JP2015112608A - 成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の品質を向上できる成形装置を提供する。
【解決手段】制御部７０は、金属パイプ材料１４内に気体を供給することによって、金属パイプ材料１４を膨張成形するようにブロー機構６０を制御する。これにより、金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣに対応する形状に膨張成形されると共に、完成品のフランジ部８０ｂに対応する部分は、サブキャビティ部ＳＣへ向かって膨張する。制御部７０は、膨張した金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂをサブキャビティ部ＳＣで押し潰すことによってフランジ部８０ｂを成形するように駆動部８１を制御する。ここで、サブキャビティ部ＳＣは、フランジ部８０ｂの成形時において、金型外部と連通する。従って、フランジ部８０ｂの成形時に、サブキャビティ部ＳＣの内面と金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂとの間の空気が金型外部へ抜けることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置に関する。

従来、加熱した金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させることによって成形を行う成形装置が知られている。例えば、特許文献１に示す成形装置は、互いに対となる上型及び下型と、上型と下型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、上型と下型との間で保持された状態の金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張させて金型の形状に対応する形状に成形することができる。

特開２００３−１５４４１５号公報

ここで、金属パイプにフランジを成形することが要請されていた。上述のような成形装置でフランジ付きの金属パイプを成形する場合、フランジ成形用の容積の小さいキャビティを金型に形成しておき、金属パイプを膨張成形して、フランジ成形用のキャビティで金属パイプ材料の一部を押し潰すことでフランジを成形することができる。このような場合、金型のキャビティが金型外部に対して閉じた空間となっている場合、フランジの成形時に、金型の内面とフランジ部となる部分との間に空気が溜まって、皺の発生等、成形品の品質に影響が及ぼされる可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、成形品の品質を向上できる成形装置を提供することを目的とする。

本発明に係る成形装置は、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置であって、互いに対となる第１の金型及び第２の金型と、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を移動させるスライドと、スライドを移動させるための駆動力を発生させる駆動部と、第１の金型と第２の金型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、駆動部、保持部及び気体供給部を制御する制御部と、を備え、第１の金型及び第２の金型は、金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、フランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を備え、制御部は、保持部によって第１の金型と第２の金型との間で保持された金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張成形するように気体供給部を制御し、膨張した金属パイプ材料の一部を第１の金型及び第２の金型の第２のキャビティ部で押し潰すことによってフランジ部を成形するように駆動部を制御し、第２のキャビティ部は、フランジ部の成形時において、金型外部と連通する。

本発明に係る成形装置において、制御部は、保持部によって第１の金型と第２の金型との間で保持された金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張成形するように気体供給部を制御する。これによって、金属パイプ材料のパイプ部に対応する部分は、第１のキャビティ部に対応する形状に膨張成形されると共に、フランジ部に対応する部分は、第２のキャビティ部へ向かって膨張する。また、制御部は、膨張した金属パイプ材料の一部を第１の金型及び第２の金型の第２のキャビティ部で押し潰すことによってフランジ部を成形するように駆動部を制御する。ここで、第２のキャビティ部は、フランジ部の成形時において、金型外部と連通する。従って、フランジ部の成形時に、第２のキャビティ部の内面と金属パイプ材料のフランジ部を形成する箇所との間の空気が金型外部へ抜けることができる。これによって、皺の発生等を抑制することができ、成形品の品質を向上できる。

また、本発明に係る成形装置において、第２のキャビティ部は、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通されてよい。これによって、成形開始から成形完了に至るまで、第２のキャビティ部の空気が金型外部へ抜けることができるため、成形品の品質を向上できる。

また、本発明に係る成形装置において、第２のキャビティ部には、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方に、フランジ部の厚さに対応する大きさの段差が形成されてよい。これによって、第２のキャビティ部がフランジ部を成形した時点で、当該フランジ部の厚さに対応する大きさの段差によって第２のキャビティ部によるフランジ部の押し潰しが規制される。従って、フランジ部が必要以上に押し潰されることを抑制できる。

本発明によれば、成形品の品質を向上できる。

本発明の実施形態に係る成形装置の概略構成図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、ブロー成形金型の概略断面図である。 成形装置による製造工程を示す図であって、（ａ）は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。 成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示す図である。 電極周辺の拡大図であって、（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図であり、（ｂ）は電極にブロー機構が当接した状態を示す図であり、（ｃ）は電極の正面図である。 ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 変形例に係るブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 変形例に係るブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。 比較例に係るブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。

