JP2012228699A - 断面矩形状金蔵パイプを形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既に金型成形が行われている円筒状金属パイプを原材料として、簡単な設備によって、平面状の内壁及び外壁がライン状のコーナーにて順次湾曲しながら交差している矩形状金属パイプをスピーディに成形しかつ確保すること。
【解決手段】円筒状金属パイプ１に対し、内壁側から突出部２１を有している挿通部２を介してコーナー１１の中心位置１１０となることを予定している位置及び／又はその両側近傍に対し局所的な圧力を加えることによって、円筒と直交する方向の断面において４個の円弧が交差した状態を形成した後、挟持部３を介してコーナー１１及びその近傍以外の内壁及び外壁を平坦形状とすることによって、前記課題を達成する湾曲したコーナー１１を有する断面矩形状パイプを成形する方法及び当該方法によって成形された金属パイプ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状金属パイプに対し、内壁側から突出部又は突出部を有している挿通部を介して局所的な圧力を加えることによって、円筒と直交する方向の断面において４個の円弧が交差した状態を形成した後、挟持部を介してコーナー及びその近傍以外の内壁及び外壁を平坦形状とすることによって、湾曲したコーナーを有する断面矩形状パイプを成形する方法及び当該方法によって成形された金属パイプに関するものである。

４個のラインに沿ったコーナーが順次歪曲している断面矩形状金属パイプが、電気部品及び電子部品の接続のために一般に採用されている。

前記のような断面矩形状の場合を含む金属パイプの成形については、例えば特許文献１及び同２に示すように、金型によって成形したうえで鍛造成形を行うことが典型的な公知技術として採用されている。

しかしながら、鍛造工程においては強力な衝撃力を実現するためには、膨大な設備を必要とする。

このような従来技術を改善するため、出願人は特願２００９−１１９７６１の共同出願を行ったが、当該出願に基づいて特許文献３の公知技術が開示されている。

特許文献３の技術は、オス金型及びメス金型を採用したうえで、電磁振動又は電磁モーターの回転を往復運動に変換することに基づく振動力を加え、固体状金属における破壊を順次生じさせながらオス金型を移動 させることを必要としており、従前の金型成形＋鍛造に基づく製造方法よりも効率的な金属パイプを製造することができる。

しかしながら前記先願発明の場合にも、電磁振動を引き起こすような設備、又は電磁モーターにおける回転を往復運動による振動に変換するという格別の設備を必要とする点において改善の余地がある。

金型成形によって円筒状金属パイプは比較的容易に製造可能であるが、現時点においては、当該円筒状金属パイプから特に長手方向のラインに沿ったコーナーにおいて平面状の内壁及び外壁が歪曲しながら交差している断面矩形状パイプを簡単な設備にて製造する方法はこれまで提唱されていない。

