JP4052185B2

JP4052185B2 - 液圧成形装置

Info

Publication number: JP4052185B2
Application number: JP2003166493A
Authority: JP
Inventors: 英人金房; 智之廣田; 聡真嶋; 伸史大江; 正朗吉留; 知明亘理
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP2005000946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧成形装置に関し、特に、液圧成形時にワークが破断等しても成形媒体が飛散しない液圧成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品には、凹凸やねじれのような複雑形状の部品が用いられている。このような複雑形状の部品を作り出す装置として、液圧成形装置が知られている。液圧成形装置は、ワークの内側から成形媒体を供給し、ワークの全体または一部を外側へ膨らませ、目的の形状に加工する方法である。
【０００３】
例えば、液圧成形装置により、パイプ状のワークを所望の目的形状に成形する場合について説明する。この場合、目的形状と合致する成形面が形成された金型の凹部にワークをセットし、パイプの内側から成形媒体を注入して、内側から液圧をかける。該液圧により、金型の成形面と合致するまでワークが膨らむ。加圧を止めて、金型を取り外せば、目的形状となった成形品が得られる。
【０００４】
ここで、ワークの加圧途中に何らかの原因でワークが破断や座屈してしまった場合、非常に高い圧力状態となった成形媒体は、金型とワークとの隙間を満たした後、上限分割面を通って金型外部に直接噴出する。直接噴出した高圧の成形媒体は、周辺の作業者を負傷させる危険性がある。
【０００５】
これを防止するために、上下型の分割面に段差を設けた液圧成形装置がある。この装置では、成形媒体は、金型外部に噴出する前に分割面の段差部分に衝突して、勢いと圧力が分散された後に、装置外に流出する（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９２４３６号公報（「発明の詳細な説明」の段落「００２４」、第１図等参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記液圧成形装置では、結局成形媒体が装置外部に流出してしまう。これでは、以下の問題が生じてしまう。
【０００８】
（１）成形媒体を回収できないため、成形媒体の損失によりコストが増大する。また、回収できたとしても、成形媒体には、装置周辺の環境により、油分や、塵芥等の異物が混入しているので、再利用するには、濾過する必要があり、手間がかかってしまう。
【０００９】
（２）液圧成形装置周辺の床に成形媒体が付着し滞留すると、作業者が滑って転倒する危険性もある。
【００１０】
（３）気化した成形媒体が作業者に吸引され、または付着することによる作業者の健康状態への影響が懸念される。異臭により作業者に不快感を与え、作業意欲の低下を招く。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークが破断等しても成形媒体が装置外部に流出することを防止できる液圧成形装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液圧成形装置は、成形面が形成された上下型を組み合わせてできるキャビティ内部にワークを収納した状態で、該ワーク内に液状の成形媒体を注入し、前記成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得る液圧成形装置であって、前記成形面を取り囲みむように前記上下型の分割面に設けられ、前記成形媒体の飛散を防止する飛散防止手段と、前記ワーク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段による検出結果に基づいて、前記飛散防止手段を他方の型に押付ける圧力を制御する圧力制御手段と、を有し、前記圧力制御手段は、前記成形媒体の注入中に前記ワークが破断して前記圧力検出手段によって検出される圧力が急激に低下した場合、該破断時に前記飛散防止手段を押し付けている圧力を維持する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の液圧成形装置にあっては、飛散防止手段が設けられているので、ワークが破断等しても、成形媒体が飛散せず、液圧成形装置外に流出しない。したがって、成形媒体の回収が容易になり、成形媒体の損失を低減できる。
