JPWO2005007317A1 - 金属成型方法及び金属成型機及び金属成型体 - Google Patents

Abstract

所定形状の成型用空間（１３）と、この成型用空間に連通した金属体導入空間（１２）を設けた金型を用い、金属体導入空間に挿入した金属体を、所定圧力を加えながら前記成型用空間に送給して所定形状の成型体を形成する金属成型方法、及び金属成型機、及び形成された金属型成型体。特に、金属体を金属体導入空間から成型用空間に送給する際に剪断変形させ、金属体の金属組織を微細化させておく。

Description

本発明は、金属体から所定形状の金属成型体を形成する金属成型方法及び金属成型機及び金属成型体に関するものである。

従来、所定の形状とした金属製の構造物を形成する方法の一つとして鍛造が用いられている。

この鍛造では、所望の形状の外側面を象った成型面を有する金型に、金属体を成型面に沿わせながら打ち延ばすことによって所定形状の形成を行っている。

このように、鍛造では金属体を金型の成型面に沿わせながら打ち伸ばすために、比較的複雑な形状の形成が困難であって、例えば筒状体の金属製品を鍛造によって製造する場合には、特開平５−７９２２号公報に記載されているように、あらかじめ筒形状とした金属体を用意し、この筒形状の金属体を鍛造することにより所望形状の筒状体を形成していた。

このように、鍛造において所望の形状の成型体を形成する場合には、その形状を得られやすい形状とした金属体をあらかじめ準備する必要があり、鍛造される金属体の成形加工にともなってコストが増大するという問題があった。

本発明者らはこのような現状に鑑み、鍛造される金属体の形状依存を少なくすることにより低コスト化するとともに、異形状の部品を一体成型可能として低コスト化を可能とすべく研究を行い、本発明を成すに至ったものである。

請求項１記載の金属成型方法では、所定形状の成型用空間と、この成型用空間に連通した金属体導入空間を設けた金型を用い、金属体導入空間に挿入した金属体を、所定圧力を加えながら成型用空間に送給して所定形状の成型体を形成することとした。したがって、プラスチックにおける射出成型のように金属体を所定形状に成型した成型体を形成できるので、成型前の金属体の形状依存を少なくでき、製造コストの低減を図ることができる。

請求項２記載の金属成型方法では、請求項１記載の金属成型方法において、金属体を金属体導入空間から成型用空間に送給する際に剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化することとした。したがって、金属体の金属組織の微細化にともなって塑性を向上させた金属体を成型用空間に送給することができるので、金属体の射出成型的な成型を可能とすることができる。しかも、金属体の金属組織の微細化にともなって金属体の強度の向上を図ることもでき、機能特性を向上させることもできる。

請求項３記載の金属成型方法では、請求項１記載の金属成型方法において、金属体導入空間または成型用空間の少なくともいずれか一方に、送給される金属体を屈曲させる屈曲部を設けることとした。したがって、屈曲部において、屈曲部分を通過する金属体を剪断変形させて金属体の金属組織を微細化でき、この金属組織の微細化にともなって塑性を向上させた金属体を成型用空間に送給することができるので、金属体の射出成型的な成型を可能とすることができる。しかも、金属体の金属組織の微細化にともなって金属体の強度の向上を図ることもでき、機能特性を向上させることもできる。

請求項４記載の金属成型方法では、請求項１記載の金属成型方法において、成型用空間に、金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、連通領域から成型領域への金属体の送給方向と、金属体導入空間における金属体の送給方向とを異ならせることとした。したがって、金属体の送給方向が変わる際に金属体が剪断変形し、この剪断変形によって金属体の金属組織を微細化することができる。そして、この金属組織の微細化にともなって塑性を向上させた金属体を成型用空間に送給することができるので、金属体の射出成型的な成型を可能とすることができる。しかも、金属体の金属組織の微細化にともなって金属体の強度の向上を図ることもでき、機能特性を向上させることもできる。

請求項５記載の金属成型方法では、請求項４記載の金属成型方法において、成型領域を通過した金属体を金型の外部に突出させ、この突出部分を所定形状に押圧成型することとした。したがって、押圧成型によってより緻密な形状の成型を可能とすることができる。しかも、成型された成型体は一体成型品とすることができるので、成型体の強度の向上を図ることができる。

請求項６記載の金属成型方法では、請求項４記載の金属成型方法において、連通領域を基端として伸延した略円筒形状に成型領域を形成するとともに、成型領域に、この成型領域の先端から基端に向けて伸延させた穿孔ピンを設け、成型体に筒状部を形成可能とした。したがって、連通領域部分の金属体に一体的に接続した筒状部を突出形状に形成することができ、一体成の筒状部を有する成型体を形成できる。

