JP2016036816A - 成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の品質を向上させることができる成形装置を提供する。
【解決手段】制御部７０は、少なくとも加熱機構５０で金属パイプ材料１４を加熱する時点において、パイプ保持機構３０でブロー成形金型１３の内部空間に保持された金属パイプ材料１４の表面が、不活性ガスにさらされた状態となるように、不活性ガス供給部９０を制御する。ブロー成形金型１３の内部空間において、金属パイプ材料１４の表面が不活性ガスにさらされた状態となっているため、加熱機構５０が加熱を行う時に、金属パイプ材料１４の表面が酸化することを抑制することができる。これによって、金属パイプ材料１４の表面の酸化層の生成を抑制して、ブロー成形を行うことが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、成形装置に関する。

従来、加熱した金属パイプ材料を金型により成形する成形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された成形装置は、金型と、金属パイプ材料を通電加熱する通電端子と、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、通電端子により加熱した金属パイプ材料内を金型内に配置し、金型を型閉した状態で金属パイプ材料に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を金型の形状に対応する形状に成形する。

特開２００３−１５４４１５号公報

上記特許文献１の成形装置では、大気中において金属パイプ材料が急冷強化可能な温度領域まで加熱される。この場合、金属パイプ材料の表面が酸化され、その表面に酸化層が生成される。この酸化層が成形品の表面に生成されると、成形品の外観や材料強度に影響が及ぼされる場合がある。従って、金属パイプ材料の表面に酸化層が生成されることを抑制し、成形品の品質を向上することが求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、成形品の品質を向上させることが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、金属パイプを成形する成形装置であって、金属パイプ材料を加熱する加熱部と、加熱された金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる第１の気体供給部と、膨張した金属パイプ材料を接触させて金属パイプを成形する金型と、金型の内部空間に金属パイプ材料を保持する保持部と、金属パイプ材料の表面に不活性ガスを供給する第２の気体供給部と、金型の動作、加熱部、第１の気体供給部、保持部及び第２の気体供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、少なくとも加熱部で金属パイプ材料を加熱する時点において、保持部で金型の内部空間に保持された金属パイプ材料の表面が、不活性ガスにさらされた状態となるように、第２の気体供給部を制御する。

本発明に係る成形装置において、制御部は、少なくとも加熱部で金属パイプ材料を加熱する時点において、保持部で金型の内部空間に保持された金属パイプ材料の表面が、不活性ガスにさらされた状態となるように、第２の気体供給部を制御する。このように、金型の内部空間において、金属パイプ材料の表面が不活性ガスにさらされた状態となっているため、加熱部が加熱を行う時に、金属パイプ材料の表面が酸化することを抑制することができる。これによって、金属パイプ材料の表面の酸化層の生成を抑制して、ブロー成形を行うことが可能となる。以上によって、成形品の品質を向上させることができる。

本発明に係る成形装置は、第２の気体供給部が不活性ガスを供給する時に、金型の内部空間を金属パイプ材料の長手方向における端部側で閉じる蓋部を更に備えてよい。これによって、不活性ガスが、金属パイプ材料の長手方向における端部側から、金型の外部へ漏れることを抑制することができる。

本発明に係る成形装置において、金型は、第２の気体供給部が不活性ガスを供給する時に、金属パイプ材料の長手方向から見た断面において、内部空間を閉じた状態とする閉鎖部を備えてよい。閉鎖部が、金属パイプ材料の長手方向から見た断面において内部空間を閉じることにより、不活性ガスが金型の外部へ漏れることを抑制することができる。

本発明に係る成形装置において、第２の気体供給部は、金属パイプ材料の内表面へ不活性ガスを供給する内表面気体供給部と、金属パイプ材料の外表面へ不活性ガスを供給する外表面気体供給部と、を備えていてよい。これによって、金属パイプ材料の内表面及び外表面の両方において酸化層が生成されることを抑制できる。

本発明に係る成形装置において、内表面気体供給部は、第１の気体供給部として兼用されてよい。このように気体供給部を兼用することにより、部品点数を低減することができる。

本発明によれば、成形品の品質を向上可能な成形装置を提供できる。

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。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、不活性ガス供給工程におけるブロー成形金型の概略断面図である。 不活性ガス供給工程を示す図である。 変形例に係る不活性ガス供給工程を示す図である。 変形例に係る不活性ガス供給工程を示す図である。 変形例に係る不活性ガス供給工程を示す図である。 変形例に係る加熱部を示す図である。

