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技術 心押ユニットおよびスピニング加工装置

出願人 日本スピンドル製造株式会社
発明者 山崎卓矢村田重雄高田佳昭薮内直也
出願日 2019年3月25日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-055855
公開日 2020年10月1日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-157306
状態 未査定
技術分野 型打ち,へら絞り,深絞り
主要キーワード 加工ベース 最大離間距離 平面図中 軸ブレ 軸方向負側 ノックアウト機構 軸方向正側 ローラ移動機構
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(2020年10月1日)のものです。
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図面 (14)

課題

長尺のワークを加工可能な加工ユニットとともに使用される心押ユニット、およびかかる心押ユニットを備え、大型化が防止されることで、設置スペースの制限を受け難いスピニング加工装置を提供する。

解決手段

心押ユニット1は、マンドレル11に装着されたワークWをローラ12で加工する際に、中心軸がマンドレル11の中心軸と一致した状態で、マンドレル11の端部を支持する心押軸(支持部)31と、心押軸31をマンドレル11に対して、マンドレル11の中心軸に沿ったX軸方向に接近および離間させる第1移動機構5と、心押軸31をマンドレル11に対して、X軸方向と直交するY軸方向に移動させる第2移動機構6とを有する。

概要

背景

従来のスピニング加工装置では、次のようにして、円筒状のワークが加工される。まず、ワークをマンドレルに装着し、マンドレルの先端部に心押軸押し付ける。この状態で、マンドレルを軸中心に回転させ、回転するワークの外周側からローラ押圧する。そして、ローラをマンドレルの軸方向に沿って移動させることにより、ワークが伸張および薄肉化される(例えば、特許文献1参照)。薄肉化された後のワークは、心押軸をマンドレルから離間させることで取り外される。

概要

長尺のワークを加工可能な加工ユニットとともに使用される心押ユニット、およびかかる心押ユニットを備え、大型化が防止されることで、設置スペースの制限を受け難いスピニング加工装置を提供する。 心押ユニット1は、マンドレル11に装着されたワークWをローラ12で加工する際に、中心軸がマンドレル11の中心軸と一致した状態で、マンドレル11の端部を支持する心押軸(支持部)31と、心押軸31をマンドレル11に対して、マンドレル11の中心軸に沿ったX軸方向に接近および離間させる第1移動機構5と、心押軸31をマンドレル11に対して、X軸方向と直交するY軸方向に移動させる第2移動機構6とを有する。

目的

本発明の目的は、長尺のワークを加工可能な加工ユニットとともに使用される心押ユニット、およびかかる心押ユニットを備え、大型化が防止されることで、設置スペースの制限を受け難いスピニング加工装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ワークを装着するマンドレルと、前記ワークを、その外周側から押圧して加工するローラとを有する加工ユニットとともに使用される心押ユニットであって、前記ワークを前記ローラで加工する際に、中心軸が前記マンドレルの中心軸と一致した状態で、前記マンドレルの端部を支持する支持部と、前記支持部を前記マンドレルに対して、前記マンドレルの中心軸に沿った第1方向に接近および離間させる第1移動機構と、前記支持部を前記マンドレルに対して、前記第1方向と交差する第2方向に移動させる第2移動機構とを有することを特徴とする心押ユニット。

請求項2

前記第2方向は、前記第1方向および鉛直方向と直交する水平方向である請求項1に記載の心押ユニット。

請求項3

さらに、前記ローラによる加工前および加工後の前記ワークを載置するワーク載置部を有する請求項1または2に記載の心押ユニット。

請求項4

前記第1移動機構および前記第2移動機構は、前記ワーク載置部を前記支持部とともに前記第1方向および前記第2方向に移動させる請求項3に記載の心押ユニット。

請求項5

前記第1移動機構は、前記ワーク載置部を、その少なくとも一部が前記マンドレルと重なる位置まで移動させる請求項4に記載の心押ユニット。

請求項6

前記第2移動機構は、さらに前記支持部の中心軸と前記マンドレルの中心軸とが一致した状態で、前記支持部の移動を規制する規制部を備える請求項1〜5のいずれか1項に記載の心押ユニット。

