JPH05208234A - 端部厚肉管の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来に比べて、より薄い薄肉加工部を高精度に
かつ平滑な表面となるように成形することができるよう
な装置を提供することを目的とする。 【構成】加工すべき管１が挿着される芯金１１と、管１
の端部１３をつかむチャック１２と、管１を芯金１１と
共に軸回りに回転させる回転駆動機構１７と、成形ヘッ
ド２０を備えている。成形ヘッド２０は、キャリッジ２
２と、このキャリッジ２２の少なくとも３か所に配置さ
れたロール２３を備えている。ロール２３は、それぞれ
芯金１１の径方向に互いに連動して同じ方向に移動でき
るようにしてある。各ロール２３は、径方向連動機構３
２によって、同時に芯金１１の径方向に同量だけ移動さ
せられる。また、キャリッジ２２を芯金１１と平行な方
向に移動させるための軸方向移動機構５０が設けられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばベローズ形管継
手などの材料に使われる端部厚肉管の製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば各種装置の継手あるいは配管の一
部に使われる金属管（例えばベローズ形管継手等）で
は、相手部材との接続を可能ならしめるために、管本体
の端部にフランジ部を設けることが行われている。この
フランジ部と管本体との接合は、一般に溶接によって行
われる。

【０００３】しかしながら、肉厚が著しく薄い金属管を
フランジ部材に溶接する場合、溶接部において両者の肉
厚の差が大きいため、溶接開先部を適正な均一温度状態
にすることが難しく、温度差が生じた悪条件下での溶接
となる。このため肉厚の薄い金属管、例えば肉厚が0.15
mm〜0.2mm のアルミニウム合金管等においては、通常の
Ｔｉｇ溶接などでフランジ部材を高品質に溶接すること
が不可能であった。

【０００４】上記の問題を解決するために、例えば図９
に示されるベローズ形管継手のように、肉厚の薄い管本
体２の端部に肉厚の大きい厚肉部３を一体に成形し、こ
の厚肉部３を、突合わせ溶接あるいはすみ肉溶接等によ
って、フランジ部材４に溶接することも提案されてい
る。

【０００５】従来、このような要望から、端部に厚肉部
３を有する管（この明細書では端部厚肉管とも称する）
を製造するために、いくつかの従来技術が検討されてき
た。例えば、旋盤とバイトを用いた機械加工により、管
の軸方向中間部を所望長さにわたって所定の肉厚に切削
することで、端部厚肉管を製造するといった従来技術が
知られている。

【０００６】あるいは別の従来技術として、図１０に示
されるように、しごきロール５を備えたしごき加工機６
を用い、管１の所定部位を芯金７としごきロール５との
間でしごくことにより、管１の軸方向中間部を減肉して
所定長さにわたる薄肉加工部８を成形する技術も公知で
ある。この場合、しごきロール５にバックアップロール
が付加されることもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術のう
ち、前者の場合には、切削によって多くの屑が出るばか
りでなく、製品となる管の全長と同じ長さの原管（加工
前の管）が必要であるために材料歩留まりがきわめて悪
い。また、肉厚が極端に薄い管には適用不可能であるな
どの問題があった。

【０００８】一方、図１０に示される従来技術の場合に
は、材料歩留まりは高いが、特に肉厚の薄い管の場合
に、薄肉加工部を高精度に成形できないことがある。例
えば、薄肉加工部の肉厚が円周方向に肉厚が大きく偏る
とか、薄肉加工部の表面に螺旋状の皺ができたり、管内
径の不均一、表面のうねり等の不具合を生じる。

【０００９】上記不具合の原因はいくつか考えられる
が、本発明者らの研究によると、例えばアルミニウム管
やアルミニウム合金管のように剛性の低い材料からなる
管の場合、肉厚が0.15mm〜 0.2mmと薄くなると、しごき
ロール５によって圧延減肉された部位が１回転して再び
しごきロール５のところまで回転してきた時に、しごき
ロール５の回転方向手前側にて薄肉加工部８の内面の一
部が芯金７の表面から離れる傾向となり、薄肉加工部８
の肉厚が偏ったり管内径が不均一になる原因となる。ま
た、芯金７や管１が細くて長い場合には、しごきロール
５による僅かな加圧でも芯金７と管１が撓んでしまい、
偏心することによって不安定なしごき加工となり、この
ことも偏肉の原因となる。

