JP2005334958A - 液圧成形方法および液圧成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形用凹部の形状がガスを残存させ易い形状であっても、残存するガスを素材内から確実に排出でき、もって、良好な液圧成形を行い得る、液圧成形方法および液圧成形装置を提供する。
【解決手段】 上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａが形成された成形用凹部３３、３４を備える成形型３０内に素材１０を入れて型締し、素材内に液圧をかけて成形用凹部の形状に合致した成形品を成形する液圧成形方法である。ここで、素材に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部１３内に残存するガス１５を、液圧を付与するための液媒体２１を脈動させることによって、当該素材内から排出し、その後に、液圧成形を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液圧成形方法および液圧成形装置に関する。

自動車のフレームなどを製造するにあたり、素材としての管材を、液圧成形法により、金型の成形用凹部の形状に合致した成形品に成形する技術が広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

液圧成形装置は、成形用凹部を備える成形金型内に管材などの素材をそのまま、あるいは曲げやつぶしなどの予備成形を行った後に入れ、素材内に液圧をかけて、成形用凹部の内面形状に合致した外面形状を有する成形品を成形するものである。液圧を付与するための液媒体としては、一般的に、水が使用されている。

最終的な製品形状や、型の移動軌跡などの制約から、成形金型のなかには、上方に向けて突出する凸状部が形成された成形用凹部を備えるものがある。このような成形金型を用いる場合には、素材にも、上方に向けて突出する素材側凸状部が形成されることになる。そして、液圧を付与するための液媒体を素材内に吐出すると、素材内からガスが抜けず、素材側凸状部内にガスが閉じ込められて残存することがある。ガスは圧縮性を有することから、素材内にガスが残存してしまうと、その部分では素材内面に十分な圧力が作用せず、その結果、液圧成形が困難になる。
特開２０００−２３３２３５号公報

本発明の目的は、成形用凹部の形状がガスを残存させ易い形状であっても、残存するガスを素材内から確実に排出でき、もって、良好な液圧成形を行い得る、液圧成形方法および液圧成形装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に記載の本発明は、上方に向けて突出する凸状部が形成された成形用凹部を備える成形型内に素材を入れて型締し、前記素材内に液圧をかけて前記成形用凹部の形状に合致した成形品を成形する液圧成形方法において、
前記素材に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部内に残存するガスを、液圧を付与するための液媒体を脈動させることによって、当該素材内から排出し、
その後に、液圧成形を行うことを特徴とする液圧成形方法である。

また、請求項６に記載の本発明は、上方に向けて突出する凸状部が形成された成形用凹部を備える成形型内に素材を入れて型締し、前記素材内に液圧をかけて前記成形用凹部の形状に合致した成形品を成形する液圧成形装置において、
液圧を付与するための液媒体を脈動させるユニットを含んでなり、
前記素材に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部内に残存するガスを、前記ユニットにより前記液媒体を脈動させることによって、当該素材内から排出することを特徴とする液圧成形装置である。

素材に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部内に残存するガスを、液圧を付与するための液媒体を脈動させることによって、当該素材内から排出できるため、その後の液圧成形を良好に行うことが可能となる。

図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る液圧成形装置２０を概略で示す構成図であり、図１（Ａ）は、素材側凸状部１３内にガス１５が残存している状態を示す図、図１（Ｂ）は、残存するガス１５を、液圧を付与するための液媒体２１を脈動させることによって、素材１０内から排出する状態を示す図である。図２は、図１（Ａ）の２−２線に沿う断面図である。また、図３（Ａ）は、成形品の一例としてのルーフボー８０を示す図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。

図１を参照して、液圧成形装置２０は、上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａが形成された成形用凹部３３、３４を備える成形型３０内に素材１０を入れて型締し、素材１０内に液圧をかけて成形用凹部３３、３４の形状に合致した成形品８０を成形するものである。この液圧成形装置２０は、概説すれば、液圧を付与するための液媒体２１を脈動させるユニットＵを含んでなり、素材１０に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部１３内に残存するガス１５を、ユニットＵにより液媒体２１を脈動させることによって、当該素材１０内から排出する。その後に、液圧成形が実施される。以下、詳述する。

液圧成形装置２０は、成形型３０と、素材１０の両端における開口部１１、１２のうちの一方の開口部１１から素材１０内に液媒体２１を吐出する液圧発生装置４０（液圧発生手段に相当する）と、他方の開口部１２において液媒体２１をシール／開放するバルブ５０（切換手段に相当する）と、液圧発生装置４０およびバルブ５０の作動を制御するコントローラ６０（制御手段に相当する）と、を含んでいる。

