WO2020217716A1 - 成形システム - Google Patents

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WO2020217716A1
WO2020217716A1 PCT/JP2020/008886 JP2020008886W WO2020217716A1 WO 2020217716 A1 WO2020217716 A1 WO 2020217716A1 JP 2020008886 W JP2020008886 W JP 2020008886W WO 2020217716 A1 WO2020217716 A1 WO 2020217716A1
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gas
nozzle
pipe material
unit
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PCT/JP2020/008886
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English (en)
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啓 山内
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住友重機械工業株式会社
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
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    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/041—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature
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    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/047—Mould construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling

Definitions

  • This disclosure relates to a molding system.
  • Patent Document 1 describes a molding system capable of improving the sealing property when supplying a fluid to a metal pipe material.
  • the molding system includes a heating unit that heats the end portion of the metal pipe material, a fluid supply unit that supplies fluid into the metal pipe material to expand it, and a control unit that controls the heating unit and the fluid supply unit.
  • the control unit controls the heating unit so as to heat the end portion of the metal pipe material before the fluid is supplied by the fluid supply unit.
  • the gas supplied into the metal pipe material becomes hot as the metal pipe material is heated.
  • the heated gas is released after the molding of the metal pipe material in the molding system is completed, the members around the flow path through which the fluid flows may be affected by heat.
  • an object of the present disclosure is to provide a molding system capable of suppressing the influence of heat on the members around the flow path.
  • One form of the present disclosure is a molding system in which a heated metal pipe material is expanded to form a metal pipe.
  • This molding system flows through a gas supply unit that supplies gas to a heated metal pipe material to expand the metal pipe material, a discharge unit that discharges gas after expanding the metal pipe material, and a discharge unit.
  • a cooling unit for cooling the gas is provided.
  • the gas is supplied to the metal pipe material heated by the gas supply unit to expand the metal pipe material.
  • the gas becomes a gas that has become hot due to the heated metal pipe material.
  • the hot gas is discharged at the discharge section after expanding the metal pipe material.
  • the molding system includes a cooling unit that cools the gas flowing through the discharging unit. This makes it possible to prevent the hot fluid from flowing through the flow path in the molding system. From the above, the influence of heat on the members around the flow path can be suppressed.
  • the gas supply unit includes a nozzle having a supply port for supplying gas, a support portion extending from the nozzle to the opposite side of the supply port to support the nozzle, and the support portion along the extending direction of the support portion. It has a driving part to move, and a flow path is formed in the nozzle and the support part so as to circulate the gas to the supply port side and to circulate the hot gas from the metal pipe material to the discharge part side.
  • the gas supply unit is provided with a cooling unit that cools the hot gas flowing through the flow path, and the cooling unit is a member separate from the nozzle and is at least on the supply port side in the extension direction from the drive unit. It may be provided at a position.
  • the high-pressure gas is supplied to the metal pipe material heated by the gas supply unit to expand the metal pipe material.
  • the high-pressure gas becomes a gas that has become hot due to the heated metal pipe material.
  • the hot gas flows through the flow path provided in the nozzle and the support portion.
  • the cooling unit is arranged so as to cool the flow path at least at a position on the supply port side in the extending direction with respect to the driving unit. Therefore, the high-temperature gas flowing through the flow path is cooled by the cooling unit at least at a position on the supply port side in the stretching direction with respect to the driving unit.
  • At least the range on the supply port side in the stretching direction from the drive unit is less susceptible to heat than the range on the side opposite to the supply port side in the stretching direction than the drive unit and the drive unit, so the temperature becomes high.
  • the influence of heat from the gas can be suppressed within this range. Therefore, the influence of heat on the members around the flow path can be suppressed.
  • the gas supply unit includes a nozzle having a supply port for supplying gas, a support portion extending from the nozzle to the opposite side of the supply port to support the nozzle, and the support portion along the extending direction of the support portion. It has a drive unit to be moved, and a flow path extending from the metal pipe material to the discharge portion side is formed in the nozzle and the support portion so as to flow the gas to the supply port side and supply the gas.
  • the section is provided with a cooling section for cooling the gas flowing through the flow path, and the cooling section is provided at least at a position on the supply port side in the stretching direction with respect to the driving section, and the stretching direction of a part of the flow path.
  • the hot gas may be cooled by reducing the cross-sectional area with respect to the cross-sectional area with respect to the extending direction of other sections of the flow path.
  • the high-pressure gas is supplied to the metal pipe material heated by the gas supply unit to expand the metal pipe material.
  • the high-pressure gas becomes a gas that has become hot due to the heated metal pipe material.
  • the hot gas flows through the flow path provided in the nozzle and the support portion.
  • a cooling unit provided in the flow path at least at a position on the supply port side in the extension direction with respect to the drive unit reduces a part of the flow path.
  • the hot gas flowing through the flow path undergoes an adiabatic change by passing through the cooling unit. Therefore, the hot gas is cooled at least at the position on the supply port side in the stretching direction with respect to the driving unit.
  • At least the range on the supply port side in the stretching direction from the drive unit is less susceptible to heat than the range on the side opposite to the supply port side in the stretching direction than the drive unit and the drive unit, so the temperature becomes high.
  • the influence of heat from the gas can be suppressed within this range. Therefore, it is possible to efficiently suppress the influence of heat on the members around the flow path with a simple configuration.
  • the influence of heat on the members around the flow path can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic view of an expansion molding apparatus included in the molding system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a front view of the pipe holding mechanism on the right side shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the molding system according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a detailed cross-sectional view showing a cooling unit of the molding system according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of an expansion molding apparatus included in the molding system according to the present embodiment.
  • the molding system 200 includes an expansion molding device 10 for molding a metal pipe by blow molding.
  • the expansion molding apparatus 10 is installed on a horizontal plane.
  • the vertical upper side is “upper” and the vertical lower side is “lower” with respect to the horizontal plane on which the expansion molding apparatus 10 is installed, and one side in one direction parallel to the horizontal plane (left side of the paper surface in FIG.
  • the opposite side (right side of the paper in FIG. 1) is defined as “right”.
  • the front side is “front” and the back side is “rear”, which is perpendicular to the paper surface of FIG.
  • the terms “top,”"bottom,””left,” and “right” are based on the states shown and are for convenience.
  • the expansion molding apparatus 10 includes a mold 13 composed of a lower mold 11 and an upper mold 12 paired with each other, an upper mold drive mechanism 80 for moving the upper mold 12, and both left and right sides of the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • a pair of pipe holding mechanisms 20 that hold the right end portion and the left end portion of the metal pipe material P
  • a water circulation mechanism 14 that forcibly cools the mold 13 with water
  • a control device 100 that controls each of the above configurations
  • an apparatus It is provided with a base 15 that supports almost the entire configuration on the upper surface.
  • the mold 13 is a blow molding mold.
  • the expansion molding apparatus 10 is installed so that the upper surface of the base 15 is horizontal.
  • the lower mold 11 is made of a steel block, has a recess 111 corresponding to the molding shape on the upper surface thereof, and has a cooling water passage 112 formed inside.
  • the upper mold 12 is made of a steel block, has a recess 121 on the lower surface thereof according to the molding shape, and has a cooling water passage 122 formed inside.
  • a water circulation mechanism 14 is connected to the cooling water passages 112 and 122, and cooling water is supplied by a pump.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 are in close contact with each other, and the recess 111 and the recess 121 form a space having a target shape in which the metal pipe material P is to be formed.
  • This target shape is a shape in which the left and right ends are inclined downward with respect to a linear shape parallel to the left-right direction, which is curved or bent in the middle.
  • the metal pipe material P is bent or curved in the same manner as the target shape, but has an outer diameter smaller than the target shape over the entire length, and is formed into the target shape in the process of expansion molding. Therefore, the metal pipe material P is held by the pair of pipe holding mechanisms 20 so that both ends thereof are oriented in the same direction as the target shapes of the lower mold 11 and the upper mold 12.
  • the right end portion of the metal pipe material P is held by the right pipe holding mechanism 20 so as to be directed diagonally downward to the right and inclined slightly downward with respect to the right direction.
  • the left end portion of the metal pipe material P is held by the left pipe holding mechanism 20 so as to be directed diagonally downward to the left, which is inclined slightly downward with respect to the left direction.
  • a lower die holder 97 On the lower side of the lower mold 11, a lower die holder 97, a lower die base plate 98, and a slide 92, which are stacked in order downward, are provided.
  • the upper die drive mechanism 80 includes a first upper die holder 86, a second upper die holder 87, and an upper die base plate 88 that are stacked in order from the upper side to the upper side of the upper die 12. Further, the upper die drive mechanism 80 includes a slide 82 for moving the upper die 12 so that the upper die 12 and the lower die 11 are aligned with each other, and a pull-back cylinder 85 as an actuator for generating a force for pulling the slide 82 upward.
  • Pressure oil is applied to the main cylinder 84 as a drive source for lowering and pressurizing the slide 82, the hydraulic pump 81 for supplying pressure oil to the main cylinder 84, the servo motor 83 for controlling the amount of fluid with respect to the hydraulic pump 81, and the pull-back cylinder 85. It includes a hydraulic pump (not shown) to be supplied and a motor (not shown) as a drive source thereof.
  • the slide 82 is equipped with a position sensor such as a linear sensor for detecting the vertical position and the moving speed, and a load sensor such as a load cell for detecting the load of the upper die 12.
  • the position sensor and load sensor of the upper drive mechanism 80 are not essential and can be omitted. Further, when the hydraulic pressure is used in the upper drive mechanism 80, a measuring device for measuring the hydraulic pressure can be used instead of the load sensor.
  • the expansion molding apparatus 10 includes a radiation thermometer 102 for measuring the temperature of the metal pipe material P.
  • the radiation thermometer 102 is only an example of the temperature detection unit, and a contact type temperature sensor such as a thermocouple may be provided.
  • One pipe holding mechanism 20 is arranged on each of the left and right sides of the mold 13 on the base 15.
  • the pipe holding mechanism 20 on the right side holds one end of the metal pipe material P whose direction is determined by the mold 13 so as to be directed diagonally downward to the right, and the pipe holding mechanism 20 on the left side is held by the mold 13.
  • the other end of the metal pipe material P whose orientation is defined is held diagonally downward to the left.
  • the right side pipe holding mechanism 20 and the left side pipe holding mechanism 20 are fixed on the base 15 with their respective configurations adjusted in an angle corresponding to the inclination of the end portion of the metal pipe material P for holding. Since the structure is the same except for the above points, the following description mainly describes the pipe holding mechanism 20 on the right side.
  • FIG. 2 is a front view of the pipe holding mechanism on the right side shown in FIG.
  • the pipe holding mechanism 20 on the right side is installed on the upper surface of the base 15 in a state in which the entire configuration is tilted according to the tilt angle of the right end portion of the metal pipe material P to be held.
  • the entire configuration of the pipe holding mechanism 20 is not tilted, that is, the right end portion of the metal pipe material P parallel to the left-right direction is held. Shown.
  • the pipe holding mechanism 20 includes a lower electrode 21 and an upper electrode 22, which are a pair of electrodes for gripping the right end portion of the metal pipe material P, and a nozzle 23 for supplying compressed gas from the right end portion of the metal pipe material P to the inside.
  • An electrode mounting unit 30 that supports the lower electrode 21 and the upper electrode 22, a nozzle mounting unit 40 that supports the nozzle 23, an elevating mechanism 50 that raises and lowers the lower electrode 21, the upper electrode 22, and the nozzle 23, and all of them. It is provided with a unit base 24 that supports the configuration of.
  • the nozzle 23, the nozzle mounting unit 40, the hydraulic circuit 43 described later, and the pneumatic circuit 44 described later are examples of a gas supply unit and a discharge unit.
  • the unit base 24 is a rectangular plate-shaped block in a plan view that supports the electrode mounting unit 30 and the nozzle mounting unit 40 on the upper surface via the elevating mechanism 50.
  • the unit base 24 is attached to the upper surface of the base 15 which is a horizontal surface by a fixing means such as a bolt, and can be removed.