請求項７記載の金属成型方法では、請求項６記載の金属成型方法において、内周面が穿孔ピンに摺接するとともに、外周面が成型領域の金型の内周面に摺接する円筒状のカラーを穿孔ピンに装着し、成型領域への金属体の送給にともなって、カラーの連通領域側の端面を成型領域の先端側に漸次移動させることとした。したがって、筒状部の穿孔を行っている穿孔ピンをカラーによって安定的に保持しながら筒状部を形成できるので、筒状部の形成精度を向上させることができる。

請求項８記載の金属成型方法では、請求項７記載の金属成型方法において、カラーを穿孔ピンに沿って所定の距離だけ移動させた後に、穿孔ピンを連通領域に押入することとした。したがって、穿孔ピンによって成型領域だけでなく連通領域にも穿孔することができる。

請求項９記載の金属成型方法では、請求項８記載の金属成型方法において、穿孔ピンを連通領域に押入する場合に、金属体導入空間に金属体を押圧して送給しているシリンダを後退させることとした。したがって、穿孔ピンの連通領域への押入に要する圧力を低減させて、穿孔ピンに作用する負荷を低減させることができ、穿孔ピンに破損が生じることを防止できる。

請求項１０記載の金属成型方法では、請求項１〜９のいずれか１つに記載の金属成型方法において、金属体導入空間を複数設けることとした。したがって、成型用空間への金属体の送給を低荷重で行うことができるとともに、成型用空間における金属体の偏肉の発生を抑制できる。

請求項１１記載の金属成型機では、互いに連通させた所定形状の成型用空間と金属体導入空間を設けた金型と、金属体導入空間に挿入した金属体を押圧して金属体導入空間から成型用空間に金属体を送給することにより所定形状の成型体を形成する押圧手段とを有することとした。したがって、プラスチックにおける射出成型のように金属体を所定形状に成型した成型体を形成できるので、成型前の金属体の形状依存を少なくでき、製造コストの低減を図ることができる金属成型機を提供できる。

請求項１２記載の金属成型機では、請求項１１記載の金属成型機において、金属体導入空間または成型用空間の少なくともいずれか一方に、金属体を剪断変形させる剪断変形手段を設けた。したがって、剪断変形手段によって金属体を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化することができるので、この金属組織の微細化にともなって塑性を向上させた金属体を成型用空間に送給して、金属体の射出成型的な成型を可能とした金属成型機を提供できる。しかも、金属体の金属組織の微細化にともなって金属体の強度の向上を図ることもでき、機能特性を向上させた成型体を提供できる。

請求項１３記載の金属成型機では、請求項１２記載の金属成型機において、送給される金属体を屈曲させる屈曲部を剪断変形手段とした。したがって、金属体の剪断変形を極めて容易に生じさせることができる。

請求項１４記載の金属成型機では、請求項１１記載の金属成型機において、成型用空間に、金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、連通領域から成型領域への金属体の送給方向と、金属体導入空間における金属体の送給方向とを異ならせた。したがって、金属体導入空間から成型用空間への金属体の送給にともなって金属体の送給方向が変わる際に金属体を剪断変形させることができ、この剪断変形によって金属体の金属組織を微細化する金属成型機を提供できる。そして、この金属組織の微細化にともなって塑性を向上させた金属体を成型用空間に送給することができるので、金属体の射出成型的な成型を可能とすることができる。しかも、金属体の金属組織の微細化にともなって金属体の強度の向上を図ることもでき、機能特性を向上させることもできる。

請求項１５記載の金属成型機では、請求項１４記載の金属成型機において、成型領域を通過した金属体を金型の外部に突出させ、この突出部分を所定形状に押圧成型する押圧成型手段を設けた。したがって、押圧成型手段によってより緻密な形状の成型を可能とすることができ、しかも、一体的に成型された成型体を製造可能とした金属成型機を提供できる。

請求項１６記載の金属成型機では、請求項１４記載の金属成型機において、連通領域を基端として伸延した略円筒形状に成型領域を形成するとともに、成型領域に、この成型領域の先端から基端に向けて伸延させた穿孔ピンを設けて、成型体に筒状部を形成可能とした。したがって、連通領域部分の金属体に一体的に接続した筒状部を突出形状に形成可能とした金属成型機を提供できる。

