JP2010234425A - クロージング加工装置およびクロージング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を確保した上で安定した加工精度が得られるクロージング加工装置およびクロージング加工方法を提供する。
【解決手段】非接触式温度センサ１３により心金３の温度を測定し、心金３の温度が閾値よりも高い場合、エアノズル１６により心金３を冷却し、心金３の温度が閾値以下に低下した場合、エアノズル１６による心金３の冷却を停止するので、心金３の温度を一定に保つことができる。これにより、サイクルタイムを短縮して生産性を確保することができると共に、アウタチューブにおける先端側開口部端から座部までの既定長さの要求される精度を確保することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、クロージング加工装置およびクロージング加工方法に関する。

クロージング加工により金属からなる管体の端部を口絞りおよび封口して、継目のない底板部を形成することが種々検討されている。例えば、特許文献１は、、加工開始直後から安定して加工を行うことができるようにするため、心金及び金型をそれぞれ予熱し、心金及び金型と、管体との温度差が小さい状態にてクロージング加工を開始することが開示されている。

特開２００８−１７３６５６号公報

さらなる生産性や加工精度の向上を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のクロージング加工装置は、回転する管体と金型との相対移動によって、管体の開口端部を金型にて閉塞成形するクロージング加工装置であって、前記管体の内側に挿入される心金と、前記心金を冷却する冷却手段と、前記心金の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段の測定結果に基づき前記冷却手段を制御する制御手段と、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のクロージング加工方法は、回転する管体と金型との相対移動によって、前記管体の開口端部を前記金型にて閉塞成形するクロージング加工装置のクロージング加工方法であって、既定位置に心金を位置させ、前記心金の温度を検出するステップと、前記心金の温度に応じて前記心金を冷却するステップと、前記管体の内側に前記心金を既定位置から挿入するステップと、前記管体の開口端部を閉塞成形した後に前記心金を前記既定位置に戻すステップと、からなることを特徴とする。

生産性の向上や安定した加工精度が得られるクロージング加工装置およびクロージング加工方法を提供することができる。

アウタチューブのクロージング加工の概念図である。 ストラット式サスペンションのシリンダ装置の一部を断面で示す図である。 アウタチューブの軸断面図である。 本実施形態の概念図である。 本実施形態のクロージング加工装置を使用した場合における加工本数と既定長さLとの関係を示す図である。 本実施形態のクロージング加工装置を使用した場合における時間の経過と心金の温度との関係を示す図である。 従来のクロージング加工装置を使用してサイクルタイムを本実施形態と同一に設定した場合における加工本数と既定長さLとの関係を示す図である。 従来のクロージング加工装置を使用してサイクルタイムを本実施形態と同一に設定した場合における時間の経過と心金の温度との関係を示す図である。 従来のクロージング加工装置を使用してサイクルタイムを比較的長く設定することで心金の温度が安定するようにした場合における加工本数と既定長さLとの関係を示す図である。 従来のクロージング加工装置を使用してサイクルタイムを比較的長く設定することで心金の温度が安定するようにした場合における時間の経過と心金の温度との関係を示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。ここで、まず本実施形態の課題を以下詳述する。
アウタチューブ１の内部には、ベースバルブ１０が組み付けられたインナチューブ９が挿入され、さらに、アウタチューブ１の先端側開口部端には、ロッドガイドおよびオイルシールが挿入される。アウタチューブ１は、先端側開口部端がかしめ加工されることから、当該開口部端からベースバルブ１０を受けるための座部１１までの長さの精度を確保して、かしめ部の強度を安定させる必要がある。
しかしながら、アウタチューブ１のボトム側開口部端をクロージング加工する場合、稼働開始時の心金の温度が相対的に低いため、高周波加熱コイルにより加熱されたアウタチューブ１の熱が心金３により奪われる。これにより、材料の塑性流動が阻害され、アウタチューブ１の開口部端１ａから座部１１までの長さが設計長さに対して長くなる。そして、アウタチューブ１の先端側開口部端から座部１１までの長さは、心金３の温度上昇に応じて漸次短くなる傾向にある。この傾向は、心金３の温度が安定するまで継続し、アウタチューブ１の先端側開口部端をかしめ加工した場合にかしめ部の内径を小さくすることから、ダストリップの破損およびかしめ部の破壊強度の低下の原因になる。
そこで、特許文献１に記載の発明には、心金および金型を加熱し、三者（アウタチューブ、心金および金型）間における熱の移動を最小限に止めることにより、稼働開始直後から安定した加工を行うことができるようにしたクロージング加工装置が記載されているが、このクロージング加工装置では、アウタチューブに加えて心金および金型を加熱するので、設備コストおよびランニングコストが増大し、製造コストが増加する結果となる。一方、加工のサイクルタイムを延ばして心金の冷却時間を十分に長く設定することにより当該心金の温度を安定させることは、加工精度の確保の点で有効であるが、生産性の点で問題がある。

