JP7286535B2 - 金属パイプの製造方法、及び成形装置 - 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）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加熱した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。

特開２０１２－０００６５４号公報

成形後の金属パイプ材料には、錆び止め等を目的として、塗装液が塗布されることがある。上述の成形装置では、フランジ部を完全に潰してしまった場合、塗装液がフランジ部の内部まで入り込まなくなるという問題がある。一方、塗装液がフランジ部の内部まで入り込みやすくするために、フランジ部の内部の空間を大きくすると、フランジ部内に大きな隙間ができてしまうため、フランジ部と他の部材とを溶接する際の溶接性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、金属パイプのフランジ部の溶接性を確保しながら、フランジ部の内部へ塗装液が入り込み易くすることができる成形装置及び成形方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る成形装置は、パイプ部を有する金属パイプを成形する成形装置であって、互いに対となり、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、金属パイプのフランジ部を成形するための第２のキャビティ部を型閉じ時に構成する第１の金型及び第２の金型と、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、を備え、第１の金型及び第２の金型は、互いに対向し、第２のキャビティ部を構成するフランジ成形面をそれぞれ有し、第１の金型及び第２の金型のフランジ成形面の少なくとも一方には、当該一方のフランジ成形面よりも他方のフランジ成形面側へ突出した突出部が形成されている。

このような成形装置によれば、第１の金型及び第２の金型は、第１のキャビティ部と連通する第２のキャビティ部を構成しているため、当該第２のキャビティ部でパイプ部の一部を押し潰すことによって金属パイプのフランジ部を形成することができる。ここで、第１の金型及び第２の金型は、互いに対向し、第２のキャビティ部を構成するフランジ成形面をそれぞれ有する。また、第１の金型及び第２の金型の第２のキャビティ部のフランジ成形面の少なくとも一方には、一方のフランジ成形面よりも他方のフランジ成形面側へ突出した突出部が形成されている。従って、フランジ部のうち、突出部に対応する箇所は他の部分に比して強固に押し潰すことができる。従って、フランジ部の内、突出部に対応する部分で溶接を行うことでフランジ部の溶接性を確保することができる。一方、フランジ部の内、突出部以外の部分は塗装液が入り込むことができるような隙間を確保することができる。以上により、金属パイプのフランジ部の溶接性を確保しながら、フランジ部の内部へ塗装液が入り込み易くすることができる。

また、突出部は、フランジ成形面において、第１のキャビティ部が延伸する方向に沿って間欠的に形成されていてよい。この場合、突出部によって押圧される箇所には、第２のキャビティ部の延伸方向おいて、隙間が形成される。当該隙間へ塗装液が入り込むことで、フランジ部全体にわたって塗装液が入り込み易くなる。

また、突出部は、フランジ成形面の外側端部よりも内側に形成されていてよい。この場合、溶接個所もフランジ部における外側端部よりも内側に設定することができる。従って、溶接作業を行い易くすることができる。

本発明の一形態に係る成形装置は、パイプ部を有する金属パイプを成形する成形装置であって、互いに対となり、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、金属パイプのフランジ部を成形するための第２のキャビティ部を型閉じ時に構成する第１の金型及び第２の金型と、金属パイプを加熱する加熱部と、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、を備え、第１の金型及び第２の金型は、互いに対向し、第２のキャビティ部を構成するフランジ成形面をそれぞれ有し、第１の金型及び前記第２の金型のフランジ成形面の少なくとも一方には、当該一方のフランジ成形面から突出及び非突出を切り替え可能な突出機構が形成され、突出時における突出機構は、一方のフランジ成形面よりも他方のフランジ成形面側へ突出している。

このような成形装置によれば、第１の金型及び第２の金型は、第１のキャビティ部と連通する第２のキャビティ部を構成しているため、当該第２のキャビティ部でパイプ部の一部を押し潰すことによって金属パイプのフランジ部を形成することができる。ここで、第１の金型及び第２の金型は、互いに対向し、第２のキャビティ部を構成するフランジ成形面をそれぞれ有する。また、第１の金型及び第２の金型の第２のキャビティ部のフランジ成形面の少なくとも一方には、一方のフランジ成形面から突出及び非突出を切り替え可能な突出機構が形成されている。突出時における突出機構は、一方のフランジ成形面よりも他方のフランジ成形面側へ突出している。従って、フランジ部のうち、突出機構に対応する箇所は他の部分に比して強固に押し潰すことができる。従って、フランジ部の内、突出機構に対応する部分で溶接を行うことでフランジ部の溶接性を確保することができる。一方、フランジ部の内、突出機構以外の部分は塗装液が入り込むことができるような隙間を確保することができる。以上により、金属パイプのフランジ部の溶接性を確保しながら、フランジ部の内部へ塗装液が入り込み易くすることができる。

