JP6348938B2

JP6348938B2 - 金属筒体の製造方法

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Publication number: JP6348938B2
Application number: JP2016163385A
Authority: JP
Inventors: 浩義小菅
Original assignee: 国分プレス工業株式会社
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2036-08-24
Also published as: JP2018030145A

Description

本発明は、流体管路などに用いられる金属筒体の製造方法に係り、特に素板をプレス加工して形成される金属筒体の製造方法に関するものである。

従来から、内燃機関の吸気流路や排気流路等を構成する流体管路等のように、内周面や外周面に対して高い精度が要求される金属筒体がある。このような金属筒体は、たとえば特開２００３−１１２２１８号公報（特許文献１）や特開２００６−２９９３００号公報（特許文献２）等にも示されているように、一般的に冷間引抜加工で得られたパイプ材を、適切な長さで切断することによって製造されている。

ところで、冷間引抜加工で得られたパイプ材から目的とする金属筒体を製造する場合、要求される金属筒体の形状などによっては、面倒な加工が必要になって製造コストが高くなるおそれがある。たとえば、金属筒体の長さ方向の端部エッジに対して、Ｃ面やＲ面などの傾斜面を形成するエッジ加工が必要とされる場合には、目的とする長さの金属筒体を切り出した後に、旋削などによってエッジ加工を施す必要があり、歩留まりも悪かった。

そこで、このような問題に鑑みて、本発明者は、素板をプレス加工によって曲げて、曲げ方向の両端部を溶接することで、目的とする金属筒体を製造する検討をした。

しかしながら、曲げ加工した素板の曲げ方向の両端部を突き合わせて溶接すると、溶接ビードが金属筒体の内周面や外周面の寸法精度を低下させてしまい、寸法や形状などの要求精度を満たす金属筒体を実現することが困難であった。加えて、曲げ加工した素板は、金属のスプリングバックによって安定した溶接位置を確保し難い場合があり、その場合には、要求される径寸法を十分な精度で実現することが難しかった。

特開２００３−１１２２１８号公報特開２００６−２９９３００号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、金属素板のプレス曲げ加工で金属筒体を製造する際に、曲げ加工した金属素板の曲げ方向両端部を適切な位置で溶接して金属筒体の内径および外径を高精度に設定することができると共に、溶接ビードによる金属筒体の内周面や外周面の寸法精度の低下も防止することができる、新規な金属筒体の製造方法を提供することにある。

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

すなわち、本発明の第一の態様は、金属筒体の製造方法であって、（ａ）平板形状の金属素板を曲げ加工して曲げ方向の両端に連結用の重ね合わせ部を備えた帯状体を得る工程と、（ｂ）前記帯状体における両端の前記重ね合わせ部を重ね合わせて目的の径寸法とした状態で保持せしめつつ、両端の該重ね合わせ面間で互いに係合する凹部と凸部を同時に形成する工程と、（ｃ）被溶接材を挟んで突き合わされる一対の溶接用電極の少なくとも一方が、先端中央部に対して周囲よりも硬質の金属芯を備えた複合電極とされており、前記凹部と前記凸部とを互いに係合させて前記帯状体を目的の径寸法に保持せしめた状態で、該凹部と該凸部の係合部分に対して該一対の溶接用電極を突き合わせ、該複合電極とされた一方の溶接用電極の該金属芯を前記凸部に押し当てて溶接を施すことにより、該帯状体の両端の前記重ね合わせ部を固定的に接合する工程とを、含むことを特徴とする。

このような第一の態様に従う金属筒体の製造方法によれば、平板形状の金属素板を曲げ加工するとともに両端部を相互に溶接して連結することにより、金属筒体を安価に製造することができる。特に、金属筒体の軸方向両端の角部に対して面取りなどの加工が必要な場合には、平板形状の金属素板の角部に対して予め面取りなどの加工をしておくことができることから、加工が容易になる。

さらに、金属素板を加工して形成される帯状体の両端に連結用の重ね合わせ部を設けて、帯状体を目的の径寸法とした状態で両端の重ね合わせ部に対して凹部と凸部の各一方を同時に形成することにより、それら凹部と凸部の係合によって帯状体を目的の径寸法に保持することができる。これにより、帯状体の両端の重ね合わせ部を溶接によって連結することにより、金属筒体を容易にかつ安定して目的の径寸法で形成することができる。

しかも、両端の重ね合わせ部に凹部と凸部を各別に形成する場合に比して、凹部と凸部の係合による重ね合わせ部の位置決めをより精度よく実現できると共に、それら凹部と凸部が予め係合された状態で形成されることによって、凹部と凸部の寸法誤差による係合不良なども回避することができる。

また、帯状体の両端の重ね合わせ部を相互に重ね合わせた状態で、重ね合わせ部における凹部と凸部の係合部分に一対の溶接用電極を突き合わせて、重ね合わせ部を溶接によって厚さ方向で接合することにより、帯状体の両端を周方向で相互に突き合わせて溶接によって接合する場合に比して、溶接ビードによる内径および外径の精度の低下が防止されて、目的とする内外径寸法の金属筒体を高精度に得ることができる。

また、帯状体の両端の重ね合わせ部を溶接によって接合する際に用いられる一対の溶接用電極は、少なくとも凸部に押し当てられる一方が、先端中央部に対して周囲よりも硬質の金属芯を備えた複合電極とされている。これにより、凸部への押当てによる溶接用電極の先端中央部の摩耗が低減されて、溶接用電極の耐久性の向上が図られる。

