JPWO2005070582A1 - 液圧バルジ加工用異形素管、並びにこれを用いる液圧バルジ加工装置、液圧バルジ加工方法、および液圧バルジ加工品 - Google Patents

Abstract

本発明の液圧バルジ加工用異形素管（ＴＰ２）は、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有するとともに、少なくとも一方端側に、該一方端側の管端面に向かって前記周長が増加する保持部（ＴＰ２ａ，ＴＰ２ｂ）を形成し、さらに、保持部を形成しない端側に平行部を形成することができる。この異形素管を用いた加工装置、加工方法では、軸方向に断面形状が大きく変化する異形素管を用いる場合でも、管端からの軸方向への押し加工が可能となる。これにより、液圧バルジ加工が施された液圧バルジ加工品では、従来以上に大きな拡管率を得ることが可能になる。

Description

本発明は、液圧バルジ加工に供する異形素管、並びにこの異形素管を用いて液圧バルジ加工する液圧バルジ加工装置、液圧バルジ加工方法、および液圧バルジ加工を施された液圧バルジ加工品に関するものである。

液圧バルジ加工は、他の成形加工方法に比べ、多くの特長を備えている。例えば、長手方向に断面形状の異なるような複雑な形状の部品に加工できるため、従来方法では溶接接合が必要であった機械部品を、一体成形で加工することができる。また、当該加工は、加工を付与した部位の全体に亘って加工硬化を生じさせるため、軟質な素管を用いても高強度の製品を得ることができる。
さらに、加工後のスプリングバックが少なく、製品の寸法精度が良好である（形状凍結性が良好である）。このため、製品寸法の手直しの工程を必要とせず、工程の省略が図れる。
液圧バルジ加工は、上述の優れた特長が評価され、最近では、特に自動車用部品の製造方法として採用されるようになっている。
図１は、従来のストレート管を用いた液圧バルジ加工を説明する図であり、（ａ）は液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工後の断面構成を示している。
一般的なストレート管を用いた液圧バルジ加工は、図１（ａ）に示すように、上下一対の金型１、２内にセットされた素管Ｐ１の中に注入孔３を通じて加工液を注入し、加工液の圧力（以下、「内圧」という。）を高めることに加えて、シール工具を兼ねた軸押し工具（以下、「シール工具」という。）４、５によって両管端から軸方向に押し加工を行うことで、例えば、図１（ｂ）に示したような断面形状を有する加工品Ｐ２を製造するものである。
この液圧バルジ加工の際には、シール工具４、５は図示しない油圧シリンダに接続されており、液圧バルジ加工中に軸方向位置または軸押し力が制御されている。
このような液圧バルジ加工において、管端から軸方向に作用させる軸押し加工は、膨出時のメタルフローを助長させ、拡管限界を向上させるために、極めて重要な加工と言える。
すなわち、この液圧バルジ加工において、管端からの軸押し加工を実施せず、単に素管両端部の軸方向位置を固定した状態で内圧を負荷するだけでは、材料の膨出に対応して板厚が著しく減少する。このため、液圧バルジ加工中の途中で破断に至り、成形可能な範囲（拡管限界）が制限されることになる。
さらに、液圧バルジ加工には、素管形状に起因する問題がある。前述の通り、当該加工の特長の一つとして、軸方向に断面形状の異なる複雑な加工形状を得ることができるとしても、得ることができる加工形状に制限がある。
例えば、周長増加率（拡管率）＝｛（当該部位の加工品の外周長／素管の円周長）−１｝×１００％と定義した場合に、加工品に要求される形状特性や使用する素管条件（材質、板厚）にもよるが、軸押しが有効な管端部領域を除いて、周長増加率（拡管率）は高々２５％程度である。
すなわち、製品の形状設計の自由度を上げ、より複雑な任意の断面形状を有する製品を得るためには、さらなる工夫が必要になる。
この問題に対応するため、ストレート素管に代えて、軸方向の一方がら他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する略円錐状の素管（以下、「テーパ素管」という）を用いることが提案されている。
具体的には、テーパ素管を用いることによって、ストレート素管による成形が困難な部品、例えば、軸方向に沿って大きく周長が変化する部品に対しても、加工にともなう周長増加率を低く抑えることができ、所定の加工形状を形成できるとしている（例えば、特開２００１−３２１８４２号公報、第１頁、図２参照）。
しかしながら、軸方向に断面形状が変化するテーパ素管を用いて液圧バルジ加工を行う場合に、前記図１に示すストレート素管用のシール工具を使用した場合には、テーパ素管に軸押しを施すことが困難である。
図２は、従来のストレート素管用軸押し工具でテーパ素管への軸押しを行った場合に生じる問題を説明する図である。同図に示すように、大径端側ではテーパ素管ＴＰ１への軸押し自体ができず、また、小径端側ではテーパ素管ＴＰ１への軸押しを行うことができるが、軸押しにともない、軸押し工具４が上下の金型１、２の内部へ進入するにつれて、軸押し工具４側のテーパ素管ＴＰ１の内外面の拘束が不十分となり、シール漏れが発生するようになる。
図３は、従来のテーパ素管を用いた液圧バルジ加工工程を説明する図であり、（ａ）は出発材料であるテーパ素管をセットした加工前の断面構成を、（ｂ）は液圧バルジ加工用の異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を、（ｃ）は加工終了時の断面構成を示している。
従来のテーパ素管ＴＰ１を用いた液圧バルジ加工では、図３に示すように、先端部がテーパ状のシール工具６、７を使用するが、軸押しを実施することができないため、内圧負荷のみで液圧バルジ加工を完了させるのが一般的である。なお、図３中のＴＰ２は管端部を成形した後のテーパ素管、ＴＰ３は液圧バルジ加工後の製品（液圧バルジ加工品）を示す。
