(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管又は板等の被成形物から所望の長穴を引き出し成形するための成形装置であって、
前記長穴と略同心に位置するように該長穴よりも小さな下穴が設けられた被成形物の該下穴の面に対して略垂直方向に移動し、該下穴の開口部に挿通可能なアームと、
前記アームの移動を制御する制御部と、
前記被成形物の下穴の面に対して前記アームと対抗する側に予め配置され、該アームと係合して一体動作が可能で、平面積が前記長穴に対応する大きさのプラグと、を備え、
前記アームは前記プラグと係合するための爪を有し、該爪は、前記制御部により動作が制御され、バタフライ様の動作により前記プラグに動力の連結又は解放を与えることを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記アームは、前記プラグと係合する側とは反対側の端部に、動力を付与するシリンダーロッドと連結された動力連結アームである、請求項１記載の成形装置。
【請求項３】
更に、前記被成形物を所定の位置に保持するための成形外金型を備える、請求項１又は２記載の成形装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の成形装置によって、管又は板等の被成形物から所望の長穴を引き出し成形する成形体の製造方法であって、
前記制御部からの信号を受けて、前記アームを、前記長穴と略同心に位置するように該長穴よりも小さな下穴が設けられた被成形物の該下穴の面に対して略垂直方向に該下穴の上方から下方に移動させ、次いで、前記アームを前記プラグと係合させて一体動作により該下穴の下方から上方に移動させることを特徴とする成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管（パイプ）又は板等の被成形物に所望の長穴を引き出し成形するための装置に関し、詳しくは、被成形物に所望の長穴を引き出し成形する際に、一体成形で資材ロスが少なく、材料劣化を防止でき、短時間での成形が可能な耐性に優れた成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワークとしての管に長穴を成形（製缶）するには、管に穴を、図１（ａ）の平面図（下の図）に示すような形状に穴１を開け、同じ形状に曲げた別の資材を溶接にて製缶していた。
【０００３】
しかしながら、従来の製缶方法では、管を溶断して長穴開口部を設けた後に開口の枠となるボックス部を溶接によって成形していたため、溶接による材料劣化が生じたり、溶接の高度な熟練工が必要で成形に長時間を要していた。また、開口実際寸法の広い開口部の材料損失が出るといった問題もあった。
【０００４】
そこで、従来の配管で行われている成形方法を応用して、引き出し加工することが考えられた。従来の配管で行われてきた成形は、円形であり、引き出し加工の応力は中心一点であったので、中心からアームを入れ芯金と接続して引き出し動力を与えれば良かった。ところが、長穴の成形では、一点の力で引き出すのにバランスが取れず、調整（補正）しながら時間をかけて成形する以外に方法がなかった。このため、長穴だから成形芯を二点に広げる方法が考えられるが、接続方法に長短の誤差が出たのでは、大きな力を必要とするアームに歪が蓄積され耐力に問題があり、なお機械にかかる成形時の応力がワークに更に拡大され正常な成形が難しい。このために成形シャフトを線にする必要があった。現実にはワークに初期にかかった変心誤差は成形と共に拡大されてしまい、結局接続したシャフトは大きな力で横滑りして曲げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、管又は板等の被成形物に所望の長穴を引き出し成形するに際し、一体成形で資材ロスが少なく、材料劣化を防止でき、短時間での成形が可能な耐性に優れた成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意研究した結果、図１（ｂ）の平面図（下の図）に示すように、塑性加工により成形しようとする所望の穴よりも小さい下穴２を予め管（ワーク）に設けておき、その管の内部に配置した成形プラグ３を特定機構により上方向からの外部引き抜き力と一体動作させる管の一体成型手段、すなわち図１（ｂ）の側面図（上の図）に示すように、成形プラグ３を下（管の内部）から上（管の外部）へ移動させる手段を備えた装置が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。
