JP3618304B2 - ハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイドロフォーム法が着目されている。ハイドロフォーム法は、筒状体の内部に水圧などの流体圧を膨出方向に作用させることにより、筒状体の周壁を膨出変形させる技術である。ハイドロフォーム法によれば、溶接を廃止または簡略化できるため、溶接歪などの不具合を低減させることができる。またハイドロフォーム法で成形された製品は、鋳物などに比較して軽量化を図ることができる。このようにハイドロフォーム法は数々の利点をもつため、種々の製品を成形する際に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記したハイドロフォーム法によれば、同芯性を保ちつつ筒状体の周壁を径外方向に膨出させて拡管した同芯管を製造するものであり、偏芯管を製造するものではなく、用途の拡大には限界があった。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、ハイドロフォーム法を用いて偏芯管を製造することができ、これにより用途を拡大できる偏芯管の製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法は、筒状体の内部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、前記筒状体の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を形成する第１工程と、前記１次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させつつ、前記１次偏芯管の前記１次偏芯拡管部分を外側から軸長方向に沿って加圧手段によって加圧することにより、前記１次偏芯拡管部分の軸長寸法を短縮させつつ、前記１次偏芯拡管部分を径外方向に更に膨出変形させ、２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管を形成する第２工程とを順に実施することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係るハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法によれば、第１工程において、筒状体の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、周壁が偏芯した１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を形成する。このように１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を予め形成するため、第２工程において、１次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させつつ、前記１次偏芯管の１次偏芯拡管部分を外側から軸長方向に沿って加圧手段によって加圧することにより、１次偏芯拡管部分の軸長寸法を短縮させつつ、１次偏芯拡管部分を径外方向に更に膨出変形させることができる。これにより１次偏芯管の１次偏芯拡管部分よりも拡管度及び偏芯度が高められた２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管を形成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法によれば、筒状体の材質としては塑性変形能に富む金属が好ましく、鉄系、アルミニウム系合金、チタン系合金、銅系合金等を例示できる。殊に筒状体が鉄系である場合には、耐熱性及び耐食性に優れたステンレス鋼を例示することができ、塑性変形能が高いオーステナイト系及びフェライト系を例示できる。流体圧としては水圧、油圧が一般的である。前記した第１工程は複数の工程で構成することもできる。同様に、前記した第２工程も複数の工程で構成することもできる。
【０００８】
本発明に係るハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法によれば、次の形態を採用することができる。
【０００９】
・２次偏芯管を形成するにあたっては、周壁の皺や座屈等の成形不良の発生を抑えるために、周壁全体をなるべく均一に膨出変形させて拡管させることが好ましい。しかしこの場合には、最終製品において不必要通路部分も拡管されてしまうおそれがある。そこで、第２工程を実施した後に、２次偏芯管の２次偏芯拡管部分のうち、径方向における膨出量が相対的に少ない領域を、２次偏芯管の軸長方向に沿って加圧して潰すことにより、２次偏芯管の２次偏芯拡管部分の一部に圧潰部を形成する第３工程を実施する形態を採用することができる。圧潰部は、最終製品において不必要通路部分に相当する。このように第３工程において最終製品の不必要通路部分に相当する圧潰部を形成するため、その前に実施される第２工程において、２次偏芯管の２次偏芯拡管部分をなるべく平均化して膨出変形させて拡管させることができる。従って第２工程において拡管度及び偏芯度が大きい場合であっても、皺や座屈等の成形不良が生じることを抑制することができる。
