JP5874907B2

JP5874907B2 - 管状部材の製造方法

Info

Publication number: JP5874907B2
Application number: JP2011236128A
Authority: JP
Inventors: 門間　義明; 義明門間
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: US20140261840A1; JP2013091096A; EP2771136B1; WO2013061124A2; EP2771136A2; CN103906588B; WO2013061124A3; US9403199B2; CN103906588A

Description

本発明は、管状部材の製造方法に関するもので、特に、端部に拡管部を有する管状部材の製造方法に関する。

例えば、平板状の素材を巻き加工して円筒形に成形する巻き工程と、この円筒形の素材の一端部を拡管させる拡管工程とにより、一端部に拡管部を有する管状部材（例えば、特許文献１参照）を製造することが可能である。この場合、巻き工程では、例えば、平板状の素材をＵ曲げ金型及びＯ曲げ金型を使用してＵＯ曲げすることにより、突き合せ部に隙間がない円筒形の素材を得ることができる。拡管工程では、成形時に円筒形の素材の一端部が周方向へ引張られて素材の突き合せ部が開いてしまうため、従来、巻き工程で得られた円筒形の素材の突き合せ部は、部品として機能上接合の必要がなくても、溶接等により接合されていた。その結果、工数が増加することで生産性が低下するとともに製造コストも増大する。

特開平１１−１７９４５３号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、拡管時の加工力を低減させることが可能であり、それにより突き合せ部を接合する工程を廃止することが可能となる管状部材の製造方法を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の管状部材の製造方法は、板状の素材を加工して端部に拡管部を有する管状部材を製造する方法であって、平板状の素材の被拡管部位に千鳥状に配列されたスロット又はスリットを形成する抜きステップと、前記抜きステップにより得られた素材を巻き加工して突き合せ部が隙間なく突き合された筒形の素材を形成する巻きステップと、前記巻きステップにより得られた前記筒形の素材の前記被拡管部位を、前記千鳥状に配列されたスロット又はスリットをＶ字形に開くように変形させることにより、前記拡管部の周方向に複数個で設けられ、前記拡管部の断端部に開口するＶ字形の第１開口部と、前記拡管部の隣接する前記第１開口部間に配置され、展開した状態で四角形に形成される第２開口部と、を形成するように、且つ、前記筒形の素材の軸線方向における前記被拡管部位の一端側が前記被拡管部位の他端側よりも周方向に拡がるように、プレス加工用のパンチを使用して拡管させる拡管ステップと、前記拡管ステップにより得られた前記素材をプレス加工により据え込み加工して、前記被拡管部位を軸線方向に圧縮することにより、前記Ｖ字形の第１開口部を閉じるように変形させて複数個の第２突き合せ部を形成する据え込みステップと、を含むことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）項が、特許請求の範囲に記載した請求項１に相当する。

