JP2018001232A - 拡管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属管に割れや亀裂を発生させることなく、しかも、低コストで、且つ、加工時間が短い拡管装置を提供する。
【解決手段】クランプ型２は、金属管１０の一端側の外周面に接触して金属管１０を固定する固定部３０と、固定部３０に固定された金属管１０の他端側外周面との間に周方向に亘って隙間Ｓ１を形成する非固定部１２とを有す。マイクロヒータ９でパンチ型６を約２００℃に加温しながら金属管１０に圧入させることにより、パンチ型６が金属管１０を非固定部１２に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属管の開口部分を拡管する拡管装置に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されている拡管装置は、金属管を固定するクランプ型と、該クランプ型に固定された金属管に対してその一方の開口から圧入可能なパンチ型とを備え、該パンチ型は、外形の大きさの異なるものが複数用意されている。そして、上記各パンチ型を外形の小さなものから順に上記金属管の一方の開口から圧入して上記各パンチ型の外周面で金属管の一方側を径方向外側に次第に押し広げることにより、割れや亀裂を発生させずに金属管を所望する形状に拡管するようになっている。

特開２０１０−２２７９８８号公報

しかし、特許文献１の拡管装置は、複数のパンチ型を使用して金属管を拡管するため、使用するパンチ型を金属管に対する圧入開始位置まで順に移動させ、且つ、使用するパンチ型の中心軸を金属管の筒中心線に一致させる動作が必要であり、構造が複雑でコストが嵩むとともに、加工時間が長くなってしまうという問題があった。

これを回避するために、パンチ型の数を減らすことも考えられるが、単にパンチ型を減らしてしまうと、パンチ型が金属管を引き伸ばす量に対して金属管の母材の伸びが追従できなくなってしまい、割れや亀裂が頻発してしまうおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属管に割れや亀裂を発生させることなく、しかも、低コストで、且つ、加工時間が短い拡管装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、室温より高く再結晶温度より低い温度に加温された金属管が室温と同じ温度の場合と比べて軟化する現象を利用して拡管加工を行うようにしたことを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、金属管の一端側の外周面に接触して当該金属管を固定する固定部及び該固定部に連続して設けられ、当該固定部に固定された金属管の他端側外周面との間に周方向に亘って隙間を形成する非固定部を有するクランプ型と、該クランプ型に固定された上記金属管にその他端開口から圧入可能に設けられたパンチ型と、該パンチ型を加温可能な加温手段とを備え、該加温手段で上記パンチ型を室温より高く再結晶温度より低い温度に加温しながら上記金属管にその他端開口から圧入させることにより、上記パンチ型が上記金属管の他端側を上記非固定部に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させるよう構成されていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記クランプ型を冷却可能な冷却手段を備えていることを特徴とする。

第３の発明では、第２の発明において、上記冷却手段は、上記クランプ型の上記固定部を除く部分に設けられた配管と、該配管に冷却媒体を循環させる循環手段とからなり、上記固定部は、セラミック材で形成されていることを特徴とする。

第１の発明では、金属管にパンチ型が圧入されると、加温状態のパンチ型によって金属管が加温され、当該金属管の温度が室温より高く再結晶温度より低い温度になる。したがって、金属管が室温と同じ温度のときに比べて軟化するようになり、パンチ型が金属管を径方向外側に押し広げても金属管の板厚が薄くなり過ぎなくなるので、金属管に割れや亀裂を発生し難くできる。また、パンチ型を多く使用しなくても金属管に割れや亀裂が発生しない拡管加工が可能となるので、金属管を拡管する際に使用するパンチ型を減らすことができる。したがって、拡管装置において、使用するパンチ型を金属管に対する圧入開始位置まで順に移動させたり、或いは、使用するパンチ型の中心軸を金属管の筒中心線に一致させるといった動作の回数が減り、装置の構造が特許文献１の如き装置の構造に比べて簡素になり、コストを低く抑えることができるとともに、加工時間を短くすることができる。

