JP2001205369A

JP2001205369A - 筒体端部の成形方法

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Publication number: JP2001205369A
Application number: JP2000019779A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ishino; 力石野
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-07-31
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: JP3434766B2

Abstract

(57)【要約】【課題】筒体の端部に、従来の成形方法に比べて、工
程数が少なく低コストで、かつ筒体の径に対する縮径率
が大きい複数の開口部を容易に成形できるようにする。【解決手段】金属製の筒体１Ａの端部にスピニング加
工を施して縮径部１０を形成する第１の工程と、次い
で、前記縮径部１０の一部を両側から押し潰して複数の
開口部２，３を成形する第２の工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は筒体端部の成形方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１３（Ｂ）に示すように、金属
製の筒体１０１の片側端部に複数の流入口或いは流出口
１０２を成形する方法として、図１３（Ａ）に示すよう
なプレス成形による２枚の構成部品１０３，１０４をフ
ランジ部１０５で溶接して組み合わせる方法や、図１４
（Ａ）に示す円筒素材２０１を、これに芯金を挿入して
（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように２０２〜２０５へと順次潰
して流入口或いは流出口２０６，２０７を成形する方法
が一般的である。このような製法は、例えば実開昭６０
−１２１５９４号、実開昭６０−１３７１１３号に開示
されている。

【０００３】また、図１５（Ａ）に示すような平板状の
円形金属板３０１を、公知の凹型と凸型を用いるプレス
加工で図１５（Ｂ）に示すような円錐台形状のワーク３
０２に形成し、次で図１５（Ｃ）に示すように孔３０３
を形成するとともにつば３０４をトリミング加工し、次
で図１５（Ｄ）に示すように、端部を小開口部３０５と
大開口部３０６に加工して中間材３０７を形成し、次
で、この中間材３０７の大開口部３０６を、その両側か
ら図示しない型で押圧して、図１５（Ｅ）に示すような
中間突き合わせ部３０８を形成し、この中間突き合わせ
部３０８の両側に分岐管３０９，３１０を成形するよう
にしたものが特公昭５６−３００８４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】ところで、内燃機関の
排気系に配置される触媒コンバータなどには浄化性能向
上の要請から大径の触媒担体が用いられ、担体を内装す
る一般部の径と流入口或いは流出口の径の比が大きく、
例えば２倍以上になる傾向がある。

【０００５】このような一般部の径と流入口或いは流出
口の径の比が大きい場合には前記図１３に示すような製
法で形成することができるとしても、２枚の構成部品を
製造する工程とこれらを接合して溶接する工程が必要と
なり、工程やコストがかかり信頼性も劣る問題がある。

【０００６】また、前記図１４に示す製法においては、
円筒素材そのものから簡単に無駄を出さずに一体的に加
工成形できることから、コスト低減や製品の耐久信頼性
の要請に応えられるが、前記のように大径比に対処する
ためには、流入口部或いは流出口部が所望の径や形状に
至るまで複数回の潰し加工を施さなければならず、その
各工程間において、加工硬化した材料を軟化させる熱処
理が必要になる。そのため、加熱設備や加熱工程が必要
となる上に、この製法においても、素材から順次潰す加
工の限界から著しい大径比には対応できない。

【０００７】また、前記図１５に示す製法においては、
中間材３０７を形成するのに大きな凹型および凸型のプ
レス機が必要でコスト高になる上に、そのプレス加工に
よる大きな塑性変形によってその材料が加工硬化するた
め、次工程の押圧加工において、大きな縮径による分岐
管３０９，３１０の成形が困難である。

【０００８】そこで本発明は、前記従来の工程数に比べ
て少ない工程数で、かつ一般部と流入口或いは流出口な
どの開口部の径の比が大きいものでも容易に成形できる
筒体端部の成形方法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前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、金属製の筒体の端
部にスピニング加工を施して縮径部を形成する第１の工
程と、次いで、前記縮径部の一部を側面から押し潰して
複数の開口部を形成する第２の工程とを含むことを特徴
とするものである。

【００１０】本発明においては、筒体の被成形部位であ
る端部を先ずスピニング加工により高い縮径率で縮径で
きるため、次工程の押し潰しにより、容易に筒体に対し
て縮管率の高い開口部を成形できる。更に、スピニング
加工により一気に縮管率の高い縮径ができるので、加工
硬化や脆弱化も殆どなく、次工程での潰し（塑性加工）
への悪影響や制約も少ない。

