JPWO2017038692A1 - 成形装置 - Google Patents

Abstract

金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、少なくとも一方が移動可能であり、金属パイプを成形する上型及び下型を有する金型と、金属パイプ材料へ通電することで当該金属パイプ材料を加熱する電極と、加熱された金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、少なくとも電極による金属パイプ材料への通電時に、電磁力による金型の移動を抑制する金型移動抑制部と、を備える、成形装置。

Description

本発明は、成形装置に関する。

従来、金属パイプを金型により型閉してブロー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、金型と、金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、金属パイプ材料内を金型内に配置し、金型を型閉した状態で金属パイプ材料に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を金型の形状に対応する形状に成形する。この成形装置では、金属パイプ材料を膨張させる前段階で、電極で金属パイプ材料を保持すると共に、当該電極で金属パイプ材料を通電加熱する。

特開２０１２−０００６５４号公報

ここで、上記成形装置にあっては、電極で金属パイプ材料を通電加熱すると、金型や金型周辺の部材が磁化する場合がある。このような場合、金属パイプ材料の通電加熱中に、磁化した金型に対して、金型が移動する方向であるスライド方向へ金型が移動するような電磁力が作用する可能性がある。この電磁力が作用することで金型が移動することによって通電加熱中の金属パイプ材料に接触した場合、金型を介して漏電が生じ、装置がダメージを受ける可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、安全性を向上できる成形装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る成形装置は、金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、少なくとも一方が移動可能であり、金属パイプを成形する上型及び下型を有する金型と、金属パイプ材料へ通電することで当該金属パイプ材料を加熱する電極と、加熱された金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、少なくとも電極による金属パイプ材料への通電時に、電磁力による金型の移動を抑制する金型移動抑制部と、を備える。

成形装置によれば、金型移動抑制部が、少なくとも電極による金属パイプ材料への通電時に、電磁力による金型の移動を抑制する。すなわち、電極による通電によって金属パイプ材料を加熱する機構を有している場合であっても、金型が電磁力によって金属パイプ材料側へ移動することを抑制できる。これによって、安全性を向上することができる。

成形装置において、金型移動抑制部は、少なくとも電極による金属パイプ材料への通電時に、下型を機械的に固定する固定部を備えてよい。電磁力によって移動しやすい方の金型である下型を固定部によって機械的に固定することで、下型の移動を確実に抑制することができる。

成形装置において、固定部は、少なくとも電極による金属パイプ材料への通電時に、下型の側面へ挿入されるピンを備えてよい。下型の側面側からピンを挿入する構成を採用することで、固定部を簡単な構成とすることができると共に、他の機構との干渉を回避することができる。

成形装置において、金型移動抑制部は、金型の磁化を抑制することによって、電磁力による金型の移動を抑制する金型磁化抑制部を備えてよい。このように、金型磁化抑制部で金型の磁化を抑制することにより、電極による金属パイプ材料への通電時に、金型に作用する電磁力を低減することができる。これによって、電磁力による金型の移動を抑制できる。

成形装置において、金型磁化抑制部は、電極へ供給される直流電流の向きを切り替える切替部を備えてよい。電極へ反対向きの直流電流を流すことで、金型の磁化を打ち消すことができる。

成形装置において、金型磁化抑制部は、金型を取り囲むコイルを備えてよい。これによって、コイルが発生する磁束によって、金型の磁化を打ち消すことができる。

成形装置において、コイルは、上型及び下型のそれぞれを取り囲むように設けられてよい。上型及び下型の両方にコイルを設けることで、効率よく金型の磁化を打ち消すことができる。

成形装置において、上型は、上ダイホルダによって支持され、下型は下ダイホルダによって支持され、金型磁化抑制部は、金型に隣接する位置において、上ダイホルダ及び下ダイホルダの一方から他方側へ向かって延びる凸部によって構成される磁束ループ形成部を備えてよい。これによって、下型と上型に磁束ループが集中することを抑制することができ、金型の磁化の促進を抑制することができる。

成形装置において、上ダイホルダ及び下ダイホルダの少なくとも一方の外側面側に設けられた凸部によって、漏れ磁場抑制部が形成されてよい。これによって、ダイホルダに凸部を設けるだけの簡単な構成によって、漏れ磁場が外部の機器に影響を及ぼすことを防止できる。

このように本発明によれば、成形装置の安全性を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る成形装置を示す概略構成図である。 図１のII-II線に沿うブロー成形金型及び上型、下型保持部の横断面図である。 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）は電極にシール部材が当接した状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 成形装置による製造工程を示す図であって、（ａ）は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。 図４に続く製造行程を示す図である。 ブロー成形金型及び上型ホルダの動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図である。 図６に続く図である。 図７に続く図である。 通電加熱時における各部材の位置関係を示す拡大断面図である。 成型時における各部材の位置関係を示す拡大断面図である。 第２実施形態に係る成形装置の切替部を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る成形装置の切替部を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る成形装置の概略断面図である。 第４実施形態に係る成形装置の概略断面図である。 上型及び下型付近の拡大図である。