請求項7

前記規制部は、前記支持部の移動を規制する規制位置と、前記支持部の移動を許容する退避位置とに変位可能な突片を備える請求項6に記載の心押ユニット。

請求項8

請求項1〜7のいずれか1項に記載の心押ユニットと、ワークを装着するマンドレルと、前記ワークを、その外周側から押圧して加工するローラとを有する加工ユニットとを備えることを特徴とするスピニング加工装置

技術分野

0001

本発明は、心押ユニットおよびスピニング加工装置に関する。

背景技術

0002

従来のスピニング加工装置では、次のようにして、円筒状のワークが加工される。まず、ワークをマンドレルに装着し、マンドレルの先端部に心押軸押し付ける。この状態で、マンドレルを軸中心に回転させ、回転するワークの外周側からローラ押圧する。そして、ローラをマンドレルの軸方向に沿って移動させることにより、ワークが伸張および薄肉化される(例えば、特許文献1参照)。薄肉化された後のワークは、心押軸をマンドレルから離間させることで取り外される。

先行技術

0003

特表2018−515341号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記スピニング加工装置では、加工後のワークは、心押軸をマンドレルから離間させた後、マンドレルから取り外される。しかしながら、ワークが長尺物になると、当該ワークを抜き出すためにマンドレルに対する心押軸の移動距離を確保しなければならない。このため、スピニング加工装置が大型化したり、スピニング加工装置を設置するスペースが制限されるという問題がある。
本発明の目的は、長尺のワークを加工可能な加工ユニットとともに使用される心押ユニット、およびかかる心押ユニットを備え、大型化が防止されることで、設置スペースの制限を受け難いスピニング加工装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

本発明の心押ユニットの一つの態様は、ワークを装着するマンドレルと、前記ワークを、その外周側から押圧して加工するローラとを有する加工ユニットとともに使用され、前記ワークを前記ローラで加工する際に、中心軸が前記マンドレルの中心軸と一致した状態で、前記マンドレルの端部を支持する支持部と、前記支持部を前記マンドレルに対して、前記マンドレルの中心軸に沿った第1方向に接近および離間させる第1移動機構と、前記支持部を前記マンドレルに対して、前記第1方向と交差する第2方向に移動させる第2移動機構とを有する。
また、本発明のスピニング加工装置の一つの態様は、前記心押ユニットと、ワークを装着するマンドレルと、前記ワークを、その外周側から押圧して加工するローラとを有する加工ユニットとを備える。

発明の効果

0006

本発明の一つの態様によれば、支持部をマンドレルに対して、マンドレルの中心軸に沿った第1方向のみならず、第1方向と交差する第2方向にも移動し得る構成としたので、大型化を防止しつつ、長尺のワークの加工に利用可能な心押ユニットおよびスピニング加工装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0007

本発明のスピニング加工装置の構成を模式的に示す平面図、側面図および背面図である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(ワーク載置部に加工前のワークを載置した状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(ワーク載置部の中心軸とマンドレルの中心軸を一致させた状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(加工前のワークにマンドレルを挿入した状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(加工前のワークをマンドレルに装着した状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(加工前のワークをマンドレルの所定の加工位置に移動させた状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(心押軸の中心軸とマンドレルの中心軸とを一致させた状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(心押軸とマンドレルとを接続した状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(ワークを加工している状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(心押軸とマンドレルとの接続を解除した状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(ワーク載置部の中心軸とマンドレルの中心軸を一致させた状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(ワーク載置部をマンドレルに接近させた状態)である。
図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図(加工後のワークをワーク載置部に載置した状態)である。

