(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円状断面の管の端部を縮径させる方法であって、ロールを、上記管の周りに楕円状の回転軌跡を描くよう相対回転させ、かつ上記管の周りを相対的に一周する間、上記管の端部に連続して押し当て、しかも上記管の端部の長径側の部分には相対的に強く押し当て、上記管の端部の短径側の部分には相対的に弱く押し当てるとともに、上記管の軸線方向に相対移動させることにより、先端に向かうにしたがって管端部の長径を縮径させるとともに、管端部の短径を上記長径より小さい割合で縮径させて、管先端の断面をほぼ真円にすることを特徴とする管の成形方法。
【請求項２】
楕円状断面の管の端部を縮径させる方法であって、ロールを、上記管の周りに相対回転させながら上記管に押し当てることにより、上記管の外周に環状溝を形成する第１工程と、その後、上記第１工程と同一又は他のロールを、上記管の周りに相対回転させるとともに、上記管の軸線方向に相対移動させながら、上記管の上記環状溝より先端側に押し当て縮径させる第２工程とを実行することを特徴とする管の成形方法。
【請求項３】
楕円状断面の管の端部を縮径させる装置であって、上記管を把持する把持手段と、上記管の外周に配されるロールと、このロールを上記管の軸線周りに相対回転させる回転手段と、この回転手段と同期して、上記ロールを上記管の径方向に往復動させる往復動手段と、上記ロールを上記管の軸線方向に相対移動させる移動手段とを備え、上記回転手段及び上記往復動手段によって、上記ロールが、相対的に上記管の周りを一周する間、楕円状の回転軌跡を描きながら上記管の端部に連続的に押し当てられ、しかも上記管の端部の長径側の部分には相対的に強く押し当てられ、上記管の端部の短径側の部分には相対的に弱く押し当てられることを特徴とする管の成形装置。
【請求項４】
楕円状断面の管の端部を縮径させる装置であって、ロールと、このロールをそれから離れた公転軸の周りに回転させる第１回転手段と、上記管を上記公転軸から偏心させて把持する把持手段と、この把持手段を上記管の軸線周りに回転させる第２回転手段と、この第２回転手段と同期して、上記把持手段を上記公転軸と直交する方向に上記公転軸に対して相対的に往復動させる往復動手段と、上記ロールを上記管の軸線方向に相対移動させる移動手段とを備え、上記往復動手段によって上記管が上記ロールの回転軌跡に添うように位置され、上記ロールに押し当てられることを特徴とする管の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、楕円状断面の管を縮径成形する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関の触媒コンバータや消音器の本体は、車両への搭載スペース等を考慮して楕円状断面の管が用いられることが多い。この本体用の管は、長径は勿論のこと、短径についても真円断面の排気管より大径になっており、この本体用管の端部が、先端に向かうにしたがって真円断面になるようにテーパ状に縮径され、上記排気管に接続されている。かかる形状をなす本体用管を製造するには、先ずプレスによって、管を一直径に沿って２分割した形状の一対の成形品を作り、その後、これら成形品を溶接して一体化するという方法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の製造方法は、プレスと溶接という２つの異種作業を要するため、効率が悪かった。そこで、管にロールを押し当てながら相対回転させて縮径させるスピニング加工によって製造できるようにしたいとの要請があった。ところが、従来のスピニング装置は、真円断面の管に対応したものであり、この管の軸線周りにロールが真円軌跡を描くように回転する。この装置を楕円状断面の管に適用すると、加工当初、管端部の長径側の部分にだけロールが当たって縮径され、短径側の部分は、長径側部分が短径と等しくなるまで加工されない。この時、長径側部分の縮径の影響で、短径側部分が拡径変形してしまう。