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。

［第１実施形態］
〈成形装置の構成〉
図１は、成形装置の概略構成図、図２は、図１のII-II線に沿うブロー成形金型及び上型、下型保持部の横断面図である。図１に示されるように、金属パイプ１００（図５参照）を成形する成形装置１０は、互いに対となる下型１１及び上型１２からなるブロー成形金型１３と、下型１１を保持するための下型保持部９１及び上型１２を保持するための上型保持部９２と、下型１１を保持した下型保持部９１及び上型１２を保持した上型保持部９２の少なくとも一方（ここでは、上型保持部９２）を移動させる駆動機構８０と、下型１１と上型１２との間で仮想線で示す金属パイプ材料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、下型１１及び上型１２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（気体供給部）４０，４０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備える。なお、本実施形態に係る成形装置１０は、下型１１を上下に駆動させる下型駆動機構９０を備えている。また、成形装置１０は、上記駆動機構８０の駆動、下型駆動機構９０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。

下型１１は、下型保持部９１を介して大きな基台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（上型１２との分割面）に凹部１６を備える。図１及び図２に示されるように、下型１１を保持する下型保持部９１は、上から順に、下型１１を保持する第１の下ダイホルダ９３、第１の下ダイホルダ９３を保持する第２の下ダイホルダ９４、第２の下ダイホルダ９４を保持する下ダイベースプレート９５を重ねて備え、この下ダイベースプレート９５が基台１５に固定される。そして、図１に示されるように、第１の下ダイホルダ９３及び第２の下ダイホルダ９４の軸線方向長（図１の左右方向長）は、下型１１の軸線方向長とほぼ同程度の長さとなっている。

さらに、下型１１の左右端（図１における左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、当該電極収納スペース１１ａ内に、アクチュエータ（図示しない）によって上下に進退動可能に構成された第１電極１７及び第２電極１８を備えている。これら第１電極１７、第２電極１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａが形成されていて（図３（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，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。また、第１，第２電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ，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１７ｂ，１８ｂが形成されている。また、下型１１には冷却水通路１９が形成されている。下型１１の下面側には、第２の下ダイホルダ９４及び下ダイベースプレート９５を貫通して上下方向に延びる下型駆動機構９０が設けられる。下型駆動機構９０は、下型１１の下面を支持する支持部１０１と、支持部１０１から下方へ延びる軸部１０２と、を備えている。軸部１０２の下端側は、図示されない駆動部に接続されている。

なお、下型１１側に位置する一対の第１，第２電極１７，１８はパイプ保持機構３０を構成しており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間で昇降可能に支えることができる。なお、成形装置１０には、金属パイプ材料１４の温度を測定するための熱電対（不図示）が設けられている。例えば、熱電対は、金型１３の横側から挿入されてよい。ただし、熱電対は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計又は光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。

上型１２は、その下面（下型１１との分割面）に凹部２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。図１及び図２に示されるように、上型１２を保持する上型保持部９２は、下から順に、上型１２を保持する第１の上ダイホルダ９６、第１の上ダイホルダ９６を保持する第２の上ダイホルダ９７、第２の上ダイホルダ９７を保持する上ダイベースプレート９８を重ねて備え、この上ダイベースプレート９８がスライド８２に固定される。そして、図１に示されるように、第１の上ダイホルダ９６及び第２の上ダイホルダ９７の軸線方向長（図１の左右方向長）は、上型１２の軸線方向長とほぼ同程度の長さとなっている。また、上型保持部９２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６によって吊られる構成とされ、ガイドシリンダ２７によって横振れしないようにガイドされている。

上型１２の左右端（図１における左右端）近傍には、下型１１と同様な電極収納スペース１２ａが設けられ、この電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７，１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａが形成されていて（図３（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１，第２電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ，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１７ｂ，１８ｂが形成されている。よって、上型１２側に位置する一対の第１，第２電極１７，１８もパイプ保持機構３０を構成しており、上下一対の第１，第２電極１７，１８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。なお、可動部である第１電極１７、第２電極１８を上下動させる各アクチュエータの固定部は、下型保持部９１、上型保持部９２にそれぞれ保持・固定されている。

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及び上型保持部９２を移動させるスライド８２と、上記スライド８２を移動させるための駆動力を発生する駆動部８１と、上記駆動部８１に対する流体量を制御するサーボモータ８３とを備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６として油圧シリンダを採用する場合は動作油）を当該加圧シリンダ２６へ供給する流体供給部によって構成されている。

制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御することにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られず、例えば、スライド８２に駆動部を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。例えば、偏心軸と、偏心軸を回転させる回転力を付与する駆動源（例えば、サーボモータ及び減速機等）と、偏心軸の回転運動を直線運動に変換してスライドを移動させる変換部（例えば、コネクティングロッド又は偏心スリーブ等）と、を有する駆動機構を採用してもよい。なお、本実施形態では、駆動部８１がサーボモータ８３を備えていなくともよい。

