JP2009523067A - 中空部分とそこから形成される部分とに対向する穴を開けるための穴開け装置及び穴開け方法 - Google Patents

Abstract

穴開け器は、入口穴を開け、入口穴付近の材料を屈曲させて、入口穴の内側エッジに沿って保持される塊を形成するに適した末端部を有する。穴開け器は、また末端部の後に入口穴に進入して、塊と追加の材料を間隙内部に曲げることによって入口穴を大きくするに適した拡大部を有する。穴開け器は、穴開け器をさらに押し込むことで、入口穴と対向する部分に出口穴を形成するように、間隙の断面より大きな長さを有する。

Description

本発明は、中空部分とそこから形成される部分とに対向する穴を開けるための穴開け装置及び穴開け方法に関するものである。

例えば機械的締め具を通すために、中空部分を挟んで対向する又は位置あわせされた穴が、必要となる場合がある。その中空部分の内側は、穴開けのために加圧されて穴が形成される。例えば、中空金属部分からのパーツのハイドロフォーミング形成においては、中空部に穴を形成する際に穴開け器をアシストするためにハイドロフォーミング圧が用いられる。これは、中空部の内部的に無支持の領域に穴を形成するための例えばドリル又はレーザーカットのような二次的作業の必要性を取り除く。

ハイドロフォーミングされる部分の標準的な穴開け作業において、穴開け器が進入して材料の前方表面に係合すると、後方表面が加圧流体によって支持される。塊をせん断するために材料に更に進入すると、加圧流体は隣接する材料と同様に塊として切り離された材料を支持し続ける。塊は、穴開け器の刃先によって材料に加わる機械的力の下でせん断され、加圧流体によってその力は塊に隣接する材料にも加わる。

中空部内に切り離された塊が存在することが、いくつかの問題を引き起こす。多くの事例においては、中空部内の切り離され孤立した塊は、しばらくの間確認されず、中空部が完成品に取り付けられた後においてさえ、確認されない場合がある。穴開け作業によって形成された塊を捕捉するために、多くのシステムが開発されてきた。例えば、１９９１年２月５日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許番号４９８９４８２（Ｍａｓｏｎ）を参照のこと。塊を捕捉することは、中空部に対向する穴が形成される分野においても、問題である。このような作業によって形成される塊を捕捉するための方法の例が、米国特許番号５６６６８４０（Ｓｈａｈら）と、２０００年５月３０日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許番号６０６７８３０（Ｋｌａｇｅｓら）に記載されている。

本発明は、中空部とそこから形成される部分とにおける対向する穴を形成するための穴開け器と穴開け方法に存する。穴開け器は、塊をせん断することなく中空部において入口穴を形成し、塊は巻き返され入口穴の周囲近傍に保持される。穴開け器は、貫通した入口穴周りの材料を曲げ、又は巻き返して、所望の大きさの開口を得る。穴開け器が更に中空部に進入することで、入口穴と対向する出口穴を形成する。

本発明はまた、一回の穴開け器の穴開け動作で開管断面やその他の中空部を貫通する二つの対向する穴を形成する方法を提供する。対向する穴は、大きさが異なり、入口穴が出口穴より大きい。穴は、好ましくは丸いが、所望の形状にすることができる。より大きな入口穴からの塊材料は、管断面内の穴の内側エッジに沿って保持され、より小さな出口穴が形成されて、そこで形成される塊は管断面と型穴から押し出される。

本発明の一つの態様によれば、中空部に対向する穴を形成するための穴開け器が提供される。中空部はハイドロフォーミング流体によって内部を加圧される。穴開け器は、入口穴を形成し、入口穴周りの材料を曲げることで、入口穴の内側エッジに沿って残留塊を形成するために用いられる末端部を備える。穴開け器は、穴開け器を更に中空部に進入させることで入口穴と対向する部分に出口穴を形成するように、中空部の断面より大きな長さを有している。穴開け器は、材料をせん断して入口穴を拡げ、より大きな穴を形成し、またこの塊材料を中空部の内側に向かって曲げるように、末端部の後に入口穴に進入するために用いられる拡大部を更に備える。

本発明の別の態様によれば、中空部に対向する穴を形成するための穴開け器が提供される。中空部はハイドロフォーミング流体によって内部を加圧される。穴開け器は、刃先と穴開け器の周りに部分的に延在する刃転がり面とを備えた末端部を有する。刃先は、中空部に入口穴を開けるに適しており、末端部は入口穴の周囲に沿って残留塊を形成するために入口穴周りの材料を曲げる。刃転がり面は、材料をせん断してより大きな穴を形成することと、中空部へ残留塊材料を曲げるために用いられる。穴開け器が更に中空部に進入して入口穴と対向する部分に出口穴を開けるように、穴開け器は中空部の断面より大きな長さを有している。穴開け器は、末端部の後に入口穴に進入するために用いられる拡大部を更に備える。拡大部は、入口穴周りの塊と追加の材料を中空部の内側に向かって曲げることによって入口穴を更に拡げるために用いられる少なくとも一つの刃転がり面を有する。