請求項１７記載の金属成型機では、請求項１６記載の金属成型機において、穿孔ピンに、内周面が穿孔ピンに摺接するとともに、外周面が成型領域の金型の内周面に摺接する円筒状のカラーを装着し、成型領域への金属体の送給にともなって、カラーの連通領域側の端面を成型領域の先端側に漸次移動させるカラー制御手段を設けた。したがって、筒状部の穿孔を行っている穿孔ピンをカラーによって安定的に保持しながら筒状部を形成できるので、筒状部の形成精度を向上可能とした金属成型機を提供できる。

請求項１８記載の金属成型機では、請求項１７記載の金属成型機において、カラーを穿孔ピンに沿って所定の距離だけ移動させた後に、穿孔ピンを連通領域に押入する穿孔ピン制御手段を設けた。したがって、穿孔ピンによって成型領域だけでなく連通領域にも穿孔可能とした金属成型機を提供できる。

請求項１９記載の金属成型機では、請求項１８記載の金属成型機において、穿孔ピン制御手段によって穿孔ピンを連通領域に押入する場合に、金属体導入空間に金属体を押圧して送給しているシリンダを後退させるシリンダ制御手段を設けた。したがって、穿孔ピンの連通領域への押入に要する圧力を低減させて、穿孔ピンに作用する負荷を低減させることができ、穿孔ピンに破損が生じることを防止可能とした金属成型機を提供できる。

請求項２０記載の金属成型機では、請求項１１〜１９のいずれか１つに記載の金属成型機において、金属体導入空間を複数設けた。したがって、成型用空間への金属体の送給を低荷重で行うことができるとともに、成型用空間における金属体の偏肉の発生を抑制可能とした金属成型機を提供できる。

請求項２１記載の金属成型体では、所定形状の成型用空間と、この成型用空間に連通した金属体導入空間を設けた金型に、金属体導入空間に挿入した金属体を所定圧力を加えながら成型用空間に送給して所定形状とした金属成型体であって、成型用空間に送給された金属体の金属組織を微細化した。したがって、金属体の金属組織の微細化により塑性の低下した金属体をプラスチックにおける射出成型のように成型用空間に送給して、所定形状とした成型体とすることができる。

請求項２２記載の金属成型体では、請求項２１記載の金属成型体において、成型用空間に、金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、連通領域から成型領域への金属体の送給方向と、金属体導入空間における金属体の送給方向とを異ならせた。したがって、成型領域に達した金属体は、金属体導入空間から成型用空間への金属体の送給にともなって金属体の送給方向が変わる際に剪断変形され、この剪断変形によって金属体の金属組織が微細化されており、金属組織の微細化された金属成型体を低コストで提供できる。特に、このように金属組織の微細化された金属成型体では、金属体の金属組織の微細化にともなって金属体の強度の向上を図ることもでき、機能特性を向上させた金属成型体を提供できる。

請求項２３記載の金属成型体では、請求項２１記載の金属成型体において、連通領域で金属体の送給方向を屈曲させた。したがって、極めて容易にかつ効率よく金属体を剪断変形させることができ、金属組織が微細化された金属成型体を低コストで提供できる。

発明に係る金属成型機による成型工程を示した模式図である。 発明に係る金属成型機による成型工程を示した模式図である。 発明に係る金属成型機による成型工程を示した模式図である。 発明に係る金属成型機による成型工程を示した模式図である。 発明に係る金属成型機による成型工程を示した模式図である。 発明に係る金属成型機による成型工程を示した模式図である。 他の実施形態の金属成型機の断面模式図である。 他の実施形態の金属成型体の説明図である。 他の実施形態の金属成型体の説明図である。 他の実施形態の金属成型機の断面模式図である。

本発明の金属成型方法及び金属成型機では、所定形状の成型用空間と、この成型用空間に連通した金属体導入空間を設けた金型を用いて金属体を成型加工することにより、所定形状の金属成型体を形成しているものである。

特に、金属成型体となる金属体は金属体導入空間に挿入しておき、所定圧力を加えながら成型用空間に送給することにより、プラスチックにおける射出成型のように金属体を所定形状に成型した金属成型体を形成している。

すなわち、成型用空間には、金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、連通領域から成型領域への金属体の送給方向と、金属体導入空間における金属体の送給方向とを異ならせることにより金属体の送給方向が変わる際に金属体を剪断変形させ、この剪断変形にともなって金属体に作用した剪断応力によって金属体の金属組織を微細化し、金属体の塑性を向上させて射出成型的な成型を可能としているものである。

なお、剪断変形は成型用空間と金属体導入空間のいずれにおいて生じさせてもよく、成型用空間及び／または金属体導入空間に属体を屈曲させる屈曲部を設けて、この屈曲部を送通させるだけで容易に金属体を剪断変形させることができる。