第２の発明では、拡管加工の際、金属管の他端側がパンチ型によって径方向外側に押し広げられて非固定部に接触すると、加温状態である金属管の拡管部分が冷却された非固定部によって急冷される。したがって、金属管の拡管部分における熱収縮量が少なくなってシワ等の発生が抑制され、拡管部分の加工精度を高めることができる。

第３の発明では、固定部の熱伝導率が低いので、冷却手段でクランプ型を冷却しても固定部に固定された状態の金属管が冷却され難くなる。したがって、パンチ型を金属管に圧入させる際、パンチ型の熱によって金属管の温度を短時間で所望する温度まで高めることができ、拡管加工の過程において金属管を室温より高く再結晶温度より低い温度に確実にすることができる。

本発明の実施形態に係る拡管装置の断面概略図である。 図１の状態の後、パンチ型を固定型に固定された金属管に圧入して金属管を拡管した状態を示す図である。 加工する金属管の温度別応力歪み曲線である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る拡管装置１の概略断面図である。該拡管装置１は、車両に組み込まれる燃料給油管（図示せず）の製造ラインに設置され、金属管１０の端部を拡管するためのものであり、当該金属管１０を固定するクランプ型２を備えている。

該クランプ型２は、略直方体形状の上型３と下型４とに上下略中央の位置で分割されている。

上記上型３下部の水平方向一端から中途部に亘る部分には、セラミック材からなる固定部３０が設けられ、該固定部３０の下面には、筒中心線Ｃ１が水平方向に向く姿勢の金属管１０の上半部分に対応する断面半円状の第１凹状面３１が形成されている。

尚、クランプ型２の固定部３０を除く部分は、鋼材で形成されている。

上記上型３における下面の上記固定部３０を除く部分には、断面半円状の第２凹状面３２が形成されている。

該第２凹状面３２は、水平方向の一端が上記第１凹状面３１に連続し、且つ、水平方向の他端側に行くにつれて次第に拡径するように延びる傾斜延出面３２ａと、該傾斜延出面３２ａにおける水平方向の他端に連続し、且つ、水平方向に延びる水平延出面３２ｂとを備えている。

尚、上記下型４は、上記上型３と略同一の構造をしており、側面視で上下方向に対称となるように配置されているだけであるので、上記上型３と同一の部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

上記下型４内部における上記水平延出面３２ｂ近傍には、上記下型４の温度を検出する温度センサ１６が埋設されている。

そして、上記クランプ型２を型開きした状態で、筒中心線Ｃ１が水平方向に向く姿勢の金属管１０を上記上型３及び上記下型４の間に挿入するとともに上記クランプ型２を型閉じすると、上記両固定部３０は、上記金属管１０の一端側から中途部の外周面に接触して当該金属管１０を固定するようになっている。

また、上記上型３の第２凹状面３２と上記下型４の第２凹状面３２とで本発明の非固定部１２を構成していて、該非固定部１２は、上記金属管１０が上記両固定部３０に固定された状態において上記両固定部３０に連続するとともに当該両固定部３０の反対側が開口する穴形状をなしている。そして、上記非固定部１２は、上記金属管１０の他端側外周面と接触せずにその外周面との間に周方向に亘って隙間Ｓ１を形成するようになっている。

上記クランプ型２における非固定部１２側の側方には、圧入機５が配置されている。

該圧入機５は、中心軸Ｃ２が上記クランプ型２に固定された金属管１０の筒中心線Ｃ１に一致する略円柱状のパンチ型６と、該パンチ型６を上記クランプ型２に固定された金属管１０に向かって進出又は後退させる流体圧シリンダ７と、該流体圧シリンダ７を駆動させるシリンダ駆動装置８とを備えている。

上記パンチ型６は、上記流体圧シリンダ７によって上記クランプ型２に固定された上記金属管１０に向かって進出すると、当該金属管１０にその他端開口から圧入されるようになっている。