  • the pipe holding mechanism 20 has a plurality of unit bases 24 having different inclination angles of the upper surfaces, and by exchanging these, the lower electrode 21, the upper electrode 22, the nozzle 23, the electrode mounting unit 30, the nozzle mounting unit 40, It is possible to collectively change and adjust the tilt angle of the elevating mechanism 50.
  • the electrode mounting unit 30 makes the lower electrode 21 and the upper electrode 22 along the extending direction of each end of the metal pipe material P whose direction is defined by the mold 13. Adjust so that it can be moved.
  • the "extending direction of the end portion" is a direction in which the center line at one end of the metal pipe material P is linearly extended, or a direction in which one end of the metal pipe material P faces. Refers to the vector direction along.
  • the nozzle mounting unit 40 can move the nozzle 23 along the extending direction of each end of the metal pipe material P whose direction is defined by the mold 13. Adjust to. That is, the unit base 24 functions as an electrode adjusting unit and a nozzle adjusting unit.
  • the upper surface of the unit base 24 is It is an inclined plane inclined in a direction in which the right side is lowered about an axis along the horizontal direction, and the inclination angle coincides with the inclination angle in the extending direction of the right end portion of the metal pipe material P.
  • the elevating mechanism 50 is supported by a pair of front and rear elevating frame bases 51 and 52 attached to the upper surface of the unit base 24 and these elevating frame bases 51 and 52 so as to be able to elevate and lower along the direction perpendicular to the upper surface of the unit base 24. It is provided with an elevating actuator 53 that imparts an elevating operation to the elevating frame 31 of the electrode mounting unit 30.
  • the elevating frame bases 51 and 52 are detachably attached to the upper surface of the unit base 24 by fastening means such as bolts.
  • the elevating frame base 51 on the front side and the elevating frame base 52 on the rear side have a three-dimensional shape that is plane-symmetrical with each other having planes parallel to the vertical and horizontal directions as symmetrical planes.
  • These elevating frame bases 51 and 52 have a frame shape, and the elevating frame 31 is supported between them so as to be able to move up and down along the direction perpendicular to the upper surface of the unit base 24.
  • the elevating frame bases 51 and 52 are each provided with plate-shaped liners 54 and 55 on the left side and the right side, and plate-shaped liners on the front side and the rear side.
  • liners 54 and 55 stably guide the elevating operation of the unit base 24 along the upper surface vertical direction with respect to the front side portion and the rear side portion of the elevating frame 31.
  • the liners provided on the front side and the rear side stably guide the movement in the left-right direction.
  • the elevating actuator 53 is a linear acting actuator that imparts a reciprocating motion along the upper surface vertical direction of the unit base 24 to the elevating frame 31, and for example, a hydraulic cylinder or the like can be used.
  • the lower electrode 21 and the upper electrode 22 are both rectangular flat plate-shaped electrodes in which a plate-shaped conductor is sandwiched between insulating plates.
  • a semicircular notch is formed in each of the central upper end portion of the lower electrode 21 and the central lower end portion of the upper electrode 22 so as to vertically penetrate the flat plate surface. Then, when the lower electrode 21 and the upper electrode 22 are arranged on the same plane and the upper end portion of the lower electrode 21 and the lower end portion of the upper electrode 22 are brought into close contact with each other, the semicircular cuts are combined. It becomes a circular through hole. This circular through hole substantially coincides with the outer diameter of the end portion of the metal pipe material P, and when the metal pipe material P is energized, the end portion is fitted into the circular through hole. It is gripped by the lower electrode 21 and the upper electrode 22.
  • the lower electrode 21 is electrically connected to the power supply 101 controlled by the control device 100.
  • the upper electrode 22 energizes the metal pipe material P via the lower electrode 21.
  • the power supply 101 is controlled by the control device 100, energizes the lower electrodes 21 of the left and right pipe holding mechanisms 20, and can rapidly heat the metal pipe material P by Joule heating.
  • each of the notches of the lower electrode 21 and the upper electrode 22 has a shape obtained by dividing the outer shape of the end portion of the metal pipe material P by half.
  • the electrode mounting unit 30 supports the lower electrode 21 and the upper electrode 22 by maintaining the direction in which the flat plate surfaces of the lower electrode 21 and the upper electrode 22 are perpendicular to the extending direction of the right end portion of the metal pipe material P described above. For example, when the upper surface of the unit base 24 is horizontal, the electrode mounting unit 30 supports the lower electrode 21 and the upper electrode 22 in a direction in which the flat plate surfaces are parallel to each other in the vertical and front-rear directions.
  • the electrode mounting unit 30 holds an elevating frame 31 in which an elevating operation is applied along a direction perpendicular to the upper surface of the unit base 24 by the elevating mechanism 50 described above, and a lower electrode 21 at the left end of the elevating frame 31.
  • the lower electrode frame 32 is provided, and the upper electrode frame 33 provided above the lower electrode frame 32 and holding the upper electrode 22 is provided.
  • the lower electrode frame 32 is a frame body that holds the outer circumference excluding the upper end portion of the lower electrode 21.
  • the lower electrode frame 32 can be moved along a direction parallel to the left-right direction and parallel to the upper surface of the unit base 24 in a plan view via two linear guides provided in the front-rear direction. It is supported by the left end of.
  • the lower electrode frame 32 is provided with an actuator for moving the lower electrode, which imparts a moving motion along the moving direction by each linear guide.
  • a hydraulic cylinder or the like can be used for this lower electrode moving actuator.
  • the lower electrode frame 32 is provided with a position sensor such as a linear sensor that detects a position in the moving direction by each linear guide. With these configurations, the lower electrode 21 can reciprocate along the extending direction of the right end portion of the metal pipe material P.
  • slide blocks that can be moved along a direction parallel to the left-right direction in a plan view and parallel to the upper surface of the unit base 24 are individually provided via a linear guide. It is provided in. Further, the slide block is provided with an upper electrode moving actuator as a one-side electrode moving actuator that imparts a moving motion along the moving direction by each linear guide. For this upper electrode moving actuator, for example, a hydraulic cylinder or the like can be used.
  • the slide block is provided with a position sensor such as a linear sensor that detects a position in a moving direction by each linear guide.
  • the upper electrode frame 33 is a frame body that holds the outer circumference excluding the lower end portion of the upper electrode 22.
  • the upper electrode frame 33 is movable along the direction perpendicular to the upper surface of the unit base 24 via two linear guides provided in the front-rear direction on the upper portion of each slide block. Is supported by. Further, an upper electrode levitation spring is inserted between the upper electrode frame 33 and each slide block, and the upper electrode frame 33 is always pressed upward with respect to each slide block.
  • the upper electrode frame 33 can be moved in a direction (vertical direction) perpendicular to the upper surface of the unit base 24 with respect to each slide block.
  • Each slide block can move in a direction parallel to the lower electrode frame 32 in the left-right direction and parallel to the upper surface of the unit base 24 (left-right direction) in a plan view. Therefore, the upper electrode frame 33 can move up and down with respect to the lower electrode frame 32 and can move along the end extending direction (left-right direction) of the metal pipe material P.
  • the lower electrode frame 32 is provided with one clamp actuator for raising and lowering the upper electrode frame 33 in a direction perpendicular to the upper surface of the unit base 24.
  • each clamp actuator for example, a hydraulic cylinder or the like can be used.
  • the tip of the plunger of each clamp actuator is movably connected to the upper electrode frame 33 along the end extending direction (left-right direction) of the metal pipe material P. Therefore, the movement operation of the metal pipe material P of the upper electrode frame 33 with respect to the lower electrode frame 32 along the end extending direction (left-right direction) is not hindered.
  • the nozzle 23 is a cylinder into which the end of the metal pipe material P can be inserted.
  • the center line of the nozzle 23 is supported by the nozzle mounting unit 40 so as to be parallel to the extending direction of the end portion of the metal pipe material P.
  • the inner diameter of the end portion (hereinafter, referred to as “supply port”) of the nozzle 23 on the metal pipe material P side substantially coincides with the outer diameter of the metal pipe material P after expansion molding.
  • the nozzle 23 is provided with a pressing force sensor that detects the pressing force of the contact of the metal pipe material P.
  • the nozzle mounting unit 40 is mounted on the right end of the elevating frame 31 of the electrode mounting unit 30. Therefore, when the lifting operation is performed by the lifting mechanism 50, the nozzle mounting unit 40 moves up and down integrally with the electrode mounting unit 30.
  • the nozzle mounting unit 40 when the lower electrode 21 and the upper electrode 22 of the electrode mounting unit 30 grip the end of the metal pipe material P, the end of the metal pipe material P and the nozzle 23 are concentric.
  • the nozzle 23 is supported at the position. For example, when the upper surface of the unit base 24 is horizontal, the nozzle mounting unit 40 supports the nozzle 23 in a direction in which the center line is parallel to the left-right direction.
  • the nozzle mounting unit 40 has a hydraulic cylinder mechanism as a nozzle moving actuator that moves the nozzle 23 along the extending direction of the end portion of the metal pipe material P.
  • This hydraulic cylinder mechanism includes a piston 41 (an example of a support portion) that holds the nozzle 23, and a cylinder 42 (an example of a drive portion) that imparts forward / backward movement to the piston 41.
  • the cylinder 42 is fixedly mounted on the right end portion of the elevating frame 31 in a direction in which the piston 41 is moved forward and backward in parallel with the extending direction of the end portion of the metal pipe material P.
  • the cylinder 42 is connected to a hydraulic circuit 43 (see FIG. 1), and pressure oil, which is a working fluid, is supplied and discharged inside. In the hydraulic circuit 43, the supply and discharge of pressure oil to the cylinder 42 is controlled by the control device 100.
  • the hydraulic circuit 43 is also connected to the pipe holding mechanism 20 on the left side, but the path showing the connection is not shown in FIG.
  • the piston 41 includes a main body portion 411 housed in the cylinder 42, a head portion 412 protruding outward from the left end portion (lower electrode 21 and upper electrode 22 side) of the cylinder 42, and the right end portion of the cylinder 42 to the outside. It is provided with a protruding tubular portion 413.
  • the main body portion 411, the head portion 412, and the tubular portion 413 are all cylindrical and are concentrically and integrally formed.
  • the outer diameter of the main body 411 substantially matches the inner diameter of the cylinder 42. Then, in the cylinder 42, hydraulic pressure is supplied to both sides of the main body 411 to move the piston 41 forward and backward.
  • the head 412 has a smaller diameter than the main body 411, and nozzles 23 are concentrically fixedly mounted on the tip of the left side (lower electrode 21 and upper electrode 22 side) of the head 412.
  • the tubular portion 413 is a circular tube having a smaller diameter than the main body portion 411 and the head portion 412. The tubular portion 413 penetrates the right end portion of the cylinder 42 and projects to the outside of the cylinder 42.
  • the piston 41 is formed with a compressed gas flow path 414 penetrating the center over the entire length from the head 412 to the tip of the tubular portion 413 through the main body 411.
  • the tip (right end) of the tubular portion 413 is connected to a pneumatic circuit 44 (see FIG. 1) that supplies and discharges compressed gas to the nozzle 23.
  • the pneumatic circuit 44 is also connected to the pipe holding mechanism 20 on the left side, but the path showing the connection is not shown in FIG.
  • the nozzle 23 provided at the tip of the head 412 communicates with the flow path 414 of the compressed gas. That is, the nozzle mounting unit 40 has a structure capable of supplying the compressed gas to the nozzle 23 through the piston 41 from the side opposite to the nozzle 23.
  • the compressed gas is, for example, compressed air.
  • the expansion molding operation of the expansion molding device 10 having the above configuration is performed based on the operation control of the control device 100.
  • the control device 100 includes a processing program related to operation control, a storage unit that stores various types of information, and a processing device that executes operation control based on the processing program.
  • the unit base 24 whose upper surface is inclined in the direction corresponding to the extending direction of the end portion of the metal pipe material P according to the target shape determined by the mold 13 is selected and attached to each pipe holding mechanism 20. Then, each pipe holding mechanism 20 is fixed to the upper surface of the base 15.
