JP7002534B2 - 成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形装置に関する。

従来、金属パイプを成形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、成形金型と、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、加熱された金属パイプ材料を成形金型内に配置し、成形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、金属パイプ材料を成形金型の形状に対応する形状に成形する。

特開２０１５－１１２６０８号公報

従来の成形装置では、金属パイプの形状によって、厚みが薄くなる部分が発生し、当該部分での強度が不十分となる場合があった。例えば、金属パイプが角部を有する場合は、膨張成形時に当該角部に対応する部分の厚みが薄くなり、当該角部における強度が不十分となる場合があった。

そこで、本発明は、金属パイプの角部などの一部分において、強度が低下することを抑制できる成形装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る成形装置は、加熱された金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、金属パイプを成形する成形金型と、金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、制御部と、を備え、成形金型は、金属パイプの角部に対応する位置に設けられ、進退可能な角部進退部を備え、制御部は、角部進退部を金属パイプ材料側へ進入させ、当該進入後、角部進退部を金属パイプ材料側から後退させ、流体供給部から流体を金属パイプ材料へ供給する。

この成形装置によれば、成形金型が、金属パイプの角部に対応する位置に、進退可能な角部進退部を備えている。そして、制御部は、角部進退部を金属パイプ材料側へ進入させている。これにより、加熱された金属パイプ材料のうち、角部に対応する部分は、角部進退部と接触可能となり、当該接触した部分を予め部分的に冷却できる。そして、制御部は、角部進退部を金属パイプ材料側から後退させることで、当該角部進退部を金属パイプの膨張成形のための位置に配置し、流体供給部から流体を金属パイプ材料へ供給することで金属パイプの膨張成形を行う。金属パイプ材料のうち、予め部分的に冷却された角部に対応する部分は、高温の部分に比して変形し難い。従って、当該角部に対応する部分は、膨張成形時に厚みが薄くなり難い。これにより、金属パイプの角部が薄くなりすぎることを抑制できる。以上により、金属パイプの角部などの一部分において、強度が低下することを抑制できる。

本発明の一形態に係る成形装置は、加熱された金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、金属パイプを成形する成形金型と、金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、制御部と、を備え、成形金型は、金属パイプの周方向における一部である第１の部分に対応する位置に設けられ、進退可能な進退部を備え、制御部は、進退部を前記金属パイプ材料側へ進入させ、当該進入後、進退部を金属パイプ材料側から後退させ、流体供給部から流体を金属パイプ材料へ供給する。

この成形装置によれば、上述の成形装置と同様の作用・効果を得ることができる。すなわち、金属パイプ材料のうち、予め冷却された第１の部分に対応する部分が、膨張成形時に薄くなることを抑制できる。以上により、金属パイプの 一部分において、強度が低下することを抑制できる。

本発明の一形態に係る成形装置は、加熱された金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、金属パイプを成形する成形金型と、金属パイプ材料を支持する支持部を有し、当該金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、制御部と、を備え、制御部は、金属パイプ材料の一部を成形金型に接触させ、流体供給部の支持部を回転させることで、金属パイプ材料を回転させ、当該回転後、流体供給部から流体を金属パイプ材料へ供給する。

この成形装置によれば、制御部は、流体供給部の支持部を回転させる前に、加熱された金属パイプ材料のうち、一部を成形金型に接触させている。これにより、当該接触させた部分を予め部分的に冷却できる。そして、制御部は、流体供給部の支持部を回転させることで、金属パイプ材料を回転させる。これにより、予め冷却された部分は、成形金型のうち、先に接触した部分とは異なる部分と対向するように配置される。当該状態で、制御部は、回転後、流体供給部から流体を金属パイプ材料へ供給する。金属パイプ材料のうち、予め冷却された部分は、他の高温の部分に比して変形し難い。従って、当該予め冷却された部分は、膨張成形時に厚みが薄くなり難い。従って、金属パイプの角部などのように、薄くなり易い部分を予め冷却しておくことで、膨張成形時に当該部分が薄くなりすぎることを抑制できる。以上により、金属パイプの角部などの一部分において強度が低下することを抑制できる。

成形装置は、金属パイプ材料と接触し、通電することによって金属パイプ材料を加熱する電極を更に備え、制御部は、流体供給部の支持部を回転させるときに、電極を金属パイプ材料から退避させてよい。これにより、金属パイプ材料を流体供給部の支持部と共に回転させる時に、金属パイプ材料が電極と干渉することを防止できる。