図２に示されるように、下型１１の上端面及び上型１２の下端面には、いずれも段差が設けられている。具体的には、下型１１の上端面の中央には、断面矩形状の凹部１６が形成され、上型１２の下端面の中央で、下型１１の凹部１６に対向する位置には、断面矩形状の凹部２４が形成されている。

下型保持部９１を構成し下型１１を保持する第１の下ダイホルダ９３は、直方体の上端面９３ｅの中央に、断面矩形状の凹部９３ａを備えるものであり、この凹部９３ａの底面９３ｄの中央に設けられて第１の下ダイホルダ９３を分割する隙間９３ｃ内に、下型１１の略下半分を嵌入するようにして保持する。第１の下ダイホルダ９３の凹部９３ａを形成する両脇の各凸部９３ｂ，９３ｂと、第１の下ダイホルダ９３の底面９３ｄより上方に突出する下型１１の略上半分の側面との間には空間Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ設けられ、この空間Ｓ１，Ｓ２が、ブロー成形金型１３を型閉じした際に、第１の上ダイホルダ９６の後述する凸部９６ｂが進入する空間とされる。

上型保持部９２を構成し上型１２を保持する第１の上ダイホルダ９６は、直方体の両側において上側から下側に向けて階段状の段差を２段形成することにより、下方に向けて直方体が段階的に小さくなる段付きブロック状に構成される。この第１の上ダイホルダ９６の下端面９６ｄの中央には、断面矩形状の凹部９６ａが形成され、この凹部９６ａ内に、上型１２を収容するようにして保持する。従って、第１の上ダイホルダ９６の凹部９６ａを形成する両脇の各凸部９６ｂ，９６ｂは、その内側面が、上型１２の側面に接するようになっている。また、凸部９６ｂ，９６ｂは、上型１２の下端面より下方に所定長突出し、ブロー成形金型１３を型閉じした際に、第１の下ダイホルダ９３の空間Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ進入する部分となっている。また、ブロー成形金型１３を型閉じした際に、第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂの下端面（先端面）９６ｄが、第１の下ダイホルダ９３の凹部９３ａの底面９３ｄに当接し、第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂの両脇で凸部９６ｂを形成し当該凸部９６ｂの上方に位置する段差面９６ｅが、第１の下ダイホルダ９３の凸部９３ｂの上端面９３ｅに当接するようになっている。

図１に示されるように、加熱機構５０は、第１電極１７及び第２電極１８と、電源５１と、この電源５１からそれぞれ延びて第１電極１７及び第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。制御部７０は、上記加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）まで加熱することができる。

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を介して基台１５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、第１，第２電極１７，１８のテーパー凹面１７ｂ，１８ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている（図３参照）。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３（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。

図１に示されるように、気体供給部６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源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。

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、図示されない熱電対から温度情報を取得し、加圧シリンダ２６及びスイッチ５３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。図４は、材料としての金属パイプ材料１４を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱工程までを示す。より具体的には、図４（ａ）は、金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。また、図５は、図４に続く製造行程を示す図である。

先ず、焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備する。図４（ａ）に示すように、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側に備わる第１，第２電極１７，１８上に載置（投入）する。第１，第２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（図１参照）は、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、図４（ｂ）のように、第１電極１７、第２電極１８を進退動可能としているアクチュエータ（図示しない）を作動させ、各上下に位置する第１，第２電極１７，１８を接近・当接させる。この当接によって、金属パイプ材料１４の両方の端部は、上下から第１，第２電極１７，１８によって挟持される。また、この挟持は、第１，第２電極１７，１８に形成される凹溝１７ａ，１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４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。

続いて、図１に示されるように、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のスイッチ５３をＯＮにする。そうすると、電源５１から電力が金属パイプ材料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自体が発熱する（ジュール熱）。このとき、熱電対の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御され、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で金属パイプ材料１４の両端をシールする（図３も併せて参照）。

図６は、ブロー成形金型及び第１の上ダイホルダの動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図、図７は、図６に続く図、図８は、図７に続く図である。

図６に示されるように、加熱後の金属パイプ材料１４に対してブロー成形金型１３が型閉じされていく。このとき、第１の下ダイホルダ９３の空間Ｓ１，Ｓ２に第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂが進入し、下型１１の凹部１６と上型１２の凹部２４との間に、パイプ部（本体部）１００ａを形成するための隙間である略断面矩形状のメインキャビティ部ＭＣが形成されると共に、下型１１の上端面と上型１２の下端面との間でメインキャビティ部ＭＣの両脇に、メインキャビティ部ＭＣに連通しフランジ部１００ｂ，１００ｃを形成するための隙間であるサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２がそれぞれ形成される。

ここで、下型１１の上端面と上型１２の下端面との間のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、型外へ開放されるように延びている一方で、このサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂの内側面９６ｆにより外側から塞がれた状態となっている。この第１の上ダイホルダ９６のサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を型外から塞ぐ凸部９６ｂ，９６ｂは、型内で例えば金属パイプが破裂したときに生じる破片等の異物が、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２を通り型外へ進行することを遮り放出されないように働く。従って、凸部９６ｂ，９６ｂを有する第１の上ダイホルダ９６は、シールド部材としての機能も兼ねる。

