JP2009166119A - パイプの成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パイプの内側面を正確に成形できる成形方法を提供する。
【解決手段】 成形型４内にパイプ３をセットし、このパイプ３内に弾性チューブ５を挿入する。次いで、パイプ３内に挿入した弾性チューブ５内に油などの圧力流体を供給する。すると、弾性チューブ５が径方向外側に膨張し、成形用凸部７によってパイプ３の一部が塑性変形してリブ３ａとなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、炭素鋼、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮或いは各種合金からなる金属製パイプの成形方法に関する。

パイプ材（筒体）を内側から成形する方法として従来からバルジ成形あるいはハイドロフォーミング（非特許文献１）が知られている。この成形法は図１７（Ａ）に示すように、金型１００にセットしたパイプ１０１に高圧の液体を充填しながら、同図（ｂ）に示すように左右のピストン１０２、１０２を前進させてパイプ材１０１の両端を圧縮し、金型に形成された凹部１０３に倣うように成形する方法である。

前記バルジ成形にあっては油圧シール構造が必要になるので、構造が複雑になる。これを解消するため特許文献１〜３に開示されるポリウレタンエラストマーなどのゴムを雄型（ポンチ）とした成形法が提案されている。この方法は金型内にパイプ材をセットし、このパイプ材内に前記雄型を挿入し、次いで雄型を加圧して雄型を径方向に膨張させ、パイプ材の一部を金型のキャビティ（凹部）に沿うように成形するようにしている。特に特許文献１には中心部にエア抜き用の貫通孔を形成した弾性ポンチが示されている。

Ｇｏｏｇｌｅ検索：日工産業株式会社ホームページ「バルジ成形とは」 特開昭６１−０２７１２４号公報 特開平３−０９４９２７号公報 特開２０００−２１０７３８号公報

バルジ成形にあっては、パイプ材の内側面に液体（油）が付着するため、後工程で筒体内側面を洗浄しなければならない。また、特許文献１〜３に開示されるポリウレタンエラストマーなどの弾性体を加圧する方法では、短尺のパイプ材しか成形できず長尺のパイプ材を成形することはできず、応用範囲が狭い。

また、バルジ成形および特許文献１〜３に開示される方法のいずれもパイプ材の内側面の角部の形状はパイプ材の外側面が当接する金型の角部に依存するため、直接的に筒体の内側面の角部の形状をコントロールできない。即ち、図１８は図１７（Ｂ）の要部拡大図であり、パイプ材の内側面の角部Ｅ１の形状は金型の角部Ｅ２に依存するため、仮に角部Ｅ１の形状としてシャープな形状が要求されてもパイプ材に厚みがあるため金型の角部Ｅ２以上にシャープにすることができない。
更に、筒体に凹部（溝）や穴を形成する場合に、前記したバルジ成形や特許文献１〜３に開示される方法は適用できない。

上記課題を解決するため請求項１に係るパイプの成形方法は、金属製パイプを成形型内にセットし、次いで前記金属性パイプの内側に、内部に流体が供給される空間が形成され且つ外周面に成形用凸部が形成された弾性材からなるチューブを挿入し、前記チューブの空間に圧力流体を供給することで前記チューブを膨張させ、前記金属性パイプの一部を前記成形用凸部の形状に倣って成形するようにした。

また請求項２に係るパイプの成形方法は、金属製パイプの外側を成形部分を外してクランパーで保持し、次いで前記金属性パイプの内側に、内部に流体が供給される空間が形成され且つ外周面に成形用凸部が形成された弾性材からなるチューブを挿入し、前記チューブの空間に圧力流体を供給することで前記チューブを膨張させ、前記金属性パイプの一部を前記成形用凸部の形状に倣って成形するようにした。

また請求項３に係るパイプの成形方法は、金属性パイプの内側に、内部に流体が供給される空間が形成され且つ外周面に成形用または穴明用の凹部が形成された弾性材からなるチューブを挿入し、前記チューブの空間に圧力流体を供給することで前記金属性パイプに内側から圧力を加え、この状態で前記金属性パイプの外側から金型またはポンチにより前記チューブの成形用または穴明用の凹部に対応する部分を成形または穴明けするようにした。

本発明に係るパイプの成形方法によれば、長尺のパイプであっても、またある程度曲がっているパイプであっても、外周面に凸部或いは凹部（穴）を成形できる。しかもパイプ内面に液体（油）が付着することがないので、後工程で洗浄する必要がない。

また本発明によれば、パイプの外周面よりも内周面の形状に正確さが要求されるパイプ、例えば燃料供給パイプ、雌ネジ部を備えたキャップ或いはカテーテルなどにおいて設計通りの形状が得られる。