本発明の成形装置及び成形方法によれば、金属パイプの角部などの一部分において強度が低下することを抑制できる。

本実施形態に係る通電加熱装置で加熱した金属パイプ材料が用いられる成形装置を示す概略構成図である。 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を押し付けた状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 本実施形態に係る成形装置の成形金型を型閉じ状態とし、完成品に係る金属パイプの成形が完了した直後の状態の成形金型を示す概略断面図である。 本実施形態に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 本実施形態に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 本実施形態に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 本実施形態に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置による成形の手順を説明するための概略断面図である。 変形例に係る成形装置の気体供給機構の概略断面図である。

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、本実施形態に係る成形装置の概略構成図である。図１に示されるように、金属パイプを成形する成形装置１０は、上型１２及び下型１１からなる成形金型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との間に配置される金属パイプ材料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（流体）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（流体供給部）４０，４０と、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。

成形金型１３の一方である下型１１は、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、その上面に例えば矩形状のキャビティ（凹部）１６を備える。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。

更に、下型１１の左右端（図１における左右端）近傍にはスペース１１ａが設けられており、当該スペース１１ａ内には、パイプ保持機構３０の可動部である後述する電極１７，１８（下側電極）等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置されることで、下側電極１７，１８は、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ材料１４に接触する。これにより、下側電極１７，１８は金属パイプ材料１４に電気的に接続される。

下型１１と下側電極１７との間及び下側電極１７の下部、並びに下型１１と下側電極１８との間及び下側電極１８の下部には、通電を防ぐための絶縁材９１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材９１は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータ（不図示）の可動部である進退ロッド９５に固定されている。このアクチュエータは、下側電極１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、下型１１と共に基台１５側に保持されている。

成形金型１３の他方である上型１２は、駆動機構８０を構成する後述のスライド８１に固定されている。上型１２は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、内部に冷却水通路２５が形成されると共に、その下面に例えば矩形状のキャビティ（凹部）２４を備える。このキャビティ２４は、下型１１のキャビティ１６に対向する位置に設けられる。なお、成形金型１３は、側部金型１０２Ａ，１０２Ｂ及び角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを備えている（図３参照）が、成形金型１３の更に詳細な説明については後述する。

上型１２の左右端（図１における左右端）近傍には、下型１１と同様に、スペース１２ａが設けられており、当該スペース１２ａ内には、パイプ保持機構３０の可動部である後述する電極１７，１８（上側電極）等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置された状態において、上側電極１７，１８は、下方に移動することで、上型１２と下型１１との間に配置された金属パイプ材料１４に接触する。これにより、上側電極１７，１８は金属パイプ材料１４に電気的に接続される。

上型１２と上側電極１７との間及び上側電極１７の上部、並びに上型１２と上側電極１８との間及び上側電極１８の上部には、通電を防ぐための絶縁材１０１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材１０１は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータの可動部である進退ロッド９６に固定されている。このアクチュエータは、上側電極１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、上型１２と共に駆動機構８０のスライド８１側に保持されている。

パイプ保持機構３０の右側部分において、電極１８，１８が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝１８ａが形成されていて（図２参照）、当該凹溝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。パイプ保持機構３０の右側部分において、絶縁材９１，１０１が互いに対向する露出面には、上記凹溝１８ａと同様に、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極１８の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝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１８ｂが形成されている。よって、パイプ保持機構３０の右側部分で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の右側端部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。

パイプ保持機構３０の左側部分において、電極１７，１７が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａが形成されていて（図２参照）、当該凹溝１７ａ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。パイプ保持機構３０の左側部分において、絶縁材９１，１０１が互いに対向する露出面には、上記凹溝１８ａと同様に、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極１７の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝１７ａ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が形成されている。よって、パイプ保持機構３０の左側部分で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の左側端部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。