〈成形装置の構成〉
図１に示しているように、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置１０は、上型（第１の金型）１２及び下型（第２の金型）１１からなるブロー成形金型１３と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させるスライド８２と、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させる駆動部８１と、上型１２と下型１１との間に金属パイプ材料１４を水平に保持するパイプ保持機構（保持部）３０と、このパイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４に通電して加熱する加熱機構５０と、加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込むブロー機構（気体供給部）６０と、駆動部８１、パイプ保持機構３０、加熱機構５０及びブロー機構６０を制御する制御部７０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えて構成されている。制御部７０は、金属パイプ材料１４が焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）に加熱されたときにブロー成形金型１３を閉じるとともに加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込む等の一連の制御を行う。なお、以下の説明では、完成品に係るパイプを金属パイプ８０（図４（ｂ）参照）と称し、完成に至る途中の段階のパイプを金属パイプ材料１４と称するものとする。

下型１１は、大きな基台１５に固定されている。また下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成されて、その上面にキャビティ（凹部）１６を備える。更に下型１１の左右端（図１において左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、当該スペース１１ａ内にアクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図５（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。なお、下型１１には冷却水通路１９が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対２１を備えている。この熱電対２１はスプリング２２で上下移動自在に支持されている。

なお、下型１１側に位置する一対の第１、第２電極１７、１８はパイプ保持機構３０を兼ねており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間に昇降可能に水平に支えることができる。また、熱電対２１は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計や光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。

上型１２は、下面にキャビティ（凹部）２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。上型１２は、上端部をスライド８２に固定されている。そして、上型１２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６で吊され、ガイドシリンダ２７で横振れしないようにガイドされる。本実施形態に係る駆動部８１は、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させるサーボモータ８３を備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６として油圧シリンダを採用する場合は、動作油）を当該加圧シリンダ２６へ供給する流体供給部によって構成されている。制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御することにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られず、例えば、スライド８２に駆動部を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。なお、本実施形態では、上型１２のみが移動するものであるが、上型１２に加えて、または上型１２に代えて下型１１が移動するものであってもよい。また、本実施形態では、駆動部８１がサーボモータ８３を備えていなくともよい。

また上型１２の左右端（図１において左右端）近傍に設けられた電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図５（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。即ち、上下一対の第１、第２電極１７、１８で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。

次に、ブロー成形金型１３を側面方向から見た概略断面を図２に示している。これは図１における矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿うブロー成形金型１３の断面図であって、ブロー成形時の金型位置の状態を示している。側面視した場合、上型１２と下型１１はいずれもその表面に複雑な段差が形成されている。

上型１２の表面には、上型１２のキャビティ２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起１２ｂ、第２突起１２ｃが形成されている。キャビティ２４の右側（図２において右側）に最も突出した第１突起１２ｂが形成され、キャビティ２４の左側（図２において左側）に第２突起１２ｃが形成されている。一方、下型１１の表面は、下型１１のキャビティ１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、キャビティ１６の右側（図２において右側）に第１凹部１１ｂ、キャビティ１６の左側（図２において左側）に第１突起１１ｃが形成されている。

また、上型１２の第１突起１２ｂは丁度下型１１の第１凹部１１ｂと嵌合可能とされている。また上型１２の第２突起１２ｃと、下型１１の第１突起１１ｃとは、上下方向において互いに離間すると共に平行となるように形成されている。結果として、図２に示している通り、ブロー成形時の金型位置においては、上型１２のキャビティ２４の表面（基準ラインＬＶ１となる表面）と下型１１のキャビティ１６の表面（基準ラインＬＶ２となる表面）との間にはメインキャビティ部（第１のキャビティ部）ＭＣが形成され、メインキャビティ部ＭＣの横に容積の小さなサブキャビティ部（第２のキャビティ部）ＳＣが形成される構成となっている。メインキャビティ部ＭＣは金属パイプ８０におけるパイプ部８０ａを成形する部分であり、サブキャビティ部ＳＣは金属パイプ８０におけるフランジ部８０ｂを成形する部分である。

加熱機構５０は、電源５１と、この電源５１から延びて第１電極１７と第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。

