JP6779522B2 - ビート成形装置及びビート成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、薄肉ステンレスパイプ等の金属製素管の周面に複数の単山又は単一の螺旋状のビートを成形するビート成形装置及びビート成形方法に関する。

流体の輸送に用いられる金属製の配管は、流体の輸送経路に応じて屈曲させる必要がある。このため、配管用の金属管として、軸方向の一部の周面に複数の単山又は単一の螺旋状のビートを成形したフレキシブルチューブが用いられている。フレキシブルチューブは、流体の輸送経路に応じてビートが形成された部分で屈曲される。

フレキシブルチューブを作成するために円筒形の金属製素管の周面にビートを形成する装置及び方法として、芯金を内挿した金属製素管にバルジ加工を施すものがある（例えば、特許文献１参照。）。バルジ加工は、ハイドロフォーミングとも呼ばれ、金型にセットした金属製素管に超高圧の液体を充填しつつ金属製素管の両端を軸方向に圧縮し、金型に彫り込まれた形状に成形する。
特開２００１−３４０９２１号公報

しかしながら、バルジ加工は、金属製素管内に超高圧の液体を充填するための工程及び機構、並びに超高圧の液体を充填した状態の金属製素管の両端を軸方向に圧縮する工程及び機構が必要となり、フレキシブルチューブの製造方法が煩雑で、製造装置の構造が複雑化する。

この発明の目的は、金属製円筒形素管に対して周面に押圧溝を形成しつつ軸方向に圧縮して周面にビートを形成することにより、製造方法を簡略化して製造装置の構造を単純化することができるビート成形装置及びビート成形方法を提供することにある。

この発明のビート成形装置は、上流側搬送機構、下流側搬送機構、ダイス、回転機構を備えている。上流側搬送機構は、金属製円筒形素管のワークを軸方向に沿って第１速度で搬送する。下流側搬送機構は、ワークを軸方向に沿って第１速度より低速の第２速度で搬送する。ダイスは、内周面にワークの軸方向について少なくとも１条の凹凸を全周にわたって螺旋状に有するワークの外径より大径の環状を呈する。回転機構は、上流側搬送機構と下流側搬送機構との間で、ダイスの中心軸をワークの中心からダイスの内径とワークに形成すべきビートの谷部の半径との差だけ偏心した位置でワークの軸方向に平行にして、ダイスの中心軸回りに回転自在にダイスを支持しつつ、ワークの中心軸回りにダイスを回転させる。第１速度と第２速度との速度差は、回転機構によるダイスの回転速度及びダイスの軸方向における凸部のピッチに基づいて決定される。

この発明のビート成形方法は、上記の上流側搬送機構、下流側搬送機構、ダイス及び回転機構を準備し、上流側搬送機構及び下流側搬送機構によってワークをダイス内に通過させながら、ダイスの中心軸をワークの中心からダイスの内径とワークに形成すべきビートの谷部の半径との差だけ偏心した位置でワークの軸方向に平行にして、ダイスの中心軸回りに回転自在にダイスを支持しつつ、前記回転機構によってワークの中心軸回りにダイスを回転させる。

環状のダイス内に上流側搬送機構及び下流側搬送機構によって金属製素管のワークを通過させつつ、回転機構によってダイスをワークの中心軸回りに回転させると、ダイスの内周面の凹凸によってワークが半径方向に押圧されるとともに、上流側搬送機構と下流側搬送機構との速度差によって軸方向に圧縮される。内周面がワークの外周面に接触するダイスは摩擦力によって自転し、ダイスの内径をワークの外径に対して十分に大きくすることで、ワークに作用する周方向の応力が小さくなり、ワークに所望のビートが正確に形成される。

この発明によれば、金属製円筒形素管に対して周面に押圧溝を形成しつつ軸方向に圧縮して周面にビートを形成するための製造方法を簡略化して製造装置の構造を単純化することができる。

この発明の実施形態に係るビート成形装置の構成を示す概略の側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同ビート成形装置の要部の正面図及び側面断面図である。 同ビート成形装置によるビートの成形状態を示す断面図である。 この発明の別の実施形態に係るビート成形装置の要部の側面断面図である。