【００１１】請求項２記載の第２の発明は、金属製の筒
体の端部に、筒体の軸方向の各部位において横断面の周
長が最終形状の横断面の周長と略一致するようにスピニ
ング加工にて縮径部を形成する第１の工程と、次いで、
前記縮径部の一部を側面から押し潰して複数の開口部を
形成する第２の工程とを含むことを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明においては、筒体の被加工部である
端部を、第１の工程であるスピニング加工によって最終
形状の横断面の周長と略一致するように縮径するため、
最終形状が複雑な形状であっても容易にかつ高精度に最
終形状を得ることができる。また、スピニング加工であ
るため、前記の複雑な形状の縮径部も容易に形成でき
る。

【００１３】請求項３記載の第３の発明は、前記第１又
は第２の発明において、前記第２の工程において、縮径
部の両側から押し潰して一部を閉塞し、複数の開口部を
形成するものである。

【００１４】請求項４記載の第４の発明は、前記第１乃
至３のいずれかの発明において、前記第１の工程をスピ
ニングローラの複数回パスによる逐次スピニング加工と
したものである。

【００１５】本発明のような逐次スピニング加工によれ
ば、パス数が多いほど、またパス間の加工量が小さい
程、高い形状精度が得られるとともに、大きな加工量に
も対応できる。

【００１６】そして請求項５記載の第５の発明は、前記
第１乃至４のいずれかの発明において、前記第１の工程
において、縮径部の軸芯と筒体の軸芯とを相互に同芯又
は偏芯又は傾斜させて縮径部を形成するようにしたもの
である。

【００１７】本発明においては、第１の工程により縮径
部を筒体に対して同芯又は偏芯又は傾斜して形成するこ
とにより、次工程の押し潰しにより、筒体に対して同芯
又は偏芯又は傾斜した開口部を容易に成形することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１乃至図１２に示す実施例に基
いて本発明の実施の形態について説明する。

【００１９】図１乃至図８は第１実施例を示す。

【００２０】実施例として、図１に示すように、素材管
のままの直径を有する一般部１の一端部に２個の小径の
開口部２，３を形成し、これら両開口部２，３間に閉塞
部（仕切り部）４を形成し、両開口部２，３及び閉塞部
４と一般部１間に除変部５を形成し、一般部１の他端部
に１個の小径の開口部６を形成し、前記一般部１に触媒
担体７を内装した触媒コンバータ８を製造する場合につ
いて説明する。

【００２１】図２は本発明の成形工程の概略を説明する
図で、その（Ａ）は筒体（素管）である円筒状の金属直
管を示し、（Ｂ）はその筒体の端部をスピニング加工し
て縮径した第１工程の図を示し、（Ｃ）はその縮径部を
最終形状に圧扁した第２工程を示すとともに触媒担体７
を内装し、他端部を縮径した図を示す。

【００２２】図３乃至図８は成形工程をより詳細に説明
するための図である。

【００２３】先ず、図２（Ａ）及び図３に示すような筒
状の金属直管である筒体（素管）１Ａを用意する。図３
ではその筒体１Ａの直径Ｒ₁を１４０ｍｍとし、板厚ｔ
を１．５ｍｍとした。この筒体１Ａの横断面形状は、円
断面が望ましいが、楕円や長円や多角形など非円形断面
であってもよい。ただし、後工程のスピニング加工が可
能な断面とする。

【００２４】次に、第１の工程にかかる前に準備とし
て、次工程のスピニング加工で成形される形状、すなわ
ち、被加工部分である開口部２，３、閉塞部４、除変部
５の管軸方向の各部位におけるスピニング加工による横
断面周長を算出しておく。この算出に際しては、被加工
部位（図２（Ｃ）、図８（Ｃ）に示すＬ）全域にわたっ
て多くの部位で算出するのが望ましいが、加工上必要な
最小限の部位（面の変局箇所など）だけを算出してもよ
く、加工の容易性および形状精度の要求に応じて任意に
決定すれば良い。

