JP4851815B2

JP4851815B2 - 拡管装置

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Publication number: JP4851815B2
Application number: JP2006055124A
Authority: JP
Inventors: 哲哉鈴木; 勝之寺主
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-03-01
Also published as: KR101167711B1; US20070204666A1; CN100460103C; JP2007229766A; KR20070090056A; US7490499B2; CN101028640A

Description

本発明は、チューブを内径側から拡管成形する拡管装置に関する。

一般に、ボイラ、コンデンサ、ラジエータ等の熱交換器の製造工程でのチューブを管板に接合固定する工程において、チューブを内径側から拡径成形して、管板に圧接する拡管工具が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

例えば、特許文献１に記載の拡管工具は、作業者が回転駆動機に拡管工具を連結してローラを回転させて、チューブの内周面に押圧させながら転動させることで、簡易に拡管作業ができるように構成したものである。この拡管工具によれば、チューブの拡管部には、曲率の小さい滑らかな連続面が形成され、真円形状を保持した拡管品質の高い仕上がりが可能である。

特許文献１に記載された拡管工具の構成について、図７を参照しながら具体的に説明する。図７（ａ）は従来の拡管工具を説明するための断面図であり、図７（ｂ）はローラとマンドレルの位置関係を示す部分平面図である。

図７（ａ）に示すように、かかる拡管工具１２１は、図示しない回転駆動機に連結される連結部１２２が一体として構成された先細りテーパ状のマンドレル１２３と、このマンドレル１２３のテーパ形状に対応した逆テーパ形状を有する複数のローラ１２４と、これら複数のローラ１２４をマンドレル１２３の外周面上に回転自在に保持するフレーム１２５とを備えている。

なお、拡管工具１２１が連結される回転駆動機には、一般的に、作業者が手に持って拡管作業を行うハンドタイプのものが使用され、拡管時の負荷トルクを検出して回転・停止を制御するコントローラを備えている。

このような拡管工具１２１では、図７（ａ）に示すように、作業者が回転駆動機に連結されたマンドレル１２３をフレーム１２５に対して相対的に前進させると、次第にマンドレル１２３の外径の大きい部分がローラ１２４に当接するため、ローラ１２４がフレーム１２５の外周面から径方向外側に押し出されて、チューブＴＵの内周面に押圧される。この状態でマンドレル１２３を回転駆動機により正回転（Ａ方向の回転、工具の後方からみて右回転）すると、ローラ１２４は、逆回転（Ｒ方向の回転、工具の後方からみて左回転）しながら、マンドレル１２３の周囲を右回り（マンドレル１２３の回転方向と同じ方向）に公転する。

すなわち、図示しない回転駆動機によりマンドレル１２３を回転させることで、ローラ１２４を回転し、フレーム１２５とともにマンドレル１２３の周りを公転させながら、チューブＴＵをその内周面から転圧して、拡径成形するものである（この回転方式を「マンドレル回転式」という）。

なお、図７（ｂ）に示すように、ローラ１２４は、マンドレル１２３に対して、いわゆるフィードアングルθを設けてフレーム１２５（図７（ａ）参照）に保持されているので、ローラ１２４が逆回転することによって、マンドレル１２３の前進移動に伴い、ローラ１２４は自動的にフレーム１２５の外周面から外側に押し出されるように構成されている。
実開平７−１５１２８号公報特開平７−２９０１７１号公報実開平１−１４３６３２号公報

しかしながら、従来のマンドレル回転式の拡管工具１２１では、回転駆動機によりマンドレル１２３を回転させて、マンドレル１２３の回転によりローラ１２４を回転させ、ローラ１２４をマンドレル１２３回りで公転させながらフレーム１２５を回転させるものである。そのため、ローラ１２４は、チューブＴＵの内周面とマンドレル１２３との間で遊星運動を行うこととなる。

したがって、遊星歯車運動の原理により、マンドレル１２３およびローラ１２４の径にもよるが、フレーム１２５の回転数は、マンドレル１２３の回転数に対して、１／３〜１／５程度に減速されてしまう。そのため、ローラ１２４（フレーム１２５）の回転数が上がらず、拡管作業に多くの時間を要し、作業効率が悪いといった問題があった。

そこで、ローラ１２４の回転数を上げるために、回転駆動機の回転数を上げることが考えられるが、この場合、マンドレル１２３やローラ１２４に振れが発生して、振動を誘引してしまう。そのため、真円度などの成形品質が低下するとともに、作業者の負担が大きくなる。さらに、回転駆動機の回転数を上げると、拡管作業の終了後、回転駆動機を停止する際の制動反力も大きくなるため、作業性・取扱い性も低下してしまう。

一方、フィードアングルθを大きくして、拡管時間を短縮しようとすると、ローラ１２４の回転軸がチューブＴＵの回転軸に対して交差する角度が大きくなるため、拡管部ＥＸの成形形状は中央部が凹んだ鼓状となりやすい。そのため。チューブＴＵを管板に接合固定する際の強度や気密性に問題が生じるおそれがある。

その他、マンドレル１２３の先細り形状のテーパ角を大きくして、拡管時間を短縮しようとすると、マンドレル１２３の前進ストロークが減少する分、マンドレル１２３を強く押し込まなければならず、各部材の負担が増大し、ひいては拡管工具の寿命を短縮する結果につながってしまう。

