JP2016049544A - 管体のクロージング加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 管体の板厚寸法に関係なく、管体の端部を簡単な作業で確実に密閉できるようにする。
【解決手段】 管体１の口絞り工程では、管体１の開口端部１Ａに対して成形工具１４を自転させながら管体１に向けて移動させ、管体１内に先端に成形凸部１５Ａを有するマンドレル１５を挿入することにより、管体１の開口端部１Ａを絞って底端部１Ｂを成形する。口絞り工程で管体１に底端部１Ｂを成形した後に、封孔工程では、管体１の底端部１Ｂに対し、中心押圧部材１８を高速回転させながら、先端に設けた球面凸部１８Ｂを軸方向の外側から、管体１の底端部１Ｂの中心部に押付ける。これにより、底端部１Ｂの中心部分は、摩擦熱による高熱と押圧力とによって気密に閉塞することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、管体の端部の口絞り加工および封孔加工を行う管体のクロージング加工方法およびその装置に関し、例えば自動車、鉄道車両等の車両の振動を緩衝する緩衝器を構成するシリンダ（チューブ）等を加工するのに用いて好適な管体のクロージング加工方法およびその装置に関する。

一般に、自動車、鉄道車両等の車両は、車体と車輪との間に緩衝器を設け、この緩衝器により走行時に発生する振動を緩和するように構成している。例えば、自動車用の緩衝器としては、ツインチューブ式ショックアブソーバと呼ばれる二重筒式の油圧緩衝器、モノチューブ式ショックアブソーバと呼ばれる単筒式の油圧緩衝器等が用いられている。

また、二重筒式の油圧緩衝器を構成する外筒（アウターチューブ、ベースシェル）、単筒式の油圧緩衝器を構成するシリンダ（チューブ、ベースシェル）等は、軸方向の一端側が閉塞された有底筒体として形成されている。このような有底筒体を成形するための加工技術としては、例えば管体の端部の開口周縁部を成形工具を用いて内径側に絞りつつ該開口周縁部を接合させることにより、管体の端部の口絞り加工を行うクロージング加工が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開２０１１−１７７７３２号公報 独国特許出願公開第１９７１４７５３号明細書 特開昭５９−１２５２２１号公報 特開平５−１３１２３３号公報

ところで、クロージング（閉塞）された管体を有する緩衝器は、使用目的、使用環境等の条件に応じて各部の寸法が適宜に設定されている。これに伴い、管体の径方向の厚さ寸法（板厚寸法）が薄い場合には、口絞り加工による絞り（接合）が不十分になる虞があり、管体の端部（底部）を完全に密閉できず、良好な気密性を得ることができないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、板厚寸法に関係なく（板厚寸法が薄くても）管体の端部を簡単な作業で確実に密閉できるようにした管体のクロージング加工方法およびその装置を提供することにある。

本発明による管体のクロージング加工方法は、管体の端部に対して成形工具を自転させながら前記管体の軸線に沿って前記成形工具と管体とを相対移動させ、該管体内に先端に成形部を有するマンドレルを挿入して前記成形工具に向けて口絞りを行う管体の口絞り工程を有している。

上述した課題を解決するため、請求項１の発明が採用するクロージング加工方法の特徴は、前記口絞り工程後、前記端部の外側または内側から、該端部の中心部を前記管体と相対回転しながら押圧する中心押圧部材により前記中心部を押圧する封孔工程を有することにある。

一方、請求項２の発明による管体のクロージング加工装置は、管体を回転させる回転手段と、回転する前記管体に対して自転しながら該管体の軸線に沿って相対移動する成形工具と、先端に前記管体の内底部を成形するための成形部を有し前記管体に挿入されるマンドレルとを備え、前記成形工具とマンドレルとを相対移動させることにより前記管体の端部の口絞りを行う構成としている。

上述した課題を解決するため、請求項２の発明が採用するクロージング加工装置の構成の特徴は、前記端部の外側または内側から該端部の中心部に向けて前記管体と相対回転しながら該端部の中心部を押圧する中心押圧部材を設ける構成としたことにある。

本発明によれば、管体の板厚寸法に関係なく（板厚寸法が薄くても）、該管体の端部を簡単な作業で確実に密閉することができる。

本発明の実施の形態によるクロージング加工装置を、管体に口絞り加工を施した状態で示す縦断面図である。 クロージング加工装置を、口絞り加工後に中心押圧部材により管体の端部の中心部に封孔加工を施した状態で示す縦断面図である。

