特許 7174649 自動拡管装置、自動拡管方法およびエキスパンダ交換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-09

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】自動拡管装置、自動拡管方法およびエキスパンダ交換方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 39/20 20060101AFI20221110BHJP

【ＦＩ】

B21D39/20 C

B21D39/20 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019034373

(22)【出願日】2019-02-27

(65)【公開番号】P2020138213

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2021-06-25

(73)【特許権者】

【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】杉森 正

【審査官】石川 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２９０１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０８２０４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－３３５１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４２５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０３９７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０８９３３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－０２３０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３５２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－０５７３３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０７－０１５１２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実公平０７－０３１８５３（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ３９／２０

Ｂ２１Ｄ ３９／０８

Ｂ２１Ｄ ３９／１０

(57)【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、
先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、
前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記エキスパンダの前記フレーム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移動装置と、
を有し、
前記フレーム部材は、前記ローラを保持する円筒状のフレームと、前記フレームの外周面に取り付けられたカラーと、を有し、
前記カラーは、前記フレームの外周面に固定されたカラー後輪と、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カラー前輪と、を有し、
前記クランプ装置は、前記フレーム部材の前記カラー前輪をクランプする、自動拡管装置。

【請求項2】

前記クランプ装置は、前記エキスパンダの軸方向において前記フレーム部材に当接する当接部を有する、請求項１に記載の自動拡管装置。

【請求項3】

前記エキスパンダが軸方向外力を受けている間、前記エキスパンダを前記軸方向外力の方向に移動させるように前記ロボットを動作させることで前記ロボットによる前記拡管装置の支持位置を前記エキスパンダの軸方向の動きに追従させる制御を行う制御装置を備える、請求項１又は請求項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、前記移動装置による前記クランプ装置の軸方向位置の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】

前記クランプ装置は、前記エキスパンダの前記フレーム部材を径方向両側から挟んでクランプする一対のクランパと、一対の前記クランパを前記エキスパンダの前記フレーム部材に対してそれぞれ進退移動させる一対のエアチャックと、を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の自動拡管装置。

【請求項6】

前記回転駆動機の回転軸と前記マンドレルとを接続するカップリングを備え、
前記カップリングは、弾性部材によって前記回転駆動機とは反対側に付勢される被押圧部を有し、前記被押圧部を前記回転駆動機側に押圧することで前記マンドレルが挿入可能な状態にし、前記マンドレルが挿入された状態で前記被押圧部への押圧力を解除することで前記マンドレルが取り付けられる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の自動拡管装置。

【請求項7】

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を用いて拡管作業を行う自動拡管方法であって、
前記拡管装置は、
先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、
前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記エキスパンダの前記フレーム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移動装置と、
を有し、
前記移動装置が前記フレーム部材を前記マンドレルの先端側に移動させる工程と、
前記クランプ装置が前記フレーム部材をクランプする工程と、
前記ロボットが前記エキスパンダを前記チューブ内に挿入する工程と、
前記ロボットが前記回転駆動機によって正回転させられる前記マンドレルを前記エキスパンダの先端側に送る工程と、
前記回転駆動機は予め設定された負荷トルクが検出されると回転を停止し逆回転する工程と、
前記ロボットが前記回転駆動機によって逆回転させられる前記マンドレルを前記エキスパンダの基端側に送る工程と、
前記回転駆動機の逆回転による負荷トルクがなくなると前記ロボットが前記エキスパンダを前記チューブから抜去する工程と、
を含む、自動拡管方法。

【請求項8】

前記マンドレルを前記エキスパンダの先端側に送る工程および前記マンドレルを前記エキスパンダの先端側に送る工程において、前記エキスパンダが軸方向外力を受けている間、前記エキスパンダを前記軸方向外力の方向に移動させるように前記ロボットを動作させることで前記ロボットによる前記拡管装置の支持位置が前記エキスパンダ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、前記移動装置による前記フレーム部材の軸方向位置の保持力を解除する制御が行われる、請求項８または請求項８に記載の自動拡管方法。