【００１４】
また、成形媒体の流出の防止により、作業場床面に成形媒体が付着し滞留しないので、作業者が滑って転倒する危険性を解消できる。
【００１５】
さらに、成形媒体の流出の防止により、成形媒体が装置外で揮発することがほとんどないので、作業者の健康状態への悪影響の心配がなく、成形媒体による異臭も低減でき、作業者の作業意欲が低減しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は本発明の液圧成形装置を側面から見た断面図、図２は液圧成形後のワークの様子を示す液圧成形装置を側面から見た断面図、図３は図２に示す液圧成形装置のＡ−Ａ断面図、図４は図３に示す液圧成形装置のＢ−Ｂ断面図、図５は本発明に係る飛散防止部材を示す斜視図である。
【００１８】
本発明の液圧成形装置１は、円筒状のワーク２内に成形媒体を供給して、内側から膨張させ、上下型５、６の成形面５１、５２に合致する成形品を得るための装置である。
【００１９】
液圧成形装置１は、円筒状ワーク２の両端の開口に嵌め合わされる供給ノズル３および回収ノズル４と、該供給ノズル３および回収ノズル４ごとワーク２を挟み込む上型５および下型６とを有する。
【００２０】
供給ノズル３は、成形媒体を貯蔵および供給する供給タンク３０に接続されている。供給タンク３０は、加工の各段階に従って成形媒体を供給する圧力を適宜調整できる。供給タンク３０による成形媒体の供給圧によりワーク２が膨張される。供給タンク３０と供給ノズル３との間には、圧力計７が設けられており、随時成形媒体の液圧を検出している。また、回収ノズル４には、成形媒体を回収するための回収タンク４０が接続されている。
【００２１】
上下型５、６は、それぞれ、所望の成形品形状と合致する成形面５１、６１と、それ以外の部分の分割面５２、６２とを有する。上記供給ノズル３により成形媒体をワーク２内に注入すると、図２に示すように、ワーク２が成形面５１、６１と合致するまで膨張する。上下型５、６は、図１〜図３に示すように、成形面５１、６１および分割面５２、６２には、回収孔８が複数設けられている。
【００２２】
回収孔８は、例えば、図３に点線で示すように、ワーク２の下側、すなわち、成形面６１に設けられている。これに加えて、図３に実線で示すように、成形面６１以外の分割面６２にも複数の回収孔８が設けられている。図３では、下型６に設けられる回収孔８しか図示しないが、上型５にも同様に回収孔８が設けられている。回収孔８は、後述する飛散防止部材に囲まれる範囲内であれば、いかなる場所に形成されてもよい。
【００２３】
回収孔８は、図示の通り円形であることが好ましい。その半径は、液圧成形により形成される成形品の角部の曲率半径よりも小さいか、液圧成形により形成可能な曲率半径よりも小さい。
【００２４】
一般に、液圧成形により形成可能な半径Ｒｐ_minは、
【００２５】
【数１】

【００２６】
で表される。ここで、Ｐ_maxは装置が実現可能な液圧の最大値、Ｔｓはワーク２の引張強度、ｔはワーク２の板厚、ｋは１以下の定数である。
【００２７】
図１、図２および図４に示すように、各回収孔８は、上下型５、６に設けられた回収通路８１を介して、減圧装置（減圧手段）８２に接続されている。減圧装置８２は、上記圧力計７に接続されており、検出された圧力に基づいて、上下型５、６間の成形媒体を回収し、圧力を減少させる。
【００２８】
