JP6473198B2 - 液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形方法、及び、その成形装置 - Google Patents

Description

この発明は、バルジ加工により素管外周にベローズを成形する際に、芯金の挿入完了時には一方側の成形金型に密着し、芯金と素管とによって形成される空間部を少ない体積の空間部に可変し、簡単な構造で装置の大型化と複雑化を防ぐと共に、水量の低減化や消費電力の低減化を可能とするベローズ管成形方法とベローズ管成形装置に関する。

従来、バルジ加工用の金属ベローズ成型装置は、図４に示すように、一対の分割金型２、２を一組とする金型本体１を、両分割金型２、２の半割穴２a、２aで素管Ｐ の外周を径方向に挟持して拘束し、この複数の分割金型２、２・・・を管体軸方向に多数列設させると共に、図示しない駆動装置によって管体軸方向に移動させ、同図（b）（c）に示すように、素管Ｐ の両端側を端キャップ部材６、６により密封し、図示しない液流入装置によって素管Ｐ の内圧を高め、半割穴 2 a、2 a の U字状凸部 2 b ・・・に嵌め合わせて軸方向に移動させ、波形のベローズ（蛇腹部）を形成するようにしている。
なお、３・・・は金型本体 1の四隅に開設された支持シャフト孔であり、この支持シャフト孔３・・・を貫通する支持シャフト軸４・・・と上部に配置されたクランプ部材５とにより管体軸方向の倒れを防止するようにしている。

また、上記のような分割金型の他に、内型と外型の組み合わせによる分割金型、例えば、図５に示すような特許文献1がある。
この分割金型２、２は、分割金型を内型６、６と外型7、7とによって構成し、内型シャフト孔６a、６aを挿通する内型シャフト６ｂ、６ｂと外型シャフト孔７a、７aを挿通する外型シャフト７ｂ、７ｂによってこれを支持すると共に、内型６、６と外型７、７とをそれぞれ摺動可能かつ回転可能に組み合わせ、内型６、６に一括して回転力を加え、内型６、６の割り面６ｂ、６ｂが外型７、７の割り面７ｂ、７ｂと整合する併せ位置また同じく整合しない成形位置との間にて回転させる内型回転方式のものである。
これにより、内型６、６と外型７、７との合力の作用方向が内型６、６の分離を外型７、７の剛性によって防ぐことができるというものである。

ところで、金属製ベローズ管を成形する方法としては、(1)ロール成形方法、(2)液圧成形方法（バルジ成形方法）、(3)溶接による方法、(4)電着による方法等が知られているが、バルジ成形に際しては、金型本体の軸方向の倒れを防ぐことが必須の要件であり、その技術に基づきつつ使用される製品などの目的に応じて各種の技術手段が採用される。
したがって、特許文献２は、座屈等を発生させることなく良好な大口径のベローズ管を液圧成形によって製造し、安価な管状構造体の提供が提案されている。
また、図６に示すように特許文献３には、直管状の素管を用いて液圧成形によりベローズを成形する際に、装置をコンパクトにするとともに、成形に必要な加工力を低減させ、安定したシールを可能とするベローズの成形が提供されている。

そのため、特許文献３には、ベローズ成形を行う素管Ｐ中にピストン８とシリンダ９とよりなる伸縮中子１０を介在させ、ピストン８が動作すると伸縮中子１０の内部の液圧室１０aの体積が小さくなり内部に作用している圧力が高くなり、素管Ｐとの間に形成される液圧室１０aの体積が小さくなり素管Ｐの内部に作用している圧力が高くなり、液圧室Ｓの内部が一定になるように調整している。

特開平１０−８０７２９号公報 特開平１０−２７７６６０号 特開平０９−２３９４５３号

しかしながら、特許文献２に示すものは、ベローズ管を液圧成形による技術であるが、素管と芯金との間に形成される空間部を調整して成形するものではない。
また、特許文献３に示すものは、装置をコンパクトにするとともに、成形に必要な加工力を低減させ、安定したシールを可能とすることを目的とし、素管との間に形成される液圧室の体積が小さくする提案はされているもの、素管中にピストンとシリンダとよりなる伸縮中子を介在させるため、また、それ自体の構造なども複雑になり、コンパクトな装置ではならなかった。

本願出願人は、このような事情に鑑みて鋭意研究を行い、簡単な構造によって装置の大型化などを防ぐ技術を達成すべく、本願発明の完成を見たものである。

この発明の目的は、ベローズを成形する際に、芯金の挿入完了時には一方側の成形金型に密着させ、芯金と素管とによって形成される空間部を少ない体積の空間部に可変し、簡単な構造で装置の大型化と複雑化を防ぐと共に、水量の低減化や消費電力の低減化を可能とする。

