JP6970163B2

JP6970163B2 - 成形装置

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Publication number: JP6970163B2
Application number: JP2019205663A
Authority: JP
Inventors: 雅之雑賀; 正之石塚; 紀条上野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP7446267B2; JP2020073287A; JP2022009654A

Description

本発明は、成形装置に関する。

従来、金属パイプを金型により型閉してブロー成形する成形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された成形装置は、金型と、金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、金属パイプ材料内を金型内に配置し、金型を型閉した状態で金属パイプ材料に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を金型の形状に対応する形状に成形する。

特開２０１２−０００６５４号公報

上記特許文献１の成形装置は、金属パイプ材料を加熱する際に、当該金属パイプ材料の温度を検出する温度検出部を備える。当該温度検出部は、金属パイプ材料と直接接触して温度を検出する。しかしながら、温度検出部が金属パイプ材料と直接接触する場合、接触部分に跡が付く事により外観に影響が及ぼされる可能性があった。従って、成形品の外観上の品質を向上することが求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、成形品の外観上の品質を向上させることができる成形装置を提供することを目的とする。

本発明に係る成形装置は、金属パイプをブロー成形する成形装置であって、金属パイプ材料を加熱する加熱部と、金属パイプ材料に気体を供給して膨張させる気体供給部と、膨張した金属パイプ材料を接触させて金属パイプを成形する金型が取り付けられる金型取付部と、加熱部によって加熱される金属パイプ材料の温度を間接的に検出する温度検出部と、温度検出部の検出結果に基づいて、加熱部を制御する制御部と、を備える。

本発明に係る成形装置は、加熱部によって加熱される金属パイプ材料の温度を間接的に検出する温度検出部と、温度検出部の検出結果に基づいて、加熱部を制御する制御部とを備える。制御部が温度検出部の検出結果に基づいて加熱部を制御するため、例えば、金属パイプ材料が異常に加熱されること等を防止できる。ここで、温度検出部は、金属パイプ材料の温度を間接的に検出することができる。従って、温度検出部は、加熱される金属パイプ材料と直接接触することなく温度を検出できるため、金属パイプ材料の表面に跡が付くこと等を防止できる。以上より、成形品の外観上の品質を向上させることができる。

本発明に係る成形装置において、金属パイプ材料を保持する保持部を更に備え、温度検出部は、保持部の温度を検出することによって、金属パイプ材料の温度を間接的に検出してよい。保持部は、加熱時の金属パイプ材料と直接接触するため、温度検出部は、実際の金属パイプ材料の温度をより反映した温度を検出することができる。

また、本発明に係る成形装置において、金型取付部に取り付けられる金型の分割面を覆うシールド部材を更に備えてよい。このようなシールド部材が設けられる場合、外部から金属パイプ材料の温度を検出することが困難となる。従って、温度検出部によって金属パイプ材料の温度を間接的に検出することの効果が一層顕著となる。

本発明によれば、成形品の外観上の品質を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る成形装置を示す概略構成図である。図１のII-II線に沿うブロー成形金型及び上型、下型保持部の横断面図である。図１のII-II線に沿うブロー成形金型及び上型、下型保持部の横断面図であって、図２とは測定位置が異なる温度検出部を示すものである。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。電極周辺の拡大図であって、温度検出部の測定位置の一例を示す図である。変形例に係る電極周辺の拡大図であって、温度検出部の測定位置の一例を示す図である。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。図７に続く製造行程を示す図である。ブロー成形金型及び上型ホルダの動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図である。図９に続く図である。図１０に続く図である。

