(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ穴から拡管ポンチを圧入して同心または偏心の拡径部を成形する高拡管の成形方法であって、前記拡管ポンチを圧入する際、圧入部分のパイプ材料の外面をクランプ型内面に押し当てることで軸方向の圧縮力を加えながら行うとともに、拡径部の板厚として素管板厚の７０％以上を保持すべく、前記拡径部の成形を最大径が異なり且つテーパ角が同一の複数の拡管ポンチを径の小さいものから順に複数段に分けて圧入することを特徴とする高拡管の成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高拡管の成形方法において、前記圧入部分のパイプ材料に対する軸方向の圧縮力の調整は、前記拡管ポンチのテーパ角の調整によって行われることを特徴とする高拡管の成形方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の高拡管の成形方法であって、前記パイプがシーム溶接パイプであり、また拡径部は偏心しており、偏心量が最大となる方向にシーム溶接部分を位相合せして成形することを特徴とする高拡管の成形方法。
【請求項４】
パイプ穴から拡管ポンチが圧入されて素管径の２倍の拡径部を備えた偏心の高拡管であって、前記拡径部の板厚が素管の板厚の７０％以上であり、また前記パイプはシーム溶接パイプであり、シーム溶接部が偏心量の最大となる方向に位相合せされていることを特徴とする高拡管。
【請求項５】
請求項４に記載の高拡管において、前記拡径部の端部はフランジ加工されることを特徴とする高拡管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプの端部に約２倍程度の拡径部を成形するための高拡管の成形方法及び高拡管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば車両用内装部品等の金属パイプ製のビーム部材、或いはフレーム部材等において、パイプ端部の径を広げて取付強度の向上等を図ることがあるが、このようなパイプ端部の径を広げる加工方法として、クランプ型でパイプ素材の外周部をクランプして保持し、パイプ穴の一端側からテーパ状の拡管ポンチを圧入して径を押し広げるような加工技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような加工技術では、拡管ポンチを圧入してパイプ径を広げると、同部の材料が伸びて板厚が減少し、材料の伸び限界に達した時点で端末部から破断が始まるため、通常の鋼管の場合であれば、素管径に対して約１．４倍の拡管が限度とされており、それ以上の加工は困難であった。
一方、拡管ポンチを圧入する際、素管の中心と拡管ポンチの中心をずらして圧入することで、偏心拡管を形成することがあるが、この場合は偏心量によって同心拡管より伸ばされる箇所が生じて材料の板厚差が大きくなり、一般的に同心拡管より加工が困難である。
【０００４】
因みに、図１１は、従来の方法で板厚１mmの素管から偏心拡管を加工した場合の板厚測定結果を示すものであるが、この結果から、円周方向と軸方向のうち板厚減少が最大値になる箇所は素管の板厚の５０％程度まで減少していることが判る。
このため、例えば車両の部位等によって単純な同心拡管または偏心拡管を使い分けて、拡径部を車体側に取付けたり、または拡径部に部品等を取付けたりしているが、素管径の約１．４倍程度の拡管では強度的に不足し、しかも板厚も全般に減少しているため、別途補強部材で補強するような必要があり、車両等にあっては重量増加を招き不利となる。
【０００５】