また、前記の拡管工具１２１に接続されるコントローラは、マンドレル１２３をローラ１２４に当接させた状態からマンドレル１２３がローラ１２４を押し広げた状態までを制御するものであるため、拡管の前後でマンドレル１２３をローラ１２４に当接させたり、離反させたりする工程は、作業者が行わなければならなかった。特に、マンドレル１２３をローラ１２４から離反させる作業は、マンドレル１２３がローラ１２４に押し付けられているので、大きな力を要し、作業者の負担となっていた。

さらに、前記の拡管工具１２１では、連結部１２２と回転駆動機を接続するために、専用のカップリングが必要であるため、部品点数が増加してしまうとともに、接続の手間を要する。さらに、この接続部ではガタつきが発生してしまい、触れ回りを招いてしまう場合もあった。

また、マンドレル１２３をローラ１２４に押し付けたり、引き離したりする作業は、手動であるため、作業者の負担が大きかった。

そこで、本発明は、前記した問題を解決すべく、作業効率を向上させて拡管時間を短縮できるとともに、作業者の負担を軽減でき、精度の高い拡管作業を行える拡管装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、前側が大径となるテーパ部を備えた複数のローラと、この複数のローラを同一円周上に回転自在に保持する筒状のエキスパンダフレームと、このエキスパンダフレームに対してその軸方向にスライド自在かつ回転自在に内挿され、前記ローラのテーパ部の形状に対応するように前側が小径となるテーパ部を備えたマンドレルと、を備え、前記マンドレルを前記エキスパンダフレームに対して前進させることにより、前記マンドレルのテーパ部を前記複数のローラのテーパ部に当接させて、前記複数のローラの外接円が構成する拡管径を拡径させる拡管装置であって、前記エキスパンダフレームに連結され、このエキスパンダフレームを回転させる駆動手段と、前記マンドレルを前記エキスパンダフレームに対して前後進させる移動手段と、をさらに備え、前記駆動手段は、駆動モータと、前部に前記エキスパンダフレームが固定されるとともに前記駆動モータの回転出力が伝達されて回転する筒状のスピンドルとを有してなり、前記マンドレルは、前記スピンドルに対してその軸方向にスライド自在かつ回転自在に内挿されていることを特徴とする。

ここで、エキスパンダフレームに連結され、このエキスパンダフレームを回転させる駆動手段とは、その駆動力を、エキスパンダフレームに直接伝達するものを意味する。すなわち、従来のように、回転駆動機の回転駆動力を、マンドレルおよびローラを介してフレームに伝達するものとは構成を異にしている。

このような構成によれば、駆動手段の駆動力を、マンドレルとローラを介することなくエキスパンダフレームに直接伝達できるので、エキスパンダフレームの回転速度が減速されることがなく、エキスパンダフレームを高速で回転させることができる。

また、かかる構成によれば、駆動手段および移動手段が設けられているため、従来のように、拡管作業の度に拡管工具と回転駆動機とを接続する必要がなく、専用のカップリングを使用する必要もない。したがって、ガタつきの発生、触れ回りを防止できるとともに、作業者の負担を低減できる。さらに、マンドレルの移動手段を設けたことで、マンドレルをローラに押し付けたり、引き離したりする作業を自動で行うことができ、作業者の負担をさらに低減できる。さらに、マンドレルとスピンドルとをその長さ方向において重複して配置しているので、マンドレルの前後進ストロークを駆動手段内で収めることができ、拡管装置の全長を短縮することができ、装置全体の小型化を達成でき、作業性が向上する。

請求項２に係る拡管装置は、前記移動手段が、前記駆動手段に連結された筒状のリテーナと、このリテーナに内挿され前記マンドレルとともに前後進自在となるように前記マンドレルに連結されたプッシュロッドと、前記リテーナに回転自在に支持されるとともにその外周面が前記プッシュロッドの外周面と当接しさらにその回転軸が径方向外側から中心側に向かって見て前記リテーナの回転軸と交差するようにフィードアングルを持たせて配置された複数のローラと、を備えたローラフィードユニットにて構成されたことを特徴とする。

ここで、マンドレルに連結されたプッシュロッドとは、マンドレルに対して、軸周りに相対回転可能に連結されたプッシュロッドをいい、マンドレルとプッシュロッドとはともに前後進するとともに、その回転速度は、プッシュロッドの回転速度と相違することが許容可能となっている。

このような構成によれば、簡単な構成で、かつリテーナの回転方向を変更するといった単純な動作で、マンドレルを前後進させることができ、マンドレルを後退させるための戻しスプリングなどの部材を省略することができる。

請求項３に係る拡管装置は、前記マンドレルを前記エキスパンダフレームに対して前進させる駆動トルクに応じて、前記マンドレルの前後進を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段は、前記駆動トルクが所定値に達したときに前記マンドレルを所定時間停止させその後に前記マンドレルを後退させるように制御を行うことを特徴とする。

このような構成によれば、マンドレルをローラから離反させるところまで、フルオート制御できるので、拡管装置の停止後に、その先端部を被拡管部材であるチューブからすぐに引き抜くことができ、作業効率が大幅に向上する。また、駆動トルクが所定値に達したときにマンドレルを停止させるようにしているので、拡管径を一定に保つことができ、精度の高い拡管を行うことができる。

請求項４に係る拡管装置は、前記スピンドルの後部に前記ローラフィードユニットの前記リテーナが固定されたことを特徴とする。

このような構成によれば、移動手段の駆動と駆動手段の駆動とを同一の駆動源で行うことができるので、拡管装置の構造の簡素化、小型化、軽量化、制御システムの容易化、さらには信頼性の向上を達成することができる。

