JP2017148819A - パイプ、管等の筒状ワークの周壁に貫通孔を穿設する加工器具 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプレス装置を利用して筒状ワークを内側から打ち抜き加工、膨出加工することができる加工器具を提供すること。
【解決手段】パイプ、管等の筒状ワーク１の周壁に貫通孔を穿設する加工器具は、筒状ワークの周面を固定する上型３０ａ及び下型３０ｂを有する筒状ワーク固定用治具３０と、上型を押圧して下型に固定するとともに、筒状ワークの開口端面を封止する筒状ワーク固定部材４０と、筒状ワークの周面を加工するパンチ５１を可動させる可動機構と、筒状ワーク内に液体を充填し、かつ高圧状態に維持する液圧上昇装置と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、パイプ、管等の筒状ワークの周壁に貫通孔を穿設する加工器具に関する。

現在、鉄パイプ等の筒状ワークの周壁に貫通孔を穿設する加工方法としては、筒状ワーク内側に芯金を設置し、外側からパンチで打抜く打抜加工方法又はドリルによる切削穿孔加工方法が主流である。

しかし、いずれの加工方法も筒状ワーク外側から穿孔加工を行うため、筒状ワークの内側にバリが発生する。このバリが原因となって、芯金への食いつき、加工器具への食いつきが発生する場合があり、作業性の低下を招いていた。また、製品となる筒状ワークは、後工程でバリを除去する加工が必要な場合がある。しかし、筒状ワークの内側に発生したバリを除去する加工は困難かつ煩雑であり、特に径の細い筒状ワークの場合や穿孔した孔が小さい場合は、バリ除去加工が不可能な場合もあった。一方で、加工する筒状ワークの寸法公差を考慮すると、芯金の外径は筒状ワーク内径よりも若干短く作製する必要があるため、筒状ワークと芯金との間に隙間が発生することが避けられず、外側から加工する方法でバリの発生を完全に防止することは不可能であった。また、外側から加工する方法では筒状ワーク外側から圧力がかかるため、穿設した貫通孔の周囲が内側に凹んでしまうという現象が発生した。

こうした現象を解決するために、筒状ワークの内側から孔を穿設する方法として、筒状ワークの中空部に沿った軸方向に移動可能なスライド部材と、スライド部材の軸方向への移動に伴って中空部内から周壁と交差する方向に駆動される打ち抜き部材とを備えており、スライド部材を軸方向上方に移動させることにより、スライド部材に設けられた第１ガイドとパンチ部材のテーパ部との摺接により、パンチ部材が筒状ワークの周壁方向に駆動されて、筒状ワークの周壁に孔を加工する方法がある（特許文献１）。

かかる方法によれば、バリが筒状ワークの外側に発生するのでバリ取り加工も容易になるという利点がある。しかし、機械的なパンチにより内側から貫通孔を開けようとすると、パイプ内部に配置されたパンチを可動させて孔を開ける必要があり、パンチを可動させる機構をパイプ内部に設置できないといった問題があった。

かかる問題を解決する手段として、本発明者は、パイプ、管等の筒状ワークを加工する加工器具において、液圧上昇装置と、前記筒状ワークの両端開口を封止した状態で固定可能な固定機構と、前記固定機構により固定された前記筒状ワークの内側に前記液圧上昇装置によって高圧化された液体を流入する流入流路と、前記筒状ワークの周面を加工するパンチを可動させる可動機構と、前記筒状ワーク内の液体を排出するための排出流路と有する金型部と、を備えた加工器具を提案している（特許文献２）。

しかし、かかる加工器具は、筒状ワークを上下の型で挟み込んだ後にボルト等で上下の型を固定しなければならないため筒状ワークの取り付けに時間と手間がかかるという問題点があった。また、かかる加工器具は、湾曲弯曲した筒状ワークには対応することができないという問題があった。

特開平５−２２０５２４号公報 特開２０１５−１６７９９７号公報

本発明はこうした課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、バリの発生が少なく貫通孔を穿設する加工器具において、組み付けが容易な加工器具を提供することを主たる目的とする。また、湾曲又は屈曲した筒状ワークに対しても加工可能な加工器具を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

本発明に係る加工器具は、パイプ、管等の筒状ワークの周壁に貫通孔を穿設する加工器具において、
前記筒状ワークの周面を固定する上型及び下型を有する筒状ワーク固定用治具と、
前記上型を押圧して下型に固定するとともに、前記筒状ワークの開口端面を封止する筒状ワーク固定部材と、
前記筒状ワークの周面を加工するパンチを可動させる可動機構と、
前記筒状ワーク内に液体を充填し、かつ高圧状態に維持する液圧上昇装置と、
を備えたことを特徴とする。

本発明に係る加工器具によれば、筒状ワーク内部に高い圧力の液体を充填した状態で、筒状ワークの周壁の外部からパンチによって加工することができる。加工方法としては、高圧状態のままパンチで貫通孔を作製する方法と、貫通孔となる部分を半加工することで周囲の強度を低下させたり、薄くしたりすることによって貫通孔の形状に抜きやすくした状態で液体の圧力により内側から貫通孔を穿設する方法がある。外からパンチで貫通孔を形成する場合は、周壁は内側から高圧の液体で押圧されているので、パンチによる貫通孔の周囲が凹むことが防止される。また内側に発生するバリも低減させることができる。一方で、半加工して内側から圧力で貫通孔を穿設する方法においては、あらかじめ、半加工することによって比較的低い圧力で内側から液体の圧力で貫通孔を形成することができる。また、半加工することによって、意図しない形態の貫通孔が形成される可能性を低減することができる。また、穿設に液体を使用することで、筒状ワーク内部に機械的な構造物を配置する必要がなく、内側から穿設された貫通孔を開けることができる。本発明による加工器具によれば、穿孔した際に発生するバリを最小限に抑えることができ、仮にバリが発生したとしても、バリは筒状ワークの外側に発生するのでバリ取り加工も容易になる。さらに、本発明の加工器具によれば、筒状ワークの開口端面を封止する筒状ワーク固定部材によって、筒状ワーク固定用治具の上型と下型を固定することができるので、上型と下型を別途固定するという手間を省くことができる。

