JP2005324220A

JP2005324220A - 液体の多段圧力発生装置および多段圧力発生方法

Info

Publication number: JP2005324220A
Application number: JP2004143930A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kadoma; 義明門間; Shinji Hirakawa; 伸児平川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】多段圧力発生装置の単純化を図りつつ、圧力を多段に変化させて液体を供給先へと供給する。
【解決手段】液体の供給先３７へと比較的低圧かつ大量の液体を供給する際には、切換弁４２を、逆止弁４６が設けられた液体供給経路３８側に切替えて、ポンプ３６から吐出される液体を供給先３７へと直送することにより、液体供給時間の短縮を図る。また、液体の供給先３７へと比較的高圧かつ少量の液体を供給する際には、切換弁４２を増圧機４４が設けられた液体供給経路４０側に切替え、増圧機４４により、ポンプ３６から供給された比較的低圧かつ大量の液体から比較的高圧かつ少量の液体を得て、液体の供給先３７へと送る。なお、増圧機４４から比較的高圧かつ少量の液体を吐出させている間は、逆止弁４６によって、液体供給経路３８からポンプ３６へと液体が逆流することを防止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体圧力を段階的に変化させて供給先へと供給するための技術に関するものである。

近年、金型内部にセットした素管に対し液体圧力を付与し、素管を膨張させて必要な形状へと成形する液圧成形方法が用いられている。
図４には、液圧成形方法の一例として、直線素管の中間部分を拡管加工するハイドロバルジ加工法のための金型１０を示している。図４の例では、金型１０は、軸押シリンダ１２、１４と、成長シリンダ１６とを備えている。また、金型１０には、エア抜き穴１０ａが、軸押シリンダ１４には液体供給穴１４ａが設けられている。そして、直線素管１８を金型１０内にセットし、軸押シリンダ１２、１４によって直線素管１８の両端部を密閉した後、液体供給穴１４ａから液体を供給し、かつ、エア抜き穴１０ａから金型内部のエアを排出する。そして、液体の圧力を直線素管１８内部に付与することで、素管の拡径部１８ａが成形され、突出部１８ｂが成長していく。さらに、その成形過程で、軸押シリンダ１２、１４によって直線素管１８の端部を金型１０の内部へと押し込み、直線素管１８の肉を塑性流動させることによって、拡径部１８ａおよび突出部１８ｂに素材を十分に供給し、直線素管１８の破断を防ぎつつ必要な形状を得るものである。なお、成長シリンダ１６は、直線素管１８の外周面に常に当接し、かつ、突出部１８ｂの成長に伴って後退することで、突出部１８ｂの成形を促しつつ、かかる部分の破断を防止するものである。

また、図５には、液圧成形方法の別例として、曲線素管に突出部を成形するハイドロフォーミング加工法のための金型２０を示している。図５の例では、金型２０は、軸押シリンダ２２、２４と、成長シリンダ２６、２８、３０とを備えている。また、金型２０には、エア抜き穴２０ａが、軸押シリンダ２４には液体供給穴２４ａが形成されている。金型２０においても、各軸押シリンダ２２、２４、成長シリンダ１６、１８、２０の機能は図４の軸押シリンダ１２、１４、成長シリンダ１６と同一である。
成形手順は、曲線素管３２を金型内にセットし、軸押シリンダ２２、２４によって直線素管３２の両端部を密閉した後、液体供給穴２４ａから液体を供給し、かつ、エア抜き穴２０ａから金型内部のエアを排出する。そして、軸押シリンダ２２、２４によって曲線素管３２の端部を金型２０の内部へと押し込み、かつ、成長シリンダ２６、２８、３０を後退させることで、突出部、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの成形を促しつつ当該部分の破断を防止するものである。