請求項５に係る拡管装置は、前記エキスパンダフレームの径方向外方には、被拡管部材の端面と当接するカラー部材が前記エキスパンダフレームを囲むようにその外周面と所定の隙間を設けて配置され、このカラー部材は、固定系に固定されたことを特徴とする。

このような構成によれば、カラー部材が回転しないので、このカラー部材に当接する被拡管部材であるチューブの回り止め機能を得ることができる。これによって、作業精度を高めることができるとともに、被拡管部材の回り止めのための作業員の手間や、別途のアタッチメントなどの部材を省略することができる。

本発明によれば、作業効率を向上させて拡管時間を短縮できるとともに、作業者の負担を低減でき、精度の高い拡管作業を行うことができるといった優れた効果を発揮する。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係る拡管装置を実施するための最良の形態を示した断面図、図２は本発明に係る拡管装置を実施するための最良の形態を示した正面図、図３は本実施形態の拡管装置のマンドレルが前進した状態を示した断面図、図４は図３のＸ−Ｘ線断面図、図５は
本実施形態の拡管装置の制御手段を示した構成図である。

本実施の形態では、被拡管部材であるチューブに挿入されるエキスパンダフレームの先端側（図１中、左側）を前側、基端側（図１中、右側）を後側として説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る拡管装置１は、前側が大径となるテーパ部２０を備えた複数のローラ２と、この複数のローラ２を同心円上に回転自在に保持する筒状のエキスパンダフレーム３と、このエキスパンダフレーム３に対してスライド自在かつ回転自在に内挿され、ローラ２のテーパ部２０の形状に対応するように前側が小径となるテーパ部４０を備えたマンドレル４と、を備えている。拡管装置１は、マンドレル４をエキスパンダフレーム３に対して前進させることにより、マンドレル４のテーパ部４０を複数のローラ２のテーパ部２０に当接させて、これら複数のローラ２の外接円が構成する拡管径を拡径させるものである。

特に本発明では、エキスパンダフレーム３に連結され、このエキスパンダフレーム３を回転させる駆動手段５と、マンドレル４をエキスパンダフレーム３に対して前後進させる移動手段７と、をさらに備えている。

ローラ２は、被拡管部材であるチューブＴＵを内側から転圧塑性変形させるための部品であって、前側が大径で、後側が小径となるようにテーパ部２０が形成されている。このテーパ部２０は、マンドレル４のテーパ部４０の形状に合致する逆テーパとなっており、拡管されたチューブＴＵの内面が、常に真円形状になるように構成され、平行拡管を可能としている。ローラ２の前端部には、大きな曲率半径の面取り２１が形成されており、拡管後の応力集中を避けるとともに、チューブＴＵの内面に鋭利な角部が発生するのを防止している。

エキスパンダフレーム３は、円筒状に形成されており、その内部にマンドレル４が挿入されている。エキスパンダフレーム３は、後側が後記するスピンドル５１に固定されて、前側がカラー部材１１から前方に突出されており、その突出部分３０が、チューブＴＵに挿入可能なように構成されている。エキスパンダフレーム３の突出部分３０の胴部には、複数のローラ２がエキスパンダフレーム３の外周面から出没自在かつ回転自在に保持されている。

エキスパンダフレーム３は、径方向外側から中心側に向かって見て、ローラ２の回転軸とマンドレル４の回転軸とが交差するように、所定のフィードアングルを持たせて、ローラ２を傾斜して保持している。フィードアングルは、エキスパンダフレーム３が正回転（図４に示すＡ方向の回転（後側から前方を見て右回転））するときに、マンドレル４が前進するように向きが設定され、拡管時に必要な負荷トルクや移動手段７によるマンドレル４の前後進速度などを考慮して大きさが適宜決定されている。

エキスパンダフレーム３に保持されるローラ２は、図２および図４に示すように、エキスパンダフレーム３の円周上で同心円上に等角度ピッチ（１２０度ピッチ）で３箇所に配置されている。これらの３個のローラ２の外接円２２が構成する拡管径（工具径）が、エキスパンダフレーム３の軸方向で同じとなるように、ローラ２の回転軸の前側がエキスパンダフレーム３の回転軸側に向いて傾斜して配置されている。なお、本実施の形態では、ローラ２を３箇所に配置しているが、これに限られるものではなく、ローラ２の設置数や配列は、チューブＴＵの径や強度等の条件に応じて適宜決定される。

図１に示すように、マンドレル４は、円筒状に形成されたエキスパンダフレーム３に内挿され、エキスパンダフレーム３に対して、その軸方向にスライド（前後進）自在かつ回転自在に設けられている。マンドレル４は、前側が小径で、後側が大径となるようにテーパ部４０が形成されている。このテーパ部４０は、ローラ２のテーパ部２０に合致する形状となっており、ローラ２の外周面とマンドレル４の外周面同士が接触するようになっている。これによって、マンドレル４の前側は、ローラ２を介してエキスパンダフレーム３に回転自在に支持されることとなる。一方、マンドレル４の後部は、軸方向に等しい外径を有する円柱形状を呈しており、後端部には、移動手段７が連結されている。

