JPWO2011099592A1 - ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、軸芯が曲げを含むように形成された複雑形状のハイドロフォーム加工品を容易に得ることができるハイドロフォーム加工方法を提供するもので、金型（１１、１３）内に装着された金属管（３）の一方の端部側（３ａ）に軸押しシリンダが配置されず、他方の端部側（３ｃ）にのみ軸押しシリンダ（３１）が配置され、軸押しシリンダ（３１）により金属管（３）を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた金属管（３）内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、金型（１１、１３）内に金属管（３）と共に金属管（３）の一方の管端側（３ａ）に独立パンチ（２１）を装着し、金型（１１、１３）を閉める際に、金型（１１、１３）を閉める力を利用して独立パンチ（２１）を管軸方向に前進させ、独立パンチ（２１）により金属管（３）の一方の端部をシールしつつ、金属管（３）を管軸方向に押し込む。

Description

本発明は、ハイドロフォーム金型内に金属管を装着し、当該ハイドロフォーム金型を型締めした後、金属管を管軸方向に押し込むとともに、金属管内に内圧を負荷することにより、金属管を所定形状に加工するハイドロフォーム加工方法、及びこれに使用されるハイドロフォーム加工装置に関する。

従来の一般的なハイドロフォーム加工方法を、図１２を用いて説明する。一般的なハイドロフォーム加工を行う際には、まず、図１２（ａ）に示すように、金属管１０３を一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３のキャビティ１１５内に装着する。次に、図１２（ｂ）に示すように、一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３の型閉めを行なう。次に、図１２（ｃ）に示すように、金属管１０３の両方の管端側に配置された軸押しシリンダ１３１を駆動させて、軸押しシリンダ１３１に取り付けられたシールパンチ１３３を金属管１０３の管端面１０３ｂに押し付けて、金属管１０３の両側の管端部１０３ａをシールする。次に、図１２（ｃ）、図１２（ｄ）に示すように、金属管１０３内部に水等の圧力媒体Ｗを供給して内圧を負荷することにより、金属管１０３が拡管されて、ハイドロフォーム金型１１１、１１３のキャビティ１１５に沿った外形からなるハイドロフォーム加工品１０５に成形される。

このとき、内圧を負荷することにより金属管１０３を拡管する量が大きい場合は、拡管による金属管１０３の肉厚減少を抑えて金属管１０３のバースト、座屈を防止するため、軸押しシリンダ１３１を用いて金属管１０３を管軸方向に押し込んで、金属管１０３の管軸方向内側に積極的に材料を流入させる場合がある。

通常、ハイドロフォーム加工で金属管１０３の両方の管端部１０３ａをシールしたり、金属管１０３を管軸方向に押し込んだりする際には、図１２のように、金属管１０３の両方の管端側に配置された軸押しシリンダ１３１を駆動させて、シールや押し込みを行なうのが一般的である。しかし、特許文献１には、金属管１０３の一方の管端側にのみ軸押しシリンダ１３１を配置し、その一方の管端側に配置された軸押しシリンダ１３１により一方の管端部１０３ａをシールしつつ、一方の管端側からのみ金属管１０３を管軸方向に押し込む例が開示されている。

特開平１１−３３６４０号公報 特開２００２−６６６６３号公報

ところで、近年、ハイドロフォーム加工技術は自動車部品等の複雑な形状の部品への適用が進んでおり、図１２（ｄ）に示すように、軸芯が直線状をなす単純な形状のハイドロフォーム加工品１０５だけでなく、図１３、図１４に示すような軸芯１０５ａが平面的又は立体的な曲げを含むように形成された複雑形状のハイドロフォーム加工品１０５が、ハイドロフォーム加工により得られることが要求されてきている。図１３、図１４に示すような複雑形状のハイドロフォーム加工品１０５をハイドロフォーム加工により得る場合は、金属管１０３の両方の管端側に配置される一組の軸押しシリンダ１３１を同軸上に配置することができず、それぞれの軸芯が斜めとなるように配置する必要がある。

一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３は、通常、プレス機と同様のスペース内に配置されるか、特許文献２に記載のようなＣ型のフレーム内に配置される。いずれの場合も、一組のハイドロフォーム金型１１１、１１３のためのスペースが狭いことから、一組の軸押しシリンダ１３１の軸芯が斜めとなるように配置するのは非常に困難であった。この傾向は、図１４に示すように、軸芯１０５ａが立体的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品１０５を得る場合に、特に顕著なものとなっていた。

このため、ハイドロフォーム加工装置が過度に大型化されてしまったり、ハイドロフォーム加工品１０５の形状によっては単一の部材から構成することを諦めて、複数に分割された直線状の部材から所望の形状のハイドロフォーム加工品と同形状の部品を得る等の対策を施していた。