また、突出機構は、フランジ成形面において、第１のキャビティ部が延伸する方向に沿って間欠的に形成されていてよい。この場合、突出機構によって押圧される箇所には、第２のキャビティ部の延伸方向おいて、隙間が形成される。当該隙間へ塗装液が入り込むことで、フランジ部全体にわたって塗装液が入り込み易くなる。

また、突出機構は、フランジ成形面の外側端部よりも内側に形成されていてよい。この場合、溶接個所もフランジ部における外側端部よりも内側に設定することができる。従って、溶接作業を行い易くすることができる。

本発明の一形態に係る成形方法は、パイプ部を有する金属パイプを成形する成形方法であって、加熱された金属パイプ材料を第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、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、金属パイプのフランジ部を成形するための第２のキャビティ部を第１の金型と第２の金型との間に形成し、金属パイプ材料内に気体を供給することによって、パイプ部及びパイプ部から張り出したフランジ部を成形し、フランジ部の内部に、互いに対向する内面同士が離間していることで隙間が形成されている隙間部と、当該隙間部に比して前記内面同士が近接している近接部と、を形成する。

この成形方法によれば、上述の成形装置と同様な作用・効果を得ることができる。

このように本発明によれば、金属パイプのフランジ部の溶接性を確保しながら、フランジ部の内部へ塗装液が入り込み易くすることができる。

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の概要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る。 実施例及び比較例に係るフランジ部の拡大図である。 変形例に係る成形装置の突出機構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って成形される金属パイプの例である。 本実施形態に係る成形装置によって成形される金属パイプの例である。 本実施形態に係る成形装置によって成形される金属パイプの例である。 本実施形態に係る成形装置によって成形される金属パイプの例である。 本実施形態に係る成形装置によって成形される金属パイプの例である。

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、互いに対となる上型（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とを備える。また、成形装置１０は、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（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面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が設けられる。成形装置１０は、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がそれぞれ形成されていて（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が形成されており、第２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。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、下面にキャビティ面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が設けられる。成形装置１０は、この電極収納スペース１２ａ内に、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がそれぞれ形成されていて（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電極１７の正面（金型の外側方向の面）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が形成されており、第２電極１８の正面（金型の外側方向の面）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、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ない。例えば、駆動部８１は、スライド８２に駆動機構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の中央のキャビティ面１６を基準ラインＬＶ２とすると、第１突起１１ｂ、第２突起１１ｃ、第３突起１１ｄ、第４突起１１ｅによる段差が形成されている。キャビティ面１６の右側（図２において右側、図１において紙面奥側）に第１突起１１ｂ及び第２突起１１ｃが形成され、キャビティ面１６の左側（図２において左側、図１において紙面手前側）に第３突起１１ｄ及び第４突起１１ｅが形成されている。第２突起１１ｃは、キャビティ面１６と第１突起１１ｂとの間に位置している。第３突起１１ｄは、キャビティ面１６と第４突起１１ｅとの間に位置している。第２突起１１ｃ及び第３突起１１ｄのそれぞれは、第１突起１１ｂ及び第４突起１１ｅよりも上型１２側に突出している。第１突起１１ｂ及び第４突起１１ｅにおいて基準ラインＬＶ２からの突出量は略同一であり、第２突起１１ｃ及び第３突起１１ｄにおいて基準ラインＬＶ２からの突出量は略同一である。

一方、上型１２の下面には、上型１２の中央のキャビティ面２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起１２ｂ、第２突起１２ｃ、第３突起１２ｄ、第４突起１２ｅによる段差が形成されている。キャビティ面２４の右側（図２において右側）に第１突起１２ｂ及び第２突起１２ｃが形成され、キャビティ面２４の左側（図２において左側）に第３突起１２ｄ及び第４突起１２ｅが形成されている。第２突起１２ｃは、キャビティ面２４と第１突起１２ｂとの間に位置している。第３突起１２ｄは、キャビティ面２４と第４突起１２ｅとの間に位置している。第１突起１２ｂ及び第４突起１２ｅのそれぞれは、第２突起１２ｃ及び第３突起１２ｄよりも下型１１側に突出している。第１突起１２ｂ及び第４突起１２ｅにおいて基準ラインＬＶ１からの突出量は略同一であり、第２突起１２ｃ及び第３突起１２ｄにおいて基準ラインＬＶ１からの突出量は略同一である。