上下型５、６には、飛散防止部材（飛散防止手段）９が設けられている。飛散防止部材９について、図５を参照して説明する。図５では、上型５、上型５に設けられた飛散防止部材９、およびワーク２を省略し、下型６に設けられた飛散防止部材９と、供給ノズル３または回収ノズル４との関係を示している。ここで、図面手前側では回収ノズル４が上下型５、６に挟み込まれたときの飛散防止部材９の様子を示し、図面奥側では供給ノズル３が上下型５、６に挟み込まれる前の飛散防止部材９の様子を示している。
【００２９】
飛散防止部材９は、ゴムやウレタンなどの弾性材により形成されており、下型６の成形面５１、６１の周りを囲むように配置されている。飛散防止部材９は、上下型５、６に挟み込まれる前には、図面奥に示すように、供給ノズル３用の凹部６３に架橋されている。一方で、飛散防止部材９は、図面手前に示すように回収ノズル４が上下型５、６に挟み込まれると、回収ノズル４の周形状に従って変形する。上型５の飛散防止部材９については、省略しているが、上述の下型６のものと同様である。飛散防止部材９は、図５に示すように一部が上下型５、６に埋設されていてもよいし、埋設されていなくてもよい。
【００３０】
飛散防止部材９は、図３のＣ−Ｃ断面図である図６に示すように、上下型５、６に設けられた加圧通路９１を介して、圧力制御装置（圧力制御手段）９０に接続されている。圧力制御装置９０は、上記圧力計７にも接続されており、この検出結果に基づいて、飛散防止部材９の押付け圧を制御する。飛散防止部材９は、加圧されることにより、対向する金型の飛散防止部材９または該金型に押付けられる。
【００３１】
上記のように構成された液圧成形装置１の正常時の動作と、異常時の動作とを説明する。
【００３２】
（正常時の動作）
最初に、正常時の液圧成形装置の動作を、図７に示す圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の推移も参照しつつ説明する。ここで、圧力「Ｐ１」は、上下型５、６内の圧力、すなわち、圧力計７により検出される圧力、圧力「Ｐ２」は、圧力制御装置９０によって押付ける飛散防止部材９の押付け圧、圧力「Ｐ３」は、減圧装置８２によって制御される回収通路８１の圧力である。
【００３３】
図１に示すように、最初にワーク２が供給ノズル３および回収ノズル４間にセットされる。ここで、供給ノズル３をワーク２に取り付けるまでに、供給ノズル３からの低圧送水により成形媒体の流出が生じるが、流出した媒体は、回収孔８から回収され、外部には飛散しない。ここでは、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は変動しない。
【００３４】
そして、固く供給ノズル３とワーク２とを密着させる。ここで多少の成形媒体が飛散する。飛散した成形媒体は、高圧に噴出されるものではないので、飛散防止部材９で容易に流出が防止される。供給ノズル３および回収ノズル４とワーク２とが密着される。ワーク２は、供給ノズル３および回収ノズル４ごと上下型５、６に挟まれる。
【００３５】
上下型５、６の位置が固定されると、上下型５、６を組み合わせてできるキャビティ内にワーク２が収納されることになる。供給タンク３０から低圧で成形媒体を注入する。最初の注入は、成形媒体でワーク２内を充填することが目的である。注入に従って徐々にＰ１が増加される。圧力Ｐ１は、圧力計７に測定されており、圧力計７の測定結果に基づいて圧力制御装置９０が飛散防止部材９に加える圧力Ｐ２を増加する。これにより、上下型５、６間の隙間が抑えられる。
【００３６】
ワーク２内が成形媒体で充填された後、一定時間、圧力Ｐ１およびＰ２の増加を停止して、落ち着かせる。さらに、圧力Ｐ１を高めて、成形圧力によりワーク２を膨張させる。圧力制御装置９０により制御される飛散防止部材９の圧力も、Ｐ１と同じタイミングで増加される。
【００３７】
成形圧力によりワーク２は上下型５、６の成形面５１、６１に合致するまで膨張される。ここで、圧力Ｐ１の増加を停止し、しばらく圧力Ｐ１を維持して、成形を落ち着かせる。圧力Ｐ２もＰ１と同様に一定に維持する。
【００３８】
充分時間が経過したら、回収ノズル４からワーク２内の成形媒体を吸い込み、回収タンク４０に回収する。これにより、ワーク２内の圧力Ｐ１は一気に低下する。Ｐ１の圧力低下に従って、飛散防止部材９の圧力も低下する。これらは、圧力０、すなわち、１気圧になるまで低下される。
