JP2009106960A - 円筒成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可塑性板状素材のワークから全長にわたって均一な径の長尺かつ小径の円筒を成形できるようにする。
【解決手段】円筒成形装置１は、主ロール２、副ロール３、小ロール５、押圧ロール６、押圧部材８を備える。主ロール２及び副ロール３は、中心軸を互いに平行にして配置されている。副ロール３は、主ロール２の周方向における複数の位置でワークＷを主ロール２に向けて押圧する。小ロール５は、一部を開口部２Ｃから半径方向に露出して主ロール２内で軸支されている。複数の押圧部材８は、主ロール２内の軸方向の複数の位置で小ロール５の上方への撓みを防止する。押圧ロール６は、ワークＷの端部が突起６１に達するまでは突起６１により、ワークＷの端部が突起６１に達した後はワークＷを挟んで周面により、主ロール２の上方への撓みを防止する。
【選択図】図４

Description

この発明は、可塑性板状素材のワークを円筒形状に成形する円筒成形装置に関し、特に、ワークを小径かつ長尺の円筒に成形する円筒成形装置に関する。

金属板等の可塑性板状素材のワークを円筒形状に成形する際には、複数のロールを回転自在に備えた円筒成形装置が用いられる。

第１の円筒成形装置として、１本の主ロールと複数の副ロールとをそれぞれ回転自在に支持したものがある（例えば、特許文献１参照。）。この装置では、主ロールと複数の副ロールのそれぞれとの間にワークを順に通過させ、ワークを主ロール側に湾曲させて円筒形状に成形する。

また、第２の円筒成形装置として、硬質の主ロールと弾性ロールとを圧接させて回転させるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。この装置では、両者のニップ間にワークを通過させ、ワークを硬質ロールの周面に巻き付かせて円筒形状に成形する。
特開２００４−０３４０３８号公報 特開２００４−１３０３５４号公報

しかしながら、第１の円筒成形装置では、主ロールの周面に沿ってワークが湾曲するため、主ロールは両端のみで支持された状態で全長にわたってワークを挟んで副ロールから押圧力を受ける。このため、長尺の円筒を成形すべく軸長の長い主ロールを用いると、主ロールにおける軸方向の中間部分が副ロールから離れる方向に撓む。

また、第２の円筒成形装置でも、主ロールの周面にワークが巻き付くため、主ロールは両端でのみ支持された状態で全長にわたってワークを挟んで弾性ロールから押圧力を受ける。このため、長尺の円筒を成形すべく軸長の長い主ロールを用いると、主ロールにおける軸方向の中間部分が弾性ロールから離れる方向に撓む。

特に、小径の円筒を形成する場合には、主ロールの径も小さくする必要があり、主ロールは剛性の低下によって軸方向の中間部分がより撓み易くなる。

主ロールに撓みを生じると、撓み量に応じてワークの径が変化し、ワークを全長にわたって均一な径の長尺かつ小径の円筒に成形することができない。

この発明の目的は、主ロールの内部における軸方向の複数の位置で副ロールから離れる方向平の変位が規制された小ロールをワークに当接させることにより、ワークを全長にわたって均一な径の長尺かつ小径の円筒形状に成形できる円筒成形装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明の円筒成形装置は、主ロール、複数の副ロール及び第１及び第２の駆動源を備えている。副ロールは、中心軸を主ロールの中心軸と平行にして配置され、主ロールの周方向における複数の位置でワークを主ロールに向けて押圧する。主ロールは、周面に副ロールに対向する開口部であって長手方向が軸方向に平行な開口部を有する。主ロールには、一部が開口部から半径方向に露出する小ロールが、主ロールの中心軸に平行な軸廻りに回転自在にして収納されている。また、主ロールには、軸方向の複数の位置のそれぞれで副ロールから離れる方向への小ロールの変位を規制する複数の押圧部材が収納されている。第１の駆動源は、小ロールに回転を供給する。第２の駆動源は、副ロールに小ロールの回転方向と逆方向の回転を供給する。

