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発明の名称 フランジ継手及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−99923
公開日 平成10年(1998)4月21日
出願番号 特願平8−255222
出願日 平成8年(1996)9月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 宏 (外1名)
発明者 関戸 豊 / 莫 建平
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 冷間塑性加工によって、板材の片面に鍔部が膨出され、該鍔部内を通じて板材の反対面まで嵌挿穴が貫通形成され、上記板材の反対面側における嵌挿穴の周縁部が略直角に形成されていることを特徴とするフランジ継手。
【請求項2】 フランジ継手の素材である板材に下穴を形成し、該下穴の一方から第1のパンチを挿通してバーリング加工により下穴の周縁部を折曲して鍔部を形成し、次で、上記第1のパンチの挿通方向と反対の方向から、鍔部及びこれと連通する穴内に、上記第1のパンチより大径の第2のパンチを挿通することを特徴とするフランジ継手の製造方法。
【請求項3】 第2のパンチを挿通する際に、鍔部の外周面を、これが拡径しないように拘束することを特徴とする請求項2記載のフランジ継手の製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフランジ継手及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図12に示すように、流通パイプ100の端部に嵌挿固定されて相手部品101との接続を担うフランジ継手102の製造方法として、従来、図12に示すように、フランジ継手102に単にパンチにより嵌挿穴103を打ち抜き形成したものがある。しかし、このように単に嵌挿穴103を形成したものにおいては、図12に示すように、流通パイプ100にフランジ継手102を溶接104で固定すると、溶接歪によってフランジ継手102が変形し、シール材105によるシール性が悪化する。
【0003】そこで、嵌挿穴周りの剛性を上げて上記の熱変形を避けるために、上記図12のように打ち抜かれた穴の周囲をパンチとダイによりバーリング加工して図13に示すような鍔106を形成し、該鍔106内に流通パイプ100を嵌挿するようにしたフランジ継手107がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの鍔106を形成したフランジ継手107においては、図13に示すように、バーリング加工された嵌合穴と相手側接合面との境界部にR状のダレ108が発生する。
【0005】このようなR状のダレ108を有するフランジ継手107を、図13に示すように、そのダレ108部を接合側にして使用すると、このダレ108によって接合面(シール面)での穴径(A部)が嵌挿穴109の穴径(内径)よりも拡大してしまい、この拡大したダレ部108の穴径に合わせてシール材110の内径も拡大しなければならない。そのため、相手部品111における連通路112の内径を鎖線113のようにパイプ100の内径と合致させた場合にはシール材110の内径と相手部品111の内径とに径差が生じ、シール性が悪化する。
【0006】一方、シール性を重視してダレ108の穴径(A部)とシール材110の内径と、相手部品111における連通路112を図13の実線の如く形成すると、フランジ継手107の嵌挿穴109の穴径及びパイプ100の内径が連通路112よりかなり小さくなり、段差による流通抵抗の増加を招いてしまう。
【0007】つまり、上記のようなバーリング加工によるフランジ継手においては、流体抵抗の低減とシール性確保が背反するという問題がある。そこで、上記のようなダレを消滅させる方法として、公知ではないが、図14に示すように、バーリング加工により形成された上記の鍔106の端面を、バーリング加工と反対の方向から加圧機114で加圧し、上記のダレ108部分を潰してその部分Bを直角に形成する方法や図15に示すように、バーリング加工により形成された上記の鍔106(鎖線部分)を、バーリング方向と同一方向より再度鍔内径より大径のパンチ115で実線の鍔106aに穴加工する方法も考えられる。
【0008】しかし、上記図14に示す製造方法においては鍔106の根元C部にせん断変形が発生して該根元C部が図14のように凹状に座屈してしまい、応力集中部である該根元C部に凹部が存在するとその部分に割れが生じやすくなり、フランジ継手としての必要強度を確保し難い問題がある。
【0009】また、図15の製造方法においては、パンチ115による穴加工時に、上記と同様のダレ108が発生し、結果的に、単に鍔肉厚がしごかれて鍔部の穴径が大きくかつ鍔が伸長するのみで、ダレを完全に消滅させることができず、上記のようなダレによるシール性等の問題は解消されない。