また、本発明にかかる加工器具において、前記筒状ワーク固定部材は、筒状ワークの開口端面を封止する筒状ワーク固定部と、固定用治具支持部とを備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、より堅固に筒状ワークの端面を封止することができ、かつ堅固に筒状ワーク固定用治具の上型と下型を固定することができる。

さらに、本発明にかかる加工器具において、前記筒状ワーク固定用治具は、湾曲又は屈曲した筒状ワークを配置可能であることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、湾曲又は屈曲した筒状ワークを加工することができる。

さらに、本発明にかかる加工器具において、前記筒状ワーク固定用治具の上型の側面かつ上方の端部は曲面であることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、筒状ワーク固定部材の水平方向の移動によって、上型に対して下型方向への押圧力を与えることができる。これにより、堅固に上型と下型を固定することができる。

さらに、本発明にかかる加工器具において、前記筒状ワーク固定治具を収容する治具収容部材を備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、筒状ワーク固定治具の上型及び下型を筒状ワーク固定治具によっても固定することができる。

さらに、本発明にかかる加工器具において、前記筒状ワーク固定用治具により固定された前記筒状ワークの内側に前記液圧上昇装置によって高圧化された液体を流入する流入流路を有する金型を備えたことを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、金型を通して液体を筒状ワーク内に充填させることができる。

本発明に係る加工器具によれば、筒状ワークの内側、外側の両方から穿設する加工を行うことができる。

第１実施形態に係る加工器具１００を示す斜視図である。 第１実施形態に係る金型部２０の分解斜視図である。 第１実施形態に係るパンチ５１の先端形状のバリエーションを示す斜視図である。 第１実施形態に係る外部筐体８０の切断斜視図である。 第１実施形態に係る金型部２０の組立構造を示す切断斜視図である。 第１実施形態に係る加工器具１００の加工工程の一部を示す断面図である。 第１実施形態に係る加工器具１００の加工工程の一部を示す断面図である。 第１実施形態に係る加工器具１００の加工工程の一部を示す断面図である。 第１実施形態に係る加工器具１００の外部筐体８０の別実施形態を示す斜視図である。 第２実施形態に係る加工器具１００を示す斜視図である。 第２実施形態に係る加工器具１００の第１外部筐体８０ａの分解斜視図である。 第２実施形態に係る加工器具１００の第２外部筐体８０ｂの斜視図である。 第２実施形態に係る加工器具１００の外部筐体８０を省略した状態を示す斜視図である。 第２実施形態に係る加工器具１００の第１外部筐体８０ａを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。また、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。なお、以下の説明において、便宜のため、「正面側」、「背面側」、「右側面側」、「左側面側」、「上側」、「下側」とは、図１における矢印の方向側として説明する。また、本明細書及び特許請求の範囲において、「半加工」とは、筒所ワークに穿設する予定の貫通孔の形状にパンチで完全に穿設することのない状態を指し、例えば、パンチの形状に押し込んだり、パンチの周囲に切欠きを形成したりする状態を指す。

（第１実施形態）
第１実施形態にかかる加工器具１００は、プレス加工機によって円形、矩形、その他の断面を有する鉄パイプ、アルミパイプ等の筒状ワーク１の周壁に貫通孔を穿孔する器具である。第１実施形態の加工器具１００は、図１に示すように、主として、液圧上昇装置１０と、金型部２０とを備えている。

液圧上昇装置１０は、特に限定するものではないが、プレス機（図示しない。）を使用して液圧１０ＭＰａから１００ＭＰａの液圧を達成できるものが好ましい。ここで使用される液体は限定するものではないが、水又は機械油を使用することが好ましい。

金型部２０は、図２に示すように、各種部品と、この各種部品が取り付けられる外部筐体８０と、を備えている。以下、図２を参照して、各種部品について説明するとともに、これら各種部品が取り付けられる外部筐体８０について各種部品に関連する部位を同時に説明する。各種部品は、主として、筒状ワーク１の周壁の外周面を固定する筒状ワーク固定用治具３０と、筒状ワーク１のそれぞれ両方の開口端部に配置され、筒状ワーク１の軸方向の位置決めをする筒状ワーク支持部８３及び筒状ワーク固定部材４０と、筒状ワーク固定部材４０を移動させる第１カムドライバー４５と、筒状ワーク１に穿設又は半加工するパンチ部材５０と、このパンチ部材５０を可動させる誘導部材６０、スライドカム７０及び第２カムドライバー７５とを備えている。これら筒状ワーク固定用治具３０、筒状ワーク固定部材４０、筒状ワーク支持部８３、第１カムドライバー４５及び外部筐体８０によって、筒状ワーク１の両端開口を封止した状態で固定可能な固定機構を構成し、パンチ部材５０と、誘導部材６０、スライドカム７０及び第２カムドライバー７５及び外部筐体８０で筒状ワーク１の周面に穿設又は半加工するパンチを可動させる可動機構を構成する。さらに、流入流路９１と排出流路９２（図４参照）は外部筐体８０に形成される。

筒状ワーク１は、穿設加工されるワークであり、円形、矩形、その他の断面を有する鉄パイプ、アルミニウム製の金属パイプ等の筒状パイプからなる。本実施形態においては、円筒形の鉄製の直管型パイプを例として説明する。断面は円形に限定されるものではなく、断面が四角形、楕円形その他の異形断面であってもよい。