本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の一方の前記重ね合わせ部を内周側から薄肉とした薄肉形状とすると共に、他方の前記重ね合わせ部を外周側から薄肉とした薄肉形状とするものである。

第二の態様によれば、金属筒体の周方向で重ね合わせ部を相互に重ね合わせた部分において、金属筒体の厚さ寸法が部分的に著しく大きくなるのを防いで、金属筒体の内径寸法や外径寸法の精度が周方向で部分的に低下するのを抑えることができる。

本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の目的とする内径寸法に対応した外径寸法を有する棒状の芯金治具に該帯状体を外挿することによって、該帯状体を目的の径寸法とした状態で保持せしめるものである。

第三の態様によれば、帯状体を芯金治具に外挿することで、帯状体の径寸法を目的とする径寸法に容易に設定することができる。特に、金属素板を曲げ加工して得た帯状体がスプリングバックによって単体では目的の径寸法に保持され難い場合にも、芯金治具の外周面に沿うように保持することで、帯状体を目的の径寸法に容易に保持することができる。

本発明の第四の態様は、第一〜第三の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記複合電極における前記金属芯をステンレス系金属とすると共に、該複合電極における該金属芯の周囲を銅系金属とするものである。

第四の態様によれば、複合電極の金属芯がステンレス系金属とされていることにより、比較的に安価で入手が容易な材料によって金属芯の十分な耐久性（耐摩耗性）を得ることができて、金属芯が被溶接材である帯状体の凸部に繰り返し押し当てられても、溶接用電極の損耗を抑えることができる。一方、複合電極における金属芯の周囲が導電性に優れた銅系金属とされていることにより、一対の溶接用電極間に電流を効率的に流すことができて、抵抗発熱による溶接が有効に実現される。

本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部において、内周側に重ね合わされる該重ね合わせ部の内周面において前記凸部を形成する一方、外周側に重ね合わされる該重ね合わせ部の外周面において前記凹部を形成するものである。

第五の態様によれば、製造される金属筒体の外周面に凸部による突出部分が形成されるのを回避し易くなって、特に、金属筒体に対して他部材が外挿される場合のように、外周面において真円度などが高精度に要求される場合にも、対応し易くなる。

本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部における溶接部位に対して、溶接後に切削加工又は研磨加工を施すものである。

第六の態様によれば、溶接後に重ね合わせ部に残る凹凸を切削や研磨によって小さくすることにより、金属筒体の内外径寸法精度を一層向上させることができると共に、金属筒体の内周面および外周面をより滑らかにすることができる。しかも、溶接後に溶接部位の表面形状を切削加工や研磨加工によって整えることで、金属筒体において目的とする内外径の寸法精度や内外周面の滑らかさを繰り返し実現することができて、より安定した品質の金属筒体を提供することも可能となる。

本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の幅方向少なくとも一方の端縁部における内周側と外周側の少なくとも一方の角部にプレス加工によるテーパ面を形成するものである。

第七の態様によれば、金属素板を筒体にする前のプレス加工によって、角部（エッジ部）に容易にＣ面やＲ面などのテーパ面を付すことが可能となって、冷間引抜加工で得た管体を適切な長さで切断して筒体を製造する場合に比して、製品（金属筒体）の角部の面取り加工を容易に且つ高精度に行うことができる。

本発明の第八の態様は、第一〜第七の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部を、該帯状体の幅方向の全長に亘って連続して形成するものである。

第八の態様によれば、重ね合わせ部を帯状体の幅方向の広い範囲に設けることができて、それら重ね合わせ部を相互に重なり合った状態でより安定して保持することができることから、帯状体のねじれやずれなどを防止し易くなる。しかも、平板形状の金属素板に重ね合わせ部を形成するための加工も容易になって、金属筒体におけるより高精度な内外径寸法などを実現することができる。

本発明の第九の態様は、第一〜第八の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部における溶接に際して、前記一対の溶接用電極を前記凹部と前記凸部の各一方へ押し付けて該凹部の深さ寸法と該凸部の高さ寸法を溶接前よりも小さくするものである。

第九の態様によれば、溶接時に凹部と凸部を一対の溶接用電極間で圧縮して、凹部の深さ寸法と凸部の高さ寸法を溶接前よりも小さくすることにより、溶接後に得られる金属筒体において、内周面および外周面がより凹凸の小さい滑らかな面になると共に、内径寸法および外径寸法の精度の向上も図られる。

本発明の第十の態様は、第一〜第九の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記帯状体の厚さ寸法を０．５ｍｍ〜４．０ｍｍとするものである。

帯状体の厚さ寸法が、第十の態様に示す厚さ寸法の下限（０．５ｍｍ）以上とされることにより、重ね合わせ部や凹部および凸部を帯状体に安定して形成することが容易になる。一方、帯状体の厚さ寸法が、第十の態様に示す厚さ寸法の上限（４．０ｍｍ）以下とされることにより、目的とする金属筒体の形状を曲げ加工や溶接によって実現し易くなると共に、スポット溶接などによる重ね合わせ部の接合も容易になる。

