JP2021185002A - 成形装置、及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属パイプの軸方向の端部側にフランジ部を形成することができる成形装置及び成形方法を提供する。【解決手段】成形金型１３は、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０を形成するためのキャビティ部１２０と、金属パイプ１４０の軸方向において、当該金属パイプ１４０内の空洞Ｖを閉塞するフランジ部１５１を形成するためのフランジキャビティ部１２１と、を備える。このようにフランジキャビティ部１２１で成形されるフランジ部１５１は、金属パイプ１４０の軸方向において、金属パイプ１４０内の空洞Ｖを閉塞している。このような形状を有するフランジ部１５１は、金属パイプ１４０の軸方向の端部側のフランジ部１５１として機能することができる。従って、成形金型１３で金属パイプ１４０の成形を行うことで、パイプ本体部１５０を形成すると共に、軸方向の端部側のフランジ部１５１を形成することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、成形装置、及び成形方法に関する。

従来、金属パイプを成形金型により型閉してブロー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、成形金型と、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、金属パイプ材料を成形金型内に配置し、成形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、金属パイプ材料を成形金型の形状に対応する形状に成形する。

特開２０１５−１１２６０８号公報

上述した成形装置では、金属パイプの側面に軸方向に沿って延びるフランジを形成することが可能である。一方、成形装置で成形した金属パイプの利用形態の多様化が進むことにより、金属パイプの軸方向の端部側にて溶接を行うためのフランジ部を形成することが要請されている。

そこで、本発明は、金属パイプの軸方向の端部側にフランジ部を形成することができる成形装置、及び成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係る成形装置は、金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、金属パイプを成形する成形金型と、金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、を備え、成形金型は、金属パイプのパイプ本体部を形成するためのキャビティ部と、金属パイプの軸方向において、当該金属パイプ内の空洞を閉塞するフランジ部を形成するためのフランジキャビティ部と、を備える。

この成形装置によれば、成形金型は、金属パイプのパイプ本体部を形成するためのキャビティ部と、フランジ部を形成するためのフランジキャビティ部と、を備える。フランジキャビティ部で成形されるフランジ部は、金属パイプの軸方向において、金属パイプ内の空洞を閉塞している。このような形状を有するフランジ部は、金属パイプの軸方向の端部側のフランジ部として機能することができる。従って、成形金型で金属パイプの成形を行うことで、パイプ本体部を形成すると共に、軸方向の端部側のフランジ部を形成することができる。以上により、金属パイプの軸方向の端部側にフランジ部を形成することができる。

成形装置において、フランジキャビティ部は、キャビティ部に比して、成形金型に金属パイプ材料が配置された場合の軸方向における端部側に配置されてよい。これにより、フランジ部を金属パイプ材料における端部側に配置することができる。従って、金属パイプ材料のうちのパイプ本体部が占める軸方向における長さを長くすることができる。

成形装置において、フランジキャビティ部は、成形金型に配置された金属パイプ材料のうち、流体供給部から流体が供給される部分と、パイプ本体部との間に、フランジ部を形成してよい。これにより、金属パイプを成形した後、フランジ部の位置で切断を行うことで、パイプ本体部側に残された部分は、金属パイプの端部に形成されたフランジ部として利用できる。一方、流体供給部から流体が供給される部分は、不要な部分としてパイプ本体部から除去することができる。

成形装置において、キャビティ部は、金属パイプの第１のパイプ本体部を形成する第１のキャビティ部と、軸方向において第１のパイプ本体部と異なる位置に第２のパイプ本体部を形成する第２のキャビティ部と、を備え、フランジキャビティ部は、第１のキャビティ部と第２のキャビティ部との間に配置されてよい。これにより、金属パイプを成形した後、フランジ部の位置で切断を行うことで、第１のパイプ本体部側に残された部分は、第１のパイプ本体部側のフランジ部として利用できる。一方、第２のパイプ本体部側に残された部分は、第２のパイプ本体部側のフランジ部として利用できる。

