(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管及び外管の二重管から成る主軸と、前記外管の先端部に設け前記外管の軸を中心に前記外管と共に回転する第１の回転体と、該第１の回転体と平行に前記内管の先端部に設け前記内管の軸を中心に前記内管と共に回転する第２の回転体であって、前記内管の軸回りに第１の案内路及び第２の案内路を形成した第２の回転体と、該第２の回転体の前記第１の案内路及び第２の案内路に沿って夫々移動可能に、前記１の回転体に支持する第１の加工具及び第２の加工具と、前記内管及び前記外管を同方向に回転駆動し、且つ必要に応じて前記内管と前記外管との間に回転差が生起されるように前記内管及び前記外管を相対的に回転駆動する駆動手段とを備え、前記第２の回転体が一方向に回転するとき前記第１の加工具と前記第２の加工具が相対的に逆方向に移動するように前記第１の案内路及び第２の案内路を形成し、回転不能に支持した被加工部材に対し、前記第１の加工具及び第２の加工具を公転駆動しながら、前記第１の加工具を前記第１の案内路に沿って径方向に駆動すると共に、前記第２の加工具を前記第２の案内路に沿って径方向に駆動するように構成したことを特徴とするスピニング加工装置。
【請求項２】
前記第１の加工具がスピニング加工用のローラで、前記第２の加工具が切断用の刃具であることを特徴とする請求項１記載のスピニング加工装置。
【請求項３】
前記第１の加工具が、前記被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラで、前記第２の加工具が、前記被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラであることを特徴とする請求項１記載のスピニング加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスピニング加工装置に関し、特に、回転不能に支持した被加工部材に対し、ローラを公転駆動してスピニング加工を行なうスピニング加工装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
主に管素材の端部に対しスピニング加工を行ない例えばテーパ状の管端部を形成するスピニング加工装置として、種々の形式のものが知られている。この中で、被加工部材を回転不能に支持した状態で絞り工具を被加工部材回りに公転駆動してスピニング加工を行なう装置があり、例えば特公平３−８４１２号公報に開示されている。同公報に記載の主軸装置は、二重構造の主軸にカム板と工具取付け台（面板）を設け、主軸後方に直列に装着した二組の遊星歯車機構を駆動し、回転中の主軸の内外管の間に速度差を生起させてカム板と工具取付け台との間に相対回動を与え、主軸回りを公転する絞り工具を、径方向に摺動させてスピニング加工を行うように構成されている。
【０００３】
更に、傾斜軸及び偏心軸を適宜組合せ、被加工部材回りに加工具であるローラを公転駆動してスピニング加工を行なう装置も知られており、例えば特開平１１−１４７１３８号及び特開平１１−１５１５３５号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公平３−８４１２号公報に記載の主軸装置のように、主軸回りを公転する加工具によってスピニング加工を行なう装置においては、加工具を固定して被加工部材を回転させるスピニング加工装置とは異なり、例えば絞り工具と刃具といった複数の種類の加工具を並設して加工することが困難であるため、スピニング加工終了後に、別工程で別の設備を用いて加工端部の切断を行なう必要がある。このようなスピニング加工後の切断工程は、特に前掲の特開平１１−１４７１３８号公報等に記載の傾斜軸や偏心軸を含むスピニング加工を行なった後には、管端部の仕上げ加工として必須の工程となる。
【０００５】
また、主軸回りを公転する加工具によってスピニング加工を行なう装置において、例えば２種類のローラを用いて連続してスピニング加工を行ない得るようにすることが要請されているが、実現していない。
【０００６】
そこで、本発明は、回転不能に支持した被加工部材に対し、加工具を公転駆動してスピニング加工を行なうスピニング加工装置において、スピニング加工を適切に行なうと共に、スピニング加工に連続して切断等の他の加工を行ない得るスピニング加工装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のスピニング加工装置は、請求項１に記載のように、内管及び外管の二重管から成る主軸と、前記外管の先端部に設け前記外管の軸を中心に前記外管と共に回転する第１の回転体と、該第１の回転体と平行に前記内管の先端部に設け前記内管の軸を中心に前記内管と共に回転する第２の回転体であって、前記内管の軸回りに第１の案内路及び第２の案内路を形成した第２の回転体と、該第２の回転体の前記第１の案内路及び第２の案内路に沿って夫々移動可能に、前記１の回転体に支持する第１の加工具及び第２の加工具と、前記内管及び前記外管を同方向に回転駆動し、且つ必要に応じて前記内管と前記外管との間に回転差が生起されるように前記内管及び前記外管を相対的に回転駆動する駆動手段とを備え、前記第２の回転体が一方向に回転するとき前記第１の加工具と前記第２の加工具が相対的に逆方向に移動するように前記第１の案内路及び第２の案内路を形成し、回転不能に支持した被加工部材に対し、前記第１の加工具及び第２の加工具を公転駆動しながら、前記第１の加工具を前記第１の案内路に沿って径方向に駆動すると共に、前記第２の加工具を前記第２の案内路に沿って径方向に駆動するように構成したものである。
