JP2001286955A - 管の成形方法及び成形装置 - Google Patents

管の成形方法及び成形装置

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JP2001286955A
JP2001286955A JP2000108868A JP2000108868A JP2001286955A JP 2001286955 A JP2001286955 A JP 2001286955A JP 2000108868 A JP2000108868 A JP 2000108868A JP 2000108868 A JP2000108868 A JP 2000108868A JP 2001286955 A JP2001286955 A JP 2001286955A
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彰広 遠藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 楕円状断面の管の端部を、それ以外の部分に
変形を及ぼすことなく、縮径できる成形方法および装置
を提供する。 【解決手段】 スピニング装置M(成形装置)のチャッ
ク32(把持手段)で楕円状断面のコンバータ本体11
(管)を把持する。このコンバータ本体11の外周にロ
ール80を位置させる。このロール80を、モータ62
(回転手段)によってコンバータ本体11の軸線L1周
りに回転させるとともに、この回転と同期してサーボモ
ータ71(往復動手段)によりコンバータ本体11の径
方向に往復動させ、コンバータ本体11に連続的に押し
当てる。さらに、ロール80をサーボモータ51(移動
手段)によって軸線L1方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、楕円状断面の管
を縮径成形する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、内燃機関の触媒コンバータや消
音器の本体は、車両への搭載スペース等を考慮して楕円
状断面の管が用いられることが多い。この本体用の管
は、長径は勿論のこと、短径についても真円断面の排気
管より大径になっており、この本体用管の端部が、先端
に向かうにしたがって真円断面になるようにテーパ状に
縮径され、上記排気管に接続されている。かかる形状を
なす本体用管を製造するには、先ずプレスによって、管
を一直径に沿って2分割した形状の一対の成形品を作
り、その後、これら成形品を溶接して一体化するという
方法が採られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の製
造方法は、プレスと溶接という2つの異種作業を要する
ため、効率が悪かった。そこで、管にロールを押し当て
ながら相対回転させて縮径させるスピニング加工によっ
て製造できるようにしたいとの要請があった。ところ
が、従来のスピニング装置は、真円断面の管に対応した
ものであり、この管の軸線周りにロールが真円軌跡を描
くように回転する。この装置を楕円状断面の管に適用す
ると、加工当初、管端部の長径側の部分にだけロールが
当たって縮径され、短径側の部分は、長径側部分が短径
と等しくなるまで加工されない。この時、長径側部分の
縮径の影響で、短径側部分が拡径変形してしまう。この
変形は、加工対象である管端部だけでなく、それ以外の
元の楕円形状が維持されるべき素管部にも伝わり、製品
形状がゆがんでしまうという問題があった。本発明は、
上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、楕円状断面の管の端部をスピニング加工する
に際して、管端部以外の素管部に変形を及ぼすことのな
い方法および装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第1の発明は、楕円状断面の管の端部を縮径させる
方法であって、ロールを、上記管の周りに相対回転させ
るとともに、上記管の軸線方向に相対移動させながら、
上記管に押し当てることにより、先端に向かうにしたが
って管端部の長径を縮径させるとともに、管端部の短径
を上記長径より小さい割合で縮径させて、管先端の断面
をほぼ真円にすることを特徴とする。
【0005】第2の発明は、楕円状断面の管の端部を縮
