(57)【要約】【課題】固体状金属に対し、振動力及び押圧力を加えながら効率的に金属パイプを成形する方法の構成を提供すること。【解決手段】オス金型１、メス金型２、当該メス金型２内に収納されている固体状金属３を用意し、当該固体状金属３の内壁を形成する位置とオス金型１の外側輪郭面とを合致させたうえで、当該オス金型１の突入先端を前記固体状金属３に対し近接又は当接し、潤滑油を連続的又は間歇的に注入しながら、当該オス金型１に電磁振動又は電磁モーター７の回転を往復運動に変換したことに基づく振動力を加え、かつ突入先端をメス金型２の底部側に押圧力を伴って移動させると共に、メス金型２の底部を上記押圧力に対抗する力を以って支持することに基づいて、前記固体状金属３における破壊を順次生じさせながらオス金型１を通貫させることにより、前記課題を達成し得る金属パイプ３１の成形方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形を予定している金属パイプの長さ及び外側周囲を形成し、底部において当該金属パイプの肉厚幅だけ内側に突出し、かつ突出部分が他方端側から支持されているメス金型、及び前記金属パイプの内側周囲に沿って側部に外側周囲の輪郭形状を所定の長さ幅だけ有しているオス金型を用意し、メス金型内に固体状金属を収納し、当該固体状金属の内壁を形成する位置とオス金型の外側輪郭面とを合致させたうえで、当該オス金型の突入先端を前記固体状金属に対し近接又は当接し、潤滑油を連続的又は間歇的に注入しながら、当該オス金型に電磁振動に基づく振動力を加え、かつ突入先端をメス金型の底部側に押圧力を伴って移動させると共に、メス金型の底部を上記押圧力に対抗する力を以って支持することに基づいて、前記固体状金属における破壊を順次生じさせながらオス金型を通貫させることによる金属パイプの成形方法。
【請求項２】
成形を予定している金属パイプの長さ及び外側周囲を形成し、底部において当該金属パイプの肉厚幅だけ内側に突出し、かつ突出部分が他方端側から支持されているメス金型、及び前記金属パイプの内側周囲に沿って側部に外側周囲の輪郭形状を所定の長さ幅だけ有しているオス金型を用意し、メス金型内に固体状金属を収納し、当該固体状金属の内壁を形成する位置とオス金型の外側輪郭面とを合致させたうえで、当該オス金型の突入先端を前記固体状金属に対し近接又は当接し、潤滑油を連続的又は間歇的に注入しながら、当該オス金型に電磁モーターの回転を変換した往復運動に基づく振動力を加え、
かつ突入先端をメス金型の底部側に押圧力を伴って移動させると共に、メス金型の底部を上記押圧力に対抗する力を以って支持することに基づいて、前記固体状金属における破壊を順次生じさせながらオス金型を通貫させることによる金属パイプの成形方法。
【請求項３】
電磁モーター及びその回転を往復運動に変換するカム機構又はクランク機構が、メス金型の底部側に押圧力を加える押圧機に対して弾性体を介して接続されており、振動可能であることを特徴とする請求項２記載の金属パイプの成形方法。
【請求項４】
固体状金属に加えられる振動力及び押圧力を原因として発生する応力が、固体状金属を溶融させる程度に至っていないことを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項記載の金属パイプの成形方法。
【請求項５】
オス金型が振動力を加えながら、連続的に移動することを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の金属パイプの成形方法。
【請求項６】
オス金型が静止状態と移動状態とを交互に繰り返しており、振動力の印加に基づく振幅が最大値に至った段階にて静止状態から移動状態に変化していることを特徴とする請求項１、４の何れか一項に記載の金属パイプの成形方法。
【請求項７】
オス金型の先端の中心位置又は金属パイプの内壁を形成する位置を先鋭状態としていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の金属パイプの成形方法。
【請求項８】
単位時間当りの振動数及び／又はオス金型の底部側への移動速度を調整自在とすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の金属パイプの成形方法。