  • the control device 100 controls the lower electrode moving actuators of the left and right pipe holding mechanisms 20 to advance and move the lower electrode 21 to a position where it abuts on the lower mold 11. Further, the control device 100 controls the actuators for moving the upper electrodes of the left and right pipe holding mechanisms 20 to move the upper electrodes 22 back and forth with respect to the lower electrodes 21 at positions separated from the ends of the metal pipe material P. Let me. The metal pipe material P is placed on the left and right lower electrodes 21 arranged in this way so as to fit into the semicircular notch. Further, since the upper electrode 22 is retracted, it does not interfere with the mounting work of the metal pipe material P. The metal pipe material P placed on the lower electrode 21 is located slightly above the lower mold 11 and is not in contact with the lower mold 11.
  • control device 100 controls the actuator for moving the upper electrode to move the upper electrode 22 to the gripping position above the lower electrode 21.
  • the gripping position of the upper electrode 22 is a position where the end portion of the metal pipe material P can be gripped by lowering the upper electrode 22 toward the lower electrode 21.
  • control device 100 controls the clamping actuator to lower the upper electrode 22 toward the lower electrode 21.
  • the end portion of the metal pipe material P fits into the semicircular notch of the upper electrode 22, and is gripped by the lower electrode 21 and the upper electrode 22.
  • the control device 100 controls the power supply 101 to the lower electrodes 21. Energize. As a result, the metal pipe material P is Joule-heated. At this time, the control device 100 monitors the temperature of the metal pipe material P with the radiation thermometer 102 and heats it for a specified time within a specified target temperature range.
  • the control device 100 stores the correlation between the temperature of the metal pipe material P and the amount of heat elongation as data, and with reference to this correlation data, the metal is based on the temperature detected by the radiation thermometer 102. Obtain the heat elongation amount of the pipe material P. Further, the control device 100 controls the lower electrode moving actuator from the acquired heat elongation amount, and positions the lower electrode 21 and the upper electrode 22 of each pipe holding mechanism 20 so as not to apply stress to the metal pipe material P. Move to a position where the stress is sufficiently reduced. By performing this electrode position control, the control device 100 functions as an electrode position control unit. This electrode position control is periodically and repeatedly executed while the lower electrodes 21 of the left and right pipe holding mechanisms 20 are energized.
  • the lower electrode 21 and the upper electrode 22 extend in the extending direction with respect to the end of the metal pipe material P without using the correlation data between the temperature of the metal pipe material P and the heat elongation amount.
  • the movement may be controlled while applying a weak tension that does not give deformation to the metal pipe material P in the direction of extension toward.
  • the lower electrode moving actuator is, for example, a hydraulic cylinder
  • the lower electrode 21 and the upper electrode 22 may be moved in the direction of extending in the extending direction by setting the hydraulic pressure to the above-mentioned low pressure. ..
  • the control device 100 controls the clamp actuator to raise the upper electrode 22, and further controls the lower electrode moving actuator to move the lower electrode 21 and the upper electrode 22 to the mold 13 side.
  • the lower electrode 21 is brought into contact with the lower mold 11.
  • the upper electrode 22 is lowered and gripped again.
  • the control device 100 functions as a re-grasping motion control unit that controls the re-grasping motion.
  • the control device 100 controls the elevating actuator 53 to lower the metal pipe material P to a position where it comes into contact with or is close to the recess 111 of the lower mold 11.
  • the configuration on the elevating frame 31 All cause position fluctuations in the left-right direction. For example, the pipe holding mechanism 20 on the right side moves to the right, and the pipe holding mechanism 20 on the left side moves to the left.
  • the control device 100 controls the clamp actuator to raise the upper electrode 22, and further controls the lower electrode moving actuator to move the lower electrode 21 and the upper electrode 22 to the mold 13 side. Move it so that it comes into contact with it. Then, the upper electrode 22 is lowered to grip the end portion of the metal pipe material P again. That is, the control device 100 once again controls the re-grasping operation.
  • the control device 100 performs the re-grasping operation control twice is illustrated, but the first re-grasping operation control at the end of energization of the metal pipe material P is not executed, and the lifting actuator is used.
  • the lower electrode 21 and the upper electrode 22 may be lowered by the control of 53, and then the re-grasping operation control may be performed only once.
  • the control device 100 controls the servomotor 83 of the upper die drive mechanism 80 to lower the upper die 12 to a position in contact with the lower die 11. Further, the control device 100 controls the hydraulic circuit 43 to control the nozzle mounting units 40 of the left and right pipe holding mechanisms 20, and advances and moves each nozzle 23 toward the end side of the metal pipe material P. As a result, the end portion of the metal pipe material P is inserted into the supply port of the nozzle 23. Then, the control device 100 controls the pneumatic circuit 44 to supply the compressed gas from the nozzle 23 into the metal pipe material P. As a result, the metal pipe material P whose hardness has been lowered by Joule heating is formed into a target shape in the mold 13 by internal pressure.
  • the control device 100 stores the correlation between the temperature of the metal pipe material P and the amount of heat elongation as data. Therefore, referring to this correlation data, the metal pipe material P by the radiation thermometer 102 The amount of shrinkage of the metal pipe material P is obtained based on the detected temperature. Further, the control device 100 controls the hydraulic circuit 43 to operate the nozzle mounting unit 40 from the acquired contraction amount, and moves the nozzle 23 to the mold 13 side. More specifically, according to the amount of shrinkage of the metal pipe material P, the end portion of the metal pipe material P is moved following the nozzle 23 so as not to come off the nozzle 23. By performing this nozzle position control, the control device 100 functions as a nozzle position control unit. The nozzle position control is periodically and repeatedly executed while the compressed gas is being supplied from the nozzle 23 into the metal pipe material P.
  • the nozzle 23 affects the end portion of the metal pipe material P by buckling, deformation, etc., without using the correlation data between the temperature of the metal pipe material P and the heat elongation amount.
  • An upper limit value may be set in advance within a range that does not exist, and control of movement may be performed while applying a pressing force so as not to exceed the upper limit value.
  • the control device 100 stops the supply of the compressed gas and releases the gripping state by the lower electrode 21 and the upper electrode 22. , Raise the upper mold 12. After that, the control device 100 cools the metal pipe material P through the mold 13 by the water circulation mechanism 14. Next, the control device 100 discharges a compressed gas (an example of a gas having a high temperature) from the inside of the metal pipe material P. After discharging the compressed gas, the control device 100 controls the actuator for moving the upper electrode of each pipe holding mechanism 20 and retracts and moves the upper electrode 22 in the direction away from the mold 13. As a result, the molded metal pipe material P can be easily taken out from the expansion molding apparatus 10.
  • a compressed gas an example of a gas having a high temperature
  • FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the molding system according to the present embodiment.
  • the molding system 200 shown in FIG. 3 is an expansion molding apparatus 10 having a nozzle 23 for discharging a hot gas from the metal pipe material P, a nozzle mounting unit 40, and a pneumatic circuit 44 (an example of a gas supply unit and a discharge unit). And a cooling unit 170.
  • the high-temperature gas is, for example, a gas that has been heated in the heated metal pipe material P and discharged from the metal pipe material P.
  • the hot gas discharged from the metal pipe material P circulates in the order of the nozzle 23, the flow path 414 of the nozzle mounting unit 40, and the pneumatic circuit 44, and reaches the discharge port (not shown) in the pneumatic circuit 44. ..
  • the pneumatic circuit 44 has, for example, a communication tube whose tip is connected to the flow path 414 to communicate with the flow path 414, an on-off valve provided in the communication tube, and an discharge port located at the end of the communication tube.
  • the communication tube communicates with the flow path 414 and guides the compressed gas from the metal pipe material P to the discharge port.
  • the on-off valve is a valve that opens or closes the communication tube.
  • the control device 100 closes the communication tube by the on-off valve.
  • the control device 100 opens the communication tube by the on-off valve.
  • the discharge port discharges the hot gas discharged from the metal pipe material P guided through the communication tube to the outside of the molding system 200.
  • the exhaust port is, for example, an exhaust muffler.
  • the cooling unit 170 cools the hot gas flowing through the flow path 414.
  • the cooling unit 170 is, for example, a member different from the members included in the nozzle 23 and the nozzle mounting unit 40.
  • a comparative example with respect to the molding system 200 of the present embodiment an example in which the nozzle 23 and the nozzle mounting unit 40 are excluded from the cooling unit 170 and are composed of only a straight flow path 414 will be given. Even in such a comparative example, the gas that has become hot is slightly cooled by heat transfer and heat dissipation in the members around the flow path 414.
  • the cooling unit 170 does not include a structure having only a straight flow path 414 as in the comparative example.
  • the cooling unit 170 is a portion having a high cooling capacity for a high-temperature gas as compared with a structure in which cooling is performed only by heat transfer and heat dissipation as in a comparative example.
  • the cooling capacity refers to the ability to increase the difference between the temperature of the hot gas discharged from the metal pipe material P and the temperature of the gas discharged at the discharge port when measured under the same conditions. ..
  • the control device 100 discharges the hot gas from the metal pipe material P
  • the cooling unit 170 has a function of cooling the discharged hot gas.
  • the cooling unit 170 is provided as a separate member from the nozzle 23 and the nozzle mounting unit 40 at least at a position on the supply port side of the nozzle 23 in the extending direction of the flow path 414 with respect to the cylinder 42. That is, when the surface of the cylinder 42 on the nozzle 23 side is the boundary 47a, the cooling unit 170 is provided at least at a position on the supply port side of the nozzle 23 in the extending direction of the flow path 414 with respect to the boundary 47a.
  • the cooling unit 170 is provided on the supply port side of the nozzle 23 at least from the main body portion 411, which is a portion of the piston 41 that contacts the cylinder 42. In this state, the position of the nozzle 23 on the supply port side in the stretching direction from the boundary 47a corresponds to the "position on the supply port side in the stretching direction from the driving unit" in the claim.
  • the nozzle mounting unit 40 has a protected portion 47 that needs to be protected from heat.
  • the protected portion 47 has low heat resistance and is affected by the function of supplying a high-pressure gas or exhausting a high-temperature gas when affected by heat.
  • the cylinder 42 since the cylinder 42 has hydraulic oil in the internal space, it has, for example, packing at a portion in contact with the piston 41 in order to suppress leakage.
  • the protected portion 47 includes a member on the cylinder 42 side in the extending direction of the flow path 414 from the boundary 47a.
  • the cooling unit 170 may be provided at least on the supply port side of the nozzle 23 from the boundary 47b. That is, the region of the piston 41 between the boundary 47a and the boundary 47b is not a portion directly adjacent to the cylinder 42 during exhaust. However, assuming that the hot gas has passed through the region, the temperature is high due to heat transfer, and the region is adjacent to the cylinder 42 at the time of drawing. Therefore, in order to further improve safety, when the region to be heated is kept away from the cylinder 42, the region to be heated may be regarded as a part of the protected portion 47.
  • the protected portion 47 may be considered to include a member on the cylinder 42 side in the extending direction of the flow path 414 with respect to the boundary 47b.
  • the cooling unit 170 can further suppress the temperature of the member due to the heat of the high-temperature gas or the heat transfer by the high-temperature gas.
  • the cooling portion 170 may be provided on the nozzle 23 side of the diameter-expanded portion of the piston 41.
  • the cooling portion 170 may be provided at least on the supply port side of the nozzle 23 from the boundary 47c.
  • the region of the piston 41 between the boundary 47b and the boundary 47c is a portion that is not adjacent to the cylinder 42 even in the retracted state.
  • the region has a small diameter and a small amount of material, it is easier to transfer heat to the cylinder 42 side when the temperature becomes higher than that of the enlarged diameter portion as described above. Therefore, in order to further improve safety, a region where heat is easily transferred to the cylinder 42 when the temperature rises may be regarded as a part of the protected portion 47.
  • the protected portion 47 may be considered to include a member on the cylinder 42 side in the extending direction of the flow path 414 with respect to the boundary 47c.
  • the cooling unit 170 can further suppress the influence of the heat of the hot gas or the heat of the member heated by the heat transfer by the hot gas.
  • the cooling unit 170 may be provided on the supply port side of the nozzle 23 further than the boundary 47c.
  • the cooling unit 170 is provided, for example, near the supply port of the nozzle 23. The farther the cooling unit 170 is from the region corresponding to the protected unit 47, the smaller the influence of heat transfer, so that the safety can be improved.
