JP2003001336A - ハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法 - Google Patents

ハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法

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JP2003001336A JP2001191386A JP2001191386A JP2003001336A JP 2003001336 A JP2003001336 A JP 2003001336A JP 2001191386 A JP2001191386 A JP 2001191386A JP 2001191386 A JP2001191386 A JP 2001191386A JP 2003001336 A JP2003001336 A JP 2003001336A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ハイドロフォーム法を用いて偏芯管を製造する
ことができ、これにより用途を拡大できる偏芯管の製造
方法を提供する。 【解決手段】筒状体の内部に流体圧を膨出方向に作用さ
せることにより、筒状体の周壁の一部を他の部分よりも
半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、1次偏
芯拡管部分60を有する1次偏芯管6を形成する第1工
程を実施する。その後、1次偏芯管6の内部に流体圧P
2を膨出方向に作用させつつ、1次偏芯管6の1次偏芯
拡管部分60を外側から軸長方向に沿って加圧手段2
B,3B,4B,5Bによって加圧することにより、1
次偏芯拡管部分60の軸長寸法を短縮させつつ、1次偏
芯拡管部分60を径外方向の矢印R1,R2方向に更に
膨出変形させ、2次偏芯拡管部分を有する2次偏芯管を
形成する第2工程を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はハイドロフォーム法
による偏芯管の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ハイドロフォーム法が着目されて
いる。ハイドロフォーム法は、筒状体の内部に水圧など
の流体圧を膨出方向に作用させることにより、筒状体の
周壁を膨出変形させる技術である。ハイドロフォーム法
によれば、溶接を廃止または簡略化できるため、溶接歪
などの不具合を低減させることができる。またハイドロ
フォーム法で成形された製品は、鋳物などに比較して軽
量化を図ることができる。このようにハイドロフォーム
法は数々の利点をもつため、種々の製品を成形する際に
用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ハイドロフォーム法によれば、同芯性を保ちつつ筒状体
の周壁を径外方向に膨出させて拡管した同芯管を製造す
るものであり、偏芯管を製造するものではなく、用途の
拡大には限界があった。
【0004】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、ハイドロフォーム法を用いて偏芯管を製造する
ことができ、これにより用途を拡大できる偏芯管の製造
方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るハイドロフ
ォーム法による偏芯管の製造方法は、筒状体の内部に流
体圧を膨出方向に作用させることにより、前記筒状体の
周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に
大きく膨出変形させ、1次偏芯拡管部分を有する1次偏
芯管を形成する第1工程と、前記1次偏芯管の内部に流
体圧を膨出方向に作用させつつ、前記1次偏芯管の前記
1次偏芯拡管部分を外側から軸長方向に沿って加圧手段
によって加圧することにより、前記1次偏芯拡管部分の
軸長寸法を短縮させつつ、前記1次偏芯拡管部分を径外
方向に更に膨出変形させ、2次偏芯拡管部分を有する2
次偏芯管を形成する第2工程とを順に実施することを特
徴とするものである。
【0006】本発明に係るハイドロフォーム法による偏
芯管の製造方法によれば、第1工程において、筒状体の
周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に
大きく膨出変形させ、周壁が偏芯した1次偏芯拡管部分
を有する1次偏芯管を形成する。このように1次偏芯拡
管部分を有する1次偏芯管を予め形成するため、第2工
程において、1次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作
用させつつ、前記1次偏芯管の1次偏芯拡管部分を外側
から軸長方向に沿って加圧手段によって加圧することに
より、1次偏芯拡管部分の軸長寸法を短縮させつつ、1
次偏芯拡管部分を径外方向に更に膨出変形させることが
