JP2000312923A - 管の凹部形成方法、及び管の凹部形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】切削加工を行なうことなく、プレス加工によ
り、質量が軽量であり、加工に経費が嵩まず、正確な形
状の凹部を管に複数形成すること。 【解決手段】管の内部に低融点合金を芯金として充填す
る充填工程（ＳＴ１）と、管の外周面のうち凹部を形成
する部分以外の個所をクランプ型で拘束する拘束工程
（ＳＴ２，ＳＴ３）と、管の内部に充填された低融点合
金を管の端部から押し付けて加圧する加圧工程（ＳＴ
４）と、管に成形パンチを押圧して管壁に所定の輪郭形
状を形成する凹部形成工程（ＳＴ５）とを備え、管に形
成すべき凹部の位置及び数に応じて（ＳＴ８）管をクラ
ンプ型及び成形パンチに対して軸方向及び軸回転方向に
移動して拘束工程（ＳＴ２，ＳＴ３）、加圧工程（ＳＴ
４）、凹部形成工程（ＳＴ５）を繰り返し、その後、管
内の低融点合金を加熱溶融し、管内から排出する工程
（ＳＴ９）を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製の管の周囲
に成形パンチを押し当てることにより、管表面に凹部を
形成するプレス加工を行ない、この凹部を管軸に沿って
複数形成する管の凹部形成方法、及び管の凹部形成装置
に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属製の円柱体の表面に凹部を設
け、この円柱体をエンジンの回転に同期して回転させ、
円柱体の凹部を使用して２サイクルエンジンの排気ポー
ト及び掃気ポ−トを開閉するもの提案されている。

【０００３】このような円柱体は、タイミングバルブシ
ャフトと称されており、このタイミングバルブシャフト
は、シリンダ内の燃焼ガスと混合気とを効率良く交換で
きるようにその寸法形状に工夫がされ、高い寸法精度が
求められている。

【０００４】係るタイミングバルブシャフトとして、中
実の金属円柱の表面に切削加工によって予め定められた
形状の凹部を形成することが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように、
金属の中実シャフトを切削加工するものにあっては、シ
ャフトが中実であるため、シャフトの質量が大きいもの
となり、高速回転をさせると質量の偏りや加工が精密に
行われないことによるブレが生じたり、バルブの気密が
正常に行われないという問題がある。

【０００６】このため、シャフトの材質を特殊なものに
したりする必要があるので材料が高価なものになってし
まうという問題がある。

【０００７】また、凹部の切削加工を精密に行なう必要
があり、またこの切削加工には手間と費用が嵩むという
問題がある。

【０００８】一方、このようなシャフトを形成するに際
して、素材として金属の管を使用し、管をクランプ型で
拘束して、凹部を形成すべき管壁に形成パンチを押圧し
て凹部を形成することも考えられるが、凹部の形状が必
要とされる形状に比して、凹部の輪郭形状が乱れてしま
うという問題がある。

【０００９】この問題を解決するため、管内に低融点合
金を充填して、管をクランプ型で拘束して、凹部を形成
すべき管壁に形成パンチを押圧して凹部を形成すること
も提案されている（特開平４−１４３０２１号参照）
が、第１の凹部を形成した際に、管が軸方向に延びてし
まうことから、第２回目以降の凹部を形成するに際して
凹部の肩部に相当する個所の形状がだれてしまうという
問題がある。

【００１０】そこで、本発明は、一般的に使用される管
材料を使用して、切削加工を行なうことなく、プレス加
工により、質量が軽量であり、加工に経費を嵩ませるこ
となく、管に正確な形状の凹部を複数形成することがで
きる管の凹部形成方法、及び管の凹部形成装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明において管の凹部
形成方法は、図１に記載したように、管壁に成形パンチ
を押し当てて凹部を形成するプレス加工を行い、予め定
められた形状の凹部を管軸に沿って複数形成する管の凹
部形成方法において、管の内部に低融点合金を芯金とし
て充填する充填工程（ＳＴ１）と、該管の外周面のうち
凹部を形成する部分以外の個所をクランプ型で拘束する
拘束工程（ＳＴ２，ＳＴ３）と、該管の内部に充填され
た低融点合金を管の端部から押しつけて加圧する加圧工
程（ＳＴ４）と、該管の外周面のうち凹部を形成する部
分に成形パンチを押圧して管壁に所定の輪郭形状を形成
する凹部形成工程（ＳＴ５）とを備え、管に形成すべき
凹部の位置及び数に応じて（ＳＴ８）管をクランプ型及
び成形パンチに対して軸方向及び軸回転方向に移動して
上記拘束工程（ＳＴ２,ＳＴ３）、加圧工程（ＳＴ
４）、凹部形成工程（ＳＴ５）を繰り返し、その後、管
内の低融点合金を加熱溶融し、管内から排出する工程
（ＳＴ９）を備えたことを特徴とする管の凹部形成方法
である。

