JP7469221B2 - 成形装置、及び金属パイプ - Google Patents

Description

本発明は、成形装置、及び金属パイプに関する。

従来、金属パイプ材料を膨張させて成形金型により金属パイプを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、パイプ部とフランジ部を有する金属パイプを成形することができる。この成形装置では、通電加熱された金属パイプ材料を成形金型内に配置し、成形金型を型閉してフランジ部を成形しながら金属パイプ材料を膨張させることによって、金属パイプを成形する。

特開２０１６－１９０２４８号公報

上述のような成形装置で成形されたフランジ付きの金属パイプは、フランジ部にて他の部材に溶接される。このとき、フランジ部を他の部材に加圧しながら溶接が行われる場合がある。このとき、溶接に必要な圧力が大きくなることで、電極の摩耗等の問題が生じ、加圧しながらの溶接を行い難くなる場合がある。

そこで、本発明は、フランジ部を他の部材に加圧しながら溶接する場合に、容易に溶接を行うことができる成形装置、及び金属パイプを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る成形装置は、金属パイプ材料を膨張させて、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、互いに対となり、パイプ部を成形するためのパイプ成形面、及びフランジ部を成形するためのフランジ成形面を有する第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駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、を備え、第１の金型のフランジ成形面及び第２の金型のフランジ成形面の少なくとも一方には、型閉時に他方のフランジ成形面と当接しない突出量の突出部が形成され、制御部は、突出部でフランジ部を押圧することで、フランジ部に部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成するように、駆動部を制御する。

本発明の一態様に係る成形装置において、第１の金型のフランジ成形面及び第２の金型のフランジ成形面の少なくとも一方には、型閉時に他方のフランジ成形面と当接しない突出量の突出部が形成されている。また、制御部は、突出部でフランジ部を押圧することで、フランジ部に部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成するように、駆動部を制御する。このような構成により、金属パイプのフランジ部には、フランジ成形面の突出部で押圧されることで、薄肉部が形成される。この薄肉部は、フランジ部にて部分的に厚みが薄くなった部分である。従って、フランジ部を他の部材に溶接する際、厚みが薄い薄肉部にて溶接を行うことで、溶接に必要な圧力を少なくすることができる。以上より、フランジ部を他の部材に加圧しながら溶接する場合に、容易に溶接を行うことができる。

成形装置において、突出部は、フランジ成形面の長手方向に沿って、間欠的にフランジ成形面に形成されてよい。これにより、フランジ部の長手方向の沿った部分のうち、溶接を行う部分については厚みを薄くし、その他の部分については厚みを薄くしないようにすることで、フランジ部のプレス時における圧力を低減することができる。

成形装置において、第１の金型及び第２の金型は、型閉時に互いに接触する接触部を有し、突出部は、接触部よりも幅方向における内側に形成されてよい。接触部は、フランジ部の先端を規定する箇所となる。従って、突出部が当該接触部よりも幅方向における内側に形成されることで、突出部は、フランジ部の幅方向における中央寄りの位置を押圧することができる。これにより、フランジ部を溶接する際に、溶接が行い易くなる。

本発明に係る金属パイプは、パイプ部及びフランジ部を有する金属パイプであって、フランジ部が、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有する。

本発明に係る金属パイプによれば、上述の成形装置と同様な作用・効果を得ることができる。

本発明によれば、ランジ部を他の部材に加圧しながら溶接する場合に、容易に溶接を行うことができる成形装置、及び金属パイプを提供できる。

本発明の実施形態に係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）は電極に気体供給ノズルを押し付けた状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 成形金型の断面図である。 成形金型の拡大断面図である。 フランジ部及びフランジ成形面の拡大断面図である。 （ａ）はフランジ成形面を上方から見た図であり、（ｂ）は金属パイプを上方から見た図である。 変形例に係る成形装置の突出部の形状を示す図である。 変形例に係る成形装置の突出部の形状を示す図である。

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（第１の金型）１２及び下型（第２の金型）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（駆動部）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（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、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。

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。

図３は、図１に示す成形金型１３の断面図である。図３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１６の底面を基準ライン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１６の右側（図３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１６の左側（図３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２４の底面を基準ライン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２４の右側（図３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２４の左側（図３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２４は下型１１のキャビティ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３（ｃ）参照）。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（図３（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３（ｂ）に示されるように、上型１２のキャビティ２４の底面（基準ラインＬＶ１となる表面）と、下型１１のキャビティ１６の底面（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３（ｃ），（ｄ）参照）。そして、図３（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。