できる。これにより1次偏芯管の1次偏芯拡管部分より
も拡管度及び偏芯度が高められた2次偏芯拡管部分を有
する2次偏芯管を形成することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明に係るハイドロフォーム法
による偏芯管の製造方法によれば、筒状体の材質として
は塑性変形能に富む金属が好ましく、鉄系、アルミニウ
ム系合金、チタン系合金、銅系合金等を例示できる。殊
に筒状体が鉄系である場合には、耐熱性及び耐食性に優
れたステンレス鋼を例示することができ、塑性変形能が
高いオーステナイト系及びフェライト系を例示できる。
流体圧としては水圧、油圧が一般的である。前記した第
1工程は複数の工程で構成することもできる。同様に、
前記した第2工程も複数の工程で構成することもでき
る。
【0008】本発明に係るハイドロフォーム法による偏
芯管の製造方法によれば、次の形態を採用することがで
きる。
【0009】・2次偏芯管を形成するにあたっては、周
壁の皺や座屈等の成形不良の発生を抑えるために、周壁
全体をなるべく均一に膨出変形させて拡管させることが
好ましい。しかしこの場合には、最終製品において不必
要通路部分も拡管されてしまうおそれがある。そこで、
第2工程を実施した後に、2次偏芯管の2次偏芯拡管部
分のうち、径方向における膨出量が相対的に少ない領域
を、2次偏芯管の軸長方向に沿って加圧して潰すことに
より、2次偏芯管の2次偏芯拡管部分の一部に圧潰部を
形成する第3工程を実施する形態を採用することができ
る。圧潰部は、最終製品において不必要通路部分に相当
する。このように第3工程において最終製品の不必要通
路部分に相当する圧潰部を形成するため、その前に実施
される第2工程において、2次偏芯管の2次偏芯拡管部
分をなるべく平均化して膨出変形させて拡管させること
ができる。従って第2工程において拡管度及び偏芯度が
大きい場合であっても、皺や座屈等の成形不良が生じる
ことを抑制することができる。
【0010】・第2工程又は第3工程を実施した後に、
2次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させること
により、2次偏芯管の2次偏芯拡管部分の壁を軸長方向
に向けて膨らませる形態を採用することができる。これ
により2次偏芯管の2次偏芯拡管部分で包囲される通路
を、丸みを帯びた断面形状とすることができる。また、
第2工程又は第3工程を実施した後に、切断手段により
2次偏芯管の周壁を切断して2次偏芯管の周壁に開口を
形成する開口形成工程を実施する形態を採用することが
できる。切断手段としては、レーザビームやメタルソー
等が挙げられる。開口には他の部材をスライド可能に嵌
めることができる。
【0011】・前記したように形成された2次偏芯管が
タービンハウジングの内管として用いられる形態を採用
することができる。タービンハウジングは、外管と、外
管内に配置された内管とを備えている。タービンハウジ
ングとしては車両の内燃機関に搭載されるタービンに使
用されるハウジングを例示することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例について図
1〜図10を参照して説明する。まず、図1に模式的に
示すような筒状体1を用いる。筒状体1は塑性変形能に
富む金属製(オーステナイト系ステンレス鋼)であり、
直状円筒形状をなしている。第1工程においては、図2
に模式的に示すように、成形型面20をもつ第1型2、
成形型面30をもつ第2型3、成形型面40をもつ第3
型4、成形型面50をもつ第4型5を用いる。筒状体1
の中心軸線Naから成形型面20の外端までの外端径を
r1とし、筒状体1の中心軸線Naから成形型面40の
外端までの外端径をr2とすると、r1はr2よりも大
きく設定されている。
【0013】そして第1型2、第2型3、第3型4、第
4型5に筒状体1をセットするとともに、流体通過孔9
0及びシール部材91をもつプラグ9を筒状体1の端部
にセットする。この状態で、2個1組のプラグ9を互い
に接近する方向に付勢させつつ、流体供給源に接続され
た流体通過孔90から筒状体1の内部に流体95を供給
し、筒状体1の内部に流体圧P1(3〜100MPa)
を膨出方向に作用させる。これにより筒状体1の周壁の
一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく
膨出変形させる。この結果、1次偏芯拡管部分60を有
する1次偏芯管6を形成する。なお、前記した筒状体1
の周壁の一部と他の部分とは筒状体1の径方向において
互いに背向する部位である。1次偏芯管6の1次偏芯拡
管部分60の軸長寸法をL1(図2参照)として示す。
図7は1次偏芯拡管部分60を有する1次偏芯管6を模
式的に示す。図7に示すように、1次偏芯拡管部分60
は1次偏芯管6の端部6a,6bの軸芯に対して偏芯し
ている。なお第1工程を終えたら、第1型2、第2型