【００３９】
ワーク２が破断していない場合、ワーク２と上下型５、６の間の隙間とワーク２内とは連通していない。したがって、圧力Ｐ３を増減してもワーク２内には作用しない。しかし、ノズルの挿入時等に、若干ワーク２と上下型５、６との間に成形媒体が入り込むことがあるので、圧力Ｐ３を下げることにより、成形媒体を除去できる。図７に示すように、成形終了時に圧力Ｐ３を低下させているのは、そのためである。
【００４０】
最後に、上下型５、６による押さえつけを解除し、供給ノズル３および回収ノズル４をワーク２から取り外すと、所望の成形品が得られる。以上が正常時の液圧成形の手順である。
【００４１】
図７に示すように、本発明の液圧成形装置１では、圧力計７により検出される圧力Ｐ１に基づいて飛散防止部材９の圧力Ｐ２を制御している。これにより、万が一のワーク２の破断等に備えている。なお、圧力Ｐ２については、
Ｐ２＝ｋ×Ｐ１（ｋ＜１．０）
という関係が成り立つことが好ましい。ここでは、ｋは定数である。
【００４２】
（異常時の動作）
続けて、異常時の液圧成形装置の動作を、図８に示す圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の推移も参照しつつ説明する。
【００４３】
ワーク２の破断等の異常が発生するまでの液圧成形装置１の動作は、上述の通りである。
【００４４】
ワーク２の破断等の異常が発生すると、ワーク２内の圧力Ｐ１が一気に上下型５、６間の隙間等に放出される。したがって、図８に示すように圧力Ｐ１が急激に低下する。この圧力Ｐ１の低下は、圧力計７により検出される。圧力計７は、減圧装置８２および圧力制御装置９０に接続されている。
【００４５】
減圧装置８２は、圧力Ｐ１の急激な低下を異常と判断し、回収通路８１の圧力Ｐ３を０以下に減少、すなわち吸引する。Ｐ３の減少により、上下型５、６間でワーク２外に流出した成形媒体が回収通路８１に引き込まれ、圧力Ｐ１が減少される。この減圧装置８２の動作と同時に、圧力制御装置９０は、飛散防止部材９の押付け圧Ｐ２をその時点の圧力に維持する。これにより、飛散防止部材９は、対向する上型５または下型６に押付けられ、成形面５１、６１を取り囲んで密閉する。押付け圧Ｐ２は、上述の通り、圧力Ｐ１の増加に伴い増加されている。したがって、破断時の圧力Ｐ２を維持することによって、成形媒体が流出しようとする力がかかっても飛散防止部材９の密閉力の方が勝り、成形媒体の流出を防止できる。なお、破断後には、圧力制御装置９０は、圧力Ｐ１に関わらず、圧力Ｐ２を一定に維持する。
【００４６】
一定時間、圧力Ｐ２を維持した後、圧力Ｐ２を低下させる。ここで、圧力Ｐ２を維持する一定時間は、圧力Ｐ１が０になるまで、すなわち外気と同じ１気圧になるのに充分な時間である。同時に徐々に、圧力Ｐ３も増加して、１気圧に近づけられる。
【００４７】
ワーク２内の閉じた空間には、スプリングバック等により圧力Ｐ１が完全には０になっていない場合がある。このときに、ワーク２から供給ノズル３および回収ノズル４を引き抜くと、成形媒体が飛散することがあるが、飛散防止部材９に圧力を加えておくことにより防止できる。
【００４８】
以上のようにして、本発明の液圧成形装置１では、ワーク２を囲むように飛散防止部材９が設けられているので、ワーク２が破断等しても、成形媒体が飛散せず、液圧成形装置外に流出しない。したがって、成形媒体の回収が容易になり、成形媒体の損失を低減できる。特に、上記実施形態では、回収孔８から容易に成形媒体を回収できる。
【００４９】
また、成形媒体の流出の防止により、作業場床面に成形媒体が付着し滞留しないので、作業者が滑って転倒する危険性を解消できる。
【００５０】
さらに、成形媒体の流出の防止により、成形媒体が装置外で揮発することがほとんどないので、作業者の健康状態への悪影響の心配がなく、成形媒体による異臭も低減でき、作業者の作業意欲が低減しない。
【００５１】
圧力計７の検出結果、すなわち、ワーク２内の圧力の検出結果に比例させて、飛散防止手段の押付け圧を制御するので、ワーク２内の圧力に適した押付け圧によって成形媒体の流出を防止できる。
【００５２】