【請求項10】

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におけるエキスパンダ交換方法であって、
前記拡管装置は、
先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、
前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記エキスパンダの前記フレーム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移動装置と、
前記回転駆動機の回転軸と前記マンドレルとを接続するカップリングと、
を有し、
前記カップリングは、弾性部材によって前記回転駆動機とは反対側に付勢される被押圧部を有し、前記被押圧部を前記回転駆動機側に押圧することで前記マンドレルが挿入可能な状態にし、前記マンドレルが挿入された状態で前記被押圧部への押圧力を解除することで前記マンドレルが取り付けられるものであり、
前記クランプ装置をアンクランプ状態にする工程と、
前記移動装置が前記クランプ装置を前記回転駆動機側に移動させることで、前記カップリングの前記被押圧部を前記回転駆動機側に押圧する工程と、
前記エキスパンダの前記マンドレルを前記カップリングに挿入する工程と、
前記移動装置が前記クランプ装置を前記回転駆動機とは反対側に移動させて前記被押圧部への押圧を解除することで、前記カップリングに前記マンドレルを取り付ける工程と、
を含む、エキスパンダ交換方法。

【請求項11】

前記移動装置が前記クランプ装置を前記回転駆動機側に移動させることで、前記エキスパンダの前記マンドレルが取り付けられた前記カップリングの前記被押圧部を前記回転駆動機側に押圧する工程と、
前記ロボットが前記エキスパンダの先端を下方に向ける工程と、
を含む、請求項１０に記載のエキスパンダ交換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動拡管装置、自動拡管方法およびエキスパンダ交換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

チューブの拡管加工を行う拡管装置と、該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が提案されている（例えば、特許文献１）。拡管装置は、例えば熱交換機を構成するチューブと該チューブを取付ける管板との接合を、エキスパンダによってチューブの外径を広げて管板に形成された取付け孔の内面に圧接固定することで行う。
特許文献１に記載の自動拡管装置では、拡管装置は、拡管対象であるチューブの位置までロボットによって移動させられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実公平７－３１８５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、チューブの内径とエキスパンダの外径との間の隙間が小さいことから、ロボットによってエキスパンダを移動させてチューブの位置に正確に正対させて該チューブ内に挿入することが困難な場合がある。

【0005】

例えば特許文献１に記載の自動拡管装置では、拡管工具（エキスパンダ）がチューブに挿入された場合にのみ拡管工具挿通確認機構が動作して拡管加工を行なうことができる状態であることが検出されるようになっている。そして、拡管工具がチューブに挿入されていない場合、拡管加工を行なうべきでないことが指示され、位置ずれを解消させるべくロボットの動作を補正する工程が生じる。このため、拡管作業の効率が低下してしまう。

【0006】

本発明は、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、自動拡管方法およびエキスパンダ交換方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するため、本発明に係る自動拡管装置は、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る。前記拡管装置は、エキスパンダと、回転駆動機と、クランプ装置と、移動装置と、を有する。前記エキスパンダは、マンドレル、筒状のフレーム部材、および複数のローラを有している。マンドレルには、先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されている。筒状の前記フレーム部材は、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌されている。複数の前記ローラは、前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置されている。前記回転駆動機は、前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する。前記クランプ装置は、前記エキスパンダの前記フレーム部材をクランプする。前記移動装置は、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。前記フレーム部材は、前記ローラを保持する円筒状のフレームと、前記フレームの外周面に取り付けられたカラーと、を有している。前記カラーは、前記フレームの外周面に固定されたカラー後輪と、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カラー前輪と、を有している。前記クランプ装置は、前記フレーム部材の前記カラー前輪をクランプする。