筒状ワーク固定用治具３０は、筒状ワーク１の周壁を外部側から固定し、筒状ワーク１の軸方向以外の方向を位置決めしつつ固定するための治具であり、上型３０ａ及び下型３０ｂを有する。上型３０ａ及び下型３０ｂは、それぞれ筒状ワーク１の周壁面に対して反転された凹部面を有し、穿設される貫通孔に対応する部分に形成されるパンチ用孔３０ｃを除き、すべての周壁面を保持することができるようにすることが好ましい。本実施形態にかかる加工器具１００は、筒状ワーク１内に高圧の液体が充填されるため、周壁の意図しない位置に孔が形成されたり、曲がったりする可能性があるためである。上型３０ａの右側面側上端及び左側面側上端はそれぞれ少なくとも一部が曲面Ｒに形成されている。曲面Ｒを形成することによって後述する筒状ワーク固定部材４０の水平方向の動きによって上型を下型方向へ押圧させる力に変更することができるとともに、筒状ワーク固定用治具収容部８１内に傾けて挿入することができるようになる。上型３０ａ及び下型３０ｂは、それぞれ互いに固定する機構は設けられていない。固定方法は以下に説明する。

筒状ワーク固定用治具収容部８１は、外部筐体８０の上面に開口した空間である。筒状ワーク固定用治具収容部８１は、図１に示すように、配置される筒状ワーク１の軸方向に関しては、筒状ワーク固定用治具３０の軸方向の長さ（α）とほぼ同じ長さに形成されていて、ほぼ隙間なく筒状ワーク固定用治具３０を挿入することができる。一方で、筒状ワーク固定用治具３０の正面及び背面方向には、空間（β）が設けられるように構成される。詳細は後述するが、この空間（β）には液体が充填される。この筒状ワーク固定用治具収容部８１の右側面側、すなわち、筒状ワーク１の一方の端部側には、図２に示すように、筒状ワーク１の端部開口に挿入され、端部開口を封止することができるように円錐台形に突出して形成されている筒状ワーク支持部８３が設けられている。また、筒状ワーク固定用治具３０を挿入した際に、上面側を支持するため、側面から延出して形成された筒状ワーク固定用治具支持部８３ａが設けられている。この筒状ワーク固定用治具支持部８３ａの下方に配置することで、上型３０ａと下型３０ｂの右側面側が固定される。

筒状ワーク固定部材４０は、右側面側に筒状ワーク１の端部開口に挿入し、端部開口を封止することができるように円錐台形に突出して形成された筒状ワーク固定部４０ａが設けられている。筒状ワーク固定部４０ａの上方には、右側面側へ延設された固定用治具支持部４０ｃが設けられている。この固定用治具支持部４０ｃは、下面の付け根部分が曲面に形成されていて、右側面側に押圧することで筒状ワーク固定用治具３０の上型３０ａを下型３０ｂ側に押圧させて固定することができる。従って、この筒状ワーク固定部材４０を右側面方向へ押圧することで、筒状ワーク固定部４０ａで筒状ワーク１の端部開口を封止するとともに、筒状ワーク固定用治具３０の上型３０ａと下型３０ｂの左側が固定される。筒状ワーク固定部材４０の左側面は上方に後端斜面４０ｂが形成されている。この筒状ワーク固定部材４０は、外部筐体８０の筒状ワーク支持部８３の面に対して反対側の筒状ワーク固定用治具収容部８１の面、すなわち左側面側から水平に貫通して形成された筒状ワーク固定部材用挿入孔８４に左右側面方向へスライド自在に取り付けられる。

第１カムドライバー４５は、筒状ワーク固定部材４０の後端斜面４０ｂに面で当接可能な下方斜面４５ａを有している。第１カムドライバー４５は、外部筐体８０の筒状ワーク固定部材用挿入孔８４に挿入された筒状ワーク固定部材４０の後端斜面４０ｂ近傍に上下方向に設けられた第１カムドライバー用挿入孔８５に上下方向へスライド可能に取り付けられている。第１カムドライバー４５を下方に移動させることで、筒状ワーク固定部材４０は筒状ワーク１側、すなわち右側面方向へ移動し、筒状ワーク１を筒状ワーク支持部８３に押圧する。これにより、筒状ワーク１の軸方向の位置決めがされるとともに、筒状ワーク１の両側開口を筒状ワーク支持部８３及び筒状ワーク固定部４０ａで強力に挟み込んで筒状ワーク１内が封止されるとともに、左側固定用治具支持部４０ｃによって筒状ワーク固定部材４０の上型３０ａを下型３０ｂに押し付けて固定される。なお、第１カムドライバー用挿入孔８５は、図６Ｂに示すように、最終的に第１カムドライバー４５の側面（図６Ｂにおける右側面）で固定できるような位置関係に設けることが好ましい。このようにすることで、高圧の液体が筒状ワーク１内に充填された場合でも圧力によって第１カムドライバー４５が上方へ移動することを防止することができる。