【００２５】図に示す実施例においては、図８（Ａ）
（Ｂ）に示すように、直径Ｒ₁が１４０ｍｍの筒体（素
管）１Ａの端部に直径Ｒ₂が４９．２ｍｍの開口部２，
３を、除変部５を介して形成するに際して、その被加工
部位Ｌが８５ｍｍと短く、測定ピッチＰを細分化しても
さほど手間がかからないため、Ｐ＝５ｍｍピッチで、輪
切りにするイメージで周長を算出した。その各ピッチＰ
での周長Ｄは図８（Ｃ）に示すような値である。この値
はスピニング加工により縮径される各部位の周長であ
る。なお、図中Ｄの数値の単位はｍｍである。

【００２６】この算出周長に基いて、図２（Ｂ）及び図
４に示すようにスピニングローラ９によって第１の工程
であるスピニング加工を施し、被加工部である筒体１Ａ
の端部を前記の算出値に縮径する。このスピニング加工
が終了し、被加工部としての縮径部１０が形成されたの
が、図２（Ｂ）及び図４に示す形状である。

【００２７】このように、各部の周長に基いてスピニン
グ加工を行うと、その被加工部を単なるテーパ部や同軸
小径部に形成されるのではなく、図４に示すような複雑
な軸方向の縦断面形状、すなわち、軸方向に拡大と縮小
が連続的に組み合わされて変化する縮径部を形成でき
る。

【００２８】一般に、大径の筒体の端部に小径の複数の
開口部と閉塞部を設けようとすれば、その中間形状はた
いてい前記図４に類似する断面形状になる。

【００２９】しかるに、この図４の形状を従来のプレス
加工やダイスへの挿入などの加工で行うと、一回の工程
では成形できず、複数回の縮径加工と拡径加工を交互に
繰り返す必要があり、それによる素材の脆弱化や加工硬
化のため、加工限界が著しく低くなってしまう。したが
って、従来のプレス加工やダイスへの挿入加工では、本
実施例のような高径比の製品（容器）は到底成形できな
い。

【００３０】換言すると、本実施例のようなスピニング
加工によれば任意の縦断面形状を、横断面周長を合わせ
ながら、一気に形成できるとともに最終形状において高
い縮管率を得ることができる。すなわち、従来のプレス
加工やダイス加工による縮径加工の限界である２０数％
をはるかに上回る縮径率を得ることができる。更に、本
実施例のようなスピニング加工によれば、加工硬化、脆
弱化も殆どないため、次工程の潰しによる塑性加工への
悪影響や制約を与えることもない。

【００３１】なお、スピニング加工は、筒体１Ａを回転
することなく固定しておいて複数のスピニングローラ９
を公転させつつ筒体１Ａの径方向及び筒体１Ａの軸方向
への移動を行う方式が望ましいが、筒体１Ａをその軸芯
まわりに回転させ、スピニングローラ９を公転させるこ
となく遊転状態で筒体１Ａの径方向及び筒体１Ａの軸方
向への移動を行う方式でもよい。

【００３２】更に、筒体１Ａとスピニングローラ９の筒
体軸方向への相対移動についても、その一方を移動させ
ても両方を移動させてもよい。更に、軸方向の往復回数
（パス回数）は１回でも複数回でもよい。逐次スピニン
グ加工においては、パス数が多いほど、またパス間の加
工量が小さいほど、高い形状精度が得られるとともに大
きな加工量にも対応可能である。

【００３３】次に第２の工程として、前記のスピニング
加工により縮径された縮径部１０の端部１１における径
方向の両側の対向する一部を、求心方向へ押圧して潰
し、相互に接触させる。すなわち、図５（Ａ）のクロス
ハッチングで示す面１２を有する押型１３，１４を図５
（Ｂ）に示すように対向配置し、該両押型１３，１４を
図示しない駆動手段により図５（Ｂ）に示す矢印Ｘ，Ｙ
方向へ移動して端部１１の対向する一部を両側から押し
潰して扁平に形成し、図５（Ｂ）に示すようにその扁平
部１５，１６を接触させる。これにより、筒体１Ａ（一
般部１）の端部に扁平部１５，１６による閉塞部４と、
該閉塞部４の両側に位置して２個の開口部２、３を有す
る最終形状が得られる。