以下、本発明に係る管体のクロージング加工方法およびその装置の実施の形態を、図１および図２を参照しつつ詳細に説明する。

図１において、被加工物としての管体１は、後述のクロージング加工装置１１によりクロージング加工が施される加工対象となっている。この管体１は、クロージング加工装置１１を構成するチャック装置１２，１７に支持される。

ここで、管体１の加工段階（加工順序）を明確にするために、図１に仮想線で示すように、クロージング加工が施される前の状態での管体１の開口周縁部を端部としての開口端部１Ａとする。一方、図１に実線で示すように、管体１の開口端部１Ａに口絞り加工を施すことにより、管体１の開口端部１Ａを径方向の内側に絞った部分を端部としての底端部１Ｂとする。さらに、図２に示すように、封孔加工を施すことにより、底端部１Ｂの中心部を密閉（密封、封止）した部分を封孔部１Ｃとする。なお、口絞り加工後に底端部１Ｂの中心部に残った通気の虞がある部分は、未接合孔１Ｄとして説明する。

このような加工段階を経て製造される有底筒状（クロージング加工後）の管体１は、例えば自動車用の緩衝器、より具体的には、二重筒式の油圧緩衝器を構成する外筒や単筒式の油圧緩衝器を構成するシリンダとして用いられる。

次に、管体１にクロージング加工を施すためのクロージング加工装置１１の構成について説明する。このクロージング加工装置１１は、第１段階となる口絞り加工と第２段階となる封孔加工とを施すことにより、開口した管体１の開口端部１Ａを密閉された底端部１Ｂに加工するものである。

クロージング加工装置１１は、口絞り加工を施すのに用いられる（口絞り工程で用いられる）後述のチャック装置１２、高周波加熱コイル１３、成形工具１４、マンドレル１５と、封孔加工を施すのに用いられる（封孔工程で用いられる）他のチャック装置１７、中心押圧部材１８とにより構成されている。

チャック装置１２は、口絞り加工を施す場合に管体１を支持しつつ回転させる回転手段を構成している。詳しくは、チャック装置１２は、管体１を外径側から支持した状態で、該管体１を該管体１の軸線Ａ−Ａを中心に回転させるものである。チャック装置１２は、管体１を軸方向および径方向に位置決めした状態で該管体１を把持する複数個の把持爪１２Ａと、この把持爪１２Ａを管体１の軸線Ａ−Ａを中心に回転駆動する駆動モータ（図示せず）とを含んで構成されている。

高周波加熱コイル１３は、チャック装置１２に把持された管体１の開口端部１Ａを加熱するものである。高周波加熱コイル１３は、中心部に管体１を挿通可能な挿通孔１３Ａを有している。また、高周波加熱コイル１３は、工具台（図示せず）に支持されており、管体１の軸線Ａ−Ａに沿って移動することができる。

そして、高周波加熱コイル１３の挿通孔１３Ａに管体１の開口端部１Ａを挿通した状態で、この高周波加熱コイル１３に通電することにより、高周波加熱コイル１３は、管体１の開口端部１Ａを所定の温度（例えば口絞り加工を行うのに適した１１００〜１３００℃程度の高温度）まで加熱することができる。

成形工具１４は、管体１の開口端部１Ａを内径側に絞って中心部で接合することにより底端部１Ｂを形成するものである。成形工具１４は、回転する管体１に対して該成形工具１４の軸線Ｂ−Ｂを中心に自転しながら管体１の軸線Ａ−Ａに沿って相対移動するものである。ここで、成形工具１４の自転軸となる軸線Ｂ−Ｂは、チャック装置１２に支持された管体１の回転中心軸となる軸線Ａ−Ａに対し距離寸法Ｓだけ偏心している。この距離寸法Ｓは、例えば管体１の開口端部１Ａの口絞り加工を適切に行うことができる値に設定されている。なお、管体１、成形工具１４はそれぞれ回転、自転しながら加工する例をあげて説明するが、管体１の板厚寸法や径寸法、加工温度等、条件が異なる場合には、回転、自転させることなく絞り加工が可能な場合があることを含むものである。

成形工具１４は、小径部１４Ａと大径部１４Ｂとを備えた段付き円柱体として形成されている。このうちの小径部１４Ａは、図示しない工具台に支持されている。この工具台は、成形工具１４を回転駆動するための駆動モータ（図示せず）を備えており、成形工具１４は、この駆動モータにより軸線Ｂ−Ｂを中心に管体１の回転方向と同方向に回転（自転）する。さらに、工具台は、管体１の軸線Ａ−Ａ（成形工具１４の軸線Ｂ−Ｂ）に沿った移動が可能になっており、この工具台の移動により、成形工具１４を管体１に対して軸線Ａ−Ａ（軸線Ｂ−Ｂ）方向に接近または離間させることができる。

