(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部の最終目標形状の外形を有する非加工部と、該非加工部に隣接し該非加工部より大径の加工対象部を有する管状の段付ワークに対し、前記非加工部から、前記非加工部の中心軸に対して少くとも偏心、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有し、一部が前記非加工部の外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部に至るまでに複数の目標加工部を設定し、該複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸を設定し、該複数の加工目標軸のうちの一つと前記加工対象部の中心軸が略同軸となるように前記段付ワークを支持し、前記加工対象部の中心軸を前記複数の加工目標軸のうちの各加工目標軸と一致させると共に、各加工目標軸における前記加工対象部の外径を縮小させるようにスピニング加工を行なって前記加工対象部を成形し、前記最終目標加工部形状に形成することを特徴とするワークの端部成形方法。
【請求項２】
管状のワークに対し前記非加工部となる部分を縮径して前記段付ワークを形成することを特徴とする請求項１記載のワークの端部成形方法。
【請求項３】
管状のワークに対し前記加工対象部となる部分を拡径して前記段付ワークを形成することを特徴とする請求項１記載のワークの端部成形方法。
【請求項４】
前記加工対象部の前記非加工部に隣接する側に、前記非加工部より小径の小径部を形成すると共に、該小径部から前記加工対象部の開口端近傍に至るまで拡径して前記段付ワークを形成した後、前記小径部から前記非加工部の中心軸に対して少くとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有し、一部が前記非加工部の外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部に至るまでに複数の目標加工部を設定し、該複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸を設定し、該複数の加工目標軸のうちの一つと前記加工対象部の中心軸が略同軸となるように前記段付ワークを支持し、前記加工対象部の中心軸を前記複数の加工目標軸のうちの各加工目標軸と一致させると共に、前記加工対象部の外径を縮小させるようにスピニング加工を行なって前記加工対象部を成形し、前記最終目標加工部形状に形成することを特徴とする請求項１記載のワークの端部成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワークの端部成形方法に関し、例えば、略円筒状の金属管の端部に縮径部を一体的に形成する端部成形方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車の消音器の排気系における触媒コンバータや消音器の外筒に関し、製造の容易さと車両搭載性の向上が企図され、これらを金属ワークから一体的に形成することが望まれている。このような状況下で、例えばワークの端部に形成する縮径部を、ワークの中心軸に対し偏芯（オフセット）あるいは傾斜させる等、特殊な形状に形成し得るようにすることが要請されている。また、このようなワークをはじめ、種々のワークに異径部を形成することが要請されている。
【０００３】
このため、本件出願人は、特許第１９５７１５３号、特許第１９５７１５４号、特開２０００−９４０６９号公報等に開示され、また特願２０００−１３４０９９号の出願に記載のように、偏芯スピニング加工、傾斜スピニング加工等による管端の成形方法を提案し、期待どうり良好な効果が得られている。
【０００４】
特に、特願２０００−１３４０９９号の出願で提案したワークの異径部成形方法によれば、ワークの非加工部から、非加工部の中心軸に対して少くとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有する最終目標加工部に至るまでに複数の目標加工部を設定し、この複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸を設定し、複数の加工目標軸のうちの一つとワークの加工対象部の中心軸が略同軸となるようにワークを支持し、加工対象部の中心軸を各加工目標軸と一致させると共に、各加工目標軸における加工対象部の径を変化させるようにスピニング加工を行なって加工対象部を成形し、最終目標加工部形状に形成するように構成されている。尚、特願２０００−１３４０９９号を優先権主張出願とする欧州特許出願（ＥＰ１０５３７９９Ａ２）が出願公開されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特願２０００−１３４０９９号の出願に記載の成形方法によれば、円滑且つ効率的にスピニング加工が行なわれるので、ワークに対し端部を迅速且つ容易に一体的に形成することができ、滑らかな加工面を確保しつつ、ワークの加工対象部を高精度で所望の形状の異形部を形成することができる。しかも、異形部の軸は非加工部に対し同軸に限るものではなく、偏芯、傾斜、及び捩れの少くとも一つの非同軸に形成することができる。
