JP2011073015A

JP2011073015A - 素材管の加工方法，素材管の加工装置及び加工管

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Publication number: JP2011073015A
Application number: JP2009225269A
Authority: JP
Inventors: Tamio Yoshino; 民雄葭野; Hidehiko Suzuki; 英彦鈴木; Yasumi Yamamura; 易見山村
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP5710872B2

Abstract

【課題】溶接接続を不要または最小限にして作業工数の削減ひいては作業効率の向上を実現できる素材管の加工方法，加工装置及び加工管を提供する。
【解決手段】第１径を有する素材管の両端に密栓具を装着して前記素材管内に液体を供給する密栓注水機２２と、前記素材管を、内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管とするハイドロベンディング装置２３と、前記曲げ加工管の両端に前記密栓具を装着し、液体も封入したままの状態で、前記曲げ加工管内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管の一部を第２径まで膨径させて曲げ膨径加工管とするハイドロフォーミング装置２４と、前記曲げ膨径加工管内の液体を排出し、前記密栓具を取り外す開栓排水機２５とを備えた。
【選択図】図５

Description

この発明は、例えば自動二輪車、雪上車、四輪バギー車等のエンジンとマフラーとを接続する排気パイプ等の加工管を素材管から形成する素材管の加工方法，素材管の加工装置及び加工管に関するものである。

従来、自動二輪車用の排気パイプは、ステンレス鋼管の素材管を所定の形状に曲げることによって形成されている。この種の排気パイプでは、内部を排気ガスが円滑に流れることができるとともに、途中で圧力波が不必要に反射することがないように、内径が真円に近いことが望ましい。しかし、パイプをそのまま曲げると、曲げ部分が部分的に偏平となり、排気通路の断面積が小さくなってしまうという不具合があった。

このような不具合は、素材管を、その内部に液体を密封した状態で曲げ加工すること（以下、この加工方法を、本明細書では、「ハイドロベンディング工法」と称する）によって、解消することができる（例えば特許文献１）。

特開２００４−２８３８９３号公報

ところで、前記自動二輪車の排気パイプを、連続的に連ねた径の異なる複数のパイプで構成する場合がある。このような径の異なる複数のパイプからなる排気パイプを形成する場合、それぞれの径に応じた素材管を前記ハイドロベンディング工法により所要形状に曲げ加工した後、径の異なる曲げ加工管を溶接により接続するのが一般的である。

しかしこのような溶接により接続する方法では、作業工数が増加してコスト高となる問題がある。また溶接ビードが残るため見栄えが低下するとともに、内部ビードが排気ガスの流れを阻害する問題がある。

本発明は、前述の問題点を解消するためになされたもので、溶接接続を不要または最小限にして作業工数の削減ひいては作業効率の向上を実現できる素材管の加工方法，素材管の加工装置及び加工管を提供することを課題としている。

本出願人は、第１径を有する第１径部分と、これより大径の第２径を有する第２径部分とからなる排気パイプを形成する場合に、まず第１径を有する素材管を前述のハイドロベンディング工法により曲げ加工し、前記液体の密封を解除した後、前記曲げ加工管を、第１径，第２径に対応する第１型面部，第２型面部を有する金型にセットし、曲げ加工管の内部に液体を供給して圧力を高めることで前記曲げ加工管の所要部分を第２径まで膨張させること（以下、本明細書では、この加工方法を「ハイドロフォーミング工法」と称する）によって、前記溶接を不要とする加工方法を開発している。溶接が不要のため加工工数を削減できるとともに、溶接ビードが外表面に残らないので外観が良好であり、また溶接ビードが内表面にも残らないので、前述の排気ガスの流れをより良好にできる。