この変形は、加工対象である管端部だけでなく、それ以外の元の楕円形状が維持されるべき素管部にも伝わり、製品形状がゆがんでしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、楕円状断面の管の端部をスピニング加工するに際して、管端部以外の素管部に変形を及ぼすことのない方法および装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、楕円状断面の管の端部を縮径させる方法であって、ロールを、上記管の周りに楕円状の回転軌跡を描くよう相対回転させ、かつ上記管の周りを相対的に一周する間、上記管の端部に連続して押し当て、しかも上記管の端部の長径側の部分には相対的に強く押し当て、上記管の端部の短径側の部分には相対的に弱く押し当てるとともに、上記管の軸線方向に相対移動させることにより、先端に向かうにしたがって管端部の長径を縮径させるとともに、管端部の短径を上記長径より小さい割合で縮径させて、管先端の断面をほぼ真円にすることを特徴とする。
【０００５】
第２の発明は、楕円状断面の管の端部を縮径させる方法であって、ロールを、上記管の周りに相対回転させながら上記管に押し当てることにより、上記管の外周に環状溝を形成する第１工程と、その後、上記第１工程と同一又は他のロールを、上記管の周りに相対回転させるとともに、上記管の軸線方向に相対移動させながら、上記管の上記環状溝より先端側に押し当て縮径させる第２工程とを実行することを特徴とする。
【０００６】
第３の発明は、楕円状断面の管の端部を縮径させる装置であって、上記管を把持する把持手段と、上記管の外周に配されるロールと、このロールを上記管の軸線周りに相対回転させる回転手段と、この回転手段と同期して、上記ロールを上記管の径方向に往復動させる往復動手段と、上記ロールを上記管の軸線方向に相対移動させる移動手段とを備え、上記回転手段及び上記往復動手段によって、上記ロールが、相対的に上記管の周りを一周する間、楕円状の回転軌跡を描きながら上記管の端部に連続的に押し当てられ、しかも上記管の端部の長径側の部分には相対的に強く押し当てられ、上記管の端部の短径側の部分には相対的に弱く押し当てられることを特徴とする。
【０００７】
第４の発明は、楕円状断面の管の端部を縮径させる装置であって、ロールと、このロールをそれから離れた公転軸の周りに回転させる第１回転手段と、上記管を上記公転軸から偏心させて把持する把持手段と、この把持手段を上記管の軸線周りに回転させる第２回転手段と、この第２回転手段と同期して、上記把持手段を上記公転軸と直交する方向に上記公転軸に対して相対的に往復動させる往復動手段と、上記ロールを上記管の軸線方向に相対移動させる移動手段とを備え、上記往復動手段によって上記管が上記ロールの回転軌跡に添うように位置され、上記ロールに押し当てられることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図７は、本発明の第１実施形態を示したものである。この実施形態は、内燃機関の触媒コンバータ１０をスピニング装置Ｍ（成形装置）によってスピニング加工するものである。
【００１０】
始めに、触媒コンバータ１０について説明する。図５及び図６に示すように、触媒コンバータ１０は、スチール管等からなるコンバータ本体１１と、このコンバータ本体１１内に収容された触媒担体１２とを備えている。コンバータ本体１１は、一様な楕円状断面（図２参照）をなす素管部１１ａと、この素管部１１ａから延びるテーパ部１１ｂ（管端部）とを有している。このテーパ部１１ｂが、上記スピニング装置Ｍによってスピニング加工されたものであり、その断面は、先端に向かうにしたがって縮径するとともに真円に近づき、先端縁において真円になっている。図７において仮想線で示すように、この先端縁に、真円断面をなす排気管１９が接続されることになる。
【００１１】
図２及び図５に示すように、触媒担体１２は、格子状をなすハニカム構造体に触媒が担持されたものであり、その外周が楕円状をなして素管部１１ａ内に収容されている。この触媒担体１２の外周と素管部１１ａの内周との間には、セラミック繊維等で出来た保持マット１３（保持材）が介在されている。
