先端部が半径方向で蛇腹部１１の谷部１１ｂに対し押圧力を加えることができる。この場合、突条片３２ｂの先端部は、相互に隣接する山部１１ａ相互間を通って、谷部１１ｂのＵ字状の頂部に対し押圧力を加えることができる厚さに設定されている。
【００２３】
次に、一次成形体１ｂの谷部１１ｂへのロール加工について説明する。先ず、第１の成形ロール３１の一方の縮径部３１ｂを回転ステージ３３のチャック部３３ａでチャックした状態で、両縮径部３１ｂ、３１ｃが一次成形体１ｂの両側から突出するように第１の成形ロール３１の周囲に一次成形体１ｂを配置する。そして、他方の縮径部３１ｃ側面の中心孔３１ｄにスピンドルの先端を挿入して押圧力を加えながら、芯出しを行いつつ成形ロール３１をセットする。
【００２４】
次いで、蛇腹部１１の各谷部１１ｂと各規制溝３１ａとが半径方向で相互に一致するように、第１の成形ロール３１に対し一次成形体１ｂを位置決めし、この状態で、一次成形体１ｂの外側から各谷部１１ｂの外周面に各突条片３２ｂの先端がそれぞれ当接するように、押圧手段を作動させてホルダ３５を移動する。そして、第２の成形ロール３２の突条片３２ｂによって各谷部１１ｂに対し半径方向からの押圧力が加わると、回転ステージ３３のモータを駆動させて回転ステージ３３を回転させる。
【００２５】
回転ステージ３３が回転すると、第１の成形ロール３１が回転することで第２の成形ロール３２が回転し、各成形ロール３１、３２との摩擦によって一次成形体１ｂ自体が回転する。このとき、各突条片３２ｂによって各谷部１１ｂに押圧力が加えられて一次成形体１ｂの内側に向かって押し延ばされることで、谷部１１ｂの板厚がその全周に亘って減少して行く。そして、各谷部１１ｂが規制溝３１ａで規制され、規制溝３１ａに沿ってＵ字状に成形される。この場合、規制溝３１ａの形状及びホルダ３５の押圧力を、山部１１ａと谷部１１ｂの板厚の差に基づく谷部１１ｂの板厚の減少量に応じて適宜設定しておけば、バルジ加工時の山部１１ａの板厚に谷部１１ｂの板厚を一致させることができる。これにより、金属ベローズ１の低ばね化が図られる。
【００２６】
最後に、回転ステージ３３の回転を停止した後、半径方向で反対側にホルダ３５を移動させて金属ベローズ１への押圧力を解放する。次いで、スピンドル３４を反対方向に移動させ、山部１１ａから突条片３２ｂが離間するように金属ベローズ１を半径方向に移動させ、第１の成形ロール３１から引き抜く。
【００２７】
尚、本実施の形態では、バルジ加工の際に板厚が厚くなる全谷部１１ｂに対してロール成形を施すために、第２の成形ロール３２に複数個の突条片３２ｂを設けたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、一個の突条片を設けた成形ロールを用い、ホルダ３５を軸方向に移動させながら、個々の谷部に対してロール加工を施すようにしてもよい。他方で、全山部１１ａに対してロール加工を施す場合は、第１の成形ロール３１に突条片を形成し、第２の成形ロール３２に規制溝を設けた一対の成形ロールを用いればよい（図示せず）。
【００２８】
また、本実施の形態では、山部１１ａの板厚Ｄ１を基準とし、この板厚Ｄ１を、バルジ加工の際にパイプ素管１ａの接合部が破損しない範囲で山部１１ａの板厚Ｄ１が可能な限り薄くなるように設定したが、これに限定されるものではなく、バルジ加工の際に、半径方向への膨出及び軸方向への圧縮する力を受けてもパイプ素管１ａの接合部が破損しない十分な板厚を山部１１ａを有するようにし、蛇腹部１１の山部１１ａ及び谷部１１ｂに対し、同時にロール加工を施して、山部１１ａ及び谷部１１ｂを略Ｕ字形状に形成しつつ、それらの板厚を均一に薄くするようにしてもよい。
【００２９】
即ち、図４に示すように、一対の成形ロール４ａ、４ｂは、略同一の形態を有し、両成形ロール４ａ、４ｂの外周面には、蛇腹部１１の山部１１ａ及び谷部１１ｂにそれぞれ一致させると共に同じピッチで、突条片４１ａ、４２ａ及び規制溝４１ｂ、４２ｂが互い違いにそれぞれ形成されている。この場合、バルジ加工の際に板厚が厚くなった谷部１１ｂが先ず突条片４２ａによって押し延ばされて板厚が減少し、この板厚が、板厚の薄い山部１１ａの板厚と略一致したときに、山部１１ａ及び谷部１１ｂが同時に押し延ばされて板厚が減少し、両突条片４１ａ、４２ａに対向する規制溝４１ｂ、４２ｂでそれぞれ規制されるように、ホルダ３５に軸架される第２の成形ロール４ｂの突条片４２ａの半径方向の高さｈ２が、一次成形体１ｂ内に挿設される第１の成形ロール４ａの突条片４１ａの高さｈ１より長くなると共に、その分規制溝４１ｂの深さが規制溝４２ｂより深くなるよう設定しておけばよい。
【００３０】
これにより、蛇腹部１１のうち、バルジ加工の際に板厚が薄くなる山部１１ａの板厚をさらに薄くしつつその形状を整えることと、この山部１１ａの板厚を基準に谷部１１ｂの板厚を均一に導くと共にその形状を整えることとが、一度のロール加工で行うことができ、さらに生産性を高めつつ、金属ベローズ１の低ばね化が図れてよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、パイプ素管１ａとして、所定の厚さの金属材料を連続造管し、その自由端を合わせて溶接により接合し、切断することで製作したものを用いるものについて説明したが、これに限定されるものではなく、所定の厚さの金属材料の複数枚（例えば、２枚）を重ね合わせたものからパイプ素管を作製し、このパイプ素管から金属ベローズを製造する場合にも、本発明の金属ベローズの製造方法を適用できる。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、蛇腹部１１の山部１１ａ、谷部１１ｂが断面略Ｕ字状のものについて説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、上記と同一の手順で蛇腹部１１の山部１１ａ、谷部１１ｂが断面略Ｕ字状のものを二次加工体１ｃとし、この二次加工体１ｃを圧縮成形して、断面略Ω字状の金属ベローズ１０を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の金属ベローズの製造工程を説明する図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第一工程（バルジ加工）を実施するバルジ加工装置を説明する図。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、第二工程（ロール加工）を実施するロール加工装置を説明する図。
【図４】図３に示すロール加工装置の他の変形例を説明する図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、断面略Ω形状の蛇腹部を有する金属ベローズの作製を説明する図。（ｃ）は、その金属ベローズの部分拡大図。
【符号の説明】
【００３４】
１  金属ベローズ
２  バルジ加工装置
３  ロール加工装置
３１、３２  成形ロール
３１ａ  規制溝
３２ｂ  突条片
【図１】
2008157315.tif 000003
【図２】
2008157315.tif 000004
【図３】
2008157315.tif 000005
【図４】
2008157315.tif 000006
【図５】
2008157315.tif 000007