  • FIG. 4 is a detailed cross-sectional view showing a cooling unit of the molding system according to the present embodiment.
  • the cooling unit 170 reduces the cross-sectional area of a part of the flow path 414 with respect to the stretching direction as compared with the cross-sectional area of the other section of the flow path 414 with respect to the stretching direction.
  • the nozzle 23 or the nozzle mounting unit 40 has a structure in which a part of the flow path 414 is reduced as a cooling unit 170, so that the high temperature gas is cooled. That is, when the hot gas reaches the section where the cross-sectional area of the cooling unit 170 is reduced to the section where the cross-sectional area is expanded again, adiabatic expansion occurs, and the hot gas is cooled.
  • the cooling unit 170 may be a separate member from the members included in the nozzle 23 and the nozzle mounting unit 40, or may be formed continuously with the members included in the nozzle 23 and the nozzle mounting unit 40 without boundaries. It may be a member.
  • the cooling unit 170 is, for example, an orifice.
  • the cooling unit 170 has, for example, an orifice unit 171, an upstream flow path 172, and a downstream flow path 173.
  • the cooling unit 170 provides an orifice unit 171 between the upstream flow path 172 and the downstream flow path 173.
  • the orifice portion 171 is a portion of the flow path 414 in which the cross-sectional area in the stretching direction is reduced as compared with other sections.
  • the upstream flow path 172 is provided on the nozzle 23 side of the orifice portion 171 and has a larger cross-sectional area than the orifice portion 171.
  • the downstream flow path 173 is provided on the protected portion 47 side of the orifice portion 171 and has a larger cross-sectional area than the orifice portion 171.
  • the cross-sectional area of the upstream flow path 172 and the downstream flow path 173 is, for example, the same.
  • the cooling unit 170 is provided on the nozzle 23, for example.
  • a female screw whose inner surface is threaded is provided in a part of the flow path 414 in the nozzle 23 from the boundary between the piston 41 and the nozzle 23.
  • An orifice forming member 174 formed as an integral body in which the orifice portion 171 and the downstream flow path 173 are continuously formed without a boundary is engaged with the partial section.
  • the orifice forming member 174 has, for example, the shape of a hollow male screw.
  • the cooling unit 170 is provided in the flow path 414.
  • thread cutting may be provided in the flow path 414 from the supply port of the nozzle 23 so that the orifice forming member 174 can be engaged.
  • the cooling unit 170 may be provided on the piston 41. In this case, for example, the piston 41 is provided with a thread on the supply port side of the nozzle 23 to which the orifice forming member 174 can be engaged.
  • the cooling unit 170 cools the hot gas when the control device 100 discharges the hot gas from the inside of the metal pipe material P.
  • the pressure of the hot gas inside the metal pipe material P is defined as the upstream pressure P 0 (Pa)
  • the temperature is defined as the upstream temperature T 0 (K). Therefore, the pressure of the gas that has reached a high temperature inside the metal pipe material P or in the upstream flow path 172 is the upstream pressure P 0
  • the temperature is the upstream temperature T 0 (K).
  • the pressure of the gas at the boundary portion of the orifice portion 171 with the downstream flow path 173 be the orifice pressure P 1 (Pa) and the temperature be the orifice temperature T 1 (K).
  • ⁇ is a specific heat ratio, and when the gas at a high temperature is, for example, air, ⁇ is about 1.4. At this time, P c / P 0 is about 0.528, and T c / T 0 is about 0.833. That is, the absolute temperature drops by about 17% as the hot gas passes through the orifice portion 171.
  • the cross-sectional area A of the downstream flow path 173 is adjusted so as to have a flow rate required for gas exhaust while adjusting the passing mass flow rate Mvc .
  • the cross-sectional area of the orifice portion 171 is preferably about 63% or less of the cross-sectional area A of the downstream flow path 173. This is the area ratio calculated from the flow velocity ratio when P c / P 0 is about 0.528.
  • the area ratio of the cross-sectional area of the orifice portion 171 to the cross-sectional area A of the downstream flow path 173 is adjusted to be small according to the exhaust capacity downstream of the orifice portion 171 to limit the passing mass flow rate Mvc of the hot gas. You may. Even when the orifice pressure P 1 increases the critical pressure P c , the same effect as described above can be obtained. Further, although air is dealt with in the above, the same effect can be obtained with other gases.
  • the high-pressure gas is supplied to the metal pipe material P heated by the nozzle 23, the nozzle mounting unit 40, and the pneumatic circuit 44 to expand the metal pipe material P.
  • the high-pressure gas becomes a gas that has become hot due to the heated metal pipe material P.
  • the hot gas is discharged at the discharge part after expanding the metal pipe material.
  • the molding system 200 includes a cooling unit 170 that cools the gas flowing through the discharge unit. As a result, it is possible to prevent the high temperature gas from flowing through the flow path 414 in the molding system 200. From the above, the influence of heat on the members around the flow path 414 can be suppressed.
  • the high-pressure gas is supplied to the metal pipe material P heated by the nozzle 23, the nozzle mounting unit 40, and the pneumatic circuit 44 to expand the metal pipe material P.
  • the gas becomes a gas that has become hot due to the heated metal pipe material P.
  • the high-temperature gas flows through the flow path 414 provided in the nozzle 23 (an example of a nozzle) and the piston 41 (an example of a support portion).
  • the cooling unit 170 is arranged so as to cool the flow path 414 at least at a position on the supply port side in the stretching direction with respect to the cylinder 42 (an example of the driving unit).
  • the hot gas flowing through the flow path 414 is cooled by the cooling unit 170 at least at a position on the supply port side of the nozzle 23 in the stretching direction with respect to the cylinder 42.
  • At least the range on the supply port side of the nozzle 23 in the stretching direction from the cylinder 42 is less susceptible to heat than the range on the side opposite to the supply port side of the nozzle 23 in the stretching direction than the cylinder 42 and the cylinder 42. Therefore, the influence of heat due to the high temperature gas can be suppressed within this range. Therefore, the influence of heat on the members around the flow path 414 can be suppressed.
  • the cooling unit 170 reduces a part of the flow path 414.
  • the high-temperature gas flowing through the flow path 414 undergoes a heat insulating change by passing through the cooling unit 170. Therefore, the hot gas is cooled at least at a position on the supply port side of the nozzle 23 in the stretching direction with respect to the cylinder 42. Therefore, it is possible to efficiently suppress the influence of heat on the members around the flow path with a simple configuration.
  • the orifice forming member 174 as the cooling unit 170 into the existing flow path 414, a part of the flow path 414 can be easily reduced, and the gas that has become hot easily can be removed. Can be cooled.
  • the present disclosure is not limited to the embodiments described above.
  • the overall configuration of the molding system 200 and the expansion molding apparatus 10 is not limited to that shown in FIG. 1, and can be appropriately changed without departing from the spirit of disclosure.
  • the overall configuration of the pipe holding mechanism 20 may be provided so as to hold both ends of the metal pipe material P parallel to the left-right direction in a state where no inclination is generated.
  • the compressed gas may be an inert gas.
  • the cooling unit 170 may be formed as an integral body formed continuously without a boundary with at least one of the nozzle 23 or the piston 41 instead of a separate member. That is, in at least one of the nozzle 23 and the piston 41, the flow path 414 and the orifice portion 171 may be continuously formed without a boundary.
  • the orifice portion 171 may be fixed inside at least one flow path 414 of the nozzle 23 or the piston 41. In this case, the fixing method does not matter as long as the orifice portion 171 is not desorbed by the pressure of the high-pressure gas and the heat of the high-temperature gas.
  • the cooling unit 170 may be provided at the tip of the nozzle 23 or the tip of the piston 41. In this case, the upstream flow path 172 of the cooling unit 170 may not be provided. The cooling unit 170 may be provided at the end of the nozzle 23. In this case, the downstream flow path 173 of the cooling unit 170 may not be provided.
  • the cooling unit 170 may have a shape such as a slit shape or a grid shape that realizes adiabatic expansion.
  • the cooling unit 170 does not have to be an orifice.
  • the cooling unit 170 may be a water cooling mechanism provided around the flow path 414 and including a tube for circulating cold water.
  • a plurality of cooling units 170 may be provided at positions on the nozzle 23 side in the extending direction of the flow path 414 with respect to the protected unit 47.
  • the flow path 414 in the piston 41 may not be provided, and the compressed gas may be directly supplied to the nozzle 23.
  • the cooling unit 170 may be provided in the nozzle 23 or the communication tube in order to suppress deterioration of the communication tube and the discharge port of the pneumatic circuit 44.
  • Liner, 80 ... Upper type drive Mechanism, 81 ... Hydraulic pump, 82, 92 ... Slide, 83 ... Servo motor, 84 ... Main cylinder, 85 ... Pullback cylinder, 86, 87 ... Upper die holder, 88 ... Upper die base plate, 97 ... Lower die holder, 98 ... Lower die Base plate, 100 ... control device, 101 ... power supply, 102 ... radiation thermometer, 111, 121 ... recess, 112, 122 ... cooling water passage, 170 ... cooling part, 171 ... orifice part, 172 ... upstream flow path, 173 ... downstream Flow path, 174 ... Actuator forming member, 200 ... Molding system, 411 ... Main body, 412 ... Head, 413 ... Tubular part, 414 ... Flow path, A ... Cross area, P ... Metal pipe material.

