JP4822928B2 - 成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属管の端部を縮径する方法と装置とに関し、特に、金属管の端部に形成される縮径部の軸芯を金属管の軸芯に対して傾斜させて先細テーパー状に縮径する成形方法と、前記成形方法を実現することができる成形装置に関するものである。

回転成形法を採用して円筒状の金属管の端部を縮径して先細テーパー状に成形することが行われている。回転成形法としては、非特許文献１に記載されるように、スピニング成形法、偏芯回転成形法等がある。

スピニング成形法は、縮径すべき金属管の外周面と接触して回転するローラを用い、このローラを金属管の外周面に圧接させて、金属管を回転させ或いはローラを金属管の軸芯を回転中心として回転させつつ、金属管の軸芯に沿って該金属管とローラを相対的に移動させると共にローラを金属管の軸芯に接近させることで、金属管の端部を縮径するものである。

このスピニング成形法では、金属管の座屈を生じさせることがないように、軸方向の成形荷重を小さくすることが必要となる。このため、薄肉金属管を縮径する際に採用すると好ましいが、一度の加工率が小さいため、ローラを縮径の始点から終点まで移動させる加工工程を数回繰り返すことが必要となり、加工時間の短縮化に限界が生じるという問題がある。

偏芯回転成形法は、回転可能な円錐工具を用い、この円錐工具の軸芯と金属管の軸芯を平行に配置して円錐工具の円錐面を金属管の端部に圧接させて、金属管を回転させつつ、円錐工具を該円錐工具の軸芯が金属管の軸芯に対し、軸芯に沿って接近する方向に或いは軸芯から平行に離隔する方向に移動させることで、金属管の端部を縮径するものである。

この偏芯回転成形法では、軸方向に対する成形荷重を大きくすることが可能であり、基本的に一度の加工で成形することが可能となり、成形速度が速くなるという利点を有する。

上記利点を発揮させて管を縮径成形するための装置として特許文献１に記載された技術が提案されている。この技術では、円錐穴を有し回転可能な金型の回転中心と管の中心軸とを偏芯させておき、管の端部を円錐穴に圧接させて該管を回転させつつ中心軸に沿って金型方向に移動させることで、管を端部から縮径成形するものである。特許文献１の技術では、管の端部だけでなく任意の長さにわたって縮径成形を行うことができる。

パイプ加工法 第２版（発行所：日刊工業新聞社、発行日：１９９８年９月３０日） 特許第２５４８７９９号公報

上記の如く、金属管の端部を縮径するに際し、スピニング成形法を採用した場合には成形速度が遅くなり、加工時間の短縮化に限界が生じるという問題がある。

また特許文献１に記載された技術では、管の端部を縮径成形する際に採用して有利であるが、常により合理的な成形法の開発が要求されている。特に、特許文献１の技術では、金型の回転中心と管の中心軸とのオフセット量を大きくすると管に対する成形荷重が大きくなり、座屈が生じるという問題が発生する虞がある。このため、座屈を生じることなく、且つ成形速度が速く加工時間の短縮化をはかることができる技術の開発が要求されている。

上記課題を解決するために本発明に係る成形方法は、金属管の端部を縮径する際に縮径すべき端部の少なくとも一部の軸芯を金属管の軸芯に対して傾斜させて縮径する成形方法であって、内周が金属管の外周と接触して回転する複数のリング状工具をフレームの半径方向に配置すると共に該フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に変化し得るように構成し、前記フレームの軸芯を金属管の軸芯に対して予め設定された角度に設定すると共に前記複数のリング状工具を夫々のリング状工具の内周が金属管の外周と接触するか或いは接触することのないように配置し、前記複数のリング状工具に金属管を挟み込むように配置した後、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させ、前記金属管又はフレームを移動させる過程で、フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に変化させつつ又は変化させることなく、リング状工具の軸芯を金属管の軸芯から離隔させることで金属管の端部を縮径することを特徴とするものである。

上記成形方法に於いて、予め前記金属管の軸芯とフレームの軸芯を一致させておき、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させる過程で、フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に平行移動させることで、前記金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることが好ましい。

また上記成形方法に於いて、予め金属管の軸芯とフレームの軸芯を相対的に傾斜させておき、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させる過程で、金属管の軸芯とフレームの軸芯との傾斜を維持することで、前記金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることが好ましい。

更に、上記成形方法に於いて、金属管の軸芯とフレームの軸芯を予め設定された角度に設定しておき、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させる過程で、前記金属管又はフレームの移動にともなって金属管の軸芯とフレームの軸芯との角度を相対的に変化させることで、前記金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることが好ましい。