【００１２】また、本発明において管の凹部形成装置
は、図２及び図３に示したように、管１０の管壁１１に
成形パンチ１１１を押圧して凹部１２を形成するプレス
加工を行い、凹部１２を管軸に沿って複数形成する管の
凹部形成装置１００において、管１０の内部に低融点合
金２０を芯金２１として充填する充填手段と、管１０の
管壁１１のうち凹部１２を形成する部分以外の個所をク
ランプ型１３１で拘束する拘束手段１３０と、該管１０
の内部に充填された低融点合金２０を管１０の端部から
押しつけて加圧する加圧部材１５１を備えた加圧手段１
５０と、該管１０の管壁１１のうち凹部１２を形成する
部分に成形パンチ１１１を押圧して管壁１１に所定の輪
郭形状の凹部１２を形成する凹部形成手段１１０と、管
１０に形成すべき凹部１２の位置及び数に応じて管１０
をクランプ型１３１及び成形パンチ１１１に対して軸方
向及び軸回転方向に移動して上記拘束手段１３０に配置
せしめ、加圧手段１５０、凹部形成手段１１０をして管
１０の所定位置で駆動させる駆動制御手段とを備えたこ
とを特徴とする管の凹部形成装置である。

【００１３】本発明によれば、管１０のプレス加工に際
して、充填手段で管１０の内部に芯金２１である低融点
合金２０が充填される。この低融点合金は公知のものが
使用され、１００℃以下で溶融するものであれば、熱水
で溶融することができるので、使用に当たって便利であ
る。またそれ以上の温度で溶融するものであっても蒸気
その他の熱源を使用することができ差し支えない。

【００１４】そして、この低融点合金は形成パンチ１１
１による管の成形前に、加圧部材１５１を備えた加圧手
段１５０により管１０の開口から管内に所定圧力で押し
付けられる。この加圧手段１５０としては、油圧等の液
圧手段の他、電気モータ等を使用できる。また加圧は必
ずしも管の両側から行なう必要はなく、管の一方の開口
側を密封するようにして、他の一方から加圧するように
してもよい。

【００１５】このようにして芯金２１に圧力が加えられ
た状態において、管壁１１が成形パンチ１１１によって
押圧されると、管壁１１の内側からも芯金２１が所定圧
力で押圧された状態で支持され、形成パンチ１１１によ
って形成されるべき所定の形状に形成され、凹部１２の
形状、特に肩部の形状に「だれ」が発生することなく、
所望の形状でプレス加工を行なうことができる。

【００１６】そして、この管１０の他の個所に凹部が形
成される加工が続けて行われるとき、改めて芯金２１で
ある低融点合金２０は形成パンチ１１１による管１０の
成形前に、その度に加圧手段１５０により管内に所定圧
力で押し付けられるから、管壁１１が生成パンチ111に
よって押圧されると、管壁１１の内側からも芯金２１が
所定圧力で押圧された状態で支持され、形成パンチ１１
１によって形成されるべき所定の形状に形成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、発明に係る管の凹部形成方
法及び管の凹部形成装置の実施の形態を説明する。

【００１８】〔本装置の構成〕図１乃至図８は本形態に
係る管の凹部形成装置１００の一例を示すものである。
本例に係る管の凹部形成装置で作成される管１０は例え
ば、従来例で示したものと同様にタイミングバルブシャ
フトとして使用されるものである。この管１０の材質
は、例えばＳＴＫＭ１２Ａであり、図２、及び図３に示
すように肉厚約２ｍｍ、外径約２９ｍｍ、長さ約４５０
ｍｍのものである。

