專利名稱：擴管裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種從內徑側對管進行擴管成形的擴管裝置。
背景技術：
一般地，在蒸發器(boiler)、冷凝器、散熱器等熱交換器的制造工序中，在將管接合固定到管板的工序中，就要利用擴管工具從管的內徑側對管進行擴徑成形，并用壓力將管固定在管板上(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。
例如，專利文獻1中所述的擴管工具構成為，操作者將擴管工具連接到旋轉驅動機上并使輥子旋轉，在使輥子按壓管的內周面的同時進行滾動，從而可以簡單地完成擴管作業。根據該擴管工具，在管的擴管部，形成曲率小的光滑的連續面，可實現保持正圓形狀的高擴管質量的精加工。
關于專利文獻1中所述的擴管工具的結構，一邊參考圖7一邊具體地進行說明。圖7(a)是用于說明現有的擴管工具的剖面圖，圖7(b)是表示輥子與心軸之間的位置關系的局部平面圖。
如圖7(a)所示，這樣的擴管工具121包括前端較細的錐狀的心軸123，其與連接在未圖示的旋轉驅動機上的連接部122一體地構成；多個輥子124，其具有與該心軸123的錐形相對應的倒錐形形狀；框架125，其將該多個輥子124自由旋轉地保持在心軸123的外周面上。
并且，對于擴管工具121所連接的旋轉驅動機，一般地，使用操作者手持進行擴管作業的手動操作型(hand type)，其包括用于檢測擴管時的負載扭矩并對旋轉和停止進行控制的控制器。
在這樣的擴管工具121中，如圖7(a)所示，由于如果操作者使與旋轉驅動機連接的心軸123相對于框架125相對地前進，則心軸123的外徑較大的部分逐漸抵接輥子124，所以輥子124被從框架125的外周面向徑向的外側推出，并按壓在管TU的內周面上。在該狀態下，如果通過旋轉驅動機使心軸123正轉(沿A方向旋轉，從工具的后方觀察為順時針旋轉)，則輥子124一邊反轉(R方向的旋轉，從工具的后方觀察為逆時針旋轉)，一邊繞心軸123順時針(與心軸123的旋轉方向相同的方向)公轉。
換句話說，通過由未圖示的旋轉驅動機使心軸123旋轉，從而使輥子124旋轉，并與框架125一起繞心軸123公轉，同時從管TU的內周面滾壓管TU，進行擴徑成形(將該旋轉方式稱為“心軸旋轉式”)。
并且，如圖7(b)所示，輥子124構成為，相對于心軸123，設有所謂進給角θ并被框架125所保持(參照圖7(a))，所以通過輥子124的反轉，伴隨心軸123的前進移動，輥子124被自動地從框架125的外周面向外側推出。
專利文獻1日本實開平7-15128號公報專利文獻2日本特開平7-290171號公報專利文獻3日本實開平1-143632號公報但是，在現有的心軸旋轉式擴管工具121中，通過旋轉驅動機使心軸123旋轉，通過心軸123的旋轉使輥子124旋轉，在使輥子124繞心軸123公轉的同時使框架125旋轉。因此，輥子124就在管TU的內周面與心軸123之間，進行行星運動。
因此，根據行星齒輪運動的原理，雖然也取決于心軸123和輥子124的直徑，但框架125的轉速相對于心軸123的轉速減速到1/3～1/5的程度。因此，輥子124(框架125)的轉速并不增加，存在擴管作業需要較長的時間，作業效率差的問題。
因此，為了提高輥子124的轉速，雖然可以考慮提高旋轉驅動機的轉速，但在這樣的情況下，在心軸123和輥子124上就會產生擺動，從而誘發振動。因此，正圓度等成形質量降低，并且也會加大操作者的負擔。進而，由于如果提高旋轉驅動機的轉速，則在擴管作業結束后，使旋轉驅動機停止時的制動反作用力也變大，因此，作業性和操作性能也降低了。
另一方面，如果試圖加大進給角θ，來縮短擴管時間，則由于輥子124的旋轉軸相對于管TU的旋轉軸的交叉的角度變大，因此擴管部EX的成形形狀容易成為中央部凹陷的鼓狀。因此，當將管TU接合固定到管板上時，就存在強度和氣密性方面產生問題的可能性。
除上述之外，如果試圖加大心軸123的前端較細形狀的錐角來縮短擴管時間，則心軸123的前進行程減小，但必須將心軸123強力地壓入，增大了各部件的負擔，進而導致縮短擴管工具壽命的結果。
