JP2002011528A - 金属ベローズの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓ形断面のベローズを傷付けることなく精度
良く成形できるベローズ製造装置を提供する。 【解決手段】 ベローズ製造装置は、素管１１の軸線方
向に配置される金型１３，１４と、素管１１に挿入され
るマンドレル１８を備えている。金型１３，１４は素管
１１の径方向に分割可能である。マンドレル１８は素管
１１の内面側に液圧室４７を形成するためのシール部材
４５，４６を備えている。加圧された液を液圧室４７の
内部に供給することによって素管１１の一部を外側に膨
らませるとともに、第２の金型１４を第１の金型１３に
近付けることによって、金型１３，１４の成形面３６，
３７に応じたＳ形断面のひだ壁を形成する。ひだ壁を形
成したのち第２の金型１４を径方向にひらく前に、金型
１４を成形後のひだ壁から離す方向に少し後退させる。
そののち型開閉機構によって金型１４をひらく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アキュムレータあ
るいは真空バルブ、ポンプなどに内蔵される金属ベロー
ズの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属ベローズにはその軸線方向に山部と
谷部が交互に形成されている。これら山部と谷部の断面
形状（ひだ壁の断面形状）として、Ｕ形以外に、Ｖ形、
Ω形、あるいはＳ形など様々な形態が知られている。例
えば図１７に示すベローズ１はその軸線Ｘ方向に交互に
形成された複数の山部２と谷部３とを有している。これ
ら山部２と谷部３を構成するひだ壁４，５はそれぞれＳ
形断面をなしている。

【０００３】このようなＳ形断面のベローズ１は、Ｕ形
断面のひだ壁を有する通常のベローズと比較して、軸線
方向に圧縮したときの密着長が十分短いため、自由長か
らの伸縮ストロークを長くとれるといった長所がある。
なお、この明細書で言うＳ形断面とは、ベローズ１の径
方向に滑らかに連続する凹凸（湾曲面）が、波のように
交互に形成されている形状を言い、厳密な意味でのＳ字
形を意味するわけではない。

【０００４】Ｓ形断面の金属ベローズ１を製造する方法
として、例えば、プレスによって成形されたＳ形断面の
複数枚の円板状ベローズ要素を溶接によって順次つなぎ
合わせる方法が知られている。あるいは、ベローズの材
料である金属素管からバルジ加工によって山部と谷部を
一体に成形する方法も知られている。前者はいわゆる溶
接ベローズであり、後者は一体成形ベローズと称されて
いる。一体成形ベローズは溶接ベローズと比較して、加
工工数が少なく、材料の歩留まりが高く、品質も安定し
ているなどの長所がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記Ｓ形断面のベロー
ズを一体成形するために、バルジ加工の一例として液圧
成形が適用されることがある。液圧成形を行うベローズ
製造装置は、ベローズの材料である素管の外周側に設け
る第１の金型および第２の金型を有している。そして素
管の内側から液圧を作用させることにより、第１の金型
と第２の金型との間で素管の一部を膨らませつつ、これ
らの金型を互いに近付ける方向に移動させて、金型間に
素管の一部を挟み込むことによってひだ壁を成形する。

【０００６】このようなベローズ製造装置において、図
１１に示すように金型１３，１４の成形面３６，３７の
テーパ角α１，α２が小さい場合、ひだ壁を成形したの
ち金型１３，１４を素管の径方向にひらく際に、成形直
後のひだ壁に成形面３６，３７の一部が強く当たること
により、ベローズに傷が付くという問題が生じた。ベロ
ーズに傷が付くことを回避するには、図１２に示す金型
１３′，１４′のように、成形面３６′，３７′のテー
パ角β１，β２を大きくすればよい。しかしテーパ角β
１，β２が大きい金型１３′，１４′は、ひだ壁を成形
する際に金型１３′，１４′の先端部Ｃ，Ｃ間の距離が
大きいため、ひだ壁を十分な波形に成形できないという
問題がある。