本発明のまた別の態様によれば、中空部に対向する穴を形成するための穴開け器が提供される。中空部はハイドロフォーミング流体によって内部を加圧される。穴開け器は、端面と刃先と前記端面から鋭角に外側を延在する傾斜面とを有した末端部を備える。刃先は中空部に入口穴を開けることに適しており、端面は入口穴周りの材料を曲げて入口穴の内側エッジに沿って残留塊を形成する。傾斜面は穴開け器の周りに少なくとも部分的に延在して塊を中空部の内側に向かって曲げる。穴開け器が中空部に更に進入することで入口穴と対向する部分に出口穴を開けるように、穴開け器は中空部の断面より大きな長さを有する。穴開け器は末端部に結合する拡大部を更に備えても良い。拡大部は穴開け器上で対抗する第一と第二傾斜面を有する。第一と第二傾斜面は、穴開け器に対して鋭角外側に延在し、穴開け器の周りに少なくとも部分的に延在する。第一と第二傾斜面は、入口穴周りの塊と追加の材料を中空部の内側に向かって更に曲げることによって入口穴を拡げるために用いられる。

本発明のまた別の態様によれば、中空部に異なる大きさの対向する穴を形成するための方法を提供する。中空部は、ハイドロフォーミング流体によって内部が加圧されている。この方法は、中空部に入口穴を形成するステップと、入口穴周りの材料が中空部の内側に向かって曲げられて、入口穴周りに中空部の内側に向かって残留塊を形成する第一巻き返しステップと、入口穴と対向する部分に出口穴を形成するステップと、からなる。出口穴は入口穴より小さい。この方法は、出口穴を形成するステップの前に、入口穴周りの残留塊と追加の材料が中空部の内側に向かって更に曲げられる第二巻き返しステップを更に備える。

本発明のまた別の態様によれば、中空金属部が提供される。中空金属部は、対向する入口穴と出口穴を有する中空金属本体を備える。出口穴は入口穴より小さい。中空金属本体は、入口穴周りに延在する巻かれたエッジ部を有する。巻かれたエッジ部は、中空金属部の内側に向かって延在する。一対の二次残留塊が、巻かれたエッジ部に沿って結合する。これらの塊は、巻かれたエッジ部と対向する位置に設けられる。第一残留塊は、二次残留塊の一つのエッジに沿って結合する。

本発明のその他の態様や特徴は、添付図面と併せて本発明の以下の明細書に記載した特定の実施例を評価することによって、当業者には明らかになるであろう。

図５Aないし５Fを参照して、本発明を用いるに適したハイドロフォーミング装置１００の一部について説明する。ハイドロフォーミング装置１００は、結合して金型１０６を形成する下部型１０２と上部型１０４とを備えており、管状金属部は金型表面までハイドロフォーム流体で埋められている。適切なハイドロフォーミング用流体１０８を管状金属部の内側に所望の圧力で充填することで、ハイドロフォームされた部分１１０が得られ、これによって管状金属部のハイドロフォーミングが達成される。

図１ないし４を参照して、本発明の１実施例である穴開け器１０を説明する。穴開け器１０は、一般的に内部が加圧された部分の平坦な壁部に対向する穴を形成するために用いられる。本実施例では平坦な壁部に対して用いているが、穴開け器１０は湾曲壁部に対しても用いることができる。穴開け器１０は、内部がハイドロフォーミング流体１０８で加圧された状態でハイドロフォーミング工程中に、ハイドロフォームされた部分に異なる大きさの入口穴と出口穴を開けることに特に適している。

穴開け器１０は、中央長軸１２を有する。穴開け器１０は、工具鋼を用いて形成され、軸１２回りに同心円上に形成された3つの本体部、即ち、末端部１４と拡大部１６と仕上げ部１８とを有する。これら本体部は全体的に円筒状で、円状の入口穴と出口穴とを形成するために円筒状の外表面を有するが、穴開け器１０は全体的に一定の直径を持たず、上部から下部にかけて直径が増加している。本体部は、非円形穴が要求された場合などの用途に応じて、異なる形状を採ることができる。

末端部１４は塊を完全にせん断することなく入口穴を開けるために用いられる。その代わりに、塊は入口穴の内側エッジに沿って残留される。拡大部１６は、残留塊と共に入口穴周りの材料をせん断、曲げ、又は巻き返しすることによって入口穴を拡げる。仕上げ部１８は、入口穴に巻かれたエッジ部を形成することで入口穴の穴開け作業を仕上げる。任意で、入口穴周りの材料が機械的締め具の次の作業と干渉するリスクを低減するために、仕上げ部１８は入口穴から更に材料を曲げ又は巻き返すことによって、更に穴を拡げてもよい。

穴開け器１０が更に中空部に進入して入口穴と対向する部分に出口穴を形成するように、穴開け器１０は中空部の断面より大きな長さ（例えば工程距離）を有する。拡大部１６と仕上げ部１８は、末端部１４より大きな断面積を有する。入口穴に隣接した材料が次の作業と干渉しない事例においては、穴開け器１０は仕上げ部１８を備えなくてもよい。

