JP6401953B2 - 成形装置及び成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形装置及び成形方法に関する。

従来、加熱した金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させることによって、パイプ部及びフランジ部を有する金属パイプの成形を行う成形装置が知られている。例えば、特許文献１に示す成形装置は、互いに対になる上型及び下型と、上型及び下型の間に保持された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、上記上型及び下型が合わさることによって形成され、パイプ部を成形する第１のキャビティ部（メインキャビティ）、及び第１のキャビティ部に連通しフランジ部を成形する第２のキャビティ部（サブキャビティ）とを備えている。この成形装置では、金型同士を閉じると共に金属パイプ材料内に気体を供給し金属パイプ材料を膨張させることによって、上記パイプ部と上記フランジ部とを同時に成形可能である。

特許第４９２０７７２号公報

ここで、上記成形装置にて成形されたフランジ部は、第２のキャビティ部内に膨張し進出した金属パイプ材料の一部が、上型及び下型の間で折り畳まれ押しつぶされることによって成形されるので、フランジ部の厚さはパイプ部の厚さよりも大きくなる。このため、金属パイプ材料の厚さ及び焼き入れ度合によっては、フランジ部を他の部品に溶接することが困難になる問題がある。例えばスポット溶接では溶接するフランジ部及び他の部品の厚さが大きいほど流れる電流を大きくする必要があるので、フランジ部の厚さによっては溶接不良が発生する問題がある。

上記溶接に関する問題の対策として、金属パイプ材料の厚さを薄くしてフランジ部の厚さを薄くすることが挙げられるが、この場合、パイプ部の厚さが薄くなり、金属パイプの強度が低下してしまう問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、成形物の強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部を成形可能な成形装置及び成形方法を提供することを目的とする。

本発明によるパイプ部及びフランジ部を有する金属パイプを成形する成形装置は、互いに対となる第１の金型及び第２の金型の間に保持され加熱された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を、金型同士が合わさる方向に移動させる駆動機構と、第１の金型及び第２の金型の間に形成され、パイプ部を成形するための第１のキャビティ部、及び第１のキャビティ部と連通しフランジ部を成形するための第２のキャビティ部と、第２のキャビティ部内を進退可能なピストンと、気体供給部の気体供給、駆動機構の駆動、及びピストンの進退をそれぞれ制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。

このような成形装置によれば、互いに対となる第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方が、制御部による駆動機構の制御によって金型同士が合わさる方向に移動し、第１のキャビティ部、及び当該第１のキャビティ部と連通する第２のキャビティ部が形成される。また、第１の金型及び第２の金型の間に保持され加熱された金属パイプ材料内に、制御部による気体供給部の制御によって当該気体供給部から気体が供給され、第１のキャビティ部内に金属パイプのパイプ部を成形すると共に、第２のキャビティ部内に金属パイプのフランジ部を成形することができる。さらに、制御部によるピストンの制御によって当該ピストンが第２のキャビティ部内を前進し、成形されたフランジ部を押しつぶすことが可能になる。これにより、金属パイプ材料の厚さを薄くしなくとも、フランジ部の厚さを薄く調整することができる。したがって、上記成形装置によれば、成形物である金属パイプの強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部を成形可能である。

ここで、ピストンは、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方に設けられていることが好ましい。例えば、成形される金属パイプの形状を変更する場合、金型を交換する必要があるが、この際に、金型に設けられているピストンも一緒に交換することができる。このため、金型及びピストンの交換に要する時間を低減することができる。

また、上述の成形装置を用いた金属パイプの成形方法は、駆動機構により第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、第１のキャビティ部及び第２のキャビティ部を第１の金型及び第２の金型の間に形成すると共に、気体供給部により金属パイプ材料内に気体を供給することによって、第１のキャビティ部内にパイプ部、及び第２のキャビティ部内にフランジ部をそれぞれ成形し、ピストンによりフランジ部を押しつぶすことを特徴としている。

