(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベローズの材料としての金属素管の外周に設ける固定金型と、
前記固定金型に対し前記素管の軸線方向に離間して配置され、前記素管の軸線方向に移動可能でかつ前記素管の径方向に分割可能な移動金型と、
前記素管の内面において前記固定金型と対応する位置に設けられた第１のシール手段と、
前記素管の内面において前記移動金型と対応する位置に設けられかつ前記第１のシール手段との間に液圧室を形成する第２のシール手段と、
前記液圧室に加圧された液を供給することによって前記液圧室に位置する前記素管の一部を外側に膨張させる液圧供給手段と、
前記移動金型を前記固定金型に近付く第１の方向（F1）に移動させることにより前記素管の前記膨張した部位を前記固定金型と移動金型との間で塑性変形させてひだ壁を成形する型駆動機構と、
前記ひだ壁が成形されたのち前記移動金型を素管の径方向にひらく前に該移動金型を前記ひだ壁から離す方向で前記第１の方向（F1）とは逆の第２の方向（R）に前記ひだ壁のピッチの半分以下の距離だけ僅かに後退させる微量後退手段と、
前記移動金型が前記微量後退手段によって後退させられたのち該移動金型を径方向にひらく型開閉機構と、
前記移動金型が径方向にひらいた後に前記素管を該移動金型および前記固定金型に対して素管の軸線方向で前記第２の方向（R）と同じ方向（F2）に所定量相対移動させる素管送り機構とを具備し、
前記固定金型と移動金型の相互対向面に、それぞれ断面Ｓ形のひだ壁を成形するための成形面を備え、かつ、
前記固定金型と移動金型の各成形面は、それぞれ、前記素管の軸線と直角な線分とのなすテーパ角を１０度以下の狭角としたことを特徴とする金属ベローズの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アキュムレータあるいは真空バルブ、ポンプなどに内蔵される金属ベローズの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属ベローズにはその軸線方向に山部と谷部が交互に形成されている。これら山部と谷部の断面形状（ひだ壁の断面形状）として、Ｕ形以外に、Ｖ形、Ω形、あるいはＳ形など様々な形態が知られている。例えば図１７に示すベローズ１はその軸線Ｘ方向に交互に形成された複数の山部２と谷部３とを有している。これら山部２と谷部３を構成するひだ壁４，５はそれぞれＳ形断面をなしている。
【０００３】
このようなＳ形断面のベローズ１は、Ｕ形断面のひだ壁を有する通常のベローズと比較して、軸線方向に圧縮したときの密着長が十分短いため、自由長からの伸縮ストロークを長くとれるといった長所がある。なお、この明細書で言うＳ形断面とは、ベローズ１の径方向に滑らかに連続する凹凸（湾曲面）が、波のように交互に形成されている形状を言い、厳密な意味でのＳ字形を意味するわけではない。
【０００４】
Ｓ形断面の金属ベローズ１を製造する方法として、例えば、プレスによって成形されたＳ形断面の複数枚の円板状ベローズ要素を溶接によって順次つなぎ合わせる方法が知られている。あるいは、ベローズの材料である金属素管からバルジ加工によって山部と谷部を一体に成形する方法も知られている。前者はいわゆる溶接ベローズであり、後者は一体成形ベローズと称されている。一体成形ベローズは溶接ベローズと比較して、加工工数が少なく、材料の歩留まりが高く、品質も安定しているなどの長所がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記Ｓ形断面のベローズを一体成形するために、バルジ加工の一例として液圧成形が適用されることがある。液圧成形を行うベローズ製造装置は、ベローズの材料である素管の外周側に設ける第１の金型および第２の金型を有している。そして素管の内側から液圧を作用させることにより、第１の金型と第２の金型との間で素管の一部を膨らませつつ、これらの金型を互いに近付ける方向に移動させて、金型間に素管の一部を挟み込むことによってひだ壁を成形する。
【０００６】