末端部１４は端面２０と、鋭い刃先２２と、穴開け器１０の周りに部分的に延在する刃転がり面２４とを有する。刃先２２は、入口穴を開けるために用いられる。穴開け器１０が中空部を進むにつれて、端面２０は中空部に係合し押圧し、貫通した穴の周りの材料を強制的に曲げ又は巻いて、入口穴の内側エッジに沿った部分と一体で塊を形成する。穴開け器１０が進入すると、塊は中空部の内側に向かって曲げられるか巻かれる。刃転がり面２４は塊と係合して塊を中空部の内側に向かって曲げ又は巻き返して、穴開け器１０が進入し易くするために用いられる。図示実施例において、端面２０が鋭角に傾斜している。端面２０の傾斜は、貫通した入口穴周りの材料を曲げ又は巻き返す動作をアシストする。

図１ないし４に示すように、刃転がり面２４は端面２０から鋭角で外側に延在する斜面で形成されている。端面２０も傾斜しているが、刃転がり面２４は端面２０とは異なる角度で傾斜している。刃転がり面２４は、穴開け器１０の端面２０の周りに部分的に延在している。

拡大部１６は、穴開け器１０上で対向し穴開け器１０の周りに部分的に延在する二つの刃転がり面２６、２８を有している。刃転がり面２６、２８は末端部１４の後に入口穴に進入して、入口穴周りの塊と追加の材料を中空部の内側に向かって曲げるか又は巻き返すことによって、入口穴を拡げるために用いられる。刃転がり面２６、２８の作用は、拡げられた入口穴の内側エッジに沿った二つの二次残留塊を形成する。二次残留塊は、入口穴の周辺エッジ周りで穴開け器１０上で対向している。

図示の実施例において、刃転がり面２６、２８は参照番号３２と３４で示された第一と第二階段部に隣接している。第一階段部３２は末端部１４に隣接しており、第一傾斜端面３６を有する。第二階段部３４は第一階段部３２に隣接し、第二傾斜端面３８を有する。第一傾斜端面３６は、末端部１４から鋭角で半径方向外側に延在する。第二傾斜端面３８は、末端部１４から鋭角で半径方向外側に延在する。

第一と第二傾斜端面３６、３８は、中央長軸１０と垂直な異なる平面を横断する。図１と２に示すように、第一と第二傾斜端面３６、３８は、それぞれ末端部１４から軸方向に離れている。第二傾斜端面３８の末端部１４からの距離は、第一傾斜端面３６の末端部１４からの距離より長い。

第一と第二刃転がり面２６、２８は穴開け器１０上で対向している。第一刃転がり面２６は、穴開け器１０の同じ側に末端部１４の刃転がり面２４と整列している。従って、第二刃転がり面２８は、刃転がり面２４と第一刃転がり面２６に対して穴開け器１０の反対側に位置している。他の実施例において、第一刃転がり面２６は刃転がり面２４と整列していなくてもよく、第一刃転がり面２６と第二刃転がり面２８とは、互いに対向していなくてもよい。

図１ないし４に示すように、端面３６、３８のうちの一つ又は両方が、鋭角に傾斜している。このような実施例においては、第一段差部３２の端面３６の角度は、第一刃転がり面２６の角度と異なる。同様に、本実施例においては、第二段差部３４の端面３８の角度は、第二刃転がり面２８の角度と異なる。端面３６、３８の傾斜が、入口周りの塊材料を曲げ、又は巻き返す際にアシストをする。

図示の実施例において、端面３６、３８の表面積が略等しくなるように、拡大部１６は第一と第二段差部３２、３４に均等に分けられる。詳細は後述するが、この構成が全体的に半円筒形塊を生み出す。他の構成の場合には、異なる形状の塊を生み出す。

仕上げ部１８は、拡大部１６の後に入口穴に進入して入口穴に巻かれたエッジ部を提供するために用いられる少なくとも一つの刃転がり面３０を有する。任意で、仕上げ部１８は入口穴周りの塊と追加の材料を中空部の内側に更に曲げる又は巻き返すことによって、入口穴を更に拡げるように構成することができる。図示の実施例においては、刃転がり面３０は穴開け器１０の周りに完全に延在する丸い又は凸状の構成である。しかし、他の実施例においては、刃転がり面３０は穴開け器１０の周りに部分的に延在する異なる形状であってもよい。幾つかの実施例において、刃転がり面３０は鋭角で半径方向外側に延在する傾斜面である。刃転がり面３０は、円錐状面であることも可能である。