好適には、金属体導入空間は成型用空間の側面方向に伸延させて配置することにより、成型用空間の連通領域において金属体の屈曲を生じさせて剪断変形させることができる。

このように、射出成型的な成型を可能としていることによって、成型前の金属体の形状依存を少なくでき、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、金属体導入空間は複数設けて、複数方向から金属体を成型用空間に送給することによって、低加重での金属体の送給を可能とし、しかも、成型用空間における金属体の偏肉の発生を抑制できる。

以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。本実施形態では、筒形状とした筒状部と、この筒状部の一端に筒状部の中空部分を閉塞した基端部を設けた金属成型体を形成しているものであり、筒状部と基端部とを一体的に形成しているものである。

図１〜６は、本実施形態の金属成型機による成型工程を示した概略模式図である。

本実施形態の金属成型機は、シリンダ１１によって金属体Ｋに所定圧力を加えながら送給を行う導入路１２を設けた第１金型１０と、この第１金型１０に所定の圧力を加えながら重ね合わせて第１金型１０と接合する部分に所定形状の成形用空間を形成する第２金型２０とから構成している。金属体導入空間は導入路１２によって構成されている。

特に、本実施形態の金属成型機では、成形用空間に、導入路１２と連通する連通領域を設けるとともに、この連通領域を基端として伸延した略円筒形状に成型領域を設けており、しかも、この成型領域の先端は外部空間と連通させている。

そして、成形用空間の成型領域には、先端から基端に向けて棒状の穿孔ピン３０を進退自在に挿入するとともに、この穿孔ピン３０には、内周面を前記穿孔ピン３０に摺接させるとともに、外周面を第１金型１０及び第２金型２０の内周面に摺接させながら進退させる円筒状のカラー４０を装着している。

図示していないが、穿孔ピン３０には、穿孔ピン３０を伸延方向に沿って進退させる穿孔ピン用進退制御部を接続している。

また、カラー４０には、その外周面を第１金型１０及び第２金型２０に摺接させながら進退させるカラー用進退制御部を接続している。カラー用進退制御部がカラー移動手段である。

第１金型１０には、第２金型２０との重合面に、第２金型２０を押圧重合させることによって成型用空間を形成するための第１成型用凹部１３を設けている。

第１成型用凹部１３は、成型用空間の連通領域を構成する第１連通領域用凹部１３ａと、成型用空間の成型領域を構成する第１成型領域用凹部１３ｂとで構成している。

本実施形態では、第１連通領域用凹部１３ａは、所定形状とした基端部を形成可能な凹形状とし、第１成型領域用凹部１３ｂは、筒状部を形成可能とするために半円筒周面状の凹形状としている。

さらに、第１連通領域用凹部１３ａには導入路１２の一端を連通連結している。特に本実施形態では、導入路１２を第１金型１０における第２金型２０との重合面と略直交させて設けている。

このように導入路１２を設けることによって、導入路１２からシリンダ１１によって所定圧力を加えながら送給された金属体Ｋは、第１連通領域用凹部１３ａに達したところで送給方向が変わることによって剪断応力が作用する。

本実施形態では、導入路１２を第１金型１０における第２金型２０との重合面と略直交させることによって、導入路１における金属体Ｋの送給方向と、連通領域から成型領域への金属体Ｋの送給方向とを略直交状態としているが、略直交状態に限定するものではなく、金属体Ｋの送給方向を屈曲させて金属体Ｋに剪断応力を作用させることができる角度となっていればよい。

第１金型１０には、所要の位置に加熱装置を設けるための加熱装置配設空間１４を設け、この加熱装置配設空間１４には所要の発熱能力を有するヒータ（図示せず）を加熱装置として設けている。

第２金型２０には、第１金型１０との重合面に、第１金型１０と押圧重合することによって成型用空間を形成するための第２成型用凹部２３を設けている。

第２成型用凹部２３は、成型用空間の連通領域を構成する第２連通領域用凹部２３ａと、成型用空間の成型領域を構成する第２成型領域用凹部２３ｂとで構成している。

本実施形態では、第２連通領域用凹部２３ａは、所定形状とした基端部を形成可能な凹形状とし、第２成型領域用凹部２３ｂは、筒状部を形成可能とするために半円筒周面状の凹形状としている。

そして、第１金型１０に第２金型２０を重合させることによって、第１連通領域用凹部１３ａと第２連通領域用凹部２３ａとにより成型用空間における所定形状の連通領域を構成し、第１成型領域用凹部１３ｂと第２成型領域用凹部２３ｂとにより成型用空間における筒形状の成型領域を構成して、筒状部と基端部とを一体的に形成可能としているものである。