この構成により、回転する主ロールと副ロールとの間にワークを挿入すると、ワークは小ロールの周面に当接した状態で主ロールの周面に沿って曲げられる。このとき、小ロールにはワークを挟んで副ロールから押圧力が軸方向の全長にわたって作用するが、小ロールは軸方向の複数の位置で押圧部材によって副ロールから離れる方向への変位が規制されており、小ロールには副ロールから離れる方向の撓みを生じることがない。これによって、ワークは、全長にわたって均一な径の円筒形状に成形される。

また、主ロールの内部に収納される小ロールの径は、主ロールの径よりも小さい。このため、ワークは、主ロールよりも小径の小ロールと複数の副ロールとの間で主ロールの径より十分に小さい曲率で湾曲し、小ロールと副ロールとの間を通過した後に弾性力によって曲率が大きくなったとしても主ロールの周面に巻き付く。

この構成において、さらに、押圧ロール及び第３の駆動源を備えてもよい。押圧ローラは、主ロールよりも大径とし、小ローラの中心軸と主ロールの中心軸とを結ぶ線上で前記主ロールの周面からワークの板厚に等しい間隔を設けて回転自在に支持される。押圧ロールの周面には、主ロールの周面に当接する少なくとも1つの突起を設ける。第３の駆動源は、押圧ロールに小ロールの回転方向と逆方向の回転を供給する。

突起が主ロールの周面に当接する回転位置で押圧ローラを停止させた状態で、回転する小ロールと副ロールとの間にワークを挿入する。主ロールの周面に巻き付いたワークの端部が突起に当接した時に、主ロールの回転を開始させる。主ロールは、小ロールと副ロールとの間をワークが通過している間に、ワークの端部が突起に当接する前には周面と突起との当接により、ワークの端部が突起に当接した後はワークを挟んで周面と押圧ロールの周面との当接により、小ロールの中心軸と主ロールの中心軸とを結ぶ線上の位置を規定される。小ロールを収納した主ロールに副ロールから離れる方向の撓みを生じることがなく、ワークを全長にわたって均一な径の円筒形状により確実に成形できる。

この構成において、それぞれが硬質ロールで構成された複数の副ロールを、小ローラの周面における開口部から最も露出した部分を挟む両側のそれぞれで小ローラの周面にワークを挟んで当接するように回転自在に配置してもよい。

この発明によれば、ワークを挟んで副ロールから軸方向の全長にわたって作用する押圧力によって小ロールが副ロールから離れる方向に撓むことを防止でき、ワークを全長にわたって均一な径の円筒形状に成形することができる。また、ワークを主ロールよりも小径の小ロールと複数の副ロールとの間で主ロールの径より十分に小さい曲率で湾曲させることができ、小ロールと副ロールとの間を通過したワークを主ロールの周面に巻き付かせることができる。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る円筒成形装置の正面図である。図２は、同円筒成形装置の要部の正面図である。図３は、図２におけるＸ−Ｘ部の側面断面図である。

円筒成形装置１は、可塑性板状素材のワークを円筒形状に成形するものであり、主ロール２、副ロール３、押えロール４、小ロール５、押圧ロール６、昇降部材７、押圧部材８、モータ１１〜１４を備えている。

主ロール２は、一例として金属製の硬質ローラであり、フレーム２０に支持部２２及びアーム２３によって軸方向の第１の端部２Ａ及び第２の端部２Ｂを支持されている。支持部２２は、フレーム２０に固定されている。アーム２３は、フレーム２０に揺動自在に支持されている。アーム２３は、上下に揺動することで、端部２Ｂを選択的に開放する。アーム２３は、上方に揺動した際に、端部２Ｂの上面に形成された傾斜面に当接し、端部２Ｂの上方への変位を規制する。アーム２３が下方に揺動すると、端部２Ｂが開放され、主ロール２の周面に巻き付いて円筒形状に成形されたワークを端部２Ｂ側から取り出すことができる。

