JP5182426B2 - ハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型内に配置された素材管に対して、内部に成形液を供給して内圧を負荷するとともに、管軸方向に圧縮荷重を負荷することによって、ハイドロフォーム成形品を得るハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置に関するものである。

従来より、金属管の成形方法の一つとしてハイドロフォーム成形が知られている。図１３は、従来のハイドロフォーム成形方法について説明するための図である。

一般的なハイドロフォーム成形では、図１３（ａ）に示すように管状のハイドロフォーム成形品を管軸直交方向に分割した外形と略同一の内形からなるキャビティ１１４を有する上下の金型１１１と、ハイドロフォーム成形品の素材となる断面円形の素材管１０５とが用いられている。ハイドロフォーム成形を行う際には、まず、これら金型１１１のキャビティ１１４内に素材管１０５を配置する。次に、図１３（ｂ）に示すように、上下の金型１１１の型締めを行なう。次に、図１３（ｃ）に示すように、素材管１０５に対して内部に成形液１２５を供給して内圧を負荷するとともに、軸押しパンチ１５１により素材管１０５に対して管軸方向に圧縮荷重を負荷する。これにより、図１３（ｄ）に示すように、素材管１０５が拡径されつつ圧縮されて、金型１１１のキャビティ１１４内形に沿った外形からなるハイドロフォーム成形品１０３が得られる。ハイドロフォーム成形では、拡径による素材管１０５の肉厚減少を素材管１０５の圧縮により補うことができ、複雑な形状のものを高精度に成形することができるという利点がある。

ところで、近年においては、様々な形状のハイドロフォーム成形品が要求されてきている。図１４（ａ）、（ｂ）は、そのようなハイドロフォーム成形品１０３の一例を示すものである。このハイドロフォーム成形品１０３は、管軸方向の両側の管端部１０３ａがその中間部１０３ｂよりも内側に狭まった断面形状に形成されており、その管端部１０３ａは、断面正方形状の中間部１０３ｂの断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に形成されている。

このようなハイドロフォーム成形品１０３を得るためには、まず、金型１１１のキャビティ１１４をハイドロフォーム成形品１０３の外形に応じた形状に成形する。そして、金型１１１の型締め前に素材管１０５を金型１１１のキャビティ１１４内に配置できるよう、図１４（ｃ）に示すように、ハイドロフォーム成形の前工程として方向Ｐ１に向けて素材管１０５を押圧してプレス成形を行なう。その結果、ハイドロフォーム成形品１０３の管端部１０３ａに応じた形状となるよう管端部が形成された中間成形品を得ることが一般的であった。

特開２００３−２９０８４５号公報

しかしながら、従来の方法では、上述のようにハイドロフォーム成形の前工程として別途プレス成形を行なっていたため、プレス成形用の金型からハイドロフォーム成形用の金型に中間成形品を移し替える手間が生じてしまっていた。また、プレス成形用の金型から中間成形品を離型した後に、中間成形品のプレス成形された部位にスプリングバックが生じてしまい、ハイドロフォーム成形用の金型内に中間成形品を配置しても型締めを行なうことができないという、いわゆるピンチングの問題が生じてしまっていた。また、プレス成形時に素材管１０５に対して作用する軸荷重により中間成形品の管端面がいびつな形状になった場合、軸押しパンチ１５１により軸押しを可能とするために中間成形品の端面に切断、鍛造等の加工を別途行なう必要が生じてしまっていた。

また、従来のハイドロフォーム成形では、ハイドロフォーム成形を実現するために必要となる駆動機構として、金型１１１を型締めするための駆動装置と、二つの軸押しパンチ１５１を駆動するための二つの駆動装置との合計三つの駆動装置が必要となっており、その分、駆動装置の無駄や、成形装置の大型化の問題が生じていた。また、軸押しパンチ１５１は、金型１１１内で摺動可能となるように金型１１１に応じた形状、即ち、ハイドロフォーム成形品１０３の管端部１０３ａ外形と略同一の形状にする必要があり、その分、成形装置全体のコスト増大を招いていた。

また、ハイドロフォーム成形の前工程としてプレス成形をする必要がない場合でも、ハイドロフォーム成形を行う際には、金型１１１のキャビティ１１４内の一部に密着して嵌め込めれるような外径の素材管１０５を用いる必要があり、金型１１１内に配置できる素材管１０５の径に制限が生じていた。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ハイドロフォーム成形品を得るにあたってハイドロフォーム成形とともに素材管の管端部のプレス成形をする必要がある場合でも、全工程を非常に容易に行うことができるうえ、装置の簡略化、小型化を図ることができ、更には素材管の寸法の自由度を向上させることのできるハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記のハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置を発明した。

