JP2008114262A - 異形管状体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時間が短く，その上，肉厚を異にする部分間の肉厚変化率が小さく，駄肉の少ない異形管状体の製造方法を提供する。
【解決手段】長手方向に沿う複数部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）で肉厚を異にする，異形管状体の製造方法において，管状素材（２）を，前記複数部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）に温度差をつけて通電加熱しつゝ軸方向に引張荷重を付与することで，管状素材（２）の高温部分では，減肉と電流密度増加との相互作用により低温部分よりも減肉を促進させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は，長手方向に沿う複数部分で肉厚を異にする，異形管状体の製造方法の改良に関する。

かゝる異形管状体の製造方法は，特許文献１に開示されるように，本出願人が既に提案している。
特開２００３−１０３３２７号公報

特許文献１に開示されるものでは，管状素材を，その長手方向に沿う複数部分に温度差をつけて加熱する第１工程と，この第１工程で加熱された管状素材を軸方向に引張る第２工程とを含むもので，このように第１及び第２工程を順次行うことにより，所定の異形管状体を得るまでの製造時間が可なり長くなり，また第１工程から第２工程に移る間に，第１工程で得られた高温部と低温部との温度勾配が鈍化して，第２工程で得られる異形管状体の肉厚を異にする部分間の肉厚変化率が小さく，必然的に駄肉が付いたものとなる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，製造時間が短く，その上，肉厚を異にする部分間の肉厚変化率が小さく，駄肉の少ない異形管状体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，長手方向に沿う複数部分で肉厚を異にする，異形管状体の製造方法において，管状素材を，前記複数部分に温度差をつけて通電加熱しつゝ軸方向に引張荷重を付与することで，管状素材の高温部分では，減肉と電流密度増加との相互作用により低温部分よりも減肉を促進させることを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記管状素材の加熱に際しては，先ず大きな減肉を必要とする部分を加熱し，次いで管状素材全体を通電加熱することで前記複数部分に温度差をつけ，管状素材への引張荷重の付与を，少なくとも管状素材の全体通電加熱中に行うことを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，管状素材を，前記複数部分に温度差をつけて通電加熱しつゝ軸方向に引張荷重を付与することで，管状素材の高温部分では，減肉と電流密度増加との相互作用により低温部分よりも減肉を促進させるので，高温部分と低温部分との境界部における温度勾配を急峻にすることが可能となり，その結果，境界部の肉厚変化率が大きく，駄肉の少ない異形管状体を得ることができる。また通電加熱工程に引張り工程を同時進行させた分，異形管状体の製造時間を短縮することができる。以上により異形管状体のコスト低減及び軽量化に寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば，部分加熱と全体加熱を組み合わせることにより，管状素材の複数部分に温度差を容易，的確につけることができる。その上で，通電による管状素材の全体加熱中，引張荷重を付与することにより，所期の異形管状体を得ることができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例に係る製造方法により製造される異形管状体の縦断面図，図２は本発明の第１実施例に係る製造方法を示す工程説明図，図３は図１の異形管状体の用途の一例を示す斜視図，図４は本発明の第２実施例に係る製造方法を示す工程説明図，図５は上記製造方法の実施に用いる通電加熱及び引張装置の平面図，図６は図５の６−６線断面図である。

先ず，図１により，本発明の第１実施例に係る製造方法により製造される異形管状体１の構成について説明する。

この異形管状体１は，大径の左部Ａ及び右部Ｃと，これらの間を接続する小径の中間部Ｂとの３部分よりなっており，左部Ａ及び右部Ｃの肉厚ｔは，互いに１．８６ｍｍと等しく，中間部Ｂの肉厚ｔは，それらより小さく１．５６ｍｍとなっている。また左部Ａと中間部Ｂ，中間部Ｂと右部Ｃのそれぞれの間には，肉厚ｔが変化する境界部ａ，ｂが存在しており，これら境界部ａ，ｂにおける肉厚変化率は，例えば５．０％／ｃｍと極力大きいことが，駄肉を減少させる上で望まれる。尚，こゝで肉厚変化率とは，単位長さ当たりの肉厚ｔの変化割合（％）をいう。

この異形管状体１の製造方法について，図２を参照しながら説明する。

先ず，次のような管状素材２を用意する。

材料：Ａｌ合金（ＪＩＳ５０５２）押し出し材
全長：１２００ｍｍ
外径：４０ｍｍ
内径：３８ｍｍ
肉厚ｔ：２．０ｍｍ
次に，図２の(I) に示すように，左部Ａ，中間部Ｂ及び右部Ｃの位置を設定して，中間部Ｂの両端に加熱用電源装置３の一対の電極３ａ，３ｂを取り付け，中間部Ｂのみを通電加熱する。このときの通電条件は次の通りである。

