JP2011245502A - エッジ形成プレス加工による環状部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで多角形の環状部材を製造すること、及びその多角形の環状部材を提供すること。
【解決手段】 本発明は、プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法であって、変形部を含む側周部を絞り加工により成形する工程と、金属平板面から予め定めた高さに側周部を成形する工程と、側周部の高さに亘り、環状部材の内側からコーナー部を押し出すと共に、変形部を形成する金属材料をエッジ部へ補充することにより、コーナー部から、より小さな曲率半径を有するエッジ部を成形する工程と、を含む多角形の環状部材の製造方法、及びその製造方法によって製造された多角形の環状部材。
【選択図】 図６Ａ

Description

本発明は、エッジ形成プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法及び多角形の環状部材に関する。

板金加工により、複数枚の金属の平板を溶接等により結合し、エッジを備える矩形環状部材を製造することは従来から行われている。
しかし、板金加工に比べ製造コストの安いプレス加工により、曲率半径の小さいエッジを備える矩形の環状部材を形成することは、従来から困難を伴う。

比較的小さな曲率半径のエッジ（隅）を有する環状部材を形成する先行技術として、特許文献１と２がある。
特許文献１では、被加工素材の内部に液圧を付与し、加圧された被加工素材を、ダイキャビティを有するダイ内で包囲することにより、チューブ状の被加工素材をハイドロフォーミング成形する技術が開示されている。

また、特許文献２では、密閉される金型のキャビティ内において、管状の被加工部材の内部に成形液圧を付与して、拡管し、その被加工部材をキャビティ内表面に密着させることで、被加工部材をキャビティ内表面に沿った形状に成形するチューブハイドロフォーミング方法であって、被加工部材の外表面とキャビティ内表面の間の所定の位置に、所定の空間が形成されるように、かつ、被加工部材の断面周長が、キャビティの断面周長よりも長くなるように、予備成形された被加工部材をキャビティ内にセットし、被加工部材の内部に成形液圧を付与する技術が開示されている。

また、環状のパイプの外周面の半部に密着する半筒状部においてエッジを形成する先行技術として、特許文献３がある。
特許文献３では、この方法の第１工程は、接続部形成部と平坦部とを有する第１中間加工品をつくり、第２工程は、第１中間加工品よりも接続部形成部の屈曲深さが大きく、平坦部の幅が小さい第２中間加工品をつくり、第３工程は、接続部形成部と、傾斜平坦部と、幅狭平坦部を有する第３中間加工品をつくり、第４工程は、第３中間加工品の傾斜平坦部を斜め上方に押圧し、傾斜部平坦部と接続部形成部の側壁との連接部に材料を集めて第４中間加工品をつくり、第５工程は、第４中間加工品の接続部形成部の側壁、傾斜平坦部および幅狭平坦部を上下から加圧し、接続部形成部の両側壁の開口端部にばりが形成された第５中間加工品をつくる。第６工程は、ばりを除去してケーシング構成部材をつくる技術が開示されている。

特表２００３−５１６８６２号公報 特開２００８−１４９３４３号公報 特開２００９−１９５９１２号公報

しかし、特許文献１で開示された技術には、その圧縮成形の際に被加工素材が均一に圧縮されず、残留応力や被加工素材の肉厚の不均一性が発生するなどの問題がある。
また、特許文献２で開示された技術は、管状の被加工部材を成形液圧にて拡管し、キャビティ形状に沿って成形させるチューブハイドロフォーミングの技術に関するものであるが、この成形のためには大掛かりな設備が必要なので製造コストが高くなり、また、被加工部材の肉厚とほぼ等しい程度の小さな曲率半径を有する隅、即ちエッジを内周面に形成することは、大きな液圧をかけても困難であった。
また、特許文献３で開示された技術では、小さな曲率半径を有するエッジ部を形成するために、一度ばりを形成してからそのばりを除去するなど、多くの工程が必要なので製造コストが高くなり、また、この技術により凸型のエッジ部を形成すること、即ち外周に形成することはできるが、凹型の隅であるエッジ部を内周面に形成することはできない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで多角形の環状部材を製造すること、及びその多角形の環状部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法であって、平面部と、曲面からなるコーナー部と、前記コーナー部と前記平面部の境界領域にある変形部とからなる側周部を絞り加工により成形する工程と、前記金属平板面から予め定めた高さに前記側周部を成形する工程と、前記側周部の前記高さに亘り、前記環状部材の内側から前記コーナー部を押し出すと共に、前記変形部を形成する金属材料をエッジ部へ補充することにより、前記環状部材の内周面において、前記コーナー部から、前記コーナー部の曲率半径より小さな曲率半径を有する前記エッジ部を成形する工程と、を含む多角形の環状部材の製造方法が提供される。
この構成によれば、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備えるエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで多角形の環状部材を製造することを可能とする。

