JP2020127963A

JP2020127963A - 非円形管体の製造方法及び管体成形装置

Info

Publication number: JP2020127963A
Application number: JP2019022475A
Authority: JP
Inventors: 英史谷口; Hidefumi Taniguchi
Original assignee: Fuji Machine Works Co Ltd
Current assignee: Fuji Machine Works Co Ltd
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-08-27

Abstract

【課題】板状体のワークを直接、所望の非円形断面の管状に成形した後に互いに平行な２端部を接合することで、非円形管体を簡易かつ低コストで製造できるようにする。【解決手段】２本のサブロール３をそれぞれの中心軸を結ぶ直線Ｌ１に直交するメインロール２の中心線Ｌ２に平行な移動方向Ｘに沿って一体的に移動自在に支持し、ワークＷの表裏面にそれぞれメインロール２の周面及び２本のサブロール３の周面を接触させた状態で、２本のサブロール３を互いに同方向で且つメインロール２と反対方向にメインロール２と同一の周速で回転させつつ、ワークＷの成形半径の増加又は減少に応じて２本のサブロール３を移動方向に沿ってメインロール２に対して離間又は近接する方向に移動させてワークＷを非円形断面の管状に成形した後、ワークＷの互いに平行な２端部を接合する。【選択図】図２

Description

この発明は、金属性板材等の可塑性板状体のワークを楕円断面等の非円形管体に成形する非円形管体製造方法及びこの方法に適した管体成形装置に関する。

金属製板材等の可塑性板状体のワークを例えば楕円断面等の非円形管体に成形する方法として、まず、ロール成形装置によってワークを円筒状に曲げ加工した後、互いに平行な２端部を溶接装置等によって接合して円形管体を作成し、次に、円形管体を金型が配置されたプレス加工機によって所望の非円形管体に成形する方法が知られている。

ロール成形装置は、１本のメインロールと１本以上のサブロールとを含む複数本のロールを、各軸方向を互いに平行にして備えている。ワークは、メインロールとサブロールとの間を通過する際に、曲げ加工による塑性変形を受けて円筒状に成形される。

従来のロール成形装置として、メインロールと同等の硬度の材料からなる２本のサブロールとを備えた３本ロール成形装置がある（例えば、特許文献１参照。）。３本ロール成形装置は、比較的小径の曲げ加工に適しており、サブロールの周面はワークを挟んでメインロールの周面に圧接しないため、メインロールに対するサブロールの位置を調整することで曲げ径を変更できる。

特開２０１３−２５２５４６号公報

しかしながら、従来の非円形管体の製造方法では、ロール成形装置及び溶接装置等によって可塑性板状体のワークから作成された円形管体をプレス加工によって所望の非円形管体に成形していたため、作業工程が煩雑化するとともに金型の準備のために製造コストが高騰する問題がある。

この発明の目的は、板状体のワークを直接、所望の非円形断面の管状に成形した後に互いに平行な２端部を接合することで、非円形管体を簡易かつ低コストで製造できる非円形管体の製造方法及びこの方法に適した管体成形装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明の非円形管体の製造方法は、1本のメインロールに対して２本のサブロールを互いの中心軸を平行に配置するとともに、２本のサブロールをそれぞれの中心軸を結ぶ直線に直交するメインロールの中心線に平行な移動方向に沿って一体的に移動自在に支持し、
可塑性板状体のワークの表裏面にそれぞれメインロールの周面及び２本のサブロールの周面を接触させた状態で、２本のサブロールを互いに同方向で且つメインロールと反対方向にメインロールと同一の周速で回転させつつ、ワークの成形半径の増加又は減少に応じて２本のサブロールを移動方向に沿ってメインロールに対して離間又は近接する方向に移動させてワークを非円形断面の管状に成形した後、ワークの互いに平行な２端部を接合する。

可塑性板状体のワークの表裏面にそれぞれメインロールの周面及び２本のサブロールの周面を接触させた状態でメインロール及び２本のサブロールを回転させることにより、ワークはメインロールと２本のサブロールとの間を通過していく。この間に、２本のサブロールをメインロールに対して離間又は近接する方向に移動させることで、ワークの成形半径が増加又は減少する。