ところで、これらの金型１０、２０を用いて液圧成形を行う際には、金型の形状を細部にわたり確実に直線素管１８、曲線素管３２へと転写するために、成形工程の特に最終段階において、液圧を上昇させることが望ましい。そこで、従来の液圧成形装置は、必要な液圧（高圧）を得るために、液体供給手段に大型、大圧力のものを採用し、低圧供給時にはその圧力を絞って液体を供給するものや、液体供給経路中に低圧発生用と高圧発生用の２系統の圧力発生機を設けたもの、所望の液体圧力に上昇するまで、液体供給プランジャを往復運動させるもの等が用いられている（例えば、特許文献１参照。）

登録実用新案第２６０２６５８号公報（〔０００２〕、〔０００３〕、〔図２〕）

しかしながら、従来の、液体供給手段に大圧力のものを採用し低圧供給時にはその圧力を絞って液体を供給する例や、液体供給経路中に低圧発生用と高圧発生用の２種類の圧力発生機を設けた例では、液体供給手段の大型化、複雑化を避けることができず、また、液体供給プランジャを往復運動させる例では、必要な圧力を得るまでに多くの時間を要するといった欠点が指摘されていた。なお、上記の課題は、液圧成形装置への適用例に限らず、液体の圧力を多段に変化させて供給する多段圧力発生装置に共通するとこであり、その解決手段が、従来から望まれていたところである。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多段圧力発生装置の単純化を図りつつ、圧力を多段に変化させて液体を供給先へと供給することを可能とすることにある。

上記課題を解決するための、本発明に係る液体の多段圧力発生装置は、比較的低圧かつ大量の液体を供給するポンプと、当該液体の供給先へと連通する少なくとも２系統の液体供給経路と、当該液体供給経路の何れか１つを前記ポンプに連通させる切換弁とを備え、前記液体供給経路の１つには増圧機が設けられ、前記液体供給路の他の１つには逆止弁が設けられていることを特徴とするものである。
本発明によれば、液体の供給先へと比較的低圧かつ大量の液体を供給する際には、切換弁を逆止弁が設けられた液体供給経路側に切替えて、ポンプから供給先へと比較的低圧かつ大量の液体を直送することにより、液体供給時間の短縮を図ることができる。また、液体の供給先へと比較的高圧かつ少量の液体を供給する際には、切換弁を増圧機が設けられた液体供給経路側に切替えて、ポンプから供給された比較的低圧かつ大量の液体を、増圧機により比較的高圧かつ少量の液体として供給先へと供給する。なお、増圧機から比較的高圧かつ少量の液体を吐出させている間は、逆止弁によって、増圧機を備えない液体供給経路からポンプへと液体が逆流することを防止する。

また、前記液体の多段圧力発生装置を、成形型への液体供給手段として備える液圧成形装置によれば、液圧成形工程の初期段階から中間段階までは、ポンプから比較的低圧かつ大量の液体を、金型内にセットされた素管へと直接供給することにより、液体供給時間の短縮を図ることができる。また、液圧成形工程の最終段階では、ポンプから増圧機を介して比較的高圧かつ少量の液液体を金型内の素管へと供給することにより、金型の形状を細部にわたり素管へと転写することができる。

また、上記課題を解決するための、本発明に係る液体の多段圧力発生方法は、液体の圧力を多段に変化させて供給先へと供給するための液体の多段圧力発生方法であって、ポンプにより比較的低圧かつ大量の液体を吐出させ、当該液体を前記供給先へと直送した後、前記ポンプから吐出させた液体を増圧機で増圧して、比較的高圧かつ少量の液体を前記供給先へと送ることを特徴とするものである。
また、前記供給先を、液圧成形装置の成形型とすることにより、液圧成形工程の初期段階から中間段階まで（低圧域の成形工程）は、前記ポンプから比較的低圧かつ大量の液体を金型内にセットされた素管へと直接供給することとし、液体供給時間の短縮を図ることができる。また、液圧成形工程の最終段階（高圧域の成形工程）では、増圧機から比較的高圧かつ少量の液液体を金型内の素管へと供給することにより、金型の形状を細部にわたり素管へと転写することができる。