本発明の第十一の態様は、第一〜第十の何れか１つの態様に記載された金属筒体の製造方法において、前記凹部の深さ寸法を該凹部を備える前記帯状体の一方の前記重ね合わせ部の板厚寸法以下とすると共に、前記凸部の高さ寸法を該凸部を備える該帯状体の他方の前記重ね合わせ部の板厚寸法以下とするものである。

第十一の態様によれば、凹部および凸部の形成部位において、機械的強度を十分に得易くなると共に、安定した加工性を確保することができる。さらに、溶接後の金属筒体において、溶接部位の凹凸を小さくし易くなる。

本発明によれば、平板形状の金属素板を曲げ加工するとともに両端部を相互に溶接して連結することにより、例えば金属筒体の軸方向両端の角部に面取りなどの加工が必要な場合にも、金属筒体を安価に製造することができる。更に、重ね合わせ部に形成された凹部と凸部の係合によって帯状体を目的の径寸法に保持することができて、金属筒体を容易にかつ安定して目的の径寸法で形成することができる。特に、帯状体を目的の径寸法に保持した状態で、凹部と凸部の各一方を同時に形成することにより、それら凹部と凸部を適切な位置に且つ相互に係合可能な態様で容易に形成することができる。また、一対の溶接用電極における少なくとも凸部に押し当てられる一方が、先端中央部に対して周囲よりも硬質の金属芯を備えた複合電極とされていることから、凸部への押当てによる溶接用電極の先端中央部の摩耗が低減されて、溶接用電極の耐久性の向上が図られる。

本発明の第一の実施形態としての金属筒体を示す斜視図。図１に示す金属筒体の正面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。図１の金属筒体の形成部品である金属素板に重ね合わせ部とテーパ面を形成した状態を示す正面図。図４に示す重ね合わせ部およびテーパ面形成後の金属素板の底面図。図５のＶＩ−ＶＩ断面図。図４に示す重ね合わせ部およびテーパ面形成後の金属素板に曲げ加工を施して帯状体に加工する工程を示す図。図７の工程によって形成される帯状体の要部を拡大して示す図。図８のＩＸ−ＩＸ断面図。図８の帯状体の両端を溶接する工程を示す図。図１０に示す溶接用電極の斜視図。本発明の第二の実施形態としての金属筒体を示す斜視図。図１２に示す金属筒体を構成する帯状体の要部を拡大して示す図。図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図。図１３に示す帯状体の両端の溶接に用いられる第一の溶接用電極の平面図。図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜３には、本発明の第一の実施形態としての金属筒体の製造方法によって製造された金属筒体１０が示されている。金属筒体１０は、鉄やステンレス鋼などの金属材料で形成されて、直線的に延びる略円筒形状を有している。さらに、金属筒体１０は、平板形状の金属素板１２（図４〜６参照）をプレスによって曲げ加工すると共に、両端部を相互に溶接によって接合することによって、略円筒形状とされている。

より詳細には、金属筒体１０は、例えば以下の如き金属筒体の製造方法によって製造される。

先ず、剪断などのプレス加工によって予め準備された矩形平板形状の金属素板１２の長さ方向（図４中の左右方向）両端部を、プレス加工によって厚さ方向に潰すなどして薄肉化し、金属素板１２の両端部に対して連結用の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを形成する（図４，５参照）。

金属素板１２の長さ寸法や幅寸法は、特に限定されるものではなく、目的とする金属筒体１０の直径や軸方向長さに応じて適宜に設定される。また、金属素板１２の厚さ寸法も適宜に設定可能であるが、好適には厚さ寸法が０．５ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲に設定される。金属素板１２の厚さ寸法をこのような範囲で設定することにより、金属素板１２から形成される後述の帯状体２０に対して、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂや後述する凹部２４および凸部２６を安定して形成することができると共に、曲げ加工や溶接によって金属素板１２から目的とする形状の金属筒体１０を容易に且つ高精度に形成することができると共に、溶接による重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの接合の強度などを有効に得ることができる。

金属素板１２の両端部に形成される重ね合わせ部１４ａ，１４ｂは、金属素板１２の両端部をプレス加工によって厚さ方向に押し潰すことで形成されており、金属素板１２の幅方向の全長に亘って連続的に設けられている。また、図４に示すように、一方の重ね合わせ部１４ａが金属筒体１０の内周側となる厚さ方向一方側（図４中の上側）から薄肉とした薄肉形状とされていると共に、他方の重ね合わせ部１４ｂが金属筒体１０の外周側となる厚さ方向他方側（図４中の下側）から薄肉とした薄肉形状とされている。これにより、相互に逆側の面に段差１６，１６が形成されており、それら重ね合わせ部１４ａ，１４ｂが金属素板１２の厚さ方向中央に対して厚さ方向の各一方側に偏倚している。重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの厚さ寸法は、金属素板１２の厚さ寸法、換言すれば後述する帯状体２０における重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを外れた中間部分の厚さ寸法に対して、半分以下であることが望ましく、より好適には略半分の厚さとされる。

なお、金属素板１２を厚さ方向に押し潰して重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを形成すると、金属素板１２が重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおいて幅方向（図５中の上下方向）等の面方向に押し広げられることから、必要に応じて、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの形成後に剪断プレス加工によって幅方向や長さ方向の外側への延出部分を取り除く。さらに、例えばこのような剪断プレス加工時などに、金属素板１２の幅方向の少なくとも一方の端縁部の角部に対して、プレス加工によるテーパ面１８を付すこともできる。このテーパ面１８は、金属筒体１０の内周側と外周側の少なくとも一方の角部に付されていれば良く、本実施形態では、図６に示すように、テーパ面１８が金属筒体１０の内周側の角部に付されて、金属素板１２の幅方向内側へ行くに従って厚さ方向外側（金属筒体１０の外周側となる図６中の左側）へ傾斜している。

