JP2005052891A - 縮径加工装置及び縮径金属部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属素管に対し１工程で比較的大きな縮径率の縮径部を付与でき、従来よりも加工時間を短縮することができる縮径加工装置及び縮径金属部品の製造方法を提供する。
【解決手段】縮径加工装置を構成する成形型１０は、金属素管Ｍを配置可能なトンネル状の成形室１１及びその成形室１１内に突設されて金属素管Ｍの一端部を外嵌可能な固定芯金１２を有する。金属素管Ｍはクランプ１４で固定芯金１２に固定される。固定芯金１２には可動芯金２０が金属素管Ｍ内を移動可能に支持され、固定芯金１２と可動芯金２０との間には所望の縮径部を成形するための縮径加工域（１２ａ，２３ａ）が構築される。この装置は更に、金属素管Ｍの外周部に流体圧を及ぼす外圧付与手段（Ｂ，Ｃ等）を具備する。金属素管Ｍの外周部に流体圧を及ぼしながら固定芯金１２に対し可動芯金２０を相対移動させることで、金属素管Ｍの一部に縮径部が連続形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属素管（金属製の管状出発材）の一部に縮径加工を施して縮径部を形成するための縮径加工装置と、その縮径加工装置を用いて金属素管から縮径金属部品を製造する縮径金属部品の製造方法に関するものである。

従来、円筒状の金属素管の端部（管端）にその素管の径よりも小径な縮径部を成形する手法としてスピニング加工法が知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、スピニング加工法には次のような欠点がある。第１に、スピニング加工では１工程あたりの加工量が少なく、加工を何工程も逐次的に繰り返す必要があるため、所望の縮径率の縮径部を得るまでの加工時間が長くなり製造コストが高くなる傾向にある。第２に、スピニング加工は基本的に複数のロール体を用いた回転加工であるため、被縮径部位は管端に限定されるばかりか、縮径部の断面形状も円形状にほぼ限定され、円形断面以外の異形断面を有する縮径部を形成することが難しい。第３に、スピニング加工により金属素管に対し縮径部を偏心させるためには、特許文献１に開示されたような複雑な管端成形装置が必要となり、設備費用の負担が大きくなる。

特許第２９５７１５３号公報（特開平１１−１４７１３８号）

本発明の目的は、出発材料たる金属素管に対し、１工程で比較的大きな縮径率の縮径部を付与することができ、従来よりも加工時間を短縮することができる縮径加工装置及び縮径金属部品の製造方法を提供することにある。また、円形断面以外の異形断面を有する縮径部や金属素管に対して偏心した縮径部を比較的容易に形成することができる縮径加工装置及び縮径金属部品の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、金属素管の一部に縮径加工を施して縮径部を形成するための縮径加工装置であって、金属素管を配置可能なトンネル状の成形室、及び、その成形室内に突設されて金属素管の一端部を外嵌可能な固定芯金を有する成形型と、前記固定芯金に対し金属素管の一端部を固定するためのクランプ手段と、前記固定芯金によって金属素管内をその軸方向に移動可能に支持されると共に、固定芯金との間に所望の縮径部を成形するための縮径加工域を構築可能な可動芯金と、前記成形室内に配置した金属素管の外周部に流体圧を及ぼす外圧付与手段とを備え、前記外圧付与手段により金属素管の外周部に流体圧を及ぼしながら固定芯金に対し可動芯金を相対移動させることで、金属素管の一部に縮径部を連続形成可能としたことを特徴とする縮径加工装置である。

請求項１の装置によれば、加工開始時には先ず、成形型のトンネル状成形室内に出発材料たる金属素管を配置すると共に、その金属素管の一端部を成形室内に突設された固定芯金に外嵌しこれをクランプ手段で固定する。このとき、固定芯金に支持された可動芯金は金属素管の内部に位置しており、固定芯金及び可動芯金は両者間に所望の縮径部を成形するための縮径加工域を構築する。次に、外圧付与手段により成形室内に配置された金属素管の外周部に流体圧を及ぼす。すると、外から内に向かう流体圧の作用により金属素管の一部が前記縮径加工域を構築している固定芯金及び可動芯金に対して押圧される。このときに、金属素管の一部が縮径加工域を構築する固定芯金及び／又は可動芯金に対して非接触である場合には、当該金属素管の非接触部分は流体圧の押圧作用によって、その縮径加工域にある固定芯金及び可動芯金の外形状に対応した形状に成形（塑性変形）される。続いて、外圧付与手段による流体圧付与を維持したまま固定芯金に対し可動芯金を相対移動させる。すると、その相対移動に伴って固定芯金及び可動芯金によって構築されている縮径加工域が次第に広がり、その広がった縮径加工域に対応する全ての箇所において金属素管に所望の縮径部が連続形成される。