【００１０】
・第２工程又は第３工程を実施した後に、２次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、２次偏芯管の２次偏芯拡管部分の壁を軸長方向に向けて膨らませる形態を採用することができる。これにより２次偏芯管の２次偏芯拡管部分で包囲される通路を、丸みを帯びた断面形状とすることができる。また、第２工程又は第３工程を実施した後に、切断手段により２次偏芯管の周壁を切断して２次偏芯管の周壁に開口を形成する開口形成工程を実施する形態を採用することができる。切断手段としては、レーザビームやメタルソー等が挙げられる。開口には他の部材をスライド可能に嵌めることができる。
【００１１】
・前記したように形成された２次偏芯管がタービンハウジングの内管として用いられる形態を採用することができる。タービンハウジングは、外管と、外管内に配置された内管とを備えている。タービンハウジングとしては車両の内燃機関に搭載されるタービンに使用されるハウジングを例示することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を具体化した実施例について図１〜図１０を参照して説明する。まず、図１に模式的に示すような筒状体１を用いる。筒状体１は塑性変形能に富む金属製（オーステナイト系ステンレス鋼）であり、直状円筒形状をなしている。第１工程においては、図２に模式的に示すように、成形型面２０をもつ第１型２、成形型面３０をもつ第２型３、成形型面４０をもつ第３型４、成形型面５０をもつ第４型５を用いる。筒状体１の中心軸線Ｎａから成形型面２０の外端までの外端径をｒ１とし、筒状体１の中心軸線Ｎａから成形型面４０の外端までの外端径をｒ２とすると、ｒ１はｒ２よりも大きく設定されている。
【００１３】
そして第１型２、第２型３、第３型４、第４型５に筒状体１をセットするとともに、流体通過孔９０及びシール部材９１をもつプラグ９を筒状体１の端部にセットする。この状態で、２個１組のプラグ９を互いに接近する方向に付勢させつつ、流体供給源に接続された流体通過孔９０から筒状体１の内部に流体９５を供給し、筒状体１の内部に流体圧Ｐ１（３〜１００ＭＰａ）を膨出方向に作用させる。これにより筒状体１の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形させる。この結果、１次偏芯拡管部分６０を有する１次偏芯管６を形成する。なお、前記した筒状体１の周壁の一部と他の部分とは筒状体１の径方向において互いに背向する部位である。１次偏芯管６の１次偏芯拡管部分６０の軸長寸法をＬ１（図２参照）として示す。図７は１次偏芯拡管部分６０を有する１次偏芯管６を模式的に示す。図７に示すように、１次偏芯拡管部分６０は１次偏芯管６の端部６ａ，６ｂの軸芯に対して偏芯している。なお第１工程を終えたら、第１型２、第２型３、第３型４、第４型５から１次偏芯管６を離脱させる。
【００１４】
第２工程においては、図３及び図４に示すように、成形型面２０Ｂをもつ第１型２Ｂ、成形型面３０Ｂをもつ第２型３Ｂ、成形型面４０Ｂをもつ第３型４Ｂ、成形型面５０Ｂをもつ第４型５Ｂを用いる。第１型２Ｂ、第２型３Ｂ、第３型４Ｂ、第４型５Ｂは、加圧手段として機能する。成形型面２０Ｂ，３０Ｂ，４０Ｂ，５０Ｂは１次偏芯管６の軸直角方向に沿っている。図３に示すように、１次偏芯管６の中心軸線Ｎｂから成形型面２０Ｂの外端までの外端径をｒ４とし、１次偏芯管６の中心軸線Ｎｂから成形型面４０Ｂの外端までの外端径をｒ５とすると、ｒ４はｒ５よりも大きく設定されている。また１次偏芯管６の中心軸線Ｎｂから成形型面３０Ｂの外端までの外端径をｒ６（＝ｒ４）とし、１次偏芯管６の中心軸線Ｎｂから成形型面５０Ｂの外端までの外端径をｒ７（＝ｒ５）とすると、ｒ６はｒ７よりも大きく設定されている。
【００１５】