本発明に係る成形方法は、金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形方法であって、金属パイプを成形する成形金型に金属パイプ材料を配置する配置工程と、成形金型を閉じた状態で、金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させて、成形金型に沿った形状の金属パイプを成形する成形工程と、を備え、成形工程では、金属パイプのパイプ本体部を形成し、且つ、金属パイプの軸方向において、当該金属パイプ内の空洞を閉塞するフランジ部を形成する。

この成形方法によれば、上述の成形装置と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明によれば、金属パイプの軸方向の端部側にフランジ部を形成することができる。

本発明の実施形態に係る成形装置を示す概略構成図である。 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、（ｂ）は電極にシール部材を押し付けた状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 フランジキャビティ部を閉塞する直前における成形金型の様子を示す概略断面図である。 フランジキャビティ部を閉塞した状態の成形金型の様子を示す概略断面図である。 （ａ）は図３のＶａ−Ｖａ線に沿った成形金型の断面図であり、（ｂ）は図４のＶｂ−Ｖｂ線に沿った成形金型の断面図である。 変形例に係る成形装置の成形金型の概略断面図である。 成形後の金属パイプを示す模式図である。

以下、本発明による成形装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

〈成形装置の構成〉
図１は、本実施形態に係る成形装置の概略構成図である。図１に示されるように、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駆動機構８０と、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ材料１４を保持するパイプ保持機構３０と、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、上型１２及び下型１１の間に保持され加熱された金属パイプ材料１４内に高圧ガス（気体）を供給するための気体供給部６０と、パイプ保持機構３０で保持された金属パイプ材料１４内に気体供給部６０からの気体を供給するための一対の気体供給機構（流体供給部）４０，４０と、成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えると共に、上記駆動機構８０の駆動、上記パイプ保持機構３０の駆動、上記加熱機構５０の駆動、及び上記気体供給部６０の気体供給をそれぞれ制御する制御部７０と、を備えて構成されている。

成形金型１３の一方である下型１１は、基台１５に固定されている。下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、その上面に例えば矩形状のキャビティ（凹部）１６を備える。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により上下移動自在に支持されている。

更に、下型１１の左右端（図１における左右端）近傍にはスペース１１ａが設けられており、当該スペース１１ａ内には、パイプ保持機構３０の可動部である後述する電極１７，１８（下側電極）等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置されることで、下側電極１７，１８は、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ材料１４に接触する。これにより、下側電極１７，１８は金属パイプ材料１４に電気的に接続される。

下型１１と下側電極１７との間及び下側電極１７の下部、並びに下型１１と下側電極１８との間及び下側電極１８の下部には、通電を防ぐための絶縁材９１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材９１は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータ（不図示）の可動部である進退ロッド９５に固定されている。このアクチュエータは、下側電極１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、下型１１と共に基台１５側に保持されている。

成形金型１３の他方である上型１２は、駆動機構８０を構成する後述のスライド８１に固定されている。上型１２は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、内部に冷却水通路２５が形成されると共に、その下面に例えば矩形状のキャビティ（凹部）２４を備える。このキャビティ２４は、下型１１のキャビティ１６に対向する位置に設けられる。

上型１２の左右端（図１における左右端）近傍には、下型１１と同様に、スペース１２ａが設けられており、当該スペース１２ａ内には、パイプ保持機構３０の可動部である後述する電極１７，１８（上側電極）等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置された状態において、上側電極１７，１８は、下方に移動することで、上型１２と下型１１との間に配置された金属パイプ材料１４に接触する。これにより、上側電極１７，１８は金属パイプ材料１４に電気的に接続される。

上型１２と上側電極１７との間及び上側電極１７の上部、並びに上型１２と上側電極１８との間及び上側電極１８の上部には、通電を防ぐための絶縁材１０１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材１０１は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータの可動部である進退ロッド９６に固定されている。このアクチュエータは、上側電極１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、上型１２と共に駆動機構８０のスライド８１側に保持されている。

