(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動部に連結するシャンクと、該シャンクに係止されたフレームと、該フレームに介装された１以上の管端拡開用ローラと、前記フレーム内部にマンドレルを備えた管端部加工工具において、前記マンドレルはフレーム内部で軸受を介して回転自在に保持され、前記管端拡開用ローラは前記フレーム斜面テーパ部に穿設されたローラ溝部に３以上放射状に自転自在に介装され、前記管端拡開用ローラの中間部に管端部を管軸に対して直角に拡開する略１２０度の角度をもったくぼみ部を形成し、該くぼみ部以外のローラ両端外周面を前記マンドレルのテーパ外周面を押圧可能に接するように配置することを特徴とする管端部加工工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管の管端部をローラ工具を使用して拡開する折り曲げ成形によってフランジを形成する、所謂、つば出し成形加工用管端部加工工具に関し、特に１種類の特殊形状ローラとそのローラの押圧機構を採用して構成された工具を汎用機械に取り付け、一工程で管端部を管軸に対して直角に折り曲げてフランジを形成するつば出し成形加工が可能な管端部加工工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体輸送用や構造部材用等さまざまな分野において配管が利用されており、それら配管のジョイント用フランジ継手加工や熱交換器用管端部フレア加工に従来からローラ工具が使用されている。特に管端部を直角に折り曲げてのつば出し成形加工には、管端部の広げ角を３０度〜１２０度にする初期フレア加工を第一工程として行い、その後に管端部の広げ角を１８０度、つまり管軸に対して直角に拡開する第二工程を行う２段階加工が行われていた。
【０００３】
図２に従来のつば出し成形加工に関する作業手順を示す。第一工程の初期フレア加工は、管１をクランプ治具２にて保持し、回転駆動部を備えた本体２３ａの先端部に図２（ａ）に示すような円錐形状のフレーム２４ａを備え、そのフレーム２４ａの円錐面上に複数個の転動ローラ２５ａを配設したフレア加工用ローラ工具ヘッドを使用して行われる。また、第二工程の直角に拡開する折り曲げ加工は、回転駆動部を備えた本体２３ｂの先端部に図２（ｂ）に示すような円筒形状のフレーム２４ｂを備え、そのフレーム２４ｂの平端面上に複数個の転動ローラ２５ｂを配設した直角折り曲げ加工用ローラ工具ヘッドを使用して行われ、これらの二工程で最終的につば出し成形加工部２６を形成する。
【０００４】
また、上述の二工程を自動化するために、特に大口径鋼管のフランジ加工用として、２種類の加工ヘッドを備えた油圧駆動式つば出し成形加工装置が開発されている。２種類の加工ヘッドは、初期フレア加工用として使用される小さい拡開角度を有する小径の円錐形ローラを採用した１段加工ヘッドと、最終的直角折り曲げ加工用として使用される直角の拡開角度を有する大径の円錐形ローラを採用した２段加工ヘッドとで構成され、それぞれのヘッドを隣位させて１台の加工装置に配置されている。この加工装置は、フレア加工と直角折り曲げ加工の二工程を自動的に行うように、加工ヘッド切換えシリンダにより前記２種類の加工ヘッドを切換えてつば出し成形加工を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のつば出し成形加工は、加工負荷を軽減して加工面の損傷や管端部のクラック発生をなくすためフレア加工と直角折り曲げ加工の二工程を２種類の工具あるいは加工ヘッドによって行っており、安全性が良い加工法である。しかし、その反面、工具や加工ヘッドの交換作業や時間が必要となり、加工効率が悪いといった問題があった。さらに、二工程を自動化にするためには、高価な大型の加工機となってしまい、コストもかかり、しかも汎用性が低いといった問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ボール盤や旋盤等一般の汎用機械に取り付け可能で、加えて、一工程で直角折り曲げ加工である管端のつば出し成形加工を行う管端部加工工具を提供することを目的とする。
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る管端部加工工具は、回転駆動部に連結するシャンクと、該シャンクに係止されたフレームと、該フレームに介装された１以上の管端拡開用ローラと、前記フレーム内部にマンドレルを備えた管端部加工工具において、前記マンドレルはフレーム内部で軸受を介して回転自在に保持され、前記管端拡開用ローラは前記フレーム斜面テーパ部に穿設されたローラ溝部に３以上放射状に自転自在に介装され、前記管端拡開用ローラの中間部に管端部を管軸に対して直角に拡開する略１２０度の角度をもったくぼみ部を形成し、該くぼみ部以外のローラ両端外周面を前記マンドレルのテーパ外周面を押圧可能に接するように配置することを特徴とする。
【０００８】
【作用】
請求項１の発明によれば、管端部拡開用として特殊形状ローラの採用によりつば出し折り曲げ成形が一工程で可能となり、しかも遊星ローラ方式を採用したローラによる管端拡開機構としたため、管端部をローリングすることによって徐々に塑性加工ができ、加工面の仕上りを非常になめらかにすることが可能である。また、本発明は加工の先端部に配置される工具であるため、ボール盤や旋盤等の汎用機械に容易に取り付けられるように構成されており、生産コストも安価となる。
【０００９】
さらに、ローラが管から受ける押圧をマンドレルで受ける構成とし、しかもそのマンドレルがなめらかに回転するように軸受を配置しているため、ローラが管とスリップしないでなめらかに回転するようになった。
【００１０】
