特開 2024-82326 自動拡管装置および自動拡管方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024082326

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】自動拡管装置および自動拡管方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 39/20 20060101AFI20240613BHJP

   B21D 39/10 20060101ALI20240613BHJP

   B21D 39/16 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

B21D39/20 C

B21D39/10 Z

B21D39/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022196097

(22)【出願日】2022-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤崎 憲二

(72)【発明者】

【氏名】山内 浩行

(72)【発明者】

【氏名】堀 智章

(72)【発明者】

【氏名】山田 敏也

(57)【要約】

【課題】一般的なロボットを利用して拡管作業の効率を向上させることができる自動拡管装置および自動拡管方法を提供する。
【解決手段】自動拡管装置１は、拡管装置３と、ロボット２とを備える。拡管装置３は、エキスパンダ４と、回転駆動機６と、クランプ装置７と、クランプ移動装置８と、送り装置５とを備える。エキスパンダ４は、マンドレル４１と、カラー前輪４５３と、筒状のフレーム４４と、複数のローラ４３とを有する。カラー前輪４５３は、マンドレル４１にスライド自在に支持されている。筒状のフレーム４４は、カラー前輪４５３の内部に回転可能に支持されている。回転駆動機６は、マンドレル４１を回転駆動する。クランプ装置７は、カラー前輪４５３をクランプする。クランプ移動装置８は、クランプ装置７をエキスパンダ４の軸方向に移動させる。送り装置５は、マンドレル４１をエキスパンダ４の軸方向に移動させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チューブの拡管加工を行う拡管装置と、
前記拡管装置を支持して移動させるロボットと、を備える自動拡管装置であって、
前記拡管装置は、
エキスパンダであって、
マンドレルと、
前記マンドレルにスライド自在に支持されたカラー部材と、
前記カラー部材の内部に回転可能に支持された筒状のフレームと、
前記フレームに回転自在に保持された複数のローラと、
を有するエキスパンダと、
前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記カラー部材をクランプするクランプ装置と、
前記クランプ装置を前記エキスパンダの軸方向に移動させるクランプ移動装置と、
前記マンドレルを前記エキスパンダの軸方向に移動させる送り装置と、
を備える自動拡管装置。

【請求項2】

前記フレームの外周面にカラー後輪が固定されており、
前記カラー部材は、前記カラー後輪に対して前記エキスパンダの先端側にボールリテーナを介して回転自在に配置される、
請求項１に記載の自動拡管装置。

【請求項3】

前記マンドレルが軸方向外力を受けている間、前記マンドレルを前記軸方向外力の方向に移動させるように前記送り装置を動作させることで前記マンドレルの位置を前記マンドレルの軸方向の動きに追従させる制御装置、を備える、
請求項１または請求項２に記載の自動拡管装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記クランプ移動装置によって前記クランプ装置が前記マンドレルの先端側に移動させられ、かつ前記クランプ装置によって前記カラー部材がクランプされた状態において、前記クランプ装置の軸方向位置についての前記クランプ移動装置による保持力を解除する制御を行う、
請求項３に記載の自動拡管装置。

【請求項5】

前記送り装置は、
圧縮空気によって駆動力を発生させる送りシリンダと、
前記送りシリンダ内に摺動可能に配置されるピストンと、
基端が前記ピストンに固定され、先端が前記送りシリンダから突出して延びるピストンロッドと、
前記ロボットに固定されるベースプレートと、を備え、
前記ベースプレートは、支持部を有し、
前記ピストンロッドの先端は、前記支持部に接続される、
請求項１または請求項２に記載の自動拡管装置。

【請求項6】

前記クランプ移動装置は、
圧縮空気によって駆動力を発生させるシリンダボディと、
前記シリンダボディ内に摺動可能に配置されるピストンと、
基端が前記ピストンに固定され、先端が前記シリンダボディから突出して延びるピストンロッドと、を備え、
前記ピストンロッドの先端は、前記クランプ装置に接続される、
請求項１または請求項２に記載の自動拡管装置。