【０００７】
本発明は、前記知見に基づきなされたもので、以下の発明を提供するものである。
１．管又は板等の被成形物から所望の長穴を引き出し成形するための成形装置であって、
前記長穴と略同心に位置するように該長穴よりも小さな下穴が設けられた被成形物の該下穴の面に対して略垂直方向に移動し、該下穴の開口部に挿通可能なアームと、
前記アームの移動を制御する制御部と、
前記被成形物の下穴の面に対して前記アームと対抗する側に予め配置され、該アームと係合して一体動作が可能で、平面積が前記長穴に対応する大きさのプラグと、を備え、
前記アームは前記プラグと係合するための爪を有し、該爪は、前記制御部により動作が制御され、バタフライ様の動作により前記プラグに動力の連結又は解放を与えることを特徴とする成形装置。
【０００８】
２．前記アームは、前記プラグと係合する側とは反対側の端部に、動力を付与するシリンダーロッドと連結された動力連結アームである、前記１記載の成形装置。
【００１１】
３．更に、前記被成形物を所定の位置に保持するための成形外金型を備える、前記１又は２記載の成形装置。
【００１２】
４．前記１〜３の何れかに記載の成形装置によって、管又は板等の被成形物から所望の長穴を引き出し成形する成形体の製造方法であって、
前記制御部からの信号を受けて、前記アームを、前記長穴と略同心に位置するように該長穴よりも小さな下穴が設けられた被成形物の該下穴の面に対して略垂直方向に該下穴の上方から下方に移動させ、次いで、前記アームを前記プラグと係合させて一体動作により該下穴の下方から上方に移動させることを特徴とする成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、管又は板等の被成形物に所望の長穴を引き出し成形するに際し、一体成形で資材ロスが少なく（３０％程度で節約される）、また溶接による材料劣化を防止でき、同時に溶接の高度な熟練工が不要で短時間での成形が可能な耐性に優れた成形装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の成形装置では、従来の溶接製法で避けられなかった溶接部位の金属劣化がポールに及ぼす台風、地震などの振動が繰り返し疲労として蓄積されるための損壊事故を少なくする性能を備える。
【００１５】
また、本発明によれば、開口部位周辺の強度が向上された長穴を有する成形体を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、その好ましい実施形態に基づき図面を参照して説明する。
（成形装置の全体構成）
図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る成形装置を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の成形装置の右側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ｂ）の成形装置における成形終了の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からさらに成形ユニットが上方へ移動した状態を示す図である。
【００１７】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る成形装置１００は、ワークとしての管（パイプ）１１等の被成形物から所望の長穴を引き出し成形するための成形装置であって、土台部と柱部からなるＬ形フレーム（左側面視した際にＬ字形に見えるフレームベース）２２と、該Ｌ形フレーム２２の柱部にリフトブラケット２６によって支持され、複数のガイドローラー２５によって、該Ｌ型フレーム２２の柱部に上下移動可能に設けられた成形ユニット（点線で囲まれた部分：パワーユニット）２９と、正面視でＬ形フレーム２２の土台部上の中央に位置し、該成形ユニット２９の上下移動をさせるためのユニットリフトアップ（上下）シリンダー２８と、を備えた構造を有している。
【００１８】
