(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材の内部に内液圧を負荷しつつ、穴加工用パンチにより前記筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、
一旦、穴抜き加工する方向とは逆方向に、座面と略同一外形で凸形状となる突起を形成し、
その後、先端にシャーエッジを有する穴加工用パンチを前進させて、前記突起の先端側から加圧して穴をあけ、
さらに引き続き前記穴加工用パンチを前進させて、前記穴を拡大しつつ当該穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付けるとともに、前記穴の周辺部の余肉を前記内液圧と前記穴加工用パンチの進行方向に当該穴の周辺部の余肉を押し付ける前記穴加工用パンチの押圧面との間で加圧して、座面を有する穴を成形することを特徴とする筒状部材への座面を有する穴加工方法。
【請求項２】
前記穴加工用パンチは、穴開け部材と押圧部材とが一体に形成されてなり、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる前記押圧面を有することを特徴とする請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法。
【請求項３】
前記穴加工用パンチは、穴開け部材と、当該穴開け部材に独立して軸方向に摺動自在に支持される押圧部材とで構成され、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる前記押圧面を有することを特徴とする請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法。
【請求項４】
前記穴加工用パンチの押圧面が、前記筒状部材の外側表面に配置された液圧バルジ成形型のキャビティ面よりも後退した位置に配置されて、前記座面を有する穴が成形されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法。
【請求項５】
請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法に用いる穴加工用パンチであって、
前記穴加工用パンチは、前記穴を拡大しつつ当該穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付ける穴開け部材と前記穴の周辺部の余肉を前記穴加工用パンチの進行方向に押し付ける押圧部材とが一体に成形されてなり、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる前記押圧面を有することを特徴とする穴加工用パンチ。
【請求項６】
請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法に用いる穴加工用パンチであって、
前記穴加工用パンチは、前記穴を拡大しつつ当該穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付ける穴開け部材と、当該穴開け部材に独立して軸方向に摺動自在に支持され、前記穴の周辺部の余肉を前記穴加工用パンチの進行方向に押し付ける押圧部材とで構成され、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる押圧面を有することを特徴とする穴加工用パンチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状部材の内部の内液圧と穴加工用パンチを利用した筒状部材への座面を有する穴加工方法およびそれに用いる穴加工用パンチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＯ2 削減のための車体軽量化や強度向上のための車体補強を目的とした車体やシャーシ部品が求められている。こうした車体やシャーシ部品として、中空の筒状部材を内液圧成形した部品を適用する動きが高まってきている。これらの部品は、所定形状に内液圧成形された後、他の部品を取り付けるための穴や位置決めするための穴が加工される。しかし、最近、経済性や加工精度の向上に対する要請に基づいて、内液圧成形の一連の工程内で穴加工を行う加工方法が検討されている。
【０００３】
例えば、筒状部材の内部に内液圧を負荷しつつ、穴抜きパンチを筒状部材の外側から内部側に向かって打ち付けることにより、穴抜き加工する方法が開示されている（特開平６−２９２９２９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法では、抜きカスとなる部分の剛性が低いため、穴抜き加工の過程で、抜きカスとなる部分の周辺部に塑性変形が起こり、穴抜き加工後に、穴の周辺部にダレが生じたり、穴径の精度が低下するといった問題があった。こうした問題は、その穴をロケートピン用の穴として使用する場合に、ロケートピンを立てる座面の精度が低下するという点で特に顕著であった。