ブロー機構６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源６１で供給された高圧ガスを溜めるアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２からシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２からシール部材４４内に形成されたガス通路４６まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されているオンオフ弁６８及び逆止弁６９とからなる。なお、シール部材４４の先端は先細となるようにテーパー面４５が形成されており、第１、第２電極のテーパー凹面１７ｂ、１８ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている（図５参照）。なお、シール部材４４は、シリンダロッド４３を介してシリンダユニット４２に連結されていて、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動することが可能となっている。また、シリンダユニット４２はブロック４１を介して基台１５上に載置固定されている。

圧力制御弁６４は、シール部材４４側から要求される押力に適応した作動圧力の高圧ガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。制御部７０は、（Ａ）から（Ａ）へ情報が伝達されることで、熱電対２１から温度情報を取得し、加圧シリンダ２６、スイッチ５３、切替弁６５及びオンオフ弁６８等を制御する。

水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９や上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。

〈成形装置の作用〉
次に、成形装置１０の作用について説明する。図３は材料としての金属パイプ材料１４を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱工程までを示している。図３（ａ）に示すように、焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備し、この金属パイプ材料１４を、ロボットアーム等（図示しない）により、下型１１側に備わる第１、第２電極１７、１８上に載置する。第１、第２電極１７、１８には凹溝１７ａ、１８ａが形成されているので、当該凹溝１７ａ、１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。次に、制御部７０（図１参照）は、パイプ保持機構３０を制御することによって、当該パイプ保持機構３０に金属パイプ材料１４を保持させる。具体的には、図３（ｂ）のように、各電極１７、１８を進退動可能としているアクチュエータ（図示しない）を作動させ、各上下に位置する第１、第２電極１７、１８を接近・当接させる。この当接によって、金属パイプ材料１４の両端部は、上下から第１、第２電極１７、１８によって挟持される。またこの挟持は第１、第２電極１７、１８に形成される凹溝１７ａ、１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着するような態様で挾持されることとなる。ただし、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料１４の周方向における一部に第１、第２電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。

続いて、制御部７０は、加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱する。具体的には、制御部７０は、加熱機構５０のスイッチ５３をＯＮにする。そうすると、電源５１から電力が金属パイプ材料１４に供給され、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体が発熱する（ジュール熱）。この時、熱電対２１の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御される。

図４は、ブロー成形後に金属パイプ材料１４に対してプレスによりフランジを成形して完成品として、パイプ部８０ａにフランジ部８０ｂが形成されたフランジ付きの金属パイプ８０を得る流れを示している。制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給するようにブロー機構６０を制御し、金属パイプ材料１４を膨張成形する。また、制御部７０は、膨張成形された金属パイプ材料１４の一部を上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すように駆動部８１を制御し、フランジ部８０ｂを成形する。具体的には、図４（ａ）に示しているように、加熱後の金属パイプ材料１４に対してブロー成形金型１３を閉じ、金属パイプ材料１４を当該ブロー成形金型１３のキャビティ内に配置密閉する。その後、シリンダユニット４２を作動させてブロー機構６０の一部であるシール部材４４で金属パイプ材料１４の両端をシールする（図５も併せて参照）。なおこのシールは、シール部材４４が直接金属パイプ材料１４の両端面に当接してシールするのではなく、第１、第２電極１７、１８に形成されたテーパー凹面１７ｂ、１８ｂを介して間接的に行われる。こうすることによって広い面積でシールできることからシール性能を向上させることができる上、繰り返しのシール動作によるシール部材の摩耗を防止し、更に、金属パイプ材料１４両端面の潰れ等を効果的に防止している。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４をキャビティの形状に沿うように変形させる。その後、ブロー成形後の金属パイプ材料１４に対してフランジ部８０ｂを形成するためのプレス動作を行い（この点詳細は別途後述する。）、型開きを行うと、図４（ｂ）に示すように、完成品としてのパイプ部８０ａ及びフランジ部８０ｂを有する金属パイプ８０ができ上がる。

金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しており、比較的低圧でブロー成形することができる。具体的には、高圧ガスとして、４ＭＰａで常温（２５℃）の圧縮空気を採用した場合、この圧縮空気は、密閉した金属パイプ材料１４内で結果的に９５０℃付近まで加熱される。圧縮空気は熱膨張し、ボイル・シャルルの法則に基づき、約１６〜１７ＭＰａにまで達する。即ち、９５０℃の金属パイプ材料１４を容易にブロー成形することができる。

