JP4220562B2 - 金属製ベローズ管の成形方法 - Google Patents
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又、(2)の液圧成形方法は、金属製円管の外側に環状の成形型を配置し、その状態で金属製円管の内側に油や水等の液体を入れ、これに高圧を作用させて金属製円管の管壁を蛇腹状に成形する方法である。
(3)の溶接による方法は、プレス成形で得たドーナツ形状の部品を、内側縁、外側縁同士を溶接して蛇腹管を成形する方法で、耐圧強度に問題がある。
(4)の電着による方法は、アルミニウム製の丸棒を、ベローズ管の内側形状に合わせて削りだしてマンドレルを形成し、そのマンドレルの表面に金属皮膜を電着により所望の厚さまで堆積形成する。その後、前記マンドレルを溶剤で取り除き、蛇腹状の薄い金属皮膜を得る方法である。この方法は、金属皮膜の堆積で目的の厚さに成形する為、厚さに限度があり、高い耐圧強度を求められるベローズ管の成形は困難である。
何故ならば、(1)のロール成形では当然のことながら芯金も口径に応じて細くなり、ローラーの圧力に耐えられず変形する、(2)の液圧成形の場合は、金属製円管を液密に保持しなければならない為、円管を高精度に加工する必要があり、且つ装置全体が大型化、複雑化し、設備が高価となる問題を有する。これらの成形方法は構造的に、口径の小さいベローズ管の成形には不向きである。
又、高い耐圧強度の要求に応じて使用する金属製円管の肉厚も厚くなるが、これを加工成形するのに、上記した従来の何れの成形方法も困難である。
従って、従来の成形方法では外径が小径(例えば、4mm〜7mm程度)で、耐圧強度に優れたベローズ管を高精度に成形することは殆ど不可能である。
しかし、特許文献1に記載の方法は、内部にマンドレルを配置した上で、金属管を軸方向端部から圧縮し、表面に座屈による凹凸を発生させるもので、座屈を利用した工法である。尚、軸方向に圧縮する際、金属管表面に座屈の起点となる折れビードを予備成形した上で圧縮することで、所定の箇所以外の部位での座屈の発生を抑制でき、より均一で良好な形状のベローズ管の成形が可能であるとしているが、管端部を軸方向に圧縮するため、座屈による変形にバラツキが生じ、成形される襞形状は安定しない。
(1)金属製円管のワークを、内側面に環状突条を等ピッチで有し、径方向に開閉可能な外型と、前記外型の内側に挿入され前記環状突条と互い違いに噛合する環状突条を外側面に等ピッチで有し、径方向に拡縮する内型との間に挿入し、前記内型を外型方向に加圧拡開して前記ワークの管壁に波形状の襞を成形する第一工程と、
(2)前記第一工程で成形したワークの内側に、襞部分の内径と略同径の芯金を挿入し、且つ各襞部分を開閉可能な板部材で上下より挟持し、その各板部材相互の間隔を狭める方向に加圧して前記波形状のピッチ間隔を圧縮し、波形状の外側形状を断面略V字型から断面略U字型に成形する第二工程と、
(3)前記第二工程で成形したワークの内側に、第二工程完了時の襞部分の内径と第三工程で縮径する目的の内径に合致する外径を有した芯金を挿入し、ワークの外側には波形状の谷部分を周方向に間隔をおいて配置した分割パンチで挟み、その分割パンチを縮径する襞部分に対応配置し、ワークの内側には前記縮径する内径に合致する外径を有した芯金を配置すると共に、縮径する襞部分より上位の襞部分の内側には該襞部分の内径と合致する外径を有した芯金を配置し、前記分割パンチを径方向外側から中心方向に加圧移動させて前記谷部分を前記縮径の内径に合致する外径を有した芯金の外周面と接触まで縮径し、更に前記芯金及び前記ワークを軸方向に移動させて前記谷部分を1ピッチずつ目的の内径に縮径する第三工程と、
からなることを特徴とする(請求項1)。