この発明は、液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形方法として、請求項1記載のように、中空状部を空間部とする素管の両端を固定金型と可動金型とによって密封し、上記素管の外周に複数の分割金型を配置し、上記素管を軸方向に圧縮しつつ上記素管を外周側から上記分割金型によって押圧し、上記素管の空間部内にベローズ成形用液を導入しつつその液圧を高め、上記素管の外周にベローズを成形するベローズ成形機構において、上記ベローズ成形機構の一方側の可動金型側に配置され、上記素管の空間部に進退自在に挿入される芯金と、支持型本体と上記支持型本体と段差部を介して凸設された小径支持型本体とよりなり、上記可動金型と共に上記素管の空間部を密封する芯金支持型と、上記芯金を上記素管の空間部に進退自在に応動させる芯金押し込み部とよりなる液量調整機構を備え、上記素管の空間部は、上記芯金の挿入前には、上記可動金型と上記固定金型および上記小径支持型本体と上記素管の内周面とによって密封された通常体積の空間部とされ、かつ上記芯金の挿入完了後には、上記通常体積の空間部から挿入された芯金の体積を差し引いた密封された少ない体積の空間部とされ、上記少ない体積の空間部に、上記芯金の送液孔を介して上記ベローズ成形用液の導入がなされて形成されることを特徴とする。
また、請求項２記載のように、上記液量調整機構は、上記ベローズ成形機構に対して交換自在に取付けられ、上記空間部を可変的な体積として形成することを特徴とする。
また、請求項３記載のように、上記液量調整機構の交換は、制御部によって統括指示される自動作業または手作業で行われて成形されることを特徴とする。

また、液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形装置として、請求項４記載のように、中空状部を空間部とする素管の両端を固定金型と可動金型とによって密封し、上記素管の外周に複数の分割金型を配置し、上記素管を軸方向に圧縮しつつ上記素管を外周側から上記分割金型によって押圧し、上記素管の空間部内にベローズ成形用液を導入しつつその液圧を高め、上記素管の外周にベローズを成形するベローズ成形機構において、上記ベローズ成形機構の一方側の可動金型側に配置され、上記素管の空間部に進退自在に挿入される芯金と、支持型本体と上記支持型本体と段差部を介して凸設された小径支持型本体とよりなり、上記可動金型と共に上記素管の空間部を密封する芯金支持型と、上記芯金を上記素管の空間部に進退自在に応動させる芯金押し込み部とよりなる液量調整機構を備え、上記素管の空間部は、上記芯金の挿入前には、上記可動金型と上記固定金型および上記小径支持型本体と上記素管の内周面とによって密封された通常体積の空間部とされ、かつ上記芯金の挿入完了後には、上記通常体積の空間部から挿入された芯金の体積を差し引いた密封された少ない体積の空間部とされ、上記少ない体積の空間部に、上記芯金の送液孔を介して上記ベローズ成形用液の導入がなされることを特徴とする。
また、請求項５記載のように、上記液量調整機構は、上記ベローズ成形機構に対して交換自在に取付けられ、上記空間部を可変的な体積とすることを特徴とする。
また、請求項６記載のように、上記液量調整機構の交換は、制御部によって統括指示される自動作業または手作業で行われることを特徴とする。

この発明によれば、素管の挿入完了時には一方側の成形金型に密着し芯金と素管との空間部を少ない体積の空間部に可変することができるので、簡単な構造によって装置の大型化と複雑化を防ぐと共に、水量の低減化や消費電力の低減化を可能とすることができる。
また、液量調整機構は、ベローズ成形機構に対し交換自在とされるので、簡単な構造によって装置の大型化と複雑化を防ぐと共に、水量の低減化や消費電力の低減化を果たすことができる。
したがって、エコエネルギーとして、ベローズ成形時の水量を減らし、成形時間の減らし、消費電力の低減化も可能となり、トータルコストを下げることができることとなる。

この発明に係るベローズ成形装置の概略構成を示す縦断説明図である。 図1におけるＡ-Ａ線断面図である。 図1における芯金挿入完了時を示した縦断説明図である。 液量調整機構とベローズ成形機構の初期状態を示す説明図である。 液量調整機構とベローズ成形機構の第２段階を示す説明図である。 液量調整機構とベローズ成形機構の第３段階を示す説明図である。 液量調整機構とベローズ成形機構の最終段階を示す説明図である。 従来のバルジ加工によるベローズ成形を示す説明図。 従来の他の実施例を示す説明図。 従来のベローズ成形のその他の実施例を示す説明図である。