なお、ローラ２およびマンドレル４は、熱処理および表面研削仕上げ加工が施されており、耐圧性および耐摩耗性の向上が図られている。

駆動手段５は、駆動モータ５０と、この駆動モータ５０の回転出力が伝達されて回転する筒状のスピンドル５１とを備えている。スピンドル５１の前部には、エキスパンダフレーム３が一体的に回転するように固定されており、スピンドル５１には、エキスパンダフレーム３の後方で軸方向に突出するマンドレル４が内挿されている。マンドレル４の外周部には、マンドレル４を後方に付勢するための戻しバネ６１が設けられている。この戻しバネ６１は、前端部がスピンドル５１の内周面に固定され、後端部がマンドレル４の外周面に固定されている。戻しバネ６１は、マンドレル４をローラ２から離反させる際の補助の役目を果たすものであるが、本実施の形態では、移動手段７でマンドレル４の前後進を行うことができるので、省略してもよい。

駆動モータ５０は、整流子モータ５２が用いられており、拡管装置１の外殻を構成するハウジング１２内に収容されている。ハウジング１２は、駆動モータ５０の前側を保持するベース部１２ａと、駆動モータ５０の後部を覆うカバー部１２ｂと、駆動モータ５０のモータシャフト５３部分を覆うヘッド部１２ｃとを備えている。駆動モータ５０は、そのモータシャフト５３が前側を向いて、マンドレル４と平行になるように配置されている。モータシャフト５３は、ボールベアリング５４ａを介して、ベース部１２ａおよびヘッド部１２ｃ（ハウジング１２）の内面に回転自在に支持されている。モータシャフト５３の外周面には、歯車５５が設けられている。

スピンドル５１は、マンドレル４と同心上に配置されており、ボールベアリング５４ｂを介して、ベース部１２ａおよびヘッド部１２ｃ（ハウジング１２）の内面に回転自在に支持されている。スピンドル５１の外周面には、モータシャフト５３の歯車５５と噛合する歯車５６が設けられている。スピンドル５１の歯車５６は、モータシャフト５３の歯車５５よりも大径に形成されており、駆動モータ５０の駆動トルクを増大させて回転を伝達するとともに、スピンドル５１の回転速度の制御を行い易くしている。スピンドル５１の前端部には、エキスパンダフレーム３の後端部が挿入されている。スピンドル５１の内周面には軸方向に延びるキー溝（図示せず）が形成されており、エキスパンダフレーム３に回転力を伝達するための半月キー５８が挿入されている。半月キー５８は、エキスパンダフレーム３の外周面にも係止されており、スピンドル５１から半月キー５８を介してエキスパンダフレーム３へと回転力が伝達される。エキスパンダフレーム３の外周面の後端部には、前方に向かうに連れて深くなる溝３１が形成されており、スピンドル５１に形成されたネジ孔５９に挿入された止めネジ６０を、溝３１の表面に押圧することで、エキスパンダフレーム３がスピンドル５１から抜け出さないように固定されている。エキスパンダフレーム３の外周面には鍔部３２が形成されており、この鍔部３２がスピンドル５１の前端面に当接することで、エキスパンダフレーム３をスピンドル５１へ挿入する際の位置決めストッパの役目を果たしている。

なお、駆動モータ５０の配置方向は、マンドレル４と平行に限られるものではなく、モータシャフト５３の回転をスピンドル５１に伝達可能な伝達手段を用いれば、駆動モータ５０を、マンドレル４に対して角度を持たせて配置してもよい。

移動手段７は、マンドレル４をエキスパンダフレーム３に対して前後進させる手段であるが、本実施の形態では、いわゆるローラフィードユニット７０にて構成されている。ローラフィードユニット７０は、駆動モータ５０の上方でかつマンドレル４の後方に配置され。ローラフィードユニット７０は、筒状のリテーナ７１と、このリテーナ７１に前後進自在に内挿されたプッシュロッド７２と、リテーナ７１に回転自在に支持されるとともにその外周面がプッシュロッド７２の外周面と当接しさらにその回転軸がプッシュロッド７２の回転軸と交差するように配置された複数のローラ７３と、リテーナ７１を回動自在に支持する筒状フレーム７４とを備えている。

筒状フレーム７４は、スピンドル５１の後側で、スピンドル５１と同心上に配置されている。筒状フレーム７４は、その前端面がベース部１２ａの後面に固定されている。筒状フレーム７４は、リテーナ７１の外周面を覆うように所定の隙間をあけて配置されている。

リテーナ７１は、スピンドル５１の後側で、スピンドル５１と同心上に配置されている。リテーナ７１は、その前端面がスピンドル５１の後端面に当接しており、スピンドル５１と一体的に回転するように、円周上に配置された複数のピン６５を介してスピンドル５１に固定されている。

リテーナ７１の胴部には、複数のローラ７３が回転自在に保持されている。リテーナ７１は、径方向外側から中心側に向かって見て、ローラ７３の回転軸とリテーナ７１の回転軸とが交差するように、所定のフィードアングルを持たせて、ローラ７３を傾斜して保持している。フィードアングルは、エキスパンダフレーム３のローラ２と同じように、リテーナ７１が正回転するときに、プッシュロッド７２が前進するように向きが設定されている。

