JP2010058140A - 非円形スピニング装置及び非円形スピニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラを接近させた際に管体の周面に作用する衝撃力を小さくすることができ、周面に割れを生じさせることなく端部に小円筒部を備えた非円形の管体を容易に製造できるようにする。
【解決手段】第１保持具１１及び第２保持具１２により、管体１００の周面の軸方向における所定の当接範囲１０２に当接面１１１及び当接面１２１の全面を当接させ、当接範囲１０２における管体１００の断面を楕円形にして管体１００を保持する。第１保持具１１及び第２保持具１２とともに管体１００を回転させた状態で、管体１００の周面における第１保持具１１及び第２保持具１２で保持されていない範囲にローラ２２によって絞り加工を施す。
【選択図】図１

Description

この発明は、楕円形等の非円形の管体の一方又は両方の端部に小円筒部を形成する非円形スピニング装置及び楕円スピニング方法に関する。

内燃機関の排気系部品等の流体用の部材には、楕円形の管体の一方又は両方の端部に小円筒部を備えたものがある。このような流体用の部材は、楕円形部分に触媒等の流体を処理する部品を収納し、小円筒部で上流側又は下流側の管体に接続される。

一般に、円筒形の管体の端部に小円筒部を形成する加工方法として絞り加工が知られており、円筒形の管体の端部に絞り加工を施すスピニング装置は、円筒形の管体の途中部を保持する固定式の保持装置と、保持装置に保持された円筒体の管体の両端側方にそれぞれ配置された一対の絞り手段と、を備えている。

従来のスピニング装置として、円筒体の管体の端部をその円周方向に回転自在且つ管体の半径方向及び軸方向に移動自在にされた絞り手段としての絞りローラを備え、その回転方向を管体の両端部において互いに逆方向に回転させるように構成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。

従来のスピニング装置を用いた絞り加工により、楕円形の管体の一方又は両方の端部に小円筒部を形成することが考えられる。
特開２０００−０５１９６１号公報

しかし、軸方向の全長にわたって一定断面の楕円形の管体を形成した後に、従来のスピニング装置で楕円形の管体の一方又は両方の端部に絞り加工を施すと、管体の周面に割れを発生し易い。楕円形の管体をその中心軸廻りにローラに対して相対的に回転させた状態で、管体の周面に半径方向に沿ってローラを相対的に接近させると、楕円形の管体の長径部の周面がローラに繰り返し衝突し、過大な衝撃が周面の一部に集中して破断を生じるものと考えられる。このため、製造工程における歩留りが低下する問題がある。この問題は、三角形等の楕円形以外の非円形の管体の端部に絞り加工により小円筒部を形成する場合にも生じる。

この発明の目的は、円筒形の管体の周面における非円形の保持具で保持されていない端部に絞り加工を施すことで、ローラを接近させた際に管体の周面に作用する衝撃力を小さくすることができ、周面に割れを生じさせることなく端部に小円筒部を備えた非円形の管体を容易に製造することができる非円形スピニング装置及び非円形スピニング方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明の非円形スピニング装置は、複数の保持具、ローラ、回転手段、移動手段を備えている。複数の保持具は、所定長さの円筒形の管体の周面における管体の軸方向の少なくとも一方の端部を除く当接範囲に当接する。複数の保持具は、軸方向に直交する方向についてそれぞれが管体の外周長以下の周長の非円形を複数に分割した一定の断面形状の当接面を有し、それぞれが管体の周面に接離自在に支持されている。ローラは、複数の保持具で保持された管体の周面における当接範囲を除く範囲で軸方向及び半径方向に沿って移動自在にされている。回転手段は、複数の保持具で保持された管体をローラに対して相対的に回転させる。移動手段は、回転手段によって管体がローラに対して相対的に回転している間に、ローラを軸方向に沿って管体に対して相対的に移動させるとともに、半径方向に沿って管体に対して相対的に移動させる。

この発明の非円形スピニング方法は、それぞれが所定長さの円筒形の管体の外周長以下の周長の非円形を複数に分割した一定の断面形状の当接面を有する複数の保持具と、管体の軸方向及び半径方向に沿って移動自在にされたローラと、を準備した後、複数の保持具を管体の周面における管体の軸方向の少なくとも一方の端部を除く当接範囲に当接させる工程と、複数の保持具で保持された管体がローラに対して相対的に回転している間に、ローラを軸方向に沿って管体に対して相対的に移動させるとともに、半径方向に沿って管体に対して相対的に移動させる工程と、を含む。