そして前記開発に係る加工方法における工数をさらに削減できる加工方法を追求して本発明を完成した。

請求項１の発明は、第１径を有する素材管の両端に密栓具を装着して前記素材管内に液体を供給する第１工程（密栓注液工程）と、前記素材管を、内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管とする第２工程（ハイドロベンディング工程）と、前記曲げ加工管の両端に前記密栓具を装着し、液体も封入したままの状態で、前記曲げ加工管を、前記第１径に対応する第１型面部と、前記第１径より大径の第２径に対応する第２型面部とを有する金型内にセットし、前記曲げ加工管内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管の、前記第２型面部に対応する部分を第２径まで膨径させて曲げ膨径加工管とする第３工程（ハイドロフォーミング工程）と、前記曲げ膨張加工管内の液体を排出し、前記密栓具を取り外す第４工程（開栓排液工程）とを備えたことを特徴とする素材管の加工方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の素材管の加工方法において、前記第１工程に先立って、前記素材管に、焼鈍処理を加えることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項２に記載の素材管の加工方法において、前記第２工程は、前記素材管の一部をワイパー部材とプレッシャ部材とで挟持した状態で、該素材管の前記挟持された部分の隣接部をクランプ部材で押圧することにより曲げ加工するようになっており、前記ワイパー部材及びプレッシャ部材は前記曲げ加工に先立って予め加熱されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、第１径を有する素材管の両端に密栓具を装着して前記素材管内に液体を供給する密栓注液装置と、前記素材管を、内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管とする曲げ加工装置と、前記曲げ加工管の両端に前記密栓具を装着し、液体も封入したままの状態で、前記曲げ加工管を、前記第１径に対応する第１型面部と、前記第１径より大径の第２径に対応する第２型面部とを有する金型内にセットし、前記曲げ加工管内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管の、前記第２型面部に対応する部分を第２径まで膨径させて曲げ膨径加工管とする膨径加工装置と、前記曲げ膨径加工管内の液体を排出し、前記密栓具を取り外す開栓排液装置とを備えたことを特徴とする素材管の加工装置である。

請求項５の発明は、請求項４に記載の素材管の加工装置において、前記素材管に、焼鈍処理を加える焼鈍炉を備えたことを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項５に記載の素材管の加工装置において、前記曲げ加工装置は、前記素材管の一部をワイパー部材とプレッシャ部材とで挟持した状態で、該素材管の前記挟持された部分の隣接部をクランプ部材で押圧することにより曲げ加工するように構成されており、前記ワイパー部材及びプレッシャ部材を前記曲げ加工に先立って予め加熱する加熱手段を備えたことを特徴としている。

請求項７の発明は、第１径を有し、所要形状に折り曲げられた曲げ加工管部分と、前記第１径より大径の第２径を有し、前記曲げ加工管部分と連続的かつ一体的に形成された曲げ膨径加工管部分とを有することを特徴とする加工管である。

請求項１，４の発明によれば、素材管の両端に密栓具を装着して内部に液体を供給し、内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管とし、該曲げ加工管の両端に前記密栓具を装着し、液体も封入したままの状態で、金型内にセットし、前記曲げ加工管内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管の所要部分の径を膨張させて曲げ膨径加工管としたので、ハイドロフォーミング加工における素材管の端部のシールや液体のゼロからの注入を不要にしてハイドロベンディング加工からハイドロフォーミング加工に直ちに移行でき、生産性を向上できる。

請求項２，５の発明によれば、曲げ加工を施す前の素材管に焼鈍処理を施したので、加工硬化を抑制でき、割れを防止できる。また曲げ加工前の直管からなる素材管に焼鈍処理を施すので、曲げ加工したものに比べて焼鈍炉に挿入可能の本数を増大でき、コスト増加を抑制できる。

請求項３，６の発明によれば、素材管を把持するワイパー部材とプレッシャ部材とを曲げ加工に先立って加熱したので、素材管を昇温させることができ、この点からも加工硬化を抑制でき、割れの発生を防止できる。

請求項７の発明では、第１径を有する曲げ加工管部分と、前記第１径より大径の第２径を有する曲げ膨径加工管部分とを連続的かつ一体的に形成したので、両部分を溶接等で接合するものに比較して製造工数を削減できるとともに、外観及び排気ガスの流れを良好にできる。

本発明の実施例１による排気パイプを備え自動二輪車の左側面図である。前記排気パイプの断面展開平面図である。前記排気パイプの背面図である。前記排気パイプの底面図である。本実施例装置のシステム構成図である。前記排気パイプ用素材管の密栓具装着状態を示す断面側面図である。前記実施例１のハイドロベンディング装置の素材管セット状態を示す平面模式図である。前記ハイドロベンディング装置の素材管曲げ加工開始時点の平面模式図である。前記ハイドロベンディング装置の素材管曲げ加工完了時点の平面模式図である。前記ハイドロベンディング装置のクランプ部を示す図８のＡ矢視図である。前記実施例におけるハイドロフォーミング装置のシステム構成図である。前記ハイドロフォーミング装置の模式構成図である。前記ハイドロフォーミング装置の作用効果を説明するための成形時間−水圧特性図である。