再び図５Aないし５Fを参照して、穴開け器１０を用いた穴開け動作の例を記載する。穴開け器１０は、ハイドロフォーミング装置１００に設けられて、下部型１０２の穴１１２内をスライドする。穴１１２は、金型１０６の表面まで延在する。穴開け器１０の図示しないベースが、例えば油圧シリンダーのような適切な穴開け作業装置に、従来の手段によって接続される。ハイドロフォーミング工程中、穴開け作業装置は穴開け作業に対する従来の方法で動作する。穴開け器１０の外表面は、穴開け器１０が部分１１０の中に進入してもハイドロフォーミング流体１０８の内部圧力が維持される程度に、部分１１０と穴開け器１０間を密封接触するために用いられる。当業者には認識されることだが、ハイドロフォーミング流体１０８の重大な損失無く入口穴と出口穴を形成できるように、穴開け作業中、部分１１０の内側からのハイドロフォーミング流体のリークを無くすか最小にするように穴開け器１０は形成されている。

図５Aに示すように、穴開け器１０の末端部１４は、初めに金型１０６の外側に部分１１０の平坦な壁部に対向して位置する。穴開け器１０は次に部分１１０に向かって進む。図５Bに示すように、刃先２２が部分１１０に係合して入口穴を開ける。穴開け器１０が更に進入すると、端面２０が部分１１０に係合し押圧して、強制的に貫通した入口穴周りの材料を曲げ又は巻き返して、入口穴の内部エッジに沿って残留する部分１１０と一体化した塊を形成する。穴開け器１０が更に進入して、刃転がり面２４が部分１１０に係合し、強制的に塊を部分１１０の内側に向かって曲げ又は巻き返し、入口穴をきれいにする（端面２０の刃先２２に代わって刃転がり面２４が働く）。刃転がり面２４の形状が、部分１１０から塊を完全にせん断すること無しに、塊を穴開け器１０の進行方向から外に曲げることを可能にし、塊を部分１１０の内側エッジに沿って部分１１０と一体に残留させることを可能にする。塊材料の大きさは、形成される入口穴の大きさに依存する。

図５Cに示すように、穴開け器１０が部分１１０に更に進入すると、拡大部１６が部分１１０と係合する。第一傾斜端面３６は第一に入口穴周りの追加の材料と係合して、強制的にこの追加の材料を部分１１０の内側に向かって曲げ又は巻き返す。部分１１０の内側に向かって曲げ又は巻き返しされた追加の材料は、二つの二次残留塊の第一番目を形成する。

図５Dに示すように、穴開け器１０が部分１１０に更に進入すると、第一傾斜端面３６が、末端部１４によって形成された初期の残留塊と入口周りの追加の材料とに係合し、それらを強制的に部分１１０の内側に向かって更に曲げ又は巻き返す。穴開け器１０が更に進入すると、第二傾斜端面３８が穴開け器１０の（第一傾斜端面３６と比較して）対向している入口穴周りの材料と係合し、強制的に材料を部１１０の内側に向かって曲げ又は巻き返しする。第二傾斜端面３８によって部分１１０の内側に向かって曲げられ巻き返された材料は、二つの二次残留塊の二番目を形成する。

図５Eに示すように、穴開け器１０が部分１１０に更に進入すると、第一刃転がり面２６が更に初期塊と二次塊の一番目とに係合し、強制的にこれら塊を部分１１０の内側に更に曲げ又は巻き返して、入口穴をきれいにする。同時に、第二刃転がり面２８が二つの二次残留塊の二番目と係合して、強制的に塊を部分１１０の内側に更に曲げ又は巻き返して、入口穴をきれいにする。本実施例において、第一と第二の二次残留塊は入口穴上で対向している。

初期塊と二つの二次残留塊の第一番目とは、入口穴の同じ側に設けられる。

図５Fに示すように、穴開け器１０は部分１１０の断面より大きな長さと工程距離を有し、末端部１４が部分１１０の対向部を通って穴を開け、より小さな出口穴を形成することを可能にしている。穴開け器１０が部分１１０に更に進入すると、刃先２２が部分１１０の対向側に係合し、入口穴と対向する出口穴をきれいにせん断する。

出口穴周りの材料は、著しく変形している訳ではないので、出口穴周りの部分１１０の内面は全体的に平坦なままである。拡大部１６と仕上げ部１８の末端部１４に対してより大きな直径は、入口穴を出口穴より大きく形成することになる。実施例において、穴開け器１０が仕上げ部１８を有さない場合、末端部１４より大きな半径を有する拡大部１６が、入口穴の大きさを出口穴より大きく形成することになる。出口塊は、金型１０６の表面に延在する上部型１０４の穴１１４を通って押し出される。穴１１４から、出口塊は通常の手段を用いて切り離される。

当業者には認識されるであろうことだが、穴開け器１０は比較的きれいな出口穴を形成するので、溶接、ろう付け等の処理に先立って部分１１０のクリーニング又は仕上げはほとんど必要がない。このきれいな出口穴は、ナットや他の締め具を部分１１０の内面の出口穴内又は出口穴まわりで溶接又はろう付けすることを可能にする。また、より大きな径の入口穴は、例えば溶接のような作業のための工具を出口穴まで持っていくことを容易にする。