このような成形方法によれば、駆動機構によって第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させ、第１のキャビティ部及び第２のキャビティ部を第１の金型及び第２の金型の間に形成すると共に、気体供給部によって金属パイプ材料内に気体を供給し、第１のキャビティ部内に金属パイプのパイプ部を成形すると共に第２のキャビティ部内に金属パイプのフランジ部を成形することができる。さらに、第２のキャビティ部内に成形されたフランジ部をピストンによって押しつぶすことにより、フランジ部の厚さを薄く調整することができる。したがって、上記成形方法によれば、成形物である金属パイプの強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部を成形可能である。

また、フランジ部の厚さをパイプ部の厚さよりも薄くなるようにフランジ部を押しつぶすことが好ましい。このようにフランジ部の厚さをパイプ部の厚さよりも薄くすることによって、フランジ部と他の部品との溶接を良好に行うことができる。

また、ピストンによってフランジ部を押しつぶす際に、気体供給部によってパイプ部内に気体を供給することが好ましい。この場合、押しつぶされたフランジ部の一部が第１のキャビティ側に侵入することを抑制できる。したがって、所望の形状を有する金属パイプを提供できる。

また、パイプ部の成形と並行して、ピストンによるフランジ部の押圧が開始されることが好ましい。この場合、所望の厚さのフランジ部を有する金属パイプを成形する時間を短縮できる。

本発明による本体部及びフランジ部を有する金属成形物を成形する成形方法は、加熱された金属物を、第１の金型及び第２の金型の間に準備し、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、第１のキャビティ部及び第１のキャビティ部に連通する第２のキャビティ部を第１の金型及び第２の金型の間に形成すると共に、第１のキャビティ部内に本体部、及び第２のキャビティ部内にフランジ部をそれぞれ成形し、第２のキャビティ部内を進退可能なピストンによってフランジ部を押しつぶすことを特徴としている。

このような成形方法によれば、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることにより、第１のキャビティ部及び当該第１のキャビティ部に連通する第２のキャビティ部が第１の金型及び第２の金型の間に形成される。この際、第１の金型及び第２の金型の間に加熱された金属物を準備しておくことにより、第１のキャビティ部内に金属成形物の本体部を成形すると共に、第２のキャビティ部内に金属成形物のフランジ部を成形することができる。さらに、第２のキャビティ部内を進退可能なピストンによって当該フランジ部を押しつぶすことにより、フランジ部の厚さを薄く調整することができる。したがって、上記成形方法によれば、金属成形物の強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部を成形可能である。

このように本発明によれば、成形物の強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部を成形可能な成形装置及び成形方法を提供できる。

成形装置の概略構成図である。 図１に示すII-II線に沿ったブロー成形金型の断面図に、当該ブロー成形金型に接続される油供給ポンプを加えた図である。 電極周辺の拡大図であって、（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図、（ｂ）は電極にシール部材が当接した状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 成形装置による製造工程を示す図であって、（ａ）は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。 成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示す図である。 ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした状態を示す図、（ｂ）はブロー成形金型を閉じた状態を示す図である。 図６に続くブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）はブロー成形時の状態を示す図、（ｂ）はピストンの押圧によりフランジ部を薄くした状態を示す図である。 ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化の他の例を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした状態を示す図、（ｂ）はブロー成形金型を閉じながらブロー成形を行っている状態を示す図である。 図８に続くブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化の他の例を示す図であり、（ａ）はブロー成形金型を閉じた状態を示す図、（ｂ）はピストンの押圧によりフランジ部を薄くした状態を示す図である。 ブロー成形金型及びスライドの他の例を示す概略断面図である。

以下、本発明による成形装置及び成形方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

〈成形装置の構成〉
図１は、成形装置の概略構成図である。図１に示されるように、金属パイプ１００（図５参照）を成形する成形装置１０は、上型（第１の金型）１２及び下型（第２の金型）１１からなるブロー成形金型１３と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させる駆動機構８０と、上型１２と下型１１との間で金属パイプ材料１４を保持するパイプ保持機構（保持部）３０と、パイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４に通電して加熱する加熱機構（加熱部）５０と、上型１２及び下型１１の間に保持され加熱された金属パイプ材料１４内に高圧ガス（気体）を供給する気体供給部Ｓと、上型１２内のシリンダ９３（図２参照）に油を供給する油供給ポンプ９０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えると共に、上記駆動機構８０、上記パイプ保持機構３０、上記加熱機構５０、上記気体供給部Ｓ、及び上記油供給ポンプ９０の動作を制御する制御部７０と、を備えて構成されている。なお、気体供給部Ｓは、パイプ保持機構３０で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給する一対の気体供給機構４０，４０と、当該一対の気体供給機構４０，４０に気体を供給するブロー機構６０とを備えている。

