JPH0386314A

JPH0386314A - 金属管内外面加工装置

Info

Publication number: JPH0386314A
Application number: JP22399589A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Kimura; 敏郎木村; Yutaka Saito; 豊斎藤; Shoichi Yoshiki; 吉木　尚一; Tsuneo Haba; 羽場　恒夫
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2590568B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、金属管の内面および外面を所望の形状に加工
する金属管内外面加工装置に関するものである。

［従来の技術］例えば、熱交換器に使用される金属管（鋼管、アルミニ
ウム管等）には、熱伝達性を向上させるために、内面お
よび外面にフィン、螺旋状の溝、突起等が形成されたも
のがある。

ところで、従来、このような形状に金属管を加工する場
合には、転造加工等によって、金属管の内外面に所定の
形状を付与する方法がとられている。

しかし、転造加工方法にあっては、たとえば螺旋状の溝
を転造する場合、金属管を回転させなければならず、そ
のため長尺品の加工ができないという欠点があったが、
近年、金属管の外面に圧接しながら、該金属管の軸心を
中心にして公転する複数の回転体を備えた加工機が開発
され、この加工機によって金属管を回転せずに溝等の加
工が可能になってきている。

［発明が解決しようとする課題］ところが、上記加工機を用いた場合、回転体の公転中心
と金属管の軸心とが加工中に多少ずれるため、この心ず
れに起因して振動が発生する。この振動は、回転体を高
速で公転させればさせるほど急激に増大して、回転体を
公転駆動する駆動軸のベアリングに大きな負荷の変動が
作用し、該ベアリングの寿命を著しく低下させることに
なる。

また、上記振動が増大すると、金属管に対する回転体の
面圧が大きく変化し、この際、面圧が著しく高くなった
ときの油切れにより金属管に凝着が生じことがある。

このため、回転体の公転速度としては、所定の公転速度
以上にすることができず、転造能率の上限が制限されて
いた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、加工
時の回転体の公転中心と金属管の軸心とのずれの影響を
少なくして、該回転体をより高速で公転させることので
きる金属管内外面加工装置を提供することを目的として
いる。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記目的を達成するため、金属管を縮径する
縮径装置と、該縮径装置の後段に配置され該縮径装置に
よって加工された前記金属管の内外面にさらに所定の形
状を付与する金属管内外面加工機とを具備し、前記縮径
装置は、前記金属管の外面に圧接するダイスと、前記金
属管の内部で前記ダイスに対応する位置に浮遊するフロ
ーティングプラグとからなり、前記金属管内外面加工機
は、前記金属管の外面に圧接される複数の回転体と、該
複数の回転体をそれぞれ前記金属管を中心にして公転さ
せる駆動機構と、前記フローティングプラグに回転自在
に連結され前記金属管の内部の前記複数の回転体に対応
する位置に浮遊するマンドレルとからなり、前記駆動機
構は、磁気軸受で回転自在に支持され前記複数の回転体
を公転駆動する駆動軸を備えており、この駆動軸は内部
に前記金属管を挿通可能なように円筒状に形成され、そ
の軸心が前記回転体の公転中心に一致されているもので
ある。

［作用］本発明においては、駆動軸が磁気軸受の磁気力によって
浮遊した状態で支持されているため、回転体の公転中心
と金属管の軸心とがずれても、その心ずれ量だけ該駆動
軸が変位して、該ずれ量を吸収する。このため、心ずれ
に伴う振動が抑えられ、回転体を高速で公転することが
可能になる。

［実施例］以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

第１図において、ｌは鋼管（金属管）であり、２は銅管
ｌを縮径する縮径装置である。

縮径装置２は、第３図に示すように、銅管ｌに圧接する
テーパ穴３ａを有するダイス３と、このダイス３のテー
パ穴３ａに対応する位置の銅管ｌ内に浮遊するフローテ
ィングプラグ４とを備えたものである。このフローティ
ングプラグ４は、第４図（ａ）、（ｂ）に示すように、
大径部５とこの大径部５より小径のロッド部６とがテー
パ部７を介して同軸上に一体に形成されたものである。