左部Ａ長さ：４００ｍｍ
中間部Ｂ長さ：４００ｍｍ
右部Ｃ長さ：４００ｍｍ
電流：１０，０００Ａ
通電時間：２秒
環境温度：２０°Ｃ
その結果，左部Ａと右部Ｃの温度は２０°Ｃであるのに対して，中間部Ｂの温度は４５°Ｃとなり，左部Ａと中間部Ｂ，中間部Ｂと右部Ｃの各間には，１５．５°Ｃ／ｃｍの温度勾配をもった境界部ａ，ｂが発生する。

続いて，図２の(II)に示すように，管状素材２の両端に両電極３ａ，３ｂを移し，異形管状体１全体を通電加熱する。このときの通電条件は次の通りである。

電流：１０，０００Ａ
通電時間：８秒
その後，図２の(III) に示すように，管状素材２に対する上記全体通電を継続した状態で，管状素材２に軸方向の引張り荷重を加えて管状素材２を引き伸ばす。このときの引張り荷重は，８００ｋｇである。この全体通電加熱と引張りを同時に行った時間は７秒である。

以上の結果，左部Ａ及び右部Ｃは４９０°Ｃまで加熱され，既に一度加熱されている中間部Ｂは，さらに加熱されて５３０°Ｃとなる。そして，このときの低温側の左部Ａ及び右部Ｃの伸び量は，それぞれ２７ｍｍ，肉厚ｔは１．８６ｍｍとなる（減肉：０．１４ｍｍ）のに対して，高温側の中間部Ｂの伸び量は，１０６ｍｍ，肉厚ｔは１．５６ｍｍ（減肉：０．４４ｍｍ）となる。

こゝで，注目すべき点は，異形管状体１の全体通電加熱中に，異形管状体１に引張り荷重を加えることで，左部Ａ及び右部Ｃよりも減肉が進む中間部Ｂでは，その減肉に伴う電流密度の増加により中間部Ｂが一層加熱されることになり，その加熱度合が上がれば減肉が更に進むという，減肉と電流密度増加との相互作用により，中間部Ｂの減肉が促進される。その結果，左部Ａと中間部Ｂ，中間部Ｂと右部Ｃの各間の境界部ａ，ｂにおける温度勾配は１０．０°Ｃ／ｃｍと極めて急峻であり，また肉厚変化率も５．０％／ｃｍと大きいものとなる。

それに対して，前記特許文献１で提案した方法に従って，管状素材２の全体通電加熱後に，管状素材２に引張り荷重を加えた場合には，境界部ａ，ｂにおける温度勾配は３．８°Ｃ／ｃｍと緩慢であり，また肉厚変化率も２．０％／ｃｍと低い。

かくして，図１に示すような，境界部ａ，ｂの肉厚変化率の大なる所期の異形管状体１を得ることができ，したがって異形管状体１の駄肉の大幅な減少，延いては材料費の大幅な節減を図ることができる。しかも，通電加熱工程の一部と引張り工程とを同時進行させることにより，異形管状体１の製造時間の短縮を図ることができる。

この異形管状体１の用途は種々あり，例えば図３に示すように，バルジ成形により厚肉の左部Ａ及び右部Ｃのみを拡径して，例えば左部Ａ及び右部Ｃの肉厚ｔを１．７ｍｍまで減少させたバルジ成形体１′をつくり，その後，このバルジ成形体１′にプレス加工を加えて，両端部に幅広で厚肉の高強度部Ｄ，Ｆ中間部に薄肉で幅狭の低強度部Ｅを備える異形構造部材１″を得る。

次に，図４に示す本発明の第２実施例について説明する。尚，図４中，前実施例と対応する部分には，それと同一の参照符号を付す。

この第２実施例では，左部Ａ，中間部Ｂ及び右部Ｃの肉厚を，右部Ｃを最大，次に左部Ａ，中間部Ｂを最少とする異形管状体１を提供する。そのために，先ず第１実施例の場合と同様に管状素材２を用意し，図４の(I) に示すように，中間部Ｂの両端に加熱用電源装置３の一対の電極３ａ，３ｂを取り付け，中間部Ｂのみを通電加熱する。