（１）板状の素材を加工して端部に拡管部を有する管状部材を製造する方法であって、平板状の素材の被拡管部位に千鳥状に配列されたスロット又はスリットを形成する抜きステップと、抜きステップにより得られた素材を巻き加工して突き合せ部が隙間なく突き合された筒形の素材を形成する巻きステップと、巻きステップにより得られた筒形の素材の被拡管部位を、千鳥状に配列されたスロット又はスリットをＶ字形に開くように変形させることにより、拡管部の周方向に複数個で設けられ、拡管部の断端部に開口するＶ字形の第１開口部と、拡管部の隣接する第１開口部間に配置され、展開した状態で四角形に形成される第２開口部と、を形成するように、且つ、筒形の素材の軸線方向における被拡管部位の一端側が被拡管部位の他端側よりも周方向に拡がるように、プレス加工用のパンチを使用して拡管させる拡管ステップと、拡管ステップにより得られた素材をプレス加工により据え込み加工して、被拡管部位を軸線方向に圧縮することにより、Ｖ字形の第１開口部を閉じるように変形させて複数個の第２突き合せ部を形成する据え込みステップと、を含む管状部材の製造方法。
本項に記載の管状部材の製造方法によれば、拡管ステップでは、抜きステップで形成されたスロット又はスリットを変形させながら筒形素材の被拡管部位を拡管させることができる。換言すると、スロット又はスリットを変形させるのに必要な加工力を加えればよいので、被拡管部位にスロット又はスリットが形成されていない場合と比較して、拡管時の加工力を低減することができる。
その結果、拡管時の加工力による筒形素材の突き合せ部の開きが防止されるので、予め、筒形素材の突き合せ部を溶接等により接合する必要がない。これにより、部品として機能上接合の必要がない場合、突き合せ部を接合するためのステップ（工程）を省略することが可能であり、管状部材の生産性を向上させることができるとともに製造コストを削減することができる。
また、本項に記載の管状部材の製造方法によれば、素材の被拡管部位にスロット又はスリットを千鳥状に配列したので、拡管に伴い、被拡管部位は格子（例えば、七夕飾りや大根の皮の飾り切りに代表される菱形の開口部を含む斜めの格子）状に変形される。これにより、拡管時の加工力は、被拡管部位における格子の交差部に相当する部位を曲げ加工するだけの加工力で済むので、スロット又はスリットが形成されていない被拡管部位を周方向へ引き伸ばす通常の拡管と比較して、拡管時の加工力をより効果的に低減することができる。
本項の態様において、巻きステップでは、筒形素材が円筒形である場合、例えば、平板（矩形の素材）を既存設備のＵ曲げ金型及びＯ曲げ金型を使用してＵＯ曲げすることにより、突き合せ部に隙間がない円筒形素材を得ることができる。また、拡管ステップでは、既存設備の拡管金型を使用することにより、円筒形素材の一端部を拡管させることができる。すなわち、本項の製造方法を実施する場合、既存設備（プレス機等）の改造や、新規に設備を導入する必要はなく、実施が容易で且つ設備コストが増大することもない。
本項の態様において、スロットは、細長い孔の他、円形の孔とすることができる。すなわち、パンチングメタルのように被拡管部位に複数個の孔を配列することができる。
また、拡管ステップでは、拡管時に被拡管部位に作用する周方向の加工力（引張り力）によりスロット又はスリットが変形して筒形素材の周方向に開かれるので、被拡管部位にスロット又はスリットが形成されていない場合と比較して、拡管時の加工力を大幅に低減することができる。
本項の態様において、スロットは筒形素材の軸線方向へ延びる細長い孔であり、スリットは筒形素材の軸線方向へ延びる細長い溝であることが望ましい。これにより、拡管時に被拡管部位に比較的小さい周方向の加工力（引張り力）を作用させるだけで、スロット又はスリットを筒形素材の周方向に開かせることができる。
また、拡管ステップでは、拡管時に被拡管部位に周方向の加工力（引張り力）が付与することにより、筒形素材の軸線方向一側の断端部に開口したスロット又はスリットがＶ字形に開くように変形されるので、拡管時の加工力を効果的に低減することができる。
本項の態様において、スロット又はスリットは、筒形の素材の周方向に等間隔で配列することが望ましい。
また、拡管された被拡管部位を据え込み加工により軸線方向へ圧縮することで、被拡管部位の突き合せ部を強固に密着させることが可能であり、管状部材の精度を向上させることができる。
さらに、拡管された被拡管部位を据え込み加工により軸線方向へ圧縮して、上記（３）でＶ字形に開口されたスロット又はスリットの内側を突き合せることにより、被拡管部位をより強固に密着させることが可能であり、より高い精度の管状部材を提供することができる。
本項の態様では、巻きステップ及び拡管ステップ同様に、既存設備の据え込み金型を使用することで、被拡管部位を据え込み加工することができるので、既存設備（プレス機等）の改造や、新規に設備を導入する必要はなく、実施が容易で且つ設備コストの増大を防ぐことができる。

本発明によれば、拡管時の加工力を低減させることが可能であり、それにより突き合せ部を接合する工程を廃止することが可能となる管状部材の製造方法を提供することができる。

本実施形態の抜き工程により得られる素材の上面図及び正面図である。本実施形態の巻き工程により得られる素材の上面図及び正面図である。本実施形態の拡管工程により得られる素材の上面図及び正面図である。本実施形態の据え込み工程により得られるスリーブ（管状部材）の上面図及び正面図である。本実施形態の拡管工程で使用される拡管金型の断面の概略図である。本実施形態の作用を説明するための図であり、スロットが千鳥状に配列された被拡管部位が拡管により格子状に変形することを説明するための図である。本実施形態の据え込み工程で使用される据え込み金型の断面の概略図である。管状部材の他の形態を示す図である。管状部材の他の形態を示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、管状部材としてエンジンに組み込まれるスリーブ１（図４参照）を例示し、このスリーブ１の製造方法を説明する。なお、説明の便宜上、スリーブ１の軸線方向、すなわち、図４における上下方向を上下方向と定義する。また、スリーブ１の拡管部１５が形成される側を上側、その反対側を下側とそれぞれ定義する。図１乃至図３についても方向を同様に定義する。

本製造方法は、抜き工程（抜きステップ）、巻き工程（巻きステップ）、拡管工程（拡管ステップ）、及び据え込み工程（据え込みステップ）を含む。
［抜き工程］
抜き工程では、抜き金型による抜き加工（プレス加工）により鋼板から図１に示される平板状の素材２を抜く。なお、抜き工程で使用される抜き金型は既存設備であるので、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、抜き金型の詳細な説明を省く。素材２は、略矩形に形成されて、上端部（図１における上側の部位）には、上断端部３（断端部）に沿って図１における左右方向（以下、単に左右方向という）へ延びる被拡管部位４が形成される。

