JP7492050B2 - 成形装置、成形方法、及び金属パイプ - Google Patents

Description

本発明は、成形装置、成形方法、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、フランジ部の硬度が高すぎると、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、成形方法、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、フランジ部の硬度をパイプ部よりも低下させる硬度低下部を備える。

本発明の一態様に係る成形装置は、フランジ部の硬度をパイプ部よりも低下させる硬度低下部を備える。これにより、パイプ部の硬度を低下させることなく、硬度低下部によってフランジ部の硬度を低下させることができる。従って、強度が要求されるパイプ部の強度は確保しつつ、フランジ部は、加圧しながらの溶接を行い易い状態とすることができる。以上により、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。

成形装置は、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の金型を更に備え、硬度低下部は、成形時におけるフランジ成形面の温度をパイプ成形面よりも高くする温度調整部によって構成されてよい。これにより、温度調整部が、成形時においてフランジ成形面の温度をパイプ成形面よりも高くすることで、フランジ部がフランジ成形面と接触したときの冷却時間が長くなる。冷却時間が長くなることで、フランジ部での焼き入れ性が低下し、硬度がパイプ部よりも低くなる。

成形装置において、温度調整部は、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いてよい。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硬度を低下させ、その他の部分については硬度を低下させることなく、強度を高くすることができる。

成形装置において、硬度低下部は、成形開始前において加熱された状態の金属パイプ材料のうち、フランジ部となる部分を冷却する冷却部によって構成されてよい。これにより、成形開始前に予めフランジ部となる部分を冷却することで、当該部分における最大到達温度が低くなる。従って、フランジ部の焼き入れ性が低下することで、硬度を低くすることができる。

成形装置において、冷却部は、金属パイプ材料のうち、フランジ部となる部分に固体を接触させることで冷却を行ってよい。これにより、固体がフランジ部となる部分から熱を吸収することで、当該部分を冷却することができる。

本発明に係る成形方法は、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方法であって、フランジ部の硬度をパイプ部よりも低下させる。

本発明に係る成形方法によれは、上述の成形装置と同様の作用・効果を得ることができる。

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、フランジ部の硬度がパイプ部よりも低い。

本発明に係る金属パイプによれば、強度が要求されるパイプ部の強度は確保しつつ、フランジ部は、加圧しながらの溶接を行い易い状態とすることができる。以上により、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。

金属パイプにおいて、フランジ部には、互いに硬度が異なる高硬度部及び低硬度部が形成され、低硬度部の硬度は、高硬度部に比して低い。これにより、溶接が行われる部分を低硬度部とすることで、容易に溶接を行えるようにしつつ、他の部分は高硬度部とすることで、強度を確保することができる。

金属パイプにおいて、低硬度部は、フランジ部の長手方向に沿って、間欠的にフランジ部に形成されていてよい。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低硬度部とし、その他の部分については高硬度部とすることで、強度を高くすることができる。

本発明によれば、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、成形方法、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。 （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。 （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。 温度調整部の具体的な構成を示す概略図である。 変形例に係る硬度低下部の構成を示す図である。

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。

（硬度低下部の説明）
ここで、成形装置１０は、フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度をパイプ部１００ａよりも低下させる硬度低下部１１０を備える。図４を参照して、硬度低下部１１０の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。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。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。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。

硬度低下部１１０は、成形時におけるフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の温度をパイプ成形面Ｆ５，Ｆ６よりも高くする温度調整部１２０，１２１によって構成される。成形時におけるフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の温度が高い場合、金属パイプ材料がフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と接触した際の冷却速度が低下する。これにより、フランジ部１００ｂ，１００ｃに対する冷却時間が長くなることにより焼き入れ性が低下し、当該フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度が低くなる。温度調整部１２０，１２１がフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４をどの程度の温度にするかは特に限定されない。例えば、温度調整部１２０，１２１は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を５００～１０００℃程度の温度にすれば、フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度を十分に低くすることができる。このとき、金型接触時の冷却速度を少なくとも１０℃以下にすることができる。