【００１０】また、しごきロール５は回転しごき加工を
行う上でロール形状に制約を受けるため、しごきロール
５の送り速度を速くすると、薄肉加工部８の表面あらさ
精度が悪化する。そうかといって、しごきロール５の送
り速度を遅くすると、薄肉加工部８に螺旋状の皺やうね
りが生じるとともに、管径の不均一や肉厚のばらつきが
激しくなる。

【００１１】このため、従来の製造技術では、例えば真
空機器用のベーローズ形管継手のように肉厚がきわめて
薄くかつ高い気密性が要求されるものにおいて、所望の
品質を満足できないことがあった。

【００１２】従って本発明の目的は、肉厚がきわめて薄
い薄肉加工部も高精度にかつ平滑な表面となるように減
肉加工できるような、端部厚肉管の製造装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を果たすために
開発された本発明装置は、薄肉加工すべき管に挿入され
る芯金と、上記管の端部をつかむチャックと、上記管を
上記芯金と共に軸回りに回転させる回転駆動機構と、上
記芯金と管が通される挿通部を有しかつ上記芯金の軸線
方向に移動可能に設けられたキャリッジと、上記キャリ
ッジを上記芯金の軸線方向に移動させる軸方向移動機構
と、上記キャリッジの上記芯金周りに少なくとも３か所
に設けられかつ各々が上記芯金の径方向に互いに連動し
て同じ方向に移動可能な複数のロールと、上記各ロール
を同時に上記径方向に同量だけ移動させる径方向連動機
構とを具備している。

【００１４】

【作用】加工すべき管を芯金に挿着し、管の端部をチャ
ックによってつかんだ状態で、管を芯金と一体に回転さ
せる。そして径方向連動機構によって管の表面にロール
を押し当てつつ、軸方向移動機構によってロールを芯金
の軸線方向に移動させ、芯金とロールとの間で管を加圧
して所望部位の肉厚を減らしてゆく。

【００１５】ロールは管の円周方向に少なくとも３か所
配置されていて、それぞれが同時に管を中心方向に加圧
するため、例えばアルミニウム系金属のように剛性が低
い材料からなる薄肉管の場合にも、偏肉等の不具合発生
の原因となるような管壁の局部的浮上がりや、芯金の曲
りなどの不具合発生の原因となる挙動が抑制され、良好
な条件下で精度良く薄肉加工が実施される。

【００１６】このため、薄い肉厚部であっても、たくり
皺や偏肉を生じることなく精度良く成形でき、表面あら
さも従来技術に比べて格段に平滑に仕上がる。また、複
数ロールによる同時圧延加工によって、管の金属組織の
結晶粒の微細化が促進され、組織がより緻密かつ平滑と
なり、気密性も向上する。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１ない
し図３を参照して説明する。図１に示される端部厚肉管
製造装置１０は、加工すべき管１に挿入される円柱状の
芯金１１と、芯金１１の基端部に設けられたチャック１
２を備えている。芯金１１は円筒状をなしていてもよ
い。チャック１２は管１の径方向に開閉可能であり、管
１の端部１３を芯金１１と共につかむようになってい
る。芯金１１の外径は、芯金１１の表面に潤滑油を塗布
した状態で管１の内部に円滑に挿入できるように、管１
の内径よりも僅かに小さい寸法としてある。

【００１８】芯金１１の端面１５にセンタ心押し部材１
６が設けられている。この心押し部材１６は、芯金１１
の回転中心において芯金１１を回転自在に支持し、芯金
１１の振れ止めをなす。芯金１１とチャック１２は、回
転駆動機構１７によって一体に回転させられるようにな
っている。

【００１９】チャック１２の前方に、管１の軸方向の一
部（長手方向の一部）を包囲するような形状の成形ヘッ
ド２０が設けられている。成形ヘッド２０は、円盤状の
キャリッジ２２を備えている。キャリッジ２２の中央部
には、芯金１１に挿着された状態の管１を通す挿通部２
１が設けられている。

【００２０】キャリッジ２２の円周方向３か所に、しご
きロール２３が芯金１１を中心とする同心円上に配置さ
れている。このロール２３は、管１を薄肉加工する際に
管１の外周面に転接し、管１の回転周速度に応じて、従
動回転するものである。

【００２１】図２に示されるように、各ロール２３のな
す角度θは、各ロール２３の配置間隔が等分割の場合に
は 120°である。但し、 120°以外の角度の不等分割で
あってもよい。また、ロール２３を４個以上用いてもよ
い。