此外，由于連接在所述脹管工具121上的控制器，對從使心軸123抵接輥子124的狀態到心軸123使輥子124擴張完成的狀態進行控制，因此，在擴管的前后，操作者必須進行使心軸123抵接輥子124以及使心軸123離開輥子124的工序。特別地，使心軸123從輥子124離開的操作，由于心軸123按壓在輥子124上，所以需要很大的力量，成為操作者的負擔。
進而，在所述擴管工具121中，為了使旋轉驅動機與連接部122連接，需要專用的連接器(coupling)，因此，增加了零件數量，并且，還需要增加連接的工作。進而，在該連接部有時還會產生松動，導致振擺旋轉的情況。
此外，由于使心軸123按壓在輥子124上、使心軸123離開輥子124的操作是手動進行的，因此，操作者的負擔較大。

發明內容
因此，本發明目的在于提供一種擴管裝置，其應當能解決上述問題，可以使作業效率提高，縮短擴管時間，并且，可減輕操作者的負擔，進行高精度的擴管作業。
為解決上述課題，本發明的第1方面的擴管裝置包括多個輥子，其具有前側為大直徑的錐形部；筒狀的擴張框架，其將所述多個輥子自由旋轉地保持在同心圓上；以及心軸(mandrel)，其可自由滑動且自由旋轉地插入所述擴張框架中，并且，具有前側為小直徑的錐形部以對應所述輥子的錐形部的形狀。通過使所述心軸相對于所述擴張框架前進，使所述心軸的錐形部抵接所述多個輥子的錐形部，而擴大由所述多個輥子的外接圓所構成的擴管直徑。所述擴管裝置的特征在于，其進一步包括驅動構件，其連接在所述擴張框架上，并使該擴張框架旋轉；移動構件，其使所述心軸相對于所述擴張框架前進后退。
此處，所謂連接在擴張框架上并使該擴張框架旋轉的驅動構件，是指將該驅動力直接傳遞到擴張框架。換句話說，不同于現有的將旋轉驅動機的旋轉驅動力通過心軸和輥子傳遞到框架的結構。
根據這樣的結構，由于驅動構件的驅動力不必借助于心軸和輥子而可以直接傳遞到擴張框架，因此，不會降低擴張框架的旋轉速度，能夠使擴張框架以高速旋轉。
此外，根據這樣的結構，由于設置有驅動構件和移動構件，因此，不必如現有的那樣每當進行擴管作業時就要將擴管工具與旋轉驅動機相連接，也不必使用專用的連接器。因此，可以防止松動的發生和振擺旋轉，并且，可以減輕操作者的負擔。進而，由于設置有心軸的移動構件，所以，就可以自動進行使心軸按壓在輥子上、使心軸離開輥子的操作，可以進一步減輕操作者的負擔。
本發明第2方面的擴管裝置的特征在于，所述移動構件由輥子進給單元構成，所述輥子進給單元包括筒狀的護圈，其連接在所述驅動構件上；推桿，其連接在所述心軸上，以使其插入到該護圈中并與所述心軸一起前后自由進退；以及多個輥子，其配置成，自由旋轉地支撐在所述護圈上，并且所述輥子的外周面與所述推桿的外周面相抵接，進一步所述多個輥子的旋轉軸與所述推桿的旋轉軸交叉。
此處，所謂連接在心軸上的推桿，是指相對于心軸可繞其相對旋轉地連接起來的推桿，心軸與推桿一起前進后退，并且，可以允許心軸的旋轉速度與推桿的旋轉速度不同。
根據這樣的結構，可利用簡單的結構，并且利用變更護圈的旋轉方向這一簡單的動作，就可以使心軸前進后退，可以省去用于使心軸后退的回位彈簧等部件。
本發明的第3方面的擴管裝置的特征在于，進一步包括；控制構件，其根據使所述心軸相對于所述擴張框架前進的驅動扭矩，來控制所述心軸的前進后退；所述控制構件以如下方式進行控制當所述驅動扭矩達到預定值時，使所述心軸停止預定時間，然后使所述心軸后退。
根據這樣的結構，由于直到使心軸從輥子離開，都可以進行全自動控制，所以在擴管裝置停止后，可以立即將其前端部從作為被擴管部件的管中抽出，可以大幅度地提高作業效率。此外，由于當驅動扭矩達到預定值時要使心軸停止，所以可以將擴管直徑保持為一定，可以進行精度較高的擴管。
本發明的第4方面的擴管裝置的特征在于，所述驅動構件包括驅動電動機和筒狀的主軸(spindle)，所述主軸接受該驅動電動機的旋轉輸出并旋轉。在所述主軸中插入所述心軸，并且，在所述主軸的前部固定有所述擴張框架。
根據這樣的結構，由于心軸與主軸沿其長度方向重疊地配置，因此，可以將心軸的前進后退行程容納到驅動構件內，可以縮短擴管裝置的全長，可以實現整個裝置的小型化，提高操作性能。
本發明的第5方面的擴管裝置的特征在于，在所述主軸的后部固定有所述輥子進給單元的所述護圈。
