JP2006224161A - 折り曲げを有する円筒部品の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工後の円筒部品の全長精度及び端面平面形状を高精度に成形できると共に、スクラップ発生の防止及び加工工程の短縮を可能とした折り曲げを有する円筒部品の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】 １対の金型２，３でチャックして軸推力を与えながら回転させている円筒状ワーク１Ａに、凸形状の押圧面４１をもつ予備成形ロール４を前進させてその外周面に押し当ててワーク外周面を径方向内方に折り曲げ加工した後に、予備成形ロールと上下型とでワークを挟圧し、その後、予備成形ロールを後退させて、ワークを軸方向に押し潰して折り曲げ部分１ａを形成する。その後、成形ロール５を押し当ててワークの外形を成形し、次いで溝付きロール６をワークの外周面に押し当て、外周面に溝１ｂを形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、折り曲げ部分を有する円筒部品の製造方法及び装置に関し、特に樹脂プーリのベアリングスリーブを製造するのに好適である。

車両用空調装置に使用される圧縮機においては、エンジン等から駆動力を得るために、図１に示されるように、圧縮機のハウジング側にベアリングＡを介してプーリＢが回転可能に装着されており、一方圧縮機の回転軸には、ハブＣが固定されていて、プーリＢとハブＣとの間で動力伝達系が形成されている。プーリＢの外周面にはベルトが巻き掛けられ、エンジン等の外部からの動力によってプーリＢが回転し、この回転力が伝達されて圧縮機の回転軸が回転し、圧縮機が作動するように構成されている。

この場合、プーリＢとベアリングＡとは、ベアリングスリーブＤを介して固定されている。このベアリングスリーブＤの詳細な構造が、図２に示されている。ベアリングスリーブＤは、本発明の折り曲げ部分を有する円筒部品１に相当するものであり、ベアリングＡの軸方向の移動を阻止するために、内方に突出する部分Ｄ１（折り曲げ部分１ａに相当）を有している。また、ベアリングスリーブＤは、プーリＢにしっかりと固定させるために、その外周面に回り止め溝Ｄ２（円筒部品１の溝１ｂ）が形成されている。

従来においては、このような折り曲げ部分を有する円筒部品（ベアリングスリーブ）は、コイル材をプレス加工することによって製造されている。この場合、プレス加工で板厚を矯正及び不要部の切断をして所定の形状に成形している。そのため、スクラップが発生するのでそれを処理する作業が必要であるうえに材料の歩留まりが約４０％と低いという問題があった。また、多くの加工工程を必要とし、多大な金型投資が必要であるうえに、生産準備期間も長いという問題もあった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、市販のパイプを使用し、材料の板厚精度が悪くても、加工後の円筒部品の全長精度及び端面平面形状を高精度に成形できる折り曲げを有する円筒部品の製造方法及び装置を提供することである。
更に、本発明は、スクラップの発生を防止して材料歩留まりの１００％を達成すること、及び大幅な加工工程の短縮、金型投資抑制と生産準備期間の短縮を実現することを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造方法及び装置を提供する。
請求項１に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造方法は、１対の金型２，３でチャックして軸推力を与えながら回転させている円筒状のワーク１Ａに、凸形状に形成した押圧面を外周面にもつ予備成形ロール４を前進させてワーク１Ａの外周面に押し当て、ワーク外周面を径方向内方に折り曲げ加工した後に、予備成形ロール４と駄肉ポケットが設けられた１対の金型２，３でワーク１Ａの板厚を挟圧した後、予備成形ロール４を後退させて、ワーク１Ａを軸方向に押し潰して折り曲げ部分１ａを形成するようにしたものであり、これにより、スクラップの発生が防止でき、材料歩留まりの１００％を達成できると共に、従来のプレス加工による方法に比べて、大幅な工程の削減を図れる。また、転造ロールである予備成形ロール４と金型２，３でワーク１Ａを挟圧し精度不要な駄肉ポケットにワーク材料を集約させることで、円筒部品１の全長精度を高精度に成形することができる。

請求項２の該円筒部品の製造方法は、潰し成形工程後に、ワーク１Ａに成形ロール５を押し当てて、ワーク１Ａの外形を成形する外形成形工程を追加したものであり、これにより、成形品である円筒部品１の外形精度を向上できる。
請求項３の該円筒部品の製造方法は、外形成形工程後にワーク１Ａに溝付きロール６を押し当てて、ワーク１Ａの外周面に溝１ｂを形成する溝付け工程を更に追加したものであり、これにより、例えば円筒部品１であるベアリングスリーブの外周面に溝１ｂが形成され、嵌合相手のプーリの内周面に凸条を形成することによって、ベアリングスリーブとプーリとがしっかりと凹凸嵌合によって固定される。

