JP2000237832A - 金属管の拡管方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属管を減肉することなく拡管を行う方法及
び装置を提供することを課題としている。 【構成】 互いに対向する一対の回転保持体で直線上の
金属管を適当な間隔Ｄをおいて掴み、該金属管に軸回り
の回転を加えた状態で、前記回転保持体の少なくとも一
方を他方に接近する方向に移動させるとともに、両回転
保持体の何れかを他方の回転保持体の軸線と交差する方
向へ徐々に偏倚させることにより、曲げの内側と外側に
おいて常に圧縮応力が作用する条件下で回転中の金属管
に圧縮力と曲げ力を作用させ、両回転保持体間の金属管
に拡管方向の塑性変形を生じさせた後、曲げの内側と外
側において圧縮応力が作用する条件を保ったまま前記偏
倚を徐々に復元させることにより、金属管の中間部に拡
管部分を形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属管の一部を拡
管成形する方法と、その装置に関するものである。詳述
すると、金属管の中間部分、すなわち軸線方向任意の位
置に他の部分よりも大きい径の凸部を成形するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機器の一部に、柔軟性、密封
性などを必要とする場合に用いられる伸縮自在の継手、
たわみ管等にはベローズ管のようなじゃばら形の金属管
が用いられる。このベローズの製造技術として、例えば
特公平３−４２９６９号公報に記載されているようにバ
ルジ液圧を利用するバルジ成形方法が知られている。こ
のバルジ成形方法は、金属管内にバルジ液を注入し、加
圧することによって、金属管を金型に合わせた形状に加
工する技術である。しかしながら、この方法では拡管部
が減肉するという欠点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みなされたものであり、金属管を減肉することなく
拡管を行う方法及び装置を提供することを課題としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、次のようにした。すなわち、互いに対向す
る一対の回転保持体で直線上の金属管を適当な間隔Ｄを
おいて掴み、該金属管に軸回りの回転を加えた状態で、
前記回転保持体の少なくとも一方を他方に接近する方向
に移動させるとともに、両回転保持体の何れかを他方の
回転保持体の軸線と交差する方向へ徐々に偏倚させるこ
とにより、曲げの内側と外側において常に圧縮応力が作
用する条件下で回転中の金属管に圧縮力と曲げ力を作用
させ、両回転保持体間の金属管に拡管方向の塑性変形を
生じさせた後、曲げの内側と外側において圧縮応力が作
用する条件を保ったまま前記偏倚を徐々に復元させるこ
とにより、金属管の中間部に拡管部分を形成することを
特徴とする。

【０００５】さらに、互いに対向するとともに少なくと
も一方が他方の軸線に交差するように回動自在な一対の
回転保持体を設けるとともに、少なくとも一方の回転保
持体を他方の回転保持体に接近及び離反する加圧あるい
は送り手段と、少なくとも一方の回転保持体を回転駆動
する駆動手段と、少なくとも一方の回転保持体を他方の
軸線に交差するように回動させる偏倚手段を設けたこと
を特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の金属管Ｗの拡管成形方法を具体的に述
べれば、まず、ワークである直線上の金属管Ｗを互いに
対向する一対の回転保持体で掴んで保持する。回転保持
体は、例えば旋盤のチャックのようなもので、適当な間
隔Ｄをおいて金属管Ｗを強固に保持し、回転させること
ができるものであれば良い。また、拡管する金属管Ｗが
短い場合には、金属管Ｗの端部から押圧できるチャック
スリーブを用いても良い。両回転保持体で掴む間隔Ｄ
は、金属管Ｗの内外径及び拡管量と拡管部の長さに応じ
て十数ミリメートル乃至数百ミリメートルの範囲で変え
れば良い。

【０００７】この状態で少なくとも一方の回転保持体を
回転駆動し、掴んでいる金属管Ｗを回転させる。この回
転速度は通常毎分数回転乃至数百回転であり、金属管Ｗ
の材質、寸法などに応じて最適なものを選べば良い。ま
た、回転速度が遅いと成形時間が長く、速すぎると、後
述の塑性変形が生じた時に加圧を塑性変形に追従させる
のが困難となり、疲労による破断が生じる恐れがある。

【０００８】つぎに、回転中の金属管Ｗに圧縮力を作用
させる。この圧縮は、通常、油圧ジャッキあるいは油圧
シリンダなどで、作用させる。この圧縮力は金属管Ｗの
材質や外径及び肉厚によって異なる。しかしながら、バ
ルジ加工時の圧縮力と比較すると極めて小さい圧縮力で
所望の形状が得られる。