【0010】そこで本発明は、シール性の良い、かつ必要強度を確保できる鍔付きフランジ継手を簡単な方法で得ることができるフランジ継手とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、冷間塑性加工によって、板材(12)の片面に鍔部(12h)が膨出され、該鍔部(12h)内を通じて板材の反対面まで嵌挿穴(12b)が貫通形成され、上記板材の反対面側における嵌挿穴(12b)の周縁部が略直角に形成されていることを特徴とするフランジ継手である。本発明においては、パンチとダイスによる冷間塑性加工によって鍔部(12h)と嵌挿穴(12b)とが形成され、かつ嵌挿穴(12h)における接合面側周縁が略直角に形成される。
【0012】請求項2記載の発明は、フランジ継手の素材である板材(12)に下穴(12a)を形成し、該下穴(12a)の一方から第1のパンチ(2)を挿通してバーリング加工により下穴(12a)の周縁部を折曲して鍔部(12c)を形成し、次で、上記第1のパンチ(2)の挿通方向と反対の方向から、鍔部(12c)及びこれと連通する穴内に、上記第1のパンチ(2)より大径の第2のパンチ(17)を挿通することを特徴とするものである。
【0013】請求項3記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、第2のパンチ(17)を挿通する際に、鍔部(12c)の外周面を、これが拡径しないように拘束することを特徴とするものである。
【0014】上記請求項2及び3の発明においては、バーリング加工時に、その形成される鍔部(12c)と反対側の穴周縁、すなわち穴(12b)の内周面(2d)とシール面(12i)との境界部にダレ(12f)が形成される。
【0015】そして、このバーリング加工後に、バーリングの第1のパンチ(2)より大径の第2のパンチ(17)を、バーリング方向と反対の方向から、上記鍔部(12c)及びこれと連通する穴内に挿通することにより、鍔部内面及びそれと連通する穴の内面がしごかれてせん断変形して拡径するとともに、そのしごかれた肉が第2のパンチ(17)の挿通方向、すなわち、上記のダレ(12f)が存在する方向に流れ、その流れた肉によりダレ(12f)部の空間が埋められて、ダレ(12f)が消滅する。
【0016】
【発明の実施の形態】図1乃至図9に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図1はフランジ継手の素材である板材をバーリング加工する第1の型装置を示す。
【0017】該第1の型装置1において、2は第1パンチで、その横断面形状は円形、長円形等の所定の形状に形成されており、図の実施例では34.1×41.1mmの長円形に形成されている。また、該第1パンチ2の主体外周面2aの下端周面はテーパ面2bに形成されている。更に、該第1パンチ2はパンチホルダー3を介して上プレート4に固定され、上プレート4は昇降するラム5にボルト等の固定具6で支持されている。
【0018】上記上プレート4には支持ボルト7が垂設され、これに押さえプレート8が昇降可能に備えられているとともに、その押さえプレート8はボルト頭部7aにより脱落を阻止されている。押さえプレート8にはプレート穴8aが、上記第1パンチ2と同芯上に位置して形成されている。該プレート穴8aは、上記第1パンチ2の外径より若干大径に形成され、実施例においては35.6×42.6mmの長円形に形成されている。
【0019】9はウレタンゴムからなる弾性体で、上記支持ボルト7の外周に位置して、上記上プレート4と押さえプレート8間に介在されており、常時押さえプレート8を図の下方へ付勢している。該弾性体9は、その他コイルスプリング、バネ等を使用してもよい。
【0020】10はバーリング用ダイスで、上記第1パンチ2と同芯上に位置してダイス穴11が上下方向に貫通形成されている。該ダイス穴11の横断面形状は、フランジ継手の素材である板材12の厚みと上記第1パンチ2の径により所定に定めるもので、上記第1パンチ2の外径と相似でかつ大径に形成されている。すなわち、バーリング加工時における第1パンチ2の外周面とダイス穴11の内周面間に、加工される板材12の素材厚より小さく、かつ鍔部の目標肉厚(図4の肉厚D2 )より大きいクリアランスが形成されるように設定されている。実施例においてはダイス穴11は、40.6×47.6mmの長円形に形成されている。また、上記ダイス穴11の上端周面には若干の曲面11aが形成されており、後述するしごき加工時に、鍔12cの根元部に凹みが発生するのを抑制するようにしている。
【0021】上記バーリング用ダイス10はベース13上に固定され、そのベース13はプレスの台14に固定されている。上記板材12は、所定の板厚のものを使用するものであるが、実施例では6mmの板厚のものを使用している。また、該板材12には予め所定径の下穴12aが貫通形成されており、実施例においては28×35mmの長円形に形成されている。