また本発明に係る成形装置は、金属管の端部を縮径する成形装置であって、内周が金属管の外周と接触して回転する複数のリング状工具と、前記複数のリング状工具を半径方向に配置して保持するフレームと、前記フレームに設けられ個々のリング状工具を夫々のリング状工具の軸芯に対し直交する面内に移動させる工具移動部材と、前記フレームを回転させる駆動部材と、前記フレームと対向して配置され端部を縮径すべき金属管を把持する把持部材と、前記把持部材を搭載し該把持部材を前記フレームに対して接近又は離隔させる方向及び該方向に対し直交方向に移動可能に構成された台車と、前記フレーム又は該フレームに対向して配置された把持部材に設けられ互いの軸芯のなす角度を相対的に変化させる旋回部材と、を有して構成されるものである。

上記成形装置に於いて、フレームに保持された複数のリング状工具が、該フレームの軸芯を中心として等角度で配置されていることが好ましく、１８０度対向する位置に配置されていることが更に好ましい。

本発明に係る成形方法では、縮径すべき金属管の外周に複数のリング状工具を配置して該リング状工具の軸芯を金属管の軸芯に対し偏芯させるようにしたので、個々のリング状工具によって金属管に対し合理的な偏芯回転成形を行うことができる。即ち、偏芯回転成形法はスピニング成形法と比較して成形荷重を大きくできるため、成形速度を速くすることができるという特徴を有する。特に、金属管に対し複数のリング状工具を接触させて同時に成形することで、金属管に付与される成形荷重の総和を大きくすることができ、これにより、縮径率を向上させることができる。従って、加工時間の短縮化をはかることができる。また個々のリング状工具に対する負担を軽減することも可能となり、高い成形精度を保証することができる。

また、複数のリング状工具をフレームに取り付けると共に、該フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に変化し得るように構成したので、フレームの軸芯を金属管の軸芯に対し所望の角度に設定することができる。従って、フレームの軸芯を金属管の軸芯に対し予め設定された角度に設定しておき、この状態で成形することで、金属管の端部を金属管の軸芯に対し所望の角度で傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることができる。

また予め金属管の軸芯とフレームの軸芯を一致させておき、金属管又はフレームを回転させつつ該金属管又はフレームを移動させる過程で、フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に平行移動させて成形することで、金属管の端部を金属管の軸芯に対し前記平行移動量に対応させて傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることができる。

更に、金属管の軸芯とフレームの軸芯を相対的に傾斜させておき、金属管又はフレームを回転させつつ該金属管又はフレームを移動させる過程で、金属管の軸芯とフレームの軸芯との傾斜を維持することで、金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜した軸芯を持った先細のテーパー状に縮径することができる。

即ち、金属管の軸芯と複数のリング状工具を取り付けたフレームの軸芯との関係を変化させることで、金属管の端部に該金属管の軸芯に対して傾斜させた縮径部を形成することができる。

本発明に係る成形方法では、金属管の端部を縮径した縮径部の軸芯は少なくとも一部が金属管の軸芯に対して傾斜していれば良い。例えば縮径部に於ける金属管側の所定長さ部分の軸芯を金属管の軸芯と一致させて縮径し、この所定長さ部分に連続した部位の軸芯を金属管の軸芯に対して傾斜させて縮径することができ、また縮径部に於ける開口側の端部の所定長さ部分の軸芯を金属管の軸芯と平行にすることもできる。

また本発明に係る成形装置では、上記成形方法を好ましく実施することができ、金属管の端部を該金属管の軸芯に対し所望の角度で傾斜させた軸芯を持って縮径することができる。

また上記成形装置に於いて、フレームに保持された複数のリング状工具を、該フレームの軸芯を中心として等角度で、特に１８０度対向する位置に配置した場合には、成形に伴う金属管の座屈を防止することが可能となり、成形精度の高い縮径加工を実現することができる。

更に、本発明に係る成形法又は成形装置は、自動車の排気コンバーターを加工する際に実施して有利であり、特に、排気コンバーターを加工する際に、該排気コンバーターと排気サイレンサーを接続するためのフランジを取り付ける部位の端末縮径加工も含まれる。このような加工に於ける径の寸法精度は、溶接接合されるフランジの溶接品質を大きく左右することが知られているが、本発明は前記の如き溶接部を早く、且つ精度良く加工できるため、縮径加工に要する時間を延長することなく、溶接接合部に於ける溶接不良の発生を低減できるという効果をも発揮することができる。

更に、本発明に係る成形法又は成形装置は、自動車の排気コンバーターを加工する際に有利である。即ち、金属管の端部を縮径加工するのに先立って、該金属管の内部にセラミックス製の触媒担体にマットを巻き付けた組立体を内部に配置しておき、この金属管の端部を縮径する加工を円滑に且つ精度良く行うことができる。

以下本発明に係る成形装置の好ましい実施形態について図を用いて説明し、合わせて成形方法について説明する。図１は成形装置の構成を模式的に説明する側面図である。図２は成形装置の構成を模式的に説明する平面図である。図３はリング状工具の構成を説明する図である。図４は本発明に係る成形方法の原理を説明する図である。図５は金属管の軸芯と縮径部の軸芯を傾斜させた場合の縮径部の形状を説明する図である。図６は金属管の端部を縮径する手順を説明する参考図である。