図１に示すように、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。

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。

ここで、成形装置１０は、フランジ部１００ｂ，１００ｃの厚みを部分的に薄くする構造を有する。図４～図６を参照して、当該構成について説明する。図４は、成形金型１３の拡大断面図である。図５は、型閉時におけるフランジ部１００ｂの拡大断面図である。図６（ａ）は、フランジ成形面を上方から見た図である。図６（ｂ）は、フランジ部１００ｂを上方から見た図である。なお、図４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。

図４に示すように、下型１１及び上型１２は、フランジ部１００ｂを形成するためのフランジ成形面Ｆ１，Ｆ３を有する。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。下型１１及び上型１２は、フランジ部１００ｃを形成するためのフランジ成形面Ｆ２，Ｆ４を有する。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。下型１１及び上型１２は、パイプ部１００ａを形成するためのパイプ成形面Ｆ５，Ｆ６を有する。パイプ成形面Ｆ５，Ｆ６は、メインキャビティ部ＭＣを構成する面である。

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。突出部１１１Ａ，１１１Ｂの表面も、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２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。なお、突出部１１０Ａ，１１０Ｂの表面も、フランジ成形面Ｆ３，Ｆ４に該当する。パイプ成形面Ｆ５は、キャビティ１６の底面及び両側の側面に該当する。パイプ成形面Ｆ６は、キャビティ２４の底面及び両側の側面に該当する。

下型１１の第１突起１１ｂの上面と、上型１２の第１突起１２ｂの下面は、型閉時に互いに接触する。従って、第１突起１１ｂ及び第１突起１２ｂは、型閉時に互いに接触する接触部に該当する。突出部１１１Ａ，１１０Ａは、当該接触部である第１突起１１ｂ，１２ｂよりも幅方向における内側（図４の紙面左側）に形成される。下型１１の第４突起１１ｅの上面と、上型１２の第４突起１２ｅの下面は、型閉時に互いに接触する。従って、第４突起１１ｅ及び第４突起１２ｅは、型閉時に互いに接触する接触部に該当する。突出部１１１Ｂ，１１０Ｂは、当該接触部である第４突起１１ｅ，１２ｅよりも幅方向における内側（図４の紙面右側）に形成される。

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、型閉時に他方のフランジ成形面と当接しない突出量に設定される（図５（ａ）参照）。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６（ａ）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６（ａ）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。突出部１１１Ａは、幅方向に互いに離間するように二列に配置されている。なお、一つあたりの突出部１１１Ａの幅方向における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１０～５０％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、当該フランジ成形面Ｆ１の長手方向（すなわち、金属パイプが延びる方向）に沿って、間欠的にフランジ成形面Ｆ１に形成されている。従って、長手方向において、一の突出部１１１Ａと他の突出部１１１Ａとの間には隙間が形成される。なお、隙間の大きさをどの程度確保するかは特に限定されない。図６（ａ）に示す形態では、突出部１１１Ａは、長方形状の形状を有しているが、形状は特に限定されない。

上述のような突出部１１１Ａ，１１０Ａにより、図５（ａ）及び図６（ｂ）に示すようなフランジ部１００ｂを有する金属パイプ１００が成形される。フランジ部１００ｂは、部分的に厚みが薄くなった薄肉部１２０を有する。薄肉部１２０は、フランジ部１００ｂのうち、当該薄肉部１２０以外の部分よりも厚みが薄い。薄肉部１２０は、金属パイプ１００を他の部材に取り付ける際に、スポット溶接による溶接部ＳＰが形成され得る位置に形成される。薄肉部１２０は、フランジ部１００ｂのうち、上下方向から突出部１１１Ａ，１１０Ａで挟み込まれるように押圧される部分に形成される。すなわち、薄肉部１２０は、突出部１１１Ａで押圧されることによって形成された凹部と、突出部１１０Ａで押圧されることによって形成された凹部との間に形成される。