以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。
図1は、ベローズ管成形装置を構成するベローズ成形機構１１と液量調整機構１５とを示す概略構成図である。
ベローズ成形機構１１は、所定厚さを有する中空状の素管Ｐと、素管Ｐの両側を挟持する成形金型である固定金型１２および可動金型１３と、素管Ｐの外周に配置される複数の分割金型１４・・・とによって構成されている。なお、分割金型１４・・・によってベローズ成形は行われるが、この分割金型１４はその下部の両側を湾曲状に半割され、この半割穴によりベローズ成形は行われるが、図８にも示されるように従来周知であるので詳細な説明は省略する。
具体的には、中空状の素管Ｐは、所定の外径を有すると共に、所定内径を有し、所定の厚みtを有し、所定長の素管とされ、成形用金型である固定金型１２と可動金型１３に両端を配置されるため、中空状の部分は空間部Ｓとされる。
この空間部Ｓには、ベローズ成形用液Ｗが導通されるのであるが、空間部Ｓ内にベローズ成形用液Ｗがさらに導入されると液圧が高められ、素管Ｐの外周に配置された分割金型１４・・・によってベローズが膨出成形される。１２aは固定金型１２に設けられた空気孔である。

また、可動金型１３には、後述する芯金支持型１６の小径支持型本体１６cが挿嵌される開口孔１３aが開設されている。この開口孔１３aに挿嵌された小径支持型本体１６ｃによって、ベローズ成形機構１１は芯金支持型１６と一体とされる。また、分割金型１４・・・は、従来同様に管体軸方向に多数列設させると共に、図示しない駆動装置によって管体軸方向に移動され、半割穴のＵ字状凸部に嵌め合わされて波形のベローズを形成する。

一方、液量調整機構１５は、芯金支持型１６と、この芯金支持型１６に進退自在に挿入される芯金１７と、芯金１７をベローズ成形機構１１側に進退自在に移動させる芯金押し込み部１８とによって構成されている。芯金支持型１６は、ベローズ成形機構１１の可動金型１３側に配置されるが、支持型本体１６aと、段差部１６bと、段差部１６bを介した小径支持型本体１６cとよりなる。この小径支持型本体１６cは、可動金型１３の開口孔１３aに挿嵌され、段差部１６bを介して支持型本体１６aを可動金型１３に止着する。なお、芯金支持型１６は芯金挿通孔１６dが開設されている。

また、芯金１７は、所定厚みtを有する所定長の中空状の送液路１７ａを有するものであり、芯金支持型１６に進退自在に挿入されると共に、送液路１７ａを介してベローズ成形用液Ｗをベローズ成形用孔１７ｂに流し込む。
この芯金支持型１６と芯金１７との接合面には、Ｏリング１９やオイルレスブッシュ（図示略）などを介して摺合され、互いに摺合可能および液漏れ防止可能とされている。このＯリング１９やオイルレスブッシュなどは支持型本体１６aと可動金型１３の開口孔１３aなどの間に適宜用いられ、互いの間を水密的にとするものであるため従来周知の技術手段を必要に応じて適宜用いることができる。
また、固定金型１２および可動金型１３と素管Ｐと間の水密性も同様であり、従来周知の技術手段を必要に応じて適宜用いることができる。
さらに、芯金支持型１６の支持型本体１６a先端側は、素管Ｐ側に突き出す凸部などを形成し素管Ｐとの嵌め合い性を確保すると共に、水密性を確保するようにしてもよく、従来周知の技術手段を必要に応じて適宜用いることができる。
２０は可動側ノズル、２１は固定側ノズルである。

ベローズ成形機構１１と液量調整機構１５は、制御部１００によって制御することができる。すなわち、ベローズ成形制御部２００は、固定金型１２と可動金型１３と素管Ｐと分割金型１４・・・の動作を制御する。
液量調整部３００は、芯金支持型１６と芯金１７と芯金押し込み部１８の動作を制御する。
これらの各動作に伴って、制御弁である固定側ノズル２１と可動側ノズル２２は制御部１００によって統括制御され、最終的には図３のように芯金１７は固定金型１２に到達し、素管Ｐによって形成される空間部は、素管Ｐによって形成される空間部Ｓである「通常体積の空間部Ｓ」から、芯金１７の進入後の素管Ｐである狭まった空間部Ｓ１すなわち「少ない体積の空間部Ｓ１」に可変する。