図１に示されるように、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８１と、上記スライド８１を移動させるための駆動力を発生するシャフト８２と、該シャフト８２で発生した駆動力をスライド８１に伝達するためのコネクティングロッド８３とを備えている。シャフト８２は、スライド８１上方にて左右方向に延在していると共に回転自在に支持されており、その軸心から離間した位置にて左右端から突出して左右方向に延在する偏心クランク８２ａを有している。この偏心クランク８２ａと、スライド８１の上部に設けられると共に左右方向に延在している回転軸８１ａとは、コネクティングロッド８３によって連結されている。駆動機構８０では、制御部７０によってシャフト８２の回転を制御することにより偏心クランク８２ａの上下方向の高さを変化させ、この偏心クランク８２ａの位置変化をコネクティングロッド８３を介してスライド８１に伝達することにより、スライド８１の上下動を制御できる。ここで、偏心クランク８２ａの位置変化をスライド８１に伝達する際に発生するコネクティングロッド８３の揺動（回転運動）は、回転軸８１ａによって吸収される。なお、シャフト８２は、例えば制御部７０によって制御されるモータ等の駆動に応じて回転又は停止する。

加熱機構５０は、電力供給部５５と、電力供給部５５と電極１７，１８とを電気的に接続するブスバー５２と、を備える。電力供給部５５は、直流電源及びスイッチを含み、電極１７，１８が金属パイプ材料１４に電気的に接続された状態において、ブスバー５２、電極１７，１８を介して金属パイプ材料１４に通電可能とされている。なお、ブスバー５２は、ここでは、下側電極１７，１８に接続されている。

この加熱機構５０では、電力供給部５５から出力された直流電流は、ブスバー５２によって伝送され、電極１７に入力される。そして、直流電流は、金属パイプ材料１４を通過して、電極１８に入力される。そして、直流電流Ｃは、ブスバー５２によって伝送されて電力供給部５５に入力される。

図１に戻り、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、電極１７，１８のテーパー凹面１７ｂ，１８ｂに合わさる形状に構成されている（図２参照）。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２（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。

気体供給部６０は、ガス源６１と、このガス源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。第２チューブ６７に介設されている圧力制御弁６８は、制御部７０の制御により、金属パイプ材料１４を膨張させるための作動圧力を有するガスを、シール部材４４のガス通路４６に供給する役割を果たす。

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、図１に示す（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、駆動機構８０及び電力供給部５５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。最初に、焼入れ可能な鋼種の円筒状の金属パイプ材料１４を準備する。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側に備わる電極１７，１８上に載置（投入）する。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は、駆動機構８０及びパイプ保持機構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、駆動機構８０の駆動によりスライド８１側に保持されている上型１２及び上側電極１７，１８等が下型１１側に移動すると共に、パイプ保持機構３０に含まれる上側電極１７，１８等及び下側電極１７，１８等を進退動可能としているアクチュエータを作動させることによって、金属パイプ材料１４の両方の端部付近を上下からパイプ保持機構３０により挟持する。この挟持は電極１７，１８に形成される凹溝１７ａ，１８ａ、及び絶縁材９１，１０１に形成される凹溝の存在によって、金属パイプ材料１４の両端部付近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。

なお、このとき、図２（ａ）に示されるように、金属パイプ材料１４の電極１８側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、電極１８の凹溝１８ａとテーパー凹面１８ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している。同様に、金属パイプ材料１４の電極１７側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、電極１７の凹溝１７ａとテーパー凹面１７ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している。また、上側電極１７，１８の下面と下側電極１７，１８の上面とは、それぞれ互いに接触している。ただし、金属パイプ材料１４の両端部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電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。

続いて、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の電力供給部５５を制御し電力を供給する。すると、ブスバー５２を介して下側電極１７，１８に伝達される電力が、金属パイプ材料１４を挟持している上側電極１７，１８及び金属パイプ材料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自体がジュール熱によって発熱する。すなわち、金属パイプ材料１４は通電加熱状態となる。

続いて、制御部７０による駆動機構８０の制御によって、加熱後の金属パイプ材料１４に対して成形金型１３を閉じる。これにより、下型１１のキャビティ１６と上型１２のキャビティ２４とが組み合わされ、下型１１と上型１２との間のキャビティ部内に金属パイプ材料１４が配置密閉される。

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を前進させて金属パイプ材料１４の両端をシールする。このとき、図２（ｂ）に示されるように、金属パイプ材料１４の電極１８側の端部にシール部材４４が押し付けられることによって、電極１８の凹溝１８ａとテーパー凹面１８ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している部分が、テーパー凹面１８ｂに沿うように漏斗状に変形する。同様に、金属パイプ材料１４の電極１７側の端部にシール部材４４が押し付けられることによって、電極１７の凹溝１７ａとテーパー凹面１７ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している部分が、テーパー凹面１７ｂに沿うように漏斗状に変形する。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をキャビティ部の形状に沿うように成形する。