【０００９】この回転と圧縮状態を維持したまま、金属
管Ｗに曲げ方向の力を作用させる。この曲げ力は、例え
ばネジ式の送り装置を利用して何れか一方の回転保持体
を他方の回転保持体の軸線と交差する方向に偏倚させ
る。すると、両回転保持体間の金属管Ｗは湾曲しつつ、
回転する。また、この曲げ角度は数度乃至十数度であ
り、この角度が小さすぎると所望の形状が得られず、逆
に、大き過ぎると金属管Ｗの湾曲部に無理な力が作用
し、金属管Ｗが損傷する。

【００１０】このように、金属管Ｗに圧縮力を加えなが
ら曲げると、曲がった部分の内側に強大な圧縮力が作用
するので、この部分に塑性変形が生じ、圧縮力を逃がす
方向の変形すなわち拡管方向の膨らみが生じる。金属管
Ｗは回転しているので、金属管Ｗの全周が交互に曲げの
内側に位置することになり、全周にわたって塑性変形が
生じる。なお、このとき湾曲部の外側にも圧縮力を作用
させることが重要であり、もし、この外側部分に引っ張
り力が作用すれば、金属管Ｗに伸びと収縮が交互に生じ
て、疲労により破断する。また、拡管方向の膨らみが生
じると、その分だけ初期の掴み間隔Ｄが狭くなるが、上
記のように湾曲部の全周に圧縮力が作用しなければなら
ないので、間隔が狭くなる分だけ何れか一方の回転保持
体を他方の回転保持体に接近させるように、連続的に加
圧しなければならない。このように金属管Ｗを回転させ
ながら圧縮と曲げとを作用させるため、バルジ加工と比
較しても小さい圧縮力で金属管Ｗの拡管ができる。

【００１１】所望の拡管が行われたら、金属管Ｗの曲げ
を戻すために両回転保持部の軸線が直線状になるように
復帰させ、金属管Ｗを真直化する。この場合にも、曲げ
の内側と外側に常に圧縮力を作用し続ける。ここで、圧
縮を緩めると前述したように金属管Ｗの曲げ部分に伸び
と収縮が繰り返し作用し、破断する恐れがある。拡管し
た金属管Ｗが真直化できれば、圧縮力を除去し、回転を
停止させ、金属管Ｗを取り外せば良い。

【００１２】本拡管方法によれば、金属管Ｗに軸線方向
の圧縮力を作用させながら、回転と曲げを加えることに
よって拡管成形しており、素材となる金属管Ｗの長さは
加工前と比較して短くなる。この金属管Ｗの短くなった
分が拡管部に吸収され、拡管部の肉厚は素材以上のもの
が得られる。このように、拡管部が減肉していないこと
で、従来のバルジ加工品と比較して強度が増している。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の加工装置の一実施例を図面に
基づいて説明する。この拡管装置１は、床上に載置され
るベース２の側部に一対の側板３を立設し、その上部に
平面視において長方形のフレーム４が設けられている。
このフレーム４の前端部には、一方の回転保持体である
駆動回転部５が設けられている。

【００１４】駆動回転部５は、フレーム４の左右方向の
部材５ａに固着された支持筒体６内に円筒状の保持筒７
が回転自在に支承され、該保持筒７の端部には従動歯車
８が取り付けられている。保持筒７の内部には、金属管
Ｗを保持するチャック部材としてチャックスリーブ９が
嵌め込まれている。チャックスリーブ９の芯部には金属
管Ｗが嵌合する保持孔９ａが設けてあり、該チャックス
リーブ９前端部には前後方向のスリット９ｂが設けられ
ている。このスリット部９ｂに固定部材１０，１０を取
付、ボルト１１，１１を締め付けることによって、金属
管Ｗを保持する構成である。

【００１５】上記支持筒体６の下方には駆動源であるモ
ータ１２が設置されており、その出力軸に取り付けた駆
動歯車１３が上記従動歯車８と噛合している。

【００１６】前記駆動回転部５に対向するように他方の
回転保持体である従動回転部１４が設けられている。該
従動回転部１４は、フレーム４の上縁部に設けたレール
部１５に沿って前後にスライドする摺動体１６を備え、
該摺動体１６の端部にはリング状の回動フレーム１７が
軸１８によって枢着されている。この回動フレーム１７
には従動側の支持筒体１９が固着されており、該支持筒
体１９の内部に保持筒２０が回転自在に支承されてい
る。この保持筒２０の内部には、上記駆動回転部５のチ
ャックスリーブ９と同様なワーク保持用のチャックスリ
ーブ２１が嵌合している。チャックスリーブ２１の芯部
には保持穴２１ａが設けられ、該保持穴２１ａの後端部
には前後方向のスリット２１ｂを設け、該スリット２１
ｂを固定具２２で締め付け、金属管Ｗを保持する構成で
ある。