【０００７】従って本発明の目的は、Ｓ形断面のベロー
ズも傷付けることなくしかも正確な形状にひだ壁を成形
できるベローズ製造装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明のベローズ製造装置は、素管の外周に設ける固
定金型と、前記固定金型に対し前記素管の軸線方向に離
間して配置されかつ前記素管の径方向に分割可能な移動
金型と、前記素管の内面において前記固定金型と対応す
る位置に設けられた第１のシール手段と、前記素管の内
面において前記移動金型と対応する位置に設けられかつ
前記第１のシール手段との間に液圧室を形成する第２の
シール手段と、前記液圧室に加圧された液を供給するこ
とによって前記液圧室に位置する前記素管の一部を外側
に膨張させる液圧供給手段と、前記移動金型を前記固定
金型に近付ける方向に移動させることにより前記素管の
前記膨張した部位を前記固定金型と移動金型との間で塑
性変形させてひだ壁を成形する型駆動機構と、前記ひだ
壁が成形されたのち前記移動金型を素管の径方向にひら
く前に該移動金型を前記ひだ壁から離す方向に僅かに後
退させる微量後退手段と、前記移動金型が前記微量後退
手段によって後退させられたのち該移動金型を径方向に
ひらく型開閉機構と、前記移動金型が径方向にひらいた
後に前記素管を該移動金型および前記固定金型に対して
素管の軸線方向に所定量相対移動させる素管送り機構と
を具備している。

【０００９】本発明のベローズ製造装置は、第１のシー
ル手段と第２のシール手段との間の液圧室に加圧された
液を供給し、素管の一部を外側に膨張させるとともに、
移動金型を固定金型に近付ける方向に移動させる。こう
することにより、素管の一部が固定金型と移動金型との
間に挟まれて塑性変形し、ひだ壁が成形される。ひだ壁
が成形されたのち、微量後退手段によって移動金型をひ
だ壁から離す方向に少し後退させる。そののち移動金型
が径方向にひらく。移動金型が径方向にひらいたのち、
素管送り機構によって素管が移動金型および固定金型に
対して軸線方向に所定量移動する。

【００１０】この発明において、前記固定金型と移動金
型は、互いの対向面に、例えば断面Ｓ形のひだ壁を成形
するための成形面を備えている。この場合、各成形面
は、それぞれ、前記素管の軸線と直角な線分とのなすテ
ーパ角を１０度以下の狭角にするとよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の第１の実施形態に
ついて図１から図１１を参照して説明する。図２に概略
を示すベローズ製造装置１０は、金属ベローズの材料で
ある直管状の薄肉金属素管１１を、液圧によりバルジ加
工するものである。この製造装置１０は、ベースフレー
ム１２と、固定側の第１の金型１３および移動側の第２
の金型１４を含む金型セット１５と、第２の金型１４を
素管１１の軸線方向に移動させる型駆動機構１６と、素
管１１を保持するチャック１７と、素管１１の内部に挿
入されるマンドレル１８と、マンドレル１８を素管１１
の軸線方向に移動させるマンドレル駆動機構１９と、素
管１１を保持するチャック１７を素管１１の軸線方向に
移動させる素管送り機構２０などを備えている。

【００１２】図１に示すように、第１の金型１３は第１
の型ホルダ３０に保持されている。第２の金型１４は第
２の型ホルダ３１に保持されている。第２の金型１４と
型ホルダ３１は、第１の金型１３と型ホルダ３０に対し
て、素管１１の軸線方向に相対的に往復移動可能であ
る。この実施形態の場合、サーボモータ等のアクチュエ
ータを用いた型駆動機構１６（図２に示す）により、第
２の型ホルダ３１が第２の金型１４と一体に素管１１の
軸線方向に移動させられるようになっている。