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。

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（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、ソルバイト等）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、冷却媒体を例えばキャビティ２４内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。

上述のように金属パイプ材料１４に対してブロー成形を行った後に冷却を行い、型開きを行うことにより、例えば略矩形筒状の本体部を有する金属パイプを得る。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る成形装置１０の特徴的部分について説明する。まず、成形金型１３を型閉じ状態とし、完成品に係る金属パイプ１５０の成形が完了した直後の状態の成形金型１３について説明する。なお、本実施形態では、成形金型１３は、完成品に係る金属パイプ１５０として、断面が矩形環状であって、上辺部１５１、下辺部１５２、側辺部１５３Ａ，１５３Ｂ、及び湾曲した四方の角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ、１５４Ｄを有するものを成形することとする。成形直後において、側辺部１５３Ａは水平方向における一方側に形成され、側辺部１５３Ｂは水平方向における他方側に形成されるものとする。角部１５４Ａは、上辺部１５１と側辺部１５３Ａとの間に形成される。角部１５４Ｂは、下辺部１５２と側辺部１５３Ａとの間に形成される。角部１５４Ｃは、上辺部１５１と側辺部１５３Ｂとの間に形成される。角部１５４Ｄは、下辺部１５２と側辺部１５３Ｂとの間に形成される。また、成形前の金属パイプ材料１４の断面形状は、矩形管状をなしており、当該金属パイプ１５０の断面形状より小さいものとする。すなわち、金属パイプ材料１４の断面形状のサイズを大きくすることで金属パイプ１５０が成形される。なお、図３の状態において、側辺部１５３Ａ，１５３Ｂが対向する水平方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する水平方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向とする。また、側辺部１５３Ｂ側をＸ軸方向における正側とし、側辺部１５３Ａ側をＸ軸方向における負側とする。Ｙ軸方向における一方側（図３では紙面裏側）を正側とし、他方側（図３では紙面表側）を負側とする。上側をＺ軸方向における正側とし、下側をＺ軸方向における負側とする。これらのＸＹＺ軸座標系を用いて、各部位の説明を行う場合がある。

本実施形態に係る成形装置１０において、成形金型１３は、下型１１及び上型１２に加えて、四隅に配置される角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄと、一対の側部金型１０２Ａ，１０２Ｂと、を備えている。各金型は、前述のような金属パイプ１５０の各部分を形成する。具体的には、上型１２が上辺部１５１を形成する。下型１１が下辺部１５２を形成する。側部金型１０２Ａが側辺部１５３Ａを形成する。側部金型１０２Ｂが側辺部１５３Ｂを形成する。角部進退部１０１Ａが角部１５４Ａを形成する。角部進退部１０１Ｂが角部１５４Ｂを形成する。角部進退部１０１Ｃが角部１５４Ｃを形成する。角部進退部１０１Ｄが角部１５４Ｄを形成する。

上型１２は、金属パイプ１５０の上辺部１５１を形成する、水平方向に広がる成形面１２ｄを下面側に有する。また、上型１２は、成形面１２ｄのＸ軸方向の両側の端部からそれぞれ斜め上方へ広がる合わせ面１２ｂ，１２ｃを有する。合わせ面１２ｂは、成形面１２ｄからＸ軸方向の負側へ向かって斜め上方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ａと合わせられる。合わせ面１２ｃは、成形面１２ｄからＸ軸方向の正側へ向かって斜め上方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ｃと合わせられる。上型１２は、図１において示された駆動機構８０によって上下方向に進退する。これにより、成形面１２ｄは、成形前の金属パイプ材料１４に対して近接及び離間が可能である。