以下に、この発明の実施形態に係るビート成形装置を、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、この発明の実施形態に係るビート成形装置１００は、上流側搬送機構１０、下流側搬送機構２０、回転機構４０をベース５０上に配置して構成されている。回転機構４０は、上流側搬送機構１０と下流側搬送機構２０との間で、環状のダイス３０を回転自在に支持している。ビート成形装置１００は、ワーク２００である金属製円筒形素管を上流側搬送機構１０及び下流側搬送機構２０によって軸方向に沿ってダイス３０内を通過させて搬送する間に、ワーク２００の外周面に軸方向に直交するビート２０１を軸方向に沿って等間隔に形成する。

上流側搬送機構１０は、駆動側のスプロケット１１及び従動側のスプロケット１２に張架された搬送チェーン１３をワーク２００の周方向に沿って複数備え、複数の搬送チェーン１３の間に挟持したワーク２００を所定の第１速度（上流側搬送速度）Ｖ１でダイス３０に向けて搬送する。駆動側のスプロケット１１には、図示しないモータから回転が供給される。

下流側搬送機構２０は、駆動側のスプロケット２１及び従動側のスプロケット２２に張架された搬送チェーン２３をワーク２００の周方向に沿って複数備え、複数の搬送チェーン２３の間に挟持したワーク２００を第１速度Ｖ１よりも低速の第２速度（下流側搬送速度）Ｖ２でダイス３０から図示しない切断装置に向けて搬送する。駆動側のスプロケット１２には、図示しないモータから回転が供給される。

上流側搬送機構１０は、複数の搬送チェーン１３を備えた構成に限るものではなく、ワーク２００を軸方向に沿って一定の速度で搬送できることを条件に、搬送ベルトや搬送ローラを用いることもできる。下流側搬送機構２０についても同様である。

回転機構４０は、ダイス３０を回転自在に支持する略円板状の本体４１、本体４１をワーク２００の中心軸回りに回転自在に支持する軸部材４２、本体４１に回転を供給するモータ４３を備えている。軸部材４２は、モータ４３とともに、支持体４４によってベース５０上に固定されている。

図２（Ａ）および（Ｂ）にも示すように、回転機構４０の本体４１は、軸受部４１１、ボス部４１２及び孔部４１３を備えている。軸受部４１１は、本体４１におけるワーク２００の搬送方向の上流側の側面に固定されている。軸部材４２は、ワーク２００の外径よりも大きい内径の円筒状を呈し、図１に示すように支持体４４を介してワーク２００と中心軸を一致させてベース５０に固定される。ボス部４１２は、円筒形状を呈し、本体４１におけるワーク２００の搬送方向の下流側の側面に形成されている。孔部４１３は、ワーク２００の外径よりも大きい内径を有し、本体４１の中心部に形成されている。

軸受部４１１は、ベアリング４１４，４１５を介して軸部材４２に外嵌している。本体４１は、軸受部４１１と一体に軸部材４２に回転自在に支持されている。軸受部４１１には、プーリ４１６が固定されている。プーリ４１６には、タイミングベルト４１７を介してモータ４３のプーリ４３１から回転が供給される。モータ４３を駆動すると、本体４１は、図２（Ａ）に示す矢印Ｓ方向に、軸受部４１１及びプーリ４１６と一体的に回転する。

プーリ４１６，４３１に張架されるタイミングベルト４１７に変えて、チェーン又はギアによってモータ４３の回転を本体１に供給することもできる。

ボス部４１２には、ベアリング３１を介してワーク２００の下流側からダイス３０が嵌入される。ダイス３０は、ボス部４１２内に嵌入された後、図示しないリングによって軸方向の移動を規制され、ボス部４１２内で本体４１に回転自在に支持される。

図３に示すように、ダイス３０の内周面には、螺旋状の１条の溝３２によって凹部３２１及び凸部３２２２が形成されている。ダイス３０の凸部３２２２の径である内径Ｄ１は、ワーク２００に形成すべきビート２０１の谷部２１１の径である谷径Ｄ２の４倍にされている。ダイス３０の凹部３２１の径は、ビート２０１の山部２１２が接触しない大きさにされている。

本体１及び軸部材４２の中心軸は、上流側搬送機構１０によって搬送されるワーク２００の中心軸と同心上に位置している。ワーク２００は、軸部材４２の内部及び本体４１の孔部４１３を貫通して軸方向に沿って搬送される。

