JP3961546B2 - 押出し中空形材の成形装置及び成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出し中空形材の成形装置及び成形方法に関するものである。

従来、中空部材であって肉厚の異なる部位があるものを作製するには、例えば特許文献１に開示されているように、中空部材にこれとは別体の部材を組み付けることが行われている。図１３に示すように、この特許文献に開示された中空部材８０は、アルミニウムの押出し形材から切り出された一体ものの中空状基体８１に補強体８２を嵌合させることにより、中空部材８０の中央部分を厚肉に構成している。なお、この中空部材８０は車両用ドアのガードバーとして使用されるものである。
実開平７−２３６１７号公報

従来開示されているように、肉厚の異なる部分を有する中空部材８０を作製するには、別体の部材を嵌合させることから製造工数が増えざるを得ない。しかも嵌合時に補強体８２の位置がばらつき易く、中空部材８０の品質を安定させるには限界がある。

また、別体の部材を組み付ける構成なので、徐々に厚みの異なるものを作ることは困難である。仮に厚みが徐々に異なるものを作ろうとするには、別体の部材を組み付けた後、切削などの２次加工が必要となるため、その作製は煩雑なものにならざるを得ない。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、少ない製造工数で作製でき、しかも品質の安定している押出し中空形材を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、中空状に形成された中空形材であって、押出し成形されるものであり、押出し方向に垂直な断面内における一方向の幅が押出し方向に沿って一定の平行部と、前記一方向における幅が押出し方向に沿って異なっている傾斜部とが一体的に形成されている押出し中空形材の成形装置を前提として、押出し方向に対して傾斜した方向に延びるガイド溝を有する成形孔が設けられた固定ダイスと、前記ガイド溝に沿って移動可能に配設される可動ダイスとを備え、前記固定ダイスは、前記成形孔の内面間に架設される基部と、この基部の下流側端部から成形孔内を下流に向けて延出される孔成形部とを有し、前記可動ダイスは、前記孔成形部との間に間隙を残した状態で前記成形孔内に配設されている。

この成形装置では、可動ダイスとの間に孔成形部の周囲に形成される間隙を通して管状になった中空形材が押出される。そして、押出し成形時に可動ダイスを移動させることにより、前記一方向の幅が押出し方向に異なるように中空形材を成形することができる。しかも可動ダイスを押出し方向に対して傾斜した方向に移動させるので、押出し方向に直交する方向に可動ダイスを移動させる構成のように可動ダイスにシーリング力をかける必要がなくなる。このため固定ダイス及び可動ダイス間の摺動面の磨耗を低減させることができる。

この成形装置において、前記成形孔は、押出し方向に平行な一対の対向平面を有するものであり、前記ガイド溝は、この対向平面上を押出し方向に対して傾斜した方向に延びるように形成されているのが好ましい。

この態様では、可動ダイスの移動の有無によらず、前記対向平面により前記一方向と直交する方向の幅が一定の平行面を成形できる。そして、可動ダイスが移動することによって前記一方向の幅が押出し方向に異なる傾斜部を成形することができる。

本発明は、中空状に形成された中空形材であって、押出し成形されるものであり、押出し方向に垂直な断面内における一方向の幅が押出し方向に沿って一定の平行部と、前記一方向における幅が押出し方向に沿って異なっている傾斜部とが一体的に形成されている押出し中空形材の成形方法を前提として、押出し方向に対して傾斜した方向に延びるガイド溝を有する成形孔が設けられた固定ダイスと、前記ガイド溝に沿って移動可能に配設される可動ダイスとを備え、前記固定ダイスには、前記成形孔の内面間に架設される基部と、この基部の下流側端部から成形孔内を下流に向けて延出される孔成形部とが設けられた成形装置を使用し、前記可動ダイスを停止した状態で前記平行部を押出す一方、前記可動ダイスを前記ガイド溝に沿って移動させながら前記傾斜部を押出す。

この成形方法において、前記可動ダイスの移動速度を変えることによって押出し方向に沿う幅の変化率を異ならせるようにしてもよい。

この態様では、傾斜部において前記一方向における幅の変化率が異なる中空形材を押出し成形できるようになるので、中空形材の設計の自由度を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、少ない製造工数で作製でき、しかも品質が安定している押出し中空形材とすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、押出し中空形材を成形するための後述の成型装置３０（以下、単に成形装置３０とも称する。）で成形された押出し中空形材１０を示している。この押出し中空形材（以下、単に中空形材と称する）１０は、押出し成形によって成形されたものであり、図１における矢印Ａの方向が押出方向となっている。