パンチ部材５０は、図２に示すように、パンチ５１と摺動部５２とを備えている。パンチ５１は、筒状ワーク１を直接穿設又は半加工する部材であり、筒状ワーク１の外部から押圧することによって、筒状ワーク１の周壁面を穿設する予定の貫通孔の形状に穿設したり、半押ししたり、切欠きを形成したりする。パンチ５１の先端面の形状は限定するものではなく、円形、矩形、星型、ハート型等任意の端面形状を採用することができる。パンチ５１の端面形状によって、筒状ワーク１の周壁に形成される貫通孔の形状が決定される。またパンチ５１の端面は、図３に示すように、平面（図３Ａ）であってもよいが、筒状ワーク１の周壁面に沿う曲面（図３Ｂ）にしてもよい。また、パンチ５１の周囲に切欠きが形成されるように球面（図３Ｃ）に形成したり、パンチ５１の周囲に切欠刃５４（図３Ｄ）を設けたりしても良い。摺動部５２は、外部筐体８０に設けられたパンチ部材用挿入孔８６内を上下にスライド可能に設けられている。外部筐体８０に設けられたパンチ部材用挿入孔８６は、摺動部５２の水平断面と同様の大きさに形成されており、パンチ部材５０は上下方向にのみスライド可能に設けられる。摺動部５２は、略中央に後述する誘導部材６０を内側に挿入するための誘導部材用貫通孔５３がパンチ５１の軸に対して直交するように設けられている。なお、パンチ５１と摺動部５２とは、一体に成形されたものでもよいし、パンチ５１が摺動部５２に対して取り替え可能となるように、別体に形成してもよい。

誘導部材６０は、円柱状の部材であり、前述した誘導部材用貫通孔５３に挿入され、誘導部材６０が上下に移動することによって、パンチ部材５０を上下に移動させる機能を有する。

スライドカム７０は、摺動部５２が上下方向及び左右側方向に摺動可能なように、上下方向に貫通した摺動部挿入孔７２が設けられている。摺動部挿入孔７２は、摺動部５２が左右側方向に移動可能なように、摺動部挿入孔７２の左右方向の幅は、摺動部５２の幅に対してスライドカム７０がスライドする距離以上追加された長さに形成される。さらに、スライドカム７０には、正面背面方向に摺動部挿入孔７２と直交するように斜め又は弧状に形成されたスライド孔７３が設けられている。弧状のスライド孔７３の場合は、誘導部材６０の直径と同様の幅を有する長孔に形成されていて、略中央が最も高く両側が低くなるような弧状に形成される。弧状のスライド孔７３の好適な形態については後述する。スライドカム７０は一方端部（右側面側）が斜面７１をなし、この斜面７１に面で当接するように当接斜面７６を有する第２カムドライバー７５を下方に移動させることで、スライドカム７０は水平方向にスライドされる。

外部筐体８０は、筒状ワーク１の所定の位置にパンチ部材５０が上下に移動可能なように、パンチ部材用挿入孔８６が設けられている。また、このパンチ部材用挿入孔８６に左右方向に直交するように、スライドカム７０が挿入されるスライドカム用挿入孔８７が設けられている。さらに、誘導部材挿入孔８８が、誘導部材６０が挿入可能でかつ上下方向に移動可能となるように、長孔形状に正面背面方向に貫通して形成されている。スライドカム用挿入孔８７に挿入されたスライドカム７０の斜面７１を第２カムドライバー７５が上方から押圧可能な位置に、上下方向に形成された第２カムドライバー用挿入孔８９が設けられている。さらに、挿入されたスライドカム７０の第２カムドライバー７５と反対側には、スライドカム７０を初期位置まで押圧するための押圧部材９８が挿入可能な押圧部材挿入孔９０が設けられている。このように構成された外部筐体８０に対して、スライドカム７０は、スライドカム用挿入孔８７に左右方向にスライド自在に設けられる。そして、パンチ部材５０が、スライドカム７０の摺動部挿入孔７２を一致させた状態でパンチ部材用挿入孔８６、摺動部挿入孔７２を通すようにして挿入される。そして、誘導部材挿入孔８８、スライドカム７０のスライド孔７３及びパンチ部材５０の誘導部材用貫通孔５３を通すようにして誘導部材６０が取り付けられる。そして、スライドカム７０の斜面７１に第２カムドライバー７５の当接斜面７６が当接するように、第２カムドライバー７５が第２カムドライバー用挿入孔８９に挿入される。こうして、可動機構が構成される。

さらに、外部筐体８０には、図４に示すように、液圧上昇装置１０によって加圧された液体を筒状ワーク１内に挿入するための流入流路９１と、外部へ排出するための排出流路９２を有する。以下、流入流路９１及び排出流路９２について図４に基づいて説明する。図４は、流入流路９１及び排出流路９２が配置された水平面でそれぞれ切断した切断斜視図である。

流入流路９１は、液圧上昇装置１０（図１）からの液体が挿入される挿入口９１ａから連通する第１流入流路９１ｂと、この第１流入流路９１ｂと交差して形成され、筒状ワーク支持部８３に設けられた筒状ワーク内排出口９１ｅまで連通する第２流入流路９１ｃと、この第２流入流路９１ｃと交差して形成され、液体圧力測定器具９５が取り付けられた液体圧力測定器具取付口９１ｆまで連通する第３流入流路９１ｄとを有する。第１流入流路９１ｂは、第２流入流路９１ｃを突き抜けて、さらに奥まで達する第１流入流路延長部９１ｇを設けても良い。液体が挿入される第１流入流路と液体圧力測定器具９５が取り付けられる第３流入流路９１ｄを別の流入流路としたのは、第１流入流路９１ｂを直線に形成して反対側に液体圧力測定器具９５を取り付けると急激な液体の圧力上昇や液体の流れにより液体圧力測定器具９５を破損させる可能性があるからである。このように流路を交差させたり、第１流入流路延長部９１ｇを設けたりすることによって、液体の流れを緩衝させることができる。

次に、排出流路９２について説明する。排出流路９２は、パンチ５１が配置されているパンチ用挿入孔８６ａの側面の開口９２ａから左右方向へ延びた第１排出流路９２ｂと、この第１排出流路９２ｂと交差して形成され、外部筐体８０の外壁面に形成される液体排出孔９２ｃと連通する第２排出流路９２ｄとを有する。第１排出流路９２ｂは、第２排出流路９２ｄを突き抜けて、さらに奥まで達する第２排出流路延長部９２ｅが設けられる。第１排出流路９２ｂと、第２排出流路９２ｄとを交差して設け、かつ第２排出流路延長部９２ｅが設けてあることから、排出する液体の流れを緩衝することができる。