このような問題を解決するための手段として、前述の特許文献１のように、金属管１０３の一方の管端側にのみ軸押しシリンダ１３１を配置して、他方の管端側の軸押しシリンダ１３１を配置せずに省略する手段が考えられる。しかしながら、この手段を採った場合、軸押しシリンダ１３１を配置しない側からの金属管１０３の押し込みができなくなってしまう。ここで、図１２に示すように、軸芯が直線状をなす形状のハイドロフォーム加工品１０５が得られるようにハイドロフォーム加工する場合は、軸押しシリンダ１３１を配置した側からの押し込みのみでも反対側に材料を流入させ易く、大きな問題とならない。しかし、図１３や図１４に示すように、軸芯１０５ａが曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品１０５が得られるようにハイドロフォーム加工する場合は、軸押しシリンダ１３１を配置した側からの押し込みのみでは反対側への材料の流入が不十分となり、金属管１０３のバースト、座屈が生じやすくなる。その結果、ハイドロフォーム加工を行なうことが困難になってしまう。このため、他の解決手段の提案が望まれていた。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものである。その目的とするところは、軸芯が曲げを含むように形成された複雑形状のハイドロフォーム加工品を容易に得ることができるとともに、加工装置の過度の大型化を防止することである。即ち、軸押しシリンダによる押し込みは一方の管端側からのみで、かつ、軸押しシリンダのない他方の管端側からもシールや押し込みをすることが可能となるようなハイドロフォーム加工方法、及びこれを可能にしたハイドロフォーム加工装置を提案することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、下記のハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置を発明した。

（１）ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた前記金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、前記ハイドロフォーム金型を閉める前に前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に独立パンチを装着し、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチを管軸方向に前進させ、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部をシールしつつ前記金属管を管軸方向に押し込むことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。

（２）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させることにより、前記金属管の一方の管端部をシールすることを特徴とする前記（１）記載のハイドロフォーム加工方法。

（３）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、Ｏリングの取り付けられた前記独立パンチの挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させて、当該Ｏリングにより前記金属管の一方の管端部のシールを補強することを特徴とする前記（２）記載のハイドロフォーム加工方法。

（４）ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた当該金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するためのハイドロフォーム加工装置において、前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に装着される独立パンチを備え、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチが管軸方向に前進されて、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部がシールされつつ前記金属管が管軸方向に押し込まれることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。

（５）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部が前記金属管の一方の管端部内に挿入されることにより、前記金属管の一方の管端部をシール可能な構造とされていることを特徴とする前記（４）記載のハイドロフォーム加工装置。

（６）前記独立パンチの挿入部にＯリングが取り付けられていることを特徴とする前記（５）記載のハイドロフォーム加工装置。

本発明によれば、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品を得るにあたって、両管端側から金属管を押し込んで、両管端側から管軸方向内側に材料を流入させることが可能となる。このため、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品でも容易に得ることが可能となる。また、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品を得るにあたって、金属管の一方の管端側に軸押しシリンダを配置することが不要となる。したがって、従来のように一組の軸押しシリンダを互いの軸芯が斜めとなるように配置する必要がなくなり、その分、加工装置を小型化させることが可能となる。また、一組の軸押しシリンダのうちの一方が不要となる分、加工装置を実現するためのコスト低減を図ることが可能となる。

図１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置の構成を示す平面断面図である。
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図３（ａ）は、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置動作状態について、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面位置で説明する図である。
図４（ａ）は、図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図４（ｂ）は図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図４（ｃ）は図１のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、図４（ｄ）は図１のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
図５は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の中で、一組のハイドロフォーム金型内に金属管や独立パンチを装着した後の状態を示す図である。図５（ａ）は、部分側面断面図であり、図５（ｂ）は、平面断面図である。
図６は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の中で、金属管の両方の管端部をシールした後の状態を示す図である。図６（ａ）は、部分側面断面図である。図６（ｂ）は、平面断面図である。
図７は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の中で、一組のハイドロフォーム金型の型閉めが終了した後の状態を示す図である。図７（ａ）は、部分側面断面図である。図７（ｂ）は、平面断面図である。
図８は、本発明に係るハイドロフォーム加工方法が終了した状態を示す図である。図８（ａ）は、部分側面断面図であり、図８（ｂ）は、平面断面図である。
図９（ａ）は、第２実施形態に係るハイドロフォーム加工装置の構成を示す部分側面断面図であり、図９（ｂ）は、第３実施形態に係るハイドロフォーム加工装置の構成を示す部分側面断面図である。
図１０は、実施例で用いたハイドロフォーム加工装置の構成を示す図である。図１０（ａ）は、平面断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。図１０（ｄ）は、図１０（ａ）のＬ−Ｌ線に沿う断面図である。図１０（ｅ）は、図１０（ａ）のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
図１１は、実施例で行なったハイドロフォーム加工方法について説明するための図である。
図１２は、従来の一般的なハイドロフォーム加工方法について説明するための図である。
図１３は、軸芯が平面的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品の一例を示す斜視図である。
図１４は、軸芯が立体的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品の一例を示す斜視図である。