次に図６と７を参照して、本発明の一実施例に係る穴開け器を用いて形成した中空金属部内の穴について記載する。図６と７に部分１１０の入口側の内側表面を示す。部分１１０は、例えば管のような平坦な壁部を有した中空金属部を備える。入口穴２０４が部分１１０に形成されている。出口穴（図示せず）が入口穴２０４に対向して形成されている。入口穴と出口穴は、全体的に円形で、入口穴２０４は出口穴より大きな直径を有する。

巻き返されたエッジ部２０８が入口穴２０４の周辺エッジに沿って延在し、部分１１０の内側に向かって延在している。円筒部２０９が巻き返されたエッジ部２０８の内側に向かって延在する。一対の塊２１０が円筒部２０９のエッジ２１２に結合して、その内側に延在する。一対の塊２１０は円筒部２０９上で対向している。一対の塊２１０は、上述の拡大部１６によって形成された二次残留塊の例である。図示の実施例において、穴開け器１０の形状が一対の塊２１０の形状を半円筒形円弧状にする。もう一つの塊２１４が一対の塊２１０のうちの一つのエッジ２１６に沿って結合している。この塊２１４は、上述の末端部１４によって形成された初期残留塊である。

入口穴の面積対出口穴の面積の比は、穴の大きさの比として表わされる。幾つかの実施例において、穴の大きさの比は１．３対１より大きい。幾つかの実施例において、穴の大きさの比は１．３対１と３：１の間にある。

幾つかの実施例において、本発明は単一の穴開け器の単一動作を用いて開放管断面その他の中空部を通して二つの対向する穴を形成する方法を提供する。対向する穴は、実質的に大きさが異なり、入口穴が出口穴より大きい。本実施例において、穴は丸いが、他の所望の形状をとることができる。より大きな入口穴から出される塊材料は、管断面内の入口穴の内側エッジに沿って残留し、より小さな出口穴は貫通されて、そこからの塊は管状断面と型穴から押し出される。塊材料の大きさは、入口穴の大きさに依存して変化し、対向する入口穴と出口穴の大きさによって異なる。より小さな比に対しては、入口穴を形成するために少しの材料を切り離せば良いだけなので、入口穴に沿って残留した塊は相対的にシンプルで、穴開け器は図１ないし４に示すようなよりシンプルなデザインである。

本発明の別の実施例によれば、ハイドロフォーミング流体によって内部を加圧された中空部において大きさの異なる対向する穴を形成する方法を提供する。この方法は、（１）完全には塊をせん断することなく中空部に入口穴を形成するステップと、（２）入口穴周りの材料を巻き返して入口穴周りに残留塊を形成し、中空部の内側に向かって延在させる第一巻き返しステップと、（３）入口穴周りの残留塊と追加の材料を更に中空部の内側に向けて巻き返す第二巻き返しステップと、（４）中空部の入口穴と対向する部分に出口穴を形成するステップと、からなる。入口穴は、出口穴より大きい。

幾つかの実施例において、出口穴を形成するステップは、きれいに出口穴をせん断して中空部から塊を取り除くように出口穴に穴を開ける工程を有する。この塊は、出口穴周りの材料を変形することなくせん断される。この方法は、穴開け器の単一行程の間に実行される。

幾つかの実施例において、第二巻き返しステップでは、入口穴周りの残留塊と追加の材料は巻き返されて巻き返されたエッジ部を中空部の内側で入口穴上に対向して、入口穴周りに部分的に延在するように形成する。

幾つかの実施例において、この方法は、第二の巻き返しステップの後で中空部に出口穴を開けるステップの前に実行される第三の巻き返しステップを備える。第三の巻き返しステップは、入口周りの残留塊と追加の材料を中空部の内側に向かって更に巻き返す工程を備える。幾つかの実施例において、第三の巻き返しステップでは、入口穴周りの残留塊と追加の材料は巻き返されて入口穴を完全に囲む巻き返されたエッジ部を形成する。

幾つかの実施例において、入口穴対出口穴の穴の大きさの比は１．３対１より大きい。幾つかの実施例において、入口穴対出口穴の穴の大きさの比は１．３対１と３対１の間にある。

幾つかの実施例において、本発明は成形型における管状断面又は他の中空部を通る実質的に異なる大きさの二つの対向する穴を形成する方法を提供する。この方法は、例えばレーザー切断や他の型を用いて穴を形成するシステムといった代替的方法と比較して製造コスト（例えば工具や部品コスト）を低減しようとする。この方法は、単一行程で単一の穴開け器を用いて複数の穴を形成する。これによって、型内部で占有する空間を最小化するのみならず、型のコストや複雑さを低減する。他の有利な点は、多数の穴開け装置に対する多数の設置位置を切断する際に生じる型の弱体化を低減することである。また、穴開け器はステージ上の入口穴材料（即ち塊）を取り除くので、穴開け器が進入する際には常に、穴開け器の末端部全体が同時に材料と接触する従来の穴開け器と比較して、切断される材料の長さが低減される。このことが、より小さな穴開け器径を用いることを容易にし、工具コストを更に低減する。この利点は、あらゆるハイドロフォーミング作業に対して適用でき、特により高いハイドロフォーミング流体圧を用いる場合に適用できる。