3、第3型4、第4型5から1次偏芯管6を離脱させ
る。
【0014】第2工程においては、図3及び図4に示す
ように、成形型面20Bをもつ第1型2B、成形型面3
0Bをもつ第2型3B、成形型面40Bをもつ第3型4
B、成形型面50Bをもつ第4型5Bを用いる。第1型
2B、第2型3B、第3型4B、第4型5Bは、加圧手
段として機能する。成形型面20B,30B,40B,
50Bは1次偏芯管6の軸直角方向に沿っている。図3
に示すように、1次偏芯管6の中心軸線Nbから成形型
面20Bの外端までの外端径をr4とし、1次偏芯管6
の中心軸線Nbから成形型面40Bの外端までの外端径
をr5とすると、r4はr5よりも大きく設定されてい
る。また1次偏芯管6の中心軸線Nbから成形型面30
Bの外端までの外端径をr6(=r4)とし、1次偏芯
管6の中心軸線Nbから成形型面50Bの外端までの外
端径をr7(=r5)とすると、r6はr7よりも大き
く設定されている。
【0015】そして、第1型2B、第2型3B、第3型
4B、第4型5Bに1次偏芯管6をセットすると共に、
プラグ9を1次偏芯管6の端部6a,6bにセットす
る。この状態で、2個1組のプラグ9を互いに接近する
方向に付勢させつつ、1次偏芯管6の内部にプラグ9の
流体通過孔90から流体95を供給して流体圧P2(3
〜30MPa)を膨出方向に作用させる。更に、第1型
2B及び第2型3Bを互いに接近する方向(矢印B1,
B2方向)に移動させると共に、第3型4B及び第4型
5Bを互いに接近させる方向(矢印B1,B2方向)に
1次偏芯管6の軸長方向に沿って移動させる。これによ
り第1型2Bの成形型面20B及び第2型3Bの成形型
面30Bを1次偏芯拡管部分60に加圧し、1次偏芯管
6の1次偏芯拡管部分60を径外方向(矢印R1,R2
方向)に更に膨出変形させつつ、1次偏芯拡管部分60
の軸長寸法L1を短縮させる。矢印R1方向への膨出量
は、矢印R2方向への膨出量よりも大きい。この結果、
図4に模式的に示すように、2次偏芯拡管部分70を有
する2次偏芯管7を形成する。2次偏芯管7の2次偏芯
拡管部分70は、1次偏芯拡管部分60の軸長寸法L1
よりも短い軸長寸法L2(L1>L2)を有しており、
1次偏芯管6の1次偏芯拡管部分60よりも偏平化され
ている。図8は2次偏芯拡管部分70を有する2次偏芯
管7を模式的に示す。図8に模式的に示すように2次偏
芯管7において、2次偏芯拡管部分70は2次偏芯管7
の端部7a,7bの軸芯に対して偏芯している。なお第
2工程を終えたら、第1型2B、第2型3B、第3型4
B、第4型5Bから2次偏芯管7を離脱させる。
【0016】次に第3工程を実施する。第3工程におい
ては図5から理解できるように、成形型面20Cをもつ
第1型2C、成形型面30Cをもつ第2型3C、成形型
面40Cをもつ第3型4C、成形型面50Cをもつ第4
型5Cを用いる。そして、第1型2C、第2型3C、第
3型4C、第4型5Cに2次偏芯管7をセットした状態
で、2次偏芯管7の内部に流体を供給して流体圧を膨出
方向に作用させつつ、第1型2C及び第2型3Cを互い
に接近する方向に移動させると共に、第3型4C及び第
4型5Cを互いに接近させる方向に移動させる。これに
より2次偏芯管7の2次偏芯拡管部分70のうち径方向
における膨出量が少ない領域を、軸長方向に沿って加圧
して潰す。この結果、2次偏芯管7の2次偏芯拡管部分
70の一部に圧潰部73を形成する。図9は2次偏芯管
7の2次偏芯拡管部分70に圧潰部73を形成した状態
を模式的に示す。なお第3工程を終えたら、第1型2
C、第2型3C、第3型4C、第4型5Cから2次偏芯
管7を離脱させる。
【0017】次に第4工程を実施する。第4工程におい
ては、図6に模式的に示すように、成形型面20Dをも
つ第1型2D、成形型面30Dをもつ第2型3D、成形
型面40Dをもつ第3型4D、成形型面50Dをもつ第
4型5Dを用いる。成形型面20D,30D,40D,
50Dは凹形状に窪んでいる。そして第1型2D、第2
型3D、第3型4D、第4型5Dに2次偏芯管7をセッ
トすると共に、プラグ9を2次偏芯管7の端部7a,7
bにセットした状態で、2次偏芯管7の内部に流体95
を供給して流体圧P4(10〜200MPa)を膨出方
向に作用させる。これにより2次偏芯管7の2次偏芯拡
管部分70を軸長方向(矢印X1,X2方向)に向けて
膨らませる。この結果、2次偏芯管7の2次偏芯拡管部
分70を、丸みをもつ通路78を有する断面形状とす
る。このように2次偏芯拡管部分70を軸長方向(矢印
X1,X2方向)に向けて膨らませるため、通路78の
流路面積が確保される。図10は2次偏芯管7の2次偏
芯拡管部分70を膨らませて通路78を形成した状態を
模式的に示す。なお第4工程を終えたら、第1型2D、
第2型3D、第3型4D、第4型5Dから2次偏芯管7
を離脱させる。
【0018】更に、上記したように形成した2次偏芯管
7の周壁に開口75を形成する開口形成工程を実施す
る。この場合には、図10に模式的に示すように、切断
手段としてのレーザビーム98を2次偏芯管7の2次偏