【０００６】
ところで、前述の自動車の触媒コンバータに関しては、内蔵する触媒の大型化によって車両への搭載が困難となると共に、触媒の早期活性化のためにますます内燃機関に近接した配置が要請されるに至っている。このような要請に対しては、配管構造の変更のみでは対処することができず、触媒コンバータの外筒端部を所望の形状に形成し得ることが必要となる。このような外筒を成形するためには、前述の本件出願人のスピニング加工等による管端の成形方法が有効であり、この方法によれば、例えばワークの端部に形成する縮径部を、ワークの中心軸に対し偏芯あるいは傾斜させる等、異径部を形成することが可能となる。
【０００７】
ただし、スピニング加工による管端の成形方法は、管状のワークの端部を縮径することを基本としたものであるので、本体部（胴部）の外周面の仮想延長面より外側に縮径部の一部（例えば先端）を突出させて張出縮径部を形成する場合には、最終目標形状を基準に、少くともその最大径の部分を有するワークを用意しなければならない。例えば、最終目標形状の最大径を有する管状のワークにおける端部に対し、前述のスピニング加工を行って張出縮径部を形成し、そのスピニング加工の前後に本体部を形成する方法がある。あるいは、大径部と小径部を有するワークに対し、大径部に前述のスピニング加工を行って張出縮径部を形成し、小径部に本体部を形成することもできる。
【０００８】
然し乍ら、先に張出縮径部を形成し、その後に本体部を形成することは容易ではなく、現実的な方法とは言えない。従って、基本的には、ワークの端部成形方法の範疇で、張出縮径部を形成することが望ましい。これに対応するには、大径部と小径部を有するワークに対し、大径部に前述のスピニング加工を行ない張出縮径部を形成することが考えられるが、特に、本体部の外周面の仮想延長面より外側に偏芯軸や傾斜軸を有する縮径部を形成する際の具体的な方法は明らかではない。
【０００９】
そこで、本発明は、管状のワークの端部に、本体部の外周面の仮想延長面より外側に突出する縮径部を、容易且つ適切に形成し得るワークの端部成形方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のワークの端部成形方法は、請求項１に記載のように、本体部の最終目標形状の外形を有する非加工部と、該非加工部に隣接し該非加工部より大径の加工対象部を有する管状の段付ワークに対し、前記非加工部から、前記非加工部の中心軸に対して少くとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有し、一部が前記非加工部の外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部に至るまでに複数の目標加工部を設定し、該複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸を設定し、該複数の加工目標軸のうちの一つと前記加工対象部の中心軸が略同軸となるように前記段付ワークを支持し、前記加工対象部の中心軸を前記複数の加工目標軸のうちの各加工目標軸と一致させると共に、各加工目標軸における前記加工対象部の外径を縮小させるようにスピニング加工を行なって前記加工対象部を成形し、前記最終目標加工部形状に形成することとしたものである。
【００１１】
前記ワークの端部成形方法において、請求項２に記載のように、管状のワークに対し前記非加工部となる部分を縮径して前記段付ワークを形成することができる。例えば、縮径方法としてスピニング加工を用いれば、縮径作業の連続で対応することができるので容易に製造することができる。
【００１２】
あるいは、請求項３に記載のように、管状のワークに対し前記加工対象部となる部分を拡径して前記段付ワークを形成することもできる。尚、拡径方法としては一般的なダイによるプレス加工を用いることとすれば、スピニング加工は縮径作業のみとなるので容易且つ安価に製造することができる。
【００１３】
前記ワークの端部成形方法において、更に、請求項４に記載のように、前記加工対象部の前記非加工部に隣接する側に、前記非加工部より小径の小径部を形成すると共に、該小径部から前記加工対象部の開口端近傍に至るまで拡径して前記段付ワークを形成した後、前記小径部から前記非加工部の中心軸に対して少くとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有し、一部が前記非加工部の外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部に至るまでに複数の目標加工部を設定し、該複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸を設定し、該複数の加工目標軸のうちの一つと前記加工対象部の中心軸が略同軸となるように前記段付ワークを支持し、前記加工対象部の中心軸を前記複数の加工目標軸のうちの各加工目標軸と一致させると共に、前記加工対象部の外径を縮小させるようにスピニング加工を行なって前記加工対象部を成形し、前記最終目標加工部形状に形成することとしてもよく、これによれば、ワーク内に収容する部材の固定が容易となるので、触媒コンバータに好適な外筒を製造することができる。
【００１４】