パイプ保持機構３０の右側部分において、電極１８，１８が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝１８ａが形成されていて（図２参照）、当該凹溝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。パイプ保持機構３０の右側部分において、絶縁材９１，１０１が互いに対向する露出面には、上記凹溝１８ａと同様に、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極１８の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝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１８ｂが形成されている。よって、パイプ保持機構３０の右側部分で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の右側端部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。

パイプ保持機構３０の左側部分において、電極１７，１７が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａが形成されていて（図２参照）、当該凹溝１７ａ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。パイプ保持機構３０の左側部分において、絶縁材９１，１０１が互いに対向する露出面には、上記凹溝１８ａと同様に、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極１７の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝１７ａ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が形成されている。よって、パイプ保持機構３０の左側部分で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の左側端部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１に示されるように、駆動機構８０は、上型１２及び下型１１同士が合わさるように上型１２を移動させるスライド８１と、上記スライド８１を移動させるための駆動力を発生するシャフト８２と、該シャフト８２で発生した駆動力をスライド８１に伝達するためのコネクティングロッド８３とを備えている。シャフト８２は、スライド８１上方にて左右方向に延在していると共に回転自在に支持されており、その軸心から離間した位置にて左右端から突出して左右方向に延在する偏心クランク８２ａを有している。この偏心クランク８２ａと、スライド８１の上部に設けられると共に左右方向に延在している回転軸８１ａとは、コネクティングロッド８３によって連結されている。駆動機構８０では、制御部７０によってシャフト８２の回転を制御することにより偏心クランク８２ａの上下方向の高さを変化させ、この偏心クランク８２ａの位置変化をコネクティングロッド８３を介してスライド８１に伝達することにより、スライド８１の上下動を制御できる。ここで、偏心クランク８２ａの位置変化をスライド８１に伝達する際に発生するコネクティングロッド８３の揺動（回転運動）は、回転軸８１ａによって吸収される。なお、シャフト８２は、例えば制御部７０によって制御されるモータ等の駆動に応じて回転又は停止する。

加熱機構５０は、電力供給部５５と、電力供給部５５と電極１７，１８とを電気的に接続するブスバー５２と、を備える。電力供給部５５は、直流電源及びスイッチを含み、電極１７，１８が金属パイプ材料１４に電気的に接続された状態において、ブスバー５２、電極１７，１８を介して金属パイプ材料１４に通電可能とされている。なお、ブスバー５２は、ここでは、下側電極１７，１８に接続されている。

この加熱機構５０では、電力供給部５５から出力された直流電流は、ブスバー５２によって伝送され、電極１７に入力される。そして、直流電流は、金属パイプ材料１４を通過して、電極１８に入力される。そして、直流電流Ｃは、ブスバー５２によって伝送されて電力供給部５５に入力される。

図１に戻り、一対の気体供給機構４０の各々は、シリンダユニット４２と、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動するシリンダロッド４３と、シリンダロッド４３におけるパイプ保持機構３０側の先端に連結されたシール部材４４とを有する。シリンダユニット４２はブロック４１上に載置固定されている。シール部材４４の先端には先細となるようにテーパー面４５が形成されており、電極１７，１８のテーパー凹面１７ｂ，１８ｂに合わさる形状に構成されている（図２参照）。シール部材４４には、シリンダユニット４２側から先端に向かって延在し、詳しくは図２（ａ），（ｂ）に示されるように、気体供給部６０から供給された高圧ガスが流れるガス通路４６が設けられている。

気体供給部６０は、ガス源６１と、このガス源６１によって供給された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から気体供給機構４０のシリンダユニット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に介設されている圧力制御弁６８及び逆止弁６９とからなる。圧力制御弁６４は、シール部材４４の金属パイプ材料１４に対する押力に適応した作動圧力の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。第２チューブ６７に介設されている圧力制御弁６８は、制御部７０の制御により、金属パイプ材料１４を膨張させるための作動圧力を有するガスを、シール部材４４のガス通路４６に供給する役割を果たす。