なお、円筒形成装置１では、主ロール２にワークが巻き付いて円筒形状に形成されるため、主ロール２の外径は成形すべき円筒の内径に等しくされている。

副ロール３は、一例として金属製の硬質ローラであり、それぞれ主ロール２の下方における主ロール２の垂直方向の中心線を挟む２箇所で、中心軸を主ロール２の中心軸に平行にして配置されている。

押えロール４は、一例として金属製の硬質ローラであり、２本の副ロール３の下方における２本の副ロール３のそれぞれの垂直方向の中心線を挟む３箇所で、中心軸を主ロール２の中心軸に平行にして７本ずつ配置され、副ロール３に下方から当接している。副ロール３及び押えロール４は、支持台２４によって両端を回転自在に支持されている。

２本の副ロール３のそれぞれには、第２の駆動源であるモータ１２から２本のバー１２Ａを介して回転が供給される。モータ１２の回転は、２本の回転軸に等速度で伝達される。２本のバー１２Ａのそれぞれは、両端を２本の回転軸及び２本の副ロール３にユニバーサルジョイントを介して接続されており、少なくとも一方の端部に長孔とピンとの係合部材を備えている。

支持台２４は、昇降部材７を介してフレーム２０に上下方向に移動自在にされている。支持台２４の底面には３箇所に傾斜面２４Ａが形成されている。傾斜面２４Ａには、昇降部材７の上面に形成された傾斜面７Ａが当接している。昇降部材７には、駆動ボルト７Ｂが水平方向に螺合している。駆動ボルト７Ｂには、モータ１３から回転が供給される。昇降部材７は、水平方向に移動自在にされ、且つモータ１３の回転軸廻りの回転を規制されている。モータ１３の駆動によって駆動ボルト７Ｂが回転すると、昇降部材７が水平方向に移動し、傾斜面７Ａにおいて傾斜面２４Ａが当接する部分の上下方向の位置が変化し、支持台２４が上下方向に移動する。

小ロール５は、一例として金属製の硬質ローラであり、主ロール２の内部における主ロール２の垂直方向の中心線上で、回転軸を主ロール２の中心軸に平行にして回転自在に収納されている。小ロール５には、第１の駆動源であるモータ１１から、副ロール３の回転方向と逆方向の回転が供給される。主ロール２には、軸方向における副ロール３の全長よりも長い範囲にわたって長手方向を軸方向にした開口部２Ｃが形成されている。小ロール５は、一部を開口部２Ｃから下方に露出している。

７個の押圧部材８は、主ロール２の軸方向の７箇所のそれぞれで主ロール２の内部に収納されている。押圧部材８は、支持体８Ａ、支持ボルト８Ｂ及び押圧ボルト８Ｃを含む。支持体８Ａは、小ロール５を回転自在に支持している。２本の支持ボルト８Ｂは、穴部２Ｄに上方から嵌入し、支持体８Ａを主ロール２内に保持する。押圧ボルト８Ｃは、ネジ穴２Ｅに上方から螺合し、支持体８Ａの上方への移動を規制する。

押圧ロール６は、一例として金属製の硬質ローラであり、主ロール２の２倍より大きい外径にされている。押圧ロール６は、小ローラ５の中心軸と主ロール２の中心軸とを結ぶ線、即ち主ロール２の垂直方向の中心線上で、主ロール２の周面との間にワークの板厚に等しい間隔を設けて回転自在にされている。押圧ロール６には、第３の駆動源であるモータ１４から回転が供給される。押圧ロール６の周面における互いに対向する２箇所には、突起６１Ａ，６１Ｂが配置されている。突起６１Ａ，６１Ｂの押圧ロール６の周面からの露出量はワークの板厚に等しくされており、突起６１Ａ，６１Ｂは、最も突出した部分で主ロール２の周面に当接する。