温度調整部１２０は、下型１１のうち、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２に対応する位置に形成される。ただし、パイプ成形面Ｆ５の温度が高くなることを回避するため、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２のうち、基端側の縁部には、温度調整部１２０が設けられていない。温度調整部１２０は、当該基端側の縁部よりも幅方向外側の領域に形成されている。なお、温度調整部１２０は、当該基端側の縁部よりも幅方向外側の全域に形成されているが、少なくともスポット溶接が行われ得る領域にのみ形成されていればよい。例えば、フランジ部１００ｂ，１００ｃの先端付近の縁部には、温度調整部１２０が形成されていなくともよい。また、温度調整部１２０の上下方向の大きさは図に示すものに限定されない。

温度調整部１２１は、上型１２のうち、フランジ成形面Ｆ３，Ｆ４に対応する位置に形成される。ただし、パイプ成形面Ｆ５の温度が高くなることを回避するため、フランジ成形面Ｆ３，Ｆ４のうち、基端側の縁部には、温度調整部１２１が設けられていない。温度調整部１２１は、当該基端側の縁部よりも幅方向外側の領域に形成されている。なお、温度調整部１２１は、当該基端側の縁部よりも幅方向外側の全域に形成されているが、少なくともスポット溶接が行われ得る領域にのみ形成されていればよい。例えば、フランジ部１００ｂ，１００ｃの先端付近の縁部には、温度調整部１２１が形成されていなくともよい。また、温度調整部１２１の上下方向の大きさは図に示すものに限定されない。

図５（ａ）は、下型１１のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２を上方から見た図である。図５（ｂ）は、金属パイプ１００を上方から見た図である。なお、上型１２の温度調整部１２１は、下型１１の温度調整部１２０と同趣旨の構成を有するため、説明を省略する。図５（ａ）に示すように、温度調整部１２０は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２の長手方向に沿って連続的に延びている。これにより、図５（ｂ）に示すような金属パイプ１００が成形される。

図５（ｂ）に示すように、フランジ部１００ｂ，１００ｃには、互いに硬度が異なる高硬度部１０７及び低硬度部１０６が形成される。低硬度部１０６の硬度は、高硬度部１０７に比して低い。これにより、金属パイプ１００のフランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度は、パイプ部１００ａよりも低くなる。低硬度部１０６は、成形金型１３のフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４のうち、温度調整部１２０，１２１が形成される箇所によって形成される。高硬度部１０７及びパイプ部１００ａは、成形金型１３の成形面のうち、温度調整部１２０，１２１が形成されていない箇所によって形成される。従って、高硬度部１０７及びパイプ部１００ａは、冷却された成形面との接触によって急冷されて焼き入れが行われることで、高い硬度を有する。低硬度部１０６は、温度調整部１２０，１２１によって温度が高くされた成形面との接触によって、冷却速度が遅くなった状態で焼き入れが行われる（または焼き入れが行われない）ことで、低い硬度を有する。なお、高い硬度部１０２及びパイプ部１００ａの硬度は、ＨＶ４００～５００程度に設定される一方、低硬度部１０６の硬度は、ＨＶ１００～３００程度に設定される。これにより、低硬度部１０６ではスポット溶接を行い易くなる。

なお、図６（ａ）に示す構造が採用されてもよい。図６（ａ）に示す温度調整部１２０は、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２の長手方向に沿って、間欠的にフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２に形成されている。すなわち、フランジ成形面Ｆ１，Ｆ２には、長手方向に所定の長さを有する温度調整部１２０が形成され、長手方向に間隔を開けて、他の温度調整部１２０が形成される。温度調整部１２０のピッチは、例えば、金属パイプ１００を他部材に固定する際のスポット溶接部ＳＰのピッチに基づいて設定されてよい。これにより、図６（ｂ）に示すような金属パイプ１００が成形される。当該金属パイプ１００の低硬度部１０６は、フランジ部１００ｂ，１００ｂの長手方向に沿って、間欠的にフランジ部１００ｂ，１００ｃに形成されている。フランジ部１００ｂ，１００ｃには、長手方向に所定の長さを有する低硬度部１０６が形成され、長手方向に所定の長さを有する高硬度部１０７を挟んで、他の低硬度部１０６が形成される。