実施例

0008

以下、本発明の心押ユニットおよびスピニング加工装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のスピニング加工装置の構成を模式的に示す平面図、側面図および背面図、図2図13は、それぞれ図1に示す心押ユニットの動作を説明するための平面図である。
以下では、各図に示す座標軸に基づいて方向を特定して説明する。すなわち、Z軸方向が鉛直方向であり、X軸方向がマンドレルの中心軸に沿った方向(第1方向)であり、Y軸方向がX軸方向およびZ軸方向と直交する水平方向(第2方向)である。

0009

図1に示すスピニング加工装置100は、加工ユニット10と、心押ユニット1とを有している。
加工ユニット10は、長尺のワークWを装着するマンドレル11と、マンドレル11の一端部(X軸方向負側の端部)を支持し、中心軸O11を中心に回転させる回転機構(不図示)と、回転機構を搭載した加工ベース(不図示)とを備えている。
ここで、「長尺」とは、縦方向の長さが横方向の長さより大きいことを言う。したがって、「長尺のワークW」は、中心軸に沿った長さが、中心軸と直交する方向の長さより大きい。
なお、マンドレル11には、通常、装着されたワークWを位置決めする位置決め機構(不図示)が設けられている。これにより、ワークWのマンドレル11の長手方向(X軸方向)への移動が規制される。

0010

ワークWの構成材料としては、最終製品の用途に応じて適宜選択されるため、特に限定されないが、例えば、鉄、ステンレススチールアルミニウムアルミニウム合金、銅、マグネシウム等の各種金属材料が挙げられる。
ワークWには、マンドレル11のサイズに対応したサイズのものが適宜選択される。ワークWのサイズの一例としては、長さが800〜2000mm程度、内径がφ80〜φ450mm程度、外径がφ85〜φ500mm程度である。
ワークWは、両端部が開放する円筒状の場合や、一方の端部が縮径または閉塞した円筒状である場合がある。後者の場合、ワークWをマンドレル11に装着した状態で、ワークWのリング状の突出部がマンドレル11の他端部(X軸方向正側の端部)に当接する。

0011

また、加工ユニット10は、回転機構により回転するワークWを、その外周側から押圧して加工するローラ12も備えている。
ローラ12の設置数は、1つでもよいが、複数であることが好ましい。複数のローラ12は、ワークWの周方向に沿ったほぼ等間隔の位置で、ワークWを押圧するように配置することが好ましい。かかる構成により、ワークWを、均一な肉厚を有するワークW’に加工し易い。また、この場合、ワークWの加工速度が上昇するとともに、数か所で抑えるのでより均一に加工することが可能になる。
また、ローラ12は、ローラ移動機構(不図示)によって、マンドレル11の径方向および軸方向に沿って移動可能になっている。

0012

以上のような加工ユニット10に対向して、心押ユニット1が配置されている。
心押ユニット1は、図1に示すように、心押ベース2と、心押ベース2に搭載された心押部3と、加工前のワークWおよび加工後のワークW’を載置する載置部4と、心押ベース2をX軸方向に移動させる第1移動機構5と、心押部3および載置部4を同時にY軸方向に移動させる第2移動機構6とを備えている。
心押部3は、心押軸(支持部)31と、心押軸31が挿入されたガイド筒32と、心押軸31をガイド筒32に対してX軸方向に沿って移動(前進および後退)させるモータ33とを有している。

0013

心押軸31の先端部には、縮径した凸部311が設けられている。一方、マンドレル11の先端部には、凸部311に対応する形状の凹部111が形成されている。モータ33の回転動作により心押軸31を前進させると、図1平面図中に一点鎖線で示すように、凸部311が凹部111に挿入され、心押軸31とマンドレル11とが接続される。
このとき、心押軸31の中心軸O3とマンドレル11の中心軸O11とが一致するとともに、マンドレル11の他端部が心押軸31により支持される。この状態で、マンドレル11を中心軸O11を中心に回転させても、マンドレル11は、その両端部が回転機構と心押軸3とで支持されているため、中心軸の軸ブレが防止される。そのため、ワークWの加工精度を高めることができる。なお、心押軸31は、ワークWを介してマンドレル11の他端部を支持するように構成することもできる。