【0008】

本発明に係る自動拡管方法は、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を用いて拡管作業を行う自動拡管方法である。前記拡管装置は、先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、前記エキスパンダの前記フレーム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移動装置と、を有している。前記自動拡管方法は、前記移動装置が前記フレーム部材を前記マンドレルの先端側に移動させる工程と、前記クランプ装置が前記フレーム部材をクランプする工程とを含む。また、前記自動拡管方法は、前記ロボットが前記エキスパンダを前記チューブ内に挿入する工程と、前記ロボットが前記回転駆動機によって正回転させられる前記マンドレルを前記エキスパンダの先端側に送る工程とを含む。また、前記自動拡管方法は、前記回転駆動機は予め設定された負荷トルクが検出されると回転を停止し逆回転する工程と、前記ロボットが前記回転駆動機によって逆回転させられる前記マンドレルを前記エキスパンダの基端側に送る工程とを含む。また、前記自動拡管方法は、前記回転駆動機の逆回転による負荷トルクがなくなると前記ロボットが前記エキスパンダを前記チューブから抜去する工程を含む。

【0009】

本発明に係るエキスパンダ交換方法は、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におけるエキスパンダ交換方法である。前記拡管装置は、先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、前記エキスパンダの前記フレーム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移動装置と、前記回転駆動機の回転軸と前記マンドレルとを接続するカップリングと、を有している。前記カップリングは、弾性部材によって前記回転駆動機とは反対側に付勢される被押圧部を有し、前記被押圧部を前記回転駆動機側に押圧することで前記マンドレルが挿入可能な状態にし、前記マンドレルが挿入された状態で前記被押圧部への押圧力を解除することで前記マンドレルが取り付けられるものである。前記エキスパンダ交換方法は、前記クランプ装置をアンクランプ状態にする工程と、前記移動装置が前記クランプ装置を前記回転駆動機側に移動させることで、前記カップリングの前記被押圧部を前記回転駆動機側に押圧する工程とを含む。また、前記エキスパンダ交換方法は、前記エキスパンダの前記マンドレルを前記カップリングに挿入する工程と、前記移動装置が前記クランプ装置を前記回転駆動機とは反対側に移動させて前記被押圧部への押圧を解除することで、前記カップリングに前記マンドレルを取り付ける工程とを含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、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、自動拡管方法およびエキスパンダ交換方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る自動拡管装置の概略側面図である。

【図2】図１のＡ方向から見た拡管装置の平面図である。

【図3】図１のＢ方向から見た拡管装置の斜視図である。

【図4】図１のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。

【図5】図４のクランプ装置が先端側に移動させられた状態を示す断面図である。

【図6】ローラの傾斜を模式的に示す図である。

【図7】自動拡管方法の内容を示すフローチャートである。

【図8】自動拡管装置の拡管作業時の動作を説明するための平面図である。

【図9】拡管する様子を示す拡大断面図である。

【図10】エキスパンダ交換方法におけるエキスパンダの取付け作業の内容を示すフローチャートである。

【図11】自動拡管装置のエキスパンダ取付け作業時の動作を説明するための平面図である。

【図12】図１１から続く、自動拡管装置のエキスパンダ取付け作業時の動作を説明するための平面図である。

【図13】エキスパンダ交換方法におけるエキスパンダの取外し作業の内容を示すフローチャートである。

【図14】自動拡管装置のエキスパンダ取外し作業時の動作を説明するための平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

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。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動拡管装置１の概略側面図である。

【0014】

図１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、ツールストッカ１１とを備えている。なお、図１においては、ロボット２によって拡管装置３が移動させられて拡管装置３の位置および姿勢が３通りに変化させられた状態を同時に示している。

【0015】

拡管装置３は、チューブＴ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の内面に圧接固定することで行う。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ている。ロボット２として、ここでは多関節ロボットが使用されている。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。ツールストッカ１１は、少なくとも一つのエキスパンダ４を保管する。

【0016】

図２は、図１のＡ方向から見た拡管装置３の平面図である。図３は、図１のＢ方向から見た拡管装置３の斜視図である。図４は、図１のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。図５は、図４のクランプ装置が先端側に移動させられた状態を示す断面図である。図６は、ローラ４３の傾斜を模式的に示す図である。