以下、本発明の実施例１による素材管の加工方法，素材管の加工装置及び該加工装置と加工方法によって製造された加工管を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明に係る素材管の加工方法及び加工装置によって形成した排気パイプを装着した自動二輪車の側面図、図２〜図４は前記排気パイプの平面展開図，側面図，背面図である。

図１〜図４において、符号１はオフロードタイプの自動二輪車を示している。この自動二輪車１は、車体フレーム２と、該車体フレーム２に搭載された水冷式４サイクル単気筒タイプのエンジン３と、前記車体フレーム２のエンジン上方に搭載された燃料タンク４と、その後方に搭載された鞍乗型シート５とを備えている。

また前記自動二輪車１は、前記エンジン３の前壁３ａに開口する吸気ポートに接続され、ここから前方に延びる吸気装置１１と、後壁３ｂに開口する排気ポートに接続され、ここから後方に延びる排気装置６とを備えている。さらにまた前記車体フレーム２により、リヤアーム７を介して後輪８が上下揺動可能に支持され、フロントフォーク９を介して前輪１０が上下動可能に支持されている。

前記排気装置６は、前記排気ポートに連通するように接続された排気パイプ１２と、該排気パイプ１２の下流端部に接続されたマフラー１３とを有する。このマフラー１３は車幅方向右側のシート支持部材２ｂの下方に配置され、該シート支持部材２ｂに吊設されている。

前記排気パイプ１２は、本発明の加工方法，加工装置により形成されたものであり、前記エンジン３の後壁３ｂからリヤクッション１６の車幅方向右側を斜め後方に延びた後、リヤクッション１６と後輪８との間にてループ状をなすように屈曲形成されている。

前記排気パイプ１２は、本発明方法で形成された上流パイプ１４と、同じく本発明方法で形成された下流パイプ１５とを溶接接続したタイプのものである。前記上流パイプ１４の上流端部１４ａは前記エンジン３の後壁３ｂにフランジを介して接続され、該上流パイプ１４の下流端部１４ｂは前記下流パイプ１５の上流端部１５ａに溶接により接続されている。下流パイプ１５の下流端部１５ｂに前記マフラー１３が接続されている。なお、１２ａは排気パイプ１２を車体フレームに固定するためのブラケットである。

前記上流パイプ１４は、第１径Ｄ１を有するとともに第１曲率半径Ｒ１で曲げられた第１径部１４ｃと、該第１径Ｄ１より大径の第２径Ｄ２を有するとともに第２曲率半径Ｒ２で曲げられた第２径部１４ｄとを有する。

前記上流端部１４ａは、前記エンジン３の後壁３ａへの接続フランジ（図示せず）を装着するための接続口となっており、前記第１径Ｄ１より大径に構成されている。また前記第１径部１４ｃと第２径部１４ｄとの境界には径が徐々に大きくなる徐変部１４ｅがテーパ状に形成されている。

前記下流パイプ１５は、前記第２径Ｄ２と同一の第３径Ｄ３を有するとともに、第３曲率半径Ｒ３で曲げられた第３径部１５ｃと、該第３径Ｄ３より大径の第４径Ｄ４を有するとともに、第４半径Ｒ４で曲げられた第４径部１５ｄとを有する。

前記下流端部１５ｂはマフラー１３への接続口となっている。また前記第３径部１５ｃと第４径部１５ｄとの境界には径が徐々に大きくなる徐変部１５ｅがテーパ状に形成されている。

図５は本実施例における加工装置が設置されるラインレイアウトの平面図である。このラインレイアウトは、オペレータＭの作業エリア２０の周囲に、材料台車２１、密栓注水機（密栓注液装置）２２，ハイドロベンディング装置（曲げ加工装置）２３，ハイドロフォーミング装置（膨径加工装置）２４，開栓排水機（開栓排液装置）２５，検査治具２６及び完成台車２７を配置した構成となっている。また前記ハイドロベンディング装置２３の近傍には水圧装置２３ａ，ベンダー操作盤２３ｂが配設されている。また前記ハイドロフォーミング装置２４の近傍には水圧装置２４ａ，油圧装置２３ｂが配設されている。

また、図示していないが、本実施例１は、前記素材管３０に焼鈍処理を施す焼鈍炉を備えている。この焼鈍処理は、曲げ加工前の直管状の素材管３０を前記焼鈍炉内に挿入し、所定の焼鈍温度、例えば１０００℃程度に昇温し、その後炉内又は大気中で放冷することにより行われる。