ここで、成形ユニット２９は、所定の位置にセットした管１１を固定し保持するために管１１の上側部に接触配置される成形外金型１２と、該成形外金型１２と結合してそれを支持する金型ベース１３と、成形前に管１１の内部に予め配置される成形プラグ（金型）２３と、該成形プラグ２３と係合し成形の際に該成形プラグ２３を引き上げるアーム２４と、該アーム２４におけるプラグ２３と係合する側とは反対側の端部に連結され、制御部（図示せず）からの信号を受けて該アーム２４に動力を付与するシリンダーロッド１４と、該ロッド１４の側周囲に位置してその動きを安定させるロッドガイドメタル１５と、該ロッド１４に直結するピストン１６と、該ピストン１６を上下稼働に収容するメインシリンダー（アクチュエーター）１９と、から構成されている。
【００１９】
なお、本実施形態の成形装置１００の成形ユニット２９では、これらのアーム２４、シリンダーロッド１４、ロッドガイドメタル１５及びピストン１６がそれぞれ収容された、左右の二つのメインシリンダー１９，１９を備えている。
【００２０】
本実施形態に係る成形装置１００による被成形物としての管１１は、その成形しようとする所望の長穴と略同心に位置するように、その長穴よりも小さく、かつ、アーム２４が挿通可能な大きさの下穴を予め設けたものを用いて、図１に示す所定の位置にセットされる。長穴の下穴は、本成形装置１００では処理されず、ＮＣフライスまたはＮＣエアープラズマ等の前処理工程にて開ける。
【００２１】
アーム２４は、管１１の下穴の面に対して略垂直方向に移動し、該下穴の開口部に挿通可能なものである。このアーム２４の移動は、制御部によって適切な動作をするように制御される。管１１の下穴は、成形しようとする長穴の面積の３０％程度の大きさとすることが好ましい。
【００２２】
成形プラグ２３は、成形前に管１１の下穴の面に対して上方に位置するアーム２４と対抗する側である下方に予め配置される。本実施形態に係る成形装置１００の動作により、該アーム２４が下穴に対して上方から下方へ下降し、成形プラグ２３はアーム２４と係合し、その後これらは一体動作により上昇する。成形プラグ２３は、平面積が前記長穴に対応する大きさのものを用いる。また、成形プラグ２３は、長穴成形のために見えないモーメントがシャフトに作用増幅され破損するのを回避するため、剛性を有するフラットシャフトの構造のものが用いられる。
【００２３】
本実施形態では、成形プラグ２３と係合するアーム２４が、動力を付与するシリンダーロッド１４と連結された動力連結アームであるため、該シリンダーロッド１４の側から発生する引きの推力が伝えられ、精度の良い動作が可能である。
【００２４】
また、本実施形態では、成形外金型１２を備えるため、成形の際に管１１が動かないようにしっかりと固定できる。これにより、適切な形状に長穴を成形することができ、得られる成形体の長穴開口部の歪み等の発生を回避することができる。また、メインシリンダー１９には、シリンダーベース１７が備えられ、成形時の引き上げ距離を設ける手段のスペースとしての役目を果たす。
ワークとしての管１１をセットするには、その一端からプラグ保持アーム（固定アーム，図９参照）が成形プラグ２３を保持していて、そのプラグ保持アームに保持された成形プラグ２３が正確な位置へ配置されるようにワークを移動する。
【００２５】
本実施形態に係る成形装置１００による成形前には、図２（ｂ）に示すように、管１１の中に配した成形プラグ２３と成形ユニット２９におけるシリンダーロッド１４からの動力が伝えられる動力連結アーム２４がセットされた状態となる。
なお、本実施形態では、メインシリンダー１９，１９は油圧シリンダーとなっており、これが引き側で成形するため、小型軽量化された成形ユニット２９とすることができる。
本実施形態では、油圧シリンダーによりシリンダーロッド１４を動かしているが、流体圧力以外に、メカや、９０度方向へ力が作用する楔を使う場合もある。同じ形状で非常に頻度が多い場合はメカや前記楔等を用いるが、周辺金型が多くなるので一般的ではない。モーターで回転を直接直線運動に変換するのは摩耗が大きく動力の損失が大きく、油圧のほうがシンプルでまた超高圧も使え、小型化が出来るため好ましい。
【００２６】
本成形装置１００を用いて成形する際には、二つのメインシリンダー１９，１９のロッド側に同じ加圧流体が挿入され、成形プラグ２３と連結されたシリンダーロッドには、管１１の変形を防ぐ成形外金型１２と構造的に一体化したシリンダー側の動作とは相反する作用が働き、拘束された管１１から、擅断モーメントの作用を塑性変形の作用へとなされる。