そして、第１型２Ｂ、第２型３Ｂ、第３型４Ｂ、第４型５Ｂに１次偏芯管６をセットすると共に、プラグ９を１次偏芯管６の端部６ａ，６ｂにセットする。この状態で、２個１組のプラグ９を互いに接近する方向に付勢させつつ、１次偏芯管６の内部にプラグ９の流体通過孔９０から流体９５を供給して流体圧Ｐ２（３〜３０ＭＰａ）を膨出方向に作用させる。更に、第１型２Ｂ及び第２型３Ｂを互いに接近する方向（矢印Ｂ１，Ｂ２方向）に移動させると共に、第３型４Ｂ及び第４型５Ｂを互いに接近させる方向（矢印Ｂ１，Ｂ２方向）に１次偏芯管６の軸長方向に沿って移動させる。これにより第１型２Ｂの成形型面２０Ｂ及び第２型３Ｂの成形型面３０Ｂを１次偏芯拡管部分６０に加圧し、１次偏芯管６の１次偏芯拡管部分６０を径外方向（矢印Ｒ１，Ｒ２方向）に更に膨出変形させつつ、１次偏芯拡管部分６０の軸長寸法Ｌ１を短縮させる。矢印Ｒ１方向への膨出量は、矢印Ｒ２方向への膨出量よりも大きい。この結果、図４に模式的に示すように、２次偏芯拡管部分７０を有する２次偏芯管７を形成する。２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０は、１次偏芯拡管部分６０の軸長寸法Ｌ１よりも短い軸長寸法Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）を有しており、１次偏芯管６の１次偏芯拡管部分６０よりも偏平化されている。図８は２次偏芯拡管部分７０を有する２次偏芯管７を模式的に示す。図８に模式的に示すように２次偏芯管７において、２次偏芯拡管部分７０は２次偏芯管７の端部７ａ，７ｂの軸芯に対して偏芯している。なお第２工程を終えたら、第１型２Ｂ、第２型３Ｂ、第３型４Ｂ、第４型５Ｂから２次偏芯管７を離脱させる。
【００１６】
次に第３工程を実施する。第３工程においては図５から理解できるように、成形型面２０Ｃをもつ第１型２Ｃ、成形型面３０Ｃをもつ第２型３Ｃ、成形型面４０Ｃをもつ第３型４Ｃ、成形型面５０Ｃをもつ第４型５Ｃを用いる。そして、第１型２Ｃ、第２型３Ｃ、第３型４Ｃ、第４型５Ｃに２次偏芯管７をセットした状態で、２次偏芯管７の内部に流体を供給して流体圧を膨出方向に作用させつつ、第１型２Ｃ及び第２型３Ｃを互いに接近する方向に移動させると共に、第３型４Ｃ及び第４型５Ｃを互いに接近させる方向に移動させる。これにより２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０のうち径方向における膨出量が少ない領域を、軸長方向に沿って加圧して潰す。この結果、２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０の一部に圧潰部７３を形成する。図９は２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０に圧潰部７３を形成した状態を模式的に示す。なお第３工程を終えたら、第１型２Ｃ、第２型３Ｃ、第３型４Ｃ、第４型５Ｃから２次偏芯管７を離脱させる。
【００１７】
次に第４工程を実施する。第４工程においては、図６に模式的に示すように、成形型面２０Ｄをもつ第１型２Ｄ、成形型面３０Ｄをもつ第２型３Ｄ、成形型面４０Ｄをもつ第３型４Ｄ、成形型面５０Ｄをもつ第４型５Ｄを用いる。成形型面２０Ｄ，３０Ｄ，４０Ｄ，５０Ｄは凹形状に窪んでいる。そして第１型２Ｄ、第２型３Ｄ、第３型４Ｄ、第４型５Ｄに２次偏芯管７をセットすると共に、プラグ９を２次偏芯管７の端部７ａ，７ｂにセットした状態で、２次偏芯管７の内部に流体９５を供給して流体圧Ｐ４（１０〜２００ＭＰａ）を膨出方向に作用させる。これにより２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０を軸長方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に向けて膨らませる。この結果、２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０を、丸みをもつ通路７８を有する断面形状とする。このように２次偏芯拡管部分７０を軸長方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に向けて膨らませるため、通路７８の流路面積が確保される。図１０は２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０を膨らませて通路７８を形成した状態を模式的に示す。なお第４工程を終えたら、第１型２Ｄ、第２型３Ｄ、第３型４Ｄ、第４型５Ｄから２次偏芯管７を離脱させる。
【００１８】
更に、上記したように形成した２次偏芯管７の周壁に開口７５を形成する開口形成工程を実施する。この場合には、図１０に模式的に示すように、切断手段としてのレーザビーム９８を２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０の周壁に外側から軌跡ＭＡに沿って照射することにより周壁の一部を切断し、開口７５を形成する。レーザビーム９８としては、一般的には、高エネルギ密度を有するＣＯ_２レーザビーム、ＹＡＧレーザビームを採用する。
【００１９】
