JP7433523B2 - スピニング加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピニング加工方法に関する。具体的には、本発明は、座屈及び／又は意図せぬ変形等の問題を低減しつつ高い製造効率にて多様な断面形状に対応可能なスピニング加工方法に関する。

例えば内燃機関を搭載する自動車用の排気浄化装置及び／又は消音器等の装置を収容する筒状の筐体は、一般的に、相対的に大きい断面積を有する筒状の部分である本体部と、相対的に小さい断面積を有する筒状の部分である先端部と、本体部と先端部との間に介在し本体部側から先端部側へ向かうにつれて小さくなる断面を有する筒状の部分であるテーパ部と、を有する。このような装置の用途によっては、例えば筐体が設置される空間及び／又は筐体の内部における流体（例えば排気等）の流れ等に対する要請から、本体部及び先端部の少なくとも一方の断面形状を非円形（例えば楕円形及び長円形並びに矩形及び三角形等の多角形等）とすることが必要となる場合がある。このように本体部及び先端部の少なくとも一方の断面形状を非円形とする場合の具体例としては、本体部の断面形状が非円形であり先端部の断面形状が非円形又は円形である場合及び本体部の断面形状が円形であり先端部の断面形状が非円形である場合を挙げることができる。

例えば、楕円形の断面形状を有する素管（楕円管）の端部外周に成形具を押し付けつつ素管の回転軸線を中心として相対回転させると共に成形具を素管の中央側から端縁側へ向かうに従って素管の回転軸線に接近するように移動させることにより、素管の端部に中央側から端縁側へ向かうに従って小径となる円形の断面形状を有する先細り部を成形する方法が知られている。しかしながら、このような方法によってテーパ状の先細り部を形成すると、楕円管の短軸方向における外周と先細り部の外周との交差部に短軸方向に突出する突出部が形成されて、この突出部が他の部材に干渉するという問題がある。

そこで、特許文献１（特許第４６４７１４０号公報）においては、素管の軸線に対する先細り部の傾斜角度が素管の中央側から端縁側へ向かうに従って漸次小さくなるように先細り部の母線を中凹の凹曲線とする成形方法が提案されている。これによれば、上記突出部の高さを低減することができるとされている。

しかしながら、上記方法においては素管（楕円間）の回転軸線を中心として成形具を相対回転させるので、楕円管の長径と短径との差が大きい場合に例えば座屈及び／又は意図せぬ変形等の問題が生じ易く加工限界が低い。特に、肉厚が薄い素管を用いる場合、当該問題がより顕著となる。斯かる問題を回避するための方策としては、例えば、スピニング加工において、素管が有する楕円形の断面形状から先細り部の楕円形の断面形状へと連続的に変化する軌道に沿うように成形具の動きを制御することが考えられる。しかしながら、このような複雑な制御を伴うスピニング加工において加工速度を高めることは困難であり、加工時間が長くなるという問題がある。

更に、特許文献２（特許第４６９８８９０号公報）においては、素管部の端部に縮径部を形成してなる異形管を成形した後に、更なるスピニング加工によって突出部の突出量を減少させる加工方法が提案されている。当該加工方法によれば、スピニング加工用の成形具の上記異形管に対する公転中心線を偏芯させて当該偏芯方向とは逆側に位置する突出部にのみ成形具を押圧接触させることにより当該突出部の突出量を低減することができる。しかしながら、上記のように異形管の成形後に二次加工を行うことは、例えば異形管の製造効率の低下及び製造コストの増大等の問題に繋がる虞がある。

加えて、特許文献３（特許第６７４８９９２号公報）においては、非円形の曲線断面を有する筒状体の本体部内に緩衝部材及び触媒担体を圧入すると共に筒状体の少なくとも一端部に対しスピニング加工を行う触媒コンバータの製造方法において、筒状体の本体部がクランプ部材によって保持された状態にて緩衝部材及び触媒担体を本体部内に圧入し、クランプ部材によって保持された状態のままで筒状体の少なくとも一端部に対しスピニング加工を行ってテーパ部を形成することが提案されている。これによれば、少なくとも本体部については上述したような突出部及び／又は意図しない変形の発生を低減することができる。しかしながら、例えば製造効率の低下及び製造コストの増大等の問題を低減する観点からは、クランプ部材のような付加的な部材を用いて本体部を保持する工程を必要としない技術がより望ましいことは言うまでも無い。

特許第４６４７１４０号公報 特許第４６９８８９０号公報 特許第６７４８９９２号公報 特許第６６３０３００号公報

前述したように、当該技術分野においては、座屈及び／又は意図せぬ変形等の問題を低減しつつ高い製造効率にて多様な断面形状に対応可能なスピニング加工方法が求められている。

そこで、本発明者は鋭意研究の結果、スピニング加工において円形の公転軌道に沿って回転する成形具の公転軌道の一部のみにおいて成形具を素管の周面の一部のみに接触させる期間を設けることにより、上記課題を解決することができることを見出した。

具体的には、本発明に係るスピニング加工方法（以降、「本発明方法」と称呼される場合がある。）は、本体部と先端部と徐変部とを備える筒状の部材である筒状体をスピニング加工によって素管から一体的に形成するスピニング加工方法である。本体部は、素管の加工されていない領域からなる部分である。先端部は、本体部の端部に形成され且つ本体部の断面とは形状及び／又は大きさが異なる断面を有する直管状の部分である。徐変部は、本体部と先端部との間に形成され且つ本体部側の端部から先端部側の端部へと向かうに従って本体部の断面形状から先端部の断面形状へと断面形状が変化し且つ本体部の内部空間と先端部の内部空間とを連通する筒状の部分である。本発明方法は、素管の端部に徐変部を形成する工程である第１工程及び徐変部の本体部とは反対側の端部に先端部を形成する工程である第２工程を含む。

更に、第１工程及び第２工程の何れにおいてもスピニング加工における成形具の公転軌道は円形である。加えて、少なくとも第１工程は、部分スピニング加工が実行される期間である部分スピニング期間を含む。部分スピニング加工とは、成形具の公転軸と素管の軸とを偏芯させることにより成形具の公転軌道の一部のみにおいて成形具を素管の周面の一部のみに接触させて素管の周面の一部のみを縮径させるスピニング加工である。

本体部の断面形状は、円形、楕円形、長円形、矩形及び三角形からなる群より選ばれる１つの形状とすることができる。先端部の断面形状もまた、円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状とすることができる。本体部の断面形状と先端部の断面形状とは、同じであっても異なっていてもよい。また、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係は、同軸、偏芯、傾斜及び空間幾何学的ねじれの位置からなる群より選ばれる何れか１つとすることができる。

上述したように、本発明方法においては、上述した部分スピニング加工により素管の周面の一部のみを縮径させることができる。従って、本発明方法によれば、素管の長径と短径との差が大きい場合においても、例えば座屈及び／又は意図せぬ変形等の問題を低減しつつ、多種多様な断面形状を有する素管から多種多様な断面形状を有する徐変部及び先端部を容易に成形することができる。

更に、本発明方法に含まれる第１工程及び第２工程の何れにおいても、スピニング加工における成形具の公転軌道は円形である。即ち、前述した従来技術に係るスピニング加工方法（以降、「従来方法」と称呼される場合がある。）のように素管の断面形状から先端部の断面形状へと変化する徐変部の断面形状に沿うように成形具の動きを複雑に制御する必要が無い。従って、本発明方法によれば、加工速度を高めることができ、加工時間を短縮することができる。

加えて、本発明方法においては、前述した従来方法のように筒状体の成形後に二次加工を行ったり付加的な部材を用いて本体部を保持したりする必要が無い。従って、本発明方法によれば、製造効率の低下及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の第１実施態様に係るスピニング加工方法（第１方法）の１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 図１に例示した素管から筒状体が第１方法によって成形される過程の概要を例示する模式図である。 図１に例示した素管から筒状体が第１方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 第１方法のもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 図４に例示した素管から筒状体が第１方法によって成形される過程の概要を例示する模式図である。 本発明の第２実施態様に係るスピニング加工方法（第２方法）の１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 第２方法のもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 第２方法の更にもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 本発明の第３実施態様に係るスピニング加工方法（第３方法）の１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 図９に例示した素管から筒状体を成形する第３方法に含まれる第１工程において第２ステップのみならず第１ステップにおいても成形具の公転軸に対して本体部の軸を偏芯させることにより本体部の軸に対して先端部の軸を偏芯させる過程を示す模式図である。 第３方法のもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 第３方法の更にもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 第３方法の更にもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 第３方法の更にもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。 図４に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 図６に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 図７に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 図８に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 図９に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 図１１に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 図１２に例示した素管から筒状体が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。 特許文献４において開示された加工方法と本発明方法との組み合わせによって成形された筒状体の一例を示す模式図である。