請求項２の発明は、請求項１に記載の縮径加工装置において、前記可動芯金は、固定芯金によってその内部を移動可能に支持された軸部と、その軸部の先端側に設けられると共に金属素管の内径にほぼ対応する外径を有して金属素管内を摺動可能な素管内接部と、前記軸部と前記素管内接部との連結部分に設けられた略円錐面状の径変部加工面とを有しており、前記固定芯金の先端部には、前記可動芯金の径変部加工面と対向する略円錐面状の径変部加工面が設けられていることを特徴とする。

請求項２によれば、固定芯金先端部に設けられた略円錐面状の径変部加工面と、可動芯金における軸部と素管内接部との連結部分に設けられた略円錐面状の径変部加工面との間には、所望の縮径部を成形するための縮径加工域が構築される。即ち、外圧付与手段により金属素管の外周部に流体圧を及ぼしながら固定芯金に対し可動芯金を相対移動させたとき、固定芯金側の径変部加工面と可動芯金側の径変部加工面との間隔が次第に広がるに伴い、それら二つの径変部加工面および両径変部加工面をつなぐように位置する可動芯金軸部に対して、流体圧の作用により金属素管の管壁が押圧され、そこに二つの径変部加工面および可動芯金軸部の形状に対応した縮径部が連続形成される。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の縮径加工装置において、一端部を固定芯金に固定された前記金属素管の他端部を把持して前記可動芯金の移動方向に移動可能な金属素管引張り押込み手段を更に備えることを特徴とする。

請求項３によれば、固定芯金に対する可動芯金の相対移動に同期させて金属素管引張り押込み手段を可動芯金の移動方向に移動させることにより、金属素管の縮径加工によって生じる金属の余りや不足を調節して加工時に金属素管にシワや亀裂が発生するのを未然に防止しながら縮径率の大きな縮径加工を施すことが可能となる。つまり、縮径加工時に金属に余りが出て素管が伸び傾向となる場合には、金属素管引張り押込み手段で金属素管の他端部を固定芯金から離れる方向（外方向）に引っ張ることで、シワの発生を防止することができる。他方、縮径加工時に金属に不足が出て素管が縮み傾向又は薄肉傾向となるような場合には、金属素管引張り押込み手段で金属素管の他端部を固定芯金に向かう方向（内方向）に押し込むことで、亀裂の発生を防止することができる。

請求項４の発明は、金属素管を配置可能なトンネル状の成形室及びその成形室内に突設されて金属素管の一端部を外嵌可能な固定芯金を有する成形型と、前記固定芯金に対し金属素管の一端部を固定するためのクランプ手段と、前記固定芯金によって金属素管内をその軸方向に移動可能に支持されると共に固定芯金との間に縮径加工域を構築可能な可動芯金と、前記成形室内に配置した金属素管の外周部に流体圧を及ぼす外圧付与手段とを備えた縮径加工装置を用いて、金属素管から縮径金属部品を製造する方法であって、成形型のトンネル状成形室内に金属素管をその内部に可動芯金が位置するように配置すると共に、その金属素管の一端部を成形室内に突設された固定芯金に外嵌してこれをクランプ手段で固定する準備工程と、外圧付与手段により成形室内の金属素管の外周部に流体圧を付与する加圧工程と、前記金属素管外周部への流体圧付与を維持したまま可動芯金を移動させることにより、可動芯金の移動に伴い固定芯金と可動芯金との間で次第に拡大される縮径加工域の形状に対応する形状の縮径部を金属素管の一部に連続形成する芯金移動縮径加工工程とを備えることを特徴とする縮径金属部品の製造方法である。