この構成においては、所定長さの円筒形の管体の周面における軸方向の少なくとも一方の端部を除く当接範囲が、複数の保持具で保持されて非円形の断面に変形する。管体の当接範囲以外の部分は、複数の保持具によって拘束されておらず、当接範囲から離れるにしたがって徐々に円形に近づく断面形状を呈し、弾性による内部応力が発生している状態にあると考えられる。管体がローラに対して相対的に回転させた状態で、管体の当接範囲以外の部分にローラが衝突した際にローラから管体の周面に作用する衝撃は、内部応力によって緩和されるものと考えられ、周面に割れを生じない。また、管体における複数の保持具で保持された部分は、絞り加工で変形した部分によって非円形の断面に維持される。

この構成において、複数の保持具を管体の軸方向の両端部を除く当接範囲に当接させ、ローラを管体の軸方向の両端部にそれぞれ配置し、回転手段によってローラを回転させることが好ましい。管体の両端に同時に小円筒部を形成することができる。

この発明によれば、ローラが衝突する際に管体の周面に作用する衝撃力を緩和することができ、端部に小円筒部を備えた非円形の管体を、周面に割れを生じることなく、容易に製造することができる。

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、この発明の第１の実施形態に係る非円形スピニング装置である楕円スピニング装置の概略の側面断面図である。楕円スピニング装置１０は、円形の管体１００を素材として楕円形の管体１００の一方の端部に小円筒部を形成する装置であり、保持部１及び絞り部２を備えている。

保持部１は、第１保持具１１、第２保持具１２、第１接離機構１３、第２接離機構１４、回転機構１５を備えている。保持部１は、円形の管体１００の周面における軸方向の一端部を除く当接範囲を楕円形断面に変形させた状態で管体１００を中心軸廻りに回転させる。

第１保持具１１及び第２保持具１２は、それぞれ円形の管体１００の外周長以下の周長の楕円を上下２分割にした当接面１１１及び当接面１２１を備えている。第１保持具１１及び第２保持具１２は、互いに対向する当接面１１１，１２１を接近又は離間する方向に移動自在に配置されている。第１保持具１１の外面には傾斜面１１２が形成されており、第２保持具１２の外面には傾斜面１２２が形成されている。

第１保持具１１及び第２保持具１２は、この発明の保持具であり、管体１００の周面の軸方向における所定の当接範囲１０２に当接面１１１及び当接面１２１の全面を当接させ、当接範囲１０２における管体１００の断面を楕円形にして管体１００を保持する。第１保持具１１及び第２保持具１２は、管体１００の周面の軸方向における所定の当接範囲１０２の一部又は全部に当接面１１１及び当接面１２１の全面を当接させるものであれば良い。

第１接離機構１３は、スライダ１３１、アクチュエータ１３２を備えている。第２接離機構１４は、スライダ１４１、アクチュエータ１４２を備えている。スライダ１３１は、第１保持具１１の傾斜面１１２に当接する傾斜面１３１１を備えている。スライダ１３１は、第１保持具１１の傾斜面１１２に当接する傾斜面１３１１を備えている。スライダ１４１は、第２保持具１２の傾斜面に当接する傾斜面１４１１を備えている。スライダ１３１，１４１は、管体１００の軸方向に沿って移動自在にされている。アクチュエータ１３２，１４２は、例えばエアシリンダであり、それぞれスライダ１３１，１４１を管体１００の軸方向に沿って移動させる。

アクチュエータ１３２，１４２がスライダ１３１，１４１を移動させると、傾斜面１３１１，１４１１における傾斜面１１２，１２２との当接位置が変化し、第１保持具１１及び第２保持具１２が接近又は離間する。

回転機構１５は、モータ１５１を備えている。モータ１５１の駆動により、第１保持具１１及び第２保持具１２を第１接離機構１３及び第２接離機構１４とともに、管体１００の中心軸廻りに回転させる。

絞り部２は、支持体２１、ローラ２２、Ｘ移動機構２３、Ｙ移動機構２４、移動体２５、ステージ２６を備えている。絞り部２は、回転中の管体１００の周面における当接範囲外の一端部に、ローラ２２を当接させて絞り加工を施し、小円筒部１０１を形成する。

支持体２１は、ローラ２２を回転自在に支持する。支持体２１は、移動体２５において、ローラ２２とともに管体１００の軸方向及び半径方向に沿って移動自在にされている。

移動体２５は、ステージ２６に管体１００の半径方向に沿って移動自在に支持されている。移動体２５は、支持体２１を保持する。ステージ２６は、フレーム３に管体１００の軸方向に沿って移動自在に支持されている。