下型（第２の金型）１１は、大きな基台１５に固定されている。下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、その上面にキャビティ（凹部）１６を備える。更に下型１１の左右端（図１における左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、当該電極収納スペース１１ａ内に、アクチュエータ（図示しない）によって上下に進退動可能に構成された第１電極１７及び第２電極１８を備えている。これら第１電極１７、第２電極１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａが形成されていて（図３（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、第１，第２電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ，１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ，１８ｂが形成されている。また、下型１１には冷却水通路１９が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対２１を備えている。この熱電対２１はスプリング２２により上下移動自在に支持されている。

なお、下型１１側に位置する一対の第１，第２電極１７，１８はパイプ保持機構３０を構成しており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間で昇降可能に支えることができる。また、熱電対２１は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計又は光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。

上型（第１の金型）１２は、下面にキャビティ（凹部）２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。上型１２は、上端部をスライド８２に固定されている。そして、上型１２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６によって吊られる構成とされ、ガイドシリンダ２７によって横振れしないようにガイドされている。

上型１２の左右端（図１における左右端）近傍には、下型１１と同様な電極収納スペース１２ａが設けられ、この電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７，１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａが形成されていて（図３（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１，第２電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ，１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ，１８ｂが形成されている。よって、上型１２側に位置する一対の第１，第２電極１７，１８もパイプ保持機構３０を構成しており、上下一対の第１，第２電極１７，１８で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。

駆動機構８０は、上型１２及び下型１１同士が合わさるように上型１２を移動させるスライド８２と、上記スライド８２を移動させるための駆動力を発生する駆動部８１と、上記駆動部８１に対する流体量を制御するサーボモータ８３とを備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６として油圧シリンダを採用する場合は動作油）を当該加圧シリンダ２６へ供給する流体供給部によって構成されている。

制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御することにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られず、例えば、スライド８２に駆動部を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。例えば、偏心軸と、偏心軸を回転させる回転力を付与する駆動源（例えば、サーボモータ及び減速機等）と、偏心軸の回転運動を直線運動に変換してスライドを移動させる変換部（例えば、コネクティングロッド又は偏心スリーブ等）と、を有する駆動機構を採用してもよい。なお、本実施形態では、駆動部８１がサーボモータ８３を備えていなくともよい。

図２は、図１に示すII-II線に沿ったブロー成形金型１３の断面図に、当該ブロー成形金型１３に接続される油供給ポンプ９０を加えた図である。図２に示されるように、下型１１の上面及び上型１２の下面には、いずれも段差が設けられている。

下型１１の上面には、下型１１のキャビティ１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、第１凹部１１ｂ、第１突起１１ｃ、及び第２突起１１ｄによる段差が形成されている。キャビティ１６の右側（図２において右側）に第１凹部１１ｂが形成され、キャビティ１６の左側（図２において左側）に第１突起１１ｃ及び第２突起１１ｄが形成されている。第１突起１１ｃは、キャビティ１６と第２突起１１ｄとの間に位置している。第１突起１１ｃは、第２突起１１ｄよりも上型１２側に突出している。

一方、上型１２の下面には、上型１２のキャビティ２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起１２ｂ及び第２突起１２ｃによる段差が形成されている。キャビティ２４の右側（図２において右側）に最も突出した第１突起１２ｂが形成され、キャビティ２４の左側（図２において左側）に第２突起１２ｃが形成されている。キャビティ２４と第２突起１２ｃとの間には開口部１２ｄが設けられており、当該開口部１２ｄには、下型１１と上型１２とが対向する方向に沿って進退可能なピストン９４（詳しくは後述）が挿設されている。