第１発明に係るハイドロフォーム成形方法は、断面正方形状に形成された入口部が、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に、または、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面矩形状であって、断面矩形状がなす角部間に形成される側面部が内側に湾曲して凹むような形状に形成されている底部より拡径された有底孔状のキャビティが設けられ、入口部と底部との間に入口部内形から底部内形に近づくようなテーパー部が形成され、前記入口部が互いに向き合うように配置された一対の金型に、該一対の金型が向き合う方向の、該一対の金型のキャビティ深さ合計よりも長い素材管を用い、該素材管の両側の管端部を該一対の金型のそれぞれの入口部内に配置する工程と、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させることにより、前記テーパー部により前記素材管の管端部を内側に押圧してプレス成形する工程と、前記一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された前記素材管に対して、内部に成形液を供給して内圧を負荷するとともに、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させて管軸方向に圧縮荷重を負荷することによって、当該素材管をハイドロフォーム成形する工程とを有し、前記プレス成形する工程で、前記素材管の両側の管端部が前記一対の金型それぞれの底部に当接された時点では、前記一対の金型それぞれの対向面間に間隔が空いており、更に、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させて成形することを特徴とする。

第２発明に係るハイドロフォーム成形方法は、第１発明において、前記プレス成形工程では、前記素材管の管端部がその外形輪郭と異なる輪郭となるようプレス成形することを特徴とする。

第３発明に係るハイドロフォーム成形方法は、第１発明又は第２発明において、前記プレス成形工程では、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させることにより、前記金型のキャビティ底面から突出された裏当て部材が前記素材管の管端部内側に挿入されることを特徴とする。

第４発明に係るハイドロフォーム成形方法は、第１発明又は第２発明において、前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられた前記一対の金型を用いて、前記プレス成形工程と前記ハイドロフォーム成形工程とを経て複数のハイドロフォーム成形品を得ることを特徴とする。

第５発明に係るハイドロフォーム成形方法は、第３発明において、前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられた前記一対の金型を用いて、前記プレス成形工程と前記ハイドロフォーム成形工程とを経て複数のハイドロフォーム成形品を得ることを特徴とする。

第６発明に係るハイドロフォーム成形装置は、断面正方形状に形成された入口部が、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に、または、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面矩形状であって、断面矩形状がなす角部間に形成される側面部が内側に湾曲して凹むような形状に形成されている底部より拡径された有底孔状のキャビティが設けられ、入口部と底部との間に入口部内形から底部内形に近づくようなテーパー部が形成され、前記入口部が互いに向き合うように配置された一対の金型と、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させることにより、当該一対の金型の入口部内に配置された、該一対の金型が向き合う方向の、該一対の金型のキャビティ深さ合計よりも長い素材管の両側の管端部を前記テーパー部により内側に押圧してプレス成形する駆動手段と、前記一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された前記素材管に対して、内部に成形液を供給して内圧を負荷する成形液供給手段とを備え、前記一対の金型のキャビティ深さの合計が、前記駆動手段で、前記素材管の両側の管端部が前記一対の金型それぞれの底部に当接された時点では、前記一対の金型それぞれの対向面間に間隔が空く深さであることを特徴とする。

第７発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第６発明において、前記一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された前記素材管に対して、前記成形液供給手段により内部に成形液を供給して内圧を負荷するとともに、前記駆動手段により前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させて管軸方向に圧縮荷重を負荷することによって、当該素材管がハイドロフォーム成形されることを特徴とする。

第８発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第６発明又は第７発明において、前記一対の金型のキャビティの底部は、その内形輪郭が前記素材管の管端部の外形輪郭と異なる輪郭となるよう形成されていることを特徴とする。

第９発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第６発明又は第７発明において、前記一対の金型のキャビティ底面から突出され、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させたときに前記素材管の管端部内側に挿入される裏当て部材を更に備えることを特徴とする。

第１０発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第８発明において、前記一対の金型のキャビティ底面から突出され、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させたときに前記素材管の管端部内側に挿入される裏当て部材を更に備えることを特徴とする。

第１１発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第６発明又は第７発明において、前記一対の金型は、それらに設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられていることを特徴とする。

第１２発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第８発明において、前記一対の金型は、それらに設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられていることを特徴とする。

第１３発明に係るハイドロフォーム成形装置は、第９発明において、前記一対の金型は、それらに設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられていることを特徴とする。

第１発明〜第１３発明によれば、ハイドロフォーム成形品を得るにあたって、ハイドロフォーム成形ととともに素材管の管端部のプレス成形をする必要がある場合でも、全工程を非常に容易に行うことが可能となり、その分、作業時間の短縮、作業労力の負担軽減、歩留りの向上を図ることが可能となる。また、ハイドロフォーム成形を実現するために必要となる駆動機構数を抑えることができるうえ、軸押しパンチが不要となるので、ハイドロフォーム成形装置全体の簡略化、小型化を図ることが可能となり、ひいては、ハイドロフォーム成形装置の製作コストの削減を図ることが可能となる。さらに、素材管の径に大きな制限を受けることなく作業を行うことが可能となっており、金型内に配置できる素材管の寸法の自由度を向上させることが可能となり、ひいては、設計の自由度を向上させることが可能となる。