幾つかの実施例において、本発明はまた、完全に塊をせん断するのではなく、入口穴の内側エッジに沿って塊を保持し、中空部内側に入口穴の塊を保持することによって、改良されたくず塊の管理とプロセス効率の向上を提供するものである。塊材料を入口穴周りに維持することで、追加のくず塊を取り扱うコストの発生と、型コンポーネントや工具等が損傷するリスクを回避することができる。

幾つかの実施例において、本発明はまた出口穴の改良した品質を提供する。鋭く尖った刃先を用いて出口穴をせん断することによって、入口穴塊が形成され出口穴形成時に穴開け器の末端部に残留して出口穴せん断時に干渉する代替手法と比較してよりきれいな出口穴が形成される。

幾つかの実施例において、本発明はまた既知の方法と比較して大きな入口穴対出口穴の穴の大きさの比を提供する。もし穴の大きさの比が大きすぎる場合、より大きな入口穴周りの材料が破裂する。これらの破裂は、応力集中を形成して割れ目を広げ、不具合を生じさせる。破裂点は、従来の工具と技術を用いて破裂が生じる時の穴の大きさの比である。この破裂点は、材料の成形性に依存して変化するが、幾つかの材料に対しては比が１．３対１で生じる。幾つかの実施例において、本発明は与えられた材料に対する従来の破裂点を越えた穴の大きさの比を形成するために用いられる。幾つかの実施例において、穴の大きさの比は１．３対１から3対１の間である。他の実施例においては、穴の大きさの比は3対１より大きな場合もある。

上述の穴開け器は、例示的な実施例を示すものであって、種々のバリエーションが可能である。例えば、幾つかの実施例において、穴開け器は末端部と拡大部を有するが、仕上げ部を有さなくてもよい。この場合において、穴開け器は中空部の断面より大きな長さを有し、穴開け器が更に中空部に進入することで、入口穴と対向する部分に出口穴を形成することができる。

上述の穴開け器は円形又は丸い穴を開けているが、ハイドロフォーミングされた部分の平坦な壁の領域のみならず、凹部や凸部に対しても、本発明は種々の形状と大きさの穴を開けることに適用可能である。例えば、上述の例示的な穴開け器は、丸い穴を開けるために円筒形の本体部で形成されているが、非円形の穴を開けるために、非円筒形の形状を取ることができる。

本発明は、その精神や本質的特徴から離れることなくして他の特定の形状で実施することができる。一定の改作や変形は、当業者には自明のことである。従って、ここで議論された実施例は、説明のためであって、発明を限定するものでは無く、発明の範囲は、上述の記載よりはむしろ添付の請求項によって示される。従って、請求項と等価な範囲のすべての変化は、その中に包括されている。

本発明の一実施例に係る穴開け器の斜視図である。 図１の穴開け器の反対側を示した斜視図である。 図１の穴開け器の平面図である。 図１の穴開け器の側面図である。 ５A〜５Fは穴開け作業の各段階に沿った正面図である。 本発明の一実施例に係る穴開け器によって形成された中空金属部の内側を示す斜視図である。 図６の中空金属部の内側を示す平面図である。

Claims (48)