実開昭６１−１２７８２６号公報 特開２０００−１０２８５６号公報 特開２０１０−２６４５０２号公報

本発明は、既に金型成形が行われている円筒状金属パイプを原材料として、簡単な設備によって、平面状の内壁及び外壁がライン状のコーナーにて順次湾曲しながら交差している矩形状金属パイプをスピーディに成形しかつ確保することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１） 肉厚が均一である円筒状金属パイプから、湾曲したライン状のコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法であって、当該円筒状金属パイプの内壁において、当該矩形を形成した場合に、当該矩形において４個のコーナーを形成する領域における中心位置となることを予定した４個の位置を当該円筒方向のラインに沿って予め想定しかつ設定したうえで、
（イ）パイプの内側において、当該ラインに沿った４個の予定位置と当接し、かつパイプの中心軸方向に沿って順次突出の程度が均等に増大している４個の突出部を有する挿通部をパイプの中心軸方向に沿って移動させることによって、前記４個の予定位置に対し、当該円筒の外壁側に向かう均等の圧力を加え、パイプの内壁及び外壁に、４個の円弧が前記４個の予定位置及びその近傍において順次湾曲しながら交差した状態を成形する工程、
（ロ）パイプの内壁及び外壁の全面を挟持している挟持部を当該パイプの軸方向に移動させ、その際当該挟持部においては、当該挟持の長手方向に沿って前記内壁及び外壁と接する前記直交方向の断面形状が、前記（イ）において形成された４個の円弧の状態から順次均等に直線状態に変化することによって、前記４個の円弧に対し、内壁側から外壁側に向かう圧力及び外壁側から内壁側に向かう圧力を加えることによって、内壁及び外壁を平面形状とし、かつ前記４個のコーナーを成形する位置において、内壁及び外壁が順次湾曲しながら交差している状態を成形する工程、
によって、円筒状金属パイプから湾曲したコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法、
（２）肉厚が均一である円筒状金属パイプから、湾曲したライン状のコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法であって、当該円筒状金属パイプの内壁において、当該矩形を形成した場合に、当該矩形において４個のコーナーを形成する領域における中心位置となることを予定した４個の位置を当該円筒方向のラインに沿って予め想定しかつ設定したうえで、
（イ）パイプの内側において、当該ラインに沿った４個の予定位置の両側近傍と当接し、かつパイプの中心軸方向に沿って順次突出の程度が均等に増大している４個の突出部を有する挿通部をパイプの中心軸方向に沿って移動させることによって、前記４個の予定位置の両側近傍に対し、当該円筒の外壁側に向かう均等の圧力を加え、パイプの内壁及び外壁に、４個の円弧が前記４個の予定位置及びその近傍において順次湾曲しながら交差した状態を成形する工程、
（ロ）パイプの内壁及び外壁の全面を挟持している挟持部を当該パイプの軸方向に移動させ、その際当該挟持部においては、当該挟持の長手方向に沿って前記内壁及び外壁と接する前記直交方向の断面形状が、前記（イ）において形成された４個の円弧の状態から順次均等に直線状態に変化することによって、前記４個の円弧に対し、内壁側から外壁側に向かう圧力及び外壁側から内壁側に向かう圧力を加えることによって、内壁及び外壁を平面形状とし、かつ前記４個のコーナーを成形する位置において、内壁及び外壁が順次湾曲しながら交差している状態を成形する工程、
によって、円筒状金属パイプから湾曲したコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法、
（３）突出部がコーナーの中心位置となることを予定している位置及びその両側近傍の双方に均等の圧力を加えることによって、前記（１）の工程（イ）及び前記（２）の工程（イ）の双方を採用している断面矩形状パイプを成形する方法、
（４）前記（１）、（２）、（３）の何れかに記載の方法によって成形された断面矩形状金属パイプ、
からなる。

基本構成（１）、（２）、（３）の方法においては、従来技術のような鍛造装置を使用せずとも、長手方向に沿って突出状態が均等に順次増大している突出部を有している挿通部をパイプの中心軸方向に沿って移動することによって工程（イ）を実現すると共に、パイプの内壁及び外壁を挟持し、しかも前記パイプの中心軸方向と直交する方向の断面において、当該内壁及び外壁と接するラインが順次直線状に変化している挟持部を、パイプの中心軸方向に沿って移動することによって工程（ロ）を実現することができ、簡単な製造設備にて基本構成（３）のような断面矩形状金属パイプを成形することができる。

