(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管からなるワークを保持するワーク保持手段と、このワーク保持手段を回転させる回転部とからなり、ワーク保持手段の軸芯を回転部の回転軸芯より偏芯させてワークを回転部の回転軸まわりに公転させながらワーク端部の外周にローラを押し当ててスピニング加工を施してワークに縮径部を成形することを特徴とする管端の成形方法。
【請求項２】
前記ワーク保持手段を、前記回転部の回転軸芯から放射方向へ多段的に移動させて前記のスピニング加工を施すことを特徴とする請求項１記載の管端の成形方法。
【請求項３】
前記ワーク保持手段を、前記回転部の回転軸芯から放射方向へ連続的に移動させながら前記のスピニング加工を施すことを特徴とする請求項１記載の管端の成形方法。
【請求項４】
回転部と、金属管からなるワークを前記回転部の回転軸芯と平行して保持するワーク保持手段と、前記回転部の回転を前記ワーク保持手段に伝達するとともに前記ワーク保持手段を前記回転部の回転軸心に対して偏芯移動させる偏芯手段と、前記ワーク保持手段に保持したワークの端部に押し当てスピニング加工を行うローラとからなり、前記ワーク保持手段の軸芯を前記回転部の回転軸芯より偏芯させた状態で前記回転部を回転させ、前記ワークに縮径部を形成することを特徴とする管端の成形装置。
【請求項５】
前記偏芯手段を、任意量の偏芯移動ができ、かつその移動位置を固定できるように構成した請求項４記載の管端の成形装置。
【請求項６】
前記の任意量の偏芯移動と固定が、ワーク保持手段の回転中に行えるようにしたことを特徴とする請求項４記載の管端の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管端の成形方法とその装置に関するもので、より詳しくは、金属管の端部をスピニング加工により偏芯的に縮管する方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状の金属管素材（以下ワークという）の端部に縮径部を成形する方法として、従来図１２に示すように、ワーク１００を回転支持手段１０１のチャック１０２で支持して、そのワーク１００の軸芯Ｘ1 −Ｘ1 を中心として回転させるとともに、縮管すべき側に配置した１つまたは複数の加工用ロール１０３を、上記軸芯Ｘ1 −Ｘ1 を中心として放射方向に縮径移動させるとともに軸芯Ｘ1 −Ｘ1 方向に移動させてスピニング加工によりテーパ部１０４及び首部１０５からなる縮径部１０６を成形するようにしたものが知られており、例えば、特開平３−２２６３２７号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図１２に示すようなワーク１００の素管部（素径部）と縮径部１０６がＸ1 −Ｘ1 を同軸として成形された管とは別に、図１３に示すようなワーク２００の素管部２０１の軸芯Ｘ2 −Ｘ2 とテーパ部２０２及び首部２０３の軸芯Ｘ3 −Ｘ3 を所定量ＯＦ分だけ偏芯（オフセット）させた管や容器の需要がある。
【０００４】
例えば、自動車の消音器の外管として使用するとその搭載性が向上し、また、排気ガス浄化装置の容器として使用するとその搭載性の向上により容器をエンジン側へ接近させて触媒温度の上昇時間の短縮に役立つ。
【０００５】
しかし、上記図１２に示す従来のスピニング加工による成形方法では、上記図１３に示すようなテーパ部２０２や首部２０３が偏芯した管や容器の成形はできない。
【０００６】
そのため、このような偏芯した管や容器の製造には、従来便宜的に、素管部２０１とは別にテーパ部２０２や首部２０３をプレス加工で成形してこれら複数のプレス成形体を組み合わせて溶接する工法が採られている。しかし、このような工法によると、異種作業を必要とするなどから、その製造が困難であるとともに製造コストが嵩み、しかも一体成形ほどの強度が望めない。そのため、図１３に示す偏芯した管や容器を一体にかつ容易に成形する方法が渇望されている。
【０００７】
そこで、本発明はこのような渇望を満たす管端の成形方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、金属管からなるワークを保持するワーク保持手段と、このワーク保持手段を回転させる回転部とからなり、ワーク保持手段の軸芯を回転部の回転軸芯より偏芯させてワークを回転部の回転軸まわりに公転させながらワーク端部の外周にローラを押し当ててスピニング加工を施してワークに縮径部を成形することを特徴とする管端の成形方法である。
【０００９】
請求項２記載の第２の発明は、前記第１の発明において、前記ワーク保持手段を、前記回転部の回転軸芯から放射方向へ多段的に移動させて前記のスピニング加工を施すことを特徴とする管端の成形方法である。
【００１０】