1. 入口穴を開けて、前記入口穴周りの材料を曲げることで、前記入口穴の内側エッジに沿って塊を形成するために用いられる末端部を備え、
   穴開け器を進入させて前記入口穴と対向する部分に出口穴を形成するように、穴開け器が中空部の断面より大きな長さを有していることを特徴とする内部をハイドロフォーミング流体で加圧された中空部において対向する穴を形成するための穴開け器。
2. 前記入口穴に進入して、前記塊を更に中空部の内側に向かって曲げることによって前記入口穴を拡大するために用いられる拡大部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の穴開け器。
3. 前記入口穴が前記出口穴の断面積より大きな断面積を有するように、前記拡大部が、前記末端部の断面より大きな断面を有していることを特徴とする請求項２に記載の穴開け器。
4. 前記拡大部が更に前記入口穴を拡大して、前記塊を前記中空部の更に内側に曲げた後に前記入口穴に進入するために用いられる仕上げ部であって、前記拡大部の断面積よりも大きな断面積を有する前記仕上げ部を更に備えていることを特徴とする請求項２に記載の穴開け器。
5. 中空部に入口穴を開けるに適した刃先と残留塊を前記中空部の内側に向かって曲げるに適した刃転がり面とを有する、前記入口穴周りの材料を曲げることで前記入口穴の内側エッジに沿って前記残留塊を形成するために用いられる末端部を備え、
   穴開け器を進入させて前記入口穴と対向する部分に出口穴を形成するように、穴開け器が中空部の断面より大きな長さを有していることを特徴とする内部をハイドロフォーミング流体で加圧された中空部において対向する穴を形成するための穴開け器。
6. 前記塊と前記入口穴周りの追加の材料を前記中空部の内側に向かって曲げることによって前記入口穴を更に拡げるために用いられる少なくとも一つの刃転がり面を有する、前記末端部の後に前記入口穴に進入するために用いられる拡大部を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の穴開け器。
7. 前記入口穴が前記出口穴より大きな断面積を有するように、前記拡大部が前記末端部の断面積より大きな断面積を有することを特徴とする請求項６に記載の穴開け器。
8. 前記拡大部が前記穴開け器上で対向しかつ前記穴開け器の周囲に部分的に延在する二つの刃転がり面を備え、
   前記刃転がり面が前記入口穴周りの前記塊と追加の材料を前記中空部の内側に向かって曲げることで前記入口穴を拡げて前記入口穴の内側エッジに沿って二つの残留塊を形成することに適しており、
   前記二つの残留塊が前記入口穴周りの前記穴開け器上で対向していることを特徴とする請求項６に記載の穴開け器。
9. 少なくとも一つの刃転がり面を有する仕上げ部を更に備え、
   前記少なくとも一つの刃転がり面が前記拡大部の後に前記入口穴に進入して、前記入口穴を更に拡げ、前記入口穴周りの前記塊と追加の材料を前記中空部の内側に向かって曲げることに適しており、
   前記仕上げ部が前記拡大部の断面積より大きな断面積を有していることを特徴とする請求項６に記載の穴開け器。
10. 少なくとも一つの刃転がり面を有する仕上げ部を更に備え、
    前記少なくとも一つの刃転がり面が前記拡大部より後に前記入口穴に進入して、前記入口穴周りの二つの残留塊と追加の材料を前記中空部の内側に曲げることで、前記入口穴を更に拡げることに適しており、
    前記仕上げ部が前記拡大部の断面積よりも大きな断面積を有していることを特徴とする
    請求項６に記載の穴開け器。
11. 前記仕上げ部が前記穴開け器の周囲に完全に延在していることを特徴とする請求項９に記載の穴開け器。
12. 前記仕上げ部が前記穴開け器の周囲に完全に延在していることを特徴とする請求項１０に記載の穴開け器。
13. 前記穴開け器が前記中空部内を通る間、前記ハイドロフォーミング流体の内部圧力を維持するのに十分な程度に前記中空部と前記穴開け器との間を密封接触することに前記穴開け器の外表面が適していることを特徴とする請求項５に記載の穴開け器。
14. 端面と、刃先と、前記端面から鋭角に外側へ延在する傾斜面とを有する末端部を備え、
    前記刃先は中空部の入口穴を貫くことに適しており、
    前記端面は前記入口穴周りの材料を曲げて前記入口穴の内側エッジに沿って残留塊を形成し、
    前記傾斜面は前記穴開け器の周りに少なくとも部分的に延在して、前記塊を前記中空部の内側に向かって巻き返し、
    前記穴開け器を前記中空部内に更に進めることで前記入口穴と対向する部分に出口穴を形成するように、前記穴開け器が前記中空部の断面より大きな長さを有していることを特徴とする、
    長軸を有し、内部をハイドロフォーミング流体で加圧された中空部において対向する穴を形成するための穴開け器。
15. 前記末端部と結合し、前記穴開け器上で対向する第一と第二傾斜端面を有する拡大部を更に備え、
    前記第一と第二傾斜端面が、前記長軸と鋭角で外側に延在し、また前記穴開け器の周りに少なくとも部分的に延在し、そして、前記入口穴周りの前記塊と追加の材料を前記中空部の内側に巻き返すことで前記入口穴を拡げるために用いられることを特徴とする請求項１４に記載の穴開け器。
16. 前記入口穴が前記出口穴の断面積より大きな断面積を有するように、前記拡大部が前記末端部の断面積より大きな断面積を有していることを特徴とする請求項１５に記載の穴開け器。
17. 前記拡大部と結合し、刃転がり面を有して、前記出口周りの前記塊と追加の材料を前記中空部の内側に向かって巻き返すことによって前記入口部を更に拡げる仕上げ部を更に備え、
    前記仕上げ部が、前記拡大部の断面積より大きな断面積を有することを特徴とする請求項１５に記載の穴開け器。
18. 前記末端部と前記拡大部と前記仕上げ部とが、円筒状外表面を有する円筒状本体部によって形成されることを特徴とする請求項１７に記載の穴開け器。
19. 前記第一と第二傾斜端面が、互いに対して段差を有していることを特徴とする請求項１５に記載の穴開け器。
20. 前記第一と第二傾斜端面がそれぞれ前記末端部から距離を置いており、前記末端部から前記第二傾斜端面までの距離が、前記末端部から前記第一傾斜端面までの距離より大きいことを特徴とする請求項１５に記載の穴開け器。