図３に示す液圧バルジ加工工程では、テーパ素管ＴＰ２の軸押しを実施できないので、前述の通り、液圧バルジ加工の段階で破断を生じない程度の限られた成形範囲でしか加工できない。したがって、液圧バルジ加工おいて、テーパ素管を用いることによる効果が十分に発揮されないのが実情である。
このため、テーパ素管を用いて液圧バルジ加工を行う場合に、素管への内圧負荷に加えて、管端からの軸方向への軸押しを可能にする技術開発が望まれている。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、軸方向に断面形状が変化する、例えば、テーパ管の液圧バルジ加工を行う場合でも、素管への内圧負荷に加えて、管端から軸方向への軸押しを可能にし、大きな拡管率を得ることができる液圧バルジ加工用異形素管、並びにこれを用いる液圧バルジ加工装置、液圧バルジ加工方法、および液圧バルジ加工品を提供することを目的としている。
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、次の（１）の液圧バルジ加工用異形素管、（２）の液圧バルジ加工装置、（３）の液圧バルジ加工方法、および（４）の液圧バルジ加工品を要旨としている。
（１）液圧バルジ加工に供される異形素管であって、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有し、少なくとも一方端側に、該一方端側の管端面に向かって前記周長が増加する保持部を形成したことを特徴とする液圧バルジ加工用異形素管である。
ただし、大径端側に前記保持部を形成する場合は、シール性を確保するため、該保持部での周長増加割合は素管本体部の周長増加割合よりも大きいものとする。
さらに、上記の液圧バルジ加工用異形素管で両端に前記保持部を形成せず、該一方端側に形成するが他方端側に形成しない場合に、この他方端側にに平行部を形成するのが望ましい。平行部を形成する端側からも、簡易な構造で軸押しを可能にするためである。さらに、平行部を形成することにより、端部のシール性を改善することができる。
（２）下記の「第１〜第４の加工装置」からなる液圧バルジ加工装置である。前述の通り、「シール工具」はシール工具を兼ねた軸押し工具の意味で用いている。
「第１の加工装置」は、後述する図５、図６に示すように、少なくとも一方端側に保持部を形成する異形素管を用いて該一方端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、一対の金型本体と、この金型本体の該一方端側に配置される一対の管端保持金型と、この管端保持金型とで異形素管の該一方端側の端部を保持すべく、管端保持金型に先端部が挿入されるシール工具と、金型本体とで異形素管の該他方端側の端部を保持すべく、前記金型本体に先端部が挿入されるシール工具と、金型本体と管端保持金型との間に設けられ、少なくとも加工液の注入後は、前記管端保持金型に金型本体の端部と対向するスラスト力を付与する弾性部材を備え、シール工具のいずれかに加工液の注入孔が設けられ、液圧バルジ加工中、異形素管の該一方端側の端部を保持するシール工具の軸方向への移動にともない、前記管端保持金型が前記弾性部材のスラスト力に抗して移動することを特徴としている。
「第２の加工装置」は、後述する図８、図９に示すように、一方端側に保持部を形成し他方端側に平行部を形成する異形素管を用いて少なくとも該一方端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、上記「第１の加工装置」が採用する構成のうち、一対の金型本体には、異形素管の平行部と対応する該他方端側の端部内面に平行部を設け、また、金型本体に先端部が挿入されるシール工具には、金型本体の平行部とで異形素管の該他方端側の端部を保持すべく、前記異形素管の平行部と対応する外面に平行部を設けることを特徴としている。
「第２の加工装置」では、上記の構成を採用することにより、異形素管の他方端側からも軸押しが可能になる。また、軸押しを行わない場合でも、他方端側の端部に平行部を形成することにより、シール性を向上させることができる。
「第３の加工装置」は、後述する図１０に示すように、両端側に保持部を形成する異形素管を用いて両端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、金型本体の異形素管の該一方端側および該他方端側の両端部に一対の管端保持金型、シール工具、およびスラスト力を付与する弾性部材とをそれぞれ備えることを特徴としている。
これは、上記「第１の加工装置」では、金型本体の該一方端側に一対の管端保持金型、シール工具、およびスラスト力を付与する弾性部材を備えるのに対し、「第３の加工装置」では金型本体の両端側に同構成を備えることで相違する。
「第４の加工装置」は、後述する図１１に示すように、「第１〜第３の加工装置」の実施態様であり、一対の管端保持金型にスラスト力を付与する前記弾性部材と、一対の金型本体との間に、少なくとも１組の一対の中間保持金型およびこの一対の中間保持金型にスラスト力を付与する弾性部材を順に配置したことを特徴としている。
（３）上記（１）に記載の異形素管を上記「第１〜第４の加工装置」のいずれかの液圧バルジ加工装置の金型内にセットしたのち、前記異形素管に内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工を施したことを特徴とする液圧バルジ加工方法である。
また、上記「第１〜第４の加工装置」のいずれかの液圧バルジ加工装置を用い、上記（１）に記載の異形素管を製造したのち、前記異形素管に内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工を施したことを特徴とする液圧バルジ加工方法である。