他方、内型は、径方向に拡開して該内型の外側に配置したワークの管壁を前記外型の内側面側に押し広げるもので、前記外型同様、周方向が複数に分割されている。その分割数は、径方向に拡開することで分割型相互間には隙間が発生するが、その隙間の幅を出来るだけ小さくする為には分割数を多くするのが有効である。尚、型の成形を考慮した場合は四分割程度が好ましい。
又、前記第三工程の縮径は、第二工程で波形状のピッチ間隔を狭く成形した谷部分を縮径して断面略U字型が連続したベローズ管に仕上げるが、前記縮径は波形状の全部を一度に縮径することなく、1ピッチ(1段)ずつ成形するようにする。即ち、ワークの内側に挿入する縮径代(第二工程終了時の波形状の内径と、第三工程終了時(完成ベローズ管)の波形状の内径とのギャップ)を有した芯金とワークを1ピッチ成形ごとに順次軸方向に移動させて縮径するようにする。
ワーク内に挿入する縮径代に相当する外径差を有する芯金は、大径の芯金と小径の芯金の二分割構造、或いは大径部と小径部が一本の軸に形成された段付の芯金であってもよい。
即ち、金属製円管の管壁を緩やかな波形状に予備成形し、次にその予備成形した波形状のピッチ間隔を狭くしてハッキリした鋭角の波形状に成形し、最後に波形状の谷部分を縮径して目的のベローズ管に仕上げる。
そして、第三工程で谷部分を1ピッチずつ縮径するため、ワークにおける縮径箇所以外は軸方向端部に向かって解放されているため、縮径動作は阻止されることなく安定して行われる。従って、口径が小さく、肉厚が厚いベローズ管を高精度に成形することができる。
よって、内型の拡開を一定の位置で行っても製品の仕上がりに大きく影響するものではないが、より高精度のものを成形する場合は、発生する前記隙間部分を内型で直接押圧するために内型又は外型(ワークも一緒)を周方向に回転移動させる(請求項2)。例えば、内型が4等分の型である場合、内型又は外型を最初拡開した位置から時計回り方向又は反時計回り方向に45度回転し、その位置で内型を拡開する。
この動作を複数回行なうことで、管壁を均等に拡開することが出来る。
又、請求項2記載の構成により、第一工程の緩やかな波形状成形(予備成形)をより均一行うことができ、その結果それ以降の第二工程、第三工程の成形精度も安定し、高精度のベローズ管を成形することができる。
即ち、金属製円管のワークW(図1(a)参照)を、内側面に環状突条を等ピッチで有した外型と、前記外型の内側に挿入され前記環状突条と互い違いに噛合する環状突条を外側面に等ピッチで有し、径方向に拡縮する内型との間に挿入し、前記内型を軸芯方向の圧力(プレス加工)で外型方向に拡開して前記ワークの管壁を緩やかな波形状の襞に成形する第一工程(第一工程加工品形状は図1(b)参照)と、前記第一工程で成形したワークW’の内側に、襞部分の内径と略同径の芯金を挿入し、且つ襞部分を開閉可能な板部材で上下より挟持し、その板部材相互の間隔を狭める方向に加圧して前記波形状のピッチ間隔を圧縮する第二工程(第二工程加工品形状は図1(c)参照)と、前記第二工程で成形したワークW”の内側に、第二工程完了時の襞部分の内径と第三工程で縮径する目的の内径に合致する外径を有した芯金を挿入し、ワークの外側には波形状の谷部分を分割パンチで挟み、その分割パンチを径方向外側から中心方向に移動させて目的の内径に縮径する第三工程(第三工程加工品(完成品F)形状は図1(d)参照)と、からなる。
[第一工程]
この第一工程は、ワークWの管壁を緩やかな波形状に予備成形する工程で、成形装置は図2に示すように、内側面に環状突条2を等ピッチで突出形成し、且つ径方向に開閉可能とした4分割の外型1と、前記外型1の環状突条2と互い違い状に噛み合う環状突条4を外側面に等ピッチで有し、且つ径方向に拡縮可能な4分割の内型3と、前記内型3を径方向外方に向けて拡開するテーパピン5とを備え、前記外型はワークを載承保持する基台6上に配置され、前記内型3は前記外型1より上方に配置されて該外型1に対して抜き差し自在に構成され、更に、前記内型3はスプリング7で閉じ方向に付勢されている。