また、さらに、前記絞り加工におけるしわ押えにより保持され、前記側周部の成形に使用されなかった前記金属平板の一部から、前記環状部材のフランジを成形する工程を含むことを特徴としてもよい。
この構成によれば、側周部だけでなくフランジを備え、そのフランジと結合する側周部の一端においても小さな曲率半径を備える環状部材を製造することを可能とする。

また、前記コーナー部の断面形状は、円弧状であり、前記変形部の断面形状は、前記側周部の内側方向へ突出した略アーチ状であり、前記コーナー部の前記円弧の円周上の中点と、前記変形部の略アーチの頂点とを押し出すことにより、前記エッジ部を成形することを特徴としてもよい。
この構成によれば、より効果的に均質な肉厚を有するエッジを備える多角形の環状部材をプレス加工により製造することを可能とする。

また、前記側周部の前記高さは、前記矩形環状部材の肉厚の５倍以上であり、前記エッジ部における内周面の曲率半径を、前記肉厚より小さく成形することを特徴としてもよい。
この構成によれば、矩形環状部材の側周部の高さが高く、エッジの肉厚が均質であり、曲率半径の小さいエッジを備える矩形環状部材を製造することを可能とする。

本発明のある観点によれば、上記載の多角形の環状部材の製造方法によって製造された多角形の環状部材が提供される。
この構成によれば、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで製造することにより安価な多角形の環状部材を提供することを可能とする。

本発明のある観点によれば、プレス加工により金属平板から成形される多角形の環状部材であって、前記多角形環状部材は、側周部とフランジからなり、前記側周部は、内周面において前記多角形環状部材の肉厚より小さい曲率半径を有するエッジ部を備え、前記側周部の前記高さは、前記肉厚の５倍以上であり、前記フランジは、前記側周部の一端に備えられている、ことを特徴とする多角形環状部材が提供される。
この構成によれば、プレス加工により形成するので、安い製造コストで製造することができ、安価な矩形の環状部材を提供することを可能とする。

本発明のある観点によれば、シームレスな多角形の環状部材であって、前記多角形環状部材は、側周部とフランジからなり、前記側周部は、内周面において前記多角形環状部材の肉厚より小さい曲率半径を有するエッジ部を備え、前記側周部の前記高さは、前記肉厚の５倍以上であり、前記フランジは、前記側周部の一端に備えられている、ことを特徴とする多角形環状部材が提供される。
この構成によれば、プレス加工により形成するので、安い製造コストで製造することができ、安価な矩形の環状部材を提供することを可能とする。

以上説明したように、本発明によれば、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで多角形の環状部材を製造することができ、また、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで製造することにより、安価な多角形の環状部材を提供することができる。さらに、肉厚が１．５ｍｍ以下の薄い板材であってもエッジを形成した多角形の環状部材を製造することができる。

各実施形態における環状部材の原材料となる金属平板の斜視図。 第１実施形態における第１工程終了時の環状部材の形状の、(a)平面図、(b)側面図、(c)角部の拡大図。 第１実施形態における第１工程終了時の環状部材の形状の斜視図。 第１実施形態における第２工程終了時の環状部材の形状の、(a)平面図、(b)側面図、(c)角部の拡大図。 第１実施形態における第２工程終了時の環状部材の形状の斜視図。 第１実施形態における第３工程においてエッジ部を成形する説明図。 第１実施形態における第３工程においてエッジ部を成形する説明図（型枠金型がある場合）。 第１実施形態における角部の詳細図。 第１実施形態における第３工程終了時の環状部材の形状の、(a)平面図、(b)側面図、(c)角部の拡大図。 第１実施形態における第３工程終了時の環状部材の形状の斜視図。 第１実施形態における第４工程終了時の環状部材の形状の、(a)平面図、(b)側面図。 第１実施形態における第４工程終了時の環状部材の形状の斜視図。 第２実施形態における第１工程において形成する変形部のバリエーション（波型）の説明図。 第３実施形態における第１工程において形成する変形部のバリエーション（異なる肉厚）の説明図。 プレス絞り加工の説明図であり、(a)最初の工程、(b)中間の工程、(c)最終の工程、(d)中間の工程で終えた部材の斜視図、(e)最終の工程まで進んだ部材の斜視図。