芯拡管部分70の周壁に外側から軌跡MAに沿って照射
することにより周壁の一部を切断し、開口75を形成す
る。レーザビーム98としては、一般的には、高エネル
ギ密度を有するCO2レーザビーム、YAGレーザビー
ムを採用する。
【0019】以上説明したように本実施例によれば、第
1工程において、筒状体1の内部に流体圧を膨出方向に
作用させることにより、筒状体1の周壁の一部を他の部
分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形さ
せ、周壁が偏芯した1次偏芯拡管部分60を有する1次
偏芯管6を形成する。このように周壁が偏芯した1次偏
芯拡管部分60を有する1次偏芯管6を先行して形成す
る。このため、次工程である第2工程において、1次偏
芯管6の1次偏芯拡管部分60の内部に流体圧を膨出方
向に作用させつつ、1次偏芯管6の1次偏芯拡管部分6
0を外側から軸長方向に沿って加圧して1次偏芯拡管部
分60の軸長寸法L1をL2に短縮させれば、1次偏芯
管6の1次偏芯拡管部分60よりも拡管度及び偏芯度が
高い2次偏芯拡管部分70を有する2次偏芯管7を容易
に形成することができる。
【0020】ところで拡管度及び偏芯度が高い偏芯構造
の管を形成するにあたっては、周壁の皺や座屈等の成形
不良の発生を抑えるために、周壁全体をなるべく均一に
膨出変形させることが好ましい。しかしこの場合には、
最終製品において不必要通路部分も拡管されて形成され
てしまうおそれがある。そこで、第2工程を実施した後
の第3工程において、2次偏芯管7の2次偏芯拡管部分
70のうち、径方向における膨出量が相対的に少ない領
域を、軸長方向に沿って加圧して潰すことにより、2次
偏芯管7の2次偏芯拡管部分70の一部に圧潰部73を
形成する。圧潰部73は、最終製品において不必要通路
部分に相当する。このように本実施例によれば、第3工
程において最終製品の不必要通路部分に相当する圧潰部
73を形成するため、その前に実施される第2工程にお
いて、2次偏芯管7の2次偏芯拡管部分70の拡管度及
び偏芯度が大きい場合であっても、周壁をなるべく平均
化して膨出変形させて拡管させることができ、皺や座屈
等の成形不良が生じることを抑制することができる。
【0021】また本実施例によれば、2次偏芯管7の内
部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、2次偏
芯管7の2次偏芯拡管部分70の壁を軸長方向に向けて
膨らませる。このため2次偏芯拡管部分70をこれが丸
みを帯びるように膨らませることができ、2次偏芯拡管
部分70の壁で包囲された空間の流路面積が確保され、
前記空間を通路として使用し易くなる。
【0022】また本実施例によれば、切断手段としてレ
ーザビーム98により2次偏芯管7の周壁を切断して2
次偏芯管7の周壁に開口75を形成している。この開口
75に他の部材を嵌めることができ、2次偏芯管7の用
途を拡げることができる。
【0023】(適用例)図11及び図12は車両の内燃
機関に搭載するタービンハウジング300に適用した適
用例を模式的に示す。図11及び図12に示すようにタ
ービンハウジング300は、外管310と、外管310
内に配置された内周面320a,320bを有する内管
320と、リング形状の第1フランジ340と、リング
形状の第2フランジ350と、リング形状の第3フラン
ジ部360とを備えている。外管310は第1外管31
1と第2外管312とを組み付け、両者の合わせ面を溶
接して形成されている。
【0024】内管320は前述したハイドロフォーム法
により形成されたスクロール形状の2次偏芯管7で形成
されている。内管320を構成する2次偏芯管7の通路
78には、内燃機関の排気ポートから排出された高温の
排気ガスが流れる。内管320を構成する2次偏芯管7
の開口75には、可動筒400が矢印M1,M2方向に
スライド可能に嵌合されている。これにより可動筒40
0のスライドにより熱膨張・熱収縮を吸収することがで
きる。本適用例によれば、内管320を、従来から使用
されている鋳物製品に代えて、ハイドロフォーム法で形
成したステンレス鋼製の2次偏芯管7を用いているた
め、軽量化及び高強度化を図ることができる。
【0025】その他、本発明は上記した且つ図面に示し
た実施例及び適用例に限定されるものではなく、要旨を
逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものであ
る。
【0026】
【発明の効果】本発明に係るハイドロフォーム法による
偏芯管の製造方法によれば、第1工程において、筒状体
の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的
に大きく膨出変形させ、周壁が偏芯した1次偏芯拡管部
分を有する1次偏芯管を形成する。このように2次工程
に先立って、周壁が偏芯している1次偏芯拡管部分を有
する1次偏芯管を予め形成するため、第2工程において