根據這樣的結構，由于移動構件的驅動與驅動構件的驅動可以利用同一驅動源進行，所以，可以實現擴管裝置結構的簡單化、小型化、輕量化、控制系統的容易化，進一步，可以實現可靠性的提高。
本發明第6方面的擴管裝置的特征在于，在所述擴張框架的徑向外方，配置有與被擴管部件的端面抵接的套環(collar)部件，該套環部件與所述擴張框架外周面之間設置預定的間隙，并包圍所述擴張框架，該套環部件固定在固定系統上。
根據這樣的結構，由于套環部件并不旋轉，所以，可以得到使與該套環部件抵接的作為被擴管部件的管的制動功能。從而，可以提高作業精度，并且，可以省去操作者用于被擴管部件制動的工作，以及省去其它的配件等部件。
根據本發明，可以提高作業效率，縮短擴管時間，并且，發揮可以減輕操作者的負擔和可以進行高精度的擴管作業的優良的效果。


圖1是表示用于實施本發明的擴管裝置的最佳方式的剖面圖。
圖2是表示用于實施本發明的擴管裝置的最佳方式的主視圖。
圖3是表示本實施方式的擴管裝置的心軸處于前進狀態的剖面圖。
圖4是沿圖1的X-X線的剖面圖。
圖5是表示本實施方式的擴管裝置的控制構件的結構圖。
圖6是表示其它實施方式的擴管裝置的控制構件的結構圖。
圖7是表示現有的擴管工具，(a)是剖面圖，(b)是局部平面圖。
符號說明1…擴管裝置2…輥子3…擴張框架4…心軸5…驅動構件(手段)7…移動構件9…控制構件11…套環部件20…錐形部40…錐形部50…驅動電動機51…主軸70…輥子進給單元71…護圈72…推桿73…輥子
具體實施例方式
下面，對用于實施本發明的最佳方式，參考附圖進行詳細說明。
圖1是表示用于實施本發明的擴管裝置的最佳方式的剖面圖，圖2是表示用于實施本發明的擴管裝置的最佳方式的主視圖，圖3是表示本實施方式的擴管裝置的心軸的前進狀態的剖面圖，圖4是表示沿圖1的X-X線的剖面圖，圖5是表示本實施方式的擴管裝置的控制構件的結構圖。
在本實施方式中，將插入到作為被擴管部件的管中的擴張框架的前端側(圖1中，左側)作為前側，將基端側(圖1中，右側)作為后側，來進行說明。
如圖1所示，本實施方式的擴管裝置1包括多個輥子2，其具有前側為大直徑的錐形部20；筒狀的擴張框架3，其將該多個輥子2自由旋轉地保持在同心圓上；以及心軸4，其可自由滑動且自由旋轉地插入所述擴張框架3中，并且具有前側為小直徑的錐形部40，以對應輥子2的錐形部20的形狀。擴管裝置1通過使所述心軸4相對于所述擴張框架3前進，使心軸4的錐形部40抵接多個輥子2的錐形部20，擴大由該多個輥子2的外接圓所構成的擴管直徑。
特別地，在本發明中，進一步包括驅動構件5，其連接在膨脹框架3上，并使該擴張框架3旋轉；移動構件7，其使心軸4相對于擴張框架3前進后退。
輥子2是用于從內側使作為被擴管部件的管TU產生滾壓塑性變形的部件，其形成有前側為大直徑、后側為小直徑的錐形部20。該錐形部20呈配合心軸4的錐形部40形狀的倒錐形，被擴管的管TU的內面始終構成為正圓形狀，從而可以進行平行擴管。在輥子2的前端部，形成有較大曲率半徑的倒角21，以避免擴管后的應力集中，并且，可防止在管TU的內面產生尖銳的角部。
擴張框架3形成為圓筒狀，在其內部插入有心軸4。擴張框架3構成為，其后側固定在后述的主軸51上，其前側從套環部件11向前方突出，該突出部分30可插入管TU中。多個輥子2從擴張框架3的外周面自由進出且自由旋轉地保持在該擴張框架3的突出部分30的主體部。從徑向外側向中心側觀察時，擴張框架3具有預定的進給角，傾斜地保持輥子2，以使輥子2的旋轉軸與心軸4的旋轉軸交叉。進給角的方向設定為當擴張框架3正轉(圖4所示的A方向的旋轉(從后側觀察前方是為順時針旋轉))時，使心軸4前進；角度的大小考慮擴管時必要的負載扭矩和通過移動構件7使心軸4所進行的前進后退速度等適當地確定。
如圖2和圖4所示，保持在擴張框架3上的輥子2，在擴張框架3的圓周上，并且在同心圓上按等角度節距(pitch)(120度節距)，配置在3個位置。使所述3個輥子2的外接圓22所構成的擴管直徑(工具直徑)，在擴張框架3的軸向上變得相等，輥子2的旋轉軸的前側被配置成朝擴張框架3的旋轉軸側傾斜。并且，在本實施方式中，雖將輥子2配置在3個位置，但并不僅限于此，輥子2的設置個數和排列方式，可根據管TU的直徑和強度等條件適當地確定。