請求項４の製造方法では、固定芯金付き成形型、クランプ手段、可動芯金及び外圧付与手段を少なくとも具備した縮径加工装置を用いて、金属素管から縮径金属部品が製造される。この方法によれば先ず準備工程において、成形型のトンネル状成形室内に出発材料たる金属素管がその内部に可動芯金が位置するように配置されると共に、その金属素管の一端部が成形室内の固定芯金に外嵌され且つクランプ手段で固定芯金に対し固定される。このとき、金属素管の内部に位置する可動芯金と固定芯金との間には、金属素管に対して所望の縮径部を付形するための縮径加工域の初期状態（即ち可動芯金の移動開始前状態）が構築される。準備完了後の加圧工程では、外圧付与手段により成形室内に配置された金属素管の外周部に流体圧が付与される。この外から内に向かう流体圧の作用により、少なくとも金属素管の一部が前記初期状態の縮径加工域を構築している固定芯金及び可動芯金に対して押圧される。前記準備工程において金属素管の一部が初期状態の縮径加工域を構築する固定芯金及び／又は可動芯金に対して非接触である場合には、当該金属素管の非接触部分はこの流体圧付与によって初期状態の縮径加工域を構築する固定芯金及び可動芯金の外形状に対応した形状に成形（塑性変形）される。尚、準備工程において金属素管が初期状態の縮径加工域を構築する固定芯金及び可動芯金に対しほぼ完全に接触している場合には、このような明確な塑性変形は見られない（後記第２実施形態参照）。続く芯金移動縮径加工工程では、外圧付与手段による金属素管外周部への流体圧付与を維持したまま固定芯金に対し可動芯金を移動させる。すると、可動芯金の移動に伴って固定芯金及び可動芯金間に構築される縮径加工域がその初期状態から次第に拡大されると共に、前記流体圧の押圧作用により、その漸次拡大される縮径加工域に対応する金属素管の全ての箇所において、縮径加工域の形状に対応する形状の縮径部が連続形成される。かかる製造方法によれば、出発材料たる金属素管から、少なくとも可動芯金の実質的な移動距離に応じた長さの縮径部を有する縮径金属部品を円滑に製造することができる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の縮径金属部品の製造方法において、前記準備工程では、固定芯金及び可動芯金によって構築される縮径加工域の初期形状に外接可能な形状を部分的に有してなる金属素管を予め準備し、成形型のトンネル状成形室内に当該金属素管をその内部に可動芯金が位置し且つ前記外接可能な形状部分が前記縮径加工域の初期形状に外接するように配置することを特徴とする。

請求項５の製造方法によれば、金属素管を縮径加工装置に装着した加工準備完了状態において既に、縮径加工域の初期形状に外接可能な形状を部分的に有してなる金属素管の当該外接可能な形状部分が前記縮径加工域の初期形状に外接している。このため、芯金移動を開始する前の加圧段階において外圧付与手段により金属素管の外周部に流体圧を付与しても、この流体圧付与によって前記金属素管の外接可能な形状部分が塑性変形する余地はない。従って、芯金移動開始前の加圧操作に起因して金属素管の一部にシワ等が発生する危険を回避できる。また、加圧工程において被加工物である金属素管にシワ等を生じないので、シワ等がその後の芯金移動縮径加工に悪影響を及ぼす心配もない。

請求項６の発明は、請求項４又は５に記載の縮径金属部品の製造方法において、前記縮径加工装置は更に、一端部を固定芯金に固定された前記金属素管の他端部を把持して前記可動芯金の移動方向に移動可能な金属素管引張り押込み手段を備えており、前記芯金移動縮径加工工程では、可動芯金の移動に同期させて金属素管引張り押込み手段を可動芯金の移動方向に移動させることを特徴とする。

請求項６の製造方法によれば、芯金移動縮径加工工程において、金属素管外周部への流体圧付与を維持したまま可動芯金を移動させる際に、この可動芯金の移動に同期させて金属素管引張り押込み手段を可動芯金の移動方向に移動させることにより、金属素管の縮径加工によって生じる金属の余りや不足を調節して加工時に金属素管にシワや亀裂が発生するのを未然に防止しながら縮径率の大きな縮径加工を施すことが可能となる。尚、請求項６の技術的意義は請求項３とほぼ同じであるので、これ以上の重複説明を避ける。

本発明の縮径加工装置及び縮径金属部品の製造方法によれば、出発材料たる金属素管に対し、その外周部に流体圧を及ぼしながら固定芯金に対し可動芯金を相対移動させるという１工程の簡素な手順で比較的大きな縮径率の縮径部を付与することができ、従来よりも加工時間を短縮することができる。また、金属素管の外から内に作用する流体圧を利用した一種の型押し成形であるため、実質的に成形用型部の役割を果たす固体芯金及び可動芯金の芯金形状を変更するだけで縮径部の形状を自由に設定できる。それ故、円形断面以外の異形断面を有する縮径部や金属素管に対して偏心した縮径部を比較的容易に形成することができる。