ここで、上型１２は、その内部に設けられると共に動作油が充填されたシリンダ９３と、シリンダ９３内を摺動可能なピストン９４とを有しており、当該ピストン９４の一端（図２における上端）に設けられた基端部９４ｂにより、上記シリンダ９３の内部が下側領域９３ａと上側領域９３ｂとに区画されている。ピストン９４の基端部９４ｂより下側の本体部９４ａの先端面９４ｃは、上型１２から下方に露出・突出しており、下型１１の第１突起１１ｃと対向している。シリンダ９３は、下側領域９３ａに接続されているパイプ９１と、上側領域９３ｂに接続されているパイプ９２とを介して前述した油供給ポンプ９０に接続されている。

制御部７０は、油供給ポンプ９０を制御することによって、シリンダ９３の下側領域９３ａ及び上側領域９３ｂへ供給する流体の量を制御し、ピストン９４の移動を制御することができる。例えば、制御部７０による油供給ポンプ９０の制御によって、上側領域９３ｂ内に動作油を供給すると共に下側領域９３ａ内に充填された動作油を排出することによって、ピストン９４を下型１１側へ前進させることができる。

また、上型１２の第１突起１２ｂは、下型１１の第１凹部１１ｂと丁度嵌合可能とされている。上型１２の第２突起１２ｃと、下型１１の第２突起１１ｄとは、上型１２及び下型１１が嵌合した際に互いに当接する。上型１２に取り付けられたピストン９４の先端面９４ｃと、下型１１の第１突起１１ｃとの間には、上型１２及び下型１１が嵌合した際に空間が形成される。また、上型１２のキャビティ２４と、下型１１のキャビティ１６との間には、上型１２及び下型１１が嵌合した際に空間が形成される。

すなわち、図６（ｂ）に示されるように、ブロー成形時に下型１１と上型１２とが嵌合することによって、上型１２のキャビティ２４の表面（基準ラインＬＶ１となる表面）と、下型１１のキャビティ１６の表面（基準ラインＬＶ２となる表面）との間には、メインキャビティ部（第１のキャビティ部）ＭＣが形成される。また、ピストン９４の先端面９４ｃと、下型１１の第１突起１１ｃとの間には、メインキャビティ部ＭＣに連通し、当該メインキャビティ部よりも容積が小さいサブキャビティ部（第２のキャビティ部）ＳＣが形成される。メインキャビティ部ＭＣは金属パイプ１００におけるパイプ部１００ａを成形する部分であり、サブキャビティ部ＳＣは金属パイプ１００におけるフランジ部１００ｂ，１００ｃを成形する部分である（図７（ａ），（ｂ）参照）。下型１１と上型１２とが合わさって完全に閉じられた場合、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣは、下型１１及び上型１２内に密閉される。

図１に示されるように、加熱機構５０は、電源５１と、この電源５１からそれぞれ延びて第１電極１７及び第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。制御部７０は、上記加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）まで加熱することができる。

気体供給部Ｓにおける一対の気体供給機構４０の各々は、シリンダユニット４２と、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動するシリンダロッド４３と、シリンダロッド４３におけるパイプ保持機構３０側の先端に連結されたシール部材４４とを有する。シリンダユニット４２はブロック４１を介して基台１５上に載置固定されている。シール部材４４の先端には先細となるようにテーパー面４５が形成されており、第１，第２電極１７，１８のテーパー凹面１７ｂ，１８ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている（図３参照）。シール部材４４には、シリンダユニット４２側から先端に向かって延在し、詳しくは図３（ａ），（ｂ）に示されるように、ブロー機構６０から供給された高圧ガスが流れるガス通路４６及び排気通路４８が設けられている。すなわち、一対の気体供給機構４０，４０は、ブロー機構６０に接続されている。

気体供給部Ｓにおけるブロー機構６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源６１によって供給された高圧ガスを溜めるアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２から気体供給機構４０のシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２からシール部材４４内に形成されたガス通路４６まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されているオンオフ弁６８及び逆止弁６９とからなる。圧力制御弁６４は、シール部材４４側から要求される押力に適応した作動圧力の高圧ガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。