そして、ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４の外周面が下型１１のキャビティ１６に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ２４に接触して急冷（上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため金属パイプ材料１４が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。）されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイトなど）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。

次に、図６を参照して、上型１２及び下型１１による成形の様子について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、成形途中の金属パイプ材料１４のうち、完成品に係る金属パイプ８０のパイプ部８０ａに対応する部分を「第１の成形部分１４ａ」と称し、フランジ部８０ｂに対応する部分を「第２の成形部分１４ｂ」と称する。図６（ａ），（ｂ）に示しているように、本発明に係る成形装置１０において、ブロー成形は上型１２と下型１１とが完全に閉じた（クランプした）状態で行われているのでは無い。即ち一定の離間状態が保たれていることによって、メインキャビティ部ＭＣの横にサブキャビティ部ＳＣが形成されている状態でブロー成形が行われる。当該状態では、キャビティ２４の基準ラインＬＶ１における表面とキャビティ１６の基準ラインＬＶ２における表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成される。また、上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面との間にサブキャビティ部ＳＣが形成される。メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣは互いに連通した状態となっている。また、本実施形態では、サブキャビティ部ＳＣを構成する上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面とは、互いに上下方向に離間した状態で上型１２及び下型１１の幅方向（図６においては紙面左側）における端部まで延びている。従って、サブキャビティ部ＳＣは、金型外部と連通している。その結果、図６（ｂ）に示すように、加熱により軟化し且つ高圧ガスが注入された金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣのみならずサブキャビティ部ＳＣの部分にまで入り込んで膨張する。図６に示す例では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４は当該形状に合わせてブロー成形されることにより、断面矩形状に成形される。なお、当該部分が、パイプ部８０ａとなる第１の成形部分１４ａに対応する。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて円形、楕円形、多角形等あらゆる形状を採用してもよい。また、メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとが連通しているため、金属パイプ材料１４の一部は、サブキャビティ部ＳＣへ入り込む。当該部分が、押し潰されることによってフランジ部８０ｂとなる第２の成形部分１４ｂに該当する。

図６（ｃ）に示すように、ブロー成形後若しくはブロー成形の途中の段階で、離間している上型１２と下型１１とを接近させる。この動作によって、サブキャビティ部ＳＣの容積が小さくなり、第２の成形部分１４ｂの内部空間が消滅し、折りたたまれた状態となる。即ち、当該上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂがプレスされ押し潰される。その結果、金属パイプ材料１４の外周面に、当該金属パイプ材料１４の長手方向に沿うように押し潰された第２の成形部分１４ｂ（当該状態では、金属パイプ材料１４は、完成品としての金属パイプ８０と同様の形状となる）が成形される。なお、これらブロー成形からフランジ部８０ｂのプレス成形完了に至るまでの時間は、金属パイプ材料１４の種類にもよるが概ね１〜２秒程度で完了する。なお、図６に示す例では、上型１２の第１突起１２ｂの表面が下型１１の第１凹部１１ｂの底面と当接し、上型１２と下型１１とがそれ以上近接できない状態となる。当該状態では、サブキャビティ部ＳＣを構成する上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第１突起１１ｃの表面との間には、押し潰された第２の成形部分１４ｂ（すなわちフランジ部８０ｂ）の厚さに対応する隙間が形成されている。当該状態においても、サブキャビティ部ＳＣは金型外部と連通した状態となっている。すなわち、図６に示す例では、サブキャビティ部ＳＣは、金属パイプ８０のフランジ部８０ｂ（金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂ）の成形時において、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通している。

また、ブロー成形後の上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂのみならず、メインキャビティ部ＭＣ部分の金属パイプ材料１４の第１の成形部分１４ａも押し潰されることとなるが、加熱されて軟化しているので型閉じするスピードや圧縮ガス等を調節することによって、弛みや捩れのない製品に仕上げることができる。