リテーナ７１に保持されているローラ７３は、円柱状に形成されている。ローラ７３は、図１の拡管装置１の上部の拡大図に示すように、リテーナ７１の円周上に等角度ピッチ（６０度ピッチ）で６箇所に配置されている。各ローラ７３は、リテーナ７１の板厚寸法よりも大きい直径を有している。以上のように同心円上に配置されたローラ７３は、内接円がプッシュロッド７２の外周面と同等となり、外接円がリテーナ７１の外周面より径方向外方へ突出するように構成されている。ローラ７３の前端部および後端部には、曲面状の面取り加工が施されている。ローラ７３が配置された部分の、リテーナ７１の周囲には、ローラ７３に当接する当接部材７６ａ，７６ｂが設けられている。当接部材７６ａ，７６ｂは、リング状に形成されており、筒状フレーム７４の内周面にピン７５を介して固定されている。当接部材７６ａ，７６ｂは、ローラ７３の前後２箇所に設けられており、前端部と後端部の面取り部分にそれぞれ当接するように構成されている。このような構成によって、リテーナ７１が回転すると、ローラ７３は当接部材７６ａ，７６ｂに当接しながらリテーナ７１の円周上を公転するので、ローラ７３は自転もすることとなる。なお、後方側の当接部材７６ｂは、ピン７５が嵌合する部分が軸方向に長い長溝形状となっており、回転はしないが、軸方向に位置調整可能となっている。

なお、本実施の形態では、ローラ７３を６箇所に配置しているが、これに限られるものではなく、ローラ７３の設置数は少なくとも３本あればよく、設置数や配列は、設定される拡管速度等の条件に応じて適宜決定される。ローラ７３のフィードアングルを大きくすれば、プッシュロッド７２およびマンドレル４を押し出す速度を早くでき、ローラ２がチューブＴＵの内周面に当接するまでの時間を短縮できる。なお、この場合、ローラ２が、チューブＴＵの内周面に当接したのちは、マンドレル４に自己推進力が働くため、プッシュロッド７２の推進速度と差が発生しようとする。しかし、マンドレル４の自己推進力は、プッシュロッド７２の自己推進力よりもはるかに大きいので、ローラ７３がプッシュロッド７２に対して滑り、プッシュロッド７２は、マンドレル４と同じ推進速度で推進することとなる。したがって、マンドレル４の推進量とプッシュロッド７２の推進量とは、改めてシンクロさせなくても自動的に同じになるので問題はない。

プッシュロッド７２は、同心円上に配置されたローラ７３の内接円と同等の外径を有した円柱状に形成されている。プッシュロッド７２は、その外周面を囲むように配置された複数のローラ７３によって保持されている。ここで、ローラ７３の外周面とプッシュロッド７２の外周面とは互いに当接しており、各外周面は、ローラ７３の回転をプッシュロッド７２に伝達できる程度のプリロードが与えられて構成されている。そして、ローラ７３は、その回転軸がプッシュロッド７２の回転軸と交差するように配置されているので、ローラ７３が回転すると、プッシュロッド７２が、その軸方向に沿って前後進することになる。

プッシュロッド７２は、マンドレル４の後側で、マンドレル４と同心上に配置されている。プッシュロッド７２の前端には、マンドレル４が軸周りの相対回転を許容しつつ連結されている。具体的には、プッシュロッド７２の前端とマンドレル４の後端とは、球面軸受け７７を介して連結されている。これによって、マンドレル４は、プッシュロッド７２の前後進と合わせて移動する。

プッシュロッド７２の後端には、プッシュロッド７２の前進を規制するストッパ手段７８が設けられている。ストッパ手段７８は、プッシュロッド７２の後端に連結された後端ロッド７９と、後端ロッド７９の後部に設けられた鍔部８０と、鍔部８０が当接するスリーブ８１とを備えて構成されている。後端ロッド７９は、プッシュロッド７２よりも小さい径に形成されており、ピン（図示せず）などによってプッシュロッド７２に固定されている。なお、後端ロッド７９はプッシュロッド７２に一体形成するようにしてもよい。スリーブ８１は、プッシュロッド７２と同心上に配置され、その前部が筒状フレーム７４の後端部に内挿されて止めネジ５９を介して固定されている。スリーブ８１の、前部はプッシュロッド７２を覆う位置まで筒状フレーム７４に挿入され、後部は筒状フレーム７４の後方に突出している。スリーブ８１の内周面後端部には、後端ロッド７９を軸方向の移動を許容しながら回転自在に保持するボールベアリング８２が設けられている。後端ロッド７９が前方に移動し、ストッパ８０がボールベアリング８２に当たることで、前進端制限となるとともに、回転スラストを緩和している。スリーブ８１の前面には、スラストリング８３が設けられている。スラストリング８３の前方には、筒状フレーム７４の内周面に固定されたスラストリング８５が設けられ、スラストリング８３，８５間にはバネ８４が介設されており、スリーブ８１を筒状フレーム７４にねじ込むことによってバネ８４が圧縮される。バネ８４は後側の当接部材７６ｂを押すことによって、ローラ７３をプッシュロッド７２に押し当てる力（接触摩擦力）を調節することができる。このスリーブ８１のねじ込み量の調節によって、プッシュロッド７２の推進力を調節できるとともに、滑りによる安全装置の機能も得ることができる。

このような構成のストッパ手段７８を含むローラフィードユニット７０は、駆動モータ５０とともに、ハウジング１２内に収容されており、回転する部材が作業者の近傍で露出するのを防止している。

一方、駆動モータ５０には、駆動を制御する制御手段９が接続されている。制御手段９は、マンドレル４をエキスパンダフレーム３に対して前進させる駆動トルクに応じて、マンドレル４の前後進を制御する。具体的には、図５に示すように、制御手段９は、駆動モータ５０にかかる電流値を検出するとともに、検出された電流値に基づいて供給電流量を制御する拡管電流値制御装置９０と、駆動モータ５０の回転方向を切替制御する自動拡管制御装置９１とを備えている。