次に、金属素板１２をプレス加工によって厚さ方向へ湾曲させて、両端部である重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相互に重ね合わせることにより、筒状の帯状体２０を得る。このような曲げ加工による帯状体２０の形成工程では、たとえば、金属素板１２を順送プレス加工によってある程度まで曲げた後で、図７に示すように、金属素板１２を略円筒形状の外周面を備える棒状の芯金治具２２に外挿して、芯金治具２２の外周面に沿う形状となるように更なる曲げ加工を施すことにより、目的とする形状の帯状体２０を得ることができる。芯金治具２２は、目的とする金属筒体１０の内径寸法に対応する外径寸法で、且つ金属筒体１０の内周面と対応する曲率半径で形成されている。

また次に、帯状体２０において、相互に重ね合わされた重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに凹部２４と凸部２６を同時に形成して、凹凸形成工程を完了する。すなわち、図７に示すように、帯状体２０を芯金治具２２の外周面に重ね合わせて、帯状体２０を目的の径寸法とした状態で保持しながら、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを外周側からポンチなどの押圧治具２８で内周側へ押し込んで、内周側へ突出するように変形させる。本実施形態の芯金治具２２は、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの内周側を支持する部分に対して、外周面に開口して軸方向（図７中の紙面直交方向）へ直線的に延びる切欠き３０を備えており、押圧治具２８で内周側へ押された帯状体２０が、切欠き３０内へ入り込むことで内周側への突出変形を許容されるようになっている。このように、相互に重ね合わされた状態の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを同時に且つ一体的に変形させることにより、帯状体２０の外周側に配置される一方の重ね合わせ部１４ａに凹部２４を形成すると同時に、帯状体２０の内周側に配置される他方の重ね合わせ部１４ｂに凸部２６を形成する。

凹部２４は、図８，９に拡大して示すように、一方の重ね合わせ部１４ａにおいて帯状体２０の径方向外側（図８中の上側）へ向けて開口しており、本実施形態では帯状体２０の幅方向（図９中の左右方向）全長に亘って略一定の断面形状で連続して延びる溝形状とされている。一方、凸部２６は、他方の重ね合わせ部１４ｂにおいて帯状体２０の径方向内側（図８中の下側）へ向けて突出しており、本実施形態では帯状体２０の幅方向全長に亘って略一定の断面形状で連続して延びる凸条形状とされている。

さらに、凹部２４と凸部２６は、平板形状の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを部分的に厚さ方向内側へ凸となるように曲げることで形成されていることから、一方の重ね合わせ部１４ａにおける凹部２４の形成部分の径方向内側が、帯状体２０の径方向内側へ向けて突出する凸条形状とされていると共に、他方の重ね合わせ部１４ｂにおける凸部２６の形成部分の径方向外側が、帯状体２０の径方向外側へ向けて開口する溝形状とされている。

更にまた、図８に示すように、凹部２４は、開口側へ行くに従って次第に幅広となっており、凹部２４の内面が左右方向両端から左右方向中間に向けて次第に下傾するテーパ形状とされている。同様に、凸部２６は、突出先端側へ行くに従って次第に幅狭となっており、凸部２６の外面が左右方向両端から左右方向中間に向けて次第に下傾するテーパ形状とされている。上述のように、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおける凹部２４又は凸部２６の形成部分の両面は、相互に略対応する形状とされていることから、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおける凹部２４又は凸部２６の形成部分は、略一定の厚さ寸法で傾斜するテーパ形状とされている。

なお、凹部２４の深さ寸法ｄが、好適には、凹部２４が形成される一方の重ね合わせ部１４ａの厚さ寸法ｔ１以下とされる（ｄ≦ｔ１）と共に、凸部２６の高さ寸法ｈが、好適には、凸部２６が形成される他方の重ね合わせ部１４ｂの厚さ寸法ｔ２以下とされる（ｈ≦ｔ２）。これによれば、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおける凹部２４と凸部２６の形成部位において、機械的強度を十分に得易くなるとともに安定した加工性を確保することができる。

ここにおいて、凹部２４と凸部２６は、上述のように重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相互に重ね合わせた状態で同時に形成されることから、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおける凹部２４の形成部分を凸部２６の形成部分に差し入れて、凹部２４と凸部２６を帯状体２０の周方向で相互に係合させることが可能となっている。そして、凹部２４と凸部２６を係合させることにより、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相互に適切な周方向位置で位置決めして、帯状体２０を目的の径寸法に保持することができる。

そして、凹部２４と凸部２６を係合させて帯状体２０を目的の径寸法とした状態で保持しながら、凹部２４および凸部２６の形成部分において重ね合わせ部１４ａ，１４ｂをスポット溶接などの重ね抵抗溶接によって接合することで、帯状体２０の両端部を連結して金属筒体１０を形成する。