このようなベローズ製造装置において、図１１に示すように金型１３，１４の成形面３６，３７のテーパ角α１，α２が小さい場合、ひだ壁を成形したのち金型１３，１４を素管の径方向にひらく際に、成形直後のひだ壁に成形面３６，３７の一部が強く当たることにより、ベローズに傷が付くという問題が生じた。ベローズに傷が付くことを回避するには、図１２に示す金型１３′，１４′のように、成形面３６′，３７′のテーパ角β１，β２を大きくすればよい。しかしテーパ角β１，β２が大きい金型１３′，１４′は、ひだ壁を成形する際に金型１３′，１４′の先端部Ｃ，Ｃ間の距離が大きいため、ひだ壁を十分な波形に成形できないという問題がある。
【０００７】
従って本発明の目的は、Ｓ形断面のベローズも傷付けることなくしかも正確な形状にひだ壁を成形できるベローズ製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明のベローズ製造装置は、素管の外周に設ける固定金型と、前記固定金型に対し前記素管の軸線方向に離間して配置され、前記素管の軸線方向に移動可能でかつ前記素管の径方向に分割可能な移動金型と、前記素管の内面において前記固定金型と対応する位置に設けられた第１のシール手段と、前記素管の内面において前記移動金型と対応する位置に設けられかつ前記第１のシール手段との間に液圧室を形成する第２のシール手段と、前記液圧室に加圧された液を供給することによって前記液圧室に位置する前記素管の一部を外側に膨張させる液圧供給手段と、前記移動金型を前記固定金型に近付く第１の方向に移動させることにより前記素管の前記膨張した部位を前記固定金型と移動金型との間で塑性変形させてひだ壁を成形する型駆動機構と、前記ひだ壁が成形されたのち前記移動金型を素管の径方向にひらく前に該移動金型を前記ひだ壁から離す方向で前記第１の方向とは逆の第２の方向に前記ひだ壁のピッチの半分以下の距離だけ僅かに後退させる微量後退手段と、前記移動金型が前記微量後退手段によって後退させられたのち該移動金型を径方向にひらく型開閉機構と、前記移動金型が径方向にひらいた後に前記素管を該移動金型および前記固定金型に対して素管の軸線方向で前記第２の方向と同じ方向に所定量相対移動させる素管送り機構とを具備し、前記固定金型と移動金型の相互対向面に、それぞれ断面Ｓ形のひだ壁を成形するための成形面を備え、かつ、前記固定金型と移動金型の各成形面は、それぞれ、前記素管の軸線と直角な線分とのなすテーパ角を１０度以下の狭角としている。
【０００９】
本発明のベローズ製造装置は、第１のシール手段と第２のシール手段との間の液圧室に加圧された液を供給し、素管の一部を外側に膨張させるとともに、移動金型を固定金型に近付ける方向に移動させる。こうすることにより、素管の一部が固定金型と移動金型との間に挟まれて塑性変形し、ひだ壁が成形される。ひだ壁が成形されたのち、微量後退手段によって移動金型をひだ壁から離す方向に少し後退させる。そののち移動金型が径方向にひらく。移動金型が径方向にひらいたのち、素管送り機構によって素管が移動金型および固定金型に対して軸線方向に所定量移動する。
【００１０】
この発明において、前記固定金型と移動金型は、互いの対向面に、例えば断面Ｓ形のひだ壁を成形するための成形面を備えている。この場合、各成形面は、それぞれ、前記素管の軸線と直角な線分とのなすテーパ角を１０度以下の狭角にするとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について図１から図１１を参照して説明する。
図２に概略を示すベローズ製造装置１０は、金属ベローズの材料である直管状の薄肉金属素管１１を、液圧によりバルジ加工するものである。この製造装置１０は、ベースフレーム１２と、固定側の第１の金型１３および移動側の第２の金型１４を含む金型セット１５と、第２の金型１４を素管１１の軸線方向に移動させる型駆動機構１６と、素管１１を保持するチャック１７と、素管１１の内部に挿入されるマンドレル１８と、マンドレル１８を素管１１の軸線方向に移動させるマンドレル駆動機構１９と、素管１１を保持するチャック１７を素管１１の軸線方向に移動させる素管送り機構２０などを備えている。
【００１２】
図１に示すように、第１の金型１３は第１の型ホルダ３０に保持されている。第２の金型１４は第２の型ホルダ３１に保持されている。第２の金型１４と型ホルダ３１は、第１の金型１３と型ホルダ３０に対して、素管１１の軸線方向に相対的に往復移動可能である。この実施形態の場合、サーボモータ等のアクチュエータを用いた型駆動機構１６（図２に示す）により、第２の型ホルダ３１が第２の金型１４と一体に素管１１の軸線方向に移動させられるようになっている。