ボス部４１２は、本体４１の中心Ｐ１からダイス３０の凸部の半径Ｒ１とワーク２００に形成すべきビート２０１の谷部２１１の半径Ｒ２との差だけ偏心した位置Ｐ２を中心位置としている。ダイス３０の凸部は、ワーク２００に形成すべきビート２０１の谷部に位置する。本体４１が矢印Ｓ方向に回転すると、ダイス３０がボス部４１２とともに、本体４１の中心Ｐ１を中心とする半径（Ｒ１−Ｒ２）の円周上を移動する。

上流側搬送機構１０と下流側搬送機構２０との搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）は、本体４１の回転速度とダイス３０の内周面に形成された溝３２の軸方向のピッチとに応じて決定される。ワーク２００の周面に軸方向に直交するビート２０１を等間隔で複数形成する場合、ワーク２００の周面の軸方向における同一の位置がダイス３０の溝３２内を移動するように、搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）を決定する。

上流側搬送機構１０及び下流側搬送機構２０によってそれぞれ上流側搬送速度Ｖ１及び下流側搬送速度Ｖ２でワーク２００を搬送しつつモータ４３を駆動すると、ダイス３０を通過するワーク２００の周面が凸部３２２２によって半径方向に押圧されるとともに、搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）によってワーク２００が軸方向に圧縮される。これによって、ワーク２００の周面には軸方向に直交するビート２０１が複数形成される。

このとき、ダイス３０は、ボス部４１２内で回転自在に支持されているため、内周面にワーク２００の外周面から作用する半径方向の反力によってボス部４１２内で本体４１の回転に抗して自転し、ワーク２００の外周面に摺動することがない。このため、本体４１が１回転する間に、ダイス３０はワーク２００の谷部２１１の周長に略等しい周長だけ本体４１と反対方向に回転する。

また、ダイス３０の内径Ｄ１は、ワーク２００の谷径Ｄ２に比較して十分に大きいため、凸部３２２２がワーク２００の周面に摺動することがなく、ワーク２００にはダイス３０の凸部３２２２から略半径方向にのみに応力が作用する。このため、ワーク２００の周面に所望の形状のビート２０１以外の変形を生じることがない。

ダイス３０の内径Ｄ１は、ワーク２００の谷径Ｄ２に比較して大きくするほど、凸部３２２２がワーク２００の周面に摺動することを防止でき、ワーク２００の周面における所望の形状のビート２０１以外の変形を防止する効果が高いと考えられるが、同時に装置の大型化を招く。ダイス３０の内径Ｄ１をワーク２００の谷径Ｄ２の３．５倍程度では、ワーク２００の周面に所望の形状のビート２０１以外の変形を生じる可能性が高い。ダイス３０の内径Ｄ１をワーク２００の谷径Ｄ２の４倍以上とすることで、ワーク２００の周面に所望の形状のビート２０１のみを成形することができた。

上流側搬送機構１０によるワーク２００の上流側搬送速度Ｖ１は、ビート成形装置１００の前段に設けられる例えば造管装置（図示せず。）におけるワーク２００の搬送速度に一致する。したがって、搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）は、専ら下流側搬送機構２０によるワーク２００の搬送速度Ｖ２の変更によって調整されることになる。

上述のように、ビート成形装置１００は、ダイス３０の凸部３２２によってワーク２００の周面を半径方向に押圧するとともに、搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）によってダイス３０内でワーク２００を軸方向に圧縮することで、ワーク２００に複数のビート２０１を軸方向に沿って等間隔に形成する。ビート２０１の形成に必要とされる凸部３２２による押圧力及び搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）による圧縮力は、ワーク２００の径、材質及び厚さ、並びにビート２０１の形状等によって異なる。

凸部３２２による押圧力に影響を与えるダイス３０の径や溝３２の形状は、主にワーク２００の径やビート２０１の形状によって定まり、容易に調整することができない。そこで、ワーク２００におけるビート２０１の形成状態に応じて下流側搬送機構２０による搬送速度Ｖ２を変化させることで、搬送速度差（Ｖ１−Ｖ２）による圧縮力を調整し、ワーク２００に所望の形状のビート２０１が形成されるようにする。このため、少なくとも下流側搬送機構２０の駆動側のスプロケット２１に回転を供給するモータは、回転速度を変更可能にされている。