制御部７０は、気体供給部６０の圧力制御弁６８を制御することにより、金属パイプ材料１４内に所望の作動圧力のガスを供給することができる。また、制御部７０は、図１に示す（Ａ）から情報が伝達されることによって、熱電対２１から温度情報を取得し、駆動機構８０及び電力供給部５５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及び上型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。

〈成形装置を用いた金属パイプの成形方法〉
次に、成形装置１０を用いた金属パイプの成形方法について説明する。最初に、焼入れ可能な鋼種の円筒状の金属パイプ材料１４を準備する。この金属パイプ材料１４を、例えばロボットアーム等を用いて、下型１１側に備わる電極１７，１８上に載置（投入）する。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は、駆動機構８０及びパイプ保持機構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、駆動機構８０の駆動によりスライド８１側に保持されている上型１２及び上側電極１７，１８等が下型１１側に移動すると共に、パイプ保持機構３０に含まれる上側電極１７，１８等及び下側電極１７，１８等を進退動可能としているアクチュエータを作動させることによって、金属パイプ材料１４の両方の端部付近を上下からパイプ保持機構３０により挟持する。この挟持は電極１７，１８に形成される凹溝１７ａ，１８ａ、及び絶縁材９１，１０１に形成される凹溝の存在によって、金属パイプ材料１４の両端部付近の全周に渡って密着するような態様で挟持されることとなる。

なお、このとき、図２（ａ）に示されるように、金属パイプ材料１４の電極１８側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、電極１８の凹溝１８ａとテーパー凹面１８ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している。同様に、金属パイプ材料１４の電極１７側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、電極１７の凹溝１７ａとテーパー凹面１７ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している。また、上側電極１７，１８の下面と下側電極１７，１８の上面とは、それぞれ互いに接触している。ただし、金属パイプ材料１４の両端部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の電力供給部５５を制御し電力を供給する。すると、ブスバー５２を介して下側電極１７，１８に伝達される電力が、金属パイプ材料１４を挟持している上側電極１７，１８及び金属パイプ材料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自体がジュール熱によって発熱する。すなわち、金属パイプ材料１４は通電加熱状態となる。

続いて、制御部７０による駆動機構８０の制御によって、加熱後の金属パイプ材料１４に対して成形金型１３を閉じる。これにより、下型１１のキャビティ１６と上型１２のキャビティ２４とが組み合わされ、下型１１と上型１２との間のキャビティ部内に金属パイプ材料１４が配置密閉される。

その後、気体供給機構４０のシリンダユニット４２を作動させることによってシール部材４４を前進させて金属パイプ材料１４の両端をシールする。このとき、図２（ｂ）に示されるように、金属パイプ材料１４の電極１８側の端部にシール部材４４が押し付けられることによって、電極１８の凹溝１８ａとテーパー凹面１８ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している部分が、テーパー凹面１８ｂに沿うように漏斗状に変形する。同様に、金属パイプ材料１４の電極１７側の端部にシール部材４４が押し付けられることによって、電極１７の凹溝１７ａとテーパー凹面１７ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している部分が、テーパー凹面１７ｂに沿うように漏斗状に変形する。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をキャビティ部の形状に沿うように成形する。

金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しているので、金属パイプ材料１４内に供給されたガスは、熱膨張する。このため、例えば供給するガスを圧縮空気とし、９５０℃の金属パイプ材料１４を熱膨張した圧縮空気によって容易に膨張させることができる。

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（以下、オーステナイトがマルテンサイトに変態することをマルテンサイト変態とする）。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、ソルバイト等）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。また、本実施形態においては、金型冷却に代えて、あるいは金型冷却に加えて、冷却媒体を例えばキャビティ２４内に供給することによって冷却が行われてもよい。例えば、マルテンサイト変態が始まる温度までは金型（上型１２及び下型１１）に金属パイプ材料１４を接触させて冷却を行い、その後型開きすると共に冷却媒体（冷却用気体）を金属パイプ材料１４へ吹き付けることにより、マルテンサイト変態を発生させてもよい。