径させる方法であって、ロールを、上記管の周りに相対
回転させながら上記管に押し当てることにより、上記管
の外周に環状溝を形成する第1工程と、その後、上記第
1工程と同一又は他のロールを、上記管の周りに相対回
転させるとともに、上記管の軸線方向に相対移動させな
がら、上記管の上記環状溝より先端側に押し当て縮径さ
せる第2工程とを実行することを特徴とする。
【0006】第3の発明は、楕円状断面の管の端部を縮
径させる装置であって、上記管を把持する把持手段と、
上記管の外周に配されるロールと、このロールを上記管
の軸線周りに相対回転させる回転手段と、この回転手段
と同期して、上記ロールを上記管の径方向に往復動さ
せ、上記管に連続的に押し当てる往復動手段とを備えた
ことを特徴とする。
【0007】第4の発明は、楕円状断面の管の端部を縮
径させる装置であって、ロールと、このロールをそれか
ら離れた公転軸の周りに回転させる第1回転手段と、上
記管を上記公転軸から偏心させて把持する把持手段と、
この把持手段を上記管の軸線周りに回転させる第2回転
手段と、この第2回転手段と同期して、上記把持手段を
上記公転軸と直交する方向に上記公転軸に対して相対的
に往復動させる往復動手段とを備え、この往復動手段に
よって上記管が上記ロールの回転軌跡に添うように位置
され、上記ロールに押し当てられることを特徴とする。
【0008】第5の発明は、第3又は第4の発明におい
て、上記ロールを上記管の軸線方向に相対移動させる移
動手段を、さらに備えたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図1〜図7は、本発明の第1実
施形態を示したものである。この実施形態は、内燃機関
の触媒コンバータ10をスピニング装置M(成形装置)
によってスピニング加工するものである。
【0010】始めに、触媒コンバータ10について説明
する。図5及び図6に示すように、触媒コンバータ10
は、スチール管等からなるコンバータ本体11と、この
コンバータ本体11内に収容された触媒担体12とを備
えている。コンバータ本体11は、一様な楕円状断面
(図2参照)をなす素管部11aと、この素管部11a
から延びるテーパ部11b(管端部)とを有している。
このテーパ部11bが、上記スピニング装置Mによって
スピニング加工されたものであり、その断面は、先端に
向かうにしたがって縮径するとともに真円に近づき、先
端縁において真円になっている。図7において仮想線で
示すように、この先端縁に、真円断面をなす排気管19
が接続されることになる。
【0011】図2及び図5に示すように、触媒担体12
は、格子状をなすハニカム構造体に触媒が担持されたも
のであり、その外周が楕円状をなして素管部11a内に
収容されている。この触媒担体12の外周と素管部11
aの内周との間には、セラミック繊維等で出来た保持マ
ット13(保持材)が介在されている。
【0012】スピニング装置Mについて説明する。図1
に示すように、装置Mは、ベース20と、このベース2
0の右側部に配された管支持ユニット30と、左側部に
配されたロール支持ユニット40とを備えている。管支
持ユニット30は、ベース20に立設された支柱31
と、この支柱31の上端部に固定されたチャック32
(把持手段)とを有している。このチャック32に、ス
ピニング加工される前の触媒コンバータ10が軸線L1
を左右に向けて把持されている。図1及び図2に示すよ
うに、この加工前のコンバータ本体11は、全長にわた
って一様な楕円状断面をなし、その内部に触媒担体12
及び保持マット13が予め収容されている。
【0013】ロール支持ユニット40は、ベース20に
設けられたスライド機構50と、このスライド機構50
上に設けられた公転機構60と、この公転機構60に設
けられた3つの往復動機構70と、これら往復動機構7
0に設けられた3つのロール80とを備えている。
【0014】スライド機構50は、ベース20に固定さ
れたサーボモータ51(移動手段)と、ベース20にス
ライド可能に取り付けられたスライダ52とを有してい
る。サーボモータ51には、リードスクリュー53が連
結され、このリードスクリュー53にガイドナット54
が螺合されている。このガイドナット54がスライダ5
2に固定されている。これによって、サーボモータ51
によりリードスクリュー53が回転され、ガイドナット
54及びスライダ52が左右にスライドされ、ひいては