また、ビート２０１は、ダイス３０内でワーク２００が搬送方向に沿って移動する間に、徐々に所望の形状及び間隔に形成されていくものと考えられる。このため、溝３２の凸部３２２２は、ダイス３０の内周面に一様の高さ及び間隔で形成するのではなく、ワーク２００の搬送方向における上流側から下流側に向かって徐々に高くするとともに、徐々に間隔を狭くすることが好ましい。

図４に示すように、この発明の別の実施形態に係るビート成形装置１０１では、ダイス１３０の内周面に軸方向に直交する溝１３２を軸方向に沿って複数形成している。溝１３２は、凹部１３２１及び凸部１３２２を構成する。ビート成形装置１０１の他の構成はビート成形装置１００と同様である。

ビート成形装置１０１によれば、ダイス１３０の回転速度、上流側搬送速度Ｖ１及び下流側搬送速度Ｖ２を適正な値に設定することで、ワーク２００の周面に単一のビート１２０１が螺旋状に形成される。

この場合にも、複数の溝１３２の凸部１３２２は、ダイス１３０の内周面に一様の高さ及び間隔で形成するのではなく、ワーク２００の搬送方向における上流側から下流側に向かって徐々に高くするとともに、徐々に間隔を狭くすることが好ましい。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−上流側搬送機構
２０−下流側搬送機構
３０−ダイス
４０−回転機構
１００−ビート成形装置
２００−ワーク
２０１−ビート

Claims (3)

1. 金属製円筒形素管のワークを軸方向に沿って第１速度で搬送する上流側搬送機構と、
   前記ワークを軸方向に沿って前記第１速度より低速の第２速度で搬送する下流側搬送機構と、
   内周面に前記ワークの軸方向について少なくとも１条の凸部を全周にわたって有するダイスであって、前記ワークの外径より大径の環状を呈するダイスと、
   前記上流側搬送機構と前記下流側搬送機構との間で、前記ダイスの中心軸を前記ワークの中心から前記ダイスの内半径と前記ワークに形成すべきビートの谷部の半径との差だけ偏心した位置で前記ワークの軸方向に平行にして、前記ダイスの中心軸回りに回転自在に前記ダイスを支持する回転機構であって、前記ワークの中心軸回りに前記ダイスを回転させる回転機構と、
   を備え、
   前記凸部は、前記ダイスの前記内周面に螺旋状に形成され、前記第１速度と前記第２速度との速度差が、前記回転機構による前記ダイスの回転速度及び前記ダイスの軸方向における前記凸部のピッチに基づいて決定されるビート成形装置。
2. 前記ダイスの内径は、前記回転機構による前記ダイスの回転時に前記凸部が前記ワークの外周面に対する摺動を生じない大きさである請求項１に記載のビート成形装置。
3. 金属製円筒形素管のワークを軸方向に沿って第１速度で搬送する上流側搬送機構と、前記ワークを軸方向に沿って前記第１速度より低速の第２速度で搬送する下流側搬送機構と、内周面に前記ワークの軸方向について少なくとも１条の凸部を全周にわたって螺旋状に有するダイスであって、前記ワークの外径より大径の環状を呈するダイスと、前記上流側搬送機構と前記下流側搬送機構との間で、前記ダイスの中心軸を前記ワークの中心から前記ダイスの内半径と前記ワークに形成すべきビートの谷部の半径との差だけ偏心した位置で前記ワークの軸方向に平行にして、前記ダイスの中心軸回りに回転自在に前記ダイスを支持する回転機構であって、前記ワークの中心軸回りに前記ダイスを回転させる回転機構と、を準備し、
   前記第１速度と前記第２速度との速度差を、前記回転機構による前記ダイスの回転速度及び前記ダイスの軸方向における前記凸部のピッチに基づいて決定し、
   前記上流側搬送機構及び前記下流側搬送機構によって前記ワークを前記ダイス内に通過させながら、前記ダイスの中心軸を前記ワークの中心から前記ダイスの内半径と前記ワークに形成すべきビートの谷部の半径との差だけ偏心した位置で前記ワークの軸方向に平行にして、前記ダイスの中心軸回りに回転自在に前記ダイスを支持しつつ、前記回転機構によって前記ワークの中心軸回りに前記ダイスを回転させるビート成形方法。

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