【０００５】
こうした問題を解決するため、本発明は、穴の周辺部にダレがなく、穴径の精度の高い座面を有する穴を、筒状部材の内部の内液圧と穴加工用パンチを利用して穴加工する方法およびそれに用いる穴加工用パンチを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、筒状部材の内部に内液圧を負荷しつつ、穴加工用パンチにより前記筒状部材に穴抜き加工を行う加工方法において、一旦、穴抜き加工する方向とは逆方向に、座面と略同一外形で凸形状となる突起を形成し、その後、先端にシャーエッジを有する穴加工用パンチを前進させて、前記突起の先端側から加圧して穴をあけ、さらに引き続き前記穴加工用パンチを前進させて、前記穴を拡大しつつ当該穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付けるとともに、前記穴の周辺部の余肉を前記内液圧と前記穴加工用パンチの進行方向に当該穴の周辺部の余肉を押し付ける前記穴加工用パンチの押圧面との間で加圧して、座面を有する穴を成形することに特徴を有する。
【０００７】
この発明によれば、形成された凸形状の突起は、形状効果と加工歪みの蓄積によって剛性を有するので、その突起の先端に、穴加工用パンチで精度よく穴を形成することができる。そして、この穴をさらに拡大し、穴の周辺部の余肉を穴の外周方向に押し付け、筒状部材の内部の内液圧と穴加工用パンチとの間で加圧して、穴の周辺部に座面が成形される。この座面は、内液圧と穴加工用パンチとで成形されるので、穴加工用パンチの外形形状と、内液圧を調節することによって、座面の形状を規制して成形することができる。その結果、筒状部材を内液圧成形するのと同一工程で、座面を有する穴の加工を行うことができる。なお、穴加工用パンチの先端のシャーエッジは、凸形状の突起の先端に食い込み痕を形成するので、加圧されたせん断力を一層集中させることができ、精度よく穴あけできる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法において、前記穴加工用パンチが、穴開け部材と押圧部材とが一体に形成されてなり、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる前記押圧面を有することに特徴を有する。
【０００９】
この発明によれば、穴加工用パンチの穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有するので、穴あけ、穴の拡大、および、穴の外周方向への穴の周辺部の余肉の押し付けを、連続して行うことができる。また、穴加工用パンチの押圧部材が、座面の形状と同じ外形形状からなる押圧面を有するので、押圧面の形状や位置によって、座面の形状や高さを調節することができる。さらに、穴開け部材と押圧部材が一体となっているので、座面を有する穴の形状は、穴加工用パンチと内液圧によって形状を規制して成形することができると共に、穴加工用パンチの摺動を単純化できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法において、前記穴加工用パンチが、穴開け部材と、当該穴開け部材に独立して軸方向に摺動自在に支持される押圧部材とで構成され、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる前記押圧面を有することに特徴を有する。
【００１１】
この発明によれば、穴加工用パンチを構成する穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有するので、穴あけ、穴の拡大、および、穴の外周方向への穴の周辺部の余肉の押し付けを、連続して行うことができる。また、穴加工用パンチを構成する押圧部材が、座面の形状と同じ外形形状からなる押圧面を有するので、押圧面の形状や位置によって、座面の形状や高さを調節することができる。さらに、押圧部材は、穴開け部材とは独立して、軸方向に摺動自在に支持されるので、座面の形状や高さを容易に変更できると共に、穴開け部材のみの変更も可能になる。こうした穴加工用パンチを用いた穴加工方法は、余肉を移動させる座面形成プロセスをより正確に制御する事ができるため、板厚の異なる筒状部材に穴加工する場合や、座面の肉厚やキャビティ面からの高さを適宜調節する場合等に便利である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法において、前記穴加工用パンチの押圧面が、前記筒状部材の外側表面に配置された液圧バルジ成形型のキャビティ面よりも後退した位置に配置されて、前記座面を有する穴が成形されることに特徴を有する。
【００１３】