上記パンチ型６には、小径部６ａ、成形面部６ｂ及び大径部６ｃが上記パンチ型６の先端側から順に形成されている。

上記小径部６ａの外周面は、上記金属管１０の内周面に対応していて、上記パンチ型６を上記金属管１０に圧入する際、上記パンチ型６を上記金属管１０内に滑らかに案内するようになっている。

上記成形面部６ｂは、上記パンチ型６の先端寄りの位置に設けられ、その外周面は、圧入方向の反対側に行くにつれて次第に拡径している。

上記大径部６ｃは、上記パンチ型６の先端寄りの位置から基端にかけて設けられ、その外周面は、水平方向に真っ直ぐに延びている。

上記流体圧シリンダ７は、中心軸が上記パンチ型６の中心軸Ｃ２に一致する円柱状のシリンダ本体７１を備え、該シリンダ本体７１の内部には、シリンダ室７０が形成されている。

上記シリンダ本体７１の一端中央には、上記シリンダ室７０に連通する連通孔７１ａが形成され、該連通孔７１ａには、長細い棒形状のピストンロッド７２がスライド可能に嵌挿されている。

該ピストンロッド７２の一端は、上記パンチ型６の基端中央に固定されていて、上記ピストンロッド７２がスライドすることにより、上記パンチ型６が上記クランプ型２に固定された金属管１０に向かって進出又は後退するようになっている。

一方、上記ピストンロッド７２の他端には、当該ピストンロッド７２と直交する方向に延びる仕切板７２ａが固定されている。

該仕切板７２ａは、上記シリンダ室７０を上記パンチ型６から遠い側の第１室７０ａと上記パンチ型６に近い側の第２室７０ｂとに区画するようになっている。

上記第１室７０ａには、当該第１室７０ａの圧力を検出する第１圧力センサ７３ａが配置される一方、上記第２室７０ｂには、当該第２室７０ｂの圧力を検出する第２圧力センサ７３ｂが配置されている。

また、上記第２室７０ｂの上記ピストンロッド７２に対応する位置には、当該ピストンロッド７２のスライド量を検出することにより、上記パンチ型６の進出位置を検出する進出位置検出センサ７４が配置されている。

上記シリンダ駆動装置８は、流体を供給又は回収可能な駆動装置本体８１と、一端が上記シリンダ室７０の第１室７０ａに接続される一方、他端が上記駆動装置本体８１に接続される第１配管８２と、一端が上記シリンダ室７０の第２室７０ｂに接続される一方、他端が上記駆動装置本体８１に接続される第２配管８３とを備えている。

そして、上記ピストンロッド７２は、上記駆動装置本体８１から上記第１配管８２を介して上記第１室７０ａに流体を供給するとともに上記第２配管８３を介して上記第２室７０ｂから上記駆動装置本体８１に流体を回収すると、一方側にスライドして上記パンチ型６を進出させる一方、上記駆動装置本体８１から上記第２配管８３を介して上記第２室７０ｂに流体を供給するとともに上記第１配管８２を介して上記第１室７０ａから上記駆動装置本体８１に流体を回収すると、他方側にスライドして上記パンチ型６を後退させるようになっている。

上記駆動装置本体８１は、上記第１室７０ａ及び上記第２室７０ｂに対する流体の供給及び回収を切り替えることにより、上記ピストンロッド７２のスライド方向を変更させる切替部８１ａを有している。

上記パンチ型６の側方には、当該パンチ型６を加温可能なマイクロヒータ９（加温手段）が配置されている。

該マイクロヒータ９は、ヒータ本体９ａと、該ヒータ本体９ａによって加温調節がなされる発熱線９ｂとを備え、該発熱線９ｂの一部が上記パンチ型６の内部に埋設されている。

上記ヒータ本体９ａの側方には、上記クランプ型２を冷却可能な冷却水循環機１５（冷却手段）が配置されている。

該冷却水循環機１５は、冷却水が溜められたタンク１５ａと、該タンク１５ａに接続された冷却配管１５ｂと、当該冷却配管１５ｂの上記タンク１５ａとの接続部分近傍に設置されたポンプ１５ｃとを備え、上記冷却配管１５ｂの一部が上記クランプ型２の固定部３０を除く部分に埋設されている。