また、上型１２の第１突起１２ｂは下型１１の第１突起１１ｂと対向しており、上型１２の第２突起１２ｃは下型１１の第２突起１１ｃと対向しており、上型１２のキャビティ面２４は下型１１のキャビティ面１６と対向しており、上型１２の第３突起１２ｄは、下型１１の第３突起１１ｄと対向しており、上型１２の第４突起１２ｅは下型１１の第４突起１１ｅと対向している。そして、上型１２において第２突起１２ｃに対する第１突起１２ｂの突出量（第３突起１２ｄに対する第４突起１２ｅの突出量）は、下型１１において第１突起１１ｂに対する第２突起１１ｃの突出量（第４突起１１ｅに対する第３突起１１ｄの突出量）よりも大きくなっている。これにより、上型１２の第２突起１２ｃと下型１１の第２突起１１ｃとの間、及び上型１２の第３突起１２ｄと下型１１の第３突起１１ｄとの間のそれぞれには、上型１２及び下型１１が嵌合した際に空間が形成される（図６（ｃ）参照）。また、上型１２のキャビティ面２４と、下型１１のキャビティ面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（図６（ｃ）参照）。

より詳細に説明すると、ブロー成形時に下型１１と上型１２とが合わさっていき嵌合する前の時点で、図６（ｂ）に示されるように、上型１２のキャビティ面２４の表面（基準ラインＬＶ１となる表面）と、下型１１のキャビティ面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、上型１２の第２突起１２ｃと下型１１の第２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ＭＣ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）ＳＣ１が形成される。同様に、上型１２の第３突起１２ｄと下型１１の第３突起１１ｄ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ＭＣ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）ＳＣ２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ＳＣ１，ＳＣ２は金属パイプ１００におけるフランジ部１００ｂ，１００ｃをそれぞれ成形する部分である（図６（ｃ），（ｄ）参照）。そして、図６（ｃ），（ｄ）に示されるように、下型１１と上型１２とが合わさって完全に閉じられた場合（嵌合した場合）、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、下型１１及び上型１２内に密閉される。なお、上型１２には突出部１１０Ａ，１１０Ｂが形成され、下型１１には突出部１１１Ａ，１１１Ｂが形成される。突出部の詳細については後述する。

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。それぞれのシール部材４４の先端には、先細となるようにテーパー面４５が形成されている。一方のテーパー面４５には、第１電極１７のテーパー凹面１７ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成され、他方のテーパー面４５は、第２電極１８のテーパー凹面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は、シリンダユニット４２側から先端に向かって延在する。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に戻って、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とを備えている。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内で気体が逆流することを防止する役割を果たす。

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、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がそれぞれ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にそれぞれ形成される凹溝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の概要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、ブロー成形金型１３を閉じると共に、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成形する（具体的な金属パイプ材料１４の成形方法については後述する）。

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又は圧縮窒素ガスとし、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、金属パイプ１００を得ることができる。

具体的には、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のキャビティ面１６に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ面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。

次に、フランジ部を形成するための構成について、図２及び図７を参照して詳細に説明する。なお、図２（ａ）は上型１２及び下型１１が開いた状態であるため、厳密にはメインキャビティ部ＭＣ、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は形成されていない状態であるが、説明のためにこれらのキャビティ部を形成する金型形状に対応する部分に符号「ＭＣ」「ＳＣ１」「ＳＣ２」を付しておく。なお、後述の説明において、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ３は、互いに対向し、サブキャビティ部ＳＣ１を構成する面である。フランジ成形面Ｆ２，Ｆ４は、互いに対向し、サブキャビティ部ＳＣ２を構成する面である。

