JP4868972B2 - クロージング加工装置及びクロージング加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、クロージング加工装置及びクロージング加工方法に関するものである。

金属からなるパイプの開口端部を閉塞する方法として、パイプを加熱すると共に回転させ、金型をパイプに向かって移動させてパイプ開口端部に押し当てることによって、パイプ開口端部を有底状に塑性変形させて閉塞するクロージング加工が知られている（例えば、特許文献１参照）。

クロージング加工では、パイプ内に挿入して配置され、金型との間にてパイプ開口端部を閉塞成形する芯金が用いられる。

芯金は、金型が最終加工位置に到達したときに塑性変形したパイプの裏面に当接するように、軸方向への移動が規制された状態で配置される。
特開２００５−３４２７２５号公報

このように、従来のクロージング加工では、芯金が塑性変形するパイプの裏面に当接するのは、パイプの最終加工段階であり、加工途中は金型のみによる成形となっていた。

したがって、芯金がパイプの裏面に当接する前の金型のみによる成形時には、パイプの変形が安定しない場合がある。この場合には、加工後のパイプ有底部の肉厚が不均一になったり、加工後のパイプ表面に変形の跡が残ったりすることもあり、歩留まりの悪化につながる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、加工品の品質を安定させることができるクロージング加工装置及びクロージング加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、回転する管体に対して金型を押し当てることによって、前記管体の開口端部を前記金型にて閉塞成形するクロージング加工装置であって、前記管体に挿入され、前記金型との間にて前記管体の開口端部を閉塞する芯金と、前記金型による前記管体の加工過程にて前記芯金が所定以上の荷重を受けた場合に、前記芯金を後退可能とすると共に、その後退中に前記芯金に反力を付与する反力付与手段とを備え、クロージング加工中、前記芯金は前記金型による荷重を受けて後退し、前記管体の開口端部は前記金型による荷重と前記芯金に付与される反力とを受けて成形されることを特徴とする。

本発明によれば、芯金は所定以上の荷重を受けた場合には後退可能であるため、加工開始時の芯金の初期位置を管体の開口端部近傍に配置することができる。これにより、芯金は、加工初期の段階からパイプの裏面に当接する。さらに、芯金が荷重を受けて後退している際には、芯金は反力を受けるため、パイプ開口端部は加工中、金型と芯金との間にて荷重を受けることになる。このように、芯金は、加工初期の段階からパイプに当接すると共に、その際パイプ開口端は金型と芯金との間にて荷重を受けるため、パイプの変形が安定し加工品の品質が安定する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１〜図４を参照して本発明の実施の形態であるクロージング加工装置１００について説明する。図１はクロージング加工装置１００の全体構成を示す平面図であり、図２はクロージング加工装置１００の部分側面図であり、図３はクロージング加工装置１００の芯金駆動機構における油圧ユニットの油圧回路図であり、図４はクロージング加工の手順を示す模式図である。

まず、クロージング加工装置１００の全体構成について説明する。

クロージング加工装置１００は、金属からなる管体としてのパイプ１の開口端部を閉塞成形して有底のパイプに成形する装置であり、パイプ１を加熱すると共に回転させた状態にて、パイプ１の開口端部に金型２を押し当ててパイプ１を塑性変形させることによって、パイプ開口端部を閉塞させるものである。

パイプ１は、クロージング加工装置１００の中央部付近に配置されたチャックスピンドル２０によって外周面を把持される。チャックスピンドル２０は、把持したパイプ１を軸中心に回転（自転）させる。

金型２は、図４に示すように、パイプ１のクロージング加工後の有底部形状の型彫り２ａを有し、パイプ１に対峙して配置されている。

金型２は、金型駆動機構３０によって、回転（自転）可能で、かつパイプ１の軸方向に移動可能に構成されている。

金型駆動機構３０は、端部に金型２が取り付けられたシャフト（図示せず）を軸受を介して回転可能に支持する金型支持ベース３１と、シャフトを介して金型２を回転させるモータ３２と、モータ３２の回転をシャフトに伝達する動力伝達機構３３と、動力伝達機構３３からシャフトにトルクを入力する一方、シャフトから動力伝達機構３３に入力されるトルクを遮断するワンウェイクラッチ（図示せず）とを備える。

金型駆動機構３０におけるこれらの構成によって、モータ３２を駆動すると金型２は回転する一方、金型２が自身よりも高速で回転しているパイプ１に押し当てられた場合には、ワンウェイクラッチの作用により金型２はパイプ１に従属して回転する。