しかも、工程（イ）、（ロ）の移動による実現は安定した制御が可能であることから、画一的な成形が可能であると共に、多種類のサイズによるパイプに対応することができる。

基本構成（１）の工程（イ）による成形状況を説明しており、（ａ）はパイプの中心軸方向に沿った方向において挿通部の移動に伴って、挿通部及びパイプの形状が変化していくことを示す断面図であり、（ｂ）は当該中心軸方向と直交する方向において同様の変化状況を示す断面図である。 基本構成（２）の工程（イ）による成形状況を説明するためのパイプの中心軸方向と直交する方向における断面図である（尚、上記断面図によって、基本構成（１）との相違部分が十分判明することから、図１の場合と同じような個別の図示を省略する。）。 基本構成（１）、（２）、（３）における工程（ロ）の成形状態を説明しており、（ａ）はパイプの中心軸方向に沿った挟持部の移動に伴って、挟持部及びパイプの形状が変化していくことを示す断面図であり、（ｂ）は当該中心軸方向と直交する方向において同様の変化状況を示す断面図である。 工程（ロ）の後において、パイプの内壁及び外壁の平坦部分及び／又は順次湾曲した状態にて交差しているコーナーに対し、ローラーの移行に伴う加圧によって、更なる成形を行うことに関するパイプの中心軸方向と直交する方向の断面図である（尚、両側の矢印はローラーの内壁に対して加える圧力の方向を示す。）。 コーナーにおいて、内壁だけでなく外壁においても円弧の中心位置に対する角度が９０度に形成された状態を示す中心軸方向と直交する方向の断面図である。 工程（イ）よりも前段階において、実施例記載のように、パイプの中心軸方向と直交する方向において円筒状金属パイプの形状を楕円筒状に変形することに関する前記中心軸方向と直交する方向の断面図である。

前記各基本構成のうち、基本構成（１）及び同（２）がベースとなることから、最初にこれらの基本構成について説明する。

基本構成（１）の工程（イ）においては、図１（ａ）、（ｂ）のうち２に示すように、パイプの内側において、当該ラインに沿った４個の予定位置と当接し、かつパイプの中心軸方向に沿って順次突出の程度が均等に増大している４個の突出部２１を有する挿通部２をパイプの中心軸方向に沿って移動させることによって、前記４個の予定位置に対し、当該円筒の外壁側に向かう均等の圧力を加え、パイプの内壁及び外壁に、４個の円弧が前記４個の予定位置及びその近傍において順次湾曲しながら交差した状態を成形している。

同様に、基本構成（２）の工程（イ）においては、図２に示すように、パイプの内側において、当該ラインに沿った４個の予定位置の両側近傍と当接し、かつパイプの中心軸方向に沿って順次突出の程度が均等に増大している４個の突出部２１を有する挿通部２をパイプの中心軸方向に沿って移動させることによって、前記４個の予定位置の両側近傍に対し、当該円筒の外壁側に向かう均等の圧力を加え、パイプの内壁及び外壁に、４個の円弧が前記４個の予定位置及びその近傍において順次湾曲しながら交差した状態を成形している。
尚、図１は正方形による矩形状の場合を示しており、図２は長方形による矩形状の場合を示している。
但し、基本構成（１）の場合に、実際に採用される実施形態においては、挿通部２は図１の各（ａ）、（ｂ）に示すように、番号１によって示す第１段階においては、４個の突出部２１は、最初に設定されたラインに沿ったコーナー１１における中心位置１１０に対する単なる当接状態を実現することによって、円筒状金属パイプ１の形状は維持されており、
続いて番号２に示す第２段階においては、当該４個のラインに沿ったコーナー１１における中心位置１１０となることを予定している位置に当接する突出部２１の程度がパイプの中心軸と直交する方向に挿通部２の長手方向に沿って均等な状態にて順次増大することによって、円筒状金属パイプ１は中心軸と直交する方向の断面において４個の円弧が交互に交差した形状に順次変形しており、
最後の番号３に示す第３段階においては、当該４個のラインに沿ったコーナー１１における前記中心位置１１０に当接している突出部２１の突出の程度が一定となった状態を維持しており、前記４個の円弧が相互に交差した状態もまた維持されている。
そして、基本構成（２）の場合には、図１の各（ａ）、（ｂ）のように、突出部２１が中心位置１１０を押圧することに代えて、その両側近傍を押圧することによって前記３段階と同様の工程を経ることになる。