本実施形態では、生産性を確保した上で安定した加工精度が得られるクロージング加工装置を例にあげて説明する。
ストラット式サスペンションに使用されるシリンダ装置のアウタチューブ１（管体）のボトム側（図３における右側）開口部端を閉塞成形して底板２を形成するクロージング加工装置を説明する。図１に示されるように、クロージング加工装置は、アウタチューブ１を支持して当該アウタチューブ１をその軸線回りに回転させるチャック装置（図示省略）と、心金ホルダ（図示省略）により支持される心金３と、金型ホルダにより支持されて心金３に対して対向する部分に成形凹部５が形成される金型４と、チャック装置から既定の突出代で突出されたアウタチューブ１のボトム側開口部端を加熱する高周波加熱コイル６と、金型４を加熱する高周波加熱コイル７とを有する。

成形凹部５は、内円錐形状（テーパ状）に形成された導入部５ａと、該導入部５ａに連続して底板２の外径に対応する曲面を形成する湾曲部５ｂとを有する。金型４は、電動モータを含む駆動手段の駆動により、その重心回りに自転することができる。なお、金型４の自転軸は、チャック装置により支持されたアウタチューブ１の軸線（回転軸）に対して所定距離xだけ偏芯している。心金３は、その先端にアウタチューブ１の底板２のボトム形状に対応する成形凸部８を有する。該成形凸部８は、図２に示されるインナチューブ９に組み付けられたベースバルブ１０を受けるための円環形状の座部１１（図３参照）を成形する座成形部１２を有する。なお、アウタチューブ１のクロージング加工においては、開口部端１ａから座部１１までの長さL（以下、既定長さLという、図３参照）の精度が要求される。

図４は、本実施形態の概念図である。クロージング加工装置は、心金３を冷却する冷却装置（冷却手段）と、加工完了位置（後退端位置）に位置決めされた心金３の温度を測定する非接触式温度センサ１３（温度測定手段）と、該温度センサ１３の測定結果に基づいて冷却装置を制御する制御装置１４（制御手段）と、を含む。上記冷却装置は、エア供給源１５から供給される冷却用エアを加工完了位置に位置決めされた心金３へ向けて噴射するエアノズル１６と、該エアノズル１６とエア供給源１５との間に設けられるカットオフソレノイドバルブ１７と、を含む。なお、エアノズル１６には、冷却用エアが独立した配管（途中で分岐させていない配管）によりエア供給源１５から供給される。これに伴い、カットオフソレノイドバルブ１７のオリフィス内径が従来と比較して、例えば、3mmから4mmへ拡径されている。

制御装置１４は、コンパレータを含むＯＮ／ＯＦＦ制御回路により構成される。そして、制御装置１４は、予め設定された閾値Sと温度センサ１３の測定結果、すなわち、心金３の温度Tとを比較して、心金３の温度Tが閾値Sよりも大きいと判定した（T＞S）場合、カットオフソレノイドバルブ１７を連通状態にする。これにより、エアノズル１６へエアが供給され、エアノズル１６から噴射されるエアにより心金３が冷却される。他方、心金３の温度Tが閾値S以下であると判定した場合（S≧T）、制御装置１４によりカットオフソレノイドバルブ１７が遮断状態される。これにより、エアノズル１６へのエアの供給が停止され、心金３の冷却が停止する。なお、本実施形態では、閾値Sが８０℃に設定される。

次に、本実施形態の作用を説明する。
まず、チャック装置にアウタチューブ１（管体）をセットする。この状態では、アウタチューブ１は、既定の突出代だけチャック装置の端から突出する。次に、アウタチューブ１の内部に、その突出端、すなわち、ボトム側加工部端から既定深さとなる位置まで心金３を既定位置から挿入する。心金３の挿入完了後、各高周波加熱コイル６，７に通電して、アウタチューブ１のボトム側開口部端および金型４を加熱する。そして、各高周波加熱コイル６，７の通電と同時に、チャック装置の駆動によりアウタチューブ１を既定の回転数で回転させる。