【００１３】
型駆動機構１６は、例えばサーボモータ１６ａと、サーボモータ１６ａによって回転駆動されるボールねじ１６ｂなどからなり、サーボモータ１６ａに入力するパルスに応じてサーボモータ１６ａが回転することにより、第２の金型１４が素管１１の軸線方向に移動するようになっている。型駆動機構１６は、この発明で言う微量後退手段としても機能する。
【００１４】
金型１３，１４と型ホルダ３０，３１は、図３にその一部を示すように、分割面３８を境に型開閉機構３９によって径方向（図３に矢印Ｗで示す方向）に二分割できるようになっている。この実施形態の場合には、第１の金型１３がこの発明で言う固定金型に相当し、第２の金型１４が移動金型に相当する。ただしこれとは逆に、第２の金型１４と型ホルダ３１を固定し、第１の金型１３と型ホルダ３０を素管１１の軸線方向に移動させるように構成してもよい。
【００１５】
図１等に示すように、金型１３，１４に素管１１を挿入する孔３４，３５が形成されている。第１の金型１３と第２の金型１４の相互対向面には、成形すべきベローズ１（図１７に示す）のひだ壁４，５に応じて、それぞれＳ形断面の成形面３６，３７が形成されている。
【００１６】
図１１に示すように金型１３，１４の成形面３６，３７のテーパ角α１，α２は１０度以下の狭角である。例えばα１は６．５度であり、α２は８．９度である。図１２は成形面３６′，３７′のテーパ角β１，β２が２０度を越える金型１３′，１４′（比較例）を示している。例えばβ１は２０．６度であり、β２は２０．４度である。ここで言うテーパ角α１，α２，β１，β２とは、各々の金型の軸線（素管１１の軸線Ｘ）と直角な方向の線分Ａに対し、各成形面の基部Ｂと先端部Ｃとを結ぶ線分Ｄがなす角度である。
【００１７】
マンドレル１８は、素管１１に挿入される円筒状のボディ４０と、ボディ４０の内部を相通しかつボディ４０に対して軸線方向に移動可能なセンターロッド４１と、センターロッド４１の先端部に設けられたピストン状のシールヘッド４２などを備えている。シールヘッド４２の外周部には、第１の金型１３の内周側に位置する第１のシール部材４５が設けられている。
【００１８】
ボディ４０の外周部に、第２の金型１４の内周側に位置する第２のシール部材４６が設けられている。これらシール部材４５，４６間において、素管１１の内面側に液圧室４７が形成される。第１のシール部材４５は、この発明で言う第１のシール手段として機能する。第２のシール部材４６は、この発明で言う第２のシール手段として機能する。
【００１９】
センターロッド４１には、液圧室４７に開口する液圧導入口４８と、この液圧導入口４８に連通する液流通部４９が形成されている。液流通部４９には、加圧された流体（例えば水）を液圧室４７に供給するための液圧供給装置５０（図２に示す）が接続されている。
【００２０】
以下に、上記製造装置１０を用いて行われるベローズ製造工程について説明する。
図１に示すように、第１の金型１３と第２の金型１４を互いに離間させ、かつこれらの金型１３，１４を二分割した状態（径方向にひらいた状態）で、金型１３，１４に素管１１をセットするとともに、素管１１の開口端から素管１１の内部にマンドレル１８を挿入する。
【００２１】
その後、図４に示すように金型１３，１４を径方向に閉じる。図４中の矢印Ｍ１は金型１３，１４が閉じる方向を示している。このとき第１のシール部材４５は第１の金型１３の内周側に位置し、第２のシール部材４６は第２の金型１４の内周側に位置することになる。
【００２２】
そののち、図５に示すように、液圧供給装置５０によって加圧された流体（例えば水）が、液流通部４９と液圧導入口４８を経て液圧室４７に供給される。液圧室４７に供給された液体の圧力により、シール部材４５，４６間において素管１１の一部１１ａが外径方向に少し膨らむ。
【００２３】
図６に示すように、液圧室４７内の液圧を維持した状態で、第２の金型１４と第２の型ホルダ３１およびボディ４０とシール部材４６が、互いに同期して第１の金型１３に向かって矢印Ｆ１方向に移動させられる。こうすることによって、金型１３，１４の成形面３６，３７に素管１１の一部１１ａが挟まれて塑性変形し、成形面３６，３７に応じたＳ形断面のひだ壁４，５が成形される。
【００２４】