【００１９】そして、この管１０には、図４及び図５に
示すように、この管が２サイクルエンジンに組み込ま
れ、エンジンの回転に同期して回転させられることによ
り、シリンダの排気ポート及び掃気ポートを開閉するバ
ルブとして作用する凹部である排気凹部１３及び掃気凹
部１４が設けられている。

【００２０】この例では３気筒エンジン用のものを示し
ており、各気筒に付いて２つの排気凹部１３と１つの掃
気凹部１４が形成され、合計９個所の凹部が形成され
る。

【００２１】本例に係る管の凹部形成装置は、図６乃至
図８に示すように、基台２００上に管の凹部形成装置１
００が配置されてなる。

【００２２】この管の凹部形成装置１００は基台２００
に配置された拘束手段１３０、この拘束手段１３０の両
側に設けられた２台の加圧手段１５０、及び上記拘束手
段１３０の上方に配置された凹部形成手段１１０とを備
える。

【００２３】拘束手段１３０は、管１０の外周面１１の
うち凹部１２を形成する部分以外の個所を拘束する。ま
た、加圧手段１５０は管１０の内部に充填された低融点
合金２０を管１０の端部から押し付けて加圧する。そし
て、凹部形成手段１１０は管１０の管壁１１に成形パン
チ１１１を押圧して管壁１１に所定の輪郭形状の凹部１
２を形成する。

【００２４】本例では、管１０をクランプ型１３１及び
成形パンチ１１１に対して軸方向及び軸回転方向に移動
させて上記拘束手段１３０に配置し、加圧手段１５０、
凹部形成手段１１０が管１０の所定位置で駆動できるよ
うにする駆動制御手段は図示していない。

【００２５】即ち、この例では、管を拘束手段１３０に
配置するには汎用の産業用ロボットを用いることがで
き、また人手により管１０を配置することができる。ま
た、各手段を所定のタイミングで駆動させるためには、
公知のセンサ及びシークエンシャルコントローラを用い
ることができる。

【００２６】また、この例では上記管１０内に低融点合
金を充填する充填手段は図示していない。この低融点合
金２０を管１０内に充填するに際しては、加熱し、一方
の端部に栓をした管１０を直立し、この管１０内に熱湯
等で溶融した低融点合金を注入するものとできる。

【００２７】そして、この低融点合金の充填の手段は適
宜ロボットや人手で行なうことができる。

【００２８】低融点合金は、上述した用に公知の合金を
使用することができ、融点、硬度、展性、粘性を考慮し
て要に応じて選択すればよく、特に限定されない。本例
では、千住金属製の「センジュアロイＢ」（商標）を使
用した。

【００２９】上記拘束手段１３０は、両側から管１０を
挟む断面半円筒状の溝部１３６を備えると共に、成形パ
ンチ１１１が挿入される切欠部１３２を備え、上記軸方
向に対して直角に駆動されるクランプ型１３１，１３１
を備えている。

【００３０】このクランプ型１３１，１３１は、図６及
び図７に示すように、２台の油圧シリンダ１３３に連結
された腕１３４に連結されたリンク１３５を介して駆動
される。尚、このクランプ型１３１，１３１の駆動手段
は、特に油圧シリンダに限定されず、電気モータ及び歯
車その他の減速装置を使用したものであってもよい。

【００３１】また、加圧手段１５０は、上記管１０の内
部に充填され硬化している低融点合金２０を管１０の両
端部から押し付けて加圧する加圧部材１５１をそれぞれ
備えている。この加圧部材１５１は、管１０の内径より
やや小さい直径を備え、管１０に内挿できる円筒部材で
ある。この加圧部材１５１は、油圧シリンダ１５２によ
り配置された管１０の軸方向に進退動し、低融点合金２
０に一定の圧力を付与することができものとしている。
尚、この加圧部材１５１の駆動手段は、特に油圧シリン
ダに限定されず、電気モータ及び歯車その他の減速装置
を使用したものであってもよい。