そして、このプラグ４には、大径部５の端面軸心部から
ロッド部６の外周面に通じる連通孔８が形成され、大径
部５の端面には連通孔８と該大径部５の外周面に通じる
連通溝５ａが形成されている。また、上記プラグ４のロ
ッド部６の先端には、該ロッド部６に対して同軸にマン
ドレル１０が設けられている。

マンドレル１０は、円筒状に形成されたものであり、そ
の外周面には螺旋状の溝１０ａが形成されている。この
マンドレル１０は、ロッド部６の先端面から軸心に螺合
された支軸１１によって回転自在に支持され、この支軸
１１に設けられた軸受部材１２によって軸方向の位置が
規制されている。すなわち、軸受部材Ｉ２は、支軸１１
の先端の鍔部１１ａと該マンドレルｌＯの端面との間の
該支軸１１に回転自在に嵌合された磁石１３．１３およ
びベアリングＢｅによって構成されており、これらの磁
石１３．１３の軸方向の反発力によって、前記マンドレ
ルＩＯの先端方向く第３図において右方向〉の力を受け
て、ベアリングＢｅへの負荷を軽減するようになってい
る。また、各磁石Ｉ３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等の希土類磁
石によって形成されている。

上記マンドレル１０に対応する位置には、第１図、第３
図に示すように、金属管内外面加工機２０が設けられて
いる。

金属管内外面加工機２０は、上記マンドレル１０を構成
要素の一つとして含み、該マンドレル１０と共同して、
銅管１の内面に螺旋状の溝を形成するものである。以下
、金属管内外面加工機２０について説明する。

第１図、第３図において、２１は銅管ｌをマントＣ点１
０に圧接する転造ボール（回転体）であり、２２は転造
ボール２１の半径方向の力を保持する径方向保持部材で
ある。

転造ボール２１は、径方向保持部材２２内に複数配置さ
れており、径方向保持部材２２は、第１の枠体２３およ
び第２の枠体２４によって挾持されている。

また、径方向保持部材２２は、超硬合金で形成された内
リング２５と、この内リング２５をバックアップする外
リング２６とにより構成されたものである。

第１の枠体２３および第２の枠体２４には、それらの同
軸位置に前記径方向保持部材２２の外周に嵌合して該径
方向保持部材２２を保持するための大径凹部２３ａおよ
び大径凹部２４ａが形成されているとともに、これらの
大径凹部２３ａおよび大径凹部２４ａの内側に、該大径
凹部２３ａおよび大径凹部２４ａと同軸の小径凹部２３
ｂおよび２４ｂが形成されている。そして、小径凹部２
３ｂおよび小径凹部２４ｂには、転造ボール２１の軸方
向の位置を規制する第１の軸方向保持部材２７および第
２の軸方向保持部材２８がそれぞれ設けられている。こ
れらの軸方向保持部材２７．２８は環状に形成されてい
て、その内径が前記縮径装置２で縮径された銅管１の外
径より十分大きく形成されている。また、第１の枠体２
３には、小径凹部２３ｂの内側に、第１の軸方向保持部
材２７の内周面に連続する径の貫通孔２３ｃが形成され
ており、この貫通孔２３ｃの前記縮径装置２側が該縮径
装置２に向かってテーパ状に拡径する拡径面２３ｄとな
っている。一方、第２の枠体２４の小径凹部２４ｂの内
側には、該小径凹部２４ｂに同軸に貫通孔２４ｃが形成
され、この貫通孔２４ｃには転造ボール２４で転造され
た銅管ｌの外周面を整える整形ダイス２９が嵌合されて
いる。そして、この整形ダイス２９は、後述する当板６
５によって軸方向後段側（図中右側）への移動が規制さ
れている。