図示していないが、第２金型２０には、第１金型１０に押圧重合するための押圧装置を接続しており、第２金型２０を第１金型１０に所要の圧力で押圧するようにしている。

また、第２金型２０にも所要の位置に加熱装置を設けるための加熱装置配設空間２４を設け、この加熱装置配設空間２４には所要の発熱能力を有するヒータ（図示せず）を加熱装置として設けている。

穿孔ピン３０は所要の径を有する金属製の棒体であって、第１金型１０に第２金型２０を重合させることにより第１成型領域用凹部１３ｂと第２成型領域用凹部２３ｂとで形成した円柱状の成型領域に、先端部３０ａを挿入するようにしている。特に、穿孔ピン３０は、穿孔ピン用進退制御部によって成型領域を進退自在としている。

カラー４０は、中心に穿孔ピン３０を挿通可能な中空部を設けるとともに、第１成型領域用凹部１３ｂと第２成型領域用凹部２３ｂとで形成した円柱状の成型領域に挿入可能な大きさとした円筒状の金属体であって、中空部に穿孔ピン３０を挿通させることにより穿孔ピン３０に摺動自在に装着している。

本実施形態では、カラー４０は、一方の端部を成型領域から外方に延出させ、この延出部分においてカラー用進退制御部と接続することにより、カラー用進退制御部によってカラー４０の外周面を第１金型１０及び第２金型２０に摺接させながら進退制御することができるようにしている。

上記のように構成した金属成型機によって金属体Ｋを成型する場合には、以下の作業工程にしたがって行っている。なお、本実施形態では温間加工であるが、冷間加工であってもよいし、熱間加工であってもよい。

（１）金型重合工程
はじめに、金属体Ｋを第１金型１０の導入路１２に挿入して、この金属体Ｋを所要温度に加温している。このとき、図１に示すように、穿孔ピン３０及びこの穿孔ピン３０に装着したカラー４０を、第１金型１０の第１成型領域用凹部１３ｂの所定位置に位置させている。

ここで、本実施形態で穿孔ピン３０及びカラー４０の所定位置とは、穿孔ピン３０の場合には、その先端部３０ａを第１連通領域用凹部１３ａと第１成型領域用凹部１３ｂとの境界部分とする位置であり、カラー４０の場合には、その端面４０ａを穿孔ピン３０の先端部３０ａよりも所定寸法だけ後退させて、穿孔ピン３０の先端部３０ａを突出状態としている位置である。

このように穿孔ピン３０を位置させることによって、後述するように連通領域に送給された金属体Ｋが送給方向を変える場合に、穿孔ピン３０が障害となることを防止でき、円滑に金属体Ｋの送給を行うことができるとともに、連通領域において金属体Ｋに確実に剪断応力を作用させて、金属体Ｋの金属組織の微細化を図ることができる。

金属体Ｋが所要の温度に達すると、図１に示すようにシリンダ１１を動作させて金属体Ｋを所定寸法だけ導入路１２から押し出すようにしている。

シリンダ１１は、図示しないシリンダ用進退制御部と接続し、シリンダ用進退制御部に基づいてシリンダ１１の進退制御を行っている。シリンダ用進退制御部がシリンダ制御手段である。

金属体Ｋを第１金型１０から所定寸法だけ突出させた後、押圧装置を作動させて第２金型２０を第１金型１０に所要の圧力で押圧重合させ、図２に示すように、第１金型１０の第１連通領域用凹部１３ａと第２金型２０の第２連通領域用凹部２３ａとで金属体Ｋの初期成型を行う。図２中、５０は金属体Ｋの緩衝用空間である。

この初期成型によって連通領域に金属体Ｋを充填させ、後述するシリンダ１１による金属体Ｋの送給によって、金属体Ｋが円滑に成型領域に送給されるようにしている。

（２）筒状部形成工程
第１金型１０と第２金型２０の重合後、図３に示すように、シリンダ１１を前進させて金属体Ｋを連通領域に送給するとともに、カラー４０の連通領域側の端面４０ａを成型領域の先端側に漸次移動させて、成型領域に金属体Ｋを送球して筒状部の形成を行っている。

このようにカラー４０で穿孔ピン３０を支持しながら金属体Ｋを圧入することによって、金属体Ｋの圧入にともなって穿孔ピン３０に撓みが生じることを抑止して、長寸法の筒状部を精度よく形成することができる。