成形型３０は、相対的に接近離反移動自在な上型３１と下型３２とを含んでいる。上下型３１、３２のそれぞれの内面には、成形用凹部３３、３４が形成されている。成形用凹部３３、３４には、上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａがそれぞれ形成されている。上下型３１、３２を図示しない型締め機構により閉じると、各成形用凹部３３、３４が突き合わされ、成形品形状に応じたキャビティが形成される。

液圧発生装置４０は、媒体注入ホース４１と、素材１０の一方の開口部１１に挿入されるノズル４２とを備え、ノズル４２から液媒体２１が素材１０内に吐出される。液媒体２１を脈動させるときの液圧は、後の液圧成形時の液圧よりも低い圧力に設定される。さらに、液媒体２１を脈動させるときの一方の開口部１１から素材１０内に吐出される液媒体吐出量は、少なくとも成形品８０の内容積以上とされている。

バルブ５０は、媒体吸引ホース５１を介して、素材１０の他方の開口部１２に挿入されるノズル５２に連通している。バルブ５０が閉じられた状態においては（図１（Ａ）参照）、他方の開口部１２において液媒体２１をシールしている。この状態から、バルブ５０を開くと（図１（Ｂ）参照）、他方の開口部１２において液媒体２１を開放し、ノズル５２を通して素材１０内から液媒体２１が排出される。排出された液媒体２１は、図示しない回路を経て、液圧発生装置４０に戻される。

コントローラ６０は、液圧発生装置４０を作動させて、一方の開口部１１から素材１０内に液媒体２１を吐出する。コントローラ６０はさらに、バルブ５０の開閉作動を制御し、他方の開口部１２において、液圧発生装置４０から吐出された液媒体２１をシール／開放する。他方の開口部１２において液媒体２１をシール／開放する動作は、少なくとも１回、好ましくは、複数回繰り返し行われる。コントローラ６０は、図示しない型締め機構なども含めて、液圧成形装置２０全体の作動の制御を司っている。

図示例の液圧成形装置２０にあっては、他方の開口部１２から液媒体２１を吸引する液圧吸引装置７０（吸引手段に相当する）をさらに含んでいる。他方の開口部１２から液媒体２１を吸引しながら、液媒体２１を脈動させている。バルブ５０を開いた状態で液圧吸引装置７０を作動させると、他方の開口部１２から液媒体２１が吸引され、液媒体２１の排出が促進される。

本実施形態にあっては、液圧発生装置４０、バルブ５０、コントローラ６０、および液圧吸引装置７０により、液圧を付与するための液媒体２１を脈動させるユニットＵを構成してある。

素材１０として、本実施形態では、中空の管材を用いている。管材の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、鋼、アルミ合金、ステンレス鋼などである。素材側凸状部１３は、素材１０に予備成形したもの、あるいは、成形型３０を型締めする動作に伴って略直管形状の素材１０に形成されるもの、のいずれであってもよい。

図３（Ａ）には、液圧成形された成形品の一例として、自動車車体のルーフの柱となるルーフボー８０が示される。ルーフボー８０は、両端から上方に向けて傾斜して立ち上がる部分８１と、略水平に伸びる部分８２とを備えている。このような成形品８０の形状に対応して、前述したように、上下型３１、３２の成形用凹部３３、３４には、上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａがそれぞれ形成されている。また、図３（Ｂ）に示すように、ルーフボー８０は、ルーフ内張りを傷付けないようにするために、車両室内側に面する側に角アール８３が形成されている。

ところで、成形品によっては、圧縮歪を伴う成形加工を施す必要がある。例えば、歪時効特性を有する鋼材を用いて、成形後に行う歪時効処理による時効硬化をより効果的に発揮させるような場合である。圧縮歪を伴う成形加工を行う場合には、液圧を付与しながら、金型を押込む成形を行っている。金型を押込む側では、断面角部の角アールは極めて小さくなる。このため、ルーフボー８０に圧縮歪を付与するような場合にあっては、図２に示すように、下型３２に角アール３５を形成し、素材１０に液圧を付与しながら、上型３１を押込む成形となる。ルーフボー８０における室内側は下型３２側となり、金型形状としては、上に凸の製品形状を有した金型となる。なお、素材１０を挟むような下型３２としているため、素材１０を保持しながら成形する。

このように、最終的な製品形状や、型の移動軌跡などの制約から、成形金型のなかには、成形用凹部３３、３４に、上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａを形成せざるをえないものがある。このような成形金型を用いる場合には、素材１０にも、上方に向けて突出する素材側凸状部１３が形成されることになる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図１（Ａ）に示すように、成形型３０内に素材１０を投入し、上下型３１、３２を締める。素材１０の一方の開口部１１にノズル４２を取り付け、他方の開口部１２にノズル５２を取り付ける。バルブ５０は閉じられている。コントローラ６０は、液圧発生装置４０を作動させて、一方の開口部１１から素材１０内に液媒体２１を吐出する。このとき、素材側凸状部１３は上方に向けて突出しているため、素材側凸状部１３内にガス１５（空気）が残存する。ガス１５は、後の液圧成形時の液圧よりも低い圧力に設定された液圧の下で圧縮される。