尚、前記スピニング加工において、少くとも一つのローラと前記ワークを、前記各加工目標軸を中心に相対的に回転駆動すると共に、前記少くとも一つのローラを、前記加工対象部の外周面に当接するように前記各加工目標軸に対して相対的に径方向に駆動して、前記加工対象部の中心軸を前記各加工目標軸と一致させると共に、前記各加工目標軸における前記加工対象部の径を変化させるように構成することができる。
【００１５】
更に、前記スピニング加工において、複数のサイクルで行ない、各サイクルの開始時に、前記各加工目標軸と前記ワークの加工対象部の中心軸を相対的に駆動して前記段付ワークの加工対象部の中心軸を前記各加工目標軸と一致させることとするとよい。これに加え、前記スピニング加工を、前記少くとも一つのローラが前記加工対象部の外周面に当接している間、前記ワークを駆動するように構成することもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記の構成になるワークの端部成形方法の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のワークの端部成形方法の一実施形態に係る工程図を示し、本実施形態では、加工対象のワークとして金属管を用い、ワークの端部に、一部が本体部の外周面の仮想延長面より外側に突出する縮径部を形成する方法を構成している。本実施形態の最終製品は、例えば自動車用の消音器の外筒（図示せず）及び触媒コンバータ、並びに各種圧力容器に供される。本実施形態において加工対象とするワークは、断面形状が略円形か長円の金属管であるが、これに限らず、他の形状の金属管を用いることとしてもよい。尚、本発明のワークの端部成形方法に供する装置としては、例えば、前述の特願２０００−１３４０９９号（及びその対応欧州特許公開公報）に記載のスピニング加工装置を用いればよく、その構成は図２０乃至図２３を参照して後述する。
【００１７】
先ず、本発明のワークの端部成形方法の一実施形態を説明すると、図１の工程（Ａ）において、管状のワーク（図示せず）から、本体部（図１の（Ｄ）に４ａで示す）の最終目標形状の外形を有する非加工部４ｎと、この非加工部４ｎに隣接する加工対象部４ｓを有する段付ワークたる１次中間ワーク４ｘが形成される。この加工対象部４ｓは非加工部４ｎより大径であり、開口端側の大径部４ｅと、この大径部４ｅと非加工部４ｎとの間を滑らかに連結する徐変部４ｆが形成されている。尚、図１の２点鎖線は加工後の管部材（図１の（Ｄ）に４で示す）を想定した外形、即ち最終加工目標端部形状を表し、１点鎖線は非加工部４ｎの中心軸Ｘｔを示す。
【００１８】
図１に示す段付の１次中間ワーク４ｘを形成するには、非加工部４ｎとなる部分をスピニング加工や周知の方法で縮径してもよいし、一般的なパンチの圧入によるプレス加工によって加工対象部４ｓとなる部分を拡径してもよい。尚、後者の拡径による加工対象部４ｓの形成については、図５を参照して後述する。あるいは、板材の段階で段付けしておいて巻回加工によって段付管に形成することとしてもよい。要は、１次中間ワーク４ｘは、非加工部４ｎが本体部４ａの最終目標形状の外形（従って、最終目標形状の外径）を有することを条件に、非加工部４ｎと加工対象部４ｓが夫々相対的に小径部と大径部となるように形成すればよい。
【００１９】
次に、図１の工程（Ｂ）に進み、上記のプレス加工やスピニング加工によって、加工対象部４ｓの非加工部４ｎに隣接する側に、非加工部４ｎより小径の小径部４ｇが形成されると共に、小径部４ｇから加工対象部４ｓの開口端近傍に至るまで拡径されて拡径部４ｈが形成される。これにより、２次中間ワーク４ｙが形成され、後述する図２０乃至図２３に示すスピニング加工装置によって保持される。即ち、非加工部４ｎから、その中心軸Ｘｔに対して少くとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有し、一部が非加工部４ｎの外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部（図１の（Ｄ）に示すテーパ部４ｂ及び首部４ｃから成る縮径部４ｄ）に至るまでに複数の目標加工部（図示せず）が設定され、これら複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸（図示せず）が設定され、これら複数の加工目標軸のうちの一つと加工対象部４ｓの中心軸（図示せず）が略同軸となるように２次中間ワーク４ｙが支持される。
【００２０】
そして、図１の工程（Ｃ）において、２次中間ワーク４ｙの中心軸Ｘｔを複数の加工目標軸のうちの各加工目標軸と一致させると共に、各加工目標軸における２次中間ワーク４ｙの外径を縮小させるようにスピニング加工が行なわれて、３次中間ワーク４ｚに成形される。而して、３次中間ワーク４ｚには、特徴的な稜線４ｊが形成される。このとき、３次中間ワーク４ｚには、図１の（Ｃ）に示す傾斜した延出部４ｋが形成されるので、この延出部４ｋがトリム処理によって除去され、図１の（Ｄ）に示す最終目標加工部形状となる。この結果、図１の（Ｄ）に実線で最終加工形状を示すように、一部が非加工部４ｎ（即ち本体部４ａ）の外周面の仮想延長面より外側に張出距離ｄだけ突出する縮径部４ｄ（偏芯軸張出縮径部という）が形成されるが、縮径部４ｄは２点鎖線で示す１次中間ワーク４ｘの大径部４ｅ内に位置している。
【００２１】