以上説明したように本実施例によれば、第１工程において、筒状体１の内部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、筒状体１の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、周壁が偏芯した１次偏芯拡管部分６０を有する１次偏芯管６を形成する。このように周壁が偏芯した１次偏芯拡管部分６０を有する１次偏芯管６を先行して形成する。このため、次工程である第２工程において、１次偏芯管６の１次偏芯拡管部分６０の内部に流体圧を膨出方向に作用させつつ、１次偏芯管６の１次偏芯拡管部分６０を外側から軸長方向に沿って加圧して１次偏芯拡管部分６０の軸長寸法Ｌ１をＬ２に短縮させれば、１次偏芯管６の１次偏芯拡管部分６０よりも拡管度及び偏芯度が高い２次偏芯拡管部分７０を有する２次偏芯管７を容易に形成することができる。
【００２０】
ところで拡管度及び偏芯度が高い偏芯構造の管を形成するにあたっては、周壁の皺や座屈等の成形不良の発生を抑えるために、周壁全体をなるべく均一に膨出変形させることが好ましい。しかしこの場合には、最終製品において不必要通路部分も拡管されて形成されてしまうおそれがある。そこで、第２工程を実施した後の第３工程において、２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０のうち、径方向における膨出量が相対的に少ない領域を、軸長方向に沿って加圧して潰すことにより、２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０の一部に圧潰部７３を形成する。圧潰部７３は、最終製品において不必要通路部分に相当する。このように本実施例によれば、第３工程において最終製品の不必要通路部分に相当する圧潰部７３を形成するため、その前に実施される第２工程において、２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０の拡管度及び偏芯度が大きい場合であっても、周壁をなるべく平均化して膨出変形させて拡管させることができ、皺や座屈等の成形不良が生じることを抑制することができる。
【００２１】
また本実施例によれば、２次偏芯管７の内部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、２次偏芯管７の２次偏芯拡管部分７０の壁を軸長方向に向けて膨らませる。このため２次偏芯拡管部分７０をこれが丸みを帯びるように膨らませることができ、２次偏芯拡管部分７０の壁で包囲された空間の流路面積が確保され、前記空間を通路として使用し易くなる。
【００２２】
また本実施例によれば、切断手段としてレーザビーム９８により２次偏芯管７の周壁を切断して２次偏芯管７の周壁に開口７５を形成している。この開口７５に他の部材を嵌めることができ、２次偏芯管７の用途を拡げることができる。
【００２３】
（適用例）
図１１及び図１２は車両の内燃機関に搭載するタービンハウジング３００に適用した適用例を模式的に示す。図１１及び図１２に示すようにタービンハウジング３００は、外管３１０と、外管３１０内に配置された内周面３２０ａ，３２０ｂを有する内管３２０と、リング形状の第１フランジ３４０と、リング形状の第２フランジ３５０と、リング形状の第３フランジ部３６０とを備えている。外管３１０は第１外管３１１と第２外管３１２とを組み付け、両者の合わせ面を溶接して形成されている。
【００２４】
内管３２０は前述したハイドロフォーム法により形成されたスクロール形状の２次偏芯管７で形成されている。内管３２０を構成する２次偏芯管７の通路７８には、内燃機関の排気ポートから排出された高温の排気ガスが流れる。内管３２０を構成する２次偏芯管７の開口７５には、可動筒４００が矢印Ｍ１，Ｍ２方向にスライド可能に嵌合されている。これにより可動筒４００のスライドにより熱膨張・熱収縮を吸収することができる。本適用例によれば、内管３２０を、従来から使用されている鋳物製品に代えて、ハイドロフォーム法で形成したステンレス鋼製の２次偏芯管７を用いているため、軽量化及び高強度化を図ることができる。
【００２５】
その他、本発明は上記した且つ図面に示した実施例及び適用例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係るハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法によれば、第１工程において、筒状体の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、周壁が偏芯した１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を形成する。このように２次工程に先立って、周壁が偏芯している１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を予め形成するため、第２工程において１次偏芯拡管部分を１次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させつつ、１次偏芯管の偏芯拡管部分を外側から軸長方向に沿って加圧手段により加圧して１次偏芯拡管部分の軸長寸法を短縮させれば、１次偏芯管の１次偏芯拡管部分よりも拡管度及び偏芯度が高い２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１工程を実施する前の筒状体を模式的に示す断面図である。