下型１１は、金属パイプ１５０の下辺部１５２を形成する、水平方向に広がる成形面１１ｄを下面側に有する。また、下型１１は、成形面１１ｄのＸ軸方向の両側の端部からそれぞれ斜め下方へ広がる合わせ面１１ｂ，１１ｃを有する。合わせ面１１ｂは、成形面１１ｄからＸ軸方向の負側へ向かって斜め下方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ｂと合わせられる。合わせ面１１ｃは、Ｘ軸方向の正側へ向かって斜め下方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ｄと合わせられる。下型１１は、図１に示すように駆動機構を有さず、基台１５に固定されていてよい。この場合、金属パイプ材料１４が上下方向に移動することにより、成形面１２ｄと金属パイプ材料１４との近接及び離間が調整される。ただし、図３に示すように、下型１１を基台１５に固定せずに、下型１１を上下方向に進退させる駆動機構１３０が設けられてもよい。この場合、成形面１１ｄは、成形前の金属パイプ材料１４に対して近接及び離間が可能である。なお、後述の成形の手順に関する説明においては、理解を容易とするために、駆動機構１３０によって下型１１が進退可能であることを前提として説明を行う。

側部金型１０２Ａは、金属パイプ１５０の側辺部１５３Ａを形成する、鉛直方向に広がる成形面１０２ＡａをＸ軸方向の正側に有する。また、側部金型１０２Ａは、成形面１０２Ａａの上側の端部から斜め上方へ広がる合わせ面１０２Ａｂと、成形面１０２Ａａの下側の端部から斜め下方へ広がる合わせ面１０２Ａｃを有する。合わせ面１０２Ａｂは、成形面１０２ＡａからＸ軸方向の負側へ向かって斜め上方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ａと合わせられる。合わせ面１０２Ａｃは、成形面１０２ＡａＸ軸方向の負側へ向かって斜め下方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ｂと合わせられる。側部金型１０２Ａに対して、当該側部金型１０２Ａを水平方向に進退させる駆動機構１３１Ａが設けられている。これにより、成形面１０２Ａａは、成形前の金属パイプ材料１４に対して近接及び離間が可能である。

側部金型１０２Ｂは、金属パイプ１５０の側辺部１５３Ｂを形成する、鉛直方向に広がる成形面１０２ＢａをＸ軸方向の負側に有する。また、側部金型１０２Ｂは、成形面１０２Ｂａの上側の端部から斜め上方へ広がる合わせ面１０２Ｂｂと、成形面１０２Ｂａの下側の端部から斜め下方へ広がる合わせ面１０２Ｂｃを有する。合わせ面１０２Ｂｂは、成形面１０２ＢａからＸ軸方向の正側へ向かって斜め上方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ｃと合わせられる。合わせ面１０２Ｂｃは、成形面１０２ＢａからＸ軸方向の正側へ向かって斜め下方へ広がり、型閉時に角部進退部１０１Ｄと合わせられる。側部金型１０２Ｂに対して、当該側部金型１０２Ｂを水平方向に進退させる駆動機構１３１Ｂが設けられている。これにより、成形面１０２Ｂａは、成形前の金属パイプ材料１４に対して近接及び離間が可能である。

角部進退部１０１Ａは、金属パイプ１５０の角部１５４Ａを形成する、湾曲した成形面１０１ＡａをＸ軸方向の正側に有する。また、角部進退部１０１Ａは、成形面１０２Ａａの両側の端部から斜め上方へ広がる合わせ面１０１Ａｂ，１０１Ａｃを有する。合わせ面１０１Ａｂは、成形面１０１ＡａからＸ軸方向の負側へ向かって斜め上方へ広がり、型閉時に上型１２の合わせ面１２ｂと合わせられる。合わせ面１０１Ａｃは、成形面１０１ＡａからＸ軸方向の負側へ向かって斜め上方へ広がり、型閉時に側部金型１０２Ａの合わせ面１０２Ａｂと合わせられる。角部進退部１０１Ａに対して、当該角部進退部１０１Ａを斜め方向に進退させる駆動機構１３２Ａが設けられている。これにより、成形面１０１Ａａは、成形前の金属パイプ材料１４に対して近接及び離間が可能である。