【請求項7】

クランプ移動装置が、ローラが回転可能に保持されているフレームを有するフレーム部材を、前記フレーム部材が外嵌されるマンドレルに対して、前記マンドレルの先端側に移動させ、
クランプ装置が前記フレーム部材をクランプし、
ロボットが前記フレーム部材と前記マンドレルとをチューブ内に挿入し、
前記フレーム部材と前記マンドレルとが所定位置に到達するときに、前記ロボットが停止し、
送り装置が、回転駆動機によって一方向に回転している前記マンドレルを先端側に送り、
前記フレームが前記一方向に回転して前記マンドレルが先端方向に自己推進し、
前記ローラが前記チューブを拡管し、
前記回転駆動機の負荷トルクが予め決められた設定トルクに到達するときに、前記回転駆動機が前記マンドレルの回転を一旦停止し、
前記回転駆動機が前記マンドレルを前記一方向の逆方向である他方向に回転し、前記フレームが前記他方向に回転して前記マンドレルが基端方向に自己後退し、
前記送り装置が、前記他方向に回転している前記マンドレルを基端側に引き戻し、
前記ロボットが、前記フレーム部材と前記マンドレルとを前記チューブから引き抜く、
自動拡管方法。

【請求項8】

前記マンドレルが前記一方向に回転して先端方向に自己推進する場合、および前記マンドレルが前記他方向に回転して基端方向に自己後退する場合において、前記マンドレルが軸方向外力を受けるときに、前記送り装置が、前記マンドレルを前記軸方向外力の方向に移動させて、前記マンドレルの位置が前記マンドレルの軸方向の動きに追従させられる、
請求項７に記載の自動拡管方法。

【請求項9】

前記クランプ移動装置によって前記クランプ装置が前記マンドレルの先端側に移動させられ、かつ前記クランプ装置によって前記フレーム部材がクランプされた状態において、前記クランプ装置の軸方向位置についての前記クランプ移動装置による保持力を解除する、
請求項８に記載の自動拡管方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動拡管装置および自動拡管方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マンドレルとフレーム部材を有するエキスパンダと、マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、フレーム部材をクランプするクランプ装置と、クランプ装置をエキスパンダの軸方向に移動させる移動装置と、を有する拡管装置と、拡管装置を支持して移動させるロボットを含む自動拡管装置が提案されている（特開２０２０－１３８２１３号公報。以下、特許文献１）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

フレーム部材が外嵌されるマンドレルは、回転しながら、フレーム部材に回転可能に保持されるローラのフィードアングル作用によって先端側に移動（自己推進）する。特許文献１に記載のロボットは、エキスパンダが軸方向外力を受けている間、エキスパンダを軸方向外力の方向に移動させるようにロボットを動作させることでロボットによる拡管装置の支持位置をエキスパンダの軸方向の動きに追従させる機能（以下、追従機能。）を持つ。しかし、一般的に、ロボットは追従機能を有していない。特許文献１を実施するためには、ロボットに追従機能を追加する必要がある。

【0004】

本発明は、一般的なロボットを利用して拡管作業を効率よく実行できる自動拡管装置および自動拡管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】

【0005】

前記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、
チューブの拡管加工を行う拡管装置と、
前記拡管装置を支持して移動させるロボットと、を備える自動拡管装置であって、
前記拡管装置は、
エキスパンダであって、
マンドレルと、
前記マンドレルにスライド自在に支持されたカラー部材と、
前記カラー部材の内部に回転可能に支持された筒状のフレームと、
前記フレームに回転自在に保持された複数のローラと、
を有するエキスパンダと、
前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記カラー部材をクランプするクランプ装置と、
前記クランプ装置を前記エキスパンダの軸方向に移動させるクランプ移動装置と、
前記マンドレルを前記エキスパンダの軸方向に移動させる送り装置と、
を含む自動拡管装置である。

【0006】

本発明の第２の観点は、
クランプ移動装置が、ローラが回転可能に保持されているフレームを有するフレーム部材を、前記フレーム部材が外嵌されるマンドレルに対して、前記マンドレルの先端側に移動させ、
クランプ装置が前記フレーム部材をクランプし、
ロボットが前記フレーム部材と前記マンドレルとをチューブ内に挿入し、
前記フレーム部材と前記マンドレルとが所定位置に到達するときに、前記ロボットが停止し、
送り装置が、回転駆動機によって一方向に回転している前記マンドレルを先端側に送り、
前記フレームが前記一方向に回転して前記マンドレルが先端方向に自己推進し、
前記ローラが前記チューブを拡管し、
前記回転駆動機の負荷トルクが予め決められた設定トルクに到達するときに、前記回転駆動機が前記マンドレルの回転を一旦停止し、
前記回転駆動機が前記マンドレルを前記一方向の逆方向である他方向に回転し、前記フレームが前記他方向に回転して前記マンドレルが基端方向に自己後退し、
前記送り装置が、前記他方向に回転している前記マンドレルを基端側に引き戻し、
前記ロボットが、前記フレーム部材と前記マンドレルとを前記チューブから引き抜く、
自動拡管方法である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、一般的なロボットを利用して拡管作業を効率よく実行できる自動拡管装置および自動拡管方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る自動拡管装置の概略斜視図である。