如圖1所示，心軸4插入形成為圓筒狀的擴張框架3內，并設置為相對于擴張框架3沿其軸向可自由滑動(前進后退)并且可自由旋轉。心軸4形成有前側為小直徑、后側為大直徑的錐形部40。該錐形部40呈配合輥子2的錐形部20的形狀，使輥子2的外周面與心軸4的外周面之間相互接觸。從而，心軸4的前側通過輥子2就可以自由旋轉地支撐在擴張框架3上。另一方面，使心軸4的后部呈具有沿軸向相等外徑的圓柱形狀，在后端部連接著移動構件7。
并且，輥子2和心軸4被施行熱處理和表面研磨精加工，可實現耐壓性和耐磨性的提高。
驅動構件5包括驅動電動機50和筒狀的主軸51，該主軸51接受該驅動電動機50的旋轉輸出并旋轉。在主軸51的前部固定有與之一體地旋轉的擴張框架3，在主軸51上，在擴張框架3的后方，插入沿軸向突出的心軸4，在心軸4的外周部，設置有回位彈簧61，其用于對心軸4向后方施力。該回位彈簧61的前端部固定在主軸51的內周面上，后端部固定在心軸4的外周面上。回位彈簧61是在使心軸4從輥子2離開時起輔助作用的部件，但在本實施方式中，由于可以用移動構件7進行心軸4的前進后退，因此也可以省去回位彈簧61。
驅動電動機50使用換向器電動機52，并被容納在構成擴管裝置1的外殼的殼體12內。殼體12包括保持驅動電動機50的前側的基座部12a；覆蓋驅動電動機50的后部的蓋部12b；覆蓋驅動電動機50的電動機軸53部分的頭部12c。驅動電動機50配置為，其電動機軸53朝向前側并與心軸4平行。電動機軸53，通過球軸承54a自由旋轉地支撐在基座部12a和頭部12c(殼體12)的內面。在電動機軸53的外周面上設置有齒輪55。
主軸51與心軸4同心地配置，并通過球軸承54b自由旋轉地支撐在基座部12a和頭部12c(殼體12)的內面。在主軸51的外周面上設置有齒輪56，其與電動機軸53的齒輪55相嚙合。主軸51的齒輪56形成為直徑比電動機軸53的齒輪55的直徑大，從而增大驅動電動機50的驅動扭矩并傳遞旋轉，并且易于進行主軸51的旋轉速度的控制。在主軸51的前端部插入有擴張框架3的后端部。在主軸51的內周面上形成有沿軸向延伸的鍵槽(未圖示)，在擴張框架3上插入有用于傳遞旋轉力的半月鍵58。半月鍵58也卡定在擴張框架3的外周面上，從主軸51通過半月鍵58向擴張框架3傳遞旋轉力。在擴張框架3的外周面的后端部，形成越朝向前方變得越深的槽31，在主軸51上形成有螺孔59，通過將止動螺釘60插入螺孔59中并按壓在槽31的表面上，就可以固定擴張框架3，使其不會從主軸51脫出。在擴張框架3的外周面上形成凸緣部32，該凸緣部32，通過抵接在主軸51的前端面，而起到將擴張框架3插入主軸51時的定位止動件的作用。
并且，驅動電動機50的配置方向并不僅限于與心軸4平行，如果采用能將電動機軸53的旋轉傳遞到主軸51上的傳動構件的話，也可以將驅動電動機50配置為對心軸4具有一個角度。
移動構件7是使心軸4相對于擴張框架3前進后退的構件，在本實施方式中，由所謂輥子進給單元70構成。輥子進給單元70配置在驅動電動機50的上方，并且配置在心軸4的后方。輥子進給單元70包括筒狀的護圈71；推桿72，其可自由前進后退地插入該護圈71中；多個輥子73，其自由旋轉地支撐在所述護圈71上，并且，其外周面與所述推桿72的外周面相抵接，進而，其旋轉軸配置為與所述推桿72的旋轉軸交叉；以及筒狀框架74，其自由旋轉地支撐著護圈(retainer)71。
筒狀框架74與主軸51同心地配置在主軸51的后側。筒狀框架74的前端面固定在基座部12a的后面。筒狀框架74隔開預定的間隙進行配置，使其覆蓋護圈71的外周面。
護圈71與主軸51同心地配置在主軸51的后側。護圈71的前端面抵接主軸51的后端面，并通過配置在圓周上的多個銷65而被固定在主軸51上，使護圈71與主軸51一體地旋轉。
在護圈71的圈體部，自由旋轉地保持有多個輥子73。當從徑向外側朝向中心側觀察時，護圈71具有預定的進給角，以使輥子73的旋轉軸與護圈71的旋轉軸交叉，并傾斜地保持輥子73。進給角的朝向按如下設定如同擴張框架3的輥子2那樣，當護圈71正轉時，使推桿72前進。