他方、アウタチューブ１および金型４の加熱開始と前後して、金型４をアウタチューブ１の回転方向と同一方向へ回転駆動させる。そして、アウタチューブ１および金型４の加熱完了と同時に、金型４を前進、すなわち、図１における左方向へ移動させる。ここで、金型４の自転軸がアウタチューブ１の軸心に対して偏芯を有していることから、まず、成形凹部５の導入部５ａがアウタチューブ１のボトム側開口部端に係合し、これにより当該開口部端が漸次口絞りされる。この開口部端は、高周波加熱コイル６による加熱と、高周波加熱コイル７により加熱された金型４との接触により発生した摩擦熱とにより高温に保たれており、その変形抵抗が十分に小さくなっていることから、その後の金型４の前進に応じて、導入部５ａから湾曲部５ｂへ向けて流動し、その口絞りがさらに進行する。

ここで、アウタチューブ１のボトム側開口部端は、金型４から作用する圧力を受けることから、しわやカーリングを生じることなく円滑に口絞りされる。最終的に、開口部端は閉塞成形されて底板２が形成される。そして、底板２が形成された時点で、金型４の前進を停止させる。この時点では、金型４の自転軸をアウタチューブ１の軸線に対して偏芯させたことから、金型４は底板２の中心点に対して相対速度を有する。これにより、底板２と金型４との間には依然として摩擦熱が発生し、金型４の中心点に向かって材料が流れる力が発生している。これらにより底板２における開口が確実に閉塞される。また、底板２の裏側（図１における左側）には、心金３の座成形部１２により円環形状の座部１１が成形される。

底板２の加工が完了すると、心金３は、既定位置（例えば、後退端位置）に戻されて位置決めされ、非接触式温度センサ１３（温度測定手段）により温度が測定される。制御装置１４は、該温度センサ１３の測定結果、すなわち、心金３の温度Tと、パラメータとして設定された閾値S（本実施形態では、S＝８０℃に設定）とを比較して、心金３の温度Tが閾値S（S＝８０℃）よりも大きいと判定した（T＞S）場合、カットオフソレノイドバルブ１７（冷却手段）を連通状態にする。これにより、エア供給源１５からエアノズル１６（冷却手段）へエアが供給され、エアノズル１６から噴射されるエアにより心金３が冷却される。他方、制御装置１４は、心金３の温度Tが閾値S（S＝８０℃）以下であると判定した場合（S≧T）、カットオフソレノイドバルブ１７を遮断状態にして、エアノズル１６へのエアの供給を停止、すなわち、心金３の冷却を停止する。なお、心金３の温度Tが閾値S（S＝８０℃）以下であると判定した場合とは、制御装置１４が、心金３の温度Tが閾値S（S＝８０℃）よりも高い状態からエアノズル１６による冷却により低下して閾値S以下になったと判定した場合を含む。
さらに、本実施の形態では、アウタチューブ１に対し、心金３を既定位置から前進、又は後退させていたが、これに限らず、心金３を固定し、アウターチューブ１を既定位置から移動させるようにしてもよい。また、本実施の形態では温度測定結果と閾値とを比較して冷却手段を制御したが、閾値による制御に限らず、予め測定した運転開始からの時間で冷却手段を制御してもよい。

ここで、図５に、本実施形態のクロージング加工装置を使用した場合における加工本数と既定長さL（図３参照）との関係を示すと共に、この場合における時間の経過と心金３の温度との関係を図６に示す。また、本実施形態と比較するため、図７に、従来のクロージング加工装置を使用してサイクルタイムを本実施形態と同一に設定した場合における加工本数と既定長さLとの関係を示すと共に、この場合における時間の経過と心金３の温度との関係を図８に示す。さらに、図９に、従来のクロージング加工装置を使用してサイクルタイムを比較的長く設定することで心金３の温度が安定するようにした場合における加工本数と既定長さLとの関係を示すと共に、この場合における時間の経過と心金３の温度との関係を図１０に示す。

図５および図６に示されるように、本実施形態のクロージング加工装置を使用して、相対的に短いサイクルタイム（本実施形態では、２００秒間に１８本のアウタチューブ１を加工）で２０本のアウタチューブ１をクロージング加工した結果、アウタチューブ１の既定長さLは、全般的に、約372.20〜約372.60 mmまでの約0.40 mmの幅の範囲内で稼働の初期段階から安定しており、製品として問題ないレベルであった。そして、加工中における心金３の温度は、９本目と１２本目のアウタチューブ１の加工後に約２００℃近くまで上昇したが、それ以外のアウタチューブ１の加工時には約１００℃で安定していた。