ワークにおける成形半径の変化点間の周長とワークの搬送速度との関係に応じたタイミングで、所望の成形半径に応じた距離だけ２本のサブロールをメインロールに対して離間又は近接する方向に移動させることで、ワークを所望の非円形断面の管状に成形できる。非円形断面の管状に成形されたワークの互いに平行な２端部を接合することで所望の非円形管体が完成する。

この発明の管体成形装置は、1本のメインロール、２本のサブロール、回転駆動部、移動駆動部及び制御部を備えている。メインロールは、回転自在に支持されている。２本のサブロールは、それぞれの中心軸をメインロールの中心軸に平行に配置して回転自在、且つそれぞれの中心軸を結ぶ直線に直交するメインロールの中心線に平行な移動方向に沿って一体的に移動自在に支持されている。回転駆動部は、２本のサブロールが互いに同方向で且つメインロールと反対方向にメインロールと同一の周速で回転するように、メインロール及び２本のサブロールに回転を供給する。移動駆動部は、２本のサブロールを移動方向に沿って一体的に移動させる。制御部は、可塑性板状体のワークの表裏面にそれぞれメインロールの周面及び２本のサブロールの周面を接触させた状態で、メインロール及び２本のサブロールが回転する間に、ワークの成形半径の増加又は減少に応じて２本のサブロールがメインロールに対して離間又は近接するように、回転駆動部及び移動駆動部の動作を制御する。

制御部が、回転駆動部及び移動駆動部を動作させ、ワークがメインロールと２本のサブロールとの間を通過していく間に、２本のサブロールをメインロールに対して離間又は近接する方向に移動させると、ワークの成形半径が増加又は減少する。

制御部が、ワークにおける成形半径の変化点間の周長とワークの搬送速度との関係に応じたタイミングで移動駆動部を動作させ、所望の成形半径に応じた距離だけ２本のサブロールをメインロールに対して離間又は近接する方向に移動させると、ワークは所望の非円形断面の管状に成形される。

この発明によれば、板状体のワークを直接、所望の非円形断面の管状に成形した後に互いに平行な２端部を接合することで、非円形管体を簡易かつ低コストで製造できる。

この発明の実施形態に係る管体成形装置の正面図である。同管体成形装置の要部の側面断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、同管体成形装置の要部の動作を示す側面断面図である。同管体成形装置の制御部のブロック図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体成形装置によって成形する非円形断面の管状のワークの断面形状の一例を示す断面図、及び成形時のタイミングチャートである。（Ａ）〜（Ｈ）は、同管体成形装置の要部の動作を示す図である。この発明の実施形態に係る非円形管体の製造方法に用いる溶接装置の一例を示す図である。

以下に、この発明の実施形態に係る非円形管体の製造方法及び管体成形装置を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

図１に示すように、管体成形装置１０は、一例として高張力鋼である可塑性板状体のワークＷを曲げ加工によって非円形断面の管状に成形するものであり、フレーム１、メインロール２、２本のサブロール３、５本のサポートロール４、制御部５、第１モータＭ１、第２モータＭ２、昇降モータＭ４、移動駆動部７を備えている。

フレーム１は、正面視で門型を呈する剛体である。メインロール２は、一方の端部２１でフレーム１に軸支されており、第１モータＭ１の回転軸に固定されている。支持体８は、メインロール２の端部２１側でフレーム１に固定されている。２本のサブロール３は、メインロール２の下方で軸方向をメインロール２に平行にして保持台３１に軸支されており、一方の端部にユニバーサルジョイント６１を介して第２モータＭ２の回転軸が固定されている。５本のサポートロール４は、軸方向を２本のサブロール３に平行にして保持台３１に軸支されている。保持台３１は、水平方向の移動を規制された状態で、昇降自在にフレーム１に支持されている。