以下では、図面を参照しながら、本発明の各実施形態に係る装置等について説明する。
まず、プレス加工について説明する。プレス加工とは、金型の間に素材をはさみ、金型に力を加えることにより、素材を金型の形に成形するものであり、一般的には、他の機械加工と比較して生産性が高く、連続加工も可能であり、大量生産に向いているので、プレス加工によって製造される金属部品は、コストを安く抑えることが可能となる。一般的に、プレス加工には、せん断、曲げ、絞りなどの種類があり、対象となる素材と完成品に応じて適宜適切な手段が選択される。

図１４は、一般的に行われているプレス加工における絞り加工の手順を説明するものである。絞り加工は、パンチ、ダイス、しわ押えという金型を用いて板材から三次元形状の部材を作る加工法である。まず、図１４(a)は、板状の素材９８が、ダイス９２としわ押え９３により挟み込まれた状態を示す。図１４(b)は、この状態から、パンチ９４がプレス機械等により下げられてくると、素材９８は、ダイス９２としわ押え９３の間に挟まれたまま押し込まれることにより塑性変形を起こし、ダイス９２としわ押え９３の間に挟まれた部分は、パンチ９４と共に徐々に引きずりだされていく様子を示す。図１４(b)のような状態で、パンチ９４を押し下げることを止めれば、図１４(d)のように、円筒状の側周部９８１にフランジ９８２のついた部材が生産されることになる。図１４(c)は、さらにパンチ９４を押し込むと、ダイス９２としわ押え９３の間に挟まれた部分は完全に引きずりだされ、図１４(e)のように、フランジのない円筒状の側周部９８１を備える筒状の部材が生産されることを表わしている。この後、パンチ９４を上げ、ノックアウトすれば、部材は金型から外れる。

このように生産された筒状の部材又はフランジのついた筒状の部材の側周部９８１は、継ぎ目のない（シームレスな）環状部を形成する。また、フランジは、ダイス９２としわ押え９３により押さえつけられて形成されるので、その両面ともフラットに形成される。

＜第１実施形態＞
図１は、環状部材の原材料となる金属平板の斜視図である。本実施形態では、その外形は、ほぼ正方形であるが、環状部材の形状に応じて、適宜長方形、多角形、円形、楕円形等、その他の形状を選択してもよい。また、大きさ及び肉厚も、環状部材の適用に応じて、適宜決定される。この金属平板は、塑性変形を容易にするため、中央部にほぼ正方形の穴が空いているが、穴は空いていなくてもよい。この後工程では、この平板に対して、上述した絞り加工を施すことにより、環状部材を形成する。

＜第１工程＞
図２は、最初の工程（第１工程）を行った後の環状部材２０の様子を示す。具体的には、金属平板１０を、平面視（図２(a)）の側周部２４の外形に等しい外形を有するパンチで、絞り加工した部材を示す。本実施形態では、平面視（図２(a)）の側周部２４の外形は、角部２５を除き、概ね、矩形である。しかし、三角形や五角形などの多角形であってもよい。また、本実施形態では、図１４(b)で絞り加工を止めたものであり、完成した時にフランジ４１となるように金属平板１０（４１）の部分が残っている。また、図１に示したように、金属平板１０はパンチにより押し込まれた部分に穴が開いていたので、塑性変形を起こし、平面視で穴の形も正方形から変形している。また、パンチを押し込む深さ（側周部２４の高さ）は、後工程で側周部の高さを成形する方法に応じて決定される。