次に、図４乃至図７の模式図に基づいてベローズ成形の動作を説明する。
（１）図４：ベローズ成形機構と液量調整機構の分解状態
ベローズ成形機構１１は、素管Ｐに固定金型１２と可動金型１３が組み付けられて空間部Ｓが形成され、これに対して液量調整機構１５が対向配置されている。
（２）図５：ベローズ成形機構と液量調整機構のセット状態
液量調整機構１５がベローズ成形機構１１に組み付けられたセット時である。
可動金型１３の開口部１３aに、芯金支持型１６の小径支持型本体１６cが挿嵌され、段差部１６bを介して支持型本体１６aを可動金型１３に止着する。
（３）図６：素管の空間部に対し芯金の進入状態
図５の状態から芯金１７が素管Ｐの空間部Ｓに対し進入状態する。空間部Ｓは芯金１７によって徐々に狭められる。
（４）図７：芯金が挿入完了時の状態
芯金１７がさらに前進し挿入完了し、挿入完了時には芯金１７の先端部は固定金型１４側に密着する。この際、空間部Ｓは芯金１７と素管Ｐによって密封された少ない体積の空間部Ｓ１の体積とされる。
すなわち、挿入完了時においては、空間部はＳからＳ＞Ｓ１の関係とされ、空間部の体積はＳ＝ＶからＳ１＝Ｖ１の関係とされ、互いに異なる空間部（体積）の関係に可変する。

図３は、図１における芯金挿入完了状態を示す（図６対応）。
このように、芯金１７の挿入完了時には、芯金１７の先端部は固定金型１４側に密着し、空間部Ｓは、液量調整機構１５がベローズ成形機構１１に組み付けられたセット時（図３参照）の通常体積の空間部Ｓから、少ない体積の空間部Ｓ１とされる。
これは、挿入完了時において、素管Ｐによって密封され形成された当初の空間部Ｓが、芯金１７の挿入による体積を差し引いた空間部とされるものであり、すなわち、少ない体積の空間部Ｓ１であり、したがって挿入完了時の体積はＶ１とされる。そして、芯金１７における挿入完了時の少ない体積の空間部Ｓ１に対し、制御部１００からの指令により素管Ｐの送液路１２ａを介してベローズ成形用液Ｗが導入され。その後、ベローズ成形用液Ｗは空間部Ｓ１内で液圧を高められ、素管Ｐ外周に配置されている分割金型１４の軸方向圧縮に伴って、素管Ｐ外周にベローズ成形が行われることになる。

このため、ベローズ成形圧は、従来と同様であり一定の成形圧としても、ベローズ成形押し力（ベローズ成形パワー）が少なくて済むこととなる。すなわち、芯金を挿入するだけの簡単な構造によって、素管Ｐの空間部Ｐを容易に可変することができるので、装置の大型化や複雑化を防ぐができ、また、空間部に対する導入水量を少なくすることができ、装置に係るその消費電力も低減化することができる。

なお、空間部Ｓ１は、小径支持型本体１６cによって確保されるものであり、空間部Ｓ１の形成は段差部によって確保されているが、段差のみによらず多段の段差部であってもよく、また、リング状の環などによって得られるようにしてもよく、いずれにせよ、挿入完了時に形成される少ない体積のベローズ成形用空間部Ｓ１が確保されればよい。

そして、芯金１７における挿入完了時の少ない体積の空間部Ｓ１が確保されることにより、この少ない体積のベローズ成形用空間部にベローズ成形用液を導入してベローズ成形が行われる。このため、ベローズ成形圧は、従来と同様であり一定としてもベローズ成形押し力が少なくて済むこととなる。すなわち、芯金を挿入するだけの簡単な構造によるので、装置の大型化・複雑化を防ぐができ、また、その水量の低減化や消費電力も低減化を図ることができ、シンプルな構造とすることができる。

次に、第２の実施例を示す。
この第２の実施例は、第1の実施例とほぼ同様であるが、大径管のベローズ成形、例えば、石油プラントや原子力プラントあるいは航空機・宇宙開発プラントに際して特に有効である。すなわち、第1の実施例のものは、自動化された比較的汎用な小径管のベローズ成形に好適であるが、大径管の場合には大型プラントに合わせたベローズ成形が要求されることが多い。また、自動化されたベローズ成形よりも現場に合わせたベローズ成形が要求されることが多い。
このため、特に、液量調整機構１１を交換可能とする必要があり、空間部Ｓを大径管の通常の体積の空間部から少ない体積の空間部Ｓ１に可変自在とし、ベローズ成形圧は従来と同様であり一定としても、ベローズ成形押し力（ベローズ成形パワー）が少なくて済むこととなり、水量と消費電力の低減化を図る必要がある。
なお、液量調整機構１１及び芯金１７などの交換については、手作業や自動交換機など従来周知の技術手段を適宜用いればよい。