【請求項９】
電磁振動が正弦波電圧、又は矩形波パルス電圧の印加に基づいていることを特徴とする請求項１、４、５、６、７、８の何れか一項に記載の金属パイプの成形方法。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９の何れか一項によって成形された金属パイプにつき、長手方向に直交又は斜交する方向の切断を行い、当該金属パイプ断面に基づく金属環状体を得ることに基づく金属環状体成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体状金属に対し、振動力と押圧力とを加えることによって金属パイプを成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属パイプを成形方法として、通常金型内にて金属を溶融した後、固化することによる成形方法が採用されているが、肉薄でかつ強靭な成形を行うためには、前記方法は必ずしも適切ではない。
【０００３】
肉薄の金属パイプの成形に所謂型成形、即ち金型を備えたうえで鍛造による成形を行うことは既に公知であり、例えば特許文献１及び同２に示すとおりである。
【０００４】
しかしながら、型鍛造による方法は、金属素材に対し強力な衝撃力を必要とすることから膨大な設備を必要とする。
【０００５】
しかも鍛造によって形成された金属パイプの内壁面は、決して平坦な状態ではなく、内壁面については、更なる研磨をしなければならない場合が多い。
【０００６】
ところで、固体状金属に対し応力破壊を生じさせるには、単に特定方向の衝撃を伴う押圧力を加える場合に比し、所定の振動力を加えながら特定方向への押圧力を加えた場合には、前記振動力によって稍応力破壊が生じた固体状金属は、当該振動の方向が反転した際、前記反対方向への振動力に際し当該破壊状態はもとの状態に戻るのではなく、やや変形した状態にて復帰することが多い。
【０００７】
このため次の振動力の影響を受けた場合には、更なる変形が生ずることになり、結局前記のような振動力に伴って特定方向への押圧を行った場合には、当該特定方向において効率的な応力破壊を実現することができる（この点は、例えば地上から地中にボーリングを行う際、地下方向に単に衝撃力を加える場合よりも、振動力を加えながら地下方向への押圧力を加える場合の方が効率的なボーリングが可能であることと同様の説明が可能である。）。
【０００８】
しかしながら、固体状金属に対し振動力を伴う押圧力によって成形することは、例えば特許文献３に示すように、表面における凹凸形状の形成、特許文献４に示すような部分的な変形に採用されているに過ぎず、型鍛造に代えて金属パイプの成形方法として採用又は利用されている訳ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開昭６１−１２７８２６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０２８３６号公報
【特許文献３】特開平１−２０５８３４号公報
【特許文献４】特開２００３−２０５５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、固体状金属に対し、振動力を伴う押圧力を加えながら効率的に金属パイプを成形する方法の構成を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）成形を予定している金属パイプの長さ及び外側周囲を形成し、底部において当該金属パイプの肉厚幅だけ内側に突出し、かつ突出部分が他方端側から支持されているメス金型、及び前記金属パイプの内側周囲に沿って側部に外側周囲の輪郭形状を所定の長さ幅だけ有しているオス金型を用意し、メス金型内に固体状金属を収納し、当該固体状金属の内壁を形成する位置とオス金型の外側輪郭面とを合致させたうえで、当該オス金型の突入先端を前記固体状金属に対し近接又は当接し、潤滑油を連続的又は間歇的に注入しながら、当該オス金型に電磁振動に基づく振動力を加え、かつ突入先端をメス金型の底部側に押圧力を伴って移動させると共に、メス金型の底部を上記押圧力に対抗する力を以って支持することに基づいて、前記固体状金属における破壊を順次生じさせながらオス金型を通貫させることによる金属パイプの成形方法、