【００１３】型駆動機構１６は、例えばサーボモータ１
６ａと、サーボモータ１６ａによって回転駆動されるボ
ールねじ１６ｂなどからなり、サーボモータ１６ａに入
力するパルスに応じてサーボモータ１６ａが回転するこ
とにより、第２の金型１４が素管１１の軸線方向に移動
するようになっている。型駆動機構１６は、この発明で
言う微量後退手段としても機能する。

【００１４】金型１３，１４と型ホルダ３０，３１は、
図３にその一部を示すように、分割面３８を境に型開閉
機構３９によって径方向（図３に矢印Ｗで示す方向）に
二分割できるようになっている。この実施形態の場合に
は、第１の金型１３がこの発明で言う固定金型に相当
し、第２の金型１４が移動金型に相当する。ただしこれ
とは逆に、第２の金型１４と型ホルダ３１を固定し、第
１の金型１３と型ホルダ３０を素管１１の軸線方向に移
動させるように構成してもよい。

【００１５】図１等に示すように、金型１３，１４に素
管１１を挿入する孔３４，３５が形成されている。第１
の金型１３と第２の金型１４の相互対向面には、成形す
べきベローズ１（図１７に示す）のひだ壁４，５に応じ
て、それぞれＳ形断面の成形面３６，３７が形成されて
いる。

【００１６】図１１に示すように金型１３，１４の成形
面３６，３７のテーパ角α１，α２は１０度以下の狭角
である。例えばα１は６．５度であり、α２は８．９度
である。図１２は成形面３６′，３７′のテーパ角β
１，β２が２０度を越える金型１３′，１４′（比較
例）を示している。例えばβ１は２０．６度であり、β
２は２０．４度である。ここで言うテーパ角α１，α
２，β１，β２とは、各々の金型の軸線（素管１１の軸
線Ｘ）と直角な方向の線分Ａに対し、各成形面の基部Ｂ
と先端部Ｃとを結ぶ線分Ｄがなす角度である。

【００１７】マンドレル１８は、素管１１に挿入される
円筒状のボディ４０と、ボディ４０の内部を相通しかつ
ボディ４０に対して軸線方向に移動可能なセンターロッ
ド４１と、センターロッド４１の先端部に設けられたピ
ストン状のシールヘッド４２などを備えている。シール
ヘッド４２の外周部には、第１の金型１３の内周側に位
置する第１のシール部材４５が設けられている。

【００１８】ボディ４０の外周部に、第２の金型１４の
内周側に位置する第２のシール部材４６が設けられてい
る。これらシール部材４５，４６間において、素管１１
の内面側に液圧室４７が形成される。第１のシール部材
４５は、この発明で言う第１のシール手段として機能す
る。第２のシール部材４６は、この発明で言う第２のシ
ール手段として機能する。

【００１９】センターロッド４１には、液圧室４７に開
口する液圧導入口４８と、この液圧導入口４８に連通す
る液流通部４９が形成されている。液流通部４９には、
加圧された流体（例えば水）を液圧室４７に供給するた
めの液圧供給装置５０（図２に示す）が接続されてい
る。

【００２０】以下に、上記製造装置１０を用いて行われ
るベローズ製造工程について説明する。図１に示すよう
に、第１の金型１３と第２の金型１４を互いに離間さ
せ、かつこれらの金型１３，１４を二分割した状態（径
方向にひらいた状態）で、金型１３，１４に素管１１を
セットするとともに、素管１１の開口端から素管１１の
内部にマンドレル１８を挿入する。

【００２１】その後、図４に示すように金型１３，１４
を径方向に閉じる。図４中の矢印Ｍ１は金型１３，１４
が閉じる方向を示している。このとき第１のシール部材
４５は第１の金型１３の内周側に位置し、第２のシール
部材４６は第２の金型１４の内周側に位置することにな
る。

【００２２】そののち、図５に示すように、液圧供給装
置５０によって加圧された流体（例えば水）が、液流通
部４９と液圧導入口４８を経て液圧室４７に供給され
る。液圧室４７に供給された液体の圧力により、シール
部材４５，４６間において素管１１の一部１１ａが外径
方向に少し膨らむ。