前記密栓注水機２２において、前記排気パイプ１２の上流パイプ１４を形成するための素材管３０内に水を充填するための構造を説明する。図６は素材管３０に密栓具３１，３２を取付けた状態を示す断面図である。

前記素材管３０の一端部には、曲げ加工時に水圧装置２３ａに接続されない密栓具３１が、他端部には曲げ加工時に水圧装置２３ａに接続される密栓具３２がそれぞれ装着されている。該両密栓具３１，３２により素材管３０内は密閉されるとともに、密栓注水機２２が密栓具３２に接続され、素材管３０内に水が充填される。水の充填後にはこの接続が解除されるが、密栓具３１及び密栓具３２により素材管３０内に水が密封保持される。

密栓具３１は、素材管３０の図６右端部に嵌合装着される有底円筒体３３ａと、この有底円筒体３３ａ内に支持用ボルト３４ａによって取付けられた密栓機能部材３５ａとを備えている。同様に、密栓具３２は、素材管３０の左端部に嵌合装着される有底円筒体３３ｂと、この有底円筒体３３ｂ内に支持用ボルト３４ｂによって取付けられた密栓機能部材３５ｂとを備えている。

前記密栓具３１の密栓機能部材３５ａは、前記支持用ボルト３４ａの有底円筒体３３ａ内部分に装着された、複数個の鬼爪３６ａと、楔部材３７ａと、ワッシャプレート３８ａと、シールゴム３９ａとを有する。また前記支持用ボルト３４ａの内端部には段部３４ｃが大径に形成され、該段部３４ｃには押圧部材１７ａがボルト１８ａで締め付け固定されている。なお、３６ｃは円周方向に配置された前記複数の鬼爪３６ａに装着され、該鬼爪３６ａを径方向中心側に付勢する環状のコイルスプリングである。

また、前記密栓具３２の密栓機能部材３５ｂは、前記密栓機能部材３５ａと同様の構造を有し、前記支持用ボルト３４ｂの前記有底円筒体３３ｂ内部分に装着された、複数個の鬼爪３６ｂと、楔部材３７ｂと、ワッシャプレート３８ｂと、シールゴム３９ｂとを有する。また前記支持用ボルトの内端部には段部３４ｃが大径に形成され、押圧部材１７ｂがボルト１８ｂで締め付け固定されている。

前記支持用ボルト３４ａ，３４ｂの外端部に装着されたナット１９ａ，１９ｂをそれぞれ締め上げることで、シール用ゴム３９ａ，３９ｂが軸線方向に挟圧されて径方向へ膨らみ、その外周面が素材管３０の内周面に液密になるように全周にわたって密着する。またこれに伴って、楔部材３７ａ，３７ｂが鬼爪３６ａ，３６ｂを径方向へ外方に押し広げて素材管３０の内周面に密着させ、素材管３０に密栓具３１及び密栓具３２がそれぞれ圧着固定される。

また、密栓具３２側の有底円筒体３３ｂの外端部には、取付部材２８ａがビス２８ｂによって締め付け固定されている。また前記密栓具３２の支持用ボルト３４ｂの外端部には受圧カプ７０が接続されている。前記素材管３０の内部は、前記ボルト１８ｂ，支持用ボルト３４ｂ及び、受圧カプラ７０の軸心部に形成された貫通穴１８ｃ，３４ｄ，７０ａによって外部と連通している。

また前記受圧カプラ７０は、逆止弁７０ｄを前記貫通穴７０ａの途中に有する。この逆止弁７０ｃは、スプリング７０ｃでボール７０ｂをバックアップした構成のものであり、相手側の加圧カプラ側から素材管３０側への流れのみを許容し、逆向きの流れを阻止する。

また前記密栓具３１の支持用ボルト３４ａに結合された横部材３４ｅには開閉弁７２を有するカプラ７１が接続されている。そして前記素材管３０の内部は、前記ボルト１８ａ，支持用ボルト３４ａ，横部材３４ｅ及び前記カプラ７１に形成された貫通孔１８ｃ，３４ｄ，３４ｆ，及び７１ａにより外部に連通している。

次に、素材管３０の中途部を曲げる曲げ加工を行なうハイドロベンディング装置２３の構造を、図７〜図１０に基づいて説明する。図７はハイドロベンディング装置２３の素材管がセットされた状態の平面図、図８は素材管の曲げ開始時の平面図、図９は曲げ完了時の平面図、図１０は前記ハイドロベンディング装置のクランプ部のオペレータ側を正面とする正面図で図８のＡ矢視図である。