図４は、上記の円筒成形装置における円筒成形時の状態を示す図である。円筒成形装置１による円筒の成形開始時には、図４（Ａ）に示すように、主ロール２と副ロール３との間にワークＷを矢印Ａ方向に挿入する。このとき、モータ１３を駆動して昇降部材７によって副ロール３を下降させ、小ロール５の周面と副ロール３の周面との間隔をワークＷの板厚よりも大きくしておく。また、突起６１Ａが主ロール２の周面に当接する位置で押圧ローラ６の回転を停止させておく。

主ロール２と副ロール３との間にワークＷを矢印Ａ方向に挿入した後、図４（Ｂ）に示すように、モータ１１及び１２を駆動して小ロール５及び副ロール３を矢印方向に回転させる。これとともに、モータ１３を駆動して昇降部材７によって副ロール３を上昇させ、小ロール５の周面と副ロール３の周面との間隔をワークＷの板厚に等しくする。

ワークＷは、上面における小ロール５との接点、及び下面における２本の副ロール３のそれぞれとの接点の間に挟持されて主ロール２側に湾曲し、主ロール２の周面に巻き付きながら、上方に移動していく。

なお、金属薄板のワークを１本の主ロールと２本の副ロールで曲げる場合、ワークは、３本のロールの間では主ロールの径に略等しい曲率で湾曲するが、３本のロールの間を通過した後には副ロールによる外側からの規制を受けなくなる。このため、ワークに生じる外向きの弾性力によってワークの曲率が大きくなり、ワークは主ロールの周面に巻き付くことはない。

しかし、円筒成形装置１では、主ロール２よりも小径の小ロール５と２本の副ロール３との間でワークＷを主ロール２の径よりも十分に小さい曲率で湾曲させる。このため、ワークＷが小ロール５及び２本の副ロール３の間を通過した後、ワークＷの曲率は小ロール５の径よりも大きくなるが主ロール２の径よりは小さくなり、ワークＷは主ロール２の周面に巻き付く。

図４（Ｃ）に示すように、ワークＷの端部が突起６１Ａとの当接位置に達すると、モータ１４を駆動して押圧ロール６を小ロール５の周速と同一の周速で回転させる。これによって、ワークＷは、主ロール２の周面に巻き付いたまま端部が下方に移動していく。

図４（Ｄ）に示すように、端部が小ロール５に達した時に、モータ１１，１２の駆動を停止し、モータ１３を駆動して副ロール３を下方に移動させる。なお、モータ１４は、押圧ロール６の突起６１Ｂが主ロール２の周面に当接した時に停止させる。この状態でアーム２３を下方に揺動させ、主ロール２の周面に巻き付いている円筒形状のワークＷを端部２Ｂ側から引き抜く。

ワークＷが主ロール２と副ロール３との間を通過している状態では、押えロール４から副ロール３に加えられる押圧力が、ワークＷを介して小ロール５に略全長にわたって上向きに作用する。しかし、小ロール５は、主ロール２内で全長にわたって７個の押圧部材８により、上方向の変位が規制されている。また、主ロール２は、回転しないため、端部２Ａで堅牢に支持されている。このため、ワークＷが主ロール２と副ロール３との間を通過している間に、小ロール５及び主ロール２の軸方向の中間部分が上方へ撓むことがない。

さらに、主ロール２の上方には押圧ロール６が配置されており、主ロール２の周面には、ワークＷの端部が突起６１Ａ又は６１Ｂとの当接位置に達するまでは突起６１Ａ又は６１Ｂが当接し、ワークＷの端部が突起６１Ａ又は６１Ｂに当接した後にはワークＷを挟んで押圧ロール６の周面が当接する。押圧ロール６は、主ロール２の２倍以上の径の中実の硬質ロールであり、十分な質量及び剛性を備えている。このため、小ロール５及び主ロール２の上方への撓みは、より確実に規制される。