被護圈71保持的輥子73形成為圓柱狀。輥子73如圖1的擴管裝置1的上部放大圖所示，在護圈71的圓周上，按等角度節距(60度節距)配置在6個位置。各輥子73具有比護圈71的板厚尺寸更大的直徑。如上所述，配置在同心圓上的輥子73構成為其內切圓與推桿72的外周面相同，其外接圓比護圈71的外周面向徑向外方突出。在輥子73的前端部和后端部，施行曲面狀的倒角加工。在配置了輥子73的部分的護圈71的周圍，設置有抵接輥子73的抵接部件76a、76b。抵接部件76a、76b形成為環狀，并通過銷75固定在筒狀框架74的內周面上。抵接部件76a、76b設置在輥子73的前后2個位置，并構成為其分別抵接前端部和后端部的倒角部分。通過這樣的結構，如果護圈71旋轉，則由于輥子73與抵接部件76a、76b抵接的同時并在護圈71的圓周上公轉，因此輥子73也就自轉。并且，后方側的抵接部件76b，在其嵌合著銷75的部分呈沿軸向較長的長槽形狀，且其雖然不旋轉但可沿軸向進行位置調整。
并且，在本實施方式中，將輥子73配置在6個位置，但并不僅限于此，輥子73的設置個數至少3個即可，設置個數和排列方法可根據所設定的擴管速度等條件適當地確定。若加大輥子73的進給角，就可提高將推桿72和心軸4壓出的速度，可以縮短直到輥子2抵接管TU的內周面的時間。并且，在此情況下，直到輥子2在抵接管TU的內周面之后，由于在心軸4上自推力發揮作用，所以與推桿72的推進速度就會產生差別。但是，由于心軸4的自推力遠遠大于推桿72的自推力，所以輥子73相對于推桿72滑動，推桿72就會以與心軸4同樣的推出速度進行推動。因此，由于芯軸4的推進量與推桿72的推進量，即使不重新保持同步也會自動地變為相同，所以沒有問題。
推桿72形成為與配置在同心圓上的輥子73的內切圓具有相等的外徑的圓柱狀。推桿72由配置成包圍其外周面的多個輥子73來保持。此處，輥子73的外周面與推桿72的外周面相互抵接，并且各外周面構成為，被預加負荷到能夠使輥子73的旋轉傳遞到推桿72的程度。進而，由于輥子73配置為其旋轉軸與推桿72的旋轉軸交叉，所以如果輥子73旋轉，則推桿72就沿其軸向前進后退。
推桿72在心軸4的后側與心軸4同心地配置。心軸4允許其繞軸相對旋轉的同時連接在推桿72的前端。具體地，推桿72的前端與心軸4的后端，通過球面軸承77連接起來。從而，心軸4與推桿72的前進后退相一致地移動。
在推桿72的后端設置有止動件78，其限制推桿72的前進。止動件78的結構包括連接在推桿72的后端上的后端桿79；設置在后端桿79的后部的凸緣部80；凸緣部80所抵接的套筒81。后端桿79的直徑形成為比推桿72的直徑小，并通過銷(未圖示)等固定在推桿72上。另外，后端桿79也可以與推桿72一體地形成。套筒81與推桿72同心地配置，其前部插入筒狀框架74的后端部，并通過止動螺釘(止めネジ)59將其固定。套筒81的前部插入筒狀框架74直到覆蓋著推桿72的位置，其后部突出到筒狀框架74的后方。在套筒81的內周面后端部設置有滾珠軸承82，其允許后端桿79沿軸向移動的同時保持為可自由旋轉。后端桿79向前方移動，通過凸緣部80抵接滾珠軸承82，限制前進端，并且緩和旋轉推力。在套筒81的前面設置有推力環83。在推力環83的前方設置有推力環85，其固定在筒狀框架74的內周面上，在推力環83、85之間介入設置有彈簧84，通過將套筒81擰入筒狀框架74中而壓縮彈簧84。通過使彈簧84按壓后側的抵接部件76b，從而可以調節將輥子73頂在推桿72上的力(接觸摩擦力)。通過調節該套筒81的擰入量，可以調節推桿72的推進力，并且，也可以得到基于滑動的安全裝置的功能。
包含這樣結構的止動件78的輥子進給單元70，與驅動電動機50一起，容納在殼體12內，防止旋轉著的部件在操作者的附近露出。
另一方面，在驅動電動機50上，連接有控制驅動的控制構件9。控制構件9根據使心軸4相對于擴張框架3前進的驅動扭矩，來控制心軸4的前進后退。具體地，如圖5所示，控制構件9包括擴管電流值控制裝置90，其檢測驅動電動機50的電流值，并根據被檢測出的電流值對供給電流量進行控制；以及自動擴管控制裝置91，其切換控制驅動電動機50的旋轉方向。
擴管電流值控制裝置90連接電源94，檢測用于使驅動電動機50旋轉而流過的電流值。擴管電流值控制裝置90，在按下自動啟動開關92的同時，一邊檢測用于使驅動電動機50旋轉的電流一邊向驅動電動機50供給電流。