第１モータＭ１及び第２モータＭ２は、この発明の回転駆動部を構成しており、一例としてパルスモータであり、２本のサブロール３が互いに同方向で且つメインロール２と反対方向にメインロール２同一の周速で回転するように、フレーム１に取り付けられている。回転駆動部の構成は、これに限るものではない。ワークＷの加工性に応じて、２本のサブロール３のそれぞれの両端部に１つずつ第２モータＭ２を配置してもよい。また、第２モータＭ２を保持台３１に取り付け、ユニバーサルジョイント６１を削除することもできる。

保持台３１の下方には、移動駆動部７が配置されている。移動駆動部７は、スライダ７１、昇降モータＭ４、ボールネジ７３を含む。スライダ７１は、フレーム１によって回転を拘束された状態で、メインロール２の軸方向に沿って移動自在に保持されている。昇降モータＭ４は、一例としてパルスモータであり、回転軸の回転をボールネジ７３に供給する。ボールネジ７３は、スライダ７１の雌ねじ部に一方の側面から螺合している。

昇降モータＭ４を正転又は逆転させると、ボールネジ７３が回転しつつ雌ねじ部との螺合位置を変える。ボールネジ７３と雌ねじ部との螺合位置の変化により、スライダ７１がメインロール２の軸方向に沿って往復移動する。スライダ７１の上面には、傾斜面７４が形成されている。傾斜面７４には、保持台３１の下面から突出した突起３２が当接している。メインロール２の軸方向に沿ってスライダ７１が往復移動すると、保持台３１が２本のサブロール３及び５本のサポートロール４とともに一体的に上下移動する。

図２に示すように、支持体８は、メインロール２の周面の上側に当接する２列の押圧ロール９を軸支している。押圧ロール９は、各列において、メインロール２の軸方向の全長にわたって複数個ずつ配置されている。各押圧ロール９は、それぞれの間で個別に支持体８に軸支されている。メインロール２には、周面の２方向から支持体８に支持された押圧ロール９が当接している。

支持体８は、ワークＷを成形すべき非円筒形状の最小の内径よりも小さい外径にされている。メインロール２の外径は、ワークＷを形成すべき非円筒形状の最小の内径よりも十分に小さくされている。

支持体８の上部には、メインロール２の軸方向に沿って２条の凹部８１が形成されている。２条の凹部８１のそれぞれには、メインロール２の軸方向の全長に匹敵する長さの当接部材６が配置されている。当接部材６は、一例として円形断面の棒状を呈し、メインロール２の一方の端部２１側で支持体８に片持ち支持されており、後述するモータＭ３の回転により、凹部８１内に収納される退避位置（図３に実線で示す位置。）と凹部８１から支持体８の上方に突出する露出位置（図３に二点鎖線で示す位置。）との間に移動する。

２本のサブロール３及び５本のサポートロール４は、保持台３１に軸支されている。５本のサポートロール４は、２本のサブロール３の軸方向の全長にわたって複数の位置で２本のサブロール３の周面に間欠的に当接しており、サブロール３の周面に当接しない各位置で保持台３１に軸支されている。２本のサブロール３には、それぞれ周面の３箇所でサポートロール４が当接している。

上述のように、昇降モータ７２の回転によってスライダ７１がメインロール２の軸方向に沿って移動すると、保持台３１が２本のサブロール３の中心軸を結ぶ線Ｌ１に直交するメインロール２の直径Ｌ２に平行な移動方向Ｘに沿って上下に移動する。移動駆動部７は、メインロール２及び２本のサブロール３とワークＷとの接触点の位置によって定まるワークＷの成形半径の増加又は減少に応じて、２本のサブロール３をメインロール２から離間又は近接する方向に移動させる。

図３（Ａ）に示すように、ワークＷの表面にメインロール２の周面が接触するとともにワークＷの裏面に２本のサブロール３の周面が接触した状態で、移動方向Ｘにおけるメインロール２の下端と２本のサブロール３の上端との間隔がワークＷの厚さに等しくなる位置に保持台３１が位置するとワークＷの成形半径が無限大になる。図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、保持台３１の上昇によって２本のサブロール３がメインロール２に近接するに従ってワークＷの成形半径が小さくなる。