上記ロール80が左右に移動されるようになっている。
【0015】スライダ52には、支柱41が立設されて
おり、この支柱41の上端部に上記公転機構60が設け
られている。公転機構60は、支柱41に回転可能に支
持された中空円盤状のロールホルダ61と、このロール
ホルダ61に連結されたモータ62(回転手段)とを有
している。ロールホルダ61の軸線L2は、上記チャッ
ク32に把持された触媒コンバータ10の軸線L1と一
致されるように配されている。モータ62によって、ロ
ールホルダ61が軸線L2周りに高速回転され、ひいて
は上記ロール80が軸線L2周りに高速回転(公転)さ
れるようになっている。
【0016】3つの往復動機構70は、ロールホルダ6
1の周方向に120度づつ離れて配されている。各往復
動機構70は、ロールホルダ61の外周面に設けられた
サーボモータ71(往復動手段)と、このサーボモータ
71に連結されるとともに、ロールホルダ61の内部に
半径方向に向けられて収容されたリードスクリュー72
と、このリードスクリュー72に螺合されたガイドナッ
ト73と、このガイドナット73に設けられたシャフト
74とを有している。シャフト74は、ロールホルダ6
1の右側板に形成されたガイドスリット61aを介し
て、管支持ユニット30に向けて突出されている。この
シャフト74の先端に、上記ロール80が設けられてい
る。これによって、サーボモータ71によりリードスク
リュー72が回転され、ガイドナット73ひいてはロー
ル80がロールホルダ61の半径方向に往復動されるよ
うになっている。なお、ロール80は、シャフト74の
軸線周りに回転(自転)可能になっている。
【0017】上記のように構成されたスピニング装置M
によって触媒コンバータ10をスピニング加工する方法
を説明する。スピニング加工は、図1〜図3に示すよう
に、テーパ部11bとなるべき加工対象部11b’(管
端部)における素管部11aとの境に管状溝11cを形
成する第1工程と、図4に示すように、その後、管状溝
11cより先端側の加工対象部11b’を先細にする第
2工程とからなる。
【0018】第1工程について説明する。先ず、図1及
び図2に示すように、スライド機構50によって、ロー
ル80を加工対象部11b’の上記境の径方向外側に位
置させる。そして、公転機構60によってロール80を
軸線L2周りに回転させる。この回転と同期して、ロー
ル80を往復動機構70によって半径方向に往復動さ
せ、コンバータ本体11に連続的に押し当てられるよう
にする。すなわち、ロール80に、コンバータ本体11
に沿う楕円状の回転軌跡を描かせる。これによって、図
3に示すように、コンバータ本体11に環状溝11cが
形成される。この環状溝11cは、触媒担体12より先
端側(左側)に位置している。
【0019】引き続いて、第2工程を実行する。この工
程では、上記公転機構60と往復動機構70の同期動作
に加えて、スライド機構50によってロール80を左右
方向にスライドさせる。初め、このスライド動作の範囲
の右端は、環状溝11cに設定し、左端は、コンバータ
本体11の先端縁(左端縁)に設定する。そして、次第
にスライド動作の範囲の右端を加工対象部11b’の先
端側にずらす。これによって、図4に示すように、環状
溝11cより先端側の加工対象部11b’が先細にな
る。
【0020】しかも、往復動機構70によって、ロール
80がコンバータ本体11の長径側に面している時は比
較的強く押し当てられ、短径側に面している時は比較的
弱く押し当てられるようにする。これによって、長径側
よりも短径側の縮径割合が小さくなる。この結果、図6
に示すように、加工対象部11b’の断面が先端に向か
うにしたがって真円に近づき、先端縁において真円にな
る。こうして、テーパ部11bが成形される。図7に示
すように、環状溝11cは段差11c’になる。この段
差11c’は、触媒担体12の外周縁より径方向内側に
突出されている。
【0021】この第2工程において、加工対象部11
b’の長径側部分のみならず、短径側部分についても長
径側部分より小さい割合で縮径され、断面が次第に真円
に近づけられるので、素管部11aが変形するのを防止
することができる。しかも、ロール80から加工対象部
11b’に加えられる応力を環状溝11c(ないしは段
差11c’)で遮り、素管部11aに伝わるのを防止こ
とができるので、素管部11aの変形を一層確実に防止