以下、本発明による成形装置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、図２は、図１のII-II線に沿うブロー成形金型及び上型、下型保持部の横断面図である。図１に示されるように、金属パイプ１００（図８参照）を成形する成形装置１０は、互いに対となる下型１１及び上型１２からなるブロー成形金型１３と、下型１１を保持するための下型保持部（金型取付部）９１及び上型１２を保持するための上型保持部（金型取付部）９２と、下型１１を保持した下型保持部９１及び上型１２を保持した上型保持部９２の少なくとも一方（ここでは、上型保持部９２）を移動させる駆動機構８０と、下型１１と上型１２との間で仮想線で示す金属パイプ材料１４を保持するパイプ保持機構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、下型１１及び上型１２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）を供給するための気体供給部６０と、パイプ保持機構３０で保持された金属パイプ材料１４内に気体供給部６０からの気体を供給するための一対の気体供給機構４０，４０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、加熱機構５０によって加熱される金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出する温度検出部１１０と、を備えると共に、上記駆動機構８０の駆動、上記パイプ保持機構３０の駆動、上記加熱機構５０の駆動、及び上記気体供給部６０の気体供給をそれぞれ制御する制御部７０と、を備えて構成されている。

下型１１は、下型保持部９１を介して大きな基台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（上型１２との分割面）に凹部１６を備える。図１及び図２に示されるように、下型１１を保持する下型保持部９１は、上から順に、下型１１を保持する下型ホルダ９３、下型ホルダ９３を保持する下ダイホルダ９４、下ダイホルダ９４を保持する下ダイベースプレート９５を重ねて備え、この下ダイベースプレート９５が基台１５に固定される。

さらに、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４（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。

上型１２は、その下面（下型１１との分割面）に凹部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。図１及び図２に示されるように、上型１２を保持する上型保持部９２は、下から順に、上型１２を保持する上型ホルダ９６、上型ホルダ９６を保持する上ダイホルダ９７、上ダイホルダ９７を保持する上ダイベースプレート９８を重ねて備え、この上ダイベースプレート９８がスライド８２に固定される。また、上型保持部９２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４（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。なお、可動部である第１電極１７、第２電極１８を上下動させる各アクチュエータの固定部は、下型保持部９１、上型保持部９２にそれぞれ保持・固定されている。

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及び上型保持部９２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に示されるように、下型１１の上端面及び上型１２の下端面には、いずれも段差が設けられている。具体的には、下型１１の上端面の中央には、断面矩形状の凹部１６が形成され、上型１２の下端面の中央で、下型１１の凹部１６に対向する位置には、断面矩形状の凹部２４が形成されている。

下型保持部９１を構成し下型１１を保持する下型ホルダ９３は、直方体の上端面９３ｅの中央に、断面矩形状の凹部９３ａを備えるものであり、この凹部９３ａの底面９３ｄの中央に設けられた断面矩形状の凹部９３ｃ内に、下型１１の略下半分を嵌入するようにして保持する。下型ホルダ９３の凹部９３ａを形成する両脇の各凸部９３ｂ，９３ｂと、下型ホルダ９３の底面９３ｄより上方に突出する下型１１の略上半分の側面との間には空間Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ設けられ、この空間Ｓ１，Ｓ２が、ブロー成形金型１３を型閉じした際に、上型ホルダ９６の後述する凸部９６ｂが進入する空間とされる。

上型保持部９２を構成し上型１２を保持する上型ホルダ９６は、直方体の両側において上側から下側に向けて階段状の段差を２段形成することにより、下方に向けて直方体が段階的に小さくなる段付きブロック状に構成される。この上型ホルダ９６の下端面９６ｄの中央には、断面矩形状の凹部９６ａが形成され、この凹部９６ａ内に、上型１２を収容するようにして保持する。上型ホルダ９６の凹部９６ａを形成する両脇の各凸部９６ｂ，９６ｂは、上型１２の下端面より下方に所定長突出し、ブロー成形金型１３を型閉じした際に、下型ホルダ９３の空間Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ進入する部分とされる。また、ブロー成形金型１３を型閉じした際に、上型ホルダ９６の凸部９６ｂの下端面（先端面）９６ｄが、下型ホルダ９３の凹部９３ａの底面９３ｄに当接し、上型ホルダ９６の凸部９６ｂの両脇で凸部９６ｂを形成し当該凸部９６ｂの上方に位置する段差面９６ｅが、下型ホルダ９３の凸部９３ｂの上端面９３ｅに当接するようになっている。