そして、この状態、すなわちブロー成形金型が完全に型閉じする前の状態で、金属パイプ材料１４が、メインキャビティ部ＭＣ内に収まり、概ね、下型１１の凹部１６の底面及び上型１２の凹部２４の底面に接触した状態から、金属パイプ材料１４内に気体供給部６０によって高圧ガスを供給し、ブロー成形を開始する。

ここで、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。

これと並行してブロー成形金型１３がさらに型閉じしていき、図７に示されるように、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２が下型１１と上型１２との間でさらに狭められていく。

従って、金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣ内で凹部１６，２４に倣うように膨張すると共に、金属パイプ材料１４の一部（両側部）１４ａ，１４ｂが、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２内にそれぞれ入り込むように膨張する。

そして、図８に示されるように、ブロー成形金型１３がさらに型閉じしていき、第１の下ダイホルダ９３の凹部９３ａの底面９３ｄに、第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂの下端面９６ｄが当接すると共に、第１の下ダイホルダ９３の凸部９３ｂの上端面９３ｅに、第１の上ダイホルダ９６の段差面９６ｅが当接し、且つ、第１の下ダイホルダ９３の凸部９３ｂの内側面と第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂの外側面が当接し、第１の下ダイホルダ９３と第１の上ダイホルダ９６が密着した状態で、ブロー成形金型１３の型閉じが完了する。

このとき、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、図７に示す状態よりさらに狭められた状態とされ、この状態で、前述したように、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、第１の上ダイホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂの内側面９６ｆにより外側から塞がれた状態となっている。

従って、加熱により軟化し高圧ガスが供給された金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣにおいて、当該メインキャビティ部ＭＣの断面矩形状に合わせた断面矩形状のパイプ部１００ａとして成形されると共に、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２において、金属パイプ材料１４の一部が折り畳まれた断面長方形状のフランジ部１００ｂ，１００ｃとして形成される。

このブロー成形時にあっては、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の凹部１６に接触して急冷されると同時に、上型１２の凹部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、ソルバイトなど）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、冷却媒体を金属パイプ１００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。なお、本段落の説明は、金属パイプ材料１４が鋼鉄である場合を例として説明したものである。

そして、以上のような成形方法により、図５に示されるように、パイプ部１００ａ及びフランジ部１００ｂ，１００ｃを有する金属パイプ１００を成形品として得ることができる。なお、本実施形態では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４は当該形状に合わせてブロー成形されることにより、パイプ部１００ａは矩形筒状に成形される。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて断面円形、断面楕円形、断面多角形等あらゆる形状を採用しても良い。

次に、図９及び図１０を参照して、本実施形態に係る成形装置１０の金型移動抑制部１１０の構成について説明する。図９は、通電加熱時における各部材の位置関係を示す拡大断面図である。図１０は、成型時における各部材の位置関係を示す拡大断面図である。成形装置１０にあっては、電極１７，１８で金属パイプ材料１４を通電加熱すると、金型１３や金型周辺の部材が磁化する場合がある（例えば、後述の図１３の磁束ループＭＰ１，ＭＰ２を参照）。このような場合、金属パイプ材料１４の通電加熱中に、磁化した金型１３に対して、金型１３が移動する方向であるスライド方向へ金型１３が移動するような電磁力が作用する可能性がある。この電磁力が作用することで金型１３が移動することによって通電加熱中の金属パイプ材料１４に接触した場合、金型１３を介して漏電が生じ、装置がダメージを受ける可能性がある。そこで、本実施形態に係る成形装置１０は、少なくとも電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時に、電磁力による金型１３の移動を抑制する金型移動抑制部１１０を備えている。

図９及び図１０に示すように、金型移動抑制部１１０は、少なくとも電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時に、下型１１を機械的に固定する固定部１１１を備える。固定部１１１は、少なくとも電極１７による金属パイプ材料１４への通電時に、下型１１の側面１１ｅへ挿入されるピン１１２と、ピン１１２を駆動する駆動部１１３と、を備える。固定部１１１は、第１の下ダイホルダ９３の外側の側面９３ｈに取り付けられている。なお、固定部１１１の取り付け位置や数量は特に限定されず、第１の下ダイホルダ９３の複数カ所に固定部１１１が設けられてよい。

ピン１１２は、下型１１の側面１１ｅに対して垂直に配置され、軸方向に進退するように駆動する棒状の部材である。ピン１１２の先端部は、電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時において、下型１１の側面１１ｅに形成された凹部１１ｂと対向する位置に配置される（図９参照）。ピン１１２は、第１の下ダイホルダ９３を貫通して、凹部１１ｂに挿入される。

駆動部１１３は、ピン１１２に軸方向の駆動力を付与する。駆動部１１３は、第１の下ダイホルダ９３の側面９３ｈに固定されている。駆動部１１３の駆動方式は特に限定されず、圧縮空気式、油圧式、電動式のアクチュエータを採用してよい。ただし、駆動部１１３は、ピン１１２を凹部１１ｂに挿入するためのものであって、大きな駆動力は必要とされないため、取り扱いの容易な圧縮空気式のシリンダロッドを用いてよい。