【0017】

図２、図３に示すように、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、移動装置８と、カップリング９とを有している。

【0018】

図４、図５に示すように、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を有している。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ている。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ている。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ている。

【0019】

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とを有している。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ている。また、マンドレル４１の後端部には、角型シャンク４１４が設けられている。マンドレル４１の角型シャンク４１４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。

【0020】

フレーム部材４２は、ローラ４３を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とを有している。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４５３とを有する。

【0021】

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くなっている。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ている。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が複数形成されている。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ている。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ている。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している。

【0022】

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がねじ込まれている。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を構成している。

【0023】

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。

【0024】

図６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ている。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裁頭円錐形状である。

【0025】

図４、図５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が形成されている。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。

【0026】

図２、図３に示すように、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ている。

【0027】

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４参照）をクランプする。クランプ装置７は、一対のクランパ７１と、一対のエアチャック７２と、一対のエアチャック７２を支持する支持部材７３とを有している。一対のクランパ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。一対のエアチャック７２は、エア圧によって、一対のクランパ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。一対のエアチャック７２は、支持部材７３の前面に固定されている。支持部材７３は、矩形板状を呈している。支持部材７３の中央部には、貫通孔７３１（図４参照）が形成されている。貫通孔７３１は、カラー後輪４５１が軸方向に挿通可能な大きさに形成されている。

【0028】

図３、図４に示すように、クランパ７１は、クランパ本体部７１１と、クランパ本体部７１１を支持するクランパ支持部７１２とを有する。クランパ本体部７１１には、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が形成されている。クランパ支持部７１２は、図１のＡ方向から見てＬ字状を呈している。クランパ支持部７１２のエキスパンダ４に臨む側には、カラー前輪４５３の外径よりも小さい内径を有する円弧面７１４（図４参照）が形成されている。そして、クランパ支持部７１２の前側の面には、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に当接する当接部７１５が設けられている。

【0029】

図２、図３に示すように、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。移動装置８は、回転駆動機６のケーシング６２に、取付け板６３を介して固定されている。移動装置８として、ここでは電動シリンダ装置が使用されているが、流体圧を用いる流体圧シリンダ装置が使用されてもよい。移動装置８は、駆動力を発生させる本体部８１と、本体部８１によって進退移動させられるロッド８２とを有している。ロッド８２の先端は、クランプ装置７の支持部材７３の一端部に固定されている。支持部材７３の他端部には、ガイド棒８３が固定されている。ガイド棒８３は、回転駆動機６のケーシング６２に固定されたガイドブッシュ８４内にスライド自在に挿通されている。これにより、移動装置８は、クランプ装置７をスムーズに移動させることができる。

【0030】

図４に示すように、カップリング９は、回転駆動機６の回転軸６１とマンドレル４１とを接続する。カップリング９は、接続部材９１と、被押圧部９２とを有している。接続部材９１は、回転軸６１に接続する中空部が形成された第１接続部９１１と、マンドレル４１の後端部である角型シャンク４１４に接続する角型の中空部が形成された第２接続部９１２とを有する。被押圧部９２は、接続部材９１の第２接続部９１２が挿入される貫通孔９２１が形成されている。

【0031】

第２接続部９１２には、ボール９３が収容される貫通孔９１３が形成されている。マンドレル４１の角型シャンク４１４の外面には、ボール９３の一部が嵌入可能な凹部４１５が形成されている。被押圧部９２の貫通孔９２１の内周面には、ボール９３の一部が嵌入可能な凹部９２２が形成されている。

【0032】

被押圧部９２は、弾性部材９４によって回転駆動機６とは反対側に付勢されている。弾性部材９４の被押圧部９２とは反対側の端部は、リテーナ９５に支持されている。つまり、弾性部材９４は、被押圧部９２とリテーナ９５との間に収縮されて配置されている。リテーナ９５は、第１接続部９１１の後端に設けられた凸部９１４によって後方への移動が規制される。被押圧部９２は、第２接続部９１２に装着された止め輪９１５によって前方への移動が規制される。