0014

心押部3の側方(Y軸方向負側)には、ワーク載置部4が併設されている。
このワーク載置部4には、図1の平面図中に示すように、加工前のワークW(実線)および加工後のワークW’(一点鎖線)を載置することができる。かかるワーク載置部4を設けることにより、心押ユニット1を使用して、ワークWの搬送作業、ワークWのマンドレル11への装着作業、およびワークW’のマンドレル11からの取外作業を行えるため、ワークWを加工する全体としての作業効率が向上する。
本実施形態では、ワーク載置部4は、図1に示すように、X軸方向に沿って配置された複数(本実施形態では3つ)の円弧状の受け皿41で構成されている。かかる構成によれば、隣り合う2つの受け皿41同士の間に隙間が形成される。このため、この隙間に作業者の手やロボットの作業部を挿入することで、ワークWの搬送作業、ワークWのマンドレル11への装着作業、ワークW’のマンドレル11からの取外作業等をより円滑に行うことができる。なお、ワーク載置部4は、1つの半筒状の受け皿で構成してもよい。

0015

第1移動機構5は、例えば、モータ51と、モータ51に連結され、X軸方向に沿って配置されたボールネジ(不図示)と、ボールネジと平行に配置されたリニアガイド52とを有している。また、ボールネジのナットおよびリニアガイド52のスライダ521が心押ベース2に固定されている。
モータ51が回転動作すると、ボールネジのネジ軸が回転し、この回転運動がネジ軸とナットとの間で直線運動に変換される。その結果、心押ベース2がX軸方向に沿って移動することで、これに搭載された心押部3およびワーク載置部4も同時にX軸方向に沿って移動する。
すなわち、第1移動機構5は、X軸方向に沿って、心押軸31およびワーク載置部4をマンドレル11に対して接近および離間させることができる。

0016

第2移動機構6は、心押ベース2の上面に配置されたスライド板61と、モータ62と、モータ62に連結され、Y軸方向に沿って配置されたボールネジ(不図示)と、ボールネジと平行に配置されたリニアガイド(不図示)とを有している。また、ボールネジのナットおよびリニアガイドのスライダがスライド板61に固定され、このスライド板61上に心押部3およびワーク載置部4が固定されている。
モータ62が回転動作すると、ボールネジのネジ軸が回転し、この回転運動がネジ軸とナットとの間で直線運動に変換される。その結果、スライド板61がY軸方向に沿って移動することで、これに固定された心押部3およびワーク載置部4も同時にY軸方向に沿って移動する。
具体的には、第2移動機構6は、心押部3およびワーク載置部4を、心押軸31の中心軸O3とマンドレル11の中心軸O11とが一致した位置と、心押軸31の中心軸O3とマンドレル11の中心軸O11とがズレた位置(ワーク載置部4の中心軸O4とマンドレル11の中心軸O11とが一致した位置)とに移動させることができる。

0017

また、第2移動機構6は、心押軸31の中心軸O3とマンドレル11の中心軸O11とが一致した状態で、心押軸31(心押部3)の移動を規制する規制部63を備えている。かかる規制部63を設けることにより、ワークWを加工する際に、心押軸31の中心軸O3とマンドレル11の中心軸O11との位置ズレがより確実に防止される。その結果、回転するマンドレル11の軸ブレを低減して、ワークWの加工精度をより高めることができる。
本実施形態では、規制部63は、心押ベース2のY軸方向負側の一端部に配置された規制部材631と、心押ベース2のY軸方向の途中に配置された規制部材632とを備えている。