先ず、図４により本発明の成形方法の原理について説明する。本発明に係る成形方法は、縮径すべき金属管の外周を挟んで該金属管と接触して回転可能に構成された複数のリング状工具を配置しておき、金属管とリング状工具を相対的に回転させながら、リング状工具の軸芯を金属管の軸芯から離隔させると共に金属管とリング状工具を縮径部の軸芯（金属管の軸芯に対し予め設定された角度を持って傾斜している）に沿って移動させることで、個々のリング状工具の内周によって金属管の外周を押圧し、これにより、金属管を縮径するものである。

例えば、軸芯２ａを中心として回転可能（自転可能）に構成されたリング状工具２の内周を縮径すべき金属管の外周に接触させる。このとき、リング状工具２の軸芯２ａと金属管の軸芯１ａとの距離が、図４（ａ）に示すＯＦ−Ａであったとする。この状態でリング状工具２を金属管の軸芯１ａを中心として公転させると、同図（ｂ）に示すように、リング状工具２の円弧により、直径がΦＤの円３が形成されるが、この円３は金属管１の外径と同じであり、この状態では、金属管に対する縮径は行われていないことになる。

次いで、同図（ｃ）に示すように、リング状工具２の軸芯２ａの金属管の軸芯１ａからの距離をＯＦ−Ａよりも大きいＯＦ−Ｂに変化させ、この状態でリング状工具２を軸芯１ａを中心として公転させると、同図（ｄ）に示すように、リング状工具２の円弧により、直径がΦＤよりも小さいΦｄの円４が形成される。このときのリング状工具２の変化量が金属管に対する成形荷重となり、金属管の外径がΦＤからΦｄに縮径されることになる。

上記の如くリング状工具２の軸芯２ａの金属管の軸芯１ａからの変位量を連続的に変化させると共に、金属管又はリング状工具２を軸芯１ａに沿って連続的に変化させることで、金属管の端部を縮径することが可能である。

このため、例えば金属管の軸芯１ａに沿って複数（例えば２つ）のリング状工具２を互いに接近させて並べておき、夫々のリング状工具２の軸芯２ａの軸芯１ａからの距離が異なるようにした状態で、金属管の軸芯１ａを中心として公転させることによって、軸芯１ａを中心として２つの円を形成することが可能である。この場合、金属管を自転させ、或いは２つのリング状工具２を軸芯１ａを中心として公転させながら、リング状工具２を軸芯２ａが金属管の軸芯１ａから離隔する方向に移動させることで、２つのリング状工具２の内周を独立した状態で金属管の外周に押圧して、金属管に対する縮径を行うことが可能である。

また、２つのリング状工具２の金属管に対する接触部位を突起状に形成しておくと共に、該突起部を互いに接近させるように配置しておき、夫々のリング状工具２の軸芯２ａの軸芯１ａからの距離が等しくなるようにした状態で、金属管の軸芯１ａを中心として公転させることによって、軸芯１ａを中心として略１つの円を形成することが可能である。この場合、２つのリング状工具２を軸芯２ａが金属管の軸芯１ａから同時に離隔する方向に移動させることで、金属管の外周に於ける軸芯１ａ方向に極めて接近した位置を２つのリング状工具２によって挟み込むように押圧して、金属管に対する縮径を行うことが可能である。従って、金属管に生じる虞のある座屈を防止しながら、個々のリング状工具２により大きな成形荷重を作用させることが可能となり、成形効率の向上をはかることが可能となる。

上記の如く、本発明では金属管に対する縮径成形が２つのリング状工具２によって同時に行われることとなる。このため、個々のリング状工具２に対する成形荷重の大きさを適切な値に設定することが可能となり、１工程で確実な成形を実現することが可能となる。即ち、夫々のリング状工具２に同じ成形荷重を付与することで、加工率を向上させることが可能であり、また先行するリング状工具２によって粗成形を行い、後行するリング状工具２によって仕上成形を行えるように成形荷重を設定することも可能である。

尚、同図に於いて、円３の直径ΦＤは、リング状工具２の半径から軸芯１ａと軸芯２ａとの距離ＯＦ−Ａを引いた値の２倍の寸法となる。同様に円４の直径Φｄは、リング状工具２の半径から軸芯１ａと軸芯２ａとの距離ＯＦ−Ｂを引いた値の２倍の数値となる。従って、リング状工具２の軸芯２ａと金属管の軸芯１ａとの間隔を変化（間隔を大きくさせる）させることで、これらのリング状工具２の円弧によって構成される円の直径を小さくする（金属管の端部を縮径する）ことが可能となる。