【0033】

被押圧部９２を回転駆動機６側に押圧することで、マンドレル４１がカップリング９に挿入可能な状態となる。これは、凹部９２２がボール９３に臨む位置に移動して、ボール９３が径方向外側に移動可能となるためである。一方、マンドレル４１がカップリング９に挿入されボール９３の一部が凹部４１５に嵌入した状態で被押圧部９２への押圧力を解除することで、マンドレル４１がカップリング９に取り付けられる。これは、凹部９２２とボール９３の軸方向位置がずれて、ボール９３が径方向外側に移動不可となるためである。

【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７～図９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。図７は、自動拡管方法の内容を示すフローチャートである。図８は、自動拡管装置１の拡管作業時の動作を説明するための平面図である。図９は、拡管する様子を示す拡大断面図である。

【0035】

図７に示すように、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（Ｓ１）。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】

続いて、回転駆動機６が回転動作を開始し（Ｓ２）、クランプ装置７がアンクランプ状態にされる（Ｓ３、図８（ａ）参照）。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Ｓ８の前であれば適宜変更され得る。

【0037】

続いて、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、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の先端側に移動させる（Ｓ４、図８（ｂ）参照）。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（Ｓ５）。そして、移動装置８によるクランプ装置７の軸方向位置の保持力が解除される（Ｓ６）。具体的には、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（Ｓ７、図８（ｃ）参照）。ここで、フレーム部材４２のカラー４５のカラー前輪４５３の前端面がチューブＴの端面に接触する。

【0040】

そして、ロボット２が回転駆動機６によって正回転させられるマンドレル４１をエキスパンダ４の先端側に送る（Ｓ８、図８（ｄ）参照）。これにより、拡管加工が行われる。
図９に示すように、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とともに公転するが軸方向には移動しない。フレーム４４はローラ４３の自転により自己の中心軸線まわりを公転するのみであり、軸方向には移動しない。一方、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だけ傾斜してい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、すなわち自己推進する。このマンドレル４１の前方移動によってローラ４３のマンドレル４１との接触位置がテーパ部４１１の大径側に移動するので、ツール径が増大し、チューブＴは拡管加工を受ける。

【0041】

ステップＳ８において、エキスパンダ４が自己推進させられる軸方向外力を受けている間、エキスパンダ４を軸方向外力の方向に移動させるようにロボット２が動作させられる。これにより、ロボット２による拡管装置３の支持位置がエキスパンダ４のマンドレル４１の軸方向の動きに追従させられる。

【0042】

このように、エキスパンダ４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。この軸方向外力とロボット２の動力とが互いに押し付け合わないように、ロボット２は、軸方向外力である負荷に合わせて、ロボット２に備わる駆動用モータのトルク制御を行う。具体的には、ロボット２の動作がエキスパンダ４の自己推進および自己後退に追従させられるよう、モータ電流の制御によって制限をかけ、ロボット２に外力が印加されると、ロボット２はこの外力に従って動作する。

【0043】

回転駆動機６は、予め設定された負荷トルクが検出された場合、回転を停止し逆回転する（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。

【0044】

そして、ロボット２は、回転駆動機６によって逆回転させられるマンドレル４１をエキスパンダ４の基端側に送る（Ｓ１０）。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。

【0045】

ステップＳ１０において、エキスパンダ４が自己後退させられる軸方向外力を受けている間、エキスパンダ４を軸方向外力の方向に移動させるようにロボット２が動作させられる。これにより、ロボット２による拡管装置３の支持位置がエキスパンダ４のマンドレル４１の軸方向の動きに追従させられる。

【0046】

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から抜き去り（Ｓ１１、図８（ｅ）参照）、回転駆動機６が回転を停止する（Ｓ１２）。