（２）成形を予定している金属パイプの長さ及び外側周囲を形成し、底部において当該金属パイプの肉厚幅だけ内側に突出し、かつ突出部分が他方端側から支持されているメス金型、及び前記金属パイプの内側周囲に沿って側部に外側周囲の輪郭形状を所定の長さ幅だけ有しているオス金型を用意し、メス金型内に固体状金属を収納し、当該固体状金属の内壁を形成する位置とオス金型の外側輪郭面とを合致させたうえで、当該オス金型の突入先端を前記固体状金属に対し近接又は当接し、潤滑油を連続的又は間歇的に注入しながら、当該オス金型に電磁モーターの回転を変換した往復運動に基づく振動力を加え、
かつ突入先端をメス金型の底部側に押圧力を伴って移動させると共に、メス金型の底部を上記押圧力に対抗する力を以って支持することに基づいて、前記固体状金属における破壊を順次生じさせながらオス金型を通貫させることによる金属パイプの成形方法、
（３）固体状金属に加えられる振動力及び押圧力を原因として発生する応力が、固体状金属を溶融させる程度に至っていないことを特徴とする前記（１）、（２）の何れかに記載の金属パイプの成形方法、
からなる。
尚、前記基本構成（１）、（２）、（３）において、固体状金属は大抵の場合結晶金属であるが、非結晶金属（アモルファス）をも採用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
前記（１）、（２）の基本構成に係る本発明においては、型鍛造の場合のような多大な衝撃力を加えるために必要な膨大な施設を必要とせずに、固体状金属における溶融を伴わずに応力破壊を生じさせる程度の電磁振動に基づく振動力を生じさせる装置によって金属パイプを成形することを可能とすると共に、オス金型が金属パイプの内壁形成面を往復運動を行うことによって研磨することを原因として、内壁面が平坦な金属パイプを成形する一方、このような往復運動を伴って、オス金型の周囲に注入されている潤滑油の潤滑効果を単純な移動の場合よりも効率的に発揮することができ、これらの点においても、型鍛造による金属パイプ成形方法よりも有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】基本構成（１）、（２）における基本原理を示す側断面図である（白線の矢印はオス金型がメス金型の底部側に移動する方向を示しており、実線による矢印はオス金型の振動方向を示す。）。
【図２】基本構成（１）において、固体状金属の応力破壊が進行するに従って、オス金型の振幅が増加する状況を示すグラフであり、（ａ）は印加電圧が正弦波の場合を示しており、（ｂ）は印加電圧が矩形波パルスの場合を示す。
【図３】基本構成（２）において、図４（ｂ）の実施形態を採用した場合に、固体状金属の応力破壊が進行するに従って、オス金型の振動位置が変化する状況のグラフである。
【図４】振動力を加えながら押圧によってオス金型を移動させるメカニズムを示す模式的なブロック図であり、（ａ）は前記基本構成（１）の場合を示しており、（ｂ）は前記基本構成（２）の場合を示す。
【図５】オス金型の振動力方向に沿った断面図を示しており、（ａ）は固体状金属に近接又は当接する先端部を平坦とする実施形態を示しており、（ｂ）は当該先端の略中央を先鋭状態とする実施形態を示しており、（ｃ）は先端のうちの金属パイプ内壁に接触する部位を先鋭状態とする実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、前記（１）、（２）の基本構成における基本原理を示しており、メス金型２によって成形の対象となる固体状金属３の外側周囲、及び底部において金属パイプ３１の肉厚幅を形成する部分を支持した状態、及びオス金型１に対し電磁振動に基づく振動力を加えた状態にて、メス金型２内に収納されている固体状金属３に対し内壁を形成する位置とオス金型１の外側周囲における輪郭面とを合致させたうえで、オス金型１の先端部を固体状金属３に近接又は当接させたうえで、電磁振動に基づく振動力に基づく振動力を加えることになる。
【００１５】
前記基本構成（１）のように、電磁振動によって振動力を発揮させる場合には、図４（ａ）に示すように、コイル６によって交番電圧を磁性体５（鉄、ニッケル等の強誘電性金属又は磁石）に加え、往復方向の振動を行わせることになる。