前記ハイドロベンディング装置２３は、基台９０上に配設された曲げ機４０と、チャック台車５０とを有する。曲げ機４０は、曲げ部４１と、クランプ部４２と、プレッシャ部４３とを有する。曲げ部４１とクランプ部４２はクランプ支持台４４上に搭載されている。

前記曲げ機４０では、素材管３０の中途部を、曲げ部４１のクランプ受け４１ａの凹溝41ｂと、クランプ部４２の油圧シリンダＣＹ４で駆動されるクランプ押え４２ｄの凹溝42ｂとで挟持する。そして素材管３０の中途部を、基台９０の、曲げ部４１近傍部分に固定されたワイパー部材４１ｅの凹溝と、同じく基台９０に支持されたプレッシャ部４３の油圧シリンダＣＹ６で駆動されるプレッシャ部材4３ａの凹溝とで押圧保持する。

ここで本実施例では、図示していないが、前記ワイパー部材４１ｅ及びプレッシャ部材４３ａにはヒータが埋設されている。このワイパー部材４１ｅ及びプレッシャ部材４３ａは、前記曲げ加工に先立ってヒータで加熱されており、素材管３０を、例えば１００℃程度に昇温させる。

そして油圧シリンダＣＹ５により曲げ部４１とクランプ部４２とを一体的に回転させることにより、素材管３０の中途部が曲げ加工される。

また前記プレッシャ部４３にはパイプ受けアーム４３ｂが前後進かつ回動可能に設けられ、空圧シリンダＣＹ８で前後進駆動され、空圧シリンダＣＹ９で回動駆動される。

チャック台車５０は、素材管３０に装着された密栓具３２をチャック用油圧シリンダＣＹ３によって片持ち支持可能とするチャック部５１と、曲げ加工の際に、前記密栓具３２を介して素材管３０の内圧を調圧可能とする水圧装置２３ａに接続された加圧カプラ５２と、この加圧カプラ５２とチャック部５１とを一体的にＸ軸方向及びＺ軸方向に移動する空圧シリンダＣＹ１，ＣＹ２とを有し、このチャック台車５０は、送り機構５３によってＹ軸方向に前進後退可能になっている。

前記送り機構５３は、一対のガイドレール６２，６２で前記チャック台車５０をＹ軸方向に移動可能に支持し、Ｙ軸（前後）モータＭ１の出力軸に固定された駆動スプロケット６１ａと前記プレッシャ部４３の近傍に配置された従動スプロケット６１ｂとにチェーン６１を巻回し、該チェーン６１を前記チャック台車５０に連結した概略構成を有する。

前記Ｙ軸（前後）モータＭ１により駆動スプロケット６１ａを正転または逆転させることで前記チャック台車５０がＹ軸方向に前進または後退する。

また、チャック台車５０には、チャック部５１の軸心Ｒ軸回りのひねり用モータＭ２が設けられ、このひねり用モータＭ２により素材管３０を回転することで該素材管３０の曲げ方向を変えることができるようになっている。

前記空圧シリンダＣＹ１はチャック台車５０に設けられ、チャック部５１、加圧カプラ５２及びひねり用モータＭ２等が載置されるチャック台５０ａを左右に移動させ、前記空圧シリンダＣＹ２はチャック台５０ａを上下に移動させる。

次に前記曲げ加工が施された曲げ加工管に対して、所要部分の外径を大きくするハイドロフォーミング加工を行うハイドロフォーミング装置の構造及び特性を、図１１〜図１３に基づいて説明する。図１１はハイドロフォーミング加工のシステム構成図、図１２はハイドロフォーミング装置の概略構成図、図１３は作用効果を説明するための加工時間−水圧特性図である。

図１１において、ハイドロフォーミング装置２４に配設された曲げ加工管３０′の受圧カプラ７０には、耐圧ホース７３，水圧供給管７４ａを介してブースタ７５が接続されており、該ブースタ７５には水圧供給管７４ｂを介してサーボポンプ７６が接続されている。なお、７５ａはブースタ７５に水を供給する水タンクである。

また前記水圧供給管７４ａ，７４ｂの途中には、流量計７７，圧力計７８が接続されている。さらにまた前記サーボポンプ７６には、吐出圧及び吐出流量を制御する制御盤７９及び操作盤８０が接続されている。

前記ハイドロフォーミング装置２４は、基礎上に配置されたベッド８１と、該ベッド８１上に搭載された型締め機構８２と、該型締め機構８２内に配置された金型８３と、前記金型８３を開閉する開閉機構８６とを有する。