【００３４】前記押型１３，１４の押圧方向Ｘ，Ｙは、
縮径部１０の軸芯と直交方向であることが望ましい。

【００３５】なお、前記のような押型１３，１４の代り
に、図４の左側からダイスを嵌挿して前記図５のような
形状を得るようにしてもよい。その他、この第２の工程
における押し潰しの道具及び方法は任意であり、周知の
工法を適宜援用することができる。

【００３６】以上で一端部の成形が終了するが、図１の
実施例のように一般部１に触媒担体７を内装し、他端部
に１個の小径の開口部６を形成した触媒コンバータ８を
形成するには、前記の第２工程後、図６に示すように一
般部１の他端部１７の端（図６の右側）から触媒担体７
を挿入し、次で、図７に示すように前記他端部１７を除
変縮径し、他端部１７を除変部６ａと小径の開口部６に
成形する。この縮径方法は、スピニング加工或いはダイ
ス加工など、周知の適宜な加工方法で行う。

【００３７】図９は第２実施例を示す。

【００３８】本第２実施例は、前記第１実施例における
開口部２，３の軸芯を一般部１の軸芯に対して偏芯させ
た例である。

【００３９】この実施例では、前記第１実施例における
第１の工程のスピニング加工時に、縮径部１０を、図９
（Ａ）に示すように一般部１の軸芯Ｏ₁に対して縮径部
１０の軸芯Ｏ₂がＦだけ偏芯するように成形し、第２の
工程で、前記偏芯した縮径部１０の端部の一部を前記第
１実施例のように押し潰して扁平にしたものである。こ
の扁平化により、図９（Ｂ）に示すように、一般部１の
軸芯Ｏ₁に対してＦ方向へ偏芯した開口部２，３と閉塞
部４が形成される。

【００４０】図１０は第３実施例を示す。

【００４１】本第３実施例は、前記第１実施例における
開口部２，３の軸芯を一般部１の軸芯に対して傾斜させ
た例である。

【００４２】この実施例では、前記第１実施例における
第１の工程のスピニング加工時に、図１０（Ａ）に示す
ように、縮径部１０を、その軸芯Ｏ₃が一般部１の軸芯
Ｏ₁に対して傾斜するようにして成形し、第２の工程
で、前記偏芯した縮径部１０の端部の一部を前記第１実
施例のように押し潰して扁平にしたものである。この扁
平により、図１０（Ｂ）に示すように、一般部１の軸芯
Ｏ₁に対してねじれ関係に傾斜した軸芯Ｏ₃を持った開
口部２，３と扁平部４が形成される。

【００４３】また、前記第２実施例及び第３実施例の他
端部も、第２の工程後に前記第１実施例と同様に除変部
６ａと小径の開口部６に形成する。

【００４４】なお、前記開口部２，３の数は前記のよう
な２個に限るものではなく、それ以上でもよい。例え
ば、図１１の第４実施例に示すように３個の開口部２
２，２３，２３ａとしてもよく、また、図１２の第５実
施例に示すように４個の開口部３２，３３，３３ａ，３
３ｂとしてもよい。更に、前記図１〜図１０に示す実施
例は、開口部２と３間を、その部材を扁平に潰して閉塞
したが、このような扁平加工による閉塞に限るものでは
なく、図１１に示すように、開口部２２，２３，２３ａ
間の部材２４を非扁平状態で近接させて仕切り部とした
り、図１２に示すように、開口部３２，３３，３３ａ，
３３ｂ間の部材３４を相互に大きく離して対峙させて仕
切り部としてもよい。

【００４５】このような図１１及び図１２に示す実施例
においては、前記第１実施例における図２（Ｂ）及び図
４に示すスピニング加工による縮径後に、図１１及び図
１２に示すように、縮径部の外側に配置した押型２５，
３５を矢印Ｚ方向に移動させて縮径部を側面から所望量
押し潰して、開口部２２，２３，２３ａ及び開口部３
２，３３，３３ａ，３３ｂを成形する。また、各開口部
の断面形状も任意であるとともに、それぞれ異なってい
ても構わない。

【００４６】なお、前記各実施例は、触媒コンバータの
成形に適用した例であるが、本発明は前記のような他端
の開口部６を形成しないものやその他の容器の成形に適
用できるもので、前記の用途及び実施例に限定するもの
ではない。