なお、ワークＷの端部が突起６１Ａ又は６１Ｂに当接した後に主ロール２と押圧ロール６との間をワークＷが通過する間に押圧ロール６の回転によって突起６１Ｂ又は６１Ａが主ロール２との当接位置に達することがないようにする必要がある。このため、押圧ロール６の周長は、少なくとも突起の周方向の長さと主ロール２の周長との和に突起の個数を乗じた長さとすべきであるが、押圧ロール６に単一の突起を備えた場合には、主ロール２の径の２倍よりも小さくすることができる。

ワークＷを軸方向の長さが比較的短い円筒に成形する場合、又は比較的大径の円筒に成形する場合には、小ロール５の上方への変位を複数の押圧部材８で規制する主ロール２の構成のみによって小ロール５及び主ロール２の撓みを確実に防止でき、押圧ロール６を省略することもできる。

突起６１Ａ，６１Ｂは、主ロール２の軸方向における略全長にわたって連続する単一の部材であってもよく、主ロール２の軸方向における複数の位置に配置されるものであってもよい。突起６１Ａ，６１Ｂは、ワークＷの端部が当接する部分を備えていることを条件に、図３に示す形状以外の形状とすることもできる。

また、ワークＷの材質及び板厚、並びに形成すべき円筒の径及び長さに応じて、主ロール２によって小ロール５の撓みを確実に防ぐことができる場合には、押圧ロール６を省略することもできる。

なお、上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。

この発明の実施形態に係る円筒成形装置の正面図である。 同円筒成形装置の要部の正面図である。 図２におけるＸ−Ｘ部の側面の拡大断面図である。 同円筒成形装置における円筒成形時の状態を示す図であり、（Ａ）はワークの挿入時の状態を示し、（Ｂ）はワークの変形開始直後の状態を示し、（Ｃ）はワークの変形が１／２程度進行した状態を示し、（Ｄ）はワークの変形が終了した状態を示す。

符号の説明

１ 円筒成形装置
２ 主ロール
２Ｃ 開口部
３ 副ロール
４ 押えロール
５ 小ロール
６ 押圧ロール
７ 昇降部材
８ 押圧部材
１１ モータ（第１の駆動源）
１２ モータ（第２の駆動源）
１４ モータ（第３の駆動源）
６１ 突起
１０ 変位機構

Claims (3)

1. 可塑性板状素材であるワークを円筒形状に成形する円筒成形装置であって、
   主ロールと、前記主ロールの周方向における複数の位置を含む範囲でワークを前記主ロールに向けて押圧する複数の副ロールと、をそれぞれの中心軸を平行に配置して備え、
   前記主ロールは、周面に前記副ロールに対向する開口部であって長手方向が軸方向に平行な開口部を有し、一部が前記開口部から半径方向に露出する小ロールを前記主ロールの中心軸に平行な軸廻りに回転自在に収納するとともに、軸方向の複数の位置のそれぞれで前記副ロールから離れる方向への前記小ロールの変位を規制する複数の押圧部材を収納し、
   前記小ロールに回転を供給する第１の駆動源と、前記副ロールに前記小ロールの回転方向と逆方向の回転を供給する第２の駆動源と、をさらに備えた円筒成形装置。
2. 前記小ロールの中心軸と前記主ロールの中心軸とを結ぶ線上で前記主ロールの周面からワークの板厚に等しい間隔を設けて回転自在に支持された前記主ロールよりも大径の押圧ロールであって、周面に前記主ロールの周面に当接する少なくとも１つの突起を備えた押圧ロールと、
   前記押圧ロールに回転を供給する第３の駆動源と、をさらに備えた請求項１に記載の円筒成形装置。
3. 前記副ロールは、硬質ロールで構成され、前記小ロールの周面における前記開口部から最も露出した部分を挟む両側のそれぞれで前記小ロールの周面にワークを挟んで当接するように回転自在に配置された請求項１又は２に記載の円筒成形装置。

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