また、回収孔８が減圧装置８２に接続されているので、ワーク２が破断等して、飛散防止部材９の内外での圧力差が大きくなっても、飛散防止部材９内の圧力を減少できる。これによって、飛散防止部材９の隙間から成形媒体が霧状になって飛散することを防止しつつ、成形媒体の回収を促進できる。回収した成形媒体は、再利用できる。
【００５３】
回収孔８は、その半径が液圧成形により形成される成形品の角部の曲率半径よりも小さいか、液圧成形により形成可能な曲率半径よりも小さく形成されている。すなわち、成形媒体の圧力によってワーク２が回収孔８の形状に膨出されない程度に小さく形成されている。したがって、回収孔８にワーク２の材料流入が起こらず、成形品に回収孔８の形状が転写されない。
【００５４】
なお、回収孔８を成形品の角部に相当する部分に形成することも好ましい。上下型５、６の成形品の角部を形成する箇所では、ワーク２の材料流入が生じにくいからである。加えて、ワーク２の成形に直接関係がない部分、すなわち、成形面５１、６１以外の分割面５２、６２にのみ回収孔８を設けることによって、ワーク２の回収孔８への材料流入は起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液圧成形装置を側面から見た断面図す液圧成形装置のＢ−Ｂ断面図、図５は本発明に係る飛散防止部材を示す斜視図である。
【図２】は液圧成形後のワークの様子を示す液圧成形装置を側面から見た断面図である。
【図３】図２に示す液圧成形装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３に示す液圧成形装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係る飛散防止部材を示す斜視図である。
【図６】図３に示す液圧成形装置のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】正常時の圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の推移を示すグラフである。
【図８】異常時の圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１…液圧成形装置、
２…ワーク、
３…供給ノズル、
４…回収ノズル、
５…上型、
６…下型、
７…圧力計、
８…回収孔、
９…飛散防止部材、
３０…供給タンク、
４０…回収タンク、
５１、６１…成形面、
５２、６２…分割面、
８１…回収通路、
８２…減圧装置、
９０…圧力制御装置。

Claims

成形面が形成された上下型を組み合わせてできるキャビティ内部にワークを収納した状態で、該ワーク内に液状の成形媒体を注入し、前記成形面の形状に合致するまで膨張させて目的形状を得る液圧成形装置であって、
前記成形面を取り囲みむように前記上下型の分割面に設けられ、前記成形媒体の飛散を防止する飛散防止手段と、
前記ワーク内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段による検出結果に基づいて、前記飛散防止手段を他方の型に押付ける圧力を制御する圧力制御手段と、
を有し、
前記圧力制御手段は、前記成形媒体の注入中に前記ワークが破断して前記圧力検出手段によって検出される圧力が急激に低下した場合、該破断時に前記飛散防止手段を押し付けている圧力を維持する液圧成形装置。
前記飛散防止手段は、前記上下型の少なくとも一方に設けられ、前記キャビティを囲むように配置される環状の弾性体であり、前記成形媒体の飛散防止に必要な圧力で他方の型に押付けられ、該圧力により前記分割面をシールする請求項１に記載の液圧成形装置。
前記上下型は、前記成形面および前記飛散防止手段に囲まれる範囲内の前記分割面の少なくとも一方に、前記成形媒体を回収するための回収孔が設けられている請求項１または請求項２に記載の液圧成形装置。
前記回収孔は、前記キャビティ内の圧力を減圧する減圧手段に接続されている請求項３に記載の液圧成形装置。
前記回収孔は、前記成形媒体の圧力によって前記ワークが該回収孔の形状に膨出されない程度に小さく形成されている請求項３または請求項４に記載の液圧成形装置。