側周部２４は、角部２５を除き、平面部２１から構成されている。角部２５は、図２(c)により、拡大図として示されている。角部２５は、主にコーナー部２２とその両側に変形部２３が備えられる。そして、その変形部２３は、平面部２１と繋がっているので、変形部２３は、コーナー部２２と平面部２１との間にあり、両者の境界領域にあるということもできる。

図２(b)は、環状部材２０の側面図であり、金属平板１０がパンチに押し込まれたことにより、将来フランジとなる金属平板１０（４１）の位置から、側面視で金属平板１０の面へ、側周部２４が立ち上がっている様子を示す。側周部２４の一つの側面は、平面部２１、コーナー部２２と変形部２３から成っている。また、金属平板１０（４１）は、後工程でフランジとなる。即ち、絞り加工におけるしわ押えとダイスにより保持され、側周部２４の成形に使用されなかった金属平板１０の一部から、環状部材のフランジを成形し、その両面ともフラットに形成されている。本実施形態では、フランジを備えているが、側周部２４の成形にすべて金属平板を使用しフランジを備えない環状部材であってもよい。

本実施形態では、環状部材２０は矩形なので、４つの角部２５を備え、側周部の隣り合う２つの平面部２１は直角をなすように構成されている。もちろん、上述したように、環状部材が他の多角形である場合には、それに応じた角度をなすことになり、その角度の変化はコーナー部により吸収されることになる。

図３は、環状部材２０の斜視図であり、製造中の環状部材２０が、概ね矩形の側周部２４と、将来フランジとなる金属平板１０の残余（１０（４１））と、側周部２４の中側にある金属平板１０を備えることを示す。側周部２４は、四隅に、コーナー部２２とその両側に変形部２３をそれぞれ備え、それらを平面部２１が繋げている。この側周部２４は、絞り加工により形成されるので、シームレスな環状部を形成している。

コーナー部２２は、絞りプレス加工により形成された側周部２４の一部なので、側周部２４の高さに亘り、平面視で略円弧状であり、即ち、円筒の側面の一部のような曲面を構成している。コーナー部２２と平面部２１との間には変形部２３があり、変形部２３は、コーナー部２２と平面部２１とが直接繋がらないこと、即ち、変形部２３は平面のみからなる部分ではないことを表わす。変形部２３は、絞りプレス加工により形成された側周部２４の一部なので、側周部２４の高さに亘り、平面視で同じ形状を有する。平面のみからなる部分でないことは、後工程で変形部２３とコーナー部２２を備える角部を内側から押し出し、エッジ部を形成する際に、変形部２３が、エッジ部へ補充するための金属材料を備えることを意味する。

＜第２工程＞
図４は、第１工程を行った環状部材２０に対して、さらに、第２工程を行った環状部材２０の様子を示す。具体的には、将来フランジとなる、金属平板であった位置にある金属平板１０の残余（１０（４１））から、所定の高さＨで、側周部２４を成形する。高さＨの大きさは、環状部材の適用に応じ適宜決定される。本実施形態では、図４(b)に示すように、平面部２１を同一高さとし、角部２５は平面部２１より若干低く成形されているが、これに限定されず、例えば、平面部２１と角部２５は同じ高さでもいいし、平面部２１において高さが部分的に異なっていてもいい。

成形の仕方は、最終的な高さが所定の高さになればよいので、例えば、側周部２４にレーザ光を当て直接トリミングしてもよいし、図２(a)に表わされる側周部２４の中側にある金属平板１０の部分でせん断プレス加工を行い、中側に曲がっている部分を引き起こすことにより側周部２４の平面部２１等と一体的になるように形成してもよい。前工程におけるパンチを押し込む深さは、前者の場合は所定の高さＨよりも大きく、後者の場合は小さい。

図４(a)は、前工程の図２(a)にあった側周部２４の中側にある金属平板１０の部分が取り除かれ、側周部２４の断面が表わされている。この断面の肉厚Ｗは、原材料である金属平板１０の肉厚にほぼ等しい。角部２５は、図４(c)により、拡大図として示されている。本工程で所定の高さになるように切断されたので、平面視で断面が表わされている。上部を切り取られただけなので、構成は不変であり、角部２５は、主にコーナー部２２とその両側に変形部２３が備えられ、その変形部２３は、平面部２１と繋がっているので、変形部２３は、コーナー部２２と平面部２１との間にある。