【００１２】
スピニング装置Ｍについて説明する。
図１に示すように、装置Ｍは、ベース２０と、このベース２０の右側部に配された管支持ユニット３０と、左側部に配されたロール支持ユニット４０とを備えている。管支持ユニット３０は、ベース２０に立設された支柱３１と、この支柱３１の上端部に固定されたチャック３２（把持手段）とを有している。このチャック３２に、スピニング加工される前の触媒コンバータ１０が軸線Ｌ１を左右に向けて把持されている。図１及び図２に示すように、この加工前のコンバータ本体１１は、全長にわたって一様な楕円状断面をなし、その内部に触媒担体１２及び保持マット１３が予め収容されている。
【００１３】
ロール支持ユニット４０は、ベース２０に設けられたスライド機構５０と、このスライド機構５０上に設けられた公転機構６０と、この公転機構６０に設けられた３つの往復動機構７０と、これら往復動機構７０に設けられた３つのロール８０とを備えている。
【００１４】
スライド機構５０は、ベース２０に固定されたサーボモータ５１（移動手段）と、ベース２０にスライド可能に取り付けられたスライダ５２とを有している。サーボモータ５１には、リードスクリュー５３が連結され、このリードスクリュー５３にガイドナット５４が螺合されている。このガイドナット５４がスライダ５２に固定されている。これによって、サーボモータ５１によりリードスクリュー５３が回転され、ガイドナット５４及びスライダ５２が左右にスライドされ、ひいては上記ロール８０が左右に移動されるようになっている。
【００１５】
スライダ５２には、支柱４１が立設されており、この支柱４１の上端部に上記公転機構６０が設けられている。公転機構６０は、支柱４１に回転可能に支持された中空円盤状のロールホルダ６１と、このロールホルダ６１に連結されたモータ６２（回転手段）とを有している。ロールホルダ６１の軸線Ｌ２は、上記チャック３２に把持された触媒コンバータ１０の軸線Ｌ１と一致されるように配されている。モータ６２によって、ロールホルダ６１が軸線Ｌ２周りに高速回転され、ひいては上記ロール８０が軸線Ｌ２周りに高速回転（公転）されるようになっている。
【００１６】
３つの往復動機構７０は、ロールホルダ６１の周方向に１２０度づつ離れて配されている。各往復動機構７０は、ロールホルダ６１の外周面に設けられたサーボモータ７１（往復動手段）と、このサーボモータ７１に連結されるとともに、ロールホルダ６１の内部に半径方向に向けられて収容されたリードスクリュー７２と、このリードスクリュー７２に螺合されたガイドナット７３と、このガイドナット７３に設けられたシャフト７４とを有している。シャフト７４は、ロールホルダ６１の右側板に形成されたガイドスリット６１ａを介して、管支持ユニット３０に向けて突出されている。このシャフト７４の先端に、上記ロール８０が設けられている。これによって、サーボモータ７１によりリードスクリュー７２が回転され、ガイドナット７３ひいてはロール８０がロールホルダ６１の半径方向に往復動されるようになっている。
なお、ロール８０は、シャフト７４の軸線周りに回転（自転）可能になっている。
【００１７】
上記のように構成されたスピニング装置Ｍによって触媒コンバータ１０をスピニング加工する方法を説明する。
スピニング加工は、図１〜図３に示すように、テーパ部１１ｂとなるべき加工対象部１１ｂ’（管端部）における素管部１１ａとの境に管状溝１１ｃを形成する第１工程と、図４に示すように、その後、管状溝１１ｃより先端側の加工対象部１１ｂ’を先細にする第２工程とからなる。
【００１８】
第１工程について説明する。先ず、図１及び図２に示すように、スライド機構５０によって、ロール８０を加工対象部１１ｂ’の上記境の径方向外側に位置させる。そして、公転機構６０によってロール８０を軸線Ｌ２周りに回転させる。この回転と同期して、ロール８０を往復動機構７０によって半径方向に往復動させ、コンバータ本体１１に連続的に押し当てられるようにする。すなわち、ロール８０に、コンバータ本体１１に沿う楕円状の回転軌跡を描かせる。これによって、図３に示すように、コンバータ本体１１に環状溝１１ｃが形成される。この環状溝１１ｃは、触媒担体１２より先端側（左側）に位置している。