Landscapes

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Abstract

加熱された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システムである。この成形システムは、加熱された金属パイプ材料に高圧の気体を供給して、金属パイプ材料を膨張させる気体供給部と、金属パイプ材料を膨張させ高温になった気体を排出する排出部と、排出部を流れる気体を冷却する冷却部と、を備える。

Description

成形システム
　本開示は、成形システムに関する。
　特許文献１には、金属パイプ材料に流体を供給する際のシール性を向上することができる成形システムが記載されている。成形システムは、金属パイプ材料の端部を加熱する加熱部と、金属パイプ材料内に流体を供給して膨張させる流体供給部と、加熱部及び流体供給部を制御する制御部と、を備える。制御部は、流体供給部による流体の供給より前段階で、金属パイプ材料の端部を加熱するように加熱部を制御する。
特開２０１６－００２５７８号公報
　特許文献１の記載の成形システムにおいては、金属パイプ材料内に供給された気体は、金属パイプ材料の加熱に伴い高温化する。成形システムにおける金属パイプ材料の成形が完了した後に高温化した気体が放出されることで、流体が流通する流路の周辺の部材が熱の影響を受けるおそれがある。
　上記事情に鑑み、本開示は、流路の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる成形システムを提供することを目的とする。
　本開示の一形態は、加熱された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システムである。この成形システムは、加熱された金属パイプ材料に気体を供給して、金属パイプ材料を膨張させる気体供給部と、金属パイプ材料を膨張させた後で気体を排出する排出部と、排出部を流れる気体を冷却する冷却部と、を備える。
　この成形システムでは、気体は、気体供給部により加熱された金属パイプ材料に供給され、金属パイプ材料を膨張させる。気体は、加熱された金属パイプ材料により高温になった気体となる。高温となった気体は、金属パイプ材料を膨張させた後で排出部で排出される。ここで、成形システムは、排出部を流れる気体を冷却する冷却部を備える。これにより、高温の流体が成形システム内の流路を流れることを抑制できる。以上より、流路の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。
　気体供給部は、気体を供給する供給口を有するノズルと、ノズルから供給口に対して反対側へ延びて、ノズルを支持する支持部と、支持部の延伸方向に沿って、当該支持部を移動させる駆動部と、を有し、ノズル及び支持部には、気体を供給口側へ流通させると共に、金属パイプ材料から高温になった気体を排出部側へ流通させるように延びる流路が形成され、気体供給部には、流路を流通する高温になった気体を冷却する冷却部が設けられ、冷却部は、ノズルとは別部材として、少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の位置に設けられてよい。
　この成形システムでは、高圧の気体は、気体供給部により加熱された金属パイプ材料に供給され、金属パイプ材料を膨張させる。高圧の気体は、加熱された金属パイプ材料により高温になった気体となる。高温になった気体は、ノズル及び支持部内に設けられた流路を流通する。冷却部は、少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の位置において流路を冷却するように配置される。このため、流路を流通する高温になった気体は、冷却部により、少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の位置において冷却される。少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の範囲は、駆動部及び駆動部よりも延伸方向における供給口側とは反対側の範囲と比較して熱の影響をうけにくいため、高温になった気体による熱の影響を当該範囲に抑えることができる。従って、流路の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。
　気体供給部は、気体を供給する供給口を有するノズルと、ノズルから供給口に対して反対側へ延びて、ノズルを支持する支持部と、支持部の延伸方向に沿って、当該支持部を移動させる駆動部と、を有し、ノズル及び支持部には、気体を供給口側へ流通させると共に、金属パイプ材料から気体を排出部側へ流通させるように延びる流路が形成され、気体供給部には、流路を流通する気体を冷却する冷却部が設けられ、冷却部は、少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の位置に設けられ、流路の一部の区間の延伸方向に対する横断面積を流路の他の区間の延伸方向に対する横断面積と比較して縮小させることで高温になった気体を冷却してよい。
　この成形システムでは、高圧の気体は、気体供給部により加熱された金属パイプ材料に供給され、金属パイプ材料を膨張させる。高圧の気体は、加熱された金属パイプ材料により高温になった気体となる。高温になった気体は、ノズル及び支持部内に設けられた流路を流通する。少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の位置において流路に設けられた冷却部は、流路の一部の区間を縮小させている。流路を流通する高温になった気体には、冷却部を通過することで、断熱変化が生じる。したがって、高温になった気体は、少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の位置において冷却される。少なくとも駆動部よりも延伸方向における供給口側の範囲は、駆動部及び駆動部よりも延伸方向における供給口側とは反対側の範囲と比較して熱の影響をうけにくいため、高温になった気体による熱の影響を当該範囲に抑えることができる。従って、簡易な構成で効率良く流路の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。
　本開示の成形システムによれば、流路の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。
図１は、本実施形態に係る成形システムに含まれる膨張成形装置の概略図である。 図２は、図１に示す右側のパイプ保持機構の正面図である。 図３は、本実施形態に係る成形システムの主要部を示す概略図である。 図４は、本実施形態に係る成形システムの冷却部を示す詳細断面図である。
　以下、図面を参照して本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
［膨張成形装置の概要］
　図１は、本実施形態に係る成形システムに含まれる膨張成形装置の概略図である。図１に示すように、成形システム２００は、ブロー成形によって金属パイプを成形する膨張成形装置１０を含む。この膨張成形装置１０は、水平面上に設置される。そして、膨張成形装置１０が設置される水平面に対して鉛直上方を「上」、鉛直下方を「下」とし、当該水平面に平行な一方向の片側（図１の紙面左側）を「左」、逆側（図１の紙面右側）を「右」とする。また、図１の紙面に垂直であって手前側を「前」、奥側を「後」とする。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。
　膨張成形装置１０は、互いに対となる下型１１及び上型１２からなる金型１３と、上型１２を移動させる上型駆動機構８０と、下型１１及び上型１２を挟んで左右両側で金属パイプ材料Ｐの右端部と左端部とをそれぞれ保持する一対のパイプ保持機構２０と、金型１３を強制的に水冷する水循環機構１４と、上記各構成を制御する制御装置１００と、装置のほぼ全体構成を上面で支持する基台１５とを備えている。金型１３はブロー成形金型である。なお、膨張成形装置１０は、基台１５の上面が水平となるように設置される。
　下型１１は、鋼鉄製ブロックで構成され、その上面に成形形状に応じた凹部１１１を備え、内部には冷却水通路１１２が形成されている。上型１２は、鋼鉄製ブロックで構成され、その下面に成形形状に応じた凹部１２１を備え、内部には冷却水通路１２２が形成されている。冷却水通路１１２，１２２には水循環機構１４が接続され、ポンプにより冷却水が供給される。
　下型１１と上型１２は、互い密接した状態で、各々の凹部１１１と凹部１２１とが金属パイプ材料Ｐを成形すべき目標形状の空間を形成する。この目標形状は、左右方向に平行な直線的な形状に対して、途中で湾曲又は屈曲し、左右の両端部が下方に傾斜した向きとなる形状である。金属パイプ材料Ｐは、この目標形状と同じように屈曲又は湾曲しているが、目標形状よりも全長に渡って外径が小さくなっており、膨張成形の過程で目標形状に成形される。従って、金属パイプ材料Ｐは、その両端部が、下型１１及び上型１２による目標形状と同じ向きとなるように一対のパイプ保持機構２０に保持される。具体的には、金属パイプ材料Ｐの右端部は、右方向に対して幾分下方に傾斜した右斜め下方向に向けられて右側のパイプ保持機構２０に保持される。また、金属パイプ材料Ｐの左端部は、左方向に対して幾分下方に傾斜した左斜め下方向に向けられて左側のパイプ保持機構２０に保持される。
　下型１１の下側には、下方に向かって順番に積層された下ダイホルダ９７、下ダイベースプレート９８及びスライド９２が設けられている。
　上型駆動機構８０は、上型１２の上側から上方に向かって順番に積層された第１の上ダイホルダ８６、第２の上ダイホルダ８７及び上ダイベースプレート８８を備えている。さらに、上型駆動機構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８２と、上記スライド８２を上側へ引き上げる力を発生させるアクチュエータとしての引き戻しシリンダ８５と、スライド８２を下降加圧する駆動源としてのメインシリンダ８４と、メインシリンダ８４に圧油を供給する油圧ポンプ８１と、油圧ポンプ８１に対する流体量を制御するサーボモータ８３と、引き戻しシリンダ８５に圧油を供給する図示しない油圧ポンプ及びその駆動源となる図示しないモータとを備えている。上記スライド８２には、上下方向の位置及び移動速度を検出するためのリニアセンサ等の位置センサ、上型１２の荷重を検出するロードセルなどの荷重センサが装備されている。
　なお、上型駆動機構８０の位置センサや荷重センサは必須ではなく省略することが可能である。また、上型駆動機構８０で油圧を利用する場合には、荷重センサに替えて油圧を測定する測定装置を利用することができる。
　また、膨張成形装置１０は、金属パイプ材料Ｐの温度を測定するための放射温度計１０２を備えている。ただし、放射温度計１０２は温度検出部の一例を示したに過ぎず、熱電対のような接触型温度センサを設けてもよい。
　パイプ保持機構２０は、基台１５上において、金型１３の左右両側に一基ずつ配置されている。右側のパイプ保持機構２０は、金型１３により向きが定められている金属パイプ材料Ｐの右斜め下方向に向けられた一端部の保持を行い、左側のパイプ保持機構２０は、金型１３により向きが定められている金属パイプ材料Ｐの左斜め下方向に向けられた他端部の保持を行う。右側のパイプ保持機構２０と左側のパイプ保持機構２０は、各々の構成が、保持を行う金属パイプ材料Ｐの端部の傾斜に応じた向きに角度が調整されて基台１５上に固定されている点を除けば、同一構造であることから、以下の説明は、主に右側のパイプ保持機構２０について行う。
　図２は、図１に示す右側のパイプ保持機構の正面図である。なお、右側のパイプ保持機構２０は、前述したように、保持する金属パイプ材料Ｐの右端部の傾斜角度に応じて、その全体構成が傾斜した状態で基台１５の上面に設置されるが、図２では、説明の容易化、明確化のために、パイプ保持機構２０の全体構成が傾斜を生じていない状態、つまり、左右方向に平行な金属パイプ材料Ｐの右端部を保持する向きで図示している。
　パイプ保持機構２０は、金属パイプ材料Ｐの右端部を把持する一対の電極である下側電極２１及び上側電極２２と、金属パイプ材料Ｐの右端部から内部に圧縮気体を供給するノズル２３と、下側電極２１及び上側電極２２を支持する電極搭載ユニット３０と、ノズル２３を支持するノズル搭載ユニット４０と、下側電極２１及び上側電極２２とノズル２３とを昇降させる昇降機構５０と、これら全体の構成を支持するユニットベース２４とを備えている。ノズル２３、ノズル搭載ユニット４０、後述の油圧回路４３及び後述の空圧回路４４は、気体供給部及び排出部の一例である。
　ユニットベース２４は、昇降機構５０を介して電極搭載ユニット３０及びノズル搭載ユニット４０を上面に支持する平面視で矩形の板状ブロックである。ユニットベース２４は、水平面である基台１５の上面にボルト等の固定手段により取り付けられ、取り外しが可能となっている。パイプ保持機構２０は、上面の傾斜角度が異なる複数のユニットベース２４を有し、これらを交換することにより、下側電極２１及び上側電極２２、ノズル２３、電極搭載ユニット３０、ノズル搭載ユニット４０、昇降機構５０の傾斜角度を一括的に変更調節することを可能としている。