【００３２】更に、凹部形成手段１１０は、図８に示す
ように、所定形状の凸型を備え、管１０の管壁１１に凹
部１２を形成する成形パンチ１１１を備えている。この
成形パンチ１１１は、油圧シリンダ１１２で駆動される
ものしているが、その他電気モータ等で駆動するように
してもよい。

【００３３】〔本装置の作動〕以下図１及び図２を参照
して本例の管の凹部形成装置１００の作動を説明する。
本例に係る管の凹部形成装置１００では、先ず管の内部
に芯金２１として低融点合金２０が充填される（ＳＴ
１）。そして図２（１）に示すように、第１の凹部を形
成するため、管壁１１のうち第１の凹部を形成する部分
をクランプ型１３１の切欠部１３２に位置するように、
管１０を拘束手段１３０に配置する（ＳＴ２）。

【００３４】そして拘束手段１３０では、油圧シリンダ
１３３が駆動され、クランプ型１３１を閉じる（ＳＴ
３）。これにより、管１０はクランプ型１３１に挟まれ
その位置が拘束される。

【００３５】次に、加圧手段１５０の油圧シリンダ１５
２を駆動して、加圧部材１５１を管の両端から挿入し
て、充填された低融点合金２０からなる芯金２１を所定
圧力で加圧する（ＳＴ４）。この油圧シリンダ１５２に
供給する圧油の圧力を一定にしておけば、管１０の配置
位置にかかわらず、芯金２１に加えられる圧力は一定と
なる。

【００３６】そして、この状態で凹部形成手段１１０を
駆動して、図２（２）に示すように成形パンチ１１１を
下降させ、管１０の管壁１１に凹部１２を形成する（Ｓ
Ｔ５）。これで、最初の個所に凹部１２が形成されたこ
ととなる。

【００３７】このとき管壁１１の内側からも低融点合金
２０からなる芯金２１が所定圧力で常に押圧された状態
で支持されるので、形成パンチ１１１によって形成され
るべき所定の形状に形成され、肩部の「だれ」等は発生
せず、凹部を所望の形状に成形することができる。

【００３８】そして、加圧手段１５０の駆動を解除し
て、加圧部材１５１を管１０の両端から抜き出し、管１
０を移動可能状態とする（ＳＴ６）。

【００３９】そして図２（３）に示すように、次の凹部
１２を形成するため、管１０の管壁１１のうち凹部を形
成べき個所をクランプ型１３１の切欠部１３２に相当す
る位置に配置するように、管１０を拘束手段１３０に配
置するように、その位置及び管の配置角度を調整する
（ＳＴ２）。

【００４０】以下、上述したのと同様に、クランプ型１
３１による管１０の拘束（ＳＴ３）芯金２１の加圧（Ｓ
Ｔ４）、凹部の形成（ＳＴ５）、芯金２１の加圧解除
（ＳＴ６）、クランプ型１３１の拘束解除（ＳＴ７）の
手順を必要な回数繰り返し、管に必要とされる全ての凹
部が形成する。

【００４１】このとき、第２回目以降の凹部の形成に際
しては、管１０の内部に充填されている低融点合金には
第１回の凹部形成と同様に所定の圧力が加圧されている
ため、管壁１１の内側からも低融点合金からなるが所定
圧力で押圧された状態で支持され、形成パンチ１１１に
よって形成されるべき所定の形状に形成され、肩部の
「だれ」等は発生せず、凹部を所望の形状に成形するこ
とができる。

【００４２】尚、本発明では、これらの手順を順次作業
者の操作で行ない、凹部を形成した管を作成することが
できる他、各手段をシークエンシャルに作動させる制御
手段を設けることにより、凹部を形成した管を自動的に
作成することができる。

【００４３】従って、本例に係る管の凹部形成装置によ
れば、一般的に使用される金属の管材料に正確な形状の
凹部を複数容易且つ安価に形成することができる。

【００４４】尚、上記実施の形態では、管として、タイ
ミングバルブシャフトを例として説明したが、複数の凹
部を正確に形成する必要がある管であれば、その他の管
にも適用できる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る管の
凹部形成方法及び管の凹部形成装置によれば、一般的に
使用される管材料を使用して、切削加工を行なうことな
く、プレス加工により、質量が軽量であり、加工に経費
が嵩まず、確実な形状の凹部を備えた円筒材料を容易且
つ効率良く製造することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る管の凹部形成方法を示すフローチ
ャートである。