中空形材１０は、押出し方向に延びる筒軸１２（図２参照）に垂直な断面が矩形環状である角筒状に形成されている。そして、中空形材１０の内孔１４が矩形状に形成されていて、この内孔１４の高さ及び幅は、押出し方向の全体に亘って一定となっている。

中空形材１０は、平行部２１，２２と傾斜部２５，２６とを備えている。これら傾斜部２５，２６と平行部２１，２２は、何れも複数設けられており、これらが押出し方向に並ぶように交互に形成されている。平行部２１，２２は、幅及び高さが押出し方向に一定となっている部位、すなわち幅方向に対向する側面１７が平行になっているとともに、高さ方向に対向する側面１８が平行になっている部位である。なお、ここでいう幅は、図１及び図２における左右方向の幅を意味している。またここでいう高さは、図１における上下方向、すなわち図２における奥行き方向の幅を意味している。

平行部には、第１平行部２１と、この第１平行部２１とは幅の異なる第２平行部２２とがある。第２平行部２２は、第１平行部２１と幅が異なるが、第１平行部２１と同じ高さとなっている。第１平行部２１と第２平行部２２とは、押出し方向に交互に形成されている。本実施形態に係る成型装置３０で成形された中空形材１０では、第１平行部２１は、第２平行部２２よりも幅が広くなっている。

前記傾斜部には、第１傾斜部２５と第２傾斜部２６とがある。第１傾斜部２５と第２傾斜部２６とは、側面１７の傾斜の向きが逆になっている。すなわち、第１傾斜部２５は、押出し方向に沿って幅が小さくなるように、言い換えると両側面１７，１７が互いに近づくように側面１７が傾斜するのに対し、第２傾斜部２６では、幅が押出し方向に沿って大きくなるように、言い換えると両側面１７，１７が互いに離れるように側面１７が傾斜している。すなわち、第１傾斜部２５は、幅が第１平行部２１の幅から第２平行部２２の幅まで次第に狭くなるように押出し成形される部位であり、第２傾斜部２６は、幅が第２平行部２２の幅から第１平行部２１の幅まで次第に広くなるように押出し成形される部位である。

傾斜部２５，２６では、筒軸１２を含む平面２８に対する両側の幅がそれぞれ押出し方向に沿って異なるように側面１７が傾斜していて、傾斜部２５，２６は前記平面２８に対して対称な形状に形成されている。前記平面２８は平行部２１，２２における幅方向両側の側面１７に平行であり、傾斜部２５，２６はこの平面２８を挟んで両側の幅がそれぞれ押出し方向に沿って変化するように形成されている。そして、この厚みの変化率も同じになっている。

これら第１傾斜部２５と第２傾斜部２６は、同じ高さを有しており、両平行部２１，２２とも同じ高さとなっている。そして、中空形材１０の端面を除く外面のうち、高さ方向に対向する一対の側面１８，１８がそれぞれ平面状に形成される一方、もう一方の対向面（幅方向に対向する一対の側面１７，１７）がそれぞれ凹凸状に形成されている。

中空形材１０は、軽金属からなるものである。具体的には、ＪＩＳ６０００系又はＪＩＳ７０００系のアルミ合金が使用されている。

中空形材１０は、切断することによって複数に分割することができる。その分割線を図１に仮想線２９で示している。この分割された各部分材１６では、両端部に第２平行部２２が配置され、中央部に第１平行部２１が配置されている。したがってこの部分材１６では、両端部の幅が狭く中央部の幅が広くなっている。この部分材１６は、例えば自動車のドアに補強材として配設されるドアビームとして使用することができる。

次に、図３を参照しつつ、本発明に係る成形装置３０の一実施形態について説明する。同図は、成形装置３０の要部を概略的に示すものである。

成形装置３０は、コンテナ３２とステム３４と固定ダイス３６と一対の可動ダイス３８，３８とを備えている。コンテナ３２にはビレット（図示省略）が装填され、このコンテナ３２内のビレットをステム３４で押出すようになっている。

固定ダイス３６は、コンテナ３２の押出し側端部に固定されるものであり、押出し方向に貫通する成形孔４０が設けられている。この成形孔４０は、押出し方向に垂直な断面が略矩形状に形成されており、この断面内における一方向（図３のＹ方向）の幅が押出し方向に沿って一定に形成されている。すなわち、Ｙ方向に対向する一対の内面は平行な平面となっている。一方、前記断面内におけるＹ方向に直交する方向（図３のＸ方向）の幅が押出し方向に沿って次第に広くなる傾斜状の平面として形成されている。