請求項３記載の第３の発明は、前記第１の発明において、前記ワーク保持手段を、前記回転部の回転軸芯から放射方向へ連続的に移動させながら前記のスピニング加工を施すことを特徴とする管端の成形方法である。
【００１１】
請求項４記載の第４の発明は、回転部と、金属管からなるワークを前記回転部の回転軸芯と平行して保持するワーク保持手段と、前記回転部の回転を前記ワーク保持手段に伝達するとともに前記ワーク保持手段を前記回転部の回転軸心に対して偏芯移動させる偏芯手段と、前記ワーク保持手段に保持したワークの端部に押し当てスピニング加工を行うローラとからなり、前記ワーク保持手段の軸芯を前記回転部の回転軸芯より偏芯させた状態で前記回転部を回転させ、前記ワークに縮径部を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５記載の第５の発明は、前記第４の発明において、前記偏芯手段を、任意量の偏芯移動ができ、かつその移動位置を固定できるように構成した管端の成形装置である。
【００１３】
そして、請求項６記載の第６の発明は、前記第４の発明において、前記の任意量の偏芯移動と固定が、ワーク保持手段の回転中に行えるようにしたことを特徴とする管端の成形装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１乃至図１１に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は本発明の成形装置の縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３は図１の平断面図である。
ベース１上に固設された主軸回転部保持体２には主軸回転部３が水平方向に貫通配置されているとともに主軸受けベアリング４により回転可能に支持されており、該主軸回転部３が軸芯Ｘ4 を中心として回転するようになっている。該主軸回転部３は適宜回転駆動手段により回転されるようになっており、図の実施例では、主軸回転部３の後部にプーリ５を備え、駆動モータ６により回転されるようになっている。更に、主軸回転部３の前部にはフランジ部３ａが一体形成されている。
【００１６】
前記フランジ部３ａには偏芯手段７を構成する案内部材８が固着されている。該案内部材８の前側には、前記主軸回転部３の軸芯Ｘ4 を挟んでその両側に位置して軸芯Ｘ4 と直交する方向の案内面９が２個平行に形成されている。該案内面９を形成する凹部１０内には、Ｔスロット１１の案内片１２が摺動可能に備えられている。
【００１７】
前記Ｔスロット１１は、図４に示すように、その中心部に、前記主軸回転部３の軸芯Ｘ4 と平行する穴１３を形成し、後部に軸方向から見て方形の案内片１２を上下に形成し、前部に円盤状のフランジ１４を一体にして形成している。このような構成によりＴスロット１１は、案内面９に沿って主軸回転部３の軸芯Ｘ4 から放射方向に移動可能に備えられている。
【００１８】
また、前記案内部材８には、前記Ｔスロット１１を摺動可能に案内保持するための保持板１５が固着されている。更に、前記案内部材８と保持板１５の外周には環状体１６が固着されている。
【００１９】
前記Ｔスロット１１にはボールネジ１７が、前記案内面９に平行して貫通状態に螺合されており、該ボールネジ１７の正逆回転によってＴスロット１１が図２の左右方向に、すなわち回転軸芯Ｘ4 から放射方向に往復移動し、該Ｔスロット１１の軸芯Ｘ5 を前記主軸回転部３の軸芯Ｘ4 に対して一致させたり、偏芯（オフセット）させたりすることができるようになっている。
【００２０】
前記ボールネジ１７の両端は環状体１６に回転可能に支持されている。更に、ボールネジ１７は、環状体１６に備えられた回転駆動手段であるモータ１８により正逆回転されるようになっている。該モータ１８は数値制御により正逆の回転量が制御され、ボールネジ１７の正逆の回転量を制御してＴスロット１１の往復の移動量を制御するようになっている。
【００２１】
前記環状体１６の外周にはモータ１８への電力及び制御信号を供給するスリップリング１９が固着されている。更に、該スリップリング１９には、モータ１８への電力及び制御信号を供給するブラシ２０が接触している。また、モータ１８には、主軸回転部３の回転により、Ｔスロット１１に働く遠心力によりモータ１８に働く回転力を相殺するディスクブレーキ２１が備えられており、モータ１８の回転をロックできるようになっている。
【００２２】
前記Ｔスロット１１のフランジ１４にはワーク保持手段２２が固着して備えられている。該ワーク保持手段２２は、中心部にワーク挿入穴２３を形成した開閉可能なチャック２４と該チャック２４を開閉駆動する機構とからなる。該ワーク保持手段２２は市販のチャック機構を用いてこれを前記Ｔスロット１１に固着してもよい。また、チャック２４の開閉、すなわちクランプとアンクランプは手動で行うようにしてもよく、また周知の自動機構により、電動、油圧、空圧等を利用して外部から制御してもよい。