《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係るスピニング加工方法（以降、「第１方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

第１方法は、本体部と先端部と徐変部とを備える筒状の部材である筒状体をスピニング加工によって素管から一体的に形成するスピニング加工方法である。素管を形成する材料は、スピニング加工によって所望の形状に成形することが可能である限り、特に限定されない。このような材料の具体例としては、例えばステンレス鋼等の金属材料を挙げることができる。スピニング加工の詳細については、当業者に周知であるので、ここでの説明は省略する。

本体部は、筒状体の先端部及び徐変部以外の部分であり、典型的には素管の加工されていない領域からなる部分である。先端部は、本体部の端部に形成され且つ本体部の断面とは形状及び／又は大きさが異なる断面を有する直管状の部分である。即ち、第１方法によって成形される筒状体においては、先端部の断面形状と本体部の断面形状とが異なっているか、先端部の断面積と本体部の断面積とが異なっているか、或いは先端部の断面形状と本体部の断面形状とが異なっており且つ先端部の断面積と本体部の断面積とが異なっている。第１方法によって成形される筒状体における先端部の断面と本体部の断面との様々な組み合わせの具体例については後に詳述する。

徐変部は、本体部と先端部との間に形成され且つ本体部側の端部から先端部側の端部へと向かうに従って本体部の断面形状から先端部の断面形状へと断面形状が変化し且つ本体部の内部空間と先端部の内部空間とを連通する筒状の部分である。典型的には、徐変部は本体部側の端部から先端部側の端部へと向かうに従って断面積が徐々に小さくなるテーパ状の縮径部である。但し、徐変部の断面は必ずしも全周に亘って縮径している必要は無く、縮径していない部分及び／又は拡径している部分が含まれていてもよい。また、本体部側の端部から先端部側の端部へと向かうに従って本体部の断面形状から先端部の断面形状へと断面形状が変化する変化率は必ずしも一定又は均等である必要は無い。例えば、徐変部の軸方向に沿って上記変化率が変化していてもよく、徐変部の軸周りに沿って上記変化率が変化していてもよい。

第１方法は、素管の端部に徐変部を形成する工程である第１工程及び徐変部の本体部とは反対側の端部に先端部を形成する工程である第２工程を含む。上述したように第１方法は、本体部と先端部と徐変部とを備える筒状の部材である筒状体をスピニング加工によって素管から一体的に形成するスピニング加工方法である。従って、第１工程においてはスピニング加工によって素管の端部に徐変部が一体的に形成され、第２工程においてはスピニング加工によって徐変部の本体部とは反対側の端部に先端部が一体的に形成される。

更に、第１工程及び第２工程の何れにおいてもスピニング加工における成形具の公転軌道は円形である。即ち、第１方法においては、前述した従来技術に係るスピニング加工方法（従来方法）のように本体部（素管）の断面形状から先端部の断面形状へと変化する徐変部の断面形状に沿うように成形具の動きを複雑に制御する必要が無い。従って、第１方法によれば、加工速度を高めることができ、加工時間を短縮することができる。

加えて、少なくとも第１工程は、部分スピニング加工が実行される期間である部分スピニング期間を含む。部分スピニング加工とは、例えばローラ及びへら等の成形具の公転軸と素管の軸とを偏芯させることにより成形具の公転軌道の一部のみにおいて成形具を素管の周面の一部のみに接触させて素管の周面の一部のみを縮径させるスピニング加工である。即ち、第１方法においては、部分スピニング加工により素管の周面の一部のみを縮径させることができる。従って、素管の長径と短径との差が大きい場合においても例えば座屈及び／又は意図せぬ変形等の問題を低減しつつ、多種多様な断面形状を有する素管（本体部）から多種多様な断面形状を有する徐変部及び先端部を容易に成形することができる。

更に、前述した従来方法のように筒状体の成形後に二次加工を行ったり付加的な部材を用いて本体部を保持したりする必要が無い。従って、第１方法によれば、製造効率の低下及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。

ここで、図面を参照しながら、第１方法の幾つかの具体例について詳しく説明する。図１は、第１方法の１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。（ａ）は素管１１を中心軸ＡＸの方向から観察した場合における正面図であり、楕円形の断面における長軸ＡＬ及び短軸ＡＳがそれぞれ二点鎖線によって示されている。（ｂ）は素管１１を短軸ＡＳの方向から観察した場合における左側面図であり、楕円形の断面の中心を通る中心軸ＡＸが二点鎖線によって示されている。

一方、（ｃ）は第１方法によって素管１１から成形される筒状体２１を中心軸ＡＸの方向から観察した場合における正面図であり、（ｄ）は筒状体２１を短軸ＡＳの方向から観察した場合における左側面図である。（ｃ）及び（ｄ）においても、楕円形の断面における長軸ＡＬ及び短軸ＡＳ並びに楕円形の断面の中心を通る中心軸ＡＸが二点鎖線によってそれぞれ示されている。（ｃ）及び（ｄ）に例示するように、筒状体２１は本体部２１ａと先端部２１ｂと徐変部２１ｃとを備える筒状の部材である。

本体部２１ａは、筒状体２１の先端部２１ｂ及び徐変部２１ｃ以外の部分であり、素管１１の加工されていない領域からなる部分である。先端部２１ｂは、本体部２１ａの端部に形成された徐変部２１ｃの本体部２１ａとは反対側の端部に形成され且つ本体部２１ａの楕円形の断面の短径よりも小さい直径を有する円形の断面を有する直管状の部分である。徐変部２１ｃは、本体部２１ａと先端部２１ｂとの間に形成され且つ本体部２１ａ側の端部から先端部２１ｂ側の端部へと向かうに従って本体部２１ａの楕円形の断面形状から先端部２１ｂの円形の断面形状へと断面形状が変化し且つ本体部２１ａの内部空間と先端部２１ｂの内部空間とを連通する筒状の部分である。即ち、この場合、楕円形の断面形状を有する素管１１の端部を第１方法によって加工して、より小さい円形の断面形状を有する直管状の先端部２１ｂを成形する必要がある。

次に、第１方法によって素管１１から筒状体２１が成形される過程について説明する。尚、以下の説明においては、素管、筒状体及び素管から筒状体へと成形される過程にある中間体が「ワーク」と総称される場合がある。図２は、図１に例示した素管１１から筒状体２１が第１方法によって成形される過程の概要を例示する模式図である。（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）はワークを軸方向から観察した場合における正面図であり、ワークの楕円形の断面における長軸及び短軸がそれぞれ二点鎖線によって示されている（但し、符号ＡＬ及びＡＳは省略した）。（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）はワークを上記短径方向から観察した場合における左側面図であり、楕円形の断面の中心を通る中心軸が二点鎖線によって示されている（但し、符号ＡＸは省略した）。

図２においては、素管１１、筒状体２１及び素管１１から筒状体２１へと成形される過程にある中間体（ワーク）の形状が太い実線によって描かれ、第１方法において実行されるスピニング加工における成形具としてのローラ４１が細い実線によって描かれている。尚、図２に示す例においては２つのローラ４１が公転軸を挟んで互いに対向する位置に配設されているが、第１方法において実行されるスピニング加工における成形具の数は２つに限定されるものではなく、１つであってもよく、或いは３つ以上であってもよい。

更に、ローラ４１の中心（自転軸）の公転軌道Ｔｃ及びローラ４１の最内端の公転軌道Ｔｅがそれぞれ一点鎖線及び破線によって描かれている。上述したように、第１方法においては、素管１１の端部に徐変部２１ｃを形成する工程である第１工程及び徐変部２１ｃの本体部２１ａとは反対側の端部に先端部２１ｂを形成する工程である第２工程の何れにおいてもスピニング加工における成形具（ワーク４１）の公転軌道Ｔｃ及びＴｅは円形である。