前記金型８３は、上型８３ａと下型８３ｂとを有し、分割面側に、前記ハイドロベンディング装置２３で曲げ加工された曲げ加工管３０′の成形すべき径や形状に対応した型面を有する。例えば前記排気パイプ１２の上流パイプ１４を成形する場合は、前記第１径Ｄ１と同じ径を有するトンネル状の第１型面部８３ｃ，第２径Ｄ２と同じ径を有するトンネル状の第２型面部８３ｄ，徐変部１４ｅに対応する型面部８３ｅ等を有する。

前記型締め機構８２は、前記下型８３ｂが固定された受け部材８４ａと、前記上型８３ａが固定された押圧部材８４ｂと、該受け部材８４ａと押圧部材８４ｂとを強固に締め付け固定する一対の固定機構８５とを有する。この各固定機構８５は、前記受け部材８４ａと押圧部材８４ｂとを挟持する挟持治具８５ａと、該挟持治具８５ａを進退させる油圧シリンダ８５ｂとを有する。ここで、前記挟持治具８５ａの上下一対の挟持面８５ｄ，８５ｄは手前側ほど両挟持面の間隔が狭くなるテーパ状になっており、該挟持治具８５を前進させることにより前記受け部材８４ａと押圧部材８４ｂを強固に挟持固定するようになっている。なお、８５ｃは前記挟持治具８５ａの進退動作をガイドするガイド部材である。

前記開閉機構８６は、前記押圧部材８４ｂを上昇下降させる昇降シリンダ８６ａを備え、該昇降シリンダ８６ａは、フレーム部材８７に固定されたベースプレート８７ａに鉛直方向に向けて取付けられている。なお、８６ｂ，８６ｂは、前記押圧部材８４ｂの昇降動作をガイドするガイド部材である。

次に前記排気パイプ１２の上流パイプ１４を、前記密栓注水機２２，ハイドロベンディング装置２３，ハイドロフォーミング装置２４及び開栓排水機２５により成形する場合を説明する。

まず、前記上流パイプ１４の第１径Ｄ１に応じた外径と、所要の長さを有する素材管３０が準備され、前述の焼鈍炉により焼鈍処理が施される。この場合、直管状の素材管３０が前記焼鈍炉に挿入され、所要温度に昇温され、放冷される。

前記焼鈍処理済みの素材管３０が前記材料台車２１上に搭載される。この素材管３０は、図示しないリフトにより順次密栓注水機２２に供給される。

前記密栓注水機２２では、素材管３０の両端が密栓具３１，３２で密栓され、受圧カプラ７０が下側に位置し、かつ鉛直をなすように配置された状態で、受圧カプラ７０に給水ホースが接続され、素材管３０内に液体（水）が充填される。このとき開閉弁７２が開かれ、内部の空気が貫通穴１８ｃ，３４ｄ，３４ｆ，７１ａを介して外部に排出される。なお、この状態では、液体の圧力は略大気圧である。

前記素材管３０内に水が充填されると、開閉弁７２が閉じられるとともに、前記給水ホースが外される。そして、図７に示すように、前記素材管３０は、ハイドロベンディング装置２３のセット位置Ｐ１において、支持位置に移動したパイプ受けアーム４３ｂにより支持されつつチャック部５１によって把持される。

続いて、前記パイプ受けアーム４３ｂは待機位置に戻り、素材管３０は前記チャック部５１により片持ち支持される。素材管３０は片持ち状態でチャック台車５０の後退により図７上方に後退する。そして図８に示すように、曲げ機４０の曲げ部４１及びクランプ部４２がクランプ支持台４４と共に反時計回りに９０度回動し、この状態でチャック台車５０が図８の位置まで前進する。そして、図示していないが、前記素材管３０の曲げ加工されるべき部分の近傍部分がクランプ受け４１ａとクランプ押さえ４２ｄとにより挟持される。それとともに、前記ワイパー部材４１ｅとプレッシャ部材４３ａとで素材管３０の中途部が保持される。この曲げ加工に先立って、ワイパー部材４１ｅ及びプレッシャ部材４３ａが内蔵するヒータにより加熱されているため、素材管３０は１００℃程度に昇温する。