こうして一山分のひだ壁４，５が成形されたのち、図７に示す微量後退工程において、第２の金型１４が型駆動機構１６（図２に示す）によって、僅かな距離Δｄだけ戻される。すなわち、第２の金型１４が第１の金型１３から離れる方向（矢印Ｒで示す方向）に僅かな距離Δｄだけ後退する。この距離Δｄは、ひだ壁４，５のピッチＰ（図１６に示す）に応じて設定され、例えばピッチＰが４．４ｍｍの場合にΔｄは約２ｍｍ、ピッチＰが２．８ｍｍの場合にΔｄは約１ｍｍである。後退する距離Δｄが大きくなり過ぎると、第２の金型１４が一つ前に成形されたひだ壁４を傷付けてしまうおそれがある。このため、後退させる距離ΔｄはピッチＰの半分以下の小さな量とするとよい。
【００２５】
この微量後退工程を経て第２の金型１４が少し後退したのち、図８に示すように第１の金型１３と第２の金型１４が径方向（矢印Ｍ２で示す方向）にひらく。こうして金型１３，１４がひらく前に、予め前記微量後退工程によって、第２の金型１４が少し後退しているため、金型１３，１４の成形面３６，３７が成形後のひだ壁４，５を強く押してしまうことが回避され、ひだ壁４，５が傷付くことを防止できる。
【００２６】
金型１３，１４が径方向にひらいたのち、素管送り機構２０によって素管１１が金型１３，１４に対して図９に矢印Ｆ２で示す方向（管軸方向）に所定量相対的に送られる。また、第２の金型１４と型ホルダ３１が矢印Ｆ３で示す方向に後退して成形前の位置に戻るとともに、これと同期してボディ４０とシール部材４６も後退する。
【００２７】
ひだ壁４の前側に第２の金型１４の成形面３７が位置した時点で、図１０に示すように第１の金型１３と型ホルダ３０および第２の金型１４と型ホルダ３１が矢印Ｍ１方向に閉じる。そして前述の図５から図１０に示す一連の工程が再び繰返されることによって、次の一山分のひだ壁４，５が成形される。こうして一山ずつひだ壁４，５を順次形成することによって、図１６に示す一次成形ベローズ１′が製造される。
【００２８】
この実施形態の金型１３，１４は、図１１に示すように成形面３６，３７のテーパ角α１，α２をそれぞれ１０度以下の狭角としているため、ひだ壁４，５を成形する際に、素管１１に対する金型１３，１４の先端部Ｃ，Ｃ間の距離Ｌが小さくなる。このため素管１１の型なじみが良くなり、ひだ壁４，５の波形を十分に成形でき、図１７に示す最終製品のベローズ１に近い形状の一次成形ベローズ１′を製造することができる。
【００２９】
なお、一次成形ベローズ１′を軸線方向に圧縮し、各ひだ壁４，５を互いに密着させることにより、図１７に示すように山部２の先端２ａと谷部３の先端３ａの曲率半径をさらに小さくすることができる。
【００３０】
前記実施形態の金型１３，１４の成形面３６，３７は、テーパ角α１，α２をそれぞれ１０度以下の狭角としている。これに対し、図１２は成形面３６′，３７′のテーパ角β１，β２が２０度を越える金型１３′，１４′を示している。この金型１３′，１４′を用いて成形されたＳ形断面のベローズ（比較例）と、図１１に示す金型１３，１４を用いて成形されたＳ形断面のベローズ（実施例）の耐久試験結果を図１３に示した。
【００３１】
図１３から判るように、図１１に示されたテーパ角α１，α２が小さい成形面３６，３７によって成形されたベローズは、図１２に示す大きなテーパ角β１，β２の成形面３６′，３７′によって成形されたベローズと比較して、耐久性が大幅に向上している。その理由は、テーパ角α１，α２の小さい成形面３６，３７を用いてひだ壁４，５を成形した場合には、テーパ角β１，β２が大きい成形面３６′，３７′を用いる場合と比較して、素管１１に対する金型１３，１４の先端部Ｃ，Ｃ間の距離Ｌを小さくすることができることにより、ひだ壁４，５のＳ形状が安定するためと考えられる。
【００３２】
図１１に示したようにテーパ角α１，α２が小さい成形面３６，３７によってひだ壁４，５を成形する場合、ひだ壁４，５を成形したのちそのまま金型１３，１４を径方向にひらいてしまうと、成形直後のひだ壁４，５に成形面３６，３７の一部が強く当たってしまい、ひだ壁４，５が傷付いてしまう。
【００３３】
そこでこの実施形態のベローズ製造装置１０は、ひだ壁４，５が成形されたのち金型１３，１４が径方向にひらく直前に、前述の微量後退工程において、型駆動機構１６によって第２の金型１４を少し後退させている（図７参照）。このため、金型１３，１４が径方向にひらく際に、成形面３６，３７の一部が成形直後のひだ壁４，５を強く押してしまうことを回避でき、ひだ壁４，５に傷がつくことを防止できた。