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る成形法によって得られたパイプ材としてのステアリングハンガービームの斜視図であり、ステアリングハンガービーム１はドライバー（運転者席）側に配置される大径パイプ２とのアシスタント（助手席）側に配置される小径パイプ３とからなり、厚さ１．２ｍｍのステンレス製パイプを成形してなる。

前記小径パイプ３には周方向のリブ３ａ、長さ方向のリブ３ｂが一体的に成形されている。次に、上記リブの成形方法を図２（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。

先ず図２（Ａ）に示すように成形型４内にパイプ３をセットする。成形型４には成形用凹部４ａが形成されている。そして、このパイプ３内に弾性チューブ５を挿入する。この弾性チューブ５はショアＡ硬度８０〜１２０のウレタンゴムなどによって構成されている。この弾性チューブ５の内部には流体が供給される空間６が形成され、外周面には成形用凸部７が形成され、更に弾性チューブ５の一端はオイルなどの圧力流体供給源につながり、他端は図３（Ａ）に示すように一体的に閉塞されるか、（Ｂ）に示すようにキャップ８にて閉塞されている。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、パイプ３内に挿入した弾性チューブ５内に油などの圧力流体を供給する。圧力としては１〜２０ＭＰa程度とする。すると、図２（Ｃ）に示すように、弾性チューブ５が径方向外側に膨張し、成形用凸部７によってパイプ３の一部が塑性変形してリブ３ａとなる。

ここで、図４は図２（Ｃ）の要部の拡大図であり、本発明にあってはパイプ３の内側面が直接弾性チューブ５からの力を受けて変形するため、角部の形状を鋭角にすることができる。即ち、従来法を説明した図１８と比較すると、従来にあっては角部Ｅ１の形状を成形型の角部Ｅ２以上にシャープにすることができなかったが、本発明にあっては図に示すように、角部Ｅ１の形状を角部Ｅ２以上にシャープにすることができる。

図５〜図７は別実施例に係る成形法を工程順に説明した図であり、このうち図５に示す別実施例は、図５（Ａ）に示すようにクランパー９によってパイプ３の外側を成形部分を外して保持し、次いで弾性チューブ５内に油などの圧力流体を供給する。すると、図５（Ｂ）に示すようにクランパー９によって把持されていない部分が弾性チューブ５の周面に設けた成形用凸部７によって成形される。
この実施例は大掛かりな成形型を用意しなくても済むため、特に長尺パイプを成形する場合には有利になる。

図６に示す別実施例は、パイプ３に溝を成形する例であり、図６（Ａ）に示すように、凸部４ｂを有する成形型４内にパイプ３をセットし、このパイプ３内に凹部１０を設けた弾性チューブ５を挿入し、この後図６（Ｂ）に示すように、弾性チューブ５内に油などの圧力流体を供給して弾性チューブ５を膨張させ、パイプ３に内側から圧力を加えた状態で凸部４ｂと凹部１０との間で溝３ｃを成形する。

図７に示す別実施例は、パイプ３の一部に穴を明ける場合であり、この実施例にあっては図７（Ａ）に示すように、パイプ３内に凹部１０を設けた弾性チューブ５を挿入し、この後図６（Ｂ）に示すように、弾性チューブ５内に油などの圧力流体を供給して弾性チューブ５を膨張させ、パイプ３に内側から圧力を加えた状態で、ポンチ１１によって穴を打ち抜く。
この実施例にあっては、凹部１０廻りの部分でパイプ３を受けているので、穴の周囲がきれいに仕上がる。

図８〜図１６は本発明に係るパイプの成形方法をＬＥＤ照明器具の外側ケースの成形に応用した例を示す。
図８はＬＥＤ照明器具の外観を示す斜視図、図９はＬＥＤ照明器具の下面図、図１０はＬＥＤを取付けたプレートと外側ケースとの関係を示す分解斜視図、図１１はＬＥＤ照明器具の内部の回路構成を説明した図であり、ＬＥＤ照明器具はアルミニウムなどの金属製パイプを成形した外側ケース２０の内側に、ソケット２１を配置し、このソケット２１を介して給電される４個のＬＥＤ１〜４をＬＥＤ照明器具の下面に取付けている。

外側ケース２０は多数の凹凸を連続することで放熱効果を高めている。斯かる形状の外側ケース２０を成形するには、図１２（ａ）に示すように、成形面に凹凸部２１ａを連続して形成している金型２２内に金属パイプ２３を配置し、この金属パイプ２３の内側に、外側面に成形用凹凸部２３ａを連続して形成している弾性チューブ２４を配置し、弾性チューブ２４の内側の流体が供給される空間２５にエアまたはオイルを供給する。