〈成形装置の構成〉
図１に示しているように、金属パイプを成形する成形装置１０は、上型１２及び下型１１からなるブロー成形金型（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（加熱部）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（第１の気体供給部）６０と、駆動部８１、パイプ保持機構３０、ブロー成形金型１３の動作、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。なお、ブロー機構６０は、後述するように、金属パイプ材料１４の表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部（第２の気体供給部）９０としても機能する。不活性ガス供給部９０の具体的な構成については、動作と合わせて後述する。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、成形後のパイプを金属パイプ８０（図２（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。

図２は、ブロー成形金型１３の概略断面を示している。これは図１における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。図２に示すように、基準ラインＳを下型１１の上面及び上型１２の下面とすると、下型１１の上面には矩形状の凹部１１ｂが形成されており、上型１２の下面には、下型１１の凹部１１ｂと対向する位置に矩形状の凹部１２ｂが形成されている。また、下型１１の上面には、凹部１１ｂの左右方向における一方側（図２において左側）に矩形状の凸部１１ｃが形成されており、凹部１１ｂの左右方向における他方側（図２において右側）に矩形状の凸部１１ｄが形成されている。また、上型１２の下面には、下型１１の凸部１１ｃと対応する位置に矩形状の凹部１２ｄが形成されており、下型１１の凸部１１ｄと対応する位置に矩形状の凹部１２ｃが形成されている。ブロー成形金型１３が閉じられた状態においては、下型１１の凹部１１ｂと上型１２の凹部１２ｂが組み合わされることによって、矩形状の空間であるメインキャビティ部ＭＣが形成される。このとき、下型１１の凸部１１ｃと上型１２の凹部１２ｄとが嵌合し、下型１１の凸部１１ｄと上型１２の凹部１２ｃとが嵌合する。図２（ａ）に示すように、メインキャビティ部ＭＣ内に配置された金属パイプ材料１４は、膨張することによって図２（ｂ）に示すようにメインキャビティ部ＭＣの内壁面と接触し、当該メインキャビティ部ＭＣの形状（ここでは断面矩形状）に成形される。

図６は、不活性ガス供給部９０が不活性ガスを供給する時の状態を示す概略断面図である。図６に示すように、不活性ガス供給部９０が不活性ガスを供給するとき、下型１１の凹部１１ｂ及び上型１２の凹部１２ｂが金属パイプ材料１４の外表面から離間し、隙間ＧＰが形成された状態となる。下型１１に形成された凸部１１ｃ，１１ｄと上型１２に形成された凹部１２ｃ，１２ｄの段差構造は、不活性ガス供給部９０が不活性ガスを供給する時に、金属パイプ材料１４の長手方向から見た断面において、内部空間を閉じた状態とする閉鎖部９７として機能する。下型１１の凸部１１ｃと上型１２の凹部１２ｄとが嵌合し、下型１１の凸部１１ｄと上型１２の凹部１２ｃとが嵌合することで、金属パイプ材料１４の長手方向から見た断面において、メインキャビティ部ＭＣが閉じた状態となる。すなわち、ブロー成形金型１３の表面と金属パイプ材料１４の外表面との間に形成される隙間ＧＰよりも、下型１１の凸部１１ｃ，１１ｄの突出高さが大きく設定されているので、型開時に上記断面においてメインキャビティ部ＭＣがブロー成形金型１３の外部と連通しない。これにより、ブロー成形金型１３の内部空間に供給された不活性ガスが側方に噴出してしまうことがないことから、効果的に金属パイプ材料１４の表面を不活性ガスにさらすことが可能となる。このような閉鎖部９７は、ブロー成形金型１３の長手方向における略全域に設けられていてよい。なお、本実施形態では、下型１１に凸部（１１ｃ，１１ｄ）が形成された例を挙げて説明したが、型開時に上記断面においてメインキャビティ部ＭＣが外部と連通していない状態となればよく、ブロー成形金型１３の形状はこれに限られない。例えば、下型１１側に凸部が１つ形成され、上型１２側に凸部が１つ形成された構成であってもよい。

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。なお、金属パイプ材料１４に対しては、ガス流路４６から高圧ガスを供給し、ガス流路４７から金属パイプ材料１４内の高圧ガスを排出する。