また、金型駆動機構３０は、金型支持ベース３１を搭載するスライド台３５と、パイプ１の軸方向に延在しスライド台３５を案内する一対のガイドレール３６と、スライド台３５に螺合するボールねじ３７が出力軸に連結されたモータ３８とを備える。

金型駆動機構３０におけるこれらの構成によって、モータ３８を駆動すると金型支持ベース３１を搭載したスライド台３５はガイドレール３６に沿って移動するため、金型２はパイプ１と近づく又は離れる方向に移動することができる。したがって、モータ３８を駆動することによって、金型２をパイプ１の開口端部に押し当てることができる。

なお、金型支持ベース３１の先端には、パイプ１の外周を加熱可能な高周波誘導加熱コイル３９が取り付けられている。これにより、金型２が移動してパイプ１の開口端部を閉塞成形する際には、高周波誘導加熱コイル３９内にパイプ１が挿入された状態となるため、パイプ１は加熱されながら加工される。

チャックスピンドル２０の後方には、パイプ１の中空部内を移動可能であり、金型２との間にてパイプ１の開口端部を閉塞成形する芯金３が配置されている。芯金３の先端は球状に形成され、その先端にてパイプ１に形成される有底部の裏面形状を規定する。

芯金３は、芯金駆動機構４０によって、回転（自転）可能で、かつパイプ１の軸方向に移動可能に構成されている。

芯金駆動機構４０は、芯金３を支持しパイプ１と同軸上に延在するロッド４１と、ロッド４１の基端側を軸受を介して回転可能に支持する支持体４２と、支持体４２をパイプ１の軸方向に移動させる油圧シリンダ４３とを備える。

油圧シリンダ４３を伸縮動作することによって、ロッド４１先端の芯金３は、パイプ１の中空部内に挿入される（油圧シリンダ４３の動作については後に詳述する）。また、クロージング加工時に芯金３が回転しているパイプ１に当接した場合には、芯金３はパイプ１に従属して回転する。

チャックスピンドル２０の後方には、パイプ１の基端に当接してパイプ１の加工中、パイプ１の移動を規制するストッパ５１が配置されている。

ストッパ５１は、円筒形状であり、芯金３を支持するロッド４１と同軸上に配置され、ロッド４１はストッパ５１の中空部を挿通している。ストッパ５１は、ストッパ駆動機構５０によって、パイプ１の軸方向に移動可能に構成されている。

ストッパ駆動機構５０は、ストッパ５１を軸受を介して回転可能に支持するスライド台５２と、パイプ１の軸方向に延在しスライド台５２を案内する一対のガイドレール５３と、スライド台５２をガイドレール５３に沿って移動させるモータ５４とを備える。

ストッパ駆動機構５０によって、ストッパ５１はパイプ１から離れた待機位置、又はパイプ１の基端に当接してパイプ１を支持する加工位置に配置される。

次に、図３を参照して、芯金駆動機構４０の油圧シリンダ４３を含む油圧ユニットについて説明する。

油圧シリンダ４３は、内周に沿って摺動自在に配置されたピストン４４によってロッド側油室４３ａとボトム側油室４３ｂとに区画され、それぞれの油室には作動油が充填されている。ピストン４４は、ロッド４５を介して支持体４２と連結されている。

油圧シリンダ４３のロッド側油室４３ａ及びボトム側油室４３ｂのそれぞれには、作動油が流通する流路４６，４７が設けられ、油圧シリンダ４３にはポンプ（図示せず）からの作動油が流路４６，４７を介して供給される。

流路４６，４７には、電磁式の切替弁（図示せず）が接続されており、切替弁のポジションを切り換えることによって油圧シリンダ４３に対する作動油の供給、排出、及び遮断が行われる。このように、切替弁の操作による油圧シリンダ４３の伸縮動作によって、ロッド４１に支持された芯金３は移動し、切替弁を遮断ポジションに設定することによって芯金３は加工位置に位置決めされる。

油圧シリンダ４３のボトム側油室４３ｂには、空気圧を油圧に変換する第二シリンダとしてのハイドロコンバータ６０が接続されている。

ハイドロコンバータ６０は、作動油が充填されボトム側油室４３ｂと流路６１を介して連通する油室６２と、空気が封入された空気室６３とに区画され、油室６２と空気室６３とはフリーピストン６４によって隔てられている。なお、流路６１は、ボトム側油室４３ｂと切替弁をつなぐ流路４７の途中から分岐している。

