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技術 パイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法

出願人 日本スピンドル製造株式会社
発明者 高田佳昭中尾剛士
出願日 2012年11月7日 (7年7ヶ月経過) 出願番号 2012-245664
公開日 2014年5月22日 (6年1ヶ月経過) 公開番号 2014-094384
状態 特許登録済
技術分野 回転塑性加工
主要キーワード 円錐形ローラ プレス能力 丸棒形状 スピニングマシン 拡径加工 鍛造型 軸芯回り 割りスリーブ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年5月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

比較的肉厚の厚いパイプ形状部を有する素材であっても、大がかりな設備を要することなく、スピニングマシンを用いて、その素材の開口端部にフランジ等を容易に形成することができるパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法を提供する。

解決手段

パイプ形状部2bを有する素材2に対して施される据え込み加工方法であって、素材2をその軸芯回りに回転させながらその素材のパイプ形状部2bにおける開口端部を押圧ローラ6で軸芯方向に圧縮して塑性変形させるようにすることにより、素材2のパイプ形状部2bの内部にマンドレル12を嵌め込むことにより、素材2の開口端部においてフランジ13を径方向外側にのみ形成することができる。

概要

背景

従来、パイプ形状部を有する素材開口端部にフランジを形成する加工法として、例えば、鍛造加工法や拡径加工法等がある。
ここで、鍛造加工法は、素材を所定の温度に加熱し、加熱された素材を一対の鍛造型の間に挟み強圧して素材を型に従わせて成形するものであり、素材のパイプ形状部の肉厚が比較的厚いものであるときに好適に適用される加工法である。
一方、拡径加工法は、例えば、30°或いは45°程度の小拡角度の円錐形ローラを用いて素材の開口端部を折り曲げ加工して小さい角度のテーパ状の初期フランジを形成し、次いで、折り曲げ角度の大きな円錐形ローラをその初期フランジの内面に当接させて回転させ、90°の角度に折り曲げ加工して所望のフランジを形成する加工法であり、例えば、特許文献1にて提案されている。

概要

比較的肉厚の厚いパイプ形状部を有する素材であっても、大がかりな設備を要することなく、スピニングマシンを用いて、その素材の開口端部にフランジ等を容易に形成することができるパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法を提供する。パイプ形状部2bを有する素材2に対して施される据え込み加工方法であって、素材2をその軸芯回りに回転させながらその素材のパイプ形状部2bにおける開口端部を押圧ローラ6で軸芯方向に圧縮して塑性変形させるようにすることにより、素材2のパイプ形状部2bの内部にマンドレル12を嵌め込むことにより、素材2の開口端部においてフランジ13を径方向外側にのみ形成することができる。

目的

本発明は、上記従来の鍛造加工法や拡径加工法の有する問題点に鑑み、比較的肉厚の厚いパイプ形状部を有する素材であっても、大がかりな設備を要することなく、例えば、スピニングマシンを用いて、その素材の開口端部にフランジ等を容易に形成することができるパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

パイプ形状部を有する素材に対して施される据え込み加工方法であって、素材をその軸芯回りに回転させながらその素材のパイプ形状部における開口端部を押圧ローラ軸芯方向に圧縮して塑性変形させるようにしたことを特徴とするパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法。

請求項2

素材のパイプ形状部の内部にマンドレルを嵌め込むようにしたことを特徴とする請求項1記載のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法。

請求項3

押圧ローラとして、素材の開口端部の内周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面を有するものを用いるようにしたことを特徴とする請求項1記載のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法。

請求項4

押圧ローラとして、素材の開口端部の外周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面を有するものを用いるようにしたことを特徴とする請求項1記載のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法。

請求項5

押圧ローラによる素材の開口端部に対する軸芯方向の圧縮動作と同時に、押圧ローラによる素材の開口端部に対する径方向内向きの圧縮動作を行うようにしたことを特徴とする請求項1記載のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法。