コーナー部２２は、側周部２４の高さに亘り、平面視で略円弧状であり、変形部２３は、平面のみからなる部分ではなく、実質的に、平面視で、コーナー部２２の円弧と平面部２１の直線をスムーズに繋げるために曲線を形成し、その曲線が側周部２４の高さに亘っている。角部２５の肉厚Ｗは、本実施形態では、コーナー部２２と変形部２３ではほぼ同じである。

図５は、環状部材２０の斜視図であり、製造中の環状部材２０が、概ね矩形の側周部２４と、将来フランジとなる金属平板１０の残余（１０（４１））を備えることを示す。側周部２４は、四隅にコーナー部２２とその両側に変形部２３をそれぞれ備え、それらを平面部２１が繋げている。前工程ではあった側周部２４の中側にある金属平板１０を取り除いたことにより、側周部２４は、シームレスな環状部材として形成された。

＜第３工程＞
図６Ａは、本実施形態における第３工程において、角部からエッジ部を成形する方法を説明するための図である。具体的には、図６Ａ(a)に示すように、前工程において環状部材として形成された側周部２４の曲面として形成された変形部２３とコーナー部２２を、側周部２４の内側から押出金型９０で押し出すことにより、最終的には図６Ａ(b)に示すような、角張ったエッジ部３１を形成する。

押出金型９０の、コーナー部２２に当接する部分は突出し、変形部２３に当接する部分は平面である。本実施形態では、矩形の環状部材を作成しているので、コーナー部２２に当接し突出する角度は直角であるが、他の多角形、例えば、六角形の環状部材を作成する場合には、押出金型９０のコーナー部２２に当接し突出する角度は１２０度である。押出金型９０は、側周部２４の高さのすべてに亘り、四隅を同時に、側周部２４を押し出すことが好ましい。しかし、形成する環状部材によっては、側周部２４の高さのすべてに亘り押し出さなくても良い、また、図６Ｂのように、型枠金型を用いる場合には、四隅を同時に押し出さなくても良い。型枠金型を用いる場合には、さらに、押し出した後にスプリングバックを起こすことが少ないなどの利点がある。

本実施形態では、コーナー部２２の、金属平板１０（４１）と平行な面における断面形状は、即ち、コーナー部２２は平面視では円弧状であり、変形部２３の、金属平板１０（４１）と平行な面における断面形状は、即ち、変形部２３は平面視では側周部２４の内側方向へ膨らんだ略アーチ状であり、コーナー部２２の円弧の円周上の中点Ｅ２と、変形部の略アーチの頂点Ｅ１とを押し出すことにより、エッジ部３１を成形する。

押出金型９０は、Ｅ１で変形部２３と、Ｅ２でコーナー部２２と当接し押し出すが、まず、Ｅ１に当接し、押し出す過程でＥ２に当接してもよいし、Ｅ１とＥ２同時に当接し押し出してもよい。押し出す方向は、矢印９９のように、２つの平面部２１となす角度が等しくなる方向である。本実施形態では、２つの平面部２１となす角度が４５度ずつになるように押し出す。このように押し出すことにより、変形部２３を形成する金属材料をエッジ部３１の方へ押しやりつつ、角張ったエッジ部を形成することができる。その結果、変形部２３を形成する金属材料をエッジ部３１の方へ補充しながらエッジ部３１を形成できるので、エッジ部３１に亀裂が入ったり、エッジ部３１付近の肉厚が薄くなることを回避できる。

押出金型９０は、変形部２３とコーナー部２２を徐々に押し出し、角部を挟む２つの平面部２１が交わる点Ｅ３に来た所で止められる。こうすることにより、変形部２３とコーナー部２２は、平面部２１と一体的に平面として形成され、コーナー部２２の曲率半径より小さな曲率半径を有する角張ったエッジ部３１を形成することができる。

