JP4616236B2 - 異形管状体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，長手方向に沿う複数部分で肉厚を異にする異形管状体の製造方法の改良に関する。

かゝる異形管状体の製造方法は，特許文献１に開示されるように，本出願人が既に提案している。
特開２００３−１０３３２７号公報

特許文献１に開示されるものでは，管状素材を，その長手方向に沿う複数部分に温度差をつけて通電加熱する第１工程と，この第１工程で加熱された管状素材を軸方向に引張る第２工程とを含むもので，その第１工程において管状素材を，その長手方向に沿う複数部分に温度差をつけて通電加熱するには，多数の加熱電極を備えた大型の通電加熱装置を必要とし，設備が大規模とならざるを得ず，設備費が高くつく問題がある。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，一回の通電加熱により，管状素材を，複数の部分に温度差をつけながら加熱することを可能にして，所望の異形管状体を簡単に製造することができる，異形管状体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，長手方向に沿う複数部分で肉厚を異にする異形管状体の製造方法において，管状素材の長手方向に沿う複数部分中，大きな減肉を必要とする部分に予備的に減肉加工を施す予備減肉加工工程と，この予備減肉加工工程後，管状素材を通電により加熱する通電加熱工程と，加熱された管状素材に軸方向の引張荷重を付与して管状素材を引き伸ばして，予備的に減肉加工を施した部分の減肉を他の部分より促進させる引張工程とを含むことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記予備減肉加工工程で行う管状素材の部分減肉の減肉率を５％以下とすることを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，管状素材中，大きな減肉を必要とする中間部分に予備的に減肉加工を施した後，管状素材を通電により加熱したとき，大きな減肉を必要とするを，該部分での電流密度の増加により最も高温に加熱することができる。したがって一回の通電加熱により，複数部分に温度差をつけながら管状素材を加熱することができるから，通電加熱装置の構造の簡素化を可能にして，その設備を小規模にし，設備費の低減を図ることができる。そして，加熱された管状素材に軸方向の引張荷重を付与して管状素材を引き伸ばすことにより，大きな減肉を必要とする部分の減肉を他の部分より促進させ，所望の異形管状体を容易に得ることができる。

本発明の第２の特徴によれば，予備減肉加工工程で行う管状素材の部分減肉の減肉率を５％以下とすることで，通電加熱及び引張工程により得られた異形管状体を，直ちにバルジ成形温度差限界値の範囲内でバルジ成形することができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例に係る製造方法により製造される異形管状体の縦断面図，図２は本発明の第１実施例に係る製造方法を示す工程説明図，図３は図１の異形管状体の用途の一例を示す斜視図，図４は管状素材の予備減肉加工の減肉状況，管状素材を通電加熱したときの温度分布及び引張荷重付与後の減肉状況を示す実験値の数表，図５は図４の数表をグラフ化した線図，図６は本発明の第２実施例に係る製造方法を示す工程説明図，図７は上記製造方法の実施に用いる通電加熱及び引張装置の平面図，図８は図７の８−８線断面図である。

先ず，図１により，本発明の第１実施例に係る製造方法により製造される異形管状体１の構成について説明する。

この異形管状体１は，大径の左部Ａ及び右部Ｃと，これらの間を接続する小径の中間部Ｂとの３部分よりなっており，左部Ａ及び右部Ｃの肉厚は，互いに１．８７ｍｍと等しく，中間部Ｂの肉厚は，それらより小さく１．１９ｍｍとなっている。また左部Ａと中間部Ｂ，中間部Ｂと右部Ｃのそれぞれの間には，肉厚が変化する境界部ａ，ｂが存在しており，これら境界部ａ，ｂにおける肉厚変化率は，例えば５．０％／ｃｍと極力大きいことが，駄肉を減少させる上で望まれる。尚，こゝで肉厚変化率とは，単位長さ当たりの肉厚の変化割合（％）をいう。

この異形管状体１の製造方法について，図２を参照しながら説明する。

先ず，次のような管状素材２を用意する。

材料：Ａｌ合金（ＪＩＳ５０５２）押し出し材
全長：１４００ｍｍ
外径：４０ｍｍ
内径：３８ｍｍ
肉厚：２．０ｍｍ
次に，図２の(I) に示すように，左部Ａ（長さ：５００ｍｍ），中間部Ｂ（長さ：４００ｍｍ）及び右部Ｃ（長さ：５００ｍｍ）の位置を設定して，中間部Ｂに予備的に減肉加工を施す予備減肉加工を施して，中間部Ｂの肉厚を１．９０ｍｍにする。このときの減肉率は５％である。この予備減肉加工には，スピニング，スウェージング，しごき，切削，研削，バフ，ショットブラスト，ウエットブラスト，ケミカルエッチング等を用いることができる。