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。

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、気体供給部６０から供給された高圧ガスが流れるガス通路４６が設けられている。

図１に示されるように、気体供給部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に介設されている圧力制御弁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の金属パイプ材料１４に対する押力に適応した作動圧力の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６０の圧力制御弁６８を制御することにより、金属パイプ材料１４内に所望の作動圧力のガスを供給することができる。また、制御部７０は、温度検出部１１０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。

〈温度検出について〉
温度検出部１１０は、加熱機構５０によって加熱された金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出するものである。ここで、「金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出する」とは、金属パイプ材料１４の輻射熱を温度検出部１１０が直接検出すること、金属パイプ材料１４の輻射熱を受ける部材の温度を温度検出部１１０が検出すること、及び金属パイプ材料１４と直接接触して熱を伝達される部材の温度を温度検出部１１０が検出することの少なくとも一つを指すものとする。温度検出部１１０によって検出された温度情報（検出結果）は、金属パイプ材料１４内において気体が過度に加熱されているか否かを制御部７０が判定するために用いられる。

図２，３，５に示すように、温度検出部１１０としては、加熱された金属パイプ材料１４の輻射熱を受けることによって、金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出する温度検出部１１０ａ〜１１０ｃと、金属パイプ材料１４と接触する部材を介して金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出する温度検出部１１０ｄ，１１０ｅと、を採用することができる。本実施形態においては、金属パイプ材料１４の温度を特に精度良く検出できる構成として温度検出部１１０ａ〜１１０ｅの全てを備えた成形装置１０を例示している。ただし、成形装置１０は、温度検出部１１０ａ〜１１０ｅのうちの少なくとも一つを備えていればよい。そして、成形装置１０は、温度検出部１１０ａ〜１１０ｅのうちの何れか複数を組み合わせて採用することにより、気体の温度の検出精度を向上できる。

温度検出部１１０ａ〜１１０ｅは熱電対によって構成されている。また、温度検出部１１０ａ〜１１０ｅは、それぞれ導線１１１ａ〜１１１ｅと接続されている。制御部７０は、導線１１１ａ〜１１１ｅを介して情報が伝達されることで、温度検出部１１０ａ〜１１０ｅのそれぞれから温度情報を取得し、当該温度情報に基づいて加熱機構５０を制御する。なお、温度検出部１１０を構成する熱電対は測温手段の一例に過ぎず、放射温度計等であってもよい。

図２に示すように、温度検出部１１０ａは、上型ホルダ９６を貫通して設けられており、ブロー成形金型１３の表面の温度を検出する。なお、温度検出部１１０ａは、ブロー成形金型１３のうち上型１２の側面の温度を検出しているが、どの部分の表面を検出してもよい。ただし、温度検出部１１０ａは、金属パイプ材料１４により近いところの温度を検出する方が、高い検出精度で検出できる。温度検出部１１０ａは、下型１１に設けられてもよい。また、温度検出部１１０ａは、上型１２と下型１１の両方に設けられていてもよい。

温度検出部１１０ａによって検出されたブロー成形金型１３の温度情報は、導線１１１ａを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４の温度を間接的に示すブロー成形金型１３の表面温度の温度情報を取得する。

図３に示すように、温度検出部１１０ｂは、上型ホルダ９６を貫通すると共に上型１２の内部へ入り込むことにより、上型１２の内部の温度を検出する。図３の例では、温度検出部１１０ｂは、凹部２４付近の温度を検出しているが、温度を検出する位置は特に限定されない。温度検出部１１０ｂは、下型１１に設けられてもよい。また、温度検出部１１０ｂは、上型１２と下型１１の両方に設けられていてもよい。

温度検出部１１０ｂによって検出されたブロー成形金型１３の温度情報は、導線１１１ｂを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４の温度を間接的に示すブロー成形金型１３の内部温度の温度情報を取得する。