【0047】

次に、図１０～図１２を参照して、自動拡管装置１におけるエキスパンダ交換方法について説明する。
図１０は、エキスパンダ交換方法におけるエキスパンダ４の取付け作業の内容を示すフローチャートである。図１１は、自動拡管装置１のエキスパンダ取付け作業時の動作を説明するための平面図である。図１２は、図１１から続く、自動拡管装置１のエキスパンダ取付け作業時の動作を説明するための平面図である。

【0048】

図１０に示すように、まず、クランプ装置７がアンクランプ状態にされる（Ｓ１１、図１１（ａ）参照）。

【0049】

続いて、移動装置８がクランプ装置７を回転駆動機６側に移動させることで、カップリング９の被押圧部９２が回転駆動機６側に押圧される（Ｓ１２、図１１（ｂ）参照）。これにより、マンドレル４１は、カップリング９に挿入可能な状態となる（図４参照）。

【0050】

そして、ロボット２が、拡管装置３の先端を下方に向け、カップリング９がツールストッカ１１に保管されたエキスパンダ４の直上位置に来るように拡管装置３を移動させる（Ｓ１３、図１１（ｃ）参照）。

【0051】

続いて、ロボット２が拡管装置３を下方に移動させる。これにより、エキスパンダ４のマンドレル４１の角型シャンク４１４が、カップリング９の第２接続部９１２に形成された角型の中空部に挿入される（Ｓ１４、図１２（ａ）参照）。

【0052】

続いて、移動装置８がクランプ装置７を回転駆動機６とは反対側に移動させることで、カップリング９の被押圧部９２からクランプ装置７が離され、被押圧部９２への押圧が解除される（Ｓ１５、図１２（ｂ）参照）。これにより、カップリング９にマンドレル４１が取り付けられる。

【0053】

そして、ロボット２が拡管装置３を上方に移動させる。これにより、拡管装置３に取り付けられたエキスパンダ４がツールストッカ１１から取り出される（Ｓ１６、図１２（ｃ）参照）。

【0054】

図１３は、エキスパンダ交換方法におけるエキスパンダ４の取外し作業の内容を示すフローチャートである。図１４は、自動拡管装置１のエキスパンダ取外し作業時の動作を説明するための平面図である。

【0055】

図１３に示すように、まず、クランプ装置７がアンクランプ状態にされる（Ｓ２１、図１４（ａ）参照）。

【0056】

続いて、移動装置８がクランプ装置７を回転駆動機６側に移動させることで、エキスパンダ４のマンドレル４１が取り付けられたカップリング９の被押圧部９２が回転駆動機６側に押圧される（Ｓ２２、図１４（ｂ）参照）。これにより、マンドレル４１は、カップリング９から抜出し可能な状態となる（図４参照）。

【0057】

続いて、ロボット２が、拡管装置３をツールストッカ１１に設けられたエキスパンダ保管用孔の位置まで移動させる（Ｓ２３）。

【0058】

そして、ロボット２がエキスパンダ４の先端を下方に向けることで、エキスパンダ４が自重で落下し、カップリング９からマンドレル４１が取り外される（Ｓ２４、図１４（ｃ）参照）。これにより、エキスパンダ４は、ツールストッカ１１のエキスパンダ保管用孔に入り込んで係止される。

【0059】

なお、クランプ装置７がアンクランプ状態にされ、ロボット２がエキスパンダ４の先端を下方に向けた後に、被押圧部９２が回転駆動機６側に押圧されてもよい。このようにすれば、ツールストッカ１１のエキスパンダ保管用孔を狙ってエキスパンダ４を容易に入り込ませることができる。

【0060】

前記したように、本実施形態に係る自動拡管装置１は、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とを備えている。そして、拡管装置３は、エキスパンダ４と、エキスパンダ４のマンドレル４１を回転駆動する回転駆動機６と、エキスパンダ４のフレーム部材４２をクランプするクランプ装置７と、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移動装置８とを有している。