続いて，図２の(II)に示すように，管状素材２の両端に，通電加熱装置３の両電極３ａ，３ｂを圧接し，異形管状体１全体を通電加熱する。このときの通電条件は次の通りである。

電流：１０，０００Ａ
通電時間：８秒
その後，図２の(III) に示すように，管状素材２に対する上記全体通電を継続した状態で，管状素材２に軸方向の引張り荷重を加えて管状素材２を引き伸ばす。このときの引張り荷重は，８００ｋｇである。この全体通電加熱と引張りを同時に行った時間は７秒である。

以上の結果，左部Ａ及び右部Ｃは４６９°Ｃまで加熱され，薄肉の中間部Ｂは，電流密度の増加により左部Ａ及び右部Ｃより加熱が促進され，５３０°Ｃとなる。そして，このときの低温側の左部Ａ及び右部Ｃの伸び量は，それぞれ２７ｍｍ，肉厚は１．８７ｍｍとなるのに対して，高温側の中間部Ｂの伸び量は，２７０ｍｍ，肉厚は１．１９ｍｍとなる。

こゝで，注目すべき点は，異形管状体１の全体通電加熱中に，異形管状体１に引張り荷重を加えることで，左部Ａ及び右部Ｃよりも減肉が進む中間部Ｂでは，その減肉に伴う電流密度の増加により中間部Ｂが一層加熱されることになり，その加熱度合が上がれば減肉が更に進むという，減肉と電流密度増加との相乗作用により，中間部Ｂの減肉が促進される。その結果，左部Ａと中間部Ｂ，中間部Ｂと右部Ｃの各間の境界部ａ，ｂにおける温度勾配は１０°Ｃ／ｃｍと極めて急峻であり，また肉厚変化率も５．０％／ｃｍと大きいものとなる。また通電加熱工程の一部と引張り工程とを同時進行させることは，異形管状体１の製造時間の短縮に寄与し得る。

かくして，図１に示すような，境界部ａ，ｂの肉厚変化率の大なる所期の異形管状体１を得ることができる。

上記のように，管状素材２中，大きな減肉を必要とする中間部Ｂに予備的に減肉加工を施した後，管状素材２全体を通電により加熱したとき，大きな減肉を必要とする中間部Ｂを，該部分Ｂでの電流密度の増加により最も高温に加熱することができる。したがって一回の通電加熱により，複数部分Ａ〜Ｃに温度差をつけながら管状素材２を加熱することができるから，通電加熱装置３の構造の簡素化を可能にして，その設備を小規模にし，設備費の低減を図ることができる。そして，加熱された管状素材２に軸方向の引張荷重を付与して管状素材２を引き伸ばすことにより，大きな減肉を必要とする中間部Ｂの減肉を左部Ａ及び右部Ｃより促進させ，所望の異形管状体１を容易に得ることができる。

この異形管状体１の用途は種々あり，例えば図３に示すように，バルジ成形により厚肉の左部Ａ及び右部Ｃのみを拡径して，例えば左部Ａ及び右部Ｃの肉厚を１．７ｍｍまで減少させたバルジ成形体１′をつくり，その後，このバルジ成形体１′にプレス加工を加えて，両端部に幅広で厚肉の高強度部Ｄ，Ｆ中間部に薄肉で幅狭の低強度部Ｅを備える異形構造部材１″を得る。

図４は，管状素材２の予備減肉加工の減肉状況，管状素材２を通電加熱したときの温度分布及び引張荷重付与後の減肉状況を示す実験値の数表である。

尚，図４中，予備減肉率αは，α＝（Ｔ−ｔ）／Ｔ（％）である。但し，Ｔは素材肉厚，ｔは予備減肉加工後の肉厚である。

また肉厚差率βは，β＝（ｔ１−ｔ２）／Ｔ（％）である。但し，ｔ１は厚肉部（即ち左部Ａ及び右部Ｂ）の肉厚，ｔ２は薄肉部（即ち中間部Ｂ）の肉厚である。

また図５は，その数表をグラフ化した線図であって，横軸に予備減肉率を取り，一方の縦軸に管状素材２の通電加熱後の低温部及び高温部間の温度差，他方の縦軸に引張荷重付与後の肉厚差率βを取る。図５に示すように，バルジ成形時の温度差限界は６０°Ｃであり，このときの予備減肉率αは５％である。したがって，管状素材２の製造後，バルジ成形する場合には，管状素材２の予備減肉率αは５％以下にする必要がある。