【図2】本実施形態に係る自動拡管装置の制御構成をエキスパンダの断面図とともに示す概略ブロック図である。

【図3】ローラの傾斜を模式的に示す図である。

【図4】自動拡管方法の内容を示すフローチャートである。

【図5】自動拡管装置の拡管作業時の動作を説明するための概略側面図である。

【図6】図５から続く、自動拡管装置の拡管作業時の動作を説明するための概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

【0010】

本発明の一実施形態に係る自動拡管装置１について、図１～図６を適宜参照しながら詳細に説明する。

【0011】

図１、図２に示すように、本実施形態の自動拡管装置１は、拡管装置３と、ロボット２と、制御装置１０とを備える。

【0012】

拡管装置３は、チューブＴ（図５（ａ）等参照、以下同様）の拡管加工を行う。拡管装置３は、熱交換機を構成するチューブＴと該チューブＴを取付ける管板ＴＢ（図５（ａ）等参照、以下同様）との接合を、エキスパンダ４によってチューブＴの外径を広げて管板ＴＢに形成された取付け孔ＴＢａ（図５（ａ）等参照、以下同様）の内面に圧接固定することで行う。ロボット２は、例えば、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット、直交軸ロボット、パラレルリンクロボットである。ロボット２は、拡管装置３を支持して移動させる。拡管装置３は、ロボット２のアーム２１の先端部に固定される。制御装置１０は、記憶手段に予め記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで、自動拡管装置１の各部の動作を制御するコンピュータである。

【0013】

拡管装置３は、エキスパンダ４と、回転駆動機６と、クランプ装置７と、クランプ移動装置８と、送り装置５と、カップリング９とを有している。

【0014】

エキスパンダ４は、マンドレル４１、筒状のフレーム部材４２、および複数のローラ４３を有する。マンドレル４１には、先端側が小径となるテーパ部４１１が外周面に形成される。フレーム部材４２は、マンドレル４１にスライド自在かつ回転自在に外嵌される。複数のローラ４３は、フレーム部材４２に回転自在に保持される。

【0015】

マンドレル４１は、該マンドレル４１の先端側（以下、「前側」ともいう）に位置するテーパ部４１１と、テーパ部４１１の基端側（以下、「後側」ともいう）に位置する円柱形状の円柱部４１２とを有する。マンドレル４１の先端部には、キャップナット４１３がねじ締結によって固定される。また、マンドレル４１の後端部には、角型シャンク（図示省略）が設けられる。マンドレル４１の角型シャンクは、カップリング９を介して、回転駆動機６の回転軸６１と接続される。

【0016】

フレーム部材４２は、ローラ４３を回転自在に保持する円筒状のフレーム４４と、フレーム４４の外周面に取り付けられた環状のカラー４５とを有する。カラー４５は、フレーム４４の外周面に固定されたカラー後輪４５１と、カラー後輪４５１に対して前側（エキスパンダ４の先端側）にボールリテーナ４５２を介して回転自在に配置されるカラー前輪（カラー部材）４５３とを有する。すなわち、カラー前輪４５３は、マンドレル４１にスライド自在に支持され、フレーム４４は、カラー前輪４５３の内部に回転可能に支持される。

【0017】

フレーム４４の中空部の内径はマンドレル４１の円柱部４１２の外径より僅かに大きい。マンドレル４１は、円筒状のフレーム４４の中空部を貫通して挿入される。フレーム４４の先端側には例えば１２０度の間隔で周方向均等に長溝であるローラ溝４２１が複数形成される。各ローラ溝４２１はフレーム４４の長手方向に関し同一位置に配置される。ローラ溝４２１には裁頭円錐形状のローラ４３が係止されて保持される。ローラ４３は、ローラ溝４２１から、フレーム４４の径方向の外側および内側に一部露出する。