リング状工具２の軸芯２ａを金属管の軸芯１ａから離隔させる速度は、金属管の材質や厚さ等の条件に応じて適宜設定されるものであり、一義的に設定し得るものではない。

リング状工具の数は特に限定するものではなく、少なくとも２個であれば良い。特に、２つのリング状工具２を、金属管の軸芯１ａを中心とする直径上に配置（１８０度対向する位置）ことによって、夫々のリング状工具２が金属管に対する押圧位置が対向することとなり、金属管に生じる虞のある座屈を防止してより大きい成形荷重を付与することが可能となる。この場合、肉厚が薄く、座屈が生じる虞が高いような金属管に対する成形時に有利である。

特に、リング状工具を３個或いはそれ以上配置する場合には、各リング状工具の金属管の軸芯１ａに対し直交する面内での移動方向を夫々等角度に設定し、金属管に対する成形加工を行う際に、成形荷重の作用方法が平衡するようにしておくことが好ましい。この場合、リング状工具の数が増加する分、金属管に対する成形荷重の総和が大きくなる。このため、肉厚の厚い金属管を成形するような場合に有利である。

本発明に於いて、リング状工具は内周が縮径すべき金属管の外周に接触するため、内径は金属管の外径よりも大きいことが必要である。そしてリング状工具が金属管の外周と接触して自転することが必要なため、該リング状工具全体を転がり軸受構造とすることが好ましい。

金属管を成形するに際し、金属管を回転させるか、複数のリング状工具２を公転させるかは限定するものではなく、何れを回転させても特別な問題が生じることはない。特に、複数のリング状工具を公転させる場合、動バランスがとれなくなる虞が生じるが、この場合でも、公転時の回転数が大きなものではないため問題が生じることはない。

次に本実施例に係る成形装置Ａの構成について図を用いて説明する。図に示す成形装置Ａは、端部を縮径すべき金属管１を把持しておき、該金属管１の端部の外周に２つのリング状工具１１、１２を配置して、これらのリング状工具１１、１２を回転させながら、金属管１をリング状工具１１、１２に離隔又は接近させる方向に移動させると共にリング状工具１１、１２を軸芯１ａに対して交叉する方向に移動させることで、金属管１の端部に該金属管１の軸芯１ａに対して傾斜させた軸芯を持って縮径を行えるように構成したものである。

成形装置Ａは、一対のレール２１に載置された台車２２を有しており、該台車２２はサーボモーター２３ａとボールスプライン２３ｂとからなる台車駆動装置２３に駆動されてレール２１の敷設方向に沿って矢印ａ、ｂ方向に移動可能なように構成されている。従って、サーボモーター２３ａを駆動することで、台車２２をレール２１に沿って矢印ａ方向或いは矢印ｂ方向に所望の速度で移動させることが可能である。

台車２２には金属管１を着脱可能に把持する把持部材となるチャック２５を搭載したキャリッジ２６が配置されており、該キャリッジ２６はサーボモーター２７ａとボールスプライン２７ｂとからなるキャリッジ駆動装置２７に駆動されてレール２１の敷設方向に対し直交する方向であってリング状工具１１、１２（後述するフレーム３１）に対して接近又は離隔する方向である矢印ｃ、ｄ方向に移動可能なように構成されている。従って、サーボモーター２７ａを駆動することで、キャリッジ２６をレール２１と直交方向である矢印ｃ方向或いは矢印ｄ方向に所望の速度で移動させることが可能である。

金属管１を着脱可能に把持するチャック２５は、台車２２を構成するキャリッジ２６に設けた旋回部材となる回転テーブル２８を介して搭載されている。この回転テーブル２８の構成は特に限定するものではなく、図示しない駆動手段を有し回転工具として用いられる一般的な構造のものであって良い。チャック２５は回転テーブル２８の回転中心に固定されており、該回転テーブル２８の回転に伴って矢印ｅ、ｆ方向に旋回し得るように構成されている。従って、図示しない駆動手段を駆動することで、チャック２５を回転中心を中心として矢印ｅ方向或いは矢印ｆ方向に所望の速度で旋回させることが可能である。

上記の如く構成された台車２２では、台車駆動装置２３、キャリッジ駆動装置２７、回転テーブル２８の作動を同期させることで、図２に示すように、チャック２５の旋回角度を所望の角度に設定すると共に該チャック２５の平面内に於ける位置を所望の位置に設定することが可能である。

２つのリング状工具１１、１２は、図３に示すように、リング状のフレーム３１の中心３１ａを通る直線３１ｂ上に１８０度対向させて配置されており、該フレーム３１に取り付けた工具移動部材となる油圧シリンダー３２のロッド３２ａに取り付けられている。フレーム３１の内周面には夫々のリング状工具１１、１２に対応させて該フレーム３１の直線３１ｂに平行に一対のガイドバー３３が設けられている。そして各リング状工具１１、１２が夫々対応するガイドバー３３よって案内されることで、夫々の軸芯１１ａ、１２ａがフレーム３１の中心３１ａ（フレーム３１の軸芯）に対し正確に直線３１ｂ上を移動し得るように構成されている。またガイドバー３３は各リング状工具１１、１２の移動方向を案内する機能に加えて、金属管１に対する成形時に各リング状工具１１、１２に作用するスラスト荷重に対抗する機能をも有している。