（４）上記（１）に記載の異形素管が上記「第１〜第４の加工装置」のいずれかの液圧バルジ加工装置の金型内にセットされ、内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工で成形されたことを特徴とする液圧バルジ加工品である。
さらに、「単なるテーパ管」が上記「第１〜第４の加工装置」のいずれかの液圧バルジ加工装置の金型内にセットされ、上記（１）に記載の異形素管を製造したのち、内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工で成形されたことを特徴とする液圧バルジ加工品である。

図１は、従来のストレート管を用いた液圧バルジ加工を説明する図であり、（ａ）は液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工後の断面構成を示している。
図２は、従来のストレート素管用軸押し工具でテーパ素管への軸押しを行った場合に生じる問題を説明する図である。
図３は、従来のテーパ素管を用いた液圧バルジ加工工程を説明する図であり、（ａ）は出発材料であるテーパ素管をセットした加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工用の異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｃ）は液圧バルジ加工終了時の断面構成を示している。
図４は、本発明の液圧バルジ加工用異形素管の形状を示す図である。
図５は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第１の加工装置」の構成を説明する図であり、（ａ）は異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工後の断面構成を示し、（ｃ）は液圧バルジ加工前の小径端側（左側面）の構成を示している。
図６は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第１の加工装置」の他の構成を説明する図であり、（ａ）は異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工後の断面構成を示している。
図７は、出発材料である「単なるテーパ管」を金型本体へセットした状態の断面構成を示す図である。
図８は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第２の加工装置」の構成を説明する図であり、（ａ）は保持部および平行部を有する異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工終了後の断面構成を示している。
図９は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第２の加工装置」の他の構成を説明する図であり、（ａ）は異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工終了後の断面構成を示している。
図１０は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第３の加工装置」の構成を説明する図である。
図１１は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第４の加工装置」の構成を説明する図である。

図４は、本発明の液圧バルジ加工用異形素管の形状を示す図である。本発明の液圧バルジ加工用異形素管ＴＰ２は、液圧バルジ加工に供される異形素管であって、同（ａ）〜（ｆ）に示すように、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有し、少なくとも一方端側に、該管端面に向かって前記周長が増加する保持部を形成した構成である。
図４（ａ）および（ｂ）に示す形状例では、小径端側または大径端側に保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂが設けられ、他方端側には保持部は設けられていない。図４（ｃ）および（ｆ）に示す形状例では、小径端側および大径端側に保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂが設けられている。
また、図４（ｄ）および（ｅ）に示す形状例では、小径端側または大径端側の一方端側に保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂが設けられ、他方端側に平行部ＴＰ２ｃが設けられる。異形素管ＴＰ２に設けられる保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂは、バルジ加工時におけるシール性を確保するのに必要な長さを有するものである。
本発明の液圧バルジ加工用異形素管では、「軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する」と規定するが、図４（ａ）〜（ｅ）に示すような、テーパが同一の単純なテーパ管ＴＰ２に限定するものではなく、同（ｆ）に示すように、軸方向においてテーパが変化するテーパ管ＴＰ２であってもよい。
また、本発明の液圧バルジ加工用異形素管において、外径が漸次増加する割合が大きい場合であって、いずれかの端部、特に大径端側に保持部を形成しなくてもシール性が確保できる場合には、保持部を形成することを要しない。
シール性を保持する観点からは、小径端側および大径端側のいずれの端部にも保持部を形成するのが望ましい。ただし、大径端側に保持部を形成する場合は、充分にシール性を確保するため、該保持部の周長増加割合は素管本体部の周長増加割合よりも大きいものとする。