【００２３】図６に示すように、液圧室４７内の液圧を
維持した状態で、第２の金型１４と第２の型ホルダ３１
およびボディ４０とシール部材４６が、互いに同期して
第１の金型１３に向かって矢印Ｆ１方向に移動させられ
る。こうすることによって、金型１３，１４の成形面３
６，３７に素管１１の一部１１ａが挟まれて塑性変形
し、成形面３６，３７に応じたＳ形断面のひだ壁４，５
が成形される。

【００２４】こうして一山分のひだ壁４，５が成形され
たのち、図７に示す微量後退工程において、第２の金型
１４が型駆動機構１６（図２に示す）によって、僅かな
距離Δｄだけ戻される。すなわち、第２の金型１４が第
１の金型１３から離れる方向（矢印Ｒで示す方向）に僅
かな距離Δｄだけ後退する。この距離Δｄは、ひだ壁
４，５のピッチＰ（図１６に示す）に応じて設定され、
例えばピッチＰが４．４ｍｍの場合にΔｄは約２ｍｍ、
ピッチＰが２．８ｍｍの場合にΔｄは約１ｍｍである。
後退する距離Δｄが大きくなり過ぎると、第２の金型１
４が一つ前に成形されたひだ壁４を傷付けてしまうおそ
れがある。このため、後退させる距離ΔｄはピッチＰの
半分以下の小さな量とするとよい。

【００２５】この微量後退工程を経て第２の金型１４が
少し後退したのち、図８に示すように第１の金型１３と
第２の金型１４が径方向（矢印Ｍ２で示す方向）にひら
く。こうして金型１３，１４がひらく前に、予め前記微
量後退工程によって、第２の金型１４が少し後退してい
るため、金型１３，１４の成形面３６，３７が成形後の
ひだ壁４，５を強く押してしまうことが回避され、ひだ
壁４，５が傷付くことを防止できる。

【００２６】金型１３，１４が径方向にひらいたのち、
素管送り機構２０によって素管１１が金型１３，１４に
対して図９に矢印Ｆ２で示す方向（管軸方向）に所定量
相対的に送られる。また、第２の金型１４と型ホルダ３
１が矢印Ｆ３で示す方向に後退して成形前の位置に戻る
とともに、これと同期してボディ４０とシール部材４６
も後退する。

【００２７】ひだ壁４の前側に第２の金型１４の成形面
３７が位置した時点で、図１０に示すように第１の金型
１３と型ホルダ３０および第２の金型１４と型ホルダ３
１が矢印Ｍ１方向に閉じる。そして前述の図５から図１
０に示す一連の工程が再び繰返されることによって、次
の一山分のひだ壁４，５が成形される。こうして一山ず
つひだ壁４，５を順次形成することによって、図１６に
示す一次成形ベローズ１′が製造される。

【００２８】この実施形態の金型１３，１４は、図１１
に示すように成形面３６，３７のテーパ角α１，α２を
それぞれ１０度以下の狭角としているため、ひだ壁４，
５を成形する際に、素管１１に対する金型１３，１４の
先端部Ｃ，Ｃ間の距離Ｌが小さくなる。このため素管１
１の型なじみが良くなり、ひだ壁４，５の波形を十分に
成形でき、図１７に示す最終製品のベローズ１に近い形
状の一次成形ベローズ１′を製造することができる。

【００２９】なお、一次成形ベローズ１′を軸線方向に
圧縮し、各ひだ壁４，５を互いに密着させることによ
り、図１７に示すように山部２の先端２ａと谷部３の先
端３ａの曲率半径をさらに小さくすることができる。

【００３０】前記実施形態の金型１３，１４の成形面３
６，３７は、テーパ角α１，α２をそれぞれ１０度以下
の狭角としている。これに対し、図１２は成形面３
６′，３７′のテーパ角β１，β２が２０度を越える金
型１３′，１４′を示している。この金型１３′，１
４′を用いて成形されたＳ形断面のベローズ（比較例）
と、図１１に示す金型１３，１４を用いて成形されたＳ
形断面のベローズ（実施例）の耐久試験結果を図１３に
示した。