することができる。ひいては、素管部11a内の触媒担
体12が破損するのを防止することができる。
【0022】その後、コンバータ本体11の左右の向き
を逆にしてチャック32に装着し、図5に示すように、
上記と同様にしてコンバータ本体11の逆側の端部(右
端部)にもテーパ部11bを成形する。これによって、
触媒コンバータ10が完成され、内燃機関に組み込まれ
て車両に搭載される。
【0023】この車両に搭載後の触媒コンバータ10
は、次のような効果を奏する。すなわち、図7に示すよ
うに、段差11c’が保持マット13より径方向内側に
突出されているので、排気管19から送られて来る排気
ガスが保持マット13の先端縁に強く吹き付けるのを防
止することができ、保持マット13が風蝕されたり、保
持マット13を構成する繊維が飛散したりするのを防止
することができる。さらに、段差11c’は、触媒担体
12よりも径方向内側に突出されているので、触媒担体
12が車両の振動等によって軸線L1方向にずれるのを
防止することができる。
【0024】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
以下の実施形態において、上記第1実施形態と同様の構
成については、図面に同一符号を付して説明を省略する
図8は、本発明の第2実施形態を示したものである。
この実施形態に係るスピニング装置M’では、第1実施
形態の公転機構に代えて、管支持ユニット30の支柱3
1にモータ33(回転手段)が設けられている。このモ
ータ33によってチャック32が軸線L1,L2周りに
高速回転され、ひいては触媒コンバータ10が軸線L1
周りに高速回転されるようになっている。ロール支持ユ
ニット40のロールホルダ61は、支柱41に回転不能
に固定されている。したがって、ロール80は、軸線L
2まわりの周方向に沿う所定の角度において半径方向に
往復動を行う。
【0025】図9〜図12は、本発明の第3実施形態を
示したものである。図9に示すように、この実施形態に
係るスピニング装置M”では、ロールホルダ61に、第
1実施形態の往復動機構70に代えて、円板形状のカム
63と、このカム63をロールホルダ61に対して軸線
L2(公転軸)周りに相対回転させるモータ64とが収
容されている。図10に示すように、カム63には、円
弧状をなす3つのカム孔63aが形成されており、この
カム孔63aとロールホルダ61のガイドスリット61
aとにシャフト74が貫通されている。これによって、
モータ64がカム63を回転させると、シャフト74ひ
いてはロール80が、ロールホルダ61の半径方向に移
動されるようになっている(図12参照)。しかも、3
つのロール80が常に同一の円周上に位置するように、
一緒に移動されるようになっている。
【0026】図9に示すように、管支持ユニット30の
支柱31は、ベース20に固定された外筒31aと、こ
の外筒31aに挿通された内筒31bとで構成され、サ
ーボモータ34(往復動手段)及びリードスクリュー3
5によって伸縮されるようになっている。これによっ
て、チャック32、ひいてはそれに把持された触媒コン
バータ10が上下に往復動されるようになっている。チ
ャック32は、モータ36(第2回転手段)によって回
転されるようになっている。なお、このモータ36は、
第2実施形態におけるモータ33とは別異のものであ
る。
【0027】このスピニング装置M”によるスピニング
加工方法を説明する。図9及び図10に示すように、第
1工程では、支柱31を伸長させ、触媒コンバータ10
の軸線L1をロールホルダ61の軸線L2に対して上方
に偏心させる。そして、ロール80の最も内側の回転軌
跡C1の半径が、コンバータ本体11の短径側の曲率半
径とほぼ等しくなるようにして、ロール80をモータ6
2(第1回転手段)によって回転させる。また、モータ
36によってチャック32ひいては触媒コンバータ10
を、ロール80の軸線L2まわりの角速度より遥かに低
速で、しかも、ロール80とは逆向きに回転させる。こ
の触媒コンバータ10の回転と同期して、サーボモータ
34によって触媒コンバータ10を上下に往復動させ、
コンバータ本体11が常にロール80の回転軌跡C1に
添うようにする。これによって、ロール80が軸線L2
の真上を通過する時、コンバータ本体11に押し当てら
れ、コンバータ本体11に環状溝11cが形成されてい