次に、以上のようにして作製された各構成部品の組立方法及び使用方法について図５を参照しつつ説明する。

（組立方法及び使用方法１）
（半加工による液体圧力による内側からの穿設方法）
はじめに、パンチ部材５０の可動機構を組み立てる。可動機構は、図５に示すように、スライドカム７０をスライドカム用挿入孔８７に挿入し、スライドカム７０の摺動部挿入孔７２とパンチ部材用挿入孔８６の位置を一致させた状態でパンチ部材５０をパンチ部材用挿入孔８６から挿入し、摺動部挿入孔７２を介しつつ上方に挿入していく。そして誘導部材用貫通孔５３と誘導部材挿入孔８８の位置を一致させた状態で誘導部材６０を差し込む。そして、第２カムドライバー用挿入孔８９から第２カムドライバー７５を挿入する。これにより、図５の状態に配置され、パンチ部材５０の可動機構は完成する。

次に、固定機構によって筒状ワーク１を固定する。まず、筒状ワーク固定用治具３０の下型３０ｂを筒状ワーク固定用治具収容部８１に配置する。そして、筒状ワーク１の一方端部の開口が筒状ワーク支持部８３の周囲に嵌り込むようにして筒状ワーク１を配置する。そして上型３０ａを被せた状態にして、筒状ワーク固定部材４０を筒状ワーク固定部材用挿入孔８４に挿入し、第１カムドライバー４５を第１カムドライバー用挿入孔８５に挿入する。この状態で筒状ワーク固定用治具収容部８１を液体で満たすとともに液圧上昇装置１０（図１参照）から液体をわずかに流入する。これにより筒状ワーク１内の空気が排出され、筒状ワーク１内が液体で満たされるとともに、流入流路９１内の空気も押し出される。これにより、筒状ワーク１の仮固定が完了する。

こうして組み立てられた加工器具１００は、図６Ａの状態になっている。この時にスライド孔７３の端部（左端部）に誘導部材６０が配置されている。この状態でパンチ部材５０のパンチ５１の先端面が筒状ワーク１の周壁面に当接していることが好ましい。すなわち、誘導部材用貫通孔５３とスライド孔７３とをそのような位置関係に設定することが好ましい。筒状ワーク１内の液体の圧力が高圧になった場合にパンチ用挿入孔８６ａの形状に膨出する可能性を低減することができるからである。そして、金型部２０は、プレス装置（図示しない。）に配置され、まず、図６Ａに示すように、第１カムドライバー４５をプレス装置で押圧し、第１カムドライバー４５を下降させる。これにより、図６Ｂに示すように、筒状ワーク固定部材４０が右側面方向へ移動し、筒状ワーク１は、筒状ワーク支持部８３側に押圧されて、筒状ワーク１の両側開口が筒状ワーク支持部８３及び筒状ワーク固定部４０ａに強固に挟まれる。これにより、筒状ワーク１が完全に固定されるとともに、筒状ワーク１の両側開口が封止され、筒状ワーク１内の液体が筒状ワーク１の外部に漏れることが防止される。同時に、筒状ワーク固定部材４０の固定用治具支持部４０ｃによって、上型３０ａが下型側に押圧されて、上型３０ａと下型３０ｂが固定される。

この状態で液圧上昇装置１０の圧力を所望の圧力まで上昇させると、流入流路９１を介して連通している筒状ワーク１内の液体は同様に所望の圧力まで上昇する。筒状ワーク１内の液体は、液体圧力測定器具９５（図５参照）によって測定することができる。筒状ワーク１内の液体が所望する液圧に達したことを確認した後、第２カムドライバー７５をプレス装置で押圧し、下降させる。この下降に伴い、第２カムドライバー７５の当接斜面７６は、スライドカム７０の斜面７１を押圧してスライドカム７０を左方向に移動させる。この際にスライドカム７０のスライド孔７３は中央近傍が高く形成されているため、図７Ａに示すように、誘導部材６０がスライド孔７３をスライド移動するに伴って上昇させられ、この誘導部材６０の上昇により、パンチ部材５０が上昇することになる。これによって、筒状ワーク１はパンチ５１によって半押し又は半抜きの状態にされる。従って、スライド孔７３の最左側端部に誘導部材６０が配置されているときの誘導部材６０の中心の高さと最も高い位置に誘導部材６０が配置されているときの誘導部材６０中心の高さの差γは、パンチ５１によって周壁面を穿設することのない差にする必要がある。好ましくは、周壁の板厚以下にすることが好ましい。従って、図７Ａに示すように、誘導部材６０が最も高い位置にある時点では、まだ筒状ワーク１に貫通孔が形成されておらず、パンチ５１の先端面の形態に応じて、内側に突出して形成されていたり、貫通孔の形状に切り欠きが形成されていたりするにすぎないものとなる。さらに、第２カムドライバー７５を押圧していくと、誘導部材６０は、弧状のスライド孔７３の最高位置を超えて下降し始める。これにより、パンチ部材５０も下降し始める。パンチ部材５０の下降に伴って、筒状ワーク１のパンチ用挿入孔８６ａに相当する部分の支持がなくなることに加え、あらかじめ半押し又は半抜きによって筒状ワーク１の他の部位と比較してパンチ５１の周囲が弱くなっているため、筒状ワーク１内の高圧の液体によってパンチ５１によって半押し又は半抜きされた部分が圧力により押し出されて穿設される。そして、図７Ｂに示すように、第２カムドライバー７５が完全に下降すると、パンチ部材５０はパンチ５１が排出流路９２の開口９２ａを開放させる位置まで下降する。従って、スライド孔７３の最右側端部に誘導部材６０が配置されているとき、誘導部材６０の中心の高さはパンチ５１の先端面が排出流路９２より下方に配置される関係となるように形成するとよい。これにより、液体は、排出流路９２から排出されて内部の液体の圧力が開放されて、加工が終了する。