次に，図６に示す本発明の第２実施例について説明する。尚，図６中，前実施例と対応する部分には，それと同一の参照符号を付す。

この第２実施例では，先ず，図６の(I) に示すように，肉厚２ｍｍの管状素材２に，左から第１〜第７部分Ｄ〜Ｊを設定して，減肉加工により，第２部分Ｅを１．９５ｍｍに，第４部分Ｇを１．９７ｍｍに，第６部分Ｉを１．９２ｍｍに減肉する。

次に，図６の(II)に示すように，管状素材２の両端に加熱用電源装置３の一対の電極３ａ，３ｂを取り付け，管状素材２の全体を８秒間通電加熱する。

次に，図４の(III) に示すように，管状素材２の全体通電加熱を更に７秒間続行させつゝ，管状素材２に軸方向の引張り荷重を加えて管状素材２を引き伸ばす。

結局，管状素材２全体の通電加熱は，合計１５秒間行うことになり，その結果，減肉加工された管状素材２の肉厚の最大部，第１部分Ｄ，第３部分Ｆ，第５部分Ｈ及び第７部分Ｊが４８５°Ｃと最も温度が低く，肉厚が減少していく順に，即ち第４部分Ｇ，第２部分Ｅ，第６部分Ｉの順に，５０２°Ｃ，５１２°Ｃ，５３０°Ｃと温度は上昇していく。そして，管状素材２全体の通電加熱の後半に，管状素材２に軸方向の引張荷重を加えることにより，上記各部Ｄ〜Ｊに温度差に応じて減肉が生じる結果，第１部分Ｄ，第３部分Ｆ，第５部分Ｈ及び第７部分Ｊは１．８２ｍｍに減肉するのに対して，第４部分Ｇ，第２部分Ｅ，第６部分Ｉは，それぞれ１．６８ｍｍ，１．５６ｍｍ，１．３１ｍｍまで減肉が進み，所望の異形管状体１を得ることができる。この場合も，管状素材２の特に高温部分では，減肉と電気密度増加との相乗作用により低温部分よりも減肉が促進されたことは言うまでもない。

次に，管状素材２全体の通電加熱及び引張りを行うのに有用な通電加熱及び引張装置１０を図７及び図８を参照しながら説明する。

機台１１に設けられる左右一対の支持壁１１ａ，１１ａには，互いに対向する一対の油圧式引張用シリンダ１２，１２が取り付けられる。これら引張用シリンダ１２，１２は，同軸上で互いに進退させ得る出力ロッド１２ａ，１２ａを有しており，これら出力ロッド１２ａ，１２ａの先端には，絶縁材１３，１３を介して段付きのクランプ中子１４，１４が固設され，各中子１４の小径部１４ａは，ワークとしての前記管状素材２の端部内周面に嵌合して，それを支持するようになっている。即ち，左右の引張用シリンダ１２，１２の出力ロッド１２ａ，１２ａを進退作動して，管状素材２の両端部内周面にクランプ中子１４，１４の各小径部１４ａを嵌合することで，管状素材２を支持することができる。

また支持壁１１ａ，１１ａには，上下一対，前後二組の第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６が前記出力ロッド１２ａ，１２ａと平行に取り付けられており，これら第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６には，前後で組をなす２組の第１シリンダホルダ１７ａ，１７ａ及び第２シリンダホルダ１７ｂ，１７ｂが摺動可能に嵌合される。

各シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂには，その外側面に油圧式のクランプ用シリンダ１８が取り付けられており，このクランプ用シリンダ１８は，管状素材２の軸線と直交する方向に延びる出力ロッド１８ａを有し，その先端には，管状素材２の外周面に適合する円弧状の圧接面をもった電極１９が絶縁材２０を介して固設される。

また機台１１には，第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６の下方に，それらに沿うよう（＋）側給電フレーム２１及び（−）側給電フレーム２２が配設され，これら給電フレーム２１，２２間に加熱用電源装置２３が接続される。第１，第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂの各組毎で，前後の電極１９，１９は，オンス銅板等の第１可撓導体２４を介して接続される。また第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂの電極１９，１９；１９，１９において，一方の対角線上に並ぶ一方の電極１９は（＋）側給電フレーム２１にオンス銅板等の第４可撓導体２７を介して接続され，他方の電極１９は（−）側給電フレーム２２にオンス銅板等の第２可撓導体２８を介して接続される。

第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６には，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂの内端を受け止めて，それらの位置決めを行うストッパ２９，２９；２９，２９が位置調節可能に固定され，これらストッパ２９，２９；２９，２９に向かって第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂを押圧するセットばね３０，３０；３０，３０が第１及び第２案内軸１５，１５；１６，１６に装着される。