【００２３】
また、前記ワーク挿入穴２３は、その軸芯を前記Ｔスロット１１の軸芯と同軸にして形成され、該ワーク挿入穴２３にワークＷを挿入してチャック２４により狭持した場合に、そのワークＷの軸芯Ｘ5 がＴスロット１１の軸芯と同軸になるようになっている。
【００２４】
したがって、前記ボールネジ１７の回転によりＴスロット１１を移動させると、ワークＷの軸芯Ｘ5 が前記主軸回転部３の回転軸芯Ｘ4 に対して平行状態で放射方向に偏芯するようになっている。
【００２５】
前記ワーク保持手段２２の前部にはスピニングローラ２５が配置されている。該スピニングローラ２５はブラケット２６に回転（自転）可能に備えられている。該ブラケット２６は図示しない駆動手段により、主軸回転部３の軸芯Ｘ4 に沿った前後方向Ｂ，Ｃ及び直交するＤ，Ｅ方向に移動するようになっており、該ブラケット２６の移動とともにスピニングローラ２５もＢ，Ｃ方向及びＤ，Ｅ方向に移動するようになっている。
【００２６】
次に管端の成形方向について説明する。
先ず、１回のスピニング加工により管端を偏芯加工する場合について説明する。
【００２７】
図１乃至図３に示すように、Ｔスロット１１の軸芯Ｘ5 、すなわちワーク保持手段２２におけるチャック２４のワーク挿入穴２３の軸芯を主軸回転部３の軸芯Ｘ4 と一致させた状態において、そのワーク挿入穴２３へワーク（素管）Ｗを挿入し、チャック２４を閉じてワークＷをクランプする。この状態では、ワークＷの軸芯Ｘ5 が主軸回転部３の回転軸芯Ｘ4 と一致した偏芯（オフセット）量が０の状態である。
【００２８】
次に、モータ１８を回転させて数値制御によりボールネジ１７を所定量回転し、これに螺合したＴスロット１１を案内面９に沿って軸芯Ｘ4 から放射方向に所定量移動し、所定位置にてモータ１８の回転を停止してその停止位置をディスクブレーキ２１にてロックする。
【００２９】
これにより、図５乃至図７に示すように、Ｔスロット１１に固着されたワーク保持手段２２も前記と同方向に同量移動し、クランプされたワークＷの軸芯Ｘ5 が主軸回転部３の回転軸芯Ｘ4 から所定量距離ＯＦだけ平行に離れた状態、すなわち偏芯（オフセット）した状態で固定される。
【００３０】
その後、駆動モータ６を回転させて主軸回転部３を回転させる。これにより、ワークＷは、図８に示すように、主軸回転部３の回転軸芯Ｘ4 のまわりを一方向Ｈに公転する。
【００３１】
このワークＷの公転状態において、スピニングローラ２５を、図示しない駆動手段によって、図７に示すＢ方向に移動してワークＷの縮径開始点Ｆまで前進させ、この縮径開始点Ｆからスピニングローラ２５を求心方向Ｅと後退方向Ｃに動きを連携させて、図７の矢印で示す軌跡Ｇで移動させる。これにより、公転するワークＷの外周にスピニングローラ２５が押し当てられるとともにこの押し当て状態でスピニングローラ２５が移動し、ワークＷの端部がテーパ状に縮径されるとともにこのテーパ部Ｗ1 の先にワークＷの軸芯Ｘ5 に対して偏芯した首部Ｗ2 が成形される。
【００３２】
このような縮径加工により成形された管を図９に示す。図９において、Ｗ1 は前記のテーパ部、Ｗ2 は前記の首部を示す。
なお、前記の首部Ｗ2 の偏芯量は、ワークＷの軸芯Ｘ5 と主軸回転部３の回転軸芯Ｘ4 との距離ＯＦで管理でき、また、テーパ部Ｗ1 のテーパ形状と首部Ｗ2 の径は、スピニングローラ２５の軌跡Ｇにより管理できる。
【００３３】
このように、１回のスピニング加工により偏芯させた場合には、図９に示すような特徴的な稜線Ｗ3 が形成されるとともに、首部Ｗ2 の開口側端面が図１０でＷ4 として示すように斜めに形成される。該斜め部は適宜切除する。
【００３４】
なお、ワークＷは、図５乃至図７に示すようにワーク保持手段２２を偏芯（オフセット）した状態で挿入セットしてもよい。
次に、多段階で偏芯スピニング加工する場合について説明する。
【００３５】
この場合も、前記と同様にワーク保持手段２２の軸芯Ｘ5 を主軸回転部３の回転軸芯Ｘ4 に対して偏芯させてワークＷをオフセットさせるとともに主軸回転部３を回転してワークＷを公転させ、スピニングローラ２５を求心方向と軸方向へ移動させてワークＷを偏芯縮径させるものであるが、前記におけるワークＷの最終オフセット量までの偏芯移動を１回で行うことなく、多段階に行うとともにスピニングローラ２５の移動も、ワークＷの多段階移動に同調して多段階に行い、ワークＷの素管径に対する縮径率を順次増加させるようにしたものである。
【００３６】
この多段階加工により、最終的なテーパ部の全体形状は、前記１回の偏芯による加工のテーパ形状と概ね同様な形状となり、かつ前記と同様な首部が成形されるが、そのテーパ部の途中のテーパ形状は前記の加工とは異なる形状になる。
【００３７】