本発明の縮径加工装置によれば、この縮径加工装置を構成している各構成要素の形状や動作形態は比較的単純なものばかりであるため、設備費用の負担が少なくて済む。

本発明の縮径金属部品の製造方法によれば、出発材料たる金属素管から、少なくとも可動芯金の実質的な移動距離に応じた長さの縮径部を有する縮径金属部品を円滑に製造することができる。

本発明の第１実施形態を図１〜図４を参照しつつ説明する。図１に示すように、縮径加工装置は成形型１０を備えている。この成形型１０には、その左側に開口したトンネル状の成形室１１と、当該成形型１０の右壁部から前記成形室１１内に突出した固定芯金１２とが設けられている。図２及び図３に示すように、トンネル状の成形室１１は横断面円形状（軸直交断面円形状）をなしている。固定芯金１２はトンネル状成形室１１と同心の横断面円形状（軸直交断面円形状）をなすと共に、固定芯金１２の外径は出発材料たる円筒状（具体的にはストレートパイプ状）の金属素管Ｍの内径にほぼ一致している。また、固定芯金１２の中心には可動芯金２０がトンネル状成形室１１の軸方向に移動可能に支持されている。トンネル状成形室１１に対してはその左側開口から金属素管Ｍを挿入配置可能となっており、成形室１１内において金属素管Ｍは可動芯金２０及び固定芯金１２の双方に対して外嵌される。

図１及び図３に示すように、固定芯金１２の基端部付近には、クランプ手段としての素管クランプ１４が設けられている。この素管クランプ１４は、固定芯金１２に外嵌された金属素管Ｍの一端部（右端部）の上半分側外周面に対応した形状をなすと共に、金属素管Ｍに対して接近離間可能に設けられている。そして、この素管クランプ１４と固定芯金１２の外周面との間に金属素管Ｍの一端部（右端部）を挟圧することで、固定芯金１２に対して金属素管Ｍが固定される。

図１〜図３に示すように、固定芯金１２に対し移動可能に支持された可動芯金２０は、軸部２１、素管内接部２２および前記軸部２１と素管内接部２２との連結部分２３から構成されている。軸部２１は、固定芯金１２の中心に貫通形成されたガイド孔１３内を摺動可能な状態で固定芯金１２に対し水平に支持されている。素管内接部２２は、前記軸部２１の先端側に設けられた円柱状頭部であって、固定芯金１２に外嵌される金属素管Ｍの内径にほぼ匹敵する外径を有し、可動芯金２０の相対移動に伴って金属素管Ｍ内を摺動可能となっている。軸部２１と素管内接部２２との連結部分２３には、径の異なる両部２１，２２を滑らかに連結すべく円錐面状の径変部加工面２３ａが形成されている。

この可動芯金の径変部加工面２３ａと向き合う固定芯金１２の先端部にも、円錐面状の径変部加工面１２ａが形成されている。可動芯金２０側の径変部加工面２３ａ及び固定芯金１２側の径変部加工面１２ａはいずれも、軸部２１に対しほぼ同じ傾斜角を持った縦断面がテーパな形状をなしており、両径変部加工面２３ａ，１２ａ間には、所望の縮径部を成形するための縮径加工域が構築される。なお、可動芯金２０の軸部２１の基端部（右端部）は、仮想線にて示す移動機構２４（例えば油圧式駆動シリンダ）と作動連結されており、この移動機構２４によって可動芯金２０は金属素管Ｍ内及び固定芯金１２内を強制移動される。

図１及び図２に示すように、前記トンネル状成形室１１の内径は金属素管Ｍの外径よりも若干大きく設定されており、金属素管Ｍの一端部を固定芯金１２及び素管クランプ１４で固定保持したとき、金属素管Ｍの外周面と成形室１１の内周面との間には所定のクリアランス領域Ｃが確保される。このクリアランス領域Ｃの前方及び後方の各位置にはそれぞれシール材１５，１６（例えばＯリングシール）が配設され、前記クリアランス領域Ｃを気密又は液密な領域としている。また、成形室１１の軸方向略中心位置においてその内周壁面には環状溝１７が形成されると共に、成形型１１内には、前記環状溝１７と流体圧発生供給源Ｂ（例えばブースター）とをつなぐ連通路１８が設けられている。つまり、金属素管Ｍの外周部に設定される前記クリアランス領域Ｃは、環状溝１７及び連通路１８を介して流体圧発生供給源Ｂから高圧の圧力媒体（例えば高圧水）の供給を受ける。従って、クリアランス領域Ｃ、シール材１５，１６、環状溝１７、連通路１８及び流体圧発生供給源Ｂは、成形室１１内に配置した金属素管Ｍの外周部に流体圧を及ぼす外圧付与手段を構成する。