成形孔４０には、可動ダイス３８，３８を案内するためのガイド溝４２，４２が設けられている。このガイド溝４２，４２は、成形孔４０のＹ方向端部に設けられるものであり、各可動ダイス３８，３８に対応するように２つ形成されている。そして、両ガイド溝４２，４２は、押出し方向に沿って両者の間隔が広がるように押出し方向に対して傾斜する配置となっている。両ガイド溝４２，４２は、押出し方向に対してそれぞれ同じ傾斜角度となっている。

固定ダイス３６は、成形孔４０の内側に設けられる基部４４と、この基部４４の下流側端部から成形孔４０内を下流に向けて延出される孔成形部４６とを有する。具体的に、基部４４は、成形孔４０における上流側部（図４における上側部）に設けられるものであり、成形孔４０のＹ方向に対向する一対の内面間に架設されるように固定ダイス３６に一体的に形成されている。この基部４４によって成形孔４０の入口側部は２つの孔に分離されている。

孔成形部４６は、成形孔４０内における下流側部に配置されるものであり、押出し方向に垂直な断面が矩形状に形成されるとともに、押出し方向に向かって僅かに細くなる突起状に形成されている。そして、孔成形部４６の周囲は空間となっている。これにより、入口側が基部４４によって２つに区画されている成形孔４０は、基部４４の存在しない出口側では１つになっている。

可動ダイス３８，３８は、図４に示すように、２つ設けられており、これらは互いに対称な形状に形成されている。各可動ダイス３８は、平板状に形成されており、摺接面４８と成形面５０とを有する。そして、各可動ダイス３８は、押出し方向に直交する姿勢で固定ダイス３６の成形孔４０内にそれぞれ配設されており、固定ダイス３６のガイド溝４２にはめ込まれている。そして両可動ダイス３８，３８は、孔成形部４６の長さ範囲内の位置でＸ方向に対向するように配置されている。この両可動ダイス３８，３８間の間隙は、孔成形部４６の存在によって矩形環状となっている。この状態で、可動ダイス３８は、摺接面４８が成形孔４０のガイド面５２上を摺動するようになっており、可動ダイス３８はガイド溝４２に沿って移動することによって押出し方向に対して傾斜した方向に移動可能となっている。

摺接面４８は押出し方向に対するガイド面５２の傾斜角と同じ角度で成形面５０に対して傾斜している。両可動ダイス３８，３８の成形面５０，５０はそれぞれ押出し方向に平行に配置されるとともに互いに対向していて、この両成形面５０，５０間をビレットが通過して中空形材１０が押出されるようになっている。

可動ダイス３８，３８は、図示省略した駆動機構によって孔成形部４６の長さ範囲で押出し方向に駆動されるようになっている。この駆動機構は、両可動ダイス３８，３８が押出し方向に直交する方向に対向した状態を維持させながら、両可動ダイス３８，３８を同時に移動させるように構成されている。このため中空形材１０を真っ直ぐに押出すことができるようになっている。

この成形装置３０によって中空形材１０を成形するには、まずコンテナ３２内にアルミ合金からなるビレットを装填し、このビレットをステム３４によって成形孔４０内に押出す。このときビレットは図３における上側から成形孔４０内に供給され、下方に押出される。

押出し時において図５（ａ）のように両可動ダイス３８，３８がガイド溝４２，４２の下流側部に位置していて互いに遠ざかった状態に固定されていれば、幅広の第１平行部２１が成形孔４０から押出されることになる。そして図５（ｂ）に示すように、押出し中に両可動ダイス３８，３８を駆動機構によって上流側へ移動させると、可動ダイス３８，３８間の間隔が次第に狭くなるため、それに伴って押出される中空形材１０の幅が次第に狭くなる。このようにして第１傾斜部２５が成形されることになる。このとき、中空形材１０の内孔１４が孔成形部４６によって成形されることから内孔１４の断面形状は一定に維持される。一方中空形材１０の幅が次第に狭くなるので、第１傾斜部２５は、その肉厚が次第に薄くなるように成形される。

その後図５（ｃ）に示すように、可動ダイス３８，３８がガイド溝４２，４２における上流側部に固定されると、中空形材１０は一定の幅で押出される。このときは幅の狭い第２平行部２２が押出されることになる。そして、図５（ｄ）に示すように両可動ダイス３８，３８を今度は下流側へ移動させると、可動ダイス３８，３８間の間隔が次第に広くなるため、それに伴って中空形材１０の幅が次第に広くなる。このようにして第２傾斜部２６が成形される。その後可動ダイス３８，３８がガイド溝４２，４２における下流側部に固定されると、図５（ｅ）に示すように再び第１平行部２１が押出されることになる。これらを繰り返すことによって図１に示す中空形材１０を押出し成形することができる。