本発明は上述の従来の問題点を解消すべくなされたものであり、その目的は、パイプの少なくとも一端側の径を広げて同心または偏心の拡径部を成形するにあたり、端部に破断等を起こさせず素管径の約２倍の拡径部を成形出来る加工技術及び高拡管の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、請求項１において、パイプ穴から拡管ポンチを圧入して同心または偏心の拡径部を成形する高拡管の成形方法であって、前記拡管ポンチを圧入する際、圧入部分のパイプ材料の外面をクランプ型内面に押し当てることで軸方向の圧縮力を加えながら行うとともに、拡径部の板厚として素管板厚の７０％以上を保持すべく、前記拡径部の成形を最大径が異なり且つテーパ角が同一の複数の拡管ポンチを径の小さいものから順に複数段に分けて圧入することで、拡径部を素管径の約２倍の径に成形するようにした。
【０００７】
拡径部を成形するにあたり、最大径の異なる拡管ポンチを複数段に分けて圧入することで、パイプ材料の伸びが最大となる部分を軸方向に変化させることが出来、伸びの最大部分が特定箇所に集中するような不具合を防止出来る。因みに、このような複数の拡管ポンチのテーパ角はすべて同じにしておく。
【０００８】
また請求項２では、圧入部分のパイプ材料に対する軸方向の圧縮力の調整を、拡管ポンチのテーパ角の調整によって行うようにした。
すなわち、テーパ角をあまり大きくし過ぎると、圧入部分のパイプ材料に半径方向の拡張力だけが作用して、軸方向の圧縮力を有効に与えることが出来ず、またテーパ角をあまり小さくし過ぎても、同様に、圧入部分のパイプ材料に圧縮力を有効に与えることが出来ず、しかも成形効率が悪くなる。
そしてこのテーパ角を適切に設定すれば、圧入部分の板厚として素管板厚の７０％以上を保持することが出来、約２倍の拡径をしても破断等の不具合を防止出来る。
【０００９】
【００１０】
また請求項３では、パイプがシーム溶接パイプであり、また拡径部が偏心する場合に、偏心量が最大となる方向にシーム溶接部分を位相合せして成形するようにした。
このような偏心高拡管の場合、偏心量が最大となる方向は、引張り力が最大となって材料の伸びが一番大きい部分であり、またシーム溶接パイプの場合、シーム溶接部は他の部分に較べて硬くなっている箇所である。そこで、偏心量が最大となる方向にシーム溶接部分を位相合せすることで、同部の破断を防止する。
【００１１】
また請求項４の高拡管では、パイプ穴から拡管ポンチが圧入されて素管径の約２倍の拡径部を備え、且つ拡径部の板厚が素管の板厚の７０％以上であるようにし、パイプがシーム溶接パイプである場合、シーム溶接部が偏心量の最大となる方向に位相合せされるようにした。
このような高拡管は、前記成形方法によって成形することが出来る。
【００１２】
また請求項５の高拡管は、拡径部の端部にフランジ加工を施すようにした。
このように端部にフランジ加工すれば、例えば取付部として利用することで剛性が増す等便利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで、図１は一般的な拡管成形の説明図、図２は拡管ポンチの説明図、図３は高拡管の説明図、図４は同心高拡管を３段に分けて加工する時の説明図である。
【００１４】
本発明に係る高拡管は、図１に示すような一対のクランプ型１ａ、１ｂと、拡管ポンチ２を使用して成形されるようになり、パイプＰの外周部をクランプ型１ａ、１ｂの半割筒状の凹溝Ｃ、Ｃで挟持してクランプした後、先端部がテーパ形状の拡管ポンチ２をパイプＰの先端側の穴から加圧しながら押込んで、パイプＰの一端部に拡径部Ｐａ（図３）を成形するようにしている。
【００１５】
このため、クランプ型１ａ、１ｂの前面側の凹溝Ｃ、Ｃは、外部に向けてテーパ状に拡がる外周拘束部Ｃｋ、Ｃｋとされている。
【００１６】
前記拡管ポンチ２は、図２に示すように、先端側がテーパ状に先細りとなる圧入部２ｔとされ、この圧入部２ｔと前記外周拘束部Ｃｋのテーパ角とは略同一とされている。
そしてこの拡管ポンチ２のテーパ角θ及びクランプ型１ａ、１ｂの外周拘束部Ｃｋのテーパ角は、従来の一般的な拡管ポンチ、クランプ型のテーパ角に較べて浅めの約７度にされており、また拡管ポンチ２の先端径は、パイプＰの内径寸法とほぼ同一径とされ、また拡管ポンチ２の最大径Ｄは拡管内径寸法とされるとともに、基端側の径Ｅは最大径Ｄより小径にされて圧入時の抵抗増大防止が図られ、また最大径Ｄ部分の長さＦは２〜５mmにされている。