このような固定部１１１は、電極１７，１８（図４，５参照）による金属パイプ材料１４への通電時に、駆動部１１３でピン１１２を駆動させて、下型１１の凹部１１ｂにピン１１２を挿入する。通電加熱が終了したら、固定部１１１は、駆動部１１３でピン１１２を駆動させて、下型１１の凹部１１ｂからピン１１２を取り出し、固定を解除する。その後、下型１１が上昇すると共に上型１２が下降し、金属パイプ材料１４の形成が開始する。なお、下型１１が上昇した後、アクチュエータ１１４によって支持部材１１６が下型１１の下面と第２の下ダイホルダ９４の上面との間に配置される。これによって、成型時の下型１１が支持部材１１６で支持される。

以上により、本実施形態に係る成形装置１０によれば、金型移動抑制部１１０が、少なくとも電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時に、電磁力による金型１３の移動を抑制する。すなわち、電極１７，１８による通電によって金属パイプ材料１４を加熱する機構を有している場合であっても、金型１３が電磁力によって金属パイプ材料１４側へ移動することを抑制できる。これによって、通電加熱中に金型１３と金属パイプ材料１４が接触することで漏電が発生することを防止し、安全性を向上することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１０において、金型移動抑制部１１０は、少なくとも電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時に、下型１１を機械的に固定する固定部１１１を備えている。電磁力によって移動しやすい方の金型である下型１１を固定部１１１によって機械的に固定することで、下型１１の移動を確実に抑制することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１０において、固定部１１１は、少なくとも電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時に、下型１１の側面１１ｅへ挿入されるピン１１２を備えている。下型１１の側面１１ｅ側からピン１１２を挿入する構成を採用することで、固定部１１１を簡単な構成とすることができると共に、他の機構との干渉を回避することができる。

なお、固定部１１１の構成は、機械的に下型１１を固定できるものであれば、構成は特に限定されない。例えば、下型１１を下方から固定する固定部を採用してもよい。例えば、下型１１に下方から挿入された後、水平方向へ屈曲するような機構を設けてよい。あるいは、下型の下方から斜め上方へピンを挿入するような機構を採用してよい。また、気体供給機構４０との干渉を避けるようにして、下型１１の長手方向からピンを挿入するような構成を採用してもよい。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る成形装置１０において、金型移動抑制部１１０は、金型１３の磁化を抑制することによって、電磁力による金型１３の移動を抑制する金型磁化抑制部１２０を備えている。また、図１１に示すように、第２実施形態に係る成形装置１０において、金型磁化抑制部１２０は、電極１７，１８へ供給される直流電流の向きを切り替える切替部１２５を備えている。図１１に示す切替部１２５は、図１に示すような成形装置１０に組み込まれる。

図１１に示すように、切替部１２５は、第１電極１７及び第２電極１８の接続先を電源トランス１２７のプラス極１２６Ａ側とマイナス極１２６Ｂ側とで切り替えることができる。すなわち、切替部１２５は、第１電極１７がプラス極１２６Ａに接続され、且つ第２電極１８がマイナス極１２６Ｂに接続されている状態と、第２電極１８がプラス極１２６Ａに接続され、且つ第１電極１７がマイナス極１２６Ｂに接続されている状態とを切り替える。なお、切替部１２５は、通電加熱中に切替を行ってもよく、一回の通電加熱毎に切替を行ってもよく、複数回の通電加熱毎に切替を行ってもよい。また、切替部１２５による切替は、制御部が自動的に行ってもよく、作業者の操作によって行われてもよい。

具体的には、切替部１２５は、電源トランス１２７のプラス極１２６Ａに対する接続と解除が可能なクランプ１２１Ａ，１２１Ｂと、電源トランス１２７のマイナス極１２６Ｂに対する接続と解除が可能なクランプ１２２Ａ，１２２Ｂと、を備えている。各クランプ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａ，１２２Ｂは、アクチュエータによって開閉操作がなされる。第１電極１７に接続されているラインＬ１からは、ラインＬ１Ａが分岐してクランプ１２２Ａに接続されると共に、ラインＬ１Ｂが分岐してクランプ１２１Ｂに接続されている。第２電極１８に接続されているラインＬ２からは、ラインＬ２Ａが分岐してクランプ１２１Ａに接続されると共に、ラインＬ２Ｂが分岐してクランプ１２２Ｂに接続されている。

切替部１２５は、第１電極１７をプラス極１２６Ａに接続し、且つ第２電極１８をマイナス極１２６Ｂに接続する場合は、クランプ１２１Ｂをプラス極１２６Ａに接続し、クランプ１２２Ｂをマイナス極１２６Ｂに接続する。切替部１２５は、第２電極１８をプラス極１２６Ａに接続し、且つ第１電極１７をマイナス極１２６Ｂに接続する場合は、クランプ１２１Ａをプラス極１２６Ａに接続し、クランプ１２２Ａをマイナス極１２６Ｂに接続する。