上述したように、第１方法においては、先ず、素管１１の端部に徐変部２１ｃを形成する工程である第１工程が実行される。図２に示す例においては、（ａ）及び（ｂ）に例示するように、先ず、円形の公転軌道に沿って回転する（図中に示す実線の曲線矢印を参照）ローラ４１によって素管１１の楕円形の断面の長径の両端近傍の素管１１の周面（以降、「長軸側周面」と称呼される場合がある。）を押圧して縮径させる。その結果、ワークの最終的に先端部２１ｂ及び縮径部２１ｃとなる部分の断面形状が、（ｃ）に例示するように、素管１１（及び本体部２１ａ）の断面形状に比べて、長軸方向において押し縮められた（縮径された）形状となる。以降、このようにワークの長軸側周面を成形具によって押圧して縮径させる過程を「第１ステップ」と称呼する場合がある。

尚、第１ステップは、ローラ４１の１回のパスによって実行してもよく或いは複数回のパスによって実行してもよい。また、第１ステップを複数回繰り返し実行した後に次のステップへと進んでもよい。更に、図２の（ａ）及び（ｂ）に例示した第１ステップにおいては、素管１１の中心軸とローラ４１の公転軸とが一致する所謂「同軸スピニング加工」により、素管１１の楕円形の断面の長径の両端近傍の素管１１の周面（２つの長軸側周面）の両方を同時に押圧して縮径させた。しかしながら、詳しくは後述するように、第１ステップにおいても、素管１１の中心軸とローラ４１の公転軸とを偏芯させて、素管１１の楕円形の断面の長径の両端近傍の素管１１の２つの周面（２つの長軸側周面）を個別に押圧して縮径させてもよい。

次に、（ｃ）に例示するように、素管１１の中心軸とローラ４１の公転軸とを偏芯（オフセット）させて（図中に示す実線の直線矢印を参照）所謂「偏芯スピニング加工」を実行することにより、素管１１の楕円形の断面の短径の両端近傍のワークの周面（以降、「短軸側周面」と称呼される場合がある。）の一方を押圧して縮径させる。これにより、ワークの周面の（ｄ）において斜線が施された部分がローラ４１の公転軌道に沿った形状に成形される。更に、図２には例示しないが、素管１１の中心軸とローラ４１の公転軸とを反対側に偏芯（オフセット）させて上記と同様に「偏芯スピニング加工」を実行することにより、素管１１の楕円形の断面の短径の両端近傍のワークの周面（短軸側周面）の他方も上記と同様にローラ４１の公転軌道に沿った形状に成形される。以降、このように偏芯スピニング加工によりワークの短軸側周面を成形具によって押圧して縮径させる過程を「第２ステップ」と称呼する場合がある。

上記「偏芯スピニング加工」の各々においては、成形具としてのローラ４１の公転軸と素管１１の軸とを偏芯させることによりローラ４１の最内端の公転軌道Ｔｅの一部のみにおいてローラ４１を素管１１の周面の一部のみに接触させて素管１１の周面の一部のみを縮径させている。即ち、上記「偏芯スピニング加工」は上述した「部分スピニング加工」に該当し、上記「偏芯スピニング加工」が実行される期間は上述した「部分スピニング期間」に該当する。

但し、図１に例示したように、図２に例示する第１方法において楕円形の断面形状を有する素管１１から成形される筒状体２１が備える先端部２１ｂは、本体部２１ａの端部に形成された徐変部２１ｃの本体部２１ａとは反対側の端部に形成され且つ本体部２１ａの楕円形の断面の短径よりも小さい直径を有する円形の断面を有する直管状の部分である。従って、素管１１の端部に徐変部２１ｃを形成する工程である第１工程の途中のある時点において、第１ステップ及び第２ステップの何れにおいてもローラ４１の最内端の公転軌道Ｔｅの直径が本体部２１ａの楕円形の断面の短径よりも小さくなる。この時点以降は、ワークの全周に亘ってローラ４１が接触する通常のスピニング加工を実行することにより、徐変部２１ｃの断面形状が先端部２１ｂの断面の形状及び大きさに一致するまで第１工程を継続することができる。

上記のように、第１方法においては、部分スピニング加工が実行される期間である部分スピニング期間が必ずしも第１工程の全期間を占めている必要は無い。換言すれば、第１工程が実行される期間に部分スピニング期間が含まれていればよい。

尚、第２ステップにおける一方及び他方の短軸側周面に対する偏芯スピニング加工もまた、ローラ４１の１回のパスによって実行してもよく或いは複数回のパスによって実行してもよい。また、上述したように第１工程の途中のある時点以降において通常のスピニング加工が実行される場合、当該通常のスピニング加工もまた、ローラ４１の１回のパスによって実行してもよく或いは複数回のパスによって実行してもよい。更に、第１ステップを実行した後に第２ステップを複数回繰り返し実行してもよい。尚、成形しようとする断面形状によっては、第１ステップの前に第２ステップを実行してもよい。更に、このような第１ステップと第２ステップとの組を繰り返し実行することにより、素管１１の端部に徐変部２１ｃを形成してもよい。

図３は、上記のように第１工程において第１ステップと第２ステップとの組を繰り返し実行することにより素管１１の端部に徐変部２１ｃを形成する過程の詳細を例示する模式図である。尚、図３においては描画スペースの都合上、符号は省略されている。図３の（ａ）は図２の（ａ）及び（ｂ）に該当し、図３の（ｂ）は図２の（ｃ）及び（ｄ）に該当する。図３に示す例においては、（ａ）及び（ｂ）において１回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行された後に（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。そして、（ｅ）及び（ｆ）において３回目及び４回目の第１ステップがそれぞれ実行される。

次に、第１方法においては、上述した第１工程の後に、徐変部２１ｃの本体部２１ａとは反対側の端部に先端部２１ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図１の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２１が備える先端部２１ｂは本体部２１ａと同軸に形成された円筒状の部分である。従って、図２に例示した第１方法においては、通常の同軸スピニング加工によって第２工程を実施することにより、徐変部２１ｃの本体部２１ａとは反対側の端部に先端部２１ｂを形成することができる。これにより、図１の（ｃ）及び（ｄ）並びに図２の（ｅ）及び（ｆ）に例示した筒状体２１の成形が完了する。尚、第２工程において実行されるスピニング加工もまた、ローラ４１の１回のパスによって実行してもよく或いは複数回のパスによって実行してもよい。

ここで、更なる図面を参照しながら、第１方法のもう１つの具体例について詳しく説明する。図４は、第１方法のもう１つの具体例において使用される素管及び当該素管から成形される筒状体を示す模式図である。（ａ）は素管１１を中心軸ＡＸの方向から観察した場合における正面図であり、楕円形の断面における長軸ＡＬ及び短軸ＡＳがそれぞれ二点鎖線によって示されている。（ｂ）は素管１１を短軸ＡＳの方向から観察した場合における左側面図であり、楕円形の断面の中心を通る中心軸ＡＸが二点鎖線によって示されている。図４に例示する素管１１は、図１に例示した素管１１と同じである。

一方、（ｃ）は第１方法によって素管１１から成形される筒状体２２を中心軸ＡＸの方向から観察した場合における正面図であり、（ｄ）は筒状体２２を短軸ＡＳの方向から観察した場合における左側面図である。（ｃ）及び（ｄ）においても、楕円形の断面における長軸ＡＬ及び短軸ＡＳ並びに楕円形の断面の中心を通る中心軸ＡＸが二点鎖線によってそれぞれ示されている。（ｃ）及び（ｄ）に例示するように、筒状体２２は本体部２２ａと先端部２２ｂと徐変部２２ｃとを備える筒状の部材である。

本体部２２ａは、筒状体２２の先端部２２ｂ及び徐変部２２ｃ以外の部分であり、素管１１の加工されていない領域からなる部分である。先端部２２ｂは、本体部２２ａの端部に形成された徐変部２２ｃの本体部２２ａとは反対側の端部に形成され且つ本体部２２ａの楕円形の断面の長径及び短径よりも小さい長径及び短径をそれぞれ有する楕円形の断面を有する直管状の部分である。徐変部２２ｃは、本体部２２ａと先端部２２ｂとの間に形成され且つ本体部２２ａ側の端部から先端部２２ｂ側の端部へと向かうに従って本体部２２ａの楕円形の断面形状から先端部２２ｂの楕円形の断面形状へと断面形状が縮小し（即ち、縮径し）且つ本体部２２ａの内部空間と先端部２２ｂの内部空間とを連通する筒状の部分である。即ち、この場合、楕円形の断面形状を有する素管１１の端部を第１方法によって加工して、より小さい楕円形の断面形状を有する直管状の先端部２２ｂを成形する必要がある。