続いて、図９に示すように、曲げ部４１及びクランプ部４２が時計回りに回動し、これに伴って素材管３０は所要の曲げ加工が施されて曲げ加工管３０′となる。この曲げ加工に伴って、前記素材管３０は、ワイパー部材４１ｅとプレッシャ部材４３ａとで押圧保持されつつ前記クランプ部材４２に引っ張られて摺動し、また前記チャック台車５０もこれに追随する。

ここで、前記曲げ加工においては、前記素材管３０の受圧カプラ７０に前記水圧装置２３ａが接続されており、前記素材管３０内の水圧が、曲げ加工しようとする曲率半径等に応じて予め設定された圧力に制御される。

そして前記曲げ加工された曲げ加工管３０′の所要部分の径を膨らませるハイドロフォーミング加工は以下のように行われる。

前記曲げ加工管３０′は、両端部に前記密栓具３１，３２を装着し、内部に水を封入したままの状態で、前記ハイドロフォーミング装置２４の金型８３内にセットされる。なお、前記曲げ加工管３０′内の水圧は略大気圧となっている。

まず、固定機構８５の挟持治具８５ａが後退し、開閉機構８６が上型８３ａを昇降させる。ここで前記金型８３は、前述のように、前記上流パイプ１４の第１径Ｄ１と同じ径のトンネル状に形成された第１型面部８３ｃ，第２径Ｄ２と同じ径のトンネル状に形成された第２型面部８３ｄ，さらに徐変部１４ｅに応じた形状の型面部８３ｅ等を有する。

前記金型８３内に前記曲げ加工管３０′をセットし、開閉機構８６により金型８３が閉じられ、固定機構８５の油圧シリンダ８５ｂが挟持治具８５ａを前進させる。すると、この挟持治具８５ａにより上型８３ａ，下型８３ｂが当接した状態に強固に固定保持される。

続いて、受圧カプラ７０に水圧装置２４ａが接続され、前記曲げ加工管３０′内に水が供給され、内部の圧力が圧力指令値に応じて上昇し、前記曲げ加工管３０′の第１径部１４ｃは第１径Ｄ１のままの径に保持されるとともに、第２径部１４ｄは第１径Ｄ１から第２径Ｄ２に径が大きくなり、また徐変部１４ｅ，上流端部１４ａについても径が大きくなる膨径加工が実現される。

ここで本実施例では、圧力計７８により曲げ加工管３０′内の圧力を計測するとともに、流量計７７により前記曲げ加工管３０′に流入する水量を計測している。図１３は、成形時間と水圧との関係を示す特性図である。図中、曲線Ａは単位時間当たりの供給水量（流量）、曲線Ｂは水圧指令値、曲線Ｃは水圧実測値をそれぞれ示す。本実施例１では、水圧指令値は所定時間毎に段階的に増加するように設定されている。

前記金型８３内の様子は目視できないが、前記特性曲線Ａ〜Ｃにより金型８３内でのパイプの膨らみ状態を推察できる。即ち、水圧指令値Ｂの大きさや保持時間が適切な場合は流量が多くなり、パイプが効率よく膨らんでいると考えられる。一方、水圧指令値が適切でない場合は水量が少なくなり、従ってパイプが効率良く膨らんでいないと考えられる。例えば、水量が減少し始めると水圧指令値を次の段階に上昇させるようにプログラムを設定すれば効率の良い膨径加工ができると考えられる。また、曲げ加工管３０′が金型形状にまで膨らむと水の流れがなくなるので、流量を積算し、積算値が所定の値に達した時点で加工完了を判断することができる。

また開栓排水機２５では、完成品の密栓具３１，３２が取り外され、検査治具２６では、完成品の曲げ状態や膨径状態の検査が行なわれる。

以上のように本実施例１によれば、素材管３０の両端に密栓具３１，３２を装着して内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管３０′とし、該曲げ加工管３０′を、これの両端に前記密栓具３１，３２を装着し、液体も封入したままの状態で、金型８３内にセットし、前記曲げ加工管３０′内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管３０′の所要部分の径を膨張させて曲げ膨径加工管とした。そのためハイドロフォーミング加工における素材管の端部のシールや、液体のゼロからの注入を不要にしてハイドロベンディング加工からハイドロフォーミング加工に直ちに移行でき、生産性を向上できる。

また、曲げ加工を施す前の素材管３０に焼鈍処理を施したので、加工硬化を抑制でき、割れを防止できる。また曲げ加工前の直管からなる素材管３０に焼鈍処理を施すので、曲げ加工したものに比べて焼鈍炉に挿入可能の本数を増大でき、コスト増加を抑制できる。