あるいは、図１２（ａ），（ｂ）に示すような切替部１３０を採用してもよい。切替部１３０は、第１電極１７から引き出されたブスバー１３１及び第２電極１８から引き出されたブスバー１３２と、電源トランス１２７のプラス極１２６Ａ及びマイナス極１２６Ｂとの間で接続の切替えを行う。

電源トランス１２７は、第１電極１７側に配置されている。従って、第２電極１８から引き出されたブスバー１３２は、金型１３やダイホルダ等を迂回しながら、電源トランス１２７側へ延ばされる。ブスバー１３２は、障害物の配置によっては、上下方向に屈曲してもよい。第１電極１７から引き出されたブスバー１３１は、図１２（ｃ）に示すようにＵ字状の形状を有している。このような形状によって、切替部１３０側のブスバーの長さの違いを弾性変形によって吸収することができる。例えば、切替部１３０側のブスバーが長い場合は、図１２（ｃ）において二転鎖線で示すように、ブスバー１３１の端部が内側へ撓むことによって、長さを吸収することができる。第１電極１７から引き出されたブスバー１３１は、電源トランス１２７のプラス極１２６Ａと対向し、第２電極１８から引き出されたブスバー１３２は、電源トランス１２７のマイナス極１２６Ｂと対向している。

図１２（ａ）に示すように、切替部１３０では、第１電極１７から引き出されたブスバー１３１と電源トランス１２７のプラス極１２６Ａとを真っ直ぐなブスバー１３３Ａで接続し、第２電極１８から引き出されたブスバー１３２と電源トランス１２７のマイナス極１２６Ｂとを真っ直ぐなブスバー１３３Ｂで接続する。これによって、第１電極１７がプラス極１２６Ａと接続され、第２電極１８がマイナス極１２６Ｂと接続される。当該状態から電流の流れを切り替える場合、図１２（ｂ）に示すように、切替部１３０では、第１電極１７から引き出されたブスバー１３１と電源トランス１２７のマイナス極１２６Ｂとを斜め方向に延びるブスバー１３４Ｂで接続し、第２電極１８から引き出されたブスバー１３２と電源トランス１２７のプラス極１２６Ａとを斜め方向に延びるブスバー１３４Ａで接続する。なお、切替部１３０の切替えは、作業者が手作業でブスバーを付け替えることによって行われる。

以上のように、第２実施形態に係る成形装置１０において、金型移動抑制部１１０は、金型１３の磁化を抑制することによって、電磁力による金型１３の移動を抑制する金型磁化抑制部１２０を備えてよい。このように、金型磁化抑制部１２０で金型１３の磁化を抑制することにより、電極１７，１８による金属パイプ材料１４への通電時に、金型１３に作用する電磁力を低減することができる。これによって、電磁力による金型１３の移動を抑制できる。

また、第２実施形態に係る成形装置１０において、金型磁化抑制部１２０は、電極１７，１８へ供給される直流電流の向きを切り替える切替部１２５，１３０を備えている。電極１７，１８へ反対向きの直流電流を流すことで、金型１３の磁化を打ち消すことができる。例えば、第１電極１７をプラス極として第２電極１８をマイナス極とした状態での通電加熱を一定期間続けると、金型１３の所定の方向における磁化が進む。これに対して、第１電極１７をマイナス極として第２電極１８をプラス極とすることで直流電流の流れを反対として通電加熱を行えば、金型１３内の所定の方向における磁化を打ち消すことができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る成形装置１０において、金型移動抑制部１１０は、金型１３の磁化を抑制することによって、電磁力による金型１３の移動を抑制する金型磁化抑制部１２０を備えている。また、図１３に示すように、第３実施形態に係る成形装置１０において、金型磁化抑制部１２０は、金型１３を取り囲むコイル１４０Ａ，１４０Ｂを備える。コイル１４０Ａ，１４０Ｂは、上型１２及び下型１１のそれぞれを取り囲むように設けられる。また、金型磁化抑制部１２０は、金型１３に隣接する位置において、上ダイホルダ９６から下ダイホルダ９３へ向かって延びる凸部９６ｂによって構成される磁束ループ形成部１５０を備える。

コイル１４０Ａ，１４０Ｂは、上型１２及び下型１１の側面を取り囲むように設けられており、本実施形態では、ダイホルダ９３，９６中に埋設されるように配置される。成形時の邪魔にならないように、コイル１４０Ａは上型１２の上端側に配置され、コイル１４０Ｂは下型１１の下端側に配置される。なお、コイル１４０Ａ，１４０Ｂは、上型１２及び下型１１の側面に当接するように設けられている。これによって、コイル１４０Ａ，１４０Ｂの磁束を上型１２及び下型１１に作用させ易くなる。ただし、上型１２及び下型１１の側面から離間するように設けられてもよい。また、コイル１４０Ａ，１４０Ｂがダイホルダ９３，９６よりも外周側に設けられてもよい。なお、コイル１４０Ａ，１４０Ｂには、振幅を徐々に減少させながら交流電流などを印加してよい。あるいは、コイル１４０Ａ，１４０Ｂに対して交流でなく、直流を正負反転させて印加してもよい。また、コイル１４０Ａ，１４０Ｂの動作タイミングは特に限定されず、通電加熱を行っている最中に動作してもよく、一回の通電加熱毎に動作を行ってもよく、複数回の通電加熱毎に動作を行ってもよい。