拡管電流値制御装置９０は、電源９４に接続されており、駆動モータ５０を回転させるために流れる電流値を検出している。拡管電流値制御装置９０は、自動スタートスイッチ９２が押されるのと同時に、駆動モータ５０を回転させるための電流を検出しながら駆動モータ５０へ電流を供給する。

自動拡管制御装置９１は、電流の供給開始を受けて、まず、駆動モータ５０を回転させてスピンドル５１とともにローラフィードユニット７０のリテーナ７１（図１参照）を正回転させ、プッシュロッド７２を介してマンドレル４を前進させてローラ２に当接させる。その後、さらに、リテーナ７１を正回転させて、マンドレル４を前進させることで、ローラ２を外方に押し出されて拡管が開始される。ここで、拡管が進行すると、次第に駆動トルクが増大し、駆動モータ５０を回転させる電流が増大するが、この電流値が予め設定しておいた電流値に達すると、拡管電流値制御装置９０で電流の供給を停止させて、駆動モータ５０を停止させる。ここで、予め設定しておいた電流値とは、チューブＴＵが所定の拡管径に拡管されたときに発生する電流値である。

その後、駆動モータ５０を、予め設定された時間（１〜３秒程度）だけ停止させた後、拡管電流値制御装置９０で電流の供給を再開する。このとき、自動拡管制御装置９１では、電流の供給が停止されたのを受けて、駆動モータ５０の回転を逆回転へと切り替える。そして、拡管電流値制御装置９０で所定時間（１〜５秒程度）電流を供給して、駆動モータ５０を逆回転させて、マンドレル４を所定距離後退させてローラ２から離反させる。ここで、拡管作業の工程が終了する。

図５中、９３は、非常停止スイッチを示し、この非常停止スイッチ９３を押すと、駆動モータ５０が停止するようになっている。なお、非常停止スイッチ９３を押した際に、駆動モータ５０を若干逆回転させ、その後に停止させるように制御してもよい。

図２に示すように、拡管装置１には、ベース部１２ａ（ハウジング１２）の左右両側に、作業者が把持するための一対の把持ハンドル１４が設けられている。各把持ハンドル１４の前方には、自動スタートスイッチ９２と非常停止スイッチ９３を構成するレバー部材がそれぞれ設けられており、レバー部材を把持ハンドル１４側に引き寄せることで、自動スタートスイッチ９２と非常停止スイッチ９３が入状態となる。なお、図１および図２中、１５は、拡管装置１の本体部を吊り下げるための係止リングを示す。係止リング１５は、ハウジング１２の上部にボルト（図示せず）により固定されている。

エキスパンダフレーム３の径方向外方には、チューブＴＵ（被拡管部材）の端面と当接するカラー部材１１がエキスパンダフレーム３の胴部の一部を囲むようにその外周面と所定の隙間を設けて配置されている。カラー部材１１は、チューブＴＵの端面に当接することで、エキスパンダフレーム３の挿入量を規制する役目を有している。カラー部材１１は、筒状の部材であって、エキスパンダフレーム３と同心上に配置されている。カラー部材１１は、エキスパンダフレーム３の後部やスピンドル５１の前部を覆うカラーアダプタ１１０、フランジ１１１を介して、固定系であるハウジング１２に固定されている。フランジ１１１は、ボルト１１２によってハウジング１２に固定され、カラーアダプタ１１０は、キー１１３や止めネジ１１４によってフランジ１１１に固定され、カラー部材１１は、止めネジ１１４によってカラーアダプタ１１０に固定されている。したがって、カラー部材１１は、回転しないように固定された部材となっている。

次に、前記構成の拡管装置１を用いた拡管作業の作業手順を説明しながら、拡管装置１の動作およびその作用を説明する。

作業者は、まず、把持ハンドル１４，１４を両手で把持し、ローラ２およびマンドレル４を含むエキスパンダフレーム３の先端部を管板（図示せず）に挿入されたチューブＴＵ内に挿入する。このとき、カラー部材１１がチューブＴＵの端面に当接するまで挿入することで、エキスパンダフレーム３の挿入長さが所定の長さに決定される。

次に、作業者は、レバー部材を把持ハンドル１４側に引き寄せ、自動スタートスイッチ９２を入れる。すると、この信号を受けた拡管電流値制御装置９０は、駆動モータ５０への電流供給を開始する。これと同時に、電流の供給開始を受けた自動拡管制御装置９１は、駆動モータ５０を回転させて、ローラフィードユニット７０のリテーナ７１を正回転させ、プッシュロッド７２を介してマンドレル４を前進させてローラ２に当接させる（図１参照）。

具体的には、駆動モータ５０が回転すると、その回転はモータシャフト５３、歯車５５、歯車５６、スピンドル５１へと順次伝達され、スピンドル５１に固定されたエキスパンダフレーム３およびリテーナ７１を回転させることとなる。リテーナ７１が正回転すると、ローラ７３がリテーナ７１の円周に沿って公転するが、ローラ７３は、当接部材７６に当接しているので逆回転に自転もする。そして、ローラ７３の回転力は、プッシュロッド７２の回転力のほか、前進推力を発生させる。これによって、プッシュロッド７２は、正回転しながらローラ７３によって前進推力を与えられて前進することとなる。なお、リテーナ７１を逆回転させると、ローラ７３の回転方向が反対（正回転）になり、プッシュロッド７２は後退することとなる。