【００１７】
ここで、拡管ポンチ２のテーパ角θとクランプ型１ａ、１ｂの外周拘束部Ｃｋのテーパ角の約７度は、パイプＰの先端穴から拡管ポンチ２を圧入して拡径部Ｐａを成形するにあたり、拡径部Ｐａに軸方向（圧入方向）の圧縮力を作用させて、板厚変化による端部破断等が生じないようにするため、本発明者が実験を重ねて求めた値であり、この角度以上にすると、拡管ポンチ２圧入時に拡径部Ｐａに対する径方向の力が過大になって、約２倍に拡径する前の時点で破断が始まり、この角度以下にしても拡径部Ｐａに対して効果的に圧縮力を付与出来ず、しかも成形効率が悪くなる。
【００１８】
また、実施形態では、拡径部Ｐａを素管径の約２倍まで拡径するため、同心高拡管の場合は、図４に示すように３段に分けて、偏心高拡管の場合は不図示であるが４段に分けて加工するようにしている。
【００１９】
すなわち、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、１段目の拡管ポンチ２Ａ（図４（Ａ））の最大径ＤAは、素管径ｄの１．４倍であり、２段目の拡管ポンチ２Ｂ（図４（Ｂ））の最大径ＤBは、ＤAの１．２倍であり、３段目の拡管ポンチ２Ｃ（図４（Ｃ））の最大径ＤCは、ＤBの１．２倍である。
【００２０】
そして各拡管ポンチ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのテーパ角θはいずれも同一の約７度であり、このように最大径の異なる拡管ポンチ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを順次圧入することで、伸びが最大となる部分を軸方向に変化させることが出来、伸びの最大部分が特定箇所に集中して同部の板厚が大きく減少するような不具合を防止することが出来る。
【００２１】
ここで図５は、以上のような成形方法でφ２５．４mm、板厚１mmのパイプＰから、約２倍の拡径部Ｐａを有する同心高拡管を成形して、主として拡径部Ｐａ周辺の板厚を測定した結果図である。この結果、拡径部Ｐａの円周方向と軸方向の板厚変化は、最大変化部分が端部周辺で０．７６６mmの板厚であり、すべての箇所の板厚が素管板厚の７６％以上であることが確認された。
【００２２】
ところで、偏心高拡管の場合で約２倍の拡径部Ｐａを形成しようとすると、図６に示すように、同心高拡管の場合に較べて伸びが大きい箇所と、伸びが少ない箇所が発生し、偏心量εが最大となる方向の伸びが最大になることが判る。
そこで本発明では、シーム溶接パイプを成形するにあたり、偏心量εが最大となる方向（伸びが最大となる方向）にシーム溶接部ｓを合せて成形するようにしている。
【００２３】
因みに、本実施形態では、偏心高拡管を成形するにあたり、最大径の異なる拡管ポンチ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ（不図示）を４段に分けて順次圧入して成形するようにしている。
【００２４】
すなわち、１段目の拡管ポンチ２Ａの最大径ＤAは、素管径ｄの１．４倍とし、２段目の拡管ポンチ２Ｂの最大径ＤBは、ＤAの１．１１倍として、これら１段目と２段目はテーパ角７度で同心拡管するようにし、３段目は拡管ポンチ２Ｃの最大径ＤCを、ＤBの１．１６倍とし、４段目は拡管ポンチ２Ｄの最大径ＤDを、ＤCの１．１３７倍にするとともに、この３段目と４段目については偏心量をそれぞれ５．５mmとして加工している。
【００２５】
ここで、図７は以上のような成形方法でφ２５．４mm、板厚１．２mmのパイプＰから、５．５mmの偏心量で約２倍の拡径部Ｐａを有する偏心高拡管を成形して、板厚を測定した結果図である。この結果、円周方向と軸方向の板厚の最小値は０．８９４mmであり、元の板厚に対して７４％の最大変化であった。