すなわち、凹部２４と凸部２６の係合によって筒状に保持された帯状体２０の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに対して、図１０に示すように、第一の溶接用電極３２を帯状体２０の内周側から凸部２６に押し当てると共に、第二の溶接用電極３４を帯状体２０の外周側から凹部２４乃至は凹部２４の周囲に突き当てて、第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４を被溶接材である重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの凹部２４および凸部２６を介して突き合わせる。そして、第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４の間で重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを圧接させながら、それら第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４の間に電流を流すことにより、電気抵抗による発熱と圧接によってそれら重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを凹部２４と凸部２６の係合部分で固定的に接合する。

また、第一の溶接用電極３２は、電極本体３６の先端部分に金属芯３８を組み込んだ複合材で形成された複合電極とされている。電極本体３６は、導電性に優れた銅系金属で形成されており、図１０，１１に示すように、先端部分が先端側（図１０中の上側）に向けて次第に狭幅となるテーパ形状を有している。金属芯３８は、電極本体３６よりも硬いステンレス系金属などの金属材料で形成されており、電極本体３６の先端に開口する穴への圧入やろう付け、穴への挿入後に絞りやスエージングなどの加工を電極本体３６に施して嵌着させるなどの各種方法によって、電極本体３６の先端部に固定されている。換言すれば、第一の溶接用電極３２は、先端中央部に配された硬質で耐摩耗性に優れる金属芯３８の周囲に、導電性に優れる電極本体３６を配した構造を有している。一方、第二の溶接用電極３４は、全体が導電率の高い銅系金属などで形成されている。

第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４は、図示しない各別のアクチュエータに接続されており、それらアクチュエータによって相互に接近又は離隔する方向へ相対移動可能とされている。特に、アクチュエータは、溶接時に必要な大きさの力で、第一，第二の溶接用電極３２，３４を重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに対して圧接させることが可能とされており、溶接時には、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおける凹部２４と凸部２６の係合部分を接近方向へ加圧する。

第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４は、変圧器４０や制御装置４２を介して電源装置４４に接続されており、制御装置４２で制御された電源装置４４によって第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４に所定の電流を流すことが可能となっている。そして、第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４に電流を流すことにより、第一の溶接用電極３２に重ね合わされる凸部２６と第二の溶接用電極３４に重ね合わされる凹部２４の係合部分にスポット溶接を施して、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相互に接合する。

さらに、凹部２４と凸部２６に溶接を施して、凹部２４と凸部２６を加熱しながら帯状体２０の径方向に押し潰すことにより、溶接完了後の凹部２４の深さ寸法と凸部２６の高さ寸法が、何れも溶接前よりも小さくなる。これにより、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおいて目的とする内径寸法および外径寸法を精度良く設定することが可能であり、凹部２４や凸部２６の内外周面への突出量が低減される。特に本実施形態では、凹部２４の深さ寸法ｄが一方の重ね合わせ部１４ａの厚さ寸法ｔ１以下とされていると共に、凹部２４の高さ寸法ｈが他方の重ね合わせ部１４ｂの厚さ寸法ｔ２以下とされていることから、溶接後の金属筒体１０において、溶接部位の凹凸をより小さくすることができる。

なお、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの溶接部分である凹部２４と凸部２６の形成部分に対して、溶接の完了後に切削加工や研磨加工を施しても良い。このような後加工を施すことにより、溶接後の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに残る凹凸を切削や研磨によって小さくして、金属筒体１０の内外径寸法精度を一層向上させることができると共に、金属筒体１０の内周面および外周面をより滑らかにすることができる。尤も、帯状体２０の内外周面における凹部２４や凸部２６の形成部分の凹凸は、溶接時の圧接によって十分に小さくなるようにしても良く、その場合には切削や研磨などの後処理を要することなく、金属筒体１０の内外径寸法の精度や滑らかな内外周面を得ることができる。

以上のような帯状体２０の両端部を溶接によって連結する溶接工程を完了した後、両端部を溶接された帯状体２０を芯金治具２２から取り外すことにより、目的とする金属筒体１０を得ることができる。

このような本実施形態に従う金属筒体１０の製造方法によれば、平板形状の金属素板１２にプレス加工と溶接を施すことにより、金属筒体１０を安価に製造することができる。しかも、プレス加工によって曲げる前の金属素板１２における幅方向両端の角部に対して、プレス加工などでテーパ面１８を形成しておくことにより、金属筒体１０の軸方向両端の角部に対する面取りなどの処理を、冷間引抜加工で形成された管体を切断して金属筒体を製造する場合に比して、容易に且つ高精度に行うことができる。

また、平板形状の金属素板１２を曲げ加工して形成される帯状体２０の両端に、連結用の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを設けて、帯状体２０を目的の径寸法に保持した状態で、両端の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに対して凹部２４と凸部２６の各一方を同時に形成することにより、それら凹部２４と凸部２６の係合によって、帯状体２０を目的の径寸法に精度よく保持することができる。その結果、帯状体２０の両端の重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを溶接によって接合する際に、凹部２４と凸部２６の係合によってそれら重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相対的に位置決めすることができて、目的とする径寸法の金属筒体１０を容易に且つ良好な寸法精度をもって製造することができる。

しかも、帯状体２０を目的の径寸法に保持せしめて重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを重ね合わせた状態で、凹部２４と凸部２６を同時に形成することから、凹部２４と凸部２６は予め係合された状態で形成される。それゆえ、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに凹部２４と凸部２６の各一方を別々に形成する場合に比して、凹部２４と凸部２６が寸法誤差などによって係合不能になることはなく、且つ、凹部２４と凸部２６の間に寸法精度上で問題となるほどの大きな隙間が形成されることもない。したがって、凹部２４と凸部２６の係合によって重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを安定して高精度に位置決めすることができて、寸法精度や表面形状の優れた高品質の金属筒体１０を安定して製造することが可能となる。