図５（ａ）に示すように、温度検出部１１０ｃは、金属パイプ材料１４の加熱時において、電極１８によって保持される金属パイプ材料１４の内部に位置すると共に、金属パイプ材料１４の内部における気体の温度を検出する。温度検出部１１０ｃは、シール部材４４の先端から突出した位置に設けられている。温度検出部１１０ｃは、金属パイプ材料１４からの輻射熱を検出することができる。なお、温度検出部１１０ｃは、金属パイプ材料１４の内部であればよく、特に位置は限定されない。

温度検出部１１０ｃによって検出された温度情報は、導線１１１ｃを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４の温度を間接的に示す金属パイプ材料１４の内部温度の温度情報を取得する。

図５（ａ）に示すように、温度検出部１１０ｄは、金属パイプ材料１４を保持する第２電極１８の表面の温度を検出する。なお、温度検出部１１０ｄは、上側の第２電極１８のうちの側面の温度を検出しているが、どの部分の表面を検出してもよい。温度検出部１１０ｄは、下側の第２電極１８に設けられてもよい。また、温度検出部１１０ｄは、上側と下側の第２電極１８に設けられていてもよい。また、温度検出部１１０ｄは、第１電極１７に設けられてもよい。

温度検出部１１０ｄによって検出された電極１８，１７の温度情報は、導線１１１ｄを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４を保持することで直接接触し、当該金属パイプ材料１４の温度を間接的に示す電極１７，１８の表面温度の温度情報を取得する。

図５（ｂ）に示すように、温度検出部１１０ｅは、金属パイプ材料１４を保持する第２電極１８の内部の温度を検出する。なお、温度検出部１１０ｅは、上側の第２電極１８のうちの凹溝１８ａ付近の温度を検出しているが、どの部分の表面を検出してもよい。温度検出部１１０ｅは、下側の第２電極１８に設けられてもよい。また、温度検出部１１０ｅは、上側と下側の第２電極１８に設けられていてもよい。また、温度検出部１１０ｅは、第１電極１７に設けられてもよい。

温度検出部１１０ｅによって検出された電極１７，１８の温度情報は、導線１１１ｄを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４を保持することで直接接触し、当該金属パイプ材料１４の温度を間接的に示す電極１７，１８の表面温度の温度情報を取得する。

また、図６に示すように、第２電極１８（及び第１電極１７）は、ブロー成形金型１３側の側面に絶縁材１０１及び摺動材１０２を備えていてよい。絶縁材１０１は、電極１８とブロー成形金型１３との間の絶縁性を確保する部材である。摺動材１０２は、ブロー成形金型１３に対する摺動性を確保する部材である。絶縁材１０１は、第１絶縁材１０１ａ及び第２絶縁材１０１ｂを有しており、これらの絶縁材１０１ａ，１０１ｂは、耐熱性及び絶縁性を有する板状部材（例えばアルミナ等のセラミックス板）から構成される。摺動材１０２は、それぞれ耐熱性を有する板状部材（例えば鉛青銅、砲金、黄銅、リン青銅又はホワイトメタル等の合金板）から構成される。

図６（ａ）に示すように、温度検出部１１０ｆ，１１０ｇは、金属パイプ材料１４を保持する絶縁材１０１、摺動材１０２の表面の温度を検出する。なお、温度検出部１１０ｆ，１１０ｇは、上側の絶縁材１０１、摺動材１０２のうちの上面の温度を検出しているが、どの部分の表面を検出してもよい。温度検出部１１０ｆ，１１０ｇは、下側の絶縁材１０１、摺動材１０２に設けられてもよい。また、温度検出部１１０ｆ，１１０ｇは、上側と下側の絶縁材１０１、摺動材１０２に設けられていてもよい。

温度検出部１１０ｆ，１１０ｇによって検出された絶縁材１０１、摺動材１０２の温度情報は、導線１１１ｆ，１１１ｇを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４を保持することで直接接触し、当該金属パイプ材料１４の温度を間接的に示す絶縁材１０１，摺動材１０２の表面温度の温度情報を取得する。