地中などに埋設される水道管やガス管などの屈曲配管などの他に、医療分野・化学分野あるいは航空分野などへのフレキシブルパイプの進出を図る上で、自動制御に適した小型の金属ベローズ管成形方法、及び、その金属ベローズ管成形装置とすることができる。また、反対に石油プラントや原子力プラントあるいは航空機・宇宙開発プラントなど、大型プラントに合わせた大径管としての金属ベローズ成形方法、及び、その金属ベローズ成形装置としても適用することができる。また、その他の素管や素管以外のあらゆる加工素材の処理に適用できる。

Ｐ 素管
Ｓ（v） 空間部
Ｓｌ（v１）少ない体積の空間部
Ｗ ベローズ成形液
１１ ベローズ成形機構
１２ 固定金型
１２a 空気孔
１３ 可動金型
１３b 開口部
１４ 分割金型
１５ 液量調整機構
１６ 芯金支持型
１６a 支持型本体
１６b 段差部
１６c 小径支持型本体
１７ 芯金
１７a 送液路
１７b 液挿通孔
１８ 芯金押し込み部
１９ Ｏリング
２１ 固定側ノズル
２２ 可動側ノズル
１００ 制御部
２００ ベローズ成形制御部
３００ 液量調整制御部
４００ 水量制御部

Claims (6)

1. 中空状部を空間部とする素管の両端を固定金型と可動金型とによって密封し、上記素管の外周に複数の分割金型を配置し、上記素管を軸方向に圧縮しつつ上記素管を外周側から上記分割金型によって押圧し、上記素管の空間部内にベローズ成形用液を導入しつつその液圧を高め、上記素管の外周にベローズを成形するベローズ成形機構において、
   上記ベローズ成形機構の一方側の可動金型側に配置され、上記素管の空間部に進退自在に挿入される芯金と、支持型本体と上記支持型本体と段差部を介して凸設された小径支持型本体とよりなり、上記可動金型と共に上記素管の空間部を密封する芯金支持型と、上記芯金を上記素管の空間部に進退自在に応動させる芯金押し込み部とよりなる液量調整機構を備え、
   上記素管の空間部は、上記芯金の挿入前には、上記可動金型と上記固定金型および上記小径支持型本体と上記素管の内周面とによって密封された通常体積の空間部とされ、かつ上記芯金の挿入完了後には、上記通常体積の空間部から挿入された芯金の体積を差し引いた密封された少ない体積の空間部とされ、
   上記少ない体積の空間部に、上記芯金の送液孔を介して上記ベローズ成形用液の導入がなされて形成されることを特徴とする液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形方法。
2. 上記液量調整機構は、上記ベローズ成形機構に対して交換自在に取付けられ、上記空間部を可変的な体積として形成することを特徴とする請求項１記載の液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形方法。
3. 上記液量調整機構の交換は、制御部によって統括指示される自動作業または手作業で行われて成形されることを特徴とする請求項１または２記載の液量調整機構を備えた金属ベローズ管形方法。
4. 中空状部を空間部とする素管の両端を固定金型と可動金型とによって密封し、上記素管の外周に複数の分割金型を配置し、上記素管を軸方向に圧縮しつつ上記素管を外周側から上記分割金型によって押圧し、上記素管の空間部内にベローズ成形用液を導入しつつその液圧を高め、上記素管の外周にベローズを成形するベローズ成形機構において、
   上記ベローズ成形機構の一方側の可動金型側に配置され、上記素管の空間部に進退自在に挿入される芯金と、支持型本体と上記支持型本体と段差部を介して凸設された小径支持型本体とよりなり、上記可動金型と共に上記素管の空間部を密封する芯金支持型と、上記芯金を上記素管の空間部に進退自在に応動させる芯金押し込み部とよりなる液量調整機構を備え、
   上記素管の空間部は、上記芯金の挿入前には、上記可動金型と上記固定金型および上記小径支持型本体と上記素管の内周面とによって密封された通常体積の空間部とされ、かつ上記芯金の挿入完了後には、上記通常体積の空間部から挿入された芯金の体積を差し引いた密封された少ない体積の空間部とされ、
   上記少ない体積の空間部に、上記芯金の送液孔を介して上記ベローズ成形用液の導入がなされることを特徴とする液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形装置。
5. 上記液量調整機構は、上記ベローズ成形機構に対して交換自在に取付けられ、上記空間部を可変的な体積とすることを特徴とする請求項４記載の液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形装置。
6. 上記液量調整機構の交換は、制御部によって統括指示される自動作業または手作業で行われることを特徴とする請求項４または５記載の液量調整機構を備えた金属ベローズ管形装置。

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