更に図１に示すように、成形室１１の左側開口部と相対向するように成形型１０の左方には、金属素管引張り押込み手段３０が配設されている。この金属素管引張り押込み手段３０は、金属素管Ｍの他端部（左端部）を外嵌可能な引張り押込み芯金３１と、その引張り押込み芯金３１との間に金属素管Ｍを挟圧可能な略環状の第２の素管クランプ３２と、前記引張り押込み芯金３１を金属素管Ｍの軸方向（つまり可動芯金２０の移動方向）に移動させるための移動機構３３（例えば油圧式駆動シリンダ）とから構成されている。この金属素管引張り押込み手段３０は、引張り押込み芯金３１と第２の素管クランプ３２とによって金属素管Ｍの左端部を把持した状態で、金属素管Ｍを引っ張り方向（左方向）に引っ張ったり、あるいは押し込み方向（右方向）に押し込んだりする。

なお、可動芯金２０用の移動機構２４、引張り押込み芯金３１用の移動機構３３および流体圧発生供給源Ｂの三者は、図示しない制御装置により所定の制御プログラムに基づいて制御可能となっており、互いに歩調を合せながら協調的且つ合目的的に作動する。

次に、上記縮径加工装置を用いた縮径加工の手順について説明する。加工開始時には先ず、図１に示すように、成形型１０のトンネル状成形室１１内にストレートパイプ状の金属素管Ｍを挿入配置する。すると、金属素管Ｍ内に可動芯金の素管内接部２２が挿入された状態で、金属素管Ｍの右端部が固定芯金１２に外嵌される。固定芯金１２と素管クランプ１４とで金属素管Ｍを挟圧することで、金属素管Ｍが成形室１１内にて略水平に保持固定される。このとき、可動芯金２０は図１に示す待機位置（又は加工開始位置）に配置され、可動芯金の径変部加工面２３ａと固定芯金の径変部加工面１２ａとによって断面Ｖ字形の環状の谷間が両芯金１２，２０間に構築される。このＶ字形谷間が縮径加工開始時における縮径加工域となる。金属素管Ｍの外周部であって前後一対のシール材１５，１６の間にはクリアランス領域Ｃが確保される。また、金属素管Ｍの左端部に対して引張り押込み芯金３１を嵌入すると共にその芯金３１と第２の素管クランプ３２とによって金属素管Ｍを挟圧することにより、金属素管Ｍの左端部を金属素管引張り押込み手段３０に把持させる。

成形型１０及び金属素管引張り押込み手段３０への金属素管Ｍのセットが完了したら、流体圧発生供給源Ｂから連通路１８及び環状溝１７を介して前記クリアランス領域Ｃに高圧の圧力媒体（例えば高圧水）を供給し、金属素管Ｍの外周部に流体圧を及ぼす。するとその流体圧の作用により、金属素管Ｍの一部であって前記Ｖ字形谷間に対応する部分が、半径方向中心向きに押圧され、その谷間の底面（即ち径変部加工面１２ａ，２３ａ）にほぼ対応した形状（くびれ形状）に成形（塑性変形）される。

続いて、金属素管Ｍの外周部に流体圧を及ぼす状態を維持したまま、可動芯金２０を左方に向けてゆっくりと移動させる。また、可動芯金２０の左方移動に同期させて、金属素管Ｍの左端部を把持している引張り押込み芯金３１及び第２の素管クランプ３２を左方に向けて移動させる。このときの可動芯金２０と引張り押込み芯金３１等との間の移動歩調（両者の移動速度差等）については、素管の縮径率の大きさや流体圧の大きさ等に応じて最適制御される。

可動芯金２０の左方移動（前進）に伴って、固定芯金側の径変部加工面１２ａと可動芯金側の径変部加工面２３ａとの間隔が次第に広がり、両加工面１２ａ，２３ａ及びそれらの間に位置する軸部２１の外周面によって構築される縮径加工域の範囲が次第に拡大する（図４参照）。その間、成形室１１内において圧力媒体が充填される領域の容積が拡大するが、流体圧発生供給源Ｂは成形室１１への圧力媒体の供給を増大させて金属素管Ｍの外周部に及ぶ流体圧の大きさをほぼ維持し続ける。その結果、可動芯金２０の前進に呼応して縮径加工域が拡大するに伴い、二つの径変部加工面１２ａ，２３ａ及び可動芯金軸部２１に対して流体圧の作用により金属素管Ｍの管壁が連続的に押圧され、そこに二つの径変部加工面１２ａ，２３ａ及び可動芯金軸部２１の形状に対応した縮径部Ｍｓが連続形成される。