本発明の液圧バルジ加工用異形素管では、保持部を形成しない端部に平行部を形成するのが望ましい。図４（ｄ）および（ｅ）に示す形状例では大径端側、または小径端側に平行部ＴＰ２ｃを形成しているが、これにより、平行部ＴＰ２ｃを形成する管端からも、簡易な構造で軸押しが可能になる。
本発明の液圧バルジ加工装置は、上記の液圧バルジ加工用異形素管を対象として内圧負荷と軸押しを組み合わせた液圧バルジ加工を施す装置構成である。
そのため、主要な装置構成は、一対の金型本体と、これら一対の金型本体とで異形素管の両端部を保持すべく、一対の金型本体の端部に先端部を挿入されるシール工具とを備え、これらシール工具の少なくとも一方を移動が可能なように構成するとともに、前記シール工具のいずれかに加工液の注入孔を設けており、加工中には、移動可能なシール工具の移動にともない、前記金型本体とシール工具で構成される内部空間を変更可能にするものとなる。
ところで、本発明の液圧バルジ加工装置の具体的な構成は、加工対象となる液圧バルジ加工用異形素管の形状と軸押し条件に応じて設計される。
すなわち、少なくとも一方端側に保持部を形成する異形素管を対象として該一方端側から軸押し加工する場合、一方端側に保持部を形成し他方端側に平行部を形成する異形素管を対象として両端側から軸押し加工する場合、および両端側に保持部を形成する異形素管を対象として両端側から軸押し加工する場合に応じて、「第１〜第３の加工装置」に区分される装置構成が適用される。
「第１〜第３の加工装置」では、内圧負荷と軸押しを有効に組み合わせるため、加工液の注入後に管端保持金型に金型本体の端部と対向するスラスト力を付与する弾性部材を設けるようにしている。この構造により、内圧を負荷しつつ、スラスト力に抗してシール工具を異形素管の軸方向に移動させ、軸押し加工が可能な液圧バルジ加工を行うことができる。
「第４の加工装置」は、上記「第１〜第３の加工装置」において、一対の管端保持金型にスラスト力を付与する弾性部材と、前記一対の金型本体の間に、少なくとも１組の一対の中間保持金型およびこの一対の中間保持金型にスラストカを付与する弾性部材を順に配置した構成からなる。
すなわち、「第４の加工装置」では、金型本体と管端保持金型（および中間保持金型）の二重スライド構造とし、金型本体と管端保持金型との間（または、管端保持金型と中間保持金型間および中間保持金型と金型本体との間）に弾性部材を設置することにより、管端からの軸方向へ長いストロークによる軸押し加工が可能になる。
さらに、弾性部材の弾性係数を調整することにより、軸押し速度を制御することが可能になり、難加工性の異形素管を用いる場合であっても、従来以上に大きな拡管率を確保できるとともに、より複雑な形状の液圧バルジ加工品を得ることができる。
本発明の液圧バルジ加工装置が採用する軸押し駆動制御装置は、シール工具の軸押し力を制御するものでも、或いは、軸押し力を作用させた場合のシール工具の変位（以下、「軸押し変位」という。）を制御するものでもよい。
液圧バルジ加工中には、管端保持金型は弾性部材（および中間保持金型と弾性部材）によりスラスト力が付与され、シール性を維持する押付け力以上の圧力でシール工具と当接する。このため、シール工具と異形素管、および管端保持金型と異形素管の間から漏れが発生することはない。
液圧バルジ加工に供される異形素管は、本発明の液圧バルジ加工装置にセットする前に保持部や平行部を予め加工した素管でも、また、本発明の液圧バルジ加工装置にセットした後に、液圧バルジ加工を実施する前に保持部や平行部を加工する素管でもよい。
本発明の液圧バルジ加工装置にセットした後に保持部や平行部を加工する場合には、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有する「単なるテーパ管」が異形素管の素材として用いられる。この「単なるテーパ管」は、液圧バルジ加工装置の金型にセットされ、シール工具の移動にともなって、所定の端部に保持部、または平行部が形成される。
本願明細書の記載において、「単なるテーパ管」とは、本発明の異形素管の素材であって、未だ一方端側または両端に保持部または平行部が形成されていないテーパ管を意味する。
以下に、本発明の液圧バルジ加工装置、並びにそれを用いた液圧バルジ加工方法、および得られる液圧バルジ加工品について、図面に基づいて説明する。
図５は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第１の加工装置」の構成を説明する図であり、（ａ）は異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工後の断面構成を示し、（ｃ）は液圧バルジ加工前の小径端側（左側面）の構成を示している。
「第１の加工装置」は、一方端側に保持部を形成する異形素管ＴＰ２を用いて該一方端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、キャビティを形成した一対の金型本体１１と、この金型本体１１の該一方端側に配置される一対の管端保持金型１２とが配置されている。そして、金型本体１１は上下の金型本体１１ａ、１１ｂにより、さらに管端保持金型１２は上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂによりそれぞれ構成される。
図５に示す異形素管ＴＰ２には、小径端側および大径端側にそれぞれ保持部ＴＰ２ａおよびＴＰ２ｂがそれぞれ設けられているが、図５に示す構成では、小径端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であり、小径端側に設けたシール工具１３を移動可能にしている。
そのため、小径端側に設けたシール工具１３は、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの間にその先端部を挿入するように構成する。さらに、このシール工具１３と上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂとで異形素管ＴＰ２の小径端側の保持部ＴＰ２ａを挟んで保持し、密閉する。