請求項４の該円筒部品の製造方法は、予備成形ロール４、成形ロール５及び溝付きロール６の３つのロールが、ワーク１Ａの周囲に進退可能に設置したものであり、これによって、３種のロールを使用して転造１工程での成形が可能である。
請求項５に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造装置は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造法を使用して該円筒部品を製造する装置であって、ワーク１Ａを保持し、ワーク１Ａを軸方向に押圧しながら回転させる１対の主軸７と９と、ワーク１Ａに対してロール４を径方向に進退させる進退手段１２とを備えているものであって、請求項１乃至４の方法を発明を装置発明にしたものであり、その作用効果は、上記請求項１乃至４と同様である。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の折り曲げを有する円筒部品の製造方法について説明する。まず、本発明の円筒部品の製造法を実施するための製造設備（転造盤）について説明する。図６は、製造設備の全体構成を示す図であり、図７は、転造ロールの配置図である。製造設備の基台には、金型の下型２を回転自在に保持する主軸（主動側手段）７が設けられており、この主軸７は、モータ８によってベルト１４を介して回転駆動される。

主軸７の上方には、芯押台（従動側手段）９が油圧シリンダ１０に回転可能に取り付けられている。したがって、芯押台９は油圧シリンダ１０によって上下動する。この芯押台９には、金型の上型３が取り付けられ、ワーク１Ａの成形時に、ワーク１Ａは上型３と下型２とで挟持される。これにより、成形時にモータ８に主軸７の回転が、下型２、ワーク１Ａ及び上型３を介して芯押台９に伝達され、芯押台９が一緒に回転する。即ち、主軸７が主動側で、芯押台９が従動側となっている。なお、上型３と下型２とで金型を構成している。

また、芯押台９には、芯押台位置検出器１１が設けられ、芯押台９の位置情報、即ち上型３の位置情報が制御盤１３に送られ、これに基づいて制御盤１３は油圧シリンダ１０を駆動して芯押台９（上型３）を上下動する。

基台上の下型２の周囲、即ち下型２に保持されたワーク１Ａの周囲には、図７に示されるように転造ロールである予備成形ロール４、成形ロール５及び溝付けロール６の３つのロールが進退可能に設置されている。なお、図６には１つのロールしか示されていない。これら３つの転造ロール４，５，６は、それぞれ油圧シリンダ（進退手段）１２によって、ワーク１Ａに当接する位置とワーク１Ａから離れた位置との間で進退できるようになっている。また、これら３つの転造ロール４，５，６は、主軸７によって回転しているワーク１Ａに当接することで、相対的に回転させられる。油圧シリンダ１２によるそれぞれの転造ロール４，５，６の進退は、制御盤１３からの指令に基づいて行われる。同様にモータ８の駆動も制御盤１３からの指令に基づいて行われる。

上記構成よりなる製造設備の作動は、図８に示されるフローチャートに従って行われる。まず、主軸７に固定された下型２にワーク１Ａをセットする（ステップＳ１）。なお、ワーク１Ａは、市販のパイプ部材を予め所定の長さに切断することによって用意されている。次に、油圧シリンダ１０を作動し、芯押台９を下降させ、芯押台９に取り付けられた上型３と主軸７に固定された下型２とでワーク１Ａを挟持し、クランプする（ステップＳ２）。ステップＳ３では、芯押台位置検出器１１により、芯押台９のワーク１Ａのクランプ位置を検出しワーク１Ａのクランプを完了したら、油圧シリンダ１０のサイクルタイムが終了し芯押台９の下降が一時的に停止状態になる。これら、ステップＳ２，Ｓ３が芯押台９のクランプの動作を示している。

次に、モータ８によって主軸７が、約３００rpmの回転速度で回転駆動される（ステップＳ４）。次いで、油圧シリンダ１２を駆動して予備成形ロール４を前進させ（ステップＳ５）、予備成形ロール４をワーク１Ａの外周面に当接させ、この外周面を押圧する。予備成形ロール４が当接位置よりも更に前進することによって、図４に示すようにワーク１Ａの外周面が内方に徐々に折れ曲がるようになる。この予備成形ロールの成形については、後に図４に基づいて詳述する。予備成形ロール４が所定位置まで前進したら、油圧シリンダ１２の作動を停止し予備成形ロール４の前進を停止する（ステップＳ６）。