本発明はこのように構成したので、多段圧力発生装置の単純化を図りつつ、液体圧力を多段に変化させて供給先へと供給することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施の形態に係る多段圧力発生装置３４を、液圧成形装置に適用した場合の液体回路図を模式的に示している。多段圧力発生装置３４は、比較的低圧かつ大量の液体（一般的には水が用いられている。）を供給するポンプ３６と、ポンプ３６から液体供給先である金型３７へと液体を供給する２系統の液体供給経路３８、４０と、液体供給経路３８、４０の何れか１つとポンプ３６とを連通する切換弁４２とを備えている。また、一方の液体供給経路４０には増圧機４４が設けられ、他方の液体供給路３８には逆止弁４６が設けられている。なお、ポンプ３６はモータ４８によって駆動されるものである。また、切換弁４２には、４ポート３位置電磁切換弁が採用されている。さらに、増圧機４４は、低圧側シリンダ室４４ａと、高圧側シリンダ室４４ｂの容積が、ピストン４４ｃの移動によって変化するものである。そして、低圧側シリンダ室４４ａはポンプ３６に連通し、高圧側シリンダ室４４ｂは金型３７に連通している。

図１の液圧成形装置における成形時には、金型３７内に素管（図４の直線素管１８、図５の曲線素管３２参照。）をセットし、ポンプ３６により比較的低圧かつ大量の液体を吐出させ、液体を金型３７へと直送（本説明では、意図的に圧力及び流量を変えることなく供給先へと送ることを意味する。）した後、ポンプ３７から吐出した液体を増圧機４４で増圧して、比較的高圧かつ少量の液体を金型３７へと送る手順を採る。
すなわち、流体を金型３７内の素管内部へと満たし、さらに、素管に対する液圧成形工程の初期段階から中間段階までは、ポンプ３６から供給される比較的低圧（Ｐ≦Ｐ_L）かつ大量（Ｑ≦Ｑ_L）の流体（図２）を、液体供給経路３８を介して金型３７へと供給する。また、金型３７内の素管に対する液圧成形工程の最終段階では、切換弁４２を切換え、ポンプ３６から供給される比較的低圧かつ大量の液体を液体供給経路４０に送り、ピストン４４ｃを前進させて、増圧機４４の高圧側シリンダ室４４ｂから比較的高圧（Ｐ_L＜Ｐ≦Ｐ_H）かつ少量（Ｑ≦Ｑ_H−Ｑ_L）の液体を金型３７内の素管へと供給する（図２参照）。なお、素管の材料、肉厚、形状等によって異なるが、図示の例では、Ｐ_L＝１．０１×１０⁷〜３．０４×１０⁷Ｐａとし、Ｐ_H＝１．０１×１０⁸〜２．０３×１０⁸Ｐａとしている。

上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。まず、多段圧力発生装置３４は、液体の供給先３７へと比較的低圧かつ大量の液体を供給する際には、切換弁４２を、逆止弁４６が設けられた液体供給経路３８側に切替えて、ポンプ３６から比較的低圧かつ大量の液体を供給先３７へと直送することにより、液体供給時間の短縮を図ることができる。また、液体の供給先３７へと比較的高圧かつ少量の液体を供給する際には、切換弁４２を増圧機４４が設けられた液体供給経路４０側に切替え、増圧機４４により、ポンプ３６から供給された比較的低圧かつ大量の液体から比較的高圧かつ少量の液体を得て、液体の供給先３７へと送る。なお、増圧機４４から比較的高圧かつ少量の液体を吐出させている間は、逆止弁３８によって、液体供給経路３８からポンプ３６へと液体が逆流することを防止している。

このように、本発明の実施の形態に係る多段圧力発生装置３４は、液体の圧力の切換を行うために、低圧用、高圧用の複数のポンプを用いる必要がなく、しかも、使用するポンプ３６は比較的低圧のポンプであることから、装置の大型化、構造の複雑化を避けることができる。また、ポンプ３６は比較的大量の流体を吐出するものであることから、液体供給時間の短縮化も図られている。したがって、本発明の実施の形態によれば、複雑な装置の構造を必要とせず、液体圧力を多段に変化させて供給先へと供給することが可能となる。