自動擴管控制裝置91接受到開始供給的電流，首先，使驅動電動機50旋轉，使輥子進給單元70的護圈71(參考圖1)與主軸51一起正轉，通過推桿72使心軸4前進并抵接在輥子2上。此后，進一步，通過使護圈71正轉，使心軸4前進，從而將輥子2向外推出并開始擴管。此處，如果進行擴管，則驅動扭矩逐漸增大，使驅動電動機50旋轉的電流也增大，如果該電流值達到預先設定的電流值，則由擴管電流值控制裝置90停止供給電流，使驅動電動機50停止。此處，所謂預先設定的電流值，就是管TU被擴管到預定的擴管直徑時所產生的電流值。
此后，使驅動電動機50只停止預先設定的時間(1～3秒程度)后，由擴管電流值控制裝置90重新供給電流。此時，在自動擴管控制裝置91中接受到供給電流的停止，將驅動電動機50的旋轉切換為反轉。進而，由擴管電流值控制裝置90供給預定時間(1～5秒程度)的電流，使驅動電動機50反轉，使心軸4后退預定的距離，從輥子2離開。至此，擴管作業過程結束。
圖5中，93表示緊急停止開關，如果按下該緊急停止開關93，則驅動電動機50就會停止。另外，在按下該緊急停止開關93時，也可以控制成使驅動電動機50稍微反轉，然后使其停止。
如圖2所示，在擴管裝置1中，在基座部12a(殼體12)的左右兩側，設置有用于操作者握持的一對把手14。在各個把手14的前方，分別設置有構成自動啟動開關92和緊急停止開關93的桿部件，通過將該桿部件拉到把手14側，自動啟動開關92和緊急停止開關93就成為打開狀態。并且，在圖1和圖2中，15表示卡定環，其用于懸掛擴管裝置1的主體部。卡定環15通過螺栓(未圖示)固定在殼體12的上部。
在擴張框架3的徑向外方，配置有與管TU(被擴管部件)的端面抵接的套環部件11，與管TU的外周面間設置有預定的間隙，以包圍擴張框架3的框體部的一部分。套環部件11通過抵接管TU的端面，而具有限制擴張框架3的插入量的作用。套環部件11是筒狀的部件，與擴張框架3同心地配置。通過覆蓋擴張框架3的后部和覆蓋主軸51的前部的套環附件(collar adapter)110以及法蘭111，套環部件11固定在作為固定系統的殼體12上。法蘭111通過螺栓112而固定在殼體12上，套環附件110由鍵113和止動螺釘(止めネジ)114固定在法蘭111上，套環部件11由止動螺釘114固定在套環附件110上。因此，套環部件11就成為固定為不旋轉的的部件。
下面，一邊對利用上述結構的擴管裝置1的擴管作業的作業步驟進行說明，一邊對擴管裝置1的動作及其作用進行說明。
首先，操作者用兩手握持把手14、14，將包含輥子2和心軸4的擴張框架3的前端部，插入已經插入管板(未圖示)的管TU內。此時，通過使套環部件11插入到抵接管TU的端面為止，來將擴張框架3的插入長度確定為預定的長度。
其次，操作者將桿部件拉到把手14側，打開自動啟動開關92。于是，接受到該信號的擴管電流值控制裝置90開始向驅動電動機50供給電流。與此同時，接受到開始供給的電流的自動擴管控制裝置91，使驅動電動機50旋轉，使輥子進給單元70的護圈71正轉，通過推桿72使心軸4前進并抵接輥子2(參考圖1)。
具體地，如果驅動電動機50旋轉，則該旋轉依次向電動機軸53、齒輪55、齒輪56、以及主軸51傳遞，從而就會使固定在主軸51上的擴張框架3和護圈71旋轉。如果護圈71正轉，則輥子73沿護圈71的圓周公轉，輥子73由于與抵接部件76抵接，因此也進行反向自轉。進而，輥子73的旋轉力除使推桿72產生旋轉力之外，還產生前進推力。從而，推桿72一邊正轉一邊通過受到輥子73所施加的前進推力而前進。并且，如果護圈71反轉，則輥子73的旋轉方向變為相反方向(正轉)，推桿72后退。
這樣地，根據本實施方式，由于設置有移動構件7，使心軸4抵接輥子2，因此，不必如現有那樣，操作者不必將裝置按壓在管TU側，就可以減少麻煩的作業，并且，由于使心軸4與輥子2機械地抵接，所以可以以適當壓力進行抵接。