【0018】

フレーム４４の後端側は、一段外径を小さくしてその外周面に雄ねじが形成されており、この雄ねじに、内周面に雌ねじ形成されたカラー後輪４５１がねじ込まれる。カラー後輪４５１は、止めナット４５４によってフレーム４４に固定される。なお、カラー後輪４５１のフレーム４４への固定方法は、止めナット４５４を用いた方法以外に、例えば六角穴付止めねじを用いた方法であってもよい。カラー後輪４５１の前面にボールリテーナ４５２が配置され、ボールリテーナ４５２の前面にカラー前輪４５３が配置された状態で、これらは止め輪４５５によって軸方向において一体化されてカラー４５を構成する。

【0019】

ローラ４３は、フレーム４４の径方向内側において、マンドレル４１のテーパ部４１１の外周面に、その長手方向中心軸まわりに回転しながら、その側面が接触する。一方、ローラ４３は、フレーム４４の径方向外側において、拡管加工時に、拡管されるチューブＴの内周面に、その長手方向中心軸まわりに回転しながら、マンドレル４１との接触部とはほぼ反対側の側面が接触する。

【0020】

図３に示すように、ローラ４３は、その中心軸がフレーム部材４２の軸方向（マンドレル４１の軸方向と同じ）に対して所定角度θだけ傾斜して配置される。ローラ４３は、マンドレル４１のテーパ部４１１のテーパとは方向が逆で傾きが半分のテーパを有する円錐台状である。

【0021】

図２に示すように、キャップナット４１３の後端側には、後側が小径となるテーパ面４１６が形成される。この構成では、フレーム部材４２が前側に移動させられてツール径が最小となったときに、フレーム４４の前端部がテーパ面４１６に当接する。これにより、フレーム部材４２の中心軸とマンドレル４１の中心軸とが合致するように求心させられる。したがって、マンドレル４１の先端部の自重による垂れ下がりを抑制でき、エキスパンダ４のチューブＴ内への挿入性が向上する。ここで、ツール径とは、エキスパンダ４による拡管加工の加工径をいい、複数のローラ４３に外接する包絡線で形成される外接円の直径を意味する。

【0022】

回転駆動機６は、エキスパンダ４のマンドレル４１を、カップリング９を介して回転駆動する。回転駆動機６として、ここではサーボモータが使用される。

【0023】

クランプ装置７は、エキスパンダ４のフレーム部材４２、具体的にはフレーム部材４２のカラー前輪４５３（図２参照）をクランプする。クランプ装置７は、一対の爪７１と、エアチャック７２と、エアチャック７２を支持する支持板７３とを有する。一対の爪７１は、エキスパンダ４のフレーム部材４２を径方向両側から挟んでクランプする。エアチャック７２は、エアシリンダを含む。エアチャック７２は、エア圧によって、一対の爪７１をエキスパンダ４のフレーム部材４２に対してそれぞれ進退移動させる。エアチャック７２は、支持板７３の前面に固定される。支持板７３は、矩形板状である（図１参照）。

【0024】

図２に示すように、爪７１は、爪本体部７１１と、爪本体部７１１を支持する爪支持部７１２とを有する。爪７１は、Ｌ字状断面を有している。爪本体部７１１は、フレーム部材４２のカラー前輪４５３の外周面に接触する円弧面７１３を有する。爪支持部７１２は、通過部７１４と、当接部７１５を有する。通過部７１４は、爪支持部７１２の後側に配置される。通過部７１４は、カラー前輪４５３の外径よりも小さい内径を有する円弧面を持つ。通過部７１４は、カラー後輪４５１及び止めナット４５４を通過させる。当接部７１５は、爪支持部７１２の前側の面に配置される。当接部７１５は、エキスパンダ４の軸方向においてフレーム部材４２のカラー前輪４５３に当接する。

【0025】

クランプ移動装置８は、クランプ装置７をエキスパンダ４の軸方向に移動させる。クランプ移動装置８は、回転駆動機６のケーシング６２に固定される。クランプ移動装置８として、ここではエアシリンダが使用されるが、例えば電動シリンダが使用されてもよい。

