JP2020157306A - 心押ユニットおよびスピニング加工装置 - Google Patents

Abstract

【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。【選択図】図１

Description

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。

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を押し付ける。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を押圧する。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。

特表２０１８−５１５３４１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

［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。

［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。

［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）。

［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。

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。

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。

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。

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

Claims (8)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
   
   

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