薄肉部１２０は、フランジ部１００ｂ長手方向（すなわち、金属パイプが延びる方向）に沿って、間欠的にフランジ部１００ｂに形成されている。薄肉部１２０の長手方向のピッチは特に限定されず、溶接部ＳＰのピッチに応じて適宜設定可能である。また、溶接部ＳＰのピッチよりも短いピッチで薄肉部１２０を形成した場合、溶接時に、溶接する位置を選択することができる。また、薄肉部１２０は、フランジ部１００ｂの幅方向における両側の端部から離間した位置に形成される。また、薄肉部１２０は、フランジ部１００ｂの幅方向において、互いに離間するように二列に形成される。これにより、溶接時には、溶接部ＳＰを幅方向において二箇所に形成できる。または、溶接部ＳＰを形成する位置を幅方向において選択することができる。

なお、薄肉部１２０の厚みは、フランジ部１００ｂが貫通しない範囲であれば特に限定されない。ただし、溶接時に過度な圧力が発生しないように、且つ成形時に過度な圧力が発生しないように、薄肉部１２０の厚みは、フランジ部１００ｂの他の部分の厚みの３０～７０％程度に設定してよい。また、フランジ部１００ｂは、金属パイプ材料の管壁を押し潰すことによって形成されるため、管壁を二枚分重ね合わせた構成を有する（図５（ａ）参照）。二枚の管壁の間には隙間が形成されないことが好ましい。ただし、過度な圧力が発生しないように、図５（ｂ）のように、二枚の管壁を押し潰し過ぎないことが好ましい。例えば、フランジ部１００ｂの厚みは、成形前の管壁の二枚分の厚みを１００％とした時、３０～７０％程度に設定してよい。

制御部７０は、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂでフランジ部１００ｂ，１００ｃを押圧することで、フランジ部１００ｂ，１００ｃに部分的に厚みが薄くなった薄肉部１２０を形成するように、駆動機構８０を制御する。本実施形態では、型閉時に第１突起１１ｂと第１突起１２ｂとが接触し、第４突起１１ｅと第４突起１２ｅとが接触する。従って、制御部７０は、接触部が接触するまで成形金型１３を閉じればよい。ただし、接触部を有さない成形金型１３を用いる場合、過度な圧力がかからないように、フランジ部１００ｂ，１００ｃ及び薄肉部１２０の厚みを調整しながら、駆動機構８０を制御する。なお、制御部７０は、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信インターフェース及びユーザインターフェースを備え、一般的なコンピュータなどで構成されている。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算器である。メモリは、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体である。ストレージは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶媒体である。通信インターフェースは、データ通信を実現する通信機器である。プロセッサは、メモリ、ストレージ、通信インターフェース及びユーザインターフェースを統括し、駆動機構８０を制御する機能を実現する。駆動機構８０を制御するときは、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。制御部７０は、一台の機器によって構成されてもよく、互いに異なる機器を組み合わせて構成されてもよい。

次に、本実施形態に係る成形装置１、及び金属パイプ１００の作用・効果について説明する。

例えば、比較例として、本実施形態のような突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂを有さない成形金型を用いてフランジ部１００ｂ，１００ｃを成形するものを挙げる。このような成形装置は、成形金型でフランジ部１００ｂ，１００ｃをプレスによって成形した場合、当該フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度が高く、且つ厚みが厚くなる。このようなフランジ部を他の部材に加圧によって溶接すると、溶接に必要な圧力が大きくなることで、過度な圧力の付与に伴うチリの発生、電極の摩耗、溶接品質の不均一等の問題が生じ、加圧しながらの溶接を行い難くなる場合がある。一方、フランジ部１００ｂ，１００ｃの厚みを薄くするために、図５（ｂ）に示すようにフランジ部１００ｂ，１００ｃ全体を薄くしようとすると、プレス時に非常に大きな圧力が必要となってしまう。