すると、弾性チューブ２４は膨張し、弾性チューブ２４の外側面に設けた成形用凹凸部２３ａが金型２２内側の凹凸部２１ａに嵌り込み、凹凸部２１ａと凹凸部２３ａ間で金属パイプ２３が成形され外側ケース２０となる。

上記の方法で外側ケース２０が成形されたならば、図１０に示すようにＬＥＤ２２を取付けた金属プレート２７を外側ケース２０の一端の開口部内側にはめ込み溶接する。

図１０に示す金属プレート２７の外周には外側ケース２０の凹凸部に嵌り込む凹凸部２７ａを形成し、金属プレート２７と外側ケース２０との接触面積を大きくして伝熱効果を高めている。尚、金属プレート２７の外周に凹凸部２７ａを形成しなくても溶接の肉盛りを厚くすることで接触面積は大きくなるので、金属プレート２７の形状は単純な円形にしてもよい。

図１１は外側ケース２０内に収納される回路の構成図であり、本実施例にあっては、商用電源１０１は使われる地域に対応したＡＣ電源で、例えば日本では交流１００Ｖとなる。この商用電源１０１には高周波ノイズが含まれる場合があるので、ふたつのチョークコイル１０２、１０２を使って主に交流電源ケーブルからのノイズを除去する。

前記交流電源ケーブルからのノイズとしてまずケーブルを伝導するノイズ、すなわち雑音端子電圧が問題となる。電源ケーブルは電源電流が往復する一対のラインが近接して配置されているため、３０ＭＨｚ以上のノーマルモード成分による放射雑音は小さく、ほとんどは１ＭＨｚ以下のコモンモード成分であると思われる。そのため、スイッチング電源における電源ケーブルの放射雑音対策では、コモンモードノイズの対策が重要ポイントとなる。

ふたつのチョークコイル１０２、１０２を通過した交流電源は、交流電源雑音防用コンデンサ１０４によって交流電源ケーブルからの雑音を防ぐ。交流電源雑防用コンデンサ１０４としては、温度特性の優れた電源雑音防用フィルム・コンデンサやメタライズド・ポリエステル・コンデンサを使うことができる。

交流電源雑防用コンデンサ１０４によって電源雑音の除去された交流電源は、変圧トランス１０５によって商用電源電圧から所定の交流電圧に降圧される。例えば最終的に直流１２Ｖｄｃを得る回路であれば、電圧変動などを考慮して交流１２Ｖａｃ（実効値）に降圧する。降圧された交流電源は、４個のダイオードを組み合わせたブリッジ型全整流回路１０６によって交流を直流化した後に、平滑コンデンサ１０７を使ってリップルを除去する。

平滑コンデンサ１０７の電気容量値は、負荷電流が１Ａに対して１０００〜２０００μＦを使うのが通例なので、５００ｍＡ程度の場合１０００μＦが適当と考えられる。また、平滑コンデンサ１０６の耐圧は、交流電圧の実効値１２Ｖに対してピーク値（実効値の１．４倍）以上のものが必要なので２５Ｖ又は５０Ｖの電解コンデンサを使うことができる。

平滑コンデンサ１０７で整流された直流は約１７Ｖｄcあるが不安定なので、電圧制御手段として、例えば三端子レギュレーラなどの電圧レギュレータ１０８によって電圧を１２Ｖｄｃに安定化すると共に、突入電流を阻止するために電流制限機能を持たせてＬＥＤの長寿命化を図っている。

前記電流制限機能を実現する手段として、例えばローム社のＩＣＰ−Ｓ０．５などの過電流保護素子を使うことが出来る。これにより、端子１１１ａと１１１ｂの間に５００ｍＡ以上の電流が流れようとすると３Ａの突入電流が流れようとすると３０ｍ秒以内に定格の５００ｍＡに電流値を制限するのでＬＥＤの劣化を遅延させることができる。

電圧レギュレータ１０８に三端子レギュレータを使う場合には、リップル除去用の電解コンデンサ１０９と共に発振防止用のコンデンサ１１０を併用することが好ましく、例えば０．０１μＦ程度のセラミックコンデンサを、レギュレータの近くに電解コンデンサと同じ接続で追加する。

図１３（ａ）、（ｂ）は外側ケース２０を成形する別の方法を示したものであり、この実施例では（ａ）に示すように、前記金型２２の代わりに、ロッド２６を円に沿って等間隔で配置し、このロッド２６群の内側に金属パイプ２３を、更にその内側に弾性チューブ２４を配置している。