被拡管部位４には、スロット５（５ａ〜５ｅ、細長い孔）が千鳥状に配列される。スロット５は、被拡管部位４の高さＨ（図１参照）に亘って上下方向へ延びて両端部が半円形に形成されるスロット５ａと、上下方向へ延びてスロット５ａの左右方向両側に１列に配列されるスロット５ｂ及びスロット５ｃを含む。スロット５ｂは、上端部が素材２の上断端部３に開口するとともに下端部が半円形に形成される。スロット５ｃは、スロット５ｂの下方に配置されて両端部が半円形に形成される。また、被拡管部位４の左右両側には、各々、スロット５ａを左右方向へ半割した形状５ｄ及び５ｅが形成される。

なお、図示を省略するが、素材２には、機能的に必要とされるいくつかの孔を形成することができる。そして、抜き工程では、巻き工程で巻き加工する前の平坦な素材に抜き加工が施されるので、抜き工法の自由度が増す。

［巻き工程］
巻き工程では、抜き工程により得られた素材２を巻き加工して図２に示される円筒形の素材６を形成する。巻き工程では、Ｕ曲げ金型とＯ曲げ金型とを使用して素材２をＵＯ曲げ（プレス加工）することにより、突き合せ部７（第１突き合せ部）に隙間がない円筒形の素材６を得ることができる。なお、素材２の被拡管部位４のスロット５ｄとスロット５ｅとは、突き合せ部７が形成されることで組み合わされてスロット５ａと同一の形状をなす。また、巻き工程で使用されるＵ曲げ金型及びＯ曲げ金型は既存設備であるので、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、Ｕ曲げ金型及びＯ曲げ金型の詳細な説明を省く。

［拡管工程］
拡管工程では、巻き工程により得られた円筒形の素材６の被拡管部位４を図５に示される拡管金型８を使用して拡管加工（プレス加工）する。なお、拡管工程で使用される拡管金型８は既存設備であるので、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、拡管金型８の詳細な説明を省く。拡管工程では、図３に示されるように、素材９の拡管部１０の段差部１０ａの軸線に対する傾斜角度を９０°に形成する場合、まず、図５に示される軸線に対する段差部１１ａの傾斜角度が中間角度のパンチ１１を使用して素材６の被拡管部位４を拡管加工することにより、段差部１０ａの軸線に対する傾斜角度が中間角度の拡管部１０を形成する。次に、段差部１０ａの軸線に対する傾斜角度が中間角度の拡管部１０を、軸線に対する段差部１１ａの傾斜角度が９０°のパンチ１１を使用して拡管加工する。これにより、段差部１０ａの軸線に対する傾斜角度が９０°の拡管部１０を形成することができる。なお、拡管工程では、拡管時に突き合せ部７が開いてしまうことがないように、素材６の軸部１７を拘束型により拘束しておくことが望ましい。

拡管工程では、拡管時に、円筒形の素材６の被拡管部位４に周方向の加工力（引張り力）が作用する。ここで、円筒形の被拡管部位４を２次元的な展開した状態に置き換えた場合、図６に示されるように、被拡管部位４にはスロット５が千鳥状に配列されているので、素材６の断端部３に開口した各スロット５ｂはＶ字形に開くように変形し、被拡管部位４全体では、格子（例えば、七夕飾りや大根の皮の飾り切りに代表される菱形（四角形）の開口部１８（第２開口部）を含む斜めの格子）状に変形する。この場合、拡管時の加工力は、図６に示される格子の交差部１２に相当する部位を曲げ加工するだけの加工力で済む。なお、図６は、理解を容易にするための説明図であり、図１に示されるスロット５の配列パターンとは一致させていない。また、実際の３次元的な拡管加工では、スロット５ｃはほとんど変形しない（ほとんど開かない）。