【0026】

クランプ移動装置８は、シリンダボディ８１と、ピストン８２１と、ピストンロッド８２２とを有する。シリンダボディ８１は、シリンダボディ８１内に供給される圧縮空気によって駆動力を発生させる。ピストン８２１は、シリンダボディ８１内に摺動可能に配置される。ピストンロッド８２２は、基端がピストン８２１に固定されており、先端がシリンダボディ８１外に突出して延びる。シリンダボディ８１内には、ピストン８２１を間に挟んで、第１室８１１と第２室８１２とがそれぞれ形成される。第１室８１１と第２室８１２とは、それぞれ絞り３５、流路切替弁３３を介して、圧縮空気源３１に接続される。絞り３５によって圧縮空気の流量が調整される。流路切替弁３３は、圧縮空気の供給先を切り替える。

【0027】

第１室８１１に圧縮空気が供給されるとピストンロッド８２２が進出し、第２室８１２に圧縮空気が供給されるとピストンロッド８２２が後退する。ピストンロッド８２２の先端は、クランプ装置７に接続される。具体的には、ピストンロッド８２２の先端がクランプ装置７の支持板７３に固定される。また、支持板７３には、ガイド棒８３が配置されてもよい。ガイド棒８３は、クランプ移動装置８に設けられたガイドブッシュ８４内にスライド自在に挿通される。これにより、クランプ移動装置８は、クランプ装置７をスムーズに移動できる。

【0028】

また、位置センサ８５は、シリンダボディ８１に配置される。位置センサ８５は、ピストン８２１の位置を検出する。位置センサ８５は、例えばリニアスケールである。

【0029】

送り装置５は、エキスパンダ４のマンドレル４１をエキスパンダ４の軸方向に移動させる。本実施形態では、送り装置５は、ロボット２のアーム２１の先端部と回転駆動機６との間に配置されており、回転駆動機６およびカップリング９とともにマンドレル４１を移動させる。

【0030】

送り装置５は、送りシリンダ５１と、ピストン５２１と、ピストンロッド５２２と、直動ガイド５３と、ベースプレート５４とを有する。送りシリンダ５１は、送りシリンダ５１内に供給される圧縮空気によって駆動力を発生させる。送りシリンダ５１は、回転駆動機６のケーシング６２に接続される。ピストン５２１は、送りシリンダ５１内に摺動可能に配置される。ピストンロッド５２２の基端は、ピストン５２１に固定される。ピストンロッド５２２の先端は、送りシリンダ５１から突出して延びる。送りシリンダ５１内には、ピストン５２１を間に挟んで、第１室５１１と第２室５１２とがそれぞれ形成される。第１室５１１と第２室５１２とは、それぞれ絞り３４、流路切替弁３２を介して、圧縮空気源３１に接続される。絞り３４によって圧縮空気の流量が調整される。流路切替弁３２は、圧縮空気の供給先を切り替える。

【0031】

ベースプレート５４は、支持部５５を有する。ベースプレート５４は、ロボット２のアーム２１の先端部に固定される。直動ガイド５３は、ベースプレート５４に配置され、エキスパンダ４の軸方向に沿って延びる。送りシリンダ５１は、直動ガイド５３に配置される。送りシリンダ５１は、直動ガイド５３に案内されて、ベースプレート５４に対して往復する。ピストンロッド５２２の先端は、ベースプレート５４の端部に設けられた支持部５５に接続される。

【0032】

第１室５１１に圧縮空気が供給されると、ピストンロッド５２２が伸長することで、送りシリンダ５１が前側に移動する。そして、送りシリンダ５１の前側への移動にともなって、回転駆動機６およびカップリング９とともにマンドレル４１が前側に移動する。一方、第２室５１２に圧縮空気が供給されると、ピストンロッド５２２が後退することで、送りシリンダ５１が後側に移動する。そして、送りシリンダ５１の後側への移動にともなって、回転駆動機６およびカップリング９とともにマンドレル４１が後側に移動する。

【0033】

制御装置１０は、位置センサ８５と接続されており、位置センサ８５からの信号が入力される。また、制御装置１０は、回転駆動機６、流路切替弁３２，３３と接続されており、これらの動作の制御を行う。

【0034】

次に、本実施形態の自動拡管装置１の動作について説明する。自動拡管装置１の動作は、制御装置１０によって制御される。
図４～図６を参照して、自動拡管装置１を用いて拡管作業を行う自動拡管方法について説明する。