リング状工具１１、１２は、金属管１の外周に接触すると共に油圧シリンダー３２から付与される成形荷重を伝える機能を有し、且つ金属管１との接触摩擦によって自転し得るように構成された成形リング１１ｂ、１２ｂを有している。この成形リング１１ｂ、１２ｂは内周面がテーパー状に形成されていても良いが、この場合、金属管１に形成するテーパー角度を含む加工条件の汎用性が損なわれる虞がある。

このため、本実施例では一方側の端部を突起させたリム１１ｃ、１２ｃを形成し、このリム１１ｃ、１２ｃを金属管１の外周に圧接させることで、成形し得るように構成している。特に、本実施例では、リング状工具１１、１２の成形リング１１ｂ、１２ｂに構成したリム１１ｃ、１２ｃが互いに隣接し得るように配置されており、各リム１１ｃ、１２ｃによって金属管１の極めて接近した部位を同時に成形し得るように構成している。リング状工具１１、１２をこのように構成することで、金属管１に対し、略直線３１ｂ上で成形荷重を作用させることが可能となり、座屈の発生を防止することが可能となる。

各成形リング１１ｂ、１２ｂは、油圧シリンダー３２のロッド３２ａに取り付けられた軸受部材１３に回転可能に支持されることで、自転可能に構成されている。即ち、油圧シリンダー３２のロッド３２ａにはリング状のケース１３ａが取り付けられており、該ケース１３ａにベアリング１３ｂが配置され、更にベアリング１３ｂの内輪に成形リング１１ｂ、１２ｂが圧入されている。ケース１３の外周所定位置にはガイドバー３３に嵌合する嵌合部１３ｃが構成されており、該嵌合部１３ｃがガイドバー３３に嵌合されることで、油圧シリンダー３２の駆動に伴って、各リング状工具１１、１２を直線３１ｂに沿って移動させることが可能である。

また成形リング１１ｂ、１２ｂにはフランジ１１ｄ、１２ｄが夫々設けられ、該フランジ１１ｄ、１２ｄを介して金属管１に対する成形時に成形リング１１ｂ、１２ｂに作用するスラスト荷重を軸受部材１３に伝えるように構成されている。従って、各リング状工具１１、１２によって金属管１を縮径する際に生じるスラスト荷重は、成形リング１１ｂ、１２ｂから軸受部材１３の嵌合部１３ｃ、ガイド部材３３を介してフレーム３１に伝達されて支持される。

リング状工具１１、１２を取り付けたフレーム３１は、架構３５に対し回転可能に支持されたスピンドル３６の一方の端部に固定されている。このスピンドル３６の他方の端部側にはプーリ３７ａが固定されており、該プーリ３７ａとモーター、変速装置、減速装置を含む駆動機構３７ｂに固定されたプーリ３７ｃとの間にベルト３７ｄが巻き架けられている。従って、駆動機構３７ｂを駆動することで、フレーム３１を所望の回転数で回転させることが可能である。

尚、リング状工具１１、１２をフレーム３１の直線３１ｂに沿って移動させる際に、本実施例では油圧シリンダー３２を利用したが、必ずしも油圧シリンダーである必要はなく、各リング状工具１１、１２に対し金属管１を縮径するのに必要な成形荷重を伝えると共に往復直線運動を実現し得るものであれば良い。

上記の如く構成された成形装置Ａでは、台車駆動装置２３、キャリッジ駆動装置２７、回転テーブル２８を同期させて作動させることで、チャック２５を旋回させて該チャック２５に把持した金属管１の軸芯１ａをフレーム３１の軸芯３１ａに対して傾斜させることが可能であり、且つ軸芯１ａと３１ａとの交点をフレーム３１に形成した直線３１ｂと一致させることが可能である。更に、金属管１に対する縮径作業を行いつつ、フレーム３１の軸芯３１ａに対して傾斜させた金属管１を軸芯１ａに沿って移動させることが可能である。

また、台車駆動装置２３、キャリッジ駆動装置２７、回転テーブル２８を連続的に作動させることで、フレーム３１の軸芯３１ａに対して金属管１の軸芯１ａの傾斜角度を連続的に変化させつつ縮径することも可能である。

また上記成形装置Ａでは、チャック２５に回転テーブル２８が設けられており、該回転テーブル２８によってチャック２５の角度を変化させるように構成したが、この構成にのみ限定するものではなく、フレーム３１に回転テーブルを設けて該フレーム３１の軸芯３１ａを金属管１の軸芯１ａに対して傾斜させるように構成しても良い。この場合、架構３５の起立部分に回転テーブルを設けることで、フレーム３１及びスピンドル３６を含むフレーム３１の駆動系３７ａ〜３７ｄを一体的に旋回し得るように構成することが好ましい。