そして、弾性チューブ２４の内側の流体が供給される空間２５にエアまたはオイルを供給して、弾性チューブ２４を膨張せしめると、弾性チューブ２４の外側面に設けた成形用凹凸部２３ａのうちの凸部がロッド２６，２５の間から外側に突出し、この突出動によって金属パイプ２３が成形され外側ケース２０となる。

図１４は別実施例に係るＬＥＤ照明器具の外観図であり、この別実施例では全体形状を中間部が膨らんだ太鼓状とすることで、放熱効果を更に高めデザイン性の向上も図っている。

図１５は図１４に示した太鼓状をなす外側ケース２０を成形する法を示しており、この実施例では、金型２２内側の成形面２２ｂを全体的に凹面となるようにしている。この成形面２２ｂには凹凸部も形成されている。また弾性チューブ２４についても厚みを均等にせず、最も膨張すべき部分の厚みを薄くして成形が容易になるようにしている。

図１６は更なるＬＥＤ照明器具の外観図であり、この別実施例では外側ケース２０に形成する凹凸部を上下方向に連続させることで提灯の風情を醸し出すようにしている。

本発明に係る成形法を適用したパイプの斜視図 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る成形法を工程順に説明した図 （Ａ）及び（Ｂ）は弾性体からなるチューブの端部を示した図 図２（Ｃ）の円で囲った部分の拡大図 （Ａ）及び（Ｂ）は別実施例に係る成形法を工程順に説明した図 （Ａ）及び（Ｂ）は別実施例に係る成形法を工程順に説明した図 （Ａ）及び（Ｂ）は別実施例に係る成形法を工程順に説明した図 ＬＥＤ照明器具の外観を示す斜視図 ＬＥＤ照明器具の下面図 ＬＥＤを取付けたプレートと外側ケースとの関係を示す分解斜視図 ＬＥＤ照明器具の内部の回路構成を説明した図 （ａ）、（ｂ）は外側ケース２０を成形する方法を説明した図 （ａ）、（ｂ）は外側ケース２０を成形する別の説明を示した図 別実施例に係るＬＥＤ照明器具の外観図 （ａ）、（ｂ）は別実施例に係るＬＥＤ照明器具の成形方法を説明した図 別実施例に係るＬＥＤ照明器具の外観図 （Ａ）及び（Ｂ）は従来のバルジ成形を説明した図 図１７（Ｂ）の円で囲った部分の拡大図

符号の説明

１…ステアリングハンガービーム、２…大径パイプ、３…小径パイプ、３ａ…周方向のリブ、３ｂ…長さ方向のリブ、３ｃ…溝、４…成形型、４ａ…凹部、４ｂ…凸部、５…弾性チューブ、６…流体が供給される空間、７…成形用凸部、８…キャップ、９…クランパー、１０…凹部、１１…ポンチ、２０…ＬＥＤ照明器具の外側ケース、２１…ソケット、２２…金型、２２ａ…成形面の凹凸部、２２ｂ…金型内側の成形面、２３…金属パイプ、２４…弾性チューブ、２４ａ…外側面の成形用凹凸部、２５…弾性チューブの内側の流体が供給される空間、２６…ロッド、２７…ＬＥＤを取付けたプレート、２７ａ…凹凸部、Ｅ１、Ｅ２…角部。

Claims (3)

1. 金属製パイプを成形型内にセットし、次いで前記金属性パイプの内側に、内部に流体が供給される空間が形成され且つ外周面に成形用凸部が形成された弾性材からなるチューブを挿入し、前記チューブの空間に圧力流体を供給することで前記チューブを膨張させ、前記金属性パイプの一部を前記成形用凸部の形状に倣って成形することを特徴とするパイプの成形方法。
2. 金属製パイプの外側を成形部分を外してクランパーで保持し、次いで前記金属性パイプの内側に、内部に流体が供給される空間が形成され且つ外周面に成形用凸部が形成された弾性材からなるチューブを挿入し、前記チューブの空間に圧力流体を供給することで前記チューブを膨張させ、前記金属性パイプの一部を前記成形用凸部の形状に倣って成形することを特徴とするパイプの成形方法。
3. 金属性パイプの内側に、内部に流体が供給される空間が形成され且つ外周面に成形用または穴明用の凹部が形成された弾性材からなるチューブを挿入し、前記チューブの空間に圧力流体を供給することで前記金属性パイプに内側から圧力を加え、この状態で前記金属性パイプの外側から金型またはポンチにより前記チューブの成形用または穴明用の凹部に対応する部分を成形または穴明けすることを特徴とするパイプの成形方法。
   
   
   
   

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