図６（ｂ）に示すように、温度検出部１１０ｈ，１１０ｋは、金属パイプ材料１４を保持する絶縁材１０１、摺動材１０２の内部の温度を検出する。なお、温度検出部１１０ｈ，１１０ｋは、上側の絶縁材１０１、摺動材１０２の凹溝付近の温度を検出しているが、どの部分の表面を検出してもよい。温度検出部１１０ｈ，１１０ｋは、下側の絶縁材１０１、摺動材１０２に設けられてもよい。また、温度検出部１１０ｈ，１１０ｋは、上側と下側の絶縁材１０１、摺動材１０２の双方に設けられていてもよい。

温度検出部１１０ｈ，１１０ｋによって検出された絶縁材１０１、摺動材１０２の温度情報は、導線１１１ｈ，１１１ｋを介して制御部７０へ伝達される。これにより、制御部７０は、金属パイプ材料１４を保持することで直接接触し、当該金属パイプ材料１４の温度を間接的に示す絶縁材１０１，摺動材１０２の内部温度の温度情報を取得する。

制御部７０は、例えば、温度検出部１１０の検出結果に基づいて、金属パイプ材料１４が異常な高温になっていると判定した場合は、加熱機構５０による加熱を停止又は抑制する。制御部７０は、測定位置に係る温度変化と金属パイプ材料１４の温度変化との関係を予め実測又はシミュレーションによりデータとして準備しておき、当該データと検出結果とを比較することによって、金属パイプ材料１４が異常な高温になっているか否かを判定できる。

〈成形装置を用いた金属パイプの成形方法〉
次に、成形装置１０を用いた金属パイプの成形方法について説明する。図７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。より具体的には、図７（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。また、図８は、図７に続く製造行程を示す図である。

先ず、焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備する。図７（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７（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。

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）。このとき、温度検出部１１０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、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）。また、制御部７０は、温度検出部１１０の検出結果に基づいて、金属パイプ材料１４が異常な高温になっていると判定した場合は、加熱機構５０による加熱を停止又は抑制する。

図９は、ブロー成形金型及び上型ホルダの動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図、図１０は、図９に続く図、図１１は、図１０に続く図である。

図９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が型閉じされていく。このとき、下型ホルダ９３の空間Ｓ１，Ｓ２に上型ホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂが進入し、下型１１の凹部１６と上型１２の凹部２４との間に、パイプ部１００ａを形成するための略断面矩形状のメインキャビティ部（キャビティ部）ＭＣが形成されると共に、下型１１の上端面と上型１２の下端面との間でメインキャビティ部ＭＣの両脇に、メインキャビティ部ＭＣに連通しフランジ部１００ｂ，１００ｃを形成するための隙間であるサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２がそれぞれ形成される。

ここで、下型１１の上端面と上型１２の下端面との間のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、型外へ開放されるように延びている一方で、このサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、上型ホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂの内側面９６ｆにより外側から塞がれた状態となっている。この上型ホルダ９６のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を型外から塞ぐ凸部９６ｂ，９６ｂは、型内で例えば金属パイプが破裂したときに生じる破片等の異物が、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を通り型外へ進行することを遮るように働く。従って、凸部９６ｂ，９６ｂを有する上型ホルダ９６は、シールド部材としての機能も兼ねる。

そして、この状態、すなわちブロー成形金型が完全に型閉じする前の状態で、金属パイプ材料１４が、メインキャビティ部ＭＣ内に収まり、概ね、下型１１の凹部１６の底面及び上型１２の凹部２４の底面に接触した状態から、金属パイプ材料１４内に気体供給部６０によって高圧ガスを供給し、ブロー成形を開始する。

ここで、金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しているので、金属パイプ材料１４内に供給されたガスは、熱膨張する。このため、例えば供給するガスを圧縮空気とし、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ることができる。

これと並行してブロー成形金型１３がさらに型閉じしていき、図１０に示されるように、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２が下型１１と上型１２との間でさらに狭められていく。

従って、金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣ内で凹部１６，２４に倣うように膨張すると共に、金属パイプ材料１４の一部（両側部）１４ａ，１４ｂが、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２内にそれぞれ入り込むように膨張する。