次いで、図１（Ｂ）に示すように、バルブ５０を開き、他方の開口部１２において液媒体２１を開放し、液圧を下げる。さらに、液圧吸引装置７０によって液媒体２１を吸引する。負圧を付加することにより、一時圧縮されていたガス１５が、元の容積に戻るように膨張する。つまり、圧縮されていたガス１５が、バネのような挙動を示す。素材１０内のガス１５のこのような挙動により、当該ガス１５は、素材側凸状部１３から、他方の開口部１２に向けて移動する。このとき、液圧発生装置４０は少なくとも成形品８０の内容積以上の液媒体２１を吐出しているため、ガス１５は他方の開口部１２に向けてさらに移動する。しかも、液圧吸引装置７０によって液媒体２１を吸引しているため、ガス１５は他方の開口部１２に向けて容易かつ迅速に移動する。

バルブ５０を閉じて液媒体２１をシールし、素材１０の内圧を高めた後、バルブ５０を再度開放する。これにより、素材１０内において、液媒体２１の脈動が生じる。このようにバルブ５０を開閉し、他方の開口部１２において液媒体２１をシール／開放する動作を、少なくとも１回、好ましくは、複数回瞬時に繰り返す。液媒体２１の脈動によって、ガス１５は、他方の開口部１２まで達し、ノズル５２を経て、素材１０内から排出される。

その後に、液圧を成形液圧まで高めて、液圧成形が実施される。液圧成形と同時に、上型３１が押込まれている。素材１０内、特に素材側凸状部１３内にはガス１５が存在しないため、素材１０内面全体に均等な液圧を付与することができ、液圧成形を良好に行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の液圧成形方法は、上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａが形成された成形用凹部３３、３４を備える成形型３０内に素材１０を入れて型締し、素材１０内に液圧をかけて成形用凹部３３、３４の形状に合致した成形品８０を成形する液圧成形方法において、素材１０に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部１３内に残存するガス１５を、液圧を付与するための液媒体２１を脈動させることによって、当該素材１０内から排出し、その後に、液圧成形を行うので、素材１０内面全体に均等な液圧を付与することができ、液圧成形を良好に行うことが可能となる。

また、素材１０の両端における開口部１１、１２のうちの一方の開口部１１から素材１０内に液媒体２１を吐出し、他方の開口部１２において液媒体２１をシール／開放する動作を少なくとも１回行うことにより、液媒体２１を脈動させている。液圧を付与することにより、素材側凸状部１３に残存するガス１５が圧縮されるが、液圧を開放することにより、ガス１５は、バネのような挙動を示し、元の容積に戻ろうとする。これにより、バネのような挙動を示すガス１５が素材１０の他方の開口部１２に向けて押し出され、当該ガス１５を素材１０内から排出することができる。

また、液媒体２１を脈動させるときの液圧は、後の液圧成形時の液圧よりも低い圧力であるので、液圧を脈動させるレスポンスを向上させることができる。

また、他方の開口部１２から液媒体２１を吸引しながら液媒体２１を脈動させるので、負圧を活用した脈動となるため、ガス抜きがより確実なものとなる。

また、液媒体２１を脈動させるときの一方の開口部１１から素材１０内に吐出される液媒体吐出量は、少なくとも成形品８０の内容積以上であるので、ガス抜きがより確実なものとなる。

また、本実施形態の液圧成形装置２０は、上方に向けて突出する凸状部３３ａ、３４ａが形成された成形用凹部３３、３４を備える成形型３０内に素材１０を入れて型締し、素材１０内に液圧をかけて成形用凹部３３、３４の形状に合致した成形品８０を成形する液圧成形装置２０において、液圧を付与するための液媒体２１を脈動させるユニットＵを含んでなり、素材１０に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部１３内に残存するガス１５を、ユニットＵにより液媒体２１を脈動させることによって、当該素材１０内から排出するので、その後に行われる液圧成形において、素材１０内面全体に均等な液圧を付与することができ、液圧成形を良好に行うことが可能となる。