工程（ロ）は、工程（イ）の後に図３（ａ）、（ｂ）の番号１、２に示すように、パイプの内壁及び外壁の全面を挟持している挟持部３を当該パイプの軸方向に移動させ、その際当該挟持部３においては、当該挟持の長手方向に沿って前記内壁及び外壁と接する前記直交方向の断面形状が、前記（イ）において形成された４個の円弧の状態から順次均等に直線状態に変化することによって、前記４個の円弧に対し、内壁側から外壁側に向かう圧力及び外壁側から内壁側に向かう圧力を加えることによって、内壁及び外壁を平面形状とし、かつ前記４個のコーナー１１を成形する位置において、内壁及び外壁が順次湾曲しながら交差している状態を成形している。
但し、実施形態としては、
番号１に示す第１段階では、挟持部３の両側面は、工程（イ）が終了したパイプの外壁及び内壁に沿って長手方向に沿って移動しており、
番号２に示す第２段階では、挟持部３の両側面は、パイプの中心軸方向と直交する方向の断面において、順次４個の円弧状が、ライン状のコーナー１１にて順次湾曲しながら交差した状態から当該円弧状を順次平坦な直線状に近付けるように挟持部３の長手方向に沿って順次変化するような曲面を形成することによって、パイプの内壁及び外壁もまた、当該変化に沿って変形しており、
番号３に示す第３段階では、挟持部３の両側面は目標とする形状、即ち順次湾曲しながら交差状態を呈しているラインに沿ったコーナー１１部以外の領域において長手方向に沿った平面を形成しており、当該平面形状を維持しながら移動しかつ前記挟持状態を終了する。
尚、図３は、図２の場合と同様に、長方形による矩形状の場合を示す。

このように、基本構成（１）及び（２）は、図１、２に示すような挿通部２の移動によって工程（イ）を実現し、図３に示すような挟持部３の移動によって工程（ロ）を実現することによって、パイプの中心軸に対する直交方向において湾曲したコーナー１１を有する断面矩形状金属パイプ１を容易に成形することができる。

しかも、前記のような挿通部２及び挟持部３の移動装置は、鍛造を実現する装置に比べてシンプルであるため、結局断面矩形状金属パイプ１の製造コストを安価とすることができる。

基本構成（１）及び（２）は、工程（イ）において、４個のラインに沿ったコーナー１１における中心位置１１０となることを予定している位置に対し、突出部２１の先端が円筒状パイプの中心軸と直交する対角線方向の外側に押圧する部位に突出部２１による位置が、当該中心位置１１０か又はその両側近傍であるかにおいて相違しているが、基本構成（３）の場合には、工程（イ）として基本構成（１）、（２）の双方を併用し、突出部２１がコーナー１１の中心位置１１０となることを予定している位置及びその両側近傍の双方に対し、円筒の外側に向かう均等の圧力を加えていることによって、突出部２１は必然的に前記予定位置及びその両側近傍における当接を実現している。

このような併用による基本構成（３）の場合には、所望の湾曲状態のコーナー１１を正確に成形することができる。

図４に示すように、工程（ロ）の後に、内壁及び外壁の一方及び／又は双方に対し、回転ローラー４の移動に伴う押圧によって、内壁及び外壁による肉厚及び／又はコーナー１１の湾曲状態を更に変化させることを特徴とする実施形態も採用可能である。

上記実施形態の場合には、コンピュータ制御に基づきローラー４をパイプの内壁及び外壁に接した状態にて移動させることによって、平坦部及び／又は湾曲しているコーナー１１を更に肉薄状に変形することによって、より精緻な形状を得ることができる。

図４においては、内壁における加圧と外壁における加圧とを同時に行っている場合を図示しているが、各加圧はそれぞれ独立して行うことも可能であり、当該独立した加圧の方が精密な平面状態形成のために必要なコンピュータ制御が容易である。