［据え込み工程］
据え込み工程では、拡管工程により得られた素材９の拡管部１０を図７に示される据え込み金型１３を使用して据え込み加工（プレス加工）する。なお、据え込み工程で使用される据え込み金型１３は既存設備であるので、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、据え込み金型１３の詳細な説明を省く。据え込み工程では、素材９の拡管部１０が上下方向（軸線方向）へ圧縮される。これにより、図４に示されるように、素材２及び６の各スロット５ｂが変形して形成された拡管部１０のＶ字形の各開口部１４（第１開口部）は、断端部３側を閉じるように変形して内側が突き合せられる。その結果、拡径部１５に複数個の突き合せ部１６（第２突き合せ部）を有するスリーブ１（管状部材）を得ることができる。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、スロット５が千鳥状に配列された被拡管部位４を拡管させるので、被拡管部位４の断端部３に開口した各スロット５ｂはＶ字形に開くように変形し、被拡管部位４全体では格子状に変形する。
これにより、拡管時の加工力は、被拡管部位４における格子の交差部１２に相当する部位を曲げ加工するだけの加工力で済むので、スロット５が形成されていない素材６の被拡管部位４を周方向へ引き伸ばす通常の拡管加工と比較して、拡管時の加工力をより効果的に低減することができる。その結果、拡管時の加工力により素材６（９）の突き合せ部７が開くことがなくなり、予め、素材６の突き合せ部７を溶接等により接合する必要がない。したがって、本実施形態のスリーブ１（管状部材）のように、部品として機能上、突き合せ部７を接合する必要がない場合、突き合せ部７を接合するためのステップ（工程）を省略することが可能であり、生産性を向上させることができるとともに製造コストを削減することができる。

また、据え込み工程では、拡管工程により得られた素材９の拡管部１０を据え込み加工することにより、拡管部１０のＶ字形の各開口部１４（第１開口部）を変形（圧縮）させて複数個の突き合せ部１６（第２突き合せ部）を有する拡径部１５を形成したので、強固に密着した各突き合せ部１６により、より高い精度のスリーブ１（管状部材）を得ることができる。

そして、抜き工程、巻き工程、拡管工程、及び据え込み工程の各工程（ステップ）は、汎用のプレス機によるプレス工程で完結することができるので、本製造方法は、実施が容易であるとともに生産効率が高いシステムを構築することができる。
また、抜き工程では、スロット５を含めた全ての抜き形状を、平坦な素材（鋼板）を抜き加工して形成することができるので、バリ取り等の後処理が不要な抜き工法を採用することができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本実施形態では、被拡管部位４にスロット５を千鳥状に配列したが、スロット５（細長い孔）をスリット（細長い溝）とすることができる。また、スロット５は円形の孔も含む。この場合、パンチングメタルのように円形の孔を被拡管部位４に配列することが可能である。さらに、拡管時の加工力が低減されるのであれば、スロット５は必ずしも千鳥状に配列する必要はない。
本実施形態では、拡管工程において、段差部１１ａの傾斜角度が中間角度のパンチ１１と９０°のパンチ１１とを使用する２工程により、拡管部１０の段差部１０ａの傾斜角度を９０°に形成したが、拡管工程では、段差部１１ａの傾斜角度が中間角度のパンチ１１を使用して拡管部１０の段差部１０ａの傾斜角度を中間角度に形成しておいて、次の据え込み工程により、拡管部１０の段差部１０ａの傾斜角度を９０°に形成すると同時に該拡管部１０を上下方向に圧縮して拡管部１５を形成することができる。
管状部材は、図４に示されるスリーブ１に限定されるものでなく、例えば、図８に示されるような段差部２１ａの軸線に対する傾斜角度が９０°ではない拡管部２１を有する管状部材２０、或いは、図９に示されるようなフランジ２３を有する管状部材２２とすることができる。

１スリーブ（管状部材）、２素材（平板状の素材）、３断端部、４被拡管部位、５スロット、６素材（筒形の素材）、７突き合せ部（第１突き合せ部）、９素材（被拡管部位を拡管加工して得られた素材）、１０拡管部（素材９の拡管部）、１４開口部（第１開口部）、１５拡管部（スリーブ１の拡管部）、１６突き合せ部（第２突き合せ部）、１７軸部、１８開口部（第２開口部）

Claims

板状の素材を加工して端部に拡管部を有する管状部材を製造する方法であって、
平板状の素材の被拡管部位に千鳥状に配列されたスロット又はスリットを形成する抜きステップと、
前記抜きステップにより得られた素材を巻き加工して突き合せ部が隙間なく突き合された筒形の素材を形成する巻きステップと、
前記巻きステップにより得られた前記筒形の素材の前記被拡管部位を、前記千鳥状に配列されたスロット又はスリットをＶ字形に開くように変形させることにより、前記拡管部の周方向に複数個で設けられ、前記拡管部の断端部に開口するＶ字形の第１開口部と、前記拡管部の隣接する前記第１開口部間に配置され、展開した状態で四角形に形成される第２開口部と、を形成するように、且つ、前記筒形の素材の軸線方向における前記被拡管部位の一端側が前記被拡管部位の他端側よりも周方向に拡がるように、プレス加工用のパンチを使用して拡管させる拡管ステップと、
前記拡管ステップにより得られた前記素材をプレス加工により据え込み加工して、前記被拡管部位を軸線方向に圧縮することにより、前記Ｖ字形の第１開口部を閉じるように変形させて複数個の第２突き合せ部を形成する据え込みステップと、
を含むことを特徴とする管状部材の製造方法。