（３）中空孔伸延工程
カラー４０を所要の距離だけ成型領域の先端側に移動させて所要長さの筒状部を形成した後、図４に示すように、シリンダ１１を所定距離だけ後退させるとともに、穿孔ピン３０を連通領域に押入して、基端部にも中空孔を伸延させている。

このとき、成型領域部分の筒状部となった金属体Ｋがガイドとなることによって、穿孔ピン３０を安定的に連通領域に押入することができる。

しかも、穿孔ピン３０を連通領域に押入する場合にシリンダ１１を後退させていることによって、穿孔ピン３０の押入にともなって連通領域から押し出される金属体Ｋが、シリンダ１１の後退にともなって形成された空間に押し戻されることとなるので、穿孔ピン３０の押入に抵抗する抵抗力を緩和して、穿孔ピン３０を容易に押入することができる。

このようにして基端部にまで中空孔を伸延させておくことにより、金属体Ｋによって形成した形成体Ｋ’の基端部に、中空孔と直交する方向の孔を穿設することによりその孔と中空孔と連通させて形成体Ｋ’をエルボー管とすることができる。

（４）脱型工程
穿孔ピン３０の押入にともなって基端部にまで中空孔を伸延させた後、図５に示すように穿孔ピン３０及びカラー４０を後退させて筒状部から穿孔ピン３０を抜出し、その後、図６に示すように第２金型２０を第１金型１０から離隔するとともに、シリンダ１１を前進させて所定形状に成形された成型体Ｋ’を押出すことによって、成型体Ｋ’の脱型を行っている。

このようにして形成した成型体Ｋ’は、基端部と筒状部とを一体成形することができるので、従来、このような筒状部を有する金具を形成する場合に行っていた溶接作業を不要として製造コストを削減できるとともに、極めて高い寸法精度の製品を提供することができる。

上記した第１金型１０及び第２金型２０に第１成型領域用凹部１３ｂ及び第２成型領域用凹部２３ｂを形成する場合には、より具体的には、図７に示すように、カラー４０の肉厚に合わせて第１成型領域用凹部１３ｂ及び第２成型領域用凹部２３ｂを形成し、筒状部の肉厚は、穿孔ピン３０と、第１金型１０の第１連通領域用凹部１３ａと第１成型領域用凹部１３ｂとの間に設けた第１成形壁１５、及び第２金型２０の第２連通領域用凹部２３ａと第２成型領域用凹部２３ｂとの間に設けた第２成形壁２５とで所要の肉厚とするようにしてもよい。

このように第１成形壁１５及び第２成形壁２５を設けることによって、カラー４０には所要の肉厚の円筒体を用いることができ、穿孔ピン３０をより安定的に支持することができる。

さらに、第１成形壁１５及び第２成形壁２５を超えて成型領域に達して円筒状となった金属体Ｋを、第１金型１０及び第２金型２０と摺接させないようにすることができるので、円筒状となった金属体Ｋと第１金型１０及び第２金型２０との間に大きな摩擦が生じることを抑制して、シリンダ１１による金属体Ｋの送給抵抗が大きくなることを抑制できる。

なお、図示していないが、穿孔ピン３０の表面及びカラー４０の表面には、それぞれ穿孔ピン３０とカラー４０との接触面積、及び穿孔ピン３０と金属体Ｋからなる筒状部との接触面積、カラー４０と第１金型１０及び第２金型２０との接触面積を低減させるとともに通気路となる凹部を設け、穿孔ピン３０の進退操作及びカラー４０の進退操作を円滑に行うことができるようにしている。

本実施形態のように、カラー４０を装着した穿孔ピン３０を用いて上記したように筒状部を形成することによって、成型領域への金属体Ｋの送給にともなって穿孔ピン３０に撓み等の変形が生じることを抑止して、長寸法の筒状部を精度よく形成可能としている。

従来においても、穿孔ピンにより孔部を形成することは行われており、孔部の孔径をｄとし、長さをｌとした場合に、ｌ／ｄの値が３．０程度のものまでは存在していたが、上記したように穿孔ピン３０にカラー４０を装着して、カラー４０を移動させることにより穿孔ピン３０の突出長さを変更することによって、ｌ／ｄの値が１０以上の筒状部のものを形成可能とすることができる。

上記した実施形態では、使用する金属体Ｋの金属の特性に応じて、加温温度及び送給の圧力等の諸条件を調整することにより、各種の金属を金属体Ｋとして用いることができる。特に金属体Ｋとして軟質のアルミニウムを用いた場合には、第１成形壁１５及び第２成形壁２５に設けたヒータを作動させることなく冷間で上記した成型を行うことができる。