上述のように金属パイプ材料１４に対してブロー成形を行った後に冷却を行い、型開きを行うことにより、例えば略矩形筒状の本体部を有する金属パイプを得る。

次に、図３〜図５を参照して、本実施形態に係る成形装置１０の特徴的部分について説明する。本実施形態に係る成形装置１０によって成形される金属パイプ１４０は、当該金属パイプ１４０の軸方向において、所望の形状に形成されたパイプ本体部１５０と、軸方向において金属パイプ１４０内の空洞Ｖを閉塞するフランジ部１５１と、金属パイプ１４０の側部において軸方向に沿って形成される側部フランジ部１５２と、を備えている（図７参照）。このような形状の金属パイプ１４０を成形するために、図３、図４及び図５に示すように、成形金型１３は、キャビティ部１２０と、フランジキャビティ部１２１と、側部フランジキャビティ部１２３と（図５参照）、を備える。

キャビティ部１２０は、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０を形成するためのキャビティである。パイプ本体部１５０において、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０は、所望の断面形状を軸方向に亘って有しており（図５参照）、内部に空洞Ｖを有している。従って、キャビティ部１２０は、金属パイプ１４０の所望の断面形状に応じた断面形状を軸方向に亘って有している。

側部フランジキャビティ部１２３は、金属パイプ１４０の側部フランジ部１５２を形成するためのキャビティである。側部フランジ部１５２は、下型１１の側部フランジキャビティ部１２３の面と、上型１２の側部フランジキャビティ部１２３の面とで隙間なく挟まれることによって形成される（図５（ｂ）参照）。

キャビティ部１２０及び側部フランジキャビティ部１２３の構成の一例について、図５を参照して説明する。キャビティ部１２０は、下型１１に形成された凹部１２０Ａと、上型１２に形成された凹部１２０Ｂとを組み合わせることによって構成される。下型１１の凹部１２０Ａは、下型１１の上面から下方へ向かって矩形状に窪んでおり、底面１２０Ａａと、底面１２０Ａａの幅方向の両側に形成された側面１２０Ａｂ，１２０Ａｃと、を備えている。上型１２の凹部１２０Ｂは、下型１１の下面から上方へ向かって矩形状に窪んでおり、上面１２０Ｂａと、上面１２０Ｂａの幅方向の両側に形成された側面１２０Ｂｂ，１２０Ｂｃと、を備えている。凹部１２０Ａと凹部１２０Ｂとは上下で対称な形状を有している。下型１１と上型１２が閉じた状態では、凹部１２０Ａの底面１２０Ａａ、及び側面１２０Ａｂ，１２０Ａｃと、凹部１２０Ｂの上面１２０Ｂａ、及び側面１２０Ｂｂ，１２０Ｂｃと、が組み合わせられることで矩形状の断面形状を形成するため、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０は、断面矩形状に形成される（図５（ｂ）参照）。ただし、パイプ本体部１５０の形状は特に限定されるものではなく、あらゆる形状を採用可能である。また、パイプ本体部１５０の形状に合わせ、キャビティ部１２０の形状も適宜変更される。