【００２７】
成形が終了すると、図３（ａ）に示すように、シリンダーロッド１４及び成形プラグ２３の位置は、管１１よりも高い位置まで上昇する。
また、図３（ｂ）に示すように、ユニットリフトアップシリンダー２８により、成形ユニット２９は、所定の位置に達するまで上昇する。このとき、管１１は、移動可能な状態にオープンした姿を示し、この状態で成形を完了し、管軸方向へ移動される。
【００２８】
なお、本実施形態に係る成形装置では、管（パイプ）に所望の長穴を引き出し成形する例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、板、その他の被成形物に所望の長穴を引き出し成形する場合にも適宜に適用することができる。
【００２９】
（成形ユニットの主要部の詳細）
次に、成形ユニットの主要部の構成及び動作について、詳細に説明する。
図４（ａ）は、成形工程における成形（塑性変形）前の待機状態における成形ユニットの主要部を示す概略断面図であり、図４（ｂ）は、成形工程における被成形物が塑性変形した状態における成形ユニットの主要部を示す概略断面図である。
【００３０】
本実施形態に係る成形装置１００における成形ユニット２９は、成形プラグ２３と係合するための爪を有するアーム２４を備えている。この爪は、制御部により開閉の動作が制御されるもので、バタフライ様の動作により成形プラグ２３に動力の連結又は解放を与えるバタフライ爪２１である。バタフライ爪２１が開くことで成形プラグ２３に係合してロックされ、このバタフライ爪２１とプラグ２３との連結による一体動作により、動力の瞬時連結と解放を与える構造を備える（バタフライロック機構）。
【００３１】
本実施形態に係る成形装置１００は、このように雌成形型と一体動作する特徴を有し、雄型との連結にバタフライロック機構を用い、一旦成形した雄型を逆押し戻す構造を備える。すなわち、成形プラグ２３を引き出して成形が終了した際に、成形ユニット２９をリフトアップしてワークとしての管１１を成形装置１００から引き出せば良いが、成形直後に管１１の中に待機しているプラグ保持アームに成形プラグ２３を戻すことにより、一回の成形時間を短縮できる。つまり成形プラグ２３が即時往復する訳で、作業者の動きは成形プラグ２３が元の位置に戻った後で成形ユニット２９をリフトアップしてワークを外し、その手で新しい成形前のワークを挿入することが出来る。従って、大きな時間短縮ができる。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、成形工程においては、まず、本実施形態に係る成形装置１００における所定のワーク配置位置に、上部に下穴を開けた管１１がセットされ、成形ユニット２９がユニットリフトアップシリンダー（図１の２８参照）の作用により降下する。そして、成形ユニット２９の下部にある成形外金型１２が管１１を保持するように設置される。この状態で、シリンダーロッド１４にロッドブラケット２７を介して連結されたアーム２４は、管１１の下穴を挿通しながら下降する。
【００３３】
その後、アーム２４は、管１１の内部の所定位置に予めセットされていた成形プラグ２３と、管１１の下穴の長手方向左右両側に対応するように取り付けられた一対のバタフライ爪２１，２１が開くことによって一体化され、上方向への移動による管１１の成形が待機状態にセットされる。なお、ロック爪は制御部によって動作を制御することができる。アーム２４には、ロッドブラケット２７により、シリンダーロッド１４の上端部１８（ピストン１６）から発生する引きの推力が伝えられる。
【００３４】
次に、図４（ａ）に示す待機状態となった成形ユニット２９では、シリンダーロッド１４のあるメインシリンダー１９の側へ圧力油が送油される。これによって、成形プラグ２３が成形外金型１２と交差するように上方向へ向かって管１１の下穴の周辺を通過することで、図４（ｂ）に示すように、管１１は塑性変形し、これにより管１１には長穴が成形される。
【００３５】
（成形ユニットの動作詳細）
次に、成形ユニットの動作について、詳述する。