【００４７】

【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、筒体の端部に複数の開口部を、従来の成
形方法に比べて工程数が少なく低コストで、かつ筒体の
径に対する縮径率を大きくして成形できる。

【００４８】請求項２記載の発明によれば、更に、最終
形状が複雑な形状であっても、次工程の押し潰しのみに
より容易に最終形状を得ることができる。

【００４９】請求項３記載の発明によれば、更に、複数
の開口部間が閉塞した筒体端部を形成できる。

【００５０】請求項４記載の発明によれば、更に、高い
形状精度が得られるとともに大きな縮径加工量にも対応
できる。

【００５１】そして請求項５記載の発明によれば、更
に、筒体に対して同芯は勿論、偏芯又は傾斜した開口部
を容易に成形できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により成形された製品を示すもので、
（Ａ）は傾斜図、（Ｂ）は（Ａ）の側断面図、（Ｃ）は
（Ｂ）の左側面図。

【図２】本発明の成形工程を示すもので、（Ａ）は素管
である筒体を示す図、（Ｂ）は第１の工程であるスピニ
ング加工により縮径された図、（Ｃ）は第２の工程であ
る潰し加工により成形された図で、夫々の（ａ）は側断
面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。

【図３】本発明の成形方法の実施に際して適用した素管
である筒体の側断面図。

【図４】図３の筒体を第１の工程であるスピニング加工
で縮径した側断面図。

【図５】図４の縮径部を第２の工程である潰し加工によ
り成形した図で、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は（Ａ）の
左側面図。

【図６】図５の成形品に触媒担体を嵌装した側断面図。

【図７】図６の状態より他端部を縮径した図。

【図８】第１の工程のスピニング加工で縮径する際の各
部位の縮径周長を説明する図で、（Ａ）は最終形状の寸
法を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図、（Ｃ）は
（Ａ）（Ｂ）の最終形状に対する縮径時の各寸法を示す
図。

【図９】本発明において、筒体に対して開口部を偏芯し
て成形する第２実施例を示すもので、（Ａ）は第１の工
程であるスピニング加工により縮径された図、（Ｂ）は
第２の工程である潰し加工により成形された図で、夫々
の（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。

【図１０】本発明において、筒体に対して開口部を傾斜
して成形する第３実施例を示すもので、（Ａ）は第１の
工程であるスピニング加工により縮径された図、（Ｂ）
は第２の工程である潰し加工により成形された図で、夫
々の（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。

【図１１】本発明の第４実施例を示すもので、開口部側
から見た図。

【図１２】本発明の第５実施例を示すもので、開口部側
から見た図。

【図１３】第１の従来の技術を示すもので、（Ａ）は構
成部品を示す斜視図、（Ｂ）は製品の斜視図。

【図１４】（Ａ）〜（Ｅ）は第２の従来の技術の工程を
示す図。

【図１５】（Ａ）〜（Ｅ）は第３の従来の技術の工程を
示す図。

【符号の説明】

１Ａ筒体２，３開口部４閉塞部１０縮径部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の筒体の端部にスピニング加工を
施して縮径部を形成する第１の工程と、次いで、前記縮
径部の一部を側面から押し潰して複数の開口部を形成す
る第２の工程とを含むことを特徴とする筒体端部の成形
方法。
【請求項２】金属製の筒体の端部に、筒体の軸方向の
各部位において横断面の周長が最終形状の横断面の周長
と略一致するようにスピニング加工にて縮径部を形成す
る第１の工程と、次いで、前記縮径部の一部を側面から
押し潰して複数の開口部を形成する第２の工程とを含む
ことを特徴とする筒体端部の成形方法。
【請求項３】前記第２の工程において、縮径部の両側
から押し潰して一部を閉塞し、複数の開口部を形成する
請求項１又は２記載の筒体端部の成形方法。
【請求項４】前記第１の工程が、スピニングローラの
複数回パスによる逐次スピニング加工である請求項１乃
至３のいずれかに記載の筒体端部の成形方法。
【請求項５】前記第１の工程において、縮径部の軸芯
と筒体の軸芯とを相互に同芯又は偏芯又は傾斜させて縮
径部を形成するようにした請求項１乃至４のいずれかに
記載の筒体端部の成形方法。