【００１６】
これに対し、前記基本構成（２）のように、電磁モーター７の回転を変換した往復運動による振動力を発揮させる場合には、カム機構又はクランク機構８を介在させ、前記往復運動を実現させ、かつ振動を行わせることになる。
【００１７】
前記基本構成（１）及び（２）の何れの場合においても、振動力を加える場合に適切な振幅及び単位時間当りの振動数は、成形の対象となる金属パイプ３１の大きさ、厳密には内壁の大きさ（厳密には内壁よって囲まれる面積）、および金属パイプ３１の素材となる金属の硬さと振動力の大きさとの関係によって左右されるが、単位時間当りの振動数が少ない場合（振動が緩慢な場合）の方が平坦な内壁を得易い傾向にある。
【００１８】
発明者の経験では、単位時間当りの振動数が１〜０．３ＳＰＭ（Ｓｔｒｏｋｅ  Ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅ：１分間当りの往復移動の回数）の場合には、平坦な内壁を形成することができる。
【００１９】
これに対し、単位時間当りの振動数が１０〜５０ＳＰＭである場合には、スピーディな成形を実現することができるが、内壁の平坦の程度は劣るという傾向を免れることができない。
【００２０】
単位時間当りの振動数の調整は、電磁振動の場合には交番電圧の周波数を調整することによって実現できるが、電磁モーター７の回転をする場合には、所謂パルスモーター（ステップモーター）を採用して当該モーターに加えるパルスの程度を調整することによって実現できる。
【００２１】
メス金型２の底部側に押圧力を伴って移動する際の移動速度は千差万別であり、押圧力の程度と内壁の大きさ、及び金属パイプ３１の素材となる金属の硬さによって左右されるが、単位時間当りの振動数が多い程、前記移動速度を大きくすることができる。
【００２２】
前記基本構成（１）の場合には、交番電圧の周波数に対応して往復運動を行う磁性体５の振幅は、オス金型１の振動状況によって影響を受けることから、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、当初の段階であって、振動を加える領域が大きいため、応力破壊が生じ難い段階では、オス金型１のメス金型２の底部側に突入し得る程度が小さく、かつ固体状金属３側に突入する振幅の程度も小さい状態となるのに対し、金属パイプ３１の成形が相当進行した段階であって、振動力を加える領域が小さくなり、しかも応力破壊が生じ易い場合には、当該振幅の程度を大きくすることができる（尚、図２（ａ）、（ｂ）においては、オス金型１がメス金型２の底部側に順次移動している位置の変化については捨象している。そして、ｔは経過時間を示しており、ａはオス金型１の振動位置を示す。）。
【００２３】
同様に、前記基本構成（２）の場合においても、図４（ｂ）に示すように、押圧機９との間にて弾性体１１を介して弾発力を受けた状態にて移動自在とした実施形態について説明するに、電磁モーター７の回転をカム機構又はクランク機構８による往復振動によって変換した場合の振幅は一定であり、この点において前記基本構成（１）の場合と明らかに相違している。
このように、図４（ｂ）に示す実施形態における振幅の幅が一定であっても、図３に示すように、当初の段階であって、振動を加える領域が大きいため、応力破壊が生じ難い段階では、オス金型１に振動力を加えることによって固体状金属３との衝突によって生ずる反発力の程度が大きく、その結果、電磁モーター７及びカム機構又はクランク機構８が後方に移動する程度も大きいことから、結局オス金型１の固体状金属３側に突入する程度は小さい状態とならざるを得ないのに対し、金属パイプ３１の成形が相当進行した段階であって、振動力を加える領域が小さくなり、しかも応力破壊が生じ易い場合には、前記反発力によって電磁モーター７及びカム機構又はクランク機構８が後退する程度は小さくなり、オス金型１の固体状金属３側に突入する程度を大きくすることができる（尚、図３においても、オス金型１がメス金型２の底部側に順次移動する位置の変化を捨象しており、かつｔ、ａの趣旨は、図２（ａ）、（ｂ）の場合と同様である。）。
【００２４】