【０００８】
例えば、請求項２に記載のように、前記第１の加工具をスピニング加工用のローラとし、前記第２の加工具を切断用の刃具とするとよい。
【０００９】
また、前記スピニング加工装置において、請求項３に記載のように、前記第１の加工具を、前記被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラとし、前記第２の加工具を、前記被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラとしてもよい。被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラは、大まかな形状を成形するのに適しているのに対し、被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラは、加工面の面精度を高く維持して成形することができるので、仕上げ加工に適している。従って、上記のように被加工部材に当接する部分の曲率が異なる二組のローラを装着すれば、一般加工と仕上げ加工を連続して精度良く行なうことができる。
【００１０】
以上のように、前記第１の加工具としてはスピニング加工用のローラがあり、前記第２の加工具としては、スピニング加工用のローラの他、被加工部材を切断するための刃具、切断面処理用のバイト、砥石等がある。而して、前記被加工部材に対し、円滑なスピニング加工を行ない、更にはスピニング加工後連続して切断等の所望の加工を行なうことができる。尚、前記第１及び第２の案内路は溝でも突条でもよく、第１及び第２の加工具には、溝に係合して案内されるピン、あるいは突条に嵌合して案内される溝を形成することによって、第１及び第２の加工具を夫々第１及び第２の案内路に沿って駆動することができる。前記第１の案内路及び前記第２の案内路は連続する一つの案内路として形成してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記の構成になるスピニング加工装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置を示すもので、例えば管素材４の管端部を縮径加工することができ、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。尚、本実施形態において、原素材（加工前の素材）は金属製の管素材であるが、その材料の種類は問わない。
【００１２】
図１及び図２において、ベース１上に一対のガイドレール５が固定され、このガイドレール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１上にガイドレール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はガイドレール５に沿って移動するように構成されている。
【００１３】
そして、主軸２がベース１と平行な平面上に配置され、その中心軸を中心にベアリング３，６等を介して回動自在に筐体２０に支持されている。図１に示すように、主軸２は円筒状の外管２１と内管２３によって二重管に構成されており、後述する変速機構５０に連結されている。
【００１４】
更に、内管２３の中空部を貫通するように、マンドレル４０の連結棒４１が主軸２とは独立して軸方向に進退可能に支持されている。即ち、連結棒４１は主軸２の内管２３に対し軸受を介してフローティング支持されており、従って主軸２の回転及び軸方向移動に拘らず軸方向に移動し得るように構成されている。マンドレル４０は管素材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１に支持されている。
【００１５】
一方、本実施形態における加工対象の管素材４は、その端部の加工目標中心軸が主軸２の中心軸と一致するように、クランプ装置（図示せず）によって回転不能に支持されている。即ち、管素材４の加工目標中心軸及び主軸２の中心軸がベース１と平行な同一平面上（ベース１から同一の高さ）に位置するように構成されている。
【００１６】