この発明によれば、座面の形状と同じ外形形状からなる押圧面が、液圧バルジ成形型のキャビティ面よりも後退した位置に配置されているので、穴の周辺部が厚肉で、筒状部材の外側方向に均等厚さに成形された座面を有する穴を加工することができる。得られた座面は、肉厚が厚いので、ねじ切り長さを十分に確保することが可能になると共に、内液圧で押圧面に押し付けられるので、座面の形状と位置が精度よく形成され、ロケートピン用の穴として使用した場合であっても精度の低下が起こらない。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法に用いる穴加工用パンチであって、前記穴加工用パンチが、前記穴を拡大しつつ当該穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付ける穴開け部材と前記穴の周辺部の余肉を前記穴加工用パンチの進行方向に押し付ける押圧部材とが一体に成形されてなり、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる前記押圧面を有することに特徴を有する。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の筒状部材への座面を有する穴加工方法に用いる穴加工用パンチであって、前記穴加工用パンチが、前記穴を拡大しつつ当該穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付ける穴開け部材と、当該穴開け部材に独立して軸方向に摺動自在に支持され、前記穴の周辺部の余肉を前記穴加工用パンチの進行方向に押し付ける押圧部材とで構成され、当該穴開け部材が、穿孔部と口径決定部とこれらを滑らかに連続させた口径拡大部とを有し、当該押圧部材が、前記座面の形状と同じ外形形状からなる押圧面を有することに特徴を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の筒状部材への座面を有する穴加工方法の一例を示す正面断面図である。図１においては、図１（ａ）から図１（ｄ）の順に加工される。
【００１８】
先ず、図１（ａ）に示すように、穴加工用パンチ１１を、筒状部材１９の外側表面に配置される液圧バルジ成形型１６のキャビティ面１８から所定の長さだけ後退した位置に配置する。穴加工用パンチ１１をそうした位置に配置するのは、筒状部材１９の内液圧Ｐを負荷する前であっても負荷した後であってもよい。その方法としては、予めキャビティ面１８から所定の長さだけ隔てた位置に配置しても、キャビティ面１８と同じ位置から後退させて配置してもよい。このうち、穴加工用パンチ１１を成形型１６のキャビティ面１８と同じ位置から後退させる方法としては、空気圧制御、液圧（油圧）制御または機械制御による方法を挙げることができる。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、筒状部材１９を内液圧Ｐによって塑性変形させ、筒状部材１９の外側方向に凸形状となる突起２０を形成する。上述のように、穴加工用パンチ１１は、筒状部材１９の外側表面の位置から所定の間隔を隔てて配置されることになるので、そのスペースに凸形状の突起２０を形成できる。この突起２０は、穴加工用パンチ１１を予め所定の位置に配置する場合には、その後に加えられた筒状部材１９の内液圧Ｐによって形成される。また、穴加工用パンチ１１を所定の位置まで後退させて配置する場合には、後退後に加えられた筒状部材１９の内液圧Ｐによって突起２０を形成したり、筒状部材１９の内液圧Ｐによって穴加工用パンチ１１を後退させつつ突起２０を形成したりすることができる。
【００２０】
このうち、内液圧Ｐによって穴加工用パンチ１１を後退させつつ凸形状の突起２０を形成する方法としては、内液圧Ｐと穴加工用パンチ１１の駆動手段の圧力Ｐｃとの相対差によって後退させる方法を挙げることができる。具体的には、内液圧Ｐを増圧させることによって、圧力Ｐｃとの相対差を拡大して穴加工用パンチ１１を強制後退させたり、圧力Ｐｃを減圧させることによって、内液圧Ｐとの相対差を拡大して穴加工用パンチ１１を強制後退させる。また、内液圧Ｐと圧力Ｐｃの両方を同時に変化させることにより、相対差を拡大して穴加工用パンチ１１を強制後退させてもよい。各圧力の相対差によって穴加工用パンチ１１を強制後退させる方法は、製造上その制御が簡便となるので、通常好ましく用いられる。穴加工用パンチの駆動は、空気圧制御や液圧（油圧）制御で行うことができる。また、バネ等の弾性体による制御を組み合わせたり、機械制御によっても行うことができる。
【００２１】
こうして形成された突起２０は、塑性変形に基づく加工歪みの蓄積やドーム形に変形した突起周辺の形状効果によって、突起２０の先端側からの加圧に対する剛性が、塑性変形していない部分に比べて高くなる。なお、塑性変形した突起２０の外形寸法は、後退した穴加工用パンチ１１の外形寸法とほぼ同じである。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、穴加工用パンチ１１を筒状部材１９の内部側に前進させることによって、凸形状の突起２０の先端に穴あけを行う。