以下、本発明を適用したハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム加工装置を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係るハイドロフォーム加工方法は、図１３、図１４に示すように、軸芯５ａが平面的又は立体的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品５を得るうえで好適に用いられる。なお、本発明に係るハイドロフォーム加工方法では、この他に、軸芯５ａが直線状をなすように形成されたハイドロフォーム加工品５を得るために用いてもよいのは勿論である。

次に、本発明に係るハイドロフォーム加工装置の第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１の構成を示す平面断面図である。また、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。また、図３（ａ）は、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１の動作状態について、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面位置で説明するための図である。また、図４（ａ）は、図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図４（ｂ）は、図４の図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図４（ｃ）は、図１のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。図４（ｄ）は、図１のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。また、図１における一点鎖線Ｌ１は、第１実施形態に係るハイドロフォーム加工装置１により得られるハイドロフォーム加工品５の軸芯が通るところを意味している。

本発明に係るハイドロフォーム加工装置１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３と、ハイドロフォーム金型１１、１３内に装着される金属管３の一方の管端側に配置される独立パンチ２１と、金属管３の他方の管端側に配置される軸押しシリンダ３１とを備えている。以下においては、軸押しシリンダ３１が配置されていない側である金属管３の一方の管端側をシリンダなし側とし、軸押しシリンダ３１が配置されている側である金属管３の他方の管端側をシリンダあり側として説明する。

一組のハイドロフォーム金型１１、１３は、一方が固定されており、他方が図示しない駆動装置により一方に向けて駆動されるように構成されており、他方が一方に向けて駆動されることにより型閉めが行なわれる。第１実施形態においては、上下に間隔を空けて一組のハイドロフォーム金型１１、１３が配置されており、下側のハイドロフォーム金型１１が固定されており、上側のハイドロフォーム金型１３が駆動されるように構成されている。

一組のハイドロフォフォーム金型１１、１３には、その内側に凹溝状のキャビティ１５が形成されている。このキャビティ１５の中間部１５ａには、ハイドロフォーム加工品５の素材となる金属管３が装着される。第１実施形態においては、金属管３として、軸芯が一箇所で曲げを含むように形成された断面円形状のものが装着される。

このキャビティ１５の中間部１５ａは、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の互いに対面する対向面１４同士を当接させた場合に、ハイドロフォーム加工品５の外形と略同一形状となるように形成されている。第１実施形態に係るキャビティ１５の中間部１５ａは、シリンダあり側からシリンダなし側にかけて、図４（ａ）に示すような断面円形状の部位と、図４（ｂ）に示すような断面矩形状の部位と、図４（ｃ）に示すような断面矩形状の部位と、図４（ｄ）に示すような断面矩形状の部位と、図３（ａ）に示すような断面円形状の部位とが順に形成されている。第１実施形態に係るハイドロフォーム加工方法により得られるハイドロフォーム加工品５は、このようなキャビティ１５の中間部１５ａに応じた外形となるように形成される。

キャビティ１５のシリンダあり側端部１５ｂは、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向外側に貫通している。キャビティ１５のシリンダあり側端部１５ｂには、軸押しシリンダ３１の先端に取り付けられたシールパンチ３３が、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に摺動可能となるように装着されている。

キャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃは、第１実施形態において、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向外側に貫通しておらず、管軸方向外側に底面１５ｄを有している。このキャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃには、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に摺動可能となるように独立パンチ２１が装着される。

独立パンチ２１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａをシールしたり、金属管３をシリンダなし側から押し込むものとして機能する。独立パンチ２１は、第１実施形態において、一組のハイドロフォーム金型１１、１３等の他部材に対して連結されずに着脱可能に装着されている。

独立パンチ２１は、キャビティ１５内に装着される金属管３側に位置するその前端部２１ａが、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａと同一の外形となるように形成されており、第１実施形態では中実の断面円形状に形成されている。また、独立パンチ２１は、金属管３のシリンダなし側の管端面３ｂに対して面接触できるようなシール面２１ｃが、その前側の端面に形成されており、そのシール面２１ｃは、第１実施形態において、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に直交するように形成されている。また、独立パンチ２１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、後述の楔部材４１等の傾斜面４１ａに面接触できるような傾斜面２１ｄが、その後側の端面に形成されている。この傾斜面２１ｄは、キャビティ１５内に装着される金属管３の管軸方向に対して傾斜するように形成されている。