　そして、これにより、ユニットベース２４は、金型１３によって向きが規定される金属パイプ材料Ｐのそれぞれの端部の延出方向に沿って、電極搭載ユニット３０が下側電極２１及び上側電極２２を移動させることができるように調整する。なお、「端部の延出方向」とは、金属パイプ材料Ｐの片側の端部における中心線を直線的に延長した方向、或いは、金属パイプ材料Ｐの片側の端部が向いている方向に沿ったベクトル方向をいう。また、同様に、ユニットベース２４は、金型１３によって向きが規定される金属パイプ材料Ｐのそれぞれの端部の延出方向に沿って、ノズル搭載ユニット４０がノズル２３を移動させることができるように調整する。つまり、ユニットベース２４は、電極調整部及びノズル調整部として機能する。
　前述したように、金型１３によって規定される金属パイプ材料Ｐの右端部の中心線の延出方向が右斜め下方向（前後方向の傾斜はなし）の場合には、ユニットベース２４の上面は、水平面に対して前後方向に沿った軸回りに右側が下がる方向に傾斜した傾斜平面であり、その傾斜角度は金属パイプ材料Ｐの右端部の延出方向の傾斜角度と一致する。
　昇降機構５０は、ユニットベース２４の上面に取り付けられる前後一対の昇降フレームベース５１，５２と、これらの昇降フレームベース５１，５２によってユニットベース２４の上面に対する垂直方向に沿って昇降可能に支持された電極搭載ユニット３０の昇降フレーム３１に対して昇降動作を付与する昇降用アクチュエータ５３とを備えている。
　昇降フレームベース５１，５２は、ユニットベース２４の上面に対して、ボルト等の締結手段により着脱可能に取り付けられている。そして、前側の昇降フレームベース５１と後側の昇降フレームベース５２は、上下方向及び左右方向に平行な平面を対称面とする互いに面対称な立体形状である。これらの昇降フレームベース５１，５２は、枠状をなし、これらの間で昇降フレーム３１をユニットベース２４の上面に対する垂直方向に沿って昇降可能に支持している。また、昇降フレームベース５１，５２は、いずれも、左側と右側とに、板状のライナー５４，５５を、前側と後側とに、板状のライナーを備えている。これらのライナー５４，５５は、昇降フレーム３１の前側部分と後側部分とに対して、ユニットベース２４の上面垂直方向に沿った昇降動作を安定的にガイドする。また、前側と後側とに設けられたライナーは、左右方向に対する動作を安定的にガイドする。
　また、昇降用アクチュエータ５３は、ユニットベース２４の上面垂直方向に沿った往復動作を昇降フレーム３１に付与する直動式のアクチュエータであり、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。
　下側電極２１と上側電極２２は、いずれも絶縁板で板状導体を挟んだ矩形の平板状電極である。下側電極２１の中央上端部と上側電極２２の中央下端部とには、それぞれ、平板面を垂直に貫通するように半円状の切り欠きが形成されている。そして、下側電極２１と上側電極２２とを同一平面上に配置して、下側電極２１の上端部と上側電極２２の下端部とを密接させると、相互の半円状の切り仮が合致して円形の貫通孔となる。この円形の貫通孔は、金属パイプ材料Ｐの端部の外径と略一致しており、金属パイプ材料Ｐへの通電の際には、その端部を円形の貫通孔に嵌合させた状態で下側電極２１と上側電極２２とにより把持される。
　また、下側電極２１は、制御装置１００によって制御される電源１０１に電気的に接続されている。上側電極２２は、下側電極２１を介して金属パイプ材料Ｐへの通電が行われる。電源１０１は、制御装置１００により制御され、左右のパイプ保持機構２０の下側電極２１に通電を行い、金属パイプ材料Ｐをジュール加熱により急速に加熱することができる。
　なお、金属パイプ材料Ｐの端部の外形は、円形に限られない。従って、下側電極２１と上側電極２２のそれぞれの切り欠きは、それぞれ、金属パイプ材料Ｐの端部の外形を半割した形状とされる。
　電極搭載ユニット３０は、下側電極２１と上側電極２２の平板面が前述した金属パイプ材料Ｐの右端部の延出方向に対して垂直となる向きを維持してこれらを支持している。例えば、ユニットベース２４の上面が水平である場合には、電極搭載ユニット３０は、下側電極２１と上側電極２２の平板面が上下方向及び前後方向に平行となる向きで支持する。
　電極搭載ユニット３０は、前述した昇降機構５０によってユニットベース２４の上面に対して垂直な方向に沿って昇降動作が付与される昇降フレーム３１と、昇降フレーム３１の左端部において下側電極２１を保持する下側電極フレーム３２と、下側電極フレーム３２の上側に設けられ、上側電極２２を保持する上側電極フレーム３３とを備えている。
　下側電極フレーム３２は、下側電極２１の上端部を除いた外周を保持する枠体である。この下側電極フレーム３２は、前後に設けられた二つのリニアガイドを介して、平面視で左右方向に平行且つユニットベース２４の上面に平行な方向に沿って移動可能となるように昇降フレーム３１の左端部に支持されている。また、下側電極フレーム３２には、各リニアガイドによる移動方向に沿って移動動作を付与する下側電極移動用アクチュエータが併設されている。この下側電極移動用アクチュエータは、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。なお、下側電極フレーム３２には、各リニアガイドによる移動方向における位置を検出するリニアセンサ等の位置センサが併設されている。下側電極２１は、これらの構成により、金属パイプ材料Ｐの右端部の延出方向に沿って往復移動を行うことができる。
　下側電極フレーム３２の前端部及び後端部の上面には、リニアガイドを介して、平面視で左右方向に平行且つユニットベース２４の上面に平行な方向に沿って移動可能なスライドブロックが個別に設けられている。また、スライドブロックには、各リニアガイドによる移動方向に沿って移動動作を付与する片側電極移動用アクチュエータとしての上側電極移動用アクチュエータが併設されている。この上側電極移動用アクチュエータは、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。なお、スライドブロックには、各リニアガイドによる移動方向における位置を検出するリニアセンサ等の位置センサが併設されている。
　上側電極フレーム３３は、上側電極２２の下端部を除いた外周を保持する枠体である。この上側電極フレーム３３は、各スライドブロックの上部に前後に設けられた二つずつのリニアガイドを介して、ユニットベース２４の上面に垂直な方向に沿って移動可能となるように、各スライドブロックに支持されている。また、上側電極フレーム３３と各スライドブロックとの間には、上側電極浮上用バネが介挿されており、上側電極フレーム３３は、各スライドブロックに対して、常に上方に押圧されている。
　上側電極フレーム３３は、各スライドブロックに対してユニットベース２４の上面に垂直な方向（上下方向）に移動可能である。そして、各スライドブロックは下側電極フレーム３２に対して平面視で左右方向に平行且つユニットベース２４の上面に平行な方向（左右方向）に移動可能である。このため、上側電極フレーム３３は、下側電極フレーム３２に対して、昇降可能且つ金属パイプ材料Ｐの端部延出方向（左右方向）に沿って移動可能となっている。
　そして、下側電極フレーム３２には、上側電極フレーム３３をユニットベース２４の上面に垂直な方向に沿って昇降させるクランプ用アクチュエータが前後に一つずつ設けられている。各クランプ用アクチュエータは、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。なお、各クランプ用アクチュエータのプランジャの先端部は、上側電極フレーム３３に対して、金属パイプ材料Ｐの端部延出方向（左右方向）に沿って移動可能に連結されている。従って、下側電極フレーム３２に対する上側電極フレーム３３の金属パイプ材料Ｐの端部延出方向（左右方向）に沿った移動動作は妨げない。
　ノズル２３は、金属パイプ材料Ｐの端部を挿入可能な円筒である。ノズル２３の中心線は、金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に平行となるようにノズル搭載ユニット４０に支持されている。金属パイプ材料Ｐ側のノズル２３の端部（以下、「供給口」と記載）の内径は、膨張成形後の金属パイプ材料Ｐの外径に略一致している。なお、ノズル２３には、金属パイプ材料Ｐの当接の押圧力を検出する押圧力センサが併設されている。
　ノズル搭載ユニット４０は、電極搭載ユニット３０の昇降フレーム３１の右端部に搭載されている。従って、昇降機構５０による昇降動作が行われた場合には、ノズル搭載ユニット４０は電極搭載ユニット３０と一体的に昇降する。ノズル搭載ユニット４０は、電極搭載ユニット３０の下側電極２１と上側電極２２とが金属パイプ材料Ｐの端部を把持した状態において、当該金属パイプ材料Ｐの端部とノズル２３とが同心となる位置にノズル２３を支持している。例えば、ユニットベース２４の上面が水平である場合には、ノズル搭載ユニット４０は、ノズル２３の中心線が左右方向に平行となる向きで支持する。
　ノズル搭載ユニット４０は、ノズル２３を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿って移動させるノズル移動用アクチュエータとして、油圧シリンダ機構を有している。この油圧シリンダ機構は、ノズル２３を保持するピストン４１（支持部の一例）と、ピストン４１に進退移動を付与するシリンダ４２（駆動部の一例）とを備えている。シリンダ４２は、ピストン４１を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に平行に進退移動させる向きで昇降フレーム３１の右端部に固定的に搭載されている。このシリンダ４２は、油圧回路４３（図１参照）に接続され、内部に作動流体である圧油の供給と排出が行われる。油圧回路４３は、制御装置１００によってシリンダ４２への圧油の供給と排出が制御される。なお、油圧回路４３は、左側のパイプ保持機構２０にも接続されているが、図１では接続を示す経路の図示は省略している。
　ピストン４１は、シリンダ４２内に格納された本体部４１１と、シリンダ４２の左端部（下側電極２１及び上側電極２２側）から外部に突出する頭部４１２と、シリンダ４２の右端部から外部に突出する管状部４１３とを備えている。本体部４１１と頭部４１２と管状部４１３とは、いずれも円筒状であって、同心で一体的に形成されている。本体部４１１は、外径がシリンダ４２の内径に略一致している。そして、シリンダ４２内では、本体部４１１の両側に油圧が供給されて、ピストン４１の進退移動が行われる。
　頭部４１２は、本体部４１１よりも小径であって、当該頭部４１２の左側（下側電極２１及び上側電極２２側）の先端部にはノズル２３が同心で固定装備されている。管状部４１３は、本体部４１１及び頭部４１２よりも小径な円管である。この管状部４１３は、シリンダ４２の右端部を貫通してシリンダ４２の外側に突出している。
　ピストン４１は、頭部４１２から本体部４１１を通じて管状部４１３の先端まで、全長に渡って中心を貫通する圧縮気体の流路４１４が形成されている。そして、管状部４１３の先端部（右端部）は、ノズル２３への圧縮気体の供給と排出を行う空圧回路４４（図１参照）に接続されている。なお、空圧回路４４は、左側のパイプ保持機構２０にも接続されているが、図１では接続を示す経路の図示は省略している。また、頭部４１２の先端部に装備されたノズル２３は、圧縮気体の流路４１４に連通している。つまり、ノズル搭載ユニット４０は、ノズル２３に対して、ピストン４１を通じて、ノズル２３とは反対側から圧縮気体の供給を行うことができる構造となっている。圧縮気体は、例えば圧縮空気である。
［膨張成形装置による金属パイプの成形方法］
　上記構成からなる膨張成形装置１０の膨張成形の動作は、制御装置１００の動作制御に基づいて行われる。そして、制御装置１００は、動作制御に関する処理プログラムと各種の情報を記憶する記憶部と、処理プログラムに基づいて動作制御を実行する処理装置とを備えている。
　まず、最初に、金型１３によって定まる目標形状による金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に対応する方向に上面が傾斜したユニットベース２４が選択され、各パイプ保持機構２０に装着される。そして、各パイプ保持機構２０は、基台１５の上面に固定される。
　そして、制御装置１００は、左右のパイプ保持機構２０の下側電極移動用アクチュエータを制御して、下側電極２１が下型１１に当接する位置まで進出移動させる。また、制御装置１００は、左右のパイプ保持機構２０の上側電極移動用アクチュエータを制御して、上側電極２２を下側電極２１に対して、金属パイプ材料Ｐの端部から離間した位置に退避移動させる。このように配置された左右の下側電極２１に対して、金属パイプ材料Ｐが半円状の切り欠きに嵌まるように載置される。また、上側電極２２は、退避しているので、金属パイプ材料Ｐの載置作業の妨げとはならない。なお、下側電極２１に載置された金属パイプ材料Ｐは、下型１１よりも幾分上方に位置しており、下型１１には接触していない。
　次いで、制御装置１００は、上側電極移動用アクチュエータを制御して、上側電極２２を下側電極２１の上方の把持位置に移動させる。上側電極２２の把持位置とは、上側電極２２を下側電極２１側に下降させることで、これらにより金属パイプ材料Ｐの端部を把持することが可能な位置である。
　次いで、制御装置１００は、クランプ用アクチュエータを制御して、上側電極２２を下側電極２１に向かって下降させる。これにより、金属パイプ材料Ｐの端部が上側電極２２の半円状の切り欠きに嵌まり、下側電極２１と上側電極２２とにより把持される。