次に、第１方法によって素管１１から筒状体２２が成形される過程について説明する。図５は、図４に例示した素管１１から筒状体２２が第１方法によって成形される過程の概要を例示する模式図である。上述した図２と同様に、（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）はワークを軸方向から観察した場合における正面図であり、ワークの楕円形の断面における長軸及び短軸がそれぞれ二点鎖線によって示されている（但し、符号ＡＬ及びＡＳは省略した）。（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）はワークを上記短径方向から観察した場合における左側面図であり、楕円形の断面の中心を通る中心軸が二点鎖線によって示されている（但し、符号ＡＸは省略した）。

上述した図２と同様に、図５においても、素管１１、筒状体２２及び素管１１から筒状体２２へと成形される過程にある中間体（ワーク）の形状が太い実線によって描かれ、第１方法において実行されるスピニング加工における成形具としてのローラ４１が細い実線によって描かれている。更に、ローラ４１の中心（自転軸）の公転軌道Ｔｃ及びローラ４１の最内端の公転軌道Ｔｅがそれぞれ一点鎖線及び破線によって描かれている。図５に例示する第１方法においても、第１工程及び第２工程の何れにおいてもスピニング加工における成形具（ワーク４１）の公転軌道Ｔｃ及びＴｅは円形である。

図５に例示する第１方法においても、先ず、素管１１の端部に徐変部２２ｃを形成する工程である第１工程が実行される。具体的には、（ａ）及び（ｂ）に例示すように、先ず、円形の公転軌道に沿って回転する（図中に示す実線の曲線矢印を参照）ローラ４１によって素管１１の長軸側周面を押圧して縮径させる。その結果、ワークの最終的に先端部２２ｂ及び縮径部２２ｃとなる部分の断面形状が、（ｃ）に例示するように、素管１１（及び本体部２２ａ）の断面形状に比べて、長軸方向において押し縮められた（縮径された）形状となる。即ち、上述した第１ステップが実行される。

次に、（ｃ）に例示するように、素管１１の中心軸とローラ４１の公転軸とを偏芯（オフセット）させて（図中に示す実線の直線矢印を参照）所謂「偏芯スピニング加工」を実行することにより、素管１１の楕円形の断面の短径の両端近傍の素管１１の周面（以降、「短軸側周面」と称呼される場合がある。）の一方を押圧して縮径させる。これにより、ワークの周面の（ｄ）において斜線が施された部分がローラ４１の公転軌道に沿った形状に成形される。更に、図示しないが、素管１１の中心軸とローラ４１の公転軸とを反対側に偏芯（オフセット）させて上記と同様に「偏芯スピニング加工」を実行することにより、素管１１の楕円形の断面の短径の両端近傍の素管１１の周面（短軸側周面）の他方も上記と同様にローラ４１の公転軌道に沿った形状に成形される。即ち、上述した第２ステップが実行される。尚、上述したように、上記「偏芯スピニング加工」は上述した「部分スピニング加工」に該当し、上記「偏芯スピニング加工」が実行される期間は上述した「部分スピニング期間」に該当する。

第１工程は、上述した第１ステップ及び第２ステップを所定の回数だけ繰り返し実行することにより徐変部２２ｃの本体部２２ａとは反対側の端部における断面形状が先端部２２ｂの断面形状に一致するまで継続される。

次に、第１方法においては、第１工程の後に、徐変部２２ｃの本体部２２ａとは反対側の端部に先端部２２ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図４の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２２が備える先端部２２ｂは本体部２１ａと同軸に形成された楕円筒状の部分である。従って、図５に例示した第１方法に含まれる第２工程においては、断面の形状及び大きさを維持しつつ、上述した第１工程と同様に第１ステップ及び第２ステップが所定の回数だけ繰り返し実行される。

上記のように、第１方法においては、部分スピニング加工が実行される期間である部分スピニング期間が第１工程のみならず第２工程にも含まれていてもよい。

尚、図４及び図５に例示した第１方法においても、図１及び図２に例示した第１方法と同様に、第１ステップを複数回繰り返し実行した後に第２ステップを実行してもよく、第１ステップを実行した後に第２ステップを複数回繰り返し実行してもよい。また、第１工程及び第２工程において実行される各スピニング加工をローラ４１の１回のパスによって実行してもよく或いは複数回のパスによって実行してもよい。

尚、上述した第１方法の２つの具体例においては、素管及び筒状体の本体部の断面形状が楕円形であり且つ筒状体の先端部の断面形状が円形及び楕円形である場合について説明した。しかしながら、第１方法が適用される素管及び筒状体の本体部の断面形状と筒状体の先端部の断面形状との組み合わせは上記に限定されず、多種多様な断面形状の組み合わせが可能である（詳しくは後述する）。また、上述した第１方法の２つの具体例においては、筒状体の本体部の軸と先端部の軸とが同軸である場合について説明した。しかしながら、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係は上記に限定されず、多種多様な位置関係が可能である（詳しくは後述する）。

更に、例えば極めて高い寸法精度が筒状体に要求される場合等においては、例えば、上述した第１工程及び第２工程の後に、所期の寸法精度に対応する成形面を有する金型によるプレス加工に筒状体を付す追加工程等を第１方法が更に含んでもよい。この場合、第１工程及び第２工程の実行によって得られる筒状体の寸法が最終的に要求される筒状体の寸法よりも僅かに大きくなるようにしてもよい。

加えて、筒状体の先端に形成される先端部は例えば筒状体と他の部材（例えば、排気管等）との接続部位として使用されることが一般的である。従って、筒状体の用途によっては、先端部に接続される部材に合わせて先端部を加工することが必要となる場合がある。このような場合等においては、例えば、上述した第１工程及び第２工程の後に、例えば切削加工等により先端部を二次加工する追加工程を第１方法が更に含んでもよい。

以上説明してきたように、第１方法においては、上述した部分スピニング加工により素管の周面の一部のみを縮径させることができる。従って、第１方法によれば、素管の長径と短径との差が大きい場合においても、例えば座屈及び／又は意図せぬ変形等の問題を低減しつつ、多種多様な断面形状を有する素管から多種多様な断面形状を有する徐変部及び先端部を容易に成形することができる。

更に、第１方法に含まれる第１工程及び第２工程の何れにおいても、スピニング加工における成形具の公転軌道は円形である。即ち、第１方法においては、前述した従来方法のように素管の断面形状から先端部の断面形状へと変化する徐変部の断面形状に沿うように成形具の動きを複雑に制御する必要が無い。従って、第１方法によれば、加工速度を高めることができ、加工時間を短縮することができる。

加えて、第１方法においては、前述した従来方法のように筒状体の成形後に二次加工を行ったり付加的な部材を用いて本体部を保持したりする必要が無い。従って、第１方法によれば、製造効率の低下及び製造コストの増大等の問題を低減することができる。

《第２実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第２実施形態に係るスピニング加工方法（以降、「第２方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

上述した第１方法の２つの具体例においては、素管及び筒状体の本体部の断面形状が楕円形であり且つ筒状体の先端部の断面形状が円形及び楕円形である場合について説明した。しかしながら、第１方法が適用される素管及び筒状体の本体部の断面形状と筒状体の先端部の断面形状との組み合わせは上記に限定されず、多種多様な断面形状の組み合わせが可能である。

具体的には、本体部の断面形状は、円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状とすることができる。一方、先端部の断面形状もまた、円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状とすることができる。ここでいう多角形には、例えば三角形、四角形（例えば、矩形、平行四辺形、菱形及び台形等）、五角形、六角形、七角形及び八角形等、多種多様な形状が含まれる。また、これらの多角形は、必ずしも線対称又は回転対称な形状でなくてもよい。尚、本体部の断面形状と先端部の断面形状とは、同じであっても異なっていてもよい。

そこで、第２方法は、上述した第１方法であって、本体部の断面形状が円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状であり、先端部の断面形状が円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状であることを特徴とするスピニング加工方法である。