角部進退部１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄは、配置が異なる点以外は角部進退部１０１Ａと同趣旨の構成を有している。すなわち、角部進退部１０１Ｂは、角部１５４Ｂに対する成形面１０１Ｂａと、側部金型１０２Ａの合わせ面１０２Ａｃに対する合わせ面１０１Ｂｂと、下型１１の合わせ面１１ｂに対する合わせ面１０１Ｂｃと、を備える。また、角部進退部１０１Ｂに対して、当該角部進退部１０１Ｂを斜め方向に進退させる駆動機構１３２Ｂが設けられている。角部進退部１０１Ｃは、角部１５４Ｃに対する成形面１０１Ｃａと、上型１２の合わせ面１２ｃに対する合わせ面１０１Ｃｂと、側部金型１０２Ｂの合わせ面１０２Ｂｂに対する合わせ面１０１Ｃｃと、を備える。また、角部進退部１０１Ｃに対して、当該角部進退部１０１Ｃを斜め方向に進退させる駆動機構１３２Ｃが設けられている。角部進退部１０１Ｄは、角部１５４Ｄに対する成形面１０１Ｄａと、側部金型１０２Ｂの合わせ面１０２Ｂｃに対する合わせ面１０１Ｄｂと、下型１１の合わせ面１１ｃに対する合わせ面１０１Ｄｃと、を備える。また、角部進退部１０１Ｄに対して、当該角部進退部１０１Ｄを斜め方向に進退させる駆動機構１３２Ｄが設けられている。

次に、図４～７を参照して、成形装置１０による成形の手順について説明する。以降の説明においては、制御部７０が各構成要素を制御することによって、各構成要素の動作が行われる。なお、駆動機構１３０，１３１Ａ，１３１Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ｄは、制御部７０（図１参照）に接続されている。従って、制御部７０は、各駆動機構を制御することによって、各金型を金属パイプ材料１４に対して進退させることができる。また、制御部７０は、気体供給機構４０（図１参照）を制御することによって、所定のタイミングで金属パイプ材料１４に気体を供給する。また、制御部７０は、電極１７，１８を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱することができる。

金属パイプ材料１４が電極１７，１８に挟持されると共に気体供給機構４０で支持されると、図４に示すように、制御部７０は、各金型を金属パイプ材料１４側へ移動させる。なお、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｃは上型１２と共に上下方向への移動を行い、角部進退部１０１Ｃ，１０１Ｄは下型１１と共に上下方向への移動を行う。ただし、角部進退部は、上型１２又は下型１１から独立した状態で進退可能に構成されてもよい。この時、制御部７０は、各金型が完全に開いた状態から、各金型の成形面を金属パイプ材料１４に近接した状態で離間した位置に配置する。当該状態で、制御部７０は電極１７，１８を介して金属パイプ材料１４の通電加熱を行う。

次に、制御部７０は、上型１２及び下型１１を閉じて成形金型１３を膨張成形時の状態（図３に示す状態）にした後、図５に示すように、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを金属パイプ材料１４側へ進入させる。これにより、制御部７０は、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを金属パイプ材料１４の角部（角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄに対応する部分）に押し当てる。制御部７０は、当該押し当て状態を所定時間継続することで、金属パイプ材料１４の角部を部分的に冷却する。なお、このとき、制御部７０は、気体供給機構４０から金属パイプ材料１４内に気体を供給することで、金属パイプ材料１４の角部を角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの成形面に接触させて、当該成形面に沿った形状に成形してよい。これにより、金属パイプ材料１４の角部の角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄに対する接触面積を増加することができる。なお、制御部７０は、当該気体の供給を行うことなく、金属パイプ材料１４の角部へ角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄへ接触させるだけでもよい。例えば、金属パイプ材料１４の角部が予め湾曲している状態であれば、接触面積を広く確保することができる。

次に、図６に示すように、制御部７０は、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを金属パイプ材料１４側から後退させる。この時、制御部７０は、気体供給機構４０から気体を低圧で供給する（低圧ブロー）。制御部７０は、低圧ブローによって金属パイプ材料１４が膨張するタイミングに合わせて、駆動機構１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ｄを駆動させることで角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを後退させてよい。あるいは、低圧ブロー中、制御部７０は、駆動機構１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ｄをフリーな状態、すなわち角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄに力が作用した場合に当該力に従って角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄが移動可能な状態にしてもよい。この場合、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄは、金属パイプ材料１４が膨張するに従って、金属パイプ材料１４の角部に押されて後退する。

角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄが最終成形位置まで後退したら、図７に示すように、制御部７０は、気体供給機構４０から更に気体を金属パイプ材料１４内へ高圧で供給することで（高圧ブロー）、金属パイプ材料１４の各部分を上型１２、下型１１、側部金型１０２Ａ，１０２Ｂ、及び角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの各成形面に押し付ける。これによって、金属パイプ材料１４が各金型の成形面に沿った形状となり、金属パイプ１５０が完成する。なお、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの後退と高圧ブローを同時に行ってもよい。