0018

規制部材631は、L字状の長尺部材で構成され、心押ベース2の一端部に沿って固定されている。一方、規制部材(突片)632は、板片で構成され、心押ベース2の上面に対して出没自在(変位可能)になっている。
スライド板61がY軸方向負側に移動して規制部材631に当接すると、規制部材632が心押ベース2の上面から上方に突出する。これにより、規制部材632がスライド板61のY軸方向正側への移動を阻止(規制)する。一方、スライド板61をY軸方向正側に移動させる際には、規制部材632が心押ベース2の上面より下方に退避する。これにより、スライド板61のY軸方向正側への移動が許容される。
規制部材632を心押ベース2の上面に対して出没自在(変位可能)な構成とすることにより、スライド板61のY軸方向に沿って移動させる際に、規制部材632を避けて迂回させる必要がないため、その移動動作を円滑に行うことができる。

0019

次に、スピニング加工装置100の動作(使用方法)について説明する。
[1] まず、基準位置Aにおいて、人手または装置により、加工前のワークWをワーク載置部4に載置する(図2参照)。
[2] 次に、基準位置Aにおいて、第2移動機構6は、規制部材632を心押ベース2の上面より下方の退避位置に移動させる。また、第2移動機構6は、心押部3およびワーク載置部4をY軸方向正側に移動させ、ワーク載置部4(ワークW)の中心軸O4とマンドレル11の中心軸O11とを一致させる(図3参照)。

0020

[3] 次に、第1移動機構5は、心押部3およびワーク載置部4をX軸方向負側に、基準位置Bまで移動させる。本実施形態では、第1移動機構5は、ワーク載置部4の一部がマンドレル11と重なる位置まで移動させる(図4参照)。これにより、マンドレル11がワークWの一部に挿入される。なお、第1移動機構5は、ワーク載置部4の全部がマンドレル11と重なる位置まで移動させてもよい。かかる構成により、ワークWのマンドレル11への装着作業をより円滑に行うことができる。
[4] 次に、第1移動機構5は、心押部3およびワーク載置部4を、再度、X軸方向正側に、基準位置Aまで移動させ(すなわち、マンドレル11から離間させ)、所定位置で停止させる(図5参照)。これにより、ワークWがワーク載置部4から離脱して、マンドレル11に装着される。

0021

[5] 次に、人手または装置(例えば、ノックアウト機構)により、ワークWをマンドレル11の軸方向に沿って、マンドレル11の所定の加工位置にまで移動させる(図6参照)。
[6] 次に、基準位置Aにおいて、第2移動機構6は、心押部3およびワーク載置部4をY軸方向負側に移動させ、心押軸31の中心軸O3とマンドレル11の中心軸O11とを一致させる(図7参照)。このとき、スライド板61が規制部材631に当接する。また、第2移動機構6は、規制部材632を心押ベース2の上面より上方の規制位置まで移動させる。これにより、スライド板61(心押軸31)の心押ベース2に対する位置決めがなされる。

0022

[7] 次に、基準位置Aにおいて、モータ33が回転動作することにより、心押軸31がガイド筒32から突出する。そして、心押軸31の凸部311がマンドレル11の凹部111に挿入されることにより、心押軸31がマンドレル11と接続される(図8参照)。
[8] 次に、この状態で、加工ユニット10の回転機構は、マンドレル11を回転させるとともに、ローラ移動機構は、複数のローラ12をマンドレル11に接近させ、ワークWを外周側から押圧する。そして、ローラ移動機構は、複数のローラ12をマンドレル11の軸方向(X軸方向)に沿って往復動させることにより、ワークWが伸張および薄肉化され、ワークW’に加工される(図9参照)。