押出し成形時には、ステム３４が一定速度に維持されて移動する。このため、平行部２１，２２の押出し時のように両可動ダイス３８，３８間の間隔が一定の場合には、図６に符号Ｂで示すように中空形材１０の押出し速度が一定となり、押出し時間から中空形材１０の押出し長さを演算することができる。したがって、押出し時間に基づいて可動ダイス３８，３８の移動を開始するタイミングを制御することができる。この場合として、図６には例えば第１平行部２１の押出し長さをＬａ、Ｌｅとして示し、また第２平行部２２の押出し長さをＬｃとして示している。

一方、傾斜部２５，２６の押出し時のように可動ダイス３８，３８を徐々に移動させる場合には、その移動量に応じて押出し量が変化することになる（図６の符号Ｃ参照）。したがって可動ダイス３８，３８の移動量に基づいて押出し長さを演算することになるので、可動ダイス３８，３８の移動量に応じた経過時間Δｔごとの押出し長さΔＬを積分することにより、傾斜部２５，２６の押出し長さを得ることができる。これにより、可動ダイス３８，３８を停止させるタイミングを制御して必要な押出し長さを得ることができる。図６には、例えば第１傾斜部２５の押出し長さをＬｂとして示し、また第２傾斜部２６の押出し長さをＬｄとして示している。第１傾斜部２５の押出し時には、中空形材１０の押出し速度が徐々に大きくなるのに対し、第２傾斜部２６の押出し時には、押出し速度が徐々に小さくなる。

以上説明したように、本実施形態に係る成形装置３０で形成された中空形材１０では、押出し方向に沿って幅の異なる傾斜部２５，２６が幅の一定な平行部２１，２２と押出し成形によって一体的に形成されているので、溶接、嵌合等によって別体の部材を組み付けるものと異なり、製造工数を低減できるばかりでなく、寸法ばらつきを低減することができる。また押出し成形によって成形されるので、押出し方向に沿って幅が徐々に異なる形状のものを切削などの２次加工をすることなく作製することができる。しかも傾斜部２５，２６は、押出し方向に垂直な断面内の一方向のみの幅が押出し方向に沿って変化する形状なので、押出し成形によって中空形材１０を作製する場合であっても、成形装置３０が複雑化するのを抑制することができる。

また本実施形態に係る成形装置３０で形成された中空形材１０では、前記平面２８に対して対称な形状に形成されているので、前記平面２８に対してどちら側から荷重がかかっても同じ特性を発揮する。したがってこの中空形材１０を荷重のかかる方向が定まらないところに使用すると有効となる。

また本実施形態に係る成形装置３０では、押出し成形時に可動ダイス３８，３８を移動させることにより、押出し方向に幅が異なるように中空形材１０を成形することができる。しかも可動ダイス３８，３８を押出し方向に対して傾斜した方向に移動させるので、押出し方向に直交する方向に可動ダイスを移動させる構成のように可動ダイスにシーリング力をかける必要がなくなる。このため固定ダイス３６及び可動ダイス３８，３８間の摺動面の磨耗を低減させることができる。

また本実施形態に係る成形装置３０では、可動ダイス３８，３８の移動速度を変えることによって幅の変化率を変えることができるので、中空形材１０の設計の自由度を向上することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更が可能である。例えば、成形装置３０で形成される中空形材１０は、筒軸１２を含む平面２８に対して非対称な形状に形成することもできる。例えば図７及び図８に示すように、中空形材１０の幅方向に対向する一対の側面１７，１７のうち、一方が凹凸状に形成され、他方が平面状に形成されていてもよい。この態様では傾斜部２５，２６は前記平面２８を挟んで一方の幅が押出し方向に沿って変化するとともに、他方の幅が押出し方向に沿って一定となる。この中空形材１０は、前記平面２８に対して非対称な形状に形成されているので、荷重のかかる方向に応じて発揮する特性が異なることになり、特定の方向からの荷重に対して特に強い設計にすることが可能である。したがって、荷重のかかる方向が定まっているところに使用すると有効である。