上記タンク１５ａ及び上記ポンプ１５ｃは、本発明の循環手段１５ｄを構成していて、上記ポンプ１５ｃは、上記タンク１５ａに溜まる冷却水を汲み上げて上記冷却配管１５ｂに循環させるようになっている。

上記第１圧力センサ７３ａ、上記第２圧力センサ７３ｂ、上記進出位置検出センサ７４、上記シリンダ駆動装置８、上記マイクロヒータ９、上記冷却水循環機１５及び上記温度センサ１６には、制御盤１４（制御手段）が接続され、該制御盤１４は、上記シリンダ駆動装置８、上記マイクロヒータ９及び上記冷却水循環機１５に作動信号を出力するようになっている。

上記制御盤１４は、上記進出位置検出センサ７４による検出値に基づいて上記パンチ型６の進出位置を検出できるようになっている。

また、上記制御盤１４は、進出位置検出センサ７４により検出したパンチ型６の進出位置に対応する予め決められた圧入時の設定圧力値となるように上記第１圧力センサ７３ａ及び上記第２圧力センサ７３ｂの検出値に基づいて上記第１室７０ａ及び上記第２室７０ｂに対して供給又は回収する流体の量を調整しながら金属管１０に対してパンチ型６により加える圧力を変更するようになっている。

さらに、上記制御盤１４は、上記ヒータ本体９ａに作動信号を出力して上記発熱線９ｂを発熱させて上記パンチ型６を所定の温度まで上昇させるようになっている。

それに加えて、上記制御盤１４は、上記クランプ型２の温度が拡管加工時における予め決められた設定温度となるように上記温度センサ１６により検出した検出値に基づいて上記冷却配管１５ｂに循環させる冷却水の量が変更されるよう上記ポンプ１５ｃに作動信号を出力するようになっている。

そして、上記制御盤１４は、上記ヒータ本体９ａに作動信号を出力して上記パンチ型６を室温より高く再結晶温度より低い温度に加温しながら上記シリンダ駆動装置８に進出開始信号を出力して上記パンチ型６を上記金属管１０にその他端開口から圧入させることにより、上記パンチ型６が上記金属管１０の他端側を上記非固定部１２に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させるようになっている。

尚、図３は、本発明において拡管加工を施す金属管１０の温度別応力歪み曲線を示しており、本発明の実施形態では、マイクロヒータ９によってパンチ型６を約２００℃に加温して拡管加工を行っている。

次に、上記拡管装置１を用いた金属管１０の拡管加工について詳述する。

まず、筒中心線Ｃ１が水平方向に延びる姿勢の金属管１０を上記クランプ型２の上型３と下型４との間に挿入する。

次に、図１に示すように、クランプ型２を型閉じする。すると、クランプ型２の固定部３０が上記金属管１０の一端側から中途部の外周面に接触して当該金属管１０を固定する。

このとき、金属管１０の他端側外周面と上記非固定部１２の内周面との間には、隙間Ｓ１が形成される。

次いで、ポンプ１５ｃを作動させてタンク１５ａの冷却水を汲み上げて冷却配管１５ｂに冷却水を循環させる。

さらに、ヒータ本体９ａを作動させて発熱線９ｂを発熱させることにより、パンチ型６を加温して当該パンチ型６の温度を約２００℃にする。

しかる後、上記パンチ型６をクランプ型２に向けて進出させる。すると、まず、パンチ型６の小径部６ａが上記金属管１０の他端開口に挿入される。

さらにパンチ型６を進出させると、上記金属管１０の他端側が成形面部６ｂによって径方向外側に押し広げられ始める。このとき、パンチ型６の熱によって金属管１０の温度が約２００℃まで高められる。このように、金属管１０にパンチ型６が圧入されると、加温状態のパンチ型６によって金属管１０が加温され、当該金属管１０の温度が約２００℃になる。したがって、金属管１０が室温と同じ温度のときに比べて軟化するようになり、パンチ型６が金属管１０を径方向外側に押し広げても金属管１０の板厚が薄くなり過ぎなくなるので、金属管１０に割れや亀裂を発生し難くできる。