図７は、本実施形態における角部の詳細図であり、第１工程において、コーナー部２２と変形部２３の形成を如何に行うかを説明するものである。なお、コーナー部、変形部、平面部を表わす線（実線）は、各部の肉厚の中心線を意味している。
変形部２３とコーナー部２２の平面視における総延長は、
曲線Ｑ１＋曲線Ｑ２＋曲線Ｒ
である。なお、曲線Ｑ１は曲線Ｅ３１〜Ｅ３１’、曲線Ｑ２は曲線Ｅ３２〜Ｅ３２’、曲線Ｒは曲線Ｅ３１〜Ｅ３２である。
また、エッジがＥ３の位置に形成されたエッジ部においては、平面部の平面視における総延長は、
Ａ＋Ｂ
である。従って、第３工程においてエッジ部を適切に形成するためには、金属材料が適切にエッジ部へ補充されることが重要であり、好ましくは、
曲線Ｑ１＋曲線Ｑ２＋曲線Ｒ＝Ａ＋Ｂ
の関係が成立するように、第１工程で変形部２３とコーナー部２２を形成しておくことが必要である。なお、各部の肉厚は一定であるとの前提である。しかし、厳密に同じである必要はなく、金属平板の肉厚にもよるが、およそ１０〜２０％の違いはあってもよい。また、プレス加工後の肉厚は、元の金属平板１０の肉厚の５０％以下になると割れが生じる虞があるので、元の金属平板１０の肉厚の５０％以下にならない範囲で、エッジ部を形成することが好ましい。

図８は、第２工程を行った環状部材２０に対して、さらに、第３工程を行った環状部材２０の様子を示す。具体的には、第３工程において、側周部２４の高さに亘り、環状部材の内側からコーナー部２２と変形部２３を押し出すことにより、変形部２３を形成する金属材料をエッジ部３１へ補充したことにより、変形部２３とコーナー部２２は、平面部２１と一体的に平面として形成され、環状部材の内周面において、小さな曲率半径を有するエッジ部３１が成形された。第３工程を行ったことにより、第１工程で形成されたコーナー部２２と変形部２３は、エッジ部３１と平面部に変化したことになる。

図９は、本実施形態における第３工程終了時の環状部材の斜視図を示す。上記第１〜第３工程を行ったことにより、側周部２４は角張ったエッジ部を有するシームレスな環状部材を形成し、また、その側周部２４である環状部材の一端において、フラットなフランジ１０（４１）を有する環状部材２０を形成できた。

＜第４工程＞
図１０は、本実施形態における第４工程において、側周部２４の成形に使用されなかった金属平板１０の一部から形成されたフランジをトリミングして成形し、第４工程終了時の環状部材の形状を示した図である。また、図１１は、同斜視図である。フランジは、環状部材の適用に応じて適宜その大きさ、側周部２４からの巾などが定められる。これにより、角張ったエッジ部を有するシームレスな環状部材であり、その環状部材の一端においてフラットなフランジを有する環状部材が作成された。

本実施形態では、側周部２４の高さＨは、環状部材の肉厚Ｗの５倍以上であり、また、角張ったエッジ部、具体的には、内周面の曲率半径を肉厚Ｗより小さく成形されたエッジ部を備えている。側周部２４の高さＨが環状部材の肉厚Ｗの５倍以上、内周面の曲率半径を肉厚Ｗより小さい曲率半径をもって成形するエッジ部を有する場合、特に本願発明が有効であり、本願発明により、環状部材の側周部２４の高さが高く、エッジの肉厚が均質であり、曲率半径の小さいエッジを備える環状部材を製造することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、フランジを有する共に、変形部２３は、平面視では側周部２４の内側方向へ膨らんだ略アーチ状であったが、本実施形態では、フランジはなく、変形部の形状が異なる。図１２は、本実施形態における第１工程において形成する変形部のバリエーションを示し、変形部２３Ａは、平面視では波型であることを示す。型枠金型９１が、側周部２４Ａの外側にあり、変形部２３Ａとコーナー部２２Ａは、型枠金型９１と押出金型９０との間に挟まれ、エッジ部と平面部が成形される。

押出金型９０は、コーナー部２２Ａの円弧の円周上の中点と、変形部２３Ａの波型の一方の頂点とを押し出す。また、同時に、変形部２３Ａの波型の他方の頂点は、型枠金型９１に押される。その際、波型の変形部２３Ａが平面部に変形するときに余った金属材料は、コーナー部２２Ａがエッジ部に変形する部分に補充される。その結果、エッジ部においてひび割れ等を回避でき、変形部２３Ａとコーナー部２２Ａは、平面部２１と一体的に平面として形成され、コーナー部２２Ａの曲率半径より小さな曲率半径を有する角張ったエッジ部３１を形成することができる。
なお、上記以外は、第１実施形態と同じである。