ワークＷの成形には、特に、２本のサブロール３をメインロール２に近接させる際に、２本のサブロール３からメインロール２に大きな押圧力が軸方向の全長にわたって作用し、押圧力の反力が２本のサブロール３に作用する。しかし、図２に示すように、メインロール２の周面には、２方向から支持体８に支持された押圧ロール９が当接している。また、２本のサブロール３の周面には、それぞれ３方向から保持台３１に支持されたサポートロール４が当接している。このため、メインロール２及び２本のサブロール３は、軸方向の一部においても軸方向に直交する平面内で移動及び撓みを生じることがない。

図４に示すように、制御部５は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、インタフェース５４、ドライバ５６〜５９を備えている。ＣＰＵ５１は、インタフェース５４を介して操作パネル５５を接続されているとともに、ドライバ５６〜５９を介してモータＭ１〜Ｍ４に接続されている。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に予め書き込まれたプログラムに従ってインタフェース５４を介して操作パネル５５を制御するとともに、ドライバ５６〜５９を介してモータＭ１〜Ｍ４を制御する。ＣＰＵ５１は、操作パネル５５における入力操作を受け付け、非円形断面の管状体の成形用データをＲＡＭ５３のメモリエリアＭＡ１に格納する。ＣＰＵ５１は、メモリエリアＭＡ１に格納されている成形用データを参照してドライバ５６〜５９にモータＭ１〜Ｍ４の駆動データを出力する。成形用データは、成形すべき非円形断面の管状体の成形半径と周長との関係を示すデータである。

ドライバ５６〜５９は、ＣＰＵ５１から入力された駆動データに基づいて第１モータＭ１、第２モータＭ２、昇降モータＭ４及びモータＭ３を駆動する。ＣＰＵ５１は、２本のサブロール３が互いに同方向で且つメインロール２と反対方向にメインロール２と同一の周速で回転するように、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の駆動データをドライバ５６及び５７に出力する。

ドライバ５８によって駆動されるモータＭ３の回転は、ボールネジ９１に伝達され、回転を拘束されたホルダ９２とともに当接部材６を昇降させる。ドライバ５９によって駆動されるモータＭ４の回転は、ボールネジ７３に伝達され、回転を拘束されたスライダ７１の移動により、傾斜面７４と突起３２との当接位置の変化によって保持台３１が昇降する。

一例として、図５（Ａ）に示すように、ワークＷを第１端Ｐ１及び第２端Ｐ６を中間位置とする位置Ｐ５と位置Ｐ２との間の成形半径Ｒ１、位置Ｐ２と位置Ｐ３との間の成形半径Ｒ２、位置Ｐ３と位置Ｐ４との間の成形半径Ｒ１、位置Ｐ４と位置Ｐ５との間の成形半径Ｒ３である非円形断面の管状に成形する場合の管体成形装置１０による成形方法について、以下に説明する。なお、上述の成形データは、図５（Ａ）に示す形状を示すデータである。

ＣＰＵ５１は、昇降モータＭ４の駆動によってメインロール２の下端と２本のサブロール３の上端との間隔をワークＷの厚さに一致させた状態で、第１モータＭ１及び第２モータＭ２を駆動してメインロール２及び２本のサブロール３を搬送速度となる周速Ｖ２で回転させ、ワークＷを第１端Ｐ１側からメインロール２と２本のサブロール３との間に搬送する（図６（Ａ）参照。）。

ワークＷの第１端Ｐ１が搬送方向における奥側のサブロール３の上端に達し、ワークＷの表面にメインロール２の周面が接触するとともにワークＷの裏面に２本のサブロール３の周面が接触した状態になると、ＣＰＵ５１は、昇降モータＭ４を駆動して成形半径Ｒ１に対応する位置まで２本のサブロール３をメインロール２に近接させる。このとき、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の駆動を停止することもできる。メインロール２の下端は、ワークＷの位置Ｐ１１に当接する（図６（Ｂ）参照。）。