次に，図４の(II)に示すように，左側の電極３ａを管状素材２の左部Ａの外端に移し，左部Ａ及び中間部Ｂの２部分を通電加熱する。

続いて，図４の(III) に示すように，管状素材２の両端に両電極３ａ，３ｂを移し，異形管状体１全体を通電加熱する。

その後，図４の(IV)に示すように，管状素材２に対する上記全体通電を継続した状態で，管状素材２に軸方向の引張り荷重を加えて管状素材２を引き伸ばす。

その結果，管状素材２には，中間部Ｂが最高温度，次に，左部Ａ，右部Ｃへと温度差がつけられ，その温度差に応じて減肉が生じるので，所望の異形管状体１を得ることができる。この場合も，管状素材２の特に高温部分，即ち中間部Ｂでは，減肉と電流密度増加との相互作用により低温部分よりも減肉が促進させることは言うまでもない。

次に，管状素材２の通電加熱及び引張りを行うのに有用な通電加熱及び引張装置１０を図５及び図６を参照しながら説明する。

機台１１に設けられる左右一対の支持壁１１ａ，１１ａには，互いに対向する一対の油圧式引張用シリンダ１２，１２が取り付けられる。これら引張用シリンダ１２，１２は，同軸上で互いに進退させ得る出力ロッド１２ａ，１２ａを有しており，これら出力ロッド１２ａ，１２ａの先端には，絶縁材１３，１３を介して段付きのクランプ中子１４，１４が固設され，各中子１４の小径部１４ａは，ワークとしての前記管状素材２の端部内周面に嵌合して，それを支持するようになっている。即ち，左右の引張用シリンダ１２，１２の出力ロッド１２ａ，１２ａを進退作動して，管状素材２の両端部内周面にクランプ中子１４，１４の各小径部１４ａを嵌合することで，管状素材２を支持することができる。

また支持壁１１ａ，１１ａには，上下一対，前後二組の第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６が前記出力ロッド１２ａ，１２ａと平行に取り付けられており，これら第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６には，前後で組をなす４組のシリンダホルダ１７ａ，１７ａ〜１７ｄ，１７ｄが摺動可能に嵌合される。以下，これら４組のシリンダホルダを図５で左側から第１〜第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ〜１７ｄ，１７ｄと言う。

各シリンダホルダ１７ａ，１７ａ〜１７ｄ，１７ｄには，その外側面に油圧式のクランプ用シリンダ１８が取り付けられており，このクランプ用シリンダ１８は，管状素材２の軸線と直交する方向に延びる出力ロッド１８ａを有し，その先端には，管状素材２の外周面に適合する円弧状の圧接面をもった電極１９が絶縁材２０を介して固設される。

また機台１１には，第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６の下方に，それらに沿うよう（＋）側給電フレーム２１及び（−）側給電フレーム２２が配設され，これら給電フレーム２１，２２間に加熱用電源装置２３が接続される。第１〜第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ〜１７ｄ，１７ｄ毎で，前後の電極１９，１９は，オンス銅板等の第１可撓導体２４を介して接続される。また第２及び第３シリンダホルダ１７ｂ，１７ｂ；１７ｃ，１７ｃの電極１９，１９；１９，１９において，一方の対角線上に並ぶ一方の電極１９は（＋）側給電フレーム２１にオンス銅板等の第２可撓導体２５を介して接続され，他方の電極１９は（−）側給電フレーム２２にオンス銅板等の第３可撓導体２６を介して接続さる。さらに第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９において，一方の対角線上に並ぶ一方の電極１９は（＋）側給電フレーム２１にオンス銅板等の第４可撓導体２７を介して接続され，他方の電極１９は（−）側給電フレーム２２にオンス銅板等の第５可撓導体２８を介して接続される。

第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６には，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄの内端を受け止めて，それらの位置決めを行うストッパ２９，２９；２９，２９が位置調節可能に固定され，これらストッパ２９，２９；２９，２９に向かって第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄを押圧するセットばね３０，３０；３０，３０が第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６に装着される。

この通電加熱及び引張装置１０の作用について説明する。

先ず，管状素材２の両端部内周面に，左右のクランプ中子１４，１４を嵌合して，管状素材２を支持する。

次に，例えば管状素材２の中間部Ｂのみを加熱する際には，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９を管状素材２の外周面から離間させて，第２及び第３シリンダホルダ１７ｂ，１７ｂ；１７ｃ，１７ｃの電極１９，１９；１９，１９を，対応するクランプ用シリンダ１８，１８；１８，１８の作動により中間部Ｂの両端外周面に圧接させ，加熱用装置２３を作動すれば，第２及び第３シリンダホルダ１７ｂ，１７ｂ；１７ｃ，１７ｃの電極１９，１９；１９，１９を通して中間部Ｂのみを通電加熱することができる。