＜第３実施形態＞
第１及び第２実施形態では、変形部の肉厚は他の部分の肉厚と同じであったが、本実施形態では、変形部２３Ｂは、他の部分とは肉厚が異なっている。図１３は、変形部２３Ｂが、側周部２４Ｂの内側に膨らんだ略アーチ状であり、側周部２４Ｂの外側は平面であり、他の部分とは肉厚が異なっていることを示す。

押出金型９０は、コーナー部２２Ｂの円弧の円周上の中点と、変形部２３Ｂの略アーチ状の頂点とを押し出す。また、押出金型９０に押されても、側周部２４Ｂの外側は、即ち、変形部２３Ｂの外側は、型枠金型９１に支えられているので、押さえ付けられた変形部２３Ｂの金属材料が、コーナー部２２Ｂの方へ移動し、補充され、エッジ部が形成される。これにより、変形部２３Ｂとコーナー部２２Ｂは、平面部２１と一体的に平面として形成され、コーナー部２２Ｂの曲率半径より小さな曲率半径を有する角張ったエッジ部３１を形成することができる。
なお、上記以外は、第１実施形態と同じである。
変形部の平面視形状について、略アーチ状、波型、略アーチ状余肉を上述したが、これ以外には、山形、角形など、直線に比し、材料を多く有することのできる形であればよい。

なお、本願において、環状部材の材料となる金属平板１０の原材料は、特に限定されない。本環状部材が適用される領域に適宜適合させて適用される。たとえば、後述のダクトに適用する場合は、亜鉛めっき鉄板、亜鉛めっき鋼板、ガルバリウム鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム、マグネシウム、チタンなどが一般的である。

＜適用例＞
本願の多角形の環状部材は、以下のように適用される。
例えば、建築物内で空調、換気、排煙の目的で設備される空気ダクト、特に、角ダクトの、ダクト同士の接合、ダクトと他の部材との接合、ダクトの末端処理部などに適用される。例えば、ダクト同士の接合の場合、一般的には、現場での溶接、アングルのフランジをダクトの両端に接続し、現場でそのフランジ同士をボルト等で固定して接続する方法、角ダクトの端を外折にめくり上げてフランジとし、四隅の欠けた部分にコーナー部材を取り付け、現場でその部材同士をボルト等で接続する方法などが使用されている。

しかし、これらはいずれも現場での作業負担が大きく、また、部材自体のコストも高い。そこで、本願の環状部材をこのような用途で使用すると、本環状部材は安い製造コストで製造されるので、空気ダクト自体のコストを下げることができ、また、現場での施工を容易にするので、施工コストも下げることが可能となる。

一般的には、角ダクト自体は板金で製作されることが多いので、角ダクトのエッジは曲率半径の小さい角張ったエッジを有している。従って、角ダクトを接合する部材も、空気の漏れを防ぐため、エッジは曲率半径の小さい角張ったエッジを有すること、また、フランジ等の接合面はフラットであることが重要となる。従来のプレス加工で製造される部材では、曲率半径の小さい角張ったエッジを形成することが困難であったため、本願のようなプレス加工で製造される部材をこのような所に適用することは困難であった。

しかし、上述のように、本願の環状部材は、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで製造することにより、安価な矩形の環状部材を提供できるようになったことにより、このような適用が可能となった。また、角ダクトは、一般に、１．５ｍｍ以下の薄い板材を用いることが多いので、本願の環状部材の肉厚も、角ダクトの肉厚に合わせ、１．５ｍｍ以下にすることが好ましいが、本願の製造方法は、肉厚が１．５ｍｍ以下の薄い板材であっても、ひび割れ等を生ずることなく、エッジを形成した多角形の環状部材を製造することを可能とする。

ダクトと他の部材（例えば、換気扇やシャッター）との接合とダクトの末端処理部（例えば、吹出し口や吸込み口の枠部）においても、同様に、空気の漏れを防ぐため、エッジは曲率半径の小さい角張ったエッジを有することが重要となるので、本願の環状部材が有効である。