技術分野

0001

本発明は、パイプ形状部を有する素材開口端部にフランジ等を形成する据え込み加工方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、パイプ形状部を有する素材の開口端部にフランジを形成する加工法として、例えば、鍛造加工法や拡径加工法等がある。
ここで、鍛造加工法は、素材を所定の温度に加熱し、加熱された素材を一対の鍛造型の間に挟み強圧して素材を型に従わせて成形するものであり、素材のパイプ形状部の肉厚が比較的厚いものであるときに好適に適用される加工法である。
一方、拡径加工法は、例えば、30°或いは45°程度の小拡角度の円錐形ローラを用いて素材の開口端部を折り曲げ加工して小さい角度のテーパ状の初期フランジを形成し、次いで、折り曲げ角度の大きな円錐形ローラをその初期フランジの内面に当接させて回転させ、90°の角度に折り曲げ加工して所望のフランジを形成する加工法であり、例えば、特許文献1にて提案されている。

0003

特開平10−146623号公報

先行技術

0004

しかしながら、上記の鍛造加工法では、素材を所定の温度に加熱する加熱装置や、プレス能力(例えば、1000t程度)の高い鍛造装置が必要であり、設備が大がかりになるという問題点がある。
一方、上記の特許文献1に係る拡径加工法では、素材のパイプ形状部の肉厚が比較的薄いものであるときには、素材の開口端部を円錐形ローラで容易に折り曲げることができるものの、素材のパイプ形状部の肉厚が比較的厚いものであるときには、素材の開口端部を円錐形ローラで折り曲げることが難しいという問題点がある。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、上記従来の鍛造加工法や拡径加工法の有する問題点に鑑み、比較的肉厚の厚いパイプ形状部を有する素材であっても、大がかりな設備を要することなく、例えば、スピニングマシンを用いて、その素材の開口端部にフランジ等を容易に形成することができるパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するため、本発明のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法は、パイプ形状部を有する素材に対して施される据え込み加工方法であって、素材をその軸芯回りに回転させながらその素材のパイプ形状部における開口端部を押圧ローラ軸芯方向に圧縮して塑性変形させるようにしたことを特徴とする。

0007

この場合において、素材のパイプ形状部の内部にマンドレルを嵌め込むようにすることができる。

0008

また、押圧ローラとして、素材の開口端部の内周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面を有するものを用いることができる。

0009

また、押圧ローラとして、素材の開口端部の外周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面を有するものを用いることができる。

0010

また、押圧ローラによる素材の開口端部に対する軸芯方向の圧縮動作と同時に、押圧ローラによる素材の開口端部に対する径方向内向きの圧縮動作を行うことができる。

発明の効果

0011

本発明のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法においては、素材がその軸芯回りに回転されてその回転状態にある素材の開口端部が押圧ローラによって軸芯方向に圧縮される。
こうして、押圧ローラによる局部的な圧縮力が回転状態の素材の開口端部に加えられることにより、素材の開口端部の全周に亘って押圧ローラからの圧縮力が加えられることになる。
これによって、素材の開口端部が全周に亘って軸芯方向に均一に押し潰されて断面積が大きくされ、素材の開口端部にフランジ等が形成される。
本発明のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法によれば、従来の鍛造加工法のように素材を予め所定の温度に加熱する必要はなく、また素材の開口端部に対する押圧ローラからの圧縮力も局部的に作用させることができればよいので、比較的小さな推力でも当該据え込み加工の実施が可能となり、従来の拡径加工法では加工が困難であった比較的肉厚の厚いパイプ形状部を有する素材であっても、大がかりな設備を要することなく、例えば、スピニングマシンを用いて、素材の開口端部にフランジ等を容易に形成することができる。

0012

また、素材のパイプ形状部の内部にマンドレルを嵌め込むようにすることにより、素材の開口端部においてフランジを径方向外側にのみ形成することができる。

0013

また、押圧ローラとして、素材の開口端部における内周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面を有するものを用いることにより、素材の開口端部においてフランジを径方向外側にのみ形成することができる。