【0022】尚、図の実施例においては、図6に示すように1枚のフランジ継手に2個のパイプ嵌挿穴を形成するようにしているため、板材12には図5に示すように2個の下穴12a,12aが形成されている。
【0023】上記第1の型装置1によるバーリング加工工程について説明する。先ず、図1の状態よりラム5が上方に位置し、押さえプレート8も上昇している状態において、バーリング用ダイス10上に、下穴12aを形成した板材12を図1の位置に載置する。
【0024】この状態からラム5を下降させると、押さえプレート8が板材12上に当接し、更にラム5を下降させると、弾性体9が圧縮され、その反発力により板材12が押さえプレート8とバーリング用ダイス10間に押圧的に挟持される。
【0025】そして更にラム5を下降させると、第1パンチ2の下端がプレート穴8aに挿入して板材12上に当接し、バーリング加工が始まる。更にラム5を下降して第1パンチ2を下降させると、板材12における下穴12aの外周部が、先ず第1パンチ2の下端により下方へ押し曲げられ、次でテーパ面2bで更に押し曲げられ、次で第1パンチ2の主体外周面2aで更に押し曲げられる。
【0026】このようなバーリング加工により、板材12には図2に示すようなパイプ嵌挿穴12bとその外周を囲む鍔部12cが形成される。この鍔部12cの内周面12dの直径は上記第1パンチ2の外径寸法と同一寸法になり、また外周面12eの直径は上記バーリング用ダイス10におけるダイス穴11の内径と同一寸法になり、この鍔部12cの肉厚寸法D1 は、その目標肉厚より大きく形成される。実施例においては肉厚寸法が3.25mmになる。また、上記内周面12dにおける第1パンチ2の挿入側端、すなわち、内周面12dと接合面(シール面)12iとの境界にはR状のダレ12fが形成される。
【0027】図3は上記バーリング加工工程により形成された上記のダレ12fを消滅させる第2の型装置を示す。該第2の型装置16において、17は第2パンチで、その横断面形状は、上記第1パンチ2と相似形でかつ大径の円形、長円形等の所定の形状に形成されている。すなわち、上記第1の型装置1でバーリング加工された鍔部12cの内周面12dの直径より若干大径に形成されている。図の実施例では35.6×42.6mmの長円形に形成されている。また、該第2パンチ17における主体外周面17aの下端周面はテーパ面17bに形成されている。更に、該第2パンチ17はパンチホルダー18を介して上プレート19に固定され、上プレート19は昇降するラム20にボルト等の固定具21で支持されている。
【0028】上プレート19には支持ボルト22が垂設され、これに押さえプレート23が昇降可能に備えられているとともに、その押さえプレート23はボルト頭部22aにより脱落を阻止されている。押さえプレート23にはプレート穴23aが、上記第2パンチ17と同芯上に位置して形成されている。該プレート穴23aの内径は、上記第1の型装置1により加工された鍔12cの外周面12eが一ぱいに嵌合する寸法、すなわち、上記第1の型装置1におけるダイス穴11の直径と同一寸法に形成されている。
【0029】24はウレタンゴムからなる弾性体で、上記支持ボルト22の外周に位置して、上記上プレート19と押さえプレート23間に介在されており、常時押さえプレート23を図の下方へ付勢している。該弾性体24は、その他コイルスプリング、バネ等を使用してもよい。
【0030】25はダイスで、上記第2パンチ17と同芯上に位置してダイス穴26が上下方向に貫通形成されている。該ダイス穴26の横断面形状は、第2パンチ17が一ぱいに挿通できるように第2パンチ17と略同一形状に形成されている。実施例においては35.7×42.7mmの長円形に形成されている。
【0031】上記ダイス25はベース27上に固定され、そのベース27はプレス台28に固定されている。上記第2の型装置16によるダレの消滅工程について説明する。
【0032】先ず、図3の状態よりラム20が上方に位置し、押さえプレート23も上昇している状態において、図3のように、上記第1の型装置1によってバーリング加工された板材12を、その表裏を逆にして、すなわち、図3に示すように、ダレ12fを下側にし、かつ、そのパイプ嵌挿穴12bをダイス穴26と同芯させてダイス25上に載置する。
【0033】この状態からラム20を下降させると、押さえプレート23が板材12上に当接し、更にラム20を下降させると、弾性体24が圧縮され、その反発力により板材12が押さえプレート23とダイス25間に押圧的に挟持される。
【0034】そして更にラム20を下降させると、第2パンチ17の下端に形成したテーパ面17aがプレート穴23aに挿入して板材12における鍔部12cの上端面12gに当接し、しごき加工が開始される。
【0035】ラム20を更に下降すると、鍔部12cの内径より大径で、かつ鍔部12cの外径より小径の第2パンチ17の主体外周面17aとテーパ面17bとにより、鍔部12cの外周面12eがプレート穴23aの内周面に拘束された状態で、鍔部12cの内周面12dがしごかれてせん断変形を生じる。これにより、その鍔部12cの肉厚が減少され、パイプ嵌挿穴12bが拡径されると同時に減少分の肉が図の下方へ押し移動され、その移動した肉がダレ12f部とダイス25の上面間に形成された空間内に流れ込み、ダレ12fが消滅する。