第２発明、第８発明によれば、ハイドロフォーム成形品の管端部の外形輪郭が素材管の管端部の外形輪郭と異なる輪郭となるように成形する場合でも、プレス成形及びハイドロフォーム成形を非常に容易に行なうことが可能となる。

第３発明、第９発明によれば、キャビティのテーパー部による素材管のプレス成形時において、素材管が過度に内側に押圧された場合でも、素材管の管端面が内側に丸められるように変形することを抑えることが可能となり、これにより、一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された際に、素材管の両側を正常にシールすることが可能となる。

第４発明、第５発明、第１１発明、第１２発明、第１３発明によれば、複数のハイドロフォーム成形品を短時間で大量生産することが可能となる。

図１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品の一例を示す図である。図１（ａ）は、斜視図である。図１（ｂ）は、平面図である。図１（ｃ）は、平面断面図である。図１（ｄ）は、ハイドロフォーム成形品と素材管との関係を示す平面断面図である。
図２は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形装置の構成を示す図である。図２（ａ）は、側面断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図３は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法を説明する図である。図３（ａ）は、素材管を金型のキャビティ内に配置した状態を示す側面断面図である。図３（ｂ）は、素材管の管端部をプレス成形している途中の状態を示す側面断面図である。
図４は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法を説明する図である。図４（ａ）は、素材管の管端部をプレス成形した後の状態を示す側面断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
図５は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法を説明する図である。図５（ａ）は、素材管の内部に成形液を供給した状態を示す側面断面図である。図５（ｂ）は、素材管をハイドロフォーム成形した後の状態を示す側面断面図である。
図６は、第２実施形態に係るハイドロフォーム成形装置の構成を示す図である。図６（ａ）は、側面断面図である。図６（ｂ）は、平面図である。
図７は、第３実施形態に係るハイドロフォーム成形装置の構成を示す図である。図７（ａ）は、側面断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
図８は、第３実施形態に係るハイドロフォーム成形方法を説明する図である。図８（ａ）は、素材管の管端部をプレス成形している途中の状態を示す側面断面図である。図８（ｂ）は、プレス成形した後の状態を示す側面断面図である。図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
図９は、第４実施形態に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品の一例を示す図である。図９（ａ）は、斜視図である。図９（ｂ）は平面図である。図９（ｃ）は、平面断面図である。図９（ｄ）はハイドロフォーム成形品と素材管との関係を示す平面断面図である。
図１０は、第４実施形態に係るハイドロフォーム成形装置の構成を示す図である。図１０（ａ）は、側面断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
図１１は、第５実施形態に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品の一例を示す図である。図１１（ａ）は、斜視図である。図１１（ｂ）は、平面図である。図１１（ｃ）は、平面断面図である。図１１（ｄ）は、ハイドロフォーム成形品と素材管との関係を示す平面断面図である。
図１２は第５実施形態に係るハイドロフォーム成形装置の構成を示す図である。図１２（ａ）は、側面断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
図１３は、従来のハイドロフォーム成形方法について説明するための図である。
図１４は、ハイドロフォーム成形品の一例を示す図である。図１４（ａ）は、斜視図である。図１４（ｂ）は、平面図である。図１４（ｃ）は、ハイドロフォーム成形品を得るために行なうプレス成形について説明するための図である。

以下、本発明を適用したハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置を実施するための形態の例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置について説明する。

図１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品３の一例を示す図である。図１（ａ）はその斜視図である。図１（ｂ）は平面図である。図１（ｃ）は平面断面図である。図１（ｄ）は、ハイドロフォーム成形品３と素材管５との関係を示す平面断面図である。

本発明に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品３は、その中間部３ｂが両側の管端部３ａより拡径された管状に形成されるものである。管端部３ａと中間部３ｂとの間には、管端部３ａの断面形状から中間部３ｂの断面形状に近づくように滑らかなテーパー状に設けられたテーパー部３ｃが形成されている。ハイドロフォーム成形品３の中間部３ｂは、管端部３ａの周方向の一部又は全部が拡径された形状に形成され、ハイドロフォーム成形品３のテーパー部３ｃは、テーパーの程度が周方向の部位によって異なって形成されるか、又はテーパーの程度が周方向の部位によらず同じように形成される。このようなハイドロフォーム成形品３は、例えば、建築物、自動車等の骨組として用いられる。

第１実施形態におけるハイドロフォーム成形品３は、その中間部３ｂが断面正方形状に形成され、その両側の管端部３ａが中間部３ｂの断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に形成されている。第１実施形態に係るハイドロフォーム成形品３は、その中間部３ｂが管端部３ａに対して周方向の全範囲で拡径された形状に形成されている。第１実施形態におけるハイドロフォーム成形品３のテーパー部３ｃは、中間部３ｂの断面形状がなす角部３ｄから管軸方向に沿った位置ではテーパーが強く、中間部３ｂの断面形状がなす角部３ｄ間の中間位置から管軸方向に沿った位置ではテーパーが弱く形成されている。