すなわち、前記図９に示す稜線Ｗ3 は表れず、図１０に示すようなテーパ部Ｗ1 に多段階の縮径跡Ｗ5 が残る。この縮径跡Ｗ5 は、１回の偏芯量を少なくしステップ数を増やして滑らかに加工することにより縮径跡Ｗ5 は目立たなくなる。また、管端には前記の１回の偏芯移動の場合と同様に斜め部Ｗ4 が形成されるが、この斜め部Ｗ4 の傾斜の程度は、前記１回の偏芯移動の場合よりも小さくなる。この斜め部Ｗ4 は適宜切除する。
【００３８】
次に、連続してスピニング加工する場合について説明する。
この加工は前記多段階加工を連続化した方法であり、ワーク保持手段２２の軸芯Ｘ5 を主軸回転部３の軸芯Ｘ4 と一致させてワークＷをセットした図１の状態から、ワークＷを公転と偏芯移動させながらスピニングローラ２５を求心方向及び軸方向に移動させて、ワークＷを連続的に縮径する。これにより、テーパ部と首部が形成されるが、この加工方法によれば、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、テーパ部Ｗ1 が滑らかで、かつ前記のような首部Ｗ2 の端部の斜め部Ｗ4 が少ない理想的な形状が得られる。
【００３９】
また、前記のスピニング加工中において、任意のタイミングでワーク保持手段２２を任意量だけオフセットさせることにより任意の縮径ができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のようであるから、請求項１記載の発明によれば、ワークを偏芯させて公転させながらスピニング加工を行うようにしたので、ワークの端部にワーク本体部と偏芯したテーパ部や首部の縮径部を連続状態に成形できる。そのため、前記従来のような複数のプレス成形体を組み合わせて溶接するものに比べて製造作業が容易でかつ製造コストの低減を図ることができ、更に製品を一体成形して強度を高めることができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、加工工程を複数ステップに細分して少しずつ加工することができるので、変形量の大きな加工でも可能になる。
請求項３記載の発明によれば、縮径部が滑らかに成形できる。
【００４２】
請求項４記載の発明によれば、前記請求項１記載の成形方法に使用できる装置を提供できる。
請求項５記載の発明によれば、前記請求項２記載の成形方法に使用できる装置を提供できる。
【００４３】
請求項６記載の発明によれば、１回の縮径加工中に連続的に偏芯量を増加できるので、縮径部が連続的に滑らかなテーパ状に変形した製品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における成形装置の縦断面図で、ワークの軸芯を回転部の軸芯と一致させた状態の図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１における平断面図。
【図４】図１におけるＴスロットの斜視図。
【図５】図１の装置において、ワークの軸芯を回転部の軸芯に対して偏芯させた縦断面図。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面図。
【図７】図５における平断面図。
【図８】本発明におけるワークの公転軌跡を示す図。
【図９】本発明により成形された製品を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＪ−Ｊ線断面図である。
【図１０】本発明における多段階の偏芯加工により製造された製品を示す側面図。
【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明における連続偏芯加工により製造された製品の２例を示す側面図。
【図１２】従来の端管成形装置を示す縦断面図。
【図１３】本発明により成形しようとする縮径部を示すワークの側断面図。
【符号の説明】
Ｗ          ワーク
３          回転部
７          偏芯手段
１１        Ｔスロット
１７        ボールネジ
１８        モータ
２２        ワーク保持手段
２５        ローラ
【図１】
0004393621.tif 000002
【図２】
0004393621.tif 000003
【図３】
0004393621.tif 000004
【図４】
0004393621.tif 000005
【図５】
0004393621.tif 000006
【図６】
0004393621.tif 000007
【図７】
0004393621.tif 000008
【図８】
0004393621.tif 000009
【図９】
0004393621.tif 000010
【図１０】
0004393621.tif 000011
【図１１】
0004393621.tif 000012
【図１２】
0004393621.tif 000013
【図１３】
0004393621.tif 000014