上記金属管内外面加工機２０は、ホルダー３０を介して
電動モータ（駆動機構）４０の駆動軸４１に軸心が一致
された状態で連結されている。

ホルダー３０は、外周面がテーパ状に形成された筒状の
スリーブ３１と、このスリーブ３１の外周面に合致する
形状のテーパ状の内周面を有し、外周面に雄ねじ３２ａ
が形成された保持用雄ねじ部材３２と、この保持用雄ね
じ部材３２に螺合して、スリーブ３２を該保持用雄ねじ
部材３２の内方に移動させ、その際に該スリーブ３２の
内径を収縮させ、これにより第１の枠体２３および第２
の枠体２４をスリーブ３１を介して保持用雄ねじ部材３
２に固定するナツト３３と、保持用雄ねじ部材３２を駆
動軸４１に連結する連結部材３４とを備えたものである
。そして、連結部材３４は、円板状に形成されていて、
外周部に等間隔に設けられたボルト３５によって保持用
雄ねじ部材３２の端面に連結され、その中心には駆動軸
４１に連結するためのテーパ状の連結内面３４ａが形成
されたものである。

駆動軸４１は、その先端部に前記連結部材３４の連結内
面３４ａに合致する形状のテーパ状の連結外面４１ａを
有しており、この連結外面４１ａの先端側の外周には雄
ねじ４１ｂが形成されていて、この雄ねじ４１ｂに螺合
する止めねじ４２によって、前記連結部材３４を連結外
面４１ａに固定するようになっている。また、この駆動
軸４１は、その連結外面４１ａにキー４３が設けられて
いて、連結部材３４の回り止めがなされているとともに
、その軸心に、前記銅管ｌを挿通するための挿通孔４１
ｃが形成されたものである。

また、電動モータ４０は、上記駆動軸４１、止めねじ４
２およびキー４３を含む構成になっていて、外形を形成
する円筒状のハウジング４４と、このハウジング４４の
軸線方向の中央部内側に設けられた回転駆動用ステータ
４５と、この回転駆動用ステータ４５に対応する位置の
駆動軸４１の外周面に設けられた回転駆動用ロータ４６
とを備えたものである。また、駆動軸４１は、回転駆動
用ステータ４６の軸線方向の前側に位置する第１のラジ
アル磁気軸受４７、該回転駆動用ステータ４６の軸線方
向の後側に位置する第２のラジアル磁気軸受４８および
該第２のラジアル磁気軸受４８の後側に位置するスラス
ト磁気軸受４９によって、前記ハウジング４４に回転自
在に保持されている。第１および第２のラジアル磁気軸
受４７．４８は、駆動軸４１の外周面に設けられた円筒
状のラジアル軸受用永久磁石５０と、このラジアル軸受
用永久磁石５０に対応する位置のハウジングの内面に固
定され、該ラジアル軸受用永久磁石５０に対して反発力
を発生する方向の磁気を発生するラジアル軸受用電磁ｉ
５１とを備えたものである。一方、スラスト磁気軸受４
９は、駆動軸４１の外周面に設けられた円板状のスラス
ト軸受用永久磁石５２と、このスラスト軸受用永久磁石
５２の板面を挟む位置に固定部材５３を介してハウジン
グ４４に固定され、該スラスト軸受用永久磁石５３に対
して軸線方向の反発力を発生するスラスト軸受用電磁石
５４とを備えたものである。また、ハウジング４４の前
端の前カバー５５には、第１の防塵機構５６が設けられ
、該ハウジング４４の後端の後カバー５７には第２の防
塵機構５８が設けられている。

第１の防塵機構５６は、第２図に示すように、前カバー
５５から突出した駆動軸に４１に嵌合して固定され、外
周面に環状のリブ５９ａが複数（この図においては二つ
）形成された塩リング５９と、この塩リング５９の外周
位置に配置され、前記塩リング５９のリブ５９ａに対応
する位置に、該リブ５９ａが嵌まる形状の環状の溝６０
ａが形成された雌リング６０と、この雌リング６０をボ
ルト６１で前カバー５５に固定する固定用リング６２と
を備えたものである。

また、第２の防塵機構５８は、第１図に示すように、駆
動軸４１の後端部外周に嵌合する貫通孔６３ａが形成さ
れた円板体６３を有するものであり、この円板体６３に
は、その貫通孔６３ａに環状の溝６３ｂが複数形成され
ている。