図２（ａ）に示すように、下型１１のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２には、突出部１１１Ａ，１１１Ｂが形成されている。突出部１１１Ａ，１１１Ｂは、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２よりもフランジ成形面Ｆ３，Ｆ４側へ突出した部分である。ここで、下型１１のサブキャビティ部ＳＣ１のフランジ成形面Ｆ１は、第２突起１１ｃの上面に該当する。下型１１のサブキャビティ部ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ２は、第３突起１１ｄの上面に該当する。また、上型１２のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ３，Ｆ４には、突出部１１０Ａ，１１０Ｂが形成されている。突出部１１０Ａ，１１０Ｂは、フランジ成形面Ｆ３，Ｆ４よりもフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２側へ突出した部分である。ここで、上型１２のサブキャビティ部ＳＣ１のフランジ成形面Ｆ３は、第２突起１２ｃの下面に該当する。上型１２のサブキャビティ部ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ４は、第４突起１２ｅの上面に該当する。

突出部１１１Ａ，１１１Ｂの上面は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２よりも高い位置に配置される平面によって構成される。ただし、突出部１１１Ａ，１１１Ｂの上面の形状は特に限定されず、湾曲面等であってもよい。突出部１１０Ａ，１１０Ｂの下面は、フランジ成形面Ｆ３，Ｆ４よりも低い位置に配置される平面によって構成される。ただし、突出部１１０Ａ，１１０Ｂの下面の形状は特に限定されず、湾曲面等であってもよい。また、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂの突出量は特に限定されないが、１～２ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、突出部１１０Ａ，１１０Ｂは上型１２と一体的に構成されており、突出部１１１Ａ，１１１Ｂは下型１１と一体的に構成されている。ただし、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂだけ金型とは別部材として構成されていてもよい。また、突出部１１１Ａ，１１１Ｂは少なくとも一方だけ形成されていてもよい。突出部１１１０Ａ，１１０Ｂは少なくとも一方だけ形成されていてもよい。

次に、図２（ｂ）を参照して、突出部１１１Ａを上方から見たときの状態について説明する。なお、他の突出部１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂも同趣旨の構成を有している。図２（ｂ）に示すように、突出部１１１Ａは、フランジ成形面Ｆ１の外側端部Ｅ１よりも内側に形成される。また、突出部１１１Ａは、フランジ成形面Ｆ１の内側端部Ｅ２よりも内側に形成される。なお、突出部１１１Ａの幅の大きさは特に限定されないが、局所的にフランジ部を押圧できるように、フランジ成形面の８０％程度の大きさとすることが好ましい。また、突出部１１１Ａのフランジ成形面Ｆ１の幅方向における位置は特に限定されない。

突出部１１１Ａは、フランジ成形面Ｆ１において、メインキャビティ部ＭＣの延伸方向（すなわち、金属パイプが延びる方向）に沿って間欠的に形成されている。従って、延伸方向において、一の突出部１１１Ａと他の突出部１１１Ａとの間には隙間ＧＰが形成される。なお、隙間ＧＰの大きさをどの程度確保するかは特に限定されない。また、突出部１１１Ａがメインキャビティ部ＭＣの延伸方向に沿って連続的に形成されることで、隙間ＧＰが形成されなくともよい。図２（ｂ）に示す形態では、突出部１１１Ａは、長円状の形状を有しているが、形状は特に限定されない。

以上のような構成により、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂでフランジ部１００ｂを部分的に押圧することで、図７（ｃ）及び図９に示すように、金属パイプ１００のフランジ部１００ｂに部分的に窪んだ凹部１４０が形成される。より詳細には、図９（ｂ）に示すように、フランジ部１００ｂには、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂに対応した形状（ここでは長円状）及び位置に凹部１４０が形成される。ここでは、凹部１４０は、フランジ部１００ｂの外側端部１００ｅより内側へ離間し、内側端部１００ｆより外側の位置に配置される。また、フランジ部１００ｂの延伸方向において、凹部１４０は間欠的に形成されている。延伸方向における位置の凹部１４０と他の凹部１４０との間には隙間ＧＰが形成される。

次に本実施形態に係る成形装置１０、及び当該成形装置１０を用いた成形方法の作用・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、上型１２及び下型１１は、メインキャビティ部ＭＣと連通するサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を構成しているため、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２でパイプ部１００ａの一部を押し潰すことによって金属パイプ１００のフランジ部１００ｂを形成することができる。