【0036】このしごき加工により形成された加工品を図4に示す。この図4において、12hはしごき加工により目標の肉厚になった鍔部で、その厚み寸法D2 は上記図2のD1 の寸法より小さい。実施例においては2.50mmである。また、パイプ嵌挿穴12bと接合面12iとの交面12jはダレが消滅して直角面になっている。
【0037】尚、このしごき加工は、図5に示す下穴12a,12aをバーリング加工して形成した2個の鍔部12cに対して順次行ってもよいし同時に行ってもよい。そして、上記のしごき加工した後に、別のプレス機又はレーザーにより、板材12を所定形状、例えば図6の外形12kに形成すると同時に取付穴12mを形成し、完成品12nとする。
【0038】尚上記各パンチ、ダイス穴等の1実施例の数値をまとめて表示すると下記の表1の通りである。
【0039】
【表1】

本発明により製造されたフランジ継手12nの使用の1例としては、図7に示すように、そのパイプ嵌挿穴12bに流通パイプ30を嵌挿し、鍔部12hの端面と流通パイプ30とを溶接31により固着し、シール材32を介して相手部品33に適宜手段により連結する。
【0040】このとき、フランジ継手12nの接合面(シール面)12iとパイプ嵌挿穴12bの内周面との境界部はダレがなく略直角に形成されているため、また、相手部品33側の流通路33aの内周面と接合面(シール面)33bとの境界部も当然乍ら略直角に形成されているため、図7に示すように、シール材32をパイプ嵌挿穴12bの内周面と流通路33aの内周面の位置まで介在させることができる。
【0041】そのため、相手部品33の流通路33aの内径をパイプ30の内径に段差なく略一致させることができ、この継手部での良好なシール性を確保できるとともに流通抵抗を前記従来の段差を有するものに比べて低減できる。尚、上記のバーリング加工は板材の板面に対して必ずしも直角である必要はなく、斜めでもよい。
【0042】図8及び図9は、上記のダレの消滅工程の後に鍔部12hを部分的に拡径する工程を示す。すなわち、図8に示すような、上記のフランジ継手12の鍔部12hの内径より嵌挿するパイプの肉厚分大径の大径部40aを有する第3のパンチ40を、鍔部12hに圧入して図9に示すように鍔部12hを拡径するようにしたものである。
【0043】これによって、パイプ30を図9に示すように嵌挿固定したときに、パイプ内面30aとフランジ穴内面12bとに段差がなくなり、流体がスムーズに流れるようにすることができる。
【0044】図10及び図11は、上記のダレ消滅工程後の図4に示す成形品を更に加工してガスケット座を形成する工程を示す。すなわち、上記図4の板材(成形品)12を、図10に示すように受型40で支承し、パイプ嵌挿穴12bより大径のパンチ41で板材12の接合面12iを加圧し、図11に示すようにパイプ嵌挿穴12bの外周部に凹部42を形成してガスケット座43を冷間塑性加工により形成するようにしたものである。尚、この加工の際、ゴム又はスプリング等からなる弾性部材46を介して押え板47を下降して、該押え板47と受型40で板材12を狭持し、板材12のそりの発生を防止する。更に、上記大径パンチ41の下端には、上記パイプ嵌挿穴12bと略同径のポスト48を突設し、加工時に、形成される凹部42内の肉がパイプ嵌挿穴12b内へ逃げるのをポスト48で阻止する。上記の加工により、接合面12i側における凹部42の周縁44は若干R面になるが、ガスケット座43側における嵌挿穴12bの周縁45は略直角になる。
【0045】この工程を追加することにより、凹部42によりガスケットを嵌合して確保できる上に、周縁45が略直角であることにより、上記と同様にシール性が向上する。尚、本発明により製造されたフランジ継手は、内燃機関のインテークマニホールドやエキゾーストマニホールドの継手として使用したり、その他、流体を流通する管の継手として使用される。
【0046】
【発明の効果】以上のようであるから請求項1記載の発明によれば、接合面(シール面)側における嵌挿穴周縁が略直角であるため、そのフランジ継手と相手側部品とのシール性を向上できる。しかも冷間塑性加工で形成するため、熱間鍛造や切削加工に比べて製造が簡単で安価になり、更に、薄肉のフランジ継手において上記のようなシール性の高い継手を提供できる。請求項2及び3の発明によれば、上記のような、鍔部を有し、かつその鍔部により形成されるパイプ嵌挿穴とシール面との境界にダレがなく、更に上記従来のような座屈部のないフランジ継手を簡単な方法で製造できる。
【0047】そのため、シール性が良く、かつ必要強度を確保できるフランジ継手を提供できる。




 

 


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