このように、本実施の形態によれば、移動手段７を設けて、マンドレル４をローラ２に当接させるようにしているので、従来のように、作業者が装置をチューブＴＵ側に押し付ける必要がなく、作業手間が低減されるとともに、機械的にマンドレル４をローラ２に当接させているので、適度な圧力で当接させることができる。

さらに、マンドレル４を前進させて拡管を進めていくと、図４に示すように、マンドレル４がローラ２をエキスパンダフレーム３の径方向外側へ押し出すこととなり、ローラ２の回転によってチューブＴＵが内側から転圧されて拡管が行われる。図３に示すように、拡管作業が進むに連れて、ローラ２がマンドレル４とチューブＴＵ間で押圧される圧力が高くなるので、次第に駆動トルクが増大し、駆動モータ５０を回転させる電流が増大する。この電流値が予め設定しておいた電流値に達すると、拡管電流値制御装置９０がこれを検出して、電流の供給を停止する。ここで、駆動モータ５０は、拡管電流値制御装置９０によって予め設定された時間（１〜３秒程度）だけ停止される。その後、自動拡管制御装置９１で所定時間（１〜５秒程度）電流を供給するとともに、自動拡管制御装置９１で回転方向を逆転させることで、駆動モータ５０は逆回転する。これによって、マンドレル４は所定距離後退してローラ２から離反することとなる。

このように、拡管終了後に、マンドレル４を自動で後退させて、ローラ２から離間させるところまでフルオート制御を行うようにしたので、作業員がマンドレル４をローラ２から引き離す作業を省略することができる。駆動モータ５０を逆転させると、マンドレル４に自己後退力が発生する。従来のチューブローラ拡管では、マンドレルを逆転させるために駆動機を引く操作が必要であったが、本発明によれば、この操作を自動で行うので、作業者の手間が大幅に低減される。

以上のように、作業者は、エキスパンダフレーム３をチューブＴＵに挿入した後は、自動スタートスイッチ９２を入れるだけでよく、手動作業を必要としないので、作業者の負担を軽減できるとともに作業効率の向上が図れる。また、駆動トルクに応じて駆動モータ５０を停止させるようにしているので、チューブＴＵを一定の拡管径に拡管することができ、精度の高い拡管作業を行うことができる。

また、本実施の形態によれば、エキスパンダフレーム３を、駆動手段５を構成するスピンドル５１に直接固定しているので、従来と比較してエキスパンダフレーム３の回転速度を大幅に高めることができる。すなわち、従来はマンドレルを駆動手段に接続して回転させていたため、遊星歯車運動の原理により、フレーム（エキスパンダフレーム）の回転速度は１／３〜１／５程度に低下していたが、本発明によれば、エキスパンダフレーム３を駆動手段５であるスピンドル５１に直接連結しているので、スピンドル５１の回転速度そのものがエキスパンダフレーム３の回転速度となる。したがって、本発明のエキスパンダフレーム３は、従来のマンドレル回転式と比較して３〜５倍の回転速度で回転することとなる。これによって、拡管時間が大幅に短縮され、効率的な拡管作業を行うことが可能となった。さらに、エキスパンダフレーム３の触れ回りを防止することができるので、精度の高い拡管作業を行うことができる。

本実施の形態では、スピンドル５１の前部にエキスパンダフレーム３を固定して、スピンドル５１の後部にリテーナ７１を固定しているので、移動手段７の駆動（ローラフィードユニット７０の回転）と駆動手段５の駆動（エキスパンダフレーム３の回転）とを同一の駆動源（駆動モータ５０）で行うことができるので、拡管装置１の構造の簡素化、小型化、軽量化、制御システムの容易化、さらには信頼性の向上を達成することができる。

ここで、エキスパンダフレーム３とリテーナ７１は、ともにスピンドル５１に固定されているので、回転速度が同じになるが、マンドレル４の前後進速度と、プッシュロッド７２の前後進速度が同じになるように、ローラ２およびローラ７３の傾斜角度が決定されているので、マンドレル４とプッシュロッド７２を連結しても問題はない。しかし、マンドレル４にはテーパ部４０が形成されているので、マンドレル４の回転速度と、プッシュロッド７２の回転速度は相違することになるが、マンドレル４とプッシュロッド７２は、球面軸受け７７を介して連結されているので、相対回転が許容されることとなり問題はない。

また、本実施の形態では。駆動手段５が、駆動モータ５０とスピンドル５１とを備えており、スピンドル５１にマンドレル４が内挿されているので、スピンドル５１とマンドレル４とをその長さ方向において重複配置することができ、マンドレル４の前後進ストロークを駆動手段５内で収めることができる。したがって、従来のようにマンドレルの後方に駆動装置を接続していたものと比較して、拡管装置１の全長を短縮することができ、拡管装置１の小型化および軽量化を達成でき、作業性が大幅に向上する。また、狭い場所での拡管作業も可能となる。

また、スピンドル５１の歯車５６は、モータシャフト５３の歯車５５よりも大径に形成されているので、駆動手段５は、駆動モータ５０の回転力を、駆動トルクを増大させてスピンドル５１に伝達することができる。これによって、駆動モータ５０の小型化が達成され、拡管装置１のさらなる小型化および軽量化が図れる。