そして、図１１に示されるように、ブロー成形金型１３がさらに型閉じしていき、下型ホルダ９３の凹部９３ａの底面９３ｄに、上型ホルダ９６の凸部９６ｂの下端面９６ｄが当接すると共に、下型ホルダ９３の凸部９３ｂの上端面９３ｅに、上型ホルダ９６の段差面９６ｅが当接し、且つ、下型ホルダ９３の凸部９３ｂの内側面と上型ホルダ９６の凸部９６ｂの外側面が当接し、下型ホルダ９３と上型ホルダ９６が密着した状態で、ブロー成形金型１３の型閉じが完了する。

このとき、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、図１０に示す状態よりさらに狭められた状態とされ、この状態で、前述したように、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、上型ホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂの内側面９６ｆにより外側から塞がれた状態となっている。

従って、加熱により軟化し高圧ガスが供給された金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣにおいて、当該メインキャビティ部ＭＣの断面矩形状に合わせた断面矩形状のパイプ部１００ａとして成形されると共に、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２において、金属パイプ材料１４の一部が折り畳まれた断面長方形状のフランジ部１００ｂ，１００ｃとして形成される。

このブロー成形時にあっては、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の凹部１６に接触して急冷されると同時に、上型１２の凹部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（以下、オーステナイトがマルテンサイトに変態することをマルテンサイト変態とする）。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てもよい。例えば、マルテンサイト変態が始まる温度までは金型（上型１２及び下型１１）に金属パイプ材料１４を接触させて冷却を行い、その後型開きすると共に冷却媒体（冷却用気体）を金属パイプ材料１４へ吹き付けることにより、マルテンサイト変態を発生させてもよい。

そして、以上のような成形方法により、図８に示されるように、パイプ部１００ａ及びフランジ部１００ｂ，１００ｃを有する金属パイプ１００を成形品として得ることができる。なお、本実施形態では、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良い。

そして、本実施形態によれば、ブロー成形金型１３内のメインキャビティ部ＭＣ及び当該メインキャビティ部ＭＣに連通する隙間であるサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２において金属パイプ材料１４を膨張成形するにあたって、材料自体の強度が低く高圧ガスによりブロー成形金型１３内で金属パイプが破裂し破片等の異物が生じた場合、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を通り外方へ向かう異物は、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の延長線上に設けられサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を型外から塞ぐシールド部材である上型ホルダ９６の凸部９６ｂにより進行を遮られる。このため、異物が型外に出ることはなく、型外の周囲に飛散することを確実に防止できる。

また、シールド部材である上型ホルダ９６の凸部９６ｂは、上型１２の下端面に側方から面すると共に、上型１２の移動に伴い移動しブロー成形金型１３を型閉じする際に、下型１１と上型１２との間に形成されるサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を型外から塞ぐ構成のため、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を塞いでいた上型ホルダ９６の凸部９６ｂは、離型した状態では、上型１２と共に下型１１から上方に離間している。従って、例えば、金属パイプ材料１４を下型１１へ挿入する場合や成形した金属パイプ１００を下型１１から取り出す場合に、上型ホルダ９６の凸部９６ｂが邪魔にならないという利点を有する。なお、このように特に効果的であるとして、凸部９６ｂを有する上型ホルダ９６をシールド部材としてるが、上型ホルダ９６の凸部９６ｂをなくし、下型ホルダ９３に、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を塞ぐように上方に凸になる凸部を設けてシールド部材としても良い。

次に、本実施形態に係る成形装置１０の作用・効果について説明する。

従来の成形装置の温度検出部は、金属パイプ材料と直接接触して温度を検出していた。例えば、金型内部を貫通すると共に進退可能な機構を有する温度検出部が設けられていた。温度検出時には、温度検出部が金属パイプ材料１４側へ向かって延びると共に、当該金属パイプ材料１４の表面に当接する。一方、成形時には、温度検出部が後退して金属パイプ材料１４から離間してゆく。このような構成を採用する場合、温度検出部が金属パイプ材料と直接接触するため、接触部分に跡が付く事により外観に影響が及ぼされる可能性があった。また、温度検出部を進退させる機構が必須となっていた。