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、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、少なくとも加熱機構５０で金属パイプ材料１４を加熱する時点において、パイプ保持機構３０でブロー成形金型１３の内部空間に保持された金属パイプ材料１４の表面が、不活性ガスにさらされた状態となるように、不活性ガス供給部９０を制御する。制御部７０は、パイプ保持機構３０で金属パイプ材料１４が保持された状態であって、加熱機構５０による加熱の前段階において、ブロー成形金型１３の動作及びパイプ保持機構３０を制御する。これによって、下型１１と金属パイプ材料１４との間に僅かな隙間ＧＰが形成されると共に、上型１２と金属パイプ材料１４との間に僅かな隙間ＧＰが形成される状態となる（図６参照）。制御部７０は、当該状態で不活性ガス供給部９０を制御することによって、ブロー成形金型１３の内部空間（すなわち、隙間ＧＰ及び金属パイプ材料１４ｄの内部）を不活性ガスで満たす。これによって、金属パイプ材料１４の表面（内表面及び外表面）が不活性ガスにさらされた状態となる。なお、不活性ガス供給部９０の動作内容は後述する。

金属パイプ材料１４の表面を不活性ガスにさらされた状態とした後、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、ブロー成形及びブロー成形後の処理内容を示している。具体的には、図４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。

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℃）の不活性ガスを採用した場合、この不活性ガスは、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。不活性ガスは熱膨張し、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。なお、金属パイプ材料１４の酸化を抑制するために、ブロー成形時にブロー機構６０が供給するガスも不活性ガスであることが好ましいが、空気等であってもよい。

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。その後、型開きを行うと、完成品としての金属パイプ８０ができ上がる。

〈不活性ガス供給工程〉
ここで、金属パイプ材料１４の表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程について詳細に説明する。例えば、大気中で金属パイプ材料１４を９５０℃前後の高温に加熱すると、金属パイプ材料１４の表面が酸化され、その表面に酸化層が生成される。この酸化層が成形品である金属パイプ８０に生成された状態であると、外観や材料強度に影響が及ぼされる場合がある。例えば、金属パイプ８０の表面に酸化層が残存していた場合は塗装性等に影響が及ぼされる。また、金属パイプ８０の表面に酸化層が生成された場合は、溶接不良の原因となる可能性などがある。また、表面が酸化することで金属パイプ８０の表面には炭素が抜かれた状態の脱炭層が形成される。このような脱炭層が形成されると、材料としての引張強度及び疲労強度が低下してしまう。そこで、本実施形態の成形装置１０では、金属パイプ材料１４の表面が不活性ガスにさらされた状態で加熱を行うことによって、金属パイプ材料１４の表面が酸化することを抑制する。

図７を参照して、不活性ガス供給工程の一例を説明する。図７に示すように、不活性ガス供給工程では、下型１１と金属パイプ材料１４との間に僅かな隙間ＧＰが形成されると共に、上型１２と金属パイプ材料１４との間に僅かな隙間ＧＰが形成された状態にて、金属パイプ材料１４がブロー成形金型１３の内部空間に保持される。図７（ａ）に示すように、当該隙間ＧＰは、金属パイプ材料１４の長手方向におけるブロー成形金型１３の両端部１３ａ，１３ｂにおいて開口する。このように、ブロー成形金型１３の両端部１３ａ，１３ｂにおいて開口する隙間ＧＰは、第１電極１７及び第２電極１８によって閉じられる。すなわち、第１電極１７及び第２電極１８は、不活性ガス供給部９０が不活性ガスを供給する時に、ブロー成形金型１３の内部空間を金属パイプ材料１４の長手方向における端部側で閉じる蓋部９６として機能する。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿った断面図である。図７（ｂ）に示すように、金属パイプ材料１４の長手方向から見た断面において、凸部１１ｃ，１１ｄ及び凹部１２ｄ，１２ｃの段差構造による閉鎖部９７は、ブロー成形金型１３の内部空間を閉じた状態とする。また、図７（ｃ）に示すように、蓋部９６の幅方向における両端部９６ａは、閉鎖部９７よりも外側に配置されている。従って、蓋部９６は、一対の閉鎖部９７で囲まれる内部空間の全域を閉じることができる。

図７（ａ）に示すように、不活性ガス供給部９０は、金属パイプ材料１４の内表面へ不活性ガスＧＢを供給する内表面気体供給部９１と、金属パイプ材料１４の外表面へ不活性ガスＧＢを供給する外表面気体供給部９２と、を備える。不活性ガス供給部９０の内表面気体供給部９１及び外表面気体供給部９２は、ブロー機構６０の高圧ガス源６１等を流用してよい。不活性ガスとして、アルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン等を採用してよい。