0014

また、押圧ローラとして、素材の開口端部における外周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面を有するものを用いることにより、素材の開口端部においてフランジを径方向内側にのみ形成することができる。

0015

また、押圧ローラによる素材の開口端部に対する軸芯方向の圧縮動作と同時に、押圧ローラによる素材の開口端部に対する径方向内向きの圧縮動作を行うことにより、素材の開口端部において径方向内向きに形成されるフランジでその開口端部をり形状に塞ぐことができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の第1の実施形態に係る据え込み加工方法で用いられるスピニングマシンの一部切欠き断面の正面図である。
第1の実施形態の据え込み加工方法による加工動作説明図で、(a)は素材をチャックに取り付けた状態図、(b)は加工を完了した状態図である。
第2の実施形態の据え込み加工方法による加工動作説明図で、(a)は素材をチャックに取り付けた状態図、(b)は加工を完了した状態図である。
第3の実施形態の据え込み加工方法による加工動作説明図で、(a)は素材をチャックに取り付けた状態図、(b)は加工を完了した状態図である。
第4の実施形態の据え込み加工方法による加工動作説明図で、(a)は素材をチャックに取り付けた状態図、(b)は加工を完了した状態図である。
第5の実施形態の据え込み加工方法による加工動作説明図で、(a)は素材をチャックに取り付けた状態図、(b)は加工を完了した状態図である。

実施例

0017

以下、本発明のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

0018

〔第1の実施形態〕
本実施形態においては、図1に示されるスピニングマシン1を用いて素材2に対し後述する据え込み加工が実施される。
ここで、素材2は、一端側(図1において左側)が円柱状に形成された丸棒形状部2aと、他端側(図1において右側)が円筒状に形成されたパイプ形状部2bとからなり、後述する据え込み加工はパイプ形状部2bの開口端部に施される。
なお、一端側が閉鎖され、他端側が開口された素材2に代えて、両端が開口された完全なパイプ材加工対象の素材とすることもできる。

0019

<スピニングマシンの概略説明>
図1に示されるスピニングマシン1は、回転機構3に連結される主軸4の先端部に配設されて素材2の外周面を挟持するチャック5と、素材2のパイプ形状部2bの開口端部を押圧する押圧ローラ6とを備えて構成されている。

0020

<チャックの説明>
チャック5は、その軸芯方向に沿って所定深さで形成されるワーク固定穴7aを有するチャック本体7を備え、このチャック本体7のワーク固定穴7aに、主軸4と同軸芯上に配される素材2を挟持する挟持部材としての割りスリーブ8が組み込まれて構成されている。素材2は、パイプ形状部2bを外部に臨ませて丸棒形状部2aが割りスリーブ8と共にチャック本体7のワーク固定穴7aの奥面に突き当てられた状態でチャック本体7に固定されている。
また、チャック5は、主軸4から割りスリーブ8と共に取り外し、製品形状(素材2)に応じたチャック5と取り換え可能に構成される。

0021

<押圧ローラの説明>
押圧ローラ6は、素材2のパイプ形状部2bの開口端部の端面に接触可能なローラ面6aを有してなり、主軸4の軸芯と直角をなす軸芯回りに回転自在にホルダ9に取り付けられ、回転機構3による主軸4の回転駆動にて主軸4と同軸芯上で回転される素材2のパイプ形状部2bの端面に接触して転動するようになっている。
この押圧ローラ6を回転自在に支持するホルダ9は、制御機器(図示省略)からの制御信号に応じて、主軸4の軸芯方向、言い換えれば素材2の軸芯方向(図1記号X矢印方向)に移動するようにされている。