図５（ａ）は、成形完了した直後の状態を示す成形ユニットの概略断面図であり、図５（ｂ）は、成形終了後にリフトアップされて管から離脱した状態を示す成形ユニットの概略断面図である。また、図６（ａ）は、アームに取り付けられた爪が開いて成形プラグがロックされた状態を示す概略断面図であり、図６（ｂ）は、アームに取り付けられた爪が閉じて成形プラグのロックが解除された状態を示す概略断面図である。また、図７（ａ）は、成形プラグを示す平面図であり、図７（ｂ）は、成形プラグを示す正面図であり、図７（ｃ）は、成形プラグの爪受けの部位を通る右側断面図である。
【００３６】
管１１の内部にセットされた成形プラグ２３は動力連結アーム２４と係合し、そのアーム２４の上部に配したメインシリンダー１９の（上方向：矢印方向に向けた）引き抜き作用で管１１の成形を終了する。この成形終了直後には、図５（ａ）に示す状態となる。管１１の成形が完了した後、ユニットリフトアップシリンダー２８（図２参照）によって、図５（ｂ）に示すように、成形ユニット２９の全体が上方向（矢印方向）へリフトアップされて管１１から離脱する。
【００３７】
成形プラグ２３とアーム２４との係合は、アーム２４の下端近傍（シリンダロッドと反対側の端部）の左右両側に取り付けられた一対の開閉可能なバタフライ爪２１，２１の動作によってなされる。すなわち、図６（ａ）に示すように、アーム２４に備えるバタフライ爪２１，２１が開くと、アーム２４と成形プラグ２３がロックされ、係合する。一方、図６（ｂ）に示すように、アーム２４に備えるバタフライ爪２１，２１が閉じると、アーム２４から成形プラグ２３が解除される。
【００３８】
本実施形態に用いられる成形プラグ２３は、図７（ａ）に示すように、アーム２４（連結シャフト）の貫通孔３１が複数配されている。また、成形プラグ２３の平面底部には、図７（ａ）及び（ｃ）に示すように、アーム２４のバタフライ爪２１と嵌合してロックするための所定の形状に彫られた爪受け３２を備えている。
【００３９】
本実施形態に用いられるアーム２４の具体的な構造は、図８に示す通りである。図８（ａ）は、バタフライロック機構を備えるアームの構造を示す概略断面図であり、図８（ｂ）は、バタフライ爪に開閉作用を付与する爪開閉ロッド及びその動作を示す概念図である。
【００４０】
図８（ａ）に示すように、アーム２４は、アーム筒体３４と、該アーム筒体３４の中を貫通して上下動作可能に配置される爪開閉ロッド３３と、該爪開閉ロッド３３の作用により開閉する左右一対のバタフライ爪２１，２１と、アーム２４の底部に固定ビス３６で取り付けられた板バネ３５と、から構成される。
【００４１】
バタフライ爪２１は、爪開閉ロッド３３が作用しないときは、常時板バネ３５で閉じた状態にある。板バネ３５は、バタフライ爪２１を閉じる作用で保持される。なお、爪開閉ロッド３３は、制御部による信号に基づいて、シリンダー、電磁ソレノイド、又はメカ式の何れか（図示せず）により上下の動作をする。これにより、バタフライ爪２１，２１の開閉が作用する。なお、バタフライ爪２１を常時閉じる力を与える板バネ３５は、図８（ａ）に示す矢印に沿ったスプリングの動きをする。
【００４２】
（成形装置の全体の動作概要）
次に、本実施形態に係る成形装置の全体の動作の概要を説明する。
図９は、本実施形態に係る成型装置の正面方向から見た断面図である。本実施形態に係る成形装置１００を使用して管１１に長穴を成形する行程は、以下のとおりである。
【００４３】
図９に示すように、成形装置１００において、駆動用油圧タンクでもあるＬ型フレーム（フレームベース）２２の上に設けられたプラグ保持アーム４０に、成形プラグ２３が保持され、ワークとしての管１１が所定の位置へ挿入されると、成形ユニット２９がユニットリフトアップシリンダー２８によって管１１に接触する位置まで下降する。
【００４４】
次に、成形ユニット２９が管１１に接触した信号を拾うと、成形ユニット２９は下降を停止し、同時に成形アーム２４に組み込んだバタフライ爪２１，２１（図８参照）が開き、成形プラグ２３とアーム２４は一体となる。
【００４５】
ここで、金型ベース１３に固定されたシリンダーベース１７で管１１の外拘束型と、成形プラグ２３、成形アーム２４、金型ベース１３は、シリンダーベース１７上のメインシリンダー１９のロッド側への高圧油圧により互いに擅断方向の力が作用することにより、小さな下穴は雄型である成形プラグ２３により上方向へ成形される。
以上、本実施形態に係る成形装置によって、開口部位周辺の強度が向上した長穴を備える成形体を製造することができる。
【００４６】