上記の如く構成された成形装置Ａによって金属管１の端部を縮径（成形）する際の手順について、金属管１の本管と縮径部の軸芯が一致している場合（図６参照）の成形手順について説明する。この成形方法は、本願発明を構成するものではないが、金属管１の端部を縮径する際の基本的な手順であり、後述する実施例の理解を容易にするための参考として説明する。

台車駆動装置２３を駆動して台車２２を矢印ａ方向、或いは矢印ｂ方向に移動させ、チャック２５の軸芯（金属管１の軸芯１ａ）とフレーム３１の軸芯３１ａを一致させる。同時に回転テーブル２８を駆動してチャック２５の軸芯とフレーム３１の軸芯３１ａを一致させる。

フレーム３１に取り付けた油圧シリンダー３２を駆動して各リング状工具１１、１２の軸芯１１ａ、１２ａがフレーム３１の軸芯３１ａと略一致するように移動させる。この移動は、金属管１が各リング状工具１１、１２の成形リング１１ｂ、１２ｂに設けたリム１１ｃ、１２ｃを貫通させるためである。従って、各リング状工具１１、１２の軸芯１１ａ、１２ａをフレーム３１の軸芯３１ａに正確に一致させるか否かは問題ではなく、金属管１の外径が各リング状工具１１、１２の成形リング１１ｂ、１２ｂに設けたリム１１ｃ、１２ｃの内径よりも十分に小さい場合には正確に一致させる必要はない。

次に、チャック２５に縮径すべき金属管１を把持させ、キャリッジ駆動装置２７を駆動して金属管１の端部を各リング状工具１１、１２に貫通させる。このとき、各リング状工具１１、１２に貫通させた金属管１の端部の長さは、予め設定された縮径すべき端部の長さに等しい。次いで油圧シリンダー３２を駆動して各リング状工具１１、１２のリム１１ｃ、１２ｃを金属管１の外周に当接させる。この状態で、縮径を行う準備が完了する。

駆動機構３７ｃを駆動してフレーム３１を予め設定された回転数で回転させる。フレーム３１の回転開始に伴って、２本の油圧シリンダー３２を同時に駆動し、各リング状工具１１、１２の軸芯１１ａ、１２ａを金属管１の軸芯１ａから離隔させるように移動させる。この移動に伴ってリム１１ｃ、１２ｃが金属管１の外周に成形荷重を作用させることで、金属管１の端部が縮径される。縮径の開始に対応させてキャリッジ駆動装置２７を駆動し、金属管１を矢印ｃ方向或いは矢印ｄ方向に移動させることで、金属管１の端部を縮径することが可能である。

上記した金属管１の端部に対する縮径過程で、金属管１の軸芯１ａとフレーム３１の軸芯３１ａは互いに一致した状態に保持される。このため、縮径部の軸芯は金属管１の軸芯１ａと一致することとなる。そして、油圧シリンダー３２による各リング状工具１１、１２のガイドバー３３に沿った移動速度と、キャリッジ駆動装置２７による金属管１の矢印ｃ、ｄ方向への移動速度を制御することによって、金属管１の端部に於けるテーパー角度を設定することが可能である。

次に、本発明に係る成形方法の実施例について説明する。先ず、図５（ａ）を用いて金属管１の軸芯１ａとフレーム３１の軸芯３１ａを経時的に且つ相対的に平行に移動させながら金属管１の端部を縮径する場合について説明する。

先ず、台車駆動装置２３、回転テーブル２８を駆動し、チャック２５の軸芯（金属管１の軸芯１ａ）をフレーム３１の軸芯３１ａに一致させる。また油圧シリンダー３２を駆動して各リング状工具１１、１２を、金属管１を受け入れ得るように移動させる。

次に、チャック２５に金属管１を把持させて端部を各リング状工具１１、１２に貫通させる。この状態で、金属管１の軸芯１ａとフレーム３１の軸芯３１ａは一致する。その後、フレーム３１を回転させ、同時に２本の油圧シリンダー３２を駆動して、各リング状工具１１、１２の軸芯１１ａ、１２ａをフレーム３１の軸芯３１ａから離隔させるように移動させる。この移動に伴ってリム１１ｃ、１２ｃが金属管１の外周に圧接して縮径が開始される。

各リング状工具１１、１２による金属管１の端部に対する縮径の開始に伴って、キャリッジ駆動装置２７を駆動して金属管１を矢印ｃ方向或いは矢印ｄ方向に移動させ、同時に台車駆動装置２３の駆動を開始する。キャリッジ２６の矢印ｃ方向或いは矢印ｄ方向への移動長さは、予め設定された金属管１の端部に於ける縮径部の長さと等しく設定されている。キャリッジ２６が前記移動を継続している間に、台車２２を矢印ｂ方向に予め設定された距離α（偏芯量α）移動させることで、フレーム３１の中心３１ａ（直線３１ｂ）を図５（ａ）に示す線β上の軌道を通すことが可能となり、金属管１の軸芯１ａに対し角度θａ傾斜させて成形することが可能である。