それにより、ワークWの管壁は閉鎖固定された外型1の内側面に圧着され、外型1の環状突条2と内型3の環状突条4の噛み合いにより波形状に成形される。
成形後、図3(a)に示すように、プレス機を上昇してテーパピン5の加圧を解除し、内型3をスプリング7の収縮力で径方向内方に縮径させ、ワークWの内側面から引き離す。
その後、図3(b)に示すように内型3を上方に移動させて外型1から離し、図3(c)に示すように外型1を開いて波形状が予備成形されたワークW’(図1(b)参照)を取り出す。
図4(a)、(b)、(c)は、前記第一工程の成形動作の各部(内型挿入、内型拡開による成形、内型縮径)における外型1と内型3とワークWの位置関係を示す拡大図である。
第二工程は、第一工程で予備成形した緩やか(鈍角)な波形状のピッチ間隔を狭くする波形状に成形する工程で、第一工程を終了したワークW’の襞部分を軸方向に圧縮して、図1(c)に示す波形状のピッチ間隔を圧縮したワークW”を成形する。
波形状の襞部分のピッチを圧縮する第二工程は、ワークW’の波形状の各谷部分に左右二分割の板部材を嵌着し、且つワークW’の内側には該波形状の谷部分の内径と略同径の芯金を挿入して内径を規制し、その状態で前記板部材を鉛直方向に加圧して該板部材相互の鉛直方向の間隔を狭め、それにより波形状のピッチ間隔を圧縮する。
その装置は、開閉可能な基台8,8’上に、ワークW’の波形状の谷部分に嵌着し得る略半円形の切欠部を有した板部材9,9’が鉛直方向に移動可能に積層配置された下型10と、ワークW’の内側に挿入する芯金11と前記下型10の板部材9,9’を加圧する加圧ブロック12を垂下保持した上型13と、ワークW’を前記下型10にセットするガイドピン14を備え、上型13とガイドピン14は、下型10に対して上下し得るように構成されている。
ガイドピン14の離脱後、図6(a)に示すように上型13を下降させ、芯金11をワークW’の内側に挿入し、加圧ブロック12を下型10の板部材9,9’の最上部に当接させる。この時の下型10と上型13とワークW’の位置関係は図8(a)に示す通りで、下型10の板部材9,9’はワークW’の波形状の谷部分に嵌着係合して、積層された各板部材相互間に圧縮代Sが形成されている。又、ワークW’の波形状の内側面(谷部分の内径)には上型13の芯金11の外周面が略当接し、加圧ブロック12による波形状の圧縮時、ワークW’の管壁が中心方向へ膨出変形するのが規制されている。
前記圧縮完了後、図6(c)に示すように上型13を上昇させて下型10より離し、次に図6(d)に示すようにガイドピン14を上昇させ、下型10の内側に支持されているワークW’に挿入し、挿入後、図7(a)に示すように下型10を開き、更に図7(b)に示すようにガイドピン14を下降させて第二工程加工済みのワークW”をガイドピン14から取り出す。
第三工程は、第二工程でピッチ間隔を狭くした波形状の谷部分の内径を目的の内径に縮径する工程で、第二工程を終了したワークW”の内側に、第二工程完了時の襞部分の内径と第三工程で縮径する目的の内径に合致する外径を有した芯金を挿入し、ワークW”の外側には波形状の谷部分を、周方向に間隔をおいて複数個配置した分割パンチで挟み、その分割パンチを径方向外側から中心方向に移動させて目的の内径に縮径し、完成品(製品)F(図1(d)参照)を得る。
その装置は、図9に示すように、第二工程の加工を終了したワークW”を保持するスリーブ16を備えたスリーブホルダ17と、縮径する内径に合致する外径を有した下部芯金18を起立保持した下部芯金ホルダ19と、ワークW”の谷部分を縮径する径方向に移動可能な4個で構成された分割パンチ20と、ワークW”の谷部分の内径に合致する外径を有した上部芯金21を垂下保持した上部芯金ホルダ22を備え、前記スリーブ16は下部芯金18に嵌合され、上下昇降可能に支持されている。又、分割パンチ20は前記スリーブ16を貫通して水平に支持したパンチホルダ23上に平面視略十字状に支持され、径方向外側から中心方向に加圧移動することでワークW”の谷部分を中心方向に押し込み、目的の内径に縮径する。