特に、上記した成型方法及び金属成型機による成型を冷間で行った場合には、形成した筒状金属体部分の結晶方位の調整も行うことができるので、例えば曲げに対する耐性を向上させる等の機能向上を図ることができる。

また、上記した金属成型機では、導入路１２から送給された金属体Ｋを連通領域において屈曲させるように構成しているが、導入路１２の中途部に所要角度の屈曲部を設けてもよい。

さらに、上記した実施形態の金属成型機では、成型領域において筒状部を形成するものであるが、他の実施形態として、例えば図８に示す金属成型体ｋ１のように、成型領域において所要厚みの金属板状に成型するようにしてもよい。

この場合、板状成型部分は、第１金型１０及び第２金型２０の成型領域において所要厚みの金属板状とした後に、外部空間に突出させるようにしてもよい（図１０参照）。

すなわち、成型領域から外部空間への連通部分の開口形状を調整することにより、適宜の断面形状となった金属成型体を形成でき、例えば図９に示す金属成型体ｋ２ように、成型領域において厚肉部分と薄肉部分とを金属板状に成型するようにしてもよい。

さらに、図１０の断面模式図に示すように、金属成型機には、第１金型１０’及び第２金型２０’の成型領域８２から外部空間に突出させた金属体Ｋ″を押圧成型する第１プレス金型６０と第２プレス金型７０からなる押圧成型手段を設け、金属体Ｋ″の突出部分を第１プレス金型６０及び第２プレス金型７０で押圧成型して、所定形状を形成するようにしてもよい。

このように、押圧成型手段によって所定形状に押圧成型することにより、より複雑な形状の金属成型体の形成を可能とする金属成型機を提供できる。しかも、形成された金属成型体は一体成型品であるので、より高強度化を図ることができる。

特に、場合によっては、金属体Ｋ″の突出部分を第１プレス金型６０と第２プレス金型７０とによって打抜加工してもよく、所要の形状あるいは特性が得られるように適宜の加工を行ってもよい。

図１０中、１２−１は第１金型１０’に設けた第１導入路であって、１２−２は第２金型２０’に設けた第２導入路であり、この第１導入路１２−１と第２導入路１２−２とから金属体Ｋ″を連通領域８１に送給し、さらに、連通領域８１から成型領域８２に送給している。

このように複数の導入路を用いて成型用空間に金属体Ｋ″を送給することにより、低荷重で金属体Ｋ″の送給を行うことができるとともに、成型領域８２における金属体Ｋ″の偏肉の発生を抑制可能とした金属成型機を提供できる。

図１０では、金属体Ｋ″を導入する導入路は、第１導入路１２−１と第２導入路１２−２の２本としているが、さらに多くの導入路を設けてもよく、しかも、導入路の断面形状、断面積、金属体Ｋ″の送給速度、金属体Ｋ″の送給タイミングなどを適宜調整してよい。

また、第１導入路１２−１及び第２導入路１２−２において金属体Ｋ″を押送するシリンダ１１は、円柱状の第１シリンダ１１−１と、この第１シリンダ１１−１に摺動自在に装着した円筒状の第２シリンダ１１−２とで構成し、第１シリンダ１１−１と第２シリンダ１１−２とを別々に進退制御するようにしてもよい。

特に、第２シリンダ１１−２に対して第１シリンダ１１−１を相対的に前進させて金属体Ｋ″を送給した場合には、第１導入路１２−１及び第２導入路１２−２の内周面と当接した金属体Ｋ″の摩擦などの影響を小さくすることができ、金属体Ｋをスムーズに成型用空間に送給することができる。

いわゆる鍛造による金属成型体であって、比較的複雑な形状で、しかも、通常では複数部品で構成される製品を一体成型によって形成した金属成型体の提供を可能とすることができる。しかも、金属成型体の低コスト化を図ることもできる。

Claims (23)