図１３に示すような通電加熱を行っている状態において、磁束ループ形成部１５０を構成する凸部９６ｂは、段差面９６ｅから下方へ突出して、上型１２の側面に沿って下方へ延びている。また、凸部９６ｂは、第１の下ダイホルダ９３の凸部９３ｂの上端面９３ｅよりも下方へ延びており、下型１１の上面１１ｄよりも下方へ延びている。すなわち、凸部９６ｂは、下型１１の側面に沿って下方へ延びる。このように、凸部９６ｂは、上型１２及び下型１１と隣接した位置に設けられている。また、凸部９６ｂは、第１の下ダイホルダ９３の凸部９３ｂに対して、金型１３とは反対側で隣接している。

以上より、第３実施形態に係る成形装置１０において、金型磁化抑制部１２０は、金型１３を取り囲むコイル１４０Ａ，１４０Ｂを備えている。これによって、コイル１４０Ａ，１４０Ｂが発生する磁束によって、金型１３に残留した磁化を打ち消すことができる。

また、第３実施形態に係る成形装置１０において、コイル１４０Ａ，１４０Ｂは、上型１２及び下型１１のそれぞれを取り囲むように設けられている。上型１２及び下型１１の両方にコイル１４０Ａ，１４０Ｂを設けることで、効率よく金型１３の磁化を打ち消すことができる。ただし、上型１２に対するコイル１４０Ａ及び下型１１に対するコイル１４０Ｂの両方が設けられている必要はなく、何れか一方のみに設けられていればよい。また、上型１２及び下型１１に対して複数個のコイルが設けられてもよい。

また、第３実施形態に係る成形装置１０において、金型磁化抑制部１２０は、金型１３に隣接する位置において、第１の上ダイホルダ９６から第１の下ダイホルダ９３へ向かって延びる凸部９６ｂによって構成される磁束ループ形成部１５０を備えている。これによって、下型１１と上型１２に磁束ループＭＰが集中することを抑制することができ、金型１３の磁化の促進を抑制することができる。

例えば、磁束ループ形成部１５０を構成する凸部９６ｂが設けられていない場合、磁束ループＭＰ２のように、上型１２から直接下型１１へ向かい、下型１１から直接上型１２へ向かう磁束が支配的になり、金型１３内で磁束が集中することで金型１３の磁化が進み易くなる。一方、磁束ループ形成部１５０が形成されている場合、磁束ループＭＰ１のように、上型１２から凸部９６ｂを介して下型１１へ向かい、下型１１から凸部９６ｂを介して上型１２へ向かう磁束も形成される。また、磁束ループＭＰ３のように、上型１２から凸部９６ｂ及び凸部９３ｂを介して下型１１へ向かい、下型１１から凸部９６ｂ及び凸部９３ｂを介して上型１２へ向かう磁束も形成される。従って、金型１３内に磁束が集中する場合に比して、金型１３の磁化の促進を抑制できる。

なお、磁束ループ形成部１５０は、下型１１から金型１３の側面に沿って上型１２側へ延びるような凸部によって構成されていてもよい。図１３に示す形態では、凸部９６ｂは、上端面９３ｅまで及ぶことによって第１の下ダイホルダ９３と隣接すると共に、上面１１ｄまで及ぶことによって、下型１１とも隣接している。ただし、図１５に示す位置関係において、凸部９６ｂは、Ｌ１がＬ２以上となる位置まで及んでいると、金型１３の磁化の促進を抑制できるような磁束ループを効果的に形成できる。また、Ｌ３がＬ２以上となるまで凸部９６ｂが及んでいる場合も好適な効果が得られる。Ｌ３とＬ２の関係は、図１３の磁束ループＭＰ３に寄与する。Ｌ１がＬ２以上であることの方がＬ３がＬ２以上であることより効果が高い。ただし、Ｌ１がＬ２以上であり、且つ、Ｌ３がＬ２以上としてもよい。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係る成形装置１０において、金型移動抑制部１１０は、金型１３の磁化を抑制することによって、電磁力による金型１３の移動を抑制する金型磁化抑制部１２０を備えている。また、図１４に示すように、金型磁化抑制部１２０は、金型１３に隣接する位置において、上ダイホルダ９６から下ダイホルダ９３へ向かって延びる凸部９６ｂによって構成される磁束ループ形成部１５０を備える。また、第４実施形態に係る成形装置１０は、第１の下ダイホルダ９３の外側面側に設けられた凸部９３ｇによって、漏れ磁場抑制部１６０が形成されている。