内表面気体供給部９１として、ブロー機構６０のシール部材４４が用いられている。このように、内表面気体供給部９１は、ブロー機構６０として兼用されてもよい。シール部材４４は、金属パイプ材料１４の長手方向のそれぞれの端部から、不活性ガスを金属パイプ材料１４の内部へ供給する。これによって、金属パイプ材料１４内に不活性ガスが満たされて、内表面が不活性ガスにさらされる状態となる。あるいは、金属パイプ材料１４の一方の端部から不活性ガスが供給されて、他方の端部から排出されてもよい。また、外表面気体供給部９２は、第１電極１７及び第２電極１８に形成されてブロー成形金型１３内の隙間ＧＰと連通した流路９８によって構成されている。第１電極１７の流路９８から不活性ガスが供給されて、第２電極１８の流路９８から不活性ガスが排出される。ただし、当該流れを逆にしてもよい。これによって隙間ＧＰが不活性ガスで満たされ、金属パイプ材料１４の外表面が不活性ガスにさらされる。

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。

本実施形態に係る成形装置１０において、制御部７０は、少なくとも加熱機構５０で金属パイプ材料１４を加熱する時点において、パイプ保持機構３０でブロー成形金型１３の内部空間に保持された金属パイプ材料１４の表面が、不活性ガスにさらされた状態となるように、不活性ガス供給部９０を制御する。このように、ブロー成形金型１３の内部空間において、金属パイプ材料１４の表面が不活性ガスにさらされた状態となっているため、加熱機構５０が加熱を行う時に、金属パイプ材料１４の表面が酸化することを抑制することができる。これによって、金属パイプ材料１４の表面の酸化層の生成を抑制して、ブロー成形を行うことが可能となる。以上によって、成形品の品質を向上させることができる。

本実施形態に係る成形装置１０において、不活性ガス供給部９０が不活性ガスを供給する時に、ブロー成形金型１３の内部空間を金属パイプ材料１４の長手方向における端部側で閉じる蓋部９６を更に備えている。これによって、不活性ガスが、金属パイプ材料１４の長手方向における端部側から、ブロー成形金型１３の外部へ漏れることを抑制することができる。

本実施形態に係る成形装置１０において、ブロー成形金型１３は、不活性ガス供給部９０が不活性ガスを供給する時に、金属パイプ材料１４の長手方向から見た断面において、内部空間を閉じた状態とする閉鎖部９７を備えている。閉鎖部９７が、金属パイプ材料１４の長手方向から見た断面において内部空間を閉じることにより、不活性ガスがブロー成形金型１３の外部へ漏れることを抑制することができる。

本実施形態に係る成形装置１０において、不活性ガス供給部９０は、金属パイプ材料１４の内表面へ不活性ガスを供給する内表面気体供給部９１と、金属パイプ材料１４の外表面へ不活性ガスを供給する外表面気体供給部９２と、を備えていている。これによって、金属パイプ材料１４の内表面及び外表面の両方において酸化層が生成されることを抑制できる。

本実施形態に係る成形装置１０において、内表面気体供給部９１は、ブロー機構６０として兼用されてよい。このように気体供給部を兼用することにより、部品点数を低減することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

不活性ガス供給部９０の構成は上述の実施形態に限定されるものではなく、少なくとも加熱の時点において、金属パイプ材料の表面を不活性ガスにさらすことができる構造であれば、どのような構成を採用してもよい。例えば、図８に示すような構成を採用してもよい。図８に示すように、ブロー成形金型１３の内部に不活性ガスＧＢを流すための流路１０２を設け、当該流路１０２を外表面気体供給部９２としてもよい。流路１０２は、下型１１及び上型１２の長手方向における略中央に設けられている。当該構成により、下型１１及び上型１２の流路１０２の一方を介して、金属パイプ材料１４の外部の隙間ＧＰに不活性ガスＧＢが供給され、他方の流路１０２から排出される。なお、成形時においては、流路１０２はピン１０３で封止され、当該ピン１０３の先端面によって成形面が確保される。また、金属パイプ材料１４は、ブロー成形金型１３の内部空間において、下型１１及び上型１２に形成されたピン１０１で保持されてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、閉鎖部９７として、下型１１と上型１２との間の隙間を閉鎖するシャッター機構を採用してよい。閉鎖部９７は、隙間を閉鎖するシャッター１０６と、シャッター１０６を駆動させる駆動機構１０７と、を備えている。