【００１７】摺動体１６の後部には送り装置２３が設け
られている。この送り装置２３は、従動回転部１４を駆
動回転部５に対し接近・離反する方向に前後移動させる
送り手段をなすもので、摺動体１６の後端部にブラケッ
ト２４が設けられ、該ブラケット２４に軸受２５が設け
られている。また、フレーム４の後端部の横枠２６には
通孔２６ａが設けられるとともに、前側には送り手段を
構成する筒体２７が固着されている。この筒体２７には
前後方向のスリット２７ａが設けられ、内部には前後方
向のネジ穴を備えた移動ブロック２８が、その上端部に
設けた突起２８ａを前記スリット２７ａから突出させた
状態で前後移動自在に嵌合している。

【００１８】前記ブラケット２４の軸受２５と横枠２６
とによって、送りロッド２９が軸回りに回転自在に支持
されている。この送りロッド２９の外周部には雄ネジが
設けられ、これに前記移動ブロック２８が螺合してい
る。送りロッド２９の前端部には抜け止め用のリング３
０が取り付けられ、後端部にはハンドル３１が取り付け
られている。

【００１９】従動回転部１４の下方には加圧装置３２が
設けられている。この加圧装置３２は、前記従動回転部
１４を駆動回転部５に向かって押圧する加圧手段を構成
するもので、ベース２上に流体ジャッキである油圧ジャ
ッキ３３が設置されている。この油圧ジャッキ３３の前
寄り上部には軸３４によって上下に回動自在に支持され
たカム３５が設けられている。カム３５の前部には前記
従動回転部１４の摺動体１６後部に係合する係合部３５
ａが形成されている。また、カム３５の後部側には前記
油圧ジャッキ３３のピストンロッドに当接して該ジャッ
キの押し上げ力を受ける受部３６が設けられている。

【００２０】前記従動回転部１４には、該従動回転部１
４を上下に回動させる偏倚手段として偏倚装置３７が設
けられている。この偏倚装置３７は、上記従動回転部１
４の支持筒体１９に固着したナット部材３８と、該ナッ
ト部材３８に螺合するネジ棒３９とを備えている。ネジ
棒３９の下端部は前記摺動体１６に当接しており、その
上端部にはハンドル４０が取り付けられている。このハ
ンドル４０を回すと、ネジ棒３９が回転するが、当該ネ
ジ棒３９の下端部は摺動体１６上面に当接しているの
で、ネジ棒３９自体は上下動せず、これに螺合している
ナット部材３８が支持筒体１９とともに上下動する。こ
れにより、従動回転部が軸を中心として上下に回動する
のである。

【００２１】この拡管装置の使用に際しては、まず駆動
回転部５と従動回転部１４を互いの保持筒７，２０の軸
線が同一線上に位置するように配置する。すなわち、偏
倚装置３７による角度付加を解除した状態としておく。
次に駆動回転部５のチャックスリーブ９と従動回転部の
チャックスリーブ２１に金属管Ｗを挿入して保持する。
このとき、拡管部とする箇所をチャックスリーブ９の後
端部にあわせ、固定部材１０をスリット９ｂの位置に配
し、ネジ１１でチャックスリーブ９を締め付け、金属管
Ｗを保持する。

【００２２】然る後、送り装置２３によって駆動回転部
５のチャックスリーブ９と従動回転部１４のチャックス
リーブ２１の間隔を所定の間隔Ｄとする。この間隔Ｄ
は、所望の拡管が得られる距離であり、予め試験を行っ
て決定しておく。この間隔調節は、ハンドル３１を操作
して移動ブロック２８をその突起２８ａがスリット２７
ａの後端部に当接するまで後進させた後、さらにハンド
ル３１を回して送りロッド２９を徐々に前進させること
により行う。送りロッド２９の先端部は摺動体１６に接
続されているので、従動回転部１４がレール１５に沿っ
て前進する。そして、所定の間隔Ｄとした後、駆動回転
部のチャックスリーブのスリット２１ｂに固定部材２２
を付け、金属管Ｗを保持する。