２本のサブロール３が成形半径Ｒ１に対応する位置まで移動した後に、ＣＰＵ５１は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２を駆動してメインロール２及び２本のサブロール３を周速Ｖ２よりも高速の周速Ｖ1で回転させる（図６（Ｃ）参照。）。周速Ｖ1は、ワークＷの硬度、厚さ及び長さ等に応じて決定される最適な成形速度である。ＣＰＵ５１は、ワークＷの位置Ｐ２がメインロール２の下端に当接するタイミングで、昇降モータＭ４を駆動して成形半径Ｒ２に対応する位置まで２本のサブロール３をメインロール２に近接させる（図６（Ｄ）参照。）。

このとき、ＣＰＵ５１は、昇降モータＭ４の回転速度、ボールネジ７３のピッチ及び２本のサブロール３の移動量から必要に応じて、位置Ｐ２の前後に位置する位置Ｐ２１と位置Ｐ２２との間でメインロール２及び２本のサブロール３を周速Ｖ２に減速する。ワークＷにおいて成形半径Ｒ１と成形半径Ｒ２との間で両者の中間の半径となる範囲を小さくすることができる。但し、成形半径の変化が小さい場合には、メインロール２及び２本のサブロール３の減速を省略することもできる。

ＣＰＵ５１は、ワークＷの位置Ｐ３がメインロール２の下端に当接するタイミングで、昇降モータＭ４を駆動して成形半径Ｒ１に対応する位置まで２本のサブロール３をメインロール２から離間させる（図６（Ｅ）参照。）。このとき、ＣＰＵ５１は、必要に応じて、位置Ｐ３の前後に位置する位置Ｐ３１と位置Ｐ３２との間でメインロール２及び２本のサブロール３を周速Ｖ２に減速する。

ＣＰＵ５１は、ワークＷの位置Ｐ４がメインロール２の下端に当接するタイミングで、昇降モータＭ４を駆動して成形半径Ｒ３に対応する位置まで２本のサブロール３をメインロール２に近接させる（図６（Ｆ）参照。）。このとき、ＣＰＵ５１は、必要に応じて、位置Ｐ４の前後に位置する位置Ｐ４１と位置Ｐ４２との間でメインロール２及び２本のサブロール３を周速Ｖ２に減速する。

同様に、ＣＰＵ５１は、ワークＷの位置Ｐ５がメインロール２の下端に当接するタイミングで、昇降モータＭ４を駆動して成形半径Ｒ１に対応する位置まで２本のサブロール３をメインロール２から離間させ、必要に応じて、位置Ｐ５の前後に位置する位置Ｐ５１と位置Ｐ５２との間でメインロール２及び２本のサブロール３を周速Ｖ２に減速する。ＣＰＵ５１は、ワークＷの第２端Ｐ６が搬送方向の前側のサブロール３との当接位置に達する前のタイミングで、モータＭ３を駆動して当接部材６を露出位置に移動させてワークＷの内周面に当接させる（図６（Ｇ）参照。）。これによって、ワークＷの第２端Ｐ６が搬送方向の前側のサブロール３の周面に衝突することを防止できる。

ＣＰＵ５１は、ワークＷの第１端Ｐ１がメインロール２の下端に当接する位置を通過したタイミングで、メインロール２及び２本のサブロール３の回転を停止するとともに、２本のサブロール３をメインロール２から十分に離間させ、ワークＷの内周面が支持体８及びメインロール２に当接しないように当接部材６を下降させる（図６（Ｈ）参照。）。

以上のように、管体成形装置１０によってワークＷを図５（Ａ）に示す非円形断面の管状に成形する際に、ＣＰＵ５１は、第１モータＭ１、第２モータＭ２及び昇降モータＭ４の駆動を制御して、サブロール３の位置及び搬送速度（周速）を図５（Ｂ）に示すように変化させる。

図６（Ｈ）に示す状態で非円形断面の管状に成形されたワークＷを管体成形装置１０から軸方向に沿って取り出した後、図７に示すように、例えば溶接装置１００を用いてワークＷの互いに平行な第１端Ｐ１と第２端Ｐ６との間を接合する。一例として、溶接装置１００は、溶接トーチ１０１、予備加熱器１０２、ガイド１０３を備えている。