ハイドロコンバータ６０の空気室６３には、空気圧供給源６４から空気供給配管６６を介して圧縮空気が供給される。

空気室６３と空気圧供給源６４との間には、空気圧供給源６４から供給される圧縮空気を減圧し空気系統の圧力を所定圧力に保持すると共に、空気室６３の圧力が所定圧力以上に上昇した際には圧力を排出して所定圧力に保持する圧力調整器６５が設けられている。

このように、圧力調整器６５は、設定した圧力に減圧する機能と、設定圧力となるように空気圧を逃がすリリーフ機能とを備えるものである。

次に、図４を参照して、クロージング加工装置１００を用いたクロージング加工方法の各工程を順に説明する。以下に示す各部材の動作は、クロージング加工装置１００に搭載されるコントローラ（図示せず）にて自動制御される。

まず、加工開始前の準備として、チャックスピンドル２０及び金型駆動機構３０を駆動することによって、パイプ１及び金型２を回転させる。

また、ストッパ駆動機構５０を駆動することによってストッパ５１を加工位置、つまりパイプ１の基端を支持してパイプ１の移動を規制する位置に配置する。

さらに、油圧シリンダ４３を最伸長させ、油圧シリンダ４３の切替弁を遮断ポジションに設定する。これにより、芯金３は、図４（Ａ）に示すようにパイプ１の開口端部近傍に位置決めされる。圧力調整器６５の設定圧力は、油圧シリンダ４３の最伸長状態におけるボトム側油室４３ｂの油圧と同じ圧力に設定されている。

以上が加工前の準備であり、この状態にて加工が開始される。図４（Ｂ）に示すように、金型駆動機構３０を駆動することによって、金型２をパイプ１に向かって前進させ、金型２をパイプ１の開口端部に押し当てる。

これにより、パイプ１の開口端部は金型２の型彫り形状に沿って塑性変形すると共に、塑性変形したパイプ１の裏面は芯金３に当接する。このように、芯金３は、パイプ１の開口端部近傍に位置しているため、加工初期の段階からパイプ１に当接する。

金型２の加工荷重は、油圧シリンダ４３のボトム側油室４３ｂの油圧とピストン４４の受圧面積から決まる所定荷重よりも大きいため、金型２をパイプ１に向かって移動させることによって、芯金３は金型２から押圧され荷重を受ける。これにより、油圧シリンダ４３内のピストン４４が押圧されるため、ボトム側油室４３ｂの油圧が上昇する。

流路４７が接続されている切替弁は遮断ポジションに設定されているため、ボトム側油室４３ｂの油圧が上昇することによって、ハイドロコンバータ６０の油室６２の油圧も上昇する。これにより、フリーピストン６４を介して空気室６３が圧縮される。

このように空気室６３が圧縮されることによって、ピストン４４は油圧シリンダ４３内周に沿って摺動することができるため、芯金３は、図４（Ｃ）に示すように金型２による荷重を受けて後退する。

芯金３が後退する過程にて、空気室６３は圧縮されるため、空気室６３内の空気は反発力（エアバネ力）を発生する。これにより、芯金３の後退中、芯金３には反力が付与される。このように、ハイドロコンバータ６０の空気室６３は、芯金３が荷重を受けた際に、芯金３の後退を可能とすると共に、その後退中芯金３に対して反力を付与するように作用する。これが反力付与手段に該当する。

芯金３が受ける反力は、パイプ１に対して付与されるため、パイプ１の開口端部は加工中、金型２と芯金３との間にて荷重を受けることになる。

芯金３が荷重を受けてハイドロコンバータ６０の空気室６３が圧縮され、空気室６３内の圧力が上昇した場合には、圧力調整器６５にて空気系統の圧力が排出されるため、空気室６３内の圧力は圧力調整器６５の設定圧力に保持される。つまり、芯金３に付与される反力は一定に保持される。これが反力保持手段に該当する。

したがって、パイプ１の裏面が芯金３から受ける荷重も加工中一定に保持されるため、パイプ１は安定した変形特性を示す。

以上のようにして、パイプ１は、金型２と芯金３との間にて加工され、パイプ１の開口端部は閉塞し有底部が形成される。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

パイプ１の加工の過程にて芯金３が金型２から所定以上の荷重を受けた場合に、芯金３は、ハイドロコンバータ６０の空気室６３の圧縮によって後退可能である。したがって、従来の加工方法のように芯金３の軸方向の移動を規制する方法と比較して、芯金３を支持する軸受への負荷が低減し、軸受の寿命が向上する。

また、芯金３が後退可能であるため、加工開始時の芯金３の初期位置をパイプ１の開口端部近傍に配置することができる。これにより、芯金３は、加工初期の段階からパイプ１の裏面に当接するため、従来の加工方法のように加工最終段階にしか芯金３が当接しない場合と比較して、パイプ１の変形が安定する。