管体１の開口端部１Ａと対向する大径部１４Ｂの端面には、管体１の開口端部１Ａと当接してこの管体１の開口端部１Ａを成形（口絞り加工）する成形凹部１４Ｃが設けられている。成形凹部１４Ｃは、ほぼ平坦な底面１４Ｃ１を有する凹湾曲面として形成されている。

マンドレル１５は、管体１内に挿入されるもので、該マンドレル１５の先端面は、成形部としての凸湾曲面状の成形凸部１５Ａとなっている。マンドレル１５は、口絞り加工時に、管体１の軸線Ａ−Ａを中心に回転することにより、管体１の成形時の負荷を成形凸部１５Ａによって内側から支持（受承）するものである。成形凸部１５Ａの先端部中央には、逃げ部１５Ｂが設けられ、該逃げ部１５Ｂは、成形凸部１５Ａの先端縁から成形工具１４とは反対側に凹陥して形成されている。なお、マンドレル１５を管体１内に挿入して口絞り加工を行う例を示したが、加工条件によってはマンドレル１５を管体１内に挿入することなく絞り加工が可能な場合があることを含むものである。

この逃げ部１５Ｂは、口絞り加工時に、管体１の開口端部１Ａを内径側に絞ることで中心部分に集められる材料（素材）の一部を受入れるスペースを確保している。これにより、逃げ部１５Ｂは、成形工具１４の成形凹部１４Ｃやマンドレル１５の成形凸部１５Ａに過大な負荷が作用するのを防止している。

ガス流通路１６は、マンドレル１５内を軸方向に延びて設けられ、上流側がガスの供給源（図示せず）に接続されている。一方、ガス流通路１６の下流側は、マンドレル１５の外周面に開口している。ここで、クロージング加工時には、ガス流通路１６を通じて、管体１内に窒素ガス等の不活性ガスが送られることにより、管体１の酸化が防止される。

次に、クロージング加工装置１１では、図２に示すように、管体１の端部となる底端部１Ｂの中心部に封孔加工を施す場合、他のチャック装置１７と中心押圧部材１８とが用いられる。

他のチャック装置１７は、前述したチャック装置１２とほぼ同様に、口絞り工程が終了して底端部１Ｂが形成された（管体１の開口端部１Ａが底端部１Ｂとなった）管体１を、複数個の把持爪１７Ａで把持することにより、封孔工程で管体１を径方向と軸方向に位置決めするものである。

中心押圧部材１８は、本実施の形態の特徴部分となるもので、他のチャック装置１７と軸方向に対向して配置されている。この中心押圧部材１８は、例えば、回転工具（回転ポンチ、フローポンチ）として構成され、他のチャック装置１７に支持された管体１と同軸となるように軸線Ｃ−Ｃ上に配置されている。この場合、中心押圧部材１８は、管体１の軸方向の外側、即ち、管体１の底端部１Ｂを軸方向に挟んでチャック装置１７とは反対側に配置されている。また、中心押圧部材１８は、管体１内に挿入されるマンドレル１５のような支承部材とは別体に設けられている。

中心押圧部材１８は、他のチャック装置１７側となる先端側が縮径されて小径軸部１８Ａとなった段付円柱体として構成されている。この小径軸部１８Ａの先端は、球面状に突出した球面凸部１８Ｂとなっている。また、中心押圧部材１８は、駆動モータ（図示せず）に接続され、高速（例えば５００〜５０００ｒｐｍ、好ましくは２０００〜３０００ｒｐｍ）で回転することができる。

中心押圧部材１８は、駆動モータによって高速回転した状態で、小径軸部１８Ａの先端に形成された球面凸部１８Ｂを、口絞り加工によって管体１に形成された端部としての底端部１Ｂの中心部に軸方向の外側から強く押付ける。これにより、球面凸部１８Ｂと底端部１Ｂとの接触部分が摩擦熱により数秒間で高温（例えば１０００℃前，後）になり、底端部１Ｂの中心部分は局部変形（軟化、塑性流動）を生じる。この状態を継続（例えば、数秒間保持）することで、底端部１Ｂの中央部に未接合孔１Ｄが残っていたとしても、底端部１Ｂの中央部には、拡散接合（摩擦撹拌接合）によって微小な未接合孔１Ｄが閉塞（封止）されて一体化した封孔部１Ｃを形成することができる。

本実施形態によるクロージング加工装置１１は、上述の如き構成を有するもので、以下、このクロージング加工装置１１を用いた管体１のクロージング加工方法について説明する。