側部フランジキャビティ部１２３は、下型１１に形成された一対の挟持面１２３Ａと、上型１２に形成された一対の挟持面１２３Ｂとを組み合わせることによって構成される。一方の挟持面１２３Ａは、下型１１の側面１２０Ａｂの上端から幅方向における外側へ広がっている。他方の挟持面１２３Ａは、下型１１の側面１２０Ａｃの上端から幅方向における外側へ広がっている。一方の挟持面１２３Ｂは、上型１２の側面１２０Ｂｂの下端から幅方向における外側へ広がっている。他方の挟持面１２３Ｂは、上型１２の側面１２０Ｂｃの上端から幅方向における外側へ広がっている。一対の挟持面１２３Ａと一対の挟持面１２３Ｂとは上下方向で互いに対向している。下型１１と上型１２が閉じた状態では、一対の挟持面１２３Ａと一対の挟持面１２３Ｂが組み合わせられることで金属パイプ１４０の両側の側部を挟み込んで潰すことによって、平板状の側部フランジ部１５２が形成される（図５（ｂ）参照）。

図３及び図４に示すように、フランジキャビティ部１２１は、フランジ部１５１を形成するためのキャビティである。フランジキャビティ部１２１は、下型１１に形成された突出部１２１Ａと、上型１２に形成された突出部１２１Ｂとを組み合わせることによって構成される。突出部１２１Ａは、下型１１の凹部１２０Ａの底面１２０Ａａから上方へ突出する。なお、フランジ部１５１はパイプ本体部１５０内の空洞Ｖを幅方向における全域に亘って閉塞するものである。よって、突出部１２１Ａは、凹部１２０Ａの幅方向における全域に亘って形成されている（図５参照）。図３及び図４に示す突出部１２１Ａは、円錐台の断面形状を有しているが、特に形状は限定されず、例えば矩形であってもよく、湾曲形状であってもよい。なお、突出部１２１Ａの下面は、側部フランジキャビティ部１２３の挟持面１２３Ｂと上下方向において同位置に形成されている。突出部１２１Ｂ、上型１２の凹部１２０Ｂの上面１２０Ｂａから下方へ突出する。突出部１２１Ｂは、突出部１２１Ａと上下に対称な構成を有している。すなわち、突出部１２１Ａと突出部１２１Ｂとは上下方向で互いに対向している。

下型１１と上型１２が閉じた状態では、突出部１２１Ａと突出部１２１Ｂとが組み合わせられることで、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０に対応する部分を挟み込んで潰す。これにより、平板状のフランジ部１５１が形成される（図４参照）。なお、フランジ部１５１と側部フランジ部１５２は、互いに連続した平板をなすように設けられる。

フランジキャビティ部１２１は、成形金型１３に配置された金属パイプ材料１４のうち、気体供給機構４０のシール部材４４から気体が供給される部分１４ａ，１４ｂと、パイプ本体部１５０との間に、それぞれフランジ部１５１を形成する。すなわち、一方のフランジキャビティ部１２１は、配置される金属パイプ材料１４の延在方向における一方の端部１３ａ側の位置であって、当該端部１３ａから離間した位置に設けられる。他方のフランジキャビティ部１２１は、配置される金属パイプ材料１４の延在方向における他方の端部１３ｂ側の位置であって、当該端部１３ｂから離間した位置に設けられる。

次に、成形金型１３によってパイプ本体部１５０、フランジ部１５１、及び側部フランジ部１５２を成形する際の手順について詳細に説明する。まず、図３及び図５（ａ）に示すように、下型１１及び上型１２を完全に閉じない状態にて維持する。当該状態で、気体供給機構４０が一次ブローを行う。このとき、フランジ部１５１は、金属パイプ材料１４を軸方向に完全に閉塞していないので、空洞Ｖ内を気体が通過することができる。次に、下型１１及び上型１２を閉じながら、気体供給機構４０が二次ブローを行う。最終的に、図４及び図５（ｂ）に示すように、下型１１及び上型１２は完全に閉じて、パイプ本体部１５０、フランジ部１５１及び側部フランジ部１５２が形成される。図７（ａ）の上段に示すように、成形金型１３から取り出された直後の金属パイプ１４０は、長手方向における両端側に、気体が供給される部分１４ａ，１４ｂが残存した状態にある。従って、両端側のフランジ部１５１の位置でカットラインＣＬに沿って切断を行うことで、図７（ａ）の下段に示すように、長手方向における両端側にフランジ部１５１を有する金属パイプ１４０を得ることができる。