主軸２の外管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内管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、内管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は管素材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１に支持されている。
【００１７】
外管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）を介してモータ等（図示せず）等に連結されており、外管２１はこのモータ等によって回転駆動される。一方、外管２１の先端には第１の回転体２４が固定されており、外管２１が回転駆動されると第１の回転体２４が中心軸を中心に回転する。そして、この第１の回転体２４に対して回動可能に内管２３の先端部が支持されている。内管２３の先端部には第２の回転体２５が固定されており、第２の回転体２５は内管２３と共にその中心軸を中心に回転駆動される。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の第２の回転体２５には、本発明の第１及び第２の案内路を構成する４条の円弧状の案内溝（対向する一組の案内溝を夫々２５ａ，２５ｂで表す）が形成されており、これらの案内溝２５ａ，２５ｂの各々に、第２の回転体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は一対の支持部材２７及び一対の支持部材２９に夫々保持されている。支持部材２７は相互に対向するように配置され、第２の回転体２５に摺動自在に支持され、案内ピン２６を介して案内溝２５ａに沿って移動可能に保持されている。同様に、支持部材２９も相互に対向するように配置され、第２の回転体２５に摺動自在に支持され、案内ピン２６を介して案内溝２５ｂに沿って移動可能に保持されている。そして、図１及び図２に示すように、各支持部材２７にはローラ２８が回動自在に支持されており、各支持部材２９には刃具３０が回動自在に支持されている。尚、図２（及び図２以降の図）においては説明を容易にするため第１の回転体２４を省略し、この第１の回転体２４に支持される支持部材２７，２９並びにローラ２８及び刃具３０のみを表している。
【００１９】
上記案内溝２５ａ，２５ｂは、第２の回転体２５が一方向に回転するとき支持部材２７（及びローラ２８）と支持部材２９（及び刃具３０）が相対的に移動するように形成されている。即ち、支持部材２７が径外方向に移動する場合には支持部材２９は径内方向に移動し、逆に支持部材２７が径内方向に移動する場合には支持部材２９は径外方向に移動するように、案内溝２５ａ，２５ｂのプロフィールが形成されている。
【００２０】
而して、図示しないモータ等によって外管２１が回転駆動されると、各ローラ２８及び刃具３０が管素材４の中心軸を中心に回動する。この状態において、第２の回転体２５が第１の回転体２４に対して相対的に回転すると、支持部材２７が径方向に駆動され、ローラ２８が管素材４の中心軸に対して近接、離隔するように駆動されると共に、支持部材２９が、支持部材２７の移動方向とは逆向きの径方向に駆動され、刃具３０が管素材４の中心軸に対して離隔、近接するように駆動される。即ち、図２から図３に示す状態になり、この間、ローラ２８によって管素材４の端部の縮径加工が行なわれるのに対し、刃具３０は管素材４から離隔した位置で待機状態とされる。
【００２１】
上記の外管２１及び内管２３が連結される変速機構５０は、外管２１と内管２３との間に回転差が生起されるように外管２１及び内管２３を相対的に回転駆動する差動機構であり、本発明の駆動手段の一部を構成する。本実施形態の変速機構５０は撓み噛み合い式駆動装置を用いたもので、図１に示すように、外管２１と内管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が外管２１に取付けられ、支持歯車５７と噛合する従動歯車５９が内管２３に取付けられている。
【００２２】
上記の撓み噛み合い式駆動装置は、例えば波動歯車装置（Harmonic Drive Systems, Inc.社の登録商標「ハーモニックドライブ」）として知られているので作動原理の説明は省略するが、駆動用減速モータ５５の駆動に応じて外輪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、図示しないモータ等によって外管２１が回転駆動されると、外輪５１，５２間の差動により内管２３を介して第２の回転体２５が回転駆動され、支持部材２７及び２９、ひいてはローラ２８及び刃具３０が主軸２の中心軸に対し径方向移動するように構成されている。
【００２３】
そして、上記モータ９，５５等及びシリンダ４２等の各駆動手段はコントローラ（図示せず）に電気的に接続され、このコントローラ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。尚、変速機構５０としては、上記の撓み噛み合い式駆動装置に限らず、遊星歯車機構等、他の差動機構を用いることとしてもよい。