進一步，如果使心軸4前進并進行擴管，則如圖4所示，心軸4就將輥子2向擴張框架3的徑向外側推出，通過輥子2的旋轉，從內側滾壓管TU進行擴管。如圖3所示，隨著擴管作業的進展，由于輥子2在心軸4與管TU之間被按壓的壓力變大，所以，驅動扭矩也逐漸增大，使驅動電動機50旋轉的電流增大。如果該電流值達到預先設定的電流值，則擴管電流值控制裝置90檢測出這一狀況，就停止供給電流。在此，使驅動電動機50只停止由擴管電流值控制裝置90預先設定的時間(1～3秒程度)。然后，由自動擴管控制裝置91供給預定時間(1～5秒程度)的電流，同時，通過由自動擴管控制裝置91使旋轉方向反轉，驅動電動機50反轉。從而，心軸4就會后退預定距離，并從輥子2離開。
這樣，擴管結束后，使心軸4自動后退，由于直到從輥子2離開都進行全自動控制，因此，可以省去操作者將心軸4從輥子2分離的操作。如果使驅動電動機50反轉，則就在心軸4上產生自退力。在現有的管輥子(tube roller)擴管中，為了使心軸反轉而需要進行啟動驅動機的操作，根據本發明，由于自動進行該操作，可以大幅度地減輕操作者的負擔。
如上所述，操作者將擴張框架3插入管TU后，只要打開自動啟動開關92即可，由于無需手動操作，因此，可以減輕操作者的負擔，并且可以實現作業效率的提高。此外，由于根據驅動扭矩而使驅動電動機50停止，所以可以將管TU擴管到一定的擴管直徑，可以進行高精度的擴管作業。
此外，根據本實施方式，由于將擴張框架3直接固定在構成驅動構件5的主軸51上，與現有情況相比，可以大幅度提高擴張框架3的旋轉速度。即，由于現有是將心軸連接到驅動構件而使其旋轉，通過行星齒輪運動原理，框架(擴張框架)的旋轉速度降低到1/3～1/5的程度，根據本發明，由于將擴張框架3直接連接到作為驅動構件5的主軸51上，所以主軸51的旋轉速度本身就成為擴張框架3的旋轉速度。因此，本發明的擴張框架3與現有的心軸旋轉式相比，就會以3～5倍的旋轉速度旋轉。從而，可以大幅度地縮短擴管時間，可進行高效的擴管作業。進而，由于可以防止擴張框架3振擺旋轉，所以可以進行高精度的擴管作業。
在本實施方式中，由于在主軸51的前部固定擴張框架3，在主軸51的后部固定護圈71，所以，能夠用同一驅動源(驅動電動機50)，進行移動構件7的驅動(輥子進給單元70的旋轉)和驅動構件5的驅動(擴張框架3的旋轉)，因此，可以實現擴管裝置1的結構的簡單化、小型化、輕量化、控制系統的容易化，進一步還可以實現可靠性的提高。
在此，由于擴張框架3和護圈71被一同固定在主軸51上，所以旋轉速度變為相同，而為了使心軸4的前進后退速度和推桿72的前進后退速度也變為相同，輥子2和輥子73的傾斜角度已被確定，所以，即使將心軸4和推桿72連接也沒有問題。但是，由于在心軸4上形成錐形部40，所以心軸4的旋轉速度和推桿72的旋轉速度變得不同，但由于心軸4和推桿72通過球面軸承(球面軸受け)77連接起來，所以就允許相對旋轉，不會發生問題。
此外，在本實施方式中，由于驅動構件5包括驅動電動機50和主軸51，在主軸51中插入有心軸4，所以可以將主軸51和心軸4沿其長度方向重疊地進行配置，可以將心軸4的前進后退行程容納在驅動構件5內。因此，與現有那樣的將驅動裝置連接到心軸后方的情況相比，可以縮短擴管裝置1的全長，可以實現擴管裝置1的小型化和輕量化，使操作性能大幅度提高。此外，在狹窄場所的擴管作業也成為可能。
此外，由于主軸51的齒輪56的直徑形成為比電動機軸53的齒輪55的直徑大，所以，驅動構件5可以將驅動電動機50的旋轉力，增大旋轉扭矩后傳遞到主軸51。從而，可以實現驅動電動機50的小型化，當然可以進一步實現擴管裝置1的小型化和輕量化。
進一步，在本實施方式中，由于將套環部件11固定在固定系統上，所以套環部件11不旋轉。因此，可以得到阻止抵接該套環部件11的管TU的旋轉的功能。特別地，與現有情況相比，管TU通過高速旋轉的擴張框架3，使要旋轉的力變大，但通過輥子2管TU被拉向套環部件11側，可以提高阻止旋轉的效果。從而，可以提高擴管作業的作業精度，并且，可以省去操作者用于阻止管TU旋轉的麻煩和另外需要的附件等部件。
此外，本實施方式的擴管裝置1由于將驅動構件5和移動構件7等旋轉部件容納在殼體12和套環附件110等的內部，因此，在作業中，旋轉部件不會和操作者或其它部件產生干涉，操作性能較高。