独立パンチ２１は、キャビティ１５内で金属管３の管軸方向に摺動するうえで、管軸方向回りの回転が拘束されるような構造とすることが好ましい。例えば、第１実施形態のように、独立パンチ２１の前端部２１ａが断面円形状に形成されている場合、後端部２１ｂを矩形状、多角形状、楕円形状等の非円形状にしたうえで、キャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃを独立パンチ２１の後端部２１ｂに応じた形状とし、キャビティ１５内への独立パンチ２１の装着時に互いに嵌合させるようにすれば、回転を拘束することが可能となる。なお、独立パンチ２１の前端部２１ａが矩形状、多角形状、楕円形状等の非円形状に形成されている場合、独立パンチ２１の後端部２１ｂの形状に依らず回転が拘束されることになるので、この場合は独立パンチ２１の後端部２１ｂの形状について特に限定されないことになる。

第１実施形態では、一組のハイドロフォーム金型１１、１３のうちの、駆動される側の上側のハイドロフォーム金型１３に対して、キャビティ１５のシリンダなし側端部１５ｃに楔部材４１が取り付けられている。楔部材４１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に独立パンチ２１を前進させるものとして機能する。楔部材４１は、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、独立パンチ２１の傾斜面２１ｄと面接触するような傾斜面４１ａが、その前側の端面に形成されている。

第１実施形態では、一組のハイドロフォーム金型１１、１３のうちの、駆動される側の上側のハイドロフォーム金型１３に対して、キャビティ１５内に管端押さえ部材５１が取り付けられている。管端押さえ部材５１は、ハイドロフォーム金型１３に対してコイルスプリング等の付勢部材５３を介して取り付けられており、キャビティ１５には、管軸押さえ部材５１が初期位置から移動したときに管端押さえ部材５１を収容するための収容部１５ｅが形成されている。

この管端押さえ部材５１は、図３（ｂ）に示すように、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、一方のハイドロフォーム金型１１の対向面１４に接触し、それ以降において付勢部材５３により付勢されるように構成されている。このとき、管端押さえ部材５１は、固定されている側のハイドロフォーム金型１１のキャビティ１５内に金属管３を押し付けるように付勢部材５３により付勢されている。これにより、後述のように、型閉め時において金属管３の管端部３ａのシールを保持することが可能となる。管端押さえ部材５１の金属管３への接触面５１ａは、第１実施形態において、金属管３の管端部３ａに広い範囲で面接触するように、金属管３の管端部３ａの外形に応じた形状となるように形成されている。

なお、管端押さえ部材５１は、第１実施形態において、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉め時に、独立パンチ２１にも接触するように構成されている。

なお、本発明に係るハイドロフォーム加工装置１は、金属管３内に水、水に防錆剤を加えたエマルジョン液等の圧力媒体Ｗを供給するための図示しない圧力媒体供給装置を備えている。第１実施形態においては、軸押しシリンダ３１のシールパンチ３３内に形成された圧力媒体供給孔３５を通してシリンダあり側から圧力媒体Ｗが供給されるように構成されている。なお、金属管３内への圧力媒体Ｗの供給が、シリンダあり側、シリンダなし側の何れから行なわれるように構成されていてもよいが、シリンダあり側からの方が構造的に容易に実現できるので好ましい。

次に、本発明に係るハイドロフォーム加工方法の詳細について、上述したハイドロフォーム加工装置１の動作とともに説明する。図５〜図８は、そのハイドロフォーム加工方法を説明するための図である。

まず、図５に示すように、素材となる金属管３をハイドロフォーム金型１１に装着する。このとき、素材となる金属管３は、所望のハイドロフォーム加工品５の形状に応じた曲げ加工が予め行なわれたものを装着する。例えば、第１実施形態のように、軸芯Ｌ１が平面的な曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品５を得るうえでは、このハイドロフォーム加工品５の曲げと同じような軸芯の曲げを含むように形成された金属管３を装着する。また、金属管３をハイドロフォーム金型１１に装着するときには、独立パンチ２１も併せて装着する。

次に、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉めを行なう。この型閉め工程は、独立パンチ３１により金属管３の管端部３ａをシールするまでの型閉め工程前半と、独立パンチ３１によりシールした後から型閉めが終了するまでの型閉め工程後半とにわけられる。

