JP2010115709A - 中空加工部材を変形する方法及び成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材を変形する方法および成形機を提供する。
【解決手段】加工部材３がクランプ装置２内で締め付けられ、少なくとも一つの成形工具６が加工部材の壁面に接触して配置され、該加工部材及び該成形工具は互いに軸５の周りを回転し加工部材は該成形工具によって変形される。変形操作の少なくとも一部の間に、加工部材の変形された部分又は変形されるべき部分の回転周波数あるいはその倍数に実質的に等しい回転周波数で、該工具が前後に移動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材を変形する方法に関し、加工部材がクランプ装置内で締め付けられ、少なくとも一つの成形工具が加工部材の壁面に接触するように配置され、該加工部材及び該成形工具は互いに軸の周りを回転し加工部材は該成形工具によって変形される。更に本発明は、特許請求の範囲第項９の前提部分に記載した成形機であって、その成形機によって少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材を変形することができる成形機に関し、また車両のための触媒コンバーターに関する。

そのような方法及び成形機は、例えば、欧州特許出願ＥＰ０９１６４２８で知られている。その刊行物は、それによって環状の円筒状金属要素の一端の直径を減少し、且つ、更に、該端部がある角度まで曲げられるところの、複数のロールを備えた成形ヘッドを有する成形機を開示している。

このために、金属円筒は締め付けられ、該成形ヘッドが回転軸の周りを回転させられ、その後、金属円筒の外側に対して半径方向に（該回転軸に相対的に）ロールを押圧し、そしてロールを該外側に沿って多数サイクル繰り返し移動することにより該端部は変形され、同時に各サイクルでロールと回転軸との間の半径方向距離を減少し、その結果、直径の減少を達成することができる。回転軸は金属円筒の中心軸と或る角度を形成しているので、円筒の端部は、ロールの半径方向の移動によって減少されるだけではなく、更に、該端部は或る角度で位置付けされる。前述のサイクルを行って、加工部材は漸次、最終製品の形状になる。

欧州特許出願ＥＰ０９１６４２６には、同様な方法及び成形機が開示されており、そこでは、回転軸が金属円筒の中心軸から偏心されている。従って、変形された部分の中心軸が、金属円筒の非変形部分の中心軸から同じようにずれた製品が得られる。

本方法及び装置は、例えば、乗用車のような車輌の排気系の部分を形成する触媒コンバーターのハウジングの製造に使用することができる。そのような触媒コンバーターの直径は、排気系の一部を形成する管の直径よりも大きい。そして、それらは好ましくは、エンジンが始動された後にできるだけ早く動作温度に達しかつできるだけその温度を維持するために、エンジン部分の近くに配置される。その結果、まず第一に、触媒コンバーターのハウジングの両側での継手の直径は、排気系の他の部分との適切な接続のために小さくされなければならず、一方更に、該継手は、エンジン部分に対してそれらを最適に位置付けできるために、複雑な形状をとる必要がしばしばある。

少なくとも１つの変形端部を有する加工部材を製造する上記公知の方法及び装置は、円形の操作のみを許し、これは、設計者が必要とするますます複雑な形状を考えると、不十分である。

本発明の目的は、形に関する設計の自由度を少なくとも改善することである。

その目的を達成するため、本明細書の最初の段落に記載した方法は、変形操作（好ましくは半径方向のおよび実質的に並進する様式で）の少なくとも一部の間に、軸の周りでの加工部材の変形された部分又は変形されるべき部分の回転周波数あるいはその倍数に実質的に等しい回転周波数で、工具が軸に対して前後に移動されうることを特徴とする。本発明に従う成形機の制御は、そのようにされる。

下記の例においてより詳しく説明されるように、このようにして、はるかに複雑な形状例えば楕円形、三角形、又は多角形あるいはそれらから導かれる形を実現することが可能である。加えて、加工部材の変形された部分の中心軸が加工されていない部分に対して角度を持って又は偏心して位置づけられる様な様式で加工部材を変形することが可能であり、同時に、操作の前あるいは間に加工部材の開放端部に挿入物（insert）を位置づけることも可能である。そのような挿入物は、特別の操作を容易にし又は可能にするように機能し、かつ/あるいは最終製品の一部をなす。