また、図において、４４ａはハウジング４４内に冷却気
体を供給するための孔、６４は転造ボール２１部に潤滑
油を供給するノズル、６５は金属管内外面加工機２０の
ホルダー３０内に入る量を規制する当板である。

上記のように構成された金属管内外面加工装置において
は、駆動軸４１が回転すると、この駆動軸４１によって
、金属管内外面加工機２０が回転する。この際、フロー
ティングプラグ４が挿入された銅管１をダイス３のテー
バ穴３ａおよび金属管内外面加工機２０の軸心に通して
、後段方向（第１図中右方向）に引っ張ると、フローテ
ィングプラグ４のテーパ部７がダイス３のテーバ穴３ａ
に保持されて、該フローティングプラグ４の位置が定ま
り、マンドレルＩＯに対応する銅管ｌの外周で転造ボー
ル２１が公転するようになる。このため、ダイス３およ
びフローティングプラグ４によって銅管１が縮径され、
さらに転造ボール２１によって銅管１がマンドレル１０
の外周面に圧接され、これにより銅管ｌの内周面に螺旋
状の溝が形成される。そして、さらに後段に位置する成
形ダイス３９によって、銅管ｌの外周面が奇麗に整えら
れる。

この際、銅管ｌを後段側に引っ張る力によって、マンド
レル１０、および駆動軸４１が後段側に押し付けられる
ことになる。この時、マンドレル１０に加わる軸方向の
力は、軸受部材１２の磁石１３．１３の反発力によって
、非接触で保持される。

このため、マンドレル１０は、高回転かつ大負荷の状態
での使用が可能である。同様にして、駆動軸４１も、第
１のラジアル磁気軸受４７、第２のラジアル磁気軸受４
８およびスラスト磁気軸受４９によって非接触で回転支
持されているから、高回転かつ大負荷の状態での使用が
可能になる。

また、転造過程で銅管１の軸心と金属管内外面加工機２
０の軸心とが変化した場合には駆動軸４１に半径方向の
力が作用するが、その際には、ラジアル磁気軸受４７．
４８のエアーギャップの範囲内で駆動軸４Ｉがずれ、金
属管内外面加工機２０の軸心が自動的に銅管１の軸心に
一致するように作用するので、心ずれによる振動が抑え
られる。

このため、金属管内外面加工機２０の高速での回転が可
能になる。

したがって、上記のように構成された金属管内外面加工
装置によれば、駆動軸４１を第１のラジアル磁気軸受４
７、第２のラジアル磁気軸受４８およびスラスト磁気軸
受４９によって、保持しているので、軸受部に摩耗によ
る損耗がなく、該駆動軸４１を高回転かつ高負荷で半永
久的に回転することができる。また、マンドレル１０に
ついても、磁石１３．１３の反発力を用いて軸方向の力
を非接触で受けているので、高速、高負荷に耐えること
ができる。さらに、駆動軸４１に、金属管内外面加工機
２０と銅管１との軸心を合わせる作用があるから、振動
を低減することができる。したがって、金属管内外面加
工機２０を従来より高速で回転することができるという
顕著な作用効果を奏する。

また、銅管１内に供給されていた潤滑油がフローティン
グプラグ４の連通溝５ａおよび連通孔８を通してマンド
レル１０に供給されるので、マンドレル１０による転造
および該マンドレルの１０の回転が円滑に行なわれるよ
うになる。したがって、この点からも、金属管内外面加
工機２０を高速で回転することができる。

さらに、孔４４ａからハウジング４４内に供給された冷
却気体（例えば空気）は、駆動軸４１の外周面部を通っ
て第１の防塵機構５６の環状のリブ５９ａおよび溝６０
ａを通り、または第２の防塵機構５８の貫通孔６３ａと
駆動軸４１との隙間を通って外部へ放出され、その際に
ハウジング４４内の各部を冷却することができる。した
がって、この点からも、駆動軸４１を高負荷で回転する
ことができる。