【００１９】
引き続いて、第２工程を実行する。この工程では、上記公転機構６０と往復動機構７０の同期動作に加えて、スライド機構５０によってロール８０を左右方向にスライドさせる。初め、このスライド動作の範囲の右端は、環状溝１１ｃに設定し、左端は、コンバータ本体１１の先端縁（左端縁）に設定する。そして、次第にスライド動作の範囲の右端を加工対象部１１ｂ’の先端側にずらす。これによって、図４に示すように、環状溝１１ｃより先端側の加工対象部１１ｂ’が先細になる。
【００２０】
しかも、往復動機構７０によって、ロール８０がコンバータ本体１１の長径側に面している時は比較的強く押し当てられ、短径側に面している時は比較的弱く押し当てられるようにする。これによって、長径側よりも短径側の縮径割合が小さくなる。この結果、図６に示すように、加工対象部１１ｂ’の断面が先端に向かうにしたがって真円に近づき、先端縁において真円になる。こうして、テーパ部１１ｂが成形される。図７に示すように、環状溝１１ｃは段差１１ｃ’になる。この段差１１ｃ’は、触媒担体１２の外周縁より径方向内側に突出されている。
【００２１】
この第２工程において、加工対象部１１ｂ’の長径側部分のみならず、短径側部分についても長径側部分より小さい割合で縮径され、断面が次第に真円に近づけられるので、素管部１１ａが変形するのを防止することができる。しかも、ロール８０から加工対象部１１ｂ’に加えられる応力を環状溝１１ｃ（ないしは段差１１ｃ’）で遮り、素管部１１ａに伝わるのを防止ことができるので、素管部１１ａの変形を一層確実に防止することができる。ひいては、素管部１１ａ内の触媒担体１２が破損するのを防止することができる。
【００２２】
その後、コンバータ本体１１の左右の向きを逆にしてチャック３２に装着し、図５に示すように、上記と同様にしてコンバータ本体１１の逆側の端部（右端部）にもテーパ部１１ｂを成形する。これによって、触媒コンバータ１０が完成され、内燃機関に組み込まれて車両に搭載される。
【００２３】
この車両に搭載後の触媒コンバータ１０は、次のような効果を奏する。すなわち、図７に示すように、段差１１ｃ’が保持マット１３より径方向内側に突出されているので、排気管１９から送られて来る排気ガスが保持マット１３の先端縁に強く吹き付けるのを防止することができ、保持マット１３が風蝕されたり、保持マット１３を構成する繊維が飛散したりするのを防止することができる。さらに、段差１１ｃ’は、触媒担体１２よりも径方向内側に突出されているので、触媒担体１２が車両の振動等によって軸線Ｌ１方向にずれるのを防止することができる。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、図面に同一符号を付して説明を省略する  図８は、本発明の第２実施形態を示したものである。この実施形態に係るスピニング装置Ｍ’では、第１実施形態の公転機構に代えて、管支持ユニット３０の支柱３１にモータ３３（回転手段）が設けられている。このモータ３３によってチャック３２が軸線Ｌ１，Ｌ２周りに高速回転され、ひいては触媒コンバータ１０が軸線Ｌ１周りに高速回転されるようになっている。ロール支持ユニット４０のロールホルダ６１は、支柱４１に回転不能に固定されている。したがって、ロール８０は、軸線Ｌ２まわりの周方向に沿う所定の角度において半径方向に往復動を行う。
【００２５】
図９〜図１２は、本発明の第３実施形態を示したものである。図９に示すように、この実施形態に係るスピニング装置Ｍ”では、ロールホルダ６１に、第１実施形態の往復動機構７０に代えて、円板形状のカム６３と、このカム６３をロールホルダ６１に対して軸線Ｌ２（公転軸）周りに相対回転させるモータ６４とが収容されている。図１０に示すように、カム６３には、円弧状をなす３つのカム孔６３ａが形成されており、このカム孔６３ａとロールホルダ６１のガイドスリット６１ａとにシャフト７４が貫通されている。これによって、モータ６４がカム６３を回転させると、シャフト７４ひいてはロール８０が、ロールホルダ６１の半径方向に移動されるようになっている（図１２参照）。しかも、３つのロール８０が常に同一の円周上に位置するように、一緒に移動されるようになっている。