本発明に係るハイドロフォーム成形方法においては、このようなハイドロフォーム成形品３を得るうえで用いる素材管５として、図１（ｄ）に示すように、ハイドロフォーム成形品３の管端部３ａより周方向の一部又は全部で拡径された形状の素材管５を用いる。第１実施形態においては、素材管５として、その管端部５ａの外形輪郭がハイドロフォーム成形品３の管端部３ａの外形輪郭と異なる輪郭となるよう形成されたものを用いる。

次に、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法を実現するためのハイドロフォーム成形装置１について説明する。

図２は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１の構成を示す図である。図２（ａ）は、側面断面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

本発明に係るハイドロフォーム成形装置１は、一対の金型１１と、一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させる駆動手段としての駆動装置２１と、一対の金型１１内に配置された素材管５に対して内部に成形液を供給して内圧を負荷する成形液供給手段としての成形液供給装置２３とを備えている。

一対の金型１１は、素材管５のプレス成形及びハイドロフォーム成形の両方を同一の金型により行なうものとして用いられる。一対の金型１１のそれぞれには、入口部１５が底部１６より拡径された有底孔状のキャビティ１４が設けられている。キャビティ１４は、入口部１５と底部１６との間に、入口部１５内形から底部１６内形に近づくよう滑らかなテーパー状に設けられたテーパー部１７が形成されている。ここで、底部１６とは、キャビティ１４の部位のうち、後述する対向面１２から最も離れた部位である最端部を意味するものとする。一対の金型１１は、それぞれの入口部１５を互いに向き合わせたうえで、それぞれのキャビティ１４が同心状に並ぶように配置されている。

一対の金型１１のそれぞれに設けられた一組のキャビティ１４は、一対の金型１１の互いに対面する対向面１２同士を当接させた場合に、その内形がハイドロフォーム成形品３の外形と略同一形状となるように形成されている。これは、キャビティ１４の底部１６内形が、ハイドロフォーム成形品３の管端部３ａ外形と略同一形状となるよう形成され、キャビティ１４の入口部１５内形が、ハイドロフォーム成形品３の中間部３ｂ外形と略同一形状となるよう形成され、キャビティ１４のテーパー部１７内形が、ハイドロフォーム成形品３のテーパー部３ｃ外形と略同一形状となるよう形成されていることを意味している。このため、キャビティ１４の入口部１５は、キャビティ１４の底部１６の周方向の一部又は全部が拡径された形状に形成され、キャビティ１４のテーパー部１７は、テーパーの程度が周方向の部位によって異なって形成されるか、又はテーパーの程度が周方向の部位によらず同じように形成されることになる。

第１実施形態におけるキャビティ１４は、その入口部１５が断面正方形状に形成され、その底部１６が入口部１５の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に形成されている。また、第１実施形態におけるキャビティ１４のテーパー部１７は、入口部１５の断面形状がなす角部１５ａから軸方向に沿った位置ではテーパーが強く、入口部１５の断面形状がなす角部１５ａ間の中間位置から管軸方向に沿った位置ではテーパーが弱く形成されている。

駆動装置２１は、一方の金型１１を他方の金型１１に向けて近接、離間させる方向に駆動させるものであり、例えば、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、電気モータ等から構成されるものである。第１実施形態における駆動装置２１は、図２における右側の金型１１を左側の金型１１に向けて駆動させるものとして構成されている。

成形液供給装置２３は、金型１１のキャビティ底面１８に形成された成形液供給孔１９を通してキャビティ１４内に水等の成形液を供給するものである。第１実施形態においては、駆動装置２１により駆動されない金型１１のキャビティ１４内に成形液供給孔１９が形成されている。ここで、キャビティ底面１８とは、対向面１２から最も離れた最端面を意味するものとする。

次に、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法の詳細について説明する。

まず、素材管５を一対の金型１１のキャビティ１４内に配置する。具体的には、図３（ａ）に示すように、一対の金型１１の一方を駆動させて、それぞれの対向面１２間の間隔を空けておき、素材管５の管端部５ａを一対の金型１１の何れかにおける開口１３から入口部１５内に挿入する。金型１１の入口部１５内に挿入された素材管５は、その管端面５ｂがキャビティ１４のテーパー部１７に当接されて、それ以上の挿入が防止される。

ここで用いられる素材管５としては、鋼管、アルミ管等の金属製の管体を用いる。また、素材管５としては、キャビティ１４の底部１６内形より周方向の一部又は全部で拡径された形状に形成されているとともに、キャビティ１４の入口部１５内に挿入可能な大きさのものであればよく、第１実施形態のようにその断面形状が円形状のものに限定されない。

次に、素材管５の管端部５ａをプレス成形する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、駆動装置２１により一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させる。これにより、一対の金型１１のそれぞれのキャビティ１４のテーパー部１７に素材管５の両側の管端面５ｂが当接された以降において、キャビティ１４のテーパー部１７と接触している素材管５の周方向の一部又は全部に対して、テーパー部１７により内側に押圧する荷重が作用し、素材管５の管端部５ａ側から中間部５ｃ側に向けてキャビティ１４のテーパー部１７を通過した部位が徐々にプレス成形される。