0023

[9] 次に、基準位置Aにおいて、ワークWの加工が終了すると、再度、モータ33が回転動作することにより、心押軸31をガイド筒32に収納する(図10参照)。
[10] 次に、基準位置Aにおいて、第2移動機構6は、規制部材632を退避位置に移動させる。その後、第2移動機構6は、心押部3およびワーク載置部4をY軸方向正側に移動させ、ワーク載置部4の中心軸O4とマンドレル11の中心軸O11とを一致させる(図11参照)。
[11] 次に、第1移動機構5は、心押部3およびワーク載置部4をX軸方向負側に移動させ(すなわち、マンドレル11に接近させ)、基準位置Aと基準位置Bとの間の所定位置で停止させる(図12参照)。
[12] 次に、人手または装置(例えば、ノックアウト機構)により、ワークW’をマンドレル11から離脱させて、ワーク載置部4に載置する(図13参照)。
ワークW’をマンドレル11から取り外す際も、第1移動機構5は、ワーク載置部4を、その一部または全部がマンドレル11と重なる位置まで移動させてもよい。かかる構成により、ワークW’のマンドレル11への取外作業をより円滑に行うことができる。

0024

以上のような工程を経て、ワークWから伸張および薄肉化されたワークW’を製造することができる。
図11に示す通り、かかるスピニング加工装置100によれば、長尺のワークW’のマンドレル11からの取外作業の妨げとならないように、心押部3をマンドレル11の中心軸O11からY軸方向のズレた位置に移動させ得る。このため、加工ユニット10と心押ユニット1とのX軸方向における最大離間距離L1を小さく設計することができる。
具体的には、従来のスピニング加工装置では、心押部3をマンドレル11の中心軸O11からY軸方向のズレた位置に移動させることができなかった。このため、加工後のワークW’をマンドレルから取り外す際には、心押部をX軸方向に移動させ、ワークW’の長さL2を上回るように、心押部とマンドレルとを離間させる必要があった。これに対して、スピニング加工装置100では、ワークW’の長さL2より遥かに短い距離L1だけ心押部3をX軸方向に移動させて、心押部3とマンドレル11と離間させれば十分である。
また、心押部3のY軸方向への移動距離も、心押部3とワークW’とが干渉しない程度に設計することでY軸方向への距離を可能な限り小さく設計することができる。このため、心押ユニット1およびスピニング加工装置100の大型化を防止して、その設置スペースの制限も緩和される。さらに、心押部3の全工程における移動距離を短くすることができるため、ワークWの加工に要する時間を短縮することもできる。

0025

特に、本実施形態では、第1移動機構5および第2移動機構6が、ワーク載置部4を心押部3(心押軸31)とともに、X軸方向およびY軸方向に移動させるように構成されているため、心押ユニット1の構成の簡略化および小型化に寄与する。

0026

以上、本発明の心押ユニットおよびスピニング加工装置について説明したが、本発明は、前述した実施形態の構成に限定されない。
例えば、本発明の心押ユニットおよびスピニング加工装置は、それぞれ前述した実施形態に構成において、他の任意の構成を追加してもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。
例えば、第2方向は、Y軸方向(水平方向)に限定されず、Z軸方向(鉛直方向)であってもよい。また、第2方向は、X軸方向(第1方向)に直交していなくてもよく、X軸方向に対して所定の角度で傾斜していてもよい。ただし、第2方向を水平方向とすれば、鉛直方向とする場合に比べて、第1移動機構5の構成の簡略化を図ることができる。

0027

100スピニング加工装置
10加工ユニット
11マンドレル
111 凹部
12ローラ
1 心押ユニット
2 心押ベース
3 心押部
31心押軸
311 凸部
32ガイド筒
33モータ
4 ワーク載置部
41受け皿
5 第1移動機構
51 モータ
52リニアガイド
521スライダ
6 第2移動機構
61スライド板
62 モータ
63規制部
631、632規制部材
W 加工前のワーク
W’ 加工後のワーク
O3 心押軸(心押部)の中心軸
O4 ワーク載置部の中心軸
O11 マンドレルの中心軸

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