この態様の中空形材１０を成形するには図９に示す成形装置３０が用いられる。この成形装置３０では、固定ダイス３６の成形孔４０に設けられる２つのガイド溝４２，４２のうち一方が前記実施形態と同様に構成される一方、他方のガイド溝４２が押出し方向に平行に形成されている。そして図１０にも示すように、一対の可動ダイス３８，３８のうち、一方の可動ダイス３８として前記実施形態と同じ形状のものが使用されるのに対し、他方（図１０の左側）の可動ダイス３８は摺接面４８と成形面５０とが平行に形成されてい
て、ガイド溝４２，４２にセットされた状態でこれら摺接面４８及び成形面５０が押出し方向に平行となっている。この場合において、押出し方向に平行なガイド溝４２，４２にはめ込まれる可動ダイス３８，３８に代えて、押出し方向に孔成形部４６と同じ長さを有するダイスを用い、このダイスが押出し方向に移動しない構成としてもよい。

また図１１及び図１２に示すように、成形装置３０によって、中空形材１０は、分割された部分材１６において中央部の第１平行部２１が両端部の第２平行部２２，２２よりも幅又は高さが小さくなる形状に形成されていてもよい。

本発明の実施形態に係る成形装置で形成された中空形材の斜視図である。 前記中空形材から切り出された部分材の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る成形装置の要部を概略的に示す一部破断斜視図である。 前記成形装置に設けられている可動ダイスの斜視図である。 前記成形装置による中空形材の押出し成形の様子を説明するための図であり、（ａ）は第１平行部の押出し時を示し、（ｂ）はそれに続く第１傾斜部の押出し時を示し、（ｃ）はさらにそれに続く第２平行部の押出し時を示し、（ｄ）はさらにそれに続く第２傾斜部の押出し時を示し、（ｅ）はさらにそれに続く第１平行部の押出し時を示している。 前記中空形材を押出すときの押出し時間経過と押出し長さとの関係を示す特性図である。 本発明のその他の実施形態に係る成形装置で形成された中空形材の図１相当図である。 本発明のその他の実施形態に係る成形装置で形成された中空形材の図２相当図である。 この中空形材の成形装置の要部を概略的に示す図３相当図である。 この成形装置に設けられている可動ダイスの斜視図である。 本発明のその他の実施形態に係る成形装置で形成された中空形材から分割された分割材の斜視図である。 本発明のその他の実施形態に係る成形装置で形成された中空形材から分割された分割材の斜視図である。 従来の成形方法で形成された中空部材を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 中空形材
１２ 筒軸
１４ 内孔
２１ 第１平行部
２２ 第２平行部
２５ 第１傾斜部
２６ 第２傾斜部
２８ 平面
３０ 成形装置
３６ 固定ダイス
３８ 可動ダイス
４０ 成形孔
４２ ガイド溝
４４ 基部
４６ 孔成形部

Claims (4)

1. 中空状に形成された中空形材であって、
   押出し成形されるものであり、
   押出し方向に垂直な断面内における一方向の幅が押出し方向に沿って一定の平行部と、前記一方向における幅が押出し方向に沿って異なっている傾斜部とが一体的に形成されている押出し中空形材の成形装置であって、
   押出し方向に対して傾斜した方向に延びるガイド溝を有する成形孔が設けられた固定ダイスと、
   前記ガイド溝に沿って移動可能に配設される可動ダイスとを備え、
   前記固定ダイスは、前記成形孔の内面間に架設される基部と、この基部の下流側端部から成形孔内を下流に向けて延出される孔成形部とを有し、
   前記可動ダイスは、前記孔成形部との間に間隙を残した状態で前記成形孔内に配設されている押出し中空形材の成形装置。
2. 前記成形孔は、押出し方向に平行な一対の対向平面を有するものであり、
   前記ガイド溝は、この対向平面上を押出し方向に対して傾斜した方向に延びるように形成されている請求項１に記載の押出し中空形材の成形装置。
3. 中空状に形成された中空形材であって、
   押出し成形されるものであり、
   押出し方向に垂直な断面内における一方向の幅が押出し方向に沿って一定の平行部と、前記一方向における幅が押出し方向に沿って異なっている傾斜部とが一体的に形成されている押出し中空形材の成形方法であって、
   押出し方向に対して傾斜した方向に延びるガイド溝を有する成形孔が設けられた固定ダイスと、前記ガイド溝に沿って移動可能に配設される可動ダイスとを備え、前記固定ダイスには、前記成形孔の内面間に架設される基部と、この基部の下流側端部から成形孔内を下流に向けて延出される孔成形部とが設けられた成形装置を使用し、
   前記可動ダイスを停止した状態で前記平行部を押出す一方、前記可動ダイスを前記ガイド溝に沿って移動させながら前記傾斜部を押出す押出し中空形材の成形方法。
4. 前記可動ダイスの移動速度を変えることによって押出し方向に沿う幅の変化率を異ならせる請求項３に記載の押出し中空形材の成形方法。

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