　金属パイプ材料Ｐの両端部が左右のパイプ保持機構２０の下側電極２１及び上側電極２２により個別に把持された状態で、制御装置１００は、電源１０１を制御してそれぞれの下側電極２１に通電を行う。これにより、金属パイプ材料Ｐはジュール加熱が行われる。このとき、制御装置１００は、放射温度計１０２による金属パイプ材料Ｐの温度を監視し、規定の目標温度の範囲で規定時間の加熱を行う。
　ジュール加熱により、金属パイプ材料Ｐは熱膨張を生じ、その端部はその延出方向に向かって延びが生じる。制御装置１００は、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関をデータとして記憶しており、この相関データを参照して、放射温度計１０２による金属パイプ材料Ｐの検出温度に基づいて金属パイプ材料Ｐの熱延び量を取得する。さらに、制御装置１００は、取得した熱延び量から下側電極移動用アクチュエータを制御して、各パイプ保持機構２０の下側電極２１及び上側電極２２を金属パイプ材料Ｐに応力を加えない位置又は応力が十分に低減される位置に移動させる。この電極位置制御を行うことにより、制御装置１００は、電極位置制御部として機能する。なお、この電極位置制御は、左右のパイプ保持機構２０の下側電極２１に通電が行われている間は、周期的に繰り返し実行される。
　なお、電極位置制御は、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関データを使用せずに、下側電極２１及び上側電極２２が金属パイプ材料Ｐの端部に対してその延出方向に向かって伸長する方向に金属パイプ材料Ｐに変形を与えない程度の弱い張力を付与しながら移動する制御を行っても良い。その場合、下側電極移動用アクチュエータが例えば油圧シリンダの場合には、油圧を前述した低圧力にして延出方向に向かって伸長する方向に下側電極２１及び上側電極２２を移動させても良い。
　金属パイプ材料Ｐに対する通電が終わると、下側電極２１は、電極位置制御により、下型１１から離間を生じて隙間Ｓ１が発生する。このため、制御装置１００は、クランプ用アクチュエータを制御して、上側電極２２を上昇させ、さらに、下側電極移動用アクチュエータを制御して、下側電極２１及び上側電極２２を金型１３側に寄せて、下側電極２１を下型１１に当接させる。そして、上側電極２２を下降させて再び把持する。これにより、制御装置１００は、再把持動作制御を行う再把持動作制御部として機能する。
　次いで、制御装置１００は、昇降用アクチュエータ５３を制御して、金属パイプ材料Ｐが下型１１の凹部１１１に接触又は近接する位置まで下降させる。このとき、ユニットベース２４の上面が金属パイプ材料Ｐの延出方向に対応して水平面に対して傾斜している場合には、昇降用アクチュエータ５３による下降動作を行うと、昇降フレーム３１上の構成は全て左右方向に位置変動を生じる。例えば、右側のパイプ保持機構２０は右に移動し、左側のパイプ保持機構２０は左に移動する。
　その結果、下側電極２１は、下型１１から離間を生じて隙間Ｓ２が発生する。このため、制御装置１００は、クランプ用アクチュエータを制御して、上側電極２２を上昇させ、さらに、下側電極移動用アクチュエータを制御して、下側電極２１及び上側電極２２を金型１３側に当接するまで寄せるように移動させる。そして、上側電極２２を下降させて金属パイプ材料Ｐの端部を再び把持する。つまり、制御装置１００は、もう一度、再把持動作制御を行う。
　なお、上述のように、制御装置１００が再把持動作制御を二回行う場合を例示したが、金属パイプ材料Ｐへの通電終了時の一回目の再把持動作制御は実行せず、昇降用アクチュエータ５３の制御により下側電極２１及び上側電極２２を下降させてから再把持動作制御を一回だけ行っても良い。
　その後、制御装置１００は、上型駆動機構８０のサーボモータ８３を制御して、上型１２を下型１１に接する位置まで下降させる。さらに、制御装置１００は、油圧回路４３を制御して左右のパイプ保持機構２０のノズル搭載ユニット４０を制御し、各ノズル２３を金属パイプ材料Ｐのそれぞれの端部側に向かって進出移動させる。これにより、ノズル２３の供給口に金属パイプ材料Ｐの端部が挿入される。そして、制御装置１００は、空圧回路４４を制御して、ノズル２３から金属パイプ材料Ｐ内に圧縮気体を供給する。これにより、ジュール加熱で硬度が低下している金属パイプ材料Ｐは内圧によって金型１３内で目標形状に成形される。
　一方、金属パイプ材料Ｐは、上記成形中は温度が徐々に低下することで収縮が生じ、その端部が金型１３側に移動する。制御装置１００は、前述したように、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関をデータとして記憶しているので、この相関データを参照して、放射温度計１０２による金属パイプ材料Ｐの検出温度に基づいて金属パイプ材料Ｐの収縮量を取得する。さらに、制御装置１００は、取得した収縮量から、油圧回路４３を制御してノズル搭載ユニット４０を作動させ、ノズル２３を金型１３側に移動させる。より詳細には、金属パイプ材料Ｐの収縮量に応じて、金属パイプ材料Ｐの端部がノズル２３から抜けないように、追従移動させる。このノズル位置制御を行うことにより、制御装置１００は、ノズル位置制御部として機能する。なお、このノズル位置制御は、ノズル２３から金属パイプ材料Ｐ内に圧縮気体を供給している間は、周期的に繰り返し実行される。
　なお、ノズル位置制御は、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関データを使用せずに、ノズル２３が金属パイプ材料Ｐの端部に対して、座屈や変形等の影響を与えない範囲で予め上限値を定め、当該上限値を超えないように押圧力を付与しながら移動する制御を行っても良い。
　そして、一定期間、圧縮気体を供給して金属パイプ材料Ｐに膨張成形を行った後、制御装置１００は、圧縮気体の供給を停止し、下側電極２１及び上側電極２２による把持状態を解除し、上型１２を上昇させる。その後、制御装置１００は、水循環機構１４により金型１３を介して金属パイプ材料Ｐの冷却を行う。次に、制御装置１００は、金属パイプ材料Ｐの内部から圧縮気体（高温になった気体の一例）を排出させる。圧縮気体の排出後、制御装置１００は、各パイプ保持機構２０の上側電極移動用アクチュエータを制御し、上側電極２２を金型１３から離間する方向に退避移動させる。これにより、成形加工済みの金属パイプ材料Ｐを膨張成形装置１０から容易に取り出すことが出来る。
［成形システムの構成］
　次に、図３を参照して、本実施形態に係る成形システム２００について説明する。図３は、本実施形態に係る成形システムの主要部を示す概略図である。図３に示す成形システム２００は、金属パイプ材料Ｐから高温になった気体を排出するノズル２３、ノズル搭載ユニット４０及び空圧回路４４（気体供給部及び排出部の一例）を有する膨張成形装置１０と、冷却部１７０と、を備える。高温になった気体とは、例えば加熱された金属パイプ材料Ｐ内で高温化し、金属パイプ材料Ｐから排出された気体である。金属パイプ材料Ｐから排出された高温になった気体は、ノズル２３、ノズル搭載ユニット４０の流路４１４、空圧回路４４の順に流通し、空圧回路４４内の排出口（不図示）に至る。
　空圧回路４４は、例えば、流路４１４に先端を接続させて連通する連通チューブ、連通チューブに設けられる開閉弁、及び連通チューブの末端に位置する排出口を有する。連通チューブは、流路４１４に連通し、金属パイプ材料Ｐからの圧縮気体を排出口へと導く。開閉弁は、連通チューブの開放又は閉塞を行う弁である。制御装置１００により金属パイプ材料Ｐ内に圧縮気体が供給される場合、制御装置１００は、開閉弁により連通チューブを閉塞させる。金属パイプ材料Ｐ内から高温になった気体が排出される場合、制御装置１００は、開閉弁により連通チューブを開放させる。排出口は、連通チューブを通じて導かれた、金属パイプ材料Ｐから排出された高温になった気体を成形システム２００の外部へ排出する。排出口は、例えば排気マフラーである。
　冷却部１７０は、流路４１４を流通する高温になった気体を冷却する。冷却部１７０は、例えば、ノズル２３及びノズル搭載ユニット４０に含まれる部材とは別部材である。ここで、本実施形態の成形システム２００に対する比較例として、ノズル２３及びノズル搭載ユニット４０から冷却部１７０を除き、真っ直ぐな流路４１４のみで構成される例を挙げる。このような比較例においても、流路４１４の周辺の部材における伝熱及び放熱によって、高温になった気体は若干冷却される。しかし、冷却部１７０には、比較例のような、真っ直ぐな流路４１４だけの構造は含まれない。冷却部１７０は、比較例のように伝熱及び放熱のみによって冷却を行う構造と比較して、高温になった気体に対する冷却能力が高い部分である。ここで、冷却能力とは、同条件で測定したときにおいて、金属パイプ材料Ｐから排出された高温になった気体の温度と排出口において排出された気体の温度との差分を大きくする能力を指す。制御装置１００が金属パイプ材料Ｐから高温になった気体を排出するときに、冷却部１７０は排出された高温になった気体を冷却する機能を有する。
　冷却部１７０は、ノズル２３及びノズル搭載ユニット４０とは別部材として、少なくともシリンダ４２よりも流路４１４の延伸方向におけるノズル２３の供給口側の位置に設けられる。すなわち、冷却部１７０は、シリンダ４２のノズル２３側の面を境界４７ａとした場合、少なくとも境界４７ａよりも流路４１４の延伸方向におけるノズル２３の供給口側の位置に設けられる。ピストン４１がノズル２３側に最も押し込まれた場合において、冷却部１７０は少なくともピストン４１のシリンダ４２に接触する部分である本体部４１１よりノズル２３の供給口側に設けられる。当該状態において、境界４７ａよりも延伸方向におけるノズル２３の供給口側の位置が、請求項における「前記駆動部よりも前記延伸方向における前記供給口側の位置」に該当するものとする。
　ここで、流路４１４に高温になった気体が流通することによって、高温になった気体の熱又は高温になった気体による伝熱で高温化した部材の熱が流路４１４の周囲の部材に伝熱し、流路４１４の周辺の部材が高温化するおそれがある。ノズル搭載ユニット４０は、熱から保護される必要のある被保護部４７を有する。被保護部４７とは、耐熱性が低く、熱の影響を受けた場合に高圧の気体の供給又は高温になった気体の排気の機能に影響を受ける部分である。例えば、シリンダ４２は、内部空間において作動油を有することから、漏出抑制のためにピストン４１と接触する部分に例えばパッキンなどを有する。シリンダ４２において、少なくともパッキン及び作動油を有する内部空間は、被保護部４７に含まれる。被保護部４７は、境界４７ａよりも流路４１４の延伸方向におけるシリンダ４２側の部材を含む。冷却部１７０が少なくとも境界４７ａよりも流路４１４の延伸方向におけるノズル２３の供給口側の位置に設けられることで、被保護部４７の高温化を抑制することができる。
　ピストン４１が最も引き込まれたときにおけるピストン４１のシリンダ４２に接触する位置を境界４７ｂとした場合、冷却部１７０は少なくとも境界４７ｂよりノズル２３の供給口側に設けられてもよい。すなわち、ピストン４１のうち、境界４７ａと境界４７ｂとの間の領域は、排気中に直接的にシリンダ４２と隣り合う部分ではない。しかし、当該領域は、高温になった気体が通過したと仮定したら、伝熱によって高温し、かつ、引き込み時にシリンダ４２と隣り合う。従って、更なる安全性の向上のため、高温化する領域がシリンダ４２に近接しないようにする場合、当該高温化する領域も被保護部４７の一部と見なしてよい。この場合、被保護部４７は、境界４７ｂよりも流路４１４の延伸方向におけるシリンダ４２側の部材を含むものと見なしてよい。これにより、冷却部１７０は、高温になった気体の熱又は高温になった気体による伝熱での部材の高温下をさらに抑えることができる。
　ピストン４１がノズル２３との接触する位置付近で広がっている拡径部を有する場合、冷却部１７０は、ピストン４１の拡径部よりノズル２３側に設けられてもよい。例えば、ピストン４１において、シリンダ４２側の拡径部に向かって拡径する始点を境界４７ｃとした場合、冷却部１７０は少なくとも境界４７ｃよりノズル２３の供給口側に設けられてもよい。ピストン４１のうち、境界４７ｂと境界４７ｃとの間の領域は、引き込み状態においても、シリンダ４２と隣り合わない部分である。しかし、当該領域は、径が細くて材料が少ない箇所であるため、上述のような拡径部に比して、高温になったときに、シリンダ４２側へ熱を伝達し易い。従って、更なる安全性の向上のため、高温化したときに、シリンダ４２へ熱を伝達し易い領域も被保護部４７の一部と見なしてよい。この場合、被保護部４７は、境界４７ｃよりも流路４１４の延伸方向におけるシリンダ４２側の部材を含むものと見なしてよい。これにより、冷却部１７０は、高温になった気体の熱又は高温になった気体による伝熱で高温化した部材の熱による影響をさらに抑えることができる。
　なお、冷却部１７０は、境界４７ｃよりさらにノズル２３の供給口側に設けられてもよい。冷却部１７０は、例えばノズル２３の供給口付近に設けられる。冷却部１７０は、被保護部４７に該当する領域から遠ければ遠いほど熱の伝達の影響が小さくなるため、安全性を向上することができる。