好ましくは、加工部材は回転され、一方、工具は並進され、該並進運動の間に工具は回転方向では静止したままである。このことは、比較的単純な様式で（たぶん現存する装置及び工具を全体的にあるいは部分的に用いて）、変形操作を実施することを可能にする。

本発明はさらに、上記した本発明に従う方法を用いて得られる加工部材を有する、乗用車のような車両のための触媒コンバーターに関する。

２つの工具及び１つの回転可能なチャックを有する、本発明による第1の成形機の図式的な平面図である。 図１に示す成形機で実施される、本発明に従う方法の加工工程の側面図である。 矩形断面を有する中空金属円筒の端部を変形する本発明に従う方法の加工工程の側面図である。 触媒コンバーターの加工工程の一部断面の平面図である。 出来上がった触媒コンバーター装置の断面図である。 ３つの工具及び１つの回転可能なチャックを有する、本発明による第２の成形機の図式的な平面図である。 図６に示す成形機で実施される、本発明に従う方法の加工工程の側面図である。

本発明に従う方法及び成形機の幾つかの実施態様を示す図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図１及び第２図は、加工部材、例えば図示のように既に変形した金属円筒３、を締め付けるチャック２を有する成形機１を示す。チャック２は、たとえばハウジング4内に存在する電気モーターによって、仮想軸5の回りを回転されうる。加工部材3の両側に、成形ロール６、６のような成形工具が備えられ、それはハウジング9内の上方スライド8に取り付けられたそれぞれのホルダー７、７に回転可能に取り付けられている。上方スライド8および従って成形ロール６は、軸5に対して例えば45〜90度の角度を持って延びる方向（該方向は以下でＹ方向と呼ばれる）に、例えば流体力学的サーボモーターによって、ガイド上を前進後退されることができる。ハウジング9は、下方スライド10（図2参照）に取り付けられ、後者はベロー11を有し、かつガイド１２上に取り付けられており、ガイド１２は機械床１３の一部を成す。下方スライド10は、上方スライド8の動きの方向に対して90度の角度を持って延びる方向（該方向は以下でＸ方向と呼ばれる）に、例えばやはり流体力学的サーボモーターによって、上記ガイド１２上を前進後退されることができる。

上記図示した配置を用いる代わりに、Ｘ方向の並進運動が可能なように該ハウジングを位置づけることも出来る。その場合、成形工具は、この方向に静止したままでありうる。成形ローラおよびそれに伴うスライドと駆動手段の適当なアセンブリのより詳細のために、ヨーロッパ特許出願ＥＰ0 125 720が引用される。

図2a〜2cに示される操作については、楕円形の断面形状を有する中空金属円筒３が、セットされる。この中空金属円筒３は、適当な速度で回転され、成形ロール６、６がその外壁に対して押圧される。成形ロール６、６が楕円形の中空円筒３の回転の周波数の2倍の周波数でＹ方向に前進後退並進するような様式で、成形ロール６、６は制御される。この動きの端点位置は、楕円形円筒３の外周の夫々最短および最長半径Ｒ1およびＲ２によって決められる。当初成形ロール６、６が加工部材の外壁を単に追随するように、成形ロール６、６の加速がセットされる。それに続いて、たとえば成形ロール６、６が当初加工部材３の端からある距離をおいて離され、次に該端の方向に動くという様式で、成形ロール６、６および楕円形円筒３が互いにＸ方向に動かされることが出来る。この動きの間に、成形ロール６、６の往復並進運動を調節することによって、加工部材の問題の部分が変形されることが出来る。

図２ｂで示される形状に関し、これは、成形ロール６、６の夫々の動きの二つの端点位置が軸５の方向に更に更に動くことを意味する。もし楕円形円筒３が円形の端部を与えられるべきであるならば、往復並進運動の振幅はゆっくりと減少され、最終的に上記軸5から一定の距離で終わるであろう。図2cに示されるように、右側の（図において）成形ロール６ の端点位置の両方を軸５の方向へ追加的に動かし、一方で同時に左側の成形ロール６ の端点位置を該軸から離れる方向へ動かすことにより、円筒３の変形された部分が、変形されていない部分に対して角度を持って位置されるであろう。なかんずく材料の特性、壁厚さ、変形の程度、および直径減少に依存して、操作は2回または数回の通過または工程で実施されなければならないであろう。