【図２】本発明に係る管の凹部形成装置の作動を示す概
略図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る管の凹部形成装置の
要部を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る管の凹部形成装置で
製造されるタイミングバルブシャフト示す断面図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態に係る管の凹部形成装置で
製造されるタイミングバルブシャフト示す断面図であり
（１）乃至（６）は、図４中のi-i 線乃至vi-vi 線に相
当する断面図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る管の凹部形成装置の
平面図（拘束手段開状態）である。

【図７】本発明の実施の形態に係る管の凹部形成装置の
平面図（拘束手段閉状態）である。

【図８】本発明の実施の形態に係る管の凹部形成装置の
側面図（拘束手段閉状態）である。

【符号の説明】

１０ 管 １１ 管壁 １２ 凹部 ２０ 低融点合金 ２１ 芯金 １００ 管の凹部形成装置 １１０ 凹部形成手段 １１１ 成形パンチ １３０ 拘束手段 １３１ クランプ型 １５０ 加圧手段 １５１ 加圧部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古尾谷 健 東京都新宿区西新宿２−３−１ 新宿モノ リスビル21階 株式会社オーハシテクニカ 内 Ｆターム(参考） 4E063 AA04 BA20 DA20 GA03 HA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管壁に成形パンチを押し当てて凹部を形成
   するプレス加工を行ない、予め定められた形状の凹部を
   管軸に沿って複数形成する管の凹部形成方法において、 管の内部に低融点合金を芯金として充填する充填工程
   （ＳＴ１）と、 該管の外周面のうち凹部を形成する部分以外の個所をク
   ランプ型で拘束する拘束工程（ＳＴ２,ＳＴ３）と、 該管の内部に充填された低融点合金を管の端部から押し
   付けて加圧する加圧工程（ＳＴ４）と、 該管の外周面のうち凹部を形成する部分に成形パンチを
   押圧して管壁に所定の輪郭形状を形成する凹部形成工程
   （ＳＴ５）とを備え、 管に形成すべき凹部の位置及び数に応じて（ＳＴ８）管
   をクランプ型及び成形パンチに対して軸方向及び軸回転
   方向に移動して上記拘束工程（ＳＴ２,ＳＴ３）、加圧
   工程（ＳＴ４）、凹部形成工程（ＳＴ５）を繰り返し、 その後、管内の低融点合金を加熱溶融し、管内から排出
   する工程（ＳＴ９）を備えたことを特徴とする管の凹部
   形成方法。
2. 【請求項２】管（１０）の管壁（１１）に成形パンチ
   （１１１）を押圧して凹部（１２）を形成するプレス加
   工を行ない、凹部（１２）を管軸に沿って複数形成する
   管の凹部形成装置（１００）において、 管（１０）の内部に低融点合金（２０）を芯金（２１）
   として充填する充填手段と、 管（１０）の管壁（１１）のうち凹部（１２）を形成す
   る部分以外の個所をクランプ型（１３１）で拘束する拘
   束手段（１３０）と、 該管（１０）の内部に充填された低融点合金（２０）を
   管（１０）の端部から押し付けて加圧する加圧部材（１
   ５１）を備えた加圧手段（１５０）と、 該管（１０）の管壁（１１）のうち凹部（１２）を形成
   する部分に成形パンチ（１１１）を押圧して管壁（１
   １）に所定の輪郭形状の凹部（１２）を形成する凹部形
   成手段（１１０）と、 管（１０）に形成すべき凹部（１２）の位置及び数に応
   じて管（１０）をクランプ型（１３１）及び成形パンチ
   （１１１）に対して軸方向及び軸回転方向に移動して上
   記拘束手段（１３０）に配置せしめ、加圧手段（１５
   ０）、凹部形成手段（１１０）をして管（１０）の所定
   位置で駆動させる駆動制御手段とを備えたことを特徴と
   する管の凹部形成装置。