この通電加熱及び引張装置１０の作用について説明する。

先ず，管状素材２の両端部内周面に，左右のクランプ中子１４，１４を嵌合して，管状素材２を支持する。

次に，管状素材２の全体加熱を行う際には，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｂ，１７ｂの電極１９，１９；１９，１９を管状素材２の外周面に圧接させる。その際，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｂ，１７ｂのクランプ用シリンダ１８，１８；１８，１８の作動油圧は，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｂ，１７ｂの電極１９，１９；１９，１９が，管状素材２の各端部内周面に嵌合したクランプ中子１４，１４と協働して管状素材２の各端部を把持したとき，その把持力が，後述の軸方向引張り作業時，クランプ中子１４，１４が管状素材２から離脱しないよう，強力に設定される。

次いで，加熱用電源装置２３を作動すれば，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｂ，１７ｂの電極１９，１９；１９，１９を通して管状素材２全体を通電加熱することができる。この通電加熱の最中に，左右の引張用シリンダ１２，１２を作動して，それぞれの出力ロッド１２ａ，１２ａを強力に所定量後退させれば，管状素材２全体に軸方向の引張り荷重を加えて，これを所定量引き伸ばすことができる。そして管状素材２が伸びるときは，それに応じて第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ，；１７ｄ，１７ｄが対応する電極１９，１９；１９，１９を伴なってセットばね３０，３０；３０，３０を圧縮しながら，クランプ中子１４の外方移動に追従するので，上記電極１９，１９；１９，１９はクランプ中子１４，１４と協働して，管状素材２の端部に対する強力な把持力を保持しつゝ，通電加熱を確実に継続させることができる。かくして，所望の異形管状体１が得られる。

全体加熱及び引張り作業後は，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂのクランプ用シリンダ１８，１８；１８，１８を後退作動して，対応する電極１９，１９；１９，１９を管状素材２から離間させれば，第１及び第２シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｂ，１７ｂはセットばね３０，３０；３０，３０の反発力で，ストッパ２９，２９；２９，２９に当接する原位置まで自動的に戻ることになる。

このように，一つの装置１０により管状素材２の全体通電加熱と，引張荷重の付与とを同時に行うことができ，設備が小規模で済むと共に低コストである。しかも第１及び第４シリンダホルダ１７ａ，１７ａ；１７ｄ，１７ｄの電極１９，１９；１９，１９は，引張荷重の付与時，管状素材２の端部内周面に嵌合するクランプ中子１４と協働して管状素材２の端部を強力に把持するクランプ部材として機能するので，専用のクランプ部材が不要となって構造の簡素化を図ることができる。また専用のクランプ部材を使用した場合には，そのクランプ部材に，管状素材２に加えた熱の一部が奪われが，専用のクランプ部材が不要とすることで，そのような熱損失を防ぐことができ，したがって熱効率が向上し，節電を図ることができる。

本発明は，上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，管状素材２に対する引張工程は，通電加熱工程終了後に行うこともできる。また管状素材２の部分加熱には，通電以外の加熱手段を用いることもできる。また通電加熱引張装置１０においては，一方のクランプ中子１４を機台１１側に固定して，他方のクランプ中子１４のみを引張用シリンダ１２により引張るようにしてもよい。

本発明の第１実施例に係る製造方法により製造される異形管状体の縦断面図。 本発明の第１実施例に係る製造方法を示す工程説明図。 図１の異形管状体の用途の一例を示す斜視図。 管状素材の予備減肉加工の減肉状況，管状素材を通電加熱したときの温度分布及び引張荷重付与後の減肉状況を示す実験値の数表。 図４の数表をグラフ化した線図。 本発明の第２実施例に係る製造方法を示す工程説明図。 上記製造方法の実施に用いる通電加熱及び引張装置の平面図。 図７の８−８線断面図。

１・・・・・異形管状体
２・・・・・管状素材
Ａ〜Ｃ・・・第１実施例における管状素材の複数部分
Ｂ・・・・・同複数部分中，減肉を必要とする部分
Ｄ〜Ｊ・・・第２実施例における管状素材の複数部分
Ｅ，Ｇ，Ｉ・・・同複数部分中，減肉を必要とする部分

Claims (2)

1. 長手方向に沿う複数部分で肉厚を異にする異形管状体の製造方法において，
   管状素材（２）の長手方向に沿う複数部分中，大きな減肉を必要とする部分に予備的に減肉加工を施す予備減肉加工工程と，この予備減肉加工工程後，管状素材（２）を通電により加熱する通電加熱工程と，加熱された管状素材（２）に軸方向の引張荷重を付与して管状素材（２）を引き伸ばして，予備的に減肉加工を施した部分の減肉を他の部分より促進させる引張工程とを含むことを特徴とする，異形管状体の製造方法。
2. 請求項１記載の異形管状体の製造方法において，
   前記予備減肉加工工程で行う管状素材（２）の部分減肉の減肉率を５％以下とすることを特徴とする，異形管状体の製造方法。

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