予備成形ロール４によるワーク１Ａの折り曲げ部分１ａの成形によって、ワーク１Ａの軸方向長さが短くなり、ワーク１Ａが上型３と下型２とで押圧挟持されなくなるのを防ぐため、予備成形ロール４の折り曲げ成形中においても、油圧シリンダ１０は作動し、芯押台９は下降動作する。芯押台位置検出器１１が、予備成形ロール４による予備成形を終了し、芯押台９が予備成形終了位置に達したのを検出したら（ステップＳ７）、油圧シリンダ１０のサイクルタイムが終了し、芯押台９の下降が一時的に停止状態になる。次いで、油圧シリンダ１２が作動し、予備成形ロール４を後退させ、ワーク１Ａから離なす（ステップＳ８）。上記ステップＳ５〜Ｓ８が、予備成形ロール４の動きを示している。

予備成形ロール４が完全に後退したら、油圧シリンダ１０の油圧を増圧し、芯押台９を増圧下降させる（ステップＳ９）。これにより、予備成形ロール４によって形成されたワーク１Ａの折り曲げが潰され、図５に示されるような板厚が完全に重ね合わされた折り曲げ部分１ｂが形成される。このステップＳ９の潰し工程についても、図５に基づいて後に詳述する。潰し工程の終了は、芯押台９の位置で検出され、これにより、油圧シリンダ１０がサイクルタイムが終了し増圧下降が停止し、通常の上型３と下型２とによるワーク１Ａの押圧挟持状態になる。即ち、成形ロール５のスタート位置が検出される（ステップＳ１０）。

ステップＳ１１では、油圧シリンダ１０が作動し、成形ロール５が前進する。成形ロール５が前進してワーク１Ａの外周面に当接し、所定の位置で停止する（ステップＳ１２）。次いで成形ロール５のタイマーを作動し（ステップＳ１３）、成形ロール５を回転するワーク１Ａの外周面に押し当てて、ワーク１Ａの外周面を成形する。所定時間、成形ロール５による外形成形加工が行われた後に、成形ロール５は後退して、ワーク１Ａから離れる（ステップＳ１４）。上記ステップＳ１０〜Ｓ１４が成形ロール５の動きを示している。

成形ロール５が後退したら、主軸７の回転数を約３００rpmから約１００rpmに変更する（ステップＳ１５）。
次に、油圧シリンダ１２を作動し、溝付けロール６を前進させ（ステップＳ１６）、ワーク１Ａの外周面に当接し、これを押圧する所定位置で前進を停止する（ステップＳ１７）。ここで、溝付けロール６のタイマーを作動し（ステップＳ１８）、所定時間、溝付けロール６によるワーク１Ａの外周面への溝付け加工が行われる。溝付け加工の終了後、溝付けロール６は後退し、ワーク１Ａから離れる（ステップＳ１９）。上記ステップＳ１５〜Ｓ１９が、溝付けロール６の動きを示している。

溝付きロール６が後退した後、モータ８の作動を停止して主軸７の回転を停止する（ステップＳ２０）。次いで、油圧シリンダ１０を作動し、芯押台９を上昇させ、上型３と下型２とによるワーク１Ａの押圧挟持を解除する（ステップＳ２１）。最後に、加工の終了したワーク１Ａを取り出す（ステップＳ２２）。このようにして、ワーク１Ａが折り曲げ部分１ａを有した円筒部品１に成形加工される。

次に本実施形態の最も特徴とする動作について、図３，４，５に基づいて説明する。図３は、３つの転造ロール４，５，６による転造加工の工程を説明する図である。例えば、市販のパイプ部材を所定長さで切断された円筒状素材であるワーク１Ａは、前述したように上下型２，３の金型によって保持され、軸推力を与えられて主軸７によって回転させられている。図３（ａ）に示される予備成形工程では、前述したステップＳ５〜Ｓ８の動作が行われる。即ち、予備成形ロール４の凸形状の押圧面をワーク１Ａの外周面に押し当てることで、ワーク１Ａの外周面を径方向において内方へと折り曲げ加工する。

図３（ｂ）に示される潰し成形工程では、前述したステップＳ９，Ｓ１０の動作が行われる。即ち、予備成形ロール４がワーク１Ａから退去した後に、芯押台９が増圧下降する。これにより、上型３と下型２とに挟持されたワーク１Ａは、軸方向に増圧された圧縮力を受け、予備成形ロール４によって成形された折り曲げ部分１ａが押し潰されて、図３（ｂ）に示されるように重ね合わされた状態となる。この芯押台９の増圧下降は、折り曲げ部分１ａが押し潰されて、折り曲げ肉厚が安定した状態を芯押台９の位置を検出器１１で検知することによって完了する。そして次の成形ロール５の前進が始まる。