（使用方法２）
（パンチによる外部からの穿設方法）
はじめに、パンチ部材５０の可動機構を組み立てる。可動機構は、「使用方法１」によるスライドカム７０に代えて、弧状のスライド孔７３の最左側端部に誘導部材６０が配置されているときの誘導部材６０の中心の高さと最も高い位置に誘導部材６０が配置されているときの誘導部材６０中心の高さの差γがより大きいものを使用するか、又はスライド孔７３が斜めに形成されているものを使用することが異なるのみでその他の点は同様である。これにより、図５の状態に配置され、パンチ部材５０の可動機構は完成する。

固定機構は、「使用方法１」と同様である。

こうして組み立てられた加工器具１００は、使用方法の加工方法と同様に第２カムドライバー７５を押圧することによって筒状ワークを加工するのであるが、弧状のスライド孔７３の最左側端部に誘導部材６０が配置されているときの誘導部材６０の中心の高さと最も高い位置に誘導部材６０が配置されているときの誘導部材６０中心の高さの差γがより大きいスライドカム７０を使用した場合は、図８Ａに示すように、パンチが完全に突き抜けるようにされる。それ以外の方法は、使用方法１と同様である。

スライド孔７３が斜めに形成されているスライドカム７０を使用した場合は、第２カムドライバー７５を完全に押圧した状態で、図８Ｂに示すようにパンチが完全に突き抜けるようにされる。この場合は、第２カムドライバー７５の押圧でパンチが下降しないので、押圧部材９８等でスライドカム７０を初期位置に戻すことで、液体が排出流路９２から排出されることになる。

なお、本発明は上述した第１実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

本第１実施形態において、外部筐体８０は、すべて一体のものとして説明したが、図９に示すように、外部筐体８０は、作製の容易さ、組立ての容易さ等を考慮して分割して作製してもよい。

さらに、第１実施形態において、筒状ワーク内の液体の内圧を高く調整したり、パンチの先端の配置を調整したりすることによって、バルジ加工に応用することも可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態にかかる加工器具１００が図１０に示されている。図１０は第２実施形態にかかる加工器具１００の斜視図である。第２実施形態にかかる加工器具１００は、湾曲又は屈曲した筒状ワークに対して穿設することができる加工器具である。第２実施形態にかかる加工器具１００は、第２実施形態と同様に、主として、液圧上昇装置１０と、金型部２０とを備えている。

液圧上昇装置１０は、第１実施軽形態と同様であるので、説明を省略する。

金型部２０は、図１０に示すように、主として、筒状ワーク１が配置され、筒状ワーク１に穿設するパンチ部材その他の可動機構が配置される第１外部筐体８０ａと、筒状ワーク１の左側面側の開口端面を封止する機構が組み込まれる第２外部筐体８０ｂと、筒状ワーク１の右側面側の開口端面を封止する機構が組み込まれる第３外部筐体８０ｃと、を有する。

第１外部筐体８０ａには、図１１に示すように、主として、筒状ワーク１の周壁の外周面を固定する筒状ワーク固定用治具３０と、筒状ワーク固定用治具３０を収容する治具収容部材３５、筒状ワーク１に穿設又は半加工するパンチ部材５０と、このパンチ部材５０を可動させる誘導部材６０及びスライドカム７０を備えるとともに、筒状ワーク固定用治具３０を収容した治具収容部材３５を配置する配置領域δを有している。パンチ部材５０、このパンチ部材５０を稼働させる誘導部材６０及びスライドカム７０の構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。筒状ワーク固定用治具３０は、上型３０ａと下型３０ｂとを有しており、外周面が面取りされた略円錐台形に形成されている。上型３０ａと下型３０ｂとの間には、湾曲した筒状ワーク１が収容できる収容領域を有しており、湾曲した筒状ワーク１を間に挟持して固定することができる。上型３０ａと下型３０ｂとを固定する固定構造を有していない点は第１実施形態と同様である。上型３０ａの右側面側の上部及び左側面側の上部には曲面Ｒを有している。治具収容部材３５は、筒状ワーク固定用治具３０を水平方向に収容できる貫通孔が形成されている。貫通孔は、筒状ワーク固定用治具３０の円錐台形の平行な両側面に平行にスライドした場合に隙間なく挿入可能な開口を有している。従って、この貫通孔に筒状ワーク固定用治具を挿入することで、一時的に上型３０ａと下型３０ｂは互いに固定される。また、治具収容部材３５は、筒状ワーク固定用治具３０が挿入された際に、前述した曲面Ｒが露出するように凹部３５ａが形成されている。パンチ部材５０、誘導部材６０及びスライドカム７０は、第１実施形態と同様に組まれ、スライドカム７０が水平に形成されたスライドカム用挿入孔８７にスライド自在に配置されており、パンチ部材５０は、垂直に形成されたパンチ部材用挿入孔８６にスライド自在に配置されている。誘導部材６０は垂直方向のみに移動な誘導部材用挿入孔５５（図１４参照）に挿入されている。