図3は、矩形の断面を有する中空金属円筒の端部の変形を示し、そこでは該断面形状が、（相当に）より小さい直径を有する円形断面へと徐々に変えられていく。この場合にも、成形ロール６、６は、夫々Ｒ１およびＲ２で示されている該矩形のリブ（rib）の半分および対角線の半分に夫々対応する二つの端点位置の間で動く。加工部材３に沿う成形ロール６、６の最初の通過の間に、上記値は数パーセントだけ減少され、かつ更に角がすでに少し丸められた断面形状が与えられる。この動きを繰り返し、端の方向に減少してゆく直径及び徐々に丸くなる断面形状を与えることによって、最終的に、図3a〜3cに示されたような形が得られる。

従来の方法および成形機と対照的に、図4に示すように、中空加工部材（この場合、金属円形円筒３）内に挿入物を置き、それを該円形円筒３と相対的に所望の位置に保つことが、本発明の方法および成形機を用いて可能である。このために、成形機１はチャック14を備えられ、チャック14はハウジング１５内の軸5上を回転可能に取り付けられており、ハウジング１５は軸5と同列の二つのガイドレール16上のスライド（図示せず）によって前後に動かされることが出来る。チャック14は、たとえば電気モーター（図示せず）によりあるいはチャック14をチャック２と機械的に結合することによりもしくはその駆動機構により、仮想軸5の回りを回転されうる。チャック14は偏心したクランプ部材17を備えられ、クランプ17上で挿入物が締め付けられうる。このために、クランプ部材はたとえば、拡張できる環状部材を自体公知の様式で備えられることが出来る。

図示した例において、挿入物は触媒コンバーター装置２１のための内側ハウジング１８より成り、該内側ハウジングは本発明の方法を用いて既に変形されており、いわゆる触媒塊即ち基体および伴う隔離シェル20を含む。内側ハウジング18の両端部は、円錐形であり、該円錐体は、軸5と一致する内側ハウジング１８の中心軸に対して角度を持って延びる。内側ハウジング１８および円形円筒3は、円形の円筒断面形状でなくて、図2a〜2cに示す断面形状を有することも出来る。

成形操作の間に、成形ロール６、６は、たとえば図2ａ〜2cに示されたのと同等の様式で、5つのパスを追随し、かくして円筒3の端部を、内側ハウジング18の左側端にほぼ平行に延びる円錐体へと変形する。該端部の最外側部分は、内側ハウジング18が円筒3内で締め付けられるように近くに、互いに接近する。それに続いて、円筒3およびその中で締め付けられた内側ハウジング18は、ひっくり返されて、チャック2内に再び固定されることが出来、従って他の端が加工されうる。かくして図5に示される触媒コンバーター２１が得られ、これは触媒塊即ち基体19の良好な設置を可能にする。絶縁フィラー22のような他の部品が、内側ハウジング18の外壁と円筒3の内壁との間に導入されうる。加工部材中に残らないで、支持のためにあるいは加工部材の内壁を加工するためにだけ成形操作の間に存在する挿入物を使用することも出来る。

上記したところから、本発明のこの方法および成形機は、新しい可能性を創造し、複雑な形の複合体製品を製造することを可能にすることが理解されるであろう。原則として、現存する装置をこの目的のために使用することが可能である。

図6は、本発明に従う第2の成形機を示し、そこでは3つの成形ロール６、６、６の接触点が加工部材３の外周上に等間隔に分布されている様式で、該成形ロール６、６、６がフレーム23に配置され、この場合の加工部材３は丸められた角を持つ三角形断面の金属円筒からなる。加工部材３の回転の周波数の3倍に対応する周波数で成形ロール６、６、６を往復並進させることと、加工部材の最大直径の半分および最小直径の半分に対応する端点位置の間で半径方向の往復運動とを組み合わせることによって、円筒3の外表面をなぞり、変形することが可能である。軸5に平行なＸ方向でのフレーム23と加工部材3の相対的な動きは、多数のパスを追随し、従って加工部材3の端で最終的な狭められた円形の断面形状を作ることを可能にする。