前記基本構成（２）においては、図４（ｂ）のような電磁モーター７自体が弾性体１１を介して押圧機９を接続することによって自ら振動可能とする実施形態だけでなく、電磁モーター７自体が振動せず（具体的には、弾性体１１を介さずに押圧機９と接続されており）、順次メス金型２の底部側に移動する実施形態も採用可能である。
但し、そのような実施形態の場合には、実施例２において後述するように、電磁モーター７の単位時間当りの回転数、ひいてはカム機構又はクランク機構８を介した単位時間当りの振動数を調整自在とし、振動の初期の段階では緩慢な振動を行い、金属パイプの成形が相当進行した段階であって、振動力を加える領域が小さくなった段階において、単位時間当りの回転数ひいては単位時間当りの振動数を増加させると良い。
【００２５】
そして、電磁モーター７の単位時間当りの回転数を調整自在とするには、ステップモーター（パルスモーター）を採用することが極めて好適であることは、前記のとおりである。
【００２６】
前記基本構成（１）及び（２）において、オス金型１を固体状金属３の一方側端面に近接させながら振動力を加えた場合には、固体状金属３の一方端と衝突を行いながら振動力を加えることになるのに対し、当該一方端に当接させた場合には一体となって振動力を行うことになり、衝撃を加えることにはならない。
【００２７】
近接によって衝撃を加えた方が大きな応力破壊を得られることから、金属パイプ３１を成形する当初の段階では近接状態とし、その後、当接状態を採用すると良い（但し、近接状態又は当接状態の何れを採用するかは、金属パイプ３１を成形する現場の状況、金属パイプ３１の径の程度、振動力の程度等に即して具体的に判断すれば良い。）。
【００２８】
オス金型１の振動力を原因として、固体状金属３において生ずる応力破壊は、オス金型１の先端部の中央及びその付近においては主として押圧応力に基づく破壊が生じ、先端部の側部及びその付近においては主として剪断応力に基づく破壊が生じているが、何れも当該破壊に伴う振動力現象によって固体状金属３内部には摩擦が生じており、高温化することを避けることができない。
【００２９】
前記高温化によって固体状金属３が溶融した場合には、更なる応力破壊は容易となるが、成形された金属パイプ３１の内壁を平坦状態とすることが困難とならざるを得ない。
【００３０】
このため、前記基本構成（３）のように振動力に基づいて固体状金属３に加えられる圧縮応力及び剪断応力が、これらを原因とする内部摩擦によって固体状金属３が溶融するに至らない程度であることを特徴とする実施形態が好適に採用されている。
【００３１】
前記基本構成（１）、（２）の何れにおいても、オス金型１は、固体状金属３に対し振動力を加えるだけでなく、順次メス金型２の底部側に進行することによって金属パイプ３１の内側周囲面を形成するが、通常、オス金型１が連続的に他方端側に移動することを特徴とする実施形態が採用されている。
【００３２】
前記基本構成（１）において使用する交番電圧は、通常正弦波電圧を使用しており、当該正弦波電圧を使用した場合の応力破壊の進行の程度に従って、オス金型１の振幅の変化の状態は、図２（ａ）に示すとおりである。
【００３３】
これに対し、矩形波パルスを電圧源とした場合の応力破壊に対応する振幅の変化の状態は、図２（ｂ）に示すとおりである。
【００３４】
矩形波パルスの場合には、図２（ｂ）に示すように、オス金型１の往復移動の加速度を大きく設定し得ることから、印加電圧の最大波高値が同一である場合には、正弦波電圧の場合よりも矩形波パルス電圧の場合の方が効率的な応力破壊を実現し、ひいては効率的な金属パイプ３１の成形を行うことができる。
【００３５】
前記基本構成（１）、（２）において、通常、オス金型１において固体状金属３の一方側端と近接又は当接する先端は、図５（ａ）に示すように、平坦形状である場合が多いが、必ずしも当該形状に限定される訳ではなく、例えば（ｂ）に示すように、先端の略中央位置を先鋭状態とする実施形態、（ｃ）に示すように、金属パイプ３１の内側周囲と接触する部位が先鋭状態とする実施形態を採用することができ、先鋭状態を採用している実施形態の場合には、固体状金属３の内部における局所的な応力破壊を容易に実現することが可能である。
【００３６】