次に、図７を参照して、温度調整部１２０の具体的な構成について説明する。なお、上型１２の温度調整部１２１は、下型１１の温度調整部１２０と同趣旨の構成を有するため、説明を省略する。図７（ａ）は、下型１１を上方から見た図である。図７（ｂ）は、下型１１を横側から見た図である。温度調整部１２０は、下型１１の他の部分を構成する部材とは、異なる材質の部材１２３を埋め込むことによって構成される。温度調整部１２０を構成する部材１２３として、例えば電気抵抗の高い部材を採用する。温度調整部１２０を構成する部材１２３には、通電を行うための通電部１２４が接続される。これにより、通電部１２４が部材１２３に通電することで、温度調整部１２０の温度が高くなる。その他、温度調整部１２０を構成する部材１２３として、下型１１の他の部材に比して、冷却速度が遅い材質の部材を採用してよい。これにより、温度調整部１２０では、水循環機構７２の冷却による温度低下が遅くなるため、成形時において、他の部分に比して温度が高くなる。あるいは、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、温度調整部１２０に対応する箇所に、高温部材１２６を押し付ける機構を設けることで、温度調整部１２０を部分的に高温としてよい。なお、高温部材１２６は、成形時には干渉しない位置へ移動する。

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は、金属パイプ材料１４を膨張させて、パイプ部１００a及びフランジ部１００ｂ，１００ｃを有する金属パイプ１００を成形する成形装置１０であって、フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度をパイプ部１００ａよりも低下させる硬度低下部１１０を備える。

成形装置１０は、フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度をパイプ部１００ａよりも低下させる硬度低下部１１０を備える。これにより、パイプ部１００ａの硬度を低下させることなく、硬度低下部１１０によってフランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度を低下させることができる。従って、強度が要求されるパイプ部１００ａの強度は確保しつつ、フランジ部１００ｂ，１００ｃは、加圧しながらの溶接を行い易い状態とすることができる。以上により、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。また、加圧して溶接する際に、過度な圧力が不要となるため、過度な圧力の付与に伴うチリの発生、電極の摩耗、溶接品質の不均一などを抑制することができる。

成形装置１０は、互いに対となり、パイプ部１００ａを成形するためのパイプ成形面Ｆ５，Ｆ６及びフランジ部１００ｂ，１００ｃを成形するためのフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を有する下型１１及び上型１２を更に備える。硬度低下部１１０は、成形時におけるフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の温度をパイプ成形面Ｆ５，Ｆ６よりも高くする温度調整部１２０，１２１によって構成される。これにより、温度調整部１２０，１２１が、成形時においてフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の温度をパイプ成形面Ｆ５，Ｆ６よりも高くすることで、フランジ部１００ｂ，１００ｃがフランジ成形面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と接触したときの冷却時間が長くなる。冷却時間が長くなることで、フランジ部１００ｂ，１００ｃでの焼き入れ性が低下し、硬度がパイプ部１００ａよりも低くなる。なお、本実施形態のように加熱によって硬度低下部を構成した場合、図８のように冷却を行う形態に比して、温度コントロールが容易になる。本実施形態では、構造に対する最適温度の設定が任意で可能となることにより、形状などの制約を回避し易くなる。

成形装置１０において、温度調整部１２０，１２１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に形成されていてよい。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硬度を低下させ、その他の部分については硬度を低下させることなく、強度を高くすることができる。

本実施形態に係る成形方法は、金属パイプ材料１４を膨張させて、パイプ部１００ａ及びフランジ部１００ｂ，１００ｃを有する金属パイプ１００を成形する成形方法であって、フランジ部１００ｂ，１００ｃの硬度をパイプ部１００ａよりも低下させる。

本実施形態に係る成形方法によれは、上述の成形装置１０と同様の作用・効果を得ることができる。

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の硬度がパイプ部１００ａよりも低い。

本実施形態に係る金属パイプ１００によれば、強度が要求されるパイプ部１００ａの強度は確保しつつ、フランジ部１００ｂ，１００ｃは、加圧しながらの溶接を行い易い状態とすることができる。以上により、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。