【００３１】図１３から判るように、図１１に示された
テーパ角α１，α２が小さい成形面３６，３７によって
成形されたベローズは、図１２に示す大きなテーパ角β
１，β２の成形面３６′，３７′によって成形されたベ
ローズと比較して、耐久性が大幅に向上している。その
理由は、テーパ角α１，α２の小さい成形面３６，３７
を用いてひだ壁４，５を成形した場合には、テーパ角β
１，β２が大きい成形面３６′，３７′を用いる場合と
比較して、素管１１に対する金型１３，１４の先端部
Ｃ，Ｃ間の距離Ｌを小さくすることができることによ
り、ひだ壁４，５のＳ形状が安定するためと考えられ
る。

【００３２】図１１に示したようにテーパ角α１，α２
が小さい成形面３６，３７によってひだ壁４，５を成形
する場合、ひだ壁４，５を成形したのちそのまま金型１
３，１４を径方向にひらいてしまうと、成形直後のひだ
壁４，５に成形面３６，３７の一部が強く当たってしま
い、ひだ壁４，５が傷付いてしまう。

【００３３】そこでこの実施形態のベローズ製造装置１
０は、ひだ壁４，５が成形されたのち金型１３，１４が
径方向にひらく直前に、前述の微量後退工程において、
型駆動機構１６によって第２の金型１４を少し後退させ
ている（図７参照）。このため、金型１３，１４が径方
向にひらく際に、成形面３６，３７の一部が成形直後の
ひだ壁４，５を強く押してしまうことを回避でき、ひだ
壁４，５に傷がつくことを防止できた。

【００３４】なお、図１４と図１５は本発明の第２の実
施形態のベローズ製造装置１０′を示している。このベ
ローズ製造装置１０′は、シールヘッド４２′を一体に
有する部材とボディ４０′のみによってマンドレル１
８′を構成することにより、マンドレル１８′の構造を
簡単にしている。それ以外の構成と作用は第１の実施形
態と同様である。この第２の実施形態のベローズ製造装
置１０′の場合、第２の金型１４を第１の金型１３に向
かって移動させる際に、シールヘッド４２′とシール部
材４５が第２の金型１４と同期して移動し、その移動の
際にシール部材４５が素管１１の内面を滑りながら軸線
方向に移動する。このような構成によればマンドレル１
８′の構成が簡単となる。

【００３５】前記実施形態では、型駆動機構１６そのも
のが微量後退手段としての機能を兼ね備えている。ただ
しこの発明を実施するに当たって、微量後退手段は、型
駆動機構１６とは別に設けた油圧式あるいは機械式の駆
動機構によって、移動金型を僅かに後退させてもよい。

【００３６】またこの発明は、Ｓ形断面のベローズを製
造するのに適しているが、場合によってはＶ形断面やＵ
形断面など、金型の成形面の形状に応じて、Ｓ形以外の
断面形状のひだ壁を有するベローズの製造にも用いるこ
とができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、金型
の成形面の形状に応じてＳ形断面やＶ形断面、Ω形、Ｕ
形断面等の所望のひだ壁を有するベローズを製造するこ
とができる。特にＳ形断面のように凹凸のある成形面に
よってひだ壁を成形する場合、成形面のテーパ角が小さ
くても、金型が径方向にひらく際にベローズのひだ壁が
成形面によって傷付くことを防止できる。

【００３８】請求項２に記載した発明によれば、Ｓ形断
面のひだ壁を有するベローズを傷付けることなく製造で
きる。請求項３に記載した発明によれば、テーパ角の小
さい成形面を有する金型によってＳ形断面のひだ壁を成
形することにより、成形時の固定金型と移動金型の先端
部間の距離を小さくとることができ、ひだ壁の形状が安
定することにより、耐久性の高い金属ベローズを製造で
き、しかも金型がひらく際にベローズのひだ壁が成形面
によって傷付くことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すベローズ製造装
置の一部の断面図。