本発明によれば、工程（ロ）において挟持部３の両側面を選択することによって、４個のラインに沿ったコーナー１１の湾曲状態が、内壁及び外壁において円弧を成形することを特徴とする実施形態も採用可能である。
但し、通常コーナー１１の中心軸方向と直交する方向の断面形状は円弧形状を呈しているが、特に内壁のコーナー１１は、必然的に当該円弧の輪郭は９０度であるのに対し、外側の円弧は通常９０度より小さい場合が少なからず生ずる。

しかしながら、工程（ロ）においては、外壁の変形工程を選択することによって、図３に示すように、外壁のコーナー１１においても円弧状の中心位置に対する角度範囲を何れも９０度に設定することは当然可能である。

以下実施例に即して説明する。

実施例は、図５に示すように、工程（イ）に先立ち、円筒状金属パイプ１の中心軸と直交する方向において、それぞれ相向い合う半円弧の各内壁に対し、当該半円弧を分割するライン１２と直交する方向にガイドピン５を介して均等な内圧を加えることによって、円筒状パイプを楕円筒状パイプに変形する工程を採用していることを特徴としている。

前記楕円筒状への変形について説明するに、前記均等な内圧を加える方向をｘ軸方向とし、上記分割ライン１２の方向をｙ軸方向とし、前記内壁の半径をａとした場合には、均等な内圧を加える前段階では内壁における座標（ｘ、ｙ）については、
ｘ^２＋ｙ^２＝ａ^２
という円に関する一般式が成立している。

前記内壁の座標（ｘ、ｙ）とｘ軸方向との角度をθとし、前記均等な内圧を加えた後の内壁の座標を（ｘ’、ｙ’）としたうえで考察するに、ｘ軸方向に均等な内圧を加えた場合に、実際に内壁の変形に寄与する成分は、
ｃｏｓθ
に比例している。
前記の点は、ｘ軸方向におけるθ＝０の場合には、内圧をストレートに受けることによって変形するのに対し、ｙ軸方向におけるθ＝９０π／２の場合には、ｘ軸方向の内圧は生じないこと、及びｘ軸方向及びｙ軸方向の中間位置では、ｘ軸方向の成分であるｃｏｓθの割合において内圧が効力を有することからも明らかである。

したがって、前記均等な内圧に基づいて変形することによる比例係数をｋとした場合、
ｘ’＝ｘ＋ｋ（ｃｏｓθ）＝（ａ＋ｋ）ｃｏｓθ
が成立し、
ｙ’＝ａｓｉｎθ
が成立する。

即ち、ｘ’^２／ａ（ａ＋ｋ）^２＋ｙ’^２／ａ^２＝１
という楕円に関する一般式が成立することになる。

このように、工程（イ）の前段階において、楕円筒形状の断面を形成することによって、断面形状長方形の断面矩形状金属パイプ１を効率的に成形することができる。

本発明は、湾曲したコーナーを有する断面矩形状金属パイプ１の成形に関する全分野において利用することが可能であり、しかも成形効率及び成形コストにおいて極めて有用な条件を提供することができる。

１ 金属パイプ
１１ コーナー
１１０ コーナーにおける中心位置
１２ 半円弧を分割するライン
２ 挿通部
２１ 突出部
３ 挟持部
４ ローラー
５ ガイドピン

Claims (8)