さらにまた、素材管３０を把持するワイパー部材４１ｅ及びプレッシャ部材４３ａを、前記曲げ加工に先立って、内部に配設されたヒータで加熱したので、素材管３０の前記把持部分の近傍部分を昇温させることができ、この点からも加工硬化を抑制でき、割れの発生を防止できる。

また、第１径Ｄ１を有する曲げ加工管部分１４ｃと、前記第１径Ｄ１より大径の第２径Ｄ２を有する曲げ膨径加工管部分１４ｄとを連続的かつ一体的に形成したので、両部分を溶接等で接合するものに比較して製造工数を削減できるとともに、外観及び排気ガスの流れを良好にできる。

１４上流パイプ（曲げ膨径加工管）
１４ｃ第１径部（曲げ加工管部分）、
１４ｄ第２径部（曲げ膨径加工管部分）
２２密栓注水機（密栓注液装置）
２３ハイドロベンディング装置（曲げ加工装置）
２４ハイドロフォーミング装置（膨径加工装置）
２５開栓排水機（開栓排液装置）
３０素材管
３０′ 曲げ加工管
３１，３２密栓具
４１ａ，４２ｄクランプ受け，クランプ押え（クランプ部材）
４１ｅワイパー部材
４３ａプレッシャ部材
８３金型
８３ｃ第１型面部
８３ｄ第２型面部
Ｄ１第１径
Ｄ２第２径

Claims

第１径を有する素材管の両端に密栓具を装着して前記素材管内に液体を供給する第１工程（密栓注液工程）と、
前記素材管を、内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管とする第２工程（ハイドロベンディング工程）と、
前記曲げ加工管の両端に前記密栓具を装着し、液体も封入したままの状態で、前記曲げ加工管を、前記第１径に対応する第１型面部と、前記第１径より大径の第２径に対応する第２型面部とを有する金型内にセットし、前記曲げ加工管内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管の、前記第２型面部に対応する部分を第２径まで膨径させて曲げ膨径加工管とする第３工程（ハイドロフォーミング工程）と、
前記曲げ膨径加工管内の液体を排出し、前記密栓具を取り外す第４工程（開栓排液工程）と
を備えたことを特徴とする素材管の加工方法。
請求項１に記載の素材管の加工方法において、
前記第１工程に先立って、前記素材管に、焼鈍処理を加える
ことを特徴とする素材管の加工方法。
請求項２に記載の素材管の加工方法において、
前記第２工程は、前記素材管の一部をワイパー部材とプレッシャ部材とで挟持した状態で、該素材管の前記挟持された部分の隣接部をクランプ部材で押圧することにより曲げ加工するようになっており、前記ワイパー部材及びプレッシャ部材は曲げ加工に先立って予め加熱されている
ことを特徴とする素材管の加工方法。
第１径を有する素材管の両端に密栓具を装着して前記素材管内に液体を供給する密栓注液装置と、
前記素材管を、内部の液体を調圧しながら曲げ加工して曲げ加工管とする曲げ加工装置と、
前記曲げ加工管の両端に前記密栓具を装着し、液体も封入したままの状態で、前記曲げ加工管を、前記第１径に対応する第１型面部と、前記第１径より大径の第２径に対応する第２型面部とを有する金型内にセットし、前記曲げ加工管内に液体をさらに供給して圧力を上昇させることにより、前記曲げ加工管の、前記第２型面部に対応する部分を第２径まで膨径させて曲げ膨径加工管とする膨径加工装置と
前記曲げ膨径加工管内の液体を排出し、前記密栓具を取り外す開栓排液装置と
を備えたことを特徴とする素材管の加工装置。
請求項４に記載の素材管の加工装置において、
前記素材管に、焼鈍処理を加える焼鈍炉を
備えたことを特徴とする素材管の加工装置。
請求項５に記載の素材管の加工装置において、
前記曲げ加工装置は、前記素材管の一部をワイパー部材とプレッシャ部材とで挟持した状態で、該素材管の前記挟持された部分の隣接部をクランプ部材で押圧することにより曲げ加工するように構成されており、前記ワイパー部材及びプレッシャ部材を曲げ加工に先立って予め加熱する加熱手段を
備えたことを特徴とする素材管の加工装置。
第１径を有し、所要形状に折り曲げられた曲げ加工管部分と、
前記第１径より大径の第２径を有し、前記曲げ加工管部分と連続的かつ一体的に形成された曲げ膨径加工管部分と
を有することを特徴とする加工管。