【図２】図１に示されたベローズ製造装置の全体を概略
的に示す側面図。

【図３】図１に示されたベローズ製造装置の型開閉機構
の一部を示す正面図。

【図４】図１に示されたベローズ製造装置において金型
に素管をセットした状態の断面図。

【図５】図１に示されたベローズ製造装置において素管
に液圧を作用させた状態の断面図。

【図６】図１に示されたベローズ製造装置においてひだ
壁が成形された状態を示す断面図。

【図７】図１に示されたベローズ製造装置において金型
を少し後退させた状態を示す断面図。

【図８】図１に示されたベローズ製造装置において金型
をひらいた状態の断面図。

【図９】図１に示されたベローズ製造装置において一方
の金型を軸線方向に移動させた状態の断面図。

【図１０】図１に示されたベローズ製造装置において金
型を閉じた状態の断面図。

【図１１】図１に示されたベローズ製造装置の金型の一
部を拡大して示す断面図。

【図１２】テーパ角が大きい比較例の金型の一部を拡大
して示す断面図。

【図１３】互いにテーパ角が異なる２種類の金型を用い
て製造されたベローズの耐久試験結果を示す図。

【図１４】本発明の第２の実施形態を示すベローズ製造
装置の一部の断面図。

【図１５】図１４に示されたベローズ製造装置において
ひだ壁が成形された状態を示す断面図。

【図１６】一次成形されたベローズの一部の断面図。

【図１７】完成したベローズの一部の断面図。

【符号の説明】

１…ベローズ ４，５…ひだ壁 １０…ベローズ製造装置 １１…素管 １３…第１の金型（固定金型） １４…第２の金型（移動金型） １６…型駆動機構（微量後退手段） ２０…素管送り機構 ３６，３７…成形面 ３９…型開閉機構 ４５…第１のシール部材 ４６…第２のシール部材 ４７…液圧室 ５０…液圧供給装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベローズの材料としての金属素管の外周に
   設ける固定金型と、 前記固定金型に対し前記素管の軸線方向に離間して配置
   されかつ前記素管の径方向に分割可能な移動金型と、 前記素管の内面において前記固定金型と対応する位置に
   設けられた第１のシール手段と、 前記素管の内面において前記移動金型と対応する位置に
   設けられかつ前記第１のシール手段との間に液圧室を形
   成する第２のシール手段と、 前記液圧室に加圧された液を供給することによって前記
   液圧室に位置する前記素管の一部を外側に膨張させる液
   圧供給手段と、 前記移動金型を前記固定金型に近付ける方向に移動させ
   ることにより前記素管の前記膨張した部位を前記固定金
   型と移動金型との間で塑性変形させてひだ壁を成形する
   型駆動機構と、 前記ひだ壁が成形されたのち前記移動金型を素管の径方
   向にひらく前に該移動金型を前記ひだ壁から離す方向に
   僅かに後退させる微量後退手段と、 前記移動金型が前記微量後退手段によって後退させられ
   たのち該移動金型を径方向にひらく型開閉機構と、 前記移動金型が径方向にひらいた後に前記素管を該移動
   金型および前記固定金型に対して素管の軸線方向に所定
   量相対移動させる素管送り機構と、 を具備したことを特徴とする金属ベローズの製造装置。
2. 【請求項２】前記固定金型と移動金型の相互対向面に、
   それぞれ断面Ｓ形のひだ壁を成形するための成形面を備
   えていることを特徴とする請求項１記載の金属ベローズ
   の製造装置。
3. 【請求項３】前記固定金型と移動金型の各成形面は、そ
   れぞれ、前記素管の軸線と直角な線分とのなすテーパ角
   を１０度以下の狭角としたことを特徴とする請求項２記
   載の金属ベローズの製造装置。