さらに、本実施の形態では、カラー部材１１を固定系に固定しているので、カラー部材１１が回転しない。したがって、このカラー部材１１に当接するチューブＴＵの回り止め機能を得ることができる。特に、チューブＴＵは、従来よりも高速回転するエキスパンダフレーム３によって、回転しようとする力が大きくなるが、ローラ２によってカラー部材１１側に引き付けられ、回り止め効果が高まる。これによって、拡管作業の作業精度を高めることができるとともに、チューブＴＵの回り止めのための作業員の手間や、別途のアタッチメントなどの部材を省略することができる。

また、本実施の形態の拡管装置１は、駆動手段５や移動手段７などの回転部材が、ハウジング１２やカラーアダプタ１１０などの内部に収容されているので、作業中に回転部材が、作業者や他の部品に干渉することがなく、作業性が高い。

なお、本実施の形態では、駆動モータ５０として整流子モータ５２を使用しているので、制御手段９は、図５に示すような構成となったが、駆動モータ５０に三相モータを使用した場合は、制御手段９は、図６に示すような構成となる。この場合、駆動モータ５０には、電流値を検出するメータリレー１０１を介して、回転数制御用インバータ装置１０２が接続されている。回転数制御用インバータ装置１０２には、シーケンス制御正逆指令装置１０３と電源１０４が接続されている。シーケンス制御正逆指令装置１０３は、メータリレー１０１で検出される電流値に応じて、駆動モータ５０の回転方向を切替制御する。

このような制御手段９では、回転数制御用インバータ装置１０２での設定回転数に応じて、電流が供給されるが、拡管が進行すると、次第に駆動トルクが増大し、駆動モータ５０を回転させる電流が増大するが、この電流値が予め設定しておいた電流値に達すると、メータリレー１０１がそれを検出して、シーケンス制御正逆指令装置１０３に電流値検出信号を送信する。これを受けたシーケンス制御正逆指令装置１０３は、駆動モータ５０を所定時間停止させた後、駆動モータ５０を、所定時間逆回転させる信号を回転数制御用インバータ装置１０２に送信する。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施の形態では、移動手段７として、ローラフィードユニット７０を用いているが、これに限定されるものではなく、エアシリンダ、電動シリンダや油圧シリンダなどのシリンダ機構を用いてもよい。但し、駆動源を駆動装置５と共用でき、駆動制御の容易化、装置の軽量化や消費電力の低減化を図れる点で、ローラフィードユニット７０を用いるのが好ましい。

本発明に係る拡管装置を実施するための最良の形態を示した断面図である。本発明に係る拡管装置を実施するための最良の形態を示した正面図である。本実施形態の拡管装置のマンドレルが前進した状態を示した断面図である。図１のＸ−Ｘ線断面図である。本実施形態の拡管装置の制御手段を示した構成図である。他の実施形態の拡管装置の制御手段を示した構成図である。従来の拡管工具を示した（ａ）は断面図、（ｂ）は部分平面図である。

符号の説明

１拡管装置
２ローラ
３エキスパンダフレーム
４マンドレル
５駆動手段
７移動手段
９制御手段
１１カラー部材
２０テーパ部
４０テーパ部
５０駆動モータ
５１スピンドル
７０ローラフィードユニット
７１リテーナ
７２プッシュロッド
７３ローラ

Claims

前側が大径となるテーパ部を備えた複数のローラと、
この複数のローラを同一円周上に回転自在に保持する筒状のエキスパンダフレームと、
このエキスパンダフレームに対してその軸方向にスライド自在かつ回転自在に内挿され、前記ローラのテーパ部の形状に対応するように前側が小径となるテーパ部を備えたマンドレルと、を備え、
前記マンドレルを前記エキスパンダフレームに対して前進させることにより、前記マンドレルのテーパ部を前記複数のローラのテーパ部に当接させて、前記複数のローラの外接円が構成する拡管径を拡径させる拡管装置であって、
前記エキスパンダフレームに連結され、このエキスパンダフレームを回転させる駆動手段と、
前記マンドレルを前記エキスパンダフレームに対して前後進させる移動手段と、をさらに備え、
前記駆動手段は、駆動モータと、前部に前記エキスパンダフレームが固定されるとともに前記駆動モータの回転出力が伝達されて回転する筒状のスピンドルとを有してなり、
前記マンドレルは、前記スピンドルに対してその軸方向にスライド自在かつ回転自在に内挿されている
ことを特徴とする拡管装置。
前記移動手段は、前記駆動手段に連結された筒状のリテーナと、このリテーナに内挿され前記マンドレルとともに前後進自在となるように前記マンドレルに連結されたプッシュロッドと、前記リテーナに回転自在に支持されるとともにその外周面が前記プッシュロッドの外周面と当接しさらにその回転軸が径方向外側から中心側に向かって見て前記リテーナの回転軸と交差するようにフィードアングルを持たせて配置された複数のローラと、を備えたローラフィードユニットにて構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の拡管装置。
前記マンドレルを前記エキスパンダフレームに対して前進させる駆動トルクに応じて、前記マンドレルの前後進を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記駆動トルクが所定値に達したときに前記マンドレルを所定時間停止させその後に前記マンドレルを後退させるように制御を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の拡管装置。
前記スピンドルの後部に前記リテーナが固定された
ことを特徴とする請求項２に記載の拡管装置。
前記エキスパンダフレームの径方向外方には、被拡管部材の端面と当接するカラー部材が前記エキスパンダフレームを囲むようにその外周面と所定の隙間を設けて配置され、
このカラー部材は、固定系に固定された
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の拡管装置。