【００２３】
すなわち、穴加工用パンチ１１を、凸形状の突起２０の先端側から筒状部材１９の内部側に加圧して前進させる。このとき、凸形状の突起２０は、その先端側からの加圧に対する剛性が高く、塑性変形しにくいので、穴加工用パンチ１１の先端を突起２０の先端部に押し込むと、穴加工用パンチ１１の先端部にせん断力が集中して、穴加工用パンチ１１の先端部とほぼ同じ形状で穴抜きされる。こうして穴抜きされた破断面は、せん断力が集中して破断されているので、穴径の精度が優れ、また、穴の周辺部のダレが少ない。なお、穴加工用パンチ１１の前進およびその速度等は、上述したような内液圧Ｐと圧力Ｐｃとの相対差を調節して制御したり、機械的に制御して行うことができる。
【００２４】
ここで、本発明で用いられる穴加工用パンチ１１について説明する。穴加工用パンチ１１は、図１に示すように、穴開け部材１２と押圧部材１３が一体に形成されたものを好ましく用いることができる。穴加工用パンチ１１の穴開け部材１２は、穿孔部１２ａと口径決定部１２ｃとこれらを滑らかに連続させた口径拡大部１２ｂとを有している。また、押圧部材１３は、成形すべき座面２３（図１（ｄ）を参照。）の形状と同じ外形形状からなる押圧面１５を有している。
【００２５】
穿孔部１２ａは、口径決定部１２ｃの外径よりも小さい外径で形成されている。この穿孔部１２ａを、剛性が高められた突起２０の先端に押し込むと、突起２０の先端は、押し込まれた部分にせん断力が集中して、穿孔部１２ａの外径と同じ大きさの穴があけられる。通常は、穿孔部１２ａの外周部にシャーエッジ１４を有する穴加工用パンチ１１が使用される。穿孔部１２ａの外周部にシャーエッジ１４を形成することによって、突起２０の先端にはそのシャーエッジ１４による食い込み痕が形成される。この食い込み痕は、穴加工用パンチ１１の加圧によるせん断力をより一層集中させるので、穴抜きを容易に行うことができる。
【００２６】
口径拡大部１２ｂは、穿孔部１２ａと口径決定部１２ｃとを滑らかに連続させるように、次第に外径が拡大するように設けられている。穿孔部１２ａによって穴あけした後、さらに穴加工用パンチ１１を前進させて押し込んでいくと、口径拡大部１２ｂは、穴をさらに拡大していく。このとき、穴の周辺部と成形型１６の内周面１７との間の余肉２２は、口径拡大部１２ｂが押し込まれるにしたがって、穴の外周方向、すなわち成形型１６の内周面１７の方向に押し付けられる。
【００２７】
口径決定部１２ｃは、成形すべき穴径と同じ径で形成されているので、穴加工用パンチ１１を、口径決定部１２ｃまで押し込むことによって、得るべき穴径を成形することができる。
【００２８】
押圧部材１３は、成形すべき座面２３の形状と同じ外形形状からなる押圧面１５を有しているので、押圧面１５の形状と同じ形状の座面２３を得ることができる。
【００２９】
最後に、図１（ｄ）に示すように、穴の周辺部２４を内液圧Ｐと穴加工用パンチ１１とによって、座面２３を成形する。穴加工用パンチ１１を所定の位置まで押し込むと、上述のように、得るべき穴が成形されると共に、穴の外周方向に押し付けられた余肉が、口径決定部１２ｃの外周と押圧部材１３の押圧面１５とで形づくられた形状に、穴加工用パンチと内液圧Ｐとで加圧されて成形される。押圧面１５は、成形すべき座面２３の形状と同じ外形形状で形成されているので、得られる座面２３は押圧面１５の外形形状と同じ形状で成形される。
【００３０】
穴加工用パンチ１１の押圧面１５を、液圧バルジ成形型１６のキャビティ面１８から後退した位置に配置することによって、穴の周辺部２４が厚肉で、筒状部材１９の外側方向に均等厚さで成形された座面２３を有する穴を加工できる。
【００３１】
図２は、本発明の穴加工方法によって得られた座面を有する穴の一例を示す正面断面図である。得られた座面２３は、肉厚が厚いので、ねじ切り長さを十分に確保することが可能になると共に、内液圧Ｐで押圧面１５に押し付けられるので、一定形状で精度のよい座面２３を成形することができる。そのため、ロケートピン用の穴として使用した場合であっても精度の低下が起こらない。座面２３の肉厚は、穿孔部１２ａと口径決定部１２ｃの外径差が大きいほど余肉２２が多くなるので厚くなる。また、座面２３の位置は、押圧面１５とキャビティ面１８の位置関係によって適宜調節することができる。
【００３２】