さらに、一方の重ね合わせ部１４ａにおける凹部２４の形成部分が、他方の重ね合わせ部１４ｂの重ね合わせ面に向けて幅狭となるテーパ形状を有していると共に、他方の重ね合わせ部１４ｂにおける凸部２６の形成部分が、一方の重ね合わせ部１４ａの重ね合わせ面に向けて幅広となるテーパ形状を有している。これにより、凹部２４と凸部２６の係合とその解除とを、凹部２４の形成部分と凸部２６の形成部分の重ね合わせ面間で発揮される案内作用によって、引っ掛かりなく任意に実現し易くなっている。加えて、このような凹部２４の形成部分と凸部２６の形成部分のテーパ形状は、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを押圧治具２８によって外周側から押し込んで変形させることで、容易に得ることができる。

また、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを帯状体２０の幅方向の全長に亘って連続して形成することにより、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを帯状体２０の幅方向で広い範囲に設けて、それら重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相互に重なり合った状態でより安定して保持することができることから、帯状体２０のねじれやずれなどを防止し易くなる。しかも、金属素板１２に対する重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの形成も容易になって、金属筒体１０におけるより高精度な内外径寸法などを実現することができる。

さらに、一方の重ね合わせ部１４ａを帯状体２０の内周側から薄肉とすると共に、他方の重ね合わせ部１４ｂを帯状体２０の外周側から薄肉として、一方の重ね合わせ部１４ａの内周面と他方の重ね合わせ部１４ｂの外周面を相互に重ね合わせている。それゆえ、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを相互に重ね合わせた部分において、金属筒体１０の厚さ寸法が部分的に大きくなるのを防いで、金属筒体１０の内径寸法や外径寸法の精度を全周に亘って高度に得ることができる。特に本実施形態では、帯状体２０における重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの厚さ寸法を、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを外れた中間部分の厚さ寸法の略１／２としていることから、金属筒体１０の全周に亘って厚さ寸法の変化を抑えて、内外径寸法の高精度な設定や、内外周面の凹凸の低減などを実現できる。

また、本実施形態では、相互に重ね合わされた重ね合わせ部１４ａ，１４ｂに対して、外周側から押圧治具２８を押し当てることにより、凹部２４と凸部２６を同時に形成することから、内周側に重ね合わされる一方の重ね合わせ部１４ａの内周面に凸部２６が形成される一方、外周側に重ね合わされる他方の重ね合わせ部１４ｂの外周面に凹部２４が形成される。したがって、金属筒体１０の外周面には溶接後の突出部分が形成され難く、たとえば金属筒体１０に他部材を外挿装着する場合などにも、金属筒体１０の外周面の部分的な突出を防ぐことで対応し易くなる。

また、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂにおける凹部２４と凸部２６の係合部分において、第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４を帯状体２０の径方向で突き合わせて、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを溶接によって厚さ方向で接合することにより、溶接ビードによる金属筒体１０の内外周面の凹凸が低減されて、目的とする内外径寸法の金属筒体１０を高精度に得ることができる。本実施形態では、凹部２４と凸部２６を重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの幅方向全長に亘って連続する形状で設けて、それら凹部２４と凸部２６を形成された溶接部分において、重ね合わせ部１４ａ，１４ｂを幅方向全長に亘って連続的に接合することから、溶接部分において重ね合わせ部１４ａ，１４ｂの重ね合わせ面間を流体密に封止することができる。

さらに、凸部２６に押し当てられることで摩耗し易い第一の溶接用電極３２が、電極本体３６の先端中央部に電極本体３６よりも硬質の金属芯３８を備えた複合電極とされている。これにより、凸部２６への押当てによる第一の溶接用電極３２の先端中央部の摩耗が低減されて、第一の溶接用電極３２の耐久性の向上が図られる。

しかも、第一の溶接用電極３２の金属芯３８をステンレス系金属とすることにより、入手が容易で比較的に安価な材料によって十分な耐久性（耐摩耗性）を得ることができて、帯状体２０の凸部２６に繰り返し押し当てられても、第一の溶接用電極３２の損耗を抑えることができる。また、凸部２６に対して直接に押し当てられない第一の溶接用電極３２の電極本体３６を、導電性に優れた銅系金属とすることにより、第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４の間に電流を効率的に流して、抵抗発熱による溶接を効果的に実現することができる。

また、溶接時に凹部２４と凸部２６を第一の溶接用電極３２と第二の溶接用電極３４の間で圧縮して、凹部２４の深さ寸法と凸部２６の高さ寸法を溶接前よりも小さくすることにより、溶接後に得られる金属筒体１０において内周面および外周面がより凹凸の小さい滑らかな面になると共に、金属筒体１０の内径寸法と外径寸法の精度の向上も図られる。

また、帯状体２０の加工時に帯状体２０を芯金治具２２に外挿することにより、帯状体２０の径寸法を目的とする径寸法に容易に設定することができる。特に、金属素板１２を曲げ加工して得た帯状体２０が、スプリングバックによって単体では目的の径寸法に保持され難い場合にも、芯金治具２２の外周面に沿うように帯状体２０を保持することで、帯状体２０を目的の径寸法で容易に保持することができる。