　図４は、本実施形態に係る成形システムの冷却部を示す詳細断面図である。図４に示すように、冷却部１７０は、流路４１４の一部の区間の延伸方向に対する横断面積を流路４１４の他の区間の延伸方向に対する横断面積と比較して縮小させる。ノズル２３又はノズル搭載ユニット４０が冷却部１７０として流路４１４の一部を縮小させる構成を有することで、高温になった気体は冷却される。すなわち、高温になった気体が冷却部１７０の横断面積が縮小した区間から再び横断面積が拡張する区間に至ることで、断熱膨張が生じ、高温になった気体は冷却される。この場合、冷却部１７０は、ノズル２３及びノズル搭載ユニット４０に含まれる部材とは別部材であってもよいし、ノズル２３及びノズル搭載ユニット４０に含まれる部材と境界なく連続して形成された部材であってもよい。冷却部１７０は、例えばオリフィスである。
　冷却部１７０は、例えば、オリフィス部１７１と、上流流路１７２と、下流流路１７３とを有する。冷却部１７０は、上流流路１７２と下流流路１７３との間において、オリフィス部１７１を設ける。オリフィス部１７１は、流路４１４において、延伸方向に対する横断面積を他の区間と比較して縮小させた部分である。上流流路１７２は、オリフィス部１７１よりノズル２３側に設けられ、オリフィス部１７１と比較して横断面積が大きい。下流流路１７３は、オリフィス部１７１より被保護部４７側に設けられ、オリフィス部１７１と比較して横断面積が大きい。上流流路１７２と下流流路１７３との横断面積は、例えば同一である。制御装置１００が金属パイプ材料Ｐから高温になった気体を排出するときに、高温になった気体は、オリフィス部１７１を介して下流流路１７３へと流通することによって冷却される。
　冷却部１７０は、例えば、ノズル２３に設けられる。この場合、ピストン４１とノズル２３との境界からノズル２３内の流路４１４の一部の区間には、例えば、内面をねじ切りした雌ネジが設けられる。オリフィス部１７１と下流流路１７３とが境界なく連続して形成された一体物として形成されたオリフィス形成部材１７４が、当該一部の区間に係合される。オリフィス形成部材１７４は、例えば、中空の雄ネジの形を有する。これにより、冷却部１７０が流路４１４内に設けられる。なお、ノズル２３の供給口から流路４１４において、オリフィス形成部材１７４が係合可能なねじ切りが設けられてもよい。冷却部１７０は、ピストン４１に設けられてもよい。この場合、例えば、ピストン４１はノズル２３の供給口側にオリフィス形成部材１７４が係合可能なねじ切りが設けられる。
［高温になった気体を冷却する方法］
　ここで、制御装置１００が金属パイプ材料Ｐの内部から高温になった気体を排出させる場合において、冷却部１７０が高温になった気体を冷却する方法を示す。金属パイプ材料Ｐの内部の高温になった気体の圧力を上流圧力Ｐ０（Ｐａ）、温度を上流温度Ｔ０（Ｋ）とする。このため、金属パイプ材料Ｐの内部又は上流流路１７２における高温になった気体の圧力は上流圧力Ｐ０、温度は上流温度Ｔ０（Ｋ）となる。オリフィス部１７１における下流流路１７３との境界部分における気体の圧力をオリフィス圧力Ｐ１（Ｐａ）、温度をオリフィス温度Ｔ１（Ｋ）とする。
　金属パイプ材料Ｐから排出された高温になった気体が、オリフィス部１７１を最高速度で通過するようにした場合、オリフィス圧力Ｐ１（Ｐａ）は、臨界圧Ｐｃ（Ｐａ）となる。このときのオリフィス温度Ｔ１を臨界時温度ＴＣとする。臨界圧Ｐｃのとき、ノズル２３からの高温になった気体の排出速度が音速に達する。この場合、高温になった気体がオリフィス部１７１を介して下流流路１７３へと通過するとき、高温になった気体には断熱変化が生じるとみなすことができる。上流圧力Ｐ０と臨界圧Ｐｃ（オリフィス圧力Ｐ１）との関係式は、以下の式１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、上流温度Ｔ０と臨界時温度Ｔｃ（オリフィス温度Ｔ１）との関係式は、以下の式２で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、κとは、比熱比であり、高温になった気体が例えば空気の場合、κは約１．４となる。このときのＰｃ／Ｐ０は、約０．５２８となり、Ｔｃ／Ｔ０は、約０．８３３となる。すなわち、高温になった気体がオリフィス部１７１を通過することによって、絶対温度が約１７％降下する。
　下流流路１７３の横断面積をＡ（ｍ２）とする。オリフィス部１７１が臨界圧Ｐｃに達した場合の通過質量流量Ｍｖｃ（ｋｇ／ｓ）は、気体定数Ｒ、臨界定数ψｃなどを用いて以下の式３で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　下流流路１７３の横断面積Ａは、通過質量流量Ｍｖｃを調整しながら気体の排気上必要な流量となるように、調整される。例えば、オリフィス部１７１の横断面積は、下流流路１７３の横断面積Ａの６３％程度以下が好ましい。これは、Ｐｃ／Ｐ０が約０．５２８のときの流速比から算出される面積比である。下流流路１７３の横断面積Ａに対するオリフィス部１７１の横断面積の面積比は、オリフィス部１７１の下流の排気能力に応じて値を小さく調整し、高温になった気体の通過質量流量Ｍｖｃを制限してもよい。なお、オリフィス圧力Ｐ１が、臨界圧Ｐｃ大きくなった場合でも上記と同様の効果が得られる。また、上記では空気を取り扱ったが、他の気体においても同様の効果が得られる。
［成形システムの作用及び効果］
　次に、本実施形態に係る成形システム２００の作用及び効果について説明する。
　本実施形態に係る成形システム２００において、高圧の気体は、ノズル２３、ノズル搭載ユニット４０及び空圧回路４４により加熱された金属パイプ材料Ｐに供給され、金属パイプ材料Ｐを膨張させる。高圧の気体は、加熱された金属パイプ材料Ｐにより高温になった気体となる。高温になった気体は、金属パイプ材料を膨張させた後で排出部で排出される。ここで、成形システム２００は、排出部を流れる気体を冷却する冷却部１７０を備える。これにより、高温の気体が成形システム２００内の流路４１４を流れることを抑制できる。以上より、流路４１４の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。
　本実施形態に係る成形システム２００において、高圧の気体は、ノズル２３、ノズル搭載ユニット４０及び空圧回路４４により加熱された金属パイプ材料Ｐに供給され、金属パイプ材料Ｐを膨張させる。気体は、加熱された金属パイプ材料Ｐにより高温になった気体となる。高温になった気体は、ノズル２３（ノズルの一例）及びピストン４１（支持部の一例）内に設けられた流路４１４を流通する。冷却部１７０は、少なくともシリンダ４２（駆動部の一例）よりも延伸方向における供給口側の位置において流路４１４を冷却するように配置される。このため、流路４１４を流通する高温になった気体は、冷却部１７０により、少なくともシリンダ４２よりも延伸方向におけるノズル２３の供給口側の位置において冷却される。少なくともシリンダ４２よりも延伸方向におけるノズル２３の供給口側の範囲は、シリンダ４２及びシリンダ４２よりも延伸方向におけるノズル２３の供給口側とは反対側の範囲と比較して熱の影響をうけにくいため、高温になった気体による熱の影響を当該範囲に抑えることができる。従って、流路４１４の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。
　また、成形システム２００において、冷却部１７０は、流路４１４の一部の区間を縮小させている。流路４１４を流通する高温になった気体には、冷却部１７０を通過することで、断熱変化が生じる。したがって、高温になった気体は、少なくともシリンダ４２よりも延伸方向におけるノズル２３の供給口側の位置において冷却される。従って、簡易な構成で効率良く流路の周辺の部材への熱の影響を抑制することができる。また、冷却部１７０のとしてオリフィス形成部材１７４を既存の流路４１４内に嵌合させることで、容易に流路４１４の一部の区間を縮小させることができ、容易に高温になった気体を冷却することができる。
［変形例］
　本開示は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、成形システム２００及び膨張成形装置１０の全体構成は図１に示すものに限定されず、開示の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、パイプ保持機構２０の全体構成は、傾斜を生じていない状態、つまり、左右方向に平行な金属パイプ材料Ｐの両端部を保持するように設けられてもよい。圧縮気体は、不活性ガスであってもよい。
　冷却部１７０は、別部材ではなく、ノズル２３又はピストン４１の少なくとも一方と境界なく連続して形成された一体物として形成されてもよい。すなわち、ノズル２３又はピストン４１の少なくとも一方において、流路４１４とオリフィス部１７１とは境界なく連続して形成されてもよい。オリフィス部１７１は、ノズル２３又はピストン４１の少なくとも一方の流路４１４の内部において固定されてもよい。この場合、オリフィス部１７１が、高圧の気体の圧力及び高温になった気体の熱によって脱離しなければ固定方法は問わない。
　冷却部１７０は、ノズル２３の先端又はピストン４１の先端に設けられてもよい。この場合、冷却部１７０の上流流路１７２は設けられなくてもよい。冷却部１７０は、ノズル２３の末端に設けられてもよい。この場合、冷却部１７０の下流流路１７３は設けられなくてもよい。冷却部１７０は、断熱膨張を実現するスリット状又は格子状などの形状を有していてもよい。冷却部１７０は、オリフィスでなくてもよい。この場合、冷却部１７０は、流路４１４の周囲に設けられ、冷水を循環させるチューブを含む水冷機構であってもよい。冷却部１７０は、被保護部４７よりも流路４１４の延伸方向におけるノズル２３側の位置において複数設けられてもよい。
　また、ピストン４１内の流路４１４を設けず、ノズル２３に直接的に圧縮気体の供給を行う構成としても良い。この場合、冷却部１７０は、空圧回路４４の連通チューブ及び排出口の劣化を抑制するために、ノズル２３又は連通チューブ内に設けられてもよい。
　１０…膨張成形装置、１１…下型、１２…上型、１３…金型、１４…水循環機構、１５…基台、２０…パイプ保持機構、２１…下側電極、２２…上側電極、２３…ノズル、２４…ユニットベース、３０…電極搭載ユニット、３１…昇降フレーム、３２…下側電極フレーム、３３…上側電極フレーム、４０…ノズル搭載ユニット、４１…ピストン、４２…シリンダ、４３…油圧回路、４４…空圧回路、４７…被保護部、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ…境界、５０…昇降機構、５１，５２…昇降フレームベース、５３…昇降用アクチュエータ、５４，５５…ライナー、８０…上型駆動機構、８１…油圧ポンプ、８２，９２…スライド、８３…サーボモータ、８４…メインシリンダ、８５…引き戻しシリンダ、８６，８７…上ダイホルダ、８８…上ダイベースプレート、９７…下ダイホルダ、９８…下ダイベースプレート、１００…制御装置、１０１…電源、１０２…放射温度計、１１１，１２１…凹部、１１２，１２２…冷却水通路、１７０…冷却部、１７１…オリフィス部、１７２…上流流路、１７３…下流流路、１７４…オリフィス形成部材、２００…成形システム、４１１…本体部、４１２…頭部、４１３…管状部、４１４…流路、Ａ…横断面積、Ｐ…金属パイプ材料。
 

Claims (3)

  1. 　加熱された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システムであって、
    　加熱された前記金属パイプ材料に気体を供給して、前記金属パイプ材料を膨張させる気体供給部と、
    　前記金属パイプ材料を膨張させた後で前記気体を排出する排出部と、
    　前記排出部を流れる気体を冷却する冷却部と、を備える、成形システム。
  2. 　前記気体供給部は、
    　　前記気体を供給する供給口を有するノズルと、
    　　前記ノズルから前記供給口に対して反対側へ延びて、前記ノズルを支持する支持部と、
    　　前記支持部の延伸方向に沿って、当該支持部を移動させる駆動部と、を有し、
    　前記ノズル及び前記支持部には、前記気体を供給口側へ流通させると共に、前記金属パイプ材料から高温になった前記気体を前記排出部側へ流通させるように延びる流路が形成され、
    　前記気体供給部には、前記流路を流通する高温になった前記気体を冷却する前記冷却部が設けられ、
    　前記冷却部は、前記ノズルとは別部材として、少なくとも前記駆動部よりも前記延伸方向における前記供給口側の位置に設けられる、請求項１に記載の成形システム。
  3. 　前記気体供給部は、
    　　前記気体を供給する供給口を有するノズルと、
    　　前記ノズルから前記供給口に対して反対側へ延びて、前記ノズルを支持する支持部と、
    　　前記支持部の延伸方向に沿って、当該支持部を移動させる駆動部と、を有し、
    　前記ノズル及び前記支持部には、高圧の前記気体を供給口側へ流通させると共に、前記金属パイプ材料から前記気体を前記排出部側へ流通させるように延びる流路が形成され、
    　前記気体供給部には、前記流路を流通する前記気体を冷却する前記冷却部が設けられ、
    　前記冷却部は、少なくとも前記駆動部よりも前記延伸方向における前記供給口側の位置に設けられ、前記流路の一部の区間の前記延伸方向に対する横断面積を前記流路の他の区間の前記延伸方向に対する横断面積と比較して縮小させることで前記気体を冷却する、請求項１に記載の成形システム。
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