図２は、図１の（Ｂ）の工程を省略した端部成形方法を示すものであり、大径部４ｅのみが加工対象部４ｓとなり、最終製品の形状に徐変部４ｆが残る。即ち、図１の（Ａ）の工程から直ちに（Ｃ）の工程に進み、１次中間ワーク４ｘに対しスピニング加工が行なわれ、３次中間ワーク４ｚが形成される。換言すれば、図２の工程に対し図１の（Ｂ）の工程を追加すれば、外側に膨出した形の徐変部４ｆを廃し、滑らかな外面に成形することができる。尚、図２の工程（Ａ）の２点鎖線は加工後の管部材４を想定した外形、即ち最終加工目標端部形状を表し、１点鎖線は非加工部４ｎの中心軸Ｘｔを示す。また、工程（Ｂ）の２点鎖線は大径部４ｅの外形を示し、縮径部４ｄは、その一部が非加工部４ｎ（本体部４ａ）の外周面の仮想延長面より外側に延出するように形成されており、偏芯軸張出縮径部となるが、１次中間ワーク４ｘの大径部４ｅ内に位置している。
【００２２】
図９乃至図１１に示した触媒コンバータの外筒４０２は、図２の端部成形方法によって成形した一例を示すもので、スピニング加工によって一端部（図９の右側）に同軸縮径部が形成され、他端部（図９の左側）に偏芯軸に沿って縮径されると共に、本体部の外周面の仮想延長面より外側に張出した偏芯軸張出縮径部が形成されたものである。何れの端部にも多パスのスピニング逐次加工による加工跡が模様状に形成される。また、この加工跡は、稜線（図１の４ｊに対応）を境に先端側にだけ形成されるという特徴があるので、この外形形状から本発明のスピニング加工によって成形されたものか否かを明確に判別することができる。更に、図９乃至図１１に示した触媒コンバータの外筒４０２には、徐変部（図１の４ｆに対応）が残置されている。尚、図１２は、両端部に偏芯軸張出縮径部が形成された触媒コンバータの外筒４０３を示す。
【００２３】
図１３乃至図１７に示した触媒コンバータの外筒４０４，４０５，４０６は、図２の方法によって成形した他の例を示すもので、このうち図１３及び図１４に記載の外筒４０４はスピニング加工によって一端部に同軸縮径部が形成され、他端部に傾斜軸に沿って縮径されると共に、本体部の外周面の仮想延長面より外側に張出した傾斜軸張出縮径部が形成されたものである。図１５乃至図１７は、両端部に傾斜軸張出縮径部が形成されたものであり、図１５の外筒４０５は両端部の傾斜軸が平行である場合、図１６及び図１７の外筒４０６は両端部の傾斜軸が交差する場合の態様を示す。何れの端部にも、稜線を境に先端側にだけ加工跡が模様状に形成されている。
【００２４】
次に、図３及び図４を参照して、前述のワークの端部成形方法を採用して触媒コンバータを製造する方法について説明する。先ず、図３の工程（ａ）において、２点鎖線で示す最終目標形状に成形するため、図３の左側に配置される図示しないスピニング加工装置に対し、管状のワークＷがクランプ装置（図示せず）間に配置され、右方向に前進し左方向に後退し得るように支持される。次に、工程（ｂ）に進み、ワークＷの左側がスピニング加工され、本体部の最終目標形状の外形を有する非加工部４ｎと、この非加工部４ｎに隣接しワークＷの開口端で開口する加工対象部４ｓを有する段付の０次中間ワークＭが形成される。
【００２５】
この工程で、０次中間ワークＭは例えばクランプ装置（図示せず）によって反転されて工程（ｃ）の状態とされ、加工対象部の端部の不要部分は、スピニング加工装置に装着された刃具（図示せず）によって切除されて、１次中間ワーク４ｘとなる。尚、この切除される部分はクランプ装置（図示せず）に保持される部分であり、当該部分がなくてもクランプが可能であれば、当該部分を予め設定する必要はなく、１次中間ワーク４ｘを形成すればよい。そして、工程（ｄ）において、緩衝マットＭＴが巻回された触媒担体ＣＡが右方から１次中間ワーク４ｘ内に挿入され、所定の位置に保持される。
【００２６】
次に、図４の工程（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）に進み、図１の工程（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）と同様に加工され、２次中間ワーク４ｙ及び３次中間ワーク４ｚが形成される。この３次中間ワーク４ｚの延出部がトリム処理された後、反転され、工程（ｈ）に進み、更に反対側の端部がスピニング加工によって同軸加工されて同軸縮径部が形成され、必要に応じてトリム処理が行なわれて終了する。而して、一端に偏芯軸張出縮径部を有し、他端に同軸縮径部を有する図９乃至図１１に記載の外筒４０２と同形状の外筒に、緩衝マットＭＴ及び触媒担体ＣＡが内蔵された触媒コンバータが製造される。
【００２７】
図５は、管状のワークから１次中間ワーク４ｘを成形する方法の一例を示すもので、クランプ１０１によって保持すると共に、ワークＷの一端がストッパ１０２に当接するように配置し、ワークＷの他端の開口内に拡管用のパンチを圧入することによって段付の１次中間ワーク４ｘが形成される。図６は、図４の工程（ｇ）におけるスピニング加工を示すもので、２点鎖線で示すローラ２８（図２１及び図２２を参照して後述する）によって３次中間ワーク４ｚの端部に縮径部４ｄが形成される。尚、図６に２８を付したローラの左側に位置する２点鎖線は、ローラ２８の軸方向及び径方向移動後の位置を示すものである。
【００２８】