これに対し、大径端側に設けたシール工具１４は、上下の金型本体１１ａ、１１ｂの大径端側の端部との間に、その先端部を挿入するように構成する。このシール工具１４と上下の金型本体１１ａ、１１ｂとで異形素管ＴＰ２の大径端側の保持部ＴＰ２ｂを挟んで保持し、密閉している。さらに、このシール工具１４の軸中心位置に加工液の注入孔１４ａを設けている。
管端保持金型１２にスラスト力を付与する弾性部材１５は、上下の金型本体１１ａ、１１ｂと上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの間に配置される。この弾性部材１５には、例えば、ガスクッションや油圧シリンダが用いられ、少なくとも加工液の注入後は、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂに金型本体１１ａ、１１ｂの端部と対向するスラスト力を付与する。
図５（ｃ）に示すように、弾性部材１５は上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂにそれぞれ一対ずつ配置される。このような弾性部材１５が付与するスラスト力の作用により、管端保持金型１２ａ、１２ｂは、シール性を維持できる押付け力以上でシール工具１３に当接しているので、バルジ加工中のシール性を確保することができる。
「第１の加工装置」を用いて加工する場合には、液圧バルジ加工前は、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの先端が図５（ａ）のＡ点に位置するが、液圧バルジ加工後は、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの先端が同（ａ）のＡ’点の位置となる。
このため、上下の金型本体１１ａ、１１ｂ、管端保持金型１２ａ、１２ｂ、シール工具１３、およびシール工具１４で形成される内部空間は、液圧バルジ加工前の方が液圧バルジ加工後よりも、軸方向の距離Ａ〜Ａ’に相当するだけ大きくなっている。
ところで、異形素管ＴＰ２の保持部については、「第１の加工装置」を用いて加工してもよい。その場合には、液圧バルジ加工を実施する前加工として、図５に示す装置構成によりバルジ加工用異形素管ＴＰ２を製造する必要がある。
「第１の加工装置」を用いてバルジ加工用異形素管ＴＰ２を製造する場合には、上下の金型本体１１ａ、１１ｂ、および管端保持金型１２ａ、１２ｂ内に異形素管ＴＰ２の素材となる「単なるテーパ管」をセットする。そののち、前述の軸押し変位、或いは軸押し力を制御しながら前記「単なるテーパ管」の一方端部、または両端部を押潰すことにより保持部を形成する。図５に示す異形素管ＴＰ２では、両端部に保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂが形成されている。
次いで、大径端側に設けられたシール工具１４と、管端保持金型側（すなわち、小径端側）に設けられたシール工具１３とが、それぞれ上下の金型本体１１ａ、１１ｂおよび上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂと当接し、シール性を維持しつつ、前記異形素管ＴＰ２の内部に注入孔１４ａを通じて加工液を注入する。
液圧バルジ加工中は、異形素管ＴＰ２へ内圧を負荷しつつ、管端保持金型１２に先端部が挿入されるシール工具１３が軸方向への移動し、前記管端保持金型１２が前記弾性部１５から付与されるスラスト力に抗して移動する。
これにより、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの先端が、図５（ａ）に示す加工前のＡ点から、加工後のＡ’点の位置となるまで移動し、金型本体１１ａ、１１ｂ、管端保持金型１２ａ、１２ｂおよびシール工具１３、１４で構成する内部空間が、図５（ｂ）に示す液圧バルジ加工品ＰＴ３の形状と一致するまで変更する。
「第１の加工装置」では、加工液の注入後、弾性部材１５の作用によってシール性が確保されるので、上下の金型本体１１ａ、１１ｂと異形素管ＴＰ２の間、または上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂと異形素管ＴＰ２の間から加工液が漏れることがない。
図６は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第１の加工装置」の他の構成を説明する図であり、（ａ）は異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は液圧バルジ加工後の断面構成を示している。
図６に示す「第１の加工裝置」は、大径端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であり、大径端側に設けたシール工具１４を移動可能にし、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂは大径端側に配置される。図６に示す管端保持金型１２は、前記図５に示すように、金型本体１１の端面内部に収容、配置される構成ではなく、金型本体１１の端面に併設される構成であるが、液圧バルジ加工に際し、同様の作用効果を発揮することができる。
図７、図８は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第２の加工装置」の構成を説明する図である。これらのうち図８（ａ）は、保持部および平行部を有する異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、同（ｂ）は、液圧バルジ加工終了後の断面構成を示している。