次に、本実施形態に係る成形装置１０及び成形方法の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る成形装置１０によれば、成形金型１３は、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０を形成するためのキャビティ部１２０と、フランジ部１５１を形成するためのフランジキャビティ部１２１と、を備える。フランジキャビティ部１２１で成形されるフランジ部１５１は、金属パイプ１４０の軸方向において、金属パイプ１４０内の空洞Ｖを閉塞している。このような形状を有するフランジ部１５１は、金属パイプ１４０の軸方向の端部側のフランジ部１５１として機能することができる。従って、成形金型１３で金属パイプ１４０の成形を行うことで、パイプ本体部１５０を形成すると共に、軸方向の端部側のフランジ部１５１を形成することができる。以上により、金属パイプ１４０の軸方向の端部側にフランジ部１５１を形成することができる。

成形装置１０において、フランジキャビティ部１２１は、キャビティ部１２０に比して、成形金型１３に金属パイプ材料１４が配置された場合の軸方向における端部側に配置されてよい。これにより、フランジ部１５１を金属パイプ材料１４における端部側に配置することができる。従って、金属パイプ材料１４のうちのパイプ本体部１５０が占める軸方向における長さを長くすることができる。

成形装置１０において、フランジキャビティ部１２１は、成形金型１３に配置された金属パイプ材料１４のうち、気体供給機構４０から気体が供給される部分１４ａ，１４ｂと、パイプ本体部１５０との間に、フランジ部１５１を形成する。これにより、金属パイプ１４０を成形した後、フランジ部１５１の位置で切断を行うことで、パイプ本体部１５０側に残された部分は、金属パイプ１４０の端部に形成されたフランジ部１５１として利用できる。一方、気体供給機構４０から気体が供給される部分１４ａ，１４ｂは、不要な部分としてパイプ本体部１５０から除去することができる。

本実施形態に係る成形方法は、金属パイプ材料１４を膨張させて金属パイプ１４０を成形する成形方法であって、金属パイプ１４０を成形する成形金型１３に金属パイプ材料１４を配置する配置工程と、成形金型１３を閉じた状態で、金属パイプ材料１４内に気体を供給して膨張させて、成形金型１３に沿った形状の金属パイプ１４０を成形する成形工程と、を備え、成形工程では、金属パイプ１４０のパイプ本体部１５０を形成し、且つ、金属パイプ１４０の軸方向において、当該金属パイプ１４０内の空洞Ｖを閉塞するフランジ部１５１を形成する。

この成形方法によれば、上述の成形装置１０と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図３に示すものに代えて、図６に示す成形金型１３を採用してもよい。図６に示す成形金型１３において、キャビティ部は、金属パイプ１４０の第１のパイプ本体部１５０Ａを形成する第１のキャビティ部１６０と、軸方向において第１のパイプ本体部１５０Ａと異なる位置に第２のパイプ本体部１５０Ｂを形成する第２のキャビティ部１７０と、を備える。下型１１は、第１のキャビティ部１６０の凹部１６０Ａ、及び第２のキャビティ部１７０の凹部１７０Ａを備える。上型１２は、第１のキャビティ部１６０の凹部１６０Ｂ、及び第２のキャビティ部１７０の凹部１７０Ｂを備える。また、フランジキャビティ部１２１は、第１のキャビティ部１６０と第２のキャビティ部１７０との間に配置される。フランジキャビティ部１２１は、成形金型１３の中央位置に設けられる。このような成形金型１３を用いて成形することで、図７（ｂ）の上段に示すような金属パイプ１４０が得られる。中央位置のフランジ部１５１の位置でカットラインＣＬに沿って切断を行うことで、図７（ｂ）の下段に示すように、長手方向における一方の端部にフランジ部１５１を有する二つの金属パイプ１４０Ａ，１４０Ｂを得ることができる。なお、フランジキャビティ部１２１の軸方向における位置は特に限定されず、適宜変更してよい。