これに対して、図７および図８に示されるように、従来のクロージング加工装置を使用して、相対的に短いサイクルタイム（本実施形態同様、２００秒間に１８本のアウタチューブ１を加工）で２０本のアウタチューブ１をクロージング加工した結果、アウタチューブ１の既定長さLは、372.00mmを下回る長さから約372.60 mmまでの0.60 mm以上の幅の範囲で推移しており、特に、稼働の初期段階（最初の２本の加工）で当該既定長さLの偏差が大きく、製品として問題がある。さらに、加工中における心金３の温度は、概ね２００℃〜３００℃の間で推移しており、安定性に欠けている。

他方、図９および図１０に示されるように、従来のクロージング加工装置を使用して、相対的に長いサイクルタイム（２００秒間に１２本のアウタチューブ１を加工）で２０本のアウタチューブ１をクロージング加工した結果、アウタチューブ１の既定長さLは、約372.50〜約372.70 mmまでの約0.20 mmの幅の範囲内で稼働の初期段階から安定しており、本実施形態のクロージング加工装置同様、製品として問題ないレベルであった。また、加工中における心金３の温度も、概ね１００℃以下で安定していた。しかしながら、サイクルタイムが相対的に長いことから、生産性に問題があり、特に、ロット数が多い製品の加工には不向きである。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、非接触式温度センサ１３（温度測定手段）により心金３の温度を測定し、該測定結果、すなわち、心金３の温度が閾値よりも高い場合、エアノズル１６（冷却手段）から心金３へ向けてエアを噴射して当該心金３を冷却し、心金３の温度が閾値以下である場合、エアノズル１６による当該心金３の冷却を停止する。
これにより、心金３の温度を一定に保つことができ、アウタチューブ１（管体）における先端側開口部端１ａから座部１１までの既定長さLの要求される精度を確保することができる。その結果、シリンダ装置のアウタチューブ１のかしめ部の破壊強度のばらつきが解消され、高い品質の製品（シリンダ装置）を提供することができる。また、要求される加工精度を維持したまま、サイクルタイムを短縮することが可能であり、生産性を向上させることができる。特に、心金３の冷却を必要に応じて停止することができるため、稼働開始直後に加工されたアウタチューブ１であっても、要求される加工精度を確保することができる。さらに、心金３のみをエアにより冷却すればよいので、簡単な構造および制御で装置を構成することが可能であり、設備コストおよびランニングコストひいては製造コストを抑制することができる。
また、エア供給源１５からエアノズル１６までを独立配管とし、加えてカットオフソレノイドバルブ１７のオリフィス内径を相応に拡径したことで、心金３の冷却性能を確保することができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施形態では、制御装置１４（制御手段）を、コンパレータを含むＯＮ／ＯＦＦ制御回路により構成したが、比例制御回路、すなわち、温度測定手段の測定結果に基づき冷却手段の冷却能力を制御（調節）するように制御手段１４を構成してもよい。具体的には、非接触式温度センサ１３（温度測定手段）の測定結果に基づいてエアノズル１６（冷却手段）から心金３へ向けて噴射されるエアの流量を調節（制御）する。この場合、心金３の温度をより効率的に制御することが可能になる。

１ アウタチューブ（管体）、３ 心金、４ 金型、１３ 温度センサ（温度測定手段）、１４ 制御装置（制御手段）、１６ エアノズル（冷却手段）

Claims (3)

1. 回転する管体と金型との相対移動によって、前記管体の開口端部を前記金型にて閉塞成形するクロージング加工装置であって、
   前記管体の内側に挿入される心金と、前記心金を冷却する冷却手段と、前記心金の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段の測定結果に基づき前記冷却手段を制御する制御手段と、を含むことを特徴とするクロージング加工装置。
2. 前記制御手段は、前記温度測定手段の測定結果と閾値とを比較し、前記温度測定手段の測定結果が前記閾値以下である場合に、前記冷却手段による前記心金の冷却を停止し、温度測定手段の測定結果が閾値よりも大きい場合に、前記温度測定手段の測定結果に応じて冷却能力を調節しながら前記心金を冷却することを特徴とする請求項１に記載のクロージング加工装置。
3. 回転する管体と金型との相対移動によって、前記管体の開口端部を前記金型にて閉塞成形するクロージング加工装置のクロージング加工方法であって、
   既定位置に心金を位置させ、前記心金の温度を検出するステップと、
   前記心金の温度に応じて前記心金を冷却するステップと、
   前記管体の内側に前記心金を既定位置から挿入するステップと、
   前記管体の開口端部を閉塞成形した後に前記心金を前記既定位置に戻すステップと、
   からなることを特徴とするクロージング加工装置のクロージング加工方法。

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