「第２の加工装置」は、一方端側に保持部を形成し他方端側に平行部を形成する異形素管を用いて、両端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であり、図８に示す装置構成では、小径端側に保持部ＴＰ２ａが設けられ、大径端側に平行部ＴＰ２ｃが設けられている。
このため、前記図５に示した「第１の加工装置」の構成のうち、一対の金型本体１１の大径端側で異形素管ＴＰ２の平行部ＴＰ２ｃと近接する端部内面と、この端部内面に対応するシール工具２１の外面とに、それぞれ平行部１１ｃ、２１ｃが設けられている。
具体的な「第２の加工装置」の構成として、小径端側に設けたシール工具１３を上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの間にその先端部を挿入するように構成する。さらに、このシール工具１３と上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂとで異形素管ＴＰ２の小径端側の保持部ＴＰ２ａを挟んで密閉する。
これに対し、大径端側に設けたシール工具２１は、上下の金型本体１１ａ、１１ｂの大径端側の端部との間に、その先端部を挿入するように構成される。このシール工具２１と上下の金型本体１１ａ、１１ｂとで異形素管ＴＰ２の大径端側の平行部ＴＰ２ｃを挟んで密閉するように、金型本体１１ａ、１１ｂの端部内面と、この端部内面に対応するシール工具２１の外面とに、それぞれ平行部１１ｃ、２１ｃが設けられている。
このシール工具２１の外面の平行部２１ｃは、軸押し時に内面から素管を拘束し、スムーズな変形を可能ならしめる作用を発揮する。さらに、このシール工具２１の軸中心位置に加工液の注入孔２１ａが設けられている。
ところで、「第１の加工装置」を用いて異形素管ＴＰ２を製造してもよいことを前述したが、同様に「第２の加工装置」を用いて異形素管ＴＰ２を製造してもよい。
図７は、出発材料である「単なるテーパ管」を「第２の加工装置」の金型本体にセットした断面構成を示す図である。異形素管を製造する場合、図７に示すように、本発明の異形素管ＴＰ２の素材である「単なるテーパ管ＴＰ１」を、「第２の加工装置」である液圧バルジ加工装置の上下の金型本体１１ａ、１１ｂおよび上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂ内にセットする。
次に、シール工具１３およびシール工具２１を軸方向に移動させ、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂとシール工具１３に挟持された「単なるテーパ管ＴＰ１」の小径端側の端部に保持部ＴＰ２ａを形成し、上下の金型本体１１ａ、１１ｂとシール工具２１に挟持された「単なるテーパ管ＴＰ１」の大径端側の端部に平行部ＴＰ２ｃを形成する。この前加工によって、液圧バルジ加工に供される異形素管ＴＰ２が成形される。
液圧バルジ加工用の異形素管ＴＰ２を成形した後は、前記図８（ａ）に示すように、当初より「第２の加工装置」に異形素管ＴＰ２を採用する場合と同様に、加工液の内圧を上昇させつつ、さらにシール工具１３、２１を軸方向に移動せしめ、液圧バルジ加工を施し、最終的に図８（ｂ）に示すように、液圧バルジ加工品ＴＰ３を得ることができる。
このように、「第２の加工装置」を用いて液圧バルジ加工を行う場合には、平行部を形成した端部であっても、簡易な構造で軸押しが可能になる。その結果、得られた液圧バルジ加工品ＴＰ３は、従来以上に大きな拡管率を得ることができる。
なお、平行部を形成した端部側から軸押し加工を行わない場合であっても、異形素管の端部に平行部を形成することにより、液圧バルジ加工中のシール性を向上させることができる。同様に、保持部を形成した端部側から軸押し加工を行わない場合であっても、液圧バルジ加工中のシール性を向上させることができる。
図９は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第２の加工装置」の他の構成を説明する図であり、同（ａ）は異形素管を成形した液圧バルジ加工前の断面構成を示し、（ｂ）は、液圧バルジ加工終了後の断面構成を示している。
図９に示す「第２の加工装置」は、大径端側に保持部ＴＰ２ｂが設けられ、小径端側に平行部ＴＰ２ｃが設けられており、大径端側に設けたシール工具１４を移動可能にし、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂは大径端側に配置される。
図９に示す「第２の加工装置」では、小径端側に平行部ＴＰ２ｃを設けて軸押しを行う構造にしているが、前記図８に示すように、大径端側に平行部ＴＰ２ｃを設けて軸押しを行う場合に比べ、シール工具２１の移動がスムーズであり、安定した軸押しが可能になる。
また、図９に示す管端保持金型１２は、金型本体１１の端面内部に収容、配置される構成ではなく、金型本体１１の端面に併設される構成であるが、液圧バルジ加工に際し、同様の作用効果を発揮する。
図１０は、本発朋の液圧バルジ加工装置として「第３の加工装置」の構成を説明する図である。同図に示した装置構成では、上下の金型本体１１ａ、１１ｂの両側の端部に、それぞれ上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂを配置したものである。
「第３の加工装置」は、両端側に保持部を形成する異形素管を用いて、両端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置である。このため、一対の金型本体１１ａ、１１ｂの両端部に上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂが配置され、これらの管端保持金型１２ａ、１２ｂとで異形素管の両端部の保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂを保持すべく、管端保持金型１２ａ、１２ｂに先端部を挿入されるシール工具１３、１４が設けられている。