【００２４】
上記の構成になるスピニング加工装置の作動を説明すると、図１において、先ず、管素材４はクランプ装置（図示せず）によって回転不能の状態で保持される。このとき、管素材４の中心軸が主軸２の中心軸と同軸となるように位置決めされる。また、各ローラ２８は管素材４の外径よりも外側に退避している。
【００２５】
次に、筐体２０がガイドレール５に沿って前進駆動され（図１の左方向に移動）、管素材４のスピニング加工開始位置で各ローラ２８が退避した状態で停止される。そして、マンドレル４０が管素材４の一端部の開口内に位置するように前進駆動される。この状態から、図示しないモータ等によって外管２１が回転駆動され、第１の回転体２４がその中心軸を中心に回動すると共に、変速機構５０を介して第２の回転体２５が回転駆動される。そして、減速モータ５５によって外管２１と内管２３が相対的に回転駆動され、両者間、ひいては第１の回転体２４と第２の回転体２５との間に回転速度差が生ずると、支持部材２７が案内溝２５ａに沿って中心軸方向に摺動すると共に、支持部材２９が案内溝２５ｂに沿って外方に摺動する。
【００２６】
従って、各ローラ２８は加工目標軸に向かって径方向に駆動される。同時にモータ９によって筐体２０がガイドレール５に沿って後退駆動され（図１の右方向に移動）、各ローラ２８も同方向に後退駆動される。これにより、各ローラ２８は、管素材４の端部の外周面に圧接された状態で、それ自体回転（即ち、自転）すると共に加工目標軸を中心に回転（即ち、公転）しながら、加工目標軸方向に径方向駆動され、図３に示すようにスピニング加工が行なわれる。この間、支持部材２９は案内溝２５ｂに沿って外方に摺動するので、各刃具３０は図３に示すように管素材４から離隔した位置に退避している。特に、各ローラ２８が最も径外方に移動したときでも各刃具３０は管素材４に干渉しない程度に径内方に移動するように、案内溝２５ａ，２５ｂのプロフィールが設定される。同様にして、複数回の加工サイクルが行なわれ、図５に示す最終形状のテーパ部４ｂ及び首部４ｃが管素材４の管端部に形成される。
【００２７】
次に、モータ等によって外管２１が上記と同方向に回転駆動された状態で、内管２３の外管２１に対する相対的な回転方向が上記とは逆の方向となるように減速モータ５５が駆動されると、支持部材２７が案内溝２５ａに沿って外方に摺動すると共に、支持部材２９が案内溝２５ｂに沿って中心軸方向に摺動する。このとき、同時にモータ９によって筐体２０がガイドレール５に沿って駆動され、各刃具３０が加工後の首部４ｃの所定位置に対向する位置で軸方向移動が停止し、この位置で図６に示すように、各刃具３０が首部４ｃに向かって径方向に駆動され、首部４ｃが所定位置で切断される。従って、この間は各ローラ２８は図５に示すように退避した位置にある。
【００２８】
而して、本実施形態によれば、回転不能に支持した管素材４に対し、加工具たるローラ２８を公転駆動してスピニング加工を行ない、これに連続して刃具３０によって加工後の管素材４を所定位置で切断しトリム処理を行なうことができる。また、管素材４及び連結棒４１の何れも回転しないため、管素材４を強固に押圧する構造を容易に構成することができると共に、回転に起因する管素材４のブレ等の不具合を回避でき、正確な位置決めが可能である。
【００２９】
尚、ローラ２８及び刃具３０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く、一部が重合する経路としてもよい。第２の加工具としては、刃具３０に代えて、例えばバイト、砥石、転造工具等を用いることとしてもよい。更に、ローラ２８及び刃具３０に代えて、管素材４に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラ（図示せず）と、管素材４に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラ（図示せず）によって第１及び第２の加工具を構成してもよい。尚、ローラの、管素材４に当接する部分の曲率とは、所謂先端Ｒの曲率（軸心と平行方向の曲率）であり、ローラの外周の径を意味するものではない。而して、管素材４に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラは、大まかな形状を成形するのに適し、板厚の減少も少ないのに対し、管素材４に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラは、加工面の面精度を高く維持して成形することができるので、仕上げ加工に適している。
【００３０】