第２外部筐体８０ｂは、図１２に示すように、主として、筒状ワーク固定部材４７と、第３カムドライバー４６とを収容しており、筒状ワーク１の開口端面側に配置されて、筒状ワーク１の開口端面を封止する機能を有する。筒状ワーク固定部材４７は、第１実施形態と同様に、筒状ワーク１の端部開口を封止することができるように円錐台形に突出して形成された筒状ワーク固定部４０ａが設けられている。筒状ワーク固定部材４７の筒状ワーク固定部４０ａの上方には、右側面側へ延設された左側の固定用治具支持部４０ｃが設けられている。この左側の固定用治具支持部４０ｃは、下面の付根部分の下面側が曲面に形成されていて、右側面側に押圧することで筒状ワーク固定用治具３０の上型３０ａを下型３０ｂ側に押圧させて固定することができる。従って、この筒状ワーク固定部材４７を右側面方向へ押圧することで、筒状ワーク固定部４０ａで筒状ワーク１を固定するとともに、筒状ワーク固定用治具３０の上型３０ａと下型３０ｂの左側が固定される。筒状ワーク固定部材４７の左側面は上方に後端斜面４０ｂが形成されている。第３カムドライバー４６は、筒状ワーク固定部材４７の後端斜面４０ｂに面で当接可能な下方斜面４５ａを有している。この第３カムドライバー４６を下方に移動させることで、筒状ワーク固定部材４７は筒状ワーク１側、すなわち右側面方向へ移動し、筒状ワーク１を筒状ワーク支持部８３に押圧する。これにより、筒状ワーク１を軸方向に位置決めする。第２外部筐体８０ｂは、前述した筒状ワーク固定部材４７を挿入する筒状ワーク固定部材用挿入孔８４ａが、筒状ワーク１の開口端面方向の貫通孔に設けられており、筒状ワーク固定部材４７を水平方向にスライド自在に配置することができる。さらに、第２外部筐体８０ｂは、垂直方向に第３カムドライバー用挿入孔８５ａが設けられており、第３カムドライバー４６を垂直方向にスライド自在に配置することができる。この第３カムドライバー４６をプレス機等で押し下げることによって、筒状ワーク固定部材４７をスライドさせて筒状ワーク１の開口端部を封止することができる。

第３外部筐体８０ｃは、第２外部筐体８０ｂと同様に、左側の固定用治具支持部４８ｄを有する筒状ワーク固定部材４８と、第４カムドライバー４９とを収容しており、筒状ワーク１の開口端面側に配置されて、筒状ワーク１の軸方向への位置決めをする機能を有する。第２外部筐体８０ｂとは筒状ワーク１の反対側の開口端部に配置されている。右側の筒状ワーク固定部材４８は、筒状ワーク固定部４０ａの中央から側面まで連通する流入流路９３を有しており、図１０に示すように、第３外部筐体８０ｃの側面に設けられた溝８０ｄを通して、液圧上昇装置（図示しない）のホースと連通して設けられる。従って、液圧上昇装置によって液体は、筒状ワーク固定部材４８を介して、筒状ワーク１内に充填され、高圧状態にすることができる。その他の構成は第２外部筐体８０ｂと同様であるので、説明を省略する。

以上のようにして構成された第１外部筐体８０ａ、第２外部筐体８０ｂ及び第３外部筐体８０ｃは、図１０に示すように、第１外部筐体８０ａを中心として、第２外部筐体８０ｂ及び第３外部筐体８０ｃが第１外部筐体８０ａを挟むような形で配置される。それぞれ第１外部筐体８０ａ、第２外部筐体８０ｂ及び第３外部筐体８０ｃを省略した図が図１３に示されている。図１３に示すように、第１外部筐体８０ａに配置された筒状ワークの両側端部を第２外部筐体８０ｂに配置された筒状ワーク固定部材４７及び第３外部筐体８０ｃに配置された筒状ワーク固定部材４８のそれぞれの筒状ワーク固定部４０ａが筒状ワークの開口端部と対向するように配置される。さらに、第１外部筐体８０ａの背面側には、スライドカム７０をスライドさせるための第５カムドライバー７７が設けられている。第５カムドライバー７７は、第１実施形態にかかる第２カムドライバーと同様に、スライドカム７０の斜面と当接するように下面が斜面に形成されている。さらに、この第５カムドライバー７７を支持するために第５カムドライバー７７の背面側に第５カムドライバー支持部材７７ａが設けられている。これにより第５カムドライバー７７が背面側に移動されることが防止される。

次に、以上のようにして作製された各構成部品の組立方法及び使用方法について説明する。なお、穿設の原理は第１実施形態と同様である。

（組立方法及び使用方法）
はじめに、第１外部筐体８０ａの組立方法について説明する。まず、パンチ部材５０の可動機構を組み立てる。まず、スライドカム７０、パンチ部材５０、誘導部材６０を組み付ける。組み付けた状態は第１実施形態と同様である。第２実施形態においては、図１４に示すように、これらを組み付けた状態で第１外部筐体８０ａの上方から嵌め込むことができるように形成されている。

次に、筒状ワーク１を固定する。まず、図１１に示すように、筒状ワーク固定用治具３０の上型３０ａと下型３０ｂの収容部に配置する。そして筒状ワーク固定用治具３０を治具収容部材３５に収容する。この状態で筒状ワーク１は、筒状ワーク固定用治具３０内に固定される。次に筒状ワーク固定用治具３０を収容した治具収容部材３５は、第１外部筐体８０ａに上方からはめ込む。第１外部筐体８０ａは、図１４に示すように、治具収容部材３５の外郭形態と同様の収容領域εが形成されており、治具収容部材３５の水平方向への位置決めをした状態ではめ込むことができる。

次に第２外部筐体８０ｂ及び第３外部筐体８０ｃの組立方法について説明する。第２外部筐体８０ｂは、筒状ワーク固定部材４７を筒状ワーク固定部材用挿入孔８４ａに挿入し、第３カムドライバー４６を筒状ワーク固定部材用挿入孔８４ａに挿入して図１２の状態に組み立てる。第３外部筐体８７ｃも同様にして組み立てる。