なお、可動芯金２０の前進に同期させて引張り押込み芯金３１等を可動芯金２０の移動方向（即ち引っ張り方向）に移動させることにより、金属素管Ｍの縮径加工によって生じる金属の余り分が引っ張り調整され、金属素管Ｍの一部（特に縮径部Ｍｓ）にシワが発生することが未然防止される。

可動芯金２０を図４に示す加工終了位置まで移動させて加工を完了した後、装置から金属素管Ｍを取り外すことで、当該金属素管Ｍの中程にそれよりも小径な縮径部Ｍｓを有する中空な縮径金属部品を得られるが、その縮径部Ｍｓの途中位置で切断することにより、小径部（前記縮径部Ｍｓの一部）と大径部とが径変部を介して一体連結された中空な金属部品を２個同時に得ることができる。なお、かかる中空金属部品は、自動車用排気ガス浄化装置の触媒コンバータケースやエアサスペンションチャンバーを製造する際の基材として利用できる。

次に、本発明の第２実施形態を図５及び図６を参照しながら説明する。尚、上記第１実施形態では、出発材料たる金属素管として図５（Ａ）に示すようなストレートパイプ状の金属素管Ｍ（即ち素管のどの位置においても横断面の形状及び面積が同じである金属素管Ｍ）を使用した。これに対し第２実施形態では、第１実施形態で説明した同じ縮径加工装置を使用しつつも、図５（Ｂ）に示すような素管の途中部分がくびれた円筒状の金属素管Ｍ２を出発材料として使用した。ちなみに、図５（Ｂ）に示すような形状の金属素管Ｍ２の具体的な製造方法については、本件特許出願人が本件とは別の特許出願（特願２００４−８２６６２号）に開示しているので、必要ならば参照されたし。

金属素管Ｍ２の途中に存在するくびれ部Ｋの形状は、図６（又は図１）に示すように可動芯金２０を待機位置（加工開始位置）に配置した場合に固定芯金１２と可動芯金２０との間に構築される縮径加工域の初期形状（つまり可動芯金の径変部加工面２３ａと固定芯金の径変部加工面１２ａとによって構築される断面Ｖ字形の環状谷間形状）にほぼ対応している。このため図６に示すように、成形型１０のトンネル状成形室１１内に金属素管Ｍ２をセットしたときには、金属素管のくびれ部Ｋの内周面が、可動芯金の径変部加工面２３ａ及び固定芯金の径変部加工面１２ａに対してほぼ隙間なく外接する。この意味で金属素管Ｍ２は、「金属素管を縮径加工装置に装着した加工準備完了状態において既に縮径加工域の初期形状に外接可能な形状を部分的に有してなる金属素管」に相当する。

成形型１０及び金属素管引張り押し込み手段３０への金属素管Ｍ２のセットが完了したら、第１実施形態と同様、加圧操作及び芯金移動操作が行われる。但し、可動芯金２０の移動を開始する前に金属素管Ｍ２の外周部に流体圧を及ぼしても、金属素管Ｍ２のくびれ部Ｋは既に初期状態の縮径加工域に外接しているため、くびれ部Ｋが塑性変形することはなく、いわんや流体圧付与に起因して当該くびれ部Ｋにシワ等が発生することもない。

続いて、第１実施形態と同様、金属素管Ｍ２の外周部に流体圧を及ぼしたまま可動芯金２０を左方に向けてゆっくりと移動させると共に、可動芯金２０の左方移動に同期させて金属素管Ｍ２の左端部を把持している引張り押込み芯金３１及び第２の素管クランプ３２を左方に向けて移動させる。すると、第１実施形態のときと同じく、可動芯金２０の左方移動（前進）に伴って固定芯金１２及び可動芯金２０間に構築される縮径加工域がその初期状態から次第に拡大されると共に、前記流体圧の押圧作用により、その漸次拡大される縮径加工域に対応する金属素管Ｍ２の全ての箇所において、縮径加工域の形状に対応する形状の縮径部Ｍｓが連続形成される（図４参照）。なお、可動芯金２０の前進に同期させて引張り押込み芯金３１等を可動芯金２０の移動方向（即ち引っ張り方向）に移動させることにより、金属素管Ｍ２の縮径加工によって生じる金属の余り分が引っ張り調整され、金属素管Ｍ２の一部にシワが発生することが未然防止されることは、上記第１実施形態と同じである。