図７は、ワークに傾斜軸張出縮径部を成形して３次中間ワーク４ｚを形成する状況を示すもので、前述のスピニング加工によって本体部４ａの中心軸Ｘｔに対し傾斜した軸を有する縮径部４ｄが形成される。尚、２点鎖線は１次中間ワーク４ｘの外形を示す。図８は、上記の３次中間ワーク４ｚから端部の不要部分が切除された管部材４を示す。
【００２９】
上記の実施形態におけるスピニング加工は、前述の特許第２９５７１５３号及び特願２０００−１３４０９９号に記載の成形方法に基づき段差ワークに偏芯軸張出縮径部を形成するものであるが、特許第２９５７１５４号及び特願２０００−１３４０９９号に記載の成形方法に基づき段差ワークに傾斜軸張出縮径部を形成することとしてもよい。更に、特願２０００−１３４０９９号に記載の成形方法に基づき段差ワークに捩れ張出縮径部を形成することもできる。即ち、段差ワークの中心軸と加工中心軸が相互に交差することがない「捩れ」の関係となるように支持してスピニング加工を行なうこととしてもよい。
【００３０】
図３及び図４に記載の方法で製造される触媒コンバータには、緩衝マットＭＴが巻回された触媒担体ＣＡが収容されているが、外筒内に収容される部材は任意であり、例えばグラスウール及び開孔パイプを収容してサブマフラを構成することもできる。ワークの非加工部たる本体部（胴部）４ａの断面形状は、必ずしも円形でなくてもよく、例えば長円、楕円をはじめ矩形であっても上記のスピニング加工を行なうことができるが、断続的なローラ接触となるため加工効率や加工限界の低下は否めない。また、本願に記載の実施形態ではワークの回りをスピニングローラが公転する、所謂「ワーク固定式」のスピニング加工が行なわれるが、これに限ることなく、ワーク側が回転しワークとスピニングローラが逆の関係となる「ワーク回転式」としてもよい。もっとも、後者の場合には、ワークをクランプして回転させつつ、偏芯及び／又は傾斜制御を行なわなければならないので、複雑な装置を必要とし加工時間も長くなる。
【００３１】
図１８及び図１９は、図３及び図４に示した方法によって製造した触媒コンバータを排気システムに組み込む態様の一例を示すもので、図９と図１２に示した外筒４０２及び４０３を有する触媒コンバータが並設され、これらが一体となって、２点鎖線で示すエキゾーストマニホールドに接合されている。このように、本発明の端部成形方法によれば、触媒コンバータの外筒の端部形状を自由に形成できるので、図１８及び図１９に示すような複雑な接合構造の排気システムに対しても、容易に適用することができる。
【００３２】
図２０乃至図２３は特願２０００−１３４０９９号に開示されたスピニング加工装置を示すもので、これらを参照して構成を説明すると、先ず図２１に示すように、ベースＢＳ上に、第１の駆動機構１及び第２の駆動機構２が構成されている。尚、図２０乃至図２２においては円筒の管部材４が配置されているが、本実施形態では円筒の管部材４に代えて段付ワークの１次中間ワーク４ｘが配置されるものであるので、以下の説明における管部材４は本実施形態の１次中間ワーク４ｘに置き換えられる。
【００３３】
第１の駆動機構１においては、図２１及び図２２に示すように管部材４（本実施形態では１次中間ワーク４ｘ。以下同様）の端部の加工目標中心軸Ｘｅが中心軸Ｘｔとなるように（図２１では管部材４の中心軸Ｘｔと加工目標中心軸Ｘｅは同一面上にあるので一致している）、これと平行に一対のＸ軸ガイドレール５がベ−スＢＳ上の一方側（図２１の右側）に固定され、このＸ軸ガイドレール５に沿って筐体２０が移動可能に配置されている。この筐体２０の下部にはボールソケット７が固定され、これに螺合する螺子軸（ボールスクリュー）８が、ベ−スＢＳ上にＸ軸ガイドレール５と平行に配置され、サーボモータ９によって回動可能に支持されている。而して、サーボモータ９によって螺子軸８が回転駆動されると、筐体２０はＸ軸に沿って移動するように構成されている。
【００３４】
一方、ベ−スＢＳの他方側（図２１の左側）には台１ａが形成されており、Ｘ軸ガイドレール５と直交する一対のＹ軸ガイドレール１０が台１ａ上に固定されている。これらのＹ軸ガイドレール１０には一対のスライダ１１が移動可能に配置され、これらのスライダ１１上にテーブル６及びクランプ装置１２が支持されている。クランプ装置１２は、スライダ１１に固定される下側クランプ１３と、その上方に配置される上側クランプ１７を備え、これら下側クランプ１３と上側クランプ１７との間に管部材４が挟持される。テーブル６の下部にはボールソケット１４（図２２）が固定されており、これに螺合する螺子軸１５が、台１ａ上にＹ軸ガイドレール１０と平行に配置され、サーボモータ１６によって回動可能に支持されている。而して、サーボモータ１６によって螺子軸１５が回転駆動されると、テーブル６及びクランプ装置１２はケース２０に対して相対的にＹ軸に沿って移動するように構成されている。
【００３５】
上側クランプ１７の上部には駆動手段として、例えば油圧駆動のシリンダ１８が配置され、これによって上側クランプ１７が昇降駆動可能に支持されており、管部材４の装着及び取り外し時には上側クランプ１７が上昇駆動される。そして、下側クランプ１３の上面には半円筒のクランプ面が形成され、上側クランプ１７の下面にも半円筒のクランプ面が形成されており、これらのクランプ面の間に管部材４が挟持されたときには、回転及び移動不能に保持されるように構成されている。また、クランプ装置１２の筐体２０と反対側にはストッパ１９が配設されており、このストッパ１９に一端部が衝合するように管部材４が配置される。ストッパ１９はクランプ装置１２と共に移動し得るように、下側クランプ１３に装着されている。尚、ストッパ１９を下側クランプ１３に対しＸ軸方向に位置調節可能に構成すれば、管部材４の軸方向の位置決めを適切且つ容易に行なうことができる。