なお、管端拡開用ローラに形成した略１２０度の角度をもったくぼみ部の形状や寸法等は管寸法やつば出し部の寸法、さらに工具自体の寸法の制約その他の要因との関連において決定されるべきであり、種々の変形が可能であることは述べるまでもない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明による管端部加工工具を表す図であり、上半分が断面を表し下半分が外観を表す全体正面図である。
【００１２】
この管端部加工工具１０は、ボール盤等の図示しない回転駆動機のスピンドル部に取り付ける丸棒部材３ａを中心部に配置した大径円板状のシャンク３と、該シャンク３の丸棒部材３ａと反対位置で、前記大径円板状のシャンク外周縁部３ｂに六角穴付ボルト９により固定された円筒部と、該円筒部に続く先端部が断面略台形形状をした円錐部とで構成された中空フレーム４と、該フレーム４の斜面テーパ部に穿設されたローラ溝部にフレーム外に脱落しないように介装された管端拡開用ローラ５と、該管端拡開用ローラ５の両端部に形成したテーパ外周面５ａ、５ｂと前記中空フレーム４の内部で接する案内テーパ面６ａと該案内テーパ面６ａに続く後方（図面右側）に形成された段付き鍔部６ｂを備えたマンドレル６と、該マンドレル６の鍔部を挟持するように配置された針状スラストベアリング７ａ、７ｂと、前記マンドレル６の内部に形成された環状溝部６ｃの内面と前記シャンク３の円板部のフレーム４内部に突出させた突出部３ｃの外面との間に介装させたボールベアリング８とで構成されている。
【００１３】
なお、管端拡開用ローラ５は断面略台形の円錐形状で、その中間部に略１２０度の角度をもった環状のくぼみ部５ｃを形成している。このくぼみ部５ｃに管１の端面部をあて、ローラの回転と押圧により徐々に管端部を拡開する塑性加工を行う。ローラ本数としては均等な加工負荷や摩耗による寿命等を考慮すれば、マンドレル６の案内テーパ面６ａ上に、１２０度おきに合計３本が放射状に配置され、若しくはそれ以上が放射状に配置される。また、ローラを貫通する支軸と軸受を備えたものも安定した回転を得るために有効である。
【００１４】
この管端部加工工具１０の回転動作について説明する。まず、シャンク３が回転駆動機により回転する。フレーム４は、その円筒部でシャンク３に係止されているため、シャンク３の回転にあわせて回転する。ローラ５は、フレーム４のローラ溝部に介装されているため、フレーム４の回転につられて回転する。一方、マンドレル６は、フレーム４の内部でボールベアリング８と針状スラストベアリング７ａ、７ｂにより回転自在に保持されている。ローラ５の両端部に形成されたテーパ外周面とマンドレル６の案内テーパ面とを接触させて配置してローラ５を転動させているため、ローラ５の回転が回転自在に保持されているマンドレル６に伝達される。マンドレル６はボールベアリング８と針状スラストベアリング７ａ、７ｂによりなめらかに回転し、ローラ５の回転を補助する。
【００１５】
つまり、ローラ５は自転しながらマンドレル６のまわりを公転する遊星運動を行うため、ローラの転動（ローリング）による理想的な塑性加工が可能となる構成としている。
【００１６】
このように構成された管端部加工工具１０における作動手順は次の通りである。
【００１７】
つば出し成形加工を行う管１の管端部で、つば出し成形加工部の折り曲げ長さ分を突出させてクランプ治具２にて管１をクランプする。管端部加工工具１０のシャンク３の丸棒部３ａをボール盤等の回転駆動機（図示無し）のスピンドル部に取り付けて回転可能とする。この状態で、シャンク３を回転するとシャンク３に係止されたフレーム４、該フレーム４のローラ溝部に介装されたローラ５、該ローラ５の外周面と接触しているマンドレル６が回転を始める。ここで、管端部加工工具１０に送りを与えると、ローラ５のくぼみ部５ｃが管１の管端部１ａに当接して管１の端面に沿って旋回しながらくぼみ部５ｃの形状に沿って該管端部１ａを外側へ徐々に折り曲げる。
【００１８】
一方、管端部１ａによってローラ５が押圧されるが、該ローラ５に密接配置されているマンドレル６にて支承されるため、ローラ５におけるつば出し成形加工には影響が無く、管端部がクランプ治具２の端部に当接し完全に直角に折り曲がるまで徐々に塑性加工を続けることが可能となる。
【００１９】
なお、マンドレル６は案内テーパ面６ａに続く後方に段付き鍔部６ｂを備え、その両端面部を２個の針状スラストベアリング７ａ、７ｂで挟持され、さらに、ボールベアリング８によりシャンク３と独立してなめらかに回転可能としているため、ローラ５もなめらかに回転する。つまり、成形加工時にローラ５と管１がスリップすることが無く、スリップ時に発生しやすい加工面の損傷や管端部でのクラックの心配がまったくなくなった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の管端部加工工具によれば、特殊形状の端面拡開用ローラを採用し、さらに、端面拡開用ローラがつば出し成形加工時に受ける押圧をフレーム内で軸受けを介して回転自在に構成したマンドレルが受け、ローラがなめらかに回転し加工負荷を軽減するため、ローラと管がすべらず加工面の損傷や管端部でのクラックを発生させない構成としたため、たった１本の工具で従来二工程で行っていたつば出し折り曲げ成形を一工程で可能とし、加工効率が向上した。
【００２１】
しかも、高価な大型の加工機を使用しなくても汎用機械に取り付けて使用するだけで、ある程度のサイズまで加工可能としたため汎用性を保ちながら生産コストも安価におさえることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る管端部加工工具の半断面全体正面図である。
【図２】従来のつば出し成形加工に関する作業手順を示し、図２（ａ）は第一工程の初期フレア加工状態を表し、図２（ｂ）は第二工程の最終つば出し成形加工状態を表す。
【符号の説明】
３    シャンク
４    フレーム
５    ローラ
６    マンドレル
７ａ，７ｂ  スラストベアリング
８    ボールベアリング
【図１】
0004596439.tif 000002
【図２】
0004596439.tif 000003