こうして作製された第１外部筐体８０ａ、第２外部筐体８０ｂ及び第３外部筐体８０ｃ、さらに、第５カムドライバー７７、第５カムドライバー支持部材７７ａを、図１０の状態となるように、金属板等に配置固定される。

この状態で、第３カムドライバー４６及び第４カムドライバー４９をプレス等で押し込むことによって、筒状ワーク１の端面開口が筒状ワーク固定部材４７、４８によって封止されるとともに、筒状ワーク固定用治具３０の上型３０ａが下方に押圧され、さらに筒状ワーク固定部材４７の左側の固定用治具支持部４０ｃ及び右側の筒状ワーク固定部材４８の左側の固定用治具支持部４８ｄによってさらに堅固に筒状ワーク１が固定される。また、固定用治具支持部４０ｃ、４８ｄによって、筒状ワーク固定用治具３０自体も第３外部筐体８０ｃに固定されるため、パンチ部材５０によって上方に押されても、筒状ワーク固定用治具３０が上方に移動することを防止することができる。

この後の使用方法は、第１実施形態と同様である。この状態で液圧上昇装置１０の圧力を所望の圧力まで上昇させると、流入流路９１を介して連通している筒状ワーク１内の液体は同様に所望の圧力まで上昇する。筒状ワーク１内の液体が所望する液圧に達したことを確認した後、第５カムドライバー７７をプレス装置で押圧し、下降させる。これにより、第１実施形態同様の動きによって、筒状ワーク１はパンチ５１によって半押し又は半抜きの状態にされる。さらに、第５カムドライバー７７を押圧していくと、誘導部材６０は、弧状のスライド孔７３の最高位置を超えて下降し始める。これにより、パンチ部材５０も下降し始める。パンチ部材５０の下降に伴って、筒状ワーク１のパンチ用挿入孔８６ａに相当する部分の支持がなくなることに加え、あらかじめ半押し又は半抜きによって筒状ワーク１の他の部位と比較してパンチ５１の周囲が弱くなっているため、筒状ワーク１内の高圧の液体によってパンチ５１によって半押し又は半抜きされた部分が圧力により押し出されて穿設される。

さらに、第２実施形態において、第１実施形態にかかる使用方法２による使用方法を使用することができる。

上述した実施形態で示すように、鉄パイプ等の筒状ワークを内側から加工する加工器具として、産業上利用可能である。

１０…液圧上昇装置、２０…金型部、３０…筒状ワーク固定用治具、３０ａ…上型、３０ｂ…下型、３０ｃ…パンチ用孔、３５…治具収容部材、３５ａ…凹部、４０…筒状ワーク固定部材、４０ａ…筒状ワーク固定部、４０ｂ…後端斜面、４０ｃ…固定用治具支持部、４５…第１カムドライバー、４５ａ…下方斜面、４６…第３カムドライバー、４７…筒状ワーク固定部材、４８…筒状ワーク固定部材、４９…第４カムドライバー、５０…パンチ部材、５１…パンチ、５２…摺動部、５３…誘導部材用貫通孔、５４…切欠刃、５５…誘導部材用挿入孔、６０…誘導部材、７０…スライドカム、７１…斜面、７２…摺動部挿入孔、７３…スライド孔、７５…第２カムドライバー、７６…当接斜面、７７…第５カムドライバー、７７ａ…第５カムドライバー支持部材、８０…外部筐体、８０ａ…第１外部筐体、８０ｂ…第２外部筐体、８０ｃ…第３外部筐体、８１…収容部、８３…筒状ワーク支持部、８３ａ…筒状ワーク固定用治具支持部、８４…筒状ワーク固定部材用挿入孔、８４ａ…筒状ワーク固定部材用挿入孔、８５…第１カムドライバー用挿入孔、８５ａ…第３カムドライバー用挿入孔、８６…パンチ部材用挿入孔、８６ａ…パンチ用挿入孔、８７…スライドカム用挿入孔、８７ｃ…第３外部筐体、８８…誘導部材挿入孔、８９…第２カムドライバー用挿入孔、９０…押圧部材挿入孔、９１…流入流路、９１ａ…挿入口、９１ｂ…第１流入流路、９１ｃ…第２流入流路、９１ｄ…第３流入流路、９１ｅ…筒状ワーク内排出口、９１ｆ…液体圧力測定器具取付口、９１ｇ…第１流入流路延長部、９２…排出流路、９２ａ…開口、９２ｂ…第１排出流路、９２ｃ…液体排出孔、９２ｄ…第２排出流路、９２ｅ…第２排出流路延長部、９５…液体圧力測定器具、９８…押圧部材、１００…加工器具

Claims (6)

1. パイプ、管等の筒状ワークの周壁に貫通孔を穿設する加工器具において、
   前記筒状ワークの周面を固定する上型及び下型を有する筒状ワーク固定用治具と、
   前記上型を押圧して前記下型に固定するとともに、前記筒状ワークの開口端面を封止する筒状ワーク固定部材と、
   前記筒状ワークの周面を加工するパンチを可動させる可動機構と、
   前記筒状ワーク内に液体を充填し、かつ高圧状態に維持する液圧上昇装置と、
   を備えたことを特徴とする加工器具。
2. 前記筒状ワーク固定部材は、前記筒状ワークの開口端面を封止する筒状ワーク固定部と、固定用治具支持部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の加工器具。
3. 前記筒状ワーク固定用治具は、湾曲した前記筒状ワークを配置可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工器具。
4. 前記筒状ワーク固定用治具の前記上型の側面かつ上方の端部は曲面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加工器具。
5. 前記筒状ワーク固定用治具を収容する治具収容部材を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の加工器具。
6. 前記筒状ワーク固定用治具により固定された前記筒状ワークの内側に前記液圧上昇装置によって高圧化された液体を流入する流入流路を有する金型を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の加工器具。
   

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