漏れ磁場抑制部１６０を構成する凸部９３ｇは、第１の下ダイホルダ９３の上端面９３ｅにおける外側面側の縁部から上方へ向かって延びている。凸部９３ｇは、第１の上ダイホルダ９６の段差面９６ｅよりも上方へ延びている。これによって、段差面９６ｅと上端面９３ｅとの間の隙間は、漏れ磁場抑制部１６０を構成する凸部９３ｇで塞がれる。

以上より、第４実施形態に係る成形装置１０において、金型磁化抑制部１２０は、金型１３に隣接する位置において、第１の上ダイホルダ９６から第１の下ダイホルダ９３へ向かって延びる凸部９６ｂによって構成される磁束ループ形成部１５０を備えている。これによって、下型１１と上型１２に磁束ループＭＰが集中することを抑制することができ、金型１３の磁化の促進を抑制することができる。

また、第４実施形態に係る成形装置１０において、第１の下ダイホルダ９３の外側面側に設けられた凸部９３ｇによって、漏れ磁場抑制部１６０が形成されている。これによって、第１の下ダイホルダ９３に凸部９３ｇを設けるだけの簡単な構成によって、漏れ磁場が外部の機器に影響を及ぼすことを防止できる。なお、漏れ磁場抑制部１６０を構成する凸部は、第１の上ダイホルダ９６の外側面側に設けられてもよい。あるいは、第１の上ダイホルダ９６及び第１の下ダイホルダ９３に交互に設けられた複数の凸部によって漏れ磁場抑制部１６０が構成されてもよい。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明に係る成形装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したものを任意に変更したものとすることができる。

ブロー成形金型１３は無水冷金型と水冷金型の何れでもよい。ただし、無水冷金型は、ブロー成形終了後に金型を常温付近まで下げるときに、長時間を要する。この点、水冷金型であれば、短時間で冷却が完了する。したがって、生産性向上の観点からは、水冷金型が望ましい。

また、上述の実施形態では、ブロー成形金型１３を保持する上型保持部９２及び下型保持部９１が設けられていたが、保持部９１，９２の構成自体が金型移動抑制部として機能しない実施形態では、保持部９１，９２を省略してもよい。

本発明は、上述で説明した金型移動抑制部１１０のうち、少なくとも一つを有していればよい。すなわち、成形装置１０は、固定部１１１、切替部１２５，１３０、コイル１４０、磁束ループ形成部１５０のうち、少なくとも一つを有していればよい。あるいは、成形装置１０は、固定部１１１、切替部１２５，１３０、コイル１４０、磁束ループ形成部１５０の中から二以上の組み合わせに係る構成を有していてもよく、全部を有していてもよい。

１０…成形装置、１１…下型、１２…上型、１３…金型、１４…金属パイプ材料、４０…気体供給機構（気体供給部）、１７，１８…電極、９３…第１の下ダイホルダ、９６…第１の上ダイホルダ、１１０…金型移動抑制部、１１１…固定部、１１２…ピン、１２０…金型磁化抑制部、１２５，１３０…切替部、１５０…磁束ループ形成部、１６０…漏れ磁場抑制部。

Claims (9)

1. 金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
   少なくとも一方が移動可能であり、前記金属パイプを成形する上型及び下型を有する金型と、
   前記金属パイプ材料へ通電することで当該金属パイプ材料を加熱する電極と、
   加熱された前記金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、
   少なくとも前記電極による前記金属パイプ材料への通電時に、電磁力による前記金型の移動を抑制する金型移動抑制部と、を備える、成形装置。
2. 前記金型移動抑制部は、少なくとも前記電極による前記金属パイプ材料への通電時に、前記下型を機械的に固定する固定部を備える、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記固定部は、少なくとも前記電極による前記金属パイプ材料への通電時に、前記下型の側面へ挿入されるピンを備える、請求項２に記載の成形装置。
4. 前記金型移動抑制部は、前記金型の磁化を抑制することによって、電磁力による前記金型の移動を抑制する金型磁化抑制部を備える、請求項１に記載の成形装置。
5. 前記金型磁化抑制部は、前記電極へ供給される直流電流の向きを切り替える切替部を備える、請求項４に記載の成形装置。
6. 前記金型磁化抑制部は、前記金型を取り囲むコイルを備える、請求項４に記載の成形装置。
7. 前記コイルは、前記上型及び前記下型のそれぞれを取り囲むように設けられる、請求項６に記載の成形装置。
8. 前記上型は、上ダイホルダによって支持され、前記下型は下ダイホルダによって支持され、
   前記金型磁化抑制部は、前記金型に隣接する位置において、前記上ダイホルダ及び前記下ダイホルダの一方から他方側へ向かって延びる凸部によって構成される磁束ループ形成部を備える、請求項４に記載の成形装置。
9. 前記上ダイホルダ及び前記下ダイホルダの少なくとも一方の外側面側に設けられた凸部によって、漏れ磁場抑制部が形成される、請求項８に記載の成形装置。

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