金属パイプ１００において、フランジ部１００ｂ，１００ｃには、互いに硬度が異なる高硬度部１０７及び低硬度部１０６が形成され、低硬度部１０６の硬度は、高硬度部１０７に比して低い。これにより、溶接が行われる部分を低硬度部１０６とすることで、容易に溶接を行えるようにしつつ、他の部分は高硬度部１０７とすることで、強度を確保することができる。

金属パイプ１００において、低硬度部１０６は、フランジ部１００ｂ，１００ｃの長手方向に沿って、間欠的にフランジ部１００ｂ，１００ｃに形成されていている。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低硬度部１０６とし、その他の部分については高硬度部１０７とすることで、強度を高くすることができる。

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、硬度低下部として、図８に示す構成を採用してもよい。図８に示す成形装置において、硬度低下部は、成形開始前において加熱された状態の金属パイプ材料１４のうち、フランジ部１００ｂ，１００ｃとなる部分１４ａを冷却する冷却部１３０によって構成されてよい。なお、図８において、温度が高い部分にはグレースケールが付され、冷却されて温度が低くなっている部分には、グレースケールが付されていない。冷却部１３０は、銅、アルミなどの材質の吸熱材によって構成される。冷却部１３０は、高温の金属パイプ材料１４の部分１４ａと接触することで、当該部分１４ａから吸熱することができる。これにより、成形開始前に予めフランジ部１００ｂ，１００ｃとなる部分１４ａを冷却することで、当該部分１４ａにおける最大到達温度が低くなる。従って、フランジ部１００ｂ，１００ｃの焼き入れ性が低下することで、硬度を低くすることができる。

上述の成形装置において、冷却部１３０は、金属パイプ材料１４のうち、フランジ部１００ｂ，１００ｃとなる部分１４ａに固体を接触させることで冷却を行う。これにより、固体がフランジ部１００ｂ，１００ｃとなる部分１４ａから熱を吸収することで、当該部分１４ａを冷却することができる。

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、１４ａ…部分（フランジ部となる部分）、１００…金属パイプ、１００ａ…パイプ部、１００ｂ，１００ｃ…フランジ部、１０６…低硬度部、１０７…高硬度部、１１０…硬度低下部、１２０，１２１…温度調整部、１３０…冷却部。

Claims (6)

1. 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、
   前記フランジ成形面に設けられ、前記フランジ部の硬度を前記パイプ部よりも低下させる第１の硬度低下部と、を備え、
   前記第１の硬度低下部は、前記フランジ部の長手方向に沿って間欠的に形成される、成形装置。
2. 前記第１の硬度低下部は、成形時における前記フランジ成形面の温度を前記パイプ成形面よりも高くする温度調整部によって構成される、請求項１に記載の成形装置。
3. 成形開始前において加熱された状態の前記金属パイプ材料のうち、前記フランジ部となる部分を冷却する冷却部によって構成される第２の硬度低下部を更に備える、請求項１または２に記載の成形装置。
4. 前記冷却部は、前記金属パイプ材料のうち、前記フランジ部となる部分に固体を接触させることで冷却を行う、請求項３に記載の成形装置。
5. 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方法であって、
   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の金型を用いて前記金属パイプを成形し、
   前記フランジ成形面で前記フランジ部を成形するときに、前記フランジ部において、前記パイプ部よりも硬度を低下させる部分を形成し、
   前記硬度を低下させる部分を、前記フランジ部の長手方向に沿って間欠的に形成する、成形方法。
6. パイプ部及びフランジ部を有し、
   前記フランジ部の硬度が前記パイプ部よりも低く、
   前記フランジ部には、互いに硬度が異なる高硬度部及び低硬度部が形成され、前記低硬度部の硬度は、前記高硬度部に比して低く、
   前記低硬度部は、前記フランジ部の長手方向に沿って、間欠的に前記フランジ部に形成されている、金属パイプの製造方法であって、
   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の金型を用い、
   前記フランジ成形面に前記長手方向に沿って間欠的に設けられた硬度低下部によって、前記低硬度部を形成する、金属パイプの製造方法。

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