図１２には、本発明の第二の実施形態としての金属筒体の製造方法によって製造された金属筒体５０が示されている。本実施形態の金属筒体５０は、図１３，１４にも示すように、帯状体５２の両端に設けられた重ね合わせ部５４ａ，５４ｂが、幅方向の二か所に設けられた凹部５６，５６と凸部５８，５８の係合によって、周方向で適切な相対位置に位置決めされた状態で、それら凹部５６，５６と凸部５８，５８の係合部分が溶接により接合されることで形成される。なお、上記の説明からもわかるように、金属筒体５０の製造工程は、第一の実施形態と実質的に同様であるが、本実施形態では、第一の実施形態の凹部２４と凸部２６とは異なる構造の凹部５６，５６と凸部５８，５８が形成されている。

すなわち、凹部５６は、帯状体５２の外周側に位置する一方の重ね合わせ部５４ａに対して、外周側へ向けて開口する略円形凹状で形成されており、二つの凹部５６，５６が幅方向で相互に離れて配置されている。一方、凸部５８は、帯状体５２の内周側に位置する他方の重ね合わせ部５４ｂに対して、内周側へ向けて突出する略円錐凸状で形成されており、二つの凸部５８，５８が幅方向で相互に離れて配置されている。

さらに、帯状体５２の重ね合わせ部５４ａ，５４ｂが適切な位置で相互に重ね合わされた状態で、帯状体５２の外周側から重ね合わせ部５４ａ，５４ｂに押圧治具２８を押し当てて、重ね合わせ部５４ａ，５４ｂを部分的に内周側へ変形させることにより、凹部５６と凸部５８が同時に形成されている。なお、相互に係合される凹部５６と凸部５８が同時に形成されていれば、二つの凹部５６，５６或いは二つの凸部５８，５８は必ずしも同時に形成されなくても良いが、全ての凹部５６，５６および凸部５８，５８を同時に形成すれば、製造工程数の削減が図られ得る。

そして、一方の重ね合わせ部５４ａにおける凹部５６の形成部分が、他方の重ね合わせ部５４ｂにおける凸部５８の形成部分に差し入れられて、それら凹部５６の形成部分と凸部５８の形成部分が帯状体５２の周方向および幅方向で相互に係合されることにより、帯状体５２が所定の径寸法に保持されるようになっている。

このように帯状体５２を所定の径寸法に保持した状態で、重ね合わせ部５４ａ，５４ｂにおける凹部５６，５６と凸部５８，５８の係合部分を溶接することにより、帯状体５２の両端部を相互に固定的に接合して、金属筒体５０を得ることができる。

本実施形態では、凹部５６，５６と凸部５８，５８がそれぞれ帯状体５２の径方向視で円形とされていることから、前記第一の実施形態の第一の溶接用電極３２に代えて、図１５，１６に示すような第一の溶接用電極６０が採用される。すなわち、第一の溶接用電極６０は、銅系金属などの導電性に優れる金属材料で形成されて、略円形断面で上下に延びる円形ブロック形状を有する電極本体６２を備えている。さらに、電極本体６２の先端（図１６中の上端）面が帯状体５２の内周面に略沿って湾曲する円弧状湾曲面とされていると共に、電極本体６２の先端中央部には、電極本体６２よりも硬度の高いステンレス系金属などで形成された略円柱形状の金属芯６４が埋め込まれて配されている。

そして、第一の溶接用電極６０を帯状体５２の凸部５８に対して内周側から押し当てると共に、図示しない第二の溶接用電極を帯状体５２の凹部５６に対して外周側から押し当てて、重ね合わせ部５４ａ，５４ｂにおける凹部５６と凸部５８の係合部分に対して圧縮しながら電流を流す。これにより、凹部５６と凸部５８の係合部分にスポット溶接などの抵抗溶接を施して、重ね合わせ部５４ａ，５４ｂを凹部５６と凸部５８の係合部分において相互に接合する。

このような本実施形態に示す帯状体５２の幅方向で部分的に形成された凹部５６，５６および凸部５８，５８によっても、第一の実施形態に示す幅方向全長に亘って連続する凹部２４および凸部２６と同様の位置決め作用を得ることができて、目的とする内外径寸法の金属筒体５０をプレス金具によって容易に製造することができる。要するに、帯状体の重ね合わせ部に形成される凹部と凸部は、係合によって重ね合わせ部を相対的に位置決めすることが可能とされていれば、形状や形成数、配置などを限定されるものではない。

なお、本実施形態では、凹部５６，５６および凸部５８，５８によって点状の溶接部分を備える重ね合わせ部５４ａ，５４ｂを例示したが、たとえば幅方向に全長には至らない長さで延びる線状の溶接部分を備える構造や、湾曲や屈曲しつつ幅方向に延びる蛇行状の溶接部分を備える構造の重ね合わせ部を採用することもできる。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、金属筒体は円筒形状に限定されるものではなく、たとえば、矩形筒状のような多角筒形状の金属筒体や、星形筒状のような異形筒形状の金属筒体などの製造においても、本発明を適用することが可能である。また、例えば、目的とする金属筒体１０の軸方向寸法の略整数倍に相当する幅寸法を有する金属素板を、プレス加工および溶接接合によって筒状に加工した後で複数に切断することにより、一つの金属素板から複数の金属筒体１０を得ることもできる。