【００２６】
図９に示すように、管支持ユニット３０の支柱３１は、ベース２０に固定された外筒３１ａと、この外筒３１ａに挿通された内筒３１ｂとで構成され、サーボモータ３４（往復動手段）及びリードスクリュー３５によって伸縮されるようになっている。これによって、チャック３２、ひいてはそれに把持された触媒コンバータ１０が上下に往復動されるようになっている。チャック３２は、モータ３６（第２回転手段）によって回転されるようになっている。なお、このモータ３６は、第２実施形態におけるモータ３３とは別異のものである。
【００２７】
このスピニング装置Ｍ”によるスピニング加工方法を説明する。
図９及び図１０に示すように、第１工程では、支柱３１を伸長させ、触媒コンバータ１０の軸線Ｌ１をロールホルダ６１の軸線Ｌ２に対して上方に偏心させる。そして、ロール８０の最も内側の回転軌跡Ｃ１の半径が、コンバータ本体１１の短径側の曲率半径とほぼ等しくなるようにして、ロール８０をモータ６２（第１回転手段）によって回転させる。また、モータ３６によってチャック３２ひいては触媒コンバータ１０を、ロール８０の軸線Ｌ２まわりの角速度より遥かに低速で、しかも、ロール８０とは逆向きに回転させる。この触媒コンバータ１０の回転と同期して、サーボモータ３４によって触媒コンバータ１０を上下に往復動させ、コンバータ本体１１が常にロール８０の回転軌跡Ｃ１に添うようにする。これによって、ロール８０が軸線Ｌ２の真上を通過する時、コンバータ本体１１に押し当てられ、コンバータ本体１１に環状溝１１ｃが形成されていく。
【００２８】
図１１に示すように、第２工程では、支柱３１を収縮させ、触媒コンバータ１０の軸線Ｌ１をロールホルダ６１の軸線Ｌ２と一致させる。チャック３２は回転させずに固定しておく。また、モータ６４でカム６３を回し、ロール８０の軸線Ｌ２からの距離を触媒コンバータ１０の長半径に合わせる（同図の仮想線参照）。そして、ロール８０を、公転機構６０によって回転させるとともに、スライド機構５０によってコンバータ本体１１の加工対象部１１ｂ’の範囲で左右にスライドさせる。このロール８０の回転軌跡は、真円を描き、加工対象部１１ｂ’の長径側の部分にだけ当たって、この長径側部分を縮径させる。その後、スライド機構５０によるロール８０のスライド範囲の右端を徐々に左側にずらすとともに、モータ６４によってロール８０を除々に軸線Ｌ２に近づけ、加工対象部１１ｂ’の長径側部分が先細になるようにする。長径側部分が短径と等しくなるまで縮径された時、ロール８０が短径側部分にも当たる。以後加工対象部１１ｂ’の全周にわたって先細に縮径され、テーパ部１１ｂが成形される。
【００２９】
この第２工程では、加工対象部１１ｂ’の長径側部分が短径と等しくなるまで縮径される間、短径側部分には、これを拡径させる応力が働く。しかし、この応力は、環状溝１１ｃによって遮られ、素管部１１ａに伝わることはない。したがって、素管部１１ａの変形を防止することができる。
【００３０】
図１３及び図１４は、本発明の第４実施形態を示したものである。この第４実施形態は、第１実施形態と同一のスピニング装置Ｍを用いて、内燃機関の消音器１０’を成形するものであり、装置Ｍの図示は省略する。消音器１０’の管状をなす本体１１’は、コンバータ本体１１と同様に楕円状断面をなしている。この本体１１’をスピニング加工する際は、第１実施形態の第１工程が省かれ、第２工程のみが実行される。すなわち、環状溝１１ｃを形成することなく、加工対象部１１ｂ’を先細に成形する。環状溝１１ｃが無くても、加工対象部１１ｂ’の長径側部分のみならず、短径側部分についても長径側部分より小さい割合で縮径され、断面が次第に真円に近づけられるので、素管部１１ａが変形するのを防止することができる。