図７及び図８は、本発明の他の実施形態に係るスピニング加工装置によるスピニング加工状況を示すもので、本発明の第１及び第２の案内路が連続して形成され、楕円形状の案内溝２５ｃとされたもので、その他の構成は前述の実施形態と同様である。本実施形態においては、第２の回転体２５の第１の回転体２４に対する相対的な回転方向を切り換えることなく、相対的な回転方向が同じ方向のままでローラ２８と刃具３０の径方向移動が逆となるように周期的に繰り返すことができる。而して、図７に示すようにスピニング加工を行なうと共に、これに連続して図８に示すように切断処理を行なうことができる。
【００３１】
尚、本実施形態においても、第２の加工具としては、刃具３０に代えて、例えばバイト、砥石等を用いることとしてもよい。更に、ローラ２８及び刃具３０に代えて、管素材４に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラ（図示せず）と、管素材４に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラ（図示せず）によって第１及び第２の加工具を構成してもよい。
【００３２】
図９は、本発明の更に他の実施形態に係るスピニング加工装置の第２の回転体２５を示し、本発明の第１の案内路が２つの案内溝２５ｄで形成され、第２の案内路が１つの案内溝２５ｅで形成されたもので、案内溝２５ｅは２点鎖線で示す案内溝２５ｄに対し逆方向に案内するように形成されている。そして、案内溝２５ｄに沿って移動する２個の支持部材（図示せず）に夫々ローラ（図示せず）が回動自在に支持され、案内溝２５ｅに沿って移動する１個の支持部材（図示せず）に１個の刃具（図示せず）が回動自在に支持されている。その他の構成は前述の実施形態と同様である。
【００３３】
上記の実施形態では何れもテーパ部４ｂ及び首部４ｃの軸が管素材４の軸と同軸上でスピニング加工を行なう状態を示しているが、管素材４の軸に対して傾斜した軸に沿ってテーパ部及び首部（図示せず）を形成することができ、あるいは管素材４の軸に対して偏心した軸に沿ってテーパ部及び首部を形成することもできる。更には、傾斜軸及び偏心軸を適宜組合せてスピニング加工を行なうこともできる。これらの傾斜軸及び偏心軸を含むスピニング加工については前掲の特開平１１−１４７１３８号及び特開平１１−１５１５３５号公報に開示されており、これらの加工方法をテーパ部及び首部の成形に適用することができる。この場合には、管素材４に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラ（図示せず）を支持部材２７に回動自在に支持し、管素材４に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラ（図示せず）を支持部材２９に回動自在に支持することとし、管素材４の縮径工程では前者のローラを用い、首部４ｃの仕上げ工程では後者のローラを用いるとよい。
【００３４】
【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に記載のスピニング加工装置によれば、回転不能に支持した被加工部材に対し、加工具を公転駆動してスピニング加工を適切に行なうと共に、このスピニング加工に連続して切断等の他の加工を容易に行なうことができる。
【００３５】
例えば、請求項２に記載のように、前記第１の加工具をスピニング加工用のローラとし、前記第２の加工具を切断用の刃具とすることにより、スピニング加工に連続して加工後のトリミングを容易に行なうことができる。
【００３６】
あるいは、請求項３に記載のように、前記第１の加工具を、被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラとし、前記第２の加工具を、被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラとすることにより、一般加工と仕上げ加工を連続して精度良く行なうことができ、円滑にスピニング加工を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置の全体を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す図４の状態の側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す図４の状態の側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態に係るスピニング加工装置における第２の回転体を示す正面図である。
【符号の説明】
２  主軸，  ４  管素材，  ２１  外管，  ２３  内管，
２４  第１の回転体，  ２５  第２の回転体，
２７  支持部材，  ２８  ローラ，  ２９  支持部材，
３０  刃具，  ４０  マンドレル，  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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