ガイド１０３は、ワークＷの第１端Ｐ１と第２端Ｐ６との間に外側から半径方向に嵌入し、ワークＷの軸方向である搬送方向Ｙに沿って、ワークＷを直進させる。予備加熱器１０２は、溶接トーチ１０１による溶接前に、ワークＷの第１端Ｐ１と第２端Ｐ６との近傍を予備加熱する。溶接トーチ１０１は、予備加熱されたワークＷの第１端Ｐ１と第２端Ｐ６との間である互いに平行な２端部を溶接によって接合する。

ワークＷは、ガイド１０３によって軸廻りの移動を拘束された状態で、第１端Ｐ１と第２端Ｐ６との間を溶接トーチ１０１によって溶接され、所望の非円形管体にされる。なお、ワークＷの第１端Ｐ１と第２端Ｐ６との接合は、溶接に限るものではない。

以上のように、管体成形装置１０を用いた非円形管体の製造方法では、可塑性板状体のワークＷの搬送中に成形半径を変更することができ、ワークＷを一旦円形断面の管状に成形することなく、直接に所望の非円形断面の管状に成形できるため、非円形管体を簡易かつ低コストで製造することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、半径の異なる複数の円弧からなる非円形管体だけでなく、周面の一部に平面を含む非円形管体の製造にも、この発明の非円形管体の製造方法及び管体成形装置を用いることができる。

２メインロール
３サブロール
４サポートロール
５制御部
６当接部材
７移動駆動部
１０円筒成形装置
１００溶接装置
Ｍ１第１モータ（回転駆動部）
Ｍ２第２モータ（回転駆動部）
Ｍ４昇降モータ
Ｗワーク

Claims

1本のメインロールに対して２本のサブロールを互いの中心軸を平行に配置するとともに、前記２本のサブロールをそれぞれの中心軸を結ぶ直線に直交する前記メインロールの中心線に平行な移動方向に沿って一体的に移動自在に支持し、
可塑性板状体のワークの表裏面にそれぞれ前記メインロールの周面及び前記２本のサブロールの周面を接触させた状態で、前記２本のサブロールを互いに同方向で且つ前記メインロールと反対方向に前記メインロールと同一の周速で回転させつつ、前記ワークの成形半径の増加又は減少に応じて前記２本のサブロールを前記移動方向に沿って前記メインロールに対して離間又は近接する方向に移動させて前記ワークを非円形断面の管状に成形した後、
前記ワークの互いに平行な２端部を接合する非円形管体の製造方法。

回転自在に支持された1本のメインロールと、
それぞれの中心軸を前記メインロールの中心軸に平行に配置して回転自在、且つそれぞれの中心軸を結ぶ直線に直交する前記メインロールの中心線に平行な移動方向に沿って一体的に移動自在に支持された２本のサブロールと、
前記２本のサブロールが互いに同方向で且つ前記メインロールと反対方向に前記メインロールと同一の周速で回転するように、前記メインロール及び前記２本のサブロールに回転を供給する回転駆動部と、
前記２本のサブロールを前記移動方向に沿って一体的に移動させる移動駆動部と、
可塑性板状体のワークの表裏面にそれぞれ前記メインロールの周面及び前記２本のサブロールの周面を接触させた状態で、前記メインロール及び前記２本のサブロールが回転する間に、前記ワークの成形半径の増加又は減少に応じて前記２本のサブロールが前記メインロールに対して離間又は近接するように、前記回転駆動部及び前記移動駆動部の動作を制御する制御部と、
を備えた管体成形装置。

前記メインロールを挟んで前記２本のサブロールの反対側で前記ワークの内周面に選択的に当接する当接部材を備えた請求項２に記載の管体成形装置。

前記メインロールを挟んで前記２本のサブロールの反対側で前記メインロールを全長にわたって保持するサポート部材を備えた請求項２又は３に記載の管体成形装置。

前記２本のサブロールを挟んで前記メインロールの反対側の位置、及び前記２本のサブロールで前記２本のサブロールの中心軸を結ぶ直線上の外側の位置で、前記２本のサブロールのそれぞれの周面に全長にわたって当接する複数本のサポートロールを備えた請求項２乃至４の何れかに記載の管体成形装置。