このキャビティ１４のテーパー部１７によるプレス成形は、図４（ａ）に示すように、素材管５の両側の管端面５ｂが一対の金型１１それぞれのキャビティ底面１８に当接されるまで行なわれる。一対の金型１１それぞれのキャビティ底面１８に素材管５の両側の管端面５ｂが当接されることにより、素材管５の両端がシールされることになる。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

ここで、一対の金型１１は、素材管５の両側の管端面５ｂが一対の金型１１それぞれのキャビティ底面１８に当接された時点で、一対の金型１１それぞれの対向面１２間に間隔Ｌ１が空けられるよう調整されている。この対向面１２間の間隔Ｌ１を調整することにより、後述のハイドロフォーム成形での金型１１の押し込み量を調整することができる。

また、素材管５の管端部５ａをプレス成形することにより、素材管５の管端面５ｂがいびつな形状になる場合がある。この場合は、一対の金型１１それぞれのキャビティ底面１８に対して素材管５の両側の管端面５ｂが当接された以降において、駆動装置２１により一対の金型１１の一方を他方に向けて更に駆動させることが好ましい。これにより、キャビティ底面１８により素材管５の管端面５ｂに管軸方向の圧縮荷重が負荷されて、素材管５の管端面５ｂが平坦になるように成形することができ、素材管５の両端を十分にシールすることが可能となる。

次に、素材管５をハイドロフォーム成形する。具体的には、図５（ａ）に示すように、一対の金型１１のそれぞれのキャビティ底面１８に両側の管端面５ｂが当接された素材管５に対して、成形液供給装置２３により内部に成形液２５を供給して内圧を負荷するとともに、駆動装置２１により一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させて管軸方向に圧縮荷重を負荷する。これにより素材管５は、図５（ｂ）に示すように、その管軸方向に圧縮されつつ、一組のキャビティ１４内形に沿うように拡径される。この駆動装置２１により一対の金型１１を駆動させつつ行なわれるハイドロフォーム成形は、一対の金型１１それぞれの対向面１２が互いに当接されるまで行なわれる。

次に、素材管５内の成形液２５による内圧が更に高圧になるよう負荷することによって、一組のキャビティ１４に対して素材管５に密着させて、一組のキャビティ１４内形に一層沿うように素材管５を成形させる。この後、一対の金型１１の一方を駆動させて、それぞれの対向面１２間の間隔を空けた後、キャビティ１４内から成形されたハイドロフォーム成形品３を取り除いて一連の作業工程が終了する。

本発明によれば、プレス成形とハイドロフォーム成形とを同一の金型１１により連続して行なうことができ、プレス成形用の金型からハイドロフォーム成形用の金型に中間成形品を移し替える手間を省略することが可能となる。また、中間成形品を移し替える必要がないため、スプリングバックによるピンチングの問題が発生するのを防止することが可能となる。そして、プレス成形時に素材管５の管端面５ｂがいびつな形状になった場合でも、一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させることにより、その管端面５ｂを平坦にすることが可能となり、別途行なっていた切断、鍛造等の加工を省略することが可能となる。これらにより、ハイドロフォーム成形品３を得るにあたってハイドロフォーム成形とともに素材管５の管端部５ａのプレス成形をする必要がある場合でも、全工程を非常に容易に行うことが可能となり、その分、作業時間の短縮、作業労力の負担軽減、歩留りの向上を図ることが可能となる。

また、本発明によれば、ハイドロフォーム成形を実現するために必要となる駆動機構として、一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させる駆動装置２１を用いるのみでよいうえ、軸押しパンチが不要なものとなっており、ハイドロフォーム成形装置１全体の簡略化、小型化を図ることが可能となり、ひいては、ハイドロフォーム成形装置１全体の製作コストの削減を図ることが可能となる。

また、本発明によれば、素材管５の径に大きな制限を受けることなく作業を行うことが可能となっており、金型１１内に配置できる素材管５の寸法の自由度を向上させることが可能となっている。このため、例えば、所望の寸法のハイドロフォーム成形品３を得るうえで、素材管５として肉厚が大きく外径が小さいものを用いても肉厚が小さく外径が大きいものを用いても、同寸法のハイドロフォーム成形品を得ることが可能となる。また、この他に、例えば、同一の一対の金型１１を用いたうえで、素材管５の寸法のみ替えることにより、肉厚の異なるハイドロフォーム成形品３を得ることが可能となる。即ち、本発明により、設計の自由度を向上させることが可能となる。

また、本発明によれば、ハイドロフォーム成形品３の管端部３ａの外形輪郭が素材管５の管端部５ａの外形輪郭と異なる輪郭となるように成形する場合でも、プレス成形及びハイドロフォーム成形を非常に容易に行うことが可能となる。