また、図９に示す構成を採用してもよい。図９に示すように、流路１０２から供給された不活性ガスＧＢが、金属パイプ材料１４の内部に周り込むようにしてもよい。このとき、金属パイプ材料１４の端部を覆うように、蓋部９６にカバー１０８を設ける。また、金属パイプ材料１４の外側の隙間ＧＰを流れる不活性ガスが、カバー１０８と蓋部９６との間に流れ込むように、蓋部９６に流路などを形成する。これによって、隙間ＧＰの不活性ガスが、金属パイプ材料１４の内部へ回り込む。下型１１及び上型１２のうち一方の流路１０２から不活性ガスが供給され、他方の流路１０２から排出される。

また、図１０に示す構成を採用してもよい。図１０に示すように、第１電極１７に形成された流路９８及び第２電極１８に形成された流路９８の両方から不活性ガスを隙間ＧＰへ流し、上型１２の流路１０２から排出してよい。シール部材４４が金属パイプ材料１４の内部へ不活性ガスを供給してよい。

また、上述の実施形態では電極１７，１８を用いた通電加熱によって金属パイプ材料１４を加熱していたが、加熱部の構成は特に限定されない。例えば、図１１に示すような構成を採用してもよい。図１１に示す成形装置では、ブロー成形金型１３の内部空間において、金属パイプ材料１４の外周を取り囲むように導線が巻回されたコイル１１３が、加熱部を構成している。コイル１１３に交流電力を供給するための導線１１２は、長手方向に延びて一方の蓋部１１０を貫通して外部へ導出される。当該構成によれば、一方の蓋部１１０及びコイル１１３を図１１の紙面左側からスライドさせることによって、ブロー成形金型１３の内部空間にコイル１１３を配置する。そして、コイル１１３へ交流電力を供給すると、高周波誘導加熱により金属パイプ材料１４が加熱される。このとき、蓋部１１０は絶縁材料によって形成される。ただし、導線が絶縁材料で覆われている場合は、蓋部１１０を導電性材料で形成することも可能である。加熱が完了した後、一方の蓋部１１０及びコイル１１３を紙面左側へスライドさせてブロー成形金型１３から引き抜く。一方の蓋部１１０及びコイル１１３を引き抜く間は、他方の蓋部１１０側から不活性ガスＧＢを供給し続けることで、一方の蓋部１１０が外されたブロー成形金型１３の開口から空気が侵入することを抑制できる。

１０…成形装置、１３…ブロー成形金型（金型）、３０…パイプ保持機構（保持部）、５０…加熱機構（加熱部）、６０…ブロー機構（第１の気体供給部）、７０…制御部、９０…不活性ガス供給部（第２の気体供給部）、９１…内表面気体供給部、９２…外表面気体供給部、９６…蓋部、９７…閉鎖部。

Claims (5)

1. 金属パイプを成形する成形装置であって、
   金属パイプ材料を加熱する加熱部と、
   加熱された前記金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる第１の気体供給部と、
   膨張した前記金属パイプ材料を接触させて前記金属パイプを成形する金型と、
   前記金型の内部空間に前記金属パイプ材料を保持する保持部と、
   前記金属パイプ材料の表面に不活性ガスを供給する第２の気体供給部と、
   前記金型の動作、前記加熱部、前記第１の気体供給部、前記保持部及び前記第２の気体供給部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   少なくとも前記加熱部で前記金属パイプ材料を加熱する時点において、前記保持部で前記金型の前記内部空間に保持された前記金属パイプ材料の表面が、前記不活性ガスにさらされた状態となるように、前記第２の気体供給部を制御する、成形装置。
2. 前記第２の気体供給部が前記不活性ガスを供給する時に、前記金型の前記内部空間を前記金属パイプ材料の長手方向における端部側で閉じる蓋部を更に備える、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記金型は、
   前記第２の気体供給部が前記不活性ガスを供給する時に、前記金属パイプ材料の長手方向から見た断面において、前記内部空間を閉じた状態とする閉鎖部を備える、請求項１又は２に記載の成形装置。
4. 前記第２の気体供給部は、
   前記金属パイプ材料の内表面へ前記不活性ガスを供給する内表面気体供給部と、
   前記金属パイプ材料の外表面へ前記不活性ガスを供給する外表面気体供給部と、を備えている、請求項１〜３の何れか一項に記載の成形装置。
5. 前記内表面気体供給部は、前記第１の気体供給部として兼用される、請求項４に記載の成形装置。

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