く。
【0028】図11に示すように、第2工程では、支柱
31を収縮させ、触媒コンバータ10の軸線L1をロー
ルホルダ61の軸線L2と一致させる。チャック32は
回転させずに固定しておく。また、モータ64でカム6
3を回し、ロール80の軸線L2からの距離を触媒コン
バータ10の長半径に合わせる(同図の仮想線参照)。
そして、ロール80を、公転機構60によって回転させ
るとともに、スライド機構50によってコンバータ本体
11の加工対象部11b’の範囲で左右にスライドさせ
る。このロール80の回転軌跡は、真円を描き、加工対
象部11b’の長径側の部分にだけ当たって、この長径
側部分を縮径させる。その後、スライド機構50による
ロール80のスライド範囲の右端を徐々に左側にずらす
とともに、モータ64によってロール80を除々に軸線
L2に近づけ、加工対象部11b’の長径側部分が先細
になるようにする。長径側部分が短径と等しくなるまで
縮径された時、ロール80が短径側部分にも当たる。以
後加工対象部11b’の全周にわたって先細に縮径さ
れ、テーパ部11bが成形される。
【0029】この第2工程では、加工対象部11b’の
長径側部分が短径と等しくなるまで縮径される間、短径
側部分には、これを拡径させる応力が働く。しかし、こ
の応力は、環状溝11cによって遮られ、素管部11a
に伝わることはない。したがって、素管部11aの変形
を防止することができる。
【0030】図13及び図14は、本発明の第4実施形
態を示したものである。この第4実施形態は、第1実施
形態と同一のスピニング装置Mを用いて、内燃機関の消
音器10’を成形するものであり、装置Mの図示は省略
する。消音器10’の管状をなす本体11’は、コンバ
ータ本体11と同様に楕円状断面をなしている。この本
体11’をスピニング加工する際は、第1実施形態の第
1工程が省かれ、第2工程のみが実行される。すなわ
ち、環状溝11cを形成することなく、加工対象部11
b’を先細に成形する。環状溝11cが無くても、加工
対象部11b’の長径側部分のみならず、短径側部分に
ついても長径側部分より小さい割合で縮径され、断面が
次第に真円に近づけられるので、素管部11aが変形す
るのを防止することができる。
【0031】本発明は、上記の実施形態に制約されるも
のでなく、種々の形態を採用することができる。例え
ば、往復動手段は、回転手段(第2回転手段)の回転に
同期して動作するカムでもよい。移動手段を管支持ユニ
ット30に設けてもよい。把持手段は、管を挟んで接近
離間可能に対峙する一対の挟持部材と、これら挟持部材
を接近方向に移動させ管を締め付ける締付部材とを有す
るクランプでもよい。第1〜第3実施形態において、第
1工程の環状溝11cを別のロール付き溝成形装置(例
えば、マフラ巻締機)で形成し、第2工程だけをスピニ
ング装置M,M’,M”で実行してもよい。第3実施形
態において、第2工程でも、第1工程と同様に軸線L
1,L2を偏心させた状態のまま、加工対象部11b’
を回転軌跡C1に添わせてロール80に押し当てること
によって、先細にしてもよい。また、この第3実施形態
において、往復動手段をロール支持ユニット40に設け
てもよい。「楕円状」とは、幾何学で定義される完全な
楕円の他、例えば短径側が直線状をなし、長径側が一定
曲率の円弧をなすなどの完全楕円に類似する丸形状(真
円を除く)も含む。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明では、
管端部を長径側の部分のみならず、短径側の部分につい
ても長径側部分より小さい割合で縮径させ、断面が次第
に真円に近づくように加工するので、管端部以外の素管
部の変形を防止することができる。第2の発明では、第
2工程におけるロールから管の端部に加えられる応力の
伝播を環状溝で遮ることができ、管端部以外の素管部の
変形を防止することができる。第3、4の発明では、楕
円断面の管の端部にロールを押し当て、長径側の部分だ
けでなく短径側の部分をも縮径させ、例えば環状溝を形
成することができるので、素管部の変形を防止すること
ができる。第5の発明では、管端部を先細に成形するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るスピニング装置
を、第1工程の実施準備状態で示す正面図である。
【図2】図1のII−II線に沿う矢視図である。