次に、本実施形態に係る成形装置１０の作用・効果について説明する。

まず、図９を参照して、比較例に係る成形装置のブロー成形金型３１３について説明する。比較例に係るブロー成形金型３１３において、上型３１２の表面には、上型３１２のキャビティ３２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起３１２ｂ、第２突起３１２ｃ、第３突起３１２ｄが形成されている。キャビティ３２４の右側（図９において右側）に最も突出した第１突起３１２ｂが形成され、キャビティ３２４の左側（図９において左側）に階段状に第２突起３１２ｃ及び第３突起３１２ｄが形成されている。一方、下型３１１の表面は、下型３１１のキャビティ３１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、キャビティ３１６の右側（図９において右側）に第１凹部３１１ｂ、キャビティ３１６の左側（図９において左側）に第１突起３１１ｃが形成されている。また、上型３１２の第１突起３１２ｂは丁度下型３１１の第１凹部３１１ｂと嵌合可能とされている。また上型３１２の第２突起３１２ｃと第３突起３１２ｄの段差部分に、下型３１１の第１突起３１１ｃが嵌合可能とされている。このように構成されている結果として、図９に示している通り、ブロー成形時の金型位置においては、メインキャビティ部ＭＣの横に容積の小さなサブキャビティ部ＳＣが形成される構成となっている。

比較例に係るブロー成形金型３１３では、サブキャビティ部ＳＣ側に上型３１２の第３突起３１２ｄが形成されており、第２突起３１２ｃと第３突起３１２ｄの段差部分に、下型３１１の第１突起３１１ｃが嵌合可能とされている。このとき、上型３１２の第３突起３１２ｄの側面３１２ｅと下型３１１の第１突起３１１ｃの側面３１１ｄとが当接した状態となる。従って、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、金属パイプ材料１４を押し潰すプレス時においては、サブキャビティ部ＳＣが突起３１２ｃ，３１２ｄ，３１１ｃによって金型外部から遮断されることで、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣは閉ざされた状態となる。この場合、金属パイプ材料１４を膨張成形したときに、サブキャビティ部ＳＣの金属パイプ材料１４外の空間ＳＰ（図９（ｂ）参照）に存在していた空気が、突起３１２ｃ，３１２ｄ，３１１ｃの表面と、膨張する金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂの外面によって挟まれる状態となる。このような空気が気泡となって成形性に影響が及ぼされる可能性があった。

一方、本実施形態に係る成形装置１０において、制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給することによって、金属パイプ材料１４を膨張成形するようにブロー機構６０を制御する。これによって、金属パイプ材料１４のうち完成品のパイプ部８０ａに対応する部分（すなわち第１の成形部分１４ａ）は、メインキャビティ部ＭＣに対応する形状に膨張成形されると共に、完成品のフランジ部８０ｂに対応する部分（すなわち第２の成形部分１４ｂ）は、サブキャビティ部ＳＣへ向かって膨張する。また、制御部７０は、膨張した金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂを上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すことによってフランジ部８０ｂを成形するように駆動部８１を制御する。ここで、サブキャビティ部ＳＣは、フランジ部８０ｂの成形時において、金型外部と連通する。従って、フランジ部８０ｂの成形時に、サブキャビティ部ＳＣの内面と金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂとの間の空気が金型外部へ抜けることができる。これによって、皺の発生等を抑制することができ、成形品の品質を向上できる。また、サブキャビティ部ＳＣを金型外部に連通させる場合、当該サブキャビティ部ＳＣに対応する箇所である上型１２の第２突起１２ｃの表面と、下型１１の第１突起１１ｃの表面とを、金型外部へ向かって真っ直ぐ平行に形成することが可能となるため、図９に示すような上型３１２及び下型３１１に比して金型形状をシンプルにすることができ、金型のコストを低減することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１０において、サブキャビティ部ＳＣは、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通されている。これによって、成形開始から成形完了に至るまで、サブキャビティ部ＳＣの空気が金型外部へ抜けることができるため、成形品の品質を向上できる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図７に示すような構成に係るブロー成形金型１１３を採用してもよい。具体的には、ブロー成形金型１１３は、メインキャビティ部ＭＣの一方に、上型１１２の突起１１２ｃの表面と下型１１１の突起１１１ｃの表面との間に形成されるサブキャビティ部ＳＣ１を有し、メインキャビティ部ＭＣの他方に、上型１１２の突起１１２ｂの表面と下型１１１の突起１１１ｂの表面との間に形成されるサブキャビティ部ＳＣ２を有している。これによって、ブロー成形金型１１３は、金属パイプ８０のパイプ部８０ａの両側にフランジ部８０ｂを成形することができる。なお、サブキャビティ部ＳＣ１及びサブキャビティ部ＳＣ２は、いずれも成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通されている。ただし、サブキャビティ部ＳＣ１及びサブキャビティ部ＳＣ２の少なくとも一方が金型外部と連通していればよい。