【００３１】
本発明は、上記の実施形態に制約されるものでなく、種々の形態を採用することができる。
例えば、往復動手段は、回転手段（第２回転手段）の回転に同期して動作するカムでもよい。
移動手段を管支持ユニット３０に設けてもよい。
把持手段は、管を挟んで接近離間可能に対峙する一対の挟持部材と、これら挟持部材を接近方向に移動させ管を締め付ける締付部材とを有するクランプでもよい。
第１〜第３実施形態において、第１工程の環状溝１１ｃを別のロール付き溝成形装置（例えば、マフラ巻締機）で形成し、第２工程だけをスピニング装置Ｍ，Ｍ’，Ｍ”で実行してもよい。
第３実施形態において、第２工程でも、第１工程と同様に軸線Ｌ１，Ｌ２を偏心させた状態のまま、加工対象部１１ｂ’を回転軌跡Ｃ１に添わせてロール８０に押し当てることによって、先細にしてもよい。また、この第３実施形態において、往復動手段をロール支持ユニット４０に設けてもよい。
「楕円状」とは、幾何学で定義される完全な楕円の他、例えば短径側が直線状をなし、長径側が一定曲率の円弧をなすなどの完全楕円に類似する丸形状（真円を除く）も含む。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明では、管端部を長径側の部分のみならず、短径側の部分についても長径側部分より小さい割合で縮径させ、断面が次第に真円に近づくように加工するので、管端部以外の素管部の変形を防止することができる。
第２の発明では、第２工程におけるロールから管の端部に加えられる応力の伝播を環状溝で遮ることができ、管端部以外の素管部の変形を防止することができる。
第３、４の発明では、楕円断面の管の端部にロールを押し当て、長径側の部分だけでなく短径側の部分をも縮径させ、例えば環状溝を形成することができるので、素管部の変形を防止することができる。
第５の発明では、管端部を先細に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスピニング装置を、第１工程の実施準備状態で示す正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う矢視図である。
【図３】上記装置を、第１工程の実施状態で示す正面図である。
【図４】上記装置を、第２工程の実施状態で示す正面図である。
【図５】上記第１実施形態に係る触媒コンバータを、完成状態で示す正面図である。
【図６】上記触媒コンバータの側面図である。
【図７】上記触媒コンバータの要部を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスピニング装置の正面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るスピニング装置を、第１工程の実施状態で示す正面図である。
【図１０】図９のX−X線に沿う矢視図である。
【図１１】上記第３実施形態に係るスピニング装置を、第２工程の実施状態で示す正面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線に沿う矢視図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る消音器を、完成状態で示す正面図である。
【図１４】上記消音器の側面図である。
【符号の説明】
Ｍ，Ｍ’，Ｍ”  スピニング装置（成形装置）
１１  コンバータ本体（管）
１１’  消音器本体（管）
１１ｃ  環状溝
３２  チャック（把持手段）
３３  モータ（回転手段）
３４  サーボモータ（往復動手段）
３６  モータ（第２回転手段）
５１  サーボモータ（移動手段）
６２  モータ（回転手段、第１回転手段）
７１  サーボモータ（往復動手段）
８０  ロール
Ｌ１  軸線
Ｌ２  軸線（公転軸）
【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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