型閉め工程前半では、駆動される側のハイドロフォーム金型１３が他方のハイドロフォーム金型１１に向けて駆動されて、楔部材４１の傾斜面４１ａが独立パンチ２１の傾斜面２１ｄに面接触した以降において、ハイドロフォーム金型１３の駆動量に応じて、楔部材４１の傾斜面４１ａが独立パンチ２１の傾斜面２１ｄに対して滑りつつ面接触することにより、独立パンチ２１が金属管３に向けて前進させられていく。これにより、図６に示すように、独立パンチ２１のシール面２１ｃが金属管３の管端面３ｂに押し付けられ、これ以降において金属管３のシリンダなし側の管端部３ａがシールされる。

このとき、型閉め工程の前や途中に圧力媒体Ｗを徐々に供給しておき、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａがシールされるのとほぼ同時に、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃのシールと、圧力媒体Ｗの充填とが完了するようにすることが好ましい。これにより、早期に圧力媒体Ｗが内部に充填された金属管３を独立パンチ２１やシールパンチ３３により押し込むことが可能となる。この金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃのシールは、軸押しシリンダ３１によりシールパンチ３３を金属管３に向けて前進させて、図６（ｂ）に示すように、金属管３のシリンダあり側の管端面３ｄにシールパンチ３３の前側の端面であるシール面３３ａを押し付ける等して行われる。

型閉め工程後半では、ハイドロフォーム金型１３の駆動量に応じて、楔部材４１の傾斜面４１ａが独立パンチ２１を更に前進させていき、これにより、金属管３がシリンダなし側から独立パンチ２１により管軸方向内側に押し込まれることになる。このとき、金属管３の両方の管端部３ａ、３ｂのシールと圧力媒体Ｗの充填とが完了した後に独立パンチ２１による押し込みが開始されるのが好ましいが、金属管３の管端部３ａの形状や粗さによっては、圧力媒体Ｗの充填とシールの完了時には独立パンチ２１により金属管３が若干押し込まれてしまっている場合がある。このため、これを改善するため、後述の第２実施形態、第３実施形態のような構成を採用して、シールと圧力媒体Ｗの充填とが完了した後に金属管３が押し込まれるようにすることが好ましい。

また、金属管３の両方の管端部３ａ、３ｃのシールが完了していれば、図７に示すように、型閉め中に金属管３に対して圧力媒体Ｗにより内圧を負荷するようにしてもよい。ここで、型閉め中に金属管３に内圧を負荷するうえでは、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の型閉めが完了していないので、金属管３の管端部３ａ、３ｃが内圧により膨らもうとする。このとき、金属管３に内圧を負荷するより前段階で、ハイドロフォーム金型１１の対向面１４に管端押さえ部材５１を接触させて、付勢部材５３により金属管３を押し付けるように付勢させておくことが好ましい。これにより、圧力媒体Ｗの内圧の負荷による金属管３の管端部３ａ、３ｃの膨らみが拘束されて、金属管３の管端部３ａ、３ｃのシールが保持される。なお、一組のハイドロフォーム金型１１、１３間の間隔が金属管３の板厚より小さいときには、金属管３の管端部３ａ、３ｃが内圧の負荷により変形しても、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の拘束によりシールが失われるほどに金属管３が変形しない。このため、このときには、管端押さえ部材５１がなくともよい。

この型閉め工程後半で、独立パンチ２１により金属管３を押し込む量は、独立パンチ２１の傾斜面２１ｄ及び楔部材４１の傾斜面４１ａの傾斜角度や、これらの接触タイミングを調節することにより調整が可能である。このため、例えば、材料流入を促したい場合は、傾斜角度を大きくしたり、接触タイミングを早くしたりする等して、独立パンチ２１による押し込む量を増大させればよい。

なお、型閉め工程前半及び型閉め工程後半では、軸押しシリンダ３１のシールパンチ３３により金属管３をシリンダあり側から押し込むようにしてもよいし、押し込まないようにしてもよい。

図７に示すように、一組のハイドロフォーム金型１１、１３の対向面１４同士が当接されて型閉めが終了した後は、必要に応じて、金属管３の圧力媒体Ｗによる内圧が更に高圧になるようにすることによって、図８に示すように、金属管３をシャープに成形させてもよい。このとき、必要に応じて、軸押しシリンダ３１を駆動させて、金属管３をシリンダあり側から押し込むようにしてもよい。

この後、圧力媒体Ｗによる内圧を降下させる等した後、キャビティ１５内からハイドロフォーム加工品５を取り出して、一連の作業工程が終了する。

本発明によれば、軸芯Ｌ１が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品５を得るにあたって、管端部の両側から金属管３を押し込んで、管端部の両側から管軸方向内側に材料を流入させることが可能となる。このため、そのような複雑形状のハイドロフォーム加工品５でも容易に得ることが可能となる。また、このような複雑形状のハイドロフォーム加工品５を得るにあたって、金属管３の一方の管端部の側に軸押しシリンダを配置することが不要となるので、従来のように一組の軸押しシリンダを互いの軸芯が斜めとなるように配置する必要がなくなり、その分、加工装置を小型化させることが可能となる。また、一組の軸押しシリンダのうちの一方が不要となる分、加工装置を実現するためのコスト低減を図ることが可能となる。