0022

<据え込み加工動作の説明>
以上に述べたように構成されるスピニングマシン1による素材2への据え込み加工は以下のとおりである。
すなわち、図2(a)〜(b)に示されるように、チャック5によって挟持された素材2を、回転機構3による主軸4の回転駆動にて主軸4の軸芯回りに回転させながら、素材2のパイプ形状部2bにおける開口端部の端面に対し押圧ローラ6のローラ面6aを接触させ、更に押圧ローラ6を図2中記号X矢印方向に押進させることにより、素材2のパイプ形状部2bの開口端部を押圧ローラ6で軸芯方向に圧縮して塑性変形させる。

0023

作用効果の説明>
本実施形態の据え込み加工方法においては、押圧ローラ6による局部的な圧縮力が回転状態の素材2におけるパイプ形状部2bの開口端部に加えられることにより、素材2のパイプ形状部2bの開口端部の全周に亘って押圧ローラ6からの圧縮力が加えられることになり、素材2のパイプ形状部2bの開口端部が全周に亘って軸芯方向に均一に押し潰されて断面積が大きくされ、図2(b)に示されるように、素材2のパイプ形状部2bの開口端部において、径方向の内側に内向きのフランジ10が、径方向の外側に外向きのフランジ11がそれぞれ形成される。
本実施形態の据え込み加工方法によれば、従来の鍛造加工法のように素材2を予め所定の温度に加熱する必要はなく、また素材2のパイプ形状部2bの開口端部に対する押圧ローラ6からの圧縮力も局部的に作用させることができればよいので、比較的小さな推力でも当該据え込み加工の実施が可能となり、従来の拡径加工法では加工が困難であった比較的肉厚の厚いパイプ形状部2bを有する素材2であっても、大がかりな設備を要することなく、スピニングマシン1を用いて、素材2のパイプ形状部2bの開口端部に内向きのフランジ10と外向きのフランジ11とを同時に容易に形成することができる。

0024

〔第2の実施形態〕
図3には、本発明の第2の実施形態に係る据え込み加工方法による加工動作説明図が示され、同図(a)には素材をチャックに取り付けた状態図が、同図(b)には加工を完了した状態図が、それぞれ示されている。
なお、本実施形態において、第1の実施形態と同一又は同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては本実施形態に特有の部分を中心に説明を行うものとする(以下の各実施形態についても同様)。

0025

図3(a)〜(b)に示されるように、本実施形態においては、素材2のパイプ形状部2bの内部にマンドレル12が嵌め込まれた状態で、第1の実施形態と同様の据え込み加工動作が実施される。
本実施形態の据え込み加工方法によれば、素材2のパイプ形状部2bの開口端部が押圧ローラ6で軸芯方向に圧縮された際、圧縮された部分の肉が素材2の径方向内側に向かって流れようとしても、マンドレル12の外周面によって遮られるので、圧縮された部分の肉はすべて素材2の径方向外側に向かって流れることになり、図3(b)に示されるように、素材2のパイプ形状部2bの開口端部において外向きのフランジ13のみを形成することができる。

0026

〔第3の実施形態〕
図4には、本発明の第3の実施形態に係る据え込み加工方法による加工動作説明図が示され、同図(a)には素材をチャックに取り付けた状態図が、同図(b)には加工を完了した状態図が、それぞれ示されている。

0027

図4(a)〜(b)に示されるように、本実施形態においては、第1の実施形態において用いられていた押圧ローラ6に代えて、押圧ローラ14を用いて、第1の実施形態と同様の据え込み加工動作が実施される。
ここで、押圧ローラ14は、素材2のパイプ形状部2bの開口端部の内周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面15、すなわちパイプ形状部2bの開口端部の端面と接触可能な第1ローラ面部15aと、パイプ形状部2bの開口端部の内周面と接触可能な素材2の径方向内向きに傾斜が付された第2ローラ面部15bとを有してなるものである。
本実施形態の据え込み加工方法によれば、素材2のパイプ形状部2bの端面が押圧ローラ14の第1ローラ面部15aで軸芯方向に圧縮された際、圧縮された部分の肉が素材2の径方向の内側と外側とに向かって流れようとするが、径方向内側に向かって流れようとする肉は第2ローラ面部15bによって遮られるので、圧縮された部分の肉はすべて素材2の径方向外側に向かって流れることになり、図4(b)に示されるように、素材2のパイプ形状部2bの開口端部において外向きのフランジ13のみを形成することができる。