【００２３】次に、加圧装置３２で金属管Ｗを軸心方向
に加圧し、駆動手段であるモータ１２を作動させる。こ
の加圧は、油圧ジャッキ３３を作動させ、カム３５を矢
印Ｘ方向に回転させることによって行う。また、モータ
１２を作動させると、チャックスリーブ９，２１に保持
された金属管Ｗが回転する。すなわち、金属管Ｗは軸方
向に圧縮されつつ、回転している。この時の回転速度は
毎分数回乃至数百回程度でよい。この後に、偏倚装置３
７により金属管Ｗに曲げを加える。この時の曲げ角は３
〜７度程度で良い。

【００２４】なお、一実施例として外径２２．２ミリメ
ートル肉厚１．６ミリメートルの機械構造用炭素鋼管の
中間部に外径２７ミリメートル幅７ミリの拡管部を形成
する場合には、回転数を毎分４回転そして曲げ角度６度
さらに圧縮力を１〜２トン作用させる条件で拡管でき
る。

【００２５】上記加圧、回転、曲げによりチャックスリ
ーブ９，２１の間隔部分が圧縮され拡管が行われる。こ
の拡管の進行により、初期間隔Ｄは狭くなるがこの間も
加圧し続ける。この時、加圧状態がとかれると金属管Ｗ
の間隔Ｄ内で曲げ伸ばしが繰り返される状態となり、金
属管Ｗの破断が起きてしまう。所望の拡管が行われた
ら、回転と加圧を継続しつつ偏倚装置３７を元の状態に
復帰させ、金属管Ｗを直線化する。この時もなお、加圧
し続ける。これにより、中間部が拡管した直線上の金属
管Ｗが得られる。そこで、回転と加圧を停止し、金属管
Ｗをチャックスリーブ９，２１から取り外す。

【００２６】金属管Ｗは、両側のチャックスリーブ９，
２１に当初はゆるく嵌合していたが、上記回転、曲げ、
圧縮により拡管部近傍がチャックスリーブ９，２１にき
つく嵌まり込んだ状態となっている。そのため、金属管
Ｗの取出しは、次のように行う。まず、油圧ジャッキ３
３を後方にスライドさせ、カム３５を反Ｘ方向に下げ
る。そして固定部材２２を緩め、送り装置２３によっ
て、駆動回転部５と従動回転部１４を離間させ、チャッ
クスリーブ２１から金属管Ｗを抜き取る。ピン４１を抜
き、フレーム４と横枠２６の固定を解除し、従動回転部
１４を後方にスライドさせ金属管Ｗを抜き取る。然る
後、固定部材１０を緩め、駆動回転部５側からも金属管
Ｗを抜き取ればよい。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の金属管
の拡管方法及び装置によれば、金属管の減肉を生じさせ
ずに拡管部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の拡管装置の一例を示す側断面図

【図２】その平面図

【図３】その動作を示す要部の側断面図

【図４】拡管加工の第一工程（金属管の装填状態）を示
す要部側断面図

【図５】拡管加工の第二工程（金属管に回転と圧縮及び
曲げを作用させた状態）を示す要部側断面図

【図６】拡管加工の第三工程（第二工程を続けた状態）
を示す要部側断面図

【図７】拡管加工の第四工程（金属管に回転と圧縮を作
用させながら、曲げを戻した状態）を示す要部側断面図

【図８】拡管状態を示す拡管部の断面図

【符号の説明】

１ 拡管装置 ５ 駆動回転部 １４ 従動回転部 ２３ 送り装置 ３２ 加圧装置 ３７ 偏倚装置 Ｗ 金属管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する一対の回転保持体で直線
   上の金属管を適当な間隔Ｄをおいて掴み、該金属管に軸
   回りの回転を加えた状態で、前記回転保持体の少なくと
   も一方を他方に接近する方向に移動させるとともに、両
   回転保持体の何れかを他方の回転保持体の軸線と交差す
   る方向へ徐々に偏倚させることにより、曲げの内側と外
   側において常に圧縮応力が作用する条件下で回転中の金
   属管に圧縮力と曲げ力を作用させ、両回転保持体間の金
   属管に拡管方向の塑性変形を生じさせた後、曲げの内側
   と外側において圧縮応力が作用する条件を保ったまま前
   記偏倚を徐々に復元させることにより、金属管の中間部
   に拡管部分を形成することを特徴とする金属管の拡管方
   法。
2. 【請求項２】 互いに対向するとともに少なくとも一方
   が他方の軸線に交差するように回動自在な一対の回転保
   持体を設けるとともに、少なくとも一方の回転保持体を
   他方の回転保持体に接近及び離反する加圧あるいは送り
   手段と、少なくとも一方の回転保持体を回転駆動する駆
   動手段と、少なくとも一方の回転保持体を他方の軸線に
   交差するように回動させる偏倚手段を設けたことを特徴
   とする金属管の拡管装置。