本明細書において使用される「円形」、「楕円形」、「長円形」及び「多角形」なる用語によって表される図形は、必ずしも厳密な定義を満たす図形に限定されるものではなく、所謂「略円形」、「略楕円形」、「略長円形」及び「略多角形」なる用語によって表される図形をも含むことができる。具体的には、円形には、真円のみならず、当業者によって円形と認められる限りにおいて、ある程度の寸法誤差を有するものも含まれる。楕円形及び長円形（「レーストラック形」とも称呼される）についても同様である。また、多角形には、当業者によって多角形と認められる限りにおいて、個々の辺は必ずしも完全な直線でなくてもよく、隣り合う２つの辺を構成する２本の直線の交わりによって角部が構成されていなくてもよい。例えば、矩形の場合、４つの辺の少なくとも１つが緩やかな曲線によって構成されていてもよく、隣り合う辺が交わる角度は必ずしも９０°でなくてもよい。更に、例えば角丸長方形及び面取りされた長方形等も矩形に含まれる。三角形等の他の多角形についても同様である。

上述した第１方法に関する説明においては、図１の（ｃ）及び（ｄ）に例示したように本体部の断面形状が楕円形であり且つ先端部の断面形状が円形である場合及び図４の（ｃ）及び（ｄ）に例示したように本体部の断面形状が楕円形であり且つ先端部の断面形状もまた楕円形である場合を例示した。しかしながら、図６に例示するように、本体部２３ａの断面形状が円形であり且つ先端部２３ｂの断面形状が楕円形であってもよい。また、図７に例示するように、本体部２４ａの断面形状が矩形（角丸長方形）であり且つ先端部２４ｂの断面形状が円形であってもよい。更に、図８に例示するように、本体部２５ａの断面形状が矩形（角丸長方形）であり且つ先端部２５ｂの断面形状が楕円形であってもよい。

以上のように、第２方法によれば、上述した第１方法によって達成される効果を享受しつつ、多種多様な断面形状を有する素管から多種多様な断面形状を有する徐変部及び先端部を容易に成形することができる。

《第３実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第３実施形態に係るスピニング加工方法（以降、「第３方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

上述した第１方法の２つの具体例及び第２方法の３つの具体例においては、筒状体の本体部の軸と先端部の軸とが同軸である場合について説明した。しかしながら、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係は上記に限定されず、多種多様な位置関係が可能である。具体的には、例えば、本体部の軸と先端部の軸とが平行ではあるもののずれて（偏芯して）いてもよく、本体部の軸と先端部の軸とが同一平面内において所定の角度にて交差して（傾斜して）いてもよく、或いは本体部の軸と先端部の軸とが平行ではなく且つ交差しない所謂「空間幾何学的ねじれの位置」にあってもよい。

そこで、第３方法は、上述した第１方法又は第２方法であって、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係は、同軸、偏芯、傾斜及び空間幾何学的ねじれの位置からなる群より選ばれる何れか１つであることを特徴とするスピニング加工方法である。

本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が同軸ではない筒状体の幾つかの例につき、以下に図面を参照しながら説明する。

先ず、図９は、第３方法の１つの具体例において使用される素管１１及び当該素管１１から成形される筒状体２６を示す模式図である。図９に例示する素管１１は、図１及び図４に例示した素管１１と同じである。一方、図９に例示する筒状体２６は、素管１１と同じ楕円形の断面形状を有する本体部２６ａの軸に対して円形の断面形状を有する先端部２６ｂの軸が図面に向かって左側へ偏芯している点を除き、図１に例示した筒状体２１と同様の構成を有する。このような偏芯は、素管１１の端部（本体部２６ａの端部）に徐変部２６ｂを形成する工程である第１工程においてワークの縮径量が図面に向かって左側よりも右側の方が大きくなるように部分スピニング加工におけるローラ４１の公転軸とワークの軸との相対的な位置関係を設定することにより達成することができる。

具体的には、第１工程において実行される第２ステップにおけるローラ４１の公転軸に対するワークの本体部２６ａの軸の偏芯量を、本体部２６ａの軸に対する先端部２６ｂの軸の偏芯方向と同じ側の短軸側周面に対しては相対的に小さく設定し、本体部２６ａの軸に対する先端部２６ｂの軸の偏芯方向とは反対側の短軸側周面に対しては相対的に大きく設定する。加えて、図１０に例示するように、長軸側周面を押圧して縮径させる第１ステップにおいても、ローラ４１の公転軸に対するワークの本体部２６ａの軸を（本体部２６ａの軸に対する先端部２６ｂの軸の）偏芯方向とは反対側へ偏芯させる（図中に示す直線矢印を参照）。これにより、所期の方向及び変位にて偏芯を達成して、徐変部２６ｂの先端側（本体部２６ａとは反対側）の端部における断面の形状及び位置が先端部２６ｂの断面の形状及び位置とそれぞれ一致させることにより達成することができる。

次に、図１１は、第３方法のもう１つの具体例において使用される素管１１及び当該素管１１から成形される筒状体２７を示す模式図である。図１１に例示する素管１１は、図１、図４、図９及び図１０に例示した素管１１と同じである。一方、図１１に例示する筒状体２７は、素管１１と同じ楕円形の断面形状を有する本体部２６ａの軸に対して円形の断面形状を有する先端部２６ｂの軸が図面に向かって左上側へ偏芯している点を除き、図１に例示した筒状体２１及び図９に例示した筒状体２６と同様の構成を有する。このような偏芯は、図９及び図１０に例示した筒状体２６の場合と同様に、素管１１の端部（本体部２７ａの端部）に徐変部２７ｂを形成する工程である第１工程において実行される部分スピニング加工におけるローラ４１の公転軸とワークの軸との相対的な位置関係を適宜設定することにより達成することができる（詳しくは後述する）。

次に、図１２は、第３方法の更にもう１つの具体例において使用される素管１３及び当該素管１３から成形される筒状体２８を示す模式図である。図１２に例示する素管１３は、図７及び図８に例示した素管１３と同じである。一方、図１２に例示する筒状体２８は、素管１３と同じ矩形（角丸長方形）の断面形状を有する本体部２８ａの軸に対して円形の断面形状を有する先端部２８ｂの軸が図面に向かって左上側へ偏芯している点を除き、図７に例示した筒状体２４と同様の構成を有する。このような偏芯は、図１１に例示した筒状体２７の場合と同様に、素管１３の端部（本体部２８ａの端部）に徐変部２８ｂを形成する工程である第１工程において実行される部分スピニング加工におけるローラ４１の公転軸とワークの軸との相対的な位置関係を適宜設定することにより達成することができる（詳しくは後述する）。

第３方法に関する上記説明においては、筒状体の本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が偏芯である場合について例示した。しかしながら、スピニング加工において当業者が周知の手法を適用することにより、筒状体の本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が同軸、傾斜又は空間幾何学的ねじれの位置である筒状体もまた第３方法によって容易に成形することができる。

例えば、図１３は、第３方法の更なる具体例において使用される素管１３及び当該素管１３から成形され且つ本体部２９ａの軸と先端部２９ｂの軸とが傾斜している筒状体２９を示す模式図である。このような筒状体２９は、徐変部２９ｃを成形する第１工程において素管１３の短軸（即ち、本体部２９ａの短軸）に平行な軸の周りにワークを所定の角度だけ回転させながらスピニング加工を施すことによって成形することができる。一方、図１４は、第３方法の更なる具体例において使用される素管１３及び当該素管１３から成形され且つ本体部３０ａの軸と先端部３０ｂの軸との相対的な位置関係が空間幾何学的ねじれの位置である筒状体３０を示す模式図である。尚、図１４の（ｅ）は、筒状体３０を長軸ＡＬの方向において上方から観察した場合における上面図（頂面図）である。

尚、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係を同軸、傾斜及び空間幾何学的ねじれの位置からなる群より選ばれる何れか１つとすることができるスピニング加工の具体的な手順については当業者に周知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

また、筒状体の本体部の断面形状と先端部の断面形状とが同じ形状であっても或いは異なる形状であっても、当該筒状体を第３方法により成形することができる。尚、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が同軸であり且つ本体部の断面形状及び先端部の断面形状が何れも円形である場合は通常のスピニング加工によって筒状体を成形することができるが、このような筒状体を第３方法によって成形してもよい。