ここで、上記クランプ型２の固定部３０はセラミック材で形成され、当該部分の熱伝導率が低いので、冷却水循環機１５でクランプ型２を冷却しても固定部３０に固定された状態の金属管１０は冷却され難くなる。したがって、パンチ型６を金属管１０に圧入させる際、パンチ型６の熱によって金属管１０を短時間で所望する温度まで高めることができ、拡管加工の過程において金属管１０の温度を約２００℃に確実にすることができる。

その後、さらにパンチ型６を進出させると、当該パンチ型６の成形面部６ｂによって金属管１０の他端側が非固定部１２の内周面に沿うまで径方向外側に次第に押し広げられて拡管される。このとき、加温状態である金属管１０の拡管部分が冷却水循環機１５によって冷却された非固定部１２に接触して急冷されるので、金属管１０の拡管部分における熱収縮量が少なくなってシワ等の発生が抑制され、金属管１０の拡管部分の加工精度を高めることができる。

以上より、本発明の実施形態によると、拡管加工時に金属管を加温して軟化させることで金属管１０に割れや亀裂を発生し難くすることができる。

また、パンチ型６を多く使用しなくても金属管１０に割れや亀裂が発生しない拡管加工が可能となるので、金属管１０を拡管する際に使用するパンチ型６を減らすことができる。したがって、拡管装置１において、使用するパンチ型６を金属管１０に対する圧入開始位置まで順に移動させたり、或いは、使用するパンチ型６の中心軸を金属管１０の筒中心線Ｃ１に一致させるといった動作の回数が減り、拡管装置１の構造が特許文献１の如き装置の構造に比べて簡素になり、コストを低く抑えることができるとともに、加工時間を短くすることができる。

尚、本発明の実施形態では、固定部３０をセラミック材で形成しているが、その他の材料で形成してもよく、熱伝導率の低い材料で形成するのが好ましい。

また、本発明の実施形態では、パンチ型６をマイクロヒータ９により加温しているが、その他の装置で加温するようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、冷却配管１５ｂに冷却水を循環させているが、オイル等の流体を循環させてもよい。

本発明は、金属管の開口部分を拡管する拡管装置に適している。

１ 拡管装置
２ クランプ型
６ パンチ型
９ マイクロヒータ（加温手段）
１０ 金属管
１２ 非固定部
１４ 制御盤（制御手段）
１５ 冷却水循環機（冷却手段）
１５ｂ 冷却配管
１５ｄ 循環手段
３０ 固定部
Ｓ１ 隙間

Claims (3)

1. 金属管の一端側の外周面に接触して当該金属管を固定する固定部及び該固定部に連続して設けられ、当該固定部に固定された金属管の他端側外周面との間に周方向に亘って隙間を形成する非固定部を有するクランプ型と、
   該クランプ型に固定された上記金属管にその他端開口から圧入可能に設けられたパンチ型と、
   該パンチ型を加温可能な加温手段とを備え、
   該加温手段で上記パンチ型を室温より高く再結晶温度より低い温度に加温しながら上記金属管にその他端開口から圧入させることにより、上記パンチ型が上記金属管の他端側を上記非固定部に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させるよう構成されていることを特徴とする拡管装置。
2. 請求項１に記載の拡管装置において、
   上記クランプ型を冷却可能な冷却手段を備えていることを特徴とする拡管装置。
3. 請求項２に記載の拡管装置において、
   上記冷却手段は、上記クランプ型の上記固定部を除く部分に設けられた冷却配管と、該冷却配管に冷却流体を循環させる循環手段とからなり、
   上記固定部は、セラミック材で形成されていることを特徴とする拡管装置。

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