また、芯金３は加工初期の段階からパイプ１の裏面に当接し荷重を受けるため、パイプ１を支持するストッパ５１への荷重を低減することができる。これにより、ストッパ５１を支持する軸受の負荷が低減するため、軸受の寿命が向上する。

また、芯金３が荷重を受けて後退している際には、芯金３は、ハイドロコンバータ６０の空気室６３の圧縮によって反力を受けるため、パイプ１の開口端部は加工中、金型２と芯金３との間にて荷重を受ける。したがってパイプ１の変形が安定する。

さらに、パイプ１の裏面が芯金３から受ける荷重は、加工中一定に保持されるため、パイプ１の有底部の肉厚が不均一となるのが防止される。

以上のように、本実施の形態によれば、加工中におけるパイプ１の変形が安定するため、パイプ１の品質が向上する。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、例えば、車両に搭載されるショックアブソーバのチューブの製造装置に適用することができる。

本発明の実施の形態におけるクロージング加工装置１００を示す平面図である。 同じくクロージング加工装置１００の部分側面図である。 同じくクロージング加工装置１００の芯金駆動機構における油圧ユニットの油圧回路図である。 同じくクロージング加工装置１００によるクロージング加工の手順を示す模式図である。

符号の説明

１００ クロージング加工装置
１ パイプ
２ 金型
３ 芯金
２０ スピンドルチャック
３０ 金型駆動機構
４０ 芯金駆動機構
４１ ロッド
４３ 油圧シリンダ
４３ａ ロッド側油室
４３ｂ ボトム側油室
５０ ストッパ駆動機構
５１ ストッパ
６０ ハイドロコンバータ
６２ 油室
６３ 空気室
６４ 空気圧供給源
６５ 圧力調整器

Claims (6)

1. 回転する管体に対して金型を押し当てることによって、前記管体の開口端部を前記金型にて閉塞成形するクロージング加工装置であって、
   前記管体に挿入され、前記金型との間にて前記管体の開口端部を閉塞する芯金と、
   前記金型による前記管体の加工過程にて前記芯金が所定以上の荷重を受けた場合に、前記芯金を後退可能とすると共に、その後退中に前記芯金に反力を付与する反力付与手段と、を備え、
   クロージング加工中、前記芯金は前記金型による荷重を受けて後退し、前記管体の開口端部は前記金型による荷重と前記芯金に付与される反力とを受けて成形されることを特徴とするクロージング加工装置。
2. 前記反力付与手段は、
   前記芯金を支持するロッドが連結されたピストンにてロッド側油室とボトム側油室とに区画され、前記両油室への作動油の給排によって伸縮動作する油圧シリンダと、
   空気が封入された空気室と、作動油が充填され前記油圧シリンダのボトム側油室と流路を介して連通する油室とに区画された第二シリンダとを備え、
   前記管体の加工時は前記油圧シリンダの前記ボトム側油室の作動油の給排は遮断され、前記金型による前記管体の加工過程にて前記芯金が荷重を受けた場合には、前記ボトム側油室及び前記第二シリンダの油室を介して前記第二シリンダの空気室が圧縮されることによって、前記芯金は、後退すると共に反力が付与されることを特徴とする請求項１に記載のクロージング加工装置。
3. 前記芯金の後退中、前記反力付与手段による前記芯金に対する反力を一定に保つ反力保持手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のクロージング加工装置。
4. 前記反力保持手段は、前記第二シリンダの空気室内の圧力を調節することによって前記反力を一定に保つことを特徴とする請求項３に記載のクロージング加工装置。
5. 前記反力保持手段は、
   前記第二シリンダの空気室に空気供給配管を通じて圧縮空気を供給する空気圧供給源と、
   空気圧供給源から供給される圧縮空気を減圧し空気系統の圧力を所定圧力に保持すると共に、前記空気室の圧力が前記所定圧力以上に上昇した際には圧力を排出して前記所定圧力に保持する圧力調整器と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載のクロージング加工装置。
6. 回転する管体に対して金型を押し当てることによって、前記管体の開口端部を前記金型にて閉塞成形するクロージング加工方法であって、
   前記金型を前記管体に押し当てる過程にて、前記管体に挿入された芯金が荷重を受けた場合には当該芯金は後退し、
   当該後退中、前記芯金は前記管体に対して反力を付与し、
   前記管体の開口端は前記金型による荷重と前記芯金による反力とを受けて成形されることを特徴とするクロージング加工方法。