図６に示す成形金型のキャビティ部は、金属パイプ１４０の第１のパイプ本体部１５０Ａを形成する第１のキャビティ部１６０と、軸方向において第１のパイプ本体部１５０Ａと異なる位置に第２のパイプ本体部１５０Ｂを形成する第２のキャビティ部１７０と、を備え、フランジキャビティ部１２１は、第１のキャビティ部１６０と第２のキャビティ部１７０との間に配置されている。これにより、金属パイプ１４０を成形した後、フランジ部１５１の位置で切断を行うことで、第１のパイプ本体部１５０Ａ側に残された部分は、第１のパイプ本体部１５０Ａ側のフランジ部１５１として利用できる。一方、第２のパイプ本体部１５０Ｂ側に残された部分は、第２のパイプ本体部１５０Ｂ側のフランジ部１５１として利用できる。

なお、上述の実施形態では、電極１７，１８を用いて通電加熱を行っていたが、予め加熱した金属パイプ材料を成形金型にセットしてもよい。

なお、上述の実施形態では、流体供給部として気体供給機構が採用されていたが、流体は気体に限定されず、液体を供給してもよい。

なお、フランジ部の位置や数量も特に限定されない。例えば、図３及び図４に示すようなフランジ部を金属パイプの両端に設けるのではなく、軸方向における片側のみに設けても良い。また、図６に示すように金属パイプの軸方向中央付近をフランジ部とする形態に代えて、中央から離れた位置をフランジ部とする形態であってもよい。また、図６に示すように、成形完了後に金属パイプを２つに分割する形態に代えて、３つ以上に分割する形態であってもよい。ただし、この場合、少なくとも、「分割数−１」の数だけのフランジ部を形成する必要がある。

１０…成形装置、１３…成形金型、１４…金属パイプ材料、４０…気体供給機構（流体供給部）、１２０…キャビティ部、１２１…フランジキャビティ部、１４０…金属パイプ、１５０…パイプ本体部、１５０Ａ…第１のパイプ本体部、１５０Ｂ…第２のパイプ本体部、１５１…フランジ部、１６０…第１のキャビティ部、１７０…第２のキャビティ部。

Claims (5)

1. 金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
   前記金属パイプを成形する成形金型と、
   前記金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、を備え、
   前記成形金型は、
   前記金属パイプのパイプ本体部を形成するためのキャビティ部と、
   前記金属パイプの軸方向において、当該金属パイプ内の空洞を閉塞するフランジ部を形成するためのフランジキャビティ部と、を備える成形装置。
2. 前記フランジキャビティ部は、前記キャビティ部に比して、前記成形金型に前記金属パイプ材料が配置された場合の前記軸方向における端部側に配置される、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記フランジキャビティ部は、前記成形金型に配置された前記金属パイプ材料のうち、前記流体供給部から流体が供給される部分と、前記パイプ本体部との間に、前記フランジ部を形成する、請求項２に記載の成形装置。
4. 前記キャビティ部は、
   前記金属パイプの第１のパイプ本体部を形成する第１のキャビティ部と、
   前記軸方向において前記第１のパイプ本体部と異なる位置に第２のパイプ本体部を形成する第２のキャビティ部と、を備え、
   前記フランジキャビティ部は、前記第１のキャビティ部と前記第２のキャビティ部との間に配置される、請求項１に記載の成形装置。
5. 金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形方法であって、
   前記金属パイプを成形する成形金型に前記金属パイプ材料を配置する配置工程と、
   前記成形金型を閉じた状態で、前記金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させて、前記成形金型に沿った形状の前記金属パイプを成形する成形工程と、を備え、
   前記成形工程では、
   前記金属パイプのパイプ本体部を形成し、且つ、前記金属パイプの軸方向において、当該金属パイプ内の空洞を閉塞するフランジ部を形成する、成形方法。

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