このように第１及び第２実施形態によれば、出発材料たる金属素管Ｍ又はＭ２に対し、その外周部に流体圧を付与しながら可動芯金２０を前進させるという１工程の簡単な手順で比較的大きな縮径率の縮径部Ｍｓを付与することができるため、従来よりも加工時間を短縮することができる。また、流体圧を利用した一種の型押し成形であるため、実質的に成形用型部の役割を果たす固体芯金１２及び可動芯金２０の芯金形状を変更するだけで縮径部Ｍｓの形状を自由に設定できる。更には、縮径加工装置の構成要素の数は必ずしも少なくはないが、この装置を構成する各要素の形状や動作形態は比較的単純なものばかりであるため、設備費用の負担を少なくすることができる。また、第１及び第２実施形態の縮径加工装置を用いた縮径金属部品の製造方法によれば、出発材料たる金属素管Ｍ又はＭ２から、可動芯金２０の実質的な移動距離に応じた長さの縮径部Ｍｓを有する縮径金属部品を円滑に製造することができる。

なお、第１及び第２実施形態の縮径加工装置では、固定芯金１２が軸部２１、素管内接部２２及び連結部分２３の三部構成になっている。このため、固定芯金１２に対して可動芯金２０を相対移動させたときでも、固定芯金側の径変部加工面１２ａと可動芯金側の径変部加工面２３ａとの間には両者をつなぐように可動芯金の軸部２１が存在し、その軸部２１が流体圧に基づく縮径加工時に縮径部Ｍｓの内側に常に存在して縮径部Ｍｓの寸法管理（内径の管理）に常時貢献する。それ故、全長の長い縮径部Ｍｓを加工する場合でも、縮径部Ｍｓの寸法精度を保つことができる。

（変更例）本発明の実施形態を以下のように変更してもよい。
図７及び図８（Ａ）に示すように、固定芯金１２及び可動芯金の素管内接部２２の中心軸線Ｌ１に対して可動芯金の軸部２１の中心軸線Ｌ２を偏心させると共に、それに適合させて径変部加工面１２ａ，２３ａの各々の円錐面形状を変更又は修正するという芯金形状を採用することにより、金属素管Ｍ又はＭ２の中心軸線（Ｌ１）に対して縮径部Ｍｓの中心軸線（Ｌ２）が偏心するような縮径加工も可能である。また、上記第１及び第２実施形態では、縮径部Ｍｓの断面形状を金属素管Ｍ又はＭ２の断面形状と相似な真円形状としたが、固定芯金１２及び可動芯金２０の横断面形状を変更することにより、縮径部Ｍｓの断面形状を楕円又は長円形状（図８（Ｂ）参照）や多角形形状等の異形断面形状としてもよい。このように本発明によれば、金属素管Ｍ又はＭ２に対して偏心した縮径部Ｍｓや、円形断面以外の異形断面を有する縮径部Ｍｓを比較的容易に形成することができる。

上記第１及び第２実施形態では、引張り押込み芯金３１を引っ張り方向に移動させたが、金属素管Ｍ又はＭ２の縮径加工時に金属に不足が出て金属素管Ｍ又はＭ２が縮み傾向又は薄肉傾向となるような場合には、引張り押込み芯金３１を押込み方向（上記引っ張り方向と反対方向）に向けて押し込むように移動させてもよい。これにより金属素管Ｍ又はＭ２の亀裂発生を防止できる。

上記実施形態では、成形型１０の右方に可動芯金２０用の移動機構２４を、成形型１０の左方に引張り押込み芯金３１用の移動機構３３をそれぞれ配設したが、例えば、移動機構として親子シリンダを採用することにより、成形型１０のいずれか一方の側（例えば左側）に可動芯金２０及び引張り押込み芯金３１兼用の移動機構（親子シリンダ）を集約配置することもできる。

本発明は、金属パイプ等の中空な金属素管の一部にその金属素管の当初の径よりも小径な部位（縮径部）を付与するような塑性加工を行う用途に対して広く適用できる。

本発明の第１実施形態における縮径加工装置の縦断面図。 図１のＡ１−Ａ１線での断面図。 図１のＡ２−Ａ２線での断面図。 可動芯金移動後の縮径加工装置の縦断面図。 （Ａ）は第１実施形態で使用する金属素管Ｍの縦断面図、（Ｂ）は第２実施形態で使用する金属素管Ｍ２の縦断面図。 第２実施形態における縮径加工装置の縦断面図。 本発明の変更例における縮径加工装置の要部断面図。 （Ａ）は図７のＡ３−Ａ３線での断面図、（Ｂ）は異形断面の一例を示す断面図。