そして、台車２２の矢印ｂ方向への移動量が予め設定された偏芯量αと等しくなったとき、金属管１の端部に、該金属管１の軸芯１ａに対し角度θａ傾斜させた軸芯１ｂを持った縮径部を成形することが可能である。本実施例では、同図（ａ）に示されるように、金属管１と縮径部との境界線は、金属管１の軸芯１ａに対し略直角な面内に形成される。

次に、金属管１の軸芯１ａに対し角度θｂ傾斜させた縮径部を成形する場合について図５（ｂ）により説明する。

先ず、回転テーブル２８を例えば矢印ｅ方向に回転させてチャック２５に把持する金属管１の軸芯１ａのフレーム３１の軸芯３１ａに対する傾斜角度をθｂになるように設定する。次に、台車駆動装置２３を駆動し、チャック２５に把持する金属管１の軸芯１ａがフレーム３１の中心３１ａ（直線３１ｂ）に一致するように、台車２２を例えば矢印ｂ方向に移動させる。また油圧シリンダー３２を駆動して各リング状工具１１、１２を、角度θｂ傾斜した金属管１を受け入れ得るように移動させる。

次に、チャック２５に金属管１を把持させて端部を各リング状工具１１、１２に貫通させた後、前述した実施例３と同様にしてフレーム３１を回転させ、同時に２本の油圧シリンダー３２を駆動して、各リング状工具１１、１２の軸芯１１ａ、１２ａをフレーム３１の中心３１ａから離隔させるように移動させる。この移動に伴ってリム１１ｃ、１２ｃが金属管１の外周に圧接して縮径が開始される。

金属管１の端部に対する縮径が開始された後、回転テーブル２８の傾斜角度を維持した状態で、キャリッジ駆動装置２７を駆動することによる金属管１の矢印ｄ方向への移動と、台車駆動装置２３を駆動することによる台車２２の矢印ｂ方向への移動を同期させることで、金属管１の端部を軸芯１ａに対し角度θｂ傾斜させた軸芯１ｂを持った縮径部を成形することが可能である。本実施例では、同図（ｂ）に示されるように、金属管１と縮径部との境界線は、金属管１の軸芯１ａに対し角度θｂ傾斜させた面内に形成される。

次に、縮径部の軸芯１ｂを当初金属管１の軸芯１ａに対して一致させた状態から連続的に角度θｃまで傾斜させて成形する場合について図５（ｃ）により説明する。

先ず、台車駆動装置２３、回転テーブル２８を駆動し、チャック２５の軸芯（金属管１の軸芯１ａ）をフレーム３１の軸芯３１ａに一致させる。また油圧シリンダー３２を駆動して各リング状工具１１、１２を、金属管１を受け入れ得るように移動させる。

次に、チャック２５に金属管１を把持させて端部を各リング状工具１１、１２に貫通させる。その後、フレーム３１を回転させ、同時に２本の油圧シリンダー３２を駆動して、各リング状工具１１、１２の軸芯１１ａ、１２ａをフレーム３１の軸芯３１ａから離隔させるように移動させる。この移動に伴ってリム１１ｃ、１２ｃが金属管１の外周に圧接して縮径が開始される。

金属管１に対する縮径の開始に伴って、回転テーブル２８の例えば矢印ｅ方向への回転、キャリッジ駆動装置２７を駆動することによる金属管１の矢印ｄ方向への移動、台車駆動装置２３を駆動することによる台車２２の矢印ｂ方向への移動、を夫々同期させて作動させる。即ち、キャリッジ駆動装置２７による金属管１の矢印ｄ方向への移動距離の増加に対応させて回転テーブル２８を連続的に回転させることで軸芯１ｂの軸芯１ａに対する傾斜角度を増加させてゆき、同時に台車駆動装置２３による台車２２の矢印ｂ方向への移動距離を増加させることで、縮径部の軸芯１ｂの金属管１の軸芯１ａに対する傾斜角度を連続的に増加させることが可能である。

そして、キャリッジ駆動装置２７による金属管１の矢印ｄ方向への移動距離、回転テーブル２８の回転角度、台車駆動装置２３による台車２２の矢印ｂ方向への移動距離、が夫々予め設定された時間と予め設定された値に到達したとき、金属管１の端部を軸芯１ａに対し当初の一致した状態から連続的に角度θｃまで傾斜させた軸芯１ｂを持った縮径部を成形することが可能である。本実施例では、同図（ｃ）に示されるように、金属管１と縮径部との境界線は、金属管１の軸芯１ａに対し略直角の面内に形成される。

上記した各実施例では、金属管１の端部を末端に至るまでテーパ状に縮径した場合を説明したが、必ずしも金属管１の末端までテーパ状に成形する必要はなく、図２に示すように、金属管１の末端部分を直管状にしておいても良い。