他の適用は、例えば、鉄骨造・木造における柱梁の接合部材（継ぎ手）にも適用可能である。一般的に、構造材の鉄骨や木材の角はエッジのある凸角を有するが、継ぎ手はその構造材と密着させて接合する必要があるので、その構造材を囲む継ぎ手も内周面において構造材と密着するために曲率半径の小さい角張った凹角のエッジが必要となる。

上述のように、本願の環状部材は、矩形の環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで製造することにより、安価な矩形の環状部材を提供できるようになったことにより、このような適用が可能となった。

また、柱と梁のような直角をなして接合する場合においては、本環状部材のフランジの四隅を切断し、対向する一対のフランジを環状部材の軸方向に延ばし、例えば、本環状部材を梁側に取り付ける場合には、梁の側面に延ばした一対のフランジを、梁の上面に延ばさなかった一対のフランジをボルト等で取り付け、環状部材の位置にほぞ組とともに柱を取り付ければ、強固な構造が可能となる。

さらに、例えば、本願環状部材を窓枠に適用することが可能である。一般的には、窓枠は、別々の上下左右の部材を角でつなぎ合わせて製造されるが、これはコスト高の一因となっている。一体成型することができれば、コスト安く製造することが可能となる。

そこで、本願環状部材を適用すれば、本願の環状部材は、矩形の環状部材の内周面に小さな曲率半径を備えるので窓との密閉性に問題はなく、安い製造コストで製造することにより、安価な窓枠を提供できる。

１０ 金属平板
２０ 環状部材（製造工程中）
２１ 平面部
２２ コーナー部
２３ 変形部
２４ 側周部
２５ 角部
３１ エッジ部
４０ 環状部材
４１ フランジ
９０ 押出金型
９１ 型枠金型
９２ ダイス
９３ しわ押え
９４ パンチ
９８ 素材
９９ 力の向き

Claims (7)

1. プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法であって、
   平面部と、曲面からなるコーナー部と、前記コーナー部と前記平面部の境界領域にある変形部とからなる側周部を絞り加工により成形する工程と、
   前記金属平板面から予め定めた高さに前記側周部を成形する工程と、
   前記側周部の前記高さに亘り、前記環状部材の内側から前記コーナー部を押し出すと共に、前記変形部を形成する金属材料をエッジ部へ補充することにより、前記環状部材の内周面において、前記コーナー部から、前記コーナー部の曲率半径より小さな曲率半径を有する前記エッジ部を成形する工程と、
   を含む多角形の環状部材の製造方法。
2. さらに、前記絞り加工におけるしわ押えにより保持され、前記側周部の成形に使用されなかった前記金属平板の一部から、前記環状部材のフランジを成形する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の多角形の環状部材の製造方法。
3. 前記コーナー部の断面形状は、円弧状であり、
   前記変形部の断面形状は、前記側周部の内側方向へ突出した略アーチ状であり、
   前記コーナー部の前記円弧の円周上の中点と、前記変形部の略アーチの頂点とを押し出すことにより、前記エッジ部を成形することを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の多角形の環状部材の製造方法。
4. 前記側周部の前記高さは、前記矩形環状部材の肉厚の５倍以上であり、
   前記エッジ部における内周面の曲率半径を、前記肉厚より小さく成形することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の矩形の環状部材の製造方法。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の多角形の環状部材の製造方法によって製造された多角形の環状部材。
6. プレス加工により金属平板から成形される多角形の環状部材であって、
   前記多角形環状部材は、側周部とフランジからなり、
   前記側周部は、内周面において前記多角形環状部材の肉厚より小さい曲率半径を有するエッジ部を備え、
   前記側周部の前記高さは、前記肉厚の５倍以上であり、
   前記フランジは、前記側周部の一端に備えられている、
   ことを特徴とする多角形環状部材。
7. シームレスな多角形の環状部材であって、
   前記多角形環状部材は、側周部とフランジからなり、
   前記側周部は、内周面において前記多角形環状部材の肉厚より小さい曲率半径を有するエッジ部を備え、
   前記側周部の前記高さは、前記肉厚の５倍以上であり、
   前記フランジは、前記側周部の一端に備えられている、
   ことを特徴とする多角形環状部材。