成形が所定の高さに設定した位置に達すると、接触センサー（図示せず）がキャッチし、次に成形シリンダー１９はヘッド側圧力に切り替えられ、成形プラグ２３は元のプラグ保持アーム４０の位置に押し返される。以上で成形工程は完了し、その後、管１１は、図９の矢印方向へ送りローラー（図示せず）により戻される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、管又は板等の被成形物に所望の長穴を引き出し成形するに際し、開口部位周辺の強度を向上でき、成形体の生産に要する時間を短縮することのできる成形装置として、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（ａ）は、従来の製缶方法による一工程における管の平面図（下図）及びその製缶後の側面図（上図）である。図１（ｂ）は、本発明の成形装置による塑性成形対象の一例である管（ワーク）の平面図（下図）及びその成形工程のイメージを示す側面図（上図）である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る成形装置を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の成形装置の右側面図である。
【図３】図３（ａ）は、図２（ｂ）の成形装置における成形終了の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からさらに成形ユニットが上方へ移動した状態を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係る成形装置による成形工程における成形（塑性変形）前の待機状態における成形ユニットの主要部を示す概略断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の成形装置による成形工程における被成形物が塑性変形した状態の成形ユニットの主要部を示す概略断面図である。
【図５】図５（ａ）は、成形完了した直後の状態を示す成形ユニットの概略断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の成形終了後の状態からリフトアップされて管から離脱した状態を示す成形ユニットの概略断面図である。
【図６】図６（ａ）は、アームに取り付けられた爪が開いて成形プラグがロックされた状態を示す概略断面図であり、図６（ｂ）は、アームに取り付けられた爪が閉じて成形プラグのロックが解除された状態を示す概略断面図である。
【図７】図７（ａ）は、成形プラグを示す平面図であり、図７（ｂ）は、成形プラグを示す正面図であり、図７（ｃ）は、成形プラグの爪受けの部位を通る右側断面図である。
【図８】図８（ａ）は、バタフライロック機構を備えるアームの構造を示す概略断面図であり、図８（ｂ）は、バタフライ爪に開閉作用を付与する爪開閉ロッド及びその動作を示す概念図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係る成型装置の正面方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００・・・成形装置
１１・・・管（ワーク）
１２・・・成形外金型
１３・・・金型ベース
１４・・・シリンダーロッド
１５・・・ロッドガイドメタル
１６・・・ピストン
１７・・・シリンダーベース
１８・・・シリンダーロッド端部
１９・・・メインシリンダー
２１・・・バタフライ爪
２２・・・Ｌ形フレーム
２３・・・成形プラグ
２４・・・アーム
２５・・・ガイドローラー
２６・・・リフトブラケット
２７・・・ロッドブラケット
２８・・・ユニットリフトアップシリンダー
２９・・・成形ユニット
３１・・・貫通孔
３２・・・爪受け
３３・・・爪開閉ロッド
３４・・・アーム筒体
３５・・・板バネ
３６・・・固定ビス
４０・・・プラグ保持アーム
【図１】
0005300095.tif 000002
【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】
0005300095.tif 000008
【図８】
0005300095.tif 000009
【図９】
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