制御部７０は、気体供給部Ｓの一対の気体供給機構４０，４０及びブロー機構６０を制御することにより、金属パイプ材料１４内に気体である高圧ガスを供給することができる。

また、制御部７０は、（Ａ）から情報が伝達されることによって、熱電対２１から温度情報を取得し、加圧シリンダ２６及びスイッチ５３等を制御する。水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９及び上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。

〈成形装置の作用〉
次に、成形装置１の作用について説明する。図４は材料としての金属パイプ材料１４を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱工程までを示す。最初に焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備する。図４（ａ）に示すように、この金属パイプ材料１４を、例えばロボットアーム等を用いて、下型１１側に備わる第１，第２電極１７，１８上に載置（投入）する。第１，第２電極１７，１８には凹溝１７ａ，１８ａが形成されているので、当該凹溝１７ａ，１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。次に、制御部７０（図１参照）は、パイプ保持機構３０を制御することによって、当該パイプ保持機構３０に金属パイプ材料１４を保持させる。具体的には、図４（ｂ）のように、第１電極１７、第２電極１８を進退動可能としているアクチュエータ（図示しない）を作動させ、各上下に位置する第１，第２電極１７，１８を接近・当接させる。この当接によって、金属パイプ材料１４の両方の端部は、上下から第１，第２電極１７，１８によって挟持される。また、この挟持は第１，第２電極１７，１８に形成される凹溝１７ａ，１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着するような態様で挟持されることとなる。ただし、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料１４の周方向における一部に第１，第２電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。

続いて、図１に示されるように、制御部７０は、加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱する。具体的には、制御部７０は、加熱機構５０のスイッチ５３をＯＮにする。そうすると、電源５１から電力が金属パイプ材料１４に供給され、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体が発熱する（ジュール熱）。この時、熱電対２１の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御される。

図５は、成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示している。図５に示されるように、加熱後の金属パイプ材料１４に対してブロー成形金型１３を閉じ、金属パイプ材料１４を当該ブロー成形金型１３のキャビティ内に配置密閉する。その後、気体供給機構４０のシリンダユニット４２を作動させることによってシール部材４４で金属パイプ材料１４の両端をシールする（図３も併せて参照）。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４をキャビティの形状に沿うように変形させる。

金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しており、比較的低圧でブロー成形することができる。具体的には、高圧ガスとして、４ＭＰａで常温（２５℃）の圧縮空気を採用した場合、この圧縮空気は、密閉した金属パイプ材料１４内にて結果的に９５０℃付近まで加熱される。圧縮空気は熱膨張し、ボイル・シャルルの法則に基づき、約１６〜１７ＭＰａにまで達する。即ち、９５０℃の金属パイプ材料１４を熱膨張した圧縮空気によって容易に膨張させ、金属パイプ１００を得ることができる。

ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４の外周面が下型１１のキャビティ１６に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ２４に接触して急冷（上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため、金属パイプ材料１４が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。）されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイトなど）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。また、本実施形態においては、金型冷却に代えて、あるいは金型冷却に加えて、冷却媒体を金属パイプ１００に供給することによって冷却が行われる。

次に、図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）を参照して、上型１２及び下型１１による具体的な成形の様子の一例について詳細に説明する。図６（ａ）に示されるように、金属パイプ材料１４を上型１２と下型１１との間であって、キャビティ１６上に保持する。そして、駆動機構８０による上型１２の移動により、図６（ｂ）に示されるように、上型１２と下型１１とを合わせて完全に閉じる（クランプする）。これにより、キャビティ２４の基準ラインＬＶ１における表面とキャビティ１６の基準ラインＬＶ２における表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成される。また、上型１２に設けられたピストン９４の先端面９４ｃと、下型１１の第１突起１１ｃとの間にサブキャビティ部ＳＣが形成される。メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとは互いに連通した状態となっている。また、メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとは、上型１２と下型１１とによって密閉されている。