なお、本発明は、以下の第２実施形態、第３実施形態のように構成されていてもよい。なお、以下の実施形態の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素について、同一の符号を符すことによりその説明を省略する。

図９は、ハイドロフォーム加工装置１の第２実施形態、第３実施形態の構成を示す部分側面断面図である。第２実施形態、第３実施形態では、第１実施形態に対して独立パンチ２１の構成のみが相違している。

第２実施形態では、独立パンチ２１の前端側に対して、独立パンチ２１を管軸方向に前進させたときに、金属管３の管端部３ａ内に挿入可能となるような挿入部２１ｅが形成されている。この独立パンチ２１の挿入部２１ｅは、金属管３の管端部３ａの内形と略同一の外形となるように形成されている。この独立パンチ２１の挿入部２１ｅは、第２実施形態において、断面円形に形成された金属管３の管端部３ａに対応して、その管端部３ａの内径と略同一の外径からなる円柱状に形成されている。この独立パンチ２１の挿入部２１ｅを金属管３の管端部３ａ内に挿入させることにより、その金属管３の管端部３ａが独立パンチ２１の挿入部２１ｅによってシールされる。

このように、金属管３の管端部３ａを独立パンチ２１の挿入部２１ｅによりシールする場合、金属管３の管端部３ａのシール性を更に良好なものとすることが可能となる。また、この場合、独立パンチ２１の挿入部２１ｅによるシールと圧力媒体Ｗの充填とが完了した後に、独立パンチ２１のシール面２１ｃにより金属管３の管端部３ａを押し込むことが可能となり、圧力媒体Ｗの充填完了前に独立パンチ２１により金属管３の管端部３ａが押し込まれることを防止できる。

第３実施形態では、独立パンチ２１の挿入部２１ｅに対してゴム等からなるＯリング６１が取り付けられている。このＯリング６１は、独立パンチ２１の挿入部２１ｅの周方向に沿って形成された凹溝内に嵌合されて取り付けられている。このＯリング６１は、独立パンチ２１の挿入部２１ｅを金属管３の管端部３ａ内に挿入させたときに、金属管３の管端部３ａ内周面に圧接されるものであり、これにより、金属管３の管端部３ａのシールが補強されることになる。

このように、Ｏリング６１を用いた場合、金属管３の管端部３ａのシール性を一層良好なものとすることが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、上述の実施形態においては、ハイドロフォーム加工装置１が楔部材４１を有するものして説明したが、楔部材４１の傾斜面４１ａと同じような形状、位置の傾斜面をハイドロフォーム金型１３のキャビティ１５内に形成して、楔部材４１を省略するようにしてもよい。

以下、本発明の効果を実施例により更に説明する。本例では、図１０に示すようなハイドロフォーム加工装置１を用いて、金属管３に対して本発明に係るハイドロフォーム加工を実際に行なえるかどうか確認した。なお、図１０（ａ）は、平面断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＫ−Ｋ線に沿う断面図であり、この断面における拡管率は７０％である。図１０（ｄ）は、図１０（ａ）のＬ−Ｌ線に沿う断面図であり、この断面における拡管率は１７％である。図１０（ｅ）は、図１０（ａ）のＭ−Ｍ線に沿う断面図であり、この断面における拡管率は２３％である。

本例では、金属管３として、外径６０．５ｍｍ（直径）、肉厚２．５ｍｍ、全長５００ｍｍの鋼管を用いた。なお、鋼管の鋼種は、ＪＩＳ Ｇ３４４５に規定される機械構造用炭素鋼鋼管のＳＴＫＭ１１Ａとした。金属管３は、曲げ半径１８１．５ｍｍ、曲げ角度５５°となるように回転引き曲げ加工方法により予め曲げたものを用いた。

本例では、ハイドロフォーム加工装置１として、第１実施形態において説明したものと同じものを用いた。独立パンチ２１は、その傾斜面２１ｄが管軸方向に直交する面に対して３０°傾斜するように形成されたものを用いた。

ハイドロフォーム金型１１に対しては、金属管３の両方の管端面３ｂ、３ｄから独立パンチ２１のシール面２１ｃとシールパンチ３３のシール面３３ａとまでの間隔が５ｍｍとなるようにこれらを装着した。独立パンチ２１と楔部材４１は、上側のハイドロフォーム金型１３の下死点より２６ｍｍ前で、独立パンチ２１の傾斜面２１ｄと楔部材４１の傾斜面４１ａとが互いに面接触するように設定した。また、これらは、互いに傾斜面２１ｄ、４１ａが面接触した以降において、型閉め工程が終了するまでの間に独立パンチ２１が約１５ｍｍ管軸方向に前進するように設定した。管端押さえ部材５１は、上側のハイドロフォーム金型１３の下死点より３０ｍｍ前で、下側のハイドロフォーム金型１１の対向面１４に接触するように設定した。