符号の説明

１０…成形型、１１…トンネル状成形室、１２…固定芯金、１２ａ…固定芯金の径変部加工面、１４…素管クランプ（クランプ手段）、１５，１６…シール材、１７…環状溝、１８…連通路、２０…可動芯金、２１…軸部、２２…素管内接部、２３ａ…可動芯金の径変部加工面、３０…金属素管引張り押込み手段、Ｂ…流体圧発生供給源、Ｃ…クリアランス領域（１５〜１８、Ｂ及びＣは外圧付与手段を構成する）、Ｍ…ストレートパイプ状の金属素管、Ｍ２…途中にくびれ部Ｋを有する円筒状の金属素管、Ｍｓ…縮径部。

Claims (6)

1. 金属素管の一部に縮径加工を施して縮径部を形成するための縮径加工装置であって、
   金属素管を配置可能なトンネル状の成形室、及び、その成形室内に突設されて金属素管の一端部を外嵌可能な固定芯金を有する成形型と、
   前記固定芯金に対し金属素管の一端部を固定するためのクランプ手段と、
   前記固定芯金によって金属素管内をその軸方向に移動可能に支持されると共に、固定芯金との間に所望の縮径部を成形するための縮径加工域を構築可能な可動芯金と、
   前記成形室内に配置した金属素管の外周部に流体圧を及ぼす外圧付与手段とを備え、
   前記外圧付与手段により金属素管の外周部に流体圧を及ぼしながら固定芯金に対し可動芯金を相対移動させることで、金属素管の一部に縮径部を連続形成可能としたことを特徴とする縮径加工装置。
2. 前記可動芯金は、固定芯金によってその内部を移動可能に支持された軸部と、その軸部の先端側に設けられると共に金属素管の内径にほぼ対応する外径を有して金属素管内を摺動可能な素管内接部と、前記軸部と前記素管内接部との連結部分に設けられた略円錐面状の径変部加工面とを有しており、
   前記固定芯金の先端部には、前記可動芯金の径変部加工面と対向する略円錐面状の径変部加工面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の縮径加工装置。
3. 一端部を固定芯金に固定された前記金属素管の他端部を把持して前記可動芯金の移動方向に移動可能な金属素管引張り押込み手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の縮径加工装置。
4. 金属素管を配置可能なトンネル状の成形室及びその成形室内に突設されて金属素管の一端部を外嵌可能な固定芯金を有する成形型と、前記固定芯金に対し金属素管の一端部を固定するためのクランプ手段と、前記固定芯金によって金属素管内をその軸方向に移動可能に支持されると共に固定芯金との間に縮径加工域を構築可能な可動芯金と、前記成形室内に配置した金属素管の外周部に流体圧を及ぼす外圧付与手段とを備えた縮径加工装置を用いて、金属素管から縮径金属部品を製造する方法であって、
   成形型のトンネル状成形室内に金属素管をその内部に可動芯金が位置するように配置すると共に、その金属素管の一端部を成形室内に突設された固定芯金に外嵌してこれをクランプ手段で固定する準備工程と、
   外圧付与手段により成形室内の金属素管の外周部に流体圧を付与する加圧工程と、
   前記金属素管外周部への流体圧付与を維持したまま可動芯金を移動させることにより、可動芯金の移動に伴い固定芯金と可動芯金との間で次第に拡大される縮径加工域の形状に対応する形状の縮径部を金属素管の一部に連続形成する芯金移動縮径加工工程と
   を備えることを特徴とする縮径金属部品の製造方法。
5. 前記準備工程では、固定芯金及び可動芯金によって構築される縮径加工域の初期形状に外接可能な形状を部分的に有してなる金属素管を予め準備し、成形型のトンネル状成形室内に当該金属素管をその内部に可動芯金が位置し且つ前記外接可能な形状部分が前記縮径加工域の初期形状に外接するように配置することを特徴とする請求項４に記載の縮径金属部品の製造方法。
6. 前記縮径加工装置は更に、一端部を固定芯金に固定された前記金属素管の他端部を把持して前記可動芯金の移動方向に移動可能な金属素管引張り押込み手段を備えており、
   前記芯金移動縮径加工工程では、可動芯金の移動に同期させて金属素管引張り押込み手段を可動芯金の移動方向に移動させることを特徴とする請求項４又は５に記載の縮径金属部品の製造方法。

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