次に、第２実施形態に係るハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

図６は、第２実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１の構成を示す図である。図６（ａ）は、側面断面図である。図６（ｂ）は、平面図である。

第２実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１は、上下に間隔を空けて設けられた一対の金型１１が水平方向に間隔を空けて複数設けられている。ここでは複数の一対の金型１１が二次元的に左右方向及び奥行方向に間隔を空けて設けられている。これにより、一組のキャビティ１４が複数組に亘って設けられていることになる。下側の複数の金型１１は下金型ホルダー３１に取り付けられ、上側の複数の金型１１は上金型ホルダー３３に取り付けられている。また、上金型ホルダー３３は、図示しない駆動装置により上下に駆動可能とされている。また、下金型ホルダー３１は、下側の金型１１のキャビティ１４内に金型１１の成形液供給孔１９を通して成形液が供給されるよう、金型１１の成形液供給孔１９と連通した成形液供給孔３５が形成されている。

第２実施形態に係るハイドロフォーム成形方法では、各一組のキャビティ１４を用いて、第１実施形態と同じようにプレス成形工程とハイドロフォーム工程とを経ることで、複数のハイドロフォーム成形品３を得ることが可能となる。これにより、ハイドロフォーム成形品３を短時間で大量生産することが可能となる。

なお、一組のキャビティ１４が複数組に亘って設けられた一対の金型１１を用いた場合でも、同様の効果を発揮することが可能となる。

次に、第３実施形態に係るハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置について説明する。

図７は、第３実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１の構成を示す図である。図７（ａ）は、側面断面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

第３実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１は、金型１１のキャビティ底面１８から突出された裏当て部材４１を更に備えている。裏当て部材４１は、キャビティ１４の底部１６の内周面とその裏当て部材４１の外周面との間に素材管５の管端部５ａが挿入されるように、キャビティ１４の底部１６内周面に対して周方向の全範囲に亘って間隔を空けて設けられている。裏当て部材４１は、その外周面がキャビティ１４の底部１６内形と相似した形状に形成されている。第３実施形態における裏当て部材４１は、成形液供給装置２３により金型１１の成形液供給孔１９を通してキャビティ１４内に成形液が供給されるよう、金型１１の成形液供給孔１９と連通した成形液供給孔４３が形成されている。なお、裏当て部材４１は、一対の金型１１の両方に形成される。

第３実施形態に係るハイドロフォーム成形方法の詳細について説明する。第３実施形態に係るハイドロフォーム成形方法は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法と比較して、プレス成形工程のみが相違している。

プレス成形工程では、上述のように、駆動装置２１により一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させることにより、素材管５の管端部５ａ側から中間部５ｃ側に向けてキャビティ１４のテーパー部１７を通過した部位が徐々にプレス成形される。このとき、キャビティ１４のテーパー部１７により素材管５が過度に内側に押圧されると、素材管５の管端面５ｂが内側に丸められて、素材管５の管端面５ｂがキャビティ底面１８に正常に当接されなくなり、素材管５の両端がシールされなくなってしまう恐れがある。

これを防止するため、プレス成形工程では、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、一対の金型１１の一方を他方に向けて駆動させることにより、キャビティ１４のテーパー部１７により素材管５の管端部５ａをプレス成形しつつ、裏当て部材４１が素材管５の管端部５ａ内側に挿入されるようにする。これにより、素材管５の管端部５ａがキャビティ１４のテーパー部１７により過度に内側に押圧されて、素材管５の管端面５ｂが内側に丸められようとした場合でも、素材管５の管端部５ａ内側から裏当て部材４１を接触させて、そのように変形することを抑えることが可能となる。

次に、第４実施形態、第５実施形態に係るハイドロフォーム成形方法及びハイドロフォーム成形装置について説明する。第４実施形態、第５実施形態では、ハイドロフォーム成形品３として、第１実施形態のものと異なる形状のものを得る場合について説明する。

図９は、第４実施形態に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品３の一例を示す図である。図９（ａ）は、斜視図である。図９（ｂ）は、平面図である。図９（ｃ）は、平面断面図である。図９（ｄ）は、ハイドロフォーム成形品３と素材管５との関係を示す平面断面図である。また、図１０は第４実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１の構成を示す図である。図１０（ａ）は、側面断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。

第４実施形態に係るハイドロフォーム成形品３は、その中間部３ｂが略正方形状に形成されており、その両側の管端部３ａが中間部３ｂの断面形状を周方向に４５°回転させた断面矩形状であって、断面矩形状がなす角部３ｅ間に形成される側面部３ｆが内側に湾曲して凹むような形状に形成されている。第４実施形態におけるハイドロフォーム成形品３のテーパー部３ｃは、中間部３ｂの断面形状がなす角部３ｅから管軸方向に沿った位置ではテーパーが強く、中間部３ｂの断面形状がなす角部３ｅ間の中間位置から管軸方向に沿った位置ではテーパーが殆ど無いように形成されている。