并且，在本實施方式中，由于使用換向器電動機52作為驅動電動機50，所以，控制構件9成為如圖5所示那樣的結構，在驅動電動機50中使用3相電動機的情況下，控制構件9就成為如圖6所示那樣的結構。在此情況下，在驅動電動機50中，通過檢測電流值的記錄繼電器101，連接著轉速控制用變換器(inverter)102。在轉速控制用變換器102上，連接有順序(sequence)控制正反指令裝置103和電源104。順序控制正反指令裝置103根據由記錄繼電器101檢測的電流值，切換控制驅動電動機50的旋轉方向。
在這樣的控制構件9中，根據由轉速控制用變換器102設定的轉速，供給電流，當進行擴管時，驅動扭矩逐漸地增大，使驅動電動機50旋轉的電流增大，當該電流值達到預先設定的電流值時，記錄繼電器101檢測出這一狀況，將電流值檢測信號發送到程序控制正反指令裝置103中。接收到該信號的程序控制正反指令裝置103，使驅動電動機50停止預定的時間后，將使驅動電動機50反轉預定時間的信號，發送到轉速控制用變換器102。
以上，對用于實施本發明的方式進行了說明，但本發明并不僅限于此，在不脫離本發明主旨的范圍內，可以作適當的設計變更。例如，在上述實施方式中，作為移動構件7，采用輥子進給單元70，但并不僅限于此，也可以使用氣缸、電動缸或油壓缸等缸體機構。但是，可以使驅動源與驅動構件5共用，實現驅動控制的容易化、裝置的輕量化和減少消耗電力，由于上述各點，優選利用輥子進給單元70。
權利要求
1.一種擴管裝置，其包括多個輥子，其具有前側為大直徑的錐形部；筒狀的擴張框架，其將所述多個輥子自由旋轉地保持在同心圓上；以及心軸，其可自由滑動且自由旋轉地插入所述擴張框架中，并且，具有前側為小直徑的錐形部，以對應所述輥子的錐形部的形狀，所述擴管裝置通過使所述心軸相對于所述擴張框架前進，使所述心軸的錐形部抵接所述多個輥子的錐形部，擴大由所述多個輥子的外接圓構成的擴管直徑，所述擴管裝置的特征在于，其進一步包括驅動構件，其連接在所述擴張框架上，并使該擴張框架旋轉；移動構件，其使所述心軸相對于所述擴張框架前進后退。
2.如權利要求1所述的擴管裝置，其特征在于，所述移動構件由輥子進給單元構成，所述輥子進給單元包括筒狀的護圈，其連接在所述驅動構件上；推桿，其連接在所述心軸上，以使其插入該護圈中并與所述心軸一起前后自由進退；以及多個輥子，其配置成，自由旋轉地支撐在所述護圈上，并且所述多個輥子的外周面與所述推桿的外周面相抵接，進而所述多個輥子的旋轉軸與所述推桿的旋轉軸交叉。
3.如權利要求1或2所述的擴管裝置，其特征在于，進一步包括控制構件，其根據使所述心軸相對于所述擴張框架前進的驅動扭矩，來控制所述心軸的前進后退；所述控制構件以如下方式進行控制當所述驅動扭矩達到預定值時，使所述心軸停止預定時間，然后使所述心軸后退。
4.如權利要求1至3中任一項所述的擴管裝置，其特征在于，所述驅動構件包括驅動電動機和筒狀的主軸，所述主軸傳遞該驅動電動機的旋轉輸出并旋轉，在所述主軸中插入所述心軸，并且，在所述主軸的前部固定所述擴張框架。
5.如權利要求4所述的擴管裝置，其特征在于，在所述主軸的后部固定所述護圈。
6.如權利要求1至5中任一項所述的擴管裝置，其特征在于，在所述擴張框架的徑向外方，配置有與被擴管部件的端面抵接的套環部件，該套環部件與所述擴張框架外周面之間設置預定的間隙，并包圍所述擴張框架，該套環部件固定在固定系統上。
全文摘要
本發明提供一種擴管裝置，其可以使作業效率提高，縮短擴管時間，并且，可以減輕操作者的負擔，進行高精度的擴管作業。該擴管裝置包括多個輥子，其具有前側為大直徑的錐形部；筒狀的擴張框架，其將所述多個輥子自由旋轉地保持在同心圓上；心軸，其可自由滑動且自由旋轉地插入所述擴張框架中，并具有前側為小直徑的錐形部，以對應輥子的錐形部的形狀。通過使心軸相對于擴張框架前進，使心軸的錐形部抵接多個輥子的錐形部，擴大由多個輥子的外接圓所構成的擴管直徑。擴管裝置進一步包括驅動構件，其連接在擴張框架上，并使該擴張框架旋轉；移動構件，其使心軸相對于擴張框架前進后退。
文檔編號B21D39/20GK101028640SQ20061008024
公開日2007年9月5日 申請日期2006年5月15日 優先權日2006年3月1日
發明者鈴木哲哉, 寺主勝之 申請人:速技能機械有限公司