【0061】

この構成では、移動装置８によってフレーム部材４２をクランプ装置７を介してマンドレル４１の先端側に移動させることで、フレーム部材４２に保持されたローラ４３をマンドレル４１のテーパ部４１１の小径側に移動できる。したがって、エキスパンダ４のツール径を小さくすることができるため、エキスパンダ４をチューブＴ内に挿入することが容易となる。これにより、例えば複数のチューブＴを連続で自動拡管させることも可能となり、拡管作業の効率を向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態では、クランプ装置７は、エキスパンダ４の軸方向においてフレーム部材４２に当接する当接部７１５を有する。この構成では、クランプ装置７がエキスパンダ４の先端側に移動すると、クランプ装置７の当接部７１５がフレーム部材４２に当接してフレーム部材４２をマンドレル４１の先端側に移動できる。また、クランプ装置７の当接部７１５がフレーム部材４２に当接した状態でクランプ装置７とフレーム部材４２とをエキスパンダ４の軸方向において位置決めできる。これにより、クランプ装置７はフレーム部材４２を確実にクランプできる。

【0063】

また、本実施形態では、フレーム部材４２は、ローラ４３を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カラー４５とを有する。また、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４５３とを有する。そして、クランプ装置７は、フレーム部材４２のカラー前輪４５３をクランプする。この構成では、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エキスパンダ４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。

【0064】

また、本実施形態は、エキスパンダ４が軸方向外力を受けている間、ロボット２による拡管装置３の支持位置をエキスパンダ４の軸方向の動きに追従させる制御を行う制御装置１０を備えている。制御装置１０は、エキスパンダ４を軸方向外力の方向に移動させるようにロボット２を動作させることで追従させる制御を行う。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、ロボット２が拡管装置３の支持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。

【0065】

また、本実施形態では、制御装置１０は、移動装置８によるクランプ装置７の軸方向位置の保持力を解除する制御を行う。保持力を解除する制御は、移動装置８によってクランプ装置７がマンドレル４１の先端側に移動させられ、かつクランプ装置７によってフレーム部材４２がクランプされた状態において行われる。この構成では、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。

【0066】

また、本実施形態では、クランプ装置７は、一対のクランパ７１と、一対のエアチャック７２とを有している。一対のクランパ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。一対のエアチャック７２は、一対のクランパ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。この構成では、エア圧を用いてフレーム部材４２を確実にクランプできる。

【0067】

また、本実施形態は、回転駆動機６の回転軸６１とマンドレル４１とを接続するカップリング９を備えている。カップリング９は、弾性部材９４によって回転駆動機６とは反対側に付勢される被押圧部９２を有している。カップリング９は、被押圧部９２を回転駆動機６側に押圧することでマンドレル４１が挿入可能な状態にする。また、カップリング９は、マンドレル４１が挿入された状態で被押圧部９２への押圧力を解除することでマンドレル４１が取り付けられる。この構成では、例えば移動装置８を用いて被押圧部９２を回転駆動機６側に押圧したり被押圧部９２への押圧力を解除したりできる。したがって、エキスパンダ４を自動的に交換するように構成することが可能となる。キスパンダ４は消耗工具であり定期的に交換が必要となるため、エキスパンダ４を自動的に交換可能とすることで長時間の作業も可能となり、拡管作業の効率を向上させることができる。

【0068】

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、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。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

【0069】

例えば、前記した実施形態では、ロボット２として、多関節ロボットが使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば直交座標型ロボット等の各種ロボットが使用されてもよい。

【符号の説明】

【0070】

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
４１１ テーパ部
４２ フレーム部材
４３ ローラ
４４ フレーム
４５ カラー
４５１ カラー後輪
４５２ ボールリテーナ
４５３ カラー前輪
６ 回転駆動機
６１ 回転軸
７ クランプ装置
７１ クランパ
７２ エアチャック
７１５ 当接部
８ 移動装置
９ カップリング
９２ 被押圧部
９４ 弾性部材
１０ 制御装置
Ｔ チューブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】