そして、「第３の加工装置」を用いて液圧バルジ加工を行う場合は、金型本体１１の両側から軸押し加工を行うことを除いて、「第１の加工装置」を用いて液圧バルジ加工を行う場合と同様である。
図１１は、本発明の液圧バルジ加工装置として「第４の加工装置」の構成を説明する図であり、前記「第１および第２の加工装置」の実施態様に相当する装置構成を示している。
図１１に示す「第４の加工装置」は、前記図５に示した「第１の加工装置」における上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂにスラスト力を付与する弾性部材１５と、前記上下の金型本体１１ａ、１１ｂの間に、１組の上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂ、および、この上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂにスラスト力を付与する弾性部材１５を順に配置した構成である。
「第４の加工装置」を用いて液圧バルジ加工を行う場合、加工前には、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの先端が図１１に示すＡ点に位置し、上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂの先端が同図に示すＢ点に位置する。
液圧バルジ加工の後には、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂの先端が図１１に示すＡ’点に位置し、同様に、上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂの先端が同図に示すＢ’点に位置する。
そのため、上下の金型本体１１ａ、１１ｂ、管端保持金型１２ａ、１２ｂ、中間保持金型１６ａ、１６ｂ、管端保持金型側シール工具１３、金型本体側シール工具１４で形成される内部空間は、液圧バルジ加工前の方が液圧バルジ加工後よりも、軸方向のＡ〜Ａ’およびＢ〜Ｂ’の距離に相当するだけ大きくなっている。
「第４の加工装置」を用いて液圧バルジ加工を行う場合には、予め製造された異形素管ＴＰ２を採用してもよいし、或いは液圧バルジ加工を行う前に「第４の加工装置」を用いて異形素管ＴＰ２を製造した上で液圧バルジ加工を行ってもよい。
「第４の加工装置」を用いて液圧バルジ加工に供する異形素管ＴＰ２を製造するためには、上下の金型本体１１ａ、１１ｂ、管端保持金型１２ａ、１２ｂおよび中間保持金型１６ａ、１６ｂ内に異形素管ＴＰ２の素材となる「単なるテーパ管」をセットする。
そののち、前述の軸押し変位、或いは軸押し力を制御しながら「単なるテーパ管」の両端部にシール工具１３、１４で押潰し加工を施し、両端に保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂを形成した異形素管ＴＰ２を得る。この異形素管ＴＰ２の保持部ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂをシールした後に、前記異形素管ＴＰ２の中に注入孔１４ａを通じて加工液を注入する。
液圧バルジ加工中は、異形素管ＴＰ２へ内圧を負荷しつつ、シール工具１３が軸方向への移動にともなって、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂおよび上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂがスラスト力に抗して移動する。
それにともなって、上下の管端保持金型１２ａ、１２ｂおよび上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂの先端が、液圧バルジ加工品ＰＴ３の形状と一致する図１１に示すＡ’およびＢ’点に位置するまで移動し、異形素管ＴＰ２に内圧負荷と軸押し加工が施される。
前記図５〜図１１に示した装置構成は、本発明の液圧バルジ加工装置の具体な形態を例示したものであり、本発明の液圧バルジ加工装置は、これらの形状に限定されるものではない。また、金型本体の形状も比較的簡単な形状としているが、当然、通常の自動車部品に代表される３次元の複雑な形状であっても適用できる。
また、上述した説明では、異形素菅ＴＰ２の素材として「単なるテーパ管」を使用する場合について説明したが、本発明ではこれに限定されるものではなく、曲げ加工やプリフォーム加工を施されて湾曲に加工された、または、押し漬し加工で偏平に加工されたテーパ管を異形素管ＴＰ２の素材とすることもできる。
また、前記図１１に示した装置構成では、上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂが異形素管ＴＰ２と接するものを示したが、上下の中間保持金型１６ａ、１６ｂは必ずしも異形素管ＴＰ２と接する必要はなく、任意の母線形状を有するものでもよい。
また、前記図５〜図１１に示した装置構成では、シール工具１３、１４、２１の先端形状を単純な円錐台形状として示したが、必ずしもこの形状に限るものではなく、円錐台面に段差を有した形状や、０リングによる内面シールや端面シールを併用した形状も採用することができる。
産業上の利用の可能性
本発明の液圧バルジ加工用異形素管は、軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有するとともに、少なくとも一方端側に、該一方端側の管端面に向かって前記周長が増加する保持部を形成し、さらに、保持部を形成しない端側に平行部を形成することができる。この異形素管を用いた加工装置、加工方法では、軸方向に断面形状が大きく変化する異形素管を用いる場合でも、管端からの軸方向への押し加工が可能となる。これにより、液圧バルジ加工が施された液圧バルジ加工品では、従来以上に大きな拡管率を得ることが可能になり、自動車用として、さらに広く産業機械用として適用することができる。