上記した成形機はすべて、制御装置を有する。そのような制御装置は、例えば、所望の製品あるいは中間製品へと加工部材を変形するように加工部材と相対的に一以上の所望のパスを成形ロールが追随するような様式で、メモリーに記憶された制御プログラムに従ってＸおよびＹ方向ならびにロールの半径方向の動きのための手段を制御するように配置される。

本発明は前記態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、いろいろなやり方で変えることができる。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材（３）を変形する方法であって、加工部材（３）がクランプ装置（２）内で締め付けられ、少なくとも一つの成形工具（６，６）が加工部材(3)の壁に接触して配置され、該加工部材及び該成形工具は互いに軸の周りを回転され、加工部材（３）は該成形工具（６，６）によって変形されるところの方法において、変形操作の少なくとも一部の間に、軸（５）の周りでの加工部材（３）の変形された部分又は変形されるべき部分の回転周波数あるいはその倍数に実質的に等しい回転周波数で、該工具（６，６）が軸（５）に対して前後に動かされうることを特徴とする方法。
2. 加工部材（３）は回転され、一方、工具（６，６）は実質的に回転様式で駆動され、その間に工具は回転方向で静止したままである請求項１に記載の方法。
3. 該工具（６，６）が、軸（５）と少なくとも実質的に交差する方向で前後に動く請求項１又は２に記載の方法。
4. 加工部材（３）の変形された部分の中心軸が加工されていない部分に対して角度を持って延びるまたは偏心して位置づけられるように加工部材（３）が変形される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 工具（６、６、６）の数が上記倍数に対応し、該成形ロール（６、６、６）の接触点が好ましくは加工部材（３）の外周上に等間隔に分布されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 操作の前または間に挿入物（18）が加工部材（３）の開放端部内に置かれる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 挿入物（18）がその中で固定されるおよび／又は締め付けられる様式で工具（３）が変形される請求項６に記載の方法。
8. 加工部材（３）および工具（６，６）が互いにその周りで回転するところの軸（５）が、加工部材（３）の変形されていない部分の中心軸と一致する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 変形されるべき少なくとも一つの開放端部を持つ中空加工部材（３）を締め付けるための回転可能な締付装置（２）、加工部材（３）の外表面と接触して配置されることが出来、かつそれによって加工部材（３）が変形されることが出来るところの第一の加工工具（６，６）、該加工工具（６，６）が加工部材（３）を加工するための一以上の所望のパスを追随できるような様式で該加工部材（３）および該加工工具（６，６）を相対的に動かす手段、および該手段のための制御装置を少なくとも有する成形機（1）において、変形操作の少なくとも一部の間に、軸（５）の周りでの加工部材（３）の変形された部分又は変形されるべき部分の回転周波数あるいはその倍数に実質的に等しい回転周波数で、該工具（６，６）を軸（５）に対して前後に移動させるように該制御装置が配置されていることを特徴とする成形機（1）。
10. 成形工具（６、６、６）の数が上記倍数に対応する請求項９に記載の成形機（１）。
11. 加工部材の開放端部に置かれるべき挿入物（１８）のための回転可能な支持体が、締付装置（２）と対向して置かれている請求項９または１０に記載の成形機（１）。
12. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法を用いて得られた加工部材（３）を有する、車両のための触媒コンバーター装置（２１）。
13. 車両のための触媒コンバーター装置（２１）において、内側ハウジング（１８）を有することを特徴とする触媒コンバーター装置（２１）。
14. 内側ハウジング（１８）が触媒コンバーター装置の両端部の間を延びている請求項13記載の触媒コンバーター装置（２１）。
15. 内側ハウジング（１８）が両端部で締め付けられている請求項13または１４記載の触媒コンバーター装置（２１）。

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