Ｘ軸移動機構２３は、ステージ２６を移動体２５とともに管体１００の軸方向に沿って移動させる。このため、Ｘ軸移動機構２３は、サーボモータ２３１及びボールネジ２３２を備えている。

Ｙ軸移動機構２４は、移動体２５を支持体２１とともに管体１００の半径方向に沿って移動させる。このため、Ｙ軸移動機構２４は、サーボモータ２４１及びボールネジ２４２を備えている。

サーボモータ２３１及びサーボモータ１４２を駆動することにより、ローラ２２を管体１００の軸方向及び半径方向に沿って移動させる。ローラ２２を回転中の管体１００の周面における第１保持具１１及び第２保持具１２から露出した非当接範囲１０３に当接させ、絞り加工を施し、管体１００の端部に小円筒部１０１を形成する。

図２は、この発明の第１の実施形態に係る楕円スピニング装置による楕円スピニング方法を説明する図である。

楕円スピニング装置１０を用いた楕円スピニング方法により、楕円形の管体１００の端部に小円筒部１０１を形成する場合には、まず、図２（Ａ）に示すように、第１保持具１１及び第２保持具１２を互いに離間させた状態で、円筒形に成形した管体１００の周面における一端部を除く当接範囲１０２を、第１保持具１１及び第２保持具１２の間に挿入する。

次いで、アクチュエータ１３２，１４２を駆動し、スライダ１３１，１４１を管体１００の軸方向に沿って移動させることで、第１保持具１１及び第２保持具１２を互いに接近させ、第１保持具１１と第２保持具１２とを一体にする。第１保持具１１の当接面１１１及び第２保持具１２の当接面１２１の全面が管体１００の周面に当接し、管体１００の当接範囲１０２が変形する。

管体１００は、所望の楕円形状とした時の周長に等しい外径に成形されている。第１保持具１１の当接面１１１及び片側保持具１２の当接面１２１は、管体１００を所望の楕円形状とした時の周長に等しい楕円形を２分割にした断面形状を呈しているため、当接範囲１０２は、楕円筒形状となる。

一方、管体１００の周面における一方の端部側で当接面１１１及び当接面１２１に当接しない非当接範囲１０３は、当接面１１１及び当接面１２１によって拘束されないため、管体１００の軸方向に沿って当接範囲１０２から離れるにしたがって徐々に円筒形に近づく。このとき、非当接範囲１０３には、弾性変形による内部応力が生じているものと考えられる。

この状態で、図２（Ｃ）に示すように、モータ１４１を駆動し、第１保持具１１及び第２保持具１２で保持された管体１００を中心軸廻りに回転させる。さらに、図２（Ｄ）に示すように、サーボモータ２３１、サーボモータ２４１を駆動し、管体１００の周面における非当接範囲１０３で、ローラ２２を管体１００の軸方向及び半径方向に沿って移動させる。ローラ２２の軸方向及び半径方向の移動を所定回数繰り返し行い、繰り返し回数を重ねる毎にローラ２２の半径方向の送り量を増加させる。

ローラ２２は、管体１００の周面における当接範囲１０２に近い部分に、管体１００の１回転当たりに２度衝突する。管体１００には、ローラ２２から衝撃が作用する。しかし、管体１００の非当接範囲１０３に弾性変形によって生じた内部応力により、ローラ２２からの衝撃が緩和されるものと考えられる。このため、管体１００に割れを生じることがない。また、ローラ２２による絞り加工によって管体１００の端部が塑性変形するため、第１保持具１１及び第２保持具１２による拘束を解いた後にも、当接範囲１０２の楕円形状が維持される。この結果、端部に小円筒部１０１を備えた楕円形の管体１００が形成される。

なお、楕円スピニング装置１０により、管体１００の両端に小円筒部１０１を形成する場合は、管体１００の第１の端部に小円筒部１０１を形成した後、第２の端部が非当接範囲１０３となるように管体１００を第１保持具１１及び第２保持具１２に再度保持させて同様の加工を行う。

図３は、この発明の第２の実施形態に係る楕円スピニング装置の概略の側面断面図である。この発明の第２の実施形態に係る楕円スピニング装置２０は、円形の管体１００を素材として両方の端部に小円筒部１０１を備えた楕円形の管体１００を製造する装置であり、保持部１を挟んで軸方向の両側に絞り部２を備えている。

保持部１は、第１保持具１１及び第２保持具１２により、管体１００の周面における軸方向の中間部を当接範囲１０２として保持する。管体１００の周面には、軸方向における当接範囲１０２の両側に非当接範囲１０３が形成される。保持部１は、図１に示した構成から、回転機構１４を省かれている。