【0035】

まず、ロボット２が、拡管装置３のエキスパンダ４を拡管対象となるチューブＴの端面に対向する位置に移動させる。拡管対象となるチューブＴの位置は、管板ＴＢの取付け孔ＴＢａの位置データ(設計データ)を取り込むことや、管板ＴＢの取付け孔ＴＢａの画像を取り込んで画像処理することによって特定できる。

【0036】

図４に示すように、クランプ装置７がフレーム部材４２をアンクランプする（Ｓ１）。続いて、回転駆動機６が回転動作（正回転）を開始する（Ｓ２）。なお、回転駆動機６の回転動作の開始時期は、後記するステップＳ５以前であれば適宜変更され得る。

【0037】

続いて、クランプ移動装置８がクランプ装置７を軸方向先端側に移動させる。このとき、クランプ移動装置８は、クランプ装置７の当接部７１５がフレーム部材４２のカラー前輪４５３に当接した状態で、フレーム部材４２をマンドレル４１の先端側に移動（前進）させる（Ｓ３）。したがって、ローラ４３は、マンドレル４１のテーパ部４１１の小径側に位置されることになり、ローラ４３の径方向外側への突出量が最も小さくなる。つまり、ツール径が最小となる。

【0038】

続いて、クランプ装置７がフレーム部材４２のカラー前輪４５３をクランプする（Ｓ４、図５（ａ）参照）。そして、クランプ装置７の軸方向位置についてのクランプ移動装置８による保持力が解除される。具体的には、クランプ移動装置８はブレーキ解除状態、つまり外力に倣って動くフローティング状態となる。

【0039】

続いて、ロボット２が、拡管装置３のエキスパンダ４をチューブＴ内に挿入する（Ｓ６）。

【0040】

続いて、フレーム部材４２のカラー前輪４５３の前端面がチューブＴの端面に接触、すなわちカラー前輪４５３のチューブＴへの突き当たりを検知したか否かが判断される（Ｓ６）。ここで、位置センサ８５がピストン８２１の位置を監視している。ロボット２が拡管装置３を前進させている途中で、カラー前輪４５３のチューブＴへ突き当ったときに、ピストン８２１の位置がシリンダボディ８１に対して相対的に押し戻される。位置センサ８５がピストン８２１の押し戻しを検知したときに、制御装置１０はカラー前輪４５３のチューブＴへ突き当ったものと判断する。なお、フレーム部材４２とマンドレル４１とが予めプログラムされた所定位置に到達したことが検知されてもよい。

【0041】

カラー前輪４５３のチューブＴへの突き当りが検知されていない場合（Ｓ６でＮｏ）、ロボット２によるエキスパンダ４のチューブＴ内への挿入が継続される。
一方、カラー前輪４５３のチューブＴへの突き当りが検知された場合（Ｓ６でＹｅｓ、図５（ｂ）参照）、ロボット２が停止する（Ｓ７）。すなわち、ロボット２のアーム２１の先端部の位置が保持される。つまり、ロボット２はサーボオンの状態でベースプレート５４の位置を、外力に逆らって保持する。

【0042】

ロボット２の停止と同時または直後に、送り装置５が動作して送りシリンダ５１が前進する（Ｓ８、図５（ｃ）参照）。ここで、送りシリンダ５１の前進にともなって、回転駆動機６およびカップリング９とともにマンドレル４１が前進する。これにより、拡管加工が行われる。

【0043】

拡管加工中、カラー４５のカラー前輪４５３はチューブＴの端面に接触し、回転も軸方向の位置移動もしない。しかし、マンドレル４１が回転駆動されるので、マンドレル４１の回転により、ローラ４３はチューブＴの内周面上を自転しながらフレーム４４とともに公転する。ローラ４３は、軸方向には移動しない。フレーム４４はローラ４３の自転に伴って自己の中心軸線まわりを公転する。フレーム４４は、軸方向には移動しない。
他方、マンドレル４１の中心軸とローラ４３の中心軸とが所定角度θだけ傾斜するフィードアングルが設けられているため、マンドレル４１は回転させられると自然と軸方向に送られる作用が働く。このため、マンドレル４１は、回転しながら、ローラ４３のフィードアングルの作用によって先端側に移動する。つまり、マンドレル４１が自己推進する。このマンドレル４１の前方移動によって、ローラ４３と、マンドレル４１との接触位置がテーパ部４１１の大径側に移動する。そして、ツール径（ローラ４３とチューブＴとの接触面の径）が増大し、チューブＴは拡管加工を受ける。