【００２２】図３等に示されるように、しごきロール２
３の外周部２５は円弧状をなしている。３個のしごきロ
ール２３は全て上記形状のものでよいが、表面仕上げ精
度を上げるための一手段として、図４に示されるような
平らな外周部２６をもつ仕上げロール２７を採用し、図
５に例示されるように複数個のしごきロール２３と１個
の仕上げロール２７を組合わせてもよい。

【００２３】上記のようにしごきロール２３と仕上げロ
ール２７を組合わせた場合、しごきロール２３によるし
ごき減肉加工と、仕上げロール２７による仕上げ加工を
同時に実施できることにより、剛性の低いアルミニウム
系材料を用いた管１であっても、高精度の表面仕上げ加
工を能率良く実施することができる。

【００２４】上記ロール２３は、軸３０によって回転自
在に支持されている。軸３０はスライダ３１に設けられ
ている。各ロール２３は、それぞれ芯金１１の中心から
の距離が等しくなるようにスライダ３１によって支持さ
れ、径方向連動機構３２によって、管１の径方向、すな
わち芯金１１の放射線方向に互いに連動して同じ量だけ
同方向に移動するように構成されている。

【００２５】径方向連動機構３２の一例は、渦巻状の案
内突条３５を有するスクロール円盤３６と、このスクロ
ール円盤３６の背面側に設けられた被動側ギヤ３７に噛
み合う駆動ギヤ３８と、駆動ギヤ３８を回転させるアク
チュエータ３９などを備えて構成されている。アクチュ
エータ３９はキャリッジ２２に取付けられている。

【００２６】スクロール円盤３６は芯金１１と同心円状
に設けられており、駆動ギヤ３８を回転させることによ
って芯金１１を中心に回転し、案内突条３５が螺旋運動
をするようになっている。

【００２７】スクロール円盤３６の案内突条３５は、ス
ライダ３１の背面部に設けられた歯部４５に噛み合って
いる。従って、アクチュエータ３９によってスクロール
円盤３６が回転させられると、スクロール円盤３６の回
転方向と回転量に応じて、案内突条３５の螺旋運動によ
って、全てのスライダ３１が各ロール２３と共に芯金１
１の径方向（図１中の矢印Ａ方向）に、互いに連動関係
をもって動く。

【００２８】また、上記成形ヘッド２０は、軸方向移動
機構５０によって、図１中の矢印Ｂ方向すなわち芯金１
１の軸線方向（管１の長手方向）に移動可能としてあ
る。軸方向移動機構５０の一例は、リードねじ５１と、
このリードねじ５１を回転させるアクチュエータ５２
と、キャリッジ２２に設けられたナット部材５３などを
備えており、リードねじ５１の回転方向と回転速度およ
び回転量に応じて、成形ヘッド２０が芯金１１の軸線方
向に所望量だけ所望速さで移動するようになっている。

【００２９】上記アクチュエータ３９，５２と回転駆動
機構１７は、マイクロコンピュータ等を用いたコントロ
ーラ（図示せず）によって、予め入力されたデータに基
づいて、その動きが制御されるようになっている。

【００３０】次に、上記実施例装置１０の作用について
説明する。図６に例示されるようなストレート形状の原
管１を、芯金１１に挿着し、管１の端部１３をチャック
１２によって芯金１１と一緒につかむ。また、成形ヘッ
ド２０の挿通部２１に管１と芯金１１を通す。芯金１１
の端面１５はセンタ心押し部材１６によって支持され
る。

【００３１】以上の状態で、回転駆動機構１７によって
管１と芯金１１をチャック１２と一体に回転させる。ま
た、軸方向移動機構５０のアクチュエータ５２を作動さ
せることにより、薄肉加工すべき部位の始点にロール２
３を位置させる。

【００３２】そののち、径方向連動機構３２のアクチュ
エータ３９を作動させて３個のロール２３を同時に管１
の表面に互いに同じ量だけ押し当てる。管１は回転して
いるから、３個のローラ２３はそれぞれ管１の回転によ
って軸３０を中心に連れ回転する。