また、前記実施形態では、帯状体２０の外周側に位置する一方の重ね合わせ部１４ａに凹部２４を形成すると共に、帯状体２０の内周側に位置する他方の重ね合わせ部１４ｂに凸部２６を形成することにより、金属筒体１０の外周面に突出部分が形成され難くなっているが、帯状体２０の外周側に位置する一方の重ね合わせ部１４ａに凸部２６を形成すると共に、帯状体２０の内周側に位置する他方の重ね合わせ部１４ｂに凹部２４を形成することにより、金属筒体１０の内周面に突出部分が形成され難くすることもできる。これによれば、金属筒体１０に滑らかな内周面を設定することができると共に、内径の寸法精度の向上が図られて、たとえば金属筒体１０を他部材に外挿する場合などに対応し易くなる。

また、第一の溶接用電極３２の硬質の金属芯３８の形成材料は、入手が容易で比較的に安価なステンレス系金属が好適であるが、電極本体３６よりも硬質であって、ある程度の導電性を備える金属材料であれば良く、たとえばモリブデン系金属やタングステン系金属などを採用することもできる。また、第一の溶接用電極３２の電極本体３６や第二の溶接用電極３４の形成材料も、必ずしも銅系金属に限定されるものではなく、アルミニウム系金属などを採用しても良い。なお、被溶接材である帯状体２０と第一の溶接用電極３２および第二の溶接用電極３４は、相互に異なる材質であることが望ましく、特に、第一の溶接用電極３２の金属芯３８は、帯状体２０と異なる材質であることが望ましい。

さらに、前記実施形態では、凹部２４および凸部２６が帯状体２０の内周側に向けて凸形状となっていることから、金属芯３８を備える複合電極である第一の溶接用電極３２が帯状体２０の内周側に配されているが、例えば、凹部２４および凸部２６が帯状体２０の外周側に向けて凸形状となっている場合には、複合電極である第一の溶接用電極３２が帯状体２０の外周側に配される。要するに、被溶接部材との接触による摩耗が問題となる凹部２４側の電極が金属芯３８を備える複合電極とされることで、溶接用電極の耐久性の向上が図られる。

１０，５０：金属筒体、１２：金属素板、１４，５４：重ね合わせ部、１８：テーパ、２０，５２：帯状体、２２：芯金治具、２４，５６：凹部、２６，５８：凸部、３２，６０：第一の溶接用電極（複合電極）、３４：第二の溶接用電極、３６，６２：電極本体、３８，６４：金属芯

Claims

金属筒体の製造方法であって、
平板形状の金属素板を曲げ加工して曲げ方向の両端に連結用の重ね合わせ部を備えた帯状体を得る工程と、
前記帯状体における両端の前記重ね合わせ部を重ね合わせて目的の径寸法とした状態で保持せしめつつ、両端の該重ね合わせ面間で互いに係合する凹部と凸部を同時に形成する工程と、
被溶接材を挟んで突き合わされる一対の溶接用電極の少なくとも一方が、先端中央部に対して周囲よりも硬質の金属芯を備えた複合電極とされており、前記凹部と前記凸部とを互いに係合させて前記帯状体を目的の径寸法に保持せしめた状態で、該凹部と該凸部の係合部分に対して該一対の溶接用電極を突き合わせ、該複合電極とされた一方の溶接用電極の該金属芯を前記凸部に押し当てて溶接を施すことにより、該帯状体の両端の前記重ね合わせ部を固定的に接合する工程と
を、含むことを特徴とする金属筒体の製造方法。
前記帯状体の一方の前記重ね合わせ部を内周側から薄肉とした薄肉形状とすると共に、他方の前記重ね合わせ部を外周側から薄肉とした薄肉形状とする請求項１に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の目的とする内径寸法に対応した外径寸法を有する棒状の芯金治具に該帯状体を外挿することによって、該帯状体を目的の径寸法とした状態で保持せしめる請求項１又は２に記載の金属筒体の製造方法。
前記複合電極における前記金属芯をステンレス系金属とすると共に、該複合電極における該金属芯の周囲を銅系金属とする請求項１〜３の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部において、内周側に重ね合わされる該重ね合わせ部の内周面において前記凸部を形成する一方、外周側に重ね合わされる該重ね合わせ部の外周面において前記凹部を形成する請求項１〜４の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部における溶接部位に対して、溶接後に切削加工又は研磨加工を施す請求項１〜５の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の幅方向少なくとも一方の端縁部における内周側と外周側の少なくとも一方の角部にプレス加工によるテーパ面を形成する請求項１〜６の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部を、該帯状体の幅方向の全長に亘って連続して形成する請求項１〜７の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の両端の前記重ね合わせ部における溶接に際して、前記一対の溶接用電極を前記凹部と前記凸部の各一方へ押し付けて該凹部の深さ寸法と該凸部の高さ寸法を溶接前よりも小さくする請求項１〜８の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記帯状体の厚さ寸法を０．５ｍｍ〜４．０ｍｍとする請求項１〜９の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。
前記凹部の深さ寸法を該凹部を備える前記帯状体の一方の前記重ね合わせ部の板厚寸法以下とすると共に、前記凸部の高さ寸法を該凸部を備える該帯状体の他方の前記重ね合わせ部の板厚寸法以下とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の金属筒体の製造方法。