ここで、図７（ａ）に示すように、フランジ部１００ｂ全体を強固に押し潰した場合、フランジ部１００ｂの内部において対外に対向する内面１５１と内面１５２とが互いに近づくことで、又は接触することで、フランジ部１００ｂの内部の空間が狭くなるか、潰されてしまう。これにより、フランジ部１００ｂの内部に塗装液Ｌが入り込まなくなる。一方、図７（ｂ）に示すように、フランジ部１００ｂの内部の内面１５１と内面１５２とが離間し、フランジ部１００ｂの内部の空間を大きくした場合、塗装液Ｌは入り込みやすくなるが、フランジ部１００ｂの空間が大きすぎることにより、溶接性が低下してしまう。

一方、本実施形態に係る成形装置１０では、上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４には、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂが形成されている。従って、図７（ｃ）に示すように、フランジ部１００ｂの内部には、互いに対向する内面１５１，１５２同士が離間していることで隙間が形成されている隙間部１５４と、当該隙間部１５４に比して内面１５１，１５２同士が近接している近接部１５３と、が形成される。フランジ部１００ｂのうち、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂに対応する箇所である凹部１４０は他の部分に比して強固に押し潰すことができる。これにより、近接部１５３が形成される。従って、フランジ部１００ｂの内、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂに対応する部分である凹部１４０で溶接を行うことでフランジ部１００ｂの溶接性を確保することができる。一方、フランジ部１００ｂの内、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂ以外の部分は、隙間部１５４が形成されるため、塗装液Ｌが入り込むことができるような隙間を確保することができる。以上により、金属パイプ１００のフランジ部１００ｂの溶接性を確保しながら、フランジ部１００ｂの内部へ塗装液が入り込み易くすることができる。

また、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂは、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４において、メインキャビティ部ＭＣが延伸する方向に沿って間欠的に形成されている。この場合、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂによって押圧される箇所には、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の延伸方向おいて、隙間ＧＰが形成される。例えば、図９（ｂ）に示すように、当該隙間ＧＰへ塗装液Ｌが入り込むことで、フランジ部１００ｂ全体にわたって塗装液Ｌが入り込み易くなる。

また、突出部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂは、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の外側端部Ｅ１よりも内側に形成されている。この場合、溶接個所となる凹部１４０もフランジ部１００ｂにおける外側端部Ｅ１よりも内側に設定することができる。従って、溶接作業を行い易くすることができる。

本実施形態に係る成形方法は、パイプ部１００ａを有する金属パイプ１００を成形する成形方法であって、加熱された金属パイプ材料１４を上型１２及び下型１１の間に準備する。上型１２及び下型１１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、パイプ部１００ａを成形するためのメインキャビティ部ＭＣ、メインキャビティ部ＭＣと連通し、金属パイプ１００のフランジ部１００ｂを成形するためのサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を上型１２と下型１１との間に形成し、金属パイプ材料１４内に気体を供給することによって、パイプ部１００ａ及びパイプ部から張り出したフランジ部１００ｂを成形し、フランジ部１００ｂの内部に、互いに対向する内面１５１，１５２同士が離間していることで隙間が形成されている隙間部１５４と、当該隙間部１５４に比して内面１５１，１５２同士が近接している近接部１５３と、を形成する。

この成形方法によれば、上述の成形装置１０と同様な作用・効果を得ることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では突出部は上型及び下型に固定されていたが、上型及び下型に対して可動する突出機構を採用してよい。図８に示すように、上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の一部には、突出機構１２９が形成されている。突出機構１２９は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４から突出及び非突出を切り替え可能な機構である。突出機構１２９は、金型に設けられた収容部１２６内に押圧部材１２５を備えている。押圧部材１２５は、下端側の径が大きい大径部１２２、上端（先端）側の径が小さい小径部１２３である。また、金型には、大径部１２２を収容するための第１の収容部１２６と、小径部１２０を収容するための第２の収容部１２１が形成されている。これによって、必要なタイミングでは、突出機構２Ａを稼働させて、小径部１２０をフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４から突出させる。これにより、突出時における突出機構１２９は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２よりもフランジ成形面Ｆ３，Ｆ４側へ突出する。また、突出時における突出機構１２９は、フランジ成形面Ｆ３，Ｆ４よりもフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２側へ突出する。具体的には、フランジ部１００ｂを形成した後、突出機構１２９が押圧部材１２５を作動させることで、フランジ部１００ｂを部分的に押圧することができる。なお、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４における位置関係は、図２（ｂ）に示す突出部１１１Ａと同趣旨である。なお、突出機構は、ボールねじ等の電動機構、油圧ポンプ等の油圧機構等によって駆動してよい。