第４実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１は、キャビティ１４の入口部１５が断面正方形状に形成され、キャビティ１４の底部１６が入口部１５の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面矩形状であって、断面矩形状がなす角部１６ａ間に形成される側面部１６ｂが内側に湾曲して凹むような形状に形成されている。また、第４実施形態におけるキャビティ１４のテーパー部１７は、入口部１５の断面形状がなす角部１５ａから軸方向に沿った位置ではテーパーが強く、入口部１５の断面形状がなす角部１５ａ間の中間位置から軸方向に沿った位置ではテーパーが殆ど無いように形成されている。

第４実施形態に係るハイドロフォーム成形方法では、素材管５として、キャビティ１４の底部１６内形の最大径と同じ外径の円形状のものを用いる以外は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法と同じ工程を行う。

図１１は、第５実施形態に係るハイドロフォーム成形方法により得られるハイドロフォーム成形品３の一例を示す図である。図１１（ａ）は、斜視図である。図１１（ｂ）は、その平面図である。図１１（ｃ）は平面断面図である。図１１（ｄ）は、ハイドロフォーム成形品３と素材管５との関係を示す平面断面図である。図１２は、第５実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１の構成を示す図である。図１２（ａ）は、側面断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。

第５実施形態に係るハイドロフォーム成形品３は、その中間部３ｂが略円形状に形成されており、その両側の管端部３ａが中間部３ｂより小径の略円形状に形成されている。第５実施形態におけるハイドロフォーム成形品３のテーパー部３ｃは、テーパーの程度が周方向の部位によらず同じように形成されている。

第５実施形態に係るハイドロフォーム成形装置１は、キャビティ１４の入口部１５が断面円形状に形成され、キャビティ１４の底部１６が入口部１５の断面形状より小径の断面円形状に形成されている。第５実施形態におけるキャビティ１４のテーパー部１７は、テーパーの程度が周方向の部位によらず同じように形成されている。

第５実施形態に係るハイドロフォーム成形方法では、素材管５として、キャビティ１４の底部１６内径より大きくキャビティ１４の入口部１５内径より小さい外径の円形状のものを用いる以外は、第１実施形態に係るハイドロフォーム成形方法と同じ工程を行う。

第５実施形態に係るハイドロフォーム成形方法のように、素材管５として、ハイドロフォーム成形品３の管端部３ａの外形輪郭と同じ輪郭のもので、径のみ違うものを用いた場合でも、従来のように素材管５として、ハイドロフォーム成形品３の管端部３ａと径が同じものを用いた場合と比較して、素材管５の拡径率を抑えることができ、ハイドロフォーム成形時のバースト、座屈を有効に防止することが可能となるというメリットがある。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、ハイドロフォーム成形品３や金型１１のキャビティ１４は、本発明の目的とする効果が得られる範囲で、その形状について特に限定するものではない。上述の実施形態においては、ハイドロフォーム成形品３の中間部３ｂやキャビティ１４の入口部１５等が管軸方向の位置に寄らず同じ形状のものとして構成されている場合について説明したが、一部において更に拡径されていたりしてもよい。

因みに、ハイドロフォーム成形装置１の構成要素についての寸法等の一例について説明すると、金型１１のキャビティ１４は、例えば、その全体の深さが５０〜５００ｍｍ、入口部１５の内径が２０〜１００ｍｍ、底部１６の内径が３０〜１５０ｍｍとされたりする。また、ハイドロフォーム成形方法では、例えば、プレス成形時における駆動装置２１による駆動力が５００〜１０００ｋＮとされ、プレス成形終了後の図４における一対の金型１１の対向面１２間の距離Ｌ１が５〜５０ｍｍとされ、ハイドロフォーム成形時における駆動装置２１による駆動力が５００〜１００００ｋＮとされ、成形液による内圧が３０〜３００Ｐａとされたりする。

前述したように、本発明によれば、ハイドロフォーム成形ととともに素材管の管端部のプレス成形をする必要がある場合でも、全工程を非常に容易に行うことが可能となる。したがって、作業時間の短縮、作業労力の負担軽減、歩留りの向上を図ることができる。また、本発明によれば、駆動機構数を抑えることができるうえ、軸押しパンチが不要となるので、ハイドロフォーム成形装置全体の簡略化、小型化を図ることが可能となる。したがって、ハイドロフォーム成形装置の製作コストの削減を図ることができる。よって、本発明は、産業上、利用価値の高いものである。

１ ハイドロフォーム成形装置
３ ハイドロフォーム成形品
３ａ 管端部
３ｂ 中間部
３ｃ テーパー部
３ｄ 角部
３ｅ 角部
３ｆ 側面部
５ 素材管
５ａ 管端部
５ｂ 管端面
５ｃ 中間部
１１ 金型
１２ 対向面
１３ 開口
１４ キャビティ
１５ 入口部
１５ａ 角部
１６ 底部
１６ａ 角部
１６ｂ 側面部
１７ テーパー部
１８ キャビティ底面
１９ 成形液供給孔
２１ 駆動装置
２３ 成形液供給装置
２５ 成形液
３１ 下金型ホルダー
３３ 上金型ホルダー
３５ 成形液供給孔
４１ 裏当て部材
４３ 成形液供給孔