以上説明したように、本発明の筒状部材１９への座面２３を有する穴加工方法においては、一旦、穴加工する方向とは逆方向に凸形状の突起２０を形成し、その突起２０の先端側から穴加工用パンチ１１を前進させて、穴あけ、穴の拡大、および、穴の外周方向への穴の周辺部の余肉２２の押し付けを、連続して行うことができる。また、穴加工用パンチ１１の押圧部材１５が、座面２３の形状と同じ外形形状からなる押圧面１５を有するので、押圧面１５の形状や位置によって座面２３の形状や高さを調節することができる。なお、この方法によって加工する穴および座面は、丸形状が望ましいが、角形状や異形形状等の何れの形状でもよく、求める形状に適合した穴開け部材１２および押圧部材１３を有した穴加工用パンチ１１を用いることができる。従って、例えば、穴および座面が丸形状の場合には、穴開け部材と押圧部材の何れも丸形状のものが用いられる。
【００３３】
図３は、本発明の穴加工用パンチの他の一例を示す正面断面図である。この穴加工用パンチ３１は、穴開け部材３２と、穴開け部材３２に独立して軸方向に摺動自在に支持される押圧部材３３とで構成されている。穴開け部材３２は、穿孔部３２ａと口径決定部３２ｃとこれらを滑らかに連続させた口径拡大部３２ｂとを有し、押圧部材３３は、座面の形状と同じ外形形状からなる押圧面３５を有している。穴開け部材３２の穿孔部３２ａと口径拡大部３２ｂと口径決定部３２ｃは、上述の穴加工用パンチ１１と同様に、穴あけ、穴の拡大、および、穴の外周方向への穴の周辺部の余肉の押し付けを、連続して行うことができる。また、上述と同様に、穴開け部材３２の先端に、シャーエッジ３４を設けることもできる。図３に示す穴加工用パンチ３１は、押圧部材３３が、穴開け部材３２とは独立して、軸方向に摺動自在に支持されるので、座面の形状や高さを容易に変更できると共に、穴開け部材３２のみの変更も可能になる。こうした穴加工用パンチ３１を用いた穴加工方法は、余肉を移動させる座面形成プロセスをより正確に制御する事ができるため、板厚の異なる筒状部材に穴加工する場合や、座面の肉厚やキャビティ面からの高さを適宜調節する場合等に便利である。
【００３４】
押圧部材３３は、図３に示すように、バネ等の弾性体３９で支持した構造にして、穴開け部材３２と独立して制御することができる。また、押圧部材３３と穴開け部材３２を、油圧シリンダでそれぞれ制御するダブル油圧シリンダ構造にすることもできる。
【００３５】
また、本発明で用いられる筒状部材は、通常アルミニウム合金が用いられるが、合金の種類は特に限定されるものではない。さらに、本発明の穴加工方法は、一般的に用いられている内液圧加工方法に適用することができる。従って、その条件、すなわち流体の種類や内液圧は内液圧成形加工装置の一般的な条件の範囲内で行われる。例えば、内液圧としては、約５００〜１５００気圧の圧力範囲で行われる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の筒状部材への座面を有する穴加工方法およびそれに用いる穴加工用パンチによれば、一旦形成された凸形状の突起が、形状効果と加工歪みの蓄積によって剛性を有するので、その突起の先端に、穴加工用パンチで精度よく穴を形成することができる。そして、この穴を拡大し、穴の周辺部の余肉を外周方向に押し付け、内液圧と穴加工用パンチとによって、形状が規制された座面を成形することができる。穴加工用パンチの有する押圧面の位置を、液圧バルジ成形型のキャビティ面よりも後退した位置に配置することによって、穴の周辺部が厚肉で、筒状部材の外側方向に均等厚さに成形された座面を有する穴を加工することができる。得られた座面は、肉厚が厚いので、ねじ切り長さを十分に確保することが可能になると共に、内液圧で押圧面に押し付けられるので、座面の形状と位置が精度よく形成され、ロケートピン用の穴として使用した場合であっても精度の低下が起こらない。
【００３７】
本発明の座面を有する穴加工方法およびそれに用いる穴加工用パンチを採用することによって、パイプ状の中空筒状部材を内液圧成形法によって成形加工する際に、成形加工と穴加工を、内液圧成形加工の一連の工程内で同時に行うことができる。その結果、経済性にも優れた車体やシャーシ部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒状部材への座面を有する穴加工方法の一例を示す正面断面図である。
【図２】本発明の穴加工方法で加工された座面を有する穴形状の一例を示す正面断面図である。
【図３】本発明の穴加工用パンチの他の一例を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１１、３１  穴加工用パンチ
１２、３２  穴開け部材
１２ａ、３２ａ  穿孔部
１２ｂ、３２ｂ  口径拡大部
１２ｃ、３２ｃ  口径決定部
１３、３３  押圧部材
１４、３４  シャーエッジ
１５、３５  押圧面
１６、３６  成形型
１７、３７  内周面
１８、３８  キャビティ面
１９  筒状部材
２０  突起
２２  余肉
２３  座面
２４  穴の周辺部
３９  弾性体
Ｐ  内液圧
Ｐｃ  穴加工用パンチの駆動手段の圧力
【図１】
0003668390.tif 000002
【図２】
0003668390.tif 000003
【図３】
0003668390.tif 000004