【００３６】
而して、管部材４が下側クランプ１３のクランプ面上で、ストッパ１９に一端部が衝合するように配置された後、上側クランプ１７が油圧シリンダ１８によって下降駆動されると、管部材４は上側クランプ１７と下側クランプ１３の間の所定位置に保持される。このとき、図２０に示すように、管部材４の中心軸Ｘｔが後述する主軸２１の中心軸Ｘｒに対し、ベースＢＳと平行な同一平面上（ベースＢＳから同一の高さ）に位置するように構成されている。
【００３７】
更に、図２１の左側のテーブル６には例えばモータ３１から成る回転駆動手段が埋設されており、このモータ３１の出力軸３１ａが図２０の上方、即ちベースＢＳに対し垂直方向に延出して下側クランプ１３に係合し、この下側クランプ１３を出力軸３１ａを中心に回転駆動し得るように構成されている。テーブル６の上面には、出力軸３１ａを中心とする円弧状の案内溝３２が形成されており、この案内溝３２に嵌合するガイドローラ３３が下側クランプ１３の下面に回動自在に支持されている。而して、下側クランプ１３は案内溝３２に沿って回動し、出力軸３１ａを中心として回転駆動される。
【００３８】
次に、第２の駆動機構２について説明すると、図２１の右側に、主軸２１が、管部材４の中心軸Ｘｔに対してベースＢＳと平行な同一平面上に位置し、管部材４の加工目標中心軸Ｘｅと略同軸上で管部材４に対向するように配置され、主軸２１（中心軸Ｘｒ）を中心にベアリング２０ａ，２０ｂを介して回動自在に筐体２０に支持されている。主軸２１は中空の円筒状の部材で形成され、その中空部に円筒状のカム軸２３が収容され、後述する変速機構５０に連結されている。更に、カム軸２３の中空部を貫通するようにマンドレル４０の連結棒４１が軸方向に進退可能に支持されている。マンドレル４０は管部材４の開口端内側の形状に合致するように形成されている。連結棒４１の基端部は進退駆動用のシリンダ４２に支持され、シリンダ４２はブラケット１ｃを介してベースＢＳに支持されている。
【００３９】
主軸２１は歯車列２２ａを介してプーリ２２ｂに連結され、このプーリ２２ｂがベルト（図示せず）を介して回転駆動手段のモータ等（図示せず）等に連結されており、主軸２１はこのモータ等によって回転駆動される。一方、主軸２１の先端にはフランジ２４が固定されており、主軸２１が回転駆動されるとフランジ２４が中心軸Ｘｒを中心に回転する。そして、このフランジ２４に対して回動可能にカム軸２３の先端部が支持されている。カム軸２３の先端部にはカム板２５が固定されており、カム板２５はカム軸２３と共に中心軸Ｘｒを中心に回転駆動される。
【００４０】
図２３に示すように、カム板２５には３条の螺旋状の案内溝２５ａが形成されており、これらの案内溝２５ａの各々に、カム板２５の回転に伴い径方向に移動する案内ピン２６が配置されている。これらの案内ピン２６は３個の支持部材２７に夫々保持されており、各支持部材２７には、図２１及び図２２に示すようにローラ２８が回動自在に支持されている。而して、主軸２１が回転駆動されると、ローラ２８が中心軸Ｘｒを中心に回動すると共に、カム板２５の回転に応じて支持部材２７が径方向に駆動され、ローラ２８が管部材４の中心軸Ｘｒに対して近接、離隔するように駆動される。
【００４１】
上記のカム軸２３が連結される変速機構５０は、撓み噛み合い式駆動装置を用いたもので、主軸２１とカム軸２３に夫々係合される一対の外輪５１，５２と、これらの内面に形成された同一の歯数の歯溝に噛合し、これらと異なる歯数の歯形が形成された可撓性の歯車輪５３と、この歯車輪５３を回動可能に支持し外輪５１，５２の歯溝と相対する２箇所で噛合するように配置するウェーブ形成輪５４が設けられている。このウェーブ形成輪５４は駆動用減速モータ５５によって回転駆動される。外輪５１，５２は夫々支持歯車５６，５７に支持され、支持歯車５６と噛合する駆動歯車５８が主軸２１に取付けられ、支持歯車５７と噛合する従動歯車５９がカム軸２３に取付けられている。
【００４２】
上記の撓み噛み合い式駆動装置の作動原理の説明は省略するが、主軸２１の回転駆動に応じて外輪５１，５２間に相対速度差が生ずる差動機構が構成されている。而して、主軸２１が回転駆動されると、外輪５１，５２間の差動によりカム軸２３を介してカム板２５が回転駆動され、各支持部材２７、ひいては各ローラ２８が主軸２１の中心軸Ｘｒに対し径方向移動するように構成されている。
【００４３】
尚、ローラ２８は複数でなく一個としてもよいが、断続的な衝撃を和らげるためには複数とすることが望ましく、本実施形態のように三個のローラ２８を等間隔に配置するのが理想的である。また、ローラ２８は径方向に変位可能であればどのような移動経路としてもよい。ローラ２８の駆動手段としては遊星歯車機構等、他の手段を用いることとしてもよい。
【００４４】