【図3】上記装置を、第1工程の実施状態で示す正面図
である。
【図4】上記装置を、第2工程の実施状態で示す正面図
である。
【図5】上記第1実施形態に係る触媒コンバータを、完
成状態で示す正面図である。
【図6】上記触媒コンバータの側面図である。
【図7】上記触媒コンバータの要部を拡大して示す断面
図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係るスピニング装置の
正面図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係るスピニング装置
を、第1工程の実施状態で示す正面図である。
【図10】図9のX−X線に沿う矢視図である。
【図11】上記第3実施形態に係るスピニング装置を、
第2工程の実施状態で示す正面図である。
【図12】図11のXII−XII線に沿う矢視図である。
【図13】本発明の第4実施形態に係る消音器を、完成
状態で示す正面図である。
【図14】上記消音器の側面図である。
【符号の説明】
M,M’,M” スピニング装置(成形装置) 11 コンバータ本体(管) 11’ 消音器本体(管) 11c 環状溝 32 チャック(把持手段) 33 モータ(回転手段) 34 サーボモータ(往復動手段) 36 モータ(第2回転手段) 51 サーボモータ(移動手段) 62 モータ(回転手段、第1回転手段) 71 サーボモータ(往復動手段) 80 ロール L1 軸線 L2 軸線(公転軸)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 潤 群馬県太田市別所292番地 坂本工業株式 会社内 Fターム(参考) 3G004 AA01 BA09 DA04 FA04 GA05 3H111 AA01 BA01 CB15 CB28 DB11 DB20 EA09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 楕円状断面の管の端部を縮径させる方法
    であって、ロールを、上記管の周りに相対回転させると
    ともに、上記管の軸線方向に相対移動させながら、上記
    管に押し当てることにより、先端に向かうにしたがって
    管端部の長径を縮径させるとともに、管端部の短径を上
    記長径より小さい割合で縮径させて、管先端の断面をほ
    ぼ真円にすることを特徴とする管の成形方法。
  2. 【請求項2】 楕円状断面の管の端部を縮径させる方法
    であって、ロールを、上記管の周りに相対回転させなが
    ら上記管に押し当てることにより、上記管の外周に環状
    溝を形成する第1工程と、その後、上記第1工程と同一
    又は他のロールを、上記管の周りに相対回転させるとと
    もに、上記管の軸線方向に相対移動させながら、上記管
    の上記環状溝より先端側に押し当て縮径させる第2工程
    とを実行することを特徴とする管の成形方法。
  3. 【請求項3】 楕円状断面の管の端部を縮径させる装置
    であって、上記管を把持する把持手段と、上記管の外周
    に配されるロールと、このロールを上記管の軸線周りに
    相対回転させる回転手段と、この回転手段と同期して、
    上記ロールを上記管の径方向に往復動させ、上記管に連
    続的に押し当てる往復動手段とを備えたことを特徴とす
    る管の成形装置。
  4. 【請求項4】 楕円状断面の管の端部を縮径させる装置
    であって、ロールと、このロールをそれから離れた公転
    軸の周りに回転させる第1回転手段と、上記管を上記公
    転軸から偏心させて把持する把持手段と、この把持手段
    を上記管の軸線周りに回転させる第2回転手段と、この
    第2回転手段と同期して、上記把持手段を上記公転軸と
    直交する方向に上記公転軸に対して相対的に往復動させ
    る往復動手段とを備え、この往復動手段によって上記管
    が上記ロールの回転軌跡に添うように位置され、上記ロ
    ールに押し当てられることを特徴とする管の成形装置。
  5. 【請求項5】 上記ロールを上記管の軸線方向に相対移
    動させる移動手段を、さらに備えたことを特徴とする請
    求項3または4に記載の管の成形装置。
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