0028

〔第4の実施形態〕
図5には、本発明の第4の実施形態に係る据え込み加工方法による加工動作説明図が示され、同図(a)には素材をチャックに取り付けた状態図が、同図(b)には加工を完了した状態図が、それぞれ示されている。

0029

図5(a)〜(b)に示されるように、本実施形態においては、第1の実施形態において用いられていた押圧ローラ6に代えて、押圧ローラ16を用いて、第1の実施形態と同様の据え込み加工動作が実施される。
ここで、押圧ローラ16は、素材2のパイプ形状部2bの開口端部の外周面と端面との交わりの角部に接触可能なローラ面17、すなわちパイプ形状部2bの開口端部の端面と接触可能な第1ローラ面部17aと、パイプ形状部2bの開口端部の外周面と接触可能な第2ローラ面部17bとを有してなるものである。
本実施形態の据え込み加工方法によれば、素材2のパイプ形状部2bの端面が押圧ローラ16の第1ローラ面部17aで軸芯方向に圧縮された際、圧縮された部分の肉が素材2の径方向の内側と外側とに向かって流れようとするが、径方向外側に向かって流れようとする肉は第2ローラ面部17bによって遮られるので、圧縮された部分の肉はすべて素材2の径方向内側に向かって流れることになり、図5(b)に示されるように、素材2のパイプ形状部2bの開口端部において内向きのフランジ18のみを形成することができる。

0030

〔第5の実施形態〕
図6には、本発明の第5の実施形態に係る据え込み加工方法による加工動作説明図が示され、同図(a)には素材をチャックに取り付けた状態図が、同図(b)には加工を完了した状態図が、それぞれ示されている。

0031

上記の第1の実施形態においては、主軸4の軸芯に対し押圧ローラ6の軸芯が直角(90°)を成した状態で前述の据え込み加工動作が実施されたが、図6(a)に示されるように、本実施形態においては、主軸4の軸芯に対し押圧ローラ6の軸芯を90°からチャック5に向かって傾けて所定の鋭角度θを成した状態で、同図(a)〜(b)に示されるように、第1の実施形態と同様の据え込み加工動作が実施される。
本実施形態の据え込み加工方法によれば、素材2のパイプ形状部2bの開口端部に押圧ローラ6からの圧縮力が加えられると、この開口端部に対して、その圧縮力の一部が軸芯方向に沿って作用するとともに、その圧縮力の残部が径方向内向きに作用して、パイプ形状部2bの開口端部に対する軸芯方向の圧縮動作と同時に、パイプ形状部2bの開口端部に対する径方向内向きの圧縮動作が行われ、図6(b)に示されるように、パイプ形状部2bの開口端部において径方向内向きに形成されるフランジ19でその開口端部を尖り形状に塞ぐことができる。
なお、本実施形態では、素材2のパイプ形状部2bの開口端部が内向きのフランジ19で完全に塞がれる例を示したが、内向きのフランジ19で完全に塞ぐことなく、所要の大きさの開口を設けるように内向きのフランジ19の大きさを調整してもよい。

0032

以上、本発明のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

0033

本発明のパイプ形状部を有する素材の据え込み加工方法は、素材の開口端部を全周に亘って軸芯方向に均一に押し潰して断面積を大きくすることができるという特性を有していることから、素材の開口端部にフランジ等を形成して、例えば、プーリ等の部品製作の用途に好適に用いることができる。

0034

1スピニングマシン
2素材
2a丸棒形状部
2bパイプ形状部
6押圧ローラ
6aローラ面
12マンドレル
14 押圧ローラ
15 ローラ面
16 押圧ローラ
17 ローラ面

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