また、例えば、図８に示すような構成に係るブロー成形金型２１３を採用してもよい。ブロー成形金型２１３では、サブキャビティ部ＳＣには、上型２１２にフランジ部８０ｂに対応する大きさの段差２２０が形成されている。具体的には、段差２２０は、上型２１２の突起２１２ｃの表面に更に突起２１２ｄを設けることによって、形成されている。これによって、これによって、図８（ｂ）に示すように、金属パイプ材料１４の第２の成形部分１４ｂを押し潰しているとき、サブキャビティ部ＳＣは金型外部と連通することができる一方、図８（ｃ）に示すように、サブキャビティ部ＳＣがフランジ部８０ｂを成形した時点で、当該フランジ部８０ｂの厚さに対応する大きさの段差２２０によってサブキャビティ部ＳＣによるフランジ部８０ｂの押し潰しが規制される。従って、フランジ部８０ｂが必要以上に押し潰されることを抑制できる。なお、突起２１２ｄの表面が突起２１１ｃの表面と当接している状態では、サブキャビティ部ＳＣは金型外部から遮断されるが、既に第２の成形部分１４ｂを押し潰してフランジ部８０ｂを成形した後であるため、皺等は生じない。なお、図８に示す例では、上型２１２側に段差が形成されていたが、下型２１１に段差が形成されてもよい。あるいは、上型２１２と下型２１１の両方に段差を形成し、両段差の合計がフランジ部８０ｂの厚さに対応する大きさとなってもよい。

また、上記成形装置１０では、上下金型の間で加熱処理できる加熱機構５０を備え、通電によるジュール熱を利用して金属パイプ材料１４を加熱していたが、これらに限定されるものではない。例えば、加熱処理が上下金型の間以外の場所で行われ、加熱後の金属製パイプを金型間に運び込んでもよい。また、通電によるジュール熱を利用する以外にも、ヒータ等の輻射熱を利用してもよいし、高周波誘導電流を利用して加熱することも可能である。

高圧ガスは、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスや不活性ガスを主に採用できるが、これらは金属パイプ内に酸化スケールを発生しづらくさせることができるものの、高価である。この点、圧縮空気であれば、酸化スケールの発生により大きな問題を生じさせない限り、安価であり、大気中に漏れても実害はなく、取扱いが極めて容易である。したがって、ブロー工程を円滑に実行することができる。

ブロー成形金型は無水冷金型と水冷金型の何れでもよい。ただし、無水冷金型は、ブロー成形終了後に金型を常温付近まで下げるときに、長時間を要する。この点、水冷金型であれば、短時間で冷却が完了する。したがって、生産性向上の観点からは、水冷金型が望ましい。

１０…成形装置、１１…下型（第２の金型）、１２…上型（第１の金型）、１４…金属パイプ材料、３０…パイプ保持機構（保持部）、６０…ブロー機構（気体供給部）、７０…制御部、８１…駆動部、８２…スライド、ＭＣ…メインキャビティ部（第１のキャビティ部）、ＳＣ…サブキャビティ部（第２のキャビティ部）。

Claims (3)

1. フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置であって、
   互いに対となる第１の金型及び第２の金型と、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を移動させるスライドと、
   前記スライドを移動させるための駆動力を発生させる駆動部と、
   前記第１の金型と前記第２の金型との間で金属パイプ材料を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、
   前記駆動部、前記保持部及び前記気体供給部を制御する制御部と、を備え、
   前記第１の金型及び前記第２の金型は、前記金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、フランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記保持部によって前記第１の金型と前記第２の金型との間で保持された前記金属パイプ材料内に気体を供給することによって、前記金属パイプ材料を膨張成形するように前記気体供給部を制御し、
   膨張した前記金属パイプ材料の一部を前記第１の金型及び前記第２の金型の前記第２のキャビティ部で押し潰すことによって前記フランジ部を成形するように前記駆動部を制御し、
   前記第２のキャビティ部は、前記フランジ部の成形時において、金型外部と連通する、成形装置。
2. 前記第２のキャビティ部は、成形開始から成形完了に至るまで、前記金型外部と連通する、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記第２のキャビティ部には、前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方に、前記フランジ部の厚さに対応する大きさの段差が形成される、請求項１に記載の成形装置。

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