【図２】１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管をハイドロフォーム法により形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】１次偏芯管を用い、２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管をハイドロフォーム法により形成する直前の状態を模式的に示す断面図である。
【図４】２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管をハイドロフォーム法により形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図５】圧潰部を形成した２次偏芯管の側面図である。
【図６】２次偏芯管の２次偏芯拡管部分を軸長方向に沿ってハイドロフォーム法により膨らませた状態を模式的に示す断面図である。
【図７】１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を模式的に示す斜視図である。
【図８】２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管を模式的に示す斜視図である。
【図９】圧潰部を有する２次偏芯管を模式的に示す斜視図である。
【図１０】２次偏芯拡管部分を軸長方向に沿って膨らませた２次偏芯管を模式的に示す断面図である。
【図１１】車両の内燃機関に搭載するタービンハウジングに適用した適用例を模式的に示す断面図である。
【図１２】車両の内燃機関に搭載するタービンハウジングに適用した適用例を模式的に示す異なる方向の断面図である。
【符号の説明】
図中、１は筒状体、６は１次偏芯管、６０は１次偏芯拡管部分、７は２次偏芯管、７０は２次偏芯拡管部分、７３は圧潰部、７５は開口、９５は流体、２Ｂは第１型（加圧手段）、３Ｂは第２型（加圧手段）、４Ｂは第３型（加圧手段）、５Ｂは第４型（加圧手段）を示す。

Claims (5)

1. 筒状体の内部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、前記筒状体の周壁の一部を他の部分よりも半径方向において相対的に大きく膨出変形させ、１次偏芯拡管部分を有する１次偏芯管を形成する第１工程と、
   前記１次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させつつ、前記１次偏芯管の前記１次偏芯拡管部分を外側から軸長方向に沿って加圧手段により加圧することにより、前記１次偏芯拡管部分の軸長寸法を短縮させつつ、前記１次偏芯拡管部分を径外方向に更に膨出変形させ、２次偏芯拡管部分を有する２次偏芯管を形成する第２工程とを順に実施することを特徴とするハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法。
2. 請求項１において、前記第２工程を実施した後に、前記２次偏芯管の前記２次偏芯拡管部分のうち、径方向における膨出量が相対的に少ない領域を、前記２次偏芯管の軸長方向に沿って加圧して潰すことにより、前記２次偏芯管の前記２次偏芯拡管部分の一部に圧潰部を形成する第３工程を実施することを特徴とするハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法。
3. 請求項１または請求項２において、前記２次偏芯管の内部に流体圧を膨出方向に作用させることにより、前記２次偏芯管の前記２次偏芯拡管部分の壁を軸長方向に向けて膨らませることを特徴とするハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項において、切断手段により前記２次偏芯管の周壁を切断して前記２次偏芯管の周壁に開口を形成する開口形成工程を実施することを特徴とするハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項において、タービンハウジングの内管として用いられることを特徴とするハイドロフォーム法による偏芯管の製造方法。

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