そして縮径後、図9(d)に示すように、前記分割パンチ20を径方向外側に移動させてワークW”から離し(図12(c)参照)、1つの谷部分の縮径を終了する。
そして、次の谷部分の縮径を行うために、図9(e)に示すように、ワークW”を保持したスリーブ16を下部芯金18に沿って1ピッチ下降させる。この時点におけるスリーブ16、ワークW”、分割パンチ20、下部芯金18、及び上部芯金21の位置関係は図12(d)に示す通りである。
以後、分割パンチの移動による縮径成形(図9(c)の動作)、分割パンチ20の開動離脱(図9(d)の動作)、スリーブ16(ワークW”)の下降移動(図9(e)の動作)を順次繰り返し、ワークW”の周壁に形成された波形状の全ての谷部分について縮径を行い、図10(a)に示すように、最終段の縮径加工を完了する。
又、本発明における第一工程、第二工程、及び第三工程の各動作を示す成形装置は、あくまでも一例であり、これによって限定されるものではない。
W’…第一工程の成形を完了したワーク
W”…第二工程の成形を完了したワーク
F…第三工程の成形を完了した完成品
1…第一工程でワークに波形状を成形する外型
3…第一工程でワークに波形状を成形する内型
5…内型を拡開するテーパピン
9,9’…第二工程で波形状を圧縮する板部材
11…第二工程でワークの内側に挿入する芯金
18,21…第三工程でワークに挿入する芯金
20…第三工程でワークの谷部分を縮径する分割パンチ
Claims (3)
- 外径が小径な金属製円管から小口径のベローズ管をプレス加工で成形する成形方法であって、
(1)金属製円管のワークを、内側面に環状突条を等ピッチで有し、径方向に開閉可能な外型と、前記外型の内側に挿入され前記環状突条と互い違いに噛合する環状突条を外側面に等ピッチで有し、径方向に拡縮する内型との間に挿入し、前記内型を外型方向に加圧拡開して前記ワークの管壁に波形状の襞を成形する第一工程と、
(2)前記第一工程で成形したワークの内側に、襞部分の内径と略同径の芯金を挿入し、且つ各襞部分を開閉可能な板部材で上下より挟持し、その各板部材相互の間隔を狭める方向に加圧して前記波形状のピッチ間隔を圧縮し、波形状の外側形状を断面略V字型から断面略U字型に成形する第二工程と、
(3)前記第二工程で成形したワークの内側に、第二工程完了時の襞部分の内径と第三工程で縮径する目的の内径に合致する外径を有した芯金を挿入し、ワークの外側には波形状の谷部分を周方向に間隔をおいて配置した分割パンチで挟み、その分割パンチを縮径する襞部分に対応配置し、ワークの内側には前記縮径する内径に合致する外径を有した芯金を配置すると共に、縮径する襞部分より上位の襞部分の内側には該襞部分の内径と合致する外径を有した芯金を配置し、前記分割パンチを径方向外側から中心方向に加圧移動させて前記谷部分を前記縮径の内径に合致する外径を有した芯金の外周面と接触するまで縮径し、更に前記芯金及び前記ワークを軸方向に移動させて前記谷部分を1ピッチずつ目的の内径に縮径する第三工程と、
からなることを特徴とする高耐圧用金属製ベローズ管の成形方法。 - 前記第一工程の拡開は、内型、外型の何れか一方、又は両方を周方向に回転させて拡開位置を移動させて行うことを特徴とする請求項1記載の高耐圧用金属製ベローズ管の成形方法。
- 前記第三工程の分割パンチによる縮径は、該分割パンチを周方向に回転して縮径位置を移動させて行うことを特徴とする請求項1又は2記載の高耐圧用金属製ベローズ管の成形方法。
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