まず、図１に示す管体１の口絞り工程について述べる。この口絞り工程では、管体１をチャック装置１２の各把持爪１２Ａで把持する。次に、高周波加熱コイル１３を移動し、その挿通孔１３Ａ内に管体１の開口端部１Ａを挿通させる。一方、管体１内にマンドレル１５を挿入し、所定の位置、例えば、管体１の内側からマンドレル１５により口絞り加工される部分を成形するのに適切な位置でこのマンドレル１５を固定する。

続いて、チャック装置１２により管体１を回転させた後、高周波加熱コイル１３に通電して管体１の開口端部１Ａを加熱する。管体１の開口端部１Ａが絞り加工に適した温度に達したら、成形工具１４を管体１の開口端部１Ａに向けて前進させる。このときには、回転する管体１に対して成形工具１４を管体１と同方向に自転させながら管体１の軸線Ａ−Ａに沿って成形工具１４を前進（成形工具１４と管体１とが近付く方向に相対移動）させる。

成形工具１４を自転させながら前進させると、まず成形工具１４の成形凹部１４Ｃが管体１の開口端部１Ａと当接する。この当接と成形工具１４の前進とにより、管体１の開口端部１Ａの開口周縁部が内径側に向けて漸次絞られる。即ち、成形工具１４の前進に応じて管体１の開口端部１Ａが、成形工具１４の成形凹部１４Ｃに沿って縮径する方向（径方向の内側）に変形し、管体１の開口端部１Ａが、口絞りされる。このような成形工具１４の前進は、予め設定された位置、例えば、管体１の開口端部１Ａを底端部１Ｂまで絞ることができる位置に到達するまで続けられる。

これにより、口絞り工程では、管体１の開口端部１Ａを径方向の内側に絞って底端部１Ｂを成形することができる。この場合、口絞り工程では、管体１に底端部１Ｂを成形することにより、該管体１を有底筒状に形成することができる。しかし、加工時の条件、例えば管体１の板厚寸法が薄い場合、より具体的には、外径寸法／板厚寸法が０．０５に満たない場合、即ち、外径寸法／板厚寸法が０．０４５、０．０４、０．０３、さらに０．０２よりも小さい場合には、口絞り加工だけでは底端部１Ｂの中心部に未接合孔１Ｄが残存する虞がある。

そこで、管体１のクロージング加工方法では、口絞り工程に続いて、管体１の底端部１Ｂに形成された未接合孔１Ｄを密閉するために封孔工程を行う。この封孔工程について図２を参照して説明する。

まず、前工程の口絞り工程が終了したら、管体１をチャック装置１２から取外し、封孔工程に移って管体１を他のチャック装置１７に取付ける。この取付作業は、口絞り工程直後の管体１の温度が未だ高い状態で行う。このように管体１をセットしたら、中心押圧部材１８を高速回転させつつ、その小径軸部１８Ａの先端に形成された球面凸部１８Ｂを、管体１の底端部１Ｂの中心部に軸方向の外側から強く押圧する。このとき、管体１は回転させなくてもよい。また、管体１は、マンドレル１５のような支承部材により底端部１Ｂを軸方向の内側から支持（受承）しなくてもよい。これにより、底端部１Ｂの中心部分は、摩擦熱で温度上昇すると共に球面凸部１８Ｂが押付けられて局部変形（軟化、塑性流動）を生じるから、底端部１Ｂの中央部に未接合孔１Ｄが残っていたとしても、この未接合孔１Ｄは、拡散接合（摩擦撹拌接合）による封孔部１Ｃによって気密に閉塞することができる。

かくして、本実施の形態による管体１のクロージング加工方法によれば、管体１の開口端部１Ａを絞って底端部１Ｂを成形する口絞り工程を行った後に、封孔工程を行う。この封孔工程では、管体１の底端部１Ｂに対し、中心押圧部材１８を高速回転させながら、先端に設けた球面凸部１８Ｂを軸方向の外側から、管体１の底端部１Ｂの中心部に押付ける（押圧する）。

これにより、底端部１Ｂの中心部分は、摩擦熱による高熱と押圧力とによって局部変形（軟化、塑性流動）を生じるから、底端部１Ｂの中央部に形成された未接合孔１Ｄは、拡散接合（摩擦撹拌接合）によって形成される封孔部１Ｃで気密に閉塞することができる。