1次偏芯拡管部分を1次偏芯管の内部に流体圧を膨出方
向に作用させつつ、1次偏芯管の偏芯拡管部分を外側か
ら軸長方向に沿って加圧手段により加圧して1次偏芯拡
管部分の軸長寸法を短縮させれば、1次偏芯管の1次偏
芯拡管部分よりも拡管度及び偏芯度が高い2次偏芯拡管
部分を有する2次偏芯管を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1工程を実施する前の筒状体を模式的に示す
断面図である。
【図2】1次偏芯拡管部分を有する1次偏芯管をハイド
ロフォーム法により形成した状態を模式的に示す断面図
である。
【図3】1次偏芯管を用い、2次偏芯拡管部分を有する
2次偏芯管をハイドロフォーム法により形成する直前の
状態を模式的に示す断面図である。
【図4】2次偏芯拡管部分を有する2次偏芯管をハイド
ロフォーム法により形成した状態を模式的に示す断面図
である。
【図5】圧潰部を形成した2次偏芯管の側面図である。
【図6】2次偏芯管の2次偏芯拡管部分を軸長方向に沿
ってハイドロフォーム法により膨らませた状態を模式的
に示す断面図である。
【図7】1次偏芯拡管部分を有する1次偏芯管を模式的
に示す斜視図である。
【図8】2次偏芯拡管部分を有する2次偏芯管を模式的
に示す斜視図である。
【図9】圧潰部を有する2次偏芯管を模式的に示す斜視
図である。
【図10】2次偏芯拡管部分を軸長方向に沿って膨らま
せた2次偏芯管を模式的に示す断面図である。
【図11】車両の内燃機関に搭載するタービンハウジン
グに適用した適用例を模式的に示す断面図である。
【図12】車両の内燃機関に搭載するタービンハウジン
グに適用した適用例を模式的に示す異なる方向の断面図
である。
【符号の説明】
図中、1は筒状体、6は1次偏芯管、60は1次偏芯拡
管部分、7は2次偏芯管、70は2次偏芯拡管部分、7
3は圧潰部、75は開口、95は流体、2Bは第1型
(加圧手段)、3Bは第2型(加圧手段)、4Bは第3
型(加圧手段)、5Bは第4型(加圧手段)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02B 39/00 F02B 39/00 T

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】筒状体の内部に流体圧を膨出方向に作用さ
    せることにより、前記筒状体の周壁の一部を他の部分よ
    りも半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、1
    次偏芯拡管部分を有する1次偏芯管を形成する第1工程
    と、 前記1次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させつ
    つ、前記1次偏芯管の前記1次偏芯拡管部分を外側から
    軸長方向に沿って加圧手段により加圧することにより、
    前記1次偏芯拡管部分の軸長寸法を短縮させつつ、前記
    1次偏芯拡管部分を径外方向に更に膨出変形させ、2次
    偏芯拡管部分を有する2次偏芯管を形成する第2工程と
    を順に実施することを特徴とするハイドロフォーム法に
    よる偏芯管の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記第2工程を実施し
    た後に、前記2次偏芯管の前記2次偏芯拡管部分のう
    ち、径方向における膨出量が相対的に少ない領域を、前
    記2次偏芯管の軸長方向に沿って加圧して潰すことによ
    り、前記2次偏芯管の前記2次偏芯拡管部分の一部に圧
    潰部を形成する第3工程を実施することを特徴とするハ
    イドロフォーム法による偏芯管の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、前記2
    次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させることに
    より、前記2次偏芯管の前記2次偏芯拡管部分の壁を軸
    長方向に向けて膨らませることを特徴とするハイドロフ
    ォーム法による偏芯管の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1から請求項3のいずれか一項にお
    いて、切断手段により前記2次偏芯管の周壁を切断して
    前記2次偏芯管の周壁に開口を形成する開口形成工程を
    実施することを特徴とするハイドロフォーム法による偏
    芯管の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1から請求項4のいずれか一項にお
    いて、タービンハウジングの内管として用いられること
    を特徴とするハイドロフォーム法による偏芯管の製造方
    法。
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