1. 肉厚が均一である円筒状金属パイプから、湾曲したライン状のコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法であって、当該円筒状金属パイプの内壁において、当該矩形を形成した場合に、当該矩形において４個のコーナーを形成する領域における中心位置となることを予定した４個の位置を当該円筒方向のラインに沿って予め想定しかつ設定したうえで、
   （イ）パイプの内側において、当該ラインに沿った４個の予定位置と当接し、かつパイプの中心軸方向に沿って順次突出の程度が均等に増大している４個の突出部を有する挿通部をパイプの中心軸方向に沿って移動させることによって、前記４個の予定位置に対し、当該円筒の外壁側に向かう均等の圧力を加え、パイプの内壁及び外壁に、４個の円弧が前記４個の予定位置及びその近傍において順次湾曲しながら交差した状態を成形する工程、
   （ロ）パイプの内壁及び外壁の全面を挟持している挟持部を当該パイプの軸方向に移動させ、その際当該挟持部においては、当該挟持の長手方向に沿って前記内壁及び外壁と接する前記直交方向の断面形状が、前記（イ）において形成された４個の円弧の状態から順次均等に直線状態に変化することによって、前記４個の円弧に対し、内壁側から外壁側に向かう圧力及び外壁側から内壁側に向かう圧力を加えることによって、内壁及び外壁を平面形状とし、かつ前記４個のコーナーを成形する位置において、内壁及び外壁が順次湾曲しながら交差している状態を成形する工程、
   によって、円筒状金属パイプから湾曲したコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法。
2. 肉厚が均一である円筒状金属パイプから、湾曲したライン状のコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法であって、当該円筒状金属パイプの内壁において、当該矩形を形成した場合に、当該矩形において４個のコーナーを形成する領域における中心位置となることを予定した４個の位置を当該円筒方向のラインに沿って予め想定しかつ設定したうえで、
   （イ）パイプの内側において、当該ラインに沿った４個の予定位置の両側近傍と当接し、かつパイプの中心軸方向に沿って順次突出の程度が均等に増大している４個の突出部を有する挿通部をパイプの中心軸方向に沿って移動させることによって、前記４個の予定位置の両側近傍に対し、当該円筒の外壁側に向かう均等の圧力を加え、パイプの内壁及び外壁に、４個の円弧が前記４個の予定位置及びその近傍において順次湾曲しながら交差した状態を成形する工程、
   （ロ）パイプの内壁及び外壁の全面を挟持している挟持部を当該パイプの軸方向に移動させ、その際当該挟持部においては、当該挟持の長手方向に沿って前記内壁及び外壁と接する前記直交方向の断面形状が、前記（イ）において形成された４個の円弧の状態から順次均等に直線状態に変化することによって、前記４個の円弧に対し、内壁側から外壁側に向かう圧力及び外壁側から内壁側に向かう圧力を加えることによって、内壁及び外壁を平面形状とし、かつ前記４個のコーナーを成形する位置において、内壁及び外壁が順次湾曲しながら交差している状態を成形する工程、
   によって、円筒状金属パイプから湾曲したコーナーを有する断面矩形状金属パイプを成形する方法。
3. 突出部がコーナーの中心位置となることを予定している位置及びその両側近傍の双方に均等の圧力を加えることによって、請求項１の工程（イ）及び請求項２の工程（イ）の双方を採用している断面矩形状パイプを成形する方法。
4. 工程（イ）に先立ち、円筒状金属パイプの中心軸と直交する方向において、それぞれ相向い合う半円弧の各内壁に対し、当該半円弧を分割するラインと直交する方向にガイドピンを介して均等な内圧を加えることによって、円筒状パイプを楕円筒状パイプに変形する工程を採用していることを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項に記載の断面矩形状パイプを成形する方法。
5. 工程（ロ）の後に、内壁及び外壁の一方及び／又は双方に対し、回転ローラーの移動に伴う押圧によって、内壁及び外壁による肉厚及び／又はコーナーの湾曲状態を更に変化させることを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一向に記載の断面矩形状金属パイプを成形する方法。
6. 工程（ロ）において、４個のラインに沿ったコーナーの湾曲状態が、内壁及び外壁において円弧を成形することを特徴とする請求項１、２、３、４、５何れか一項に記載の断面矩形状金属パイプを成形する方法。
7. 内壁及び外壁における円弧の中心位置に対する角度範囲が何れも９０度となるように各圧力を加えることを特徴とする請求項６記載の断面矩形状金属パイプを成形する方法。
8. 請求項１、２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の方法によって成形された断面矩形状金属パイプ。

Images