本発明によって成形された金属パイプ３１につき、長手方向に直交又は斜交する方向の切断を行い、当該金属パイプ３１断面に基づく金属環状体を得ることに基づく金属環状体成形方法をも実現することができる。
【００３７】
以下、実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００３８】
実施例１は、前記基本構成（１）において、オス金型１が静止状態と移動状態とを交互に繰り返しており、振動力の印加に基づく振幅が最大値に至った段階にて静止状態から移動状態に変化していることを特徴としている。
【００３９】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、固体状金属３の各部位において応力破壊を実現する場合には、各部位の振動力における振幅は、当初零の状態から順次拡大し、最大振幅状態に近づくことになる。
【００４０】
このような場合、オス金型１が前記のように、連続して移行する場合には、各部位における振幅が最大値に至らずに、順次メス金型２の底部側に移動する場合が多い。
【００４１】
しかしながら、一度固体状金属３の応力破壊が生じた場合には、オス金型１の振幅状態を順次増大させ、最大値に至らしめることに対応して応力破壊の程度を順次増加させ、振幅の最大値に対応する最大応力破壊状態に至らせることは比較的容易であるにも拘らず、前記のように、最大振幅状態に至らずに順次連続してオス金型１がメス金型２の底部側に移動することは、応力破壊を実現する効率によって必ずしも効率的ではない。
【００４２】
実施例１は、この点に着目し、上記のようにオス金型１の静止状態とメス金型２の底部側への移動状態とを交互に繰り返し、最大振幅に至るまで静止状態を継続している点において効率的な応力破壊を実現している。
尚、実施例１において、各静止状態の後の移動状態の場合にも振動力を加えることを継続する場合と継続しない場合との双方が存在可能であり、大抵の場合には係属しているが、当該継続の場合の振動力は、前記連続移動の場合と同様に最大値には至っていない場合が多い。
【実施例２】
【００４３】
実施例２は、前記基本構成（１）、（２）の全ての場合の実施形態において、単位時間当りの振動数及び／又はオス金型１の底部側への移動速度を調整自在とすることを特徴としている。
【００４４】
オス金型１が固体状金属３に近接又は当接しながら順次他方端側に移行する場合には、前記のように、固体状金属３に対し応力を生じさせる領域範囲が大きいのに対し、前記移動が進むに従って当該領域範囲が小さくなるという傾向がある。
【００４５】
このため、振動力に基づく振幅及び移動し得る速度は、移動するに従って順次増大することができる。
【００４６】
このような状況を考慮し、実施例２においては、オス金型１の振幅の程度及び／又は移動速度を調整自在とし、移動が進行するに従って振幅を大きく設定し、かつ移動速度を大きく設定することによって効率的な作業を実現することが可能となる。
尚、前記基本構成（２）のうち、電磁モーター７を振動自在としない実施形態において実施例２が極めて好適であることは既に説明したとおりである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、金属パイプの成形の全分野において利用可能であると共に、特に薄型で強固な金属パイプの効率的な成形に好適に採用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  オス金型
１０  振動力発生部（前記基本構成（１）における磁界発生コイル及び電磁モーターに基づく構成、及び前記基本構成（２）における電磁モーター及びカム機構又はクランク機構に基づく構成）
２  メス金型
３  固体状金属
３１  金属パイプ又はその一部
４  メス金型の底部に対する支持部
５  磁性体
６  磁界発生コイル
７  電磁モーター
８  カム機構又はクランク機構
９  押圧機
１１  弾性体
１２  押圧伝達板（図４（ｂ）の実施形態において必ずしも必要な構成要素という訳ではない。）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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