これに対し、本実施形態に係る成形装置１０において、下型１１のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２及び上型１２のフランジ成形面Ｆ３，Ｆ４には、型閉時に他方のフランジ成形面と当接しない突出量の突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂが形成されている。また、制御部７０は、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂでフランジ部１００ｂ，１００ｃを押圧することで、フランジ部１００ｂ，１００ｃに部分的に厚みが薄くなった薄肉部１２０を形成するように、駆動機構８０を制御する。このような構成により、金属パイプ１００のフランジ部１００ｂ，１００ｃには、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂで押圧されることで、薄肉部１２０が形成される。この薄肉部１２０は、フランジ部１００ｂ，１００ｃにて部分的に厚みが薄くなった部分である。従って、フランジ部１００ｂ，１００ｃを他の部材に溶接する際、厚みが薄い薄肉部１２０にて溶接を行うことで、溶接に必要な圧力を少なくすることができる。また、部分的に薄肉部１２０を形成することで、フランジ部１００ｂ，１００ｃ全体を薄くする場合（図５（ｂ）参照）に比して、プレス時に必要な圧力を低減することができる。以上より、フランジ部１００ｂ，１００ｃを他の部材に加圧しながら溶接する場合に、容易に溶接を行うことができる。

成形装置１０において、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂは、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の長手方向に沿って、間欠的にフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に形成されてよい。これにより、フランジ部１００ｂ，１００ｃの長手方向の沿った部分のうち、溶接を行う部分については厚みを薄くし、その他の部分については厚みを薄くしないようにすることで、フランジ部１００ｂ，１００ｃのプレス時における圧力を低減することができる。

成形装置１０において、下型１１及び上型１２は、型閉時に互いに接触する接触部を有し、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂは、接触部よりも幅方向における内側に形成されてよい。接触部は、フランジ部１００ｂ，１００ｃの先端を規定する箇所となる。従って、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂが当該接触部よりも幅方向における内側に形成されることで、突出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂは、フランジ部１００ｂ，１００ｃの幅方向における中央寄りの位置を押圧することができる。これにより、フランジ部１００ｂ，１００ｃを溶接する際に、溶接が行い易くなる。

本実施形態に係る金属パイプ１００は、パイプ部１００ａ及びフランジ部１００ｂ，１００ｃを有する金属パイプ１００であって、フランジ部１００ｂ，１００ｃが、部分的に厚みが薄くなった薄肉部１２０を有する。

本実施形態に係る金属パイプ１００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、成形装置の全体構成は図１に示すものに限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

また、突出部の形状（すなわち薄肉部の形状）は、上述の実施形態のものに限定されず、様々な形状を採用することができる。例えば、図７（ａ）に示すように、一対の突出部１５０が、フランジ成形面の長手方向に沿って連続的に延びていてよい。また、図７（ｂ）に示すように、一本の突出部１５１が、フランジ成形面の長手方向に沿って、連続的に延びていてよい。また、図７（ｃ）に示すように、突出部１５２は、二列に配列された円形状の形状を有していてよい。図７（ｄ）に示すように、突出部１５３は、一列に配列された円形状形状を有してよい。図８（ａ），（ｂ）に示すように、突出部１５４，１５６は、一列に配列された矩形状の形状を有してよい。図８（ｃ）に示すように、突出部１５７は、幅方向に延びる形状を有していてよい。図８（ｄ）に示すように、突出部１５８は、フランジ成形面の幅方向の全域に延びるような形状を有していてよい。

１０…成形装置、１１…下型（第１の金型）、１２…上型（第２の金型）、１３…成形金型、１４…金属パイプ材料、１００…金属パイプ、１００ａ…パイプ部、１００ｂ，１００ｃ…フランジ部、１１０Ａ，１１０Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂ…突出部、１２０…薄肉部。

Claims (2)

1. 加熱された金属パイプ材料を膨張させて、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、
   互いに対となり、前記パイプ部を成形するためのパイプ成形面、及び前記フランジ部を成形するためのフランジ成形面を有する第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駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記フランジ成形面は、型閉時に前記フランジ部の二枚の管壁同士が押し潰されて互いに接触する箇所を成形する面であり、
   前記第１の金型の前記フランジ成形面及び前記第２の金型の前記フランジ成形面の少なくとも一方には、型閉時に他方のフランジ成形面と当接しない突出量の突出部が形成され、
   前記制御部は、前記突出部で前記フランジ部を押圧することで、前記フランジ部に前記金属パイプ材料の二枚分の板厚よりも部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成するように、前記駆動部を制御し、
   前記突出部は、前記フランジ成形面の長手方向に沿って、間欠的に前記フランジ成形面に形成される、成形装置。
2. 前記第１の金型及び前記第２の金型は、型閉時に互いに接触する接触部を有し、
   前記突出部は、前記接触部よりも幅方向における内側に形成される、請求項１記載の成形装置。

Images