上記潰し成形工程では、ワーク１Ａの外周面はフリーの状態で外部から支えられていないため、図３（ｂ）に示されるようにワーク１Ａの側面がやや弯曲したような状態になる。そこで、図３（ｃ）に示される外形成形工程では、前述のステップＳ１１〜Ｓ１４の動作が行われ、ワーク１Ａの外周面に成形ロール５を押し当てて、成形し、ワーク１Ａの側面を真直な状態に矯正する。

図３（ｄ）は、溝付け工程を示しており、前述したステップＳ１６〜Ｓ１９の動作が行われる。この溝付け工程では、ワーク１Ａの外周面に溝付けロール６を押し当てて、ワーク１Ａの外周面に溝１ｂが形成される。この溝１ｂは、成形品である円筒部品１の他の部品、例えば図１に示されるようにベアリングスリーブＤとプーリＢへの固着性を向上させるために形成するものであり、溝付けの必要のない場合は、この工程を省略することもできる。

図４は、予備成形ロール４による折り曲げ部分の成形過程（ａ），（ｂ），（ｃ）を説明する図である。下型２には、ワーク１Ａの折り曲げ部分１ａを定置するための環状の段部２１が設けられており、この段部２１の偶部２２が駄肉ポケットＰとなっている。また、上型３の下面には、ワーク１Ａの端部を収容するための環状の凹部３１が設けられていると共に、上型３の下面は、この凹部３１を境に図４に示されるように外側の下面３２の方が内側の下面３３よりやや低くなっている。そのため、凹部３１から内側の下面３３にかけて傾斜面３４が形成され、凹部３１の内側縁がエッジ３５を形成している。
一方、予備成形ロール４には、断面略山形状の凸形状の押圧面４１が設けられている。

図４（ａ）では、ワーク１Ａは上型３と下型２とで押圧挟持され、ワーク１Ａの上側端部が上型３の凹部３１内に収まっている。この状態でワーク１Ａには、油圧シリンダ１０により、軸方向に押圧力Ｆ１が掛っている。また、予備成形ロール４が前進して、その押圧面４１がワーク１Ａの外側面に当接し、油圧シリンダ１２によって予備成形ロール４はワーク１Ａに対して径方向に押圧力Ｆ２を掛けている。

これにより、図４（ｂ）に示すようにワーク１Ａの側面は徐々に内方に折れ曲がる。それに伴って上型３は徐々に下降し、予備成形ロール４は更に前進する。この曲げ動作により、ワーク１Ａの上端面は、水平状態から傾いた状態となり、凹部３１の底面から離れるが、最終的には、図４（ｃ）に示すように予備成形ロール４の押圧面４１からの押し上げ力Ｆ３と上型３の下降力Ｆ４とが均衡し、ワーク１Ａの上端部は上型３の凹部３１内に一杯に収容され、ワーク１Ａの上端面は水平状態に修正される。

図５は、予備成形ロール４による折り曲げ部分の成形が完了した状態を説明する図である。図５に示されるように、予備成形ロール４による成形完了時において、上型３の降下位置は、下型２の上面２３と上型３の内側の下面３３との間で所定の隙間Ｇが形成される位置である。この隙間Ｇと前述した下型２における段部２１の偶部２２とが、折り曲げ変形する際の折り曲げ部分に発生するボリューム変動（駄肉）を吸収する駄肉ポケットＰとしての役割をしている。また、成形完了時において、上型３の凹部３１の内側縁のエッジ３５と予備成形ロール４の押圧面４１との間、及び下型２の段部２１と予備成形ロール４の押圧面４１との間でそれぞれ間隙ｄ₁及びｄ₂が形成されるようになっており、これらの間隙ｄ₁及びｄ₂によって折り曲げ部分１ａの肉厚が確保される。

予備成形ロール４の折り曲げ部分の成形が完了した後に、前述したように予備成形ロール４は後退し、上型３を更に昇圧降下させて、ワーク１Ａの折り曲げ部分１ａを軸方向に押し潰して折り曲げ部分１ａが完全に重なるような状態にする。その場合、図５に示すように折り曲げ部分１ａのボリューム変動が小さい場合は。折り曲げ部分１ａの外周面には曲げ半径が大きな曲がりコーナー１ｃが形成され、ボリューム変動が大きい場合は、曲げ半径が小さな曲がりコーナー１ｄが形成されるようになる。また、折り曲げ部分１ａの肉厚も、略ｄ₁＋ｄ₂の厚さに安定して形成され、ワーク１Ａの成形品である円筒部品１の全長を精度良く成形することができる。