実際のハイドロフォーム加工時には、まず、図１０に示すように、ハイドロフォーム金型１１に対して金属管３、独立パンチ２１を装着した。次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、軸押しシリンダ３１側のシールパンチ３３から圧力媒体Ｗを供給しながら、上側のハイドロフォーム金型１３を降下させて、型閉め工程を実行した。型閉め工程では、前述の通り、独立パンチ２１が楔部材４１の傾斜面４１ａにより管軸方向に１５ｍｍ前進するよう設定しており、下死点に到達した時点で、金属管３のシリンダなし側の管端部３ａが初期位置から１０ｍｍ押し込まれることになる。型閉め工程では、これと同時に、軸押しシリンダ３１のシールパンチ３３も管軸方向に１５ｍｍ前進するように設定した。これにより、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃも同様に１０ｍｍ押し込まれることになる。独立パンチ２１、シールパンチ３３により金属管３の両方の管端部３ａ、３ｃを押し込んでいる間では、圧力媒体Ｗによる金属管３内部の内圧が３４ＭＰａとなるように設定した。

型閉め工程が終了した後は、上側のハイドロフォーム金型１３を型締め力１００００ｋＮで押さえつけた。この状態で、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、圧力媒体Ｗによる内圧を３４ＭＰａから３８ＭＰａに上げた後、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃをシールパンチ３３により更に２０ｍｍ押し込んだ。この結果、金属管３のシリンダあり側の管端部３ｃは型閉め工程中の押し込み量１０ｍｍと合わせて合計３０ｍｍ押し込んだことになる。この後、軸押しシリンダ３１の位置を固定したまま圧力媒体Ｗによる内圧のみを１５０ＭＰａまで昇圧させて、金属管３をシャープに成形させた。

金属管３が所望のハイドロフォーム加工品５に成形された後、圧力媒体Ｗによる内圧を降下させ、軸押しシリンダ３１を管軸方向に後退させ、ハイドロフォーム金型１３を上昇させた後、ハイドロフォーム金型１３からハイドロフォーム加工品５を取り出した。

以上のような一連の工程の結果、軸芯が曲げを含むように形成されたハイドロフォーム加工品５が、一つの軸押しシリンダ３１しか用いていない本発明に係るハイドロフォーム加工装置１により成形できた。

また、本実施例では、独立パンチ２１による金属管３のシールを、金属管３の管軸方向に直交するように形成された独立パンチ２１のシール面２１ｃにより行なった。しかし、図９（ａ）に示す第２実施形態のように、金属管３の内径５５．５ｍｍ（直径）と略同一の外径からなる円柱状の挿入部２１ｅが形成された独立パンチ２１を使用すると、初期の水漏れ量が低下した。また、図９（ｂ）に示す第３実施形態のように、挿入部２１ｅにＯリング６１が取り付けられた独立パンチ２１を使用すると、初期の水漏れ量はほとんどなくなった。

前述したように、本発明によれば、軸芯が曲げを含むような複雑形状のハイドロフォーム加工品でも容易に得ることが可能となる。したがって、本発明によれば、ハイドロフォーム加工品の適用範囲が広がり、部品統合や軽量化が実現できる。特に自動車部品への適用は、車両の軽量化が進むことで燃費が向上し、その結果、地球温暖化の抑制に貢献できる。また、これまで適用が進んでいなかった産業分野、例えば、家電製品、家具、建機部品、二輪部品、建築部材への広がりも期待できる。本発明は、産業上、利用価値の高いものである。

１ ハイドロフォーム加工装置
３ 金属管
３ａ （シリンダなし側）管端部
３ｂ （シリンダなし側）管端面
３ｃ （シリンダあり側）管端部
３ｄ （シリンダあり側）管端面
５ ハイドロフォーム加工品
５ａ 軸芯
１１ ハイドロフォーム金型
１３ ハイドロフォーム金型
１４ 対向面
１５ キャビティ
１５ａ 中間部
１５ｂ シリンダあり側端部
１５ｃ シリンダなし側端部
１５ｄ 底面
１５ｅ 収容部
２１ 独立パンチ
２１ａ 前端部
２１ｂ 後端部
２１ｃ シール面
２１ｄ 傾斜面
２１ｅ 挿入部
３１ 軸押しシリンダ
３３ シールパンチ
３３ａ シール面
３５ 圧力媒体供給孔
４１ 楔部材
４１ａ 傾斜面
５１ 管端押さえ部材
５１ａ 接触面
５３ 付勢部材
６１ Ｏリング
Ｗ 圧力媒体