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。

本実施形態に係る成形装置１０によれば、成形金型１３が、金属パイプ１５０の角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄに対応する位置に、斜め方向に進退可能な角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを備えている。そして、制御部７０は、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを金属パイプ材料１４側へ進入させている（図５参照）。これにより、加熱された金属パイプ材料１４のうち、角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄに対応する部分は、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄと接触可能となり、当該接触した部分を予め部分的に冷却できる。そして、制御部７０は、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを金属パイプ材料１４側から後退させることで（図６参照）、当該角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを金属パイプ１５０の膨張成形のための位置に配置し、気体供給機構４０から気体を金属パイプ材料１４へ供給することで金属パイプ１５０の膨張成形を行う（図７参照）。金属パイプ材料１４のうち、予め部分的に冷却された角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄに対応する部分は、高温の部分に比して変形し難い。従って、当該角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄに対応する部分は、膨張成形時に厚みが薄くなり難い。これにより、金属パイプ１５０の角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄが薄くなりすぎることを抑制できる。以上により、金属パイプ１５０の角部１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄなどの一部分において強度が低下することを抑制できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態では、成形金型１３が角部進退部を備えていたが、これに代えて、金属パイプ材料１４を回転させる構成を採用してもよい。例えば、図８～図１４に示す成形金型２１３は、上型１２、下型１１、及び側部金型１０２Ａ，１０２Ｂのみを有し、角部進退部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを有していない。また、図１５に示すように、気体供給機構４０は、金属パイプ材料１４を支持する支持部１７０を有し、且つ、当該支持部１７０を回転させるための回転機構１７１を備えている。気体供給機構４０の支持部１７０は、シール部材４４を金属パイプ材料１４の端部に押し付けることで、当該金属パイプ材料１４を支持している。回転機構１７１は、シリンダの外周部に設けられた歯車１７２と、回転軸１７３を有するモータ１７４と、回転軸１７３に設けられた歯車１７６と、を備えている。制御部７０の制御に基づいてモータ１７４及び歯車１７６が回転することで、歯車１７２を介して支持部１７０を回転させることができる。

まず、図８に示すように、制御部７０は、駆動機構８０，１３０，１３１Ａ，１３１Ｂを制御することで、上型１２、下型１１、及び側部金型１０２Ａ，１０２Ｂを開型として、金属パイプ材料１４から離間させた状態にて、電極１７，１８を介して金属パイプ材料１４の通電加熱を行う。

次に、図９に示すように、制御部７０は、駆動機構８０，１３０，１３１Ａ，１３１Ｂを制御することで、上型１２、下型１１、及び側部金型１０２Ａ，１０２Ｂの成形面を金属パイプ材料１４の一部に接触させる。また、図１０に示すように、制御部７０は、気体供給機構４０から気体を供給することで、金属パイプ材料１４のうち、上型１２、下型１１、及び側部金型１０２Ａ，１０２Ｂの成形面に接触している部分を当該成形面に沿った形状とすることで、接触面積を増加させる。これにより、金属パイプ材料１４の四方の接触部の温度が低下して低温部１４ａとなり、四隅の非接触部は温度が維持されることで高温部１４ｂとなる。なお、金属パイプ材料１４の一部を成形金型２１３に接触させる際に、気体供給機構４０から気体を金属パイプ材料１４に供給しない場合があってもよい。

次に、図１１に示すように、制御部７０は、各金型を開くことで、成形面を金属パイプ材料１４から後退させる。次に、図１２に示すように、制御部７０は、回転機構１７１を制御して気体供給機構４０の支持部１７０を回転させることで（図１５参照）、金属パイプ材料１４を回転させる。このとき、制御部７０は、気体供給機構４０の支持部１７０を回転させるときに、電極１７，１８を金属パイプ材料１４から退避させる。ここでは、制御部７０は、金属パイプ材料１４を４５°回転させる。これにより、低温部１４ａが斜め方向に配置される。

次に、図１３に示すように、制御部７０は、駆動機構８０，１３０，１３１Ａ，１３１Ｂを制御することで、上型１２、下型１１、及び側部金型１０２Ａ，１０２Ｂを型閉の状態とする。また、制御部７０は、気体供給機構４０から更に金属パイプ材料１４へ気体を供給することで、当該金属パイプ材料１４を膨張させる。これによって、金属パイプ材料１４は、各金型の成形面に沿った形状に成形される。このとき、低温部１４ａが金属パイプ１５０の角部となり、高温部１４ｂが金属パイプの辺部となる。図１４に示すように、制御部７０は、当該状態を保持することで、金属パイプ１５０を冷却して、完成品を得る。