以上のように、第３方法によれば、上述した第１方法及び／又は第２方法によって達成される効果を享受しつつ、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が同軸、偏芯、傾斜及び空間幾何学的ねじれの位置からなる群より選ばれる何れか１つである筒状体を容易に成形することができる。

以上のように説明してきた第１方法乃至第３方法を始めとする本発明に係るスピニング加工方法（本発明方法）の様々な実施例につき、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に説明する各種実施例は例示に過ぎない。本発明方法の具体的な構成（例えば、第１工程において実行される第１ステップ及び第２ステップの回数及び順序並びに第１ステップ及び第２ステップにおける成形具のパスの数等）は、本発明方法によって成形しようとする筒状体の形状に応じて適宜定めることができる。

（１）楕円形から円形への同軸スピニング加工
円形の断面形状を有し且つ本体部２１ａと同軸に位置する先端部２１ｂを備える筒状体２１を楕円形の断面形状を有する素管１１から成形する本発明方法については、図１乃至図３を参照しながら既に説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。

（２）楕円形から楕円形への同軸スピニング加工
楕円形の断面形状を有し且つ本体部２２ａと同軸に位置する先端部２２ｂを備える筒状体２２を楕円形の断面形状を有する素管１１から成形する本発明方法については、図４及び図５を参照しながら既に説明した。しかしながら、図５は図４に例示した素管１１から筒状体２２が成形される過程の概要を例示する模式図であるので、ここで改めて当該成形過程の詳細について説明する。

図１５は、図４に例示した素管１１から筒状体２２が第１方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。図１５及び後に参照される図１６乃至図２１においても、前述した図３と同様に、描画スペースの都合上、符号は省略されている。また、図１５及び後に参照される図１６乃至図２１においては、図面に向かって上下方向が異形断面を有する部分の長軸方向であり、図面に向かって左右方向が異形断面を有する部分の短軸方向である。即ち、ワークの図面に向かって上下の周面が長軸側周面であり、ワークの図面に向かって左右の周面が短軸側周面である。

図１５の（ａ）は図５の（ａ）及び（ｂ）に該当し、図１５の（ｂ）は図５の（ｃ）及び（ｄ）に該当する。図１５に示す例においては、（ａ）及び（ｂ）において１回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行された後に（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。そして、（ｅ）及び（ｆ）において３回目及び４回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。これにより、徐変部２２ｃの先端側（本体部２２ａとは反対側）の端部の断面形状を、楕円形の断面形状を有する先端部２２ｂの断面形状と同じ断面形状とすることができる。即ち、徐変部２２ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

次に、徐変部２２ｃの先端側の端部に先端部２２ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図４の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２２が備える先端部２２ｂは本体部２２ａと同軸に形成された楕円筒状の部分である。従って、第２工程においては、断面の形状及び大きさを維持しつつ、上述した第１工程と同様に第１ステップ及び第２ステップが所定の回数だけ繰り返し実行され、先端部２２ｂが成形される。これにより、図４の（ｃ）及び（ｄ）並びに図５の（ｅ）及び（ｆ）に例示した筒状体２２の成形が完了する。

（３）円形から楕円形への同軸スピニング加工
楕円形の断面形状を有し且つ本体部２３ａと同軸に位置する先端部２３ｂを備える筒状体２３を円形の断面形状を有する素管１２から成形する本発明方法については、図６を参照しながら既に説明した。しかしながら、図６に例示した素管１２から筒状体２３が成形される過程の詳細については説明されていないので、ここで当該成形過程の詳細について説明する。

図１６は、図６に例示した素管１２から筒状体２３が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。先ず、（ａ）及び（ｂ）において、第２ステップが２回連続して実行される。具体的には、（ａ）において、円形の断面形状を有する素管１２の短軸側周面に対して１回目の部分スピニング加工が施される。次いで、（ｂ）において、ワークの短軸側周面に対して２回目の部分スピニング加工が施される。次に、（ｃ）及び（ｄ）において、第１ステップと第２ステップとの組が実行される。具体的には、（ｃ）においてワークの長軸側周面に対して部分スピニング加工が施され、（ｄ）においてワークの短軸側周面に対して部分スピニング加工が施される。

次に、（ｅ）及び（ｆ）において第１ステップと第２ステップとの組がもう１回実行され、（ｇ）及び（ｈ）において第１ステップと第２ステップとの組が更にもう１回実行される。最後に、（ｉ）において最後の第１ステップが実行される。これにより、徐変部２３ｃの先端側（本体部２３ａとは反対側）の端部の断面形状を、楕円形の断面形状を有する先端部２３ｂの断面形状と同じ断面形状とすることができる。即ち、徐変部２３ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

次に、徐変部２３ｃの先端側の端部に先端部２３ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図６の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２３が備える先端部２３ｂは本体部２３ａと同軸に形成された楕円筒状の部分である。従って、第２工程においては、断面の形状及び大きさを維持しつつ、上述した第１工程と同様に第１ステップ及び第２ステップが所定の回数だけ繰り返し実行され、先端部２３ｂが成形される。これにより、図６の（ｃ）及び（ｄ）並びに図１６の（ｊ）に例示した筒状体２３の成形が完了する。

（４）矩形（角丸長方形）から円形への同軸スピニング加工
円形の断面形状を有し且つ本体部２４ａと同軸に位置する先端部２４ｂを備える筒状体２４を矩形（角丸長方形）の断面形状を有する素管１３から成形する本発明方法については、図７を参照しながら既に説明した。しかしながら、図７に例示した素管１３から筒状体２４が成形される過程の詳細については説明されていないので、ここで当該成形過程の詳細について説明する。

図１７は、図７に例示した素管１３から筒状体２４が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。先ず、（ａ）及び（ｂ）において、１回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。具体的には、（ａ）において、矩形の断面形状を有する素管１３の短軸側周面に対して１回目の部分スピニング加工が施される。但し、この段階においては素管１３の断面において中心軸から最も外側に位置する部分は矩形の断面形状の角部であるので、部分スピニング加工は角部に施されることとなる。次いで、（ｂ）において、ワークの長軸側周面に対して１回目の部分スピニング加工が施される。

同様に、（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。その結果、ワークの角部のみならず短軸側周面の短径の両端近傍の領域にもローラが接触するようになっている。次いで、（ｅ）及び（ｆ）において３回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。その結果、素管１３の端部に徐変部２４ｃを形成する工程である第１工程の途中のこの時点において、ローラの最内端の公転軌道の直径が本体部２４ａの矩形の断面の短軸方向における寸法（短辺）よりも小さくなる。この時点以降は、（ｇ）及び（ｈ）に例示するように、ワークの全周に亘ってローラが接触する通常の同軸スピニング加工を実行することにより、徐変部２４ｃの断面形状及び大きさが先端部２４ｂの断面の形状及び大きさに一致するまで第１工程を継続する。これにより、徐変部２４ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

次に、徐変部２４ｃの先端側の端部に先端部２４ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図７の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２４が備える先端部２４ｂは本体部２４ａと同軸に形成された円筒状の部分である。従って、第２工程においては、断面形状及び大きさを維持しつつ、通常の同軸スピニング加工が実行され、先端部２４ｂが成形される。これにより、図７の（ｃ）及び（ｄ）並びに図１７の（ｉ）に例示した筒状体２４の成形が完了する。
（５）矩形（角丸長方形）から楕円形への同軸スピニング加工
楕円形の断面形状を有し且つ本体部２５ａと同軸に位置する先端部２５ｂを備える筒状体２５を矩形（角丸長方形）の断面形状を有する素管１３から成形する本発明方法については、図８を参照しながら既に説明した。しかしながら、図８に例示した素管１３から筒状体２５が成形される過程の詳細については説明されていないので、ここで当該成形過程の詳細について説明する。

図１８は、図８に例示した素管１３から筒状体２５が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。先ず、（ａ）及び（ｂ）において、１回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。具体的には、（ａ）において、矩形の断面形状を有する素管１３の短軸側周面に対して１回目の部分スピニング加工が施される。この場合もまた、図１７に示した例と同様に、この段階においては素管１３の断面において中心軸から最も外側に位置する部分は矩形の断面形状の角部であるので、部分スピニング加工は角部に施されることとなる。次いで、（ｂ）において、ワークの長軸側周面に対して１回目の部分スピニング加工が施される。