加熱機構５０による加熱により軟化し、且つ、気体供給部Ｓによって高圧ガスが注入された金属パイプ材料１４は、図７（ａ）に示されるように、メインキャビティ部ＭＣ内で膨張すると共に、当該メインキャビティ部ＭＣに連通するサブキャビティ部ＳＣ内に入り込んで膨張する。これにより、メインキャビティ部ＭＣに金属パイプ１００のパイプ部１００ａが成形されると共に、サブキャビティ部ＳＣに金属パイプ１００のフランジ部１００ｂが成形される。フランジ部１００ｂは、当該金属パイプ１００の長手方向に沿って、金属パイプ材料１４の一部が折り畳まれて成形されている。

図７（ａ）に示す例では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４は当該形状に合わせてブロー成形されることにより、パイプ部１００ａは矩形筒状に成形される。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて断面円形、断面楕円形、断面多角形等あらゆる形状を採用してもよい。サブキャビティ部ＳＣを構成するピストン９４の先端面９４ｃと下型１１の第１突起１１ｃとの上下方向における距離を予め調整することにより、フランジ部１００ｂは、その折り畳まれた部分に空間がない状態で成形される。

次に、図７（ｂ）に示されるように、制御部７０により制御される油供給ポンプ９０が、パイプ９２を介して上側領域９３ｂに動作油を供給すると共に、パイプ９１を介して下側領域９３ａから動作油を排出することによって、ピストン９４をサブキャビティ部ＳＣ内に前進させる。このように制御部７０及び油供給ポンプ９０によってピストン９４をサブキャビティ部ＳＣ内に前進させてフランジ部１００ｂを押しつぶし、薄くなったフランジ部１００ｃを成形する。このフランジ部１００ｃの厚さは、パイプ部１００ａの厚さよりも薄くなる。

ここでのピストン９４によるフランジ部１００ｂの押しつぶしの際にあっては、気体供給部Ｓによるパイプ部１００ａ内への気体供給を続行する。これにより、押しつぶされたフランジ部１００ｃの一部がメインキャビティ部ＭＣ側に侵入することを抑制できると共に、弛み及び捩れのない金属パイプ１００を仕上げることができる。なお、これら金属パイプ材料１４のブロー成形から金属パイプ１００の成形完了までに至るまでの時間は、金属パイプ材料１４の種類にもよるが概ね数秒程度で完了する。

このような成形装置１によれば、互いに対となるブロー成形金型１３の上型１２が、制御部７０による駆動機構８０の制御によって上型１２と下型１１とが互いに合わさる方向に移動され、メインキャビティ部ＭＣ、及びメインキャビティ部ＭＣと連通するサブキャビティ部ＳＣが形成される。そして、上型１２と下型１１との間に保持され加熱された金属パイプ材料１４内に、制御部７０による気体供給部Ｓの制御によって当該気体供給部Ｓから気体が供給され、メインキャビティ部ＭＣ内に金属パイプ１００のパイプ部１００ａを成形すると共に、サブキャビティ部ＳＣ内に金属パイプ１００のフランジ部１００ｂを成形することができる。さらに、制御部７０によるピストン９４の制御によって当該ピストン９４がサブキャビティ部ＳＣ内を前進し、成形されたフランジ部１００ｂを押しつぶすことができ、金属パイプ材料１４の厚さを薄くしなくとも、薄く調整されたフランジ部１００ｃを成形することができる。したがって、上記成形装置１によれば、成形物である金属パイプ１００の強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部１００ｃを成形できる。

また、ピストン９４は、上型１２に設けられているため、成形される金属パイプ１００の形状を変更すべく上型１２及び下型１１を交換する場合、上型１２に設けられているピストン９４も一緒に交換できる。このため、上型１２、下型１１、及びピストン９４の交換に要する時間を低減することができる。

また、上述の成形装置１を用いた金属パイプ１００の成形方法によれば、駆動機構８０によって上型１２をブロー成形金型１３が合わさる方向に移動させ、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣを上型１２及び下型１１の間に形成すると共に、気体供給部Ｓによって金属パイプ材料１４内に気体を供給し、メインキャビティ部ＭＣ内に金属パイプ１００のパイプ部１００ａを成形すると共にサブキャビティ部ＳＣ内に金属パイプ１００のフランジ部１００ｂを成形することができ、さらに、サブキャビティ部ＳＣ内に成形されたフランジ部１００ｂをピストン９４によって押しつぶすことにより、薄く調整されたフランジ部１００ｃを成形することができる。したがって、このような成形方法によれば、成形物である金属パイプ１００の強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部１００ｃを成形できる。