Claims (13)

1. 断面正方形状に形成された入口部が、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に、または、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面矩形状であって、断面矩形状がなす角部間に形成される側面部が内側に湾曲して凹むような形状に形成されている底部より拡径された有底孔状のキャビティが設けられ、入口部と底部との間に入口部内形から底部内形に近づくようなテーパー部が形成され、前記入口部が互いに向き合うように配置された一対の金型に、該一対の金型が向き合う方向の、該一対の金型のキャビティ深さ合計よりも長い素材管を用い、該素材管の両側の管端部を該一対の金型のそれぞれの入口部内に配置する工程と、
   前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させることにより、前記テーパー部により前記素材管の管端部を内側に押圧してプレス成形する工程と、
   前記一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された前記素材管に対して、内部に成形液を供給して内圧を負荷するとともに、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させて管軸方向に圧縮荷重を負荷することによって、当該素材管をハイドロフォーム成形する工程とを有し、
   前記プレス成形する工程で、前記素材管の両側の管端部が前記一対の金型それぞれの底部に当接された時点では、前記一対の金型それぞれの対向面間に間隔が空いており、更に、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させて成形することを特徴とするハイドロフォーム成形方法。
2. 前記プレス成形工程では、前記素材管の管端部がその外形輪郭と異なる輪郭となるようプレス成形することを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーム成形方法。
3. 前記プレス成形工程では、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させることにより、前記金型のキャビティ底面から突出された裏当て部材が前記素材管の管端部内側に挿入されることを特徴とする請求項１又は２記載のハイドロフォーム成形方法。
4. 前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられた前記一対の金型、又は複数の前記一対の金型を用いて、前記プレス成形工程と前記ハイドロフォーム成形工程とを経て複数のハイドロフォーム成形品を得ることを特徴とする請求項１又は２記載のハイドロフォーム成形方法。
5. 前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられた前記一対の金型、又は複数の前記一対の金型を用いて、前記プレス成形工程と前記ハイドロフォーム成形工程とを経て複数のハイドロフォーム成形品を得ることを特徴とする請求項３記載のハイドロフォーム成形方法。
6. 断面正方形状に形成された入口部が、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面正方形状に、または、入口部の断面形状を周方向に略４５°回転させた断面矩形状であって、断面矩形状がなす角部間に形成される側面部が内側に湾曲して凹むような形状に形成されている底部より拡径された有底孔状のキャビティが設けられ、入口部と底部との間に入口部内形から底部内形に近づくようなテーパー部が形成され、前記入口部が互いに向き合うように配置された一対の金型と、
   前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させることにより、当該一対の金型の入口部内に配置された、該一対の金型が向き合う方向の、該一対の金型のキャビティ深さ合計よりも長い素材管の両側の管端部を前記テーパー部により内側に押圧してプレス成形する駆動手段と、
   前記一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された前記素材管に対して、内部に成形液を供給して内圧を負荷する成形液供給手段と
   を備え、
   前記一対の金型のキャビティ深さの合計が、前記駆動手段で、前記素材管の両側の管端部が前記一対の金型それぞれの底部に当接された時点では、前記一対の金型それぞれの対向面間に間隔が空く深さであることを特徴とするハイドロフォーム成形装置。
7. 前記一対の金型のキャビティ底面に両側の管端面が当接された前記素材管に対して、前記成形液供給手段により内部に成形液を供給して内圧を負荷するとともに、前記駆動手段により前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させて管軸方向に圧縮荷重を負荷することによって、当該素材管がハイドロフォーム成形されることを特徴とする請求項６記載のハイドロフォーム成形装置。
8. 前記一対の金型のキャビティの底部は、その内形輪郭が前記素材管の管端部の外形輪郭と異なる輪郭となるよう形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載のハイドロフォーム成形装置。
9. 前記一対の金型のキャビティ底面から突出され、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させたときに前記素材管の管端部内側に挿入される裏当て部材を更に備えることを特徴とする請求項６又は７記載のハイドロフォーム成形装置。
10. 前記一対の金型のキャビティ底面から突出され、前記一対の金型の一方を他方に向けて駆動させたときに前記素材管の管端部内側に挿入される裏当て部材を更に備えることを特徴とする請求項８記載のハイドロフォーム成形装置。
11. 前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられている、又は前記一対の金型が複数設けられていることを特徴とする請求項６又は７記載のハイドロフォーム成形装置。
12. 前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられている、又は前記一対の金型が複数設けられていることを特徴とする請求項８記載のハイドロフォーム成形装置。
13. 前記一対の金型に設けられた一組のキャビティが複数組に亘って設けられている、又は前記一対の金型が複数設けられていることを特徴とする請求項９記載のハイドロフォーム成形装置。

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