以上説明したように、本発明においては、転造ロールと金型（上下型）で材料を挟圧し、精度不要な駄肉スポットＰに材料を集約させることで、成形品の全長精度と端面平面形状とを高精度に成形することができる。また転造１工程（３ロール）での成形を可能とし、大幅な成形工程の削減を図れると共に、転造工程のみであるので、材料のスクラップが発生せず、材料歩留まりの１００％を達成できる。更には、金型の投資抑制と生産準備期間の短縮をも達成することが可能となる。尚、図６では縦型の製造設備（転造盤）を例に挙げたが横型の製造設備（転造盤）を用いても良い。又、図６では主軸７が主動側で、芯押台９が従動側となっているが、芯押台９をモータ駆動させ、主軸７と同期回転させても良い。

本発明の実施の形態の該製造方法により成形された円筒部品の使用の一例を示す図である。 円筒部品であるベアリングスリーブの拡大図である。 本発明の実施の形態の折り曲げを有する円筒部品の製造方法の加工工程（ａ）〜（ｄ）を説明する図である。 本発明の実施形態の該製造方法の予備成形ロールによる成形過程（ａ），（ｂ），（ｃ）を説明する図である。 予備成形ロールの成形完了時の詳細図である。 本発明の実施形態の該製造方法を実施するための製造設備（転造盤）の全体構成を示す図である。 ３つの転造ロールの配置図である。 本発明の製造設備の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 円筒部品
１Ａ ワーク
１ａ 折り曲げ部分
１ｂ 溝
２ 下型
２１ 段部
２２ 偶部（駄肉ポケットＰ）
３ 上型
３１ 凹部
３５ エッジ
４ 予備成形ロール（転造ロール）
４１ 押圧面
５ 成形ロール（転造ロール）
６ 溝付けロール（転造ロール）
７ 主軸（主動）
８ モータ
９ 芯押台（従動）
１０，１２ 油圧シリンダ
１１ 芯押台位置検出器
１３ 制御盤
Ｇ ギャップ（駄肉ポケットＰ）

Claims (5)

1. パイプ材料から得られた円筒状のワーク（１Ａ）にロールを押し当て、転造加工により、折り曲げ部分（１ａ）を有する円筒部品（１）を製造する方法が、
   １対の金型（２，３）でチャックして軸推力を与えながら回転させているワーク（１Ａ）に、凸形状に形成した押圧面を外周面にもつ予備成形ロール（４）を前進させてワーク（１Ａ）の外周面に押し当て、ワーク外周面を径方向内方に曲げ加工する予備成形工程と、
   前記予備成形ロール（４）と駄肉ポケットが設けられた１対の金型（２，３）でワーク（１Ａ）の板厚を挟圧し、その後、前記予備成形ロール（４）を後退させて、ワーク（１Ａ）を軸方向に押し潰して折り曲げ部分（１ａ）を成形する潰し成形工程と、
   を備えていることを特徴とする折り曲げを有する円筒部品の製造方法。
2. 前記潰し成形工程後に、前記ワーク（１Ａ）に成形ロール（５）を押し当てて、前記ワーク（１Ａ）の外形を成形する外形成形工程を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造方法。
3. 前記外形成形工程後に、前記ワーク（１Ａ）に溝付きロール（６）を押し当てて、前記ワーク（１Ａ）の外周面に溝（１ｂ）を形成する溝付け工程を更に備えていることを特徴とする請求項２に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造方法。
4. 前記予備成形ロール（４）、前記成形ロール（５）及び前記溝付きロール（６）の３つのロールが、前記ワーク（１Ａ）の周囲に進退可能に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の折り曲げを有する円筒部品の製造方法。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載された折り曲げを有する円筒部品の製造方法を使用して、円筒状のワーク（１Ａ）にロールを押し当て、転造加工により折り曲げ部分を有する円筒部品（１）を製造する装置が、
   前記ワーク（１Ａ）を保持し、前記ワーク（１Ａ）を軸方向に押圧しながら回転させる一対の主軸と、
   前記ワーク（１Ａ）に対して前記ロールを径方向に進退させる進退手段と、
   を具備することを特徴とする折り曲げを有する円筒部品の製造装置。

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