【0044】

マンドレル４１が自己推進させられる軸方向外力を受けている間、圧縮空気源３１は、第１室５１１に圧縮空気を送る。そして第２室５１２の空気は排気する。すると、送り装置５は、エキスパンダ４を前進させる。つまり、送り装置５は、マンドレル４１を軸方向外力の方向に移動させる。空気は圧縮性流体であるため、マンドレル４１の位置が当該マンドレル４１の自己推進による軸方向の動きに追従する。

【0045】

このように、エキスパンダ４のマンドレル４１は、拡管加工時に自ら前進（自己推進）する方向に軸方向外力がかかり、拡管後に抜き出す際にも自ら抜き出る（自己後退）方向に軸方向外力がかかる。この軸方向外力と送り装置５の動力とが互いに押し付け合わないように、送り装置５は、軸方向外力である負荷に倣うように比較的小さい圧力の圧縮空気で駆動される。

【0046】

続いて、制御装置１０は、回転駆動機６の負荷トルクが予め決められた設定トルクに到達したか否かを判断する（Ｓ９）。負荷トルクは、回転駆動機６に流れる電流値に基づいて得られる。

【0047】

回転駆動機６の負荷トルクが設定トルクに到達していない場合（Ｓ９でＮｏ）、拡管加工が継続される。
一方、回転駆動機６の負荷トルクが設定トルクに到達した場合（Ｓ９でＹｅｓ）、回転駆動機６は、回転を停止し逆回転する（Ｓ１０）。

【0048】

回転駆動機６の逆回転と同時に、送り装置５が動作して送りシリンダ５１が後退する（Ｓ１１）。ここで、送りシリンダ５１の後退にともなって、回転駆動機６およびカップリング９とともにマンドレル４１が後退する。つまり、送り装置５が、逆回転しているマンドレル４１を基端側に引き戻す。マンドレル４１は、逆回転しながら、ローラ４３のフィードアングルの作用によって基端側に移動、すなわち自己後退する。このマンドレル４１の後方移動によってローラ４３のマンドレル４１との接触位置がテーパ部４１１の小径側に移動するので、ツール径が減少する。

【0049】

マンドレル４１が自己後退させられる軸方向外力を受けている間、圧縮空気源３１は、第２室５１２に圧縮空気を送る。そして第１室５１１の空気は排気する。送り装置５は、マンドレル４１を後退させる。つまり、送り装置５は、マンドレル４１を軸方向外力の方向に移動させる。これにより、マンドレル４１の位置は、当該マンドレル４１の自己後退による軸方向の動きに追従する。送り装置５は、後退端まで、マンドレル４１を後退させる。

【0050】

なお、ステップＳ８やステップＳ１１において、送り装置５から駆動用空気を排気してもよい。具体的には、第１室５１１及び第２室５１２が大気解放される。この場合、ピストン５２１は外力によって自在に動くため、ピストン５２はマンドレル４１の自己推進や自己後退に伴って前進又は後退する。

【0051】

続いて、ロボット２が拡管装置３のエキスパンダ４をチューブＴから抜き出し（Ｓ１２、図６（ｂ）参照）、回転駆動機６が回転を停止する。

【0052】

前記したように、本実施形態に係る自動拡管装置１は、チューブＴの拡管加工を行う拡管装置３と、拡管装置３を支持して移動させるロボット２とを含む。拡管装置３は、エキスパンダ４と、回転駆動機６と、クランプ装置７と、クランプ移動装置８と、送り装置５とを含む。エキスパンダ４は、マンドレル４１と、カラー前輪（カラー部材）４５３と、筒状のフレーム４４と、複数のローラ４３とを有する。カラー前輪４５３は、マンドレル４１にスライド自在に支持される。筒状のフレーム４４は、カラー前輪４５３の内部に回転可能に支持される。複数のローラ４３は、フレーム４４に回転自在に保持される。回転駆動機６は、マンドレル４１を回転駆動する。クランプ装置７は、カラー前輪４５３をクランプする。クランプ移動装置８は、クランプ装置７をエキスパンダ４の軸方向に移動させる。送り装置５は、マンドレル４１をエキスパンダ４の軸方向に移動させる。