同様に、（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。この例においては、当該２回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される時点において、ワークの角部のみならず短軸側周面の短径の両端近傍の領域にもローラが接触するようになっている。次いで、（ｅ）及び（ｆ）において３回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行され、（ｇ）及び（ｈ）において４回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。その結果、徐変部２５ｃの断面形状が先端部２５ｂの断面の形状及び大きさに一致する。即ち、徐変部２５ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

次に、徐変部２５ｃの先端側の端部に先端部２５ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図８の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２５が備える先端部２４５は本体部２５ａと同軸に形成された楕円筒状の部分である。従って、第２工程においては、断面の形状及び大きさを維持しつつ、上述した第１工程と同様に第１ステップ及び第２ステップが所定の回数だけ繰り返し実行され、先端部２５ｂが成形される。これにより、図８の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２５の成形が完了する。

（６）楕円形から円形への偏芯スピニング加工
上述した（１）乃至（５）においては何れも本体部と同軸に位置する先端部を備える筒状体を成形する本発明方法について説明してきた。当該（６）以降の説明においては、本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が偏芯である筒状体を成形する本発明方法について説明する。

円形の断面形状を有し且つ本体部２６ａに対して図面に向かって左側へ偏芯した先端部２６ｂを備える筒状体２６を楕円形の断面形状を有する素管１１から成形する本発明方法については、図９及び図１０を参照しながら既に説明した。しかしながら、図１０は、図９に例示した素管から筒状体を成形する本発明方法に含まれる第１工程において第２ステップのみならず第１ステップにおいても成形具の公転軸に対して本体部の軸を偏芯させることにより本体部の軸に対して先端部の軸を偏芯させる過程の概要を例示する模式図であるので、ここで改めて当該成形過程の詳細について説明する。

図１９は、図９に例示した素管１１から筒状体２６が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。図１９に示す例においては、（ａ）及び（ｂ）において１回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行された後に、（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。そして、（ｅ）及び（ｆ）において３回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。この際、第２ステップにおけるローラの公転軸に対するワークの本体部２６ａの軸の偏芯量を、本体部２６ａの軸に対する先端部２６ｂの軸の偏芯方向（図面に向かって左側）とは反対側（図面に向かって右側）の短軸側周面に対しては相対的に大きく設定し、本体部２６ａの軸に対する先端部２６ｂの軸の偏芯方向と同じ側（図面に向かって左側）の短軸側周面に対しては相対的に小さく設定する（図中に示す直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって左側へと偏芯される。

次に、（ｇ）において４回目の第１ステップが実行され、その結果、素管１１の端部に徐変部２６ｃを形成する工程である第１工程の途中のこの時点において、ワークの断面形状が（先端部２６ｂの直径よりも大きい直径を有する）円形になる。この時点以降は、（ｈ）に例示するように、ワークの全周に亘ってローラが接触することができるので、通常の偏芯スピニング加工を実行することにより、徐変部２６ｃの断面形状及び大きさが先端部２６ｂの断面の形状及び大きさに一致する（即ち、先端部２６ｂの断面形状と同じ直径を有する円形の断面形状となる）まで第１工程を継続する。これにより、徐変部２６ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

尚、図１９に示した例においては上記のように３回目に実行される第２ステップにおいてローラの公転軸に対してワークの本体部２６ａの軸を偏芯させたが、目標とする徐変部２６ｃの形状によっては２回目以前に実行される第２ステップにおいてローラの公転軸に対してワークの本体部２６ａの軸を偏芯させてもよい。また、図１０に例示したように、長軸側周面を押圧して縮径させる第１ステップにおいてローラの公転軸に対するワークの本体部２６ａの軸を（本体部２６ａの軸に対する先端部２６ｂの軸の）偏芯方向とは反対側へ偏芯させてもよい。

次に、徐変部２６ｃの本体部２６ａとは反対側の端部に先端部２６ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図１０の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２６が備える先端部２６ｂは本体部２６ａの軸に平行な軸を有する円筒状の部分である。従って、当該第２工程においては、更なる偏芯を伴わない通常のスピニング加工により、徐変部２６ｃの本体部２６ａとは反対側の端部に先端部２６ｂを形成することができる。これにより、図９の（ｃ）及び（ｄ）並びに図１０の（ｃ）に例示した筒状体２６の成形が完了する。

（７）楕円形から円形への偏芯スピニング加工
円形の断面形状を有し且つ本体部２７ａに対して図面に向かって左上側へ偏芯した先端部２７ｂを備える筒状体２７を楕円形の断面形状を有する素管１１から成形する本発明方法については、図１１を参照しながら既に説明した。しかしながら、図１１に例示した素管１１から筒状体２７が成形される過程の詳細については説明されていないので、ここで当該成形過程の詳細について説明する。

前述したように、図１１に例示した素管１１は、図１、図４、図９及び図１０に例示した素管１１と同じである。一方、図１１に例示する筒状体２７は、素管１１と同じ楕円形の断面形状を有する本体部２６ａの軸に対して円形の断面形状を有する先端部２６ｂの軸が図面に向かって左上側へ偏芯している点を除き、図１に例示した筒状体２１及び図９に例示した筒状体２６と同様の構成を有する。

図２０は、図１１に例示した素管１１から筒状体２７が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。図２０に示す例においては、（ａ）及び（ｂ）において１回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行された後に、（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第１ステップと第２ステップとの組が実行される。この際、（ｃ）において実行される第１ステップにおいて、ローラの公転軸に対してワークの本体部２７ａの軸が図面に向かって下側へと偏芯されている（図中に示す直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって上側へと偏芯される。次いで、（ｄ）において実行される第２ステップにおいては、ローラの公転軸に対するワークの本体部２７ａの軸を図面に向かって下側へと偏芯させると共に、図面に向かって左右方向における偏芯量については、図面に向かって右側への偏芯量が左側への偏芯量よりも大きくなるように設定されている（それぞれの図中に示す２本の直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって左上側へと偏芯される。

次いで、（ｅ）及び（ｆ）において、３回目及び４回目の第１ステップがそれぞれ実行される。この際、（ｅ）及び（ｆ）の何れにおいても、ローラの公転軸に対してワークの本体部２７ａの軸が図面に向かって右下側へと偏芯されている（それぞれの図中に示す２本の直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって左上側へと更に偏芯される。この時点において、ワークの断面形状が（先端部２７ｂの直径よりも大きい直径を有する）円形になる。この時点以降は、（ｇ）に例示するように、ワークの全周に亘ってローラが接触することができるので、通常の偏芯スピニング加工を実行することにより、徐変部２７ｃの断面形状及び大きさが先端部２７ｂの断面の形状及び大きさに一致する（即ち、先端部２７ｂの断面形状と同じ直径を有する円形の断面形状となる）まで第１工程を継続する。これにより、徐変部２７ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

次に、徐変部２７ｃの本体部２７ａとは反対側の端部に先端部２７ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図１１の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２７が備える先端部２７ｂは本体部２７ａの軸に平行な軸を有する円筒状の部分である。従って、当該第２工程においては、更なる偏芯を伴わない通常のスピニング加工により、徐変部２７ｃの本体部２７ａとは反対側の端部に先端部２７ｂを形成することができる。これにより、図１１の（ｃ）及び（ｄ）並びに図２０の（ｈ）に例示した筒状体２７の成形が完了する。

（８）矩形（角丸長方形）から円形への偏芯スピニング加工
円形の断面形状を有し且つ本体部２８ａに対して図面に向かって左上側へ偏芯した先端部２８ｂを備える筒状体２８を矩形（角丸長方形）の断面形状を有する素管１３から成形する本発明方法については、図１２を参照しながら既に説明した。しかしながら、図１５に例示した素管１３から筒状体２８が成形される過程の詳細については説明されていないので、ここで当該成形過程の詳細について説明する。

前述したように、図１２に例示した素管１３は、図７及び図８に例示した素管１３と同じである。一方、図１２に例示した筒状体２８は、素管１３と同じ矩形（角丸長方形）の断面形状を有する本体部２８ａの軸に対して円形の断面形状を有する先端部２８ｂの軸が図面に向かって左上側へ偏芯している点を除き、図７に例示した筒状体２４と同様の構成を有する。