さらにまた、第１の枠体２３の貫通孔２３ｃの縮径装置
２側が該縮径装置２に向かってテーパ状に拡径する拡径
面２３ｄとなっているので、銅管ｌの後段側への移動に
より、潤滑油が吸い込まれるようになり、転造ボール２
１の潤滑が促進される。

なお、上記実施例においては、縮径装置２のダイス３と
して、テーバ穴３ａによって銅管ｌを縮径するものを示
したが、このダイスは、転造ボール等の回転体によって
鋼管を縮径するように構成するものであってもよい。こ
の場合、ダイスとしての回転体を磁気軸受により支持さ
れた駆動軸で公転駆動するように構成してもよいことは
いうまでもない。

また、回転体として転造ボールを設けた例を示したが、
この回転体はローラ状に形成したものでもよく、この場
合にはローラの外周面に形成した溝や凹凸によって、金
属管の外周面にも加工することができる。

ての回転体を磁気軸受により支持された駆動軸で公転駆
動するように構成してもよいことはいうまでもない。

［実験例］金属管内外面加工装置による転造速度について実験を行
ったのでその結果を下記に示す。

■実験条件（イ）転造前の鋼管の寸法外径・・・・・・１２．２ｍｍ厚さ・・・・・・　０．４３ｔｓ（口〉転造後の鋼管の寸法外径・・・・・・９．６０ｍｍ厚さ・・・・・・０．３０ｍｍただし、内面に螺旋状の溝を成形（ハ）従来例の金属管内外面加工装置は、駆動軸をアン
ギーラベアリングで回転支持している。

■実験結果第１表上記の表に示すように、この実施例の金属管内外面加工
装置は、従来のものに比べて約２倍の速度でｆ！４管を
転造することが可能になった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、駆動軸を磁気軸
受により非接触で支持しているから、回転体の公転中心
と金属管の軸心とがずれても、磁気軸受のエアーギャッ
プの範囲内で駆動軸が変位して、回転体の公転中心が金
属管の軸心に一致するようになる。このため、上記心ず
れに伴う振動を抑えることができ、また、従来のギヤ列
に起因する機械損失がなくなるため、従来より回転体を
高速で公転させることができ、金属管を転造する能率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図は金属管内外面加工装置の断面図、第２図は
第１の防塵機構の要部拡大断面図、第３図はダイスおよ
び金属管内外面加工機の断面図、第４図（ａ）はフロー
ティングプラグおよびマンドレルの正面図、第４図（ｂ
）は同フローティングプラグおよびマンドレルの左側面
図である。ｌ・・・・・・銅管（金属管）、２・・・・・・縮径装
置、３・・・・・・ダイス、４・・・・・・フローティ
ングプラグ、１０・・・・・・マンドレル、２０・・・・・・金属管内外面加工機、２１・・・・・
・転造ボール（回転体）、４０・・・・・・電動モータ
（駆動機構）、４４１ｃ・・・・・・挿通孔、４７・・・・・・第１のラジアル磁気軸受、４８・・・
・・・第２のラジアル磁気軸受、４９・・・・・・スラ
スト磁気軸受。１・・・・・・駆動軸、

Claims

【特許請求の範囲】

金属管を縮径する縮径装置と、該縮径装置の後段に配置
され該縮径装置によって加工された前記金属管の内外面
にさらに所定の形状を付与する金属管内外面加工機とを
具備し、前記縮径装置は、前記金属管の外面に圧接する
ダイスと、前記金属管の内部で前記ダイスに対応する位
置に浮遊するフローティングプラグとからなり、前記金
属管内外面加工機は、前記金属管の外面に圧接される複
数の回転体と、該複数の回転体をそれぞれ前記金属管を
中心にして公転させる駆動機構と、前記フローティング
プラグに回転自在に連結され前記金属管内の前記複数の
回転体に対応する位置に浮遊するマンドレルとからなり
、前記駆動機構は、磁気軸受で回転自在に支持され前記
複数の回転体を公転駆動する駆動軸を備えており、この
駆動軸は内部に前記金属管を挿通可能なように円筒状に
形成され、その軸心が前記回転体の公転中心に一致され
ていることを特徴とする金属管内外面加工装置。