【0053】

この構成では、クランプ移動装置８は、クランプ装置７を介してフレーム部材４２をマンドレル４１の先端側に移動させる。すると、フレーム部材４２に保持されたローラ４３は、マンドレル４１のテーパ部４１１の小径側に移動する。これによって、クランプ移動装置８は、エキスパンダ４のツール径を小さくすることができる。そのため、ロボット２は、エキスパンダ４を容易にチューブＴ内に挿入できる。これにより、拡管装置３は、複数のチューブＴを連続で自動拡管させることが可能となり、拡管作業の効率が向上する。
また、拡管加工中に、マンドレル４１には、自己推進する方向に軸方向外力がかかる。この軸方向外力と送り装置５の動力とが互いに押し付け合わないように、送り装置５は、軸方向外力である負荷に倣うように圧縮空気で駆動される。したがって、ロボット２は、外力に従って動作する必要はない。
したがって、本実施形態によれば、一般的なロボットを利用して拡管作業の効率を向上できる自動拡管装置１を提供できる。

【0054】

また、本実施形態では、フレーム４４の外周面にカラー後輪４５１が固定されており、カラー前輪４５３は、カラー後輪４５１に対してエキスパンダ４の先端側にボールリテーナ４５２を介して回転自在に配置される。この構成では、フレーム４４がカラー前輪４５３の内部に回転可能に支持される構成を容易に実現できる。この場合、拡管加工中にマンドレル４１が自己推進するとき、クランプ装置７によってクランプされたカラー前輪４５３が拡管対象であるチューブＴの端面に押し付けられる。したがって、拡管加工中に、拡管対象であるチューブＴがローラ４３の回転につられて供回りすることを防止できる。

【0055】

また、本実施形態は、マンドレル４１が軸方向外力を受けている間、マンドレル４１の位置をマンドレル４１の軸方向の動きに追従させる制御装置１０を含む。制御装置１０は、マンドレル４１を軸方向外力の方向に移動させるように送り装置５を動作させることで、エキスパンダ４の進退がその自己推進又は自己後退に追従させる。この構成では、ローラ４３のフィードアングルの作用によってエキスパンダ４が自己推進、自己後退する速度に応じて、送り装置５がマンドレル４１の位置を自動追従させる。これにより、拡管対象であるチューブＴに余計な力を与えることを回避できる。これにより、拡管作業の品質の向上が図られる。

【0056】

また、本実施形態では、制御装置１０は、クランプ装置７の軸方向位置についてのクランプ移動装置８による保持力を解除する制御を行う。保持力を解除する制御は、クランプ移動装置８によってクランプ装置７がフレーム部材４２とともにマンドレル４１の先端側に移動させられ（Ｓ３）、かつクランプ装置７によってフレーム部材４２がクランプ（Ｓ４）された状態において行われる。この構成では、クランプ移動装置８は、外力に倣って動くフローティング状態となる。これにより、拡管加工中に、ローラ４３のフィードアングルの作用によってマンドレル４１が回転しながらチューブＴ内を進んでいく際に、エキスパンダ４がチューブＴの端面に押し付けられた状態を維持できる。

【0057】

本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

【0058】

例えば、前記した実施形態では、送り装置５は、ロボット２のアーム２１の先端部と回転駆動機６との間に配置されるが、これに限定されるものではない。例えば、カップリング９を軸方向に伸縮可能に構成し、送り装置５がカップリング９を伸縮させるように動作することでマンドレル４１を移動させる構成とされてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ 自動拡管装置
２ ロボット
３ 拡管装置
４ エキスパンダ
４１ マンドレル
４２ フレーム部材
４３ ローラ
４４ フレーム
４５１ カラー後輪
４５２ ボールリテーナ
４５３ カラー前輪（カラー部材）
５ 送り装置
５１ 送りシリンダ
５２１ ピストン
５２２ ピストンロッド
５４ ベースプレート
５５ 支持部
６ 回転駆動機
７ クランプ装置
８ クランプ移動装置
８１ シリンダボディ
８２１ ピストン
８２２ ピストンロッド
１０ 制御装置
Ｔ チューブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】