本実施形態に係る成形装置１０は、加熱機構５０によって加熱される金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出する温度検出部１１０と、温度検出部１１０の検出結果に基づいて、加熱機構５０を制御する制御部７０とを備える。制御部７０が温度検出部１１０の検出結果に基づいて加熱機構５０を制御するため、金属パイプ材料１４が異常に加熱されること等を防止できる。すなわち、金属パイプ材料が異常な高温となって溶融して溶け落ちることや、垂れ下がることによって金属パイプ材料１４以外の導体との接触によって漏電する可能性を低減できる。ここで、温度検出部１１０は、金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出することができる。従って、温度検出部１１０は、加熱される金属パイプ材料１４と直接接触することなく温度を検出できるため、金属パイプ材料１４の表面に跡が付くこと等を防止できる。以上より、成形品の外観上の品質を向上させることができる。また、温度検出部１１０は金属パイプ材料１４と直接接触して測定を行うものではないため、温度検出部１１０を進退させる機構は必須ではなく、省略することができる。従って、成形装置１０の構造をシンプルにすることができる。

本実施形態に係る成形装置１０において、金属パイプ材料１４を保持する保持部としての電極１７，１８（図６の形態では、絶縁材１０１及び摺動材１０２も含まれる）を更に備える。温度検出部１１０は、電極１７，１８等の温度を検出することによって、金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出してよい。電極１７，１８等は、加熱時の金属パイプ材料１４と直接接触するため、温度検出部１１０は、実際の金属パイプ材料１４の温度をより反映した温度を検出することができる。

本実施形態に係る成形装置１０において、ブロー成形金型１３の分割面を覆うシールド部材としての凸部９６ｂを備えている。このような凸部９６ｂが設けられる場合、例えばサーモグラフィ等のように外部から金属パイプ材料１４の温度を検出することが困難となる。従って、温度検出部１１０によって金属パイプ材料１４の温度を間接的に検出することの効果が一層顕著となる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明に係る成形装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したものを任意に変更したものとすることができる。

例えば、温度検出部１１０ａ〜１１０ｋは、それぞれ同一の符号で示される温度検出部１１０ａ〜１１０ｋが複数設けられていてもよい。例えば、電極１８の内部に複数の温度検出部１１０ｅが設けられていてもよい。

また、上述の実施形態では、金属パイプ材料１４の両端から気体を供給する構成であるが、金属パイプ材料１４の一端のみから気体を供給する構成としてもよい。

また、ブロー成形金型１３は無水冷金型と水冷金型の何れでもよい。ただし、無水冷金型は、ブロー成形終了後に金型を常温付近まで下げるときに、長時間を要する。この点、水冷金型であれば、短時間で冷却が完了する。したがって、生産性向上の観点からは、水冷金型が望ましい。

また、上述の実施形態では、ブロー成形金型１３を保持する上型保持部９２及び下型保持部９１が設けられていたが、これらの部材を省略してもよい。

また、上記実施形態においては、上型１２を移動させているが、上型１２に加えて、又は、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及び下型保持部９１は基台１５に固定されず、駆動機構に取り付けられることになる。

１０…成形装置、１１…下型、１２…上型、１３…ブロー成形金型、１４…金属パイプ材料、４０…気体供給機構、８０…駆動機構、９６…上型ホルダ（シールド部材）、９６ｂ…凸部、１００…金属パイプ、１１０…温度検出部。

Claims

金属パイプをブロー成形する成形装置であって、
金属パイプ材料を加熱する加熱部と、
前記金属パイプ材料に気体を供給して膨張させる気体供給部と、
前記膨張した前記金属パイプ材料を接触させて冷却して焼き入れすることによって前記金属パイプを成形する金型が取り付けられる金型取付部と、
前記金型に設けられ、当該金型の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出結果に基づいて異常の判定を行う判定部と、を備える成形装置。