絞り部２は、図１に示した構成に加えて、ステージ２６を移動体２５とともに管体１００の中心軸廻りに回転させる回転機構２０１が備えられている。回転機構２０１を駆動すると移動体２５に支持部２１を介して支持されたローラ２２が、管体１００の周囲を回転する。

楕円スピニング装置２０を用いて両端部に小円筒部１０１を備えた楕円形の管体１００を製造する場合、まず、第１保持具１１及び第２保持具１２で管体１００の周面における軸方向の中間部を保持する。この後、２つの絞り部２のそれぞれで、ローラ２２を管体１００の中心軸廻りに回転させ、さらに、管体１００の両端部の非当接範囲１０３で管体１００の軸方向及び半径方向に沿って移動体２５及びステージ２６を移動させる。これによって、管体１００の両端部に同時に小円筒部１０１が形成される。

なお、２つの絞り部２のそれぞれで、フレーム２５を管体１００の中心軸廻りに互いに逆方向に回転させることが好ましい。管体１００の周面には、ローラ２２の衝突による衝撃が、中心軸廻りの回転方向について同一方向に作用することになり、管体１００に捩れを生じることを防止できる。

第１及び第２の実施形態において、保持具は上下２分割又は左右２分割に構成することができる。また、３分割以上に構成することもできる。また、第１の実施形態では、絞り部２を保持部１に対して管体１００の軸方向に移動するものとしたが、保持部１を絞り部２に対して移動させることもできる。さらに、複数の保持具の当接面を周長が管体の酋長以下の三角形等の楕円以外の非円形を複数に分割した形状とすることにより、例えば、三角形断面や多角形断面の管体の端部に小円筒部を形成することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の第１の実施形態に係る非円形スピニング装置である楕円スピニング装置の概略の側面断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、同楕円スピニング装置を用いた楕円スピニング方法を説明する図である。 この発明の第２の実施形態に係る楕円スピニング装置の概略の側面断面図である。

符号の説明

１ 保持部
２ 絞り部
１１ 第１保持具（保持具）
１２ 第２保持具（保持具）
１４ 回転機構（回転手段）
２２ ローラ
２４ 移動機構（移動手段）
１００ 管体
１０１ 小円筒部
１０２ 当接範囲
１０３ 非当接範囲

Claims (4)

1. 所定長さの円筒形の管体の周面における前記管体の軸方向の少なくとも一方の端部を除く当接範囲に当接する複数の保持具であって、前記軸方向に直交する方向についてそれぞれが前記管体の外周長以下の周長の非円形を複数に分割した一定の断面形状の当接面を有し、それぞれが前記管体の周面に接離自在に支持された複数の保持具と、
   前記複数の保持具で保持された前記管体の周面における前記当接範囲を除く範囲で前記軸方向及び前記半径方向に沿って移動自在にされたローラと、
   前記複数の保持具で保持された前記管体を前記ローラに対して相対的に回転させる回転手段と、
   前記回転手段によって前記管体が前記ローラに対して相対的に回転している間に、前記ローラを前記軸方向に沿って相対的に移動させるとともに、前記半径方向に沿って相対的に移動させる移動手段と、
   を備え、非円形の前記管体の端部に絞り加工によって小円筒部を形成する非円形スピニング装置。
2. 前記非円形は楕円である請求項１に記載の非円形スピニング装置。
3. 前記複数の保持具は、前記管体の軸方向の両端部を除く当接範囲に当接し、
   前記ローラは、前記管体の軸方向の両端部にそれぞれ配置され、
   前記回転手段は、前記ローラを回転させる請求項１又は２に記載の非円形スピニング装置。
4. 非円形の管体の端面に絞り加工によって小円筒部を形成する非円形スピニング方法であって、
   それぞれが所定長さの円筒形の管体の外周長以下の周長の非円形を複数に分割した一定の断面形状の当接面を有する複数の保持具と、前記管体の軸方向及び半径方向に沿って移動自在にされたローラと、を準備し、
   前記複数の保持具を前記管体の周面における前記管体の軸方向の少なくとも一方の端部を除く当接範囲に当接させる工程と、
   前記複数の保持具で保持された前記管体が前記ローラに対して相対的に回転している間に、前記ローラを前記軸方向に沿って前記管体に対して相対的に移動させるとともに、前記半径方向に沿って前記管体に対して相対的に移動させる工程と、を含む非円形スピニング方法。

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