上記モータ９，１６，３１等及びシリンダ１８等の各駆動手段は図２０のコントローラＣＴに電気的に接続され、このコントローラＣＴから各駆動手段に対し制御信号が出力され、数値制御されるように構成されている。コントローラＣＴは、図２０に示すように、バスバーを介して相互に接続されたマイクロプロセッサＭＰ、メモリＭＥ、入力インターフェースＩＴ及び出力インターフェースＯＴを備えている。マイクロプロセッサＭＰは本実施形態のスピニング加工のプログラムを実行し、メモリＭＥはこのプログラムを記憶すると共に、その実行に必要な変数データを一時的に記憶するように構成されている。
【００４５】
入力装置ＩＰは例えばキーボード等の手入力操作によって各駆動手段の初期条件、作動条件等をマイクロプロセッサＭＰに入力するもので、入力インターフェースＩＴに接続されている。また、必要に応じ種々のセンサ（図示せず）が設けられ、これらの検出信号がコントローラＣＴに供給され、増幅回路ＡＤ等を介して入力インターフェースＩＴからマイクロプロセッサＭＰに入力されるように構成されている。一方、出力インターフェースＯＴからは駆動回路ＡＣ１等を介してモータ９，１６，３１，５５及びシリンダ１８等の各駆動手段に制御信号が出力されるように構成されている。尚、コントローラＣＴに代えて、各装置に対し夫々制御回路を設け個別に所定の制御を行なうように構成してもよい。
【００４６】
而して、図２１において、先ずクランプ装置１２の上側クランプ１７が上昇した状態で、下側クランプ１３のクランプ面上に加工対象の管部材４が配置され、ストッパ１９に当接した状態の所定位置でシリンダ１８が駆動される。これにより、上側クランプ１７が下降し、管部材４は下側クランプ１３と上側クランプ１７の間に挟持され、回転不能の状態で保持される。このとき、管部材４の中心軸Ｘｔが主軸２１の中心軸Ｘｒと同軸となるように位置決めされる（図２２の状態とは異なる）。また、各ローラ２８は管部材４の外径よりも外側に退避している。
【００４７】
次に、筐体２０がＸ軸ガイドレール５に沿って前進駆動され（図２１及び図２２の左方向に移動）、クランプ装置１２の出力軸３１ａの中心から所定距離の点に各ローラ２８が位置した状態で停止される。図示は省略するが、第１回の加工サイクル（ｎ＝１）では、加工目標中心軸としてＸe1が用いられ、クランプ装置１２を角度θ１回転駆動すると共にＹ軸方向に距離Ｇ１移動させれば、加工目標中心軸Ｘe1は主軸２１と重合する。そして、マンドレル４０が管部材４の先端部開口内に位置するように前進駆動される。
【００４８】
この状態から、主軸２１が中心軸Ｘｒ（＝加工目標中心軸Ｘe1）を中心に回転駆動され、各ローラ２８が中心軸Ｘe1（＝Ｘｒ）を中心に回動すると共に、変速機構５０を介してカム板２５が回転駆動され、各ローラ２８が中心軸Ｘe1（＝Ｘｒ）方向に移動する。同時に、各ローラ２８がＸ軸ガイドレール５に沿って後退駆動される（図２１及び図２２の右方向に移動）。これにより、各ローラ２８は、管部材４の端部の外周面に圧接された状態で、それ自体回転すると共に中心軸Ｘe1（＝Ｘｒ）を中心に回転しながら、中心軸Ｘe1（＝Ｘｒ）方向に径方向駆動され、スピニング加工が行なわれる。このようにして例えば第８回の加工サイクル（ｎ＝８）が行なわれると、最終形状のテーパ部４ｂ及び首部４ｃとなり、縮径部４ｄが完成する。
【００４９】
更に、図示は省略するが、台１ａをＺ軸ガイド柱に移動可能に支持され、管部材４の中心軸Ｘｔが主軸２１の中心軸Ｘｒに対してＺ軸方向にも調整可能に構成するとよい。このように構成すれば、管部材４の中心軸ＸｔはＸ軸に対して偏芯するだけでなく、Ｚ軸に対しても偏芯するように配置することができるので、スピニング加工時には正確な調整を容易に行なうことができる。そして、製造される管部材４は、その中心軸Ｘｔが、Ｚ軸に沿って偏芯距離だけ主軸２１の中心軸Ｘｒに対して偏芯するだけでなく、主軸２１の中心軸Ｘｒに対して角度θを成すように形成することができる。このとき、中心軸Ｘｔと中心軸Ｘｒは同一の面上にはなく、また相互に交差することもないので、これらは捩れ（ｓｋｅｗ）の関係にある。而して、この実施形態によれば、１次中間ワーク４ｘの非加工部（本体部４ａ）の中心軸Ｘｔに対して少くとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有する最終目標加工部を設定し、これに基づきスピニング加工を行なうことができる。
【００５０】
尚、ワークを固定した状態で駆動するクランプ手段に関しては、その構造及び駆動方法は任意であり、汎用の工業用ロボット（図示せず）を用いることとしてもよい。即ち、ロボットアーム先端のアタッチメントにワーククランプ機能をもたせ、加工工程毎に要求されるワークの移動をロボットの多自由度の動きで対応することができる。更に、ワークの反転や、装置外に対するワークの搬入及び搬出にもロボットを兼用することとしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のワークの端部成形方法においては、本体部の最終目標形状の外形を有する非加工部と、これより大径の加工対象部を有する段付ワークに対し、前掲の偏芯、傾斜及び捩れスピニング加工を行なうことにより、管状のワークの本体部に対する加工を必要とすることなく、ワークの端部に本体部の外周面の仮想延長面より外側に突出する縮径部を、容易且つ適切に形成することができる。これにより、スピニング加工による管状ワークの端部成形における成形自由度を大きく向上させることができ、ひいては製品としての形状自由度の向上に大きく貢献することができる。