上記した本発明の成形方法では、縮径すべき金属管の端部を偏芯回転成形法を応用して合理的に縮径することが可能であり、排気コンバーターの製造手段として、流体を流通させる配管に於ける継目無し縮径部の製造手段として好ましく利用することができる。

また本発明の成形装置は、本発明に係る成形方法を合理的に実施することが可能であり、成形すべき金属管に発生する虞のある座屈を防止すると共に一度の工程で好ましく縮径することができるため、金属管を縮径する工場等に於いて好ましく利用することができる。

成形装置の構成を模式的に説明する側面図である。 成形装置の構成を模式的に説明する平面図である。 リング状工具の構成を説明する図である。 本発明に係る成形方法の原理を説明する図である。 金属管の軸芯と縮径部の軸芯を傾斜させた場合の縮径部の形状を説明する図である。 金属管の端部を縮径する手順を説明する参考図である。

符号の説明

Ａ 成形装置
１ 金属管
１ａ、１ｂ 軸芯
２ リング状工具
２ａ 軸芯
３、４ 円
１１、１２ リング状工具
１１ａ、１２ａ 軸芯
１１ｂ、１２ｂ 成形リング
１１ｃ、１２ｃ リム
１１ｄ、１２ｄ フランジ
１３ 軸受部材
１３ａ ケース
１３ｂ ベアリング
１３ｃ 嵌合部
２１ レール
２２ 台車
２３ 台車駆動装置
２３ａ サーボモーター
２３ｂ ボールスプライン
２５ チャック
２６ キャリッジ
２７ キャリッジ駆動装置
２７ａ サーボモーター
２７ｂ ボールスプライン
２８ 回転テーブル
３１ フレーム
３１ａ 中心、軸芯
３１ｂ 直線
３２ 油圧シリンダー
３２ａ ロッド
３３ ガイドバー
３５ 架構
３６ スピンドル
３７ａ、３７ｃ プーリ
３７ｂ 駆動機構
３７ｄ ベルト

Claims (7)

1. 金属管の端部を縮径する際に縮径すべき端部の少なくとも一部の軸芯を金属管の軸芯に対して傾斜させて縮径する成形方法であって、内周が金属管の外周と接触して回転する複数のリング状工具をフレームの半径方向に配置すると共に該フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に変化し得るように構成し、前記フレームの軸芯を金属管の軸芯に対して予め設定された角度に設定すると共に前記複数のリング状工具を夫々のリング状工具の内周が金属管の外周と接触するか或いは接触することのないように配置し、前記複数のリング状工具に金属管を挟み込むように配置した後、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させ、前記金属管又はフレームを移動させる過程で、フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に変化させつつ又は変化させることなく、リング状工具の軸芯を金属管の軸芯から離隔させることで金属管の端部を縮径することを特徴とする成形方法。
2. 予め前記金属管の軸芯とフレームの軸芯を一致させておき、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させる過程で、フレームの軸芯と金属管の軸芯を相対的に平行移動させることで、前記金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることを特徴とする請求項１に記載した成形方法。
3. 予め前記金属管の軸芯とフレームの軸芯を相対的に傾斜させておき、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させる過程で、金属管の軸芯とフレームの軸芯との傾斜を維持することで、前記金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることを特徴とする請求項１に記載した成形方法。
4. 前記金属管の軸芯とフレームの軸芯を予め設定された角度に設定しておき、前記金属管を軸芯を中心として回転させ又は複数のリング状工具を配置したフレームを回転させると共に金属管又はフレームを移動させる過程で、前記金属管又はフレームの移動にともなって金属管の軸芯とフレームの軸芯との角度を相対的に変化させることで、前記金属管の端部を金属管の軸芯に対して傾斜させた軸芯を持った先細のテーパー状に縮径させることを特徴とする請求項１に記載した成形方法。
5. 金属管の端部を縮径する成形装置であって、内周が金属管の外周と接触して回転する複数のリング状工具と、前記複数のリング状工具を半径方向に配置して保持するフレームと、前記フレームに設けられ個々のリング状工具を夫々のリング状工具の軸芯に対し直交する面内に移動させる工具移動部材と、前記フレームを回転させる駆動部材と、前記フレームと対向して配置され端部を縮径すべき金属管を把持する把持部材と、前記把持部材を搭載し該把持部材を前記フレームに対して接近又は離隔させる方向及び該方向に対し直交方向に移動可能に構成された台車と、前記フレーム又は該フレームに対向して配置された把持部材に設けられ互いの軸芯のなす角度を相対的に変化させる旋回部材と、を有することを特徴とする成形装置。
6. 前記フレームに保持された複数のリング状工具が、該フレームの軸芯を中心として等角度で配置されていることを特徴とする請求項５に記載した成形装置。
7. 前記フレームに保持された複数のリング状工具が、１８０度対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載した成形装置。

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