このような成形装置１０によれば、成形装置１０では、上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４には、突出機構１２９が形成されている。従って、図７（ｃ）に示すように、フランジ部１００ｂのうち、突出機構１２９に対応する箇所である凹部１４０は他の部分に比して強固に押し潰すことができる。従って、フランジ部１００ｂの内、突出機構１２９に対応する部分である凹部１４０で溶接を行うことでフランジ部１００ｂの溶接性を確保することができる。一方、フランジ部１００ｂの内、突出機構１２９以外の部分は塗装液Ｌが入り込むことができるような隙間を確保することができる。以上により、金属パイプ１００のフランジ部１００ｂの溶接性を確保しながら、フランジ部１００ｂの内部へ塗装液が入り込み易くすることができる。

また、突出機構１２９は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４において、メインキャビティ部ＭＣが延伸する方向に沿って間欠的に形成されている。この場合、突出機構１２９によって押圧される箇所には、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の延伸方向おいて、隙間ＧＰが形成される。例えば、図９（ｂ）に示すように、当該隙間ＧＰへ塗装液Ｌが入り込むことで、フランジ部１００ｂ全体にわたって塗装液Ｌが入り込み易くなる。

また、突出機構１２９は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の外側端部Ｅ１よりも内側に形成されている。この場合、溶接個所となる凹部１４０もフランジ部１００ｂにおける外側端部Ｅ１よりも内側に設定することができる。従って、溶接作業を行い易くすることができる。

突出部及び突出機構の形状、及びそれによって形成されるフランジ部１００ｂの凹部の形状は特に限定されない。例えば、図１０（ａ）に示すような金属パイプ１００が成形されてよい。図１０（ｂ）に示すように、円形の凹部１３０が延伸方向に互いに離間して配置されてよい。また、例えば、図１１（ａ）に示すような金属パイプ１００が成形されてよい。図１１（ｂ）に示すように、円形の凹部１３０と長円の凹部１４０が混在した状態で、延伸方向に互いに離間して配置されてよい。

また、金属パイプ１００の形状も特に限定されず、図１２（ａ）及び図１３（ａ）に示すように、全体としてパイプ部１００ａが曲がっていてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように円形の凹部１３０を採用してもよく、図１３（ｂ）に示すように、長円状の凹部１４０を採用してもよい。

また、上記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、上記実施形態に係る金属パイプ１００は、その片側にフランジ部を有していてもよい。この場合、上型１２及び下型１１によって形成されるサブキャビティ部は一つとなる。

１０…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、４０…気体供給機構（気体供給部）、５０…加熱機構、８０…駆動機構、１００ａ…パイプ部、１００ｂ，１００ｃ…フランジ部、１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂ…突出部、１２９…突出機構、１５３…近接部、１５４…隙間部、ＭＣ…メインキャビティ部、ＳＣ１，ＳＣ２…サブキャビティ部。

Claims (3)

1. パイプ部と、フランジ部とを備えた金属パイプを製造する金属パイプ材料の製造方法において、
   前記フランジ部は、
   内部に互いに対向する内面同士が離間していることで隙間が形成される隙間部と、
   内面同士が互いに接触している押し潰し部とを備え、
   加熱された前記金属パイプの内部に気体を供給しながら前記隙間部を形成し、
   パイプの軸方向に沿って間欠的に前記押し潰し部を形成する、金属パイプの製造方法。
2. 前記フランジ部の外側端面よりも内側に前記押し潰し部を形成する、請求項１に記載の金属パイプの製造方法。
3. パイプ部を有する金属パイプを成形する成形装置であって、
   互いに対となり、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、前記金属パイプのフランジ部を成形するための第２のキャビティ部を型閉じ時に構成する第１の金型及び第2の金型と、
   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、を備え、
   前記第１の金型及び前記第２の金型は、互いに対向し、前記第２のキャビティ部を構成するフランジ成形面をそれぞれ有し、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の前記フランジ成形面の少なくとも一方には、当該一方のフランジ成形面よりも他方のフランジ成形面側へ突出した突出部が間欠的に形成され、
   前記気体供給部によって気体を供給しながらフランジを形成することで、互いに対向する内面同士が、離間する隙間部を前記金属パイプに成形し、前記突出部によって内面同士が接触する押し潰し部を前記金属パイプの軸方向に沿って間欠的に成形する成形装置。

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