この結果、管体１の径方向の厚さ寸法（板厚寸法）が薄く、口絞り工程での絞りによる閉塞が不十分になる（未接合孔１Ｄが残る）虞がある場合でも、拡散接合（摩擦撹拌接合）された封孔部１Ｃによって管体１の底端部１Ｂを完全に密閉することができ、良好な気密性を得ることができる。また、例えば、溶接手段を用いて密閉作業（封孔工程）を行う場合に比較し、大きな電力や高い技術も必要としないから、底端部１Ｂを容易に密閉することができる。

しかも、管体１に封孔加工を施すための装置は、管体１を支持する他のチャック装置１７と、該チャック装置１７に支持された管体１の底端部１Ｂの中心部に回転しつつ軸方向の外側から押圧される中心押圧部材１８とにより構成している。これにより、管体１に封孔工程を施すための装置は、少ない部品点数で構成することができ、設備コスト、加工コストを低く抑えることができる。

なお、実施の形態では、口絞り工程では管体１をチャック装置１２で支持し、封孔工程では管体１を他のチャック装置１７で支持した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、口絞り工程と封孔工程で共通のチャック装置を用い、成形工具や中心押圧部材を工具台に対して付け替える構成としてもよい。

実施の形態では、中心押圧部材１８を用いた封孔工程において、この中心押圧部材１８の先端に設けた球面凸部１８Ｂを軸方向の外側から、管体１の底端部１Ｂの中心部に押圧した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、管体内に中心押圧部材を配置し、中心押圧部材の球面凸部を軸方向の内側から管体の底部に押圧する構成としてもよい。

実施の形態では、封孔工程時に管体１を回転方向に固定した状態で中心押圧部材１８を高速回転させて、その球面凸部１８Ｂを管体１に押付けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限ることなく、中心押圧部材を回転方向に固定して設け、チャック装置に取付けた管体を高速回転させる構成としてもよい。また、中心押圧部材と管体の両方を回転させる構成としてもよい。

実施の形態では、クロージング加工の口絞り工程時に成形工具１４を管体１に向けて移動させる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば口絞り工程時に管体を成形工具に向けて移動させる構成としてもよい。また、口絞り工程時に、成形工具と管体との両方を互いに近付く方向に移動させる構成としてもよい。

実施の形態では、成形凹部１４Ｃが設けられた成形工具１４を用い、クロージング加工のうち、口絞り工程を行った場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、前述した特許文献１〜４に記載された加工（口絞り加工）を行った後に、中心押圧部材を用いた加工（封孔工程）を行ってもよい。即ち、管体の口絞りを行うことができる加工であれば、封孔工程の前段階として各種の口絞り加工を用いることができる。

さらに、実施の形態では、クロージング加工された管体１（有底筒体）を、自動車用の緩衝器を構成するシリンダ（チューブ、ベースシェル）として用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、管体を、例えば鉄道車両、振動源となる種々の機械、建築物等に用いられる緩衝器のシリンダとして用いてもよい。また、緩衝器だけでなく、有底筒体を用いる種々の装置、機械、建築物等の有底筒体として広く用いることができる。

１ 管体
１Ａ 開口端部（端部）
１Ｂ 底端部（端部）
１Ｃ 封孔部
１Ｄ 未接合孔
１１ クロージング加工装置
１２ チャック装置（回転手段）
１４ 成形工具
１５ マンドレル
１５Ａ 成形凸部（成形部）
１７ 他のチャック装置
１８ 中心押圧部材
１８Ａ 小径軸部
１８Ｂ 球面凸部
Ａ−Ａ 管体の軸線
Ｂ−Ｂ 成形工具の軸線
Ｃ−Ｃ 中心押圧部材の軸線

Claims (2)

1. 管体の端部に対して成形工具を自転させながら前記管体の軸線に沿って前記成形工具と管体とを相対移動させ、該管体内に先端に成形部を有するマンドレルを挿入して前記成形工具に向けて口絞りを行う管体の口絞り工程を有するクロージング加工方法において、
   前記口絞り工程後、前記端部の外側または内側から、該端部の中心部を前記管体と相対回転しながら押圧する中心押圧部材により前記中心部を押圧する封孔工程を有することを特徴とする管体のクロージング加工方法。
2. 管体を回転させる回転手段と、
   回転する前記管体に対して自転しながら該管体の軸線に沿って相対移動する成形工具と、
   先端に前記管体の内底部を成形するための成形部を有し前記管体に挿入されるマンドレルとを備え、
   前記成形工具とマンドレルとを相対移動させることにより前記管体の端部の口絞りを行う管体のクロージング加工装置において、
   前記端部の外側または内側から該端部の中心部に向けて前記管体と相対回転しながら該端部の中心部を押圧する中心押圧部材を設ける構成としたことを特徴とする管体のクロージング加工装置。

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