【００３３】以上の状態で、軸方向移動機構５０のアク
チュエータ５２を作動させることにより、成形ヘッド２
０すなわちロール２３を管１の軸方向に移動させつつ、
管１の軸方向中間部に所望長さの圧延減肉加工を行う。
管端部１３は加工前の管１の肉厚のまま残しておく。こ
うして、図７に例示するような形状の端部厚肉管１ａが
製造される。この端部厚肉管１ａは、両端部に厚肉部３
を有し、かつ管軸方向中間部に薄肉加工部８を有する。
厚肉部３の肉厚ｔ0 は、加工前の管１の肉厚に等しい。

【００３４】上記の減肉加工は、軸方向移動機構５０の
アクチュエータ５２の回転方向を交互に切換えて、ロー
ル２３を管１の軸線方向に複数回往復移動させながら、
次第にロール２３を芯金１１に近付けてゆくことによ
り、複数回のパスを経て行われる。但し、加工すべき肉
厚等によっては１回のパスで所望肉厚まで減肉してもよ
い。

【００３５】上記構成の一実施例装置１０を用いること
により、例えばアルミニウム合金管（A5052-0 JIS H408
0 に準拠）において、次表１に示されるように精度の高
い薄肉加工が可能となった。従来技術では 0.3mmまでし
か肉厚を薄くすることができなかったが、本実施例装置
１０によれば、0.15mmまでの減肉が可能となり、薄肉加
工部の最大長Ｌも、従来は200mm 程度が限界であったの
に対して、本実施例では 500mmまで成形することが可能
となった。

【００３６】

【表１】

【００３７】本発明者らの研究によると、本発明の所期
の目的を達成するためには、ロール２３は少なくとも３
個必要であり、４個以上使用しても好結果が得られてい
る。また、本発明の目的を達成するために必要なロール
数は、管径Ｄと薄肉加工部の肉厚ｔとの関係によっても
左右されることが判明し、図８に平行斜線を施して示し
たように、Ｄ／ｔ値 450前後を境として、それ以上Ｄ／
ｔ値が大きくなると、ロールの数を４個あるいは５個に
増やすことが望ましいことがわかった。

【００３８】なお、径方向連動機構３２は、前述したス
クロール円盤３６等を用いる代わりに、例えばリンクや
カム機構などの周知の力伝達機構を用いて、３個以上の
ロール２３（２４）を径方向に連動させるものであって
もよい。また、軸方向移動機構５０は、例えば油圧シリ
ンダとサーボ弁等によってキャリッジ２２を所定速度で
芯金１１の軸線方向に動かすようにしてもよいなど、各
機構は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の態様で実
施できることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、従来に比べてより薄い
薄肉加工部を精度良くかつ平滑な表面となるように所望
厚さに薄肉化することができ、肉厚や径のばらつきが小
さく、偏肉が回避され、結晶粒の微細化圧延加工による
組織の改善も図れる。また、加工による材料損失がな
く、歩留まりがきわめて高いなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置を一部断面で示す
側面図。

【図２】図１に示された装置の一部の断面図。

【図３】しごきロールの側面図。

【図４】仕上げロールの側面図。

【図５】しごきロールと仕上げロールを組合わせた場合
のキャリッジの側面図。

【図６】原管を一部断面で示す側面図。

【図７】薄肉加工後の端部厚肉管を一部断面で示す側面
図。

【図８】ロール数とＤ／ｔ値との関係を示す図。

【図９】ベローズ形管継手の一例を一部断面で示す側面
図。

【図１０】従来の端部厚肉管製造装置を一部断面で示す
側面図。

【符号の説明】

１０…端部厚肉管製造装置、１１…芯金、１２…チャッ
ク、１７…回転駆動機構、２０…成形ヘッド、２１…挿
通部、２２…キャリッジ、２３…しごきロール、２７…
仕上げロール、３２…径方向連動機構、５０…軸方向移
動機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉加工すべき管に挿入される芯金と、上
   記管の端部をつかむチャックと、上記管を上記芯金と共
   に軸回りに回転させる回転駆動機構と、上記芯金と管が
   通される挿通部を有しかつ上記芯金の軸線方向に移動可
   能に設けられたキャリッジと、上記キャリッジを上記芯
   金の軸線方向に移動させる軸方向移動機構と、上記キャ
   リッジの上記芯金周りに少なくとも３か所に設けられか
   つ各々が上記芯金の径方向に互いに連動して同じ方向に
   移動可能な複数のロールと、上記各ロールを同時に上記
   径方向に同量だけ移動させる径方向連動機構とを具備し
   たことを特徴とする端部厚肉管の製造装置。