この成形装置によれば、制御部７０は、支持部１７０の回転前に、気体供給機構４０から気体を金属パイプ材料１４へ供給している。これにより、加熱された金属パイプ材料１４のうち、一部を成形金型に接触させている。従って、当該接触させた部分（低温部１４ａ）を予め部分的に冷却できる。そして、制御部７０は、気体供給機構４０の支持部１７０を回転させることで、金属パイプ材料１４を回転させる。これにより、予め冷却された低温部１４ａは、成形金型２１３のうち、先に接触した部分とは異なる部分（金属パイプ１５０の角部を形成する部分）と対向するように配置される。当該状態で、制御部７０は、気体供給機構４０から気体を金属パイプ材料１４へ供給する。金属パイプ材料１４のうち、予め冷却された低温部１４ａは、他の高温部１４ｂに比して変形し難い。従って、当該予め冷却された低温部１４ａは、膨張成形時に厚みが薄くなり難い。従って、金属パイプ１５０の角部などのように、薄くなり易い部分を予め冷却しておくことで、膨張成形時に当該部分が薄くなりすぎることを抑制できる。以上により、金属パイプ１５０の角部などの一部分において強度が低下することを抑制できる。

上述の実施形態では、角部を有する金属パイプを作成する場合の例について説明した。ただし、金属パイプとして角部を有さない形状（例えば円形、楕円など）のものを作成してもよい。すなわち、金属パイプの角部に対応する位置に設けられる角部進退部に代えて、金属パイプの周方向における一部分（第１の部分）に対応する位置に設けられ、進退可能な進退部を備えてもよい。

なお、上述の実施形態では、電極１７，１８を用いて通電加熱を行っていたが、予め加熱した金属パイプ材料を成形金型にセットしてもよい。

なお、上述の実施形態では、流体供給部として気体供給機構が採用されていたが、流体は気体に限定されず、液体を供給してもよい。

また、上述の実施形態のように、断面が四角形状の金属パイプを成形する構成に限らず、三角形状、又は五角以上の多角形状を成形する構成を採用してもよい。

１０…成形装置、１３，２１３…成形金型、１７，１８…電極、４０…気体供給機構（流体供給部）、７０…制御部、１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ…角部進退部（進退部）、１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ，１５４Ｄ…角部（第１の部分）、１７０…支持部。

Claims (4)

1. 加熱された金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
   前記金属パイプを成形する成形金型と、
   前記金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、
   制御部と、を備え、
   前記成形金型は、
   前記金属パイプの角部に対応する位置に設けられ、進退可能な角部進退部を備え、
   前記制御部は、
   前記角部進退部を前記金属パイプ材料側へ進入させ、
   当該進入後、前記角部進退部を前記金属パイプ材料側から後退させ、
   前記流体供給部から流体を前記金属パイプ材料へ供給する、成形装置。
2. 加熱された金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
   前記金属パイプを成形する成形金型と、
   前記金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、
   制御部と、を備え、
   前記成形金型は、
   前記金属パイプの周方向における一部である第１の部分に対応する位置に設けられ、進退可能な進退部を備え、
   前記制御部は、
   前記進退部を前記金属パイプ材料側へ進入させ、
   当該進入後、前記進退部を前記金属パイプ材料側から後退させ、
   前記流体供給部から流体を前記金属パイプ材料へ供給する、成形装置。
3. 加熱された金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
   前記金属パイプを成形する成形金型と、
   前記金属パイプ材料を支持する支持部を有し、当該金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記金属パイプ材料の一部を前記成形金型に接触させ、
   前記流体供給部の前記支持部を回転させることで、前記金属パイプ材料を回転させ、
   当該回転後、前記流体供給部から流体を前記金属パイプ材料へ供給する、成形装置。
4. 前記金属パイプ材料と接触し、通電することによって前記金属パイプ材料を加熱する電極を更に備え、
   前記制御部は、前記流体供給部の前記支持部を回転させるときに、前記電極を前記金属パイプ材料から退避させる、請求項３に記載の成形装置。

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