図２１は、図１２に例示した素管１３から筒状体２８が本発明方法によって成形される過程の詳細を例示する模式図である。先ず、（ａ）及び（ｂ）において、１回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。図１７を参照しながら説明した図７に例示した筒状体２４の成形過程と同様に、（ａ）においては、素管１３の断面において中心軸から最も外側に位置する部分は矩形の断面形状の角部であるので、短軸側周面に対する部分スピニング加工は角部に施されることとなる。次いで、（ｂ）において、ワークの長軸側周面に対して１回目の部分スピニング加工が施される。この際、ローラの公転軸に対してワークの本体部２８ａの軸が図面に向かって下側及び右側へと偏芯されている（それぞれの図中に示す２本の直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって左上側へと偏芯される。

次いで、（ｃ）及び（ｄ）において２回目の第２ステップと第１ステップとの組が実行される。この際、（ｃ）において実行される２回目の第２ステップにおいて、ローラの公転軸に対するワークの本体部２８ａの軸を図面に向かって下側へと偏芯させると共に、図面に向かって左右方向における偏芯量については、図面に向かって右側への偏芯量が左側への偏芯量よりも大きくなるように設定されている（それぞれの図中に示す２本の直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって左上側へと更に偏芯される。（ｄ）において実行される２回目の第１ステップにおいては、ローラの公転軸に対してワークの本体部２８ａの軸が、（ｂ）において実行された１回目の第１ステップよりも大幅に、図面に向かって下側及び右側へと偏芯されている（それぞれの図中に示す２本の直線矢印を参照）。その後（ｅ）及び（ｆ）において実行される３回目の第２ステップと第１ステップとの組においても、ローラの公転軸に対してワークの本体部２８ａの軸が図面に向かって下側及び右側へと更に大幅に偏芯される（それぞれの図中に示す２本の直線矢印を参照）。これにより、ワークの断面の中心が図面に向かって左上側へと更に偏芯される。

この時点以降は、（ｇ）及び（ｈ）に例示するように、ワークの全周に亘ってローラが接触することができるので、通常の偏芯スピニング加工を実行することにより、徐変部２８ｃの断面形状及び大きさが先端部２８ｂの断面の形状及び大きさに一致する（即ち、先端部２８ｂの断面形状と同じ直径を有する円形の断面形状となる）まで第１工程を継続する。これにより、徐変部２８ｃの成形が完了し、第１工程が終了する。

次に、徐変部２８ｃの先端側の端部に先端部２８ｂを形成する工程である第２工程が実行される。図１２の（ｃ）及び（ｄ）に例示した筒状体２８が備える先端部２８ｂは本体部２８ａの軸に平行な軸を有する円筒状の部分である。従って、当該第２工程においては、更なる偏芯を伴わない通常のスピニング加工により、徐変部２８ｃの本体部２８ａとは反対側の端部に先端部２８ｂを形成することができる。これにより、図１２の（ｃ）及び（ｄ）並びに図２１の（ｉ）に例示した筒状体２７の成形が完了する。

（９）補足
上記説明においては、筒状体の本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が偏芯である場合について例示した。しかしながら、スピニング加工において当業者が周知の手法を適用することにより、筒状体の本体部の軸と先端部の軸との相対的な位置関係が同軸、傾斜又は空間幾何学的ねじれの位置である筒状体もまた本発明に係るスピニング加工方法（本発明方法）によって容易に成形することができる。

また、例えば極めて高い寸法精度が筒状体に要求される場合等においては、前述したように、例えば、上述した第１工程及び第２工程の後に、所期の寸法精度に対応する成形面を有する金型によるプレス加工に筒状体を付す追加工程等を本発明方法が更に含んでもよい。この場合、第１工程及び第２工程の実行によって得られる筒状体の寸法が最終的に要求される筒状体の寸法よりも僅かに大きくなるようにしてもよい。加えて、筒状体の用途によっては、例えば、上述した第１工程及び第２工程の後に、例えば、先端部に接続される部材（例えば、排気管等）に合わせて切削加工等により先端部を二次加工する追加工程等を本発明方法が更に含んでもよい。

更に、筒状体の用途によっては、筒状体の先端部以外の箇所において更なる加工が必要とされる場合がある。具体的には、例えば、筒状体の徐変部に精度良く座面を形成したり当該座面に穿孔を施したりすることが必要となる場合がある。このような場合等においては、例えば特許文献４（特許第６６３０３００号公報）において開示された加工方法を本発明方法に組み合わせてもよい。具体的には、本発明方法によって成形された筒状体の両端にある開口端の少なくとも一方に開口芯金を挿入して支持・拘束し且つ徐変部の少なくとも一部は支持・拘束しない状態にて徐変部の所定の領域に座押パンチを押圧して座面を形成した後に座面の外縁内の所定の領域に孔開パンチを穿って穿孔してもよい。

図２２は、特許文献４において開示された加工方法と本発明方法との組み合わせによって成形された筒状体の一例を示す模式図である。図２２に例示する筒状体３１は、上述した図９、図１０及び図１９に例示した筒状体２６と同様に本体部３１ａと先端部３１ｂと徐変部３１ｃとを備え且つ特許文献４において開示された加工方法によって徐変部３１ｃに形成された座面３１ｄ及び貫通孔３１ｅを備える。図２２に例示するように、上記組み合わせによれば、本発明方法によって達成される効果に加えて、筒状体の徐変部に精度良く座面を形成し且つ穿孔を施すことができるので、多種多様な断面形状を有する筒状体の徐変部に高い寸法精度にて座面及び貫通孔を形成することができる。

尚、これまでの説明においては、ワークの長軸側周面を成形具によって押圧して縮径させる第１ステップ及びワークの短軸側周面を成形具によって押圧して縮径させる第２ステップの両方が第１工程において実行されていた。しかしながら、例えば、素管の周長（即ち本体部の周長）に等しい周長を有し且つ素管の断面形状（即ち本体部の断面形状）とは異なる断面形状を有する徐変部及び先端部を備える筒状体を成形する場合は、必ずしも第１ステップ及び第２ステップの両方を第１工程において実行する必要は無い。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

１１，１２，１３…素管
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１…筒状体
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，３１ａ…本体部
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂ…先端部
２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ，２６ｃ，２７ｃ，２８ｃ，２９ｃ，３０ｃ，３１ｃ…徐変部
４１…ローラ（成形具）
ＡＬ…断面の長軸
ＡＳ…断面の短軸
ＡＸ…断面の中心を通る中心軸
Ｔｃ…ローラの中心（自転軸）の公転軌道
Ｔｅ…ローラの最内端の公転軌道

Claims (3)

1. 素管の未加工の部分からなる本体部と、前記本体部の端部に形成され且つ前記本体部の断面とは形状及び／又は大きさが異なる断面を有する直管状の部分である先端部と、前記本体部と前記先端部との間に形成され且つ前記本体部側の端部から前記先端部側の端部へと向かうに従って前記本体部の断面形状から前記先端部の断面形状へと断面形状が変化し且つ前記本体部の内部空間と前記先端部の内部空間とを連通する筒状の部分である徐変部と、を備える筒状の部材である筒状体をスピニング加工によって前記素管から一体的に形成するスピニング加工方法であって、
   前記素管の端部に前記徐変部を形成する工程である第１工程及び前記徐変部の前記本体部とは反対側の端部に前記先端部を形成する工程である第２工程の何れにおいても前記スピニング加工における成形具の公転軌道は円形であり、
   少なくとも前記第１工程は、前記成形具の公転軸と前記素管の軸とを偏芯させることにより前記成形具の前記公転軌道の一部のみにおいて前記成形具を前記素管の周面の一部のみに接触させて前記素管の前記周面の前記一部のみを縮径させるスピニング加工である部分スピニング加工が実行される期間である部分スピニング期間を含む、
   ことを特徴とする、スピニング加工方法。
2. 請求項１に記載されたスピニング加工方法であって、
   前記本体部の断面形状は、円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状であり、
   前記先端部の断面形状は、円形、楕円形、長円形及び多角形からなる群より選ばれる何れか１つの形状である、
   ことを特徴とする、スピニング加工方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたスピニング加工方法であって、
   前記本体部の軸と前記先端部の軸との相対的な位置関係は、同軸、偏芯、傾斜及び空間幾何学的ねじれの位置からなる群より選ばれる何れか１つである、
   ことを特徴とする、スピニング加工方法。

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