また、フランジ部１００ｃの厚さをパイプ部１００ａの厚さよりも薄くなるようにフランジ部１００ｃを押しつぶすことができるため、フランジ部１００ｃと他の部品との溶接を良好に行うことができる。

また、ピストン９４によってフランジ部１００ｂを押しつぶす際に、気体供給部Ｓによってパイプ部１００ａ内に気体を供給するため、押しつぶされたフランジ部１００ｃの一部がメインキャビティ部ＭＣ側に侵入することを抑制でき、所望の形状を有する金属パイプ１００を提供できる。

次に、図８（ａ），（ｂ）及び図９（ａ），（ｂ）を参照して、上型１２及び下型１１による具体的な成形の様子の他の例について詳細に説明する。以下に説明する金属パイプ１００（図９（ｂ）参照）の成形方法が、図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）を用いて説明した金属パイプ１００の成形方法と異なる点は、金属パイプ材料１４内への気体供給により膨張し、下型１１の第１突起１１ｃとピストン９４の先端面９４ｃとの間に進入してきた当該金属パイプ材料１４の突出部１４ｂ（図８（ｂ）参照）を、上型１２及び下型１１を閉じながらピストン９４によって押しつぶす点である。具体的には、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、上型１２及び下型１１が完全に閉じる前に、ピストン９４により上記突出部１４ｂの押圧を開始する。このピストン９４による押圧は、上型１２の第１突起１２ｂの下面が、下型１１の第１突起１１ｃの上面を越えて下側に位置した後に開始される。

そして上型１２及び下型１１が完全に閉じたときには、図９（ａ）に示されるように、金属パイプ１００のパイプ部１００ａ、及び前述のフランジ部１００ｂ（図７（ａ）参照）より薄くなったフランジ部１００ｘを成形できる。そして、薄くなったフランジ部１００ｘをさらにピストン９４により押圧することによって、前述と同様な厚さのフランジ部１００ｃを成形できる（図９（ｂ）参照）。このように金属パイプ１００のパイプ部１００ａの成形と並行してピストン９４による上記突出部１４ｂ（又はフランジ部１００ｘ）の押圧が開始されることにより、所望の厚さのフランジ部１００ｃを有する金属パイプ１００を成形する時間を短縮できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態における成形装置１は加熱機構５０を必ずしも有していなくてもよく、金属パイプ材料１４はすでに加熱されていてもよい。

また、本実施形態に係るメインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣは、上型１２及び下型１１を嵌合することにより形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、上型１２及び下型１１の間に隙間があった状態で、下型１１のキャビティ１６表面と上型１２のキャビティ２４表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成されていてもよく、下型１１の第１突起１１ｃとピストン９４の本体部９４ａの先端面９４ｃとの間にサブキャビティ部ＳＣが形成されていてもよい。

また、本実施形態に係る駆動機構８０は、上型１２のみを移動させているが、上型１２に加えて、または上型１２に代えて下型１１が移動するものであってもよい。下型１１が移動する場合、当該下型１１は基台１５に固定されず、駆動機構８０のスライドに取り付けられる。

また、本実施形態に係るシリンダ９３及びピストン９４は、上型１２に設けられているが、これに限定されるものではなく、少なくとも上型及び下型１１の少なくとも一方に設けられていればよい。

また、図１０に示されるように、上型１２の上面に設置されたスライド８２がシリンダ９３を内蔵し、当該シリンダ９３内にピストン９４を配置すると共に、このピストン９４の本体部９４ａの先端面９４ｃがスライド８２及び上型１２を貫通すると共に当該上型１２から露出・突出して、下型１１の第１突起１１ｃに対向していてもよい。もちろん、これらのシリンダ９３及びピストン９４は、下型１１のスライドに設けられてもよい。