しかも、図１の例のように、多段圧力発生装置３４を液圧成形装置に適用した場合には、液圧成形工程の初期段階から中間段階までは、ポンプ３６から比較的低圧かつ大量の液体を金型内にセットされた素管へと直送することにより、成形時間の短縮を図ることができる。また、液圧成形工程の最終段階では、増圧機４４から比較的高圧かつ少量の液液体を金型３７内の素管へと供給することにより、金型３７の形状（図４、図５参照）を細部にわたり確実に素管へと転写することができる。
したがって、液圧成形装置において、液体供給手段の構造の単純化と、液体供給時間の短縮化とを図りつつ、高精度の製品を得ることが可能となる。

図３には、図１に示す本発明の実施の形態に係る多段圧力発生装置３４に対し若干回路構成を変えた多段圧力発生装置５０を示している。ここで、図１の例と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
図３の例では、図１の切換弁４２に換えて、液体供給経路３８、４０の各々に切換弁５２、５４を設けると共に、増圧機４４の高圧側シリンダ室４４ｂとポンプ３６とを連通させる液体供給経路５６を設け、液体供給経路５６にも切換弁５８を配置した回路構成を有している。なお、ここで用いられている切換弁５２、５４、５８は、何れも、２ポート２位置電磁切換弁である。そして、図３の回路構成によれば、増圧機４４のピストン４４ｃの戻し動作を、ポンプ３６から液体供給経路５６を介して直接的に高圧側シリンダ室４４ｂへと供給することによって行うことが可能となる。なお、図１の例では、増圧機４４のピストン４４ｃの戻し動作は、低圧流体供給時に液体供給経路４０を高圧側シリンダ室４４ｂへと逆流する流体によって行われるものである。

本発明の実施の形態に係る液体の多段圧力発生装置を、液圧成形装置に適用した場合の液体回路図を模式的に示したものである。図１に示す液体の多段圧力発生装置において、切換弁の切換の前後における液体の圧力及び供給量を示すグラフである。図１に示す多段圧力発生装置と若干回路構成を変えた多段圧力発生装置の回路図である。従来の液体の多段圧力発生装置の適用対象である、ハイドロバルジ加工法のための金型を示す断面図である。従来の液体の多段圧力発生装置の適用対象である、ハイドロフォーミング加工法のための金型を示す断面図である。

符号の説明

３４、５０：多段圧力発生装置、３６：ポンプ、３７：金型、３８、４０、５６：液体供給経路、４２：切換弁、４４：増圧機、４４ａ：低圧側シリンダ室、４４ｂ：高圧側シリンダ室、４４ｃ：ピストン、４６：逆止弁、４８：モータ、５２、５４、５８：切換弁

Claims

比較的低圧かつ大量の液体を供給するポンプと、当該液体の供給先へと連通する少なくとも２系統の液体供給経路と、当該液体供給経路の何れか１つを前記ポンプに連通させる切換弁とを備え、前記液体供給経路の１つには増圧機が設けられ、前記液体供給路の他の１つには逆止弁が設けられていることを特徴とする液体の多段圧力発生装置。
請求項１記載の液体の多段圧力発生装置を、成形型への液体供給手段として備えることを特徴とする液圧成形装置。
液体の圧力を多段に変化させて供給先へと供給するための液体の多段圧力発生方法であって、
ポンプにより比較的低圧かつ大量の液体を吐出させ、当該液体を前記供給先へと直送した後、前記ポンプから吐出させた液体を増圧機で増圧して、比較的高圧かつ少量の液体を前記供給先へと送ることを特徴とする液体の多段圧力発生方法。
前記供給先を、液圧成形装置の成形型とすることを特徴とする請求項３記載の液体の多段圧力発生方法。