【００３４】
なお、図１４と図１５は本発明の第２の実施形態のベローズ製造装置１０′を示している。このベローズ製造装置１０′は、シールヘッド４２′を一体に有する部材とボディ４０′のみによってマンドレル１８′を構成することにより、マンドレル１８′の構造を簡単にしている。それ以外の構成と作用は第１の実施形態と同様である。この第２の実施形態のベローズ製造装置１０′の場合、第２の金型１４を第１の金型１３に向かって移動させる際に、シールヘッド４２′とシール部材４５が第２の金型１４と同期して移動し、その移動の際にシール部材４５が素管１１の内面を滑りながら軸線方向に移動する。このような構成によればマンドレル１８′の構成が簡単となる。
【００３５】
前記実施形態では、型駆動機構１６そのものが微量後退手段としての機能を兼ね備えている。ただしこの発明を実施するに当たって、微量後退手段は、型駆動機構１６とは別に設けた油圧式あるいは機械式の駆動機構によって、移動金型を僅かに後退させてもよい。
【００３６】
またこの発明は、Ｓ形断面のベローズを製造するのに適しているが、場合によってはＶ形断面やＵ形断面など、金型の成形面の形状に応じて、Ｓ形以外の断面形状のひだ壁を有するベローズの製造にも用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、金型の成形面の形状に応じてＳ形断面やＶ形断面、Ω形、Ｕ形断面等の所望のひだ壁を有するベローズを製造することができる。特にＳ形断面のように凹凸のある成形面によってひだ壁を成形する場合、成形面のテーパ角が小さくても、金型が径方向にひらく際にベローズのひだ壁が成形面によって傷付くことを防止できる。
【００３８】
本発明によれば、Ｓ形断面のひだ壁を有するベローズを傷付けることなく製造できる。また本発明によれば、テーパ角の小さい成形面を有する金型によってＳ形断面のひだ壁を成形することにより、成形時の固定金型と移動金型の先端部間の距離を小さくとることができ、ひだ壁の形状が安定することにより、耐久性の高い金属ベローズを製造でき、しかも金型がひらく際にベローズのひだ壁が成形面によって傷付くことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すベローズ製造装置の一部の断面図。
【図２】図１に示されたベローズ製造装置の全体を概略的に示す側面図。
【図３】図１に示されたベローズ製造装置の型開閉機構の一部を示す正面図。
【図４】図１に示されたベローズ製造装置において金型に素管をセットした状態の断面図。
【図５】図１に示されたベローズ製造装置において素管に液圧を作用させた状態の断面図。
【図６】図１に示されたベローズ製造装置においてひだ壁が成形された状態を示す断面図。
【図７】図１に示されたベローズ製造装置において金型を少し後退させた状態を示す断面図。
【図８】図１に示されたベローズ製造装置において金型をひらいた状態の断面図。
【図９】図１に示されたベローズ製造装置において一方の金型を軸線方向に移動させた状態の断面図。
【図１０】図１に示されたベローズ製造装置において金型を閉じた状態の断面図。
【図１１】図１に示されたベローズ製造装置の金型の一部を拡大して示す断面図。
【図１２】テーパ角が大きい比較例の金型の一部を拡大して示す断面図。
【図１３】互いにテーパ角が異なる２種類の金型を用いて製造されたベローズの耐久試験結果を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施形態を示すベローズ製造装置の一部の断面図。
【図１５】図１４に示されたベローズ製造装置においてひだ壁が成形された状態を示す断面図。
【図１６】一次成形されたベローズの一部の断面図。
【図１７】完成したベローズの一部の断面図。
【符号の説明】
１…ベローズ
４，５…ひだ壁
１０…ベローズ製造装置
１１…素管
１３…第１の金型（固定金型）
１４…第２の金型（移動金型）
１６…型駆動機構（微量後退手段）
２０…素管送り機構
３６，３７…成形面
３９…型開閉機構
４５…第１のシール部材
４６…第２のシール部材
４７…液圧室
５０…液圧供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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