21. 前記第一と第二傾斜端面のうちの一方が、他方よりも前記末端部からより遠くに置かれていることを特徴とする請求項１５に記載の穴開け器。
22. 前記末端部の前記端面が傾斜しており、
    前記端面が前記末端部の前記傾斜面と異なる角度で位置していることを特徴とする請求項１４に記載の穴開け器。
23. 前記刃転がり面が鋭角に外側に向かって延在する傾斜面であって、
    前記傾斜面が前記穴開け器の周りに少なくとも部分的に延在していることを特徴とする請求項１７に記載の穴開け器。
24. 前記刃転がり面が前記穴開け器の周りに少なくとも部分的に延在する凸状面であることを特徴とする請求項１７に記載の穴開け器。
25. 前記刃転がり面が前記穴開け器の周りに完全に延在することを特徴とする請求項１７に記載の穴開け器。
26. 前記拡大部が第一と第二の段差部を備え、
    前記第一段差部が前記末端部と結合し、
    前記第二段差部が前記第一段差部と結合し、
    前記第一段差部が前記第一傾斜端面と第一刃転がり面を有し、
    前記第二段差部が前記第二傾斜端面と第二刃転がり面を有することを特徴とする請求項１５に記載の穴開け器。
27. 前記第二傾斜端面の角度が前記第一傾斜端面の角度と異なることを特徴とする請求項２６に記載の穴開け器。
28. 前記第一傾斜端面の角度が前記第一刃転がり面の角度と異なることを特徴とする請求項２６に記載の穴開け器。
29. 中空部に入口穴を形成するステップと、
    前記入口穴周りの材料が巻き返されて、前記入口穴周りに前記中空部の内側に向かって残留塊を形成する第一巻き返しステップと、
    前記入口穴と対向する部分に、前記入口穴より小さな出口穴を形成するステップと、
    からなる内部をハイドロフォーミング流体で加圧された中空部に異なる大きさの対向する穴を形成する方法。
30. 前記出口穴を形成するステップの前に、前記入口穴周りの前記残留塊と追加の材料が前記中空部の内側に向かって更に巻き返される第二巻き返しステップをさらに備えた請求項２９に記載の方法。
31. 前記出口穴形成ステップが出口塊をせん断するステップを備え、
    前記出口塊が前記中空部の内部から分離していることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
32. 前記出口穴周りの前記中空部の内側表面が全体的に平坦を維持するように前記出口塊がせん断されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 前記方法が前記穴開け器の単一行程の間に行われることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
34. 前記第二巻き返しステップにおいて、前記入口穴周りの前記残留塊と追加の材料が巻き返されて、巻き返されたエッジ部が前記入口穴上で対向して前記入口穴の周りに部分的に延在するように形成されていることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
35. 前記第二巻き返しステップにおいて、前記入口穴周りの前記残留塊と追加の材料が巻き返されて、二つの残留する塊が前記入口穴の内側エッジに沿って形成され、
    前記二つの残留塊が、前記穴開け器上で対向しながら前記入口穴周りに設けられていることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
36. 前記第二巻き返しステップの後で前記出口穴形成ステップの前に実行される、前記入口穴周りの前記残留塊と追加の材料を前記中空部の内側に向かって更に巻き返す第三巻き返しステップを更に備えていることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
37. 前記第二巻き返しステップの後で前記出口穴形成ステップの前に実行される、前記入口穴周りの前記二つの残留塊と追加の材料を前記中空部の内側に向かって更に巻き返す第三巻き返しステップを更に備えていることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
38. 前記入口穴対前記出口穴の穴の大きさの比が、１．３対１より大きいことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
39. 前記入口穴対前記出口穴の穴の大きさの比が、１．３対１と３対１の間にあることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
40. 前記第三の巻き返しステップにおいて、前記入口穴周りの二つの前記残留塊と追加の材料が巻き返されて、前記入口穴周りに延在する巻かれたエッジ部を形成することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
41. 請求項１の穴開け器によって形成された中空金属部。
42. 請求項５の穴開け器によって形成された中空金属部。
43. 請求項１４の穴開け器によって形成された中空金属部。
44. 対向する入口穴と入口穴より小さい出口穴を有する中空金属本体を備えた中空金属部であって、
    前記中空金属本体が、
    前記入口穴周りに前記中空金属部の内側に向かって延在する巻かれたエッジ部と、
    前記巻かれたエッジ部に沿って結合し、前記巻かれたエッジ部と対向する位置に設けられた一対の二次残留塊と、
    前記二次残留塊の一つのエッジに沿って結合する第一残留塊と、を備えたことを特徴とする中空金属部。
45. 前記入口穴対前記出口穴の穴の大きさの比が、１．３対１より大きいことを特徴とする請求項４４に記載の中空金属部。
46. 前記入口穴対前記出口穴の穴の大きさの比が、１．３対１と３：１の間にあることを特徴とする請求項４４に記載の中空金属部。
47. 前記入口穴と前記出口穴が円形であることを特徴とする請求項４４に記載の中空部。
48. 前記第一残留塊が全体的に円形であり、前記残留第二塊が半円筒状であることを特徴とする請求項４７に記載の中空金属部。

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