また、ユニットＵは、素材１０の両端における開口部１１、１２のうちの一方の開口部１１から素材１０内に液媒体２１を吐出する液圧発生装置４０と、他方の開口部１２において液媒体２１をシール／開放するバルブ５０と、液圧発生装置４０およびバルブ５０の作動を制御するコントローラ６０と、を含み、コントローラ６０は、液圧発生装置４０を作動させて、一方の開口部１１から素材１０内に液媒体２１を吐出し、バルブ５０の作動を制御し、他方の開口部１２において、液圧発生装置４０から吐出された液媒体２１をシール／開放する動作を少なくとも１回行っている。液圧を付与することにより、素材側凸状部１３に残存するガス１５が圧縮されるが、液圧を開放することにより、ガス１５は、バネのような挙動を示し、元の容積に戻ろうとする。これにより、バネのような挙動を示すガス１５が素材１０の他方の開口部１２に向けて押し出され、当該ガス１５を素材１０内から排出することができる。

また、ユニットＵは、他方の開口部１２から液媒体２１を吸引する液圧吸引装置７０をさらに含んでいるので、負圧を活用した脈動となるため、ガス抜きがより確実なものとなる。

なお、素材１０として中空の管材を用いる実施形態について説明したが、素材１０は管材に限定されるものではない。本発明は、板材を重ね合わせた素材にも適用可能である。

図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る液圧成形装置を概略で示す構成図であり、図１（Ａ）は、素材側凸状部内にガスが残存している状態を示す図、図１（Ｂ）は、残存するガスを、液圧を付与するための液媒体を脈動させることによって、素材内から排出する状態を示す図である。 図１（Ａ）の２−２線に沿う断面図である。 図３（Ａ）は、成形品の一例としてのルーフボーを示す図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０ 素材、
１１ 素材の一方の開口部、
１２ 素材の他方の開口部、
１３ 素材側凸状部、
１５ ガス、
２０ 液圧成形装置、
２１ 液媒体、
３０ 成形型、
３１、３２ 上下型、
３３、３４ 成形用凹部、
３３ａ、３４ａ 凸状部、
４０ 液圧発生装置（液圧発生手段）、
５０ バルブ（切換手段）、
６０ コントローラ（制御手段）、
７０ 液圧吸引装置（吸引手段）、
８０ ルーフボー（成形品）、
Ｕ 液媒体を脈動させるユニット。

Claims (8)

1. 上方に向けて突出する凸状部が形成された成形用凹部を備える成形型内に素材を入れて型締し、前記素材内に液圧をかけて前記成形用凹部の形状に合致した成形品を成形する液圧成形方法において、
   前記素材に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部内に残存するガスを、液圧を付与するための液媒体を脈動させることによって、当該素材内から排出し、
   その後に、液圧成形を行うことを特徴とする液圧成形方法。
2. 前記素材の両端における開口部のうちの一方の開口部から前記素材内に前記液媒体を吐出し、他方の開口部において前記液媒体をシール／開放する動作を少なくとも１回行うことにより、前記液媒体を脈動させることを特徴とする請求項１に記載の液圧成形方法。
3. 前記液媒体を脈動させるときの液圧は、後の液圧成形時の液圧よりも低い圧力であることを特徴とする請求項１に記載の液圧成形方法。
4. 前記他方の開口部から前記液媒体を吸引しながら、前記液媒体を脈動させることを特徴とする請求項２に記載の液圧成形方法。
5. 前記液媒体を脈動させるときの前記一方の開口部から前記素材内に吐出される液媒体吐出量は、少なくとも成形品の内容積以上であることを特徴とする請求項２に記載の液圧成形方法。
6. 上方に向けて突出する凸状部が形成された成形用凹部を備える成形型内に素材を入れて型締し、前記素材内に液圧をかけて前記成形用凹部の形状に合致した成形品を成形する液圧成形装置において、
   液圧を付与するための液媒体を脈動させるユニットを含んでなり、
   前記素材に形成され上方に向けて突出する素材側凸状部内に残存するガスを、前記ユニットにより前記液媒体を脈動させることによって、当該素材内から排出することを特徴とする液圧成形装置。
7. 前記ユニットは、
   前記素材の両端における開口部のうちの一方の開口部から前記素材内に前記液媒体を吐出する液圧発生手段と、
   他方の開口部において前記液媒体をシール／開放する切換手段と、
   前記液圧発生手段および切換手段の作動を制御する制御手段と、を含み、
   前記制御手段は、前記液圧発生手段を作動させて、前記一方の開口部から前記素材内に前記液媒体を吐出し、前記切換手段の作動を制御し、前記他方の開口部において、前記液圧発生手段から吐出された前記液媒体をシール／開放する動作を少なくとも１回行うことを特徴とする請求項６に記載の液圧成形装置。
8. 前記ユニットは、前記他方の開口部から前記液媒体を吸引する吸引手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項７に記載の液圧成形装置。

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