Claims (10)

1. 液圧バルジ加工に供される異形素管であって、
   軸方向の一方から他方にかけて外径が漸次増加または減少する周長を有し、少なくとも一方端側に、該一方端側の管端面に向かって前記周長が増加する保持部を形成したことを特徴とする液圧バルジ加工用異形素管。
   ただし、大径端側に前記保持部を形成する場合は、該保持部の周長増加割合は素管本体部の周長増加割合よりも大きいものとする。
2. 前記保持部を該一方端側に形成するが他方端側に形成しない場合に、この他方端側に平行部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の液圧バルジ加工用異形素管。
3. 請求項１に記載の異形素管を用いて前記保持部を形成した該一方端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、
   一対の金型本体と、
   この金型本体の該一方端側に配置される一対の管端保持金型と、
   この管端保持金型とで前記異形素管の該一方端側の端部を保持すべく、前記管端保持金型に先端部が挿入されるシール工具と、
   前記金型本体とで前記異形素管の該他方端側の端部を保持すべく、前記金型本体に先端部が挿入されるシール工具と、
   前記金型本体と前記管端保持金型との間に設けられ、少なくとも加工液の注入後は、前記管端保持金型に金型本体の端部と対向するスラスト力を付与する弾性部材を備え、
   前記シール工具のいずれかに加工液の注入孔が設けられ、
   液圧バルジ加工中、前記異形素管の該一方端側の端部を保持するシール工具の軸方向への移動にともない、前記管端保持金型が前記弾性部材のスラスト力に抗して移動することを特徴とする液圧バルジ加工装置。
4. 請求項２に記載の異形素管を用いて少なくとも該一方端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、
   一対の金型本体と、
   この金型本体の該一方端側に配置される一対の管端保持金型と、
   この管端保持金型とで前記異形素管の該一方端側の端部を保持すべく、前記管端保持金型に先端部が挿入されるシール工具と、
   前記金型本体の前記異形素管の平行部と対応する該他方端側の端部内面に平行部を設け、この金型本体の平行部とで前記異形素管の該他方端側の端部を保持すべく、前記異形素管の平行部と対応する外面に平行部を設けて、前記金型本体に先端部が挿入されるシール工具と、
   前記金型本体と前記管端保持金型との間に設けられ、少なくとも加工液の注入後は、前記管端保持金型に金型本体の端部と対向するスラスト力を付与する弾性部材を備え、
   前記シール工具のいずれかに加工液の注入孔が設けられ、
   液圧バルジ加工中、少なくとも前記異形素管の該一方端側の端部を保持するシール工具が軸方向へ移動し、前記異形素管の該一方端側の端部を保持するシール工具の移動にともない、前記管端保持金型が前記弾性部材のスラスト力に抗して移動することを特徴とする液圧バルジ加工装置。
5. 両端側に前記保持部を形成する請求項１に記載の異形素管を用いて両端側から軸押し加工する液圧バルジ加工装置であって、
   一対の金型本体と、
   この金型本体の該一方端側および該他方端側の両端部にそれぞれ配置される一対の管端保持金型と、
   これらの管端保持金型とで前記異形素管の該一方端側および該他方端側を保持すべく両端部に配置され、それぞれの前記管端保持金型に先端部を挿入されるシール工具と、
   前記金型本体と両端部に配置される前記管端保持金型との間に設けられ、少なくとも加工液の注入後は、それぞれの前記管端保持金型に金型本体の端部と対向するスラスト力を付与する弾性部材を備え、
   前記シール工具のいずれかに加工液の注入孔が設けられ、
   液圧バルジ加工中、両端部に配置される前記シール工具の軸方向への移動にともない、それぞれの前記管端保持金型が前記弾性部材のスラスト力に抗して移動することを特徴とする液圧バルジ加工装置。
6. 前記一対の管端保持金型にスラスト力を付与する前記弾性部材と、前記一対の金型本体との間に、少なくとも１組の一対の中間保持金型およびこれら一対の中間保持金型にスラスト力を付与する弾性部材を順に配置したことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液圧バルジ加工装置。
7. 請求項１または２に記載の異形素管を請求項３〜６のいずれかに記載の液圧バルジ加工装置の金型内にセットしたのち、前記異形素管に内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工を施すことを特徴とする液圧バルジ加工方法。
8. 請求項３〜６のいずれかに記載の液圧バルジ加工装置を用い、請求項１または２に記載の異形素管を製造したのち、前記異形素管に内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工を施すことを特徴とする液圧バルジ加工方法。
9. 請求項１または２に記載の異形素管が請求項３〜６のいずれかに記載の液圧バルジ加工装置の金型内にセットされ、内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工で成形されたことを特徴とする液圧バルジ加工品。
10. 「単なるテーパ管」が請求項３〜６のいずれかに記載の液圧バルジ加工装置の金型内にセットされ、請求項１または２に記載の異形素管を製造したのち、内圧負荷と軸押しとを組み合わせた液圧バルジ加工で成形されたことを特徴とする液圧バルジ加工品。

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