【００５２】
前記ワークの端部成形方法において、請求項２に記載のように、非加工部となる部分を縮径して段付ワークを形成することとした場合には、例えばスピニング加工による連続した縮径作業を行なうことができ、管状のワークの端部に本体部の外周面の仮想延長面より外側に突出する縮径部を、迅速に形成することができる。あるいは、請求項３に記載のように、加工対象部となる部分を拡径して段付ワークを形成することとした場合には、例えば一般的なプレス加工によって拡径することができるので安価に製造することができる。
【００５３】
前記ワークの端部成形方法において、更に、請求項４に記載のように、非加工部と加工対象部の間に小径部を形成すると共に、小径部から加工対象部の開口端近傍に至るまで拡径して段付ワークを形成することとすれば、ワーク内に収容する部材の固定が容易となるので、例えば触媒コンバータに好適な外筒を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法を示す工程図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るワークの端部成形方法を示す工程図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法を触媒コンバータの製造に適用した例を示す工程図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法を触媒コンバータの製造に適用した例を示す工程図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法における段付ワークの成形方法の一例を示す一部断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法においてスピニング加工によるワーク端部の縮径作業の一例を示す一部断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法においてワークに傾斜軸張出縮径部を成形する状況を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法においてワークに傾斜軸張出縮径部を成形した管部材の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法によって成形した触媒コンバータの外筒の一例を示す正面図である。
【図１０】図９に示した触媒コンバータの外筒の左側面図である。
【図１１】図９に示した触媒コンバータの外筒の平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法によって成形した触媒コンバータの外筒の他の例を示す正面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法によって成形した触媒コンバータの外筒の更に他の例を示す正面図である。
【図１４】図１３に示した触媒コンバータの外筒の底面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法によって成形した触媒コンバータの外筒の別の例を示す正面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法によって成形した触媒コンバータの外筒の更に別の例を示す正面図である。
【図１７】図１６に示した触媒コンバータの外筒の底面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法によって成形した触媒コンバータを排気システムに組み込んだ例を示す平面図である。
【図１９】図１８に示した触媒コンバータを有する排気システムの正面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係るワークの端部成形方法に供するスピニング加工装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０のスピニング加工装置の一部を破断した状態を示す側面図である。
【図２２】図２０のスピニング加工装置の一部を破断した状態を示す平面図である。
【図２３】図２０のスピニング加工装置におけるカム板及び支持部材を示す正面図である。
【符号の説明】
４  管部材，  ４ｂ  テーパ部，  ４ｃ  首部，  ４ｄ  縮径部，
４ｅ  大径部，  ４ｆ  徐変部，  ４ｇ  小径部，  ４ｊ  稜線，
４ｎ  非加工部，  ４ｓ  加工対象部，  ４ｘ  １次中間ワーク，
４ｙ  ２次中間ワーク，  ４ｚ  ３次中間ワーク，
１２  クランプ装置，  ２１  主軸，  ２８  ローラ，
３２  案内溝，  ３３  ガイドローラ，  ５０  変速機構
【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】
0004450504.tif 000018
【図１８】
0004450504.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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