（１）ハイドロフォーム金型内に予め軸芯の曲げを含むように形成された金属管が装着され、該装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた前記金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、前記ハイドロフォーム金型を閉める前に前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に独立パンチを装着し、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチを管軸方向に前進させ、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部をシールしつつ前記金属管を管軸方向に押し込むことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。

（４）ハイドロフォーム金型内に予め軸芯の曲げを含むように形成された金属管が装着され、該装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた当該金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するためのハイドロフォーム加工装置において、前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に装着される独立パンチを備え、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチが管軸方向に前進されて、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部がシールされつつ前記金属管が管軸方向に押し込まれることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。

（１）Ｃ型フレーム内に配置されたハイドロフォーム金型内に予め軸芯の曲げを含むように形成された鋼管が装着され、該装着された鋼管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記鋼管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた前記鋼管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、前記ハイドロフォーム金型を閉める前に前記ハイドロフォーム金型内に前記鋼管と共に前記鋼管の一方の管端側に独立パンチを装着し、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチを管軸方向に前進させ、前記独立パンチにより前記鋼管の一方の管端部をシールしつつ前記鋼管を管軸方向に押し込むことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。

（２）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部を前記鋼管の一方の管端部内に挿入させることにより、前記鋼管の一方の管端部をシールすることを特徴とする前記（１）記載のハイドロフォーム加工方法。

（３）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、Ｏリングの取り付けられた前記独立パンチの挿入部を前記鋼管の一方の管端部内に挿入させて、当該Ｏリングにより前記鋼管の一方の管端部のシールを補強することを特徴とする前記（２）記載のハイドロフォーム加工方法。

（４）Ｃ型フレーム内に配置されたハイドロフォーム金型内に予め軸芯の曲げを含むように形成された鋼管が装着され、該装着された鋼管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記鋼管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた当該鋼管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するためのハイドロフォーム加工装置において、前記ハイドロフォーム金型内に前記鋼管と共に前記鋼管の一方の管端側に装着される独立パンチを備え、前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチが管軸方向に前進されて、前記独立パンチにより前記鋼管の一方の管端部がシールされつつ前記鋼管が管軸方向に押し込まれることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。

（５）前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部が前記鋼管の一方の管端部内に挿入されることにより、前記鋼管の一方の管端部をシール可能な構造とされていることを特徴とする前記（４）記載のハイドロフォーム加工装置。

（６）前記独立パンチの挿入部にＯリングが取り付けられていることを特徴とする前記（５）記載のハイドロフォーム加工装置。

Claims (6)

1. ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた前記金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するハイドロフォーム加工方法において、
   前記ハイドロフォーム金型を閉める前に前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に独立パンチを装着し、
   前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチを管軸方向に前進させ、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部をシールしつつ、前記金属管を管軸方向に押し込むことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
2. 前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させることにより、前記金属管の一方の管端部をシールすることを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーム加工方法。
3. 前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、Ｏリングの取り付けられた前記独立パンチの挿入部を前記金属管の一方の管端部内に挿入させて、当該Ｏリングにより前記金属管の一方の管端部のシールを補強することを特徴とする請求項２記載のハイドロフォーム加工方法。
4. ハイドロフォーム金型内に装着された金属管の一方の管端部の側に軸押しシリンダが配置されず、他方の管端部の側にのみ軸押しシリンダが配置され、前記軸押しシリンダにより前記金属管を管軸方向に押し込むとともに、両方の管端部がシールされた当該金属管内部に圧力媒体を供給して内圧を負荷するためのハイドロフォーム加工装置において、
   前記ハイドロフォーム金型内に前記金属管と共に前記金属管の一方の管端側に装着される独立パンチを備え、
   前記ハイドロフォーム金型を閉める際に、前記ハイドロフォーム金型を閉める力を利用して前記独立パンチが管軸方向に前進されて、前記独立パンチにより前記金属管の一方の管端部がシールされつつ前記金属管が管軸方向に押し込まれることを特徴とするハイドロフォーム加工装置。
5. 前記独立パンチを管軸方向に前進させたときに、前記独立パンチの前端側の挿入部が前記金属管の一方の管端部内に挿入されることにより、前記金属管の一方の管端部をシール可能な構造とされていることを特徴とする請求項４記載のハイドロフォーム加工装置。
6. 前記独立パンチの挿入部にＯリングが取り付けられていることを特徴とする請求項５記載のハイドロフォーム加工装置。

Images