また左部Ａ及び中間部Ｂの２部分を加熱する際には，第１シリンダホルダ１７ａ，１７ａの電極１９，１９を管状素材２の左端外周面に圧接し，第３シリンダホルダ１７ｃ，１７ｃの電極１９，１９を中間部Ｂの右端外周面に圧接させる一方，その他の電極を管状素材２から離間させて，加熱用装置２３を作動すれば，上記圧接電極を通して，左部Ａ及び中間部Ｂの２部分を加熱することができる。

次に，管状素材２の全体加熱を行う際には，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９を管状素材２の外周面に圧接させる一方，その他の電極を管状素材２から離間させる。その際，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｄ，１７ｄのクランプ用シリンダ１８，１８；１８，１８の作動油圧は，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９が，管状素材２の各端部内周面に嵌合したクランプ中子１４，１４と協働して管状素材２の各端部を把持したとき，その把持力が，後述の軸方向引張り作業時，クランプ中子１４，１４が管状素材２から離脱しないよう，強力に設定される。

次いで，加熱用装置２３を作動すれば，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９を通して管状素材２全体を通電加熱することができる。この通電加熱の最中に，左右の引張用シリンダ１２，１２を作動して，それぞれの出力ロッド１２ａ，１２ａを強力に所定量後退させれば，管状素材２全体に軸方向の引張り荷重を加えて，これを所定量引き伸ばすことができる。そして管状素材２が伸びるときは，それに応じて第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｄ，１７ｄが対応する電極１９，１９；１９，１９を伴なってセットばね３０，３０；３０，３０を圧縮しながら，クランプ中子１４の外方移動に追従するので，上記電極１９，１９；１９，１９はクランプ中子１４，１４と協働して，管状素材２の端部に対する強力な把持力を保持しつゝ，通電加熱を確実に継続させることができる。かくして，所望の異形管状体１が得られる。

全体加熱及び引張り作業後は，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄのクランプ用シリンダ１８，１８；１８，１８を後退作動して，対応する電極１９，１９；１９，１９を管状素材２から離間させれば，第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄはセットばね３０，３０；３０，３０の反発力で，ストッパ２９，２９；２９，２９に当接する原位置まで自動的に戻ることになる。

このように，一つの装置１０により管状素材２の全体通電加熱と，引張荷重の付与とを同時に行うことができ，設備が小規模で済むと共に低コストである。しかも第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９は，引張荷重の付与時，管状素材２の端部内周面に嵌合するクランプ中子１４と協働して管状素材２の端部を強力に把持するクランプ部材として機能するので，専用のクランプ部材が不要となって構造の簡素化を図ることができる。また専用のクランプ部材を使用した場合には，そのクランプ部材に，管状素材２に加えた熱の一部が奪われが，専用のクランプ部材が不要とすることで，そのような熱損失を防ぐことができ，したがって熱効率が向上し，節電を図ることができる。

本発明は，上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，管状素材２の部分加熱には，通電以外の加熱手段を用いることもできる。また通電加熱引張装置１０においては，一方のクランプ中子１４を機台１１側に固定して，他方のクランプ中子１４のみを引張用シリンダ１２により引張るようにしてもよい。

本発明の第１実施例に係る製造方法により製造される異形管状体の縦断面図。 本発明の第１実施例に係る製造方法を示す工程説明図。 図１の異形管状体の用途の一例を示す斜視図。 本発明の第２実施例に係る製造方法を示す工程説明図。 上記製造方法の実施に用いる通電加熱及び引張装置の平面図。 図５の６−６線断面図。

符号の説明

１・・・・・異形管状体
２・・・・・管状素材
Ａ〜Ｃ・・・管状素材の複数部分

Claims (2)

1. 長手方向に沿う複数部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）で肉厚を異にする，異形管状体の製造方法において，
   管状素材（２）を，前記複数部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）に温度差をつけて通電加熱しつゝ軸方向に引張荷重を付与することで，管状素材（２）の高温部分では，減肉と電流密度増加との相互作用により低温部分よりも減肉を促進させることを特徴とする，異形管状体の製造方法。
2. 請求項１記載の異形管状体の製造方法において，
   前記管状素材（２）の加熱に際しては，先ず大きな減肉を必要とする部分を加熱し，次いで管状素材（２）全体を通電加熱することで前記複数部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）に温度差をつけ，管状素材（２）への引張荷重の付与を，少なくとも管状素材（２）の全体通電加熱中に行うことを特徴とする，異形管状体の製造方法。

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