1. 所定形状の成型用空間と、この成型用空間に連通した金属体導入空間を設けた金型を用い、前記金属体導入空間に挿入した金属体を、所定圧力を加えながら前記成型用空間に送給して所定形状の成型体を形成する金属成型方法。
2. 前記金属体を前記金属体導入空間から前記成型用空間に送給する際に剪断変形させることにより、前記金属体の金属組織を微細化していることを特徴とする請求項１記載の金属成型方法。
3. 前記金属体導入空間または前記成型用空間の少なくともいずれか一方に、送給される前記金属体を屈曲させる屈曲部を設けていることを特徴とする請求項１記載の金属成型方法。
4. 前記成型用空間には、前記金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した前記金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、前記連通領域から前記成型領域への前記金属体の送給方向と、前記金属体導入空間における前記金属体の送給方向とを異ならせていることを特徴とする請求項１記載の金属成型方法。
5. 前記成型領域を通過した前記金属体を前記金型の外部に突出させ、この突出部分を所定形状に押圧成型することを特徴とする請求項４記載の金属成型方法。
6. 前記成型領域は前記連通領域を基端として伸延した略円筒形状とするとともに、前記成型領域に、この成型領域の先端から前記基端に向けて伸延させた穿孔ピンを設け、前記成型体に筒状部を形成することを特徴とする請求項４記載の金属成型方法。
7. 前記穿孔ピンには、内周面が前記穿孔ピンに摺接するとともに、外周面が前記成型領域の前記金型の内周面に摺接する円筒状のカラーを装着し、前記成型領域への前記金属体の送給にともなって、前記カラーの前記連通領域側の端面を前記成型領域の先端側に漸次移動させることを特徴とする請求項６記載の金属成型方法。
8. 前記カラーを前記穿孔ピンに沿って所定の距離だけ移動させた後に、前記穿孔ピンを前記連通領域に押入することを特徴とする請求項７記載の金属成型方法。
9. 前記穿孔ピンを前記連通領域に押入する場合には、前記金属体導入空間に前記金属体を押圧して送給しているシリンダを後退させることを特徴とする請求項８記載の金属成型方法。
10. 前記金属体導入空間を複数設けていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の金属成型方法。
11. 互いに連通させた所定形状の成型用空間と金属体導入空間を設けた金型と、前記金属体導入空間に挿入した金属体を押圧して前記金属体導入空間から前記成型用空間に前記金属体を送給することにより所定形状の成型体を形成する押圧手段とを有する金属成型機。
12. 前記金属体導入空間または前記成型用空間の少なくともいずれか一方には、前記金属体を剪断変形させる剪断変形手段を設けたことを特徴とする請求項１１記載の金属成型機。
13. 前記剪断変形手段は、送給される前記金属体を屈曲させる屈曲部であることを特徴とする請求項１２記載の金属成型機。
14. 前記成型用空間には、前記金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した前記金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、前記連通領域から前記成型領域への前記金属体の送給方向と、前記金属体導入空間における金属体の送給方向とを異ならせたことを特徴とする請求項１１記載の金属成型機。
15. 前記成型領域を通過した前記金属体を前記金型の外部に突出させ、この突出部分を所定形状に押圧成型する押圧成型手段を設けたことを特徴とする請求項１４記載の金属成型機。
16. 前記成型領域は前記連通領域を基端として伸延した略円筒形状とするとともに、前記成型領域に、この成型領域の先端から前記基端に向けて伸延させた穿孔ピンを設けて、前記成型体に筒状部を形成可能としたことを特徴とする請求項１４記載の金属成型機。
17. 前記穿孔ピンには、内周面が前記穿孔ピンに摺接するとともに、外周面が前記成型領域の前記金型の内周面に摺接する円筒状のカラーを装着し、前記成型領域への前記金属体の送給にともなって、前記カラーの前記連通領域側の端面を前記成型領域の先端側に漸次移動させるカラー制御手段を設けたことを特徴とする請求項１６記載の金属成型機。
18. 前記カラーを前記穿孔ピンに沿って所定の距離だけ移動させた後に、前記穿孔ピンを前記連通領域に押入する穿孔ピン制御手段を設けたことを特徴とする請求項１７記載の金属成型機。
19. 前記穿孔ピン制御手段によって前記穿孔ピンを前記連通領域に押入する場合に、前記金属体導入空間に前記金属体を押圧して送給しているシリンダを後退させるシリンダ制御手段を設けたことを特徴とする請求項１８記載の金属成型機。
20. 前記金属体導入空間を複数設けたことを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１つに記載の金属成型機。
21. 所定形状の成型用空間と、この成型用空間に連通した金属体導入空間を設けた金型に、前記金属体導入空間に挿入した金属体を、所定圧力を加えながら前記成型用空間に送給して所定形状とした金属成型体であって、
    前記成型用空間に送給された前記金属体の金属組織を微細化した金属成型体。
22. 前記成型用空間には、前記金属体導入空間と連通する連通領域と、この連通領域を通過した前記金属体を所定形状に成型する成型領域とを設けるとともに、前記連通領域から前記成型領域への前記金属体の送給方向と、前記金属体導入空間における金属体の送給方向とを異ならせたことを特徴とする請求項２１記載の金属成型体。
23. 前記連通領域で、前記金属体の送給方向を屈曲させたことを特徴とする請求項２２記載の金属成型体。

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