また、本実施形態に係るピストン９４は、油供給ポンプ９０及びシリンダ９３による油圧で進退する構成に代えて、アクチュエータによって進退する構成にしてもよい。

また、本実施形態に係る金属パイプ１００は、その両側にフランジ部を有していてもよい。この場合、両側のフランジ部のそれぞれが、上型１２及び下型１１の少なくとも一方に設けられたピストンによって押しつぶされる。

また、成形装置１は、金属パイプ材料１４以外の金属物を成形するものでもよい。例えば、成形装置１を用いて、加熱された金属物を一対の成形用金型（第１の金型及び第２の金型）の間に準備し、当該成型用金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、第１のキャビティ部及び第１のキャビティ部に連通する第２のキャビティ部を上記一対の成型用金型の間に形成すると共に、第１のキャビティ部内に金属成形物の本体部、及び第２のキャビティ部内に金属成形物のフランジ部をそれぞれ成形した後に、第２のキャビティ部内を進退可能なピストンによって上記フランジ部を押しつぶしてもよい。この場合であっても、金属成形物の強度の低下を抑制すると共に、所望の厚さを有するフランジ部を成形可能である。なお、金属物は、例えば金属板、金属棒等が挙げられる。

１…成形装置、１１…下型、１２…上型、１３…ブロー成形金型（金型）、１４…金属パイプ材料、３０…パイプ保持機構、４０…気体供給機構、５０…加熱機構、６０…ブロー機構、７０…制御部、８０…駆動機構、９０…油供給ポンプ、９３…シリンダ、９４…ピストン、１００…金属パイプ、１００ａ…パイプ部、１００ｂ，１００ｃ，１００ｘ…フランジ部，ＭＣ…メインキャビティ部、ＳＣ…サブキャビティ部。

Claims (7)

1. パイプ部及びフランジ部を有する金属パイプを成形する成形装置であって、
   互いに対となる第１の金型及び第２の金型の間に保持され加熱された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を、金型同士が合わさる方向に移動させる駆動機構と、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の間に形成され、前記パイプ部を成形するための第１のキャビティ部、及び前記第１のキャビティ部と連通し前記フランジ部を成形するための第２のキャビティ部と、
   前記第２のキャビティ部内を進退可能なピストンと、
   前記気体供給部の気体供給、前記駆動機構の駆動、及び前記ピストンの進退をそれぞれ制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、成形された前記フランジ部の厚さを薄くするように前記ピストンの進退を制御する、成形装置。
2. 前記ピストンは、前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方に設けられている、請求項１記載の成形装置。
3. 請求項１又は２記載の成形装置を用いた金属パイプの成形方法であって、
   前記駆動機構により前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、前記第１のキャビティ部及び前記第２のキャビティ部を前記第１の金型及び前記第２の金型の間に形成すると共に、前記気体供給部により前記金属パイプ材料内に気体を供給することによって、前記第１のキャビティ部内に前記パイプ部、及び前記第２のキャビティ部内に前記フランジ部をそれぞれ成形し、
   前記ピストンによって、成形された前記フランジ部の厚さを薄くするように前記フランジ部を押しつぶす、成形方法。
4. 成形された前記フランジ部の厚さを前記パイプ部の厚さよりも薄くなるように前記フランジ部を押しつぶす、請求項３記載の成形方法。
5. 前記ピストンによって成形された前記フランジ部を押しつぶす際に、前記気体供給部によって前記パイプ部内に気体を供給する、請求項３又は４記載の成形方法。
6. 前記パイプ部の成形と並行して、前記ピストンによる前記フランジ部の押圧が開始される、請求項３〜５のいずれか一項記載の成形方法。
7. 本体部及びフランジ部を有する金属成形物を成形する成形方法であって、
   加熱された金属物を、第１の金型及び第２の金型の間に準備し、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、第１のキャビティ部及び前記第１のキャビティ部に連通する第２のキャビティ部を前記第１の金型及び前記第２の金型の間に形成すると共に、前記第１のキャビティ部内に前記本体部、及び前記第２のキャビティ部内に前記フランジ部をそれぞれ成形し、
   前記第２のキャビティ部内を進退可能なピストンによって、成形された前記フランジ部の厚さを薄くするように前記フランジ部を押しつぶす、成形方法。

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