【００２６】
また図８は上記した成形方法で、φ２８．６mm、板厚１．２mmのパイプＰから、６mmの偏心量で約２倍の拡径部Ｐａを有する偏心高拡管を成形して、板厚を測定した結果図である。この結果、円周方向と軸方向の板厚の最小値は０．９４８mmであり、元の板厚に対して７９％の最大変化であった。
【００２７】
そして以上のような偏心高拡管の成形方法によって、偏心量が２〜７mmで拡径部Ｐａが約２倍の偏心高拡管を成形して実験したが、いずれの場合も板厚を７２％以上に確保出来た。
【００２８】
尚、以上のような同心、偏心高拡管の拡径部Ｐａの端部に、図９に示すようなフランジｆを加工するようにしても良い。この場合は取付強度等を一層高めることが出来る。
【００２９】
ところで、このような同心、偏心高拡管は、例えば図１０（Ａ）に示すように、パイプ先端を拡管した後、偏平状に密着加工すれば、例えば締付孔ｉ、ｉのピッチを広げることが出来、強度的に有利となる。また図１０（Ｂ）に示すように、梁の構造部材として活用すれば、断面積が素管の約４倍になるため、強度的に有利である。
【００３０】
また本発明に係る高拡管を例えば車両のドアビーム、またはステアリングハンガービーム等に適用すれば、それぞれの締付部のブラケット等を廃止することが出来、また拡管の径が広いため、例えば密着偏平加工した時の締付ピッチを拡大することも可能となる。また燃料給油用パイプ等に適用すれば、全てを一体化出来るため軽量化が可能になる。
【００３１】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、請求項１のように、パイプ穴から拡管ポンチを圧入して同心または偏心の拡径部を成形するに際、圧入部分のパイプ材料の外面をクランプ型内面に押し当てることで軸方向の圧縮力を加えながら行うとともに、拡径部の板厚として素管板厚の７０％以上を保持すべく、前記拡径部の成形を最大径が異なり且つテーパ角が同一の複数の拡管ポンチを径の小さいものから順に複数段に分けて圧入して、拡径部を素管径の約２倍の径に成形することで、高拡管を得るようにしたため、成形中に破断等の不具合が発生するのを防止出来、強度的に有利な高拡管とすることが出来る。
また請求項２のように、圧入部分のパイプ材料に対する軸方向の圧縮力の調整を、拡管ポンチのテーパ角の調整によって行えば、拡管ポンチを圧入するだけで簡易に成形出来る。
【００３３】
また請求項３のように、パイプがシーム溶接パイプであり、また拡径部が偏心する場合に、偏心量が最大となる方向にシーム溶接部分を位相合せして成形することで、請求項４のような偏心高拡管を得るようにすれば、効率的に破断等を防止しながら成形することが出来る。
更に、請求項５のように、拡径部の端部にフランジ加工を施せば、例えば取付部として利用することで剛性が増す等便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な拡管成形の説明図
【図２】拡管ポンチの説明図
【図３】同心高拡管を３段に分けて加工する時の説明図
【図４】高拡管の説明図で、（Ａ）は同心高拡管、（Ｂ）は偏心高拡管
【図５】同心高拡管の板厚測定の結果図
【図６】シーム溶接管を偏心高拡管に成形する時のシーム溶接部の説明図
【図７】偏心高拡管の板厚測定の結果図
【図８】別実施例に係る偏心高拡管の板厚測定の結果図
【図９】拡径端部にフランジ部を形成した状態の説明図
【図１０】高拡管の活用形態の一例を示す説明図
【図１１】従来の拡管の板厚測定の結果図
【符号の説明】
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…拡管ポンチ、Ｐ…パイプ、Ｐａ…拡径部、θ…テーパ角、ε…偏心量、ｓ…シーム溶接部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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